KR20120004160A - 선박용 수차발전장치 및 이를 구비한 선박 - Google Patents

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Abstract

선박용 수차발전장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 수차발전장치는, 문풀(moonpool)을 구비하는 선박에 설치되고, 그 선박에 대한 해수의 상대유동을 이용하여 발전을 하는 선박용 수차발전장치로서, 상하방향으로 관통된 개구부를 포함하며, 문풀을 폐쇄하는 제1 위치와 문풀을 개방하는 제2 위치 사이에서 이동가능하게 설치되는 플레이트 형상의 문풀 개폐부재; 문풀 개폐부재를, 제1 위치와 제2 위치 사이에서 이동시키기 위한 구동장치; 선박의 운항시, 문풀 개폐부재의 개구부 주위에서의 선박에 대한 해수의 상대유동에 의해 회전되도록, 문풀 개폐부재의 개구부에 설치되는 수차; 및 수차에 동력적으로 연결되어, 수차의 회전에 의해 전기를 발생시키는 발전기;를 포함한다.

Description

선박용 수차발전장치 및 이를 구비한 선박{WATER-TURBINE GENERATING APPARATUS FOR SHIP AND SHIP COMPRISING THE SAME}
본 발명은 선박용 수차발전장치 및 이를 구비한 선박에 관한 것이다.
국제적으로 급격하게 산업 및 공업이 발전함에 따라 석유 등의 화석연료의 사용량은 점차 증가하고 있으며, 이에 따라 원유의 안정적인 생산과 공급이 전지구적인 차원에서 대단히 중요한 문제로 대두되고 있다.
이와 같은 이유로, 최근에는 기술적으로 시추가 어렵고, 경제성이 없어 무시되어 왔던 군소의 한계 유전이나 심해저 유전의 개발이 관심을 받게 되었고, 따라서 해저 채굴 기술의 발달과 더불어 이런 유전의 개발에 적합한 시추설비를 구비한 선박, 즉 시추선이 개발되고 있다.
종래의 해저 시추에는, 다른 예인선에 의해서만 항해가 가능하고 계류 장치를 이용하여 해상의 일정한 위치에 정박한 상태에서 해저 시추 작업을 하는 해저 시추 전용의 리그선이나 고정식 플랫폼이 주로 사용되었다.
그러나, 최근에는 첨단의 시추 장비를 탑재하고 자체의 동력으로 항해를 할 수 있도록 일반 선박과 동일한 형태로 제작된 시추선인 FPSO(Floating Production Storage Offloading Vessels)가 개발되어 해저 시추에 사용되고 있다. 이와 같은 시추선은 군소 유전 개발을 위해 위치를 자주 옮겨야 하기 때문에 시추성능뿐만 아니라 최적의 항해 성능을 가지도록 건조되어야 한다.
이러한 시추선의 개략적인 모습이 도 1에 도시되어 있다. 도 2는 도 1에 도시된 시추선의 문풀에서 나타나는 해수 유동을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 시추선(1)의 선체 중앙에는 시추(드릴링) 작업을 수행하기 위한 유정탑(3)이 상부 갑판(7) 상에 설치되고, 시추 파이프(2) 등 다양한 시추 장비를 해저 바닥으로 내려보내기 위해서 대규모의 개구, 즉 문풀(Moon Pool; 5)이 형성되어 있다.
상기 문풀(5)은 시추선(1)의 용도 측면에서는 필수 불가결한 구조이지만, 시추선의 정박 및 항해 안정성이나 항해 성능의 측면에서는 매우 불리한 구조이다.
그러한 이유는, 상기 문풀(5) 내에 유입되어 있는 해수와 선체 외부의 해수의 상대적인 유동에 의해 불규칙한 와류가 발생하고, 이러한 현상은 시추선(1)의 항해시에 저항의 증가, 운항속도의 저하, 소요마력의 증가, 연료소모 증가, 및 선체의 손상 등을 야기할 수 있기 때문이다.
