KR20160001183A - 부유식 쇄빙장치 - Google Patents

Abstract

수중에서 독립적으로 진동하여 부빙을 깨는 부유식 쇄빙장치가 제공된다. 부유식 쇄빙장치는, 적어도 일부가 수중에 잠겨 부유하는 부유탱크, 부유탱크 내부에 고정된 회전축, 및 회전축에 결합되어 회전하고 질량중심이 회전축과 이격된 편심회전체를 포함한다.

Description

부유식 쇄빙장치 {Floating type ice-breaking apparatus}

본 발명은 수면 위 부빙을 깨는 쇄빙장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 선체로부터 이탈된 채 수중에서 독립적으로 진동하여 부빙을 깨는 부유식 쇄빙장치에 관한 것이다.

겨울철 해상이나 극지방에서는 온도 강하로 인한 해수의 결빙 현상이 진행된다. 이로 인해 형성된 부빙(Floating ice)은 항로를 차단하여 선박의 원활한 운항을 방해하고, 수면에서 선체와 접촉하여 선박에 치명적인 피해를 줄 수 있다. 특히, 극지 연구를 위한 해양탐사선이나 극지 해양을 빈번히 운항하는 자원운반선 등의 경우 해수면 위의 부빙은 운항 시에 그 해소방안이 반드시 고려되어야 한다.

종래 해수면 위의 부빙은 쇄빙선을 이용하여 파쇄하였으며, 극지 운항시 대상선박 주위에 하나 또는 하나 이상의 쇄빙선을 배치하여 부빙을 깨고 항로를 개척하는 운행방안이 활용되었다. 그러나 이러한 방안은 하나 이상의 선박을 포함하는 선단을 구성하여야 하므로 효율성 면에서도 만족스럽지 못하고, 선박을 이중으로 운행하여야 하므로 경제적인 부담도 가중되는 문제가 있다.

또한, 쇄빙선을 이용하는 대신에 선박 자체에 각종 장치나 기구를 부가하여 쇄빙능력을 보유하게 하려는 시도도 있었다. 일 예로, 대한민국 공개특허 제10-2010-0110533호에는 쇄빙기능을 갖는 선박구조가 개시되어 있다. 그러나, 이러한 시도들은 선체에 쇄빙선의 기능을 단순 부가한 것이거나 선체로부터 수면위의 부빙을 타격하도록 된 것이 대부분이어서, 대상 선박의 선체가 직접 부빙과 접촉해야만 하고 쇄빙시 그 충격이 선체에 고스란히 전파되는 등 선체가 근본적으로 보호되지 못하는 문제가 있다. 따라서, 이러한 문제들을 해결하기 위한 보다 효과적인 대응책이 필요한 실정이다.

대한민국 공개특허 제10-2010-0110533호, (2010.10.13)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 선체로부터 이탈된 채 수중에서 독립적으로 진동하여 부빙을 깨는 부유식 쇄빙장치를 제공하려는 것이다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급된 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 의한 부유식 쇄빙장치는, 적어도 일부가 수중에 잠겨 부유하는 부유탱크; 상기 부유탱크 내부에 고정된 회전축; 및 상기 회전축에 결합되어 회전하고 질량중심이 상기 회전축과 이격된 편심회전체(偏心回轉體)를 포함한다.

상기 편심회전체는 한 쌍이 상기 부유탱크를 종단하는 대칭면을 사이에 두고 서로 반대방향으로 회전하며, 한 쌍의 상기 편심회전체의 상기 질량중심은 상기 대칭면을 기준으로 서로 면대칭 될 수 있다.

한 쌍의 상기 편심회전체는 각각 회전 대칭형상의 몸체 및 상기 몸체 일 측에 상기 몸체의 중심으로부터 이격되어 형성되는 편심질량체를 포함하고, 상기 편심질량체의 위치가 상기 대칭면을 기준으로 서로 면대칭 될 수 있다.

상기 쇄빙장치는, 한 쌍의 상기 편심회전체 중 어느 하나인 제1회전체에 형성된 제1기어, 한 쌍의 상기 편심회전체 중 다른 하나인 제2회전체에 형성된 제2기어, 상기 제2기어에 치합되어 상기 제2기어와 반대방향으로 회전하는 반전기어, 및 상기 제1기어와 상기 반전기어 사이에 연결되어 상기 제1기어와 상기 반전기어를 동일한 방향으로 회전시키는 동력전달수단을 더 포함할 수 있다.

