KR101821586B1 - 극지운항선박용 결빙방지 루버 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 극지운항선박용 결빙방지 루버는, 케이스(430)의 양쪽 내측면에 형성된 래크(411), 원통형상의 몸체(413)와, 상기 몸체(413)의 외주면에는 형성된 탄성고무재질의 날개편(414)과, 상기 몸체(413)의 양끝단부에 형성된 회전축(415)과, 회전축(415)에 고정되어, 상기 래크(411)에 치합된 피니언(412)을 포함하는 와이퍼(410), 케이스(430)의 내측에 회전, 가능하도록 결합된 블레이드(420),
일측에 요홈(442)이 형성되어 블레이드(420)의 일측면이 회전,가능하도록 결합되고, 상하로 이동이 가능한 이동바(440), 케이스(430)의 내측에 회전, 가능하도록 결합되되; 외주연에 돌출구(431)가 형성되고, 상기 돌출구(431)는 이동바(440)의 상단부에 형성된 요홈(442)에 결합된 회동판(430)으로 이루어지며; 상기 와이퍼(410) 및 회동판(430)은 구동수단에 결합되고, 구동수단은 센서 또는 제어부의 신호에 의하여 구동되는 것을 특징으로 한다.

Description

극지운항선박용 결빙방지 루버 {anti-icing louver for polar ships}
본 발명은 바닷물이나 빗물 등의 수분이 덕트로 유입되어 선박의 내부에 설치된 시설물을 부식시키는 것을 방지하기 위하여 설치된 루버가 극지방의 저온환경에 의하여 결빙됨으로서, 빗물 등의 수분을 차단하지 못하게 되는 것을 방지하기 위하여, 루버에 탄소나노튜브 기반의 발열체를 적용하여, 루버가 결빙되는 것을 방지함으로써, 루버의 차폐기능을 지속적으로 유지할 수 있게 하는 극지운항선박용 결빙방지 루버에 관한 것이다.
종래 선박의 덕트 등의 통풍구에 설치되는 루버는 도 1 및 도 2에 도시된바와 같이 선박의 선체(4)에 구비되는 금속제의 케이싱(1)에 일정한 간격으로 용접되는 제1루버(2)는 일측단이 수분제거용 틈새(201)를 형성한 절곡루버(2A)로 형성되고, 제1루버(2)의 만곡부 가운데에는 수분제거용 틈새(301)를 형성한 제2루버(3)를 용접고정 하여서 형성된다. 그리고 케이싱(1)의 하부케이싱판(1-1)은 일측은 'ㄱ'자형의 절곡부(1A)로 절곡되어 있어, 응축된 물방울을 절곡부(1A)를 통하여 외부로 배출시킬 수 있도록한 구성이 공지되어 있다.
상기의 종래의 루버를 개량한 또 다른 종래의 기술을 살펴보면, 도3에 도시되어 있는 바와 같이 케이스 내부에 형성된, 각각의 루버(200)의 단면형상은 루버 몸체(210)에 제1, 2, 3, 4차단판(220, 230, 240, 250)이 형성되 있어, 각 차단판에 의해 선외에서 유입되는 공기중 수분이 걸러지며 하부로 낙하되어 하부 물통에 모인 후 외부로 배출되게 되는 구성이 공지되어 있다.
그렇지만, 남극 또는 북극과 같이 극저온의 환경에서 운항하는 선박에 설치된 상기와 같은 루버는 루버에서 걸러지는 수분이 결빙되고, 결빙된 부분이 지속적으로 확대되어 루버를 폐쇄하게 됨으로써, 루버가 설치된 덕트 등이 환기의 기능을 수행하지 못하게 하는 문제점이 있었다.
