KR101002825B1 - 잠수함의 충전용 디젤 엔진으로부터의 배기 가스를 위한 감압 생성 및 혼합 장치의 개방-루프 및 폐쇄-루프 작동을 위한 장치 및 그 작동을 위한 장치를 구비한 잠수함 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하나 이상의, 바람직하게는 터보차져형인 충전용 디젤 엔진을 구비한 잠수함 또는 수상 워터크래프트에 관한 것으로서, 상기 충전용 디젤 엔진은 선박의 배터리를 충전하기 위한 것이고 잠수함 스노클링 모드 중에 또는 수상 워터크래프트의 일반적인 운전 중에 제어되고 조정된 방식으로 작동된다. 충전용 디젤 엔진의 작동 중에 생성되는 배기 가스는 물의 유동과 혼합되고, 상기 물은 펌프에 의해 선박 주위의 물로부터 인입되고 조정된 방식으로 공급되며, 음압 생성 장치와 상호 작용하며, 혼합된 상태로 수중으로 배출된다. 형성된 음압 생성 및 혼합 장치의 작동에 의해, 충전용 디젤 엔진의 제어 및 조정과 상호 작용이 이루어진다.

Description

잠수함의 충전용 디젤 엔진으로부터의 배기 가스를 위한 감압 생성 및 혼합 장치의 개방-루프 및 폐쇄-루프 작동을 위한 장치 및 그 작동을 위한 장치를 구비한 잠수함{APPARATUS FOR OPEN-LOOP AND CLOSED-LOOP OPERATION OF A REDUCED-PRESSURE PRODUCTION AND MIXING DEVICE FOR THE EXHAUST GAS FROM A SUBMARINE AND SUBMARINE WITH THE SAME}

본 발명은 스노클링 모드중에 수중으로 배기가스를 배출하는 잠수함에 관한 것이다.

잠수함이 그 잠수함의 배터리를 충전하기 위해 스노클링할 때, 충전용 디젤 엔진으로부터의 배기가스들이 잠수함으로부터 제거되어야 한다. 이를 위해, 스노클링 마스트(mast)내에 또는 그에 인접하여 배기 가스 라인을 제공하는 것이 공지되어 있으며, 배기 가스는 충전용 디젤 엔진으로 흡입되는 신선한 공기와 혼합되지 않도록 그러한 스노클링 마스트로부터 배출된다. 이러한 방식의 단점은, 배기 가스의 연기 기둥(plume)이 만들어지고, 이는 용이하게 탐지되어 잠수함의 존재를 노출시킬 수 있다는 것이다. 이러한 단점의 해소를 위해, 예를 들어 DE 103 14 057 B3 에는, 여전히 수중에 위치하는 스노클링 마스트의 헤드내에서 배기 가스의 배출이 실질적으로 실시되며 동시에 그러한 프로세스 중에 스노클링 마스트상에서의 물 견인력(water drag; 물에 의한 저항)을 감소시키는 것이 공지되어 있다. 이러한 경우에, 형성된 배기 가스 스노클링 마스트 헤드의 케이싱 튜브내의 자유 단면(free cross sections)을 통해서 개방-루프(open-loop) 또는 폐쇄-루프 제어 없이 배기 가스가 배출된다. 이러한 경우의 단점은, 배기 가스 스노클링 마스트의 부피가 필연적으로 커지며, 그에 따라 물 견인력이 대응하여 커진다는 것이다. 또한, 배기 가스와 물의 혼합이 충분히 미세하게 이루어지지 않아서 배기 가스 기포가 물의 표면으로 상승되고, 그 곳에서 그 기포가 배기-가스 흔적(trail)을 형성하며, 이는 잠수함의 존재에 대한 표시를 제공할 수 있다. 또한, 충전용 디젤 엔진으로부터의 배기 가스 배출에 대한 특정 저항의 양을 반드시 극복하여야 한다.

본 발명의 목적은 상기 단점들을 극복한 잠수함을 위한 방법 및 장치를 제공하는 것이다.

또한, 외부 공기와 독립된 소위 파워 공급부(power supplies)를 구비한, 예를 들어, 순환용 디젤 엔진(circulating diesels)을 구비한 잠수함이 공지되어 있다. 예를 들어, DE 100 61 487 C1로부터 공지된 이러한 순환용 디젤 엔진에서는, 본질적으로 이산화탄소만을 함유하는 순환용 디젤 엔진으로부터의 배기 가스가 다공성 본체의 도움으로 잠수함 상의 파이프내로 도입되고 그 파이프를 통해 방출되며, 상기 파이프를 통해서는 외부의 물이 유동한다.

이러한 경우에, 배기 가스들은 수면 아래쪽으로 상당히 깊은 레벨(level)에서 순환용 디젤 엔진으로부터 배출되며, 그에 따라 외부 수압을 극복하기 위한 펌프가 제공된다. 이와 같은 배출구 라인은 순환용 디젤 엔진으로부터 배기 가스의 양이 적은 경우에만 적합할 것이다.

