KR20130114238A - 선체 저항 저감 장치 - Google Patents

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KR20130114238A
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게이이치 시라이시
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

선박의 선체 외표면으로 기포를 방출해서 항행시의 마찰 저항을 저감하는 선체 저항 저감 장치이며, 선박의 주 기관으로부터의 배기 가스에 의해 구동되어, 주 기관으로 연소용 공기를 압송하는 과급기(20)를 구비하고, 상기 과급기(20)로부터 주 기관으로 공급되는 연소용 공기를 추기해서 선체 외표면으로 방출하는 동시에, 과급기(20)가 배기 유속을 2단계로 조정 가능한 가변 노즐을 구비하고, 연소용 공기를 추기해서 선체 외표면으로 방출하는 경우는 가변 노즐을 좁히고, 연소용 공기를 추기해서 선체 외표면으로 방출하지 않는 경우는 가변 노즐을 개방한다.

Description

선체 저항 저감 장치{DEVICE FOR REDUCING RESISTANCE OF SHIP BODY}
본 발명은 선체로부터 미소한 기포를 방출해서 항행시의 마찰 저항을 저감하는 선체 저항 저감 장치에 관한 것이다.
종래에, 선박의 선저부 외면 상에 미소한 기포를 방출하면서 항행함으로써 선체의 마찰 저항을 저감하고, 선박의 추진에 필요한 동력, 즉 연료 소비를 저감하는 기술이 실용화되어 있다. 이러한 기포를 방출하기 위해서는, 예를 들어 전동 컴프레서 등의 구동원이 필요하게 된다.
또한, 선박의 저항 저감 장치에는, 예를 들어 하기의 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 선박에 탑재된 디젤 엔진의 배기 가스에 포함되어 있는 이산화탄소를 해수에 용해시켜, 이 해수를 제트 노즐로부터 분출함으로써 이산화탄소를 기포화하는 장치도 있다. 이 경우, 배기 가스로부터 분리한 이산화탄소를 압축하는 압축 장치나 해수를 급수하는 펌프가 있기 때문에, 이들을 구동하는 구동원이 필요해진다.
또한, 하기의 특허문헌 2는, 과급기의 주변으로부터 가압 기체를 취출해서 기포를 발생시키는 선박의 마찰 저감 방법 및 장치에 관한 것이고, 과급기의 급기 특성을 개선하는 가변 수단을 가변 노즐로 하고, 노즐 날개의 방향이나 각도를 변화시켜서, 운전 상태나 주위의 조건에 따라 최적의 바이패스 공기를 얻는 기술이 개시되어 있다. 이 경우, 과급기의 터빈은 연속한 용량 변화를 얻는 가변 터빈이다.
일본 특허 출원 공개 제 2010-208435 호 공보 일본 특허 출원 공개 제 2010-228679 호 공보
상술한 바와 같이, 종래의 선체 저항 저감 장치에 따르면, 선체의 선저부 외표면으로 기포를 방출하기 위해서, 컴프레서나 펌프 등의 구동원이 필요하기 때문에, 이것들의 구동원용으로서 전력 등의 에너지를 소비한다. 이로 인해, 기포 방출에 의해 선박 추진의 연료 소비를 저감해도, 컴프레서나 펌프 등의 에너지 소비분만큼 에너지 절약 효과가 작아지므로, 더한층 에너지 절약 효과를 향상시킨 선체 저항 저감 장치의 개발이 기대되고 있다.
또한, 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이 과급기의 급기를 이용하는 종래 기술의 경우에는, 과급기의 터빈이 연속한 용량 변화를 얻는 것이기 때문에, 그 제어가 복잡해진다는 문제를 갖고 있다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적으로 하는 것은, 기포 방출에 여분인 동력 소비가 불필요하게 되고, 게다가 심플한 제어가 가능한 에너지 절약 효과가 높은 선체 저항 저감 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해서, 하기의 수단을 채용했다.
본 발명에 관한 선체 저항 저감 장치는, 선박의 선체 외표면으로 기포를 방출해서 항행시의 마찰 저항을 저감하는 선체 저항 저감 장치에 있어서, 상기 선박의 주 기관으로부터의 배기 가스에 의해 구동되어, 상기 주 기관으로 연소용 공기를 압송하는 과급기를 구비하고, 상기 과급기로부터 상기 주 기관으로 공급되는 상기 연소용 공기를 추기해서 상기 선체 외표면으로 방출하는 동시에, 상기 과급기가 배기 유속을 2단계로 조정 가능한 가변 노즐을 구비하고, 상기 연소용 공기를 추기해서 상기 선체 외표면으로 방출하는 경우는 상기 가변 노즐을 좁히고, 상기 연소용 공기를 추기해서 상기 선체 외표면으로 방출하지 않는 경우는 상기 가변 노즐을 개방하도록 제어된다.
