KR101272410B1 - 이동식 선체를 이용한 부력 조절 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발라스트 수를 선내로 유입시키거나 배출시켜 선박의 흘수(배가 물 위에 떠 있을 때, 물에 잠겨 있는 부분의 깊이)를 조절하는 방법으로부터 탈피하여 발라스트 수의 선내 유입 또는 배출 없이도 선박의 체적을 증감시켜 선박의 부력 조절을 통한 흘수를 조절함으로써, 타지역으로 발라스트 수에 포함된 미생물의 이동이 없어 환경오염을 방지하고, 화물이 미선적된 공선 시 운항에서 발라스트수 무게에 해당하는 만큼의 추진에너지가 감소하며 이로써 엔진에서 배출하는 온실가스(GHG, Green House Gas)도 감소하여 칙환경적이며, 발라스트 수 정화 설비 설치에 의한 비용의 증가를 방지하는 이동식 선체를 이용한 부력 조절 선박을 제공한다.

Description

이동식 선체를 이용한 부력 조절 선박{Buoyancy Controlling Ship Using　Movable Type Hull}

본 발명은 이동식 선체를 이용한 부력 조절 선박에 관한 것으로,　더욱 상세하게는 발라스트 수를 선내에 채우거나 배출하는 방법으로 선박의 흘수(배가 물 위에 떠 있을 때, 물에 잠겨 있는 부분의 깊이)를 조절하는 구조로부터 탈피하여 발라스트 수의 선내 유입 또는 배출 없이도 선박의 부력 조절을 통한 흘수를 조절할 수 있도록 한다.

선박은 전 세계 물자수송의 절반 이상을 차지하는 운송수단으로서, 일반적으로 화물의 선적 및 하역에 의해 선박의 무게 중심이 변동되는 것을 최소화하기 위하여 선내에 발라스트(ballast) 탱크를 설치하고 있다. 이는 화물이 충분하지 않을 경우 추진기(Propeller) 및 방향타(Rudder)가 해수에서 노출되어 효율적인 작동과 균형 유지가 어려우며 선박의 안정성(Stability)이 보장되지 않아 안전한 선박의 항해가 어렵기 때문이다.

발라스트 탱크 내에 채워지는 물은 통상 발라스트 수라 부르는데, 이러한 발라스트 수는 선박의 흘수(吃水, Draft Line)와 종 및 횡경사(Trim: 배의 앞뒤 및 좌우 경사)를 조정하기 위한 중량물로써 선박의 균형 유지와 안정성을 높이는 기능을 하게 되며, 화물을 충분히 적재하지 않은 경우에 추진기와 방향타가 해수 속에서 효과적으로 작동되게 하는 보조기능을 수행하게 된다.

또한, 발라스트 수는 선박이 철재로 건조되기 시작한 1870년대 후반부터 사용되고 있으며, 선박에 따라 발라스트 수를 적재하지 않고 광석이나 모래 등을 발라스트로 사용하는 경우도 있으나, 오늘날에는 해수를 발라스트 수로 사용하는 것이 보편화되어 있다.

도 1a 및 도 1b에서는 종래기술에 따른 발라스트 탱크(10)와 화물창(12)을 구비하고 있는 선박(14)에서 발라스트 탱크(10)와 화물창(12)이 비워져 있는 상태를 나타낸 정면 및 측면도가 각각 도시되어 있다.

도면에서 보듯이 발라스트 탱크(10)와 화물창(12)이 비워져 있게 되면, 흘수선을 확보하지 못하는 상태가 되어 프로펠러가 수중에 잠기지 못하게 된다.

그로 인해 추진효율이 감소 되어 선박의 추진에 많은 에너지가 소요된다.　

또한 선박(14)의 중심으로부터 메터센터(metacenter)까지의 높이(통상 GM 또는 메타센터 높이라고 함)가 작아져 선박(14)의 안정성에도 심각한 문제가 야기될 수 있다.

