KR20150012082A - 부력 제어 장치 및 이를 구비한 잠수함 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 부력제어장치는 유체 저장실; 상기 유체 저장실을 제1공간 및 제2공간으로 분할하고 상기 제1공간 및 제2공간을 연결하는 통로가 형성되는 칸막이; 상기 제1공간의 압력을 증가 또는 감소시키는 제1펌프; 상기 제2공간의 압력을 증가 또는 감소시키는 제2펌프; 및 상기 유체 저장실에 저장되는 유체;를 포함할 수 있다.

Description

부력 제어 장치 및 이를 구비한 잠수함{Buoyancy control device and submarine including the same}
본 발명은 부력 제어 장치 및 잠수함에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부력 방향의 제어가 용이한 부력 제어 장치 및 이를 구비한 잠수함에 관한 것이다.
잠수함은 물속을 운행하기 위해 부력제어장치를 사용한다. 아울러, 필요에 따라 상기 중성부력의 방향을 잠수함의 함수 또는 함미로 이동시켜, 잠수함의 잠항 또는 부상을 용이하게 할 수 있다.
일반적으로 잠수함의 부력제어장치는 잠수함의 내부로 바닷물을 유입 및 배출시키는 구조이다. 그러나 이러한 구조의 부력제어장치는 잠수함의 운항 신뢰성 및 안정성을 저하시킬 수 있다. 아울러, 이러한 구조의 부력제어장치는 바닷물을 순환시키는 과정에서 이물질이 함께 유입될 수 있으므로, 이물질로 인한 잠수함 함정의 고장 등이 발생할 수 있다.
또한, 이러한 구조의 부력제어장치는 바닷물을 순환시키는데 상당한 전력을 소모하므로, 잠수함의 운항성능을 크게 떨어뜨리는 문제점이 있다.
한편, 본 발명과 관련된 선행기술로는 특허문헌 1이 있다. 특허문헌 1은 밸러스트 탱크로 물을 순환시키는 수 처리장치를 소개하고 있다. 그러나 이러한 수 처리장치는 외부의 물을 유입 및 배출시키는 구조이므로, 전술한 바와 마찬가지로 선박의 유체 저항을 증가시켜 선박의 운항속도 및 운항방향을 방해하는 문제점이 있다.
KR 2012-0051286 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 잠수함 또는 잠수체의 운항 안정성을 떨어뜨리지 않으면서 중성부력의 방향을 임의대로 조정할 수 있는 부력제어장치 및 이를 구비한 잠수함을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 부력제어장치는 유체 저장실; 상기 유체 저장실을 제1공간 및 제2공간으로 분할하고 상기 제1공간 및 제2공간을 연결하는 통로가 형성되는 칸막이; 상기 제1공간의 압력을 증가 또는 감소시키는 제1펌프; 상기 제2공간의 압력을 증가 또는 감소시키는 제2펌프; 및 상기 유체 저장실에 저장되는 유체;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 부력제어장치는 상기 유체 저장실의 기울어짐 상태를 판단하는 수평감지센서를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 부력제어장치에서 상기 유체는 물과 동일한 크기의 비중을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 부력제어장치에서 상기 유체는 물과 다른 크기의 비중을 가질 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부력제어장치는 유체 저장실; 상기 유체 저장실을 제1공간 및 제2공간으로 분할하고 상기 제1공간 및 제2공간을 연결하는 통로가 형성되는 칸막이; 상기 제1공간의 공기를 상기 제2공간으로 압송하거나 또는 상기 제2공간의 공기를 상기 제1공간으로 압송하는 공압 펌프; 및 상기 유체 저장실에 저장되는 유체;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 잠수함은 전술된 부력제어장치 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
본 발명은 부력의 방향을 용이하게 조정할 수 있는 장점이 있다.
아울러, 본 발명은 잠수함 또는 기타 잠수장치의 내부에 저장된 유체를 이용하여 부력방향을 조정하므로, 잠수함 또는 기타 잠수장치의 운항 안정성에 영향을 주지 않는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 부력제어장치의 구성도이고,
도 2 및 도 3은 함수 하향 상태를 위한 부력제어장치의 작동 상태 및 이에 따른 잠수함의 수중 자세를 나타낸 도면이고,
도 4 및 도 5는 함수 상향 상태를 위한 부력제어장치의 작동 상태 및 이에 따른 잠수함의 수중 자세를 나타낸 도면이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부력제어장치의 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 부력제어장치의 구성도이고, 도 2 및 도 3은 함수 하향 상태를 위한 부력제어장치의 작동 상태 및 이에 따른 잠수함의 수중 자세를 나타낸 도면이고, 도 4 및 도 5는 함수 상향 상태를 위한 부력제어장치의 작동 상태 및 이에 따른 잠수함의 수중 자세를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 부력제어장치의 구성도이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 부력제어장치(100)를 설명한다.
