KR20160142616A - 수중전차위에 설치된 순환식 버블분사부에 의한 모형빙의 밀도조절이 가능한 빙해수조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박이나 쇄빙선과 같은 특수 목적 선박을 건조할 경우에 특수한 지역의 환경을 실험하는 수조에 있어서,
수조수가 담기는 수조부; 상기 수조부 수중에서 상기 수조부의 길이 방향으로 전후를 왕복운동하며 버블을 분사시키는 버블분사부; 상기 버블분사부를 상기 수조부에서 왕복운동시키는 구동부; 상기 버블분사부에 연결되어 상기 버블분사부에 버블을 공급하는 버블공급부; 및 상기 버블분사부에 연결되어 상기 버블분사부에 주입된 버블을 배기하는 버블배기탱크부;를 포함하여 구성되어,
빙해수조에 전체적으로 균일한 밀도의 발생이 가능하도록 버블분사부, 버블공급부 및 구동부를 설치하여 모형빙의 밀도를 실해역의 결빙된 얼음의 밀도에 근접시켜서 밀도가 균일한 모형빙의 결빙이 가능하고, 버블분사튜브들의 효과적인 배치 및 이동을 통하여 빙해수조의 특정부분에 버블의 집중적인 발생을 방지하고 균일한 밀도의 버블이 수조수에 전체적으로 분산되어 발생할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

Description

수중전차위에 설치된 순환식 버블분사부에 의한 모형빙의 밀도조절이 가능한 빙해수조{ICE TANK HAVING DENSITY CONTROL FUNCTION OF MODEL ICE BY CIRCULATING BUBBLE INJECTION DEVICE ON UNDERWATER CARRIAGE}

본 발명은 모형빙의 생성 시에 버블을 빙해수조의 수중에 분사하여 모형빙의 밀도 조절이 가능한 빙해수조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 모형빙 제조 시 수중전차에 설치된 서로 반대 방향으로 흐르는 한 쌍 이상의 순환식 분사 장치를 통해서 버블을 균일하게 분사하도록 하여 모형빙의 밀도를 균일하게 제어할 수 있는 수중전차위에 설치된 순환식 버블분사부에 의한 모형빙의 밀도조절이 가능한 빙해수조에 관한 것이다.

빙해수조는 2009년 8월경에 국내 최초로 한국해양연구원에 건설되었으며, 전 세계적으로도 3-4개의 상용화된 빙해수조가 있어 관련 연구를 수행하고 있다.

빙해수조에서는 모형빙(Model Ice)의 여러 가지 물리적인 특성이 중요한 시험 조건으로서, 실해역의 결빙된 얼음과 동일하게 모형빙의 밀도를 맞추어 주어야 한다.

그리고 빙해선박의 성능을 효과적으로 검증하고 연구하기 위해서는, 빙해수조의 모형빙 생성 기술, 빙모형 시험 기술 등이 충분히 뒷받침되어야 하며, 이를 위해서는 빙해수조에서 모형빙의 밀도를 제어하는 기술이 지속적으로 개발되어져야 한다.

기존의 다른 국외의 빙해수조에서는 모형빙의 측정된 밀도에 보정식을 적용하여 결과를 추정하고 있으므로 정확한 실험 결과를 제공하지 못하였다.

또한, 실해역에서 생성된 얼음의 밀도를 다각적으로 조사하고, 이를 빙해수조에서 만든 모형빙의 밀도와 비교한 결과, 빙해수조에서의 모형빙 생성 시 밀도가 실해역의 얼음보다 크게 나타남을 알게 되었다.

따라서, 빙해수조에서의 모형빙 결빙 시에 미세한 버블방울을 투입시킴으로써 모형빙의 밀도를 줄일 수 있으며, 미세한 버블방울을 투입하는 시간을 조절하여 모형빙의 밀도를 제어할 수 있음을 알게 되었다.

종래기술 출원번호 제10-2010-0028972호 `모형빙의 밀도 제어 시스템 및 이를 이용한 모형빙의 밀도 제어 방법`은 빙해수조에서의 모형빙(Model Ice) 결빙 시에 미세한 버블방울을 투입시킴으로써 모형빙의 밀도를 줄이고, 미세한 버블방울을 투입하는 시간을 조절하여 모형빙의 밀도를 제어할 수 있는, 모형빙의 밀도 제어 시스템 및 이를 이용한 모형빙의 밀도 제어 방법에 관한 것이다.

