KR101291355B1 - 액체 화물 운반 선박용 슬로싱 저감 장치 - Google Patents

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Abstract

슬로싱 저감 장치는, 유체를 수용하는 탱크와, 중공의 원통 형상으로 이루어져 탱크 내부에 회전 가능하게 배치되고 외주면에 유체가 통과하는 복수의 제1 통공을 포함하여 유체의 유동에 의한 슬로싱을 저감하는 회전 원통부를 구비한다.

Description

액체 화물 운반 선박용 슬로싱 저감 장치{Sloshing reducing device for liquid cargo transport vessel}
실시예들은 액체 화물 운반 선박용 슬로싱 저감 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박의 저장 탱크에 수용된 액체 화물의 유동을 분산시킴과 동시에 유동을 감소시킴으로써 슬로싱을 저감할 수 있는 액체 화물 운반 선박용 슬로싱 저감 장치에 관한 것이다.
액화천연가스(LNG)와 같은 액체 화물을 수송하는 선박에서는, 운항 중 선박의 흔들림에 의해 슬로싱(Sloshing) 현상이 발생한다. 슬로싱 현상이란 자유 표면을 갖는 용기 내 유체의 액면이 용기에 발생한 진동을 원인으로 하여 동요하는 현상이다.
액화천연가스 수송용 선박의 저장 탱크나 석유저장 탱크에서는 슬로싱에 의해 탱크의 벽면이 큰 충격을 받기 때문에 대형 사고를 예방하기 위해 이러한 슬로싱 현상을 효과적으로 저감하여야 한다.
실시예들에 관한 슬로싱 저감 장치는 액체 화물 운반용 선박의 저장 탱크에서 발생하는 슬로싱 현상을 효과적으로 저감하는 데에 목적이 있다.
실시예들의 다른 목적은 저장 탱크에 수용된 액체 화물에 발생하는 유동을 저감함과 동시에 유동을 이용해 동력을 발생하는 데 있다.
슬로싱 저감 장치는, 유체를 수용하는 탱크와, 중공의 원통 형상으로 이루어져 탱크 내부에 회전 가능하게 배치되고 외주면에 유체가 통과하는 복수의 제1 통공을 포함하여 유체의 유동에 의한 슬로싱을 저감하는 회전 원통부를 포함한다.
슬로싱 저감 장치는, 회전 원통부의 일측 단부와 타측 단부의 각각에 연결되는 지지판과, 지지판에 설치되어 탱크의 내벽에 회전 가능하게 결합되는 회전축을 더 포함할 수 있다.
슬로싱 저감 장치는, 회전 원통부의 양측 단부에 결합되는 지지링과, 지지링과 탱크의 사이에 배치되어 탱크에 대해 회전 원통부를 회전 가능하게 지지하는 베어링부를 더 포함할 수 있다.
슬로싱 저감 장치는, 회전 원통부의 길이 방향을 따라 연장되며 회전 원통부의 내측에 배치된 중심축과, 중심축에서 방사 방향으로 연장되도록 회전 원통부의 내측에 설치되어 회전 원통부의 내부로 유입된 유체의 유동에 의한 압력에 의해 회전력을 발생시키는 날개부를 더 포함할 수 있다.
슬로싱 저감 장치는, 일측은 회전 원통부에 연결되고 타측은 탱크의 외측으로 돌출되어 회전 원통부와 함께 회전하는 전달축과, 전달축에 연결되어 동력을 발생시키는 동력 발생부를 더 포함할 수 있다.
슬로싱 저감 장치는, 회전 원통부의 내측에 배치되며 회전 원통부의 길이 방향으로 이동하는 유체를 통과시키도록 제2 통공을 포함하는 슬로싱 저감 플레이트를 더 포함할 수 있다.
탱크가 유체 수송용 선박에 설치될 때, 회전 원통부는 회전 원통부의 연장 방향이 유체 수송용 선박의 연장 방향을 향하도록 배치될 수 있다.
탱크가 유체 수송용 선박에 설치될 때, 회전 원통부는 회전 원통부의 연장 방향이 유체 수송용 선박의 연장 방향을 가로지르도록 배치될 수 있다.
