KR20060129184A

KR20060129184A - 선박 선체와 같은 수면 아래 표면을 세정하기 위한 장치

Info

Publication number: KR20060129184A
Application number: KR1020067008989A
Authority: KR
Inventors: 로버트 앤더슨; 쏘르 올라브 이. 스페레
Original assignee: 클린헐 노르웨이 에이에스
Priority date: 2003-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2006-12-15
Also published as: CA2545389C; EP1685022B1; CA2545389A1; KR101157610B1; DE602004031251D1; EP1685022A1; WO2005044657A1; NO20034978D0; JP2007510588A; ATE496824T1; NO319207B1; US20070051392A1; US7699066B2

Abstract

선박 선체와 같은 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치는 세정되어야 하는 표면에 대하여 가압된 액체를 배출하기 위한 노즐(2)들이 제공된 회전 디스크(1)를 구비한다. 노즐(2)들은 회전 디스크(1)의 회전축(3)에 대하여 경사지게 장착되며 회전축(3)과 같은 중심을 가진 중공형 스핀들(4)을 통하여 가압된 액체를 공급하도록 배치된다. 노즐들은, 세정되어야 하는 표면에 수직이 아닌 각각의 노즐(2)로부터의 액체 제트 속도 성분(V_p)이 회전 디스크(1)의 회전 방향(R)과 같은 방향을 가진 접선 속도 성분(V_t)과, 선택적으로는 양(positive)의, 즉, 디스크의 중심에 대하여 외측으로 배향된 반경 방향 속도 성분을 가지도록 하는 배향으로써 경사진다.

Description

선박 선체와 같은 수면 아래 표면을 세정하기 위한 장치{Device for cleaning subsea surfaces such as ship hulls}

본 발명은 표면을 세정하기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박의 선체등을 포함하는, 종래의 세정 방법으로는 적어도 부분적으로 제한된 이용성을 가지는 특히 넓은 표면들을 세정하기 위한 장치에 관한 것이다.

선박의 선체와 같이 넓은 표면들에 대한 장비를 개발하는 것은, 선박 선체가 부분적으로 물에 잠겨서 이용성이 제한되는 것에 부분적으로 기인하여, 상당한 곤란하다. 다른 한편으로, 해양 생물들은 표면을 거칠게 하고 매끄럽지 않게 하여 표면이 오염되기 때문에, 상당히 빈번한 세정이 필요하다. 그러한 생물들의 층으로 덮힌 선박의 선체는 선박과 물 사이의 증가된 마찰의 결과로 연료 소비를 상당히 증가시킬 것이다. 이와 관련하여 1 % 의 마찰 증가는 3 % 의 연료 소비 증가로 이어진다는 점이 주목되어야 한다.

더욱이, 선박의 선체는 통상적으로 유기 주석 성분들을 포함하는 유독성 선박 저부용 페인트로 코팅되는데, 그러한 코팅은 세정 작용중에 제자리에 유지되는 것이 매우 소망스러우며, 이는 코팅이 해양 생물을 오염시킬 것이기 때문이다. 따라서 표면으로부터 불순물을 제거하지만 존재하는 선박 저부 페인트의 그 어떤 층 들이라도 손상하지 않거나 또는 단지 제한된 범위로만 손상시키는 장비를 개발하는 것이 소망되었다.

노르웨이 특허 제 310 902 호 (Andorsen)는 해양 구조물, 주로 폐쇄 그물과 양식용 그물 케이지(cage)를 위한 세정 장치를 설명한다. 상기 장치는 디스크의 외주를 따라서 노즐들이 제공된 회전 디스크를 구비한다. 디스크는 세정되어야 하는 수직 표면을 따라서 주로 수직으로 움직이도록 배치된 선에 매달려있다. 특정한 경사로 노즐들을 배향시킴으로써 소위 "포일(foil)" 효과가 획득되는데, 이는 디스크와 세정되어야 하는 표면 사이의 유인(attraction)의 종류로 이해된다.

노르웨이 특허 제 313 746 호(Andorsen)는 해양 구조물을 위한 세정 장치를 설명하는데, 주로 선박 선체, 근해 구조물, 양식 설비등과 같은 해양 구조물을 위한 것이다. 상기 장치는 로터 부재상에 배치된 노즐들을 구비하며 세정 유니트는 통상적으로 3 개 또는 5 개의 그러한 로터 부재들을 구비한다. 메인 유니트는 와이어, 체인 또는 그와 유사한 것에 의하여 매달린다. 상기 특허에 따르면 통상적으로 로터 부재가 25 cm 보다 작은 직경을 가짐으로써 속도를 증가시키도록 로터 부재의 크기를 줄이는 것이 중요한데, 이는 주어진 물의 압력에서 향상된 세정 효과에 이르게 한다. 이와 같은 점으로부터 물의 압력이 로터 부재에 대한 구동력을 제공한다는 점이 명백한 것으로 보인다. 200 내지 250 바아(bar)의 작용 압력들이 언급되어 있다.

미국 특허 제 3,946,692 호는 휘일(wheel)이 제공된 수면하의 표면 세정 장치에 관한 것으로서, 브러쉬들과 표면 사이에 유인력을 만드는 방식으로 배치된 원 형의 회전 브러쉬로 이루어진 세정 부재를 구비한다. 상기 장치는 통상적으로 3 개의 브러쉬들을 가지며 브러쉬 마다의 유인력은 약 220 kg 인 것으로 일컬어지며, 즉, 전체적인 장치/차량에 대하여 약 660 kg 이다. 브러쉬들은 별도의 유압 모터에 의해서 동력을 받으며 회전 속도는 통상적으로 700 내지 1200 rpm 이다. 브러쉬 직경은 통상적으로 400 mm 이다. 상기 특허에는 가압된 물의 공급에 관해서는 개시된 바 없다.

