KR101958365B1

KR101958365B1 - 빙저항 감쇄 장치 및 그 방법

Info

Publication number: KR101958365B1
Application number: KR1020180078690A
Authority: KR
Inventors: 염종길; 정성엽; 강국진; 장진호; 하정석; 이영연
Original assignee: 한국해양과학기술원
Priority date: 2018-07-06
Filing date: 2018-07-06
Publication date: 2019-07-04

Abstract

본 발명은 극지환경에서 운항하는 선박의 선저부에 구비되는 빙저항 감쇄 장치에 관한 것으로, 선저부의 외판에 형성되고, 개폐도어를 갖는 다수의 분사구; 상기 선저부의 내부에 구비되어 상기 분사구를 통해 공기를 분사하는 공압분사부; 상기 분사구의 개폐와 상기 공압분사부의 분사를 제어하는 제어부; 상기 선저부의 외판에서 스트림라인을 따라 간격을 두고 배치되어 선체에 가해지는 빙저항을 측정하여, 상기 제어부로 측정데이터를 전송하는 측정부; 및 상기 제어부와 상호 통신하여, 상기 제어부로 전송된 상기 측정부의 측정데이터를 실시간으로 확인하며, 상기 측정데이터를 토대로 상기 공압분사부 및 개폐도어를 조작하기 위한 조작신호를 상기 제어부로 전달하는 조작부를 포함하는 것을 특징으로 하는 빙저항 감쇄 장치를 제공하며, 이와 같은 구성을 갖는 빙저항 감쇄 장치를 이용한 빙저항 감쇄 방법으로 공압분사부를 통해 공기를 압축하는 압축공기생성단계; 상기 압축공기를 분사구를 통해 분사하여 빙편을 밀어내는 압축공기분사단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 빙저항 감쇄 방법을 제공함으로써, 극지환경의 빙하를 쇄빙(碎氷)하면서 생겨난 파편 및 유빙(流氷)에 의해 발생하는 빙저항을 효과적으로 감쇄할 수 있는 빙저항 감쇄 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

빙저항 감쇄 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR REDUCTION OF ICE RESISTANCE AND ITS METHOD}

본 발명은 극지환경에서 운항하는 선박의 선수 하부에 구비되는 빙저항 감쇄 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 극지환경을 운항하는 선박의 선수부 하부로 유입되는 빙편들을 효과적으로 선체로부터 분리하여 전체 빙저항을 효과적으로 감쇄할 수 있는 빙저항 감쇄 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

알래스카, 캐나다 북부 및 러시아 극지방을 포함하는 북극해 지역은 석유, 천연가스 등의 각종 천연자원이 풍부하게 매장되어 있으며, 1970년대 이후 북극 자원 개발이 활발해지면서 채굴한 자원의 수송과 저장을 위한 배후 거점 도시들이 북극해 연안을 따라 발달하고 있다.

또한, 이들 북극해 연안 지방과 동아시아, 북미, 유럽 등의 중위도 소비지역을 연결하는 항로로서 북극해 항로가 개설되어 있으며, 최근에는 이 항로가 동아시아와 대서양의 서유럽 국가를 연결하는 최단 항로로 활용되고 있으며, 북극해 항로는 극지환경에 따른 많은 빙하로 인해 일반 선박이 아닌 쇄빙선을 이용해서 제한적인 운항이 가능했었다.

하지만, 지구온난화의 영향으로 북극해의 빙하가 과거에 비해 줄어들면서, 북극해 항로에 대한 기대가 높아지고 있다.

특히, 1991년 러시아가 북극해 항로를 공식적으로 대외 개방하면서, 북극해 항로는 북유럽과 동아시아 주요 경제지역을 연결할 최단 항로로 거리와 시간 단축을 통한 운항비 절감을 기대할 수 있다는 점에서 부각되고 있으며, 우리나라에서 유럽으로 가는 항로는 인도양 항로와 북극해 항로가 있고, 그 중에 주로 인도양 항로를 통해 유럽으로 물류를 수출입 해왔다.

