KR20140095589A - 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치를 구비한 잠수함 - Google Patents

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Abstract

잠수함은, 가스를 해수와 함께 운반하여 가스를 적어도 부분적으로 해수 용액으로 가져오는 다상펌프(20)를 구비한, 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치(10)를 포함하고, 여기에는 잠수함 밖으로 용액을 배출하기 위한 수단(50)이 존재한다.

Description

잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치를 구비한 잠수함{Submarine with an installation for bringing gas out of a submarine}
본 발명은 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치를 구비한 잠수함에 관한 것이다.
저-시그너처방식(low-signature)의 수중 잠수함에서 가스를 배출하는 작업이 발생하는 것은 특히 외부공기에 무관한 구동장치의 동작에서이다. 이를 위해, 우선, 배출될 이산화탄소 형태의 가스를 해수의 흡수체(absorber)에 용해시키고 이어서 용액을 잠수함 밖으로 배출하는 것이 예를 들어, EP 1 252 058 B1에 알려져 있다. 그럼에도 불구하고, 이에 의해 이산화탄소의 일정량이 해수에 용해되지 않은 채 남아있어 용액을 배출하는 경우 버블헤이즈(bubble haze)가 발생한다. 이 버블헤이즈는 불리하게도 잠수함의 위치를 쉽게 찾아낼 수 있게 한다.
따라서, 본 발명의 목적은, 상술한 바에 대해 개선된, 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치를 구비한 잠수함을 제공하는 것이다. 또한 본 발명의 목적은, 잠수함에 있어서 에너지 효율적이고 간단한 방식의 장치를 설계하는 것이다
본 발명에 따르면, 청구항1에 특정된 특징을 구비한 잠수함에 의해 본 목적이 달성된다. 유리한 설계가 종속항, 이후의 설명 및 도면에 특정된다.
본 발명에 따른 잠수함은 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치를 포함한다. 이 장치는 가스를 해수와 함께 운반하고 가스를 적어도 부분적으로 해수 용액에 가져오는 다상펌프를 포함한다. 또한, 잠수함에 있어서, 잠수함 밖으로 용액을 배출하기 위한 수단이 존재한다. 본 발명에 따른 장치의 다상펌프는 한편으로는 가스가 해수에 신뢰할 수 있을 정도로 용해되게 한다. 또한, 사례가 존재하는 경우, 압력측에서의 다상펌프는 용해되지 않은 가스, 특히, 해수를 구비한 작은 버블을 방출한다. 이로써, 본 발명에 따른 잠수함에 있어서, 특히 저-시그너처방식으로 용액이나 가스를 배출할 수 있다. 또한, 다상펌프는 다상펌프의 흡입측으로 가스와 해수 용액을 흐르게 하고, 이 용액의 플로우 및 사례가 있는 경우 미용해된 가스를 다상펌프의 흡입측으로부터 내보내는 운반수단을 동시에 나타낸다. 그 결과 다상펌프는 장치의 유체의 플로우를 동시에 제어한다. 다상펌프에 있어서, 장치의 단일 구성 요소가 유체 플로우 뿐만 아니라 해수로 가스를 공급할 수 있기 때문에 본 발명에 따른 잠수함에 있어서, 상기 장치는 에너지 효율이 좋고 동시에 매우 간단한 방식으로 설계될 수 있다.
바람직하게는 다상펌프의 상류에 혼합장치가 배치되고 가스를 해수와 혼합한다. 이 혼합장치는 예를 들어, 본 명세서에서 언급된 EP 1 252 058로부터 알려진 것과 같은 다공성바디를 포함한다. 유리하게는, 이 가스는 혼합장치를 통해 해수와 함께 안내된다.
바람직하게는, 잠수함에 있어서, 가스분리장치가 다상펌프의 하류측에 배치된다. 이 가스분리장치는 용액으로부터 해수에 용해되지 않는 가스를 분리하여 용액을 배출하는 경우 잠수함의 시그너처에 대한 부정적인 영향이 작게 유지되게 한다.
유용하게는, 가스분리장치는 용액으로부터 또는 해수로부터 가스의 중력 분리를 위해 설계된다.
