KR101715360B1 - 선박평형수 티알오측정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박평형수의 티알오를 측정하면서 염분도 및 페하를 동시에 검출하여 한 대의 측정장치로 티알오, 염분도, 페하를 동시에 측정 및 디스플레이할 수 있도록 한 선박평형수 티알오측정장치를 제공코자 하는 것으로서, 이러한 본 발명은 온도대비 기준전극에서 검출되는 기준전압이 취득되게 이루어지며, 현재의 기준전압을 디지털아날로그변환기를 통해서 전극에 드라이브하여 대향전극으로 이루어지며, 대향전극으로 인가된 전압은 셀을 통해서 작용전극으로 전류가 흐르게 이루어지며, 작용전극을 통과한 전류는 전류전압변환기를 통하여 제1마이컴으로 입력 후 데이터베이스와 대비되어 선박평형수를 모니터링하여 디스플레이하도록 구성된 것을 특징으로 하며, 본 발명에 의하면 하나의 티알오측정장치에서 티알오, 염분도, 페하를 동시에 측정 및 디스플레이할 수 있으며, 구조가 단순해지면서 주 배관에 설치가 용이하며, 수질 측정 센서와의 통신라인을 일원화할 수 있으며, 효율적인 유지보수와 함께 구매비 및 유지보수비용 역시 현저히 절감시킬 수 있는 등 다수의 효과를 얻을 수 있는 것이다.

Description

선박평형수 티알오측정장치{Ballast water TRO measuring device}

본 발명은 선박평형수 티알오측정장치로서, 이를 보다 상세히 설명하면 선박평형수의 티알오(TRO)를 측정하면서 이와 함께 선박평형수의 염분도(salinity) 및 페하(pH)를 동시에 검출하여 한 대의 측정장치에 의해서 티알오, 염분도, 페하를 동시에 측정 및 디스플레이할 수 있도록 한 선박평형수 티알오측정장치에 관한 것이다.

통상 선박의 운항 시 평형을 유지하고 최적의 속도와 효율을 내기 위해 선박 내의 저장탱크(ballast tank)에 싣는 담수나 해수를 지칭하는 밸러스트수(ballast water; 이하 "선박평형수"라고 함)는 해양 생태계의 교란과 파괴를 방지하기 위하여 오존(ozone)처리, 전기분해(Electrolysis), 자외선(ultraviolet)처리 등에 의해서 다양하게 살균 처리를 하고 있는 실정이었으며, 이는 선박평형수를 시체스트(sea chest)를 통해서 선박의 밸러스트탱크로 유입하거나 선박 외부로 배출할 시 일례로 대한민국 공개특허 2010년 제105012호(2010년 9월 29일자 공개)에 게재된 바와 같이 티알오측정장치를 이용하여 선박평형수에 잔존하는 독성물질(=산화물)의 농도를 측정하여 그 결과에 따라서 살균효율을 가늠하거나, 선박평형수를 배출할 시는 남아 있는 산화물의 농도를 배출 허용범위까지 낮추기 위해 중화제를 투입하도록 한 기술이 개발되어 왔으며, 이로 인하여 오존처리나 전기분해 등에 의해서 살균 처리된 선박평형수를 배출할 시 선박평형수 내에 생성 잔류하고 있는 산화물을 적정한 양의 중화제로 신속하게 중화시켜 배출수의 독성을 제어하도록 해서 해양생태계를 보호하고 있었던 것이다.

이와 같은 선박평형수를 살균 처리하는 처리장치는 반드시 티알오(TRO(Total Residual Oxidant);총잔류산화물)측정장치를 이용하여 지속적으로 모니터링 해야 하는바, 살균 처리 전의 선박평형수의 수질을 모니터링하여 활성물질(=산화제)의 양을 제어해야 하는 특성을 추가로 가지는 선박평형수 처리장치의 경우에는 티알오측정장치와 별도로 수질 계측장비를 추가로 구비해야 함에 따라서 선박평형수가 유입되는 주배관에 각각 티알오측정장치와 수질계측장치가 별도로 설치되어야 하므로 구조가 복잡해지면서 유지보수면에서도 비효율적이며, 각 장치의 구매비 및 설치비 등이 별도로 들어서 전체적인 비용이 상승하게 되는 문제점을 가지고 있었던 것이다.

