KR20230016294A - 높이 가변형 매그너스 로터 장치 - Google Patents

Abstract

높이 가변형 매그너스 로터 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 가변형 매그너스 로터 장치는, 선박의 데크에 설치되되 회전 가능한 메인 로터 모듈; 메인 로터 모듈의 상부에 설치되는 파이프 모듈; 메인 로터 모듈과 파이프 모듈을 관통하여 설치되되, 파이프 모듈 주위를 나선형으로 회전하여 상하 이동 가능한 무빙 모듈을 포함한다.

Description

높이 가변형 매그너스 로터 장치{HEIGHT VARIABLE MAGNUS ROTOR DEVICE}

본 발명은, 매그너스 로터 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 매그너스 로터에 추력이 발생하지 않는 방향으로 공기가 유입되거나 매그너스 로터가 설치된 선박이 다리 등을 지나가야 하는 경우 로터의 높이를 조절하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 매그너스 로터(Magnus rotor)는 플레트너 로터(Flettner rotor)로도 불리며, 선박의 데크 상부에 원기둥 형태로 설치되는 풍력 보조 추진에 관련된 장치이다.

이러한 매그너스 로터는 선박의 항해 중 원기둥을 회전시킴으로써 발생하는 양력(매그너스 효과, Magnus effect)이 추력 방향으로 작용하게 하여 선박 추진에 소요되는 마력을 절감하는 장치로 활용된다.

매그너스 효과란 독일의 과학자인 ‘하인리히 매그너스(Heinrich Magnus)’가 발견했다해서 붙여진 이름으로, 공 같은 구(sphere)나 원통이 회전하면서 유체 속을 지나 갈 때, 압력이 높은 쪽에서 낮은 쪽으로 휘어지게 되면 앞으로 직진하는 힘이 발생하게 되는 현상을 말한다.

그래서 매그너스 효과는 자신이 길이 방향 축을 중심으로 회전하는 실린더에 유체가 유입 유동함으로 인해 횡력(Transverse force)이 발생하며, 횡력은 유입 유동 방항에 대해 수직으로 작용한다.

그러나, 이러한 매그너스 로터의 경우 선박의 데크(Deck) 상부에 큰 구조물이 설치되므로 매그너스 로터가 설치된 선박이 다리 등을 지나가야하는 경우 로터 자체가 이동에 제약을 받게 된다.

또한, 매그너스 로터가 측면에서 바람이 부는 경우에 추진력을 얻게 되지만 정면 또는 일정 각도 이상 벗어난 측면에서 바람이 부는 경우에는 저항으로 작용하는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2010-0124856호(2010.11.29.공개)

따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 매그너스 로터를 포함한 선박이 다리 등을 지나가야 하는 경우나, 바람이 정면 또는 일정 각도 이상 벗어난 측면에서 바람이 부는 경우에, 매그너스 로터의 높이를 낮추어 로터가 선박의 이동에 문제가 없고 저항체로 작용하는 것을 제거하는 높이 가변형 매그너스 로터 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 데크에 설치되되 회전 가능한 메인 로터 모듈; 상기 메인 로터 모듈의 상부에 설치되는 파이프 모듈; 및 상기 메인 로터 모듈과 상기 파이프 모듈을 관통하여 설치되되, 상기 파이프 모듈 주위를 나선형으로 회전하여 상하 이동 가능한 무빙 모듈을 포함하는 높이 가변형 매그너스 로터 장치가 제공될 수 있다.

상기 메인 로터 모듈은, 원기둥 형상의 로터 본체 유닛; 및 상기 로터 본체 유닛의 하부에 설치되되, 상기 로터 본체 유닛의 축방향과 가까워지거나 멀어지게 이동하여 상기 무빙 모듈의 상하 이동을 잠금 및 잠금해제하도록 걸림턱을 형성하는 이동방지 고정자 유닛을 포함할 수 있다.

상기 파이프 모듈은, 상기 메인 로터 모듈 보다 작은 반경의 원기둥 형상이되 내부를 관통하는 통공이 형성되는 파이프 본체 유닛; 및 상기 파이프 본체 유닛의 외측에 나선형 방향으로 형성된 가이드 레일 유닛을 포함할 수 있다.

상기 무빙 모듈은, 상기 파이프 모듈의 반경보다 큰 반경을 가지는 뚜껑 형상의 리드 유닛; 상기 리드 유닛과 동심축을 형성하되, 둥근 막대 모양의 원기둥 외면에 단차진 턱이 이격하여 복수 개가 형성되어 상하 이동이 잠금 또는 잠금 해제되는 샤프트 유닛; 및 상기 리드 유닛의 하단에 마련되되, 상기 리드 유닛 내측으로 내부에 회전하는 볼을 수용할 수 있도록 수용홈이 형성되어 상기 파이프 모듈 주위를 나선형으로 회전할 수 있는 슬리브 유닛을 포함할 수 있다.

