KR20130003809A - 선박용 밸러스트 탱크의 자유표면 조절장치 - Google Patents

선박용 밸러스트 탱크의 자유표면 조절장치 Download PDF

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Abstract

선박용 자유표면 조절장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 자유표면 조절장치는 선박에 구비되는 밸러스트 탱크(Ballast Tank)dhk; 상기 밸러스트 탱크 내부에 배치되고, 상기 밸러스트 탱크 내부를 독립된 다수개의 저장탱크로 분할하는 격벽; 및 상기 선박의 롤링(Rolling) 상태에 따라, 상기 저장탱크에 밸러스트 수(Ballast Water)가 차지하는 자유표면(Free Surface)의 면적을 조절하는 조절부를 포함한다.

Description

선박용 밸러스트 탱크의 자유표면 조절장치{Free Surface Control Apparatus for Ballast Tank of Ship}
본 발명은 선박의 롤링(rolling) 상태에 따라 롤 주기를 조절하는 것으로서, 보다 상세하게는 선박용 밸러스트 탱크의 자유표면 조절장치에 관한 것이다.
일반적으로 선박은 화물을 적재하지 않은 경우 안정성을 유지하고, 추진력의 효율을 위해 밸러스트 탱크(Ballast Tank)를 적용하고 있다. 상기 밸러스트 탱크는 화물의 적재 또는 하역에 따른 선박의 무게중심의 변동을 줄이고 안전한 항해를 보장하기 위한 것으로, 선박의 내부에 좌우로 대칭되게 다수 개가 설치되어 있다.
상기 선박은 해상에서 롤링과 피칭 현상이 발생된다. 상기 롤링은 파도에 의해 선체의 무게중심점을 축으로 선체가 좌우로 반복해서 기울어지는 현상을 말하며, 상기 피칭은 선체가 무게 중심점을 축으로하여 선수쪽과 선미쪽으로 반복하여 기울어지는 현상을 말한다.
특히 선박에 있어서 롤링은 필연적으로 발생되고, 상기한 롤링은 승객이나 승무원에게 불쾌감과 피로 누적의 부담을 주게 됨은 물론 적재된 화물의 전복을 유발하여 위험상황을 초래할 수 있다.
특히, 기상상태가 악화 되면서 파도의 요동이 증가 되면서, 상기 선박에 발생되는 롤링에 의해 전복이 발생되거나, 정박된 선박들 간의 충돌에 의한 선체의 파손 또는 해상 사고가 발생하게 된다.
특히 드릴쉽(Drill Ship)과 같은 선박의 데크(Deck) 상에 탑 사이드 모듈(Top Side Module)이 설치될 경우에는, 상기 선박에서 롤링이 발생될 경우에 상기 탑사이드 모듈에 대한 구조적인 보강이 필요하게 되고, 상기 탑 사이드 모듈의 생산성에도 영향을 줄 수 있으므로 안정성에 대한 방안이 모색되고 있다.
상기 선박에서의 롤링 발생은 상기 선박의 전체적인 크기와, 화물의 적재량 및 배치 상태에 의해 결정되므로, 상기 선박의 고유주기를 조절하여 안정적인 항해를 도모하기 위해 대한민국 공개특허공보 10-2010-0127418에 탑 사이드 모듈의 롤 모션을 감쇠시키기 위해 압축이나 휨이 가능한 다수의 감쇠편을 설치하여 상기 선박에서의 롤 모션을 감쇠시키기 위한 노력이 이루어지고 있었다.
본 발명의 실시예들은 선박에서 발생되는 롤링에 의한 롤 주기를 조절하여 안정적인 항해를 도모하고, 탑 사이드 설비의 파손을 방지하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 구비되는 밸러스트 탱크(Ballast Tank); 상기 밸러스트 탱크 내부에 배치되고, 상기 밸러스트 탱크 내부를 독립된 다수개의 저장탱크로 분할하는 격벽; 및 상기 선박의 롤링(Rolling) 상태에 따라, 상기 저장탱크에 밸러스트 수(Ballast Water)가 차지하는 자유표면(Free Surface)의 면적을 조절하는 조절부를 포함한다.
상기 격벽은 상기 밸러스트 탱크 내부를 횡 방향으로 구획하는 것을 특징으로 한다.
상기 격벽은 상기 밸러스트 탱크 내부를 횡 방향과 종 방향으로 각각 구획하는 것을 특징으로 한다.