따라서, 하기의 도 2 ~ 도 5에 도시된 바와 같이 화물(16)의 선적 여부에 따라 발라스트 탱크(10)에 발라스트 수(18)를 채우거나 비워둔 상태로 선박(14)을 추진하고 있다.　　

도 2 및 도 3에서는 종래기술에 따른 발라스트 탱크(10)와 화물창(12)을 구비하고 있는 선박(14)에서 화물창(12)에 화물(16)이 미 선적된 상태를 개략적으로 나타낸 정면 및 측면도가 각각 도시되어 있다.　　 도 4 및 도 5에서는 도 2에 도시된 선박(14)의 화물창(12)에 화물(16)이 선적된 상태를 개략적으로 나타낸 정면 및 측면도가 각각 도시되어 있다.

먼저, 도 2 및 도 3에서 보듯이 화물(16)이 미 선적된 경우, 발라스트 탱크(10)에 발라스트 수(18)를 채움으로써 선박(14)의 중량이 발라스트 수(18)에 의해 만족 되어, 공선 시 운행에 적합한 흘수선을 확보하게 된다.

도 4 및 도 5에서 보듯이, 화물(16)이 선적된 경우, 발라스트 탱크(10)에 채워진 발라스트 수(18)를 외부로 배출시킴으로써, 선박(14)의 중량은 화물(16)에 의해 만족 되어 선박(14) 운행에 적합한 흘수선을 확보하게 된다.

결론적으로, 선박(14)에 화물(16)이 만재 되면 발라스트 탱크(10)에 발라스트 수(18)를 채우지 않아도 선박(14)의 무게 중심이 해수면 아래에 위치하게 됨으로써 파도 등의 외력이 작용하더라도 안전하게 항해할 수 있게 된다.　　

또한, 선적된 화물(16)이 없거나 적은 경우에는 화물(16)이 선적된 것과 동일하게 선박(14)의 일정부분이 해수면 아래 위치하게 할 수 있도록 발라스트 탱크(10)에 발라스트 수(18)를 적재시켜 운항하도록 하고 있다.　　

그러나, 종래와 같이 별도로 발라스트 탱크(10)를 구비하고 있는 선박(14)은, 펌프를 이용하여 발라스트 수(18)를 발라스트 탱크(10)로 채우거나 또는 배출하고 있다. 이때 대용량 펌프를 여러 대 사용하더라도 발라스트 수(18)를 일시에 채우거나 배출시킬 수는 없어 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.

또한, 종래와 같이 발라스트 수(18)를 채우기 위해 별도로 발라스트 탱크(10)를 구비한 선박(14)은 일반 해수를 발라스트 수(18)로 사용하기 때문에, 특정 해역의 생물 또는 병원균 등이 다른 해역으로 전파되는 문제점도 있었다.

즉, 발라스트 탱크(10)에 채워지는 발라스트 수(18)에는 각종 해양 생물 및 병원균 등이 포함될 수 있는데, 이러한 발라스트 수(18)의 유입과 배출이 서로 다른 지역에서 이루어지게 되므로 발라스트 수(18)의 유입시 함께 유입된 특정 해역의 해양 생물 또는 병원균이 다른 해역에서 배출됨에 따라 환경과 생태계를 교란시키는 문제점이 있었다.

참고로, 위와 같은 문제를 해결하기 위해 국제해사기구(IMO)에서는 발라스트 수의 유입 또는 배출시 발라스트 수에 포함된 해양 생물이나 병원균을 처리하는 검증된 수처리설비의 도입 의무화를 규정하고 있으며, 이에 따라 수처리설비의 장착비 및 유지 보수비가 크게 부담되고 있다.

또한, 화물(16)이 미 선적된 경우라도 공선시 운행에 적합한 흘수선을 확보하기 위해 발라스트 탱크(10)에 발라스트 수(18)를 채운 상태로 운행하게 됨으로써, 발라스트 수(18)의 무게 만큼 추진 에너지의 손실이 불가피한 문제점도 있다.