하지만 인도양 항로는 항로 거리가 북극해 항로보다 40% 정도 길어 시간과 비용이 많이 소요되고 소말리아 해적과 같은 해상위험에 노출된다는 문제점이 있으며, 북극해 항로는 인도양 항로에 비해 우리나라에서 유럽으로 가는 항로 거리가 짧기 때문에 시간과 비용을 절약할 수 있고 해적 위험이 없다는 장점이 있기 때문에 북극해 항로를 운항하기 위해 쇄빙선에 대한 많은 개발이 이루어지고 있다.

일반적으로, 쇄빙선은 얼음으로 덮인 결빙해역에서 얼음을 부수어 항로를 만들도록 설계된 선박이다. 이러한 선박은 결빙수에서 활동하므로 얼음에 봉쇄되어도 이탈이 가능하고 얼음에 의해 선체가 손상되지 않도록 특수 선형을 가진다.

특히, 쇄빙선의 선수부는 측면에서 볼 때 경사진 형상, 즉 쇄빙선수(ice breaking bow)를 가진다. 쇄빙선수는 선체의 자중으로 쇄빙을 수행하기 위해 선수부가 빙판 위로 올라갈 수 있도록 완만한 경사를 갖는다.

즉, 쇄빙선수는 일정한 두께의 얼음으로 덮인 결빙해역을 지나갈 때 빙판을 선박의 수직 전단력으로 쇄빙할 수 있는 효과적인 형상이다.

따라서, 대부분의 쇄빙선은 그 선수부가 수선면 아래에서 선수바닥까지 일정한 기울기로 경사져 있으며, 일반적으로 그 기울기가 수평에 가까울수록 쇄빙능력은 커진다.

그러나, 극지환경에서 운항하는 쇄빙선의 경우, 일반적인 선박과는 달리 얼음에 의한 저항이 매우 큰 비중을 차지하게 된다. 빙하를 쇄빙하면서 운항할 시에 전체 저항에서 얼음 저항이 차지하는 비율은 95%가 넘게 되는데 극지환경에서 운항하는 쇄빙선의 성능은 이러한 빙저항에 얼마나 효과적으로 대처하는지에 따라 결정된다고 할 수 있다.

이러한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 특허문헌1은 선박의 선체 선저부의 일측과 길이방향 타측에 각각 구비되어 회전하는 구동부와 상기 각 구동부를 감으며 상기 구동부의 회전에 따라 무한궤도를 이루는 얼음이송벨트 및 상기 각 구동부 중 적어도 어느 하나의 구동부에 결합되어 상기 구동부에 회전력을 제공하는 구동수단을 포함하는 쇄빙저항 감쇄 장치를 제공했다.

그러나, 상기 특허문헌1은 얼음이송벨트가 쇄빙선의 하단에 구비되어 스트림라인(stream line: 물살)을 따라 이동하는 얼음을 모두 이송시킬 수 없으며, 얼음이송벨트가 회전하여 얼음을 선미 쪽으로 보낸다고 하더라도 얼음과의 접촉이 일어나게 되어 마찰저항은 생길 수 밖에 없으며, 그에 따라 빙저항을 효과적으로 감쇄시키지 못한다는 문제점이 있다.

