KR101980738B1 - 선박의 마찰저항 감소를 위한 워터제트식 공기윤활장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선체의 선저 바닥면을 따라 공기를 분사시켜 선박의 운항시 해수와의 점성마찰로 인하여 발생하는 수력저항을 감소시키도록 한 공기윤활장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선체의 선저상에 베이스홀을 형성시키고, 상기 베이스홀의 가장자리를 따라 수납케이싱을 연결 설치하며, 상기 수납케이싱의 상단측과 연결되는 덮개판의 중앙측에 수납케이싱의 내부공간을 선수측 해수주입공간과 선미측 공기유도공간으로 구획시키는 칸막이판을 설치하고, 상기 칸막이판의 하단에 분사노즐이 구비된 수류유도판을 연결시키며, 상기 수류유도판의 선미측 후단부가 베이스홀의 하측에서 소정의 간격을 두고 베이스홀과 이격되도록 함에 따라, 해수주입공간으로 주입된 해수가 분사노즐을 거쳐 고속으로 분사되는 과정에서 수류유도판의 후단 출구측이 저압영역으로 조성되게 하는 한편, 공기유도공간에 저장된 해수가 수류유도판의 출구측으로 빨려 나가면서 해당 공간으로 외부공기가 자동 유입되게 하며, 이를 통하여 분사노즐을 거친 해수의 분사속도와 분사압력에 의하여 외부공기가 작은 입자의 광범위한 기포윤활층을 형성하면서 선저의 바닥면을 따라 비교적 먼 거리까지 안정적으로 분포되게 함은 물론, 분사노즐을 거친 해수의 분사속도와 분사압력이 선박의 추진력을 보조토록 함으로서, 선박의 마찰저항을 큰 폭으로 감소시킬 수 있도록 한 워터제트식 공기윤활장치에 관한 것이다.

Description

선박의 마찰저항 감소를 위한 워터제트식 공기윤활장치{Water-jet type air lubrication device for reducing frictional resistance of a ship}

본 발명은 선체의 선저 바닥면을 따라 공기를 기포 형태로 분사시켜 선박의 운항시 해수와의 점성마찰로 인하여 발생하는 수력저항을 감소시키도록 한 공기윤활장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선체의 선저 바닥면에 제공된 노즐(슬릿)형 통로를 거쳐 해수를 고속으로 분사시킴에 따라 발생하는 압력저하 현상을 이용하여 해당 부위로 외부(선체의 내부) 공기를 유도시킨 다음, 이 외부공기를 기포의 형태로 하여 해수와 함께 선저 바닥면을 따라 분사시킬 수 있도록 한 워터제트식 공기윤활장치에 관한 것이다.

일반적으로 선박의 운항시 발생하는 주된 저항은 조파저항과 점성저항이 되는 바, 이중에서 상기 조파저항의 경우는 선형(船形: 선체의 외관 형상)의 지속적인 개발로 인하여 상당 부분 개선되었지만, 해수와의 점성마찰로 인하여 발생하는 수력저항으로서의 상기 점성저항은 전체 저항의 1/2 수준이 됨에도 불구하고 현재까지 큰 폭의 개선방안이 제시되지 못한 실정이었다.

최근에 들어서는 선체의 선저(船底) 바닥면과 해수면 사이에 공기층을 형성시켜 점성저항을 줄이고자 하는 기술개발이 활발하게 수행되고 있으며, 그 대표적인 예로서 마이크로 버블식 윤활장치를 들 수 있으나, 해당 윤활장치는 선체의 선저 바닥면으로 분사되는 공기를 마이크로 버블 수준의 미세한 기포 상태로 만들기 위하여 매우 큰 동력이 요구되는 문제점이 있었고, 경우에 따라서는 미세기포의 조성에 소요되는 동력이 선박의 운항에 소요되는 동력을 초과하는 비경제적인 상황이 유발될 수도 있었다.

다른 한편으로, 선체의 선저 바닥면으로부터 돌출되는 제 1돌출부재와, 선미측에 해당하는 후단부측이 상기 제 1돌출부재의 선단부측과 겹쳐지도록 제 1돌출부재의 외측 전방에 배치되는 제 2돌출부재와, 상기 제 1돌출부재의 내면을 천장으로 하고 상기 제 2돌출부재의 내면을 바닥으로 하여 돌출부재간의 겹쳐진 부위에 제공되는 분사공간으로 이루어지고, 상기 분사공간에는 선체의 폭방향으로 연장되는 슬릿형 출구가 제공되는 한편, 상기 제 2돌출부재의 선단측에 의하여 커버되는 선저상에 압축공기의 유입구가 제공된 선박용 공기윤활장치가 대한민국 등록특허 제 10-1719417호(공고일자: 2017년 04월 05일)에 기재되어 알려져 있다.

상기와 같은 종래의 선박용 공기윤활장치는 선체의 내부에 제공된 컴프레셔 등의 공기압축기로부터 분사공간의 유입구측으로 고압의 압축공기를 공급시킴으로서, 해당 압축공기가 분사공간을 거쳐 선저의 바닥면을 따라 기포 형태로 분사되도록 하였으나, 압축성 유체인 공기가 비압축성 유체인 해수를 뚫고 일정 거리만큼 기포 형태로 분사되기 위해서는 상당한 토출압력이 필요한 문제점이 있었으며, 이로 인하여 흘수(吃水: 선박이 해수중으로 잠기는 깊이)가 깊은 상태에서는 공기압축기의 가동에 많은 전력이 소비되는 문제점이 있었다.

