KR20130044046A - 에너지수집기능을 구비한 선박의 자동 밸러스트 장치, 자동 밸러스트 방법 및 자동 밸러스트 장치를 구비한 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동 밸러스팅(balsating) 기능을 수행함과 동시에 압축공기의 생성 또는 발전 등의 에너지수집기능을 수행할 수 있도록 하는 에너지수집기능을 가지는 선박의 자동 밸러스트 장치, 자동 밸러스트 방법 및 자동 밸러스트 장치를 구비한 선박을 개시한다. 개시된 본 발명의 에너지수집기능을 가지는 선박의 자동 밸러스트 장치는 해수유통구가 형성된 선박의 외판;과, 상기 외판과의 사이 영역을 밸러스트 공간으로 형성하도록 상기 외판의 내부에 설치되는 내판;과, 화물 적재시 공기가 유입되어 밸러스트 공간을 채우도록 상기 밸러스트 공간에 설치되는 공기저장용 튜브;와, 상기 해수유통구에 의해 해수가 유입 또는 배출되도록 상기 밸러스트 공간에 설치되어 공선 시 해수유통구를 통해 해수가 자유롭게 유입 또는 배출되어 밸러스트 기능을 수행하는 해수저장용 튜브;와, 상기 해수유통구에 장착되어 유입 또는 배출되는 해수의 에너지를 수집하는 에너지 수집기;를 포함하여 구성되어, 밸러스트 기능을 자동으로 수행함과 동시에 밸러스트 기능의 수행 중 유입 또는 배출되는 해수의 에너지를 수집하여 재사용함으로써 선박의 에너지 소모를 줄여 운용비용을 절감시킨다.

Description

에너지수집기능을 구비한 선박의 자동 밸러스트 장치, 자동 밸러스트 방법 및 자동 밸러스트 장치를 구비한 선박{AUTO BALLAST APPARATUS WITH ENERGY COLLECTING FUNCTION FOR VESSEL, AUTO BALLAST METHOD AND VESSEL WITH AUTOMATIC BALLAST APPARATUS}

본 발명은 자동 밸러스팅(balsating) 기능을 수행함과 동시에 압축공기의 생성 또는 발전 등의 에너지수집기능을 수행할 수 있도록 하는 선박의 자동 밸러스트 장치, 자동 밸러스트 방법 및 자동 밸러스트 장치를 구비한 선박에 관한 것이다.

일반적으로 밸러스트라 함은 선체의 안정을 위해 탑재하는 중량물을 가리킨다. 선박은 트림 및 힐링 현상을 최소화하고자 하는 필요성과 바람 및 파도에 뒤집히지 않도록 하는 안정성을 확보할 필요성에 의해서 밸러스트 시스템을 구비한다. 예를 들어, 화물선 등의 선박은 밸러스트 탱크를 구비하여 이 탱크에 해수를 적재한 상태로 화물을 선적할 항구에 도착하고, 해수 밸러스트를 배출한 후에 화물을 선적하고 하역할 항구를 향한다.

밸러스트 물질로는 고형분 또는 비중이 높은 고체물질 등을 사용하는 경우도 있지만, 선박이 존재하는 곳에서는 쉽게 얻을 수 있는 물을 사용하는 것이 일반적이다. 따라서 대부분의 선박은 밸러스트 시스템으로서, 밸러스트 물질인 해수를 수용하는 용기인 밸러스트 탱크를 구비한다. 이에 따라, 외부 물질인 해수를 용기에 담기 위한 수단으로 펌프도 구비하게 되었고, 이 해수를 전달하는 배관라인과 이를 조절하는 밸브 등의 유체용 장치를 갖추게 되었다.

한편, 최근에는 선박의 충돌이나 좌초에 의해 생기는 해상오염의 심각성 때문에 선체의 이중 구조를 의무화하고 있다. 이에 따라 선체 외판과 화물칸을 형성하는 내판 사이의 공간에 밸러스트 탱크를 구비하고 있다.

선박은 선체 전체에 미치는 부력을 상쇄시키기 위한 정도의 밸러스트 해수를 선박 내에 수용하기 위해서 펌프와 배관라인을 가동하게 된다. 그런데, 이런 시스템은 많은 동력 손실과 펌프의 손상, 배관 교체 등의 운영비를 지불해야 하는 문제점이 있다.

또한, 선박 내의 밸러스트 탱크에 수용된 해수에는 미생물 등을 포함하는데, 이 해수가 그대로 다음 하역항까지 이동하게 된다. 화물을 싣기 위해 하역항에서 해수를 배출하는데, 이 해수에 포함된 이러한 미생물은 하역항 지역의 미생물에 중대한 변화를 일으켜 심각한 피해를 일으키는 문제점이 있다. 이런 현상을 개선하기 위한 갖가지 제안들이 나오고 있지만 실효성은 적은 상황이다. 또한 선박에 대한 국제기준을 제시하는 국제해사기구(IMO)에서는 이 문제를 해결하기 위해 갖가지 규정을 적용하여 현재 시행하고 있는 실정이다.

밸러스트 탱크는 해수와 맞닿은 면이 쉽게 부식이 발생하여, 선체를 약하게 만들 수 있다. 이 부식 때문에 선박 내부의 도장 및 철판 교체가 수시로 행해지게 되어 많은 수리 및 유지비용이 발생할 수 있다. 부식 때문에 발생한 오염된 해수는 해양환경에 막대한 악영향을 끼칠 수 있다.