미국 특허 제 4,574,722 호는 미국 특허 제 3,946,692 호와 마찬가지로 물 아래에 있는 선박 선체와 같은 표면들을 세정하는 브러쉬가 제공된 "운반기"에 관한 것이다. 도면에서 도시된 것은 운반기가 선박의 수직 표면을 따라서 움직일 때 작은 표면의 운반기가 운반기를 위한 "부이(buoy)"로서의 작용을 하도록 의도된 것이다. 이러한 장치의 중요한 특징은 세정되어야 하는 표면이 평탄하지 않을 때조차도 각각의 브러쉬는 우수한 세정이 보장되도록 유연성이 있는 서스펜션 메카니즘을 가진다는 사실이다. 운반기는 부력 탱크도 구비한다.

미국 특허 제 4,926,775 호는 주로 물 아래의 수직 표면에서 이용되도록 의도된 세정 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 표면에 대하여 고압으로 물을 스프레이하도록 배치된 노즐들의 세트(또는 적어도 하나의 노즐)를 구비하는데, 노즐들은 (적어도) 하나의 회전 디스크상에 배치되고, 회전 디스크의 회전축은 주로 세정되어야 하는 표면에 수직이다. 특히 지적되어야 하는 것은 노즐들이 스프레이용 물에 접선 운동 성분을 제공하도록 경사지게 배치되어, 디스크를 회전하게 설정하는 작용력으로 이끈다는 것이다. 더욱이 하나 또는 그 이상의 노즐들은, 장치를 같은 표 면에 근접한 위치에 유지하기 위하여, 세정되어야 하는 표면으로부터 이탈되게 배향된다.

미국 특허 제 5,884,642 호는 가압된 물의 적용에 의해 선체 선박과 같은 금속 표면을 세정하기 위한 가동 운반기에 관한 것이다. 운동은 자기 요소(magnetic element)들 또는 부분들을 구비하는 톱니 휘일과 체인에 의해서 수행된다. 상기 특허는 운반기에 편리한 가동성/기동성을 제공하도록 휘일의 개별 제어를 많이 기재하고 있다. 세정 노즐들은 운반기 아래의 회전 대칭인 중앙의 아암을 따라서 분포되는데, 상기 아암은 중앙의 축(48)을 중심으로 피봇되도록 배치되어서 중앙의 축을 통해 물이 공급되며, 따라서 노즐들은 상이한 반경들로 원을 그린다. 아암이 경사지게 배치된 노즐들의 방향에 대하여 회전할 수 있다는 점이 상기 특허에는 나타나 있지 않으며, 따라서 회전을 위한 메카니즘은 미국 특허 제 4,926,775 호에 개시된 것과 같다.

미국 특허 제 6,425,340 호는, 예를 들면 선박의 선체 또는 그와 유사한 것에 장치를 부착시키도록, 영구 자석을 이용하여 물 아래의 표면을 세정하기 위한 장치에 관한 것이다. 세정 장치는 "초고압 물 제트 시스템"을 구비하며 페인트등과 같은 "코팅"을 제거하도록 의도된 것이다. 25,000 psi 또는 1725 바아(bar)의 물의 압력이 지정되며 시스템은 적어도 하나의 피봇 노즐을 구비한다. 더욱이 장치는 유리되는 물질을 수집하기 위하여, 선박에 대하여 단단하게 노즐 오리피스의 둘레 부위를 덮는 감싸는 외피를 구비함으로써, 유리된 물질이 환경으로 이탈되지 않는다. 상기 공보에 따른 노즐 또는 노즐들은 그 자체의 둘레로 회전하고, 그들이 회전 디 스크상에 장착되지 않는다는 점이 주목할 만 하다. 이러한 특징은 예를 들면 도 5 (회전 부분(32)) 및 상세한 설명의 제 9 칼럼, 15 행 내지 16 행과, 30 행 내지 33 행에서 명백하다. 상기 공보는 당해 기술 분야에서 종래 기술 공보에 대하여 광범위한 참고 사항을 제공한다.

미국 특허 제 5,048,445 호는 이전에 설명된 공보와 같은 목적을 위한 장치에 관한 것으로서, 장치/선박의 추진을 위한 "추진기 조립체"를 개시한다. 노즐들은 하나 또는 그 이상의 매니폴드(들) 위에 배치되는데, 상기 매니폴드는 특정의 구현예들에서 회전 가능한 고리의 형상을 가질 수 있다. 제 9 칼럼, 23 행 내지 25 항에서는 이러한 목적을 위한 노즐들이 경사지게 배치됨으로써, 고압하에 노즐을 떠나는 물로부터의 반대 방향 힘이, 통상적으로 90 rpm 의 회전 속도로 회전하는 노즐을 지지하는 링 형상의 매니폴드를 설정한다.

