KR101523128B1 - 액체의 몸체 자유면의 이동을 탐지하기 위한 비콘들(beacons)을 구비한 부유 지지부 또는 선박 - Google Patents

액체의 몸체 자유면의 이동을 탐지하기 위한 비콘들(beacons)을 구비한 부유 지지부 또는 선박 Download PDF

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Abstract

바람직하게 메탄, 에틸렌, 프로판, 및 부탄으로부터 선택된, 액화 가스에 의해 구성된 액체(3)를 저장하고 이송하기 위한 선박 또는 부유식 지지부(1)에 있어서, 액화 가스가 적어도 하나의 탱크(2) 내에 냉각되고, 바람직하게 탱크는 다각형 단면의 실린더형 탱크이며, 특히 20m보다 크고 바람직하게 25m 내지 50m 범위 내에 있는 폭 및 10,000m3보다 큰 부피를 가지고, 수평 방향 내 적어도 가장 작은 치수를 가진, 큰 크기의 그리고 열적으로 단열되고(2a), 상기 탱크(2)는 운반 구조(11)에 의해 선박의 헐(4) 내부에 지지되고, 상기 선박은 상기 탱크(들) 내 액체의 거칠기(roughness)를 탐지하기 위한 복수의 비콘들(beacons)를 포함하는 것을 특징으로 하며, 상기 비콘들(beacons)들은 아래에서 "비콘들"(5, 5-1, 5-2)로 언급되고,
a) 바다물과 접촉하지 않는 선박의 벽의 또는 상기 탱크의 벽의 진동 움직임들의 시간(t)의 함수로서 가속도(g)의 크기를 측정하기에 적합한 진동 가속도계 형태의 진동 센서(5a), 상기 선박의 벽은, 바람직하게 상기 탱크를 지지하는 내부 구조의 일부의 벽인, 선박의 내부 구조의 벽(2a-1) 또는 선박의 갑판(4a)을 포함하고, 상기 센서들은 상기 탱크의 외부의 상기 벽 상에 고정됨; 및
b) 선박에 나타나는 배경 소리를 적어도 제거하고, 미리정해진 임계값들과 이러한 방식으로 처리된 신호의 값들을 비교함으로써 상기 탱크 내부의 액체의 움직임을 탐지하기 위해 상기 진동 센서(5a)에 의해 측정된 상기 신호를 처리하기 적합한, 통합된 메모리 및 마이크로프로세서를 구비하는 전자 계산 유니트(5b), 미리정의된 임계값들 너머에서 액체 자유면(3)의 거칠기 가 상기 벽에 유해한 손상을 가하고 변형시키는 위험을 포함하는 것으로 고려됨; 및
c) 바람직하게 선박의 함교 위에 있는, 감시기 또는 중앙 유니트(6)로 상기 전자 계산 유니트에 의해 처리된 후 상기 신호를 전달하기 위한 데이터 전달 수단(5d);
을 포함한다.

Description

액체의 몸체 자유면의 이동을 탐지하기 위한 비콘들(beacons)을 구비한 부유 지지부 또는 선박 {FLOATING SUPPORT OR VESSEL EQUIPPED WITH A DEVICE FOR DETECTING THE MOVEMENT OF THE FREE SURFACE OF A BODY OF LIQUID}
본 발명은 대량으로 액체를 저장하고 이송하고, 대량의 저장소 또는 이송 선박의 탱크(들) 내 액체 자유면의 이동을 탐지하기 위한 하나 이상의 비콘들(beacons)들에 적합한 선박 또는 부유 지지부에 관한 것이다.
더 구체적으로, 본 발명은 액화천연가스(LNG) 또는 액체 메탄 중 하나, 또는 프로판, 부탄, 에틸렌, 또는 물의 밀도보다 낮고 액체 상태에서 그리고 실질적으로 대기압에서 매우 큰 양으로 이송되는 액화 상태에서의 밀도인 다른 가스와 같은, 매우 저온 액체 상태에서 유지되는 다른 가스들을 이송하기 위한 극저온 이송 선박에 관한 것이다.
대기압에 가까운 압력에서 이송되는 액화 가스들은 액체 상태로 유지되기 위해 더 낮은 온도로 냉각될 필요가 있다. 그것들은 이어서 구형 또는 원형 중 하나인, 바람직하게 다각형 단면을 나타내는, 매우 탱크들 내에 저장되고, 특히 탱크들은 실질적으로 직사각형의 평행육면체의 형태이고, 상기 탱크들은 수용할만한 온도에서 선박의 구조의 강철을 유지하기 위해 그리고 가스의 증발을 제한하기 위해 열적으로 완전히 단열된다. 일반적인 규칙으로서, 그러한 선박들은 완전히 선적될 때(95%-98%) 또는 탱크들의 바닥들 내 가스의 작은 나머지(3%-5%)를 구비하여 이동하여서 탱크들 및 단열 시스템을 영구적으로 차갑게 유지하여서, 그것들이 더 빨리 재충전될 수 있게 하며, 탱크가 공격적으로 저온으로 내려가는 것을 방지하여서, 즉 천천히 되도록 하여서, 작업 시간을 소모한다.
폭발 관련 위험들 및 가스와 관련된 위험들로 인해서 그러한 선박들은 작업하기에 매우 어렵다. 따라서, 선적된 기술적 장비들 모두는 매우 엄격한 표준을 만족할 필요가 있는데, 작은 불꽃이 폭발로 이끄는 위험으로 이어지기 때문이며, 그러한 불꽃은 금속으로 만들어진 부분들 사이의 충격에 의해, 단지 스위치에 의해, 또는 주어진 임계점을 초과하는 동력 레벨에서의 무선통신에 의해 생성될 수 있다. 그러한 제한들 모두는 매우 엄격한 표준들에 놓이고 장비는 ATEX 표준들, 즉 당업자에게 알려진 폭발 대기 표준들에 놓인 조건을 만족해야 한다.
항해 중에, 탱크들의 내용물들은 자유면들을 가진 액체들과 같이 거동하고, "슬로싱(sloshing)"으로 알려진 바와 같은, 분열 굽이침(breaking swell) 형태 현상이 탱크 내에 나타날 수 있고 매우 거칠어질 수 있으며, 이는 파형(wave)들이 탱크의 수직 벽들에 부서질 때, 또한 그것들이 두 개의 벽들 및 상기 탱크의 천장 사이 접합에 의해 형성된 삼면체 내에서 부서질 때이다. 그러한 현상은 액체들이, 물보다 낮은, 매우 낮은 점도들과 관계되는 사실에 특히 민감하다.
이러한 현상들은 메탄 탱크 선박들 및 부유 제품 저장 및 하역(floating production storage and offloading; FPSO) 선박들로 알려진 고정된 저장 선박들 상에서 나타나는 위험이며, 이는 바다 조건이 거칠 때뿐 아니라, 바다가 거의 잔잔할 때에도, 액화 가스 화물은, 자극이 작은 진폭을 가지더라도, 선박이 놓이는 굽이침에 의해 형성되는 자극과 함께 공진 안으로 들어간다. 공진의 경우, 튀김은 매우 거칠어지고, 파형들이 수직 벽들 및 코너들에서 부서질 때, 액화 가스를 한정하는 시스템을 손상시킬 위험이 있거나, 상기 한정 시스템 바로 뒤에 존재하는 단열 시스템을 손상시킬 위험이 있다.
슬로싱(sloshiing)들은 비교적 고요한 바다 조건들 아래에서도 일어날 수 있지만, 일반적으로 그것들은 매우 특별한 충전 레벨들에서만 나타나며, 각각은 상당한 굽이침의 진폭, 기간, 경사 각도, 선박의 짐싣기 등의 상태와 조합되어 나타나며, 탱크가 일부 특정 충전 레벨에 있을 때 위험하게 되는 위험으로 이어진다.
따라서, 본 발명의 문제점은 상기 튀김이 나타나기 전에 일어나는 현상을 탐지함으로써, 특히 액화 메탄 또는 "LNG"와 같은, 액화 가스를 이송하거나 저장하기 위한 선박들의 탱크들 내에서 굽이침 파형들 부서짐의 튀김 형태 현상을 예측하는 것이다. 아래에서의 설명에서, "LNG" 용어는 액화 상태의 메탄, 즉 액화천연가스를 가리키는데 사용되고, 가스 상태는 "메탄" 또는 "가스 메탄"으로 언급된다.
그러한 슬로싱(sloshiing) 전에 일어나는 이러한 현상의 존재를 나타내는 것은 선박의 선장이, 예를 들어 선박의 방향 또는 그것의 속도를 변경함으로써, 적절한 곳에서, 선박의 거동을 수정할 수 있게 하여서, 선박의 완전한 상태에 손상을 가하는 튀김을 야기할 수 있는 공진 현상들을 약하게 한다. 동일한 방식으로, 예를 들어 외부 핀들 또는 능동 밸러스트(active ballast) 시스템과 같은, 튀김을 정적으로 또는 동적으로 약하게 하기 위한 수단, 또는 상기 선박의 탱크들 내에 직접 포함되는 약화 수단이 갖추어진 선박들에 대해, 튀김-전조(sloshing-precursor) 현상의 존재를 나타내는 것은 원하지 않는 현상을 제거하거나 약화시키기 위해 상기 시스템들의 미세한 설정들을 조정하고 수정할 수 있게 한다.
본 발명자는 선박들 또는 부유 지지부들의 저장 탱크 내부의 액체 자유면의 움직임을 탐지하기 위한 다양한 비콘들(beacons)를 시도하였지만, 그러한 비콘들(beacons)들의 민감도는, 음파 또는 초음파 비콘들(beacons)들을 이용하여, 상기 액체 자유면을 포함하는 탱크의 내벽들의 자유 영역을 측정하는 것에 기초하여 탐지 비콘들(beacons)들을 사용할 때, 사용할 수 없는 정보를 이끌어낸다.
그러한 탐지의 문제점은 극히 낮은 온도 조건으로 인해 LNG 자유면 탐지를 어렵게 하는 것을 초래하고, 게다가, 본질적으로 손상 튀김 발생의 위험을 찾기 위해 중요한 영역들 내 적절한 자유면을 분석하기 위해, 아주 많은 수의 탐지기들을 설치할 필요가 있을 것이다.
본 발명에 따르면, 본 발명자는 액체 자유면의 움직임을 탐지하기 위한 비콘들(beacons)를 수행하였고, 그러한 비콘들(beacons)들은 그러한 경우에 적절하고, 상기 액체 자유면과 직접 또는 간접적으로 접촉하는 벽, 즉 탱크의 벽들의 진동이 전달되는 벽의 진동을 감지하기 위한 센서들의 원리에 특히 기초하며, 바람직하게 탐지는 시간 함수로서 가속 g에서 진동을 측정하는 진동 가속도계의 도움으로 일어난다.
