KR20130141139A

KR20130141139A - 선박용 윈드 디플렉터

Info

Publication number: KR20130141139A
Application number: KR1020120064306A
Authority: KR
Inventors: 이재광; 전상배; 하창동
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2013-12-26
Also published as: KR101475195B1

Abstract

선박용 윈드 디플렉터 및 그 제작방법이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 윈드 디플렉터는 서로 접하면서 연속적으로 조합되어 윈드 디플렉터의 형상을 이루는 복수 개의 조각부재 및 상기 조각부재를 결합하는 결합수단을 포함하며, 상기 조각부재는 곡률을 가진 판 형상 또는 평평한 판 형상인 선박용 윈드 디플렉터 및 그 제작방법을 제공한다.

Description

선박용 윈드 디플렉터{Wind deflector for ship}

본 발명은 윈드 디플렉터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복합재료를 사용하여 분할 제작되는 선박용 윈드 디플렉터에 관한 것이다.

최근 에너지 가격 상승에 의해 조선업에서도 친환경 기술의 중요성이 날로 증가하고 있다. 항공기 및 자동차 산업뿐 만 아니라 선박 산업에서도 연비향상을 위한 노력과 기술적 시도가 빈번해지고 있다. 날로 대형화 되는 선박에 있어서 운행 시 발생하는 선체 저항은 아주 작은 감소 효과로도 연료비 절감에 크게 기여할 수 있다.

선수에 윈드 디플렉터를 설치하게 되면 공기역학적 설계 효과로 연비향상을 가져오게 된다. 윈드 디플렉터는 강한 풍압을 견뎌야 하기 때문에 강도가 중요하다. 이와 같은 구조물의 제작에 있어서 금속을 이용하여 가공, 용접하여 수행할 경우에는 용이하게 제작이 가능하지만 대형화 될수록 중량이 증가하고 비용상승 및 수송에 난점이 존재하여 도모하고자 하는 목적을 이루기 어렵게 된다.

이를 대신하여 복합재료를 이용한 윈드 디플렉터를 고안할 수 있다. 복합재료는 두 가지 이상의 재료가 조합되어 물리적, 화학적으로 서로 다른 상을 형성하면서 보다 유효한 기능을 발현하는 재료를 말한다. 단일 재료로서는 얻을 수 없는 뛰어난 특성을 갖는 인공 재료이다. 복합재료를 사용하여 제작하는 경우 대형구조물의 경량화에 유리한 효과가 있다. 그러나 선박에 장착 가능한 크기의 복합재료 구조물 제작은 기존의 방법으로는 제작 및 수송에 난점이 존재하여 도모하고자 하는 목적을 이루기 어렵다. 즉 자동차용 윈드 디플렉터처럼 금형을 이용한 일체 성형이나 항공기 제작기술과 같은 가온가압성형법 등의 기존 제작 방법과 같이 단일 구조물로 필요한 크기만큼의 구조물을 일체성형으로 제작하여 장착, 적용하는 것은 불가능하다. 또한 용접 등의 방법도 불가능하며 풍력발전기의 블레이드 제작과 유사한 상온가압성형법으로 제작하는 것도 비용대비 효과 면에서 현실성이 부족하다. 또한 도모하고자 하는 목적 달성이 가능한 크기의 복합재료 구조물을 선체에 부착, 고정함에 있어서 용접작업은 불가능하며 접착제를 이용한 접합도 요구강도를 만족시킬 수 없다.

미국 등록특허공보 US4843997호(1989. 07. 04. 공개)에는 선박 에어 디플렉터가 개시되어 있으나, 상기의 문제점을 해결하지는 못한다.

미국 등록특허공보 US4843997호(1989. 07. 04. 공개)

본 발명의 실시 예는 복합재료를 이용한 경량 고강도의 선박용 윈드 디플렉터 및 그 제작방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 곡률을 가진 판 형상으로 서로 접하면서 연속적으로 조합되어 윈드 디플렉터의 형상을 이루는 복수 개의 조각부재; 및 상기 조각부재를 결합하는 결합수단; 을 포함하며, 상기 조각부재는 곡률을 가진 판 형상 또는 평평한 판 형상인 선박용 윈드 디플렉터가 제공될 수 있다.

상기 복수 개의 조각부재는 서로 가장자리 일부가 겹치면서 연속적으로 조합되어 윈드 디플렉터의 형상을 이루는 선박용 윈드 디플렉터가 제공될 수 있다.

