KR101123757B1 - 자유낙하하는 추를 이용한 선수 쇄빙장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자유 낙하하는 추를 이용한 선수 쇄빙장치에 관한 것으로서, 힌지장치와; 상기 힌지장치에 시소운동이 가능하게 연결부에 의해 설치되고 전단부가 선수부의 외측으로 돌출되는 시소보와; 상기 시소보의 전단부 선단에 일정한 길이로 메달아 설치되는 쇄빙추와; 상기 시소보의 전단부가 들린 후, 상기 쇄빙추가 자유 낙하되도록 시소보의 시소운동을 제어하는 시소운동구동수단 및 쇄빙장치 하우징을 포함하여 구성되며, 시소운동구동수단으로 모터에 의해 구동되는 편심캠장치를 이용하여 적은 동력으로 쇄빙추를 들어올리고, 쇄빙추의 자유낙하에 의해 얼음에 충격을 가해 크랙을 발생시키는 쇄빙 방법으로서 효율적인 쇄빙이 가능하고, 회전기어장치에 의해 쇄빙장치의 방향을 조정할 수 있게 함으로써 선박의 선회방향으로 쇄빙장치를 회동시켜 선회시에도 효과적인 쇄빙이 가능하도록 함에 특징이 있다.

Description

자유낙하하는 추를 이용한 선수 쇄빙장치{ICE BREAKING EQUIPMENT USING FREE FALLING WEIGHT}

본 발명은 자유낙하하는 추를 이용한 선수 쇄빙장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시소운동을 하는 시소보의 선단에 쇄빙추를 메달아 설치하고, 시소보를 시소운동시켜 쇄빙추의 자유 낙하에 의해 얼음에 충격을 주어 크랙을 발생시키도록 한 자유낙하하는 추를 이용한 선수 쇄빙장치에 관한 것이다.

극지역(남극, 북극)은 지구의 마지막 남은 미개척 원시 대륙으로서 막대한 양의 생물 자원과 광물자원을 보유하고 있는 것으로 평가됨에 따라, 세계 각국은 극지역 개발을 위해 경쟁적으로 힘을 쏟고 있다. 이에 따라, 극지역의 빙하를 뚫고 각종 물자와 장비를 수송할 수 있는 선박이 필요하게 되었으며 빙하를 뚫고 극지역을 운항할 수 있는 쇄빙선의 수요가 증가하게 되었다.

쇄빙선(Ice breaker)은 쇄빙 능력을 보유하고 있어 남극대륙 주변이나 북극해처럼 얼어있는 바다에서도 독자적인 항해가 가능한 선박을 말한다. 따라서 극지를 포함한 어느 곳에서라도 자력으로 항해할 수 있을 뿐 아니라 일반 선박이 항해할 수 없는 결빙된 해역에서 항로를 개척해 줌으로써 화물선 선단을 이끌어 화물수송이 가능하도록 돕거나 운항하던 선박이 얼음에 갇힐 경우 이를 구조하는 역할을 수행하기도 한다.

도 1은 일반적인 쇄빙선의 쇄빙 방법 개요도이다.

쇄빙선(1)의 저항요소는 유체저항, 빙부력 저항, 빙제거 저항, 쇄빙저항으로 나뉘고 이중 쇄빙저항이 전체 저항 요소 중 67-80%를 차지한다.(참고문헌 : "쇄빙선박에 작용하는 빙저항 추정식 고찰", 정성엽, 최경식, 한국해양대학교 해양개발공학부, 대한조선학회 논문집 제45권 제5호 2008년 10월) 이에 쇄빙저항을 줄이기 위한 연구가 많이 진행되고 있지만 아직 획기적인 방법이 개발되지 않았고 현재는 쇄빙선의 선수를 경사지게 만들어 얼음(2)위로 올라타 굽힘 응력을 주어 쇄빙하는 방법을 사용하고 있다. 또한 빙맥을 만나게 되면 전후로 움직여 충격과 굽힘 응력을 주어 쇄빙을 하여 앞으로 나아간다.

쇄빙선의 경우 쇄빙을 위해 소요되는 동력이 크고 쇄빙을 위해 선체가 얼음위로 올라가 선체에 큰 굽힘 응력을 받게 되어 구조적인 보강이 필요하다. 또한, 빙맥을 만났을 때 전후로 움직여 충격을 가하여 쇄빙을 하게 되어 쇄빙에 소요되는 시간과 동력소모가 크다. 현재의 쇄빙방법은 구조적인 보강으로 인한 하중 증가와 선박의 크기에 비해 큰 동력을 요하고 있다. 이는 쇄빙선의 경제성이 떨어지게 하는 요소가 된다. 또한, 쇄빙중 선수부위의 파손도 자주 일어나 이에 대한 해결책을 시급히 요하고 있다.

