KR102209080B1 - 선박용 추진 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박용 추진 장치에 관한 것으로서, 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러의 전방에 마련되며, 일단이 선미에 고정되고 타단이 방사상으로 배치되는 복수 개의 핀을 포함하며, 상기 핀은, 단면의 상면 및 하면이 동일한 방향으로 볼록한 캠버 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

선박용 추진 장치{A propulsion apparatus for ship}

본 발명은 선박용 추진 장치에 관한 것이다.

일반적으로 대형 선박의 경우, 선체의 후미에 부착되어 있는 프로펠러가 회전할 때 발생하는 유체의 흐름을 이용하여 전진하는 방식을 사용한다. 이때 프로펠러의 후방에는 러더가 부착되며, 러더가 좌우로 회전함에 따라 유체의 흐름 방향을 조절함으로써 항해 방향을 변경한다.

이와 같이 프로펠러의 회전을 통해 일정 속도를 내기 위해서는 디젤 등의 오일을 사용하여 엔진을 구동하여야 하는데, 이 경우 많은 양의 오일이 소모되고 온실가스가 배출됨에 따라, 환경 파괴 등의 문제를 야기하게 된다.

따라서 최근에는 선박의 추진 시 소비되는 에너지를 절감하여 연료 사용량을 감축할 수 있는 다양한 노력들이 이루어지고 있다. 특히 IMO는 선박 운항 시 온실가스 감축 방안에 대해 논의한 바 있으며, 연비규제에 대한 기준 및 방향을 확정하는 것과 관련한 논의를 진행 중에 있다.

이러한 움직임에 해운선사들도 합류함에 따라, 해운선사들은 유류비에 대한 부담을 덜 수 있는 연료절감형 선박에 관심을 가지기 시작하였다. 이와 같은 해운 선사들의 니즈에 의해, 조선사들은 연료 소비량을 줄이고 온실가스 배출을 줄일 수 있는 연료절감형 기술에 대해서 지속적인 연구 및 개발을 해오고 있다.

연료절감형 기술의 일례로, 선박의 후미, 프로펠러, 러더 등의 형상을 개량하거나 별도의 부가물을 부착함으로써 추진 효율을 높이는 동시에 연료를 절감하는 에너지 절감 부가 장치(ESD: Energy Saving Device)가 큰 관심을 받고 있으며, 이러한 에너지 절감 부가 장치는 상당수의 선박에 이미 적용되어 사용 중이다.

그러나 이와 같은 에너지 절감 부가 장치는, 선박의 추진 효율을 높이면서도 한편으로는 저항을 증가시키게 되므로, 저항 증가를 최소화하면서 추진 효율을 극대화할 수 있는 에너지 절감 부가 장치에 대한 연구 및 개발이 지속적으로 이루어지고 있다.

일본 공개특허공보 특개2011-121569호(20110623, 공개) 일본 공개특허공보 특개평09-136693호(19970527, 공개)

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 복수 개의 핀을 좌우 비대칭으로 배치하되 우현 핀을 상측에 치우쳐 배치함으로써, 유체를 효과적으로 정류하여 추진 효율을 높일 수 있도록 하는 선박용 추진 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은 핀의 단면을 상면과 하면 모두 캠버 형상으로 하고, 핀의 평면을 볼록한 2차원 곡선 형태로 함으로써, 유체가 핀을 지나갈 때 저항의 발생을 최소화할 수 있는 선박용 추진 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박용 추진 장치는, 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러의 전방에 마련되며, 일단이 선미에 고정되고 타단이 방사상으로 배치되는 복수 개의 핀을 포함하며, 상기 핀은, 단면의 상면 및 하면이 동일한 방향으로 볼록한 캠버 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 핀은, 상기 단면의 상면에서의 볼록한 정도와 상기 단면의 하면에서의 볼록한 정도가 서로 다를 수 있다.

구체적으로, 상기 핀은, 상기 단면의 상면에서의 볼록한 정도가 상기 단면의 하면에서의 볼록한 정도 대비 상대적으로 클 수 있다.

