KR20200059782A - 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치 및 그의 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치 및 그의 제어방법을 제공하되, 선박의 선체에 분리 가능하게 탑재되거나 또는 상기 선체의 리세스(recess)에 설치되어서, 선체 오염물(fouling)의 선체 접착을 방해하는 초음파 진동을 발생하거나 또는 수중내 초음파 발진에 의한 공동현상 붕괴(cavitation collapsing)를 일으켜서 상기 선체에 대한 오염물을 상기 선체의 외부 쪽으로 밀어내도록, 상기 선체의 표면과 평행하거나 상기 선체의 표면에 대응하게 적어도 1개 이상의 평면을 형성하고 있는 밀폐형 하우징의 내부에서, 복수개의 단방향 초음파 트랜스듀서(uni-directional ultrasonic transducer)가 상기 평면을 향하여 배치되어 있는 복수개의 초음파 모듈; 및 상기 복수개의 초음파 모듈에 대한 작동 모드에 대응하게 상기 초음파 모듈의 출력 강도를 변경하거나, 또는 상기 단방향 초음파 트랜스듀서의 초음파 발진 방향을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치 및 그의 제어방법{ANTI-FOULING APPARATUS FOR VESSEL MOUNTED BY ULTRA-SOUND MODULE AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은 소형 선박에 비해 상대적으로 큰 사이즈를 갖는 대형 상선, 해양구조물, 선박, 또는 바닷물에 부유하는 선체 구조물의 선체 오염물(fouling) 및 바다 생물의 선체 접착을 미연에 방지하는 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 선박, 해양구조물, 요트, 부유식 선체 구조물의 선체 일부분은 바닷물에 잠겨 있을 수 있다.

바다에는 영양분이 풍부하고, 그러한 바다에 떠 있는 선체의 수면 아래 부위는 이름 모를 조개, 해초, 딱딱하게 굳어서 돌처럼 변해버린 덩어리 들이 무수히 붙어 식생할 수 있는 조건이 될 수 있다.

이렇게 해수면 아래의 선체의 몸체에 붙어 있는 유기물들은 선체 오염물, 즉 파울링(fouling)으로 호칭된다.

따라서, 바다에서 사용되는 선체의 경우에는 파울링의 생성을 억제하고 수면 아래 선체 외피 부분을 보호하기 위한 보호층이 마련될 수 있다.

선박 선체에 대한 파울링 및 바다 생물의 접착은 선박 저항을 증가시키고, 이에 따라 계획된 선박 운항 성능(예: 속도 또는 파워)를 저감시키고, 과도한 연료비의 추가 지출을 발생시킬 수 있다.

안티 파울링을 위한 노력으로, 도료 회사에서는 구리 계열 안티 파울링 페인트를 비롯하여 실리콘 도료와 같은 신개념 방오 도료의 개발이 이루어지고 있다.

또한, 선박 관리의 관점 하에서 수중 선박 청소 및 관리 작업도 파울링 제거 및 억제 노력일 수 있다.

종래 기술에 따르면, 개인용 요트 및 소형 선박에서 초음파를 통한 방오 시스템이 적용된 사례가 있다.

종래 기술의 초음파 장치는 개인용 요트 및 소형 선박에 적재된 상태에서 별도의 인력에 의해 수면 아래로 투입되거나, 사용 이후 인양하여 보관될 수 있는 장치일 수 있다.

그러나, 제작 경제 및 유지 보수 비용의 관점하에서 종래 기술의 초음파 장치는 실제로 대형 상선에 적용할 수 없을 정도로 매우 고가이면서, 대형 상선 전체 영역을 커버하기 매우 어렵다.

즉, 소형 선박의 경우, 구형 및 고가의 초음파 발생 장치를 해수면 밑으로 선체 근처에 집어 넣은 후 사용하는 정도이므로, 소형 선박에 비해 넓은 선체 외표면적을 갖는 대형 선박을 커버할 수 있으면서, 경제적으로도 만족할만한 안티 파울링 효과를 발휘할 수 있는 기술 개발이 시급히 요구되고 있는 상황이다.

