KR20090041908A - 쇄빙선의 추진 시스템 및 이를 위한 쇄빙선 형상 - Google Patents

Abstract

본 발명은 쇄빙선의 추진 시스템 및 이를 위한 쇄빙선 형상에 관한 것으로, 전후이동이 가능한 가변 피치 프로펠러 및 전방향(360°)으로 추력을 발생시킬 수 있는 리트렉터블(Retractable) 스러스터(Thruster)를 구성하되, 쇄빙 운항 조건에서의 전방 이동시 리트렉터블 스러스터는 선체내부에 수납되고 가변 피치 프로펠러에 의한 추력으로 쇄빙작업을 수행하며, 후방 이동시 인입된 리트렉터블 스러스터를 선체외부로 노출시키고, 상기 가변 피치 프로펠러의 추력에 리트렉터블 스러스터의 추력을 더하여 쇄빙작업을 수행함으로써, 포드형 추진기를 이용한 추진 시스템을 탑재한 쇄빙선 이상의 쇄빙능력을 보유하면서도, 일반해역의 운항성능이 상기 포드형 추진기를 이용한 추진 시스템이 탑재된 쇄빙선에 비하여 20%이상 향상된 운항성능을 갖도록 한 것이다.

또한, 본 발명에 의한 추진 시스템은 상기 포드형 추진기에 비해 저렴한 가변 피치 프로펠러를 이용함으로써, 추진 시스템에 대해 50%의 비용절감 효과를 얻을 수 있으며, 전방향(360°)으로 추력을 발생시킬 수 있는 리트렉터블(Retractable) 스러스터(Thruster)에 의해 쇄빙 및 내빙 운항 조건에서의 조종성능을 만족시킬 수 있기 때문에, 본 발명에 의한 추진 시스템을 탑재한 쇄빙선의 경쟁력을 향상시킬 수 있는 것이다.

특히, 본 발명은 후방 이동시 상기 쇄빙선의 추진 시스템을 보호하고 효과적으로 운용하기 위하여, 상기 가변 피치 프로펠러 및 전방위 스러스터 중 적어도 하 나에 대응하는 쇄빙선의 선미에 볼록 형상의 스케그(Skeg)를 형성하여, 쇄빙되어 유입되는 얼음이 스케그에 의해 분산되도록 함으로써, 쇄빙선의 신뢰성 및 안전성을 향상시킬 수 있는 것이다.

쇄빙선, 가변 피치 프로펠러, 전방위 스러스터, 스케그

Description

쇄빙선의 추진 시스템 및 이를 위한 쇄빙선 형상{System for propulsion of ice-breaker and shape for the same}

본 발명은 쇄빙선의 추진 시스템 및 이를 위한 쇄빙선 형상에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 날개각의 가변이 가능한 가변 피치 프로펠러 및 전방위 스러스터를 이용하여 항해 및 쇄빙작업을 수행하는 쇄빙선 및 쇄빙작업시 쇄빙된 얼음으로부터 상기 가변 피치 프로펠러 및 전방위 스러스터를 보호할 수 있는 쇄빙선 형상에 관한 것으로, 포드형 추진기를 이용한 추진 시스템을 탑재한 쇄빙선과 동일한 쇄빙능력을 보유하면서도, 일반해역의 운항성능이 상기 포드형 추진기를 이용한 추진 시스템이 탑재된 쇄빙선에 비하여 20%이상 향상된 운항성능과 50% 이상의 비용절감을 이룰 수 있는 것이다.

따라서, 쇄빙선의 신뢰성 및 안전성을 향상시킴은 물론 가격 경쟁력을 향상시킬 수 있는 것이다.

쇄빙선(Ice Breaker)이란 얼음이 덮여 있는 결빙해역에 형성되어 있는 얼음을 부수기 위해 사용되는 선박을 말하며, 결빙해역의 얼음을 쇄빙하면서 항로를 형성하여 수송선 등의 다른 선박의 항해를 유도하고, 결빙해역에 떠다니는 유빙으로 부터 해양구조물을 보호하며, 결빙해역에 갇힌 선박을 구조하는 등의 역할을 수행한다.

이러한 쇄빙선은 약 1 ~ 3m의 두께를 갖는 얼음을 쇄빙하면서 항해하기 때문에, 효과적인 쇄빙을 위하여 전후 방향의 이동은 물론 좌우 방향의 이동도 필요로 하게 된다.

따라서, 쇄빙선은 일반 선박과는 다른 추진 시스템을 구비하고 있다.

도 1은 종래의 쇄빙선을 나타낸 개념도로서, 쇄빙을 위한 선형을 갖는 쇄빙선(1)의 저면에 포드(POD)형 추진기(2)가 설치됨을 나타낸 것이다.