상기 저장탱크는 동일 면적으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 조절부는 밸러스트 수를 공급하는 공급펌프; 상기 공급펌프에 일단이 연결되고, 타단이 저장탱크와 연결된 이송관에 마련되는 3-Way 밸브를 포함한다.
상기 이송관은, 상기 하부 저장탱크에 일단이 연결되고, 타단이 상기 공급펌프와 연결된 제1 이송관; 상기 공급펌프에 일단이 연결되고, 타단이 상기 상부 저장탱크와 연결된 제2 이송관; 상기 제2 이송관에 일단이 연결되고, 타단이 상기 중앙 저장탱크와 연결된　제3 이송관을 포함한다.
상기 공급펌프와 3-Way 밸브의 작동 상태를 제어하는 제어부를 더 포함한다.
상기 제어부는, 상기 선박의 롤 주기가 클 경우에, 상기 저장탱크의 자유 표면을 감소시키고, 상기 선박의 롤 주기가 작을 경우에, 상기 저장탱크의 자유 표면이 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예들은 선박에서 발생되는 롤링 상태에 따라 밸러스트 탱크 내부의자유 표면을 조절하여, 상기 선박의 안정적인 운항을 도모할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 선박의 롤 주기를 임의대로 조절하여, 탑 사이드 장비의 파손 및 손상을 최소화하고, 상기 탑 사이드 장비의 배치에 대한 설계 자유도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 선박용 밸러스트 탱크의 자유표면 조절장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 선박용 밸러스트 탱크의 자유표면 조절장치를 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 제어부와, 상기 제어부와 연결된 구성을 도시한 도면.
도 4 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 선박용 밸러스트 탱크의 자유표면 조절장치의 작동 상태도.
도 6은 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 의한 선박용 밸러스트 탱크의 자유표면 조절장치의 작동 상태도.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 밸러스트 탱크의 자유표면 조절장치의 구성에 대해 첨부된 도 1을 참조하여 설명한다.
선박에는 내부에 밸러스트 탱크(100)가 구비되고, 상기 밸러스트 탱크(100)는 내부가 독립된 다수개의 저장탱크(200)가 구비된다. 상기 저장탱크(200)는 격벽(300)에 의해 독립된 다수개의 저장영역으로 분할된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 저장탱크(200)는 격벽(300)에 의해 횡으로 분할 배치된다. 상기 저장탱크(200)는 분할된 각각의 저장영역이 동일 면적으로 이루어진다. 본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 선박에 구비된 저장탱크(200)의 정면도를 기준으로 설명한다.
상기 저장탱크(200)는 상기 밸러스트 탱크(100)의 하부에 하부 저장탱크(210)가 배치된다. 상기 하부 저장탱크(210)의 상부에는 중앙 저장탱크(220)가 배치되고, 상기 중앙 저장탱크(220)의 상부에는 상부 저장탱크(230)가 배치된다.
상기 하부 저장탱크(210)와, 중앙 저장탱크(220) 사이에는 격벽(300)이 설치되고, 상기 중앙 저장탱크(220)와, 상부 저장탱크(230) 사이에도 격벽(300)이 설치된다. 상기 격벽(300)은 저장탱크(200)에 공급되는 해수의 무게를 충분히 지지할 수 있는 재질을 사용할 수 있다. 또한, 상기 격벽(300)이 저장탱크(200)로 공급되는 해수의 무게에 의해 파손되는 것을 방지하기 위해, 상기 격벽(300)의 하측에 별도의 지지부재(미도시)가 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 저장탱크에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 2를 참조하면, 저장탱크(200)는 내부가 격벽(300,301)에 의해 횡 방향과 종 방향으로 각각 구획된다. 상기 저장탱크(200)를 종 방향으로 구획하는 이유는 상기 저장탱크(200)를 횡으로만 구획하여 사용하는 것보다는 횡 방향과 종 방향으로 저장탱크(200)의 내부 영역을 보다 많이 구획할 경우에 상기 선박의 롤 주기에 따른 대처가 보다 용이하게 이루어질 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술하기로 한다.
상기 저장탱크(200)는 도 2를 기준으로 중앙에 설치된 종 격벽(301)에 의해 좌, 우측으로 2개의 저장 영역으로 각각 분할되고, 상기 저장 영역에 해수가 선택적으로 공급될 수 있다.
