KR20120084399A - 에어 캐비티 선박의 레이더빔 센서를 이용한 공기 공급 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박의 공기방 상부에 레이더 빔 송수신장치를 설치하여 공기방 내부의 수위를 직접적으로 측정함으로써 수위 자체를 정밀하게 측정하고, 필요 시 컴프레셔를 작동하여 공기방 내부에 신속하게 공기 보충이 이루어질 수 있고, 공기방 내 공기가 자동으로 완충상태를 유지하게 되어 과도한 컴프레셔의 작동에 따른 에너지의 낭비를 예방할 수 있으며, 레이더 빔 게이지를 이용하여 직접 수위를 측정하는 것이므로 유체의 밀도 변화에 대한 영향이 없으며, 지속적으로 측정하고 있기 때문에 수위의 변화를 연속적으로 측정할 수 있는 에어 캐비티 선박의 공기 공급 제어방법을 제공하는 것을 그 기술적 요지로 한다.

Description

에어 캐비티 선박의 레이더빔 센서를 이용한 공기 공급 제어방법{Control method using radar beam sensor for air supply to air-cavity of air-cavity vessel}

본 발명은 에어 캐비티 선박의 공기방 수위측정을 통한 공기 공급 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 에어 캐비티 선박의 선저에 형성된 공기방 내부의 수위를 레이더 빔을 사용하여 측정하여 공기방 내부의 수위에 따른 압력에 따라 공기 공급정도를 제어하여 적정 공기량이 유지될 수 있도록 하는 발명에 관한 것이다.

선박의 저항을 감소시키기 위한 기술의 하나로 선저 평탄부에 공기를 분사하여 공기층을 형성시킴으로서, 선박의 접수표면적을 감소시키는 에어 캐비티 선박은 널리 알려져 있다.

이와 같은 에어 캐비티 선박은 미국 특허 제 USA 3,595,191호로부터 공지되어 있고, 이 특허에서 유조선과 같은 대양 항해 선박의 선체 바닥에는 압축 공기가 도입되는 다수의 하향 개방형 에어 캐비티가 마련되어 있다. 이에 의해, 선박의 접수표면적이 감소되어, 예컨대 물 저항의 감소와 같은 그 유체역학적 특성이 개선된다.

또한, 네덜란드 특허 제 NL 9301476호의 경우, 공기가 주입되는 에어 캐비티가 선체의 저부에 형성되어 있는 선박이 개시되어 있다. 캐비티 내의 공기층과 선체를 통과하는 물 사이의 감소된 마찰 때문에 물의 저항이 감소되어 연료가 절감되고 보다 경제적으로 추진할 수 있게 된다.

도 1 은 종래 에어 캐비티 선박의 구조를 나타낸 측면도를 도시하고 있다.

종래 에어 캐비티 선박은 공기층의 형성을 위한 캐비티(10)가 선저면으로부터 소정의 깊이를 갖는 홈과 같은 구조로 형성되며, 이로 인해 선체의 구조 변경이 수반된다.

또한, 미도시 되었지만 공기층을 가두는 공기방이 선박의 선저 하부방향으로 돌출 형성된 구조를 가질 수 있다.

그러나 종래의 에어 캐비티 선박은 공기방에 공급된 공기층이 운항중 배출되어 공기량이 감소 시 그 배출량 정도를 알 수 없어 지속적 또는 간헐적인 공기 공급에 의한 공기방내 공기량을 보충함으로써 과도한 공기가 배출되거나 필요한 공기량보다 적은 공기가 공기방에 충전될 수 밖에 없다.

