KR20220134982A - 스크러버용 배기가스 제어 밸브를 이용한 사전 사고 예지 모니터링 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 배기가스의 흐름 제어를 통한 지속적으로 모니터링이 가능한 스크러버용 배기가스 제어 밸브를 이용한 사전 사고 예지 모니터링 시스템에 관한 것으로, 저유황유 가스 또는 고유황유 가스를 포함하는 연료를 통해 동력을 발생시키는 엔진과, 상기 고유황유 가스를 통과시키면서 불순물을 제거하는 스크러버와, 상기 엔진과 스크러버 사이에 연통되며 일측에는 배기구가 형성되는 메인배관과, 상기 메인배관에 설치되며 상기 연료의 유량을 조절하는 스크러버 밸브와, 상기 배기구에 형성되며 외부로 저유황유 가스의 배출 유량을 조절하는 바이패스 밸브를 포함하는 밸브 모듈과, 상기 메인배관에 형성되며, 상기 메인배관의 온도, 압력 및 유량 정보를 포함하는 감지 정보를 수집하는 센서 모듈과, 상기 밸브 모듈에 전기적으로 연결되어 상기 밸브 모듈의 작동에 필요한 유압을 공급 또는 공급 해제하고, 상기 밸브 모듈의 개폐를 전기적으로 컨트롤하며, 상기 센서 모듈로부터 실시간으로 수집되는 메인배관의 온도, 압력 및 유량 정보를 포함하는 감지정보를 표시하는 모니터링 모듈 및 상기 모니터링 모듈로부터 수신받은 감지 정보를 저장하고, 기 설정된 정상 감지 정보와 비교분석을 실시하여 상기 밸브 모듈을 제어하는 제어 신호를 생성 및 상기 제어 신호를 상기 모니터링 모듈에 전송하는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

스크러버용 배기가스 제어 밸브를 이용한 사전 사고 예지 모니터링 시스템{Pre-accident prediction monitoring system using exhaust gas control valve for scrubbers}

본 발명은 스크러버용 배기가스 제어 밸브를 이용한 사전 사고 예지 모니터링 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 배기가스의 흐름 제어를 통한 지속적으로 모니터링이 가능한 스크러버용 배기가스 제어 밸브를 이용한 사전 사고 예지 모니터링 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 천연가스는 통상 액화되어 액화천연가스(LNG; Liquefied Natural Gas) 상태로 원거리에 걸쳐 수송된다. 액화천연가스는 천연가스를 대략 상압 -163℃ 근처의 극저온으로 냉각하여 얻어지는 것으로, 가스 상태일 때보다 그 부피가 대폭 감소하므로 해상을 통한 원거리 운반에 매우 적합하다.

액화천연가스 저장탱크를 단열하여도 외부의 열을 완벽하게 차단하는 데에는 한계가 있고, 액화천연가스 내부로 전달되는 열에 의해 액화천연가스는 저장탱크 내에서 지속적으로 기화(氣化)된다.

저장탱크 내부에서 기화된 액화천연가스를 증발가스(BOG; Boil-Off Gas)라고 한다. 증발가스의 발생으로 인하여 저장탱크의 압력이 설정된 안전 압력 이상으로 상승하면, 증발가스는 안전밸브를 통하여 저장탱크의 외부로 배출된다. 저장탱크 외부로 배출된 증발가스는 선박의 연료로 사용되거나 재 액화되어 다시 저장탱크로 돌려 보내진다.

한편, 국제해사기구(International Maritime Organization)는 미국 캐나다 및 북해/발트해 주변국가의 승인 하에, 배출가스 통제구역(ECA: Emission Control Area)를 설정하여 운영 중에 있다. 배출가스 통제구역(ECA)이란, 환경보호를 위해서 선박의 SOx 및 NOx 배출을 규제하는 지역을 말한다.

최근 선박에 의한 환경문제에 관심이 높아지면서, 향후에는 배출가스 통제구역이 멕시코, 지중해, 말라카 해협 및 일본까지 확장될 것으로 예상된다. 그러므로 위 배출가스 통제구역을 통과하거나 통과할 예정인 선박들은, 배출가스 통제구역 배출기준을 맞추는 것이 매우 중요하다.

한편, 선박 운영주체 측에서는 엔진으로부터 발생되는 유해물질을 정화시킴에 있어서, 큰 어려움을 겪을 수밖에 없게 되며, 결국, 그에 따른 유/무형의 피해를 고스란히 감수할 수밖에 없게 된다.