더 정확하게, 본 발명은 액화 가스에 의해 구성된 이송 및 저장 액체를 위한 부유 지지부 또는 선박을 제공하는 것이고, 액화 가스는 바람직하게 메탄, 에틸렌, 프로판, 및 부탄으로부터 선택되고, 바람직하게 다각형 단면의 실린더형 탱크인, 적어도 하나의 탱크 내에 냉각되며, 그것은 큰 크기로 열적으로 단열되고, 수평 치수에서 가장 작은 치수의 폭은 20미터보다 크고, 바람직하게 25m 내지50m 사이 범위에 놓이며, 부피는 10,000 세제곱미터(m3)보다 크고, 상기 탱크는 캐리어 구조(carrier structure)에 의해 선박의 헐(hull) 내부에서 지지되고, 선박은 상기 탱크(들) 내 액체의 거칠기(roughness)를 탐지하기 위한 복수의 "비콘들(beacons)"을 포함하고,
a) 상기 선박의 벽은 선박의 내부 구조의 벽(2a-1) 또는 선박의 갑판(4a)을 포함하고, 바다물과 접촉하지 않는 선박의 벽의 또는 상기 탱크의 벽의 진동 움직임들의 시간(t)의 함수로서 가속도(g)의 크기를 측정하고, 상기 탱크의 외부의 상기 벽 상에 고정되는 진동 가속도계 형태의 진동 센서(5a), 및
b) 미리정의된 임계값들 너머에서 액체 자유면(3)의 거칠기가 상기 벽에 유해한 손상을 가하고 변형시키는 위험을 포함하는 것으로 고려되고, 선박에 나타나는 배경 소리를 적어도 제거하고, 미리정해진 임계값들과 이러한 방식으로 처리된 신호의 값들을 비교함으로써 상기 탱크 내부의 액체의 움직임을 탐지하기 위해 상기 진동 센서(5a)에 의해 측정된 상기 신호를 처리하는, 통합된 메모리 및 마이크로프로세서를 구비하는 전자 계산 유니트(5b); 및
c) 감시기 또는 중앙 유니트(6)로 상기 전자 계산 유니트에 의해 처리된 후 상기 신호를 전달하기 위한 데이터 전달 수단(5d);
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을 포함한다.
"선박의 내부 구조의 벽" 용어는 헐 내부의 상기 탱크를 지지하고 및/또는 단열하기 위한 시스템의 벽 또는 이중-헐 선박의 헐의 내벽을 특히 의미하는 것으로 사용된다.
다양한 비콘들로부터의 신호 데이터의 다양한 아이템들이 상기 중앙 유니트 내에서 수집되면, 당업자는 탱크(들)의 충전 레벨(들) 및/똔느 선박의 거동과 관련된 권고를 전달하는 수학적 모델 내로 데이터를 입력할 수 있고, 상기 권고들은 슬로싱(sloshiing)의 위험, 즉 측벽의 손상 변형 또는 악화의 위험을 감소시키거나 제거하도록 설계된다. 권고들은, 선박이 이송 선박일 때 선박이 항해해야 하는 방향 및 속도와 특히 관련이 있고, 아래에 설명되는 바와 같이, 권고들은 선박이 저장 선박일 때 그것의 탱크들이 채워져야 하는 레벨들에 관련이 있다.
더 구체적으로, 각각의 비콘는 다음을 포함한다:
상기 전자 계산 유니트는 다음의 신호-처리 단계들을 수행하기 적합하다:
1.1) 주어진 시간(△t)에서 단계 a)에 포함된 신호의 진동 파형의 주파수(F)의 함수로서 가속도(g)의 크기 내 진동을 계산하기 위해 단계 a) 내 상기 진동 가속도계에 의해 측정된 상기 벽의 시간(t)의 함수로서 가속도(g)의 크기 내 상기 진동의 신호들을 처리하기 위한 실제 시간 내에서 퓨리에 변환(Fourier transform)을 이용하고, 이어서 적어도 하나의 에너지 스펙트럼 밀도 및 파워 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계;
1.2) 선박에 나타나는 진동으로 인한 배경 소음을 상기 신호로부터 제거하도록 신호를 필터링하는 단계;
1.3) 단계 1.2)의 필터링 후에 단계 1.1)에서 측정되고 주파수(F)의 함수로서 적어도 하나의 가속도(g)의 크기의 변화와 역 퓨리에 변환에 의해 얻어진 최대 시간 가속도 값들을 계산하고, 적어도 하나의 스펙트럼 밀도(P0)의 및 최대 에너지 스펙트럼 밀도(e1, e2)의 값들을 계산하고, 단계 1.2)에서 필터링 후 단계 1.1)에서 수행된 파워 스펙트럼 밀도 측정 및 에너지 스펙트럼 밀도를 개별적으로 적어도 하나의 스펙트럼 파워 값들 및 스펙트럼 에너지를 계산하는 단계;
1.4) 1.3) 단계의 개별적인 상기 최대 시간 가속도 값들 및 적어도 하나의 상기 최대 에너지 스펙트럼 밀도 값들(e1, e2), 상기 최대 파워 스펙트럼 밀도 값들(P0), 및 상기 스펙트럼 에너지 및 스펙트럼 파워 값들과 개별적인 미리정의된 임계값들(S1, Emax, Pmax)을 비교하고, 개별적인 미리정의된 임계값들(S1, Emax, Pmax)로부터 액체 자유면(3)의 거칠기가 상기 벽의 변형 및 악화에 영향을 미치는 위험을 구성하는 것으로 고려되는 단계;
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상기 전달 수단은 상기 최대 시간 가속도 값들을 전달하기에 그리고 상기 전자 계산 유니트에 의해 활성화되기에 적합하며, 단계 1.3)의 개별적인 바람직하게 상기 최대 에너지 스펙트럼 밀도 값들 및/또는 최대 파워 스펙트럼 밀도 값들(Po) 및 더욱 바람직하게 상기 스펙트럼 에너지 및 스펙트럼 파워 값들은, 바람직하게 선박의 함교 위의 중앙 유니트로 전달되고, 상기 모든 비콘들에 의해 전달된 데이터를 수집하며, 단계 1.4)의 상기 임계값이 적어도 비콘들 중 하나에 도달하면, 바람직하게 비콘들 모두에 의해 전달된 데이터를 수집하는 선박의 함교 상에서, 상기 값들은 상기 중앙 유니트로 전달된다.
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단계들 1.1) 및 1.3)에서, 퓨리에 변환에 의해 시간 신호를 전달하기 위한 계산들 및 스펙트럼 밀도와 파워 계산들은 신호 처리 분야의 당업자에게 알려져 있다. 유사하게, 에너지 스펙트럼 밀도 및 파워 스펙트럼 밀도를 위한 커브들의 통합에 의해 개별적으로 나타난 스펙트럼 에너지 및 스펙트럼 파워는 마찬가지로 신호 처리 분야의 당업자에게 알려져 있다.
단계 1.4)에서, 상기 임계값과 연관된, 측벽을 변형하거나 악화시키는 위험은 액체 자유면의 움직임에서 일어나는 공진 현상의 위험에 대응한다.
이러한 방식에서 진행함으로써, 모든 실시간 계산들은 비콘 내 상기 계산 유니트에 의해 수행되고, 계산들의 결과들만이 중앙 감시기에게 넘어가고, 즉 데이터는 더 컴팩트해지고 전체 시간의 전달 수단을 차지할 수 있는 시간 신호보다 더 빨리 전달될 수 있으며, 전달 수단은 비콘의 에너지 소모의 주요 부분을 나타냄이 이해된다. 따라서, 신호 처리의 결과들은 임계값들이 초과할 때만 전달된다.
단계 2)에서, 처음에 대기 상태에 있는 전달 수단은, 상기 임계값이 도달하는 경우에, 상기 계산 유니트에 의해 유발된 명령에 의해 활성화된다.
상기 계산 유니트가 시간 동안 센서들로부터 수신된 데이터를 저장하기 적합한 통합된 메모리를 포함한다는 것이 이해될 수 있고, 특히 선박이 격리되거나 잔잔한 수면에서 항해할 때, 즉 액체 자유면이 움직여서 튀김의 위험이 없을 때, 그에 의해 계산 유니트는 시간 동안 자유면의 전체 거동을 분석할 수 있고, 상기 관찰은 선박의 롤(roll) 및/또는 피칭(pitching)과 연관되고 액체 자유면의 상당한 움직임이 없는 선박에 나타나는 배경 소음을 계산하는데 기여하여서, 상기 상술한 임계값들을 정의할 수 있다.
더 구체적으로, 상기 진동 가속도계는 피에조-저항(piezo-resistive) 형태의 가속도계이다.
그러한 피에조-저항 탐지 가속도계들은 0 내지 5-10킬로헤르츠(KHz) 범위 내에서 자파수들을 선발할 수 있고 그것들은 3%-5% 정도의 측정 정확도를 나타낸다. 이러한 형태의 피에조-저항 탐지 가속도계는 전체 휴지 상태, 즉 0 가속도 상태를 특징화할 수 있다.
다른 형태의 진동 가속도계들이 이행될 수 있고, 압전기 탐지, 전기용량 탐지, 유도형 탐지, 스트레인게이지 등을 사용하는 가속도계들일 수 있다.
바람직하게, 상기 진동 센서는 3-축 진동 가속도계에 의해 구성된다. 그러한 3-축 가속도계들은 시간의 함수로서 공간 내 세 방향들 내 벽의 진동 크기들을 측정하기 적합하다.
바람직하게, 상기 전달 수단은 무선전파로 상기 계산 유니트에 의해 공급된 전기 신호들을 전달하기 적합한 송수신기 및 안테나를 포함하고, 상기 무선전파는 안테나로부터 전달된다.
다른 실시예에서, 상기 전달 수단은 유선 전달 수단을 포함하고, 이는 케이블들을 거쳐 전달되기 적합한 신호를 만들기에 적합한 신호 처리 인터페이스를 연결하는 케이블들을 포함하고, 바람직하게 광신호들로 전자 계산 유니트에 의해 공급된 전기 신호로부터 상기 데이터를 전달하는 인터페이스들과 조합된 광섬유 케이블들을 포함한다.
제1 변형 실시예에서, 상기 비콘은 비콘에 의해 상기 단계들 1.1) 내지 1.3) 및 2)의 처리를 수행하는 상기 전자 계산 유니트 및 부유 지지부 또는 선박의 다른 탱크들의 그리고 동일한 탱크의 다른 비콘들의 다른 전자 계산 유니트들의 활성을 유발하고 선박의 특정 움직임들을 측정하기에 적합한 추가 비콘들(beacons)를 더 포함하고, 상기 전자 계산 유니트들의 활성의 유발은 선박의 움직임들의 크기에 대한 기설정된 임계값, 바람직하게 선박의 헐의 벽의 경사 각도의 값으로부터 일어난다.
경사계 또는 관성 유니트 형태의 추가적인 비콘들(beacons)는, 롤, 피칭, 요(yaw), 서지(surge), 스웨이(sway) 등과 같은, 선박에 특정된 움직임들을 탐지하는데 기여한다.
다른 실시예에서, 상기 비콘은 선박에 특정된 움직임들을 탐지하기 위한 추가적인 비콘들(beacons)를 포함하지 않는다.
더 구체적으로, 선박의 움직임들을 탐지하기 위한 비콘들(beacons)는 진자 형태의 경사계 또는 관성 유니트이고, 바람직하게 선박 또는 부유 지지부의 헐의 측벽의 롤 각도를 결정하기에 적합한 것들이며, 상기 임계값은 적어도 5°, 바람직하게 수직에 대해 5° 내지 10° 범위에 놓이는 롤 각도이다.
대기 상태에서, 비콘들(beacons)는 매우 작은 에너지를 소모하는데, 계산 유니트 내에서 대기 유니트는 매우 간단히 있기 때문이다. 반대로, 잠재적인 위험한 조건들이 일어나자마자, 계산 유니트는 이어서 진동 센서로부터 오는 모든 정보를 분석하고 신호 처리를 수행하며, 이어서 상기 처리의 결과를 구비하여 적어도 하나의 미리정의된 임계값이 초과하는 경우에 중앙 감시기에게 전달된다.
비콘이 그것의 경사계에 의해 활성화될 때, 모든 비콘들이 활성화되도록 다른 비콘들을 활성화시키는 것이 바람직하다. 이러한 방식으로 작동함으로써, 비콘들의 전체 시스템을 활성화시키기 위한 높은 레벨의 여분이 있으며, 이는 각 비콘이 그것의 경사계에 의해 일반적으로 활성화되기 때문이고, 그것이 작동할 때 중앙 감시기 뿐만 아니라 다른 이들 모두에게 정보를 전달한다. 따라서, 대기 상태에 있는 비콘을 가지는 위험은 매우 크게 제한된다.