특히, 분사공간을 거쳐 배출되는 기포의 입자 및 이에 따른 기포의 부상력이 비교적 크게 됨으로서, 분사된 기포 성분이 빠른 시간내에 해수면상으로 떠올라 버리는 한편, 해당 기포 성분의 실질적인 이동거리가 선박 운항시의 선속(船速)에만 의존하기 때문에, 선박의 마찰저항을 크게 줄일 수 있는 수준의 기포윤활층을 원활하고 광범위하게 생성 및 지속시키기가 어려운 문제점이 있었으며, 종래의 공기윤활장치를 선박에 설치하기 위해서는 선체의 선저 하부로 인력과 장비를 투입하여 선저 바닥면에 구조물을 용접시키는 위험하고 까다로운 작업이 반드시 수반되어야 함으로서 해당 장치의 설치에도 많은 시간과 비용이 소요되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 보완하기 위하여, 대한민국 공개특허 제 10-2003-0015 945호(공개일자: 2003년 02월 26일)에 기재된 바와 같이, 압축공기의 분사공간 출구측에 해당하는 선체의 선저 바닥면을 따라 기포층을 체류시킬 수 있는 요철식 표면구조를 제공토록 할 수도 있으나, 이는 앞서 설명되어진 바와 같이 공기윤활장치를 선체의 선저 바닥면에 설치하는 작업과 함께 선체의 선저 바닥면에 요철식 표면구조를 제공하는 작업이 추가로 수행되어야 함으로서, 해당 장치의 설치작업에 과도한 시간과 비용이 소요됨은 물론이고, 요철식 표면구조를 추가로 적용시킴에 따른 실효성 역시 기대하기 어려운 문제점이 있었다.

대한민국 공개특허 제 10-2003-0015945호 대한민국 등록특허 제 10-1719417호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 선체의 선저상에 베이스홀을 형성시키고, 상기 베이스홀의 가장자리를 따라 수납케이싱을 연결 설치하며, 상기 수납케이싱의 상단측과 연결되는 덮개판의 중앙측에 수납케이싱의 내부공간을 선수측 해수주입공간과 선미측 공기유도공간으로 구획시키는 칸막이판을 설치하고, 상기 칸막이판의 하단에 분사노즐이 구비된 수류유도판을 연결시키며, 상기 수류유도판의 선미측 후단부가 베이스홀의 하측에서 소정의 간격을 두고 베이스홀과 이격되도록 함에 따라, 해수주입공간으로 주입된 해수가 분사노즐을 거쳐 고속으로 분사되는 과정에서 수류유도판의 후단 출구측이 저압영역으로 조성되게 하는 한편, 공기유도공간에 저장된 해수가 수류유도판의 출구측으로 빨려 나가면서 해당 공간으로 외부공기가 자동 유입되게 하며, 이를 통하여 분사노즐을 거친 해수의 분사속도와 분사압력에 의하여 외부공기가 작은 입자의 광범위한 기포윤활층을 형성하면서 선저의 바닥면을 따라 비교적 먼 거리까지 안정적으로 분포되게 함은 물론, 분사노즐을 거친 해수의 분사속도와 분사압력이 선박의 추진력을 보조토록 함으로서 선박의 마찰저항을 큰 폭으로 감소시킬 수 있도록 함과 더불어, 장치의 설치에 필요한 모든 작업을 선체의 내부에서 손쉽고 신속하며 안전하게 수행할 수 있도록 한 워터제트식 공기윤활장치를 제공하는 것을 그 주된 기술적 과제로 한다.

상기의 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명에 따른 워터제트식 공기윤활장치는, 선체의 선저에 형성되는 베이스홀과, 상기 선체의 내부에서 베이스홀의 가장자리측과 수밀 가능하게 연결 설치되는 수납케이싱과, 상기 수납케이싱의 내부공간을 따라 삽입 설치되는 제트분사체를 포함하여서 이루어지고, 상기 제트분사체는 수납케이싱의 상단면과 수밀 가능하게 연결 설치되는 덮개판과, 상기 덮개판의 하부면 중앙측에 수직 방향으로 연결 설치되는 칸막이판과, 상기 칸막이판의 하단측에 연결 설치되는 수류유도판과, 상기 수류유도판의 상부면에서 칸막이판의 하단측을 관통하여 설치되는 분사노즐을 포함하여서 이루어지며, 상기 수납케이싱의 내부공간은 중앙측 칸막이판에 의하여 선수측 해수주입공간과 선미측 공기유도공간으로 구획 형성되고, 상기 분사노즐은 분사통로의 출구가 선미측을 향하도록 설치되며, 상기 덮개판 또는 수납케이싱의 몸통에는 해수주입공간과 연통되는 해수주입관 및 공기유도공간과 연통되는 공기유입관이 각각 연결 설치되고, 상기 해수주입관은 해수펌프와 연결 설치되며, 상기 수류유도판의 선단측은 선수측 방향에 위치한 상태에서 수납케이싱의 내측면과 밀착 설치되고, 상기 수류유도판의 후단부측은 선미측 방향에 위치한 상태에서 베이스홀과 소정의 간격을 두고 이격되도록 베이스홀의 하부에 배치되며, 상기 수류유도판의 좌,우측부는 베이스홀의 내주면과 밀착 설치되는 것을 특징으로 하며, 상기 분사노즐의 직상부에 해당하는 칸막이판의 하단측에는 수류조성용 보조칸막이판이 수평 방향으로 연결 설치되고, 상기 보조칸막이판에는 일정 간격으로 관통구멍이 형성되는 것을 특징으로 하며, 상기 분사노즐은 칸막이판의 하단부에서 칸막이판의 폭방향에 걸쳐 칸막이판과 일체로 연결 설치되는 막대형 노즐이 되고, 상기 막대형 노즐의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 해수의 분사통로가 제공되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예로서, 상기 제트분사체는 수납케이싱의 내측면과 밀착되는 조립몸통을 추가로 포함하여서 이루어지고, 상기 덮개판은 칸막이판을 구비한 상태로 조립몸통의 상단측에 연결 설치되며, 상기 해수주입공간과 공기유도공간은 칸막이판에 의하여 조립몸통의 내부에 구획 형성되고, 상기 수류유도판의 선단측과 좌,우측부는 조립몸통의 하단면과 일체로 연결 설치되는 것을 특징으로 하며, 본 발명의 또 다른 실시예로서, 상기 공기유입관은 덮개판 또는 수납케이싱의 몸통을 관통하여 소정의 길이만큼 공기유도공간의 내부로 연장 설치되고, 상기 공기유입관의 하단 출구측에는 수평 방향의 분배관이 연결 설치되며, 상기 분배관의 하측부에는 최소 2개 이상의 토출관이 연결 설치되고, 상기 각각의 토출관 하단 출구측이 분사노즐의 직상부에 배치되는 것을 특징으로 하며, 상기 분사노즐의 직상부에 해당하는 칸막이판의 하단측에는 해수차단용 보조칸막이판이 수평 방향으로 연결 설치되고, 상기 각각의 토출관은 보조칸막이판을 수밀 가능하게 관통 설치되는 것을 특징으로 하며, 추가적인 사항으로서 상기 해수주입관과 공기유입관에는 전동밸브가 설치될 수도 있고, 상기 공기유입관은 블로워 등과 같은 역할을 하는 공기공급장치와 연결 설치될 수도 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 해수주입관을 통하여 해수주입공간으로 주입된 해수(고압수)가 분사노즐을 거쳐 고속으로 분사되는 과정에서, 공기유도공간에 저장된 해수가 수류유도판의 출구측으로 빨려 나감과 동시에, 공기유도공간과 연결된 공기유입관을 거쳐 외부공기(선체의 내부공기)가 자동 유입되게 하는 방식을 적용시킴에 따라, 분사노즐을 거친 해수의 분사속도 및 분사압력에 의한 외부공기의 교란 및 분쇄작용을 통하여 작은 입자를 가지는 다량의 기포가 조성되도록 하는 한편, 해당 기포 성분이 분사노즐을 거친 해수의 분사속도와 분사압력 및 선박의 선속에 의하여 광범위한 기포 윤활층을 형성하면서 선저의 바닥면을 따라 비교적 먼 거리까지 골고루 안정적으로 분포되게 하는 효과를 제공한다.

