KR20150001874A - 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치 - Google Patents

해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치 Download PDF

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KR20150001874A
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Abstract

해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치가 개시된다. 본 발명의 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치는, 액체가 저장되는 저장탱크의 내부에 마련되는 가이드부; 가이드부에 이동되도록 마련되어 액체를 가열하되 액체의 수표면상에 부유되는 부유 히팅체; 저장탱크의 내부에 마련되어 액체의 수위를 측정하는 수위 측정부를 포함한다.

Description

해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치{FREEZING PREVENTION AND WATER LEVEL MEASURING DEVICE OF TANK FOR FLOATING MARINE STRUCTURE}
본 발명은, 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 플로팅 타입으로 저장탱크의 결빙을 방지하면서 별도의 독립적인 탱크 레벨 측정시스템이 필요없는 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치에 관한 것이다.
LNG 운반선, LPG 운반선, 컨테이너선, 화물선, 탱커선 등의 선박은 화물을 적재하여 이동하는 것이 일반적이므로 화물이 적재된 상태를 감안하여 선박의 설계가 이루어진다. 따라서 선박에서 화물을 하역한 이후에는 선박의 무게중심이 상승되어 선박의 안정성에 문제가 발생할 수 있다.
즉, 선박에서 화물을 하역함으로써 흘수(배가 물 위에 떠 있을 때, 물에 잠겨 있는 부분의 깊이를 말한다)가 얕아진 경우에는, 항해 중에서의 호깅(hogging, 선박의 양끝부분에 화물을 집중하여 실으면 선박의 양끝부분이 부력보다 더 무거워 밑으로 처지면서 선박의 중앙부가 위로 솟아올라 선박이 위로 볼록하게 휘는 현상을 말한다)의 정도가 커지고, 선체에 부가되는 전단력 및 세로 굽힘 모멘트가 커진다.
또한, 항해 중에 뱃바닥이 파도에 부딪혀 충격을 받는 슬래밍(Slamming) 현상이 생기고, 프로펠러가 모두 잠기지 않고 수면상으로 노출되어 추진성능이 저하되거나 프로펠러 및 주요 기관의 부하변동이 증대되는 프로펠러 레이싱이 발생하며, 키가 충분히 수몰될 수 없어 조종성능이 악화되는 문제가 발생한다.
따라서, 이러한 문제점을 고려하여 LNG 운반선, LPG 운반선, 컨테이너선, 화물선, 탱커선 등의 선박의 경우, 선박의 안정성 및 복원성을 향상시키기 위하여 선박의 내부에 해수(海水)를 유입하여 저장하는 복수의 밸러스트 탱크(ballast tank)를 설치한다. 여기서, 밸러스트 탱크 내에 적재되는 물을 밸러스트수(ballast water)라 한다.
밸러스트수(ballast water)는 선적되는 화물의 양에 따라 선박의 흘수와 트림(trim, 배의 앞뒤 경사를 말한다)을 안정적으로 조정하는 역할을 한다. 전술한 바와 같이 화물이 모두 하역된 상태에서 밸러스트수를 적재하지 않는다면 선박 자체의 중량만으로는 충분한 흘수를 유지할 수 없기 때문에 선수가 수면위로 심하게 들리거나 선박의 추진장치가 물속에 충분히 잠기지 않아 선수슬래밍, 추진성능저하, 조정성능저하 등의 문제를 초래하게 되므로 선박의 경우 밸러스트수의 사용이 필수적으로 요구된다.
한편, 밸러스트 탱크를 구비하면서 극지방을 운항하는 선박의 경우 밸러스트 탱크가 냉각되면 밸러스트 탱크의 파손, 안정성 상실(stability loss), 유틸리티 기능 상실 등의 심각한 문제가 발생 될 수 있다.
이를 방지하기 위해서 밸러스트 탱크의 상부, 즉 밸러스트수 수면 라인의 상부 부위에, 도 1에 도시된 바와 같이, 가열 코일을 설치한다. 이러한 가열 코일은 보일러에서 공급되는 고온의 유체로 밸러스트수를 가열하며, 밸러스트수를 그 높이에 따라 가열할 수 있도록 밸러스트 탱크의 바닥부로부터 천장부에까지 설치된다.
