KR101402576B1 - 선박용 추진 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박용 추진 장치에 관한 것으로서, 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러; 및 상기 프로펠러의 전방에 설치되는 덕트를 포함하며, 상기 덕트는, 좌현에 설치되는 좌현 덕트와, 우현에 설치되며 상기 좌현 덕트보다 직경이 상대적으로 작은 우현 덕트를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선박용 추진 장치는, 선박의 후미에 좌현 덕트와 우현 덕트를 부착하되, 좌현 덕트의 직경을 우현 덕트의 직경보다 크게 형성하여, 프로펠러에 의한 후류가 비대칭으로 발생되는 것을 고려하여 유체의 흐름을 조절함으로써, 추진 효율을 증대시킬 수 있다.

Description

선박용 추진 장치{A propulsion apparatus for ship}

본 발명은 선박용 추진 장치에 관한 것이다.

본 발명은 지식경제부 및 한국산업기술평가관리원의 산업융합원천기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제고유번호: 10040060, 과제명: 저항추진성능 향상 선종별 에너지절감 부가장치 개발 및 실선 적용].

일반적으로 대형 선박의 경우, 선체의 후미에 부착되어 있는 프로펠러가 회전할 때 발생하는 유체의 흐름을 이용하여 전진하는 방식을 사용한다. 이때 프로펠러의 후방에는 러더가 부착되며, 러더가 좌우로 회전함에 따라 유체의 흐름 방향을 조절함으로써 항해 방향을 변경한다.

이와 같이 프로펠러의 회전을 통해 일정 속도를 내기 위해서는 디젤 등의 오일을 사용하여 엔진을 구동하여야 하는데, 이 경우 많은 양의 오일이 소모되고 온실가스가 배출됨에 따라, 환경 파괴 등의 문제를 야기하게 된다.

따라서 최근에는 선박의 추진 시 소비되는 에너지를 절감하여 연료 사용량을 감축할 수 있는 다양한 노력들이 이루어지고 있다. 특히 IMO는 2010년에 선박 운항 시 온실가스 감축 방안에 대해 논의한 바 있으며, 연비규제에 대한 기준 및 방향을 확정하는 것과 관련한 논의를 진행 중에 있다.

이러한 움직임에 해운선사들도 합류함에 따라, 해운선사들은 유류비에 대한 부담을 덜 수 있는 연료절감형 선박에 관심을 가지기 시작하였다. 이와 같은 해운 선사들의 니즈에 의해, 조선사들은 연료 소비량을 줄이고 온실가스 배출을 줄일 수 있는 연료절감형 기술에 대해서 지속적인 연구 및 개발을 해오고 있다.

연료절감형 기술의 일례로, 선박의 후미, 프로펠러, 러더 등의 형상을 개량하거나 별도의 부가물을 부착함으로써 추진 효율을 높이는 동시에 연료를 절감하는 에너지 절감 부가 장치(ESD: Energy Saving Device)가 큰 관심을 받고 있으며, 이러한 에너지 절감 부가 장치는 상당수의 선박에 이미 적용되어 사용 중이다.

에너지 절감 부가 장치 중에서, 선체에 원형 덕트를 결합하여 프로펠러에 유입되는 유체의 흐름을 제어하는 장치가 다양한 선박에 널리 적용되고 있다. 그러나 종래 사용되고 있는 덕트 장치는, 원형으로 제작됨에 따라 유체를 프로펠러에 균일하게 흘려 보내며, 이때 프로펠러의 회전에 의해 좌우 비대칭 흐름이 발생되어, 조종 성능이나 추진 성능이 저하될 수 있다는 문제점이 있다.
이와 같은 종래기술은, 일본 공개특허공보 특개2001-138987호(2001.05.22., 공개), 등에 공개되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 선미에 덕트를 구비하되 덕트의 좌측과 우측의 직경을 상이하게 함으로써, 프로펠러에 유입되는 유입류를 조절하여 추진 성능을 높일 수 있는 선박용 추진 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 추진 장치는, 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러; 및 상기 프로펠러의 전방에 설치되는 덕트를 포함하며, 상기 덕트는, 좌현에 설치되는 좌현 덕트와, 우현에 설치되며 상기 좌현 덕트보다 직경이 상대적으로 작은 우현 덕트를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선박용 추진 장치는, 선박의 후미에 좌현 덕트와 우현 덕트를 부착하되, 좌현 덕트의 직경을 우현 덕트의 직경보다 크게 형성하여, 프로펠러에 의한 후류가 비대칭으로 발생되는 것을 고려하여 유체의 흐름을 조절함으로써, 추진 효율을 증대시킬 수 있다.