등록특허공보 제10-1342045호(2013.12.16. 공고)
본 발명은 극지를 운행하는 선박에 설치된 루버가 극지방의 저온환경에 의하여 결빙됨으로써, 수분을 차단하지 못하는 것을 되는 것을 방지하기 위하여 루버에 탄소나노튜브 기반의 발열체를 적용하여, 루버가 결빙되는 것을 방지하고자 함이다.
본 발명의 극지운항선박용 결빙방지 루버는, 케이스의 양쪽 내측면에 형성된 래크, 원통형상의 몸체와, 몸체의 외주면에는 형성된 탄성고무재질의 날개편과, 몸체의 양끝단부에 형성된 회전축과, 회전축에 고정되어, 래크에 치합된 피니언을 포함하는 와이퍼, 케이스의 내측에 회전, 가능하도록 결합된 블레이드, 일측에 요홈이 형성되어 블레이드의 일측면이 회전,가능하도록 결합되고, 상하로 이동이 가능한 이동바, 케이스의 내측에 회전, 가능하도록 결합되되; 외주연에 돌출구가 형성되고, 돌출구는 이동바의 상단부에 형성된 요홈에 결합된 회동판,으로 이루어지며; 와이퍼 및 회동판은 구동수단에 결합되고, 구동수단은 센서 또는 제어부의 신호에 의하여 구동되는 것을 특징으로 한다.
또한, 블레이드는 내부에 발열체가 내장되고, 하부면에는 관통공이 형성되되; 발열체는 탄소나노튜브를 포함하는 면상발열체인 것을 특징으로 한다.
또한, 탄소나노튜브는, 한 방향으로 정렬되는 탄소나노튜브 다발로 이루어지되; 탄소나노튜브 다발의 개별 탄소나노튜브 가닥의 직경은 5 내지 20㎚이고, 길이는 20 내지 300㎛이며, 탄소나노튜브 다발의 직경은 1 내지 20㎛이고, 길이는 20 내지 300㎛ 인 것을 특징으로 한다.
또한, 탄소나노튜브를 포함하는 면상발열체는, 발열 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 입자 0.5 내지 7 중량부, 그라파이트 입자 31 내지 35 중량부, 혼합 바인더 5 내지 30 중량부, 유기 용매 29 내지 80 중량부, 분산제 0.5 내지 5 중량부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 탄성고무재질의 날개편은, 고무성분 100중량부에 대하여 발수제인 지방산 아미드계 화합물 25 내지 40 중량부, 카본블랙 40 내지 80 중량부, 코발트 0.01 내지 3 중량부, 퀴논-이민계 산화방지제 5 내지 10 중량부를 포함하는 고무조성물로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 극지를 운행하는 선박에 설치된 루버가 극지방의 저온환경에 의하여 결빙되는 것을 방지하는 효과가 있다.
도 1은 종래 루버의 사시도
도 2는 종래 루버의 측단면도
도 3은 또 다른 종래 루버의 평단면도
도 4a는 본 발명 극지운항선박용의 와이퍼가 구비된 루버의 개략사시도. 도 4b는 와이퍼의 작동상태도
도 5는 본 발명 루버의 작동상태 단면도
도 6은 본 발명 브레이드의 단면도
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또한, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하다.
또한, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 주지 또는 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다
극지를 운항하는 선박에 설치되어 있는 공조시스템은 기자재의 특성상 외기의 영향을 많이 받기 때문에, 결빙이나 착빙에 취약한데, 본 발명은 공조시스템의 입,출구가 되는 루버가 결빙되어, 공조시스템이 환기의 기능을 수행하지 못하게 되고, 수분을 차폐하지 못하게 되는 것을 방지하는 구성의 게재하고 있다.
도 4a는 본 발명 와이퍼가 구비된 루버의 개략 사시도이고, 도 4b는 와이퍼의 작동상태도이다.
도시된 바와 같이 본 발명 루버(400)는 와이퍼(410), 블레이드(420), 케이스(430)로 대별된다.
