KR20220152031A - 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법은 선박에 설치되는 화물창의 힐의 정적 영향 요소를 이용하여 최초 힐을 산출하는 단계; 상기 화물창의 힐의 동적 영향 요소를 이용하여 상기 최초 힐을 보정하는 보정값을 산출하는 단계; 및 상기 보정값을 이용하여 최종 힐을 산출하는 단계를 포함하고, 상기 힐의 정적 영향 요소는 상기 화물창의 크기, 상기 화물창의 자연 기화율, 상기 선박의 엔진에 가스 연료를 사용하는 정도, 그리고 상기 선박의 예상 운항일을 포함하고, 상기 힐의 동적 영향 요소는 상기 선박의 운항 속도에 의한 보정 요소인 운항 속도 보정치, 상기 선박의 앵커링에 의한 보정 요소인 앵커링 보정치, 상기 선박 주변의 해수 온도에 의한 보정 요소인 해수 온도 보정치, 상기 선박 주변의 대기 온도에 의한 보정 요소인 대기 온도 보정치, 그리고 상기 선박의 모션에 의한 보정 요소인 선박 모션 보정치를 포함한다.
Description
본 발명은 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법에 관한 것이다.
선박은 대량의 광물이나 원유, 천연가스, 또는 몇천 개 이상의 컨테이너 등을 싣고 대양을 항해하는 운송 수단으로서, 강철로 이루어져 있고 부력에 의해 수선면에 부유한 상태에서 프로펠러의 회전을 통해 발생되는 추력을 통해 이동한다.
이러한 선박은 엔진 또는 가스 터빈 등을 구동함으로써 추력을 발생시킨다. 엔진은 엔진은 중유(HFO) 또는 경유(MDO, MGO) 등의 오일 연료를 사용하여 피스톤을 움직여서 피스톤의 왕복 운동에 의해 크랭크 축이 회전되도록 하고 크랭크 축에 연결된 샤프트가 회전되어 프로 펠러가 구동되도록 한다. 그리고 가스 터빈은 압축 공기와 함께 오일 연료를 연소시키고, 연소 공기의 온도 및 압력을 통해 터빈 날개를 회전시킴으로써 발전하여 프로 펠러에 동력을 전달하는 방식을 사용한다.
그러나 최근에는, 오일 연료 사용 시의 배기로 인한 환경 파괴 문제를 해소하기 위해, 액화 천연 가스(LNG)나 액화 석유 가스(LPG) 등의 가스 연료를 사용하여 엔진 또는 터빈 등을 구동해 추진하는 가스 연료 추진 방식이 사용되고 있다. 특히 LNG는 청정연료이고 매장량도 석유보다 풍부하기 때문에, 가스 연료로 LNG를 사용하는 방식이 LNG 운반선 외에 컨테이너선 등과 같은 다른 선박에도 적용되고 있다.
선박은 이러한 가스 연료를 저장하기 위한 적어도 하나 이상의 화물창을 구비하며, 화물창은 선박의 추진을 위해 사용되는 가스 연료를 저장할 수도 있다.
가스 연료의 하역을 마친 선박이 다시 가스 연료를 선적하기 위한 선적지로 이동하는 경우인 발라스트 항해 시에도 추진을 위한 가스 연료가 필요하다. 따라서 화물창 중 적어도 어느 하나에는, 발라스트 항해를 위한 소량의 가스 연료가 하역되지 않고 남아있게 된다. 화물창에 남겨진 소량의 가스 연료를 힐(heel)이라 한다.
이러한 힐은 화물창에서 하역되지 않고 잔류하는 것이므로, 힐이 과도하면 선사의 이익을 저해하게 되고, 힐이 모자라면 발라스트 항해가 중단될 수도 있으므로, 최소 힐(Minimum heel)을 적절히 예측하여 화물창에 저장해야 한다. 이러한 최소 힐은 화물창의 크기, 화물창의 자연 기화율(Boil-Off rate, BOR), 선박의 예상 운항일을 고려하여 경험에 의해 산출하므로, 부정확할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 보다 정확하게 화물창의 최소 힐을 산출할 수 있는 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법은 선박에 설치되는 화물창의 힐의 정적 영향 요소를 이용하여 최초 힐을 산출하는 단계; 상기 화물창의 힐의 동적 영향 요소를 이용하여 상기 최초 힐을 보정하는 보정값을 산출하는 단계; 및 상기 보정값을 이용하여 최종 힐을 산출하는 단계를 포함하고, 상기 힐의 정적 영향 요소는 상기 화물창의 크기, 상기 화물창의 자연 기화율, 상기 선박의 엔진에 가스 연료를 사용하는 정도, 그리고 상기 선박의 예상 운항일을 포함하고, 상기 힐의 동적 영향 요소는 상기 선박의 운항 속도에 의한 보정 요소인 운항 속도 보정치, 상기 선박의 앵커링에 의한 보정 요소인 앵커링 보정치, 상기 선박 주변의 해수 온도에 의한 보정 요소인 해수 온도 보정치, 상기 선박 주변의 대기 온도에 의한 보정 요소인 대기 온도 보정치, 그리고 상기 선박의 모션에 의한 보정 요소인 선박 모션 보정치를 포함한다.
