KR20240011018A

KR20240011018A - 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템 및 그 운영방법

Info

Publication number: KR20240011018A
Application number: KR1020220088507A
Authority: KR
Inventors: 김준호
Original assignee: 김준호
Priority date: 2022-07-18
Filing date: 2022-07-18
Publication date: 2024-01-25

Abstract

본 발명은 소형선박에서 전복 혹은 침몰의 방지 혹은 지연을 목적으로 하는 선박용 재난 대책 시스템에 관한 것으로 특히, 선박의 선체에 구비되며 선체의 내부에 위치하는 적어도 1개 이상의 감지 센서(자이로센서)에 의하여 측정된 값을 기준으로 밀폐된 내부공간으로의 순간적인 유체(균형수) 충진이 이루어져 충돌, 전복, 침몰 등과 같은 재난 상황의 선박에 대해 추가적인 부력 및 추가 중량을 제공하여 승객과 선박의 안전을 확보할 수 있도록 하기 위한 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템 및 그 운영방법에 관한 것이다.

Description

소형 선박용 밸러스트 제어 시스템 및 그 운영방법{The ballast control system for small vessels and the operation method for the same}

일반적으로, 선박이란 화물이나 승객을 바다나 강과 같은 물 위로 떠다니도록 나무나 쇠 따위로 만든 물건(운송수단)을 칭하는 것으로, 모양과 쓰임에 따라 보트, 나룻배, 기선(汽船), 군함(軍艦), 화물선, 여객선, 유조선 등등의 따위로 분류 한다.

이러한 선박은 물 위를 떠다닌다는 특성에 의해 물의 출렁임에도 안전성을 확보하기 위한 기술들이 개발되고 있으며, 이중 가장 보편적으로 적용되고 있는 기술이 밸러스트 제어이다.

상기 밸러스트 제어란, 대형선박에 주로 적용되는 것으로, 대형선박의 경우 화물을 수송하는 것과 관계없이 선박의 안정성을 향상시키기 위해 선박의 화물 혹은 승객의 변화에 따라 채워지거나 비워질 수 있는 탱크가 제공된다. 이러한 탱크는 밸러스트 탱크로 표기되고, 이들에 채워지는 물은 밸러스트 워터로 표기된다. 따라서 통상적으로 비워진 선박 또는 부분적으로 화물을 운송하는 선박이 항구를 떠나는 경우, 밸러스트 워터는 선박의 안정성을 향상시키고 부력을 조절하기 위해 밸러스트 탱크로 채워진다. 즉, 상기 밸러스트 제어란 밸러스트 탱크에 밸러스트 워터를 채우거나 빼는 일련의 과정을 제어하는 각종 기술들의 총칭이다.

상술한 밸러스트 제어는 가장 기본적인 기술이지만, 상기 밸러스트 워터를 밸러스트 탱크에 채우거나 빼는 일련의 과정이 일정한 속도를 갖기 때문에, 일련의 사고로 인해 선박이 전복이나 침수 혹은 침몰이 되는 것을 억제하기에는 그 대응속도가 느려 재난 발생시에 선박의 전복이나 침수 혹은 침몰을 억제하는 기술로 사용하기에는 부족하는 근본적인 문제점을 갖는다.

따라서 이를 보완하기 위해 제안되어진 기술이 선박의 선체 내외부에 다수의 에어백을 구비하는 방식으로 대한민국 특허 등록번호 10-0791547호(발명의 명칭: 선박의 침몰방지장치)와, 대한민국 특허 등록번호 10-1773596호(발명의 명칭: 비상시 침몰방지 및 전복방지 장치가 비치된 선박), 및 대한민국 특허 등록번호 10-2086037호(발명의 명칭: 전복지연장치가 구비된 선박)가 대표적인 기술들이다.

상술한 선행기술들의 특징은 선체 내외부에 다수의 에어백을 구비하여 선박이 전복이나 침수 혹은 침몰이 되는 것을 억제하도록 하는 것에 있으나, 에어백 기술이 선행적으로 적용된 자동차에서 흔히 볼 수 있는 에어백 오작동의 기술적 한계를 벗어나지 못하고 있다는 문제점이 있었다.

특히나 선박의 경우 에어백 오작동이 발생되면, 이를 다시 오작동 이전 상태로 복구하기 위해서는 선박 보수항으로의 입항이 우선되어야 하기 때문에 시간적 혹은 경제적 손실이 막대하다는 문제점이 발생되었다.

또한, 선행 기술들이나 밸러스트 제어 기술과 같은 선박 안전용 기술들은 중형 이상의 선박에 적용되기 적합한 기술들로써, 근래 각광 받고 있는 레저용 소형 선박에는 해당 기술을 그대로 적용하기 어렵다는 기술적 한계점을 갖는다.

그러나, 모터보트, 세일링 요트 등 레저 선박산업의 세계시장은 대형 조선시장과 유사한 규모의 시장을 형성하고 있으며, 해양레저 선박산업은 중소기업 중심의 산업이기 때문에, 소형 선박의 특성상 운전자만 탑승하여 해양레저 활동 (낚시 등)을 즐기거나, 탑승자의 수가 4~6인에 국한되어 안전에 매우 취약함에도 불구하고, 소형 선박의 안전시스템에 대한 기술개발이 매우 적은 현실이다.

