KR101283935B1 - 냉각기능을 갖는 수중물체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중물체 내 열을 발생하는 발열수단을 감싸도록 채워진 비전도 오일의 대류를 이용하여 발열수단을 효과적으로 냉각시키도록 하는 냉각기능을 갖는 수중물체에 관한 것이다.
이러한 본 발명의 수중물체는, 내부에 공간이 마련된 본체하우징와, 상기 본체하우징 내부에 상기 발열수단을 지지하도록 형성된 지지부재와, 상기 발열수단을 감싸도록 상기 본체하우징에 채워진 비전도 오일을 포함하고, 상기 발열수단에서 열을 발생하면 수중의 물에 의해 냉각된 상기 비전도 오일이 상기 발생한 열에 의한 대류로 상기 발열수단의 주위를 순환하도록 하여 상기 발열수단을 냉각시킨다.

Description

냉각기능을 갖는 수중물체{UNDERWATER OBJECT HAVING COOLING FUNCTION}

본 발명은 냉각기능을 갖는 수중물체에 관한 것으로서, 특히 수중물체 내 열을 발생하는 발열수단을 감싸도록 채워진 비전도 오일의 대류를 이용하여 발열수단을 효과적으로 냉각시키도록 하는 냉각기능을 갖는 수중물체에 관한 것이다.

물은 인간뿐만 아니라 동물과 식물에도 매우 소중한 자원이다. 특히 지표의 약 70%를 차지하는 바다는 엄청난 자원의 보고이며 지구 과학의 많은 문제에 대한 해답의 실마리를 제공할 것으로 기대된다. 하지만 바다는 수심에 비례하여 압력이 증가하고 환경이 수시로 변하여 빛과 전파가 수중에 통하기 어려우므로 육상에서 통용되는 기술이 수중세계에 직접 적용되기란 불가능하다.

많은 나라에서 잠수정이나 수중 탐사선을 개발하여 수질, 해저 자원 및 생태계, 해저지각 변화 등과 같은 심해환경을 조사하기 위해 이를 수중현장에 투입하여 시료를 채취하고 분석하도록 하고 있으며 실제로 가시적인 성과를 얻고 있다.

최근에는 정보통신 기술, 메카트로닉스와 같은 첨단기술이 접목된 다양한 해양 계측장비들이 계속 연구 및 개발되고 있다.

잠수정이나 수중탐사선 등과 같은 수중 물체는 수중에서 동작하기 위해 일반적으로 내부에 전동기나 엔진이 설치된다. 이들은 추진력을 내기 위해 큰 토크와 회전수로 구동하므로 많은 열을 발생시키는 발열수단이 된다.

통상적으로 수중 물체는 밀폐된 상태이므로 전동기나 엔진 등의 발열수단에서 발생하는 열은 내부의 각종 소자 및 장치에 악영향을 미치므로 전반적으로 수중 물체의 성능저하 및 기능상실을 유발한다. 따라서, 이를 방지하기 위해 별도의 냉각기능이 필요하다.

종래에는 주로 순환펌프의 강제순환에 의해 냉각수를 이동시켜 냉각수와 열을 교환하는 방식을 채택하고 있다. 강제순환 방식은 부가적인 펌프를 사용하여 냉각수를 순환시키므로 에너지의 손실을 초래하고 내부공간을 차지하는 단점이 있다. 특히, 군사용, 탐사용으로 사용되는 비교적 작은 수중 물체의 경우 내부 공간의 제약으로 인하여 별도의 강제 냉각을 위한 냉각장치의 설치가 어렵다는 문제점을 안고 있다. 또한, 이러한 순환방식의 냉각은 냉각수의 순환코스에는 냉각이 이루어지나 다른 부분에는 냉각이 덜 되기 때문에 수중 물체에 대해 전체적으로 고르게 냉각시키기 어려워 냉각효율이 떨어지는 문제점이 있다.

따라서, 해당 기술분야에서는 적은 비용으로 수중 물체를 효과적으로 냉각시킬 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.

본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로서, 수중에서 물에 의해 냉각된 비전도 오일의 대류를 이용하여 내부의 발열수단을 효과적으로 냉각시킬 수 있는 냉각기능을 갖는 수중물체를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉각기능을 갖는 수중물체는,

