KR20070120904A - 선박을 전기적으로 추진하기 위한 전기 추진 시스템 및이러한 시스템을 구비한 선박 - Google Patents

선박을 전기적으로 추진하기 위한 전기 추진 시스템 및이러한 시스템을 구비한 선박 Download PDF

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Abstract

본 발명은 특히 선박을 전기적으로 추진하기 위한 전기 추진 시스템에 관한 것이며, 시스템은 적어도 두 개의 측면 포드(3)와 하나의 중앙 축선(4)을 포함한다. 상기 축선(4)으로부터의 추진은 스크류 펌프(6)에 의해 전달된다는 점에서 주목할만하다.
선박, 전기적, 추진, 포드, 축선, 스크류 펌프

Description

선박을 전기적으로 추진하기 위한 전기 추진 시스템 및 이러한 시스템을 구비한 선박 {AN ELECTRIC PROPULSION SYSTEM FOR ELECTRICALLY PROPELLING A SHIP, AND A SHIP EQUIPPED WITH SUCH A SYSTEM}
도1은 본 발명의 추진 시스템에 대한 저면 개략도.
도2는 본 발명의 중앙 축선에 대한 측면도.
도3은 본 발명의 중앙 축선에 대한 3차원 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 추진 시스템
2 : 선미
3 : 측면 추진 장치
4 : 축선
5 : 중앙 축
6 : 스크류 펌프
7 : 덕트
8 : 프로펠러
9 : 유동 디렉터 핀
10 : 선미 튜브
11 : 용골
12 : 덕트
본 발명은 선박을 전기적으로 추진시키기 위한 전기 추진 시스템에 관한 것이며, 특히 대형 선박을 전기적으로 추진시키기 위한 전기 추진 시스템에 관한 것이다. 또한, 이러한 시스템을 장착한 선박에 관한 것이다.
유람선 기능을 하는 선박 등의 여객선 선주들은 유람선의 승객수를 늘이고, 승객들에게 바다를 볼 수 있는 선실을 가능한 많이 제공하기 위해 크기가 더 큰 선박을 요구하는 경우가 늘어나고 있다.
그와 동시에, 여객선의 운항 속도가 20노트 (약 37 km/hr) 이상일 것을 요구한다.
현재, "파나막스(Panamax)" 타입(파나마 운하를 통과할 수 있는 크기)의 여객선 또는 "오버파나막스(Overpanamax)" 타입(파나마 운하를 통과할 수 없는 크기)의 여객선은 일반적으로 두개의 축선으로 전기적 추진을 가지며, 각각의 모터는 약 20 메가와트의 동력을 전달한다. 선박의 크기가 커지거나 운항 속도가 빨라지게 되면, 이러한 축선 하나 당 추진력은 선주들의 요구에 부합하기에는 충분하지 않다.
또한, 축선 당 동력을 증가시키려고 하면 모터의 과도 동력과 관련된 기술적 인 문제점이 발생한다. 이러한 시도는 프로펠러 크기의 문제와, 진동을 제어하기 위한 선체 간극의 문제점이 발생하여, 저진동으로 인한 양호한 추진 효율이 저지된다.
또한, 추진 시스템의 크기를 증가시키는 것은 흘수(吃水) 및 항구나 통과 구역의 깊이에 따라 설정된 크기 제한에 걸린다.
또한, 선주들은 추진 요소들 중 하나가 일시적으로 작동이 안될 때 예컨대 20 노트(약 37 km/hr)의 최소 운항 속도를 유지하기 위해 추진 시스템의 대리 기능성에 대한 요구가 높다.
필요한 추진력을 충분히 얻기 위해서 톤수가 큰 선박에서는 축선에 의한 추진보다는 복수의 조타 추진 포드(steerable propulsion pod)들의 조합에 의해 추진이 구현된다. 본원에서 사용된 용어 "포드(pod)"는 선박의 선체에 대해서 외부에 있으며 추진 모터를 포함하는 잠겨 있는 추진 유닛을 의미한다.
포드는 복잡하지만 최대 30 메가와트의 동력을 충분히 전달하도록 설계된 유닛이다. 포드는 조타 포드가 사용될 때 조타 기능과 추진 기능을 모두 수행할 수 있는 이점을 제공한다. 또한, 이러한 포드가 사용될 경우, 추진 요소들 중 하나가 손실되어 작동이 저하되었을 때 많은 개수의 추진 장치로 인해서 시스템의 대리 기능성이 향상된다
3포드 구성, 즉 두 개의 측면 포드 및 선박의 길이 방향 축 상의 하나의 중앙 포드는 표준화하기가 쉽지 않다. 중앙 포드는 선박의 후류(wake)에 위치하여 설계하기가 복잡하며 크기도 커야 한다.
그러므로, 추진력을 전체적으로 증가시키기 위해서, 시스템에 필요한 동력과 대리 기능성을 제공하는데 있어서 일반적으로 4포드 구성이 바람직하다. 불행하게도 이러한 구성은 크기에 대한 제한과 대형 선박에 대한 흘수의 제한에 대한 결점을 갖는다. 그러므로 선박에서 2개 이상의 전방 포드는 충격이나 손상 등을 입을 위험이 크다.
