KR20240044870A - 높이 조절이 가능한 로터세일 및 상기 로터세일을 구비한 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 운항 중 바람을 이용하여 마그누스 효과(Magnus effect)에 의한 추진력을 얻을 수 있는 로터세일(Rotor sail)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선체의 갑판 상에 수직되게 세워지는 원기둥 형태의 로터(Rotor)를 높이방향으로 길이 조절 가능하게 구성하여 필요에 따라 로터의 높이를 낮출 수 있는 높이 조절이 가능한 로터세일 및 상기 로터세일을 구비한 선박에 관한 것이다.
본 발명은 선체의 높이방향으로 일정한 수직길이를 갖는 원기둥 형태의 베이스 몸체를 구비하며, 상기 선체의 갑판 상에 회전하는 베이스부; 상기 베이스부의 상단에서 상기 베이스부와 함께 회전하며, 높이방향 길이가 가변되는 제1 길이 가변부; 및 상기 제1 길이가변부의 상단에 연결되어 상기 제1 길이 가변부와 함께 높이방향 길이가 가변되는 제2 길이 가변부를 포함한다.

Description

높이 조절이 가능한 로터세일 및 상기 로터세일을 구비한 선박{HEIGHT ADJUSTABLE ROTOR SAIL AND SHIP HAVING THE SAME}

본 발명은 선박의 운항 중 바람을 이용하여 마그누스 효과(Magnus effect)에 의한 추진력을 얻을 수 있는 로터세일(Rotor sail)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선체의 갑판 상에 수직되게 세워지는 원기둥 형태의 로터(Rotor)를 높이방향으로 길이 조절 가능하게 구성하여 필요에 따라 로터의 높이를 낮출 수 있는 높이 조절이 가능한 로터세일 및 상기 로터세일을 구비한 선박에 관한 것이다.

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

여기에서, 엔진의 구동으로 인한 많은 양의 연료가 소모됨과 아울러, 이산화탄소 등을 포함하는 대량의 온실가스(GHG, Green House Gas)가 배출되게 되고, 이는 심각한 환경 오염 문제를 야기할 수 있다.

국제해사기구(International Maritime Organization, 이하, 'IMO'라 함)는 선박에서 배출하는 온실가스를 2013년부터 의무적으로 저감하도록 규정하고 있다(Convention on Marine Pollution, MARPOL Annex VI, for regulations of Air Pollution in the Maritime Industry 참조).

구체적으로, 대표적 온실가스인 이산화탄소는 IMO 산하 MEPC(Marine Environmental Protection Committee)에서 채택한 에너지효율 설계지수(EEDI; Energy Efficiency Design Index)를 통해 규제하는데, 2008년 배출량을 기준으로 2025년부터 30% 저감을 요구하고 2050년까지 50% 저감 달성을 추진 중에 있다.

이러한 배경으로 선주 및 조선사 등의 관련 업계에서는 선박의 에너지 효율 향상 및 대기 오염 물질 감소 방안에 대한 관심이 증가하고 있으며, 태양광, 조수간만의 차, 또는 풍력 등과 같은 재생에너지를 이용하여 자체적으로 전력을 생산할 수 있는 친환경 전력 생산 기술이나 선체 구조를 일부 변화시키거나 전류고정날개 또는 덕트와 같은 부가물을 설치하여 선박의 추진 효율을 향상시키고 연료 소비량을 절감할 수 있는 연료 절감 기술 등에 대한 연구 및 개발이 활발히 진행되고 있다.

최근에는, 선박의 연료 소비량을 절감하기 위한 일 방법으로, 선박의 갑판 상에 원기둥 형태의 구조물을 설치하고, 운항 중 풍력, 즉 바람을 이용하여 추진력을 얻을 수 있는 로터세일(Rotor sail)이 실선에 적용되고 있다.

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

대한민국 등록특허공보 제10-1572395호 “수직 가변형 해양 세일 시스템” 대한민국 공개특허공보 제10-2020-0014383호 “플레트너 로터를 위한 상승 및 하강 메커니즘”

로터세일은 마그누스 효과(Magnus effect)를 이용하여 마그누스 로터(Magnus rotor)로도 불리우는데, 마그누스 효과란 유체 속에서 회전하는 물체의 회전축이 유체의 흐름에 대하여 수직일 때 유속과 물체의 회전축에 대해 수직 방향의 힘이 생기는 현상을 의미한다.

도 1은 로터세일로 인한 마그누스 효과를 설명하기 위한 도면이다.

로터세일을 구비한 선박은 원기둥 형태의 로터(Rotor)가 갑판 상에 수직으로 세워져 일방향으로 회전하게 되는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 로터(R)의 회전방향과 바람(Wind)의 방향이 일치하는 쪽에서는 풍속(Wind speed)이 증가하며 반대쪽에서는 풍속이 느려지게 된다.

또한, 유속이 증가하면 압력(Pressure)이 감소하는 베르누이 정리(Bernoulli’s theory)에 의해, 로터(R)의 회전방향과 바람의 방향이 일치하는 쪽에서는 풍속이 증가하여 압력이 감소하게 되고 반대쪽에서는 풍속이 느려지게 되어 압력이 감소하므로, 양쪽의 압력차가 발생될 수 있다.

이러한 압력차에 의해 로터(R)의 축과 바람의 방향에 대해 수직 방향, 즉 압력이 높은 쪽에서 압력이 낮은 쪽으로 양력(Lift)을 받게 되며, 이러한 양력은 선박의 추진력(Thrust)으로 작용될 수 있다.

즉, 로터세일을 구비한 선박은, 운항 중 바람으로 로터 주변에 압력차가 발생되어 마그누스 효과에 의한 추진력을 얻을 수 있다.

그러나, 선박의 전진방향에서 불어오는 맞바람과 같이 특정 방향에서 바람이 불어 원기둥 형태의 로터가 회전하지 않거나 로터세일을 작동하지 않는 경우에는, 로터세일은 별도의 추진력을 제공하지 못하며 오히려 선체 저항을 증가시킬 수 있다.

또한, 로터세일은 갑판으로부터 약 30m 이상의 높이를 갖는 대형 구조물로서, 로터세일이 설치된 선박은 교각(교량의 하부)을 통과하기 어려울 뿐만 아니라, 정박 제한 높이를 초과하여 항구에 근접하지 못하는 등의 제약이 발생될 수 있다.

이를 해결하기 위하여, 종래에는 로터의 하단부에 힌지 메커니즘(Hinge mechanism)을 적용하여 갑판 상에 평행하게 눕혀지는 틸팅 타입(Tilting type)의 로터세일이 적용된 바 있으나, 기존의 로터세일 대비 고가의 비용이 요구될 뿐만 아니라, 상당한 크기(또는, 무게)를 갖는 로터의 회전동작으로 인해 하중이 집중되는 조인트 부위의 파손이 발생되는 구조적인 문제가 있다.

종래기술에 따른 로터세일의 다른 예로서, 선체 내부로 삽입되어 갑판 상에 돌출되는 높이를 낮출 수 있는 텔레스코픽 타입(Telescopic type)의 로터세일이 있으나, 갑판 아래에서 로터세일이 삽입되기 위한 공간을 필요로 함에 따라 선박의 적재 가능한 화물 용량이 줄어들게 되는 문제가 있다.

본 발명은 선박의 운항 중 바람을 이용하여 마그누스 효과에 의한 추진력을 얻을 수 있는 로터세일에서, 선체의 갑판 상에 수직되게 세워지는 로터의 높이를 필요에 따라 조절할 수 있는 높이 조절이 가능한 로터세일을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 로터를 높이방향으로 두개의 실린더로 나누어 구성하고 상부에 위치하는 실린더의 길이만을 조절함으로써, 로터세일의 높이가 조절되더라도 갑판 상부 또는 선체 내부에 추가적인 공간을 필요로 하지 않아 선박의 적재 가능한 화물 용량에 영향을 최소화할 수 있는 높이 조절이 가능한 로터세일 및 상기 로터세일을 구비한 선박을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 운항 중 바람을 이용하여 마그누스 효과(Magnus effect)에 의한 추진력을 발생시키는 로터세일(Rotor sail)로서, 선체의 높이방향으로 일정한 수직길이를 갖는 원기둥 형태의 베이스 몸체를 구비하며, 상기 선체의 갑판 상에 회전하는 베이스부; 상기 베이스부의 상단에서 상기 베이스부와 함께 회전하며, 높이방향 길이가 가변되는 제1 길이 가변부; 및 상기 제1 길이가변부의 상단에 연결되어 상기 제1 길이 가변부와 함께 높이방향 길이가 가변되는 제2 길이 가변부를 포함하는 높이 조절이 가능한 로터세일이 제공될 수 있다.

상기 베이스부는, 상기 베이스 몸체의 상단에 돌출 형성되어 상기 제1 길이 가변부와 연결되는 연결부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 연결부는, 상기 베이스 몸체의 상단에서 상기 베이스 몸체의 단면적보다 작은 단면적을 갖는 다각기둥 형태로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제1 길이 가변부는, 상기 연결부의 상부 둘레를 따라 복수개가 배치되며, 상기 연결부에 대해 상하로 회전 가능하게 설치되는 하부 전개패널; 및 상기 복수개의 하부 전개패널 사이를 연결하는 하부 전개 가이드부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1 길이 가변부는, 상기 복수개의 하부 전개패널의 상단이 상부방향을 향하도록 접혀진 상태에서, 원기둥 형태를 가질 수 있다.

또한, 상기 복수개의 하부 전개패널 각각은, 높이방향으로 일정한 길이를 가지며 내부가 빈 중공의 쉘 형태로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 하부 전개패널은, 상기 연결부의 상단 가장자리에 회전 가능하게 연결되는 하부 내판; 상기 하부 내판의 좌우측 선단에서 외측을 향하도록 연장되는 한 쌍의 하부 측판; 및 상기 한 쌍의 하부 측판을 연결하여 호형상을 갖는 하부 외판을 포함할 수 있다.

또한, 상기 하부 외판은, 상기 한 쌍의 하부 측판에서 원주방향으로 돌출되게 연장 형성될 수 있다.

또한, 상기 하부 전개 가이드부는, 상기 복수개의 하부 전개패널 중 원주방향으로 서로 이웃한 한 쌍의 하부 전개패널에 각각 연결되는 한 쌍의 하부 가이드패널; 및 상기 한 쌍의 하부 가이드패널 사이에 형성된 하부 접철라인을 포함할 수 있다.

또한, 상기 하부 전개 가이드부는, 상기 한 쌍의 하부 가이드패널의 외면이 서로 맞닿아 상기 하부 접철라인이 상기 제1 길이 가변부의 내측에 위치되게 접힘될 수 있다.