특히 중요한 문제점은 선박의 손상 시에 기존의 방법으로는 복원성과 생존성을 유지하기 매우 어렵다. 이로 인해 이중 선각구조를 의무화하는 규정을 두고 있으나, 이의 경우에도 복원성과 생존성은 매우 적으며, 그 피해는 상상하기 힘들만큼 크다.

또한, 미국해양엔지니어협회에서 조사한 자료를 활용하여 대입하면, 밸러스트 해수의 적재 및 배출에 사용되는 양이 전체 연료 사용량의 3~5%를 차지하고 있다. 더욱이 최근의 밸러스트협약 규정에 의하면 밸러스트 해수의 처리량을 기존 처리량의 3배 이상 처리하도록 규정되어 있다. 결론적으로 밸러스트 해수 처리비용으로 사용되는 연료비용은 전체 연료사용량의 10% 가까이 되어 연료비를 상승시키는 문제점을 가진다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 대한민국 등록특허 제552939호에서는 선박의 저면에 해수유통구를 형성하고 선박의 외판과 화물칸을 형성하는 내판의 사이에 선측공기튜브, 선측해수튜브, 선저공기튜브, 선저해수튜브를 설치하여 공선상태로 항해하는 경우 해수유통구를 개방하여 선박의 하중 및 해수의 압력 변화에 의해 해수가 선측해수튜브와 선저해수튜브로 유입되어 자동으로 밸러스트 기능을 수행하도록 하는 "튜브를 이용한 자동 밸러스트 시스템과 그 작동방법"(이하 "종래기술 1" 이라 함)을 개시하였다.

상술한 구성을 가지는 종래기술 1의 "튜브를 이용한 자동 밸러스트 시스템과 작동방법"은 종래기술 1의 등록특허공보의 [효과]에 기재된 바와 같이, 밸러스트를 위한 비용 절감, 해수의 오염 또는 미생물에 의한 부작용의 극소화, 선체의 부식 또는 도장 손상의 감소로 인해 선박수리비용 절감, 공선 또는 화물 만재 시의 선박의 생존성 및 복원성 향상, 화물창의 튜브구조물을 이용한 부가적 화물의 운송에 의한 선박 운용의 효율 향상 등의 이점을 제공한다.

그러나 상술한 구성을 가지는 종래기술 1의 경우에도 선측해수튜브와 선저해수튜브에서 유입 또는 배출되는 해수의 에너지를 이용하지 못하는 문제점을 가진다.

따라서 본원 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 선박의 밸러스트를 위한 공간에 해수의 배출이 자유롭게 수행되도록 하는 것에 의해 자동으로 밸러스트 기능이 수행되도록 함과 동시에, 밸러스트를 위한 공간으로 유입되거나 또는 밸러스트 공간으로부터 배출되는 해수의 에너지를 압축공기의 생산 또는 전기 생산 등에 활용할 있도록 수집하는 에너지수집기능을 구비한 자동 밸러스트 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본원 발명은 자동 밸러스트 기능 수행 과정에서 유입 또는 배출되는 해수의 에너지를 이용할 수 있도록 하는 자동 밸러스트 방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본원 발명은 자동 밸러스트 기능을 위해 유입 또는 배출되는 해수의 에너지를 이용하는 자동 밸러스트 장치를 구비한 선박을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에너지수집기능을 구비한 자동 밸러스트 장치는, 해수유통구가 형성된 선박의 외판;과, 상기 외판과의 사이 영역을 밸러스트 공간으로 형성하도록 상기 외판의 내부에 설치되는 내판;과, 화물 적재시 공기가 유입되어 밸러스트 공간을 채우도록 상기 밸러스트 공간에 설치되는 공기저장용 튜브;와, 상기 해수유통구에 의해 해수가 유입 또는 배출되도록 상기 밸러스트 공간에 설치되어 공선 시 해수유통구를 통해 해수가 자유롭게 유입 또는 배출되어 밸러스트 기능을 수행하는 해수저장용 튜브;와, 상기 해수유통구에 장착되어 유입 또는 배출되는 해수의 에너지를 수집하는 에너지 수집기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 에너지 수집기는, 유입 또는 배출되는 해수에 의해 구동하여 공기를 압축시키는 공기압축기 또는 전기를 생산하는 발전기 중 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 해수유통구에는 개폐장치가 설치될 수 있다.

상기 해수유통구는 상기 밸러스트 공간이 구획되는 경우 두 개 이상의 구획된 밸러스트 공간에 해수를 공급하도록 두 개 이상이 설치될 수 있다.

