KR20230067807A - 선박의 요소수 제조장치 - Google Patents

선박의 요소수 제조장치 Download PDF

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Abstract

선박의 요소수 제조장치가 제공된다. 요소수 제조장치는, 선박 내에서 요소분말을 청수에 혼합하여 특정 농도의 요소수를 제조하기 위한 선박의 요소수 제조장치에 있어서, 선체에 설치된 혼합탱크, 선체의 혼합탱크로 청수를 공급하는 제1공급라인에 설치된 액체이송용 펌프와 유체유량계 , 및 혼합탱크로 요소분말을 공급하는 제2공급라인에 설치된 분체유량계를 포함하여 청수 및 요소분말의 공급경로 상에서 상기 청수와 상기 요소분말을 계량하는 1차계량부, 혼합탱크에 배치되어 혼합탱크 내부물질의 무게를 측정하는 로드셀과, 혼합탱크에 배치되어 혼합탱크 내부물질의 수위를 측정하는 레벨게이지를 포함하여 혼합탱크 상에서 혼합탱크로 투입된 청수와 요소분말의 양을 재측정하는 2차계량부, 및 선체에 설치되어 선체 요동을 3축 가속도 성분이 포함된 감지값으로 감지하는 적어도 하나의 요동감지모듈과, 요동감지모듈의 감지값으로부터 로드셀과, 레벨게이지가 요동에 의해 받는 영향을 산출하여 2차계량부의 측정오차를 도출하는 연산모듈을 포함하여 2차계량부의 측정값을 측정오차를 이용하여 보정하는 동적오차보정부를 포함한다.

Description

선박의 요소수 제조장치{Urea solution manufacturing apparatus for ship}
본 발명은 요소수를 제조하기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 해상을 운항하는 선박 내에서 보다 정확한 농도로 요소수를 제조하기 위한 선박의 요소수 제조장치에 관한 것이다.
엔진에서 생성되는 배가스에는 입상 오염물질을 비롯 황산화물, 질소산화물, 탄화수소 등 여러 오염물질이 함유되어 있다. 이중 질소산화물(NOx)은 자체로도 인체에 악영향을 미칠 수 있고, 미세먼지 또는 초미세먼지로 전환되어 2차적인 피해를 줄 수도 있으며, 대기 중에서 반응하여 지표 부근의 오존농도를 상승시킬 수도 있어 우선적인 처리대상이 된다.
질소산화물을 처리할 수 있는 방법은 원리적으로 다양하지만, 처리효율, 온도조건, 적용가능성 등의 여러 요소를 고려하여 선택적 촉매 환원(Selective catalytic reduction)방식이 많이 사용되고 있다. 선택적 촉매 환원반응에 의한 질소산화물의 제거 시 적정 반응온도와 환원반응에 참여할 촉매 및 환원제가 필요하고 환원제로 암모니아 또는 암모니아로 분해 가능한 요소(urea)를 사용할 수 있다.
이로 인해 실제 질소산화물의 처리공정에서는 촉매 전단에 요소를 희석하여 만든 요소수액 등을 주입하는 경우가 많은데, 요소수는 저장해 놓고 사용할 수도 있지만, 저장량이 많은 경우에는 공간, 무게, 비용 등의 측면에서 불리하다. 특히 선박은 해상에 고립되어 운항하며 선체 내 한정된 공간에 다양한 장비가 탑재되므로 그러한 문제가 가중된다.
따라서 그에 대한 대안으로 요소수를 직접 제조하여 공정에 주입하는 기술도 연구되고 있다. 그러나 선박은 해수 유동에 의해 지속적으로 요동하므로 일반적인 장비로 선박 내에서 정확한 계량작업을 하기 곤란하며 따라서 반응에 적합한 농도로 요소수의 농도를 정확하게 조절하기 어려워 기술개발에 난점이 되고 있다.
대한민국등록특허공보 제10-0502953호, (2005. 07. 21)
본 발명의 기술적 과제는 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 해상을 운항하는 선박 내에서 보다 정확한 농도로 요소수를 제조하기 위한 선박의 요소수 제조장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지는 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 선박의 요소수 제조장치는, 선박 내에서, 요소분말을 청수(fresh water)에 혼합하여 특정 농도의 요소수를 제조하기 위한 선박의 요소수 제조장치에 있어서, 선체에 설치된 혼합탱크; 상기 선체의 상기 혼합탱크로 상기 청수를 공급하는 제1공급라인에 설치된 액체이송용 펌프와 유체유량계, 및 상기 선체의 상기 혼합탱크로 상기 요소분말을 공급하는 제2공급라인에 설치된 분체유량계를 포함하여, 상기 선체 내 상기 청수 및 상기 요소분말의 공급경로 상에서 상기 청수와 상기 요소분말을 계량하는 1차계량부; 상기 혼합탱크에 배치되어 상기 혼합탱크 내부물질의 무게를 측정하는 로드셀과, 상기 혼합탱크에 배치되어 상기 혼합탱크 내부물질의 수위를 측정하는 레벨게이지를 포함하여, 상기 혼합탱크 상에서 상기 혼합탱크로 투입된 상기 청수와 상기 요소분말의 양을 재측정하는 2차계량부; 및 상기 선체에 설치되어 상기 선체의 요동을 3축 가속도 성분이 포함된 감지값으로 감지하는 적어도 하나의 요동감지모듈과, 상기 요동감지모듈의 감지값으로부터 상기 로드셀과, 상기 레벨게이지가 상기 요동에 의해 받는 영향을 산출하여 상기 2차계량부의 측정오차를 도출하는 연산모듈을 포함하여, 상기 2차계량부의 측정값을 상기 측정오차를 이용하여 보정하는 동적오차보정부를 포함한다.
상기 요동감지모듈은, 상기 선체 내 상기 혼합탱크가 설치된 제1위치 및 상기 제1위치 아닌 제2위치 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있다.