내부에 일정한 공간이 형성된 본체하우징; 상기 본체하우징의 내부 공간에 발열수단을 지지하도록 형성된 지지부재; 상기 본체하우징의 상부 및 하부에 각각 위치하며 외부로 열을 방출하는 제1 및 제2 방열하우징; 상기 본체하우징와 상기 제1 및 제2 방열하우징을 각각 연결하는 상부 및 하부의 제1 순환관; 상기 제1 및 제2 방열하우징을 상호 간에 연결하는 제2 순환관; 및 상기 발열수단을 감싸면서 상기 하우징의 내부공간, 제1,2 방열하우징 및 상기 제1,2 순환관에 채워진 비전도 오일; 을 포함하고, 상기 본체하우징 내부의 비전도 오일은 상기 발열수단에서 발생한 열에 의한 대류로 의해 상기 상부의 제1 순환관, 제1 방열하우징, 제2 순환관, 제2 방열하우징 및 하부의 제1 순환관을 통해 상기 본체하우징으로 순환되면서 냉각되어 상기 발열수단을 냉각시킨다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 비전도 오일은 미네랄 오일(mineral oil)이다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 비전도 오일은 공기보다 열전도도가 높다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 제2 순환관은 서로 대칭되도록 적어도 2개 이상 구비된다.

본 발명의 실시 예에서, 상기 발열수단이 상기 하우징의 상부와 하부의 사이에 위치한다.

이때, 바람직하게는 상기 발열수단은 상기 하우징의 중앙부에 위치할 수도 있고, 상기 하우징의 중앙과 하부 사이에 위치할 수도 있다.

본 실시 예에서, 상기 발열수단은 중력방향으로 유선형으로 형성된다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 수중 물체 냉각장치에 따르면 하기와 같은 효과를 얻을 수 있다.

먼저, 본 발명에 따르면 순환펌프가 필요 없으므로 비교적 적은 비용으로 수중 물체를 냉각시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 비전도 오일의 대류를 이용하여 발열장치를 고르게 냉각시키므로 냉각효율이 향상된다.

또한, 본 발명에 따르면 바람직하게는 발열장치를 수중 물체의 중앙부에 위치시킴으로써 발열장치의 전 부분에 대해 냉각시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 냉각기능을 갖는 수중물체의 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 수중물체에서 비전도 오일의 대류에 의한 냉각과정을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 발열수단의 위치를 나타낸 예시도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 발열수단의 형상을 나타낸 예시도.

이하에서, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 냉각기능을 갖는 수중물체의 구성도이다.

도 1에서, 본 발명의 수중물체(100)는 본체하우징(110), 지지부재(120), 제1 순환관(130), 제1 방열하우징(140), 제2 순환관(150), 제2 방열하우징(160) 및 비전도 오일(170)을 포함하여 구성된다.

본 실시 예의 수중물체(100)는 수중에 배치되어 동작하도록 밀폐된 본체하우징(110)을 포함한다. 본체하우징(110)의 내부에는 일정한 공간이 마련된다. 본 실시 예에서 본체하우징(110)은 원통형으로 구현됨이 바람직하나 이에 한정되지 않고 다면체형으로 구현될 수도 있다.

또한, 본 실시 예의 수중물체(100)는 본체하우징(110)의 내부 공간에 형성된 발열수단(180)을 포함한다. 여기서, 발열수단(180)은 수중물체(100)에서 열을 발생하는 소자, 부품, 기구, 장치 등을 포함한다. 예컨대, 전지, 파워서플라이, 엔진, 전동기 등을 포함할 수 있다.

또한, 수중물체(100)는 본체하우징(110)의 내부공간에서 발열수단(180)을 고정 및 지지하기 위한 적어도 하나의 지지부재(120)를 포함한다. 즉, 적어도 하나의 지지부재(120)는 발열수단(180)이 본체하우징(110)의 상단과 하단 사이에 위치하도록 지지하게 된다. 특히, 바람직하게는 본체하우징(110)의 중앙부에 위치하도록 지지한다.

또한, 수중물체(100)는 내부 열을 외부로 방출하는 제1 방열하우징(140) 및 제2 방열하우징(160)을 각각 포함한다. 이들 제1 및 제2 방열하우징(140,160)은 본체하우징(110)의 상부 및 하부에 각각 위치하며 본체하우징(110)과 상,하부의 제1 순환관(130)을 통해 연결된다. 또한, 제1 및 제2 방열하우징(140,160)은 상호 간을 연결하는 제2 순환관(150)을 통해 서로 연결된다. 이때, 제2 순환관(150)은 바람직하게는 양측으로 서로 대칭되도록 적어도 2개 이상 구비된다.