이와 같은 본 발명의 선체 저항 저감 장치에 따르면, 선박의 주 기관으로부터의 배기 가스에 의해 구동되어, 주 기관으로 연소용 공기를 압송하는 과급기를 구비하고, 상기 과급기로부터 주 기관으로 공급되는 연소용 공기를 추기해서 선체 외표면으로 방출하므로, 선체 외표면으로 방출되는 기포는 과급기에 의해 압축된 공기로 되고, 예를 들어 압축기를 구동하는 전동기 등과 같이 에너지를 소비하는 구동원이 불필요하게 된다.
또한, 과급기는 배기 유속을 2단계로 조정 가능한 가변 노즐을 구비하고 있으며, 연소용 공기를 추기해서 선체 외표면으로 방출하는 경우는 가변 노즐을 좁히고, 또한 연소용 공기를 추기해서 선체 외표면으로 방출하지 않는 경우는 가변 노즐을 개방하도록 제어되기 때문에, 추기해서 선저에 공기를 보낼 경우는, 터빈 노즐을 좁혀서 과급기 터빈의 출력을 증가시켜서 기포 방출에 필요한 공기량을 확보하고, 또한 선저에 공기를 보낼 필요가 없을 경우는, 터빈 노즐을 개방해서 추기하지 않을 경우의 소기 압력 상승을 억제할 수 있다.
또한, 선박용의 주 기관은, 일반적으로 2사이클 디젤 엔진이기 때문에, 상술한 연소용 공기는 소기로 된다.
상기의 발명에 있어서, 상기 과급기는, 기포가 방출되지 않는 운전 상황에 있고, 또한 연소용 공기 압력이 소정의 허용 한도에 도달한 부하로부터 최대 부하까지의 고부하 영역에 있을 때에 상기 가변 노즐을 개방하는 기포 정지시 고부하 운전 모드를 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 기포 정지시 고부하 운전 모드를 설치함으로써, 해상 조건 등에 의해 기포의 방출을 정지해서 항행하는 경우에 있어서, 주 기관을 고부하 영역에서 운전해도 연소용 공기 압력이 소정값 이상의 고압으로 되는 일은 없다. 따라서, 기포를 방출하지 않는 고부하 운전 영역에 있어서, 연소용 공기 압력의 상승을 억제하는 불필요한 추기가 불필요해지므로, 과급 효율의 저하 및 연료 소비율의 증가를 방지해서 주 기관의 효율 개선이 가능하게 된다.
상술한 본 발명에 따르면, 기포 방출에 에너지를 소비하는 구동원이 불필요해지므로, 여분인 동력을 소비하는 일이 없게 기포를 방출할 수 있는 에너지 절약 효과가 높은 선체 저항 저감 장치를 제공할 수 있다. 또한, 과급기는 배기 유속을 2단계로 조정 가능한 가변 노즐을 구비하고 있으므로, 가변 노즐의 2단계 전환에 의한 심플한 제어가 가능해진다.
또한, 과급기에 2단계로 조정 가능한 가변 노즐부착 과급기를 채용해서 기포 정지시 고부하 운전 모드를 설치하면, 기포를 방출하지 않는 고부하 운전 영역에서도 연소용 공기 압력의 상승을 억제하는 불필요한 추기가 불필요해져서 주 기관의 효율 개선이 가능하게 되므로, 에너지 절약 효과가 더한층 향상된 선체 저항 저감 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 선체 저항 저감 장치의 일 실시형태로서, 기포로 되는 공기 공급부의 개략 구성예를 도시하는 계통도이다.
도 2는 과급기로서 가변 노즐부착 과급기를 채용했을 경우에 설치되는 기포 정지시 고부하 운전 모드의 설명도이다.
도 3은 가변 노즐부착 과급기의 일 예로서, 터빈측의 내부 구성예를 단면으로 도시하는 일부 단면 구성도이다.
이하, 본 발명에 관한 선체 저항 저감 장치의 일 실시형태를 도면을 기초로 하여 설명한다.
