KR20090087463A

KR20090087463A - 선박의 부력제어시스템

Info

Publication number: KR20090087463A
Application number: KR1020097011318A
Authority: KR
Inventors: 마코토 아라이; 카즈오 스즈키; 코키 코라
Original assignee: 내셔널 유니버서티 코포레이션 요코하마 내셔널 유니버서티
Priority date: 2006-12-09
Filing date: 2007-12-10
Publication date: 2009-08-17
Also published as: JPWO2008069341A1; JP4505613B2; EP2096026B1; US20100018448A1; EP2096026A4; US7921790B2; EP2096026A1; WO2008069341A1; KR101358611B1; CN101553396A; CN101553396B

Abstract

선박(1)의 탱크(10)는, 선저(13, 船底)에 개구(開口)한 유입구(6) 및 유출구(7)를 갖는다. 유입구 및 유출구는, 선체의 진행방향으로 간격을 두고 배치된다. 유입구 및 유출구에는 개구폐쇄수단(9)이 설치된다. 개구폐쇄수단은 탱크 내 공간의 공기에 의해 선체 부력을 확보하도록 유입구 및 유출구를 폐쇄한다. 유입구 및 유출구는 선체의 전진운동을 이용하여 유입구에서 배 밖의 해수를 취수(取水)하고 동시에 탱크 내의 해수를 유출구에서 배 밖으로 유출시킨다. 격벽(2)이 선체의 폭방향으로 연장된 댐을 탱크 내에 형성하고, 탱크 내의 영역을 유입영역(3)과 유출영역(4)으로 구획한다. 탱크, 격벽, 유입구, 유출구 및 개구개폐수단은 선박의 부력제어시스템을 구성한다. 이것에 의해 강제교환용의 구동장치에 의존하지 않고, 간이한 구성으로 밸러스트 워터(ballast water)를 해수로 교환함과 동시에 밸러스트 워터의 높은 해수치환율을 달성한다.

탱크, 유입구, 유출구, 격벽, 개구개폐수단

Description

선박의 부력제어시스템{SHIP BUOYANCY CONTROL SYSTEM}

본 발명은, 선박의 부력제어시스템(Buoyancy Control System)에 관한 것으로, 좀더 상세하게는, 밸러스트 워터(ballast water)를 배 밖의 해수와 치환하는 밸러스트 워터 교환장치 또는 밸러스트 워터 교환방법으로 사용하고 혹은, 무(無) 밸러스트 선박의 선체구조로 사용할 수 있는 선박의 무(無) 밸러스트(ballast-free) 부력제어시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 짐이 없는 상태 또는 짐이 적은 상태로 항행(航行)하는 선박은, 밸러스트 워터를 탑재하여 일정의 흘수(吃水, draft)를 확보하고, 선체를 안정시켜, 선저(船底)의 슬래밍(slamming)이나 프로펠러 레이싱(propeller racing) 등을 방지하고 있다. 통상적으로 밸러스트 탱크는, 배의 짐을 육지에 내려놓는 곳에서 물을 채우고, 배에 짐을 적재하는 곳에서 물을 뺀다. 배의 짐을 육지에 내려놓는 곳의 해양생물이 밸러스트 탱크 내의 밸러스트 워터에 의해 배에 짐을 적재하는 곳으로 이송되고, 배에 짐을 적재하는 곳의 해역에서 배출되는 결과, 생태계 변화, 생태계 파괴 등의 문제가 배에 짐을 적재하는 곳의 해역에 발생한다. 밸러스트 워터는 지구규모로 이동하고, 배출되는 것으로, 밸러스트 워터 중에 혼입된 플랑크톤 등의 해양생물은 본래의 서식지가 아닌 해역으로 이동하고, 그 해역의 생태계나 수 산업 등의 경제활동에 심각한 영향을 줄 가능성이 있다. 그렇기 때문에, 밸러스트 워터의 이동은, 해양환경을 보호하기 위한 세계공통의 문제로 인식되어, 이것은 특히 최근 몇 년 사이에 문제시되고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위한 수단으로, 필요없는 밸러스트 워터를 바다에 배출하지 않고 육상시설에서 처리하는 방식, 밸러스트 워터를 멸균처리 또는 정화처리하는 방식(예를 들면, 특허공개공보 제2004-284481호, 특허공개공보 제2002-234487호, 특허공개공보 제2006-7184호), 펌프 등의 강제순환장치를 사용하여 해상에서 밸러스트 워터를 강제교환하는 방식(예를 들면, 특허공개공보 제2002-331991호, 특허공개공보 제2001-206280호) 등의 각종 방식이 제안되고 있다.

그러나, 필요없는 밸러스트 워터를 육상시설에서 처리하는 방식을 채용한 경우, 밸러스트 워터를 처리하기 위한 육상시설을 신설할 필요가 생긴다. 또한, 밸러스트 워터를 멸균처리하는 방식은, 멸균·정화에 의해 확실히 미생물을 포획하는 기술이 미완성상태여서, 아직 실용화에 이르지 못하고, 멸균에 약제를 사용한 경우에는, 2차 오염 등의 문제도 염려된다. 그렇기 때문에, 필요없는 밸러스트 워터의 육상처리 및 멸균·정화처리에는 해결하기 어려운 문제가 여전히 남아 있다.

한편, 해상에서 밸러스트 워터를 강제교환하는 밸러스트 워터 교환(Ballast Water Exchange)의 기술은, 밸러스트 탱크를 완전히 비운 후에 해수를 탱크 내로 재주입하는 순차법(Sequential Method), 밸러스트 탱크에 물을 주입하여 밸러스트 워터가 넘쳐흐르는 것에 의해 밸러스트 워터를 교환하는 일출법(Flow-Through Method), 밸러스트 탱크에 물은 주입하면서 동시에 밸러스트 워터를 배출하는 희석 법(Dilution Method)으로, 이미 실시되고 있다.

그러나, 이러한 강제교환방식에 있어서는, 강제순환장치 및 배 안의 파이프라인을 포함하는 해수교환설비를 선체에 장치하여 구비하고, 해수교환설비를 구동하여 해수를 교환하지 않으면 안 된다. 더욱이, 현재상태에서는 해수교환설비를 이용하여 탱크용량의 3배의 물을 밸러스트 탱크에 주입한다 하더라도, 83%정도의 해수치환율을 달성하는데 그치고, 95%이상의 해수치환율을 달성하기 위해서는 적어도 탱크용량의 5배 이상의 해수를 밸러스트 탱크에 주입하지않으면 안 된다. 따라서, 강제교환방식의 밸러스트 워터 교환장치에 의해 충분한 해수치환율을 달성하고자 한다면, 펌프 등의 기기류를 구동하는 다량의 연료 및 동력을 소비하고, 게다가 설비의 작동을 위한 막대한 시간 및 노력을 소모할 필요가 생긴다.

강제순환장치 등의 구동장치에 의존하지 않는 밸러스트 워터 교환장치로, 선수(船首)부분에 작용하는 비교적 높은 수압을 이용하여 해수를 취수(取水)하는 구성을 구비한 밸러스트 워터 교환시스템이, 예를 들면, 특허공개공보 평11-29089호 및 특허공개공보 제2005-536402호에 기재되어 있다.

특허문헌 1 : 특허공개공보 제2004-284481호

특허문헌 2 : 특허공개공보 제2002-234487호

특허문헌 3 : 특허공개공보 제2006-7184호

특허문헌 4 : 특허공개공보 제2002-331991호

특허문헌 5 : 특허공개공보 제2001-206280호

특허문헌 6 : 특허공개공보 평11-29089호

특허문헌 7 : 특허공개공보 제2005-536402호

발명이 해결하고자하는 과제

그러나, 이러한 종래의 밸러스트 워터 교환장치는 항행시 선수부분에 작용하는 높은 압력을 이용하여 해수를 선수부분에서 밸러스트 탱크 내로 취수하도록 구성되어 있어, 선체 주변 해수의 흐름에 영향을 미치지 않도록 선수의 취수 개구(開口) 면적을 제한하지않으면 안 된다. 게다가, 종래의 밸러스트 워터 교환장치는 배 안의 파이프라인을 통하여 해수를 밸러스트 탱크 내로 이송공급하도록 구성되어 있어, 파이프라인의 관로(管路) 저항이 해수에 작용하기 때문에, 충분한 환수량 및 배수량을 얻을 수 없다. 그렇기 때문에, 밸러스트 워터를 효율적으로 교환하기 어렵고, 충분한 해수치환율을 달성하는 것도 지극히 곤란하다.