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결한, 즉 적어도 최소한의 운항 속도를 유지할 수 있는 대리 기능성을 가지며, 적어도 중요한 영역에서 가능한 표준화되고 소형인 추진 장치로 추진력을 얻을 수 있는 선박 추진 시스템을 제공하는 것이다.
더 상세하게, 본 발명의 목적은 특히 두 개의 측면 포드와 하나의 중앙 축선을 구비하여 대형 선박을 추진하기 위한 선박 추진 시스템을 제공하는 것이다.
선박 추진 시스템은 유럽 특허 출원 EP 1 329 379호와 미국 특허 출원 2005/0164574호에 공지되어 있으며, 주요 추진을 제공하는 하나의 중앙 축선과 두 개의 측면 포드로 구성된다. 중앙 축선을 위한 추진력은 조종성의 제한을 만족시키기 위해 블레이드의 피치 각도가 조정될 수 있는 프로펠러가 결합된 디젤 엔진에 의해 제공된다. 포드는 전기적으로 구동된다.
그러나, 전력과 디젤 힘의 조합으로는 모두가 전기 시스템인 경우와 같이 좋은 대리 기능성을 얻을 수는 없다.
선박의 전력 공급망을 구성하는 일 셋트 이상의 발전기 유닛의 일부인 하나의 발전기 유닛이 고장 났을 경우 다른 발전기 유닛이 고장난 발전기 유닛을 대체 하기 때문에 선박을 운행시킬 수 있는 전력 공급에 차질을 주지 않는다. 그러나, 디젤 동력 공급이 중단되면 이러한 동력 공급으로 구동되는 추진 장치가 적어도 일시적으로 중단하게 된다.
또한, 모두 전력만 공급하게 되면 선박의 구조를 설계하는데 더 큰 융통성을 갖게 되는 이점을 갖는데, 전기 모터를 더 멀리 그리고 다른 높이에 위치시킬 수 있기 때문이다. 이것은 덩치가 큰 디젤 엔진으로는 불가능한 일이다.
국제 공개 번호 WO-A-03/066428호도 하나의 중앙 축선과 두 개의 선미 측면 포드를 포함하는 선박 추진 시스템을 개시한다.
상기 국제 공개 문헌의 도1A 내지 도2B에 도시된 바와 같이, 중앙 축선의 추진 장치는 종래의 프로펠러로 구성된다.
상기 국제 공개 문헌의 도3A 및 도3B에 도시된 실시예에서, 중앙 축선의 추진 장치는 "워터-제트 장치(water-jet device)"인데, 즉 선체의 내측에 설치되며, 주로 물 흡입 덕트와, 샤프트로 구동되는 펌프와, 하류측에 위치한 디퓨저(diffuser)와, 가속 노즐과, 제트 조타 및 역전 장치를 포함하는 장치이다.
그러므로 본 발명의 목적은 선박 중에서도 특히 대형 선박을 전기적으로 추진하기 위한 전기 추진 시스템을 제공하는 것이며, 시스템은 적어도 두 개의 측면 포드와 하나의 중앙 축선을 포함한다.
이러한 구조의 첫 번째 주요 이점은 포드에 대해서 표준 추진 장치가 사용될 수 있고, 필요한 총 동력을 쉽게 얻기에 적합한 축선이 사용된다는 점이다.
두 개의 측면 포드는 종래의 공지된 구조이며 이미 사용되고 있다.
하지만, 중앙 축선은 크기와 달성될 성능 측면에서 잠재적으로 문제점이 발생된다.
첫번째 형태의 발생되는 문제점은 진동과 관련되는데, 스케그(skeg)에 의한, 즉 선미에서 선박의 용골(keel)의 연장부로 인해 교란되는 후류로 인해 상당한 양의 진동이 발생하기 때문이다.
종래에 이러한 문제점은 예컨대 액화 가스 탱크선 등과 같은 하나의 축선을 가지는 선박에 구현된 후류 조정기 벌브(wake regulator bulb)로 극복하였다. 이러한 경우 비용이 많이 들고 덩치가 큰 복잡한 금속 가공이 필요하다.
두 번째 형태의 문제점은 선박의 중앙 후류 내로 추진력을 용이하게 통합시키기 위해 소형 부피 내에서 추진력을 달성해야 하는 것과, 비용을 턱없이 높이지 않도록 가능한 표준화할 수 있는 해결책에 관한 것이다.
따라서, 전술된 바와 같이, 본 발명은 선박을 전기적으로 추진하기 위한 전기 추진 시스템을 제공하며, 시스템은 적어도 두 개의 후미측 포드와, 선박의 축의 중앙에 오도록 설계된 축선을 포함한다.
본 발명을 따르면, 상기 축선으로부터 발생된 추진은 스크류 펌프에 의해 전달된다.
유리하게, 스크류 펌프는 프로펠러와, 프로펠러의 상류측에 위치한 유동 디렉터 핀들의 링과, 프로펠러 및 핀들의 링으로 이루어진 조립체 주변의 덕트로 구성된다.
이러한 방식으로, 스크류 펌프 타입의 추진이 존재하기 때문에 프로펠러 크 기에 대한 문제점을 해결할 수 있으면서, 적어도 종래의 프로펠러와 균등한 최소 동력을 유지할 수 있고, 스크류 펌프로부터 배출되는 유동을 배향시켜 음향 및 진동 교란을 피하여 캐비테이션(cavitation) 문제점을 방지할 수 있다.
