KR20160010103A

KR20160010103A - 중력식 구조물

Info

Publication number: KR20160010103A
Application number: KR1020140090989A
Authority: KR
Inventors: 신찬효
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2016-01-27

Abstract

본 발명은 중력식 구조물에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전력을 생산하는 발전설비를 포함하며, 그 내부에 고정수단 및 코일 중 어느 하나가 제공되는 본체를 포함하되 해저의 안착면에는 상기 고정수단 및 상기 코일 중 다른 하나가 제공되어, 상기 코일이 상기 고정수단에 작용하는 자기력에 의해 상기 안착면에 안착되는 중력식 구조물이 제공될 수 있다.

Description

중력식 구조물{GRAVITY BASED STRUCTURE}

본 발명은 중력식 구조물에 관한 것이다.

점차 인류의 해상 활동이 늘어나면서, 지난날 배에 국한되었던 해상 수단은 다양하게 발전하여 최근에는 다양한 목적을 지닌 해양 구조물들이 등장하게 되었다. 이러한 해양 구조물로는 해저 석유나 가스를 개발 및 생산하기 위한 해양 구조물, 대형 유조선이나 LNG선 접안을 위한 항만 구조물, 해상 석유 저장 시설, 해상 공항, 해상 플랜트 등 여러 형태의 해양 구조물들이 등장하였다.

이러한 해양 구조물들은 해상에 떠있는 부유식 구조물에서부터 해저면(Sea bed)에 안착되어 고정되는 고정식 구조물까지 다양한 형태로 존재한다. 또한, 최근에는 자중에 의해 해저면에 안착되어 고정되고, 필요시에는 내부에 탑재된 밸러스트 탱크 내의 해수를 배출함으로써 해상으로 부유하도록 하는 중력식 구조물(Gravity Based Structure)이 개발되고 있다.

상기 중력식 구조물은 해상에 부유하는 상태로 설치하고자 하는 위치까지 인양선 등으로 운반되거나, 구조물 자체가 자항 능력을 가져서 자체 동력에 의해 해당 위치로 이동할 수 있고, 내부의 밸러스트 탱크에 해수를 유입시켜서 구조물이 받는 부력보다 자중에 의한 중력을 크게 조절함으로써 구조물을 설치 위치로 설정된 해저면에 안착시키는 방식에 의해 해저면에 설치될 수 있다.

해저면에 안착된 후에는 구조물의 자중에 의해 고정됨으로써 별도의 고정장치 없이도 간편하게 고정될 수 있으며, 경우에 따라서는 구조물의 위치 변화를 제한하는 보조 고정 장치가 추가로 설치될 수도 있다. 또한, 중력식 구조물이 안착되는 해저면에는 구조물이 설치되기 전에, 사전 작업으로서 구조물이 안착되는 부분을 평탄하게 하고 안정적으로 구조물이 지지되도록 하기 위해 콘크리트 등을 사용하여 해저면을 평탄화 하고 강도를 높이는 기초 공사가 실시될 수 있다.

상기 중력식 구조물이 해저면에 설치된 상태에서는, 상기 중력식 구조물은 설치 목적에 따라 소정의 임무를 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 중력식 구조물은 지상으로부터 LNG를 공급받아서 상기 중력식 구조물에 제공된 기화기 컴프레셔 및 가스 터빈을 이용해서 전기를 생산하고 주변의 다른 해상 수단에 전기를 공급하는 역할을 할 수 있다.

한편, 상기 중력식 구조물의 임무가 완료되는 등 설치 위치를 변경할 필요가 있는 경우에는 밸러스트 탱크 내의 해수를 방출하여 구조물의 자중이 부력보다 작아지도록 설정함으로써 구조물을 부양시키고, 해상에 부유시킨 상태에서 인양선 또는 자체 동력에 의해 구조물을 이동시킬 수 있다.

그런데, 이러한 종래의 중력식 구조물은 자중에 의해서만 상승 또는 하강하므로, 구조물의 무게가 클수록 밸러스트 탱크의 부피도 커야 하므로, 구조물의 크기가 커지게 된다. 구조물의 크기가 커지면 구조물이 제작되는 도크 등의 시설도 그만큼 크기가 커져야 하므로, 제작 시설에 있어서 제약이 있고, 제작 비용도 상승하게 된다는 문제가 있다.

