KR101369479B1 - 쇄빙장치 및 이를 포함하는 선박 - Google Patents

Abstract

쇄빙장치 및 이를 포함하는 선박이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 쇄빙장치는, 선박에 설치되어 수면상의 유빙을 파쇄하는 쇄빙장치로서, 유빙에 올라타도록 경사부를 가지며, 수면상에 부유되는 부유체; 상기 부유체를 상기 선박에 지지시키는 연결부재; 상기 부유체에 설치되며, 상기 부유체에 진동을 유발하는 가진부; 상기 가진부를 제어하는 제어부; 상기 유빙의 진동을 측정하여 상기 제어부로 전송하는 진동 측정센서를 포함할 수 있다.

Description

쇄빙장치 및 이를 포함하는 선박{ICE BREAKING DEVICE AND SHIP INCLUDING THE SAME}

본 발명은 쇄빙장치 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.

일반적으로, 쇄빙선은 얼음으로 덮인 결빙해역에서 얼음을 부수어 항로를 만들도록 설계된 선박이다. 이러한 선박은 결빙수에서 활동하므로 얼음에 봉쇄되어도 이탈이 가능하고 얼음에 의해 선체가 손상되지 않도록 특수 선형을 가진다.

그러나, 극지해역에 설치되어 특수 작업을 수행하는 해양시추선이나 해양시추정제선(예를 들어, FPSO(Floating Production Storage and Offloading), FSO(Floating Storage and Offloading) 등)과 같은 선박의 경우, 두께 1 내지 2 미터 내외의 판상 해빙(sea ice)이 존재하는 해역에서 운용하기 위해 별도의 쇄빙선을 여러 척 같이 운용하는 것이 일반적이다.

이러한 선박들은 해상에 동적 위치 제어 또는 계류(즉, 거의 정지)된 상태에서 작업을 진행하기 때문에 쇄빙선과 같이 강력한 추진력과 튼튼한 선체를 이용하여 유빙을 파쇄하는 것이 어렵다.

또한, 이러한 선박에 일반쇄빙선의 특수 선형을 도입한다 하더라도, 쇄빙시 발생하는 선체 운동, 즉 선체가 전진하거나 후진함에 따른 흔들림과 유빙이 깨지면서 선체에 전달되는 진동으로 인해 해상에서의 특수 작업(예를 들어, 시추작업, 생산작업)을 어렵게 한다.

이러한 문제들로 인해, 해양시추선이나 해양시추정제선과 같은 선박은 유빙 지역에서 작업시 별도의 쇄빙선을 운용하게 된다.

그러나, 이러한 쇄빙선을 운용하기 위해서는 별도의 운용비용이 과도하게 소모된다.

따라서, 이러한 선박이 유빙 지역에서 작업시 특정 위치를 유지하며 선체를 특수 선형으로 보강하거나 별도의 쇄빙선의 도움 없이도 유빙을 쇄빙하거나 파쇄할 수 있는 새로운 대안이 필요하다.

일본공개특허공보 특개2003-112687호

본 발명의 실시예들은 선박의 추진력 도움 없이도 선체에 접근하는 유빙을 파쇄할 수 있으며, 해양시추선이나 해양시추정제선과 같은 선박이 유빙 지역에서 작업시 선체를 특수 선형으로 보강하거나 별도의 쇄빙선의 도움 없이도 이러한 선박에 간단하게 설치되어 유빙을 쇄빙하거나 파쇄할 수 있는 쇄빙장치 및 이를 포함하는 선박을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 설치되어 수면상의 유빙을 파쇄하는 쇄빙장치로서, 유빙에 올라타도록 경사부를 가지며, 수면상에 부유되는 부유체; 상기 부유체를 상기 선박에 지지시키는 연결부재; 상기 부유체에 설치되며, 상기 부유체에 진동을 유발하는 가진부; 상기 가진부를 제어하는 제어부; 상기 유빙의 진동을 측정하여 상기 제어부로 전송하는 진동 측정센서를 포함하는 쇄빙장치가 제공된다.