본 실시 예에 따른 부력제어장치(100)는 유체 저장실(110), 칸막이(120), 제1펌프(130), 제2펌프(140), 유체(150)를 포함할 수 있다. 아울러, 부력제어장치(100)는 복수의 펌프(130, 140)에 전류를 공급하는 전류공급수단을 더 포함할 수 있다. 여기서, 전류공급수단은 부력제어장치(100)가 장착되는 잠수함 또는 기타 잠수장치(예를 들어, 인공 물고기, 소형 잠수정 등)에 탑재된 동력장치일 수 있다. 또한, 부력제어장치(100)는 부력제어장치(100)의 기울어짐 상태를 감지할 수 있는 수평감지센서(170)를 더 포함할 수 있다. 아울러, 부력제어장치(100)는 펌프(130, 140)의 동작을 제어하는 제어부(160)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 제어부(160)는 수평감지센서(170)와 연결될 수 있으며, 수평감지센서(170)로부터 수신된 측정값을 기반으로 전술된 펌프(130, 140)의 작동을 제어할 수 있다.
유체 저장실(110)은 내부에 상당한 크기의 공간을 가질 수 있다. 아울러, 유체 저장실(110)은 상당한 중량을 갖는 유체를 저장할 수 있다. 또한, 유체 저장실(110)은 내부에 저장된 유체(150)가 외부로 유출되지 않도록 부분적으로 또는 완전히 밀폐될 수 있다. 유체 저장실(110)은 대체로 일 방향으로 길게 연장되는 원통 형상일 수 있다. 부연 설명하면, 유체 저장실(110)은 탑재될 잠수함의 길이방향으로 길게 연장되는 원통 형상일 수 있다. 그러나 유체 저장실(110)의 형상이 원통으로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 유체 저장실(110)은 다각 기둥 또는 기타 다른 형상으로 변경될 수 있다. 유체 저장실(110)은 금속재질로 제작될 수 있다. 그러나 유체 저장실(110)의 재질이 금속으로 한정되는 것은 아니며 필요에 따라 다른 재질로 변경될 수 있다.
유체 저장실(110)은 칸막이(120)에 의해 복수의 공간으로 분할될 수 있다. 부연 설명하면, 유체 저장실(110)은 칸막이(120)에 의해 제1공간(112)과 제2공간(114)으로 분할될 수 있다. 여기서, 제1공간(112)은 잠수함(200) 또는 기타 잠수정의 함수(210)와 가깝게 위치되는 부분이고, 제2공간(114)은 잠수함(200) 또는 기타 잠수정의 함미(220)와 가깝게 위치되는 부분일 수 있다.
칸막이(120)는 유체 저장실(110)에 일체로 형성될 수 있으며, 유체 저장실(110)을 수평 이등분할 수 있다. 즉, 칸막이(120)에 의해 분할되는 제1공간(112)과 제2공간(114)의 체적은 동일할 수 있다. 칸막이(120)에는 통로(122)가 형성될 수 있다. 부연 설명하면, 칸막이(120)에는 칸막이(120)에 의해 분할된 제1공간(112)의 유체와 제2공간(114)의 유체가 제한적으로 이동할 수 있도록 하나 이상의 통로(122)가 형성될 수 있다. 참고로, 상기 통로(122)는 유체(150)의 이동통로로 이용될 수 있도록 칸막이(120)의 하부에 형성되는 것이 바람직할 수 있다.
제1펌프(130)는 제1공간(112)의 내부 압력을 조정할 수 있다. 부연 설명하면, 제1펌프(130)는 제1공간(112)의 내부 압력을 상승시키거나 또는 하강시킬 수 있다. 이를 위해 제1펌프(130)는 제1공간(112)에 배치될 수 있으며, 제1공간(112)의 공기를 외부로 배출시키거나 또는 외부의 공기를 제1공간(112)으로 유입시킬 수 있다. 그러나 제1펌프(130)가 반드시 제1공간(112)에 배치되어야 하는 것은 아니며, 필요에 따라 유체 저장실(110)의 외측에 배치될 수도 있다.