종래기술 출원번호 제10-2010-0028972호에 따르면, 실해역의 얼음과 비슷한 모형빙을 생성하여 모형시험의 정도를 향상시켜 모형시험 해석 시 편리하게 사용할 수 있으며, 모형시험을 의뢰하는 기관에 모형빙의 밀도 정보를 제공하여 모형시험의 신뢰성을 증대시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

한편, 종래기술은 상기와 같은 장점이 있는 반면에, 빙해수조에서 모형빙의 결빙시 수조수 전체의 밀도를 균일하게 유지하는데에는 한계가 있다. 따라서, 버블이 집중적으로 생성되는 부분과 그렇지 못한 부분에는 모형빙의 결빙시 밀도의 차이가 발생할 수 밖에 없다.

대한민국 특허공개번호 제10-2011-1019313호(발명의 명칭: 모형빙의 밀도 제어 시스템 및 이를 이용한 모형빙의 밀도제어 방법)

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 빙해수조에 전체적으로 균일한 밀도의 버블 분사 및 제어가 가능한 기능을 구비하여 모형빙의 밀도를 실해역의 해빙 밀도에 근접시키는 수중전차위에 설치된 순환식 버블분사부에 의한 모형빙의 밀도조절이 가능한 빙해수조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수중전차위에 설치된 순환식 버블분사부에 의한 모형빙의 밀도조절이 가능한 빙해수조는, 수조수가 담기는 수조부; 상기 수조부 수중에서 상기 수조부의 길이 방향으로 전후를 왕복운동하며 버블을 분사시키는 버블분사부; 상기 버블분사부를 상기 수조부에서 왕복운동시키는 구동부; 상기 버블분사부에 연결되어 상기 버블분사부에 버블을 공급하는 버블공급부; 및 상기 버블분사부에 연결되어 상기 버블분사부에 주입된 버블을 배기하는 버블배기탱크부;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 버블분사부는, 상기 버블공급부에 연결되어 버블을 주입하는 한 쌍 이상의 버블공급관; 상기 버블공급관으로부터 버블을 공급받아 버블을 분사시키는 한 쌍 이상의 버블분사튜브; 및 상기 한 쌍 이상의 상기 버블분사튜브에 연결되어 버블을 상기 버블배기탱크부로 회수하는 한 쌍 이상의 버블회수관;을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 구동부는, 상기 버블분사튜브가 상부에 고정되고 상기 수조부를 길이방향으로 왕복운동하는 수중전차; 상기 수조부의 바닥면에 설치되고 상기 수중전차가 장착되어 상기 수조부에서 왕복운동이 가능하도록 안내하는 레일; 및 상기 수조부에 설치되며 상기 레일과 연결되어 상기 수중전차가 상기 수조부의 길이 방향으로 전후를 왕복운동 가능하도록 동력을 제공하는 구동기;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 버블공급관은, 나란한 한쌍의 상기 버블분사튜브 각각의 일단부에서 상호 반대 방향으로 연결될 수 있다.

또한, 상기 버블회수관은, 나란한 한쌍의 상기 버블분사튜브 각각의 타단부에서 상기 버블공급관에 대응하여 상호 반대 방향으로 연결될 수 있다.

또한, 상기 버블공급부는, 가압에 의해 상기 버블분사부로 버블을 이송시키는 버블공급기; 상기 버블공급기에서 가압된 버블 유량의 분배량을 조절하는 유량분배기; 및 버블의 공급 유량을 조절하는 유량조절기;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 버블공급부는, 상기 버블배기탱크부와 연결되어 상기 버블분사튜브에 공급하는 버블의 총량을 조절하는 바이패스밸브;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 버블은 크기가 20내지 30마이크로미터의 마이크로 버블일 수 있다.

본 발명에 따르면, 빙해수조에 전체적으로 균일한 밀도의 발생이 가능하도록 버블분사부, 버블공급부 및 구동부를 설치하여 모형빙의 밀도를 실해역의 결빙된 얼음의 밀도에 근접시켜서 밀도가 균일한 모형빙의 결빙이 가능한 효과를 제공한다.

