선박의 ESD(Energy Saving Device)의 종류와 원리를 설명하시오.

선박의 속도성능을 향상시킬 수 있는 방법은 크게 두 가지임. 하나는 선체 및 프로펠러에 의하여 유실될 에너지를 최소화하는 것임. 이는 선체저항을 줄이고 프로펠러의 효율을 향상시키는 것임. 다른 하나는 유실된 에너지를 최대한 회수하는 것임. 선체와 프로펠러에 의해서 손실된 에너지는 프로펠러와 타, 그리고 ESD를 부착함으로써 회수될 수 있음.

 

따라서 ESD는 에너지 회수 장치라고도 할 수 있음.

 

선미부에 발생한 유체의 회전운동과 프로펠러 후류에 생성되는 회전유동을 이용하면 선박의 점성저항을 감소시키고 추진성능을 향상시킬 수 있음. 이러한 유체의 회전운동으로 유실되는 에너지를 ESD로 회수하는 것임.

 

ESD는 크게 세 가지로 분류 가능함.

- 프로펠러 전류에서 유체의 회전운동을 이용하는 Pre-Swirl ESD

- 프로펠러 후류의 회전류를 이용하는 Post-Swirl ESD

- 와류를 제어하여 추진기에 유입되는 유동을 개선하는 핀 형태의 부가물

 

Pre-Swirl ESD

선체에 의해 생성되는 와류를 제거하여 점성저항을 감소시키거나, 프로펠러 유입 유동을 개선하거나, 미리 회전유동을 주어 추진성능을 향상

 

Namura Flow Control Fin

Stern Tunnel Fin : 유동박리 방지, 프로펠러 위 부분 역흐름 억제, 프로펠러 진동 감소

L.V.(Low Viscous) Fin : 선미유동 직선화, 경계층 감소

Spoiler

Pre-Swirl Stator Vane(전류고정날개) : 물의 흐름을 보다 균일화, 프로펠러 회전방향 운동에너지 회수, 최대 6% 절감효과

Wake Improvement Duct : 반류분포 균일화

덕트프로펠러

MEWIS Duct : Duct 내부에 Fin을 부착한 형태의 구조물로 프로펠러 전단에 위치하여 프로펠러 wake 개선 및 rotational loss를 감소시켜 추진 효율을 개선하는 장치임. 선종 및 흘수에 따라서 3~6% 정도의 마력 감소.

 

Post-Swirl ESD

배는 프로펠러가 회전하면서 추진력을 얻지만, 프로펠러 뒤쪽에 남는 회전운동에너지는 추진에 기여하지 않기 때문에 에너지가 손실되는 것임. 이 회전운동에너지의 일부는 타에 의하여 정류될 때 전진 추력으로서 회수되는데, 회수되지 않은 회전운동에너지의 회수를 목적으로 하는 것이 Post-Swirl ESD임.

 

Stator behind Propeller : 프로펠러 회전방향 에너지를 축방향으로 변환하여 추진력으로 이용

Vane Wheel : 프로펠러 직경 증가 효과, 손상 사례 많아 현재 사용 안함.

CRP(Contra-Rotating Propeller, 상반회전프로펠러) : 두개의 프로펠러가 서로 반대로 회전하여 프로펠러 회전에너지를 가장 강력하게 회수

Thrust Fin(추력날개)

PBCF(Propeller Boss Cap Fins) : Propeller Boss Cap에 Fin을 부착하여 Propeller hub vortex를 감소시켜 추진 효율을 개선하는 장치임.

Additional Thrust Fin

Twisted rudder with costa bulb

Rudder Bulb : Propeller Hub의 중심과 일치하는 Rudder 전단에 vortex를 상쇄시키기 위해 bulb 형상의 붙여서 PBCF와 동일한 원리인 Hub Vortex를 감소시켜 추진효율을 개선하는 장치임. 약 1%의 개선 효과를 기대함.

 

그 밖의 ESD

비대칭 선미선형 : 좌우대칭선형에서 프로펠러 위치를 한쪽으로 편위

SAVER : 삼성중공업, 소형구조물로 초기 설치비용 최소화, 진동 감소

공기윤활장치 : 선체 바닥면에 공기를 분사, 선체표면과 바닷물 사이에 공기층을 만들어 마찰저항 감소