상기 티알오측정장치와 별도로 설치되는 일반적인 수질의 계측장치로는 대한민국 공개특허 2003년 제3158호(2003년 1월 9일자 공개)에 게재된 바와 같이 염분측정장치가 존재하며, 이러한 일반적인 염분측정장치는 해수나 담수에 함유된 염분(salinity: 해수 1㎏중에 함유된 염류의 무게)을 측정하는 계측기로서, 과거에는 해수나 담수를 탈수시키고 남은 고형물질의 무게를 직접 측정하거나, 질산은 수용액에 의한 적정(滴定)방식을 사용하여 염분을 측정하였지만, 최근에는 염분이 증가하면 이에 동반하여 전기전도도가 증가하는 원리를 이용하여 해수나 담수에 전극을 넣고 전류를 유동시킴으로 해서 염분에 대하여 민감하게 감응하는 작동전극과 염분에 대하여 감응하지 않고 항상 일정한 전위를 유지하는 기준전극간의 전위차를 이용하여 염분을 측정하는 방법이 사용되고 있었던 것이다.

KR 10-2010-0105012 A 2010. 9. 29. KR 10-2003-0003158 A 2003. 1. 9.

본 발명에서는 상기한 종래 기술의 제반 문제점들을 해결코자 새로운 기술을 창안한 것으로서, 본 발명은 종래 선박평형수의 살균 처리 시에 필요로 하던 티알오측정장치와 이에 더불어 염분측정 등의 각종 수질계측장치를 별도로 구비하여 구조가 복잡해지면서 비용이 상승하며, 유지보수가 비효율적이던 문제점을 해결하고자 선박평형수의 티알오측정장치 하나에 의해 염분도와 페하까지 측정 및 디스플레이되도록 구성하면서 이러한 티알오, 염분도, 페하가 보다 효율적이면서도 동시 측정이 이루어지도록 구현함으로 해서 티알오측정장치와 별도로 수질계측장치를 더 구비하지 않아도 되므로 구조의 단순화와 함께 설치비용의 절감 및 효율적인 유지보수도 가능토록 한 선박평형수 티알오측정장치 및 이를 이용한 수질의 측정방법을 제공코자 함을 발명이 해결하려는 과제로 한다.

상기한 발명의 과제를 해결하기 위한 구체적인 수단으로 본 발명에서는 대향전극(counter electrode) 및 작용전극(working electrode)으로 전압을 인가하기 전에 온도센서에 의한 온도대비 기준전극(reference electrode)에서 검출되는 기준전압(reference voltage)이 취득되게 이루어지며, 제1마이컴에서 현재의 기준전압을 디지털아날로그변환기를 통해서 전극에 드라이브하되, 드라이브된 전극은 대향전극이 되기 위하여 릴레이 제어에 의해서 이루어지며, 대향전극으로 인가된 전압은 선박평형수가 유입된 셀을 통해서 작용전극으로 공급되면서 전류가 흐르게 이루어지며, 작용전극을 통과한 전류는 전류전압변환기를 통하여 제1마이컴으로 입력되게 이루어지며, 제1마이컴에서 측정되는 전압은 전류값으로 환산 후 제1마이컴의 데이터베이스와 대비되어 선박평형수의 상태가 파악되게 이루어져서, 측정되는 전극들은 상호 변경되면서 오차 유무를 판단하여 신뢰성이 있으면 이를 디스플레이하기 위해 데이터화되게 구성된 것을 특징으로 하는 선박평형수 티알오측정장치를 제공함을 특징으로 한다.

이와 함께 본 발명은 제1마이컴에서 전극으로 전압 인가 전 온도 대비 기준전극에서 검출되는 기준전압을 취득하는 단계와, 전압 공급을 위해 기준전압을 측정하되, 페하의 수치가 측정되도록 기준전압을 매칭하는 단계와, 1차 20초의 루프타임을 통해서 보정된 전압을 대향전극으로 인가하고, 작용전극에서 발생되는 전압을 측정하는 단계와, 작용전압을 측정하는 단계와 함께 도전도(conductance)를 계측하면서 전기전도도(conductivity)를 산출하는 단계와, 2차 40초의 루프타임을 통해서 보정된 전압을 인가하고, 작용전극에서 발생되는 전압을 측정하는 단계와, 1차 측정값과 2차 측정값의 비율과 유사성을 가지는 기준 티알오값을 디스플레이하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 선박평형수 티알오측정장치를 이용한 수질의 측정방법도 제공토록 한다.

