KR20220098858A

KR20220098858A - 선박의 공기 윤활 시스템 및 공기 윤활 시스템이 적용된 선박의 마찰 저항 저감 방법

Info

Publication number: KR20220098858A
Application number: KR1020210000682A
Authority: KR
Inventors: 손수정; 전용태; 황하성; 이두영
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2021-01-05
Filing date: 2021-01-05
Publication date: 2022-07-12

Abstract

본 발명은 선박의 운항 시 선체에 작용하는 마찰 저항을 감소시키기 위한 선박의 공기 윤활 시스템에 관한 것으로서, 상기 선체 내부에 설치되어 압축공기를 생성하는 하나 이상의 압축기를 포함하는 압축부; 상기 압축부와 상기 선체의 선저부에 형성된 복수개의 노즐을 연결하는 공급배관; 및 상기 압축부와는 별도로 상기 공급배관과 연결되어 상기 선체의 마찰 저항을 저감시키기 위한 마찰 저항 저감 장치를 포함하고, 상기 마찰 저항 저감 장치는 상기 선체 내부에 기설치된 펌프 유닛을 이용하여 상기 선저부 표면에 해수 또는 질소가스를 분사한다.

Description

선박의 공기 윤활 시스템 및 공기 윤활 시스템이 적용된 선박의 마찰 저항 저감 방법{AIR LUBIRCATION SYSTEM FOR SHIP AND METHOD FOR REDUCING FRICTIONAL RESISTANCE OF SHIP APPLIED WITH AIR LUBIRCATION SYSTEM}

본 발명은 공기 윤활 시스템이 적용된 선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박의 운항 시 발생되는 마찰 저항을 저감시키기 위하여 선박의 선저부 표면에 압축공기를 분사하는 압축기의 구동으로 인한 공기 윤활 시스템의 전력 소모량을 줄일 수 있는 선박의 공기 윤활 시스템 및 공기 윤활 시스템이 적용된 선박의 마찰 저항 저감 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 선박은 선체의 후미에 부착되어 있는 프로펠러(Propeller)가 회전할 때 발생하는 유체의 흐름을 이용하여 전진하며, 프로펠러를 회전시켜 일정 속도를 갖기 위하여 엔진을 구동하게 된다.

최근 세계적으로 환경규제가 강화되는 추세에 따라 질소산화물과 미세먼지 등 환경오염 물질의 배출량이 많은 디젤 엔진(Diesel engine) 선박보다는 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas)와 같이 황산화물이나 질소산화물 등의 오염 물질이 상대적으로 적은 친환경 연료 선박으로 대체해 나가고 있다.

특히, 글로벌 선사들의 친환경 고효율이라는 니즈(Needs)를 만족시키기 위하여, 자체적으로 전력을 생산할 수 있는 친환경 전력 생산 기술이나 선박의 추진 시 소비되는 연료를 절감하여 연료 사용량을 감축할 수 있는 연료 절감 기술 등에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다.

선박 운항 시 소요되는 연료비를 절감하기 위한 연료 절감 기술의 일 예로서, 선박의 후미나 프로펠러, 또는 러더 등의 형상을 개량하거나 별도의 부가물을 설치함으로써 추진 효율을 높이는 동시에 연료를 절감하는 연료 절감 장치(ESD; Energy Saving Device)가 큰 관심을 받고 있다.

한편, 선박의 운항 시에는 선체와 해수 사이에 마찰 저항(Frictional resistance)이 작용하게 되고, 대형의 선박일수록 해수와 접촉하는 면적이 증가함으로 인해 추진력이 크게 저하될 수 있으며, 이로 인한 연료비 증가를 초래한다.

따라서, 선박의 운항 시 소요되는 연료비를 절감하기 위하여 저항을 감소시키기 위한 다양한 노력들이 이루어지고 있는데, 선박의 선저부 표면에 압축공기(Compressed air)를 분사하여 선체와 해수 사이에 에어 버블(Air bubble)을 카페트처럼 깔아 선박의 마찰 저항을 줄여 주는 것이 매우 효과적인 것으로 알려져 있다.

이와 같이, 선박의 선저부 표면에 에어 버블을 통한 공기층을 형성하여 선체의 마찰 저항을 감소시키는 시스템을 공기 윤활 시스템(ALS; Air Lubircation System)이라고 한다.