또한, 밸러스트 탱크의 부피로 인해 중력식 구조물의 크기가 크게 되면, 이를 설치하게 될 해저면의 평탄한 면적이 그만큼 넓어져야 하므로, 설치 장소 상의 제약이 커지고, 구조물의 설치를 위한 사전 작업에 드는 시간 및 비용이 커서 경제적이지 못하다는 문제가 있다.

미국공개특허 US2012-0128433 한국공개특허 제10-2012-0097827호

본 발명의 실시예들은 제작이 용이하고, 해저면에 설치하기가 용이한 중력식 구조물을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 전력을 생산하는 발전설비를 포함하며, 그 내부에 고정수단 및 코일 중 어느 하나가 제공되는 본체를 포함하되 해저의 안착면에는 상기 고정수단 및 상기 코일 중 다른 하나가 제공되어, 상기 코일이 상기 고정수단에 작용하는 자기력에 의해 상기 안착면에 안착되는 중력식 구조물이 제공될 수 있다.

또한, 상기 본체는, 상기 코일로부터 발생되는 자기력이 상방으로 전달되는 것을 차단하는 절연층을 포함하는 중력식 구조물이 제공될 수 있다.

또한, 상기 본체는, 상기 코일에 전력을 공급하는 전력 공급부; 및 상기 전력 공급부의 전력 공급을 제어하는 제어부를 포함하는 중력식 구조물이 제공될 수 있다.

또한, 상기 전력 공급부는 상기 발전수단에서 발생하는 과전력을 상기 코일에 공급하는 중력식 구조물이 제공될 수 있다.

또한, 상기 코일은 외부의 전력 공급원과 연결된 전력공급라인을 통해 전력이 공급되고, 상기 전력 공급라인에는 전력 공급을 유지 또는 차단하는 스위치가 제공되고, 상기 본체는 상기 스위치를 제어하는 제어부를 포함하는 중력식 구조물이 제공될 수 있다.

또한, 상기 고정수단은 판 형상 또는 자성체를 포함하는 복수 개의 고정체로 구성되는 중력식 구조물이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 중력식 구조물의 밸러스트 탱크의 크기를 줄여서 중력식 구조물의 제작이 용이하고, 해저면에 설치하기가 용이하다는 효과가 있다.

또한, 중력식 구조물을 해저면에 설치할 때 중력식 구조물에서 생산된 과전력을 이용하므로, 에너지 효율이 높아진다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 중력식 구조물을 도시한 모식도이다.
도 2는 도 1의 고정수단의 변형예를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 중력식 구조물을 도시한 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 중력식 구조물을 도시한 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 중력식 구조물을 도시한 모식도이다.

이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 중력식 구조물을 도시한 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 중력식 구조물(10)은 소정의 목적을 위해 해저면에 안착된 후 주어진 역할을 수행하도록 제공될 수 있다. 예를 들어, 중력식 구조물(10)은 지상 또는 해상의 연료 공급 설비로부터 LNG 등의 연료를 공급받아서 전력을 생산하는 발전설비(104)를 포함할 수 있으며, 이를 위해 외부의 연료 공급 설비와 연결된 연료공급라인(102)을 포함할 수 있다. 또한, 연료공급라인(102)에는 연료 공급량을 조절할 수 있는 공급밸브(106)가 제공될 수 있다. 발전설비(104)는 생산된 전력을 저장하는 저장수단(미도시)을 포함할 수 있다. 또한, 전력이 생산되는 과정에서 상기 저장수단에 저장되지 못하고 버려지는 과전력이 발생된다.

한편, 중력식 구조물(10)은 자중에 의해 해저면(20) 상으로 가라앉아서 안착될 수 있으며, 이를 위해 밸러스트 탱크(미도시)를 포함할 수 있다. 밸러스트 탱크의 내부가 비어있는 상태이면 중력식 구조물(10)에 작용하는 부력이 중력식 구조물(10)에 작용하는 중력보다 크므로, 중력식 구조물(10)이 해수면에 떠서 이동할 수 있다. 또한, 중력식 구조물(10)이 설치 장소로서 기 설정된 해저면(20)의 안착면(22) 상의 해수면에 도달하였을 때 밸러스트 탱크의 내부에 해수가 채워짐으로써 중력식 구조물(10)에 작용하는 부력보다 중력이 더 크게 되어 안착면(22) 상에 중력식 구조물(10)이 안착될 수 있다.

