KR101851168B1 - 선박평형수 처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박평형수 처리장치에 관한 것으로, 선박평형수가 유입되는 유입배관; 상기 유입배관에 설치되어 상기 선박평형수의 유량을 측정하는 유량계; 상기 유량계의 후단에 설치되고, 상기 선박평형수 내의 수중생물을 사멸하도록 회전되는 하나 이상의 블레이드를 포함하는 믹서부; 상기 블레이드를 구동시키는 모터; 및 상기 유량계로부터 입력받은 선박평형수의 유량에 따라 상기 모터의 구동속도를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성됨으로써, 친환경적이고 다양한 해수조건에도 일정한 효율로 생물을 사멸시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

선박평형수 처리장치{Ballast water treatment system}

본 발명은 선박평형수 처리장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 구성이 간단하고 친환경적이며 다양한 해수조건에서 적용될 수 있는 선박평형수 처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 해상에서 운송하는 화물 선박은 유사한 화물의 상호 교환을 위하여 왕복 항해하는 선박을 제외하고는 대부분 편도 운항을 한다. 그리고 편도 운항을 만재 상태로 항해한 후 귀환 항해 시에는 선박의 균형, 안전성 및 조종 성능 향상 등을 위하여 선박평형수(ballast water)를 선내로 유입하여 항해를 하게 된다.

이때, 선박평형수는 밸러스팅 작업(ballasting operation)을 통해 한 항구에서 채워져서 다른 곳으로 이송되고, 디밸러스팅 작업(deballasting operation)을 통해 새로운 항구 내에 배출된다. 이와 같이, 먼 위치로부터 실려져 온 선박평형수에 포함된 해양 생물 및 병원균의 방출은 새로운 환경에 유해할 뿐만 아니라, 새로

운 항구에서도 사람과 동물 모두에게 위험할 수 있다.

외래종의 해양 생물을 신규 생태계로 도입시키면, 신규 종에 대해 자연적인 방어체계를 지니고 있지 않을 수 있는 천연 식물군 및 동물군에게 파괴적인 효과를 미칠 수 있다. 또한, 콜레라와 같은 해로운 세균성 병원균이 원래의 항구에 존재할 수 있다. 이러한 병원균은 시간이 지남에 따라 밸러스트 탱크 내에서 증식되어, 이들이 방출되는 영역에서 질병을 발생시킬 수 있다.

이와 같은 재해를 방지하기 위해 국제해사기구(IMO : International Maritime Organization)에서는 2004년 선박평형수 관리 협약을 채택하였고, 최근 세계선박의 65%가 기항하는 미국에서는 국제해사기구 (IMO) 에서 합의된 기준보다 1,000배 강화된 선박평형수 처리기술을 요구하고 자국만의 규제기준(USCG Phase 2)을 제정하여 자국의 해양환경 보호를 위한 움직임을 보이고 있다.

이러한 해양 생물 및 병원균에 의해 제기되는 위험을 제거하기 위해, 선박평형수를 전기분해하거나, 자외선 살균처리방식을 사용할 수 있다.

그러나, 전기분해방식은 전기분해시에 소독부산물이 발생하고, 처리수를 배출시 중화과정이 필요하고, 산화제 농도(TRO) 측정시에 DPD 시약이 배출되며, 담수가 유입되면 전기분해 처리가 되지 않거나 전력 소모량이 많은 문제점이 있다.

자외선 살균처리방식은, 필터 사용으로 인한 막힘 문제 발생하고, 탁도가 높은 물에서는 생물사멸 효율이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, UV 램프가 동작하기 까지 1분 이상의 소정 시간(Ignition Time)이 필요하고 UV 램프의 수명이 짧기 때문에 시스템의 내구성에 문제가 있다.

따라서, 친환경적이며 보다 구성이 간단하고 저렴하며 다양한 해수 조건을 모두 만족시킬 수 있는 선박평형수 처리장치의 개발이 요구된다.

한국 등록특허공보 제10-1567441호 (2015.11.03)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 필터가 필요없어 구조가 간단하고, 소독부산물이 발생하지 않아 친환경적이며, 담수조건에서도 사용될 수 있도록 하는 선박평형수 처리장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 일실시예에 따른 선박평형수 처리장치는, 선박평형수가 유입되는 유입배관; 상기 유입배관에 설치되어 상기 선박평형수의 유량을 측정하는 유량계; 상기 유량계의 후단에 설치되고, 상기 선박평형수 내의 수중생물을 사멸하도록 회전되는 하나 이상의 블레이드를 포함하는 믹서부; 상기 블레이드를 구동시키는 모터; 및 상기 유량계로부터 입력받은 선박평형수의 유량에 따라 상기 모터의 구동속도를 제어하는 제어부;를 포함한다.