도 2를 참조하면, 문풀(5)과 같은 개구부를 갖는 시추선(1)은 운항시 문풀(5) 내부로 유동장(6)이 유입되고 앞으로 진행하는 선박의 추진력에 따라 강한 와류 유동이 만들어진다. 이 와류가 좌우로 이동하여 문풀(5)의 내벽에 주기적으로 충돌하면서 선체 저항을 크게 증가시키고 진동을 유발한다.
이러한 문제를 방지하기 위해서는, 시추선(1)의 이동중에는 상기 문풀(5)의 개구를 일시적으로 차폐하여 유동장을 억제해야할 필요가 있다. 또한, 바다의 일정한 위치로 시추선(1)을 이동시킨 후에는 별 어려움 없이 문풀(5)의 개구를 다시 개방시켜 시추작업을 수행할 필요가 있다.
본 발명의 실시예는 선박의 운항시 선박에 마련된 문풀을 차폐함으로써, 선박의 운행저항을 감소시키는 동시에, 문풀 주위의 선박에 대한 해수의 상대유동을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있는 구성을 가지는 선박용 수차발전장치 및 이를 구비한 선박을 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따르면, 문풀(moonpool)을 구비하는 선박에 설치되고, 그 선박에 대한 해수의 상대유동을 이용하여 발전을 하는 선박용 수차발전장치로서, 상하방향으로 관통된 개구부를 포함하며, 상기 문풀을 폐쇄하는 제1 위치와 상기 문풀을 개방하는 제2 위치 사이에서 이동가능하게 설치되는 플레이트 형상의 문풀 개폐부재; 상기 문풀 개폐부재를, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 이동시키기 위한 구동장치; 상기 선박의 운항시, 상기 문풀 개폐부재의 개구부 주위에서의 선박에 대한 해수의 상대유동에 의해 회전되도록, 상기 문풀 개폐부재의 개구부에 설치되는 수차; 및 상기 수차에 동력적으로 연결되어, 상기 수차의 회전에 의해 전기를 발생시키는 발전기;를 포함하는 선박용 수차발전장치가 제공될 수 있다.
또한, 상기 문풀 개폐부재는 수평방향의 슬라이딩 운동에 의해 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 이동될 수 있다.
또한, 상기 문풀 개폐부재의 양측에는 바퀴가 마련되어 있으며, 상기 바퀴의 구름 운동을 안내하기 위하여, 상기 문풀에 설치되는 안내레일을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 구동장치는, 상기 문풀 개폐부재에 연결된 유압 실린더일 수 있다.
또한, 상기 문풀 개폐부재의 개구부 및 상기 수차는 복수개 마련될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기 선박용 수차발전장치를 구비하는 선박이 제공될 수 있다.
본 실시예에 따른 선박용 수차발전장치 및 이를 구비하는 선박에 의하면, 선박의 운항 중에 문풀의 하부를 폐쇄할 수 있어 문풀 주위에서의 해수의 유동장에 의한 저항을 감소시킬 수 있다.
또한, 선박의 운항시에, 문풀 주위에서의 해수의 유동을 이용하여 전기를 발생시킬 수 있다.
도 1은 종래의 시추선의 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시된 시추선의 문풀에서의 해수의 유동을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 수차발전장치를 포함하는 시추선의 개략도이다.
도 4는 도 3에 도시된 시추선에서, 문풀 개폐부재가 제1 위치에 있는 경우를 나타내는 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 시추선에서, 문풀 개폐부재가가 제2 위치에 있는 경우를 나타내는 도면이다
도 6은 도 4의 선Ⅵ-Ⅵ을 따라 취해진 단면도이다.
도 7은 도 4에 도시된 시추선의 평면도이다.
