KR101376974B1 - 밸러스트워터처리장치의 기포주입관형부와 기포절단관형부 - Google Patents

Abstract

본 발명은 주조(예를 들면 로스트왁스법)에 의해 기포절단부와 기포주입부가 제조될 수 있도록, 기포절단부와 기포주입부 각각을 둘레면부에 복수개의 관통구멍이 형성되어 일정 길이를 가진 복수개의 관형부로 만들고, 기포절단부의 각각의 관형부의 양단에 확경된 플랜지부를 구비시키고, 기포주입부의 각각의 관형부의 양단에 축경된 플랜지부를 구비시키고, 선단에 배치된 기포주입부의 관형부의 플랜지부와 기포절단부의 관형부의 플랜지부에 각각 맹플랜지가 결합되되 상기 맹플랜지에 복수개의 관통구멍이 형성되게 함으로써 저렴한 비용으로 신뢰성 있게 밸러스트탱크 내의 하부 전역에 걸쳐서 용이하게 기포를 주입하게 하는 것이 가능하게 된다.

Description

밸러스트워터처리장치의 기포주입관형부와 기포절단관형부{bubble feeding tube and bubble cutting tube of ballast water treatment apparatus}

본 발명은 밸러스트워터처리장치의 기포주입관형부와 기포절단관형부에 관한 것이다.

선박은 빈 상태 또는 부분적으로 적재된 상태로 출항하기 전에 밸러스트 탱크에 물을 취수하여 안정성을 유지하고, 부력을 조절한다. 사실상, 모든 경우에 있어서 이 밸러스트워터에는 물 속의 용존산소의 농도에 의해 영향을 받는 살아있는 유기체가 포함된다. 선박이 목적지에 도착하고, 화물을 적재할 준비가 되면 이 밸러스트 워터를 방출하므로 목적지의 항의 수환경에 침범의 가능성이 있다.

약 40,000척의 대형 화물선이 연간 몇십억톤의 밸러스트워터를 세계에 운반하고 있고, 수백의 해양성 침범종을 비원생 환경에 도입하는 원인이 되고 있는 것으로 생각된다. 이러한 침범의 총 비용은 미확정이지만 다수의 추정치는 수십억 달러로 추정한다.

이러한 현안에 대처하기 위해, 많은 국가의 정부는 밸러스트워터의 관리를 통제하는 규정을 가결하였다. 국제해양기관은 밸러스트워터의 추천되는 처리에 관한 가이드라인 안을 제안하고 있다. 미국연안 경비대는 현재 미국 내의 항에서 통상을 행하는 선박에 관하여 장래적으로 고려되는 밸러스트워터 처리요건에 대한 가이드라인을 책정하고 있다.

군함 및 일반상선을 포함하는 세계의 선박군의 압도적 대부분은 강철에 의해 건조되어 있다. 강철은 산소 및 물에 노출되었을 때 부식한다. 선박의 부식된 강철구조는 내항성을 감소시키고, 이것을 회피 또는 수리하기 위해 광범한 조치가 강구되고 있다. 선박의 부식으로부터의 보호 및 수리 비용의 추정액은 세계 전체로 연간 수십억 달러에 달하고 있다.

부식이 특히 염려되는 선박의 일구역은 밸러스트워터 탱크이다. 예를 들면, 최대급의 석유탱커는 최대 15,000,000갤런(57,000톤)의 밸러스트워터 용량을 가질 수 있다. 밸러스트 탱크구조가 장기적으로 물(많은 경우, 염수)에 노출되면 급속한 부식을 유도하는 조건이 형성된다. 밸러스트 탱크를 도장하는 비용은 통상 1평방피이트 당 $5.00 내지 $10.00이고, 다른 추정에서는 부식구역을 수리하는 비용은 1평방피이트 당 약 $500이다.

따라서, 시간 및 비용효율이 우수한 방식으로 부식의 억제를 제공함과 동시에 수생 유기체를 배제하기 위하여 밸러스트 탱크 내의 물을 처리하는 시스템이 요망된다.