상술한 바와 같이 전자 계산 유니트를 활성화시키기 위한 양 수행들에서, "전자 계산 유니트의 활성화" 용어는 그것이 이전에 대기 상태에 있었고 상기 단계들 b) 및 c)에 포함된 처리 및 전달을 수행하기 위해 그것을 자동적으로 활성화시키는 것을 의미하고, 전달 수단(5d)은 상기 전자 계산 유니트(5b)에 의해 활성화된다.
다른 실시예에서, 상기 전자 계산 유니트는 시간의 함수로서 가속도(g)의 크기를 위한 임계값의 측정으로부터 활성화되기 적합하다.
바람직하게, 각각의 상기 비콘은 저장 배터리 또는 슈퍼커패시터(supercapacitor), 또는 바람직하게 리튬 일차 배터리 내에 있는 파워 공급 수단에 의해 동력을 공급받고, 상기 진동 가속도계, 전자 계산 유니트, 및 전달 수단에 동력을 공급하고, 바람직하게 선박의 움직임들을 탐지하기 위한 상기 비콘들(beacons)에 동력을 공급한다.
또한 바람직하게, 상기 파워 공급 수단은 탱크의 차가운 내벽과 상기 비콘 사이에 차가운 접합점이 설치되는 제베크 효과(Seebeck effect) 서머커플(thermocouple)을 더 포함하고, 비콘은 서머커플의 뜨거운 접합점을 구성하고, 상기 서머커플은 상기 비콘에 동력을 연속적으로 공급하기 위한 그리고 바람직하게 상기 저장 배터리 및 슈퍼커패시터를 연속적으로 재충전하기 위한 전류를 생성하는데 기여한다.
바람직한 실시예에서, 상기 비콘은 헐의 측벽을 향하는 선박의 헐 내부의 상기 탱크의 벽들을 지지하고 단열하기 위한 측벽 및/또는 선박의 갑판에 고정되고, 상기 비콘은 그것의 길이방향 단부들에서 상기 탱크의 코너들에 인접하게 위치된다.
상기 비콘들의 다른 특징들에 따르면:
상기 비콘들은 상기 탱크의 가로방향 수직 측벽, 서로에 대해 각방향으로 배치된 상기 탱크의 천장 벽의 두 개의 평면들에 의해 형성된 삼면체 똔느 상기 탱크의 천장 벽, 및 수직 가로 벽, 수직 길이방향 측벽 사이 코너들에 의해 형성된 이면각(dihedral angle)을 향하게 위치된다.
상기 비콘들은 용접 또는 접착에 의해 측벽에 고정된다.
각각의 상기 비콘들은 상기 전동 센서들, 전자 계산 유니트, 신호 데이터 전달 수단, 및 바람직하게 추가적인 탐지 비콘들(beacons) 모두를 한정하는데 기여하는 용기를 포함하고, 상기 용기는 상기 파워 공급 수단 및 상기 벽에 고정된다.
비콘들이 잠재적으로 폭발 대기 내에 설치되기 때문에, 그것들은 ATEX 표준들로 알려진 엄격한 표준들을 만족할 필요가 있다. 이러한 표준들은 가스 환경에서 점화 위험을 유발해서 폭발을 형성하는 불꽃이 일어나지 않도록 보증하기 위해 전기 회로들, 기밀된 용기들, 무선 안테나로부터 전달을 위한 파워 레벨들 등의 용어로 정확한 구조적 배열들을 정의한다.
특히 바람직한 실시예에서, 상기 선박은 고정된 위치에 고정되는 부유 저장 선박 안으로 운반된 오래된 메탄 탱크 형태 이송 선박이며, 그 안에서 적어도 하나의 그것의 탱크의 충전 레벨이, 액체 거칠기를 탐지하기 위해 상기 비콘들(beacons)에 의해 탐지되고 계산되는 것으로서, 그것이 포함하는 액체의 거칠기의 함수로서 결정된다.
본 발명은 또한 본 발명의 선박의 하나 이상의 탱크들 내 액체의 거칠기를 결정하는 방법을 제공하고, 상기 방법은 다음의 연속적인 단계들을 포함한다:
1) 선박의 움직임이 임계값에 도달할 때 바람직하게 상기 전자 계산 유니트를 활성화시킨 후, 상기 신호 처리를 수행하는 단계; 및
2) 상기 전자 계산 유니트로부터 상기 중앙 유니트로 단계 1)에서 얻어진 값들의 상기 전달을 수행하는 단계.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 제한적이지 않은 설명의 방법으로 만들어진 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 더 명백히 나타난다.
본 명세서 내에 포함되어 있음.
도 1은 LNG를 저장하고 재가스화하기 위한 것이고 직사각형인 수직 구획을 나타내는 부유식 지지부의 탱크(2) 내 액체 자유면 움직임드을 탐지하기 위한 비콘들(beacons)가 설치된 부유식 저장 및 재가스화 유니트(floating storage and regasification unit; FSRU)의 정면 및 단면도이다;
도 2는, 탱크가 직각 부분에 있는, 선박의 탱크(2) 내 액체의 자유면 움직임들을 탐지하기 위한 비콘들(beacons)가 설치된 LNG 탱커 선박의 정면 및 단면도이다;
도 3은 상기 탱크 내 액체 자유면 움직임들을 탐지하기 위한 비콘들(beacons)가 구비된 세 개의 탱크들을 구비하는 LNG 탱커 선박의 평면도이다;
도 4는 제베크 효과 서머커플에 의해 동력을 공급받는 액체 자유면 탐지 비콘들(beacons)를 구비한 오른 측 상에 설치된 탱크의 바닥 부분의 측단면도이다;
도 4a는 도 4의 비콘들(beacons)의 상세도를 도시한다;
도 5는 무선 송신 형태의 액체 자유면 움직임 탐지 비콘들(beacons)들이 설치된 두 개의 LNG 탱크들의 평면도이다;
도 6은 유선 로컬 네트워크를 통해 선박의 브리지에 그리고 서로 연결된 액체 자유면 움직임 탐지 비콘들(beacons)들이 설치된 두 개의 LNG 탱크들의 평면도이다;
도 7a 및 7b는 유선 로컬 네트워크(7b)에 연결된 형태 및 무선 형태(7a)에서의 "튀김" 탐지 비콘들(beacons)들의 작동을 상세히 도시한다;
도 8a 및 8b는 선박 자체의 움직임들과 연관된 정보에 기초한, 액체 자유면 움직임들, 또는 "비콘"의 모드를 도시한다;
도 9a 및 9b는 액체 자유면 움직임들을 탐지하기 위한 상기 비콘들(beacons)의 유발과 연관된 정보에 기초한 액체 자유면 움직임 탐지 비콘들(beacons)들을 유발하는 모드를 도시한다;
도 10a 및 10b는 액체 자유면 움직임 형태의 현상을 나타내는 것과 연관된 정보에 기초한 액체 자유면 움직임들을 탐지하기 위한 유발 비콘들(beacons)의 모드를 도시한다;
도 11a 내지 11d는 본 발명의 처리에서 다른 단계들에서 고속 퓨리에 변환(FFT)에 의해 신호 처리 및 획득에 관계된 다이어그램들이다;
도 12a 및 12b는 본 발명의 다른 처리 단계들에서 파워 스펙트럼 밀도(PSD)에 의해 처리되는 신호의 다이어그램이다; 그리고
도 13a 및 13b는 본 발명의 다른 신호 처리 단계들에서 에너지 스펙트럼 밀도(ESD)에 의해 처리되는 신호의 다이어그램이다.
도 1은, 파이프들(미도시)을 거쳐, 바닷속 수원들로부터 오는 가스를 수용하고 오일 영역 위에 설치된, 윈치(winch; 1c)들에 연결된 라인들(1b)에 의해 고정된 FSRU 형태 선박(1)의 단면도이고, 상기 가스는 설비들(1d) 내에서 처리되어서 -163℃ 아래 온도로 냉각되고 사용자에게, 액체 상태로, 상기 가스를 이송하기 위해 사용되는 메탄 탱커(tanker)들에 이송되기 전에 탱크들(2) 내에 액체 형태(3)로 저장된다. 탱크들(2)은 20m의 높이, 40m의 길이 및 30m의 높이를 가지는 24,000m3의 부피를 나타내는 직사각형 평행육면체의 형태이고, 가장 탱크들은 60,000m3에 이르거나 이를 초과한다. 선박에는 본 발명의 "튀김 탐지 비콘들(beacons)(sloshing detector device)"들로서 또는 "비콘(beacon)"들로서 아래에서 언급되고, 액체 자유면(fee-surface) 움직임들을 탐지하기 위한 비콘들(beacons)들(5)이 구비되고, 즉 네 개의 무선 비콘들(51)은 탱크들의 길이방향 단부들에 탱크들의 가장자리들 근처에 위치되고, 각각 좌측 또는 포트(port) 상에서, 헐 내부 아래 와 갑판(4a) 높이에서, 탱크(2)의 단열 시스템(2a)의 벽(2a-1)과 접촉하고, 우측 또는 우현(starboard) 상에서, 헐 내부의 위와 아래 양쪽에서, 탱크(2)의 단열 시스템(2a)의 벽(2a-1)과 접촉한다.
더 구체적으로, 비콘들(5-1)은 아래 것들의 근처에 위치된다:
길이방향 측벽(2f)이 가로 측벽(2g)과 만나는 2면-형성(dihedral-forming) 가장자리들(2d); 및
바닥벽(2h)이 탱크의 길이방향 단부에서 가로방향 측벽(2h) 및 길이방향 측벽(2f)과 만나는 2면-형성 바닥 가장자리(2g).
탱크들(2)은 (탱크(2)의 벽들(2f, 2h)에 고정되는) 탱크(2)의 커버(2a)의 외벽(2a-1)의 표면들 사이에 일차적으로 그리고 선박의 헐(hull)의 내벽들에 2차적으로 연결을 제공하고 균일하게 배치되는 금속 빔(beam) 형태의 운반 구조(carrier structure; 11)들을 거쳐 헐(4a, 4b)에 고정된다.
상부 가장자리들(2d) 근처의 비콘들은 선박의 헐의 측벽(4b)을 향하는 단열 시스템의 길이방향 측벽(2a-1)에 대해, 또는 부유식 지지부의 갑판(4a) 상에 위치된다.
바닥 가장자리들(2g) 근처에 위치된 비콘들은 바람직하게 헐의 내부 냉크(2)의 단열 시스템(2a)의 측벽(2a-1)에 대해 위치되고 그것의 측벽(4b)을 향한다.
비콘들의 작동은 본 발명의 상세한 설명에서 아래에서 더 상세히 설명된다.
탱크(2) 내 액체 메탄(LNG)의 자유면(3a)은 굽이침(swell), 바람, 및 선박 상에 작용하는 해류에 의해 자유면이 활발해지는 방식의 기능으로 일반적으로 약간 거칠다. 나쁜 바다-및-날씨 조건들 아래에서, 이러한 거칠기는 탱크의 벽들 상에 반사된 큰 파형들을 증가시키고 야기할 수 있고 측벽들에 대한 파형 부서짐을 야기할 수 있다.
항해 또는 정박 중에, 선박은 바다 조건들, 즉 굽이침, 해류 및 바람과 같은 바다 조건들에 놓이고, 그러므로 다양한 탱크들의 내용물은 상기 굽이침, 상기 해류, 및 상기 바람으로부터의 연속적인 자극에 놓인다. 이는 탱크(2)내 형성된 한정된 종류의 굽이침을 야기하고, 굽이침은 측벽들(2f)에 대해 되튀고 그러므로 그것 자체의 에너지, 즉 그것의 기간 및 그것의 크기를 보유하면서 반사된다. 결과적으로, 바다 조건들에 따라 더 크거나 더 작게 거칠어진다. 벽들에 대해 이러한 방식으로 반사된 굽이침은 재결합되고 재결합이 상 오프셋(phase offset)과 함께 일어날 때 감소하는 거칠기의 단계들을 향하려는 경향이 있거나, 재결합이 동 상(phase)에서 일어날 때 거칠기를 증가시키려는 경향이 있다.