선체 저항 저감 장치는, 수상을 항행하는 선박의 선체 외표면 상에 대하여, 특히 흘수선보다 아래에서 항행시에 수중으로 되는 선체의 선저부 외표면 상에 대하여, 미소한 기포를 방출하면서 항행함으로써 선체의 마찰 저항을 저감하는 장치이다.
도 1은 미세한 기포로 되는 공기를 선저에 공급하는 공기 공급부의 개략 구성예를 도시하는 계통도이며, 선저에 공급된 공기가 노즐 등의 공기 방출부(도시 생략)로부터 선체 외표면으로 방출됨으로써, 무수한 미세한 기포가 선체 외표면 상에 형성된다.
도시의 공기 공급부(10)에는, 선박의 주 기관에 설치된 배기 가스 매니폴드(1)로부터 배기 가스의 공급을 받아서 외기를 압축하는 과급기(20)가 설치되어 있다. 이 과급기(20)는 주 기관의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스의 에너지를 이용해서 터빈(21)을 회전시켜, 로터축(22)에 의해 연결된 컴프레서(23)를 구동해서 외기를 압축하는 장치이다. 즉, 과급기(20)는, 예를 들어 축류식의 터빈(21)에 도입한 배기 가스가 팽창해서 얻어지는 축 출력으로 동축의 컴프레서(22)를 회전시켜, 흡입한 외기를 고밀도로 압축한 압축 공기를 연소용 공기로서 내연 기관으로 공급하도록 구성되어 있다.
선박의 주 기관은 2사이클의 디젤 엔진이 일반적이며, 연소용 공기로서 주 기관으로 공급되는 압축 공기는 연소 실린더내에 남는 배기 가스를 가압흐르는 것이기 때문에 소기라고 부르고 있다. 즉, 과급기(20)로 외기를 압축해서 공급되는 연소용 공기는 공기 냉각기(12)로 냉각된 후에 소기로서 소기실(13)에 유도된다. 도시의 구성예에서는, 2조의 과급기(20) 및 공기 냉각기(12)를 도시하고 있지만, 이것에 한정되는 일은 없다.
소기실(13)에 모아진 소기는, 주류가 주 기관의 연소 실린더내에 공급되고, 추기한 일부가 선저의 공기 방출부에 공급된다. 이렇게 해서 공기 방출부에 공급된 소기는, 수중으로 방출되는 것에 의해 미세한 기포로 되지만, 이 소기는 과급기(20)의 컴프레서(22)에 의해 압축된 압축 공기이기 때문에, 공기 방출부로 공급해서 수중으로 방출하는 것이 가능한 압력을 보유하고 있다.
이로 인해, 수중에 기포를 형성하는 공기 방출용으로서, 예를 들어 전동 압축기 등과 같이 구동원을 필요로 하는 장치를 새롭게 설치하는 것이 불필요하게 되고, 따라서 전동기 구동용의 전력 소비도 불필요하게 된다. 즉, 주 기관으로부터 배출되는 배기 가스의 에너지를 이용해서 얻어지는 압축 공기로 기포를 형성하므로, 여분인 동력을 소비하는 일이 없이 기포를 방출할 수 있고, 에너지 절약 효과의 높은 선체 저항 저감 장치로 된다. 환언하면, 기포 방출용으로서 에너지를 소비하는 새로운 구동원이 불필요해지므로, 기포 방출에 의한 선박 추진의 연료 소비 저감 효과가 저감되는 일이 없는 선체 저항 저감 장치로 된다.
그런데, 상술한 실시형태의 공기 공급부(10)는 소기실(13)로부터 소기를 추기해서 기포를 형성하는 방식이기 때문에, 예를 들어 해상 조건 등에 의해 선저로부터 기포를 내지 않고 항행하는 것과 같은 상황도 생각된다. 이러한 경우에 소기실(13)로부터의 추기를 멈추어버리면, 주 기관의 출력이 높은 고부하의 운전 영역에 있어서는, 주 기관의 소기 압력이 지나치게 상승하는 것도 걱정된다. 따라서, 주 기관이나 소기실(13)을 소정값 이상의 소기 압력으로부터 보호하기 위해서는, 선저로부터의 기포 방출을 정지했을 경우라도, 소기실(13)로부터 일정량을 추기하는 것이 필요하게 된다.
그러나, 소기실(13)로부터 소기를 추기하면, 과급기(20)의 과급 효율이 저하하므로, 주 기관의 연료 소비율은 증가하게 된다.