상기 밸러스트 공간은, 선저 부분 탱크;와, 선박 양측의 선측 부분 탱크;로 분리 구성되고, 상기 공기저장용 튜브는 상기 선저부분 탱크에 설치되는 선저 공기저장용 튜브와 상기 선측 부분 탱크에 설치되는 선측용 공기저장용 튜브들을 포함하며, 상기 해수저장용 튜브는 상기 선저부분 탱크의 상기 선저 공기저장용 튜브의 하부에 설치되는 선저 해수용 튜브와 상기 선측 부분 탱크에 설치된 상기 선측용 공기저장용 튜브의 하부에 설치되는 선측 해수용 튜브들을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 자동 밸러스트 장치는, 상기 밸러스트 공간에 위치하는 공기저장용 튜브와 연통되도록 상기 내판의 안쪽에 설치되는 화물창 공기저장용 튜브를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에너지수집기능을 구비한 자동 밸러스트 장치의 자동 밸러스트 방법은, 하나 이상의 해수유통구가 형성된 선박의 외판과 외판과의 사이에 밸러스트 공간을 형성하도록 외판의 내부에 설치되는 내판과 상기 밸러스트 공간에 설치되는 공기저장용 튜브와 해수저장용 튜브 및 상기 해수유통구에 장착되어 유입 또는 배출되는 해수의 에너지를 수집하는 에너지 수집기를 포함하는 이중 선각 선박의 밸러스트 방법에 있어서, 공선 시 또는 하역 작업 시에는 상기 해수 유통구를 열어 상기 해수저장용 튜브에 해수가 자유롭게 유입 또는 배출되는 것에 의해 밸러스트 흘수선을 맞추는 자동밸러스트과정;과, 화물 적재 시 상기 공기저장용 튜브에 압축공기를 공급하고, 해수저장용 튜브에 수용된 해수를 선박 밖으로 배출하는 해수배출과정;과, 해수가 상기 해수유입구를 통해 유입 또는 배출되는 경우 상기 에너지 수집기를 이용하여 해수의 에너지를 수집하는 에너지수집과정;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 에너지수집과정은, 상기 유입 또는 배출되는 해수에 의해 구동되어 압축 공기를 생산하는 공기압축과정 또는 전기를 생산하는 발전과정 중 하나 이상의 과정을 포함할 수 있다.

상기 자동 밸러스트 방법은, 상기 화물적재 후에 상기 해수유통구를 폐쇄하는 해수유통구폐쇄과정을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에너지수집기능을 구비한 자동 밸러스트 장치를 구비한 선박은, 해수유통구가 형성된 선박의 외판;과, 상기 외판과의 사이 영역을 밸러스트 공간으로 형성하도록 상기 외판의 내부에 설치되는 내판;과, 화물 적재시 공기가 유입되어 밸러스트 공간을 채우도록 상기 밸러스트 공간에 설치되는 공기저장용 튜브;와, 상기 해수유통구에 의해 해수가 유입 또는 배출되도록 상기 밸러스트 공간에 설치되어 공선 시 해수유통구를 통해 해수가 자유롭게 유입 또는 배출되어 밸러스트 기능을 수행하는 해수저장용 튜브;와, 상기 해수유통구에 장착되어 유입 또는 배출되는 해수의 에너지를 이용하여 압축공기 또는 전기 중 어느 하나를 생산하는 에너지 수집기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상술한 구성을 가지는 본 발명은 자동 밸러스트 기능을 위해 선박의 하중 또는 화물의 하중에 의해 해수가 해수유통구를 통해 유입 또는 배출되는 과정에서 유입 또는 배출되는 해수의 운동에너지를 이용하여 압축공기 또는 전기를 생산하는 것에 의해 선박의 연료소모를 줄일 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 선박의 외판에 부력이 작용하는 것이 아니고 선박의 화물창 외판에 부력이 작용하므로 밸러스트 흘수선 확보가 쉬워서 밸러스트 유입 및 배출을 위한 각종 장치들을 사용하지 않아도 되고, 해수를 직접 가두는 형태가 아니기 때문에 선박운항 중에 해수의 유입과 배출이 자유로와 해수의 오염 또는 미생물에 의한 부작용이 극소화되며, 해수가 선박의 내판에 접촉하는 면이 매우 적으므로 선체의 부식 또는 도장에 의해 발생 가능한 선박수리비 지출을 대폭 줄여 주는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 공선 시에 선박에 충격이 가해지는 경우 해수의 유입배출이 자유로워 선체의 충격이 최소화되며, 외판의 파손 시 공기용 튜브에 압축공기를 투입하여 적정수준을 유지하면 선체의 흘수선 변화를 최소로 할 수 있고, 화물 만재 시에 선박의 외판이 손상되어도 압축공기튜브에 의해 해수의 유입을 방지할 수 있어 선박이 생존성 및 복원성이 향상되어 전복이나 침몰을 방지하는 것에 의해 선박의 안전성을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 밸러스트의 해수를 가둬놓지 않으므로 해수 유입과 배출이 자유로워, 타 지역의 미생물에 의한 해양 환경변화에 영향을 주지 않으며, 이에 의해 선박 관련 법규의 제약을 해소시키는 효과를 제공한다.

또한 본 발명은 해수용 튜브가 선체와 해수의 접촉을 막아주기 때문에 밸러스트 탱크 내부를 건조 상태를 유지하기 쉬워 선체의 부식과 도장 면적을 대폭 줄여줌으로써 선박의 수리에 따른 경제적 부담을 감소시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 종래기술에서 선박의 밸러스트 흘수선을 맞추기 위해 해수를 강제로 유입시키거나 배출시키기 위한 밸러스트 기능 관련 장치들을 장착하지 않을 수 있도록 하고, 이에 따라 밸러스트 기능 구동을 위한 에너지 소모를 줄여 선박 운용 비용을 현저히 절감시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 화물창 공기저장용 튜브를 이용하여 다양한 화물을 교대로 운반할 수 있으므로 해운 회사들의 이익증대시키고 해상운임을 절감시키는 효과를 제공한다.