상기 연산모듈은, 상기 제2위치의 상기 요동감지모듈로부터 제공되는 감지값을 입력받고 변환식으로 연산하여 상기 제1위치에서의 감지값에 해당하는 변환값으로 변환시키는 변환부를 포함할 수 있다.
상기 요동감지모듈은, 서로 독립된 세 방향의 가속도 성분을 측정하는 3축 가속도 센서를 포함할 수 있다.
상기 요동감지모듈은, 서로 독립된 세 축에 대한 각속도를 측정하는 3축 자이로 센서를 더 포함할 수 있다.
상기 연산모듈은, 상기 감지값으로부터 상기 요동에 의해 상기 로드셀에 추가된 외력을 산출하여 상기 로드셀의 측정오차를 도출하는 제1보정부를 포함할 수 있다.
상기 연산모듈은, 상기 감지값으로부터 상기 요동에 의해 상기 혼합탱크에 발생된 각 변위를 산출하여 상기 레벨게이지의 측정오차를 도출하는 제2보정부를 포함할 수 있다.
상기 청수는, 해상에서 유입한 해수로부터 생성된 것일 수 있다.
상기 요소수 제조장치는, 상기 제1공급라인의 일 측에 열적으로 접촉되어 상기 선체 내 열원으로 상기 청수를 가열하는 열교환기를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 운항 중인 선박 내에서도 정확한 계량을 통해 원하는 농도의 요소수를 제조할 수 있다. 따라서 선택적 촉매 환원방식 등으로 배가스에 함유된 질소산화물을 처리할 때 적정농도의 요소수를 환원제로 공급해 줄 수 있다. 따라서 해상에서 배가스 처리를 원활하게 진행할 수 있을 뿐만 아니라, 요소수를 선상에 저장함으로써 야기될 수 있는 여러 가지 문제(공간활용도 저하, 선체하중 증가, 비용문제 등)들도 아울러 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 선박의 요소수 제조장치의 선체 내 배치를 예시한 개념도이다.
도 2는 도 1의 선박의 요소수 제조장치의 구성도이다.
도 3은 도 2의 선박의 요소수 제조장치의 작동도이다.
도 4는 도 3의 선박의 요소수 제조장치의 연산모듈의 구성도이다.
도 5는 도 4의 연산모듈의 각 변위 산출과정을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하기 위한 방법들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 단지 청구항에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 의한 선박의 요소수 제조장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 선박의 요소수 제조장치의 선체 내 배치를 예시한 개념도이고, 도 2는 도 1의 선박의 요소수 제조장치의 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 의한 선박의 요소수 제조장치(1)는 선체(A)에 설치된 혼합탱크(100)와, 혼합탱크(100)에서 혼합되는 용매(청수)와 용질(요소분말)을 계량하는 복수의 측정장치들을 포함한다. 복수의 측정장치들은 혼합탱크(100)로 연결된 공급경로와 혼합탱크(100)자체 등 복수의 지점에서 서로 보완적인 방식으로 청수와 요소분말을 계량하도록 구성된다. 본 발명은 이러한 복수 측정장치간 상호비교를 통해 청수 및 요소분말의 공급량을 정확하게 조정하는 것이 가능하다.
특히 본 발명은 해상에서 측정장치의 오동작을 유발할 수 있는 선체(A) 요동을 감지하고, 요동에 의해 발생되는 측정장치의 측정오차까지 보정하도록 형성된다. 따라서 해상에서 높은 자유도로 움직이는(3차원 축을 기준으로 한 직선 및 회전운동이 복합된 6자유도 운동) 선박 안에서도 보다 정확한 측정값을 바탕으로 청수 및 요소분말의 공급량을 보다 정확하게 계량하는 것이 가능하다. 따라서 해상에서 운항 중인 선박 내에서도 매우 정확한 농도로 요소수를 제조하고 배가스 처리공정 등 필요처에 공급할 수 있다.
이러한 본 발명의 선박의 요소수 제조장치(1)는 구체적으로 다음과 같이 구성된다. 선박의 요소수 제조장치(1)는, 선박 내에서, 요소분말을 청수(fresh water)에 혼합하여 특정 농도의 요소수를 제조하기 위한 선박의 요소수 제조장치에 있어서, 선체(A)에 설치된 혼합탱크(100), 선체의 혼합탱크(100)로 청수를 공급하는 제1공급라인(도 2의 211참조)에 설치된 액체이송용 펌프(210a)와 유체유량계(210b), 및 선체의 혼합탱크(100)로 요소분말을 공급하는 제2공급라인(도 2의 221참조)에 설치된 분체유량계(220)를 포함하여, 선체(A) 내 청수 및 요소분말의 공급경로 상에서 청수와 요소분말을 계량하는 1차계량부(210a, 210b, 220), 혼합탱크(100)에 배치되어 혼합탱크 내부물질의 무게를 측정하는 로드셀(도 2의 310참조)과, 혼합탱크(100)에 배치되어 혼합탱크(100) 내부물질의 수위를 측정하는 레벨게이지(도 2의 320참조)를 포함하여, 혼합탱크(100) 상에서 혼합탱크(100)로 투입된 청수와 요소분말의 양을 재측정하는 2차계량부(310, 320), 및 선체(A)에 설치되어 선체(A)의 요동을 3축 가속도 성분이 포함된 감지값으로 감지하는 적어도 하나의 요동감지모듈(410)과, 요동감지모듈(410)의 감지값으로부터 로드셀(310)과, 레벨게이지(320)가 요동에 의해 받는 영향을 산출하여 2차계량부(310, 320)의 측정오차를 도출하는 연산모듈(420)을 포함하여, 2차계량부(310, 320)의 측정값을 측정오차를 이용하여 보정하는 동적오차보정부(410, 420)를 포함한다. 이하, 이러한 본 발명의 구성과 작용효과 등을 본 발명의 일 실시예를 통해 좀더 상세히 설명한다.