일 예로, 화물창에 30만톤의 원유를 적재할 수 있는 초대형유조선(VLCC)의 경우, 공선시 발라스트수의 무게가 약 10만톤 정도이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 발라스트 수의 선내 유입 또는 배출 없이도 선박의 부력 조절을 통한 흘수를 조절할 수 있도록 한다. 이로써 화물이 미 선적된 공선 시 운행에도 발라스트 수를 채울 필요가 없어 발라스트 수 무게에 해당하는 만큼의 재화 중량이 감소하여 선박의 추진에 필요한 에너지를 절약할 수 있으며, 아울러 수처리설비 없이도 발라스트 수에 의한 환경 오염을 방지하도록 이동식 선체를 이용한 부력 조절 선박을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에서는 화물창을 구비하고 있는 선체(20)의 저면에 하부 방향으로 개방된 구조를 형성하는 격실부와; 상기 격실부 내에 배치되며 격실부의 양측 격벽부를 따라 승하강하도록 구비되는 이동식 선체와; 상기 이동식 선체의 양측 면에 형성된 록킹홈과; 상기 이동식 선체(34)의 록킹홈과 마주하게 될 때, 록킹로드의 전진에 의한 잠김과 후진에 의한 해제가 이루어질 수 있도록 격벽부의 상하부에 각각 구비되는 상부 및 하부 록킹장치와; 상기 격실부와 이동식 선체의 사이로 공기가 분사 공급될 수 있도록 격실부와 소통 가능하게 연결되는 공기라인 및, 상기 공기라인과 연결되는 상태로 선체에 고정되는 공압발생유닛과; 상기 이동식 선체의 잠김과 해제를 위하여 상부 및 하부 록킹장치와 연결되는 오일라인 및, 상기 오일라인과 연결되는 상태로 선체에 고정되는 유압발생유닛을 포함하며; 상기 이동식 선체의 양측 면에는 가이드 돌기가 돌출되어 있고, 이 가이드 돌기와 마주하는 격벽부에는 가이드 돌기가 삽입되는 상태로 승하강을 가이드 하도록 가이드 홈이 형성되어 있는 이동식 선체를 이용한 부력 조절 선박이 제공된다.

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본 발명에 따른 이동식 선체를 이용한 부력 조절 선박은 이동식 선체의 승하강에 따라 격실부가 해수에 잠기거나 부력을 형성할 수 있는 일시적인 공기 탱크로서의 기능을 발휘하여 선박 운행에 적합한 흘수선을 확보함으로써, 종래와 같이 발라스트 탱크가 별도로 필요치 않으며 발라스트 수의 타지역 이동이 전혀 없어 친환경적인 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 발라스트 수를 이용하지 않으므로 이를 위한 고가의 정화 설비가 필요치 않은 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 발라스트 수의 유입과 배출시간이 줄어들어 항구의 접안시간이 단축되는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 공선 시에 발라스트 수를 채우지 않아도 되므로, 선박의 재화 중량이 감소 되어 선박의 추진에 필요한 에너지가 절감되는 장점이 있다.

도 1a 및 도 1b는 종래기술에 따른 발라스트 탱크와 화물창을 구비한 선박에서 발라스트 탱크와 화물창이 비워져 있는 상태를 각각 개략적으로 나타낸 정면 및 측면도이다.
도 2 및 도 3은 종래기술에 따른 발라스트 탱크와 화물창을 구비한 선박에서 화물이 미 선적된 상태를 각각 개략적으로 나타낸 정면 및 측면도이다.
도 4 및 도 5는 도 2에 도시된 선박의 화물창에 화물이 선적된 상태를 각각 개략적으로 나타낸 정면 및 측면도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 따른 이동식 선체를 이용한 부력 조절 선박으로써, 화물창에 화물이 미 선적된 상태를 각각 개략적으로 나타낸 정면 및 측면도이다.
도 8은 도 6의 본 발명에 따른 이동식 선체와 양측 격벽부의 결합 구조에 대한 일 예를 보여주는 요부 사시도이다.
도 9 및 도 10은 도 6에 도시된 선박의 화물창에 화물이 선적된 상태를 각각 개략적으로 나타낸 정면 및 측면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 이동식 선체의 승하강에 대한 다른 실시 예를 나타낸 도면이다.

