KR102095415B1 - 배기가스의 배출량을 고려한 동적 위치 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

배기가스의 배출량을 고려한 동적 위치 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박의 위치 제어시 발생되는 배기가스의 배출량을 최소화할 수 있는 추력 출력량을 선정하여 추력부에 출력함으로써 선박의 위치를 유지하면서도 배기가스에 포함된 유해성분을 최소화할 수 있도록 한 배기가스의 배출량을 고려한 동적 위치 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박의 현재 위치가 정해진 범위를 벗어나지 않도록 선박의 위치를 제어하는 동적 위치 제어 시스템에 있어서, 상기 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 계측하는 계측부; 상기 선박의 위치를 제어하는 추력부; 상기 선박의 굴뚝(Funnel)에 설치되어 배기가스의 배출량을 계측하는 배기가스 계측부; 및 상기 계측부로부터 계측된 선박 정보에 기초하여 상기 선박의 위치를 유지하도록 생성된 제어신호를 상기 추력부에 출력하되, 상기 배기가스 계측부로부터 계측된 배기가스의 배출량에 기반하여 상기 선박의 위치를 유지하면서 배기가스의 배출량을 최소화할 수 있는 추력 출력량을 선정하고 선정된 추력 출력량에 해당하는 제어신호를 상기 추력부에 출력하는 DP 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 제어 시스템이 제공된다.

Description

배기가스의 배출량을 고려한 동적 위치 제어 시스템 및 방법{DYNAMIC POSITIONING SYSTEM CONSIDERING EMISSION OF EXHAUST GAS AND DYNAMIC POSITIONING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 배기가스의 배출량을 고려한 동적 위치 제어 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박의 위치 제어시 발생되는 배기가스의 배출량을 최소화할 수 있는 추력 출력량을 선정하여 추력부에 출력함으로써 선박의 위치를 유지하면서도 배기가스에 포함된 유해성분을 최소화할 수 있도록 한 배기가스의 배출량을 고려한 동적 위치 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
현재 운항 중인 선박의 대부분은 주로 디젤 엔진을 사용하여 추진력을 발생시키며, 이 디젤 엔진은 중유 등의 연료유를 공급받아 구동될 수 있다.
디젤 엔진을 사용하는 선박은 연료공급라인(미도시)을 통해 연료유가 선박의 엔진 구동부에 제공되면, 엔진 구동부는 이러한 연료유를 이용하여 엔진을 구동시켜 선박의 추력을 발생시킨다.
특히 자동차와 더불어 선박은 대표적인 대기 오면 물질 배출 대상이다. 그중에서도 시추나 탐사와 같은 기능을 수행하는 선박이나 해양 구조물에서 필수적으로 사용되는 동적 위치 제어 시스템(Dynamic Positioning System)은 선박의 위치 제어를 위해 계속 엔진이나 추력기를 가동하기 때문에 대기 오면과 밀접한 관련이 있다.
이때 엔진이나 추력기가 구동되면 필연적으로 배기가스라인을 통해 배기가스가 배기가스 배출부, 즉 굴뚝으로 배출되는데, 이러한 배기가스의 배출물은 지구 온난화 등 환경에 악영향을 끼치기 때문에 이에 대하여 환경 보호를 위한 규제가 가해질 전망이다. 실제로 교토협약과 코펜하겐 조약을 통해 대기 오염의 규제가 법제화되고 있어 대기 오염에 따른 환경세를 부과하고 있다.