상기 가진부는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 유빙에 0.5Hz 내지 100 Hz의 진동주파수를 점진적으로 가진할 수 있다.

상기 연결부재의 일단부는 상기 부유체에 힌지 결합 될 수 있으며, 상기 연결부재의 타단부는 상기 선박에 힌지결합될 수 있다.

상기 연결부재는 상기 선박에 분리가능하게 결합될 수 있다.

상기 연결부재는 상기 연결부재의 길이방향으로 신축가능할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명의 일 측면에 따른 쇄빙장치를 포함하는 선박이 제공된다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 선박의 추진력 도움 없이도 선체에 접근하는 유빙을 파쇄할 수 있으며, 해양시추선이나 해양시추정제선과 같은 선박이 유빙 지역에서 작업시 선체를 특수 선형으로 보강하거나 별도의 쇄빙선의 도움 없이도 이러한 선박에 간단하게 설치되어 유빙을 쇄빙하거나 파쇄할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쇄빙장치와 이를 구비한 선박을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 쇄빙장치를 개략적으로 나타낸 사시도.
도 3과 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 쇄빙장치의 작동상태를 나타낸 측면도.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하, 본 발명에 따른 쇄빙장치 및 이를 포함하는 선박의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 쇄빙장치와 이를 구비한 선박을 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명에서의 선박(1000)은, 부유식 원유생산저장하역 설비(floating production storage & offloading unit, or FPSO)나 부유식 가스저장재기화 설비(floating storage and regasification unit, or FSRU)와 같은 부유식 해양 구조물을 포함하며, 이외에도 예를 들어 드릴쉽(drill ship)과 같이 자항능력을 가지고 추진 가능한 선박을 모두 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 쇄빙장치(100)는 선박(1000)에 설치되어 수면상의 유빙을 파쇄하는 장치로서 부유체(110)와 연결부재(120)와 가진부(130)와 제어부(140) 및 진동 측정 센서(150)를 포함하여 구성되며, 선체(1)와 일체로 제작될 수도 있으며, 선체(1)와 별도로 제작되어 선체(1)에 설치될 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따르면, 유빙에 올라타도록 경사부(112)를 구비한 부유체(110)를 유빙 위로 올린 다음 제어부(140)가 예를 들어 0.5Hz 내지 100Hz의 진동 주파수를 순차적으로 변화시키며 가진부(130)를 작동하며 진동측정센서(150)로부터 측정한 유빙의 진동 응답신호로부터 유빙의 고유진동수를 확인하고, 제어부(140)가 확인된 유빙의 공진주파수로 가진부(130)를 작동하여 유빙의 공진운동을 통해 파쇄함으로써, 선박의 추진력 도움 없이도 선체에 접근하는 유빙을 용이하게 파쇄할 수 있으며, 해양시추선이나 해양시추정제선과 같은 선박(1000)이 유빙 지역에서 시추 등의 작업시 선체(1)를 특수 선형으로 보강하거나 별도의 쇄빙선의 도움 없이도 이러한 선박(1000)에 간단하게 설치되어 유빙을 쇄빙하거나 파쇄할 수 있다.

즉, 선박(1000)이 해상에 계류하여 추진력이 없는 상황에서도 쇄빙장치(100)를 이용하여 수면에 떠도는 유빙을 파쇄할 수 있으며, 기존의 쇄빙선과 같이 선체(1)가 유빙에 올라타서 쇄빙하는 방식이 아니기 때문에 쇄빙을 위한 선체의 운동이 불필요하고 선체(1)에 가해지는 진동이나 손상의 우려도 크게 줄일 수 있다.

또한, 이와 같은 쇄빙장치(100)를 선박(1000)에 분리가능하게 설치함으로써 기존의 선박에도 큰 비용 없이 용이하게 설치할 수 있으며, 쇄빙이 필요 없을 때(예를 들어, 일반 해역을 항해할 때)에는 쇄빙장치(100)를 선박(1000)에서 떼어내던지 선체(1) 상부로 들어올려 선체(1)에 거치함으로써 선박(1000)의 활용도를 높일 수 있다.

