KR102437113B1 - Wind-propelled System and Ship having the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박에 관한 것으로서, 본 발명의 풍력추진 시스템은, 선박의 선체에 설치되는 회전 구동부; 상기 회전 구동부에 설치되며, 승강 구동부를 포함하는 다수의 마스트; 상기 다수의 마스트에 설치되는 다수의 윙세일; 상기 다수의 마스트 각각의 상단과 상기 다수의 윙세일 각각의 상단을 연결하며, 상기 승강 구동부에 의한 마스트의 승강력을 상기 윙세일에 전달하는 연결부; 및 상기 회전 구동부 및 상기 승강 구동부를 제어하여, 상기 윙세일의 각도를 최적화하고 상기 마스트의 높이를 최적화하는 제어장치를 포함하고, 상기 제어장치는, 상기 마스트의 현재 높이를 측정하는 마스트 높이 측정부; 상기 윙세일의 현재 각도를 측정하는 윙세일 각도 측정부; 현재의 겉보기 바람의 속도와 방향을 측정하는 풍향 풍속 측정부; 상기 마스트의 굽힘 모멘트를 측정하는 마스트 모멘트 측정부; 상기 연결부의 변형도를 측정하는 연결부 스트레인 측정부; 상기 측정부 각각에서 측정된 값과, 기 설정된 최적 각도 설계값과, 기 설정된 운용 제한 설계값을 토대로 상기 윙세일의 각도 및 상기 마스트의 높이를 산출하는 운용안 산출부; 및 상기 운용안 산출부에서 산출한 높이와 각도 정보를 전달받아 상기 회전 구동부 및 상기 승강 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a wind power propulsion system and a ship having the same. a plurality of masts installed on the rotation driving unit and including an elevating driving unit; a plurality of wing sails installed on the plurality of masts; a connecting part connecting the upper end of each of the plurality of masts and the upper end of each of the plurality of wing sails, and transferring the lifting force of the mast by the lifting driving unit to the wing sail; and a control device for optimizing the angle of the wing sail and optimizing the height of the mast by controlling the rotation driving unit and the elevating driving unit, wherein the control unit includes a mast height measurement unit for measuring the current height of the mast ; a wing sale angle measuring unit for measuring the current angle of the wing sale; a wind direction wind speed measuring unit that measures the current apparent wind speed and direction; a mast moment measuring unit for measuring a bending moment of the mast; a connection part strain measurement unit for measuring the degree of deformation of the connection part; an operation plan calculation unit for calculating the angle of the wing sail and the height of the mast based on the values measured by each of the measurement units, a preset optimal angle design value, and a preset operation limit design value; and a control unit configured to receive the height and angle information calculated by the operation plan calculation unit and control the driving of the rotation driving unit and the elevating driving unit.
Description
본 발명은 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다.The present invention relates to a wind power propulsion system and a ship having the same.
선박들은 대개 화석연료를 사용하여 추진력을 얻고 있다. 선박에는 스러스터 등을 구동하기 위한 대출력의 엔진이 장착되어 있으며 장거리 운항 시에 대형 선박이 소비하는 연료의 양은 수백 톤에 달하는 것으로 알려져 있다. 이러한 선박들을 운용하는 데는 엄청난 비용이 들며 연료 소비로 인한 오염물질의 배출도 매우 심각한 문제가 되고 있다.Ships are usually powered by fossil fuels for propulsion. Ships are equipped with high-power engines to drive thrusters and the like, and it is known that large ships consume hundreds of tons of fuel during long-distance sailing. The operation of these ships is very expensive, and the emission of pollutants due to fuel consumption is also a very serious problem.
이러한 문제를 해결하기 위해서는 선박의 동력원을 다변화하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 추진력의 일부를 전기모터로부터 얻는 전기추진선박 기술이 개발되어 적용되고 있으며, 그 밖에도 선박이 해상에서 경험하는 다양한 환경조건을 이용하여 전기를 얻는 기술들이 개발되고 있다.In order to solve this problem, it is desirable to diversify the power source of the ship. For example, an electric propulsion ship technology that obtains a part of the propulsion force from an electric motor has been developed and applied. In addition, technologies for obtaining electricity using various environmental conditions that a ship experiences at sea are being developed.
풍력을 이용하여 추진력을 제공하고자 하는 기술도 이러한 기술의 일환으로 연구되고 있다. 풍력을 이용하여 추진력을 얻고자 하는 경우 풍력 발전을 통해서 전기에너지를 얻고 전기모터를 구동하는 기술뿐만 아니라, 오래전부터 이용되어 왔던 기술인 돛을 활용하여 바람으로부터 직접 추진력을 얻는 기술, 그리고 최근에는 승강장치가 구비되어 승강 가능한 마스트가 설치되고, 이 마스트에 바람을 받는 윙세일이 설치되는 풍력추진장치 등도 새로이 연구되고 있다.A technology to provide propulsion using wind power is also being studied as a part of this technology. In the case of obtaining propulsion using wind power, not only the technology of obtaining electric energy and driving the electric motor through wind power generation, but also the technology of obtaining propulsion directly from the wind using the sail, a technology that has been used for a long time, and recently, the hoisting device has been developed. A wind power propulsion device in which a hoisting mast is installed and a wing sail receiving wind is installed on the mast is also being newly studied.
그런데 기존의 풍력추진장치는, 윙세일이 내부에 공간을 가지는 폐쇄형 단면의 에어포일 타입이어서, 제작 공수가 증가하는 문제가 있었다.However, the conventional wind power propulsion device is an airfoil type of a closed cross-section in which the wing sail has a space therein, so there is a problem in that the manufacturing man-hours are increased.
또한, 기존의 풍력추진장치는, 승강장치가 구비되는 마스트가 에어포일 타입의 윙세일 내부에 위치되어 있어, 승강장치의 유지보수에 어려움이 있는 문제가 있었다.In addition, in the conventional wind power propulsion device, the mast provided with the elevating device is located inside the airfoil type wing sail, so there is a problem in that the maintenance of the elevating device is difficult.
또한, 기존의 풍력추진장치는, 적층된 다수의 마스트 각각마다 승강장치가 구비되어 있어, 하부에 작용하는 모멘트/하중이 커지는 문제가 있었다. In addition, in the existing wind power propulsion device, a lifting device is provided for each of a plurality of stacked masts, and there is a problem in that the moment/load acting on the lower part increases.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 윙세일을 내부에 공간을 가지는 폐쇄형 단면이 아닌 단일판이 휘어진 개방형 단면을 갖도록 하여, 제작 공수를 절감할 수 있도록 하는 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박을 제공하는 것이다.The present invention was created to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to reduce the manufacturing man-hours by making the wing sail to have an open cross-section with a curved single plate rather than a closed-type cross-section having a space inside. It is to provide a wind power propulsion system and a ship having the same.