대한민국 등록특허공보 제10-2201687호(2021.01.06.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 선박이 유해물질의 배출이 엄격히 금지된 배출제한구역(ECA: Emission Control Area) 또는 ECA 진입예비지점에 위치하게 되는 경우, 엔진으로부터 배출되는 배기가스의 양이 최소화될 수 있도록 하는 스크러버용 배기가스 제어 밸브를 이용한 사전 사고 예지 모니터링 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해서, 저유황유 가스 또는 고유황유 가스를 포함하는 연료를 통해 동력을 발생시키는 엔진과, 상기 고유황유 가스를 통과시키면서 불순물을 제거하는 스크러버와, 상기 엔진과 스크러버 사이에 연통되며 일측에는 배기구가 형성되는 메인배관과, 상기 메인배관에 설치되며 상기 연료의 유량을 조절하는 스크러버 밸브와, 상기 배기구에 형성되며 외부로 저유황유 가스의 배출 유량을 조절하는 바이패스 밸브를 포함하는 밸브 모듈과, 상기 메인배관에 형성되며, 상기 메인배관의 온도, 압력 및 유량 정보를 포함하는 감지 정보를 수집하는 센서 모듈과, 상기 밸브 모듈에 전기적으로 연결되어 상기 밸브 모듈의 작동에 필요한 유압을 공급 또는 공급 해제하고, 상기 밸브 모듈의 개폐를 전기적으로 컨트롤하며, 상기 센서 모듈로부터 실시간으로 수집되는 메인배관의 온도, 압력 및 유량 정보를 포함하는 감지정보를 표시하는 모니터링 모듈 및 상기 모니터링 모듈로부터 수신받은 감지 정보를 저장하고, 기 설정된 정상 감지 정보와 비교분석을 실시하여 상기 밸브 모듈을 제어하는 제어 신호를 생성 및 상기 제어 신호를 상기 모니터링 모듈에 전송하는 제어 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스크러버 밸브는 입구와 출구가 형성된 바디와, 상기 바디의 내부에 형성되며 출구에 형성되며 관경이 축소되어 형성되는 오리피스 관부와, 상기 바디의 내부에 형성되며 입구와 출구를 개폐하는 전,후단 디스크와, 상기 전,후단 디스크를 탄성적으로 지지하는 스프링으로 구성되는 개폐부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 모니터링 모듈은 상기 밸브 모듈의 개폐를 위한 전기적 신호와 유압 신호를 전달하는 신호전달부와, 상기 센서 모듈과 전기적으로 연결되며, 상기 센서 모듈로부터 실시간으로 수집되는 상기 메인배관의 온도, 압력 및 유량 정보를 포함하는 감지 정보와 상기 밸브 모듈의 반복적인 개폐 동작에 따른 개폐 동력, 토크(torque) 및 상기 감지 정보를 반복적으로 비교 분석함으로써 상기 밸브 모듈이 안정적으로 개폐 동작을 수행하기 위한 최적의 설정값을 도출하고 저장하며 수정해나가는 설정관제부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 센서 모듈에서 데이터를 수집. 분석하여 밀폐력을 유지시키는 공압 생성부위의 건전성을 지속적으로 모니터링하며, 메인배관을 지나가는 가스의압력이 정확히 유지되는지를 모니터링하여 상시 사용이 가능한 상태로 유지할 수 있는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 스크러버용 배기가스 제어 밸브를 이용한 사전 사고 예지 모니터링 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 스크러버 밸브를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 모니터링 모듈을 나타낸 구성도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도있음은 물론이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 스크러버용 배기가스 제어 밸브를 이용한 사전 사고 예지 모니터링 시스템을 나타낸 개념도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 스크러버 밸브를 나타낸 단면도이며, 도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 모니터링 모듈을 나타낸 구성도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 스크러버용 배기가스 제어 밸브를 이용한 사전 사고 예지 모니터링 시스템(1000)은 엔진(100), 스크러버(200), 메인배관(300), 밸브 모듈(400), 센서 모듈(500), 모니터링 모듈(600) 및 제어 모듈(700)을 포함하여 구성된다.

먼저, 상기 엔진(100)은 저유황유 가스 또는 고유황유 가스를 포함하는 연료를 통해 동력을 발생시키는 구성으로, 선박에 설치되며, 통상적으로 사용되는 엔진이다.

다음으로, 상기 스크러버(200)는 상기 고유황유 가스를 통과시키면서 불순물을 제거하는 구성으로, 내부에 공간이 형성되고, 측면에는 유입구(210)가 형성되며, 상부에는 유출구(220)가 형성된다.

도시되지는 않았으나, 상기 스크러버(200) 내의 상부에 다수의 세척액 공급관이 형성되고, 세척액 공급관에 세척액 노즐이 연결된다.

또한, 상기 스크러버의 하부에 세척용액이 충진되고, 이 충진된 세척용액은 펌프에 의해 세척액 공급관으로 반복적으로 공급된다.

