KR101357697B1 - 과학교재용 잠수 탐사선 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과학교재용 잠수 탐사선에 관한 것으로서, 폐품을 활용하여 제작이 가능하도록 함으로 자원절약과 환경보호를 이루는 가운데 투명 재질의 탐사선을 통해 학생들이 잠수함의 원리를 보다 용이하게 이해하는데 도움을 줄 수 있도록 하기 위한 것이다.
또한, 탐사선의 부력 제어를 통해 상승 및 하강 조절이 가능하게 되어 해저환경의 실시간 탐사가 가능하도록 하며, 수심의 변화에 따른 온도 및 압력 변화의 측적이 가능한 이점을 나타내기 위한 것이다.

Description

과학교재용 잠수 탐사선{A SUBMARINE STRUCTURE FOR SCIENCE TEACHING}

본 발명은 잠수 탐사선에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 내부 투시가 가능한 투명한 폐품재료를 활용하여 제작이 이루어지도록 하여 잠수함의 원리 및 구조를 쉽게 이해하고 해저탐사의 기능을 수행할 수 있도록 하는 과학교재용 잠수 탐사선 구조에 관한 것이다.

종래 학습자료로써의 모형 잠수함은 탄력이 좋은 작은 고무풍선에 추를 매달아서 만들거나, 공기를 저장할 수 있는 한쪽이 막힌 싸인펜뚜껑과 같은 용기를 물이 들어 있는 탄력이 있는 밀폐된 용기속에 넣고 밀폐된 용기를 밖에서 누르거나 이완시키면서 물속에서 상하운동만을 하는 물체를 만들어 잠수함의 원리를 유추하여 설명하였었다.

이러한 유추적인 잠수함 모형은 구체적 조작수준이 지적발달단계에 있는 학습자들에게는 매우 추상적이며, 이러한 모형 잠수함으로부터 잠수함의 원리를 이해하기에는 매우 어렵기 때문에 보다 구체적이고 실제적인 잠수함의 모형, 즉 그 모양에 있어서 잠수함과 유사하고 잠수함의 원리를 쉽게 이해할 수 있도록 물속에서 추진되는 모형 잠수함이 요구되었었다.

한편, 이를 개선하기 위한 종래 기술로서 실용신안등록 제184054호(창의성과 과학 교육을 위한 모형 잠수함)에서는 플라스틱 폐음료 용기 등 생활주변에서 쉽게 구할 수 있는 폐품을 활용하여 실제 잠수함과 외형적으로 유사하고 학습자에게 잠수함의 추진원리를 쉽게 이해시킬 수 있도록 구성하여 학습자의 창의성개발과 과학교육에 기여할 수 있는 모형 잠수함이 제안된 바 있다.

그러나, 상기한 종래 기술에서의 모형 잠수함은 폐품을 이용하여 단순히 물속에 가라앉거나 물위에 뜨는 잠수함의 원리를 이해시키기 위한 것으로서, 보다 구체적인 해저탐사 등의 동기 부여에는 도움을 줄 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 모형 잠수함 기술에서의 문제점을 개선하기 위해 제안된 것으로서, 공격용 어뢰와 해저 탐사 등 실제 군용 잠수함의 기능을 최대한 적용하는 가운데 내부 투시가 가능한 투명한 폐품 재료를 활용함으로서 잠수함의 원리를 보다 쉽게 이해할 수 있도록 하는데 목적이 있다.

