KR102505209B1 - 선박용 스팀 공급 시스템의 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박용 스팀 공급 시스템의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
부연하면, 선박의 종래 스팀 공급 라인에 PLC 기반의 통합제어장치를 구성하여, 보조보일러(AUXILIARY BOILER), 배기가스보일러 및 스팀공급시스템(ECSS)을 통해 스팀을 생산하되, 선박의 항해, 입출항 또는 정박에 따른 각각의 모드별로 ECSS의 전력소모량이 최적이 될 수 있도록 밸브를 조절하여 연료유의 소모량과 온실가스의 발생량을 절감할 수 있도록 하는, 선박용 스팀 공급 시스템의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.
더 부연하면 선박이 항해하는 경우, 배기가스보일러 및 밸브 제어를 통해 메인엔진의 정상 가동이 가능하도록 하면서, 선박이 입출항하는 경우 보조보일러, ECSS 및 밸브의 제어를 통해 연료유의 소모량과 온실가스의 발생량을 절감하고, 선박이 정박하는 경우에는 ECSS와 밸브의 제어를 통해 스팀의 공급이 가능하도록 제어하는 제어장치와; 이러한 제어장치의 제어방법에 관한 것이다.

Description

선박용 스팀 공급 시스템의 제어장치 및 제어방법{Control device and control method of ECSS}

본 발명은 선박용 스팀 공급 시스템의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

부연하면, 선박의 종래 스팀 공급 라인에 PLC 기반의 통합제어장치를 구성하여, 보조보일러(AUXILIARY BOILER), 배기가스보일러 및 스팀공급시스템(ECSS)을 통해 스팀을 생산하되, 선박의 항해, 입출항 또는 정박에 따른 각각의 모드별로 ECSS의 전력소모량이 최적이 될 수 있도록 밸브를 조절하여 연료유의 소모량과 온실가스의 발생량을 절감할 수 있도록 하는, 선박용 스팀 공급 시스템의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

더 부연하면 선박이 항해하는 경우, 배기가스보일러 및 밸브 제어를 통해 메인엔진의 정상 가동이 가능하도록 하면서, 선박이 입출항하는 경우 보조보일러, ECSS 및 밸브의 제어를 통해 연료유의 소모량과 온실가스의 발생량을 절감하고, 선박이 정박하는 경우에는 ECSS와 밸브의 제어를 통해 스팀의 공급이 가능하도록 제어하는 제어장치와; 이러한 제어장치의 제어방법에 관한 것이다.

종래 선박에서는 항해 중에는 배기가스보일러(EXHAUST GAS BOILER) 및 이코노마이저(ECONOMIZER)을 통해 스팀을 생산하고 정박 중에는 보조보일러(AUXILIARY BOILER)를 운전시켜 스팀을 생산하여 공급하고 있다.

그러나 전기로 스팀을 생산하는 선박용 ECSS의 개발로 인해 선박의 스팀생산 및 공급과 관련된 장치들의 통합적인 제어가 필요한 시점이다.

이에 본 출원인은 운항조건에 따라, 선박에 구비된 각각의 모듈들을 제어하여 스팀 소비량을 절감할 수 있을 착안하였다.

한편, 등록특허공보 제10-2246459호에는 선박용 증기발생 및 저장순환 시스템이 기재되어 있다.

종래 선박에서는 엔진에 공급되는 선박연료유 및 엔진 윤활유 등의 점도를 유지하기 위해 스팀을 이용한 가열시스템을 사용하는데, 이를 위해 정박중에도 보일러를 가동하여 스팀을 발생시키고 순환공급하고 있고, 운항중에는 주엔진의 배기가스 온도를 이용한 폐열이용증기발생장치(Economizer)에서 증기를 발생시킨 후 보일러를 통하여 스팀의 저장 및 순환사용을 하고 있다.

