KR100673149B1 - 잠수함 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 상태의 산소를 유입 및 저장하기 위한 탱크가 설치된 잠수함에 관한 것이다. 상기 탱크는 압축 밀봉된 내벽 그리고 압축 밀봉된 외벽을 포함하며, 상기 내벽 및 외벽은 지지부재를 통해 서로 연결되어 있다. 외벽과 내벽 사이에 형성된 빈 공간은 충진체로 완전히 채워져서 진공 상태로 되어 있다. 상기 충진체는 실제로 볼의 형상이고, 충격 하중시의 높은 하중에 견딜 수 있다.

Description

잠수함 {SUBMARINE}

도 1은 본 발명에 따른 액상 산소 탱크를 개략적으로 도시한 종단면도.

도 2는 도 1에 따른 탱크의 횡단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 탱크 2: 내벽

3: 산소 4: 간격

5: 외벽 6: 지지스트랩(carrying strap)

7: 마이크로 전구 8: 파이프

9: 스톱 밸브

본 발명은 액화 가스, 특히 산소를 유입 및 저장하기 위한 탱크를 구비한 잠수함에 관한 것이다.

특히 군용 잠수함은 자체의 전기에너지를 - 특히 잠수 동작 중에는 - 완전히 또는 부분적으로 연료전지로부터 얻는데, 연료전지내에서는 산소 및 수소가 전기 에너지를 발생시키기 위해 촉매반응하여 산화된다. 예컨대 충분한 양의 산소를 선체에 저장할 수 있기 위해서는, 산소가 액체 형태로 저장될 수 있는 탱크가 필요하다.

극저온인 액체 상태의 가스, 특히 육상에서의 산소를 저장하는 방식은 이미 공지되어 있다. 공지된 이러한 방식에서는 탱크가 2개의 쉘로 구성되어 있다. 즉, 탱크는 압축 밀봉된 내벽 그리고 상기 내벽에 대해 간격을 두고 배치되어 있고 공간이 진공을 이루도록 하는 안전한 외벽으로 구성되어 있으며, 내벽과 외벽사이는 내충격부로서 작용되도록 펄라이트(perlite)로 채워져 있다. 단열을 위해 중앙의 공간은 진공 상태로 되어 있다.

상호 간격을 두고 배치된 다수의 알루미늄 박막을 배열하고 그 사이에 진공 공간을 형성함으로써 높은 단열효과를 얻는 것도 또한 공지되어 있다.

그러나 상기와 같은 배열은 다만 고정식 설비에 응용하는 경우에만 적합한데, 그 이유는 상기와 같은 배열 상태가 충돌 또는 폭발시에 나타나는 기계적인 부하를 견디기 어렵기 때문이다.

또한 차량에 배치된 이중 쉘 액상 산소 탱크의 경우, 하중이 발생되는 경우에도 벽들의 상호 간격을 유지시키는 스트랩을 내벽과 외벽사이에 제공하는 것도 공지되어 있다. 하지만 이와 같은 구조도 군용 잠수함에 사용하기에는 적합하지 않다. 왜냐하면, 예컨대 수소 폭탄의 폭발시에 잠수함 근처에서 발생되는 하중이 중력 가속도의 10배 내지 100배의 범위에 있기 때문이다(10 내지 100g). 상기와 같은 기계적인 하중을 지지할 수 있도록, 내벽과 외벽이 스트랩을 통해 서로 연결되어 있는 공지된 구조를 보강하는 것은 구조적으로 가능하지만, 이 경우에는 내벽과 외벽사이에 필요한 단열상태가 더이상 실현될 수 없을 정도로 큰 스트랩의 횡단면이 나타날 수 있는데, 그 이유는 스트랩에 의한 열브리지(thermal bridge) 효과로 인해 단열효과가 이루어지지 않기 때문이다.

