KR102275649B1 - 판정 장치 및 판정 방법 - Google Patents

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KR102275649B1
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노부히로 신무라
아키히로 안도
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카와사키 주코교 카부시키 카이샤
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Abstract

판정 장치는, 액화 가스 운반선의 밸러스트 항해시에 액화 가스를 사용하여 수행하는 동작의 효과 판정을 수행하는 판정 장치로서, 스프레이 기구의 스프레이 동작에 의해 발생하는 탱크의 저부에서의 액화 가스의 액체 온도의 변화에 기초하여 스프레이 한계 지표를 연산하는 스프레이 한계 지표 연산부와, 스프레이 한계 지표가 소정의 범위를 벗어나는지 여부에 따라 스프레이 동작에 의한 탱크의 냉각 효과의 판정을 수행하는 판정부를 구비한다.

Description

판정 장치 및 판정 방법
본 발명은 액화 가스 운반선을 위한 동작의 판정 장치 및 판정 방법에 관한 것이다.
액화 가스 운반선(LNG 운반선)은 액화 가스(LNG)를 육상에 보낸 후(하역 후)의 밸러스트(ballast) 항해시에는, 탱크 온도를 소정의 온도 이하로 유지할 필요가 있다. 따라서, 탱크를 냉각하기 위해, LNG를 스프레이(spray)하는 동작이 수행된다. 또한, 탱크 내의 LNG 및/또는 그것을 증발시킨 증발 가스는 연료로서 LNG 운반선의 항해에 이용된다. 이 때문에, 밸러스트 항해 전(하역지)에 LNG를 탱크에 어느 정도 남겨둘 필요가 있다. 이와 같이 탱크에 남아있는 LNG는 힐(heel)이라고 부른다. 밸러스트 항해에서 힐 량은 스프레이 동작 및 연료 공급 동작에 필요한 LNG 량을 고려하여 설정할 필요가 있다.
여기서, 연료 가격 상승에 따른 운항 비용 절감, 온실효과 가스(GHG) 배출량 감축 문제, 나아가 안전 운항, 운송 품질의 유지 향상 등의 요구가 높이지면서, LNG 운반선을 포함한 선박에서 최적 항로 연산은 선박의 운항 관리에 있어서 유효 수단으로서 중요시되고 있다(예를 들어, 하기 특허문헌 참조). 운반 비용 절감 및 운반 효율의 향상을 위해서, LNG 운반선의 탱크 내의 LNG는 하역지에서 가능한 한 하역하고, 최소한의 힐 량으로 귀환로를 항해(밸러스트 항해)하는 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 최적 항로 연산 방법의 발달에 의해, 스프레이 동작 및 연료 공급 동작 등의 LNG를 사용하여 수행하는 동작에서 LNG 사용량의 예측 정확도가 높아지면 밸러스트 항해시의 힐 량은 최소로 설정될 것으로 예상된다.
일본특허공보 제4934756호
그러나, 힐 량이 너무 낮게 설정되면, 저류되어 있는 LNG의 변질에 의한 문제가 표면화되기 쉬워진다. LNG는 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 등의 복수의 성분으로 구성되고, 각각의 성분은 끓는점(포화 온도)이 다르다. 따라서, 탱크의 온도가 서서히 상승해 가는 것을 억제하기 위해 탱크에 LNG를 스프레이하면, 스프레이한 LNG 중 포화 온도가 낮은 성분인 메탄은 증발하는 반면, 메탄에 비해 비중이 커서 포화 온도가 높은 에탄, 프로판, 부탄 등은 별로 증발하지 않고 액체로서 힐에 되돌아온다. 따라서, 힐에 남는 LNG의 성분 조성이 중질화되고, 힐 전체적으로 포화 온도도 서서히 높아진다(증발하기 어려워진다).
그 결과, 힐의 온도도 점차 높아지게 되고, 스프레이를 수행하여도 탱크의 온도는 내려가기 어려워진다(스프레이 냉각 효과의 감소). 또한, 힐의 중질화가 진행하면, 스프레이에 의한 증발 가스에서 차지하는 에탄, 프로판, 부탄의 비율이 증가하기 때문에, 엔진이 노킹을 일으키기 쉬워져, 해당 LNG 및/또는 그것을 증발시킨 증발 가스를 연료로 사용할 수 없게 되는 문제도 발생할 수 있다.
최적 항로 연산을 기초로 한 LNG 운반선의 운항 계획의 책정에 있어서, 이상과 같은 LNG의 변질에 의한 문제는 지금까지 고려되지 않았고, LNG 운반선의 밸러스트 항해시에 LNG를 사용하여 수행하는 각종 동작의 예측을 정확하게 하기는 어려웠다.
본 발명은 상술한 사항을 감안하여 이루어진 것으로, 액화 가스 운반선의 밸러스트 항해시에 액화 가스를 사용하여 수행하는 동작의 효과 판정을 용이하게 할 수 있는 판정 장치 및 판정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 판정 장치는, 액화 가스 운반선의 밸러스트 항해시에 액화 가스를 사용하여 수행하는 동작의 효과 판정을 수행하는 판정 장치로서, 상기 액화 가스 운반선은 액화 가스를 저장하는 탱크와, 상기 탱크 내의 상기 액화 가스의 일부를 추출하고, 상기 탱크 내에서 스프레이하는 스프레이 기구를 구비하고, 상기 판정 장치는, 상기 스프레이 기구의 스프레이 동작에 의해 발생하는 상기 탱크의 저부에서의 상기 액화 가스의 액체 온도의 변화에 기초하여 스프레이 한계 지표를 연산하는 스프레이 한계 지표 연산부와, 상기 스프레이 한계 지표가 소정의 범위를 벗어나는지 여부에 따라 상기 스프레이 동작에 의한 상기 탱크의 냉각 효과의 판정을 수행하는 판정부를 포함한다.
상기 구성에 따르면, 탱크 내에서의 스프레이 작업의 실행 전후의 탱크 저부의 액체 온도 변화에 기초하여 스프레이 한계 지표를 연산함으로써, 힐의 중질화의 정도가 예측된다. 이에 따라서, 액화 가스 운반선의 밸러스트 항해시에 액화 가스를 사용하여 수행하는 동작의 효과 판정을 용이하게 할 수 있다.
상기 판정 장치는, 상기 밸러스트 항해의 출발지에서 상기 탱크에 저장된 상기 액화 가스의 양을 나타내는 초기 힐 량을 이용하여, 상기 밸러스트 항해의 상기 출발지에서 도착지까지의 항로에서의 상기 스프레이 기구의 스프레이 동작을 시뮬레이션하는 시뮬레이션 실행부를 구비하고, 상기 시뮬레이션 실행부는, 상기 시뮬레이션에서, 상기 도착지에 도착할 때까지 상기 스프레이 한계 지표가 상기 범위를 벗어나는 경우, 이후의 상기 스프레이 기구의 작동 형태를 변경하여 상기 시뮬레이션을 계속하도록 하도록 구성되어도 좋다. 이에 따라서, 스프레이 동작의 효율성을 판단할 수 있다.
상기 판정 장치는, 상기 밸러스트 항해의 출발지에서 상기 탱크에 저장된 상기 액화 가스의 양을 나타내는 초기 힐 량을 이용하여, 상기 밸러스트 항해의 상기 출발지에서 도착지까지의 항로에서의 상기 스프레이 기구의 스프레이 동작을 시뮬레이션하는 시뮬레이션 실행부를 구비하고, 상기 시뮬레이션 실행부는, 상기 시뮬레이션에서, 상기 도착지에 도착할 때까지 상기 스프레이 한계 지표가 상기 범위를 벗어나는 경우, 상기 초기 힐 량을 증량하여 재차 상기 시뮬레이션을 다시 하도록 구성되어도 좋다. 이에 따라서, 사전에 초기 힐 량이 최소(최적)인지를 판단할 수 있다.
상기 스프레이 한계 지표 연산부는 상기 액화 가스의 스프레이 동작 전의 상기 액화 가스의 단위 시간당 액체 온도 변화량과 상기 액화 가스의 스프레이 동작 후의 상기 액화 가스의 단위 시간당 액체 온도 변화량의 차이를 상기 스프레이 한계 지표로 연산하여도 좋다. 탱크 내에서의 스프레이의 실행 전후의 탱크 저부에서의 단위 시간당 액체 온도 변화량을 각각 연산하여 비교함으로써 힐의 중질화의 정도를 적절히 예측할 수 있다.
상기 액화 가스 운반선은 복수의 탱크를 구비하고, 상기 밸러스트 항해시에 상기 복수의 탱크 중 적어도 1개가 최소한의 상기 액화 가스밖에 저장되지 않은 논 힐(non-heel) 탱크이고, 상기 스프레이 한계 지표 연산부는 상기 논 힐 탱크의 저부에서의 상기 액화 가스의 액체 온도에 기초하여 상기 스프레이 한계 지표를 연산하여도 좋다. 탱크 내에 저장되는 힐 량이 처음부터 적은 논 힐 탱크에서의 온도 변화를 시뮬레이션함으로써 힐의 중질화에 따른 액체 온도 변화를 정밀하게 검출할 수 있다.
