KR20160117655A - 버블형성유닛 - Google Patents

Abstract

버블형성유닛에 관한 발명이 개시된다. 개시된 버블형성유닛은: 해수공급부에 구비되는 노즐부와, 노즐부의 둘레에 형성되고, 공급유입부를 통해 외부공기가 유입되는 공기챔버 및 공기챔버의 공기가 노출 내부로 유입되는 에어인젝션홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

버블형성유닛{BUBBLE GENERATING UNIT}

본 발명은 버블형성유닛에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박의 운행 중 선체에 마이크로버블을 공급하여 마찰저항을 감소시킬 수 있는 버블형성유닛에 관한 것이다.

일반적으로, 선박은 해양에서 운행된다. 선박에는 승객을 운송하는 여객선, 화물을 운송하는 화물선, 천연가스나 원유 등을 운송하는 특수 화물선 등 다양한 종류가 있다. 선박은 프로펠러와 같은 동력장치를 구동함에 의해 운행된다.

선박이 운행될 때에 해수와 마찰된다. 선박과 해수의 마찰력을 감소시키기 위해 선박을 유선형으로 제조한다. 선박의 운행 속도와 추진력을 향상시키기 위해 선박의 마찰력을 감소시키는 것이 요청된다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2014-0000974호(2014.01.06 공개, 발명의 명치 : 듀얼 유압 파워팩을 구비한 선박)이 개시되어 있다.

본 발명의 목적은 노즐부에서 압력이 포화증기압 이하의 압력으로 떨어지도록 함으로써, 자연적인 공기 흡입이 가능하여 제조단가 및 운영단가를 절감할 수 있는 버블형성유닛을 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 버블형성유닛은: 해수공급부에 구비되는 노즐부와, 상기 노즐부의 둘레에 형성되고, 공급유입부를 통해 외부공기가 유입되는 공기챔버 및 상기 공기챔버의 공기가 상기 노출 내부로 유입되는 에어인젝션홀을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노즐부는 상기 해수펌프에 의해 해수가 유입되는 제1유로부와, 상기 제1유로부에 연결되고, 상기 제1유로부보다 내경이 감소되어 포화증기압 이하의 압력을 형성하여 상기 에어인젝션홀을 통해 상기 공기챔버의 공기를 유입하는 제2유로부 및 상기 제2유로부와 연결되고, 상기 제2유로부에서 멀어질수록 내경이 확대되는 제3유로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 에어인젝션홀은 상기 제2유로부의 둘레면에 복수개 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 에어인젝션홀은 상기 제2유로부의 둘레면에 방사형상으로 다수열 배열되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 버블형성유닛은 마이크로버블을 발생시키기 위한 공기 흡입이 노즐부 내부의 공동현상에 의해 자연적으로 이루어지므로, 별도의 컴프레셔가 필요치 않아 제조단가 및 운영단가를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명은 선체의 외측면으로 마이크로버블을 분사하므로, 마이크로버블이 해수 중에 오래 머물수 있어 선박의 마찰력을 일정하게 유지할 수 있고, 분기관에 의해 선체의 넓은 면적에 마이크로버블을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 저항감소장치의 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 저항감소장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 저항감소장치의 배면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 버블형성유닛을 보인 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 버블형성유닛의 상세도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 버블형성유닛의 에어인젝션홀을 보인 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 버블형성유닛의 작동상태를 보인 도면이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 선박의 저항저감장치의 일 실시예를 설명한다.

이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 저항감소장치의 회로도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 저항감소장치의 측면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 저항감소장치의 배면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 버블형성유닛을 보인 도면이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 버블형성유닛의 상세도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 버블형성유닛의 에어인젝션홀을 보인 단면도이며, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 버블형성유닛의 작동상태를 보인 도면이다.

도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 저항저감장치(100)는 해수공급부(110), 공기유입부(120) 및 버블형성유닛(130)을 포함한다.