도 1은 갑판과 선측 외판의 일부 및 내부 선저 내판 및 선측 내판의 일부를 절개하여 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 선박의 부분단면도,
도 2는 도 1의 선박의 저면도,
도 3은 도 1의 선박의 공선 상태의 선박의 종단면도,
도 4는 도 1의 선박의 만선 상태의 선박의 종단면도,
도 5는 해수유통구에 장착된 에너지 수집기의 확대도,
도 6은 본 발명의 자동밸러스트 장치를 이용한 자동밸러스트 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박의 내부가 보이도록 갑판과 선측 외판의 일부 및 내부 선저 내판 및 선측내판의 일부를 절개하여 도시한 부분단면도이고, 도 2는 도 1의 선박의 저면도이며, 도 3은 도 1의 선박의 공선 상태의 선박의 종단면도이고, 도 4는 도 1의 선박의 만선 상태의 선박의 종단면도이며, 도 5는 해수유통구에 장착된 에너지 수집기의 상세도이다.

선박의 선체구조는 선박의 외곽이나 골격을 형성하는 구조로서, 통상 기본적으로 판부재에 긴 보강재를 설치하여 형성된다. 도 1에는 본 발명의 일 실시 예에 따른 선박의 선체구조의 예로서 도시되어 있다. 본 명세서에서 참조하는 도면에서는 보강재는 생략되어 도시되어 있지만, 용골 및 스티프너 등 각종 보강재를 적절한 위치에 설치할 수 있음을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.

도1 및 도2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이중선각의 선박(10)은 갑판(12)과, 선측 외판(14), 선저 외판(16)을 구비한다. 또한 선박(10)은 상기 외판(14,16)의 안쪽에 각각 선측 내판(18)과 선저 내판(20)을 구비한다. 선박(10)은 또한 횡방향으로 가로지르는 횡격벽(28)을 구비한다. 이 횡격벽(28)에 의해 내판(18,20)의 안쪽 공간과 내판(18,20)과 외판(14,16) 사이의 공간이 구획된다. 내판(18,20) 안쪽의 구획된 공간 각각은 화물창(30)(cargo tank)이 된다. 또한, 외판(14,16)과 내판(18,20) 사이의 구획된 각각의 공간은 탱크 격벽(22)에 의해 두 개의 공간으로 나누어진다. 측면에 있는 구획된 공간은 선측 탱크(24)(윙 탱크[wing tank]라고도 함)이고, 선저에 있는 구획된 공간은 선저 탱크(26)(버텀 탱크[bottom tank]라고도 함)가 된다. 상기 선측 탱크(24)와 선저 탱크(26)의 영역이 본 발명의 밸러스트 공간이 된다. 다른 변형예에서, 선박은 앞뒤 방향으로 중심선(CL)을 따라 연장되는 벽을 더 구비할 수도 있다.

도 2를 참조하면, 선저에는 다수의 해수유통구(32)가 구비되는데, 이 해수유통구(32)는 인접하는 선측 탱크(24)와 선저 탱크(26)에 각각 마련되는 선측 해수저장용 튜브 및 선저 해수저장용 튜브(이후 상세히 설명함)가 공유하도록 연결된다. 그러나 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 각각의 튜브(24,26)마다 별도로 마련된 해수유통구(32)와 연결될 수도 있다.

상기 해수유통구(32)들에는 개폐장치(35)가 마련된다(도 3 및 도 4 참조). 본 발명의 개폐 장치는 도 3 및 도 4에 도시한 구성으로 한정되는 것은 아니며, 이러한 개폐장치를 적절히 다르게 구성할 수 있음은 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.

또한, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 해수유통구(32)들에는 에너지수집기(50)가 장착된다. 상기 에너지수집기(50)는 해수유통구(32)를 통해 유입 또는 배출되는 해수에 의해 구동되어 압축공기 또는 전기를 생산한다.

상기 에너지 수집기(50)가 압축공기를 생산하도록 구성되는 경우에는 도면에는 도시되어 있지 않으나 에너지수집기(50)의 내부에 해수의 흐름에 따라 회전하는 팬 또는 블레이드 장치가 설치되고 팬 또는 블레이드의 회전 축에는 회전력을 외부로 전달하기 위한 체인 벨트 등의 동력전달용 벨트가 결합되고 동력전달용 벨트의 타단은 컴프레서의 구동축에 결합되어 팬 또는 블레이드의 회전에 의해 압축공기를 생산하도록 구성된다. 생산된 압축공기는 별도로 구성된 압축공기탱크(도시하지 않음)에 저장된다.

