KR20220141211A - 풍력 추진 시스템 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

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KR20220141211A
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이정훈
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장봉준
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한국조선해양 주식회사
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Abstract

본 발명의 풍력 추진 시스템은 선박의 선체에 설치되는 회전 구동부; 상기 회전 구동부에 상에 설치되고, 상기 선체의 갑판에 수직한 방향으로 연장되는 마스트; 단일판이 휘어진 개방형 단면으로 오목면과 볼록면을 갖는 원호 형상으로 구성되고, 상기 마스트에 연결되는 윙 세일; 및 상기 오목면 측에 마련되어, 상기 윙 세일의 상기 오목면 측으로 유입된 공기가 순환하도록 하는 적어도 하나의 T-바를 포함할 수 있다.

Description

풍력 추진 시스템 및 이를 포함하는 선박{WIND-PROPELLED SYSTEM AND SHIP HAVING THE SAME}
본 발명은 풍력 추진 시스템 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.
일반적으로, 선박은 화석 연료를 사용하여 추진력을 얻을 수 있다. 선박에는 스러스터 등을 구동하기 위한 대출력의 엔진이 장착되어 있으며 장거리 운항 시에 대형 선박이 소비하는 화석 연료의 양은 수백 톤에 달하는 것으로 알려져 있다. 이러한 선박들을 운용하는 데는 엄청난 비용이 들며, 화석 연료 소비로 인한 오염물질의 배출도 매우 심각한 문제가 되고 있다.
상술한 문제를 해결하기 위하여, 선박의 동력원을 다변화하는 기술이 개발되고 있다. 예를 들어, 추진력의 일부를 전기 모터로부터 얻는 전기 추진 선박 기술이 개발되어 적용되고 있으며, 그 밖에도 선박이 해상에서 경험하는 다양한 환경 조건을 이용하여 전기를 얻는 기술들이 개발되고 있다.
한편, 풍력을 이용하여 추진력을 제공하고자 하는 기술도 선박 동력원의 다변화의 일환으로 연구되고 있다. 풍력을 이용하여 추진력을 얻고자 하는 경우 풍력 발전을 통해서 전기 에너지를 얻고 전기 모터를 구동하는 기술뿐만 아니라, 오래전부터 이용되어 왔던 기술인 돛을 활용하여 바람으로부터 직접 추진력을 얻는 기술이 연구되고 있다. 최근에는 바람을 받는 윙 세일이 설치되는 풍력 추진 장치 등도 연구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 선박 추진 효율이 향상되고, 윙 세일의 안정성이 향상된 풍력 추진 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 풍력 추진 시스템은 선박의 선체에 설치되는 회전 구동부; 상기 회전 구동부에 상에 설치되고, 상기 선체의 갑판에 수직한 방향으로 연장되는 마스트; 단일판이 휘어진 개방형 평단면을 가지며, 오목면과 볼록면을 갖는 원호 형상으로 구현되고, 상기 마스트에 연결되는 윙 세일; 및 상기 오목면 측에 마련되어, 상기 윙 세일의 상기 오목면 측으로 유입된 공기가 순환하도록 하는 적어도 하나의 T-바를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 T-바는 일단이 윙 세일에 연결되는 윙 세일 연결부; 및 상기 윙 세일 연결부의 타단에 연결되는 플레이트부를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 플레이트부는 상기 윙 세일 연결부의 폭 방향에 수직할 수 있다.
구체적으로, 상기 마스트에 평행하게 연장되며, 상기 마스트 및 상기 윙 세일의 오목면을 연결하는 연결부를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 윙 세일의 양 측단에 각각 마련되며, 상기 윙 세일의 연장 방향에 평행하게 연장되는 수직 파이프를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 선박은 상술한 풍력 추진 시스템을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 풍력 추진 시스템 및 이를 포함하는 선박은 선박 추진 효율이 향상될 수 있으며, 윙 세일의 안정성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 풍력 추진 시스템을 설명하기 위한 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 풍력 추진 시스템의 평면도이다.
도 4 내지 6은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시에에 따른 풍력 추진 시스템의 비교예 1 내지 3에 따른 풍력 추진 시스템의 구조를 설명하기 위한 사시도들이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 추진 시스템을 설명하기 위한 오목면측 사시도이다.
