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KR20150083766A - 주 프로펠러 및 추가 프로펠러를 장비하는 배 및 그 하이브리드 운행방법 - Google Patents

주 프로펠러 및 추가 프로펠러를 장비하는 배 및 그 하이브리드 운행방법 Download PDF

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KR20150083766A
KR20150083766A KR1020140091165A KR20140091165A KR20150083766A KR 20150083766 A KR20150083766 A KR 20150083766A KR 1020140091165 A KR1020140091165 A KR 1020140091165A KR 20140091165 A KR20140091165 A KR 20140091165A KR 20150083766 A KR20150083766 A KR 20150083766A
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propeller
duct
ship
additional
main
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노부요시 모리모토
Original Assignee
노부요시 모리모토
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Publication date
Application filed by 노부요시 모리모토 filed Critical 노부요시 모리모토
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Abstract

[과제] 선박의 운행 안전성을 손실하지 않고, 연료소비 저감을 도모할 수 있도록 한다.
[해결수단] 주 기관(12)에 의해 주 프로펠러(11)를 구동하여 추진력을 얻는 선박(10)에, 추가 프로펠러(20) 및 그 구동수단이 마련되고, 상기 추가 프로펠러(20)는, 상기 주 프로펠러(11)의 배치 위치와는 다른 위치이며, 선저 또는 선저 기립부에 배치되고, 또한 상기 추가 프로펠러(20)의 상기 구동수단의 출력은, 상기 주 기관의 구동수단의 출력의 25% 이하이며, 주 프로펠러(11)를 구동하여 추진력을 얻는 상용 운전상태와, 추가 프로펠러(20)를 구동하여 추진력을 얻는 운전상태를 선택 가능하다.

Description

주 프로펠러 및 추가 프로펠러를 장비하는 배 및 그 하이브리드 운행방법{SHIP EQUIPPED WITH MAIN PROPELLER AND ADDITIONAL PROPELLER AND HYBRID OPERATING METHOD THEREFOR}
본 발명은 주 프로펠러 및 추가 프로펠러를 장비하는 배 및 그 하이브리드 운행방법에 관한 것이다.
배, 예를 들어 상선, 특히 화물선의 경우에는 화물을 싣는 단계와, 내린 후의 단계에서 흘수선의 높낮이가 상당히 크다.
일반적으로, 화물선의 경우, 밸러스트 흘수(喫水) 또는 계획만재 흘수로 운행하고 있다. 특히 해상상태가 불량할 때의 안전성을 고려하여, 악천후 운행의 흘수를 취할 수 있도록 설계되어 건조되고 있다. 또한, 흘수 깊이는 추진용 프로펠러를 안전하게 효율 좋게 사용하기 위해서, 프로펠러 이머젼도 고려되어 결정되고 있다.
그런데, 흘수를 깊게 유지하는 것은 배수량의 증가, 외판의 물과의 접촉면적의 증가, 수선면적계수의 악화를 초래하여, 연료소비의 증가를 의미한다.
화물선은, 짐을 내린 후에는, 운임 수입이 없음에도 불구하고, 배의 안정성을 고려하여 밸러스트 흘수상태에서 운행하는 것이 현상이다. 이 상태에서 연료소비 저감을 도모하면 경제효과가 크고, 또한 Nox 및 Sox 등의 환경개선효과도 있다.
특히, 최근에는 밸러스트 수에 해양생물이 혼입되는 환경문제로부터, 밸러스트 수의 처리가 문제시되고 있다.
또한, 후술하는 덕트 프로펠러(노즐 프로펠러)에 관해서, 다음과 같은 선행기술문헌이 있다.
특허문헌 1 : 특허 제3508811호 공보 특허문헌 2 : 특허 제5231878호 공보
따라서, 본 발명의 주된 과제는, 선박의 운행 안전성을 손실하지 않고, 연료소비 저감을 도모할 수 있는, 주 프로펠러 및 추가 프로펠러를 장비하는 배 및 그 하이브리드(복합) 운행방법을 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결한 본 발명은, 다음에 기술하는 바와 같다.