이제, 본 발명의 목적은 스노클링시에 잠수함 배터리를 위한 통상적인, 특히 터보차지형 충전용 디젤 엔진의 배기 가스가 잠수함 선체에 인접하여 상당한 수심에서 방출될 수 있으며, 주위의 물과 매우 양호하게 혼합될 수 있으며, 동력의 손실이 없고 심지어는 동력에 도움이 될 수 있는 잠수함을 구현하는 것이다. 이러한 목적은 특허청구범위 제 1 항을 기초로 달성될 수 있다. 이러한 해결책에서 요구되는 감압 생성 및 혼합 장치에 관한 구체적인 내용은 아직 공개되지 않은 "수중 선박 배기 가스를 위한 감소-압력 혼합 장치(Unterdruck-Mischeinrichtung fuer Schiffsabgas)"라는 명칭의 유럽 특허 출원(본 출원인의 참조 번호 EP 05100461.2)로부터 알 수 있다.

본 발명의 일 측면에서, 잠수함 추진 시스템 및 잠수함 자동화 시스템과 관련하여, 감압 생성 및 혼합 장치가 작동되고, 특히 자동화된 형태로 작동된다. 일반적인 잠수함 추진 및 자동화 시스템에 감압 생성 및 혼합 장치를 포함시키는 것은 수중 배기 가스 라인을 구비하는 잠수함 충전용 디젤 엔진의 운전 중에 보안을 상당히 개선할 수 있을 것이다. 비록, 고장의 경우에는 이러한 것이 작동 상태에서 잠수함의 안전에 부정적인 영향을 미칠 수 있을 것이나, 예를 들어 펌프 제어에 의해 이송되는 물 유동 또는 충전용 디젤 엔진의 냉각 시스템으로부터 탭핑 배출되는(tapped-off) 유동이 우선적으로 최대 레벨 값으로 셋팅되고, 그리고 그러한 최대 레벨 값에 도달한 후에 배기 가스가 혼합된다면, 독립적인 운전이 확실하게 가능할 것이다. 또한, 이러한 장치를 포함한 결과로서, 충전용 디젤 엔진의 보다 양호한 동력 최적화가 가능할 것이다.

본 발명의 다른 측면에서, 충전용 디젤 엔진의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어와 관련하여 감압 생성 및 혼합 장치가 시동 시퀀스(sequence)에 따라 시동되고, 정지 시퀀스에서 정지 및 차단(stopping and shutdown)이 대응하는 방식으로 이루어진다. 이는, 감압 생성 및 혼합 장치가 특히 최적의 속도 및 최적의 안전성 상태에서 항상 소정 시동 및 정지 모드로 작동될 수 있게 보장한다.

그에 따라, 안전하지 못한 작동 상태를 확실하게 회피할 수 있고, 운전자는 충전용 디젤 엔진의 정확한 시동 및 정지 운전, 그리고 배기 가스 배출 라인 장치를 모니터링할 수 있다.

본 명세서에서, 또한 본 발명에 따라, 감압 생성 및 혼합 장치는 바람직하게 물을 불어내기 위한 압축 공기를 이용하여 장치내의 물을 바깥으로 제거한 후에만 시동될 수 있다. 바람직하게도, 배기 가스 배출을 위해서 압축 공기를 이용하는 것은, 배기 가스를 위한 경로가 완전히 자유롭게 된다는 것(free)을 의미하고, 그에 따라 터보차져 및 그에 따른 충전용 디젤 엔진의 보다 높은 효율을 신속하게 달성할 수 있다는 것을 의미하며, 그러한 높은 효율은 감소된 압력의 결과로서 달성될 수 있을 것이다.

본 발명의 하나의 바람직한 실시예에서, 감압 생성 및 혼합 장치내의 감소된 압력은 수중의 배기 가스 배출 개구부의 깊이로부터 결정되고 프로세스에서 특히 원하는 충전 파워를 고려하여 공칭 값(nominal values)에 의해 셋팅된다. 이는, 바람직하게도, 감압 생성 및 혼합 장치에서 감소된-압력의 측정을 실시할 필요가 없다는 것을 의미하는데, 이는 그곳에서 발생되는 주요 와동(major vortices)으로 인해 어렵게 그리고 시간 지연되어서만 그것이 이루어질 수 있기 때문에 그러한 측정을 하지 않는 것이 유리하다할 것이다. 감압 생성 및 혼합 장치를 공칭 값 이상으로 작동시키면 감압 생성 및 혼합 장치의 안정적 운전이 얻어지며, 이는 특히 적절한 안정성 마진(margins)이 적용되는 경우에 보다 안전하다.