또한, 이와 같은 쇄빙장치(100)를 선박(1000)에 설치함으로써, 전용의 쇄빙선을 운용하는 것에 비해 경제적 효과가 크다.

이하, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 실시예에 따른 쇄빙장치(100)의 각 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하도록 한다.

여기서, 도 2는 본 실시예에 따른 쇄빙장치(100)를 개략적으로 나타낸 사시도이며, 도 3과 도 4는 본 실시예에 따른 쇄빙장치(100)의 작동상태를 나타낸 측면도이다.

부유체(110)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이 수면상에 부유되는 부재이다. 부유체(110)는 수면에 접하여 부력에 의해 부상할 수 있다. 이러한 부유체(110)는 그 내부에 밀폐된 중공부(미도시)를 형성함으로써 부력을 가질 수 있으며, 이외에도 예를 들어 부력주머니를 내부에 구비하는 등 다양한 방식으로 부력을 가질 수 있다.

부유체(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 육면체 형상을 가질 수 있다. 비록 도시되지는 않았으나, 부유체(110)는 이외에도 예를 들어 유선형의 배모양 등 다양한 형상을 가질 수 있음은 물론이다.

이러한 부유체(110)는 수면 위를 떠도는 유빙(즉, 얼음판) 위로 쉽게 올라탈 수 있도록 그 전면부 측에 경사부(112)를 형성한다.

경사부(112)는 도 2에 도시된 바와 같이 부유체(110)를 측면에서 볼 때 부유체(110)의 전면부가 쐐기(wedge) 형상을 가지도록 부유체(110)의 전면부 하면에 경사지게 형성될 수 있다.

이러한 부유체(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 유빙이 선체(1)로 접근할 경우 부유체(110)의 경사부(112)가 전면을 향하도록 선체(1)의 방향을 조정하게 된다. 이 경우, 선박(1000)에 구비된 아지무스 스러스터와 같은 추진기로 선체(1)의 방향을 조정할 수 있다.

이 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 부유체(110)는 접근하는 유빙의 이동하는 힘과 경사부(112)를 이용하여 유빙 위로 올라갈 수 있다. 이렇게 유빙 위로 올려진 부유체(110)는 그 자체의 하중으로 유빙을 파쇄할 수 있다. 이를 위해, 부유체(110)는 자중이 무거운 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 부유체(110)의 외측 표면은 금속재질의 박스 형태로 이루어지고 그 내부에 중량체(미도시)가 구비된 형태로 이루어질 수 있다.

이때, 유빙의 파쇄효율을 높일 수 있도록, 부유체(110)의 자중뿐만 아니라 부유체(110)에 진동을 가하여 유빙을 쇄빙할 수 있다. 즉, 유빙에 올라탄 부유체(110)에 후술할 가진부(130)를 이용하여 진동을 가함으로써 유빙을 보다 신속하게 파쇄할 수 있다.

가진부(130)는 부유체(110)에 진동을 가진하는 장치로서, 도 2에 도시된 바와 같이 예를 들어 부유체(110) 상부에 설치될 수 있다. 가진부(130)는, 예를 들어 유압실린더를 이용한 공압식 또는 유압식, 또는 부유체(110)의 회전축에 편심되게 설치되는 질량체를 이용한 기계식, 또는 전자기 유도를 이용한 전자기 진동식 등이 적용될 수 있으며, 이러한 각각의 방식에 대해서는 그 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

이러한 가진부(130)는 제어부(140)와 전기적으로 연결되어 제어부(140)로부터 입력되는 제어신호에 따라 가진 주파수 또는 가진력을 변화하며 구동될 수 있다.

본 실시예의 경우, 제어부(140)는 선체(1)에 설치될 수 있다.

본 실시예에서는 유빙의 파쇄효율을 보다 높일 수 있도록 유빙의 고유진동수(즉, 유빙의 진동이 급격하게 증가하는 진동주파수)를 먼저 측정한 다음 상기 측정된 고유진동수 주파수에 맞춰 가진부(130)를 가진함으로써 유빙을 보다 신속하게 파쇄할 수 있다.

