KR100373605B1 - 폐쇄된탱크의내부를세정하기위한세정장치 - Google Patents
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Abstract
탱크(1) 내부의 세정이, 본 발명에 따라 노즐의 선회점이 세정이 가장 필요한 곳에 정확히 위치하도록 결정되는 선회각을 갖는 노즐(12)을 구비한 세정장치(5)에 의해 실행될 수 있다. 또한, 노즐(12)이 선회하는 속도는, 필요하고 충분한 세정강도를 보장하도록 세정 분사류의 트랙이 조정될 수 있도록 무단(無段)으로 변경될 수 있다. 따라서, 가장 경제적인 방식으로, 즉, 가장 짧은 시간 내에 그리고 최소의 세정 유체 및 에너지를 사용하여 세정이 실시될 수 있다. 본 발명에 따르면, 노즐(12)은 터빈(14), 구동부(15-20, 24-30), 웜 샤프트(31), 웜 휘일(32), 연결 링크(35), 및 피니언(38)에 의해 운동하며, 그 피니언(38)은 랙크(39), 샤프트(23) 및 노즐(12)상의 피니언(42)을 통해 그 노즐을 상하로 스윙 운동시킨다. 이 구성은 노즐의 간단하고 효과적인 운동을 보장하며, 탱크(1) 내부의 조건에 따라 노즐의 운동 패턴을 조정할 수 있게 한다.
Description
선박, 컨테이너, 용기 등의 오일 저장 탱크와 같은 탱크의 내부는 탱크의 내측 면에 침적된 슬러지 및 그 외의 불순물을 제거하기 위해 주기적으로 세정되어야 한다. 이것은 보통, 탱크 속으로 적절한 거리만큼 연장하는 샤프트의 단부에 장착된 노즐을 구비하고 탱크에 영구적으로 장착될 수 있는 세정장치에 의해 실시된다.
그 노즐에는 세정 유체가 압력 하에 공급되고, 그 세정 유체는 노즐이 소정의 패턴으로 움직이는 동안 방출되어, 그 세정 유체가 규칙적으로 모든 표면을 타격하여 쓸어냄으로써 슬러지 침적물을 용해시켜 씻어내고, 그 후, 이 슬러지 침적물은 유체와 함께 방출될 수 있다. 그 노즐은 장치내의 구동 유닛에 의해 샤프트를 중심으로 수평면에서 회전되고 수직면에서 상하로 선회(스윙)할 수 있게 구성되어있고, 그러한 세정 패턴에 의해 모든 표면이 효과적으로 닦아내어질 수 있다.
미국 특허 제3,874,594호에, 선택적인 세척 프로그램을 갖는 탱크 세척기가 개시되어 있고, 이 세척기에서는, 세척액이 그 세척기의 다른 고정 부분에 대하여 제1 축(예를 들어, 수직 축)을 중심으로 회전 가능한 하우징에 장착된 노즐로부터 방출된다. 이 노즐은 제2 축(예를 들어, 수평 축)을 중심으로 회전 또는 피봇 가능하다. 따라서, 제2 축은 제1 축에 대하여 수직이다. 단일 구동수단(바람직하게는 세척액에 의해 구동되는 단일의 터빈)이 제1 축을 중심으로 하우징을 회전시키도록 기어 및 클러치 기구를 통해 연결되어 있고, 제2 축을 중심으로 노즐을 피봇 또는 회전시키기 위해 다른 기어를 통해 연결되어 있으며, 각각의 축을 중심으로한 노즐 및 하우징의 각(角)속도의 비는 일정하지만, 절대 각속도는 선택된 프로그램에 따라 변경된다.
상이한 세척 프로그램을 선택함으로써, 제1 축을 중심으로 한 노즐의 회전속도와 제2 축을 중심으로 한 노즐의 요동속도가 세정되는 특정 탱크의 요구조건에 맞도록 변경될 수 있다. 그 프로그램은 캠의 프로파일(profile)에 의해 결정되고, 서로 다른 프로그램들 사이의 변경은 다른 프로파일을 가진 캡으로의 변경에 의해 행해진다.
