KR102557665B1 - 전기분해용 전극 상태 판단 기능을 포함하는 선박평형수 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 해수를 전기분해하여 산화제를 발생시켜 해수에 포함된 세균을 살균하는 선박평형수 처리 장치는, 이송되는 해수의 유량을 측정하는 유량계; 해수에 침지되는 복수의 전극을 구비한 전극 챔버(ECU); 전극들 사이에서 전기분해가 이루어지도록, 상기 복수의 전극에 소정의 전력을 인가하는 전력 공급부(PRU); 상기 전극 챔버로부터 배출되는 해수에 존재하는 총잔류산화제(TRO)의 양을 측정하는 TRO 센서; 상기 유량계에서 측정한 해수의 실측 유량값에 근거하여, 상기 전극에 인가되는 전력을 제어하여 전기분해가 수행되도록 하고, 상기 유량계에서 측정한 실측 유량값과 상기 전력 공급부에서 인가하는 전력에 근거하여 발생할 것이라고 예상되는 예측 발생 TRO값을 계산하고, 상기 예측 발생 TRO값과 상기 TRO 센서에서 측정된 실측 TRO값을 비교하여 상기 전극의 상태를 판단하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

Description

전기분해용 전극 상태 판단 기능을 포함하는 선박평형수 처리 장치{BALLAST WATER TREATMENT DEVICE HAVING FUNCTION OF MONITORING ELECTRODES FOR ELECTROLYSIS}

본 발명은 선박평형수 처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 선박평형수 처리 장치에서 전기분해를 수행하는 전극의 상태를 판단하는 기능에 관한 것이다.

운행 중인 선박은, 외부로부터 선박평형수(ballast water; 밸러스트수)를 취수하여 선박의 균형을 유지한다.

선박평형수 처리 장치는, 선박평형수로서 취수되는 해수를, 기계적, 물리적, 또는 화학적 방법을 통해 처리하여, 선박평형수에 포함되어 있는 고형물이나 미생물 등을 제거한다. 이 중, 화학적 방법은, 해수를 전기분해하여 하이포아염소산(Hypochlorite, HClO) 또는 하이포아염소산 이온(Hypochlorite ion, OCl-)을 생성시킴으로써, 이러한 물질이 미생물을 사멸시키게 하는 처리 방법이다. 하지만, 전기분해를 이용한 화학적 방법은 선박평형수 내의 잔류 화학 물질을 중화시켜야 하는 추가 공정이 필요하다는 단점이 있다.

1) ECU 전극 표면의 스케일

화학적 처리 방법을 수행하는 선박평형수 처리 장치는, 해수의 전기분해를 수행하는 전극 챔버 유닛(ECU)을 구비한다. ECU의 내부에는 다수의 평판 전극이 배열되어 있다. 해수는 평판 전극들 사이를 통과하여 이동하며, 이때, 전극들 사이에 전력이 인가됨으로써, 전극들 표면에서 전기분해가 이루어지게 된다. 한편, 평판 전극들은 다수 개가 가까운 거리로 마주보게 배치되므로, 전극들이 ECU를 통과하는 유체에 유동저항을 발생시킨다.

따라서, 선박평형수 처리장치를 오랜 시간 동안 동작시키게 되면, 이동하는 해수 속의 각종 유기물질들이 스케일(scale) 형태로 전극의 표면에 달라붙게 된다.

스케일이 형성되는 속도는 유체의 유량에 비례하고 유속에 반비례하는데, 전극 표면에 스케일이 많아질수록, 단위 시간당 반응할 수 있는 전극의 면적이 줄어들게 되고, 이 때문에 전기분해 효율이 저하될뿐만 아니라 차압(differential pressure)이 증가하기 때문에 밸러스트 펌프 및 전극에 과도한 스트레스를 줄 수 있다. 따라서, 전극의 표면은 일정한 주기로 청소되어야 한다.