즉, 부유체(110)가 올라탄 유빙의 고유진동수를 가진 주파수를 변화시키는 진동실험을 통하여 확인한 다음 그 고유진동수에 맞춰 가진부(130)를 작동함으로써 유빙에 공진현상을 유도할 수 있다. 이러한 공진현상으로 유발된 높은 진폭 변위(이 경우, 정적 응답(F=m*a에 대한 x=F/k)에 비해 수배 내지 수십배로 증폭됨)로 인해 유빙의 얼음 구조가 스스로 파괴될 수 있으며, 상대적으로 작은 힘으로도 유빙을 용이하게 파쇄할 수 있다. 또한, 가진부(130)를 대형화할 필요도 없어진다.

이러한 유빙의 고유진동수를 감지하기 위해, 부유체(110)의 표면에는 진동수 측정 센서(150)가 설치된다.

진동 측정센서(150)는 진동하는 물체의 진동 진폭과 주파수를 감지하는 센서로서, 예를 들어 진동속도를 감지하는 속도픽업 방식이나 진동가속도를 감지하는 가속도픽업 방식 등이 적용될 수 있다.

먼저, 각각의 유빙의 고유진동수를 확인하기에 앞서, 진동 측정센서(150)가 유빙의 진동 진폭과 주파수를 측정할 수 있도록 유빙에 소정 범위의 진동주파수로 가진부(130)를 이용하여 가진하는 실험이 선행된다.

이 경우, 제어부(140)는 유빙에 소정 범위의 진동을 가할 수 있도록 가진부(130)에 가진명령을 내리며, 가진부(130)는 제어부(140)의 명령에 따라 유빙에 예를 들어 0.5Hz 내지 100 Hz의 진동주파수로 점진적(즉, 순차적)으로 가진할 수 있다.

이와 같이 진동주파수를 점진적으로 가진하는 실험을 통해, 진동 측정센서(150)로부터 가진 주파수별 유빙 진동의 진폭을 측정함으로써 해당 유빙의 고유진동수(즉, 유빙의 진폭이 급격하게 증가하는 진동 주파수)를 확인할 수 있다.

진동 측정센서(150)에서 수집된 이러한 진동 신호는 케이블(도 3 및 도 4 참조)을 통해 선체(1)의 제어부(140)로 전송될 수 있다.

제어부(140)는 진동 측정센서(150)로부터 전송된 진동신호를 분석할 수 있는 신호분석기(미도시)를 포함하며, 신호분석기(미도시)는 진동신호를 분석하여 최대 진동값과 평균 진동값과 진동 스펙트럼 등을 분석하게 된다.

이러한 분석과정을 통해 제어부(140)는 각각의 유빙의 고유진동수를 최종 확인할 수 있으며, 확인된 고유진동수에 맞춰 가진부(130)에 해당 주파수로 가진명령신호를 내린다.

제어부(140)의 명령에 따라 가진부(130)는 상기 확인된 고유진동수에 맞춰 유빙을 가진하며, 유빙의 공진운동을 통해 유빙을 보다 용이하게 파쇄할 수 있다.

한편, 연결부재(120)는 부유체(110)를 선박(1000)의 선체(1)에 지지시키는 장치이다.

이러한 연결부재(120)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 부유체(110)의 양단부에 각각 하나씩 설치될 수 있다. 즉, 한 쌍으로 구성된 연결부재(120)의 일단부가 부유체(110)의 양단부에 힌지회동 가능하게 힌지결합되고, 그 타단부가 선체(1)에 힌지회동 가능하게 힌지결합될 수 있다. 이 경우, 연결부재(120)는 선체(1)의 힌지축을 중심으로 상하로 회동할 수 있다.

본 실시예의 경우, 연결부재(120)의 타단부는 선체(1)에 분리가능하게 결합된다.

이와 같이, 부유체(110)를 지지하는 연결부재(120)를 선체(1)에 분리가능하게 설치함으로써, 기존의 선박에도 큰 비용 없이 용이하게 설치할 수 있으며, 쇄빙이 필요 없을 때(예를 들어, 일반 해역을 항해할 때)에는 쇄빙장치(100)를 선박(1000)에서 떼어내거나 들어올려 선박에 거치함으로써 선박(1000)의 활용도를 높일 수 있다.