도 1을 참조하면, 혼합탱크(100)는 선체(A)에 설치된다. 혼합탱크(100)의 위치는 임의적이며 선체(A) 내 특정 위치로 제한될 필요는 없다. 혼합탱크(100)는 청수와 요소분말을 수용하여 이들을 혼합할 수 있는 한도 내에서 크기와 형상, 구조 등이 다양하게 변형될 수 있다. 혼합탱크(100)는 선체(A)에 고정되어 있을 수 있으며 그로 인해 선체(A)의 요동에 직접적으로 영향을 받을 수 있다. 선체(A)의 요동은 예를 들어, 선체(A) 무게중심의 병진운동과 무게중심에서 떨어진 선체(A) 각 점의 무게중심에 대한 회전운동이 합쳐져 나타나는 것으로 해석할 수 있다 선체(A) 각 점은 무게중심에서 떨어진 거리가 다르므로 같은 각 변위만큼 회전하더라도 이동거리는 서로 다를 수 있다. 이로 인해 선체(A) 각 점의 요동이 같은 순간에 서로 다르게 나타날 수 있으므로 동적오차보정부로 요동에 의한 영향을 산출하고 측정장치의 측정오차 등을 보정해 줄 수 있다.
동적오차보정부(410, 420)는 선체(A)에 설치된 요동감지모듈(410)과, 요동감지모듈(410)이 감지한 감지값에 기초하여 요동에 의한 영향을 산출하는 연산모듈(420)을 포함한다. 동적오차보정부(410, 420)는 특히 혼합탱크(100)에 배치된 2차계량부(도 2의 310, 320참조)의 요동에 의한 측정오차를 산출하며, 2차계량부(310, 320)의 측정값을 정확하게 보정하여 1차계량부(210a, 210b, 220)의 측정값과, 2차계량부(310, 320)의 측정값간 상호비교를 통한 청수 및 요소분말의 계량이 보다 정확하게 이루어지게 한다. 즉 혼합탱크(100)로 공급되는 청수 및 요소분말의 양은 공급경로에서 먼저 1차계량부(210a, 210b, 220)에 의해 측정되고, 혼합탱크(100)로 공급된 후에는 2차계량부(310, 320)에 의해 재측정되며, 2차계량부(310, 320)의 측정값은 동적오차보정부(410, 420)에 의해 요동에 의한 측정오차가 제거된다. 이러한 구성으로 선체 요동이 불가피한 해상에서도 정량을 측정하여 혼합할 수 있다. 이하 1차계량부(210a, 210b, 220), 2차계량부(310, 320), 및 동적오차보정부(410, 420)를 순서대로 좀더 상세히 설명한다.
1차계량부(210a, 210b, 220)는 액체이송용 펌프(210a)와 유체유량계(210b), 및 분체유량계(220)로 구성될 수 있다. 그러나 그와 같이 한정될 필요는 없으며, 필요에 따라 다른 장비를 추가로 포함하는 것도 얼마든지 가능하다. 즉 본 실시예의 1차계량부(210a, 210b, 220)는 하나의 예시이므로 다른 실시예에서는 보다 다양한 종류의 액상 및/또는 분말 이송 및/측정용 장비 등으로 1차계량부(210a, 210b, 220)를 구성할 수도 있다. 도 2를 참조하면, 액체이송용 펌프(210a)와 유체유량계(210b)는 선체의 혼합탱크(100)로 청수를 공급하는 제1공급라인(211)에 설치될 수 있으며, 분체유량계는 선체의 혼합탱크(100)로 요소분말을 공급하는 제2공급라인(221)에 설치될 수 있다. 제1공급라인(211)은 예를 들어, 도 1의 청수탱크(212)와 혼합탱크(100) 사이에 연결된 유체 이송용 배관으로 형성될 수 있고, 제2공급라인(221)은 요소탱크(222)와 혼합탱크(100) 사이에 연결된 분체 이송용 배관으로 형성될 수 있다. 요소탱크(222)는 혼합탱크(100)의 중력 상방에 배치될 수 있으며, 분체 이송용 배관은 그 사이에 경사 배열된 공급슈트(chute)등을 포함할 수 있다. 제1공급라인(211)과 제2공급라인(221)은 각각 액체 및 분체를 이송하기 적합한 형태로 구현될 수 있다.
액체이송용 펌프(210a)는 하나 또는 복수로 설치될 수 있다. 유체유량계(210b)는 제1공급라인(211)상의 적절한 지점에 설치될 수 있다. 액체이송용 펌프(210a)와 제1공급라인(211)을 따라 이송되는 청수는 유로를 완전히 채운 상태로 이송되므로 실질적으로 선체 요동 등에 큰 영향을 받지 않고 혼합탱크(100) 내 정량으로 공급될 수 있다. 따라서 청수의 공급량은 유체유량계(210b)로부터 바로 알 수 있으며 액체이송용 펌프(210a)의 현재유량으로부터 바로 알 수도 있다. 예를 들어 펌프의 현재유량은 펌프의 용량과, 현재 부하상태(용량의 몇%로 운전되고 있는지)등이 포함된 펌프의 운전정보를 펌프로부터 바로 전달받음으로써 알 수 있다. 예를 들어, 동적오차보정부의 연산모듈(420)과 액체이송용 펌프(210a) 사이에 그러한 운전정보의 교환이 가능한 전송선로 등을 형성함으로써 해당 정보를 연산모듈(420)로 제공할 수 있다. 또한, 연산모듈(420)과 유체유량계(210b) 사이에도 데이터 교환이 가능한 전송선로 등을 형성함으로써 유체유량계(210b)의 측정값을 연산모듈(420)로 제공할 수 있다. 그러나 그와 같이 한정될 필요는 없으며 데이터 교환 등이 가능한 또 다른 다양한 방식으로 액체이송용 펌프(210a)와 유체유량계(210b)를 연산모듈(420)과 연결해 줄 수 있다.
