KR102652752B1 - 유출물을 위한 재순환 시스템을 갖춘 트레일링 석션 호퍼 준설선 및 흡입 준설 방법 - Google Patents

유출물을 위한 재순환 시스템을 갖춘 트레일링 석션 호퍼 준설선 및 흡입 준설 방법 Download PDF

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Abstract

호퍼 및 상기 호퍼로부터 연장된 흡입 파이프을 포함하는 트레일링 석션 호퍼 준설선에 있어서, 흡입 헤드가 흡입 파이프의 단부에 제공되고, 호퍼로 준설 슬러지를 보내기 위한 배출구가 반대편 단부에 제공된다. 적어도 하나의 제트를 통해 상기 흡입 헤드의 흡입 챔버 내로 물을 분사하기 위해 적어도 하나의 제트 파이프가 흡입 헤드에 연결되고, 호퍼로부터 흡입 헤드로 유출물을 주입시키기 위해 재순환 라인이 호퍼와 흡입 헤드 사이에 제공된다. 재순환 라인은, 적어도 하나의 배출구로부터 흘러나온 유출물이 상기 흡입 챔버로 흡입되도록, 흡입 챔버의 한 측면에, 바람직하게는 흡입 챔버의 외부에 양쪽 반대측에 상기 배출구를 가지며, 그리고/또는 흡입 헤드의 후단부 부근, 흡입 헤드의 흡입 챔버로 개방되는 적어도 하나의 배출구를 갖는다.

Description

유출물을 위한 재순환 시스템을 갖춘 트레일링 석션 호퍼 준설선 및 흡입 준설 방법
본 발명은 유출물을 위한 재순환 시스템을 갖춘 트레일링 석션 호퍼 준설선(Trailing suction hopper dredger)에 관한 것이다.
US3975842는, 토양을 해저로부터 흡입하여 선박의 호퍼(hopper)로 운송시킬 수 있는, 흡입 파이프에 의해 제공되는 흡입 헤드를 포함하는 트레일링 석션 호퍼 준설선(trailing suction hopper dredger)을 개시한다. 운송 유체는, 유체 파이프를 통해 흡입 헤드 인클로저(enclosure)에 공급되며 토양을 호퍼로 운송하는 데 사용됩니다. 운송 유체는, 호퍼 내에서 토양과 분리되고, 추후 운송에 사용될 흡입 헤드 인클로저로 재순환된다. 이 시스템에서 유체 파이프는, 운송 유체와 함께 토양이 흡입 파이프로 흡입되는 측면의 반대측에서 흡입 헤드로 개방된다. 호퍼 내부에는 흡입 바스켓이 제공되며, 토양은 호퍼의 바닥으로 가라앉을 수 있은 반면에 상기 유출물은 흡입 바스켓 내로 흡입될 수 있는 위치에 흡입 바스켓의 흡입구가 유지되도록 하는 서스펜션 구조에 의해 제공된다.
유사한 트레일링 석션 호퍼 준설선은 WO2010/112640 및 US5603171을 예시로 하여 잘 알려져 있다. 이 시스템에서, 유출물 유체는 적어도 하나의 압력 노즐을 통한 압력 하에 흡입 헤드로 다시 주입된다.
호퍼로부터 운송 유체의 일부를 유출물로서 제거함으로써 준설 공정의 효율이 증가할 수 있다. 호퍼에 보다 많은 고체 물질이 수용될 수 있고 선박의 안정성이 향상될 수 있다. 유출물을 흡입 헤드로 되돌려 보냄으로써 상기 유체를 운반 유체로서 다시 사용할 수 있으며, 이는 주변 해양으로부터 흡입 헤드로 물이 덜 흡입돼야 한다는 것을 의미한다. 더욱이, 운송 유체를 재순환시킴으로써 범람(overflow)의 순간이 지연되고, 그리고/또는 유출물의 더 적은 범람이 필요하며, 이는 범람으로서의 유출물이 여전히 많은 양의 고체, 특히 미립자 고체를 포함하기 때문에 환경에 대한 이점이다. 이러한 고체가 범람으로 인해 버려지는 것을 방지함으로써, 환경적 요구 사항 및 규정을 보다 더 쉽게 충족시킬 수 있습니다.
이러한 시스템을 사용하더라도 바람직한 정도보다 여전히 더 많은 퇴적물이 흡입 헤드의 환경으로 손실되는 것으로 밝혀졌다. 또한, 이러한 시스템에서 흡입(suction) 및 준설(dredging)의 효과와 효율성이 유출물의 복귀로 인해 어느 정도 상실될 수 있다. 따라서 대안적인 준설선 또는 준설 방법이 요구된다.
본 발명은 대안적인 유출물 재순환 시스템을 갖는 준설선을 제공하는 것을 목적으로 한다. 개선된 준설 공정 및 바람직하게는 퇴적물의 더 적은 누출을 제공하는 유출물 재순환 시스템을 갖는 준설선을 제공하는 것을 목적으로 한다. 개선된 효율성을 갖는 준설선을 제공하는 것을 목적으로 한다. 준설의 대안적인 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 개선된 효율성을 갖는 준설의 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 퇴적물의 누출을 줄이는 준설의 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이들 및 다른 목적 중 적어도 하나는 본 발명에 따른 준설선 및/또는 방법 및/또는 준설선 헤드로 달성된다.
일 태양에서, 본 발명에 따른 트레일링 석션 호퍼 준설선(trailing suction hopper dredger)에 있어서, 호퍼(hopper) 및 상기 호퍼로부터 연장되는 흡입 파이프를 포함할 수 있되, 흡입 헤드가 상기 흡입 파이프의 말단(distal end)에 제공되며, 준설 슬러지(dredging sludge)를 상기 호퍼로 보내기 위해 배출구(outlet) 단부가 상기 흡입 파이프의 반대편 근단(proximal end)에 제공된다. 적어도 하나의 제트(jet)를 통해 상기 흡입 헤드의 흡입 챔버 내로 물을 분사하기 위해 적어도 하나의 제트 파이프(jet pipe)가 흡입 헤드에 연결되되, 바람직하게는 상기 흡입 헤드의 선단부(leading end) 부근에 연결된다. 상기 호퍼로부터 상기 흡입 헤드로 유출물을 주입하기 위해 재순환 라인이 상기 호퍼와 상기 흡입 헤드 사이에 제공된다.
실시예에서, 상기 재순환 라인은, 상기 흡입 헤드의 상기 흡입 공간의 외부, 특히 상기 흡입 헤드의 한 측면을 향하여 제공되는 적어도 하나의 배출구를 가질 수 있다. 상기 적어도 하나의 배출구는, 이로부터 흘러나온 유출물이 상기 흡입 헤드의 상기 흡입 공간으로 흡입되어, 상기 헤드 주변의 물이 상기 공간으로 흡입되는 것을 제한하도록, 설계 및/또는 사용된다. 실시예에서, 상기 배출구 개구부로부터 흐르는 유출물은 상기 헤드 주변의 물이 상기 흡입 공간으로 흡입되는 것을 실질적으로 방지한다. 바람직하게는 상기 헤드의 각 측면에 적어도 하나의 배출구 개구부가, 더 바람직하게는 각 측면에 일련의 이러한 배출구 또는 연장된 배출구가 제공된다.
놀랍게도, 유출물을 상기 흡입 헤드의 외부로, 바람직하게는 상기 흡입 헤드의 측벽의 하부 가장자리 또는 적어도 상기 흡입 헤드의 흡입 공간의 측벽의 하부 가장자리에 비교적 가깝게 주입함으로써, 상기 흡입 헤드의 효율이 증가할 수 있음이 밝혀졌다. 이는 헤드 주변으로부터의 물이 상기 공간으로 흡입되는 것을 감소 시키거나 심지어 방지하여, 상기 슬러지 내의 물의 백분율에 비해 침전물, 물 및 유출 물의 흐름에서 유출 물의 비율, 즉 준설 슬러지를 증가시킨다. 흡입 파이프로 흡입됩니다. 실시예에서, 상기 흡입 헤드의 측면에서의 유출물의 흐름은, 이러한 흐름에 의해 상기 흡입 헤드 내부의 물, 슬러지 및/또는 유출물의 흐름 패턴이 변경되지 않도록 제어될 수 있다.
실시예에서, 상기 재순환 라인은 상기 흡입 헤드의 후단부 부근에, 상기 흡입 헤드의 상기 흡입 공간으로 개방된, 적어도 하나의 배출구를 가질 수 있다.
실시예에서, 준설 헤드가 사용되어, 적어도 하나의 배출구가 상기 헤드의 측면 및 상기 공간으로 개방된 적어도 하나의 배출구 상에 제공될 수 있다. 이러한 실시예에서, 바람직하게는 적어도 하나의 분배기(distributor), 예를 들어 밸브가, 유출물을 상이한 배출구로 향하게 하기 위해 제공되어, 상기 헤드의 측면을 향하는 상기 적어도 하나의 배출구 또는 각각의 상기 적어도 두 개의 배출구, 또는 상기 흡입 공간으로의 상기 적어도 하나의 배출구 또는 각각의 상기 적어도 두 개의 배출구가 사용될 수 있거나 이들의 조합이 사용될 수 있다.
