WO2013187674A1 - 초공동 수중 이동체 - Google Patents

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WO2013187674A1
WO2013187674A1 PCT/KR2013/005144 KR2013005144W WO2013187674A1 WO 2013187674 A1 WO2013187674 A1 WO 2013187674A1 KR 2013005144 W KR2013005144 W KR 2013005144W WO 2013187674 A1 WO2013187674 A1 WO 2013187674A1
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combustion gas
control device
high heat
high temperature
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PCT/KR2013/005144
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Inventor
신유환
박주훈
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한국과학기술연구원
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Definitions

  • the present invention relates to an underwater mobile body moving at least partially submerged in water, such as a ship, a submarine, a torpedo, and the like, generating a supercavity due to the Leidenfrost phenomenon at the tip, thereby reducing the resistance of the water acting on the tip when moving underwater.
  • the present invention relates to a joint underwater vehicle.
  • the vessel is an underwater vehicle in which the lower part of the body is submerged and moved, and submarines, torpedoes, etc. are underwater vehicles in which the entire body moves in the water.
  • the method of applying a supercavitation phenomenon is known theoretically as a method of reducing the resistance that an underwater vehicle receives in the water to enable ultra-high speed navigation, and is known to be partially applied to a torpedo.
  • Hypercavity refers to the principle that the frictional resistance in water becomes similar to the frictional resistance in air when the moving object covers the bubble.
  • Two methods are known to cover the surface of the underwater mobile body moving in the water with bubbles to generate super cavities.
  • One of them is to have a specially designed shape so that the air bubbles are moved by a special shape when the underwater mobile body moves.
  • Another method is to generate bubbles by injecting air or gas directly to the tip portion.
  • the dual-electron method is implemented and used realistically, in order to generate air bubbles, it must be operated at a speed of about 180 km / h, so the propulsion ability of the underwater mobile vehicle is problematic, and super-cavity does not occur below the critical speed. . For this reason, the current super-cavity underwater vehicle is realized only for torpedoes that require constant high-speed movement.
  • the present invention has been made to solve the above problems, by forming a high temperature portion in the tip portion of the underwater moving body at least partially submerged in the water to form a thin gas film on the tip surface by the Leiden frost phenomenon, thereby to the super-cavitation phenomenon
  • An object of the present invention is to provide a super-cavity underwater moving body which can reduce resistance to water.
  • the present invention provides a submerged moving body that is at least partially submerged in water, wherein a gas film formed by the Leiden Frost phenomenon is formed between the water that comes into contact with the surface of the tip portion at the tip portion protruding underwater.
  • a high temperature portion capable of forming a high temperature such that a cavity may occur; And it provides a super-cavity underwater moving body including an energy supply system for providing energy to the high heat portion to a high temperature state.
  • the high temperature portion is heated by receiving hot steam therein
  • the energy supply system includes a steam generator for generating hot steam, a steam turbine driven by steam supplied from the steam generator, and And a steam control device configured to control the steam supplied from the steam turbine or the steam generated from the steam generator and supplied to the high heat portion, and installed between the steam control device and the high heat portion path.
  • the steam control device is configured to provide steam directly to the hot portion or via the superheater.
  • the high heat portion is heated by receiving combustion gas therein
  • the energy supply system includes a compressor for compressing air, a combustor for combusting fuel using air compressed in the compressor, and the like.
  • a gas turbine driven by the combustion gas provided from the combustor, and a combustion gas control device that receives the combustion gas discharged from the gas turbine or the combustion gas generated in the combustion gas and controls the combustion gas supplied into the high heat portion. It includes.
  • the high heat portion is heated, including a heating element that generates heat by the supplied electrical energy, the energy supply system, a turbine for driving the hot steam or combustion gas supplied, connected to the turbine And a power generator for driving the turbine to generate electric energy and controlling the electric energy provided from the generator to the high heat portion.
  • the underwater mobile body is selected from any one of the ship, submarine, torpedo.
  • the supercavity can be generated at the tip end by the Leidenfrost phenomenon without the shape design of the tip end, the bubble injection, or the like.
  • a high temperature portion in the tip portion to form a thin gas film on the surface of the tip portion by the Leidenfrost phenomenon to reduce the resistance of the water, thereby enabling the high-speed movement of underwater vehicles such as ships, submarines, torpedoes.
  • 1 is a view for explaining the principle of the underwater moving body according to the present invention.
  • FIG. 2 is a view schematically illustrating a ship using hot steam as an energy source for making a high heat portion at a high temperature as an embodiment of the underwater moving body according to the present invention.
  • FIG 3 is a view schematically showing a submarine using hot steam as an energy source for making a high heat portion at a high temperature as an embodiment of the underwater moving body according to the present invention.
