KR101454381B1

KR101454381B1 - 부유식 구조물

Info

Publication number: KR101454381B1
Application number: KR1020120066841A
Authority: KR
Inventors: 김현준; 한민기
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2012-06-21
Filing date: 2012-06-21
Publication date: 2014-10-23
Also published as: KR20130143350A

Abstract

부유식 구조물이 개시된다.
본 발명에 따른 초음파 세척기를 갖는 부유식 구조물은 물에 부유할 수 있는 본체; 상기 본체의 레그웰을 상하 방향으로 관통하는 레그; 상기 레그와 상기 본체를 상하 방향으로 상대 운동시키며 상기 레그를 지지하고, 상기 레그 또는 상기 본체를 승하강시키는 구동장치를 갖는 레그 지지부; 상기 레그웰의 내측벽의 홈구역에 설치되는 초음파 세척기; 상기 레그의 승하강에 대응한 회전력을 전기력으로 변환하여 발전하는 발전기; 및 상기 발전기와 상기 초음파 세척기의 사이에 접속된 전원공급라인을 포함할 수 있다.

Description

부유식 구조물{FLOATING STRUCTURE}

본 발명은 부유식 구조물의 레그의 랙 기어 또는 코드에 서식하는 해양생물, 이물질을 초음파로 제거하는 부유식 구조물에 관한 것이다.

친환경 에너지 개발에 대한 요구가 증대됨에 따라, 풍력 발전기를 활용한 발전이 전세계적으로 각광을 받고 있다. 그런데, 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 까다로운 환경적인 조건이 요구된다. 예를 들어, 풍력 발전기가 설치되는 장소는 블레이드의 유의미한 회전을 얻기 위한 일정 수준 이상의 풍속이 보장될 수 있는 곳이어야 하고, 풍력 발전기의 구동 시 발생되는 소음에 따른 공해가 이슈가 되지 않아야 하는 곳이어야 한다. 또한, 이러한 환경적인 조건을 만족한다고 하더라도, 풍력 발전기를 설치하기 위해서는 매우 넓은 면적의 공간이 필요하다는 문제가 있다.

최근에는 위와 같은 제약 조건으로부터 상대적으로 자유로운 해상 풍력 발전기에 대한 관심이 증가하고 있다. 해상 풍력 발전기는 다양한 방법으로 설치될 수 있으나, 일반적으로 부품을 몇 개의 유닛으로 나누어 육상에서 제작한 후, 제작된 유닛을 해상으로 옮겨 조립하는 방법으로 설치되고 있다.

육상에서 제작된 해상 풍력 발전기의 유닛을 해상으로 옮기고, 해상에서 해상 풍력 발전기를 설치하는 선박을 일반적으로 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel)이라고 한다.

풍력 발전기 설치 선박은 작업 특성상, 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jack-up Mode)로 운용될 수 있다. 구체적으로, 풍력 발전기 설치 선박은 해상 풍력 발전기를 설치하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동한다. 항해 모드에서 레그는 해수에 의한 저항을 줄이고자 본체의 상방으로 이동된 상태를 유지할 수 있다. 그 후, 풍력 발전기 설치 선박은 잭업 모드로 전환하여 레그를 내려 해저에 박은 후, 본체가 해수면으로부터 일정 거리 이격될 수 있도록 본체를 레그를 따라 들어올린다. 본체가 일정 위치에 다다르게 되면, 풍력 발전기 설치 선박은 본체의 이동을 중지하고 해상 풍력 발전기를 설치하는 작업을 수행하며, 설치가 완료되면 위의 순서의 역순으로 진행하여 다음 설치 위치까지 이동한다.

한편, 위와 같이 항해 모드와 잭업 모드로 운용되는 부유식 구조물의 다른 예로서, 시추 기능을 갖는 잭업 플랫폼(Jack-up Platform)이 있다. 잭업 플랫폼은 시추를 위한 데릭을 포함하며, 항해 모드로 시추 위치까지 이동한 후, 잭업 모드로 전환하여 레그를 내려 해저에 박은 후, 본체를 레그를 따라 들어올린다. 잭업 플랫폼은 본체가 해수면에서 이격된 상태에서 시추 작업을 수행하며, 시추 작업이 완료되면 위의 순서의 역순으로 진행하여 다음 시추 위치까지 이동할 수 있다.

그러나, 위와 같은 종래기술은 다음과 같은 문제가 있다.

부유식 구조물은 본체가 해수면으로부터 이격된 상태에서 달성하고자 하는 작업을 일정 시간 동안 수행한다. 부유식 구조물이 본체가 해수면으로부터 이격된 상태로 작업하는 동안, 레그의 일부는 일정 시간 동안 수중에 잠겨 있는 상태가 되며, 그 동안 레그의 코드 및 랙 기어에는 따개비, 조개 등과 같은 해양생물인 이물질이 부착된다.

여기서, 코드는 레그의 기둥 역할을 하는 구조재를 의미하고, 랙 기어는 코드의 길이 방향을 따라 코드에 결합된 동력전달기구를 의미할 수 있다.

레그에 부착된 이물질은 레그를 들어올릴 때, 레그의 하중 증가 요인으로 작용하여, 레그의 작동 시스템에 부하를 가하게 될 뿐만 아니라, 레그의 부식을 유발할 수도 있다.

또한, 레그의 이동을 담당하는 구동계(예: 랙 기어)에 이물질이 부착될 경우, 오작동의 원인이 될 수도 있다.

특허문헌은 선체의 외표면에 서식하는 해양생물을 처리하는 방안만을 제공할 뿐, 부유식 구조물의 레그의 작동 시스템에 적용할 수 있는 구성이 부재되어 있고, 레그를 들어올릴 때 레그의 부식을 유발할 수 있는 해양생물, 레그의 랙 기어 등에 끼여 있는 모래, 해양 쓰레기 등과 같은 이물질을 청소할 수 있는 수단이 부재되어 있다.