밸러스트워터 내의 수생 유기체를 배제하는 일 형태는 밸러스트탱크에 취수된 밸러스트워터에 산소스트리핑가스를 버블발생기를 통하여 버블로서 주입하는 것이다.

산소스트리핑가스는 질소, 이산화탄소 또는 저산소 기체혼합물 등이 있다.

하지만, 질소, 이산화탄소 또는 저산소 기체혼합물을 밸러스트탱크의 수중에 버블로서 주입하기 위해서는 질소 이산화탄소 또는 저산소 기체혼합물이 농축압축된 압력탱크(봄베)를 구매하여 이 압력탱크를 버블발생기에 접속시켜야 하므로, 고비용이 발생된다고 하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위한 밸러스트탱크의 수처리장치 및 방법이 한국특허등록 제10-967910호에 개시되어 있다.

상기 개시된 수처리장치는 선박의 엔진으로부터 배기되는 배기가스를 밸러스트탱크의 수중에 주입하여 배기가스에 함유된 이산화탄소와 밸러스트탱크의 물 간의 반응을 통하여 수소이온농도를 높혀서 밸러스트탱크 내의 수생유기체를 사멸시키고 수생유지체가 사멸된 밸러스트탱크의 물에 압축공기를 주입하여 이산화탄소를 상기 밸러스트탱크로부터 배기시킨 다음에 이산화탄소가 배기된 상기 밸러스트탱크 내의 물을 바다에 버리는 장치이지만, 수소이온농도를 높이기 위해서는 즉 pH가 5.0 이하로 만들기 위해서는 밸러스트탱크 내의 물과 배기가스의 이산화탄소가 용이하게 반응하도록 이산화탄소에 큰 압력을 부여하여야 하므로, 비효율적이어서, 밸러스트탱크 내의 물의 수소이온농도를 높이기 위해 결국, 식별번호 [0023]에 기재된 바와 같이 수질을 오염시키는 염산, 아세트산 등을 밸러스트탱크 내의 물에 투입하게 된다고 하는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 선박 엔진의 배기가스를 버블발생기를 이용하여 밸러스트탱크 내의 물에 미세 기포로서 공급하여 밸러스트탱크 내의 물을 탈산소화시키는 방안이 제시될 수 있다.

미세 버블은 통상 직경의 버블에 비하여 체적 표면적이 크며 액체 중의 체류 시간이 길기 때문에, 기액 계면에서의 물량 수송이나 화학 반응, 물리적 특성, 화학적 특성을 이용한 여러가지 응용이 기대되고 있다.

일반적으로, 마이크로 버블을 발생시키는 버블발생기에서는, 다공질체를 통해 액체에 기체를 불어넣는 방법이 이용되고 있다.

이러한 버블발생기로서는, 압축기 등의 기체 공급 장치로부터 물이 흐르는 관에 다공질체를 통해 기체를 공급함으로써, 미세한 버블을 발생시키는 것이 있다.

또한, 최근 개발된 버블발생기에서는, 버블 표면에 전단력을 가하여 버블을 잘게 나누는 방법을 이용하는 것이 많다.

이러한 버블발생기로서는, 원추형의 공간을 갖는 용기 본체와, 상기 공간의 내벽 원주면의 일부에 그 접선 방향으로 개구된 가압 액체 도입구와, 상기 원추형 공간의 바닥부에 개구된 기체 도입 구멍과, 상기 원추형 공간의 꼭대기부에 개구된 선회 기액 도출 구멍으로 구성된 선회식 버블발생기가 있다.

하지만, 다공질체를 이용한 버블발생기에서는, 다공질체로부터 버블이 잘 이탈되지 않기 때문에, 발생하는 버블이 다공질체의 구멍 직경보다 커져, 작은 버블을 발생시킬 수 없는 것이 큰 문제가 되어 왔다.

또한, 다공질체를 회전시키는 방법으로서는, 회전의 영향이 작은 회전축 중심 부근으로 부터 큰 버블이 발생하기 때문에, 최적의 조건에서도 발생하는 버블의 직경은 0.4 ㎜ 정도가 한계였다.

