KR101167884B1 - 잠수함 - Google Patents

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KR101167884B1 KR1020060057657A KR20060057657A KR101167884B1 KR 101167884 B1 KR101167884 B1 KR 101167884B1 KR 1020060057657 A KR1020060057657 A KR 1020060057657A KR 20060057657 A KR20060057657 A KR 20060057657A KR 101167884 B1 KR101167884 B1 KR 101167884B1
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잉고 부더
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호발츠벨케 도이췌 벨프트 게엠베하
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Abstract

본 발명에 따른 수상 교통 수단은 파워 스위치를 통해 서로 접속될 수 있는 직류원 및 전기 장치를 포함한다. 상기 파워 스위치는 파워 스위치로서 형성되고, 정류 장치를 포함하며, 상기 정류 장치는 스위치의 개방시 형성되는 아아크를 소멸시킨다.
정류장치, 아아크, 직류회로망

Description

잠수함{Submarine}
도 1은 잠수함의 직류 회로망의 구조를 매우 간략하게 도시한 회로도.
도 2는 정류 장치를 구비한 파워 스위치의 개략적인 회로도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 배터리 2: 제너레이터
3: 연료 전지 4: 추진 모터
5: 보오드 회로망 6: 파워 스위치
7, 8: 전력 공급 분기 장치 9: 정류 장치
10: 정류 스위칭 회로 11: 제어 장치
12: 다이오드 13: 커패시터
14: 스위치 15: 충전 장치
16: 하우징 17, 18: 접속 콘택
19, 20: 스위칭 콘택 21: 절연체
22: 디스크 형태의 부재 23, 24: 볼트 형태의 부재
25: 원통형 섹션 26: 벨로우즈
27: 플레이트 28: 단부
29, 30: 라인
본 발명은 수상 교통 수단, 특히 청구항 1의 전제부에 언급된 특징을 갖는 잠수함에 관한 것이다.
소형 및 중간 크기의 잠수함에서는, 바다 밑에서의 에너지 공급이 통상적으로는 배터리 및/또는 연료 전지로부터, 다시 말해 직류 회로망으로부터 이루어진다. 차량의 크기가 커짐에 따라, 추진 모터(들)를 위해서뿐만 아니라 보오드 회로망에 전력을 공급하기 위해서도 에너지 수요는 증가하게 된다. 전압 상승이 다양한 이유에서 제한적으로만 가능하기 때문에, 상기와 같은 상승된 에너지 요구는 전류를 높이는 것에 의해서만 이루어질 수 있다. 그러나 이 경우에는 통상적으로 사용되는 파워 스위치가 자체적으로 한계를 갖는다. 현재 사용되고 있는 파워 스위치들은 상당한 공간을 요구하고 개방된 구조로 된 기계적인 스위치들이다. 상기 스위치들은 자체 아아크 챔버 뒤에 약 0.6 m의 추가의 공간을 필요로 하며, 상기 공간은 아아크를 소멸시키기 위하여 필요하다. 전압이 상승하고 전류가 증가함에 따라 상기 파워 스위치의 치수들은 지나치게 큰 비율로 증가하며, 이와 같은 사실은 특히 공간 제공이 좁게 제한된 잠수함에서는 단점이 된다.
그러나 다른 수상 교통 수단에서도 이와 같은 문제는 점점 더 많이 발생되는데, 예를 들면 전자기 무기에 필요한 직류를 공급하기 위한 경우에 발생된다.
상기와 같은 내용을 배경으로 하는 본 발명의 과제는, 적은 공간을 요구하는 파워 스위치를 구비하고, 전압이 동일하거나 또는 보다 높은 경우에는 가능한 높은 전류가 스위칭될 수 있는 종래의 수상 교통 수단, 특히 잠수함을 제공하는 것이다.
상기 과제는 본 발명에 따라 청구항 1에 제시된 특징에 의해서 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들은 종속 청구항, 아래의 명세서 및 도면에서 기술된다.