  • FIG. 4 is a view schematically illustrating a ship using combustion gas as an energy source for making a high heat portion at a high temperature as an embodiment of the underwater moving body according to the present invention.
  • FIG. 5 is a view schematically illustrating a ship using electric energy as an energy source for making a high heat portion at a high temperature as an embodiment of the underwater moving body according to the present invention.
  • 1 is a view for explaining the principle of the underwater moving body according to the present invention.
  • the underwater moving body is a high heat portion 20 formed on the front end portion 10 of the underwater mobile body 1, the energy supply system 100 for providing heating energy to the high heat portion 20 It includes.
  • the high heat portion 20 is provided to form a thin gas film 5 on the surface of the tip portion 10 by the Leidenfrost phenomenon.
  • the Leidenfrost phenomenon is a phenomenon in which a liquid vaporizes instantaneously when a liquid touches a surface of a solid at a higher temperature than the boiling point of the liquid, and a thin gas film is formed between the solid and the liquid.
  • a high heat portion 20 is formed at the tip portion 10 of the underwater mobile body 1, and the hot gas portion 20 is brought into contact with water, for example, seawater, at a high temperature, so that a thin gas is formed between the surface of the tip portion 10 and the seawater.
  • the film 5 is formed so that the frictional resistance at the tip 10 is reduced.
  • the gas film 5 formed on the front end portion 10 diffuses along the body surface of the underwater mobile body 1 as the underwater mobile body 1 moves.
  • the hot portion 20 is in a high temperature state such that the temperature difference between the contact liquid, that is, sea water and 200 °C.
  • An energy supply system 100 is provided inside the underwater moving object 1 to provide heating energy for bringing the high heat portion 20 into a high temperature state.
  • FIGS. 2 to 5 are views for explaining embodiments of the underwater moving body according to the present invention
  • Figure 2 is an embodiment of the underwater moving body according to the present invention, hot steam as an energy source for making a high temperature portion high temperature state The vessel used is shown.
  • the ship 2 is an underwater mobile body which is moved under the water submerged under water resistance. At the bottom of the bow of the ship 2 is formed a bulging form, such as a round ball, a tip 10, generally called a spherical bump.
  • the tip portion 10 is formed with a high heat portion 20 in contact with water to form a thin gas film by the Leidenfrost phenomenon, the high heat portion 20 is designed to be in a high temperature state by the supplied high temperature steam.
  • the energy supply system 100 shown in FIG. 2 includes a steam generator 112, a steam turbine 114, a condensate tank 116, a steam control device 118 and a superheater 126.
  • the steam generator 112 burns fossil fuels such as diesel, or generates steam using nuclear fission energy of nuclear power.
  • Steam generated by the steam generator 112 is provided to drive the steam turbine 114.
  • the steam turbine 114 is connected to the generator 130, the electricity produced in the generator 130 together with the driving of the steam turbine 114 drives the motor 132, the motor 132 is propeller ( 134).
  • the steam used in the steam turbine 114 is collected in the condensate tank 116 through a conduit 115 connected to the steam outlet and injected into the steam generator 112 through the pump 117 in a liquid state.
  • the steam generator 112, the steam turbine 114, and the condensate tank 116 form a drive system for driving the propeller 134 of the vessel 2.
  • the energy supply system 100 connects the steam outlet of the steam turbine 114 and the steam control device 118 to the conduit 119 so that the steam discharged to the steam turbine 114 may be input to the steam control device 118. It is configured to be.
  • the steam control device 118 controls the hot steam supply, that is, the capacity and temperature of the hot steam supplied to the hot heat unit 20 through the temperature sensor 22 installed in the hot heat unit 20. .
  • the steam control device 118 supplies steam to the superheater 126 when the temperature of the hot steam supplied to the high heat portion 20 is lower than the set value.
  • the superheater 126 is provided with a heat transfer plate therein to increase the temperature of the steam introduced into the inside, and then supply it to the high heat portion 20 through a pipe line.
  • the steam control device 118 directly inputs the hot steam to the high temperature unit 20 through the conduit 120 or through the superheater 126.
  • the condensate generated in the steam control device 118 and the steam via the high heat unit 20 are supplied to the condensate tank 116 through a conduit.
  • each pipeline is provided with a valve for controlling the flow of steam through the pipeline.
  • the steam generated from the steam turbine 114 is input to the condensate tank 116 and shuts off the pipeline 119 input to the steam control device 118 by a valve. do.
  • the conduit 115 for inputting the used steam used in the steam turbine 114 to the condensate tank 116 is blocked, and the conduit 119 input to the steam control device 118 is opened.
  • the steam discharged from the steam turbine 114 is input to the steam control device 118.