상기 쇄빙장치는 상기 부유탱크의 부력을 조절하는 밸러스트 탱크를 더 포함할 수 있다.

상기 쇄빙장치는 상기 부유탱크에 추진력을 제공하는 적어도 하나의 스러스터를 더 포함할 수 있다.

본 발명에 의한 부유식 쇄빙장치는 선체로부터 이탈되어 수중에서 독자적으로 진동함으로써, 대상선박의 선체를 보호하면서도 항로에 위치한 부빙들을 다양한 위치에서 매우 용이하게 파쇄할 수 있다. 또한, 상기 쇄빙장치는 간결하면서도 효율적인 구조로 진동을 효과적으로, 매우 편리하게 생성할 수 있는 특징을 갖는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 부유식 쇄빙장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 쇄빙장치의 내부구조를 도시한 단면도이다.
도 3은 도 1의 쇄빙장치의 내부구조를 다른 각도로 도시한 단면도이다.
도 4 및 도 5는 도 1의 쇄빙장치의 진동과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 도 1의 쇄빙장치의 작동도이다.

본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 의한 부유식 쇄빙장치에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 부유식 쇄빙장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 쇄빙장치의 내부구조를 도시한 단면도이며, 도 3은 도 1의 쇄빙장치 내부구조를 다른 각도로 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 부유식 쇄빙장치(1)는 적어도 일부가 수중에 잠겨 부유하는 부유탱크(100), 부유탱크(100) 내부에 고정되는 회전축, 이러한 회전축에 회전 가능하게 결합되는 편심회전체(偏心回轉體)를 포함한다. 부유탱크(100) 내부의 편심회전체는 질량중심이 상기 회전축과 이격되어 회전을 통해 부유탱크(100) 전체에 진동을 유발하고, 이로써 부유탱크(100)는 수면을 기준으로 상승 또는 하강하여 수면 위 부빙들을 용이하게 파쇄하게 된다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 부유식 쇄빙장치(1)는 그 전체가 수중 또는 수면에서 주기적으로 진동하도록 형성된 것으로서, 선박과 분리되어 독자적으로 작동할 수 있으며 자세 및 위치제어 장비 등을 이용하여 선박 주변의 다양한 지점으로 이동할 수도 있다. 따라서, 부유식 쇄빙장치(1)를 이용하여 선체를 완벽히 보호하면서도 주변 해역에 형성된 유빙이나 부빙들을 매우 효과적으로 파쇄하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 부유식 쇄빙장치(1)는 수면을 기준으로 반복적으로 상승 또는 하강하는 수직방향의 주기적 진동을 생성하되, 특히, 하나 이상의 편심회전체를 서로 유기적으로 연관시킴으로써 매우 간결한 구조로 효과적인 진동을 생성할 수 있도록 구성된다. 이하, 이러한 특징을 갖는 부유식 쇄빙장치(1)에 대해 각 도면을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.

부유탱크(100)는 내부에 공간이 형성된 것으로서 적어도 일부가 수중에 잠겨 부유한다. 부유탱크(100)는 각 도에 도시된 바와 같이 수직방향으로 연장된 일종의 캡슐과 같은 형상으로 형성될 수 있으며, 이러한 경우 부유탱크(100) 상부의 둥근 면은 진동시 수면 위 얼음을 타격하여 충격을 가하는 접촉면으로 작용할 수 있다.

그러나 부유탱크(100)는 내부에 공간이 형성되어 수중 또는 수면에서 용이하게 부유할 수 있는 것인 한 그 형상이 필요에 따라 다양하게 변형 가능하다. 예를 들어, 부유탱크(100)의 상부 또는 그 밖의 적어도 일부가 뾰족한 돌기형상으로 형성(미도시)됨으로써 부빙의 특정 부위에 집중적으로 충격을 가하고 좀 더 용이하게 쇄빙작업이 이루어지도록 할 수 있다.