쇄빙을 위한 다른 방법으로는 레이저를 선수부에 달아 얼음에 크랙을 주어 쇄빙하는 방법(한국공개특허 10-2009-0094924), 선수 벌브에 음속으로 에어를 분출하여 쇄빙하는 방법(한국공개특허 10-2007-0118990호), 해수 전기분해를 이용하여 수소 폭발을 통한 쇄빙방법(한국공개특허 10-2007-0118991호) 등이 제안되어 있다.

도 2는 종래 레이저를 이용한 쇄빙 기능을 갖는 선박의 개요도이다.

이에 도시된 바와 같이, 쇄빙선(10)의 선수부(11) 선상에 고정장치(12)를 설치하고, 고정장치의 외측으로 돌출된 단부에 레이저발생장치(13)를 설치하여 레이저에 의해 얼음에 크랙을 발생하는 방법이다. 이는 개념적인 측면에서 가능하지만 현실적으로 레이저로 얼음에 크랙을 발생시키려면 많은 에너지가 필요하며 얼음표면에 레이저 반사가 일어나 효과적이지 못하다.

도 3은 종래 음속 에어분출에 의한 쇄빙선의 개요도이다. 이에 도시된 바와 같이, 쇄빙선(1)의 구상선수(2) 상부쪽에 에어분출구(3)를 형성시켜 압축된 에어(4)를 얼음빙하(5)를 향하여 음속으로 분출시켜 쇄빙하여 얼음조각(6)으로 만들고 수면(7)으로 얼음조각(6)을 흘려보내며 얼음빙하(5)를 쇄빙하며 운항하는 음속에어분출 쇄빙선에 관한 것이다.

그런데, 음속으로 에어를 분출하여 쇄빙을 하는 방법(도 3)도 개념적인 측면에서 가능하나 공기를 음속으로 방출하기에 현실적으로 어려운 점이 있으며 음속을 내기 위해서 많은 에너지를 요하므로 경제성이 떨어진다고 할 수 있다.

도 4는 종래 해수 전기분해 쇄빙선박 개요도이다.

이에 도시된 바와 같이, 쇄빙선(1)의 구상 선수부에 전기분해장치(11)와 전기스파크장치(12)를 구비한 전기분해장치부(10)를 설치하고, 하부로부터 해수를 유입받아 전기 분해하고, 전기분해에 의해 발생되는 수소와 산소 기포(13)가 얼음(2)의 하부에 채워져 부력으로 얼음(2)을 들어올리게 하고, 수소 및 산소 기포(13)가 가득채워지면 전기스파크를 발생시켜 폭발에 의해 얼음(2)에 크랙이 생기도록 함으로써 쇄빙하는 개요이다.

그런데 이와 같은, 해수 전기 분해를 이용하여 생긴 수소와 산소를 폭발시켜 쇄빙하는 방법(도 4)의 경우에 실제 해수 전기 분해로 인해서 생기는 수소와 산소의 양이 적고 만약 폭발을 시킬 수 있다면 선체에도 손상이 가기 때문에 현실적으로 유용하지 못하다.

쇄빙선은 얼음 위에 올라타면서 얼음에 굽힘 응력을 가하게 되는데 이때 선수 부위에 얼음에 크랙을 주는 부가물을 설치할 경우 크랙 부위에 응력이 집중되어 그 주위로 파단이 쉽게 일어난다. 기존 기술의 경우 크랙을 주기 위해 사용한 방법들이 물리적으로는 가능하나 현실적으로 실현하기 어렵고 실현한다고 하더라도 경제성이 떨어진다.

본 발명은 선수 부위에 시소보에 달린 쇄빙용 추를 이용하여 얼음에 크랙을 발생시키는 쇄빙장치를 제공한다. 특히 쇄빙선의 저항 중 가장 큰 요소인 쇄빙저항을 줄여 에너지 절감효과가 커서 경제성을 가지는 쇄빙장치를 제공하기 위한 것이다.