상기 에너지 수집기(50)가 전기를 생산하도록 구성되는 경우에는 상기 팬 또는 블레이드의 회전축에는 발전기의 로터가 결합되어 팬 또는 블레이드의 회전에 의해 전기가 생산된다. 이때 생산된 전기를 저장하기 위해 에너지수집기(50)에는 축전지가 구비될 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 선측 탱크(24)에는 선측 공기저장용 튜브(34)와 선측 해수저장용 튜브(36)가 구비된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 선측 해수저장용 튜브(36)는 해수가 최대로 들어왔을 때 설계 시 바람직한 높이로 정해 놓은 밸러스트 흘수선(BL) 아래의 선측 탱크(24)의 공간을 모두 채울 수 있도록 크기가 정해지며, 도 4에 도시한 바와 같이, 선측 공기저장용 튜브(34)는 최대로 압축공기가 들어왔을 때, 선측 탱크(24)를 모두 채울 수 있도록 크기가 정해지는 것이 바람직하다. 도 4의 경우 에너지수집기(50, 도 3 및 도 5 참조)의 도시를 생략하였다.

한편, 선저 탱크(26)에는 선저 공기저장용 튜브(38)와 선저 해수저장용 튜브(40)가 마련된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 선저 해수저장용 튜브(40)는 해수가 최대로 들어왔을 때 선저 탱크(26)를 모두 채울 수 있도록 그 크기가 정해지며, 도4에 도시한 바와 같이, 선측 공기저장용 튜브(34)는 최대로 압축공기가 들어왔을 때, 선저 탱크(26)를 모두 채울 수 있도록 크기가 정해지는 것이 바람직하다.

한편, 화물창(30)에는 화물창 공기저장용 튜브(42)가 구비된다. 이 화물창 공기저장용 튜브(42)의 크기는 도 3에 도시한 바와 같이 압축공기가 가득 채워졌을 때 화물창 바닥에서 밸러스트 흘수선(BL)의 높이까지 화물창(30)을 채울 수 있는 정도의 크기이다. 그러나 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다.

도 3 및 도 4에서 상세히 도시되지는 않았지만, 화물창 공기저장용 튜브(42)는 선측 공기저장용 튜브구조물(34) 및 선저 공기저장용 튜브구조물(38)과 연결되어 있다. 이로써, 화물창 공기저장용 튜브(42)를 화물로 눌렀을 때 그 압축공기는 모두 선측 공기저장용 튜브(34) 및 선저 공기저장용 튜브(38)로 이동할 수 있다.

이때, 이들 공기저장용 튜브들은 도시되지 않은 압축공기 공급 장치와 연결되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 구성과는 달리 화물창 공기저장용 튜브(42)는 선저 공기저장용 튜브(38)와만 연결되어 있고, 선측 공기저장용 튜브(34)는 압축공기 공급 장치와만 연결될 수도 있다.

이러한 튜브(34, 36, 38, 40)들은 채워지는 유체에 적합하게 표면 처리된 재질 또는 강화된 재질을 사용할 수 있다(해수저장용 튜브는 방수 재질). 튜브(34, 36, 38, 40)들은 신축성은 적지만 유연하여 펼쳐졌다 접혀졌다 할 수 있는 재료를 재단하여 만들 수도 있다. 이와는 달리, 신축성이 있어 팽창 수축하는 재질로 만들 수도 있음을 당업자라면 이해할 수 있을 것이다.

또한 상세히 도시하지 않았지만, 선박(10)은 배수 장치(도시하지 않음)를 구비하여 선측 해수저장용 튜브(36) 및 선저 해수저장용 튜브(40)가 배수 장치와 연결된다. 배수 장치는 배출관로와 별도의 배수구(도시하지 않음)를 구비한다.

도 6은 본 발명의 자동 밸러스트 장치를 이용한 자동 밸러스트 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.

이하 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 선박(10)의 자동 밸러스트 방법의 처리과정을 설명한다.

도 6의 선박의 자동 밸러스트 방법은 화물 하역에 의한 해수유입과 공선 항해 및 선적 시의 해수 배출 과정으로 설명한다.

도 6과 같이 화물의 하역시 또는 공선상태에서 개폐장치(35)를 개방하여 해수유통구(32)를 개방한다(S10).

해수유통구(32)가 개방되면 막대한 양의 해수가 각 선저 해수저장용 튜브(40) 및 선측 해수저장용 튜브(36)로 유입되어 선저 탱크(26)를 거의 채운다. 해수는 선측 해수 저장용 튜브(36)에도 들어와 선측 탱크(24)의 밸러스트 흘수선(BL) 이하를 거의 채운다. 이때, 선저 공기저장용 튜브(38)와 선측 공기저장용 튜브(34)가 유입되는 해수에 의해 수압을 받게 되어 내부 공기가 화물창 공기저장용 튜브(42)로 이동하거나 선체의 공탱크(Void tank)로 이동하게 된다. 선저 공기용 튜브구조물(38)에서는 완전히 공기가 빠지고, 선측 공기저장용 튜브(40)는 밸러스트 흘수선(BL) 위쪽의 탱크 공간을 채우는 정도가 된다(S20).

또한 해수가 유입되는 과정에서 에너지 수집기(50)가 동작하여 압축 공기 또는 전기를 생산한다. 에너지 수집기(50)가 생산한 압축 공기는 선박에 구비된 압축공기탱크에 저장되고, 전기는 축전지에 저장되거나 선박 내부의 전기 장치로 공급된다(S30).