상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 과학교재용 잠수 탐사선은, 내부 투시가 가능한 투명재료로 이루어진 탐사선 본체와; 상기 탐사선 본체의 내부에 고정 설치되어 내부 골격을 유지하는 내부 프레임과; 상기 내부 프레임에 고정 설치되는 가스 압축탱크와; 상기 가스 압축탱크로 부터 공급되는 가스압력에 의해 발사가 가능한 미사일체와; 상기 가스 압축탱크로 부터 미사일체로 공급되는 가스유로의 개폐제어를 위한 가스 제어밸브와; 상기 가스 압축탱크에 저장된 가스의 개방 제어를 위한 가스 작동밸브와; 상기 탐사선 본체의 하부에 구비되어 균형 유지를 위한 물이 저장되는 물 저장탱크와; 상기 물 저장탱크에 저장된 물의 배수 또는 급수를 위한 급.배수구와; 상기 탐사선 본체의 양측 하부에 대칭형태로 구비되어 균형을 잡아주는 균형유지날개와; 상기 탐사선 본체의 선단과 후단에 각각 구성되어 내부 프레임을 지지하는 제1 프레임지지구와; 상기 탐사선 본체의 상부에 구성되어 내부 프레임을 지지하는 제2 프레임지지구와; 상기 탐사선 본체의 전,후진 추진을 위해 후단부에 구성된 추진용 프로펠러와; 상기 탐사선 본체의 전면측에 구비되어 빛을 발광하는 조명부와; 상기 조명부 일측에 구성되어 해저 상황을 탐사하는 수중카메라와; 상기 가스 제어밸브와, 가스 작동밸브, 추진용 프로펠러, 조명부 및 수중카메라의 제어 및 전원 인가를 위해 연결되어지는 제어케이블과; 상기 제어케이블을 통해 외부에서 제어신호를 인가하는 외부 제어부와; 상기 제어케이블의 연결을 위해 탐사선 본체에 구비된 제어선 단자대를 포함하는 구성을 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 탐사선 본체의 상부에는 잠수시 내부 공기의 배출을 제어하기 위한 개방 구동이 이루어지는 잠수밸브 및 잠수 중 부상시 가스 압축탱크의 압축가스가 탐사선 본체 내부에 채워짐으로 부력이 작용되도록 개방되는 부상밸브가 각각 구성된 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 잠수탐사선은, 폐품을 활용하여 제작이 가능하게 됨으로 자원절약과 환경보호를 이루는 가운데 투명 재질의 탐사선을 통해 학생들이 잠수함의 원리를 보다 용이하게 이해하는데 도움을 줄 수 있게 된다.

특히, 탐사선의 부력 제어를 통해 상승 및 하강 조절이 가능하게 되어 해저환경의 실시간 탐사가 가능하게 되며, 수심의 변화에 따른 온도 및 압력 변화의 측적이 가능한 이점을 나타낸다.

학생들에게 해양탐사의 호기심을 유발 및 충족하게 하여 심해저 자원을 개발할 수 있는 연구인력 양성에 도움이 된다.

도 1은 본 발명 과학교재용 잠수 탐사선의 측면 구조도.
도 2는 본 발명 잠수 탐사선의 정면 구조도.
도 3은 본 발명 잠수 탐사선의 배면 구조도.
도 4는 본 발명 잠수 탐사선의 내부 상세 구조도.
도 5는 본 발명 잠수 탐사선의 상부 평면도.
도 6은 본 발명 잠수 탐사선의 저부 배면도.

이하, 본 발명의 구체적인 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 살펴보기로 한다.

먼저, 본 발명의 일 실시 예에 따른 과학교재용 잠수 탐사선의 구조를 살펴보면, 탐사선 본체(10)는 내부 투시가 가능한 플라스틱 등과 같은 투명재료로 이루어지고, 탐사선 본체(10)의 내부에는 내부 골격을 유지함과 함께 각종 부품의 지지를 위한 알루미늄 재질의 내부 프레임(20)이 육면틀 형상을 이루어 고정 설치되며, 내부프레임(20)에는 이산화탄소(CO₂) 가스가 압축 저장되어지는 가스 압축탱크(30)가 구성된다.

그리고, 탐사선 본체(10)의 앞,뒤 그리고 상부에는 가스 압축탱크(30)로 부터 공급되는 가스압력에 의해 발사가 가능한 미사일체(40)가 다수의 위치에 구비되고, 탐사선 본체(10) 내부에는 가스 압축탱크(30)로 부터 미사일체로 공급되는 가스유로의 개폐제어를 위한 가스 제어밸브(31) 및 가스 압축탱크(30)에 저장된 가스의 개방 제어를 위한 가스 작동밸브(32)가 구성된다. 따라서, 가스 작동밸브(32)가 폐쇄된 상태에서는 원천적으로 압축가스의 공급이 중단되어지게 되는 것이다.