본 발명에서는 대형 상선 대상으로 최적화된 배치 간격을 갖도록 배치된 복수개의 초음파 모듈을 제공하여, 대형 상선의 선체에 실제 장착하여 경제적으로 운용할 수 있고, 평면형으로 형성되어 출력 조절이 용이하고, 제작 원가를 상대적으로 절감할 수 있고, 선체에 탑재된 상태로 계통적 제어를 통해 선박 운항 중에 파워 오프(off)되고, 선박 정박 또는 계류 중에 파워 온(on)되기 때문에, 별도 운영인력이 필요 없고, 사용 지역, 환경 또는 조류 방향에 따라 초음파 모듈의 출력 강도를 변화시켜서 에너지 사용을 최소화할 수 있는 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치 및 그의 제어방법을 제공하고자 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 선박의 선체에 분리 가능하게 탑재되거나 또는 상기 선체의 리세스(recess)에 설치되어서, 선체 오염물(fouling)의 선체 접착을 방해하는 초음파 진동을 발생하거나 또는 수중내 초음파 발진에 의한 공동현상 붕괴(cavitation collapsing)를 일으켜서 상기 선체에 대한 오염물을 상기 선체의 외부 쪽으로 밀어내도록, 상기 선체의 표면과 평행하거나 상기 선체의 표면에 대응하게 적어도 1개 이상의 평면을 형성하고 있는 밀폐형 하우징의 내부에서, 복수개의 단방향 초음파 트랜스듀서(uni-directional ultrasonic transducer)가 상기 평면을 향하여 배치되어 있는 복수개의 초음파 모듈; 및 상기 복수개의 초음파 모듈에 대한 작동 모드에 대응하게 상기 초음파 모듈의 출력 강도를 변경하거나, 또는 상기 단방향 초음파 트랜스듀서의 초음파 발진 방향을 제어하는 제어부를 포함하는 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 초음파 모듈은 상기 선체 중에서 수면 아래 부위를 기준으로 상기 선체의 선수미 방향 또는 선폭 방향을 따라 20m ~ 40m 배치 간격을 두고 설치될수 있다.

또한, 상기 초음파 모듈의 상기 하우징은, 상기 선체의 표면 또는 상기 리세스의 안쪽면에 밀착되는 배면과, 상기 배면의 테두리에 일체형으로 형성된 후방측 원주면과, 상기 배면의 반대쪽에 해당하는 상기 후방측 원주면의 끝에 가공된 암나사부를 가지고 있는 하우징 후방부; 및 상기 선체의 표면과 평행하고 초음파 전달을 위한 유전체 재질로 형성된 정면과, 상기 정면의 테두리에 연결된 전방측 원주면과, 상기 정면의 반대쪽에 해당하는 상기 전방측 원주면의 끝에 가공되어 있어서 상기 암나사부와 나사 결합되는 수나사부를 가지고 있는 하우징 전방부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 하우징 전방부의 내부 공간에는, 상기 복수개의 단방향 초음파 트랜스듀서의 평활한 정면부가 상기 하우징 전방부의 정면의 설치구멍의 테두리에 일치하도록 연결되고, 상기 단방향 초음파 트랜스듀서의 평활한 정면부의 재질이 상기 하우징 전방부의 정면의 재질과 동일한 유전체 재질로 형성되어 있고, 상기 단방향 초음파 트랜스듀서는, 상기 평활한 정면부에 연결된 발진기 케이싱; 상기 발진기 케이싱의 내부에 마련된 초음파 발진기; 및 상기 발진기 케이싱의 내부에 설치되고, 상기 제어부에 의해 제어되어서 상기 초음파 발진기의 배치 각도를 변경시키는 각도 변환부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부에는, 상기 초음파 모듈의 출력 강도를 변경하기 위하여, 상기 선체의 주변의 해수 온도를 측정하는 온도계; 상기 선체의 주변의 수중 생물 농도를 측정하는 복수개의 농도계; 및 상기 선체를 향하는 해수의 조류 방향을 측정하는 조류계가 접속되어 있을 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치에 의하면, 대형 선박의 선체 외벽(예: 발라스팅 블록)에 방수 형태의 구조물로 부착 또는 설치됨으로써, 파울링 제거를 위해 별도의 종래 기술의 초음파 장치를 수면 아래로 집어넣는 작업에 필요한 인력 사용 없이 곧바로 선박 정박 및 계류 중에 안티 파울링 작동을 수행할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치의 제어방법에 의하면, 선박 운항 시스템에 접속되어서 계통적 제어를 통해 선박 운항 중에 파워 오프(off)되고, 선박 정박 또는 계류 중에 파워 온(on)되고, 작동 모드에 대응하게 복수개의 초음파 모듈의 제어가 이루어지기 때문에, 에너지 사용을 최소화하면서, 효율적으로 파울링 생성을 미연에 방지 또는 최소화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치에 의하면, 하우징의 정면 및 배변이 평면이고, 그 하우징의 내부에 복수개(예: 4개)의 단방향 초음파 트랜스듀서(uni-directional ultrasonic transducer)를 구비하고 있으므로, 설치, 출력 제어 및 초음파 발생 방향 제어가 매우 용이한 장점이 있다.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치에서 초음파 모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 초음파 모듈의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 초음파 모듈의 배치 간격별 방오 성능을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 초음파 모듈의 배치 관계를 설명하기 위한 선박의 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 선 B-B를 따라 절단한 단면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 원 C의 확대 단면도이다.
도 7은 도 1에 도시된 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치에서 제어부를 도시한 블록도이다.
도 8 내지 도 11은 도 7에 도시된 제어부에 의해 이루어지는 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도들이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다.