따라서 선박에서 발생하는 배기가스의 배출량을 줄일 수 있으면서도 선박의 위치를 유지할 수 있는 동적 위치 제어 시스템이 필요한 실정이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0024104호(2013.03.08, 명칭: 친환경 동적 위치유지 시스템 및 방법) 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0026155호(2013.03.13, 명칭: 동적 위치유지 시스템 및 방법)
본 발명의 목적은, 선박의 위치 제어시 발생되는 배기가스의 배출량을 최소화할 수 있는 추력 출력량을 선정하여 추력부에 출력함으로써 선박의 위치를 유지하면서도 배기가스에 포함된 유해성분을 최소화할 수 있도록 한 배기가스의 배출량을 고려한 동적 위치 제어 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박의 현재 위치가 정해진 범위를 벗어나지 않도록 선박의 위치를 제어하는 동적 위치 제어 시스템에 있어서, 상기 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 계측하는 계측부; 상기 선박의 위치를 제어하는 추력부; 상기 선박의 굴뚝(Funnel)에 설치되어 배기가스의 배출량을 계측하는 배기가스 계측부; 및 상기 계측부로부터 계측된 선박 정보에 기초하여 상기 선박의 위치를 유지하도록 생성된 제어신호를 상기 추력부에 출력하되, 상기 배기가스 계측부로부터 계측된 배기가스의 배출량에 기반하여 상기 선박의 위치를 유지하면서 배기가스의 배출량을 최소화할 수 있는 추력 출력량을 선정하고 선정된 추력 출력량에 해당하는 제어신호를 상기 추력부에 출력하는 DP 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 제어 시스템이 제공된다.
상기 DP 컨트롤러는 상기 배기가스의 배출량이 미리 설정된 기준치를 초과하는지 여부를 판단하고 그 판단결과 상기 배기가스의 배출량이 미리 설정된 기준치를 초과하는 경우 상기 선정된 추력 출력량을 상기 추력부에 균등하게 분배하는 것이 바람직하다.
상기 선박은 중유를 연료로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 DP 컨트롤러는 상기 배기가스 계측부로부터 계측된 배기가스의 배출량을 미리 정해진 화면상에 표시하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 선박의 현재 위치가 정해진 범위를 벗어나지 않도록 선박의 위치를 제어하는 동적 위치 제어 시스템의 위치 제어 방법으로서, 상기 동적 위치 제어 시스템에 포함된 계측부로부터 계측된 상기 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 수신하는 단계; 상기 선박의 굴뚝에 설치된 배기가스 계측부로부터 계측된 배기가스의 배출량을 수신하는 단계; 및 상기 수신된 선박 정보에 기초하여 상기 선박의 위치를 유지하도록 생성된 제어신호를 추력부에 출력하는 단계를 포함하되, 상기 출력하는 단계는 상기 수신된 배기가스의 배출량에 기반하여 상기 선박의 위치를 유지하면서 배기가스의 배출량을 최소화할 수 있는 추력 출력량을 선정하고 선정된 추력 출력량에 해당하는 제어신호를 상기 추력부에 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 제어 시스템의 위치 제어 방법이 제공된다.
상기 출력하는 단계는 상기 배기가스의 배출량이 미리 설정된 기준치를 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및 상기 판단하는 단계의 판단결과 상기 배기가스의 배출량이 미리 설정된 기준치를 초과하는 경우 상기 선정된 추력 출력량을 상기 추력부에 균등하게 분배하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 출력하는 단계는 상기 수신된 배기가스의 배출량을 미리 정해진 화면상에 표시하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면 선박의 위치 제어시 발생되는 배기가스의 배출량을 최소화할 수 있는 추력 출력량을 선정하여 추력부에 출력함으로써 선박의 위치를 유지하면서도 배기가스에 포함된 유해성분을 최소화할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명의 실시예에 따르면 배기가스의 배출량을 화면상에 표시함으로써, 관리자는 배기가스의 배출량에 근거하여 대기오염에 심각한 영향을 미치기 이전에 미리 신속하게 대처할 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스의 배출량을 고려한 동적 위치 제어 시스템을 설명하기 위한 블록도,
도 2는 도 1에 도시된 DP 컨트롤러를 설명하기 위한 블록도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스의 배출량을 고려한 동적 위치 제어 시스템의 위치 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도, 그리고
도 4는 배기가스의 배출량과 추력부의 추력 출력량간의 관계 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스의 배출량을 고려한 동적 위치 제어 시스템을 설명하기 위한 블록도를 도시하고 있고, 도 2는 도 1에 도시된 DP 컨트롤러를 설명하기 위한 블록도를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 배기가스의 배출량을 고려한 동적 위치 제어 시스템은 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 계측하는 계측부(10)와, 유해한 배기가스의 배출량을 계측하는 배기가스 계측부(20)와, 선박의 저부에 설치되어 추력을 발생하는 추력부(40)와, 선박 정보, 또는 선박정보 및 배기가스의 배출량에 기반하여 추력부(40)에 제공될 추력 출력량을 선정하여 출력하는 DP 컨트롤러(30)를 포함한다.
