KR100421822B1 - 해양구조물용 강제전류인가 방식장치 - Google Patents

해양구조물용 강제전류인가 방식장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해양구조물, 특히 선박을 강제전류인가 방식(impressed current cathodic protection)으로 전기방식(電氣防蝕)하는 장치에 있어서, 탈착가능한 양극플레이트와; 양극플레이트를 지지하는 평판형상의 지지부와 로드부가 삽입되는 관(管) 형상의 돌출부를 가지며 절연물질로 형성된 양극홀더와; 상기 양극홀더의 돌출부 내부에 삽입되어 양극플레이트와 해양구조물의 내부에 설치된 전선을 서로 연결하는 로드를 가지는 로드부를; 포함함으로써, 수리용 도크에 입항하지 않고 선박용 양극 플레이트를 간편하게 교체할 수 있는 효과가 있다.

Description

해양구조물용 강제전류인가 방식장치{Impressed Current Corrosion Protection System for Marine Structures}
본 발명은 해양구조물, 특히 선박을 강제전류인가 방식(impressed current cathodic protection)으로 전기방식하는 장치에 있어서, 강제전류인가 방식장치의 양극플레이트 또는 양극홀더의 교환을 용이하게 한 장착구조에 관한 것이다.
일반적으로, 선체의 외판은 해수에 노출되어 부식하기 쉬워 페인트로 수회 도장하고 있다. 그런데, 우수한 도료라고 할지라도 시간이 지남에 따라 국부손상은 불가피하며, 이종 금속사이의 전위차에 의해 발생하는 갈바닉 부식(galvanic corrosion)도 발생된다. 금속재질로 이루어지는 선박의 외판은 해수에 노출되어 선박 외판의 부식속도는 가속된다. 이와같이 도료에 의한 부식방지방법의 부족함을 보완하기 위해 아연, 알루미늄 또는 마그네슘으로 이루어진 희생양극(sacrificial anode)의한 음극보호(cathodic protection)가 사용되고 있다. 이러한 방법에서 발전하여 백금, 백금이 도금된 티탄, 흑연 등의 비교적 활성이 적은 금속에 직류전원의 양극과 연결하여 전류를 강제적으로 인가하는 강제전류인가 방식(impressed current cathodic protection)이 사용되고 있다.
종래에는 도1에 도시되듯이 일본국공개실용 소화53-31022에(명칭은 '전기방식용전극체의 구조'임) 기재된 장치는 외부전원식에 의한 전기방식에 있어서, 선박의 외판의 저판중 일부를 절개하여 취부용 패널(2)을 용접하여 외판에 취부하며, 이 취부패널(2)에 FRP제의 전극수대(3)가 볼트, 너트로 고정되며, 볼록한 원형의 백금도금된 티탄제 전극판(4)이 상기 전극수대(3)에 전극판(4)의 상부면(5)가 전극수대(3)의 가장자리와 동일한 면으로 되게 매입하여 구성되지만, 백금도금 또는 합금의 산화물도금으로 된 전극판(4)이 전기적 영향 또는 충돌 등 외부적 힘에 의해 소모가 되어 교환해주어야 하는 경우에는 선박의 운행을 중지하고 수리조선소의 도크에 입항하여 해수를 빼고 교환하여야 하는 문제점이 있었다. 또한, 전극판(4)은 전극수대(3)에 매입되어 있어, 전극판(4)과 전극수대(3)를 반드시 함께 교환하여야 하는 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로써, 본 발명은 선박 또는 수중구조물을 강제전류인가 방식(impressed current cathodic protection)으로 전기방식하는 장치를 제공하는 것이다.
특히, 본 발명은 선박이 바다에 정박하고 있는 동안에 잠수부가 간편하게 소모된 양극플레이트만 교환할 수 있는 강제전류인가 방식장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 선박을 도크에 입항하지 않고서도 소모된 양극플레이트와양극홀더를 일체로 교환할 수 있는 강제전류인가 방식장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 종래에 양극홀더와 선박의 외판 사이의 틈새에 도포되는 에폭시 푸티(putty)등 실란트 없이도 해수가 선박 내부로 침투하지 않는 해양구조물용 강제전류인가 방식장치를 제공하는 것이다.
