KR101754740B1 - 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ict기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈 - Google Patents

유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ict기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압력센서를 이용해 총잔류산화제(TRO, Total ResidualOxidant) 센서로 보내지는 선박 평형수의 압력을 체크하면서 비례밸브를 제어함으로써, 유량 유속의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈을 제공한다.

Description

유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈{ICT BASED BALLAST WATER RESIDUAL CHLORINE MEASUREMENT MODULE FOR FLUX, FLUID SPEED RELIABILITY}
본 발명은 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원의 지역특화(주력)산업육성사업으로 수행된 연구결과이다.
본 발명은 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압력센서를 이용해 총잔류산화제(TRO, Total Residual Oxidant) 센서로 보내지는 선박 평형수의 압력을 체크하면서 비례밸브를 제어함으로써, 유량 유속의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈에 관한 것이다.
선박 평형수 처리 시스템(BWTS, Ballast Water Treatment System)은 선박의 평형수(밸러스트수) 이동에 따른 해양생태계 파괴와 교란을 방지하기 위해 선박 평형수에 포함된 유해 수상생물과 병원균을 제거, 무해화 또는 그 유입이나 배출을 방지하기 위한 장치나 설비를 말한다.
국제해사기구(IMO: International Maritime Organization)에서는 유해 수생 생물과 병원균의 이동으로 발생하는 환경, 인간건강, 재산 및 자원에 대한 위험 방지 및 최소화의 필요성을 위해 2004년 선박평형수관리협약(International Convention for the Control and Management of Ship""s Ballast Water and Sediments)를 채택하여 BWTS의 장착을 의무화 하였다.
세계에서 개발 및 판매되고 있는 BWTS의 기술적인 방식은 크게 자외선조사, 전기분해, 오존분사 방식으로 대표되는 3가지 방식으로 나뉘며 이 외에 플라즈마, 하이브리드 등 새로운 방식의 BWTS가 가세하고 있다.
밸러스트 과정은 선박평형수 탱크로 바닷물을 주입하는 과정이며, 1차적으로 필터를 통해 비교적 크기가 큰 해양 생물이 들어오는 것을 막고, 해수 속의 각종 부유물들을 걸러낸다. 전기분해 방식의 BWTS에서는 전기분해를 거친 해수에서 차아염소산과 같은 산화제농도는 BWTS의 사멸 능력과 직결되므로 충분한 수준을 유지하는지의 여부를 측정하여야 하며, 이 센서를 총잔류산화제(TRO, Total ResidualOxidant) 센서라 한다. 산화제의 농도는 산화제가 밸러스트 탱크 내에서 지속적으로 작용할 수 있고, 선박이 타 지역으로 이동하는 시간이 매우 길기 때문에 장시간 적용되는 점을 고려하여 결정된다.
디밸러스트 과정은 선박 평형수 탱크의 바닷물을 밖으로 빼내는 과정을 말하며, 전기분해 방식의 BWTS에서는 이 과정에서 중화제를 투입하여 유해한 산화제 성분을 중화시켜 환경적으로 안전하게 바다로 배출해야 하는 절차가 추가로 필요하다. 적절한 중화제의 투입량을 결정하기 위해 중화제 투입 이전의 산화제 농도를 TRO 센서로 먼저 측정한 뒤, 중화제를 투입한 이후 다시 TRO센서를 통해 산화제의 농도가 충분히 안전한 수준으로 감소하였는지 확인을 수행한다.
종래에는 고정된 지정 값을 보여주는 밸브를 활용하여 전해조에서 전기 분해된 염소분해수를 측정을 위한 센서 계측부로 보내줄 때 그 유량과 유속의 정확한 Range는 제공되지만 정확하게 세팅하기가 어려우며 High, Low값을 손으로 돌려 감각으로 세팅값을 설정하게 되므로 정확한 유량과 유속을 세팅하기 어려운 문제점이 있다.
또한, 디지털화된 정보가 제공되지 않음으로 해서 오차가 발생될 여지가 크며 이로 인해 TRO의 핵심적 역할인 염소량측정에 대한 신뢰성이 낮아지는 문제점이 있다.
아울러, 계측기 하단부의 게이지를 조정하여 값 설정을 하나 정밀도가 낮아, 레귤레이터를 분해하여 내부값 설정을 하기도 하지만 정밀도는 여전히 낮은 문제점이 있다.
한국등록특허 [10-1633162]에서는 정밀한 TRO 농도 측정수단을 구비하는 선박 평형수 처리 장치가 개시되어 있다.