또한 미국 특허 제 3,829,019 호에 설명된 것과 같이, 물의 분출 또는 스프레이를 위한 회전 헤드를 가진, 지상에서 사용될 목적의 세정 장치들이 다수 있다. 상기 특허는 바닥과 벽을 세정하기 위한 장치를 설명하며 물 채널이 설치된 회전 아암을 덮는 하우징과, 벽, 바닥(테라스) 또는 그와 유사한 것의 형태인 표면에 대하여 압력 하에 물을 배출하기 위한 노즐들을 구비한다. 아암들의 회전은 아암들에 있는 경사지게 배치된 노즐들에 의해 제공되지만, 일부의 노즐들은 회전 동력의 노즐들의 반대 방향으로 경사지게 배향될 수도 있다. 회전 방향을 결정하는 노즐들은 통상적으로 30°의 "후방" 각도를 가지는 반면에, 반대로 경사진 노즐들은 통상적으로 15°전방의 경사를 가진다. 후방으로 지향하는 노즐들이 전방으로 지향하는 노즐보다 적지 않다는 전제로, 회전 방향에서 후방 지향 노즐의 힘 성분들의 합은 전방 지향 노즐의 힘 성분들의 합보다 클 것이며, 이는 전자가 회전 방향에 근접한 방향을 가지기 때문이다. 그러나, 전방 지향 노즐들의 힘의 성분들은 그러한 노즐들이 없었다면 얻어졌을 속도 보다 느린 속도로 회전을 감속시킬 것이다. 상기 특허에 따른 장치는 수면하의 표면을 세정하기에 적절하지 않은데, 이는 노즐들이 제공된 회전 아암들이 실질적으로 개방된 구성으로 위치되며, 장치가 물에 잠긴다면 아암의 회전 성능을 현저하게 감소시키는 물에 의해 둘러싸여있기 때문이다.

미국 특허 제 4,314,521 호는 물 아래에 있는 표면을 세정하기 위한 장치 및 방법을 개시한다. 상기 장치는 회전하도록 배치된 부재에 부착되어 있는 브러쉬와 노즐들을 구비하며, 경사지게 배치된 노즐이나 또는 예를 들면 유압 모터에 의해서 회전이 이루어질 수 있다는 점이 언급되어야 한다. 상기 장치는 주로 잠수부들에 의해 제어되도록 의도된 것이며, 노즐들이 회전을 이루게 하는 경우에 노즐들이 경사져야만 한다는 명백한 사실 이외에는 노즐들의 배치에 대해서 아무것도 상세하게 개시된 바 없다. 액체는 펌프로부터 표면 아래로 제공되며 더욱이 장치는 충분하게 용이하게 회전하도록 표면으로부터의 공기 공급을 필요로 한다. 회전 부재는, 세정되어야 하는 표면을 향하는 측면을 제외하고, 노즐이 설치된 부재 및, 브러쉬의 모든 측면을 덮는 하우징 아래에 감춰져있다.

요약하면, 선박 선체 및 그와 유사한 표면을 세정하기 위한 다수의 장치들은 브러쉬와 노즐을 통한 가압된 물의 스프레이의 이용을 모두 포함한다. 노즐들에 기초한 장치들중에서 일부는 회전을 위해서 배치된 부재들상에 배치된 노즐들을 가지 며, 일부는 아암에 있는 노즐을 가지고, 일부는 링 형상 부재에 있는 노즐을 가지고, 일부는 "전체적인" 디스크에 배치된 노즐을 가진다.

선체에 적용된 선박-저부용 페인트를 손상시키거나 또는 그 일부를 제거하지 않으면서 선박 선체의 오염된 표면들을 충분히 세정하는 것은 매우 소망스러운 것이다. 동시에, 액체를 고압하에서 고속 회전하는 디스크등에 전달하는 경우에 오랜 시간 동안 신뢰성 있고 누설이 없는 액체 결합을 설정하는 것도 상당히 소망스러운 것이다.

따라서 본 발명의 목적은 수면 하의 표면을 세정하기 위한 장치를 제공하는 것인데, 특히 선박 선체들과 같이 제거하기 곤란한 해양 생물체로 오염된 표면을 세정하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 페인트/선박 저부용 페인트에 무시할 수 없는 손상을 가하여 환경에 소망스럽지 않은 오염을 유발하는 일 없이, 페인트/선박 저부용 페인트로 처리된 표면들을 세정할 수 있는, 상기 언급된 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 특정한 목적은 소위 ROV(remotely operated vehicle)와 같은 무인 해저 장치에 의해 운반되기에 적절하고, 실질적으로 표면이 수직일 때조차도 세정될 표면에 넓게 고정될 수 있는, 표면을 세정하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 물을 압력하에 적용함으로써, 세정 효과가 단순한 방식으로 특정한 물의 압력에 대하여 최적화될 수 있는, 오염되거나 또는 과도하게 오염된 표면을 효과적으로 세정하기 위한 장치를 제공하는 것이다.

상기 언급된 목적들은 본 발명에 따른 장치에 의해서 달성되는데, 이것은 청구항 제 1 항에 기재된 특징들에 의해서 기재된 바와 같은 것이다.

본 발명의 바람직한 구현예들은 종속항들에 기재되어 있다.

위에서 설명된 바와 같이 경사지게 배치된 노즐들을 가진 회전 디스크에 기초한 몇가지 종래 기술의 세정 장치들이 있다. 이들 구성들에 공통되는 것은 노즐로부터의 물 제트들에 대한 반대의 힘의 이용이나, 또는 보다 정확하게는 회전을 디스크에 제공하는, 회전 디스크의 회전축에 평행하지 않은 노즐로부터의 물 제트의 속도 성분의 이용이다. 종래 기술에 따른 해법은 수행이 간단하지만, 이론적으로 이용 가능한 세정력의 실질적인 양이 디스크를 회전시키는데 이용된다는 점을 의미한다. 더욱이 회전 속도는 물의 압력에 의해서만 결정되며, 따라서 이들 시스템들은 상황에 따라서 속도를 개별적으로 조절할 가능성을 결여하고 있다.