이 경우에, 본 발명은 또한, 공칭 값의 형성 중에, 잠수함 속도 및 가능한 경우에 그 잠수함을 둘러싸는 물의 밀도가 고려될 수 있게 한다. 이는, 특히 감소 압력을 형성할 때 내연기관으로부터의 배기 가스 압력이 고려되는 경우에, 감압 생성 및 혼합 장치내에서 실제로 우세한 조건의 방향으로 공칭 값의 개선을 초래한다. 또한, 이는 각각의 잠수 깊이에 매칭(match)되는 최대 충전 파워가 달성될 수 있도록 감소 압력을 셋팅할 수 있게 한다.

유사하게, 잠수함 배터리의 충전 상태 및 수심을 고려한 폐쇄-루프를 이용하여 충전용 디젤 엔진이 필요로 하는 파워를 조정할 수도 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 안전한 운전을 위해, 디젤 배기 가스 라인내의 자동 비-역류(non-return) (안전) 밸브가 배기 가스 라인내로 해수가 역류하는 것을 방지한다. 만약, 해수가 배기 가스 라인내로 역류한다면, 이는 충전용 디젤 엔진에 상당한 손상을 초래할 수 있을 것이다. 따라서, 이러한 경우에, 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어의 고장시에 독립적으로 응답하는 별도의 안전 장치를 제공하는 것이 바람직하다.

이러한 경우에, 본 발명의 일 측면에서, 감압 생성 및 혼합 장치 내에서 생성되어야 하는 감소된 압력을 위한 제어 루프가 상위 레벨의 폐쇄-루프 압력 제어를 포함하며, 그러한 상위 레벨의 폐쇄-루프 압력 제어는 감소된 압력을 셋팅하고 유지할 것이다. 상위 레벨의 폐쇄-루프 압력 제어는 바람직하게 PID(Proportional Integrate Derivative) 조정기(regulator), 그리고 워터 펌프의 회전 속도의 폐쇄-루프 제어를 위한 또는 물 유입구 밸브를 정위치시키기 위한 하위-레벨 제어 루프를 포함한다. 이는, 대응 장치의 요건에 대응하여, 제어될 여러 부품들을 서로 연결하는 안정한 폐쇄-루프 제어를 허용한다. 이러한 경우에, 또한 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어하에서 감압 생성 및 혼합 장치내의 유동 단면을 변화시킬 수 있다.

이는, 별도 펌프로부터의 소정량의 물 대신에, 충전용 디젤 엔진 냉각수로부터의 유동의 일부를 이용할 때 또는 잠수함으로부터 유래된 다른 물의 소정량을 이용할 때 특히 바람직하다. 별도의 밸브에 의한 또는 단면 변화에 의한 폐쇄-루프 제어가 바람직한데, 이는 제어가능한-유동-독립식 밸브가 이용되지 않기 때문이다.

수중에서 잠수함 충전용 디젤 엔진의 배기 가스 라인을 위한 개별적인 운전 방법 단계들을 실시하기 위해, 배기 가스에 대한 감압 생성 및 혼합 장치의 개방-루프 및 폐쇄-루프 운전을 위한 장치가 제공되며, 그 장치는 잠수함 추진 시스템, 그리고 특히 잠수함 자동화 시스템에, 예를 들어 충전용 디젤 엔진의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어에 이용되는 부분에 연결된다. 그에 따라, 배기 가스 배출 라인 장치의 그리고 충전용 디젤 엔진의 응답이 언제든지 서로 매칭될 수 있어, 잠수함의 이동 상태가 고려될 수 있다. 배기 가스 배출 라인 장치는, 잠수함 이동 상태를 고려하여, 충전용 디젤 엔진의 특정 요건 그리고 이 경우에 특히 터보차져의 특정 요건에 맞춰 언제든지 셋팅될 수 있다.

감압 생성 및 혼합 장치의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 운전을 위한 장치는, 특히, 추진 물 유동에서 밸브의 또는 펌프 회전 속도의 폐쇄-루프 제어에 대한 하위-레벨 제어 루프 그리고 감소된 압력의 폐쇄-루프 제어에 대한 상위-레벨 제어 루프를 가진다. 이는, 바람직하게, 특히 매우 신속하게 필요한 제어 변수를 생성하는 폐쇄-루프 제어가 PID 조정기를 포함할 때, 각 부품들의 폐쇄-루프 제어에 필요한 요건을 고려할 수 있게 한다.

또한, 이 경우에, 본 발명에서, 감압 생성 및 혼합 장치내의 감소된 압력 및/또는 형성된 가스-물 혼합물의 배출 압력을 결정하기 위해 상기 장치가 연산 장치를 포함한다. 감압 생성 및 혼합 장치에 대한 데이터를 이용하도록 구성된 이러한 연산 유닛은, 매우 바람직하게도, 형성된 가스-물 혼합물의 배출 압력 및 내부 압력이 연속적으로 계산될 수 있게 허용한다. 이는, 배기 가스 터보차져의 작동을 안전하게 고려할 뿐만 아니라 필요한 배압(backpressure)을 셋팅하는 감압 생성 및 혼합 장치의 안전한 폐쇄-루프 제어를 허용하고, 또 작동 중에 장치내로 주변의 물이 유입되는 것을 방지한다. 제어가능한 추진 워터 펌프 또는 추진 물에 대한 제어 밸브, 또는 단면이 조정될 수 있는 기타 노즐이 폐쇄-루프 제어를 위해 선택적으로 제공된다. 모든 경우에, 감소된 압력에 대한 보다 안전한 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어를 제공할 수 있으며, 그에 따라 충전용 디젤 엔진에 대한 위험을 예방할 수 있다.

