KR101607682B1 - 혼합액 저장용 탱크 - Google Patents

Abstract

혼합액 저장용 탱크가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 저장용 탱크는, 내부에 혼합액을 저장하는 탱크부와, 탱크부 내에 회전 가능하게 배치되는 회전축과, 회전축에 결합되어 회전함으로써 혼합액을 교반하는 임펠러(impeller), 및 임펠러를 기준으로 회전축의 상측과 하측에 설치되어 혼합액의 유동방향을 임펠러 측으로 유동시키는 돌기부를 포함한다.

Description

혼합액 저장용 탱크{SEMI-LIQUID MIXTURE STORAGE TANK}

본 발명은 혼합액 저장용 탱크에 관한 것이다.

육상 지하자원이 고갈되고 해저 자원에 대한 관심이 고조됨에 따라, 해저 자원을 개발하기 위해 다양한 해양 플랜트에 대한 연구가 진행되고 있다. 해양 플랜트 중에서도 시추설비의 대표적인 예로 드릴쉽(Drillship), 반잠수식 시추선(Semi-submersible drilling Rig), 잭업리그(Jack-up Rig) 등이 있다. 시추설비에는 단부에 드릴 비트(drill bit)가 형성된 드릴 파이프(drill pipe)가 구비된다. 드릴 비트의 드릴링 유체로 머드(mud)가 이용된다. 머드는 바라이트(barite), 벤토나이트(bentonite) 등을 포함하고, 시추설비에 탑재된 머드 탱크(mud tank)에 저장되었다가 머드 펌프(mud pump)에 의해 드릴 비트로 순환된다.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0049890호(2013. 05. 15, 시추선의 머드 탱크)에 개시되어 있다.

본 발명의 실시예들은 탱크부 내에서 임펠러에 의해 교반되어 유동하는 혼합액의 유동방향을 제어할 수 있는 혼합액 저장용 탱크를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 혼합액을 저장하는 탱크부; 상기 탱크부 내에 회전 가능하게 배치되는 회전축; 상기 회전축에 결합되어 회전함으로써 상기 혼합액을 교반하는 임펠러(impeller); 및 상기 임펠러를 기준으로 상기 회전축의 상측과 하측에 설치되어 상기 혼합액의 유동방향을 상기 임펠러 측으로 유동시키는 돌기부를 포함하는 혼합액 저장용 탱크가 제공된다.

상기 임펠러는 플랫 터빈(flat turbin) 타입을 포함할 수 있다.

상기 돌기부는 상기 회전축의 길이방향을 따라 나선형으로 설치될 수 있다.

상기 임펠러는 상기 회전축을 중심으로 볼 때 상기 혼합액을 상기 탱크부의 내부 측면으로 유동시킬 수 있으며, 상기 돌기부는 상기 임펠러에 의해 외측으로 유동된 상기 혼합액을 다시 상기 임펠러 측으로 유동시킬 수 있다.

상기 돌기부는 상기 회전축의 길이방향을 따라 나선형으로 배열된 복수개의 반원형 돌기를 포함할 수 있다.

상기 혼합액 저장용 탱크는 상기 회전축에 설치되는 원판형 디스크를 더 포함할 수 있다.

상기 원판형 디스크는 상기 혼합액의 액면 상에 위치되도록 설치될 수 있다.

상기 임펠러는 상기 회전축 상에 복수개가 설치될 수 있으며, 상기 원판형 디스크는 상기 복수의 임펠러 사이에 배치될 수 있다.

상기 혼합액 저장용 탱크는 상기 탱크부의 내부 벽면 중에서도 인접하는 2개의 내부 측면과 내부 저면 사이의 코너 영역을 향해 상기 혼합액이 유동할 수 있도록 상기 탱크부의 내부 벽면에 설치되는 고형분 고착방지부재를 더 포함할 수 있다.