또한, 본 발명의 목적은, 승강 구동부가 구비되는 마스트를 윙세일의 내부가 아닌 외부에 설치하여, 승강 구동부의 유지보수를 용이하게 할 수 있도록 하는 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박을 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to provide a wind power propulsion system and a ship having the same, in which the mast provided with the lifting driving unit is installed outside the wing sail, not inside the wing sail, so that the maintenance of the lifting driving unit can be facilitated. .
또한, 본 발명의 목적은, 적층된 다수의 마스트에 선택적으로 승강 구동부를 구비하지 않도록 하여, 하부에 작용하는 모멘트/하중을 줄일 수 있도록 하는 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박을 제공하는 것이다.In addition, an object of the present invention is to provide a wind power propulsion system capable of reducing a moment/load acting on the lower portion by selectively not having an elevating driving unit in a plurality of stacked masts, and a ship having the same.
본 발명의 일 측면에 따른 풍력추진 시스템은, 선박의 선체에 설치되는 회전 구동부; 상기 회전 구동부에 설치되며, 승강 구동부를 포함하는 다수의 마스트; 상기 다수의 마스트에 설치되는 다수의 윙세일; 상기 다수의 마스트 각각의 상단과 상기 다수의 윙세일 각각의 상단을 연결하며, 상기 승강 구동부에 의한 마스트의 승강력을 상기 윙세일에 전달하는 연결부; 및 상기 회전 구동부 및 상기 승강 구동부를 제어하여, 상기 윙세일의 각도를 최적화하고 상기 마스트의 높이를 최적화하는 제어장치를 포함하고, 상기 제어장치는, 상기 마스트의 현재 높이를 측정하는 마스트 높이 측정부; 상기 윙세일의 현재 각도를 측정하는 윙세일 각도 측정부; 현재의 겉보기 바람의 속도와 방향을 측정하는 풍향 풍속 측정부; 상기 마스트의 굽힘 모멘트를 측정하는 마스트 모멘트 측정부; 상기 연결부의 변형도를 측정하는 연결부 스트레인 측정부; 상기 측정부 각각에서 측정된 값과, 기 설정된 최적 각도 설계값과, 기 설정된 운용 제한 설계값을 토대로 상기 윙세일의 각도 및 상기 마스트의 높이를 산출하는 운용안 산출부; 및 상기 운용안 산출부에서 산출한 높이와 각도 정보를 전달받아 상기 회전 구동부 및 상기 승강 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.Wind power propulsion system according to an aspect of the present invention, a rotation driving unit installed on the hull of a ship; a plurality of masts installed on the rotation driving unit and including an elevating driving unit; a plurality of wing sails installed on the plurality of masts; a connecting part connecting the upper end of each of the plurality of masts and the upper end of each of the plurality of wing sails, and transferring the lifting force of the mast by the lifting driving unit to the wing sail; and a control device for optimizing the angle of the wing sail and optimizing the height of the mast by controlling the rotation driving unit and the elevating driving unit, wherein the control unit includes a mast height measurement unit for measuring the current height of the mast ; a wing sale angle measuring unit for measuring the current angle of the wing sale; a wind direction wind speed measuring unit that measures the current apparent wind speed and direction; a mast moment measuring unit for measuring a bending moment of the mast; a connection part strain measurement unit for measuring the degree of deformation of the connection part; an operation plan calculation unit for calculating the angle of the wing sail and the height of the mast based on the values measured by each of the measurement units, a preset optimal angle design value, and a preset operation limit design value; and a control unit configured to receive the height and angle information calculated by the operation plan calculation unit and control the driving of the rotation driving unit and the elevating driving unit.
구체적으로, 상기 운용안 산출부는, 사용자의 선호에 따라 임계값 설정 기준을 풍속 우선, 모멘트 우선, 안전 우선의 세 가지 중에 선택할 수 있다.Specifically, the operation plan calculation unit, according to the user's preference, the threshold value setting criteria may be selected from among wind speed priority, moment priority, safety priority.
구체적으로, 상기 운용안 산출부는, 상기 풍속과 상기 모멘트 중 임계값에 먼저 도달하는 것을 기준으로 할 수 있다.Specifically, the operation plan calculation unit may be based on the first reaching a threshold value among the wind speed and the moment.
구체적으로, 상기 최적 각도 설계값은, 상기 선박의 추력 관점에서 최대 효과를 내는 영각에 대한 기 설정된 설계값이고, 상기 운용 제한 설계값은, 상기 윙세일, 상기 마스트 및 상기 선박의 안전을 위하여, 제한 풍속과 제한 모멘트에 대한 기 설정한 운용 제한값일 수 있다.Specifically, the optimal angle design value is a preset design value for the angle of attack that produces the maximum effect in terms of the thrust of the ship, and the operation limit design value is, for the safety of the wing sail, the mast and the ship, It may be a preset operating limit value for the limit wind speed and limit moment.
본 발명의 다른 측면에 따른 선박은, 상기에 기재된 풍력추진 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.A ship according to another aspect of the present invention is characterized in that it comprises the wind power propulsion system described above.
본 발명에 따른 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박은, 윙세일을 내부에 공간이 없는 단일판이 휘어진 개방형 단면으로 오목면과 볼록면을 갖는 원호 형상으로 구성함으로써, 양력을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 제작 공수를 절감할 수 있다.Wind power propulsion system according to the present invention and a ship having the same, by configuring the wing sail in an arc shape having a concave surface and a convex surface as an open cross-section in which a single plate with no space inside is curved, it is possible to increase lift as well as to manufacture man-hours can be saved.
또한, 본 발명에 따른 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박은, 승강 구동부가 구비되는 마스트를 연결부에 의해 윙세일로부터 일정 거리 이격된 외측에 설치되도록 구성함으로써, 윙세일의 내부가 아닌 외부에 설치되어 승강 구동부의 유지보수를 용이하게 할 수 있다. In addition, the wind power propulsion system according to the present invention and a ship having the same, by configuring the mast provided with the lifting drive unit to be installed outside the wing sail spaced a certain distance from the wing sail by the connection part, is installed outside the wing sail, It is possible to facilitate maintenance of the lifting drive unit.
또한, 본 발명에 따른 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박은, 다수의 윙세일 각각에서 오목면에 설치되는 다수의 레일과 볼록면에 설치되는 슬라이더로 이루어지는 가이드부를 구성함으로써, 다수의 윙세일을 펼치거나 접을 때, 이웃하는 윙세일이 접촉된 상태로 승강될 수 있어, 윙세일의 승강 안전성을 향상시킬 수 있다.In addition, the wind power propulsion system according to the present invention and a ship having the same, by configuring a guide portion consisting of a plurality of rails installed on the concave surface and a slider installed on the convex surface in each of the plurality of wing sails, expand the plurality of wing sails When folding or folding, the neighboring wing sails can be lifted in contact with each other, thereby improving the safety of lifting and lowering of the wing sails.