또한 본 발명에 의한 쇄빙장치를 설치한 선박이 선회 시 선수쇄빙장치 전체를 회전시켜서 회전 방향으로 쇄빙이 가능해 조종성능도 개선할 수 있는 쇄빙장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명에 의한 자유 낙하하는 추를 이용한 선수 쇄빙장치는,

힌지장치와;

상기 힌지장치에 시소운동이 가능하게 연결부에 의해 설치되고 전단부가 선수부의 외측으로 돌출되는 시소보와;

상기 시소보의 전단부 선단에 일정한 길이의 줄에 메달아 설치되는 쇄빙추와;

상기 시소보의 전단부가 상승된 후 상기 쇄빙추가 자유 낙하될 수 있도록 시소보의 시소운동을 제어하는 시소운동구동수단을 포함하여 구성함에 특징이 있다.

본 발명에 의한 선수 쇄빙장치는, 쇄빙장치의 중심 하면부에 설치되어 쇄빙장치를 회전시켜 방향을 조절하기 위한 회전기어장치를 더 포함하여 구성함에 특징이 있다.

또한, 본 발명에 의한 선수 쇄빙장치는, 상기 쇄빙추가 선수부 외측에서 하부로 자유 낙하되는 가이드부를 구비하고 전체 쇄빙장치를 보호하기 위한 쇄빙장치 하우징이 구비되어 쇄빙장치 하우징 내에 쇄빙장치가 설치됨을 특징으로 한다.

또한 상기 시소운동구동수단으로서, 상기 시소보의 후단부에 설치되어 모터에 의해 회동되어 시소보의 시소운동을 유발하는 편심 캠장치인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 시소운동구동수단은, 상기 시소보의 전단부 하부에 설치되어 시소보의 전단부 하강시 충격을 흡수하는 충격흡수장치를 포함하여 됨을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 힌지장치와, 상기 시소운동구동수단의 결빙을 방지하기 위한 히터장치를 더 포함하여 구성됨에 특징이 있다.

또한 본 발명은 상기 시소보의 선단부에 모터에 의해 구동되어 상기 쇄빙추 줄을 감아 쇄빙추의 높이를 조절함과 아울러 낙하시 줄을 풀어주는 호이스트를 더 포함시켜 구성됨을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명은, 시소운동구동수단에 의해 시소보를 시소운동시켜 쇄빙추를 자유낙하시킴으로써 얼음에 크랙을 발생시키는 방법으로서, 극저온 상태의 현장에서 안정적으로 구동되어 쇄빙시킬 수 있어서 단순구성에 의해 쉽게 쇄빙시킬 수 있으며, 쇄빙장치 회전에 의해 방향을 조절할 수 있어서 선박 선회방향에 맞추어서 쇄빙작업을 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 쇄빙선의 쇄빙 방법 개요도.
도 2는 종래 레이저를 이용한 쇄빙 기능을 갖는 선박의 개요도.
도 3은 종래 음속 에어분출에 의한 쇄빙선의 개요도.
도 5는 본 발명에 의한 자유낙하하는 추를 이용한 선수 쇄빙장치의 개요도.
도 6은 본 발명에 의한 선수 쇄빙장치의 구성도.
도 7은 본 발명에 의한 선수 쇄빙장치의 평면 개요도.
도 8은 본 발명에 의한 쇄빙추의 단면 형상도이다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면을 참조해서 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명에 의한 자유낙하하는 추를 이용한 선수 쇄빙장치의 개요도이고, 도 6은 본 발명에 의한 선수 쇄빙장치의 구성도이며, 도 7은 본 발명에 의한 선수 쇄빙장치의 평면 개요도이다.

이에 도시된 바와 같이, 본 발명은,

쇄빙장치 하우징(110)의 바닥면에 설치되는 힌지장치(120)와;

상기 힌지장치(120)에 시소운동 가능하게 연결부(130)에 의해 설치되고 전단부가 선수부의 외측으로 돌출되는 시소보(140)와;

상기 시소보(140)의 전단부 선단에 일정한 길이의 줄(161)로 메달아 설치되는 쇄빙추(160)와;

상기 시소보(140)의 전단부에 메달린 쇄빙추(160)를 들어올린 후 쇄빙추(160)가 자유낙하되도록 시소보(140)의 시소운동을 제어하는 시소운동구동수단을 포함하여 구성된다.

쇄빙장치 하우징(110)은, 상기 쇄빙추(160)가 선수부 외측에서 하부로 자유 낙하되는 가이드부(111)를 구비하고 쇄빙장치의 결빙방지를 위한 단열재가 포함되고 눈비나 얼음의 침투 방지를 위한 커버 기능을 하도록 구성된다.

상기 시소운동구동수단으로서, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 시소보(140)의 후단부에 설치되어 모터(151)에 의해 회동되어 시소운동을 유발하는 편심 캠장치(150)인 것을 특징으로 한다.

