KR20120067648A - 선박 및 부유식 해상구조체 - Google Patents

Abstract

팽창챔버를 구비한 선박 및 부유식 해상구조체를 개시한다.
본 발명의 실시형태에 따른 선박 및 부유식 해상구조체는, 펀넬과, 펀넬의 내부로 연장되는 배기파이프와, 펀넬의 내부에 구비되며 배기파이프와 연결되는 팽창챔버와, 팽창챔버에서 연장되며 펀넬의 외부로 돌출되는 배출파이프를 포함한다.

Description

선박 및 부유식 해상구조체{VESSEL AND FLOATING OFFSHORE STRUCTURE}

본 발명은 선박 또는 부유식 해상 구조체에 관한 것이다.

선박이나 부유식 해상구조체는 일반적으로 엔진룸 내에 위치하는 디젤 엔진 또는 스팀 터빈에 의해 구동된다. 또한, 그 내부에 위치하는 각종 전자장비의 작동, 공조 시스템 가동, 선실 내의 전력공급 등을 위해 전력이 지속적으로 필요하게 되며, 이러한 전력은 상기 엔진룸 내에 위치하는 발전기에 의하여 공급된다.

여기서, 디젤엔진 또는 스팀 터빈 및 발전기의 구동시 배기가스가 발생하게 되는데, 선박이나 부유식 해상구조체에는 이러한 배기가스를 배출시키기 위한 펀넬 및 배기관이 구비되어 있다.

도 1은 일반적인 선박이나 부유식 해상구조체의 배기가스 배출구조를 도시한 도면이다.

일반적인 선박이나 부유식 해상구조체의 배기가스 배출구조는, 내부에 디젤 엔진, 스팀 터빈, 또는 발전기 등이 구비된 엔진룸으로부터 배기가스를 배출시키게 된다. 이러한 엔진룸 케이싱(1)의 상부에는 펀넬(3)이 위치하고, 펀넬(3)에는 선박의 엔진 등에서 발생하는 배기가스를 선체 외부로 배출시키기 위한 파이프(5)가 위치한다. 펀넬(3)은 이러한 파이프(5)를 지지하는 굴뚝과 같은 기능을 하는 것으로, 선박이나 부유식 해상구조체의 보일러, 엔진, 또는 터빈 등의 구동에 의하여 발생되는 배기가스는 파이프에 의하여 선박의 외부로 배출되게 된다.

이러한 선박이나 부유식 해상구조체의 배기가스 배출과정에서는 엔진 등의 자체에서 발생하는 소음이 전달되거나 배기가스의 압력에 의하여 지속적으로 소음이 발생하게 되며, 이러한 배기소음을 감소시키기 위하여 다양한 시도들이 이루어지고 있다. 예를 들어, 사일런서(silencer)를 배기가스가 배출되는 파이프 상에 설치하여 배기소음을 저감시키고자 하는 시도가 있다.

하지만, 선박이나 부유식 해상구조체의 배기소음 중 지배적인 소음은 저주파수 대역의 소음으로서, 이러한 사일런서의 적용이 곤란하다.

구체적으로, 일반적인 사일런서는 흡음형 사일런서, 팽창형 사일런서, 및 반사형 사일런서가 있는데, 흡음형 사일런서의 경우 저주파대역의 소음을 효과적으로 흡음하기 어렵다. 또한, 팽창형 또는 반사형 사일런서는 기본적으로 감음하고자 하는 주파수에 의해 사일런서의 길이가 결정되고 감음량에 따라 부피(사일런서의 부피 즉, 반경)가 결정되므로, 다양한 저주파 대역의 소음이 전파된다면, 특정 주파수 소음 외에는 효과적인 감음이 어렵다. 이 뿐만 아니라, 현실적으로 배기가스의 배기 중에 파이프 내에서 온도 및 유속이 지속적으로 변하게 되므로, 팽창형 또는 반사형 사일런서는 효과적인 감음을 달성하기 어렵다. 또한, 펀넬(3) 내에는 엔진, 발전기, 보일러 등으로부터 연장된 파이프들이 설치되어 있어 사일런서의 감음량을 증가시키기 위하여 사일런서의 반경을 증가시키는 것에도 많은 제약이 따른다.

본 발명에 따른 실시예는 배기소음을 효과적으로 저감시킬 수 있는 선박 및 부유식 해상구조체를 제공하고자 한다.

본 발명의 실시예에 따른 선박 및 부유식 해상구조체는 펀넬과, 펀넬의 내부로 연장되는 배기파이프와, 펀넬의 내부에 구비되며 배기파이프와 연결되는 팽창챔버와, 팽창챔버에서 연장되며 펀넬의 외부로 돌출되는 배출파이프를 포함한다.