구체적으로, 상기 복수 개의 핀은, 단면이 모두 동일한 형태일 수 있다.

구체적으로, 상기 핀은, 상기 선미에 좌우 비대칭으로 마련될 수 있다.

구체적으로, 상기 핀은, 상기 선미의 좌현과 우현 중 일측에 복수 개로 마련되고 타측에 1개로 마련될 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 추진 장치는, 복수 개의 좌현 핀과 1개의 우현 핀을 구비하되, 1개의 우현 핀을 좌현 핀에 가깝도록 상측에 치우쳐 배치함으로써 우현에서 상승하는 유체의 흐름을 허용하여 추진 효율 향상을 효과적으로 구현할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 선박용 추진 장치는, 핀의 단면이 상하면 모두 캠버 형태가 되도록 하고, 핀의 평면이 일단에서 타단으로 갈수록 볼록한 2차원 곡선 형태를 갖도록 하여, 유체를 정류하는 과정에서 불필요하게 저항이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 부분 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 핀의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 압력 분포도이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 부분 측면도이다.

또한 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 핀의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 압력 분포도이다.

도 1 내지 도 5를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치(1)는, 핀(10)을 포함한다.

이때 본 발명의 선박용 추진 장치(1)는, 선미(2)에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러(20)의 전방에 마련될 수 있다. 선박은 프로펠러(20)의 회전에 의하여 추진하게 되는데, 프로펠러(20)는 선미(2)에 연결되는 허브(부호 도시하지 않음), 허브에 연결되는 날개(부호 도시하지 않음)로 구성되며, 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전하면서 선박을 전진시킬 수 있다.

물론 본 발명은 프로펠러(20)의 전방에 설치되는 것으로 한정되지 않으며, 이는 일 실시예로서 선택된 것이다. 즉 본 발명은 프로펠러(20)의 후방에 설치될 수 있고, 프로펠러(20)의 전방과 후방에 각각 설치될 수도 있다.

이하에서는 편의상 본 발명이 프로펠러(20)의 전방에 설치되는 것으로 한정하여 설명하도록 한다.

핀(10)은, 일단이 선미(2)에 고정되고 타단이 자유단으로 놓인다. 이때 핀(10)은 복수 개로 구성될 수 있고, 복수 개의 핀(10)의 타단은 방사상으로 배치될 수 있다. 즉 복수 개의 핀(10)은 일단이 서로 근접하게 배치되고 타단이 서로 이격되도록 배치될 수 있다.

핀(10)은 선미(2)에 좌우 비대칭으로 마련될 수 있다. 이때 핀(10)은 선미(2)의 좌현과 우현 중 일측에 복수 개로 마련되고 타측에 1개로 마련될 수 있다. 일례로 핀(10)은 선미(2)의 좌현에 3개로 마련되고 선미(2)의 우현에 1개로 마련될 수 있다. 물론 본 발명에서 핀(10)의 배치나 핀(10)의 개수 등은 상기에서 언급한 경우 외에도 다양하게 달라질 수 있다.

일측에 마련되는 핀(10)은 선미(2)의 좌현에 마련되므로 좌현 핀(11)이고, 타측에 마련되는 핀(10)은 선미(2)의 우현에 마련되므로 우현 핀(12)일 수 있다. 즉 본 발명의 핀(10)은 좌현 핀(11) 3개와 우현 핀(12) 1개로 구성될 수 있다.

이때 좌현 핀(11)은, 좌현에 구비되며 일정한 간격을 두고 서로 이격될 수 있으며, 좌현 핀(11) 간의 간격은 서로 동일할 수 있다. 즉 도면에서 상단의 좌현 핀(11)과 중간의 좌현 핀(11) 사이의 간격은, 하단의 좌현 핀(11)과 중간의 좌현 핀(11) 사이의 간격과 동일할 수 있다.

