KR101550019B1 - 통합형 설비를 포함하는 선박 평형수 처리 장치 및 유량 제어 방법 - Google Patents

Abstract

통합형 설비를 포함하는 선박 평형수 처리 장치 및 유량 제어 방법이 개시된다. 메인 밸러스트 탱크와 AP 밸러스트 탱크가 설치되고, 상기 메인 밸러스트 탱크로의 메인 배관과 상기 AP 밸러스트 탱크로의 AP 배관을 구비한 선박에 설치되는 선박 평형수 처리 장치는, 상기 메인 배관의 유량, 상기 AP 배관의 유량, 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관을 따라 진행하는 선박 평형수를 살균시키는 살균액의 유량을 측정하는 복수의 유량계; 복수의 유량 조절 밸브를 이용하여 상기 살균액이 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관으로 주입되는 양을 제어하는 통합형 평형수 처리 모듈; 및 상기 복수의 유량계에서 측정된 상기 메인 배관의 유량 및 상기 AP 배관의 유량에 상응하여 상기 복수의 유량 조절 밸브의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

Description

통합형 설비를 포함하는 선박 평형수 처리 장치 및 유량 제어 방법{Ship ballast water treatment device including integrated equipment and flow controlling method}

본 발명은 통합형 설비를 포함하는 선박 평형수 처리 장치 및 유량 제어 방법에 관한 것이다.

유조선, 컨테이너선 또는 LNG 화물선과 같은 대형선박의 경우 선박의 안정성 및 균형을 확보하기 수단으로서 선박의 내부에 밸러스트(Ballast) 탱크를 구비하고 있다. 통상적으로 펌프를 이용하여 주변의 해수를 필요에 따라 밸러스트 탱크로 유입하거나 밸러스트 탱크 내의 해수를 유출시키게 되는데, 이와 같이 선박의 밸런스(balance)를 맞추기 위한 해수(혹은 담수)를 평형수(ballast water, 밸러스트 수라고도 함)라 한다. 즉, 화물이 하역되는 경우에는 평형수가 밸러스트 탱크로 유입되도록 하고, 화물이 적재되는 경우에는 밸러스트 탱크에 저장되어 있던 평형수가 배출되도록 하여 선박의 밸런스를 맞출 수 있다.

한편, 평형수를 저장한 선박은 제1 국의 해수를 다른 해양 환경의 제2 국의 해양으로 배출하기도 한다. 평형수는 유입하는 지역의 해수이므로 평형수에는 해수에 포함되어 있는 각종 이물질이나 플랑크톤 등의 미생물, 세균 등이 포함된다. 제1 국에서 유입된 평형수가 전혀 다른 환경의 제2 국의 해양에 배출되는 경우, 제1 국의 각종 이물질 또는 미생물 및 세균, 그 밖의 유기물질 등이 제2 국의 해양 생태계에 변화를 초래시키는 위험이 발생할 수 있다.

이에 따라 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)에서는 유해생물종의 국가간 이동을 방지하기 위한 목적으로 2004년에 선박 평형수 관리 협약을 제정하고, 유해생물종의 배출을 통제하기 위해 선박 평형수 교환 기준(D-1)과 처리 기준(D-2)을 제정하여 이를 의무화하도록 하였다. 이 가운데 선박 평형수의 교환은 원양에서 이루어져야 하고, 선박의 안전문제를 야기하기 때문에 선박 평형수의 교환보다는 살균 처리하는 것이 추세가 되고 있다. 본 협약은 35% 이상의 선복량, 30개국 이상의 국가가 비준하는 시점으로부터 1년 뒤 발효되기 때문에 각국에서는 선박 평형수 처리 장치의 개발이 활발히 진행 중에 있다.

기존의 선박 평형수 처리 장치는 한국공개특허공보 제10-2010-0017994호에 개시된 것과 같이 사이드 스트림을 전기분해한 후 이를 메인 스트림에 재주입함으로써 선박 평형수를 살균 처리하고 있다.

일반적인 선박의 경우, 밸러스트 탱크 이외에도 선미수선(AP: After Perpendicular, 이하 'AP'라 함) 탱크를 구비하고 있어 평형수 처리 장치가 복수 개 설치되는 경우가 있다. 특히 AP 밸러스트 탱크에 저장하는 평형수의 경우, 메인 배관(Main Pipe)과 별도의 배관(AP Pipe)을 통해 탱크에 유입시켜야 하기 때문에 별도의 평형수 처리 장치를 구성하여 선박 내에 설치하는 경우가 대부분이다. 특히, 전기분해 방식의 평형수 처리 장치의 경우, 2개의 이상의 전기분해 시스템을 구현하기 위해 주요 장비인 정류기, 전기분해조, 기액분리기, 송풍기, 펌프 등을 별도로 구현해야 하는 어려움이 따른다.

육상에서와 달리 제한된 선박의 설치 공간을 고려할 때, 이러한 경우 장비 배치에 있어서 제약이 따르게 되고, 특히 이미 건조되어 운항하고 있는 선박에 평형수 처리 장치를 설치할 경우에는 본 장치를 위한 별도의 공간이 마련되어 있지 않으므로 설치에 제약이 따르게 된다.