또한, 상기 제2 길이 가변부는, 상기 제1 길이 가변부와 상하 대칭적인 구조로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제2 길이 가변부는, 상기 복수개의 하부 전개패널 각각의 상단에 회전 가능하게 연결되는 복수개의 상부 전개패널; 및 상기 복수개의 상부 전개패널 사이를 연결하는 상부 전개 가이드부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 복수개의 상부 전개패널 각각은, 상부 내판; 상기 상부 내판의 좌우측 선단에서 외측으로 연장되는 한 쌍의 상부 측판; 및 상기 한 상의 상부 측판을 연결하여 단면이 호형상을 갖는 상부 외판을 포함할 수 있다.

또한, 상기 상부 전개 가이드부는, 한 쌍의 상부 가이드패널; 및 상기 한 쌍의 상부 가이드패널 사이에 형성되는 상부 접철라인을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 운항 중 바람을 이용하여 마그누스 효과에 의한 추진력을 발생시키기 위하여 선체의 갑판 상에 세워져 회전하는 로터가 설치되는 선박으로서, 상기 로터는, 상기 선체의 높이방향으로 일정한 수직길이를 가지며 상기 선체의 갑판 상에 회전하는 베이스부; 상기 베이스부의 상단에서 상기 베이스부와 함께 회전하며, 높이방향 길이가 가변되는 제1 길이 가변부; 및 상기 제1 길이가변부의 상단에 연결되어 상기 제1 길이 가변부와 함께 높이방향 길이가 가변되는 제2 길이 가변부를 포함하고, 상기 제1 길이 가변부와 상기 제2 길이 가변부는 상하 대칭적인 구조로 이루어지는 로터세일을 구비한 선박이 제공될 수 있다.

상기 제1 길이 가변부는, 내부가 빈 중공의 쉘 형태로 이루어지며, 상기 베이스부의 상단에서 원주방향으로 복수개가 배치되어 기둥 형태의 외면을 형성하는 복수개의 하부 전개패널을 포함할 수 있다.

또한, 상기 베이스부는, 원기둥 형태의 베이스 몸체; 및 상기 베이스 몸체의 상단에 베이스 몸체의 상단에서 다각기둥 형태로 이루어지는 연결부를 포함하고, 상기 복수개의 하부 전개패널은 상기 연결부에 대해 상하로 회전 가능하게 설치될 수 있다.

본 발명은 선체의 갑판 상에 수직되게 세워지는 로터를 구비하여 운항 중 마그누스 효과에 의한 추진력을 얻을 수 있으며, 이를 통해 선박의 연비를 절감하고 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 로터의 높이방향 적어도 일부 길이를 조절 가능하게 구성하여 선박이 교각을 통과하거나 정박하고자 하는 등 필요에 따라 로터의 높이 조절이 가능해질 수 있으며, 로터의 높이가 조절되더라도 갑판 상부 또는 선체 내부에 추가적인 공간을 필요로 하지 않아 선박의 적재 가능한 화물 용량에 영향을 최소화할 수 있다.

도 1은 로터세일로 인한 마그누스 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 로터세일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 공지된 오리가미 패턴 중 일부를 예시로서 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 오리가미 패턴이 적용된 상부 실린더를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 로터세일에서 상부 실린더의 변형예를 사시도로 도시한 도면이다.
도 6은 본 변형예의 상부 실린더를 구성하는 실린더모듈의 접힘 펼침 동작을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 7은 도 5에 도시된 상부 실린더의 높이방향 길이가 줄어든 상태에서의 평면 및 측면모습을 도시한 도면이다.
도 8은 본 변형예의 상부 실린더의 높이방향 길이가 가변되는 과정을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 상부 실린더가 육각형의 평면형상을 가지며 다섯개의 층으로 이루어지는 것을 비교예로서 나타낸 도면이다.
도 10은 본 변형예의 상부 실린더에서 실린더모듈의 구동 메커니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 에어포켓의 설치위치를 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 변형예의 상부 실린더에서 락킹수단을 이용한 형태를 유지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 로터세일을 개략적인 사시도로 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13에 도시된 로터에서 제2 길이 가변부의 구성을 제외하여 나타낸 도면이다.
도 15는 도 14에 도시된 제1 길이 가변부의 높이방향 길이가 줄어든 상태를 나타낸 도면이다.
도 16은 도 14와 도 15에 도시된 제1 길이 가변부의 길이 가변 과정의 중간 단계를 나타낸 도면이다.
도 17은 도 14의 평면모습을 나타낸 도면이다.
도 18은 도 17의 일부를 확대 도시한 도면이다.
도 19는 도 16에 도시된 제1 길이 가변부의 상단에 연결되는 제2 길이 가변부를 분리하여 나타낸 도면이다.
도 20은 도 13에 도시된 로터의 높이방향 길이가 가변되는 과정을 순차적으로 나타낸 도면이다.
도 21은 도 20에 제1 길이 가변부와 제2 길이 가변부의 구동 메커니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

아울러, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

전술한 바와 같이, 로터세일은 선체의 갑판 상에 수직되게 세워지는 로터를 구비하며, 선박의 운항 중 바람을 이용하여 마그누스 효과에 의한 추진력을 얻을 수 있다.

이러한 로터세일은 통상 약 5m의 직경을 갖고 갑판으로부터 약 30m 이상의 높이를 갖는 대형 구조물로서, 원기둥 형태의 로터가 작동하지 않을 때에는 추진력을 얻을 수 없으며, 오히려 저항을 증가시킬 우려가 있다.

또한, 로터세일을 구비한 선박은, 로터의 크기로 인해 교각을 통과하기 어려울 뿐만 아니라, 정박 제한 높이를 초과하여 항구에 근접하지 못하는 등의 제약이 발생될 수 있다.

종래에는 갑판 상에 평행하게 눕혀지는 틸팅 타입이나 선체 내부로 삽입되어 갑판 상에 돌출되는 높이를 낮출 수 있는 텔레스코픽 타입의 로터세일이 선박에 적용된 바 있으나, 하중이 집중되는 조인트 부위에서 파손이 발생되거나 선박의 적재 가능한 화물 용량이 줄어들게 되는 등의 문제가 있다.

본 발명은, 선박의 운항 중 바람을 이용하여 마그누스 효과에 의한 추진력을 얻을 수 있는 로터세일에서, 선체의 갑판 상에 수직되게 세워지는 로터를 두개의 실린더로 구성하고, 상부 실린더의 높이방향 길이를 조절 가능하게 구성하여 필요에 따라 로터의 높이를 낮출 수 있으며, 로터의 높이가 조절되더라도 갑판 상부 또는 선체 내부에 추가적인 공간을 필요로 하지 않아 선박의 적재 가능한 화물 용량에 영향을 최소화할 수 있는 높이 조절이 가능한 로터세일을 제공하고자 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 로터세일을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 로터세일(10)은, 선체의 갑판(미부호, 도 2의 도면부호 ‘D’ 참조) 상에 수직되게 세워져 회전하는 로터(100)를 구비하며, 로터(100)의 상단 적어도 일부는 높이방향 길이가 가변되게 구성될 수 있다.

본 실시예의 로터(100)는, 도 2에 도시되 바와 같이, 높이 방향으로 두개의 실린더(110, 130)로 이루어질 수 있으며, 두개의 실린더(110, 130) 중 선체 갑판으로부터 상대적으로 가까이 위치하는 실린더(110)는 높이방향 길이가 고정되되, 선체 갑판으로부터 상대적으로 멀리 위치되는 실린더(130)는 높이방향 길이가 조절 가능할 수 있다.

이하, 설명의 편의를 위하여, 로터(100)를 구성하는 두개의 실린더(110, 130) 중 선체 갑판으로부터 상대적으로 가까이 위치하는 실린더를 하부 실린더(110)라 지칭하고, 하부 실린더(110)의 상단에 연결되어 선체 갑판으로부터 상대적으로 멀리 위치되는 실린더를 상부 실린더(130)라 지칭하기로 한다.

다시 말해, 본 실시예의 로터(100)는, 선체의 갑판 상에 고정된 수직길이를 갖는 하부 실린더(110)와, 하부 실린더(110)의 상단에서 높이방향 길이가 가변되게 마련되는 상부 실린더(130)를 포함할 수 있다.

또한, 도면에 도시되진 않았으나, 본 실시예의 로터(100)는 선체의 갑판 상에 하나 이상 설치되는 것이 바람직할 수 있다.

하부 실린더(110)는, 선체의 갑판으로부터 높이방향으로 균일한 직경을 갖는 원기둥 형태로 이루어질 수 있다.

본 실시예의 하부 실린더(110)는, 단일 주조 방식(Single-piece casting)이나 하프쉘 주조 방식(half-shell casting)으로 강재를 성형하여 제작될 수 있으며, 경량화를 도모하기 위하여 외면에 복합재를 적용할 수도 있다.

본 실시예에서, 하부 실린더(110)는, 선체의 갑판 상에서 세워져 회전하며, 높이방향으로 고정된 수직길이를 가질 수 있다.

즉, 본 실시예의 하부 실린더(110)는 후술하는 상부 실린더(130)와 달리 높이방향 길이가 가변되지 않을 수 있다.

상부 실린더(130)는, 하부 실린더(110)의 상단에서 하부 실린더(110)와 함께 회전되어 양력을 발생시키며, 높이방향 길이가 가변되게 마련될 수 있다.

본 실시예의 상부 실린더(130)는, 도 2에 도시되진 않았으나, 하부 실린더(110)의 상단에서 기둥 형태의 외면을 형성하는 복수개의 단위패널(131)을 포함할 수 있다.

또한, 본 실시예의 상부 실린더(130)는, 복수개의 단위패널(131) 사이에 복수개의 단위패널(131)이 상호 접힘 및 펼침되는 접힘선(Folding line) (133)이 형성될 수 있으며, 복수개의 단위패널(131)이 상호 접힘되어 높이방향으로 길이가 줄어듦과 아울러, 직경방향으로 폭이 변화될 수 있다.

즉, 복수개의 단위패널(131)은, 복수개의 단위패널(!31) 사이에 형성된 접힘선(133)에 의해 일정한 오리가미 패턴(Origami pattern)을 형성할 수 있으며, 접힘선(133)을 따라 상호 접힘 또는 펼침 동작되어 상부 실린더(130)의 높이 방향 길이가 가변될 수 있다.

