KR101770450B1 - 잠수함의 수중연료공급 시스템 및 방법 - Google Patents

잠수함의 수중연료공급 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

잠수함의 수중연료공급 시스템 및 방법에 관하여 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수중의 모듈구조물; 상기 모듈구조물에 설치되는 액화산소저장탱크; 상기 모듈구조물에 설치되는 수소연료저장탱크; 상기 액화산소저장탱크 및 수소연료저장탱크로부터 연료를 공급받아 전원을 생성하는 연료전지모듈; 및 상기 연료전지모듈로부터 생성된 전원을 공급받으며, 연료공급이 필요한 잠수함으로 수중에서 연료를 공급하는 연료공급장치를 제어하는 제어부를 포함하는 잠수함의 수중연료공급 시스템을 제공한다.

Description

잠수함의 수중연료공급 시스템 및 방법{SUBMARINE UNDERWATER FUEL SUPPLYING SYSTEM AND METHOD}
본 발명의 실시예는 잠수함의 수중연료공급 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잠수함의 잠수 항해 지속능력을 증대시키기 위해 공기불요추진체계의 연료를 수중에서 공급하여 잠수함의 수중 항해 능력을 향상시킬 수 있는 잠수함의 수중연료공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 잠수함(특히, 디젤전기추진 잠수함)의 수중 항해 기간을 연장하기 위하여 대기 중의 산소를 이용하지 않도록 수소와 산소를 활용한 연료전지 방식의 공기불요추진체계를 탑재하였다. 하지만 함내 저장공간의 한계로 그 범위는 제한적이다.
종래의 디젤전기추진 잠수함에 탑재된 연료전지체계는 산소와 수소를 공급할 수 있는 저장설비, 이를 전기로 변환하는 연료전지모듈, 생성된 전기를 추진에너지로 변환하기 위한 추진전동기와 전력변환설비, 그리고 전기가 생성된 후 부산물인 반응수를 저장하기 위한 반응수 탱크로 구성되어 있다.
하지만, 잠수함의 공간 제약성에 따라, 이러한 연료전지체계가 설치되는 공간이 부족하여, 현재로서는 이러한 연료전지체계를 적용시키기에는 많은 제약이 따랐다.
따라서, 함내 저장공간의 한계를 극복하여 수중에서 수소, 산소 및 이들을 개질하기 위한 원료를 저장할 수 있는 설비를 설치하고, 무인화된 공급체계를 갖추어서 잠수함의 수중 항해 능력을 향상시킬 수 있는 기술적 해결방안이 필요하다.
가반형 반응물 충전장치(대한민국 공개특허공보 제10-2006-0031197호)
본 발명은 잠수함의 잠수 항해 지속능력을 증대시키기 위해 공기불요추진체계의 연료를 수중에서 공급하여 잠수함의 수중 항해 능력을 향상시킬 수 있는 잠수함의 수중연료공급 시스템 및 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 삼는다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수중의 모듈구조물; 상기 모듈구조물에 설치되는 액화산소저장탱크; 상기 모듈구조물에 설치되는 수소연료저장탱크; 상기 액화산소저장탱크 및 수소연료저장탱크로부터 연료를 공급받아 전원을 생성하는 연료전지모듈; 및 상기 연료전지모듈로부터 생성된 전원을 공급받으며, 연료공급이 필요한 잠수함으로 수중에서 연료를 공급하는 연료공급장치를 제어하는 제어부를 포함하는 잠수함의 수중연료공급 시스템을 제공한다.
하나의 실시예로서, 상기 연료공급장치는, 상기 제어부에 의해 구동이 제어되어 상기 잠수함까지 자항하는 무인잠수정이며, 상기 무인잠수정은 상기 잠수함의 연료주입부에 접속 가능한 구조를 가질 수 있다.
다른 하나의 실시예로서, 상기 연료공급장치는, 상기 잠수함의 연료주입부에 접속 가능하며 위치 감지가 가능한 연료공급용 커넥터일 수 있다.
이때, 상기 모듈구조물은, 트러스(truss) 구조를 가질 수 있다.
또한, 상기 모듈구조물은, 수중에 부유하거나 해저에 고박 가능한 형태로 제공될 수 있다.
또한, 상기 액화산소저장탱크는, 상기 잠수함 및 상기 연료전지모듈로 공급되는 액화산소를 저장하며 이중 구조를 갖는 내압용기일 수 있다.
또한, 상기 수소연료저장탱크는, 상기 잠수함 및 상기 연료전지모듈로 공급되는 수소를 금속분말에 농축하여 저장하거나 수소를 개질하기 위한 연료를 저장할 수 있다.