상기 최초 힐을 A, 상기 화물창의 크기를 A1, 상기 화물창의 자연 기화율을 A2, 상기 선박의 엔진에 가스 연료를 사용하는 정도를 A3, 그리고 상기 선박의 예상 운항일을 A4라 할 때, 상기 최초 힐 A는 A1 * A2 * A3 * A4에 비례할 수 있다.
상기 보정값을 B, 상기 운항 속도 보정치를 B1, 상기 앵커링 보정치를 B2, 상기 해수 온도 보정치를 B3, 상기 대기 온도 보정치를 B4, 상기 선박 모션 보정치를 B5라 할 때, 상기 보정값 B 는 B1 + B2 + B3 + B4 + B5 로 산출될 수 있다.
상기 최종 힐을 C, 그리고 상기 선박의 운항에 관한 데이터 베이스에 기반한 동적 영향 요소 계수를 α 라 할 때, 상기 최종 힐 C는 A + α* B로 산출될 수 있다.
상기 선박의 운항 속도별 가스 연료 소모량을 C1이라 할 때, 상기 운항 속도 보정치 B1은 ∑ (C1 * A4)으로 산출될 수 있다.
상기 선박의 앵커링 시 가스 연료 소모량을 C2, 그리고 상기 선박의 앵커링일을 A5라 할 때, 상기 앵커링 보정치 B2는 C2 * A5으로 산출될 수 있다.
상기 선박 주변의 기준 해수 온도를 C31, 상기 선박 주변의 예상 해수 온도를 C32, 그리고 상기 선박의 운항에 관한 데이터 베이스에 기반한 해수 온도 계수를 β1이라 할 때, 상기 해수 온도 보정치 B3는 β1 * (C31 - C32) * A4로 산출될 수 있다.
상기 선박 주변의 기준 대기 온도를 C41, 상기 선박 주변의 예상 대기 온도를 C42, 그리고 상기 선박의 운항에 관한 데이터 베이스에 기반한 대기 온도 계수를 β2라 할 때, 상기 대기 온도 보정치 B4는 β2 * (C41 - C42) * A4로 산출될 수 있다.
날씨에 따른 상기 선박의 기준 모션 지수를 C51, 날씨에 따른 상기 선박의 예상 모션 지수를 C52, 그리고 상기 선박의 운항에 관한 데이터 베이스에 기반한 모션 계수를 β3라 할 때, 상기 선박 모션 보정치 B5는 β3 * (C51 - C52) * A4로 산출될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 화물창의 힐의 정적 영향 요소를 이용하여 기본적인 최소 힐인 최초 힐을 산출하고, 화물창의 힐의 동적 영향 요소를 이용하여 최소 힐을 보정하여 최종적인 최소 힐인 최종 힐을 산출함으로써, 보다 정확하게 화물창의 최소 힐을 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법으로 최소 힐을 산출하는 선박의 개략적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법의 순서대로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법의 순서대로 나타낸 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법으로 최소 힐을 산출하는 선박의 개략적인 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법으로 최소 힐을 산출하는 선박은 선체(10), 선체(10)에 설치되어 가스 연료를 저장하는 화물창(20), 선체(10)에 설치되어 가스 연료를 이용하여 선체(10)를 추진하는 메인 엔진(30), 선체(10)에 설치되어 가스 연료를 이용하여 선체(10) 내부에 전원을 공급하기 위한 발전 엔진(40) 등을 포함한다. 여기서, 가스 연료는 LNG, LPG 등을 포함할 수 있다.
이러한 선박에서 설치된 화물창의 최소 힐의 산출 방법에 대해 이하에서 도면을 참고로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법의 순서대로 나타낸 순서도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법은 우선, 선박에 설치되는 화물창(20)의 힐(heel)의 정적 영향 요소를 이용하여 기본적인 최소 힐인 최초 힐(A)을 산출한다(S100).