따라서 본 발명은 적어도 하나의 직류원, 특히 배터리- 및/또는 연료 전지 장치를 포함하고, 예를 들어 추진 모터, 보오드 회로망, 전자기 무기 등과 같은 적어도 하나의 전기장치를 포함하는 수상 교통 수단, 특히 잠수함을 제시한다. 또한 적어도 하나의 파워 스위치가 직류원과 전기 장치 사이에 제공되지만, 통상적으로는 상기와 같은 다수의 파워 스위치가 제공된다. 본 발명에 따라, 상기와 같은 파워 스위치는 파워 스위치로서 형성되고, 더 나아가서는 정류 장치를 구비하며, 상기 정류 장치는 파워 스위치 내에서 스위치의 개방시에 형성되는 진공 아아크를 소멸시킨다.
본 발명의 기본 사상은, 특히 공간 필요가 좁게 제한된 잠수함에서, 공간을 많이 차지하고 기계적으로도 높은 부하를 받는 통상적인 파워 스위치를 파워 스위치로 교체하는 것으로서, 상기 파워 스위치는 스위칭 파워가 비슷한 경우에도 훨씬 더 작은 구조적 크기를 갖고, 마모 정도도 낮다. 파워 스위치를 사용할 때 직류로 스위칭 되는 경우에 상기 스위치 내부에서 형성되는 아아크를 소멸시키기 위하여 정류 장치가 제공되며, 상기 정류 장치는 아아크 형성 직후에 상기 파워 스위치에 반대 방향의 전류가 공급되도록 형성되고 제어되며, 상기 반대 방향의 전류는 아아크 내부에서 흐르는 전류를 보상하거나 또는 적어도 아아크가 소멸될 정도로 감소시킨다.
파워 스위치 자체는 공지되어 있으나, 상기 파워 스위치는 지금까지 통상적으로 교류를 스위칭하기 위하여 사용되었는데, 그 이유는 그 경우에는 제로 통과(zero crossing)시에 아아크가 자체적으로 소멸되기 때문이다. 이와 같은 맥락에서 리프만, 한스-요아힘, 진공에서의 스위칭, 파워 스위치의 물리학 및 공학(Lippmann, Hans-Joachim, Schalten im Vakuum, Physik und Technik der Vakuumschalter), VDE-출판사 12/2002(ISBN 3-8007-2317-4)가 참조된다. 비록 상기 간행물에도 이미 직류를 스위칭하기 위한 진공 스위칭 튜브의 형태로 파워 스위치를 사용할 수 있는 기본적인 가능성이 언급되어 있으나, 이는 1.5 kV를 초과하는 중간 전압 범위에 대해서만 사용될 수 있다.
그러나, 직류-중간 전압 회로망은 통상적으로 수상 교통 수단, 특히 잠수함에서는 사용되지 않는다. 수상 교통 수단, 특히 잠수함에서 취급될 전압은 통상적으로 1000 볼트 미만이다.
파워 스위치를 강제 정류 장치와 함께 사용함으로써, 파워 스위치를 위한 장착 공간이 매우 현저하게 감소될 수 있으며, 이 경우에는 구조적인 크기의 축소 및 그와 더불어 스위치의 중량이 감소된다는 장점이 있을 뿐만 아니라, 제거(bloww-out)경로를 위한 일반적인 자유공간도 없앨 수 있다. 결국, 파워 스위치를 사용하면, 기계적인 파워 스위치 앞에 직렬로 접속되고 단락의 경우에 아아크 내에서의 용융에 의하여 단락 전류를 기존 스위치에 의해 스위칭 될 수 있는 전류로 제한하기 위하여 이용되는, 구리로 이루어진 명목상의 글레이징(glazing) 위치도 필요하지 않게 된다.