상술한 바와 같은 실시예들에 관한 슬로싱 저감 장치는, 탱크에 수용된 유체가 회전 원통부의 제1 통공을 통해 회전 원통부로 유입되거나 회전 원통부의 유체가 제1 통공을 통해 탱크로 유출되는 과정에서 유체의 저항이 발생하여 슬로싱이 저감될 수 있다. 또한 유체의 유입 및 유출의 작용에 의해 회전 원통부가 회전함으로 인해 유체에 유동력이 회전 원통부의 회전력으로 전환되어 슬로싱이 효과적으로 저감될 수 있다. 또한 회전 원통부의 회전력을 이용해 전기 등의 동력을 발생시킬 수 있으므로 에너지 활용이 극대화될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치가 선박에 설치된 상태를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 선박과 슬로싱 저감 장치의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1의 슬로싱 저감 장치가 선박에 설치된 사용예를 개략적으로 나타낸 측면 단면도이다.
도 4는 다른 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치를 개략적으로 나타낸 일부 측면 단면도이다.
도 5는 도 4의 슬로싱 저감 장치의 단면도이다.
도 6은 또 다른 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치가 선박에 설치된 사용예를 개략적으로 나타낸 측면 단면도이다.
도 7은 도 6의 슬로싱 저감 장치의 회전 원통부를 도시한 사시도이다.
도 8은 또 다른 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치가 선박에 설치된 사용예를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 9는 또 다른 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치를 개략적으로 나타낸 측면 단면도이다.
이하, 첨부 도면의 실시예들을 통하여, 실시예들에 관한 슬로싱 저감 장치의 구성과 작용을 상세히 설명한다.
도 1은 일 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치가 선박에 설치된 상태를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 선박과 슬로싱 저감 장치의 단면을 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 1의 슬로싱 저감 장치가 선박에 설치된 사용예를 개략적으로 나타낸 측면 단면도이다.
도 1 내지 도 3에 나타난 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치는, 유체를 수용하는 탱크(10)와, 탱크(10)의 내부에 회전 가능하게 배치되어 유체의 유동에 의한 슬로싱 현상을 저감하는 회전 원통부(20)를 포함한다. 도 1에 도시된 탱크(10)는 액화천연가스(LNG)와 같은 액체 화물을 수용하기 위해 내부가 비어 있는 대략 직육면체의 형상으로 제작된다. 액화천연가스와 같이 극저온의 액체 화물을 수용하기 위한 특성 상, 탱크(10)는 저온에 의한 취성파괴 등을 고려하여 특수구조로 제작되어야 한다. 실시예는 이러한 탱크(10)의 형상에 한정되는 것은 아니므로, 탱크(10)의 구조는 여러 가지 형태로 변형될 수 있다.
탱크(10)는 탱크(10)의 길이 방향이 선박(30)의 연장 방향인 Y축 방향을 향하도록 설치된다. 탱크(10)는 선박(30)의 연장 방향을 따라 연속하여 복수 개가 배치될 수 있다. 복수 개의 탱크(10)가 배치될 때 각각의 탱크(10)에 회전 원통부(20)가 배치된다. 회전 원통부(20)는 회전 원통부(20)의 연장 방향이 선박의 연장 방향인 Y축 방향을 향하도록 탱크(10)의 내부에 배치된다.
회전 원통부(20)는 중공의 원통 형상으로 이루어지며, 외주면에 유체가 통과하도록 복수 개의 제1 통공(25a)을 포함한다. 회전 원통부(20)는 예를 들어 플라스틱 소재나 금속판의 소재를 이용하여 제작될 수 있다. 유체가 통과하는 복수 개의 제1 통공(25a)의 개수와 크기와 형상은 탱크(10)의 크기와 유체의 유동 특성을 고려하여 설계될 수 있다.
회전 원통부(20)는 다양한 형태로 변형될 수 있는데, 예를 들어 철망(steel net)의 소재를 원통 형태로 감아서 제작될 수도 있다. 철망을 이용해 회전 원통부(20)를 제작하는 경우 제1 통공(25a)을 형성하는 공정을 별도로 실시할 필요가 없으며, 철망을 구성하는 철제 와이어의 사이에 형성된 공간이 제1 통공(25a)으로 사용된다.
철망 이외에도 수지 소재, 천 소재, 고무 소재 등 여러 가지 형태의 소재 중의 하나를 선택하여 제작된 망(net)을 회전 원통부(20)에 사용할 수도 있다.
회전 원통부(20)의 일측 단부와 타측 단부의 각각에는 철망을 지지하는 지지판(21, 22)이 결합하며, 지지판(21, 22)에는 회전축(21a, 21b)이 설치된다. 회전축(21a, 21b)은 탱크(10)의 내벽에서 내측으로 돌출되게 형성된 축 지지부(10a, 10b)에 회전 가능하게 결합한다. 그러므로 회전축(21a, 21b)이 축 지지부(10a, 10b)에 대해 회전함으로써, 회전 원통부(20)가 탱크(10)의 내부에서 회전할 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이 탱크(10)의 내부에서 유동하는 유체는 회전 원통부(20)의 제1 통공(25a)을 통과하여 회전 원통부(20)의 내부로 유입되거나(도 2의 화살표 A) 회전 원통부(20)의 외부로 유출된다(도 2의 화살표 B).