도1은 종래의 강제전류인가 방식(防蝕)의 단면도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 의한 함몰형(recessed mounting) 강제전류인가 방식장치가 선박에 조립된 상태에서의 단면도이다.
도3는 본 발명에 의한 원형 양극플레이트의 사시도이다.
도4는 본 발명에 의한 양극홀더의 단면도이다.
도5는 본 발명에 의한 로드부의 사시도이다.
도6은 도2에서 A부분(양극플레이트의 장착)의 상세도이다.
도7은 도2에서 B부분(양극플레이트의 연결)의 상세도이다.
도8는 도2에서 C부분(플러그)의 분해 사시도이다.
도9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 노출형(surface mounting) 강제전류인가 방식장치가 선박에 조립된 상태에서의 단면도이다.
[도면 부호의 설명]
11...함몰형 장치, 12...노출형 장치, 20...양극플레이트,
21...장착용 구멍, 22...연결용 구멍, 23...오목부,
24...나사, 30...양극홀더, 31...지지부,
33...인서트너트, 34...장착부, 35...구멍,
36...너트자리, 37...돌출부, 50...로드부,
51...블록, 52...로드, 53...피복,
54...너트, 55...전선, 60...탄성부재,
61...플러그, 62...임시플러그, 70...선박의 외판,
71...파이프, 72...장착블록, 73...양극 2중판.
본 발명의 강제전류인가 방식장치는 해양구조물, 특히 선박을 강제전류인가 방식(impressed current cathodic protection)으로 전기방식(電氣防蝕)하는 장치에 있어서, 가장자리에 다수의 장착용 구멍과 중앙부에 전기적 연결용 구멍을 가지는 양극플레이트와; 상기 장착용 구멍을 통해 상기 양극플레이트를 고정할 수 있도록 형성된 나사부와 해수에 잠긴 해양구조물의 외판에 장착되도록 가장자리에 형성된 장착부를 가지는 평판형상의 지지부와, 로드부가 삽입될 수 있도록 상기 양극플레이트의 연결용 구멍의 하부에서 상기 지지부에 수직으로 형성된 관(管) 형상의 돌출부를 가지며 절연물질로 형성된 양극홀더와; 상기 양극플레이트의 연결용 구멍 하부와 접촉되어 나사에 의해 전기적 연결 및 고정될 수 있도록 내부에 나사산이 형성된 블록과 상기 양극홀더의 돌출부 내부를 따라 해양구조물의 외판을 관통하여 해양구조물의 내부에 설치된 전선과 연결되는 로드를 가지는 로드부를; 포함하여, 양극플레이트가 양극홀더에서 나사를 푸는 단순한 작업으로 교환될 수 있다.
또한, 본 발명은 탄성부재와, 상기 탄성부재를 상기 돌출부의 끝부분으로 밀착시키는 플러그에 의해, 별도의 에폭시 푸티가 도포되지 않더라도 해수가 선박내부로 침투할 수 있는 통로가 완전히 밀폐된다.
또한, 본 발명은 양극홀더의 장착부가 해양구조물의 외판에 나사체결되는 구성과 교환시 해수의 침투를 막는 임시플러그에 의해, 선박이 도크에 입항되지 않더라도 양극홀더와 양극플레이트가 동시에 교환될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 구성 및 작용을 설명한다.
도2에는 본 발명의 실시예에 의한 함몰형(recessed mounting) 강제전류인가 방식장치가 선박에 조립된 상태에서의 단면도가 도시되어 있다. 함몰형 강제전류인가방식장치(11)는 장치가 설치될 부분에서 절단된 선박의 외판(70)의 내부에 겹쳐 용접을 통해 설치되는 양극 2중판(73)에 형성되는 전기방식장치이다. 상기 함몰형 장치(11)는 크게 양극플레이트(20), 양극홀더(30)와 로드부(50)로 구성된다.