한국등록특허 [10-1633162](등록일자: 2016년06월17일)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 압력센서를 이용해 총잔류산화제(TRO, Total ResidualOxidant) 센서로 보내지는 선박 평형수의 압력을 체크하면서 비례밸브를 제어함으로써, 유량 유속의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 실 시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈은 총잔류산화제(TRO, Total Residual Oxidant) 농도를 측정하기 위한 선박 평형수가 유입되어 총잔류산화제 농도를 측정하고 배출되는 배관이 형성된 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈에 있어서, 총잔류산화제(TRO, Total Residual Oxidant) 농도를 측정하기 위한 선박 평형수가 지나가는 배관 상에 구비되어, 개구율을 조정하는 전자비례제어밸브(100); 상기 전자비례제어밸브(100) 전측 배관 상에 구비되어, 압력을 측정하는 제1압력센서(210); 상기 전자비례제어밸브(100) 후측 배관 상에 구비되어, 압력을 측정하는 제2압력센서(220); 상기 제2압력센서(220) 후측 배관 상에 구비되어, 배관을 개폐하는 개폐밸브(300); 상기 개폐밸브(300) 후측 배관 상에 구비되어, 선박 평형수의 수용이 가능한 공간이 형성된 맥동방지챔버(400); 상기 맥동방지챔버(400) 후측 배관 상에 구비되어, 유량을 조절하는 레귤레이터(500); 상기 레귤레이터(500) 후측 배관 상에 구비되어, 배관을 개폐하는 제1솔밸브(600); 상기 제1솔밸브(600) 측단 배관 상에 구비되어, 총잔류산화제(TRO, Total Residual Oxidant) 농도를 측정하는 TRO센서(700); 상기 TRO센서(700)에 총잔류산화제(TRO, Total Residual Oxidant) 농도를 측정하기 위한 시약을 공급하는 시약부(750); 상기 TRO센서(700) 후측 배관 상에 구비되어, 배관을 개폐하는 제2솔밸브(800); 및 상기 전자비례제어밸브(100), 제1압력센서(210) 및 제2압력센서(220)와 연결되며, 상기 제1압력센서(210) 및 제2압력센서(220)의 센싱 정보를 바탕으로 상기 전자비례제어밸브(100)를 제어하여 유량 또는 유속을 조절하는 제어부(900); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(900)는 4 ~ 20 mA 의 전류 발생을 통한 상기 전자비례제어밸브(100)의 밸브 개구율을 제어 하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제어부(900)는 상기 전자비례제어밸브(100)의 밸브 개구율을 제어하여 선박 평형수 유입에 대해 제1솔밸브(600)를 온오프 하는 빈도수(FLOW) 값을 조절하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(900)는 상기 제1압력센서(210)와 제2압력센서(220)로부터 측정된 선박 평형수의 압력을 근거로 유량계수인 CV 값을 정의하고, 제1솔밸브(600)를 온오프 하는 빈도수(FLOW) 최적값을 도출하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제어부(900)는 비례적분(PID, Proportional Integral Derivative)제어를 통해 상기 전자비례제어밸브(100)의 밸브 개구율을 제어 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부(900)는 빅데이터 구축을 위한 데이터베이스를 구축하고, 구축된 데이터베이스의 공통반복된 사항을 찾아 정형화 하며, 이를 통해 에러유형별 조처사항에 맞도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제어부(900)는 아날로그 인풋 4 접점, 아날로그 아웃풋 4 접점, 디지털 인풋 8 접점, 디지털 아웃풋 8 접점으로 구성된 입출력 포트가 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈은 상기 제어부(900)가 획득한 정보를 디지털화된 정보로 표시하는 디스플레이부(990);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제어부(900)는 상기 TRO센서(700)와 연결되며, 상기 TRO센서(700)로부터 센싱된 정보를 상기 디스플레이부(990)에 표시되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 제어부(900)는 PPM, 압력, 밸브 개구율, FLOW 및 고장코드를 상기 디스플레이부(990)에 표시되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈에 의하면, 압력센서를 이용해 총잔류산화제(TRO, Total ResidualOxidant) 센서로 보내지는 선박 평형수의 압력을 체크하면서 비례밸브를 제어함으로써, 설정에 대한 정교성을 대폭 향상하여 유량 유속의 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과가 있으며, 세팅된 정확한 유량과 유속을 자동으로 조정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전류의 발생을 통한 전자비례제어벨브의 제어함으로써, 선형적 유량제어를 정밀하게 할 수 있는 효과가 있다.
또, 빅데이터 구축을 위한 데이터베이스를 구축하고, 구축된 데이터베이스의 공통반복된 사항을 찾아 정형화 하며, 이를 통해 에러유형별 조처사항에 맞도록 제어하는 ICT 기술을 융합함으로써, 문제(에러) 발생 시 개선방안에 따른 신속한 대처가 가능한 효과가 있다.