또한, 본 발명에 따른 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박은, 다수의 윙세일 각각의 볼록면에 와류발생부를 설치함으로써, 윙세일의 양력을 극대화할 수 있다.In addition, the wind power propulsion system according to the present invention and a ship having the same, by installing a vortex generator on the convex surface of each of a plurality of wing sails, it is possible to maximize the lift of the wing sail.
또한, 본 발명에 따른 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박은, 적층된 다수의 마스트를 이루는 다수의 텔레스코픽 빔 각각에 텔레스코픽 빔의 이동을 제한하는 잠금부를 마련함으로써, 하측의 마스트에는 승강 구동부를 구비하고 상측의 마스트에는 승강 구동부를 생략할 수 있어, 생략되는 승강 구동부로 인한 전체 중량의 감소로 하부에 작용하는 모멘트/하중을 줄일 수 있다.In addition, the wind power propulsion system according to the present invention and a ship having the same, by providing a locking part for limiting the movement of the telescopic beam on each of the plurality of telescopic beams constituting the stacked plurality of masts, the mast at the lower side is provided with an elevating driving unit, The lifting driving unit may be omitted from the upper mast, so that the moment/load acting on the lower part may be reduced by reducing the total weight due to the omitted lifting driving unit.
또한, 본 발명에 따른 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박은, 다수의 윙세일에서 보텀 윙세일을 강철 재질로 구성하고, 미들 윙세일 및 탑 윙세일을 상대적으로 무게가 가벼운 복합소재로 구성함으로써, 무게중심 증가의 부담이 적은 보텀 윙세일의 철재 사용으로 제작 단가를 낮출 수 있는 동시에 무게중심에 의한 구조적인 안전성을 확보할 수 있다.In addition, the wind power propulsion system according to the present invention and a ship equipped with the same, by configuring the bottom wing sail in a plurality of wing sails with a steel material, and by configuring the middle wing sail and the top wing sail with a relatively light composite material, By using the steel material of the bottom wing sail, which has less burden of increasing the center of gravity, the manufacturing cost can be lowered and structural safety can be secured by the center of gravity.
또한, 본 발명에 따른 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박은, 다수의 공간으로 구획되는 철골 구조물로 윙세일의 틀을 마련하고, 이러한 철골 구조물의 공간에 기 제작된 규격화된 복합소재 패널을 설치함으로써, 윙세일의 제작을 용이하게 할 수 있다.In addition, the wind power propulsion system according to the present invention and a ship having the same, by providing a frame of a wing sail with a steel structure divided into a plurality of spaces, and installing a standardized composite material panel prepared in advance in the space of the steel structure , it is possible to facilitate the manufacture of the wing sail.
또한, 본 발명에 따른 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박은, 윙세일의 양측 단부를 골과 마루가 연속되는 파형 구조로 구성함으로써, 양측 단부에서의 유동이 표면의 마찰력을 이겨내고 흐를 수 있는 에너지가 계속 공급되기 때문에 박리가 상대적으로 지연되고 그에 따라서 실속(Stall)이 지연(delay)되어 보다 높은 양항비와 효율적인 타각 유지가 가능할 수 있다.In addition, the wind power propulsion system and the ship provided with the same according to the present invention, by configuring both ends of the wing sail in a corrugated structure in which troughs and ridges are continuous, the flow at both ends overcomes the friction force of the surface and the energy that can flow Since it is continuously supplied, peeling is relatively delayed, and thus stall is delayed, so that a higher lift ratio and efficient rudder angle maintenance may be possible.
또한, 본 발명에 따른 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박은, 윙세일의 볼록면에서 양측 단부로부터 내측으로 각각 연장되며, 수평으로 나란하게 배치되도록 다수의 리지 구조물을 설치함으로써, 리지 구조물에서 양력을 더 크게 받고 항력을 더 작게 받아 유동 박리(flow separation)가 지연되어 윙세일 고유의 성능을 증대시킬 수 있다.In addition, the wind power propulsion system according to the present invention and a ship having the same, respectively extend inward from both ends on the convex surface of the wing sail, and install a plurality of ridge structures to be arranged horizontally in parallel, thereby increasing the lift in the ridge structure. By receiving more and less drag, flow separation is delayed, increasing the inherent performance of the wingsail.
또한, 본 발명에 따른 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박은, 주변 환경에 따라 회전 구동부 및 승강 구동부를 제어하는 제어장치를 구성함으로써, 평시 운용 상태 또는 악천후 상황에서 윙세일의 각도 및 마스트의 높이를 최적화할 수 있어, 선박의 추진력 향상은 물론 선박의 운항 안전성을 높일 수 있다.In addition, the wind power propulsion system according to the present invention and a ship having the same, by configuring a control device for controlling the rotation driving unit and the lifting driving unit according to the surrounding environment, the angle of the wing sail and the height of the mast in normal operating conditions or bad weather conditions It is possible to optimize the ship's propulsion force as well as increase the ship's operational safety.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템이 구비된 선박의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템의 가이드부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템의 와류발생부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템의 잠금부를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템의 윙세일의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템의 윙세일의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템의 리지 구조물을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템의 제어장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박을 설명하기 위한 사시도이다. 1 is a perspective view of a ship equipped with a wind power propulsion system according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a perspective view for explaining the wind power propulsion system according to the first embodiment of the present invention.
3 (a) to (c) are views for explaining the guide part of the wind power propulsion system according to the first embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining a vortex generator of the wind power propulsion system according to the first embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining the locking unit of the wind power propulsion system according to the first embodiment of the present invention.
6 is a view for explaining another embodiment of the wing sale of the wind power propulsion system according to the first embodiment of the present invention.
7 is a view for explaining another embodiment of the wing sale of the wind power propulsion system according to the first embodiment of the present invention.
8 (a) and (b) are views for explaining the ridge structure of the wind power propulsion system according to the first embodiment of the present invention.
9 is a view for explaining a control device of the wind power propulsion system according to the first embodiment of the present invention.