바람직하게는 가스분리장치는 규정된 용량의 버블의 부양(buoyancy)속도와 동일한 수직플로우속도로 용액의 수직하류플로우를 생성하기 위한 수단을 포함한다. 또한, 본 발명의 이런 형성은 유체의 버블의 부양속도가 버블의 용량과 함께 증가하는 조건을 사용한다. 상술한 바와 같이, 용액이 수직하류플로우에 있다면, 기설정된 용량보다 작은 용량을 가진 버블은 용액과 함께 하류로 이동한다. 반대로 기설정된 용량보다 많은 용량을 가진 버블은 용액에서 수직 상류로 상승한다. 따라서, 용액의 수직 하류플로우를 위한 수단은 적당히 적은 용량을 가진 버블만을 통과할 수 있도록 하는 필터를 형성한다. 이런 방식으로, 기설정된 용량을 초과하는 용량의 버블은 가스분리장치 밖으로 흐르는 것이 방지된다. 따라서, 잠수함 밖으로 배출되는 경우, 용액은 기껏해야 기설정된 용량보다 적은 용량을 가진 버블을 포함한다. 잠수함의 시그너처에 부정적인 영향을 미치는, 최소용량을 초과하는 버블만이 있기 때문에 잠수함의 시그너처는 특히, 적절한 방식으로 선택된 기설정된 용량에 의해 작게 유지된다. 유용하게는, 용액의 수직하류플로우를 위한 수단은 적어도 수직플로우성분과 함께 흐를 수 있고, 요구되는 수직플로우속도에 의해 수평 단면이 고정된, 컨테이너 또는 채널을 포함한다.
적절하게는, 잠수함에 있어서, 가스분리장치로부터 다상펌프의 흡입측 또는 제공된다면 혼합장치로의 가스복귀부가 존재한다. 본 발명에 따르면, 다상펌프의 압력측으로부터 가스가 복귀되기 때문에 추가적인 액티브 요소, 예를 들어, 컴프레서의 배치가 복귀시 제거될 수 있다.
유용하게는 가스복귀부는 폐루프로 제어된다. 이를 위해, 가스복귀부는 폐루프로 제어될 수 있는 밸브, 예를 들어, 폐루프로 제어될 수 있는 조절밸브 또는 차단밸브를 구비한 복귀도관을 포함하며, 분리장치에서 수집된 가스의 용량은 제어 변수를 형성하고 밸브의 세팅은 정정 변수를 형성한다. 예를 들어, 적절히 많은 용량의 가스가 수집되거나 가스분리장치에 수집되기 시작하는 경우, 복귀도관은 밸브를 통해서만 개방된다. 가스의 복귀 및 이로 인한 다상펌프의 적재는 가스가 충분히 용액으로 운반되지 않는 경우 또는/및 해수에 용해되지 않은 가스가 기설정된 용량보다 많은 용량을 가진 버블을 형성하는 경우에 효과가 있다.
본 발명의 더욱 바람직한 형성에 있어서, 냉각수펌프를 구비한 냉각수시스템이 잠수함에 존재한다. 이에 의해 다상펌프는 냉각수펌프를 형성한다. 이 더욱 바람직한 형성에 있어서, 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치는 에너지 요구를 증가시키지 않는다. 오히려, 이 장치는 잠수함이 항해중인 어떤 경우에서도 존재하는 자원에 의존한다. 이에 의해 유용하게는, 다상펌프 및 사례가 있다면 혼합장치가 냉각수시스템의 재냉각기의 하류에 배치된다.
바람직하게는 잠수함에 있어서, 장치는 가스의 압력을 잠수압력에 대해 증가시키기 위해 설계된 압력증가수단을 포함한다. 따라서, 가스를 해수에 용해시키는 경우 더 큰 주입이 이루어진다.
선택적으로 또는 추가적으로, 잠수함에 있어서, 장치는 잠수함으로 들어간 해수의 압력을 가스의 압력으로 감소시키기 위해 설계된 압력감소수단을 포함한다.
예를 들어, 밸브가 제공되고, 이에 의해 선체 바깥 영역으로부터의 해수, 따라서, 압력선체 외측에 위치된 해수가 수용될 수 있다. 압력감소밸브는 공급된 해수를 가스압력에 대해 완화한다.
바람직하게는, 잠수함에 있어서, 장치는, 특히, 외부공기에 독립적인, 예를 들어, 재형성연료셀시스템의 재형성기인 구동장치의 적어도 하나의 배출부에 연결된다. 따라서, 예를 들어, 재형성기는 이산화탄소를 함유하는 배출가스를 배출한다. 본 발명에 따른 잠수함에 있어서, 이산화탄소가 물속에서 높은 용해도를 가지고 있기 때문에 이 배출가스는 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치에 의해 저-시그너처로 잠수함에서 배출될 수 있다. 구동장치로는, 디젤모터, 특히, 폐싸이클 디젤모터, 스터얼링(stirling)시스템 또는 순환스팀터빈시스템(예를 들어, MESMA)의 경우가 있을 수 있다.