따라서 사고 발생 시 인명 피해로 이어질 확률이 매우 높으나, 수상안전에 대한 인식과 관리는 아직까지 부족한 점이 많아 안타까운 수상안전 관련 인명사고가 끊이질 않고 있고, 선박의 안전사고는 익사사고 및 침몰사고로 이어지며, 이 과정에서 많은 인명피해와 환경오염 등의 심각한 문제를 가져오게 된다.

이에 해양레저용 소형선박의 경우 그 외관의 수려함을 해칠 가능성이 있는 에어백 기술은 배제하고, 전복이나 침수 혹은 침몰이 되는 것을 억제하여 골든타임을 확보할 수 있는 소형 선박 전용의 안전기술을 확보할 필요성이 대두되었다.

특허문헌 1 : 대한민국 특허 등록번호 10-0791547호 특허문헌 2 : 대한민국 특허 등록번호 10-1773596호 특허문헌 3 : 대한민국 특허 등록번호 10-2086037호

상술한 문제점을 해소하기 위한 본 발명의 목적은, 소형 선박에서 전복 혹은 침몰의 방지 혹은 지연을 목적으로 하는 선박용 재난 대책 시스템에 관한 것으로 특히, 선박의 선체에 구비되며 선체의 내부에 위치하는 적어도 1개 이상의 감지 센서(자이로센서)에 의하여 측정된 값을 기준으로 밀폐된 내부공간으로의 순간적인 유체(균형수) 충진이 이루어져 충돌, 전복, 침몰 등과 같은 재난 상황의 선박에 대해 추가적인 부력 및 추가 중량을 제공하여 승객과 선박의 안전을 확보할 수 있도록 하기 위한 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템 및 그 운영방법을 제공하는 데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템의 특징은, 선박의 상하 중심축과 전후 중심선을 기준으로 적어도 1개 이상이 구비되는 자이로스코프(gyroscope)를 포함하여 선박의 상태를 검출하는 감지센서부와; 흘수선 아래의 선수측에 구비되어진 유입구를 통해 물을 강제로 흡수하는 유체 펌프와; 흘수선 아래의 선박 내 좌현과 후현에 각각 구비되며 일측은 상기 유체 펌프에 연결되는 밸러스트 탱크부; 및 상기 감지센서부로부터 선박의 현 상태에 대한 데이터를 수집하고, 선박의 정상 운항을 위한 제어를 수행함과 동시에 상기 유체 펌프를 통해 밸러스트 탱크부에 저수되는 물의 량을 제어하여 선박의 균형을 유지하도록 하는 제어부를 포함하되; 상기 제어부는 선박이 좌현 혹은 우현의 어느 일측으로 선박의 중심축이 기울어질 때 상기 감지센서부를 통해 검출되는 신호를 기준으로 선박이 정상상태가 아니라고 판단되면, 기울어지는 반대편의 밸러스트 탱크부내에 밸러스트 수를 채워주고 기울어지는 방향의 밸러스트 탱크부내에 밸러스트 수를 배출하되, 중심축이 정상위치에 올 때까지 상기 밸러스트 수를 채워줘야 하는 밸러스트 탱크와 연결된 상기 유체 펌프가 계속 구동하여 해당 배출구를 통해 배출되는 물에 의해 기울어지 방향으로의 회전 추진력을 더 제공함으로써 선박에 작용하는 부력과 선박의 하중에 의해 발생한 원심력에 의한 무게중심의 이동을 통해 선박의 균형 복원력을 증대시키는 데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템의 부가적인 특징으로, 선박 외부에서 선박의 내부로 공기를 강제 흡기하는 공기 펌프를 더 포함하여 상기 제어부에서 상기 밸러스트 탱크부내에 저수되어진 밸러스트 수를 가속 배출하여야 한다고 판단되는 경우 상기 공기 펌프를 구동시켜 외부의 공기를 상기 밸러스트 탱크부 내부로 유입시킴에 따라 밸러스트 수의 배출을 가속시키는 데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템의 부가적인 다른 특징으로, 흘수선 아래의 선미측 좌현과 우현에 각각 하나씩 구비되어진 배출구에 상기 밸러스트 탱크부의 타측이 연결되어 질 때 상기 배출구를 통해 배출되는 유량을 감시하는 배출유량감지부를 더 포함하여, 상기 제어부가 상기 배출유량감지부를 통해 상기 밸러스트 탱크부내에 저수되어진 밸러스트 수의 배출이 완료되었다고 판단되면 상기 공기 펌프의 구동을 중지하도록 하는 데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템의 부가적인 또 다른 특징으로, 흘수선 아래 선박의 내측 좌현과 우현 각각에 소용량의 저수 용량을 갖는 밸러스트 탱크가 다수 개 구비되며; 상기 밸러스트 탱크 각각에 대해 일측에 일대일로 매칭되어 구비되어 상기 유체 펌프와 상기 밸러스트 탱크들이 각각 연결되어 질 때 상기 밸러스트 탱크 별로 상기 유체 펌프가 강제로 흡수하는 밸러스트 수의 유입 경로를 상기 제어부에서 발생시킨 유체유입 제어신호에 따라 개폐하는 유입밸브들과; 상기 밸러스트 탱크 각각에 대해 타측에 일대일로 매칭되어 구비되며 저류되었던 밸러스트 수를 배출구 측으로 연결하기 위한 배출 경로를 상기 제어부에서 발생시킨 유체배출 제어신호에 따라 개폐하는 배출밸브들; 및 상기 밸러스트 탱크 각각에 대해 일측에 일대일로 매칭되어 구비되며 상기 공기펌프로부터 흡기되는 공기의 흡기 경로를 상기 제어부에서 발생시킨 공기유입 제어신호에 따라 개폐하는 공기밸브들을 포함하는 데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템의 부가적인 또 다른 특징으로, 상기 밸러스트 탱크는 우현과 좌현 각각에 대해 4개 내지 10개 씩이 일렬로 구비되는 데 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템의 부가적인 또 다른 특징으로, 상기 제어부의 제어에 따라, 상기 유체 펌프를 온동작시키고, 상기 우현과 좌현에 4개 내지 10개 씩이 일렬로 구비되진 밸러스트 탱크 중 어느 하나의 밸러스트 탱크와 연결되어진 유입밸브를 개방하여 해당 밸러스트 탱크에 밸러스트 수를 가득채운 후, 해당 밸러스트 탱크와 연결되어진 배출밸브를 개방함으로써 상기 유체 펌프를 통해 흡수되는 물의 힘을 손실 없이 배출함으로써 상기 우현과 좌현 어느 한쪽에서 물의 분사에 의한 추진력이 발생하도록 하는 특징이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템의 운영방법의 특징으로, 선박의 상하 중심축과 전후 중심선을 기준으로 적어도 1개 이상이 구비되는 자이로스코프(gyroscope)를 포함하여 선박의 상태를 검출하는 감지센서부와; 흘수선 아래의 선수측에 구비되어진 유입구를 통해 물을 강제로 흡수하는 유체 펌프와; 흘수선 아래의 선박 내 좌현과 후현에 각각 구비되며 일측은 상기 유체 펌프에 연결되는 밸러스트 탱크부; 및 상기 감지센서부로부터 선박의 현 상태에 대한 데이터를 수집하고, 선박의 정상 운항을 위한 제어를 수행함과 동시에 상기 유체 펌프를 통해 밸러스트 탱크부에 저수되는 물의 량을 제어하여 선박의 균형을 유지하도록 하는 제어부를 포함하는 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템의 운영방법에 있어서: 상기 제어부는 선박이 좌현 혹은 우현의 어느 일측으로 선박의 중심축이 기울어질 때 상기 감지센서부를 통해 검출되는 신호를 기준으로 선박이 정상상태인가를 판단하는 제1과정과; 상기 제1과정을 통해 정상상태가 아니라고 판단되면, 기울어지는 반대편의 밸러스트 탱크부내에 밸러스트 수를 채워주고 기울어지는 방향의 밸러스트 탱크부내에 밸러스트 수를 배출하는 제2과정; 및 상기 제2과정이 진행되는 가운데 중심축이 정상위치에 올 때까지 상기 밸러스트 수를 채워줘야 하는 밸러스트 탱크와 연결된 상기 유체 펌프가 계속 구동하여 해당 배출구를 통해 배출되는 물에 의해 기울어지 방향으로의 회전 추진력을 더 제공하는 제3과정을 포함하여; 상기 제3과정에서 제공되는 회전 추진력에 의해 발생되는 원심력에 의한 무게중심의 이동을 통해 선박의 균형 복원력을 증대시키는 데 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템 및 그 운영방법을 제공하면, 시장 규모가 대형 조선시장과 유사한 규모의 시장을 형성하고 있는 레저용 소형 선박시장에서 선박의 안전성 확보에 따른 경쟁력을 갖출 수 있으며, 선박의 외관을 변형하지 않기 때문에 심미적 경쟁력을 갖출 수 있어, 세계적인 해외 수출 라인의 확보 및 국내 내수 시장의 경쟁력 증진 효과를 갖는다.