또한, 바람직하게도, 본 발명에서, 잠수함은 상기 장치에 대한 소정량의 자유 송풍(freely blown) 공기를 위한 압축-공기 유닛을 구비한다. 이러한 경우에, 독립적인 압축-공기 유닛 및 스노클링을 통해 도입되는 공기 또는 배기 가스를 필요한 송풍 압력으로 변화시키는 유닛 모두가 제공될 수 있다. 이는, 적절한 압축기 파워를 이용하여 공급될 수 있다.

본 발명의 다른 측면에서, 잠수함은, 바람직하게, 감압 생성 및 혼합 장치 상류의 배기 가스 압력을 위한 압력 센서, 및 수압을 위한 압력 센서를 제공한다. 잠수함에서, 일반적으로 수압은 센서에 의해 연속적으로 측정되며, 이 경우에는 감압 생성 및 혼합 장치에 인접하여 또는 그 부근에 특정의 독립된 수압을 위한 압력 센서를 제공하는 것이 특히 바람직하다. 상기 장치 상류의 배기 가스 압력을 위한 압력 센서와 함께, 이것은 상기 장치에 의해 달성되어야 하는 압력차를 신뢰성 있게 생성한다.

본 발명의 다른 측면에서, 본 발명에 따른 잠수함은 감압 생성 및 혼합 장치의 정시 시퀀스에 대한 그리고 시동 시퀀스에 대한 절차를 위한 연산 유닛을 구비한다. 이는, 안전한 시동 및 정지 작동이 가능하게 한다. 이 경우에, 충전용 디젤 엔진의 운전 상태 및 환경적 영향을 고려할 수도 있다. 연산 유닛으로 인해, 원하는 셋팅 변수를 특히 신속하게 셋팅할 수 있게 되는데, 이는 그와 같은 연산 장치가 각각의 선원(crewman) 보다 더 신속하게 반응할 수 있기 때문이다. 이는, 잠수함이 스노클링 깊이 이하로 신속하게 다이빙할 필요가 있을 때 특히 중요하다. 이 경우에, 일반적인 잠수함 자동화 장치 및 잠수함 추진 시스템에 연결되는 연산 장치에 대한 규정이 마련된다. 이는, 각 잠수함 조작(maneuver)을 함수로하여, 감압 생성 및 혼합 장치의 필요한 작동을 보장한다.

또한, 본 발명에서, 연산 장치는 잠수함 상태 가시화장치(state visualization), 특히 잠수함 자동화 시스템내의 제어 및 관찰 스테이션에 연결된다. 그에 따라, 선원이 감압 생성 및 혼합 장치의 작동을 언제든지 용이하고도 신속하게 모니터링할 수 있게 되고, 그 경우에 다른 목적을 위해 필요로 하지 않는 현재의 스크린을 이용할 수 있다.

바람직하게, 본 발명에 따른 감압 생성 및 혼합 장치는 잠수함 이외에도 이용될 수 있다. 그러한 이용은 또한, 배기 가스를 수면의 상당히 아래쪽으로 배출할 목적을 가지는 경우에, 파워 발생 장치, 특히 디젤 발전기 세트 또는 가스 터빈 발전기 세트로부터의 수중 배기 가스 배출 라인을 가지는 수상 선박에서 상당히 바람직하다. 이 경우에, 배기 가스 배출 라인의 수중 깊이가 4 내지 6 m 가 될 수 있어, 수상 선박의 항적(wake)에 추가적인 소용돌이를 일으키는 배기 가스를 위치시키는 것이 실질적으로 불가능하다. 바람직하게, 감압 생성 및 혼합 장치는 수상 선박의 외측 선체, 고물 또는 중간 부분 영역에 배치될 수 있다.

잠수함의 경우에, 함교탑(sail)의 최하부(foot)에 또는 함교탑의 뒤쪽에 감압 생성 및 혼합 장치를 배치하는 것이 특히 바람직하다. 특히, 잠수함을 개장(retrofitted)하는 경우에, 잠수함내의 배기 가스 경로(routing)를 변경할 필요가 없다. 그럼에도 불구하고, 상기와 같은 이점들 모두를 가질 수 있을 것이다.