한국공개특허공보 제10-2010-0017994호

본 발명은 통합형 설비를 이용하여 두 시스템(메인 밸러스트 탱크 및 AP 밸러스트 탱크)으로 목표한 살균 처리(예를 들어, 목표한 농도의 잔류염소, 약품, 오존 중 적어도 하나의 주입)를 가능하게 하여 선박의 제한된 공간에서 중복 장비로 인한 공간 부족과 설치 제한 문제를 해결하는 것이 가능한 통합형 설비를 포함하는 선박 평형수 처리 장치 및 유량 제어 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 메인 밸러스트 탱크와 AP 밸러스트 탱크가 설치되고, 상기 메인 밸러스트 탱크로의 메인 배관과 상기 AP 밸러스트 탱크로의 AP 배관을 구비한 선박에 설치되는 선박 평형수 처리 장치에 있어서, 상기 메인 배관의 유량, 상기 AP 배관의 유량, 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관을 따라 진행하는 선박 평형수를 살균시키는 살균액의 유량을 측정하는 복수의 유량계; 복수의 유량 조절 밸브를 이용하여 상기 살균액이 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관으로 주입되는 양을 제어하는 통합형 평형수 처리 모듈; 및 상기 복수의 유량계에서 측정된 상기 메인 배관의 유량 및 상기 AP 배관의 유량에 상응하여 상기 복수의 유량 조절 밸브의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 선박 평형수 처리 장치가 제공된다.

상기 통합형 평형수 처리 모듈은, 상기 메인 배관에서 상기 선박 평형수의 일부를 유입하여 전기분해 방식으로 소정 농도의 차아염소산이 함유된 전해수를 상기 살균액으로 생성하고 분배하여 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관 내에 주입하는 통합형 전해 설비, 상기 메인 배관에서 상기 선박 평형수의 일부를 유입하여 오존 제너레이터로부터 생성된 오존과 혼합한 혼합액을 상기 살균액으로 분배하여 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관 내에 주입되는 인젝터, 및 상기 선박 평형수의 살균을 위하여 미리 선박에 선적한 살균 기능이 있는 약품을 저장하는 저장 탱크로부터 상기 약품을 상기 살균액으로 분배하여 메인 배관 및 상기 AP 배관 내에 주입하는 인젝터 중 어느 하나 이상일 수 있다.

상기 통합형 전해 설비는, 상기 메인 배관에서 상기 선박 평형수의 일부를 사이드 스트림으로 유입하는 가압펌프와, 정류기에서 가해지는 전류값에 따라 상기 사이드 스트림을 전기분해하여 상기 전해수를 생성하는 전기분해조를 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 복수의 유량계에서 측정된 상기 메인 배관의 유량 및 상기 AP 배관의 유량에 상응하여 상기 전류값을 추가적으로 제어할 수 있다.

상기 메인 배관 및 상기 AP 배관에 각각 설치되어 상기 살균액이 희석화된 농도를 측정하는 센서를 더 포함하되, 상기 제어부는 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관 내에서 희석화된 살균액의 농도에 상응하여 상기 살균액의 총량을 추가적으로 제어할 수 있다.

한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 메인 밸러스트 탱크와 AP(After Perpendicular) 밸러스트 탱크가 설치되고, 상기 메인 밸러스트 탱크로의 메인 배관과 상기 AP 밸러스트 탱크로의 AP 배관을 구비한 선박에 설치되는 선박 평형수 처리 장치의 제어부에서의 유량 제어 방법에 있어서, (a) 상기 메인 배관의 유량과 상기 AP 배관의 유량을 측정하는 단계; (b) 상기 제어부에서 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관을 따라 진행하는 선박 평형수를 살균시키는 살균액의 양을 결정하는 단계; 및 (c) 복수의 유량 조절 밸브의 동작을 제어하여 상기 살균액이 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관으로 주입되는 양을 조절하는 단계를 포함하는 유량 제어 방법이 제공된다.

(d) 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관에서 희석화된 상기 살균액의 농도를 측정하는 단계; 및 (e) 상기 측정 결과에 따라 상기 살균액의 양을 유지하거나 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 단계 (b)는, (b1) 상기 메인 배관으로부터 분기되어 유입되는 사이드 스트림의 유량값과 정류기에서 전기분해조에 공급하는 전류값을 결정하는 단계; (b2) 상기 전기분해조에서 전기분해가 실시되어 생성된 소정 농도의 차아염소산을 함유하는 전해수의 유량을 측정하는 단계를 포함하되, 상기 단계 (c)는 기 입력된 유량-잔류염소 농도 관계 데이터에 기초하여 상기 복수의 유량 조절 밸브를 제어하여 상기 메인 배관과 상기 AP 배관으로 주입되는 상기 전해수의 유량을 분배할 수 있다.

(d) 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관에서 희석화된 상기 차아염소산의 농도를 측정하는 단계; 및 (e) 상기 측정 결과에 따라 상기 사이드 스트림의 유량값 및 상기 전류값을 유지하거나 상기 사이드 스트림의 유량값 및 상기 전류값 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 통합형 설비를 이용하여 두 시스템(메인 밸러스트 탱크 및 AP 밸러스트 탱크)으로 목표한 살균 처리를 가능하게 하여 선박의 제한된 공간에서 중복 장비로 인한 공간 부족과 설치 제한 문제를 해결하는 것이 가능한 효과가 있다.