도 8은 도 5에 도시된 시추선의 평면도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박용 수차발전장치를 나타내는 개략도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 제한적인 것으로 의도된 것이 아니다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 수차발전장치를 포함하는 시추선의 개략도이고, 도 4는 도 3에 도시된 시추선에서, 문풀이 폐쇄된 상태를 나타내는 도면이다. 또한, 도 5는 도 3에 도시된 시추선에서, 문풀이 개방된 상태를 나타내는 도면이고, 도 6은 도 4의 선Ⅵ-Ⅵ을 따라 취해진 단면도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 도시된 선박(100)은 해저바닥에서 시추작업을 하는 시추선으로서, 상기 선박(100)에는 시추(드릴링) 작업을 수행하기 위한 유정탑(103)이 상부 갑판(107) 상에 설치되어 있고, 상기 선박(100)의 선수부와 선미부 사이에는, 시추 파이프(102) 등 다양한 시추 장비를 해저 바닥으로 내려보내기 위해서 대규모의 개구, 즉 문풀(Moon Pool; 105)이 형성되어 있다.
본 실시예에 따른 선박용 수차발전장치(160)는 상기 선박(100)에 설치되어, 상기 문풀(105)에서의 해수의 와류 운동을 억제하고, 해수의 유동을 이용하여 발전을 하기 위해 마련된 것이다.
상기 선박용 수차발전장치(160)는 문풀 개폐부재(162)와, 안내레일(167)과, 구동장치와, 수차(164), 및 발전기(169)를 포함하여 구성된다.
상기 문풀 개폐부재(162)는 상기 문풀(105)의 하부를 개폐하기 위하여 마련된 것이다. 상기 문풀 개폐부재(162)는 직사각형의 플레이트 형상을 가지며, 상기 문풀 개폐부재(162)의 양측에는 바퀴(161)가 장착되어 있다. 또한, 상기 문풀 개폐부재(162)의 가운데 부분에는 상하방향으로 관통된 개구부(163)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 개구부(163)의 주위에는 한 쌍의 샤프트 지지대(172)가 마련되어 있다.
한편, 상기 문풀 개폐부재(162)는 상기 문풀(105)의 하부를 폐쇄하는 제1 위치와 상기 문풀(105)의 하부를 개방하는 제2 위치 사이에서 이동가능하게 설치된다.
보다 구체적으로, 상기 문풀 개폐부재(162)의 수평방향으로의 슬라이딩 운동을 안내하기 위하여, 상기 문풀(105)의 하부에는 상기 선박(100)의 길이방향을 따라 상기 문풀(105)의 하부 및 상기 선박(100)의 보관공간(108)까지 연장하는 한 쌍의 안내레일(167)이 설치되어 있다. 상기 바퀴(161)는 상기 안내레일(167)에 끼워진 상태로, 상기 안내레일(167)에 따라 구름운동을 함으로써, 상기 문풀 개폐부재(162)는 수평방향으로 슬라이딩 운동을 할 수 있다.
상기 구동장치는 상기 문풀 개폐부재(162)를, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 이동시키기 위해 마련된 것이다. 상기 구동장치로서, 본 실시예에서는 유압 실린더(166)가 사용된다. 상기 문풀 개폐부재(162)의 일측에는, 상기 유압 실린더(166)의 로드가 고정되어 있다. 본 실시예에서는, 상기 유압 실린더(166)의 로드가 상기 문풀 개폐부재(162)의 일측에 용접되어 있으나, 상기 유압 실린더(166)의 로드는 볼트 및 너트에 의해 상기 문풀 개폐부재(162)에 고정될 수도 있다.
도시된 실시예에서는, 하나의 유압 실린더(166)가 마련되어 있는 형태이나, 상기 문풀 개폐부재(162)의 일측에 복수개의 유압 실린더(166)가 소정의 간격을 두고서 배치되게 할 수도 있다. 복수개의 유압 실린더(166)가 마련되는 경우, 상기 문풀 개폐부재(162)와 상기 유압 실린더(166)의 로드가 복수의 지점에서 연결되므로, 상기 문풀 개폐부재(162)의 특정부위에 힘이 가해지지 않고 분산되게 할 수 있는 효과가 있다.