상기 포드형 추진기(2)는 360°회전이 가능한 추진장치로써, 쇄빙선이 전방(Ahead Direction) 및 후방(Astern Direction)으로의 운행이 가능하도록 작동되며, 특히 쇄빙선으로 하여금 우수한 쇄빙기능과 좌우 방향으로의 스러스트(Thrust)를 발휘할 수 있도록 하는 추진력을 제공할 수 있는 것이다.

따라서, 포드형 추진기(2)에 의한 추진 시스템을 갖는 쇄빙선은 결빙해역의 얼음을 용이하게 쇄빙하면서 항로를 확보할 수 있는 것이다.

그러나, 상기와 같은 포드형 추진기(2)를 이용한 쇄빙선(1)의 추진 시스템은, 고가의 포드형 추진기(2)로 인하여 쇄빙선(1)의 가격 상승의 원인이 되고, 포드형 추진기(2)에 의한 추진 시스템의 추진 효율은 약 0.55 ~ 0.58으로, 일반 선박에 탑재되는 추진시스템에 비하여 약 20%정도 낮으며, 결빙해역이 아닌 일반해역에서의 운항성능이 매우 떨어지게 되는 문제점이 있었다.

따라서, 항구에 정박 중이거나 일반해역을 운항하는 쇄빙선(1)이 결빙해역까지 이동하는 시간이 오래 걸리게 되어, 쇄빙작업의 요청을 받아 해당 작업을 완료까지 상당한 기간 필요로 하게 되는 문제점이 있었다.

이는, 결빙해역에서 항로확보를 하기 위하여, 쇄빙선이 도착하기까지 대기중인 수송선 등의 다른 선박에 대해서도, 대기기간의 증가에 따른 비용상승과 함께 항해기간이 길어지게 되는 등의 문제점을 유발한다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 포드형 추진기를 이용한 추진 시스템과 동일한 쇄빙능력을 보유하면서, 일반해역의 운항성능은 포드형 추진기를 이용한 추진 시스템에 비하여 20% 이상 향상된 운항성능을 갖는 쇄빙선의 추진 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 포드형 추진기를 이용한 추진 시스템의 가격에 비하여, 약 50%의 비용을 절감할 수 있는 쇄빙선의 추진 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 쇄빙선의 추진 시스템은, 쇄빙선의 이동을 제어하는 운항장치를 포함하는 쇄빙선의 추진 시스템에 있어서, 회전날개의 각도가 변화가능하도록 설치되고, 상기 운항장치의 운항제어신호를 전송받아 상기 회전날개의 각도를 변화시켜 쇄빙선을 전방 또는 후방으로 이동시키도록 작동하는 적어도 하나의 가변 피치 프로펠러와, 상기 운항장치의 운항제어신호를 전송받아 쇄빙선을 좌우방향으로 이동시키도록 작동하고 전방향(360°)으로의 추가추력을 제공하는 적어도 하나의 리트렉터블(Retractable) 스러스터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 쇄빙선의 추진 시스템을 위한 쇄빙선 형상은, 상기 가변 피치 프로펠러 및 스러스터 중 적어도 하나에 대응하는 위치에 볼록 형상의 스케그(Skeg)를 형성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 전후이동이 가능한 가변 피치 프로펠러 및 전방향(360°)으로 추력을 발생시킬 수 있는 리트렉터블 스러스터에 의한 추진 시스템을 이용하여, 포드형 추진기를 이용한 추진 시스템을 탑재한 쇄빙선과 동일한 쇄빙능력을 보유하면서도, 일반해역의 운항성능이 상기 포드형 추진기를 이용한 추진 시스템이 탑재된 쇄빙선에 비하여 20%이상 향상된 운항성능을 갖게 됨으로 인해, 결빙해역까지의 이동이 빠름은 물론, 전체 쇄빙작업의 소요기간을 단축시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 추진 시스템은 상기 포드형 추진기를 이용한 추진 시 스템에 비하여 50%의 비용절감을 이룰 수 있으며, 이로 인하여 본 발명에 의한 추진 시스템을 탑재한 쇄빙선의 경쟁력을 향상시킬 수 있는 것이다.

특히, 본 발명은 후방 이동시 상기 쇄빙선의 추진 시스템을 보호하고 효과적으로 운용하기 위하여, 상기 가변 피치 프로펠러 및 전방위 스러스터 중 적어도 하나에 대응하는 쇄빙선의 선미에 볼록 형상의 스케그(Skeg)를 형성하여, 쇄빙되어 유입되는 얼음이 스케그에 의해 분산되도록 함으로써, 쇄빙선의 신뢰성 및 안전성을 향상시킬 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 쇄빙선의 추진 시스템 및 이를 위한 쇄빙선 형상에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 의한 쇄빙선의 추진 시스템의 일 예를 나타낸 개념도이다.