따라서, 본 실시형태에서는, 상술한 과급기(20)로서, 예를 들어 도 3에 도시하는 것과 같이 구성된 가변 노즐부착 과급기(20A)를 채용한다. 이 가변 노즐부착 과급기(20A)는, 가변 노즐의 개폐 제어에 의해, 주 기관(내연 기관)으로부터 공급되는 배기 가스의 유속(배기 유속)을 2단계로 조정 가능한 과급기이다.
도 3은 가변 노즐부착 과급기(20A)에 대해서, 터빈(30)측의 내부 구성예를 도시하는 단면도이다. 도시의 터빈(30)은, 도입한 주 기관의 배기 가스가 팽창해서 얻어지는 축 출력에서 동축의 컴프레서(도시하지 않음)를 회전시켜, 고밀도로 압축한 압축 공기(소기)를 내연 기관으로 공급하도록 구성된 축류식의 터빈이다.
이 터빈(30)은, 별개의 부재의 내측 케이싱(31) 및 외측 케이싱(32)을 볼트·너트 등의 체결 수단에 의해 일체화하고, 내측 케이싱(31)과 외측 케이싱(32) 사이에 형성되는 공간이 배기 가스를 터빈 노즐(33)로 유도하기 위한 주 배기 가스 유로(34)로 되도록 구성된 가스 입구 케이싱(35)을 구비하고 있다.
이와 같은 이중 구조의 가스 입구 케이싱(35)에서는, 주 배기 가스 유로(34)가 터빈(30)의 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있고, 가스 입구 케이싱(35)의 가스 입구(35a)로부터 도면중에서 화살표(Gi)로 나타낸 바와 같이 도입된 배기 가스는 주 배기 가스 유로(34)를 통과해서 가스 출구(35b)로 유도된 후, 도면에서 화살표(Go)로 나타내는 바와 같이 해서 가스 출구 케이싱(36)의 출구로부터 외부로 배출된다. 또한, 가스 출구(35b)는 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐 터빈 노즐(33)에 배기 가스를 공급하도록 개구해서 설치되어 있다.
또한, 도면중의 도면부호(37)는 터빈 동익(38)의 하류측에 설치된 가스 안내통이다.
또한, 터빈(30)은 로터축(39)의 일 단부에 설치된 로터 디스크(40)와, 이 로터 디스크(40)의 주연부에, 주위 방향을 따라 설치된 다수의 터빈 동익(38)을 구비하고 있다. 터빈 동익(38)은 터빈 노즐(33)의 출구로 되는 하류측에 근접해서 설치되어 있다. 그리고, 터빈 노즐(33)로부터 분출하는 고온의 배기 가스가 터빈 동익(33)을 통과해서 팽창함으로써, 로터 디스크(40) 및 로터축(39)이 회전하도록 되어 있다.
또한, 내측 케이싱(31)의 로터 디스크(40) 측단부에는, 내주부(타 단부 내주측)에 중공 원통형의 부재(41)가 볼트 결합되고, 부재(41)의 단면(로터 디스크(40)측의 단면)에는, 터빈 노즐(33)을 형성하는 링형상 부재(노즐 링)의 내주측 부재(33a)가 볼트 결합되어 있다.
일반적으로 노즐 링이라고 불려서 터빈 노즐(33)을 형성하는 링형상 부재는, 소정의 간격을 갖는 내주측 부재(33a) 및 외주측 부재(33b)의 링 부재 사이를 구획 부재로 연결한 이중 링 구조로 된다.
한편, 터빈 노즐(33)을 형성하는 노즐 링의 외주측 부재(33b)는, 가스 입구측(가스 출구(35b)의 측)의 단부 내주면(33c)이 나팔 형상으로 직경 확장되어 있다. 또한, 외측 케이싱(32)의 로터 디스크(40)측의 단부에는, 외측 케이싱(32)의 내주면을 로터 디스크(40)의 방향으로 절곡하도록 해서 형성된 단차부(32b)가 설치되어 있다. 그리고, 이 단차부(32b)와, 노즐 링(33)의 가스 입구측의 단부에 설치된 단차부(33d)가 축방향에서 결합(끼워맞춤)하도록 구성되어 있다.
