KR20040073360A - 잠수함 - Google Patents

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Abstract

잠수함에는 액화가스용기, 특히 액체산소를 저장하기 위한 압력용기가 구비된다. 액화가스용기는 잠수함의 압력선체내에 배치되고 마찬가지로 잠수함의 압력선체내에 설치되는 외부압력용기에 의하여 둘러싸인다. 일측 압력용기내의 압력이 소정의 한정된 값을 초과하는 경우 압력용기로부터 압력선체의 외부로 유체를 안내하는 수단이 제공된다.

Description

잠수함{SUBMARINE}
본 발명은 액화가스용기, 특히 액화산소를 저장하기 위한 압력용기를 갖는 잠수함에 관한 것이다.
잠수함, 특히 군용 잠수함은 통상적으로 배터리의 전기적인 에너지를 이용하여 수중에서 잠항한다. 또한 수소와 같은 에너지원과 산소와 같은 산화제로부터 전기에너지를 얻기 위한 에너지변환기의 사용이 증가하고 있다. 이를 위해서는 특히 연료전지가 적합한데, 연료전지에서는 에너지원이 촉매하에 산화되어 전기에너지와 열을 생성한다. 전형적으로, 이러한 시스템에 대한 산화제로서는 공기와 같이 산소를 함유하는 기체가 사용되거나, 적절하게는 액체상태에서 저온하에 저장되는 순수한 산소가 사용된다.
육상에서 안전을 위하여 액화산소(LOX)를 저장하는 방법은 알려져 있다. 그러나, 이에 적용되는 방법은 잠수함 특히 군용 잠수함에서 액상 또는 기체상 산소를 안전하게 저장하는 것에 적용하기에는 충분치 않다. 따라서 종래에는 액화산소가 압력선체의 외부에 배치된 액화가스용기에 저장되었으나, 이러한 저장방법은 시스템 자체에 대해서 바람직하지 않은 바, 이는 잠수함의 실질적인 압력선체의 외부에 하나 이상의 압력용기를 설치하는 것은 기술적인 면에서 비교적 많은 비용이 소요되고, 유체역학적인 이유와 하중분배의 이유에서 비교적 큰 용기 하나만을 설치한다는 것은 불가능하기 때문에 잠수함 압력선체의 외부에 소형용기 여러 개를 설치하여야 하고 이들은 외장이 유선형을 이루도록 하여야 한다. 이러한 방법에 의해서만이, 산소가 압력용기에서 누출될 경우 잠수함의 압력선체의 내부까지는 산소가 도달하지 않을 것이다.
본 발명의 목적은 액화산소의 저장과 공급이 선체와 승무원의 안전을 해하지않고 간단히 이루어지도록 잠수함을 설계하는데 있다.
청구범위 제1항의 특징부에 따른 본 발명에 의해서 이러한 목적이 달성된다. 본 발명의 장점을 가진 실시형태가 종속항, 상세한 설명 및 도면에 기술된다.
본 발명은 따라서 잠수함의 압력선체내에 액화가스용기를 배치하는 것에 관한 것이다. 또한 선체와 승무원의 안전을 위하여, 잠수함의 압력선체내에 수용되는 외부압력용기가 액화가스용기를 둘러싸고 있다. 더욱이 하나의 압력용기내에서 정해진 압력을 초과하는 경우 유체가 압력용기로부터 잠수함의 압력선체의 외부로 유도될 수 있도록 하는 예방책이 마련된다.
액화산소용기의 내부저장은 잠수함 선체의 구조적 설계에 관한 한 충분힌 잇점을 제공하는 바, 선체가 소형화되고 산소외부저장형 선체에 비하여 비용이 적게 소요된다.