현재는, 전극 표면을 일정한 주기로 청소하거나, 실험적 또는 경험적 근사치를 통해 청소의 필요성을 판단하고 있다. 가령, 특정 시간 경과 후 또는 특정 유량의 해수를 처리한 경우에 스케일이 얼마만큼 쌓인다는 실험치를 유지하고, 이를 참고하여 실험치 따른 시간 주기마다 청소를 수행하도록 안내하는 방법이 사용된다.

하지만, 이러한 방식은, 통제된 조건하에 진행된 실험 결과 또는 경험치에 근거하는 것이고, 선박마다의 서로 다른 운용 조건과 해수마다의 서로 다른 환경 조건을 반영하지는 못하고 있다. 따라서, 어떤 경우에는, 청소가 불필요한 경우에도 약품을 사용해가며 청소를 수행하게 될 수도 있고, 다른 경우에는, 청소가 필요한 경우에도 청소 시기를 훨씬 넘기게 되어 전체 시스템의 효율이 저하되는 문제를 일으킬 수 있다.

따라서, 전극 표면에 발생한 스케일의 정도를 정확하게 파악하여 청소 시기를 판단할 필요가 있다.

전극 표면에 스케일의 발생을 억제하고 세척하기 위한 목적의 종래기술로는, 등록특허 10-0663332(2006.12.22.) (명칭: 선박 밸러스트수 전해살균시스템의 제어장치) (이하, 종래기술 1이라 함)과 등록특허 10-2159846(2020.09.18) (명칭: 선박 평형수 처리 시스템) (이하, 종래기술 2라 함)를 들 수 있다.

상기 종래기술 1은, 전해살균장치의 양극(+)과 음극(-) 모두 티탄소재 불용성 전극을 설치하고, 극성전환부, 전류조절부 및 유량감지센서, 펄스발생기, 잔류염소이온농도감지센서를 각각 부가함으로써 양극과 음극의 극성을 주기적으로 전환시켜 차아염소산나트륨을 중단 없이 생성되도록 하는 한편, 해수의 유입량과 차아염소산나트륨의 농도에 의해 전해량을 조절하여 차아염소산나트륨 농도를 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 전극에 수산화염화합물이 부착되는 것을 방지하여 밸러스트수의 살균을 효과적으로 이루어질 수 있도록 하는 선박의 밸러스트 해수 전해살균장치를 개시한다. 즉, 일정한 주기로 양극과 음극의 극성을 변환시킴으로써, 음극 표면에 부착된 수산화염화합물이 양극으로 전환되었을 때 약산성 분위기에서 수산화염화합물을 재 용해시켜 제거하여 전극상태를 원래의 상태로 회복시켜 주는 것을 요지로 한다.

상기 종래기술 2는, 전기분해에 의해 살균수를 생성하여 상기 메인 밸러스트 라인(60)을 통해 상기 밸러스트 탱크(30)로 유입시키는 전해조(40); 상기 전해조(40) 후단에 설치되는 기액 분리기(50); 상기 기액 분리기(50)에 외부에서 세척수를 공급하기 위한 세척수 유입라인(92); 상기 기액 분리기(50)로부터 전해조(40)로 우회하여 연결되어 상기 기액 분리기(50)에 공급된 세척수를 상기 전해조(40)로 순환시키는 세척수 순환라인(93); 상기 세척수 순환라인(93)에 설치되어 상기 전해조(40) 내에 세척수를 고압으로 유입시켜 세척수의 유입 압력에 의해 상기 전해조(40) 내 전극표면으로부터 스케일을 제거하는 유입 펌프(91)를 포함하는 선박 평형수 처리 시스템을 개시한다. 특히, 별도의 세척수를 고압으로 유입시켜 전극표면으로부터 스케일을 제거하는 것을 요지로 한다.

하지만, 상기한 바와 같은 종래기술들은, 여전히 세척시기를 정확하게 판단하는 과정을 포함하지 않는다.