그리고 상기 제어부는, 상기 잠수함과 수중음파통신이 가능한 형태로 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어부와 수중음파통신이 가능하며 해상에 부유하도록 설치되는 부유식 통신 부이(buoy)를 더 포함할 수 있다.
상기 부유식 통신 부이는, 육상기지와 전파통신이 가능한 형태로 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 잠수함의 수중연료공급 시스템을 이용하는 잠수함의 수중연료공급 방법으로서, (a) 상기 모듈구조물에 설치된 상기 액화산소저장탱크와 상기 수소연료저장탱크로부터 연료를 공급받아 상기 연료전지모듈에서 전원을 생성하는 단계; 및 (b) 상기 생성된 전원을 이용하여 상기 제어부에서 상기 연료공급장치의 구동을 제어하여 상기 잠수함으로의 수중 연료 공급을 실시하는 단계를 포함하는 를 포함하는 수중연료공급 방법을 제공한다.
본 발명인 잠수함의 수중연료공급 시스템 및 방법에 의하면, 잠수함의 잠수 항해 지속능력을 증대시키기 위해 공기불요추진체계의 연료를 수중에서 공급할 수 있어 잠수함의 수중 항해 능력을 향상시킬 수 있다.
예컨대, 함내 저장공간의 한계를 극복하기 위하여 수중에서 수소와 산소 또는 이를 개질하기 위한 원료를 저장할 설비를 설치하고 무인화된 공급체계를 갖출 수 있어, 잠수함의 수중 항해 능력이 향상될 수 있다.
특히, 디젤전기추진 잠수함의 경우 잠항능력을 무한히 지속시킬 수 있으며, 원자력 연료를 사용하지 않아 안정성이 높은 장점이 있다.
그리고 잠수함의 건조 및 운용 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명인 잠수함의 수중연료공급 시스템의 개념도.
도 2는 본 발명인 잠수함의 수중연료공급 시스템의 운용 방식을 설명하기 위한 도면.
도 3은 본 발명인 잠수함의 수중연료공급 시스템의 모듈구조물이 해저에 고박된 상태를 나타낸 도면.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
그리고 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 잠수함의 수중연료공급 시스템 및 방법에 관하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명인 잠수함의 수중연료공급 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명인 잠수함의 수중연료공급 시스템의 운용 방식을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명인 잠수함의 수중연료공급 시스템의 모듈구조물이 해저에 고박된 상태를 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 잠수함의 수중연료공급 시스템은, 수중의 모듈구조물(110), 액화산소저장탱크(120), 수소연료저장탱크(130), 연료전지모듈(140), 제어부(150), 연료공급장치(180), 그리고 부유식 통신 부이(160)를 포함한다.
모듈구조물(110)은 수중에 부유하거나 해저에 고박 가능한 설비를 갖출 수 있으며, 바람직하게는 필요한 구조 강도를 확보하면서 경량인 트러스(truss) 구조를 갖는 것이 좋다. 도 2는 수중에 부유하는 형태를 나타낸 것이며, 도 3은 해저에 고박된 모듈구조물(110)의 형태를 나타낸 것이다.
액화산소저장탱크(120)는 상기 모듈구조물(110)에 설치된다. 다만, 도시된 형태에 반드시 제한될 필요는 없으며 모듈구조물(110)을 통해 다양한 위치에 설치될 수 있다.
상기 액화산소저장탱크(120)는 수중에서 연료공급이 필요한 잠수함(300) 및 후술될 연료전지모듈(140)로 공급되는 액화산소를 저장한다. 그리고 열 손실을 방지하기 위해 이중 구조를 갖는 내압용기를 이용하는 것이 좋다.
수소연료저장탱크(130)는 상기 모듈구조물(110)에 설치된다. 다만, 도시된 형태에 반드시 제한될 필요는 없으며 모듈구조물(110)을 통해 다양한 위치에 설치될 수 있다.
상기 수소연료저장탱크(130)는 수중에서 연료공급이 필요한 잠수함(300) 및 후술될 연료전지모듈(140)로 공급되는 수소를 금속분말에 농축하여 저장하거나 수소를 개질하기 위한 연료를 저장하는 형태로 제공될 수 있다.