도3, 도6 및 도7에 도시되듯이, 상기 양극플레이트(20)는 바람직하게는 타원형이지만, 경우에 따라서는 띠모양의 직사각형형태인 평판될 수 있으며, 재질은 백금도금된 티탄, 백금, 흑연, 합금의 산화물 등 비활성 금속이 사용된다. 양극플레이트(20)의 가장자리에는 다수의 장착용 구멍(21)이 형성되어, 상기 양극플레이트(20)가 양극홀더(30)에 나사(24), 바람직하게는 나사머리가 선체의 외부로 돌출되지 않게 접시머리나사로 고정된다. 양극플레이트(20)의 중심부에는 하부로 오목하게 들어간 오목부(23)가 형성되어, 오목부(23)가 대응하는 양극홀더(30)의 오목한 부분에 삽입된 후에 나사(24)가 상기 오목부(23)에 형성된 연결용 구멍(22)에 삽입되어 후술하는 로드부(50)의 블록(51)과 나사체결되다. 이를 통해 양극플레이트(20)가 로드부(50)에 탈착가능하게 고정되면서 한편으로는 전기적으로 연결된다.
도4, 도6 및 도7에 도시되듯이, 상기 양극홀더(30)는 크게 평판형상인 지지부(31)와 상기 지지부(31)의 중앙에서 수직으로 돌출된 관형상의 돌출부(37)로 이루어지며, 전기적으로 절연재료로 이루어진다.
상기 양극홀더의 지지부(31)에는 양극플레이트(20)가 탈착가능하게 장착될 수 있게 나사부가 형성되며, 바람직하게는 이 나사부는 인서트너트(33)가 양극홀더(30)에 내장되어 형성된다. 이 경우에 양극홀더(30)의 재료는 열팽창계수가 인서트너트(33)와 대체로 동일하며 흡수율이 적으며 인장강도가 높으며 전기절연성이 우수하며 군함 또는 선박에 사용되는 폴리우레탄계열의 합성수지가 사용되어, 해수의 온도가 변화더라도 열팽창수축에 의해 나사부의 나사체결이 헐거워지않는다. 또한, 양극홀더(30)의 나사부에 노치 등이 존재하더라도 열팽창수축에 의해 크랙이 발생하여 파손되는 일이 없다. 이러한 폴리우레탄으로 이루어진 양극홀더(31)에 의하여, 전기 절연성이 뛰어나며, 해수에 노출되더라도 노화되어 물성치 저감이 적고, 해수의 온도변화에 관계없이 나사체결로 양극플레이트(20)를 장착할 수 있게 되는 것이다.
상기 양극홀더의 지지부(31) 가장자리에는 너트자리(36)가 형성된 다수의 장착 구멍(35)을 가지는 장착부(34)가 형성되어, 양극홀더(30)가 상기 구멍(35)을 통해 선박의 외판(70)에 미리 설치된 스터드볼트에 삽입되고 너트로 고정된다. 상기 너트는 너트자리(36)에 위치하여, 외부로 돌출되지 않으며 양극홀더(30)는 선체의외판(70)과 돌출된 부분이 없는 평면이 된다.
상기 양극홀더의 돌출부(37)는 선체의 내부로 돌출된 선박의 파이프(71)(도2참조)에 삽입되며, 선박의 파이프(71)보다는 작은 길이를 가진다.