KR 10-2017-0019989 A

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 선저부에 형성된 다수의 분사구를 통해 압축공기를 분사하여 쇄빙 시 발생하는 빙편 또는 유빙을 선체에서 이격시켜 줌으로써, 결빙해역에서 항해를 함에 있어서 빙편 또는 유빙에 의한 쇄빙선 선저부의 파손을 방지하고, 빙저항에 효과적으로 대응하여 쇄빙선의 주행성능을 극대화하는 빙저항 감쇄 장치 및 그 방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 선저부의 외판에 형성되고, 개폐도어를 갖는 다수의 분사구; 상기 선저부의 내부에 구비되어 상기 분사구를 통해 공기를 분사하는 공압분사부; 상기 분사구의 개폐와 상기 공압분사부의 분사를 제어하는 제어부; 상기 선저부의 외판에서 스트림라인을 따라 간격을 두고 배치되어 선체에 가해지는 빙저항을 측정하여, 상기 제어부로 측정데이터를 전송하는 측정부; 및 상기 제어부와 상호 통신하여, 상기 제어부로 전송된 상기 측정부의 측정데이터를 실시간으로 확인하며, 상기 측정데이터를 토대로 상기 공압분사부 및 개폐도어를 조작하기 위한 조작신호를 상기 제어부로 전달하는 조작부를 포함하는 것을 특징으로 하는 빙저항 감쇄 장치를 제공한다.

이때, 상기 분사구는 선저부의 외판에서 스트림라인을 따라 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공압분사부는 외부의 공기를 압축하는 압축기; 상기 압축된 공기를 저장하는 저장탱크; 상기 압축기와 저장탱크 사이에 구비되어, 상기 압축기에서 압축된 공기를 상기 저장탱크로 이송하는 제1이송관; 상기 저장탱크와 분사구 사이에 구비되어, 상기 저장탱크의 압축공기를 상기 분사구로 각각 이송하는 분배라인을 갖는 제2이송관; 및 상기 분배라인의 일단에 구비되어 상기 분사구와 연결되며, 이송된 압축공기를 조절하여 분사하는 분사노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 저장탱크에는 유입된 공기를 가열하는 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 구성을 갖는 빙저항 감쇄 장치를 이용한 빙저항 감쇄 방법에 있어서, 공압분사부를 통해 공기를 압축하는 압축공기생성단계; 상기 압축공기를 분사구를 통해 분사하여 빙편을 밀어내는 압축공기분사단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 빙저항 감쇄 방법을 제공한다.

이때, 상기 압축공기생성단계는 압축기에 의해 공기를 압축하는 압축공정; 상기 압축된 공기를 제1이송관을 통해 저장탱크에 저장하고 가열부에 의해 가열하여 고온 상태를 유지하는 가열공정; 및 상기 압축 가열된 공기를 제2이송관을 통해 분사노즐로 이송하는 이송공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압축공기분사단계는 측정부를 통해 빙편으로 인해 선박에 가해지는 빙저항을 측정하는 측정공정; 상기 측정된 빙저항에 따라 분사노즐의 조절밸브를 조절하여 압축공기를 분사하는 분사공정; 및 상기 압축공기의 분사 유무에 따라 분사구의 개폐도어를 조절하는 조절공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명을 제공함으로써, 결빙해역을 항해하면서 쇄빙 시 생기는 빙편 또는 유빙에 효과적으로 대응하여 빙저항을 효과적으로 감쇄시켜 줌으로써, 쇄빙선의 주행성능을 극대화 시키며, 빙편 또는 유빙에 의해 쇄빙선의 선저부가 파손되는 것을 방지하는 효과가 있다.

도1은 본 발명에 따른 빙저항 감쇄 장치를 나타내는 구성도.
도2는 본 발명에 따른 빙저항 감쇄 장치 중 분사구의 위치를 나타내는 선수부 정면도.
도3은 본 발명에 따른 빙저항 감쇄 장치 중 분사구의 위치를 나타내는 선수부 측면도.
도4는 본 발명에 따른 빙저항 감쇄 장치 중 분사구의 위치를 나타내는 선수부 수선면도.
도5는 본 발명에 따른 빙저항 감쇄 장치 중 공압분사부를 나타내는 구성도.
도6은 본 발명에 따른 빙저항 감쇄 장치의 작동구성을 나타내는 블록도.
도7은 본 발명에 따른 빙저항 감쇄 방법을 나타내는 블록도.
도8은 본 발명에 따른 빙저항 감쇄 방법 중 압축공기생성단계를 나타내는 블록도.
도9는 본 발명에 따른 빙저항 감쇄 방법 중 압축공기분사단계를 나타내는 블록도.

