KR102209082B1 - 선박용 추진 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박용 추진 장치에 관한 것으로서, 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러의 전방에 마련되며, 원 또는 원호 형태를 갖는 덕트; 및 일단이 상기 선미에 고정되고 타단이 상기 덕트에 고정되는 핀을 포함하되, 상기 핀은, 후측으로부터 적어도 일부분이 상기 덕트의 후방으로 노출되도록 마련되는 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 장치곡면(24)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 공개실용신안공보 소56-127092호(19810928, 공개) 공개특허공보 제10-2015-0012786호(20150204, 공개) 공개특허공보 제10-2011-0083998호(20110721, 공개) 공개특허공보 제10-2014-0118373호(20141008, 공개)

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 덕트와 핀을 구비하되, 핀의 후측이 덕트의 후방으로 적어도 일부분 노출되도록 함으로써 유체의 흐름을 효과적으로 가이드할 수 있도록 하는 선박용 추진 장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명의 목적은 핀의 타단 모서리에 경사면 또는 곡면을 형성하여, 덕트의 후방으로 노출된 핀의 모서리로 인해 저항이 발생하는 것을 방지할 수 있는 선박용 추진 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 측면에 따른 선박용 추진 장치는, 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러의 전방에 마련되며, 원 또는 원호 형태를 갖는 덕트; 및 일단이 상기 선미에 고정되고 타단이 상기 덕트에 고정되는 핀을 포함하되, 상기 핀은, 후측으로부터 적어도 일부분이 상기 덕트의 후방으로 노출되도록 마련되는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 핀은, 일단이 상기 선미에 고정되고 타단이 상기 덕트의 내측에 고정되는 내측 핀; 및 일단이 상기 덕트의 외측에 고정되고 타단이 상기 덕트의 외측에서 자유단으로 놓이는 외측 핀을 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 핀은, 복수 개로 마련되며, 일부의 상기 핀은 상기 내측 핀 및 상기 외측 핀을 포함하고, 나머지의 상기 핀은 상기 내측 핀만을 포함할 수 있다.

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

구체적으로, 상기 덕트는, 상기 선미의 좌현에 마련되는 부분이 상기 선미의 우현에 마련되는 부분보다 상대적으로 클 수 있다.

구체적으로, 상기 핀은, 상기 덕트의 후방으로 노출되는 부분이 타단에서 일단으로 갈수록 적어도 부분적으로 후방으로 기울어진 경사면을 형성할 수 있다.

구체적으로, 상기 핀은, 상기 덕트의 후방으로 노출되는 부분이 타단에서 일단으로 갈수록 적어도 부분적으로 후방으로 휘어진 곡면을 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 선박용 추진 장치는, 덕트와 핀을 마련하며 핀이 덕트의 후방으로 노출되도록 함으로써, 유체가 덕트를 통과한 후 핀에 의해서 흐름이 유지될 수 있도록 하여 추력을 향상시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따른 선박용 추진 장치는, 덕트의 후방으로 노출된 핀의 타단에서 모서리에 경사면 또는 곡면을 마련함으로써, 모서리로 인한 팁 보텍스 생성 등을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 평면도이다.
도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 부분 측면도이다.

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 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 측면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 평면도이다.

도 1 내지 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치(1)는, 덕트(10), 핀(20)을 포함한다. 이때 본 발명의 선박용 추진 장치(1)는, 선미(2)에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러(부호 도시하지 않음)의 전방에 마련될 수 있다. 선박은 프로펠러의 회전에 의하여 추진하게 되는데, 프로펠러는 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 프로펠러의 전방에 설치되는 것으로 한정되지 않으며, 이는 일 실시예로서 선택된 것이다. 즉 본 발명은 프로펠러의 후방에 설치될 수 있고, 프로펠러의 전방과 후방에 각각 설치될 수도 있다.

이하에서는 편의상 본 발명이 프로펠러의 전방에 설치되는 것으로 한정하여 설명하도록 한다.

덕트(10)는, 프로펠러의 전방에 마련되며 유체의 흐름을 변화시킨다. 덕트(10)가 프로펠러의 전방에 마련될 경우, 덕트(10)에 의해 변화되는 유체의 흐름은 프로펠러로 유입되는 유체의 흐름일 수 있다.