이후 밸러스트 흘수선에 도달하였는지를 판단(S40)하여, 밸러스트 흘수선에 도달하지 않은 경우에는 밸러스트 흘수선에 도달할 때까지 해수유입(S10), 에너지 수집(S30) 과정을 반복 수행한다. 이러한 과정 중 밸러스트 흘수선에 도달한 경우에는 다음 선적지로 공선 상태로 항해한다(S50).

공선 상태로 항해 중에는 해수유통구(32)가 열려 있어, 해수의 튜브(36, 40) 내부로의 유입 또는 튜브(36, 40) 외부로의 배출이 항해 중에 발생하는 선박의 하중 및 해수의 압력에 따라 발생하는 유체 압력의 크기에 따라 흐름이 생겨 해수가 튜브(36, 40)와 해양의 사이에서 계속하여 순환된다. 따라서 튜브구조물 내의 해수는 선박이 항해하는 해역의 해수가 채워지게 된다. 공선 상태에서 출발한 지역의 해수가 목적지를 향해 2일 이상 항해한 후에 도달한 지역에서는 이미 해수가 완전 교환되어 있게 된다. 개발자가 수행한 연구를 통해서, 격벽이 설치된 탱크 내부의 해수는 1시간 또는 1시간 30분 이내에 95% 이상 교환된 것으로 입증되었음은 연구개발 결과보고서를 통해서 확인할 수 있다. 유체 압력 크기에 따라 유체 흐름이 발생하는 원리를 활용한 다양한 기술들이 선박에 적용되어 있기 때문에 당업자라면 쉽게 적용할 수 있다(S60).

상술한 S10 내지 S60 과정이 본 발명의 자동밸러스트과정이 된다.

선박이 선적지 항에 입항하여 화물창(30) 등에 화물을 선적하는 과정(S70)이 수행되면, 해수유통구(32)를 폐쇄한다(S80). 선적이 수행되면, 화물창 공기저장용 튜브(42)가 선적되는 화물에 의해 눌리면서 내부에 공기가 선저 공기저장용 튜브(38)와 선측 공기저장용 튜브(34)의 내부를 채우게 된다. 또한, 에너지 수집기(50)를 이용하여 생산한 압축공기를 저장하고 있던 공탱크(Void Tank)의 밸브를 열어서 선저탱크(26)와 선측탱크(24)에 설치된 선저 공기저장용 튜브(38)와 선측 공기저장용 튜브(34)로 공급하여 팽창시키는 것에 의해 선저 탱크(26)와 선측 탱크(24)를 거의 채운다. 이때 공기의 양이 부족한 경우에는 선박에 설치된 별도의 압축공기 공급 장치(예를 들면 압축 공기 펌프)를 가동하여 공기를 공급할 수 있다. 한편, 해수저장용 튜브(36,40)에 들어 있던 해수는 배수관로를 거쳐 배수구를 통하여 선박(10) 밖으로 배출된다(S90). 이러한 상태가 도 4에 도시되어 있다.

상술한 S70 내지 S90 과정이 본 발명의 해수배출과정이 된다.

해수의 배출이 진행되면서 만재흘수선에 도달하는 지를 판단하여(S100), 만재흘수선에 도달하지 않은 경우에는 S90 과정으로 복귀하여 해수 배출을 지속하고, 만재흘수선에 도달한 경우에는 하역지 항으로 항해를 수행한다(S110).

이 후 하역지 항에 도착하면 S10 과정부터의 처리과정이 반복 수행된다.

상술한 구성을 가지는 본 발명은 선박의 외판에 부력이 작용하는 것이 아니고 선박의 화물창 외판에 부력이 작용하므로 밸러스트 흘수선 확보가 쉬워서 밸러스트 유입 및 배출을 위한 각종 장치들을 사용하지 않아도 되고, 해수를 직접 가두는 형태가 아니기 때문에 선박운항 중에 해수의 유입과 배출이 자유로와 해수의 오염 또는 미생물에 의한 부작용이 극소화되며, 해수가 선박의 내판에 접촉하는 면이 매우 적으므로 선체의 부식 또는 도장에 의해 발생 가능한 선박수리비 지출을 대폭 줄일 수 있다. 또한 해상에서의 선박손상 시에도 선체의 충격을 줄일 수 있다.

위의 효과들을 구체적으로 다시 설명하면, 먼저 본 발명의 가장 큰 효과는 선박의 손상 시에도 선체의 생존성 및 복원성이 높게 유지될 수 있다. 공선 시에 선박이 손상될 경우, 해수의 유입배출이 자유로운 상태이므로 선체의 충격이 최소화되며, 이런 경우에 공기용 튜브에 압축공기를 투입하여 적정수준을 유지하면, 선체의 흘수선 변화에 거의 영향을 주지 않는다. 당연히 선체가 손상되지 않은 정상 상태와 거의 변함이 없다.

또한 화물 만재 시에 선박이 손상되더라도, 압축공기튜브에 의해 선체의 충격이 흡수되므로 선체의 손상이 최소화되고, 해수가 거의 유입되지 않게 되어 선체의 생존성 및 복원성 유지에 매우 큰 이점이 있다. 즉, 선박의 전복이나 침몰이 발생될 가능성이 희박해진다.