또한, 연결부재(120)는 도 2에 도시된 바와 같이 그 길이방향으로 신축가능하게 구성될 수 있다.

즉, 연결부재(120)가 길이방향을 따라 다단으로 신축이 가능하게 구성됨으로써, 부유체(110)와 선체(1) 간의 이격거리를 선택적으로 조절할 수 있으며, 유빙 파쇄시 연결부재(120)를 통해 선체(1)로 전달되는 진동을 크게 감쇠시킬 수 있다.

이를 위해, 연결부재(120)는 텔러스코픽 방식(telescopic type)의 붐(boom)대로 이루어질 수 있다. 즉, 연결부재(120)는 크게 일단이 개방된 중공부를 가지는 제1 몸체(122)와 상기 제1 몸체(122)의 중공부에 수용되는 제2 몸체(124)를 포함하여 구성될 수 있다 이때, 상기 중공부에 유체가 충진되거나 배출됨으로써, 연결부재(120)의 길이방향 신장 신축이 가능할 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따르면, 유빙에 올라타도록 경사부(112)를 구비한 부유체(110)를 유빙 위로 올린 다음 유빙의 고유진동수를 확인하여 공진운동을 통해 파쇄함으로써, 선박의 추진력 도움 없이도 선체에 접근하는 유빙을 파쇄할 수 있으며, 해양시추선이나 해양시추정제선과 같은 선박(1000)이 유빙 지역에서 시추 등의 작업시 선체(1)를 특수 선형으로 보강하거나 별도의 쇄빙선의 도움 없이도 이러한 선박(1000)에 간단하게 설치되어 유빙을 쇄빙하거나 파쇄할 수 있다.

본 실시예에 따른 쇄빙장치(100)는, 해양시추선이나 해양시추정제선과 같은 시추용 선박뿐만 아니라 일반 상선과 유조선, 액화가스운반선 등에도 적용될 수 있음은 물론이다.

또한, 본 실시예에서는 쇄빙장치(100)가 선체(1)의 선수부에 설치된 예를 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 쇄빙장치(100)가 선체(1)의 양측면부나 선미부에 설치될 수도 있다.

이상에서 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

1: 선체 1000: 선박
100: 쇄빙장치 110: 부유체
112: 경사부 120: 연결부재
122: 제1 몸체 124: 제2 몸체
130: 가진부 140: 제어부
150: 진동 측정센서

Claims (6)

1. 선박에 설치되어 수면상의 유빙을 파쇄하는 쇄빙장치로서,
   유빙에 올라타도록 경사부를 가지며, 수면상에 부유되는 부유체;
   상기 부유체를 상기 선박에 지지시키는 연결부재;
   상기 부유체에 설치되며, 진동의 주파수를 순차적으로 변화시켜 상기 유빙의 고유진동수를 확인하며 상기 확인된 유빙의 고유진동수에 맞춰 상기 부유체에 진동을 유발하는 가진부;
   상기 유빙에 공진 운동이 유도되도록 상기 확인된 유빙의 고유진동수로 상기 가진부를 동작시키는 제어부; 및
   상기 유빙의 고유진동수를 확인하기 위해 상기 가진부의 가진에 따른 상기 유빙의 진동 응답신호를 측정하여 상기 제어부로 전송하는 진동 측정센서를 포함하는 쇄빙장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 가진부는 상기 제어부의 제어에 따라 상기 유빙에 0.5Hz 내지 100 Hz의 진동주파수를 점진적으로 가진하는 것을 특징으로 하는 쇄빙장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 연결부재의 일단부는 상기 부유체에 힌지결합되며,
   상기 연결부재의 타단부는 상기 선박에 힌지결합되는 것을 특징으로 하는 쇄빙장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 연결부재는 상기 선박에 분리가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 쇄빙장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 연결부재는 상기 연결부재의 길이방향으로 신축가능한 것을 특징으로 하는 쇄빙장치.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 쇄빙장치를 포함하는 선박.

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