이러한 유체의 유입 및 유출의 작용으로 인해 회전 원통부(20)가 화살표 C 방향으로 회전한다. 도 2에 도시된 유체의 유입 및 유입의 방향과 회전 원통부(20)의 회전 방향은 예시적으로 나타낸 것이며, 유체의 유동에 따라 회전 원통부(20)의 회전 방향은 달라질 수 있다.
유체가 회전 원통부(20)의 제1 통공(25a)을 통과할 때에, 슬로싱 현상에 의해 출렁이는 유체의 흐름에 대한 저항이 발생되어 슬로싱 현상에 의한 유체의 흐름이 억제됨과 아울러 유체의 힘이 회전 원통부(20)의 회전력으로 변환됨으로써 탱크(10)의 내부에 작용하는 유체의 합력이 상쇄된다.
도 4는 다른 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치를 개략적으로 나타낸 일부 측면 단면도이고, 도 5는 도 4의 슬로싱 저감 장치의 단면도이다.
도 4에 나타난 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치는, 유체를 수용하는 탱크(10)와, 탱크(10)의 내부에 회전 가능하게 배치되며 제1 통공(25a)을 포함하여 유체의 유동에 의한 슬로싱 현상을 저감하는 회전 원통부(20)를 포함한다.
회전 원통부(20)의 양측에 지지판(21, 22)이 결합하며 일측의 지지판(21)에 회전축(21a)이 설치된다. 일측의 지지판(21)의 회전축(21a)이 탱크(10)의 내부에 회전 가능하게 결합되는 구성은 도 3에 나타난 실시예와 유사하다.
회전 원통부(20)의 타측의 지지판(22)에는 탱크(10)의 외측으로 돌출되어 회전 원통부(20)와 함께 회전하는 전달축(51)이 연결된다. 탱크(10)의 외측으로 돌출된 전달축(51)의 단부에는 동력 발생부(52)가 연결된다. 동력 발생부(52)는 예를 들어 발전기일 수 있다. 탱크(10)의 내부의 유체의 유동으로 인해 회전 원통부(20)가 회전하면 동력 발생부(52)가 전기를 발생시킬 수 있다. 동력 발생부(52)가 전기를 발생시키기 위해 회전 원통부(20)의 일 방향의 회전 만을 동력 발생부(52)로 전달하도록, 동력 발생부(52)와 전달축(51)의 사이에 일 방향의 힘을 전달하는 클러치(58)가 설치될 수 있다.
회전 원통부(20)의 내측에는 회전 원통부(20)의 내부로 유입된 유체의 유동에 의한 압력에 의해 회전력을 발생시키는 날개부(28)가 설치된다. 날개부(28)는 양단이 양측의 지지판(22)에 결합하며 회전 원통부(20)의 중심 축을 따라 연장하는 중심축(29)에서 방사 방향으로 연장하도록 설치된다. 날개부(28)의 일단은 중심축(29)에 고정되고 날개부(28)의 타단은 중심축(29)에서 방사 방향으로 연장하여 회전 원통부(20)의 내측에 고정된다. 날개부(28)의 개수는 도시된 실시예에 의해 한정되는 것은 아니며, 한 개의 날개부(28)가 회전 원통부(20)에 설치될 수도 있고 도시된 것과 같이 복수 개의 날개부(28)가 설치될 수 있다.
도 5를 참조하면 슬로싱 현상에 의해 유동하는 유체의 표면(S)이 회전 원통부(20)의 내부에서 날개부(28)의 표면에 유동에 의한 압력을 가함으로써 힘(F)을 발생시킨다. 날개부(28)에 작용하는 힘(F)으로 인해 날개부(28)에 의해 회전 원통부(20)에 화살표 R 방향의 회전력이 발생할 수 있다.
날개부(28)는 마치 프로펠러와 같은 기능을 수행할 수 있어야 하므로, 유체의 유동에 의하여 양력을 얻기 위해 유체 역학적인 요소를 고려하여 유선형으로 설계되거나 회전 원통부(20)의 길이 방향 또는 단면 상의 방사 방향에 대해 경사를 이루도록 배치될 수 있다.