이와 관련하여, 선회식 버블발생기에서는, 버블 표면에 전단력을 가하기 때문에, 작은 버블을 발생시킬 수 있다. 그러나, 유체에 선회류를 강제적으로 부여하기 위해, 원추형의 용기 본체에 기체를 가압하여 공급하기 때문에, 압력 손실이 커지며, 다공질체를 이용한 경우와 비교하여, 액체 중의 버블의 비율이 낮아진다고 하는 것이 문제로 남아 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위해, 밸러스트탱크 외측에 배치된 모터의 축력축에 풀리를 개재하여 구동적으로 회전하는 기체공급관의 토출구를 밸러스트탱크 내에 배치하고 그 토출구에 기체주입구를 유통가능하게 접속시켜 정체되어 있는 밸러스트탱크 내의 물과 회전하고 있는 버블 간의 상대운동에 의해 발생된 전단력에 의해 미세 버블이 발생되도록 하는 방안이 제안되고 있지만, 밸러스트탱크 밖에 배치된 기체공급관 부위, 풀리, 벨트 등이 외부에 노출되어 있어서, 회전하고 있는 기체공급관 부위, 풀리, 벨트에 사람이 접촉하면 부상을 당할 수 있어서, 사람이 접근할 수 없는 폐쇄적인 공간에 배치될 수 밖에 없고, 비닐, 실, 띠형상부 등이 상기 기체공급관 부위, 풀리, 벨트 등에 감겨지게 되면 버블발생기의 고장을 유발하여, 결국 이용될 수 있는 적용 범위에 한계가 있다고 하는 문제가 있다.

본 발명자는 상기 문제들을 극복하기 위한 밸러스트탱크의 수처리장치를 계류중인 한국 특허출원 제10-2012-0123956에 제안한 바 있다.

상기 특허출원에 개시된 수처리장치는 상기 특허출원 명세서의 도 2에 도시된 바와 같이, 회전하는 기포주입부와 기포주입부의 정면에 고정된 기포절단부를 구비하고 있다.

하지만, 기포주입부의 선단면부와 상기 선단면부와 마주하는 기포절단부에만 기포방출용 관통구멍이 형성되어 있어서, 큰 용적으로 밸러스트탱크에 채워진 워터에 기포를 공급하기 위해서는 상당한 시간이 소요된다고 하는 문제점을 가진다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 기포주입부를 선단이 막힌 긴 관형부로 만들고 기포절단부를 선단이 막힌 긴 관형부로 하되, 기포절단부가 기포주입부에 외접되게 하고, 기포절단부와 기포주입부 각각의 둘레면부와 선단면부에 수많은 기포방출용 관통구멍을 형성시켜야만 하지만, 기포절단부와 기포주입부가 기다란 관형부로 되어 있어서, 인발에 의해 만들어 질 수밖에 없고, 아울러 인발에 의해 만들어진 관형부에 수많은 관통구멍을 형성시키는 것은 기포절단부와 기포주입부의 제조비용 및 시간을 증대시킨다고 하는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하는 것에 과제를 가진다.

본 발명은 주조(예를 들면, 로스트왁스법)에 의해 기포절단부와 기포주입부가 제조될 수 있도록, 기포절단부와 기포주입부 각각을 둘레면부에 복수개의 관통구멍이 형성되어 일정 길이를 가진 복수개의 관형부로 만들고, 기포절단부의 각각의 관형부의 양단에 확경된 플랜지부를 구비시키고, 기포주입부의 각각의 관형부의 양단에 축경된 플랜지부를 구비시키고, 선단에 배치된 기포주입부의 관형부의 플랜지부와 기포절단부의 관형부의 플랜지부에 각각 맹플랜지가 결합되되 상기 맹플랜지에 복수개의 관통구멍이 형성되게 함으로써 상기 과제를 해결할 수 있다.