여기서, 배기파이프는 배기가스를 팽창챔버로 전달하며, 팽창챔버는 배기가스를 팽창시키도록 확장된 부피를 가질 수 있다.

또한, 배출파이프의 배출단면 면적은 배기파이프의 배출단면 면적보다 크거나 같을 수 있다.

또한, 팽창챔버는 펀넬의 길이방향으로 둘 이상 마련될 수 있다.

이 때, 둘 이상의 팽창챔버는 중간파이프로 서로 연결될 수 있다.

또한, 중간파이프의 배출단면 면적은 배기파이프의 배출단면 면적보다 크거나 같을 수 있다.

여기서, 팽창챔버의 길이(L)는 배기소음 파장을 λ라고 할 경우,

L = λ(2n+1)/4 (n=1, 2, 3, …) 일 수 있다.

상술한 팽창챔버의 내면에는 흡음재가 부착되어 있을 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 선박 및 부유식 해상구조체는 배기소음을 효과적으로 저감시킬 수 있다.

도 1은 종래의 선박 또는 부유식 해상구조체의 펀넬을 도시한 도면이다.
도 2 및 3은 본 발명의 실시예에 따른 소음저감 펀넬을 구비한 선박 또는 부유식 해상구조체를 도시한 도면이다.
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 소음저감 펀넬을 구비한 선박 또는 부유식 해상구조체를 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하도록 한다.

도 2 및 3은 본 발명의 실시예에 따른 선박 또는 부유식 해상구조체의 소음저감 펀넬(13, 43)을 도시한 도면으로, 선박 및 부유식 해상구조체의 배기파이프(15)와 배출파이프(30, 60)의 사이에 팽창챔버(20, 50)가 마련된 것을 도시한 도면이다.

펀넬(13, 43)은 선박 또는 부유식 해상구조체의 엔진, 발전기, 보일러 등에서 발생되는 배기가스를 배출시키기 위한 파이프들을 지지하는 기능을 하며, 엔진 케이싱(11, 41)의 상측에 마련되어 배기/배출파이프(15, 30, 60)를 통해 엔진 케이싱(11,41)에서 발생하는 배기가스를 배출하게 된다. 이 때, 엔진, 발전기, 보일러 등에서 유발되는 배기소음은 배기/배출파이프(15, 30, 60)를 통해 외부로 방출되게 된다.

배기파이프(15)는 엔진, 발전기, 보일러 등의 가동에 의하여 발생하는 배기가스가 이동하는 경로를 제공하며, 펀넬(13, 43)의 내부로 연장되어 배기가스가 외부로 배출될 수 있도록 한다. 배기파이프(15)는 엔진, 발전기, 보일러 등과 각각 연결된 하나 이상의 파이프 조합으로 이루어 질 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 팽창챔버(20, 50)는 배기파이프(15)와 연결되어 있으며, 배기파이프(15)를 통해 이동된 배기가스는 팽창챔버(20, 50) 내부로 이동하여 팽창챔버(20, 50) 내에서 팽창될 수 있다. 즉, 팽창챔버(20, 50)는 배기파이프(15)의 배기가스 이동방향 단면적 보다 확장된 단면적을 가짐으로써, 배기가스가 배기파이프(15)를 통해 이동하다가 팽창챔버(20, 50)를 만나면 급속히 팽창하게 된다.

이 때, 배기가스를 통해 팽창챔버(20, 50)에 전달되는 배기소음은 음파의 일종으로서, 팽창챔버(20, 50) 내에서 팽창챔버(20, 50)의 내부 부피만큼 팽창하면서 급속한 에너지 감소를 겪게 된다. 이와 더불어, 일반적인 음파와 마찬가지로 배기소음은 팽창챔버(20, 50) 내부의 내벽에서 반사되며 배기소음의 크기가 감소하게 된다.

팽창챔버(20, 50)는 펀넬(13, 43) 내에서 배기파이프(15)의 경로 상에 설치될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 펀넬(13, 43) 내부의 배출파이프(30, 60)와 가까운 상측에 형성될 수도 있고, 도 3에 도시된 바와 같이 펀넬(13, 43) 내부의 엔진 케이싱(11, 41)에 가까운 하측에 형성될 수도 있다. 물론, 이에 한정되지 않고, 펀넬(13, 43) 내부의 중간에 형성될 수도 있다.