수상 선박의 경우에, 수면내로 깊숙이 잠기는 워터젯(waterjet)과 관련하여 감압 생성 및 혼합 장치를 이용하는 것이 특히 바람직한데, 이는 파워 발생 장치가 수면내로 깊숙히 잠기는 워터젯을 위해 그 워터젯의 전방에서 선박 영역내에 정렬되며, 그에 따라 짧은 배기 가스 라인만이 요구되고, 동시에 배기 가스는 물과 특히 양호하게 혼합되기 때문이다. IR 밴드에서 작동하는 수평방향 작동 위치-검색(position-finding) 장치의 경우에, 이는 깊이 잠기는 워터젯을 공급하기 위한 가스-터빈 발전기 세트 또는 디젤 엔진으로부터의 배기 가스를 위치시키는 것이 불가능하다는 것을 의미한다.

이하에서는, 본 발명의 보다 구체적인 실시예가 도시된 도면, 특허청구범위및 도면에 관한 설명을 참조하여 본원 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 장치를 통한 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 장치에 대한 제어 시스템의 블록도이다.

도 3은 시동 및 정지 프로세스에 대한 흐름도이다.

도 4는 본 발명에 따른 장치들이 분포된 대형 원양 선박, 예를 들어 프리깃함(frigate)을 도시한 개략도이다.

도 1에서, 도면부호 '1'은 장치의 하우징 튜브를 나타내며, 동시에 상기 하우징 튜브는 감압 생성 (추진) 물 및 혼합을 위한 유입구 튜브이다. 도면부호 '2'는 배기 가스 튜브를 나타내고, 도면부호 '3'은 본 발명에서 중요한 바람직한 배기 가스용 중앙 변위(displacement) 본체를 나타내며, 상기 중앙 변위 본체는 확산기 효과를 이용하여 형성된 혼합물을 위한 배출구 콘(cone)을 구비한다. 본 발명에 따른 감압 영역은 확장 영역(4)의 외측부에서 상기 변위 본체(3) 둘레에 형성된다. 물 유동 및 가스 유동내로 스핀을 도입하기 위해 안내 부재(5 및 6)가 제공되며, 동시에 상기 안내 부재는 확장된 물 채널(4)에 대한 그리고 변위 본체(3)에 대한 홀더(holder)를 형성할 수 있다. 상기 혼합 및 감압 생성 장치로 공급되는 물은 화살표(7)로 표시되며, 배기 가스는 화살표(8)로 표시된다. 형성된 가스-물 혼합물은 두꺼운 화살표(9)로 표시된다. 도면부호 '10'은 혼합물 배출구 튜브를 나타낸다. 바람직하게, 안내 부재(5 및 6)는 역회전(contrarotating) 스핀을 생성한다.

혼합 및 감압 생성 장치의 바람직한 작동을 위한 매우 중요한 하나의 요소(factor)는 기하학적인 관계(geometric relationship)이며, 다시 말해 장치내의 튜브 지름 및 튜브 섹션 길이이다. 이러한 이유로, 도 1은 개별적인 길이 및 주요 지름을 나타낸다. 도 1에서 치수들간의 비율은 다음과 같다:

DA = 1.5 - 2.0 D4

Ll = 3 - 4.5 D4

L2 = 0.6 - 0.8 D4

L3 = 0.8 - 1.2 D4

L4 = 0.6 - 1.0 D4

L5 = 1.3 - 1.7 D4

L6 = 1.5 - 3.5 D4

Dl = 1.2 - 1.5 D4

D2 = 0.2 - 0.3 D4

D3 = 0.2 - 0.3 D4

이때 D4는 배기 가스 튜브의 지름이다.

상기 표에 나열된 관계들은 직경이 250 mm인 배기 가스 튜브에 대해 계산된 것이며, 상기 배기 가스 튜브내로는 통상적으로 1300 kW 전력의 터보차져형 디젤 엔진으로부터의 배기 가스가 도입된다. 장치내의 배기 가스 유입구 온도는 90 ℃이며, 이는 본 발명에 따라 냉각된 것이다.

도 2에서, 도면부호 '11'은 본 발명에 따른 감압 생성 및 혼합 장치를 개략적인 형태로 나타낸 것이며, 폐쇄-루프 제어 시스템의 다른 부품들은 일반적인 전기-엔지니어링 형태로 도시하였다. 도면부호 '12'는 해수 유입구를 나타낸 것이고, 도면부호 '13'은 제어가능한 펌프를 도시한 것이며, 상기 펌프는 필요한 경우에 제어 밸브 또는 스로틀 밸브(28)를 수반한다. 예를 들어, 큰 파도(heavy surf)의 파도 마루와 골(wave peaks and troughs)에 대해 보상하기 위해서, 펌프(13)의 다이나믹 응답이 신속한 다이나믹 폐쇄-루프 제어를 보장할 수 있을 정도로 충분히 양호하다면 이러한 제어 밸브(28)는 또한 생략될 수 있다.