유동 디렉터 핀들이 존재하기 때문에 추진 장치의 입구에서 후류를 배향시키기 위해 조정기 벌브를 제 위치에 놓을 필요가 없게 된다. 이러한 벌브 대신에, 중앙 축선을 거쳐 샤프트의 축 주위에 추진용으로 단순한 선미 튜브 등과 같이 단순하면서 저렴한 구조체를 사용할 수 있다.
스크류 펌프 추진 원리는 그 자체가 잠수함 추진 시스템에 오랫동안 적용되어 왔으며, 스크류 펌프를 잠수함의 후류에 위치시킴으로써 종래의 프로펠러보다 높은 효율을 얻으면서 음향 교란도 감소시킬 수 있음을 알 수 있다. 스크류 펌프는 (액체의 스트림을 전달하여) 운동량 추력(momentum thrust)을 전달하지만, 종래의 프로펠러는 압력 추력(pressure thrust)을 전달한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 두 개의 측면 포드는 국제 공개 공보 WO 2005/110840호에 개시된 바와 같이 스크류 펌프 타입의 포드이다. 그러므로, 이러한 추진 장치의 모든 이점, 즉 소형화, 높은 동력 및 캐비테이션 현상 제거 등의 이점으로 인해서 대형 선박에 적합한 해결책을 제시해준다. 그러므로, 이러한 이점은 선체의 형상에 대해서 더 큰 자율성을 가지며, 선박의 선미가 잠기기 때문에 슬래밍(slamming) 현상을 피할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 두 개의 후미측 포드는 360도로 조타 가능한 포드이다.
또한, 본 발명은 전술된 바와 같은 전기 추진 시스템을 구비한 선박을 제공한다.
일 실시예에서, 스크류 펌프의 프로펠러의 선체 간극은 약 500 밀리미터(mm)이다.
유리하게는, 만약 상기 추진 장치가 선박의 용골로부터 떨어져 있으면 추진 장치를 보유하기 위한 추가의 수단을 제공하거나 힘을 취하기 위해 특히 아암에 의해 선박의 선체에 중앙 스크류 펌프 주변의 덕트가 연결된다.
아래 상세한 설명은 본 발명을 이해하는데 도움이 될 것이다. 이러한 설명은 예시를 위함으로, 첨부된 도면을 참고한다.
도1에서 본 발명의 추진 시스템(1)은 선박의 후미 단부에서 아래로부터 바라본 것이다. 이러한 시스템(1)은 선박의 후미 단부에서 선미(2)의 선체를 정형(fairing)하여 설치되며, 첫째로 스크류-펌프 타입의 포드(pod)로 구성된 두 개의 측면 추진 장치(3)로 이루어지며, 두번째로 선박의 길이 방향 중앙 축(5)을 따라 배치된 축선(4)을 가지는 중앙 추진 장치로 이루어진다.
중앙 축선(4)은 프로펠러(8) 주변의 덕트(7)와, 유동 디렉터 핀(9)과, 선미 튜브(10)로 구성된 스크류 펌프(6)로 이루어진다.
중앙 축선(4)은 선박의 선체의 용골(11; keel)의 후미에 위치하며, 용골은 선박의 크기를 감안할 때 크며 스톡에서 선박을 지지하는데 필요하다. 도1, 도2 및 도3은 용골(11)과의 접합부에 대한 튜브(10)의 기능을 도시한다. 그러므로, 용 골(11)의 꼬리 단부를 벗어난 유동은 선미 튜브(10)를 따라 재배향되어 후류를 교란시키기 않고 스크류 펌프(6) 내로 침투하게 된다.
도1은 선박의 중앙 축(5)의 양 측면에 상기 중앙 축으로부터 등거리로 배치된 두 개의 측면 추진 장치(3)를 도시한다. 이러한 측면 추진 장치는 선박의 후미를 향해 위치되어 있다. 전술된 바와 같이, 측면 추진 장치는 스크류 펌프 타입의 추진 포드, 즉 프로펠러(13) 주변의 덕트(12)와 유동 디렉터 핀(14)(도3 참조)으로 구성된다. 두 개의 측면 추진 장치(3)는 운동량 추력을 전달한다.
도2는 중앙 추진 장치(4)의 스크류 펌프(6) 주변의 덕트(7)가 선박의 선체와 만나는 접합부, 특히 아암(15)을 경유하여 선박의 선미(2)와 만나는 접합부를 명확하게 도시한다. 아암(15)은 이러한 구조에서 선박의 용골(11)과 떨어진 중앙 추진 장치(4)를 보유하기 위한 보유력을 분배할 수 있다.
도3은 본 발명의 추진 시스템을 갖는 선박의 후미 단부에 대한 3차원 도면이다. 도3은 선박의 후미 단부의 크기에 대한 본 발명의 시스템의 소형화와, 선박에 필요한 동력을 전달하면서 음향 교란을 발생시키지 않는 추진 장치에 대해서 비교적 작은 선체 간극을 얻을 수 있는 가능성을 도시한다.
본 발명은 전술된 예시에 제한되지 않으며, 청구범위 범위 내에서 다양한 변형을 포함한다.
본 발명의 전기 추진 시스템 및 이러한 시스템을 구비한 선박은 최소한의 운항 속도를 유지할 수 있는 대리 기능성을 가지며, 표준화될 수 있고, 소형이며, 충 분한 동력을 제공할 수 있고, 캐비테이션 현상 제거될 수 있는 효과를 가진다.