사용 중에 회수 된 유출 물이 흡입 공간으로 주입되는 구체 예에서, 상기 흡입 공간 내로의 배출구 또는 바람직하게는 각각의 배출구는 물이 흡입 공간으로 분사되는 제트의 분사 방향과의 각도를 포함하는 분사 방향을 갖는다. 상기 물은 해수(salt water) 또는 담수(fresh water)일 수 있으며 적어도 부분적으로 유출물일 수 있다. 실시예에서, 사용 동안에 주사 각도는 분사 방향과 0도 및 120도사이, 예를 들어 0도 및 90도 사이, 예를 들어 45도 및 90도 사이의 각도를 포함한다. 주사 방향 및 분사 방향은 적어도 부분적으로 물 및 유출물의 역류(counter flow)를 제공할 수 있다. 실시예에서, 유출물이 사용 동안에 흡입 공간으로 주사되는 압력은, 제트의 압력 미만, 바람직하게는 제트의 압력의 50% 미만, 더 바람직하게는 25% 미만, 보다 더 바람직하게는 제트의 압력의 약 10% 또는 그 미만일 수 있다. 놀랍게도 비교적 낮은 압력은 흡입 챔버 내 흐름의 변화를 초래하여 효율을 증가시킬 수 있고 흡입 헤드의 후방 측면으로부터의 침전물 누출을 감소시킬 수 있다.
상기 배출구 중 하나 이상의 배출 방향은 조절가능하다. 상기 배출구 중 적어도 하나로부터 흘러나온 유출물의 압력 및/또는 흐름 속도는 조절가능하다.
일 태양에서, 본 발명에 따른 흡입 준설(suction dredging) 방법은, 흡입 헤드의 흡입 챔버 내로 물을 분사하는 단계 및 상기 흡입 헤드를 사용하여 수저(water bottom)로부터 준설 슬러지를 흡입하는 단계를 포함 할 수 있다. 준설 슬러지는 선박의 호퍼 내에 덤핑(dumping)된다. 유출물은 상기 준설 슬러지로부터 분리되되, 상기 유출물은 상기 흡입 헤드로 복귀되어 배출된다.
실시예에서, 상기 유출물은 수저(water bottom) 부근의 상기 헤드의 가상자리에 가까운, 상기 헤드의 흡입 챔버의 외부의 배출구로부터 배출될 수 있다. 상기 유출물이 유출되어, 상기 흡입 챔버 내로 및/또는 상기 흡입 챔버를 통해 슬러지가 흡입되는 동안 상기 복귀된 유출물은 상기 챔버로 흡입된다. 이러한 실시예에서, 상기 유출물은 상기 흡입 헤드 주변의 수압과 실질적으로 동일하거나 그보다 높은 압력으로 상기 적어도 하나의 배출구로부터 흘러나올 수 있다.
상기 흡입 챔버의 외부에서, 상기 흡입 헤드의 측면으로 배출구를 제공하는 이점은, 이러한 유출물이 상기 흡입 챔버로 직접 주입될 때와는 반대로, 상기 흡입 챔버 내부의 압력이 이러한 흐름에 의해 실질적으로 영향을 받지 않을 수 있다는 것이다.
실시예에서, 추가적으로 또는 대안적으로 유출물이, 챔버의 후단부 부근의 흡입 챔버 내로 개방된 배출구로부터 배출되어, 복귀된 유출물이 흡입 챔버로 주사된다. 이러한 유출물은, 상기 물이 흡입 챔버 내로 분사되는 분사 방향과 소정 각도를 포함하는 각도 및/또는 방향으로 상기 흡입 공간 내로 분사될 수 있다. 이러한 실시예에서, 유출물은 흡입 챔버 내로 분사되는 물의 압력보다 실질적으로 낮은 압력으로 흡입 공간 내에 주입될 수 있다. 실시예에서, 물은 흡입 챔버의 선단측(leading side)의 하부 가장자리 또는 그 부근에서 흡입 챔버 내로 분사될 수 있는 반면에, 상기 유출물은 후단측(trailing side) 또는 그 부근에서 상기 흡입 공간 내로 분사될 수 있다. 실시예에서, 상기 흡입 공간으로 분사된 물은 상기 배출구 중 적어도 하나의 분사 방향과 교차하는 분사 방향을 가질 수 있어, 흡입 챔버의 적어도 일부분 내에 역류가 획득될 수 있다.
흡입 준설에서는, 설명한 바와 같이, 일반적으로 물은 흡입 헤드의 주변으로부터 흡입 챔버 내로 흡입된다. 본 발명의 목적은 선박으로부터 복귀된 유출물에 의해 준설 동안에 흡입 챔버 내로 일반적으로 흡입된 이러한 물의 적어도 일부를 대체하는 것이다. 본 발명에 따른 실시예에서, 흡입 헤드의 주변으로부터 흡입 공간으로 흡입되는 물이 실질적으로 없도록 배출물이 복귀된다. 실시예에서, 흡입 파이프로 흡입된 준설 슬러지의 실질적으로 모든 액체는 복귀된 유출물로 인해 발생할 수 있다. 이러한 실시예에서, 흡입 공간으로 주사된 물은 또한, 복귀된 유출물에 의해 형성되거나 적어도 이를 포함할 수 있다. 대안적인 실시예에서, 여전히 물이 상기 흡입 챔버로 흡입되도록 또는 유출물이 흡입 파이프로 흡입되는 것보다 흡입 헤드에 더 많이 제공되도록, 유출물이 흡입 헤드에 제공될 수 있다.
실질적으로 선단 가장자리를 향하는 방향으로 후단부로부터 흡입 챔버 내로 유출물을 주입하는 것은, 이러한 유출물 흐름이 바닥으로부터 침전물을 방출하는 데 도움이 되고, 효율을 더 증가시킨다는 이점을 가질 수 있다.
슬러지 내 침전물이 호퍼의 바닥에서 가라앉고 침전되도록 하여, 비교적 가벼운 침전물과 함께 물에 의해 형성된, 유출물이 침전된 침전물 위에 쌓이도록 함으로써, 상기 준설선의 호퍼 또는 준설 슬러지 유출물을 수용하는 어느 다른 선박 내에 유출물이 적어도 중력에 의해 슬러지로부터 분리될 수 있다. 이러한 준설선에서 재순환 라인은, 상기 호퍼 내 흡입구 단부를 상승 및/또는 하강시키기 위한 구조에 연결된 상기 입구 단부를 가질 수 있되, 바람직하게는 상기 구조는, 호퍼 내 유출물의 레벨에 따라, 흡입구를 상하로 이동시키도록 설계된다.
본 발명은 또한, 준설선 또는 본 발명의 방법에 사용하기 위한 흡입 준설 헤드(suction dredging head)에 관한 것이다.
본 발명을 명확하게 하기 위해, 본 발명에 따른 트레일링 석션 호퍼 준설선(trailing suction hopper dredger), 방법 및 흡입 준설 헤드의 예시적인 실시예가 도면을 참조하여 추가로 설명될 것이다. 도면에서,
도 1은 준설선의 일부를 평면도로 개략적으로 나타낸 도면이다;
도 1a는 라인 및 준설 흡입 헤드(dredging suction head)를 포함하는 준설선 어셈블리의 일부를 개략적으로 나타낸 도면이다;
도 2a는 흡입 파이프에 연결된 흡입 준설 헤드의 일 실시예를 횡단측면도로 개략적으로 나타낸 도면으로, 선단부 부근의 제트(jet) 및 상기 흡입 헤드의 후단부 부근의 유출물(effluent) 배출구로부터 발생하는 역류(counter flow)의 아주 일반적이고 개략적인 구성을 나타낸 도면이다;
도 2b는 흡입 파이프에 연결된 흡입 준설 헤드의 일 실시예를 횡단측면도로 개략적으로 나타낸 도면으로, 상기 흡입 헤드 측면의 유출물 배출구로부터 발생하는 측류(side flow)를 아주 일반적이고 개략적으로 나타낸 도면이다;
도 3 및 도 3a는, 역류를 위한 흡입 헤드의 구성을, 평면도 및 도 3에 도시된 A - A 선을 따른 횡단측면도로 각각 개략적이고 부분적으로 나타낸 도면이다;
도 4, 도 4a 및 도 4b는, 상기 흡입 챔버의 측면의 유출물 배출구를 포함하는 흡입 헤드의 구성을, 평면도, 도 4에 도시된 B - B 선을 따른 횡단측면도, 및 도 4a에 도시된 C - C 선을 따른 횡단후면도로 각각 개략적이고 부분적으로 나타낸 도면이다;
도 4c는 역류를 위한 수단 및 측류를 위한 측면 배출구를 포함하는 헤드를 사시도로 개략적으로 나타낸 도면이다;
도 5a는 상기 제트 및 제1 배출구의 주요 흐름 방향을 개략적으로 나타낸 도면이다;
도 5b는 분사된 물과 상기 제1 배출구로부터의 유출물의 흐름으로 인해 주로 발생하여, 임팩트 영역 또는 라인을 형성을 방해하는 슬러지 흐름을 개략적으로 나타낸 도면이다;
도 6은 측면 배출구 및 확산기를 포함하는 헤드를, 부분적으로 단면으로, 측면도로 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 명세서에서, 동일하거나 대응하는 부분은 동일하거나 대응하는 참조 번호를 갖는다. 도면에서, 실시예는 단지 예시로서 주어진다. 여기에 사용된 부분은 단순히 예시로서 언급된 것이며 어떤 식으로도 제한적인 것으로 해석되어서는 안 된다. 다른 부분도 본 발명의 구조 내에서 이용될 수 있다.