전술한 기술구성은 본 발명의 이해를 돕기 위한 배경기술로서, 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 종래 기술을 의미하는 것은 아니다.

대한민국 등록특허공보 제10-1679491호 “공기 윤활 시스템”

일반적인 공기 윤활 시스템이 적용된 선박은, 선체의 선저부 표면에 압축공기를 분사하기 위하여 선체 내부에 설치된 대용량의 압축기(Air compressor)를 사용하게 되는데, 압축기를 구동하는데 많은 양의 전력을 필요로 하며 선체에 작용하는 마찰 저항을 감소시켜 전력 소모량을 절감하는 공기 윤활 시스템의 효과를 일부 상쇄시킬 수 있다.

다시 말해, 선박의 운항 시 선체의 선저부 표면에 에어 버블을 형성하고 선체에 작용하는 마찰 저항을 감소시켜 절감되는 전력량만큼 대용량 압축기의 지속적인 가동으로 인해 많은 전력을 소모하게 되므로 선박의 에너지 효율이 낮아지게 된다.

본 발명은 선박의 운항 시 발생되는 마찰 저항을 저감시키기 위한 공기 윤활 시스템이 적용되되, 선박의 선저부 표면에 압축공기를 분사하는 압축기의 구동으로 인한 공기 윤활 시스템의 전력 소모량을 줄일 수 있는 선박의 공기 윤활 시스템 및 공기 윤활 시스템이 적용된 선박의 마찰 저항 저감 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 운항 시 선체에 작용하는 마찰 저항을 감소시키기 위한 선박의 공기 윤활 시스템으로서, 상기 선체 내부에 설치되어 압축공기를 생성하기 위한 하나 이상의 압축기를 포함하는 압축부; 상기 압축부와 상기 선체의 선저부에 형성된 복수개의 노즐을 연결하는 공급배관; 및 상기 압축부와는 별도로 상기 공급배관과 연결되어 상기 선체의 마찰 저항을 저감시키기 위한 마찰 저항 저감 장치를 포함하는 선박의 공기 윤활 시스템이 제공될 수 있다.

상기 마찰 저항 저감 장치는 상기 선체 내부에 기설치된 펌프 유닛을 이용하여 상기 선저부 표면에 해수 또는 질소가스를 분사할 수 있다.

또한, 상기 펌프 유닛은 상기 압축기를 냉각하는 냉각기로 해수를 공급하기 위한 해수 펌프와 상기 선박의 밸러스팅을 위한 밸러스트 펌프 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 마찰 저항 저감 장치는 상기 펌프 유닛을 이용하여 고압의 해수를 상기 선저부 표면에 미세 물분자 형태로 분사할 수 있다.

또한, 상기 펌프 유닛은 상기 선체에 마련된 카고 탱크 내부로 질소를 공급하기 위한 질소 공급라인 상에 설치되는 부스터 펌프를 포함하고, 상기 마찰 저항 저감 장치는, 상기 부스터 펌프의 후단에서 액체 상태의 질소를 기화시키는 기화기를 더 포함하여, 상기 복수개의 노즐을 거쳐 고압의 질소가스를 상기 선저부 표면에 분사할 수 있다.

또한, 상기 펌프 유닛은 선원들의 거주구 난방 및 청수를 생성하기 위한 청수 순환라인 상에 설치되는 워터 펌프를 포함하고, 상기 마찰 저항 저감 장치는, 상기 청수 순환라인 상에 설치되어 청수를 가열하는 스팀 히터를 더 포함하여, 상기 복수개의 노즐을 거쳐 고압의 공기를 상기 선저부 표면에 분사할 수 있다.

또한, 상기 선박은 LNGC(LNG Carrier) 및 RV(Regasification Vessel)를 포함하는 선박, LNG-FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)를 포함하는 특수선박 중 어느 하나일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선체 내부에 설치되어 압축공기를 생성하는 하나 이상의 압축기를 포함하는 압축부와 상기 선체의 선저부에 형성된 복수개의 노즐을 연결하는 공급배관을 포함하는 공기 윤활 시스템이 적용된 선박의 마찰 저항 저감 방법으로서, 상기 압축기를 사용하지 않고 상기 선체 내부에 기설치된 펌프 유닛을 포함하는 마찰 저항 저감 장치를 이용하여 상기 선저부 표면에 해수 또는 질소가스를 분사하는 공기 윤활 시스템이 적용된 선박의 마찰 저항 저감 방법이 제공될 수 있다.