또한 본 발명에 따른 선박용 추진 장치는, 선미 보싱에 비대칭 덕트를 장착하되, 덕트의 곡률반경이 연속적 또는 불연속적으로 가변되도록 하여, 프로펠러에 의해 발생되는 비대칭 후류를 줄여서 조종 성능을 높이는 동시에 추력을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 측면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 배면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 측면도.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 평면도.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 배면도.

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.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 배면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 선박용 추진 장치(1)는, 프로펠러(10), 덕트(20)를 포함한다.

프로펠러(10)는, 선미(2)에 결합되어 추진력을 발생시킨다. 본 실시예가 포함하고 있는 프로펠러(10)는 일반적으로 널리 사용되는 프로펠러(10)와 동일하므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다.

덕트(20)는, 프로펠러(10)의 전방에 설치되어 유체의 흐름을 변화시킨다. 이때 덕트(20)는 좌현에 설치되는 좌현 덕트(21)와, 우현에 설치되며 좌현 덕트(21)보다 직경이 상대적으로 작은 우현 덕트(22)를 포함한다.

좌현 덕트(21) 및 우현 덕트(22)는, 양단이 선체에 결합되고 각각 일정한 직경을 갖는 원호 형태이다. 즉 좌현 덕트(21)와 우현 덕트(22)는 서로 연결되지 않고, 선미(2)에 의하여 분리 설치될 수 있다.

이 경우 선미(2)의 표면을 따라 흐른 유체는, 좌현 덕트(21)의 내부 또는 우현 덕트(22)의 내부를 통과하여 프로펠러(10)에 유입될 수 있다. 다만 좌현 덕트(21)와 우현 덕트(22)의 직경이 서로 상이한바, 좌현 덕트(21)를 통과한 유류와 우현 덕트(22)를 통과한 유류의 양은 달라지게 된다.

구체적으로 본 실시예는, 좌현 덕트(21)의 직경을 우현 덕트(22)보다 크게 형성하여, 좌현을 따라 프로펠러(10)에 유입되는 유입류를 상대적으로 증대시켜서, 프로펠러(10)의 회전 시 후류의 좌우 비대칭이 감소하도록 할 수 있다. 이를 통해 본 실시예는 추진 성능을 향상시킬 수 있다.

좌현 덕트(21)와 우현 덕트(22)는, 도면에서 확인할 수 있듯이 프로펠러(10)의 축 중심으로부터 상방 편심될 수 있다. 이때 좌현 덕트(21)의 축 중심과 우현 덕트(22)의 축 중심은, 수선면과 평행한 평면에 놓일 수 있다. 즉 좌현 덕트(21)와 우현 덕트(22)는 나란히 배치될 수 있다. 물론 본 실시예는 좌현 덕트(21)가 우현 덕트(22)보다 상방 또는 하방으로 편심된 경우를 포함할 수 있다.

또는 좌현 덕트(21)의 축 중심과 우현 덕트(22)의 축 중심은, 서로 꼬여있을 수 있다. 즉 좌현 덕트(21)는 전단에서 후단으로 갈수록 상방으로 치우쳐 있고, 우현 덕트(22)는 전단에서 후단으로 갈수록 하방으로 치우쳐 있을 수 있으며, 본 실시예는 반대의 경우도 포함한다.