상기 조각부재는 복합재료를 소재로 하는 선박용 윈드 디플렉터가 제공될 수 있다.

상기 결합수단은, 상기 조각부재의 가장자리 일면 또는 양면에 접하는 금속재질의 연결프레임; 및

상기 조각부재와 상기 연결프레임을 체결하는 체결구; 를 포함하는 선박용 윈드 디플렉터가 제공될 수 있다.

상기 체결구는 상기 조각부재와 상기 연결프레임을 체결하는 리벳인 선박용 윈드 디플렉터가 제공될 수 있다.

상기 체결구는 상기 조각부재와 상기 연결프레임을 체결하는 볼트인 선박용 윈드 디플렉터가 제공될 수 있다.

상기 결합수단은 상기 복수 개의 조각부재의 가장자리 일면 또는 양면에 접하는 금속재질의 연결프레임을 포함하고,

상기 연결프레임과 상기 연결프레임 또는 상기 조각부재와 상기 연결프레임은 용접 또는 접착제를 이용하여 결합되는 선박용 윈드 디플렉터가 제공될 수 있다.

상기 결합수단은, 상기 조각부재를 끼워 넣을 수 있도록 홈이 형성되는 삽입프레임; 상기 삽입프레임의 일면 또는 양면에 접하는 금속재질의 연결프레임; 을 포함하고, 상기 조각부재와 상기 삽입프레임은 용접 또는 접착제를 이용하여 결합되고, 상기 삽입프레임과 상기 연결프레임은 용접 또는 접착제를 이용하여 결합되는 선박용 윈드 디플렉터가 제공될 수 있다.

상기 연결프레임은, xy평면 상에서 선수의 형상을 갖는 곡선 또는 직선으로 이루어지는 하부프레임;

xz평면 상에서 상기 하부프레임의 너비보다 작은 너비를 갖는 곡선 또는 직선으로 이루어지는 상부프레임; 상기 하부프레임의 끝 단과 상기 상부프레임의 끝 단을 연결하는 곡선 또는 직선으로 이루어지는 측부프레임; 및 상기 하부프레임의 중심점과 상기 상부프레임의 끝 단을 열결하는 곡선 또는 직선으로 이루어지는 대각프레임; 을 포함하는 선박용 윈드 디플렉터가 제공될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 선박용 윈드 디플렉터는 선체 저항을 줄여 연비를 향상 시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 선박용 윈드 디플렉터 제작방법은 대형 윈드 디플렉터를 제작할 수 있다. 또한 강도를 만족하면서도 경량인 윈드 디플렉터를 제작할 수 있다. 또한 제작하는 동안 제작자의 안전을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 윈드 디플렉터가 선박에 적용된 상태를 나타낸 사용 상태도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 윈드 디플렉터의 연결프레임 및 조각부재를 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 곡률을 가진 판 형상을 가진 선박용 윈드 디플렉터의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 평평한 판 형상을 가진 선박용 윈드 디플렉터의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 리벳에 의한 연결프레임 및 조각부재의 결합 단면도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 볼트에 의한 연결프레임 및 조각부재의 결합 단면도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 용접에 의한 연결프레임, 삽입프레임, 및 조각부재의 결합 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 최적의 크기를 갖는 선박용 윈드 디플렉터의 전면도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 최적의 형상을 갖는 선박용 윈드 디플렉터의 전면도이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

본 발명의 실시 예에 따른 선박용 윈드 디플렉터(300)가 선박(100)에 적용된 상태는 도 1에 도시한 바와 같다. 선박(100)은 선수가 뒤로 갈수록 넓어지는 형태를 지니므로 일정 너비를 지니는 컨테이너(200)는 일정 거리 뒤에서부터 적재된다. 선수에서 컨테이너(200)를 적재할 수 없는 공간에 선체 저항을 줄이기 위한 선박용 윈드 디플렉터(300)를 설치함으로써 적재효율을 떨어뜨리지 않으면서 연비를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 선박용 윈드 디플렉터(300)는 도 2에 도시한 바와 같이, 복수 개의 조각부재(310)가 연속적으로 조합하여 형성된다. 조각부재(310)는 판 형상으로 서로 모서리가 접하면서 연속적으로 조합될 수 있다. 도 2에는 서로 모서리뿐 만 아니라 꼭지점도 접하고 있지만 이에 한정하지 않고 모서리가 접한다면 꼭지점은 접하지 않아도 무방하다. 조각부재(310)의 형상은 사각형, 삼각형뿐 만 아니라 그 외의 다각형을 포함하고, 곡면의 윤곽을 갖는 것을 포함할 수 있다. 또한 조각부재(310)는 판 형상으로 서로 가장자리 일부가 겹치면서 연속적으로 조합될 수 있다. 즉 조각부재(310)는 조합되어 공기의 유동을 차단할 수 있는 밀폐 형상을 이루는 것이라면 꼭지점과 모서리가 접하는 것뿐 만 아니라 가장자리 일부가 겹침으로써 조합되어 선박용 윈드 디플렉터(300)를 형성할 수 있는 것도 가능하다.