계측부(10)는 풍력계(Anemometer)와, GPS(Global Positioning System)와, GLONASS(Global Navigation Satellite System)와, 자이로스코프(Gyroscope)와, 팬빔(Fan Beam)과, 음향 센서(Acoustic Sensor) 등을 포함한다.
GPS 및 GLONASS는 선박의 위치를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 컨트롤러(30)에 출력한다. GLONASS는 GPS에 의해 측정된 위치를 보정하는 역할을 한다. 자이로스코프는 선박의 헤딩 각도를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 컨트롤러(30)에 출력한다. 팬빔은 레이저를 이용하여 선박에 대한 상대적인 위치를 측정하여 이에 대응하는 전기적 신호를 DP 컨트롤러(30)에 출력한다. 음향센서는 선박의 기준점 위치를 계산할 수 있는 데이터를 DP 컨트롤러(30)에 출력한다.
배기가스 계측부(20)는 선박의 굴뚝(미도시)에 설치된다. 이러한 배기가스 계측부(20)는 중유의 불완전 연소 영역에서 발생하게 되는 유해한 배기가스의 배출량을 계측한다. 유해성분이 포함된 배기가스의 배출량은 추력부(40)의 추력 출력량으로 조절될 수 있다. 엔진 출력, 즉 추력부(40)의 추력 출력을 대략 65% 미만으로 조절하는 경우 유해한 배기가스가 발생되지만, 추력부(40)의 추력 출력을 대략 65% 이상으로 제 1 내지 제 4 추력부(41, 42, 43, 44)에 균등하게 분해하면 유해한 배기가스의 배출량을 최소화할 수 있다.
DP 컨트롤러(30)는 상술된 계측부(10)로부터 계측되어 수신된 전기적 신호, 즉 선박 정보에 근거하여 미리 정해진 위치를 유지하기 위한 추력제어신호를 생성하여 추력부(40)에 제공하되, 배기가스의 배출량이 미리 설정된 기준치를 초과하는 경우 배기가스의 배출량도 고려하여 추력부(40)에 제공될 추력 출력량을 선정하여 해당 추력부(40)에 출력한다.
DP 컨트롤러(30)는 유해한 배기가스의 배출량을 줄이면서도 선박의 위치를 안정적으로 유지할 수 있도록 추력부(40)의 추력 출력량을 대락 65% 이상으로 균등하게 분배되도록 한다. 이에 따라, 유해한 배기가스에 의해 일어나는 대기오염을 줄일 수 있다.
추력부(40)는 프로펠러와, 스러스터(Thruster)와, 러더(rudder)를 구비한다. 프로펠러는 선박의 전후 방향으로의 위치를 유지시키고, 스러스터는 선박의 좌우 방향으로의 위치를 유지시키며, 러더는 선박의 회전방향을 조정한다. 여기서는 추력부를 스러스터로 예를 들어 설명하기로 하나, 본 발명이 이에 반드시 한정되는 것은 아니다.
상술된 DP 컨트롤러(30)는 수신부(31), 판단부(32), 선정부(33) 및 출력부(34)를 포함하여 구성된다.
수신부(31)는 계측부(10) 및 배기가스 계측부(20)로부터 계측된 전기적 신호를 수신한다. 계측부(10)로부터 계측된 전기적 신호는 선박의 위치를 포함하는 선박의 정보이고, 배기가스 계측부(20)로부터 계측된 전기적 신호는 중유의 불완전 연소 영역에서 발생하게 되는 유해한 배기가스의 배출량이다.
판단부(32)는 배기가스의 배출량이 미리 설정된 기준치를 초과하는지 여부를 판단한다. 추가적으로 판단부(32)는 배기가스의 배출량이 미리 설정된 기준치를 일정시간동안 초과하는지 여부를 판단한다.