경사지게 배치된 세정 노즐을 떠나는 물 제트의 속도(V)는 회전 디스크에 수직인 속도 성분(V_n)과 회전 디스크(그것의 회전 평면)에 평행한 속도 성분(V_p)의 벡터 합으로서 볼 수 있다.

평행한 속도 성분(V_p)은 다시 회전 디스크에 대하여 반경 방향인 속도 성분(V_r)과, 회전 디스크에 접선 방향인, 보다 정확하게는 각각의 세정 노즐이 위치하고 회전 디스크와 같은 중심을 가지는 가상의 원형의 선에 접선 방향인 속도 성분(V_t)의 합으로 볼 수 있다.

상대적으로 높은 회전 속도들을 필요로 하기 때문에, 본 발명의 회전 부재(회전 디스크)의 외측 형상은 둘러싸는 물로부터 가능한 한 낮은 마찰을 야기하여야만 한다. 이것은 회전 방향을 가로질러서 가능한 한 균등한 형상에 의해서 얻어진다. 보다 기술적으로는 이것이 다음과 같은 방식으로 표현될 수 있다. 회전 부재는 그것을 통한 임의의 반경 부분들이 실질적으로 같은 형상과 크기를 가지도록 되어 있는 형상을 가져야 한다.

수면 아래의 표면을 세정하기 위한 회전 디스크들을 구비하는 종래 기술의 장치들이 주로 디스크들을 회전시키기 위한 경사 배향의 노즐을 이용하였던 반면에, 본 발명에 따른 장치에는 소망되는 속도로 디스크에 강제적으로 동력을 공급하는 별도의 동력 소스가 제공되어 있다. 종래 기술 장치들에서 회전 속도는 예를 들면 물의 압력에 의해서 제한되며 상기 언급된 접선 방향 속도 성분은 회전 방향에 반대로 배향되어야 한다. 실제로, 모든 세정 노즐들이 동등하게 배향될 필요는 없지만, 반대 방향의 접선 경사를 가진 각각의 세정 노즐에 대하여, 세정 노즐들이 회전 디스크의 회전을 제공할 때 회전 속도는 감소될 것이다. 본 발명에 있어서 세정 노즐들의 절반 이상은, 접선 속도 성분(V_t)이 회전 속도를 손상시키지 않으면서 회전 디스크에 대하여 회전 방향(R)과 같은 방향을 가지도록 하는 그러한 접선 경사를 가진다. 이러한 방식으로 탁월한 세정 효과가 특정의 물 압력에서 달성된다. 바람직스럽게는 모든 세정 노즐들의 대부분 또는 전부가 그로부터 배출된 물의 접선 방향 속도 성분(V_t)이 회전 디스크에 대한 회전 방향(R)과 같은 방향을 가지도록 배치된다. 본 발명에 의해서 세정 노즐들의 경사 배향은 회전이 다른 방식으로 유지되면서 가능한 최고의 세정 효과를 달성할 목적을 위해서 최적화될 수 있다. 그에 의해서 최적의 세정 효과는 공급된 최적의 물의 압력에서 얻어지는데, 이는 소망되는 효과를 달성하는데 극히 높은 물의 압력들이 필요하지 않다는 점을 의미하며, 장치의 정지 부품과 회전 부품들 사이에서 액체의 누설 없는 전달을 보장하는 개스킷과 스핀들과 같은 구성 요소들의 수명에 긍정적인 효과를 가지는 것이다.

본 발명에 따른 장치의 부가적인 장점은 회전 부재, 또는 보다 정확하게는 회전 부재의 중앙 부위와 세정되어야 하는 표면 사이에서 강한 흡입이 발생한다는 것이다. 이러한 흡입력은 고속으로 세정 노즐로부터 배출되는 물의 "튀는 현상(recoil)"을 완전히 중화시킨다. 따라서 장치를 세정되어야 하는, 예를 들면 선박 선체에 근접하게 유지하는 여분의 에너지를 이용할 필요가 없다.

실제적인 수의 세정 노즐들은, 세정 노즐들로부터 배출되는 물의 반경 방향 속도 성분(V_r)이 제로 보다 크게 되는 그러한 경사를 가지는 것이 더욱 바람직스러우며, 즉, 각각의 개별 세정 노즐이 위치하고 있는 회전 디스크와 같은 중심을 가지는 가상의 원으로부터 외측으로 배향된 속도 성분이 있는 것이 바람직스럽다.

도 1 은 종래 기술에 따른 회전 디스크의 개략적인 도면이다.

도 2a 는 본 발명의 제 1 구현예에 따른 세정 노즐이 제공된 회전 부재의 개략적인 도면이다.

도 2b 는 본 발명의 제 1 구현예의 변형에 따른 회전 부재의 개략적인 도면 이다.

도 3 은 본 발명의 제 1 구현예의 다른 변형에 따른 세정 노즐이 제공된 회전 부재의 개략적인 도면이다.

도 4 는 본 발명의 제 2 구현예에 따른 세정 노즐이 제공된 회전 부재의 개략적인 도면이다.

도 5 는 도 2b 에 도시된 구현예에 따른 회전 부재의 일부에 대한 단면도이다.

참조 번호에 대하여, 원칙적으로 같은 요소들은 다른 도면에서 같은 번호를 가진다.