분체유량계(220)는 요소탱크(222)에서 배출되어 제2공급라인(221)을 통과하는 요소분말의 양을 측정한다. 분체유량계(220)는 예를 들어, 경사면을 통해 낙하하는 분체의 압력을 감지하는 등의 방식으로 형성될 수 있으며 가능한 또 다른 방식으로도 변형도 가능하다. 이러한 분체유량계(220)를 제2공급라인(221) 상에 배치하여 요소분말(C)의 공급량을 1차로 측정할 수 있다. 분체유량계(220) 역시 측정값의 교환이 가능한 전송선로 등을 연산모듈(420)과의 사이에 형성하는 방식으로 데이터 교환이 가능하게 연산모듈(420)과 연결해 줄 수 있다. 분체유량계(220)의 구현방식은 분체의 유량을 측정할 수 있는 한도 내에서 제한될 필요는 없다. 다만, 요소분말과 같은 분체는 실질적으로 관로 등을 완전히 채우기 어렵고 선체 요동에 의해서도 영향을 많이 받아 요동에 의해 유량이 변동되기 쉬우므로, 실제 공급된 양을 혼합탱크(100) 측에서 다시 측정할 수 있다.
2차계량부(310, 320)는 도 2에 도시된 바와 같이, 혼합탱크(100)에 배치된 로드셀(310)과, 혼합탱크(100)에 배치된 레벨게이지(320)를 포함한다. 그러나 필요에 따라 2차계량부도 또 다른 측정장치를 추가로 포함할 수도 있다. 로드셀(310)은 혼합탱크(100)에 배치되어 혼합탱크(100) 내부물질의 무게를 측정하며, 레벨게이지(320)는 혼합탱크(100)에 배치되어 혼합탱크(100) 내부물질의 수위를 측정한다. 혼합탱크(100) 내부물질은 제1공급라인(211)을 통해 공급된 청수 및/또는 제2공급라인(221)을 통해 공급된 요소분말일 수 있다. 필요에 따라 청수와 요소분말을 시간 차를 두고 혼합탱크(100)에 공급하는 것도 가능하므로, 예를 들어 요소분말을 혼합탱크(100)에 먼저 공급하여 2차계량부(310, 320)로 공급된 요소분말의 양을 따로 재측정하고, 청수를 공급하면서 청수와 요소분말이 혼합된 혼합물의 양을 2차계량부(310, 320)로 측정할 수도 있다. 또는 그 역으로도 할 수 있으며, 청수와 요소분말을 혼합탱크(100)로 동시에 공급하면서 2차계량부(310, 320)로 그 양을 측정할 수도 있다.
로드셀(310)은 혼합탱크(100)의 하부에 배치될 수 있으며, 레벨게이지(320)는 혼합탱크(100)의 측면 측으로 배치될 수 있다. 그러나 그와 같이 한정될 필요는 없으며 레벨게이지(320)의 구조나 작동방식 등에 따라서 배치위치는 달라질 수도 있다. 로드셀(310)은 혼합탱크(100)의 하부에서 혼합탱크(100) 내부물질의 하중을 감지하도록 형성되며, 레벨게이지(320)는 다양한 방식으로 혼합탱크(100) 내부물질의 수위를 감지하도록 형성된다. 레벨게이지(320)는 예를 들어, 간단한 측정자의 형태로 형성될 수도 있다. 그러나 가능한 경우 수위를 감지할 수 있는 다양한 구조의 레벨게이지(320)를 적용할 수 있다. 레벨게이지(320)는 측정값을 자동으로 읽을 수 있게 형성될 수 있다. 로드셀(310) 및 레벨게이지(320) 역시 측정값의 교환이 가능한 전송선로를 연산모듈(420)과의 사이에 형성하는 등의 방식으로 데이터 교환이 가능하게 연산모듈(420)과 연결해 줄 수 있다.
동적오차보정부(410, 420)는 적어도 하나의 요동감지모듈(410)과, 요동감지모듈(410)의 감지값으로부터 요동에 의한 영향을 산출하는 등의 연산을 하는 연산모듈(420)을 포함한다. 도 1에 도시된 것처럼 요동감지모듈(410)은 선체(A)에 설치되어, 선체(A)의 요동을 3축 가속도 성분이 포함된 감지값으로 감지한다. 요동감지모듈(410)은 도 2에 도시된 바와 같이 복수로 설치될 수도 있다. 요동감지모듈(410)의 위치는 선체 내에서 특별히 제한될 필요는 없다. 즉, 도 1 및 도 2의 요동감지모듈의 배치는 예시적인 것으로 도면으로 한정될 필요는 없다. 요동감지모듈(410)은 선체에 배치되어 선체에 가해진 외력을 감지하는 일종의 가속도계(accelerometer)로 형성될 수 있으며, 예를 들어 서로 독립된 세 방향의 가속도 성분을 측정하는 3축 가속도 센서를 포함하는 형태로 구현될 수 있다. 그러나 그로써 한정될 필요 없이 서로 독립된 세 축에 대한 각속도를 측정하는 3축 자이로 센서를 더 포함하는 형태로도 구현될 수 있다. 요동감지모듈(410)은 필요에 따라 선체에 설치할 수도 있으나, 일반적으로 선박에 설치되어 있는 가속도계를 그대로 활용할 수도 있다.