유리하게는, 잠수함은 제어 변수로서 잠수함의 시그너처에 영향을 주는 변수를 탐지하고 정정 변수로서 다상펌프의 일반적인 전력 및/또는 회전속도를 세팅하기 위해 설계된 조절(폐루프제어)장치를 포함한다. 이에 의해 잠수함의 시그너처는 예를 들어, 방출된 해수의 pH값 및/또는 열에 의해 야기될 수도 있을 뿐만 아니라 청각적 및/또는 광학적일 수 있다. 바람직하게는, 제어 변수는 미용해된 가스에 의해 해수에 형성된 버블의 크기 또는 양이다. 예를 들어, 가스가 매우 높은 잠수압력에서의 해수로 안내되는 경우, 해수는 가스에 대해 높은 용해 용량을 가지고 또는 배출되는 가스의 결과로 발생하는 버블이 매우 작아서, 배출되는 경우 잠수함의 시그너처에 영향을 주지 않는다. 이 경우에 있어서, 다상펌프는 현저히 감소된 전력으로 동작될 수 있다. 또한, 제어 변수는, 특히 다상펌프의 주어진 회전속도로 해수를 구비한 가스를 잠수함 밖으로 배출하는 경우 다상펌프를 흐르는 해수의 쓰루풋이거나 해수의 아웃플로우일 수 있다. 따라서, 해수/가스혼합에서의 가스의 양 또는 몫은, 잠수함 밖으로 배출시 해수의 아웃플로우 또는 해수의 쓰루풋에 직접 관련된다. 예를 들어, 잠수함에서 배출되거나 운반되는 해수/가스혼합물의 가스량이 많은 경우, 조절장치에 의해 다상펌프는 폐루프로써 큰 회전속도로 제어될 수 있다. 또한, 냉각수시스템의 파라미터는 다상펌프가 냉각수펌프로서 동시에 기능하는 한 제어 변수를 형성할 수 있다. 또한, pH값, (IR시그너처에서와 같이) 온도 또는 배출되는 해수의 변경된 음향특성이 제어 변수로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 개략적인 블럭도이다.
이하에서 도면에 나타낸 일 실시예에 의해 본 발명이 상세히 설명될 것이다. 이를 위해, 개략 블럭도인 도 1은 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치(10)를 구비한 본 발명에 따른 잠수함의 압력선체(5)를 보여준다. 실시예에 있어서, 장치(10)는 재형성연료셀시스템의 재형성기(15)로 이산화탄소를 함유하는 가스를 방출하는 구동장치의 부분에 연결된다. 기본적으로 가스를 방출하는 부분으로는, 디젤모터, 예를 들어, 폐싸이클디젤모터, 스티얼링시스템, 순환스팀터빈시스템(예를 들어, MESMA) 또는 다른 가스원의 부분일 수 있다.
잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치(10)는 다상펌프(20)를 포함한다. 흡입측도관(25)을 통해 다상펌프(20)는 재형성기(15)로부터 방출된 가스와 압력선체(5)로 도입된 해수의 혼합물을 운반한다. 이를 위해, 해수는 도관(30)을 통해 압력선체(5)로 도입된다. 도관(30)은 예를 들어, EP 1 252 058에 개시된 바와 같은 다공성바디(35)를 통해 다상펌프(20)의 흡입측으로 혼합물을 안내하는 도관(25)에 연결된다. 또한, 재형성기(15)에 의해 방출된 가스는 다공성바디(35)로 도관(40)을 통해 안내된다. 재형성기(15)의 가스는 다공성바디(35)에 의해 해수와 혼합되고 다상펌프(20)로 안내하는 흡입측도관(25)으로 들어간다.
다상펌프(20)는 가스의 일부를 해수 용액으로 가져오고 도관(45)을 통해 압력측에서 해수에 용해되지 않은 배출가스와 함께 용액을 방출한다. 도관(45)은 가스분리기(60)를 통해 잠수함 밖으로 안내되는 도관(50)의 형태로 잠수함 밖으로 용액을 배출하기 위한 배출수단에 연결된다. 가스분리기(60)는 용액으로부터 해수에 용해되지 않은 가스를 분리해, 잠수함(5) 밖으로 안내되는 도관(50)을 통해 배출되는 용액이 잠수함의 시그너처에 부정적인 영향을 주지 않게 한다.