또한, 상기 기포절단부용 관형부의 양 플랜지부에 베어링의 외륜의 절반이 안착고정시키기 위한 시트부를 마련하고, 싱기 기포주입부용 관형부의 양 플랜지부에 베어링의 내륜의 절단이 안착고정시키 위한 시트부를 마련하면, 기포절단부와 기포주입부 사이에 베어링이 개재될 수 있어서, 상기 기포주입부가 상기 기포절단부에 대하여 원활하게 회전할 수 있다는 점에서 바람직하다.

본 발명의 과제해결수단에 따르면, 저렴한 비용으로 신뢰성 있게 밸러스트탱크 내의 하부 전역에 걸쳐서 용이하게 기포를 주입하게 하는 것이 가능하게 된다.

도 1은 밸러스트워터처리장치를 도시한 개념도,
도 2는 밸러스트워터처리장치에 구비된 본 발명의 기포주입관형부과 기포절단관형부의 결합상태를 도시한 도면,
도 3은 도 2의 기포주입관형부와 기포절단관형부의 선단을 도시한 사시도.

이하, 본 발명에 따른 밸러스트워터처리장치의 기포주입관형부와 기포절단관형부가 도 1 내지 도 3을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도 1에는 밸러스트워터처리장치가 도시되어 있다.

도 1에 있어서, 부호 1은 밸러스트워터가 채워져 있는 밸러스트탱크를 나타낸다. 이 밸러스트탱크(1)의 수중에는, 회전체로 이루어지는 기다란 기포주입관형부(2)가 배치되어 있다. 이 기포주입관형부(2)의 기단에는 플랜지에 의해 관형회전축(3)의 선단이 유통가능하게 접속되어 있다.

상기 관형회전축(3)의 기단은 밸러스트탱크(1) 밖에 배치된 스위블 조인트(4)에 접속되어 있다. 이 스위블 조인트(4)에는 기체공급관(5)이 접속되어 있고, 기체공급관(5)으로부터 보내져 오는 기체(이산화탄소 또는 공기)는, 스위블 조인트(4), 관형 회전축(3)을 통해 기포주입관형부(2)에 공급된다.

기포주입관형부(2)에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 둘레면부와 선단면부에 복수의 기체주입구멍(12)이 뚫려 있고, 기체는 이 기체주입구멍들로부터 밸러스트탱크(1)의 수중에 주입된다.

상기 기포주입관형부(2)는 기단이 상기 관형 회전축(3)과 플랜지에 의해 유통가능하게 결합되기 위해 개방되어 있고, 선단이 막힌 중공의 기다란 관형부가 이용되고 있다. 상기 기포주입관형부(2)의 선단면부(22)와 둘레면부에는 일정 직경의 기체주입구멍(12)이 일정 패턴으로 복수개 개구되어 있다.

상기 관형회전축(3)에는 베이스 또는 밸러스트탱크에 구비된 브래킷에 고정된 모터(8)가 결합되어 있으며, 상기 모터(8)는 밸러스트탱크(1) 밖에 또는 밸러스트탱크(1) 내의 수중에 배치될 수 있다. 도 1에는 상기 모터(8)가 밸러스트탱크(1) 밖에 배치된 것으로 도시되어 있다.

상기 모터(8)는 케이스(81) 내에 내접된 고정자(82), 상기 고정자(82)에 대하여 방사상 안쪽으로 일정 공극을 갖고서 내접된 관형회전자(83)를 포함하고 있다.

상기 관형 회전축(3)은 상기 관형 회전자(83)에 고정적으로 내접되어 상기 케이스(81)에 베어링을 개재하여 회전가능하게 장착되어 있다.

또한, 상기 케이스(81)에는 선단이 상기 밸러스트탱크(1)의 벽부을 관통하여 상기 기포주입관형부(2)를 따라 뻗어서 상기 기포주입관형부(2)의 둘레면부과 선단면부(22)와 외접되어 면접촉하고 있는 기포절단관형부(70)의 기단이 고정되어 있다.

상기 기포절단관형부(70)는 상기 기포주입관형부(2)의 둘레면부와 선단면부(22)에 대하여 면접촉한 상태에서 그 둘레면부와 선단면부에 복수개의 관통구멍(74)이 형성되어 있다.