먼저, 본 발명에 예시된 쇄빙선(100)은 선박의 항해를 위한 운항장치(도시 하지 않음), 통신장치(도시하지 않음) 등을 탑재하고 있으며, 상기 운항장치 및 통신장치의 구성과 기타 추가적인 장치의 구성은 당업자의 요구에 따라 다양하게 적용할 수 있음은 물론이다.

상기 운항장치는 항해사 등의 선원에 의해 선박의 항해 속도, 방위 등을 제어하기 위한 것으로, 선원에 의한 조작에 대응하여 운항제어신호를 출력한다.

여기서, 상기 운항제어신호는 당업자에 의해 다양한 신호체계로 설정될 수 있음은 당연하다.

본 발명에서의 추진 시스템은 상기 운항장치에서 출력되는 운항제어신호를 전송받아 쇄빙선이 전후방향으로 항해하도록 동작하는 가변 피치 프로펠러(Controllable Pitch Propeller)(110) 및 전방향(360°)으로 추력을 발생시킬 수 있는 리트렉터블(Retractable) 스러스터(Thruster)(120)를 포함한다.

상기 가변 피치 프로펠러(110)는 도 3a에 나타난 바와 같이, 운항을 위해 동력을 생산하여 공급하는 동력공급장치(예를 들어, 엔진이나 모터 등)로부터 전달되는 동력으로 회전운동을 하는 회동축(111)과, 상기 회동축(111)의 종단부에 형성된 캡(112), 그리고 상기 캡(112)에 회동가능하도록 설치되는 날개(113)를 포함하여 구성된다.

상기 날개(113)는 도 3a의 (b)와 도 3b의 (c)와 같이 회동되며, 상기 운항장치에서 출력되는 운항제어신호에 대응하여 제어된다. 여기서, 상기 날개(113)가 캡(112)에 회동가능하도록 설치되는 세부구성 및 상기 세부구성이 운항제어신호에 대응하는 구체적인 동작은 당업자의 요구에 따라 다양한 것을 적용할 수 있다.

예를 들어, 캡(112)의 내부에 날개(113)를 회동시키기 위한 모터(도시하지 않음)를 설치하고, 상기 운항제어신호에 따라 모터를 작동시켜 날개(113)를 회동시킬 수 있다.

이하에서 상기와 같은 가변 피치 프로펠러(110)의 동작을 살펴보기로 한다.

상기 도 3a의 우측방향이 쇄빙선(100)의 선수측인 경우, 운항장치가 전방으로 이동하기 위한 운항제어신호를 출력하면, 해당 운항제어신호에 대응하여 날개(113)가 도 3a의 (b)와 같이 회동한다. 이때, 쇄빙선의 항속은 날개(113)의 회동 정도에 대응한다.

만약, 운항장치가 후방으로 이동하기 위한 운항제어신호를 출력하면, 해당 운항제어신호에 대응하여 날개(113)가 도 3b의 (c)와 같이 회동한다. 이때, 상기 회동축(111)은 도 3a의 (b) 및 도 3b의 (c)에 나타난 바와 같이 동일한 방향으로 회전한다.

따라서, 동일하게 회전하는 회동축(111)에 대하여 날개(113)의 각도만 변경함으로써, 쇄빙선(100)이 전방 또는 후방으로 이동할 수 있는 것이다. 또한, 포드형 추진기에 비해 그 구성이 간단하여 가격이 저렴하고, 회동축(111)으로부터 전달되는 동력을 모두 추진력으로 사용하기 때문에, 포드형 추진기에 비해 운항성능을 현저하게 향상시킬 수 있는 것이다.

상기 리트렉터블 스러스터(120)는 프로펠러를 포함한 언더워터유닛(Under Water Unit), 리셉터클(Receptacle) 및 구동모터를 포함하여 구성된, 자기위치 제어장치(Dynamic Positioning Control System) 중 하나이다.

선박의 자기위치 제어라 함은 해당 선박이, 해류 및 풍향, 풍속, 파고에 의하여 선체가 흔들려 위치가 변화되는 현상에 대응하기 위한 것으로, 본 발명에서는 이러한 기능을 수행하는 리트렉터블 스러스터(120)를 이용하여 쇄빙선(100)을 원하는 방향(주로, 좌우 방향)으로 이동시키게 된다.

따라서, 상기 가변 피치 프로펠러(110) 및 리트렉터블 스러스터(120)를 이용하여, 포드형 추진기의 쇄빙능력과 동일한 쇄빙능력을 보유할 수 있음은 물론, 포드형 추진기에 비하여 가격절감과 일반해역 운항성능의 향상을 이룰 수 있는 것이 다.

