KR20130138921A - 선박용 풍력 추진 장치 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

Abstract

선박용 풍력 추진 장치가 개시된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 풍력 추진 장치는 데크의 상부 방향으로 형성된 제 1 회전축을 중심으로 회전하는 테이블, 상기 테이블에 고정되어 상기 테이블과 함께 회전하는 메인윙, 상기 테이블에 상기 제1회전축과 평행하게 형성된 제2회전축을 중심으로 회전 가능하게 구비되며 상기 메인윙의 후단에 배치되어 회전에 따라 상기 메인윙과 소정 각도를 형성하는 플랩윙을 포함할 수 있다.

Description

선박용 풍력 추진 장치 및 이를 포함하는 선박{Wind Propelled Device and Ship Including Thereof}

본 발명은 선박에 구비되어 바람에 의해 추력을 발생시키는 선박용 풍력 추진 장치 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

도 1은 돛의 다양한 형상을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 기존의 선박에 장착되는 돛의 경우 크게 두 가지 타입으로 나눌 수 있다.

첫째는, 도 1의 (a)와 같이 돛의 중심축이 일직선을 이루는 형태이고, 둘째는 도 1의 (b)와 같이 돛의 중심축이 소정의 곡률을 갖거나 또는 소정의 각도를 이루는 형태이다.

도 2는 돛의 형상에 따른 추력 발생을 비교한 그래프이다.

도 2의 그래프 (a)는 돛의 형상이 도 1의 (a)와 같이 돛의 중심축이 일직선일 경우 선박의 진행 방향과 풍향이 이루는 각도에 따른 추력 발생을 나타낸 것이다.

그리고, 도 2의 그래프 (b)는 돛의 형상이 도 1의 (b)와 같이 돛의 중심축이 휘어지거나 또는 소정의 각도를 갖는 경우 선박의 진행 방향과 풍향이 이루는 각도에 따른 추력 발생을 나타낸 것이다.

도 2의 점 P는 그래프 (a)와 그래프 (b)가 만나는 점으로, 점 P를 기준으로 왼쪽은 중심축이 일직선인 돛의 추력이 더 크고, 점 P를 기준으로 오른쪽은 중심축이 휘어지거나 또는 소정의 각도를 가지는 돛의 추력이 더 크다는 것을 확인할 수 있다.

이하, 점 P를 기준으로 왼쪽 범위에 해당하는 바람을 역풍, 점 P를 기준으로 오른쪽 범위에 해당하는 바람을 횡풍이라 정의하기로 한다.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 점 P가 30도인 것을 예로 들어 선박의 진행 방향과 풍향이 이루는 각도가 30도 이하인 바람을 역풍이라 하고, 선박의 진행 방향과 풍향이 이루는 각도가 30도 이상인 바람을 횡풍이라 하기로 한다.

도 2의 그래프에서 알 수 있듯이, 돛의 형상이 도 1의 (a)와 같이 이루어지는 경우에는 역풍에서의 추력 발생이 용이하며, 돛의 형상이 도 1의 (b)와 같이 이루어지는 경우에는 횡풍에서의 추력 발생이 용이하다.

그러나, 도 1의 (a)와 같이 돛의 중심축이 일직선인 경우에는 돛의 중심축이 소정의 각도를 이루는 경우와 대비하여 횡풍에서의 추력 발생이 어렵다. 그리고, 도 1의 (b)와 같이 돛의 중심축이 소정의 각도를 이루는 경우에는 돛의 중심축이 일직선인 경우와 대비하여 역풍에서의 추력 발생이 용이하지 않다.

이와 같이 두 가지 타입 모두 특정 범위의 풍향에서만 추력 발생이 용이하기 때문에 넓은 범위의 풍향에서 모두 큰 추력을 발생하기는 힘든 단점이 있다.

선행문헌 1: 한국공개특허 특1983-0008887

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 다음과 같다.

본 발명은 넓은 범위의 풍향에서 최적의 추력을 발생할 수 있는 선박용 풍력 추진 장치 및 이를 포함하는 선박을 제공하고자 한다.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않는 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 추진 장치는 테이블, 메인윙 및 플랩윙을 포함할 수 있다.

상기 테이블은 데크의 상부 방향으로 형성된 제 1 회전축을 중심으로 회전할 수 있다.