본 개시에서 준설 슬러지(dredging sludge)는 적어도 액체 및 고체의 혼합물을 의미하는 것으로서 이해되어야 하며, 이는 또한 바다 또는 해양과 같은 해수의 수역(body of water), 또는 강이나 항만과 같은 담수의 수역의 수저(water bottom)로부터 파생된 침전물로도 지칭될 수 있다. 액체는 물 또는 유출물(effluent)일 수 있다. 유출물은 적어도 물 또는 물과 고체의 혼합물을, 바람직하게는 준설 슬러지로부터 회수된 물 또는 물과 고체의 혼합물을 의미하는 것으로 이해되어야 하되, 상기 준설 슬러지는 바람직하게는 침전물의 적어도 일부가 예를 들어 중력(이에 한정되는 것은 아님)에 의해 제거된다. 침전물은 모래, 점토, 암석, 자갈, 노(oar) 및 이들의 조합과 같은, 그러나 이에 한정되지는 않는 임의의 유형의 준설된 고체일 수 있다. 본 명세서에서, 제트(jet)에 주입되고 제트를 통해 흡입 헤드(suction head)로 분사(jetting)되는 물은, 수역으로부터 직접적으로 또는 간접적으로 제공된 적어도 물, 또는 유출물, 또는 이들의 혼합물을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 흡입 헤드는 적어도, 바닥으로부터 방출된 침전물을 슬러지로서 흡입 파이프로 흡입하기 위해, 흡입 파이프에 연결된 흡입 챔버를 포함하는 장치를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 사용 동안에, 주변 물의 압력보다 흡입 챔버에서 압력이 낮아, 준설 슬러지가 흡입 파이프 내로 흡입된다. 이러한 흡입 헤드는 사용 동안에 이동되고, 특히 수역의 바닥을 따라 끌려져, 바닥으로부터 침전물을 제거한다. 침전물은, 흡입 헤드의 선단부(leading end) 부근의 바닥에 대해 적어도 물 또는 유출물을 분사함으로써, 바닥으로부터 방출될 수 있다. 준설 슬러지는 흡입 파이프에 의해, 준설 선박과 같은 선박의 호퍼(hopper)에 일반적으로 주입된다. 호퍼 내에서, 준설 슬러지는 호퍼의 바닥을 향해 가라앉는 침전물과 유출물로 분리될 수 있어, 침전된 침전물 위에 유체 층을 형성할 것이다. 본 명세서에서 흡입 공간(suction space)과 흡입 챔버(suction chamber)는 동일한 의미를 갖는 것으로 상호 교환 가능하게 사용된다.
본 발명에서, 저압 또는 감소된 압력은 챔버 또는 튜브와 같은 적어도 공간 내부의 압력을 의미하며, 이는 이러한 공간 바로 바깥의 압력보다 낮다. 저압 또는 감소된 압력은 대기압 이하의 압력일 수 있고, 예를 들어 흡입 파이프 내 펌프에 의한 흡입으로 인해 흡입 챔버 내에서 보편적인 압력일 수 있다.
본 발명에서 트레일링 석션 호퍼 준설선(trailing suction hopper dredger)이 개시된다. 이러한 준설선은 준설 중에 수역의 바닥을 따라, 선박의 뒤 또는 옆에서 이동하여 선박에 끌려가는(trailing) 적어도 하나의 흡입 헤드(suction head)를 갖는 선박를 포함한다. 바닥을 따른 헤드의 속도는, 예를 들어 대략 초당 데시미터(decimeter) 내지 미터, 예를 들면 약 0.5 m/sec일 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 준설 슬러지(3)를 수용하기 위한 호퍼(2)를 포함하는 준설선(1)을 평명도로 개략적으로 나타낸 도면이다. 흡입 헤드(4)는 선박(1)에 의해 F 방향으로 끌려지도록 제공된다. 흡입 헤드(4)는 적어도 하나의 흡입 파이프(5)에 의해 선박(1)에 연결된다. 또한, 도 1 및 도 1a에 도시된 바와 같이, 헤드(4)에 연결된 적어도 하나의 제트 라인(6) 및 적어도 하나의 재순환 라인(7)이 있거나, 제트 라인(6) 및 재순환 라인(7)이, 후술하는 바와 같이 제트 및 배출구(outlet)에 유출물을 분배하기 위한 분배기와 함께 하나의 라인으로 결합될 수 있다.
흡입 파이프(5)는 흡입 헤드(4)의 흡입 챔버(24)에 연결된 입구 단부(8)와 호퍼(2) 내로 개방되는 출구 단부(10)를 갖는다. 재순환 라인(7)은, 입구 단부(11)를 상승 및/또는 하강시키기 위한 구조(12)에 연결된 상기 입구 단부(11)와 흡입 헤드(4)에 연결된 반대편의 제2 단부(13)를 갖는다. 구조(12)은, 호퍼 내의 낮은 유출물 레벨(Llow)에 따라, 바람직하게 입구 단부(11)를 상하로 이동시키도록 설계된다. 본 발명의 낮은 유출물 레벨(Llow)은, 호퍼(2) 내에 침전된 침전물(15) 상의 유출물(14)이 있는, 호퍼(2) 내 레벨을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 펌프(37)는 재순환 라인(7) 내에, 예를 들어 구조(12)에 부착되어, 호퍼(2)로부터 상기 낮은 유출물 레벨(Llow) 위의 유출물(14)을 흡입하기 위해 제공된다.
제트 라인(6)은 헤드(4)의 제1 단부(9), 특히 제트(16)에 연결될 수 있는 반면, 선박(1)이 있는 수역으로부터 흡입된 물을 공급하기 위해, 반대편의 제2 단부(9A)가 알려진 방식으로 펌프(50)에 연결될 수 있다.
도 2a는 흡입 파이프(5)에 연결된 흡입 준설 헤드(4)의 일 실시예를 횡단측면도로 개략적으로 나타낸 도면이다. 흡입 헤드(4)는 두 개의 측벽(22), 및 굴곡진 상부 벽(23)을 가질 수 있다. 흡입 공간 또는 챔버(24)는 일반적으로 측벽(22), 상부 벽(23) 및 실직적으로 개방된 하부 측면(52) 사이에 둘러싸여 있다. 헤드(4)의 후단부(19)에서 상부 벽(23)은, 수역(21)의 바닥(20)에 가까이 위치하는 하부 가장자리(26)를 갖는 반면, 측벽(22)의 하부 가장 자리(26)가 실질적으로 편평한 부분, 예를 들면 바닥(20)에 위치할 때 바람직하게 가장자리(25)의 레벨 A보다 높은 레벨 B 이상에서, 흡입 파이프(5)는 흡입 챔버(24)에 연결 및 개방되어 있다. 측벽(22)은 자신의 선단부에서 굴곡진 모서리(27)를 가질 수 있다.
도 2a는 흡입 헤드(4)의 선단부(17) 부근의 제트(16) 및 흡입 헤드(4)의 후단부(19) 부근의 제1 유출물 배출구(18)로부터의 분사 흐름(J)으로 인해 발생하는 역류(counter flow) 구성을 매우 일반적이고 개략적으로 나타낸다. 도시된 실시예에서, 제트(16)는 레벨 B에 혹은 그 부근에, 예를 들어 흡입 파이프(5)의 단부(13) 바로 아래에 위치한다. 도시된 실시예에서, 상기 또는 각각의 제트(16)는 수역(21)의 바닥(20)을 향하는 방향의 주요 분사 흐름 방향(J1)을 갖는 분사 흐름(J)을 갖는다. 챔버(24) 내 선단부(17) 혹은 그 부근에서의 흡입 헤드(4)의 폭의 실질적인 부분에 걸쳐 분사 흐름(J)이 제공되어, 바닥(20)에서 나온 침전물 및/또는 바닥(20)으로부터 침전물을 방출하도록, 상기 또는 각각의 제트(16)가 제공된다.
하나 이상의 제 1 배출구(18)는 후단부(19)에, 바람직하게는 하부 가장자리(26)에 비교적 가깝게 제공된다. 배출구(18)는 챔버(24) 내부로 개방된다. 상기 또는 각각의 배출구(18)는 사용되는 동안, 상기 적어도 하나의 제트(16)의 분사 방향(J1)과의 각도 α를 포함하는 주요 유출 방향(J2)을 갖는 유출물의 흐름(S)을 제공하며, 예를 들어 각도 α는 0도와 180도 사이, 다른 예로는 30도와 150도 사이, 또 다른 예로는 60도와 120도 사이의 각도이다. 상기 각도 α는, 예를 들어, 90도에 가깝거나 약 90도이다.