또, 아날로그 인풋 4 접점, 아날로그 아웃풋 4 접점, 디지털 인풋 8 접점, 디지털 아웃풋 8 접점으로 구성된 입출력 포트를 구성함으로써, 다양한 형태의 통신 포트를 지원하게 하드웨어를 구성하여, 실시간 상태데이터 취득을 통한 감시와 전송을 담당할 수 있도록 시스템을 구성할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 디스플레이부를 구비하고, 센싱된 정보, 연산된 정보, 예측된 정보 및 가공된 정보를 디스플레이 함으로써, 디지털화된 정보를 제공하여 오차가 발생될 여지를 줄이고, 염소량 측정에 대한 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈의 개념도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈의 개념도.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈의 개념도.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 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 이해되어야한다.
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 사용되는 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈의 개념도이며, 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈의 개념도이다.
도 1 내지 도 3에서 두꺼운 굵기의 선(화살표)는 선박 평형수가 흐르는 배관 라인을 의미하고, 화살표는 정보(신호)가 전송되는 통신 선로를 의미한다.
선박 평형수 처리 시스템(BWTS, Ballast Water Treatment System) 기술의 작동 방식은 간접 전기분해, 직접 전기분해, 오존, 자외선, 플라즈마, 여과, 화학물질 처리, 열처리, 살균제 처리 또는 이러한 기술들의 하이브리드 방식 등 여러 가지 형태의 기술이 존재하며, 본 발명에서는 현재 가장 많이 사용되고 있는 간접 전기분해 방식의 BWTS에 대한 것이다.
간접 전기분해 방식은 선박에 사용하는 평형수가 염분이 포함된 바닷물이라는 점에 착안하여 염분(NaCl) 속에 포함된 염소를 이용하여 미생물을 살균하며, 염소를 생성하는 방법으로는 전기분해를 사용하는 방식이다.
전기분해를 통해 염분이 나트륨 양이온(Na+)과 클로린 음이온(Cl-)으로 해리되는데, 클로린 음이온은 전극의 양극에 반응하여 염소 가스(Cl2)를 생성하며, 음극에서는 환원 작용에 의해 수소 가스(H2)와 수산화이온(OH-)이 생성된다.
이 반응을 식으로 표현하면 다음과 같다
2Cl- → Cl2 + 2e-(양극)
2H2O + 2e- → H2 + 2OH-(음극)
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2
이후 수산화나트륨(NaOH)과 염소 가스가 반응하여 뛰어난 살균력을 가진 차아염소산나트륨(NaOCl)이 생성되며, 차아염소산나트륨이 물과반응하여 차아염소산(HOCl)이 생성되는 과정은 다음과 같다.
2NaOH + Cl2 → NaOCl + NaCl + H2O
NaOCl + H2O → NaOH + HOCl
이 과정을 통해 일반적으로 500~2,500 ppm 농도의 차아염소산이 생성되며, 이를 5~15 ppm 농도로 희석하여 소독을 수행한다. 전기분해방식에 대한 선박 평형수 처리 연구에서 3.0 ppm 보다 높은 차아염소산나트륨 농도는 99.99%의 박테리아를 사멸시키며, 99% 이상의 플랑크톤을 제거하는 것으로 나타나는 등 사멸 능력이 우수한 것으로 보고된 바 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈은 염소분해수 측정을 위해 센서 계측부로 선박 평행수의 전송 시 유량과 유속을 정확하게 세팅하기 위한 기술로 전자비례 밸브와 압력센서를 이용하여 TRO센서로 향하는 전기 분해수 유량/유속값의 정확도를 향상시키기 위한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈은 총잔류산화제(TRO, Total Residual Oxidant) 농도를 측정하기 위한 선박 평형수가 유입되어 총잔류산화제 농도를 측정하고 배출되는 배관이 형성된 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈에 있어서, 전자비례제어밸브(100), 제1압력센서(210), 제2압력센서(220), 개폐밸브(300), 맥동방지챔버(400), 레귤레이터(500), 제1솔밸브(600), TRO센서(700), 시약부(750), 제2솔밸브(800) 및 제어부(900)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈은 유량유속 측정을 위한 장치 기구에 있어서, 압력 게이지 대신 압력센서를 활용하고 일반 콘트롤 밸브 및 솔밸브 대신 전자비례밸브를 적용하여, 설정에 대한 정교성을 대폭 향상하고 또한 원격 조정이 가능케 하며 사전에 정의된 값을 설정 유량유속 세팅에 활용함으로써 유량유속 측정의 신뢰성을 대폭 향상시켰다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈은 선박 평형수가 지나가는 방향으로 배관 상에 제1압력센서(210), 전자비례제어밸브(100), 제2압력센서(220), 개폐밸브(300), 맥동방지챔버(400), 레귤레이터(500), 제1솔밸브(600), TRO센서(700), 제2솔밸브(800) 순으로 구비되며, 시약부(750)는 상기 TRO센서(700)와 연결된다.(도 1 참조)
전자비례제어밸브(100)는 총잔류산화제(TRO, Total Residual Oxidant) 농도를 측정하기 위한 선박 평형수가 지나가는 배관 상에 구비되어, 개구율을 조정한다.