잠수함의 압력선체내에 액화가스용기를 베치하는 것은 상당한 잇점이 있다. 또한 액화가스용기는 잠수함의 안정된 압력선체에 의하여 잘 보호되는 바, 특히 군분야의 중무장에 대하여 효과적으로 보호된다. 다른 현저한 잇점은 액화가스용기가 선체의 잠항상태에서도 접근이 가능하다는 것이다. 액화가스용기는 압력선체에 의하여 보호되므로 경량으로 설계될 수 있다. 또한 외부에 설치되는 액화가스용기에비하여 용기의 단열이 유리하며, 이러한 단열은 잠수깊이에 따른 압력의 어떠한 부가적인 부하에 대해서도 영향을 받지 않는다. 또한, 내부에 설치되는 하나 또는 경우에 따라서 두개의 액화가스용기의 구성이 외부에 설치되는 다수의 액화가스용기에 비하여 보다 경제적이다. 동일한 단열효과에 대하여 단열층은 항상 크기에 관계없이 두께가 동일하여야 하므로 공간상 잇점이 있으며, 액화가스용기의 크기를 증가시킬 수 있어서 액체의 단위체적당 저장에 요구되는 공간이 작아질 수 있다. 더우기, 유체공학적인 잇점을 떠나 압력선체내에 액화가스용기를 수용한다는 것은 하중면에서 잇점을 준다. 그러나, 액화가스용기가 외부에 설치되는 경우에는 일반적으로 잠수함의 상부영역에 설치되어야 하기 때문에 부상시에 용기하중이 항상 부양되어야 한다. 예를 들어 액화가스용기가 디젤모터의 전방이나 사령센터의 후방 또는 배터리룸 사이에 안정되게 배치되는 내부설치형 액화가스용기의 경우에 있어서는 그렇지 않다.
본 발명에 따라서 제공되는 외부압력용기 및 적당한 경우의 안전과 관련된 다른 수단에 의하여, 외부에 설치되는 것과 같거나 큰 액화가스용기가 압력선체내에 설치될지라도 안전이 확보될 수 있다. 이를 위하여 액화가스용기의 고장 또는 부분고장이 일어날 경우 잠수함 압력선체의 내부로 액화가스나 기체가 누출되지 않도록 하는 외부압력용기 이외에도, 본 발명은 사고가 발생할 경우 외부압력용기내에 용입되어 있는 액체상 또는 기체상 산소가 외부압력용기의 외부로 누출되거나 압력선체로 누출되지 않도록 하는 부가적인 수단을 제공함으로써 잠수함 내부의 위험요인이 되는 임계압력이 생성되지 않도록 한다. 기준치 이상의 고압이 발생될 경우 이는 압력선체의 외부로 방출될 수 있다.
본 발명의 한 실시형태에 따라서, 외부압력용기는 액화가스용기를 둘러싸고 있을 뿐만 아니라 액체가스를 공급하기 위하여 액화가스용기로부터 나와 있는 모든 도관이나 열에너지 형태로 공급되는 에너지가 액화가스용기로부터 나오는 액화산소를 기체상 산소로 변환시키는 증발기를 포함하는 부속기관을 둘러싸고 있다. 따라서, 유체의 극저온산소가 취급될때 안전에 치명적인 영역이 외부압력용기에 의하여 확실히 보호된다. 밸브의 고장이나 도관의 파손, 또는 액화가스용기내의 임계온도가 상승할 경우에도, 항상 압력이 외부로 방출되거나 압력방출용 산소가 외부로 유도되어 압력선체내부로는 방출되지 않는다. 이를 위하여 외부압력용기와 잠수함의 압력선체를 통하여 관통하고, 안전수단에 의하여 차단되며, 외부압력용기 또는 액화가스용기내의 정해진 초과압력의 경우에만 개방되도록 하는 도관이 제공된다. 이러한 안전수단은 정해진 압력을 초과할 경우에 영구적인 파괴에 의하여 도관을 개방하는 압력방출밸브 또는 파열형 디스크의 형태로 구성될 수 있다.