상술한 과제 해결을 위한 구체적인 수단에 의하면, 본 발명의 선박평형수 티알오측정장치는 하나의 티알오측정장치에 설치된 전극을 이용하여 티알오(TRO), 염분도(salinity), 페하(pH)를 동시에 측정 및 디스플레이할 수 있도록 한 것으로서, 본 발명은 하나의 메인 티알오측정장치에서 티알오의 측정과 함께 염분도 및 페하의 계측을 동시에 구현하도록 하여 티알오측정장치와 수질계측장치로 각각 분리된 측정 센서로 개별 수질을 측정하던 종래기술과는 차별화된 특성을 가지는 것으로, 선박의 복잡 다양한 구조적 특성에 단일 삽입 라인의 구성만으로 선박평형수가 유입되는 주 배관에 설치가 용이하면서, 단일 장치에서 상기에서 언급한 티알오, 염분도, 페하 등의 수질 계측이 모두 이루어지기 때문에 수질 측정 센서와의 통신라인을 일원화할 수 있으면서 설치구조를 단순화시킬 수 있으며, 더불어서 단일 티알오측정장치에 의해서 구매비를 대폭 줄이면서 유지보수비용 역시 현저히 절감시킬 수 있으며, 전체적으로 장치의 유지보수가 보다 효율적으로 이루어지도록 할 수 있는 등 그 기대되는 효과가 지대한 것이다.

도 1은 본 발명이 선박평형수의 주 배관에 설치된 상태를 보인 예시도
도 2는 본 발명의 바람직한 일례를 보인 일부 단면도
도 3은 본 발명의 개략적인 회로 구성을 보인 레이아웃
도 4는 본 발명을 이용한 수질의 측정방법을 보인 순서도

본 발명은 선박의 운항 시 평형을 유지하고 최적의 속도와 효율을 내기 위해 선박 내의 저장탱크(ballast tank)에 싣는 선박평형수(ballast water)가 이송된 주 배관에 설치되어 선박평형수 내의 티알오(TRO; 총잔류산화물)를 측정하는 선박평형수 티알오측정장치로 종래 별도로 설치되던 수질 계측장치 중 염분도측정장치를 하나로 이루어지도록 하여 단일의 티알오측정장치에서 티알오(TRO), 염분도(salinity), 페하(pH)를 동시에 측정할 수 있도록 한 선박평형수 티알오측정장치에 관한 것이며, 본 발명에서는 상기 티알오측정장치를 이용한 수질 측정방법도 함께 제공코자 하는 것으로서, 이를 하기에서 도면들과 더불어 보다 구체적으로 설명토록 한다.

상기 본 발명의 선박평형수 티알오측정장치(1)는 [도 1]에 도시된 바와 같이 선박에서 선박평형수가 이송되는 주 배관(5)에 삽입되게 결합 설치되어 선박평형수의 총잔류산화물인 티알오(TRO), 염분도(salinity), 페하(pH)를 동시에 측정할 수 있도록 구성되며, 이러한 티알오측정장치(1)의 선단에는 [도 2]에 도시된 바와 같이 선박평형수가 내입되는 센싱쳄버(2)가 구성되며, 센싱쳄버(2)로는 티알오, 염분도, 페하를 측정토록 수개의 전극(3) 선단이 노출되게 설치되면서 유입된 선박평형수의 온도를 측정하는 온도센서(4)가 노출되게 설치되며, 이러한 수개의 전극(3)과 온도센서(4)는 [도 3]에 도시된 회로 구성과 같이 제1마이컴과 티알오측정장치(1) 내부에서 전기적으로 배선 연결되게 구성되는 것이다.

상기 본 발명의 티알오측정장치(1)는 도 3에서와 같이 장치 선단에 각각 설치된 온도센서(temperature sensor)(4)와 수개의 전극(3)들 중 기준전극(reference electrode)에 의해서 기준전압(reference voltage)을 취득한 후 이를 제1마이컴에서 디지털아날로그변환기(DAC; digital-to-analog converter)를 통해서 수개의 전극들 중 하나로 드라이브시키며, 이와 같이 기준전압이 인가된 해당 전극이 대향전극(counter electrode)이 되며, 이때 기준전압이 드라이브된 전극은 대향전극이 되기 위하여 릴레이를 제어하여 구성되며, 이와 같은 대향전극에서 생성된 역전압(counter voltage)을 대향전극에 대응되는 작용전극(working electrode)으로 셀(cell)을 통해서 공급하여 사용전압(working voltage)에 의해서 전류(electric current)가 흐르도록 구성되는 것이다.