도 1은 통상적인 선박에서의 평형에 대한 개념을 설명하기 위한 예시도
도 2a 내지 도 2c는 통상적인 선박에서의 밸러스트 제어의 개념을 설명하기 위한 예시도
도 3a 내지 도 3c는 통상적으로 회전 방향에 따른 무게중심의 변화를 설명하기 위한 예시도
도 4는 본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템의 구성예시도
도 5는 도 4에 도시되어진 밸러스트 제어 시스템에서 밸러스트 탱크부의 세부 배치 관계 예시도
도 6은 본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템에서 경사조절부가 구비된 것을 나타낸 예시도
도 7a 및 도 7b는 경사조절부의 동작을 나타낸 예시도

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템 및 그 운영방법을 설명하면 다음과 같다.

우선적으로 본 발명에 대해 설명하기에 앞서 선박에서의 평형 혹은 균형에 대해 첨부한 도 1을 참조하여 살펴보면, 선박이 물 위에 떠 있을 때 선박와 수면이 접하는 경계가 되는 흘수선(吃水線)이 존재하며, 선박의 하중(중력)과 부력의 관계에 따라 평형이 이루어진다.

이때 선박에서의 평형은 크게 안정평형(Stable Equilibrium)과 불안정평형(Unstable Equilibrium) 및 중립평형(neutral Equilibrium)으로 구분되는데, 이를 위해 살펴봐야 하는 용어가 메타센터(Meta Center: 이하 M이란 호칭과 혼용함), 무게중심(Center of Gravity: 이하 G란 호칭과 혼용함), 부력중심(Center of Buoyancy: 이하 B란 호칭과 혼용함) 및 용골(Keel: 이하 K란 호칭과 혼용함)이라는 용어이다.