상기 전자비례제어밸브(100)는 입력신호(전압, 전류 등)에 비례 하여 유체의 유량유속을 제어하는 것으로, 입력신호(전압, 전류 등)에 따라 상기 전자비례제어밸브(100)의 개구율을 조정한다.
전류에 의한 제어를 할 경우, 입력전류에 비례하여 유량을 무단계로 제어할 수 있다.
제1압력센서(210)는 상기 전자비례제어밸브(100) 전측 배관 상에 구비되어, 압력을 측정한다.
제1압력센서(210)는 상기 전자비례제어밸브(100)의 전단 배관에 작용하는 압력을 측정하기 위한 것이다.
제2압력센서(220)는 상기 전자비례제어밸브(100) 후측 배관 상에 구비되어, 압력을 측정한다.
제2압력센서(220)는 상기 전자비례제어밸브(100)의 후단 배관에 작용하는 압력을 측정하기 위한 것이다.
상기 제1압력센서(210)와 제2압력센서(220)는 상기 전자비례제어밸브(100)의 유량계수(CV)를 확인하기 위한 것이다. 이는 추후 설명하게될 제1솔밸브(600)를 온오프 하는 빈도수(FLOW)의 최적값을 도출하기 위한 것이다.
개폐밸브(300)는 상기 제2압력센서(220) 후측 배관 상에 구비되어, 배관을 개폐한다.
상기 개폐밸브(300)는 볼 밸브, 버터 플라이 밸브, 글로브 밸브, 게이트 밸브, 다이어 프램 밸브 등의 기계식 밸브를 사용할 수도 있으며, 전기의 온/오프 제어에 따라 개폐되는 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)를 사용할 수도 있다.
맥동방지챔버(400)는 상기 개폐밸브(300) 후측 배관 상에 구비되어, 선박 평형수의 수용이 가능한 공간이 형성된다.
맥동현상은 써어징(Surging) 현상이라고도 하며, 선박 평형수가 배관을 지나는 중에 압력이 주기적으로 변동하여 운전상태가 매우 불안정하게 되는 현상을 말하는 것으로, 압력 변동의 완급을 줄여주기 위해 맥동방지챔버(400)를 구비하는 것이 바람직하다.
레귤레이터(500)는 상기 맥동방지챔버(400) 후측 배관 상에 구비되어, 유량을 조절한다.
상기 레귤레이터(500)는 펌프 역할을 하는 것으로, 맥동방지챔버(400)에 저장된 선박 평형수를 TRO센서(700)에 공급하는 역할을 한다.
제1솔밸브(600)는 상기 레귤레이터(500) 후측 배관 상에 구비되어, 배관을 개폐한다.
상기 제1솔밸브(600)는 선박 평형수가 TRO센서(700)에 들어가기 전 선박 평형수 유입량을 조절하는 역할을 하는 것으로, 전기의 온/오프 제어에 따라 개폐되는 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)로 구성된다.
TRO센서(700)는 상기 제1솔밸브(600) 측단 배관 상에 구비되어, 총잔류산화제(TRO, Total Residual Oxidant) 농도를 측정하며, 시약부(750)는 상기 TRO센서(700)에 총잔류산화제(TRO, Total Residual Oxidant) 농도를 측정하기 위한 시약을 공급한다.
즉, TRO센서(700)에 선박 평형수가 도착하면, 펌프 등으로 연결되어있는 시약부(750)의 시약을 선박 평형수에 섞은 후 TRO센서(700)가 총잔류산화제(TRO, Total Residual Oxidant) 농도를 측정한다.
이때, 시약은 여러 종류의 시약이 복합적으로 섞이도록 하여 사용할 수 있다.
간접 전기분해 방식을 이용한 선박 평형수 처리 시스템(BWTS, Ballast Water Treatment System)에서 잔류산화제는 잔류염소가 된다.
제2솔밸브(800)는 상기 TRO센서(700) 후측 배관 상에 구비되어, 배관을 개폐한다.
상기 제2솔밸브(800)는 TRO센서(700)의 측정이 끝난 선박 평형수를 드레인 시키는 역할을 하는 것으로, 전기의 온/오프 제어에 따라 개폐되는 솔레노이드 밸브(Solenoid Valve)로 구성된다.
