KR20240043462A - 선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일에 관한 것이다.
본 발명의 선박에 형성되는 굴뚝에 있어서, 상기 굴뚝은 배기가스를 배출하는 배기관 및 외부구조체를 포함하는 것으로, 선체의 일측에 수직한 방향으로 형성되고, 상기 외부구조체는 윙 세일(Wing sail) 형상인 것을 특징으로 한다.

Description

선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일{A wing sail using a ship funnel}

본 발명은 선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일에 관한 것이다. 상세하게는, 선박 굴뚝의 형상을 윙 세일 형상으로 제작하여 선박 운항 시 공기저항을 줄이고, 추진력을 향상시키는 선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일에 관한 것이다.

선박의 경우 운항 중에 연료의 연소에 의해 발생하는 배기가스를 외부로 배출시기기 위해 굴뚝(Funnel)을 포함하는 구조로 건조되고 있다. 굴뚝은 주로 사각형 또는 원 형태로 형상을 하고 있으며, 선박의 제일 높은 위치에 위치하는 것으로, 거주구 뒤쪽으로 배치하게 된다.

한편, 일반적으로 각종 선박에 설치되는 엔진 등의 연소장치들은 MDO(Marine Diesel Oil), HFO(Heavy Fuel Oil) 등의 오일을 연료로서 사용하였다. 그런데 이러한 연료오일은 연소 시 발생하는 온실가스와 각종 유해물질로 인하여 환경오염을 초래하는 주범이 되어 왔다. 또한, 화석연료의 고갈이나 국제정세 불안 등의 요인으로 유가가 상승하는 경우에는 연료비가 급등하는 등 선박 운영상의 문제도 발생하게 된다.

이에, 최근에는 대기 오염 규제가 점차 강화되고, 연비를 향상시키기 위하여 추진력의 일부를 전기모터로부터 얻는 전기추진선박 기술 및 풍력을 이용하여 추진력을 향상시키는 기술이 개발되고 있다.

상기 풍력을 이용하여 추진력을 향상시키는 기술의 경우 운행 중 해상에서 불어오는 바람을 이용하여 추진력을 만드는 것으로, 로터세일(Rotor sail) 또는 윙세일(Wing sail)을 적용하여 추진력을 향상시키는 방법을 연구 중 이다.

상기 윙세일(Wing sail)을 적용하여 추진력을 향상시키는 방법의 경우 선박의 데크 위에 주로 설치하는 것으로 거주구 또는 주조종실 앞쪽으로 배치되어 있어 선박 운항 시 시야 확보에 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명은 선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상세하게는, 선박 운항 시 공기에 대한 저항이 감소하고 추진력이 향상된 선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 형성되는 굴뚝에 있어서, 상기 굴뚝은 배기가스를 배출하는 배기관 및 외부구조체를 포함하는 것으로, 선체의 일 측에 수직한 방향으로 형성되고, 상기 외부구조체는 윙 세일(Wing sail) 형상인 것인 공기저항을 감소시키는 굴뚝을 제공한다.

바람직하게는, 상기 굴뚝은 선체의 일측 최상부에 수직한 방향으로 형성되는 것일 수 있다.

바람직하게는, 상기 굴뚝은 선체의 일측에 배치되는 거주구 또는 주운전실의 후방에 형성되는 것일 수 있다.

바람직하게는, 상기 굴뚝의 횡단면은 반원형, 반타원형 및 유선형 중 선택되는 하나의 형상으로 형성되는 것일 수 있다.

바람직하게는, 상기 횡단면이 반원형 또는 반타원형인 굴뚝의 일단은 곡면부이고 타단은 평면부를 갖는 것으로, 상기 곡면부가 선수방향을 향하도록 배치하는 것일 수 있다.

바람직하게는, 상기 횡단면이 유선형인 굴뚝의 일단은 곡률 반경이 큰 곡면부이고 타단은 곡률 반경이 작은 곡면부를 갖는 것으로, 상기 일단 및 타단이 선수와 수평 한 방향으로 배치하는 것일 수 있다.

바람직하게는, 상기 횡단면이 유선형인 굴뚝은 선수와 수평 한 방향에서 일정각도로 회전시켜 곡률 반경이 큰 곡면부가 선수를 향하도록 배치하는 것일 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 의하면, 선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일을 제공하는 효과가 있다.

상세하게는, 선박 운항 시 공기에 대한 저항이 감소하고 추진력이 향상된 선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일을 제공하는 효과가 있다.

또한, 추진력이 향상됨에 따라 연료소모량을 줄이는 효과가 있다.

