KR20130055189A - 잠수함 외부 배관의 코팅 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지 추진방식의 잠수함에 있어 함 외에 설치되는 수소 실린더를 가열하기 위해 배설되는 해수 배관의 표면에 코팅제의 도포에 의한 다층 구조의 코팅층을 형성하고, 이를 통해 단열 성능과 진동 및 소음 저감 성능을 구현함으로써 함 내 연료전지로의 원활한 수소의 공급과 함께 수중으로 방사되는 소음을 최소화할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 잠수함의 외부에 설치되는 해수 배관의 표면에 배관의 단열 성능과 신축성을 확보하기 위한 1차 코팅층을 형성하고, 상기 1차 코팅층의 표면에 배관의 진동 및 소음 저감 성능을 확보하기 위한 2차 코팅층을 형성하며, 상기 2차 코팅층의 표면에 배관의 해수에 의한 내부식 성능을 확보하기 위한 3차 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

잠수함 외부 배관의 코팅 방법{Coating method of exterior pipeline in submarine}

본 발명은 잠수함 외부 배관의 코팅 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잠수함의 외부에 설치되는 수소 실린더의 정온 가열을 목적으로 배설되는 해수 배관의 표면에 코팅제의 도포에 의한 다층 구조의 코팅층을 형성함으로써 단열 성능과 진동 및 소음 저감 성능에 대한 개선 효과를 제공할 수 있게 하는 잠수함 외부 배관의 코팅 방법에 관한 것이다.

일반적으로 잠수함, 특히 군용 잠수함에 있어 에너지 저장수단으로서 배터리 이외에 연료전지(Fuel cell)의 사용이 크게 증가되고 있는 바, 이러한 연료전지는 연료의 산화에 의해 생기는 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 것으로, 수소와 같은 기체 반응물질을 외부에서 연속적으로 공급하여 전기의 생성을 도모하고 반응 후 생성물질은 연속적으로 반응계의 외부로 배출시키는 점에 그 특징이 있는 고효율의 무공해 발전장치의 일종이라 할 수 있다.

즉, 연료전지는 반응물질의 산화반응을 이용한다는 점에서 보통의 화학전지와 같지만, 밀폐된 계내(系內)에서 전지반응을 하는 화학전지와는 달리, 반응물질이 외부에서 연속적으로 공급되고 반응후 생성물질은 연속적으로 계외(系外)로 배출된다는 점에서 그 차이가 있으며, 가장 전형적인 예가 수소-산소 연료전지인 것이다.

또한, 연료전지에 있어 반응물질은 압력용기 내에서 고압상태로 저장되는 바, 예컨대 산소는 액체상태로 저장되고 수소는 수소실린더 안의 저장합금에 화학적으로 결합되어 저장된다. 그리고 이들 압력용기 내의 압력은 연료전지설비의 안정된 작동을 보장할 수 있는 허용압력 보다 훨씬 더 큰 상태이기 때문에 이들의 압력을 허용된 압력 수준으로 낮추는 과정이 필요한 바, 이는 다양한 형태로 개발된 감압기에 의해 구현된다.

아울러, 연료전지에서는 압력용기로부터 연료전지설비에 이르기까지 반응물질을 공급함에 있어 설정된 압력 보다 높은 이상압력의 발생시 이를 차단하기 위한 차단기를 구비하고 있다. 즉, 차단기는 반응물질의 공급경로중 이상압력의 발생시 연료전지설비로 제공되는 반응물질의 공급을 중간에서 차단하여 설정된 허용압력 이상의 고압가스가 연료전지설비에 제공됨에 따라 수반되는 장비의 손상 및 파괴 등의 문제를 미연에 방지하는 기능을 수행한다.

한편, 상기와 같은 연료전지를 이용한 잠수함의 추진계통에 있어, 압력용기는 반응물질에 해당하는 수소를 저장하는 수소 실린더이고, 이러한 수소 실린더가 함의 안정성을 위해 잠수함의 외부에 설치될 경우에는 수소 실린더로 대략 섭씨 40~50도의 정도로 가열된 상태의 해수를 공급하여 적정 수준의 온도를 유지할 수 있도록 함으로써 원활한 수소의 공급이 지속적으로 이루어질 수 있게 해야 한다.