또한, 버블분사튜브들의 효과적인 배치 및 이동을 통하여 빙해수조의 특정부분에 버블의 집중적인 발생을 방지하고 균일한 밀도의 버블이 수조수에 전체적으로 분산되어 발생할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수중전차위에 설치된 순환식 버블분사부에 의한 모형빙의 밀도조절이 가능한 빙해수조의 유체회로도.
도 2는 상기 빙해수조의 사시도.
도 3은 상기 빙해수조의 평면도.
도 4는 상기 빙해수조의 수중전차와 버블분사튜브를 나타낸 도면.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다.　이들 실시 예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다.　본 발명의 다양한 실시 예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다.　예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 예로 구현될 수 있다.　또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다.　따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.　도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시 예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수중전차위에 설치된 순환식 버블분사부에 의한 모형빙의 밀도조절이 가능한 빙해수조의 유체회로도이고, 도 2는 상기 빙해수조의 사시도이며, 도 3은 상기 빙해수조의 평면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 수조부(100), 버블분사부(200), 구동부(300), 버블공급부(400) 및 버블배기탱크부(500)를 포함하는 구성일 수 있다.

상기 수조부(100)는 해수를 넣어서 선박모형의 운항을 실험하는 구성요소이다.

사용자는 수조부(100)에 합성수를 채우고 선박모형의 운항실험을 하거나 기후나 환경을 조절하여 쇄빙선 등과 같은 특수 목적의 선박모형의 실험도 가능하다.

상기 버블분사부(200)는 수조부(100) 수중에서 수조부(100)의 길이 방향으로 전후를 왕복운동하며 버블을 분사시킬 수 있다.

버블분사부(200)는 버블분사튜브(210), 버블공급관(220) 및 버블회수관(230)의 구성일 수 있다.

상기 버블분사튜브(210)는 서로 반대 방향으로 공기가 주입되어 배출되는 한 쌍 이상의 쌍으로 구비되는 구성일 수 있다.

버블분사튜브(210)는 수중의 수중전차(310) 위에 설치되어 수조부(100)의 수중을 길이 방향으로 왕복 운동하면서 수조에 균일하게 버블을 분사시켜주는 기능을 한다.

이를 위해, 버블분사튜브(210)는 표면에 일정한 간격으로 복수개의 작은 버블분사구멍(212)이 형성되어 있어서 수중전차(220)가 수중을 이동하는 경우 버블분사구멍(212)을 통하여 수중에 버블을 분사시킬 수 있다.

상기 버블공급관(220)은 버블공급부(400)에 연결되며 한 쌍 이상의 쌍을 이루는 각각의 버블분사튜브(210)의 일단부에 서로 연결되어 공기를 공급할 수 있다.

상기 버블회수관(230)은 한 쌍의 버블공급관(220)이 각각 연결된 버블분사튜브(210)의 타단부와 버블배기탱크부(500)에 연결되어 버블을 버블배기탱크부(500)로 회수할 수 있다.

버블공급관(220)과 버블회수관(230)은 일종의 합성고무 소재의 호스로써, 상기 버블분사튜브(210)와 연결되어 일체로 하나의 군을 형성하여 버블분사부(200)가 레일(320)을 따라서 수조부(100)의 수중을 이동하면서 균일한 버블을 분사하는 것이 가능하도록 한다.

상기 구동부(300)는 버블분사부(200)가 수조부(100)를 왕복운동이 가능하도록 동력을 제공하는 구성요소이다.

구동부(300)는 수중전차(310), 레일(320) 및 구동기(330)의 구성일 수 있다.

상기 수중전차(310)는 버블분사튜브(210)가 상부에 고정되고 수조부(100)를 길이방향으로 왕복운동을 할 수 있다.

수중전차(310)는 상부에 버블분사튜브(210)가 설치되어 있어서, 수조부(100)의 수중을 길이방향으로 전후를 왕복운동하면서 버블분사튜브(210)가 수조부(100)의 수조수에 전체적으로 균일하게 버블을 발생시킬 수 있도록 한다.