또한, 선체 중 가장 높은 곳, 거주구 또는 주운전실 뒤쪽에 굴뚝을 배치함에 따라 선박 운항 중 시야가 확보되는 효과가 있다.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 내 굴뚝의 배치를 나타낸 개략도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝의 형상을 나타낸 개략도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝의 형상에 따른 양력(Lift force) 형성에 대하여 나타낸 개략도이다.

본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 및 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 예컨대, 본 명세서에서 어떤 구성요소를 '포함'한다고 하는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결'되어 있거나 '접속'되어 있다고 언급될 때에는 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있으나 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로서, 이에 의하여 본 발명이 한정되는 것으로 해석되어서는 안되며, 본 발명의 실시예들은 이 분야의 통상의 기술자에게 다양한 응용을 가질 수 있음은 당연하다.

일반적인 대형 선박의 굴뚝은 원형 또는 사각형 형상으로 운항 중 바람에 의해 공기 저항을 받는 편이다. 또한, 최근 기술에 따르면 운항 중 연료소모량을 감소시키고 추진력을 향상시키기 위하여 풍력을 이용하는 로터 세일, 윙 세일(Wing Sail)등의 구조물을 설치하는 것으로, 상기 구조물을 설치함에 따라 추진력을 향상시킬 수 있으나, 선박의 데크 위 거주구 및 주조종실 앞쪽으로 배치되어 있어 선박 운항 시 시야 확보에 문제점을 가지고 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 내 굴뚝의 배치를 나타낸 개략도이다.

도 1을 참고하면, 선박은 선체에 의해 형성되는 것으로, 선체에는 데크(deck)가 구비되며, 상기 데크에는 거주구 또는 운항공간(주운전실, 엔진실) 등이 형성된다.

또한, 상기 데크에는 선박이 추진될 수 있도록 동력을 발생시키는 엔진이 설치되는 엔진룸이 구비되며, 상기 엔진룸의 상부에는 굴뚝(Funnel, 100)이 설치되는 것으로, 선박의 운항 중 엔진의 구동에 의해 발생되는 각종 배기가스를 외부로 배출시킴으로써, 배기가스에 의한 선체의 오염을 미리 차단하게 된다.

상기 굴뚝(100)은 배기가스를 배출하는 배기관(120, 120') 및 상기 배기관을 둘러쌓는 외부 구조체(110, 110')로 구성되는 것으로, 선체의 일측에 수직한 방향으로 형성된다. 상세하게는, 상기 굴뚝(100)은 선체의 일측 최상부에 수직한 방향으로 형성되는 것으로, 선체의 일측에 배치되는 거주구 또는 주운전실의 후방에 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 굴뚝(100)은 선박 운항 시 에너지를 절감하고 추진력을 향상시키기 위하여 윙 세일(Wing Sail) 형상인 것을 특징으로 한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝의 형상을 나타낸 개략도이며, 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 굴뚝의 형상에 따른 양력(Lift force) 형성에 대하여 나타낸 개략도이다.

상기 윙 세일(Wing Sail)은 돛과 같은 형태를 갖는 것으로, 도 2 및 도 3을 참고하면, 상기 굴뚝(100)은 횡단면이 반원형, 반타원형 및 유선형(에어포일) 중 선택되는 하나의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 하지만. 상기 횡단면의 형상에 제한 되지 않으며 윙 세일로 사용하는 형상을 적용하는 것이 바람직하다.

도 2를 참고하면, 상기 횡단면이 반원형 또는 반타원형인 굴뚝(100)의 일단은 곡면부이고, 타단은 평면부를 갖는다.

이때, 상기 선박의 측면에서 불어오는 바람을 통해 추진력을 향상시키기 위하여, 상기 곡면부가 선수 방향을 향하도록 배치하는 것이 바람직하다.

도 4에 개시한 바와 같이 상기 굴뚝(100)의 곡면부를 선수 방향(선박이 운행되는 방향)으로 배치함에 따라 선박의 측면에서 바람이 불면, 상기 평면부를 지나가는 바람은 직선으로 지나감에 따라 속도가 떨어지며 압력이 상승하게 된다. 또한, 상기 곡면부를 지나가는 바람은 곡면을 따라 곡선으로 지나가는 것으로 속도가 증가하고 압력이 감소하게 된다. 이에 따라 상기 곡면부 쪽으로 양력(Lift Force)이 형성되어 선수 방향으로 추진력이 향상되게 된다.

도 3을 참고하면, 상기 횡단면이 유선형인 굴뚝(100)의 일단은 곡률 반경이 큰 곡면부이고, 타단은 곡률 반경이 작은 곡면부를 갖는다.