따라서, 선박(1)이 높은 바다들로부터 오는 외부 굽이침(10)에 놓일 때, 또는 해류들이나 바람으로 인해서, 선박의 롤(roll), 피치(pitch), 요(yaw), 흔들림(sway), 울렁임(heave), 및 물결침(surge) 움직임들은 탱크(2) 내 포함된 액체 자유면을 자극하고, 탱크들의 벽들에 대해 상술한 다수의 반사들이 결합되는 방식의 결과로서, 공진 현상이 상기 탱크 내에서 일어날 수 있다.
이러한 현상들은 격렬할 수 있고 액화 가스를 한정하고 보유하기 위한 시스템에 손상 위험을 야기할 수 있다. 이러한 현상들은 폭풍우 날씨 뿐만 아니라 온화한 날씨의 경우에도 일어날 수 있고, 일정 파라미터들이 선박의 거동, 그것의 탱크들의 형상, 및 상기 탱크들이 충전되는 수위와 관련되면, 모두 함께 일어난다.
예를 들어, 예를 들어 T=8초 내지 10초인 특정 기간가 연관된, 예를 들어 높이 Hs=1.25m를 가지는 낮은 진폭의 가로방향 굽이침은 탱크가 꽉 차거나 비거나 또는 실제로 중간 충전 레벨들일 때 위험을 나타내지 않지만, 예를 들어 70% 내지 80% 찬, 일정한 정확한 값에서, 공진 현상은 그러한 특정 조건들 하에서 나타날 것이고, 탱크의 벽들에 대해 공진 내 매우 격렬한 굽이침 부서짐을 야기할 수 있는 방식으로 액체 가스 화물을 위험하게 거동하도록 야기한다. 이어서 그러한 부서지게 하는 것(breaker)은 손상 또는 단열 시스템 또는 한정의 파괴를 야기할 수 있어서, 선박 및 그것의 전체 선원을 큰 위험에 놓이게 한다.
가장 강한 움직임들 및 난류(turbulence)는 탱크들의 길이방향 단부들에서 수직 가장자리들에 모이려는 경향이 있고, 더 구체적으로 가장 심각한 충격들은 두 개의 수직 측벽들, 가로 벽 및 옆쪽 벽과 함께 탱크의 천장에 의해 형성된 삼면체 내에서 형성된다.
탱크들의 천장들에서의 수직 가장자리들(2d)은, 부서짐이 일어날 때, 탱크의 천장 및 두 개의 수직 벽들에 의해 정의된 삼면체 형상으로 인해 일어나는 매우 격렬한 충격들의 위험이 있는 영역들을 구성하고, 이는 비콘들(5-1, 5-2_이 바람직하게 탱크들의 상기 가장자리들에 인접하게 위치되는 이유이다.
도 2는 다른 선박(1)을 통한 단면이고, 여기서 메탄 탱커 형태는 본 발명의 액체 자유면 움직임 또는 튀김 탐지기 비콘들(beacons)들(5-1, 5-2)이 설치되고, 여기서 슬로싱(sloshiing)은 3b로 도시되며, LNG 탱크의 포트 부분(2f)의 상부에 대해 부서지기 쉽다.
좌측 상에서, 포트로, 두 개의 무선 형태 비콘들(5-1)이 선박의 갑판(1a) 상에 설치되고, 이러한 비콘들은, 바람직하게 선박의 함교 위에서, 중앙 스테이션 내에 설치된, 바람직하게 개인 컴퓨터(PC) 형태 컴퓨터인, 중앙 감시기(6)와 무선에 의해 통신하고, 이러한 비콘들은 또한, 아래에 설명되는 바와 같이, 다른 비콘들(5-1)과 무선에 의해 통신한다. 우측 상에서, 우현으로, 두 개의 무선 형태 비콘들(5-2_이 선박의 갑판(1a) 상에 설치되고, 이러한 비콘들은 컴퓨터 로컬 네트워크(5d-3)를 거쳐 동일한 중앙 감시기(6)와 통신한다.
더 구체적으로, 선박의 탱크(2)는 수평 중앙 벽(2e-2)의 위에 만들어진 천장 벽 및 길이방향 측벽들(2f)을 향해 아래로 나아가는 두 개의 경사 측면 천장 벽들(2e-1)과 함께 직교 구획을 나타낸다.
따라서 이러한 탱크들은 그것들의 길이방향 단부들에서 삼면체 형상의 가장자리들을 나타낸다, 즉:
길이방향 측벽(2f), 단부 가로 벽(2g), 및 인접한 경사 천장 벽 부분(2e-1)에 의해 형성된 제1 삼면체(2d); 및
서로에 대해 각도를 두고 배열된 두 개의 인접한 천장 벽들(2e-1, 2e-2)에 의해 그리고 단부 가로 벽(2g)에 의해 형성된 삼면체들(2c).
도 7a 및 7b에 상세히 도시된 바와 같이, 비콘들(5-1 및 5-2)은 다음의 요소들에 의해 구성된다:
a) 진동 가속도계에 있는 진동 센서(5a), 더 정확하게 가속도계들이 고정된 벽의 진동들의 가속도들(g) 내 시간의 함수로서 진동들을 측정할 수 있는 가속도계. 그것들이 고정되는 갑판(1a)의 벽의 이러한 진동들은 탱크(2)의 벽들의 진동들과 연관이 있고, 그것이 선박이나 부유식 지지부의 헐에 의해 지지되고 운반 구조(11)에 의해 거기에 고정되기 때문이고, 상기 구조는 탱크(2)로부터 선박의 헐(1a-1e)로 진동을 전달한다; 더 구체적으로, 이러한 가속도계들은 당업자에게 알려진 3-축 가속도계들이고, 즉 그것들은 공간 내 세 방향 안의 선형 가속도를 측정하기 적합하고, 그것들은 바람직하게 0으로부터 최대 값에 이르는 범위에서 가속도를 측정할 수 있는 피에조-저항(piezo-resistive) 형태의 가속도계들이다. 가장 신뢰할 수 있는 방식에서 진동을 고르기 위해, 이러한 비콘들(5a)은 그것들이 용접 또는 접착에 의해 고정되는 벽들에 대해 고정된다;
b) 마이크로프로세서 및 통합된 메모리를 포함하는 전자 계산 유니트(5b); 및
c) 데이터 전달 수단(5d), 이는 두 종류일 수 있다:
무선 비콘들(5-1); 또는
유선 비콘들(5-2).
무선 비콘들(5-1)을 구비하여, 상기 전달 수단은 안테나(5d-1) 및 무선 파형들로 상기 계산 유니트(5b)에 의해 제공된 전기 신호들을 변환하기 적합한 송수신기(5d-2)를 포함하고, 상기 무선 파형들은 안테나(5d-1)로부터 전달된다.
유선 비콘들(5-2)을 구비하여, 상기 전달 수단(5d)은, 광신호들로 전자 계산 유니트(5b)에 의해 전달된 전기 신호의 상기 데이터를 변형하는 인터페이스들(5d-4)과 결합된, 바람직하게 광 섬유 케이블들인, 케이블(5d-3)을 거쳐 전달되기 적합한 신호를 만들기에 적합한 신호-처리 인터페이스(5d-4)을 연결하는 케이블들(5d-3)을 포함한다.
변형 실시예에서, 비콘들(5-1, 5-2)은 선박(5c)의 움직임들을 탐지하기 위한 비콘들(beacons)를 포함하고, 이는 경사계(inclinometer)의 형태이며, 예를 들어 진자 형태이고, 또한 부유식 지지부 또는 선박의 헐의 측벽(4b)의 롤(roll) 각도를 결정하기에 적합한 관성 유니트(inertial unit)을 포함한다.
비콘들(beacons)(5c)는 부유식 지지부 또는 선박의 다른 탱크들의 그리고 동일한 탱크의 다른 비콘들의 다른 전자 계산 유니트들(5b)의 그리고 상기 비콘의 상기 단계들 b.1) 내지 b.3) 및 c)의 처리를 수행하기 위해 상기 전자 계산 유니트(5b)의 활성화를 유발하기 적합하고, 상기 전자 계산 유니트의 활성화의 유발은 선박의 움직임들의 진폭에 대한 기설정된 임계값으로부터 일어나고, 바람직하게 선박의 헐의 벽의 경사의 각도에 대한 값으로부터 일어나며, 상기 임계값은 적어도 5%의 롤 각도이고, 바람직하게 수직에 대해 5% 내지 10%의 범위에 있다.
도 3은 직교 구획의 세 탱크들(2-1, 2-2 및 2-3)을 구비하는 LNG 탱커 선박의 평면도이고, 제1 탱크(2-1)는, 좌측으로, 본 발명의 무선 형태의 네 개의 비콘들(5-1)이 설치되고, 선박의 갑판 상의 외측에 설치되고, 상기 탱크의 외측 수직 가장자리들(2d)에서, 그것의 길이방향 단부들에서 설치된다.
중간 탱크(2-2)에는 또한 LNG 탱크(2-2)의 단열 커버(2a)의 외벽(2-1) 및 선박의 외측벽(1e) 사이 높은 곳에 선박 내부에 설치된 네 개의 비콘들(5-1)이 설치된다. 마지막으로, 우측 탱크(2-3)에는 도 2와 같이 8개의 비콘들(beacons)들(5-1)이 설치되고, 외측 상에서 네 개의 가장자리들(2d)에서 각각 위치되며, 도 2의 단면에 도시된 바와 같이, 천장의 경사 벽들(2-1)이 탱크의 천장의 중앙 벽(2-2_을 연결하는 네 개의 가장자디르(2c)에서 위치된다.
액체 자유면 움직임들을 탐지하기 위한 비콘들(beacons)들, 또는 "비콘들"(5-1, 5-2)은, 바람직하게 도 2에 도시된 바와 같이 상기 선박의 갑판(4a)의 높이에서, 선박의 외측벽(4a, 4b)에 직접 접촉하거나, 도 1 및 4-4A에 도시된 바와 같이, LNG 탱크의 단열 커버 및 선박의 측벽(4b) 사이 공간 내에서, 예를 들어 현문(gangway) 내에서, 선박 내부에 설치된다. 어떠한 경우에도, 액체 자유면 움직임들을 탐지하기 위한 비콘들(beacons)(5-1, 5-2)는 그것이 설치되는 벽에 고정된다. 그것은 용접(5-4) 또는 볼트에 의해, 또는 바람직하게는 접착에 의해서만 고정되어서, 측벽의 진동이 최소로 약화되게 비콘들(beacons)(5-1, 5-2)로 모두 전달된다. 따라서, 잠지 비콘들(beacons)들(5-1, 5-2)은 일명 LNG 저장 탱크들 내부에 위치하는 "청취(listening)"이다.
튀김 탐지 비콘들(beacons)(5)는, 도 5 및 7a에 도시된 바와 같이, 무선에 의해 그것의 정보를 전달하는, 무선 형태(5-1)이거나, 도 6 및 7b에 상세히 도시된 바와 같이, 예를 들어 유선 컴퓨터 로컬 네트워크(5d-3)에 의해, 그것의 정보를 전달하는 유선 형태(5-2) 중 하나이다.
도 7a에서, 튀김 탐지 비콘들(beacons) 또는 "비콘"은 무선 형태(5-1)이다. 그것은 계산 유니트(5b)에 5a-1에서 연결된 3-축 가속도계(5a)에 의해 구성되고, 어셈블리는 슈퍼커패시터(supercapacitor) 또는 배터리(5e), 바람직하게 매우 긴 수명을 가지는 리튬 일차 배터리에 의해 동력을 공급받는다. 계산 유니트(5b) 내에서 수행된 계산들로부터 유래된 정보는 안테나(5d-1)가 구비된 무선 송수신기(5d-2)를 거쳐 무선에 의해 전달된다.