여기서, 수중물체(100)는 본체하우징(110)의 내부공간에 발열수단(180)이 잠기도록 비전도 오일(170)이 채워진다. 뿐만 아니라 비전도 오일(170)은 제1,2 방열하우징(140,160) 및 상기 제1,2 순환관(130,150)에도 채워진다. 이와 같이 비전도 오일(170)은 발열수단(180)을 감싸면서 본체하우징(110)의 내부공간에 채워지면서 제1,2 방열하우징(140,160) 및 상기 제1,2 순환관(130,150)에도 역시 채워진다. 이러한 비전도 오일(170)은 전도성을 띠지 않으므로 기기 등에 영향을 주지 않으면서 본체하우징(110) 내의 발열수단(180)을 효과적으로 냉각시키기 위한 냉각물질로 동작한다. 본 실시 예에서 비전도 오일(130)은 예컨대 미네랄 오일(mineral oil)을 이용함이 바람직하다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 냉각기능을 갖는 수중물체(100)는 수중에 배치된다. 수중물체(100)가 동작하면 발열수단(180)에서 열이 발생하고 이와 같이 발생한 열에 의해 비전도 오일(180)에는 대류가 발생한다. 이로써, 본체하우징(110) 내부의 비전도 오일(170)은 발열수단(180)에서 발생한 열에 의한 대류로 인해 상부의 제1 순환관(130), 제1 방열하우징(140), 제2 순환관(150), 제2 방열하우징(160)을 통해 다시 본체하우징(110)으로 순환되면서 냉각되어 발열수단(180)을 냉각시키도록 한다. 이때, 제1 및 제2 순환관(130,150)과 제1 및 제2 방열하우징(140,160)으로 이동된 비전도 오일(170)은 물에 의해 냉각된다. 이처럼, 냉각된 비전도 오일(180)는 대류를 일으키게 되어 발열수단(140)의 주위를 순환됨으로써 발열수단(140)을 냉각시키도록 한다. 이를 하기에서 도 2를 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 수중물체에서 비전도 오일의 대류에 의한 냉각과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 실시 예의 수중물체(100)에서 본체하우징(110)은 수중에 배치되므로 본체하우징(110)의 외부면은 상대적으로 저온의 물과 접촉된다. 이러한 상태에서 발열수단(180)에서 열이 발생하면 발열수단(180)의 주위의 비전도 오일(170)은 온도가 상승한다. 온도가 상승한 비전도 오일(170)은 대류에 의해 중력반대방향, 즉 상부로 이동한다(도면부호 ①). 이는 곧 상부의 제1 순환관(130)을 통해 제1 방열하우징(140)으로 이동한다(도면부호 ②). 제1 방열하우징(140)에서는 외부로 열을 방출함으로써 내부의 비전도 오일(170)을 냉각시킨다.

이와 같이 냉각된 비전도 오일(170)은 다시 대류에 의해 중력방향, 즉 제2 순환관(150)을 통해 하부의 제2 방열하우징(160)으로 이동한다(도면부호 ③). 이로써 제2 순환관(150) 및 제2 방열하우징(160)에서 재차 냉각된다. 계속해서, 제2 방열하우징(160)에서 냉각된 비전도 오일(170)은 하부의 제1 순환관(130)을 통해 본체하우징(110)으로 이동한다(도면부호 ④). 이로써, 상기와 같이 발열수단(180)의 주위에서 고온의 비전도 오일(170)이 상부로 이동함에 따른 빈공간을 제2 방열하우징(160)에서 냉각된 비전도 오일(170)이 다시 채우게 된다.

이와 같이, 본체하우징(110) 내부의 비전도 오일(170)은 발열수단(180)에서 발생한 열에 의한 대류로 인해 상부의 제1 순환관(130), 제1 방열하우징(140), 제2 순환관(150), 제2 방열하우징(160) 및 하부의 제1 순환관(130)을 통해 다시 본체하우징(110)으로 순환되면서 계속 냉각되어 발열수단(180)을 냉각시키도록 한다.