루버(400)는 극지운항선박의 공조시스템의 입,출구에 형성되어 있는 구성으로써, 케이스(430) 내부에 구비되는 와이퍼(410), 블레이드(420) 등의 구성 부품 으로 이루어져 있다.
와이퍼(410)는 블레이드에 쌓인 눈 등을 제설하는 기능을 하는 것으로서, 래크(411), 피니언(412), 몸체(413), 날개편(414), 회전축(415)로 구별된다.
상기 래크(411)는 케이스(430)의 양쪽 내측면에 형성되어 있어, 피니언(412)과 치합되어 있다.
상기 몸체(413)는 원통형상을 하고 있으며, 외주면에는 탄성고무재질의 날개편(414)이 다수 돌출되어 있고, 몸체(413)의 양끝단부에는 회전축(415)이 구비되어 있으며, 회전축(415)에는 피니언(412)이 고정되어 있다.
상기 피니언(412)의 일측단은 구동수단(417)과 연결되어 있다.
상기 구동수단(417)을 이루는 모터 등은 공지 또는 주지,관용의 구성이므로, 여기에서는 구체적인 설명을 생략한다. 상기 구동수단(417)을 수동으로 대체할 수 있음은 물론이다.
상기 구동수단(417)이 적설 또는 결빙 등을 감지하는 센서 또는 제어부에 의하여 구동될 수 있음도 물론이다.
위와 같은 와이퍼의 작동관계를 살펴보면, 극지를 운항하는 선박의 루버에 눈이 쌓이면, 센서 또는 제어부 또는 수동으로 구동수단(417)이 작동하게 되고, 구동수단(417)에 의하여 구동축(416)이 회전하면, 구동축(416)과 연결된 피니언(412)도 회전하게 되고, 회전되는 피니언(412)은 치합된 래크(411)의 상,하로, 회전하면서 이동하게 된다. 피니언(412)이 회전하면서 이동하면, 피니언(412)과 회전축(415)를 매개로 고정된 몸체(413)도 회전하게 되고, 몸체(413)의 외주면에 형성된 날개편(414)도 회전하면서, 블레이드(420)에 쌓인 눈을 회전방향으로 밀어내거나, 털어내어 제설하게 되는 것이다.
도 5는 루버의 작동상태 단면도이다.
루버의 작동에 관계하는 구성은 블레이드(420), 회동판(430), 이동바(440)로 구별된다.
블레이드(420)는 공조시스템의 입,출구에 형성되어, 입출구를 개폐하거나, 일정각도로 회전하여 입,출구의 개방면적을 가변하는 기능을 하는 것으로서, 케이스(430)의 내측에 회전축(421)에 의하여 회전, 가능하도록 결합되어 있으며, 블레이드(420)의 일측 끝단은 후술하는 이동바(440)의 요홈(442)에 회동이 가능하도록 결합된다.
본 실시 예에서는 블레이드(420)가 수평방향으로 설치된 것으로 예시하고 있으나, 블레이드(420)가 수직방향으로 설치될 수 있음은 물론이다.
회동판(430)은 케이스(430)의 내측에 회전, 가능하도록 결합되어 있고, 모터(도시를 생략함) 등의 공지의 구동수단에 결합되어, 센서 또는 제어부의 신호 등에 연동하는 모터 등 구동수단에 의하여 회전한다. 상기 회동판(430)의 외주연에는 돌출구(431)가 다수 형성되어 있어, 후술하는 이동바(440)의 요홈(442)에 결합된다.
이동바(440)는 막대형상을 하고 있으며, 일측면 상부에 오목홈(441)이 형성되어 있어, 상기 회동판(430)의 외주면에 구비된 돌출구(431)와 결합되며, 이동바(440)의 일측면에는 요홈(442)이 구비되어 있어, 블레이드(420)의 일측면이 회전,가능하도록 결합되어 있다.
