KR102535808B1 - 풍력 추진 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 풍력 추진 시스템은 선박의 갑판 상에 마련되는 고정부; 상기 고정부의 상부에 회전 가능하게 마련되는 회전부; 및 상기 회전부의 내부에 마련되는 댐퍼부를 포함하고, 상기 댐버부의 내부 공간, 또는 상기 회전부 및 상기 댐퍼부 사이의 공간에 유체의 충진 및 제거가 가능할 수 있다.

Description

풍력 추진 시스템 및 이를 포함하는 선박{WIND-PROPELLED SYSTEM AND SHIP HAVING THE SAME}
본 발명은 풍력 추진 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
일반적으로, 선박은 화석 연료를 사용하여 추진력을 얻을 수 있다. 선박에는 스러스터 등을 구동하기 위한 대출력의 엔진이 장착되어 있으며 장거리 운항 시에 대형 선박이 소비하는 화석 연료의 양은 수백 톤에 달하는 것으로 알려져 있다. 이러한 선박들을 운용하는 데는 엄청난 비용이 들며, 화석 연료 소비로 인한 오염물질의 배출도 매우 심각한 문제가 되고 있다.
상술한 문제를 해결하기 위하여, 선박의 동력원을 다변화하는 기술이 개발되고 있다. 예를 들어, 추진력의 일부를 전기 모터로부터 얻는 전기 추진 선박 기술이 개발되어 적용되고 있으며, 그 밖에도 선박이 해상에서 경험하는 다양한 환경 조건을 이용하여 전기를 얻는 기술들이 개발되고 있다.
최근에는 일반적으로 알려져 있는 돛과 달리, 동력을 이용해 직접 회전하면서 풍력을 원하는 방향의 추진력으로 변환할 수 있는 로터 세일(일례로 Magnus Rotor sail)이 연구되고 있다. 이러한 로터 세일은 갑판에 고정되는 고정자(stator)와, 고정자의 표면과 상면을 두르도록 원기둥 형태로 마련되며 회전속도나 방향이 조절되는 회전자(rotor)로 구성될 수 있다.
상술한 로터 세일은 매그너스 효과(Magnus Effect)를 이용하여 특정 범위의 풍형에서 추진력을 얻을 수 있다. 그러나, 풍향의 영향 등으로 그 추진력 향상 효과가 크지 않을 경우, 로터 세일은 풍압을 받아 선박의 운항에 방해가 되는 저항으로 작용할 수 있다.
공개특허공보 제10-2017-0008205호(2017.01.23., 공개)
공개특허공보 제10-2021-0001010호(2021.01.06., 공개)
공개특허공보 제10-2020-0104823호(2020.09.04., 공개)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 선박 추진 효율이 향상되고, 모션 제어 능력이 향상된 풍력 추진 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 풍력 추진 시스템은 선박의 갑판 상에 마련되는 고정부; 상기 고정부의 상부에 회전 가능하게 마련되는 회전부; 및 상기 회전부의 내부에 마련되는 댐퍼부를 포함하고, 상기 댐버부의 내부 공간, 또는 상기 회전부 및 상기 댐퍼부 사이의 공간에 유체의 충진 및 제거가 가능할 수 있다.
구체적으로, 상기 회전부의 단면 및 상기 댐퍼부의 단면은 닮은 꼴 형상이며, 상기 회전부의 단면적이 상기 댐퍼부의 단면적보다 클 수 있다.
구체적으로, 상기 회전부 및 상기 댐퍼버는 상부가 개방된 원통 형상을 가질 수 있다.
구체적으로, 상기 댐퍼부는 회전 가능할 수 있다.
구체적으로, 상기 댐퍼부의 내부에 마련되며, 상기 댐퍼부의 내부 공간, 또는 상기 회전부 및 상기 댐퍼부 사이의 공간으로 유체를 공급하는 유체 관로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은 상술한 풍력 추진 시스템을 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 선박은 갑판 상에 마련되고, 최상부에 휠 하우스를 구비하는 선실; 및 상기 휠 하우스의 양측에 마련된 윙브릿지를 더 포함하고, 상기 풍력 추진 시스템은 상기 윙브릿지를 지지하도록 마련될 수 있다.
본 발명에 따른 풍력 추진 시스템 및 이를 포함하는 선박은 선박 추진 효율이 향상될 수 있으며, 선박의 모션 제어 능력이 향상될 수 있다.