한국공개특허공보 10-2011-0023607

본 실시예는 부유식 구조물에서 레그가 승하강할 때의 승하강력을 회전력으로 변환시켜 발전하는 발전기와, 발전기의 전원으로 작동하는 초음파 세척기를 제공하여, 레그의 랙 기어 및 그 주변의 코드의 표면에 부착되는 각종 이물질, 해양생물을 청소할 수 있는 부유식 구조물을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 물에 부유할 수 있는 본체; 상기 본체의 레그웰을 상하 방향으로 관통하는 레그; 상기 레그와 상기 본체를 상하 방향으로 상대 운동시키며 상기 레그를 지지하고, 상기 레그 또는 상기 본체를 승하강시키는 구동장치를 갖는 레그 지지부; 상기 레그웰의 내측벽의 홈구역에 설치되는 초음파 세척기; 상기 레그의 승하강에 대응한 회전력을 전기력으로 변환하여 발전하는 발전기; 및 상기 발전기와 상기 초음파 세척기의 사이에 접속된 전원공급라인을 포함하는 부유식 구조물이 제공될 수 있다.

또한, 상기 초음파 세척기는, 상기 홈구역의 양측벽에 고정되는 브래킷; 상기 레그의 랙 기어에 초음파를 조사하는 음파발생소자; 및 상기 브래킷에 의해 고정되고 상기 음파발생소자에 연결된 초음파회로부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 발전기는, 상기 레그의 랙 기어에 연동되는 발전기어; 상기 발전기어의 회전축에 연결되어 회전수를 증가시키는 기어박스; 상기 기어박스의 출력축에 연결되어 발전을 하는 발전부; 상기 발전부의 전원을 충전지에 충전하고, 상기 충전지의 전원 또는 상기 발전부의 전원을 상기 초음파회로부에 공급하는 발전회로부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 초음파 세척기는, 상기 레그의 랙 기어에 연동되는 피동기어; 상기 피동기어의 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 변환시키는 왕복기구부; 상기 왕복기구부에 의해 상기 레그의 랙 기어의 산이 다가올 때 제1 방향으로 이동하고, 상기 랙 기어의 골이 다가올 때 제2 방향으로 이동하는 작동암을 더 포함하고, 상기 음파발생소자가 상기 랙 기어에 대면하는 상기 작동암의 단부에 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한, 상기 왕복기구부는, 상기 피동기어의 피동회전축에 연결된 제1 풀리; 상기 제1 풀리로부터 벨트를 통해 회전력을 전달받는 제2 풀리; 상기 제2 풀리와 연동하도록 제2 풀리의 회전축에 결합된 캠; 상기 캠 및 상기 풀리의 회전축, 상기 피동회전축을 회전 가능하게 지지하도록 상기 홈구역의 아래쪽 양측벽의 안쪽에 설치된 케이싱을 포함할 수 있다.

또한, 상기 초음파 세척기는, 상기 홈구역의 아래쪽 양측벽에 관통하게 설치된 실링부; 상기 홈구역의 아래쪽 양측벽의 안쪽에 배치되고, 상기 작동암이 삽입되어 있는 가이드부시; 상기 가이드부시와 상기 작동암의 링형 턱 사이에 배치된 복원스프링을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 초음파 세척기는, 상기 레그웰의 내측벽의 홈구역의 안쪽벽에 돌출되어 설치된 샤프트; 및 상기 샤프트의 단부에 회전 가능하게 결합되고, 상기 레그의 랙 기어에 치합 및 연동되도록 기어의 외형상을 갖고, 중공의 내부 공간에 발전기를 내장한 기어프레임을 포함할 수 있다.

또한, 상기 초음파 세척기는, 상기 샤프트의 끝단면에 설치된 상기 발전기의 발전부; 상기 샤프트의 단부와 상기 기어프레임의 중심구멍 사이에 결합된 베어링; 상기 발전부의 회전축에 결합된 피동헬리컬기어; 상기 피동헬리컬기어에 치합되고 상기 기어프레임의 내표면에 설치된 링형상의 랙 기어 치열을 갖는 구동헬리컬기어; 상기 구동헬리컬기어의 외측으로 상기 기어프레임의 내표면에 설치된 링형 회로선; 상기 링형 회로선에 접촉하고, 상기 발전기에서 인출된 탄성 콘택트; 상기 링형 회로선과 상기 발전회로부의 사이에 연결된 연결선; 상기 발전회로부에 연결되고 상기 기어프레임의 내부에 위치된 충전지; 상기 레그의 랙 기어에 초음파를 조사하는 음파발생소자; 및 상기 음파발생소자에 연결된 초음파회로부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 기어프레임은, 상기 레그의 랙 기어에 치합되어 연동될 수 있는 기어 몸체의 테두리를 따라 배치된 복수개의 피니언 기어 형상부; 상기 피니언 기어 형상부의 양쪽 치면에 각각 형성한 안착홈을 더 포함하고, 상기 음파발생소자가 상기 안착홈에 결합되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 레그의 랙기어에 비접촉 또는 접촉되도록 레그웰의 내측벽의 홈구역에 설치된 제1, 제2, 제3 초음파 세척기를 제공함으로써, 레그의 상승 또는 하강시 레그의 랙 기어의 치면 또는 레그의 코드의 표면에 강한 에너지 형태의 초음파를 조사하여, 랙 기어의 치면 또는 코드의 표면에 부착된 이물질, 해양생물을 제거 및 청소할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시예는 제1, 제2, 제3 초음파 세척기의 작동에 필요한 전원을 발전기로 자체 해결함으로써, 반영구적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시예는 초음파 세척기의 음파발생소자를 레그의 치면에 근접한 제 1 초음파 세척기를 제공함으로써, 청소 효율을 극대화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시예는 레그의 승하강력에 의해 회전하는 가동기어와, 가동기어의 동력전달기구를 통해 연결된 캠과, 캠에 의해 전진 또는 후진하는 작동암과, 작동암의 단부에 부착된 음파발생소자를 포함한 제 2 초음파 세척기를 제공함으로써, 음파발생소자가 레그의 랙 기어의 산과 골의 형상에 대응하게 근접되어서, 레그의 치면의 이물질 제거 및 청소 효율을 증대시킬 수 있다.