제어부(900)는 상기 전자비례제어밸브(100), 제1압력센서(210) 및 제2압력센서(220)와 연결되며, 상기 제1압력센서(210) 및 제2압력센서(220)의 센싱 정보를 바탕으로 상기 전자비례제어밸브(100)를 제어하여 유량 또는 유속을 조절한다.
상기 제어부(900)는 기 설정된 설정유량 또는 설정유속에 맞추어 상기 전자비례제어밸브(100)의 실시간 자동 제어가 가능하다. 이를 위해, 상기 제1압력센서(210) 및 제2압력센서(220)의 센싱 정보를 필요로 한다.
상기에서 제어부(900)가 전자비례제어밸브(100), 제1압력센서(210) 및 제2압력센서(220)와 연결된 예(도 1 참조)들 들었으나, 본 발명이 이에 한정된 것은 아니며, 상기 제어부는 신호 전송이 가능한 다른 기기들(개폐밸브(300), 맥동방지챔버(400), 레귤레이터(500), 제1솔밸브(600), TRO센서(700), 시약부(750), 제2솔밸브(800) 등)과 연결되어 해당 신호를 전송받고 해당 기기를 제어할 수 있음(도 2 참조)은 물론이다.
선박 평형수가 총잔류산화제 농도 측정 및 드레인 되기까지의 과정을 살펴보면 다음과 같다.
1)선박 평형수가 제1압력센서(210)를 지나가고, 이때 측정된 압력은 제어부(900)로 전송된다.
2)제1압력센서(210)를 지난 선박 평형수는 전자비례제어밸브(100)를 지나면서 압력이 조절되고, 이때, 전자비례제어밸브(100)의 개구율은 제어부(900)로 전송된다.
3)전자비례제어밸브(100)를 지난 선박 평형수는 제2압력센서(220)를 지나가고, 이때 측정된 압력은 제어부(900)로 전송된다.
4)제2압력센서(220)를 지난뒤 개폐밸브(300)를 지나 맥동방지챔버(400)로 선박 평형수가 들어간다
5)맥동방지챔버(400)에 선박 평형수가 들어가고 레귤레이터(500)에서 선박 평형수가 조절된다
6)선박 평형수가 TRO센서(700)에 들어가기 전 제1솔밸브(600)가 선박 평형수 유입량을 조절한다
7)TRO센서(700)에 선박 평형수가 도착하면 시약부(750)로부터 시약이 섞인다.
8)TRO센서(700)에서 선박 평형수와 시약이 섞여 잔류염소 측정이 끝난 선박 평형수는 제2솔밸브(800)를 통해 드레인 된다
상기 제어부(900)는 4 ~ 20 mA 의 전류 발생을 통한 상기 전자비례제어밸브(100)의 밸브 개구율을 제어 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이는, 임베디드 기반의 감시 시스템을 정보연계 구현하기 위함이며, 또한 4 ~ 20 mA의 전류 발생을 통한 밸브 구동을 함으로써, 단순히 배관 개폐제어를 하는 것이 아닌, 선형적인 유량제어가 가능한 전자 기술을 접목하였다.
상기 제어부(900)는 상기 전자비례제어밸브(100)의 밸브 개구율을 제어하여 선박 평형수 유입에 대해 제1솔밸브(600)를 온오프 하는 빈도수(FLOW) 값을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제어부(900)는 임베디드 기반 감시제어가 가능하도록 구현할 수 있으며,
전자비례제어밸브(100)를 사용하여 개구율을 조정하며, 이를 통해 제1솔밸브(600)를 온오프 하는 빈도수(FLOW)값을 조정할 수 있다.
상기 제어부(900)는 상기 제1압력센서(210)와 제2압력센서(220)로부터 측정된 선박 평형수의 압력을 근거로 유량계수인 CV 값을 정의하고, 제1솔밸브(600)를 온오프 하는 빈도수(FLOW) 최적값을 도출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 전자비례제어밸브(100)의 전후단에 설치된 압력센서(210, 220)로 선박 평형수의 압력을 센싱하고, 이를 통해 제어부(900)가 유량계수인 CV값을 정의하며, 또한 제어부(900)가 최적의 FLOW값을 도출할 수 있다.
상기 제어부(900)는 비례적분(PID, Proportional Integral Derivative)제어를 통해 상기 전자비례제어밸브(100)의 밸브 개구율을 제어 하는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, PID제어 기법을 이용하여 전자비례제어밸브(100)를 제어하여 유속과 유량을 상세하게 조절 할 수 있다.