이것은 프로그램을 바꾸는 유일한 수단이 캠을 변경하는 것이기 때문에 어렵고 시간이 많이 걸리며, 노즐 운동과 세정 패턴은 쉽게 변경되지 않는데, 이것은 세정이 적절하지 못하여 모든 침적물이 제거될 때까지 반복되어야 하는 경우에 추가 세정 시간과 세정 유체가 사용되어야 한다는 것을 의미한다. 실제로, 이러한 경우는 전형적으로는 탱크 바닥의 구석의 세정에서 일어난다.
본 발명은, 탱크의 내부로 하강된 노즐로부터의 유체 분사류에 의해 탱크 또는 유사한 공간의 내측 표면을 세정하기 위한 세정장치로서, 유체 분사류가 탱크 내부에서 수평으로 분사될 수 있고 또한 상하로 분사될 수 있도록 상기 노즐이 제1 축을 중심으로 회전할 수 있음과 동시에, 상기 제1 축에 대하여 직각의 제2 축을 중심으로 상하로 선회할 수 있게 되어 있고, 구동 유닛을 통하여 상기 노즐을 회전시키도록 유체의 흐름에 의해 구동되는 터빈을 구비한 세정장치에 관한 것이다.
도 1은 탱크의 상부 벽에 본 발명의 세정장치를 장착한 예를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 세정장치 자체를 나타내는 도면.
도 3은 구동 유닛 자체를 나타내는 도면.
도 4는 노즐 요동 사이클을 기하학적으로 나타내는 도면.
도 5는 노즐의 각도 위치와 시간의 관계를 나타내는 그래프.
도 6은 탱크의 바닥에서의 세정 노즐의 운동 패턴의 일 예를 나타내는 도면.
따라서, 본 발명의 목적은, 탱크 용기의 가혹 주변환경에 견딜 수 있는 단순한 기계적 구동부에 의해 노즐의 선회운동을 무단(無段)으로 가변 설정할 수 있는 세정장치를 제공하는데 있다.
이 목적은 서두에 기재한 타입의 본 발명에 따른 장치에 의해 달성되는데, 본 발명에 따른 장치는, 구동부가 또한 웜(worm) 샤프트와 웜 휘일을 회전시키며, 그 웜 휘일은 연결 링크와 슬라이딩 결합하여 있는 스터드(stud)를 구비하고 있고, 그 연결 링크의 타단부는 제1 피니언 상의 스터드와 슬라이딩 결합하여 있으며, 그 연결 링크는 웜 휘일의 회전 시에 제1 피니언을 전후방으로 회전시키며, 상기 제1 피니언은 메인 샤프트의 일 단부에 설치된 랙크와 맞물려 있고, 그 메인 샤프트의 반대측 단부에 설치된 랙크가 노즐상의 제2 피니언과 맞물려 있어, 노즐이 선회운동을 실행할 수 있게 한 것을 특징으로 한다.
매우 더러운 탱크의 경우, 본 발명에 따른 장치는 구동부가 작동의 관점에서 단순한 구성을 가지는 것 외에도 강하고 노즐의 효과적인 선회운동을 제공하기 때문에 노즐의 운동 패턴을 조밀한 운동 패턴으로 무단(無段) 설정하는 것을 가능하게 하며, 그러한 조밀한 운동 패턴은 가능한 최단 시간에 가장 효과적인 세정을 보장한다.
또한, 본 발명에 따른 장치는, 분사류의 트랙 밀도 및 그의 강도가 요구조건에 맞도록 조정될 수 있으므로, 효과적인 세정을 얻기 위해 작동 중에 노즐의 선회속도를 무단으로 변화시킬 수 있게 한다. 이것은, 탱크 내부에서의 회전 중에 분사류들 사이의 거리가 완전한 세정 결과를 제공하도록 조정될 수 있으므로, 시간, 세정 유체 및 에너지를 절감한다.
또한, 노즐이 상하로 선회하는 속도를 조정함으로써, 탱크의 내부를 닦아내는 세정 분사류의 다양한 밀도와 강도로 세정이 이루어질 수 있기 때문에 최적 효율이 확실하게 얻어진다.