상기 메인윙은 상기 테이블에 고정되어 상기 테이블과 함께 회전할 수 있다.

상기 플랩윙은 상기 테이블에 상기 제1회전축과 평행하게 형성된 제2회전축을 중심으로 회전 가능하게 구비될 수 있다. 그리고, 상기 메인윙의 후단에 배치되어 회전에 따라 상기 메인윙과 소정 각도를 형성할 수 있다.

상기 메인윙의 후단은 상기 플랩윙이 회전 가능하도록 함몰 형성될 수 있다.

그리고, 상기 플랩윙의 전단은 라운드지게 형성되고, 상기 메인윙의 후단은 상기 플랩윙이 회전 가능하도록 라운드지게 함몰 형성될 수 있다.

선박의 주행 방향과 풍향이 이루는 각도가 기 설정된 값 이하일 경우에는 상기 메인윙과 상기 플랩윙의 중심축이 서로 일직선상에 위치하고, 풍향에 따라 상기 테이블이 회전할 수 있다.

또한, 선박의 주행 방향과 풍향이 이루는 각도가 기 설정된 값 이상일 경우에는 상기 플랩윙이 회전하여 상기 메인윙과 소정 각도를 형성하고, 풍향에 따라 상기 테이블이 회전할 수 있다.

한편, 본 발명의 선박은 상술한 바와 같이 이루어지는 선박용 풍력 추진 장치를 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 풍력 추진 장치 및 이를 포함하는 선박은 플랩윙이 메인윙에 대하여 회전 가능하게 결합되어 메인윙과 플랩윙의 중심축이 서로 일직선상에 위치하거나 또는 서로 소정 각도를 형성하여 다양한 범위의 풍향에서 추력 발생이 용이하다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 돛의 다양한 형상을 나타낸 도면;
도 2는 돛의 형상에 따른 추력 발생을 비교한 그래프;
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 풍력 추진 장치의 분해 사시도;
도 4는 역풍이 불어오는 경우 돛의 형상에 따른 추력 발생을 간단히 나타낸 도면
도 5는 역풍이 불어오는 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 풍력 추진 장치를 나타낸 도면; 및
도 6은 횡풍이 불어오는 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 풍력 추진 장치를 나타내는 도면이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.

그리고, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래기술의 구성요소와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.

또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 풍력 추진 장치의 분해 사시도이다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 풍력 추진 장치의 구성 및 구조에 대해 설명한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 풍력 추진 장치는 테이블(100), 메인윙(200), 및 플랩윙(300)을 포함할 수 있다.

테이블(100)은 데크의 상부 방향으로 형성된 제 1 회전축(110)을 중심으로 회전할 수 있다. 여기서 상부 방향은 데크 상에서 위쪽을 향해 연장되는 방향을 의미하며, 예를 들어, 데크에 수직한 방향일 수 있다.

메인윙(200)은 테이블(100)에 고정되어 테이블(100)의 회전에 따라 테이블(100)과 함께 회전할 수 있다.

테이블(100)에는 제 1 회전축(110)과 평행하게 형성된 제 2 회전축(310)이 형성될 수 있다.

플랩윙(300)은 제 2 회전축(310)을 중심으로 회전 가능하게 구비될 수 있다. 그리고, 플랩윙(300)은 메인윙(200)의 후단에 배치되어 플랩윙(300)의 회전에 따라 메인윙(200)과 일직선상에 위치하거나 또는 메인윙(200)과 소정 각도를 형성할 수 있다.

여기서, 메인윙(200) 및 플랩윙(300)은 모터에 의해 구동될 수 있다. 이를 위하여, 제 1 회전축(110)과 연결되어 테이블(100)을 회전시키는 메인모터(120), 제 2 회전축(310)과 연결되어 플랩윙(300)을 회전시키는 서브모터(320)가 구비될 수 있다.

이 때, 메인윙(200)의 후단은 플랩윙(300)이 회전 가능하도록 함몰 형성될 수 있다.

또는, 플랩윙(300)의 전단이 라운드지게 형성되고, 메인윙(200)의 후단은 플랩윙(300)의 전단보다 곡률반경이 크게 라운드지도록 형성될 수 있다. 따라서, 플랩윙(300)의 회전이 원활하게 이루어질 수 있다.