<청구항 1 기재의 발명>
주 기관에 의해 주 프로펠러를 구동하여 추진력을 얻는 선박에, 추가 프로펠러 및 그 구동수단이 마련되고,
상기 추가 프로펠러는, 상기 주 프로펠러의 배치 위치와는 다른 위치이며, 선저 또는 선저 기립부에 1대 또는 복수대 배치되고, 주 프로펠러를 구동하여 추진력을 얻는 상용 운전상태와, 추가 프로펠러를 구동하여 추진력을 얻는 운전상태를 선택 가능한 것을 특징으로 하는 배.
<작용효과>
본 발명에서는 주 프로펠러 외에, 소형의 추가 프로펠러 및 그 구동수단을 마련한다. 추가 프로펠러의 상기 구동수단의 출력은, 상기 주 기관의 구동수단의 출력의 35% 이하, 보다 바람직하게는 25% 이하이다. 재하(적하) 시에는, 계획만재 흘수에 가까운 흘수 상태에서, 주 프로펠러를 구동하여 운행한다. 필요하다면 추가 프로펠러를 병용하여 운행한다.
짐을 내린 후의 귀항 항해 시에는, 소형의 추가 프로펠러로 주로 운행한다. 특히 날씨가 온화한 날에는, 선박의 항해 시의 안정성에 대해서 과도하게 엄격하게 할 필요성은 없다. 그러므로, 흘수선을 낮춘 상태에서, 소형의 추가 프로펠러로 주행시킨다.
그 결과, 흘수선을 낮춤으로써, 외관 상의 배수량의 저하를 가져오고, 외판의 물과의 접촉면적이 작아지고, 수선면적계수의 개선을 도모할 수 있으며, 연료소비의 저감효과가 커지게 된다.
또한, 소형의 추가 프로펠러를 구동시키므로, 구동수단의 출력(주 기관의 구동수단의 출력의 35% 이하, 보다 바람직하게는 25% 이하)은 작은 것으로 충분하고, 이러한 관점으로부터도, 연료소비의 저감효과가 커지게 된다.
선박이 적하를 가득 실은 후에 출항하여, 통상적인 항해로 이행하는 경우에는, 주 프로펠러를 구동하고, 깊은 흘수로 항해한다. 또한, 짐을 옮긴 후에 밸러스트로 항해하는 경우에는 통상적인 항해상태로 이행한 후에 추가 프로펠러로 운행한다. 단, 날씨가 좋지 않은 경우에는 아무리 빈 배라고 해도, 밸러스트 수를 채워서, 안정화시킨 상태에서, 소형의 추가 프로펠러 또는 주 프로펠러로 주행시킬 수 있다. 또한, 필요한 경우, 추가 프로펠러 및 주 프로펠러를 병용하는 것도 가능하다.
밸러스트 항해 시에 주로 추가 소형 덕트 프로펠러를 사용함으로써, 주 프로펠러의 프로펠러 몰수율의 제한이 적어지고, 설계된 프로펠러(designed propeller)의 프로펠러 직경을, 종래의 설계기준에 의한 프로펠러의 직경보다 크게 할 수 있다. 이에 의해 프로펠러 효율 상승이 가능해지고, 약 5%~7%의 효율 상승이 된다. 이렇게 하여, 보다 큰 직경의 설계된 프로펠러(designed propeller)를 채용함으로써, 프로펠러 효율이 상승하여 동일한 선속에 대해서 주 기관의 필요 출력은 감소되고, 이에 의해 큰 연비 개선을 가져온다.
<청구항 2 기재의 발명>
상기 추가 프로펠러는 덕트 프로펠러인 청구항 1 기재의 배.
<작용효과>
추가 프로펠러로서 덕트 프로펠러를 사용하면, 소형이라고 해도, 상대적으로 큰 추력을 얻을 수 있다.
<청구항 3 기재의 발명>
상기 덕트 프로펠러는, 선외로 튀어나온 상태와 선내로 인입된 상태를 선택 가능한 청구항 2 기재의 배.