2) TRO의 중화 처리

선박평형수 처리장치의 ECU를 통과하여 전기분해 처리된 평형수 내에는 살균 처리 과정에서 생성된 총잔류산화물(TRO, Total Residual Oxidants)과 같은 독성 물질이 존재한다. 이 독성물질은, 보통 1일~5일 정도 시간이 지나면 자연적으로 분해되기 때문에 장거리 운항을 하는 선박의 경우에는, 선박평형수를 배출하는 것이 문제가 되지 않는다. 하지만, 단거리 운항을 하는 경우 또는 독성 물질이 자연적으로 분해되지 않은 시점에서 선박평형수를 배출해야 하는 경우에는, 선박평형수의 TRO를 중화처리한 후 배출해야 한다.

선박평형수를 배출하기 전에, TRO 센서를 이용하여 배출할 선박평형수의 TRO를 측정하고, 측정된 TRO의 양에 대응하여 중화제를 투입하게 된다. TRO 센서는 일반적으로 중화제 투입 장치의 하류에 배치된다. 따라서, 중화제 투입 장치가 배치된 위치, 즉, 중화제 투입 위치와 TRO 센서가 배치된 위치, 즉, 샘플링 위치 사이의 거리 또는 유로 형상 등에 따라서, 중화제가 해수에 고르게 섞이지 않은 상태에서 또는 중화 반응이 완료되지 않은 상태에서 TRO 측정이 이루어질 수 있기 때문에, 중화제 투입 위치와 TRO 샘플링 위치의 관계는 매우 중요하다.

특히, 중화 처리를 위해 투입되는 중화제의 양은 TRO 센서를 통해 측정되는 TRO 농도에 의존하기 때문에, 상기 위치 관계의 설계에 따라, 중화제가 실제 투입되어야 하는 양보다 과량 투입되거나 또는 소량 투입될 수 있다.

따라서, 중화제의 최적 투입량을 결정하기 위해서, 배출되는 선박평형수의 정확한 TRO의 양을 측정해야할 필요가 있다.

본 발명은, 선박평형수 처리 장치를, 3차원 모델로 구현한 디지털 트윈 시스템으로 구현하여, 각각의 신호에 따른 시스템의 구조, 속성, 상황에 맞는 매뉴얼을 제공할뿐만 아니라, 장비의 상태 정보를 제공하고자 한다. 이로써, 사용자는 시스템에서 제공된 3차원 데이터를 바탕으로 이전보다 입체적으로 시스템의 상태 및 운용 조건을 파악할 수 있게 하며, 운전 조건을 달리할 경우 예상되는 결과값을 미리 확인함으로써 최적의 운전 조건을 유지할 수 있게 하고자 한다.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 해수를 전기분해하여 산화제를 발생시켜 해수에 포함된 세균을 살균하는 선박평형수 처리 장치는, 이송되는 해수의 유량을 측정하는 유량계; 해수에 침지되는 복수의 전극을 구비한 전극 챔버(ECU); 전극들 사이에서 전기분해가 이루어지도록, 상기 복수의 전극에 소정의 전력을 인가하는 전력 공급부(PRU); 상기 전극 챔버로부터 배출되는 해수에 존재하는 총잔류산화제(TRO)의 양을 측정하는 TRO 센서; 상기 유량계에서 측정한 해수의 실측 유량값에 근거하여, 상기 전극에 인가되는 전력을 제어하여 전기분해가 수행되도록 하고, 상기 유량계에서 측정한 실측 유량값과 상기 전력 공급부에서 인가하는 전력에 근거하여 발생할 것이라고 예상되는 예측 발생 TRO값을 계산하고, 상기 예측 발생 TRO값과 상기 TRO 센서에서 측정된 실측 TRO값을 비교하여 상기 전극의 상태를 판단하는 제어부를 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 제어부는, 상기 유량계에서 측정한 상기 실측 유량값을 전산유체역학(CFD) 유동 해석 프로그램에 적용함으로써, 이송되는 해수의 정확한 유량을 계산하고, 상기 계산된 유량값에 근거하여 최적의 전기분해 조건을 산출한 후, 산출된 조건에 대응하여 상기 전력 공급부의 전력 인가 동작을 제어할 수 있다.

