KR20140124512A - 선수측 부력탱크를 이용한 선박의 속도 향상시스템 - Google Patents

선수측 부력탱크를 이용한 선박의 속도 향상시스템 Download PDF

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KR20140124512A KR1020130042107A KR20130042107A KR20140124512A KR 20140124512 A KR20140124512 A KR 20140124512A KR 1020130042107 A KR1020130042107 A KR 1020130042107A KR 20130042107 A KR20130042107 A KR 20130042107A KR 20140124512 A KR20140124512 A KR 20140124512A
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Abstract

본 발명은 선박의 선수측 피칭 또는 롤링을 제어하여 속도를 향상시킬 수 있는 속도 향상시스템에 관한 것으로서, 선박의 구상선수 내에 설치하되 해수가 상기 구상선수 내에서 전,후,좌,우로 이동하여 부력 조정이 가능하도록 하는 부력 조정탱크와 상기 부력 조정탱크에 공기압을 부가하여 상기 부력 조정탱크 내의 해수가 이동 가능하도록 하는 공기탱크 및 상기 공기탱크의 공기압 부가 시점을 제어하는 콘트롤러로 구성됨으로써, 구상선수 내에서의 위치별 부력 조정을 통해 선박의 선수측 횡동요(롤링:Rolling)나 종동요(피칭:Pitching)의 주기 또는 각도를 조정하여 선박의 속도성능을 향상시킬 수 있는 선수측 부력탱크를 이용한 선박의 속도 향상시스템에 관한 것이다.