또한, 오리가미 패턴을 형성하는 복수개의 단위패널(131) 각각의 접힘 및 펼침 동작은 와이어 감기(Wire-driven) 방식, 모터 구동 방식, 및 액추에이터(Actuator) 구동 방식 중 어느 하나의 방식으로 이루어질 수 있다.

한편, 복수개의 단위패널(131)은 각각 소정 두께를 갖는 강성(Rigidity) 재질로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.

본 실시예에서, 복수개의 단위패널(131)은, 워터붐(Waterbomb) 패턴, 크레슬링(kresling) 패턴, 및 요시무라(Yoshimura) 패턴 중 어느 하나의 오리가미 패턴을 형성할 수 있다.

도 3은 공지된 오리가미 패턴 중 일부를 예시로서 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 오리가미 패턴이 적용된 상부 실린더를 개략적으로 도시한 도면이다.

구체적으로, 도 3의 (a)는 워터붐(Waterbomb) 패턴을 나타낸 도면이고, 도 3의 (b)는 크레슬링(kresling) 패턴을 나타낸 도면이며, 도 3의 (c)는 요시무라(Yoshimura) 패턴을 나타낸 도면이다.

또한, 도 4의 (a), (b), (c)는 도 3에 나타낸 오리가미 패턴 각각이 적용된 상부 실린더를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 상기에서 언급한 튜브형 오리가미 패턴 각각에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 복수개의 단위패널(131)이 워터붐 패턴을 형성하는 경우, 상부 실린더(130)는 펼침상태와 압축상태 각각에서 구조적으로 충분한 강도를 확보할 수 있다.

그러나, 워터붐 패턴은 매끈한 원형 또는 다각형 기둥 형태를 이루기 위해서는 외면에 별도의 날개면(Facet)을 부착(또는, 설치)할 필요가 있으며, 후술하는 오리가미 패턴들과 달리 높이 가변 정도가 상당하지 않을 수 있다(도 3의 (a) 및 도 4의 (a) 참조).

크레슬링 패턴의 경우, 삼각형(또는, 다각형)의 단위패널(131)이 복수개 구비되어 다각형 기둥을 형성하고, 복수개의 단위패널(131) 사이에 접힘선(133)을 형성한 구조로서, 높이 가변 정도(이하, 압축률)가 상당할 뿐만 아니라, 직경방향 폭의 변화(또는, 증가)도 미미한 이점이 있다.

그러나, 복수개의 단위패널(131)이 내측(회전중심 방향)으로 접혀짐에 따라 매끈한 원기둥 형태를 갖기 어려우며, 0 자유도(DOF; Degree Of Freedom)의 유연한 구조를 갖게됨에 따라 강도 약화를 초래할 수 있다(도 3의 (b) 및 도 4의 (b) 참조).

요시무라 패턴은, 내부로 공기가 유입 또는 배출됨에 따라 팽창 또는 수축이 가능한 공압 오리가미 패턴으로서, 압축률이 상당하며 유연한 구조로 제작되어 높은 공압이 가해지면 원기둥 형태가 가능할 뿐만 아니라, 유연한 구조로 제작되더라도 높은 압력으로 공기 주입 시 강도가 증가될 수 있다는 점에 장점이 있으나, 복수개의 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일, 유사한 도면 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

아울러, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하며, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

전술한 바와 같이, 로터세일은 선체의 갑판 상에 수직되게 세워지는 로터를 구비하며, 선박의 운항 중 바람을 이용하여 마그누스 효과에 의한 추진력을 얻을 수 있다.

이러한 로터세일은 통상 약 5m의 직경을 갖고 갑판으로부터 약 30m 이상의 높이를 갖는 대형 구조물로서, 원기둥 형태의 로터가 작동하지 않을 때에는 추진력을 얻을 수 없으며, 오히려 저항을 증가시킬 우려가 있다.

또한, 로터세일을 구비한 선박은, 로터의 크기로 인해 교각을 통과하기 어려울 뿐만 아니라, 정박 제한 높이를 초과하여 항구에 근접하지 못하는 등의 제약이 발생될 수 있다.

종래에는 갑판 상에 평행하게 눕혀지는 틸팅 타입이나 선체 내부로 삽입되어 갑판 상에 돌출되는 높이를 낮출 수 있는 텔레스코픽 타입의 로터세일이 선박에 적용된 바 있으나, 하중이 집중되는 조인트 부위에서 파손이 발생되거나 선박의 적재 가능한 화물 용량이 줄어들게 되는 등의 문제가 있다.

본 발명은, 선박의 운항 중 바람을 이용하여 마그누스 효과에 의한 추진력을 얻을 수 있는 로터세일에서, 선체의 갑판 상에 수직되게 세워지는 로터를 두개의 실린더로 구성하고, 상부 실린더의 높이방향 길이를 조절 가능하게 구성하여 필요에 따라 로터의 높이를 낮출 수 있으며, 로터의 높이가 조절되더라도 갑판 상부 또는 선체 내부에 추가적인 공간을 필요로 하지 않아 선박의 적재 가능한 화물 용량에 영향을 최소화할 수 있는 높이 조절이 가능한 로터세일을 제공하고자 한다.

이하, 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 로터세일을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 로터세일(10)은, 선체의 갑판(미부호, 도 2의 도면부호 ‘D’ 참조) 상에 수직되게 세워져 회전하는 로터(100)를 구비하며, 로터(100)의 상단 적어도 일부는 높이방향 길이가 가변되게 구성될 수 있다.

본 실시예의 로터(100)는, 도 2에 도시되 바와 같이, 높이 방향으로 두개의 실린더(110, 130)로 이루어질 수 있으며, 두개의 실린더(110, 130) 중 선체 갑판으로부터 상대적으로 가까이 위치하는 실린더(110)는 높이방향 길이가 고정되되, 선체 갑판으로부터 상대적으로 멀리 위치되는 실린더(130)는 높이방향 길이가 조절 가능할 수 있다.

이하, 설명의 편의를 위하여, 로터(100)를 구성하는 두개의 실린더(110, 130) 중 선체 갑판으로부터 상대적으로 가까이 위치하는 실린더를 하부 실린더(110)라 지칭하고, 하부 실린더(110)의 상단에 연결되어 선체 갑판으로부터 상대적으로 멀리 위치되는 실린더를 상부 실린더(130)라 지칭하기로 한다.

다시 말해, 본 실시예의 로터(100)는, 선체의 갑판 상에 고정된 수직길이를 갖는 하부 실린더(110)와, 하부 실린더(110)의 상단에서 높이방향 길이가 가변되게 마련되는 상부 실린더(130)를 포함할 수 있다.

또한, 도면에 도시되진 않았으나, 본 실시예의 로터(100)는 선체의 갑판 상에 하나 이상 설치되는 것이 바람직할 수 있다.

하부 실린더(110)는, 선체의 갑판으로부터 높이방향으로 균일한 직경을 갖는 원기둥 형태로 이루어질 수 있다.

본 실시예의 하부 실린더(110)는, 단일 주조 방식(Single-piece casting)이나 하프쉘 주조 방식(half-shell casting)으로 강재를 성형하여 제작될 수 있으며, 경량화를 도모하기 위하여 외면에 복합재를 적용할 수도 있다.

본 실시예에서, 하부 실린더(110)는, 선체의 갑판 상에서 세워져 회전하며, 높이방향으로 고정된 수직길이를 가질 수 있다.

즉, 본 실시예의 하부 실린더(110)는 후술하는 상부 실린더(130)와 달리 높이방향 길이가 가변되지 않을 수 있다.

상부 실린더(130)는, 하부 실린더(110)의 상단에서 하부 실린더(110)와 함께 회전되어 양력을 발생시키며, 높이방향 길이가 가변되게 마련될 수 있다.

본 실시예의 상부 실린더(130)는, 도 2에 도시되진 않았으나, 하부 실린더(110)의 상단에서 기둥 형태의 외면을 형성하는 복수개의 단위패널(131)을 포함할 수 있다.

또한, 본 실시예의 상부 실린더(130)는, 복수개의 단위패널(131) 사이에 복수개의 단위패널(131)이 상호 접힘 및 펼침되는 접힘선(Folding line) (133)이 형성될 수 있으며, 복수개의 단위패널(131)이 상호 접힘되어 높이방향으로 길이가 줄어듦과 아울러, 직경방향으로 폭이 변화될 수 있다.

즉, 복수개의 단위패널(131)은, 복수개의 단위패널(!31) 사이에 형성된 접힘선(133)에 의해 일정한 오리가미 패턴(Origami pattern)을 형성할 수 있으며, 접힘선(133)을 따라 상호 접힘 또는 펼침 동작되어 상부 실린더(130)의 높이 방향 길이가 가변될 수 있다.

또한, 오리가미 패턴을 형성하는 복수개의 단위패널(131) 각각의 접힘 및 펼침 동작은 와이어 감기(Wire-driven) 방식, 모터 구동 방식, 및 액추에이터(Actuator) 구동 방식 중 어느 하나의 방식으로 이루어질 수 있다.

한편, 복수개의 단위패널(131)은 각각 소정 두께를 갖는 강성(Rigidity) 재질로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.

본 실시예에서, 복수개의 단위패널(131)은, 워터붐(Waterbomb) 패턴, 크레슬링(kresling) 패턴, 및 요시무라(Yoshimura) 패턴 중 어느 하나의 오리가미 패턴을 형성할 수 있다.

도 3은 공지된 오리가미 패턴 중 일부를 예시로서 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 오리가미 패턴이 적용된 상부 실린더를 개략적으로 도시한 도면이다.

구체적으로, 도 3의 (a)는 워터붐(Waterbomb) 패턴을 나타낸 도면이고, 도 3의 (b)는 크레슬링(kresling) 패턴을 나타낸 도면이며, 도 3의 (c)는 요시무라(Yoshimura) 패턴을 나타낸 도면이다.

또한, 도 4의 (a), (b), (c)는 도 3에 나타낸 오리가미 패턴 각각이 적용된 상부 실린더를 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 상기에서 언급한 튜브형 오리가미 패턴 각각에 대해 간략히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 복수개의 단위패널(131)이 워터붐 패턴을 형성하는 경우, 상부 실린더(130)는 펼침상태와 압축상태 각각에서 구조적으로 충분한 강도를 확보할 수 있다.

그러나, 워터붐 패턴은 매끈한 원형 또는 다각형 기둥 형태를 이루기 위해서는 외면에 별도의 날개면(Facet)을 부착(또는, 설치)할 필요가 있으며, 후술하는 오리가미 패턴들과 달리 높이 가변 정도가 상당하지 않을 수 있다(도 3의 (a) 및 도 4의 (a) 참조).