상기 혼합액은 리퀴드 머드(liquid mud)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 탱크부 내에서 임펠러에 의해 교반되어 유동하는 혼합액의 유동방향을 제어함으로써, 액체와 고형분 성분을 포함하는 혼합액을 보다 효과적으로 교반할 수 있어, 혼합액 중의 고체 입자가 바닥에 침전되거나, 유동하는 혼합액 흐름 간에 상호 간섭 현상으로 임펠러에 의한 교반 효과가 상쇄되는 것을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 저장용 탱크를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 혼합액 저장용 탱크의 회전축과 임펠러 및 돌기부를 확대하여 나타낸 부분사시도이다.
도 3 및 도 4는 도 2에 도시된 돌기부의 변형례를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 혼합액 저장용 탱크의 탱크부 및 고형분 고착방지부재를 확대하여 나타낸 부분사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼합액 저장용 탱크를 개략적으로 나타낸 도면이다.

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.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 혼합액 저장용 탱크의 바람직한 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 혼합액 저장용 탱크를 개략적으로 나타낸 도면이며, 도 2 내지 도 5는 도 1에 도시된 혼합액 저장용 탱크의 일부를 확대하여 나타낸 부분사시도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합액 저장용 탱크(1000)는 탱크부(100), 회전축(200), 임펠러(impeller, 300) 및 돌기부(400)를 포함한다.

탱크부(100)는 그 내부에 혼합액(10)을 저장할 수 있는 용기이다.

여기서, 혼합액(10)은 1종류 이상의 고형분 성분을 액체에 혼합시켜 이루어진 혼합액(semi-liquid mixture)을 의미하는 것이다.

일반적으로, 1종류 이상의 고형분 성분을 액체에 혼합시켜 사용되는 혼합액(10)은 성분 특성이나 비중 차이 등으로 인해 액체 내의 고형분 성분이 액체로부터 분리되어 탱크부(100)의 내부 저면 등에 침전되어 잔존하는 문제가 있다.

따라서, 이러한 고형분 성분이 액체로부터 분리되지 못하도록 혼합액(10)을 적절하게 교반시킬 필요가 있다.

회전축(200)은 머드 탱크와 같은 탱크부(100) 내에서 회전 가능하도록 탱크부(100)에 설치된다. 이 경우, 회전축(200)의 일단부는 도 1에 도시된 바와 같이 탱크부(100)의 내측으로 삽입되어 설치될 수 있으며, 그 타단부에는 예를 들어 전동모터와 같은 구동부(210)가 결합될 수 있다.

따라서, 전원이 전동모터에 인가됨으로써 전동모터의 회전력에 의해 회전축(200)이 축회전할 수 있다.

본 실시예에서는 회전축(200)이 탱크부(100)를 기준으로 상하 방향으로 배치된 경우를 도시하고 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으며, 회전축(200)은 필요에 따라 수평방향으로 배치되는 등 다양하게 배치될 수 있다.

참고로, 본 실시예에서는 탱크부(100)가 머드 탱크인 경우를 예로 들어 설명하며, 이 경우 혼합액(10)은 리퀴드 머드(liquid mud)일 수 있다.

탱크부(100)에 저장되는 리퀴드 머드는 높은 점성(viscosity)을 가지고 있기 때문에, 탱크부(100) 내에서의 머드 순환(mud circulation)이 원활하지 못할 경우에는 굳어 사용되지 못하고 버려질 수 있다. 이를 방지하기 위해, 탱크부(100)의 내부에는 리퀴드 머드를 교반하는 임펠러(impeller)가 설치될 수 있지만, 임펠러에 의한 교반으로도 머드 순환이 원활히 이루어지지 못하는 영역에서는 머드가 고착(침전)될 수 있다. 특히, 탱크부(100)의 모서리 또는 코너(110) 영역에 머드가 고착될 가능성이 높다.

이를 해결하기 위하여, 종래에는 머드 건(mud gun)을 탱크부(100)의 내부로 이송시켜 머드가 고착된 부분에 고압 유체를 분사하는 방식을 사용하였으나, 머드 건을 특정 위치로 이송하여야 하는 등 제어하기 쉽지 않고, 머드 건이 리퀴드 머드 내를 출입하면서 임펠러 또는 임펠러에 의한 머드 순환에 영향을 미치는 문제점이 있었다.