또한, 탐사선 본체(10)의 하부에는 균형 유지를 위한 물이 저장되는 균형유지탱크(11)가 삼각뿔 형상으로 구성되고, 균형유지탱크(11)에는 저장된 물의 배수 또는 급수를 위한 급.배수구(12)가 구비되며, 탐사선 본체(10)의 외벽 양측 하부에는 강화 스치로폼 재질의 균형유지날개(13)가 대칭형태로 구비되어 균형을 잡아주게 된다. 즉, 균형유지탱크(11)는 탐사선 본체(10)의 내부 공간과 연통되어진 구조를 이루게 되며, 급.배수구(12)를 통해 물이 채워질 때는 균형유지탱크(11)로 부터 채워져서 탐사선의 중심이 유지되는 가운데 점차 탐사선 본체(10) 내부의 물 저장수위가 증가되어지게 되는 것이다.

그리고, 탐사선 본체(10)의 선단과 후단에는 내부 프레임(20)을 지지하는 제1 프레임지지구(50)가 구성되고, 탐사선 본체(10)의 상부에는 역시 내부 프레임(20)을 제2 프레임지지구(51)가 구성되어져 있어 내부 프레임(20)의 유동이 방지되며, 탐사선 본체(10)의 전,후진 추진을 위해 후단부에는 추진용 프로펠러(60) 및 탐사선의 좌,우 방향전환 추진을 위한 보조 프로펠러(61)가 각각 구성된 것을 확인할 수 있다.

또한, 탐사선 본체(10)의 전면측에는 해저 탐사가 가능하도록 빛을 발광하는 램프 형태의 조명부(70)가 구비되고, 조명부(70) 일측에는 해저 상황을 탐사하여 영상신호를 전송하기 위한 수중카메라(80)가 구성된다.

그리고, 상기 가스 제어밸브(31)와, 가스 작동밸브(32), 추진용 프로펠러(60), 보조 프로펠러(61), 조명부(70) 및 수중카메라(80)의 제어 및 전원 인가를 위해 제어케이블(90)이 연결 구성되고, 제어케이블(90)을 통해 외부에서 제어신호를 인가할 수 있도록 컨트롤 패널 형태의 외부 제어부(100)가 구비되며, 제어케이블(90)의 연결을 위해 탐사선 본체(10)에는 제어선 단자대(91)가 구성된 것을 확인할 수 있다. 제어선 단자대(91)는 동작 전원을 필요로 하는 각 부품과 전기적으로 연결되어져 있어 전원 공급 및 각종 제어신호의 전달이 가능하게 된다.

또한, 외부 제어부(100)에는 전원 스위치 및 수중카메라(80)를 통한 영상 확인을 위한 모니터, 그리고 각 구성부의 작동 상태 확인 및 제어 스위치가 구비되어지게 된다.

한편, 본 실시 예에서의 탐사선 본체(10)는 바닥면이 제거된 2개의 생수통을 바닥부위를 맞대어 대칭형태로 연결 결합시킴으로서 폐자원을 재활용함이 바람직하다.

또한, 탐사선 본체(10)의 최상단부에는 제어케이블(90)을 통한 전원 공급이 정상적으로 이루어지고 있음을 표시하여 외부에서 이를 쉽게 인지토록 하기 위한 전원표시등(14)이 구비된다.

또한, 탐사선 본체(10)의 상부에는 잠수시 내부 공기의 배출을 제어하기 위한 개방 구동이 이루어지는 잠수밸브(15) 및 잠수 중 부상시 가스 압축탱크(30)의 압축가스가 탐사선 본체(10) 내부에 채워짐으로 부력이 작용되도록 개방되는 부상밸브(16)가 각각 구성된다.