이를 위해, 가스분리기(60)는 본 실시예에 있어서 실질적으로 원통이고 용액을 위한 수직플로우경로를 형성하는 컨테이너를 포함한다. 기본적으로, 용액을 위한 수직플로우경로는 다른 적절한 형태의 컨테이너에 의해 형성될 수도 있다. 이 수직플로우경로에 있어서, 용액은 규정된 용량의 가스버블의 부양(buoyancy)속도에 대응하는 수직플로우속도로 하류로 흐른다. 이에 의해 이 규정된 용량은 버블크기에 대응하고 그 아래에서 잠수함으로부터 배출되는 버블은 잠수함의 시그너처에 주목할만한 영향을 주지 않는다. 가스분리기(60)를 통해 기설정된 용량보다 작은 용량의 버블이 압력선체(5) 및 잠수함 밖으로 안내되는 도관(50)으로 들어간다. 규정된 용량보다 많은 용량의 버블은 가스분리기(60)의 컨테이너에서 수직 위로 올라가는데 압력측에서의 다상펌프(20)로부터 시작되는 도관(45) 위에 배치된 상부유입구에 모인다.
이러한 방식으로 용액으로부터 중력적으로 분리된 미용해된 가스는 다공성바디(35)로 가스를 되돌려 보내는 복귀도관(65)으로 들어간다. 이런 방식으로, 되돌아간 가스는 다공성바디(35)를 통해 해수와 다시 혼합되고 다상펌프(20)로 도관(25)을 통해 안내된다.
복귀도관(65)은, 분리된 가스에 의해 가스분리기(60)의 컨테이너에 적절히 많은 용량의 가스가 형성되는 경우, 복귀도관(65)만을 여는 배출밸브(미도시)를 선택적으로 포함한다. 가스의 회귀와 다상펌프(20)의 적재는 불충분한 가스가 용액으로 도입되거나 또는 해수에 용해되지 않은 가스가 규정된 용량보다 많은 용량의 버블을 형성하는 경우에만 효과가 있다.
5 : 압력선체 10 : 장치
15 : 재형성기 20 : 다상펌프
25, 30 : 도관 35 : 다공성 바디
40, 45, 50 : 도관 60 : 가스분리기
65 : 복귀도관

Claims (13)

  1. 잠수함에서 가스를 배출하기 위한 장치(10)를 구비한 잠수함에 있어서,
    가스를 해수와 함께 운반하여 가스를 적어도 부분적으로 해수 용액으로 가져오는 다상펌프(20) 및 잠수함 밖으로 용액을 배출하기 위한 수단(50)을 구비하는, 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치(10)를 구비한 잠수함.
  2. 제1항에 있어서, 다상펌프(20)의 상류에 연결되고 가스를 해수와 혼합하는 혼합장치(35)를 포함하는, 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치(10)를 구비한 잠수함.
  3. 제2항에 있어서, 혼합장치(35)는 다공성바디를 포함하는, 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치(10)를 구비한 잠수함.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 다상펌프(20)의 하류에 연결된 가스분리장치(60)를 포함하는, 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치(10)를 구비한 잠수함.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 가스분리장치(60)는 용액 또는 해수로부터 가스를 중력적으로 분리하기 위해 설계된, 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치(10)를 구비한 잠수함.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 가스분리장치(60)는 규정된 용량의 버블의 부양속도와 동일한 수직플로우속도로 용액의 수직하류플로우를 생성하기 위한 수단을 포함하는, 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치(10)를 구비한 잠수함.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 가스분리장치(60)로부터 다상펌프(20)의 흡입측 또는 혼합장치(35)로의 가스복귀부(65)가 존재하는, 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치(10)를 구비한 잠수함.
  8. 제7항에 있어서, 가스복귀부(65)는 폐루프로 제어될 수 있는 밸브를 가진 복귀도관을 포함하고, 가스복귀부는 정정 변수로서 밸브의 세팅 및 제어 변수로서 가스분리장치에 수집된 가스의 양으로 폐루프로 제어되는, 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치(10)를 구비한 잠수함.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 냉각수펌프를 구비한 냉각수회로를 포함하고 다상펌프(20)는 냉각수펌프를 형성하는, 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치(10)를 구비한 잠수함.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 장치(10)에는 가스의 압력을 잠수압력으로 증가시키기 위해 설계된 압력증가수단이 제공되는, 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치(10)를 구비한 잠수함.
  11. 제1항 내지 제10항 주 어느 한 항에 있어서, 장치(10)에는 잠수함으로 도입되는 해수의 압력을 가스의 압력으로 감소시키기 위해 설계된 압력감소수단이 제공된, 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치(10)를 구비한 잠수함.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 장치(10)는 구동장치의 적어도 하나의 배출부, 특히 재형성연료셀시스템의 재형성기(15)에 연결되는, 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치(10)를 구비한 잠수함.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 제어 변수로서의 잠수함의 시그너처에 영향을 주는 변수를 탐지하고 정정 변수로서의 다상펌프(20)의 전력 및/또는 회전속도를 세팅하기 위해 설계된 조절장치가 제공되는, 잠수함 밖으로 가스를 배출하기 위한 장치(10)를 구비한 잠수함.
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