또한 본 발명의 또 다른 효과는 밸러스트에 의한 오염이 발생되지 않는다는 것이다. 밸러스트의 해수를 가둬놓지 않으므로 해수 유입과 배출이 자유로워, 타 지역의 미생물에 의한 해양 환경변화에 영향을 주지 않게 되는 이점이 있다. 예를 들면, 상업용 선박의 밸러스트를 통한 미국 영해내 유기물의 확산과 도입을 방지하는 법안인 National Invasive Species Act (P.L. 104-332)의 요구사항에도 만족하는 것이며, 이와 관련된 많은 문제점을 해소하는 이점이 있다.

본 발명의 또 다른 효과는 선체의 부식과 도장 면적을 대폭 줄여줌으로써 선박의 수리에 따른 경제적 부담이 매우 적어지는 이점이 있다. 해수 저장용 튜브가 선체와 해수의 접촉을 막아주기 때문에 밸러스트 탱크 내부를 건조 상태를 유지하기 쉬워지기 때문이다.

본 발명의 또 다른 효과는 밸러스트 장치의 운용에 따른 비용이 절감되는 이점이 있다. 밸러스트 탱크의 개방 및 밀폐가 자유로워서 밸러스트의 필요성이 감소되었으며, 이로 인해 밸러스트 운용비용이 절감되는 것이다.한국선주협회에서 발간하는 해운연보를 참고해 보면, 선박이 사용하는 연간 연료사용량을 비용으로 환산했을 때, 전체 연료사용 비용이 산출된다. 여기에 미국해양엔지니어협회에서 조사한 자료를 활용하여 대입하면, 밸러스트 해수의 적재 및 배출에 사용되는 양이 전체 연료 사용량의 3~5%를 차지하고 있다. 더욱이 최근의 밸러스트협약 규정에 의하면 밸러스트 해수의 처리량을 기존 처리량의 3배 이상 처리하도록 규정되어 있다. 결론적으로 밸러스트 해수 처리비용으로 사용되는 연료비용은 전체 연료사용량의 10% 가까이 되는 것을 알 수 있다. 해운연보에 의한 해운업체들의 수익률이 3% ~ 8% 인 점을 감안하면, 전체 해운업체 중에서 밸러스트 해수 처리비용을 줄여서 기업의 수익성을 높이는데 도움이 된다는 것이다.

본 발명의 또 다른 효과는 선박 운용의 효율이 높아지는 이점이 있다. 화물창의 튜브구조물를 이용하여 다양한 화물을 교대로 운반할 수 있음으로써, 왕복 운영을 가능하게 하며, 해운 회사들의 이익증대 및 해상운임의 절감에 이점이 있다.(한 가지 예를 들면, 유조선의 경우, 화물창고에 추가로 설치되는 공기용 튜브구조물(42)를 식수로 채우고 밀폐시켜서 운반하면 추가로 식수운송비용을 얻을 수 있을 것이다. 화물의 종류에 따라서 목적화물과는 다른 종류의 화물을 운반함으로써 추가 이익을 얻을 수 있는 이점이 있다).

또한, 밸러스트 탱크에 해수용 튜브구조물과 연결된 압축공기용 튜브구조물를 두어서 밸러스트 탱크에 유입된 해수를 강제 배출할 수 있는 구조를 갖는다. 선박에 이미 구비하고 있는 압축공기 공급 장치를 이용하여 이 튜브구조물에 압축공기를 적정 수준 유지함으로써, 선체의 손상 시에 복원성과 생존성을 대폭 강화할 수 있으며, 선체의 충격 시에도 많은 충격을 흡수하는 역할을 한다.

결국, 본 발명은 밸러스트에 대한 요구는 만족시키면서도 기존의 밸러스트에 의해 발생하는 부작용을 없앰으로써 밸러스트가 가지는 모순을 해결해주고 있다.

본 발명에서 설명하는 선체구조는 상기 설명한 실시예와 같은 형태로 제한되는 것은 아니다. 예를 들면, 다른 실시예에서는 별도의 화물창 공기용 튜브구조물 없이 압축공기 공급 장치(선박에 기본적으로 설치되는 공기 압축기)로 각 공기용 튜브구조물에 공기를 공급할 수도 있다. 이때, 별도의 배출 장치를 사용할 수 있다. 또 다른 변형예에서는 선저 탱크와 선측 탱크가 하나로 통해 있을 수도 있고, 선저 탱크의 중앙이 나뉘어 있을 수도 있다.

또한 에너지수집과정이 해수의 유입을 위주로 하여 설명되었으나, 에너지 수집은 해수의 유입 또는 유출 시 모두 수행될 수 있도록 구성하는 것도 본원 발명의 권리 범위에 속한다. 또한, 해수의 서로 다른 흐름 방향에도 발전기 또는 공기압축기의 회전구동이 일 방향으로 수행되도록 하는 종래기술에서 공지된 구성을 적용하여 해수의 에너지를 수집하도록 구성하는 것 또한 본원 발명의 권리범위에 포함된다.

즉, 본 발명을 상기 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것이 아니다. 당업자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정, 변경을 할 수 있으며 이러한 수정과 변경 또한 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.