또한, 가스 압축탱크(30)에는 내부의 압력변화 측정을 위한 압력센서(17)가 구성된다.

또한, 균형유지탱크(11) 하부에는 수중 시료의 채취를 위해 삼각 파이프 형상을 이루고 있는 시료 채취부(18)가 구성된다.

또한, 탐사선 본체(10)에는 잠수시 수심에 따른 수온 변화를 측정하여 외부 제어부(100)로 측정 수치를 전송하기 위한 수온센서(19)가 구성되어짐이 바람직하다.

이와 같은 구조를 이루는 본 발명 과학교재용 잠수 탐사선의 동작에 따른 작용효과를 살펴보기로 한다.

먼저, 외부 제어부(100)의 전원을 켜고 탐사선 본체(10)를 물위에 띄우면, 급.배수구(12)를 통해 일정량의 물이 탐사선 본체(10) 내부로 유입되어지도록 한 상태에서 잠수 스위치를 누르면, 잠수밸브(15)가 열리면서 내부 공기가 배출되어 물의 유입량이 증가되어지게 된다.

이에 따라 자중에 의해 탐사선 본체(10)가 잠수하게 되는데, 원하는 깊이까지 잠수가 이루어지면 잠수밸브(15)를 폐쇄시킴으로서 하강이 정지되어지게 된다.

이러한 상태에서 작업자는 외부 제어부(100)에 구비된 모니터를 통해 수중카메라(80)로 부터 입수되는 해저 상황을 탐색하는 가운데, 추진용 프로펠러(60) 및 보조 프로펠러(61)를 작동하여 잠수함을 수평 이동시키게 된다.

그리고, 미사일체(40)를 발사시키고자 하는 경우에는 가스작동밸브(32)가 열려진 상태에서 해당 위치의 가스제어밸브(31)를 개방시키게 되면, 가스 압축탱크(30)의 이산화탄소 압축가스가 가스유로를 통해 공급되어짐으로서 가스 압력에 의해 미사일체(40)의 발사동작이 이루어질 수 있게 된다.

또한, 탐사선이 해저 바닥을 운행하는 과정에서는 시료채취부(18)에 뻘이나 해저물질이 유입되어지게 됨으로서 외부에서 이를 분석 자료로 활용할 수 있게 된다.

한편, 탐사선을 수면위로 상승시키고자 하는 경우에는 부상 스위치를 작동하면 부상밸브(16)를 개방시키면 가스 압축탱크(30)의 압축가스가 탐사선 본체(10) 내부의 상부공간으로 공급되면서 물이 급.배수구(12)를 통해 외부로 강제 배출되어지게 되고, 이에 따른 내부 부력이 발생되어 수면위로 상승되어질 수 있게 되는 것이다.

따라서, 본 발명의 잠수 탐사선을 이용하게 되면 사용자가 외부에서 외부 제어부(100)를 통하여 다양한 제어가 가능하게 됨으로 모니터를 통해 해저 상황의 실시간 확인이 가능하게 되며, 수심에 따른 압력 및 수온의 변화를 측정할 수 있게 된다.

또한, 투명 재질의 탐사선을 통해 학생들이 잠수함의 원리를 보다 용이하게 이해하는데 도움을 줄 수 있게 됨을 알 수 있다.

그리고, 상기에서 본 발명의 특정한 실시 예가 설명 및 도시되었지만 본 발명의 잠수 탐사선의 구조가 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 수 있음은 자명한 일이다.

예를 들면, 상기 실시 예에서는 탐사선 본체(10)를 일반 생수통을 사용하여 제작한 형태가 설명되었지만, 그 외에도 다양한 폐 재품을 활용하여 제작되어질 수 있게 된다.

따라서, 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 범위로부터 개별적으로 이해되어져서는 안되며, 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구범위 내에 포함된다 해야 할 것이다.

