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KR102018745B1 - 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함 - Google Patents

외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함 Download PDF

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KR102018745B1
KR102018745B1 KR1020120110058A KR20120110058A KR102018745B1 KR 102018745 B1 KR102018745 B1 KR 102018745B1 KR 1020120110058 A KR1020120110058 A KR 1020120110058A KR 20120110058 A KR20120110058 A KR 20120110058A KR 102018745 B1 KR102018745 B1 KR 102018745B1
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liquefied
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gas
liquefied oxygen
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한남희
최영주
박장두
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

본 발명은 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함에 관한 것으로, 그 목적은 기화된 산소증기를 재액화시켜 액화산소저장탱크 내에 재저장 또는 함 내에 호흡용으로 제공하도록 하여 블로우 오프(Blow off) 없이 잠항을 실시할 수 있어 기포로 인한 위치노출 및 블로우 오프로 따른 잠항 심도의 제한이 없음은 물론 산소가스의 배출 없어 산소소모의 최소화로 잠항 기간을 현저히 연장시켜 잠수함의 작전능력을 배가시키면서도 운용비용을 현저히 낮출 수 있는 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수이며, 그 구성은 외기독립추진 시스템이 탑재되고, 액화산소저장탱크 및 액화산소저장탱크와 연결되어 기화된 산소가스를 탱크 외로 배출시키고, 연료에 사용될 액화산소를 탱크로부터 공급하기 위한 배관을 구비한 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함에 있어서, 상기 잠수함은 상기 액화산소저장탱크와 연통되게 연결되어 기화된 산소가스로 인해 탱크 내의 압력이 예정치에 도달하였을 때 이를 자동으로 감지하는 동시에 탱크 내의 산소가스를 재액화시켜 탱크 내에 재저장하거나 또는 함 내에 호흡용으로 산소를 제공하는 재액화 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함{Air Independent Propulsion System Loaded Submarine}
본 발명은 외기독립추진(AIP, Air Independent Propulsion, 이하, 'AIP'라 칭함)시스템이 탑재된 잠수함에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 재액화 시스템을 구비하여 액화산소탱크 내에서 기화된 산소가스를 재액화시켜 액화산소탱크 내에 재저장하거나 함 내의 호흡용 산소로 제공토록 하여, 잠항 깊이에 영향을 받지 않고, 연비를 향상시켜 작전능력을 크게 향상시킬 수 있고, 외부로의 산소배출이 최소화되어 수면상에 기포발생이 없어 적에게 위치가 노출되지 않고, 운행비용도 절감시킬 수 있는 구조를 갖도록 한 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함에 관한 것이다.
일반적으로, AIP시스템이 탑재된 잠수함으로는 연료전지 방식, 스털링(Sterling) 엔진 방식, MESMA(Module d'Energie Sous-Marine Autonome) 방식 및 폐회로 디젤엔진(CCD, Closed-Cyde Diesel engine) 방식을 갖는 4가지 종류가 있다.
AIP 시스템이란 대기중의 공기에 의존적이지 않은 추진체계로서, 원자력이 아니면서도 기존의 디젤 잠수함 보다 잠항 시간을 연장시킬 수 있는 추진체계이며, AIP 시스템의 잠수함은 디젤 잠수함의 가장 취약점인 스노클 없이 임무해역에서 수 노트로 수주 동안 잠항 항해를 지속할 수 있고, 이러한 AIP 시스템을 작동시키기 위해서는 연료인 산소가 필수적으로 필요하다.
종래의 AIP 시스템이 탑재된 잠수함은 액화산소를 저장하기 위한 액화산소저장탱크를 구비하고 있으며, 액화산소탱크 내에 저장된 산소는 잠수함의 작전능력을 결정하는 중요한 요소이다.
상기 액화산소저장탱크 내에 저장된 액화산소는 일정시간이 되면 액화산소가 기화되어 탱크의 압력이 상승하게 되며, 운용자는 탱크의 압력을 항시 모니터링 하면서 탱크의 압력이 예정된 압력에 도달하면 즉시 기화된 산소가스를 함의 외부로 배출하거나 함 내의 호흡용으로 제공한다.