그러나 이렇게 밸러스트 탱크에 채워지는 해수의 양을 조절함으로써, 중력식 구조물(10)의 자중에 의해서만 중력식 구조물(10)을 설치하는 경우에는 밸러스트 탱크의 부피가 커져야만 하므로 중력식 구조물(10)의 크기도 덩달아 커져야만 한다. 이에, 본 실시예는 중력식 구조물(10)의 자중뿐만 아니라 자기력도 함께 이용함으로써, 밸러스트 탱크의 크기를 크게 하지 않고도 중력식 구조물(10)을 안착면(22)에 용이학게 안착시킬 수 있다.

중력식 구조물(10)이 해저면(20)의 안착면(22) 상에 안착되기 전에, 해저면(20)의 일부를 평탄화하고 강도를 높여서 안착면(22)을 형성시키는 사전 작업이 이루어질 수 있다. 구체적으로, 중력식 구조물(10)이 설치될 장소로 선정된 해저면(20)의 일부에 콘크리트 등의 강도가 높은 재료를 이용하여 상면이 평탄한 안착면(22)을 형성시키는 작업이 이루어질 수 있다. 이때, 안착면(22)의 내부에는 전기를 공급받으면 자기력을 발생시키는 코일(130)이 제공될 수 있다. 코일(130)은 안착면(22) 외부에서 전력이 공급되는 전력공급라인(105)과 접속되는 암플러그(132)를 포함할 수 있다.

중력식 구조물(10)은 발전설비(104)가 설치되는 본체(100)를 포함할 수 있으며, 본체(100)는 발전설비(104)에서 생산된 전력을 코일(130)에 공급하는 전력 공급부(101), 전력 공급부(101)로부터 공급되는 전력을 제어하는 제어부(103), 코일(130)에서 발생되는 자기력이 작용하는 고정수단(110), 코일(130)의 자기장을 차단하는 절연층(120)을 포함할 수 있다.

전력 공급부(101)는 발전설비(104)와 전력이송라인(108)을 통해 연결될 수 있고, 발전설비(104)에서 발생되는 과전력을 코일(130)로 공급할 수 있다. 또한, 전력 공급부(101)는 전력을 저장하는 수단을 구비할 수 있다. 전력 공급부(101)에서 공급하는 전력은 제어부(103)에 의해 제어될 수 있으며, 제어부(103)는 전력공급라인(105)과 연결되어 필요에 따라 전력을 공급 또는 차단할 수 있다.

전력공급라인(105)의 일단에는 암플러그(132)와 접속되는 수플러그(107)가 제공될 수 있고, 암플러그(132)와 수플러그(107)가 접속 또는 탈착될 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 암플러그(132)가 코일(130) 측에, 수플러그(107)가 전력공급라인(105) 측에 제공되는 경우를 예로 들어 도시하나, 이와는 반대로 암플러그(132)가 전력공급라인(105) 측에, 수플러그(107)가 코일(130) 측에 제공되는 경우도 가능하다.

본 실시예에서는 전력 공급부(101)에 의해 발전설비(104)에서 발생되는 과전력이 코일(130)에 제공되는 경우를 예로 들어 설명하나, 발전설비(104)에서 생산되는 전력의 일부를 코일(130)로 공급하도록 구성되는 경우도 가능하다. 이 경우 에너지 효율 측면에서는 본 실시예에 비해 조금 떨어질 수도 있으나, 안정적으로 필요한 전력을 공급할 수 있다는 장점이 있다.

고정수단(110)은 자기력이 작용하는 자성체, 예를 들어 금속을 포함할 수 있고, 판 형상으로 중력식 구조물(10)의 하부에 배치될 수 있다. 또한, 고정수단(110)은 판 형상으로 제공될 수도 있지만, 도 2에 도시된 변형예에서와 같이, 납작한 원통 형상의 자기력이 작용하는 자성체를 포함하는 복수 개의 고정체(112)가 일정 패턴으로 배열되어 구성된 것일 수도 있다. 도 2는 도 1의 고정수단의 변형예를 도시한 도면이다.

고정수단(110)은 코일(130)에 전력이 공급되었을 때 발생되는 자기력에 의해 코일(130) 측으로 향하는 힘을 받을 수 있으며, 고정수단(110)이 자기력을 받음으로 인해 중력식 구조물(10)이 안착면(22)을 향해 가라앉아서 안착되어 고정될 수 있다.