한편, 상기 선박평형수 처리 장치는, 상기 TRO 센서의 상류에서 이송되는 해수에 상기 TRO를 중화시키기 위한 중화제를 투입하는 중화제 투입부를 더 포함할 수 있으며, 이때, 상기 제어부는: 상기 유량계에서 측정한 실측 유량값과 상기 TRO 센서에서 측정한 상기 실측 TRO값을 상기 CFD 유동 해석 프로그램에 적용함으로써, 이송되는 해수의 배출 지점에서의 예측 배출 TRO값을 예측하고, 상기 예측 배출 TRO값에 근거하여 상기 중화제 투입부의 중화제 투입량을 제어할 수 있다.

또한, 상기 제어부는, 선박평형수 취수시, 상기 예측 발생 TRO값과 상기 실측 TRO값을 비교하여 상기 전극의 세척 여부를 결정하는 동작을 수행하고, 선박평형수 배수시, 상기 예측 배출 TRO값에 근거하여 중화제 투입량을 제어하는 동작을 수행할 수 있다.

더욱, 상기 선박평형수 처리 장치는, 이송되는 해수의 압력을 측정하는 압력계를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부는, 측정되는 실측 압력값을 반영하여 이송되는 해수의 실측 유량값을 산출할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 선박평형수 처리 장치와 컴퓨터 기반의 다양한 해석 프로그램과의 연결을 통해, 주변 환경과 장비 상태에 맞는 최적화 운전을 지원할 수 있게 된다.

또한, 선박의 무인화 및 스마트화에 대응하여, 기존에 사람에 의해 수동적으로 관리되던 시스템에서 벗어나, 선박평형수 처리 장치의 자동화를 위한 방안을 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 선박평형수 처리 장치를 포함하는 유로 구조를 도시한 도면으로서, 밸러스팅(ballasting) 시의 해수의 흐름을 도시한다.
도 2는 본 발명에 따른 선박평형수 처리 장치를 포함하는 유로 구조를 도시한 도면으로서, 디밸러스팅(de-ballasting) 시의 해수의 흐름을 도시한다.
도 3은 전극 챔버(ECU) 및 내부에 배치된 전극의 예를 도시한다.
도 4는, 본 발명에 따른 선박평형수 처리 장치에 의하여 ECU의 전극의 상태를 판단하는 절차를 설명하는 흐름도이다.
도 5는, 본 발명에 따른 선박평형수 처리 장치에 의하여 중화제 투입량을 결정하는 절차를 설명하는 흐름도이다.

도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 전기분해용 전극 상태 판단 기능을 포함하는 선박평형수 처리 장치를 포함하는 유로 구조를 통해서 밸러스팅 및 디밸러스팅하는 동작을 설명한다.

밸러스팅 운전시에는, 해수를 취수하여 밸러스트 탱크(60)로 이송하여 저장하게 된다. 취수된 해수는 체스트(10)를 거쳐서 전극 챔버(ECU)(20)로 유입되고, 이때 이송되는 해수의 유량과 압력이 측정될 수 있다. 전극 챔버(20)는 해수를 전기분해하여 해수를 살균처리하고, 전극 챔버(20)를 통과한 해수는 TRO 센서(50)에 의해 TRO값이 측정된 후 밸러스트 탱크(60)로 이송된다. 제어부(80)는 전력 공급부(30)의 동작을 제어하여 전기분해 동작을 제어하고,측정된 TRO값에 근거하여 전극의 상태를 판단할 수 있다. 밸러스팅 운전시의 해수의 경로는 도 1에서 굵은선으로 표시되었다.

한편, ECU(20)는, 도 3에 도시된 바와 같이, 내부에 복수의 전극들(25)을 구비하는데, 이 전극들(25)은 서로 좁은 간격으로 배치되어 있다.

전극들(25)에는 전력 공급부(30)의 제어에 의해 전력이 인가되며, 이로써, 전극들(25) 사이에서 전기분해 반응이 일어나게 된다.

전력 공급부(30)에 의한 전력 인가 동작은, ECU(20)로 유입되는 유량에 근거하여 및 ECU(20)로부터 배출되는 해수로부터 측정된 TRO값에 근거하여 제어될 수 있다.