다만 좌현 핀(11)은 동일한 간격을 두고 배치될 수 있으나, 좌현 핀(11)의 배치는 선미(2)에서 상하 비대칭으로 마련될 수 있다. 즉 중간의 좌현 핀(11)은 중간에 마련되는 것이 아니라, 중간에서 다소 상측으로 치우쳐서 마련될 수 있다.

또한 중간의 좌현 핀(11)이 상측으로 치우친 동시에 상단의 좌현 핀(11) 및 하단의 좌현 핀(11)과의 간격을 유지하기 위해서, 상단의 좌현 핀(11)과 하단의 좌현 핀(11)은 상하 비대칭으로 배치될 수 있다.

물론 상단의 좌현 핀(11)과 하단의 좌현 핀(11)은, 중간의 좌현 핀(11)을 기준으로 회전 대칭이라고 할 수 있다. 다만 이는 좌현 핀(11)의 배치에 대한 것이며, 좌현 핀(11)이 선미(2)에 설치되는 각도(피치각 등을 결정)는 서로 다를 수 있다.

즉 좌현 핀(11)은 피치각이 서로 같게 마련되거나 또는 서로 다르게 마련될 수 있다. 다만 좌현 핀(11)의 형태는 모두 같게 마련될 수 있다. 좌현 핀(11)이 모두 동일한 형태를 가지면서도 좌현 핀(11)의 피치각이 서로 다르게 마련된다는 것은, 좌현 핀(11)이 선미(2)에 고정되는 각도가 조금씩 달라질 수 있음을 의미한다.

이는 우현 핀(12)에 대해서도 마찬가지로 적용될 수 있다. 즉 좌현 핀(11)과 우현 핀(12)은 모두 동일한 형태를 가질 수 있으며, 다만 선미(2)에 고정되는 각도를 상이하게 함으로써 좌현 핀(11) 각각 및 우현 핀(12)의 피치각이 서로 다르게 나타날 수 있다.

우현 핀(12)은, 선미(2)의 우현에 마련되며 우상측에 치우쳐 배치될 수 있다. 구체적으로 우현 핀(12)은 중앙 상측을 기준으로 우현으로 시계방향을 따라 0도 내지 30도 이내에 배치될 수 있다.

즉 본 발명에서의 우현 핀(12)은, 좌현 핀(11) 중 상단의 좌현 핀(11)에 인접하도록 배치될 수 있으며, 특히 우현 핀(12)과 상단의 좌현 핀(11) 사이의 간격은, 좌현 핀(11)들 사이의 간격보다 좁게 형성될 수 있다.

본 발명은 좌현 핀(11) 3개와 우현 핀(12) 1개로 구성되어 총 4개의 핀(10)이 마련되는데, 이때 좌현 핀(11) 3개의 간격은 동일하고, 좌현 핀(11)과 우현 핀(12)의 간격은 상대적으로 좁을 수 있다. 이는 우현 핀(12)이 상측으로 치우쳐 마련되기 때문이다.

프로펠러(20)에 유입되는 유체는, 좌우 하측에서 상방으로 유동하다가 중앙으로 모이면서 하방으로 유동하는 흐름을 나타내는 것이 일반적인데, 이때 프로펠러(20)의 회전 방향에 따라서 좌측에서 상방으로 유동하는 흐름은 추진에 방해가 될 수 있으나, 우측에서 상방으로 유동하는 흐름은 추진에 도움이 될 수 있다.

따라서 본 발명은 좌현 핀(11)을 복수 개로 구비하고, 선미(2)의 프로펠러(20)축을 기준으로 좌현 핀(11)은 그 하부에도 마련되도록 하고, 우현 핀(12)은 그 상부에만 마련되도록 함으로써, 유체의 좌측 상방 흐름은 억제하고 유체의 우측 상방 흐름은 허용할 수 있다. 이를 통해 본 발명은 유체의 흐름을 정류하여 프로펠러(20)의 추진 효율을 높일 수 있다.