도 8은 도 7의 일부 확대도이다.
도 9는 도 7에 도시된 풍력 추진 시스템을 설명하기 위한 볼록면측 사시도이다.
도 10은 도 9의 일부 확대도이다.
도 11은 도 7 내지 도 10에 도시된 윙 세일을 설명하기 위한 사시도이다.
도 12는 도 11에 도시된 윙 세일의 평면도이다.
도 13은 도 7 내지 도 12에 도시된 풍력 추진 시스템을 설명하기 위한 단면도이다.
도 14는 도 13의 일부 확대도이다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 풍력 추진 시스템의 윙 세일을 설명하기 위한 평면도이다.
도 16은 도 15에 도시된 윙 세일의 일부 확대도이다.
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.
이하에서, 선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 수천 개 이상의 컨테이너 등의 화물을 화물창(cargo hold)에 싣고 대양을 항해하는 유조선, LNG운반선, LPG운반선, 컨테이너운반선, 자동차운반선, 벌크선, 광물운반선 등의 대형 선박일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 다양한 형태의 모든 선박 및 해양 구조물을 포함할 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박을 설명하기 위한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(10)은 선체(11) 및 풍력 추진 시스템(100)을 포함할 수 있다.
선체(11)는 길이 방향을 따라 선수(11A), 중앙부(11B), 및 선미(11C)로 구분될 수 있다.
선체(11)의 선미(11C)에는 엔진 케이싱(13)이 탑재될 수 있으며, 선미(11C)에서 내부에는 엔진룸(도시하지 않음)이 마련될 수 있다. 엔진룸 내에는 연료 등을 사용하여 선체(11)를 추진하기 위한 추진 엔진(도시하지 않음)이 마련될 수 있다.
선체(11)의 중앙부(11B)에는 추진 엔진으로 연료를 전달하기 위한 연료 공급 라인(도시하지 않음)이 마련될 수 있다.
선실(12)은 선체(11)의 선미(11C) 방향에 마련되고, 선박(10)에 근무하는 선원들이 지내는 공간 또는 선체(11)의 항해를 제어하는 공간일 수 있다. 특히, 선실(12)의 최상층인 휠 하우스(12A)는 선체(11)의 운항을 제어하고 운항 상태를 통합 모니터링하는 공간으로, 휠 하우스(12A)의 전방을 기준으로 가시 라인(Visibility Line)이 그려질 수 있다. 가시 라인은 선체(11)의 항해를 제어하는 휠 하우스(12A)에서 육안으로 확인할 수 있는 경계선을 나타내는 것이며, 가시 라인의 하향 경사가 클수록 선수(11A) 방향에 형성된 사각지대가 작을 수 있다.
엔진 케이싱(13)은 선실(12)의 후방에 마련되며, 추진 엔진 등에서 발생하는 배기를 외부로 방출할 수 있다. 이를 위하여, 엔진 케이싱(13)에는 연돌(13A)이 마련될 수 있다.
또한, 선체(11)의 선미(11C)에는 추진 엔진에서 발생된 동력을 전달받아 선박(10)의 추진력을 발생시키는 추진 장치(도시하지 않음)가 마련될 수 있다. 추진 장치는 프로펠러로 구현될 수 있다. 또한, 추진 장치는 선체(11)에 회전 가능하게 연결될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 추진 장치가 추진 엔진에서 발생된 동력을 전달받아 선박(10)의 추진력을 발생시킴을 예로서 설명하였으나, 이에 한정되지는 않을 수 있다. 예를 들면, 선박(10)에 추진 엔진이 생략된 경우, 추진 장치는 별도의 발전기에서 생성된 전력을 전달받아 선박(10)의 추진력을 발생시킬 수도 있다.
풍력 추진 시스템(100)은 바람을 이용하여 선박(10)에 추진력을 제공할 수 있다. 본 발명에서의 풍력 추진 시스템(100)은 선박을 추진시키는 보조 추진 장치로 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라, 풍력 추진 시스템(100)은 선박(10)을 추진시키는 주 추진 장치로도 사용될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 풍력 추진 시스템을 설명하기 위한 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 풍력 추진 시스템의 평면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 추진 시스템(100)은 윙 세일(110), 회전 구동부(120), 마스트(130), 연결부(140) 및 T-바(bar)(150)를 포함할 수 있다.