도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략할 수 있고, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용할 수 있다.

도면에서, 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치에서 초음파 모듈을 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 초음파 모듈의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치는 복수개의 초음파 모듈(100)과, 초음파 모듈(100)이 접속되어 있는 제어부(200)를 포함할 수 있다.

각 초음파 모듈(100)은 선박의 선체에 분리 가능하게 탑재되거나 또는 후술되는 바와 같이 대형 선박과 같은 선체의 외벽(예: 발라스팅 블록)에 마련된 리세스(recess)에 설치될 수 있다.

각 초음파 모듈(100)은 제어부(200)의 제어 신호에 의해 개별 작동이 가능하고, 동시 작동이 가능할 수 있다.

초음파 모듈(100)은 하우징(110)에 정면 또는 배변과 같은 평면이 형성되어 있어서, 대형 선박 등의 선체의 표면 또는 발라스팅 블록을 구성하는 구조부재에 마련된 리세스의 안쪽면(예: 리세스의 바닥면)에 안착될 수 있어서, 설치가 용이하고, 제작 경제 및 유지 보수 비용의 관점하에서 대형 상선의 적용에 매우 유용한 장점이 있다.

이런 초음파 모듈(100)은 선체 오염물(fouling)의 선체 접착을 방해하는 초음파 진동을 발생하거나 또는 수중내 초음파 발진에 의한 공동현상 붕괴(cavitation collapsing)를 일으켜서 상기 선체에 대한 오염물을 상기 선체의 외부 쪽으로 밀어내는 역할을 담당한다.

각 초음파 모듈(100)은 선체의 표면과 평행하거나 선체의 표면에 대응하게 적어도 1개 이상의 평면을 형성하고 있는 밀폐형 하우징(110)을 포함한다.

여기서, 하우징(110)의 평면은 하우징(110)의 정면 또는 배면을 지칭할 수 있다.

또한, 하우징(110)의 내부에는 복수개(예: 4개)의 단방향 초음파 트랜스듀서(120)(uni-directional ultrasonic transducer)가 하우징(110)의 평면인 정면을 향하여 배치되어 있을 수 있다.

이러한 하우징(110)을 갖는 각 초음파 모듈(100)은 개인형 요트 등에 적용된 바 있던 종래 기술의 구면형 전방향 초음파 장치에 비해 월등히 싼 제작비로 제작될 수 있어서 제조 원가를 대폭적으로 절감할 수 있는 장점이 있다.

또한, 제어부(200)는 후술되는 바와 같이, 복수개의 초음파 모듈(100)에 대한 작동 모드에 대응하게 초음파 모듈(100)의 출력 강도를 변경하거나, 또는 초음파 모듈(100)의 각각의 내부에 마련된 복수개의 단방향 초음파 트랜스듀서(120)의 초음파 발진 방향을 제어하는 역할을 담당할 수 있다.

각 초음파 모듈(100)과 제어부(200)의 사이에는 복수개의 단방향 초음파 트랜스듀서(120)의 작동 제어를 위한 방수형 또는 방폭형 연결 케이블(300)과 케이블 연결 커넥터(310)가 마련되어 있을 수 있다.

도 1을 참조하면, 초음파 모듈(100)의 하우징(110)은 하우징 전방부(115)의 외부를 기준으로 전방측 원주면(117)에는 복수개의 고리부(140)가 마련되어 있을 수 있다.

고리부(140)는 설치 높이 설정시 하우징(110)과 인양 장치의 로프를 서로 연결하는 러그 역할을 담당하거나, 볼트 등을 체결하기 위한 체결 수단의 역할을 담당할 수 있다.

고리부(140)는 스테인레스 재질로 형성되어 있어서, 부식에 강한 장점이 있다.

도 2를 참조하면, 초음파 모듈(100)의 하우징(110)은 상호 결합이 가능한 하우징 후방부(111)와 하우징 전방부(115)를 포함하여 밀폐형 실린더형 구조물의 형태로서, 수중 내에서 수압을 견딜 수 있고, 부식에 강한 재질로 제작되어 있을 수 있다.

예컨대, 하우징 후방부(111)는 선체의 표면 또는 리세스의 안쪽면에 밀착되는 배면(112)과, 그 배면(112)의 테두리에 일체형으로 형성된 후방측 원주면(113)과, 배면(112)의 반대쪽에 해당하는 후방측 원주면(113)의 끝에 가공된 암나사부(114)를 가지고 있을 수 있다.

또한, 하우징 전방부(115)는 하우징 후방부(111)의 평면적과 동일한 평면적을 가지고 있을 수 있고, 하우징 후방부(111)에 비해 상대적으로 긴 길이를 가질 수 있다.