제2펌프(140)는 제2공간(114)의 내부 압력을 조정할 수 있다. 부연 설명하면, 제2펌프(140)는 제2공간(114)의 내부 압력을 상승시키거나 또는 하강시킬 수 있다. 이를 위해 제2펌프(140)는 제2공간(114)에 배치될 수 있으며, 제2공간(114)의 공기를 외부로 배출시키거나 또는 외부의 공기를 제2공간(114)으로 유입시킬 수 있다. 그러나 제2펌프(140)가 반드시 제2공간(114)에 배치되어야 하는 것은 아니며, 필요에 따라 유체 저장실(110)의 외측에 배치될 수도 있다.
유체(150)는 물을 포함하는 액체일 수 있다. 부연 설명하면, 유체(150)는 물과 동일한 비중을 갖는 액체일 수 있다. 또는, 유체(150)는 물과 다른 비중을 갖는 액체일 수 있다. 예를 들어, 유체(150)는 바닷물, 기름 등일 수 있다. 이와 같이 구성된 유체(150)는 유체 저장실(110)의 내부를 이동하며, 유체 저장실(110)의 앞뒤(도 1 기준으로 좌우) 중량을 균등하게 유지하거나 또는 유체 저장실(110)의 앞쪽 또는 뒤쪽에 치우치게 할 수 있다.
제어부(160)는 제1펌프(130) 및 제2펌프(140)와 연결될 수 있다. 아울러, 제어부(160)는 잠수함(200) 또는 기타 잠수정의 운항장치와 연결될 수 있다. 또한, 제어부(160)는 수평감지센서(170)와 연결될 수 있다. 이와 같이 구성된 제어부(160)는 운항장치의 명령신호 또는 수평감지센서(170)의 측정값을 수신받아 펌프(130, 140)의 작동을 제어할 수 있다. 부연 설명하면, 제어부(160)는 잠수함(200)의 잠수가 필요한 상황이라고 판단하거나 또는 잠수함(200)의 운항장치로부터 이에 준하는 명령신호를 받으면, 제1공간(112)에 유체(150)가 가득 채워지도록 펌프(130, 140)의 작동을 제어할 수 있다. 이와 반대로, 제어부(160)는 잠수함(200)의 부상이 필요한 상황이라고 판단하거나 또는 잠수함(200)의 운항장치로부터 이에 준하는 명령신호를 받으면, 제2공간(114)에 유체(150)가 가득 채워지도록 펌프(130, 140)의 작동을 제어할 수 있다.
위와 같이 구성된 부력제어장치(100)는 유체 저장실(110) 내부의 압력 편차를 이용하여 부력방향을 조정할 수 있으므로, 부력을 신속하고 용이하게 조정할 수 있는 장점이 있다. 참고로, 본 실시 예에 따른 부력제어장치(100)는 잠수함 또는 기타 잠수장치에 탑재될 수 있으며, 이를 통해 잠수함 또는 기타 잠수장치의 잠수 또는 부상속도를 향상시킬 수 있다.
다음에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 부력제어장치(100)를 이용한 잠수함의 잠수 자세를 설명하고, 도 4 및 도 5를 참조하여 부력제어장치(100)를 이용한 잠수함의 부상 자세를 설명한다.
부력제어장치(100)는 유체의 중량 분포를 조정하여 부력제어장치(100)가 탑재된 잠수함(200)의 잠수를 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 부력제어장치(100)는 유체 저장실(110)의 유체(150)를 부력제어장치(100)의 전방(즉, 제1공간(112))으로 집중시킬 수 있다. 부연 설명하면, 제1펌프(130)는 제1공간(112)의 공기를 흡입하고 제2펌프(140)는 제2공간(114)으로 공기를 배출시켜, 제1공간(112)에 유체(150)를 집중시킬 수 있다(도 2 참조).
이 경우 부력제어장치(100)가 탑재된 잠수함(200)은 함수(210)가 함미(220)보다 무거워지므로(도 3 참조), 잠수함(200)이 심해를 향하는 자세로 변경될 수 있다. 아울러, 이러한 자세는 프로펠러(230)에 의한 추진력이 대체로 아래쪽을 향하므로, 잠수함(200)의 잠수가 용이하게 이루어질 수 있다.