상기 액화 가스 운반선은 복수의 탱크를 구비하고, 상기 밸러스트 항해시에 상기 복수의 탱크 중 적어도 2개가 상기 액화 가스 운반선의 항해에 이용되는 상기 액화 가스가 저장된 힐 탱크이고, 상기 스프레이 기구는, 상기 적어도 2개의 힐 탱크 중 적어도 하나로부터 각각의 탱크 내에서 스프레이되는 액화 가스를 공급하도록 구성되며, 상기 스프레이 한계 지표가 상기 범위를 벗어나는 경우, 각각 탱크 내에서 스프레이되는 액화 가스의 공급원이 되는 힐 탱크를 다른 힐 탱크로 전환하여도 좋다. 이에 따라서, 복수의 탱크가 힐 탱크로 설정되어 있는 경우에. 최적의 타이밍에서 액화 가스의 공급원의 전환을 수행할 수 있다.
상기 판정 장치는, 상기 스프레이 한계 지표가 상기 범위를 벗어나는 경우, 이후의 상기 스프레이 동작을 정지하여도 좋다. 이에 따라서, 효과를 기대할 수 없는 스프레이 동작을 계속하는 것을 방지할 수 있다.
상기 액화 가스 운반선은 상기 탱크에 저장된 상기 액화 가스를 연료로 사용 가능한 예혼합 연소 가스 엔진을 구비하고, 상기 판정 장치는 상기 스프레이 기구에 의한 상기 액화 가스의 스프레이 동작 실행 후의 상기 탱크에 저장된 상기 액화 가스 및 상기 탱크 내의 증발 가스의 조성 변화를 연산하고, 해당 액화 가스 및 증발 가스의 메탄가를 연산하는 메탄가 연산부를 구비하고, 상기 판정부는 상기 액화 가스의 스프레이 동작 실행 후의 메탄가가 소정의 범위를 벗어나는지 여부를 판정하도록 구성되어도 좋다.
상기 구성에 따르면, 스프레이 동작 실행 후의 증발 가스 및 탱크에 저장된 액화 가스(힐)의 조성 변화량을 연산하고, 해당 증발 가스 및 힐의 메탄가를 연산함으로써, 증발 가스 및 힐의 중질화의 정도가 예측된다. 따라서, 탱크 내의 액화 가스를 예혼합 연소 가스 엔진의 연료로 사용 가능한지 여부를 쉽게 판정할 수 있다. 따라서, 스프레이 동작의 효과뿐만 아니라, 연료 공급 동작의 효과를 판단할 수 있다.
상기 판정 장치는, 상기 밸러스트 항해의 출발지에서 상기 탱크에 저장된 상기 액화 가스의 양을 나타내는 초기 힐 량을 이용하여, 상기 밸러스트 항해의 상기 출발지에서 도착지까지의 항로에서의 상기 스프레이 기구의 스프레이 동작을 시뮬레이션하는 시뮬레이션 실행부를 구비하고, 상기 시뮬레이션 실행부는, 상기 시뮬레이션에서, 상기 도착지에 도착할 때까지 상기 메탄가가 사기 범위를 벗어나는 경우, 이후의 상기 예혼합 연소 가스 엔진으로의 상기 액화 가스의 공급 형태를 변경하여 상기 시뮬레이션을 계속하도록 구성되어도 좋다. 이에 따라서, 스프레이 동작의 효과 뿐만 아니라, 연료 공급 동작의 효과를 사전에 판단할 수 있다.
상기 판정 장치는, 상기 밸러스트 항해의 출발지에서 상기 탱크에 저장된 상기 액화 가스의 양을 나타내는 초기 힐 량을 이용하여, 상기 밸러스트 항해의 상기 출발지에서 도착지까지의 항로에서의 상기 스프레이 기구의 스프레이 동작을 시뮬레이션하는 시뮬레이션 실행부를 구비하고, 상기 시뮬레이션 실행부는, 상기 시뮬레이션에서, 상기 도착지에 도착할 때까지 상기 메탄가가 상기 범위를 벗어나는 경우, 상기 초기 힐 량을 증량하여 재차 상기 시뮬레이션을 다시 하도록 구성되어도 좋다. 이에 따라서, 초기 힐 량이 최소(최적)인지를 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 판정 방법은, 액화 가스 운반선의 밸러스트 항해시에 액화 가스를 사용하여 수행하는 동작의 효과 판정을 수행하는 판정 방법으로서, 상기 액화 가스 운반선은 액화 가스를 저장하는 탱크와, 상기 탱크 내의 상기 액화 가스의 일부를 추출하고, 상기 탱크 내에서 스프레이하는 스프레이 기구를 구비하고, 상기 판정 방법은, 상기 스프레이 기구의 스프레이 동작에 의해 발생하는 상기 탱크의 저부에서의 상기 액화 가스의 액체 온도의 변화에 기초하여 스프레이 한계 지표를 연산하는 스프레이 한계 지표 연산 단계와, 상기 스프레이 한계 지표가 소정의 범위를 벗어나는지 여부에 따라 상기 스프레이 동작에 의한 상기 탱크의 냉각 효과의 판정을 수행하는 판정 단계를 포함한다.
상기 방법에 따르면, 탱크 내에서의 스프레이 동작의 실행 전후의 탱크 저부에서의 액체 온도 변화에 기초해 스프레이 한계 지표를 연산함으로써 힐 중질화의 정도가 예측된다. 이에 따라서, 액화 가스 운반선의 밸러스트 항해시에 액화 가스를 사용하여 수행하는 동작의 효과 판정을 용이하게 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 액화 가스 운반선의 밸러스트 항해시에 액화 가스를 사용하여 수행하는 동작의 효과 판정을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 판정 장치의 개략적인 구성을 도시하는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시된 판정 장치의 대상이 되는 액화 가스 운반선의 추진 시스템의 일례를 도시하는 개략적인 구성도이다.
도 3은 도 2에 도시된 액화 가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다.
도 4는 논 힐 탱크의 0% 위치 액체 온도의 시간적 변화를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대하여 도면을 참조하면서 상세히 설명한다. 여기서, 이하에서는 모든 도면을 통해 동일 또는 대응하는 요소에는 동일한 참조 부호를 부여하고 그 중복된 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 판정 장치의 개략적인 구성을 도시하는 블록도이다. 도 1에 도시된 판정 장치(1)는 입력부(2), 저장부(3), 연산부(4) 및 출력부(5)를 구비한다. 판정 장치(1)의 각각의 구성(2 ~ 5)은 버스(6)에 의해 상호간에 데이터 전달을 수행한다. 판정 장치(1)는 육상 시설의 컴퓨터에 의해 구성되어도 좋고, 액화 가스 운반선(LNG 운반선)에 설치된 컴퓨터 또는 제어 장치로 구성되어도 좋다. 또한, 판정 장치(1)를 구성하는 일부의 기능을 LNG 운반선에 설치된 컴퓨터가 발휘하고, 다른 기능을 육상에 설치된 컴퓨터가 발휘하여, 선박 육상간 통신 등의 통신 수단에 의해 서로의 데이터의 상호간 통신이 이루어지도록 구성되어도 좋다.
입력부(2)는 LNG 운반선의 출발지, 도착지, 출발 시간 및 도착 시간 등의 정보를 사용자가 입력할 수 있는 입력 장치로서 구성된다. 또한, 입력부(2)로부터 입력되는 정보는 밸러스트 항해의 출발지(LNG의 하역지)에서 LNG 운반선의 탱크에 저장하는 액화 가스(LNG)의 힐 량(초기 힐 량), LNG 조성(초기 조성), LNG 액체 온도(초기 액체 온도) 및 탱크 압력(초기 탱크 압력) 등을 포함한다. 저장부(3)는 입력부(2)로부터 입력된 정보를 저장한다. 또한, 저장부(3)에는 후술하는 LNG 운반선의 성능 데이터와, 적어도 LNG 운반선이 항해하는 항로 영역의 기상 데이터와, 예측 연산 프로그램, 최적 항로 연산 프로그램 등의 각종 연산 프로그램이 미리 저장되어 있다.
LNG 운반선의 성능 데이터는, 각각의 LNG 운반선이 개별적으로 구비하는 성능 데이터이다. 기상 데이터는, 예를 들어 외부 기관 등으로부터 제공된다. 기상 데이터는, 예를 들어 현재로부터 1주일 간의 항로 영역 등의 기상(바다 기상)에 관한 데이터이다. 여기서, 기상 데이터는 네트워크를 통해 외부로부터 순서대로 송신되고, 저장부(3)에 자동으로 저장되도록 구성되어도 좋다.
연산부(4)는 저장부(3)에 저장된 각종 정보에 기초해 LNG 운반선의 최적 항로 및 해당 항로에서의 각종 동작 제어를 포함하는 최적 운항 계획을 연산하는 최적 운항 계획 연산 처리를 수행한다. 최적 운항 계획은 최적 항로에 시간의 개념(출발 시간, 도착 시간, 항로 상의 소정의 위치에서의 시각, 항로 상의 소정의 위치에서의 정지 시간 등의 적절한 값)을 더해 최적 항로 상의 각 시각에서의 각종 동작의 실행 여부를 포함하는 것이다.
이를 위해, 연산부(4)는 최적 항로 연산 프로그램 및 예측 연산 프로그램 등을 적절히 수행함으로써 정보 입력 접수부(41), 최적 항로 연산부(42), 예측 연산부(43) 등의 기능을 발휘한다.