한편, ECU(20)에 배치된 전극(25)의 표면에 스케일이 쌓일 경우, 전극(25)의 반응 면적이 줄어들게 되어 전기 분해 효율이 떨어지게 된다. 뿐만 아니라, 전극들(25) 사이의 간격이 좁아져서 해수의 이동에 저항으로 작용할 수 있다.

제어부(80)는, 유입되는 해수의 유량에 대응하여 소정 전력이 인가되었을 때 발생할 것으로 예측되는 TRO의 양(즉, 예측 발생 TRO값)과 TRO 센서(50)에 의해 측정되는 실측 TRO값의 차를 계산하고, 이를 이용하여 전극(25) 표면의 스케일 발생 정도를 판단할 수 있다. 만일, 발생된 스케일이 일정 수준을 초과한 것으로 판정되면, 제어부(80)는 상위 관리시스템에 스케일 경보를 출력하여 전극(25)의 청소를 요청할 수 있다.

이때, 본 발명은, 이송되는 해수의 유량을 결정하기 위해서 유량계(12)에서 측정된 유량값과 압력계(14)에서 측정된 압력값을 직접 사용하기보다는, 실측된 유량값과 실측된 압력값을 CFD라는 유동해석 프로그램에 의해 분석하여 정확한 유량을 계산하고, 계산된 유량값을 사용하도록 한다.

CFD는 제어부(80)에 의해서 실행될 수 있다. CFD는, 유로의 특성, 유로를 제어하는 밸브들의 특성, 유로에 배치된 각 구성부들의 특성들에 대한 정보(예를 들면, ECU 내부에서의 전극에 의한 흐름 저항 등)를 미리 저장하고 있으며, 실측된 유량값과 실측된 압력값을 상기 정보와 조합하여 시뮬레이션하여 계산함으로써, 실제 유로를 통해 흐른 유량에 일치하는 정확도로 유량을 계산한다. 계산된 유량값은 실측된 유량값에 비해서 더욱 정확한 양을 나타낼 수 있다. 계산된 유량값은, 전극에 인가되는 전력을 제어하는 데에 활용될 수 있다.

이때, CFD는, ECU(20)에 배치된 전극(25)의 표면에 스케일이 전혀 없다는 가정하에서 유량값을 계산한다. 따라서, 계산된 유량값은, 전극의 표면에 스케일이 형성된 양에 따라서 오차를 나타낼 수 있고, 결과적으로 전력공급 동작에 오차를 일으킬 수 있다.

한편, 선박평형수 처리 장치는, 디밸러스팅 운전시에는, 밸러스트 탱크(60)로부의 해수를 유량과 압력을 측정하면서 외부로 배출하게 된다. 이때, TRO 센서(50)에 의해 TRO를 측정하게 되며, 측정된 TRO값에 대응하여 TRO 센서(50)의 상류측에 배치된 중화제 투입 장치(40)가 잔류산화물을 중화시키기 위한 중화제를 투입하게 된다. 제어부(80)는 측정된 TRO값에 근거하여 중화제 투입량을 계산하고, 중화제 투입 장치(40)의 동작을 제어한다. 디밸러스팅 운전시의 해수의 경로는 도 2에서 굵은선으로 표시되었다.

해수를 이송하는 유로의 일측에서 중화제를 투입하면, 중화제가 해수와 함께 이송하면서 해수에 골고루 섞이고 또한 화학 반응을 마칠 때까지는, 유로를 일정 시간 동안 및 일정 거리 이상 이동하여야 한다. 하지만, 장치의 설계상 및 필요상, TRO 센서(50)가 배치되는 위치가, 중화제가 투입되는 위치로부터 충분히 먼 거리에 설정되지 못할 수 있으며, 이 경우에는, 중화제가 충분히 섞이고 반응하지 못할 수 있어서 TRO값이 높게 측정될 수 있다. 그렇다면, 결과적으로 중화제 투입 장치(40)에서는 중화제 투입량을 증가시킬 것이고, 이는, 중화제가 과잉되어 오히려 반응하지 못한 중화제가 외부로 배출되는 결과를 불러올 것이다.