선박 내부에 설치되되, 상기 로터 본체 유닛의 축방향과 가까워지거나 멀어지게 이동하여 상기 무빙 모듈의 회전을 잠금 및 잠금해제하도록 걸림턱을 형성하는 회전방지 고정자 유닛을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예들은, 매그너스 로터의 높이를 조절하여 로터가 선박의 이동에 방해가되는 문제가 없고, 바람이 정면 또는 일정 각도 이상 벗어난 측면에서 바람이 부는 경우에 로터의 높이를 실시간으로 유연하게 변경하여 추력을 얻게 되므로 선박의 추진에 소요되는 연료 절감 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 선박에 설치된 로터를 접는 방식의 종래 기술에 대한 설명도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 매그너스 로터 장치가 설치된 선박의 정면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 매그너스 로터 장치의 동작에 대한 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 매그너스 로터 장치의 잠금과 잠금해제에 대한 개념을 나타낸 그림이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

도 1은 선박에 설치된 로터를 접는 방식의 종래 기술에 대한 설명도이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 매그너스 로터 장치가 설치된 선박의 정면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 매그너스 로터 장치의 동작에 대한 설명도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 매그너스 로터 장치의 잠금과 잠금해제에 대한 개념을 나타낸 그림이다.

이하에서 도 1의 종래 기술에 대한 설명을 한 후에, 도2 내지 도 4에 도시된 매그너스 로터 장치의 전체 구성과 동작에 대해서 설명하도록 한다.

먼저, 도 1의 위 그림은 매그너스 로터가 설치된 선박이 운항 중인 것을 나타낸 것으로 매그너스 로터가 기립되어 설치되어 있다.

도 1의 아래 그림은 매그너스 로터가 바람의 방향으로 인해서 추력이 발생하지 않는 상태나 매그너스 로터가 설치된 선박이 다리를 지나가야 하는 상황에서 종래의 기술로서 매그너스 로터를 선박에서 접는 방법이 개시한 것이다.

이러한 매그너스 로터를 선박에서 접는 종래 기술은 로터를 접기 위한 추가 구동 장치가 필요하며, 로터의 경우 높이 방향으로 높이 설치할수록 성능이 높게 발생함에도 로터의 높이가 데크의 절반 이상 높이로 설치하지 못하는 단점을 가지고 있다.

또한, 이러한 종래 기술은 바람의 방향이 자주 바뀌는 경우 로터가 저항체로 작용하는 경우, 실시간으로 유연하게 접었다 폈다 하는 동작을 하여야 하는데, 이경우 선박의 운항 중간에 로터를 들어 올리게 되므로 중량체의 이동으로 인명 사고나 선박 및 주변 설치 장치의 손상 등이 가해지는 사고가 발생할 수 있는 문제점이 있다.

이하 도2 내지 도4에서는 로터가 추력을 발생하지 않는 방향으로 공기가 유입되거나 매그너스 로터가 설치된 선박(1)이 다리를 지나가야 하는 경우 로터의 높이를 낮추어 로터가 저항체로 작동하지 않으며 또는 선박의 이동시 문제가 발생하지 않도록 하는 높이 가변형 매그너스 로터 장치(10)의 전체 구성과 동작에 대해서 설명하도록 한다.

도 2에서는 선박(1)을 개략적으로 도시하였으며, 본 발명에서 선박(1)은 예시를 위해 도시된 형태에 한정되지 않음은 자명하며, 선박(1)은 상선, 군함, 어선, 운반선, 드릴쉽, 쇄빙선 및 특수 작업선 등 어떠한 것이 될 수 있다.

선박(1)에는 높이 가변형 매그너스 로터 장치(10)가 데크(20)에 기립되게 설치될 수 있다. 도 2에는 예시적으로 높이 가변형 매그너스 로터 장치(10)는 하나만 설치된 것으로 도시하였으나, 하나 이상의 매그너스 로터 장치(10)가 선박(1)의 여러 장소에 이격하여 설치될 수 있음은 자명하다.

높이 가변형 매그너스 로터 장치(10)는 메인 로터 모듈(100), 파이프 모듈(300), 무빙 모듈(500)을 포함한다.

먼저, 메인 로터 모듈(100)은, 선박(1)의 데크(20)에 설치되며 회전 가능하게 설치된다.

이를 상세하게 살펴보면 메인 로터 모듈(100)은, 로터 본체 유닛(110), 이동방지 고정자 유닛(130)을 포함한다.

로터 본체 유닛(110)은 원기둥 형상으로 설치되며, 두께가 얇은 원판 형태로도 설치될 수 있으며, 중간에 통공이 형성된다.