  • the steam control device 118 heats the tip portion 10 to a high temperature state by providing hot steam to the hot portion 20 directly or via the superheater 136.
  • the steam control device 118 heats the tip portion 10 to a high temperature state by providing hot steam to the hot portion 20 directly or via the superheater 136.
  • the steam control device 118 may be configured to receive hot steam from the steam generator 112. However, it is more preferable to use waste steam generated from the steam turbine 114 in terms of waste heat utilization, and the waste steam generated from the steam turbine 114 and steam generated from the steam generator 112 may be selectively or mixed. .
  • FIG 3 illustrates an submarine using hot steam as an energy source for making a high heat portion at a high temperature as an embodiment of the underwater moving body according to the present invention.
  • the configuration of the energy supply system 100 is the same except that the underwater mobile body is the submarine 3 as an embodiment.
  • the high heat part 20 is formed in the front end part 10 of the submarine 3, and the high heat part 20 is the front end part 10 by the high temperature steam supplied from the steam turbine 114 via the steam control apparatus 118. To bring it to high temperature.
  • a gas film formed by the Leidenfrost phenomenon is formed.
  • the submarine 3 can be driven at high speed.
  • Figure 4 is an embodiment of the underwater moving body according to the present invention is shown a vessel using the combustion gas as the energy source to make the high heat portion high temperature state.
  • a high heat portion 20 capable of forming a gas film by Leidenfrost phenomenon is formed at the tip portion 10 by the supplied combustion gas.
  • the high heat portion 20 is a high temperature combustion gas flows into the inside.
  • the energy supply system 100 includes a gas turbine 140, a combustor 142, a compressor 144, a combustion gas controller 146, and a purifier 150.
  • Combustion gas for driving the gas turbine 140 is supplied from the combustor 142.
  • the combustor 142 receives the compressed air from the compressor 144 to generate a high temperature combustion gas while burning fuel, and the generated high temperature combustion gas is provided to the gas turbine 140.
  • the gas turbine 140 is connected to the generator 130.
  • the electricity produced by the generator 130 together with the driving of the gas turbine 140 drives the motor 132, which drives the propeller 134 through the shaft.
  • the combustion gas discharge port of the gas turbine 140 is connected to the purification device 150 by a pipe and the discharged hot gas is purified by the purification device 150 and discharged to the outside of the ship.
  • the gas turbine 140, the combustor 142, the compressor 144, and the purifier 150 form a drive system for driving the propeller 134 of the vessel 2.
  • the energy supply system 100 includes a combustion gas control device 146 connected to a combustion gas outlet of the gas turbine 140 through a conduit. Therefore, the combustion gas discharged from the gas turbine 140 may be input to the combustion gas control device 146. Combustion gas input to the combustion gas control device 146 is supplied to the high temperature portion 20 to bring the high temperature portion 20 to a high temperature state.
  • each pipeline is provided with a valve for controlling the flow of steam through the pipeline.
  • the combustion gas control device 146 is installed to control the supply of combustion gas to the high heat portion 20.
  • the combustion gas control device 146 controls the combustion gas capacity and temperature provided to the high heat portion 20.
  • the high temperature unit 20 is provided with a temperature sensor 22 and the combustion gas control device 146 controls the supply of the combustion gas using the detection value of the temperature sensor 22.
  • Combustion gas via the high heat portion 20 is supplied to the purification device 150 through a pipeline to be purified and then discharged.
  • the combustion gas of the gas turbine 140 is discharged to the outside through the purification device 150, the input of the combustion gas to the combustion gas control device 146 is cut off. .
  • the combustion gas discharged from the gas turbine 140 is supplied to the hot heat unit 20 through the combustion gas control device 146, so that the hot heat unit 20 is in a high temperature state.
  • the high heat portion 20 becomes a high temperature state
  • the sea water contacting the surface of the tip portion 10 of the vessel 2 is vaporized momentarily to form a thin gas film due to the Leidenfrost phenomenon.
  • the combustion gas control device 146 may be configured to receive the combustion gas from the combustor 142.
  • waste gas generated from the gas turbine 140 it is more preferable to use waste gas generated from the gas turbine 140 in terms of waste heat utilization, and the waste gas generated from the gas turbine 140 and the combustion gas generated from the combustor 142 may be selectively or mixed.
  • FIG. 5 shows a ship using electric energy as an energy source for making a high heat portion at a high temperature as an embodiment of the underwater moving body according to the present invention.
  • a turbine 160 such as a steam turbine or a gas turbine, is connected to the generator 130 and electricity is generated in the generator 130 as the turbine 160 is driven.
  • the drive system is formed such that the motor 132 is driven by the electricity generated by the generator 130 to rotate the propeller 134.
  • the configuration of such a drive system is as shown in Figs.