무선 비콘 형태(5-2)에서, 도 7b에 도시된 바와 같이, 비콘은 계산 유니트(5b)에 연결된 3-축 가속도계(5a)에 의해 구성되고, 즉 네트워크 형태 유선 연결(5d-3)에 의해 5d-6을 거쳐 동력을 공급받는다. 계산 유니트(5b) 내에서 수행된 계산들로부터 초래된 정보는 중앙 유니트(6)로 전달된다.
도 5는 무선 형태 비콘들(5-1)을 구비한 그것들의 네 가장자리들에 설치된 두 개의 탱크들(2-1, 2-2)의 평면도이고, 비콘들 중 하나(5-1a)는 경사계 비콘들(beacons)(5c)에 의해 활성화되어서 그것들을 활성화시키기 위해 두 개의 탱크들의 다른 비콘들(5-1) 모두 그리고 중앙 감시기(6)와 무선에 의해 통신한다.
동일한 방식으로, 도 6은 유선 형태의 비콘들(5-2)을 구비한 그것들의 네 가장자리들에 설치된 두 개의 탱크들(2-1, 2-2)의 평면도이고, 로컬 네트워크(5d-3)를 거쳐 다른 비콘들 모두 그리고 중앙 감시기(6)와 통신한다.
무선(5-1) 또는 유선(5-2)인, 양 형태들의 비콘에 대해, 작동 모드는 동일하다. 그것은 도 8, 9 및 10을 참조하여 상세히 설명된다.
선박의 어떠한 움직임도 없을 때, 모든 비콘들은 휴지 상태, 대기 상태에 있고, 결과적으로 그것들은 매우 작은 에너지를 소모하고, 이는 배터리-동력 무선 비콘들(5-1)에 대해 상당히 이점이 있다. 활성화될 때, 각 비콘은, 도 1에 도시된 바와 같이, 바람직하게 함교 상에 위치된 감시자 컴퓨터(6)와 개별적으로 통신한다. 게다가, 상기 비콘은 동시에 다른 비콘들 모두에게 알리고 그것들을 활성화시키며, 이어서 비콘들은 데이터를 얻고, 데이터를 처리하고, 중앙 감시기(6)와 통신하는 모드에 그것을을 둔다.
도 8a에서, 비콘의 활성화는 선박 자체의 움직임들에 응답하는 관성 유니트 형태 또는 경사계의 비콘들(beacons)(5c)에 의해 야기된다. 무선 신호(8a)는 이어서 중앙 감시기(6)로 보내지고 무선 신호(8b)는 그것들을 활성화시키기 위해 비콘들의 세트로 보내진다. 비콘이 활성화 되면, 3-축 가속도계(5a)는 아래에서 설명되는 특정 방식으로 그것을 처리하는 계산 유니트(5b)로 그것의 데이터를 보내고, 이어서 감시자(6)로 무선에 의해 신호의 처리에서 기인하는 데이터를 전송한다. 상기 감시자(6)는 이어서 다양한 비콘들(5-1, 5-2)에 의해 선별된 데이터 모두를 처리하고 그러므로 거칠기(roughness)가 설비를 손상시키는 튀김을 야기하는 위험을 야기하는지를 결정하기 우해 탱크 내 액체 자유면의 거칠기 상태를 결정하는 위치에 있다.
감시자(6)는 튀김의 이러한 위험을 감소시키거나 제거하기 위한 방향 및/또는 속도의 관점에서 선박을 위한 조종 명령 권고(recommendation)들을 전달할 수 있게 하는 수학적 모델로 다양한 비콘에 의해 선별된 데이터를 들어가게 한다.
도 9a에서, 제1 비콘으로부터 오는 신호를 선별한 후에, 비콘(5)의 계산 유니트(5b)의 활성화는 제1 비콘으로부터 직접 오는 무선 신호(8b)에 의해 또는 중앙 감시기(6)로부터 오는 무선 신호(8c)에 의해 야기된다. 획득 및 전달의 처리는, 도 9b에 도시된 바와 같이, 이어서 도 8b를 참조하여 상술한 것과 동일하다.
마지막으로, 도 10a에서, 비콘은 가속도계(5a)로부터 오는 신호에 의해 활서오하되고, 신호는, 예를 들어, 선박 자체의 움직임이 작거나 사소할 때 LNG 액체자유면의 공진 현상에 의해 야기될 수 있으며, 상기 선박의 움직임들은 경사계 또는 관성 유니트 형태의 비콘들(beacons)(5c)를 유발하기 위한 임계에 도달하기 충분하지 않다. 이어서 비콘은 활성화시키기 위해 다른 비콘들 모두로의 신호(8b)와 함께 중앙 감시기(6)로 신호(8a)를 전달한다. 획득 및 전달 처리는 도 11b에 도시되고 이어서 도 9b를 참조하여 설명된 것과 동일하다.
유선 연결들(5d-2)에 대해, 무선 연결들에 적용하는 도 8, 9 및 10을 참조하여 설명된 것과 같은 동일한 정보는 별(star) 형상 또는 링(ring) 형상으로, 직렬로, 중앙 감시기(6) 및 비콘들 모두를 연결하는 유선 로컬 네트워크(5d-3) 상에서 알려진 방법으로 넘겨진다.
비콘(5) 내 신호의 처리는 도 11 내지 13에서 다이어그램으로 도시된다.
정상 작동 모드, 즉 아래에서 설명하는 바와 같이 자체-훈련 조정(self-training adjustment) 단계들이 아닐 때, 비콘이, 예를 들어 경사계(5c)에 의해 인지된 바와 같이, 주어진 임계치를 초과하는 롤링(rolling) 및/똔느 피칭(pitching)에 의해, 유발될 때, 계산 유니트는, 다양한 탱크들 내 액체 자유면들의 수학적 모델들에 기초하여, 신호의 직접 측정에 의해, 상기 롤링/피칭의 정확한 주기, 및 그에 의해 튀김으로 되도록 자극되고 증폭된 액체 자유면의 움직임들의 위험의 정도를 알아차린다. 상기 자극 주기, 즉 상기 롤링 및/또는 피칭 주기와 연관된, 도 11a에 도시된 시간 신호에 기초하여, 그리고 계산 유니트(5b)에 포함된 소프트웨어를 사용하여, 다양한 형태의 처리가 상기 신호의 형상에 따라 수행된다.
따라서, 신호 처리 기술의 당업자에게 알려진 방식으로, 상기 시간을 주파수 신호 g=f(Hz)로 변환하는데 기여하는 FFT가 항상 수행되고 작은 공진을 가진, 즉 조화 응답(harmonic response)들을 거의 가지지 않는, 펄스 신호로 잘 개조되며, 이러한 신호는 크거나 작은 진폭일 수 있지만, 바람직하게 거의 주파수 근처에 중심이 있다.
도 11b 및 11c에서, 배경 소음을 필터링한 후(도 11c) 그리고 FFT(도 11b)에 의해 신호를 처리하는 것과 각각 대응하는 주파수(Hz)의 함수로서 가속도(g)의 다이어그램이 도시된다. 도 11d는 기설정된 임계치들(S1, S2 등)이 초과될 때 드러내는 IFFT에 의ㅎ나 신호 처리 및 필터링 후 시간 가속도를 보여주는 다이어그램이다.
이러한 FFT에 기초하여, 파워 스펙트럼 밀도(PSD)=g2/Hz는 신호 처리 분야의 당업자에게 알려진 방식으로 계산된다. 이러한 계산은 바람직하게 충격 형태 신호에 적용하고, 그러한 신호는 탱크와 탱크 지지부의 하위구조를 포함하는 선박의 전체 구조를 자극하고, 즉 국부적으로 그리고 전체적으로, 주파수 근처에서 강하게 공명하고; 인접한 주파수들 및 그것들의 고조파(harmonic)들은 또한 자극된다.
신호 처리 분야의 당업자에게 알려진 종류의 에너지 스펙트럼 밀도(ESD)=g2/Hz 형태는, 강하거나 긴, 일시적 신호에 바람직하며, 그것이, 도 11a에 도시된 바와 같이, 예를 들어 △t=2에서, FFT를 위해 선택된 시간 신호의 기간 상에서 평균 형태 처리를 사용함으로써 가능한 추정을 만들기 때문이다.
도 12a 및 12b는 세로좌표에 그려진 함수(g2/Hz) 및 가로좌표를 따라 그려진 주파수(Hz)를 구비한 그래프이고, 배경 소음 필터링 후(도 12b), 및 PSDd에 의한 신호 처리에 대응하는 곡선(도 12a)을 개별적으로 나타낸다. 스펙트럼 파워(g2)는 이어서 도 12b에서 함수(g2/Hz) 전체에 의해 나타내니고, 즉 도 12b에 그늘진 영역에 의해 나타내지며, 그것은 곡선, X축, 및 녹고 낮은 필터링 한계들(Fb 및 Fa) 사이에서 연장한다.
도 13a 및 13b는 세로좌표에서 g2s/Hz를 나타내는 그래프들이고, 즉 시간에 의해 곱해지고 주파수에 의해 나누어진 사각형의 가속도이고, 가로좌표르 fEk라 주파수(Hz)를 나타내며, 구분된 곡선들은 ESD에 의해 처리된 신호에 개별적으로 대응하고(도 13a), 그리고 배경 소음 필터링(도 13b) 후이다. 스펙트럼 에너지(g2Xt)는 이어서 도 13b에 도시된 함수(g2s/Hz)의 전체에 의해 나타내지고, 즉 곡선, X축, 및 높고 낮은 필터링 한계들 사이에서 연장하고, 도 13b에서 그늘진 영역에 의해 나타내진다.
신호가 상술한 세 가지 모드들 내에서 계산 유니트 내에서 처리된 후에, 결과 데이터는 초과되는 최대 임계값들의 경우에만 중앙 감시기(6)에게 전달된다.
도 12b에 도시된 바와 같은 결과를 주는 PSD에서, 중앙 감시기(6)에게 데이터의 전달을 유발하기 위한 임계치는 아래와 같이 정의된다:
제한(Pmax)을 초과하는 곡선에 의해서; 전달된 데이터는, 상기 도면 내 그늘 영역에 의해 나타난 바와 같은 전체 스펙트럼 파워와 함께, 대응하는 주파수(들)(Fo)과 연관된 파워 피크(들)(Po)의 값(들)을 가진다;
주어진 값을 초과하는 도 12b의 곡선의 전체에 의해 나타난 바와 같이, 전체 스펙트럼 파워에 의해서, 즉 상기 도 12b의 그늘 영역이 미리정의된 임계값을 초과할 때, 상기 전체 스펙트럼의 값인 전달된 데이터를 구비하고, 적절한 곳에서, 개별적인 주파수(들)와 연관된 상기-정의돈 피크 값(들)을 가진다.
도 13b에 도시된 결과를 가지는 ESD에 대해서, 중앙 감시기(6)에게 데이터 전달을 유발하기 위한 임계치는 다음과 같이 정의된다:
한계(emax)를 초과하는 상기 곡선에 의해서; 전달되는 데이터는 상기 도면 내 그늘 영역에 의해 나나탄 바와 같이 전체 스펙트럼 에너지와 함께, 대응하는 주파수들(F1, F2)과 연관된, 에너지 피크(들)(e1, e2)의 값이다.
주어진 값을 초과하는 도 13b의 곡선의 전체에 의해 나타난 바와 같은 전체 스펙트럼 에너지에 의해, 즉 상기 도 13b의 그늘 영역이 미리정의된 임계값을 초과할 때; 전달되는 데이터는 개별적인 주파수(들)고 연관된 상기-정의된 피크(들)의 값(들)과 함께 상기 전체 스펙트럼 에너지의 값이다.
도 12b는 미리정의된 임계치(Pmax)를 초과하는 값(Po)의 단일 피크를 도시한다.