상기 유압 실린더(166)의 로드의 운동에 의해 상기 문풀 개폐부재(162)는 수평방향으로 운동하게 된다.
상기 수차(164) 및 발전기(169)는, 상기 선박(100)의 운항시에, 상기 문풀 개폐부재(162)의 개구부(163) 주위에서의 해수의 유동에 의한 에너지를 이용하여 전기를 발생시키기 위해 마련된 것이다.
선박의 운항시에 상기 문풀 개폐부재(162)가 상기 문풀(105)의 하부를 폐쇄한 상태인 제1 위치에 있을 때, 상기 문풀 개폐부재(162)의 개구부(163) 주위에서 유동하는 선박에 대한 해수의 상대유동에 의해 상기 수차(164)는 샤프트(171)를 중심축으로 하여 회전하게 된다. 여기서, 상기 샤프트(171)는 상기 지지대(172)에 대해 회전가능하게 설치되어 있다.
상기 발전기(169)는 선박에 대한 해수의 상대유동에 의해 상기 수차(164)가 회전하게 될 때, 상기 수차(164)의 회전에 의한 운동에너지를 전기에너지로 변환시키기 위하여 마련된 것이다. 도시된 실시예에서, 상기 발전기(169)는 상기 문풀 개폐부재(162)의 상측에 설치되고, 상기 발전기(169)는 상기 샤프트(171)의 일단부에 동력적으로 연결되어 있다.
이하, 본 실시예에 따른 선박용 수차발전장치(160)의 작동에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 도 7은 선박용 수차발전장치가 제1 위치에 있는 경우의 평면도이고, 도 8은 선박용 수차발전장치가 제2 위치에 있는 경우의 평면도이다.
먼저, 도 4 및 도 7을 참조하면, 도시된 선박용 수차발전장치(160)는 상기 문풀(105)을 폐쇄하는 제1 위치에 있으며, 선박은 운항중인 상태이다. 이때의 유압 실린더(167)의 로드는 최대로 전진된 상태에 있다.
이 경우, 상기 수차발전장치(160)의 문풀 개폐부재(162)가 상기 문풀(105)의 하부를 폐쇄하고 있기 때문에, 상기 문풀(105)의 주위에서 유동되는 해수의 와류운동은 거의 없게 된다. 따라서, 시추선의 운항 중에 해수의 유동에 의한 저항이 감소되어, 시추선의 운항속도는 증가되고, 소요마력이 감소하여 연료소모도 감소하게 된다. 또한, 와류에 의한 선체의 손상도 감소시킬 수 있다.
한편, 선박의 운항시, 상기 선박용 수차발전장치(160)의 수차(164)는 선박에 대한 해수의 상대유동에 의해 회전하게 된다. 상기 수차(164)가 회전함에 따라, 상기 수차(164)의 회전축인 샤프트(171)에 동력적으로 연결된 상기 발전기(169)는 전기를 생산하게 된다.
따라서, 본 실시예에 따른 선박용 수차발전장치(160)는 문풀(105)에서의 해수의 유동저항을 감소시키는 동시에, 선박에 대한 해수의 상대유동을 이용하여 전기를 발전시킬 수 있다.
한편, 선박이 유전개발을 위해 일정한 지점에 도착하여 정박하게 되면, 상기 유압 실린더(166)의 로드는 후퇴하게 된다. 이에 따라, 상기 유압 실린더(166)에 연결된 상기 문풀 개폐부재(162)는 상기 유압 실린더(166)의 로드를 따라 상기 선박 내의 보관공간(108)으로 이동하게 되어, 상기 문풀(105)을 개방하게 된다.