이하, 본 발명에 대하여 동일한 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.

평탄빙판에서 운항하는 쇄빙선에 작용되는 빙저항 성분은 IOT(Institute for Ocean Technology. Canada)에서 사용되고 있는 Spencer의 방법(Spencer 1992, Spencer and Jones 2001)과 동일한

을 사용한다.

여기서

= Total ice resistance

= Open water resistance

= Ice buoyancy resistance

= Ice clearing resistance

= Ice breaking resistance 를 의미한다.

쇄빙선의 전체 저항은 얼음을 파괴하며 진행할 때 발생되는 쇄빙저항(

), 깨진 빙편(I)을 선체의 좌/우나 선미로 배제 시키는데 발생되는 배제저항(

), 선체 하부로 들어간 빙편(I)의 부력에 의한 부력저항(

), 끝으로 개수로 상태에서 운항할 때 발생되는 유체 저항인 개수로저항(

) 성분으로 나눌 수 있다.

메커니즘에 따라 각 성분으로 구분하여 추정해보면 빙저항은 속도와 무관한 직접저항성분과 속도와 관련된 속도저항성분으로 분리할 수 있으며, 직접저항성분은 빙판을 깨뜨리는데 소요되는 저항(fracture portion)과, 빙편(I)을 물속에 잠기게 하거나 빙편(I)의 회전, 쇄빙선의 위치변화 및 마찰과 관련된 저항(gravity portion)으로 분리된다.

이때, 속도저항은 깨어진 빙편(I)을 선체 주위로 배제시키는데 소요되는 저항(inertia portion)으로 구분할 수 있다.

이에 본 발명은 선수선형에 따라 다르지만 전체 빙저항에서 30~50%를 차지하고 있는 부력저항과 배제저항을 감소시키고자 한다.

본 발명의 쇄빙저항 감쇄 장치는 도1 내지 도6에 도시된 바와 같이, 분사구(100), 공압분사부(200), 제어부(300), 측정부(400) 및 조작부(500)를 포함하고 있다.

상기 분사구(100)는 쇄빙선의 선저부(U)의 외판에 형성되고, 스트림라인(stream line: 물살)을 따라 다수개가 간격을 두고 배치되어, 쇄빙 시 생기는 빙편(I) 또는 결빙지역을 떠도는 유빙이 쇄빙선이 항해하며 생기는 물의 흐름에 따라 쇄빙선의 선체에 접촉되는 위치에서 효율적으로 대응 할 수 있도록 한다.

또한, 상기 분사구(100)는 선체의 내부로 열리거나 슬라이드 형식으로 열리는 개폐도어(110)를 구비하여 필요에 따라 열어서 압축공기를 분사하고, 압축공기를 분사할 필요가 없을 때는 닫아두어 선저부(U) 내부로 필요 이상의 물이 유입되는 것을 방지한다.

이는 잠수함의 미사일 발사구의 개폐장치와 비슷한 개념으로 이해할 수 있으며, 만약 선체의 외부로 개폐도어(110)가 열리게 되면 스트림라인을 따라 흘러가는 빙편(I) 또는 유빙에 의한 파손이 발생할 수 있기 때문에 상기 개폐도어(110)는 선체의 내부 또는 슬라이드 형식으로 열리고 닫히는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공압분사부(200)는 상기 선저부(U)의 내부에 구비되어 공기를 압축하고, 압축된 공기를 상기 분사구(100)를 통해 분사하는 역할을 수행하며, 다수개의 분사구(100)에 효율적으로 압축공기를 배분하기 위하여 필요에 따라 2~4개 혹은 그 이상의 공압분사부(200)가 구비될 수도 있다.

이때, 상기 공압분사부(200)는 도5에 도시된 바와 같이, 압축기(210), 저장탱크(220), 제1이송관(240), 제2이송관(250) 및 분사노즐(230)을 포함하고 있다.