상기 메타센터(Meta Center)는 경사각 변화 전후의 부력의 작용선이 만나는 점을 칭하며, 무게중심(Center of Gravity)은 선박의 모든 중량이 한점에 모이는 가상의 지점을 칭한다.

또한, 부력중심(Center of Buoyancy)은 선체에 작용하는 부력이 모이는 가상의 지점을 칭하며, 용골(Keel)은 선박 하단의 중앙부를 앞뒤로 가로지르는 배의 중심지점을 칭한다.

이때 평형을 표현 할 때 사용되는 변수 GM은 메타센터(M)에서 무게중심(G)까지의 거리이다. 따라서 모든 변수 GM은 KM(용골에서 메타센터까지의 거리)에서 KG(용골에서 무게중심까지의 거리)를 감산한 값이 제로(Zero)보다 큰가 작은가 동일한가에 따라 평형이 안정인지 불안정인지를 판단하게 된다.

따라서 대형 선박의 경우는 크고 높고 무겁기 때문에 밸러스트 제어의 주안점은 균형감이다. 즉, 선박의 무게중심이 무너지면 전복 혹은 침몰 등과 같은 재난 상황이 발생 될 수 있다.

그러므로 흘수선 아래의 선박 내 하부에 선박의 무게중심 위치를 조절하기 위한 밸러스트 탱크와 밸러스트 수의 유입 유출을 제어하는 제어 시스템을 구축하는 것이 통상적이다.

이때 상술한 바와 같이 대형 선박의 경우는 크고 높고 무겁기 때문에 통상의 밸러스트 제어 기술을 사용 하여도 안정성을 확보할 수 있으나, 소형 선박의 경우는 작고 낮고 가볍기 때문에 선박의 무게중심 위치가 상대적으로 높아 전복 등의 재난 상황이 발생 될 확률이 상대적으로 높으며, 대형 선박에 사용되는 밸러스트 제어 기술을 그대로 적용시키기에는 기술적 한계가 존재한다.

일반적인 선박용 밸러스트 제어 기술을 첨부한 도 2a 내지 도 2c를 참조하여 살펴보면, 도 2a는 밸러스트 탱크(VT)에 밸러스트 수가 없어 무게중심이 높은 경우의 예시도이며, 도 2b는 밸러스트 탱크에 밸러스트 수가 가득차 있어 무게중심이 낮은 경우의 예시도이다.

즉, 밸러스트 탱크(VT)에 밸러스트 수가 잔존하는 량에 따라 무게중심의 위치를 변경할 수 있는데, 첨부한 도 2c에 도시되어 진 바와 같이 무게중심 이동에 따른 중심축이 변화가 생긴 경우에는 이를 복원하기 위해서는 참조번호 VTL로 지칭되는 밸러스트 탱크에 밸러스트 수를 채우거나, 참조번호 VTR로 지칭되는 밸러스트 탱크에 밸러스트 수를 배출해 빼주는 것이다.

통상적으로는 자이로스코프(gyroscope) 등과 같은 감지센서를 이용하여 상기 첨부한 도 2c에 도시되어 진 바와 같이 무게중심 이동에 따른 중심축이 변화가 생긴 경우 참조번호 VTL로 지칭되는 밸러스트 탱크에 밸러스트 수를 채우면서 참조번호 VTR로 지칭되는 밸러스트 탱크에 밸러스트 수를 배출해 빼주는 것이 동시에 이루어진다.

이때 도 2a 내지 도 2c에서 밸러스트 탱크를 VTL과 VTR로 지칭한 것은 좌현과 우현에 대해 구분하기 위한 것이다.

상술한 도 2a 내지 도 2c에 도시 되어진 도면을 참조하여 설명한 바와 같은 선박용 밸러스트 제어 기술은 통상적인 것이며, 이에 따른 제어 기술은 본 발명의 실시 예에 국한되지 않는다.

이상의 설명은 밸러스트 제어 기술을 설명하기 위한 것이며, 본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템의 기본 배경기술에 해당하는 것이다.

이에 첨부한 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템의 주요기술의 배경에 대해 살펴 보기로 한다.

일반적으로 도 3a에 도시 되어진 바와 같이 직선 운행을 하는 경우 선박을 포함한 모든 이송(운송)수단은 그 무게중심이 그 중심축 상에 존재하게 된다. 그러나 도 3b와 도 3c에 도시 되어진 바와 같이 좌회전 혹은 우회전을 하게 되면 원심력에 의해 무게중심은 회전 방향과 반대의 방향으로 이동하며, 그 중심축과의 이격 크기는 회전속도에 비례하게 된다.

즉, 도 3b에 도시 되어진 바와 같이 선박이 좌회전을 하는 경우 무게중심(G)은 우측으로 이동하게 되고, 도 3c에 도시 되어진 바와 같이 선박이 우회전을 하는 경우 무게중심(G)은 좌측으로 이동하게 된다.

따라서 본 발명에서는 도 2c에 도시 되어진 바와 같이 무게중심이 이동하여 우측 혹은 우현으로 기울어진 경우, 도 2c의 설명에서 적용되던 밸러스트 제어 기술을 적용함과 동시에 도 3c에 도시되어진 바와 같이 선박이 우회전을 하도록 해주면 무게중심이 좌측으로 이동하게 되어 복원력이 극대화 될수 있을 것이라는데 착안한 것이다.

또한, 선박의 우회전 혹은 좌회전을 별도의 부가장비 없이도 밸러스트 수의 유입과 배출을 통해 펌프제트(혹은 워터제트)와 같은 효과를 갖도록 하는 것이다.