상기와 같은 종래의 AIP 시스템이 탑재된 잠수함은 액화산소저장탱크 내의 압력이 기화된 산소로 인해 예정치에 도달하면 산소가스를 함의 외부로 배출시켜는 블로우 오프(Blow off)를 실시하여야 함으로 잠항 심도에 제한이 있고, 이에 따라 수면이 기포가 발생되어 함의 위치가 적에게 노출될 수 있으며, 일정시간이 되면 액화산소는 지속적으로 기화되고, 이에 따라 액화산소탱크 내의 기화된 산소를 예정된 압력에 도달하면 계속 배출시켜야 함은 물론, AIP 시스템을 사용하지 않을 때에도 안전을 위해 기화된 산소가스를 배출시켜야 함으로, 작전 시 저장산소의 불필요한 소모가 많아 작전능력이 현저히 저하됨은 물론 운용비용도 높다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 고려하여 안출한 것으로서, 그 목적은 기화된 산소증기를 재액화시켜 액화산소저장탱크 내에 재저장 또는 함 내에 호흡용으로 제공하도록 하여 블로우 오프(Blow off) 없이 잠항을 실시할 수 있어 기포로 인한 위치노출 및 블로우 오프에 따른 잠항심도의 제한이 없음은 물론 산소가스의 배출 없어 산소 소모의 최소화로 잠항 기간을 현저히 연장시켜 함의 작전능력을 배가시키면서도 운용비용을 현저히 낮출 수 있는 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함을 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적은 외기독립추진 시스템이 탑재되고, 액화산소저장탱크 및 액화산소저장탱크와 연결되어 기화된 산소가스를 탱크 외로 배출시키고, 연료에 사용될 액화산소를 탱크로부터 공급하기 위한 배관을 구비한 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함에 있어서, 상기 잠수함은 상기 액화산소저장탱크(10)와 연통되게 연결되어 기화된 산소가스로 인해 탱크 내의 압력이 예정치에 도달하였을 때 이를 자동으로 감지하는 동시에 탱크 내의 산소가스를 재액화시켜 탱크 내에 재저장하거나 또는 함 내에 호흡용으로 산소를 제공하는 재액화 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함에 의해 달성될 수 있는 것이다.
본 발명에 따른 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함은 재액화 시스템을 구비하여 액화산소탱크 내에서 기화된 산소가스를 재액화시켜 액화산소탱크 내에 재저장하거나 함 내의 호흡용 산소를 제공하여, 잠항 깊이에 영향을 받지 않고, 연비를 향상시켜 작전능력을 크게 향상시킬 수 있고, 외부로의 산소배출이 최소화되어 수면상에 기포발생이 없어 적에게 위치가 노출되지 않고, 운행비용도 절감시킬 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함의 재액화 시스템의 구성 및 구성요소 간의 상호 유기적인 상관관계를 예시한 계통도이며,
도 2는 본 발명에 따른 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함에 구비된 재액화 시스템 중 재액화장치의 구성 및 구성요소 간의 상호 유기적인 상관관계를 예시한 블럭 계통도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함에 대한 바람직한 실시 예를 구체적으로 설명한다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함은 상기 액화산소저장탱크(10)와 연통되게 연결되어 기화된 산소가스로 인해 탱크 내의 압력이 예정치에 도달하였을 때 이를 자동으로 감지하는 동시에 탱크 내의 산소가스를 재액화시켜 탱크 내에 재저장하거나 또는 함 내에 호흡용으로 산소를 제공하는 재액화 시스템(30)을 포함한다.
상기 재액화 시스템(30)은 상기 액화산소저장탱크(10)에 저장된 액화산소가 일정시간이 지나면 기화된 산소가스가 증가하여 액화산소저장탱크(10)의 내부 압력이 예정된 값에 도달하였을 때 이를 자동으로 감지됨과 동시에 액화산소저장탱크(10) 내의 기화된 산소가스를 유동라인을 따라 순환시켜 재액화하고, 재액화된 산소를 액화산소저장탱크(10)로 회수하기 위한 것으로서, 그 구성은 압력센서(31)와, 산소가스배출라인(33)과, 액화산소회수라인(34)과, 제1 및 제2제어밸브(35)(36)와, 감압밸브(37)와, 역류방지밸브(38)와, 기액분리기(39)와, 산소부스터펌프(40)와, 재액화장치(50)와, 제어부(60)와, 예비냉각기(43)로 구성된다.
상기 압력센서(31)는 상기 액화산소저장탱크(10)에 장착되어 내부압력을 감지한다.
상기 냉장박스(32)는 재액화된 액화산소가 가온되는 것을 방지하기 위한 단열박스로써, 산소가스 및 재액화된 액화산소를 냉장시킨다.
상기 산소가스배출라인(33)은 상기 액화산소저장탱크(10)와 냉장박스(32)를 연통되게 연결하고, 액화산소저장탱크(10) 내에서 기화된 산소가스를 상기 냉장박스(32)로 공급한다.
상기 액화산소회수라인(34)은 상기 액화산소저장탱크(10)와 냉장박스(32)를 연통되게 연결하고, 냉장박스 (32)내의 재액화된 액화산소를 상기 액화산소저장탱크(10)로 저장한다.
상기 제1 제어밸브(35)는 전자변으로서 상기 산소가스배출라인(33) 상에 장착되어, 액화산소저장탱크(10) 내의 압력이 예정된 값에 도달하면 산소가스배출라인(33)을 개방하고, 예정된 값 미만일 때 산소가스배출라인(33)을 닫는다.