이를 통하여, 컴프레셔 등의 공기압축기보다 그 소비전력이 낮은 해수펌프만을 사용하더라도 선박의 마찰저항을 종래의 공기윤활장치보다 큰 폭으로 감소시킬 수 있는 동시에, 분사노즐을 거친 해수의 분사속도와 분사압력이 선박의 추진력을 보조할 수 있는 효과를 제공하며, 상기 제트분사체를 하나의 모듈화된 단일 부품으로 미리 제작하여 놓은 다음, 선저상의 요구하는 위치에 맞추어 다수 개의 베이스홀을 형성시키는 작업과, 각각의 베이스홀에 수납케이싱을 연결시키는 작업과, 제트분사체를 수납케이싱마다 삽입 및 고정시키는 작업에 이르기까지의 모든 과정을 선체의 내부에서 손쉽고 신속하며 안전하게 수행할 수 있으므로, 공기윤활장치의 설치에 따른 시간과 비용 역시 최대한으로 절감시킬 수 있는 효과를 제공한다.

이와 더불어, 상기 분사노즐의 직상부에 해당하는 칸막이판의 하단측에 다공판 형태의 수류조성용 보조칸막이판을 설치한 경우에는, 분사노즐을 거쳐 분사되는 해수의 분사경로가 상부측 보조칸막이판과 하부측 수류유도판에 의하여 한층 더 합리적인 노즐(슬릿)통로를 제공할 수 있게 됨으로서, 분사노즐을 거친 해수의 분사속도와 분사압력 및 이에 따른 외부공기의 교란성능과 기포윤활층의 확산 및 도달거리를 보다 더 증대시킬 수 있는 효과를 제공하며, 하나의 막대형 몸체상에 다수 개의 분사통로가 제공된 막대형 노즐을 사용할 경우, 칸막이판의 하단에 다수 개의 분사노즐을 개별적으로 설치하는 것에 비하여 제트분사체의 제작작업을 보다 더 손쉽고 용이하게 수행할 수 있는 효과를 제공한다.

다른 한편으로, 상기 조립몸통을 베이스로 하여 제트분사체를 제작한 경우에는 제트분사체의 구조적 강도를 크게 향상시켜 공기윤활장치의 안정적인 설치 및 사용이 가능한 효과를 제공하며, 상기 공기유입관을 공기유도공간의 내부로 연장시켜 그 하단에 다수 개의 토출관이 구비된 분배관을 연결시킨 경우에는, 분사노즐을 거쳐 해수의 분사가 시작되는 시점과 거의 동시에 외부공기를 즉시 유도시킬 수 있음에 따라, 공기윤활장치의 가동성능과 효율성을 보다 더 향상시킬 수 있음은 물론이고, 각각의 토출관이 관통되는 해수차단용 보조칸막이판을 공기유도공간의 하측부에 설치한 경우에는, 이러한 가동성능과 효율성을 한층 더 극대화시킬 수 있는 등의 매우 유용한 효과를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 워터제트식 공기윤활장치의 분해식 측단면도.
도 2는 도 1의 조립된 상태의 측단면도.
도 3은 본 발명의 제 2실시예에 따른 워터제트식 공기윤활장치의 분해식 측단면도.
도 4는 도 3의 조립된 상태의 측단면도.
도 5는 도 4의 A-A선 단면도.
도 6의 (가) 및 (나)는 본 발명에 사용되는 분사노즐의 평단면도.
도 7은 본 발명에 사용되는 막대형 분사노즐의 외관사시도.
도 8은 도 5의 다른 적용례를 나타내는 공기윤활장치의 배면측 단면도.
도 9는 본 발명의 제 3실시예에 따른 워터제트식 공기윤활장치의 측단면도.
도 10은 도 9의 B-B선 단면도.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 사용상태도.

이하, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제 1실시예에 따른 워터제트식 공기윤활장치는 도 1 및 도 2에 각각 도시된 바와 같이, 선체의 선저(1)에 형성되는 베이스홀(1a)과, 상기 선체의 내부에서 베이스홀(1a)의 가장자리측에 연결 설치되는 수납케이싱(2)과, 상기 수납케이싱(2)의 내부공간을 따라 삽입 설치되는 제트분사체(3)를 포함하여서 이루어지며, 상기 베이스홀(1a)은 선저(1)의 형태와 크기에 맞추어 요구하는 위치와 개수로 형성시킬 수 있고, 상기 수납케이싱(2)은 용접작업을 통하여 선저(1)측과 수밀(水密) 가능하게 연결시키는 것이 바람직하다.