외부압력용기내에 기준치를 넘는 고압이 생성되는 경우 이러한 압력을 잠항상태에서 방출할 수 있도록, 외부압력용기 및 내부압력용기는 잠수깊이까지 잠수함에 작용하는 압력인 잠수깊이의 압력을 견딜 수 있게 하는 것이 필요하며 압력증가장치가 제공되어 외부압력용기내의 작은 압력이라 할지라도 잠수깊이에 관계없이유체가 신뢰가능하게 외부로 옮겨질 수 있게 하는 것이 필요하다. 예를 들어 이러한 압력증가수단은 적당한 면적비를 갖는 피스턴 실린더 장치로 구성될 수 있으며 이는 적당한 안전펌프로 작동될 수 있다. 압력증가장치는 외부압력용기를 이용하여 작동토록 구성되는 것이 바람직하다. 그러나, 이는 액화가스용기의 압력을 이용하거나 또는 다른 적당한 방법에 의하여 작동될 수도 있다.
특히 액화가스용기가 그 허용가능한 작동압력이 잠수함의 잠수깊이압력과 일치하도록 된 경우가 안전기술상 바람직한 바, 사고가 발생하면, 안전수단이 개방되어서 액화가스용기의 내부가 잠수함을 둘러싸고 있는 외부환경과 연결되므로 액화가스용기가 이 압력을 지탱할 수 없게 되는 위험이 사라진다. 마찬가지로 안전기술상 외부압력용기는 그 작동압력이 적어도 잠수함의 잠수깊이의 압력에 일치하도록 하는 것이 유리하다.
본 발명의 실시형태에 따라서, 잠수함 부속기관의 공간내에서 외부압력용기내에는 외부압력용기로부터 압력선체측으로 연장되는 가스도관용 차단밸브가 제공된다. 외부압력용기는 이러한 밸브에 의하여 잠수함 내부에 대해 밀폐된다. 이는 상기한 바와 같이, 외부압력용기내에 고압이 생성되는 사고에 유용할 뿐만 아니라 더욱이 이러한 사고의 경우에 있어서 증가된 가스농도가 잠수함의 내부에서 검출되어, 예방차원에서 가스공급, 특히 산소공급이 사령센터를 통해 신뢰가능하게 차단될 수 있게 된다. 이러한 형태의 사고를 대비하기 위하여 적당한 가스감지기, 특히산소감지기와 가스농도가 정해진 기준치 이상인 경우 차단밸브를 폐쇄토록, 이를 작동시키는 적당한 전자적인 평가장치 및 제어장치로 구성되는 부가적인 안전장치가 제공된다.
사고가 발생할 경우에는 가스, 특히 산소가 액화가스용기, 액체가스관 또는 부속기관으로부터 누출되었는지의 여부를 확인하여, 액화가스용기를 차단하는 밸브를 작동시키고 또한 외부압력용기로부터 압력선체측으로 연장되는 도관을 차단하는 밸브를 차단토록 작동시키기 위하여, 가스감지기가 압력선체내에 설치되고 또한 외부압력용기 내부와 부속기관 공간내에도 설치된다(최소한 하나의 가스 또는 압력감지기).
도 1은 압력선체내에 액화산소용기를 갖는 본 발명에 따른 잠수함의 개략설명도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호설명
2... 압력선체 3... 액화가스용기
6... 외부압력용기
본 발명을 첨부도면에 의거하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도시된 잠수함에서 선체(1)는 유선형을 이루고 있다. 원통형의 압력선체(2)는 요구된 바와 같이 그리고 잠수함으로 유용하게 사용되는 이러한 선체(1)내에 설계된다. 액화산소(LOX)가 용입되는 액화가스용기(3)는 이 압력선체(1)내에서, 특히 후측영역에 배치되는 기관실(도시하지 않았음)과 타워(4)하측의 사령센터 사이의 영역에 배치된다. 액화가스용기(3)는 극저온의 액체산소를 저장하기 위하여 제공된다. 이는 원통형이고 양단이 반구형으로 되어 있으며 외부에 단열벽(5)이 설치되며이 단열벽은 공지된 바와 같이 단열재로 구성되고 벽내부가 진공의 공간으로 구성되어 있다. 이 단열벽(5)은 원통형의 형태로서 이 단열벽(5)을 포함하는 액화가스용기(3)를 둘러싸는 외부압력용기(6)의 외측에 부착된다. 액화가스용기(3)와 외부압력용기(6)는 이들의 작동압력이 잠수함의 잠수깊이의 압력에 일치되도록 설계된다.