선정부(33)는 판단부(32)의 판단결과 배기가스의 배출량이 미리 설정된 기준치를 초과하거나 또는 일정시간동안 지속적으로 배기가스의 배출량이 미리 설정된 기준치를 초과하는 경우 추력부(40)에 제공될 추력 출력량을 선정한다. 이때 추력 출력량은 유해한 배기가스의 배출량이 최소화될 수 있도록 추력부(40)의 출력을 65% 이상으로 분배되도록 선정된다. 또한 선정부(33)는 제 1 내지 제 4 출력부(41, 42, 43, 44)에 제공될 추력 출력량을 65% 이상으로 균등하게 분배되도록 선정됨이 바람직하다.
출력부(34)는 선정부(33)에 의해 선정된 추력 출력량에 해당하는 제어신호를 추력부(40), 즉 제 1 내지 제 4 추력부(41, 42, 43, 44)에 각각 출력한다. 여기서 추력 출력량은 제 1 내지 제 4 추력부(41, 42, 43, 44)에서 미리 정해진 위치를 유지하기 위해서 필요로 하는 추력값을 의미한다. 추력 출력량은 해상 환경에 따라 차이가 있을 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 배기가스의 배출량을 고려한 동적 위치 제어 시스템의 위치 제어 방법을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 배기가스의 배출량을 고려한 동적 위치 제어 시스템의 위치 제어 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 도시하고 있다. 배기가스의 배출량을 고려한 동적 위치 제어 시스템의 위치 제어 방법은 DP 컨트롤러(30)에서 수행된다.
DP 컨트롤러(30)는 계측부(10)로부터 계측된 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 수신하다(S11).
또한 DP 컨트롤러(30)는 배기가스 계측부(20)로부터 계측된 유해한 배기가스의 배출량을 수신한다(S13).
상술된 S11 단계와 S13 단계는 순서에 관계없이 후술하는 S15 단계 이전에 수신하면 구현 가능하다.
DP 컨트롤러(30)는 배기가스의 배출량이 미리 설정된 기준치를 초과하는지 여부를 판단한다(S15).
상기 S15 단계의 판단결과 배기가스의 배출량이 기준치를 초과하지 않은 경우 DP 컨트롤러(30)는 상술된 S11 단계에서 수신된 선박 정보만을 고려하여 선박이 미리 정해진 위치 또는 범위를 유지하도록 생성된 제어신호를 추력부(40)에 출력한다(S16).
상기 S15 단계의 판단결과 배기가스의 배출량이 기준치를 초과한 경우 DP 컨트롤러(30)는 상술된 S11 단계에서 수신된 선박 정보와 상술된 S13 단계에서 수신된 배기가스의 배출량을 고려하여 선박이 미리 정해진 위치를 유지하면서도 배기가스의 배출량을 최소화시킬 수 있도록 추력부(40)에 제공될 추력 출력량을 산정한다(S17). 이때 유해한 배기가스는 중유의 불완전 영역에서 발생하게 된다. 유해한 배기가스는 추력부(40) 출력의 65% 미만에서 발생하게 되므로, 추력부(40)의 출력이 65% 이상이 유지되도록 추력부(40)의 추력 출력량을 선정한다.
도 4는 배기가스의 배출량과 추력부의 추력 출력량간의 관계 나타낸 그래프를 도시하고 있다. 도 4의 그래프에서 보는 바와 같이 추력부의 출력, 즉 엔진 출력이 65% 이하에서 배기가스의 배출량이 증가하고 추력부의 출력, 즉 엔진 출력이 65% 이상에서 배기가스의 배출량이 감소됨을 볼 수 있다.