또한, 웜 휘일의 중심으로부터 그 웜 휘일에 설치된 스터드까지의 거리를 제 1 피니언의 중심으로부터 그 제1 피니언에 설치된 스터드까지의 거리보다 작게 함으로써, 수직면에서 180°이상의 선회각을 노즐에 제공하는 랙크 운동이 얻어진다. 따라서, 노즐은, 그 노즐이 상방으로 향하는 상부 수직 위치와, 그 노즐이 하방으로 비스듬히 향하여 경험상 가장 더럽다고 알려진 바닥의 가장 먼 부위 쪽으로 향하는 하부 경사 위치 사이에서 스윙(선회)할 수 있고, 따라서, 상기 가장 먼 부위가 효과적으로 세정될 수 있다.
또한, 웜 휘일의 회전 정도를 변경할 수 있게 함으로써, 노즐이 선회하는 정도를 소망에 따라 무단 조정하는 것이 가능하다.
마지막으로, 수동으로 조작 가능한 편심 캡에 의해 구동 유닛의 스트로크(stroke) 길이를 제한함으로써 웜 휘일의 회전을 편리하게 조정하므로, 간단하고 신뢰성 있는 조정수단이 얻어진다.
이하, 첨부 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 더 상세히 설명한다.
도 1에는, 구획된 탱크(1)들의 상부 벽에 세정장치(5)를 장착하는 일 예가 도시되어 있다. 그 탱크 자체는 측벽(2), 바닥(3), 및 상부 벽으로 이루어져 있고, 그 상부 벽에는 세정에 편리한 장소(4)에 세정장치(5)가 장착된다.
각각의 세정장치(5)는 노즐(12)을 구비하고 있고, 그 노즐은, 후술하는 바와같이, 탱크 내에서 수평면에서 회전할 수 있고 또한 상하로 선회(스윙)할 수 있도록 되어 있다.
실제의 세정장치(5)의 일 예가 도 2에 도시되어 있다. 이 세정장치는, 탱크외측에 위치하고 커버(7)를 가진 하우징(6)내에 설치되어 상기 노즐을 구동시키는 구동 유닛과, 세정 유체(13)의 도입을 위한 플랜지 접속부(9)를 가진 터빈 하우징(8)과, 탱크의 상부 벽에 접하는 장착 플랜지(13)를 포함한다.
탱크(1)의 내부에서는 이 세정장치의 파이프(11)가 연장하고, 그 파이프(11)의 일 단부에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 노즐(12)이 수평면에서 회전할 수 있고 또한 원호(41)를 따라 상하로 선회할 수 있도록 장착되어 있다.
노즐(12)을 회전시키고 탱크(1)내에서의 노즐의 운동 패턴을 조절하는 기구를 도 3을 참조하여 설명한다. 이 도면에서는, 하우징(6), 커버(7), 터빈 하우징(8), 플랜지 접속부(9), 장착 플랜지(10), 및 파이프(11)가 점선으로 나타내어져 있다.
터빈 하우징(8)내에는, 압력 하에 도입되는 세정 유체(13)의 흐름에 의해 구동되는 터빈(14)이 그 세정 유체의 흐름 방향을 가로질러 설치되어 있고, 이 세정 유체는 이 터빈으로부터 파이프(11)를 통해 그 파이프(11)의 단부에 있는 노즐(12)에 이르게 된다.
터빈(14)은 그에 연결된 샤프트(15)를 구동하고, 그 샤프트(15)의 다른 단부에는 크랭크(17)를 구비한 크랭크 휘일(16)이 결합되어 있다. 이 크랭크(17)에는 푸시 로드(18)의 일 단부가 연결되어 있고, 그 푸시 로드(18)의 반대측 단부에는 로커 아암(rocker arm)(19)이 연결되어 있다. 이 로커 아암(19)의 다른 단부에는, 로커 아암의 요동운동을 웜 샤프트의 회전운동으로 전환하기 위한 공지된 타입의 일 방향 클러치(20)가 설치되어 있다. 그리하여, 웜 샤프트는 일 방향으로만 회전한다. 그 웜 샤프트 상의 웜(21)은 구동기구에 의해 회전되는 웜 휘일(22)과 맞물려 있다.