또한, 선박은, 반드시 해상에서 수평으로 떠있는 상태로 항해한다고는 한정할 수 없고, 짐이나 밸러스트 워터를 적재하는 방법에 상응하여 선체 세로축방향의 트림(trim)이 선체에 발생한다. 일반적으로, 밸러스트 워터를 적재한 선박은, 흘수(吃水)가 얕고(작고), 더욱이 선박의 엔진은 일반적으로 선체 후부에 배치되는 것으로, 다수의 경우, 선박은 선미(船尾) 트림의 상태(선미 흘수가 깊은 상태)로 해양을 항행한다. 그렇기 때문에 불보우스 보우(구상(球狀)선수, bulbous bow) 또는 그 근방에 배치된 취수 개구에서 해수를 취수하기 어려운 상황이 항행 중에 발생하기 쉽다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 강제순환장치 등의 구동장치에 의존하지 않고 간이한 구성으로 밸러스트 워터를 해수로 교환함과 동시에, 밸러스트 워터의 높은 해수치환율을 달성하는 것이 가능한 밸러스트 워터 교환장치 및 밸러스트 워터 교환방법을 제공하는 것에 있다.

또한, 본 발명은 밸러스트 탱크에 의한 밸러스트 워터의 유지에 의존하는 일 없이, 선체 부력을 제어하는 것이 가능한 선박의 선체구조 및 선체 부력제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명은, 상기 목적을 달성해야하는 밸러스트 탱크를 구비한 선박의 밸러스트 워터 교환장치에 있어서, 상기 밸러스트 탱크 내에 배치되면서 상부가 개방된 격벽(隔璧)과, 선저(船底)에 개구된 유입구 및 유출구를 갖고, 상기 격벽은, 선체의 폭방향으로 연장된 댐을 상기 밸러스트 탱크 내에 형성하여, 상기 밸러스트 탱크 내의 영역을 유입영역 및 유출영역으로 구획하고, 상기 유입구 및 유출구는 선체의 전진운동을 이용하여 상기 유입구로부터 배 밖의 해수를 상기 밸러스트 탱크 내로 취수함과 동시에 상기 밸러스트 탱크 내의 해수를 상기 유출구로부터 배 밖으로 유출하도록 상기 유입영역 및 유출영역에 각각 배치됨과 동시에 선체의 진행방향으로 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 선박의 밸러스트 워터 교환장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 밸러스트 탱크 내의 밸러스트 워터를 선박의 항행 중에 배 밖의 해수와 교환하는 밸러스트 워터 교환방법에 있어서, 상기 밸러스트 탱크 내의 영역은 선체의 폭방향으로 연장된 댐에 의해 유입영역 및 유출영역으로 구획되고, 선저에 개구된 유입구 및 유출구가 상기 유입영역 및 유출영역에 각각 배치되어, 선체의 전진시 발생하는 상기 유입구 및 유출구의 수압차에 의해 상기 유입구로부터 배 밖의 해수를 상기 밸러스트 탱크 내로 취수함과 동시에 상기 밸러스트 탱크 내의 해수를 상기 유출구로부터 배 밖으로 유출시키는 것을 특징으로 하는 밸러스트 워터 교환방법을 제공한다.

본 발명의 상기 구성에 의하면, 밸러스트 탱크는 선저부분에서 바로 배 밖의 해수를 취수하고 선저부분에서 바로 밸러스트 워터를 배 밖으로 배출한다. 선체의 전진운동에 의해 유입구 및 유출구에 수압차가 발생하기 때문에, 유입구 및 유출구를 항행중에 상시 개방하는 것으로, 신선한 해수가 항상 밸러스트 탱크 내를 순환한다. 유입구로부터 밸러스트 탱크 내로 유입한 해수는, 격벽의 댐에 의해 위를 향하여 방향을 바꾸고, 선체 폭방향(현방향)의 축선 주위에서 선회하는 해수 선회류가 유입영역 및 유출영역에 발생한다. 그렇기 때문에, 밸러스트 탱크 내에 사수(死水)영역이 발생하기 어렵고, 90%를 넘는 충분한 해수치환율을 얻을 수 있다. 본 발명의 밸러스트 워터 교환장치의 구성으로는, 항행시간 또는 항행거리의 증대에 상응하여 탱크 내를 순환하는 해수류량이 증대하기 때문에, 항행시간 또는 항행거리의 증대에 따라 실질적으로 100%의 해수치환율을 달성하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 밸러스트 워터 교환장치 및 밸러스트 워터 교환방법에 의하면, 복잡한 순환장치계, 빈번한 작동, 약품의 사용 등을 필요로 하는 일없이, 밸러스트 항해중에 유입구 및 유출구를 개방하는 것으로, 밸러스트 워터를 자연스럽게 배 밖의 해수와 치환하는 것이 가능하고, 따라서, 배에 짐을 적재하는 곳에서 밸러스트 배수수단의 사용 등이 필요로 할 뿐이다. 더욱이, 배가 지나가는 해역의 해수와 동일조건의 해수를 밸러스트 워터로 항상 사용하는 것이 가능하기 때문에, 배의 짐을 육지에 내려놓는 곳의 해양생물을 배에 짐을 적재하는 곳으로 이송하는 것으로 인하여 발생하는 환경문제는 확실히 해소된다.

본 발명은, 상기와 같이 순차법(Sequential Method), 일출법(Flow-Through Method), 희석법(Dilution Method)의 3개의 방식과는 다른 제 4의 방식의 밸러스트 워터 교환기술을 제공하는 것인데, 상기 밸러스트 탱크는 배 밖의 해수에 개방하면서 동시에 수동적으로 해수를 순환시키도록 구성되어 있는 것으로, 이것을 무(無) 밸러스트 방식의 선체구조로 파악하는 것이 가능하다. 이러한 관점에서, 본 발명의 기술사상은 밸러스트 워터의 유지에 의존하지 않고 짐이 없는 상태 또는 짐이 적은 상태의 항행시에 선체의 부력을 저감(低減)하는 것이 가능한 무(無) 밸러스트 방식의 선체구조(또는, 선박의 밸러스트 장치), 혹은 선체 부력제어방법(또는, 선박의 밸러스트 방법)으로 이하와 같이 정의하는 것이 가능하다.

즉, 본 발명은 짐이 없는 상태 또는 짐이 적은 상태의 항행시에 선체의 부력을 저감하는 선박의 선체구조에 있어서, 선저에 개구가능한 유입구 및 유출구를 선저부분에 구비한 해수순환탱크를 갖고, 상기 유입구는 상기 유출구에 대하여 선체의 진행방향 전방에 배치되고, 상기 유출구는 선체의 진행방향 후방에 상기 유입구로부터 소정의 간격을 두고 배치되어 있고, 짐이 없는 상태 또는 짐이 적은 상태의 항행시에 상기 유입구 및 유출구를 선저에 개구시켜, 유입구 및 유출구의 수압차에 의해 배 밖의 해수를 상기 탱크 내에서 순환시킴과 동시에, 짐을 적재한 항행상태에서 상기 탱크 내 공간의 공기에 의해 선체의 부력을 확보하도록 상기 유입구 및 유출구를 폐쇄하는 개구폐쇄수단이, 상기 유입구 및 유출구에 설치된 것을 특징으로 하는 선박의 선체구조를 제공한다.

또한, 본 발명은 짐이 없는 상태 또는 짐이 적은 상태의 항행시에 선체의 부력을 저감하는 무(無) 밸러스트 방식의 선체 부력제어방법에 있어서, 선체의 진행방향으로 소정의 간격을 두고 배치된 유입구 및 유출구를 선저부분에 구비한 해수순환탱크를 사용하고, 짐이 없는 상태 또는 짐이 적은 상태의 항행시에 상기 유입구 및 유출구를 선저에 개구시켜, 유입구 및 유출구의 수압차에 의해 배 밖의 해수를 상기 탱크 내에서 순환시킴과 동시에, 짐을 적재한 항행상태에서 상기 유입구 및 유출구를 개구폐쇄수단으로 폐쇄하고, 상기 탱크 내 공간의 공기에 의해 선체의 부력을 확보하는 것을 특징으로 하는 선체 부력제어방법을 제공한다.

바람직하게는, 상기 해수순환탱크는 선체의 폭방향으로 연장된 댐에 의하여 유입영역 및 유출영역으로 구획된다.