도 1은 메인 밸러스트 탱크 및 AP 밸러스트 탱크를 구비한 선박에 설치된 기존의 선박 평형수 처리 장치의 개념도,
도 2는 메인 밸러스트 탱크 및 AP 밸러스트 탱크를 구비한 선박에 설치된 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치의 개념도,
도 3은 기존의 선박 평형수 처리 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치의 구성품 수량의 비교표,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치를 포함하는 선박을 개념적으로 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치에서 수행되는 유량 제어 방법의 순서도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치에서 수행되는 유량 제어 방법의 일 시나리오에 따른 순서도,
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치에서 수행되는 유량 제어 방법의 다른 시나리오에 따른 순서도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 메인 밸러스트 탱크 및 AP 밸러스트 탱크를 구비한 선박에 설치된 기존의 선박 평형수 처리 장치의 개념도이다.

도 1을 참조하면, 제1 및 제2 평형수 처리 모듈(10, 20), 제1 및 제2 가압펌프(11, 21), 제1 및 제2 전기분해조(12, 22), 제1 및 제2 기액분리기(13, 23), 송풍기(14), 압력계(P), 유량계(F), 온도/염분계(C)가 도시되어 있다.

기존의 선박 평형수 처리 장치의 경우, 메인 밸러스트 탱크에 연결되는 메인 배관과 AP 밸러스트 탱크에 연결되는 AP 배관으로 각각 살균 처리된 평형수를 공급하기 위해 독립된 2개의 평형수 처리 모듈(10, 20)을 사용하고 있다.

제1 평형수 처리 모듈(10)은 사이드 스트림을 모듈 내로 유입하기 위한 제1 가압펌프(11)와, 정류기(미도시)에서 공급된 전류에 의해 사이드 스트림을 전기분해하여 잔류염소를 생성하는 제1 전기분해조(12)와, 전기분해 과정에서 발생된 기체성분의 불순물을 전해수와 분리하는 제1 기액분리기(13)와, 제1 기액분리기(13)에서 분리된 기체성분을 외부로 배출하는 송풍기(14)를 포함한다. 제1 기액분리기(13)에서 분리된 전해수는 전해수 주입기에 의해 메인 배관으로 각각 주입될 수 있다.

제2 평형수 처리 모듈(20)은 사이드 스트림을 모듈 내로 유입하기 위한 제2 가압펌프(21)와, 정류기에서 공급된 전류에 의해 사이드 스트림을 전기분해하여 잔류염소를 생성하는 제2 전기분해조(22)와, 전기분해 과정에서 발생된 기체성분의 불순물을 전해수와 분리하는 제2 기액분리기(23)와, 제2 기액분리기(23)에서 분리된 기체성분을 외부로 배출하는 송풍기(14)를 포함한다. 제2 기액분리기(23)에서 분리된 전해수는 전해수 주입기에 의해 AP 배관으로 각각 주입될 수 있다. 또한, 송풍기(14)는 제1 평형수 처리 모듈(10)과 공유하는 것으로 예시되어 있지만, 제2 평형수 처리 모듈(20)이 별도로 구비할 수도 있다.

각 모듈의 전기분해조(12, 22)에서는 수백 ppm의 고농도의 차아염소산(혹은 할로겐 살균제)을 발생시키고, 전해수 주입기를 통해 이를 각각 메인 배관과 AP 배관으로 주입시켜 10 ppm 이내의 저농도로 희석되도록 한다.

이 경우 동일 기능을 하는 가압펌프(11, 12), 전기분해조(21, 22), 기액분리기(13, 23), 정류기 등의 장비가 이중으로 필요하게 되어 선박 내에서 상당한 공간을 차지하게 되며, 이로 인해 장비 배치에 제약이 따르고 그 설치에도 제약이 따르게 된다.

도 2는 메인 밸러스트 탱크 및 AP 밸러스트 탱크를 구비한 선박에 설치된 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치의 개념도이다.

도 2를 참조하면, 통합형 평형수 처리 모듈(30), 가압펌프(11), 전기분해조(12), 기액분리기(13), 송풍기(14), 유량 조절 밸브(31, 32), 압력계(P), 유량계(F), 온도/염분계(C)가 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치는 통합형 평형수 처리 모듈(30)을 포함한다. 가는 점선으로 표시된 부분(도 1에서의 제2 평형수 처리 모듈(20)에 해당됨)은 생략된 부분으로서, 전체적으로 가압펌프(11), 전기분해조(12), 기액분리기(13), 송풍기(14), 정류기(미도시) 등이 도 1에서와는 달리 1개만 구비되어 있다.

통합형 평형수 처리 모듈(30)은, 사이드 스트림을 모듈 내로 유입하기 위한 가압펌프(11)와, 정류기에서 공급된 전류에 의해 사이드 스트림을 전기분해하여 잔류염소를 생성하는 전기분해조(12)와, 전기분해 과정에서 발생된 기체성분의 불순물을 전해수와 분리하는 기액분리기(13)와, 기액분리기(13)에서 분리된 기체성분을 외부로 배출하는 송풍기(14)를 포함한다.