상기 제어부(900)에 적용 가능한 알고리즘 및 통신 프로토콜은,
상위 시스템간의 원활한 정보 전달 할 수 있도록 시리얼통신, TCP/IP 등 통신지원용 다중 통신 프로토콜을 지원하는 것이 바람직하며, 다양한 데이터베이스 제품군 접속을 위한 Interface 강화, 다양한 환경 및 TRO 모듈 확장성을 고려한 메시지 예약 강화, Multi-sensors 처리가 가능한 병렬 통신강화를 하는 것이 바람직하다.
즉, 데이터 수집을 위해서는 RS 통신 TCP/IP 통신 Bluetooth 통신 등이 가능하도록 인터페이스를 강화하는 것이 바람직하고, 외부 시스템/프로그램으로의 데이터 제공 기능의 강화 및 내부/외부 데이터 처리 시 분리(패키지화 옵션화)가 가능하도록 데이터 인터페이스를 보강하는 것이 바람직하다.
또한, Modbus 프로토콜을 탑재하여 TRO센서(700) 데이터 상태정보를 가져오도록 구성하면, 시리얼 및 TCP/IP로 다양한 형태의 네트워크에서 안정적이며 효율적인 통신을 구현할 수 있다.
상기 제어부(900)는 빅데이터 구축을 위한 데이터베이스를 구축하고, 구축된 데이터베이스의 공통반복된 사항을 찾아 정형화 하며, 이를 통해 에러유형별 조처사항에 맞도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
종래 수입/경쟁사 제품의 문제점은 에러가 발생될 경우, 에러표시만 있고 세부적 에러내용 확인 불가능한 문제가 있어, 에러에 대한 세부적인 정보가 표시될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이를 위해, 빅데이터 구축을 위한 데이터베이스를 구축하고, 구축된 데이터베이스의 공통 반복된 사항을 데이터웨어하우스(DW), 데이터마이닝 기술 등을 적용하여 반복적 데이터 패턴을 분석하여 정형화 할 수 있으며, 에러유형별 조처사항을 시스템상(제어부(900) 등)에 설정할 수 있다.
이때, 에러에 대한 정보를 확인할 수 있도록 표시하고, 조처사항도 표시하면, 정확한 에러의 유형과 조처사항을 확인할 수 있다.
또한, 에러유형별 조처사항에 맞도록 제어부(900)가 다른 기기들을 제어하도록 할 수 있다.
즉, 데이터의 반복적이고 정형화된 패턴을 읽어 개선방안으로 제공할수 있도록 데이터를 축적 하는 데이터베이스를 구현하고, 비정형적인 데이터에 대한 검토를 위해 빅데이터 구축을 위한 데이터베이스를 구축하는 것이 바람직하다.
데이터의 반복적이고 정형화된 패턴을 읽어 개선방안으로 제공하는 예는 다음 표와 같다.
Massage Description Corrective Action
MA 4~20 mA enabled & loop open
가능한 4~20 mA & 고리 열림		 Check 4~20 mA Wiring or turn off 4~20 mA if not used
4~20 mA 배선 확인하거나 사용하지 안는다면 4~20 mA 중지시킨다.
CAL Calibration invalid - not accepted
눈금 매기기가 요효하지 않음 - 받아들이지 안는다면		 Recalibrate if needed
필요시 재충전
WATER No water flowing
물의 흐름이 없다면		 Check water flow
물의 흐름 체크
FAST Intake water flow too fast
흡입하는 물의 흐름이 빠르다면		 Set flow rate
흐름 속도를 늦춤
SLOW Sample cuvette filling too slowly
표본 큐벳이 너무 느리게 찬다면		 Set flow rate
흐름 속도를 늦춤
PURG Sample cuvette has slow purge
표본 큐벳을 천천히 제거		 Check drain lines
배수관 라인을 확인
NPRG Sample cuvette not purging
표본 큐벳이 제거되지 않으면		 Check drain lines
배수관 라인을 확인
ISOL Problem with intake solenoid
흡입 원통코일의 문제		 Check wiring, Check for clogged solenoid
라인 확인, 밀폐된 원통 코일 확인
PSOL Problem with purge solenoid
흡입 원통 코일 제거 문제		 Check wiring, Check for clogged solenoid
라인 확인, 밀폐된 원통 코일 확인
RGNT Problem with reagent
시약 문제		 Check reagent and lines
시약과 라인을 확인
GLAS Dirty cuvette
더러운 큐벳		 Replace of clean cuvette
깨끗한 큐벳으로 교체
WCAL Water Level Calibration invalid
유효하지 않은 수면 눈금 매기기		 Clear fault
명백한 결함
상기 제어부(900)는 아날로그 인풋 4 접점, 아날로그 아웃풋 4 접점, 디지털 인풋 8 접점, 디지털 아웃풋 8 접점으로 구성된 입출력 포트가 구비된 것을 특징으로 할 수 있다.