도 3에 도시한 바와 같이, 조각부재(310)는 곡률을 가진 판 형상을 가질 수 있다. 곡률을 가진 조각부재(310)를 조합하여 형성되는 선박용 윈드 디플렉터(300)는 선체 저항을 최소화 할 수 있으며 적은 수의 조각부재(310)로도 윈드 디플렉터(300)의 형상을 이룰 수 있는 장점이 있다. 다만, 곡률이 같은 부분의 부재는 동일한 형상으로 생산이 가능하나, 평면부재와 비교할 때 부재의 형상에 따른 가짓수가 증가하여 생산성이 떨어지는 단점이 있다. 또한, 연결프레임(320)과의 접촉에 있어 일정하지 않은 틈이 생길 수 밖에 없다. 연결프레임(320)은 금속으로서 평면으로 이루거나 소정의 각을 이루는 반면 조각부재(310)는 곡률을 가진 판 형상이기 때문이다. 이 틈은 용접 금속(360) 또는 접착제(370)를 이용하여 채우게 된다.

또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 조각부재(310)는 평평한 판 형상을 가질 수 있다. 평평한 조각부재(310)는 동일한 형상의 조각부재(310)를 대량 생산할 수 있으며 작업이 용이하다는 장점이 있다. 이 경우 연결프레임(320)과의 접촉에 있어 일정한 틈을 생성하게 된다. 이 때 연결프레임(320)은 소정의 각을 이루는 것이 바람직하다. 이 경우 역시 용접 금속(360) 또는 접착제(370)를 이용하여 틈을 채운다.

본 발명의 실시 예에 따른 조각부재(310)는 복합재료를 소재로 할 수 있다. 복합재료는 둘 이상의 재료를 조합하여 단일재료로서는 얻을 수 없는 뛰어난 특성을 갖는 인공 재료로서, 일정 이상의 강도를 가지면서도 경량인 대형 장치를 제작하는 데 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 윈드 디플렉터(300)는 강한 공기 저항을 이겨내고 풍화에 견딜 수 있는 강도를 지녀야 하며 연비 저하를 막기 위해 경량이어야 하므로 이의 재료로서 복합재료는 적합하다.

본 발명의 실시 예에 따른 선박용 윈드 디플렉터(300)는 조각부재(310)를 결합하는 결합수단을 포함할 수 있다. 결합수단은 조각부재(310)와 조각부재(310)를 직접 결합하는 것뿐 만 아니라, 조각부재(310)와 조각부재(310)를 결합하기 위해 중간 매개체를 사용하는 것을 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 결합수단은 연결프레임(320) 및 체결구를 포함할 수 있다. 연결프레임(320) 및 체결구는 조각부재(310)와 조각부재(310)를 결합하기 위한 중간 매개체로서 사용된다. 연결프레임(320)은 선박용 윈드 디플렉터(300)의 윤곽 형상을 가지면서 조각부재(310)를 결합할 수 있도록 조각부재(310)의 크기에 맞게 프레임이 형성된 것을 말한다. 연결프레임(320)은 복수 개의 조각부재(310)의 가장자리 일면 또는 양면에 접할 수 있으며 금속재질로 이루어 질 수 있다. 즉 그 위치에 따라 2개의 조각부재(310)뿐만 아니라 3개 이상의 조각부재(310)와 접할 수 있다. 체결구는 조각부재(310)와 연결프레임(320)을 체결하는 것으로 접착제(370)뿐 만 아니라 리벳(340), 볼트(350), 용접 금속(360) 등을 가리지 않는다.