이와 더불어서 작용전극을 통과한 전류는 제1마이컴과 전기적으로 배선 연결된 전류전압변환기(current to voltage converter)를 통하여 제1마이컴으로 입력되도록 구성되며, 이로 인하여 제1마이컴에서 측정되는 전압은 전류값으로 환산 후 제1마이컴의 데이터베이스(DB;database)와 대비되어 선박평형수의 수질 상태가 파악되도록 구성되는 것이며, 이와 같이 측정되는 기준전극, 대향전극, 작용전극의 각 전극들은 상호 변경되면서 오차 유무를 제1마이컴에서 판단하여 신뢰성이 있으면 이를 디스플레이하기 위해서 시리얼 데이터화하게 구성되며, 이후 모니터 등의 각종 디스플레이어로 보내져서 주 배관(5)을 통과하는 선박평형수의 온도대비 상기와 같이 측정된 티알오(TRO), 염분도(salinity), 페하(pH)를 동시에 디스플레이시켜서 한 눈에 모니터링하여 선박평형수의 수질 상태에서 따라서 활성물질의 양을 제어할 수도 있고, 정량의 중화제를 투입시킬 수 있도록 하여 선박평형수의 처리를 효율적으로 행할 수 있는 것이다.

상기 제1마이컴은 페하(pH) 완충(buffer)액을 통하여 회로에 적용된 페하값을 기록한 테이블(table)의 페하전위테이블(pH potential table)과, 기준전극(reference electrode)에 의한 값을 디지털아날로그변환기(DAC)로 바꾸어서 이를 대향전극으로 공급하기 위한 베이스전압을 만드는 기준테이블(reference table)과, 염소(chlorine) 값을 취득하기 위하여 산출되어진 전압에 따른 전류변화량으로 측정되어지는 염소 전류값을 보존하는 염소파라미터테이블(chlorine parameter table)과, 온도변화 값에 따른 값 변화를 저장하는 변수값으로 가중치가 되는 값이 저장되어 있는 온도파라미터테이블(temperature parameter table)과, 향후에 적용되어질 내용을 미리 예약해서 공간을 확보해 둔 상태의 미확정파라미터테이블(other parameter table)로 구성된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 선박평형수 티알오측정장치(1)를 이용하여 수질을 측정하는 방법으로는 [도 4]에 도시된 순서도에서와 같이 시스템이 초기화된 상태에서 제1마이컴에서 전압을 인가하기 전에 티알오측정장치의 단부에 설치된 온도센서를 통해서 온도를 측정하면서 현재의 온도를 표시하도록 하는 단계(11)를 거치며, 온도 측정 후 온도 대비 기준전극으로 인가해서 검출되는 기준전압을 측정하여 취득하는 단계(10)와, 이후 제1마이컴에서 기준전극을 차단하면서 기준전압을 데이터베이스의 페하(pH)값, 산화환원전위(ORP)값과 매칭(matching)시키는 단계(20)를 거친 다음, 상기 기준전압을 추후 대향전극이나 작용전극에 적용 가능토록 보정된 전압으로 전환토록 한다.

이후 릴레이 ON 상태의 대향전극과 작용전극으로 제1마이컴에서 상기의 적용 가능토록 보정된 전압을 인가시키되, 1차로 20초의 루프타임을 통해서 보정된 전압을 대향전극으로 인가하여, 작용전극에서 발생되는 전압을 측정하는 단계(30)와, 상기 작용전극에서 발생된 작용전압을 측정함과 함께 도전도(conductance)값을 측정하여 전기전도도(conductivity)값을 산출하는 단계(40)를 거치게 되며, 그런 다음에 전압을 전류로 전환시킨 후 그 값이 유효한지 또는 20초의 루프타임을 오버했는지를 확인하되, 20초를 오버하였을 시 상기 20초 동안의 작용전극에서 작용전압을 측정하는 단계(30)와 전기전도도값을 산출하는 단계(40)를 재차 거치도록 한다.

상기에서 20초를 오버하지 않았을 시 2차로 40초의 루프타임을 통해서 상기 매칭시키는 단계(20) 후의 적용 가능토록 보정된 전압을 대향전극으로 인가하여, 작용전극에서 발생되는 전압을 측정하는 단계(50)를 거치게 되며, 그런 다음에 전압을 전류로 전환시킨 후 그 값이 유효한지 또는 40초의 루프타임을 오버했는지를 확인하되, 40초를 오버하였을 시 상기 40초 동안의 작용전극에서 작용전압을 측정하는 단계(50)를 재차 거치도록 한다.