본 발명의 상기 구성에 의하면, 짐을 적재한 항행상태에서는 탱크 내 공간의 공기에 의하여 선체의 부력을 얻을 수 있고, 짐이 없는 상태 또는 짐이 적은 상태의 항행시에는 배 밖의 해수가 항상 탱크 내를 순환하여, 선체의 부력은 저감한다. 즉, 선체의 부력은 개구폐쇄수단의 개폐에 의하여 제어된다. 이와 같은 구성에 의하면, 밸러스트 탱크에 의한 밸러스트 워터의 유지에 의존하는 일 없이, 선체의 부력을 제어하는 것이 가능하다.

발명의 효과

본 발명의 밸러스트 워터 교환장치 및 밸러스트 워터 교환방법에 의하면, 강제교환용 구동장치에 의존하지 않고 간이한 구성으로 밸러스트 워터를 해수로 교환함과 동시에 밸러스트 워터의 높은 해수치환율을 달성하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 선체구조 및 선체 부력제어방법에 의하면, 밸러스트 탱크에 의한 밸러스트 워터의 유지에 의존하는 일 없이, 선체의 부력을 제어하는 것이 가능하다.

도 1은, 본 발명에 관한 밸러스트 워터 교환장치를 구비한 선박의 실시예를 나타낸 부분 종단면도이다.

도 2는, 도 1에 나타낸 선박의 횡단면도이다.

도 3은, 도 1 및 도 2에 나타낸 선박의 항행과정을 개략적으로 나타낸 종단면도이고, 배에 짐을 적재한 곳에서 배의 짐을 육지에 내려놓는 곳에 이르는 선박의 항행과정이 나타나 있다.

도 4는, 도 1 및 도 2에 나타낸 선박의 항행과정을 개략적으로 나타낸 종단면도이고, 배의 짐을 육지에 내려놓는 곳에서 배에 짐을 적재하는 곳에 이르는 선박의 항행과정이 나타나있다.

도 5는, 밸러스트 탱크의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 6은, 밸러스트 탱크의 구조를 개략적으로 나타낸 종단면도이다.

도 7은, 유입구의 형태 및 구조와, 해수치환율과의 관계를 나타낸 개략적인 종단면도, 도표 및 그래프이다.

도 8은, 유출구의 형태 및 구조와 해수치환율과의 관계를 나타낸 개략적인 종단면도, 도표 및 그래프이다.

도 9는, 유입구의 위치, 유출구의 위치, 격벽의 유무 및 해수치환율의 관계를 나타내는 개략적인 종단면도 및 도표이다.

도 10은, 유출구의 위치를 예시한 밸러스트 탱크의 개략적인 종단면도이다.

도 11은, 격벽의 위치를 예시한 밸러스트 탱크의 개략적인 종단면도이다.

도 12는, 밸러스트 탱크의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 유입구의 폭을 확대한 구성이 나타나있다.

도 13은, 밸러스트 탱크의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 유출구를 격벽의 후측면에 접근시킨 구성이 나타나있다.

도 14는, 밸러스트 탱크의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 격벽을 진행방향의 전방측으로 치우치게 위치시킨 구성이 나타나 있다.

도 15는, 밸러스트 탱크의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이고, 유입구의 폭을 확대하고, 유출구의 격벽을 후측면에 접근시키고, 격벽을 진행방향의 전방측으로 치우치게 위치시킨 구성이 나타나 있다.

도 16은, 격벽의 양측부분에 수직 슬릿(slit)을 형성한 밸러스트 탱크의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 17은, 도 1 ~ 도 4에 나타낸 밸러스트 워터 교환장치의 변형예를 나타낸 선박의 부분 종단면도이다.

도 18은, 도 17에 나타낸 선박의 횡단면도이다.

도 19는, 도1 ~ 도 4에 나타낸 밸러스트 워터 교환장치의 다른 변형예를 나타낸 선박의 횡단면도이다.

도 20은, 도 1 ~ 도 4에 나타낸 밸러스트 워터 교환장치의 또 다른 변형예를 나타낸 선박의 부분 종단면도이다.

도 21은, 도 20에 나타낸 선박의 횡단면도이다.

도 22는, 흘수선의 상방까지 해수를 밸러스트 탱트 내로 유입시키는 과정을 나타낸 단면도이다

도 23은, 해수를 밸러스트 탱크에서 강제적으로 배출하는 과정을 나타내는 단면도이다.

도 24는, 격벽의 높이 변화와 관련한 해수치환율의 변화를 설명하기 위한 개략적인 종단면도 및 그래프이다.

부호의 설명

1. 선박 2. 격벽(隔璧, 댐)

3. 유입영역(전방영역) 4. 유출영역(후방영역)

6. 유입구 7. 유출구

8. 빌지(bilge)부분 9. 개구개폐수단

10. 밸러스트 탱크 13. 선저부분

W1. 배 밖의 해수 W2. 밸러스트 워터

LL. 탱크 내 수면 WL. 해수면

본 발명의 바람직한 실시형태에 의하면, 상기 유입구는 선저의 폭방향 중앙부에 배치되고, 상기 유출구는 좌우의 빌지(bilge)부에 각각 배치된다. 좌우의 빌지부에는 선저 중앙부에 비하여 비교적 낮은 수압이 항행중에 작용하기 때문에, 밸러스트 탱크 내에 순환류를 형성하는 유입구 및 유출구의 압력차가 확실히 얻어진다.

바람직하게는, 유입구는 유입개구를 선체의 전방으로 향하는 회동식 외부덮개를 구비한다. 외부덮개는 개구폐쇄수단을 구성한다. 변형예로서 선저면을 유선형으로 우묵하게 하여, 선저면으로부터 움푹 패인 위치에 유입구를 위치시켜도 좋다. 유입구의 개구는 우묵한 영역에 수평으로 배치되고 또한 선체의 전방으로 향해진다. 이러한 유입구의 구조를 채용한 경우, 슬라이드식 문 등의 개폐장치(개구폐쇄수단)가 유입구에 설치된다.

바람직하게는, 유출구는 유출개구를 선체의 후방으로 향하는 회동식 외부덮개를 구비한다. 외부덮개는 개구폐쇄수단을 구성한다. 변형예로서 선저면을 유선형으로 하방으로 팽출시켜, 선저면으로부터 돌출한 위치에 유출구를 위치시켜도 좋다. 유출구의 개구는 팽출한 영역에 수평으로 배치되고 또한 선체의 후방으로 향해진다. 다른 변형예로서 점검·정비시에 선박의 독(dock) 수용작업을 고려하여, 선저면을 유선형으로 우묵하게 팬 우묵부분을 유출구의 전방측에 형성해도 좋다. 또한, 변형예에 관한 유출구의 구조를 채용한 경우, 슬라이드식 문 등의 개폐장치(개구폐쇄수단)가 유출구에 설치된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시형태에 있어서, 밸러스트 탱크의 전방 벽면과 격벽사이의 거리(L1)는, 선체 세로축방향의 밸러스트 탱크 전체길이(L)의 1/3이하로 설정된다. 바람직하게는, 유입구는 밸러스트 탱크의 전방 벽면에 인접하여 배치되고, 유출구는 밸러스트 탱크의 후방 벽면에 인접하여 배치되고 혹은, 격벽의 후측면(선체의 후방측면)에 인접하여 배치된다.

바람직하게는, 본 발명의 밸러스트 워터 교환장치를 구성하는 각 부분의 구조 및 각 부분의 길이는 밸러스트 탱크 내의 밸러스트 워터가 항행시간 30분 이내 또는 항행거리 10㎞ 이내에 해수치환율 95% 이상의 효율로 해수로 치환되도록 설정된다.

실시예 1

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명에 관한 밸러스트 워터 교환장치를 구비한 선박의 실시예를 나타낸 부분 종단면도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 선박의 횡단면도이다.

선박(1)은, 격벽(2)을 탱크 내에 구비한 밸러스트 탱크(10)를 갖는다. 격벽(2)은 짐이 적을 때 또는 짐이 없을 때의 탱크 내 수면(LL)보다 낮은 높이길이(h)를 갖고, 선체의 폭방향(좌우의 현방향)으로 연장된다. 격벽(2)의 상단과 꼭대기 벽면(14)은 소정 간격을 두고 떨어져 있다. 바람직하게는, 높이길이(h)가 밸러스트 탱크(10)의 전체높이(H)에 대하여 H×0.2 이상의 길이로 설정된다.