그러나 정박중 선박연료유를 사용해야 하는 보일러의 사용은 항구내 공해와 관련한 문제점을 가지고 있으며 운항중에도 보일러 사용으로 인한 연료의 낭비요인과 보일러 유지보수비용의 발생 등 많은 문제점을 가지고 있는 바,

상술된 기술은, 이를 극복하기 위한, 선박연료유를 태워 가열하는 보일러를 대체 가능한 스팀의 발생저장 및 순환사용이 가능한, 선박용 증기발생 및 저장순환 시스템을 제공하고 있다.

또한, 등록특허공보 제10-2321171호에는 선박용 관수전기가열시스템이 기재되어 있다.

상기 기술은, 선박에서 연료유와 윤활유 등의 가열, 기기의 워밍, 업무 및 거주 구역의 난방 등에 쓰이는 열전달 매체인 증기를 생산하는 방식을 가지는 선박용 관수전기가열시스템에 관한 것이다.

부연하면 상술된 선박용 관수전기가열시스템은, 보조 보일러(21)의 연료유 버너(23)를 운전할 수 없는 경우, 순환수 펌프(12)를 이용하여 관수를 강제순환식 관수전기히터(11)로 공급되어 포화온도보다 낮은 온도로 가열된 후, 물인 상태로 보조 보일러(21)로 공급되면서 증기로 변환되면서 잠열로 흡수되고 포화온도로 변환되는 과정에서 발생된 증기를 이용하여, 상기 보조 보일러(21)가 증기히터(29)로 증기를 전달할 수 있도록 구성된, 선박용 관수전기가열시스템에 관한 것이다.

또한, 등록특허공보 제10-2011859호에는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템이 기재되어 있다.

상기 기술은, 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템으로서이러한 상기 기술에 따른 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감시스템은, 배기가스 이코노마이저로 공급되는 배기가스의 폐열을 회수하여 배기가스 이코노마이저로 공급되는 액체를 가열시켜 습증기를 생성하는 폐열회수증기발생장치; 및 습증기에서 스팀이 분리되고 남은 액체와 열교환되며 물보다 비등점이 낮은 유기냉매를 작동유체로 하여 전기를 생산하는 유기랭킨사이클 발전장치를 포함하며, 스팀을 유기랭킨사이클 발전장치로 공급하여 유기랭킨사이클 발전장치와 열교환시킨다.

또한, 등록특허공보 제10-2154144호에는 선박의 폐열을 이용한 에너지 절감장치 및 그 방법이 기재되어 있다.

상기 기술은, 엔진의 배기가스로부터 폐열을 흡열하도록 마련되며, 배기가스와 열교환하는 열교환수가 유동되는 제1 열교환유닛; 제1 열교환유닛의 열교환수에 의해 발생되는 증기와 열교환 가능한 용수가 저장되는 제2 열교환유닛; 제2 열교환유닛을 통과한 증기를 이용하여 터빈을 회전시키는 스팀터빈유닛; 스팀터빈유닛에서 사용된 증기를 응축시켜 열교환수로 공급하는 진공응축유닛; 진공응축유닛에서 만들어진 응축수가 배기가스와 열교환하도록 응축수를 제1 열교환유닛으로 순환시키는 응축수 순환라인; 제2 열교환유닛의 용수를 드레인하도록 제2 열교환유닛에 연결되는 블로우다운라인; 및 블로우다운라인과 응축수가 열교환하도록 블로우다운라인이 통과하며, 응축수 순환라인 상에 배치되는 블로우다운히터유닛을 포함한다.

등록특허공보 제10-2246459호 등록특허공보 제10-2321171호 등록특허공보 제10-2011859호 등록특허공보 제10-2154144호

본 발명의 목적은, 선박의 종래 스팀 공급 라인에 PLC 기반의 통합제어장치를 구성하여, 보조보일러(AUXILIARY BOILER), 배기가스보일러 및 스팀공급시스템(ECSS)을 통해 스팀을 생산하되, 선박의 항해, 입출항 또는 정박에 따른 각각의 모드별로 ECSS의 전력소모량이 최적이 될 수 있도록 밸브를 조절하여 연료유의 소모량과 온실가스의 발생량을 절감할 수 있도록 하는, 선박용 스팀 공급 시스템의 제어장치 및 제어방법을 제공하는데 있다.