이런 하우징 전방부(115)는 선체의 표면과 평행하고 초음파 전달을 위한 유전체 재질로 형성된 정면(116)과, 그 정면(116)의 테두리에 연결된 전방측 원주면(117)과, 정면(116)의 반대쪽에 해당하는 전방측 원주면(117)의 끝에 가공되어 있어서 하우징 후방부(111)의 암나사부(114)와 나사 결합되는 수나사부(118)를 가지고 있을 수 있다.

이런 초음파 모듈(100)의 하우징(1110)은 하우징 후방부(111)의 전체 영역, 격벽(119), 및 정면(116)을 제외한 하우징 전방부(115)의 영역이 스테인레스 재질로 형성되어 있어서, 부식에 강한 장점이 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 초음파 모듈(100)의 하우징(110)은 하우징(110)의 내부에 마련된 격벽(119)을 포함할 수 있다.

격벽(119)은 하우징 후방부(111)와 하우징 전방부(115)의 경계에 배치되어서, 하우징 후방부(111)의 내부 공간과 하우징 전방부(115)의 내부 공간을 상호 구획시키는 역할을 담당할 수 있는 원형 플레이트 또는 웨브 플레이트일 수 있다.

또한, 격벽(119)은 하우징(110)의 내부에 배치되어 있어서, 하우징(110)의 구조적 강성을 보강하는 역할을 담당함으로써, 하우징(110)이 수중 내에 배치되어 수압을 받을 때, 수압에 의해 하우징(110)이 변형되는 것을 방지할 수 있는 효과를 발휘할 수 있다.

또한, 격벽(119)은 후술되는 마그네틱부(130)의 설치 기반 또는 지지 기반이 되는 역할을 수행할 수 있다.

하우징 전방부(115)의 내부 공간에는 복수개의 단방향 초음파 트랜스듀서(120)가 배치된다.

각 단방향 초음파 트랜스듀서(120)의 평활한 정면부(121)는 하우징 전방부(115)의 정면(116)의 설치구멍(116a)의 테두리에 일치하도록 연결되어 있다.

이때, 단방향 초음파 트랜스듀서(120)의 평활한 정면부(121)의 재질은 하우징 전방부(115)의 정면(116)의 재질과 동일한 유전체 재질로 형성되어 있거나, 박막의 스테인레스 재질로 형성되어 있을 수 있다.

여기서, 유전체 재질은 단방향 초음파 트랜스듀서(120)의 성능 및 규격을 고려하거나, 성능 최적화를 가져올 수 있는 재질 군에서 선택딜 수 있다.

예컨대, 유전체 재질은 단방향 초음파 트랜스듀서(120)를 수압으로부터 보호할 수 있는 정도의 비금속 물질로 이루어진 견고함을 가질 수 있다.

또한, 유전체 재질은 해수의 유전율보다 높은 유전율을 갖는 부도체로서, 유전율이 높을수록 초음파 진동 전달률이 커지는 특성을 가질 수 있다.

이러한 유전체 재질로는 폴리카보네이트, 아크릴, 세라믹, PWB(Printed Writing Board), 테프론 중 어느 하나의 재질일 수 있다.

또한, 각 단방향 초음파 트랜스듀서(120)는 유전체 재질의 평활한 정면부(111)에 연결된 발진기 케이싱(122)과, 그 발진기 케이싱의 내부에 마련된 초음파 발진기(123)를 포함할 수 있다.

각 초음파 발진기(123)는 내부 전선 및 초음파 모듈(100)의 하우징(110)의 외부의 연결 케이블(300)을 통해 제어부(200)에 접속되어 있을 수 있다.

또한, 각 단방향 초음파 트랜스듀서(120)는 발진기 케이싱(122)의 내부에 설치되고, 제어부(200)에 의해 제어되어서 초음파 발진기(123)의 배치 각도를 변경시키는 각도 변환부(124)를 포함할 수 있다.

각도 변환부(124)는 복수개의 선형모터의 직선 왕복 운동이 피봇을 통해 회전 운동으로 변환될 수 있는 기구 장치로 구성되거나, 스튜어트 플랫폼 등으로 구성될 수 있다.

기구적 설계 변경을 통해서, 각도 변환부(124)는 초음파 발진기(123)를 틸트(예: 수직 회전)시키거나, 팬(예: 수평 회전)시킬 수 있는 기구적 장치를 더 포함할 수 있다.

각도 변환부(124)의 적용으로 인하여, 각 단방향 초음파 트랜스듀서(120)는 후술되는 바와 같이 조류의 방향, 수중 생물 농도 측정값 등을 고려하여 초음파의 발진 방향을 변경할 수 있으므로, 오염물 방오 성능을 극대화시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 초음파 모듈(100)의 하우징(110)은 하우징 후방부(111)의 내부 공간을 기준으로 격벽(119)과 하우징 후방부(111)의 배면(112) 사이에 탑재된 마그네틱부(130)를 더 포함할 수 있다.

