KR20160032764A - 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박에 관한 것으로서, 선체; 상기 선체의 선미에 결합되며, 회전에 의해 정해진 직경의 프로펠러 디스크 영역을 형성하는 프로펠러; 및 상기 프로펠러 디스크 영역의 좌우측 영역 및 내측 영역으로 물을 분사하여 상기 프로펠러로 유입되는 유체의 속도분포를 균일화시키는 에너지 절감장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선박은, 프로펠러로 유입되는 유체 중 상대적으로 속도가 늦은 유체의 속도를 가속하는 노즐부를 포함한 에너지 절감장치를 구성함으로써, 프로펠러로 유입되는 유체의 속도분포가 전체적으로 균일하게 되어, 프로펠러의 회전에 의한 캐비테이션의 발생을 억제할 수 있고, 선체진동을 저감할 수 있고, 프로펠러의 추진효율을 향상시킬 수 있다.

Description

선박{Ship}

본 발명은 선박에 관한 것이다.

일반적으로 대형 선박의 경우, 선체의 후미에 부착되어 있는 프로펠러가 회전할 때 발생하는 유체의 흐름을 이용하여 전진하는 방식을 사용한다. 이때 프로펠러의 후방에는 러더가 부착되며, 러더가 좌우로 회전함에 따라 유체의 흐름 방향을 조절함으로써 항해 방향을 변경한다.

이와 같이 프로펠러의 회전을 통해 일정 속도를 내기 위해서는 디젤 등의 오일을 사용하여 엔진을 구동하여야 하는데, 이 경우 많은 양의 오일이 소모되고 온실가스가 배출됨에 따라, 환경 파괴 등의 문제를 야기하게 된다.

따라서 최근에는 선박의 추진 시 소비되는 에너지를 절감하여 연료 사용량을 감축할 수 있는 다양한 노력들이 이루어지고 있다. 특히 IMO는 2010년에 선박 운항 시 온실가스 감축 방안에 대해 논의한 바 있으며, 연비규제에 대한 기준 및 방향을 확정하는 것과 관련한 논의를 진행 중에 있다.

이러한 움직임에 해운선사들도 합류함에 따라, 해운선사들은 유류비에 대한 부담을 덜 수 있는 연료절감형 선박에 관심을 가지기 시작하였다. 이와 같은 해운 선사들의 니즈에 의해, 조선사들은 연료 소비량을 줄이고 온실가스 배출을 줄일 수 있는 연료절감형 기술에 대해서 지속적인 연구 및 개발을 해오고 있다.

연료절감형 기술의 일례로, 선박의 후미, 프로펠러, 러더 등의 형상을 개량하거나 별도의 부가물을 부착함으로써 추진 효율을 높이는 동시에 연료를 절감하는 에너지 절감 부가 장치(ESD: Energy Saving Device)가 큰 관심을 받고 있으며, 이러한 에너지 절감 부가 장치는 상당수의 선박에 이미 적용되어 사용 중이다.

에너지 절감 부가 장치 중에서, 선체에 덕트를 결합하고 덕트의 내부에 핀을 구비하여, 프로펠러에 유입되는 유체의 흐름을 제어하는 장치가 다양한 선박에 널리 적용되고 있다. 그러나 종래 사용되고 있는 덕트 장치는, 덕트와 선체에 양끝단이 각각 연결된 핀을 사용하기 때문에, 유체가 유입될 때 핀에 의해 저항이 크게 발생할 수 있으며, 핀 제작 시 불필요하게 자재와 공수를 낭비할 수 있다는 문제점이 있을 뿐만 아니라, 프로펠러로 유입되는 유체의 속도분포가 균일하지 못할 경우 프로펠러가 압력이 높은 부분에서 압력이 낮은 부분으로 회전할 때 캐비테이션이 발생하여 덕트에 진동이 발생되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 프로펠러로 유입되는 유체의 속도분포를 균일화시킬 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일측면에 따른 선박은, 선체; 상기 선체의 선미에 결합되며, 회전에 의해 정해진 직경의 프로펠러 디스크 영역을 형성하는 프로펠러; 및 상기 프로펠러 디스크 영역의 좌우측 영역 및 내측 영역으로 물을 분사하여 상기 프로펠러로 유입되는 유체의 속도분포를 균일화시키는 에너지 절감장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

구체적으로, 상기 에너지 절감장치는, 상기 프로펠러 디스크 영역의 상기 좌우측 영역 및 상기 내측 영역에 물을 분사하는 노즐부; 및 상기 노즐부에 물을 공급하는 펌프를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 노즐부는, 상기 프로펠러의 좌우측 전방 부분의 상기 선체의 외부에 한 쌍이 설치될 수 있다.