로터(Rotor)는 일반적으로 발전기, 전동기, 터빈, 수차 등의 회전 기계에서 회전하는 부분을 통틀어 이르는 말로서 회전자(回轉子)라고도 한다.

이동방지 고정자 유닛(130)은 로터 본체 유닛(110)의 하부에 설치되는 걸림턱 형상으로 마련된다.

이동방지 고정자 유닛(130)은 로터 본체 유닛(110)의 축방향과 가까워지거나 멀어지게 이동하여 무빙 모듈(500)의 상하 이동을 잠금 및 잠금해제하는 걸림턱이며, 예시적으로 한 쌍의 죠(Jaw)로 형성될 수 있다.

여기에서 죠는 물건 등을 끼워서 집는 부분을 가리키며 "ㄱ"자 형태의 걸림쇠 형태로 만들어지기도 하며 본 발명의 권리범위가 이에 한정되지 않음은 자명하다.

즉, 후술할 무빙 모듈(500)에는 샤프트 형상으로 원기둥 외면에 단차진 턱이 이격하여 복수개가 형성되어 있는데, 이러한 단차진 턱의 홈에 이동방지 고정자 유닛(130)의 걸림턱이 축방향으로 양측에서 가까워져 잠금이 되면 상하 이동이 방지되며, 축방향과 멀어져 단차진 턱의 홈에서 걸림턱이 분리되어 잠금이 해제되면 무빙 모듈(500)의 상하 이동이 자유롭게 가능하게된다.

한편, 높이 가변형 매그너스 로터 장치(10)는 상하의 이동도 있지만, 나선형 회전을 통해서 상승이 이루어지므로 이러한 회전에 대한 잠금과 잠금해제가 필요하다.

그래서 이러한 기능을 위해 회전방지 고정자 유닛(700)이 설치되며, 회전방지 고정자 유닛(700)은 선박(1) 내부에 설치되어 로터 본체 유닛(110)의 축방향과 가까워지거나 멀어지게 이동하여 무빙 모듈(500)의 회전을 잠금 및 잠금해제하는 걸림턱을 형성한다.

무빙 모듈(500)의 회전을 잠금 및 잠금해제하는 방식과 걸림턱에 대한 설명은 이동방지 고정자 유닛(130)과 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 도 3을 참조하면 파이프 모듈(300)은 메인 로터 모듈(100)의 상부에 설치되며, 원기둥 형태로 중간에 통공이 형성된다.

파이프 모듈(300)의 상세 구성으로는 파이프 본체 유닛(310), 가이드 레일 유닛(330)을 포함한다.

파이프 본체 유닛(310)은 메인 로터 모듈(100) 보다 작은 반경의 원기둥 형상이되 내부를 관통하는 통공이 형성된다.

가이드 레일 유닛(330)은 파이프 본체 유닛(310)의 외측에 나선형 방향으로 형성된 레일 형태이며, 후술할 슬리브 유닛(550)의 볼(551)이 가이드 레일을 타고 나선형으로 올라가거나 내려가게 된다.

즉, 가이드 레일 유닛(330)은 파이프 본체 유닛(310)의 외주면을 따라 다수개의 레일이 나선형으로 형성되고 일정 깊이로 파인 형상으로 형성될 수 있으며, 슬리브 유닛(550)의 볼(551)이 가이드 레일 유닛(330)을 타고 회전하면서 이동한다.

다음으로, 무빙 모듈(500)에 대해서 설명하기로 한다.

무빙 모듈(500)은, 메인 로터 모듈(100)과 파이프 모듈(300)을 관통하여 설치되며, 파이프 모듈(300) 주위를 나선형으로 회전하여 상하 이동 가능하다.

무빙 모듈(500)의 상세 구성을 살펴보면, 리드 유닛(510), 샤프트 유닛(530), 슬리브 유닛(550)을 포함한다.

리드 유닛(510)은, 파이프 모듈(300)을 감싸는 로터 형태로 설치되므로 파이프 모듈(300)의 반경보다 큰 반경을 가지는 뚜껑(Lid) 형상으로 마련될 수 있으며, 후술할 샤프트 유닛(530)과 연결된다.

일반적으로 뚜껑은 원통, 그릇이나 상자따위의 아가리 등을 덮는 것을 말하며, 내부에 포함된 물건을 보호하기 위하여 겉에 씌우는 물건이나 덮개를 말한다.

샤프트 유닛(530)은, 리드 유닛(510)과 동심축을 형성하는 축 형태일 수 있다.

샤프트 유닛(530)은 둥근 막대 모양의 원기둥 외면에 단차진 턱이 이격하여 복수 개가 형성될 수 있다.

또 다른 본 발명의 일 실시예로는, 샤프트 유닛(530)을 상단과 하단을 나누어 상단은 둥근 막대 모양의 원기둥이며, 하단은 둥근 막대 모양의 원기둥 외면에 단차진 턱이 이격하여 복수 개가 형성될 수도 있다.