이와 같은 편심 캠장치(150)는, 모터(151)에 의해 구동되어 시소보(140)의 전단부가 최대 높이로 상승 되도록 무게중심을 이동시킨다. 이에 따라 시소보(140)의 전단부가 들리면서 쇄빙추(160)가 최대 높이로 상승되고, 이후, 모터의 구동에 의해 편심캠장치(150)이 회전되면 시소보(140)의 무게중심이 반대로 이동되면서 상기 쇄빙추(160)의 중량에 의해 시소보(140)가 시소운동되면서 동시에 쇄빙추(160)가 자유낙하되어 얼음(2)과 충돌하게 된다.

도 8은 본 발명에 의한 쇄빙추의 형상도로서, 쇄빙추(160)는 도 8과 같이 하단부가 다각형 형상의 모서리를 이루고, 모서리의 경사 각도(α)의 범위는 20deg 에서 50deg 로 구성한다. 이는 너무 날카로운 경우 얼음에 박힐 수 있는 문제를 고려하여 쇄빙추를 구성한 것이다.

따라서 쇄빙추(160)의 자유 낙하에 의해 얼음(2)에 충격을 가해 얼음(2)을 깨뜨리는 작용을 하게 된다. 그러므로 동력에 의한 직접적인 쇄빙이 아니고, 쇄빙추의 자유낙하를 이용한 쇄빙이기 때문에 적은 동력으로 쇄빙기능을 구현할 수 있게 된다.

본 발명에 의한 선수 쇄빙장치는, 쇄빙장치의 중심 하면부에 설치되어 쇄빙장치를 회전시켜 방향을 조절하기 위한 회전기어장치(170)를 더 포함하여 구성한다. 이는 쇄빙장치 하우징(110)의 하면부에 회전기어장치(170)를 설치하여 쇄빙장치 전체의 방향을 회전시킬 수 있도록 구성된다.

따라서, 쇄빙선이 선회하는 경우에 쇄빙장치를 방향 전환하여 쇄빙선이 이동할 방향의 얼음을 쇄빙할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 시소보(140)의 선단부에 모터에 의해 구동되어 상기 쇄빙추(160)의 줄(161)을 감거나 풀어주는 호이스트(190)를 더 포함하여 구성된다. 이는 얼음 두께에 따라 쇄빙추(160)의 자유낙하 높이를 조절하기 위한 것으로서, 호이스트(190)를 구동시켜 쇄빙추(160) 원하는 높이로 줄(161)을 감아 줌으로써 높이를 조절한다. 이후 시소보(140)가 시소운동하여 쇄빙추(160)가 자유낙하될때 호이스트(190)는 줄(161)을 풀어주어 쇄빙추(140)가 자유낙하 할 수 있도록 한다. 여기서 호이스트(190)에 의해 쇄빙추(160)의 줄(161)을 감은 상태에서 시소보(140)의 시소운동으로 쇄빙추(160)가 자유낙하되어 얼음을 깰 수 있는 길이까지 호이스트(190)가 줄(161)을 감도록 제한할 수 있다. 물론 호이스트(190)가 쇄빙추(160) 낙하시 줄(161)을 풀어주게 되면 길이 제한을 할 필요는 없다.

한편, 상기 시소보(140)의 전단부 하부에 충격흡수장치(180)를 설치하여 구성할 수도 있다. 시소보(140)의 전단부 하강시 충격 흡수를 위하여 전단부에 공기 압축식 실린더장치를 설치하되, 충격흡수용 공기압축식 실린더 장치의 압축시 완충력이 발생되는 시점을 쇄빙추(140)가 얼음에 충격을 주는 높이 이하가 되도록 구성한다. 즉, 쇄빙추가 얼음에 충격을 준 이후에 충격 흡수용 실린더 장치가 공기를 압축하면서 완충시켜주도록 함으로써 시소보(140)가 하강될 때의 충격을 흡수하도록 한다.

또한 본 발명은 보온 유지 및 외부 이물질 특히 수분과 얼음의 침투를 방지하게 함으로써 결빙을 방지하도록 구성한다. 이는 쇄빙장치 하우징(110)에 단열재를 부착 설치함과 아울러 힌지장치나 시소운동구동수단에 별도의 히터장치(예; 전열선 히터)를 설치하여 결빙을 방지하도록 한다.