본 발명의 실시예는 자가발전타입의 제 3 초음파 세척기를 제공하여, 레그의 치면과 직접 접촉하면서 회전할 때의 회전력으로 발전과, 초음파 세척을 동시에 구현할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 부유식 구조물을 보여주는 사시도.
도 2는 도 1의 부유식 구조물의 측면도.
도 3은 도 2에 도시된 레그웰의 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 제1 발전기와 제1 초음파 세척기의 결합관계를 보인 단면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제1 발전기와 제2 초음파 세척기를 보인 단면도.
도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 제3 초음파 세척기를 설치 위치를 보인 사시도.
도 7은 도 6에 도시된 제3 초음파 세척기의 내부 결합 관계를 설명하기 위해 부분적으로 절개한 정면도.

이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예들에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

제 1 실시예

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 부유식 구조물을 보여주는 사시도이고, 도 2는 도 1의 부유식 구조물의 측면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 부유식 구조물(1)은 물에 부유할 수 있는 본체(10), 본체(10)의 레그웰(Leg Well, 50)을 상하 방향으로 관통하는 레그(Leg, 20), 레그(20)와 본체(10)를 상하 방향으로 상대 운동시키며 레그(20)를 지지하는 레그 지지부(30)를 포함한다.

부유식 구조물(1)은 풍력 발전기 설치 선박(WTIV, Wind Turbine Installation Vessel) 또는 잭업 플랫폼(Jack-up Platform)일 수 있으며, 본 실시예에서는 부유식 구조물(1)이 풍력 발전기 설치 선박인 것을 예로 들어 설명하겠다. 그러나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, 후술할 잭업 모드를 갖는 부유식 구조물은 모두 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

본체(10)는 도 1에 도시된 것처럼, 부유 가능한 직사각형 형태의 평면 구조를 가질 수 있으며, 일반적인 상선(예: 컨테이너선)에 비해 폭이 넓고 높이가 낮으며 길이가 짧은 구조로 형성될 수 있다. 그러나, 이는 일 예에 불과하며, 본 발명의 사상에 따른 본체(10)는 레그(20) 및 레그 지지부(30)가 설치될 수 있는 임의의 입체적 구조를 가질 수 있다.

본체(10)에는 부유식 구조물(1)의 기능에 따른 피적재물(2)이 적재될 수 있다. 본 실시예의 경우, 본체(10)에는 해상 풍력 발전기의 부품인, 블레이드와 나셀, 타워 등이 피적재물(2)로서 적재될 수 있으며, 피적재물(2)을 본체(10)에 고정시키는 적재 유닛(12)이 제공될 수 있다. 도 1에 도시된 피적재물(2)의 종류 및 적재 방식은 일 예에 불과하며, 피적재물(2)은 본 발명의 사상이 유지되는 범위 내에서 다양한 형태로 적재될 수 있다. 예를 들어, 블레이드와 나셀은 서로 분리된 상태로 적재될 수 있으며, 부유식 구조물(1)이 잭업 플랫폼인 경우 피적재물(2)은 라이저 파이프일 수 있다.

또한, 본체(10)에는 이동 및 위치 제어를 위한 추진장치(미도시)가 제공될 수 있다.

레그(20)는 부유식 구조물(1)의 사용 목적에 따라 다수 개가 제공될 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 본체(10)의 좌현과 우현에 각각 한 쌍씩, 총 4개의 레그(20)가 제공되는 것을 예로 들어 설명하겠다.

레그(20)는 본체(10)를 상하 방향으로 관통하도록 설치되며, 본체(10)에는 레그(20)가 통과하는 레그웰(50)이 형성된다. 레그(20)는 본체(10)의 하방으로 이동하여 해저에 고정될 수 있고, 잭업 상태에서 본체(10)의 하중을 견딜 수 있을 정도의 강성을 갖도록 형성되며, 원기둥, 사각 트러스 구조, 삼각 트러스 구조 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 레그(20)가 삼각 트러스 구조로 형성되는 것을 예로 들어 설명하겠다.

레그 지지부(30)는 레그(20)가 통과할 수 있도록 레그웰(50)에 대응되는 위치에 설치되며, 레그(20)와 본체(10)가 상하 방향으로 상대 운동할 수 있도록 레그(20)를 지지한다. 구체적으로, 레그 지지부(30)는 모터, 피니언 기어 등이 구비된 잭케이스(35)를 구비한다. 잭케이스(35)는 레그(20)를 승하강시키거나, 레그(20)와의 상대 운동에 의해 본체(10)를 승하강시키는 구동장치로서 이해될 수 있다. 잭케이스(35)의 작동에 의해 레그(20)는 본체(10)에 대해 상하 방향으로 이동하거나, 레그(20)가 해저(B)에 고정된 이후, 본체(10)가 레그(20)에 대해 상하 방향으로 이동, 즉 승하강될 수 있다. 예를 들면, 레그 지지부(30)의 잭케이스(35)에는 피니언 기어 및 모터가 설치되고, 레그(20)에는 랙 기어(도 3의 도면부호 '21')가 형성되어, 피니언 기어와 랙 기어의 연동에 의해 레그(20)와 본체(10)의 상하 방향의 상대 운동이 이뤄질 수 있다.