정보 입력 접수부(41)는, LNG 운반선(100)의 출발지, 도착지, 출발 시간, 도착 시간, 초기 힐 량, 초기 조성, 초기 액체 온도 및 초기 탱크 압력 등을 포함하는 정보의 입력을 접수한다. 최적 항로 연산부(42)는 입력된 정보와, 저장부(3)에 저장되어 있는 선박의 성능 데이터와, 선박이 항해하는 항로 영역의 기상 데이터에 기초하여, 최적 항로를 연산한다. 최적 항로 연산부(42)는 예를 들어, 동적 프로그래밍(DP)법, 변분법, 데이크스트라(Dijkstra) 법, A*법 또는 등시간 곡선법 등에 의해 최적 항로 연산을 수행할 수 있다. 최적 항로 연산부(42)는 예를 들어, 기상 데이터를 기초로 하는 파고, 선체 동요 등의 항해의 안전성에 관한 파라미터와, 선박의 성능 데이터를 기초로 한 연비와 평가 함수를 최소화하도록 하는 항로를 최적 항로로 연산한다.
예측 연산부(43)는 LNG 운반선의 밸러스트 항해시에 LNG를 사용하여 수행하는 동작의 실행 예측 연산을 수행한다. 따라서, 예측 연산부(43)는 시뮬레이션 실행부(431), 스프레이 한계 지표 연산부(432), 판정부(433), 메탄가 연산부(434) 등의 기능을 발휘한다. 자세한 내용은 후술한다.
출력부(5)는 연산부(4)의 연산 결과를 출력한다. 예를 들어, 출력부(5)는 판정 장치(1)에 연결된 표시 장치(미도시)로, 지도(해도) 상에 연산부(4)에 의해 계산된 최적 운항 계획을 표시한다. 또한, 출력부(5)는 해당 지도에 스프레이 제어를 실행하는 지점을 표시하고, 그 실행 전후의 온도 변화를 나열하여도 좋다.
[LNG 운반선의 예시]
이하에서, 본 실시예에서 효과 판정 처리의 대상이 되는 LNG 운반선의 구성에 대해 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 판정 장치의 대상이 되는 액화 가스 운반선(LNG 운반선)(100)의 추진 시스템(900)의 일례를 도시하는 개략적인 구성도이다. 도 2에 도시된 LNG 운반선(100)은 추진 시스템(900)으로서 DFD(이원 연료 디젤) 전기 추진 방식을 채용하고 있다.
LNG 운반선(100)의 추진 시스템(900)은 발전 유닛(910)과, 발전 유닛(910)에서 발전한 전력으로 구동되는 추진 유닛(930)과, 발전 유닛(910)으로부터 추진 유닛(930)으로의 전력 공급 계통에 설치된 배전제어 유닛(920)을 구비한다. 발전 유닛(910)에는 복수 세트의 발전용 엔진(102) 및 발전기(912) 등이 포함되어 있다. 엔진(102)에서 발생한 기계 에너지는 발전기(912)에서 전력으로 출력된다.
추진 유닛(930)에는 적어도 하나의 추진 전동기(931), 추진 전동기(931)의 출력으로 구동되는 추진기(933), 추진 전동기(931)로부터 추진기(933)로의 동력 전달 경로 상에 설치된 감속기(932) 등이 포함된다. 배전제어 유닛(920)에는 발전 유닛(910)으로부터의 전력을 분배하는 배전반(921)이나 추진 전동기(931)의 출력(즉, 회전수)를 제어하는 인버터(922) 등이 포함되어 있다. 그러나, 추진 전동기(931)의 회전수는 일정하고, 가변 피치 프로펠러를 채용하여 피치를 변화시킴으로써 추진력이 조정되어도 좋다.
추진 전동기(931)의 회전수는, 예를 들어, 도시되지 텔레그래프 레버 등의 조종 장치의 조작량에 의해 결정되고, 이러한 회전수에 대응한 전력 요구 값에 해당하는 전력이 배전제어 유닛(920)에서 추진 유닛(930)으로 공급된다. 이와 같이 추진 유닛(930)에서 사용되는 전력에 더하여, 보조 엔진이나 선내 설비 등에서 사용되는 전력이 발전 유닛(910)에서 발전된 전력으로 조달될 수 있도록 발전량에 대응하는 양의 연료가 발전 유닛(910)에 공급된다.
상기 구성의 추진 시스템(900)에서 엔진(102)은 기름과 가스를 연소하는 이원 연료 방식의 4 사이클 디젤 엔진이다. 따라서, 엔진(102)으로의 연료 공급 계통에는, 엔진(102)에 연료 가스를 공급하는 연료 가스(예를 들어, 혼합 연소 가스) 공급 계통(960)과, 엔진(102)에 연료유 탱크(950)에 저장된 중유 등의 연료유를 공급하는 연료유 공급 계통(970)이 포함되어 있다. 여기서, 도 2에서는, 연료 가스 공급 계통(960)이 점선 화살표로 표시되고, 연료유 공급 계통(970)이 실선 화살표로 표시되어 있다. 연료 가스 공급 계통(960)은 액화 가스 반송용 탱크(103) 내의 액화 가스가 자연 증발한 가스(이하, 「NBOG」라고 한다) 및/또는 탱크(103) 내의 액화 가스가 강제 증발된 강제 증발 가스(이하, 「FBOG」라고 한다)를 엔진(102)에 공급하는 연료 가스 공급 시스템(110)에 의해 구성되어 있다. 이하에서, 연료 가스 공급 시스템(110)에 대해 상세하게 설명한다.
도 3은 도 2에 도시된 액화 가스 운반선의 연료 가스 공급 시스템(110)의 개략적인 구성을 도시하는 도면이다. LNG 운반선(100)에는, 선장 방향으로 배열된 복수의 대형 탱크(103)가 형성되어 있고, 도 3에는 4개의 탱크(103)가 도시되어 있다. 따라서, 도 3 및 이하의 설명에서는 복수의 탱크의 각각의 탱크(103i)(i = 1, 2, 3, 4)로 표기한다. 탱크(103i)는 LNG를 대기압 하에서 약 -162 ℃의 액체 상태로 유지할 수 있도록 극저온 상태를 유지할 수 있는 방열 성능을 가진다.
도 3에 도시된 연료 가스 공급 시스템(110)은 액화 가스를 저장하는 탱크(103i)(i = 1, 2, 3, 4)와, 토출량이 가변인 압축기(104)와, 탱크(103i) 내에서 발생한 NBOG를 압축기(104)로 인도하는 증발 가스 라인(410)과, NBOG을 포함한 가스가 압축기(104)에 의해 압축된 연료 가스(예를 들어, 혼합 연소 가스)를 엔진(102)에 인도하는 연료 가스 공급 라인(420)을 구비한다.
탱크(103i) 내는 저류된 LNG의 액면(液面)을 개재하여 하측이 액상 부분(103a), 마찬가지로 상측이 기상 부분(103b)이 되고, 기상 부분(103b)에는 NBOG를 포함하는 가스가 존재한다. 탱크(103i)에는 탱크(103i) 내의 LNG의 액면 레벨을 검출하는 액위계(미도시)가 설치되어 있다.
LNG 운반선(100)에서는, 일반적으로 가스 생산 지역으로부터 가스 소비지(하역지)로 항해(레이든(laden) 항해)할 때와, 가스 소비지로부터 가스 생산 지역으로 항해(밸러스트 항해)할 때에, 탱크(103i)의 액상 부분(103a)과 기상 부분(103b)의 비율이 다르다. 예를 들어, LNG 운반선(100)이 가스 생산 지역에서 가스 소비지로 항해할 때에는, 탱크(103i) 내에는 액화 가스로 채워져 있다. 예를 들어, LNG의 액상 부분(103a)이 탱크 용량의 약 98.5 % 이상을 차지하는 상태를 「만재(滿載)」라고 한다. LNG 운반선(100)이 가스 소비지에서 가스 생산 지역으로 항해할 때에는 탱크(103) 내에는 소량의 LNG가 수용되어 있다. 예를 들어, LNG의 액상 부분(103a)이 탱크 용량의 약 1.5 % 이하인 상태를 「공재(空裁)」라고 한다. 여기서, LNG 운반선(100)의 항해 중에 탱크(103i) 내에서 LNG가 증발함에 따라서, 액상 부분(103a)과 기상 부분(103b)의 비율은 다소 변동한다.
증발 가스 라인(410)은 탱크(103i)의 상부로 개구하는 가스 흡입구(410a)와 압축기(104)의 입구를 연결하는 적어도 하나의 배관 등으로 구성되어 있다. 이러한 증발 가스라인(410)에 의해 탱크(103i) 내의 NBOG가 압축기(104)로 인도된다. 본 실시예에 따르면, 각각의 탱크(103i)와 연결된 증발 가스 라인(410)은 베이퍼 가스 헤더(410b)에서 하나로 묶어 있고, 증발 가스 라인(410)의 베이퍼 가스 헤더(410b)로부터 하류 측에서는, 각각의 탱크(103i)로부터 유출된 LNG가 합류하여 압축기(104)로 흐른다. 여기서, 증발 가스 라인(410)의 베이퍼 가스 헤더(410b) 보다 하류 측에는, 도시되지 않지만 압축기(104)에 유입되는 가스를 냉각하는 프리 쿨러(pre cooler)나 압축기(104)에 유입되는 가스로부터 수분을 제거하는 미스트 세퍼레이터(mist separator) 등이 설치되어 있다.