이때 상기에서 40초를 오버하지 않았을 시 1차 측정값과 2차 측정값을 데이터베이스에 저장된 테이블과 비교하여 비율테이블(ratio table)을 확정하여 테이블 넘버와 매칭되면 현재의 총 염소값을 제1마이컴으로 저장하면서, 비율과 유사성을 가지는 기준 티알오값을 디스플레이하는 단계(60)로 이루어지며, 이후 60초의 총 루퍼타임에 대향전극과 작용전극으로 전기의 인가를 차단하여 총 시간값이 60초가 걸렸는지 아닌지를 확인하며, 60초를 오버했을 시 1차로 작용전압을 측정하는 단계(30) 및 전기전도도를 산출하는 단계(40)와 더불어 2차로 작용전압을 측정하는 단계(50)과 티알오값을 디스플레이하는 단계(60)를 다시 진행되도록 한 것이다.

상기와 같이 비율과 유사성을 가지는 기준 티알오값을 디스플레이할 시 페하값과 염분도값도 함께 디스플레이할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 가장 바람직한 실시 예들에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술범위에 벗어나지 않는 범위 내에서는 다양한 변형실시도 가능하다 할 것이며, 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정하여 정해지는 것이 아니라, 후술하는 특허청구범위의 기술들과 이들 기술로부터 균등한 기술수단들에까지 보호범위가 인정되어야 할 것이다.

1:티알오측정장치
2:센싱쳄버
3:수개의 전극
4:온도센서
5:주 배관
10:기준전압을 취득하는 단계
11:온도를 표시하는 단계
20:매칭시키는 단계
30:작용전압을 측정하는 단계(1차)
40:전기전도도값을 산출하는 단계
50:작용전압을 측정하는 단계(2차)
60:디스플레이하는 단계

Claims (2)

1. 선단에 각각 설치된 온도센서, 기준전극(reference electrode), 대향전극(counter electrode), 작용전극(working electrode)과 전기적으로 연결된 제1마이컴은 대향전극(counter electrode) 및 작용전극(working electrode)으로 전압을 인가하기 전에 온도센서에 의한 온도대비 기준전극(reference electrode)에서 검출되는 기준전압(reference voltage)이 취득되게 이루어지며,
   제1마이컴에서 현재의 기준전압(reference voltage)을 디지털아날로그변환기(DAC; digital-to-analog converter)를 통해서 전극에 드라이브하되, 드라이브된 전극은 대향전극(counter electrode)이 되기 위하여 릴레이 제어에 의해서 이루어지며,
   대향전극(counter electrode)으로 인가된 전압은 선박평형수가 유입된 셀(cell)을 통해서 작용전극(working electrode)으로 공급되면서 전류(electric current)가 흐르게 이루어지며,
   작용전극(working electrode)을 통과한 전류는 전류전압변환기(current to voltage converter)를 통하여 전압으로 변환 후 제1마이컴으로 입력되게 이루어지며,
   제1마이컴에서 측정되는 전압은 전류값으로 환산 후 제1마이컴의 데이터베이스(DB)와 대비되어 선박평형수의 상태가 파악되게 이루어져서, 측정되는 전극들은 상호 변경되면서 오차 유무를 판단하여 신뢰성이 있으면 이를 디스플레이하기 위해 데이터화되게 구성된 것을 특징으로 하는 선박평형수 티알오측정장치.
   
2. 제1마이컴에서 전극으로 전압 인가 전 온도 대비 기준전극에서 검출되는 기준전압을 취득하는 단계,
   전압 공급을 위해 기준전압을 측정하되, 페하의 수치가 측정되도록 기준전압을 매칭하는 단계,
   1차 20초의 루프타임을 통해서 보정된 전압을 대향전극으로 인가하고, 작용전극에서 발생되는 전압을 측정하는 단계,
   작용전압을 측정하는 단계와 함께 도전도를 계측하면서 전기전도도를 산출하는 단계,
   2차 40초의 루프타임을 통해서 보정된 전압을 인가하고, 작용전극에서 발생되는 전압을 측정하는 단계,
   1차 측정값과 2차 측정값의 비율과 유사성을 가지는 기준 티알오값을 디스플레이하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 선박평형수 티알오측정장치를 이용한 수질의 측정방법.

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