웜 휘일(22)에는, 파이프(11) 내를 통과하여 하방으로 연장하는 메인 샤프트(23)가 고정되어 있고, 그 메인 샤프트(23)의 한쪽 단부에는 노즐(12)이 연결되어 있어, 웜 휘일(22)의 회전운동이 노즐(12)에 전달되어 그 노즐이 탱크 내부에서 수평면에서 회전하도록 되어 있다.
그 회전운동의 속도는 터빈(14)의 회전속도와 구동 유닛에 의해 실행되는 변속에만 의존한다. 따라서, 그 회전속도는 터빈 하우징(8)을 통과하는 세정 유체(13)의 흐름을 조절하기 위한 기구(도시되지 않음)에 의해서만 조절되거나 또는 크랭크(17)의 스트로크(stroke) 길이를 변화시킴으로써만 조절될 수 있다.
노즐(12)의 이러한 회전운동 이외에, 노즐(12)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 요동운동으로 상하로 선회할 수 있도록 되어 있다. 이러한 운동은 캐리어 아암(25)에 접하여 있는 경사진 슬라이드 면을 가진 구동 헤드(24)에 의해 발생된다. 그 캐리어 아암(25)에는, 스프링(28)의 바이어스(bias)에 의해 편심 캠(29)과 접촉하여 있는 도그(dog)(27)가 제공되어 있다.
편심 캠(29)에는, 구동 헤드(24)의 경사면과 캐리어 아암(25) 사이의 간격을 무단(無段)으로 조정할 수 있도록 조정 휘일(30)이 연결되어 있다. 따라서, 일 방향 클러치(26)를 통해 캐리어 아암(25)에 장착된 웜 샤프트(31)의 회전운동이 무단으로 변경될 수 있다.
웜 샤프트(31)는 샤프트(33)에 장착된 웜 휘일(32)과 맞물려 있다. 그 웜 휘일(32)에는 스터드(34)가 편심적으로 설치되어 있고, 그 스터드(34)에는 연결 링크(35)의 일 단부가 미끄럼 가능하게 결합되어 있다. 그 연결 링크(35)의 반대측 단부에서는, 축(37)에 장착된 제1 피니언(38)에 편심적으로 설치되어 있는 스터드(36)에 미끄럼 가능하게 결합되어 있다. 따라서, 웜 휘일(32)의 회전에 따라, 제1 피니언(38)이 축(37)상에서 전후로(도 3에서 이중 회살표로 나타낸 방향으로) 회전하게 된다.
제1 피니언(38)은 그 피니언에 접선적으로 연장하는 랙크(rack)(39)와 맞물려 있다. 따라서, 그 랙크(39)는 제1 피니언(38)의 전후 회전에 따라 상하로 이동하는 동시에 웜 휘일(22)에 의해 회전하도록 되어 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 메인 샤프트(23)의 반대측 단부에는 랙크(43)가 설치되어 있고, 그 랙크(43)에 제2 피니언(42)이 맞물려 있으며, 이 제2 피니언(42)에는 노즐(12)이, 도 2 및 도 4에 도시한 바와 같이, 원호(41)를 따라 상하로 선회하도록 설치되어 있다.
캐리어 아암(25)의 회전각과 웜 샤프트(31)의 회전속도에 의해 결정되는 속도는 편심 캠(29)의 위치에 의해 결정된다. 이 속도는 무단으로 변경될 수 있기 때문에, 그 속도는 구동 헤드에 의한 캐리어 아암(25)의 운동에 따라 저속으로부터 고속까지 변경될 수 있다.
제1 피니언(38)의 전후 회전을 명백하게 설명하기 위해, 기하학적 관계가 도 4에 도시되어 있다. 이 도면에서, 제1 피니언(38)은 그의 축(37)을 중심으로 회전하는 것으로 나타내어져 있다. 연결 링크(35)는, 샤프트(33)를 중심으로 회전하는 웜 휘일(32)상의 스터드(34)와 제1 피니언(38)상의 스터드(36) 사이에서 연장한다. 웜 휘일(32)의 반경(구체적으로는, 그 웜 휘일의 중심으로부터 그 웜 휘일에 설치된 스터드까지의 거리)은 제1 피니언(38)의 반경(구체적으로는, 그 제1 피니언의 중심으로부터 그 제1 피니언에 설치된 스터드까지의 거리)보다 작게 되어 있다.