덕트(10)는 원 또는 원호 형태를 갖는다. 이때 선미(2)의 표면을 따라 흐른 유체는 덕트(10)의 내측을 통과하여 프로펠러에 유입될 수 있다. 덕트(10)는 유체의 흐름이 프로펠러의 중심에 충분히 전달되도록 함으로써, 프로펠러의 회전력으로 인해 발생하는 추력을 향상시키는 기능을 할 수 있다.

덕트(10)는 선미(2), 구체적으로는 스턴보스에 마련될 수 있으며, 덕트(10)는 후술할 핀(20)에 의해 고정될 수 있다. 즉 덕트(10) 자체는 선미(2)에서 이격되도록 마련될 수 있고, 덕트(10)는 핀(20)에 의해 선미(2)에 고정되어 지지될 수 있다.

덕트(10)와 핀(20)은 폐루프의 단면을 형성할 수 있는데, 이때 덕트(10)의 핀(20)에 의해 형성되는 폐루프를 통해 유체가 통과하면서 프로펠러로 유입될 수 있다. 즉 덕트(10)는 프로펠러의 회전면에 유체의 전달이 증대되도록 하는 것이며, 이때 프로펠러는 시계 방향 또는 반시계 방향으로 회전함에 따라 좌우에서의 유동을 비대칭으로 형성할 수 있는데, 이를 감안하여 덕트(10)는 좌우 비대칭으로 마련될 수 있다.

덕트(10)가 원 형태로 마련될 경우, 덕트(10)는 중심이 좌현 또는 우현 방향으로 치우치게 마련되어 좌우 비대칭으로 형성될 수 있다. 또는 덕트(10)가 원호 형태로 마련될 경우, 덕트(10)는 중심이 좌현 또는 우현 방향으로 치우치게 마련될 수 있고, 및/또는 선미(2)의 좌현에 마련되는 부분이 선미(2)의 우현에 마련되는 부분보다 상대적으로 클 수 있다.

이는 덕트(10)가 원호 형태일 때 덕트(10)가 좌현으로 기울어져서 마련될 수 있음을 의미한다. 이와 같이 덕트(10)가 마련되면, 프로펠러의 좌상측에 유체의 흐름이 증대될 수 있다.

프로펠러가 회전할 때, 유체는 좌우 하단에서 상측으로 유동하면서 중앙으로 모인 후 하강하는 모습을 나타낸다. 이때 좌상단에서 상승하는 유체의 흐름은 추진에 방해로 작용할 수 있다.

그러나 본 발명은 덕트(10)가 원호 형태를 갖도록 하면서 프로펠러의 좌상측에 유체의 흐름을 상대적으로 증대시킬 수 있도록 덕트(10)가 좌현으로 기울어져 마련되도록 하여, 추진 효율을 높일 수 있다.

덕트(10)는, 단면이 내측으로 볼록하고 외측으로 평평한 형태일 수 있다. 이는 유체의 흐름이 덕트(10)의 내측으로 유입될 때 불필요한 저항이 발생되지 않게 하기 위함이다.

이때 덕트(10)는 에어포일 형태의 단면을 가질 수 있으며, 덕트(10)에서 최대 두께를 갖는 부분은 덕트(10)의 전방과 후방 사이의 중간 지점보다 전방측으로 치우쳐 위치할 수 있다.

핀(20)은, 일단이 선미(2)에 고정되고 타단이 덕트(10)에 고정된다. 핀(20)은 선미(2)(구체적으로는 스턴보스)에서 외측으로 뻗어나가는 형상을 가질 수 있다. 이때 핀(20)은 일정한 피치각을 가지며, 핀(20)의 피치각은 추진 효율을 극대화할 수 있도록 최적화될 수 있고, 특정한 각도로 한정되지 않을 수 있다.

핀(20)은 선미(2)에 고정된 일단으로부터 반대편인 타단까지 일정한 피치각을 갖도록 마련될 수 있고, 또는 피치각이 일단에서 타단으로 갈수록 달라지도록 마련될 수 있다. 후자의 경우 핀(20)은 다소 꼬여있는 형태를 가질 수 있다.