Claims (7)

  1. 적어도 두 개의 후미측 포드(3)와, 선박의 축(5) 상의 중앙에 오도록 설계된 축선(4)을 포함하며 선박을 전기적으로 추진하기 위한 전기 추진 시스템에 있어서,
    상기 축선으로부터의 추진은 스크류 펌프(6)에 의해 전달되는 것을 특징으로 하는 전기 추진 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 스크류 펌프(6)는 프로펠러(8)와, 프로펠러(8)로부터 상류측에 위치한 유동 디렉터 핀(9)들의 링과, 프로펠러 및 핀들의 링으로 이루어진 조립체 주변의 덕트(7)로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 추진 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 두 개의 측면 포드(3)는 스크류 펌프 타입의 포드인 것을 특징으로 하는 전기 추진 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 두 개의 후미측 포드(3)는 360도로 조타 가능한 포드인 것을 특징으로 하는 전기 추진 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항을 따른 전기 추진 시스템을 구비한 선박.
  6. 제4항에 있어서, 스크류 펌프(6)의 프로펠러(8)의 선체 간극은 약 500 mm인 것을 특징으로 하는 선박.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 중앙 스크류 펌프(6) 주변의 덕트(7)는 힘을 취하는 아암(15)에 의해 선체에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 선박.
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