파워 스위치의 추가의 중요한 한 가지 장점은, 산화층이 존재하는 결과, 전이 저항이 매우 낮다는 것이다. 가열 및 그에 의한 스위치 내부의 손실도 또한 파워 스위치의 경우에는 선행 기술에 따른 종래의 기계적 스위치보다 현저하게 낮다. 스위칭 파워 손실이 적기 때문에, 스위치 자체의 부하도 훨씬 더 낮음으로써, 파워 스위치의 수명은 제거장비(blow-out technology)를 구비한 종래의 기계적 스위치의 수명보다 훨씬 더 길다. 이 경우 스위칭 콘택을 위해서는 바람직하게 크롬-구리-합금이 사용된다. 파워 스위치의 추가의 중요한 한 가지 장점은 위험 잠재성이 낮다는 것인데, 그 이유는 아아크가 주변에 발생하지 않고, 오히려 폐쇄된 스위칭 하우징 내부에서 형성되기 때문이다. 시스템에 따라 파워 스위치는 금속 증기 아아크의 낮은 작동 전압 그리고 스위칭 구간의 신속한 재-경화(re-hardening) 때문에 낮은 스위칭 파워 전환을 갖게 된다. 또한, 스위칭 시간도, 적은 콘택 간격 및 그에 의해 야기되는 작은 콘택 이동(travel)으로 인해, 제거장비를 구비한 공지된 기계식 스위칭에 비해 훨씬 더 짧다. 결국, 보다 큰 스위칭 능력 그리고 보다 긴 수명이 장점이다.
파워 스위치로서 사용된 파워 스위치는 기본적으로 임의의 구조적 형태를 가질 수 있으나, 원통형 하우징을 갖는 파워 스위치가 특히 공간을 많이 절약한다. 상기와 같은 원통형 하우징의 경우에는 스위칭 콘택들이 하우징 종축 방향으로 상호 간격을 두고 변동될 수 있다.
상기와 같은 구조적 형태의 기본적인 장점은, 정류 장치가 스위치 하우징 외부에 배치됨으로써, 진공이 가급적 작은 공간에 한정되고, 가동부들 사이의 밀봉이 다만 하우징과 상기 하우징 내부에서 움직일 수 있도록 지지된 스위칭 콘택 사이에서만 필요하다는 것이다. 그러나 정류 장치는 바람직하게 라인 경로를 짧게 유지하기 위하여 스위칭 바로 근처에 배치되지만, 상기 정류 장치는 또한 원래의 파워 스위치로부터 멀리 떨어져서 배치될 수도 있다.
정류 장치는 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 바람직한 정류 장치는 파워 스위치에 평행하게 배치된 정류 스위칭 회로를 포함하고, 상기 회로는 예를 들어 사이리스터(thyristor)의 형태로 된 스위치 그리고 전하 캐리어를 포함한다. 상응하는 제어 장치를 통해서는, 파워 스위치의 개방 직후에 스위치가 구동됨으로써, 전하 캐리어는 파워 스위치에 평행하게 그리고 반대 극성으로 스위칭 되며, 그 결과 스위치 내에서 개방시 형성되는 아아크가 소멸된다. 더 나아가 정류 장치는 전하 캐리어를 충전하기 위한 수단을 포함하며, 상기 수단에 의해서는, 아아크를 소멸시키기 위해 필요한 보상 전류를 발생시키기 위하여 파워 스위치의 개방시에는 언제나 전하 캐리어가 충분히 충전된 상태가 된다. 전하 캐리어로서는 바람직하게 커패시터가 이용될 수 있는데, 상기 커패시터는 통상적으로 병렬 및 직렬 접속된 다수의 개별 커패시터로 구성될 수 있다.
대안적으로는 전하 캐리어 대신에 전하 발생기도 제공될 수 있는데, 상기 전하 발생기는 제어 장치에 의해 구동되고, 파워 스위치의 개방 후에는 전하 발생기가 파워 스위치의 아아크 내부에서 흐르는 전류를 보상하기 위하여 구동된다. 이와 같은 전하 발생기는 예를 들어 자신의 전기적 상태 및/또는 전자기적 상태를 다이내믹하게 변동시키는 전기 코일로 형성될 수 있다. 이와 같은 방식으로도 또한 파워 스위치의 개방시 형성되는 아아크를 소멸시키기에 적합한 보상 전류가 발생될 수 있다.
본 발명은 실시예를 참조하여 아래에서 상세하게 설명된다.