사용 동안에, 제트(16)로부터 분사된 물 및/또는 유출물은 바닥(20)으로 분사되고, 상기 분사에 의해 획득된, 바닥의 굴곡진 부분(30)를 따라 흐르고, 도 2a에 도시된 것과 같이, 챔버(24)의 후면을 향해 흐른다. 상기 흐름(E)을 적어도 부분적으로, 상기 또는 각각의 출구(18)로부터의 흐름(S)이 방해할 것이다. 이는, 슬러지, 더 구체적으로는 퇴적물(15)이 후단부(19)에서 흡입 챔버(24)를 벗어나, 가장자리(25) 아래로 통과하는 것을 실질적으로 방지할 것이다. 그러므로 이는, 퇴적물 누출 및 헤드(4) 주변 물의 오염을 방지하거나 적어도 제한할 것이다.
바람직하게는, 제1 배출구 또는 배출구(18)의 주요 유출 방향(J2)은, 그것이 흡입 파이프(5)의 흡입구 개구부(32)로부터 실질적으로 멀어지는 방향이 되도록 하고, 그리고/또는 적어도 사용 중에 상기 흡입구 개구부(32)내로 직접적으로 흐르지 않도록 압력 또는 유동 속도를 갖는다. 실시예에서, 상기 배출구 또는 배출구들(18)은 조절가능하되, 특히 흐름(J2)의 주요 방향 및/또는 압력 및/또는 유동 속력을 조절하기 위해 조절가능할 수 있다.
실시예에서, 제1 배출구 또는 배출구(18)로부터 흐르는 유출물(14)의 압력은 상기 제트 또는 제트들(16)로부터 분사된 물 및/또는 유출물의 압력보다 실질적으로 낮을 수 있고, 바람직하게는 상기 압력의 50% 미만, 더 바람직하게는 상기 압력의 25% 미만, 보다 더 바람직하게는 상기 압력의 약 10% 또는 그 미만일 수 있다. 놀랍게도 비교적 낮은 압력은 흡입 챔버(24) 내 흐름의 변화를 초래하여 효율을 증가시킬 수 있고 흡입 헤드의 후방 측면으로부터의 침전물 누출을 감소시킬 수 있다. 제1 배출구 또는 배출구들(18)로부터 흐르는 유출물(14)이 흡입 파이프(5)로 직접적으로 흐르는 것을 방지함으로써, 흡입 챔버(24)에서의 흡입이 원하는 수준으로 유지될 수 있다.
도 2b는 흡입 파이프(5)에 연결된 흡입 준설 헤드(4)의 일 실시예를 횡단측면도로 개략적으로 나타낸 도면이다. 헤드(4)는 일반적으로, 도 2a에 관련하여 논의된 바와 같은 구성을 가질 수 있다. 도 2b는 흡입 헤드(4)의 측면(22)의, 더 구체적으로는 흡입 공간(24)의 외부의, 제2 유출물 배출구(31)로 인해 발생하는 측면 흐름(side flow) 구성을 매우 일반적이고 개략적으로 나타낸다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 하나 이상의 제2 배출구(31)는, 바람직하게는 헤드(4)의 각 측면에 적어도 하나가, 예를 들어 측벽(22)의 외부에 대해 제공될 수 있다. 상기 배출구(31)는, 실질적으로 하부 가장자리(26) 옆에 개방되도록 위치할 수 있다. 사용 동안에, 유출물(14)는 제2 배출구(31)로, 예를 들어 재순환 라인(7)을 통해 주입될 수 있다. 유출물은 바람직하게는 저압으로, 예를 들어 헤드(4)를 둘러싸는 물의 압력과 거의 동일한 압력 또는 그보다 조금 높은 압력으로, 배출구(31)로부터 유출될 것이다. 흡입 파이프(5) 내로 준설 슬러지가 흡입됨으로 인해 감소한 챔버(24) 내부 압력은, 제2 배출구(31)를 통해 흡입 공간(24) 내로 주입된 유출물(14)을, 측벽(22)의 하부 가장자리(26)를 통과하여 흡입하는 경향이 있을 것이다. 유출물(14)의 흐름은, 적어도 물이 주변 수역(21)으로부터 상기 흡입 공간(24) 내로 흡입되는 것을 방지하는 커튼으로서 작용할 수 있다. 실시예에서, 제2 배출구(31)로부터의 흐름은, 흡입 챔버(24)로도 지칭될 수 있는 흡입 공간(24) 내의 흐름 패턴이 상기 흐름에 의해 실질적으로 영향을 받지 않도록 제어된다.
실시예에서, 제1 배출구 및 제2 배출구(18 및 31) 모두 흡입 헤드(4) 내에 제공된다. 그리고 바람직하게는, 상기 상이한 배출구(18 및 31) 사이의 재순환 라인(7)에 의해 주입된 재순환된 유출물(14)의 흐름을 분할하기 위해, 재순환 라인(7) 내에 또는 재순환 라인(7)에 분배 시스템(33)(도 4c)이 제공된다. 모든 유출물은 제1 배출구(18) 또는 제2 배출구(31) 중 하나에 또는 부분적으로 둘 모두에 주입될 수 있다. 실시예에서, 분배 시스템(33)은 재순환된 유출물을 상이한 제1 배출구(18) 및/또는 상이한 제2 배출구(31)에 분배하기 위한 매니폴드(manifold)를 포함할 수 있다.
실시예에서, 헤드(4)의 폭(Wh)의 실질적인 부분에, 예를 들어 상기 폭의 50% 보다 넓게, 예를 들어 상기 폭의 적어도 75%에 걸쳐 연장되는 단일의 제1 배출구(18)가 제공된다. 상기 배출구(18)의 폭(W18)은, 상기 폭(Wh)의 약 85% 혹은 그 이상, 예를 들어 상기 폭(Wh)의 85 내지 100% 사이일 수 있다. 실시예에서, 헤드(4)의 상기 폭(Wh)에 걸쳐, 예를 들어 헤드(4)의 후방 측면에 실질적으로 평행한 라인을 따라 규칙적인 패턴으로, 분배될 수 있는 둘 이상의 제1 배출구(18)가 제공된다. 이러한 실시예에서, 제1 배출구 각각의 주요 유동 방향은, 평면도(top view)로 볼 때 실질적으로 서로 평행하도록 선택될 수 있다. 실시예에서, 상기 또는 각각의 제1 배출구의 주요 유동 방향은, 예를 들어 상기 또는 각각의 배출구(18)를 기울이거나 회전시킴으로써, 조절가능할 수 있다. 다수의 제1 배출구(18)를 갖는 실시예에서, 상기 다수의 제1 배출구는 개별적으로 조절가능하거나 하나 이상의 그룹으로 구성될 수 있다.
실시예에서, 헤드(4)의 각 측면 상의 단일의 제2 배출구(31)가 제공되되, 헤드(4)의 흡입 챔버의 길이(Lh)의 실질적인 부분에, 예를 들어 상기 길이의 50% 초과, 예를 들어 상기 길이의 적어도 75%에 걸쳐 연장되는 제2 배출구가 제공된다. 상기 배출구(31)의 길이(L31)는, 헤드(4)의 길이(Lh)의 약 85% 또는 그 이상, 예를 들어 상기 길이(Lh)의 85 내지 100%이다. 실시예에서, 헤드(4)의 길이(Lh)에 걸쳐, 예를 들어 헤드(4)의 관련된 측면에 실질적으로 평행한 라인을 따라 규칙적인 패턴으로, 분배될 수 있는 두 개 이상의 제2 배출구(31)가 제공될 수 있다. 이러한 실시예에서, 각 제2 배출구의 주요 유동 방향은, 평면도로 볼 때 실질적으로 서로 평행하도록 선택될 수 있다. 실시예에서, 상기 제2 배출구 또는 각각의 상기 제2 배출구들(31)의 주요 유동 방향은, 예를 들어 상기 또는 각각의 배출구(31)를 기울이거나 회전시킴으로써, 조절가능할 수 있다. 다수의 제2 배출구(31)를 갖는 실시예에서, 상기 다수의 제2 배출구는 개별적으로 조절가능하거나 하나 이상의 그룹으로 구성될 수 있다. 실시예에서, 상기 제2 배출구 또는 각각의 상기 제2 배출구들(31)이, 헤드의 외부면이나 측면 상에 나란히 연장되는 채널(34)에 의해 형성되거나 상기 채널로 개방될 수 있으며, 이 채널(34)은 실질적으로 하향 또는 하부측(35)으로만 개방된다.