또한, 터빈 노즐(33)의 외주측 부재(33b)에는, 가스 출구측(터빈 동익(38)의 측)으로 되는 단부에 가스 안내통(37)이 연결되어 있다. 터빈 노즐(33)의 외주측 부재(33b)와 가스 안내통(37)과의 연결부는 서로의 단부끼리를 끼워맞추게 한 인로우 구조로 되어 있다.
또한, 도면에서 격자 형상의 해칭으로 나타내는 부분은 단열 및 방음의 목적에서 설치된 단열재(42)이다.
상술한 내측 케이싱(31)의 내주측(반경방향 내측)에는, 주 배기 가스 유로(34)의 도중에서 분기된 배기 가스를, 터빈 노즐(33)의 내주측(반경방향 내측)으로 유도하는 부 배기 가스 유로(43)가 터빈(30)의 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐 형성되어 있다. 이 부 배기 가스 유로(43)는 주 배기 가스 유로(34)의 내주측(반경방향 내측)에 설치되어 있고, 주 배기 가스 유로(34)와 부 배기 가스 유로(43)는 내측 케이싱(31)을 형성하는 격벽(44)에 의해 구획되어 있다.
또한, 내측 케이싱(31)의 일단 내주부(일 단부 내주측)에는, 배기 가스 배관(45)을 접속하기 위한 플랜지(46)가 설치되어 있고, 배기 가스 배관(45)의 도중에는, 제어 장치(47)에 의해 자동적으로 개폐되는 개폐 밸브(예를 들어, 나비 밸브)(48)가 접속되어 있다. 그리고, 주 배기 가스 유로(34)의 도중에서 분기된 배기 가스는 플랜지(46) 및 배기 가스 배관(45)의 내부에 형성된 유로(도시하지 않음)를 통과해서 부 배기 가스 유로(43)에 유도되게 되어 있다.
또한, 터빈 노즐(33)의 근원측(내주측 부재(33a)의 측)에는, 그 내주면(반경방향 내측의 표면)(49a)이 격벽(44)의 내주면(반경방향 내측의 표면)(44a)과 동일 평면을 형성하는 동시에, 터빈 노즐(33)의 내주측과 외주측을 구획하는 격벽(49)이 설치되어 있다.
또한, 격벽(49)은 터빈 노즐(33)의 근원에 있어서의 위치(내주측 부재(33a)와 접합되어 있는 위치)를 날개 길이 0%, 터빈 노즐(33)의 선단에 있어서의 위치(외주측 부재(33b)와 접합되어 있는 위치)를 날개 길이 100%로 한 경우, 날개 길이 약 10%의 위치에 설치되어 있다.
이와 같이 구성된 가변 노즐부착 과급기(20A)에서는, 주 기관의 부하가 낮고, 배기 가스의 양이 적을 경우에 개폐 밸브(48)가 완전 폐쇄 상태로 되고, 주 기관의 부하가 높고, 배기 가스의 양이 많을 경우에 개폐 밸브(48)가 완전 개방 상태로 된다.
즉, 주 기관의 부하가 낮고, 배기 가스의 양이 적을 경우는, 가스 입구 케이싱(35)의 가스 입구(35a)로부터 도입된 배기 가스의 전량이 배기 가스 유로(34)를 통과해서 가스 출구(35b)에 유도된다. 가스 출구(35b)에 유도된 배기 가스는 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐 개구하는 가스 출구(35b)로부터 터빈 노즐(33)의 외주측(외주측 부재(33b)와 격벽(49)으로 구획된 공간내)에 흡입되어, 터빈 동익(38)을 통과할 때에 팽창해서 로터 디스크(40) 및 로터축(39)을 회전시킨다.
한편, 주 기관의 부하가 높고, 배기 가스의 양이 많을 경우는, 가스 입구 케이싱(35)의 가스 입구(35a)로부터 도입된 배기 가스의 대부분(약 70~95%)이 주 배기 가스 유로(34)를 통과해서 가스 출구(35b)에 유도되어, 가스 입구 케이싱(35)의 가스 입구(35a)로부터 도입된 배기 가스의 일부(약 5~30%)가 플랜지(46), 배기 가스 배관(45), 개폐 밸브(48), 부 배기 가스 유로(43)를 통과해서 가스 출구(43a)에 유도된다. 가스 출구(35b)에 유도된 배기 가스는 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐 개구하는 가스 출구(35b)로부터 터빈 노즐(33)의 외주측(외주측 부재(35b)와 격벽(49)으로 구획된 공간내)에 흡입되고, 가스 출구(43a)에 유도된 배기 가스는 회전 방향의 전체 둘레에 걸쳐 개구하는 가스 출구(43a)로부터 터빈 노즐(33)의 내주측(내주측 부재(33a)와 격벽(49)으로 구획된 공간내)에 흡입되어서, 터빈 동익(38)을 통과할 때에 팽창해서 로터 디스크(40) 및 로터축(39)을 회전시킨다.