본 실시예에서는, 탱크부(100) 내에서 임펠러(300)에 의해 교반되어 유동하는 혼합액의 유동방향을 돌기부(400)를 이용하여 제어함으로써, 액체와 고형분 성분을 포함하는 혼합액(10)을 보다 효과적으로 교반할 수 있어 혼합액(10) 중의 고체 입자가 탱크부(100)의 내측 바닥에 침전되거나, 유동하는 혼합액(10) 흐름 간에 상호 간섭 현상으로 임펠러(300)에 의한 교반 효과가 상쇄되는 것을 최소화할 수 있다.

또한 본 실시예에서는, 탱크부(100)의 모서리나 코너(110) 부근에 고착되기 쉬운 혼합액 중의 고형분 성분(본 실시예의 경우 리퀴드 머드(liquid mud))의 침전 현상을 방지할 수 있다.

이하 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 실시예의 주요 구성을 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 도 1에 도시된 혼합액 저장용 탱크(1000)의 회전축(200)과 임펠러(300) 및 돌기부(400)를 확대하여 도시한 도면이다.

임펠러(300)는 도 1에 도시된 바와 같이 탱크부(100)의 내부에서 회전함으로써 혼합액(10)을 교반하는 장치이다.

임펠러(300)는 탱크부(100) 내에 상하방향으로 배치되는 회전축(200)을 중심으로 회전할 수 있다.

구체적으로 임펠러(300)는 도 2에 도시된 바와 같이 플랫 터빈(flat turbin) 타입의 임펠러일 수 있다. 즉, 이러한 임펠러(300)는 혼합액(10)을 탱크부(100)의 내부 벽면 중에서도 내부 측면을 향해(즉, 회전축(200)을 기준으로 외측방향으로) 유동시킬 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 돌기부(400)는 임펠러(300)에 의해 외측으로 유동한 혼합액(10)을 다시 임펠러(300) 측으로 유동시키는 부재이다.

이를 위해, 돌기부(400)는 임펠러(300)를 기준으로 회전축(200)의 상측과 하측에 각각 설치될 수 있다.

이렇게 임펠러(300)를 기준으로 회전축(200)의 상측과 하측에 각각 형성된 돌기부(400)는, 도 2에 도시된 바와 같이 회전축(200)의 가운데 부분에 위치한 임펠러(300)를 기준으로 상호 역방향이 형성되도록 회전축(200)의 길이방향을 따라 나선형으로 설치될 수 있다.

이와 같이 임펠러(300)를 기준으로 그 상측과 하측의 회전축(200)에 상호 역방향의 나선형 돌기부(400)를 설치함으로써, 임펠러(300)는 도 1에 도시된 바와 같이 상하방향으로 배치된 회전축(200)을 중심으로 볼 때 혼합액(10)을 탱크부(100)의 내부 측면으로(즉, 회전축(200)의 외측방향으로) 유동시킬 수 있으며, 돌기부(400)는 회전하는 임펠러(300)에 의해 외측으로 유동된 혼합액(10)을 다시 임펠러(300) 측으로 유동시킬 수 있다(도 1의 화살표 방향 참조).

따라서, 돌기부(400)를 이용하여 혼합액(10)의 유동방향을 다시 임펠러(300)를 향하여 순환되도록 제어함으로써, 탱크부(100)의 두 내측 벽면이 만나는 모서리 부근이나 3개 이상의 내측 벽면이 만나는 코너(110) 부근에 고착되기 쉬운 혼합액 중의 고형분 성분(본 실시예의 경우 머드)의 침전 현상을 최소화할 수 있다.

또한, 돌기부(400)를 이용하여 혼합액(10)의 유동방향을 다시 임펠러(300)를 향하여 순환되도록 제어함으로써, 임펠러(300) 상측이나 하측의 혼합액(10)이 교란(perturbation)됨으로 인해 임펠러(300)로 유입되는 혼합액(10)이 불균일해지는 현상을 최소화할 수 있다. 즉, 유동하는 혼합액(10) 흐름 간에 상호 간섭 현상이 발생하는 것을 최소화할 수 있어 임펠러(300)에 의한 교반 효과가 상쇄되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 도 3은 도 2에 도시된 돌기부(400)의 변형례를 개략적으로 도시한 도면이다. 그리고, 도 4는 도 2에 도시된 돌기부(400)의 다른 변형례를 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 돌기부(400)는 회전축(200)의 길이방향을 따라 나선형으로 배열된 복수개의 다각형 돌기(410)를 포함할 수 있다. 즉, 복수개의 다각형 돌기(410)가 회전축(200)을 따라 나선형으로 나열됨으로써, 임펠러(300)에 의해 외측으로 유동된 혼합액(10)을 다시 임펠러(300) 측으로 순환되도록 유동시킬 수 있다(도 1의 화살표 참조).