상기와 같은 내용을 배경으로 한 본 발명의 목적은 액화 가스, 특히 액체 상태의 산소를 유입 및 저장하기 위한 탱크를 구비하고, 이러한 탱크가 또한 군용 잠수함 특유의 요구조건도 만족시키는 잠수함을 제작하는 것이다.

이러한 목적은 본 발명에 따른 청구항 1에 기술된 특징부에 의해 달성된다.

본 발명에 따라 잠수함에는 액화 가스, 특히 액체 상태의 산소를 유입 및 저장하기 위한 탱크가 설치되어 있으며, 이러한 탱크는 2개의 쉘로 구성되어 있고, 내벽과 외벽사이에는 내충격을 목적으로 하는 충진체가 충전되어 있으며, 탱크는 또한 외벽과 내벽사이의 단열을 위해 진공 상태로 되어 있다. 더욱이 탱크에는 외벽과 내벽의 기계적인 연결을 위한 지지부재가 제공되어 있으며, 이러한 지지부재는 용기의 단열작용에 필요 이상으로 악영향을 미치지는 않는다. 그러나 내벽에 의해 형성된 내부 용기를 외벽에 의해 형성된 외부 용기 내부에 지지하기 위해, 지지부재는 다만 정하중에 맞추어서 설계되었다. 특별히 충격 하중면에서의 군용 잠수함 특유의 요구조건을 수용할 수 있기 위해, 본 발명은 실제로 볼 형상을 갖는 충진체를 제시한다. 이러한 충진체는 공지된 바와 같은 내충격을 목적으로 이용될 뿐만 아니라, 특히 (충격 하중 동안에도) 단열효과에 심하게 영향을 미치지 않으면서 높은 충격 하중에 견디도록 이용된다. 충진체가 볼 형상을 가짐으로써 (이 경우에는 구조적으로 이상적인 볼 형성이 구현될 필요는 없으며 변형된 볼 형상으로도 충분하다) 충격 하중의 경우에 발생되는 힘이 볼을 통해 전반적으로 균일하게 분배되며, 특히 본 발명에 따른 설계 방식에서는 이러한 볼이 전체적으로 고체 형태의 특성을 나타내기 때문에 매우 강한 힘도 흡수할 수 있다.

본 실시예에는 유리볼이 특히 적합한데, 그 이유는 유리볼이 매우 안정적인 형태이고, 저렴한 비용으로 제작될 수 있으며, 매우 강한 힘도 흡수할 수 있기 때문이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서 유리볼은 속이 채워진 상태가 아니라 중공체로 형성되어 있다. 따라서, 특별히 안정성 면에서 두드러진 손실을 나타내지 않으면서 내충격효과가 상승된다.

본 발명에 따른 충진체로서는 미세한 유리볼이 사용되는 것이 바람직하며, 이러한 유리볼은 충진체로서 액체와 유사한 유동 특성을 갖는다. 즉, 좁은 간격의 공간내부를 이루는 내벽과 외벽사이에 형성된 빈 공간을 제조 기술적으로 매우 유리하게 채울 수 있다. 이러한 유리볼은 액체와 유사하게 외벽과 내벽 사이에 형성된 빈 공간에 고르게 분배되지만, 폭발시의 압축파(pressure wave)에 의해 나타나는 것과 같은 갑작스런 부하가 발생할 경우에는 고체와 유사하게 작용한다. 따라서, 유리볼은 외부 용기에 대해 원하는 간격으로 내부 용기를 고정시키며, 부하가 발생할 경우에도 내충격성을 갖게 한다. 부하가 발생할 경우에는, 볼 사이의 표면압축이 상대적으로 높기 때문에 유리볼의 열전도성이 약간 더 커지지만, 부하의 감소 후에는 상기 열전도성이 동일한 분량만큼 재차 감소한다.