또한, 도 4는, 메인 샤프트(23)의 반대측 단부(즉, 랙크(39)가 설치된 메인 샤프트 단부의 반대측 단부)에는 노즐(12)의 제2 피니언(42)과 맞물려 있는 랙크(43)가 제공된 것을 나타낸다. 제1 피니언(38)이 180°이상의 각도에 걸쳐 회전할 때 제2 피니언(42)이 180°이상의 회전운동을 실행하게 된다는 것이 도면으로부터 명백하다.
명료하게 하기 위해, 웜 휘일(32) 및 제1 피니언(38)의 중심들(즉, 샤프트(33)와 축(37))과 스터드(34, 36) 사이의 벡터(vector)들의 정해진 위치가 도시되어 있다.
스터드(34)까지의 웜 휘일(32)의 반경과 연결 링크(35)의 길이를 변화시킴으로써, 노즐(12)의 선회운동(원호(41)에 따른)의 길이와 노즐(12)의 회전각이 조정될 수 있다. 따라서, 그 길이 및 회전각은 개개의 탱크에 대하여 조정될 수 있다.
이하, 세정장치의 동작 모드에 대하여 설명한다.
도 6은 탱크 내에서의 분사류의 강도 분포를 곡선(40)으로 나타내고 있다. 이 도면에서는 세정장치가 탱크의 상부 벽의 중앙(부호 4로 나타낸)에 위치하는 것으로 가정하고 있고, 이 경우, 노즐(12)이 수직 상부로부터 수직 하부로 180°의 원호를 따라 선회하도록 구성되어 있다.
노즐의 출발위치는 상방으로 향하며, 이것은 노즐의 운동 중에 탱크 내에서 분사류를 균일하게 분포시키는 것으로 보여진다. 곡선(40)들이 근접하여 있는 것은 노즐이 낮은 선회속도로 동작한다는 것을 나타낸다. 이러한 노즐의 선회속도는, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 캐리어 아암(25)의 요동운동을 짧게 함으로써 웜 샤프트(31)의 회전범위를 짧게 하고, 결국은 랙크(39)와 제2 피니언(42)의 제한된 운동을 제공하도록 조정 휘일(30)의 조정에 의해 편심 캠(29)에 대한 캐리어 아암(25)의 각(角)회전을 짧게 함으로써 조정된다.
높은 노즐 선회속도로 보다 넓은 세정 패턴이 요구되는 경우에는, 조정 휘일(30)에 의해 편심 캠(29)을 큰 각(角)운동을 제공하는 쪽으로 회전시켜 캐리어 아암(25)이 큰 요동운동을 행하게 함으로써 노즐에서의 제2 피니언(42)의 회전속도를 높게 한다.
탱크의 적절한 세정을 보장하기 위해 세정강도가 무단(無段)으로 조정될 수 있다. 이것은, 필요 이상으로 세정할 필요가 없고 세정강도의 조정이 무단 조정에 의해 이루어질 수 있다는 점에서 당연히 경제적으로 매우 중요한 것이다.
통상적으로는 바닥의 구석들을 부가적으로 세정할 필요가 있기 때문에, 노즐이 먼 곳의 구석 쪽으로 회전할 수 있고 상하 선회운동을 행할 수 있는, 도 4에 도시한 것과 같은 구조를 사용하는 것이 편리하다.
도 5는 시간(가로좌표) 경과에 따라 노즐(12)과 분사류가 바닥 바로 위의 50°와 -50°사이의 구역에서 어떻게 향하는지를 도표로 나타내며, 이 도표의 세로좌표의 180°는 노즐이 짧은 시간동안 상방으로 향하는 것을 의미한다.
이 도표로부터, 통상 가장 더러운 탱크 내부 지역들의 매우 효과적인 세정이 달성된다는 것이 명백할 것이다. 이것이 도 6에도 나타내어져 있고, 이 도면은, 노즐이 구석으로 회전할 수 있고 구석에서 분사류의 세정강도가 가장 크기 때문에 구석에서 세정이 이루어지는 것을 나타낸다.