윙 세일(110)은 풍력에 의해 선박(10)에 추진력을 제공할 수 있다. 윙 세일(110)은 선체(11)의 갑판에 수직한 방향으로 연장된 형상으로 마련될 수 있다.
윙 세일(110)은 압력부(Presure Side)가 생략되고 흡입부(Suction Side)만을 구비하는 형상을 가질 수 있다. 즉, 윙 세일(110)은 내부 공간이 없는 단일판이 휘어진 개방형 평단면을 가지며, 오목면(110A) 및 볼록면(110B)을 갖는 원호 형상으로 구현될 수 있다. 본 실시예에서는 윙 세일(110)이 단일판으로 제작됨을 예로서 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 윙 세일(110)은 샌드위치 패널 등과 같은 재료로도 구현될 수도 있다.
윙 세일(110)의 양 측단에는 윙 세일(110)의 연장 방향에 평행하게 연장되는 수직 파이프(111)가 마련될 수 있다. 수직 파이프(111)는 윙 세일(110)의 양 측단을 지지할 수 있다. 윙 세일(110)의 양 측단이 수직 파이프(111)에 의해 지지됨으로써, 윙 세일(110) 양 측단의 유동이 감소될 수 있다.
윙 세일(110)의 오목면(110A) 측에는 복수의 수평 플레이트(112)가 마련될 수 있다. 수평 플레이트(112)는 윙 세일(110)의 구조를 보강하는 것으로, 곡선부 및 직선부를 구비할 수 있다. 곡선부는 윙 세일(110)의 단면에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 즉, 곡선부는 윙 세일(110)의 단면과 같은 원호 형상으로 구현될 수 있다. 직선부는 곡선부의 양 측단을 연결할 수 있다. 따라서, 수평 플레이트(112)는 윙 세일의 단면과 같은 원호 형상으로 구현되는 곡선부와, 곡선부의 양 측단을 연결하는 직선부를 구비하는 폐곡선 형상을 가질 수 있다.
윙 세일(110)의 상단 및 하단에는 윙 세일(110)의 상단 및 하단을 커버할 수 있는 커버 플레이트(113)가 마련될 수 있다.
한편, 윙 세일(110)은 영역에 따라 서로 다른 재질로 구성될 수도 있다. 예를 들면, 윙 세일(110)의 하단부, 즉 회전 구동부(120)에 인접한 영역은 강철 재질로 구성되고, 중간부 및 상단부, 즉 회전 구동부(120)에서 이격된 영역은 강철에 비하여 무게가 가벼운 복합 소재, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 윙 세일(110)의 하단부가 상대적으로 무거운 재질로 이루어지면, 윙 세일(110)의 무게 중심이 낮아질 수 있다. 윙 세일(110)의 무게 중심이 낮아지면, 윙 세일(110)의 구조적 안정성이 향상될 수 있다.
또한, 강철과 같은 철재가 복합 소재 또는 알루미늄 계열의 물질에 비하여 상대적으로 저가이므로, 전체가 복합 소재 또는 알루미늄 계열의 물질로 구성된 윙 세일(110)에 비하여 본 실시예에 따른 윙 세일(110)의 제작 단가가 낮아질 수 있다.
회전 구동부(120)는 선박(10)의 선체(11), 특히 갑판 상에 설치될 수 있다. 회전 구동부(120)는 회전력을 발생시키는 모터(121)와, 회전력을 마스트(130)로 전달하는 회전축(125)을 포함할 수 있다. 회전 구동부(120)는 마스트(130)를 정방향 또는 역방향으로 회전시켜, 윙 세일(110)의 각도를 조절할 수 있다.
회전축(125)은 윙 세일(110)에 회전력을 전달하므로, 윙 세일(110)의 평단면의 무게 중심에 대응하여 마련될 수 있다.
마스트(130)는 회전 구동부(120)의 상부에 설치되고, 선체(11)의 갑판에 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 또한, 마스트(130)는 연결부(140)를 통하여 윙 세일(110)과 연결되며, 회전 구동부(120)의 회전축(125)에 연결될 수 있다. 따라서, 마스트(130)는 회전축(125)에 의해 전달되는 회전력을 통해 회전 가능할 수 있다. 즉, 마스트(130)는 회전 구동부(120)에 의해 정방향 또는 역방향으로 회전할 수 있다.