본 실시예에서 레그(20)와 본체(10)의 "상하 방향의 상대 운동"은 레그(20)가 본체(10)에 대해 상하 방향으로 이동하는 것과, 본체(10)가 레그(20)에 대해 상하 방향으로 이동하는 것을 모두 포함하는 개념으로 이해될 것이다.

한편, 본체(10)에는 블레이드와 나셀, 타워 등의 피적재물(2)을 운반하여 해상 풍력 발전기를 설치할 수 있는 크레인(40)이 제공될 수 있다.

위와 같은 구성을 갖는 부유식 구조물(1)은 항해 모드(Transit Mode)와 잭업 모드(Jack-up Mode)로 운용될 수 있다.

부유식 구조물(1)은 해상 풍력 발전기를 설치하고자 하는 위치까지 항해 모드로 이동한다. 일반 항해 모드에서, 부유식 구조물(1)은 레그(20)에 의한 저항을 줄이고자 레그(20)를 상측 방향으로 이동시킨 상태로 이동할 수 있다.

부유식 구조물(1)은 목적 위치까지 이동한 후, 자동 위치 제어(Dynamic Positioning)를 이용해 레그(20)를 내리기 위한 정확한 위치를 잡을 수 있다. 자동 위치 제어는 레그(20)가 하강하여 해저(B)에 닿을 때까지 지속될 수 있다.

이후, 부유식 구조물(1)은 잭업 모드로 전환하여 레그(20)를 해저(B)에 박는다. 이 과정에서, 레그(20)는 중력 및 레그 지지부(30)의 구동장치에 의해 본체(10)의 하방으로 이동될 수 있다.

레그(20)의 하단부가 해저(B)에 닿게 되면, 레그(20)는 더 이상 하방으로 이동할 수 없게 된다. 이 상태에서, 부유식 구조물(1)은 레그 지지부(30)의 구동장치를 작동시켜 본체(10)를 레그(20)를 따라 상방으로 이동시킨다. 본체(10)의 하중은 레그(20)를 해저(B)로 침투시키는 힘으로 작용하게 되고, 그에 의해, 레그(20)는 해저(B)로 침투하여 고정된다.

본체(10)를 레그(20)를 따라 상방으로 이동시킴에 따라 본체(10)는 해수면(S)으로부터 소정 거리 이격된 상태가 될 수 있으며, 본체(10)가 해수면(S)으로부터 이격되어 기설정된 작업 위치에 다다른 상태를 잭업 상태라고 할 수 있다.

부유식 구조물(1)은 잭업 상태에서 크레인(40)을 이용하여 해상 풍력 발전기를 설치하며, 설치 작업이 완료되면 위의 순서의 역순으로 진행하여 다시 운항을 개시할 수 있다.

한편, 부유식 구조물(1)은 잭업 상태가 아닌 경우, 도 2와 같이 항해 모드(Transit Mode)에서 레그(20)를 상측 방향으로 이동시킨 상태로 이동할 수 있다.

레그(20)의 코드 및 랙 기어에는 잭업 상태시 바닷물에 잠겨져 있는 부위에 이물질 및 해양생물이 부착되어 있는 경우가 있다.

이런 이물질 및 해양생물을 제거, 세척, 청소하기 위한 제 1 실시예는 하기의 도 3과 도 4를 통해 설명될 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 레그웰의 단면도이다.

도 3을 참조하면, 초음파 세척기(110)와 발전기(120)는 사각형 점선 박스(L)(도 2 병행 참조)로 표시한 바와 같이 레그웰(50)에 설치될 수 있다.

더욱 상세하게, 초음파 세척기(110)와 발전기(120)는 각각의 레그(20)의 주변으로 레그웰(50)의 내측벽(51)의 해당 홈구역(55)마다 설치될 수 있다.

여기서, 레그(20)는 삼각 트러스 구조로 형성될 경우, 기둥의 역할을 하는 코드(22)와, 코드(22)에 결합되고 코드(22)의 양측으로 쌍을 이루면서 돌출되고 코드(22)의 길이 방향을 따라 연장된 랙 기어(21)를 포함할 수 있다.

또한, 레그웰(50)은 삼각형 공간을 한정하는 내측벽(51)과, 내측벽(51)의 외측에 배치된 외측벽(52)을 포함할 수 있다.

내측벽(51)에는 3개의 홈구역(55)이 삼각을 이루도록 배열되어 있을 수 있다.

홈구역(55)은 안쪽벽(55b)의 양측에서 직각을 이루어 서로 이격되게 대면하는 양측벽(55a)을 포함할 수 있다.

레그(20)의 랙 기어(21)는 앞서 언급한 바와 같이, 부유식 구조물의 레그 지지부의 잭케이스의 피니언 기어와 치합되어, 레그(20)를 승하강시키거나, 부유식 구조물 자체를 해수면의 위쪽으로 이동 또는 승하강시키는 역할을 담당할 수 있다.

초음파 세척기(110)와 발전기(120)는 레그(20)의 코드(22)를 기준으로 각각의 랙 기어(21)에 대면되도록 쌍을 이루어 설치될 수 있다.

초음파 세척기(110)는 이하의 설명 또는 하기의 제 2, 제 3 실시예에서 제1 내지 제3 초음파 세척기(110a, 110b, 110c)로 병기 또는 호칭되어 유사 도면 부호가 부여될 수 있고, 발전기(120)도 제1 내지 제2 발전기(120a, 120b)로 호칭될 수 있다.