도 1 은 종래 기술에 따른 회전 디스크를 그것의 회전축(3)을 따라서 도시한다. 회전 디스크(1)의 외주를 따라서 4 개의 세정 노즐(2)이 배치되어 있는데, 상기 세정 노즐들은 공급된 물이 주로 회전축(3)에 평행한 속도 성분, 즉, 지면의 평면으로부터 수직으로(상방으로)의 속도 성분과, 각각의 세정 노즐(2)의 위치에서 가상적인 원의 접선과 평행한 속도 성분을 가지고 배출되도록 배향된다. 이러한 접선 속도 성분은 관련된 모든 세정 노즐들이 시계 방향으로 (우측으로) 배향되게 하는 것이다. 높은 압력에서 물이 4 개의 세정 노즐(2)들 각각으로부터 배출될 때, 세정 노즐들과 세정 노즐들이 부착된 회전 디스크들은 저항력을 맞이하게 되며 그러한 저항력은 화살표(R)로 도시된 바와 같이 디스크를 좌측을 향하여 회전시킨다. 따라서 물 제트의 접선 속도 성분은 회전 디스크에 회전을 제공하는 반면에, 회전 축에 평행한 속도 성분은 세정되어야 하는 표면에 세정 압력을 제공하며 이것은 정상적으로는 회전 디스크에 주로 평행하게 될 것이다. 세정 노즐들의 각각으로부터의 물 제트는 통상적으로 특정한 퍼짐(spread)을 가질 것이며, 3 개의 화살표로 표시된 바와 같이 원추형이거나 또는 바람직스럽게는 부채 형상으로 펼쳐져서 예각의 "부채꼴"을 형성한다.

도 2a 는 본 발명에 따른 회전 디스크를 도시한다. 이것은 도 1 의 디스크와 같은 기본 구성을 가지지만, 부가적으로 기어(5)를 구비하며 기어는 도시되지 않은 외부 모터와 맞물리고, 외부 모터는 세정 노즐(2)로부터 배출되고 있는 물에 독립적으로 디스크를 회전시킬 수 있다. 도 1 의 세정 노즐과는 반대로, 세정 노즐들은 각각의 세정 노즐로부터의 접선 속도 성분이 시계 반대 방향으로 향하도록 배향된다. 본 발명에 따라서 세정 노즐들의 배향(경사)은 회전 디스크의 시계 반대 방향 회전에 대한 장애가 아니며, 즉, 세정 노즐로부터의 제트들의 접선 속도 성분들의 합으로 이루어진 회전 디스크에 대한 힘에 반대되지 않는다. 도 2 에 있어서 문제가 되는 세정 노즐이 배치되어 있는 가상적인 원에 대한 접선 방향(T)의 표시가 있다. 도 1 에서와 같이 도 2 에 따른 회전 디스크는 회전 디스크의 주위에 근접하여 상호 이격된 90 도 각도로 떨어진 모두 4 개의 세정 노즐들을 가진다. 종래 기술의 회전 디스크들에 대한 경우에서와 같이, 물은 회전축(3)에 동심원상에 배치된 중공형 스핀들을 통해서 디스크에 공급된다.

실제에 있어서 각각의 세정 노즐로부터의 물 제트는 특정의 퍼짐을 가지게 될 것인데, 예를 들면 부채 형상이거나 또는 다소 예각인 원추의 형태이다. 도면에 서는 예각의 부채 형상을 가진 작은 화살표들로 표시되어 있다. 물 제트들의 방향은 따라서 거의 정확하게 한정될 수 없다. 여기에서 그러한 부채 형상의 스프레이 방향이, 예를 들어서 문제가 되는 노즐이 위치하는 가상적인 원의 접선과 비교되었을 때, 접선과 비교되기 위한 기초는 그러한 스프레이의 중앙 부분인 반면에, 같은 스프레이의 주위 부분들은 다소 벗어난 방향을 가질 것이라는 점이 이해되어야 한다. 도 2a 에 도시된 바와 같이, 회전 디스크와 평행한 속도 성분(V_p)은 각각의 개별 노즐이 부착된 회전 디스크와 같은 중심에 있는 가상의 원에 대한 접선과 평행하다.

도 2b 는 도 2a 에 도시된 변형과는 상이한 본 발명의 특히 바람직한 구현예로서, 각각의 노즐들로부터의 물 제트의 방향은 세정되어야 하는 표면에 수직이 아닌 속도 성분(V_p)이, 노즐이 부착된 가상의 원의 접선과 평행하지 않지만, 접선에 대하여 바깥으로 지향한다는 점에서 다르다. 속도 성분(V_p)은 2 개의 속도 성분들인 V_r 과 V_t 로 분해되는 것일 수 있는데, 여기에서 V_r 은 회전 디스크 또는 각각의 개별 노즐이 부착된 회전 디스크와 같은 중심을 가지는 가상의 원에 대하여 반경 방향이며, 이에 반해 V_t는 같은 원에 대하여 접선 방향이다. 회전 부재(회전 디스크)와 따라서 그에 부착된 노즐들은 세정되어야 하는 표면에 대하여 특정의 거리를 가지기 때문에, 심지어는 근접하기 때문에, 접선에 대한 이러한 경사는 물 제트들이 회전 디스크의 반경 보다 큰 반경을 가진 원형으로 표면을 가격한다는 것을 의미한 다. 이것이 의미하는 것은 노즐로부터의 물이 회전 디스크와 세정되어야 하는 표면 사이에 여분의 액체를 부가하지 않으며, 따라서 회전 디스크와 세정되어야 하는 표면 사이에는 국부적인 과도 압력이 있을 것이라는 점이다.

도 3 은 도 2b 에 도시된 회전 디스크의 변형을 도시하는데, 여기에서 유일한 차이점은 단지 3 개의 세정 노즐들이 구비되며, 따라서 이들은 서로 120 도의 각도로 이격된다는 점이다.