도 2 또는 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 팽창챔버(20, 50)의 크기를 펀넬(13, 43)의 내부 크기로 최대한 확장함으로써 배기소음의 팽창을 최대한 유도하여 배기소음을 감소시킬 수 있다. 선박 또는 부유식 해상 구조체의 엔진, 발전기, 보일러 등으로부터 연장되는 배기파이프(15)는 팽창챔버(20, 50)와 연결되어 있으며, 팽창챔버(20, 50)는 배기파이프(15) 각각에서 전달되는 배기가스의 배기소음을 모두 팽창챔버(20, 50)의 내부 부피만큼 팽창시킴과 더불어 팽창챔버(20, 50) 내부에서 반사되도록 함으로써 배기소음 저감 효과를 극대화할 수 있다.

이 뿐만 아니라, 본 발명의 실시예에 따르면, 종래에는 배기파이프(15)가 그대로 펀넬 내부로 연장되어 펀넬 내부가 배기 파이프(15)들로 복잡하였던 것과 달리, 본 실시예에서는 펀넬(13, 43) 내부 배기파이프(15)가 팽창챔버(20, 50)로 단일화되고, 팽창챔버(20, 50)로부터 배출파이프(30, 60)를 통해 배기가스를 외부로 배출할 수 있도록 함으로써 펀넬(13, 43) 내부를 구조적으로 단순화할 수 있다. 이로써 펀넬(13, 43)의 유지보수도 용이하게 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 배기가스가 팽창챔버(20, 50) 내에서 팽창함으로 인하여 배기가스 자체의 온도가 낮아지게 되고, 이는 외부로 배출되는 배기가스의 온도가 낮아지게 되는 것이다. 이로써, 해상 환경 열오염을 방지할 수 있으며, 각종 해상규제를 충족시킬 수 있게 된다.

이와 같이, 팽창챔버(20, 50)를 거치면서 배기소음이 저감된 배기가스는 배출파이프(30, 60)를 통하여 선박 또는 부유식 해상 구조체의 외부로 배출될 수 있다. 배출파이프(30, 60)는 팽창챔버(20, 50) 상측에서 외부로 연장되고, 선박 또는 부유식 해상 구조체의 외부로 돌출되어 있을 수 있다. 도 2 및 도 3에서는 배출파이프(30, 60)가 하나가 마련된 경우에 대하여 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 둘 이상 마련될 수 있음은 물론이다.

여기서, 배기파이프(15), 팽창챔버(20, 50), 및 배출파이프(30, 60)를 거쳐 배기가스가 배출되는 경우, 배출파이프(30, 60)의 배출단면적, 예를 들어 배출파이프(30, 60)가 원형단면을 가지는 경우에 원단면적은 배기파이프(15)의 배출단면 면적보다 크거나 같을 수 있다. 배기파이프(15)가 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 둘 이상인 경우, 배출파이프(30, 60)의 배출단면적은 둘 이상의 배기파이프(15) 배출단면적의 합보다 크거나 같을 수 있다.

이와 같이, 배출파이프(30, 60)의 배출단면적이 배기파이프(15)의 배출단면 적보다 크거나 같게 설정함으로써, 배출파이프(30, 60)로부터의 배압(back pressure) 형성을 억제할 수 있다. 즉, 배출파이프(30, 60)의 배출단면적이 배기파이프(15)의 배출단면적보다 작은 경우, 배기파이프(15)를 통해 팽창챔버(20, 50)의 내부로 유입되는 배기가스의 유로보다 배출파이프(30, 60)를 통해 팽창챔버(20, 50)로부터 외부로 유출되는 배기가스의 유로가 좁아지는 것으로 된다. 이로써, 배기가스의 배압이 증가됨으로써 배출파이프(30,60) 측으로 향하던 배기가스가 배기파이프(15)로 역행할 수 있다. 따라서, 배출파이프(30, 60)의 배출단면적을 배기파이프(15)의 배출단면적보다 크거나 같게 설정하여 이러한 배압의 형성을 차단할 수 있다. 예를 들어, 배출파이프(30, 60) 및 배기파이프(15)가 모두 원형단면을 가지는 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 배출파이프(30, 60) 면적이 3개의 배기파이프 면적의 합보다 크거나 같을 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 선박 또는 부유식 해상구조체에서는 구비되는 팽창챔버(20, 50)의 내부에 흡음재(22, 52)가 설치될 수 있다. 흡음재(22, 52)는 다공질 흡음재(22, 52)와 판상(板狀) 흡음재일 수 있다. 다공질 흡음재는 표면과 내부에 작은 기포(氣泡) 또는 가는 관(管) 모양의 구멍이 있고 이 구멍 속의 공기가 음파에 의해 진동하여 생긴 마찰 때문에 소리에너지가 열에너지로 바뀌어 흡수되는 것이고, 판상 흡음재는 음파가 판을 진동시키면서 소리에너지를 소모하게 하여 흡음 효과를 얻는다. 판상 흡음재로는 베니어판?석고판?섬유판?석면판 등이 사용될 수 있다.