증발 가스 라인(410)에는 탱크(103) 내의 LNG를 압축기(104)로 인도하는 강제 증발 가스 라인(510)의 하류단이 연결되어 있다. 강제 증발 가스 라인(510)에는 탱크(103) 내의 액상 부분(103a)에 배치된 펌프(310)와, 증발기(520)와, 증발기(520)로 유입되는 LNG의 유량을 제어하는 강제 증발 밸브(530)가 설치되어 있고, 이들은 배관 등에 의해 연결되어 있다. 이러한 강제 증발 가스 라인(510)에서는 펌프(310)의 가동에 의해 탱크(103i) 내의 LNG가 증발기(520)로 압송되고, 증발기(520)에서 LNG가 강제로 증발된 FBOG가 압축기(104)로 보내진다.
압축기(104)는 상류 측으로부터 인도된 가스를 하류 측으로 압송하는 장치이다. 압축기(104)에서 흡입된 NBOG 및/또는 FBOG는 압축되어 연료 가스 공급 라인(420)으로 토출된다. 이와 같이 압축된 NBOG 및/또는 FBOG는 연료 가스로서 엔진(102)에서 이용된다. 본 실시예에 따른 압축기(104)는 로우 듀티 컴프레서(low duty compressor)로서, 예를 들어, 대략 대기압인 가스를 흡입하여 엔진(102)의 요구 압력인 500 kPa(≒ 5 bar) 정도로 승압하여 토출하도록 구성되어 있다. 본 실시예에 따른 압축기(104)는, 예를 들어 축류식 또는 원심식의 압축기 등이고, 흡입구의 개구도 및/또는 모터의 회전수를 조절하여 토출량(또는, 흡입량)이 가변하도록 구성되어 있다.
연료 가스 공급 라인(420)은 압축기(104)의 토출구와 엔진(102)의 입구를 연결하는 적어도 하나 이상의 배관 등으로 구성되어 있다. 연료 가스 공급 라인(420)에는 다른 부분보다 큰 유로 단면적을 가지는 가스 헤더(420a)가 설치되어 있다. 연료 가스 공급 라인(420)은 이러한 가스 헤더(420a)로부터 하류 측에서 분기하여 복수의 엔진(102)과 연결되어 있다. 여기서, 도 3에서는 복수의 엔진(102) 중 하나가 도시되어 있다.
연료 가스 공급 라인(420)에는, 연료 가스 공급 라인(420)의 가스를 탱크(103i)로 반송하는 반송 라인(610)이 연결되어 있다. 본 실시예에 따른 반송 라인(610)의 상류단은 가스 헤더(420a)에 연결되어 있다. 반송 라인(610)의 하류단(630)은 탱크(103) 내에 위치하고 있다. 여기서, 본 실시예에 따르면, 반송 라인(610)은 각각의 탱크(103i)와 연결되어 있고, 연료 가스 공급 라인(420)으로부터 각각의 탱크(103i)에 연료 가스가 반송되도록 구성되어 있으나, 반송 라인(610)은 복수의 탱크(103) 중 적어도 하나에 가스를 반송하도록 구성되어 있으면 된다.
반송 라인(610)에는, 반송 라인(610)의 유로 단면적이 가변되도록 개도가 가변인 반송 밸브(620)가 설치되어 있다. 반송 밸브(620)의 개도가 제어됨으로써, 가스 헤더(420a)의 압력이 엔진(102)의 허용 범위 내에 있도록 제어된다.
또한, 연료 가스 공급 라인(420)에는 가스 연소 장치(GCU; Gas Combustion Unit)(830)에 가스를 인도하는 배기 라인(810)이 연결되어 있다. 본 실시예에 따른 배기 라인(810)의 상류단은 가스 헤더(420a)와 연결되어 있다. 가스 연소 장치(830)는 연료 가스 공급 라인(420)으로부터 배기 라인(810)을 통해 인도된 가스를 연소시키고, LNG 운반선(100)의 외부로 배출한다. 배기 라인(810)에는 배기 밸브(820)가 설치되어 있다.
또한, LNG 운반선(100)은 탱크(103i) 내의 LNG의 일부를 추출하여 탱크(103i) 내에서 스프레이하는 스프레이 기구(700)를 구비한다. 스프레이 기구(700)는 탱크(103i)의 저부에 배치된 펌프(310)와, 탱크(103i)의 외측에 배치된 집합 라인(710)과, 집합 라인(710)에 유입되는 LNG의 유량을 제어하는 스프레이 조절 밸브(720)와, 각각의 탱크(103i) 내로 연장된 스프레이 라인(730)과, 탱크(103i) 내부의 스프레이 라인(730)의 선단에 설치된 노즐(740)을 구비한다.
본 실시예에 따르면, 펌프(310)와 집합 라인(710) 사이의 배관을 강제 증발 가스 라인(510)과 공유하고 있다. 즉, 집합 라인(710)은 강제 증발 가스 라인(510)에서 분기하도록 배치되어 있다. 스프레이 기구(700)는 탱크(103i)에 저류된 LNG를 펌프(310), 집합 라인(710), 스프레이 라인(730) 및 스프레이 노즐(740)을 거쳐 탱크(103i) 내로 분사하는 스프레이 동작을 실시한다.
스프레이 노즐(740)은 개구도가 서로 다른 복수의 노즐이 전환 가능하게 구성되어 있다. 여기서, 이 대신에, 가변 밸브과 같이 하나의 노즐에서 개구도가 조정 가능하도록 구성되어도 좋고, 복수의 노즐을 구비하고, 그 중 일부 노즐의 개구부를 차폐하기 것으로 개구도가 조정 가능하도록 구성되어도 좋다.
스프레이 동작은 LNG의 액상 부분(103a)이 적은 상태가 되는 밸러스트 항해시에 수행된다. 밸러스트 항해시에는 탱크(103i) 내에 저장되는 LNG(액상 부분(103a), 힐)가 적어짐에 따라서, 탱크(103i)의 온도 및 탱크(103i) 내의 가스 온도가 탱크(103i)의 외부로부터의 침입열에 의해 상승한다. 이를 방지 또는 억제하기 위해 스프레이 동작이 수행된다. 따라서, 예를 들어, 스프레이 동작은 탱크(103i)의 적도 온도(탱크(103i)의 높이 방향 중앙부의 온도)가 소정 온도 이상(예를 들어, 액상 부분(103a)의 온도 + 50 ℃, 예를 들어 -110 ℃이 되는 경우에 실행된다.
복수의 펌프(310) 중, 스프레이 동작에서 가동되는 펌프(310)는 1 개이다. 즉, 복수의 탱크(103i) 중의 하나의 탱크(103i)(예를 들어, 1032)가 스프레이 동작을 위한 LNG의 공급원이 된다. 예를 들어, LNG 운반선(100)은 밸러스트 항해시에 복수의 탱크(103i) 중 적어도 하나는 내부에 최소(최저)한의 LNG밖에 저장되지 않은 논 힐(non-heel) 탱크로 되어 있다. 도 3의 예에서는, 4 개의 탱크(103i) 중 2 개의 탱크(1031, 1034)가 논 힐 탱크로 설정되어 있다. 논 힐 탱크(1031, 1034)는 하역지에서, 펌프(310)로 추출되지 않은 LNG가 결과적으로 탱크 내부에 남아있는 상태로 되어 있다.
한편, 나머지 탱크(1032, 1033)에는 LNG 운반선(100)의 항해 및 스프레이 동작에 이용되는 LNG(힐)가 저장되어 있고, 이하에서는 이들을 힐 탱크라고 칭한다. 힐 탱크(1032, 1033)는 스프레이 동작을 위한 LNG의 공급원이 되기도 한다.
스프레이 동작에서 스프레이 양의 조절은 펌프(310)로의 공급 전력 및 펌프(310)의 하류에 설정되는 밸브(미도시)의 개도를 조절하는 것에 의한 펌프 출력의 조절, 스프레이 노즐(740)으로부터의 LNG의 토출 시간의 조절 및/또는 스프레이 노즐(740)의 개구도 조절 등에 의해 이루어진다.
이상과 같이, 탱크(103i)의 온도 및 탱크(103i) 내의 가스 온도의 상승을 방지 또는 억제하기 위해 스프레이 동작이 수행된다. 스프레이 동작에 의해 발생하는 증발 가스는 엔진(102)에 연료로 공급되어 소비된다. 그러나, 엔진(102)에서 증발 가스의 소비량이 적고, 스프레이 동작에 의해 발생하는 증발 가스의 양이 많은 상태에서 탱크 압력이 허용 압력을 초과하는 경우에는 잉여 증발 가스는 탱크(103i)로부터 가스 연소 장치(830)로 보내지고, 당해 가스 연소 장치(830)에서 남은 증발 가스가 연소되어 배기된다. 이에 따라서, 잉여 증발 가스는 허비된다. 또한, 가스 연소 장치(830)에서 증발 가스의 처리량에도 한계가 있다. 따라서, 여분의 증발 가스를 내지 않기 위해서라도 스프레이 동작을 최적화하는 것이 요구된다.