또한, 상기 모터와 상기 블레이드 사이에는, 상기 블레이드의 회전축과 결합되는 제1기어와, 상기 제1기어와 치합되고 상기 모터에 의해 회전되는 제2기어가 설치되되, 상기 모터의 회전속도를 가속시키기 위해 상기 제1기어의 톱니수가 상기 제2기어의 톱니수보다 작도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 유량계의 후단에는 하나의 입력단과 복수개의 출력단이 구비된 매니폴드가 설치되고, 상기 믹서부가 상기 매니폴드의 출력단에 각각 설치될 수도 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 선박평형수 처리장치는, 상기 블레이드의 회전축과 연동되는 엔코더를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 엔코더에서 측정된 상기 회전축의 회전속도를 전달받아 상기 모터의 구동속도를 피드백 제어하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 매니폴드는, 상기 출력단에 각각 개폐밸브가 구비되고, 상기 제어부는 상기 유량계에서 측정된 유량에 따라 상기 개폐밸브를 개폐시킬 수 있다.

한편, 본 발명의 선박평형수 처리장치는, 유입유량 1m/s당 상기 블레이드의 회전축이 600,000RPM이상으로 회전하도록 구성될 수 있다.

일례로, 블레이드의 개수가 n(여기서, n은 1보다 큰 자연수)인 경우, 유입유량 1m/s당 상기 블레이드의 회전축이 (600,000/n)RPM이상으로 회전하도록 구성될 수 있다.

본 발명에 의하면 믹서에 포함된 블레이드를 고속으로 회전시킴으로써 20kHz이상의 초음파와 캐비테이션(cavitation)현상이 동시에 발생하여 50㎛이하의 수중생물이 사멸되는 효과가 있다.

또한, 믹서를 사용하여 선박평형수 내의 수중생물을 처리하면서 밸러스트 탱크내에 침전물이 줄어드는 효과가 있다.

또한, 필터를 사용하지 않으며 시스템 구성이 전기분해 및 UV에 비해 간단한 구성이기 때문에 가격경쟁력이 우수하고 유지보수에 유리한 효과가 있다.

또한, 염도 및 탁도 등의 수질에 영향을 받지 않고 일정하게 생물사멸 효율을 유지하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박평형수 처리장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박평형수 처리장치의 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박평형수 처리장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박평형수 처리장치의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박평형수 처리장치(100)는, 선박의 선박평형수 유입배관(11) 및 유출배관(13)을 따라 밸러스트 탱크(미도시)로 유동되는 선박평형수를 살균처리하여 선박평형수 내의 수중생물을 사멸시키는 장치이다.

본 발명에서는 약품투입이나 전기분해방식에서 생성되는 소독부산물이 발생하지 않는 친환경적인 방법으로, 고속으로 회전하는 블레이드(blade,111)를 사용하여 선박평형수를 살균 처리한다. 즉, 고속으로 회전하는 블레이드(111)에 의해 Cavitation과 초음파, 압력 변화가 동시에 발생하면서 생물사멸 효율이 좋아지게 되는 기술을 활용한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 선박평형수 처리장치(100)는, 유입배관(11), 유량계(20), 믹서부10), 모터(130), 제어부(140)를 포함하여 구성된다.

유입배관(11) 및 유출배관(13)은, 밸러스트 탱크(미도시)에서 살균처리된 선박평형수를 저장하도록 선박평형수를 밸러스트 탱크(120)로 안내하는 역할을 수행한다.

유량계(20)는, 유입배관(11)을 통해 유입된 해수의 유량을 측정하기 위해 유입배관(11)의 일측에 설치된다.

믹서부(110)는, 유량계(20)의 후단에 설치되고, 선박평형수 내의 수중생물을 사멸하도록 고속으로 회전되는 하나 이상의 블레이드(111) 및 블레이드(111)에 연결 설치된 회전축(113)을 포함한다.

본 발명의 일실시예에 따른 믹서부(110)는, 선박평형수에 적용하기 위해 유입되는 선박평형수를 연속적으로 처리할 수 있도록 구성된다. 즉, 원통형으로 형성된 챔버(112)의 하단에 유입구(112a)를 형성하고, 상단에는 유출구(112b)를 형성하여 유입수가 선회하며 원활하게 유입 및 유출될 수 있도록 하고, 챔버(112)에는 수직으로 회전축(113)이 설치되고, 회전축(113)에 블레이드(111)가 구비된다.

여기서, 블레이드(111)는, 하나의 날로 구성될 수도 있지만, 생물사멸 처리효율을 향상시키기 위해서는 적어도 2개이상을 구비하는 것이 바람직하다.