　　설명에 앞서 도 1a ~ 도 5와 동일한 참조번호는 동일한 구성요소이므로 중복설명을 피하고자 생략하고 상이한 구성을 중심으로 설명한다.　　 아울러 본 발명의 구성을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 흐릴 수 있으므로 구체적인 설명은 생략한다.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.

도 6 및 도 7에서는 본 발명에 따른 이동식 선체를 이용한 부력 조절 선박 으로써 화물창에 화물이 미 선적된 상태를 각각 개략적으로 나타낸 정면 및 측면도가 도시되어 있다.

도면에서 보듯이, 본 발명에 따른 이동식 선체의 승하강을 이용한 부력 조절 선박(14)은, 화물창(12)을 구비하고 있는 선체(20)의 저면에 하부 방향으로 개방되는 구조를 취하는 격실부(30)가 형성되어 있다. 이러한 격실부(30)는 양측에 배치되는 선체(20)의 격벽부(32)를 칸막이로 삼아 복수 배열되어 있다.

상기 격실부(30)의 내부에는 판의 구조로 이루어진 이동식 선체(34)가 양측 격벽부(32)를 따라 슬라이딩 되는 상태로 승하강하도록 설치되어 있다.

상기 이동식 선체(34)에 대한 슬라이드 구조의 일 예로는 격벽부(32)와 마주하는 이동식 선체(34)의 양측 면에 돌출되는 가이드 돌기(36)와, 상기 격벽부(32)에 하단을 막은 상태로 수직으로 형성되는 가이드 홈(38)으로 이루어져 이동식 선체(34)가 승하강 시에 가이드 돌기(36)는 가이드 홈(38)을 따라 안내되는 상태로 이동하게 되므로 이동식 선체(34)의 승하강 이동에 따른 안전성을 충분히 보장할 수 있게 된다. (도 8 참조)

그러나, 위와 같이 이동식 선체(34)의 승하강 시 이동에 대한 안정성을 확보하기 위해 앞서 설명된 가이드 돌기(36)와 가이드 홈(38)의 결합 구조를 반드시 적용할 필요는 없다. 이는 본 발명을 설명하기 위한 하나의 예시에 불과한 것이다.

예컨대 상기 이동식 선체(34)의 승하강 시 이동에 대한 안정성을 보장할 수 있는 것이라면 그 어떤 구조 및 장치의 채용도 무방할 것이다.

또한, 상기 격벽부(30)의 상하단에는 이동식 선체(34)의 양측 면에 형성된 록킹홈(40)이 위치하게 될 때 록킹홈(40)의 방향으로 전후진하여 잠김 또는 해제가 이루어질 수 있도록 록킹로드(42, 44)를 각각 구비하고 있는 상부 및 하부 록킹장치(46, 48)가 각각 구비되어 있다.　　

이러한, 상기 상부 및 하부 록킹장치(46, 48)는 선체(20)에 고정 장착되는 유압발생유닛(50)과 오일라인(52)으로 연결되어 있다. 따라서, 유압발생유닛(50)의 구동에 의하여 오일이 상부 및 하부 록킹장치(46, 48)로 공급되거나 회수되는 동작으로 상부 및 하부 록킹장치(46, 48)에 구비된 록킹로드(42, 44)가 전후진을 하게 된다.

위와 같이 유압을 이용한 록킹장치(46, 48)는 통상 오일의 압력으로 록킹로드를 전후진시키고 있는 일반적으로 유압식 록킹장치를 적용한 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략 한다.　　　　　　　　　