외부압력용기(6)는 일측부에서 액화가스용기(3)보다 현저히 길게 연장되어 부속기관실(7)이 형성되어 있으며 이에 모든 도관이나 액체산소를 공급하는 장치들이 수용된다. 이 공간에는 열교환기(8)가 배치되며 이를 통하여 액화가스용기(3)로부터 액체산소를 운반하기 위한 작동압력의 방출이 이루어진다. 열교환기(8)는 단열방식으로 배치되고 외부로부터 공급될 수 있게 되어 있다.
액화가스용기(3)의 기부에 인접하여, LOX를 공급하는 도관(9)이 액화가스용기로부터 나와서 외부로부터 공급된 증발기(10)와 연결되어 있어서 액체산소가 도관(9)을 통해 증발된다. 증발기(10)로부터나온 기체상 산소는 도관(11)을 통하여 외부압력용기(6)로부터 외부로 방출된다. 도관(11)은 제어가능한 차단밸브(12)에 의하여 폐쇄될 수 있다. 차단밸브는 외부압력용기(6)내에 배치된다.
정상작동중에 액체산소를 운반하는데 요구되는 작동압력이 생성될 때까지 열교환기를 통하여 열이 액화가스용기(3)에 공급된다. 액체산소는 도관(9)을 통하여증발기(10)에 도달하며 이로부터 기체상태가 되어 외부압력용기(6)로부터 개방된 차단밸브(12)를 지나 도관(11)을 통하여 연료전지 적층체와 같은 소비단으로 공급된다.
압력선체(2)내에는 산소감지기(13)가 배치되어 압력선체(2)내의 산소함량을 검출할 수 있게 되어 있다. 이들 산소감지기(13)는 전자적인 평가수단 및 제어수단(도시하지 않았음)에 연결되어 압력선체(2)내의 산소함량이 정해진 기준치를 초과하는 경우 이를 검출하여 차단밸브를 차단토록 작동시킴으로서 더 이상 산소가 도관(11)을 통하여 유출되지 않도록 한다.
마찬가지로 부속기관실(7)에도 압력감지기 또는 산소감지기(13)가 구비되어 있어서 이 공간에 배치된 도관 또는 기타 부속기관에서 일어나는 누출을 검출한다.이러한 누출이 검출되는 순간 압력용기측의 도관(9)이 차단밸브(14)에 의하여 차단됨으로써 산소가 외부압력용기(6)의 공간으로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 한다. 또한 밸브(12)도 압력선체(2)에 대하여 외부압력용기(6)를 폐쇄토록 차단된다.
액화가스용기(3)와 외부압력용기(6)에는 공통의 방출수단(15)이 구비되어 있는 바, 이는 압력선체(2)의 외부로 연장되고 안전밸브(17) 또는 파열형 디스크에 의하여 닫혀있다가 개방되는 도관(16)으로 구성된다. 액화가스용기(3)내의 압력이 기준치를 넘는 고압으로 증가되는 사고가 발생할 경우, 이러한 방출수단에 의하여압력선체(2)의 외부로 연결되는 방출로가 형성될 수 있으며 압력이 이를 통하여 외부로 방출될 수 있다. 액화가스용기(3)와 외부압력용기(6)는 이들이 잠수함의 잠수깊이에 일치하는 도관(16)을 통한 내부압력을 충분히 견딜 수 있도록 내압형으로 설계되어 있으므로 액화가스용기(3) 또는 외부압력용기(6)내의 압력이 허용할 수 없을 정도까지 상승되지는 않는다.
또한, 방출수단(15)은 액화가스용기(3)와 외부압력용기(6)에 별도로 제공될 수 있다. 따라서 압력이 정해진 기준치 이상을 초과하는 경우 액화가스용기(3)가 잠수함의 외부주위로 직접 연결되고 외부압력용기(6)도 잠수함의 주위로 직접 연결될 수 있도록 한다.