상기 압축기(210)는 외부의 공기를 압축하여 고압의 상태로 만드는 것으로, 실린더 내 피스톤의 왕복 운동과 밸브의 개폐에 따라 공기를 흡입하여 압축 후 배출하는 포지티브 디스플레이스먼트(positive　displacement)형과 회전차(回轉差)를 아주 빠른 속도로 회전시켜 얻어지는 큰 유동속도로 인한 운동량으로 공기의 압력을 상승시키는 다이내믹(dynamic)형 중 적합한 방식을 선택하여 사용 할 수 있다.

또한, 상기 압축기(210)에서 만들어진 압축공기는 상기 제1이송관(240)을 통해 상기 저장탱크(220)에 우선적으로 저장한다.

이는 압축공기를 미리 준비하여 쇄빙 시 생기는 빙편(I) 또는 유빙에 대하여 즉각적으로 압축공기를 분사할 수 있도록 하기 위함이며, 상기 압축기(210)에서 충분한 압축공기가 만들어 지기 전에 상기 저장탱크(220)에 저장된 압축공기를 먼저 사용하고 상기 압축기(210)에서 새롭게 만들어진 압축공기를 상기 저장탱크(220)로 이송시킴으로써, 항해를 하며 미리 파악하지 못했던 유빙이 있더라도 즉각적으로 대응 할 수 있는 것이다.

또한, 상기 저장탱크(220)에는 가열부(221)를 더 포함하여 저장된 압축공기를 가열할 수 있다.

이는 상기 분사구(100)를 통해 분사되는 압축공기를 고온의 상태로 하여 빙편(I) 또는 유빙이 선체에 접촉되지 않도록 밀어냄과 동시에 녹여줌으로써, 스트림라인을 따라 이동하는 빙편(I) 또는 유빙의 부피가 줄어들어 선미 쪽에서 발생하는 마찰을 줄여주고, 선체에 발생할 수 있는 손상을 방지하기 위함이다.

이때, 상기 가열부(221)는 상기 저장탱크(220)의 내부에 열선을 두거나 상기 저장탱크(220)의 외부를 열선으로 감싸서 상기 저장탱크(220)에 저장된 압축공기를 가열하도록 한다.

또한, 다른 방법으로 선박 내부에 있는 엔진에서 생성되는 증기가 지나가는 이동관을 상기 저장탱크(220)를 통과하도록 배치하거나 상기 저장탱크(220)의 외부를 감싸고 지나가도록 배치하여 상기 저장탱크(220)에 저장된 압축공기를 가열함으로써, 별도의 열원을 준비하지 않아도 순환에너지의 일부를 사용할 수 있음으로 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 것이다.

그리고 상기 저장탱크(220)와 분사구(100) 사이에는 상기 저장탱크(220)의 압축공기를 상기 분사구(100)로 이송하는 제2이송관(250)이 구비되어 있다.

이때, 상기 제2이송관(250)은 상기 분사구(100)가 형성된 범위에 맞춰 압축공기가 순환할 수 있도록 병렬식 구조로 형성되어 있으며, 줄기에서 가지가 뻗어나가는 형상으로 상기 제2이송관(250)에서 각각 상기 분사구(100)에 압축공기를 전달 할 수 있도록 다수의 분배라인(251)이 연결되어 있다.

또한, 상기 분배라인(251)의 일단에는 이송된 압축공기를 분사할 수 있도록 분사노즐(230)을 포함하고 있으며, 상기 분사노즐(230)은 상기 분사구(100)와 연결되어 있다.

이때, 상기 분사노즐(230)에는 조절밸브(231)가 구비되어 선체에 발생하는 빙저항의 크기에 따라 분사되는 압축공기의 양을 조절하여 효율적인 분사가 이루어 지도록 한다.

상기와 같이 압축공기의 분사량을 조절하기 위해서는 먼저 선체에 발생하는 빙저항의 정도를 우선 파악하여야 하며, 이는 상기 선저부(U)의 외판에 배치되는 측정부(400)를 통해 측정하도록 한다.