본 발명을 부연하면, 선박이 항해하는 경우, 배기가스보일러 및 밸브 제어를 통해 메인엔진의 정상 가동이 가능하도록 하면서, 선박이 입출항하는 경우 보조보일러, ECSS 및 밸브의 제어를 통해 연료유의 소모량과 온실가스의 발생량을 절감하고, 선박이 정박하는 경우에는 ECSS와 밸브의 제어를 통해 스팀의 공급이 가능하도록 제어하는 제어장치와; 이러한 제어장치의 제어방법을 제공하는데 있다.

상술된 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로 본 발명에 따른 선박용 스팀 공급 시스템의 제어장치 및 제어방법은, 선박의 항해모듈, 입출항모듈 및 정박모듈 각각에 스팀을 공급하도록 하는 공급라인과; 상기 공급라인 일측에 설치된 스팀세이빙밸브와;

상기 공급라인의 일측에 연결된 스팀을 공급하는 보조보일러(AUXILIARY BOILER)와

상기 보조보일러와 순환파이프로 연결되어 스팀이 보조보일러로부터 순환되도록 하는 스팀공급시스템(ECSS)와; 상기 스템세이빙밸브를 제어하는 통합제어장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 순환파이프의 일측에는 순환펌프(CIRCULATION PUMP)를 구비하여 보조보일러에서부터 ECSS까지 스팀이 순환되도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 보조보일러 내측에는 내부의 압력을 측정하는 압력센서가 구성되고, ECSS의 내측에는 내부의 온도를 측정하는 온도센서가 구성되되,

상기 압력센서와 온도센서는 통합제어장치로 센서값을 전송하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스팀세이빙밸브는,

제1 스팀세이빙밸브, 제2 스팀세이빙밸브 및 제3 스팀세이빙밸브를 포함하되,

상기 통합제어장치는,

항해모드의 경우 제1 스팀세이빙밸브를 제어하고,

입출항모드의 경우 제2 스팀세이빙밸브를 제어하며,

정박모드의 경우 제3 스팀세이빙밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 통합제어장치는,

각 모드에 따라 스팀세이빙밸브가 50% 개방되도록 한 후 보조보일러의 압력값을 수신하되,

통합제어장치에 미리 저장된 압력수치의 상한값과 하한값을, 수신된 보조보일러의 압력값과 비교하고,

비교결과,

하한값 보다 보조보일러의 압력이 낮을 경우, 스팀세이빙밸브의 개방정도를 a% 단위로 개방하고,

상한값 보다 보조보일러의 압력이 높을 경우, 스팀세이빙밸브의 개방정도를 b% 단위로 개방하며,(단, a% 단위 < b% 단위)

상기 보조보일러의 압력값이 상한값과 하한값 사이의 값을 가질 때까지 스팀세이빙밸브를 제어하되, 스팀세이빙밸브의 개방정도가 0% 또는 100%에 도달하면 알림을 출력하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 선박용 스팀 공급 시스템의 제어장치 및 제어방법에 의하면, 선박의 종래 스팀 공급 라인에 PLC 기반의 통합제어장치를 구성하여, 보조보일러(AUXILIARY BOILER), 배기가스보일러 및 스팀공급시스템(ECSS)을 통해 스팀을 생산하되, 선박의 항해, 입출항 또는 정박에 따른 각각의 모드별로 ECSS의 전력소모량이 최적이 될 수 있도록 밸브를 조절하여 연료유의 소모량과 온실가스의 발생량을 절감할 수 있도록 한다.