좌현 핀(11)과 우현 핀(12)을 포함하는 복수 개의 핀(10)은, 캠버 형태의 단면(13)을 가질 수 있다. 이는 도 4에 도시되어 있는데, 핀(10)의 단면(13)의 상면 및 하면은, 모두 동일한 방향으로 볼록한 캠버 형태일 수 있다.

이때 볼록한 방향은 프로펠러(20)의 회전 방향이거나 또는 그 반대 방향일 수 있으며, 다만 볼록한 방향은 좌현 핀(11)과 우현 핀(12) 모두에 대해서 동일하게 나타날 수 있다.

핀(10)의 단면(13)은 상면과 하면으로 구성될 수 있으며, 본 발명에서 핀(10) 단면(13)의 상면과 하면은 모두 볼록한 캠버 형태로 이루어질 수 있고, 특히 상면에서의 볼록한 정도가 하면에서의 볼록한 정도와 다르게 구성될 수 있다.

구체적으로 핀(10) 단면(13)의 상면에서의 볼록한 정도는, 핀(10) 단면(13)의 하면에서의 볼록한 정보 대비 상대적으로 클 수 있다. 이는 핀(10) 단면(13)의 양측이 유체의 흐름을 저해하지 않도록 뾰족한 형태를 갖기 때문이다.

즉 양측이 뾰족한 단면(13)에 있어서, 하면의 볼록한 정도가 상면의 볼록한 정도와 동일하다는 것은, 실질적으로 핀(10)의 두께가 거의 없음을 의미한다. 이때 하면의 볼록한 정도가 상면의 볼록한 정도보다 크다면, 핀(10)의 두께가 형성되지 못할 수 있다. 따라서 본 발명은 상면의 볼록한 정도가 하면의 볼록한 정도보다 크게 마련될 수 있다.

상기와 같은 핀(10)의 단면(13)은, 좌현 핀(11) 모두에 대해 동일하며, 우현 핀(12)에 대해서도 동일할 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이 좌현 핀(11)과 우현 핀(12)을 포함하는 복수 개의 핀(10)은, 모두 형태가 동일할 수 있는바 단면(13) 역시 동일할 수 있고, 이는 단면(13)의 모양 뿐만 아니라 단면(13)의 크기도 동일할 수 있음을 의미한다.

복수 개의 핀(10)은, 단면(13)을 가짐으로써 두께가 형성되는데, 이때 핀(10)의 두께는 선미(2)에 고정된 일단에서 최대가 될 수 있고, 자유단으로 놓인 타단에서 최소가 될 수 있다. 즉 핀(10)의 단면(13)적은 일단에서 타단으로 갈수록 감소하는데, 이때 단면(13)적의 감소는 연속적으로 이루어질 수 있다.

또한 단면(13)적이 핀(10)의 일단에서 타단으로 갈수록 감소한다고 하더라도, 단면(13)적의 모양은 그대로 유지될 수 있다. 즉 핀(10)의 일단에서 단면(13)의 상면과 하면은 모두 볼록한 캠버 형태인 동시에, 핀(10)의 타단에서 단면(13)의 상면과 하면 역시 모두 볼록한 캠버 형태일 수 있다.

이 경우 유체는, 핀(10)의 볼록한 단면(13)을 따라 부드럽게 흐르면서 정류될 수 있으며, 핀(10)의 상면을 따라 흐르는 유체는 상승하였다가 하강하면서 흐르고, 핀(10)의 하면을 따라 흐르는 유체 역시 상승하였다가 하강하면서 흐를 수 있다.

핀(10)은 이와 같이 설명한 단면(13)과 함께 평면을 갖는데, 평면은 핀(10)을 측면에서 바라볼 때 나타나는 면을 의미할 수 있다. 이때 핀(10)의 평면은, 일단에서 타단으로 갈수록 볼록한 형태일 수 있으며, 핀(10)의 평면은 좌현 핀(11)과 우현 핀(12) 모두 동일한 형태일 수 있다.