상기 제트분사체(3)는 수납케이싱(2)의 상단면과 수밀 가능하게 연결 설치되는 덮개판(4)과, 상기 덮개판(4)의 하부면 중앙측에 수직 방향으로 연결 설치되는 칸막이판(5)과, 상기 칸막이판(5)의 하단측에 연결 설치되는 수류유도판(6)과, 상기 수류유도판(6)의 상부면에서 칸막이판(5)의 하단측을 관통하여 설치되는 분사노즐(7)을 포함하여서 이루어지며, 상기 수납케이싱(2)의 상단 외주면에는 방수팩킹(4a)을 개재시킨 상태로 제트분사체(3)의 덮개판(4)과 연결 설치되는 플랜지부(2a)가 일체로 연결(용접) 설치되어 있다.

상기 플랜지부(2a)와 덮개판(4)은 조립볼트(3a)와 결착너트(3b)를 이용하여 착탈 가능하게 연결 설치하는 것이 바람직하고, 경우에 따라서는 방수팩킹(4a)을 제외시킨 상태에서 플랜지부(2a)와 덮개판(4)을 일체로 용접시켜 놓을 수도 있으며, 상기 칸막이판(5)은 용접 방식에 의하여 덮개판(4)의 하부면 중앙에서 수류유도판(6) 및 분사노즐(7)과 함께 수직 방향으로 매달리게 설치되는 한편, 상기 수류유도판(6)이 선저(1)의 베이스홀(1a)을 커버함과 동시에 해당 베이스홀(1a)과의 사이에 해수분사용 노즐(슬릿)통로를 제공하게 되는 것이다.

따라서, 상기 수납케이싱(2)의 내부공간은 중앙측의 칸막이판(5)에 의하여 선수측(도면상 좌측) 해수주입공간(11)과 선미측(도면상 우측) 공기유도공간(12)으로 구획 형성되고, 상기 분사노즐(7)은 분사통로의 출구가 선미측을 향하도록 설치되는 것이며, 상기 덮개판(4)에는 해수주입공간(11)과 연통되는 해수주입관(8) 및 공기유도공간(12)과 연통되는 공기유입관(9)이 각각 연결 설치되고, 상기 해수주입관(8)은 해수펌프와 연결 설치되며, 상기 해수주입관(8)과 공기유입관(9)이 커버판(4)을 관통하는 부위에도 용접 등의 수밀 처리를 행하는 것이 바람직하다.

이와 더불어, 상기 해수주입공간(11)이 하나의 독립된 밀폐공간을 이루도록 하는 한편, 상기 공기유도공간(12)의 선미측 하단부에 해수분사용 노즐(슬릿)통로를 제공할 수 있도록, 상기 수류유도판(6)의 선단측은 선수측 방향에 위치한 상태에서 수납케이싱(2)의 내측면과 밀착 설치되고, 수류유도판(6)의 후단부측은 선미측 방향에 위치한 상태에서 베이스홀(1a)과 소정의 간격을 두고 이격되도록 베이스홀(1a)의 하부에 배치되는 한편, 수류유도판(6)의 좌,우측부는 베이스홀(1a)의 내주면과 밀착 설치된다.

도면상 상기 수류유도판(6)은 칸막이판(5)이 연결되는 중앙측 부분을 기준으로 하여, 그 전방측이 일정한 각도로 하향 경사지게 형성되고, 그 후방측이 선저(1)의 바닥면과 평행하게 수평 방향으로 연장 형성된 것으로 도시되어 있는 바, 이는 해수주입관(8)을 거쳐 해수주입공간(11)으로 주입된 해수의 압력이 분사노즐(7)측으로 용이하게 인가되도록 하는 한편, 분사노즐(7)을 거쳐 고속으로 분사되는 해수의 수류방향이 선저(1)의 바닥면과 평행한 방향을 유지토록 하기 위함이며, 상기 수류유도판(6)의 후단측과 베이스홀(1a) 사이에 제공되는 간격이 저압영역(P)의 조성을 위한 해수분사용 노즐(슬릿)통로를 제공하게 되는 것이다.

상기와 같은 수류유도판(6)의 배치방식에 따라 수류유도판(6)의 좌측부와 우측부는 베이스홀(1a)의 내주면과 밀착되도록 소정의 높이로 돌출되는 측판의 형태(도 1 참조)를 가지게 되는 바, 필요에 따라서는 상기 좌,우 측판의 높이를 보다 더 높게 하여 각각의 측판이 수류유도판(6)의 선단측처럼 수납케이싱(2)의 내측면과 밀착되도록 할 수도 있으며, 상기 분사노즐(7)은 칸막이판(5)의 하단부를 수평 방향으로 관통하도록 설치함으로서 분사통로 및 그 출구가 수류유도판(6)의 후방측과 평행하게 놓이도록 하는 것이 바람직하고, 분사노즐(7)이 칸막이판(5)을 관통하는 부위에도 용접 등의 수밀 처리를 행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 분사노즐(7)의 직상부에 해당하는 칸막이판(5)의 하단측에 다수 개의 관통구멍(5b)이 형성된 다공판 형태의 수류조성용 보조칸막이판(5a)을 수평 방향으로 연결시킴으로서, 분사노즐(7)을 거친 해수의 분사경로가 상부측 보조칸막이판(5a)과 하부측 수류유도판(6)에 의하여 한층 더 합리적인 노즐(슬릿)통로, 다시 말해서 일정한 간격을 가지는 좁은 분사통로를 제공토록 하는 것이 바람직하며, 상기 관통구멍(5b)은 분사노즐(7)의 좌,우측에 걸쳐 배치(도 5 참조)시킴으로서, 해당 관통구멍(5b)이 해수의 분사상태에는 간섭을 초래하지 않으면서도 외부공기의 수류편승식(水流便乘式) 유도기능은 원활히 수행되도록 하는 것이 바람직하다.