도 4 는 상이한 구현예를 도시하는데, 세정 노즐(2,2')을 가진 회전 디스크(11)는 2 개의 연속적인 원형의 선들을 따라서 분포되고, 4 개의 노즐들이 각각의 원형의 선에 있다. 내측의 원형 선에 있는 세정 노즐(2')들은 외측의 원형 선에 있는 노즐(2)들에 비교하여 45 도의 각도로 변위되어 있다. 양쪽 원형 선들에 있는 모든 세정 노즐들로부터의 액체 제트들에 대한 접선 속도 성분(V_t)은 시계 반대 방향이다. 회전 디스크는 화살표(R)로 도시된 바와 같이, 도 2a, 도 2b 및, 도 3 에 도시된 바와 같은 방식으로 시계 반대 방향으로 회전하도록 배치된다. 외측 원을 따른 노즐들은, 이들 노즐로부터 배출되고 있는 물이 제로보다 큰 반경 방향 속도 성분(V_r)을 가지도록, 즉, 노즐(2)로부터의 물이 세정되어야 하는 표면에서 회전 디스크의 원주의 투영부를 지나서 (그것의 외측으로) 표면을 가격하도록, 도 2b 와 도 3 과 같은 방식으로 배향된다.

도 5 는 회전 디스크의 외주 부분에 대한 특히 바람직한 구현예의 단면도를 도시한다. 회전 디스크(1)는 세정되어야 하는 표면(8)을 면하는 측면(6)과, 표 면(8)으로부터 이탈되게 면하는 측면(7)상에서 주로 평탄하다. 외주의 협소한 부위(9)에서 회전 디스크는 세정 표면을 면하는 측면상에, 표면(8)으로부터 이탈되게 테이퍼진 링 형상의 부위를 가지며, 테이퍼진 부위의 외측 가장자리(10)는 반대 측면(7) 위로 만곡된다. 이러한 디자인은, 그에 의한 회전 디스크에 대하여 외주를 따라서 세정되어야 하는 표면으로부터 이탈되게 들어올리는 힘이 제공되게 하는데, 상기 들어올리는 힘은 디스크의 중심에 근접하게 발생하는 다소 강한 부분적인 힘을 보상한다는 점에서 매우 유리한 것으로 증명되었다. 회전 디스크와 표면 사이에서의 어떤 흡입력이 소망되지만, 이러한 흡입력이 너무 강해서 회전 디스크를 유지하는 장치가 세정되어야 하는 표면, 즉, 통상적으로 선박의 선체일 수 있는 표면을 따라서 용이하게 움직일 수 없는 것은 소망스럽지 않다. 회전 디스크가 도 5에서 양쪽 측면에서 평탄하게 도시되었을지라도, 이로부터 이탈되는 형상들도 이용될 수 있는데, 예를 들면 오목한 측면이 세정되어야 하는 표면을 향한다. 그 어떤 경우에도 세정 디스크의 형상은 주로 전체 원주의 둘레에 고르게 될 것이어서, 디스크를 통한 임의의 반경 방향 부분들은 실질적으로 같은 형상과 크기를 가질 것이다.

실제의 실험을 통해서 나타난 바로서, 본 발명에 따른 장치의 세정 효과는 비교적 낮은 물의 압력에서, 예를 들면 150 바아(bar)내지 1250 바아의 범위인 물의 압력와 같은 낮은 압력에서조차도 매우 양호하다. 따라서 상당한 세정 효과를 필요로 하는 넓고 무거운 오염 표면들의 세정과 관련하여, 세정 노즐로부터의 힘에 의해서 유도된 회전과 비교하여 외부 모터에 의해 결정되는 회전으로써 회전 디스크를 이용하는 것이 상당히 유리하다. 보다 바람직한 물의 압력은 250 내지 350 바 아 이내에 있다.

본 발명의 주요 특징은, 그 어떤 주어진 세정 작용에서도 물의 압력, 노즐들의 경사 및, 디스크들의 회전 속도의 조합과 관련하여 높은 자유도를 유지하면서, 우수한 세정 효과가 얻어지게 하는 것이다. 회전 속도는 액체 압력과 독립적으로 그리고 노즐의 경사와 독립적으로 결정된다. 노즐들의 경사가, 교환 가능한 개별 노즐들에 의해서, 또는 기존 디스크들을 고정되었지만 상이한 배향의 노즐들을 가지는 디스크들로 교체하는 것에 의해서 변경되는지의 여부는 상기와 관련하여 덜 중요하다. 이러한 해법들은 모두 본 발명의 범위 내에 있다.

본 발명에 따른 장치는 선박 선체의 세정을 위해서 개발되었으며 선박의 선체를 세정하는 용도를 가지고 있으며, 정상적으로는 물 안에 잠기는 선체 선박의 부분을 주로 세정하는 용도를 가진다. 이러한 목적을 위해서 본 발명에 따른 장치는 통상적으로 3 개 또는 4 개의 회전 디스크들을 구비할 것이며 목적을 위해서 편리하게 적합화된 ROV 에 부착된다. 통상적으로 그러한 ROV 는 쌍안정(bistable)이 될 것이며 추력기(thruster)를 가져서, 상기 추력기는 세정이 수행되는 동안에 그 어떤 방향으로도 선박의 선체에 대하여 안정화되거나 또는 그것을 따라서 진행할 수 있는 것을 보장한다. 기존의 ROV 는 이러한 목적에 적절한 특성을 가지므로 이러한 특징은 본 발명의 일부가 아니다.