만약, 메인윙(200)의 후단이 함몰형성되고, 플랩윙(300)의 전단이 플랫하게 이루어질 경우, 메인윙(200)과 플랩윙(300)의 중심축이 일직선상에 위치할 경우에는 메인윙(200)의 측면과 플랩윙(300)의 측면이 매끈한 곡면을 이룰 수 있다.

그러나, 플랩윙(300)이 회전하여 메인윙(200)과 플랩윙(300)의 중심축이 소정의 각도를 이룬다면 메인윙(200)의 후단과 플랩윙(300)의 전단 사이에 함몰부 또는 돌출부가 형성될 수 있으며 또는 메인윙(200)과 플랩윙(300) 사이가 이격되어 공간이 생길 수도 있다.

때문에, 메인윙(200)의 측면과 플랩윙(300)의 측면이 하나의 곡면을 이룰 수 없게 된다. 이에 따라, 공기가 곡면을 타고 자연스럽게 흐를 수 없게 되어 메인윙(200)과 플랩윙(300)의 연결부에서 와류가 발생할 수 있다.

도 1은 돛의 다양한 형상을 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 기존의 선박에 장착되는 돛의 경우 크게 두 가지 타입으로 나눌 수 있다.

첫째는, 도 1의 (a)와 같이 돛의 중심축이 일직선을 이루는 형태이고, 둘째는 도 1의 (b)와 같이 돛의 중심축이 소정의 곡률을 갖거나 또는 소정의 각도를 이루는 형태이다.

도 2는 돛의 형상에 따른 추력 발생을 비교한 그래프이다.

도 2의 그래프 (a)는 돛의 형상이 도 1의 (a)와 같이 돛의 중심축이 일직선일 경우 선박의 진행 방향과 풍향이 이루는 각도에 따른 추력 발생을 나타낸 것이다.

그리고, 도 2의 그래프 (b)는 돛의 형상이 도 1의 (b)와 같이 돛의 중심축이 휘어지거나 또는 소정의 각도를 갖는 경우 선박의 진행 방향과 풍향이 이루는 각도에 따른 추력 발생을 나타낸 것이다.

도 2의 점 P는 그래프 (a)와 그래프 (b)가 만나는 점으로, 점 P를 기준으로 왼쪽은 중심축이 일직선인 돛의 추력이 더 크고, 점 P를 기준으로 오른쪽은 중심축이 휘어지거나 또는 소정의 각도를 가지는 돛의 추력이 더 크다는 것을 확인할 수 있다.

이하, 점 P를 기준으로 왼쪽 범위에 해당하는 바람을 역풍, 점 P를 기준으로 오른쪽 범위에 해당하는 바람을 횡풍이라 정의하기로 한다.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이 점 P가 30도인 것을 예로 들어 선박의 진행 방향과 풍향이 이루는 각도가 30도 이하인 바람을 역풍이라 하고, 선박의 진행 방향과 풍향이 이루는 각도가 30도 이상인 바람을 횡풍이라 하기로 한다.

도 2의 그래프에서 알 수 있듯이, 돛의 형상이 도 1의 (a)와 같이 이루어지는 경우에는 역풍에서의 추력 발생이 용이하며, 돛의 형상이 도 1의 (b)와 같이 이루어지는 경우에는 횡풍에서의 추력 발생이 용이하다.

그러나, 도 1의 (a)와 같이 돛의 중심축이 일직선인 경우에는 돛의 중심축이 소정의 각도를 이루는 경우와 대비하여 횡풍에서의 추력 발생이 어렵다. 그리고, 도 1의 (b)와 같이 돛의 중심축이 소정의 각도를 이루는 경우에는 돛의 중심축이 일직선인 경우와 대비하여 역풍에서의 추력 발생이 용이하지 않다.

도 4는 역풍이 불어오는 경우 돛의 형상에 따른 추력 발생을 간단히 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하여 역풍이 불어올 때 메인윙(200)과 플랩윙(300)이 서로 일직선을 이루는 경우와 메인윙(200)과 플랩윙(300)이 서로 소정의 각도를 이루는 경우의 추력을 비교하면 다음과 같다.

예를들면, 역풍이 불어올 때의 추력은 다음과 같은 <식 1>을 이용하여 계산할 수 있다.

<식 1>

이 때,

은 양력,

는 항력,

는 선박이 주행하는 방향과 풍향이 이루는 각도이다.