이에 따라 연료전지 추진방식의 잠수함에서는 함 외에 설치된 수소 실린더로 가열 상태의 해수를 안정적으로 공급하기 위해 합금(CuNi) 재질의 해수 배관에 대한 단열 성능이 다른 무엇보다도 중요하게 고려되어야만 하는 데, 이는 해수 배관이 잠수함의 외부로 배설됨에 따라 해수 환경(극한의 경우, 최하 섭씨 -2도 정도임)에 직접적으로 노출될 수 밖에 없으므로 기인하는 것이다.

이를 위해 종래에는 함 외부에 설치되는 해수 배관의 표면에 코팅제의 도포에 의한 단일의 코팅층을 형성하였는데, 이러한 종래의 코팅제는 신축성이 부족하여 잠수함의 운용 중에 해수 배관의 내/외부 온도 차이의 변화로 인한 배관의 변형에 의해 코팅층이 손상되는 문제를 유발하게 된다.

이 결과, 종래 함 외에 설치된 수소 실린더로 가열 상태의 해수를 공급하는 배관에서는 내/외부 온도 차이에 따른 코팅층의 손상으로부터 기인하는 단열 성능의 저하로 인해 수소 실린더로 적정의 온도로 가열된 해수를 안정적으로 공급할 수 없게 되고, 이는 수소 실린더로부터 연료전지로 수소의 원활한 공급을 불가능하게 하는 문제로 귀결된다.

또한, 해수 배관의 표면에서 발생되는 코팅층의 손상은 해수 배관을 통한 가열된 해수의 유동시 발생하는 소음을 효과적으로 차단할 수 없게 하므로, 잠항중 수중으로 방사되는 소음 정도의 증가에 따른 잠수함의 피탐 성능을 악화시키는 결과를 초래하게 된다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 연료전지 추진방식의 잠수함에 있어 함 외에 설치되는 수소 실린더를 정온 가열하기 위해 배설되는 해수 배관의 표면에 코팅제의 도포에 의한 다층 구조의 코팅층을 형성하고, 이를 통해 단열 성능과 진동 및 소음 저감 성능을 극대화시킴으로써 함 내 연료전지로의 원활한 수소의 공급과 함께 수중으로 방사되는 소음을 최소화할 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 잠수함의 외부에 설치된 수소 실린더로 가열 상태의 해수를 공급하여 함 내의 연료전지로 원활한 수소의 공급을 도모하기 위해 함 외에 배설되는 해수 배관에 대한 코팅 방법으로서,

상기 해수 배관의 표면에 배관의 단열 성능과 신축성을 확보하기 위해 공기를 함유한 미세한 중공층을 갖는 세라믹 입자를 포함하는 아크릴 수지로 이루어진 코팅제의 도포에 의한 경화로 1차 코팅층을 형성하는 단계;

상기 1차 코팅층의 표면에 배관의 진동 및 소음 저감 성능을 확보하기 위해 수분과 티타늄을 포함하는 아크릴 수지로 이루어진 코팅제의 도포에 의한 경화로 2차 코팅층을 형성하는 단계; 및

상기 2차 코팅층의 표면에 배관의 해수에 의한 내부식 성능을 확보하기 위해 폴리우레탄 계열의 수지로 이루어진 코팅제의 도포에 의한 경화로 3차 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 연료전지 추진방식의 잠수함에 있어 함 외부에 설치되는 수소 실린더로 정온 가열 상태의 해수를 공급하기 위해 함 외부로 배설되는 해수 배관의 표면에 세라믹 계열의 코팅제, 진동 방지용 충진제, 흡음성 수지, 및 폴리우레탄 수지를 각각 층상으로 순차적으로 도포하여 다층 구조의 코팅층을 형성함으로써 함 외 해수배관에 대한 단열 성능을 향상시키고, 이를 통해 수소 실린더로부터 함 내부에 구비된 연료전지로의 원활한 수소의 공급을 도모할 수 있게 된다.

특히, 본 발명은 함 외 배관에 대한 다층 구조의 코팅층 형성을 통해 진동 및 소음 저감 성능을 향상시킴으로써 함 외 배관을 통한 가열된 해수의 유동시 수반되는 수중으로의 방사 소음을 최소화하여 잠수함의 피탐 성능을 극대화시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 잠수함 외부 배관의 코팅 방법에 따라 배관 표면에 형성된 다층 구조의 코팅층을 도시한 단면도.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

본 발명은 연료전지에 의해 추진되는 잠수함에 있어, 각종 전자장비에 대한 냉각을 위해 구비되는 해수 냉각계통에서 전자장비의 냉각후 가열된 해수를 잠수함의 외부에 설치된 수소 실린더로 공급하여 함 내에 구비된 연료전지로 원활한 수소의 공급을 도모하기 위한 해수 배관에 대한 코팅 방법에 관한 것이다. 이 경우 해수 배관은 그 표면에 다층 구조의 코팅층을 형성함으로써 단열 성능과 신축성, 진동 및 소음 저감 성능, 및 내부식 성능을 확보할 수 있게 된다.