연료전지모듈(140)은 수중의 모듈구조물(110)에 설치된 상기 액화산소저장탱크(120) 및 수소연료저장탱크(130)로부터 연료를 공급받아 전원을 생성한다. 그리고 반응수는 해수로 용해하여 배출시킬 수 있다.
상기 연료전지모듈(140)에서 생성된 전원은 후술될 연료공급장치(180)의 구동 및 상기 제어부(150)의 제어 동작을 위해 자체적으로 이용될 수 있다.
제어부(150)는 상기 연료전지모듈(140)로부터 생성된 전원을 공급받으며, 연료공급이 필요한 잠수함(300)으로 수중에서 연료를 공급하는 연료공급장치(180)를 제어하는 기능을 담당한다.
여기서, 상기 연료공급장치(180)는 상기 제어부(150)에 의해 구동이 제어되어 잠수함(300)까지 자항하는 무인잠수정을 이용할 수 있다. 이때, 상기 무인잠수정은 잠수함(300)의 연료주입부에 접속 가능한 구조를 가질 수 있다.
다른 하나의 예로서, 상기 연료공급장치(180)는 잠수함(300)의 연료주입부에 접속 가능하며 위치 감지가 가능한 연료공급용 커넥터를 이용할 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 제어부(150)는 상기 잠수함(300)에 연료를 공급하기 위해 연료공급장치(180)인 무인잠수정을 구동할 수 있다. 이때, 제어부(150)는 연료전지모듈(140)로부터 생성된 전원을 이용하여 상기 무인잠수정을 구동 및 제어할 수 있다.
한편, 상기 제어부(150)는 잠수함(300)과의 수중음파통신이 가능할 수 있다. 이로써, 수중에서 연료공급이 필요한 잠수함(300)에서 상기 제어부(150)에 대한 제어가 가능해 질 수 있다.
또한, 상기 제어부(150)와 수중음파통신이 가능하며 해상에 부유하도록 설치되는 부유식 통신 부이(buoy)(160)를 더 포함할 수 있다.
상기 부유식 통신 부이(160)는 수중연료공급 시스템에 대한 모니터링을 실시할 수 있으며, 도 2 및 도 3에 도시된 육상기지(200)와 전파통신이 가능하므로, 육상기지(200)에서 상기 제어부(150)에 대한 제어가 가능해 질 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 잠수함의 수중연료공급 시스템을 이용하는 잠수함의 수중연료공급 방법을 제공할 수 있다.
전술한 구성을 통해 간략히 설명하면, 먼저, 상기 모듈구조물(110)에 설치된 상기 액화산소저장탱크(120)와 상기 수소연료저장탱크(130)로부터 연료를 공급받아 상기 연료전지모듈(140)에서 자체적으로 사용되는 전원을 생성한다.
그리고 상기 생성된 전원을 이용하여 상기 제어부(150)에서는 상기 연료공급장치(160)(예: 무인잠수정 또는 위치 감지가 가능한 커넥터 등)의 구동을 제어하여, 상기 액화산소저장탱크 및 수소연료저장탱크에 저장된 연료를 상기 잠수함(300)으로 수중에서 공급할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 공기불요추진체계의 연료를 수중에서 공급할 수 있어 잠수함의 수중 항해 능력을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 함내 저장공간의 한계를 극복하기 위하여 수중에서 수소와 산소 또는 이를 개질하기 위한 원료를 저장할 설비를 설치하고 무인화된 공급체계를 갖출 수 있어, 잠수함의 수중 항해 능력이 향상될 수 있다.
특히, 디젤전기추진 잠수함의 경우 잠항능력을 무한히 지속시킬 수 있으며, 원자력 연료를 사용하지 않아 안정성이 높으며, 그리고 잠수함의 건조 및 운용 비용을 절감할 수 있는 효과를 가져올 수 있다.
지금까지 본 발명인 잠수함의 수중연료공급 시스템 및 방법에 관한 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였다.
전술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 해수면(또는 해상)
20: 해저
110: 모듈구조물
120: 액화산소저장탱크
130: 수소연료저장탱크
140: 연료전지모듈
150: 제어부
160: 부유식 통신 부이
180: 연료공급장치
200: 육상기지
300: 연료공급이 필요한 잠수함