이와 같이, 본 발명은 액화가스용기, 특히 액화산소를 저장하기 위한 압력용기를 갖는 잠수함을 제공한다.

Claims (15)

  1. 액화가스용기(3), 특히 액화산소(LOX)를 저장하기 위한 압력용기를 갖는 잠수함에 있어서, 액화가스용기(3)가 잠수함의 압력선체(2)내에 배치되어 있고 잠수함의 압력선체(2)내에 설치된 외부압력용기(6)에 의하여 둘러싸여 있으며, 압력용기(3, 6)내의 하나의 압력이 정해진 값을 초과하는 경우에 압력용기(3, 6)로부터 유체를 압력선체(2)의 외부로 안내하는 수단이 설치되어 있는 잠수함.
  2. 제1항에 있어서, 외부압력용기(6)가 액화가스용기(3)로부터 공급되는 유체가스를 안내하는 모든 도관(9)과 증발기(10)를 포함하는 부속기관(12, 14)을 수용하고 있는 잠수함.
  3. 상기항 중 어느 한 항에 있어서, 잠수함의 압력선체(2)와 연결되어 있고 안전수단(17)에 의하여 차단되는 도관(16)이 외부압력용기(6)에 구비되어 있는 잠수함.
  4. 상기항 중 어느 한 항에 있어서, 안전수단이 압력방출밸브(17)인 잠수함.
  5. 상기항 중 어느 한 항에 있어서, 안전수단이 파열형 디스크인 잠수함.
  6. 상기항 중 어느 한 항에 있어서, 잠항상태에서도 외부압력용기(6)의 외부로 유체가 유출될 수 있도록 하는 압력증가수단이 구비되어 있는 잠수함.
  7. 상기항 중 어느 한 항에 있어서, 액화가스용기(3)내의 압력이 정해진 값을 초과할 때에 가스 또는 액체를 압력선체(2)의 외부로 안내하는 수단(16, 17)이 구비되어 있는 잠수함.
  8. 상기항 중 어느 한 항에 있어서, 압력증가수단이 외부압력용기(6) 또는 액화가스용기(3) 내의 압력을 이용하여 작동되는 잠수함.
  9. 상기항 중 어느 한 항에 있어서, 액화가스용기(3)가 그 작동압력이 잠수함의 잠수깊이의 압력과 일치하도록 구성되어 있는 잠수함.
  10. 상기항 중 어느 한 항에 있어서, 외부압력용기(6)가 그 작동압력이 잠수함의 잠수깊이의 압력과 일치하도록 구성되어 있는 잠수함.
  11. 상기항 중 어느 한 항에 있어서, 외부압력용기(6)로부터 압력선체(2)측으로 연결된 가스도관(11)용으로서 외부압력용기(6)내에 차단밸브(12)가 설치되어 있는 잠수함.
  12. 상기항 중 어느 한 항에 있어서, 차단밸브(12)가 압력선체(2)내의 가스농도에 따라서 제어되는 잠수함.
  13. 상기항 중 어느 한 항에 있어서, 최소한 하나의 가스감지기(13)가 압력선체(2)내의 가스농도를 측정하기 위하여 설치되어 있는 잠수함.
  14. 상기항 중 어느 한 항에 있어서, 압력선체(2)내의 가스농도가 정해진 값을 초과하는 경우에 차단밸브(12)를 폐쇄토록 작동시키는 제어장치가 설치되어 있는 잠수함.
  15. 상기항 중 어느 한 항에 있어서, 최소한 하나의 압력감지기 또는 가스감지기(13)가 외부압력용기(6)내에 설치되어 있고, 외부압력용기(6), 특히 부속기관실(7)내의 증가된 압력 또는 증가된 가스농도가 검출될 때에 액화가스용기(3)로부터 액화가스의 공급을 차단하는 수단(14)이 설치되어 있는 잠수함.
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