본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템은 첨부한 도 4와 도 5에 도시되어진 바와 같은데, 도 4는 본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템의 구성예시도이며, 도 5는 도 4에 도시되어진 밸러스트 제어 시스템에서 밸러스트 탱크부의 세부 배치 관계 예시도이다.

도시되어진 본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템은, 선박의 상하 중심축과 전후 중심선을 기준으로 적어도 1개 이상이 구비되는 자이로스코프(gyroscope)를 포함하여 선박의 상태를 검출하는 감지센서부(100)와, 흘수선 아래의 선수측에 구비되어진 유입구를 통해 물을 강제로 흡수하는 유체 펌프(WP)와, 선박 외부에서 선박의 내부로 공기를 강제 흡기하는 공기 펌프(AP)와, 흘수선 아래의 선박 내 좌현과 후현에 각각 구비되며 일측은 상기 유체 펌프(WP)와 공기 펌프(AP)에 연결되는 밸러스트 탱크부(210, 220)와, 흘수선 아래의 선미측 좌현과 우현에 각각 하나씩 구비되어진 배출구(도시하지 않음)에 상기 밸러스트 탱크부(210, 220)의 타측이 연결되어 질 때 상기 배출구를 통해 배출되는 유량을 감시하는 배출유량감지부(310, 320), 및 상기 감지센서부(100)로부터 선박의 현 상태에 대한 데이터를 수집하고 선박의 정상 운항을 위한 제어를 수행함과 동시에 상기 유체 펌프(WP)와 공기 펌프(AP)를 통해 밸러스트 탱크부(210, 220)에 저수되는 물의 량을 제어하여 선박의 균형을 유지하도록 하는 제어부(400)를 포함하여 구성된다.

이때 상기 제어부(400)는 상기 밸러스트 탱크부(210, 220)내에 저수되어진 밸러스트 수를 빠르게 배출하여야 한다고 판단되는 경우 상기 공기 펌프(AP)를 구동시키며, 선박이 좌현 혹은 우현의 어느 일측으로 선박의 중심축이 기울어질 때 상기 감지센서부(100)를 통해 검출되는 신호를 기준으로 선박이 정상상태가 아니라고 판단되면, 기울어지는 반대편의 밸러스트 탱크부내에 밸러스트 수를 빠르게 채워주고 기울어지는 방향의 밸러스트 탱크부내에 밸러스트 수를 빠르게 배출하되, 중심축이 정상위치에 올 때까지 상기 밸러스트 수를 빠르게 채워줘야 하는 밸러스트 탱크와 연결된 상기 유체 펌프가 계속 구동하여 해당 배출구를 통해 배출되는 물의 분사력에 의해 기울어지 방향으로의 회전 추진력을 더 제공함으로써 원심력에 의한 무게중심의 이동을 통해 선박의 복원력을 증대시키도록 한다.

또한, 상기 제어부(400)는 흘수선 아래의 선미측 좌현과 우현에 각각 하나씩 구비되어진 배출구에 상기 밸러스트 탱크부의 타측이 연결되어 질 때 상기 배출구를 통해 배출되는 유량을 감시하는 배출유량감지부(310, 320)를 통해 상기 밸러스트 탱크부내에 저수되어진 밸러스트 수의 배출이 완료되었다고 판단되면 상기 공기 펌프(AV)의 구동을 중지하도록 한다.

또한, 상기 밸러스트 탱크(210, 220)부는, 흘수선 아래 선박의 내측 좌현과 우현 각각에 소용량의 저수 용량을 갖는 밸러스트 탱크(VT)가 다수 개 구비되며; 상기 밸러스트 탱크(VT) 각각에 대해 일측에 일대일로 매칭되어 구비되어 상기 유체 펌프(WP)와 상기 밸러스트 탱크(VT)들이 각각 연결되어 질 때 상기 밸러스트 탱크(VT) 별로 상기 유체 펌프(WP)가 강제로 흡수하는 밸러스트 수의 유입 경로를 유체유입 제어신호(CVI)에 따라 개폐하는 유입밸브(VIV)들과, 상기 밸러스트 탱크(VT) 각각에 대해 타측에 일대일로 매칭되어 구비되며 저류되었던 밸러스트 수를 배출구 측으로 연결하기 위한 배출 경로를 유체배출 제어신호(CVO)에 따라 개폐하는 배출밸브(VOV)들; 및 상기 밸러스트 탱크(VT) 각각에 대해 일측에 일대일로 매칭되어 구비되며 상기 공기펌프(AP)로부터 흡기되는 공기의 흡기 경로를 공기유입 제어신호(CAI)에 따라 개폐하는 공기밸브(AV)들을 포함하여 구성된다.

이때 상기 밸러스트 탱크(VT)는 우현과 좌현 각각에 대해 4개 내지 10개 씩이 대략적으로 일렬로 구비되는 것이 바람직하며, 각각의 밸러스트 탱크(VT)는 그 저수 용량이 5리터 내지 50리터인 것으로 한다.

따라서 초소형 선박에서부터 소형 선박까지 본 발명에 따른 밸러스트 제어 시스템이 적용 가능한데, 중형 또는 대형 선박에는 적합하지 않음을 미리 밝혀둔다.