따라서, 중화제 투입 위치로부터 충분히 멀지 않은 위치에서 측정된 TRO값을 통해서, 최적 위치에서 측정된 TRO값을 예측하기 위한 방법이 필요하며, 본 발명에서는, CFD 프로그램을 통해서 이 문제를 해결하였다.

즉, CFD 프로그램은, 실측 유량값 및/또는 실측 압력값, 또는, 계산된 유량값과, 실측 TRO값과, 중화제 투입 위치와 TRO 센서의 위치 및 거리, 이들 사이의 유로의 특성 등을 참고하여, 해수가 배출되는 지점(70)에서의 TRO값을 예측한다(즉, 예측 배출 TRO값). 선박평형수 처리 장치는, 예측 배출 TRO값에 근거하여 중화제의 투입량을 결정할 수 있다.

이러한 방식에 의하여, 최적량의 중화제를 투입할 수 있으므로, 배출되는 선박평형수를 완전히 중화시킬 수 있으며, 중화제의 불필요한 소모도 방지할 수 있게 된다.

이어서, 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 선박평형수 처리 장치에 의하여 ECU의 전극의 상태를 판단하는 절차를 설명한다. 도 4에서 설명하는 ECU 전극 상태 판단 절차는, 선박평형수를 처리하는 동안의 임의의 시점에서 수행될 수 있지만, 해수를 취수하여 밸러스트 탱크(60)로 저장하는 밸러스팅 시에 수행되는 것이 바람직하다.

절차의 수행에 앞서서, CFD 프로그램에 유로 구조의 다양한 모델링 정보가 입력될 수 있다. 예를 들면, 유로 구조의 형태, 유로의 각 위치의 단면 및 내부 흐름 저항, 유로에 배치되는 각 구성부의 내부 흐름 저항 특히 전극 챔버(20)의 크기 등이 제공될 수 있다. 특히, 전극 챔버(20)의 내부 전극들(25)에 의한 흐름 저항 또는 저항 계수가 제공될 수 있다. ECU(20) 및 전극(25)의 저항 계수는 모델마다 표준화되어있기 때문에 각 모델별로 쉽게 구할 수 있다.

이제, 밸러스팅 시에, 유량계(12)에 의한 실측 유량값과 압력계(14)에 의한 실측 압력값이 CFD 프로그램에 제공되어 유로를 흐르는 유량 또는 ECU(20) 내부를 흐르는 유량의 정확한 값이 계산될 수 있다(S110). 제어부(80)는, 계산된 정확한 유량에 근거하여 ECU(20)의 전극들(25)에 미리설정된 제어된 전력을 인가하도록 전력 공급부(30)를 제어한다(S120).

ECU(20)의 내부에서는 전극(25)의 표면에서 전기분해가 일어나 해수에서 산화물이 발생하게 된다. 한편, CFD 프로그램은 계산된 유량과 인가되고 있는 제어된 전력에 근거하여, ECU(20)의 후단에서 발생하게될 TRO의 양을 예측한다(S130). 이때 예측되는 TRO의 양은 모든 전극(25)에 스케일이 없는 최적의 상태에서, 인가 전력에 의해 전극(25)의 표면 전체가 해수와 100% 반응했을 경우에 해당한다. 예측된 TRO의 양(즉, 예측 발생 TRO값)은 실측 TRO값과 비교된다(S140).

이때, 실측 TRO값이 예측 발생 TRO값과 동일하거나 소정 범위 이내로 차이가 적은 경우에는, 전극(25)의 표면에 스케일이 기준치 미만으로 적게 부착된 것으로, 즉, 전극(25) 표면의 상태가 양호한 것으로 판단할 수 있다(S150).

한편, 실측 TRO값이 예측 발생 TRO값보다 소정 범위 이상 차이가 나는 경우, 특히, 실측 TRO값이 예측 발생 TRO값보다 소정 비율 이상 적은 경우에는, 전극(25) 표면에 스케일이 기준치 이상으로 부착된 것으로 판단할 수 있다. 그렇다면, 제어부(80)는 ECU(20)에 배치된 전극에 대하여 청소가 필요한 상태로 판단하고, 상태 점검 또는 청소를 안내하는 경보를 출력할 수 있다(S160).