따라서, 측면의 유입구(210)를 통해 고유황유 가스가 스크러버(200) 내에 유입된 후 상부로 이송되는 과정에서 세척액 노즐로부터 분무되는 세척액과 접촉함으로써 불순물을 포집되어 침전되고, 기체 상태의 유증기만 상부의 유출구(220)를 통해 배출되어 여과작용이 실시된다.

다음으로, 상기 메인배관(300)은 상기 엔진(100)과 스크러버(200) 사이에 연통되며 일측에는 배기구(310)가 형성된다.

여기서, 상기 메인배관(300)은 엔진(100)에서 배출되는 배기가스 중 고유황유 가스는 상기 스크러버(200)로 이송되고 저유황유 가스는 배기구(310)를 통해 외부로 배출되게 된다.

이때, 메인배관(300)을 통해 고유황유 가스와 저유황유 가스가 이송을 구분하도록 메인배관(300)에는 밸브 모듈(400)이 형성되는데, 상기 밸브 모듈(400)은 상기 메인배관(300)에 설치되며 상기 연료의 유량을 조절하는 스크러버 밸브(410)와, 상기 배기구(310)에 형성되며 외부로 저유황유 가스의 배출 유량을 조절하는 바이패스 밸브(420)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 스크러버 밸브(410)는 엔진(100)으로부터 배출되는 고유황유 가스를 스크러버(200)로 이송되도록 메인배관(300)을 개폐하는 구성이다.

상세하게는, 상기 스크러버 밸브(410)는 입구와 출구가 형성된 바디(411)와, 상기 바디(411)의 내부에 형성되며 출구에 형성되며 관경이 축소되어 형성되는 오리피스 관부(412)와, 상기 바디(411)의 내부에 형성되며 입구와 출구를 개폐하는 전,후단 디스크(413)와, 상기 전,후단 디스크(413)를 탄성적으로 지지하는 스프링으로 구성되는 개폐부(414)를 포함하여 구성된다.

따라서 입구로부터 유입되는 유체의 압력에 의해 스프링이 신축작동되면서 전, 후단 디스크(413)의 개폐작동이 이루어진다.

유체의 흐름에 의해 발생되는 디스크 전후의 차압을 스프링이 흡수하고 스프링의 움직임에 따라 오리피스의 개구면적이 변한다.

차압이 커지면 유속이 증가하므로 개구면적을 적게하고 차압이 작아지면 개구면적을 크게 자동 조절하여 항상 일정한 유량이 흐르도록 제어할 수 있게 된다.

그리고 상기 바이패스 밸브(420)는 엔진(100)에서 배출되는 배기가스를 외부로 직접적으로 배출하도록 배기구(310)에 형성되어 개폐 가능하게 마련된다.

다음으로, 상기 센서 모듈(500)은 상기 메인배관(300)에 형성되며, 상기 메인배관(300)의 온도, 압력 및 유량 정보를 포함하는 감지 정보를 수집하게 된다.

여기서, 상기 센서 모듈(500)은 메인배관(300) 내에 유동되는 가스의 온도, 압력 및 유량 정보를 측정하도록 각각의 온도 센서, 압력 센서 및 유량 센서로 구분 구성될 수 있으며, 하나의 센서로 측정할 수 있다.

또한, 상기 모니터링 모듈(600)은 상기 밸브 모듈(400)에 전기적으로 연결되어 상기 밸브 모듈(400)의 작동에 필요한 유압을 공급 또는 공급 해제하고, 상기 밸브 모듈(400)의 개폐를 전기적으로 컨트롤하며, 상기 센서 모듈(500)로부터 실시간으로 수집되는 메인배관(300)의 온도, 압력 및 유량 정보를 포함하는 감지정보를 표시하게 된다.

상세하게는, 상기 모니터링 모듈(600)은 상기 밸브 모듈(400)의 개폐를 위한 전기적 신호와 유압 신호를 전달하는 신호전달부(610)와, 상기 센서 모듈(500)과 전기적으로 연결되며, 상기 센서 모듈(500)로부터 실시간으로 수집되는 상기 메인배관(300)의 온도, 압력 및 유량 정보를 포함하는 감지 정보와 상기 밸브 모듈(400)의 반복적인 개폐 동작에 따른 개폐 동력, 토크(torque) 및 상기 감지 정보를 반복적으로 비교 분석함으로써 상기 밸브 모듈(400)이 안정적으로 개폐 동작을 수행하기 위한 최적의 설정값을 도출하고 저장하며 수정해나가는 설정관제부(620)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 신호전달부(610)는 상기 밸브 모듈(400)의 개폐도를 전기적으로 조작 가능한 밸브 캐비닛(미도시)과, 유압원(미도시)으로부터 밸브 모듈(400)에 구비된 유압 모터(미도시)에 구동력을 발생시키는 오일을 공급하는 유압파워팩(미도시)을 포함할 수 있다.