  • the vessel 2 of the embodiment shown in FIG. 5 is a system that uses electricity generated from the generator 130 by driving the turbine 160 as an energy source for bringing the high heat portion 20 into a high temperature state.
  • the high heat portion 20 formed in the tip portion 10 is formed of a heating element that generates heat by the electric energy supplied by the heating wire 25 therein.
  • the energy supply system 100 includes the turbine 160, the generator 130, and the power control device 162 described above.
  • the high heat unit 20 is connected to the generator 130 through the power control device 162.
  • the power control device 162 controls the temperature of the heating wire 25 using a temperature sensor.
  • the surface of the lead portion 10 may be Leiden frost.
  • a gas film is formed by development.

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Abstract

본 발명은 적어도 부분적으로 수중에 잠겨 이동하며, 초공동 현상을 이용하는 초공동 수중 이동체에 있어서, 수중에서 돌출된 선단부에 상기 선단부 표면과 접촉하는 물과의 사이에 라이덴프로스트 현상에 의한 기체막을 형성하도록 고온이 형성 가능한 고열부; 및 상기 고열부에 고온 상태가 되도록 에너지를 제공하는 에너지 공급 시스템을 포함하는 초공동 수중 이동체를 제공한다.

Description

초공동 수중 이동체
본 발명은 선박, 잠수함, 어뢰 등과 같은 적어도 부분적으로 물속에 잠겨 이동하는 수중 이동체에 관한 것으로, 선단부에 라이덴프로스트 현상에 의한 초공동을 발생하여 수중 이동시 선단부에 작용하는 물의 저항이 감소되도록 한, 초공동 수중 이동체에 관한 것이다.
선박은 몸체의 하부가 물속에 잠겨 이동하는 수중 이동체이고, 잠수함, 어뢰 등은 몸체 전체가 물속에서 이동하는 수중 이동체이다.
이러한 수중 이동체는 이동시에 물의 저항을 받게 되는 데, 물은 공기에 비해 점성이 높고 저항이 크기 때문에 적어도 부분적으로 물속에 잠겨 움직이는 수중 이동체의 속도는 수중 이동체에 작용하는 물에 의한 저항을 얼마나 줄일 수 있는 가에 의해 좌우된다.
수중 이동체가 물속에서 받는 저항을 감소시켜 초고속 운항을 가능하게 하는 방법으로 초공동(supercavitation) 현상을 응용하는 방법이 이론적으로 공지되어 있으며, 어뢰 등에 일부 적용된 것으로 알려져 있다.
초공동 현상은 물체 속에서 이동하는 물체를 기포를 덮으면 물속에서의 마찰 저항이 공기 중의 마찰 저항과 유사하게 되는 원리를 의미한다.
물속에서 이동하는 수중 이동체의 표면을 기포로 덮어 초공동을 발생시키기 위한 방법으로 두 가지 방법이 공지되어 있는바, 하나는 선단부가 특수하게 설계된 형상을 갖도록 하여 수중 이동체의 이동시 특수 형상에 의해 기포가 발생하도록 하는 방법이고, 다른 하나는 선단부에 직접 공기 또는 가스를 분사함으로써 기포를 발생시키는 방법이다.
이중 전자의 방법이 현실적으로 구현되어 사용되고 있는데, 기포를 발생시키기 위해서는 대략 시속 180km 정도의 속도로 운항이 이루어져야 하므로, 수중 이동체의 추진능력이 문제되고, 임계 속도 이하에서는 초공동이 발생하지 않는 단점이 있다. 이러한 이유로 현재의 초공동 수중 이동체는 항상적인 초고속 움직임을 필요로 하는 어뢰에 대해서만 현실화되어 있는 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 적어도 부분적으로 물속에 잠겨 이동하는 수중 이동체에서 선단부에 고열부를 형성하여 라이덴프로스트 현상에 의해 선단부 표면에 희박한 기체막을 형성함으로써, 초공동 현상에 의해 물에 저항을 감소시킬 수 있는, 초공동 수중 이동체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 적어도 부분적으로 수중에 잠겨 이동하는 수중 이동체에 있어서, 수중에서 돌출된 선단부에 상기 선단부 표면과 접촉하는 물과의 사이에 라이덴프로스트 현상에 의한 기체막을 형성하여 초공동이 발생할 수 있도록 고온이 형성 가능한 고열부; 및 상기 고열부가 고온 상태가 되도록 에너지를 제공하는 에너지 공급 시스템을 포함하는 초공동 수중 이동체를 제공한다.