구체적으로, 상기 한 쌍의 노즐부 각각은, 상기 선체의 외측에 복수 개로 이루어지며, 상기 프로펠러 디스크 영역의 좌측 영역, 우측 영역 및 내측 영역에 물을 분사하는 노즐; 및 상기 복수 개의 노즐을 수용하여 보호하는 커버를 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 커버는, 상기 선체의 외측에 구비되며, 상기 선체의 선미에서 선수로 갈수록 반구형의 단면적이 작아지는 형상일 수 있다.

구체적으로, 상기 한 쌍의 노즐부 각각은, 상기 복수 개의 노즐과 연결되며, 선박의 속도 변화에 따른 속도분포 값에 따라 상기 복수 개의 노즐 각각을 상하좌우로 회전시키는 조향장치를 더 포함할 수 있다.

구체적으로, 상기 에너지 절감장치는, 상기 펌프를 통해 상기 노즐부로 물을 공급하도록 상기 선체 주변의 해수를 흡입하는 해수흡입부를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 선박은, 프로펠러로 유입되는 유체 중 상대적으로 속도가 늦은 유체의 속도를 가속하는 노즐부를 포함한 에너지 절감장치를 구성함으로써, 프로펠러로 유입되는 유체의 속도분포가 전체적으로 균일하게 되어, 프로펠러의 회전에 의한 캐비테이션의 발생을 억제할 수 있고, 선체진동을 저감할 수 있고, 프로펠러의 추진효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 선박은, 에너지 절감장치의 노즐부를 선체 외부에 설치함으로써, 선체의 구조 변경 없이 용이하게 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 선박은, 노즐부의 노즐을 조향장치에 의해 상하좌우로 회전시킬 수 있도록 구성함으로써, 외부 환경에 따라 변화되는 유체의 속도분포에 능동적으로 대처할 수 있어, 프로펠러로 유입되는 유체의 속도분포를 더욱 균일하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 배면도이다.
도 3은 선체 외부에 설치된 노즐부를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 프로펠러로 유입되는 유체의 일반적인 속도분포를 도시한 도면이다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 배면도이고, 도 3은 선체 외부에 설치된 노즐부를 설명하기 위한 도면이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(1)은, 선체(100), 프로펠러(200), 에너지 절감장치(300)를 포함한다.

프로펠러(200)는, 선체(100)의 선미에 결합되어 샤프트(210)의 회전에 의해 추진력을 발생시킨다. 본 실시예가 포함하고 있는 프로펠러(200)는 일반적으로 널리 사용되는 프로펠러(200)와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

에너지 절감장치(300)는, 선체(100)에 설치되며, 프로펠러(200)의 전방에서 프로펠러(200)로 물을 분사하여 프로펠러(200)로 유입되는 유체의 속도분포를 균일화할 수 있다. 여기서, 균일화란 물리적으로 완전히 균일한 상태만을 의미하는 것이 아니라 이전의 상태에 비해 상대적으로 균일한 상태를 포함한다.

이 경우, 에너지 절감장치(300)는 프로펠러(200)로 유입되는 유체의 속도가 상대적으로 느린 영역으로 물을 분사하여 그 영역으로 유입되는 유체의 속도를 가속시킴으로써, 프로펠러(200)로 유입되는 유체의 속도분포를 균일화할 수 있다.

일반적으로, 샤프트에 의하여 회전되는 프로펠러(200)는, 정해진 직경의 프로펠러 디스크 영역(400)을 형성하게 된다. 이때, 프로펠러(200)로 유입되는 유체의 속도는, 프로펠러 디스크 영역(400)을 상하측 및 좌우측으로 나눌 때, 하측 영역에서 빠르고 선체의 영향에 의해 상측의 좌우측 영역에서 느리며, 프로펠러 디스크 영역(400)의 외측 영역에서 샤프트(210)가 위치되는 내측 영역으로 갈수록 느려지는 것으로 알려져 있다. 즉, 프로펠러(200)로 유입되는 유체의 속도분포는, 프로펠러 디스크 영역(400)에서 전체적으로 균일하지 않게 된다. 이에 따라, 프로펠러 디스크 영역(400)의 상측 좌우 영역에서는 압력이 높고, 상측 영역에서는 상대적으로 압력이 낮아, 압력이 높은 부분에서 압력이 낮은 부분으로 프로펠러(200)가 회전할 때, 압력이 낮은 부분에서 캐비테이션이 발생하게 되고, 발생된 캐비테이션으로 인하여 프로펠러(200)의 추진효율이 저감하게 된다.