모터(130)는, 블레이드(111)를 구동시켜 소정의 속도로 회전되도록 하는 것이다. 본 발명에서는, 블레이드(111)의 회전축(113)과 모터(130)의 회전축 사이에는 가속기어부(120)가 설치되어 블레이드(111)가 원하는 속도로 회전될 수 있도록 구성된다.

여기서, 가속기어부(120)는, 기계식이나 전자식 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.

일실시예로서, 가속기어부(120)는, 블레이드(111)의 회전축(113)과 결합되는 제1기어(121)와, 제1기어(121)와 치합되고 모터(130)에 의해 회전되는 제2기어(123)로 구성될 수 있다.

이때, 모터(130)에서 생성된 회전속도를 가속시켜 블레이드(111)의 회전축(113)으로 전달시키기 위해 제1기어(121)의 톱니수가 제2기어의 톱니수(123)보다 작도록 구성될 수 있다.

예를 들면, 가속기어부(120)의 기어비가 10:1로 구성하기 위해서는 제1기어(121)의 톱니수가 n개일 때 제2기어(121)의 톱니수가 10n(여기서, n은 자연수)이 되는 것을 채택하면 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 선박평형수 처리장치(100)에서는, 블레이드(111)의 날개수, 유속(or 유량), 기어비 등을 고려하여 제어부(140)에서 모터(130)를 적절한 속도로 제어하도록 구성된다.

이하에서는, 보다 상세하게 제어부(140)의 모터(130) 제어과정을 설명한다.

제어부(140)는, 유량계(20)나 엔코더(150) 등 각종 센서들로부터 신호를 입력받아 모터(130)를 동작시키는 기능을 수행한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제어부(140)는 유량계(20)로부터 유량(또는 유속)에 관한 신호를 수신하여 이를 근거로 모터(130)를 제어한다.

선박평형수 처리장치(100)의 유입배관(11) 내에는 유속이 3m/s 내외로 흐르고 압력은 1~2bar정도가 된다.

본 발명의 일실시예에 따른 선박평형수 처리장치(100)에서 생물을 사멸시키는 운전조건은, 선박평형수 내의 유입배관(11)내의 유속이 1m/s일 때 초당 10,000번 이상 회전하도록 설계한다.

블레이드(111)는 통상 날이 2개 이상으로서, 2개인 경우에는 회전축(113)이 10,000번 회전하면 날의 개수에 비례하여 20,000번 회전한 효과를 얻을 수 있게 된다.

이와 같이, 블레이드(111)가 20,000번 이상 회전한 효과를 얻으면, 50㎛이상의 생물은 블레이드(111)에 의해 사멸 처리되며, 블레이드(111)의 고속회전으로 인해 20kHz이상의 초음파와 캐비테이션(cavitation)이 동시에 발생하여 50㎛ 이하의 생물도 사멸처리되게 된다.

한편, 상기 설계조건은 초당 10,000번 회전하는 것으로, 이를 위해서는 600,000RPM의 고속 모터를 사용해야 하는데 열발생 및 내구성 문제로 인해 모터 선정에 어려움이 발생하게 된다.

이를 해결하기 위해 가속기어부(120)의 기어비와 블레이드(111)의 날수를 조정함으로써 모터(130)의 속도사양을 낮출 수 있게 된다. 또한, 선박평형수의 유속은 상황에 따라 항상 변동되기 때문에 제어부(140)는 유량계(20)와 연동되어 모터(130)의 속도를 제어한다.

예를 들면, 유속이 3m/s이고, 블레이드(111)를 3겹 사용(날수가 3)하고, 기어비를 10:1로 설정한 경우에는, 제어부(140)에서는 모터(130)를 60,000RPM으로 제어한다.

즉, 설계조건은 유입유량 1m/s당 블레이드(111)의 회전축(113)이 600,000RPM이상으로 회전시키는 것인데, 모터(130)가 60,000RPM이고 기어비가 10:1이기때문에 가속기어부(120)에 의해 10배 가속되고, 유속 3m/s에 3겹 블레이드(111)를 사용하였기 때문에 유속 1m/s에 1겹 블레이드(111)로 환산될 수 있기 때문에 상기 설계조건을 만족하며 제어할 수 있게 된다.

설계조건을 보다 일반화하면, 블레이드(111)의 개수가 n(여기서, n은 1보다 큰 자연수)인 경우, 유입유량 1m/s당 블레이드(111)의 회전축이 (600,000/n)RPM이상으로 회전하도록 구성할 수 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 따른 선박평형수 처리장치(100)은, 제어부(140)에서 블레이드(111)의 회전속도를 보다 정확하게 제어하기 위해 회전축(113)과 연동한 엔코더(150)로부터 블레이드(111)의 회전속도에 관한 신호를 수신하여 피드백 제어신호를 생성할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박평형수 처리장치(100')의 구성도이다.