그리고, 로터 디스크(40) 및 로터축(39)이 회전함으로써, 로터축(39)의 타 단부에 설치된 컴프레서(도시하지 않음)가 구동되어, 주 기관으로 공급하는 소기가 압축된다.
또한, 컴프레서로 압축되는 공기는 필터(도시하지 않음)를 통과해서 흡입되고, 터빈 동익(38)으로 팽창한 배기 가스는 가스 출구 안내통(37) 및 가스 출구 케이싱(36)에 유도되어 외부로 유출한다.
또한, 개폐 밸브(48)는 예를 들어 컴프레서로부터 송출(토출)되는 공기의 압력, 또한 주 기관의 연소실에 공급되는 공기의 압력이 절대 압력에서 0.2㎫(2bar)보다도 낮을 경우, 즉 내연 기관이 저부하 운전되어 있을 경우에 완전 폐쇄 상태로 되고, 컴프레서로부터 송출(토출)되는 공기의 압력, 또한 내연 기관의 연소실에 공급되는 공기의 압력이 절대 압력에서 0.2㎫(2bar) 이상의 경우, 즉 내연 기관이 고부하 운전되어 있을 경우에 완전 개방 상태로 된다.
이와 같이 구성된 가변 노즐부착 과급기(20A)에서는, 개폐 밸브(48)를 개폐 조작함으로써, 배기 가스가 주 배기 가스 유로(34)로부터 가스 출구(35b)를 통과해서 터빈 노즐(33)로 흐를 경우(유로 단면적 소)와, 배기 가스가 주 배기 가스 유로(34) 및 부 배기 가스 유로(43)로부터 가스 출구(35b) 및 가스 출구(43a)를 통과해서 터빈 노즐(33)에 흐를 경우(유로 단면적 대)와의 선택 절환이 가능하다.
즉, 터빈 노즐(33)은 개폐 밸브(48)의 개폐 조작에 의해 배기 가스 유로의 유로 단면적을 변화시켜서 배기 유속의 조정이 가능한 가변 노즐이다. 환언하면, 가변 노즐부착 과급기(20A)는 가변 노즐의 개폐 제어(개폐 밸브(48)의 개폐 제어)에 의해, 배기 유속을 2단계로 조정 가능한 과급기로 된다.
따라서, 본 실시형태에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 과급기(20)를 배기 유속의 2단계 조정을 가능하게 한 가변 노즐부착 과급기(20A)로 하고, 가변 노즐부착 과급기(20A)의 가변 노즐인 터빈 노즐(33)을, 기포가 방출되지 않는 운전 상황에 있고, 또한 소기(연소용 공기) 압력이 소정의 허용 한도 P1에 도달한 부하 L1로부터 최대 부하까지의 고부하 영역에 있을 때에 개방하는 기포 정지시 고부하 운전 모드를 구비하고 있다.
이 기포 정지시 고부하 운전 모드는, 기포를 방출하지 않는 운전 상황에 있어서, 개폐 밸브(48)를 개폐 조작하는 가변 노즐의 개폐 제어에 의해 배기 가스 유로의 유로 단면적을 변화시키고, 구체적으로는 소기 압력이 소정의 허용 한도 P1에 도달한 부하 L1로부터 최대 부하까지의 고부하 영역에서 개폐 밸브(48)를 개방하고, 배기 가스의 유로 단면적을 늘리는 것이다.
이와 같은 유로 단면적의 증가는 주 기관의 부하(출력)가 동일한 조건에 있어서, 배기 가스 유속을 저하시킨다. 이 결과, 배기 가스에 의해 구동되는 터빈(30)의 회전수(출력)도 저하하므로, 터빈(30)에 의해 구동되는 컴프레서로부터 공급되는 소기의 압력도 P2까지 저하하게 된다. 즉, 기포의 방출이 없는 운전 상황의 소기 압력은, 무부하로부터 부하 L1까지의 저부하 영역에 있어서, 개폐 밸브(48)를 폐쇄한 유로 단면적 소의 상태에서 소기 압력 0으로부터 허용 한도 P1까지 주 기관 부하에 비례해서 상승한다.