상기 기포절단관형부(70)의 복수개의 관통구멍(74)이 상기 기포절단관형부(70)의 선단면부에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 동일한 위상차를 두고서 방사방향으로 뻗은 복수개의 슬롯형 구멍으로 되어 있고, 상기 기포절단관형부(70)의 둘레면부에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기포절단관형부(70)의 길이방향과 둘레방향으로 일정 간격을 두고서 길이방향으로 뻗은 복수개의 슬롯형 구멍으로 되어 있으면, 회전하고 있는 상기 기포주입관형부(2)의 둘레면부와 선단면부(22)의 기체주입구멍(12)을 통하여 분출되는 기체를 많은 절단 횟수를 가지고서 절단하여 많은 양의 기체를 액체와 충돌하게 하여 보다 미세한 기포를 다량으로 발생시킬 수 있다는 점에서 바람직하다.

상기 기포절단관형부(70)와 상기 기포주입관형부(2)의 둘레면부와 선단면부(22)가 면접촉하여 상기 둘레면부와 선단면부(22)가 회전운동하면서 상기 기포절단관형부(70)에 대하여 미끄럼운동하기 때문에, 상기 기포절단관형부(70)와 상기 기포주입관형부(2)의 둘레면부와 선단면부(22)에 열이 발생되어 상기 기포절단관형부(70)와 상기 기포주입관형부(2)의 둘레면부와 선단면부(22)가 변형될 수 있으므로, 상기 기포절단관형부(70)와 상기 기포주입관형부(2)의 둘레면부와 선단면부(22)가 서로 면접촉하는 면은 매끄러운 면을 갖거나 테프론재질로 코팅되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 밸러스트워터처리장치에 의하면 기포주입관형부(2)의 기체주입구멍(12)으로부터 사방으로 밸러스트탱크의 폭 전장에 걸쳐서 기체가 나와 바로 기포절단관형부(70)의 복수개의 관통구멍(74)을 관통하면서 상기 관통구멍(74)에 의해 절단되어 다량의 초미세화된 기포가 발생될 수 있다.

상기 밸러스트워터처리장치에 구비된 상기 기포절단관형부와 기포주입관형부는 주조(예를 들면, 로스트왁스법)에 의해 저렴한 비용으로 제조될 수 있도록 다음과 같이 구성되어 있다.

상기 기포주입관형부(2)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 둘레면부에 복수개의 기체주입구멍(12)이 형성되어 있고 양단에 축경된 플랜지부(13)가 형성되어 있는 일정 길이의 복수개의 관형부(21)와, 그리고 상기 플랜지부(13)와 결합되어 상기 관형부(21)의 일단을 막고 상기 관형부(21)의 개구와 마주하는 부분에 복수개의 기체주입구멍(12)이 형성되어 있는 맹플랜지(22)를 포함하고 있다.

상기 기포절단관형부(70)는 둘레면부에 복수개의 관통구멍(74)이 형성되어 있고 양단에 확경된 플랜지부(73)가 형성되어 있는 일정 길이의 복수개의 관형부(71)와, 그리고 상기 플랜지부(73)와 결합되어 상기 관형부(71)의 일단을 막고 상기 관형부(71)의 개구와 마주하는 부분에 복수개의 관통구멍(74)이 형성되어 있는 맹플랜지(72)를 포함하고 있다.

또한, 상기 기포주입관형부(2)의 관형부(21)의 양단 외주면에는 축경된 단차부(25)가 형성되어 있고, 그리고 상기 기포절단관형부(70)의 관형부(71)의 양단 내주면에는 확경된 단차부(75)가 형성되어 있어서, 상기 기포주입관형부(2)의 관형부(21)의 복수개가 축경된 플랜지부(13)에 의해 서로 이음되고 상기 기포절단관형부(70)의 관형부(71)의 복수개가 확경된 플랜지부(73)에 의해 서로 이음될 때, 이웃하고 있는 상기 축경된 단차부(25)들이 서로 협력하여 볼 베어링(B)의 내륜을 위한 시트로서 작용하게 되고, 그리고 이웃하고 있는 상기 확경된 단차부(75)들이 서로 협력하여 볼 베어링의 외륜을 위한 시트로서 작용하게 된다.

