KR20170118727A - 밸러스트 워터 처리 시스템을 구성하기 위한 시스템 및 관련된 방법 - Google Patents

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존 빌라드슨
장 험머
올레 루테케 크리스튼슨
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바와트 에이/에스
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Abstract

선박에서의 하나 이상의 밸러스트 탱크의 밸러스트 워터를 처리하기 위해 밸러스트 워터 처리 시스템을 구성하기 위한 구성 시스템 및 방법을 개시하고, 여기서 밸러스트 워터 처리 시스템은 제1 밸러스트 탱크의 탱크 배출구와 탱크 주입구 사이에서 밸러스트 워터를 순환시키도록 구성된다. 상기 방법을 하기를 포함한다: 제1 밸러스트 탱크의 구조 파라미터를 얻는 단계, 여기서 구조 파라미터는 제1 밸러스트 탱크에서의 구획 수를 나타내는 구획 수 파라미터를 포함하고; 구조 파라미터에 기초한 밸러스트 워터 처리 시스템에 대한 제어 데이터를 결정하는 단계, 여기서 제어 데이터는 순환되는 제1 밸러스트 워터 부피를 나타내는 제1 부피 파라미터를 포함하고; 및 제어 데이터를 밸러스트 워터 처리 시스템에 공급하는 단계.

Description

밸러스트 워터 처리 시스템을 구성하기 위한 시스템 및 관련된 방법{SYSTEM FOR CONFIGURING A BALLAST WATER TREATMENT SYSTEM AND RELATED METHOD}
본 발명은 선박의 선상 및 다른 해양 구조물의 밸러스트 탱크에서 밸러스트 워터와 같은 밸러스트 워터를 세척, 오염 제거, 소독 및/또는 살균하는 시스템과 같은 밸러스트 워터 처리 시스템을 구성하기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
화물을 운송하거나 하지 않는 배(ship)와는 독립적으로 배의 안정성을 유지하기 위해, 배는 화물의 성격에 따라 채우거나 비울 수 있는 탱크가 제공된다. 이러한 탱크는 밸러스트 탱크로 지명되며, 이러한 밸러스트 탱크에 채워진 물은 밸러스트 워터로 지명된다.
비어있는 배 또는 부분적으로 화물을 적재하는 배가 항구를 떠날 때, 밸러스트 워터는 안정을 유지하고 배의 부력을 조절하기 위해 밸러스트 탱크에 채워진다. 거의 항상 이러한 밸러스트 워터에는 플랑크톤, 해조류 등의 살아있는 미생물이 포함될 것이다. 배가 목적지에 도착하고 다시 한번 화물을 선적하는 경우, 밸러스트 워터는 다시 바다로 배출된다.
따라서 밸러스트 워터의 배출은 목적지 항구의 해양 환경에 침입성 종을 잠재적으로 제공할 수 있는데, 이는 살아있는 미생물이 자연 서식지에서 새로운 생물권으로 이동한다는 것을 의미한다. 세계의 다른 지역의 토종의 살아있는 미생물은 현지의 해양 생물에 위협이 될 수 있으므로 "생물학적 오염"으로 지명된다. 해마다 주요 탱크 선박은 세계 곳곳에서 살아있는 미생물로 수십억 입방 미터의 물을 이동 시키며 이로 인해 탱크 선박은 수백 개의 침입성 해양 종을 새로운 환경에 제공하여, 이는 세계에서 가장 큰 환경 문제 중 하나이다.
현재, 배출된 밸러스트 워터에 살고있는 미생물의 양이 적다는 점에서 국제 해사기구(IMO)가 특정 요건을 설정하였다. 본 발명의 개시는 이들 요건들에 부합하는 수단을 제공한다.
밸러스트 워터를 취급 및/또는 처리함에 있어서 밸러스트 워터 처리 시스템을 효과적이고 신뢰성 있게 구성하기 위한 방법 및/또는 시스템이 필요하며, 이에 의해 생물학적 오염의 위험성을 감소시킬 수 있다.