프로펠러 축 중심(11)으로부터 좌현 덕트(21)의 축 중심과 우현 덕트(22)의 축 중심까지의 거리는 동일할 수 있으며, 이 경우 좌현 덕트(21)의 직경이 상대적으로 크게 형성됨에 따라, 선미(2)의 표면으로부터 좌현 덕트(21)의 좌측 외면까지의 최장거리는, 우현 덕트(22)의 우측 외면까지의 최장거리보다 상대적으로 클 수 있다.

또는 프로펠러 축 중심(11)으로부터 좌현 덕트(21)의 축 중심까지의 거리는, 프로펠러 축 중심(11)으로부터 우현 덕트(22)의 축 중심까지의 거리보다 상대적으로 클 수 있다. 이 경우에는 앞서 좌현 덕트(21)와 우현 덕트(22)의 축 중심까지의 거리가 동일한 경우와 대비할 때, 선미(2)의 표면으로부터 좌현 덕트(21)의 좌측 외면까지의 최장거리가 더욱 멀어질 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 선미(2)의 양측에 좌현 덕트(21)와 우현 덕트(22)를 구비하되, 좌현 덕트(21)와 우현 덕트(22)의 직경을 상이하게 함으로써 프로펠러(10)의 회전 시 발생하는 후류의 비대칭을 감소시켜, 조종 성능을 높이는 동시에 추진력을 향상시킬 수 있다.

이때 좌현 덕트(21)와 우현 덕트(22)의 단면은, 모두 내측으로는 볼록하고 외측으로는 평평한 형태일 수 있다. 이는 유체의 흐름이 덕트(20)의 내측으로 유입될 때 불필요한 저항이 발생되지 않게 하기 위함이다.

좌현 덕트(21)와 우현 덕트(22)의 내측 단면을 살펴보면, 내측으로 돌출된 높이가 전후 방향을 따라 가변되며, 최대로 돌출된 부분은 선박의 전진 방향으로 일정 거리만큼 치우쳐 있을 수 있다. 즉 좌현 덕트(21)와 우현 덕트(22)의 내측 단면은 모두 에어포일 형태일 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 측면도이고, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 평면도이며, 도 5 내지 도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 추진 장치의 배면도이다.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 선박용 추진 장치(1)는, 프로펠러(10), 덕트(30)를 포함한다. 프로펠러(10)의 경우 제1 실시예에서의 프로펠러(10)와 동일하므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.

덕트(30)는, 프로펠러(10)의 전방에 설치되고, 단면이 폐곡선 형태이며, 좌측에서 우측으로 갈수록 곡률반경이 감소하는 형태를 갖는다. 즉 좌측에서의 곡률반경을 기준으로 원을 도시하였을 때, 도면에서 나타난 바와 같이 덕트(30)의 우측 부분은 원으로부터 내측으로 치우치게 된다.

본 실시예에서 덕트(30)의 곡률반경은, 도 5에 도시된 바와 같이 좌측에서 우측으로 갈수록 일정 비율로 연속적으로 감소할 수 있다. 즉 좌측 곡률반경을 기준으로 표시한 원과 비교할 경우, 좌측에서 우측으로 갈수록 원과 덕트(30) 사이가 점차 멀어질 수 있다.

덕트(30)의 좌측 곡률반경을 기준으로 표시한 원의 중심은 프로펠러 축 중심(11)과 일치하거나 또는 상방 편심될 수 있으며, 이 경우 프로펠러 축 중심(11)으로부터 덕트(30)의 좌측 외면까지의 거리는, 프로펠러(10)의 축 중심으로부터 덕트(30)의 우측 외면까지의 거리보다 상대적으로 클 수 있다.

따라서 선미(2)의 표면을 따라 흐르는 유체 중에서 덕트(30)의 좌측을 통과한 유량이 덕트(30)의 우측을 통과한 유량보다 상대적으로 많을 수 있다. 이는 프로펠러(10) 회전 시 발생할 수 있는 비대칭 후류를 감소시키기 위한 것이다.