상기 저장탱크(200)는 상기 종 격벽(301)을 기준으로, 밸러스트 탱크(100)의 하측에 배치되는 좌, 우측 하부 저장탱크(210a, 210b)와, 상기 좌, 우측 하부저장탱크(210a, 210b)의 상부에 배치된 좌, 우측 중앙 저장탱크(220a, 220b)와, 상기 좌, 우측 중앙 저장탱크(220a, 220b)의 상부에 좌, 우측 상부 저장탱크(230a, 230b)가 배치된다.
상기 도 1 내지 도 2에 도시된 저장탱크(200)의 갯수는 본 발명의 설명을 위해 특정 갯수로 한정하여 설명하며, 반드시 도면에 도시된 갯수로 한정하지 않으며, 면적 및 형상 또한 도면에 도시된 면적과 형상으로 한정하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 의한 조절부에 대해 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 1을 참조하면, 조절부(400)는 밸러스트 수를 공급하는 공급펌프(410)가 구비된다. 상기 공급펌프(410)는 다수개가 구비될 수 있으나, 설명의 편의를 위해 본 실시예에서는 도면에 도시된 갯수로 한정하여 설명한다.
상기 조절부(400)는 공급펌프(410)에 일단이 연결되고, 타단이 저장탱크(200)와 연결된 이송관(420)에 마련되는 3-Way 밸브(402)가 구비되고, 상기 공급펌프(410)와 3-Way 밸브(402)의 작동 상태를 제어하는 제어부(430)에 의해 제어된다.
상기 이송관(420)은 하부 저장탱크(210)에 일단이 연결되고, 타단이 상기 공급펌프(410)와 연결된 제1 이송관(422)이 마련된다.
또한, 상기 공급펌프(410)에 일단이 연결되고, 타단이 상기 중앙 저장탱크(220)와 연결된 제2 이송관(424)이 마련된다. 상기 제2 이송관(424)은 상기 밸러스트 탱크(100)의 외측으로 이격되어 수직으로 배치되고, 상기 하부 저장탱크(210)에 저장된 해수가 상기 상부 저장탱크(230)로 이송되기 위한 통로의 역할을 한다.
상기 제2 이송관(424)에 일단이 연결되고, 타단이 상기 중앙 저장탱크(220)와 연결된 제3 이송관(426)이 구비된다. 상기 제2 이송관(424)은 제3 이송관(426)과 연결된 연결 부위에 3-Way밸브(402)가 설치된다.
상기 3-Way 밸브(402)는 상기 공급펌프(410)에서 펌핑된 해수가 상기 중앙 저장탱크(220) 또는 상부 저장탱크(230) 중의 어느 하나로 공급시키기 위해 구비된다.
상기 공급펌프(410)는 선박의 외측으로 연장되고, 상기 공급펌프(410)로 해수를 공급 또는 상기 저장탱크(200)에 유입된 해수를 배출시키기 위한 해수 유출입관(421)을 더 포함한다. 상기 해수 유출입관(421)은 상기 해수의 유입 및 유출을 단속하기 위한 별도의 밸브(421a)가 설치되며, 상기 밸브(421a)는 제어부(430)에 의해 작동 상태가 제어된다.
상기 제어부(430)는, 상기 선박의 롤 주기가 클 경우에, 상기 저장탱크(200)의 자유 표면을 감소시키고, 상기 선박의 롤 주기가 작을 경우에, 상기 저장탱크(200)의 자유 표면을 증가되도록 제어한다.
여기서 자유 표면의 의미는 저장탱크(200)의 내부에 공급되는 해수에 의해, 상기 하부 저장탱크(210)와, 중앙 저장탱크(220) 및 상부 저장탱크(230)는 각각 액체 표면을 가지며, 상기 선박의 롤링 상태에 따라 함께 움직이는 자유 표면이 된다.
상기한 자유 표면은 선박에서 롤링이 발생될 경우에, 선체의 무게 중심이 변화될 수 있으며, 상기한 자유 표면의 증가 또는 감소를 통해 상대적으로 선박의 롤 주기를 변동시킬 수 있다.
예를 들면, 제어부(430)는 선박에 롤링이 발생될 경우에, 롤 주기를 판단하고, 상기 롤 주기가 크다고 판단될 경우에는, 저장탱크(200)의 자유 표면이 감소되도록 제어하고, 상기 선박의 롤 주기가 작을 경우에는 상기 저장탱크(200)의 자유 표면이 증가 되도록 제어한다. 여기서 롤 주기의 의미는 선박이 파도에 의해 횡 방향에서 가해지는 움직임에 의해 정면을 기준으로 좌, 우로 1회 이동되는 시간에 따른 횟수를 의미한다.