이하, 본 발명의 다른 실시예에 대해 도 2를 참조하여 설명한다. 일실시예와 동일한 도면부호를 가지는 구성은 동일한 기능을 하는 동일한 구성으로, 그 설명을 생략하고 차별되는 구성을 중심으로 설명한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 선박평형수 처리장치(100')는, 도 2에 도시된 바와 같이 유입되는 선박평형수가 대용량으로 공급될 때 처리할 수 있도록 매니폴드(170)을 설치하여 복수개의 선박평형수 처리장치(100')가 병렬로 설치된다.

매니폴드(170)는 유량계(20)의 후단에는 설치되어 하나의 입력단과 복수개의 출력단이 구비된다.

여기서, 매니폴드(170)의 출력단에는 믹서부(110a,110b,110c)가 설치되어 대용량의 선박평형수가 각 믹서부(110a,110b,110c)로 분배되어 처리되기 때문에 대용량을 치리할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예로서, 매니폴드(170)의 출력단, 즉 매니폴드(170)와 믹서(110a,110b,110c)사이에는 유로를 개폐시키는 개폐밸브(180)가 각각 설치될 수 있다.

제어부(140)는, 유량계(20)에서 측정된 유량정보를 근거로 각각의 개폐밸브(180)를 자동으로 개폐시킬 수 있도록 구성함으로써 유입 유량의 변동이 큰 경우에도 본 발명의 선박평형수 처리장치(100')를 적용할 수 있게 된다.

이와 같이 구성될 경우, 다양한 크기의 선박 요구에 맞게 적절하게 개폐밸브(180)를 제어할 수 있을 뿐만 아니라, 고장시 모듈별 교체가 가능하기 때문에 유지관리 측면에서도 효과적이라 할 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 선박평형수 처리장치(100,100')은, 믹서부(110)의 블레이드(111)를 고속으로 회전시킴으로써 친환경적이고 간단한 구성으로 수질에 영향을 받지 않으며 일정하게 생물을 사멸시킬 수 있게 된다.

또한, 매니폴드(170)를 구비하여 대용량의 선박평형수로 처리할 수 있을 뿐만 아니라 다양한 선박환경에도 적용될 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 선박평형수 처리장치(100,100')는, 발명의 명칭에서는 선박평형수를 처리하는 것에 한정하고 있지만, 가정용 생수기나 상수도 처리시설, 하수/폐수처리시설 등 다양한 수처리분야에서 수중 생물의 살균을 목적으로 하는 살균처리장치로 적용될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

11: 유입배관
13: 유출배관
20: 유량계
110: 믹서부
111: 블레이드
113: 회전축
120: 가속기어부
130: 모터
140: 제어부
150: 엔코더

Claims (7)

1. 선박평형수가 유입되는 유입배관;
   상기 유입배관에 설치되어 상기 선박평형수의 유량을 측정하는 유량계;
   상기 유량계의 후단에 설치되고, 상기 선박평형수 내의 수중생물을 사멸하도록 회전되는 하나 이상의 블레이드를 포함하는 믹서부;
   상기 블레이드를 구동시키는 모터; 및
   상기 유량계로부터 입력받은 선박평형수의 유량에 따라 상기 모터의 구동속도를 제어하는 제어부;를 포함하되,
   상기 모터와 상기 블레이드 사이에는,
   상기 블레이드의 회전축과 결합되는 제1기어와, 상기 제1기어와 치합되고 상기 모터에 의해 회전되는 제2기어가 설치되되,
   상기 모터의 회전속도를 가속시키기 위해 상기 제1기어의 톱니수가 상기 제2기어의 톱니수보다 작도록 구성되고,
   상기 유량계의 후단에는 하나의 입력단과 복수개의 출력단이 구비된 매니폴드가 설치되고,
   상기 믹서부가 상기 매니폴드의 출력단에 각각 설치되며,
   상기 매니폴드는,
   상기 출력단에 각각 개폐밸브가 구비되고,
   상기 제어부는 상기 유량계에서 측정된 유량에 따라 상기 개폐밸브를 개폐시키는, 선박평형수 처리장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 블레이드의 회전축과 연동되는 엔코더를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 엔코더에서 측정된 상기 회전축의 회전속도를 전달받아 상기 모터의 구동속도를 피드백 제어하도록 구성되는, 선박평형수 처리장치.
   
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제

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