실시예에서, 일련의 제트(16)가 제공되되, 각 제트는 바람직하게는 당 업계에 알려진 바와 같이, 실질적으로 하향인 흐름 또는 분사(J)의 주요 방향을 갖는다. 바람직하게는, 흡입 챔버(24)의 폭(W24)에 걸쳐 제트가 분배되며, 바람직하게는 사용 동안에 제트(16)로부터 분사된 물이, 상기 분사된 물이 수역의 바닥(20)으로부터 침전물을 제거하기 위해 상기 바닥(20)에 닿는 레벨에서, 흡입 챔버(24)의 전체 폭(W24)을 덮도록 분배된다.
도 3은 흡입 파이프(5), 제트 라인(6) 및 재순환 라인(7)에 연결된 헤드(4)의 평면도를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3a는 상기 헤드(4)를 도 3에 도시된 A - A 선을 따라 횡단측면도로 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 3a에서 볼 수 있듯이, 제트(16)는 흡입 파이프(5)의 흡입구 개구부(32) 또는 흡입구 단부(8) 아래에 제공된다. 연결 라인(6A)은, 상기 제트 라인 또는 제트 파이프(6)를 제트(16)에 연결시킨다. 이를 위해, 모든 제트(16)는 동일한 연결 라인(6A)을 통해 제공될 수 있거나, 둘 이상의 이러한 연결 라인(6A)이 제공될 수 있되, 각각은 하나 이상의 제트(16)를 제공한다. 도 3에서, 이러한 두 개의 연결 라인(6A)은, 헤드(4)의 양쪽 측면을 따라 연장하여 제공되며, 이는 일 예시로 제트(16)의 개수의 반을 각각 제공할 수 있다.
도 3a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 제트(16)으로부터 분사된 물(Wjet)이 바닥(20)에 대해, 침전물이 바닥(20)으로부터 제거될 만큼의 힘으로 가해진다. 제거된 침전물과 함께 상기 분사된 물(Wjet)은, 헤드(4)의 후단부(19) 방향을 주요 방향으로 하는 슬러지(E)의 흐름을 형성할 것이다.
헤드의 후단부(19)에, 제1 배출구(18)가 하단 가장자리(26) 가까이에 도시되었다. 예시 방법에 의한 실시예에서, 헤드(4)의 폭 방향으로 규칙적인 간격(D18)으로 네 개의 이러한 제1 배출구(18)가 도시되었다. 도 3 및 3a에서, 순환 라인(7)과 제1 배출구(18) 사이에서 연장되는 연결 채널(7A)이 파선으로 도시되었다. 상술한 바와 같이, 각각의 배출구(18)는, 매니폴드와 같은, 유닛 또는 분배 시스템(33)을 통해 또는 직접적으로 재순환 라인에 연결될 수 있다. 도 5a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 배출구(18)은, 적어도 하나의 제트(16)의 주요 분사 방향(J1)과 함께 각도 α를 포함하는 흐름(J2)의 주요 방향을 갖는다. 상기 각도 α는, 예를 들어 30도와 100도 사이, 예를 들어 30도와 90도 사이, 예를 들어 45도와 65도 사이일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 도시된 실시예에서, 주요 분사 방향(J1)은, 수평 평면(P)과 약 80도 내지 90도를 이루는 각도 β를 포함한다. 도시된 실시예에서, 주요 흐름 방향(J2)은 바닥(20)을 향하며 헤드(4)의 선단부(17)를 향하는 방향이다. 본 실시예에서, 제1 배출구(18)의 주요 흐름 방향(J2)은, 수평면(P)과 예를 들어 30도와 60도 사이의 각을 이루는 각도 γ를 포함하거나 포함하도록 설정되고, 흡입 챔버(24) 내 유출물의 흐름을 위해, 예를 들어 바닥(20)을 따라 슬러지(S)의 흐름에 역으로 제공된다. 따라서, 제1 배출구(18)로부터의 유출물의 흐름은, 슬러지가 헤드(4)의 후방 또는 후단부(19)로부터 유출되는 것을 크게 방지한다.
바람직하게는, 제1 배출구(18)의 주요 흐름 방향(J2)은 제트(16)의 주요 흐름 방향(J1)과 교차하도록 흡입 파이프(5)의 흡입구 단부(8) 아래에, 바람직하게는 제트(16) 아래에 위치한다. 따라서, 제1 배출구로부터 흐르는 유출물이 흡입 파이프(5)로 직접적으로 유입되거나 흡입되는 것이 대부분 방지된다.
도 5b에 개략적으로 도시된 바와 같이, 대체로 제트(16)로부터 분사된 물 및/또는 유출물의 흐름으로 인해 발생하는 슬러지의 흐름(S)과 제1 배출구(18)로부터의 유출물의 흐름이 교차하는 영역(SP)은, 충격 또는 추진 영역 또는 라인으로 지칭될 수 있다. 이는 바람직하게는 실질적으로 헤드(4)의 폭을 가로 질러 연장되고 바람직하게는 흡입 챔버(24)의 후방 또는 후단 가장자리(25)에 비교적 가깝게 연장되며, 또한 일반적으로 헤드(4)의 바이저(visor)라고도 지칭된다. 이와 관련하여, 비교적 가깝다는 의미가 후단 가장자리(25)로부터 측정된 흡입 챔버(4)의 길이의 적어도 50% 이내, 바람직하게는 후단 가장자리로부터의 상기 길이의 약 25% 이내, 더 바람직하게는 상기 길이의 약 10% 이내를 의미하지만 이에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 여기서, 상기 길이는 흡입 챔버(24)의 후단 가장자리 및 선단 가장자리 사이의 최단 거리로서 측정된다.
제트 또는 제트들(16)은 흡입 공간(24) 내로 연장되는 돌출부(16A)에 제공되어, 돌출부(16A)는 흡입 파이프(5)의 흡입구 단부(8)와 제트들(16) 사이에 장벽을 제공할 수 있다. 제1 배출구(18)로부터의 역류는, 흡입 헤드(4)의 효율을 향상시키고 흡입 챔버(24)로부터의 침전물의 누출을 감소시키거나 심지어 제거한다. 호퍼로부터 재순환된 유출물을 사용함으로써, 효율성이 더욱 향상되고 누출 및 오염이 더욱 줄어듭니다. 그러나, 제1 배출구(18)로부터의 모든 역류 중 일부는 또한 재순환된 유출물 대신 물을 사용하거나 재순환된 유출물과 혼합된 물을 사용함으로써 획득될 수 있다.
도 3 및 도 3a에서 예시 방법으로 도시된 바와 같이, 제1 배출구(18)는 커먼 레일(common rail)(18A) 상에 장착될 수 있으며, 상기 레일(18A)이 회전하되 예를 들면 후단부(19)에 실질적으로 평행한 축 주위로 회전함으로써, 제1 배출구의 위치 및 특히 주요 흐름 방향(J2)이 커먼 레일(18A)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들면 모터 또는 와이어 제어(18B) 등의 임의의 적절한 수단이, 이와 같은 회전의 개시 및 제어를 위해 사용될 수 있다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 유출물의 역류과 함께, 분사 흐름 및 슬러지 흐름(E)는, 침전물이 제거된 바닥(20)에 오목부 또는 도랑(36)을 형성할 것이다. 흡입 챔버(24) 내에서, 부분적으로 원형의 흐름 또는 슬러지가 발생할 것이고, 이는 흡입 파이프(5)의 흡입구 단부(8)를 향할 것이다. 실질적으로 모든 슬러지는, 흡입 파이프(5)로 흡입되고 호퍼로 전달될 것이다.
도 4는 흡입 파이프(5), 제트 라인(6) 및 재순환 라인(7)에 연결된 헤드(4)의 실시예를 평면도 상에 개략적으로 나타낸 도면이다. 본 실시예에서, 제2 배출구(31)는, 흡입 공간(24)의 외부, 헤드(4)의 측면에 제공된다. 본 실시예에서, 두 개의 제2 배출구(31)는 헤드(4)의 어느 한 측면에 제공되며, 헤드(4)의 외부면 또는 측면을 따라 연장되는 채널(34)로 개방된다. 또한, 상기 배출구 또는 각각의 상기 제2 배출구들(31)과 재순환 라인(7) 사이의 연결 채널(7A)이 점선으로 개략적으로 표시되었다. 한 측면의 제2 배출구(31)는 개별적으로 또는 그룹으로 재순환 라인(7)에 연결될 수 있다. 각 채널(34)은 바닥(20)을 향해, 아래쪽 방향 또는 하부면(35)으로 개방되어있다. 본 실시예에서, 채널(34)은 헤드(4), 특히 흡입 챔버(24)의 길이 방향(L)으로, 실질적으로 흡입 챔버(24)의 전체 길이(L)에 걸쳐 연장된다.
도 4a 및 특히, 도 4b에서 볼 수 있듯이, 오목부 또는 도랑(36)은 채널(34)의 개방면(35) 아래로 연장될 것이다. 배출구(31)로부터 흐르는 유출물은, 특히 상기 채널(34) 내에서보다 낮은 흡입 챔버(24) 내부의 압력으로 인해, 채널(34)로부터 흘러나와 관련 측벽(22)의 하부 가장자리(26) 아래의 흡입 챔버 내로 유입될 것이다. 흡입 챔버로의 유출물의 흐름은 수역 주변으로부터 흡입 챔버로의 물 유입을 현저하게 감소시키거나 심지어 방지할 수 있다. 다시, 이는 흡입 헤드(4)의 효율성을 증가시키고 퇴적물의 누출을 감소시킬 수 있다. 다시 바람직하게는, 재순환된 유출물이 제2 배출구를 통한 주입에 사용되어, 물이 사용되거나 물이 이와 같은 유출물과 혼합될 수 있더라도, 준설 공정의 효율을 증가 시킬 수 있다.