이 경우 가열 코일의 부식을 방지하기 위해 가열 코일을 내부식성 재질로 제작해야 하므로 자재비용이 증가 되고, 가열 코일의 설치 작업에도 인력과 비용이 소모되었다.
또한, 종래에는 밸러스트 탱크를 가열하기 위한 히팅 시스템과 밸러스트 탱크의 수위를 측정하는 수위 센서(S)가 구비된 레벨 측정시스템을 각각 별도로 구성(도 1 참조)하였는데, 레벨 측정시스템의 설치 비용 절감과 유지보수의 편의성의 요구가 증대되어 새로운 개선책이 요구된다.
한국특허등록공보 제10-1125108호(대우조선해양 주식회사) 2012. 03. 02.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 해상 부유체의 저장탱크에 저장되는 액체를 가열하여 액체의 동결을 방지하되 가열수단에 저장탱크에 저장된 액체의 수위를 측정할 수 있는 수단을 마련하여 액체의 동결 방지와 수위를 동시에 측정할 수 있는 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액체가 저장되는 저장탱크의 내부에 마련되는 가이드부; 상기 가이드부에 이동되도록 마련되어 상기 액체를 가열하되 상기 액체의 수표면상에 부유되는 부유 히팅체; 상기 저장탱크의 내부에 마련되어 상기 액체의 수위를 측정하는 수위 측정부를 포함하는 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치가 제공될 수 있다.
상기 가이드부는 상기 저장탱크의 내벽에 상기 저장탱크의 높이 방향으로 마련되는 가이드 파이프를 포함할 수 있다.
상기 가이드 파이프에는 걸림 돌기가 마련되며, 상기 부유 히팅체는 상기 걸림 돌기에 걸림 지지되어 상기 저장탱크의 높이 방향으로 이동될 수 있다.
상기 가이드 파이프의 하측부에는 스토퍼가 마련될 수 있다.
상기 부유 히팅체는, 상기 가이드부에 이동 가능하게 마련되는 부유 바디; 및 상기 부유 바디의 내부에 마련되어 상기 액체를 가열시키는 히팅부재를 포함할 수 있다.
상기 히팅부재는 전기 히팅 코일 또는 내부에 스팀 또는 열매체유(Thermal oil)가 흐르는 히팅 코일 중 선택된 하나일 수 있다.
상기 수위 측정부는, 상기 저장탱크의 높이 방향으로 이동되는 부유 바디에 마련되어 상기 액체의 수위를 측정하는 레벨 스위치; 및 상기 가이드부에 마련되어 상기 레벨 스위치의 신호를 받아 센싱하는 레벨 센서를 포함할 수 있다.
상기 부유 히팅체는 상기 저장탱크의 높이 방향의 가로 방향으로 자유 이동될 수 있다.
상기 저장탱크는 밸러스트수가 저장되는 밸러스트 탱크 또는 청수(fresh water)가 저장되는 청수 탱크를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 액체가 저장되는 저장탱크의 수표면상에 부유되는 부유 히팅체에 의해 상기 액체의 동결을 방지하되 상기 액체의 수위는 상기 저장탱크의 내부에 마련되는 수위 측정부에 측정되는 것을 특징으로 하는 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 해상 부유체의 저장탱크에 저장된 액체를 액체의 수면에 부유되어 액체의 수면과 같이 이동되는 부유 히팅체에 의해 가열하여 액체의 결빙을 방지할 수 있고, 부유 히팅체가 액체의 수면과 같이 상승 또는 하강되므로 부유 히팅체를 매개로 액체의 수위를 측정할 수 있어 액체의 결빙을 방지하면서 액체의 수위를 동시에 측정할 수 있다.