마그네틱부(130)는 미 도시된 조립용 단턱 또는 접착제 등에 의해서 격벽(119)의 표면 또는 하우징 후방부(111)의 배면(112)의 내측면에 고정될 수 있다.

마그네틱부(130)는 그의 자력을 이용하여 선체의 표면 또는 리세스의 바닥면 등에 대한 고정력을 발휘할 수 있다.

마그네틱부(130)의 적용으로 인하여 설치 및 유지 보수가 매우 용이한 장점이 발휘될 수 있다.

앞서 상세히 설명한 초음파 모듈(100)은 선체 중에서 수면 아래 부위를 기준으로 선체의 선수미 방향 또는 선폭 방향을 따라 20m ~ 40m 배치 간격을 두고 설치되었을 때, 운영상 효율적이면서도 방오 효율상 실익을 걷을 수 있다.

즉, 20m 이하의 배치 간격에서는 과도한 방오 효율이 나오고, 40m 이상의 배치 간격에서는 선체 오염물(fouling)이 발생됨으로써, 상기 배치 간격에 관한 수치 범위는 임계적 의미를 갖는다고 볼 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 초음파 모듈의 배치 간격별 방오 성능을 보여주는 도면이고, 도 4는 도 1에 도시된 초음파 모듈의 배치 관계를 설명하기 위한 선박의 평면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 선 B-B를 따라 절단한 단면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 원 C의 확대 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시 예에 따른 방오 성능을 입증하기 위한 실험은 실제로 사용되고 있으면서, 항구의 안벽에 계류 또는 정박된 상태의 대형 상선용 선체(1)에 대하여 수행된 바 있다.

이때, 복수개의 초음파 모듈(100)들은 수면 아래 위치를 기준으로 선체(1)의 좌현 또는 우현에서 제 1 배치 간격(L1) 20m와, 제 2 배치 간격(L2) 40m로 설치되었고, 비교 결과를 얻기 위해서, 선체(1)의 좌현 또는 우현의 비 설치 구역(S1, S2)에는 설치되지 않은 바 있다.

그 결과, 도 3에 도시된 바와 같이, 초음파 모듈(100)들이 제 1 배치 간격(L1) 내지 제 2 배치 간격(L2) 20m ~ 40m 내에 설치되어 초음파를 선체(1)의 표면 주변으로 발생시켰을 때, 적어도 40m 까지는 유의미한 방오 성능이 있음이 확인될 수 있다.

도 4를 참조하면, 초음파 모듈(100)은 수중에 잠기는 발라스틱 블록 부분에 부착 또는 설치되고, 특히 초기 선박 설계에 반영하여 블록 제작시 초음파 모듈(100)의 설치 위치, 즉 리세스(2)에 방수형 타입으로 설치되어서, 대형 상선에 적용될 수 있을 정도로 뛰어난 방오 성능을 발휘할 수 있다.

리세스(2)의 깊이는 초음파 모듈(100)의 하우징의 높이와 동일할 수 있다.

따라서, 초음파 모듈(100)의 하우징 전방부의 정면은 선체(1)의 외표면과 동일한 레벨을 이루게 될 수 있고, 초음파 모듈(100)의 설치에도 불구하고, 선체(1)의 외표면 밖으로 초음파 모듈(100)의 일부분이 돌출되지 않게 되어서, 선박의 운항시 저항으로 작용되지 않을 수 있는 장점이 있다.

실제 대형 상선 적용 계획에 따르면, 초음파 모듈(100)들은 제 1 배치 간격(L1) 내지 제 2 배치 간격(L2) 20m ~ 40m 범위 내에 포함될 수 있는 선체(1)의 길이 방향 또는 폭 방향을 따라 30m 배치 간격(L3)을 두고 설치될 수 있다.

도 5 내지 도 6을 참조하면, 초음파 모듈(100)은 복수개의 단방향 초음파 트랜스듀서(120)가 하우징(110)의 내부에서 상하 또는 좌우 방향을 따라 병렬로 배열된 상태로 수중을 향하여 다채널의 초음파를 발생시킨다.

그 결과, 복수개의 단방향 초음파 트랜스듀서(120)에 의한 다채널의 초음파는 해수를 매질로 하여 선체(1)의 표면을 따라 전달될 수 있고, 라바(lava), 해수내 유기물, 연소자성 따개비(juvenile barnacle), 홍합, 미세 해양생물, 수초 등과 같은 선체 오염물(5)의 부착을 방지하거나, 억제하는 역할을 담당한다.

이와 함께, 다채널의 초음파는 선체(1) 옆 수중 내에서 복수개의 공동현상 붕괴(4)(cavitation collapsing)를 일으키고, 그 공동현상 붕괴(4)로 인하여 선체 오염물(5)이 선체(1)의 외부쪽으로 밀려 나가서 선체(1)의 표면에 식생하지 못하게 되는 효과를 발휘할 수 있다.