힐(heel)은 발라스트 항해를 위해 화물창(20)에 남겨진 가스 연료를 의미한다. 이러한 힐의 정적 영향 요소(static effect factor)는 화물창(20)의 크기(A1), 화물창(20)의 자연 기화율(Boil-Off rate, BOR)(A2), 선박의 엔진, 즉 메인 엔진(30) 및 발전 엔진(40)에 가스 연료를 사용하는 정도(A3), 그리고 선박의 예상 운항일(A4)을 포함할 수 있다. 화물창(20)의 크기가 클수록, 화물창(20)의 자연 기화율이 클수록, 선박의 메인 엔진(30) 및 발전 엔진(40)에 가스 연료를 사용할수록, 그리고 선박의 예상 운항일이 클수록 요구되는 최소 힐은 커지게 된다.
따라서, 힐의 정적 영향 요소(static effect factor)에 의해 산출되는 최초 힐(A)은 화물창(20)의 크기(A1), 화물창(20)의 자연 기화율(A2), 선박의 메인 엔진(30) 및 발전 엔진(40)에 가스 연료를 사용하는 정도(A3), 그리고 선박의 예상 운항일(A4)의 곱에 비례하며, 아래 수학식 1로 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
A = k * A1 * A2 * A3 * A4
여기서, k는 선박의 힐 계산에 관한 데이터 베이스에 기반하여 머신 러닝(Machine Learning) 등의 방법으로 산출된 최초 힐 계수를 의미한다.
다음으로, 화물창(20)의 힐의 동적 영향 요소를 이용하여 최초 힐을 보정하는 보정값(B)을 산출한다(S200).
힐의 동적 영향 요소(dynamic effect factor)는 선박의 운항 속도에 의한 보정 요소인 운항 속도 보정치(B1), 선박의 앵커링에 의한 보정 요소인 앵커링(Anchoring) 보정치(B2), 선박 주변의 해수 온도에 의한 보정 요소인 해수 온도 보정치(B3), 선박 주변의 대기 온도에 의한 보정 요소인 대기 온도 보정치(B4), 그리고 선박의 모션에 의한 보정 요소인 선박 모션 보정치(B5)를 포함할 수 있다.
여기서, 운항 속도 보정치(B1)는 선박의 운항 속도별 가스 연료 소모량(C1)과 선박의 예상 운항일(A4)의 곱들의 합으로 나타낼 수 있다. 즉, B1 = ∑ (C1 * A4)으로 산출될 수 있다.
그리고, 앵커링 보정치(B2)는 선박의 앵커링 시 가스 연료 소모량(C2)과 선박의 앵커링일(A5)의 곱으로 나타낼 수 있다. 즉, B2 = C2 * A5으로 산출될 수 있다.
그리고, 해수 온도 보정치(B3)는 선박 주변의 기준 해수 온도(C31)와 선박 주변의 예상 해수 온도(C32)의 차, 선박의 운항에 관한 데이터 베이스에 기반하여 머신 러닝 등의 방법으로 산출된 해수 온도 계수(β1), 그리고 선박의 예상 운항일(A4)의 곱으로 나타낼 수 있다. 즉, B3 = β1 * (C31 - C32) * A4로 산출될 수 있다.
그리고, 대기 온도 보정치(B4)는 선박 주변의 기준 대기 온도(C41)와 선박 주변의 예상 대기 온도(C42)의 차, 선박의 운항에 관한 데이터 베이스에 기반하여 머신 러닝 등의 방법으로 산출된 대기 온도 계수(β2), 그리고 선박의 예상 운항일(A4)의 곱으로 나타낼 수 있다. 즉, B4 = β2 * (C41 - C42) * A4로 산출될 수 있다.
그리고, 선박 모션 보정치 B5는 날씨에 따른 선박의 기준 모션 지수(C51)와 날씨에 따른 선박의 예상 모션 지수(C52)의 차, 선박의 운항에 관한 데이터 베이스에 기반하여 머신 러닝 등의 방법으로 산출된 모션 계수(β3), 그리고 선박의 예상 운항일(A4)의 곱으로 나타낼 수 있다. 즉, B5 = β3 * (C51 - C52) * A4로 산출될 수 있다. 여기서, 날씨에 따른 선박의 기준 모션 지수(C51)와 날씨에 따른 선박의 예상 모션 지수(C52)는 대부분 선박의 좌우 흔들거림인 롤링(rolling)에 의해 영향을 받을 수 있다.
따라서, 힐의 동적 영향 요소(dynamic effect factor)에 의해 산출되는 보정값(B)은 아래 수학식 2로 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
B = B1 + B2 + B3 + B4 + B5
다음으로, 보정값(B)을 이용하여 보정값(B)이 반영된 최소 힐인 최종 힐(C)을 산출한다(S300).