다음으로, 상기 제어 모듈(700)은 상기 모니터링 모듈(600)로부터 수신받은 감지 정보를 저장하고, 기 설정된 정상 감지 정보와 비교분석을 실시하여 상기 밸브 모듈(400)을 제어하는 제어 신호를 생성 및 상기 제어 신호를 상기 모니터링 모듈(600)에 전송하게 된다.

그리고 상기 제어 모듈(700)은 실시간으로 수집되는 가스의 온도와 압력 및 유량 정보를 읽어들여 기설정값과 비교분석하는 역할을 수행하기 위하여 마련된 것이다.

여기서, 상기 제어 모듈(700)은 센서 모듈(500)에서 실시간으로 감지된 감지 정보를 통하여 기설정된 정상 감지 정보와 비교 분석을 통해 밸브 모듈(400)의 개폐 동작을 제어하는 제어 신호를 생성함으로써, 표준 패턴을 설정하고 통계정 범위를 벗어나는 빈도를 측정하여 장기간 발생한 변화를 통해 자동으로 밸브 모듈(400)을 제어할 수 있게 된다.

이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.

1000 : 스크러버용 배기가스 제어 밸브를 이용한 사전 사고 예지 모니터링 시스템
100 : 엔진
200 : 스크러버
300 : 메인배관
310 : 베기구
400 : 밸브 모듈
410 : 스크러버 밸브
420 : 바이패스 밸브
500 : 센서 모듈
600 : 모니터링 모듈
610 : 신호전달부
620 : 설정관제부
700 : 제어 모듈

Claims (3)

1. 저유황유 가스 또는 고유황유 가스를 포함하는 연료를 통해 동력을 발생시키는 엔진;
   상기 고유황유 가스를 통과시키면서 불순물을 제거하는 스크러버;
   상기 엔진과 스크러버 사이에 연통되며 일측에는 배기구가 형성되는 메인배관;
   상기 메인배관에 설치되며 상기 연료의 유량을 조절하는 스크러버 밸브와, 상기 배기구에 형성되며 외부로 저유황유 가스의 배출 유량을 조절하는 바이패스 밸브를 포함하는 밸브 모듈;
   상기 메인배관에 형성되며, 상기 메인배관의 온도, 압력 및 유량 정보를 포함하는 감지 정보를 수집하는 센서 모듈;
   상기 밸브 모듈에 전기적으로 연결되어 상기 밸브 모듈의 작동에 필요한 유압을 공급 또는 공급 해제하고, 상기 밸브 모듈의 개폐를 전기적으로 컨트롤하며, 상기 센서 모듈로부터 실시간으로 수집되는 메인배관의 온도, 압력 및 유량 정보를 포함하는 감지정보를 표시하는 모니터링 모듈; 및
   상기 모니터링 모듈로부터 수신받은 감지 정보를 저장하고, 기 설정된 정상 감지 정보와 비교분석을 실시하여 상기 밸브 모듈을 제어하는 제어 신호를 생성 및 상기 제어 신호를 상기 모니터링 모듈에 전송하는 제어 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 스크러버용 배기가스 제어 밸브를 이용한 사전 사고 예지 모니터링 시스템.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 스크러버 밸브는,
   입구와 출구가 형성된 바디와,
   상기 바디의 내부에 형성되며 출구에 형성되며 관경이 축소되어 형성되는 오리피스 관부와,
   상기 바디의 내부에 형성되며 입구와 출구를 개폐하는 전,후단 디스크와, 상기 전,후단 디스크를 탄성적으로 지지하는 스프링으로 구성되는 개폐부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크러버용 배기가스 제어 밸브를 이용한 사전 사고 예지 모니터링 시스템.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 모니터링 모듈은,
   상기 밸브 모듈의 개폐를 위한 전기적 신호와 유압 신호를 전달하는 신호전달부와,
   상기 센서 모듈과 전기적으로 연결되며, 상기 센서 모듈로부터 실시간으로 수집되는 상기 메인배관의 온도, 압력 및 유량 정보를 포함하는 감지 정보와 상기 밸브 모듈의 반복적인 개폐 동작에 따른 개폐 동력, 토크(torque) 및 상기 감지 정보를 반복적으로 비교 분석함으로써 상기 밸브 모듈이 안정적으로 개폐 동작을 수행하기 위한 최적의 설정값을 도출하고 저장하며 수정해나가는 설정관제부를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크러버용 배기가스 제어 밸브를 이용한 사전 사고 예지 모니터링 시스템.

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