이때, 상기 측정부(400)는 상기 선저부(U)의 외판에서 빙편(I) 또는 유빙이 이동하는 스트림라인을 따라 간격을 두고 배치하여 선체에 발생하는 빙저항을 효과적으로 측정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 측정부(400)는 충격감지센서(420), 빙저항측정기(410) 및 로드셀(430)을 포함하고 있다.

이때, 상기 충격감지센서(420)는 쇄빙선이 항해를 하면서 미처 파악하지 못했던 빙편(I) 또는 유빙에 의해 가해지는 충격을 감지하여 갑작스런 충격에도 즉각적으로 대응할 수 있도록 한다.

또한, 상기 빙저항측정기(410)는 스트림라인을 따라 이동하는 빙편(I) 또는 유빙이 선체에 접촉하여 생기는 빙저항을 측정하게 된다.

이때, 상기 충격감지센서(420)에서 감지한 충격과 상기 빙저항측정기(410)에서 측정된 빙저항의 측정데이터는 상기 로드셀(430)을 통해 실시간으로 제어부(300)로 전송이 된다.

또한, 쇄빙선의 조타실에 위치하며, 상기 제어부(300)와 상호 통신을 하는 조작부(500)를 통해 사용자는 상기 측정데이터를 실시간으로 확인할 수 있으며, 상기 측정데이터를 토대로 하여 상기 조작부(500)를 통해 상기 공압분사부(200) 및 분사구(100)의 개폐도어(110)를 조작하기 위한 조작신호를 상기 제어부(300)로 전달하여 상기 분사구(100)의 개폐와 상기 공압분사부(200)의 분사를 제어하게 된다.

이때, 상기 조작부(500)는 상기 측정데이터를 시각적으로 확인할 수 있는 디스플레이(미도시)와 사용자가 직접 조작하거나 기준값을 미리 입력하여 상기 제어부(300)를 통해 전달받은 측정부(400)의 측정데이터와 비교하여 자동으로 조작할 수 있는 컨트롤러(미도시)를 포함한다.

상기와 같이 측정부(400)에서 측정된 빙저항의 측정데이터를 토대로 상기 공압분사부(200)에서 분사되는 압축공기의 세기를 자동 또는 수동으로 조절하여줌으로써, 빙편(I) 또는 유빙을 선체에서 밀어낼 때, 빙편(I) 또는 유빙의 크기에 비례하여 달라지는 압축공기의 분사력을 효율적으로 조절할 수 있게 된다.

즉, 쇄빙선이 항해를 하면서 빙편(I) 또는 유빙이 선체에 접촉하여 발생하는 빙저항을 감쇄하기 위해서 상기 공압분사부(200)와 분사구(100)를 통해 분사되는 압축공기가 일정한 세기로 계속해서 분사되는 것이 아니라, 선체에 작용하는 빙저항을 측정함으로써 선체에 접촉되는 빙편(I) 또는 유빙의 크기를 예측할 수 있고, 그에 따라 분사되는 압축공기의 세기를 알맞게 조절하여 압축공기가 빙편(I) 또는 유빙을 밀어내는 힘이 부족하여 빙저항이 발생하거나, 필요 이상의 세기로 빙편(I) 또는 유빙을 밀어내면서 발생하는 압축공기의 과소비로 인해 상기 공압분사부(200)에 과부하가 걸리지 않도록 압축공기의 분사력을 효율적으로 조절하는 것이다.

상기와 같은 구성을 갖는 빙저항 감쇄 장치를 이용한 빙저항 감쇄 방법은 도7 내지 도9에 도시된 바와 같이, 크게 압축공기생성단계(S100)와 압축공기분사단계(S200)를 수행하게 된다.

먼저, 상기 압축공기생성단계(S100)는 공압분사부(200)를 통해 공기를 압축하는 것으로, 세부적으로 압축공정(S110), 가열공정(S120) 및 이송공정(S130)으로 이루어진다.