탱크 내 수면(LL, 자유표면)은, 탱크 안과 배 밖의 수압 밸런스에 의해, 배 밖의 흘수선(해수면, WL)과 실질적으로 동일한 레벨에 위치한다. 꼭대기 벽면(14)은, 탱크 내 수면(LL)의 상방에 배치되고, 공간(S)이 탱크 내 수면(LL)과 꼭대기 벽면(14) 사이에 형성된다. 선박(1)은, 물을 채울 때에 공간(S)을 대기(大氣)에 개방가능한 오버플로어관(11, 또는 공기제거관)을 구비한다. 오버플로어관(11)은 꼭대기 벽면(14)에서 공간(S)으로 개구한다.

밸러스트 탱크(10) 내의 영역을 유입영역(3) 및 유출영역(4)으로 구획하는 댐이, 격벽(2)에 의해 밸러스트 탱크(10) 내에 형성된다. 영역(3, 4)은 격벽(2)의 상방영역에 있어서 상호 연결되어 통한다. 선박(1)의 진행방향 전방에 배치된 유입영역(3)에는 해수(W1)를 밸러스트 탱크(10) 내로 거두어들이기 위한 유입구(6)가 배치되고 유입구(6)는 해면(해수면,WL) 아래 선저부분(13)에서 개구한다. 선박(1)의 진행방향의 후방에 배치된 유출영역(4)에는, 밸러스트 탱크(10) 내의 해수(W2)를 배출하기 위한 유출구(7)가 배치되고, 유출구(7)는 해면(해수면, WL) 아래 선저부분(13)에서 개구한다.

바람직하게는, 유입구(6)는 도 2에 나타낸 바와 같이 선저의 폭방향 중앙부에 배치되고, 유출구(7)는 도 2에 나타낸 바와 같이 좌우의 빌지부(8)에 각각 배치된다. 유입구(6) 및 유출구(7)는 개폐조작이 가능한 개구폐쇄수단(도시하지 않음)을 구비한다. 유입구(6) 및 유출구(7)의 수압차가 선체의 전진시 발생하고, 배 밖의 해수(W1)가 유입구(6)에서 유출구(7)로 유통한다.

일반적으로, "빌지부"는 선저 측부의 만곡부 및 그 주변부분을 의미하지만, 본 명세서에서 빌지부(8)는 선폭(J)의 약 1/10의 길이(K1, K2, 만곡부를 제외한 길이범위K1, K2)만큼 만곡부분에서 상방 및 용골(keel)측으로 확장된 구역(β, 만곡부를 포함)을 의미하는 것으로 한다. 또한, 선저의 폭방향의 중앙부는 선체 중앙 용골라인을 중심으로 선폭(J)의 약 1/4의 길이(K3)만큼 좌현측 및 우현측으로 각가 확장된 범위의 구역(α)을 의미하는 것으로 한다.

도 3 및 도 4는, 선박(1)의 항행과정을 개략적으로 나타낸 종단면도이다.

도 3의 (A)에는 짐을 적재시 또는 만재(滿載)시의 항행과정이 예시되고, 도3의 (B)에는 하역시 선박(1)의 상태가 예시되고, 도 3의 (C)에는 밸러스트 탱크에 물을 채운 후의 상태가 예시되어 있다.

도 3의 (A)에 나타낸 바와 같이, 짐을 적재한 상태 또는 만재상태의 선박(1)은 개구폐쇄수단(9)에 의해 유입구(6) 및 유출구(7)를 폐쇄함과 동시에 밸러스트 탱크(10)에서 밸러스트 워터(9)를 배출한 상태로 해양을 항행한다. 밸러스트 워터에 의해 부력이 증대한 선박(1)에는 짐의 적재하중(P)이 작용하는 것으로, 충분한 흘수가 확보되기 때문에 선박(1)은 배의 위치가 안정한 상태로 항행한다.

선박(1)이 짐을 내릴 항구에 도착하고, 짐을 내리는 것에 의해 적재하중(P)이 경감하면, 과잉한 부력에 의하여 배의 위치가 불안정하게 된다. 개구폐쇄수단(9) 및 오버플로우관(11)은 개방되고, 배 밖의 해수가, 탱크 안 및 배 밖의 수위차에 의하여 선저부분의 유입구(6) 및 유출구(7)에서 탱크 내로 자연스럽게 유입한다. 따라서, 밸러스트 탱크(10)는 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이 하역작업과 실질적으로 동시에 물이 차고, 탱크 내 수위는 도 3의 (B)에 나타낸 바와 같이 흘수선(해수면, WL)과 실질적으로 같은 수위(탱크 내 수면, LL)로 상승하고, 그 결과 원하는 흘수가 확보된다.

도 4의 (A)에는 짐이 적을 때 또는 짐이 없는 배의 항행시 항행과정이 예시 되어 있다.

짐이 적은 상태 또는 짐이 없는 상태에서 배의 짐을 육지로 내려놓는 곳을 출항한 선박(1)은, 도 4의 (A)에 나타낸 바와 같이 개구폐쇄수단(9)을 개방한 상태 그대로 해양을 항행한다. 해수(W1)는, 도 4의 (A)에 실선으로 나타낸 바와 같이 유입구(6)에서 유입영역(3)으로 유입하고, 격벽(2)의 댐을 넘어 유출영역(3)으로 유동하여, 유출구(7)에서 배 밖으로 유출한다. 짐을 내린 항구에서 밸러스트 워터와 함께 밸러스트 탱크(10) 내로 유입한 동식물성 플랑크톤 등은, 짐을 내린 항구의 항구내 또는 그 근해에서 배 밖으로 배출된다. 격벽(2), 유입구(6) 및 유출구(7)의 위치, 구조, 형상 및 길이를 적절하게 설정하는 것으로, 항행하는 선박(1)의 전진 속도를 이용하여 밸러스트 탱크(10) 내의 해수(W2)를 배 밖의 해수(W1)와 항상 동일한 상태로 유지함과 동시에, 밸러스트 탱크(10) 내에 사수(死水)영역을 형성하는 일 없이, 밸러스트 탱크(10) 내의 전체영역을 항상 신선한 해수(W1)로 교환하면서 선박(1)을 항행하는 것이 가능하다.

도 4의 (B)에는, 짐을 적재하는 항구에 정박한 선박(1)의 밸러스트 워터 배출과정을 나타내고, 도 4의 (C)에는 밸러스트 워터의 배출 후의 선박(1)의 상태가 나타나 있다.

짐을 적재하는 항구에 도착한 선박(1)에는 새로운 짐이 적재된다. 적재하중(P)의 증대에 상응하여 원하는 부력을 확보해야하여, 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이 유입구(6) 및 유출구(7)가 개구폐쇄수단(9)에 의해 폐쇄되고, 도 4의 (C)에 나타낸 바와 같이 밸러스트 탱크(10) 내의 해수(W2)가 배 밖으로 배수된다. 배수에 는 배수 펌프 및 배수관 등의 배수설비(12)가 사용된다.

종래에는, 밸러스트 배수로 인해 짐을 적재하는 항구에 배수된 밸러스트 워터는 짐을 내린 항구에서 짐을 적재하는 항구로 이송된 해수이고, 짐을 내린 항구 해역의 미생물이나 세균 등에 의해 짐을 적재하는 항구 해역의 생태계에 영향이 나타나는 경우가 있다. 그렇기 때문에, 이러한 밸러스트 워터의 배출은 특히, 최근 몇 년 사이에 문제시되고 있다. 그러나, 선박(1)이 배 밖으로 배출하는 해수(W2)는, 입항 직전의 해역, 예를 들면, 짐을 적재하는 항구의 항구 내 또는 그 근해의 해역에서 취수한 해수이다. 그렇기 때문에, 짐을 적재하는 항구 해역의 생태계는, 밸러스트 워터 배출의 영향을 받지 않는다.

도 17 및 도 18은, 도 1 ~ 도 4에 나타낸 밸러스트 워터 교환장치의 변형예를 나타낸 선박의 부분 종단면도 및 횡단면도이다. 도 1에 나타낸 밸러스트 워터 교환장치에 있어서, 탱크 내 수면(LL)은 배 밖의 흘수선(해수면, WL)과 실질적으로 동일한 레벨에 위치하고, 꼭대기 벽면(14)은 탱크 내 수면(LL)의 상방에 배치되어 있지만, 도 17 및 도 18에 나타낸 밸러스트 워터 교환장치에 있어서는, 꼭대기 벽면(14)은, 흘수선(해수면, WL)의 하방에 위치하고, 탱크 내 수면(LL)은 꼭대기 벽면(14)의 레벨과 일치한다. 즉, 도 1 ~ 도 4에 나타낸 바와 같이 밸러스트 워터의 자유표면(수면, LL)을 탱크 내에 형성하는 밸러스트 탱크(10)의 구조에 의하면, 다량의 밸러스트량을 확보하고 혹은, 밸러스트량 설정의 자유도를 확보하는데 유리한 것에 대하여, 도 17 및 도 18에 나타낸 바와 같이 밸러스트 탱크(10)의 천정면까지 해수가 가득 찬 밸러스트 탱크(10)의 구조에 의하면, 탱크 내의 자유표면이 형성되 지 않는 것으로 인하여, 탱크 내의 밸러스트 워터가 항행중에 심하게 출렁거리는 것을 방지하는 것이 가능하고, 더욱이 선체의 복원성도 향상한다.