그리고, 선체의 선저(1)상에 걸쳐 다수 개소로 배치되는 본 발명의 공기윤활장치(10) 중 선박의 흘수선과 인접한 위치에 배치되는 공기윤활장치(10)의 경우는 공기유도공간(12)의 내부로 유입되는 해수의 저장수위가 그다지 높지 않기 때문에, 공기유입관(9)에 별도의 밸브기구를 설치하지 않더라도 공기유입관(9)을 따라 해수가 선체의 내부로 유입되는 상황은 발생하지 아니하며, 이 경우 수류유도판(6)의 가장자리 및 분사노즐(7)을 거쳐 해수주입공간(11)에 작용하는 수압 역시 크지 않기 때문에 해수주입관(8)에도 밸브기구를 설치할 필요성은 없으나, 만일 밸브기구를 설치코자 한다면 역류방지용 체크밸브 정도면 충분하다고 볼 수 있다.

이와는 달리, 선체의 선저(1) 밑바닥과 같이 흘수선을 기준으로 하여 비교적 깊은 수심에 배치되는 공기윤활장치(10)에는 수압에 의한 누설 등을 고려하여 해수주입관(8)과 공기유입관(9)에 밸브기구를 설치하는 것이 바람직하고, 상기 밸브기구는 해수펌프의 가동(ON/OFF) 여부를 감지하여 자동으로 개폐되는 전동밸브(V)가 바람직하며, 상기 공기유입관(9)에 설치되는 전동밸브(V)는 공기유도공간(12)에 제공된 수위레벨센서(미도시) 등과 추가로 접속시킴으로서, 해수펌프의 가동에 따라 해당 전동밸브(V)가 개방되더라도 공기유도공간(12)의 해수가 일정 수위 이상이 될 경우 자동 폐쇄될 수 있도록 하며, 이를 통하여 본 발명의 공기윤활장치(10)를 거쳐 해수가 선체의 내부로 유입되는 상황을 원천적으로 차단시킬 수 있다.

본 발명의 제 2실시예에 따른 워터제트식 공기윤활장치(10)는 도 3 내지 도 5에 걸쳐 도시된 바와 같이, 수납케이싱(2)의 내측면과 밀착되는 조립몸통(13)을 베이스로 하여 제트분사체(3)가 구성된 것이며, 상기 덮개판(4)은 칸막이판(5)을 구비한 상태로 조립몸통(13)의 상단측에 연결 설치되고, 상기 해수주입공간(11)과 공기유도공간(12)은 칸막이판(5)에 의하여 조립몸통(13)의 내부에 구획 형성되며, 상기 수류유도판(6)의 선단측과 좌,우측부는 조립몸통(13)의 하단면과 일체로 연결 설치되어 있다.

상기와 같이 수납케이싱(2)의 내측면과 밀착되는 조립몸통(13)을 베이스로 하여 제트분사체(3)를 구성하게 되면, 상기 칸막이판(5)이 보조칸막이판(5a)과 수류유도판(6) 및 분사노즐(7)과 함께 덮개판(4)에 매달리는 방식으로 설치되었던 제 1실시예의 제트분사체(3)에 비하여 그 구조적 강도를 크게 향상시킬 수 있는 잇점을 제공하며, 그 이외의 나머지 구성은 앞선 제 1실시예에서 설명되어진 것과 동일하게 이루어지는 것이고, 도 5에서와 같이 상기 분사노즐(7)은 칸막이판(5)의 치수(폭)에 맞추어 일정한 간격을 두고 최소 2개 이상(도면상 총 3개)의 개수로 분산 설치하는 것이 바람직하다.

상기 분사노즐(7)은 도 6에서와 같이 노즐몸통의 후단부에 깔때기형 주입구(7a)가 형성되고, 상기 주입구(7a)로부터 노즐몸통의 중앙부를 거쳐 분사통로(7b)가 제공된 것을 대표적인 예로 들 수 있고, 이외에도 해수주입공간(11)으로 인가되는 고압의 주입압력을 이용하여 해수를 고속으로 분사시킬 수 있는 것이라면 어떠한 종류의 분사노즐을 사용하더라도 무방함을 밝혀두는 바이며, 도 6의 (가)에 도시된 것은 분사통로(7b)의 출구가 노즐의 선단면 중앙에 하나만 형성된 집중식 노즐이 되고, 도 6의 (나)에 도시된 것은 분사통로(7b)의 출구가 노즐의 선단면에 걸쳐 다수 개소에 형성된 분산식 노즐이 된다.

도 6의 (가)에 도시된 집중식 노즐은 해수의 분사속도와 분사압력을 크게 하여 기포의 도달거리를 연장시키는 측면에서는 유리하지만, 인접한 노즐과 연계된 해수의 분사형태가 비교적 단순하기 때문에 외부공기의 복잡한 교란을 통한 미세기포의 조성에는 다소 불리하고, 도 6의 (나)에 도시된 분산식 노즐은 인접한 노즐과 연계된 해수의 분사형태가 교차식의 복잡한 난류를 이루기 때문에 외부공기를 미세한 기포로 조성시키는 측면에서는 유리하지만, 각각의 노즐을 거친 해수의 분사속도와 분사압력이 서로 간섭을 일으켜 기포의 도달거리가 다소 짧아지는 단점이 있으므로, 설계상 유리한 방식을 선택하여 적용시키는 것이 바람직하고, 필요시 2가지 종류의 분사노즐(7)을 혼용시켜 사용하는 것도 가능하다.