즉 핀(10)의 평면은, 일단에서 타단으로 갈수록 볼록한 2차원 곡선 형태일 수 있으며, 이는 핀(10)의 전후 폭이 핀(10)의 일단에서 멀어질수록 서서히 감소하다가 타단에 근접하였을 때 급격히 감소하는 것을 의미할 수 있다.

또는 핀(10)의 평면은 "U"자 형태일 수 있는데, 이는 핀(10)의 전후 폭이 핀(10)의 일단에서 멀어지더라도 일정 위치까지는 감소하지 않다가 타단에 근접하였을 때 급격히 감소하는 것을 의미할 수 있다.

물론 본 발명은 상기의 경우가 조합된 핀(10)을 포함할 수 있다. 즉 핀(10)의 전후 폭은 일단에서 일정 위치까지 유지되다가 이후 서서히 감소하고, 타단에 근접하였을 때 급격히 감소할 수 있다.

또는 본 발명의 핀(10)은, 일단에서 멀어질수록 전후 폭이 증가할 수도 있다. 즉 핀(10)은 부분적으로 잘린 타원 형태일 수 있으며, 이 경우 핀(10)의 전후 폭은 일단에서 타단으로 갈수록 증가하였다가 감소할 수 있다.

일반적으로 종래에 사용되는 핀(10)은, 평면이 직사각형이거나 사다리꼴형으로 마련된다. 그러나 본 발명은, 핀(10)의 평면이 2차원 곡선에 의해 형성되는 곡면일 수 있다.

즉 본 발명은 핀(10)의 전후 폭이 일단에서 타단으로 갈수록 일정하게 유지되거나 또는 선형으로 감소하는 종래와 대비할 때, 상면을 형성하는 핀(10)의 전후 폭이 일단에서 타단으로 갈수록 비선형으로 변화되도록 함으로써, 유체가 핀(10)을 통과할 때 불필요한 저항 증가를 억제할 수 있고, 박리를 최소화할 수 있다.

이와 같이 본 발명은, 좌우 비대칭으로 핀(10)을 배치하되, 핀(10)의 단면(13)을 상하면 모두 캠버 형상으로 하고, 핀(10)의 평면을 2차원 곡선 형상으로 함으로써, 저항 발생을 최소화하면서 추진 효율을 향상시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 선박용 추진 장치 2: 선미
10: 핀 11: 좌현 핀
12: 우현 핀 13: 단면
20: 프로펠러

Claims (6)

1. 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러의 전방에 마련되며, 일단이 선미에 고정되고 타단이 방사상으로 배치되는 복수 개의 핀을 포함하며,
   상기 핀은,
   단면의 상면 및 하면이 동일한 방향으로 볼록한 캠버 형태를 가지며 상기 프로펠러의 회전방향이거나 또는 그 반대 방향으로 볼록하게 형성되고,
   상기 선미의 좌현과 우현 중 일측에 복수 개가 마련되고 타측에 1개가 마련되며,
   상기 일측에 마련되는 복수 개의 상기 핀은, 상기 선미에서 상하 비대칭으로 마련되며,
   상기 타측에 마련되는 1개의 상기 핀은, 중앙 상측을 기준으로 타측으로 0도 내지 30도 이내에 배치되며,
   상기 타측에 마련되는 상기 핀과 상기 일측에 마련되는 상기 핀 사이의 간격은, 상기 일측에 마련되는 상기 복수 개의 핀 사이의 간격보다 상대적으로 좁은 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 핀은,
   상기 단면의 상면에서의 볼록한 정도와 상기 단면의 하면에서의 볼록한 정도가 서로 다른 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 핀은,
   상기 단면의 상면에서의 볼록한 정도가 상기 단면의 하면에서의 볼록한 정도 대비 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 복수 개의 핀은,
   단면이 모두 동일한 형태인 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 핀은,
   상기 선미에 좌우 비대칭으로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 핀은,
   상기 선미의 좌현과 우현 중 일측에 복수 개로 마련되고 타측에 1개로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
   

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