10 is a perspective view for explaining a wind power propulsion system and a ship having the same according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 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.The objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. In the present specification, in adding reference numbers to the components of each drawing, it should be noted that only the same components are given the same number as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템이 구비된 선박의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템을 설명하기 위한 사시도이고, 도 3의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템의 가이드부를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템의 와류발생부를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템의 잠금부를 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템의 윙세일의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템의 윙세일의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 8의 (a) 및 (b)는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템의 리지 구조물을 설명하기 위한 도면이고, 도 9는 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템의 제어장치를 설명하기 위한 도면이다.Figure 1 is a perspective view of a ship equipped with a wind power propulsion system according to a first embodiment of the present invention, Figure 2 is a perspective view for explaining a wind power propulsion system according to a first embodiment of the present invention, Fig. 3 (a ) to (c) are views for explaining the guide part of the wind power propulsion system according to the first embodiment of the present invention, Figure 4 is a view for explaining the vortex generator of the wind power propulsion system according to the first embodiment of the present invention 5 is a view for explaining the locking part of the wind power propulsion system according to the first embodiment of the present invention, Figure 6 describes another embodiment of the wing sale of the wind power propulsion system according to the first embodiment of the present invention 7 is a view for explaining another embodiment of the wing sail of the wind power propulsion system according to the first embodiment of the present invention, and Figure 8 (a) and (b) are the first embodiment of the present invention It is a view for explaining the ridge structure of the wind power propulsion system according to the first embodiment, Figure 9 is a view for explaining the control device of the wind power propulsion system according to the first embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 풍력추진 시스템(100)은, 선박(10)의 선체(11)에 구비될 수 있으며, 바람을 이용하여 선박(10)에 추진력을 제공할 수 있다. 본 실시예의 풍력추진 시스템(100)은, 선박(10)을 추진시킴에 있어 보조추진장치로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.1 to 9, the wind
풍력추진 시스템(100)은, 회전 구동부(110), 마스트(120), 수평 연결부(130), 윙세일(140), 가이드부(150), 와류발생부(160), 잠금부(170), 리지 구조물(180), 제어장치(190)를 포함할 수 있다.The wind
회전 구동부(110)는, 선박(10)의 선체(11)에 설치되어 마스트(120)를 정방향 또는 역방향으로 회전시킬 수 있다. 회전 구동부(110)는, 도 9에 도시된 후술할 제어장치(190)에 의해 회전 각도가 조절될 수 있다.The
마스트(120)는, 회전 구동부(110)에 설치되어 회전 구동부(110)에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전될 수 있다.The
마스트(120)는, 최하부에 설치되는 보텀 마스트(120a), 최상부에 설치되는 탑 마스트(120c), 보텀 마스트(120a)와 탑 마스트(120c) 사이에서 적어도 하나 이상 설치되는 미들 마스트(120b)가 다단으로 적층되도록 구성될 수 있으며, 도 9에 도시된 후술할 제어장치(190)에 의해 높낮이가 조절될 수 있다.The
이러한 다수의 마스트(120)는, 다수의 윙세일(140)을 승강시킬 수 있다.Such a plurality of
다수의 마스트(120) 각각은, 도 3에 도시된 바와 같이, 높낮이 조절이 가능한 텔레스코픽 빔(121)과, 텔레스코픽 빔(121)의 내부에 설치되어 텔레스코픽 빔(121)에 승강력을 제공하는 승강 구동부(122)로 이루어 질 수 있다.Each of the plurality of
텔레스코픽 빔(121)은, 다수의 마스트(120) 각각마다 크기가 다르다, 즉, 텔레스코픽 빔(121)은 보텀 마스트(120a)로부터 탑 마스트(120c)로 갈수록 크기가 크며, 작은 크기의 텔레스코픽 빔(121)의 외경이 큰 크기의 텔레스코픽 빔(121)의 내경에 대응될 수 있다.The
승강 구동부(122)는, 텔레스코픽 빔(121)의 하부에 설치되는 유압 실린더일 수 있으며, 도 9에 도시된 후술할 제어장치(190)에 의해 구동되어 텔레스코픽 빔(121)을 승강 시켜 다수의 마스트(120)의 높낮이가 조절되도록 할 수 있다.The
연결부(130)는, 다수의 마스트(120) 각각의 상단과 다수의 윙세일(140) 각각의 상단을 연결하도록 설치될 수 있으며, 마스트(120)의 승강력을 윙세일(140)에 전달할 수 있다.The
상기한 바와 같이, 본 실시예는 연결부(130)가 다수의 윙세일(140) 각각의 상단에 연결되어 일측으로 수평 연장되고, 수평 연장된 부분에 다수의 마스트(120) 각각의 상단에 고정 연결됨으로써, 본 실시예의 마스트(120)는 기존의 윙세일 내부에 설치되는 것과는 달리 윙세일(140)로부터 일정 거리 이격된 외측에 설치될 수 있어, 승강 구동부(122)의 유지보수를 용이하게 할 수 있다. As described above, in this embodiment, the connecting
윙세일(140)은, 바람을 받아 선박(10)에 추진력을 제공할 수 있다.The
윙세일(140)은, 보텀 마스트(120a)에 설치되는 보텀 윙세일(140a), 탑 마스트(120c)에 설치되는 탑 윙세일(140c), 보텀 윙세일(140a)과 탑 윙세일(140c) 사이에서 적어도 하나 이상 설치되는 미들 윙세일(140b)가 다단으로 적층되도록 구성될 수 있으며, 다수의 마스트(120)의 승강 운동에 의해 펼치거나 접을 수 있다.The
이러한 보텀 윙세일(140a), 미들 윙세일(140b) 및 탑 윙세일(140c) 각각은, 양력을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 제작 공수를 절감할 수 있도록, 내부에 공간이 없는 단일판이 휘어진 개방형 단면으로 오목면(141)과 볼록면(142)을 갖는 원호 형상으로 구성될 수 있다.Each of these bottom wing sails (140a), middle wing sails (140b) and top wing sails (140c) has an open cross-section in which a single plate having no space inside is bent so that it is possible to not only increase lift but also reduce manufacturing man-hours. As such, it may be configured in an arc shape having a
본 실시예에서는 다수의 윙세일(140)이 단일판으로 제작되는 경우를 설명하였지만, 두께 증가를 위해 샌드위치 패널 등과 같은 재료로도 제작될 수 있음은 물론이다.In this embodiment, although the case where the plurality of wing sails 140 is manufactured as a single plate has been described, it is of course also possible to manufacture a material such as a sandwich panel to increase the thickness.