이와 더불어, 도 7에 도시된 바와 같이 칸막이판(5)의 하단부에서 칸막이판(5)의 폭방향에 걸쳐 칸막이판(5)과 일체로 연결 설치되는 막대형 분사노즐(7)을 사용하는 것도 가능하고, 상기 막대형 분사노즐(7)은 앞서 설명되어진 주입구(7a)와 분사통로(7b)가 막대형 몸체의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 다수 개(도면상 13개)가 형성된 것이며, 상기 막대형 분사노즐(7)은 도 8에서와 같이 선체의 폭방향을 따라 1~2m 정도의 길이로 길게 설치되는 공기윤활장치(10)에 적합한 분사노즐(7)이 되는 바, 도 8에 도시된 공기윤활장치(10)의 경우는 공기유도공간(12)측의 덮개판(4) 부분을 지붕식 덕트 형태로 설치한 상태에서 해당 덕트의 상단측 꼭지점 부분에 공기유입관(9)을 연결시킴으로서, 공기유도공간(12)을 통한 외부공기의 균일한 도입과 확산을 유도하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제 3실시예에 따른 워터제트식 공기윤활장치(10)는 도 9 및 도 10에 각각 도시된 바와 같이, 상기 공기유입관(9)이 덮개판(4)을 관통하여 소정의 길이만큼 공기유도공간(12)의 내부로 연장 설치된 상태에서, 상기 공기유입관(9)의 하단 출구측에 수평 방향의 분배관(14)이 연결 설치되고, 상기 분배관(14)의 하측부에는 최소 2개 이상(도면상 5개)의 토출관(15)이 연결 설치되며, 상기 각각의 토출관(15) 하단 출구측이 분사노즐(7)의 직상부에 배치되도록 한 것으로서, 그 이외의 나머지 구성은 앞선 제 1실시예 또는 제 2실시예와 동일하게 이루어지는 것이다.

상기와 같은 방식으로 공기유입관(9)의 구조를 개선시키게 되면, 분사노즐(7)을 거쳐 해수의 분사가 시작되는 시점과 거의 동시에 외부공기가 공기유입관(9)과 분배관(14) 및 각각의 토출관(15)을 거쳐 수류유도판(6) 후단측의 저압영역(P)으로 유도되도록 할 수 있으며, 이는 공기유도공간(12)에 저장된 해수가 완전히 배출된 이후부터 외부공기가 유도되는 제 1실시예 및 제 2실시예에 의한 방식보다 공기윤활장치(10)의 반응속도를 높여 그 가동성능과 효율성을 향상시킬 수 있는 잇점을 제공한다.

위와 같은 관점에 입각하여, 상기 분사노즐(7)의 직상부에 해당하는 칸막이판(5)의 하단측에 해수의 유입을 차단하는 보조칸막이판(5a)을 수평 방향으로 설치하고, 상기 각각의 토출관(15)은 보조칸막이판(5a)을 수밀 가능하게 관통 설치하는 것이 보다 더 바람직하며, 필요에 따라서는 이러한 공기유입관(9)의 구조를 채택하는 대신에 본 발명에 따른 공기윤활장치(10)의 높이, 다시 말해서 수납케이싱(2)과 칸막이판(5)의 높이를 최대한으로 낮추어 줌으로서, 본 발명에 따른 공기윤활장치(10)를 선저(1)의 상부면상에 납작한 형태로 설치할 수도 있음은 물론이다.

다른 한편으로, 상기 해수주입관(8)의 경우 역시 공기유입관(9)과 동일한 구조로 설치한 다음, 해수주입관(8)을 이루는 각각의 토출관을 해당 분사노즐(7)의 주입구(7a)상에 직접 연결시키는 방식도 가능하지만, 해수 자체가 비압축성 유체이기 때문에 해수주입공간(11)에 해수가 충진되어 있는 경우 고압의 해수를 해수주입공간(11)으로 주입시키는 즉시 각각의 분사노즐(7)을 통한 해수의 분사작동이 이루어지므로, 공기유입관(9)의 분배관(14)과 토출관(15)을 해수주입관(8)에 적용시키는 것은 분사성능의 개선보다는 배관라인의 복잡성만을 야기시킬 우려가 있으므로 바람직하지 못하다고 볼 수 있다.

도 11 및 도 12는 본 발명에 따른 에어제트식 공기윤활장치(10)가 선박(19)을 이루는 선체(18)의 선저(1)상에 설치 및 사용되는 상태를 나타낸 것으로서, 도면상 선저(1)상의 총 5개소에 걸쳐 본 발명의 공기윤활장치(10)가 설치된 것으로 도시되어 있으나, 그 설치위치와 설치갯수는 선박(19)의 종류나 형태에 맞추어 임의대로 변경이 가능한 사항임을 밝혀두는 바이며, 각각의 공기윤활장치(10)마다 하나의 해수펌프(16)를 할당시킬 수도 있으나, 도 11에서와 같이 각각의 공기윤활장치(10)를 하나의 해수펌프(16)와 직렬식 또는 병렬식으로 연결시키는 것이 바람직하다.

상기 해수펌프(16)는 선박에 기설치되어 있는 밸러스트펌프나 냉각수펌프 등을 활용하여 해당 펌프기구에 해수주입관(8)을 연결시켜 사용하는 것이 바람직하고, 바지선과 같이 별도의 펌프기구가 설치되어 있지 아니한 경우에 한하여 해수펌프(16)를 추가로 설치토록 하며, 본 발명의 공기윤활장치(10)는 수류유도판(6)의 후단부측 노즐(슬릿)통로를 거쳐 해수를 고속으로 분사시킴에 따라 발생하는 압력저하 현상을 이용하여 외부공기를 자동 유입시키는 방식이 적용되기 때문에, 종래의 경우와 같은 컴프레셔 등의 공기압축기가 필요하지 아니하지만, 보다 원활한 공기공급을 위하여 에어유입관(9)을 블로워(송풍기)(17) 등과 같은 역할을 하는 공기공급장치와 연결 설치될 수도 있음은 물론이다.