[효과 판정 처리]
상기와 같이, LNG 운반선(100)의 밸러스트 항해시에는 스프레이 동작의 실행 및 엔진(102)에 연료로 공급하는 연료 공급 동작에 의해 LNG가 사용된다. 밸러스트 항해에서 힐 량은 스프레이 동작 및 연료 공급 동작에 필요한 LNG 량을 고려하여 설정할 필요가 있다. 판정 장치(1)의 예측 연산부(43)는 LNG 운반선(100)의 밸러스트 항해시에 이러한 동작의 예측 연산을 수행한다. 또한, 판정 장치(1)는 동작의 예측 연산 결과에 따라 이러한 동작의 효과를 판정한다.
[스프레이 동작에 대한 효과 판정 처리]
먼저, 스프레이 동작에 대한 효과 판정 처리에 대해 설명한다. 먼저, 예측 연산부(43)는 최적 항로 연산부(42)에서 연산되는 최적 항로 및 해당 최적 항로의 기상 데이터 등으로부터 탱크(103i) 내의 온도 변화를 예측한다. 그리고, 시뮬레이션 실행부(431)는 입력된 초기 힐 량을 이용하여, 밸러스트 항해의 출발지에서 도착지까지의 항로에서 스프레이 기구(700)의 스프레이 동작의 시뮬레이션을 실시한다. 이 때, 시뮬레이션 실행부(431)는 탱크(103i)의 온도 변화 및 탱크(103i) 내의 가스 온도 변화에 대응하여 스프레이 동작을 수행하는 경우의 스프레이 양, 스프레이 동작에 의한 탱크(103i)의 온도 변화, 탱크(103i) 내의 가스 온도 변화(억제 효과) 및 스프레이에 사용된 힐의 상태 등을 예측 연산한다.
시뮬레이션에서 스프레이 동작에 따른 힐의 상태 변화를 예측하기 위해, 스프레이 한계 지표 연산부(432)는 LNG의 스프레이 동작에 의해 발생하는 탱크의 저부에서 LNG의 액체 온도(이하, 0% 위치 액체 온도라고도 함)의 변화를 나타내는 스프레이 한계 지표를 연산한다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 탱크(103i) 내의 저부에 가상의 온도 측정기(750)가 설치되었다고 가정한 경우의 당해 온도 측정기(750)가 측정하는 온도의 변화가 시뮬레이션된다.
여기서, LNG 운반선(100)의 탱크(103i) 내의 저부에 실제로 온도 측정기(750)를 설치하거나, 저부에 일반적으로 설치되는 0% 액면 위치에서의 액체 온도계를 유용(流用)하고, 해당 측정 데이터에 기초하여 시뮬레이션을 실행하여도 좋다.
본 실시예에 따르면, 스프레이 한계 지표 연산부(432)는 논 힐 탱크(1031, 1034)의 저부에서의 LNG의 액체 온도에 기초하여 스프레이 한계 지표를 계산한다. 예를 들어, 스프레이 한계 지표 연산부(432)는 LNG의 스프레이 동작 전의 LNG의 단위 시간당 액체 온도(0% 위치 액체 온도) 변화량 dT1/dt와 LNG의 스프레이 동작 후의 LNG의 단위 시간당 액체 온도(0% 위치 액체 온도) 변화량 dT2/dt의 차이를 스프레이 한계 지표(SLI)(= dT2/dt - dT1/dt)로 연산한다.
상기 스프레이 한계 지표(SLI)의 의미에 대해 자세히 설명한다. 도 4는 논 힐 탱크의 0% 위치 액체 온도의 시간적 변화를 나타내는 그래프이다. 횡축인 시간축이 0의 위치가 밸러스트 항해의 출발 시각에 해당한다. 밸러스트 항해에서 출발지에서 항해를 시작하고 스프레이 동작을 수행할 때까지는 탱크(103i)의 적도 온도가 상승하는 반면, 0% 위치 액체 온도는 완만하게 상승한다(기간 N1). 적도 온도가 소정 온도 이상이 되면 스프레이 동작이 실행된다. 이 때, 힐 탱크(예를 들어, 탱크(1032))에 저장된 힐의 LNG가 펌프(310)에 의해 펌핑되고, 각각의 탱크(103i)의 각각의 노즐(740)로부터 스프레이된다.
스프레이 동작에서는, LNG 중, 비중이 작은 메탄(상압에서 포화 온도 -161.5 ℃, 밀도 0.656 kg/m3)이 주로 증발하지만, 에탄(상압에서 포화 온도 - 89 ℃, 밀도 1.36 kg/m3), 프로판(상압에서 포화 온도 -42 ℃, 밀도 2.01 kg/m3), 부탄 (상압에서 포화 온도 -1 ℃, 밀도 2.48 kg/m3) 등의 비중이 큰 나머지 성분(중질화 성분)은 포화 온도가 높기 때문에 대부분 증발하지 않고 액적인채로 탱크(103i)의 힐 내로 낙하한다.
나머지 성분이 낙하할 때, 이러한 미증발 액적은 탱크(103i) 내의 기상 부분(103b)에 접촉하기 때문에, 액적 자체의 온도가 상승한다. 해당 미증발 액적이 이 상태에서 힐 내에 낙하하면, 원래 탱크(103i)에 저장되어 있는 힐보다 밀도가 크기 때문에 탱크(103i)의 저부에 가라앉고, 일시적으로 힐이 원래의 액층와 액적으로 낙하한 중질화 성분층의 이중 층 상태가 된다. 이에 따라서, 0% 위치 액체 온도는 낙하한 미증발 액적에 지배되고, 0% 위치 액체 온도는 이전에 비해 급격히 상승한다. 스프레이 동작 진행 중(기간 SP1)에는 액적이 된 중질화 성분이 지속적으로 낙하하고, 힐의 저부에 고이기 때문에, 해당 온도 상승이 계속된다.
스프레이 동작이 완료되면 가열된 액적이 낙하하지 않기 때문에, 0% 위치 액체 온도의 급격한 상승은 없어진다. 이중 층 상태가 된 힐은 대류에 의해 혼합되기 때문에 힐은 단일 층 상태가 된다.
스프레이 동작의 종료 후에는 스프레이 동작 전과 마찬가지로 0% 위치 액체 온도는 완만하게 상승한다(기간 N2). 스프레이 동작을 반복(기간 Nj(j = 1, 2, ...)과 기간 SPj가 교대로 반복)하는 것에 의해, 탱크(103i)의 적도 온도는 소정의 온도 이하로 유지되거나, 혹은 소정의 온도를 향해 서서히 내려가지만, 논 힐 탱크(1031, 1034)의 0% 위치 액체 온도는 완만하게 상승하는 도중에, 스프레이 동작마다 0% 위치 액체 온도가 급상승하는 변화가 일어난다.
그러나, 스프레이 동작이 반복되면 힐 전체의 액체 온도가 높아져 스프레이 동작을 수행할 때에 스프레이 노즐(740)로부터 스프레이되는 힐의 액체 온도와 탱크(103i)의 적도 온도 및 기상 부분(103b)의 온도의 차이가 작아진다. 이 결과, 스프레이 동작에 의한 미증발 액적은 탱크(103i) 내의 기상 부분(103b)에 접촉하여도 온도의 상승이 작게 되고, 힐 자체의 온도도 상승하고 있기 때문에, 힐로 낙하하여도 급격한 온도 상승을 일으키기 않게 된다. 도 4에서는 기간 Nj에서 그래프의 기울기와 기간 SPj에서 그래프의 기울기가 이루는 각도(θ)가 시간이 경과함에 따라(j가 증가함에 따라) 작아지고 있다.
따라서, 상기와 같은 스프레이 한계 지표(SLI)에 의해 스프레이 동작 전후의 0% 위치 액체 온도의 변화를 예측함으로써 힐 탱크(1032, 1033)에 저장된 힐의 중질화를 예측할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 상술한 바와 같이, 각각의 스프레이 동작의 기간 SPj의 온도 변화(도 4의 그래프에서 기울기) dT2/dt 및 각각의 스프레이 동작 실행 전의 기간 Nj의 온도 변화(도 4의 그래프에서 기울기) dT1/dt를 비교하고 있다.
여기서, 도 4에서는 각각의 기간 Nj, SPj에서 온도가 거의 선형으로 변화하고 있기 때문에 각각의 기간 Nj, SPj의 온도 변화(그래프의 기울기)는 거의 일정하게 되어 있다. 그러나, 도 4는 어디까지나 예시이고, 0% 위치 액체 온도의 시간적 변화는 반드시 직선적으로 변화하지는 않는다. 따라서, 스프레이 동작의 실행 직후의 온도 변화와 스프레이 동작의 실행 직전의 온도 변화를 비교하는 것이 바람직한 경우도 발생할 수 있다.
판정부(433)는 스프레이 한계 지표(SLI)가 소정의 범위를 벗어나는지 여부를 판정한다. 본 실시예에서, 판정부(433)는 SLI = dT2/dt - dT1/dt < α가 되는 경우, 스프레이 한계 지표(SLI)가 소정의 범위를 벗어났다고 판정한다. 임계값(α)은 예를 들어 0 또는 0에 가까운 값으로 설정된다. 판정부(433)는 시뮬레이션에서 도착지에 도착할 때까지 스프레이 한계 지표(SLI)가 범위를 벗어나는 경우 스프레이 기구의 스프레이 동작에 의한 상기 탱크의 냉각 효과가 한계에 있다고 판정한다.