크레슬링 패턴의 경우, 삼각형(또는, 다각형)의 단위패널(131)이 복수개 구비되어 다각형 기둥을 형성하고, 복수개의 단위패널(131) 사이에 접힘선(133)을 형성한 구조로서, 높이 가변 정도(이하, 압축률)가 상당할 뿐만 아니라, 직경방향 폭의 변화(또는, 증가)도 미미한 이점이 있다.

그러나, 복수개의 단위패널(131)이 내측(회전중심 방향)으로 접혀짐에 따라 매끈한 원기둥 형태를 갖기 어려우며, 0 자유도(DOF; Degree Of Freedom)의 유연한 구조를 갖게됨에 따라 강도 약화를 초래할 수 있다(도 3의 (b) 및 도 4의 (b) 참조).

요시무라 패턴은, 내부로 공기가 유입 또는 배출됨에 따라 팽창 또는 수축이 가능한 공압 오리가미 패턴으로서, 압축률이 상당하며 유연한 구조로 제작되어 높은 공압이 가해지면 원기둥 형태가 가능할 뿐만 아니라, 유연한 구조로 제작되더라도 높은 압력으로 공기 주입 시 강도가 증가될 수 있다는 점에 장점이 있으나, 복수개의 단위패널(131) 사이에 형성된 접힘선(133)의 주변 틈새 실링(Sealing) 문제와 기둥 형태로 전개(Deploying) 시 약한 강성으로 인한 형태 유지에 어려움이 있을 수 있다(도 3의 (c) 및 도 4의 (c) 참조).

본 실시예에서, 복수개의 단위패널(131)은, 상기 언급한 오리가미 패턴뿐만 아니라 공지된 다양한 오리가미 패턴을 형성할 수 있다.

도 3에 도시된 오리가미 패턴에서, 복수개의 단위패널(131) 사이에 형성된 접힘선(133) 중 실선으로 표시된 부분은 복수개의 단위패널(131) 내면이 서로 근접하거나 맞닿도록 산접이(Mountain folding)되는 것을 의미하고, 점선으로 표시된 부분은 복수개의 단위패널(131) 외면이 서로 근접하거나 맞닿도록 골접이(Vallley folding) 되는 것을 의미한다.

한편, 도면에 도시되진 않았으나, 본 실시예의 상부 실린더(130)는, 복수개의 단위패널(131)이 일정한 형상(마름모 또는 다이아몬드 등)을 갖고 지그재그(zigzag) 형태로 배치될 수도 있는데, 이러한 오리가미 패턴은 압축률이 상당하고, 복수개의 단위패널(131)이 접힌상태에서 패턴 형상에 따라 다양한 평면형상을 가질 수 있으며, 1 자유도 구조로 인해 단단한 재료의 사용이 가능할 수 있다.

다만, 지그재그 형태로 인해 매끈한 원기둥 형태를 만들기에는 다소 난이도가 높을 수 있으며, 단위패널의 접힘 및 펼침 동작을 위해서는 고토크의 모터장치가 필요할 수 있다.

다시 도 2를 참조하면, 본 실시예의 상부 실린더(130)는, 복수개의 단위패널이 접힘선을 따라 접혀지면서 높이방향 길이가 줄어듦과 동시에 직경방향 폭이 변경될 수 있다.

본 실시예의 상부 실린더(130)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수개의 단위패널이 접힘선을 기준으로 상호 펼침되어 높이방향으로 균일한 직경을 갖는 기둥 형태의 외면을 형성하는 펼침상태(도 2의 (a) 참조)와, 복수개의 단위패널이 상호 접힘되어 높이방향으로 길이가 줄어듦과 아울러 직경방향으로 폭이 변화되는 압축상태(도 2의 (b) 참조) 간에 변형 가능하도록 구성될 수 있다.

본 실시예의 로터(100)가 직경방향으로 약 5m의 폭(W)을 가지며 선체 갑판으로부터 30m 이상의 높이(H)를 갖는 경우, 하부 실린더(110)는 선체의 갑판으로부터 대략 20m의 고정된 높이(h1)를 가질 수 있으며, 상부 실린더(130)는 하부 실린더(110)의 상단에서 10m 이상의 높이(h2)를 가질 수 있다(펼침상태 기준).

즉, 본 실시예의 상부 실린더(130)는, 펼침상태에서의 높이(h2)가 하부 실린더(110)의 고정된 높이(h1)보다 작을 수 있다.

또한, 상부 실린더(130)는, 펼침상태에서 압축상태로 변형됨에 따라 직경방향 폭(W)은 증가하되, 소정길이만큼 높이가 낮아질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 로터세일(10)은, 상부 실린더(130)의 펼침상태와 압축상태에서의 높이차(h3)가 클수록 유리할 수 있으나, 상부 실린더(130)의 펼침상태와 압축상태 간에 변형 과정에서 상부 실린더(130)의 직경방향 폭(W)의 과도한 증가(또는, 감소) 등으로 로터(100)의 회전 구동에 방해되지 않도록 설계될 필요가 있다.

예를 들어, 하부 실린더(110)가 20m의 높이(h1)를 갖고 상부 실린더(130)가 펼침상태에서 15m의 높이(h2)를 갖는 경우, 즉 로터(100)의 높이(H)가 35m의 높이(H)를 갖는 경우, 상부 실린더(130)의 펼침상태와 압축상태 간에 변형에 따라 약 10m 이상의 높이차(h3)를 갖도록 설계될 수 있으며, 상부 실린더(130)의 압축상태에서 로터(100)의 높이(H)는 25m 이하가 되는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 로터세일(10)은, 1 자유도 구조를 갖는 사루스 링키지(Sarrus linkage) 구조 또는 미아드 링키지(Myard linkage) 구조가 적용될 수 있다.

이러한 사루스 링키지 구조 또는 미아드 링키지 구조가 적용된 로터세일(10)은 후술하는 변형예 또는 실시예에서 도면과 함께 상세히 설명하도록 한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 로터세일에서 상부 실린더의 변형예를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 6은 본 변형예의 상부 실린더를 구성하는 실린더모듈의 접힘 펼침 동작을 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 7은 도 5에 도시된 상부 실린더의 높이방향 길이가 줄어든 상태에서의 평면 및 측면모습을 도시한 도면이다.

또한, 도 9는 본 변형예의 상부 실린더의 높이방향 길이가 가변되는 과정을 순차적으로 나타낸 도면이며, 도 10은 상부 실린더가 육각형의 평면형상을 가지며 다섯개의 층으로 이루어지는 것을 비교예로서 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 로터세일의 변형예를 설명함에 있어서, 전술한 실시예와 동일한 구성과 동일한 기능을 갖는 구성에 대해서는 동일한 구성부호를 사용하며 반복적인 설명을 최소화하기 위하여 이들 구성에 대한 자세한 설명은 생략한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 로터세일(10)은, 선체의 갑판(도 2의 도면부호 ‘D’ 참조) 상에 수직되게 세워져 회전하는 로터(100)를 구비하며, 본 실시예의 로터(100)는, 갑판으로부터 일정한 수직길이를 갖는 하부 실린더(110)와, 하부 실린더(110)의 상단에서 높이방향 길이가 가변되게 마련되는 상부 실린더(130)를 포함할 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 변형예의 상부 실린더(130)는, 하부 실린더(110)의 상단에서 높이방향 길이가 가변되는 하나 이상의 실린더모듈(150)이 높이방향으로 적층되어 이루어질 수 있다.

실린더모듈(150)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 하부 실린더(110)의 상단에서 상하방향(즉, 높이방향)으로 접힘 및 펼침 가능하게 동작하는 측면부(151)와, 측면부(151)의 상단에 결합되는 리브패널(153)을 포함할 수 있다.

측면부(151)는, 한 쌍의 측면패널(151a, 151b)과, 한 쌍의 측면패널(151a, 151b)이 상호 접힘 및 펼침 가능하도록 한 쌍의 측면패널(151a, 151b) 사이에 형성되는 힌지 링크부(151c)로 이루어질 수 있으며, 하부 실린더(110)의 상단에서 원주방향으로 복수개가 배치되어 다각형 기둥의 외면을 형성할 수 있다.

한 쌍의 측면패널(151a, 151b)은, 사각형의 플레이트 형태로 구비될 수 있으며, 형상 및 크기가 동일하게 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

실린더모듈(150)은, 한 쌍의 측면패널(151a, 151b) 사이에 형성된 힌지 링크부(151c)에 의해 힌지 회전되어 한 쌍의 측면패널(151a, 151b)의 내면이 서로 마주보게 접히거나 펼쳐짐에 따라 높이방향 길이가 가변될 수 있다.

다시 말해, 본 실시예의 실린더모듈(150)은, 한 쌍의 측면패널(151a, 151b)이 접힘되어 높이방향으로 길이가 줄어듦과 아울러, 직경방향으로 폭이 변화될 수 있다.

또한, 측면부(151)는, 하부 실린더(110)의 상단과 리브패널(153)의 하면 중 적어도 하나에 힌지 결합되기 위하여, 높이방향 상단과 하단에 형성되는 힌지 조인트부(151d)를 더 포함할 수 있다.

힌지 조인트부(151d)는, 측면부(151)와 하부 실린더(110)의 사이 및 측면부(151)와 리브패널(153)의 사이에 각각 형성될 수 있다.

다시 말해, 힌지 조인트부(151d)는, 한 쌍의 측면패널(151a, 151b) 중 상대적으로 하부에 위치하는 하나의 측면패널(151a)의 하단과, 나머지 하나의 측면패널(151b)의 상단에 각각 형성될 수 있다.

본 변형예의 상부 실린더(130)는, 1 자유도를 갖는 사루스 링키지 구조가 적용된 실린더모듈(150)을 포함하여, 사루스 링키지를 기반으로 납작한 평면 형태(도 5의 (b) 참조)로 접혔다가 소정 높이를 갖는 기둥 형태(도 5의 (a) 참조)로 다시 펼쳐질 수 있다.

힌지 링크부(151c)는, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 기둥 형태의 외면을 형성을 측면부(151)의 내측에 위치되어, 한 쌍의 측면패널(151a, 151b) 사이 연결부위(또는, 경계면)에 틈새가 발생되지 않도록 설계될 수 있다.

즉, 힌지 링크부(151c)는, 도 6에 도시된 바와 같이, 하부 실린더(110)의 상단에 한 쌍의 측면패널(151a, 151b)이 수직되게 세워진 상태에서, 한 쌍의 측면패널(151a, 151b) 사이 경계면의 내측에 위치되는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 측면부(151)와 하부 실린더(110)의 사이 및 측면부(151)와 리브패널(153)의 사이를 연결하는 힌지 조인트부(151d)는, 한 쌍의 하부 실린더(110)의 상단에 한 쌍의 측면패널(151a, 151b)이 높이방향과 나란하게, 즉 갑판에 수직되게 세워진 상태에서, 측면부(151)와 하부 실린더(110)의 사이 및 측면부(151)와 리브패널(153) 사이 경계면의 외측에 위치되는 것이 바람직할 수 있다.