본 발명은 선체 내부에 기설치된 펌프 유닛을 이용하여 상기 선저부 표면에 해수 또는 질소가스를 분사함으로써, 선체의 마찰 저항을 저감시킬 수 있으며, 특히, 종래기술에서 대용량의 압축기를 통해 선저부 표면에 압축공기를 분사하는 방식에 비해 전력 소모량이 감소하여 공기 윤활 시스템이 적용된 선박의 연비 절감 효과를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 윤활 시스템이 적용된 선박을 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.

우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 윤활 시스템이 적용된 선박은, 선체(1) 내부에 설치되어 압축공기(Compressed air)를 생성하는 하나 이상의 압축기(11)를 포함하는 압축부(10)와, 압축부(10)와 선체(1)의 선저부에 형성된 복수개의 노즐(미도시)을 연결하여 선저부 표면에 압축공기를 공급하는 공급배관(20)을 포함할 수 있다.

압축부(10)는 압축공기를 생성하기 위하여 선체(1) 내부에 설치되는 하나 이상의 축기(Compressor)(11)를 포함할 수 있으며, 공급배관(20)은 압축기(11)에서 생선된 압축공기를 선체(1)의 선저부 표면에 공급하기 위한 역할을 수행할 수 있다.

본 실시예의 공기 윤활 시스템이 적용된 선박은, 압축기(11)로부터 생성된 압축공기를 선체(1)의 선저부 표면에 공급하여 선체(1)와 해수 사이에 에어 버블을 통한 공기층을 형성함으로써, 선박의 운항 시 발생되는 마찰 저항을 매우 효과적으로 줄일 수 있다.

그러나, 전술한 바와 같이, 대용량의 압축기(11)를 지속적으로 가동하게 되면 많은 전력을 소모하게 되므로 선박의 에너지 효율이 낮아질 수 있다.

본 발명은 선박의 운항 시 발생되는 마찰 저항을 저감시키기 위한 공기 윤활 시스템이 적용되되, 선박의 선저부 표면에 압축공기를 분사하기 위하여 사용되는 압축기(11)의 구동으로 인한 전력 소모량을 줄이고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 공기 윤활 시스템이 적용된 선박은, 압축부(10)와는 별도로 공급배관(20)과 연결되어 선체(1)의 마찰 저항을 저감시키기 위한 마찰 저항 저감 장치(30)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 있어서, 마찰 저항 저감 장치(30)는, 선체(1) 내부에 기설치된 펌프 유닛(31)을 이용하여 선저부 표면에 해수(sea water), 또는 질소가스(nitrogen gas)를 분사할 수 있다.

일 예로서, 본 실시예의 펌프 유닛(31)은, 압축기(11)를 냉각하는 냉각기(미도시)로 해수를 공급하기 위한 해수 펌프(Seawater pump)와 선박의 밸러스팅(Ballasting)을 위한 밸러스트 펌프(Ballast pump) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

여기에서, 마찰 저항 저감 장치(30)는 펌프 유닛(31)을 이용하여 고압의 해수를 선저부 표면에 미세 물분자 형태로 분사할 수 있다.

선체의 선저부 표면에 압축공기가 아닌 해수를 공급하는 경우, 에어 버블을 통한 공기층을 형성하는 것에 비해 마찰 저항 저감 효과가 다소 작을 수 있으나, 종래기술에서 대용량의 압축기를 통해 선저부 표면에 압축공기를 분사하는 방식에 비해 전력 소모량이 감소하여 공기 윤활 시스템이 적용된 선박의 연비 절감 효과를 향상시킬 수 있다.

한편, LNGC나 LNG RV와 같은 선박이나 LNG FSRU와 같은 특수선박의 경우, 선체(1) 내부에 액체화물을 저장하기 위한 복수개의 카고 탱크(Cargo tank)를 구비할 수 있다.

본 실시예의 펌프 유닛(31)은, 선체(1)에 마련된 카고 탱크 내부로 질소를 공급하기 위한 질소 공급라인 상에 설치되는 부스터 펌프(Booster pump)를 포함할 수 있으며, 마찰 저항 저감 장치(30)는, 부스터 펌프의 후단에서 액체 상태의 질소를 기화시키는 기화기(Vaporizer)를 더 포함하여, 복수개의 노즐을 거쳐 고압의 질소가스를 선저부 표면에 분사할 수 있다.