본 발명의 일 실시예 의하면, 상기 고열부는 고온 증기를 내부로 공급받아 가열되며, 상기 에너지 공급 시스템은, 고온 증기를 발생시키는 증기 발생기와, 상기 증기 발생기로부터 공급된 증기에 의해 구동하는 증기 터빈과, 상기 증기 터빈으로부터 배출되는 증기 또는 상기 증기 발생기에서 발생한 증기를 입력 받아 상기 고열부에 공급되는 증기를 제어하는 증기 제어 장치와, 상기 증기 제어 장치와 상기 고열부 경로 사이에 설치되어 상기 증기 제어 장치로 입력된 증기를 승온하는 과열기를 포함하여, 상기 증기 제어 장치는 증기를 직접 상기 고열부에 제공하거나 상기 과열기를 경유하여 상기 고열부에 제공하도록 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 고열부는 내부로 연소 가스를 공급받아 가열되며, 상기 에너지 공급 시스템은, 공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 공기를 이용하여 연료를 연소하는 연소기와, 상기 연소기로부터 제공되는 연소가스에 의해 구동하는 가스 터빈과, 상기 가스 터빈으로부터 배출되는 연소가스 또는 상기 연소가스에 발생한 연소가스를 입력받아 상기 고열부 내로 공급되는 연소가스를 제어하는 연소가스 제어 장치를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 고열부는 공급되는 전기 에너지에 의해 발열하는 발열체를 포함하여 가열되며, 상기 에너지 공급 시스템은, 고온 증기 또는 연소 가스를 공급받아 구동하는 터빈, 상기 터빈에 연결되어 상기 터빈의 구동에 따라 구동하여 전기 에너지를 생산하는 발전기와, 상기 발전기로부터 상기 고열부로 제공되는 전기 에너지를 제어하는 전원 제어 장치를 포함한다.
본 발명에 의하면, 상기 수중 이동체는 선박, 잠수함, 어뢰 중 어느 하나로 선택된다.
본 발명에 의하면 선단부의 형상 설계나 기포 분사 등이 없이 라이덴프로스트 현상에 의해 선단부에 초공동을 발생시킬 수 있다. 선단부에 고열부를 형성하여 라이덴프로스트 현상에 의해 선단부 표면에 희박한 기체막이 형성되도록 함으로써 물의 저항을 감소시키고 이에 따라 선박, 잠수함, 어뢰 등과 같은 수중 이동체의 고속 이동을 가능하게 한다.
도 1 은 본 발명에 따른 수중 이동체의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 는 본 발명에 따른 수중 이동체의 실시예로서 고열부를 고온 상태로 만드는 에너지원으로서 고온 증기를 이용하는 선박을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 은 본 발명에 따른 수중 이동체의 실시예로서 고열부를 고온 상태로 만드는 에너지원으로서 고온 증기를 이용하여 잠수함을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 는 본 발명에 따른 수중 이동체의 실시예로서 고열부를 고온 상태로 만드는 에너지원으로 연소가스를 이용하여 선박을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5 는 본 발명에 따른 수중 이동체의 실시예로서 고열부를 고온 상태로 만드는 에너지원으로서 전기 에너지를 이용하는 선박을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 기체막 형성이 가능한 수중 이동체를 상세하게 설명한다.
도 1 은 본 발명에 따른 수중 이동체의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도면을 참조하면, 본 발명에 따른 수중 이동체는 수중 이동체(1)의 선단부(10)에 형성되는 고열부(20)와, 상기 고열부(20)에 가열 에너지를 제공하는 에너지 공급 시스템(100)을 포함한다.
고열부(20)는 라이덴프로스트 현상에 의해 선단부(10) 표면에 희박한 기체막(5)을 형성시키기 위해 구비된다.
라이덴프로스트 현상(Leidenfrost phenomenon)은 액체의 끓는점 보다 높은 고온의 고체 표면에 액체가 닿으면 순간적으로 액체가 기화되면서 고체와 액체 사이에 희박한 기체막이 형성되는 현상이다.
본 발명에 의하면 수중 이동체(1)의 선단부(10)에 고열부(20)를 형성하고 고온 상태의 고열부(20)와 물 예컨대, 바닷물이 접촉함으로써 선단부(10) 표면과 바닷물 사이에 희박한 기체막(5)이 형성되어, 선단부(10)에서의 마찰 저항이 감소된다.
선단부(10) 표면에 형성된 기체막(5)은 수중 이동체(1)의 움직임에 따라 수중 이동체(1)의 몸체 표면을 따라 확산된다. 일반적으로 고열부(20)는 접촉 액체 즉, 바닷물과 200℃온도차가 나도록 고온 상태가 된다.
수중 이동체(1) 내부에는 고열부(20)를 고온 상태로 만들기 위한 가열 에너지를 제공하는 에너지 공급 시스템(100)이 설치된다.