따라서, 선박의 롤 주기가 클 경우에는 상기 선박의 좌, 우 방향으로의 왕복에 따른 움직임이 천천히 발생되고, 상기 선박의 롤 주기가 작을 경우에는 좌, 우 방향으로의 왕복에 따른 움직임이 빨리 이루어지므로, 선박의 항해에 지장이 발생되지 않는 상태로 롤 주기를 조절하는 것이 필요하게 된다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 의한 선박용 밸러스트 탱크의 자유표면 조절장치의 작동 상태를 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 3 내지 도 4를 참조하면, 선박(1)에 데크 상부에 탑 사이드 장비(10)가 설치된 상태에서, 상기 선박에 외력(파도)이 작용하여 롤링(rolling)이 발생되고, 이로 인해 상기 선박(1)의 롤 주기가 증가된다.
제어부(430)는 감지부(440)에서 선박(1)에서 발생된 롤링에 따른 정보를 입력 받아, 상기 선박(1)의 롤 주기를 연산하고, 연산된 선박(1)의 롤 주기에 따라, 공급펌프(410)와 3-Way 밸브(402)의 작동을 제어하기 위한 명령을 전달한다.
첨부된 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 선박(1)의 롤 주기가 클 경우에는, 저장탱크(200)의 자유 표면을 감소시켜서 선박(1)의 경심을 하측으로 이동시키는 것이 바람직하므로, 3-Way 밸브(402)를 전환 작동시켜서, 중앙 저장탱크(220)의 해수가 제3 이송관(326)과, 제1 이송관(422)을 경유하여 하부 저장탱크(210)로 이송된다.
상기 하부 저장탱크(210)는 상기 중앙 저장탱크(220)에서 이송된 해수에 의해 수위가 상승되나, 상기 하부 저장탱크(210)의 자유 표면은 그대로 유지된다.
그리고, 상기 중앙 저장탱크(220)에 저장된 해수가 모두 하부 저장탱크(210)로 이동되면서, 상기 중앙 저장탱크(220)에 형성된 자유 표면은 사라지게 된다.
따라서, 저장 탱크(200)에 형성되는 자유 표면은 상부 저장 탱크(230)와, 하부 저장 탱크(210)에 형성된 2곳에서만 한정적으로 형성되고, 이로 인해 선박(1)의 무게중심이 하측으로 하강된 효과가 발생되면서, 증가된 선박(1)의 롤 주기를 소정의 시간이 경과된 후에 적어지게 할 수 있으며, 탑 사이드 장비(10)에 전달되는 진동을 감소시킴으로써, 상기 탑 사이드 장비(10)의 파손 또는 손상을 방지한다.
상기 공급펌프(410)는 상기 중앙 저장탱크(220)에서 이송된 해수 중의 일부가 상기 하부 저장탱크(210)로 이송되지 않을 경우에는, 해수 유출입관(421)을 통해 선박(1)의 외측으로 배출된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 작동 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
참고로 본 작동 상태는 선박의 롤 주기가 작을 경우에 대해 설명한다.
첨부된 도 5를 참조하면, 제어부(430)는 앞서 설명한 바와 같이 선박(1)의 롤 주기에 따라 저장탱크(200)의 자유 표면을 조절하거나, 상기 롤 주기와 상관없이 임의적으로 상기 저장탱크(200)의 자유 표면을 조절할 수 있다.
예를 들면, 상기 선박(1)의 자유표면을 증가시켜, 상기 선박(1)의 롤 주기가 작아지게 할 수 있으며, 이를 위해 제어부(430)는 밸브(421a)를 개방 상태로 전환시킨 후에, 공급펌프(410)를 작동시켜 다량의 해수를 해수유출입관(421)을 통해 상기 공급펌프(410)로 펌핑시킨다.
상기 해수는 해수유출입관(421)과 공급펌프(410)를 경유하여, 제1,2,3 이송관(422,424,426)으로 이송되어, 하부 저장탱크(210)와, 중앙 저장탱크(220) 및 상부 저장탱크(230)로 화살표 방향을 따라 이송된다.
상기 하부 저장탱크(210)와, 중앙 저장탱크(220) 및 상부 저장탱크(230)는 공급된 해수에 의해 자유 표면이 형성되고, 상기 선박(1)의 무게 중심이 하측으로 이동되면서 파도 또는 주변 선박이 지나가면서 갑작스럽게 발생되는 파도의 외력에 의한 롤링 발생이 최소화된다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 선박용 밸러스트 탱크의 자유표면 조절장치의 작동 상태를 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 6을 참조하면, 격벽(300)에 의해 구획된 저장탱크(200)는 종 격벽(301)에 의해 저장영역이 각각 좌, 우로 각각 대칭되게 배치된 상태에서, 선박(1)의 롤 주기가 크게 발생될 경우에, 제어부(430)는 상기 저장탱크(200)의 자유표면을 최소화시키기 위해, 공급펌프(410)와, 밸브(421a)를 작동시킨다.