따라서, 밸러스트 워터 처리 시스템을 구성 및/또는 제어하는 방법이 제공된다. 특히 선박의 하나 이상의 밸러스트 탱크의 밸러스트 워터를 처리하기 위한 밸러스트 워터 처리 시스템을 구성 및/또는 제어하기 위한 것으로서, 상기 밸러스트 워터 처리 시스템은 제1 밸러스트 탱크의 탱크 배출구와 탱크 주입구 사이에서 밸러스트 워터를 순환하도록 구성된다. 상기 방법은 제1 밸러스트 탱크의 구조 파라미터(structural parameter)를 얻는 단계를 포함하고, 상기 구조 파라미터는 제1 밸러스트 탱크에서의 구획(compartment) 수를 나타내는 구획 수 파라미터(a number of compartment)를 포함한다. 상기 방법은 구조 파라미터에 기초한 밸러스트 워터 처리 시스템에 대한 제어 데이터(control data)를 결정하는 단계를 더 포함하며, 여기서 상기 제어 데이터는 순환되는 제1 밸러스트 워터 부피를 나타내는 제1 부피 파라미터(volume parameter)를 포함한다. 또한 상기 방법은 상기 밸러스트 워터 처리 시스템에 제어 데이터를 제공하는 단계 및/또는 상기 제어 데이터에 기초한 밸러스트 워터 처리 시스템을 제어하는 단계를 포함한다.
또한, 밸러스트 워터 처리 시스템을 구성하기 위한 구성 시스템(configuration system)을 개시한다.특히, 선박에서의 하나 이상의 밸러스트 탱크의 밸러스트 워터를 처리하기 위한 밸러스트 워터 처리 시스템을 구성하기 위해, 상기 밸러스트 워터 처리 시스템은 제1 밸러스트 탱크의 탱크 배출구와 주입구 사이에서 밸러스트 워터를 순환시키도록 구성된다. 상기 구성 시스템은 프로세싱 유닛(processing unit), 인터페이스(interface) 및 메모리 유닛(memory unit)을 포함한다. 프로세싱 유닛 및/또는 구성 시스템은 하기 단계로 구성된다: 제1 밸러스트 탱크의 구조 파라미터를 얻는 단계, 여기서 상기 구조 파라미터는 제1 밸러스트 탱크에서의 구획 수를 나타내는 구획 수 파라미터를 포함하고; 상기 구조 파라미터에 기초한 상기 밸러스트 워터 처리 시스템에 대한 제어 데이터를 결정하는 단계, 상기 제어 데이터는 순환되는 제1 밸러스트 워터 부피를 나타내는 제1 부피 파라미터를 포함하며; 및 제어 데이터를 밸러스트 워터 처리 시스템, 인터페이스 및/또는 메모리 유닛에 제공하는 것과 같이 제어 데이터를 제공하는 단계.
밸러스트 워터는 부피당 살아있는 미생물의 함량이 당국이 정한 임계값보다 낮도록 처리되어야 한다. 본 발명은 이러한 요건들을 충족하는 것을 보장할 수 있는 제어 파라미터 및 제어 시스템을 제공한다.
본 발명의 시스템 및 방법은 용이하게 접근 가능한 파라미터에 따라 밸러스트 워터의 처리를 제어하는 밸러스트 워터 처리 시스템을 구성하기 위한 수단을 제공한다. 예를 들어, 밸러스트 워터의 처리는 공급된/순환된 부피 및/또는 밸러스트 워터 내의 산소 함량 및/또는 이산화탄소 함량과 같은 가스 함량과 같은 파라미터를 사용하여 제어될 수 있다.
제1 밸러스트 탱크와 같은 밸러스트 탱크의 구조 파라미터와 같은 용이하게 접근 가능한 파라미터가 밸러스트 워터 처리 시스템을 구성하는데 사용될 수 있다는 것은 본 발명의 이점이다. 예를 들어, 구조 파라미터는 밸러스트 워터 내의 살아있는 미생물을 특정 임계값으로 감소시키는데 필요한 처리를 예측하는데 사용될 수 있다. 이러한 구성을 쉽게 접근할 수 있는 파라미터로부터 수행되도록 하는 것은 처리 시스템이 쉽게 구성 및/또는 치수화(dimensioned)될 수 있어 시간과 비용을 절감할 수 있다.
밸러스트 워터 처리 시스템의 최적의 구성 및/또는 설계를 찾기 위한 실험의 필요성을 감소시키는 것은 본 발명의 또 다른 이점이다. 이에 의해 밸러스트 워터 처리 시스템의 구성 및/또는 설계의 보다 정확하고 비용 효율적인 방법이 될 수 있다.
밸러스트 워터를 처리하기 위한 효과적이고 신뢰성 있는 시스템이 체계적으로 치수화될 수 있다는 것이 본 발명의 또 다른 이점이다. 본 발명은 밸러스트 워터 처리 시스템의 치수화가 쉽도록 하는 방법을 제공한다.