도 4는 도 3에 도시된 제1 발전기와 제1 초음파 세척기의 결합관계를 보인 단면도이다.

도 4를 참조하면, 제1 초음파 세척기(110)는 랙 기어(21) 및 그 주변[예: 코드(22)의 표면]의 각종 이물질 또는 해양생물을 세척하여 제거하는 역할을 담당할 수 있다.

제1 초음파 세척기(110)는 매질로서 해수를 이용할 수 있도록 부유식 구조물이 해상에 부유할 때 해수면(S)의 아래에 배치되도록 레그웰의 해당 홈구역(55)의 아래쪽 양측벽(55a)에 설치될 수 있다.

제1 초음파 세척기(110a)는 본체(10)의 레그웰의 홈구역(55)의 양측벽(55a)에 고정되는 브래킷(111)과, 레그(20)의 랙 기어(21)에 초음파를 조사하는 음파발생소자(112)와, 브래킷(111)에 고정되고 음파발생소자(112)에 연결된 초음파회로부(113)를 포함할 수 있다.

볼트 구멍(미 도시)이 상호 일치되게 브래킷(111)과 홈구역(55)의 양측벽(55a)에 구비될 경우, 제1 초음파 세척기(110)는 브래킷(111)을 통해 홈구역(55)의 양측벽(55a)에 탈부착 가능하게 결합될 수 있다.

볼트 구멍이 없는 경우, 제1 초음파 세척기(110)는 브래킷(111)과 홈구역(55)의 양측벽(55a)간 접촉 부위에 용접을 하여 결합 또는 고정될 수 있다.

음파발생소자(112)는 초음파를 발생시키는 변환기(예: transducer, applicator, sound head, probe)는 부위로서, 해수와 같이 염분이 많은 환경에서 사용 가능하고, 내식성을 높이기 위해 무기물로 음파발생소자(112)의 표면이 코팅되어 있을 수 있다.

음파발생소자(112)는 인간이 들을 수 없는 진동수의 소리로서 강한 에너지를 가진 초음파를 발생시키는 장치일 수 있다. 초음파가 액체 속을 통과할 때 소밀파(疏密波)로서 전달되고, 이로 인하여 액체 내부에는 강력한 캐비테이션(cavitation) 효과가 발생할 수 있다. 이와 같은 초음파는 주로 세척 또는 세정의 효과가 있다는 것은 다수의 문헌에 의하여 입증된 사실이나, 본 실시예는 초음파를 부유식 구조물에 적용하는 기술로서 특징을 가질 수 있다.

초음파회로부(113)는 전원공급회로(power supply circuit)와 진동회로(oscillatory circuit)를 구비할 수 있다.

전원공급회로는 전파 정류기(full wave rectification)와 여과기(filter)로 이루어져 있으며 진동회로에 안정된 출력을 공급해주는 역할을 담당할 수 있다. 예컨대, 전원공급회로는 회로보호기능을 구비하여, 입력 전원이 일정하지 않더라도, 출력 전원을 안정되게 구성될 수 있다.

진동회로는 전원공급회로로부터 공급받은 전류를 고주파, 고전압전류로 만들어 동축케이블(coaxial cable)을 통해 음파발생소자(112)의 금속전극에 전달하는 역할을 담당할 수 있다.

제1 발전기(120a)는 레그(20)의 승하강에 대응한 회전력을 전기력으로 변환함에 따라 제1 초음파 세척기(110a)의 세척 작동에 필요한 전원을 발전하고 제1 초음파 세척기(110a)에 공급하는 역할을 담당할 수 있다.

제1 발전기(120a)와 제1 초음파 세척기(110a)의 사이에는 전원공급라인(130)이 접속되어 있으므로, 하나 이상의 제1 발전기(120a)에서 발전된 전원이 제1 초음파 세척기(110a)에 공급될 수 있다.

제1 발전기(120a)는 레그(20)의 승하강시 레그(20)의 랙 기어(21)에 치합 및 연동되는 발전기어(121)와, 발전기어(121)의 회전축에 연결되어 회전수를 증가시키는 기어박스(122)와, 기어박스(122)의 출력축에 연결되어 발전을 하는 발전부(123)와, 발전부(123)의 전원을 충전지(124)에 충전하고, 충전지(124)의 전원 또는 발전부(123)의 전원을 초음파회로부(113)에 공급하는 발전회로부(125)를 포함할 수 있다.

발전부(123)는 영구자석형, 로터리형 등으로 구성될 수 있고, 정회전 또는 역회전에도 발전이 이루어질 수 있는 통상의 양방향 발전기 모터로 마련될 수 있으며, 기본적으로 회전력을 발전으로 변환하는 기술적 사상을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.

이하, 제 1 실시예에 따른 초음파 세척기를 갖는 부유식 구조물의 작동 방법에 대하여 설명하고자 한다.

부유식 구조물은 항해 모드(Transit Mode)에서 잭업 모드(Jack-up Mode)로 전환하거나, 잭업 모드에서 항해 모드로 전환할 때, 레그 지지부의 구동장치(예: 잭케이스)에 의해 레그(20)를 들어 올리거나, 상대 운동에 의해 본체(10)를 들어올릴 때, 이동력(V)이 발생될 수 있고, 그 이동력(V)에 의해서 레그(20)의 랙 기어(21)에 치합된 제1 발전기(120a)의 발전기어(121)가 회전될 수 있다.

발전기어(121)의 회전력은 기어박스(122)을 통해서 증가된 회전수를 갖게 되고 발전부(123)에 전달된다.

발전부(123)는 전달받은 회전력에 의해 발전을 한다.