도 6을 참조하면, 측면부(151)의 하단이 하부 실린더(110)의 상단에 힌지 연결되고, 측면부(151)의 상단은 리브패널(153)에 힌지 연결되는 것이 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

예를 들어, 본 변형예의 상부 실린더(130)가 하나 이상의 실린더모듈(150)이 적층되어 이루어지는 경우, 최상부층과 최하부층을 형성하는 실린더모듈(150)을 제외한 나머지 실린더모듈(150)의 측면부(151)는 높이방향으로 서로 이웃하는 한 쌍의 리브패널(153) 각각에 상단과 하단이 힌지 결합될 수 있는 것은 당연할 수 있다.

이하, 설명의 편의를 위하여, 측면부(151)를 구성하는 한 쌍의 측면패널(151a, 151b) 중 상대적으로 하부에 위치하는 측면패널을 제1 측면패널(151a)로 지칭하며, 제1 측면패널(151a)보다 상부에 위치하는 측면패널을 제2 측면패널(151b)로 지칭하기로 한다.

즉, 측면부(151)는 형상 및 크기가 동일한 제1 측면패널(151a)과 제2 측면패널(151b)을 포함하며, 제1 측면패널(151a)과 제2 측면패널(151b)은 힌지 링크부(151c)에 의해 내면이 서로 마주보게 접히거나 높이방향과 나란하도록 펼쳐질 수 있다.

또한, 힌지 링크부(151c)는, 제1 측면패널(151a)과 제2 측면패널(151b)이 높이방향과 나란하게 펼쳐진 상태에서, 제1 측면패널(151a)과 제2 측면패널(151b) 사이 경계면에 틈새가 발생되지 않도록 제1 측면패널(151a)과 제2 측면패널(151b) 사이 경계면으로부터 내측방향(로터의 회전중심 방향)에 위치될 수 있다.

여기에서, 힌지 조인트부(151d)는, 제1 측면패널(151a)의 하단 경계면과 제2 측면패널(151b)의 상단 경계면 각각으로부터 외측방향에 위치될 수 있다.

본 실시예에서, 제1 측면패널(151a)과 제2 측면패널(151b)은, 소정 두께(예컨데, 40T)를 갖고, 높이방향과 나란하게 세워져 기둥 형태를 유지할 수 있도록 충분한 강성을 갖는 소재로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.

리브패널(153)은, 원주방향으로 배치되는 복수개의 측면부(151)의 상단에 결합되는 것으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 원주방향으로 배치되는 복수개의 단위리브(153a)가 일체 형성되어 중공부(153b)를 가질 수 있다.

리브패널(153)은, 사디리꼴 또는 부채꼴 등의 (평면)형상을 갖는 단위리브(153a)가 원주방향으로 복수개가 배치되어 중공부(153b)를 갖는 다각형의 평면형상으로 이루어질 수 있으며, 각 변의 길이가 동일한 정다각형(육각형이나 팔각형, 또는 십육각형 등)의 평면형상으로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다.

본 변형예의 상부 실린더(130)는, 리브패널(153)의 평면형상을 변경하거나 실린더모듈(150)의 개수를 조절하여, 각형(즉, 꼭짓점)의 수 및 층수가 다양하게 적용될 수 있다.

참고로, 다각형의 평면형상을 갖는 리브패널(153)의 각형의 수가 증가할수록 상부 실린더(130)는 원형에 가까워질 수 있으며, 하부 실린더(110)의 상단에서 높이방향으로 하나 이상의 층을 형성하는 실린더모듈(150)의 개수가 증가할수록 로터(100)의 높이를 낮추는 과정에서 직경방향으로 늘어나는 폭이 줄어들 수 있는 효과를 가질 수 있다.

다만, 리브패널(150)의 각형의 수 또는 실린더모듈(150)의 개수(즉, 층수)가 증가할수록 상부 실린더(150)를 구성하는 부재의 개수 증가에 따른 설치 난이도(또는, 제작 복잡도)가 증가함과 아울러 과도한 무게를 가질 우려가 있다.

본 변형예의 상부 실린더(130)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 육각형의 평면형상을 가지며 5개의 층으로 형성될 수도 있으나, 도 5에 도시된 바와 같이, 리브패널(153)이 십육각형의 평면형상을 갖고 15개의 층으로 형성되는 것이 바람직할 수 있다.

도 10은 본 변형예의 상부 실린더에서 실린더모듈의 구동 메커니즘을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 11은 도 10에 도시된 에어포켓의 설치위치를 설명하기 위한 도면이며, 도 12는 본 변형예의 상부 실린더에서 락킹수단을 이용한 형태를 유지하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

도 10 내지 도 11을 참조하면, 본 변형예의 상부 실린더(130)는, 실린더모듈(150)이 높이 가변되게 구동시키는 모듈 구동부(170)를 더 포함할 수 있다.

모듈 구동부(170)는, 하부 실린더(110)와 리브패널(153)의 사이 또는 한 쌍의 리브패널(153) 사이에 설치되는 에어포켓(171)과, 에어포켓(171) 내부로 에어를 공급하기 위한 펌프유닛(173)과, 에어포켓(171)과 펌프유닛(173)을 연결하는 에어호스(175)를 포함할 수 있다.

에어포켓(171)은, 리브패널(153)의 하부에서 원주방향으로 복수개가 설치되되, 상부 실린더(150)의 평면중심을 기준으로 일측과 타측에 서로 대칭되게 설치, 즉 한 쌍 이상이 구비될 수 있다.

또한, 하부 실린더(110)의 상단에서 높이방향으로 복수개의 실린더모듈(150)이 적층(또는, 연결)되어 이루어지는 경우, 에어포켓(171)은 각 실린더모듈(150)마다 구비되는 것이 바람직할 수 있다.

실린더모듈(150)은, 에어포켓(171) 내부로 공기가 공급됨에 따라 한 쌍의 측면패널(151a, 151b), 즉 제1 측면패널(151a)과 제2 측면패널(151b)이 상호 펼침되어 기둥 형태의 외면을 형성할 수 있다.

또한, 실린더모듈(150)은, 에어포켓(171) 내부 공기가 외부로 배출됨에 따라 제1 측면패널(151a)과 제2 측면패널(151b)이 상호 접힘되어 높이방향으로 길이가 줄어듦과 아울러, 직경방향으로 폭이 변화될 수 있다.

본 실시예에서, 에어포켓(171) 내부로 에어를 공급하기 위하여 펌프유닛(173)이 추가로 마련될 수도 있으나, 선박에 기 설치된 펌프유닛(173)을 활용하여 추가적인 장비 설치로 인한 비용 상승을 최소화하는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 모듈 구동부(270)는, 펌프유닛(273)을 제어하기 위한 펌프 제어부(미도시)를 구비하는 것이 바람직할 수 있다.

본 변형예의 상부 실린더(150)는, 실린더모듈(150)이 기둥 형태를 유지하기 위한 락킹수단(Locking mechanism)(190)을 더 포함할 수 있으며, 한 쌍의 측면패널(151a, 151b)이 상호 펼침되어 기둥 형태의 외면을 형성하게 되면, 펌프 제어부를 통해 펌프유닛(173)의 가동을 중지할 수 있다. 이러한 락킹수단(190)에 대해서는 후술하도록 한다.

실린더모듈(150)은, 도 10에 도시된 바와 같이, 하부 실린더(110)와 리브패널(153)의 사이 또는 한 쌍의 리브패널(153)이 서로 마주보는 면을 연결하여, 실린더모듈(150)의 높이방향 길이가 가변되는 과정에서 리브패널(153)을 지지하는 보강부(155)를 더 포함할 수 있다.

보강부(155)는, 측면부(151)와 유사하게, 높이 방향으로 상호 접힘 및 펼침 동작하는 한 쌍의 보강패널(155a, 155b)을 포함할 수 있다.

보강부(155)는, 원주방향으로 배치되는 복수개의 측면부(151) 및 측면부(151)의 상단에 결합되어 다각형의 평면형상을 갖는 리브패널(153)과 함께 하나의 층을 갖는 실린더모듈(150)을 형성할 수 있다.

또한, 보강부(155)는, 측면부(151)와 유사하게, 상호 접힘 및 펼침 동작하는 한 쌍의 보강패널(155a, 155b)의 형상 및 크기가 동일하게 구성되는 것은 당연할 수 있다.

한 쌍의 보강패널(155a, 155b)은, 실린더모듈(150)의 높이 가변 과정에서, 리브패널(153)의 기울어짐 없이 안정적인 지지가 가능하도록 원주방향으로 복수개가 설치될 수 있다.

다시 말해, 보강부(155)는, 리브패널(153)을 구성하는 단위리브(153a) 각각에 설치되어, 단위리브(153a)에 힌지 결합되는 측면부(151)의 개수에 대응되게 구비될 수 있으며, 전술한 구동부(170)의 에어포켓(171) 내부로 에어가 공급됨에 따라 한 쌍의 보강패널(155a, 155b)이 높이방향으로 접혀지거나 펼침 동작할 수 있다.

도 12를 참조하면, 본 변형예의 상부 실린더(130)는, 한 쌍의 측면패널(151a, 151b)이 상호 펼침되어 기둥 형태를 유지하기 위한 락킹수단(190)을 더 포함할 수 있다.

실린더모듈(150)은, 복수개의 측면부(151) 중 서로 이웃하는 한 쌍의 측면부(151)가 서로 마주보는 단부에는 복수개의 관통홀(157)이 형성될 수 있다.

락킹수단(190)은, 도 12에 도시된 바와 같이, 측면부(151)에 형성된 복수개의 관통홀(157)에 지그재그 형태로 삽입되는 로프부재(191)를 포함할 수 있다.

본 변형예의 상부 실린더(130)는, 실린더모듈(150)의 높이가 최대인 상태, 즉, 한 쌍의 측면패널(151a, 151b)이 힌지 링크부(151c)를 기준으로 상호 펼침된 상태에서 복수개의 관통홀(157)에 로프부재(191)를 삽입한 다음(도 12의 (a) 참조), 실린더모듈(150)의 높이방향에서 로프부재(191)를 팽팽하게 당겨줌으로써(도 12의 (b) 참조), 실린더모듈(150)의 기둥 형태를 유지할 수 있다.