과도한 처리의 위험성을 감소시키는 밸러스트 워터 처리 시스템의 구성을 제공하여, 특정 파라미터가 충족될 경우 에너지 소모를 감소시키는 것과 같은 감소되고 최적화된 에너지 소모를 할 수 있다.
밸러스트 워터를 처리하기 위한 시스템이 기존의 밸러스트 탱크 또는 밸러스트 탱크로 치수화될 수 있다는 것, 예를 들어 시스템은 기존 밸러스트 탱크에 쉽게 개조될 수 있는 것이 본 발명의 또 다른 이점이다.
본 발명의 상기 및 다른 특징들과 장점들은 첨부된 도면을 참조하여, 이하의 실시예들의 상세한 설명에 의해 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1은 예시적인 밸러스트 워터 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 2는 예시적인 밸러스트 워터 처리 시스템을 나타낸 모식도이다.
도 3은 밸럭스트 워터 처리 시스템을 구성하기 위한 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 밸러스터 워터 처리 시스템을 제어하기 위한 방법을 나타낸 순서도이다.
도 5는 예시적인 디터미네이터(determinator)를 나타낸 모식도이다.
도 6은 예시적인 구성 시스템을 나타낸 모식도이다.
구조 파라미터는 제1 구조 파라미터, 제2 구조 파라미터, 제3 구조 파라미터 및/또는 제4 구조 파라미터를 포함할 수 있다.
배(ship) 또는 선박(vessel)은 예를 들어 제1 밸러스트 탱크 및 제2 밸러스트 탱크를 포함하는 복수의 밸러스트 탱크를 포함할 수 있다. 밸러스트 탱크, 예를 들어 제1 밸러스트 탱크 및/또는 제2 밸러스트 탱크는 복수의 밸러스트 탱크 중 하나의 밸러스트 탱크일 수 있다.
밸러스트 워터를 처리하기 위한 밸러스트 워터 처리 시스템은 예를 들어 제1 밸러스트 탱크 및/또는 제2 밸러스트 탱크와 같은 밸러스트 탱크의 밸러스트 워터를 처리하기 위한 것과 같이 선박 내에서 하나 이상의 밸러스트 탱크의 밸러스트 워터를 처리하는 위한 밸러스트 워터 처리 시스템일 수 있다.
구조 파라미터는 구획 수 파라미터(compartment number parameter)를 포함한다. 구획 수 파라미터는 제1 구조 파라미터일 수 있다. 제1 구조 파라미터 및/또는 구획 구조 파라미터는 구획 크기 파라미터(compartment size parameter)를 포함할 수 있다. 구획 크기 파라미터는 제2 구조 파라미터일 수 있다. 제2 구조 파라미터 및/또는 구획 크기 파라미터는 제1 밸러스트 탱크 내의 구획의 부피 및/또는 상대 부피와 같은 크기를 나타낼 수 있다.
구조 파라미터는 제1 밸러스트 탱크의 제1 구획의 크기를 나타내는 제1 구획 크기 파라미터를 포함할 수 있다. 구조 파라미터는 제1 밸러스트 탱크의 제2 구획의 부피 및/또는 상대 부피와 같은 크기를 나타내는 제2 구획 크기 파라미터를 포함할 수 있다. 구조 파라미터는 제1 밸러스트 탱크의 각각의 복수의 구획의 부피 및/또는 상대 부피와 같은 크기를 나타내는 복수의 구획 크기 파라미터를 포함할 수 있다. 복수의 구획 크기 파라미터는 제1 구획 크기 파라미터 및 제2 구획 크기 파라미터를 포함할 수 있다. 제1 구획 크기 파라미터 및/또는 제2 구획 크기 파라미터와 같은 구획 크기 파라미터는 구획 크기 또는 제1 밸러스트 탱크 내에서 밸러스트 워터로 채워진 모든 구획의 총 크기와 같은 제1 밸러스트 탱크 내의 모든 구획의 부피와 같은 크기에 대한 구획 크기를 나타낼 수 있다.
구조 파라미터는 밸러스트 워터의 수위 파라미터(ballast water level parameter)를 포함할 수 있다. 밸러스트 워터 수위 파라미터는 제3의 구조 파라미터일 수 있다. 제3 구조 파라미터 및/또는 밸러스트 위터 수위 파라미터는 제1 밸러스트 탱크 내의 밸러스트 워터 수위를 나타낼 수 있다.