선체(10)는 해양에 부유하는 구조체이다. 선체(10)는 해수나 파도 등의 마찰력을 최소화시킬 수 있도록 유선형으로 형성된다. 선체(10)의 선미(14)에는 프로펠러(16)가 설치되고, 프로펠러(16)는 엔진에 의해 구동되며, 프로펠러(16)가 구동됨에 따라 선체(10)가 운행된다.

해수공급부(110)는 선체(10)에 구비되어 해수를 공급하는 것으로서, 해수를 유입하는 해수펌프(116)를 포함한다. 보다 자세하게 해수공급부(110)는 해수가 유입되는 해수라인(112)과, 해수라인(112)에 구비되어 해수를 유입시키는 해수펌프(116)를 포함한다. 해수펌프(116)는 선체(10)에 배치되어 해양에 있는 해수를 해수라인(112)으로 펌핑한다. 그리고, 해수펌프(116)와 버블형성유닛(130)은 해수라인(112)에 의해 연결되고, 해수라인(112)에는 해수유량게이지(113), 해수압력게이지(114), 해수밸브(115) 등이 설치된다.

그리고, 해수공급부(110)는 해수펌프(116)에 의해 유입된 해수를 분기하는 분기관(118)을 포함한다. 분기관(118)은 도 4에서 도시된 바와 같이 복수개로 이루어져 선체(10)의 많은 범위로 마이크로버블을 공급할 수 있다.

공기유입부(120)는 공기라인(122)으로 이루어진다. 즉, 후술되는 버블형성유닛(130)의 구조적 특징에 의해 외부공기를 자연적으로 흡입할 수 있다. 이때, 공기라인(122)에는 공기압력게이지(124), 공기유량게이지(123)가 구비된다.

버블형성유닛(130)은 공기유입부(120)와 해수공급부(110)를 상호 연결하여 해수와 공기에 의해 마이크로버블을 형성한다. 이러한 버블형성유닛(130)은 선체(10)에서 흘수선의 아래에 위치되도록 설치된다. 버블형성유닛(130)이 선체(10)의 선수(12)에서 슬수선의 아래에 위치되므로, 버블형성유닛(130)의 단부는 항상 해수에 침수된 위치에 배치된다.

즉, 버블형성유닛(130)은 해수공급부(110)와 공기유입부(120)에 연결되고, 해수와 공기가 혼합된 마이크로버블을 선체(10)의 외측면으로 분사한다. 선체(10)의 외측면으로 분사된 마이크로버블은 선체(10)의 외측면에 근접하거나 부착된 상태로 선체(10)의 외측면을 다라 유동되므로, 선체(10)와 해수간의 마찰력(해수의 유동 저항력)을 감소시킬 수 있다.

또한, 선체(10)의 외측면으로 분사되는 마이크로버블은 기포가 현저히 작게 형성되므로 마이크로버블에 작용하는 부력이 상대적으로 작게 작용하여 마이크로버블이 수면 위로 올라오는 시간을 연장할 수 있다. 따라서, 마이크로버블이 선체(10)와 해수 간의 마찰력을 감소시키는 시간을 연장할 수 있다.

이러한 버블형성유닛(130)에서는 내부압력이 포화증기압 이하의 압력으로 떨어져 공기유입부(120)를 통해 외부공기가 자연적으로 유입된다. 이는 공기유입부(120)에 별도의 컴프레셔를 제거할 수 있게 한다.

버블형성유닛(130)은 도 5에서 도시된 바와 같이, 노즐부(140), 공기챔버(150) 및 에어인젝션홀(160)을 포함한다. 노즐부(140)는 해수공급부(110)의 단부에 구비되어 해수를 분사한다. 공기챔버(150)는 노즐부(140)의 둘레에 형성되고, 공기유입부(120)를 통해 외부공기가 유입된다. 이러한 공기챔버(150)는 노즐부(140)의 둘레를 감싸는 원통형으로 형성된다.

그리고, 에어인젝션홀(160)은 공기챔버(150)의 공기가 노즐부(140) 내부로 유입되도록 상호 연통되어 형성된다.