다수의 윙세일(140)은, 이종 재질로 구성되되, 보텀 윙세일(140a)을 강철 재질로 구성할 수 있고, 미들 윙세일(140b) 및 탑 윙세일(140c)을 복합소재 또는 알루미늄으로 구성할 수 있다. The plurality of wing sails 140 are made of different materials, and the
이와 같이, 다수의 윙세일에서 최하부에 설치되는 보텀 윙세일(140a)을 강철 재질로 구성하고, 중간부에 설치되는 미들 윙세일(140b) 및 최상부에 설치되는 탑 윙세일(140c)을 상대적으로 무게가 가벼운 복합소재 또는 알루미늄으로 구성함으로써, 무게중심 증가의 부담이 적은 보텀 윙세일(140a)의 철재(복합소재 대비 상대적으로 저가임) 사용으로 제작 단가를 낮출 수 있는 동시에 무게중심에 의한 구조적인 안전성을 확보할 수 있다.In this way, the bottom wing sail (140a) installed in the lowermost part of the plurality of wing sails is made of a steel material, and the middle wing sail (140b) installed in the middle part and the top wing sail (140c) installed in the upper part are relatively By using a lightweight composite material or aluminum, the manufacturing cost can be lowered by using the iron material (relatively cheaper than the composite material) of the
다수의 윙세일(140) 중에서 최하부에 설치되는 보텀 윙세일(140a)을 제외한 나머지 윙세일(140b, 140c)은, 도 6에 도시된 바와 같은 다수의 공간으로 구획되는 철골 구조물(143)과, 철골 구조물(143)의 공간에 설치되는 복합소재 패널(144)로 구성할 수 있다.The remaining wing sails (140b, 140c) except for the bottom wing sail (140a) installed in the lowermost part of the plurality of wing sails 140 is a
철골 구조물(143)은, 최소한 세 개의 피트 이상으로 구획되도록 제적될 수 있으며, 상단이 연결부(130)와 연결될 수 있다. 이러한 철골 구조물(143)은, 연결부(130)의 구조적 강도를 증가시킬 수 있다.The
복합소재 패널(144)은, 크기가 동일하며, 철골 구조물(143)에 볼팅 또는 리베팅과 접착제의 이종접합으로 결합될 수 있다.The
이와 같이, 다수의 공간으로 구획되는 철골 구조물(143)로 윙세일(140)의 틀을 마련하고, 이러한 철골 구조물(143)의 공간에 기 제작된 규격화된 복합소재 패널(144)을 설치함으로써, 윙세일(140)의 제작을 용이하게 할 수 있다.In this way, by providing the frame of the
다수의 윙세일(140)은, 도 7에 도시된 바와 같이, 양측 단부를 골(145)과 마루(146)가 연속되는 파형 구조로 형성할 수 있다.As shown in FIG. 7 , the plurality of wing sails 140 may have both ends in a corrugated structure in which the
이때, 파형 구조는, 다수의 윙세일(140) 각각의 양측 단부에서 형상과 크기가 동일할 수 있다.In this case, the waveform structure may have the same shape and size at both ends of each of the plurality of wing sails 140 .
또한, 파형 구조는, 다수의 윙세일(140) 중에서, 최하부에 설치되는 보텀 윙세일(140a)의 양측 단부, 최상부에 설치되는 탑 윙세일(140c)의 양측 단부, 중간부에 설치되는 미들 윙세일(140b)의 양측 단부 각각에서 형상이 동일하되, 크기가 다를 수 있다.In addition, the wave structure is, among the plurality of wing sails 140, both ends of the bottom wing sail (140a) installed at the bottom, both ends of the top wing sail (140c) installed on the top, middle wings installed in the middle The shape at each of both ends of the
이와 같이, 윙세일(140)의 양측 단부를 골(145)과 마루(146)가 연속되는 파형 구조로 구성함으로써, 양측 단부에서의 유동이 표면의 마찰력을 이겨내고 흐를 수 있는 에너지가 계속 공급되기 때문에 박리가 상대적으로 지연되고 그에 따라서 실속(Stall)이 지연(delay)되어 보다 높은 양항비와 효율적인 타각 유지가 가능할 수 있다.In this way, by configuring both ends of the
본 실시예의 풍력추진 시스템(100)은, 도 3의 (a), (b), (c)에 도시된 바와 같이, 가이드부(150)를 더 포함할 수 있다.The wind
가이드부(150)는, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이, 다수의 윙세일(140) 중에서 최하부에 설치되는 보텀 윙세일(140a)을 제외한 나머지 윙세일(140b, 140c) 각각의 오목면(141)에 일정 간격 이격되어 오목면(141)의 하부로부터 수직 방향으로 설치되는 다수의 레일(151)과, 다수의 레일(151)에 각각에 착탈 가능하며, 다수의 윙세일(140) 중에서 최상부에 설치되는 탑 윙세일(140c)을 제외한 나머지 윙세일(140a, 140b) 각각의 볼록면(142)의 상부에 설치되는 다수의 슬라이더(152)를 포함할 수 있다.As shown in (a) of FIG. 3 , the
이와 같이, 가이드부(150)는 외부에 노출되므로 부식에 견딜 수 있는 재료로 제작되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 가이드부(150)는 윙세일(140)에 부착되는 구조물형식이기 때문에 용접 등의 부착 작업이 가능한 금속 재료로 제작하는 것이 바람직할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 볼팅 방식으로도 부착 가능하므로, 금속 재료 이외에 다른 재료로도 제작 가능함은 물론이다.As such, since the
슬라이더(152)는, 레일(151)에 부착되어 슬라이드 할 수 있는 장치일 수 있으며, 예를 들어, 플레이트(152b)와 다수의 롤러(152a)로 구성될 수 있다. 플레이트(152b)는 윙세일(140)의 볼록면(142)에 용접 등의 부착 방식 또는 볼팅 방식으로 고정될 수 있으며, 다수의 롤러(152a)는, 윙세일(140)의 오목면에 설치된 레일(151)에 슬라이딩 가능하도록 결합될 수 있다.The
이와 같이 구성되는 가이드부(150)는, 이웃하는 윙세일(140)이 접촉된 상태로 승강되도록 가이드할 수 있어, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 다수의 윙세일(140)을 펼칠 수 있게 하고, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 다수의 윙세일(140)을 접을 수 있게 한다.The
이를 통해 본 실시예는, 다수의 윙세일(140) 각각에서 오목면(141)에 설치되는 다수의 레일(151)과 볼록면(142)에 설치되는 슬라이더(152)로 이루어지는 가이드부(150)를 구성함으로써, 다수의 윙세일(140)을 펼치거나 접을 때, 가이드부(150)가 마스트(120)와 함께 윙세일(140)을 잡아주게 되어 이웃하는 윙세일(140)이 접촉된 상태로 안전하게 승강될 수 있다.Through this, the present embodiment provides a