10: 선박, 12 : 갑판, 14: 선측 외판, 16: 선저 외판
18: 선측 내판, 20: 선저 내판, 22: 탱크 격벽
24: 선측 탱크, 26: 선저 탱크, 28: 횡격벽, 30: 화물창
32: 해수유통구, 34: 선측 공기저장용 튜브구조물
36: 선측 해수저장용 튜브, 38: 선저 공기저장용 튜브
40: 선저 해수저장용 튜브, 42: 화물창 공기저장용 튜브
50: 에너지 수집기

Claims (10)

1. 해수유통구가 형성된 선박의 외판;과,
   상기 외판과의 사이 영역을 밸러스트 공간으로 형성하도록 상기 외판의 내부에 설치되는 내판;과,
   화물 적재시 공기가 유입되어 밸러스트 공간을 채우도록 상기 밸러스트 공간에 설치되는 공기저장용 튜브;와,
   상기 해수유통구에 의해 해수가 유입 또는 배출되도록 상기 밸러스트 공간에 설치되어 공선 시 해수유통구를 통해 해수가 자유롭게 유입 또는 배출되어 밸러스트 기능을 수행하는 해수저장용 튜브;와,
   상기 해수유통구에 장착되어 유입 또는 배출되는 해수의 에너지를 수집하는 에너지 수집기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 에너지수집기능을 구비한 자동 밸러스트 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 에너지 수집기는,
   유입 또는 배출되는 해수에 의해 구동하여 공기를 압축시키는 공기압축기 또는 전기를 생산하는 발전기 중 하나 이상을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지수집기능을 구비한 자동 밸러스트 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 해수유통구에는 개폐장치가 설치된 것을 특징으로 하는 에너지수집기능을 구비한 자동 밸러스트 장치.
4. 청구항 1에 있어서, 상기 해수유통구는,
   상기 밸러스트 공간이 구획되는 경우 적어도 두 개의 구획된 밸러스트 공간에 해수를 공급하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 에너지수집기능을 구비한 자동 밸러스트 장치.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 밸러스트 공간은.
   선저부분 탱크;와.
   선박 양측의 선측 부분 탱크;로 분리 구성되고,
   상기 공기저장용 튜브는 상기 선저부분 탱크에 설치되는 선저 공기저장용 튜브와 상기 선측 부분 탱크에 설치되는 선측용 공기저장용 튜브들을 포함하며,
   상기 해수저장용 튜브는 상기 선저부분 탱크의 상기 선저 공기저장용 튜브의 하부에 설치되는 선저 해수용 튜브와 상기 선측 부분 탱크에 설치된 상기 선측용 공기저장용 튜브의 하부에 설치되는 선측 해수용 튜브들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지수집기능을 구비한 자동 밸러스트 장치.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 밸러스트 공간에 위치하는 공기저장용 튜브와 연통되도록 상기 내판의 안쪽에 설치되는 화물창 공기저장용 튜브를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지수집기능을 구비한 자동 밸러스트 장치.
7. 하나 이상의 해수유통구가 형성된 선박의 외판과 외판과의 사이에 밸러스트 공간을 형성하도록 외판의 내부에 설치되는 내판과 상기 밸러스트 공간에 설치되는 공기저장용 튜브와, 해수저장용 튜브와 상기 해수유통구에 장착되어 유입 또는 배출되는 해수의 에너지를 수집하는 에너지 수집기를 구비한 이중 선각 선박의 밸러스트 방법에 있어서,
   공선 시 또는 하역 작업 시에는 상기 해수 유통구를 열어 상기 해수저장용 튜브에 해수가 자유롭게 유입 또는 배출되는 것에 의해 밸러스트 흘수선을 맞추는 자동밸러스트과정;과,
   화물 적재 시 화물 적재 시 상기 공기저장용 튜브에 압축공기를 공급하고, 해수저장용 튜브에 수용된 해수를 선박 밖으로 배출하는 해수배출과정;과,
   해수가 상기 해수유입구를 통해 유입 또는 배출되는 경우 상기 에너지 수집기를 이용하여 해수의 에너지를 수집하는 에너지수집과정;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지수집기능을 구비한 자동 밸러스트 장치의 자동 밸러스트 방법.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 에너지수집과정은,
   상기 유입 또는 배출되는 해수에 의해 구동되어 압축 공기를 생산하는 공기압축과정 또는 전기를 생산하는 발전과정 중 하나 이상의 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지수집기능을 구비한 자동 밸러스트 장치의 자동 밸러스트 방법.
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 화물적재 후에 상기 해수유통구를 폐쇄하는 해수유통구폐쇄과정을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지수집기능을 구비한 자동 밸러스트 장치의 자동 밸러스트 방법.
10. 해수유통구가 형성된 선박의 외판;과,
    상기 외판과의 사이 영역을 밸러스트 공간으로 형성하도록 상기 외판의 내부에 설치되는 내판;과,
    화물 적재시 공기가 유입되어 밸러스트 공간을 채우도록 상기 밸러스트 공간에 설치되는 공기저장용 튜브;와,
    상기 해수유통구에 의해 해수가 유입 또는 배출되도록 상기 밸러스트 공간에 설치되어 공선 시 해수유통구를 통해 해수가 자유롭게 유입 또는 배출되어 밸러스트 기능을 수행하는 해수저장용 튜브;와,
    상기 해수유통구에 장착되어 유입 또는 배출되는 해수의 에너지를 이용하여 압축공기 또는 전기 중 어느 하나를 생산하는 에너지 수집기;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지수집기능을 구비한 자동 밸러스트 장치를 구비한 선박.

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