도 19는 도 1 ~ 도 4에 나타낸 밸러스트 워터 교환장치의 다른 변형예를 나타내는 선박의 횡단면도이다. 밸러스트 탱크(10)는 도 19에 나타낸 바와 같이 선체의 세로축방향으로 연장하는 격벽(5)에 의하여 선체의 폭방향으로 분할된다. 유입구(6) 및 유출구(7)는 각각 밸러스트 탱크(10)에 설치된다. 이러한 구성에 의하면, 밸러스트 탱크(10) 내의 자유표면(수면, LL)의 폭길이가 축소하기 때문에 선체의 복원성은 향상한다.

도 20 및 도 21은, 도 1 ~ 도 4에 나타낸 밸러스트 워터 교환장치의 또 다른 변형예를 나타낸 부분 종단면도 및 횡단면도이다.

도 20 및 도 21에 나타낸 밸러스트 워터 교환장치에 있어서, 꼭대기 벽면(14)은 흘수선(해수면, WL)의 상방에 위치함과 동시에 탱크 내 수면(LL)은 꼭대기 벽면(14)의 레벨과 일치한다. 밸러스트 워터 교환장치는, 밸러스트 탱크(10)의 천정면까지 해수를 채우기 위해서 펌프 및 파이프라인 등의 해수도입수단 또는 해수압송수단을 구비한다. 이러한 밸러스트 탱크(10)의 구조에 의하면, 다량의 밸러스트 워터량을 확보하고, 혹은, 밸러스트 워터량 설정의 자유도를 향상하는 것이 가능하다. 또한, 이러한 탱크구조에 의하면, 탱크 내의 밸러스트 워터가 항행중에 심하게 출렁거리는 것을 방지함과 동시에, 선체의 복원성을 향상하는 것이 가능하다. 더욱이, 이러한 탱크구조를 채용하는 것에 의해, 밸러스트 탱크(10)를 평면적으로 컴팩트하게 설계하는 것이 가능하다.

탱크 내 수면(LL)을 흘수선(해수면, WL)의 상방으로 상승시키는 방법이 도 22 및 도 23에 예시되어 있다. 도 22에는 짐을 내리는 항구 등에서 해수(W1)를 밸러스트 탱크(10) 내로 유입시키는 과정이 나타나있고, 도 23에는 짐을 적재하는 항구 등에서 밸러스트 탱크(10)의 해수(W2)를 배 밖으로 유출시키는 과정이 나타나 있다. 선박(1)은 탱크 내 수면(LL)을 강제적으로 상승시키기 위하여, 해수압송용 펌프(21, 22)를 사이에 장착한 파이프라인(23, 24)을 구비한다. 또한, 선박(1)은 개폐밸브(25)를 사이에 장착한 통기관(26)을 구비한다. 또한, 통기관(26)도 앞에서 서술한 해수도입수단을 구성한다. 통기관(26)은, 한쪽 단이 꼭대기 벽면(14)에서 탱크 내 공간(S)에 개구하고, 다른 단이 대기로 개방된다. 위에서 서술한 오버플로어관(11)을 통기관(26)으로 사용하여도 좋다. 또한, 펌프(21, 22)로는 단일 또는 공통의 가압·압송(壓送)기기를 사용하여도 좋다. 그리고, 파이프라인(12, 24)을 단일 또는 1세트의 배관계로 설계하여도 좋다.

도 22의 (A)에는 밸러스트 탱크(10)에서 밸러스트 워터를 배출한 선박(1)의 상태가 나타나있다. 유입구(6), 유출구(7) 및 개폐밸브(25)가 개방되면, 배 밖의 해수(W1)는 유입구(6) 및 유출구(7)에서 탱크 내로 유입한다. 탱크 내의 공기는, 통기관(26)에 의하여 대기로 방출된다. 탱크 내 수면(LL)은, 배 밖의 흘수선(해수면, LL)과 실질적으로 동일한 레벨까지 상승한다. 개구폐쇄수단(9)에 의해 유입구(6) 및 유출구(7)를 폐쇄하여 해수도입용 파이프라인(23)의 펌프(21)를 동작시키면, 도 22의 (B)에 나타낸 바와 같이 해수(W1)가 강제적으로 밸러스트 탱크(10) 내로 공급되어 이송되고, 탱크 내 수면(LL)은 도 22의 (C)에 나타낸 바와 같이 꼭대 기 벽면(14)의 레벨까지 상승한다.

이 상태에서 개폐밸브(25)를 폐쇄하면, 도 22의 (D)와 같이 해수(W2)를 밸러스트 탱크(10) 내에 유지한 상태로 유입구(6) 및 유출구(7)를 개방하는 것이 가능하다. 즉, 개폐밸브(25)가 폐쇄되고, 탱크 내의 영역과 대기(大氣)와의 연통(통기)이 차단되면, 선박(1)은 유입구(1) 및 유출구(7)를 개방한 상태로 항해하는 것이 가능하다. 이 상태에서 배 밖의 해수(W1)는, 선박(1)의 전진운동에 상응하여 유입구(6)에서 밸러스트 탱크(10) 내로 유입하고, 밸러스트 탱크(10) 내를 순환하여 유출구(7) 에서 배 밖으로 유출한다.

도 23의 (A)에는 꼭대기 벽면(14)까지 해수(W2)를 충전한 선박(1)의 상태가 나타나있다. 이 상태에서 유입구(6), 유출구(7) 및 개폐밸브(25)가 개방되면, 배 밖의 해수(W1)는 유입구(6) 및 유출구(7)에서 탱크 밖으로 유출된다. 배 밖의 대기가, 통기관(26)에서 탱크 내로 유입된다. 탱크 내 수면(LL)은, 도 23의 (B)에 나타낸 바와 같이, 배 밖의 흘수선(해수면, WL)과 실질적으로 동일한 레벨까지 하강한다. 개구폐쇄수단(9)으로 유입구(6) 및 유출구(7)를 폐쇄하여 해수도입용 파이프라인(24)의 펌프(22)를 작동시키면, 도 23의 (C)에 나타낸 바와 같이 탱크 내의 해수(W2)를 강제적으로 배 밖으로 배출하는 것이 가능하다. 탱크 내 수면(LL)은, 도 22의 (D)에 나타낸 바와 같은 선저부분(13)의 레벨 또는 그 근방까지 하강한다.

도 5 및 도 6은, 도 1 ~ 도 4에 나타낸 밸러스트 탱크(10)의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도 및 종단면도이다. 도 7은, 유입구(6)의 형태 및 구조와, 해수치환율과의 관계를 나타내는 개략적인 종단면도, 도표 및 그래프이고, 도 8은, 유 출구(7)의 형태 및 구조와, 해수치환율과의 관계를 나타내는 개략적인 종단면도, 도표 및 그래프이다.

도 5 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 배 밖의 해수(W1)는 유입구(6)에서 선저부분(13)의 상면을 따라 밸러스트 탱크(10) 내로 유입하고, 흐름(F1)으로 나타낸 바와 같이 격벽(2)의 전방측면을 따라 상방으로 방향을 변환하고, 격벽(2)의 상단부 부분에서 역류(F2) 및 순류(順流, F3)로 흐름이 나누어진다. 역류(F2)는, 유입영역(3)의 자유표면(LL) 또는 꼭대기 벽면(14)을 따라 선체 전방으로 유동하고, 유입영역(3)의 전방벽면(15)을 따라 하강하여 유입구(6)에서 유입하는 해수의 흐름(F1)과 함께 격벽(2)을 향하여 유동한다. 한편, 순류(F3)는, 격벽(2)을 넘어 유출영역(4)으로 유입한다. 순류(F3)는 유출영역(4)의 자유표면(LL) 또는 꼭대기 벽면(14)을 따라 선체 후방으로 유동하고, 유출영역(4)의 후방벽면(16)을 따라 하강한다. 해수의 대부분은 흐름(F4)으로 나타낸 바와 같이 유출구(7)에서 배 밖으로 유출되고, 해수의 남은 부분은 흐름(F5)으로 나타낸 바와 같이 격벽(2)을 향하여 선체 전방으로 방향을 변환한다. 흐름(F5)은, 선저부분(13) 위를 전방으로 유동하고, 격벽(2)의 후측면을 따라 상방향으로 방향을 변환하여, 순류(F3)와 함께 유출영역(4)으로 환류한다. 따라서, 유입영역(3) 및 유출영역(4)에는, 폭방향(현방향)의 축선 주위에서 선회하는 역방향의 선회류가 형성되고, 밸러스트 탱크(10) 내의 사수(死水)영역은 실질적으로 해소된다.