상기 이동바(440)는 상,하로 이동이 가능하도록 케이스(430)의 내부에 설치되어 있는데, 이동바(440)의 상,하 이동을 가이드하는 구성은 공지 또는 주지,관용의 구성이므로, 여기에서는 구체적인 설명을 생략한다.
위화 같은 루버의 작동관계를 살펴보면, 덕트 등 공조시스템 입,출구의 개폐면적을 제한할 필요가 있을 때, 센서 또는 제어부에 의한 구동수단에 의하여 회동판(430)이 회전하게 된다. 회동판(430)이 회전하면, 회동판(430)의 외주면에 돌출된 돌출구(431)가 회전하게 되고, 돌출구(431)는 이동바(440)의 오목홈(441)에 결합되어 있으므로, 이동바(440)는 상,하 방향으로 이동하게 된다
이렇게 이동바(440)가 상,하 방향으로 이동하게 되면, 이동바(440)의 요홈(442)에 회전이 가능하도록 결합되어 있는 블레이드(420)는 회전축(421)을 중심으로 회전하게 되어 덕트 등의 공조시스템의 입,출구의 면적을 필요한 정도로 개폐할 수 있게 되는 것이다.
도 6은 본 발명 블레이드의 단면도이다.
도시된 바와 같이 블레이드(420)의 내부에는 발열체(422)가 내장되어 있고, 블레이드(420)의 하부면에는 관통공(423)이 형성되어 있다.
상기 블레이드(420)의 전체적인 형상은 비행기의 날개 단면과 유사한 공기역학적인 유선형으로 구성되어, 블레이드(420) 사이를 흐르는 공기 저항을 최소화하며, 원활한 공기의 흐름이 가능하면서도 공기저항에 따른 마찰소음(풍찰소음)의 발생을 최소화하는 기능을 가진다.
블레이드(420)에 내장된 발열체(442)는 블레이드(420)가 결빙되거나, 블레이드(420)에 적설된 눈 등을 해동하는 기능을 하는 것으로서, 발열체(422)에서 발열된 열에 의하여 결빙 또는 적설을 해동하는 기능을 가진다. 이와 같은 발열체(422)는 탄소나노튜브를 포함하는 면상발열체이며, 면상발열체의 조성물 등의 구체적인 구성은 후술한다.
상기 발열체(422)는 탄소나튜브를 포함하는 면상발열체이므로, 발열의 기능과 더불어 흡음의 기능도 가지고 있어, 블레이드(420)의 하부면에 형성된 관통공(423)을 통하여 블레이드(420)를 통과하는 공기의 소음을 흡음하여 풍찰 소음을 감소시키는 기능을 가진다.
블레이드(420)에 내장된 발열체(422)에 대하여 구체적으로 살펴보면,
상기 발열체(422)는 탄소나노튜브를 포함하는 면상발열체로서, 면상 발열체는 통상의 니크롬선을 이용한 선상 발열체가 아닌, 면에서 발열하는 발열체로, 기존 선상 발열체 와는 달리 전체의 면상에서 고른 발열이 발생하므로 발열효과가 높고 안전한 발열체이다
종래의 탄소나노튜브를 사용하는 면상 발열체의 경우 탄소나노튜브의 분산성 및 방향성에 대한 문제점이 있었는데, 본 실시 예에서는 한 방향으로 정렬된 탄소나노튜브 다발을 사용함으로써 기존의 탄소나노튜브가 가진 분산성 및 방향성에 대한 문제점을 극복하고 발열 효율과 내구성을 높이고 있다.
상기 탄소나노튜브 다발을 이루는 개별 탄소나노튜브 가닥의 직경은 5 내지 20㎚이고, 길이는 20 내지 300㎛이며, 탄소나노튜브 가닥이 한 방향으로 정렬되어 다발을 이루었을 때의 탄소나노튜브 다발의 직경은 1 내지 20㎛이고, 길이는 20 내지 300㎛ 이다. 이렇게 방향, 길이 및 직경이 특정된 탄소나노튜브 다발은 열량과 내구성 및 발열 균일도 측면의 효과가 있다.