구체적으로 본 발명은, 선박이 항해하는 경우, 배기가스보일러 및 밸브 제어를 통해 메인엔진의 정상 가동이 가능하도록 하면서, 선박이 입출항하는 경우 보조보일러, ECSS 및 밸브의 제어를 통해 연료유의 소모량과 온실가스의 발생량을 절감하고, 선박이 정박하는 경우에는 ECSS와 밸브의 제어를 통해 스팀의 공급이 가능하도록 제어할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 선박용 스팀 공급 시스템의 제어장치를 나타낸 것이다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 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.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도면을 참조하여 설명하기에 앞서, 본 발명의 요지를 드러내기 위해서 필요하지 않은 사항 즉 통상의 지식을 가진 당업자가 자명하게 부가할 수 있는 공지 구성에 대해서는 도시하지 않거나, 구체적으로 기술하지 않았음을 밝혀둔다.

본 발명은 선박용 스팀 공급 시스템의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

부연하면, 선박의 종래 스팀 공급 라인에 PLC 기반의 통합제어장치를 구성하여, 보조보일러(AUXILIARY BOILER), 배기가스보일러 및 스팀공급시스템(ECSS)을 통해 스팀을 생산하되, 선박의 항해, 입출항 또는 정박에 따른 각각의 모드별로 ECSS의 전력소모량이 최적이 될 수 있도록 밸브를 조절하여 연료유의 소모량과 온실가스의 발생량을 절감할 수 있도록 하는, 선박용 스팀 공급 시스템의 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

더 부연하면 선박이 항해하는 경우, 배기가스보일러 및 밸브 제어를 통해 메인엔진의 정상 가동이 가능하도록 하면서, 선박이 입출항하는 경우 보조보일러, ECSS 및 밸브의 제어를 통해 연료유의 소모량과 온실가스의 발생량을 절감하고, 선박이 정박하는 경우에는 ECSS와 밸브의 제어를 통해 스팀의 공급이 가능하도록 제어하는 제어장치와; 이러한 제어장치의 제어방법에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 선박용 스팀 공급 시스템의 제어장치를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 선박용 스팀 공급 시스템의 제어장치는, 첨부된 도면의 도 1과 같이 선박이 통상적으로 항해를 수행하도록 하는 구성인 항해모듈, 입출항을 수행하도록 하는 구성인 입출항모듈 및 정박을 수행하도록 하는 구성인 정박모듈 각각에 스팀을 공급하도록 하는 공급라인과; 상기 공급라인 일측에 설치된 스팀세이빙밸브와; 상기 공급라인의 일측에 연결된 스팀을 공급하는 보조보일러(AUXILIARY BOILER)와; 상기 보조보일러와 순환파이프로 연결되어 스팀이 보조보일러로부터 순환되도록 하는 스팀공급시스템(ECSS)와; 상기 스템세이빙밸브를 제어하는 통합제어장치;를 포함한다.

이때, 순환파이프의 일측에는 순환펌프(CIRCULATION PUMP)를 구비하여 보조보일러에서부터 ECSS까지 스팀이 순환되도록 한다.

또한, 보조보일러 내측에는 내부의 압력을 측정하는 압력센서가 구성되고, ECSS의 내측에는 내부의 온도를 측정하는 온도센서가 구성된다. 또한, 상기 압력센서와 온도센서는 통합제어장치로 센서값을 전송하도록 한다.

또한, 통합제어장치는, 선박이 항해를 수행하는지, 입출항을 수행하는지 또는 정박을 수행하는지를 판단하여 모드로 구분하는 모드판단부;를 포함한다.

또한, 통합제어장치는 보조보일러에서부터 각 모듈로 공급되는 스팀량이 조절될 수 있도록 하는 스팀세이빙밸브 1 내지 3을 제어하도록 구성된다.

이러한 제어는 유/무선 제어 또는 PID제어가 가능하도록 구현될 수 있다.

이러한 통합제어장치에 의해 제어되는 스팀세이빙밸브는 상술된 바와 같이 제1 스팀세이빙밸브, 제2 스팀세이빙밸브 및 제3 스팀세이빙밸브로 지칭되며,

첨부된 도면의 도 1에 기반하면, 항해모드의 경우 통합제어장치는 제1 스팀세이빙밸브를 제어하고, 입출항모드의 경우 통합제어장치는 제2 스팀세이빙밸브를 제어하며, 정박모드의 경우 통합제어장치는 제3 스팀세이빙밸브를 제어하도록 한다.