도 4 및 도 5에 나타난 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치는 탱크(10)의 내부에서 슬로싱 현상으로 인해 발생하는 유체의 유동이 유체가 회전 원통부(20)의 제1 통공(25a)을 통과하는 동안 저감될 수 있으며, 날개부(28)의 작용으로 인해 유체의 유동력이 회전 원통부(20)의 회전력으로 신속히 변환되므로 유체의 저감 효과를 극대화할 수 있다. 또한 유체의 유동력으로 인해 발생하는 회전력을 이용해 전기와 같은 동력을 발생시킬 수 있으므로, 유체 화물 수송용 선박에 장착되는 동력 공급 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
도 6은 또 다른 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치가 선박에 설치된 사용예를 개략적으로 나타낸 측면 단면도이고, 도 7은 도 6의 슬로싱 저감 장치의 회전 원통부를 도시한 사시도이다.
도 6 및 도 7에 나타난 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치는, 유체를 수용하는 탱크(110)와, 복수 개의 제1 통공(125a)을 포함하며 탱크(110)의 내부에 회전 가능하게 배치되어 유체의 유동에 의한 슬로싱 현상을 저감하는 회전 원통부(120)를 포함한다.
도 6 및 도 7에 나타난 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치는, 탱크(110)가 단일의 구조물로 선박(30)에 설치되는 경우에 적용될 수 있는 예이다. 도 3에 도시된 실시예에서는 선박(30)에 복수 개의 탱크(10)가 설치되었지만, 제조 비용을 절감하기 위해 도 6에서와 같이 선박(30)에 설치되는 탱크의 개수를 줄일 수 있다.
도 6에서와 같이 선박(30)에 하나의 탱크(110)가 설치되는 경우, 탱크(110)의 길이에 대응하여 회전 원통부(120)도 길게 연장되도록 제작된다.
회전 원통부(120)의 양측에는 회전축(121a, 121b)을 갖는 지지판(121, 122)이 설치된다. 회전축(121a, 121b)이 탱크(110)의 축 지지부(110a, 110b)에 회전 가능하게 결합되는 구성은 도 3에 나타난 실시예와 유사하다.
회전 원통부(120)는 회전 원통부(120)의 내측에 배치되며 회전 원통부(120)의 길이 방향, 즉 도 6 및 도 7의 Y 방향으로 이동하는 유체를 통과시키는 제2 통공(129a)을 포함하는 슬로싱 저감 플레이트(129)를 포함한다. 슬로싱 저감 플레이트(129)는 도시된 것과 같이 회전 원통부(120)의 길이 방향을 따라 서로 이격되며 복수 개가 배치될 수 있다.
회전 원통부(120)의 제1 통공(125a)은 탱크(110)의 유체가 회전 원통부(120)로 유입되거나 회전 원통부(120)의 유체가 탱크(110)로 유출될 때 유체의 흐름에 저항을 부여하는 기능을 수행한다. 이와 비교하여 슬로싱 저감 플레이트(129)는 회전 원통부(120)의 내부에 수용된 유체가 회전 원통부(120)의 길이 방향을 따라 이동하는 흐름에 대해 저항을 부여하는 기능을 수행한다.
슬로싱 저감 플레이트(129)는 제2 통공(129a)을 갖는 수지나 금속 소재의 판재나 철망 등의 망(net) 소재의 판재를 감아서 중공의 원통 형상으로 제작할 수도 있다.
도 8은 또 다른 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치가 선박에 설치된 사용예를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 8에 나타난 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치는, 선박(30)의 내부에 설치되어 유체를 수용하는 탱크(10)와, 탱크(10)의 내부에 회전 가능하게 배치되며 제1 통공(225a)을 포함하여 유체의 유동에 의한 슬로싱 현상을 저감하는 회전 원통부(220)를 포함한다.
회전 원통부(220)의 양측에 회전축(221a, 221b)을 갖는 지지판(221, 222)이 결합되며, 회전 원통부(220)가 회전축(221a, 221b)을 개재하여 탱크(10)에 회전 가능하게 결합되는 구성은 상술한 실시예들과 유사하지만, 회전 원통부(220)가 설치되는 방향이 변형되었다.
회전 원통부(220)는 탱크(10)가 유체 화물 수송용 선박(30)에 설치될 때 회전 원통부(220)의 연장하는 방향(축 C의 방향)이 선박(30)의 연장 방향을 가로지르는 방향(도 8에서 축 X의 연장 방향)을 향하도록 배치된다. 이로써 탱크(10)의 내부에 수용된 유체의 유동으로 인해 회전 원통부(220)가 회전할 때에는 축 C의 방향을 중심으로 회전한다.