이때, 상기 압축공정(S110)은 상기 공압분사부(200)의 압축기(210)를 통해 외부의 공기를 유입하여 고압으로 압축하는 것으로, 실린더 내 피스톤의 왕복 운동과 밸브의 개폐에 따라 공기를 흡입하여 압축 후 배출하는 포지티브 디스플레이스먼트(positive　displacement)형과 회전차(回轉差)를 아주 빠른 속도로 회전시켜 얻어지는 큰 유동속도로 인한 운동량으로 공기의 압력을 상승시키는 다이내믹(dynamic)형 중 하나의 방법을 선택하여 수행한다.

다음으로 상기 압축공기를 제1이송관(240)을 통해 저장탱크(220)에 저장하고 상기 저장탱크(220)의 내부 또는 외부에 구비된 가열부(221)에 의해 저장된 압축공기를 가열하여 고온 상태를 유지하는 가열공정(S120)을 수행하게 된다.

이와 같이 상기 저장탱크(220)에 저장된 고온고압의 압축공기를 필요에 따라 제2이송관을 통해 분사노즐(230)로 각각 분배하여 이송시키는 이송공정(S130)을 수행함으로써 상기 압축공기생성단계(S100)가 이루어지는 것이다.

또한, 상기 압축공기생성단계(S100)에서 생성된 압축공기를 분사구(100)를 통해 분사하여 빙편(I) 또는 유빙을 밀어내는 단계를 압축공기분사단계(S200)라 하며, 상기 압축공기분사단계(S200)는 측정공정(S210)과 분사공정(S220), 그리고 조절공정(S230)으로 이루어져 있다.

이때, 상기 측정공정(S210)은 측정부(400)를 통해 빙편(I) 또는 유빙으로 인해 쇄빙선에 가해지는 빙저항을 측정하는 것을 말하며, 상기 측정부(400)를 이루고 있는 빙저항측정기(410)와 충격감지센서(420)에 의해 빙저항의 세기 및 선체에 가해지는 충격의 유무를 측정하고, 로드셀(430)을 통해 측정데이터를 제어부(300)로 전송하여 사용자가 실시간으로 선체에 가해지는 빙저항을 파악할 수 있도록 하는 단계이다.

다음으로 상기 측정공정(S210)에서 파악한 빙저항의 측정데이터를 토대로 상기 공압분사부(200)에서 생성되고 분사노즐(230)로 이송된 압축공기를 분사하여 선체에 접촉하는 빙편(I) 또는 유빙을 밀어내는 분사공정(S220)을 수행한다.

이때, 상기 분사노즐(230)에 구비된 조절밸브(231)를 통해 분사되는 압축공기의 분사량을 빙편(I) 또는 유빙의 크기에 맞게 효율적으로 조절하여 분사할 수 있다.

마지막으로 압축공기의 분사 유무에 따라 상기 분사구(100)의 개폐도어(110)를 조절하는 조절공정(S230)을 수행하게 된다.

이는 쇄빙선이 항해하면서 상기 분사구(100)가 항상 열려있다면, 필요이상으로 물이 선박 내부로 유입되고 다시 배출되는 상황이 반복적으로 일어나게 되며, 유입된 물을 선박평형수(ballast　water)로 사용한다 하더라도 국제법상 규정되어 있는 선박평형수 관리협약에 의해 의무화되어 있는 선박평형수 처리작업을 항해하면서 계속해서 해줘야 하며, 수시로 물이 유입되고 배출되는 것을 모두 정화하는 것은 사실상 불가능하다.

또한, 상기 분사구(100)에 개폐도어(110)가 없이 바로 분사노즐(230)이 연결되어 있다면 빙편(I) 또는 유빙에 의해 파손되거나, 상기 분사노즐(230)이 이물질로 인해 막히는 등의 문제가 발생할 수 있으므로, 상기 분사구(100)에는 개폐도어(110)를 두어 압축공기를 분사하는 경우에만 열고 그 외에 항해 시에는 닫아두는 조절공정(S230)을 수행하는 것이 바람직하다.