도면부호 '14'는 감소된-압력 공칭 값의 입력을 나타내고, 도면부호 '15'는 깊이 값과 상대적인 속도 값의 조합을 나타낸다. 여기서, 상대적인 속도는 잠수함 주변의 물의 속도에 대한 잠수함의 상대적인 이동 속도를 의미한다. 배기 가스/물 혼합물의 배출구에서 본 발명에 따른 장치로부터의 흡입은 상대적인 속도에서 고려될 수 있을 것이다. 도면부호 '16' 및 '17'은 압력 제어를 위한, 그리고 펌프(13) 또는 밸브(28)에 대한 위치 제어를 위한 PID 조정기 및 PI(Proportional Integrate) 조정기를 나타낸다. 도면부호 '18'은 감소된 압력의 크기(연산 변수; computation variable)를 나타내고, 도면부호 '19'는 생성되는 감소된-압력 물의 양을 나타낸다. 하나의 바람직한 실시예를 나타내는 폐쇄-루프 제어 시스템에 의해서, 개별적인 변수들 및 입력 값들이 일반적인 제어-엔지니어링 방식으로 서로 연결된다. 도면부호 '20'은 잠수함에 대해 일반적으로 제공되는 두 개의 충전용 디젤 엔진(21)을 위한 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 유닛을 나타내며, 도면부호 '22'는 충전용 디젤 엔진으로부터의 배기 가스 유동에 대한 밸브들을 나타낸다. 도면부호 '23'은 압축 공기에 대한 유입구 밸브를 나타내며, 그러한 밸브는 잠수 후에 그리고 시동 전에 장치(11)를 송풍(blow free)하는데 이용된다. 도면부호 '24'는 배기 가스 경로내의 압력 측정치를 나타내고, 도면부호 '25'는 제어 밸브(28)에 걸친 압력차를 나타내며, 상기 압력차는 장치(11)내에서 감소된 압력을 연산 유닛이 계산하는데 있어서 기본값을 형성한다. 도시된 바와 같이, 배기 가스 라인내의 압력 및 압력차 모두, 그리고 밸브 위치는, 깊이 및 상대적인 속도와 함께, 제어 목적에 이용된다.

감압 생성 및 혼합 장치에 대한 시동 및 정지 프로세스를 도시한 도 3에 도시된 흐름도의 각 블록은 각 블록에서 실시되어야 하는 과제를 보여준다. 시동 프로세스는 충전용 디젤 엔진에 대한 준비 시퀀스(30)에 의해 진행된다. 블록(31)에서 볼 수 있는 바와 같이, 펌프가 시동된다. 이어서, 배기 가스 라인이 압축 공기로 송풍되고, 그 경우에 압축 공기는, 블록(32)에 기재된 바와 같이, 스노클링을 통해 유도된 공기에 의해서 또는 배기 가스 압축에 의해서 생성될 수 있다. "압축 공기를 이용한 송풍"이라는 표현은 압축-공기 저장용기로부터의 압축 공기를 이용하여 불어내는 것과 관련 있다. 도면부호 '33'에서 볼 수 있는 바와 같이, 송풍 프로세스 이후에는 각 디젤 엔진이 시동되고, 그 후에는 디젤-엔진의 정상적인 작동 프로세스가 실시된다. 이는 도면부호 '34'로 표시된다.

정지 프로세스는 도면부호 '35'로 표시된 디젤 엔진의 정지 시퀀스로 시작되고, 이는 블록(36)에 기재된 작업에 의해 실시된다. 바람직하게, 도면부호 '37'로 도시된 바와 같이, 배기 가스 라인이 송풍되거나 퍼지(purge)된다. 도면부호 '38'에서 확인할 수 있는 바와 같이, 이어서 펌프가 스위칭 오프되고, 도면부호 '39'로 표시한 바와 같이, 이어지는 시퀀스에서 디젤 엔진이 정지된다. 이는, 충전용 디젤 엔진의 작동 및 차단에 대한 요건과 관련하여, 감압 생성 및 혼합 장치의 정확한 작동을 다시 한번 보장한다.

도 4는 발전 셋트가 선박에 분포된 현대적인 프리깃함(frigate)의 측면도로서, 이때 본 발명에 따라, 선박의 이물 영역(bow area)에서, 도면부호 '40'은 선박의 이물을 나타내고, 본 발명에 따른 배 복판의 배기 가스 배출구(41)는 워터젯(44) 및 내연 기관 발전기 세트(43)과 관련하여 작동되고, 도면부호 '42'는 본 발명에 따라 선박의 선미 영역에서 배기가스를 위한 배출구 장치를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 해양 선박, 예를 들어 예시된 프리깃함(물론 코르벳함(corvette)이나 고속함이 될 수도 있을 것이다)내에 배치된 발전 장치가 본 발명에 따른 감압 생성 및 배기-가스 혼합 장치를 구비할 수 있을 것이다.