도 13b는 어느 것도 미리정의된 임계치(emax)를 초과하지 않는 두 개의 에너지 피크들(e1, e2)을 도시하고, 결과적으로 중앙 감시기(6)로의 데이터 전달은 피크들과 관련된 이러한 신호에 의해 유발되지 않는다.
도 11a의 시간 신호에 적용된 처리의 다양한 종류 동안 적어도 하나의 미리정의된 임계치가 초과하는 경우에, FFT, PSD, 및 ESD를 참조하여 상술한 바와 같이, 다양한 종류의 처리의 결과들의 모두 또는 일부는, 바람직하게 세 종류들의 처리의 동시에 일어나는 결과들 모두는, 선박의 다양한 LNG 탱크들의 액체 자유면의 거동을 나타내는 수학적 모델 내에서, 다른 센서들로부터 오는 데이터와 연쇄하기(concatenating) 위해 중앙 감시기(6)로 전달된다.
이러한 방식으로 처리함으로써, 모든 실시간 계산은 비콘들(5) 내 계산 유니트들(5b)에 의해 수행되고, 오직 계산들의 결과만이 중앙 감시기(6)에게 보내지고, 즉 유선 또는 로컬 네트워크 형태인지에 관계 없이 전달 중개 전체 시간을 차지하는 시간 신호와는 달리, 데이터는 컴팩트하고 빠르게 전달될 수 있다. 따라서, 기간(δt=2)을 가지는 시간 신호는 시간의 100%에 대한 전달 매개(transmission medium)을 차지할 것이고, 임계치들이 0.1초 내지 0.5초 정도의 기간 이상이고 초과한다면 IFFT, PSD, 및 ESD의 결과들이달되어서, 전달 매개를 매우 빠르게 해제하고, 비콘들의 에너지 소모를 과감하게 제한다는데, 그것들의 에너지 소모의 주요 인자가 상기 전달 수단에 의해 빼내지기 때문이다.
계산 유니트(5b)는 연속적으로 센서(5a)로부터 데이터를 수신하고, 그것을 연속적으로 또는 불연속적으로 처리하고, 그것의 그것의 내부 메모리에 저장하며, 시간 동안 시스템의 전체 거동을 분석하고, 이는 주로 선박이 고요한 물 내에 격리되거나 항해할 때이며, 즉 액체 자유면들이 움직임과 튀김의 위험이 없을 때이다. 선박의 롤링 및 피칭과 연관된 이러한 관찰은 액체 자유면들의 상당한 움직임이 없는, 즉 튀김이 없는, 선박의 나타나는 배경 소음을 평가하는데 기여하여서, IFFT, PSD, 및 ESD와 개별적으로 관련된 도 11d, 12b 및 13b를 참조하여 기술된 것과 같은 임계치들을 정의한다. 시간 후에, 이러한 미리정의된 임계치들은, 세가지 상술한 동시에 일어나는 종류의 처리의 결과들을 내부적으로 생성한 후에 자체-훈련 모드에서 작동하는, 계산 유니트(5a) 내에서 자동적으로 개조되거나, 전체 처리가 액화 가스 화물 및 선박의 실제 거동과 연관되는, 비콘들 모두로부터 오는 정보에 적용된, 긴 기간 동안 전체 처리 후에 중앙 감시기에 의해 수정된다.
단일 필터링은, 매우 낮거나 매우 높은 일반적인 주파수들 내에서, 기생적인(parasitic) 주파수들을 제거하는데 기여한다. 이러한 필터링은 일명 "배경(background)" 소음, 즉 선박에 나타난 환경에 의해 생성되는 소음을 제거하는데 기여한다. 따라서 표시는, 특히 에너지 스펙트럼 밀도의 용어로, 탱크 내 액체 자유면의 거칠기로 얻어지는데, 측정된 진동 가속도들이 탱크들 내 움직이는 액체 자유면들의 질량들과 관련되기 때문이고, 상기 에너지 스펙트럼 밀도는 탱크 내 액체 자유면의 국부적 거칠기로 나타내진다. 이러한 에너지 스펙트럼 밀도는 이어서 미리정의된 임계값들과 실시간 비교된다.
미리정의된 임계값이 도달하거나 초과하자마자, 계산 유니트(5b)가 IFFT를 수행하여서, t의 함수로서 가속도 g 내에서 변화를 나타내는 신호로 돌아오고, 그럼에도 불구하고 상술한 필터링 단계들 동안 상기 배경 소음을 제거한 후에 한다. 따라서 신호들은, 탱크 및 선박의 전체에 대해 유해한 충격들에 대한 매우 짧은 시간 내에 야기되고 커지는 공진들인, 표면-충격들(quasi-impacts) 또는 탱크들의 벽들에 대한 실제 충격들에 대응하는 가속도 피크들과 함께, 일어나는 잠재적으로 유해한 튀김의 위험을 나타내고 시간의 함수로서 액체 자유면에 나타나는 가속도의 변화를 나타내는 실시간 내에서 이용가능하도록 만들어진다.
계산 유니트(5b) 내에서 처리되면, 이러한 정보는, 선택적으로 규칙적 간격들로, 중앙 감시기(6)에게 전달되고, 이는 이어서 모든 데이터를 처리하고 탱크 수의 관점에서 슬로싱(sloshiing)의 위치 및 실제 튀김 충격들 또는 거칠기의 정확한 위치를 특정하고, 적절한 곳에서, 가능하면 또한 현상의 진폭 양을 정한다.
도 11d에 도시된 바와 같이, 계산 유니트(5b) 내 계산 처리는 바람직하게, 예를 들어 두 개의 임계치들과 같은, 복수의 임계치들을 정의한다L
제1 임계치(S1) 아래에서 정보는 규칙적이고 넓은 공간의 간격들에서 일상적인 기초 상에서 전달되고, 그 위에서 두 개의 전달 사이의 간격은 짧아지며, 예를 들어 절반이며, 유해한 튀김을 야기할 수 있는 공진 현상의 위험이 일어나기 때문이다; 그리고
제2 임계치(S2) 위에서 전달은 매우 자주 되며, 예를 들어 5배 더 자주되고, 상기 비콘은 이어서, 그것들이 또한 상기 임계치(S2)에 도달할 때까지, 다른 비콘들보다 우선을 가지는 것으로서 중앙 감시기(6)에 의해 고려된다.
위에서 상세히 설명된 바와 같이 비콘의 작동 모드는 시간 동안 계산 유니트 자체-훈련에 기초하고, 상기 자체-훈련은 시간 동안 계산 유니트(5b) 내에 포함된 소프트웨어 내 일정 파라미터들을 수정하는 효과를 가진다. 이러한 파라미터들은 따라서 설비(installation)가 선박에서 시작할 때 미리정의되고, 그것들은, 중앙 감시기(6)에 의해 그리고 다양한 비콘들에 의해 분석의 결과 및 전체 거동의 함수로서, 자체-훈련의 결과로서 시간의 진행 동안 변한다. 주요 파라미터들은 따라서 보존 값들에서 처음에 설정되며, 즉 임계치들은 일반적으로 다소 낮고, 그것들은 이어서, 그 시간에서 선박의 거동과 연관된 것으로서 액체 자유면의 실제 거동의 함수로서, 더 실제적이고 더 억누르는 값들로 시간 동안 자동적으로 업데이트된다. 따라서, 설비가 시작될 대, 예를 들어 선박이 정박 중이거나 고요한 바다 위를 순항 속도로 항해할 때, 센서들(5a)로부터의 신호들의 분석은, 시스템에 내재되는 배경 소음을 특징화하고 FFT 형태 처리를 수행할 때 그것을 효과적으로 감소시키는 것을 매우 빠르고 다양한 다소 고요한 상황들 내에서 가능하게 한다. 처음이 설정되지만 자체-훈련의 결과로서 시간 동안 변하도록 허용되고, 며칠, 몇 주, 몇 달, 몇 년 동안 되는, 주요 파라미터들은 다음을 포함한다:
탱크들의 알려진 충전 레벨들의 함수로서, 액체 자유면들의 움직임의 큰 양들로 상승을 주는 위험을 가지는 (최소 값-최대 값) 선박의 롤 기간들에 대한 값들의 범위들:
FFT 및 IFFT를 수행할 때, 미리정의된 임계치들(S1, S2 등)과 함께, 신호를 필터링하기 위한 (최소 값-최대 값) 주파수 통과대역 범위들; 및
PSD 및 ESP를 위해 정의된 에너지 또는 파워 스펙트럼 레벨들.
함께, 사실 이러한 파라미터들은 액체 자유면들의 전체 거동의 수학적 모델을 구성하고, 값들의 일정 범위들 내에 시스템이 놓인다면, 튀김 손상을 야기하는 공진의 위험이 높아질 것이고, 값들의 그러한 범위들 밖에서, 공진의 위험은 최소화되거나 외견상 불가능하다.
비콘들(5)은 상당한 탑재된(on-board) 계산 용량을 나타내고, 그에 의해 무선으로(무선 형태 비콘들(5-1)) 또는 로컬 네트워크(5d-3)(유선 비콘들(5-2)로 처리된 데이터의 결과들이 지나가는 할 수 있으며, 그에 의해 중앙 감시기(6)의 점유를 상당히 감소시키며, 이는 이어서 LNG 저장 탱크들 각각 내의 화물의 거동에 대한 정확한 정보를 선박의 선장에게 주고 그것으로부터 추론(deduction)들을 만들기 위해 신호 처리로부터 기인하는 데이터를 연쇄시키는데에만 기여한다.
무선 형태(5-1) 또는 유선 형태(5-2)이든 간에, 모든 비콘들은 가스를 포함하는 환경 내에 설비되고, 그러므로 그것들은 폭연-방지(anti-deflagration) 형태이어야 하며, 즉 그것들은 일명 "ATEX" 유럽 표준을 만족해야 한다. 이를 위해, 비콘들(5)을 구성하는 모든 요소들, 즉 진동 센서들(5a), 계산 유니트(5b), 선박의 움직임들을 탐지하기 위한 수단(5c), 및 파워 공급부(5e)는 ATEX 표준을 만족하는 인클로저(enclosure; 5-3) 내에 한정된다. 무선 안테나(5d-1) 및 유선 네트워크들(5d-3)와 같은 전달 수단의 일부만이 도 7a 및 7b의 점선들에 의해 나타난 바와 같이 인클로저(5-3) 내에 한정되지 않는다.
유선 형태 비콘들(5-2)의 사용은 컴퓨터 로컬 네트워크를 위치 내에 두도록 할 필요가 있고 파워 공급부를 필요로 한다. 그러나 로컬 네트워크(5d-3)는 광 섬유 형태가 바람직하고, 무선 비콘들(5-1)과 마찬가지로, 비콘들을 위한 파워는 포함된 배터리(5e)를 포함하는 형태가 바람직하다. 따라서, 그러한 ATEX 환경 내에 다양한 구성요소들을 설비하는 것은 대응되게 간단해진다.
바람직하게, 신호 처리를 위해 사용된 계산 유니트(5b)의 전자 구성요소들 및 무선 비콘들(5-1) 내 전달 인터페이스 수단(5d-2)을 위해 그리고 유선 비콘(5-2) 내 인터페이스들(5d-4)을 위해 사용된 구성요소들은 작동 시 낮은 소비 및 대기 상태 시 0과 같은 소모 도는 매우 낮은 소비를 나타내는 형태이다. 따라서, 비콘들에 공급되는 에너지는 긴 수명 및 긴 방전-보유 시간을 나타내는 배터리들(5e)에 의해 그리고 바람직하게 2 및 3년을 초과하는 수명을 나타내는 리튬 일차 배터리에 의해 제공될 수 있다. 따라서 몇 년 동안 작동을 유지할 수 있는 어셈블리가 이용될 수 있고, 파워 공급부들 모두는 바람직하게 선박이 검사될 때 시스템적으로 대체된다.