샤프트 유닛(530)의 평상시에는 파이프 본체 유닛(310)에 삽입하여 설치되며, 단차진 턱이 형성되어 있어 축 외측에서 한 쌍의 걸림턱이 축방향으로 가까워지면 단차진 턱에 걸림턱이 걸려서 무빙 모듈(500)의 상하이동이 잠금이 되고, 축 외측에서 한 쌍의 걸림턱이 축방향과 멀어지면 단차진 턱에 걸려있던 걸림턱이 분리되므로 무빙 모듈(500)의 상하이동이 잠금해제된다.

그리고, 슬리브 유닛(550)은 리드 유닛(510)의 하단에 마련되며, 리드 유닛(510) 내측으로 내부에 회전하는 볼(551)을 수용할 수 있도록 수용홈이 형성되어 있다.

그래서 슬리브 유닛(550)에 수용되어 있는 볼(551)이 파이프 모듈(300) 주위를 나선형으로 회전하면서 상승 또는 하강이 가능하게 된다.

다음으로 도 4를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 매그너스 로터 장치(10)의 잠금과 잠금해제에 대한 개념을 설명하도록 한다.

도 4의 왼쪽 그림과 같이 무빙 모듈(500)이 하방에 위치하고 있으며 매그너스 로터의 성능을 극대화할 필요가 있는 경우, 메인 로터 모듈(100)이 회전하게 되며 회전방지 고정자 유닛(700)에 의해 회전하지 않은 상태로 잠금되어 있으므로 메인 로터 모듈(100)이 시계 방향으로 회전 하는 경우 볼(551)이 가이드 레일 유닛(330)를 따라 상방으로 이동하게 된다.

도 4의 오른쪽 그림을 참조하면 선박(1)의 주행 성능이나 해상 상태를 고려하여 원하는 위치만큼 무빙 모듈(500)이 높이 방향으로 이동하게 되면, 그 후에 회전방지 고정자 유닛(700)이 잠금해제되고 샤프트 유닛(530)을 결박하여 로터 본체 유닛(110)과 함께 무빙모듈과 파이프 모듈(300)를 모두 회전하게 되며 매그너스 로터 장치(10)의 역할을 수행하게 된다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 선박
10 : 매그너스 로터 장치 20 : 데크
100 : 메인 로터 모듈 300 : 파이프 모듈
500 : 무빙 모듈

Claims (5)

1. 선박의 데크에 설치되되 회전 가능한 메인 로터 모듈;
   상기 메인 로터 모듈의 상부에 설치되는 파이프 모듈; 및
   상기 메인 로터 모듈과 상기 파이프 모듈을 관통하여 설치되되, 상기 파이프 모듈 주위를 나선형으로 회전하여 상하 이동 가능한 무빙 모듈을 포함하는 높이 가변형 매그너스 로터 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 메인 로터 모듈은,
   원기둥 형상의 로터 본체 유닛; 및
   상기 로터 본체 유닛의 하부에 설치되되, 상기 로터 본체 유닛의 축방향과 가까워지거나 멀어지게 이동하여 상기 무빙 모듈의 상하 이동을 잠금 및 잠금해제하도록 걸림턱을 형성하는 이동방지 고정자 유닛을 포함하는 높이 가변형 매그너스 로터 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 파이프 모듈은,
   상기 메인 로터 모듈 보다 작은 반경의 원기둥 형상이되 내부를 관통하는 통공이 형성되는 파이프 본체 유닛; 및
   상기 파이프 본체 유닛의 외측에 나선형 방향으로 형성된 가이드 레일 유닛을 포함하는 높이 가변형 매그너스 로터 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 무빙 모듈은,
   상기 파이프 모듈의 반경보다 큰 반경을 가지는 뚜껑 형상의 리드 유닛;
   상기 리드 유닛과 동심축을 형성하되, 둥근 막대 모양의 원기둥 외면에 단차진 턱이 이격하여 복수 개가 형성되어 상하 이동이 잠금 또는 잠금 해제되는 샤프트 유닛; 및
   상기 리드 유닛의 하단에 마련되되, 상기 리드 유닛 내측으로 내부에 회전하는 볼을 수용할 수 있도록 수용홈이 형성되어 상기 파이프 모듈 주위를 나선형으로 회전할 수 있는 슬리브 유닛을 포함하는 높이 가변형 매그너스 로터 장치.
   
5. 제2항에 있어서,
   선박 내부에 설치되되, 상기 로터 본체 유닛의 축방향과 가까워지거나 멀어지게 이동하여 상기 무빙 모듈의 회전을 잠금 및 잠금해제하도록 걸림턱을 형성하는 회전방지 고정자 유닛을 더 포함하는 높이 가변형 매그너스 로터 장치.

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