Description

선수측 부력탱크를 이용한 선박의 속도 향상시스템{System for enhancing the speed of ship using the buoyancy tank of bow}
본 발명은 선박의 선수측 피칭 또는 롤링을 제어하여 선박의 속도를 향상시킬 수 있는 속도 향상시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 선박의 구상선수 내에서의 선택적 부력 조정을 통해 선수측 횡동요(롤링:Rolling)나 종동요(피칭:Pitching)의 주기 또는 각도를 조정함으로써, 선박의 속도 성능을 향상시킬 수 있는 선수측 부력탱크를 이용한 선박의 속도 향상시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박은 항해 과정에서 파도 등에 의해 좌,우 또는 전,후 방향으로 많은 횡동요(롤링:rolling)와 종동요(피칭:pitching)가 발생하게 되고, 이로 인해 선박의 안정성과 추진력 손실이 발생하기 때문에 이러한 롤링이나 피칭을 적절히 조정하여 영향을 최소화함과 동시에 선박의 복원력을 유지하도록 하는 것이 중요하다.
이러한 선박의 과도한 롤링이나 피칭은 선박의 안전성에 영향을 줄 뿐 아니라, 선박의 추진력과 속도 성능에도 많은 영향을 주고 있기 때문에 적절하게 제어하는 것이 필요하다.
또한 선박은 그 크기나 특성 등에 따라 선박 고유의 피칭주기와 롤링주기를 가지고 있기 때문에 이를 고려하여 적절한 피칭주기와 롤링주기를 제어하는 것이 바람직하다.
따라서 선박에는 선박의 안전 운항을 위하여 통상적으로 선박평형수가 적용된 안티 롤링탱크(Anti-Rolling Tank)가 설치되어 운영되고 있다.
여기서 선박평형수는 선박의 안전한 운항을 위해 필수적인 역할을 하는 것으로서, 선적 목적물의 중량 변화에 따라 유입 또는 유출이 반복되도록 함으로써, 선박의 평형이 유지되도록 하는 것이다.
일반적으로 운반 목적물의 선적과 하역에 대응하여 선박의 평형 유지를 위해 해수를 탱크 내부로 유입시키거나 또는 배출시킬 수 있도록 하고 있다.
그러나 상기와 같은 종래의 안티 롤링 탱크(ART)는 단순히 선적 목적물의 중량 변화에 따른 선체의 평형 유지를 위해 해수가 유입 또는 배출되도록 하는 것으로서, 선체에 발생하는 각각의 횡동요량과 종동요량에 대응하여 실시간으로 신속하고 정밀하게 선체를 제어할 수 없는 문제점이 있었다.
공개특허공보 10-2004-0027759호(2004.04.01)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 구상선수 내에 설치되는 다수개의 서브탱크와 공기탱크를 제어하여 소정 용량의 해수가 구상선수 내에서 전,후,좌,우로 이동할 수 있도록 함으로써, 선수측 피칭주기와 롤링주기 또는 그 각도를 최적화하여 선박의 속도 성능을 향상시킬 수 있는 선수측 부력탱크를 이용한 선박의 속도 향상시스템을 제공하고자 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 선박의 구상선수 내에 설치하되, 일정량의 해수를 저장할 수 있도록 함과 아울러 해수가 상기 구상선수 내에서 전,후,좌,우로 이동하여 부력 조정이 가능하도록 구비되는 부력 조정탱크와, 상기 부력 조정탱크에 공기압을 부가하여 상기 부력탱크 내의 해수가 이동할 수 있도록 설치되는 공기탱크, 및 상기 공기탱크의 공기압 부가 시점을 제어하는 콘트롤러로 구성된다.
여기서 상기 부력 조정탱크는 상기 구상선수 내의 전,후,좌,우에 각각 설치되는 서브탱크 및 상기 각 서브탱크를 서로 연결하는 해수이송관으로 구성된다.
또한 상기 해수이송관에는 개폐밸브가 설치되는 것이 바람직하다.
또 상기 공기탱크는 상기 각각의 서브탱크에 독립적으로 공기압을 부가시킬 수 있도록 다수개가 구비될 수 있다.
이때 상기 공기탱크는 상기 서브탱크와 공기주입관으로 연결하되, 상기 공기주입관에는 상기 콘트롤러에 의해 개폐가 조절되는 밸브가 설치된다.
또한 상기 밸브는 공기압이 상기 부력탱크로 유입되도록 하거나 또는 상기 부력탱크 내의 공기를 외부로 배출시킬 수 있는 3-way 밸브로 구성되는 것이 바람직하다.
또 상기 공기탱크는 콤프레서가 설치될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 선수측 구상선수의 정밀한 피칭과 롤링 제어를 통해 선수측의 최적의 피칭과 롤링을 확보할 수 있어 선박의 속도 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있고, 이로 인해 운항 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 속도 향상시스템이 선박에 설치된 상태의 선박의 개략적인 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 선박의 속도 향상시스템의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 선박의 속도 향상시스템의 작동 흐름도,
도 4는 본 발명에 따른 선박의 속도 향상시스템의 해수 흐름도,
도 5는 선체가 우현으로 기울어진 경우의 본 발명의 작동 상태도,
도 6은 선체가 좌현으로 기울어진 경우의 본 발명의 작동 상태도이다.
이하 본 발명에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 선박의 속도 향상시스템이 선박에 설치된 상태의 선박의 개략적인 측면도를 나타낸 것이고, 도 2는 본 발명에 따른 선박의 속도 향상시스템의 구성도를 나타낸 것이며, 도 3은 본 발명에 따른 선박의 속도 향상시스템의 작동 흐름도를 나타낸 것이고, 도 4는 본 발명에 따른 선박의 속도 향상시스템의 해수 흐름도를 나타낸 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 선수측 부력탱크를 이용한 선박의 속도 향상시스템(1)은 선박(100)의 구상선수(150) 내에 설치되는 것으로서, 부력 조정탱크(10)와 공기탱크(31,32,33,35) 및 콘트롤러(80)로 구성된다.