기액분리기(13)에서 분리된 전해수(고농도의 차아염소산을 함유한 살균액)는 각 배관의 용량에 적합하고 적절한 TRO(잔류염소) 농도를 유지시키기 위해 메인 배관과 AP 배관으로 주입되어야 하는 양만큼 배분되며, 각 주입 경로에 설치된 유량 조절 밸브(31, 32)에 의해 그 유량이 조절되어 메인 배관과 AP 배관으로 주입된다. 메인 배관의 용량이 AP 배관에 비해 예를 들어 5~15배 가량 큰 것을 고려하여 배관 및 밸브의 설계 및 배치를 실시하게 된다.

도 3은 기존의 선박 평형수 처리 장치와 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치의 구성품 수량의 비교표이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치에 있어서 전기분해조, 정류기, 가압펌프, 기액분리기, 전해설비 출구 설치용 On/Off 자동밸브(전해수 주입기에 해당)는 기존의 선박 평형수 처리 장치에 비해 그 수량이 1/2로 줄어들었음을 확인할 수 있다. 이는 도 2에서 점선으로 표시된 부분이 생략되었기 때문이며, 대부분의 설치 장비가 절감됨을 알 수 있다.

유량계, 수소계, 염소계, 차압계의 수는 기존과 동일하며, 기존에 없었던 유량 조절 밸브가 추가적으로 필요하기는 하지만, 생략되는 구성요소가 훨씬 많으며, 부가적으로 배관도 다수 생략되기 때문에 선박 내에 설치하는 경우 많은 공간적 이득을 얻을 수 있게 된다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치의 구조 및 기능에 대하여 관련 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치를 포함하는 선박을 개념적으로 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 선박(1), 메인 밸러스트 탱크(2), AP 밸러스트 탱크(3), 메인 배관(110), AP 배관(120), 메인 밸러스트 펌프(111), AP 밸러스트 펌프(121), 사이드 배관(150), 전처리 필터(113, 123), 통합형 평형수 처리 모듈(130), 가압펌프(131), 전기분해조(132), 정류기(133), 기액분리기(134), 송풍기(135), 유량계(112, 122, 136, 137), 제1 및 제2 유량 조절 밸브(138, 139), 잔류염소 측정센서(114, 124), 제어부(140)가 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치는 사이드 스트림을 적용하여 선박 평형수의 살균 처리를 수행(예를 들어, 전기분해 간접방식, 약품 주입 방식, 오존 주입 방식 등)함에 있어서 메인 밸러스트 탱크로의 메인 배관과 AP 밸러스트 탱크로의 AP 배관에 대하여 기존 복수의 독립형 설비 대신에 하나의 통합형 설비를 이용하여 살균 물질(예를 들어, 전기분해에 따른 잔류염소, 약품, 오존 중 적어도 하나)의 주입량을 배분함으로써 목표한 살균 처리가 가능하게 하면서도 중복 장비 및/또는 배관의 생략이 가능하여 제한된 공간을 가지는 선박에서도 용이하게 설치 가능한 것을 특징으로 한다.

도 4를 참조하면, 선박(1)에는 하나 이상의 메인 밸러스트 탱크(2)와 AP 밸러스트 탱크(3)가 구비되어 있으며, 메인 밸러스트 탱크(2)로의 메인 배관(110)과 AP 밸러스트 탱크(3)로의 AP 배관(120)이 설치되어 있다.

메인 배관(110)은 선박의 씨 체스트(sea chest)와 메인 밸러스트 탱크(2) 사이에 연결되어 있어 선박 주변의 해수가 메인 밸러스트 펌프(111)에 의해 메인 밸러스트 탱크(2)로 유입되는 주 경로이다. AP 배관(120)은 선박의 씨 체스트와 AP 밸러스트 탱크(3) 사이에 연결되어 있어 선박 주변의 해수가 AP 밸러스트 펌프(121)에 의해 AP 밸러스트 탱크(3)로 유입되는 경로이다. 사이드 배관(150)은 일단이 메인 배관(110)에 연결되어 사이드 스트림을 유입하며, 타단이 분기되어 메인 배관(110)과 AP 배관(120)에 연결되어 전해수가 메인 배관(110)과 AP 배관(120)으로 배분되도록 한다.

이하에서는 메인 배관(110)을 따른 선박 평형수의 흐름을 메인 스트림, AP 배관(120)을 따른 선박 평형수의 흐름을 AP 스트림, 사이드 배관(150)을 따른 일부 선박 평형수의 흐름을 사이드 스트림이라 한다. 또한, 본 명세서에서는 씨 체스트 쪽을 메인 스트림 및 AP 스트림의 상류, 밸러스트 탱크 쪽을 메인 스트림 및 AP 스트림의 하류로 가정하여 설명하기로 한다.

전처리 필터(113, 123)는 메인 스트림 및 AP 스트림의 상류에서 해양 미생물을 필터링한다. 일반적인 필터의 기능을 수행하면서 소정 크기 이상의 해양 미생물을 제거하게 된다. 자동 역세 기능을 갖추고 있어 연속적인 선박 평형수 처리가 가능한 구조와 용량을 가질 수 있다.

전처리 필터(113, 123)의 전단에는 유량계(112, 122)가 설치되어 있어, 메인 밸러스트 펌프(111) 및 AP 밸러스트 펌프(121)를 통해 메인 배관(110)과 AP 배관(120)으로 각각 유입되는 메인 스트림과 AP 스트림의 유량을 측정하고, 그 측정 결과를 제어부(140)로 전달한다.