10 : 탐사선 본체 11 : 균형유지탱크
12 : 급.배수구 13 : 균형유지날개
14 : 전원 표시등 15 : 잠수밸브
16 : 부상밸브 17 : 압력센서
18 : 시료채취부 19 : 수온센서
20 : 내부 프레임 30 : 가스 압축탱크
31 : 가스제어밸브 32 : 가스작동밸브
40 : 미사일체 50,51: 프레임지지구
60 : 추진용 프로펠러 61 : 보조 프로펠러
70 : 조명부 80 : 수중카메라
90 : 제어케이블 91 : 제어선 단자대
100 : 외부 제어부

Claims (7)

1. 내부 투시가 가능한 투명재료로 이루어진 탐사선 본체(10)와;
   상기 탐사선 본체(10)의 내부에 고정 설치되어 내부 골격을 유지하는 내부 프레임(20)과;
   상기 내부 프레임(20)에 고정 설치되는 가스 압축탱크(30)와;
   상기 가스 압축탱크에 저장된 가스의 개방 제어를 위한 가스 작동밸브(32)와;
   상기 탐사선 본체(10)의 하부에 구비되어 균형 유지를 위한 물이 저장되는 균형유지탱크(11)와;
   상기 균형유지탱크(11)에 저장된 물의 배수 또는 급수를 위한 급.배수구(12)와;
   상기 탐사선 본체(10)의 외벽 양측 하부에 대칭형태로 구비되어 균형을 잡아주는 균형유지날개(13)와;
   상기 탐사선 본체(10)의 전,후진 추진을 위해 후단부에 구성된 추진용 프로펠러(60)와;
   상기 가스 작동밸브(32), 추진용 프로펠러(60)의 제어 및 전원 인가를 위해 연결되어지는 제어케이블(90)을 통해 외부에서 제어신호를 인가하는 외부 제어부(100)가 포함되는 것을 특징으로 하는, 과학교재용 잠수 탐사선.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 탐사선 본체(10)의 상부에는 잠수시 내부 공기의 배출을 제어하기 위한 개방 구동이 이루어지는 잠수밸브(15) 및 잠수 중 부상시 가스 압축탱크(30)의 압축가스가 탐사선 본체(10) 내부에 채워짐으로 부력이 작용되도록 개방되는 부상밸브(16)가 각각 구비되며, 상기 가스 압축탱크(30)에는 내부의 압력측정을 위한 압력센서(17)가 구비되는 것을 특징으로 하는 과학교재용 잠수 탐사선.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 탐사선 본체(10)의 전면측에는 빛을 발광하는 조명부(70)가 구비되며,
   상기 조명부(70) 일측에는 해저 상황을 탐사하는 수중카메라(80)가 구비되는 것을 특징으로 하는 과학교재용 잠수 탐사선.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 추진용 프로펠러(60) 일측에는 탐사선의 좌,우 방향전환 추진을 위한 보조 프로펠러(61)가 구비되며,
   상기 균형유지탱크(11) 하부에는 수중 시료의 채취를 위한 시료 채취부(18)가 구비되는 것을 특징으로 하는 과학교재용 잠수 탐사선.
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 탐사선 본체(10)의 상부에는 제어케이블(90)을 통한 전원 공급이 정상적으로 이루어지고 있음을 표시하기 위한 전원표시등(14)이 구비되며,
   상기 탐사선 본체(10)에는 수심에 따른 수온 변화를 측정하기 위한 수온센서(19)가 구비되는 것을 특징으로 하는 과학교재용 잠수 탐사선.
6. 청구항 3에 있어서,
   상기 탐사선은 가스 압축탱크(30)로 부터 공급되는 가스압력에 의해 발사가 가능한 미사일체(40)와;
   상기 가스 압축탱크(30)로 부터 미사일체로 공급되는 가스유로의 개폐제어를 위한 가스 제어밸브(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 과학교재용 잠수 탐사선.
7. 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 탐사선 본체(10)는 바닥면이 제거된 2개의 생수통을 바닥부위를 맞대어 대칭형태로 연결 결합시키고,
   상기 균형 유지날개(13)는 강화 스치로폼을 부착하여 구비되어진 것을 특징으로 하는 과학교재용 잠수 탐사선.

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