도 1 및 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 추진 시스템을 포함하는 선박들을 설명하기 위한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 선박의 정면도이다.
도 4는 도 1 내지 3에 도시된 풍력 추진 시스템을 설명하기 위한 사시도이다.
도 5 및 6은 풍력 추진 시스템의 댐퍼부에 해수가 충진된 모습을 설명하기 위한 사시도이다.
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.
이하에서, 선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 수천 개 이상의 컨테이너 등의 화물을 화물창(cargo hold)에 싣고 대양을 항해하는 유조선, LNG운반선, LPG운반선, 컨테이너운반선, 자동차운반선, 벌크선, 광물운반선 등의 대형 선박일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 다양한 형태의 모든 선박 및 해양 구조물을 포함할 수 있음은 물론이다.
도 1 및 2는 본 발명의 실시예에 따른 풍력 추진 시스템을 포함하는 선박들을 설명하기 위한 사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 선박의 정면도이다.
도 1 내지 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(10)은 선체(11) 및 풍력 추진 시스템(100)을 포함할 수 있다.
선체(11)는 길이 방향을 따라 선수(11A), 중앙부(11B), 및 선미(11C)로 구분될 수 있다.
선체(11)의 선미(11C)에는 엔진 케이싱(13)이 탑재될 수 있으며, 선미(11C)에서 내부에는 엔진룸(도시하지 않음)이 마련될 수 있다. 엔진룸 내에는 연료 등을 사용하여 선체(11)를 추진하기 위한 추진 엔진(도시하지 않음)이 마련될 수 있다.
선체(11)의 중앙부(11B)에는 추진 엔진으로 연료를 전달하기 위한 연료 공급 라인(도시하지 않음)이 마련될 수 있다.
선실(12)은 선체(11)의 선미(11C) 방향에 마련되고, 선박(10)에 근무하는 선원들이 지내는 공간 또는 선체(11)의 항해를 제어하는 공간일 수 있다. 특히, 선실(12)의 최상층인 휠 하우스(12A)는 선체(11)의 운항을 제어하고 운항 상태를 통합 모니터링하는 공간으로, 휠 하우스(12A)의 전방을 기준으로 가시 라인(Visibility Line)이 그려질 수 있다. 가시 라인은 선체(11)의 항해를 제어하는 휠 하우스(12A)에서 육안으로 확인할 수 있는 경계선을 나타내는 것이며, 가시 라인의 하향 경사가 클수록 선수(11A) 방향에 형성된 사각지대가 작을 수 있다.
또한, 휠 하우스(12A)의 양측에는 윙브릿지(14)가 연결될 수 있다.
엔진 케이싱(13)은 선실(12)의 후방에 마련되며, 추진 엔진 등에서 발생하는 배기를 외부로 방출할 수 있다. 이를 위하여, 엔진 케이싱(13)에는 연돌(13A)이 마련될 수 있다.
또한, 선체(11)의 선미(11C)에는 추진 엔진에서 발생된 동력을 전달받아 선박(10)의 추진력을 발생시키는 추진 장치(도시하지 않음)가 마련될 수 있다. 추진 장치는 프로펠러로 구현될 수 있다. 또한, 추진 장치는 선체(11)에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 추진 장치가 추진 엔진에서 발생된 동력을 전달받아 선박(10)의 추진력을 발생시킴을 예로서 설명하였으나, 이에 한정되지는 않을 수 있다. 예를 들면, 선박(10)에 추진 엔진이 생략된 경우, 추진 장치는 별도의 발전기에서 생성된 전력을 전달받아 선박(10)의 추진력을 발생시킬 수도 있다.
풍력 추진 시스템(100)은 바람을 이용하여 선박(10)에 추진력을 제공할 수 있다. 본 발명에서의 풍력 추진 시스템(100)은 선박을 추진시키는 보조 추진 장치로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라, 풍력 추진 시스템(100)은 선박(10)을 추진시키는 주 추진 장치로도 사용될 수 있다.
풍력 추진 시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이, 윙브릿지(14)를 지지하도록 마련될 수 있다. 또한, 풍력 추진 시스템(100)은 선체(11)의 갑판 상의 일부에 마련될 수도 있다.