상기 제2 제어밸브(36)는 전자변으로서 상기 액화산소회수라인(34) 상에 장착되어, 액화산소회수라인(34)을 개폐한다.
상기 감압밸브(37)는 상기 제1 제어밸브(35)와 냉장박스(32) 사이의 산소가스배출라인(33) 상에 장착되어 산소가스를 예정된 압력으로 감압시켜 냉장박스(32)로 공급한다.
상기 역류방지밸브(38)는 상기 제2 제어밸브(32)와 액화산소저장탱크(10) 사이의 액화산소회수라인(34) 상에 장착되어 재액화된 액화산소가 상기 액화산소저장탱크(10) 내로 공급될 때 액화산소저장탱크(10) 내의 기화된 산소가스가 액화산소회수라인(34)으로 역류하는 것을 방지한다.
상기 기액분리기(39)는 상기 제2 제어밸브(36)와 냉장박스(32) 사이의 액화산소회수라인(34) 상에 장착되어 재액화된 액화산소와 기화된 산소가스를 분리하며, 함(도시되지 않음) 내로 연결된 산소공급라인(70)과 연통되게 연결되고, 상기 산소공급라인(70) 상에는 개폐밸브(71)가 장착되며, 상기 개폐밸브(71)는 운용자가 필요 시에 상기 개폐밸브(71)를 개방하여 기액분리기(39) 내의 기화된 산소가스를 함 내에 호흡용으로 공급한다.
또한, 상기 기액분리기(39)는 액화산소의 수위를 측정하는 수위감지센서(39a)를 구비하는데 상기 수위감지센서(39a)는 상기 산소부스터펌프(40)와 전기적으로 연결되어 상기 기액분리기(39) 내에 재액화된 액화산소가 예정된 수위만큼 채워졌을 때 그 신호를 산소부스터펌프(40)로 송신한다.
상기 산소부스터펌프(40)는 상기 기액분리기(39)와 제2 제어밸브(36) 사이의 액화산소회수라인(34) 상에 장착되어 기액분리기(39) 내에 재액화된 액화산소가 일정수위에 도달했을 때 재액화된 액화산소를 상기 액화산소저장탱크(10)로 밀어 넣는데 이때 펌핑 시기는 상기 기액분리기(39)의 수위감지센서(39a)로부터 수신된 수위감지신호를 하기될 제어부(60)로 재송신하면 제어부(60)는 산소부스터펌프(40)을 가동시켜 펌핑을 실시한다.
상기 제어부(60)는 상기 제1 및 제2 제어밸브(35)(36), 감압밸브(37), 산소부스터펌프(40) 및 재액화장치(50)와 각기 전기적으로 연결되어 연결된 각각의 구성요소의 작동을 제어한다.
상기 재액화장치(50)는 상기 냉장박스(32)와 제1 및 제2 순환라인(41)(42)에 의해 연통되게 연결되어 상기 냉장박스(32)로부터 공급되는 산소가스를 재액화시킨 후 재액화 산소를 냉장박스로(32) 재공급하기 위한 것으로, 폐쇄 사이클을 갖는 냉매라인(51)와, 상기 냉매라인(51)을 따라 순환되는 냉매와 상기 냉장박스(32)을 순환하는 제1 및 제2 순환라인(41)(42)이 열교환시켜 산소가스를 재액화시키는 열교환기(52)와, 상기 냉매라인(51) 상에 장착되어 상기 열교환기(52)를 통과하여 가온된 냉매를 가압하고, 상기 제어부(60)와 전기적으로 연결되어 상기 제어부(60)에 의해 작동이 제어되는 압축기(53)와, 상기 열교환기(52)와 압축기(53) 사이의 냉매라인(51) 상에 장착되어 상기 압축기(53)를 통과한 가압냉매를 팽창시켜 냉매를 냉각시키는 팽창터빈(54)으로 제액화를 돕게 된다.
상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같은 변형된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.