부력 조정탱크(10)는 선박(100)의 구상선수(150) 내에서 해수를 전,후,좌,우로 선택적으로 이동시켜 선수측의 롤링(Rolling)과 피칭(Pitching)을 조정하는 역할을 하는 것으로서, 해수의 이동 제어를 통해 선박(100)의 선수측 롤링주기와 피칭주기 또는 그 각도를 조정하여 최적화하는 것이다.
일반적으로 선박(100)은 항해 과정에서 파도 등에 의해 좌,우 또는 전,후 방향으로 많은 횡동요(롤링:rolling)와 종동요(피칭:pitching)가 발생하게 되고 이러한 롤링이나 피칭은 선박(100)의 안정성에 영향을 줄 뿐 아니라, 선박(100)의 추진력과 속도 성능에도 많은 영향을 주게 된다.
따라서 본 발명은 선박(100)의 선수측에 최적의 롤링과 피칭이 발생할 수 있도록 하여 선박(100)의 속도성능을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.
특히 선박은 자체 고유의 피칭주기와 롤링주기를 가지고 있기 때문에 최적의 피칭각도와 롤링각도 내에서 고유 피칭주기 또는 롤링주기가 유지되도록 하여야만 최대의 추진력과 속도 성능을 얻을 수 있는 것이다.
따라서 본 발명의 부력 조정탱크(10)는 일정량의 해수를 저장하되 구상선수(150) 내에서 소정 용량의 해수를 선택적으로 전,후,좌,우로 이동시켜 선수가 적절한 롤링주기와 피칭주기 또는 각도를 유지하도록 조정함으로써, 선박(100)의 속도 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 것이다.
즉 선수측의 피칭주기와 롤링주기를 적절히 유지하면 물고기가 머리를 좌,우로 흔들면서 나아가는 것처럼 저항을 최소화하면서 보다 효과적으로 속도를 유지할 수 있는 것이다.
본 발명의 속도 향상시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 4개의 서브(11,12,13,15)탱크와 해수이송관(16)으로 구성된다.
여기서 서브탱크(11,12,13,15)는 제1,제2,제3,제4서브탱크(11,12,13,15)로 구성되어 일정량의 해수가 저장되는 부분으로서, 구상선수(150) 내에서 전,후,좌,우에 독립적으로 각각 설치되고, 해수가 서로 이동할 수 있도록 해수이송관(16)에 의해 연결된다.
이때 서브탱크(11,12,13,15)는 서로 간의 해수 이동이 가능하도록 적정량의 해수가 저장되도록 한다.
한편 해수이송관(16)은 제1,제2,제3,제4서브탱크(11,12,13,15)를 전,후,좌,우는 물론 대각선 방향으로도 연결시킬 수 있도록 설치되는 것이 바람직하다.
해수이송관(16)에는 각 서브탱크(11,12,13,15)의 하단부를 연결시킬 수 있도록 설치되며, 필요시 해수의 이동을 차단할 수 있도록 개폐밸브(17)가 각각 설치되는 것이 바람직하다.
한편 각각의 서브탱크(11,12,13,15)에는 공기탱크(31,32,33,35)가 설치된다.
공기탱크(1,32,33,35)는 각각의 서브탱크(11,12,13,15) 상부에 독립적으로 공기를 주입하여 공기압에 의해 서브탱크(11,12,13,15) 내의 해수가 타측 서브탱크(11,12,13,15)로 이동하도록 하는 것으로서, 각각의 서브탱크(11,12,13,15) 상부에 연결되도록 설치되는 것이 바람직하다.
이때 공기탱크(31,32,33,35)는 공기주입관(40)에 의해 각 서브탱크(11,12,13,15)와 연결된다.
공기탱크(31,32,33,35)는 내부 기압이 대략 250~500bar 정도를 유지하는 탱크가 사용될 수 있으며, 계속적인 사용에 의해 내부 기압이 서브탱크(11,12,13,15) 내부의 해수 이동에 충분하지 않을 정도로 적정 압력 이하로 떨어지는 경우에 공기를 충진하면 될 것이다.
또한 공기탱크(31,32,33,35)는 하나의 부력탱크(11,12,13,15)에 다수개를 병렬 설치하여 충분한 사용시간을 확보할 수 있도록 하거나, 또는 콤프레서(compressor)를 설치하여 주기적으로 충진시킬 수 있도록 할 수도 있을 것이다.
한편 공기주입관(40)에는 공기의 이동을 제어할 수 있는 밸브(50)가 설치된다.
밸브(50)는 공기주입관(40)으로부터 서브탱크(11,12,13,15)로의 공기 이동을 제어하는 것으로서, 일반반적인 3-way 밸브가 사용되는 것이 바람직하다.
즉, 3-way 밸브는 공기가 공기탱크(31,32,33,35)로부터 서브탱크(11,12,13,15)로 이동할 수 있는 주입유로 및 서브탱크(11,12,13,15)로부터 공기를 외부로 배출시키기 위한 배출유로를 구비함으로써, 필요에 따라 공기의 주입 또는 배출이 가능하도록 하는 것이다.
이때 밸브(50)는 콘트롤러(80)에 연결되어 선택적으로 유로의 개방 또는 폐쇄가 이루어지도록 할 수 있을 것이다.
또한 공기주입관(40)에는 상기와 같은 3-way 밸브가 아닌 단순 개폐기능을 가진 일반 2-way 밸브를 설치하고, 서브탱크(11,12,13,15)에는 별도의 개폐 가능한 배출구를 각각 설치할 수도 있을 것이다.
한편 콘트롤러(80)는 공기탱크(31,32,33,35)가 서브탱크(11,12,13,15)에 선택적으로 공기를 주입하는 시점을 콘트롤 하는 역할을 하는 것으로서, 공기주입관(40)의 밸브(50)와 해수이송관(16)의 개폐밸브(17)를 제어할 수 있도록 하는 것이다.
여기서 콘트롤러(80)는 선박의 운항시스템(200)에 연결됨으로써, 실시간 운항정보를 전송받아 이에 따라 밸브(50) 및 개폐밸브(17)를 제어하여 공기 및 해수의 이동을 제어하게 되는 것이다.