충진체는 실시예에 따라 여러 재료 및 크기로 이루어질 수 있지만, 평균 직경이 20 내지 120 ㎛인 미세한 유리볼이 사용되는 것이 바람직하며, 특히 압착된 형태로 사용되는 것이 바람직하다. 간격진 공간에 채워진 충진체를 압착함으로써, 상대적으로 높은 충진밀도(packing density) 및 보다 높은 안정성이 이루어진다. 이와 같은 압착은 공지된 압착장치에 의해서 이루어질 수 있다. 유리볼의 열전도 성을 더욱 감소시키기 위해서는, 유리볼이 속이 완전히 채워지는 형태가 아니라 중공형태로 형성되고, 압력조건에 따라 0.2 내지 0.5 ㎛ 범위의 벽 두께를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 액상 산소 탱크의 구조적인 형상은 (적어도 내부 탱크와 외부 탱크 사이에 있는 지지부재와 관련해서) 비교적 간단한데, 그 이유는 상기 지지부재가 실제로 내벽과 외벽사이에서 작용하는 정하중을 지지하도록 설계 및 형성되어 있기 때문이다. 즉, 지지부재는 다만 정상적인 정적 조건하에서 외부 탱크와 관련하여 내부 탱크를 제 위치에 고정시키기 위해서만 이용된다. 지지부재는 상승된 (동적) 부하용으로 설계될 필요는 없으며, 이와 같은 사실은 구조적으로 유리할 뿐만 아니라 단열효과 면에서도 장점을 갖는다. 말하자면 지지부재는 교차방식으로 조여져서 길게 늘어진 스트랩의 형태로 내벽과 외벽사이에 형성될 수 있다. 이와 같은 배열 상태는 특히 바람직한데, 그 이유는 이와 같은 경우에 내벽에 의해 형성된 내부 탱크가 외벽에 의해 형성된 외부 탱크 내부에 매달릴 수 있기 때문이다. 즉, 지지부재는 다만 인장하중만을 받을 수 있다. 이와 같은 경우에는 지지부재가 높은 강성을 갖도록 형성될 필요도 없고 비교적 적은 횡단면을 가질 수 있기 때문에, 결과적으로 내부 용기와 외부 용기사이의 단열효과는 스트랩에 의해서 비교적 적게 악화된다.

액체 상태의 산소를 탱크에 채우고 액체 상태의 산소를 탱크로부터 빼낼 수 있기 위해서는, 이러한 탱크를 관통하는 적어도 하나의 파이프 그리고 차단 밸브, 초과압밸브 등의 형태로 된 상응하는 차단 부재가 제공되어야 한다.

본 발명에 따른 해결책으로는 액체 상태의 가스, 특히 액상 산소가 압력하에서 냉각되어 저장될 수 있으며, 이 경우에 열을 방출시키기 위한 추가 장치없이도 충격하중 및 저장시간(예컨대, 1주 이상의)과 관련한 잠수함 특유의 요구 조건들을 만족시킬 수 있다.

본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 이하 상세히 설명한다.

도면에 도시된 군용 잠수함의 액상 산소 저장용 탱크(1)는 잠수함 내부의 적절한 (도시되지 않은) 장소에 배치되어 있으며, 이러한 장소는 압력 공간 내부 혹은 외부일 수 있다. 탱크(1)는 압축 밀봉된 내부 용기(내부 탱크)를 형성하는 내벽(2)을 포함하며, 이러한 내부 용기에 산소가 저장되어 있다. 도면에서 부호 (3a)는 액상 산소를 나타내고, (3b)는 탱크(1) 내부에 있는 가스 형태의 성분을 나타낸다. 내벽(2)은 단부가 대략 반구 형태를 이루고 거의 원통형의 내부 용기로 형성되어 있다. 내부 용기는 외부 용기(외부 탱크)를 형성하는 외벽(5)에 대해 대체로 일정한 간격(4)을 두고 사방에 배치되어 있으며, 외부 탱크는 내부 탱크와 동일한 형상을 갖지만 내부 탱크를 간격(4)을 두고 둘러쌀 수 있을 만큼 확연하게 더 크다.