도 2 내지 도 5 는 본 발명에 따른 수중 이동체의 실시예들을 설명하기 위한 도면들로서, 먼저, 도 2 는 본 발명에 따른 수중 이동체의 실시예로서, 고열부를 고온 상태로 만드는 에너지원으로서 고온 증기를 이용하는 선박이 도시되어 있다.
선박(2)은 아래 부분이 수중에 잠겨 물의 저항을 받으면서 이동하는 수중 이동체이다. 선박(2)의 선수 하단부에는 둥근 공처럼 부풀어 오른 형태부, 일반적으로 구상 돌기라 부르는 선단부(10)가 형성된다.
선단부(10)에는 물과 접촉하여 라이덴프로스트 현상에 의해 희박한 기체막을 만들 수 있는 고열부(20)가 형성되는 데, 고열부(20)는 공급된 고온 증기에 의해 고온 상태가 되도록 설계된다.
도 2 에 도시된 에너지 공급 시스템(100)은, 증기 발생기(112)와, 증기 터빈(114), 응축수 탱크(116), 증기 제어 장치(118) 및 과열기(126)를 포함한다.
증기 발생기(112)는 디젤과 같은 화석 연료를 연소하거나, 원자력의 핵분열 에너지를 이용하여 증기를 발생시킨다.
증기 발생기(112)에서 발생된 증기는 증기 터빈(114)을 구동하기 위해 제공된다. 증기 터빈(114)은 발전기(130)와 연결되고, 증기 터빈(114)의 구동과 함께 발전기(130)에서 생산된 전기는 모터(132)를 구동시키며, 모터(132)가 샤프트를 통해 프로펠러(134)를 구동시킨다. 증기 터빈(114)에서 사용된 증기는 증기 배출구와 연결된 관로(115) 통해 응축수 탱크(116)에 모여 액상 상태로 펌프(117)를 통해 다시 증기 발생기(112)로 주입된다.
증기 발생기(112), 증기 터빈(114) 및 응축수 탱크(116)는 선박(2)의 프로펠러(134)를 구동하는 구동 시스템을 이룬다.
에너지 공급 시스템(100)은, 증기 터빈(114)의 증기배출구와 증기 제어 장치(118)를 관로(119)로 연결하여 증기 터빈(114)에 배출되는 증기가 증기 제어 장치(118)로 입력될 수 있도록 구성된다.
증기 제어 장치(118)는 증기 제어 장치(118)는 고열부(20)에 설치된 온도 센서(22)를 통해 고열부(20)로의 고온 증기 공급 즉, 공급되는 고온 증기의 용량 및 온도를 제어한다.
증기 제어 장치(118)는 고열부(20)로 공급되는 고온 증기의 온도가 설정치 보다 낮은 경우 과열기(126)로 증기를 공급한다. 과열기(126)는 내부에 전열판 등을 구비하여 내부로 유입된 증기의 온도를 상승시킨 후 관로를 통해 고열부(20)로 공급한다.
이와 같이 증기 제어 장치(118)는 관로(120)를 통해 고열부(20)로 고온 증기를 직접 입력하거나 과열기(126)를 통해 입력한다.
증기 제어 장치(118)에서 발생한 응축수 및 및 고열부(20)를 경유한 증기는 관로를 통해 응축수 탱크(116)로 공급된다.
도면에 도시되지 않았지만 각 관로에는 관로를 통하는 증기의 흐름을 제어할 수 있는 밸브가 설치된다.
이러한 구성에 의하여 선박의 동작을 살펴보면, 통상 운전의 경우에는 증기 터빈(114)에서 발생된 증기는 응축수 탱크(116)로 입력되며 증기 제어 장치(118)로 입력되는 관로(119)를 밸브로 차단된다.
그러나 선박의 고속 운전이 필요한 경우 증기 터빈(114)에서 사용된 사용 증기를 응축수 탱크(116)로 입력되는 관로(115)는 차단되고, 증기 제어 장치(118)로 입력되는 관로(119)가 개방되어 증기 터빈(114)이 배출하는 증기는 증기 제어 장치(118)로 입력된다.
증기 제어 장치(118)는 직접 또는 과열기(136)를 경유하여 고온 증기를 고열부(20)에 제공함으로서 선단부(10)가 고온 상태가 되도록 가열 한다. 이러한 동작에 따라 고열부(20)에 의해 선박(2)의 선단부(10)의 표면에 접촉하는 바닷물이 순간적으로 기화될 수 있는 고온 상태가 되는 경우, 선단부(10) 표면과 바닷물 사이에 라이덴프로스트 현상에 의한 희박한 기체막이 형성되고, 이에 따라 마찰 저항을 감소된다.