도 4 및 4에 도시된 바람직한 형태에서, 무선 비콘은 바람직하게, 탱크의 단열벽(2a-1)에 대해 그리고 그것의 측벽(4b) 사이에서, 선박의 헐 내부에 설치된 제베크 효과 서머커플 형태의 비콘들(beacons)(9)에 의해 동력을 공급받는다. 이를 위해, 비콘(5-1)은 탱크의 단열 벽(2a-1)에 대해 설치되고, 이를 통해 작은 직경의 오리피스(9a)가 미리 천공되고, 예를 들어 오리피스는 5밀리미터(mm)의 직경을 가지고, 일차적 또는 이차적 천장 벽(2, 2f)을 바로 통해 지나가고, 이어서 서머커플은 오리피스 내에 삽입되어 그것의 차가운 접합부(9-2)가 주요 천장 방벽을 위한 -163℃의 온도에 있는 내부 차가운 벽(2, 2f)과 접촉한다. 차가운 접합부(9-2)는, 10℃ 내지 20℃ 온도에 있는, 주변 온도에 있는, 유니트(9-3)와 동일한 레벨에 위치된 뜨거운 접합부에 두 개의-스트랜드(two-strand) 케이블에 의해 종래 방식으로 연결된다. 이러한 온도 차이는 이어서, 매우 큰 용량의 커패시터인, 슈퍼커패시터 또는 저장 배터리(미도시) 중 하나를 연속적으로 재충전하기 우해, 그리고 비콘에 연속적으로 동력을 공급하기 위해 적합한, 일명 "제베크(Seebeck)" 효과에 의해 전기를 생성한다. 따라서, 대기 상태에서, 파워 소비가 특히 0이기 때문에, 재충전하는 배터리 도는 슈퍼커패시터는 최대 범위에 있고, 비콘이 작동을 시작하자마자, 특히 상기 배터리 또는 상기 커패시터와 같은, 저장 요소에 의해 공급된 추가적인 명령과 함께, 생성된 전류는 신호를 처리하고 데이터를 전달하기 위해 전체적으로 소비된다. 이러한 배열은, 20 내지 30년 또는 그 이상을 초과할 수 있는, 선박의 작동 수명에 비교되는 수명을 가지는 전자 구성요소들을 본질적으로 제공하고, 선박의 수명 동안 유지를 필요로 하지 않는, 비제한적인 시간 동안 매우 신뢰할 만하고 실용적인 작동을 가지는 이점을 나타낸다.
본 발명에서, 비콘들은 무선 형태(5-1) 및 유선 형태(5-2)로 설명된다. 이러한 두 가지 형태들 각각은 그것 자체의 이점들을 나타낸다. 따라서, 현존하는 선박들과 함께, 무선 형태(5-1)는 일정 이점들을 나타내는데, 비콘들이 APEX 형태이고 각각이 필요한 기능들 모두를 포함하기 때문이다. 그것들은 현존하는 설비들에 추가될 수 있고 그것들은, 단지 접착에 의해, 단열 벽에 대해, 갑판이나 헐의 내부에 고정될 수 있어서, 잠재적인 폭발 환경 내에 있는 위험이 일반적으로 고려되는 종류의 작업을 피할 수 있다.
유선 형태(5-2)는 함교 위에 위치된 중앙 감시기(6)에 선박을 따라 모두 이어지는 로컬 네트워크를 설치하는 작업을 필요로 한다. 그러한 형태의 배열은 새로-지어진 배들에 특히 더 적합하고, 무선 형태(5-1)는 그러한 환경들 아래에서 매우 유리한데, 그것은, 상당한 각겨을 나타내는, 상기 로컬 네트워크(5d-3)를 배치할 필요성을 완전히 제거하기 때문이고, 그러한 선박들은 몇 백 미터의 길이를 가지기 때문이다. 매우 긴 거리에 걸친 이러한 형태의 설비에서, 전체 설비의 70% 내지 85%의 가격을 구성하는 로컬 네트워크의 비용은 이상한 게 아니다. 따라서, 무선 비콘들의 세트를 사용함으로써, 설비 비용느 급격히 감소되고, ATEX- 표준 설비를 필요로 하는 높은 폭발 위험을 가진 가스 설비 내에 포함될 수 있게 하고 설비를 더 쉽게 만든다.
ATEX 표준은 당업자에게 알려져 있고 비콘들(5-1, 5-2), 특히 센서(5a) 및 계산 유니트(5b)에서 사용되는 구성요소들은 참조 BACC를 가지는 제품들의 범위 내에서 공급자 Cegelec(프랑스)로부터 ATEX 모듈(5-3) 내에서 이용가능하다. 무선 비콘(5-1)으로부터 데이터의 무선 전달을 수행하는 구성요소들은, 예를 들어 참조 ASCell3911 하의 공급자 ASM(오스트리아)로부터, 이용 가능하다. 그러한 구성요소들은 315MHz, 433MHz, 868MHz의 ISM 표준으로 인정받은 주파수들 상에서 통신하여서 다양한 산업화 국가들 내에서의 법령을 만족한다. 이러한 형태의 구성요소는 환경 및 모델(한정된 매기 또는 개방 매개)에 따라 23m 내지 1000m로 제한된 범위에 있고, 파워 공급부를 제공하는 리튬 일차 배터리들 또는 저장 배터리들의 수명에 상당히 이점을 나타내는, 0에 가까운 소비인, 0.5마이크로암패어(μA) 정도의 표준 소비를 가지고, 2V 내지 3.5V에서 10mA 내지 12mA 범위 내에서 전달할 때 파워 소비를 나타낸다.
선박 내 연결부들을 위해, 비콘들이 LNG 탱크 및 선박의 측면 사이에 설치될 때, 메세지를 수신하고 그것들을 다시 두는 역할을 가지는 중간 비콘들을 설치하는 것이 유리하다. 따라서, 메세지는 모든 비콘들 및 또한 선박의 함교 상에 위치된 중앙 감시기(6)에 도달할 것이고, 메세지는 비콘으로부터 비콘으로 지나간다.
비콘의 설명에서, 관성 유니트(5c) 또는 경사계에 의해 상기 비콘을 유발하는 모드가 설명되었지만, 가속도계가 선박의 움직임들뿐만 아니라 상기 비콘을 유발하기 위한 임계치들을 탐지하기 적절한 민감도를 나타내는 한, 이러한 일을 수행하기 위해 3-축 가속도계(5a)를 사용하는 것이 바람직하다. 이를 위해, 계산 유니트(5b)는 연속적으로 상기 주요 가속도계로부터 오는 신호들을 검사하고 거기로부터 선박의 실제 움직임들 및 트기ㅎ 그것의 롤 및/또는 피칭 움직임들을 찾아내고, 그에 의해 적적한 곳에서 데이터를 얻고, 처리하고 전달하는 상술한 처리를 유발한다.
예시적인 방법에 의해, 네 개의 LNG 탱커들로 만들어진, 135,000m3의 용량을 가진 메탄 탱커 상에서, 무선 비콘은 상기 탱크들 각각의 가장자리들(2c, 2d)의 각각에 설치되고, 상기 비콘들은 갑판(4a) 상에 위치된다.
각각의 비콘들은 4-5초 내지 15-18초에 있는 굽이침들에 대응하는 액체 자유면을 위한 진동(oscillation) 기간의 범위 내에서 3-축 가속도계(5a)로부터 신호를 처리하도록 미리조정된다. 이어서, 도 10a에 도시된 바와 같이, FFT와 연관된 관찰 기간(δt)은 δt=2초로 설정되고, 이는 긴 기간 동안 9 사이클들 및 짧은 기간 동안 FFT의 2 사이클들에 실질적으로 대응한다.
따라서, 각각의 비콘들(5)은 연속적 관찰 상에 있고, 즉 그것은 선박의 움직임들(롤, 피칭...)을 연속적으로 얻지만 그것은 처리 및 전달의 관점에서 대기 중이고, 즉 그것의 소비는 거의 0이다. 예를 들어 8°와 같은, 미리정의된 유발 임계치가 도달하자마자, FFT 계산들 및 스펙트럼 에너지 관련 다른 계산들은 미리정의된 관찰 기간(δt=2s)동안 시작된다. 그 후에, 각 데이터는 도 10c를 참조하여 위에서 언급된 방식으로 필터링 후에 계산 유니트(5b)에 의해 참조되어 비교된다. 에너지가 상기 에너지 참조를 초과하면, 이어서 IFFT 계산은 유사-충격 및 충격들을 나타내기 위해, 그리고 미리정의된 임계치들(S1, S2, S3 등)에 대한 그것들의 진폭(들)을 분류하기 위해 시작된다. 모든 계산들은 고려 하에서 롤 기간보다 매우 짧은 시간의 기간 동안 계산 유니트(5b)에 의해 매우 바르게 수행되고, 결과들은 관련된 메모리 내 계산 유니트(5b) 내에 저장된다. 적절한 곳에서, 결과들은 로컬 네트워크(5d-3) 또는 무선 모듈을 거쳐 감시기(6)로 동시에 보내진다. 상기 감시기 내에서, 결과들은 선박에 설치된 다른 비콘들 각각으로부터 오는 동기 및 반-동기(quasi-synchronous) 정보 모두와 연쇄되고, 그에 의해 선박 상의 탱크들 각각 내의 액체 자유면들의 거칠기의 신뢰할 만한 지표를 선장이 받을 수 있게 한다.
비콘들 각각에 대한 데이터 획득은 내부적으로 달성되고 처리된다. 시간, 며칠, 몇 주, 몇 달 데이터 획득 항해 후에, 다양한 미리정의된 임계치들이 계산 유니트(5b) 내에서 자체-훈련에 의해서만 위 또는 아래로 조정된다. 상기 조정들은 전체 일치를 비콘들이 모두 나타내는 것을 보증하도록 감시기(6)의 규칙적 간격들에서 전달된다. 적절한 곳에서, 중앙 감시기(6)는, 자체-훈련 계산 프로그램들 또는 획득을 수정하거나 미리정의된 임계치들을 수정하기 위해, 로컬 네트워크(5d-3)를 거쳐, 또는 무선 전달에 의해, 비콘들 각각 상에 행동을 취할 수 있다. 유사하게, 상기 중앙 감시기는 상기 정의된 참조 임계치들을 수정하도록 원격으로 행동을 취할 수 있다. 수정은 또한 바람직하게 비콘들 각각 상에 작동들을 유지하는 동안, 또는 비콘이 새로운-세대 비콘에 의해 대체될 때, 유리하게 수행된다.