도 4에 도시된 프리깃함의 추진은 전기 스티어링 프로펠러(45)에 의해서 제공되며, 물론 해양 선박의 선미에서 고정 위치에 장착된 프로펠러에 의해 추진될 수도 있을 것이다. 이는, 직접 디젤 엔진 구동 또는 하나 이상의 전기 모터에 의해 구동되는 프로펠러 구동이 될 수 있다. 배기 가스 유동의 크기에 따라, 본 발명에 따른 장치(40, 41 또는 42)들이 병렬로 연결되는데, 이는 경제적인 이유로 본 발명에 따른 장치를 표준 크기로 제한할 필요가 있기 때문이다. 제어 성능이 적절하게 디자인된 본 발명에 따른 장치가 적절하게 구성되고 최적화된다. 예를 들어 몇백 kW 미만의 내연 기관의 경우에, 또는 디젤 리포머(reformer)의 경우에, 매우 작은 장치를 위한 보다 작은 장치가 제공될 필요가 있을 것이다. 그러나, 장치의 크기는 유동과 관련한 어떠한 변화도 없이 감소될 수 있을 것이다.

디젤 엔진의 파워를 증대시키기 원하는 경우에 상기 방법 및 장치가 언제든지 이용될 수 있을 것이다. 모든 디젤 엔진의 파워는 배압에 의존하며, 본 발명은 배압을 심지어는 대기압 이하로 상당히 감소시킬 수 있다.

Claims (29)

1. 하나 이상의 잠수함 배터리 충전용 디젤 엔진(21)을 구비하는 잠수함으로서,

   상기 잠수함 배터리 충전용 디젤 엔진은 스노클링중에 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 유닛으로 작동되고,

   상기 잠수함 충전용 디젤 엔진의 작동 중에 생성되는 배기 가스(8), 및 잠수함 주변의 물로부터 취해지고 펌프(13) 제어에 의해 이송되는 물 유동(7)이 서로 혼합되고, 감압 생성 장치와 상호작용하며, 혼합된 상태(9)로 수중으로 방출되며,

   상기 감압 생성 및 혼합 장치(1)가 충전용 디젤 엔진(21)의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어와 관련하여 작동되는

   잠수함.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 감압 생성 및 혼합 장치가 잠수함 추진 시스템 및 잠수함 자동화 시스템과 연관되어 자동화된 형태로 작동되는

   잠수함.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 감압 생성 및 혼합 장치가 충전용 디젤 엔진의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어와 관련하여 시작 시퀀스에서 시작되는

   잠수함.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 감압 생성 및 혼합 장치가 충전용 디젤 엔진의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어와 관련하여 정지 시퀀스에서 차단되는

   잠수함.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 감압 생성 및 혼합 장치는 상기 감압 생성 및 혼합 장치내의 물을 불어내기 위해 이용되는 압축 공기를 이용하여 물을 불어낸(blown out) 후에만 시작되는

   잠수함.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 감압 생성 및 혼합 장치내의 감소된 압력은 공칭 값에 의해서 셋팅되고 원하는 충전 파워를 고려하며, 상기 공칭 값의 크기는 수중의 배기 가스 배출구 개구부의 깊이로부터 결정되는

   잠수함.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 공칭 값의 형성 중에, 잠수함의 속도 및 잠수함 주위의 물의 밀도를 고려하는

   잠수함.
8. 제 6 항에 있어서,

   상기 감압 생성 및 혼합 장치내의 감소된 압력을 위해서 상기 디젤 엔진의 배기 가스 압력이 고려되며, 상기 감소된 압력은 상기 잠수함 충전용 디젤 엔진의 최대 가능 파워를 달성하기 위해서 셋팅되는

   잠수함.
9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 감압 생성 및 혼합 장치에 대한 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어가, 물의 깊이를 함수로 하여, 충전용 디젤 엔진에 의해 요구되는 파워에 매칭되는

   잠수함.
10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 디젤 엔진 배기 가스 라인내의 자동 비-역류 (안전) 밸브에 의해 상기 배기 가스 라인내로 해수가 역류하는 것이 방지되는

    잠수함.
11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    생성되어야 하는 상기 감압 생성 및 혼합 장치내의 감소된 압력에 대한 제어 루프는 상위-레벨의 폐쇄-루프 압력 제어를 포함하며,

    상기 상위-레벨의 폐쇄-루프 압력 제어는, PID 조정기(16) 그리고 워터 펌프의 회전 속도의 폐쇄-루프 제어를 위한 또는 물 유입구 밸브를 정위치시키기 위한 하위-레벨 제어 루프에 의해서, 상기 감소된 압력을 셋팅하고 유지하는

    잠수함.
12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 감압 생성 및 혼합 장치내에서 물에 대한 유동 단면은 감소된 압력 생성을 위해 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어될 수 있는

    잠수함.
13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 잠수함이 시동 시퀀스 및 정지 시퀀스 중 하나 이상을 위한 절차를 위한 연산 유닛을 구비하고, 상기 연산 장치는 일반적인 잠수함 자동화 장치 또는 추진 시스템에 연결되는