도 1에는 예를 들어 잠수함의 전기 공급 회로망의 기본적인 구조가 도시되어 있다. 상기 전기 공급 회로망으로서는 개관을 명확히 하기 위해 하나의 극으로 도시된 직류 회로망이 취급된다. 전력 공급 시스템은 용장으로 구성되고, 각각 배터리(1), 제너레이터(2), 연료 전지(3), 추진 모터(4) 및 보오드 회로망(5)으로 이루어진다. 이 경우 배터리(1), 제너레이터(2) 및 연료 전지는 직류원이며, 그와 달리 추진 모터(4) 및 보오드 회로망(5)은 전기장치이다. 전류원(1, 2, 3) 뿐만 아니라 소비자 장치(4, 5)도 또한 파워 스위치(6)를 통해 상기 전기 회로망의 각각 하나의 전력 공급 분기 장치(7 또는 8)에 접속되어 있으며, 이 경우에는 상기 전력 공급 분기 장치(7, 8)도 마찬가지로 파워 스위치(6)를 통해 서로 연결될 수 있음으로써, 결국 단락의 경우 또는 전원 및/또는 전기장치가 고장인 경우에는 상기 파워 스위치(6)에 의해 브리징 또는 차단을 위한 상응하는 회로가 구현될 수 있다.
파워 스위치(6)는 파워 스위치로서 형성되고, 각각 하나의 정류 장치(9)를 포함하며, 상기 정류 장치는 파워 스위치(6)에 병렬 접속된 정류 스위칭 회로(10) 그리고 전자 제어 장치(11)를 포함한다. 상기 정류 스위칭 회로(10)는 다이오드(12), 커패시터(13) 그리고 상기 제어 장치(11)에 의해 제어되는 전자 스위치(14)를 포함한다. 상기 다이오드(12), 커패시터(13) 및 스위치(14)는 정류 스위칭 회로(10)에 직렬로 배치되고, 상기 정류 스위칭 회로는 파워 스위치(6)에 병렬 접속된다. 또한 상기 정류 장치(9)는 커패시터(13)의 충전을 위해 이용되는 충전 장치(15)를 포함한다.
파워 스위치(6)는 실제로 원통형의 하우징(16)을 포함하고, 상기 하우징은 양 단부 쪽이 계단식으로 형성되어 있으며, 한 단부에는 고정된 접속 콘택(17)을 그리고 다른 단부에는 가동적인 접속 콘택(18)을 구비한다. 상기 원통형 하우징(16)은 고유의 진공화된 스위칭 챔버를 형성하고, 상기 스위칭 챔버 내부에는 고정된 스위칭 콘택(19) 그리고 하우징(11)의 축 방향으로 움직일 수 있게 배치된 스위칭 콘택(20)이 배치되어 있다. 하우징(16)을 단부측 접속 콘택(17 및 18)에 대하여 절연하기 위하여, 계단이 형성된 상기 하우징의 영역은 절연체(21)로서 형성되어 있다.
하우징(16)의 정면은 상기 절연체(21)의 단부에서 디스크 형태의 부재(22)에 의하여 밀봉 방식으로 폐쇄되며, 상기 디스크 형태의 부재는 회전부로서, 볼트 형태의 부재(23)를 통해 연결되어, 상기 부재에 외부로 연결되는 고정된 접속 콘택(17) 그리고 상기 고정된 스위칭 콘택(19)과 일체형으로 형성된다.
가동적으로 배치된 스위칭 콘택(20)도 또한 볼트 형태의 부재(24)를 통해 상기 부재에 비해 확장된 원통형 섹션(25)과 연결되어 있으며, 상기 가동적인 접속 콘택(18) 쪽을 향하는 상기 원통형 섹션의 정면에는 벨로우즈(26)가 설치되어 있고, 상기 벨로우즈의 다른 단부는 절연체(21)의 정면을 차단시키는 플레이트(27)와 연결되어 있다. 벨로우즈(26)가 원통형 섹션(25) 그리고 플레이트(27)에 밀봉 연결되기 때문에, 파워 스위치(6)를 개방 또는 폐쇄하기 위하여, 접속 콘택(18)은 상기 원통형 섹션(25), 볼트 형태의 부재(24) 및 상기 부재 상에 있는 스위칭 콘택(20)과 함께 하우징(16)의 축 방향으로 이동될 수 있다. 이 목적을 위하여, 상기 가동적인 스위칭 콘택(20)의 단부에는 기계적인 구동을 위한 연결 단부(28)가 제공되어 있다.