핀(20)은 판 형태로 마련될 수 있으며, 단면이 사각형으로 구성될 수 있다. 또는 핀(20)은 유체의 흐름을 저해하지 않도록, 양측(유체의 유입측으로서 전방측과, 유체의 배출축으로서 후방측)이 뾰족한 형태의 단면을 갖거나 에어포일 형태의 단면 등을 가질 수 있다. 이를 통해 핀(20)은 유체가 덕트(10)의 전방에서 덕트(10)의 후방으로 흐를 수 있도록 정류하며, 유체가 추력 발생에 불필요한 방향으로 교란되는 것을 방지할 수 있다.

핀(20)은 전후 폭이 일정할 수 있다. 즉 핀(20)은 일단의 전후 폭과 타단의 전후 폭이 일정할 수 있고, 일단에서 타단으로 갈수록 전후 폭이 일정하게 유지될 수 있다. 이때 핀(20)은 직사각형의 평면을 가질 수 있다.

반면 핀(20)은 선미(2)에 고정된 일단에서 타단으로 갈수록 전후 폭이 감소하거나 커지는 형태를 가질 수 있으며, 일례로 핀(20)의 일단에서의 전후 폭은 핀(20)의 타단에서의 전후 폭보다 클 수 있다. 이때 핀(20)은 사다리꼴 형태의 평면을 가질 수 있다.

본 발명에서 핀(20)은 후측으로부터 적어도 일부분이 덕트(10)의 후방으로 노출되도록 마련될 수 있다. 이는 본 발명을 측면에서 볼 때, 덕트(10)의 후방에 핀(20)이 육안으로 확인 가능하도록 마련되는 것을 의미한다.

핀(20)의 타단은 덕트(10)에 고정될 수 있는데, 이때 타단 중 일부는 덕트(10)의 내측(덕트(10)의 후단을 기준으로 전방측)에 마련되고, 나머지는 덕트(10)의 외측(덕트(10)의 후단을 기준으로 후방측)에 마련될 수 있다.

핀(20)은, 복수 개로 마련되며 선미(2)와 덕트(10)를 연결하여 덕트(10)를 지지할 수 있다. 이때 핀(20)은 덕트(10)와 마찬가지로 좌우 비대칭으로 마련되며, 덕트(10)를 지지하는 동시에 유체의 흐름을 가이드할 수 있다.

핀(20)은 내측 핀(21)과 외측 핀(22)을 포함할 수 있다. 내측 핀(21)은 일단이 선미(2)에 고정되고 타단이 덕트(10)의 내측에 고정되며, 외측 핀(22)은 일단이 덕트(10)의 외측에 고정되고 타단이 덕트(10)의 외측에서 자유단으로 놓일 수 있다.

다만 핀(20)은 복수 개로 이루어지는데, 일부의 핀(20)은 내측 핀(21) 및 외측 핀(22)을 포함하고, 나머지의 핀(20)은 내측 핀(21)만을 포함할 수 있다. 즉 덕트(10)에 마련되는 핀(20) 중에서 일부의 핀(20)만 덕트(10)의 외측까지 형성될 수 있다.

또한 덕트(10)에 마련되는 핀(20)은, 덕트(10)를 따라 도면을 기준으로 덕트(10)의 일단에서 타단까지 시계방향으로 방사상 배치될 수 있는데, 이때 덕트(10)의 일단에 마련되는 핀(20)으로부터 덕트(10)의 타단에 마련되는 핀(20)으로 갈수록, 외측 핀(22)의 길이가 짧아질 수 있다. 즉 복수 개로 마련되는 핀(20)은 시계방향에 따라 덕트(10)의 외측에 마련되는 부분의 크기가 축소될 수 있다.

핀(20)의 타단은 덕트(10)에 고정되는데, 핀(20)에서 덕트(10)의 후방으로 노출되는 부분은, 경사면(23) 또는 곡면(24)을 형성할 수 있다. 이에 대해서는 도 4 내지 도 8을 참고하여 설명하도록 한다.

도 4 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 부분 측면도이다. 이때 도 4 내지 도 8은, 핀(20)이 내측 핀(21)으로만 이루어진 경우와, 핀(20)이 외측 핀(22)도 포함하는 경우를 편의상 겹쳐서 표현한 것이다.