시뮬레이션 실행부(431)는 시뮬레이션에서 도착지에 도착할 때까지 스프레이 한계 지표(SLI)가 범위를 벗어나는 경우, 이후의 스프레이 기구(700)의 동작 형태를 변경하고 시뮬레이션을 계속한다. 예를 들어, 본 실시예와 같이, 스프레이 기구(700)가 적어도 2개의 힐 탱크(1032, 1033) 중 하나로부터 각각의 탱크(103i) 내에서 스프레이되는 LNG를 공급하도록 구성되어 있는 경우, 시뮬레이션 실행부(431)는 시뮬레이션에서 도착지에 도착할 때까지 스프레이 한계 지표(SLI)가 범위를 벗어나는 경우 각각의 탱크(103i) 내에서 스프레이 되는 LNG의 공급원이 되는 힐 탱크를 다른 힐 탱크로 전환하여 시뮬레이션을 계속하여도 좋다.
예를 들어, 처음에 힐 탱크(1032)를 스프레이되는 LNG의 공급원으로 하는 경우에, 스프레이 한계 지표(SLI)가 범위를 벗어나는 경우 다른 힐 탱크(1033)의 액체 온도(0% 위치 액체 온도)를 취득하고, 현재의 공급원으로 되어 있는 힐 탱크(1032) 보다 액체 온도가 낮은 경우 LNG의 공급원으로 이용하는 힐 탱크를 탱크(1032)에서 탱크(1033)으로 전환하여도 좋다.
힐 탱크가 복수 개 존재하는 경우에, 스프레이 동작의 공급원으로 되어 있는 힐 탱크(1032)의 스프레이 한계 지표(SLI)가 범위를 벗어나는 경우에 다른 힐 탱크(1033)를 스프레이 동작의 LNG 공급원으로 전환하여 스프레이 동작을 계속한다.
상기 구성에 따르면, 탱크(103i) 내에서의 스프레이 동작의 실행 전후의 탱크 저부의 액체 온도 변화에 기초하여 스프레이 한계 지표(SLI)를 연산함으로써, 힐의 중질화의 정도 및 스프레이 동작에 의한 탱크(103i)의 냉각 한계를 판단하는 기준을 정량화할 수 있다. 본 실시예에 따르면, 스프레이 동작 후의 온도 변화 dT2/dt와 스프레이 동작 전의 온도 변화 dT1/dt가 거의 동일해지는 경우에 스프레이 한계라고(더 이상 살포하여도 탱크(103i)의 냉각에 기여하지 않는다고) 판정할 수 있다. 이에 따라서, LNG 운반선(100)의 밸러스트 항해시에 LNG를 사용하여 수행하는 동작의 예측 연산을 쉽게 할 수 있다.
여기서, 스프레이기구(700)의 동작 형태의 변경은 상기와 같은 공급원이 되는 힐 탱크의 전환으로만 한정되지 않는다. 예를 들어, 시뮬레이션 실행부(431)는 스프레이 기구(700)의 스프레이 양의 변경 및/또는 스프레이 간격을 변경하여 시뮬레이션을 계속하여도 좋다.
또한, 시뮬레이션 실행부(431)는 시뮬레이션에서 도착지에 도착할 때까지 스프레이 한계 지표(SLI)가 범위를 벗어나는 경우, 초기 힐 량을 증량하고 재차 시뮬레이션을 다시 하여도 좋다.
또한, 상기 동작 형태의 변경 및 초기 힐 량의 변경을 조합하여도 좋다. 예를 들어, 판정 장치(1)는 처음의 힐 탱크(1032)를 스프레이되는 LNG의 공급원으로 설정하여 시뮬레이션을 실행하고, 스프레이 한계 지표(SLI)가 범위를 벗어나는 경우, LNG 공급원을 힐 탱크(1032)에서 힐 탱크(1033)로 전환하고 시뮬레이션을 계속하고, 재차 스프레이 한계 지표(SLI)가 범위를 벗어나는 경우 초기 힐 량을 증량하여 시뮬레이션을 다시 하여도 좋다.
초기 힐 량의 증가는 시뮬레이션에 의해 연산하는 것으로 해도 좋고, 미리 정해진 양으로 하여도 좋다. 미리 정해진 양으로 하는 경우, 시뮬레이션 실행부(431)는 시뮬레이션에서 스프레이 한계 지표(SLI)가 범위를 벗어날 때마다 초기 힐 량을 소정량 증량하고, 시뮬레이션을 반복한다. 예를 들어, 밸러스트 항해의 도착지까지 스프레이 한계 지표(SLI)가 범위 내인 채로 시뮬레이션이 종료되는 경우의 최소 초기 힐 량이 해당 밸러스트 항해의 스프레이 동작에 필요한 초기 힐 량으로서 출력부(5)로부터 출력된다.
[연료 공급 동작에 대한 효과 판정 처리]
다음으로, 연료 공급 동작에 대한 효과 판정 처리에 대해 설명한다. 상술한 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 상정한 LNG 운반선(100)은 탱크에 저장된 액화 가스를 연료로 사용 가능한 예혼합(pre-mixed) 연소 가스 엔진(102)을 구비하고 있다. 시뮬레이션 실행부(431)는 엔진(102)에 연료로서 공급하는 것에 의한 힐 량 변화를 예측 연산한다.
그리고, 메탄가 연산부(434)는 스프레이 기구(700)에 의한 LNG의 스프레이 실행 후의 탱크(103i) 내의 증발 가스 및 탱크(103i)에 저장된 LNG의 조성 변화를 연산하여 해당 LNG의 메탄가를 연산한다. 본 실시예에 따르면, 메탄가 연산부(434)는 엔진(102)으로의 증발 가스 및 LNG의 공급원이 되는 힐 탱크(1032, 1033)의 증발 가스 및 힐 탱크(1032, 1033)에 저장된 LNG의 조성 변화를 연산하여 해당 증발 가스 및 LNG의 메탄가를 연산한다.
먼저, 증발 가스 및 LNG의 조직 변화의 연산 형태에 대해 설명한다. LNG의 혼합 조성의 메탄을 C1, 에탄을 C2, 프로판을 C3, 부탄을 C4, 질소를 N2로 한다. 탱크(103i)에 저장된 힐의 중량을 Gheel, 힐 액체 온도를 T, 탱크 압력을 P로 한다. 이 때의 힐의 조성 비율(RGhc1, RGhc2, RGhc3, RGhc4, RGhN2)을 이미 알고 있는 상태로 상정한다. 여기서, 이하에서는 LNG가 5종의 성분으로 구성된 것으로 연산하지만, 이들 중 일부 조성이 포함되지 않는 경우, 또는 다른 조성이 포함된 경우에도 마찬가지로 연산할 수 있다.
힐 탱크(1032, 1033)로부터 펌프(310)로 흡입되고, 노즐(740)로부터 탱크(103i) 내로 스프레이 된 액적 중, 증발하여 증발 가스가 된 중량을 Gsg로 하고, 증발하지 않고 액적인채로 남아 있는 중량을 Gsl로 하면, 스프레이 된 액적의 질량분율(퀄리티)(x)은 x = Gsg/(Gsg + Gsl)로 표현된다. 이러한 퀄리티(x)는 탱크 압력(P) 및 포화 온도로부터 혼합 조성의 열물성 계산에 의해 구해진다. 스프레이된 액적의 전체 중량을 Gspray로 하면(Gspray = Gsg + Gsl), 스프레이 된 액적의 증발량(W)은 W = x × Gspray로서 구해진다.
스프레이 된 액적 중의 증발 가스의 조성 비율(RWc1, RWc2, RWc3, RWc4, RN2)은 탱크 압력(P) 및 포화 온도로부터 혼합 조성의 열물성 계산에 의해 구해진다.
증발량(w) 및 증발 가스의 조성 비율(RWc1, RWc2, RWc3, RWc4, RN2)로부터, 증발 가스의 각 조성의 증발량(Wc1, Wc2, Wc3, Wc4, WN2)은 각각 Wc1 = W × RWc1, Wc2= W × RWc2, Wc3 = W × RWc3, Wc4 = W × RWc4, WN2 = W × RWN2로 구해진다. 따라서, 스프레이된 액적 중 증발하지 못한 액적의 각 조성량(Grc1, Grc2, Grc3, Grc4, GrN2)은 스프레이 된 액적의 각 조성량으로부터 각 조성의 증발량을 차감하여 구해진다. 즉, 스프레이된 액적의 각 조성량(Gsc1, Gsc2, Gsc3, Gsc4, GsN2)은 각각 Gsc1 = Gspray × RGhc1, Gsc2 = Gspray × RGhc2, Gsc3 = Gspray × RGhc3, Gsc4 = Gspray × RGhc4, GsN2 = Gspray × RGhN2로 구해진다. 따라서, 증발하지 못한 액적의 각 조성량은 각각 Grc1 = Gsc1 - Wc1, Grc2 = Gsc2 - Wc2, Grc3 = Gsc3 - Wc3, Grc4 = Gsc4 - Wc4, GrN2 = GsN2 - WN2로 구해진다. 증발하지 못한 액적의 총량(Greturn)은 Greturn = Grc1 + Grc2 + Grc3 + Grc4 + GrN2가 된다.