노즐부(140)는 해수공급부(110)에 구비되어 해수를 분사하는 것으로서, 해수펌프(116)에 의해 해수가 유입되는 제1유로부(142)와, 제1유로부(142)에 연결되고, 제1유로부(142)보다 내경이 감소되어 포화증기압 이하의 압력을 형성하여 에어인젝션홀(160)을 통해 공기챔버(150)의 공기를 유입하는 제2유로부(144) 및 제2유로부(144)와 연결되고, 제2유로부(144)에서 멀어질수록 내경이 확대되는 제3유로부(146)를 포함한다.

제1유로부(142)에는 해수라인(112)이 연결되어 해수가 유입되고, 제1유로부(142)에 유입된 해수는 해수펌프(116)의 압력에 의해 결정된다. 제2유로부(144)는 제1유로부(142)와 연결되고, 제1유로부(142)보다 내경이 감소된다. 그리고, 제2유로부(144)의 둘레에는 공기챔버(150)가 구비되고, 공기공급부에서 공급된 공기가 공기챔버(150)에 머물고 에어인젝션홀(160)을 통해 제2유로부(144)로 유입될 수 있다.

이때, 제2유로부(144)는 제1유로부(142)보다 내경이 작게 형성되므로, 제2유로부(144)에서 해수의 유속이 증가됨에 따라 압력이 낮아져 포화증기압 이하의 압력을 형성한다. 따라서, 이러한 현상에 의해 공기공급부를 통해 유입되는 공기는 별도의 컴프레셔없이 자연적으로 제2유로부(144) 내부로 에어인젝션홀(160)을 통해 빨려 들어올 수 있다.

이처럼 노즐부(140)의 내부 구조적 특성에 의해 공기의 자연유입이 가능하다.

에어인젝션홀(160)은 제2유로부(144)의 둘레면에 복수개 구비된다. 보다 자세하게 에어인젝션홀(160)은 도 6에서 도시된 바와 같이 제2유로부(144)의 둘레면에 방사방향으로 다수열 배열된다. 제2유로부(144)에서 공기가 해수 유동방향과 수직하거나 거의 수직하게 충돌된다. 이러한 충돌에 의해 제2유로부(144)에서는 공기와 해수가 상대적으로 많이 압축되고, 제2유로부(144)에서 공기와 해수의 압력이 상대적으로 증가될 수 있다.

제3유로부(146)는 제2유로부(144)에 연이어 형성되며, 제3유로부(146)는 제2유로부(144)에서 멀어질수록 내경이 점차적으로 확대된다. 이처럼 점차적으로 확대되는 구조에 의해 제3유로부(146)에서는 해수와 공기가 팽창됨에 따라 미세한 크기의 마이크로버블이 형성된다.

이하, 상기한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 저항감소장치의 작용 및 효과를 설명하면 다음과 같다.

엔진이 구동됨에 따라 프로펠러(16)가 구동되고, 프로펠러(16)의 구동에 의해 선박이 해양을 운행한다.

이후, 마이크로버블을 형성하기 위해 해수펌프(116)에 의해 해수가 해수라인(112)을 통해 펌핑되고, 펌핑된 해수는 해수라인(112)을 통해 버블형성유닛(130)으로 공급된다.

버블형성유닛(130)로 유입된 해수는 제1유로부(142)를 통해 제2유로부(144)로 유입되며, 제2유로부(144)의 단면적이 제1유로부(142)보다 작게 형성되므로 제2유로부(144)에서 포화증기압 이하의 압력을 형성함으로써, 외부공기를 자연적으로 유입시킬 수 있다. 즉, 제2유로부(144)의 압력에 의해 외부공기는 공기유입구를 통해 공기챔버(150)로 유입되고, 공기챔버(150)의 유입된 공기는 에어인젝션홀(160)을 통해 제2유로부(144)의 내부로 강하게 유입된다.