도 5 및 도 6에 나타낸 밸러스트 탱크(10)는 높이(H), 전체길이(L) 및 폭(D)의 직방체형상을 갖고, 격벽(2)은 전방벽면(15)으로부터 거리(L1)의 위치에 선체의 폭방향으로 배치된다. 격벽(2)은 높이(h)의 직립평판으로 선저부분(13)에 세워 설치된다. 격벽(2)으로 평판에 스티프너(stiffener) 등의 보강용 골조를 붙인 구조의 평판형 격벽을 사용할 수 있다. 보강용 골조가 탱크 내에 노출하는 경우에는 탱크 내의 유체의 흐름을 고려하여, 보강용 골조를 평판의 후측에 배치하는 것이 바람직하다.

위에서 서술한 바와 같이, 폭(D1)을 갖는 유입구(6)는 선체의 중앙부 저면(본 예에서는, 밸러스트 탱크(10)의 폭방향 중앙부)에서 전방벽면(15)의 근방에 적합하게 배치된다. 유출구(7)는, 밸러스트 탱크(10) 좌우의 측벽면(17)에 인접하여 후방벽면(16)의 근방에 배치된다. 상술한 바와 같이, 유출구(7)는 선체의 빌지부(8, 도 2)에 적합하게 배치된다.

도 7에는, 유입구(6)의 구조 및 형태와 해수치환율의 관계가 나타나있다. 도 7의 (A)에는 2차원유체분석에 이용한 밸러스트 탱크(10)의 단면이 나타나있고, 도 7의 (B) ~ (E)에는 2차원유체분석에 채용한 유입구(6)의 구조 및 형태가 나타나있고, 도 7의 (F)에는 2차원유체분석에서 설정한 길이 및 각도의 수치가 나타나 있다.

도 7의 (B)에 나타낸 유입구(6)는, 힌지축(9a)을 중심으로 회동가능한 외부덮개(9b)를 갖고, 도 7의 (C)에 나타낸 유입구(6)는, 힌지축(9c)을 중심으로 회동가능한 내부덮개(9d)를 갖는다. 힌지축(9a, 9c), 외부덮개(9b) 및 내부덮개(9d)는, 개구폐쇄수단(9)을 구성함과 동시에, 배 밖의 해수(W1)를 유입영역(3) 내로 안내하는 가이드수단을 구성한다. 도 7의 (D)에 나타낸 유입구(6)는, 선저면을 유선형으 로 우묵하게 한 전후의 경사벽(13a, 13b)을 갖고, 유입구(6)는 선저면으로부터 움푹 패인 위치에 수평하게 개구한다. 도 7 (E)에 나타낸 유입구(6)는, 선저면을 유선형으로 우묵하게 한 전방측 경사벽(13a)을 갖고 유입구(6)는 경사진 하방 또는 전방을 향하여 개구한다. 또한 도 7의 (D) 및 도 7의 (E)에 나타낸 유입구(6)는, 개구패쇄수단(9)을 구성하는 슬라이드식 문 등(도시하지 않음)을 구비한다.

선속(船速)을 15knot로 설정하여 2차원유체해석을 한 결과, 도 7의 (G)에 나타낸 해수치환율의 시간변화를 얻었다. 해수치환율은 밸러스트 탱크(10) 내의 해수(W2)가 배 밖의 해수(W1)와 치환된 비율을 나타낸 지표이고, 해수(W2)의 농도변화로 구한 것이다.

외부덮개(9b)를 구비한 외부덮개형 유입구(6, 도 7의 (B))와, 전방측에만 경사벽(13a)을 구비한 전후 비대칭인 우묵형 유입구(6, 도 7의(E))는 양호한 해수치환율을 나타냈다. 전후 비대칭인 경사벽(13a, 13b)을 구비한 대칭인 우묵형 유입구(6, 도 7의 (D))도 또한, 비교적 양호한 해수치환율을 나타냈다. 내부덮개(9d)를 구비한 내부덮개형 유입구(6, 도 7의 (C))에서 해수치환율은 저하했다.

도 8에는, 유출구(7)의 구조 및 형태와, 해수치환율과의 관계가 나타나있다. 도 8의 (A)에는 2차원유체분석에 이용한 밸러스트 탱크(10)의 단면이 나타나있고, 도 8의 (B) ~ (E)에는 2차원유체분석에서 채용한 유출구(7)의 구조 및 형태가 나타나있고, 도 8의 (F)에는 2차원유체분석에서 설정한 길이 및 각도의 수치가 나타나있다.

도 8의 (B)에 나타낸 유출구(7)는, 힌지축(9e)을 중심으로 회동가능한 외부 덮개(9f)를 갖는다. 힌지축(9e) 및 외부덮개(9f)는 개구폐쇄수단(9)을 구성함과 동시에, 밸러스트 탱크(10) 내의 해수(W2)를 배 밖으로 안내하는 가이드수단을 구성한다. 도 8의 (C)에 나타낸 유출구(7)는, 선저면을 유선형으로 팽출하여 이루어진 경사벽(13c, 13d)을 갖고, 유출구(7)는 선저면에서 하방으로 돌출한 위치에서 수평하게 개구한다. 도 8의 (D)에 나타낸 유출구(7)는, 선저면을 유선형으로 팽출하여 이루어진 전방측 경사벽(13c)을 갖고 유출구(7)는 경사진 하방 또는 후방을 향하여 개구한다. 도 8의 (E)에 나타낸 유출구(7)는, 선저면을 유선형으로 우묵하게 패어 이루어진 우묵부분(13e)을 유출구(7)의 전방측에 형성한 구성을 갖는다. 또한, 도 8의 (C) ~ (E)에 나타낸 유출구(7),는 개구패쇄수단(9)을 구성하는 슬라이드식 문 등(도시하지 않음)을 구비한다.

선속(船速)을 15knot로 설정하여 2차원유체해석을 한 결과, 도 8의 (G)에 나타낸 해수치환율의 시간변화를 얻었다. 외부덮개(9f)를 구비한 외부덮개형 유출구(7, 도 8의 (B))와 대칭 및 비대칭의 팽출형 유출구(7, 도8의 (C), 도 8의(D)는, 양호한 해수치환율을 나타냈다.

우묵부분(13e)을 유출구(7)의 전방측에 형성한 전방 우묵형 유출구(7, 도 8의 (E))에 있어서 해수치환율은 약간 저하하였다. 그러나, 전방 우묵형 유출구(7)의 구조는 선체 바깥방향으로 돌출부분을 형성하지 않은 것으로, 선박의 점검·정비시의 독(dock) 수용과정을 고려하면 유리하다.

도 9에는, 유입구(6)의 위치, 유출구(7)의 위치, 격벽(2)의 유무 및 해수치환율의 관계가 나타나있다. 도 9의 (A)는, 2차원유체분석에 이용한 밸러스트 탱 크(10)의 개략적인 단면도이고, 도 9의 (B)는, 2차원 유체분석에 의해 얻어진 해수치환율을 나타낸 도표이다. 도 9의 (B)에는, 항행개시 후 300초 경과시의 해수치환율이 나타나있다.

격벽(2)을 설치한 경우(사례-1~6)의 해수치환율과, 격벽(2)을 설치하지 않은 경우(사례-7~12)의 해수치환율을 대비하는 것에 의해 용이하게 파악할 수 있는 바와 같이, 격벽(2)은 해수치환율을 현저하게 향상시켰다.

또한, 유입구(6)를 유입영역(3, 전방영역)에 배치함과 동시에 유출구(7)를 유출영역(4, 후방영역)에 배치하는 본 발명의 구성(사례-1~3)에서는, 유입구(6)를 후방영역(4)에 배치함과 동시에 유출구(7)를 전방영역(3)에 배치한 구성(사례-4~6)과 비교하여, 해수치환율은 명확히 향상하였다.