ICT(Information and Communications Technologies) 활용위한 제어부(900)는 입출력을 담당하는데 있어서, 각종 센서(압력계, 온도계, PH센서 등) 값을 측정할 수 있도록 Analog Input(IO) 4접점, Analog Output(AO) 4접점, Digital Input(DI) 8접점, Digital Output(DO) 8접점으로 구성할 수 있다. 이는, 다양한 형태의 통신 포트를 지원하게 하드웨어를 구성여, 실시간 상태데이터를 취득하여 감시와 전송을 담당할 수 있도록 시스템을 구성하기 위함이다.
제1압력센서(210) 및 제2압력센서(220)의 압력에 대한 출력은 아날로그 인풋 접점에 연결시킬 수 있고, 전자비례제어밸브(100)의 개구율을 조정하기 위한 제어신호(4 ~ 20 mA로 출력되는) 라인은 아날로그 아웃풋 접점에 연결시킬 수 있다.
또한, 제1솔밸브(600)를 온오프 하는 빈도수(FLOW)에 대한 출력은 디지털 인풋 접점에 연결시킬 수 있다.
상기 제어부(900)는 자동제어 및 원격제어가 가능한 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 전류 발생기를 직접 사용하여 비례밸브를 콘트롤 할수도 있으나 상기 제어부(900)에 사전에 필요한 세팅을 저장하여 자동으로 제어가 가능하도록 할 수도 있다.
또한, 필요 시 상기 제어부(900)를 통한 전자비례제어밸브(100)의 원격제어가 가능하도록 할 수 있다. 즉, PC 또는 스마트폰 등의 외부 단말기를 이용하여 전자비례제어밸브(100)의 원격제어가 가능하도록 할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈은 상기 제어부(900)가 획득한 정보를 디지털화된 정보로 표시하는 디스플레이부(990)를 더 포함할 수 있다.
상기 디스플레이부(990)는 상기 제어부(900)가 획득한 정보를 텍스트 또는 GUI 방식 등으로 표현하기 위한 것으로, 기본적으로는 전자비례제어밸브(100), 제1압력센서(210) 및 제2압력센서(220)를 통해 획득한 정보를 표시하기 위함이다.
또한, 제1압력센서(210) 및 제2압력센서(220)의 값을 바탕으로 전자비례제어밸브(100)를 제어하여 유량유속을 조절하는데 필요한 정보를 표시하기 위함이다.
상기 제어부(900)는 상기 TRO센서(700)와 연결되며, 상기 TRO센서(700)로부터 센싱된 정보를 상기 디스플레이부(990)에 표시되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
이때, 상기 제어부(900)는 PPM, 압력, 밸브 개구율, FLOW 및 고장코드를 상기 디스플레이부(990)에 표시되도록 제어하는 것을 특징으로 할 수 있다.
즉, 상기 제어부(900)는 각종 센서들로부터 전달받은 측정값(PPM, 압력, 밸브 개구율, FLOW 등)들을 상기 디스플레이부(990)에 표시되도록 할 수 있으며, 이들 정보를 근거로 연산 또는 예측 가능한 정보(유량, 유속, 고장코드, 등)들을 상기 디스플레이부(990)에 표시되도록 할 수 있다.
예를 들어, 배관라인 유량 값은 압력센서 2 개(제1압력센서(210) 및 제2압력센서(220))를 통해 유량을 계산하여 디스플레이부(990)에 디스플레이 할 수 있다.
또한, FLOW 값은 TRO센서(700)가 샘플링 시작할 경우 제1솔밸브(600) 입력 Pulse를 입력받아 해당 FLOW를 디스플레이부(990)에 디스플레이 할 수 있다.
아울러, FLOW 와 유량을 비교연산 하여, 전자비례제어밸브(100)의 개구율 최적값을 구하여 자동으로 설정할 수 있다.