본 발명에 따른 장치는 지면에서 커다란 표면을 세정하는데 적절하며 그러한 목적을 위해서 수동으로나 또는 분리된 모터에 의해서 이송되는 소형 유니트에 의해서 운반될 것이다. 그 어떤 환경에서라도, 항상 회전 디스크들이 세정되어야 하 는 표면과 평행하고 그로부터 소정의 거리를 유지하는 것을 보장하도록 장치가 공지의 위치 선정 수단을 구비하는 것이 바람직스럽다. 세정 노즐과 표면 사이의 거리는 비교적 짧을 것이며, 예를 들면 0.3 내지 4 cm 이고 보다 전형적으로는 0.5 와 2 cm 사이가 될 것이다.

회전 디스크를 위치시키기는 장비는 통상적으로 프레임을 구비하여, 프레임상에 하나 또는 그 이상의 디스크들이 부착되고 휘일(wheel)들이 프레임이나 또는 가능하게는 개별의 디스크들에 장착되는데, 상기 휘일들은 세정 작용 동안에 세정되어야 하는 표면에 대하여 안정되도록 적합화된다. 그러한 위치 선정 장비는 종래 기술이며 따라서 여기에서 보다 상세하게 설명되지는 않을 것이다.

선박 선체의 세정과 관련하여 선체의 유독성 선박-저부 페인트가 손상되지 않는 것은 매우 중요한 것으로 언급되어야 한다. 이러한 특징은 이후에 예시되어 있다.

예

세정은 오염 방지 작용제를 포함하는 트리부틸틴(tributyltin; TBT)으로 처리된 시험 표면들 위에서 수행되었다. 시험의 성능과 관련하여 세정 노즐로의 물은 시험 선박으로부터 그리고 다시 시험 선박으로 재순환되었으며, 따라서 선박 안으로 도입된 그 어떤 유기 성분의 희석도 회피되었다. 회전 디스크의 작동은 그러나 다른 방식으로 이루어졌는데, 이는 12 l/minute 로 선박 안에서 모든 농도들의 희석화를 의미한다. 그러나 이러한 효과는 제 1 의 시험 샘플에 대하여 단지 0.35 % 의 충격을 가지며 제 2 및 제 3 의 테스트 샘플에 대해서는 1.7 % 의 충격을 가진 다. 시험은 아래의 표(1)에 의해 도시된 바와 같이 수행되었다.

표 1

시점	샘플	활용	비고
2002.10.4.		맑은 물(1170 리터)로 채워진 시험 용기내에 샘플 플레이트를 위치시킴. 다수의 10 강철 플레이트가 오염 방지제를 포함한 TBT로 처리됨
2002.10.4.-7.		시험 용기내 물로 유기 주석 화합물이 누설됨.
2002.10.7 (Kl 10:00)	샘플 1		누설 이후 제 1 의 세정 이전인 시험 용기내 물의 샘플
2002.10.7. (kl 10:30)		세정 과정 1. 전체 폭 1.2 m 의 3 개 회전 디스크들을 가진 세정기. 4 개의 강철 플레이트를 앞뒤로 세정함-지속 기간 ca.20 초. 압력 170 bar. 회전 400 rpm
	샘플 2		제 1 의 세정 이후에 시험 용기내 물의 샘플
2002.10.2. (kl.11:00)		세정 과정 2. 전체 폭 1.2 m 의 3 개 회전 디스크들을 가진 세정기. 4 개의 강철 플레이트를 앞뒤로 세정함-지속 기간 ca.20 초. 압력 220 bar. 회전 500 rpm
	샘플 3		제 2 의 세정 이후의 시험 용기내 물의 샘플

개별 성분들에 대하여 분석된 화학적 성분들과, 이용된 분석 방법과, 검출 한계들은 표 2 에 나열되어 있다.

표 2

화학적 성분	분석 방법	검출 한계
트리뷰틸틴(TBT)	GC-MS	0.007 μg/l
디뷰틸틴(DBT)	GC-MS	0.005 μg/l
모노뷰틸틴(MBT)	GC-MS	0.010 μg/l
트리페닐틴(TFT)	GC-MS	0.003 μg/l

TBT 는 DBT, MBT 및, TFT 로 분해될 수 있으며 따라서 세정 동안에 유기 주석 화합물의 전체적인 누설에 대한 정확한 상을 얻기 위해서 상기 모든 화합물들을 분석할 필요가 있다.

누설 분석에 대한 결과는 표 3 에 도시된 바와 같다.

표 3

샘플 번호	물질	μg/l 에서의 모든 결과
		TBT	DBT	MBT	TFT
1	제 1 세정 이전의 시험 용기내의 물의 샘플	67	9.7	12	n.d.
2	제 1 세정 이후의 시험 용기내의 물의 샘플	61	10	21	n.d.
3	제 2 세정 이후의 시험 용기내 물의 샘플	61	10	16	n.d.

(n.d.-검출 불가능, 즉, 0.003μg/l 보다 적음)

위의 표에서 희석 효과는 반영되지 않았지만, 언급된 바와 같이 이것은 1.7 % 보다 크지 않은 반면에, 분석의 불확실성 인자는 약 20 % 로 일컬어진다.

분석이 나타내는 것은 제 1 또는 제 2 의 세정 이전이나 이후에 TBT, DBT 또는 TFT에서 그 어떤 증가도 있지 않다는 것이다. MBT 의 측정은, 샘플 1 내지 샘플 2에서 증가가 발견되었지만 샘플 3 은 샘플 2 보다 낮은 MBT 의 레벨을 나타내었다는 점에서 일관성이 없다. 발명자는 MBT 의 모순된 결과에 대하여 즉각적인 설명을 하지 않지만, 그러한 점에 무관하게 전체로서의 측정은 오염 방지 코팅이 세정 작용에 의해 무시할 정도로 영향을 받는다는 점을 명백한 표시를 제공한다.