왜냐하면, 유체펌프(WP)에서 흡수되는 물이 밸러스트 탱크(VT)를 경유하여 배출구로 배출되는 일련의 과정이 펌프제트(혹은 워터제트)와 같은 효과를 갖게 되며, 좌현 혹은 우현 일측만 구동하면 회전하게 되는데, 좌현에서 펌프제트(혹은 워터제트)와 같은 효과를 통해 배출구로 밸러스트 수가 배출되면 배출수의 분사에 따른 추진력이 발생되어 선박은 후회전하게 되고 무게중심은 현 상태에서 좌측으로 이동하게 된다.

이때 선박의 주요 엔진이나 방향타 등의 동작은 설명에서 배재한다.

이러한 유체펌프(WP)에서 흡수되는 물이 밸러스트 탱크(VT)를 경유하여 배출구로 배출되는 일련의 과정에 따라 선박이 회전하며, 이때 발생되는 원심력에 의해 무게중심이 이동하여 선박 균형의 복원력에 영향을 미칠 가능성이 있는 선박은 기본적으로 크기가 작은 경우에 한정되기 때문이다. 즉, 대형 선박에서는 밸러스트 탱크(VT)를 이용한 펌프제트(혹은 워터제트)와 같은 효과가 발생되기 어렵다.

따라서 극소형 혹은 소형 선박에 한하여 실제 구현 가능한 것이다.

상기 제어부의 제어에 따라, 상기 유체 펌프를 온동작시키고, 상기 우현과 좌현에 4개 내지 10개 씩이 일렬로 구비되진 밸러스트 탱크 중 어느 하나의 밸러스트 탱크와 연결되어진 유입밸브를 개방하여 해당 밸러스트 탱크에 밸러스트 수를 가득채운 후, 해당 밸러스트 탱크와 연결되어진 배출밸브를 개방함으로써 상기 유체 펌프를 통해 흡수되는 물의 힘을 손실 없이 배출함으로써 상기 우현과 좌현 어느 한쪽에서 펌프제트 추진과 같은 효과를 얻는다.

따라서 상기 제어부(400)는 선박이 좌현 혹은 우현의 어느 일측으로 선박의 중심축이 기울어질 때 상기 감지센서부(100)를 통해 검출되는 신호를 기준으로 선박이 정상상태인가를 판단하게 된다.

이때 상기 감지센서부(100)를 구성하는 센서들은 속도계, 풍향계, 무게감지부, 자이로스코프(gyroscope) 등등의 각종 센서들로 구비되며, 전복 혹은 침몰 등과 같은 재난 상황에 대한 판단은 통상의 방식에 따른다.

상기 과정을 통해 상기 제어부(400)가 무게중심이 정상상태에서 벗어난 것이 정상상태가 아니라고 판단되면, 무게중심의 이동에 따라 기울어지는 반대편의 밸러스트 탱크부내에 밸러스트 수를 채워주고 기울어지는 방향의 밸러스트 탱크부내에 밸러스트 수를 배출하게 된다.

이때 상기 우현과 좌현에 4개 내지 10개 씩이 일렬로 구비되진 밸러스트 탱크들중에 어떤 밸러스트 탱크는 비워지고, 반면에 어떤 밸러스트 탱크는 채워지게 된다.

이는 우현에 구비되는 4개 내지 10개의 일렬로 구비되진 밸러스트 탱크(VTa, VTb, VTn)가 전제적으로 하나인 것처럼 제어되는 것이 아니라 각각의 밸러스트 탱크(VTa, VTb, VTn) 별로 개별적으로 제어되는 것이다.

또한, 좌현에 구비되는 4개 내지 10개의 일렬로 구비되진 밸러스트 탱크(VTa, VTb, VTn) 역시 마찬 가지이다.

즉, 참조번호 210a 내지 210n 으로 지칭되는 개별 밸러스트 탱크부가 상기 제어부(400)의 제어신호에 따라 각각 독립적으로 제어되는 것이다.

이후 상기 제어부의 제어에 따라, 상기 유체 펌프를 온동작시키고, 상기 우현과 좌현에 4개 내지 10개 씩이 일렬로 구비되진 밸러스트 탱크 중 어느 하나의 밸러스트 탱크와 연결되어진 유입밸브를 개방하여 해당 밸러스트 탱크에 밸러스트 수를 가득채운 후, 해당 밸러스트 탱크와 연결되어진 배출밸브를 개방함으로써 상기 유체 펌프(WP)를 통해 흡수되는 물의 힘을 손실 없이 배출함으로써 상기 우현과 좌현 어느 한쪽에서 펌프제트 추진과 같은 효과를 얻는다.

도 6은 본 발명에 따른 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템에서 경사조절부가 구비된 것을 나타낸 예시도이고, 도 7a 및 도 7b는 경사조절부의 동작을 나타낸 예시도이다.

도 6에 도시되어진 바와 같이, 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템은 경사조절부(500)를 더 포함할 수 있다.

경사조절부(500)는 선박 내 하부로부터 밸러스트 탱크부(210, 220)의 전단 및 후단에 연결되고, 상하방향으로 길이가 신장 또는 수축되도록 구비되어 밸러스트 탱크부(210, 220)의 전후 경사를 조절할 수 있다.

구체적으로, 경사조절부(500)는 밸러스트 탱크부(210, 200)의 전단 및 후단을 지지할 수 있도록 다수개의 높이조절 구동장치가 전단 및 후단에 대칭으로 구비될 수 있으며, 각각의 높이조절 구동장치는 개별적으로 구동될 수 있다.