발전에 의해 생성된 전원은 발전회로부(125)를 경유하여 충전지(124)에 충전되거나, 제1 초음파 세척기(110a)의 초음파회로부(113)에 공급될 수 있다.

제1 초음파 세척기(110a)는 초음파회로부(113)에 공급된 전원으로 음파발생소자(112)의 발진 작동을 수행한다.

예컨대, 초음파회로부(113)는 공급받은 전원으로 전원공급회로 및 진동회로를 작동시켜서, 음파발생소자(112)를 발진시킨다.

음파발생소자(112)에서 발진된 초음파는 해수를 통해 레그(20)의 랙 기어(21) 및 그 주변의 코드(22)의 표면에 캐비테이션(cavitation) 효과를 발생시킴으로써, 랙 기어(21)의 및 코드(22)의 표면에 부착되어 있는 각종 이물질, 해양생물을 세척하게 된다.

제 2 실시예

이 실시예에 따른 초음파 세척기를 갖는 부유식 구조물은 레그가 승하강할 때의 승하강력을 이용하여 음파발생소자를 전진 또는 후진시킴에 따라 레그의 랙 기어의 산과 골을 따라 음파발생소자가 기밀하게 근접되어 세척 효율을 증대시킬 수 있는 구성을 제외하고 제 1 실시예에서 설명한 구성과 유사 또는 실질적으로 동일할 수 있으므로, 기 설명된 구성 및 작용에 대한 설명은 생략될 수 있고, 유사 구성에 대하여 유사한 도면부호가 부여될 수 있다.

도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 제1 발전기와 제2 초음파 세척기를 보인 단면도이다.

도 5를 참조하면, 제1 발전기(120a)는 앞서 제 1 실시예에서 설명한 바와 같이, 레그(20) 및 본체(10)의 승하강시 발생하는 승하강력을 회전력으로 변환하여 발전할 수 있다.

제2 초음파 세척기(110b)는 레그(20) 및 본체(10)의 승하강시 발생하는 승하강력에 의해 회전하도록, 레그(20)의 랙 기어(21)에 연동되는 피동기어(114)와, 피동기어(114)의 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 변환시키는 왕복기구부(115)와, 왕복기구부(115)에 의해 레그(20)의 랙 기어(21)의 산(21a) 이 다가올 때 제1 방향으로 이동(M1)(예: 후진)하고, 랙 기어(21)의 골(21b)이 다가올 때 제2 방향으로 이동(M2)(예: 전진)하는 작동암(116)과, 랙 기어(21)에 대면하는 작동암(116)의 단부에 설치된 음파발생소자(112)와, 초음파 발생을 위해 제1 발전기(120a)의 전원을 공급받아 음파발생소자(112)를 발진시키는 초음파회로부(113)를 포함할 수 있다.

초음파회로부(113)는 브래킷 등을 사용하여 홈구역(55)의 아래쪽 양측벽(55a) 또는 기타 적절한 설치 위치에 고정될 수 있고, 음파발생소자(112)에 연결되어 있을 수 있다.

피동기어(114)는 레그(20) 및 본체(10)의 승하강시 발생하는 승하강력에 의해 회전하도록, 레그웰의 해당 홈구역(55)에서 제1 발전기(120a)의 발전기어(121)와 간섭이 되지 않는 위치에 배치되고, 레그(20)의 랙 기어(21)에 치합 및 연동될 수 있다.

피동기어(114)의 피동회전축은 왕복기구부(115)에 연결될 수 있다.

예컨대, 왕복기구부(115)는 피동기어(114)의 피동회전축에 연결된 제1 풀리(115a)와, 제1 풀리(115a)로부터 벨트를 통해 회전력을 전달받는 제2 풀리(115b)와, 제2 풀리(115b)와 연동하도록 제2 풀리(115b)의 회전축에 결합된 캠(cam, 115c)과, 캠(115c) 및 풀리(115a, 115b)의 회전축, 피동회전축 등을 회전 가능하게 지지하도록 홈구역(55)의 아래쪽 양측벽(55a)의 안쪽에 설치된 케이싱(115d)을 포함할 수 있다.

예시적으로 왕복기구부(115)는 캠 메커니즘을 적용하였지만, 크랭크축과 회전원반 등도 적용할 수 있으므로, 이에 한정되지 않을 수 있다.

제2 초음파 세척기(110b)는 홈구역(55)의 아래쪽 양측벽(55a)에 관통하게 설치된 실링부(117), 홈구역(55)의 아래쪽 양측벽(55a)의 안쪽에 배치되고, 작동암(116)이 삽입되어 있는 가이드부시(118), 가이드부시(118)와 작동암(116)의 링형 턱(116a) 사이에 배치된 복원스프링(119)을 더 포함할 수 있다.

작동암(116)은 캠(115c)의 캠 프로파일(cam profile)의 전진 구간에 대응하게 제2 방향으로 이동(M2)(예: 전진)하여 랙 기어(21)의 골(21b)에 근접될 수 있고, 캠 프로파일의 전진 구간에 접촉될 때, 복원스프링(119)의 탄성력에 의해 제1 방향으로 이동(M1)(예: 후진)하여 랙 기어(21)의 산(21a)에 근접될 수 있고, 이와 같은 이동은 왕복기구부(115)에 의해 반복적으로 이루어질 수 있다.

이에 따라, 작동암(116)의 단부에 설치된 음파발생소자(112)가 상시로 랙 기어(21)의 산(21a) 또는 골(21b)에 부딪히지 않고 근접될 수 있게 된다.

제 2 실시예에 따른 음파발생소자(112)는 랙 기어(21)의 산(21a) 또는 골(21b)에 상시로 근접한 상태에서 초음파를 발생시키므로, 캐비테이션(cavitation) 효과를 극대화시켜서, 각종 이물질, 해양생물을 더욱 깨끗하게 세척할 수 있게 된다.