여기서, 다각형 돌기(410)는 예를 들어 도 3에 도시된 삼각형뿐만 아니라 사각형이나 오각형 등 다양한 다각형 구조를 포함할 수 있다.

도 4를 참조하면, 돌기부(400)는 회전축(200)의 길이방향을 따라 나선형으로 배열된 복수개의 반원형 돌기(410)를 포함할 수 있다. 즉, 복수개의 반원형 돌기(410)가 회전축(200)을 따라 나선형으로 나열됨으로써, 임펠러(300)에 의해 외측으로 유동된 혼합액(10)을 다시 임펠러(300) 측으로 순환되도록 유동시킬 수 있다(도 1의 화살표 참조).

한편, 본 실시예에 따른 혼합액 저장용 탱크(1000)는 회전축(200)에 설치되는 원판형 디스크(500)를 더 포함할 수 있다.

본 실시예에 따르면, 원판형 디스크(500)는 도 1에 도시된 바와 같이 혼합액(10)의 액면(수면) 상에 위치되도록 설치될 수 있다.

이와 같이 도 2에 도시된 원판형 디스크(500)가 혼합액(10)의 액면 상에 위치함으로써, 임펠러(300)의 회전에 의해 회전축(200) 부근에 와류(vortex)가 발생하여 액면 상측의 공기가 혼합액(10)으로 유입되는 현상을 방지할 수 있다.

한편, 도 5는 도 1에 도시된 혼합액 저장용 탱크(1000)의 탱크부(100) 및 고형분 고착방지부재(600)를 확대하여 도시한 부분사시도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 혼합액 저장용 탱크(1000)는 탱크부(100)의 내부 벽면에 설치되는 고형분 고착방지부재(600)를 더 포함할 수 있다.

고형분 고착방지부재(600)는 예를 들어 판상의 플레이트로 이루어질 수 있다.

고형분 고착방지부재(600)는 탱크부(100)의 내부 벽면 중에서도 인접하는 2개의 내부 측면과 내부 저면 사이의 코너(110) 영역을 향해 혼합액(10)을 유동시킬 수 있다.

이를 위해, 고형분 고착방지부재(600)는 도 5를 기준으로 측면에서 볼 때 탱크부(100)의 코너(110) 영역을 향해 경사지도록 설치될 수 있다.

따라서, 고형분 고착방지부재(600)를 이용하여 유동하는 혼합액(10)의 유동방향이 코너(110)을 향하도록 제어함으로써, 탱크부(100)의 두 내측 벽면이 만나는 모서리 부근이나 3개 이상의 내측 벽면이 만나는 코너(110) 부근에 고착되기 쉬운 혼합액 중의 고형분 성분(본 실시예의 경우 머드)의 침전 현상을 최소화할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 액체와 고형분 성분을 포함하는 혼합액(10)을 보다 효과적으로 교반할 수 있어 혼합액(10) 중의 고체 입자가 탱크부(100)의 내측 저면에 침전되는 것을 최소화할 수 있으며, 탱크부(100)의 모서리나 코너(110) 부근에 고착되기 쉬운 혼합액 중의 고형분 성분(본 실시예의 경우 리퀴드 머드)의 침전 현상을 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 혼합액 저장용 탱크(2000)를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 실시예를 설명함에 있어서, 전술한 실시예에 따른 혼합액 저장용 탱크(1000)와 동일 또는 상응하여 중복되는 부분은 구체적 설명을 생략하기로 하며, 전술한 실시예와 다른 형태를 갖는 원판형 디스크(500)를 중심으로 설명하도록 한다.

도 6을 참조하면, 임펠러(300)는 회전축(200) 상에 복수개가 설치될 수 있다. 도 6에는 2개의 임펠러(300)가 회전축(200)에 결합된 경우를 도시하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 3개 이상의 임펠러(300)가 회전축(200) 상에 설치될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 원판형 디스크(500)는 복수개로 구성될 수 있으며, 이러한 복수개의 원판형 디스크(500) 중 적어도 하나 이상은 상기 복수개의 임펠러(300) 사이에 배치되도록 회전축(200) 상에 설치될 수 있다.