이처럼 노즐부(140)의 제1,2유로부(142,144)의 구조적 특징에 의해 제2유로부(144)에 공동현상(cavitation) 현상을 발생시킴으로써, 외부 공기를 자연적으로 유입시킬 수 있어 별도의 컴프레셔 없이 구동이 가능하여 제조단가 및 운영단가를 절감할 수 있다.

이때, 공기챔버(150)와 제2유로부(144)를 연통시키는 에어인젝션홀(160)이 도 5와 도 6에서 도시된 바와 같이 방사방향으로 다수 열로 형성되며, 유입되는 공기를 해수 유동방향과 수직하거나 거의 수직하게 출동되게 함으로써, 제2유로부(144)에서 공기와 해수는 압력이 상대적으로 증가된다. 이러한 상태에서 제2유로부(144)보다 점차적으로 내경이 확대되게 형성되는 제3유로부(146)로 거치게 되므로 해수와 공기가 팽창되어 미세한 마이크로버블이 형성된다.

제3유로부(146)에서 형성된 마이크로버블은 선체(10)의 외측면으로 분사된다. 선반이 운행됨에 따라 마이크로버블이 선체(10)의 선수(12)부근에서 외측면을 따라 선미(14)측으로 유동되며, 마이크로버블은 선체(10)의 배면을 감싸면서 선미(14)측으로 유동됨에 따라 유동 저항을 감소시킬 수 있다.

그리고, 마이크로버블의 크기가 미세하게 형성되므로, 마이크로버블에 작용하는 부력이 상대적으로 작아지게 된다. 따라서, 마이크로버블이 해수면으로 올라오는 시간을 연장할 수 있어 유동 저항 감소효율을 향상시킬 수 있다.

그리고, 해수공급부(110)는 복수개로 분기되는 분기관(118)을 포함하고, 분기관(118)에는 각각 버블형성유닛(130)이 구비됨에 따라 선체(10)의 많은 범위로 마이크로버블을 공급할 수 있어 저항 저감효율을 향상시킬 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 저항감소장치에 의하면, 선체의 외측면으로 마이크로버블이 분사되므로 선박의 마찰력이 감소되어 선박의 운행 속도와 추진력을 향상시킬 수 있다. 특히, 마이크로버블을 발생시키기 위한 공기 흡입이 노즐부 내부의 공동현상에 의해 자연적으로 이루어지므로, 별도의 컴프레셔가 필요치 않아 제조단가 및 운영단가를 절감할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

100 : 선박의 저항저감장치 110 : 해수공급부
112 : 해수라인 116 : 해수펌프
118 : 분기관 120 : 공기유입부
122 : 공기라인 130 : 버블형성유닛
140 : 노즐부 142 : 제1유입부
144 : 제2유입부 146 : 제3유입부
150 : 공기챔버 160 : 에어인젝션홀

Claims (4)

1. 해수공급부에 구비되는 노즐부;
   상기 노즐부의 둘레에 형성되고, 공급유입부를 통해 외부공기가 유입되는 공기챔버; 및
   상기 공기챔버의 공기가 상기 노출 내부로 유입되는 에어인젝션홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 버블형성유닛.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 노즐부는 상기 해수펌프에 의해 해수가 유입되는 제1유로부;
   상기 제1유로부에 연결되고, 상기 제1유로부보다 내경이 감소되어 포화증기압 이하의 압력을 형성하여 상기 에어인젝션홀을 통해 상기 공기챔버의 공기를 유입하는 제2유로부; 및
   상기 제2유로부와 연결되고, 상기 제2유로부에서 멀어질수록 내경이 확대되는 제3유로부를 포함하는 것을 특징으로 하는 버블형성유닛.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 에어인젝션홀은 상기 제2유로부의 둘레면에 복수개 구비되는 것을 특징으로 하는 버블형성유닛.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 에어인젝션홀은 상기 제2유로부의 둘레면에 방사형상으로 다수열 배열되는 것을 특징으로 하는 버블형성유닛.

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