연결부(140)는 선체(11)의 갑판에 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 연결부(140)는 마스트(130) 및 윙 세일(110)을 연결하도록 설치될 수 있다. 연결부(140)는 마스트(130)의 회전력을 윙 세일(110)에 전달할 수 있다.
상술한 바와 같은 연결부(140)는 마스트(130)에 평행하게 연장되며, 연장 방향에 수직한 방향에서 일측이 마스트(130)에 연결되고 타측이 윙 세일(110)에 연결되는 형상으로 구현될 수 있다. 또한, 연결부(140)는 일측이 마스트(130)에 연결되고 타측이 윙 세일(110)에 연결되는 복수의 수평 바로 구현될 수도 있다.
상술한 바와 같은 연결부(140)에 의해 마스트(130)는 윙 세일(110)의 내부에 설치되지 않고, 윙 세일(110)로부터 일정 거리 이격된 외측에 설치될 수 있다. 따라서, 마스트(130)의 유지 보수가 용이할 수 있다.
T-바(150)는 윙 세일(110)의 오목면(110A)에 적어도 하나로 마련되고, 그 일부가 오목면(100A)에 연결될 수 있다. 즉, T-바(150)는 윙 세일(110)의 제거된 압력부 측에 마련될 수 있다.
T-바(150)는 윙 세일(110)의 연장 방향에 평행하게 연장된 형상을 가질 수 있다. T-바(150)는 마스트(130) 및 수직 파이프(111) 사이에 마련될 수 있다. 즉, T-바(150)는 마스트(130)의 양측에 배치될 수 있다.
T-바(150)는 윙 세일 연결부(151) 및 플레이트부(155)를 포함할 수 있다.
윙 세일 연결부(151)는 윙 세일(110)의 연장 방향에 평행하게 연장되며, 연장 방향의 수직한 방향에서 일단이 윙 세일(110)에 연결되고, 타단은 플레이트부(155)에 연결될 수 있다. 또한, 윙 세일 연결부(151)는 수평 플레이트(112)와 격자 형상을 이루어 윙 세일(110)의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.
플레이트부(155)는 윙 세일(110)의 연장 방향에 평행하게 연장될 수 있다. 플레이트부(155)는 윙 세일 연결부(151)의 폭 방향에 수직하게 윙 세일 연결부(151)의 타단에 연결될 수 있다. 예를 들면, 플레이트부(155)는 선체(11)의 갑판에 수직한 방향으로 연장된 플레이트 형상을 가지고, 중앙부가 윙 세일 연결부(151)의 타단에 연결될 수 있다.
상술한 바와 같은 T-바(150)는 윙 세일(110)의 오목면(110A) 측으로 유입된 공기가 마스트(130), 연결부(140) 및 T-바(150) 사이에서 순환하도록 하여 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
윙 세일(110)의 오목면(110A) 측으로 유입된 공기가 마스트(130), 연결부(140) 및 T-바(150) 사이에서 순환하면, 윙 세일(110)이 흡수부뿐만 아니라, 압력부를 구비한 것과 같은 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 풍력 추진 시스템(100)는 T-바(150)를 구비함으로써, 오목면(110A) 측으로 유입된 공기의 흐름에 의한 윙 세일(110)의 효율 저하를 방지할 수 있다.
도 4 내지 6은 도 2에 도시된 본 발명의 일 실시에에 따른 풍력 추진 시스템의 비교예 1 내지 3에 따른 풍력 추진 시스템의 구조를 설명하기 위한 사시도들이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 도 4에 도시된 비교예 1의 풍력 추진 시스템은 윙 세일이 압력부 및 흡입부를 구비하는 구조일 수 있다. 또한, 도 5에 도시된 비교예 2의 풍력 추진 시스템은 도 2의 풍력 추진 시스템에서 T-바의 플레이트부와 수직 파이프가 제거된 상태일 수 있다. 도 6에 도시된 비교예 3의 풍력 추진 시스템은 도 2의 풍력 추진 시스템에서 T-바의 플레이트부가 제거된 상태일 수 있다.
하기의 표 1은 비교예 1 내지 3의 풍력 추진 시스템과 도 2에 도시된 풍력 추진 시스템에 따른 추진 효율 향상을 설명하기 위한 표이다. 표 1에서, 실시예 1은 도 2에 도시된 윙 세일일 수 있다.