도5 및 도7에 도시되듯이, 상기 로드부(50)는 내부에 나사산이 형성된 블록(51)과 블록(51)의 하부에 연장되는 로드(52)로 구성되고, 상기 양극홀더의 돌출부(37)의 내부에 삽입된다. 상기 블록(51)은 양극홀더 지지부(31)의 중앙부분에 형성된 오목한 부분에 위치하며, 상기 양극플레이트 오목부(23)에 형성된 연결용 구멍(22)의 하부에 접촉되어 나사(24)에 의해 고정 및 전기적으로 연결된다. 상기 로드(52)는 선박의 파이프(71)(도2 참조)에서 돌출되며 끝부분에 나사산이 형성되어, 전원(도시안됨)의 양극과 연결된 전선(55)이 로드(52)의 끝부분에 너트(54)체결된다. 이를 통해 상기 양극플레이트(20)는 로드부(50)와 전선(55)을 경유하여 전원에 연결된다.상기 로드(52)의 외주면에는 절연재료의 피복층(53)이 형성되어, 해수가 로드(52)를 따라 침투하더라도 방전되지 않는다.
도8에 도시되듯이, 탄성부재(60) 바람직하게는 다수의 오링이 상기 로드(52)에 끼워져 상기 선박의 파이프(71)의 내부에 상기 돌출부(37)의 끝부분에 위치된다. 플러그(61)가 로드(52)에 끼워져, 상기 선박의 파이프(71) 내면에 형성된 나사산에 결합되면서 탄성부재(60)가 상부로 압착되면 탄성부재(60)가 팽창되어 통로가 완전히 밀폐되어, 해수가 선박 내로 침투하지 못하게 된다.
임시플러그(62)는 상기 양극플레이트(20)와 양극홀더(30)를 함께 교환하는 경우에, 전선(55)을 로드(52)에서 제거하고, 플러그(61) 및 탄성부재(60)를 제거한후, 선박의 파이프(71)의 외부에 체결되어, 교환 중에 해수가 선박 내부로 침투하지 않게 된다.
본 발명의 실시예에서 상기 양극플레이트(20)와 양극홀더(30)가 함께 교환되는 경우를 중심으로 기재하였으나, 상기 양극플레이트(20)만 교환될 수 있게 하고, 양극홀더(30)는 선체의 외판에 반영구적으로 장착할 수도 있다.
도9에는 본 발명의 다른 실시예에 의한 노출형(surface mounting) 강제전류인가 방식장치가 선박에 조립된 상태에서의 단면도가 도시되어 있다. 노출형 장치(12)는 상기 함몰형 장치(11)에 비하여 선박의 외판(70) 상에 노출되게 장착될 뿐, 그 이외의 구성은 대체로 동일하다. 노출형 장치(12)는 선박의 외판(70)에 장착블록(72)이 먼저 용접되어 설치된다. 장착블록(72)은 도넛형으로 내외의 원주면을 따라 용접된다. 장착블록(72)에 양극홀더(30)가 상기에 기술한 바와 같이 탈착가능하게 장착된다. 그 이외의 양극플레이트(20), 양극홀더(30)와 로드부(50) 등의 구성은 동일하다. 양극플레이트(20)의 평면형상은 원형, 타원형, 띠모양인 일자형 등 다양한 형상일 수 있다.
이하에는 본 발명에 의한 강제전류인가 방식장치의 작용에 대하여 기술한다. 강제전류인가 방식장치가 선박에 적용되는 경우에 보통 선수, 선미 좌우에 각각 설치되고 선박내부에는 직류를 공급하기 위한 전원이 설치된다. 경우에 따라서, 기준전극이 선박외판에 해수에 잠기도록 설치되어, 선박의 방식전위를 감지하여 선박의 내부에 설치되는 제어기에 신호를 보내고, 제어기가 전원의 직류전압을 제어한다. 상기 양극플레이트 및 양극홀더 등과 같은 구성은 선박의 외판에 장착되는 기준전극에도 적용될 수 있다. 강제전류인가 방식장치의 양극플레이트에는 전원의 양극과 연결되고 선박의 외판은 전원의 음극과 연결되어, 음극인 선박의 외판에 공급되는 전자에 의해 선박의 외판 재료인 철이 전자를 잃고 산화되어 부식하는 반응을 방해하게 된다. 이러한 양극플레이트는 조금씩 전기적 영향으로 소모되거나 선박의 운항 중에 물리적 충격에 의해 변형되어 교환해주어야 하는데, 양극홀더에 체결된 나사를 푸는 단순한 작업으로 소모된 양극플레이트를 새 양극플레이트로 교체할 수 있다. 양극플레이트와 양극홀더를 함께 교환하는 경우에는 먼저 선박 내부에서 전선을 로드에서 제거하고, 플러그 및 탄성부재를 제거한 후, 임시플러그를 선박의 파이프의 외부에 체결하여, 교환중에 해수가 선박 내부로 침투하지 않게 한다. 그런 후에 잠수부가 방식장치가 설치된 선박 외판까지 접근하여, 양극홀더를 선박의 외판에 장착시키는 너트를 풀어, 새 양극홀더로 교체할 수 있다.