만약 과도한 공기가 공기방에 공급되면 공기를 공급하는 에어컴프레셔의 불필요한 가동에 의한 에너지 낭비가 초래될 수 있고, 필요한 만큼의 공기가 공기방에 공급되지 못한다면 공기방의 설치 목적을 달성할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출한 것으로, 선박의 공기방 상부에 레이더 빔 송수신장치를 설치하여 공기방 내부의 수위를 측정하여 공기방 내 공기의 유출정도를 빠르게 측정함으로써 필요 시 컴프레셔를 작동하여 공기를 공급하여 공기방 내부의 공기량을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 에어 캐비티 선박의 공기 공급 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 에어 캐비티 선박의 공기방 상부에 형성된 별도의 공간에 레이더 빔 송수신기 및 마이컴을 포함하는 레이더 빔 게이지를 설치하고 레이더 빔을 송신하는 단계(S10); 상기 송신한 레이더 빔이 물에 반사되어 돌아오는 것을 수신기에서 수신하는 단계(S20); 마이컴에서 상기 반사되어 수신된 시간을 계산하여 물까지의 거리를 계산하여 수위를 측정하는 단계(S30); 상기 측정된 수위를 제어컨트롤러로 전달하는 단계(S40); 수위를 전달받은 제어컨트롤러가 적정 수위를 감지하여 기준 수위 이상의 수위 변동이 있는지 판단하는 단계(S50); 상기 기준 수위 이상의 수위 변동이 있을 경우 제어컨트롤러가 컴프레셔를 작동시켜 공기방 내로 공기를 공급하여 충전하는 단계(S60); 상기 제어컨트롤러가 레이더 빔 게이지를 통하여 수위변동 사항을 전달받아 수위 변동 시점이 있는지 판단하는 단계(S70); 상기 제어컨트롤러가 레이더 빔 게이지로부터 수위변동이 없는 시간이 일정시간 유지되면 컴프레셔의 작동을 중지시키는 단계(S80); 상기 제어컨트롤러가 S50 단계로 되돌아가는 단계(S90)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 S10 단계에서 레이더 빔 게이지는 공기방 상부에 다수개 설치하여 공기방 전체의 수위 분포를 파악하도록 하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 레이더 빔을 이용하여 공기방 내부의 수위를 직접적으로 측정함으로써 수위 자체를 정밀하게 측정하고, 공기방 내부에 신속하게 공기 보충이 이루어질 수 있고, 공기방 내 공기가 자동으로 완충상태를 유지하게 되어 과도한 컴프레셔의 작동에 따른 에너지의 낭비를 예방할 수 있다.

또한, 레이더 빔 게이지를 이용하여 직접 수위를 측정하는 것이므로 유체의 밀도 변화에 대한 영향이 없으며, 지속적으로 측정하고 있기 때문에 수위의 변화를 연속적으로 측정할 수 있는 장점이 있는 매우 유용한 발명인 것이다.

도 1 은 종래 일 실시예에 따른 에어 캐비티 선박의 구조를 나타낸 측면도,
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 변동에 따른 공기 공급구조를 나타낸 개념도,
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴프레셔의 작동시간 제어흐름을 그래프로 나타낸 예시도,
도 4 는 본 발명에 따른 공기방내 공기 공급 제어 흐름도.
도 5 는 본 발명에 따른 수위 측정 방식인 레이더 빔 게이지의 동작구조를 나타낸 개념도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 는 본 발명의 한 실시예에 따른 수위 변동에 따른 공기 공급구조를 보인 개념도이다. 도시된 바와 같이 본 발명은 에어 캐비티 선박의 선저에 형성된 공기방(10)의 상단부에 별도의 공간을 형성하고, 그 공간 내부에 레이더 빔 게이지(20)가 설치되어 있고, 공기방의 어느 일지점에는 고압공기를 생산하는 컴프레셔(30)의 압축공기를 토출하는 노즐(31)이 형성되어 있다. 또한 레이더 빔 게이지(20)의 측정값에 따라 컴프레셔의 작동을 제어하는 제어컨트롤러(40)가 구비된다.

상기 도면에서 컴프레셔 및 노즐은 편의상 하나로 도시되어 있으나 에어 캐비티 선박의 선저에 형성된 공기방의 크기에 따라 그 개수는 변경될 수 있는 것으로 본 발명에서는 개수를 한정하지는 않는다.

상기 레이더 빔 게이지(20)는 레이더 빔을 송신할 수 있는 송신부(21)와, 송신된 레이더 빔이 물체에 반사되어 들어오는 것을 수신하는 수신부(22)와, 레이더 빔을 송신한 후 물체에 반사되어 수신부로 돌아오는 시간을 측정하여 거리를 계산하는 마이컴(23)을 포함하고 있다.

상기 송신부(21)에 의해 송신된 레이더 빔이 바닷물에 반사되어 수신부(22)에 수신되기 까지의 시간을 측정하고, 레이더 빔의 속도와 시간을 사용하여 거리를 계산함으로써 수위를 측정할 수 있도록 하는 것이다.

한편, 레이더 빔 게이지(20)는 공기방 전체의 수위 분포를 파악하기 위하여 공기방 상단에 다수개가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 레이더 빔 게이지(20)는 공기방에 공기가 완충되었을 때를 기준 수위로 하여 이 기준 수위보다 수위가 높아지는지를 측정하게 된다.

구체적으로 본 발명에 의한 에어 캐비티 선박이 운항될 경우를 예로 들어 설명하면, 에어 캐비티 선박이 운항하면서 해수와의 접촉 또는 선박 속도에 따라 공기방(10)에 충전된 공기가 공기방(10) 하부를 통해 선박의 외부로 배출되면, 그 배출된 공기층의 체적만큼의 해수가 공기방(10)으로 유입된다.

이와 같이 해수가 공기방(10)으로 유입되면, 공기방(10)의 내부의 수위는 상승하게 되고, 이때 상기 레이더 빔 게이지(20)를 통해 상승된 수위가 측정되어 수위 상승에 대한 정보를 제어컨트롤러(40)로 전달하게 되고, 제어 컨트롤러는 컴프레셔(30)를 작동시켜 압축공기를 노즐(31)을 통해 공기방(10)에 공급하여 공기방(10) 내부의 공기를 보충하게 된다.