이와 같이 탄소나노튜브 다발을 한정하는 것은 탄소나노튜브 다발의 길이가 너무 길면 탄소나노튜브 가닥이 각기 다르게 잘려져 길이가 동일하지 않으므로 면상발열체의 표면이 고르지 않은 단점을 수반하게 되는 것도 방지하기 위함이다.
상기 발열체는 발열 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 입자 0.5 내지 7 중량부, 그라파이트 입자 31 내지 35 중량부, 혼합 바인더 5 내지 30 중량부, 유기 용매 29 내지 80 중량부, 분산제 0.5 내지 5 중량부를 포함하여 이루어진다.
위와 같은 조성물을 가지는 발열체는 200℃ 이상의 온도에서도 내열성이 유지 가능함으로써, 온도에 따른 저항 변화가 작아 안정적이고, 저전압 및 저전력으로 고온 발열이 가능하여, 에너지 효율이 우수한 효과를 가진다.
이하 에서는 본 발명의 제2실시 예로서, 와이퍼(410)에 형성된 날개편(414)의 재질에 관한 구성을 설명하고 있다.
극지를 운항하는 선박에 설치된 루버 등의 시설물은 해수와 같은 염수(鹽水)와 접촉하기 때문에, 염수에 기인한 염해를 받기 쉽다. 염해의 원인으로서, 조풍(潮風)에 동반하여 대기 중에 비산(飛散)되어 있는 염분이 루버에 날아들어 와이퍼(410)의 날개편(414)의 표면에 부착되거나, 강우 시에 대기 중에 부유(浮遊)하는 염분이 비와 함께 낙하되어 날개편(414)에 부착되는 것을 들 수 있는데, 상기 날개편(414)이 염수에 의하여 부식되거나 하면, 루버를 제설하는 효과가 떨어지는 경우가 발생하므로, 본 실시 예에서는 날개편(414)의 재질을 특정하여 염수에 부식되는 것을 최소화하는 발명을 개시하고 있다.
상기 날개편(414)의 재질은 고무성분 100중량부에 대하여 발수제인 지방산 아미드계 화합물 25 내지 40 중량부, 카본블랙 40 내지 80 중량부, 코발트 0.01 내지 3 중량부, 퀴논-이민계 산화방지제 5 내지 10 중량부를 포함하는 고무조성물로 이루어져 있다.
상기와 같은 고무조성물은 내열노화성이 향상되고, 고무의 열화를 방지할 수 있으며, 보강의 효과가 있어, 해양와 같이 염분이 있고, 고온다습한 지역에서 장기간 사용이 되더라도 내구성이 우수한 효과를 가지게 된다.
이와 같이 외부 조건이 가혹한 고온/다습 지역에서 고무의 부식과 노화의 방지를 최소화 할 수 있는 고무조성물을 날개편(414)의 재질로 채택함으로써, 날개편(414)이 구비된 와이퍼(410)의 제설력을 지속적으로 유지할 수 있는 기능을 가지게 되는 것이다.
이하에서는 본 발명의 제3실시 예로서, 블레이드의 코팅조성물에 대하여 설명한다.
극지를 운항하는 선박의 루버 등에 설치된 블레이드는 위에서 설명한 것과 같이 해수와 같은 염수(鹽水)와 접촉하기 때문에, 염수에 기인 오염 및/또는 부식에 의해 손상될 위험이 있다.
이러한 블레이드의 염해를 방지하기 위하여, 종래에는 페인트로 코팅하는데, 코팅에 사용되는 페인트는 독성을 가지며, 이 독성 성분인 구리 또는 수은 화합물은 블레이드 접촉되는 빗물 등에 삼출(exudation)되어 심각한 환경 오염을 유발시킨다.