통합형 평형수 처리 모듈(130)은 메인 배관(110)에서 분기된 사이드 배관(150)을 통해 유입되는 사이드 스트림에 대하여 전기분해를 통해 차아염소산(잔류염소)을 생성하고, 이를 메인 배관(110) 및 AP 배관(120) 내에 살균액(전해수)으로 주입하여 선박 평형수를 살균 처리한다. 즉, 통합형 평형수 처리 모듈(130)은 살균 처리부로서 기능하게 된다.

이하 본 명세서에서는 통합형 평형수 처리 모듈(130)이 다양한 평형수 처리 방식 중에서 전기분해 간접방식에 따라 동작하는 통합형 전해 설비인 것을 중심으로 설명하지만, 사이드 스트림을 적용한 약품 주입 방식(여기서, 주입되는 약품은 염소계 약품, 과아세트산(peracetic acid), 과산화수소 등임), 오존 주입 방식 등에 대해서도 유사하게 통합형 평형수 처리 모듈을 적용하여 중복 장비 및/또는 배관의 생략이 가능함은 물론이다.

통합형 평형수 처리 모듈(130)은 가압펌프(131), 전기분해조(132), 정류기(133), 기액분리기(134), 송풍기(135), 유량 조절 밸브(138, 139)를 포함한다.

가압펌프(131)는 전처리 필터(112)로부터 공급되는 선박 평형수 중 일부 유량을 전기분해조(132)로 제공한다. 가압펌프(131)는 메인 배관(110)의 상류 측에서 분기된 사이드 배관(150)의 일단 부근에 배치되며, 예를 들어 전기분해조(132)에 안정적인 사이드 스트림의 공급이 가능하도록 일정 압력을 유지할 수 있는 부스터 펌프일 수 있다.

전기분해조(132)는 가압펌프(131)에 의해 유입된 원수, 즉 사이드 스트림을 전기분해하여 살균 물질에 해당하는 차아염소산(HClO)을 생성한다. 차아염소산은 선박 평형수 내 살균 대상 생물을 사멸시키는 잔류염소에 해당한다.

이 과정에서 전기분해조(132)는 정류기(133)에서 공급되는 전류값에 따라 차아염소산의 생성량을 변화시킴으로써 살균액 농도를 변화시킬 수 있다.

전기분해조(132)는 양극부와 음극부를 포함하며, 정류기(133)에서 공급되는 전류를 이용한 전기분해 과정을 통해 음극부에서는 차아염소산이 생성되며, 양극부에서는 평형수 처리와는 무관한 부산물인 수소(H₂), 염소가스(Cl₂) 등이 생성된다.

차아염소산의 농도는 전기분해조(132)에서 사이드 스트림에 가해지는 전류값과 소정의 상관관계를 가지고 있다. 전류값 및 생성되는 차아염소산의 농도에 대한 상관관계는 예를 들어 테이블 형태 혹은 함수식 형태(예를 들어, y=ax와 같은 일차함수, 여기서, y는 차아염소산 농도, x는 전류값, a는 비례상수)로 표현될 수 있으며, 제어부(140)에 저장되어 있을 수 있다.

즉, 제어부(140)에서는 미리 저장되어 있는 전류값 및 차아염소산의 농도에 대한 상관관계에 기초하여 제어 신호를 생성 출력함으로써, 정류기(133)에서 전기분해조(132)에서 공급하는 전류값을 제어하여 전기분해를 통한 차아염소산의 생성량을 조절할 수 있다.

기액분리기(134)는 전기분해조(132)에서 생성된 물질 중 평형수 처리에 무관한 부산물인 수소 및 염소가스를 제거한다. 즉, 액체 성분의 고농도 차아염소산이 포함된 전해수는 통과시키고, 기체 성분의 수소 및 염소가스만을 분리하여 메인 스트림에 주입되는 것을 방지한다. 송풍기(135)는 기체 성분의 제거를 위해 기액분리기(134)에 외부 공기를 유입하도록 구성된다.

기액분리기(134)에서 기체 성분이 분리된 액체 성분의 전해수는 분기되어 메인 배관(110) 및 AP 배관(120)의 하류 지점에서 제1 및 제2 유량 조절 밸브(138, 139)에 의해 그 유량이 조절되면서 주입되어 메인 스트림과 AP 스트림에 각각 혼합된다. 제1 및 제2 유량 조절 밸브(138, 139)는 사이드 배관(150)의 제1 분기부(151) 및 제2 분기부(152)에 각각 설치된다.

메인 스트림의 하류에 위치하는 메인 배관(110) 내에서는 메인 밸러스트 탱크(2)로 유입되는 해수와 통합형 평형수 처리 모듈(130)에서 생성된 전해수가 혼합되며, AP 스트림의 하류에 위치하는 AP 배관(120) 내에서는 AP 밸러스트 탱크(3)로 유입되는 해수와 통합형 평형수 처리 모듈(130)에서 생성된 전해수가 혼합된다.