부유탱크(100) 내부 공간에는 제1회전축(110)과 제2회전축(120)을 포함하는 한 쌍의 회전축, 제1회전체(201)와 제2회전체(202)를 포함하는 한 쌍의 편심회전체, 및 제1회전체(201)와 제2회전체(202)에 연결되어 구동력을 제공하는 구동장치들이 설치된다. 제1회전체(201) 및 제2회전체(202)는 그 형상이나 질량의 분포상태 등이 균일하지 못하여 질량중심이 회전축과 일치하지 않는 것으로서, 회전시 안정되지 못하고 진동을 유발하는 편심회전체이다. 본 실시예에서, 제1회전체(201) 및 제2회전체(202)는 각각 그 중심부에 회전축(제1회전축과 제2회전축을 말한다)이 결합되는 회전 대칭형상의 몸체(201a, 202a)와, 몸체(201a, 202a) 일 측에 몸체(201a, 202a)의 중심으로부터 이격되어 형성되는 편심질량체(201b, 202b)를 포함할 수 있다. 몸체(201a, 202a)는 회전축을 중심으로 회전하는 원형의 휠 형상일 수 있다.

이와 같이 구성되는 경우, 제1회전체(110) 및 제2회전체(120) 각각의 질량중심은 회전대칭형인 몸체(201a, 202a)의 중심부로부터 편심질량체(201b, 202b)가 위치한 방향으로 치우쳐 형성된다. 즉, 편심질량체(201b, 202b)의 위치는 제1회전체(201) 및 제2회전체(202)의 질량중심 위치에 대한 지표가 되며, 편심질량체(201b, 202b)의 위치를 적절히 변경함으로써 편심회전체 내부의 특정 위치에 질량중심점이 형성되도록 의도적으로 조정하는 것도 가능하다.

그러나, 편심회전체의 형상이나 구성방식이 이와 같이 한정될 필요는 없다. 다른 실시예에서, 편심회전체는 그 전체가 회전에 대해 완전히 비대칭인 형상으로 형성될 수도 있으며, 몸체나 질량체의 구분없이 전체가 일체로 형성될 수도 있다. 또한, 편심회전체는 부유탱크(100) 내부에 유기적으로 배치될 수 있도록 부유탱크(100)의 형상이나 크기, 여타 구성부의 배치상태 등에 따라 그 형상이나 구성방식이 적절히 변경될 수 있다.

제1회전축(110)과 제2회전축(120)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 부유탱크(100) 내부에 서로 평행하게 형성된다. 제1회전축(110)과 제2회전축(120)은 도 3에 도시된 바와 같이 부유탱크(100) 내부를 가로질러 개재될 수 있으며, 양단부가 부유탱크(100)의 내벽과 연결되어 고정될 수 있다. 제1회전축(110)과 부유탱크(100)가 연결되는 연결부 및 제2회전축(120)과 부유탱크(100)가 연결되는 연결부에는 부유탱크(100)와의 결합상태를 공고히 하기 위한 보강부재 또는 지지부재(미도시) 등이 설치될 수 있다.

제1회전체(201) 및 제2회전체(202)는 이와 같이 서로 평행하게 형성된 제1회전축(110) 및 제2회전축(120) 각각에 대칭적으로 결합되어, 서로 반대방향으로 회전한다. 구체적으로 설명하면, 부유탱크(100)를 종단하는 가상의 대칭면(도 2상에서 부유탱크가 좌우 대칭되도록 부유탱크의 중앙을 수직방향을 가로지르는 가상의 면일 수 있다)을 생각할 때, 제1회전축(110)과 제2회전축(120)이 대칭면을 사이에 두고 서로 평행하게 형성되며, 제1회전체(201) 및 제2회전체(202)가 각각 제1회전축(110) 및 제2회전축(120)에 결합되어 구동장치들에 의해 서로 반대방향으로 회전할 수 있다. 서로 반대방향으로 회전하는 제1회전체(110)와 제2회전체(120)는 각각의 편심질량체(201b, 202b)의 위치가 도 2에 도시된 바와 같이 가상의 대칭면을 기준으로 서로 면대칭 된다.

이 때 면대칭(또는 거울대칭) 된다는 것은, 거울면을 들여다 보는 것과 같이 형상, 위치, 배치상태뿐만 아니라, 회전방향까지도 대칭면을 기준으로 서로 완전히 반전되는 것을 뜻한다. 따라서, 제1회전체(201)와 제2회전체(202)가 서로 반대방향으로 회전하면, 각 회전체 위의 편심질량체(201b, 202b)가 가까워지거나 멀어지면서 면대칭 상태를 유지하고, 이에 따라 전술한 바와 같이 편심질량체(201b, 202b)의 위치에 대응하여 각 회전체의 질량중심 역시 동일한 방식으로 면대칭 상태를 유지하게 되는 것이다.