상기 레일(320)은 수조부(100)의 바닥면에 설치되고 수중전차(310)가 장착되어 수조부(100)에서 왕복운동이 가능하도록 안내할 수 있다.

레일(320)은 일반적으로 강도가 뛰어난 금속재질로 제작되어 수중전차(310)가 수조부(100) 수중에서 길이방향으로 전후를 왕복운동하는 것을 가능하게 해준다.

상기 구동기(330)는 수조부(100)에 설치되며 레일(320)과 연결되어 수중전차(310)가 수조부(100)의 길이 방향으로 전후를 왕복운동 가능하도록 동력을 제공하는 구성요소이다.

상기 구동기(330)는 모터 등을 내장하여 사용하는데, 상기 내장되는 모터로는 DC모터, 스테핑모터(Stepping Motor), 브러시리스 모터(Brushless Motor), 인덕션 모터, 리니어 모터, 초음파 모터 및 코어리스 모터(Coreless Motor) 등의 모터 중에서 작업환경이나 상황에 따라서 선택하여 사용이 가능하다.

구동기(330)는 레일(320)과 연계하여 수중전차(310)가 수조부(100)의 수중을 수조부(100)의 길이방향으로 전후 왕복운동이 가능하도록 한다.

상기 버블공급부(400)는 버블분사부(200)에 연결되어 버블분사부(200)에 버블을 공급할 수 있다.

버블공급부(400)는 버블발생기(410), 유량분배기(420) 및 유량조절기(420)의 구성일 수 있다.

상기 버블발생기(410)는 가압에 의해 버블분사부(200)로 버블을 이송시킬 수 있다.

상기 유량분배기(420)는 버블발생기(410)에서 발생된 버블 유량의 분배량을 조절할 수 있다.

상기 유량조절기(422)는 버블 공급 유량을 조절하는 기능을 한다.

상기 버블배기탱크부(500)는 버블분사부(200)에 연결되어 버블분사부(200)로부터 분사되고 회수된 잔여 버블을 외부로 배기하거나 침전시켜서 수조수로 환원되도록 할 수 있다.

도 4는 상기 빙해수조의 수중전차와 버블분사튜브를 나타낸 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 버블분사튜브(210)에는 일정한 간격으로 다수의 버블분사구멍(212)들이 있다. 버블공급부(400)는 버블분사튜브(210)에 가압을 통해 버블을 공급하고 버블분사구멍(212)을 통하여 수조부(100)의 수중에서 균일한 크기의 버블 분사가 가능하도록 한다.

여기서, 버블공급관(220)은 나란한 한쌍의 버블분사튜브(210)에 서로 반대방향을 향하여 연결시킨다.

상기와 같이 하는 이유는, 순환식의 버블분사튜브(210)를 사용할 지라도 유량이 튜브의 입구에서 출구를 통과하는 과정에서 압력손실이 발생하여 전체적으로 균일한 분사를 얻기가 어렵다. 따라서 흐름의 방향이 서로 상반되는 한 쌍의 버블분사튜브(210)을 설치하면 그 평균치가 산술적으로 동일하므로 비교적 균일한 분사를 얻을 수 있다.

또한, 일반적으로 버블은 크기가 100~200 마이크로 미터 인데 반해, 상기 버블은 크기가 20내지 30마이크로미터인 마이크로 버블을 비롯하여 다양한 크기의 버블을 사용하여 수조내에서 균일한 밀도 조절이 가능하다.

상기 버블은 버블공급기(410)에서 공급된 공기에 의해 버블분사튜브(210)에서 생성된다.

본 발명 수중 수중전차위에 설치된 순환식 버블분사부에 의한 모형빙의 밀도조절이 가능한 빙해수조의 작동방법은, 사용자가 구동기(330)를 작동시켜서 수중전차(310)가 레일(320)상을 전후로 움직이게 하고, 다시 사용자가 버블공급부(400)를 통하여 압력을 제어하면서, 버블공급관(220)에 연결된 버블분사튜브(210)에 일정한 압력을 가하여 버블분사튜브(210)가 설치된 수중전차(310)가 수중에서 레일(320)을 따라서 이동하면서 버블분사튜브(210)의 표면에 형성된 복수개의 버블분사구멍(212)을 통해서 수조에 균일한 버블을 분사할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 바람직한 실시 예에 의거하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 아니하고 청구항에 기재된 범위 내에서 변형이나 변경 실시가 가능함은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백한 것이며, 그러한 변형이나 변경은 첨부된 특허청구범위에 속한다 할 것이다.