도 1은 종래 기술에서 저장탱크 히팅 장치와 레벨 측정시스템이 저장탱크에 별도로 마련된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치가 저장탱크에 마련된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 부유 히팅체가 가이드부에 결합 된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 실시 예에서 해상 부유체는 LNG 운반선, LPG 운반선, 컨테이너선, 화물선, 탱커선 등의 선박은 물론 LNG FPSO, LNG FSRU 등의 해상 구조물도 포함될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치가 저장탱크에 마련된 상태를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 부유 히팅체가 가이드부에 결합 된 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지는, 액체가 저장되는 저장탱크(T)의 내부에 마련되는 가이드부(10)와, 가이드부(10)에 이동되도록 마련되어 저장탱크(T)에 저장된 액체를 가열하되 액체의 수표면상에 부유되는 부유 히팅체(20)와, 저장탱크(T)의 내부에 마련되어 액체의 수위를 측정하는 수위 측정부(30)를 구비한다.
가이드부(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(T)의 내부에 마련되어 후술하는 부유 히팅체(20)의 상승 또는 하강(승강)을 가이드 한다. 또한, 부유 히팅체(20)가 저장탱크(T)의 높이 방향의 가로 방향인 폭 방향으로 자유롭게 이동될 수 있도록 가이드하는 역할도 한다.
본 실시 예에서 가이드부(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(T)의 측벽에 측벽의 높이 방향으로 길게 마련되어 부유 히팅체(20)의 승강을 가이드 할 수 있다.
또한, 가이드부(10)는 저장탱크(T)의 측벽뿐만 아니라 저장탱크(T)의 바닥부와 천장부에도 마련될 수 있고, 저장탱크(T)의 내부에 경사지게 또는 복수로 마련될 수도 있다.
본 실시 예에서 가이드부(10)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 가이드 파이프(11)에 걸림돌기(12)를 마련하여 부유 히팅체(20)의 일측부가 걸림 지지되게 할 수도 있다.
또한, 가이드 파이프(11)의 하측부에는, 도 2의 확대도에 도시된 바와 같이, 스토퍼(13)를 마련하여 저장탱크(T)에 저장된 액체의 수위가 낮아져 부유 히팅체(20)가 가이드 파이프(11)로부터 이탈되는 것을 방지할 수도 있다.
한편, 본 실시 예에서 가이드부(10)는, 미 도시되었지만, 바(bar) 형태로 마련하고, 바에 홀 또는 홈을 마련하여 부유 히팅체(20)가 걸림 지지되어 승강되게 할 수도 있다.
또한, 부유 히팅체(20)가 저장탱크(T)의 내부에서 자유스럽게 이동될 수 있도록 가이드부(10)와 부유 히팅체(20)를 선으로 연결하고, 가이드부(10)와 선의 연결부위에 선이 바의 홈에 걸림 지지되어 승강 될 수 있도록 선의 단부에 돌기를 마련할 수도 있다.
부유 히팅체(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(T)의 내부에 저장된 액체의 수표면상에 부유되고 수위의 높이 변화에 따라 변동되어 액체의 수표면을 가열함으로써 벤트 홀(vent hole)을 생성시킨다.
일반적으로 밸러스트 탱크나 청수 탱크와 같은 저장탱크(T)의 히팅 목적이 저장 탱크 전체의 히팅이 아닌 얼음 표면 위의 벤트 홀의 생성이 목적이므로 본 실시예와 같이 부유 히팅체(20)를 구성하면 비교적 간단한 설비로 히팅의 목적을 달성할 수 있는 이점이 있다.
즉, 밸러스트 탱크 내의 유체가 얼어버린 상태에서 밸러스트 펌프가 작동되면 밸러스트 탱크에 과압(또는 부압)이 걸리게 되어 밸러스트 탱크가 구조적으로 파손될 수 있는 큰 위험이 있다. 전술한 벤트 홀은 밸러스트 탱크 내의 압력을 대기 상태와 같도록 유지시켜주는 일종의 숨 구멍 역할을 한다.