이후 DP 컨트롤러(30)는 상술된 S17 단계에서 선정된 추력부(40)의 추력 출력량에 해당하는 제어신호를 추력부(40)에 출력한다(S19). 이때 선박의 저부에 설치된 추력부(40), 즉 선수에 설치된 제 1 및 제 2 추력부(41, 42) 및 선미에 설치된 제 3 및 제 4 추력부(43, 44)에 균등하게 분배된 추력 출력량에 해당하는 제어신호를 각각 출력하여 선박이 정해진 위치를 유지하도록 하면서도 배기가스의 배출량을 감소시켜 대기오염을 줄일 수 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
10 : 계측부 20 : 배기가스 계측부
30 : DP 컨트롤러 31 : 수신부
32 : 판단부 33 : 선정부
34 : 출력부 40 : 추력부

Claims (7)

  1. 선박의 현재 위치가 정해진 범위를 벗어나지 않도록 선박의 위치를 제어하는 동적 위치 제어 시스템에 있어서,
    상기 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 계측하는 계측부;
    선박의 저부에 설치되어 상기 선박의 위치를 제어하는 하나 이상의 추력부;
    상기 선박의 굴뚝(Funnel)에 설치되어 중유의 불완전 연소 영역에서 발생되는 배기가스의 배출량을 계측하는 배기가스 계측부; 및
    상기 계측부로부터 계측된 선박 정보에 기초하여 상기 선박의 위치를 유지하도록 생성된 제어신호를 상기 추력부에 출력하되, 상기 배기가스 계측부로부터 계측된 배기가스의 배출량에 기반하여 상기 선박의 위치를 유지하면서 배기가스의 배출량을 최소화할 수 있는 추력 출력량을 선정하고 선정된 추력 출력량에 해당하는 제어신호를 상기 추력부에 출력하는 DP 컨트롤러를 포함하며,
    상기 DP 컨트롤러는
    상기 배기가스의 배출량이 미리 설정된 기준치를 초과하는지 여부를 판단하고 그 판단결과 상기 배기가스의 배출량이 미리 설정된 기준치를 초과하는 경우 상기 선정된 추력 출력량을 65% 이상으로 상기 하나 이상의 추력부에 균등하게 분배하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 제어 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 선정된 추력 출력량은 상기 하나 이상의 추력부에서 미리 정해진 상기 선박의 위치를 유지하기 위해서 필요로 하는 추력값인 것을 특징으로 하는 동적 위치 제어 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 DP 컨트롤러는
    상기 배기가스 계측부로부터 계측된 배기가스의 배출량을 미리 정해진 화면상에 표시하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 제어 시스템.
  5. 선박의 현재 위치가 정해진 범위를 벗어나지 않도록 선박의 위치를 제어하는 동적 위치 제어 시스템의 위치 제어 방법으로서,
    상기 동적 위치 제어 시스템에 포함된 계측부로부터 계측된 상기 선박의 위치를 포함하는 선박 정보를 수신하는 단계;
    상기 선박의 굴뚝에 설치된 배기가스 계측부로부터 중유의 불완전 연소 영역에서 계측된 배기가스의 배출량을 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 선박 정보에 기초하여 상기 선박의 위치를 유지하도록 생성된 제어신호를 선박의 저부에 설치된 하나 이상의 추력부에 출력하는 단계를 포함하되,
    상기 출력하는 단계는
    상기 수신된 배기가스의 배출량에 기반하여 상기 선박의 위치를 유지하면서 배기가스의 배출량을 최소화할 수 있는 추력 출력량을 선정하고 선정된 추력 출력량에 해당하는 제어신호를 상기 추력부에 출력하는 단계를 포함하며,
    상기 출력하는 단계는
    상기 배기가스의 배출량이 미리 설정된 기준치를 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 판단하는 단계의 판단결과 상기 배기가스의 배출량이 미리 설정된 기준치를 초과하는 경우 상기 선정된 추력 출력량을 65% 이상으로 상기 하나 이상의 추력부에 균등하게 분배하는 단계를 포함하는
    는 것을 특징으로 하는 동적 위치 제어 시스템의 위치 제어 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 선정된 추력 출력량은 상기 하나 이상의 추력부에서 미리 정해진 상기 선박의 위치를 유지하기 위해서 필요로 하는 추력값인 것을 특징으로 하는 동적 위치 제어 시스템의 위치 제어 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 출력하는 단계는
    상기 수신된 배기가스의 배출량을 미리 정해진 화면상에 표시하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 위치 제어 시스템의 위치 제어 방법.
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