<작용효과>
덕트 프로펠러가 선외로 튀어나온 상태이고, 항해중, 사용하지 않는 상태에 있는 경우에는, 깊은 흘수에서 저항이 되므로, 덕트 프로펠러는, 선내로 인입된 상태로 하는 것이 바람직하다.
<청구항 4 기재의 발명>
상기 덕트 프로펠러는, 선미 영역에 마련되어 있는 청구항 2 기재의 배.
<작용효과>
덕트 프로펠러는, 선미 영역에 마련할 수 있다.
<청구항 5 기재의 발명>
상기 덕트 프로펠러는, 선수 영역에 마련되어 있는 청구항 2 기재의 배.
<작용효과>
덕트 프로펠러는, 선수 영역에 마련할 수 있다.
<청구항 6 기재의 발명>
상기 덕트 프로펠러는, 배 길이방향 중간영역에 마련되어 있는 청구항 2 기재의 배.
<작용효과>
덕트 프로펠러는, 배 길이방향 중간영역에 마련할 수 있다.
<청구항 7 기재의 발명>
상기 덕트 프로펠러는, 상하 축선 둘레로 회전 가능한 청구항 2 내지 청구항 6 중 어느 한 항 기재의 배.
<작용효과>
덕트 프로펠러가, 상하 축선 둘레로 회전 가능하면, 추가 프로펠러 및 주 프로펠러 병용 운전에서, 덕트 프로펠러를 적절히 상하 축선 둘레로 회전시킴으로써, 선박 조종(방향)성을 높일 수 있다.
<청구항 8 기재의 발명>
주 기관에 의해 주 프로펠러를 구동하여 추진력을 얻는 선박에, 추가 프로펠러 및 그 구동수단이 마련되고,
상기 추가 프로펠러는, 상기 주 프로펠러의 배치 위치와는 다른 위치이며, 선저 또는 선저 기립부에 배치되고,
적하 상태에서는 상기 주 프로펠러를 구동하여 추진하고, 짐을 싣지 않은 상태에서는 상기 추가 프로펠러를 구동하여 추진하는 것을 특징으로 하는 배의 운행방법.
<작용효과>
청구항 1과 동일한 작용효과를 이룬다.
<청구항 9 기재의 발명>
상기 추가 프로펠러는 덕트 프로펠러이며, 이 덕트 프로펠러가 선수 영역에 마련되고, 짐을 싣지 않은 상태에서 상기 덕트 프로펠러를 구동하여 선미방향으로 추진하는 청구항 8 기재의 배의 운행방법.
<작용효과>
추가 프로펠러로서 덕트 프로펠러를 사용하면, 소형이라고 해도 상대적으로 큰 추력을 얻을 수 있다. 또한, 덕트 프로펠러를 선수 영역에 마련하고, 짐을 싣지 않은 상태에서 덕트 프로펠러를 구동하여 선미방향으로 추진할 수 있다.
<청구항 10 기재의 발명>
상기 덕트 프로펠러는 선외로부터 선내로 인입 가능하게 되어, 짐을 싣지 않은 상태에서 상기 덕트 프로펠러를 선내로부터 선외로 튀어나오게 한 후, 상기 덕트 프로펠러를 구동하여 선미방향으로 추진하는 청구항 9 기재의 배의 운행방법.
<작용효과>
청구항 3의 경우와 동일한 작용효과를 이룬다.
<청구항 11 기재의 발명>
짐을 싣지 않은 상태에서 상기 덕트 프로펠러를 구동할 때에는 주 프로펠러의 일부 또는 전부가 흘수선 상에 있는 청구항 9 또는 10 기재의 배의 운행방법.
<작용효과>
주 프로펠러의 일부 또는 전부가, 흘수선 상에 있을 때까지 흘수선 위치를 낮추면, 외관상 배수량의 저하를 가져와, 외판의 물과의 접촉면적이 작아지고, 수선면적계수(水線面積係數)의 개선을 도모할 수 있으며, 연료소비의 저감 효과가 커지게 된다.