(도 2에 도시된) 파워 스위치(6)가 폐쇄된 경우에는, 예를 들어 수천 암페어의 전류가 라인(29)을 통해 스위칭 콘택(19)에 대해 고정된 접속 콘택(17)으로 흐르게 되고, 그 다음에 스위칭 콘택(20)에 인가됨으로써, 전류는 상기 스위칭 콘택을 거쳐 가동적인 접속 콘택(18)으로 그리고 그곳으로부터 라인(30) 내부로 흐르게 된다. 이때 정류 스위칭 회로(10)는 개방된 상태이고, 커패시터(13)는 충전 장치(15)에 의해 충전된 상태이다.
상기 가동적인 스위칭 콘택(20)이 단부(28)에서의 상응하는 동작에 의해 고정 스위칭 콘택(19)으로부터 멀리 옮겨지면, 상기 스위칭 콘택(19 및 20)들 사이에서 아아크가 형성되고, 상기 아아크는 진공으로 인한 플라즈마 아아크이다. 파워 스위치(6)의 개방 직후에 제어 장치(11)가 스위치(14)를 폐쇄함으로써, 커패시터(13)는 정류 스위칭 회로(10)를 통해 파워 스위치의 접속 콘택(17 및 18)과 도전 접속된다. 이 경우에는 커패시터(13)가 충전됨으로써, 정류 스위칭 회로(10) 내부에서는 상기 파워 스위치(6) 내부의 아아크 내에서 흐르는 전류에 대하여 반대 방향인 전류가 흐르게 된다. 이때 커패시터(13)의 충전량은 정류 스위칭 회로(10)를 통해 흐르는 역전류가 상기 파워 스위치(6) 내부의 아아크를 소멸시키기에 충분할 정도이다.
아아크가 소멸 되자마자, 제어 장치(11)는 스위치(14)를 재차 개방 상태로 제어하게 되고, 그에 따라 정류 스위칭 회로(10)가 파워 스위치(6)로부터 분리되며, 그 다음에 충전 장치(15)가 커패시터(13)를 재차 충전함으로써, 결과적으로 다음 스위칭 과정에서는 파워 스위치(6)가 폐쇄된 다음에 재차 개방될 때에 전술한 정류 과정이 새롭게 실행될 수 있다.
본 발명에 의해서는, 적은 공간을 요구하는 파워 스위치를 구비하고, 전압이 동일하거나 또는 보다 높은 경우에는 가능한 높은 전류가 스위칭될 수 있는 종래의 수상 교통 수단, 특히 잠수함을 제공할 수 있게 되었다.

Claims (5)

  1. 적어도 하나의 직류원(1, 2, 3), 및 적어도 하나의 전기장치(4, 5) 그리고 직류원(1, 2, 3)과 전기장치(4, 5) 사이에 적어도 하나의 파워 스위치(6)를 구비한 잠수함으로서,
    상기 파워 스위치(6)가 정류 장치(9)를 포함하는 파워 스위치로 형성되며,
    상기 정류 장치(9)는 상기 파워 스위치(6)에 병렬로 배치되는 정류 스위칭 회로(10) 그리고 제어 장치(11)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 잠수함.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파워 스위치(6)가 실제로 원통형의 하우징(16)을 포함하며, 스위칭 콘택(19, 20)들 상호간의 간격이 상기 하우징(16)의 종축 방향으로 변동될 수 있는 것을 특징으로 하는, 잠수함.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정류 장치(9)가 하우징(16) 외부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 잠수함.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정류 스위칭 회로(10)는 스위치(14) 및 적어도 하나의 전하 캐리어(13)를 구비하며, 상기 제어 장치가 파워 스위치(6)의 개방 후에 스위치(14)를 구동시킴으로써, 상기 전하 캐리어(13)는 파워 스위치(6)에 병렬로 그리고 반대 극성으로 접속되며, 이때 상기 전하 캐리어를 충전하기 위한 수단(15)이 제공되는 것을 특징으로 하는, 잠수함.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 정류 스위칭 회로(10)는 전하 발생기를 구비하며, 상기 제어 장치는 파워 스위치(6)의 개방 후에 상기 파워 스위치(6)의 아아크 내에서 흐르는 전류를 보상하기 위하여 전하 발생기를 구동시키는 것을 특징으로 하는, 잠수함.
KR1020060057657A 2005-07-07 2006-06-26 잠수함 KR101167884B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

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