한편, 상기 격실부(30)의 상면에 형성되는 분사구(54)와 선체(20)에 고정 장착되는 공압발생유닛(56) 간에는 공기라인(58)으로 연결되어 있다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 이동식 선체(34)의 승하강을 이용한 부력 조절 선박(10))의 부력 조절 방식을 설명하면 다음과 같다.

도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 화물창(12)에 화물(16)이 미 선적된 경우, 격실부(30)의 분사구(54)로부터 이동식 선체(34)의 방향으로 공기가 분사되지 않도록 공압발생유닛(56)의 구동을 정지시킨다.

위와 같이 공압발생유닛(56)의 구동 정지에 의해 분사구(54)로부터 공기의 분사 공급이 이루어지지 않게 되면, 이동식 선체(34)는 해수의 수압에 의해 상승 이동을 하게 되고,　완전한 상승이 이루어지게 되면 앞서 설명된 상부 록킹장치(46)의 록킹로드(42)가 록킹홈(40)으로 삽입되면서 잠김 상태가 된다.　　 그에 따라 상기 격실부(30)는 해수에 의해 잠기게 되는 상태가 된다

따라서, 선체(20)의 하부가 해수에 잠기게 되므로 종래와 같이 발라스트 수가 발라스트 탱크에 채워지는 것과 동일한 기능을 발휘하게 된다. 그로 인해 공선시 운행에 적합한 흘수선을 확보하게 된다.

도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이, 화물창(12)에 화물(16)이 선적된 경우, 분사구(54)로부터 공기가 분사 공급되도록 공압발생유닛(56)을 구동 시킨다.

위와 같이 공기가 분사 공급되면, 격실부(30)의 공간과 이동식 선체(34) 사이에서 공기의 압축과 함께 공압이 형성되고, 이와 같이 형성되는 공압이 해수의 수압을 이기게 될 때 이동식 선체(34)는 하강을 하게 된다.

그에 따라 이동식 선체(34)의 완전한 하강이 이루어지게 되면 앞서 설명 바 와같이 하부 록킹장치(48)의 록킹로드(44)가 전진하여 록킹홈(40)으로 잠김 되고, 상기 격실부(30)는 이동식 선체(34)의 하강으로 인해 일시적으로 밀폐된 공간을 형성하게 되어 부력을 형성하게 된다.

따라서 상기 격실부(30)가 부력을 형성하게 되면 종래와 같이 발라스트 수가 발라스트 탱크로부터 배출되는 것과 동일한 작용이므로 선박(10)의 중량은 화물(14)에 의해 만족 되어 선적시 운행에 적합한 흘수선을 확보하게 된다.　　

아울러, 상기 밀폐된 격실부(30)에 공기를 계속 공급하여 공기 압축을 통한 공기의 반발력이 격실부(30)의 내벽으로 작용하도록 하는 것이 바람직하다.　　 이는 해수의 수압이나 충격에 의해 격실부(30)를 형성하는 선체가 변경되거나 찌그러짐을 방지하기 위함이다.　즉, 선체 내부의 압축공기에 의한 작용하중과 선체 외부의 흘수 아래의 수두에 해당하는 수압에 의한 하중 차이가 없으면 이동식 선체(34)의 굽힘 변형이 발생하지 않으며 록킹장치(44)와 격벽부(32)에도 하중전달이 작아 구조강도 측면에서 안전하다.

도 11에서는 본 발명에 따른 이동식 선체의 승하강에 대한 다른 실시예를 나타낸 도면이 도시되어 있다. 설명에 앞서 설명된 도 6 도 7, 도 9, 도 10에서는 이동식 선체(30)의 승하강이 해수의 수압과, 격실부(30)로 공급되는 공기의 공압에 의하여 이루어지는 구조로 취하고 있으나, 도 11에서는 이동식 선체(30)가 실린더(70)에 구비된 로드(72)와 연동하도록 연결 된다.