본 발명에 따른 장치에 대한 몇 가지 장점들이 이미 언급되었으며, 특히 강조되어야 하는 것은 회전 디스크의 강제적인 회전에 의해 달성되는 다기능성이 세정 효과를 최적화시키는 노즐들의 경사도와 관련하여 현저하게 큰 자유도를 허용한다는 점이다.

본 발명은 선박 선체의 수면 아래 표면등과 같이 목적물의 표면을 세정하는데 이용될 수 있다.

Claims

선박 선체등과 같이 수면 아래의 표면을 세정하는 장치로서, 분리된 추진 수단에 의해서 회전 상태로 설정되도록 배치되고 세정되어야 하는 표면에 대하여 압력 하에 액체를 배출하기 위한 노즐(2)이 설치된 회전 부재(1)를 구비하며, 상기 노즐(2)들은 회전 부재(1)의 회전축(3)에 대하여 경사지게 부착됨으로써, 노즐로부터 배출되고 있는 물 제트는 회전 부재의 회전 평면에 대하여 수직인 속도 성분(V_n)과, 회전 부재의 회전 평면과 평행한 속도 성분(V_p)을 가지며, 상기 노즐에는 회전축(3)과 동일한 중심을 가지는 중공형 스핀들(4)을 통하여 압력하에 액체가 공급되고,

회전 부재(1)는 회전 디스크를 통한 임의의 반경 방향 부분이 실질적으로 같은 형상과 크기를 가지게 되는 회전 디스크(1)의 형상을 가지며, 평행한 속도 성분(V_p)은 회전 디스크(1)에 대하여 반경 방향인 속도 성분(V_r)과, 노즐(2)이 배치되는 회전 디스크상의 원형의 선에 대하여 접선 방향인 속도 성분(V_t)의 합이며, 회전 디스크(1)의 회전 방향은 노즐(2)들의 경사에 대하여, 노즐(2)들중 적어도 절반으로부터 배출되는 액체에 대한 접선 방향 속도 성분(V_t)이 회전 디스크(1)의 회전 방 향(R)과 같은 방향을 가지도록 선택되는 것을 특징으로 하는, 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치.
제 1 항에 있어서,

노즐(2)들중 적어도 절반은 상기 노즐(2)들로부터 배출되고 있는 물에 대한 반경 방향 속도 성분(V_r)이 양(positive)이 되는 경사를 가지며, 즉, 각각의 개별 노즐(2)이 위치되고 있는 회전 디스크(1)와 같은 중심을 가진 가상의 원형 선으로부터 외측으로 배향되는 것을 특징으로 하는, 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

회전 디스크(1)는 외부 추진 수단과 맞물린 기어 메카니즘(5)에 의해서 회전 상태로 설정되게 배치되는 것을 특징으로 하는, 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치.
제 3 항에 있어서,

외부 추진 수단은 물 유압 모터인 것을 특징으로 하는, 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치.
전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,

회전 디스크는 세정되어야 하는 표면(8)을 향하는 측면에서 평탄하거나 또는 오목한 것을 특징으로 하는, 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치.
전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,

회전 디스크(1)는 20 내지 50 cm 범위의 직경을 가지는 것을 특징으로 하는, 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치.
전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,

외부 추진 수단은 200 내지 700 rpm 의 각속도로 회전 디스크를 회전시키도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치.
전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,

노즐(2)로 공급되고 있는 물의 압력은 100 내지 500 bar 의 범위인 것을 특징으로 하는, 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치.
제 8 항에 있어서,

노즐(2)로 공급되는 물의 압력은 250 내지 350 bar 의 범위인 것을 특징으로 하는, 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치.
전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,

2 개 또는 그 이상의 노즐(2)들이 회전 디스크(1)의 축(3)에 있는 중심을 가진 공통의 원형 선을 따라서 배치되며, 노즐들은 상기 공통의 원형 선을 따라서 각도상으로 대칭적으로 분포되는 것을 특징으로 하는, 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치.
제 10 항에 있어서,

회전 디스크(1)는 노즐(2,2')들이 각도상 대칭으로 배치되는 적어도 2 개의 원형 선들을 가지는 것을 특징으로 하는, 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치.
전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,

회전 디스크(1)가 항상 세정되어야 하는 표면과 평행으로, 상기 표면으로부터 특정의 소정 거리를 두어 유지되는 것을 보장하도록 간격 요소들이 제공되는 것을 특징으로 하는, 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치.
제 12 항에 있어서,

상기 간격 요소들은 휘일(wheels)인 것을 특징으로 하는, 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,

간격 요소들은, 표면과 노즐 사이의 간격이 0.5 내지 2 cm 범위 이내에 있는 위치에 회전 디스크를 유지하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치.
전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,

노즐(2)들은, 노즐(2)들의 경사에 따라서 주로 원형이거나 또는 타원형인 부위들에서 세정되어야 하는 표면(8)에 부딪히는 원추형의 물 제트를 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치.
제 1 항 내지 제 14 항의 어느 한 항에 있어서,

노즐(2)들은 슬릿 형상의 통공을 가지며, 회전 디스크 반경에 수직인 방향에서보다 회전 디스크 반경과 평행한 방향으로 더 넓은 부위에서 세정되어야 하는 표면(8)에 부딪히는 물 제트를 제공하도록 배치되는 것을 특징으로 하는, 수면 아래의 표면을 세정하기 위한 장치.