이러한 세정 패턴은 본 장치에서 독특한 것이며, 지금까지 알려지지 않은 고도의 효율과 에너지 및 세정 유체의 절약과 시간 절약을 제공한다.
또한, 본 장치는 수직면 및 수평면에서의 노즐 위치를 나타내는 표시기를 구비할 수 있어, 노즐의 출발위치가 세정 시작 전에 필요에 따라 조정될 수 있다.
노즐이 선회하는 속도와 그에 따른 세정 패턴의 강도가 편심 캡에 연결된 조정 휘일로부터 판독될 수 있다.
세정 패턴을 프로그램 제어할 필요가 있는 경우, 서보 모터에 의해 편심 캠이 회전될 수 있어, 각각의 탱크에 대하여 가장 편리한 세정을 달성하기 위해 조정 및 조절이 이루어 질 수 있다.
Claims (4)
- 탱크의 내부로 하강되어 있고 그 탱크의 내측 표면을 세정하기 위한 유체 분사류를 제공하는 노즐로서, 그 유체 분사류가 탱크 내부에서 수평으로 분사될 수 있고 또한 상하로 분사될 수 있도록 제1 축선을 중심으로 회전할 수 있는 동시에 상기 제1 축선에 대하여 수직의 제2 축선을 중심으로 상하로 선회할 수 있는 노즐과, 유체의 흐름에 의해 구동되는 터빈과, 상기 노즐을 회전시키기 위해 상기 터빈에 연결된 구동수단을 포함하는 세정장치에 있어서,사기 구동수단이 웜 샤프트(31)와, 그 웜 샤프트(31)와 맞물려 있고 스터드(34)를 가지고 있는 웜 휘일(32)과, 스터드(36)를 가지고 있는 제1 피니언(38)과, 상기 웜 휘일(32)의 회전에 의해 상기 제1 피니언(38)을 전후로 회전시키기 위해 상기 웜 휘일(32)과 상기 제1 피니언(38) 사이에 배치되고, 일 단부에서는 상기 웜 휘일(32)상의 상기 스터드(34)와 미끄럼 가능하게 결합하고, 다른 단부에서는 상기 제1 피니언(38)상의 상기 스터드(36)와 미끄럼 가능하게 결합하여 있는 연결 링크(35)와, 메인 샤프트(23)의 일 단부에 제공되어 있고 상기 제1 피니언(38)과 맞물려 있는 랙크(39)와, 상기 메인 샤프트의 반대측 단부에 제공된 랙크(43)와 맞물려 있고 상기 노즐(12)에 연결되어 상기 노즐(12)의 상하 선회운동을 실행하기 위한 제2 피니언(42)을 포함하는 것을 특징으로 하는 세정장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 웜 휘일(32)의 중심으로부터 그 웜 및 휘일에 설치된 상기 스터드(34)까지의 거리가 상기 제1 피니언(38)의 중심으로부터 그 제1 피니언에 설치된 상기 스터드(36)까지의 거리보다 작은 것을 특징으로 하는 세정장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 웜 샤프트(31)를 회전시키기 위한 가변 구동부로서, 상기 터빈에 의해 구동되도록 설치된 구동 헤드(24)와, 그 구동 헤드에 미끄럼 접촉하여 있는 캐리어 아암(25)과, 그 캐리어 아암에 설치된 일 방향 클러치(26)와, 상기 캐리어 아암에 대하여 수직으로 연장하여 그 캐리어 아암에 제공된 도그(27)와, 스프링(28)의 바이어스에 의해 상기 도그가 접촉하여 있도록 배치된 편심 캠(29)과, 그 편심 캠에 연결된 조정 휘일(30)을 포함하는 가변 구동부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 세정장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 편심 캠(29)은, 상기 구동 헤드의 스트로크 길이를 제한하여 상기 웜 샤프트(31)의 회전을 제한하기 위해 상기 조정 휘일에 의해 회전가능하게 된 것을 특징으로 하는 세정장치.
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