이 경우, 상기 문풀 개폐부재(162)의 양측에는 바퀴(161)가 장착되어 있고, 상기 문풀(105)에는, 상기 바퀴(161)의 구름운동을 원활하게 안내하기 위한 한 쌍의 안내레일(167)이 마련되어 있으므로, 상기 문풀 개폐부재(162)는 선박의 보관공간(108) 내로 원활하게 수평이동할 수 있다.
상기 문풀 개폐부재(162)가 선박의 보관공간(108) 내로 완전히 이동하게 되면, 시추 파이프(102; 도 3 참조)가 상기 문풀(105)를 통하여 해저 바닥으로 내려보내져 원유를 시추하게 된다.
본 실시예에서는 선박용 수차발전장치(160)를 구비한 시추선을 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 선박용 수차발전장치(160)는, 문풀을 구비하고 이 문풀을 통하여 임의의 장치 및 물품을 해저로 이송하는 선박에도 적용될 수 있음은 물론이다.
또한, 본 실시예에서는 상기 문풀 개폐부재(162)의 양측에 바퀴(161)가 마련된 것을 예를 들어 설명하였으나, 상기 문풀 개폐부재(162)에는 바퀴가 마련되지 않고, 상기 안내레일(167) 내에 상기 문풀 개폐부재(162)의 수평이동을 안내할 수 있는 바퀴가 마련될 수도 있음은 물론이다.
또한, 본 실시예에서는 상기 발전기(169)가 상기 수차(164)와는 독립적인 별개의 구성요소로서 예를 들어 설명하였으나, 상기 수차(164)가 내부에 발전장치를 포함할 수도 있음은 물론이다.
또한, 본실시예에서는 상기 문풀 개폐부재(162)에 하나의 개구부(163)가 마련되고, 하나의 수차(164)가 장착되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 원하는 발전량을 얻기 위하여, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 문풀 개폐부재(162)에는 복수개의 개구부(163)가 마련되고, 복수개의 수차(164)가 장착될 수도 있음은 물론이다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 100: 선박 2, 102: 시추 파이프
3, 103: 유정탑 5, 105: 문풀
7, 107: 상부 갑판 160: 선박용 수차발전장치
161: 바퀴 162: 문풀 개폐부재
164: 수차 166: 유압 실린더
167: 안내레일 169: 발전기

Claims (6)

  1. 문풀(moonpool)을 구비하는 선박에 설치되고, 그 선박에 대한 해수의 상대유동을 이용하여 발전을 하는 선박용 수차발전장치로서,
    상하방향으로 관통된 개구부를 포함하며, 상기 문풀을 폐쇄하는 제1 위치와 상기 문풀을 개방하는 제2 위치 사이에서 이동가능하게 설치되는 플레이트 형상의 문풀 개폐부재;
    상기 문풀 개폐부재를, 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 이동시키기 위한 구동장치;
    상기 선박의 운항시, 상기 문풀 개폐부재의 개구부 주위에서의 선박에 대한 해수의 상대유동에 의해 회전되도록, 상기 문풀 개폐부재의 개구부에 설치되는 수차; 및
    상기 수차에 동력적으로 연결되어, 상기 수차의 회전에 의해 전기를 발생시키는 발전기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 수차발전장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 문풀 개폐부재는 수평방향의 슬라이딩 운동에 의해 상기 제1 위치와 상기 제2 위치 사이에서 이동되는 것을 특징으로 하는 선박용 수차발전장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 문풀 개폐부재의 양측에는 바퀴가 마련되어 있으며,
    상기 바퀴의 구름 운동을 안내하기 위한 안내레일을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 수차발전장치.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동장치는, 상기 문풀 개폐부재에 연결된 유압 실린더인 것을 특징으로 하는 선박용 수차발전장치.
  5. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 문풀 개폐부재의 개구부 및 상기 수차는 복수개 마련되는 것을 특징으로 하는 선박용 수차발전장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 선박용 수차발전장치를 구비하는 선박.
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