도 1 내지 도 12에 걸쳐 도시된 것은 본 발명의 공기윤활장치(10)가 사각 구멍이 되는 베이스홀(1a) 및 사각 탱크 형상의 수납케이싱(2)을 토대로 하여 설치된 것이고, 도 13에 도시된 것은 본 발명의 공기윤활장치(10)가 원형 구멍이 되는 베이스홀(1a) 및 원통 형상의 수납케이싱(2)을 토대로 하여 설치된 것인 바, 상기 제트분사체(3)를 이루는 덮개판(4)과 수류유도판(6) 및 조립몸통(13)은 베이스홀(1a)과 수납케이싱(2)의 형상에 맞추어 제작되어야 함은 자명한 사항이며, 도 14에 도시된 것은 도 8에서와 같이 선체(18)의 폭방향을 따라 그 길이를 길게 하여 제작된 공기윤활장치(10)가 설치된 것이다.

이와 더불어, 도 13에서와 같이 수류유도판(6)이 원판의 형태를 가질 경우, 수류유도판(6)의 후단부와 베이스홀(1a)의 사이에 걸쳐 제공되는 해수분사용 노즐(슬릿)통로는 수류유도판(6)의 후단부를 이루는 원주 방향에 걸쳐 적절한 길이로 형성시키는 것이 필요하고, 그 대표적인 치수범위를 들자면 수류유도판(6)의 후단측 끝단부에서 수류유도판(6) 직경(지름)의 1/5 내지 1/3에 해당하는 원주 부분(도면상 기포라인이 나오는 수류유도판의 후단부측 가장자리 범위)에 걸쳐 해수분사용 노즐(슬릿)통로를 제공하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명의 워터제트식 공기윤활장치(10)에 따르면, 해수주입관(8)을 통하여 해수주입공간(11)으로 주입된 해수(고압수)가 분사노즐(7)을 거쳐 고속으로 분사되는 과정에서, 공기유도공간(12)에 저장된 해수가 수류유도판(6)의 출구측으로 빨려 나감과 동시에, 공기유도공간(12)과 연결된 공기유입관(9)을 거쳐 외부공기(선체의 내부공기)가 자동 유입되게 하는 방식을 적용시킴에 따라, 분사노즐(7)을 거친 해수의 분사속도 및 분사압력에 의한 외부공기의 교란 및 분쇄작용을 통하여 작은 입자를 가지는 다량의 기포가 조성되도록 하는 한편, 해당 기포 성분이 분사노즐(7)을 거친 해수의 분사속도와 분사압력 및 선박(19)의 선속에 의하여 광범위한 기포윤활층을 형성하면서 선저(1)의 바닥면을 따라 비교적 먼 거리까지 골고루 안정적으로 분포되게 할 수 있다.

이를 통하여, 컴프레셔 등의 공기압축기보다 그 소비전력이 낮은 해수펌프(16)만을 사용하더라도 선박(19)의 마찰저항을 종래의 공기윤활장치보다 큰 폭으로 감소시킬 수 있는 동시에, 분사노즐(7)을 거친 해수의 분사속도와 분사압력이 선박(19)의 추진력을 보조할 수 있으며, 상기 제트분사체(3)를 하나의 모듈화된 단일 부품으로 미리 제작하여 놓은 다음, 선저(1)상의 요구하는 위치에 맞추어 다수 개의 베이스홀(1a)을 형성시키는 작업과, 각각의 베이스홀(1a)에 수납케이싱(2)을 연결시키는 작업과, 제트분사체(3)를 수납케이싱(2)마다 삽입 및 고정시키는 작업에 이르기까지의 모든 과정을 선체(18)의 내부에서 손쉽고 신속하며 안전하게 수행할 수 있으므로, 공기윤활장치(10)의 설치에 따른 시간과 비용 역시 최대한으로 절감시킬 수 있다.

이와 더불어, 상기 분사노즐(7)의 직상부에 해당하는 칸막이판(5)의 하단측에 다공판 형태의 수류조성용 보조칸막이판(5a)을 설치한 경우에는, 분사노즐(7)을 거쳐 분사되는 해수의 분사경로가 상부측 보조칸막이판(5a)과 하부측 수류유도판(6)에 의하여 한층 더 합리적인 노즐(슬릿)통로를 제공할 수 있게 됨으로서, 분사노즐(7)을 거친 해수의 분사속도와 분사압력 및 이에 따른 외부공기의 교란성능과 기포윤활층의 확산 및 도달거리를 보다 더 증대시킬 수 있으며, 하나의 막대형 몸체상에 다수 개의 분사통로(7b)가 제공된 막대형 노즐을 사용할 경우, 칸막이판(5)의 하단에 다수 개의 분사노즐(7)을 개별적으로 설치하는 것에 비하여 제트분사체(3)의 제작작업을 보다 더 손쉽고 용이하게 수행할 수 있다.

다른 한편으로, 상기 조립몸통(13)을 베이스로 하여 제트분사체(3)를 제작한 경우에는 제트분사체(3)의 구조적 강도를 크게 향상시켜 공기윤활장치(10)의 안정적인 설치 및 사용이 가능하며, 상기 공기유입관(9)을 공기유도공간(12)의 내부로 연장시켜 그 하단에 다수 개의 토출관(15)이 구비된 분배관(14)을 연결시킨 경우에는, 분사노즐(7)을 거쳐 해수의 분사가 시작되는 시점과 거의 동시에 외부공기를 즉시 유도시킬 수 있음에 따라, 공기윤활장치(10)의 가동성능과 효율성을 보다 더 향상시킬 수 있음은 물론이고, 각각의 토출관(15)이 관통되는 해수차단용 보조칸막이판(5a)을 공기유도공간(12)의 하측부에 설치한 경우에는, 이러한 가동성능과 효율성을 한층 더 극대화시킬 수 있는 것이다.

마지막으로, 본 발명에 따른 워터제트식 공기윤활장치(10)는 선박(19)의 운항시 발생하는 마찰저항의 감소를 그 주된 목적으로 하여 설치 및 사용되는 것이지만, 선저(1)의 바닥 표면에 따개비 등의 부착생물이 들러 붙는 것을 방지할 수 있도록 선박(19)의 정박 기간에도 일정한 인터발(Interval)을 두고 주기적으로 가동시킬 수 있으며, 상기 해수주입관(8)과 공기유입관(9)을 제트분사체(3)의 덮개판(4)이 아닌 수납케이싱(2)의 몸통측으로 관통 및 연결시켜 사용하는 것도 가능함을 밝혀두는 바이다.