본 실시예에서 덕트(30)의 단면은, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 프로펠러 축 중심(11)의 좌측에 놓이는 좌측 곡선부(31)와, 프로펠러 축 중심(11)의 우측에 놓이며 좌측 곡선부(31)보다 곡률반경이 상대적으로 작은 우측 곡선부(32)와, 좌측 곡선부(31)의 양단과 우측 곡선부(32)의 양단을 연결하는 연결부(33)를 더 포함할 수 있다.

이 경우 덕트(30)의 좌측에서 우측으로 갈수록 곡률반경은 감소하나, 일정 비율로 감소하는 것이 아니라 불연속적으로 감소할 수 있다. 즉 좌측 곡선부(31)와 우측 곡선부(32)는 일정한 곡률반경을 가지는 원호 형태일 수 있고, 후술할 연결부(33)는 곡선 또는 직선 형태일 수 있다.

이때 연결부(33)는, 도 6에서와 같이 좌측 곡선부(31)와 우측 곡선부(32)를 곡선 연결하여 절곡 부분 없이 부드럽게 이어지도록 할 수 있으며, 또는 도 7에서와 같이 좌측 곡선부(31)와 우측 곡선부(32)를 직선 연결하여 절곡 부분이 형성되도록 할 수 있다.

이와 같이 본 실시예는, 폐곡선 형태의 덕트(30)가 연속 또는 불연속적으로 가변되는 곡률반경을 갖는 좌우 비대칭의 형태로 제작되도록 하여, 프로펠러(10)에 유입되는 유입류를 변화시켜서 프로펠러(10)에 의해 발생되는 추진력이 대폭 증대되도록 할 수 있다.

이 경우 덕트(30)의 단면은 제1 실시예와 마찬가지로 내측은 에어포일 형태이고 외측은 평평한 형태일 수 있으며, 자세한 설명은 제1 실시예에서 이미 언급되었으므로 생략하도록 한다.

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.

1: 선박용 추진 장치 2: 선미
10: 프로펠러 11: 프로펠러 축 중심
20: 덕트 21: 좌현 덕트
22: 우현 덕트 30: 덕트
31: 좌측 곡선부 32: 우측 곡선부
33: 연결부

Claims (5)

1. 선미에 결합되어 추진력을 발생시키는 프로펠러; 및
   상기 프로펠러의 전방에 설치되는 덕트를 포함하며,
   상기 덕트는,
   좌현에 설치되고 일정한 직경을 갖는 원호 형태인 좌현 덕트와, 우현에 설치되고 일정한 직경을 갖는 원호 형태이며 상기 좌현 덕트보다 직경이 상대적으로 작은 우현 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박 추진 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 좌현 덕트 및 상기 우현 덕트는, 양단이 선체에 결합되는 원호 형태이며,
   상기 좌현 덕트의 축 중심과 상기 우현 덕트의 축 중심은, 수선면과 평행한 평면에 놓이는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 좌현 덕트 및 상기 우현 덕트는, 양단이 선체에 결합되고 각각 일정한 직경을 갖는 원호 형태이며,
   상기 좌현 덕트의 축 중심과 상기 우현 덕트의 축 중심은, 서로 꼬여있는 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 프로펠러의 축 중심으로부터 상기 좌현 덕트의 축 중심까지의 거리와, 상기 프로펠러의 축 중심으로부터 상기 우현 덕트의 축 중심까지의 거리는 동일하며,
   상기 선미의 표면으로부터 상기 좌현 덕트의 좌측 외면까지의 최장거리는, 상기 선미의 표면으로부터 상기 우현 덕트의 우측 외면까지의 최장거리보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 프로펠러의 축 중심으로부터 상기 좌현 덕트의 축 중심까지의 거리는, 상기 프로펠러의 축 중심으로부터 상기 우현 덕트의 축 중심까지의 거리보다 상대적으로 큰 것을 특징으로 하는 선박용 추진 장치.

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