이하, 본 실시 예에 따른 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치의 제어방법에 대하여 설명하고자 한다.

도 7은 도 1에 도시된 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치에서 제어부를 도시한 블록도이고, 도 8 내지 도 11은 도 7에 도시된 제어부에 의해 이루어지는 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치의 제어방법을 설명하기 위한 흐름도들이다.

도 7을 참조하면, 제어부(200)는 초음파 모듈(100)별 연결 케이블(300)을 통해 접속되어 있을 수 있다.

제어부(200)는 선박에 기 마련되어 있는 선박 운항 시스템(미 도시)에 통신하여 GPS 정보를 수신하거나, 초음파 모듈(100)의 작동 상태를 모니터링할 수 있는 신호를 선박 운항 시스템 쪽으로 전송하는 통신 및 제어 회로로 구성되어 있을 수 있다.

제어부(200)는 초음파 모듈(100)들에 대한 다채널 접속 및 개별 작동 제어가 가능한 회로 장치일 수 있다.

제어부(200)는 선박 운항 시스템으로부터 선박 운항 여부를 확인할 수 있는 운항 정보를 수신할 수 있고, 이를 통해서 선박의 운항 시에는 초음파 모듈(100)의 파워를 오프(off)시키고, 항구나 계류장 또는 정박장에 정박 또는 계류시에만 초음파 모듈(100)의 파워를 온(on)시키는 제어기(210)를 포함할 수 있다.

제어기(210)를 포함한 제어부(200)는 선박 계류 위치 정보도 선박 운항 시스템으로부터 수신 받아 이용할 수 있도록 전자 통신 회로적으로 구성되어 있다.

제어기(210)를 포함한 제어부(200)에는 초음파 모듈(100)의 출력 강도를 변경하기 위하여, 선체의 주변의 해수 온도를 측정하는 온도계(220)가 접속되어 있을 수 있다.

여기서, 온도계(220)는 선체에 부착되고, 수면 아래의 해수 온도를 측정할 수 있도록 구성되어 있다.

또한, 제어부(200)에는 선체의 주변의 수중 생물 농도를 측정하는 복수개의 농도계(230)가 접속되어 있을 수 있다.

농도계(230)는 복수개로 이루어지고, 각각 초음파 모듈(100)의 설치 위치 옆의 위치, 초음파 모듈(100)의 하우징, 리세스 중 어느 하나에 설치되어 있을 수 있다.

또한, 제어부(200)에는 선체를 향하는 해수의 조류 방향을 측정하는 조류계(240)가 접속되어 있을 수 있다.

조류계(240)는 별도로 신규 설치되거나, 선박 운항 시스템에 의해 운용되고 있는 기존의 조류 방향 측정 장치일 수 있다.

조류계(240)는 해수의 방향이 변화될 수 있는 안벽과 선체 사이의 위치를 기준으로 선체의 일측에 설치되거나, 안벽의 반대쪽에 해당하는 선체의 타측에 설치될 수 있다.

제어부(200)의 제어기(210)는 온도계(220), 농도계(230) 및 조류계(240)로부터 수신되는 각종 측정값에 대응하게 초음파 모듈(100)을 개별적으로 또는 전체적으로 제어하게 된다.

예컨대, 제어기(210)를 포함한 제어부(200)는 복수개의 초음파 모듈(100)에 대한 작동 모드에 대응하게 초음파 모듈(100)의 출력 강도를 변경하거나, 초음파 모듈(100)의 내부에 탑재된 단방향 초음파 트랜스듀서의 초음파 발진 방향을 제어하는 역할을 담당할 수 있다.

도 8을 참조하면, 제어부(200)는 선체에 마련된 선박 운항 시스템에 접속하는 단계(S100)와, 선박 운항 시스템으로부터 선박 운항 여부를 확인할 수 있는 운항 정보를 수신하여서, 선박이 계류 또는 정박 상태를 체크하는 단계(S200)를 수행할 수 있다.

그 결과, 제어부(200)는 선박이 정박 또는 계류 상태일 때 스위칭 단계를 수행하게 된다(S300, S310)

즉, 제어부(200)는 선박의 정박 또는 계류 상태일 때 초음파 모듈의 파워를 온(on)시켜서, 초음파 모듈에서 발생된 초음파에 의해 선체를 방오한다(S300).

그리고, 선박이 운항 중일 때에는 해수력, 조력 또는 해수와 선체간에 발생되는 충격력 등에 의해서 선체 오염물이 선체에 들어 붙지않기 때문에, 초음파 모듈의 파워를 오프(off)시킴으로써, 에너지 낭비를 방지할 수 있다(S310).