흡음재(22, 52)를 팽창챔버(20, 50)의 내부에 마련함으로써, 배기가스 중의 중고주파 대역의 소음을 감소시킬 수 있으며, 팽창챔버(20, 50)에서 배기가스의 팽창에 의하여 약 250Hz 이하 저주파 대역의 소음을 감소시켜 줌으로써, 전 대역의 소음을 줄일 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 소음저감 펀넬을 구비한 선박 및 부유식 해상구조체에 의하면, 엔진 등의 가동 중에 발생하는 배기가스의 저주파 대역의 배기소음을 효과적으로 감소시킴과 동시에 다수의 배기파이프가 팽창챔버와 배출파이프로 단순화되어 유지보수를 용이하게 할 수 있는 효과가 있다. 또한, 배출되는 배기가스의 온도를 낮춤으로써 배기가스에 의한 해상 열오염을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 흡음재를 구비하여 중고주파 대역의 소음도 효과적으로 줄일 수 있다.

다음으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 및 부유식 해상구조체에 대하여 설명하도록 한다. 명확한 설명을 위하여 상기 본 발명의 실시예와 중복되 는 설명은 생략하기로 한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박 및 부유식 해상구조체는 펀넬(73)의 길이방향으로 팽창챔버(80a, 80b)가 2개 이상 마련될 수 있다.

각 팽창챔버(80a, 80b)는 특정 파장의 배기소음을 저감시키기에 적합하도록 형성되어 있으며, 팽창챔버(80a, 80b) 마다 길이가 서로 다르게 형성되어 있을 수 있다. 또한, 각 팽창챔버(80a, 80b)는 중간파이프(92)로 연결되어 있어, 배기파이프(15)로부터 전달되는 배기가스가 각 팽창챔버(80a, 80b)를 거쳐 선박 또는 부유식 해상구조체의 외부로 원활히 배출될 수 있도록 할 수 있다. 펀넬(73) 내부에서 최상측에 위치하는 제 2 팽창챔버(80b)는 배출파이프(90)와 연결되어 있다.

여기서, 배기파이프(15), 제 1 팽창챔버(80a), 중간파이프(92), 제 2 팽창챔버(80b), 배출파이프(90)를 통해 배기가스가 배출되는 경우, 중간파이프(92)와 배출파이프(90)는 그 배출단면 면적, 예를 들어, 원형단면을 가지는 경우에 원단면적은 배기파이프(15)의 배출단면 면적보다 크거나 같을 수 있다. 배기파이프(15)가 둘 이상인 경우, 중간파이프(92) 및 배출파이프(90)의 배출단면 면적은 둘 이상의 배기파이프(15) 배출단면의 면적보다 크거나 같을 수 있다. 또한, 배출파이프(90)의 배출단면 면적은 중간파이프(92) 배출단면의 면적보다 크거나 같을 수 있다.

이와 같이, 중간파이프(92)의 배출단면 면적이 배기파이프(15)의 배출단면 면적보다 크거나 같게 설정하고, 배출파이프(90)의 배출단면 면적이 중간파이프(92) 배출단면 면적보다 크거나 같게 설정함으로써, 중간파이프(92) 또는 배출파이프(90) 로부터의 배압(back pressure)이 형성되는 것을 억제할 수 있다.

예를 들어, 배출파이프(90), 중간파이프(92), 및 배기파이프(15)가 모두 원형단면을 가지는 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, "배출파이프(90) 면적 >= 중간파이프(92)면적 >= 배기파이프(15) 면적"의 관계에 있을 수 있다.

다음으로, 서로 다른 길이로 형성되는 팽창챔버(80a, 80b)의 길이, 즉 배기파이프(15)에서 배출파이프(90) 방향으로의 길이,는 유입되는 배기소음의 파장(λ)과 관련하여 결정될 수 있다. 구체적으로, 선박 또는 부유식 해상구조체의 엔진, 발전기, 보일러 등에서 발생되는 배기소음의 주요 파장을 λ 라고 하였을 때, 동 파장의 배기소음을 저감시키기 위한 팽창챔버(80a, 80b)의 길이(L1,L2)는,

L1 = λ1*(2n+1)/4 (n=1,2,3,…)

L2 = λ2*(2m+1)/4 (m=1,2,3,…)일 수 있다.