또한, 비교예 1 내지 3 및 실시예 1의 추진 효율 향상은 하나의 풍력 추진 시스템에 의한 추진 효율 향상 데이터일 수 있다.
비교예 1 비교예 2 비교예 3 실시예 1
압력부 유무 O X X X
추진 효율 향상 1.47% 1.41% 1.43% 1.48%
표 1을 참조하면, 비교예 2 및 3의 풍력 추진 시스템의 추진 효율의 향상 정도가 비교예 1 및 실시예 1의 풍력 추진 시스템의 추진 효율의 향상 정도보다 낮음을 알 수 있다. 특히, 도 2에 도시된 것과 같은 실시예 1의 풍력 추진 시스템은 비교예 1 내지 3의 풍력 추진 시스템에 비하여 높은 추진 효율의 향상을 달성할 수 있음을 알 수 있다.
이는 비교예 2 및 3의 풍력 추진 시스템의 경우, 오목면(110A) 측으로 유입된 공기가 외부로 유출되면서 추진 효율의 저가하 발생하기 때문이다. 그러나, 비교예 1의 풍력 추진 시스템의 경우, 오목면 측에 압력부가 배치된 구조를 가져 추진 효율의 저하가 발생하지 않을 수 있다. 또한, 실시예 1의 풍력 추진 시스템(100)은 T-바(150)에 의해 오목면(110A)에서 공기의 순환이 발생하여 압력부와 같은 효과를 얻음으로써, 압력부를 구비하는 비교예 1에 비하여 추진 효율이 향상될 수도 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 추진 시스템은 T-바(150)에 의해 오목면 측에 공기 순환에 따른 압력부 효과를 얻음으로써, 향상된 추진 효율을 얻을 수 있음을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 풍력 추진 시스템을 설명하기 위한 오목면측 사시도이며, 도 8은 도 7의 일부 확대도이며, 도 9는 도 7에 도시된 풍력 추진 시스템을 설명하기 위한 볼록면측 사시도이며, 도 10은 도 9의 일부 확대도이며, 도 11은 도 7 내지 도 10에 도시된 윙 세일을 설명하기 위한 사시도이며, 도 12는 도 11에 도시된 윙 세일의 평면도이며, 도 13은 도 7 내지 도 12에 도시된 풍력 추진 시스템을 설명하기 위한 단면도이며, 도 14는 도 13의 일부 확대도이다.
도 7 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 추진 시스템(100)은 윙 세일(110'), 포스트(160) 및 회전 구동부(120)를 포함할 수 있다.
윙 세일(110')은 압력부가 생략되고 흡입부만을 구비하는 형상을 가질 수 있다. 즉, 윙 세일(110')은 내부 공간이 없는 단일판이 휘어진 개방형 단면으로 오목면(110A) 및 볼록면(110B)을 갖는 원호 형상으로 구현될 수 있다.
윙 세일(110')의 양 측단에는 윙 세일(110')의 연장 방향에 평행하게 연장되는 수직 파이프(111)가 마련될 수 있다. 수직 파이프(111)는 윙 세일(110')의 양 측단을 지지할 수 있다.
윙 세일(110')의 상단 및 하단에는 윙 세일(110')의 상단 및 하단을 커버할 수 있는 커버 플레이트(113)가 마련될 수 있다.
윙 세일(110')은 하부의 일부가 절개된 형상의 그루브(117)를 구비할 수 있다. 그루브(117)는 상술한 포스트(160) 및 회전 구동부(120)의 설치를 위한 공간을 제공할 수 있다.
윙 세일(110')의 오목면(110A)에는 복수의 수직 보강재(114) 및 복수의 수평 보강재(115)가 마련될 수 있다. 여기서, 수직 보강재(114)는 윙 세일(110')의 연장 방향에 평행하게 연장되고, 수평 보강재(115)는 수직 보강재(114)와 수직하게 마련될 수 있다. 수직 보강재(114) 및 수평 보강재(115)는 윙 세일(110')을 구조적으로 보강하여, 바람에 의한 윙 세일(110')의 변형을 방지할 수 있다. 즉, 수직 보강재(114) 및 수평 보강재(115)는 윙 세일의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.