도 6에는, 제2 배출구 또는 배출구들(31)이 채널(34) 내로 개방되는, 다른 대안적인 실시예가 도시되어 있다. 상기 채널 내에, 적어도 하나의 확산기(34A)가 상기 제2 배출구 또는 각각의 상기 제2 배출구들(31)로부터 흐르는 유출물의 흐름을 확산시키기 위해 제공된다. 예시 방법에 의한 실시예에서, 확산기(34A)는, 채널(34)을 가로질러 연장되고 유출물이 통과할 수 있는 일련의 구멍(34C)을 갖춘 플레이트(34B)일 수 있으며, 유출물 흐름을 하부 가장자리 또는 하부면(35) 부근의 채널(34)의 배출구 영역에 걸쳐 분배시킨다. 이러한 확산은 유출물의 흐름의 속도를 감소시킬 수 있고, 그리고/또는 상기 하부면(35) 부근의 상기 유출물의 흐름을 보다 균일하게 하기 위해 제공될 수 있다. 도 3, 도 3a 및 도 4, 도 4a 및 도 4b에 헤드(4)의 상이한 두 실시예가 도시되었다. 도 4c에 개략적으로 도시된 바와 같이, 이들 두 실시예는 또한 제1 및 제2 배출구(18, 31)를 모두 갖는 하나의 헤드(4)로 결합될 수 있되, 본 실시예에서 상기 하나의 헤드는, 배출구 단부(18D)에 연결된 두 개의 제1 배출구를 가지며, 각 측면에, 배출구 단부(31B)에 연결된 두 개의 제2 배출구(31)를 갖는다. 분배 시스템 또는 유닛(33)이, 재순환 라인(7)으로부터의 유출물의 흐름을 제1 배출구(18) 중 하나 이상, 제2 배출구(31) 중 하나 이상, 또는 이 둘의 조합의 방향으로 향하게 하기 위해 제공될 수 있다. 실시예에서 제3 배출구(37)가 제공되어, 예를 들면 제1 및/또는 제2 배출구(18, 31) 중 하나 이상의 옆에 배치되거나 상기 제1 및/또는 제2 배출구(18, 31) 중 하나 이상을 대체할 수 있다. 이러한 제3 배출구로부터의 흐름은, 예를 들어 제1 및/또는 제2 배출구의 흐름과 상이할 수 있으며, 예를 들어 더 높거나 더 낮은 차변, 더 높거나 더 낮은 속도, 더 많거나 적은 확산 흐름 패턴, 상이한 주요 흐름 방향 등을 가질 수 있다.
실시예에서, 적어도 두 개의 일련의 제2 배출구(31)가 제공될 수 있되, 일련의 제3 배출구는, 예를 들어 상기 적어도 두 개의 일련의 제2 배출구 중 하나 사이 또는 옆에 제공된다. 사용 동안에, 제2 배출구와 다른 압력으로 제3 배출구로부터 유출물이 배출될 수 있고, 그리고/또는 제2 배출구로부터 유출물이 배출되는 속도와는 다른 속도로 제3 배출구로부터 유출물이 배출될 수 있다.
개시된 바와 같이 헤드를 통해 재순환하는 트레일링 석션 호퍼 준설선을 사용하여 준설 방법이, 예를 들어 흡입 헤드의 흡입 챔버 내로 물을 분사하는 단계를 포함하여, 수행될 수 있으며, 이 때 준설 슬러지는 상기 흡입 헤드를 사용하여 수저(water bottom)로부터 흡입된다. 준설 슬러지는 선박의 호퍼 내에 덤핑(dumping)되고, 유출물은 상기 슬러지로부터 분리된다. 분리는 임의의 적합한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어 침전물이 호퍼의 바닥에 침전되도록 함으로써, 유출물은 이러한 침전물의 표면 위로 올라가고, 침전된 침전물 위에 유출물의 층을 형성한다. 다른 방법은, 여과, 원심 분리 등의 알려진 방법을 포함할 수 있다. 유출물은 상기 흡입 헤드로 복귀될 수 있다. 흡입 헤드에서 유출물은 배출구로부터 배출될 수 있다.
이러한 배출구는, 수저(water bottom) 부근의 상기 헤드의 가상자리에 가까운, 상기 헤드의 흡입 챔버의 외부의 배출구일 수 있다. 흡입 챔버 내로 및/또는 흡입 챔버를 통해 또는 적어도 흡입 파이프 내로 슬러지가 흡입되는 동안, 상술한 것과 같이 복귀된 유출물은 상기 챔버 내로 적어도 부분적으로 흡입된다.
이러한 배출구는, 복귀된 유출물이 흡입 챔버로 주사되도록, 추가로 또는 대안적으로 흡입 챔버 내로 개방된 배출구일 수 있다. 이러한 주사는 바람직하게는 상기 물이 흡입 챔버 내로 분사되는 분사 방향과의 각도를 포함하는 각도 및/또는 방향으로 수행된다. 따라서 상기 흡입 챔버 내에 역류가 생성되고, 이는 헤드의 후단부 또는 그 부근에서 흡입 챔버로부터 적어도 일부 및 바람직하게는 실질적으로 모든 퇴적물이 누출되는 것을 방지한다.
실시예에서, 헤드로 복귀된 유출물의 부피의 많은 비율, 예를 들어 헤드로 복귀된 유출물의 부피의 적어도 약 90%, 바람직하게는 적어도 95%, 더욱 바람직하게는 약 97%가 챔버로 흡입된다.
도 2a, 도 3 및/또는 도 4c에 도시된 예시와 같이, 예를 들면 하나 이상의 제1 배출구(18)를 제공함으로써, 흡입 챔버(24) 내 역류를 배치하기 위한 수단을 포함하는 헤드(4)의 구성을 사용할 때, 배출구(18)의 주요 흐름 방향(J2)의 각도 γ는, 적어도 헤드의 후단부(19)를 통과하는 적어도 침전물 또는 슬러지의 누출을 최소화하도록 설정될 수 있다. 유출물 또는 물이 제1 배출구(18)로부터 주사(inject)되는 압력은, 예를 들어 특히 제트(16)로부터 분사된 물의 압력에 따라 조절될 수 있다. 제1 배출구(18)로부터 주사되는 유출물 또는 물의 압력은, 예를 들면 제트(16)로부터 분사된 물의 압력의 25% 미만일 수 있으며, 여기서 두 압력은 배출구(18) 및 제트(16)를 떠나는 지점에서 각각 측정된다. 바람직하게는 상기 압력은 제트(16)로부터 분사된 물의 압력의 약 10% 또는 그 미만, 예를 들어 5% 또는 그 미만이다. 제트(16)로부터 분사된 물에 의해 발생하는 슬러지(E)의 흐름에 역류 방향으로 유출물 또는 물을 주사함으로써, 상기 유출물 또는 물의 흐름(S)은 바닥(20)으로부터 침전물을 방출하는 데 도움이 될 수 있어, 사용하는 동안에 흡입 헤드의 효율성을 더 증가시킨다.
재순환된 유출물이 상기 공간의 측면으로부터 흡입 챔버 내로 흡입되도록, 즉 상기 챔버 내에서 보편적인 압력보다 높은 압력의 상기 공간, 예를 들면 제2 배출구(31)로 주사되지 않도록 하기 위한 수단을 포함하는 헤드(4)의 구성을 사용할 때, 사용 동안에 챔버 내부의 압력이 상기 챔버 내로 흡입되는 상기 유출물에 의해 실질적으로 영향을 받지 않는 이점이 획득될 수 있다. 챔버(24) 내부에서, 저압, 즉 헤드(4)가 위치한 레벨에서의 수역(21) 내 압력보다 낮은 압력이 보편적이며, 적어도 흡입 파이프(5) 내 흡입에 의해 활발히 유도되어, 슬러지가 상기 챔버로부터 흡입 헤드 내로 흡입된다. 상기 측면으로부터 유출물을 주사함으로써 상기 압력을 증가시키는 것은 준설 프로세스의 효율성에 부정적인 영향을 줄 수 있다.