제 3 실시예

이 실시예에 따른 초음파 세척기를 갖는 부유식 구조물은 자가발전형 제3 초음파 세척기인 것을 제외하고 제 1, 제 2 실시예에서 설명한 구성과 유사 또는 실질적으로 동일할 수 있으므로, 기 설명된 구성 및 작용에 대한 설명은 생략될 수 있고, 유사 구성에 대하여 유사한 도면부호가 부여될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 제3 초음파 세척기를 설치 위치를 보인 사시도이고, 도 7은 도 6에 도시된 제3 초음파 세척기의 내부 결합 관계를 설명하기 위해 부분적으로 절개한 정면도이다.

도 6을 참조하면, 제3 초음파 세척기(110c)도 부유식 구조물의 레그 지지부의 구동장치(예: 잭케이스)에 의해 레그(20)가 들어 올려지거나, 상대 운동에 의해 본체(10)가 들어 올려질 때, 발생하는 이동력(V)을 이용하여 발전과 세척을 수행할 수 있도록 되어 있다.

이를 위해, 제3 초음파 세척기(110c)는 레그웰의 내측벽의 홈구역(55)의 안쪽벽(55b)에 돌출되어 설치된 샤프트(140)와, 샤프트(140)의 단부에 회전 가능하게 결합되고, 레그(20)의 랙 기어(21)에 치합 및 연동되도록 기어의 외형상을 갖고 중공의 내부 공간을 갖는 기어프레임(150)과, 기어프레임(150)의 내부에 위치하고, 샤프트(140)의 끝단면에 설치된 제2 발전기(120b)를 포함할 수 있다.

이때, 제2 발전기(120b)의 발전부(123b)의 하우징은 샤프트(140)의 끝단면에 고정되고, 발전부(123b)의 회전축(151)의 피동헬리컬기어(152)는 회전 중인 기어프레임(150)의 구동헬리컬기어(153)에 의해 회전함으로써, 발전부(123b)에서 발전이 이루어질 수 있다.

즉, 도 7을 참조하면, 제3 초음파 세척기(110c)에는 기어프레임(150)의 자유 회전을 위해서, 샤프트(140)의 단부와 기어프레임(150)의 중심구멍(159) 사이에 베어링(141)이 개재 또는 결합되어 있을 수 있다.

제3 초음파 세척기(110c)는 제2 발전기(120b)의 발전부(123b)의 회전축(151)에 결합된 피동헬리컬기어(152)와, 피동헬리컬기어(152)에 치합되고 기어프레임(150)의 내표면에 설치된 링형상의 랙 기어 치열을 갖는 구동헬리컬기어(153)를 포함할 수 있다.

구동헬리컬기어(153)의 중심은 샤프트(140)의 중심에 일치되어 있을 수 있다.

제3 초음파 세척기(110c)는 구동헬리컬기어(153)의 외측으로 기어프레임(150)의 내표면에 설치된 링형 회로선(154)과, 링형 회로선(154)에 접촉하고, 발전부(123b)에서 인출된 탄성 콘택트(155)를 포함할 수 있다.

여기서, 탄성 콘택트(155) 및 링형 회로선(154)은 쌍으로 구비될 수 있다.

연결선(156)은 링형 회로선(154)과 발전회로부(125)의 사이에 전기적으로 연결되어 있을 수 있다.

이에 따라, 발전부(123b)에서 발전을 통해 생성된 전원이 탄성 콘택트(155), 링형 회로선(154), 연결선(156)을 통해 발전회로부(125)에 공급되거나, 발전회로부(125)에 연결된 충전지(124)에 충전될 수 있다.

여기서, 충전지(124)는 기어프레임(150)의 중공의 내부 공간을 이용하여 기어프레임(150)의 내부에 탑재될 수 있고, 기어프레임(150)에 중공의 내부 공간과 외부가 서로 개방 또는 폐쇄될 수 있는 개폐부(미 도시)를 더 구비시켜서 교체 가능하게 탑재될 수 있다.

발전회로부(125)는 발전부(123b) 또는 충전지(124)의 전원을 전원공급라인(130)을 통해 기어프레임(150)의 음파발생소자(112)에 공급할 수 있다.

기어프레임(150)은 레그의 랙 기어에 치합되어 연동될 수 있는 기어 몸체의 테두리를 따라 배치된 복수개의 피니언 기어 형상부(157)와, 피니언 기어 형상부(157)의 양쪽 치면에 각각 형성한 안착홈(158)과, 안착홈(158)에 결합된 음파발생소자(112)를 포함할 수 있다.

기어프레임(150)은 강성이 강한 금속으로 제작되어 있을 수 있고, 분해 조립 될 수 있게 제작되어 있을 수 있다.

도 6과 도 7을 병행 참조하면, 기어프레임(150)의 피니언 기어 형상부(157)는 레그(20)의 랙 기어(21)의 산(21a)의 표면에 직접 접촉하여, 회전력을 전달받을 수 있다.

따라서, 제2 발전기(120b)의 발전부(123b)는 고정상태이고, 기어프레임(150)은 레그(20)의 랙 기어(21)에 연동하여 회전함으로써 발전을 함과 함께, 발전된 전원으로 음파발생소자(112)를 작동시켜서, 랙 기어(21)의 산(21a)의 표면에 직접적으로 초음파를 조사함으로써, 이물질 제거 및 세척 효율을 극대화시킬 수 있다.

제3 초음파 세척기(110c)의 기어프레임(150)은 그의 내부에 제2 발전기(120b)를 자체 내장한 타입이므로, 제3 초음파 세척기(110c)의 설치 및 유지 보수가 매우 용이한 효과를 제공할 수 있다.