이러한 방법으로, 본 발명은, 단지 측정되는 TRO값을 기준으로 ECU의 전극의 상태를 판단할 수 있다.

다음, 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 선박평형수 처리 장치에 의하여 중화제 투입량을 결정하는 절차를 설명한다.

초기 설정해 놓은 유로 구조의 3D 모델링 정보와 ECU 내부의 전극의 저항계수 등을 미리 CFD 프로그램에 입력하여 세팅한다.

이제, 디밸러스팅 시에, CFD 프로그램은 설정된 주기마다 원격으로 압력계(14)와 유량계(12)로부터 실측 압력값과 실측 유량값을 입력받아 유로를 흐르는 정확한 유량을 계산한다. 계산된 유량에 근거하여(또는, 실측된 유량값과 압력값에 근거하여) 미리설정된 제어된 양의 중화제가 유로에 투입된다(S210).

CFD 프로그램은, 실측된 TRO값으로부터, 밸러스트수의 배출 지점(70)에서 배출될 것으로 예측되는 TRO의 양(즉, 예측 배출 TRO값)을 계산한다(S220). 계산된 예측 배출 TRO값은, 미리설정된 TRO 배출 기준값과 비교될 수 있다(S230). 만일, 예측 배출 TRO값이 배출 기준값의 범위 내에 있으면, 현재의 중화제 투입량을 유지할 수 있다(S240). 반대로, 예측 배출 TRO값이 배출 기준값보다 높으면 중화제를 추가로 투입하여 중화 정도를 높이는 제어를 수행할 수 있다(S250).

이처럼, 실측된 TRO값을 이용하여 중화제 투입량을 제어하는 것이 아니라, CFD 프로그램에 의해 처리된 예측 배출 TRO값을 이용하여 중화제 투입량을 제어하게 되면, 실측 TRO값의 오차에 의해서 중화제 투입량이 불필요하게 과다/과소 투입되는 것을 방지할 수 있게 된다.

부연하면, 현재의 ECU 내 전극의 청소 권장 주기는, 통제된 조건하에 진행된 실험 결과 또는 경험에 근거하여, 임의로 설정될 수 있다. 때문에, 선박마다 서로 다른 운전 조건과 환경 조건을 반영하여 최적의 청소 주기를 설정하기 어렵다. 어느 쪽은 불필요한 약품을 사용해가며 청소를 하고 있을 것이고, 어느 쪽은 권장 청소주기를 훨씬 넘겨 진행할 수도 있다. 이러한 실험 및 경험에 따른 주기 설정 방식은, 선박 운용의 자동화 처리를 어렵게 한다.

하지만, 본 발명에서 제시하는 CFD 프로그램을 이용하여 계산된 값에 근거하여 청소 필요성 여부를 판단하는 시스템에 의하면, 청소가 필요한 시점을 매우 정확하게 결정할 수 있게 되어, 청소에 소요되는 노력과 비용을 최적화할 수 있게 된다. CFD 유동 해석 프로그램을 적용한 본 발명은, 각 변수 값들이 정확한 경우, 실제 현상과 비교하여 98% 이상의 신뢰도를 나타내는 것으로 밝혀졌다.

한편, 일반적인 선박평형수 처리 장치에서 배출할 해수의 중화처리를 위한 중화제 투입량은, 실제 샘플링을 통해 얻은 TRO 농도로부터 결정된다. 하지만, TRO 농도를 샘플링하는 위치에 따라 정확한 TRO값을 측정하지 못할 수 있다는 문제가 있다. 일반적인 샘플링 위치는, 투입된 중화제에 의해 해수가 완전히 중화되었을 것으로 예상되는 지점에 설정되는데, 실제로 설치된 배관의 형상, 유량, 압력, ECU 내부 스케일에 의한 흐름 변화 등의 다양한 변수에 의해, TRO 샘플링 위치에서 완전 중화되지 못하고, 샘플링하는 위치보다 먼 위치에서 중화가 완료될 수도 있다. 하지만, 일반적인 선박평형수 처리 장치는 이러한 변수까지 반영하지 못하고 있으며, 실측된 TRO값을 그대로 사용하게 된다.