또한, 본 변형예의 상부 실린더(130)는, 락킹수단(190)의 로프부재(191)가 복수개의 관통홀(157)에 지그재그 형태로 삽입됨(도 12의 (c) 참조)에 따라 보다 보다 안정적으로 고정될 수 있다.

도 12를 참조하면, 본 변형예의 상부 실린더(130)의 일 모서리에 락킹수단(190)이 구비되는 것이 도시되어 있으나, 이는 예시로서 표현한 것이며, 본 변형예의 상부 실린더(130)는 원주방향 모서리 각각에 락킹수단(190)이 구비되는 것은 당연할 수 있다.

반대로, 복수개의 관통홀(157)에 삽입된 로프부재(191)를 느슨하게 풀어준 다음, 에어포켓(171) 내부 공기를 외부로 배출시키게 되면, 실린더 모듈(150)의 자중에 의해 상부 실린더(130)의 높이가 낮아질 수 있다.

한편, 로프부재(191)를 삽입하기 위한 복수개의 관통홀(157)은, 원주방향에서 이웃하는 한 쌍의 측면부(151)가 마주보는 단부 각각에 높이방향으로 형성될 수 있는데, 관통홀(157)의 설계 파라미터(Parameter), 예컨데, 가로방향(또는, 원주방향) 및 세로방향(즉, 높이방향)에서 관통홀(157)의 사이 간격(L1, L2)을 조정하거나, 층수를 줄이는 등의 설계 변경을 통해 로프부재(191)에 과도한 마찰력이 작용하는 것을 최소화할 수 있다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 로터세일을 개략적인 사시도로 나타낸 도면이고, 도 14는 도 13에 도시된 로터에서 제2 길이 가변부의 구성을 제외하여 나타낸 도면이며, 도 15는 도 14에 도시된 제1 길이 가변부의 높이방향 길이가 줄어든 상태를 나타낸 도면이다.

또한, 도 16은 도 14와 도 15에 도시된 제1 길이 가변부의 길이 가변 과정의 중간 단계를 나타낸 도면이고, 도 17은 도 14의 평면모습을 나타낸 도면이며, 도 18은 도 17의 일부를 확대 도시한 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 높이 조절이 가능한 로터세일의 다른 실시예를 설명함에 있어서, 본 실시예의 로터세일(20)은, 도면부호 ‘20’을 부여하여 전술한 실시예의 로터세일(10)과 구분하도록 한다.

도 13을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 높이 조절이 가능한 로터세일(20)은, 전술한 실시예와 유사하게, 선체의 갑판 상에 수직되게 세워져 회전하는 로터(200)를 구비할 수 있다.

본 실시예의 로터(200)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 선체의 갑판 상에 회전하는 베이스부(210)와, 베이스부(210)의 상단에서 베이스부(210)와 함께 회전하며 높이방향 길이가 가변되는 제1 길이 가변부(230)와, 제1 길이 가변부(230)의 상단에 연결되어 상기 제1 길이 가변부(230)와 함께 높이방향 길이가 가변되게 마련되는 제2 길이 가변부(250)를 포함할 수 있다.

베이스부(210)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 원기둥 형태의 베이스 몸체(211)와, 베이스 몸체(210)의 상단에 형성되어 제1 길이 가변부(230)와 연결되는 연결부(213)를 포함할 수 있다.

베이스 몸체(211)는, 전술한 실시예의 하부 실린더(110)와 유사하게, 선체의 갑판 상에 세워져 회전하며, 높이방향으로 일정한 수직길이를 가질 수 있다.

예컨데, 본 실시예의 로터(200)가 직경방향으로 약 5m의 폭을 가지며 30m 이상의 높이를 갖는 경우, 베이스 몸체(211)는 선체의 갑판으로부터 높이방향으로 약 20m의 길이를 가질 수 있다.

연결부(213)는, 베이스부(210)와 제1 길이 가변부(230)를 연결하기 위한 것으로, 베이스 몸체(211)의 상단에서 상부 방향으로 돌출 형성될 수 있다.

본 실시예의 연결부(213)는, 도면에 자세히 도시되진 않았으나, 베이스 몸체(211)의 상단에 돌출 형성되되, 베이스 몸체(211)의 단면적보다 작은 단면적(평면기준)을 가질 수 있다.

또한, 본 실시예의 연결부(213)는, 원기둥 형태의 베이스 몸체(211)와 달리, 다각형의 평면형상을 갖는 다각기둥 형태로 이루어질 수 있는데, 이러한 연결부(213)의 구성에 대해서는 제1 길이 가변부(230)와 함께 후술하기로 한다.

제1 길이 가변부(230)는, 도 14에 도시된 바와 같이, 베이스부(210)의 상단에서 원주방향으로 배치되는 복수개의 하부 전개패널(231)과, 복수개의 하부 전개패널(231) 사이를 연결하여 복수개의 하부 전개패널(231)이 동시에 접힘 및 펼침 동작되도록 가이드하는 하부 전개 가이드부(233)를 포함할 수 있다.

복수개의 하부 전개패널(231)은, 베이스부(210)의 상단에 회동 가능하게 연결되며, 도 15에 도시된 바와 같이, 상단부가 상부방향을 향하도록 접혀지거나, 도 14에 도시된 바와 같이, 베이스부(210)에 수직되는 방향에 위치되게 펼쳐질 수 있다.

전술한 바와 같이, 베이스 몸체(211)의 상단에 형성되는 연결부(213)는 원기둥 형태의 베이스 몸체(211)와 달리 다각기둥 형태로 이루어질 수 있는데, 복수개의 하부 전개패널(231) 각각은 다각기둥 형태를 갖는 연결부(213)의 상부 둘레를 따라 배치될 수 있다.

다시 말해, 복수개의 하부 전개패널(231) 각각은, 연결부(213)의 상단 가장자리를 회전 중심으로 하여 상하방향으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.

또한, 베이스 몸체(211)의 상단에는 연결부(213)의 둘레방향으로 패널 수용홈(211a)이 형성될 수 있는데, 패널 수용홈(211a)은 하부 전개패널(231)의 외면 형상에 대응되게 오목하게 라운드진 형상을 가질 수 있으며, 하부 전개패널(231)의 펼쳐지는 경우 하부 전개패널(231)의 하단 일부를 수용할 수 있다.

본 실시예의 제1 길이 가변부(230)는, 복수개의 하부 전개패널(231)이 베이스부(210)의 상단 가장자리에서 접혀지거나 펼쳐짐에 따라 높이방향 길이가 가변될 수 있다.

하부 전개 가이드부(233)는, 복수개의 하부 전개패널(231) 사이를 연결하는 것으로, 한 쌍의 하부 가이드패널(233a)과, 한 쌍의 하부 가이드패널(233a) 사이에 형성된 하부 접철라인(233b)을 포함할 수 있다.

한 쌍의 하부 가이드패널(233a)은, 도 16에 도시된 바와 같이, 복수개의 하부 전개패널(231) 중 이웃하는 한 쌍의 하부 전개패널(231)에 각각 연결될 수 있다.

본 실시예의 하부 전개 가이드부(233)는, 복수개의 하부 전개패널(231)이 접혀지는 경우, 중앙에 마련된 하부 접철라인(233b)에 의해 한 쌍의 하부 가이드패널(233a)이 제1 길이 가변부(230)의 내측(내부방향), 즉 로터(200)의 회전 중심축을 향하도록 접혀질 수 있다.

다시 말해, 하부 전개 가이드부(233)는, 복수개의 하부 전개패널(231)이 접혀지는 경우, 도 17에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 하부 가이드패널(233a)의 외면이 서로 맞닿아 하부 접철라인(233b)이 제1 길이 가변부(230)의 내측에 위치되게 접혀질 수 있으며, 반대로 복수개의 하부 전개패널(231)이 펼쳐지는 경우에는, 도 14에 도시된 바와 같이, 서로 이웃하는 한 쌍의 하부 전개패널(231)에 각각 연결된 한 쌍의 하부 가이드패널(233a)이 일직선 상에 위치되게 펼쳐질 수 있다.

본 실시예의 하부 전개 가이드부(233)는, 복수개의 하부 전개패널(231) 사이마다 마련되어, 복수개의 하부 전개패널(231)이 동시에 접힘 및 펼침 동작되도록 가이드하는 역할을 할 수 있다.

본 실시예에서, 한 쌍의 하부 가이드패널(233a)은, 크기 및 형상이 동일하게 형성될 수 있으며, 도 14 및 도 16에 도시된 바와 같이, 삼각형 또는 부채꼴 형상을 갖는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 본 실시예의 제1 길이 가변부(230)는, 복수개의 하부 전개패널(231)이 접혀지는 구조의 형태 고정 및 강성을 확보하기 위한 고정수단(미도시)을 더 포함할 수 있다.

고정수단은, 상호 접힘되는 한 쌍의 하부 가이드패널(233a)의 일면에 수직 관통하는 하나 이상의 볼트(도 18의 화살표 참조)를 포함할 수 있으며, 볼팅방식을 활용하여 한 쌍의 하부 가이드패널(233a)의 외면이 서로 맞닿은 상태를 유지할 수 있다.

또한, 본 실시예의 고정수단은, 볼팅방식 뿐만 아니라, 한 쌍의 하부 가이드패널(233a)의 외면이 서로 맞닿은 상태를 유지할 수 있다면, 공지된 다양한 고정방식이 적용될 수 있음은 물론이다.

본 실시예의 로터(200)는, 베이스부(210) 상단에 마련되는 제1 길이 가변부(230)가 다각기둥 형태의 연결부(213) 상단 가장자리를 따라 배열되는 복수개의 하부 전개패널(231)과, 복수개의 하부 전개패널(231) 사이를 연결하는 하부 전개 가이드부(233)를 포함하여, 1 자유도를 갖는 미아드 링키지 구조를 가질 수 있으며, 복수개의 하부 전개패널(231)이 동시에 접힘 및 펼침 동작되어 높이방향 길이가 가변될 수 있다.

본 실시예에서, 베이스 몸체(211)의 상단에 형성되는 연결부(213)는, 육각형의 평면형상을 가질 수 있으며, 상부 둘레 가장자리를 따라 6개의 하부 전개패널(231)이 상하방향으로 회전 가능하게 설치될 수 있다.

이하, 본 실시예의 제1 길이 가변부(230)는, 육각형의 평면형상을 갖는 연결부(213)의 상단 둘레 가장자리를 따라 6개의 하부 전개패널(231)이 배치되고, 6개의 하부 전개패널(231) 사이에 하부 전개 가이드부(233)가 내측으로 접힘 및 펼침되는 것을 예로서 설명한다.