연산모듈(420)은 요동감지모듈(410)과 연결되어 요동감지모듈(410)의 감지값으로부터 2차계량부(310, 320)의 로드셀(310)과, 레벨게이지(320)가 요동에 의해 받는 영향을 산출하여 2차계량부(310, 320)의 측정오차를 도출한다. 연산모듈(420)은 다양한 연산프로그램을 구동하여 연산할 수 있는 일종의 컴퓨터 장치로 형성될 수 있고 그러한 한도 내에서 특별히 제한되지 않는다. 연산모듈(420)은 전술한 바와 같이 액체이송용 펌프(210a)와 유체유량계(210b), 분체유량계(220), 로드셀(310), 및 레벨게이지(320)와 데이터 교환이 가능하게 연결되며, 요동감지모듈(410)과도 데이터 교환이 가능하게 연결될 수 있다. 따라서 각각으로부터 전송되는 측정신호를 입력받고 측정오차를 산출하거나 측정오차를 이용하여 측정값을 보정하는 등의 연산을 할 수 있다. 연산모듈(420)은 선체 내 임의의 지점에 배치될 수 있으며 가능한 경우에는 선박의 관제실 등에 설치된 컴퓨터 등을 활용하는 것도 가능할 수 있다.
특히 연산모듈(420)은 전술한 요동감지모듈(410)의 감지값으로부터 혼합탱크(100)에 배치된 2차계량부(310, 320)의 측정오차를 보다 정확히 연산하기 위한 구성들을 포함할 수 있다. 요동감지모듈(410)은 선체 내 어느 지점에 배치되어도 무방한바 예를 들어, 요동감지모듈(410)은 선체 내 혼합탱크(100)가 설치된 제1위치 및 제1위치 아닌 제2위치 중 적어도 어느 하나에 배치될 수 있다. 아울러 연산모듈(420)은, 제2위치의 요동감지모듈(410)로부터 제공되는 감지값을 입력받고 변환식으로 연산하여 제1위치(혼합탱크가 설치된 위치)에서의 감지값에 해당하는 변환값으로 변환시키는 변환부(도 4의 421참조)를 포함할 수 있다. 즉 요동감지모듈(410)이 혼합탱크(100)가 설치된 제1위치에 배치되지 않더라도, 연산모듈(420)의 연산으로 혼합탱크(100)에 설치된 위치에서의 감지값에 해당하는 변환값을 산출하여, 그로부터 혼합탱크(100)의 측정오차를 도출할 수 있다. 그러나 요동감지모듈(410)이 혼합탱크(100)가 설치된 제1위치에 배치되어 있는 경우에는 변환부(421)의 연산은 불필요하며 해당 위치의 감지값으로부터 바로 측정오차를 연산할 수 있다. 본 실시예에서는, 요동감지모듈(410)이 제2위치에 배치되어 있는 상태를 기준으로 설명을 진행한다.
연산모듈(420)은 요동감지모듈(410)의 감지값으로부터 선체 요동에 의해 로드셀(310)에 추가된 외력을 산출하여 로드셀(310)의 측정오차를 도출하는 제1보정부(도 4의 422참조)도 포함할 수 있으며, 또한 요동감지모듈(410)의 감지값으로부터 선체 요동에 의해 혼합탱크(100)에 발생된 각 변위(angular displacement)를 산출하여 레벨게이지(320)의 측정오차를 도출하는 제2보정부(도 4의 423참조)도 포함할 수 있다. 이러한 구성으로 특히 혼합탱크(100)에 배치된 2차계량부(310, 320)의 측정오차를 산출하고 측정값에서 제거하여 정확한 값으로 보정할 수 있다. 연산모듈(420)이 포함하는 변환부(421), 제1보정부(422), 제2보정부(423)는 서로 다른 기기로 구분될 수도 있으나 반드시 물리적으로 구분될 필요는 없다. 예를 들면, 각각은 하나 또는 복수의 컴퓨터 장치로 형성된 연산모듈(420)에서 동시에 또는 선택적으로 로딩되는 일종의 연산프로그램 등으로 구현될 수도 있다. 측정오차를 도출하고 측정값을 보정하는 등의 연산이 가능한 다양한 형태로 연산모듈(420)을 구현할 수 있다.
도 3은 도 2의 선박의 요소수 제조장치의 작동도이고, 도 4는 도 3의 선박의 요소수 제조장치의 연산모듈의 구성도이며, 도 5는 도 4의 연산모듈의 각 변위 산출과정을 설명하기 위한 도면이다.
이러한 구성에 의해 선박의 요소수 제조장치(1)는 다음과 같이 작동할 수 있다. 이하 도 3 내지 도 5를 참조하여 장치의 작동과정을 설명한다. 먼저 도 3을 참조하면, 최초에 청수(D)와 요소분말(C)이 각각 입력된 양만큼 혼합탱크(100)로 공급될 수 있다. 요소분말(C)은 요소탱크(222)로부터 제2공급라인(221)을 따라 공급되고, 청수(D)는 청수탱크(도 1의 212참조)로부터 제1공급라인(211)을 따라 공급될 수 있다. 각각의 공급량은 분체유량계(220) 및 액체이송용 펌프(210a)와 유체유량계(210b)에서 1차적으로 계량된다. 최초 공급량은 사용자가 설정한 것일 수 있다.
이때 청수(D)는 해상에서 유입한 해수(도 1의 B참조)로부터 생성된 것을 사용할 수 있다. 해수(B)는 씨체스트(도 1의 213참조)를 통해 유입되어 조수기 등의 담수화기를 거치면서 청수(D)로 변환될 수 있다. 조수기 등은 청수탱크(212)에 배치되거나 그 전단에 배치되어 있을 수 있다(미도시). 본 발명은 이와 같이 해상에서 해수(B)를 청수(D)로 변환하여 요소수 제조에 사용하므로, 별도로 용매를 저장하거나 수송할 필요도 없어진다. 아울러 청수(D)가 공급되는 제1공급라인(211)의 일 측에는 열적으로 접촉되어 선체 내 열원으로 청수(D)를 가열하는 열교환기(214)도 배치되어 온도 조절을 통해 용해를 촉진할 수도 있다. 열교환기(214)는 선체 내 각종 폐열회수장치(엔진 배기관 등에 연결된 각종 보일러 장치 등)와 연결되어 선체 내 버려지는 열을 제공받을 수 있다.