또한, 인접하는 수평 보강재(115) 사이에는 적어도 하나의 수평 스티프너(116)가 마련될 수 있다. 즉, 수평 스티프너(116)는 수직 보강재(114) 및 수평 보강재(115)와 함께 윙 세일(110')의 구조적 안정성을 향상시킬 수 있다.
포스트(160)는 회전 구동부(120) 및 윙 세일(110')을 지지할 수 있다. 포스트(160)는 선박(10)의 선체(11), 특히 갑판 상에 마련되며, 갑판에 수직한 방향으로 연장될 수 있다. 예를 들면, 포스트(160)는 갑판에 수직한 방향으로 연장되는 원기둥 형상을 가질 수 있다.
또한, 포스트(160)의 상단의 높이는 윙 세일(110')의 하단의 높이보다 높게 마련될 수 있다.
한편, 포스트(160)는 상단에 회전 구동부(120)가 설치될 수 있는 공간을 제공하므로, 충분한 직경을 가져야 한다. 따라서, 포스트(160)의 일부는 윙 세일(110')의 볼록면(110B)의 외측으로 돌출될 수도 있다.
포스트(160)는 포스트 수납부(170)에 수납된 형태로 마련될 수 있다. 여기서, 포스트 수납부(170)에 수납된 포스트(160)의 길이는 윙 세일(110')의 길이의 15% 내지 30%일 수 있다.
포스트 수납부(170)는 포스트(160) 수납을 위한 내부 공간을 구비할 수 있다. 포스트 수납부(170)의 내부 공간은 포스트(160)에 대응하는 형상을 가질 수 있다. 즉, 포스트(160)가 원기둥 형상을 가지므로, 포스트 수납부(170)는 원통 형상을 가질 수 있다.
포스트(160)의 일부가 윙 세일(110')의 볼록면(110B)의 외측으로 돌출되므로, 포스트(160)의 직경보다 큰 직경을 가지는 포스트 수납부(170)의 일부도 윙 세일(110')의 볼록면(110B)의 외측으로 돌출될 수 있다.
또한, 포스트 수납부(170)의 하단은 선체(11)의 갑판과 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 포스트 수납부(170) 상부의 높이는 포스트(160) 상부의 높이보다 높게 마련될 수 있다. 즉, 포스트 수납부(170)의 상부와 포스트(160)의 상부는 일정 간격 이격될 수 있다.
포스트 수납부(170)의 외주면에는 수평 보강재(115)와 평행하고 수직한 방향에서 서로 이격되는 복수의 수납부 보강재(171)가 마련될 수 있다. 포스트 수납부(170)가 수납부 보강재(171)만을 구비함으로써, 윙 세일(110') 또는 포스트 수납부(170)의 유동시에 간섭이 발생하지 않을 수 있다.
포스트 수납부(170) 상부에는 연결 플레이트(180)가 마련될 수 있다. 연결 플레이트(180)는 포스트 수납부(170) 및 윙 세일(110')을 연결할 수 있다.
회전 구동부(120)는 포스트(160)의 상부와 포스트 수납부(170)의 상부 사이의 공간에 마련될 수 있다. 즉, 회전 구동부(120)는 포스트 수납부(170) 내부에서 포스트(160) 상에 마련될 수 있다. 회전 구동부(120)가 포스트(160) 상에 마련됨으로써, 회전 구동부(120)는 윙 세일(110')의 하단보다 높게 배치될 수 있다.
회전 구동부(120)는 포스트(160)의 상부에 마련되고 회전력을 발생시키는 모터(121)와, 모터(121) 및 포스트 수납부(170)의 상부 사이에 마련되고 모터(121)의 회전력을 포스트 수납부(170)로 전달하는 회전축(125)을 포함할 수 있다. 회전 구동부(120)는 모터(121)에서 발생한 회전력을 회전축(125) 및 포스트 수납부(170)의 상부, 즉, 연결 플레이트(180)를 통해 윙 세일(110')로 전달할 수 있다. 즉, 회전 구동부(120)는 윙 세일(110')을 정방향 또는 역방향으로 회전시킬 수 있다.