즉, 본 실시예의 제1 길이 가변부(230)는, 연결부(213) 상단의 꼭짓점(6개) 각각에 방사상으로 5개의 접힘부(또는, 주름)(미부호)가 형성되는 미아드 링키지 구조를 가질 수 있다.

다시 도 13을 참조하면, 본 실시예의 제1 길이 가변부(230)는, 복수개의 하부 전개패널(231)의 상단이 상부방향을 향하도록 접혀진 상태에서, 베이스부(210)의 베이스 몸체(210)와 동일 내지 유사한 직경을 갖는 원기둥 형태를 갖도록 구성될 수 있다.

하부 전개패널(231)은, 도 14 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 연결부(213)의 상단 가장자리에 회전 가능하게 연결되는 하부 내판(231a)과, 하부 내판(231a)의 좌우측 선단에서 외측을 향하도록 연장되는 한 쌍의 하부 측판(231b)과, 한 쌍의 하부 측판(231b)을 연결하여 단면이 호형상을 갖는 하부 외판(231c)을 포함할 수 있다.

하부 내판(231a)은, 연결부(213)의 상단 가장자리에 회전 가능하게 연결되며, 전술한 하부 전개 가이드부(233)와 함께, 제1 길이 가변부(230)의 원기둥 구조를 보강하는 리브(Rib) 역할을 할 수 있다.

하부 외판(231c)은, 하부 내판(231a)의 양측 선단에 연장되는 한 쌍의 하부 측판(231b)을 연결하여 호 형상을 가질 수 있다.

본 실시예에서, 하부 외판(231c)은, 도 17 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 하부 측판(231b)에서 원주방향으로 돌출되게 연장 형성되어, 복수개의 하부 전개패널(231)의 상단이 상향되게 접혀진 상태에서, 하부 외판(231c) 사이에 틈새가 발생되지 않도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 본 실시예의 하부 전개패널(231)은, 하부 내판(231a)과, 한 쌍의 하부 측판(231b), 및 하부 외판(231c)으로 이루어져, 내부가 빈 중공의 쉘(Shell) 형태로 이루어질 수 있다.

본 실시예의 제1 길이 가변부(230)는, 베이스부(210)의 상단에서 접힘 및 펼침 동작하는 복수개의 하부 전개패널(231) 각각이 중공의 쉘 형태로 이루어짐에 따라 경량화를 도모할 수 있으며, 하부 전개패널(231)의 접힘 및 펼침 구조의 안정성이 향상될 수 있다.

또한, 본 실시예의 제1 길이 가변부(230)는, 리브 역할을 하는 하부 내판(231a)과 하부 전개 가이드부(233)를 통해 기존의 로터세일에 비해 견고한 단면 구조를 가질 수 있으며, 로터(200)의 회전에 의해 발생되는 원심력의 영향 및 하부 전개패널(231)의 굽힘(Bending, 또는 휘어짐)을 최소화할 수 있는 유리한 효과를 가질 수 있다.

도 19는 도 16에 도시된 제1 길이 가변부의 상단에 연결되는 제2 길이 가변부를 분리하여 나타낸 도면이고, 도 20은 도 13에 도시된 로터의 높이방향 길이가 가변되는 과정을 순차적으로 나타낸 도면이며, 도 21은 도 20에 제1 길이 가변부와 제2 길이 가변부의 구동 메커니즘을 개략적으로 나타낸 도면이다.

제2 길이 가변부(250)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 제1 길이 가변부(230)의 상단에 연결되며, 도 20에 도시된 바와 같이, 제1 길이 가변부(230)와 함께 높이방향 길이가 가변될 수 있다.

본 실시예의 제2 길이 가변부(250)는, 제1 길이 가변부(230)와 상하 대칭적인 구조로 이루어질 수 있다.

즉, 본 실시예의 제2 길이 가변부(250)는, 전술한 제1 길이 가변부(250)와 동일 내지 유사한 구성을 가질 수 있다.

도 19를 참조하면, 본 실시예의 제2 길이 가변부(250)는, 제1 길이 가변부(230)의 상단에서 원주방향으로 배치되는 복수개의 상부 전개패널(251)과, 복수개의 상부 전개패널(251) 사이를 연결하는 상부 전개 가이드부(253)를 포함할 수 있다.

상부 전개패널(251)은, 도 19에 도시된 바와 같이, 상부 내판(251a)과, 상부 내판(251a)의 좌우측 선단에서 외측으로 연장되는 한 쌍의 상부 측판(251b)과, 한 쌍의 상부 측판(251b)을 연결하여 단면이 호형상을 갖는 상부 외판(251c)을 포함하여, 내부가 빈 중공의 쉘 형태로 이루어질 수 있다.

본 실시예에서, 한 쌍의 상부 측판(251b)을 연결하여 호 형상을 갖는 상부 외판(251c)은, 전술한 하부 전개패널(231)의 하부 외판(231c)과 유사하게, 한 쌍의 상부 측판(251b)에서 원주방향으로 돌출되게 연장 형성되어, 복수개의 상부 전개패널(251)의 상단이 하향되게 접혀진 상태에서, 서로 이웃하는 한 쌍의 상부 전개패널(251) 사이에 틈새가 발생되지 않도록 하는 것이 바람직할 수 있다.

상부 전개 가이드부(253)는, 도 19에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 상부 가이드패널(253a)과, 한 쌍의 상부 가이드패널(253a) 사이에 형성되는 상부 접철라인(253b)을 포함하며, 중앙에 마련된 하부 접철라인(253b)에 의해 한 쌍의 상부 가이드패널(253a)이 내부방향으로 접혀질 수 있다.

또한, 본 실시예의 상부 전개 가이드부(253)는, 전술한 상부 전개 가이드부(233)와 유사하게, 하나 이상의 볼트를 포함하는 고정수단(미도시)을 통해 한 쌍의 상부 가이드패널(253a)의 외면이 서로 맞닿은 상태를 유지할 수 있으며, 전술한 상부 전개패널(251)의 상부 내판(251a)과 함께, 제2 길이 가변부(250)의 원기둥 구조를 보강하는 리브 역할을 할 수 있다.

이러한 상부 전개패널(251) 및 상부 전개 가이드부(253)는, 제1 길이 가변부(230)의 하부 전개패널(231) 및 하부 전개 가이드부(233)와 동일 내지 유사한 기능을 가지므로, 반복적인 설명을 최소화하기 위하여 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에서, 제2 길이 가변부(250)의 상단에는 복수개의 상부 전개패널(251)의 상단부가 힌지 결합되는 상단 마감부(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 상단 마감부는 제1 길이 가변부(230)의 하부에 마련되는 베이스부(210)와 유사한 구성을 가질 수 있다.

즉, 본 실시예의 상단 마감부는, 도면에 도시되진 않았으나, 원기둥 형태의 몸체와, 몸체의 하단에서 다각기둥 형태로 돌출 형성되는 돌출부로 이루어질 수 있으며, 복수개의 상부 전개패널(251), 보다 상세하게는 상부 내판(251a)이 돌출부의 하단 가장자리를 회전 중심으로 하여 상하방향으로 회전 가능하게 구비될 수 있다.

본 실시예에서, 복수개의 상부 전개패널(251)은 복수개의 하부 전개패널(231) 각각에 상호 접힘되거나 펼쳐질 수 있도록 구성될 수 있다.

즉, 복수개의 상부 전개패널(251)은, 복수개의 하부 전개패널(231) 각각에 힌지 결합될 수 있으며, 복수개의 하부 전개패널(231)의 접힘 및 펼침 동작에 대응하여 복수개의 상부 전개패널(251)의 하단부가 하부방향을 향하거나 베이스부(210)에 수직되는 방향에 위치되게 동작될 수 있다.

또한, 상부 전개패널(251)과 하부 전개패널(231)의 상호 접힘 시, 상부 내판(251)과 하부 내판(231a)이 서로 맞닿아 포개질 수 있도록, 상부 내판(251)의 하단부가 하부 내판(231a) 상단부에 힌지 연결되는 것이 바람직할 수 있다.

본 실시예의 제2 길이 가변부(250)는, 제1 길이 가변부(230)와 유사하게, 1 자유도를 갖는 미아드 링키지 구조를 가질 수 있으며, 복수개의 상부 전개패널(251)이 복수개의 하부 전개패널(231)과 힌지 연결되어 복수개의 하부 전개패널(231)과 함게 접힘 및 펼침 동작됨에 따라 높이방향 길이가 가변될 수 있다(도 20 참조).

한편, 본 실시예의 로터(200)는, 제1 길이 가변부(230)와 제2 길이 가변부(250)의 높이방향 길이를 조절 가능하도록 하는 가변 구동부(270)를 더 포함할 수 있다.

가변 구동부(270)는, 도 21에 도시된 바와 같이, 하부 전개패널(231)의 상단에 마련되는 도르래부(271)와, 도르래부(271)를 경유하며 일단이 상부 전개패널(251)의 하단에 연결되고 타단이 하부 전개패널(231)의 길이방향으로 연장되는 와이어부(273)를 포함할 수 있다.

따라서, 본 실시예의 로터(200)는, 하부 전개패널(231)의 길이방향으로 연장되는 와이어부(273)의 타단을 당겨 제1 길이 가변부(230)와 제2 길이 가변부(250)가 상호 펼쳐지게 구동시킬 수 있으며(도 21의 (a) 참조), 반대로 와이어부(273)를 천천히 풀어주게 되면 자중에 의해 제1 길이 가변부(230)와 제2 길이 가변부(250)가 상호 접힐 수 있다(도 21의 (b) 참조).

전술한 바와 같이, 제1 길이 가변부(230)의 하부 전개패널(231)과 제2 길이 가변부(250)의 상부 전개패널(251)은,하부 내판(231a)의 상단과 상부 내판(251a)의 하단이 힌지 연결되며, 힌지 연결된 부위를 회전 중심(도 21의 도면부호 ‘H’ 참조)으로 하여 상호 접히거나 펼쳐질 수 있다.

도르래부(271)는, 중공의 쉘 형태를 갖는 하부 전개패널(231)의 상단부 내측에 구비될 수 있다.

본 실시예의 도르래부(271)는, 또한, 하부 전개패널(231)의 개수에 대응되게 구비될 수 있다.

예를 들어, 제1 길이 가변부(230)가 6개의 하부 전개패널(231)을 포함하고, 제2 길이 가변부(250)는 6개의 하부 전개패널(231) 각각에 힌지 결합되는 6개의 상부 전개패널(251)을 포함하는 경우, 도르래부(271)는 6개의 하부 전개패널(231) 각각의 상단부 내측에 구비될 수 있다.