절연층(120)은 중력식 구조물(10)의 내부에서 고정수단(110)의 상측에 배치될 수 있고, 중력식 구조물(10)의 내부를 고정수단(110)이 배치된 부분과 나머지 부분으로 구획하여 차폐할 수 있다. 또한, 절연층(120)은 코일(130)에서 발생되는 자기력을 차단함으로써 절연층(120)의 상측에 위치하는 중력식 구조물(10)의 다른 전자 부품 등이 손상되거나 고장을 일으키지 않을 수 있다.

이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 중력식 구조물(10)의 작용 및 효과에 대하여 설명하겠다.

중력식 구조물(10)은 해수면에 떠있는 상태로 설치 위치로 기 설정된 안착면(22)의 상측으로 이동할 수 있다. 이때 안착면(22)은 해저면(20) 상에서 소정의 사전 작업에 의해 기 형성된 상태일 수 있다. 또한, 안착면(22) 내에는 코일(130)이 매설되어 있을 수 있다.

중력식 구조물(10)이 안착면(22)의 상측으로 이동하면, 전력공급라인(105)의 수플러그(107)와 코일(130)의 암플러그(132)가 접속되고, 제어부(103)는 코일(130)에 전력이 공급되도록 제어할 수 있으며, 이로 인해 코일(130)에는 자기력이 발생되어 고정수단(110)에 자기력이 미칠 수 있다. 이때, 전력 공급부(101)에 기 저장되어 있던 전력이 사용될 수 있다. 이와 함께, 중력식 구조물(10)의 밸러스트 탱크 내에 해수가 차기 시작하면서, 중력식 구조물(10)이 안착면(22)을 향해 하강할 수 있다.

중력식 구조물(10)이 안착면(22)에 안착된 후, 외부의 연료 공급 설비와 연결된 연료공급라인(102)이 중력식 구조물(10)에 접속될 수 있고, 공급밸브(106)가 열리면서 연료가 발전설비(104)로 공급되어 전력 생산이 시작된다. 발전설비(104)에서 전력 생산이 시작되면 과전력이 발생하게 되고, 발생되는 과전력은 전력 공급부(101)로 전달되어 저장되거나 코일(130)로 공급될 수 있다. 전력의 공급은 제어부(103)에 의해 제어될 수 있다.

한편, 중력식 구조물(10)의 현재 지역에서의 임무가 완료되는 등의 사정으로 인해 중력식 구조물(10)을 이동시킬 필요가 있는 경우에는, 먼저 제어부(103)에서 코일(130)로 공급되는 전력을 차단하여 자기력을 소멸시키고, 수플러그(107)와 암플러그(132)의 접속이 해제된다. 그 후, 밸러스트 탱크의 해수가 배출되면서 중력식 구조물(10)이 해수면으로 상승하게 된다. 중력식 구조물(10)이 해수면으로 상승하면, 인양선 또는 자체 동력에 의해 중력식 구조물(10)이 이동할 수 있다.

이상과 같은 본 실시예에 따른 중력식 구조물(10)은 자중에 의한 중력과 자기력에 의해 안착면(22) 상으로 하강하여 안착될 수 있으므로, 밸러스트 탱크의 요구되는 설치 크기가 과도하게 커지지 않아도 된다는 효과가 있다.

또한, 발전설비(104)의 과전력을 코일(130)에 공급하므로, 에너지 효율을 높일 수 있다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시예들에 대해 도 3 내지 도 5를 참조하여 설명하겠다. 도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 중력식 구조물을 도시한 모식도이고, 도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 중력식 구조물을 도시한 모식도이며, 도 5는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 중력식 구조물을 도시한 모식도이다.

제 2 실시예는 상기 제 1 실시예에 비하여 코일(130)에 전력을 공급하는 수단에 있어서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 부분은 제 1 실시예의 설명 및 도면 부호 등을 원용한다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 중력식 구조물(10)은 코일(130)에 전력을 공급하는 전력 공급원이 전력 공급부(101)가 아닌 외부의 전력 공급원(미도시)이 되고, 전력공급라인(105)도 외부로부터 연결될 수 있다. 전력공급라인(105)은 일단측에 수플러그(107)가 제공되어 코일(130)의 암플러그(132)와 접속 가능하게 제공되고, 전력 공급을 차폐할 수 있는 스위치(109)를 포함할 수 있다. 스위치(109)는 제어부(103)와 무선 또는 유선으로 연결될 수 있고, 제어부(103)의 제어 신호에 따라 전력을 공급 또는 차단하도록 구성될 수 있다.