이를 위해, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 함 외에 설치되는 해수 배관(10)의 표면에 단열 성능과 신축성을 고려한 1차 코팅층(12)을 형성하여 배관에 대한 단열 성능을 향상시킴과 더불어 코팅층에 대한 신축성의 부족으로부터 기인하는 코팅층의 손상 문제를 해소한다.

이어, 상기 1차 코팅층(12)의 표면에 대해 진동 및 소음 저감 성능을 고려한 2차 코팅층(14)을 추가로 형성하여 해수 배관(10)을 통한 가열 상태인 해수의 유동으로부터 기인하는 수중으로 방사되는 진동과 소음의 정도를 각각 최소화함으로써 잠수함의 피탐 성능을 극대화한다.

이어, 상기 2차 코팅층(14)의 표면에 대해 배관의 내부식성과 신축성을 추가로 고려한 3차 코팅층(16)을 추가로 형성하여 잠수함의 잠항 중 해수 배관(10)에서 고려되는 해수에 의한 부식 문제를 해소한다. 즉, 본 발명은 1차 코팅층(12)과 2차 코팅층(14) 및 3차 코팅층(16)을 각각 해수 배관(10)의 표면에 대해 순차적으로 도포하여 각각의 코팅층을 층상으로 적층하는 것이다.

여기서, 상기 1차 코팅층(12)의 형성을 위한 코팅제는 해수 배관(10)의 표면에 가장 먼저 도포되어 경화되는 것으로, 해수 배관(10)의 단열 성능과 신축성을 극대화하기 위한 것이다. 이를 위해 1차 코팅층(12)의 형성을 위한 코팅제는 내부에 공기가 채워진 중공층을 갖는 미세한 세라믹 입자로 둘러싸인(를 포함하는) 아크릴 수지로 이루어진다.

즉, 1차 코팅제는 세라믹 계열의 아크릴 수지로서 해수 배관(10)에 대해 직접적으로 도포됨으로써 미세한 세라믹 입자가 가지는 중공층을 매개로 얇은 코팅층의 형성만으로도 해수중으로 전열되는 열전달을 효율적으로 차단하여 열전도도를 대략 0.097W/m/K 이하의 낮은 수준으로 유지할 수 있다. 또한, 세라믹 계열의 아크릴 수지는 연신율이 30% 이상으로 신축성이 매우 뛰어나므로, 해수 배관(10)의 열변형에 대해 강한 특성을 발휘하여 손상을 방지할 수 있다. 이 결과, 상기 1차 코팅층(12)은 종래 해수 배관(10)의 코팅층이 가지는 신축성의 부족에 따른 코팅층의 손상 문제를 적극적으로 해소할 수 있게 된다.

또한, 상기 2차 코팅층(14)의 형성을 위한 코팅제는 상기 1차 코팅층(12)의 표면에 추가로 도포되어 경화되는 것으로, 해수 배관(10)의 진동 및 소음 저감 성능을 극대화하기 위한 것이다. 이를 위해 2차 코팅층(14)의 형성을 위한 코팅제는 수분과 티타늄을 함유한(를 포함하는) 아크릴 수지로 이루어진다.

즉, 2차 코팅제는 수분과 티타늄을 함유하는 아크릴 수지로서 해수 배관(10)의 1차 코팅층(12)의 표면에 도포되어 수분과 티타늄에 의한 진동과 소음에 대한 차폐 효과를 극대화함으로써 해수 배관(10)에 대한 내진성과 흡음성을 향상시킬 수 있게 된다. 이 경우 2차 코팅제에 의한 소음의 감소 정도는 소음 주파수에 따라 상이하지만 대략 4~10dB의 범위에 해당한다. 이 결과, 상기 2차 코팅층(14)은 함 외의 해수 배관(10)을 통한 가열 상태인 해수의 유동으로부터 기인하는 수중으로의 진동과 소음의 방사를 최소화하여 잠함중 잠수함의 피탐 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 상기 3차 코팅층(16)의 형성을 위한 코팅제는 상기 2차 코팅층(14)의 표면에 추가로 도포되어 경화되는 것으로, 해수 배관(10)의 내부식 성능을 개선하기 위한 것이다. 이를 위해 3차 코팅층(16)의 형성을 위한 코팅제는 폴리우레탄 계열의 수지로 이루어진다.