도 10은, 유출구(7)를 배치가능한 위치를 예시하는 밸러스트 탱크(10)의 개략적인 종단면도이다.

본 발명자는, 외부덮개형 유입구(6)의 위치를 위치(X1, 전방벽면(15)에 인접한 위치)에 고정하고, 외부덮개형 유출구(7)의 위치를 위치(X7 ~ X11)로 변화시켜 2차원유체분석을 행하였다. 격벽(2)의 후측면에 인접한 위치(X7)에 유출구(7)를 배치한 경우, 혹은, 후방벽면(16)에 인접한 위치(X11)에 유출구(7)를 배치한 경우, 항행개시 후 300초 경과시의 해수치환율은, 90%를 넘었다. 위치(X7) 및 위치(X11) 사이에 위치(X8, X9, X10)에 유출구(7)를 배치한 경우, 항행개시 후 300초 경과시의 해수치환율은 85~90%의 범위 내로 저하하였다.

도 11은, 격벽(2)을 배치가능한 위치를 예시하는 밸러스트 탱크(10)의 개략 적 단면도이다.

본 발명자는, 외부덮개형 유입구(6)의 위치를 위치(X1)에 고정하고, 외부덮개형 유출구(7)의 위치를 위치(X11)에 고정하여, 격벽(2)의 위치를 위치(X12 ~ X16)로 변화시켜 2차원유체해석을 행하였다. 격벽(2)을 위치(X13, X14 및 X15)에 배치한 경우, 항행개시 후 300초 경과시의 해수치환율은 90%를 넘었다. 위치(X12 또는 X16)에 격벽(2)을 배치한 경우, 항행개시 후 300초 경과시의 해수치환율은, 85 ~90%의 범위 내로 저하하였다.

이상 2차원유체해석의 결과에 의하면, 유출구(7)는 격벽(2)의 후측면에 인접한 위치(X7) 혹은, 후방벽면(16)에 인접한 위치(X11)에 배치하는 것이 바람직하고, 격벽(2)은 위치(X13, X14 및 X15)에 위치를 정하는 것이 바람직하다. 격벽(2)은 후술하는 3차원유체분석의 결과도 고려하면, 중심위치(X14)보다 약간 전방측의 위치(X13)에 위치를 정하는 것이 바람직하다고 생각되고, 전방벽면(15)과 격벽(2) 사이의 거리(L2)는 예를 들면, 밸러스트 탱크 전체길이(L)의 1/3이하의 길이로 적절하게 설정된다.

도 12, 도 13 및 도 14는, 밸러스트 탱크(10)의 구조를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

도 12에 나타낸 밸러스트 탱크(10)는 격벽(2)을 위치(X14, 도 11)에 배치하고, 유입구(6) 및 유출구(7)를 위치(X1 및 X11, 도 10)에 각각 배치한 구성을 갖는다. 본 발명자는, 유입구(6)의 폭을 길이(D1)에서 길이(D2)로 확대하여 3차원 유체해석을 행하였다. 폭(D2)을 폭(D1)의 2배로 확대한 경우(2m에서 4m로 확대한 경우 ), 항행개시 후 300초 경과시의 해수치환율은 약 65%증대하였다.

도 13에 나타낸 밸러스트 탱크(10)는, 격벽(2)을 위치(X14)에 배치하고, 유입구(6)를 위치(X1)에 배치한 구성을 갖는다. 본 발명자는, 유출구(7)의 위치를 위치(X11)에서 위치(X7, 도 10)로 변경하고, 3차원유체해석을 행하였다. 유출구(7)의 위치를 위치(X11)에서 위치(X7)로 변경한 경우, 항행개시 후 300초 경과시의 해수 치관율은 약 45%증대하였다.

도 14는, 유입구(6) 및 유출구(7)를 위치(X1 및 X11)에 각각 배치한 구성을 갖는다. 본 발명자는, 격벽(2)의 위치를 위치(X14)에서 위치(X13, 도 11)로 변경하고, 3차원유체해석을 행하였다. 격벽(2)의 위치를 위치(X14)에서 위치(X13)로 변경한 경우, 항행개시 후 300초 경과시의 해수치환율은 약 50%증대하였다.

도 15는, 이와 같은 해석결과에 근거하여 설계한 적절한 밸러스트 탱크(10)의 구성예를 개략적으로 나타낸 사시도이다.

밸러스트 탱크(10)는, 격벽(2)을 위치(X13)에 배치하고, 유입구(6) 및 유출구(7)를 위치(X1) 및 위치(X7)에 각각 배치하고, 유입구(6)의 폭을 길이(D1)에서 길이(D2)로 확대한 구성을 갖는다.

도 24는, 격벽(2)의 높이변화와 관련한 해수치환율의 변화를 설명하기 위한 개략적인 종단면도 및 그래프이다.

본 발명자는, 도 24의 (A)에 나타낸 바와 같이 외부덮개(9b, 9f)를 구비한 유입구(6) 및 유출구(7)를 위치(X1, X11)에 배치하고, 격벽(2)을 위치(L1)에 배치한 밸러스트 탱크(10)에 관한 것이고, 격벽(2)의 높이를 변화시킨 상태에서 얻어진 해수치환율의 시간변화를 2차원유체해석에 의해 검토했다. 검토결과가 도 24의 (B)에 나타나있다. 또한, 본 발명자는 2차원유체해석에 있어서, 선속을 15knot로 설정하고, 도 24의 (A)에 나타낸 길이(L, L1 및 H)를 20m, 10m, 10m로 각각 설정하고, 격벽(2)의 높이(h)를 0 ~ 6m의 범위 내로 변화시켰다.

도 24의 (B)에 나타낸 바와 같이, 해수치환율은, 격벽의 높이 h≥0.5m에서 90%(300초 경과시)를 넘는다. 또한, 외부덮개(9b, 9f)를 사용한 유입구(6) 및 유출구(7)를 위치(X1, X11)에 배치한 조건하에서는 해수치환율이 격벽의 높이 h=0m로 설정한 경우(즉, 댐을 설치하지 않은 경우)에도 80%(300초 경과시)를 넘었다. 이것은, 격벽의 높이(h)를 작은 높이로 설정하고, 혹은 격벽(댐)의 설치를 완전히 생략했다 하더라도, 개구의 위치 및 구조를 적절히 설정하는 것이 가능하면, 충분한 해수치환율을 얻을 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 경우, 도 12에 나타낸 바와 같이, 유입구(6)를 폭넓게(예를 들면, 2m) 형성하고, 유출구(7)를 좌우의 빌지부에 각각 배치하는 것이 바람직하다.

이상, 본 발명의 적절한 실시예에 대하여 상세히 설명했는데, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니고, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위 내에서 여러가지 변형 또는 변경이 가능하다.

예를 들면, 도 16에 나타낸 바와 같이, 격벽(2)의 양측부분에 수직 슬릿(19)을 형성하는 것도 가능하다.

또한, 격벽(2), 유입구(6), 유출구(7) 및 밸러스트 탱크(10)의 형태, 구조, 길이 등은, 본 발명에 따라 적절한 설계 변경할 수 있는 것이다.

더욱이, 상기 실시예에 있어서, 해수치환율 향상의 관점에서 유입구(6)는 선체 중앙부에 배치되고, 유출구(7)는 좌우 빌지부(8)에 각각 배치되어 있지만, 유입구(6) 및 유출구(7)의 위치는 반드시 선체 중앙부 및 빌지부(8)에 한정되는 것은 아니고, 선체구조 등에 따라 적절히 설정할 수 있는 것이다.

또한, 상기 실시예는, 본 발명의 기술을 적용한 밸러서트 워터 교환장치 및 밸러스트 워터 교환 방법에 관한 것인데, 본 발명의 기술은, 밸러스트 탱크에 의한 밸러스트 워터의 유지에 의존하지 않는 선체구조 및 선체 부력제어방법으로도 사용할 수 있는 것이다.

본 발명은, 밸러스트 탱크 내의 밸러스트 워터를 행해 중에 배 밖의 해수와 교환하는 밸러스트 워터 교환장치 및 밸러스트 워터 교환방법에 적용된다. 본 발명에 의하면, 강제순환장치 등의 구동장치에 의존하지 않고 간이한 구성으로 밸러스트 워터를 해수로 교환함과 동시에, 밸러스트 워터의 높은 해수치환율을 달성하는 것이 가능하다.