본 실시예의 풍력추진 시스템(100)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 와류발생부(160)를 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 4 , the wind
와류발생부(160)는, 다수의 윙세일(140) 각각의 볼록면(142)에 설치될 수 있다.The
와류발생부(160)는, 볼록면(142)의 중심으로부터 양측으로 일정 거리 이격된 특정 위치에 대칭적으로 다수 배치될 수 있다.A plurality of
이를 통해 본 실시예는, 다수의 윙세일(140) 각각의 볼록면(142)에 와류발생부(160)를 설치함으로써, 다수의 윙세일(140)의 박리를 지연시켜 다수의 윙세일(140)에서 발생하는 최대 양력을 극대화 증대시켜 선박(10)의 추진력을 증가 시킬 수 있다.Through this, in this embodiment, by installing the
본 실시예의 풍력추진 시스템(100)은, 도 5의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 잠금부(170)를 더 포함할 수 있다.The wind
잠금부(170)는, 다수의 마스트(120) 각각이 승강할 때, 원하는 일정 위치에서 고정되도록 할 수 있어, 마스트(120)를 원하는 높이에서 고정되도록 할 수 있으며, 홈(171), 핀(172), 캠(173)으로 이루어질 수 있다.The
홈(171)은, 다수의 마스트(120) 중에서 상측 마스트(120)의 내측 텔레스코픽 빔(121a)과, 하측 마스트(120)의 외측 텔레스코픽 빔(121b) 각각에 상호 대응되도록 마련되며 일정 간격을 두고 형성될 수 있다.The
핀(172)은, 내측 텔레스코픽 빔(121a)에 형성된 홈(171)에 설치될 수 있으며 탄성을 가질 수 있다.The
캠(173)은, 승강 구동부(122)를 이루는 실린더에 설치될 수 있다.The
캠(173)은, 실린더를 원하는 위치까지 최대한 작동한 상태에서 실린더를 일정 각도로 회전시킴에 의해 캠(173)의 볼록부분에 의해 핀(172)이 밀리면서 외측 텔레스코픽 빔(121b)에 형성된 홈(171)에 삽입되어 내외측 텔레스코픽 빔(121a, 121b)이 잠금 상태가 될 수 있도록 하고(도 5의 (a) 참고), 잠금 상태를 해제하기 위해 실린더를 일정 각도로 회전시키면 캠(173)의 오목부분에 의해 핀(172)이 원상태로 복귀되어 내측 텔레스코픽 빔(121a)이 외측 텔레스코픽 빔(121b)에 대해 승강 가능하도록 할 수 있다(도 5의 (b) 참고).The
이를 통해 본 실시예는, 적층된 다수의 마스트(120)를 이루는 다수의 텔레스코픽 빔(121) 각각에 텔레스코픽 빔(121)의 이동을 제한하는 잠금부(170)를 마련함으로써, 하측의 마스트(120)에는 승강 구동부(122)를 구비하고 상측의 마스트(120)에는 승강 구동부(122)를 생략할 수 있어, 생략되는 승강 구동부(122)로 인한 전체 중량의 감소로 하부에 작용하는 모멘트/하중을 줄일 수 있다.Through this, the present embodiment provides a
본 실시예의 풍력추진 시스템(100)은, 도 8에 도시된 바와 같이, 리지 구조물(180)을 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 8 , the wind
본 실시예의 리지 구조물(180)은, 장수거북 등껍질 형상과 유사할 수 있으며, 다수의 윙세일(140)에 설치될 수 있다. 일반적으로, 장수거북은 잠수 능력이 매우 뛰어나 원양 수영을 하는 동물로 잘 알려져 있는데, 논문 자료(Bang et al., 2016)에 따르면 장수거북의 등껍질 리지(ridge) 구조로 인해 주유동방향으로 소용돌이(streamwise-vortex)가 발생하며, 이로 인해 장수거북이 유영 중 다른 바다거북에 비해 양력을 더 크게 받고 항력을 더 작게 받는다고 알려져 있는 바, 이러한 리지(ridge) 형상을 본 실시예의 윙세일(140)에 적용하여, 윙세일(140)에서 유동 박리(flow separation)가 지연되도록 하였다.The
리지 구조물(180)은, 윙세일(140)의 볼록면(142)에서 양측 단부로부터 내측으로 각각 연장되며, 수평으로 나란하게 배치될 수 있다.The
다수의 리지 구조물(180)은, 볼록면(142)의 양측 단부로부터 내측으로 갈수록 크기가 작아지며, 볼록면(142)의 중간부분에는 설치되지 않을 수 있다.The plurality of
또한, 다수의 리지 구조물(180)은, 볼록면(142)의 일측 단부로부터 타측 단부까지 연속되어 설치되되, 볼록면(142)의 양측 단부에서의 크기가 볼록면(142)의 중간부분에서 크기보다 상대적으로 클 수 있다.In addition, the plurality of
또한, 다수의 리지 구조물(180)은, 볼록면(142)의 일측 단부로부터 타측 단부까지 연속되어 설치되되, 볼록면(142)의 양측 단부 및 볼록면(142)의 중간부분에서 크기가 동일할 수 있다.In addition, the plurality of
상기한 바와 같이, 윙세일(140)의 볼록면(142)에서 양측 단부로부터 내측으로 각각 연장되며, 수평으로 나란하게 배치되도록 다수의 리지 구조물(180)을 설치함으로써, 리지 구조물(180)에서 양력을 더 크게 받고 항력을 더 작게 받아 유동 박리(flow separation)가 지연되어 윙세일 고유의 성능을 증대시킬 수 있다.As described above, by installing a plurality of
본 실시예의 풍력추진 시스템(100)은, 도 9에 도시된 바와 같이, 제어장치(190)를 더 포함할 수 있다.As shown in FIG. 9 , the wind
제어장치(190)는, 회전 구동부(110) 및 승강 구동부(122)를 제어하여, 윙세일(140)의 각도를 최적화하고 마스트(120)의 높이를 최적화할 수 있으며, 마스트 높이 측정부(191), 윙세일 각도 측정부(192), 풍향 풍속 측정부(193), 마스트 모멘트 측정부(194), 연결부 스트레인 측정부(195), 운용안 산출부(196), 제어부(197)를 포함할 수 있다.The control device 190 may control the
마스트 높이 측정부(191)는, 마스트(120)의 현재 높이를 측정할 수 있다. 마스트 높이 측정부(191)는, 마스트(120)에 설치되는 적어도 하나 이상의 높이 측정 센서일 수 있다.The mast
윙세일 각도 측정부(192)는, 윙세일(140)의 현재 각도를 측정할 수 있다. 윙세일 각도 측정부(192)는, 윙세일(140)에 설치되는 적어도 하나 이상의 각도 측정 센서일 수 있다.The wing sale
풍향 풍속 측정부(193)는, 현재의 겉보기 바람의 속도와 방향을 측정할 수 있다. 풍향 풍속 측정부(193)는, 마스트(120) 또는 윙세일(140)에 설치되는 적어도 하나 이상의 풍향 풍속 측정 센서이거나, 선박(10) 내에 설치된 적어도 하나 이상의 풍향 풍속 측정 센서를 활용할 수 있다.The wind direction wind
마스트 모멘트 측정부(194)는, 마스트(120)의 굽힘 모멘트를 측정할 수 있다. 마스트 모멘트 측정부(194)는, 마스트(120)에 설치되는 적어도 하나 이상의 모멘트 측정 센서일 수 있다.The mast
연결부 스트레인 측정부(195)는, 연결부(130)의 변형도를 측정할 수 있다.The connection part
운용안 산출부(196)는, 상기한 측정부 각각에서 측정된 값과, 기 설정된 최적 각도 설계값과, 기 설정된 운용 제한 설계값을 토대로 윙세일(140)의 각도 및 마스트(120)의 높이를 산출할 수 있다.The operation
상기에서, 최적 각도 설계값은, 선박의 추력 관점에서 최대 효과를 내는 영각에 대한 기 설정된 설계값일 수 있다.In the above, the optimal angle design value may be a preset design value for the angle of attack that produces the maximum effect in terms of thrust of the ship.