제1회전축(110) 및 제2회전축(120) 각각에는 질량중심 또는 편심질량체의 회전에 대응하여 원심력에 기인한 외력이 회전축에 반복적으로 제공된다. 따라서, 이러한 외력의 작용에 의해 회전축과 함께 부유탱크(100) 전체가 진동하는 것이다. 이 때, 각 질량중심 또는 편심질량체의 회전위치가 서로 면대칭 상태를 유지하도록 함으로써, 외력의 방향을 유기적으로 조정하고 제1회전축(110)과 제2회전축(120) 각각에 제공된 외력이 특정방향(수면과 평행한 수평방향)으로는 지속적으로 상쇄되고, 특정방향(수면과 수직한 수직방향)으로는 지속적으로 보강되도록 할 수 있는 것이다. 이를 통해 원하는 방향(수직방향)의 적절한 진동을 간편하고도 효율적으로 생성할 수 있다. 이에 대해서는 후술하여 좀 더 상세히 설명한다.

편심질량체(201b, 202b)는 예를 들어, 도시된 바와 같은 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다. 편심질량체(201b, 202b)는 각각의 몸체(201a, 202a)와 일체로 형성된 것일 수도 있으며, 필요에 따라 교환이 가능하도록 몸체(201a, 202a)에 착탈 가능하게 결합된 것일 수도 있다. 편심질량체(201b, 202b)는 부유식 쇄빙장치(1) 전체에 진동을 줄 수 있을 만큼 충분히 질량이 큰 물질로 형성되는 것이 바람직하며, 제1회전축(110) 및 제2회전축(120)은 제1회전체(201)와 제2회전체(202)의 회전에 따라 변형되지 않도록 충분한 강성을 지닌 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

한편, 부유식 쇄빙장치(1)는 제1회전체(201)와 제2회전체(202)의 회전방향, 회전위치 등을 서로 반전시켜 각각의 질량중심 및 편심질량체(201b, 202b)의 위치가 서로 면대칭 상태를 유지하도록, 후술하는 바와 같은 동력전달구조를 포함하여 구성될 수 있다. 부유식 쇄빙장치(1)는, 구체적으로 제1회전체(201)에 형성된 제1기어(210)와, 제2회전체(202)에 형성된 제2기어(220), 제2기어(220)에 치합되어 상기 제2기어(220)와 반대방향으로 회전하는 반전기어(230), 및 제1기어(210)와 반전기어(230) 사이에 연결되어 제1기어(210)와 반전기어(230)를 동일한 방향으로 회전시키는 동력전달수단을 포함한다. 본 실시예에서, 상기 동력전달수단은 구동체인(250)으로 구성되고, 이러한 체인을 구동하기 위한 하나 이상의 구동부가 제1회전체(201)와 반전기어(230) 및 제2회전체(202)에 형성될 수 있다. 이하, 이에 대해 설명한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 제1회전체(201)에 제1기어(210)가 형성되고, 제2회전체(202)에는 제2기어(220)가 형성된다. 제1기어(210)는 스프로킷과 같은 체인구동부(211, 212)가 이중으로 배열된 것일 수 있으며, 제2기어(220)는 평기어로 형성될 수 있다. 구동체인(250)은 제1기어(210)의 체인구동부(212)에 연결되어 궤도 운동하게 된다.

반전기어(230)는 기어구동축(130)에 결합되며 제2기어(220)와 동일한 평기어로 형성되어 제2기어(220)에 치합된다. 반전기어(230) 역시 동심축상에 스프로킷과 같은 체인구동부(231)를 포함할 수 있다. 따라서, 구동체인(250)은 각각 상기 제1기어(210)의 체인구동부(211)와 상기 반전기어(230)의 체인구동부(231) 사이에 연결되어 궤도운동 할 수 있다. 구동체인(250)의 궤도운동으로 인해 제1기어(210)와 반전기어(230)는 서로 동일한 방향으로 회전한다.