이러한 과정을 통해 혼합탱크(100)로 공급된 청수(D)와 요소분말(C)의 양은 로드셀(310)과 레벨게이지(320)에 의해 재측정된다. 로드셀(310)은 혼합탱크(100)에 걸린 하중의 변동으로부터 무게로 양을 측정하며, 레벨게이지(320)는 혼합탱크(100) 내부물질(E)(청수와 요소분말의 혼합물일 수 있다)의 수위 변화로부터 부피로 양을 측정할 수 있다. 부피는 적절한 환산(적절한 밀도를 적용하는 등)을 통해 무게로 변환될 수 있으므로 그러한 방식으로 양자를 비교할 수도 있다. 특히 이와 같이 2차계량부(310, 320)에서 측정된 양은, 공급경로에서 같은 공급량을 먼저 측정한 1차계량부(210a, 210b, 220)의 측정값과 비교될 수 있다. 예를 들면, 전술한 바와 같이 액체이송용 펌프(210a)와 유체유량계(210b)로부터 측정된 측정값이 선체 요동에 실질적으로 영향을 받지 않는 점을 고려하여, 혼합탱크(100) 내부물질(E)의 측정값(무게) 중 액체이송용 펌프(210a)와 유체유량계(210b)로부터 측정된 측정값(유량)에 대응하는 값(청수의 밀도를 고려하여 무게로 환산한 값일 수 있다)을 뺀 값과, 분체유량계(220)의 측정값(유량)에 대응하는 값(요소분말의 밀도를 고려하여 무게로 환산한 값일 수 있다)을 비교하여 선체 요동에 의한 요소분말의 공급오차를 산출하는 등의 비교가 가능하다.
그러나 이와 같이 한정될 필요는 없으며 보다 다양한 방식의 다양한 측정기기가 각 계량부에 포함된 경우 각각의 측정값을 상호 비교하여 청수(D) 및 요소분말(C)의 공급량과 오차를 더욱 정확하게 판별할 수 있다. 이와 같은 1차계량부(210a, 210b, 220)와 2차계량부(310, 320)의 측정값의 비교를 통해 각 계량부(특히, 1차계량부)의 측정값에 대한 적절한 보정을 해줄 수 있으며 따라서 보다 정확한 공급량으로 청수(D) 및 요소분말(C)의 공급량을 조절하면서 생성되는 요소수의 농도를 정확하게 맞추어 주는 것이 가능하다.
특히, 본 발명은 이러한 과정에서 측정값의 비교기준을 제공하는 2차계량부(310, 320)의 측정값 자체도 보다 정확하게 보정하여 비교의 정확도를 높일 수 있다. 이는 요동감지모듈(410)과 연산모듈(420)로 이루어진 동적오차보정부(410, 420)에 의해 진행된다. 도 3에 도시된 바와 같이 연산모듈(420)은 1차계량부(210a, 210b, 220) 및 2차계량부(310, 320)와 연결되어 각각의 측정신호(S1~S5)를 제공받고 각 계량부의 기본적인 측정값을 판별할 수 있다. 이와 동시에 요동감지모듈(410)로부터 측정신호(S6)를 제공받고 그에 포함된 3축 가속도 성분이 포함된 감지값으로부터 2차계량부(310, 320)의 측정오차도 도출한다. 측정오차의 도출과정은 선체 요동에 의해 로드셀(310)과, 레벨게이지(320)가 받는 영향을 산출하는 다음과 같은 일련의 연산과정을 포함할 수 있다.
도 4를 참조하면, 요동감지모듈(도 3의 410참조)의 측정신호(S6)는 연산모듈(420)의 변환부(421)로 제공되어 먼저 연산될 수 있다. 전술한 바와 같이 요동감지모듈(410)이 혼합탱크(도 3의 100참조)에서 떨어진 제2위치에 설치된 경우, 해당 위치에서 요동감지모듈(410)이 생성한 감지값은 변환부(421)에 내장된 변환식으로 연산되어 혼합탱크(100)가 설치된 제1위치에서의 감지값에 해당하는 변환값으로 변환될 수 있다. 변환식은 예를 들어, 선체를 강체로 해석하여 산출한 것일 수 있으며 그를 통해 선체가 해수에 의해 움직일 때, 선체 일 측에 작용된 외력(선체 일 측에 나타난 요동을 하나의 가속도벡터에 대응시킨 것일 수 있다)과 선체 타 측에 작용된 외력(선체 타 측에 나타난 요동을 하나의 가속도벡터에 대응시킨 것일 수 있다)간의 상호관계를 나타낸 산식일 수 있다. 그러한 산식은 예를 들어, 벡터의 변환행렬을 포함할 수 있고 벡터의 변환행렬은 예를 들어, 3차원 회전행렬과 평행이동행렬 등을 포함할 수 있다. 변환식은 그러한 변환행렬의 곱 등으로 나타낼 수 있으므로 변환식을 통해 제2위치의 요동감지모듈(410)이 감지한 감지값(제2위치에 작용한 외력을 나타내는 가속도벡터의 3축 가속도 성분을 포함하는 것일 수 있다)을 제1위치에서의 감지값에 해당하는 변환값(제1위치에 작용한 외력을 나타내는 가속도벡터의 3축 가속도 성분을 포함하는 것일 수 있다)으로 변환시킬 수 있다.