즉, 선박 또는 부유식 해상구조체에서 주로 발생하는 배기소음의 파장 λ를 실험 또는 해석적으로 구하고, 동 소음을 충분히 흡음할 수 있도록 팽창챔버(80a, 80b)의 길이를 λ/4의 홀수배가 되도록 설정할 수 있다. 이러한 팽창챔버(80a, 80b)의 길이(L1, L2) 설정은 당업자의 입장에서 용이하게 이해될 수 있을 것이다.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 각 소음원(엔진, 보일러 등)에서 발생하는 소음 파장 차이 등의 원인으로 인하여 주로 발생하는 배기소음의 파장이 λ1 및 λ2라고 하였을 때, λ1 및 λ2의 1/4 파장의 홀수배의 길이를 가지는 팽창챔버(80a, 80b) 각각을 펀넬(73)의 길이방향, 즉 배기파이프(15)에서 배출 파이프(90) 방향으로 나란히 형성할 수 있다.

이로써, 배기파이프(15)를 경유하여 전달되는 배기가스는 제 1 팽창챔버(80a), 중간파이프(92), 및 제 2 팽창챔버(80b)를 거치게 됨으로써, 같이 전달되는 파장 λ1 및 λ2의 배기소음의 크기가 감소되게 된다. 여기서, 배기소음의 주요 파장이 2개(λ1 및 λ2)인 경우에 대하여 설명하였으나, 이에 한정하지 않고 실험 또는 해석적으로 주로 발생하는 배기소음의 파장의 개수에 맞추어서 팽창챔버가 형성될 수 있음은 본 발명의 기술적 사상에 포함된다 할 것이다.

여기서, 실험 또는 해석적으로 결정되는 배기소음의 주요 파장은 예를들어 250 Hz 이하의 저주파 대역의 소음일 수 있다. 즉, 선박 또는 부유식 해상 부유체에서 주로 문제되고 있는 저주파 대역의 소음의 크기는 팽창챔버(80a, 80b)에서 흡음하도록 하고, 팽창챔버(80a, 80b) 내부에 흡음재(82)를 부착하여 중저주파 대역의 소음을 흡음하도록 할 수 있다.

상술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 소음저감 펀넬을 구비한 선박 및 부유식 해상구조체는 배기소음의 반사 및 팽창에 의한 소음저감뿐만 아니라, 특정 파장의 배기소음을 집중적으로 저감시킬 수 있어, 배기소음의 저감을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

도 4에서 설명되지 않은 참조번호 71은 엔진 케이싱이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구부피인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으며, 이것 또한 본 발명의 범주 내에 속하는 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시형태는 모든 면에서 예시적인 것일 뿐, 본 발명을 한정하는 것으로 이해되어서는 안되며, 이러한 변형된 실시형태는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

1, 11, 41, 71: 엔진 케이싱
3, 13, 43, 73: 펀넬
15: 배기파이프
20, 50, 80a, 80b: 팽창챔버
22, 52, 82: 흡음재
30, 60, 90: 배출파이프
92: 중간파이프

Claims (8)

1. 펀넬과,
   상기 펀넬의 내부로 연장되는 배기파이프와,
   상기 펀넬의 내부에 구비되며 상기 배기파이프와 연결되는 팽창챔버와,
   상기 팽창챔버에서 연장되며 상기 펀넬의 외부로 돌출되는 배출파이프를 포함하는 선박 및 부유식 해상구조체.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 배기파이프는 배기가스를 상기 팽창챔버로 전달하며,
   상기 팽창챔버는 상기 배기가스가 팽창되도록 확장된 부피를 가지는 것을 특징으로 하는 선박 및 부유식 해상구조체.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 배출파이프의 배출단적은 상기 배기파이프의 배출단면적보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 선박 및 부유식 해상구조체.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 팽창챔버는 상기 펀넬의 길이방향으로 둘 이상 마련되는 것을 특징으로 하는 선박 및 부유식 해상구조체.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 둘 이상의 팽창챔버는 중간파이프로 서로 연결되는 것을 특징으로 하는
   선박 및 부유식 해상구조체.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 중간파이프의 배출단면적은 상기 배기파이프의 배출단면적보다
   크거나 같은 것을 특징으로 하는 선박 및 부유식 해상구조체.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 팽창챔버의 길이(L)는 유입되는 배기소음 파장을 λ라고 할 경우,
   L = λ(2n+1)/4 (n=1, 2, 3, …)인 것을 특징으로 하는 선박 및 부유식 해상구조체.
   
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 팽창챔버의 내면에는 흡음재가 부착되어 있는 것을 특징으로 하는
   선박 및 부유식 해상구조체.

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