그러나, 소기 압력이 허용 압력 P1에 도달한 시점에 있어서, 개폐 밸브(48)를 개방해서 유로 단면적 대의 상태로 하면, 소기 압력은 P2까지 저하한다. 이로 인해, 부하 L1을 초과하는 고부하 영역의 소기 압력은, 소기 압력 P2로부터 최대 부하에서 최대 부하시의 소기 압력으로 되도록, 주 기관 부하에 비례해서 상승한다.
또한, 기포 방출 있음의 경우에는, 개폐 밸브(48)를 폐쇄해서 배기 가스의 유로 단면적을 소로 한 운전이 행해지고, 이 결과 소기 압력은 주 기관 부하에 비례해서 최대 부하시의 소기 압력까지 상승한다.
이와 같은 기포 정지시 고부하 운전 모드를 설치함으로써, 해상 조건 등에 의해 기포의 방출을 정지해서 항행하는 경우에 있어서, 주 기관을 고부하 영역에서 운전해도 소기 압력이 소정 위치 이상의 고압으로 되는 일은 없다. 따라서, 기포를 방출하지 않는 고부하 운전 영역에 있어서, 소기 압력의 상승을 억제하는 불필요한 추기가 불필요해지므로, 과급 효율의 저하 및 연료 소비율의 증가를 방지해서 주 기관의 효율 개선이 가능하게 된다.
상술한 바와 같이, 배기 유속의 2단계 조정을 가능하게 한 가변 노즐부착 과급기(20A)를 채용하면, 기포 방출에 에너지를 소비하는 구동원이 불필요해지기 때문에, 여분인 동력 소비가 없는 기포 방출이 가능해지고, 또한 기포 정지시 고부하 운전 모드를 설치하면, 기포를 방출하지 않는 고부하 운전 영역에서도 소기 압력의 상승을 억제하는 불필요한 추기가 불필요해지기 때문에, 주 기관의 효율 개선이 가능하게 되고, 이 결과 심플한 제어에 의해 에너지 절약 효과가 더한층 향상되는 선체 저항 저감 장치로 된다.
또한, 가변 노즐부착 과급기(20A)의 구성에 대해서는, 가변 노즐의 구조를 포함해서, 배기 유속의 2단계 조정이 가능하면 도 3에 도시한 구성으로 한정되는 일은 없다.
또한, 본 발명은 상술한 실시형태에 한정되는 일은 없고, 예를 들어 주 기관이 2사이클의 디젤 엔진으로 한정되지 않는 등 그 요지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서 적절 변경할 수 있다.
10 : 공기 공급부
11 : 배기 가스 매니폴드
13 : 소기실
20 : 과급기
20A : 가변 노즐부착 과급기
21, 30 : 터빈
22, 39 : 로터축
23 : 컴프레서
33 : 터빈 노즐
34 : 주 배기 가스 유로
35b, 43a : 가스 출구
38 : 터빈 동익
40 : 로터 디스크
43 : 부 배기 가스 유로
45 : 배기 가스 배관
48 : 개폐 밸브

Claims (2)

  1. 선박의 선체 외표면으로 기포를 방출해서 항행시의 마찰 저항을 저감하는 선체 저항 저감 장치에 있어서,
    상기 선박의 주 기관으로부터의 배기 가스에 의해 구동되어, 상기 주 기관으로 연소용 공기를 압송하는 과급기를 구비하고, 상기 과급기로부터 상기 주 기관으로 공급되는 상기 연소용 공기를 추기해서 상기 선체 외표면으로 방출하는 동시에,
    상기 과급기는 배기 유속을 2단계로 조정 가능한 가변 노즐을 구비하고, 상기 연소용 공기를 추기해서 상기 선체 외표면으로 방출하는 경우는 상기 가변 노즐을 좁히고, 상기 연소용 공기를 추기해서 상기 선체 외표면으로 방출하지 않는 경우는 상기 가변 노즐을 개방하는
    선체 저항 저감 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 과급기는, 기포가 방출되지 않는 운전 상황에 있고, 또한 연소용 공기 압력이 소정의 허용 한도에 도달한 부하로부터 최대 부하까지의 고부하 영역에 있을 때에 상기 가변 노즐을 개방하는 기포 정지시 고부하 운전 모드를 구비하고 있는
    선체 저항 저감 장치.
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