한편, 본 실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 풍력 추진 시스템(100)이 윙브릿지(14)를 지지하거나 갑판 상에 마련됨을 예로서 설명하였으나, 한정되지 않을 수 있다. 예를 들면, 풍력 추진 시스템(100)은 선박(10) 운항의 특정 상황에 의해 발생되는 바람을 활용할 수 있도록 다양한 위치에 배치될 수도 있다.
하기에서는 도 4 내지 도 6을 참조하여, 풍력 추진 시스템(100)을 보다 상세히 설명한다.
도 4는 도 1 내지 도 3에 도시된 풍력 추진 시스템을 설명하기 위한 사시도이며, 도 5 및 도 6은 풍력 추진 시스템의 댐퍼부에 해수가 충진된 모습을 설명하기 위한 사시도이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 풍력 추진 시스템(100)은 고정부(110), 회전부(120), 댐퍼부(130) 및 유체 관로(140)를 포함할 수 있다.
고정부(110)는 회전부(120)의 축을 이루며, 회전부(120)를 지지할 수 있다. 고정부(110)는 갑판 상에서 공간 활용이 용이하도록 윙브릿지(14)의 하부에서 선체(11)의 갑판에 수직하게 마련될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 고정부(110)가 윙브릿지(14) 하부에 마련됨을 예로서 설명하였으나, 한정되지 않을 수 있다. 예를 들면, 고정부(110)는 선박(10) 운항의 특정 상황에 의해 발생되는 바람을 활용할 수 있도록 다양한 위치에 배치될 수도 있다. 이외에도 본 발명에 상충되지 않는다면, 고정부(110)는 다양한 형태로 배치될 수 있다.
고정부(110)의 직경은 회전부(120)의 직경과 동일하거나, 회전부(120)의 직경보다 클 수 있다. 고정부(110)의 내부에는 회전부(120)를 회전시킬 수 있는 모터 등이 마련될 수 있다.
회전부(120)는 고정부(110) 상에 마련되고, 고정부(110)에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
회전부(120)는 상부가 개구된 원통 형상을 가질 수 있다. 여기서, 선박(10) 주변의 바람과 원통 형상의 회전부(120) 간의 유체 역학적 간섭으로 인하여, 바람이 선박(10)의 추진력으로 전환될 수 있다.
회전부(120)는 고정부(110)의 모터의 구동에 의해 회전할 수 있다. 여기서, 회전부(120)는 수직 방향의 중심축을 기준으로 회전하면, 회전부(120)의 일측에서는 증가된 압력이 발생하고, 압력이 증가한 일측의 반대측에서는 감소된 압력이 발생할 수 있다. 즉, 회전부(120)의 회전에 의해, 회전부(120)의 일측과 반대측 각각에 양압과 음압이 발생되며, 양압과 음압의 차이로 인해 선박(10)을 이동시키는 추진력이 발생될 수 있다. 따라서, 선박(10)의 연비가 향상될 수 있다.
또한, 회전부(120)의 회전 방향에 따라 양압과 음압이 형성되는 방향은 상이하게 이루어질 수 있다. 따라서, 회전부(120)의 회전 방향이 시계 방향 또는 반시계 방향으로 변환됨을 이용하여 선박(10)의 운항 방향을 제어할 수도 있다.
한편, 본 실시예에서는 선박(10)이 회전부(120)의 구동에 의해 추진력을 획득하는 것으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 선박(10)은 메인 엔진(도시하지 않음)과 러더 등에 의해 메인 추진력을 얻고, 상술한 풍력 추진 시스템(100)의 회전부(120)에 의해 보조 추진력을 얻을 수 있다. 또한, 선박(10)은 회전부(120)에 의해 메인 추진력을 얻고, 엔진 및 러더 등에 의해 보조 추진력을 얻을 수도 있다. 이와 같이, 회전부(120)는 다양한 상황에서 필요에 따라 선박(10)에 추진력을 제공할 수 있다.
댐퍼부(130)는 회전부(120)의 내부에 마련될 수 있다. 댐퍼부(130)의 단면은 회전부(120)의 단면과 닮은 꼴 형상을 가지며, 댐퍼부(130)의 단면적은 회전부(120)의 단면적보다 작을 수 있다. 이를 보다 상세히 설명하면, 댐퍼부(130)는 상부가 개방된 원통 형상을 가지며, 댐퍼부(130)는 회전부(120)보다 작은 직경을 가질 수 있다.