이와 반대로, 부력제어장치(100)는 유체의 중량 분포를 조정하여 부력제어장치(100)가 탑재된 잠수함(200)의 부상을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 부력제어장치(100)는 유체 저장실(110)의 유체(150)를 부력제어장치(100)의 전방(즉, 제1공간(112))으로 집중시킬 수 있다. 부연 설명하면, 제1펌프(130)는 제1공간(112)으로 공기를 배출시키고 제2펌프(140)는 제2공간(114)의 공기를 흡입하여, 제2공간(114)에 유체(150)를 집중시킬 수 있다(도 4 참조).
이 경우 부력제어장치(100)가 탑재된 잠수함(200)은 함미(220)가 함수(210)보다 무거워지므로(도 5 참조), 잠수함(200)이 해상을 향하는 자세로 변경될 수 있다. 이러한 자세는 프로펠러(230)에 의한 추진력이 대체로 위쪽을 향하므로, 잠수함(200)의 부상이 용이하게 이루어질 수 있다.
다음에서는 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 자기력을 이용한 부력제어장치(100)를 설명한다. 참고로, 본 실시 예에 대한 설명에서 전술된 실시 예와 동일한 구성요소는 전술된 실시 예와 동일한 도면부호를 사용하고, 이들 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 실시 예에 따른 부력제어장치(100)는 하나의 펌프(130)를 구비한다는 점에서 전술된 실시 예와 구별될 수 있다.
여기서, 펌프(130)는 제1공간(112)의 공기를 제2공간(114)으로 압송하거나 또는 제2공간(114)이 공기를 제1공간(112)으로 압송하도록 작동할 수 있다. 전자의 경우, 제1공간(112)은 저압상태가 되고 제2공간(114)은 고압상태가 되므로, 유체(150)가 제1공간(112)으로 자연스럽게 이동될 수 있다. 반대로 후자의 경우, 제1공간(112)은 고압상태가 되고 제2공간(114)은 저압상태가 되므로, 유체(150)가 제2공간(114)으로 자연스럽게 이동될 수 있다.
이와 같이 구성된 부력제어장치(100)는 하나의 펌프(130)만을 사용하므로, 부력제어장치(100)의 제작단가를 낮출 수 있고 부력제어장치(100)의 제어가 용이하다는 장점이 있다.
본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.
100 부력제어장치
110 유체 저장실
120 칸막이 122 통로
130 제1펌프 140 제2펌프
150 유체
160 제어부 170 수평감지센서
200 잠수함
210 함수 220 함미

Claims (6)

  1. 유체 저장실;
    상기 유체 저장실을 제1공간 및 제2공간으로 분할하고 상기 제1공간 및 제2공간을 연결하는 통로가 형성되는 칸막이;
    상기 제1공간의 압력을 증가 또는 감소시키는 제1펌프;
    상기 제2공간의 압력을 증가 또는 감소시키는 제2펌프; 및
    상기 유체 저장실에 저장되는 유체;
    를 포함하는 부력제어장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체 저장실의 기울어짐 상태를 판단하는 수평감지센서를 더 포함하는 부력제어장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유체는 물과 동일한 크기의 비중을 갖는 부력제어장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유체는 물과 다른 크기의 비중을 갖는 부력제어장치.
  5. 유체 저장실;
    상기 유체 저장실을 제1공간 및 제2공간으로 분할하고 상기 제1공간 및 제2공간을 연결하는 통로가 형성되는 칸막이;
    상기 제1공간의 공기를 상기 제2공간으로 압송하거나 또는 상기 제2공간의 공기를 상기 제1공간으로 압송하는 공압 펌프; 및
    상기 유체 저장실에 저장되는 유체;
    를 포함하는 부력제어장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 부력제어장치를 포함하는 잠수함.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020107273A1 (zh) * 2018-11-28 2020-06-04 唐山哈船科技有限公司 一种具有声呐探测装置的涉水机器人
KR20230096366A (ko) * 2021-12-23 2023-06-30 임진택 수중 이동기기용 밸런스 장치
KR102601568B1 (ko) 2023-06-09 2023-11-13 (주)사람들커뮤니케이션 아쿠아리움 메인 수조 관람용 보트

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