또한, 음파발생소자(112)는 안착홈(158)에 안착된 상태에서 레그(20)의 랙 기어(21)에 직접적으로 접촉하지 않기 때문에, 음파발생소자(112)의 내구성을 증대시킬 수 있게 된다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 초음파 세척기를 갖는 부유식 구조물의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.

21 : 랙 기어 22 : 코드
50 : 레그웰 110, 110a, 110b, 110c : 초음파 세척기
120, 120a, 120b : 발전기 130 : 전원공급라인
140 : 샤프트 150 : 기어프레임

Claims

물에 부유할 수 있는 본체;
상기 본체의 레그웰을 상하 방향으로 관통하는 레그;
상기 레그와 상기 본체를 상하 방향으로 상대 운동시키며 상기 레그를 지지하고, 상기 레그 또는 상기 본체를 승하강시키는 구동장치를 갖는 레그 지지부;
상기 레그웰의 내측벽의 홈구역에 설치되는 초음파 세척기;
상기 레그의 승하강에 대응한 회전력을 전기력으로 변환하여 발전하는 발전기; 및
상기 발전기와 상기 초음파 세척기의 사이에 접속된 전원공급라인을 포함하는 부유식 구조물.
제 1 항에 있어서,
상기 초음파 세척기는,
상기 홈구역의 양측벽에 고정되는 브래킷;
상기 레그의 랙 기어에 초음파를 조사하는 음파발생소자; 및
상기 브래킷에 의해 고정되고 상기 음파발생소자에 연결된 초음파회로부를 포함하는 부유식 구조물.
제 2 항에 있어서,
상기 발전기는,
상기 레그의 랙 기어에 연동되는 발전기어;
상기 발전기어의 회전축에 연결되어 회전수를 증가시키는 기어박스;
상기 기어박스의 출력축에 연결되어 발전을 하는 발전부;
상기 발전부의 전원을 충전지에 충전하고, 상기 충전지의 전원 또는 상기 발전부의 전원을 상기 초음파회로부에 공급하는 발전회로부를 포함하는 부유식 구조물.
제 2 항에 있어서,
상기 초음파 세척기는,
상기 레그의 랙 기어에 연동되는 피동기어;
상기 피동기어의 회전 운동을 직선 왕복 운동으로 변환시키는 왕복기구부;
상기 왕복기구부에 의해 상기 레그의 랙 기어의 산이 다가올 때 제1 방향으로 이동하고, 상기 랙 기어의 골이 다가올 때 제2 방향으로 이동하는 작동암을 더 포함하고,
상기 음파발생소자가 상기 랙 기어에 대면하는 상기 작동암의 단부에 설치된 부유식 구조물.
제 4 항에 있어서,
상기 왕복기구부는,
상기 피동기어의 피동회전축에 연결된 제1 풀리;
상기 제1 풀리로부터 벨트를 통해 회전력을 전달받는 제2 풀리;
상기 제2 풀리와 연동하도록 제2 풀리의 회전축에 결합된 캠;
상기 캠 및 상기 풀리의 회전축, 상기 피동회전축을 회전 가능하게 지지하도록 상기 홈구역의 아래쪽 양측벽의 안쪽에 설치된 케이싱을 포함하는 부유식 구조물.
제 4 항에 있어서,
상기 초음파 세척기는,
상기 홈구역의 아래쪽 양측벽에 관통하게 설치된 실링부;
상기 홈구역의 아래쪽 양측벽의 안쪽에 배치되고, 상기 작동암이 삽입되어 있는 가이드부시;
상기 가이드부시와 상기 작동암의 링형 턱 사이에 배치된 복원스프링을 더 포함하는 부유식 구조물.
제 1 항에 있어서,
상기 초음파 세척기는,
상기 레그웰의 내측벽의 홈구역의 안쪽벽에 돌출되어 설치된 샤프트; 및
상기 샤프트의 단부에 회전 가능하게 결합되고, 상기 레그의 랙 기어에 치합 및 연동되도록 기어의 외형상을 갖고, 중공의 내부 공간에 발전기를 내장한 기어프레임을 포함하는 부유식 구조물.
제 7 항에 있어서,
상기 초음파 세척기는,
상기 샤프트의 끝단면에 설치된 상기 발전기의 발전부;
상기 샤프트의 단부와 상기 기어프레임의 중심구멍 사이에 결합된 베어링;
상기 발전부의 회전축에 결합된 피동헬리컬기어;
상기 피동헬리컬기어에 치합되고 상기 기어프레임의 내표면에 설치된 링형상의 랙 기어 치열을 갖는 구동헬리컬기어;
상기 구동헬리컬기어의 외측으로 상기 기어프레임의 내표면에 설치된 링형 회로선;
상기 링형 회로선에 접촉하고, 상기 발전기에서 인출된 탄성 콘택트;
상기 링형 회로선과 상기 발전기의 발전회로부 사이에 연결된 연결선;
상기 발전기의 발전회로부에 연결되고 상기 기어프레임의 내부에 위치된 충전지;
상기 레그의 랙 기어에 초음파를 조사하는 음파발생소자; 및
상기 음파발생소자에 연결된 초음파회로부를 포함하는 갖는 부유식 구조물.
제 8 항에 있어서,
상기 기어프레임은,
상기 레그의 랙 기어에 치합되어 연동될 수 있는 기어 몸체의 테두리를 따라 배치된 복수개의 피니언 기어 형상부;
상기 피니언 기어 형상부의 양쪽 치면에 각각 형성한 안착홈을 더 포함하고, 상기 음파발생소자가 상기 안착홈에 결합되는 부유식 구조물.