본 발명의 비콘들(beacons)는, 수용 및 재가스화 말단으로서 근해 영역 내 또는 LNG가 생산되는 지역에 근접한 곳에서, 고정 부유식 저장 유니트로서 사용하기 위해 전환되는 오래된 메탄 탱커를 위해 유리하다. 오래된 디자인의 이러한 선박들은 종종 30년 또는 40년을 초과하고 도달할 수 있는 작동 연수들의 결과로서 다소 양호하거나 손상을 입은 탱크 설비의 관점에서 현재 수행을 나타낸다. 게다가, 이러한 형태의 선박의 추진 수단은 오래된 엔진들이고, 실제 선박의 구조가 여전히 충분히 수용할만 하더라도 선박들은 선박-파괴 예정이다. 따라서, 그러한 선박들은 전환하는 것은 매우 유리한데 주요 엔진이 사용되지 않고 설비 시스템의 낮은 성능이 중요하지 않으며 어떠한 환경 하에서는 유리하기 때문이다. 설비 시스템 내 성능의 이러한 부족은 "연료증발(boil-off)"의 큰 양이 상승하게 하며, 즉 많은 양의 LNG는 열 손실로 분류되고, 이는 수용 단부들의 단점이 아니고 이점인데 이러한 형태의 단부들의 목적은 육지로 그것을 보내기 전에 가스를 재가스화하는 것이고, 전기 파워 스테이션 내 전기로 국부적으로 그것을 변화하기 때문이다. 게다가, 이러한 형태의 오래된 메탄 탱커들은 완전히 선적되거나 실제로 비었을 때 항해할 수 있다: 그것들은 중간 선적을 구비한 항해가 허용되지 않는데 그것들이 슬로싱(sloshiing)을 견디기 충분한 강도를 나타내지 못하기 때문이다. 이러한 방식의 오래된 메탄 탱커들을 사용할 때, 액체 거칠기를 탐지하기 위한 본 발명의 비콘들(beacons)의 설비는, 주어진 상황에서 바다의 상태 및 충전 레벨에 대한 거칠기에 대한 지식의 기능으로서 각각의 탱크들이 충전되는 레벨을 관리함으로써, 작동 안전의 높은 정도에 대응하는 작동 모드들을 정의하고 바다의 다양한 상태 안에서 액체 자유면들의 서동에 대한 정확한 지식을 신속히 얻을 수 있게 한다. 따라서, 예비 작동 기간 후에, 수학적 모델은 자체-훈련에 의해 조정되고, 다양한 바다 상태들에 대한 임계 충전 레벨들이 알려진다. 이어서 하나의 탱크로부터 다른 곳으로 LNG를 이송하기 쉬워서 잠재적으로 위험한 바다 조건들이 일어난다면, 어느 탱크들도 대응하는 임계 충전 레벨에 있지 않아서, 원하지 않는 슬로싱(sloshiing)이 나타나는 것을 방지한다.
1: 선박 또는 부유식 지지부
2: 탱크
3: 액체
4: 헐
5: 비콘

Claims (15)

  1. 액화 가스가 적어도 하나의 탱크(2) 내에 냉각되고, 10,000m3보다 큰 부피를 가지고, 상기 탱크(2)는 수평 방향에서 가장 작은 치수를 구비하여 열적으로 단열되고(2a), 상기 가장 작은 치수는 20m 보다 크고, 상기 탱크(2)는 운반 구조(11)에 의해 선박의 헐(4) 내부에 지지되고, 상기 선박은 상기 탱크 내 액체의 거칠기(roughness)를 탐지하기 위한 복수의 "비콘들(5, 5-1, 5-2)"를 포함하는 것을 특징으로 하며,
    a) 상기 선박의 벽은 선박의 내부 구조의 벽(2a-1) 또는 선박의 갑판(4a)을 포함하고, 바다물과 접촉하지 않는 선박의 벽의 또는 상기 탱크의 벽의 진동 움직임들의 시간(t)의 함수로서 가속도(g)의 크기를 측정하고, 상기 탱크의 외부의 상기 벽 상에 고정되는 진동 가속도계 형태의 진동 센서(5a), 및
    b) 미리정의된 임계값들 너머에서 액체 자유면(3)의 거칠기가 상기 벽에 유해한 손상을 가하고 변형시키는 위험을 포함하는 것으로 고려되고, 선박에 나타나는 배경 소리를 적어도 제거하고, 미리정해진 임계값들과 이러한 방식으로 처리된 신호의 값들을 비교함으로써 상기 탱크 내부의 액체의 움직임을 탐지하기 위해 상기 진동 센서(5a)에 의해 측정된 상기 신호를 처리하고, 통합된 메모리 및 마이크로프로세서를 구비하는, 전자 계산 유니트(5b); 및
    c) 감시기 또는 중앙 유니트(6)로 상기 전자 계산 유니트에 의해 처리된 후 상기 신호를 전달하기 위한 데이터 전달 수단(5d);
    을 포함하는,
    액화 가스에 의해 구성된 액체(3)를 저장하고 이송하기 위한 선박.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 상기 비콘은,
    다음의 신호-처리 단계들을 수행하는 상기 전자 계산 유니트를 포함하는 것을 특징으로 하고:
    1.1) 주어진 시간(△t)에서 단계 a)에 포함된 신호의 진동 파형의 주파수(F)의 함수로서 가속도(g)의 크기 내 진동을 계산하기 위해 단계 a) 내 상기 진동 가속도계에 의해 측정된 상기 벽의 시간(t)의 함수로서 가속도(g)의 크기 내 상기 진동의 신호들을 처리하기 위한 실제 시간 내에서 퓨리에 변환(Fourier transform)을 이용하고, 이어서 적어도 하나의 에너지 스펙트럼 밀도 및 파워 스펙트럼 밀도를 계산하는 단계;
    1.2) 선박에 나타나는 진동으로 인한 배경 소음을 상기 신호로부터 제거하도록 신호를 필터링하는 단계;
    1.3) 단계 1.2)의 필터링 후에 단계 1.1)에서 측정되고 주파수(F)의 함수로서 적어도 하나의 가속도(g)의 크기의 변화와 역 퓨리에 변환에 의해 얻어진 최대 시간 가속도 값들을 계산하고, 적어도 하나의 스펙트럼 밀도(P0)의 및 최대 에너지 스펙트럼 밀도(e1, e2)의 값들을 계산하고, 단계 1.2)에서 필터링 후 단계 1.1)에서 수행된 파워 스펙트럼 밀도 측정 및 에너지 스펙트럼 밀도를 개별적으로 적어도 하나의 스펙트럼 파워 값들 및 스펙트럼 에너지를 계산하는 단계;
    1.4) 1.3) 단계의 개별적인 상기 최대 시간 가속도 값들 및 적어도 하나의 상기 최대 에너지 스펙트럼 밀도 값들(e1, e2), 상기 최대 파워 스펙트럼 밀도 값들(P0), 및 상기 스펙트럼 에너지 및 스펙트럼 파워 값들과 개별적인 미리정의된 임계값들(S1, Emax, Pmax)을 비교하고, 개별적인 미리정의된 임계값들(S1, Emax, Pmax)로부터 액체 자유면(3)의 거칠기가 상기 벽의 변형 및 악화에 영향을 미치는 위험을 구성하는 것으로 고려되는 단계;
    상기 전달 수단은 상기 최대 시간 가속도 값들을 전달하기에 그리고 상기 전자 계산 유니트(5b)에 의해 활성화되며, 단계 1.3)의 개별적인 상기 최대 에너지 스펙트럼 밀도 값들(e1, e2) 또는 최대 파워 스펙트럼 밀도 값들(Po) 및 상기 스펙트럼 에너지 및 스펙트럼 파워 값들은, 모든 상기 비콘들(5)에 의해 전달된 데이터를 수집하는, 비콘들 모두에 의해 전달된 데이터를 수집하는 중앙 유니트로 전달되고, 단계 1.4)의 상기 임계값이 적어도 비콘들 중 하나에 의해 도달되면, 상기 값들은 상기 중앙 유니트로 전달되는, 선박.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 진동 가속도계(5a)는 피에조-저항 형태의 가속도계인 것을 특징으로 하는, 선박.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전달 수단은 안테나(5d-1) 및 무선 파형으로 상기 계산 유니트(5b)에 의해 공급된 전기 신호들을 전달하는 송수신기(5d-2)를 포함하고, 무선 파형은 안테나(5d-1)로부터 전달되는 것을 특징으로 하는, 선박.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전달 수단(5d)은 유선 전달 수단을 포함하고, 유선 전달 수단은, 광 신호들로 전자 계산 유니트(5b)에 의해 공급된 전기 신호로부터 상기 데이터를 변환하는 인터페이스들(5d-4)과 결합된, 케이블들(5d-3)을 거쳐 전달되는 신호를 생성하는 신호 처리 인터페이스(5d-4)를 연결하는 케이블들(5d-3)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 진동 센서는 3-축 진동 가속도계에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는, 선박.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 비콘(5, 5-1)은 선박(1)에 나타나는 움직임들을 탐지하고, 상기 비콘, 및 상기 선박의 다르거나 동일한 탱크의 다른 비콘들의 다른 전자 계산 유니트(5b)에 의해 상기 1.1) 내지 1.3) 및 2) 단계의 처리를 수행하도록 상기 전자 계산 유니트(5b)의 활성화를 유발하는 추가적인 비콘(5c)를 더 포함하고, 상기 전자 계산 유니트들의 활성화의 유발은, 선박의 움직임들의 크기에 대한 미리결정된 임계값으로부터 일어나는 것을 특징으로 하는, 선박.
  8. 제7항에 있어서,
    선박의 움직임들을 탐지하기 위한 상기 비콘(5c)은 관성 유니트 또는 진자 형태의 경사계이고, 선박의 헐의 측벽(4b)의 롤 각도를 결정하며, 상기 임계값은 수직에 대해 적어도 5°의 롤 각도인 것을 특징으로 하는, 선박.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전자 계산 유니트(5)는 시간의 함수로서 가속도(g)의 크기에 대한 임계값의 움직임으로부터 활성화되는 것을 특징으로 하는, 선박.
  10. 제9항에 있어서,
    각각의 상기 비콘(5, 5-1)은 파워 공급 수단에 의하여 동력이 공급되고,
    상기 파워 공급 수단은 상기 진동 가속도계(5a), 전자 계산 유니트(5b), 전달 수단(5d), 및 선박의 움직임들을 탐지하기 위한 상기 비콘들(5c)에 동력을 공급하고, 저장 배터리 또는 슈퍼커패시터로 구성되는 것을 특징으로 하는, 선박.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 파워 공급 수단은 상기 비콘(5)과 탱크의 차가운 내벽(2, 2f) 사이에 차가운 접합부가 설치되는 제크벡 효과 서머커플을 더 포함하고, 비콘은 서머커플의 뜨거운 접합부를 구성하며, 상기 서머커플은 상기 비콘에 동력을 연속적으로 공급하고 상기 저장 배터리 또는 슈퍼커패시터(5e)를 연속적으로 재충전하기 위한 전류를 생성하는데 기여하는 것을 특징으로 하는, 선박.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 비콘들(5, 5-1, 5-2)은 헐의 측벽(4b)을 향하는 선박의 헐(4) 내부의 상기 탱크(2)의 벽을 단열하고 지지하기 위한 시스템(2a)의 측벽(2a-1)에 또는 선박의 갑판(4a)에 고정되고, 상기 비콘들은 상기 탱크의 길이방향 단부들에서 상기 탱크의 가장자리들(2c, 2d) 근처에 위치되는 것을 특징으로 하는, 선박.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 비콘들은 상기 탱크의 가로방향 수직 측벽(2g), 서로에 대해 각지게 배치된 상기 탱크의 천장 벽(2e)의 두 개의 평면들(2e-1, 2e-2)에 의해 형성된 삼면체(2c) 또는 상기 탱크의 천장 벽(2e), 수직 가로방향 벽(2g), 수직 길이방향 측벽(2f) 사이 가장자리들에 의해 형성된 2면각(2d)을 향하게 위치되는 것을 특징으로 하는, 선박.
  14. 제13항에 있어서,
    액체 거칠기를 탐지하기 위해 상기 비콘(5)에 의해 계산되고 탐지되는 것으로서, 상기 탱크가 포함하는 액체의 거칠기의 함수로서 부유식 저장 선박의 탱크들 중 적어도 하나의 충전 레벨이 결정되는, 고정된 위치에서 닻을 내리게 되는(anchored) 부유식 저장 선박으로 개조된 메탄 탱커 형태 이송 선박인 것을 특징으로 하는, 선박.
  15. 제14항에 따른 선박의 하나 이상의 탱크들 내 액체 자유 표면들의 거칠기를 측정하는 방법에 있어서,
    1) 선박의 움직임이 임계값에 도달할 때 상기 전자 계산 유니트를 활성화시킨 후에, 상기 신호 처리를 수행하는 단계; 및
    2) 상기 전자 계산 유니트(5b)로부터 상기 중앙 유니트(6)로 단계 1)에서 얻어진 값들의 상기 전달을 수행하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박의 하나 이상의 탱크들 내 액체 자유 표면들의 거칠기를 측정하는 방법.
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