힐의 총량은 스프레이 동작에 사용된 스프레이 양(Gspray)이 감소하고, 그 중 증발하지 못한 액적의 총량(Greturn)이 힐로서 되돌아가기 때문에, 스프레이 동작 후의 힐 량(G'heel)은 G'heel = Geel - Gspray + Greturn이 된다.
따라서, 스프레이 동작 후의 힐의 각 조성의 중량(G'hc1, G'hc2, G'hc3, G'hc4, G'N2)은 각각, G'hc1 = (Gheel × RGhc1) - (Gspray × RGhc1) + (Gsc1 - Wc1), G'hc2 = (Gheel × RGhc2) - (Gspray × RGhc2) + (Gsc2 - Wc2), G'hc3 = (Gheel × RGhc3) - (Gspray × RGhc3) + (Gsc3 - Wc3), G'hc4 = (Gheel × RGhc4) - (Gspray × RGhc4) + (Gsc4 - Wc4), G'hN2 = (Gheel × RGN2) - (Gspray × RGN2) + (GsN2 - WN2)가 된다.
상기 스프레이 동작 후의 힐 량(G'heel) 및 각 조성의 중량(G'hc1, G'hc2, G'hc3, G'hc4, G'N2)으로부터, 각 조성 비율(R'Ghc1, R'Ghc2, R'Ghc3, R'Ghc4, R'GhN2)이 구해진다.
메탄가 연산부(434)는 상기와 같은 연산을 수행하여 스프레이 동작 후의 각 조성 비율(R'Ghc1, R'Ghc2, R'Ghc3, R'Ghc4, R'GhN2)을 연산한다. 또한, 메탄가 연산부(434)는, 구해진 조성 비율에서 메탄가를 연산한다.
메탄가(MN)는 모터 옥탄가(MON)를 기준으로 하고 있으며, 모터 옥탄가(MON)를 이용한 환산식이 알려져 있다. 이 환산식은, 예를 들어 MN = 1.445MON - 103.42로 주어진다. 모터 옥탄가(MON)의 값은 LNG의 조성 비율을 사용하여 산출된다. LNG의 조성이 상기 조성 비율의 계산에 이용한 메탄, 에탄, 프로판, 부탄 및 질소인 경우, MON은 예를 들어 MON = 137.78R'Ghc1 + 29.948R'Ghc2 - 18.193R'Ghc3 - 167.062R'Ghc4 + 26.994R'GhN2로 표현된다. 따라서, 스프레이 동작 후의 각 조성 비율에서 메탄가(MN)가 구해진다.
메탄가 연산부(434)는 이상과 같은 연산을 수행하여 스프레이 동작 후의 메탄가(MN)을 연산한다. 판정부(433)는 힐 및 증발 가스의 메탄가가 소정의 범위를 벗어나는지 여부를 판정한다. 판정부(433)는 메탄가(MN)가 범위를 벗어나는 경우, 엔진(102)으로의 공급원이 되고 있는 힐 탱크(1032, 1033)의 힐 및 증발 가스를 예혼합 연소 가스 엔진에 공급하는 기준을 충족하지 못한 것으로 판정한다.
시뮬레이션 실행부(431)는 시뮬레이션에서 도착지에 도착하기까지 메탄가(MN)가 소정의 범위를 벗어나는 경우, 이후의 엔진(102)으로의 LNG의 공급 형태를 변경하고, 시뮬레이션을 계속하거나, 또는 초기 힐 량을 증량하고 재차 시뮬레이션을 다시 한다.
LNG의 공급 형태의 변경에는 예를 들어, 공급원이 되는 힐 탱크(1032, 1033)의 전환, 엔진(102)으로의 LNG 공급 동작의 정지, 엔진(102)으로의 LNG의 공급량의 변경 중 적어도 어느 하나가 포함된다. 또한, 이에 더하여 또는 이에 대신하여, 초기 힐 량을 증량하여 시뮬레이션을 다시 하는 경우는, 시뮬레이션 실행부(431)는 스프레이 동작에 관한 효과 판정 처리와 마찬가지의 처리를 수행한다.
상기 예에 따르면, 힐 및 증발 가스의 조성 변화량을 연산함으로써, 해당 힐 및 증발 가스의 메탄가를 연산할 수 있다. 이에 따라서, 탱크(103i)의 LNG를 예혼합 연소 가스 엔진의 연료로서 사용 가능한지 여부를 쉽게 판정할 수 있다.
이상과 같은 두 가지의 효과 판정 결과를 고려하여 예측 연산을 통합해 최적 운항 계획이 연산됨으로써, 밸러스트 항해시의 힐 탑재량(초기 힐 량)을 스프레이 동작에 의한 탱크(103i)의 냉각 제어 및 엔진(102)으로의 연료 공급 제어의 관점을 고려하여 최소화할 수 있다. 따라서, LNG 운반선(100)의 안전 항해를 확보하면서 LNG의 하역량을 최대화시킬 수 있다.
[변형예]
이상에서, 본 발명의 실시예에 대해 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 그 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지의 개량, 변경, 수정이 가능하다.
예를 들어, 상기 실시예에 따르면, 스프레이 동작에 대한 효과 판정 처리와 연료 공급 동작에 대한 효과 판정 처리 모두 실행 가능한 판정 장치(1)에 대해 설명하였지만, 이것에 한정되지 않고, 각각의 효과 판정 처리는 독립적으로 실행될 수 있다. 즉, 판정 장치(1)는 스프레이 동작에 대한 효과 판정 처리 및 연료 공급 동작에 대한 효과 판정 처리 중 어느 하나의 처리만을 수행 가능한 장치로 구성되어도 좋다. 다시 말해서, 스프레이 동작에 대한 효과 판정 처리를 실행 가능한 판정 장치(1)는, 메탄가 연산부(434)를 구비하지 않아도 좋고, 연료 공급 동작에 대한 효과 판정 처리를 실행하는 판정 장치(1)는 스프레이 한계 지표 연산부(432)를 구비하고 있지 않아도 좋다.
또한, 상기 실시예에 따르면, LNG 운반선(100)의 출항 전에 효과 판정 처리를 실시하는 것을 상정하고 설명하였으나, 상기 태양은 LNG 운반선(100)의 출항 전 뿐만 아니라 LNG 운반선(100)의 출항 후에서 실시하는 것도 가능하다. 이 경우, LNG 운반선(100)의 현재 위치 또는 미래의 위치(항해 예정 위치)이 출발지가 된다.
또한, 판정 장치(1)는 스프레이 동작의 예측 연산에 근거한 스프레이 동작의 효과 판정을 실행하는 예에 한정되지 않는다. 즉, 상기 실시예에 따르면, 판정 장치(1)의 예측 연산부(43)의 기능 블록으로서 스프레이 한계 지표 연산부(432), 판정부(433) 및 메탄가 연산부(434)를 구비하는 예에 대해 설명하였지만, 이에 한정되지 않는다. 다시 말해서, 스프레이 한계 지표 연산부(432), 판정부(433) 및 메탄가 연산부(434)는 예측 연산부(43)와는 독립적인 기능 블록으로 되어도 좋다. 이 경우, 판정 장치(1)는 예측 연산부(43)(시뮬레이션 실행부(431))를 구비하고 있지 않아도 좋다.
예를 들어, LNG 운반선(100)의 항해 중에 실제의 0% 위치 액체 온도의 변화에 기초하여 스프레이 한계 지표(SLI)를 연산하여도 좋다. 항해 중에 스프레이 한계 지표(SLI)가 소정의 범위를 벗어나는 경우, 판정 장치(1)는 소정의 출력 신호를 출력하여도 좋다. 이러한 출력 신호는 LNG 운반선(100)의 제어 장치(미도시)에 입력되는 제어 신호라도 좋다. 예를 들어, 이러한 제어 신호에는 공급원이 되는 힐 탱크(103i)를 다른 힐 탱크(103i)로 전환하는 제어 신호 또는 이후의 스프레이 동작을 정지시키는 제어 신호 등이 포함된다.
마찬가지로, 판정 장치(1)는 LNG 운반선(100)의 항해 중에 실제의 힐 탱크(1032, 1033)의 힐 및 증발 가스의 메탄가(MN)를 연산하여도 좋다. 예를 들어, 항해 중에 메탄가(MN)가 소정의 범위를 벗어나는 경우, 소정의 출력 신호를 출력하여도 좋다. 이러한 출력 신호는 LNG 운반선(100)의 제어 장치(미도시)에 입력되는 제어 신호라도 좋다. 예를 들어, 이러한 제어 신호에는, 공급원이 되는 힐 탱크(103i)를 다른 힐 탱크(103i)로 전환하는 제어 신호 또는 이후의 엔진(102)으로의 LNG의 공급 동작을 정지시키고, 엔진(102)에 공급하는 연료를 액체 연료로 전환하는 제어 신호 등이 포함된다.