댐퍼부(130)는 도 5에 도시된 바와 같이, 내부 공간에 유체(예를 들면, 해수)의 충진 및 제거가 가능할 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 댐퍼부(130)의 내부 공간에 유체가 충진 및 제거됨을 예로서 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 유체는 회전부(120)와 댐버부(130) 사이의 공간에서 충진 및 제거가 가능할 수 있다.
댐퍼부(130)는 회전 가능할 수 있다. 예를 들면, 댐퍼부(130)는 회전부(120)의 회전에 연동하여 회전할 수 있다. 또한, 댐퍼부(130)는 회전부(120)와 독립적으로 회전할 수 있다. 댐퍼부(130)가 회전부(120)와 독립적으로 회전하는 경우, 댐퍼부(130)는 경우, 별도의 구동 모터에 연결되어 회전할 수 있다.
유체가 충진된 댐퍼부(130)는 회전을 통하여 회전 관성을 발생시킬 수 있다. 댐퍼부(130)에 회전 관성에 의해 선체(11)의 횡방향 진동이 억제될 수 있다.
유체 관로(140)는 댐퍼부(130)의 내부 공간, 또는 회전부(120) 및 댐퍼부(130) 사이의 공간에 연결될 수 있다. 유체 관로(140)는 일측에 연결된 유체 펌프(도시하지 않음)의 구동에 의해 댐퍼부(130)의 내부로 유체를 공급할 수 있다. 여기서, 유체 펌프는 댐퍼부(130)의 내부에 마련될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 유체 펌프는 선체(11)의 일부에 마련되고, 별도의 관로를 통하여 유체 관로(140)에 연결될 수도 있다.
상술한 바와 같은 풍력 추진 시스템(100)은 회전부(120)의 회전에 의해 선박(10)의 추진력을 발생시켜 선박(10)의 연비를 향상시킬 수 있다. 또한, 댐퍼부(1300의 내부 공간, 또는 회전부(120) 및 댐퍼부(130) 사이의 공간이 유체로 충진되고, 댐퍼부(130)가 회전함으로써 발생되는 유체의 회전 관성에 의해 선체(11)의 횡방향 진동을 억제할 수 있다. 따라서, 선박(10)의 모션 제어 능력이 향상될 수 있다.
본 발명은 상기에서 설명된 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들 중 적어도 둘 이상을 조합한 것이나 상기 실시예들 중 적어도 어느 하나와 공지기술을 조합한 것을 새로운 실시예로 포함할 수 있음은 물론이다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10: 선박 11: 선체
11A: 선수 11B: 중앙부
11C: 선미 12: 선실
12A: 휠 하우스 13: 엔진 케이싱
13A: 연돌 14: 윙브릿지
100: 풍력 추진 시스템 110: 고정부
120: 회전부 130: 댐퍼부
140: 유체 관로

Claims (7)

  1. 선박의 갑판 상에 마련되는 고정부;
    상기 고정부의 상부에 회전 가능하게 마련되는 회전부; 및
    상기 회전부의 내부에 마련되는 댐퍼부를 포함하고,
    상기 댐퍼부의 내부 공간, 또는 상기 회전부 및 상기 댐퍼부 사이의 공간에 유체의 충진 및 제거가 가능하며,
    상기 회전부 및 상기 댐퍼부는 상부가 개방된 원통 형상을 가지는 풍력 추진 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 회전부의 단면 및 상기 댐퍼부의 단면은 닮은 꼴 형상이며,
    상기 회전부의 단면적이 상기 댐퍼부의 단면적보다 큰 풍력 추진 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 댐퍼부는 회전 가능한 풍력 추진 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 댐퍼부의 내부에 마련되며, 상기 댐퍼부의 내부 공간, 또는 상기 회전부 및 상기 댐퍼부 사이의 공간으로 유체를 공급하는 유체 관로를 더 포함하는 풍력 추진 시스템.
  6. 제1 항, 제2 항, 제4 항 및 제5 항 중 어느 한 항의 풍력 추진 시스템을 포함하는 선박.
  7. 제6 항에 있어서,
    갑판 상에 마련되고, 최상부에 휠 하우스를 구비하는 선실; 및
    상기 휠 하우스의 양측에 마련된 윙브릿지를 더 포함하고,
    상기 풍력 추진 시스템은 상기 윙브릿지를 지지하도록 마련되는 선박.
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