상기 공기방(10) 상단에 설치된 레이더 빔 게이지(20)는 레이더 빔이 송신된 후 수신되기 까지의 시간을 통하여 직접적으로 공기방(10) 내부의 수위가 어느 정도 변동되었는지 수위 자체를 정밀하게 측정할 수 있어 공기방(10) 내부에 신속하게 공기보충이 가능하도록 한다.

또한, 컴프레셔(30) 작동을 통해 공기방(10) 내부에 공기가 공급되어 수위가 낮아지게 되는 시점 이후부터는 컴프레셔(30)를 통해 공급되는 공기가 공기방(10) 외부로 빠져 나가고 있는 상태이므로 컴프레셔(30)의 작동을 중지시키면 공기방(10) 내 불필요한 공기 공급을 예방하게 되어 에너지의 손실을 줄여줄 수 있게 된다.

도 3 은 본 발명의 한 실시예에 따른 컴프레셔의 작동시간 제어흐름을 그래프로 나타낸 예시도로서, 도시된 바와 같이 본 발명의 공기방(10)내 충전된 공기의 배출에 따라 수위레벨의 변동이 오게 됨을 알 수 있고, 이 수위레벨을 측정하여 컴프레셔(30)를 작동함으로써 수위 레벨이 다시 변동되는 것을 알 수 있다.

즉, 공기방(10)내 공기가 빠져 나가면서 시간이 지날수록 수위가 선형적으로 상승하게 되고, 레이더 빔에 의해 지속적으로 수위를 측정하여 컴프레셔(30)의 작동이 개시되면 시간이 지남에 따라 그 수위가 다시 내려가게 되고, 일정시간이 지나면 수위 변동이 없는 상태(Steady status)의 시간이 지속되게 된다.

이러한 수위 변동이 없는 시간이 바로 공기방(10)내 공기가 컴프레셔(30)에 의해 완충된 시간으로 기준압력에 해당하는 시기이다.

따라서 공기방(10)내 공기가 완충된 이 시기 이후부터 컴프레셔(30)를 통해 공급되는 공기는 공기방(10) 체적을 벗어난 공급량이므로 이러한 초과 공급량은 계속 공기방(10) 외부로 배출되게 된다.

이러한 수위레벨의 변화가 일정 시간동안 일어나지 않으면 제어컨트롤러(40)는 공기방(10)내 압력의 변동이 없음을 인지하여 컴프레셔(30)의 작동을 중지시키게 된다. 이 컴프레셔(30)의 작동이 중지된 시점이 바로 그래프에서 기울기가 없는 직선의 끝 지점이다.

이후 컴프레셔(30)의 작동이 중지되면 선박의 운항에 의한 공기의 유살에 따라 다시 공기방(10) 내의 공기층이 이루는 체적이 작아지면서 공기방(10)내 압력이 줄어들어 수위는 상승하게 되고, 레이더 빔 게이지에 의해 측정되는 수위가 일정 수준 이상 상승하면 수위 측정값을 전달받은 제어컨트롤러(40)가 다시 컴프레셔(30)를 작동시켜 공기 공급량을 늘임으로써 수위가 내려가게 되고, 이후 공기방(10)이 충전되어 수위 변동이 없게 되면 컴프레셔(30)의 작동을 중지시키는 싸이클을 반복하게 된다.

도 4 는 본 발명에 따른 공기방내 공기 공급 제어 흐름도인데, 이를 통해 본 발명의 제어 흐름을 설명한다.

본 발명에 따른 제어흐름은 에어 캐비티 선박의 공기방 상부에 형성된 별도의 공간에 레이더 빔 송수신기 및 마이컴을 포함하는 레이더 빔 게이지를 설치하고 레이더 빔을 송신하는 단계와(S10),

상기 송신한 레이더 빔이 물에 반사되어 돌아오는 것을 수신기에서 수신하는 단계와(S20),

마이컴에서 상기 반사되어 수신된 시간을 계산하여 물까지의 거리를 계산하여 수위를 측정하는 단계와(S30),

상기 측정된 수위를 제어컨트롤러로 전달하는 단계와(S40),

수위를 전달받은 제어컨트롤러가 적정 수위를 감지하여 기준 수위 이상의 수위 변동이 있는지 판단하는 단계와(S50),

상기 기준 수위 이상의 수위 변동이 있을 경우 제어컨트롤러가 컴프레셔를 작동시켜 공기방 내로 공기를 공급하여 충전하는 단계와(S60),

상기 제어컨트롤러가 레이더 빔 게이지를 통하여 수위변동 사항을 전달받아 수위 변동 시점이 있는지 판단하는 단계와(S70),

상기 제어컨트롤러가 레이더 빔 게이지로부터 수위변동이 없는 시간이 일정시간 유지되면 컴프레셔의 작동을 중지시키는 단계와(S80),

상기 제어컨트롤러가 S50 단계로 되돌아가는 단계(S90)를 포함하여 이루어진다.