여기에서, 기화기를 통해 기화된 질소가스는 액체 상태 대비 부피가 약 700배 증가하게 되므로, 상대적으로 적은 양을 기화시키더라도 대용량의 압축기를 구동하여 압축공기를 선저부 표면에 분사하는 방식과 동일한 효과를 얻을 수 있다.

본 실시예의 펌프 유닛(31)은, 또한, 선우너들의 거주구 난방 및 청수를 생성하기 위한 청수 순환라인 상에 설치되는 워터 펌프를 포함할 수 있으며, 마찰 저항 저감 장치(30)는, 청수 순환라인 상에 설치되어 청수를 가열하는 스팀 히터(Steam heater)를 더 포함하여, 복수개의 노즐을 거쳐 고압의 공기(또는, 스팀)를 선저부 표면에 분사할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 공기 윤활 시스템은, LNG나 LPG 등을 운반하는 액화가스 운반선이나 LNG RV(LNG Regasification Vessel)를 비롯하여, LNG FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)와 같은 특수선박 등에 모두 적용될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.

본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 선체(hull)
10: 압축부
11: 압축기(Compressor)
20: 공급배관
30: 마찰 저항 저감 장치
31: 펌프 유닛

Claims

선박의 운항 시 선체에 작용하는 마찰 저항을 감소시키기 위한 선박의 공기 윤활 시스템으로서,
상기 선체 내부에 설치되어 압축공기를 생성하기 위한 하나 이상의 압축기를 포함하는 압축부;
상기 압축부와 상기 선체의 선저부에 형성된 복수개의 노즐을 연결하는 공급배관; 및
상기 압축부와는 별도로 상기 공급배관과 연결되어 상기 선체의 마찰 저항을 저감시키기 위한 마찰 저항 저감 장치를 포함하고,
상기 마찰 저항 저감 장치는 상기 선체 내부에 기설치된 펌프 유닛을 이용하여 상기 선저부 표면에 해수 또는 질소가스를 분사하는 선박의 공기 윤활 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 펌프 유닛은 상기 압축기를 냉각하는 냉각기로 해수를 공급하기 위한 해수 펌프와 상기 선박의 밸러스팅을 위한 밸러스트 펌프 중 적어도 하나를 포함하고,
상기 마찰 저항 저감 장치는 상기 펌프 유닛을 이용하여 고압의 해수를 상기 선저부 표면에 미세 물분자 형태로 분사하는 선박의 공기 윤활 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 펌프 유닛은 상기 선체에 마련된 카고 탱크 내부로 질소를 공급하기 위한 질소 공급라인 상에 설치되는 부스터 펌프를 포함하고,
상기 마찰 저항 저감 장치는, 상기 부스터 펌프의 후단에서 액체 상태의 질소를 기화시키는 기화기를 더 포함하여, 상기 복수개의 노즐을 거쳐 고압의 질소가스를 상기 선저부 표면에 분사하는 선박의 공기 윤활 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 펌프 유닛은 선원들의 거주구 난방 및 청수를 생성하기 위한 청수 순환라인 상에 설치되는 워터 펌프를 포함하고,
상기 마찰 저항 저감 장치는, 상기 청수 순환라인 상에 설치되어 청수를 가열하는 스팀 히터를 더 포함하여, 상기 복수개의 노즐을 거쳐 고압의 공기를 상기 선저부 표면에 분사하는 선박의 공기 윤활 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 선박은 LNGC(LNG Carrier) 및 RV(Regasification Vessel)를 포함하는 선박, LNG-FSRU(Floating Storage and Regasification Unit)를 포함하는 특수선박 중 어느 하나인 선박의 공기 윤활 시스템.
선체 내부에 설치되어 압축공기를 생성하는 하나 이상의 압축기를 포함하는 압축부와 상기 선체의 선저부에 형성된 복수개의 노즐을 연결하는 공급배관을 포함하는 공기 윤활 시스템이 적용된 선박의 마찰 저항 저감 방법으로서,
상기 압축기를 사용하지 않고 상기 선체 내부에 기설치된 펌프 유닛을 포함하는 마찰 저항 저감 장치를 이용하여 상기 선저부 표면에 해수 또는 질소가스를 분사하는 공기 윤활 시스템이 적용된 선박의 마찰 저항 저감 방법.