본 실시 예에서 부유 히팅체(20)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 가이드부(10)에 이동 가능하게 마련되는 부유 바디(21)와, 부유 바디(21)의 내부에 마련되어 저장탱크(T)에 저장된 액체를 가열시키는 히팅부재(22)를 포함한다.
부유 히팅체(20)의 부유 바디(21)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 일측부가 가이드 파이프(11)의 걸림돌기(12)에 걸림 지지되며, 타측부는 액체의 수표면에 부유 될 수 있다.
또한, 부유 히팅체(20)는 가이드부(10)에 선으로 연결되어 저장탱크(T)의 내부에서 자유스럽게 이동될 수도 있다.
본 실시 예에서 부유 바디(21)는 내부에 채워지는 공기에 의해 부유 될 수도 있고, 부유 바디(21)의 형상을 부력에 의해 액체에 부유 될 수 있는 형상 즉, 내부가 비어 있는 원형이나 타원 형상으로 제작할 수 있다.
또한, 부유 바디(21)의 내부에 후술하는 히팅부재(22)의 일 예인 전기 히팅 코일이 마련되는 경우 전기 히팅 코일과 전원공급라인의 접점 부분에 누전이 발생되는 것을 방지하기 위해 부유 바디의 하부는 밀도를 높게 하고, 상부는 하부에 비해 밀도를 낮게 할 수 있다.
이렇게 하고 전기 히팅 코일과 전원공급라인의 접점 부분을 부유 바디(21)의 상부에 설치하면 선체의 유동에도 그 접접 부위에 누전이 발생되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
한편, 가이드부(10)를 바 형상으로 제작하고 바에 홈을 마련하는 경우, 부유 바디(21)의 일측부를 바의 홈에 삽입되는 돌기 형상으로 제작할 수 있다. 이 경우 부유 바디(21)는 돌기 형상이 바의 홈에 지지 되면서 승강 될 수 있다.
부유 히팅체(20)의 히팅부재(22)는, 부유 바디(21)의 내부에 마련되며 외부의 전원공급부(미도시)와 전원공급라인(미도시)으로 연결되어 부유 바디(21)를 1차적으로 가열시키고 부유 바디(21)와 접한 수표면을 가열시키는 전기 히팅 코일이나 히터일 수 있다.
이때, 전기 히팅 코일에 의해 부유 바디(21)가 손상될 수 있으므로 부유 바디(21)의 재질을 내열성 재질이나 난연 재질로 제작할 수 있고, 부유 바디(21)가 얼음이나 저장탱크(T)에 부딪혀 파손되는 것을 방지하기 위해 탄성재질을 부가하거나 탄성재질로 제작될 수도 있다.
또한, 본 실시 예에서 히팅부재(22)는, 부유 바디(21)의 내부에 마련되며 저장탱크(T)의 외부에서 공급되는 고온의 스팀이나 열매체유(Thermal oil)가 흐르는 히팅 코일일 수도 있다.
수위 측정부(30)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(T)의 내부에 마련되어 저장탱크(T)에 저장된 액체의 수위 변화를 측정하는 역할을 한다. 본 실시 예는 부유 히팅체(20)가 액체의 수표면에 부유되므로 부유 히팅체(20)를 이용하여 수위를 측정할 수 있어 종래와 같이 별도의 수위 측정시스템을 마련할 필요가 없다.
본 실시 예에서 수위 측정부(30)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(T)의 높이 방향으로 이동되는 부유 바디(21)에 마련되어 액체의 수위를 측정하는 레벨 스위치(31)와, 가이드부(10)에 마련되어 레벨 스위치(31)의 신호를 받아 센싱하는 레벨 센서(32)를 포함한다.
수위 측정부(30)의 레벨 스위치(31)는, 저장탱크(T) 내에 저장되는 액체의 레벨을 검출하는 것으로서, 본 실시 예에서 레벨 스위치(31)는, 부유 바디(21)에 마련되어 수위에 따라 상하 이동하며 수위를 측정하는 마그네틱 타입의 레벨 스위치일 수 있다. 즉, 액체의 변화에 따라 플로트(float, 미도시)가 가이드 로드(미도시)에 지지되면서 상하로 이동되면 가이드 로드의 내부에 있는 리드 스위치(reed switch, 미도시)가 플로트의 내부에 고정되어 있는 자석에 의해 동작하고, 이때 동작 된 리드 스위치에 해당하는 저항값이 내장 앰프에 입력되어 전류 신호로 변환되어 출력된다.