또한 본 발명은, 짐이 없는 상태 또는 짐이 적은 상태의 항행시에 선체 부력을 저감하는 선박의 선체구조 및 선체 부력제어방법으로, 그 개념을 응용할 수 있는 것이다. 본 발명의 선체구조 및 선체 부력제어방법에 의하면, 밸러스트 탱크에 의한 밸러스트 워터의 유지에 의존하는 일 없이, 선체 부력을 제어하는 것이 가능하다.

Claims

밸러스트 탱크를 구비한 선박의 밸러스트 워터(ballast water) 교환장치에 있어서, 상기 밸러스트 탱크 내에 배치되고 동시에 상부가 개방된 격벽(隔璧)과, 선저(船底)에 개구(開口)한 유입구 및 유출구를 갖고, 상기 격벽은 선체의 폭방향으로 연장된 댐을 상기 밸러스트 탱크 내에 형성하여, 상기 밸러스트 탱크 내의 영역을 유입영역 및 유출영역으로 구획하고, 상기 유입구 및 유출구는 선체의 전진운동을 이용하여 상기 유입구에서 배 밖의 해수를 상기 밸러스트 탱크 내로 취수(取水)하고 동시에 상기 밸러스트 탱크 내의 해수를 상기 유출구에서 배 밖으로 유출하도록, 상기 유입영역 및 유출영역으로 각각 배치되고 동시에 선체의 전진방향으로 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 선박의 밸러스트 워터 교환장치.
밸러스트 탱크 내의 밸러스트 워터를 선박의 항행(航行)중에 배 밖의 해수와 교환하는 밸러스트 교환방법에 있어서, 상기 밸러스트 탱크 내의 영역은, 선체의 폭방향으로 연장된 댐에 의하여 유입영역 및 유출영역으로 구획되고, 선저에 개구한 유입구 및 유출구가 상기 유입영역 및 유출영역에 각각 배치되고, 선체의 전진시 발생하는 상기 유입구 및 유출구의 수압 차에 의하여, 상기 유입구에서 배 밖의 해수를 상기 밸러스트 탱크 내로 취함과 동시에 상기 밸러스트 탱크 내의 해수를 상기 유출구에서 배 밖으로 유출시키는 것을 특징으로 하는 밸러스트 워터 교환방법.
짐이 없는 상태 또는 짐이 적은 상태의 항행시에 선체의 부력을 저감(低減)하는 선박의 선체구조에 있어서, 선저에 개구가능한 유입구 및 유출구를 선저부분에 구비한 해수순환탱크를 갖고, 상기 유입구는 상기 유출구에 대하여 선체 전진방향의 전방에 배치되고, 상기 유출구는 선체 전진방향의 후방에 상기 유입구로부터 소정의 간격을 두고 배치되고, 짐이 없는 상태 또는 짐이 적은 상태의 항행시에 상기 유입구 및 유출구를 선저에 개구시켜, 유입구 및 유출구의 수압차에 의하여 배 밖의 해수를 상기 탱크 내에서 순환시킴과 동시에, 짐을 적재한 항행상태에서 상기 탱크 내 공간의 공기에 의하여 선체 부력을 확보하도록 상기 유입구 및 유출구를 폐쇄하는 개구폐쇄수단이 상기 유입구 및 유출구에 설치된 것을 특징으로 하는 선박의 선체구조.
짐이 없는 상태 또는 짐이 적은 상태의 항행시에 선체의 부력을 저감하는 무(無) 밸러스트 방식의 선체 부력제어방법에 있어서, 선체의 진행방향으로 소정간격을 두고 배치된 유입구 및 유출구를 선저부분에 구비한 해수순환탱크를 사용하고, 짐이 없는 상태 또는 짐이 적은 상태의 항행시에 상기 유입구 및 유출구를 선저에 개구시켜, 유입구 및 유출구의 수압차에 의하여 배 밖의 해수를 상기 탱크 내에 순환시킴과 동시에, 짐을 적재한 항행상태에 있어서 상기 유입구 및 유출구를 개구개폐수단에 의해 폐쇄하고, 상기 탱크 내 공간의 공기에 의해 선체 부력을 확보하는 것을 특징으로 하는 선체 부력제어방법.
제 3항에 있어서, 상기 해수순환탱크는 선체의 폭방향으로 연장된 댐에 의하여 유입영역 및 유출영역으로 구획되고, 상기 유입구 및 유출구는 상기 유입영역 및 유출영역에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 선체구조.
제 4항에 있어서, 상기 해수순환탱크는 선체의 폭방향으로 연장된 댐에 의하여 유입영역 및 유출영역으로 구획되고, 상기 유입구 및 유출구는 상기 유입영역 및 유출영역에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 선체 부력제어방법.
제 1항에 있어서, 상기 유입구는 선저의 폭방향 중앙부에 배치되고, 상기 유출구는 좌우의 빌지(bilge)부에 각각 배치되는 것을 특징으로 하는 밸러스트 워터 교환장치.
제 1항 또는 제 7항에 있어서, 상기 밸러스트 탱크의 전방 벽면과 상기 격벽의 거리(L1)는, 선체 세로축방향의 밸러스트 탱크 전체길이(L)의 1/3이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 밸러스트 워터 교환장치.
제 1항, 제 7항 또는 제 8항에 있어서, 상기 격벽의 높이(h)는, 상기 밸러스트 탱크의 높이(H)의 0.2배 이상의 길이로 설정되는 것을 특징으로 하는 밸러스트 워터 교환장치.
제 1항, 제 7항, 제 8항 또는 제 9항에 있어서, 상기 탱크의 꼭대기 벽면은 흘수(吃水)선보다 상방에 위치하고 있고, 상기 탱크 내의 수면레벨을 상기 흘수선보다 상방으로 상승시키도록 배 밖의 해수를 상기 탱크 내로 도입하는 해수도입수단과 상기 유입구 및 유출구를 폐쇄가능한 개구폐쇄수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 밸러스트 워터 교환장치.
제 10항에 있어서, 상기 탱크 내의 수면레벨을 상기 흘수선보다 하방으로 강하시키기 위해서 탱크 내의 상부영역을 대기(大氣)와 연통시키는 통기수단이 설치되는 것을 특징으로 하는 밸러스트 워터 교환장치.
제 2항에 있어서, 선체 폭방향의 축선 주위에서 선회하는 해수의 선회류를 상기 유입영역 및 유출영역에 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 워터 교환방법.
제 12항에 있어서, 항행시간 30분 이내 또는 항행거리 10㎞ 이내에 해수치환율 95% 이상의 효율로 상기 밸러스트 탱크 내의 밸러스트 워터를 배 밖의 해수로 치환하는 것을 특징으로 하는 밸러스트 워터 교환방법.
제 3항 또는 제 5항에 있어서, 상기 유입구는 선저의 폭방향 중앙부에 배치 되고, 상기 유출구는 좌우 빌지(bilge)부에 각각 배치된 것을 특징으로 하는 선체구조.
제 3항, 제 5항 또는 제 14항에 있어서, 상기 개구폐쇄수단은 상기 유입구의 개구를 선체 전방을 향하도록 개방가능한 유입측 외부덮개와, 상기 유출구의 개구를 선체 후방을 향하도록 개방가능한 유출측의 외부덮개를 갖는 선체구조.
제 3항, 제 5항, 제 14항 또는 제 15항에 있어서, 상기 탱크의 전방 벽면과 상기 댐 사이의 거리(L1)는 선체 세로축방향의 탱크 전체길이(L)의 1/3 이하로 설정되는 것을 특징으로 하는 선체구조.
제 5항에 있어서, 상기 댐의 높이(h)는 상기 탱크의 높이(H)의 0.2배 이상의 길이로 설정되는 것을 특징으로 하는 선체구조.
제 6항에 있어서, 선체 폭방향의 축선 주위에서 선회하는 해수의 선회류를 상기 유입영역 및 유출영역에 각각 형성하는 것을 특징으로 하는 선체 부력제어방법.
제 4항, 제 6항 또는 제 18항에 있어서, 상기 유입구 및 유출구에 외부덮개를 각각 설치하여 상기 개구폐쇄수단을 형성하고, 상기 유입구의 외부덮개를 개방 하는 것에 의해 상기 유입구의 개구를 선체 전방을 향하게 함과 동시에, 상기 유출구의 외부덮개를 개방하는 것에 의해 상기 유출구의 개구를 선체 후방을 향하게 하는 것을 특징으로 하는 선체 부력제어방법.
제 4항, 제 6항, 제 18항 또는 제 19항에 있어서, 상기 탱크 내의 수면레벨을 흘수선보다 상방으로 상승시킨 상태에서 선체를 전진시키는 것을 특징으로 하는 선체 부력제어방법.