본 발명의 실시 예에 따른 체결구는 리벳(340) 또는 볼트(350) 일 수 있다. 도 5 또는 도 6에 도시한 바와 같이, 조각부재(310)의 일면에 연결프레임(320)을 접착제(370)를 이용하여 접착한 후, 리벳(340) 또는 볼트(350)를 연결프레임(320) 및 조각부재(310)에 관통시켜 결합을 견고히 할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 윈드 디플렉터(300)는 선수에서 바라보는 정면에 조각부재(310)가, 후면에 연결프레임(320)이 존재하고, 후면에서부터 리벳(340) 또는 볼트(350) 등의 체결구를 삽입하는 것을 포함한다. 이로 인해 선체 내에서 작업을 유도하여 작업 효율을 향상시키고 작업 안정성을 확보할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 볼트(350)는 연결프레임(320) 외부로부터 관통시켜 체결하는 일반적인 볼트(350) 이외에 연결프레임(320) 전면에 볼트(350)의 헤드가 연결되어 조각부재(310)를 관통시킨 후 너트로 조여주는 스터드볼트(350)(Stud Bolt)를 포함할 수 있다. 이 때 스터드볼트(350)의 경우에는 너트로 조여주는 선체 외 작업이 필요할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 선박용 윈드 디플렉터(300)는 도 7에 도시한 바와 같이, 조각부재(310)와 연결프레임(320)을 접착제(370) 또는 용접을 이용하여 결합하는 것을 포함한다. 또한 도 9에 도시한 바와 같이, 조각부재(310)를 끼워 넣을 수 있도록 홈이 형성되는 삽입프레임(330)에 접착제(370)를 도포한 조각부재(310)를 끼워 넣은 후, 삽입프레임(330)과 연결프레임(320)을 접착제(370) 또는 용접에 의해 체결하는 것을 포함한다.

본 발명의 실시 예에 따른 선박용 윈드 디플렉터(300)는 선체 전면에 구비되는 컨테이너(200) 높이의 75% 이상의 크기를 그 높이로 할 수 있다. 도 8에 도시한 바와 같이, 선체 전면에 구비되는 컨테이너(200) 높이를 H라 할 때, 선박용 윈드 디플렉터(300)의 높이 h는 H의 75%인 것이 효율적이다. 12000TEU 모형으로 풍동실험을 한 결과 H와 동일한 h를 가진 경우 선박용 윈드 디플렉터(300)를 설치하지 않았을 때와 비교하여 88.4%의 선체저항을 나타내었으며, H의 75%인 h로 한 경우 역시 88.4%의 선체저항을 나타내었다. 이는 일정수준 이상의 크기라면 기대효과가 유사하여 경제적인 효율이 떨이지는 것으로 판단된다. H의 75%인 h로 한 경우에는 선박용 윈드 디플렉터(300)를 지나는 공기 유동이 컨테이너(200) 정면에 부딪히지 않고 상부로 흐르게 되므로 이와 같은 결과를 나타내게 된다.

마찬가지로 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 윈드 디플레터는 선체 전면에 구비되는 컨테이너(200) 너비의 75% 이상의 크기를 그 상부 너비로 할 수 있다. 선박용 윈드 디플렉터(300)는 정면에서 보았을 때 상부가 직선 또는 직선에 가까운 곡선으로 이루어져 있는데, 이의 너비가 선체 전면에 구비되는 컨테이너(200) 너비의 75% 크기인 경우 앞과 같은 결과를 나타내었다. 도 8에 도시한 바와 같이, 선체 전면에 구비되는 컨테이너(200) 너비를 L이라 할 때, 선박용 윈드 디플렉터(300)의 상부 너비 l은 L의 75%인 것이 효율적이다. 12000TEU 모형으로 풍동실험을 한 결과 L와 동일한 l를 가진 경우 선박용 윈드 디플렉터(300)를 설치하지 않았을 때와 비교하여 88.4%의 선체저항을 나타내었으며, L의 75%인 l로 한 경우 역시 88.4%의 선체저항을 나타내었다. 이는 일정수준 이상의 크기라면 기대효과가 유사하여 경제적인 효율이 떨이지는 것으로 판단된다. 즉, 선박용 윈드 디플렉터(300)를 지나는 공기 유동이 컨테이너(200) 정면에 부딪히지 않고 측부로 흐르게 되는 것이다.

본 발명의 실시 예에 따른 선박용 윈드 디플렉터(300)는 선체 저항을 최소로 하는 최적의 형상을 구비할 수 있다. 여러 형상의 선박용 윈드 디플렉터(300)를 비교하기 위해 12000TEU에 대하여 풍동실험을 한 결과 일정 형상에서 선박용 윈드 디플렉터(300)가 없을 때와 비교하여 88.4%의 선체저항을 나타냄을 알 수 있었다. 이 실험에서는 통제변인으로 h와 l을 모두 H와 L에 비해 75%로 통일하였다. 최적의 형상은 도 9에 도시한 바와 같다.