사용 동안에, 배출구(18, 31)를 통하는, 특히 제2 배출구(31)를 통하는 재순환된 유출물의 양은 바람직하게 조절될 수 있다. 당 업계에 알려진 흡입 헤드에 본 발명에 따라 측면 배출구가 없는 흡입 헤드 내에서는, 사용 동안에 시간 단위당 많은 부피의 물이, 흡입 헤드가 사용되는 수역으로부터, 흡입 챔버 측벽의 하부 가장자리 아래로 통과하여, 흡입 챔버 내로 흡입된다. 본 발명에서, 상기 많은 부피의 물의 적어도 일부는 단위시간당 재순환된 폐수로 대체된다. 실시예에서, 단위시간당 제2 배출구를 통해 재순환되는 유출물의 양은 단위시간당 상기 많은 부피의 물과 동일하도록 선택될 수 있으며, 따라서 물이 상기 흡입 챔버로 흡입되는 것을 실질적으로 방지할 수 있다. 실시예에서, 단위시간당 제2 배출구를 통해 재순환되는 유출물의 양은, 단위시간당 상기 많은 부피의 물보다 적도록 선택될 수 있으며, 따라서 여전히 단위시간당 상기 많은 양의 물이 상기 흡입 챔버 내로 흡입되도록 할 수 있다. 예를 들어, 단위시간당 상기 제2 배출구(31)를 통해 재순환되는 유출물의 양은 단위시간당 상기 많은 부피의 물의 대략 25 내지 100% 사이, 예를 들어 50 내지 100% 사이의 선택될 수 있다. 실시예에서, 단위시간당 제2 배출구를 통해 재순환되는 유출물의 양은 시간 단위당 상기 많은 부피의 물보다 많도록 선택될 수 있으며, 따라서 물이 단위시간당 상기 흡입 챔버로 흡입되는 것을 방지하고 심지어 유출물의 일부가 상기 수역으로 배출되도록 할 수 있다. 예를 들어, 단위시간당 상기 제2 배출구(31)를 통해 재순환되는 유출물의 양은 단위시간당 상기 많은 부피의 물의 대략 175 내지 100% 사이, 예를 들어 150 내지 100% 사이의 선택될 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1 배출구(18) 및/또는 제2 배출구(31)를 통해, 특히 제2 배출구(31)를 통한, 유출물의 헤드(4)로의 복귀는 제어될 수 있어, 상기 배출구를 통해 배출되는 단위시간당 유출물의 양이 제어될 수 있다. 예를 들어, 실시예에서, 배출구, 특히 제2 배출구(31)를 통한 복귀가 제어될 수 있어, 제2 배출구(31)를 통해 배출되는 유출물의 실질적으로 전부가 흡입 챔버(24) 내로 흡입될 수 있다. 실시예에서, 배출구, 특히 제2 배출구(31)를 통해 배출되는 유출물의 양이 제어되어 소량의 물이 여전히 유출물과 함께 챔버(24) 내로 흡입될 수 있지만, 바람직하게는 그 양은 추가의 물이 흡입 챔버로 흡입되지 않도록 제어된다.
실시예에서, 배출구, 특히 제2 배출구(31)를 통한 복귀가 제어되어, 제2 배출구(31)를 통해 배출된 유출물의 일부만이 흡입 챔버(24) 내로 흡입되고, 나머지는 흡입 헤드(4)의 외부로 배출될 수있다. 이는 고체를 수역의 바닥으로 복귀시키는데 유리할 수 있는데, 그렇지 않으면 상기 고체는 수역의 표면 또는 그 부근에서 호퍼의 범람(overflow)에 의해 배출되어, 유출물의 흔적(trail)을, 특히 선박 뒤로 물 안에 고체를 형성하여, 적어도 고체가 바닥에 가라앉는 시간 범위 동안에 물을 오염시킬 것이다. 이는, 유출물의 상기 일부 및 특히 그 중 고체를 직접적으로 바닥으로 배출함으로써 회피된다.
실시예에서, 제1 및/또는 제2 배출구로 복귀되는 유출물은 물과 침전물의 혼합물일 수 있다. 실시예에서, 제1 및/또는 제2 배출구로 복귀되는 유출물은, 실질적으로 호퍼 내로 유입될 때, 즉 실질적으로 침전물이 호퍼 내에서 침전되도록 하지 않는 슬러지일 수 있다. 실시예에서, 제1 및/또는 제2 배출구로 복귀되는 유출물은 실질적으로 잔류 고체와 같은 침전물 없이 물일 수 있다. 준설하는 동안에, 물 대신, 상술한 바와 같은 유출물도 또한, 제트(16)의 일부 또는 전부를 통해 분사될 수 있다.
복귀된 유출물은 헤드의 양쪽 반대측에서, 바람직하게는 헤드 주변의 수압과 실질적으로 동일하거나 그보다 높은 압력으로, 적어도 일부 배출될 수 있으며, 상기 압력은 상기 적어도 하나의 배출구 바로 위에 가해질 수 있다. 복귀된 유출물은, 슬러지의 흐름의 방향을 변경하기 위해, 바람직하게는 적어도 제트로부터의 물 분사로 인해 발생한 슬러지의 흐름을 방해하기에 충분한 압력으로, 헤드의 이동 방향으로 볼 때 헤드의 후방 측면에 적어도 일부 주사될 수 있다. 이러한 방법에서, 물은 바닥 부근에서 헤드의 하부면의 선단부 부근의 흡입 챔버 내로 분사될 수 있다. 실질적으로 선단부를 향하는 방향으로, 복귀된 유출물이 후단부 부근의 상기 흡입 챔버 내로 주사될 수 있다.
단지 예시 방법으로 참조되는, 도시된 실시예 및 상술한 실시예로 본 발명이 한정되지 않는다. 도시되거나 상술한 바와 같은 실시예의 조합 또는 그 일부를 포함하지만 이에 한정되지 않는 다수의 대안이 본 발명의 범위 내에서 가능하다. 예를 들어, 제트에는 수역으로부터의 물만 주입되는 대신, 폐수 또는 폐수와 물의 혼합물이 주입될 수 있다. 라인 5, 6, 및/또는 7의 방향은 상이하게 선택될 수 있다. 제2 배출구(31)는 흡입 공간의 외부에 도시었지만, 챔버로 흡입되는 물의 양을, 바람직하게는 0에 가깝게, 더 바람직하게는 준설동안에 슬러지의 패턴 및/또는 챔버(24) 내 압력에도 큰 영향을 미치지 않게 제한하는 한, 헤드의 측벽 또는 상기 외부 측벽의 내부에 대해 직접적으로 위치할 수 있다. 헤드(4)는 선박(1)에 의해 바닥을 따라 끌려질 수 있고, 그리고/또는 다른 수단, 예를 들어 자체 추진에 의해 바닥을 따라 이동할 수 있다. 배출물은, 예를 들어 천천히 침전되는 비교적 가벼운 퇴적물을 갖는 슬러지를 준설할 때, 슬러지가 퇴적된 호퍼와 다른 호퍼로부터 회수될 수 있다.