<청구항 12 기재의 발명>
추가 프로펠러의 덕트 상부에 공기 분출부가 마련되고, 그 공기 분출부로부터 공기를 분출하여, 선저에 기포류를 생성시키면서 항행을 행하는 청구항 8 기재의 배의 운행방법.
<작용효과>
공기를 분출하여, 선저에 기포류를 생성시키면서 항행을 행함으로써, 선체의 마찰을 저감시키는 것은 공지되어 있다. 그러나, 본 발명에 따른 추가 프로펠러에, 바람직하게는 덕트 프로펠러에 공기 분출부를 마련함으로써, 선체(특히 선저)의 마찰을 저감시키고, 경제적인 운행을 행할 수 있다.
본 발명에 의하면, 배의 운행 안전성을 손실하지 않고, 연료소비 저감을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 적하상태의 배의 개요 정면도이다.
도 2는 덕트 프로펠러의 예의 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 짐을 싣지 않은 운전상태의 배의 개요 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 덕트 프로펠러의 다른 예의 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해서 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 배, 예를 들어 적하상태의 상선(10), 예를 들어 화물선의 개요 정면도이다. 이 상선(10)에는, 디젤 기관 등의 주 기관(12)에 의해 주 프로펠러(11)를 구동하여 추진력을 얻는다. 14A는 짐을 싣지 않은 상태에서의 수선(水線)이며, 선수방향이 높고, 선미방향은 선저선과 교차하는 선수족(船首足)(by the head) 상태이다. 선미족(船尾足)(by the stern) 상태는 그와 반대이며, 도 3에 수선 14B로 나타낸다.
도 2에도 참조되는 바와 같이, 선박에, 구동수단(22)과 덕트 프로펠러(21)를 포함하는 추가 프로펠러(20)가 마련되어 있다.
이 추가 프로펠러(20)는, 주 프로펠러(11)와는 다른 위치, 즉 도시한 선수 영역 이외에, 선미 또는 중간 위치이며, 선저 또는 선저 기립부에 배치된다. 선미 위치의 경우를 부호 20A, 중간위치의 경우를 부호 20B로 나타내고 있다.
또한, 선미 측에는 브리지(13)가 마련되고, 선수 방향 뿐만 아니라 선미방향 측도 감시할 수 있도록 창(13A)이 형성되어 있다.
추가 프로펠러(20)의 구동수단(22)의 출력은, 주 기관(12)의 구동수단의 출력의 25% 이하로 작다.
그리고, 주 프로펠러(11)를 구동하여 추진력을 얻는 상용 운전상태와, 추가 프로펠러(20)를 구동하여 추진력을 얻는 운전상태를 선택 가능하도록 되어 있다.
추가 프로펠러(20)의 예를 설명하면, 구동수단(22)으로서는, 전기 모터, 유압 모터 등 외에, 필요하다면 주기(주 기관)(12)과 연결하여 구동력을 얻도록 할 수도 있다.
구동수단(22)에 의한 출력축(23)의 회전구동력은, 한 쌍의 베벨 기어(24)를 통해서 세로축(25)에 전달되고, 세로축(25)에 마련한 한 쌍의 베벨 기어(26)를 통해서, 프로펠러 구동축(27)의 회전력으로서 전달되며, 프로펠러의 주위에 덕트(21A)를 갖는 덕트 프로펠러(21)를 회전시키도록 구성되어 있다.
한편, 구동수단(22)에 의한 전달축(28)의 회전구동력은, 구동 소기어(29), 이것에 맞물리는 대기어(30)에 전달되고, 덕트 프로펠러(21)를 세로축(25) 둘레로 회전 가능하도록 구성되어 있다.
또한, 선저(10A)보다 아래쪽의 덕트 프로펠러(21)를 포함하는 기기는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 선저(10A)의 외부로 튀어나온 상태에 있는데, 통상적인 항해에서는 방해가 되므로 선내로 인입 가능한 구조가 바람직하다. 10B는 선내로 인입한 후에 기능을 멈추는 차폐부재이다.