이하 도 3을 참조하여 본 발명의 작동 흐름도를 상세히 설명한다.
도시된 바와 같이, 먼저 콘트롤러(80)는 선박 운항정보를 기초로 하여 선박의 선수측 롤링주기와 피칭주기를 체크한다.
이때 선체의 고유 롤링주기와 피칭주기를 고려하여 선수측의 실제 롤링주기와 피칭주기가 적절치 않는 경우에는 각 서브탱크(11,12,13,15)를 연결하는 공기주입관(40)의 밸브(50)를 선택적으로 개방하여 공기가 특정 서브탱크(11,12,13,15) 상부로 주입되도록 하는 것이다.
상기와 같이 서브탱크(11,12,13,15)로 공기가 주입되면 서브탱크(11,12,13,15) 내의 해수는 공기압에 의해 타측 서브탱크(11,12,13,15)로 이동하게 되고, 타측 서브탱크(11,12,13,15) 수위가 올라가는 것에 대응하여 내부 공기는 공기주입관(40)의 밸브(50)를 통해 외부로 배출되도록 하면 되는 것이다.
따라서 각 서브탱크(11,12,13,15) 내의 해수량과 공기량에 따라 부력에 차이가 생기게 되므로, 이를 이용하여 선수측 롤링/피칭주기를 임의로 조정하여 운항에 최적화되도록 함으로써, 선박(100)의 진행에 따른 저항을 최소화함과 동시에 속도 성능을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
또한 선박(100)의 선수측 피칭/롤링 각도도 적절하게 조정할 수 있을 것이다.
이하 도 5와 도 6을 참조하여 본 발명의 작동을 상세히 설명한다.
여기서 도 5는 선체가 우현으로 기울어진 경우의 본 발명의 작동상태도를 나타낸 것이고, 도 6은 선체가 좌현으로 기울어진 경우의 본 발명의 작동상태도를 나타낸 것이다.
먼저 도 5에 도시된 바와 같이, 선박(100)의 선수측이 우현으로 과도하게 기울어져 선수측을 복원시킴과 동시에 롤링주기를 조정하고자 하는 경우에는 구상선수(150) 내의 서브탱크(11,12,13,15) 중 제3,제4서브탱크(13,15)에 연결된 공기주입관(40)의 밸브(50)를 개방하여 공기가 공기탱크(33,35)로부터 제3,제4서브탱크(13,15)로 주입되도록 하는 것이다.
공기가 제3,제4서브탱크(13,15)에 주입되면 해수는 공기압에 의해 화살표와 같이, 구상선수(150) 좌측의 제1,제2서브탱크(11,12)로 이동하여 제1,제2서브탱크(11,12) 내의 수위를 상승시키게 되고, 제1,제2서브탱크(11,12) 내의 공기는 수위 상승에 따라 외부로 배출되는 것이다.
따라서 선수측 우현의 제3,제4서브탱크(13,15)는 해수의 배출로 인하여 자체 중량 감소와 함께, 공기가 증가되어 좌현 제1,제2서브탱크(11,12)의 부력보다 상대적으로 큰 부력을 가지게 되므로, 선수측에 좌현으로 모멘트(moment)가 작용하여 복원되는 것이다.
이때 선박의 롤링각도와 롤링주기를 고려하여 해수의 이동을 실시간으로 신속하게 제어함으로써, 최적의 롤링각도와 롤링주기가 유지되도록 할 수 있을 것이다.
한편 도 6에 도시된 바와 같이, 선박(100)의 선수측이 좌현으로 과도하게 기울어지는 경우에는 구상선수(150) 내의 서브탱크(11,12,13,15) 중 제1,제2서브탱크(11,12)에 연결된 공기주입관(40)의 밸브(50)를 개방하여 공기가 공기탱크(31,32)로부터 제1,제2서브탱크(11,12)로 주입되도록 하는 것이다.
공기가 제1,제2서브탱크(11,12)에 주입되면 내부 해수는 공기압에 의해 화살표와 같이, 선수측 우현의 제3,제4서브탱크(13,15)로 이동하여 제3,제4서브탱크(13,15) 내의 수위를 상승시키게 되고, 제3,제4서브탱크(13,15) 내의 공기는 수위 상승에 따라 외부로 배출되는 것이다.
따라서 선수측 좌현의 제1,제2서브탱크(11,12)는 해수의 배출로 인하여 자체 중량 감소와 함께, 공기가 증가되어 우현 제3,제4서브탱크(13,15)의 부력보다 상대적으로 큰 부력을 가지게 되므로, 선수측에 우현으로 모멘트가 작용하여 복원되는 것이다.
또한 선수측 피칭과 롤링을 고려하여 필요에 따라 대각선 방향으로 서브탱크(11,12,13,15)의 해수가 이동하도록 할 수도 있을 것이다.
한편 선수측에 피칭 주기 또는 각도를 조정하고자 하는 경우에는 구상선수(150)의 전,후에 위치하는 제1,제3서브탱크(11,13) 또는 제2,제4서브탱크(12,15)에 선택적으로 공기가 주입되도록 함으로써, 해수가 구상선수(150) 내에서 전,후 방향으로 이동하도록 하여 선수측 피칭주기와 피칭각도를 조정할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명은 4 개의 서브탱크(11,12,13,15)와 공기탱크(31,32,33,35)를 이용하여 구상선수(150) 내에서 전,후,좌,우로 해수를 강제 이동시켜 선수측의 특정부위의 부력을 임의로 조정함으로써, 선수측의 롤링과 피칭의 주기 또는 각도를 실시간으로 신속하고 정밀하게 제어할 수 있어 선박(100)의 추진 저항을 최소화함과 동시에 속도성능을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
이상 상기의 실시 예는 단지 설명의 편의를 위해 예시로서 설명한 것에 불과하므로 특허청구범위를 한정하는 것은 아니며, 본 발명의 기술 범주 내에서 다양한 변형이 가능할 것이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 속도 향상시스템
10 : 부 력조정탱크 11,12,13,15 : 서브탱크
16 : 해수이송관 17 : 개폐밸브
31,32,33,35 : 공기탱크
40 : 공기주입관 50 : 밸브
70 : 콤프레서 80 : 콘트롤러
100 : 선박 150 : 구상선수
200 : 운항시스템