통합형 평형수 처리 모듈(130)에서 생성된 전해수는 고농도의 차아염소산을 함유하고 있어 메인 스트림 및 AP 스트림의 하류 지점에서 합류되면서, 희석화 및 완전 혼합 과정을 거쳐 메인 스트림 및 AP 스트림이 적절한 농도를 가지도록 하며, 대용량의 해수(메인 스트림 및 AP 스트림)에 대해 살균 처리가 원활히 수행된 처리수(treated water)가 되도록 한다.

잔류염소 측정센서(114, 124)는 메인 배관(110) 및 AP 배관(120)에서 통합형 평형수 처리 모듈(130)에서 생성된 전해수가 주입된 지점의 하류에 각각 설치되어, 메인 스트림 및 AP 스트림의 잔류염소를 각각 측정한다.

제어부(140)는 선박 평형수 처리 장치에 포함되는 각 구성요소의 기능을 제어한다. 또한, 제어부(140)는 메인 배관(110)의 유량 및 잔류염소, AP 배관(120)의 유량 및 잔류염소에 근거하여 전기분해조(132)에서 생성되는 전해수의 전체 유량, 메인 배관(110)으로 주입되는 전해수의 유량, AP 배관(120)으로 주입되는 전해수의 유량을 제어한다. 이러한 유량 제어를 통해 메인 밸러스트 탱크(2)와 AP 밸러스트 탱크(3)로 유입되는 선박 평형수에 함유된 잔류염소 농도를 균일하게 할 수 있게 된다.

도 4에서 Qmain은 메인 배관(110)의 유량, Qap는 AP 배관(120)의 유량, Qele는 전기분해조(132)에서 생성된 전해수의 전체 유량, Qimain은 Qele 중 메인 배관(110)으로 주입되는 전해수의 유량, Qiap는 Qele 중 AP 배관(120)으로 주입되는 전해수의 유량을 의미한다.

제어부(140)는 Qmain과 Qap에 대해 각각 Qimain과 Qiap에 해당하는 전해수 유량을 주입할 때, 주입 후에 각각의 배관 내에서 차아염소산이 희석되어 목표로 하는 잔류염소 농도 값을 가지도록 한다. 이를 위해 제어부(140)는 정류기(133)에서 적정 수준의 전류를 전기분해조(132)로 공급하도록 하며, 유량 조절 밸브(138, 139)를 제어하여 고농도의 차아염소산이 Qimain과 Qiap로 적절히 분배되도록 한다.

즉, 제어부(140)는 전류값과 유량의 조절로 Qmain과 Qap의 잔류염소 농도를 제어할 수 있다. 제어부(140)에는 전류와 차아염소산 생성 농도와의 관계, 특정 차아염소산 농도에서 Qimain과 Qiap 값에 따른 Qmain과 Qap의 잔류염소 농도 관계에 대한 데이터값이 기 입력되어 있을 수 있다.

제어부(140)에서의 유량 제어에 대하여 관련 도면을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치에서 수행되는 유량 제어 방법의 순서도이다.

우선 제어부(140)는 메인 밸러스트 펌프(111)와 AP 밸러스트 펌프(121) 후단에 위치한 유량계(112, 122)에서 측정된 유량값을 전달받는다(단계 S210).

제어부(140)는 Qmain과 Qap에 목표로 하는 잔류염소 농도가 주입되도록 하기 위해서 전기분해조(132)에 유입되어야 하는 유량값(Qele)과 정류기(133)에서 전기분해조(132)에 공급하는 전류값을 결정한다(단계 S220).

전기분해조(132)에서 전기분해가 실시되어 고농도의 차아염소산이 생성되면, 기액분리기(134) 후단에 위치한 유량계(136)에서 전해수의 유량(Qele)을 측정하여 제어부(140)로 전달하고(단계 S230), 제어부(140)는 기 입력된 유량-잔류염소 농도 관계 데이터를 바탕으로 유량 조절 밸브(138, 139)를 제어하여 Qimain과 Qiap로 고농도의 차아염소산이 함유된 전해수가 분배되도록 한다(단계 S240).

Qimain과 Qiap의 유량으로 각각 메인 배관(110)과 AP 배관(120)에 차아염소산이 주입되면(단계 S250), 후단의 잔류염소 측정센서(114, 124)가 잔류염소 농도 값을 측정하고 제어부(140)로 전달한다(단계 S260).

이 때, 측정된 잔류염소 농도 값과 목표로 한 잔류염소 농도 값을 비교한다(단계 S270). 비교 결과 목표로 하는 잔류염소 농도 값을 달성하였을 경우, 정류기(133)의 전류값, Qimain, Qiap의 유량값을 그대로 유지하며(단계 S280), 잔류염소 농도 값이 목표로 한 값의 소정 오차 범위(예를 들어, ±10%)를 초과한 경우에는 잔류염소 측정센서(114, 124)와 제어부(140)가 지속적인 피드백을 실시하여 정류기(133)의 전류값, Qimain, Qiap의 유량값 중 적어도 하나를 조절하여 목표 잔류염소 농도 값이 달성되도록 한다(단계 S290).