따라서 변환부(421)가 산출한 변환값을 이용하면 혼합탱크(100)가 설치된 제1위치에서 선체 요동에 의해 작용된 외력을 알 수 있으며 이로부터, 혼합탱크(100)에 배치된 로드셀(도 3의 310참조)에 추가적으로 작용한 외력과, 레벨게이지(도 3의 320참조)에 발생된 각 변위도 산출할 수 있다. 따라서 반드시 요동감지모듈(410)을 혼합탱크(100) 상에 배치하지 않더라도 변환부(421)의 연산에 의해 혼합탱크(100)에 작용한 외력으로부터 생성된 측정오차를 도출하는 것이 가능하다. 아울러 변환식도 상술한 변환행렬이 포함된 식으로 한정될 필요는 없으며, 선체가 강체로 해석될 수 있음을 고려하여 선체 내 서로 다른 지점 간 외력, 변위 등의 상호(변환)관계를 도출하고 변환식으로 사용할 수 있다. 변환식은 상기한 제2위치의 요동감지모듈(410)로부터 제공되는 감지값을 입력받고 제1위치에서의 감지값에 해당하는 변환값으로 변환시킬 수 있는 산식인 한도 내에서 특별히 제한될 필요는 없다.
이후 변환값은 제1보정부(422) 및 제2보정부(423)로 전달되어 2차계량부(310, 320)의 측정오차를 도출하는 데 사용될 수 있다. 변환값은 요동감지모듈(410)이 감지한 감지값에서 산출된 것이므로 제1보정부(422) 및 제2보정부(423)는 실질적으로 요동감지모듈(410)이 감지한 감지값으로부터 측정오차를 도출하는 것으로 이해하여도 무방하다. 전술한 바와 같이 변환값은 요동에 의해 혼합탱크(100)가 설치된 제1위치에 작용한 외력을 나타내는 가속도벡터의 3축 가속도 성분을 포함하므로 예를 들어, 그 중 로드셀(310)이 하중을 받는 방향으로 요동에 의해 추가된 가속도성분에 대응하는 만큼의 하중을 측정오차로 산출할 수 있다(예를 들면, 로드셀 자체의 경사가 크지 않은 경우 하중을 받는 방향이 중력방향과 대략 일치하는 것으로 볼 수 있으므로 중력방향으로 추가된 가속도성분에 대응하는 만큼의 하중을 측정오차로 산출할 수 있고, 로드셀 자체의 경사가 상대적으로 큰 경우라면 제1위치에 작용한 가속도벡터와 로드셀이 기울어진 각도를 이용하여 로드셀이 하중을 받는 방향으로 작용하는 가속도성분을 계산하고 해당 가속도성분에 대응하는 만큼의 하중을 측정오차로 산출할 수 있다). 제1보정부(422)는 예를 들어, 이와 같이 선체 요동에 의한 측정오차를 산출하고, 로드셀(310)의 측정값에서 제거하는 연산을 함으로써 로드셀(310)의 측정값을 정확하게 보정할 수 있다. 그러나 이로써 한정될 필요는 없으며 제1보정부(422)의 연산은 요동감지모듈(410)의 감지값(또는 그로부터 산출된 변환값)으로부터 로드셀(310)의 측정오차를 도출할 수 있는 한도 내에서 가능한 또 다른 방식으로 얼마든지 변경도 가능하다.
한편, 제2보정부(423)는 변환값으로부터 혼합탱크(100)에 발생된 각 변위를 산출하여 레벨게이지(320)의 측정오차를 도출할 수 있다. 도 5를 참조하여 해당 연산을 다음과 같이 예시할 수 있다. 혼합탱크(도 3의 100참조)가 설치된 제1위치(도 5의 O')와 선체 무게중심(도 5의 O) 사이의 거리벡터(도 5의 R)는 알려져 있으므로(선체 무게중심이 알려져 있으므로 그에 대한 혼합탱크의 상대적인 위치를 나타내는 벡터로 산출할 수 있다), 예를 들어, 변환값에 나타난 제1위치의 3축 가속도성분(a1~a3) 중 어느 하나와 거리벡터(R)의 곱 연산(외적)을 통해 대응하는 토크(도 5의 T)(단위질량당 토크로 이해할 수 있다)를 구할 수 있다. 이를 동등한 산식인 관성모멘트와 각가속도의 곱에 대응시켜 각가속도를 구하고 예를 들어 각가속도를 시간에 대해 두 번 적분하여 해당 토크에 대한 각 변위(도 5의 θ)를 구할 수 있다. 이때 관성모멘트는 선박으로부터 제공될 수 있으며 예를 들면, 선박의 관성모멘트 모델링 프로그램 등을 통해서 미리 계산되어 제공될 수 있다. 또한 요동감지모듈(도 3의 410참조)은 서로 독립된 세 축에 대한 각속도를 측정하는 3축 자이로 센서를 포함할 수도 있으므로 전술한 변환부(421)의 연산으로 제1위치에서의 세 축에 대한 각속도에 해당하는 또 다른 변환값을 산출하고(각속도 역시 벡터이므로 전술한 벡터변환 산식 등으로 도출이 가능할 수 있다) 그를 이용하여 각 변위를 도출하는 것도 가능할 수 있다.
이와 같이 각 변위가 도출되면, 제2보정부(423)는 해당 각도를 혼합탱크(100)의 기울어진 정도로 파악하고 레벨게이지(320)의 측정오차를 산출할 수 있다. 예를 들어, 레벨게이지(320)가 혼합탱크(100)의 측면에 세로로 배치된 측정자인 경우, 각 변위로부터 수직방향에 대해 측정자가 기울어진 각도를 알 수 있으므로 그로부터 측정자를 수직한 방향으로 사영(삼각비 등을 이용할 수 있다)시켜 정확한 수위를 산출하는 것도 가능하다. 이때 측정자가 기울어진 상태에서 측정한 값과의 차이가 측정오차로 도출될 수 있으며 그러한 측정오차를 제거함으로써 수위 측정값을 보다 정확하게 보정할 수 있다. 제2보정부(423)는 예를 들어, 이러한 연산을 통해 측정오차를 산출하고, 레벨게이지(320)의 측정값에서 제거하는 연산을 함으로써 레벨게이지(320)의 측정값을 정확하게 보정할 수 있다. 그러나 제2보정부(423)의 연산 역시 이로써 한정될 필요는 없으며, 제2보정부(423)의 연산 역시 요동감지모듈(410)의 감지값(또는 그로부터 산출된 변환값)으로부터 레벨게이지(320)의 측정오차를 도출할 수 있는 한도 내에서 가능한 또 다른 방식으로 얼마든지 변경도 가능하다.