이러한 배 구조인 경우, 화물(R)의 재하(적하) 시에는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 계획만재 흘수에 가까운 흘수 상태에서, 주 기관(12)에 의해 주 프로펠러(11)를 구동하여 운행한다.
짐을 내린 후에는, 특히 날씨가 온화한 날, 혹은 파도가 잔잔한 바다에서는, 선박의 항해 시의 안정성에 대해서 과도하게 엄격하게 할 필요성이 없으므로, 도 3에 도시하는 바와 같이, 흘수선을 낮춘 상태에서, 소형의 추가 프로펠러(20)로 주행시킨다. 이 경우, 도 3의 화살표로 나타내는 바와 같이, 배의 진행방향은 적절히 선택할 수 있고, 배의 진행방향에 의해 브리지(13)에서 선수, 선미를 감시한다.
그 결과, 흘수선을 낮춤으로써 외관 상의 배수량의 저하를 가져오고, 외판의 물과의 접촉면적이 작아지고, 수선면적계수의 개선을 도모할 수 있으며, 연료소비의 저감효과가 커지게 된다.
또한, 소형의 추가 프로펠러(20)를 구동하므로, 구동수단(22)의 출력은 작은 것으로 충분하고, 주 기관(12)의 구동수단의 출력의 35% 이하, 특히 25% 이하, 특히 10%~5% 정도의 출력으로 항행할 수 있는 관점으로부터도, 연료소비의 저감효과가 커지게 된다. 날씨가 온화한 날(뷰포트 스케일로 0~3인 날)의 주행속도는 5~10노트 정도로 충분하다.
이 선박이 화물(R)을 가득 실은 후에 출항하여, 통상적인 항해로 이행한 경우에는, 추가 프로펠러를 주로 구동하거나, 혹은 주 프로펠러(11)를 구동하거나, 또는 병용하여 낮은 흘수로 항해한다.
또한, 날씨가 좋지 않은 경우에는, 아무리 빈 배라고 해도 밸러스트 수(BW)(밸러스트 수의 저장공간은 도시하지 않는다.)를 채워서 안정화시킨 상태에서, 소형의 추가 프로펠러(20) 또는 주 프로펠러(11)로 주행시킬 수 있다.
덕트 프로펠러(21)가 상하 축선 둘레로 회전 가능하면, 필요로 하는 운전상태에서, 도 3에 도시하는 바와 같이 덕트 프로펠러(21)를 구동하여 선미방향으로 추진할 수 있다.
덕트 프로펠러(21)가, 세로축(25)(상하 축선) 둘레로 회전 가능하면, 추가 프로펠러 및 주 프로펠러 병용 운전에서, 추가 프로펠러를 적절히 상하 축선 둘레로 회전시킴으로써, 스티어링 기능을 부가할 수 있고, 선박 조종(방향)성을 높일 수 있다. 또한, 이 배가 해안에 닿을 때에, 옆으로 향하게 하여 슬라이드 스러스터로서 이용할 수 있다.
또한, 덕트 프로펠러(21)에 의한 추진방향을 선수방향으로 할 수 있다. 이를 위해서는, 주 프로펠러(11)에 대해서, 그 회전을 방지하는 프로펠러 공회전 방지장치(11A)를 마련해둘 수 있다.
필요하다면, 덕트 프로펠러(21)를 배의 중심선을 경계로 하여 좌우에 마련할 수도 있다. 좌우의 덕트 프로펠러(21, 21)의 상하 축선 둘레로의 회전에 의해, 선박 조종성을 높일 수 있다. 또한, 슬라이드 스러스터로서 이용할 때에, 연안에 닿는 것이 한층 더 간단해진다.
한편, 추가 프로펠러(20), 바람직하게는 도 4에 도시하는 바와 같이, 덕트 프로펠러(21)의 덕트(21A)에 공기 분출부(21B)를 형성하고, 그 공기 분출부(21B)로부터 공기를 분출하여, 선저에 기포(B)의 흐름을 생성시키면서 항행을 행할 수 있다.