본 발명에서는 메인 밸러스트 탱크(2)와 AP 밸러스트 탱크(3)의 가동 여부에 따라 크게 세 가지 경우의 유량 제어 시나리오가 도출될 수 있다. 케이스 1은 메인 밸러스트 탱크(2)만 가동될 때이며, 케이스 2는 AP 밸러스트 탱크(3)만 가동될 때이고, 케이스 3은 메인 밸러스트 탱크(2)와 AP 밸러스트 탱크(3)가 동시에 가동될 경우이다. 각 경우의 유량 제어는 다음과 같이 이루어진다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치에서 수행되는 유량 제어 방법의 일 시나리오에 따른 순서도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박 평형수 처리 장치에서 수행되는 유량 제어 방법의 다른 시나리오에 따른 순서도이다.

도 6을 참조하면, 케이스 1(혹은 케이스 2)의 경우, 우선 메인 배관(110)(혹은 AP 배관(120))의 유량(Qmain(혹은 Qap))을 유량계(112 혹은 122)를 이용하여 측정한다(단계 S310).

통합형 평형수 처리 모듈(130) 내로 유입되는 유량(Qele)을 유량계(136)를 이용하여 측정하고(단계 S320), 단계 S310에서 측정한 유량(Qmain(혹은 Qap))을 고려하여 목표하는 차아염소산 주입이 가능하도록 전기분해조(132)로 공급되는 전류값을 조절한다(단계 S330).

생성된 차아염소산이 메인 배관(110)(혹은 AP 배관(120))에 주입된 이후 희석화된 농도를 센서(114 혹은 124)를 통해 감지하고 피드백하여 계속적으로 목표로 하는 차아염소산 주입이 가능하도록 전류값을 유지하거나 조절한다(단계 S340).

도 7을 참조하면, 케이스 3의 경우, 우선 메인 배관(110) 및 AP 배관(120)의 유량(Qmain 및 Qap)을 유량계(112, 122)를 이용하여 측정한다(단계 S410). 제어부(140)는 메인 배관(110)의 유량 및 AP 배관(120)의 유량을 합산하여 연산을 실시한다(단계 S420).

통합형 평형수 처리 모듈(130) 내 유입되는 유량(Qele)을 유량계(136)를 이용하여 측정한다(단계 S430). 제어부(140)는 단계 S420에서 합산된 유량을 고려하여 목표하는 차아염소산 주입이 가능하도록 전기분해조(132)로 공급되는 전류값을 조절한다(단계 S440).

생성된 차아염소산이 메인 배관(110) 및 AP 배관(120)의 유량 비율로 배분되어 주입되도록 하며(단계 S450), 주입 이후 희석화된 농도를 센서(114, 124)를 통해 감지하고 피드백하여 계속적으로 목표로 하는 차아염소산 주입이 가능하도록 전류값을 유지하거나 조절한다(단계 S460).

상술한 유량 제어 방법은 디지털 처리 장치에 내장되거나 설치된 프로그램 등에 의해 시계열적 순서에 따른 자동화된 절차로 수행될 수도 있음은 당연하다. 상기 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 당해 분야의 컴퓨터 프로그래머에 의하여 용이하게 추론될 수 있다. 또한, 상기 프로그램은 디지털 처리 장치가 읽을 수 있는 정보저장매체(computer readable media)에 저장되고, 디지털 처리 장치에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써 상기 방법을 구현한다. 상기 정보저장매체는 자기 기록매체, 광 기록매체 및 캐리어 웨이브 매체를 포함한다.

이상에서는 통합형 평형수 처리 방법이 전기분해 방식인 경우를 중심으로 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 실시예에 따라 선박 평형수 처리를 위해 오존 주입 방식, 약품 주입 방식 등 유체를 처리하는 모든 선박 평형수 처리장치에 본 발명이 적용될 수 있음은 물론이다.

오존 주입 방식의 경우, 선박 평형수 처리 장치는 통합형 평형수 처리 모듈로서 전술한 통합형 전해 설비 대신에 메인 배관에서 선박 평형수의 일부를 유입하여 오존 제너레이터로부터 생성된 오존과 혼합한 후 그 혼합액을 분배하여 메인 배관 및 AP 배관 내에 주입하는 인젝터를 포함할 수 있다. 약품 주입 방식의 경우, 선박 평형수 처리 장치는 통합형 평형수 처리 모듈로서 전술한 통합형 전해 설비 대신에 선박 평형수의 살균을 위하여 미리 선박에 선적한 살균 기능이 있는 약품을 저장하는 저장 탱크로부터 약품을 분배하여 메인 배관 및 AP 배관 내에 주입하는 인젝터를 포함할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1: 선박 2: 메인 밸러스트 탱크
3: AP 밸러스트 탱크 111: 메인 밸러스트 펌프
121: AP 밸러스트 펌프 112, 122: 유량계
113, 123: 전처리 필터 114, 124: 잔류염소 측정센서
130: 통합형 평형수 처리 모듈 131: 가압펌프
132: 전기분해조 133: 정류기
134: 기액분리기 135: 송풍기
136, 137: 유량계 138, 139: 유량 조절 밸브
140: 제어부 150: 사이드 배관

Claims (9)