본 발명의 실시 예에 따른 연결프레임(320)은 도 9에 도시한 바와 같이, 하부프레임(321), 상부프레임(322), 측부프레임(323), 및 대각프레임(324)을 포함할 수 있다. 하부프레임(321)은 xy평면 상에서 선수의 형상을 갖는 곡선 또는 직선으로 이루어진다. 상부프레임(322)은 xz평면 상에서 하부프레임(321)의 너비보다 작은 너비를 갖는 곡선 또는 직선으로 이루어진다. 또한 측부프레임(323)은 하부프레임(321)의 끝 단과 상부프레임(322)의 끝 단을 연결하는 곡선 또는 직선으로 이루어진다. 마지막으로 대각프레임(324)은 하부프레임(321)의 중심점과 상부프레임(322)의 끝 단을 연결하는 곡선 또는 직선으로 이루어진다. 위와 같은 연결프레임(320)에 조각부재(310)를 결합하여 형성되는 선박용 윈드 디플렉터(300)는 컨테이너(200)를 적재하는 선박(100)에서 최저의 선체저항을 나타낼 수 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

100: 선박, 200: 컨테이너,
300: 윈드 디플렉터, 310: 조각부재,
320: 연결프레임, 321: 하부프레임,
322: 상부프레임, 323: 측부프레임,
324: 대각프레임, 330: 삽입프레임,
340: 리벳, 350: 볼트,
360: 용접 금속, 370: 접착제,

Claims

서로 접하면서 연속적으로 조합되어 윈드 디플렉터의 형상을 이루는 복수 개의 조각부재; 및
상기 조각부재를 결합하는 결합수단; 을 포함하며,
상기 조각부재는 곡률을 가진 판 형상 또는 평평한 판 형상인 선박용 윈드 디플렉터.
제1항에 있어서,
상기 복수 개의 조각부재는 서로 가장자리 일부가 겹치면서 연속적으로 조합되어 윈드 디플렉터의 형상을 이루는 선박용 윈드 디플렉터.
제1항에 있어서,
상기 조각부재는 복합재료를 소재로 하는 선박용 윈드 디플렉터.
제1항에 있어서,
상기 결합수단은,
상기 조각부재의 가장자리 일면 또는 양면에 접하는 금속재질의 연결프레임; 및
상기 조각부재와 상기 연결프레임을 체결하는 체결구; 를 포함하는 선박용 윈드 디플렉터.
제4항에 있어서,
상기 체결구는 상기 조각부재와 상기 연결프레임을 체결하는 리벳인 선박용 윈드 디플렉터.
제4항에 있어서,
상기 체결구는 상기 조각부재와 상기 연결프레임을 체결하는 볼트인 선박용 윈드 디플렉터.
제1항에 있어서,
상기 결합수단은 상기 복수 개의 조각부재의 가장자리 일면 또는 양면에 접하는 금속재질의 연결프레임을 포함하고,
상기 연결프레임과 상기 연결프레임 또는 상기 조각부재와 상기 연결프레임은 용접 또는 접착제를 이용하여 결합되는 선박용 윈드 디플렉터.
제1항에 있어서,
상기 결합수단은,
상기 조각부재를 끼워 넣을 수 있도록 홈이 형성되는 삽입프레임;
상기 삽입프레임의 일면 또는 양면에 접하는 금속재질의 연결프레임; 을 포함하고,
상기 조각부재와 상기 삽입프레임은 용접 또는 접착제를 이용하여 결합되고,
상기 삽입프레임과 상기 연결프레임은 용접 또는 접착제를 이용하여 결합되는 선박용 윈드 디플렉터.
제4항 또는 제7항에 있어서,
상기 연결프레임은,
xy평면 상에서 선수의 형상을 갖는 곡선 또는 직선으로 이루어지는 하부프레임;
xz평면 상에서 상기 하부프레임의 너비보다 작은 너비를 갖는 곡선 또는 직선으로 이루어지는 상부프레임;
상기 하부프레임의 끝 단과 상기 상부프레임의 끝 단을 연결하는 곡선 또는 직선으로 이루어지는 측부프레임; 및
상기 하부프레임의 중심점과 상기 상부프레임의 끝 단을 열결하는 곡선 또는 직선으로 이루어지는 대각프레임; 을 포함하는 선박용 윈드 디플렉터.