부연하면, 항해모드의 경우, 통합제어장치는 보조보일러 내부의 압력센서로부터 센서값을 수신하여 압력을 측정하고, 통합제어장치에 설정된 압력수치와 대비하도록 한다. 이를 위하여 통합제어장치는 소정의 데이터베이스와 비교부를 더 포함할 수도 있다.

그리고 대비결과에 따라 제1 스팀세이빙밸브를 제어하는데, 통합제어장치의 압력 설정 범위는 0 내지 100 Bar로 설정되고, 제1 스팀세이빙밸브는 0 내지 100%의 범위 내에서 1%씩 개폐되도록 구성될 수 있다.

이러한 통합제어장치는 항해모드에서, 제1 스팀세이빙밸브가 50% 개방되도록 하고, 보조보일러의 압력값을 수신하여 비교하며,

통합제어장치가 판단시간을 가지는 동안, 제1 스팀세이빙밸브의 50% 개방에 따른 보조보일러의 압력수치를 판단한다. 이때 판단하는 시간을 판단시간(Leading time(s))으로 지칭한다.

이러한 통합제어장치는 판단시간동안 제1 스팀세이빙밸브의 50% 개방에 대한 보조보일러의 압력 변화를 측정한다.

이때, 통합제어장치의 데이터베이스에 저장된 미리 설정된 압력수치는 상한값과 하한값을 가지도록 하는데, 만약 하한값 보다 보조보일러의 압력이 낮을 경우, 제1 스팀세이빙밸브의 개방 정도를 소정의 단위만큼 개방하도록 통합제어장치가 제어한다. 이때 소정의 단위란 예컨대 25%일 수 있다.

또한, 미리 저장된 압력수치의 상한값보다, 보조보일러의 압력이 높을 경우, 제1 스팀세이빙밸브의 개방정도를 소정의 단위씩 개방하도록 제어한다. 이때 소정의 단위는 예컨대 75%일 수 있다.

즉, 하한값보다 낮은 경우가, 상한값보다 높은 경우보다 큰 폭의 단위를 가지도록 한다.

이렇게 보조보일러 내의 압력이 기설정된 상한값과 하한값 사이의 값을 가질 때까지 제1 스팀세이빙밸브를 제어하도록 하며, 만약 제1 스팀세이빙밸브의 개방정도가 0% 또는 100%에 도달하면 통합제어장치는 알림을 출력하도록 한다. 이때 알림의 발생과 출력을 위하여 알림부를 더 포함하고, 별도로 경보장치 등을 더 포함할 수도 있다.

이러한 제1 스팀세이빙밸브의 제어정보는 통합제어장치의 데이터베이스에 운행 중 제어정보로서 별도로 저장될 수 있으며, 이는 차후 선박이 운행을 할 때 디폴트 정보로서 활용될 수 있다.

또한, 상술된 통합제어장치의 알림부는, ECSS로부터 측정된 온도정보가, 데이터베이스 기설정된 온도정보를 벗어나는 경우, 알림을 발생하고 출력하도록 할 수 있다.

상술된 바와 같이 설명된 제1 스팀세이빙밸브의 개방정보를 제어하는 것은, 해당 선박이 항해 중인 경우를 예로 든 것이며, 입출항 또는 정박하는 경우에는 모드에 따라, 제1 스팀세이빙밸브가 아닌 제2 스팀세이빙밸브 또는 제3 스팀세이빙밸브가 제어되도록 할 수 있다. 이는 통합제어장치가, 모드판단부에 의해 판단된 모드에 따라 스팀세이빙밸브의 종류(제1, 제2 및 제3)를 제어하는 것이다.

한편, 상술된 스팀세이빙밸브는, 에어세이브를 목적으로 하는 감압밸브를 적용할 수 있다.