본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서, 시소보의 시소운동구동수단의 예를 편심캠장치를 예로 하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 시소보의 전단부를 들어올린 후 시소보의 시소운동시 쇄빙추가 자유롭게 자유낙하되도록 구동시킬 수 있는 구성으로도 구성될 수 있다.

이상과 같이 본 발명은, 쇄빙선의 쇄빙장치로서, 시소보에 메달린 쇄빙추를 시소보의 시소운동에 의해 자유낙하시켜 얼음에 크랙을 발생시키는 방법으로 쇄빙한다. 따라서 직접적인 동력으로 얼음 쇄빙을 하는 것이 아니고 쇄빙추의 자유낙하를 이용하여 얼음 쇄빙을 하는 것이기 때문에 적은 쇄빙 동력으로 쇄빙할 수 있게 된다. 또한 얼음 두께에 따라 쇄빙추의 높이를 조절함으로써 자유낙하시의 파워를 조정하여 쇄빙 능력을 높일 수 있다. 또한 회전기어장치를 이용하여 선박의 선회방향에 맞추어서 쇄빙장치의 방향을 조절하여 선회방향으로 쇄빙시킬 수 있어서 쇄빙선회능력을 향상시킨다.

100 : 선수 쇄빙장치 110 : 쇄빙장치 하우징
111 : 가이드부 120 : 힌지장치
130 : 연결부 140 : 시소보
150 : 편심캠장치 151 : 모터
160 : 쇄빙추 170 : 회전기어장치
180 : 충격 흡수장치 190 : 호이스트

Claims (8)

1. 쇄빙선의 쇄빙장치에 있어서,
   시소보를 회동시키기 위한 힌지장치(120)와;
   상기 힌지장치(120)에 시소운동 가능하게 연결부(130)에 의해 설치되고 전단부가 선수부의 외측으로 돌출되는 시소보(140)와;
   상기 시소보(140)의 전단부 선단에 일정한 길이로 메달아 설치되는 쇄빙추(160)와;
   상기 시소보(140)의 전단부가 상승되고 후단부가 내려가게 구동시킨후, 상기 쇄빙추(160)가 자유 낙하될 수 있도록 시소보(140)의 시소운동을 제어하는 시소운동구동수단을 포함하여 구성되되,
   상기 시소운동구동수단은,
   상기 시소보(140)의 후단부에 설치되고, 모터(151)에 의해 회동되어 시소운동을 유발하는 편심 캠장치(150)인 것을 특징으로 하는 자유낙하하는 추를 이용한 선수 쇄빙장치.
   
2. 제 1 항에 있어서, 상기 선수 쇄빙장치는,
   상기 쇄빙추(160)가 선수부 외측에서 하부로 자유 낙하되는 가이드부(111)를 구비하고 쇄빙장치의 결빙방지를 위한 단열재가 벽체에 포함되고 눈비나 얼음의 침투 방지를 위한 커버 기능을 하도록 구성된 쇄빙장치 하우징(110)을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자유낙하하는 추를 이용한 선수 쇄빙장치.
   
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 시소보(140)의 전단부 하부에 전단부 하강시 충격을 흡수하는 충격흡수장치(180)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자유낙하하는 추를 이용한 선수 쇄빙장치.
   
5. 제 1 항에 있어서, 상기 힌지장치와, 상기 시소운동구동수단의 결빙을 방지하기 위한 히터장치를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자유낙하하는 추를 이용한 선수 쇄빙장치.
   
6. 제 1 항에 있어서, 상기 선수 쇄빙장치는,
   선수 쇄빙장치의 중심 하면부에 설치되어 선수 쇄빙장치를 회전시켜 방향을 조절하기 위한 회전기어장치(170)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자유낙하하는 추를 이용한 선수 쇄빙장치.
   
7. 제 1 항 내지 제 2 항 및 제 4항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 선수 쇄빙장치는,
   상기 시소보(140)의 전단부에 설치되어 모터의 구동에 의해 상기 쇄빙추(160)를 메다는 줄(161)을 감아올려 쇄빙추(160)의 낙하 높이를 조절하고, 쇄빙추(160) 자유 낙하시 상기 줄(161)을 풀어주도록 이루어진 호이스트(190)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자유낙하하는 추를 이용한 선수 쇄빙장치.
   
8. 제 1 항에 있어서, 상기 쇄빙추는,
   하단부가 다각형 형상의 모서리를 이루고, 모서리의 경사 각도(α)의 범위는 20deg 에서 50deg 범위로 구성된 것을 특징으로 하는 자유낙하하는 추를 이용한 선수 쇄빙장치.

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