따라서, 상기 실린더(70)의 구동에 따라 로드(72)가 전후진하게 되면서 이동식 선체(34)를 승하강하게 되며, 나아가 당업자라면 이러한 구성이 앞서 설명된 도 6, 도 7, 도 9, 도 10에 충분히 적용할 수 있음은 자명한 사항이다.

본 발명에 따른 이동식 선체를 이용한 부력 조절 선박은, 종래와 같이 선체 내에 발라스트 탱크를 별도로 구비하고 이 발라스트 탱크로부터 발라스트 수를 채우거나 배출 조정을 통해 선박의 흘수선을 조절하는 것이 아니라, 이동식 선체의 승하강에 의하여 선체의 격실부를 해수에 잠기도록 하거나 일시적으로 부력을 형성할 수 있도록 하여 선박 운행에 적합한 흘수선을 확보하게 됨으로써, 종래와 같이 발라스트 탱크가 별도로 필요치 않으며 발라스트 수의 타지역 이동이 전혀 없어 친환경적이다.

또한, 본 발명에 따른 이동식 선체를 이용한 부력 조절 선박을 사용하게 되면, 발라스트 수를 이용하지 않으므로 이를 위한 고가의 정화 설비가 필요치 않으며,　발라스트 수의 유입과 배출시간이 줄어들어 항구의 접안시간이 단축될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 이동식 선체를 이용한 부력 조절 선박을 사용하게 되면, 공선 시에 발라스트 수를 채우지 않아도 되므로, 선박의 중량이 감소 되어 선박의 추진에 필요한 에너지를 절감할 수 있게 된다.

이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 이동식 선체의 승하강을 이용한 부력 조절 선박은 이에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

10 : 발라스트 탱크 12 : 화물창
14 : 선박 16 : 화물
18 : 발라스트 수 20 : 선체
30 : 격실부 32 : 격벽부
34 : 이동식 선체 36 : 가이드 돌기
38 : 가이드 홈 40 : 록킹홈
42, 44 : 록킹로드 46 : 상부 록킹장치
48 : 하부 록킹장치 50 : 유압발생유닛
52 : 오일라인 54 : 분사구
56 : 공압발생유닛 58 : 공기라인
70 : 실린더 72 : 로드

Claims (2)

1. 화물창(12)을 구비하고 있는 선체(20)의 저면에 하부 방향으로 개방된 구조를 형성하는 격실부(30)와;
   상기 격실부(30) 내에 배치되며 격실부(30)의 양측 격벽부(32)를 따라 승하강하도록 구비되는 이동식 선체(34)와;
   상기 이동식 선체(34)의 양측 면에 형성된 록킹홈(40)과;
   상기 이동식 선체(34)의 록킹홈(40)과 마주하게 될 때, 록킹로드(42, 44)의 전진에 의한 잠김과 후진에 의한 해제가 이루어질 수 있도록 격벽부(32)의 상하부에 각각 구비되는 상부 및 하부 록킹장치(46, 48)와;
   상기 격실부(30)와 이동식 선체(34)의 사이로 공기가 분사 공급될 수 있도록 격실부(30)와 소통 가능하게 연결되는 공기라인(58) 및, 상기 공기라인(58)과 연결되는 상태로 선체(20)에 고정되는 공압발생유닛(56)과;
   상기 이동식 선체(34)의 잠김과 해제를 위하여 상부 및 하부 록킹장치(46, 48)와 연결되는 오일라인(52) 및, 상기 오일라인(52)과 연결되는 상태로 선체(20)에 고정되는 유압발생유닛(50)을 포함하며;
   상기 이동식 선체(34)의 양측 면에는 가이드 돌기(36)가 돌출되어 있고, 이 가이드 돌기(36)와 마주하는 격벽부(32)에는 가이드 돌기(36)가 삽입되는 상태로 승하강을 가이드하도록 가이드 홈(38)이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 이동식 선체를 이용한 부력 조절 선박.
2. 삭제

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