반면, 반전기어(230)에 치합된 제2기어(220)는 제1기어(210) 및 반전기어(230)와는 반대방향으로 회전한다. 따라서, 제1기어(210)에 연결된 제1회전체(201)와 제2기어(220)에 연결된 제2회전체(202)는 전술한 바와 같이 서로 반대방향으로 회전하고, 각각의 질량중심 및 편심질량체(201b, 202b)는 서로 멀어지거나 가까워지면서 서로 면대칭 상태를 유지할 수 있는 것이다. 이 때, 제1기어(210) 및 반전기어(230)와 구동체인(250) 상호간의 연결상태, 반전기어(230)와 제2기어(220) 사이의 기어비 등을 유기적으로 조정하여 제1기어(210)와 제2기어(220)의 회전 각속도가 동일하게 형성할 수 있다.

이와 같이, 제1기어(210)의 구동력을 구동체인(250)과 같은 동력전달수단, 및 반전기어(230)와 같은 반전수단을 이용하여 제2기어(220)로 전달하는 방식으로 제1회전체(201)와 제2회전체(202)의 회전방향 및 회전위치를 매우 간편하고도 용이하게 반전시킬 수 있다. 제1기어(210)는 체인구동부(211)를 통해 시동체인(240)과도 연결되며, 시동체인(240)은 모터(140)에 형성된 체인구동부(141)와 직접 연결된다. 따라서, 제1기어(210)는 모터(140)의 구동력을 직접 전달받아 회전할 수 있다.

본 실시예에서 동력전달수단을 구동체인(250)과 같은 체인구동부로 설정하여 설명하였으나 이로써 한정될 필요는 없다. 다른 실시예에서 동력전달수단은 벨트 구동부로도 구현될 수 있으며, 필요한 경우 링크구조나 복수의 기어를 포함하는 다양한 방식으로 구조 변경될 수 있다. 이하, 나머지 구성부에 대한 설명을 진행한다.

부유탱크(100)의 하부에는 각 도에 도시된 바와 같이 부유탱크(100)의 부력을 전체적으로 조절하는 밸러스트 탱크(150)가 설치된다. 밸러스트 탱크(150)는 해수를 유입하거나 유출하여 부유탱크(100) 전체의 부력을 조절할 수 있으며, 이를 통해 부유식 쇄빙장치(1)의 수직위치를 조정하거나 진동시 부유탱크(100)의 균형을 유지할 수 있다. 설명이 간결하고 명확하도록 해수 유출입을 위한 관로나 펌프 등의 구체적인 구성은 각 도면에 생략된 상태로 도시되었다.

한편, 부유탱크(100) 외부에는 수중에서 부유식 쇄빙장치(1)의 자세를 조절하고 이동간에 추진력을 제공하기 위한 스러스터(161, 162)가 장비된다. 스러스터(161, 162)는 수직방향 또는 수평방향의 추진력을 제공하기 위해 부유탱크(100) 상의 서로 다른 위치에 서로 다른 방향을 향하도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 부유탱크(100)를 관통하는 유로를 형성하여 유로내부에 수평방향 추진력을 제공하는 터널식 스러스터(161)를 형성할 수 있으며, 부유탱크(100)의 하방에는 수직방향 추진력을 제공하는 덕트형 스러스터(162)를 형성할 수 있다. 이와 같은 스러스터(161, 162)들을 적절히 제어함과 동시에 밸러스트 탱크(150)의 부력을 조절함으로써 수중 또는 수면에서 부유식 쇄빙장치(1)의 자세를 유지하고 부유식 쇄빙장치(1)를 원하는 위치로 용이하게 이동시킬 수 있다.

이하, 도 4 내지 도 7을 참조하여 부유식 쇄빙장치의 진동과정 및 구체적인 작동과정에 대해 좀 더 상세히 설명한다.

도 4 및 도 5는 도 1의 쇄빙장치의 진동과정을 설명하기 위한 도면이다. 도 4 및 도 5는 제1회전체(201)와 제2회전체(202)의 회전에 따른 위치변화와 그에 따른 부유탱크(100)의 움직임을 도면상의 좌측에서부터 우측으로 연속적으로 도시한 것이다. 각 도면은 설명하고자 하는 바가 명확하게 전달되도록 핵심이 되는 부분만을 간략하게 도시하였다.