이에 비하여, 본 발명에 의하면, CFD 프로그램을 이용하여, 실측된 TRO값에 유로 구조의 다양한 변수들, 실측된 다양한 측정값들을 적용하여, 해수의 배출 시점에서의 예측 배출 TRO값을 계산하고, 이를 바탕으로 중화제 투입량을 제어할 수 있으므로, 최적의 중화 효율을 얻을 수 있으며 중화제의 불필요한 낭비를 줄일 수 있다. 나아가, 중화제로 인한 추가적인 환경오염 문제를 예방할 수 있다.

Claims (5)

1. 해수를 전기분해하여 산화제를 발생시켜 해수에 포함된 세균을 살균하는 선박평형수 처리 장치에 있어서,
   이송되는 해수의 유량을 측정하는 유량계;
   해수에 침지되는 복수의 전극을 구비한 전극 챔버(ECU);
   전극들 사이에서 전기분해가 이루어지도록, 상기 복수의 전극에 소정의 전력을 인가하는 전력 공급부(PRU);
   상기 전극 챔버로부터 배출되는 해수에 존재하는 총잔류산화제(TRO)의 양을 측정하는 TRO 센서;
   상기 TRO 센서의 상류에서 해수에 상기 TRO를 중화시키기 위한 중화제를 투입하는 중화제 투입부; 및
   (1) 상기 유량계에서 측정한 해수의 실측 유량값에 근거하여, 상기 전극에 인가되는 전력을 제어하여 전기분해가 수행되도록 하고, 상기 유량계에서 측정한 상기 실측 유량값과 상기 전력 공급부에서 인가하는 상기 전력에 근거하여 발생할 것이라고 예상되는 예측 발생 TRO값을 계산하고, 상기 예측 발생 TRO값과 상기 TRO 센서에서 측정된 실측 TRO값을 비교하여 상기 전극의 상태를 판단하고, 또한, (2) 상기 유량계에서 측정한 상기 실측 유량값과 상기 TRO 센서에서 측정한 상기 실측 TRO값을 전산 유체역학(CFD) 유동 해석 프로그램에 적용함으로써, 해수가 선박의 외부로 배출되는 지점에서의 해수의 예측 배출 TRO값을 예측하고, 상기 예측 배출 TRO값에 근거하여 상기 중화제 투입부의 중화제 투입량을 제어하는 제어부를 포함하는, 전기분해용 전극 상태 판단 기능을 포함하는 선박평형수 처리 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는, 상기 유량계에서 측정한 상기 실측 유량값을 상기 전산 유체역학(CFD) 유동 해석 프로그램에 적용함으로써, 상기 이송되는 해수의 정확한 유량을 계산하고, 상기 계산된 유량값에 근거하여 최적의 전기분해 조건을 산출한 후, 산출된 조건에 대응하여 상기 전력 공급부의 전력 인가 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는, 전기분해용 전극 상태 판단 기능을 포함하는 선박평형수 처리 장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   선박평형수 취수시, 상기 예측 발생 TRO값과 상기 실측 TRO값을 비교하여 상기 전극의 상태를 판단하는 동작을 수행하고,
   선박평형수 배수시, 상기 예측 배출 TRO값에 근거하여 상기 중화제 투입량을 제어하는 동작을 수행하는 것을 특징으로 하는, 전기분해용 전극 상태 판단 기능을 포함하는 선박평형수 처리 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 선박평형수 처리 장치는,
   상기 이송되는 해수의 압력을 측정하는 압력계를 더 포함하고,
   상기 제어부는, 측정되는 실측 압력값을 반영하여 상기 이송되는 해수의 실측 유량값을 산출하는 것을 특징으로 하는, 전기분해용 전극 상태 판단 기능을 포함하는 선박평형수 처리 장치.

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