본 실시 예에서는 블레이드에 코팅되는 코팅재의 재질을 특정하여 염수에 부식되는 것을 최소화하면서, 코팅된 물질이 삼출되지 않아 환경 오염을 유발하지 않는 코팅제의 조성물을 개시하고 있다.
본 발명 코팅제는 에폭시 수지 100 중량부에 대하여, 인상흑연 분말 5 ~ 40 중량부, 경화제인 페놀노볼락수지 또는 페놀아랄킬수지 3 ~ 10 중량부, 불포화 폴리에스테르 수지 30 ~ 50 중량부, 항균제인 박테사이드(Bactecide) 40~45 중량부를 포함하는 코팅조성물로 이루어져 있다.
상기 코팅조성물로 이루어진 코팅제는 습윤이나 수중상태에서 환경오염을 방지할 뿐만 아니라, 고강도이면서 연성, 내마모성 및 염수 분무 및 침지에도 부식이 최소화되는 기능 및 효과를 가지게 되므로, 이러한 코팅조성물로 코팅된 블레이드의 내구성이 현저하게 증가되는 효과를 가지게 되는 것이다.
이상과 같은 구조를 갖는 극지운항선박용 결빙방지 루버는 극지방의 저온환경에 의하여 결빙되는 것을 방지하는 효과가 있다.
400: 루버 410: 와이퍼
411:래크 412: 피니언
413: 몸체 414: 날개편
415,421: 회전축 416: 구동축
417: 구동수단 420: 블레이드
422: 발열체 423: 관통공
430: 회동판 431: 돌출구
440: 이동바 441: 오목홈
442: 요홈

Claims (4)

  1. 케이스(430)의 양쪽 내측면에 형성된 래크(411),
    원통형상의 몸체(413)와, 상기 몸체(413)의 외주면에는 형성된 탄성고무재질의 날개편(414)과, 상기 몸체(413)의 양끝단부에 형성된 회전축(415)과, 회전축(415)에 고정되어, 상기 래크(411)에 치합된 피니언(412)을 포함하는 와이퍼(410),
    케이스(430)의 내측에 회전, 가능하도록 결합된 블레이드(420),
    일측에 요홈(442)이 형성되어 블레이드(420)의 일측면이 회전,가능하도록 결합되고, 상하로 이동이 가능한 이동바(440),
    케이스(430)의 내측에 회전, 가능하도록 결합되되; 외주연에 돌출구(431)가 형성되고, 상기 돌출구(431)는 이동바(440)의 상단부에 형성된 요홈(442)에 결합된 회동판(430),으로 이루어지며;
    상기 와이퍼(410) 및 회동판(430)은 구동수단에 결합되고, 구동수단은 센서 또는 제어부의 신호에 의하여 구동되되;
    상기 블레이드(420)는 내부에 발열체(422)가 내장되고, 하부면에는 관통공(423)이 형성되되;
    상기 발열체(422)는 탄소나노튜브를 포함하는 면상발열체인 것을 특징으로 하는 극지운항선박용 결빙방지 루버
  2. 삭제
  3. 청구항 제1항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브는,
    한 방향으로 정렬되는 탄소나노튜브 다발로 이루어지되;
    상기 탄소나노튜브 다발의 개별 탄소나노튜브 가닥의 직경은 5 내지 20㎚이고, 길이는 20 내지 300㎛이며, 탄소나노튜브 다발의 직경은 1 내지 20㎛이고, 길이는 20 내지 300㎛ 인 것을 특징으로 하는 극지운항선박용 결빙방지 루버
  4. 청구항 제3항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브를 포함하는 면상발열체는,
    발열 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 입자 0.5 내지 7 중량부, 그라파이트 입자 31 내지 35 중량부, 혼합 바인더 5 내지 30 중량부, 유기 용매 29 내지 80 중량부, 분산제 0.5 내지 5 중량부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 극지운항선박용 결빙방지 루버
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