우선 도 4를 참조하면, 제1회전체(201)와 제2회전체(202)는 전술한 바와 같이 서로 반대방향으로 회전한다(도 4 및 도 5의 점선화살표 참조). 도면상에는 제1회전체(201)가 반시계방향으로 회전하고 제2회전체(202)가 시계방향으로 회전하는 상황이 예시적으로 도시되었다. 이에 따라, 도시된 바와 같이 편심질량체(201b, 202b)가 각각 하방을 향해 이동하고 부유탱크(100)의 바깥쪽으로부터 서로를 향해 가까워지면서 수평방향으로 서로 마주보는 위치까지 회전할 수 있다. 이러한 경우, 각 편심질량체(201b, 202b)는 각각 몸체(201a, 202a) 상의 최하방에 위치한 정점을 지난다.

이 때, 각각의 회전위치에서 편심질량체(201b, 202b)는 전술한 대칭면을 기준으로 도시된 바와 같이 서로 면대칭 상태를 유지한다. 따라서, 제1회전축(110) 및 제2회전축(120) 각각에 제공되는 외력은 대칭면을 기준으로 서로 반전되며(도면상의 화살표 참조), 그에 따라 수평방향 성분은 서로 지속적으로 상쇄되어 제거되고 하방을 향하는 성분은 합산되어 배가되는 것이다(도면상의 화살표 참조). 특히, 편심질량체(201b, 202b)가 모두 하방을 향하는 때 제1회전축(110) 및 제2회전축(120)에 제공되는 외력은 하방을 향해 극대화될 수 있다.

한편 도 5를 참조하면, 제1회전체(201)와 제2회전체(202)가 회전하여, 이번에는 편심질량체(201b, 202b)가 도시된 바와 같이 부유탱크(100)의 안쪽으로부터 서로 멀어지면서 상방으로 이동할 수 있다. 이에 따라 편심질량체(201b, 202b)는 수평방향을 따라 완전히 반대방향을 향할 때까지 회전한다. 이러한 경우, 각 편심질량체(201b, 202b)는 각각 몸체(201a, 202a) 상의 최상방에 위치한 정점을 지나며, 역시 각각의 회전위치에서 편심질량체(201b, 202b)는 전술한 대칭면을 기준으로 서로 면대칭 상태를 유지한다. 따라서, 제1회전축(110) 및 제2회전축(120) 각각에 제공되는 외력 또한 대칭면을 기준으로 서로 반전되며(도면상의 화살표 참조), 그에 따라 동일한 방식으로 수평방향 성분은 서로 지속적으로 상쇄되어 제거되고, 상방을 향하는 성분은 합산되어 배가되는 것이다(도면상의 화살표 참조). 특히, 편심질량체(201b, 202b)가 모두 상방을 향하는 때 제1회전축(110) 및 제2회전축(120)에 제공되는 외력은 상방을 향해 극대화된다.

이와 같이 제1회전체(201)와 제2회전체(202)가 서로 쌍을 이루어 회전하는 동안 편심질량체(201b, 202b)는 각각의 회전방향을 따라 서로 가까워지거나 멀어지면서 지속적으로 면대칭되고, 따라서 제1회전축(110) 및 제2회전축(120)에 제공되는 외력의 수평성분만이 지속적으로 상쇄되어 하방 또는 상방을 향해서만 움직이는 수직방향 진동이 형성되는 것이다. 전술한 바와 같이 편심질량체(201b, 202b)가 모두 하방 또는 상방을 향해 정렬되는 경우에는 합산된 외력의 크기가 최대가 되므로 회전을 통해 반복적으로 이러한 정렬상태를 유도하여 상대적으로 적은 힘으로도 부유식 쇄빙장치(1) 전체를 매우 효과적으로 진동시킬 수 있다.

이 때, 제1회전체(201)와 제2회전체(202)의 회전속도를 조절하거나, 제1회전체(201)및 제2회전체(202)의 크기, 편심질량체(201b, 202b)의 중량이나 회전축으로부터의 거리 등을 변화시킴으로써 수직방향으로 진동하는 부유탱크(100)의 진폭이나 진동수 등을 적절히 조절할 수 있다. 특히, 부유탱크(100)의 물리적 특성을 고려하여 부유탱크(100)가 수중에서 자연적으로 상승 또는 하강하는 특정 진동수에 대응하는 진동수로 공진시키는 것이 가능하며, 이를 통해 적은 에너지로 상대적으로 큰 진폭의 진동을 유발할 수 있다.

도 6 및 도 7은 도 1의 쇄빙장치의 작동도이다.