운용 제한 설계값은, 윙세일, 마스트 및 선박의 안전을 위하여, 제한 풍속과 제한 모멘트에 대한 기 설정한 운용 제한값일 수 있다. 이러한 운용 제한 설계값은 기 설정한 값으로 과도한 마진(margin)이 고려되어 있어 에너지 절감 효과를 감소시키거나 실제 위험 상황에 대비하지 못하는 한계가 있는데, 본 실시예에서는 마스트 모멘트 측정부(194)를 통하여 이를 보완할 수 있다.The operational limit design value may be a preset operational limit value for the limit wind speed and limit moment for the safety of the wing sail, the mast, and the ship. This operation limit design value is a preset value and an excessive margin is considered, so there is a limit in reducing the energy saving effect or not preparing for an actual dangerous situation. In this embodiment, the mast
운용안 산출부(196)는, 사용자의 선호에 따라 임계값 설정 기준을 풍속 우선, 모멘트 우선, 안전 우선의 세 가지 중에 선택할 수 있다. 이때, 운용안 산출부(196)는, 풍속과 모멘트 중 임계값에 먼저 도달하는 것을 기준으로 할 수 있다. The operation
제어부(197), 운용안 산출부(196)에서 산출한 높이와 각도 정보를 전달받아 회전 구동부(110) 및 승강 구동부(122)의 구동을 제어할 수 있다.By receiving the height and angle information calculated by the
이를 통해 본 실시예는, 주변 환경에 따라 회전 구동부(110) 및 승강 구동부(122)를 제어하는 제어장치(190)를 구성함으로써, 평시 운용 상태 또는 악천후 상황에서 윙세일(140)의 각도 및 마스트(120)의 높이를 최적화할 수 있어, 선박(10)의 추진력 향상은 물론 선박(10)의 운항 안전성을 높일 수 있다.Through this, the present embodiment configures the control device 190 for controlling the
도 10은 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력추진 시스템 및 이를 구비한 선박을 설명하기 위한 사시도이다. 10 is a perspective view for explaining a wind power propulsion system and a ship having the same according to a second embodiment of the present invention.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 풍력추진 시스템(200)은, 선박(10)의 선체(11)에 구비될 수 있으며, 바람을 이용하여 선박(10)에 추진력을 제공할 수 있다. 본 실시예의 풍력추진 시스템(100)은, 선박(10)을 추진시킴에 있어 보조추진장치로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.As shown in FIG. 10 , the wind
풍력추진 시스템(200)은, 제1,2레일(210a, 210b), 제1,2폴(220a, 220b), 제1,2대차(230a, 230b), 커튼(240)을 포함할 수 있다.The wind
제1레일(210a)은, 선체(11)의 갑판 일측에 설치될 수 있으며, 선수에서 선미 방향으로 일정 길이로 마련될 수 있다.The
제2레일(210b)은, 선체(11)의 갑판 타측에 설치될 수 있으며, 제1레일(210a)에 대응되도록 일정 간격 이격되어 평행하게 마련될 수 있다.The
제1폴(220a)은, 전후로 이동 가능하도록 제1레일(210a)에 설치될 수 있다.The
제2폴(220b)은, 제1폴(220a)과 독립적으로 전후로 이동 가능하며, 제2레일(210b)에 설치될 수 있다.The
제1,2폴(220a, 220b)은, 다단의 텔레스코픽 폴로 이루어질 수 있으며 높낮이 조절이 가능할 수 있다. 제1,2폴(220a, 220b)의 높낮이 조절은 제1실시예의 승강 구동부(122)의 원리와 유사할 수 있으며, 이에 한정되지 않고 다양한 방식으로 구현할 수 있음은 물론이다.The first and
제1,2폴(220a, 220b) 각각은 제1,2레일(210a, 210b)과 결합되는 부분에 이동 수단으로 제1,2대차(230a, 230b)가 마련될 수 있다.Each of the first and
제1,2대차(230a, 230b)는, 제1실시예의 제어장치(190)와 유사한 제어장치에 의해 독립적으로 전후 이동이 가능하며, 이로써 제1,2폴(220a, 220b)을 독립적으로 전후로 이동시킬 수 있다. The first and
상기에서, 제1,2폴(220a, 220b)은, 제1,2레일(210a, 210b)을 따라 동일 방향 또는 다른 방향으로 이동 가능하되, 바람 상태에 따라 커튼(240)의 면이 바람을 받는 최적의 각도가 되도록 전후로 이동 조절 할 수 있을 뿐만 아니라, 높낮이 조절도 가능한데, 이러한 각도 및 높이 조절을 위한 제어는 전술한 제1실시예의 제어장치(190)의 제어 원리와 유사할 수 있다.In the above, the first and
커튼(240)은, 일측이 제1폴(220a)에 연결되고, 타측이 제2폴(220b)에 연결되도록 설치될 수 있다. 이러한 커튼(240)은 바람을 받아 선박(10)에 추진력을 제공할 수 있다.The
커튼(240)은, 신축성을 가지는 소재로 제작될 수 있다. 커튼(240)은, 제1,2폴(220a, 220b)이 서로 다른 방향으로 이동하여 간격이 가변될 때, 제1,2폴(220a, 220b)에 내장된 감김부(도시하지 않음)에 의해 길이가 조절될 수 있다.The
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 실시예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출 가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, the present invention has been described focusing on the embodiments of the present invention, but this is only an example and does not limit the present invention. It will be appreciated that various combinations or modifications and applications not illustrated in the embodiments are possible within the scope. Accordingly, descriptions related to variations and applications that can be easily derived from the embodiments of the present invention should be interpreted as being included in the present invention.