이상에 설명한 본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어 및 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 도면 및 실시 예에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100 : 분사구
110 : 개폐도어
200 : 공압분사부
210 : 압축기
220 : 저장탱크
221 : 가열부
230 : 분사노즐
231 : 조절밸브
240 : 제1이송관
250 : 제2이송관
251 : 분배라인
300 : 제어부
400 : 측정부
410 : 빙저항측정기
420 : 충격감지센서
430 : 로드셀
500 : 조작부
I : 빙편
S100 : 압축공기생성단계
S110 : 압축공정
S120 : 가열공정
S130 : 이송공정
S200 : 압축공기분사단계
S210 : 측정공정
S220 : 분사공정
S230 : 조절공정
U : 선저부

Claims

선저부의 외판에 형성되고, 개폐도어를 갖는 다수의 분사구;
상기 선저부의 내부에 구비되어 상기 분사구를 통해 공기를 분사하는 공압분사부;
상기 분사구의 개폐와 상기 공압분사부의 분사를 제어하는 제어부;
상기 선저부의 외판에서 스트림라인을 따라 간격을 두고 배치되어 선체에 가해지는 빙저항을 측정하여, 상기 제어부로 측정데이터를 전송하는 측정부; 및
상기 제어부와 상호 통신하여, 상기 제어부로 전송된 상기 측정부의 측정데이터를 실시간으로 확인하며, 상기 측정데이터를 토대로 상기 공압분사부 및 개폐도어를 조작하기 위한 조작신호를 상기 제어부로 전달하는 조작부를 포함하고,
상기 공압분사부는,
외부의 공기를 압축하는 압축기;
상기 압축된 공기를 저장하는 저장탱크;
상기 압축기와 저장탱크 사이에 구비되어, 상기 압축기에서 압축된 공기를 상기 저장탱크로 이송하는 제1이송관;
상기 저장탱크와 분사구 사이에 구비되어, 상기 저장탱크의 압축공기를 상기 분사구로 각각 이송하는 분배라인을 갖는 제2이송관; 및
상기 분배라인의 일단에 구비되어 상기 분사구와 연결되며, 이송된 압축공기를 조절하여 분사하는 분사노즐을 포함하며,
상기 분사노즐은,
선체에 발생하는 빙저항의 크기에 따라 분사되는 압축공기의 양을 조절하여 분사하는 조절밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 빙저항 감쇄 장치.
제1항에 있어서,
상기 분사구는 선저부의 외판에서 스트림라인을 따라 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 빙저항 감쇄 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 저장탱크에는,
유입된 공기를 가열하는 가열부를 포함하는 것을 특징으로 하는 빙저항 감쇄 장치.
제1항 및 제2항 중 어느 한 항에 따른 빙저항 감쇄 장치를 이용한 빙저항 감쇄 방법에 있어서,
공압분사부를 통해 공기를 압축하는 압축공기생성단계;
상기 압축공기를 분사구를 통해 분사하여 빙편을 밀어내는 압축공기분사단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 빙저항 감쇄 방법.
제5항에 있어서,
상기 압축공기생성단계는,
압축기에 의해 공기를 압축하는 압축공정;
상기 압축된 공기를 제1이송관을 통해 저장탱크에 저장하고 가열부에 의해 가열하여 고온 상태를 유지하는 가열공정; 및
상기 압축 가열된 공기를 제2이송관을 통해 분사노즐로 이송하는 이송공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 빙저항 감쇄 방법.
제5항에 있어서,
상기 압축공기분사단계는,
측정부를 통해 빙편으로 인해 선박에 가해지는 빙저항을 측정하는 측정공정;
상기 측정된 빙저항에 따라 분사노즐의 조절밸브를 조절하여 압축공기를 분사하는 분사공정; 및
상기 압축공기의 분사 유무에 따라 분사구의 개폐도어를 조절하는 조절공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 빙저항 감쇄 방법.