수위 측정부(30)의 레벨 센서(32)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(T)의 측벽에 측벽의 길이 방향으로 길게 마련될 수 있고, 레벨 스위치(31)에서 측정되는 수위의 신호를 감지하여 저장탱크(T)의 외부에 마련된 제어부(미도시)로 보내고, 제어부는 이를 기초로 저장탱크(T)의 적정 수위를 알 수 있다.
본 실시 예에 적용되는 저장탱크(T)는 밸러스트수가 저장되는 밸러스트 탱크 또는 청수(fresh water)가 저장되는 청수 탱크일 수 있다. 또한, 중유(Heavy Fuel Oil)을 포함하는 연료가 저장되는 연료탱크일 수도 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 해상 부유체의 저장탱크에 저장된 액체를 액체의 수면에 부유되어 액체의 수면과 같이 이동되는 부유 히팅체에 의해 가열하여 액체의 결빙을 방지할 수 있고, 부유 히팅체가 액체의 수면과 같이 상승 또는 하강되므로 부유 히팅체를 매개로 액체의 수위를 측정할 수 있어 액체의 결빙을 방지하면서 액체의 수위를 동시에 측정할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
10 : 가이드부 11 : 가이드 파이프
12 : 걸림돌기 13 : 스토퍼
20 : 부유 히팅체 21 : 부유 바디
22 : 히팅부재 30 : 수위 측정부
31 : 레벨 스위치 32 : 레벨 센서
T : 저장탱크

Claims (10)

  1. 액체가 저장되는 저장탱크의 내부에 마련되는 가이드부; 및
    상기 가이드부에 이동되도록 마련되어 상기 액체를 가열하되 상기 액체의 수표면상에 부유되는 부유 히팅체; 및
    상기 저장탱크의 내부에 마련되어 상기 액체의 수위를 측정하는 수위 측정부를 포함하는 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가이드부는 상기 저장탱크의 내벽에 상기 저장탱크의 높이 방향으로 마련되는 가이드 파이프를 포함하는 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 가이드 파이프에는 걸림 돌기가 마련되며,
    상기 부유 히팅체는 상기 걸림 돌기에 걸림 지지되어 상기 저장탱크의 높이 방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가이드 파이프의 하측부에는 스토퍼가 마련되는 것을 특징으로 하는 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 부유 히팅체는,
    상기 가이드부에 이동 가능하게 마련되며 상기 액체의 수표면에 부유 되는 부유 바디; 및
    상기 부유 바디의 내부에 마련되어 상기 액체를 가열시키는 히팅부재를 포함하는 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 히팅부재는 전기 히팅 코일 또는 내부에 스팀 또는 열매체유(Thermal oil)가 흐르는 히팅 코일 중 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 수위 측정부는,
    상기 저장탱크의 높이 방향으로 이동되는 부유 바디에 마련되어 상기 액체의 수위를 측정하는 레벨 스위치; 및
    상기 가이드부에 마련되어 상기 레벨 스위치의 신호를 받아 센싱하는 레벨 센서를 포함하는 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 부유 히팅체는 상기 저장탱크의 높이 방향의 가로 방향으로 자유 이동되는 것을 특징으로 하는 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 저장탱크는 밸러스트수가 저장되는 밸러스트 탱크 또는 청수(fresh water)가 저장되는 청수 탱크를 포함하는 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치.
  10. 액체가 저장되는 저장탱크의 수표면상에 부유되는 부유 히팅체에 의해 상기 액체의 동결을 방지하되 상기 액체의 수위는 상기 저장탱크의 내부에 마련되는 수위 측정부에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 해상 부유체의 저장탱크 결빙방지 및 수위측정장치.
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