공기 분출부(21B)로부터 공기를 분출하여, 선저에 기포류를 생성시키면서 항행을 행함으로써, 생성한 기포(B)에 의해, 선체의 마찰을 저감시킨다. 본 발명에 따른 추가 프로펠러(20)에, 바람직하게는 덕트 프로펠러(21)의 덕트(21A)의 상측에 공기 분출부(21B)를 마련함으로써, 선체(특히 선저)의 마찰을 저감시키고, 경제적인 운행을 행할 수 있다.
본 발명은 일반 화물선 외에, 콘테이너선, 탱커, LNG선, 자동차 운반선, 벌크선, 화객선 등에 대해서 적용 가능하다.
10 : 배 11 : 주 프로펠러
12 : 주기(주기관:구동수단) 20 : 추가 프로펠러
21 : 덕트 프로펠러 22 : 구동수단

Claims (12)

  1. 주 기관에 의해 주 프로펠러를 구동하여 추진력을 얻는 선박에, 추가 프로펠러 및 그 구동수단이 마련되고,
    상기 추가 프로펠러는, 상기 주 프로펠러의 배치 위치와는 다른 위치이며, 선저 또는 선저 기립부에 1대 또는 복수대 배치되고,
    주 프로펠러를 구동하여 추진력을 얻는 상용 운전상태와, 추가 프로펠러를 구동하여 추진력을 얻는 운전상태를 선택 가능한 것을 특징으로 하는 배.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 추가 프로펠러는 덕트 프로펠러인 것을 특징으로 하는 배.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 덕트 프로펠러는, 선외로 튀어나온 상태와 선내로 인입된 상태를 선택 가능한 것을 특징으로 하는 배.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 덕트 프로펠러는, 선미 영역에 마련되는 것을 특징으로 하는 배.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 덕트 프로펠러는, 선수 영역에 마련되는 것을 특징으로 하는 배.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 덕트 프로펠러는, 배 길이방향 중간영역에 마련되는 것을 특징으로 하는 배.
  7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 덕트 프로펠러는, 상하 축선 둘레로 회전 가능한 것을 특징으로 하는 배.
  8. 주 기관에 의해 주 프로펠러를 구동하여 추진력을 얻는 선박에, 추가 프로펠러 및 그 구동수단이 마련되고,
    상기 추가 프로펠러는, 상기 주 프로펠러의 배치 위치와는 다른 위치이며, 선저 또는 선저 기립부에 배치되고,
    적하 상태에서는 상기 주 프로펠러를 구동하여 추진하고, 짐을 싣지 않은 상태에서는 상기 추가 프로펠러를 구동하여 추진하는 것을 특징으로 하는 배의 운행방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 추가 프로펠러는 덕트 프로펠러이며, 이 덕트 프로펠러가 선수 영역에 마련되고, 짐을 싣지 않은 상태에서 상기 덕트 프로펠러를 구동하여 선미방향으로 추진하는 것을 특징으로 하는 배의 운행방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 덕트 프로펠러는, 선외로부터 선내로 인입 가능하게 되어, 짐을 싣지 않은 상태에서 상기 덕트 프로펠러를 선내로부터 선외로 튀어나오게 한 후, 상기 덕트 프로펠러를 구동하여 선미방향으로 추진하는 것을 특징으로 하는 배의 운행방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    짐을 싣지 않은 상태에서 상기 덕트 프로펠러를 구동하여 선미방향으로 추진할 때에, 주 프로펠러의 일부 또는 전부가 흘수선 상에 있는 것을 특징으로 하는 배의 운행방법.
  12. 제8항에 있어서,
    추가 프로펠러의 덕트 상부에 공기 분출부가 마련되고, 그 공기 분출부로부터 공기를 분출하여, 선저에 기포류를 생성시키면서 항행을 행하는 것을 특징으로 하는 배의 운행방법.
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