상기와 같은 구성에 의하여, 본 발명은 선박 또는 수중구조물을 강제전류인가 방식(impressed current cathodic protection)과 부속물인 기준전극으로 방식하는 장치를 제공하여 선박이 바다에 정박하고 있는 동안에 잠수부가 간편하게 소모된 양극플레이트만 교환할 수 있거나, 소모된 양극플레이트와 양극홀더를 일체로 교환할 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 에폭시 푸티 등 실란트 없이도 해수가 선박 내부로 침투하지 않는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 해양구조물을 강제전류인가 방식(impressed current cathodic protection)으로 전기방식(電氣防蝕)하는 장치에 있어서, 가장자리에 다수의 장착용 구멍과 중앙부에 전기적 연결용 구멍을 가지는 양극플레이트와;
    상기 장착용 구멍을 통해 상기 양극플레이트를 고정할 수 있도록 형성된 나사부와 해수에 잠긴 해양구조물의 외판에 장착되도록 가장자리에 형성된 장착부를 가지는 평판형상의 지지부와, 로드부가 삽입될 수 있도록 상기 양극플레이트의 연결용 구멍의 하부에서 상기 지지부에 수직으로 형성된 관(管) 형상의 돌출부를 가지며 절연물질로 형성된 양극홀더와;
    상기 양극플레이트의 연결용 구멍 하부와 접촉되어 나사에 의해 전기적 연결 및 고정될 수 있도록 내부에 나사산이 형성된 블록과 상기 양극홀더의 돌출부 내부를 따라 해양구조물의 외판을 관통하여 해양구조물의 내부에 설치된 전선과 연결되는 로드를 가지는 로드부를; 포함하는 것을 특징으로 하는 해양구조물용 강제전류인가 방식장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 양극홀더의 나사부는 인서트너트로 형성되며, 상기 양극홀더는 인서트너트와 열팽창계수가 대략 동일한 폴리우레탄 소재로 형성되는 것을 특징으로 하는 해양구조물용 강제전류인가 방식장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 양극홀더의 돌출부는 해양구조물의 내부로 돌출된 파이프의 내부에 삽입되고, 상기 로드가 상기 돌출부 내부에 삽입되어 돌출부와 파이프의 외부로 뻗어나오며,
    상기 로드에 관통되며 상기 파이프의 내부이며 상기 돌출부의 끝부분에 설치되는 탄성부재와, 상기 탄성부재를 상기 돌출부의 끝부분으로 밀착시키도록 상기 로드에 관통되어 해양구조물의 파이프 내면에 형성된 나사산에 나사체결되는 플러그가 부가되는 것을 특징으로 하는 해양구조물용 강제전류인가 방식장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 양극홀더의 장착부는 해양구조물의 외판에 나사체결될 수 있게 관통하는 다수의 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 해양구조물용 강제전류인가 방식장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 로드부의 로드는 절연재료로 피복되며, 상기 양극홀더가 교체되는 경우에 상기 파이프를 막도록 파이프의 하부 외면에 나사체결될 수 있는 임시플러그가 부가되는 것을 특징으로 하는 해양구조물용 강제전류인가 방식장치.
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