이때, 상기 선박의 측면에서 불어오는 바람을 통해 추진력을 향상시키기 위하여 상기 일단 및 타단이 선수와 수평 한 방향으로 배치하는 것이 바람직하다.

상세하게는, 상기 횡단면이 유선형인 굴뚝(100)은 선수와 수평 한 방향에서 일정각도로 회전시켜 배치하는 것으로, 상기 곡률 반경이 큰 곡면부가 선수방향을 향하도록 배치하는 것이 바람직하다.

도 5에 개시한 바와 같이, 상기 유선형의 굴뚝을 선수와 수평하게 배치하게 되면, 측면에서 바람이 불 때 상기 굴뚝을 중심으로 양 옆으로 유사한 속도와 압력으로 바람이 지나가게 됨에 따라 추진력에 많은 영향을 주지 않는다.

이때, 상기 유선형의 굴뚝을 수평 한 방향에서 일정각도로 회전시켜 상기 곡률 반경이 큰 곡면부가 선수를 향하도록 배치하게 되면, 측면에서 바람이 불 때 상기 곡률 반경이 큰 곡면부를 따라 상기 바람의 흐름도 곡선으로 지나가게 된다. 이에 상기 곡률 반경이 큰 곡면부를 따라 속도가 증가하고 압력이 감소하게 된다.

또한, 상기 일정각도로 회전된 유선형 굴뚝의 반대면의 경우 선수방향을 향하는 면과 대비하여 상대적으로 평면부가 형성되게 되며, 바람이 직선으로 지나가게 된다. 이에 따라 상대적으로 형성된 평면부를 따라 속도가 떨어지며 압력이 상승하게 된다. 즉, 상기 선수 방향으로 양력(Lift Force)이 형성되어 선수 방향으로 추진력이 향상되게 된다.

한편, 상기 횡단면이 유선형인 굴뚝(100)은 상기 굴뚝의 외부 구조체(110, 110')가 바람의 방향에 따라 회전할 수 있도록 회전부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 회전부(미도시)를 구비함에 따라 선박의 측면에서 불지 않아도 바람의 방향에 맞추어 상기 유선형의 굴뚝을 회전시킴에 따라 선박의 추진력을 향상시킬 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은, 선박의 굴뚝을 윙 세일 형태로 형성함에 따라 선박 운항 시 공기에 대한 저항이 감소하고 추진력이 향상된 선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일을 제공하는 효과가 있다.

또한, 추진력이 향상됨에 따라 연료소모량을 줄이는 효과가 있다.

또한, 선체 중 가장 높은 곳, 거주구 또는 주운전실 뒤쪽에 굴뚝을 배치함에 따라 선박 운항 중 시야가 확보되는 효과가 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. 따라서, 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. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 굴뚝
110, 110': 외부 구조체
120, 120': 배기관

Claims (7)

1. 선박에 형성되는 굴뚝에 있어서,
   상기 굴뚝은 배기가스를 배출하는 배기관 및 외부구조체를 포함하는 것으로,
   선체의 일측에 수직한 방향으로 형성되고,
   상기 외부구조체는 윙 세일(Wing sail) 형상인 것인,
   선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일.
2. 제1항에 있어서,
   상기 굴뚝은 선체의 일측 최상부에 수직한 방향으로 형성되는 것인,
   선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일.
3. 제2항에 있어서,
   상기 굴뚝은 선체의 일측에 배치되는 거주구 또는 주운전실의 후방에 형성되는 것인,
   선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일.
4. 제1항에 있어서,
   상기 굴뚝의 횡단면은 반원형, 반타원형 및 유선형 중 선택되는 하나의 형상으로 형성되는 것인,
   선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일.
5. 제4항에 있어서,
   상기 횡단면이 반원형 또는 반타원형인 굴뚝의 일단은 곡면부이고 타단은 평면부를 갖는 것으로,
   상기 곡면부가 선수방향을 향하도록 배치하는 것인,
   선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일.
6. 제4항에 있어서,
   상기 횡단면이 유선형인 굴뚝의 일단은 곡률 반경이 큰 곡면부이고 타단은 곡률 반경이 작은 곡면부를 갖는 것으로,
   상기 일단 및 타단이 선수와 수평 한 방향으로 배치하는 것인,
   선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일.
7. 제6항에 있어서,
   상기 횡단면이 유선형인 굴뚝은 선수와 수평 한 방향에서 일정각도로 회전시켜 곡률 반경이 큰 곡면부가 선수를 향하도록 배치하는 것인,
   선박의 굴뚝을 활용한 윙 세일.