선박의 주행 방향과 풍향이 이루는 각도는 20도라고 가정할 때, 도 4의 (a)와 같이 메인윙(200)과 플랩윙(300)이 서로 일직선을 이루는 경우 양력이 1.2, 항력이 0.2라고 하면 추력은 다음의 <식 2>와 같이 계산될 수 있다.

<식 2>

그리고, 도 4의 (b)와 같이 메인윙(200)과 플랩윙(300)이 서로 소정의 각도를 이루는 경우, 양력이 2.6, 항력이 0.8라 하면 추력은 다음의 <식 3>과 같이 계산될 수 있다.

<식 3>

따라서, 역풍이 불어오는 구간에서는 메인윙(200)과 플랩윙(300)이 일직선상에 배치되는 것이 메인윙(200)과 플랩윙(300)이 서로 소정의 각도를 이루는 경우보다 더 큰 추력이 발생된다는 것을 확인할 수 있다.

마찬가지로, 도면에 도시되지는 않았지만 횡풍이 불어오는 구간에서는 메인윙(200)과 플랩윙(300)이 서로 소정 각도를 형성하는 것이 메인윙(200)과 플랩윙(300)이 서로 일직선상에 배치되는 경우보다 더 큰 추력이 발생될 수 있다.

도 5는 역풍이 불어오는 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 풍력 추진 장치를 나타낸 도면 및 도 6는 횡풍이 불어오는 경우 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 풍력 추진 장치를 나타내는 도면이다.

이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 풍력 추진 장치의 작동에 대해 설명한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 선박의 주행 방향과 풍향이 이루는 각도가 기 설정된 값 이하일 경우(역풍)에는 메인윙(200)과 플랩윙(300)의 중심축이 서로 일직선상에 위치할 수 있다. 여기서, 기 설정된 값은 예를 들면 30도 일 수 있다. 그리고, 풍향에 따라 테이블(100)이 회전할 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이 선박의 주행 방향과 풍향이 이루는 각도가 기 설정된 값 이상일 경우(횡풍)에는 플랩윙(300)이 제 2 회전축(310)을 중심으로 회전하여 메인윙(200)과 소정의 각도를 형성할 수 있다. 그리고, 풍향에 따라 테이블(100)이 회전할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 풍력 추진 장치는 플랩윙(300)이 메인윙(200)에 대하여 회전 가능하게 결합되어 메인윙(200)과 플랩윙(300)의 중심축이 서로 일직선상에 위치하거나 또는 메인윙(200)과 플랩윙(300)의 중심축이 서로 소정 각도를 형성하여 다양한 범위의 풍향에서 추력 발생이 용이하다.

이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

100: 테이블 110: 제 1 회전축
120: 메인모터 200: 메인윙
300: 플랩윙 310: 제 2 회전축
320: 서브모터

Claims (6)

1. 데크의 상부 방향으로 형성된 제 1 회전축을 중심으로 회전하는 테이블;
   상기 테이블에 고정되어 상기 테이블과 함께 회전하는 메인윙; 및
   상기 테이블에 상기 제1회전축과 평행하게 형성된 제2회전축을 중심으로 회전 가능하게 구비되며, 상기 메인윙의 후단에 배치되어 회전에 따라 상기 메인윙과 소정 각도를 형성하는 플랩윙;를 포함하는 선박용 풍력 추진 장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 메인윙의 후단은 상기 플랩윙이 회전 가능하도록 함몰 형성되는 선박용 풍력 추진 장치.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 플랩윙의 전단은 라운드지게 형성되고,
   상기 메인윙의 후단은 상기 플랩윙이 회전 가능하도록 라운드지게 함몰 형성되는 선박용 풍력 추진 장치.
4. 제 1항에 있어서,
   선박의 주행 방향과 풍향이 이루는 각도가 기 설정된 값 이하일 경우,
   상기 메인윙과 상기 플랩윙의 중심축이 서로 일직선상에 위치하고, 풍향에 따라 상기 테이블이 회전하는 선박용 풍력 추진 장치.
5. 제 1항에 있어서,
   선박의 주행 방향과 풍향이 이루는 각도가 기 설정된 값 이상일 경우,
   상기 플랩윙이 회전하여 상기 메인윙과 소정 각도를 형성하고, 풍향에 따라 상기 테이블이 회전하는 선박용 풍력 추진 장치.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 선박용 풍력 추진 장치를 포함하는 선박.

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