10: 선박 11: 선체
100: 풍력추진 시스템 110: 회전 구동부
120: 마스트 120a: 보텀 마스트
120b: 미들 마스트 120c: 탑 마스트
121: 텔레스코픽 빔 121a: 내측 텔레스코픽 빔
121b: 외측 텔레스코픽 빔 122: 승강 구동부
130: 연결부 140: 윙세일
140a: 보텀 윙세일 140b: 미들 윙세일
140c: 탑 윙세일 141: 오목면
142: 볼록면 143: 철골 구조물
144: 복합소재 패널 145: 골
146: 마루 150: 가이드부
151: 레일 152: 슬라이더
152a: 롤러 152b: 플레이트
160: 와류발생부 170: 잠금부
171: 홈 172: 핀
173: 캡 180: 리지 구조물
190: 제어장치 191: 마스트 높이 측정부
192: 윙세일 각도 측정부 193: 풍향 풍속 측정부
194: 마스트 모멘트 측정부 195: 연결부 스트레인 측정부
196: 운용안 산출부 197: 제어부
200: 풍력추진 시스템 210a, 210b: 제1,2레일
220a, 220b: 제1,2폴 230a, 230b: 제1,2대차
240: 커튼10: Ship 11: Hull
100: wind power system 110: rotation drive unit
120:
120b:
121:
121b: outer telescopic beam 122: elevating drive unit
130: connection 140: wing sale
140a:
140c: top wing sale 141: concave side
142: convex surface 143: steel structure
144: composite panel 145: ribs
146: floor 150: guide unit
151: rail 152: slider
152a:
160: vortex generating unit 170: locking unit
171: groove 172: pin
173: cap 180: ridge structure
190: control unit 191: mast height measurement unit
192: wing sail angle measurement unit 193: wind direction wind speed measurement unit
194: mast moment measuring unit 195: connecting part strain measuring unit
196: operation plan calculation unit 197: control unit
200:
220a, 220b: 1st and
240: curtain
Claims (5)
상기 회전 구동부에 설치되며, 승강 구동부를 포함하는 다수의 마스트;
상기 다수의 마스트에 설치되는 다수의 윙세일;
상기 다수의 마스트 각각의 상단과 상기 다수의 윙세일 각각의 상단을 연결하며, 상기 승강 구동부에 의한 마스트의 승강력을 상기 윙세일에 전달하는 연결부; 및
상기 회전 구동부 및 상기 승강 구동부를 제어하여, 상기 윙세일의 각도를 최적화하고 상기 마스트의 높이를 최적화하는 제어장치를 포함하고,
상기 제어장치는,
상기 마스트의 현재 높이를 측정하는 마스트 높이 측정부;
상기 윙세일의 현재 각도를 측정하는 윙세일 각도 측정부;
현재의 겉보기 바람의 속도와 방향을 측정하는 풍향 풍속 측정부;
상기 마스트의 굽힘 모멘트를 측정하는 마스트 모멘트 측정부;
상기 연결부의 변형도를 측정하는 연결부 스트레인 측정부;
상기 측정부 각각에서 측정된 값과, 기 설정된 최적 각도 설계값과, 기 설정된 운용 제한 설계값을 토대로 상기 윙세일의 각도 및 상기 마스트의 높이를 산출하는 운용안 산출부; 및
상기 운용안 산출부에서 산출한 높이와 각도 정보를 전달받아 상기 회전 구동부 및 상기 승강 구동부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 다수의 마스트는,
최하부에 설치되는 보텀 마스트, 최상부에 설치되는 탑 마스트, 상기 보텀 마스트와 상기 탑 마스트 사이에서 적어도 하나 이상 설치되는 미들 마스트가 다단으로 적층되고,
상기 다수의 연결부는,
상기 보텀 마스트로부터 상기 탑 마스트로 갈수록 길이가 점점 길어지고,
상기 연결부 스트레인 측정부는,
길이가 서로 다른 상기 다수의 연결부 각각에 가해지는 변형도를 측정하는 것을 특징으로 하는 풍력추진 시스템.Rotational driving unit installed on the hull of the ship;
a plurality of masts installed on the rotation driving unit and including an elevating driving unit;
a plurality of wing sails installed on the plurality of masts;
a connecting part connecting the upper end of each of the plurality of masts and the upper end of each of the plurality of wing sails, and transferring the lifting force of the mast by the lifting driving unit to the wing sail; and
and a control device for optimizing the angle of the wing sail and optimizing the height of the mast by controlling the rotation driving unit and the elevating driving unit,
The control device is
a mast height measurement unit for measuring the current height of the mast;
a wing sale angle measuring unit for measuring the current angle of the wing sale;
a wind direction wind speed measuring unit that measures the current apparent wind speed and direction;
a mast moment measuring unit for measuring a bending moment of the mast;
a connection part strain measurement unit for measuring the degree of deformation of the connection part;
an operation plan calculation unit for calculating the angle of the wing sail and the height of the mast based on the values measured by each of the measurement units, a preset optimal angle design value, and a preset operation limit design value; and
and a control unit for receiving the height and angle information calculated by the operation plan calculation unit and controlling the driving of the rotation driving unit and the lifting driving unit,
The plurality of masts,
A bottom mast installed in the lowermost portion, a top mast installed in the uppermost portion, and at least one middle mast installed between the bottom mast and the top mast are stacked in multiple stages,
The plurality of connections,
The length gradually increases from the bottom mast to the top mast,
The connection part strain measurement unit,
Wind power propulsion system, characterized in that for measuring the degree of strain applied to each of the plurality of connection parts having different lengths.
사용자의 선호에 따라 임계값 설정 기준을 풍속 우선, 모멘트 우선, 안전 우선의 세 가지 중에 선택하는 것을 특징으로 하는 풍력추진 시스템.According to claim 1, wherein the operation plan calculation unit,
Wind propulsion system, characterized in that the threshold value setting criterion is selected from three of wind speed priority, moment priority, and safety priority according to the user's preference.
상기 풍속과 상기 모멘트 중 임계값에 먼저 도달하는 것을 기준으로 하는 것을 특징으로 하는 풍력추진 시스템.The method of claim 2, wherein the operation plan calculation unit,
Wind power propulsion system, characterized in that based on the first reaching a threshold value among the wind speed and the moment.
상기 선박의 추력 관점에서 최대 효과를 내는 영각에 대한 기 설정된 설계값이고,
상기 운용 제한 설계값은,
상기 윙세일, 상기 마스트 및 상기 선박의 안전을 위하여, 제한 풍속과 제한 모멘트에 대한 기 설정한 운용 제한값인 것을 특징으로 하는 풍력추진 시스템.According to claim 1, wherein the optimal angle design value,
It is a preset design value for the angle of attack that produces the maximum effect in terms of the thrust of the ship,
The operational limit design value is,
For the safety of the wing sail, the mast and the ship, the wind power propulsion system, characterized in that it is a preset operation limit value for the limit wind speed and limit moment.
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