쇄빙선이 쇄빙 운항 조건에서 전방으로 운항하게 되면, 상기 리트렉터블 스러스터(120)는 선체 내부로 수납되고, 상기 쇄빙선은 가변 피치 프로펠러(110)의 추력으로 쇄빙작업을 수행한다.

그리고, 쇄빙선이 쇄빙 운항 조건에서 후방으로 운항하게 되면, 수납된 리트렉터블 스러스터(120)가 선체 외부로 노출되면서, 가변 피치 프로펠러(110)의 추력에 리트렉터블 스러스터(120)의 추력을 더하여 후방 운행을 수행한다.

특히, 상기 리트렉터블 스러스터(120)는 전방향(360°)으로 추력을 발생시킬 수 있기 때문에, 쇄빙 및 내빙 운항 조건에서 쇄빙선의 조종성능을 향상시킬 수 있다.

한편, 쇄빙선(100)이 후방으로 이동하면서 쇄빙작업을 수행할 경우, 쇄빙된 얼음이 가변 피치 프로펠러(110) 또는 전방위 스러스터(120)에 부딪히면, 얼음과의 충돌로 인하여, 상기 가변 피치 프로펠러(110) 또는 전방위 스러스터(120)의 성능저하 및 기능상실이 유발될 수 있다.

이를 방지하기 위하여, 본 발명에서는 도 4에 나타난 바와 같이 쇄빙선(100)의 후미에 스케그(Skeg)(130)를 형성한다.

상기 스케그(130)는 좌우면에 비하여 돌출되는 형상으로 형성되며, 도 4에 나타난 바와 같이 상기 가변 피치 프로펠러(110) 또는 전방위 스러스터(120)에 대응하는 위치에 형성한다.

상기와 같이 스케그(130)를 형성함으로써, 쇄빙선이 후방으로 이동함에 따라 쇄빙되는 얼음은 도 4에 나타난 유도방향(일점쇄선)을 따라 이동하게 되며, 쇄빙된 얼음으로부터 가변 피치 프로펠러(110) 또는 전방위 스러스터(120)를 보호할 수 있는 것이다.

따라서, 쇄빙선의 신뢰성 및 안전성을 향상시킬 수 있는 것이다.

이상에서 본 발명에 의한 쇄빙선의 추진 시스템 및 이를 위한 쇄빙선 형상에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시 예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

도 1은 포드형 추진기를 이용하는 종래의 쇄빙선을 나타낸 개념도이다.

도 2는 본 발명에 의한 쇄빙선의 추진 시스템의 일 예를 나타낸 개념도이다.

도 3a 및 도 3b는 도 2에 나타난 가변 피치 프로펠러의 동작을 나타낸 작동상태도이다.

도 4은 도 2에 나타난 쇄빙선의 후미형상을 나타낸 부분생략 배면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 쇄빙선 110 : 가변 피치 프로펠러

111 : 회동축 112 : 캡

113 : 날개 120 :전방위 스러스터

Claims (3)

1. 쇄빙선의 이동을 제어하는 운항장치를 포함하는 쇄빙선의 추진 시스템에 있어서,

   회전날개의 각도가 변화가능하도록 설치되고, 상기 운항장치의 운항제어신호를 전송받아 상기 회전날개의 각도를 변화시켜 쇄빙선을 전방 또는 후방으로 이동시키도록 작동하는 적어도 하나의 가변 피치 프로펠러와,

   상기 운항장치의 운항제어신호를 전송받아 쇄빙선을 좌우방향으로 이동시키도록 작동하고 전방향(360°)으로의 추가추력을 제공하는 적어도 하나의 리트렉터블(Retractable) 스러스터(Thrust)를 포함하는 쇄빙선의 추진 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 리트렉터블 스러스터는,

   상기 쇄빙선이 전방으로 이동할 경우, 상기 쇄빙선 선체 내부에 수납되고,

   상기 쇄빙선이 후방으로 이동할 경우, 상기 쇄빙선 선체 외부에 노출되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 쇄빙선의 추진 시스템.
3. 회전날개의 각도가 변화가능하도록 설치되고, 상기 회전날개의 각도를 변화시켜 쇄빙선을 전방 또는 후방으로 이동시키도록 작동하는 가변 피치 프로펠러와, 상기 쇄빙선을 좌우방향으로 이동시키도록 작동하고 전방향(360°)으로의 추가추력 및 조종성능을 확보하는 스러스터(Thrust)를 포함하는 상기 쇄빙선의 선미 하부는,

   상기 가변 피치 프로펠러 및 전방위 스러스터 중 적어도 하나에 대응하는 위치에 볼록 형상의 스케그(Skeg)를 형성한 것을 특징으로 하는 포함하는 쇄빙선의 추진 시스템을 위한 쇄빙선 형상.

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