도 6에 도시된 바와 같이 서로 인접한 복수의 원판형 디스크(500) 사이에 원판형 디스크(500)를 배치함으로써, 상측에 위치한 임펠러(300)에 의해 만들어지는 혼합액(10)의 유동 흐름이 하측에 위치한 임펠러(300)에 의해 만들어지는 혼합액(10)의 유동 흐름과 간섭하는 것을 최소화할 수 있다(도 6의 화살표 흐름 참조).

따라서, 임펠러(300) 상측이나 하측의 혼합액(10)이 교란(perturbation)됨으로 인해 임펠러(300)로 유입되는 혼합액(10)이 불균일해지는 현상을 최소화할 수 있다. 즉, 교반 중 유동하는 혼합액(10) 흐름 간에 상호 간섭 현상이 발생하는 것을 최소화할 수 있어 임펠러(300)에 의한 교반 효과가 상쇄되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상술한 실시예들에서는 혼합액 저장용 탱크(1000, 2000)가 예를 들어 드릴쉽(Drillship), 반잠수식 시추선(Semi-submersible drilling Rig) 또는 잭업리그(Jack-up Rig) 등에 설치될 수 있는 머드 저장용 탱크인 경우를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 혼합액 저장용 탱크(1000, 2000)는 리퀴드 머드 외에도 다양한 형태의 혼합액을 저장하는 용도로 활용될 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1000, 2000: 혼합액 저장용 탱크
10: 혼합액 100: 탱크부
110: 코너 200: 회전축
210: 구동부 300: 임펠러
400: 돌기부 410: 돌기
500: 원판형 디스크 600: 고형분 고착방지부재

Claims (10)

1. 내부에 혼합액을 저장하는 탱크부;
   상기 탱크부 내에 회전 가능하게 배치되는 회전축;
   상기 회전축에 결합되어 회전함으로써 상기 혼합액을 교반하는 임펠러(impeller);
   상기 임펠러를 기준으로 상기 회전축의 상측과 하측에 설치되어 상기 혼합액의 유동방향을 상기 임펠러 측으로 유동시키는 돌기부; 및
   상기 회전축에 설치되는 원판형 디스크를 포함하는 혼합액 저장용 탱크.
2. 제1항에 있어서,
   상기 임펠러는 플랫 터빈(flat turbin) 타입을 포함하는 혼합액 저장용 탱크.
3. 제1항에 있어서,
   상기 돌기부는 상기 회전축의 길이방향을 따라 나선형으로 설치되는 혼합액 저장용 탱크.
4. 제3항에 있어서,
   상기 임펠러는 상기 회전축을 중심으로 볼 때 상기 혼합액을 상기 탱크부의 내부 측면으로 유동시키며,
   상기 돌기부는 상기 임펠러에 의해 외측으로 유동된 상기 혼합액을 다시 상기 임펠러 측으로 유동시키는 혼합액 저장용 탱크.
5. 제3항에 있어서,
   상기 돌기부는 상기 회전축의 길이방향을 따라 나선형으로 배열된 복수개의 돌기를 포함하는 혼합액 저장용 탱크.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 원판형 디스크는 상기 혼합액의 액면 상에 위치되도록 설치되는 혼합액 저장용 탱크.
8. 제1항에 있어서,
   상기 임펠러는 상기 회전축 상에 복수개가 설치되며,
   상기 원판형 디스크는 상기 복수의 임펠러 사이에 배치되는 혼합액 저장용 탱크.
9. 제1항에 있어서,
   상기 탱크부의 내부 벽면 중에서도 인접하는 2개의 내부 측면과 내부 저면 사이의 코너 영역을 향해 상기 혼합액이 유동할 수 있도록 상기 탱크부의 내부 벽면에 설치되는 고형분 고착방지부재를 더 포함하는 혼합액 저장용 탱크.
10. 제1항 내지 제5항, 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합액은 리퀴드 머드(liquid mud)를 포함하는 혼합액 저장용 탱크.

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