회전축(125)은 윙 세일(110')에 회전력을 전달하므로, 윙 세일(110')의 평단면의 무게 중심(COG)에 대응하여 마련될 수 있다. 회전축(125)이 윙 세일(110')의 평단면의 무게 중심(COG)에서 벋어나면, 윙 세일(110')의 회전 안정성이 저하될 수 있다.
또한, 회전축(125) 및 연결 플레이트(180)의 연결 지점이 회전력을 윙 세일(110')로 전달하는 지점일 수 있다. 회전축(125) 및 연결 플레이트(180)의 연결 지점은 윙 세일(110')의 하단보다 높을 수 있다.
모터(121)에서 발생한 회전력은 회전축(125)에 전달되고, 회전축(125)은 포스트 수납부(170), 연결 플레이트(180) 및 윙 세일(110')로 회전력을 전달될 수 있다. 따라서, 포스트 수납부(170), 연결 플레이트(180) 및 윙 세일(110')은 함께 회전할 수 있다.
포스트 수납부(170), 연결 플레이트(180) 및 윙 세일(110')의 원활한 회전을 위하여, 포스트(160) 및 포스트 수납부(170) 사이에는 복수의 베어링(173, 175)이 마련될 수 있다.
예를 들면, 포스트(160) 및 포스트 수납부(170) 사이의 공간에서 상부에는 볼 베어링(Ball Bearing)(173)이 마련되고, 하부에는 슬루 베어링(Slew Bearing)(175)이 마련될 수 있다. 여기서, 슬루 베어링(175)은 일반적으로 슬루잉 링 베어링(slewing ring bearing) 또는 4점 접촉 볼 베어링(4-point contact ball bearing)이라고도 하며, 주로 대형 설비의 선회부위에 사용되고 있다. 즉, 슬루 베어링(175)은 선박 및 중공업분야 등에서 사용되는 선회 베어링으로서, 대형 설비의 고정부와 선회부 사이의 선회용으로 다양하게 사용되고 있다. 상술한 바와 같이 슬루 베어링(175)은 대형설비에 채용되므로, 선회시 큰 수직 하중을 지지하면서, 스러스트 하중과 레이디얼 하중 및 편향 하중을 지지할 수 있다.
포스트(160) 및 포스트 수납부(170) 사이에 복수의 베어링(173, 175)이 마련됨으로써, 윙 세일(110')이 안정적으로 회전 가능할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 풍력 추진 시스템은 회전 구동부(120)에서 발생한 회전력을 윙 세일(110')에 전달하는 지점이 윙 세일(110')의 하단보다 높을 수 있다. 또한, 포스트(160) 및 포스트 수납부(170) 사이에 복수의 베어링(173, 175)이 배치되며, 회전축(125)이 윙 세일(110')의 무게 중심에 대응하여 배치될 수 있다. 따라서, 본 실시예에 따른 풍력 추진 시스템(100)의 회전 안정성이 향상될 수 있다.
도 15는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 풍력 추진 시스템의 윙 세일을 설명하기 위한 평면도이며, 도 16은 도 15에 도시된 윙 세일의 일부 확대도이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 풍력 발전 시스템의 윙 세일(110") 및 측단 지지부(190)를 포함할 수 있다.
윙 세일(110")은 풍력에 의해 선박(10)에 추진력을 제공할 수 있으며, 선체(11)의 갑판에 수직한 방향으로 연장된 형상으로 마련될 수 있다.
윙 세일(110")은 압력부(Presure Side)가 생략되고 흡입부(Suction Side)만을 구비하는 형상을 가질 수 있다. 즉, 윙 세일(110")은 내부 공간이 없는 단일판이 휘어진 개방형 단면으로 오목면(110A) 및 볼록면(110B)을 갖는 원호 형상으로 구현될 수 있다.
측단 지지부(190)는 윙 세일(110")의 양 측단에 마련될 수 있다. 측단 지지부(190)는 윙 세일(110")의 연장 방향에 평행하게 연장될 수 있다. 측단 지지부(190)는 윙 세일(110")의 측단과 연결되어 연장 방향에 수직한 단면이 폐곡선 형상을 구성할 수 있다.
측단 지지부(190)는 하프 파이프(Half Pipe)(191) 및 플랫 바(Flat Bar)(119)를 포함할 수 있다.