상기 밸브(421a)는 오픈 상태로 작동되고, 상기 공급펌프(410)는 특정 rpm을 유지하면서 작동되면서, 좌, 우측 상부 저장탱크(230a, 230b)와, 좌, 우측 중앙 저장탱크(220a, 220b)에 저장된 해수중의 대부분이 제2 이송관(424)과, 제3 이송관(426)을 통해 화살표로 도시된 바와 같이 해수 유출입관(421)으로 이송되고, 나머지 일부는 제1 이송관(422)에 도시한 화살표 방향을 따라 좌, 우측 하부 저장탱크(210a, 210b)로 이송된다.
제어부(430)는 상기 해수 유출입관(21)으로 이송된 해수가 선박(1)의 외측으로 배출된 이후에는, 상기 밸브(421a)를 클로즈 시킨다.
따라서, 선박(1)의 저장탱크(200)에는 좌, 우측 하부 저장탱크(210a, 210b)에만 자유 표면이 형성되면서, 선박(1)의 롤 주기에 대응할 수 있으며, 안정적인 항해를 도모하게 된다.
본 실시예에서는 좌, 우측 하부 저장탱크(210a, 210b)에 자유 표면이 형성된 것으로 설명하였으나, 상기 좌, 우측 하부 저장탱크(210a, 210b)의 해수가 모두 배출되고, 좌, 우측 상부 저장탱크(230a, 230b)또는 좌, 우측 중앙 저장탱크(220a, 220b) 중의 어느 하나의 저장탱크에 자유 표면이 형성되는 것도 가능함을 밝혀둔다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1 : 선박
100 : 밸러스트 탱크
200 : 저장탱크
210 : 하부 저장탱크
220 : 중앙 저장탱크
230 : 상부 저장탱크
300 : 격벽
400 : 조절부
410 : 공급펌프
422 : 제1 이송관
424 : 제2 이송관
426 : 제3 이송관
430 : 제어부

Claims (8)

  1. 선박에 구비되는 밸러스트 탱크(Ballast Tank);
    상기 밸러스트 탱크 내부에 배치되고, 상기 밸러스트 탱크 내부를 독립된 다수개의 저장탱크로 분할하는 격벽; 및
    상기 선박의 롤링(Rolling) 상태에 따라, 상기 저장탱크에 밸러스트 수(Ballast Water)가 차지하는 자유표면(Free Surface)의 면적을 조절하는 조절부를 포함하는 선박용 밸러스트 탱크의 자유표면 조절장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 격벽은,
    상기 밸러스트 탱크 내부를 횡 방향으로 구획하는 것을 특징으로 하는 선박용 자유표면 조절장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 격벽은,
    상기 밸러스트 탱크 내부를 횡 방향과 종 방향으로 각각 구획하는 것을 특징으로 하는 선박용 자유표면 조절장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 저장탱크는,
    동일 면적으로 이루어진 것을 특징으로 하는 선박용 자유표면 조절장치.
  5. 제1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조절부는,
    밸러스트 수를 공급하는 공급펌프;
    상기 공급펌프에 일단이 연결되고, 타단이 저장탱크와 연결된 이송관에 마련되는 3-Way 밸브를 포함하는 선박용 자유표면 조절 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 이송관은,
    상기 하부 저장탱크에 일단이 연결되고, 타단이 상기 공급펌프와 연결된 제1 이송관;
    상기 공급펌프에 일단이 연결되고, 타단이 상기 상부 저장탱크와 연결된 제2 이송관;
    상기 제2 이송관에 일단이 연결되고, 타단이 상기 중앙 저장탱크와 연결된　제3 이송관을 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 자유표면 조절장치.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 공급펌프와 3-Way 밸브의 작동 상태를 제어하는 제어부를 더 포함하는 선박용 자유표면 조절장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 선박의 롤 주기가 클 경우에, 상기 저장탱크의 자유 표면을 감소시키고,
    상기 선박의 롤 주기가 작을 경우에, 상기 저장탱크의 자유 표면이 증가되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 선박용 자유표면 조절장치.
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