즉, 3차 코팅제는 해수에 의한 내부식성과 신축성이 우수한 폴리우레탄 계열의 수지로서 해수 배관(10)의 2차 코팅층(14)의 표면에 도포되어 해수 배관(10)에 대한 내부식 성능과 신축성을 더욱 더 향상시킬 수 있게 된다. 이 결과, 3차 코팅제는 잠수함이 장기간에 걸쳐 해수 중에 노출되더라도 함 외에 배설되는 해수 배관(10)에 대한 부식을 보다 효과적으로 차단할 수 있으므로 부식에 의한 해수 배관(10)의 손상 문제를 해소할 수 있게 된다.

따라서 본 발명은 함 외부에 위치한 수소 실린더로 가열 상태의 해수를 공급하기 위한 해수 배관(10)의 표면에 다층 구조의 코팅층을 형성함으로써, 단열 성능과 신축성, 진동과 소음 저감 성능, 및 내부식 성능을 각각 증진시킬 수 있게 된다.

예컨대, 극한의 해수 환경에서 잠수함을 운용할 경우, 함의 외부에 설치된 해수 배관(10)을 통해 공급되는 가열 상태의 해수는 해수 배관(10)의 1차 코팅층(12)에 의한 단열 기능을 통해 적정 온도를 유지한 상태에서 수소 실린더로 제공될 수 있게 된다. 즉, 상기 해수 배관(10)의 1차 코팅층(12)은 내부에 공기가 함유된 미세한 중공층을 갖는 세라믹 입자를 포함하고 있기 때문에 해수중으로 전열되는 열전달을 효과적으로 차단할 수 있는 단열 기능을 제공하게 된다. 그리고 상기 해수 배관(10)의 1차 코팅층(12)은 극한의 환경에서 해수 배관(10)의 내/외부 온도 차이에 의해 수반되는 변형에도 30% 이상의 연신율을 제공할 수 있으므로 코팅층의 손상을 보다 적극적으로 방지할 수 있게 된다.

또한, 상기 해수 배관(10)의 2차 코팅층(14)은 수분과 티타늄을 포함하는 아크릴 수지로 이루어지기 때문에 진동과 소음에 대한 적절한 차폐 효과를 제공할 수 있으므로 잠항중 수중으로 방사되는 진동과 소음의 정도를 최소화하여 잠수함의 피탐 성능을 향상시킬 수 있게 된다.

아울러, 상기 3차 코팅층(16)은 해수 배관(10)의 최외곽 표층에 형성되는 것으로, 해수중에 배관이 노출됨에 따라 수반되는 부식에 대한 문제를 폴리우레탄 계열의 수지가 가지는 내부식 성능을 통해 해소할 수 있게 된다. 또한, 3차 코팅층(16)을 이루는 폴리우레탄 계열의 수지는 우수한 신축성능도 제공할 수 있으므로, 해수 배관(10)의 보호에 있어 더욱 바람직한 결과를 초래한다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

10 ; 해수 배관 12 ; 1차 코팅층
14 ; 2차 코팅층 16 ; 3차 코팅층

Claims (4)

1. 잠수함의 외부에 설치된 수소 실린더로 가열 상태의 해수를 공급하여 함 내의 연료전지로 원활한 수소의 공급을 도모하기 위해 함 외에 배설되는 해수 배관에 대한 코팅 방법으로서,
   상기 해수 배관의 표면에 배관의 단열 성능과 신축성을 확보하기 위한 1차 코팅층을 형성하는 단계;
   상기 1차 코팅층의 표면에 배관의 진동 및 소음 저감 성능을 확보하기 위한 2차 코팅층을 형성하는 단계; 및
   상기 2차 코팅층의 표면에 배관의 해수에 의한 내부식 성능을 확보하기 위한 3차 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 잠수함 외부 배관의 코팅 방법.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 1차 코팅층은 공기를 함유한 미세한 중공층을 갖는 세라믹 입자를 포함하는 아크릴 수지로 이루어진 코팅제의 경화를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 잠수함 외부 배관의 코팅 방법.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 2차 코팅층은 수분과 티타늄을 포함하는 아크릴 수지로 이루어진 코팅제의 경화를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 잠수함 외부 배관의 코팅 방법.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 3차 코팅층은 폴리우레탄 계열의 수지로 이루어진 코팅제의 경화를 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 잠수함 외부 배관의 코팅 방법.
   

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