이러한 방식으로 특히 혼합탱크(100)에 배치된 2차계량부(310, 320)의 선체 요동에 의한 측정오차를 산출하고 측정값의 측정오차를 제거하는 연산을 할 수 있다. 따라서 이를 통해 로드셀(310), 레벨게이지(320)등 혼합탱크(100) 측에서 청수와 요소분말의 양을 재측정한 측정값을 선상에서도 정확하게 산출할 수 있다. 따라서 전술한 바와 같이 1차계량부와 2차계량부간 측정값의 비교를 통해 각 계량부(특히, 1차계량부)의 측정값에 대한 적절한 보정을 해줄 수 있으며 따라서 보다 정확한 공급량으로 청수(D) 및 요소분말(C)의 공급량을 조절하면서 생성되는 요소수의 농도를 정확하게 맞추어 주는 것이 가능하다. 생성되는 요소수는 예를 들어, 40%농도의 요소수일 수 있으며 그와 같이 제조된 요소수를 선박 내에서 이루어지는 배가스 처리공정 등에 바로 제공하여 사용할 수 있다. 그러나 그로써 한정될 필요는 없으며 원하는 또 다른 농도로 요소수의 농도를 조절하여 생성하고 이를 또 다른 필요처에 제공하는 것도 얼마든지 가능하다. 이와 같이 본 발명을 통해 유동하는 선박 내에서도 원하는 농도로 정확하게 요소수를 제조하고 공급할 수 있다.
이상 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 이해해야만 한다.
1: 선박의 요소수 제조장치 100: 혼합탱크
210a: 액체이송용 펌프 210b: 유체유량계
211: 제1공급라인 212: 청수탱크
213: 씨체스트 214: 열교환기
220: 분체유량계 221: 제2공급라인
222: 요소탱크 310: 로드셀
320: 레벨게이지 410: 요동감지모듈
420: 연산모듈 421: 변환부
422: 제1보정부 423: 제2보정부
A: 선체 B: 해수
C: 요소분말 D: 청수
E: 내부물질 S1~S6: 측정신호

Claims (9)

  1. 선박 내에서, 요소분말을 청수(fresh water)에 혼합하여 특정 농도의 요소수를 제조하기 위한 선박의 요소수 제조장치에 있어서,
    선체에 설치된 혼합탱크;
    상기 선체의 상기 혼합탱크로 상기 청수를 공급하는 제1공급라인에 설치된 액체이송용 펌프와 유체유량계, 및 상기 선체의 상기 혼합탱크로 상기 요소분말을 공급하는 제2공급라인에 설치된 분체유량계를 포함하여,
    상기 선체 내 상기 청수 및 상기 요소분말의 공급경로 상에서 상기 청수와 상기 요소분말을 계량하는 1차계량부;
    상기 혼합탱크에 배치되어 상기 혼합탱크 내부물질의 무게를 측정하는 로드셀과, 상기 혼합탱크에 배치되어 상기 혼합탱크 내부물질의 수위를 측정하는 레벨게이지를 포함하여,
    상기 혼합탱크 상에서 상기 혼합탱크로 투입된 상기 청수와 상기 요소분말의 양을 재측정하는 2차계량부; 및
    상기 선체에 설치되어 상기 선체의 요동을 3축 가속도 성분이 포함된 감지값으로 감지하는 적어도 하나의 요동감지모듈과, 상기 요동감지모듈의 감지값으로부터 상기 로드셀과, 상기 레벨게이지가 상기 요동에 의해 받는 영향을 산출하여 상기 2차계량부의 측정오차를 도출하는 연산모듈을 포함하여,
    상기 2차계량부의 측정값을 상기 측정오차를 이용하여 보정하는 동적오차보정부를 포함하는 선박의 요소수 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 요동감지모듈은, 상기 선체 내 상기 혼합탱크가 설치된 제1위치 및 상기 제1위치 아닌 제2위치 중 적어도 어느 하나에 배치되는 선박의 요소수 제조장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 연산모듈은, 상기 제2위치의 상기 요동감지모듈로부터 제공되는 감지값을 입력받고 변환식으로 연산하여 상기 제1위치에서의 감지값에 해당하는 변환값으로 변환시키는 변환부를 포함하는 선박의 요소수 제조장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 요동감지모듈은, 서로 독립된 세 방향의 가속도 성분을 측정하는 3축 가속도 센서를 포함하는 선박의 요소수 제조장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 요동감지모듈은, 서로 독립된 세 축에 대한 각속도를 측정하는 3축 자이로 센서를 더 포함하는 선박의 요소수 제조장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연산모듈은, 상기 감지값으로부터 상기 요동에 의해 상기 로드셀에 추가된 외력을 산출하여 상기 로드셀의 측정오차를 도출하는 제1보정부를 포함하는 선박의 요소수 제조장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연산모듈은, 상기 감지값으로부터 상기 요동에 의해 상기 혼합탱크에 발생된 각 변위를 산출하여 상기 레벨게이지의 측정오차를 도출하는 제2보정부를 포함하는 선박의 요소수 제조장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 청수는, 해상에서 유입한 해수로부터 생성된 것인 선박의 요소수 제조장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1공급라인의 일 측에 열적으로 접촉되어 상기 선체 내 열원으로 상기 청수를 가열하는 열교환기를 더 포함하는 선박의 요소수 제조장치.
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