통상적으로, 선박(1)의 추진력은 프로펠러 디스크 영역(400)의 외측에서 발생한다. 본 실시예는 프로펠러 디스크 영역(400) 전체의 유동을 고르게 하거나, 또는 프로펠러 디스크 영역(400) 외측의 유동을 고르게 하여, 프로펠러(200)의 특정 단면이 돌면서 만나게 되는 유입각을 일정하게 하는 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 중앙부의 토끼 귀 형상 부분(구체적으로, 컬러 도면으로는 하늘색 부분)으로 유입 속도가 느린 부분을 볼 수 있다. 프로펠러(200)의 단면이 이 부분에 돌입하면서 갑작스러운 유입각의 변화가 생기고, 그 결과 캐비테이션이 발생할 수 있다. 따라서 본 실시예는 저속 유동 부분을 보상해주어 프로펠러(200)의 설계를 용이하게 하고 캐비테이션의 발생을 저감하여 추진력을 향상시킬 수 있다.

프로펠러(200)의 특정부분(특히, 중간에서 약간 외측 부분)이 돌면서 만나게 되는 유동을 고르게 하는 것이다. 도 4에 도시된 나타난 바와 같이, 토끼 귀 모양(하늘색 부분)으로 유입 속도가 느린 부분을 볼 수 있다. 이 부분이 넓게 분포 하므로 해당 부분의 유입속도에 맞추어 프로펠러 설계 시 상측의 유속이 상대적으로 빠르고 압력이 낮은 영역을 프로펠러(200) 날개가 지나갈 경우 캐비테이션이 발생할 수 있다. 따라서 본 실시예는 토끼 귀 모양 부분의 저속 유동 부분을 보상해주어 추진력을 향상시킬 수 있다.

프로펠러 디스크 영역(400)에서, 프로펠러(200)로 유입되는 유체의 속도분포는 일정한 것이 아니라 외부 환경 예를 들어, 선박(1)의 운항 속도 등에 의해 변화될 수 있음은 물론이다. 이와 같이 변화되는 유체의 속도분포는 선박(1)을 건조하기 전 선체모형실험 등을 통해 알 수 있다.

본 실시예에 따르면, 에너지 절감장치(300)는, 프로펠러 디스크 영역(400)의 상하좌우측 영역 중에서, 상대적으로 유체의 속도가 느린 좌우측 영역으로 물을 분사할 수 있을 뿐만 아니라, 프로펠러 디스크 영역(400)의 내외측 영역 중에서, 상대적으로 유체의 속도가 느린 내측 영역으로 물을 분사할 수 있다.

따라서, 에너지 절감장치(300)가 프로펠러 디스크 영역(400)의 좌우측 영역 및 내측 영역으로 물을 분사함으로써, 프로펠러(130)로 유입되는 유체의 속도분포를 전체에 걸쳐 효과적으로 균일화할 수 있다. 좌우측 영역 및 내측 영역에 분사되는 물의 양은 실험을 통해 이미 알게 된 속도분포 값에 의해 결정될 수 있다.

상기한 에너지 절감장치(300)는, 노즐부(310), 펌프(320), 해수흡입부(330)를 포함하여 구성될 수 있다.

노즐부(310)는, 프로펠러 디스크 영역(400)의 좌측 영역, 우측 영역 및 내측 영역에 물을 분사할 수 있도록, 프로펠러(200)의 좌우측 전방 부분의 선체(100)의 외부에 한 쌍이 설치될 수 있다. 한 쌍의 노즐부(310) 각각은, 노즐(312), 조향장치(314), 커버(316)를 포함하여 구성될 수 있다.

노즐(312)은, 프로펠러 디스크 영역(400)의 좌측 영역, 우측 영역 및 내측 영역에 물을 분사할 수 있도록, 선체(100)의 외측에 복수 개로 이루어질 수 있다. 복수 개의 노즐(312)은, 후술할 조향장치(314)에 의해 개별적으로 전후좌우로 회전가능하며, 후술할 커버(316)에 의해 보호되고, 후술할 펌프(320)로부터 물을 공급받는다.

선박(1)은 대부분의 시간을 정해진 순항속도로 전진하게 되는데, 선체모형실험 등을 통해 알게 된 순항속도 시 유체의 속도분포를 통해 노즐(312)의 개수, 배치 관계, 크기 등을 결정하는 것이 바람직하다.