혹은, [표 1]과 같이 구성되어 제어부의 제어에 따라 일정량 개폐되는 밸브일 수도 있다.

[표 1]은 상측 도면의 좌측에서 우측으로, 이어서 하측 도면의 좌측에서 우측으로 밸브의 댐퍼가 개방되는 예시를 나타내고 있다.

이를 위한 스팀세이빙밸브는, 제어부에 의해 회전 제어되는 밸브 내측의 축과; 상기 축에 연결되어 회전되는 반원모양의 댐퍼를 포함한다.

이때, 축을 제어하는 모터는 스테핑모터로서 제어부의 제어에 따라 일정한 각도씩 제어됨으로써 밸브의 개폐가 정해진 값만큼 개폐되도록 제어할 수 있다.

상기에서 도면을 이용하여 서술한 것은, 본 발명의 주요 사항만을 서술한 것으로, 그 기술적 범위 내에서 다양한 설계가 가능한 만큼, 본 발명이 도면의 구성에 한정되는 것이 아님은 자명하다.

Claims (5)

1. 선박의 항해모듈, 입출항모듈 및 정박모듈 각각에 스팀을 공급하도록 하는 공급라인과; 상기 공급라인 일측에 설치된 스팀세이빙밸브와;
   상기 공급라인의 일측에 연결된 스팀을 공급하는 보조보일러(AUXILIARY BOILER)와
   상기 보조보일러와 순환파이프로 연결되어 스팀이 보조보일러로부터 순환되도록 하는 스팀공급시스템(ECSS)와; 상기 스팀세이빙밸브를 제어하는 통합제어장치;를 포함하되,
   상기 순환파이프의 일측에는 순환펌프(CIRCULATION PUMP)를 구비하여 보조보일러에서부터 ECSS까지 스팀이 순환되도록 하고,
   상기 보조보일러 내측에는 내부의 압력을 측정하는 압력센서가 구성되고, ECSS의 내측에는 내부의 온도를 측정하는 온도센서가 구성되되, 상기 압력센서와 온도센서는 통합제어장치로 센서값을 전송하며,
   상기 스팀세이빙밸브는,
   제어부에 의해 회전 제어되는 밸브 내측의 축과; 상기 축에 연결되어 회전되는 반원모양의 댐퍼;를 더 포함하고,
   상기 축을 제어하는 모터는 스테핑모터로서 제어부의 제어에 따라 일정각도만큼 제어되도록 하되,
   제1 스팀세이빙밸브, 제2 스팀세이빙밸브 및 제3 스팀세이빙밸브를 포함하되,
   상기 통합제어장치는,
   항해모드의 경우 제1 스팀세이빙밸브를 제어하고, 입출항모드의 경우 제2 스팀세이빙밸브를 제어하며, 정박모드의 경우 제3 스팀세이빙밸브를 제어하고,
   상기 항해모드에서, 제1 스팀세이빙밸브가 50% 개방되도록 하고, 보조보일러의 압력값을 수신하여 비교하며,
   통합제어장치가 비교시간을 가지는 동안, 제1 스팀세이빙밸브의 50% 개방에 따른 보조보일러의 압력수치를 판단하는 판단시간을 가지고,
   통합제어장치는 판단시간동안 제1 스팀세이빙밸브의 50% 개방에 대한 보조보일러의 압력 변화를 측정하며,
   통합제어장치의 데이터베이스에 저장된 미리 설정된 압력수치는 상한값과 하한값을 가지되,
   하한값 보다 보조보일러의 압력이 낮을 경우, 제1 스팀세이빙밸브의 개방정도를 25%씩 개방하도록 제어하고,
   상한값보다, 보조보일러의 압력이 높을 경우, 제1 스팀세이빙밸브의 개방정도를 75%씩 개방하도록 제어하며,
   제1 스팀세이빙밸브의 개방정도가 0% 또는 100%에 도달하면 알림을 출력하는 것을 특징으로 하는, 선박용 스팀 공급 시스템의 제어장치.
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