100: 수조부
200: 버블분사부
210: 버블분사튜브
212: 버블분사구멍
220: 버블공급관
230: 버블회수관
300: 구동부
310: 수중전차
320: 레일
330: 구동기
400: 버블공급부
410: 버블공급기
420: 유량분배기
422: 유량조절기
430: 바이패스밸브
500: 버블배기탱크부

Claims (8)

1. 수조수가 담기는 수조부;
   상기 수조부 수중에서 상기 수조부의 길이 방향으로 전후를 왕복운동하며 버블을 분사시키는 버블분사부;
   상기 버블분사부를 상기 수조부에서 왕복운동시키는 구동부;
   상기 버블분사부에 연결되어 상기 버블분사부에 버블을 공급하는 버블공급부; 및
   상기 버블분사부에 연결되어 상기 버블분사부에 주입된 버블을 배기하는 버블배기탱크부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중전차위에 설치된 순환식 버블분사부에 의한 모형빙의 밀도조절이 가능한 빙해수조.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 버블분사부는,
   상기 버블공급부에 연결되어 버블을 주입하는 한 쌍 이상의 버블공급관;
   상기 버블공급관으로부터 버블을 공급받아 버블을 분사시키는 한 쌍 이상의 버블분사튜브; 및
   상기 한 쌍 이상의 상기 버블분사튜브에 연결되어 버블을 상기 버블배기탱크부로 회수하는 한 쌍 이상의 버블회수관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 수중전차위에 설치된 순환식 버블분사부에 의한 모형빙의 밀도조절이 가능한 빙해수조.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 구동부는,
   상기 버블분사튜브가 상부에 고정되고 상기 수조부를 길이방향으로 왕복운동하는 수중전차;
   상기 수조부의 바닥면에 설치되고 상기 수중전차가 장착되어 상기 수조부에서 왕복운동이 가능하도록 안내하는 레일; 및
   상기 수조부에 설치되며 상기 레일과 연결되어 상기 수중전차가 상기 수조부의 길이 방향으로 전후를 왕복운동 가능하도록 동력을 제공하는 구동기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중전차위에 설치된 순환식 버블분사부에 의한 모형빙의 밀도조절이 가능한 빙해수조.
   
4. 제2항에 있어서,
   상기 버블공급관은,
   나란한 한쌍의 상기 버블분사튜브 각각의 일단부에서 상호 반대 방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 수중전차위에 설치된 순환식 버블분사부에 의한 모형빙의 밀도조절이 가능한 빙해수조.
   
5. 제2항에 있어서,
   상기 버블회수관은,
   나란한 한쌍의 상기 버블분사튜브 각각의 타단부에서 상기 버블공급관에 대응하여 상호 반대 방향으로 연결되는 것을 특징으로 하는 수중전차위에 설치된 순환식 버블분사부에 의한 모형빙의 밀도조절이 가능한 빙해수조.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 버블공급부는,
   가압에 의해 상기 버블분사부로 버블을 이송시키는 버블공급기;
   상기 버블공급기에서 가압된 버블 유량의 분배량을 조절하는 유량분배기; 및
   버블의 공급 유량을 조절하는 유량조절기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중전차위에 설치된 순환식 버블분사부에 의한 모형빙의 밀도조절이 가능한 빙해수조.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 버블공급부는,
   상기 버블배기탱크부와 연결되어 상기 버블분사튜브에 공급하는 버블의 총량을 조절하는 바이패스밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중전차위에 설치된 순환식 버블분사부에 의한 모형빙의 밀도조절이 가능한 빙해수조.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 버블은 크기가 20내지 30마이크로미터의 마이크로 버블인 것을 특징으로 하는 수중전차위에 설치된 순환식 버블분사부에 의한 모형빙의 밀도조절이 가능한 빙해수조.
   
   
   

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