10: 액화산소저장탱크 30: 재액화 시스템
31: 압력센서 32: 냉장박스
33: 산소가스배출라인 34: 액화산소회수라인
35: 제1 제어밸브 36: 제2 제어밸브
37: 감압밸브 38: 역류방지밸브
39: 기액분리기 40: 산소부스터펌프
41: 제1순환라인 42: 제2순환라인
43: 예비냉각기 50: 재액화장치
51: 냉매라인 52: 열교환기
53: 압축기 54: 팽창터빈
60: 제어부

Claims (6)

  1. 액화산소저장탱크(10)를 구비한 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함에 있어서,
    상기 잠수함은,
    기화된 산소가스로 인해 상기 액화산소저장탱크(10) 내의 압력이 예정치에 도달하는 경우, 상기 액화산소저장탱크 내의 산소가스를 재액화시켜 저장하거나 또는 함 내에 호흡용으로 제공하는 재액화 시스템(30)을 포함하며,
    상기 재액화 시스템(30)은,
    상기 액화산소저장탱크(10)에 장착되어 내부압력을 감지하는 압력센서(31)와;
    산소가스 및 재액화된 액화산소를 냉장시키는 냉장박스(32)와;
    상기 액화산소저장탱크(10)와 냉장박스(32)를 연통시켜 액화산소저장탱크(10) 에서 기화된 산소가스를 상기 냉장박스(32)로 공급하는 산소가스배출라인(33)과;
    상기 액화산소저장탱크(10)와 냉장박스(32)를 연통시켜, 냉장박스(32)내의 재액화된 액화산소를 상기 액화산소저장탱크(10)로 공급하는 액화산소회수라인(34)과;
    상기 산소가스배출라인(33) 상에 장착되어, 액화산소저장탱크(10) 내의 압력이 예정된 값에 도달하면 산소가스배출라인(33)을 개방하는 제1 제어밸브(35)와;
    상기 액화산소회수라인(34) 상에 장착되어, 액화산소회수라인(34)을 개폐하는 제2 제어밸브(36)와;
    상기 산소가스배출라인(33) 상에 장착되어 산소가스를 예정된 압력으로 감압시켜 냉장박스(32)로 공급하는 감압밸브(37)와;
    상기 제2 제어밸브와 액화산소저장탱크(10) 사이의 액화산소회수라인(34) 상에 장착되어 액화산소저장탱크(10) 내의 기화된 산소가스가 액화산소회수라인(34)으로 역류하는 것을 방지하는 역류방지밸브(38)와;
    상기 제2 제어밸브(36)와 냉장박스(32) 사이의 액화산소회수라인(34) 상에 장착되어 재액화된 액화산소와 기화된 산소가스를 분리하는 기액분리기(39)와;
    상기 기액분리기(39)와 제2 제어밸브(36) 사이의 액화산소회수라인(34) 상에 장착되어 기액분리기(39) 내에 재액화된 액화산소가 일정수위에 도달했을 때 재액화된 액화산소를 상기 액화산소저장탱크(10)로 밀어 넣는 산소부스터펌프(40)와;
    상기 냉장박스(32)와 제1 및 제2 순환라인(41)(42)에 의해 연통되게 연결되어 상기 냉장박스(32)로부터 공급되는 산소가스를 재액화시킨 후 재액화 산소를 냉장박스로(32) 재공급하는 재액화장치(50)와;
    상기 제1 및 제2 제어밸브(35)(36), 감압밸브(37), 산소부스터펌프(40) 및 재액화장치(50)와 각기 전기적으로 연결되어 연결된 각각의 구성요소의 작동을 제어하는 제어부(60)로 구성되는 것을 특징으로 하는 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 재액화 시스템(30)은,
    상기 감압밸브(37)와 냉장박스(32) 사이의 산소가스배출라인(33) 상에 장착되고, 상기 제어부(60)와 전기적으로 연결되어 산소가스배출라인(33)을 통해 냉장박스(32)로 공급되는 산소가스를 예비냉각시키는 예비냉각기(43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기액분리기(39)는,
    함내로 연결된 산소공급라인(70)과 연통되게 연결되고;
    상기 산소공급라인(70)은,
    산소공급라인(70)을 개폐하는 개폐밸브(71)를 구비하며;
    운용자는 필요 시에 상기 개폐밸브(71)를 개방하여 기액분리기(39) 내의 기화된 산소가스를 함내 호흡용으로 공급하는 것을 특징으로 하는 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기액분리기(39)는,
    액화산소의 수위를 측정하는 수위감지센서(39a)를 구비하며;
    상기 수위감지센서(39a)는,
    상기 산소부스터펌프(40)와 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 재액화장치(50)는,
    폐쇄 사이클을 갖는 냉매라인(51)과;
    상기 냉매라인(51)을 따라 순환되는 냉매와 상기 냉장박스(32)을 순환하는 제1 및 제2 순환라인(41)(42)이 열교환시켜 산소가스를 재액화시키는 열교환기(52)와;
    상기 냉매라인(51) 상에 장착되어 상기 열교환기(52)를 통과하여 가온된 냉매를 가압하하고, 상기 제어부(60)와 전기적으로 연결되어 상기 제어부(60)에 의해 작동이 제어되는 압축기(53)와;
    상기 열교환기(52)와 압축기(53) 사이의 냉매라인(51) 상에 장착되어 상기 압축기(53)를 통과한 가압냉매를 팽창시켜 냉매를 냉각시키는 팽창터빈(54)으로 구성된 것을 특징으로 하는 외기독립추진 시스템이 탑재된 잠수함.
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