이와 같은 단계를 가짐으로써 본 발명은 항시 공기방(10)내 공기가 자동으로 완충상태를 유지하게 되어 과도한 컴프레셔(30)의 작동에 따른 에너지 낭비를 예방하게 된다.

또한, 공기방(10) 내부의 수위를 직접적으로 측정함으로써 수위 자체를 정밀하게 측정하고, 공기방(10) 내부의 신속한 공기 보충이 이루어질 수 있도록 하는 것이다.

한편, 본 발명에 있어 레이더 빔을 이용하여 수위를 측정하는 방법은, 도 5 에서 보는 바와 같이 발진기(24)에서 빛의 속도(c)를 가지는 레이더 빔을 만들어 송신부(21)를 통하여 발사하여 물에 반사되어 수신부(22)에 도착하는 시간(t)을 타이머(25)를 통하여 측정하여 마이컴(23)에서 그 거리를 계산함으로써 레이더 빔 송신부(21)로부터 물의 표면까지의 거리(d)를 계산하는 것으로, 그 수식은 다음과 같다.

[수식 1]

d = cㅧ(t/2)

상기 식에서 거리(d)는 레이더 빔 송신부로부터 물의 표면까지의 거리이고, 시간(t)은 거리(d)를 왕복하는데 걸리는 시간이기 때문에 그 시간(t)을 2로 나누게 되면 레이더 빔 송신부로부터 물의 표면까지의 거리를 측정할 수 있게 되는 것이다.

상기와 같은 식을 사용하여 레이더 빔 게이지의 마이컴에서 레이더 빔이 반사되는 시간을 측정하여 거리값을 계산한다.

상기와 같이 본 발명은 레이더 빔을 이용하여 공기방 내부의 수위를 직접적으로 측정함으로써 수위 자체를 정밀하게 측정하고, 공기방 내부에 신속하게 공기 보충이 이루어질 수 있고, 공기방 내 공기가 자동으로 완충상태를 유지하게 되어 과도한 컴프레셔의 작동에 따른 에너지의 낭비를 예방할 수 있다.

또한, 레이더 빔 게이지를 이용하여 직접 수위를 측정하는 것이므로 유체의 밀도 변화에 대한 영향이 없으며, 지속적으로 측정하고 있기 때문에 수위의 변화를 연속적으로 측정할 수 있는 장점이 있다.

상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.

10: 공기방 20: 레이더 빔 게이지
21: 레이더 빔 송신부 22: 레이더 빔 수신부
23: 마이컴 24: 발진기
25: 타이머 30: 컴프레셔
31: 노즐 40: 제어컨트롤러

Claims (2)

1. 에어 캐비티 선박의 공기방 상부에 형성된 별도의 공간에 레이더 빔 송수신기 및 마이컴을 포함하는 레이더 빔 게이지를 설치하고 레이더 빔을 송신하는 단계(S10); 상기 송신한 레이더 빔이 물에 반사되어 돌아오는 것을 수신기에서 수신하는 단계(S20); 마이컴에서 상기 반사되어 수신된 시간을 계산하여 물까지의 거리를 계산하여 수위를 측정하는 단계(S30); 상기 측정된 수위를 제어컨트롤러로 전달하는 단계(S40); 수위를 전달받은 제어컨트롤러가 적정 수위를 감지하여 기준 수위 이상의 수위 변동이 있는지 판단하는 단계(S50); 상기 기준 수위 이상의 수위 변동이 있을 경우 제어컨트롤러가 컴프레셔를 작동시켜 공기방 내로 공기를 공급하여 충전하는 단계(S60); 상기 제어컨트롤러가 레이더 빔 게이지를 통하여 수위변동 사항을 전달받아 수위 변동 시점이 있는지 판단하는 단계(S70); 상기 제어컨트롤러가 레이더 빔 게이지로부터 수위변동이 없는 시간이 일정시간 유지되면 컴프레셔의 작동을 중지시키는 단계(S80); 상기 제어컨트롤러가 S50 단계로 되돌아가는 단계(S90)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에어 캐비티 선박의 공기방 수위측정을 통한 공기 공급 제어방법.
   
2. 청구항 1 에 있어서,
   상기 S10 단계에서 레이더 빔 게이지는 공기방 상부에 다수개 설치하여 공기방 전체의 수위 분포를 파악하도록 하는 것을 특징으로 하는 에어 캐비티 선박의 공기방 수위측정을 통한 공기 공급 제어방법.

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