이때, 높이조절 구동장치는 소형 선박에 장착될 수 있도록 경량이면서도, 파고에 따라 빠른 대응이 가능할 수 있도록 고출력의 유압 액추에이터인 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않고, 전기 액추에이터, 공압 액추에이터 등 다양한 종류의 길이가 신장 또는 수축되는 구동장치일 수 있다.

이때, 경사조절부(500)는 감지센서부(100)에서 수집된 파고에 따른 선박의 전후 중심 기울기에 대한 데이터에 따라 제어부(400)에 의해 구동될 수 있다.

구체적으로, 제어부(400)는 감지센서부(100)로부터 선박의 전후 중심 기울기에 대한 데이터를 수집하고, 유체 펌프(WP)를 통해 밸러스트 탱크부(210, 220)에 저수되는 물의 량을 제어함과 동시에 경사조절부(500)를 구동시켜 밸러스트 탱크부(210, 220)의 경사를 조절함으로써, 선박의 전후 균형을 유지할 수 있다.

도 7a 및 도 7b에 도시 되어진 바와 같이, 경사조절부(500)는 전후 방향으로 밸러스트 탱크부(210, 220)의 경사를 조절할 수 있다.

예를 들어, 감지센서부(100)에서 선박의 전방에서 형성된 파고에 의해 선박의 무게중심(G)이 선박의 후방으로 이동한 전후 중심 기울기에 대한 데이터를 수집하고 제어부(400)는 감지센서부(100)로부터 전후 중심 기울기에 대한 데이터 수집하여 무게중심(G)가 정상위치로 복귀될 수 있도록 밸러스트 탱크부(210, 220)의 후단에 구비된 경사조절부(500)를 구동시켜 밸러스트 탱크부(210, 220)의 무게가 선박의 전방으로 치우치도록 경사를 형성할 수 있다.

이러한, 경사조절부(500)는 선박에 다가오는 갑작스러운 파고에 대하여 유체 펌프(WP)를 통해 밸러스트 탱크부(210, 220)에 밸러스트수가 저수되는 시간동안 밸러스트 탱크부(210, 220)의 무게를 한쪽 방향으로 치우치게 함으로써, 신속하게 대응할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 방법이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

WP : 유체 펌프 AP : 공기 펌프
100 : 감지센서부 210, 220 : 밸러스트 탱크부
310, 320 : 배출유량감지부 400 : 제어부
500 : 경사조절부
VT, VTL, VTR, VTa, VTb, VTn : 밸러스트 탱크
CVI, CVIa, CVIb, CVIn : 유체유입 제어신호
CVO, CVOa, CVOb, CVOn : 유체배출 제어신호
CAI, CAIa, CAIb, CAIn : 공기유입 제어신호
VIV : 유입밸브 VOV : 배출밸브
AV : 공기밸브