1. 메인 밸러스트 탱크와 AP(After Perpendicular) 밸러스트 탱크가 설치된 선박의 평형수 처리 장치에 있어서,
   씨 체스트에서 상기 메인 밸러스트 탱크로 연결되는 메인 배관;
   상기 씨 체스트에서 상기 AP 밸러스트 탱크로 연결되는 AP 배관;
   일단이 상기 메인 배관에 연결되어 사이드 스트림을 유입하고, 타단이 분기되어 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관에 연결되는 사이드 배관; 및
   상기 사이드 배관에 설치되어, 상기 사이드 스트림을 전기분해하여 살균액을 생성하고 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관으로 분배하여 주입하는 통합형 전해 설비를 포함하되,
   상기 통합형 전해 설비는, 상기 메인 배관에서 상기 선박 평형수의 일부를 상기 사이드 스트림으로 유입하는 가압펌프와, 정류기에서 가해지는 전류값에 따라 상기 사이드 스트림을 전기분해하여 전해수를 생성하는 전기분해조를 포함하는 평형수 처리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 메인 배관의 유량 및 상기 AP 배관의 유량에 상응하여 상기 전류값을 제어하는 제어부를 더 포함하는 평형수 처리 장치.
3. 메인 밸러스트 탱크와 AP(After Perpendicular) 밸러스트 탱크가 설치되고, 상기 메인 밸러스트 탱크로의 메인 배관과 상기 AP 밸러스트 탱크로의 AP 배관을 구비한 선박에 설치되는 선박 평형수 처리 장치에 있어서,
   상기 메인 배관의 유량, 상기 AP 배관의 유량, 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관을 따라 진행하는 선박 평형수를 살균시키는 살균액의 유량을 측정하는 복수의 유량계;
   복수의 유량 조절 밸브를 이용하여 상기 살균액이 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관으로 주입되는 양을 제어하는 통합형 평형수 처리 모듈; 및
   상기 복수의 유량계에서 측정된 상기 메인 배관의 유량 및 상기 AP 배관의 유량에 상응하여 상기 복수의 유량 조절 밸브의 동작을 제어하는 제어부를 포함하되,
   상기 통합형 평형수 처리 모듈은, 상기 메인 배관에서 상기 선박 평형수의 일부를 유입하여 전기분해 방식으로 소정 농도의 차아염소산이 함유된 전해수를 상기 살균액으로 생성하고 분배하여 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관 내에 주입하는 통합형 전해 설비이며,
   상기 통합형 전해 설비는,
   상기 메인 배관에서 상기 선박 평형수의 일부를 사이드 스트림으로 유입하는 가압펌프와, 정류기에서 가해지는 전류값에 따라 상기 사이드 스트림을 전기분해하여 상기 전해수를 생성하는 전기분해조를 포함하되,
   상기 제어부는 상기 복수의 유량계에서 측정된 상기 메인 배관의 유량 및 상기 AP 배관의 유량에 상응하여 상기 전류값을 추가적으로 제어하는 선박 평형수 처리 장치.
4. 삭제
5. 제3항에 있어서,
   상기 메인 배관 및 상기 AP 배관에 각각 설치되어 상기 살균액이 희석화된 농도를 측정하는 센서를 더 포함하되,
   상기 제어부는 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관 내에서 희석화된 살균액의 농도에 상응하여 상기 살균액의 총량을 추가적으로 제어하는 선박 평형수 처리 장치.
6. 메인 밸러스트 탱크와 AP(After Perpendicular) 밸러스트 탱크가 설치되고, 상기 메인 밸러스트 탱크로의 메인 배관과 상기 AP 밸러스트 탱크로의 AP 배관을 구비한 선박에 설치되는 선박 평형수 처리 장치의 제어부에서의 유량 제어 방법에 있어서,
   (a) 상기 메인 배관의 유량과 상기 AP 배관의 유량을 측정하는 단계;
   (b) 상기 제어부에서 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관을 따라 진행하는 선박 평형수를 살균시키는 살균액의 양을 결정하는 단계; 및
   (c) 복수의 유량 조절 밸브의 동작을 제어하여 상기 살균액이 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관으로 주입되는 양을 조절하는 단계를 포함하되,
   상기 단계 (b)는,
   (b1) 상기 메인 배관으로부터 분기되어 유입되는 사이드 스트림의 유량값과 정류기에서 전기분해조에 공급하는 전류값을 결정하는 단계;
   (b2) 상기 전기분해조에서 전기분해가 실시되어 생성된 소정 농도의 차아염소산을 함유하는 전해수의 유량을 측정하는 단계를 포함하되,
   상기 단계 (c)는 기 입력된 유량-잔류염소 농도 관계 데이터에 기초하여 상기 복수의 유량 조절 밸브를 제어하여 상기 메인 배관과 상기 AP 배관으로 주입되는 상기 전해수의 유량을 분배하는 유량 제어 방법.
7. 제6항에 있어서,
   (d) 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관에서 희석화된 상기 살균액의 농도를 측정하는 단계; 및
   (e) 상기 측정 결과에 따라 상기 살균액의 양을 유지하거나 조절하는 단계를 더 포함하는 유량 제어 방법.
8. 삭제
9. 제6항에 있어서,
   (d) 상기 메인 배관 및 상기 AP 배관에서 희석화된 상기 차아염소산의 농도를 측정하는 단계; 및
   (e) 상기 측정 결과에 따라 상기 사이드 스트림의 유량값 및 상기 전류값을 유지하거나 상기 사이드 스트림의 유량값 및 상기 전류값 중 적어도 하나를 조절하는 단계를 더 포함하는 유량 제어 방법.
   

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