또한 기포주입관형부(2)의 맹플랜지(22)의 일측 외주면에도 상기 축경된 단차부(25)와 동일한 축경된 단차부(26)가 형성되어 있고 그리고 기포절단관형부(70)의 맹플랜지(72)의 일측 내주면에도 상기 확경된 단차부(75)와 동일한 확경된 단차부(76)가 형성되어 있어서 상기 관형부(21, 71)와 상기 맹플랜지(22, 72) 간에도 볼 베어링이 개재되어 있다.

따라서, 이웃하는 상기 확경된 단차부(75)와 이웃하는 상기 축경된 단차부(25) 사이에 볼 베어링(B)이 개재됨으로써 상기 기포주입관형부(2)가 상기 기포절단관형부(70)에 대하여 미끄럼접촉하면서 용이하게 회전될 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 기포주입관형부과 기포절단관형부 각각이 복수개의 관형부와 하나의 맹플랜지로 이루어지게 하여 주조에 의해 제조될 수 있게 하여서, 저렴한 비용으로 신뢰성 있게 밸러스트탱크 내의 하부 전역에 걸쳐서 용이하게 기포를 주입하게 하는 것이 가능하게 된다.

2; 기포주입관형부, 3; 관형부, 5; 기체공급관, 7; 관형회전축, 8; 모터

Claims (3)

1. 밸러스트워터처리장치의 기포주입관형부와 기포절단관형부에 있어서,
   기포주입관형부(2)는 둘레면부에 복수개의 기체주입구멍(12)이 형성되어 있고 양단에 축경된 플랜지부(13)가 형성되어 있는 일정 길이의 복수개의 관형부(21)와, 그리고 상기 플랜지부(13)와 결합되어 상기 관형부(21)의 일단을 막고 상기 관형부(21)의 개구와 마주하는 부분에 복수개의 기체주입구멍(12)이 형성되어 있는 맹플랜지(22)를 포함하고 있고,
   기포절단관형부(70)는 둘레면부에 복수개의 관통구멍(74)이 형성되어 있고 양단에 확경된 플랜지부(73)가 형성되어 있는 일정 길이의 복수개의 관형부(71)와, 그리고 상기 플랜지부(73)와 결합되어 상기 관형부(71)의 일단을 막고 상기 관형부(71)의 개구와 마주하는 부분에 복수개의 관통구멍(74)이 형성되어 있는 맹플랜지(72)를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 밸러스트워터처리장치의 기포주입관형부와 기포절단관형부.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 기포주입관형부(2)의 관형부(21)의 양단 외주면에는 축경된 단차부(25)가 형성되어 있고, 그리고 상기 기포절단관형부(70)의 관형부(71)의 양단 내주면에는 확경된 단차부(75)가 형성되어 있으며,
   상기 기포주입관형부(2)의 관형부(21)의 복수개가 축경된 플랜지부(13)에 의해 서로 이음되고 상기 기포절단관형부(70)의 관형부(71)의 복수개가 확경된 플랜지부(73)에 의해 서로 이음될 때, 이웃하고 있는 상기 축경된 단차부(25)들이 서로 협력하여 볼 베어링(B)의 내륜을 위한 시트로서 작용하게 되고, 그리고 이웃하고 있는 상기 확경된 단차부(75)들이 서로 협력하여 볼 베어링의 외륜을 위한 시트로서 작용하게 되는 것을 특징으로 하는 밸러스트워터처리장치의 기포주입관형부와 기포절단관형부.
3. 제 2항에 있어서,
   기포주입관형부(2)의 맹플랜지(22)의 일측 외주면에도 상기 축경된 단차부(25)와 동일한 축경된 단차부(26)가 형성되어 있고 그리고 기포절단관형부(70)의 맹플랜지(72)의 일측 내주면에도 상기 확경된 단차부(75)와 동일한 확경된 단차부(76)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 밸러스트워터처리장치의 기포주입관형부와 기포절단관형부.
   

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