Claims (35)

  1. 호퍼(hopper) 및 상기 호퍼로부터 연장되는 흡입 파이프를 포함하는 트레일링 석션 호퍼 준설선(trailing suction hopper dredger)에 있어서, 상기 흡입 파이프의 말단(distal end)에 흡입 헤드가 제공되며, 준설 슬러지(dredging sludge)를 상기 호퍼로 보내기 위한 배출구(outlet) 단부가 상기 흡입 파이프의 반대편 근단(proximal end)에 제공되며, 상기 흡입 헤드는 선단부(leading end), 후단부(trailing end), 및 양쪽 반대측 옆면 측벽을 가지고,
    상기 호퍼로부터 상기 흡입 헤드로 유출물(effluent)을 주입시키기 위해 재순환 라인이 상기 호퍼와 상기 흡입 헤드 사이에 제공되며, 상기 재순환 라인은 상기 흡입 헤드에 연결되는 것을 특징으로 하고, 적어도 하나의 제트(jet)를 통해 상기 흡입 헤드의 흡입 챔버 내로 물을 분사(jetting)하기 위해 적어도 하나의 제트 파이프가 상기 흡입 헤드에 연결되되, 수역(body of water)의 바닥의 침전물을 방출하도록 상기 흡입 헤드의 상기 선단부 부근에 상기 흡입 챔버의 아래쪽을 향하여 연결되되, 상기 재순환 라인은:
    상기 흡입 헤드의 측면의 적어도 하나의 배출구; 및
    상기 흡입 헤드의 상기 후단부 부근의, 상기 흡입 헤드의 상기 흡입 챔버 내로 개방되는 적어도 하나의 배출구;
    중 적어도 하나를 가지는, 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재순환 라인은 상기 흡입 헤드의 상기 흡입 챔버의 외부에 적어도 두 개의 배출구를 갖는 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 흡입 헤드의 상기 흡입 챔버의 외부로 향하는, 상기 적어도 하나의 배출구는, 상기 배출구로부터 흘러나온 유출물이 상기 흡입 챔버로 흡입되도록 배치되어, 사용 동안에 상기 유출물이 상기 흡입 챔버로 흡입되어 상기 헤드 주위의 물이 상기 흡입 챔버 내로 흡입되는 것을 제한하거나 방지하는 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 재순환 라인은, 상기 흡입 헤드의 후단부 부근에, 상기 흡입 헤드의 상기 흡입 챔버로 개방되는 적어도 하나의 배출구를 갖되, 상기 배출구가 한 개인 경우, 상기 배출구의 방향은, 제트(jet)의 분사 방향과 소정 각도를 이루고, 상기 배출구가 복수 개인 경우, 상기 배출구의 방향 각각은, 상기 제트(jet)의 분사 방향과 각각 상기 소정 각도를 이루는 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  5. 제4항에 있어서,
    적어도 하나의 배출구의 상기 배출구 방향의 상기 소정 각도는 조절가능한 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 챔버 내로 개방되는 적어도 하나의 추가 배출구가 제공되는 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배출구 중 적어도 하나로부터 흘러나온 유출물의 압력은 조절가능한 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 흡입 파이프 및 배출구의 배치는, 준설(dredging) 동안에 상기 흡입 헤드 바로 그 주변의 수역으로부터 상기 흡입 챔버 내로 흡입되는 물이 없도록 하는 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 흡입 헤드는, 적어도 상기 헤드의 벽의 하부 가장자리에 의해 정의되는, 개방된 하부 측면을 가지되, 상기 흡입 헤드의 외부의 상기 적어도 하나의 배출구는 상기 하부 가장자리에 가깝게 제공되는 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 흡입 헤드는, 적어도 두 개의 측벽 부분, 전방벽 부분, 후방벽 부분 및 상부에 의해 정의되는 흡입 챔버를 포함하고, 상기 전방벽 부분에 제공되는 흡입 개구부는 상기 흡입 파이프로 개방되되:
    적어도 하나의 배출구 개구부가, 각각의 상기 측벽 부분의 하부 가장자리에 근접하여, 그의 외부에 제공되며, 그리고/또는
    적어도 하나의 배출구 개구부가, 상기 후방벽 부분의 하부 가장자리에 근접하여 제공되는 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  11. 제1항에 있어서,
    적어도 상기 재순환 라인 및 적어도 하나의 배출구는, 사용 동안에 상기 흡입 헤드 주변의 물의 주위 압력(ambient pressure)과 동일하거나 그보다 높은 압력으로 유출물을 배출하도록 설계되는 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 양쪽 반대측 사이에서 연장되는, 상기 헤드의 후방 측면에, 적어도 하나의 일련의 제1 배출구가 제공되며, 상기 헤드의 양쪽 반대측에, 두 일련의 제2 배출구가 제공되고, 사용 동안에, 유출물이 상기 제2 배출구로부터, 상기 제1 배출구에서의 압력 이하의 압력으로 배출되고, 그리고/또는 사용 동안에, 유출물이 상기 제2 배출구로부터, 상기 제1 배출구로부터 유출물이 배출되는 속력 이하의 속력으로 배출되는 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 두 일련의 제2 배출구가 제공되고, 일련의 제3 배출구가 상기 두 일련의 제2 배출구 사이에 제공되고, 사용 동안에, 유출물이 상기 제3 배출구로부터, 상기 제2 배출구와는 다른 압력으로 배출되고, 그리고/또는 유출물이 상기 제3 배출구로부터, 상기 제2 배출구로부터 유출물이 배출되는 속력과는 다른 속력으로 배출되는 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 재순환 라인은 상기 배출구의 반대편에 흡입구 단부를 가지며, 상기 흡입구 단부는 자신을 상승 및/또는 하강시키기 위한 구조에 연결되는 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 흡입 헤드의 후단부 부근의, 상기 흡입 헤드의 상기 흡입 챔버 내로 개방되는 상기 적어도 하나의 배출구는, 준설 동안에, 상기 적어도 하나의 배출구로부터 배출된 유출물이, 후단 가장자리에 가까운 상기 분사된 물로 인해 발생한 슬러지의 흐름을 방해하도록 설정되는 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  16. 선단부, 후단부 및 양쪽 반대측 옆면 측벽을 갖는 흡입 헤드를 이용하는, 트레일링 석션 준설 방법에 있어서, 침전물을 방출하고 준설 슬러지를 형성하기 위해 물이 상기 흡입 헤드의 흡입 챔버 내로, 수역의 바닥으로 분사되며, 상기 준설 슬러지는, 상기 흡입 헤드를 사용하여 상기 수역의 바닥으로부터 흡입되며 선박의 호퍼로 덤핑(dumping)되고, 유출물은 상기 슬러지로부터 분리되고, 상기 유출물은 상기 흡입 헤드로 복귀되며, 상기 유출물은 배출구 및 배출구 개구 중 적어도 하나로부터 배출되되:
    - 상기 배출구로부터는, 상기 수역의 바닥 부근의 상기 헤드의 가장자리에 가까운, 상기 헤드의 상기 흡입 챔버의 적어도 한 측면으로 배출되어, 상기 흡입 챔버 내로 및/또는 상기 흡입 챔버를 통해 슬러지가 흡입되는 동안, 상기 복귀된 유출물이 상기 챔버 내로 흡입되며;
    - 상기 배출구 개구로부터는, 상기 흡입 챔버 내로 배출되어, 상기 복귀된 유출물이 상기 흡입 챔버 내로 주사되도록 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    - 상기 헤드로 복귀된 유출물의 부피의 적어도 90% 가 상기 챔버로 흡입되는 구성; 및
    - 상기 흡입 헤드 바로 그 주변의 상기 수역으로부터 상기 흡입 챔버 내로 흡입되는 물이 없도록 하는 구성;
    중 적어도 하나를 포함하는, 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 복귀된 유출물은 상기 헤드의 양쪽 반대측에서 적어도 일부 배출되는 방법.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 복귀된 유출물이 상기 헤드의 움직임의 방향에서 봤을 때 상기 헤드의 후방 측면에 적어도 부분적으로 주사되는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    물이 상기 헤드의 선단부 부근의 상기 흡입 챔버 내로, 바닥을 향해 분사되고, 상기 복귀된 유출물이 후단부 부근의 상기 흡입 챔버 내로, 상기 선단부를 향하는 방향으로 주사되는 방법.
  21. 제1항에 따른 준설선 또는 제16항에 따른 방법에 사용하기 위한 흡입 헤드.
  22. 제1항에 따른 트레일링 석션 호퍼 준설선에 있어서,
    상기 재순환 라인은 상기 흡입 챔버의 양쪽 반대측에 적어도 하나의 배출구를 가지는, 트레일링 석션 호퍼 준설선
  23. 제1항에 따른 트레일링 석션 호퍼 준설선에 있어서,
    상기 재순환 라인은 상기 흡입 헤드의 상기 흡입 챔버의 외부에 적어도 하나의 배출구를 가지는, 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  24. 제23항에 따른 트레일링 석션 호퍼 준설선에 있어서,
    상기 흡입 헤드의 한 측면에 적어도 하나의 배출구가 제공되어, 상기 배출구로부터 흘러 나온 유출물이 상기 흡입 챔버 내로 흡입되도록 하는, 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  25. 제1항에 따른 트레일링 석션 호퍼 준설선에 있어서,
    상기 재순환 라인은 상기 흡입 헤드의 상기 흡입 챔버의 외부에 적어도 두 개의 배출구를 가지고, 상기 헤드의 양쪽 반대측 각각에 적어도 하나의 배출구를 가지는, 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  26. 제25항에 따른 트레일링 석션 호퍼 준설선에 있어서,
    상기 재순환 라인은 상기 흡입 헤드의 상기 흡입 챔버의 상기 양쪽 반대측 각각에 일련의 배출구를 갖는, 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  27. 제4항에 따른 트레일링 석션 호퍼 준설선에 있어서,
    상기 적어도 하나의 배출구는 상기 흡입 파이프와 상기 흡입 헤드의 상기 흡입 챔버 사이의 연결부의 반대편의 상기 흡입 헤드의 단부에 제공되는, 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  28. 제14항에 따른 트레일링 석션 호퍼 준설선에 있어서,
    상기 구조는 선박의 호퍼 내 유출물 레벨 및/또는 침전물 레벨에 따라, 상기 흡입구를 상하로 이동시키도록 설계되는 트레일링 석션 호퍼 준설선.
  29. 제16항에 있어서,
    상기 유출물은 상기 흡입 챔버의 양쪽 반대측 옆면으로 배출되는, 방법.
  30. 제16항 또는 제29항에 있어서,
    상기 유출물은 상기 흡입 챔버 외부로 배출되는, 방법.
  31. 제16항에 있어서,
    상기 유출물의 주사 방향은, 상기 물이 상기 흡입 챔버 내로 분사되는 분사 방향과 소정 각도를 이루는, 방법.
  32. 제17항에 있어서,
    상기 유출물의 적어도 95%가 상기 흡입 챔버로 흡입되는, 방법.
  33. 제17항 또는 제32항에 있어서,
    상기 유출물의 적어도 97%가 상기 흡입 챔버로 흡입되는, 방법.
  34. 제18항에 있어서,
    상기 유출물은 상기 헤드 주변의 수압과 동일하거나 그보다 높은 압력으로 배출되는, 방법.
  35. 제19항에 있어서,
    상기 복귀된 유출물은, 제트로부터의 물 분사로 인해 발생한 슬러지의 흐름의 방향을 바꾸기 위해, 상기 슬러지의 흐름을 방해하기에 충분한 압력으로, 적어도 부분적으로 주사되는 방법.
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