최종 힐(C)은 아래 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
C = A + α* B
여기서, α 는 선박의 운항에 관한 데이터 베이스에 기반하여 머신 러닝 등의 방법으로 산출된 동적 영향 요소 계수를 의미한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법은 화물창의 힐의 정적 영향 요소를 이용하여 기본적인 최소 힐인 최초 힐을 산출하고, 화물창의 힐의 동적 영향 요소를 이용하여 최소 힐을 보정하여 최종적인 최소 힐인 최종 힐을 산출함으로써, 보다 정확하게 화물창의 최소 힐을 산출할 수 있다.
이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 선체
20: 화물창
30: 메인 엔진 40: 발전 엔진
30: 메인 엔진 40: 발전 엔진
Claims (9)
- 선박에 설치되는 화물창의 힐의 정적 영향 요소를 이용하여 최초 힐을 산출하는 단계;
상기 화물창의 힐의 동적 영향 요소를 이용하여 상기 최초 힐을 보정하는 보정값을 산출하는 단계; 및
상기 보정값을 이용하여 최종 힐을 산출하는 단계
를 포함하고,
상기 힐의 정적 영향 요소는 상기 화물창의 크기, 상기 화물창의 자연 기화율, 상기 선박의 엔진에 가스 연료를 사용하는 정도, 그리고 상기 선박의 예상 운항일을 포함하고,
상기 힐의 동적 영향 요소는 상기 선박의 운항 속도에 의한 보정 요소인 운항 속도 보정치, 상기 선박의 앵커링에 의한 보정 요소인 앵커링 보정치, 상기 선박 주변의 해수 온도에 의한 보정 요소인 해수 온도 보정치, 상기 선박 주변의 대기 온도에 의한 보정 요소인 대기 온도 보정치, 그리고 상기 선박의 모션에 의한 보정 요소인 선박 모션 보정치를 포함하는 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법. - 제1항에 있어서,
상기 최초 힐을 A, 상기 화물창의 크기를 A1, 상기 화물창의 자연 기화율을 A2, 상기 선박의 엔진에 가스 연료를 사용하는 정도를 A3, 그리고 상기 선박의 예상 운항일을 A4라 할 때,
상기 최초 힐 A는 A1 * A2 * A3 * A4에 비례하는 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법. - 제2항에 있어서,
상기 보정값을 B, 상기 운항 속도 보정치를 B1, 상기 앵커링 보정치를 B2, 상기 해수 온도 보정치를 B3, 상기 대기 온도 보정치를 B4, 그리고 상기 선박 모션 보정치를 B5라 할 때,
상기 보정값 B 는 B1 + B2 + B3 + B4 + B5 로 산출되는 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법. - 제3항에 있어서,
상기 최종 힐을 C, 그리고 상기 선박의 운항에 관한 데이터 베이스에 기반한 동적 영향 요소 계수를 α 라 할 때,
상기 최종 힐 C는 A + α* B로 산출되는 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법. - 제3항에 있어서,
상기 선박의 운항 속도별 가스 연료 소모량을 C1이라 할 때,
상기 운항 속도 보정치 B1은 ∑ (C1 * A4)으로 산출되는 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법. - 제5항에 있어서,
상기 선박의 앵커링 시 가스 연료 소모량을 C2, 그리고 상기 선박의 앵커링일을 A5라 할 때,
상기 앵커링 보정치 B2는 C2 * A5으로 산출되는 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법. - 제6항에 있어서,
상기 선박 주변의 기준 해수 온도를 C31, 상기 선박 주변의 예상 해수 온도를 C32, 그리고 상기 선박의 운항에 관한 데이터 베이스에 기반한 해수 온도 계수를 β1이라 할 때,
상기 해수 온도 보정치 B3는 β1 * (C31 - C32) * A4로 산출되는 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법. - 제7항에 있어서,
상기 선박 주변의 기준 대기 온도를 C41, 상기 선박 주변의 예상 대기 온도를 C42, 그리고 상기 선박의 운항에 관한 데이터 베이스에 기반한 대기 온도 계수를 β2라 할 때,
상기 대기 온도 보정치 B4는 β2 * (C41 - C42) * A4로 산출되는 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법. - 제7항에 있어서,
날씨에 따른 상기 선박의 기준 모션 지수를 C51, 날씨에 따른 상기 선박의 예상 모션 지수를 C52, 그리고 상기 선박의 운항에 관한 데이터 베이스에 기반한 모션 계수를 β3라 할 때,
상기 선박 모션 보정치 B5는 β3 * (C51 - C52) * A4로 산출되는 선박용 화물창의 최소 힐의 산출 방법.
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2021
- 2021-05-07 KR KR1020210059478A patent/KR20220152031A/ko active Search and Examination
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