내벽(2)에 의해 형성된 내부 용기는 지지스트랩(6)을 통해서 외벽(5)에 의해 형성된 외부 용기 내부에 매달리게 된다. 지지스트랩(6)은 적어도 6개의 측면에 배치되어 있으며, 바람직하게는 각각 쌍으로 교차되어 상기 6개 측면 둘레에 가급적 길게 형성될 수 있어야 한다. 지지스트랩(6)은 특히 산소로 채워진 내부 용기의 자체 중량에 의해 발생되는 정하중을 지지할 수 있도록 설계되어 있다. 지지스트랩(6)은 내부 용기 및 외부 용기와 마찬가지로 강으로 형성되어 있고, 강으로 용접되어 있다.

내벽(2)과 외벽(5) 사이에 형성된 공간은 미세한 유리볼(7)로 완전히 채워져 있으며, 더욱이 이러한 볼은 공간 내부에 압착되어 있다. 그 다음에 상기와 같이 압착되어 유리볼(7)로 완전히 채워진 공간은 높은 단열효과에 도달하기 위해서 진공 상태로 된다. 압착 및 진공화에 의해 미세한 유리볼(7)이 내마모성 상태로 패킹됨으로써, 정상 동작 중에도 차단부 내부에서는 마모가 전혀 발생되지 않는다. 유리볼(7)은 예컨대 10 내지 500 g 레벨의 충격 하중에서 발생되는 파워를 흡수하며, 이 경우 지지스트랩(6)은 눈에 띄일 정도의 부하를 추가적으로 받지 않는다. 이 때 단열효과는 거의 완전하게 유지되거나 또는 부하를 받은 직후에 완전하게 다시 나타난다.

액상 산소를 채우고 비우기 위해 탱크(1)의 바닥 근처에는 내벽(1) 및 외벽(5)을 관통하는 파이프(8) 및 차단 밸브(9)가 제공되어 있으며, 이러한 차단 밸브는 필요에 따라 제공될 안전장치 및 밸브장치에 대한 상징적인 기능을 한다.

본 발명에 의해 액화 가스, 특히 액체 상태의 산소를 흡수 및 저장하기 위한 탱크를 구비하고, 이러한 탱크가 또한 군용 잠수함 특유의 요구조건도 만족시킬 수 있는 잠수함을 제작할 수 있게 되었다.

Claims (9)

1. 액화 가스를 유입 및 저장하기 위한 탱크(1)를 구비한 잠수함에 있어서, 탱크(1)가 압축 밀봉된 내벽(2)을 포함하고 있고, 탱크(1)가 외벽(5)을 포함하고 있으며, 외벽(5)과 내벽(2)이 지지부재(6)를 통해 서로 연결되어 있고, 외벽(5)과 내벽(2)사이에 형성된 빈 공간이 충진체(7)로 완전히 채워지고 진공상태로 되어 있으며, 또한 충진체(7)가 볼 형상으로 이루어진 잠수함.
2. 제 1 항에 있어서, 충진체(7)가 유리볼로 형성되어 있는 잠수함.
3. 제 1 항에 있어서, 충진체(7)가 중공체로 형성되어 있는 잠수함.
4. 제 1 항에 있어서, 충진체(7)가 미세한 유리볼로 형성되어 있는 잠수함.
5. 제 1 항에 있어서, 충진체(7)가 20 내지 120 ㎛의 직경을 갖는 잠수함.
6. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 충진체(7)가 압착되어 있는 잠수함.
7. 제 1 항에 있어서, 지지부재(6)가 내벽(2)과 외벽(5)사이에서 작용하는 정하중에 견디도록 설계 및 형성되어 있는 잠수함.
8. 제 1 항에 있어서, 지지부재(6)가 내벽(2)과 외벽(5)사이에 배치된 스트랩(6)으로 형성되어 있는 잠수함.
9. 제 1 항에 있어서, 탱크(1)를 채우거나 탱크(1)를 비우기 위해 적어도 하나의 차단 가능한 파이프(8)가 설치되어 있는 잠수함.

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