Claims (7)

  1. 선박의 구상선수 내에 설치하되, 일정량의 해수를 저장할 수 있도록 함과 아울러 해수가 상기 구상선수 내에서 전,후,좌,우로 이동하여 부력 조정이 가능하도록 구비되는 부력 조정탱크;
    상기 부력 조정탱크에 공기압을 부가하여 상기 부력탱크 내의 해수가 이동할 수 있도록 설치되는 공기탱크; 및
    상기 공기탱크의 공기압 부가 시점을 제어하는 콘트롤러;
    로 구성되는 부력탱크를 이용한 선박의 속도 향상시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 부력 조정탱크는,
    상기 구상선수 내의 전,후,좌,우에 각각 설치되는 서브탱크 및 상기 각 서브탱크를 서로 연결하는 해수이송관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 부력탱크를 이용한 선박의 속도 향상시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 해수이송관에는 개폐밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 부력탱크를 이용한 선박의 속도 향상시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 공기탱크는 상기 각각의 서브탱크에 독립적으로 공기압을 부가시킬 수 있도록 다수개가 구비되는 것을 특징으로 하는 부력탱크를 이용한 선박의 속도 향상시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공기탱크는 상기 서브탱크와 공기주입관으로 연결하되, 상기 공기주입관에는 상기 콘트롤러에 의해 개폐가 조절되는 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 부력탱크를 이용한 선박의 속도 향상시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 밸브는 공기압이 상기 부력탱크로 유입되도록 하거나 또는 상기 부력탱크 내의 공기를 외부로 배출시킬 수 있는 3-way 밸브인 것을 특징으로 하는 부력탱크를 이용한 선박의 속도 향상시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공기탱크는 콤프레서가 설치되는 것을 특징으로 하는 부력탱크를 이용한 선박의 속도 향상시스템.

KR1020130042107A 2013-04-17 2013-04-17 선수측 부력탱크를 이용한 선박의 속도 향상시스템 KR20140124512A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20210109239A (ko) * 2020-02-27 2021-09-06 한국해양대학교 산학협력단 감요를 위한 수중 주거용 구조체

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