이때, 발열수단(180)에서 발생한 열을 빠르게 상부로 이동시키기 위하여 본 발명에 따른 비전도 오일(170)은 열전도도(thermal conductivity)가 높은 유체를 사용함이 바람직하다. 본 실시 예에서 이러한 비전도 오일(170)은 공기보다 열전도도가 높다. 또한, 본체하우징(110)은 열전달계수가 높은 재료를 이용함이 바람직하다. 이는 저온상태의 물과의 접촉으로 인해 차가워진 본체하우징(110), 제1 및 제2 방열하우징(140,160)과 그 내부를 순환하는 비전도 오일(130) 간에 열전달이 잘 이루어지도록 하기 위한 것으로, 이로써 수중에서 저온의 물에 의해 내부의 비전도 오일(170)이 빨리 냉각될 수 있도록 한다.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 발열수단의 위치를 나타낸 예시도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 수중물체(100)의 발열수단(180)은 적어도 하나의 지지부재(120)에 의해 지지 및 고정된다. 이때, 본체하우징(110) 내부의 공간에 위치하도록 지지된다. 바람직하게는 본체하우징(110)의 중앙부에 고정된다. 더 바람직하게는 도 3에서와 같이 본체하우징(110)의 중앙과 하부 사이에 고정된다. 예컨대, 본체하우징(110)의 상부 및 하부의 전체 길이에서 하부로부터 1/3 지점에 위치한다. 이는 발열수단(180)에서 발생한 열에 의해 비전도 오일(170)의 온도가 상승한 후 상부로 이동하면서 온도가 서서히 하강하도록 하고, 또한 발열수단(180)이 본체하우징(110)의 하측 외부면과 더 가깝게 위치되도록 함으로써 하측 외부면에 접촉된 저온의 물에 의해 비전도 오일(170)이 더 빨리 냉각될 수 있도록 하기 위한 것이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 발열수단의 형상을 나타낸 예시도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 발열수단(180)은 대류를 일으키는 비전도 오일(170)이 순환함으로써 냉각이 이루어진다. 이때, 대류가 원활하게 이루어져야 효과적인 냉각이 이루어질 수 있다. 따라서, 발열수단(180)을 중력방향으로 나선형으로 구현함으로써 중력방향, 즉 상하방향으로 대류가 원활하게 이루어질 수 있다. 이때, 발열수단(180) 자체를 나선형으로 하기 어려운 경우 나선형의 다른 본체하우징(110) 내에 발열수단(180)을 포함하도록 할 수도 있다. 이로써, 대류로 고온의 비전도 오일(170)이 상부로 이동하거나 저온의 비전도 오일(170)이 하부로 이동할 때 나선형의 곡면을 따라 더 원활하게 이동할 수 있어 냉각효과를 더 높일 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 바람직한 실시 예들을 통하여 상세하게 설명되었지만, 본 발명은 이러한 실시 예들의 내용에 한정되는 것이 아님을 밝혀둔다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 비록 실시 예에 제시되지 않았지만 첨부된 청구항의 기재 범위 내에서 다양한 본 발명에 대한 모조나 개량이 가능하며, 이들 모두 본 발명의 기술적 범위에 속함은 너무나 자명하다 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

일반적으로, 정수장, 폐수처리장, 양식장 등에서는 수중에 수질정화장치, 공기주입장치, 수중펌프 등의 각종 장치들이 배치된다. 또한, 수중 인테리어 분야에서도 수중에 조명, 분수 등을 조정 및 제어하기 위한 장치들이 배치된다. 더 나아가, 수중자원개발 분야에서는 수중에 잠수정, 탐사선 등이 이용된다.

이러한 다양한 장치들은 수중에서 동작하므로 발열수단에 대한 냉각장치가 필수적으로 요구된다. 이러한 측면에서 볼 때, 본 발명은 수중에서 배치되거나 동작하는 수중물체에서 적은 비용으로 효과적으로 발열수단을 냉각시킬 수 있으므로 상기 산업분야에 매우 유용하게 이용될 수 있다.

110 : 본체하우징 120 : 지지부재
130 : 비전도 오일 140 : 발열수단

Claims (8)

1. 내부에 일정한 공간이 형성된 본체하우징;
   상기 본체하우징의 내부 공간에 발열수단을 지지하도록 형성된 지지부재;
   상기 본체하우징의 상부 및 하부에 각각 위치하며 외부로 열을 방출하는 제1 및 제2 방열하우징;
   상기 본체하우징과 상기 제1 및 제2 방열하우징을 각각 연결하는 상부 및 하부의 제1 순환관;
   상기 제1 및 제2 방열하우징을 상호 간에 연결하는 제2 순환관; 및
   상기 발열수단을 감싸면서 상기 본체하우징의 내부공간, 제1,2 방열하우징 및 상기 제1,2 순환관에 채워진 비전도 오일; 을 포함하고,
   상기 본체하우징 내부의 비전도 오일은 상기 발열수단에서 발생한 열에 의한 대류로 의해 상기 상부의 제1 순환관, 제1 방열하우징, 제2 순환관, 제2 방열하우징 및 하부의 제1 순환관을 통해 상기 본체하우징으로 순환되면서 냉각되어 상기 발열수단을 냉각시킴을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 수중물체.
2. 제1항에 있어서,
   상기 비전도 오일은 미네랄 오일(mineral oil)인 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 수중물체.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 비전도 오일은 공기보다 열전도도가 높은 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 수중물체.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 순환관은 서로 대칭되도록 적어도 2개 이상 구비된 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 수중물체.
5. 제1항에 있어서,
   상기 발열수단이 상기 본체하우징의 상부와 하부의 사이에 위치함을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 수중물체.
6. 제5항에 있어서,
   상기 발열수단은 상기 본체하우징의 중앙부에 위치함을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 수중물체.
7. 제5항에 있어서,
   상기 발열수단은 상기 본체하우징의 중앙과 하부 사이에 위치함을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 수중물체.
8. 제1항에 있어서,
   상기 발열수단은 중력방향으로 유선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각기능을 갖는 수중물체.

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