조향장치(314)는, 복수 개의 노즐(312)과 연결되며, 이미 알게 된 선박(1)의 속도 변화에 따른 속도분포 값에 따라 복수 개의 노즐(312) 각각을 상하좌우로 회전시켜 물분사 방향을 결정함으로써, 유체의 속도가 빠른 영역에서 느린 영역으로 갈수록 노즐(312)이 향하는 수를 많게 할 수 있어, 외부 환경에 따라 변화되는 유체의 속도분포에 능동적으로 대처할 수 있게 한다.

커버(316)는, 선체(100)의 외측에 구비되는 복수 개의 노즐(312)을 수용하여 보호할 수 있도록, 선체(100)의 외측에 구비될 수 있다. 커버(316)는, 운항 시 유체와의 마찰 저항을 최소화하기 위해, 선박(1)의 선미에서 선수로 갈수록 반구형의 단면적이 작아지는 형상일 수 있다.

펌프(320)는, 노즐부(310)에 물을 공급할 수 있도록, 노즐부(310)와 연결된 연결라인(340) 상에 설치될 수 있다.

연결라인(340)의 일측 단부는 복수의 분기라인으로 분기되어 복수 개의 노즐(312)과 각각 연결된다. 연결라인(340)의 타측 단부는 선체(100) 주변의 해수를 흡입하여 펌프(320)에 공급할 수 있도록 해수흡입부(330)와 직접 연결될 수 있다. 여기서, 해수흡입부(330)는 씨체스트(sea chest)일 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 프로펠러(200)로 유입되는 유체 중 상대적으로 속도가 늦은 유체의 속도를 가속하는 노즐부(310)를 포함한 에너지 절감장치(300)를 구성함으로써, 프로펠러(200)로 유입되는 유체의 속도분포가 전체적으로 균일하게 되어, 프로펠러(200)의 회전에 의한 캐비테이션의 발생을 억제할 수 있고, 선체진동을 저감할 수 있고, 프로펠러의 추진효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예는, 에너지 절감장치(300)의 노즐부(310)를 선체(100) 외부에 설치함으로써, 선체(100)의 구조 변경 없이 용이하게 구현할 수 있다.

또한, 본 실시예는, 노즐부(310)의 노즐(312)을 조향장치(314)에 의해 상하좌우로 회전시킬 수 있도록 구성함으로써, 외부 환경에 따라 변화되는 유체의 속도분포에 능동적으로 대처할 수 있어, 프로펠러(200)로 유입되는 유체의 속도분포를 더욱 균일하게 할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

1: 선박 100: 선체
200: 프로펠러 210: 샤프트
300: 에너지 절감장치 310: 노즐부
312: 노즐 314: 조향장치
316: 커버 320: 펌프
330: 해수흡입부 340: 연결라인
400: 프로펠러 디스크 영역

Claims (7)

1. 선체;
   상기 선체의 선미에 결합되며, 회전에 의해 정해진 직경의 프로펠러 디스크 영역을 형성하는 프로펠러; 및
   상기 프로펠러 디스크 영역의 좌우측 영역 및 내측 영역으로 물을 분사하여 상기 프로펠러로 유입되는 유체의 속도분포를 균일화시키는 에너지 절감장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 에너지 절감장치는,
   상기 프로펠러 디스크 영역의 상기 좌우측 영역 및 상기 내측 영역에 물을 분사하는 노즐부; 및
   상기 노즐부에 물을 공급하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 노즐부는,
   상기 프로펠러의 좌우측 전방 부분의 상기 선체의 외부에 한 쌍이 설치되는 것을 특징으로 하는 선박.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 한 쌍의 노즐부 각각은,
   상기 선체의 외측에 복수 개로 이루어지며, 상기 프로펠러 디스크 영역의 좌측 영역, 우측 영역 및 내측 영역에 물을 분사하는 노즐; 및
   상기 복수 개의 노즐을 수용하여 보호하는 커버를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 커버는,
   상기 선체의 외측에 구비되며, 상기 선체의 선미에서 선수로 갈수록 반구형의 단면적이 작아지는 형상인 것을 특징으로 하는 선박.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 한 쌍의 노즐부 각각은,
   상기 복수 개의 노즐과 연결되며, 선박의 속도 변화에 따른 속도분포 값에 따라 상기 복수 개의 노즐 각각을 상하좌우로 회전시키는 조향장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
7. 제 2 항에 있어서, 상기 에너지 절감장치는,
   상기 펌프를 통해 상기 노즐부로 물을 공급하도록 상기 선체 주변의 해수를 흡입하는 해수흡입부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.

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