본 발명의 변형 실시예로서, 증기 제어 장치(118)는 증기 발생기(112)로부터 고온 증기를 입력받도록 구성될 수 있다. 그러나 증기 터빈(114)에서 발생하는 폐증기를 이용하는 것이 폐열 활용 측면에서 더 바람직하며, 증기 터빈(114)에서 발생하는 폐증기와 증기 발생기(112)로부터 발생한 증기를 선택적으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
도 3 는 본 발명에 따른 수중 이동체의 실시예로서 고열부를 고온 상태로 만드는 에너지원으로서 고온 증기를 이용하여 잠수함이 도시되어 있다.
수중 이동체가 실시예로서 잠수함(3)이 된 것을 제외하고는 에너지 공급 시스템(100)의 구성은 동일하다. 잠수함(3)의 선단부(10)에 고열부(20)가 형성되어, 증기 터빈(114)으로부터 증기 제어 장치(118)를 경유하여 공급되는 고온 증기에 의해 고열부(20)는 선단부(10)를 고온 상태로 만든다. 따라서 라이덴프로스트 현상에 의한 기체막이 형성된다. 이에 의해 잠수함(3)은 고속 운전이 가능하다.
도 4 는 본 발명에 따른 수중 이동체의 실시예로서 고열부를 고온 상태로 만드는 에너지원으로 연소가스를 이용하여 선박이 도시되어 있다.
도 4 를 참조하면, 공급되는 연소가스에 의해 라이덴프로스트 현상에 의해 기체막을 형성할 수 있는 고열부(20)가 선단부(10)에 형성된다. 고열부(20)는 내부로 고온의 연소가스가 유입되어 고온 상태가 된다.
에너지 공급 시스템(100)은 가스 터빈(140), 연소기(142)와, 압축기(144), 연소가스 제어장치(146) 및 정화 장치(150)를 포함한다.
가스 터빈(140)을 구동하기 위한 연소가스는 연소기(142)로부터 공급된다. 연소기(142)는 압축기(144)에서 압축된 공기를 제공받아 연료를 연소하면서 고온의 연소가스를 발생시키고, 발생된 고온의 연소가스는 가스 터빈(140)에 제공된다. 가스 터빈(140)은 발전기(130)와 연결된다. 가스 터빈(140)의 구동과 함께 발전기(130)에서 생산된 전기는 모터(132)를 구동시키며, 모터(132)가 샤프트를 통해 프로펠러(134)를 구동시킨다.
가스 터빈(140)의 연소가스 배출구는 정화 장치(150)와 관로로 연결되어 배출된 고온 가스는 정화장치(150)에서 정화되어 선박의 외측으로 배출된다.
가스 터빈(140), 연소기(142)와, 압축기(144) 및 정화장치(150)는 선박(2)의 프로펠러(134)를 구동하는 구동 시스템을 이룬다.
에너지 공급 시스템(100)은, 가스 터빈(140)의 연소가스 배출구와 관로를 통해 연결된 연소가스 제어장치(146)를 포함한다. 따라서 가스 터빈(140)에서 배출되는 연소가스는 연소가스 제어 장치(146)로 입력될 수 있다. 연소가스 제어장치(146)로 입력된 연소가스는 고열부(20)로 공급되어 고열부(20)를 고온 상태로 만든다.
도면에 도시되지 않았지만 각 관로에는 관로를 통하는 증기의 흐름을 제어할 수 있는 밸브가 설치된다.
연소가스 제어장치(146)는 고열부(20)로의 연소가스 공급을 제어하기 위해 설치된다. 연소가스 제어장치(146)는 고열부(20)로 제공되는 연소가스 용량과 온도를 제어한다. 고열부(20)에는 온도 센서(22)가 설치되고 연소가스 제어장치(146)는 상기 온도 센서(22)의 검출값을 이용하여 연소가스의 공급을 제어한다. 고열부(20)를 경유한 연소가스는 관로를 통해 정화장치(150)로 공급되어 정화된 후 배출된다.
이러한 구성에 의하여 선박의 동작을 살펴보면, 통상 운전의 경우에는 가스 터빈(140)의 연소가스는 정화 장치(150)를 통해 외부로 배출되고, 연소가스 제어장치(146)로의 연소가스 입력은 차단된다.
그러나 선박의 고속 운전이 필요한 경우, 가스 터빈(140)에서 배출된 연소가스는 연소가스 제어장치(146)를 통해 고열부(20)로 공급되고, 고열부(20)가 고온상태가 되도록 한다. 이러한 동작에 따라 고열부(20)가 고온 상태가 되는 경우 선박(2)의 선단부(10)의 표면에 접촉하는 바닷물이 순간적으로 기화되어 라이덴프로스트 현상에 의해 희박한 기체막이 형성된다.