또한, 상기 실시예에 따르면, 판정 장치(1)가 최적 항로 연산 처리를 수행하는 최적 항로 연산부(42)를 포함하는 구성을 예시하였지만, 판정 장치(1)는, 최적 항로 연산부(42)는 구비하지 않아도 좋다. 예를 들어, 예측 연산 응용 프로그램 및 최적 항로 연산 애플리케이션 등의 복수의 응용 프로그램이 실장된 컴퓨터 장치가 각각의 응용 프로그램을 실행함으로써 전체적으로 최적 운항 계획 연산이 이루어지도록 구성되어도 좋다.
또한, 상기 실시예에 따르면, 동작의 효과 판정 및 예측 연산을 수행하는 대상의 LNG 운반선(100)으로서, DFD 전기 추진 방식의 추진 체계(900)를 채용하고 있는 LNG 운반선을 예시하였지만, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 엔진(102)의 출력으로 직접 추진 장치가 구동되는 기계 추진 방식의 추진 시스템을 가지는 LNG 운반선에 대해서도 이러한 동작의 효과 판정 및/또는 예측 연산을 수행할 수 있다.
또한, 상기 실시예에 따르면, 스프레이 한계 지표(SLI)의 값이 소정의 범위를 벗어나는 경우에, 스프레이 기구의 동작 형태를 변경하는 예를 설명하였지만, 상기 실시예는 스프레이 한계 지표(SLI)의 값이 소정의 범위를 벗어나기 전에 해당 동작 형태를 변경하는 것을 방해하지 않는다. 마찬가지로, 상기 실시예에 따르면, 메탄가(MN)의 값이 소정의 범위를 벗어나는 경우에, 예혼합 연소 가스 엔진으로의 액화 가스의 공급 형태를 변경하는 예를 설명하였지만, 상기 실시예는 메탄가(MN)가 소정의 범위를 벗어나기 전에 당해 공급 형태를 변경하는 것을 방해하지 않는다.
본 발명은 액화 가스 운반선의 밸러스트 항해시에 액화 가스를 사용하여 수행하는 동작의 효과 판정을 용이하게 할 수 있는 판정 장치 및 판정 방법을 제공하는 데 유용하다.
1: 판정 장치
4: 연산부
43: 예측 연산부
100: 액화 가스(LNG) 운반선
102: 엔진(예혼합 연소 가스 엔진)
103, 103i (i = 1, 2, ...): 탱크
431: 시뮬레이션 실행부
432: 스프레이 한계 지표 연산부
433: 판정부
434: 메탄가 연산부

Claims (11)

  1. 액화 가스 운반선의 밸러스트 항해시에 액화 가스를 사용하여 수행하는 동작의 효과 판정을 수행하는 판정 장치로서,
    상기 액화 가스 운반선은, 액화 가스를 저장하는 탱크와, 상기 탱크 내의 상기 액화 가스의 일부를 추출하고, 상기 탱크 내에서 스프레이하는 스프레이 기구를 구비하고,
    상기 판정 장치는,
    상기 스프레이 기구의 스프레이 동작에 의해 발생하는 상기 탱크의 저부에서의 상기 액화 가스의 액체 온도의 변화에 기초하여 스프레이 한계 지표를 연산하는 스프레이 한계 지표 연산부와,
    상기 스프레이 한계 지표가 소정의 범위를 벗어나는지 여부에 기초하여 상기 스프레이 동작에 의한 상기 탱크의 냉각 효과의 판정을 수행하는 판정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 판정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸러스트 항해의 출발지에서 상기 탱크에 저장된 상기 액화 가스의 양을 나타내는 초기 힐(heel) 량을 이용하여, 상기 밸러스트 항해의 상기 출발지로부터 도착지까지의 항로에서의 상기 스프레이 기구의 스프레이 동작을 시뮬레이션하는 시뮬레이션 실행부를 구비하고,
    상기 시뮬레이션 실행부는, 상기 시뮬레이션에서, 상기 도착지에 도착할 때까지 상기 스프레이 한계 지표가 상기 범위를 벗어나는 경우, 이후의 상기 스프레이 기구의 동작 형태를 변경하여 상기 시뮬레이션을 계속하도록 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 판정 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 밸러스트 항해의 출발지에서 상기 탱크에 저장된 상기 액화 가스의 양을 나타내는 초기 힐 량을 이용하여, 상기 밸러스트 항해의 상기 출발지로부터 도착지까지의 항로에서의 상기 스프레이 기구의 스프레이 동작을 시뮬레이션하는 시뮬레이션 실행부를 구비하고,
    상기 시뮬레이션 실행부는, 상기 시뮬레이션에서, 상기 도착지에 도착할 때까지 상기 스프레이 한계 지표가 상기 범위를 벗어나는 경우, 상기 초기 힐 량을 증량하여 재차 상기 시뮬레이션을 다시 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 판정 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스프레이 한계 지표 연산부는, 상기 액화 가스의 스프레이 동작 전의 상기 액화 가스의 단위 시간당 액체 온도 변화량과 상기 액화 가스의 스프레이 동작 후의 상기 액화 가스의 단위 시간당 액체 온도 변화량의 차이를 상기 스프레이 한계 지표로 연산하는 것을 특징으로 하는 판정 장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액화 가스 운반선은 복수의 탱크를 구비하고, 상기 밸러스트 항해시에 상기 복수의 탱크 중 하나 이상은 최소한의 상기 액화 가스밖에 저장되지 않은 논 힐(non-heel) 탱크이고,
    상기 스프레이 한계 지표 연산부는 상기 논 힐 탱크의 저부에서의 상기 액화 가스의 액체 온도에 기초하여 상기 스프레이 한계 지표를 연산하는 것을 특징으로 하는 판정 장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액화 가스 운반선은 복수의 탱크를 구비하고, 상기 밸러스트 항해시에 상기 복수의 탱크 중 2개 이상이 상기 액화 가스 운반선의 항해에 이용되는 상기 액화 가스가 저장된 힐 탱크이고,
    상기 스프레이 기구는, 상기 2개 이상의 힐 탱크 중 하나 이상으로부터 각각의 탱크 내에서 스프레이되는 액화 가스를 공급하도록 구성되며,
    상기 스프레이 한계 지표가 상기 범위를 벗어나는 경우, 각각 탱크 내에서 스프레이되는 액화 가스의 공급원이 되는 힐 탱크를 다른 힐 탱크로 전환하는 것을 특징으로 하는 판정 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 스프레이 한계 지표가 상기 범위를 벗어나는 경우, 이후의 상기 스프레이 동작을 정지하는 것을 특징으로 하는 판정 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액화 가스 운반선은 상기 탱크에 저장된 상기 액화 가스를 연료로 사용 가능한 예혼합 연소 가스 엔진을 구비하고,
    상기 판정 장치는, 상기 스프레이 기구에 의한 상기 액화 가스의 스프레이 동작 실행 후의 상기 탱크에 저장된 상기 액화 가스 및 상기 탱크 내의 증발 가스의 조성 변화를 연산하고, 해당 액화 가스 및 증발 가스의 메탄가를 연산하는 메탄 가 연산부를 구비하고,
    상기 판정부는, 상기 액화 가스의 스프레이 동작 실행 후의 메탄가가 소정의 범위를 벗어나는지 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 판정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 밸러스트 항해의 출발지에서 상기 탱크에 저장된 상기 액화 가스의 양을 나타내는 초기 힐 량을 이용하여, 상기 밸러스트 항해의 상기 출발지로부터 도착지까지의 항로에서의 상기 스프레이 기구의 스프레이 동작을 시뮬레이션하는 시뮬레이션 실행부를 구비하고,
    상기 시뮬레이션 실행부는, 상기 시뮬레이션에서, 상기 도착지에 도착할 때까지 상기 메탄가가 상기 범위를 벗어나는 경우, 이후의 상기 예혼합 연소 가스 엔진으로의 상기 액화 가스의 공급 형태를 변경하여 상기 시뮬레이션을 계속하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 판정 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 밸러스트 항해의 출발지에서 상기 탱크에 저장된 상기 액화 가스의 양을 나타내는 초기 힐 량을 이용하여, 상기 밸러스트 항해의 상기 출발지로부터 도착지까지의 항로에서의 상기 스프레이 기구의 스프레이 동작을 시뮬레이션하는 시뮬레이션 실행부를 구비하고,
    상기 시뮬레이션 실행부는, 상기 시뮬레이션에서, 상기 도착지에 도착할 때까지 상기 메탄가가 상기 범위를 벗어나는 경우, 상기 초기 힐 량을 증량하여 재차 상기 시뮬레이션을 다시 하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 판정 장치.
  11. 액화 가스 운반선의 밸러스트 항해시에 액화 가스를 사용하여 수행하는 동작의 효과 판정을 수행하는 판정 방법으로서,
    상기 액화 가스 운반선은, 액화 가스를 저장하는 탱크와, 상기 탱크 내의 상기 액화 가스의 일부를 추출하고, 상기 탱크 내에서 스프레이하는 스프레이 기구를 구비하고,
    상기 판정 방법은,
    상기 스프레이 기구의 스프레이 동작에 의해 발생하는 상기 탱크의 저부에서의 상기 액화 가스의 액체 온도의 변화에 기초하여 스프레이 한계 지표를 연산하는 스프레이 한계 지표 연산 단계와,
    상기 스프레이 한계 지표가 소정의 범위를 벗어나는지 여부에 기초하여 상기 스프레이 동작에 의한 상기 탱크의 냉각 효과의 판정을 수행하는 판정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 판정 방법.
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