따라서, 부유식 쇄빙장치(1)는 도 6에 도시된 바와 같이 적어도 일부가 수중에 잠겨 부유하되, 해수면(B)을 기준으로 상승 또는 하강하면서 해수면(B)위 부빙(A)을 반복적으로 타격하고 연속적인 쇄빙작업을 수행할 수 있는 것이다. 부유식 쇄빙장치(1)는 밸러스트 탱크(도 7의 150 참조)나 스러스터(도 7의 161, 162 참조) 등을 이용하여 수중에서의 심도나 부상위치 등을 용이하게 조절할 수 있으며, 이를 통해 수중 또는 수면의 다양한 위치에서 수직방향으로 진동하는 것이 가능하다.

부유식 쇄빙장치(1)의 진동폭이나 진동강도 등은 부빙(A)의 두께나 위치, 대상 해역의 수심 등을 고려하여 적절히 조절될 수 있으며, 부유식 쇄빙장치(1)를 복수개 운용하여 선박(미도시) 주변의 서로 다른 지점에 위치하는 부빙(A) 들을 동시에 처리하는 것도 가능하다. 도시되지 않았으나, 부유식 쇄빙장치(1)는 선박과 계류라인 등을 통해 연결될 수 있고, 유선 또는 무선방식으로 통신함으로써 원격으로 제어될 수 있다.

또한, 부유식 쇄빙장치(1)는 도 7에 도시된 바와 같이 스러스터(161, 162)와 밸러스트 탱크(150)를 동시에 제어하여 수중에서의 위치를 변경하고 진동에도 변화를 줄 수 있다. 예를 들어 부유탱크(100)의 현재 진동수를 고려하여 적절한 시점에 수직방향의 추진력을 반복적으로 제공하거나, 밸러스팅을 통해 일시적으로 부력을 증가시켜, 반복적 또는 일시적으로 진폭이 급격하게 증가하도록 가진할 수 있다. 해수면(B)위의 부빙(A)이 상대적으로 두껍게 형성된 경우 이러한 방식을 이용하면 더욱 효과적인 쇄빙작업이 가능할 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고도 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1: 부유식 쇄빙장치 100: 부유탱크
110: 제1회전축 120: 제2회전축
130: 기어구동축 140: 모터
141, 211, 212, 231: 체인구동부
150: 밸러스트 탱크 161, 162: 스러스터
201: 제1회전체 202: 제2회전체
201a, 202a: 몸체 201b, 202b: 편심질량체
210: 제1기어 220: 제2기어
230: 반전기어 240: 시동체인
250: 구동체인
A: 부빙 B: 해수면

Claims (6)

1. 적어도 일부가 수중에 잠겨 부유하는 부유탱크;
   상기 부유탱크 내부에 고정된 회전축; 및
   상기 회전축에 결합되어 회전하고 질량중심이 상기 회전축과 이격된 편심회전체(偏心回轉體)를 포함하는 부유식 쇄빙장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 편심회전체는 한 쌍이 상기 부유탱크를 종단하는 대칭면을 사이에 두고 서로 반대방향으로 회전하며, 한 쌍의 상기 편심회전체의 상기 질량중심은 상기 대칭면을 기준으로 서로 면대칭 되는 부유식 쇄빙장치.
3. 제2항에 있어서, 한 쌍의 상기 편심회전체는 각각 회전 대칭형상의 몸체 및 상기 몸체 일 측에 상기 몸체의 중심으로부터 이격되어 형성되는 편심질량체를 포함하고, 상기 편심질량체의 위치가 상기 대칭면을 기준으로 서로 면대칭 되는 부유식 쇄빙장치.
4. 제2항에 있어서, 한 쌍의 상기 편심회전체 중 어느 하나인 제1회전체에 형성된 제1기어,
   한 쌍의 상기 편심회전체 중 다른 하나인 제2회전체에 형성된 제2기어,
   상기 제2기어에 치합되어 상기 제2기어와 반대방향으로 회전하는 반전기어, 및
   상기 제1기어와 상기 반전기어 사이에 연결되어 상기 제1기어와 상기 반전기어를 동일한 방향으로 회전시키는 동력전달수단을 더 포함하는 부유식 쇄빙장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 부유탱크의 부력을 조절하는 밸러스트 탱크를 더 포함하는 부유식 쇄빙장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 부유탱크에 추진력을 제공하는 적어도 하나의 스러스터를 더 포함하는 부유식 쇄빙장치.

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