Claims

선박의 상하 중심축과 전후 중심선을 기준으로 적어도 1개 이상이 구비되는 자이로스코프(gyroscope)를 포함하여 선박의 상태를 검출하는 감지센서부와;
흘수선 아래의 선수측에 구비되어진 유입구를 통해 물을 강제로 흡수하는 유체 펌프와;
흘수선 아래의 선박 내 좌현과 후현에 각각 구비되며 일측은 상기 유체 펌프에 연결되는 밸러스트 탱크부; 및
상기 감지센서부로부터 선박의 현 상태에 대한 데이터를 수집하고, 선박의 정상 운항을 위한 제어를 수행함과 동시에 상기 유체 펌프를 통해 밸러스트 탱크부에 저수되는 물의 량을 제어하여 선박의 균형을 유지하도록 하는 제어부를 포함하되;
상기 제어부는 선박이 좌현 혹은 우현의 어느 일측으로 선박의 중심축이 기울어질 때 상기 감지센서부를 통해 검출되는 신호를 기준으로 선박이 정상상태가 아니라고 판단되면, 기울어지는 반대편의 밸러스트 탱크부내에 밸러스트 수를 채워주고 기울어지는 방향의 밸러스트 탱크부내에 밸러스트 수를 배출하되, 중심축이 정상위치에 올 때까지 상기 밸러스트 수를 채워줘야 하는 밸러스트 탱크와 연결된 상기 유체 펌프가 계속 구동하여 해당 배출구를 통해 배출되는 물에 의해 기울어지 방향으로의 회전 추진력을 더 제공함으로써 선박에 작용하는 부력과 선박의 하중에 의해 발생한 원심력에 의한 무게중심의 이동을 통해 선박의 균형 복원력을 증대시키는 것을 특징으로 하는 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템.
제1항에 있어서,
선박 외부에서 선박의 내부로 공기를 강제 흡기하는 공기 펌프를 더 포함하여 상기 제어부에서 상기 밸러스트 탱크부내에 저수되어진 밸러스트 수를 가속 배출하여야 한다고 판단되는 경우 상기 공기 펌프를 구동시켜 외부의 공기를 상기 밸러스트 탱크부 내부로 유입시킴에 따라 밸러스트 수의 배출을 가속시키는 것을 특징으로 하는 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템.
제1항 또는 제 2항에 있어서,
흘수선 아래의 선미측 좌현과 우현에 각각 하나씩 구비되어진 배출구에 상기 밸러스트 탱크부의 타측이 연결되어 질 때 상기 배출구를 통해 배출되는 유량을 감시하는 배출유량감지부를 더 포함하여, 상기 제어부가 상기 배출유량감지부를 통해 상기 밸러스트 탱크부내에 저수되어진 밸러스트 수의 배출이 완료되었다고 판단되면 상기 공기 펌프의 구동을 중지하도록 하는 것을 특징으로 하는 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템.
제1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 밸러스트 탱크부는,
흘수선 아래 선박의 내측 좌현과 우현 각각에 소용량의 저수 용량을 갖는 밸러스트 탱크가 다수 개 구비되며;
상기 밸러스트 탱크 각각에 대해 일측에 일대일로 매칭되어 구비되어 상기 유체 펌프와 상기 밸러스트 탱크들이 각각 연결되어 질 때 상기 밸러스트 탱크 별로 상기 유체 펌프가 강제로 흡수하는 밸러스트 수의 유입 경로를 상기 제어부에서 발생시킨 유체유입 제어신호에 따라 개폐하는 유입밸브들과;
상기 밸러스트 탱크 각각에 대해 타측에 일대일로 매칭되어 구비되며 저류되었던 밸러스트 수를 배출구 측으로 연결하기 위한 배출 경로를 상기 제어부에서 발생시킨 유체배출 제어신호에 따라 개폐하는 배출밸브들; 및
상기 밸러스트 탱크 각각에 대해 일측에 일대일로 매칭되도록 구비되며 상기 공기펌프로부터 흡기되는 공기의 흡기 경로를 상기 제어부에서 발생시킨 공기유입 제어신호에 따라 개폐하는 공기밸브들을 포함하는 것을 특징으로 하는 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템.
제4항에 있어서,
상기 밸러스트 탱크는 우현과 좌현 각각에 대해 4개 내지 10개 씩이 일렬로 구비되며, 그 각각의 저수용량은 5리터 내지 50리터인 것을 특징으로 하는 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템.
제 4항에 있어서,
상기 제어부의 제어에 따라, 상기 유체 펌프를 온동작시키고, 상기 우현과 좌현에 4개 내지 10개 씩이 일렬로 구비되진 밸러스트 탱크 중 어느 하나의 밸러스트 탱크와 연결되어진 유입밸브를 개방하여 해당 밸러스트 탱크에 밸러스트 수를 가득채운 후, 해당 밸러스트 탱크와 연결되어진 배출밸브를 개방함으로써 상기 유체 펌프를 통해 흡수되는 물의 힘을 손실 없이 배출함으로써 상기 우현과 좌현 어느 한쪽에서 물의 분사에 의한 추진력이 발생하도록 하는 것을 특징으로 하는 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템.
제 1항에 있어서,
상기 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템은,
선박 내 하부로부터 상기 밸러스트 탱크부의 전단 및 후단에 연결되고, 상하방향으로 길이가 신장 또는 수축되도록 구비되어 상기 밸러스트 탱크부의 전후 경사를 조절하는 경사조절부를 더 포함하고,
상기 감지센서부는 파고에 따른 선박의 전후 중심 기울기에 대한 데이터를 수집하며,
상기 제어부는 상기 감지센서부로부터 선박의 전후 중심 기울기에 대한 데이터를 수집하고, 상기 유체 펌프를 통해 밸러스트 탱크부에 저수되는 물의 량을 제어함과 동시에 상기 경사조절부를 구동시켜 상기 밸러스트 탱크부의 경사를 조절함으로써, 선박의 전후 균형을 유지하도록 하는 것을 특징으로 하는 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템.
선박의 상하 중심축과 전후 중심선을 기준으로 적어도 1개 이상이 구비되는 자이로스코프(gyroscope)를 포함하여 선박의 상태를 검출하는 감지센서부와; 흘수선 아래의 선수측에 구비되어진 유입구를 통해 물을 강제로 흡수하는 유체 펌프와; 흘수선 아래의 선박 내 좌현과 후현에 각각 구비되며 일측은 상기 유체 펌프에 연결되는 밸러스트 탱크부; 및 상기 감지센서부로부터 선박의 현 상태에 대한 데이터를 수집하고, 선박의 정상 운항을 위한 제어를 수행함과 동시에 상기 유체 펌프를 통해 밸러스트 탱크부에 저수되는 물의 량을 제어하여 선박의 균형을 유지하도록 하는 제어부를 포함하는 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템의 운영방법에 있어서:
상기 제어부는 선박이 좌현 혹은 우현의 어느 일측으로 선박의 중심축이 기울어질 때 상기 감지센서부를 통해 검출되는 신호를 기준으로 선박이 정상상태인가를 판단하는 제1과정과;
상기 제1과정을 통해 정상상태가 아니라고 판단되면, 기울어지는 반대편의 밸러스트 탱크부내에 밸러스트 수를 채워주고 기울어지는 방향의 밸러스트 탱크부내에 밸러스트 수를 배출하는 제2과정; 및
상기 제2과정이 진행되는 가운데 중심축이 정상위치에 올 때까지 상기 밸러스트 수를 채워줘야 하는 밸러스트 탱크와 연결된 상기 유체 펌프가 계속 구동하여 해당 배출구를 통해 배출되는 물에 의해 기울어지 방향으로의 회전 추진력을 더 제공하는 제3과정을 포함하여;
상기 제3과정에서 제공되는 회전 추진력에 의해 발생되는 원심력에 의한 무게중심의 이동을 통해 선박의 균형 복원력을 증대시키는 것을 특징으로 하는 소형 선박용 밸러스트 제어 시스템의 운영방법.