그 외에도, 상기 제어부(900)는 각각의 센서들로부터 획득 가능한 염소 농도, 석회화 방지 밸브정보, 각종 밸브의 On/Off 정보, 온도 등의 상태정보를 텍스트 모드 혹은 GUI 모드 등으로 디스플레이부(990)에 디스플레이 할 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 전자비례제어밸브 210: 제1압력센서
220: 제2압력센서 300: 개폐밸브
400: 맥동방지챔버 500: 레귤레이터
600: 제1솔밸브 700: TRO센서
750: 시약부 800: 제2솔밸브
900: 제어부 990: 디스플레이부

Claims (10)

  1. 총잔류산화제(TRO, Total Residual Oxidant) 농도를 측정하기 위한 선박 평형수가 유입되어 총잔류산화제 농도를 측정하고 배출되는 배관이 형성된 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈에 있어서,
    총잔류산화제(TRO, Total Residual Oxidant) 농도를 측정하기 위한 선박 평형수가 지나가는 배관 상에 구비되어, 개구율을 조정하는 전자비례제어밸브(100);
    상기 전자비례제어밸브(100) 전측 배관 상에 구비되어, 압력을 측정하는 제1압력센서(210);
    상기 전자비례제어밸브(100) 후측 배관 상에 구비되어, 압력을 측정하는 제2압력센서(220);
    상기 제2압력센서(220) 후측 배관 상에 구비되어, 배관을 개폐하는 개폐밸브(300);
    상기 개폐밸브(300) 후측 배관 상에 구비되어, 선박 평형수의 수용이 가능한 공간이 형성된 맥동방지챔버(400);
    상기 맥동방지챔버(400) 후측 배관 상에 구비되어, 유량을 조절하는 레귤레이터(500);
    상기 레귤레이터(500) 후측 배관 상에 구비되어, 배관을 개폐하는 제1솔밸브(600);
    상기 제1솔밸브(600) 측단 배관 상에 구비되어, 총잔류산화제(TRO, Total Residual Oxidant) 농도를 측정하는 TRO센서(700);
    상기 TRO센서(700)에 총잔류산화제(TRO, Total Residual Oxidant) 농도를 측정하기 위한 시약을 공급하는 시약부(750);
    상기 TRO센서(700) 후측 배관 상에 구비되어, 배관을 개폐하는 제2솔밸브(800); 및
    상기 전자비례제어밸브(100), 제1압력센서(210) 및 제2압력센서(220)와 연결되며, 상기 제1압력센서(210) 및 제2압력센서(220)의 센싱 정보를 바탕으로 상기 전자비례제어밸브(100)를 제어하여 유량 또는 유속을 조절하는 제어부(900);를 포함하되,
    상기 제어부(900)는 4 ~ 20 mA 의 전류 발생을 통한 상기 전자비례제어밸브(100)의 밸브 개구율을 제어 하고, 상기 제1압력센서(210)와 제2압력센서(220)로부터 측정된 선박 평형수의 압력을 근거로 유량계수인 CV 값을 정의하고, 제1솔밸브(600)를 온오프 하는 빈도수(FLOW) 최적값을 도출하며, 빅데이터 구축을 위한 데이터베이스를 구축하고, 구축된 데이터베이스의 공통반복된 사항을 찾아 정형화 하며, 이를 통해 에러유형별 조처사항에 맞도록 제어하고,
    상기 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈은 상기 제어부(900)가 획득한 정보를 텍스트 또는 GUI 방식 등의 디지털화된 정보로 표시하는 디스플레이부(990);를 포함하며,
    상기 빅데이터 구축을 위한 데이터베이스를 구축하고, 구축된 데이터베이스의 공통 반복된 사항을 데이터웨어하우스(DW), 데이터마이닝 기술 등을 적용하여 반복적 데이터 패턴을 분석하여 정형화함으로써 에러유형별 조처사항을 상기 제어부(900)에 설정하되, 에러에 대한 정보를 확인할 수 있도록 표시하고, 조처사항을 표시하여, 정확한 에러의 유형과 조처사항을 확인 가능한 것을 특징으로 하는 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(900)는
    상기 전자비례제어밸브(100)의 밸브 개구율을 제어하여 선박 평형수 유입에 대해 제1솔밸브(600)를 온오프 하는 빈도수(FLOW) 값을 조절하는 것을 특징으로 하는 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(900)는
    비례적분(PID, Proportional Integral Derivative)제어를 통해 상기 전자비례제어밸브(100)의 밸브 개구율을 제어 하는 것을 특징으로 하는 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(900)는
    아날로그 인풋 4 접점, 아날로그 아웃풋 4 접점, 디지털 인풋 8 접점, 디지털 아웃풋 8 접점으로 구성된 입출력 포트가 구비된 것을 특징으로 하는 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(900)는
    상기 TRO센서(700)와 연결되며, 상기 TRO센서(700)로부터 센싱된 정보를 상기 디스플레이부(990)에 표시되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부(900)는
    PPM, 압력, 밸브 개구율, FLOW 및 고장코드를 상기 디스플레이부(990)에 표시되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 유량유속 측정 신뢰성 향상을 위한 ICT기술융합 기반 선박 평형수의 잔류염소 측정모듈.
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KR101889272B1 (ko) * 2017-08-30 2018-08-17 주식회사 태양기전 염소잔류 측정모듈 실시간 모니터링 및 원격 진단 분석 시스템과 이를 이용한 원격 진단 분석 방법
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