도 4를 참고하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치(1)의 핀(20)은, 타단 중 일부가 덕트(10)에 고정되고 나머지가 덕트(10)의 후방으로 노출될 수 있다. 그러나 이 경우 타단의 모서리로 인하여 팁 보텍스(Tip Vortex)의 발생이 우려될 수 있다.

반면 도 5 및 도 6을 참고하면, 핀(20)에서 덕트(10)의 후방으로 노출되는 부분은, 핀(20)의 타단에서 핀(20)의 일단으로 갈수록 적어도 부분적으로 후방으로 기울어진 경사면(23)을 형성함으로써 유체의 흐름에 저항이 발생하지 않도록 할 수 있다.

구체적으로 도 5를 참고하면, 본 발명은 핀(20)의 타단에 챔퍼(champer)를 형성할 수 있다. 이때 경사면(23)은 핀(20)의 타단에서 일단에 못미치는 지점까지 마련될 수 있다.

도 6을 참고하면 경사면(23)은 핀(20)의 타단에서 일단까지 이어져서 형성될 수 있다. 이때 핀(20)의 측면은 사다리꼴 형태를 가질 수 있다.

반면 도 7 및 도 8을 참고하면, 핀(20)에서 덕트(10)의 후방으로 노출되는 부분은, 핀(20)의 타단에서 핀(20)의 일단으로 갈수록 적어도 부분적으로 후방으로 휘어진 곡면(24)을 형성할 수 있다.

구체적으로 도 7을 참고하면, 본 발명은 핀(20)의 타단 부분에만 곡면(24)을 형성할 수 있다. 이 경우 핀(20)은 앞서 설명한 챔퍼와 유사하게 모서리만 곡면(24) 가공된 형태를 가질 수 있다.

또는 도 8을 참고하면 곡면(24)은 핀(20)의 타단에서 일단까지 이어져서 형성될 수 있다. 물론 도 7 및 도 8의 중간 형태도 가능하다.

참고로 도 4 내지 도 8에서, 핀(20)이 내측 핀(21)과 외측 핀(22)을 포함할 경우 경사면(23) 및 곡면(24)은 외측 핀(22)의 모서리에 마련될 수 있으며, 경사면(23) 및 곡면(24)은 외측 핀(22)에 부분적으로, 또는 외측 핀(22) 전체에, 또는 외측 핀(22) 전체와 내측 핀(21)까지 형성될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 덕트(10)와 핀(20)을 구비하되 핀(20)이 덕트(10)의 후방으로 노출되도록 배치함으로써, 덕트(10)에 의해 집중된 유체의 흐름이 핀(20)에 의해 충분히 가이드되도록 하여, 유체의 교란을 억제해 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: 덕트 20: 핀
21: 내측 핀 22: 외측 핀
23: 경사면 24: 곡면

Claims (7)

1. 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러의 전방에 마련되며, 원 또는 원호 형태를 갖는 덕트; 및
   일단이 상기 선미에 고정되고 타단이 상기 덕트에 고정되는 핀을 포함하되,
   상기 핀은,
   후측으로부터 적어도 일부분이 상기 덕트의 후방으로 노출되도록 마련되며,
   상기 핀에서 상기 덕트의 후방으로 노출되는 부분 중 상기 핀의 후단 에지는,
   상기 선미에 고정된 일단으로부터 이격된 일정 지점에서 전방으로 절곡되거나 휘어져서, 일정 지점으로부터 타단에 가까워질수록 전방으로 치우쳐 마련되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 핀은,
   일단이 상기 선미에 고정되고 타단이 상기 덕트의 내측에 고정되는 내측 핀; 및
   일단이 상기 덕트의 외측에 고정되고 타단이 상기 덕트의 외측에서 자유단으로 놓이는 외측 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 핀은, 복수 개로 마련되며,
   일부의 상기 핀은 상기 내측 핀 및 상기 외측 핀을 포함하고,
   나머지의 상기 핀은 상기 내측 핀만을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 덕트 및 상기 핀은,
   상기 선미에 좌우 비대칭으로 마련되는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 덕트는,
   상기 선미의 좌현에 마련되는 부분이 상기 선미의 우현에 마련되는 부분보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
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