와이어부(273)는, 상부 전개패널(251)의 하단, 보다 상세하게는 상부 외판(251a)의 하단부에 일단을 연결하고 타단이 도르래부(271)를 경유하여 하부 전개패널(231)의 내부로 연결되게 구성하는 것이 바람직할 수 있다.

본 실시예에서, 도르래부(271)가 하부 전개패널(231)의 개수에 대응하여 복수개가 구비되는 경우, 와이어부(273)는 각 도르래부(271)를 경유하여 하부 전개패널(231)과 상부 전개패널(251)을 연결하여 복수개의 세트(set)로 이루어질 수 있다.

본 실시예의 와이어부(273)는, 하부 전개패널(231) 내부를 통해 베이스부(210) 주변이나 선체 갑판까지 연장될 수 있다.

또한, 본 실시예의 가변 구동부(270)는, 와이어부(273)의 타단에 연결되어 와이어부(273)에 가해지는 장력(Tension)을 유지할 수 있는 장력 유지부를 더 포함할 수 있다.

장력 유지부는, 보빈의 회전에 의해 와이어를 감거나 풀 수 있는 와이어 와인딩 휠(Wire winding wheel)일 수 있으며, 그 밖에도 임의의 상태에서 와이어부(273)에 작용되는 장력을 유지할 수 있다면, 공지된 다양한 장치가 사용될 수 있다.

이하, 본 실시예의 높이 조절이 가능한 로터세일(20)의 높이 조절 방법에 대해 간략히 설명한다.

먼저, 하부 전개패널(231)의 상단부에 도르래부(271)를 구비하고, 도르래부(271)를 경유하여 상부 전개패널(251)의 하단에 연결되는 와이어부(273)를 감거나 풀어줌으로써, 복수개의 하부 전개패널(231)을 포함하는 제1 길이 가변부(230)와 복수개의 상부 전개패널(251)을 포함하는 제2 길이 가변부(250)가 상호 접하거나 펼쳐지게 할 수 있다.

와이어부(273)를 감거나 풀어준 다음, 장력 유지부를 통해 와이어부(273)에 가해지는 장력을 유지시킴으로써, 제1 길이 가변부(230)와 제2 길이 가변부(250)의 높이 방향 길이를 고정할 수 있다.

제1 길이 가변부(230)와 제2 길이 가변부(250)가 상호 펼쳐진 상태에서, 복수개의 하부 전개패널(251) 사이를 연결하는 한 쌍의 하부 가이드패널(233a)의 외면이 서로 맞닿도록 고정할 수 있다.

본 발명은 선체의 갑판 상에 수직되게 세워지는 로터를 구비하여 운항 중 마그누스 효과에 의한 추진력을 얻을 수 있으며, 이를 통해 선박의 연비를 절감하고 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 로터의 높이방향 적어도 일부 길이를 조절 가능하게 구성하여 선박이 교각을 통과하거나 정박하고자 하는 등 필요에 따라 로터의 높이 조절이 가능해질 수 있으며, 로터의 높이가 조절되더라도 갑판 상부 또는 선체 내부에 추가적인 공간을 필요로 하지 않아 선박의 적재 가능한 화물 용량에 영향을 최소화할 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.

상술한 구체적인 실시예들에서, 발명에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다.

그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 상술한 실시 예들이 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.

즉, 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.

따라서, 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.

10, 20: 로터세일(Rotor sail)
100, 200: 로터(Rotor)
110: 하부 실린더
130: 상부 실린더
131: 단위패널
133: 접힘선(Folding line)
150: 실린더모듈
151: 측면(패널)부 151a: 제1 측면패널(하부)
151b: 제2 측면패널(상부)
151c: 힌지 링크부(산접이)
151d: 힌지 조인트부(골접이)
153: 리브패널 153a: 단위리브
153b: 중공부
155: 보강(패널)부 155a, 155b: 보강패널
157: 관통홀
170: 모듈 구동부
171: 에어포켓
173: 펌프유닛
190: 락킹수단
191: 로프부재
210: 베이스부
211: 베이스 몸체 211a: 패널 수용홈
213: 연결부
230: 제1 길이 가변부
231: 하부 전개패널 231a: 하부 내판
231b: 하부 측판
231c: 하부 외판
233: 하부 전개 가이드부 233a: 하부 가이드패널
233b: 하부 접철라인
250: 제2 길이 가변부
251: 상부 전개패널 251a: 상부 내판
251b: 상부 측판
251c: 상부 외판
253: 상부 전개 가이드부 253a: 상부 가이드패널
253b: 상부 접철라인
270: 가변 구동부
271: 도르래부
273: 와이어부

Claims (17)

1. 선박의 운항 중 바람을 이용하여 마그누스 효과(Magnus effect)에 의한 추진력을 발생시키는 로터세일(Rotor sail)로서,
   선체의 높이방향으로 일정한 수직길이를 갖는 원기둥 형태의 베이스 몸체를 구비하며, 상기 선체의 갑판 상에 회전하는 베이스부;
   상기 베이스부의 상단에서 상기 베이스부와 함께 회전하며, 높이방향 길이가 가변되는 제1 길이 가변부; 및
   상기 제1 길이가변부의 상단에 연결되어 상기 제1 길이 가변부와 함께 높이방향 길이가 가변되는 제2 길이 가변부를 포함하는 높이 조절이 가능한 로터세일.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 베이스부는,
   상기 베이스 몸체의 상단에 돌출 형성되어 상기 제1 길이 가변부와 연결되는 연결부를 더 포함하는 높이 조절이 가능한 로터세일.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 연결부는,
   상기 베이스 몸체의 상단에서 상기 베이스 몸체의 단면적보다 작은 단면적을 갖는 다각기둥 형태로 이루어지는 높이 조절이 가능한 로터세일.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 제1 길이 가변부는,
   상기 연결부의 상부 둘레를 따라 복수개가 배치되며, 상기 연결부에 대해 상하로 회전 가능하게 설치되는 하부 전개패널; 및
   상기 복수개의 하부 전개패널 사이를 연결하는 하부 전개 가이드부를 포함하는 높이 조절이 가능한 로터세일.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 제1 길이 가변부는,
   상기 복수개의 하부 전개패널의 상단이 상부방향을 향하도록 접혀진 상태에서, 원기둥 형태를 갖는 높이 조절이 가능한 로터세일.
6. 제 4항에 있어서,
   상기 복수개의 하부 전개패널 각각은,
   높이방향으로 일정한 길이를 가지며 내부가 빈 중공의 쉘 형태로 이루어지는 높이 조절이 가능한 로터세일.
7. 제 4항에 있어서,
   상기 하부 전개패널은,
   상기 연결부의 상단 가장자리에 회전 가능하게 연결되는 하부 내판;
   상기 하부 내판의 좌우측 선단에서 외측을 향하도록 연장되는 한 쌍의 하부 측판; 및
   상기 한 쌍의 하부 측판을 연결하여 호형상을 갖는 하부 외판을 포함하는 높이 조절이 가능한 로터세일.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 하부 외판은,
   상기 한 쌍의 하부 측판에서 원주방향으로 돌출되게 연장 형성되는 높이 조절이 가능한 로터세일.
9. 제 4항에 있어서,
   상기 하부 전개 가이드부는,
   상기 복수개의 하부 전개패널 중 원주방향으로 서로 이웃한 한 쌍의 하부 전개패널에 각각 연결되는 한 쌍의 하부 가이드패널; 및
   상기 한 쌍의 하부 가이드패널 사이에 형성된 하부 접철라인을 포함하는 높이 조절이 가능한 로터세일.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 하부 전개 가이드부는,
    상기 한 쌍의 하부 가이드패널의 외면이 서로 맞닿아 상기 하부 접철라인이 상기 제1 길이 가변부의 내측에 위치되게 접힘되는 높이 조절이 가능한 로터세일.
11. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 길이 가변부는,
    상기 제1 길이 가변부와 상하 대칭적인 구조로 이루어지는 높이 조절이 가능한 로터세일.
12. 제 4항에 있어서,
    상기 제2 길이 가변부는,
    상기 복수개의 하부 전개패널 각각의 상단에 회전 가능하게 연결되는 복수개의 상부 전개패널; 및
    상기 복수개의 상부 전개패널 사이를 연결하는 상부 전개 가이드부를 포함하는 높이 조절이 가능한 로터세일.
13. 제 12항에 있어서,
    상기 복수개의 상부 전개패널 각각은,
    상부 내판;
    상기 상부 내판의 좌우측 선단에서 외측으로 연장되는 한 쌍의 상부 측판; 및
    상기 한 상의 상부 측판을 연결하여 단면이 호형상을 갖는 상부 외판을 포함하는 높이 조절이 가능한 로터세일.
14. 제 12항에 있어서,
    상기 상부 전개 가이드부는,
    한 쌍의 상부 가이드패널; 및
    상기 한 쌍의 상부 가이드패널 사이에 형성되는 상부 접철라인을 포함하는 높이 조절이 가능한 로터세일.
15. 운항 중 바람을 이용하여 마그누스 효과에 의한 추진력을 발생시키기 위하여 선체의 갑판 상에 세워져 회전하는 로터가 설치되는 선박으로서,
    상기 로터는,
    상기 선체의 높이방향으로 일정한 수직길이를 가지며 상기 선체의 갑판 상에 회전하는 베이스부;
    상기 베이스부의 상단에서 상기 베이스부와 함께 회전하며, 높이방향 길이가 가변되는 제1 길이 가변부; 및
    상기 제1 길이가변부의 상단에 연결되어 상기 제1 길이 가변부와 함께 높이방향 길이가 가변되는 제2 길이 가변부를 포함하고,
    상기 제1 길이 가변부와 상기 제2 길이 가변부는 상하 대칭적인 구조로 이루어지는 로터세일을 구비한 선박.
16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1 길이 가변부는,
    내부가 빈 중공의 쉘 형태로 이루어지며, 상기 베이스부의 상단에서 원주방향으로 복수개가 배치되어 기둥 형태의 외면을 형성하는 복수개의 하부 전개패널을 포함하는 로터세일을 구비한 선박.
17. 제 16항에 있어서,
    상기 베이스부는,
    원기둥 형태의 베이스 몸체; 및
    상기 베이스 몸체의 상단에 베이스 몸체의 상단에서 다각기둥 형태로 이루어지는 연결부를 포함하고,
    상기 복수개의 하부 전개패널은 상기 연결부에 대해 상하로 회전 가능하게 설치되는 로터세일을 구비한 선박.

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