Claims (11)

  1. 수중의 모듈구조물;
    상기 모듈구조물에 설치되는 액화산소저장탱크;
    상기 모듈구조물에 설치되는 수소연료저장탱크;
    상기 액화산소저장탱크 및 수소연료저장탱크로부터 연료를 공급받아 전원을 생성하는 연료전지모듈; 및
    상기 연료전지모듈로부터 생성된 전원을 공급받으며, 연료공급이 필요한 잠수함으로 수중에서 연료를 공급하는 연료공급장치를 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 수소연료저장탱크는, 상기 잠수함 및 상기 연료전지모듈로 공급되는 수소를 금속분말에 농축하여 저장하거나 수소를 개질하기 위한 연료를 저장하며,
    상기 모듈구조물은, 트러스(truss) 구조를 가지며, 수중에 부유하거나 해저에 고박 가능하며,
    상기 연료공급장치는, 상기 제어부에 의해 구동이 제어되어 상기 잠수함까지 자항하는 무인잠수정이며, 상기 무인잠수정은 상기 잠수함의 연료주입부에 접속 가능한 구조를 갖도록 형성되며,
    상기 액화산소저장탱크는, 상기 잠수함 및 상기 연료전지모듈로 공급되는 액화산소를 저장하며 이중 구조를 갖는 내압용기인 것을 특징으로 하는 잠수함의 수중연료공급 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 잠수함과 수중음파통신이 가능한 것을 특징으로 하는 잠수함의 수중연료공급 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부와 수중음파통신이 가능하며 해상에 부유하도록 설치되는 부유식 통신 부이(buoy)를 더 포함하는 잠수함의 수중연료공급 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 부유식 통신 부이는,
    육상기지와 전파통신이 가능한 것을 특징으로 하는 잠수함의 수중연료공급 시스템.
  11. 제1항, 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항의 잠수함의 수중연료공급 시스템을 이용하는 잠수함의 수중연료공급 방법으로서,
    (a) 상기 모듈구조물에 설치된 상기 액화산소저장탱크와 상기 수소연료저장탱크로부터 연료를 공급받아 상기 연료전지모듈에서 전원을 생성하는 단계; 및
    (b) 상기 생성된 전원을 이용하여 상기 제어부에서 상기 연료공급장치의 구동을 제어하여 상기 잠수함으로의 수중 연료 공급을 실시하는 단계를 포함하는 수중연료공급 방법.
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JP2002187595A (ja) * 2000-12-20 2002-07-02 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水素発生装置、特に潜水機用水素発生装置

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