본 발명의 변형 실시예로서, 연소가스 제어장치(146)는 연소기(142)로부터 연소가스를 입력받도록 구성될 수 있다. 그러나 가스 터빈(140)에서 발생하는 폐가스를 이용하는 것이 폐열 활용 측면에서 더 바람직하며, 가스 터빈(140)에서 발생하는 폐가스와 연소기(142)로부터 발생하는 연소가스를 선택적으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
도 5 는 본 발명에 따른 수중 이동체의 실시예로서 고열부를 고온 상태로 만즈는 에너지원으로서 전기 에너지를 이용하는 선박을 도시하고 있다.
도 5 에 도시된 선박(2)은 증기 터빈 또는 가스 터빈과 같은 터빈(160)이 발전기(130)와 연결되고 터빈(160)의 구동에 따라 발전기(130)에서 전기가 발생한다. 발전기(130)에서 발생된 전기 의해 모터(132)가 구동되어 프로펠러(134)가 회전하도록 구동 시스템이 형성된다. 이러한 구동 시스템의 구성은 도 2 내지 도 4 에 도시된 바와 같다. 도 5 에 도시된 실시예의 선박(2)은 터빈(160)의 구동에 의해 발전기(130)에서 발생한 전기를 고열부(20)를 고온 상태로 만드는 에너지원으로 이용하는 시스템이다.
도면을 참조하면, 선단부(10)에 형성되는 고열부(20)는 내부로 열선(25)을 포함하여 공급된 전기 에너지에 의해 발열하는 발열체로 형성된다.
그리고 에너지 공급 시스템(100)은 상술한 터빈(160), 발전기(130) 및 전원 제어 장치(162)를 포함한다. 고열부(20)는 전원 제어 장치(162)를 매개로 발전기(130)와 연결된다. 전원 제어 장치(162)는 온도센서를 이용하여 열선(25)의 온도를 제어한다.
전원 제어 장치(162)에 의해 공급되는 연결된 열선(25)에 의해 발열하는 발열체로 형성된 고열부(20)가 라이덴프로스트 현상을 유도할 수 있는 고온 상태가 되면, 선단부(10)의 표면에 라이덴프로스트 현상에 의한 기체막이 형성된다.
이상에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였다. 그러나 본 발명의 보호범위는 상술한 실시예들에 의해 한정되지 않는다.

Claims (5)

  1. 적어도 부분적으로 수중에 잠겨 이동하는 수중 이동체에 있어서,
    수중에서 돌출된 선단부에 상기 선단부 표면과 접촉하는 물과의 사이에 라이덴프로스트 현상에 의한 기체막을 형성하여 초공동이 발생할 수 있도록 고온이 형성 가능한 고열부; 및
    상기 고열부가 고온 상태가 되도록 에너지를 제공하는 에너지 공급 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 초공동 수중 이동체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고열부는 고온 증기를 내부로 공급받아 가열되며,
    상기 에너지 공급 시스템은,
    고온 증기를 발생시키는 증기 발생기와, 상기 증기 발생기로부터 공급된 증기에 의해 구동하는 증기 터빈과, 상기 증기 터빈으로부터 배출되는 증기 및 상기 증기 발생기에서 발생한 증기 중 적어도 어느 하나를 입력 받아 상기 고열부에 공급되는 증기를 제어하는 증기 제어 장치와, 상기 증기 제어 장치와 상기 고열부 경로 사이에 설치되어 상기 증기 제어 장치로 입력된 증기를 승온하는 과열기를 포함하여, 상기 증기 제어 장치는 증기를 직접 상기 고열부에 제공하거나 상기 과열기를 경유하여 상기 고열부에 제공하는 것을 특징으로 하는 초공동 수중 이동체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 고열부는 내부로 연소 가스를 공급받아 가열되며,
    상기 에너지 공급 시스템은,
    공기를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 공기를 이용하여 연료를 연소하는 연소기와, 상기 연소기로부터 제공되는 연소가스에 의해 구동하는 가스 터빈과, 상기 가스 터빈으로부터 배출되는 연소가스 및 상기 연소가스에 발생한 연소가스 중 적어도 어느 하나를 입력받아 상기 고열부 내로 공급되는 연소가스를 제어하는 연소가스 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 초공동 수중 이동체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 고열부는 공급되는 전기 에너지에 의해 발열하는 발열체를 포함하여 가열되며,
    상기 에너지 공급 시스템은, 고온 증기 또는 연소 가스를 공급받아 구동하는 터빈, 상기 터빈에 연결되어 상기 터빈의 구동에 따라 구동하여 전기 에너지를 생산하는 발전기와, 상기 발전기로부터 상기 고열부로 제공되는 전기 에너지를 제어하는 전원 제어 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 초공동 수중 이동체.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 수중 이동체는 선박, 잠수함, 어뢰 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 초공동 수중 이동체.
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