하프 파이프(191)는 윙 세일(110")의 연장 방향에 평행하게 연장되며, 그 일단이 윙 세일(110")의 일 측단에 용접을 통하여 연결될 수 있다. 하프 파이프(191)의 연장 방향에 수직한 단면은 반원 형상을 가질 수 있다.
플랫 바(195)는 평탄한 플레이트 형상을 가지며, 윙 세일(110")의 연장 방향에 평행하게 연장될 수 있다. 플랫 바(195)의 일단은 하프 파이프(191)의 타단에 용접을 통하여 연결되고, 플랫 바(195)의 타단은 윙 세일(110")의 오목면(110A)에 접할 수 있다.
윙 세일(110")의 일 측단, 하프 파이프(191) 및 플랫 바(195)는 연장 방향에 수직한 단면이 폐곡선 형상을 이룰 수 있다. 여기서, 윙 세일(110")의 일 측단, 하프 파이프(191) 및 플랫 바(195)가 형성하는 폐곡선의 형상은 원형이 아닌 물방울과 유사한 형상을 가질 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 하프 파이프(191)의 일단이 윙 세일(110")의 일측단에 용접을 통하여 연결되며, 평탄바(119)가 하프 파이프(191)의 타단에 용접을 통하여 연결됨을 예로서 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 윙 세일(110"), 하프 파이프(191) 및 플랫 바(195)는 일체로 형성되며, 하프 파이프(191) 및 평탄바(119)는 윙 세일(110")의 일 측단이 절곡되어 형성될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 따른 풍력 추진 시스템은 윙 세일(110")의 양 측단에 측단 지지부(190)를 구비하며, 측단 지지부(190) 및 윙 세일(110")의 측단은 연장 방향에 수직한 단면이 폐곡선 형상을 이룰 수 있다. 즉, 윙 세일(110")이 양 측단에 도 2 내지 도 14에 도시된 수직 파이프(111)와 같은 지지 부재를 구비하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 상기에서 설명된 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들 중 적어도 둘 이상을 조합한 것이나 상기 실시예들 중 적어도 어느 하나와 공지기술을 조합한 것을 새로운 실시예로 포함할 수 있음은 물론이다.
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.
10: 선박 11: 선체
11A: 선수 11B: 중앙부
11C: 선미 12: 선실
12A: 휠 하우스 13: 엔진 케이싱
13A: 연돌 100, 100': 풍력 추진 시스템
110, 110', 110": 윙 세일 111: 수직 파이프
112: 수평 플레이트 113: 커버 플레이트
114: 수직 보강재 115: 수평 보강재
116: 수평 스티프너 117: 그루브
120: 회전 구동부 121: 모터
125: 회전축 130: 마스트
140: 연결부 150: T-바
151: 윙 세일 연결부 155: 플레이트부
160: 포스트 170: 포스트 수납부
171: 수납부 보강재 173: 볼 베어링
175: 슬루 베어링 180: 연결 플레이트
190: 측단 지지부 191: 하프 파이프
195: 플랫 바

Claims (6)

  1. 선박의 선체에 설치되는 회전 구동부;
    상기 회전 구동부에 상에 설치되고, 상기 선체의 갑판에 수직한 방향으로 연장되는 마스트;
    단일판이 휘어진 개방형 평단면을 가지며, 오목면과 볼록면을 갖는 원호 형상으로 구현되고, 상기 마스트에 연결되는 윙 세일; 및
    상기 오목면 측에 마련되어, 상기 윙 세일의 상기 오목면 측으로 유입된 공기가 순환하도록 하는 적어도 하나의 T-바를 포함하는 풍력 추진 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 T-바는
    일단이 윙 세일에 연결되는 윙 세일 연결부; 및
    상기 윙 세일 연결부의 타단에 연결되는 플레이트부를 포함하는 풍력 추진 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 플레이트부는 상기 윙 세일 연결부의 폭 방향에 수직한 풍력 추진 시스템.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 마스트에 평행하게 연장되며, 상기 마스트 및 상기 윙 세일의 오목면을 연결하는 연결부를 더 포함하는 풍력 추진 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 윙 세일의 양 측단에 각각 마련되며, 상기 윙 세일의 연장 방향에 평행하게 연장되는 수직 파이프를 더 포함하는 풍력 추진 시스템.
  6. 제1 항 내지 제5 항 중 한 항의 풍력 추진 시스템을 포함하는 선박.
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