또한, 제어부(200)에서는 작동 모드 선택 단계(S400)가 수행될 수 있다.

즉, 상기 스위칭 단계(S300, S310) 이후에는 GPS(global positioning system) 모드(S500)(도 9), 센싱 모드(S600)(도 10), 해류 모드(S700)(도 11) 중 어느 하나의 작동 모드를 선택하는 과정 또는 단계가 이루어질 수 있다.

제어부에 의해 수행되는 GPS(global positioning system) 모드(S500)시에는, 선박 운항 시스템으로부터 입력받은 선박 계류 위치 정보에 대응하게 상기 초음파 모듈의 출력 강도를 변경시키는 일련의 과정이 수행될 수 있다.

즉, 도 9를 참조하면, 제어부는 수신 받은 선박 계류 위치 정보를 통해 선박 계류 위치를 파악하는 과정(S510)을 수행하게 된다.

제어부는 제어기에 접속된 메모리를 더 포함하고, 그 메모리의 데이터베이스(DB)에는 지역별 해수 상황에 따른 방오 실험을 통해 얻은 계류 위치별 초음파 모듈의 출력 제어값, 해수 온도별 초음파 모듈의 출력 제어값, 수중 생물 농도별 초음파 모듈의 출력 제어값을 포함한 룩업 테이블이 기록 저장되어 있을 수 있다.

즉, 룩업 테이블의 출력 제어값은 각 지역별 해수 상황에서 최적의 방오 성능을 일으킬 수 있는 값에 해당할 수 있다.

따라서, 제어부는 선박 계류 위치를 키워드로 룩업 테이블을 검색하여 해당 선박 계류 위치에 대응한 출력 제어값으로 초음파 모듈의 작동을 제어함으로써, 선박 계류 위치별 초음파 모듈의 출력 강도를 변경하는 과정을 수행할 수 있다(S520).

이때, 제어부는 비례 제어 여부(S530)에 따라서, 모든 단방향 초음파 트랜스듀서의 출력값을 동일하게 비례 제어하거나(S531), 단방향 초음파 트랜스듀서 각각을 개별적으로 온/오프 제어함으로써(S532), 계류 위치 또는 해양 지역별로 최적화된 출력으로 초음파 모듈을 운용함으로써, 그 결과 파울링 유발자 근접 방지 또는 선체 오염물 접착 억제를 효율적으로 수행하게 된다(S540).

도 10을 참조하면 제어부에 의해 수행되는 센싱 모드(S600)시에는, 온도계로부터 수신 받은 해수 온도값 또는 농도계로부터 수신 받은 수중 생물 농도의 측정값에 대응하게 상기 초음파 모듈의 출력 강도를 변경시키는 일련의 과정이 수행될 수 있다.

예컨대, 제어부는 선체의 주변의 해수 온도를 측정하는 과정(S610)과, 선체의 주변의 수중 생물 농도를 측정하는 과정(S620)을 수행하고, 이를 통해 수신 받은 해수 온도값 또는 수중 생물 농도의 측정값에 대응하는 최적의 출력 제어값으로 초음파 모듈의 출력 강도를 변경하는 과정(S630)을 수행할 수 있다.

센싱 모드(S600)에서도 제어부는 앞서 설명한 바와 같이 비례 제어 여부(S530)를 체크함으로써, 최적화된 출력으로 초음파 모듈을 운용하게 된다.

도 11을 참조하면, 제어부에 의해 수행되는 해류 모드(S700)시에는, 조류계로부터 수신 받은 방향 측정값에 대응하게 초음파 모듈의 내부에 설치된 초음파 트랜스듀서의 초음파 발진기의 배치 각도를 조류를 향하도록 변경시키는 일련의 과정이 수행될 수 있다.

즉, 제어부는 조류계를 가동시켜서 선체를 향하는 해수의 조류 방향을 측정하고, 방향 측정값을 수신하는 과정(S710)과, 초음파 모듈 내부의 각도 변환부를 제어하여 초음파 발진기의 배치 각도를 변경시키는 초음파 트랜스듀서의 각도 제어 과정(S720)을 수행한다.

방향 측정값을 수신하는 과정(S710)에는 안벽과 선체 사이의 조류 방향을 측정후 그 방향 측정값을 수신하는 것도 포함될 수 있다.

각도 제어 과정(S720)을 통해 발생된 초음파는 선체 쪽으로 다가오는 조류내 선체 오염물에 비교적 효율적으로 작용함으로써, 선체 오염물 부착을 더욱 효율적으로 방지할 수 있다.

해류 모드(S700)에서도 제어부는 조류 방향에 대응하는 최적의 출력값으로 초음파 모듈의 출력 강도를 변경하는 과정(S730)과, 비례 제어 여부(S530)를 체크함으로써, 최적화된 출력으로 초음파 모듈을 운용하게 된다.