본 실시예는 중력식 구조물(10)이 안착면(22)에 안착되기 전에 미리 코일에 전력공급라인(105)을 연결할 수 있어서 제 1 실시예에 비하여 중력식 구조물(10)의 설치가 다소 용이하다는 장점이 있으나, 과전력을 사용하는 것이 아니라는 점에서 에너지 효율이 나쁠 수 있다.

한편, 제 3 실시예는 상기 제 1 실시예에 비하여 코일(130)과 고정수단(110)의 배치에 있어서 차이가 있으므로, 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 부분은 제 1 실시예의 설명 및 도면 부호 등을 원용한다.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 중력식 구조물(10)은 코일(130)이 본체(100) 내의 절연층(120) 하측에 위치하고, 고정수단(110)은 안착면(22)의 내측에 매설되어 제공될 수 있다. 코일(130)이 본체(100) 내측에 제공됨에 따라 전력공급라인(105) 및 코일(130)에 수플러그(107) 및 암플러그(132)가 도 4에 도시된 바와 같이 생략되는 것도 가능하다.

본 실시예에 따르면, 제 1 실시예에 비하여 전력공급라인(105)이 안착면(22) 측으로 연결될 필요가 없으므로 설치상의 편의성이 증대되지만, 코일(130)이 본체(100) 내에 위치함으로써 본체(100) 내의 전자 부품 등에 악영향을 미칠 가능성이 높아질 수 있다.

한편, 제 4 실시예는 상기 제 3 실시예에 비하여 전력 공급원이 외부로부터 제공된다는 차이점이 있으므로, 이러한 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 부분은 제 3 실시예의 설명 및 도면 부호 등을 원용한다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 중력식 구조물(10)은 코일(130)에 전력을 공급하는 전력 공급원이 전력 공급부(101)가 아닌 외부의 전력 공급원(미도시)이 되고, 전력공급라인(105)도 외부로부터 연결될 수 있다. 전력공급라인(105)은 일단측에 수플러그(107)가 제공되어 코일(130)의 암플러그(132)와 접속 가능하게 제공되고, 전력 공급을 차폐할 수 있는 스위치(109)를 포함할 수 있다. 스위치(109)는 제어부(103)와 무선 또는 유선으로 연결될 수 있고, 제어부(103)의 제어 신호에 따라 전력을 공급 또는 차단하도록 구성될 수 있다.

이상 본 발명의 실시예에 따른 중력식 구조물의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.

10: 중력식 구조물 100: 본체
101: 전력 공급부 102: 연료공급라인
103: 제어부 104: 발전설비
105: 전력공급라인 106: 공급밸브
107: 수플러그 108: 전력이송라인
109: 스위치 110: 고정수단
112: 고정체 120: 절연층
130: 코일 132: 암플러그

Claims

전력을 생산하는 발전설비를 포함하며, 그 내부에 고정수단 및 코일 중 어느 하나가 제공되는 본체를 포함하되
해저의 안착면에는 상기 고정수단 및 상기 코일 중 다른 하나가 제공되어, 상기 코일이 상기 고정수단에 작용하는 자기력에 의해 상기 안착면에 안착되는 중력식 구조물.
제 1 항에 있어서,
상기 본체는,
상기 코일로부터 발생되는 자기력이 상방으로 전달되는 것을 차단하는 절연층을 포함하는 중력식 구조물.
제 1 항에 있어서,
상기 본체는,
상기 코일에 전력을 공급하는 전력 공급부; 및
상기 전력 공급부의 전력 공급을 제어하는 제어부를 포함하는 중력식 구조물.
제 3 항에 있어서,
상기 전력 공급부는 상기 발전수단에서 발생하는 과전력을 상기 코일에 공급하는 중력식 구조물.
제 1 항에 있어서,
상기 코일은 외부의 전력 공급원과 연결된 전력공급라인을 통해 전력이 공급되고,
상기 전력 공급라인에는 전력 공급을 유지 또는 차단하는 스위치가 제공되고,
상기 본체는 상기 스위치를 제어하는 제어부를 포함하는 중력식 구조물.
제 1 항에 있어서,
상기 고정수단은 판 형상 또는 자성체를 포함하는 복수 개의 고정체로 구성되는 중력식 구조물.