    잠수함.
14. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

    상기 잠수함이 감압 생성 및 혼합 장치의 운전을 위한 연산 유닛을 구비하며, 상기 연산 유닛은 잠수함내의 제어 및 관찰 스테이션에 연결되는

    잠수함.
15. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 잠수함에서 잠수함 충전용 디젤 엔진(21)으로부터의 배기 가스를 위한 감압 생성 및 혼합 장치(1)의 개방-루프 및 폐쇄-루프 작동을 위한 장치에 있어서,

    상기 잠수함이 잠수함 추진 시스템 및 잠수함 자동화 시스템을 구비하며, 상기 개방-루프 및 폐쇄-루프 작동을 위한 장치가 상기 감압 생성 및 혼합 장치에 의해 추진 물 유동을 생성하기 위한 제어 가능한 펌프(13)를 구비하고, 제어 변수들 및 입력 값을 충전용 디젤 엔진(21)의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어에 이용되는 잠수함 자동화 시스템 및 잠수함 추진 시스템으로 전달하기 위한 전기적 연결부를 구비하는 것을 특징으로 하는

    잠수함 충전용 디젤 엔진으로부터의 배기 가스를 위한 감압 생성 및 혼합 장치의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 작동을 위한 장치.
16. 제 15 항에 있어서,

    상기 개방-루프 및 폐쇄-루프 작동을 위한 장치가 상기 감압 생성 및 혼합 장치내의 감소된 압력의 폐쇄-루프 제어를 위한 상위-레벨 제어 루프를 가지고, 그리고 상기 감소된 압력을 생성하기 위해서 추진 물 유동내의 밸브의 또는 펌프 회전 속도의 폐쇄-루프 제어를 위한 하위-레벨 제어 루프를 포함하는 것을 특징으로 하는

    잠수함 충전용 디젤 엔진으로부터의 배기 가스를 위한 감압 생성 및 혼합 장치의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 작동을 위한 장치.
17. 제 15 항에 있어서,

    상기 폐쇄-루프 제어 시스템이 PID 조정기를 포함하는 것을 특징으로 하는

    잠수함 충전용 디젤 엔진으로부터의 배기 가스를 위한 감압 생성 및 혼합 장치의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 작동을 위한 장치.
18. 제 16 항에 있어서,

    상기 개방-루프 및 폐쇄-루프 작동을 위한 장치가 상기 감압 생성 및 혼합 장치내의 즉각적인(instantaneous) 감소된 압력을 계산하기 위한 연산 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는

    잠수함 충전용 디젤 엔진으로부터의 배기 가스를 위한 감압 생성 및 혼합 장치의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 작동을 위한 장치.
19. 제 15 항에 있어서,

    상기 개방-루프 및 폐쇄-루프 작동을 위한 장치는 형성된 가스-물 혼합물의 배출 압력을 결정하기 위한 연산 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는

    잠수함 충전용 디젤 엔진으로부터의 배기 가스를 위한 감압 생성 및 혼합 장치의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 작동을 위한 장치.
20. 제 15 항에 있어서,

    상기 개방-루프 및 폐쇄-루프 작동을 위한 장치가 제어가능한 추진 워터 펌프를 구비하는 것을 특징으로 하는

    잠수함 충전용 디젤 엔진으로부터의 배기 가스를 위한 감압 생성 및 혼합 장치의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 작동을 위한 장치.
21. 제 15 항에 있어서,

    감소된 압력을 생성하기 위해, 상기 개방-루프 및 폐쇄-루프 작동을 위한 장치가 추진 물을 위한 제어 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는

    잠수함 충전용 디젤 엔진으로부터의 배기 가스를 위한 감압 생성 및 혼합 장치의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 작동을 위한 장치.
22. 제 15 항에 있어서,

    감소된 압력을 생성하기 위해, 상기 개방-루프 및 폐쇄-루프 작동을 위한 장치가 노즐을 구비하며, 상기 노즐의 단면적이 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는

    잠수함 충전용 디젤 엔진으로부터의 배기 가스를 위한 감압 생성 및 혼합 장치의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 작동을 위한 장치.
23. 제 15 항에 있어서,

    상기 개방-루프 및 폐쇄-루프 작동을 위한 장치가 상기 감압 생성 및 혼합 장치를 불어내는데(blow free) 필요한 양의 공기를 위한 압축-공기 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는

    잠수함 충전용 디젤 엔진으로부터의 배기 가스를 위한 감압 생성 및 혼합 장치의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 작동을 위한 장치.
24. 제 15 항에 있어서,

    상기 개방-루프 및 폐쇄-루프 작동을 위한 장치가 압력 센서들을 포함하는 것을 특징으로 하는

    잠수함 충전용 디젤 엔진으로부터의 배기 가스를 위한 감압 생성 및 혼합 장치의 개방-루프 및 폐쇄-루프 제어 작동을 위한 장치.
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