예컨대, 조류가 선체의 전방을 향하여 유동하는 경우, 선체의 전방쪽에 위치한 초음파 모듈의 출력 강도를 강하게 변경시키고, 선체의 후방쪽에 위치한 초음파 모듈의 출력 강도를 약하게 변경시킬 수 있다.

물론, 조류의 방향이 바뀌어서 선체의 후방을 향하여 유동하는 경우, 선체의 전방쪽에 위치한 초음파 모듈의 출력 강도를 약하게 변경시키고, 선체의 후방쪽에 위치한 초음파 모듈의 출력 강도를 강하게 변경시킬 수 있다.

이처럼, 본 실시 예에 따른 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치 및 그의 제어방법은 적어도 한개의 평면이 구비된 하우징을 갖는 초음파 모듈을 복수개로 선체에 최적화된 배치 간격으로 배치함으로써, 제작 경제성, 설치 및 운용 성능이 뛰어난 장점이 있다.

또한, 본 실시 예에 따른 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치 및 그의 제어방법은 각종 작동 모드별로 초음파 모듈의 출력 강도를 제어하거나 초음파 방향을 조류를 향하도록 제어함으로써, 에너지 사용을 최소화시킬 수 있는 장점이 있다.

본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

따라서 본 발명의 범위는 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상을 바탕으로 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 초음파 모듈 110 : 하우징
120 : 단방향 초음파 트랜스듀서 130 : 마그네틱부
140 : 고리부 200 : 제어부

Claims (5)

1. 선박의 선체에 분리 가능하게 탑재되거나 또는 상기 선체의 리세스(recess)에 설치되어서, 선체 오염물(fouling)의 선체 접착을 방해하는 초음파 진동을 발생하거나 또는 수중내 초음파 발진에 의한 공동현상 붕괴(cavitation collapsing)를 일으켜서 상기 선체에 대한 오염물을 상기 선체의 외부 쪽으로 밀어내도록, 상기 선체의 표면과 평행하거나 상기 선체의 표면에 대응하게 적어도 1개 이상의 평면을 형성하고 있는 밀폐형 하우징의 내부에서, 복수개의 단방향 초음파 트랜스듀서(uni-directional ultrasonic transducer)가 상기 평면을 향하여 배치되어 있는 복수개의 초음파 모듈; 및
   상기 복수개의 초음파 모듈에 대한 작동 모드에 대응하게 상기 초음파 모듈의 출력 강도를 변경하거나, 또는 상기 단방향 초음파 트랜스듀서의 초음파 발진 방향을 제어하는 제어부를 포함하는 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 초음파 모듈은,
   상기 선체 중에서 수면 아래 부위를 기준으로 상기 선체의 선수미 방향 또는 선폭 방향을 따라 20m ~ 40m 배치 간격을 두고 설치되는 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 초음파 모듈의 상기 하우징은,
   상기 선체의 표면 또는 상기 리세스의 안쪽면에 밀착되는 배면과, 상기 배면의 테두리에 일체형으로 형성된 후방측 원주면과, 상기 배면의 반대쪽에 해당하는 상기 후방측 원주면의 끝에 가공된 암나사부를 가지고 있는 하우징 후방부; 및
   상기 선체의 표면과 평행하고 초음파 전달을 위한 유전체 재질로 형성된 정면과, 상기 정면의 테두리에 연결된 전방측 원주면과, 상기 정면의 반대쪽에 해당하는 상기 전방측 원주면의 끝에 가공되어 있어서 상기 암나사부와 나사 결합되는 수나사부를 가지고 있는 하우징 전방부를 포함하는 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 하우징 전방부의 내부 공간에는,
   상기 복수개의 단방향 초음파 트랜스듀서의 평활한 정면부가 상기 하우징 전방부의 정면의 설치구멍의 테두리에 일치하도록 연결되고,
   상기 단방향 초음파 트랜스듀서의 평활한 정면부의 재질이 상기 하우징 전방부의 정면의 재질과 동일한 유전체 재질로 형성되어 있고,
   상기 단방향 초음파 트랜스듀서는,
   상기 평활한 정면부에 연결된 발진기 케이싱;
   상기 발진기 케이싱의 내부에 마련된 초음파 발진기; 및
   상기 발진기 케이싱의 내부에 설치되고, 상기 제어부에 의해 제어되어서 상기 초음파 발진기의 배치 각도를 변경시키는 각도 변환부를 포함하는 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어부에는,
   상기 초음파 모듈의 출력 강도를 변경하기 위하여, 상기 선체의 주변의 해수 온도를 측정하는 온도계;
   상기 선체의 주변의 수중 생물 농도를 측정하는 복수개의 농도계; 및
   상기 선체를 향하는 해수의 조류 방향을 측정하는 조류계가 접속되어 있는 초음파 모듈을 통한 선박 탑재형 방오장치.

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