1 : 선저 1a : 베이스홀 2 : 수납케이싱
2a : 플랜지부 3 : 제트분사체 3a : 조립볼트
3b : 결착너트 4 : 덮개판 4a : 방수팩킹
5 : 칸막이판 5a : 보조칸막이판 5b : 관통구멍
6 : 수류유도판 7 : 분사노즐 7a : 주입구
7b : 분사통로 8 : 해수주입관 9 : 공기유입관
10 : 공기윤활장치 11 : 해수주입공간 12 : 공기유도공간
13 : 조립몸통 14 : 분배관 15 : 토출관
16 : 해수펌프 17 : 블로워 18 : 선체
19 : 선박 V : 전동밸브 P : 저압영역

Claims (8)

1. 선체(18)의 선저(1) 바닥면을 따라 공기를 분사시켜 선박(19)의 운항시 해수와의 점성마찰로 인하여 발생하는 수력저항을 감소시키도록 한 공기윤활장치(10)에 있어서,
   상기 공기윤활장치(10)는 선체(18)의 선저(1)에 형성되는 베이스홀(1a)과, 상기 선체(18)의 내부에서 베이스홀(1a)의 가장자리측과 수밀 가능하게 연결 설치되는 수납케이싱(2)과, 상기 수납케이싱(2)의 내부공간을 따라 삽입 설치되는 제트분사체(3)를 포함하여서 이루어지고,
   상기 제트분사체(3)는 수납케이싱(2)의 상단면과 수밀 가능하게 연결 설치되는 덮개판(4)과, 상기 덮개판(4)의 하부면 중앙측에 수직 방향으로 연결 설치되는 칸막이판(5)과, 상기 칸막이판(5)의 하단측에 연결 설치되는 수류유도판(6)과, 상기 수류유도판(6)의 상부면에서 칸막이판(5)의 하단측을 관통하여 설치되는 분사노즐(7)을 포함하여서 이루어지며,
   상기 수납케이싱(2)의 내부공간은 중앙측 칸막이판(5)에 의하여 선수측 해수주입공간(11)과 선미측 공기유도공간(12)으로 구획 형성되고, 상기 분사노즐(7)은 분사통로(7b)의 출구가 선미측을 향하도록 설치되며, 상기 덮개판(4) 또는 수납케이싱(2)의 몸통에는 해수주입공간(11)과 연통되는 해수주입관(8) 및 공기유도공간(12)과 연통되는 공기유입관(9)이 각각 연결 설치되고, 상기 해수주입관(8)은 해수펌프(16)와 연결 설치되며,
   상기 수류유도판(6)의 선단측은 선수측 방향에 위치한 상태에서 수납케이싱(2)의 내측면과 밀착 설치되고, 상기 수류유도판(6)의 후단부측은 선미측 방향에 위치한 상태에서 베이스홀(1a)과 소정의 간격을 두고 이격되도록 베이스홀(1a)의 하부에 배치되는 한편, 상기 수류유도판(6)의 좌,우측부는 베이스홀(1a)의 내주면과 밀착 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 마찰저항 감소를 위한 워터제트식 공기윤활장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제트분사체(3)는 수납케이싱(2)의 내측면과 밀착되는 조립몸통(13)을 추가로 포함하여서 이루어지고, 상기 덮개판(4)은 칸막이판(5)을 구비한 상태로 조립몸통(13)의 상단측에 연결 설치되며,
   상기 해수주입공간(11)과 공기유도공간(12)은 칸막이판(5)에 의하여 조립몸통(13)의 내부에 구획 형성되고, 상기 수류유도판(6)의 선단측과 좌,우측부는 조립몸통(13)의 하단면과 일체로 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 마찰저항 감소를 위한 워터제트식 공기윤활장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 분사노즐(7)의 직상부에 해당하는 칸막이판(5)의 하단측에는 수류조성용 보조칸막이판(5a)이 수평 방향으로 연결 설치되고, 상기 보조칸막이판(5a)에는 일정 간격으로 관통구멍(5b)이 형성되는 것을 특징으로 하는 선박의 마찰저항 감소를 위한 워터제트식 공기윤활장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 분사노즐(7)은 칸막이판(5)의 하단부에서 칸막이판(5)의 폭방향에 걸쳐 칸막이판(5)과 일체로 연결 설치되는 막대형 노즐이 되고, 상기 막대형 노즐의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 해수의 분사통로(7b)가 제공되는 것을 특징으로 하는 선박의 마찰저항 감소를 위한 워터제트식 공기윤활장치.
5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 공기유입관(9)은 덮개판(4) 또는 수납케이싱(2)의 몸통을 관통하여 소정의 길이만큼 공기유도공간(12)의 내부로 연장 설치되고, 상기 공기유입관(9)의 하단 출구측에는 수평 방향의 분배관(14)이 연결 설치되며,
   상기 분배관(14)의 하측부에는 최소 2개 이상의 토출관(15)이 연결 설치되고, 상기 각각의 토출관(15) 하단 출구측이 분사노즐(7)의 직상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 선박의 마찰저항 감소를 위한 워터제트식 공기윤활장치.
6. 제 5항에 있어서, 상기 분사노즐(7)의 직상부에 해당하는 칸막이판(5)의 하단측에는 해수의 유입을 차단하는 보조칸막이판(5a)이 수평 방향으로 연결 설치되고, 상기 각각의 토출관(15)은 보조칸막이판(5a)을 수밀 가능하게 관통 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 마찰저항 감소를 위한 워터제트식 공기윤활장치.
7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 해수주입관(8)과 공기유입관(9)에는 전동밸브(V)가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 마찰저항 감소를 위한 워터제트식 공기윤활장치.
8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 공기유입관(9)은 블로워(17)와 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 선박의 마찰저항 감소를 위한 워터제트식 공기윤활장치.

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