도 8에서 회전 원통부(220)의 회전 방향이 화살표 H에 의해 축 C를 중심으로 시계 방향으로 회전하는 것으로 도시되었으나, 실시예는 이에 의해 한정되는 것은 아니며 유체의 유동에 의해 회전 원통부(220)가 반시계 방향으로 회전할 수도 있다.
도 9는 또 다른 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치를 개략적으로 나타낸 측면 단면도이다.
도 8에 나타난 실시예에 관한 슬로싱 저감 장치는, 유체를 수용하는 탱크(10)와, 탱크(10)의 내부에 회전 가능하게 배치되며 제1 통공(325a)을 포함하여 유체의 유동에 의한 슬로싱 현상을 저감하는 회전 원통부(320)를 포함한다.
회전 원통부(320)는 베어링부(360)를 개재하여 탱크(10)에 회전 가능하게 배치될 수 있다. 회전 원통부(320)의 양측 단부에는 지지링(321, 322)이 결합되며, 지지링(321, 322)과 탱크(10)의 내벽 면의 사이에 베어링부(360)가 배치된다.
도 9에 도시된 베어링부(360)는 회전 원통부(320)의 원주 방향을 따라 연장하는 링 형태의 베어링부(360)이다. 그러므로 회전 원통부(320)는 베어링부(360)에 의해 회전 가능하게 지지되어 회전 원통부(320)의 축 중심인 축 D를 중심으로 회전할 수 있다.
베어링부(360)는 지지링(321, 322)에 결합되는 지지링 결합부(361)와, 탱크(10)에 결합되는 탱크 결합부(363)와, 베어링(362)을 구비한다.
상술한 실시예들에 대한 구성과 효과에 대한 설명은 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
28: 날개부 10a, 10b, 110a, 110b: 축 지지부
29: 중심축 360: 베어링부
30: 선박 321, 322: 지지링
51: 전달축 20, 120, 220, 320: 회전 원통부
52: 동력 발생부 25a, 125a, 225a, 325a: 제1 통공
10, 110: 탱크 21a, 21b, 121a, 121b, 221a, 221b: 회전축
129: 슬로싱 저감 플레이트 221, 222, 21, 22, 121, 122: 지지판
129a: 제2 통공 58: 클러치

Claims (8)

  1. 유체를 수용하는 탱크;
    중공의 원통 형상으로 이루어져 상기 탱크 내부에 회전 가능하게 배치되고, 외주면에 상기 유체가 통과하는 복수의 제1 통공을 포함하여 상기 유체의 유동에 의한 슬로싱을 저감하는 회전 원통부;
    상기 회전 원통부의 길이 방향을 따라 연장되며 상기 회전 원통부의 내측에 고정된 중심축; 및
    일단은 상기 중심축에 고정되고 타단은 상기 중심축에서 방사 방향으로 연장하여 상기 회전 원통부의 내측에 고정되어 상기 회전 원통부의 내부로 유입된 상기 유체의 유동에 의한 압력에 의해 회전력을 발생시키는 날개부;를 포함하는, 슬로싱 저감 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 회전 원통부의 일측 단부와 타측 단부의 각각에 연결되는 지지판과, 상기 지지판에 설치되어 상기 탱크의 내벽에 회전 가능하게 결합되는 회전축을 더 포함하는, 슬로싱 저감 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회전 원통부의 양측 단부에 결합되는 지지링과, 상기 지지링과 상기 탱크의 사이에 배치되어 상기 탱크에 대해 상기 회전 원통부를 회전 가능하게 지지하는 베어링부를 더 포함하는, 슬로싱 저감 장치.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    일측은 상기 회전 원통부에 연결되고 타측은 상기 탱크의 외측으로 돌출되어 상기 회전 원통부와 함께 회전하는 전달축과, 상기 전달축에 연결되어 동력을 발생시키는 동력 발생부를 더 포함하는, 슬로싱 저감 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 회전 원통부의 내측에 배치되며 상기 회전 원통부의 길이 방향으로 이동하는 상기 유체를 통과시키도록 제2 통공을 포함하는 슬로싱 저감 플레이트를 더 포함하는, 슬로싱 저감 장치.
  7. 제1항 내지 제3항, 제5항, 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크가 유체 수송용 선박에 설치될 때, 상기 회전 원통부는 상기 회전 원통부의 연장 방향이 상기 유체 수송용 선박의 연장 방향을 향하도록 배치되는, 슬로싱 저감 장치.
  8. 제1항 내지 제3항, 제5항, 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 탱크가 유체 수송용 선박에 설치될 때, 상기 회전 원통부는 상기 회전 원통부의 연장 방향이 상기 유체 수송용 선박의 연장 방향을 가로지르도록 배치되는, 슬로싱 저감 장치.
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