구조 파라미터는 제1 밸러스트 탱크 내의 제1 밸러스트 워터 수위를 나타내는 제1 밸러스트 워터 수위 파라미터를 포함할 수 있고, 이는 예를 들어 활성(active) 구획의 수를 결정하기 위해서다. 구조 파라미터는 제1 밸러스트 탱크에서에서의 제2 밸러스터 워터 수위를 나타내는 제2 밸러스트 워터 수위 파라미터를 포함할 수 있다. 구조 파라미터는 제1 밸러스트 탱크에서의 각각의 복수의 밸러스트 워터 수위를 나타내는 복수의 밸러스트 워터 수위 파라미터를 포함할 수 있다. 복수의 밸러스트 워터 수위 파라미터는 제1 밸러스트 워터 수위 파라미터 및 제2 밸러스트 워터 수위 파라미터를 포함할 수 있다.
구조 파라미터는 구획 벽 파라미터(compartment wall parameter)를 포함할 수 있다. 구획 벽 파라미터는 제4 구조 파라미터일 수 있다. 제4 구조 파라미터 및/또는 구획 벽 파라미터는 제1 밸러스트 탱크에서의 인접한 구획 사이의 구획 벽 개구(openings) 면적을 나타낼 수 있다.
구조 파라미터는 제1 밸러스트 탱크의 제1 구획과 제2 구획 사이의 구획 벽 개구의 면적을 나타내는 제1 구획 벽 파라미터를 포함할 수 있다. 구조 파라미터는 제1 밸러스트 탱크의 제2 구획과 제3 구획 사이의 구획 벽 개구의 면적을 나타내는 제2 구획 벽 파라미터를 포함할 수 있다. 구조 파라미터는 인접한 구획 사이에서 구획 벽 개구의 면적을 나타내는 하나 이상의 구획 벽 파라미터를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구획 벽 파라미터는 제1 구획 벽 파라미터 및 제2 구획 벽 파라미터를 포함할 수 있다.
제1 구획 벽 파라미터 및/또는 제2 구획 벽 파라미터와 같은 구획 벽 파라미터는 두개의 인접한 구획의 밸러스트 워터를 완전히 분리하는 구획 벽과 같은 개구가 없는 구획 벽에 대한 구획 벽 개구의 면적을 나타낼 수 있다.
구획 수 파라미터는 제1 밸러스트 탱크에서의 총 구획 수 및/또는 워터로 채워진 구획의 수와 같은 제1 밸러스트 탱크에서의 구획의 수를 나타낸다. 구획 수 파라미터는 제1 밸러스트 탱크에서의 총 구획의 수를 나타낼 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 구획 수 파라미터는 밸러스트 워터로 채워진 구획의 수를 나타낼 수 있고, 예를 들어 구획 수 파라미터는 제1 밸러스트 워터 수위 및/또는 제2 밸러스트 워터 수위와 같은 밸러스트 워터 수위에서 워터로 채워진 구획의 수를 나타낼 수 있다. 밸러스트 워터로 채워진 구획은 '활성(acive)' 구획으로 표시될 수 있다.
구획 수 파라미터는 하나 이상의 구획 벽 파라미터에 종속될 수 있다. 구획 벽 파라미터는 구획 벽 파라미터가 구획 벽 개구의 면적이 임계값 미만임을 나타내는 경우 두개의 구획을 정의할 수 있다. 예를 들어, 두개의 구획 사이의 구획 벽 개구의 면적이 40% 미만, 예를 들어 30% 미만, 20% 미만, 예컨대 10% 미만인 경우, 두개의 구획은 예를 들어 두개의 구획으로 간주될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 두개의 구획 사이의 구획 벽 개구의 면적이 90% 이상, 예를 들어 80% 이상, 예컨대 70% 이상, 예를 들어 60% 이상인 경우 두개의 구획은 예를 들어 하나의 구획으로 간주될 수 있다.
하나 이상의 구조 파라미터는 사용자 입력(user input) 및/또는 전자 전송(electronic transmission), 예를 들어 데이터베이스 시스템 및/또는 배 컴퓨터 시스템과 같은 컴퓨터 시스템으로부터 구조 파라미터를 전송하는 것에 의해 얻어질 수 있다. 하나 이상의 구조 파라미터를 획득하는 단계는 하나 이상의 구조 파라미터를 포함하는 사용자 입력을 수신하는 단계 및/또는 데이터베이스 시스템 및/또는 컴퓨터 시스템으로부터 하나 이상의 구조 파라미터를 요청하는 단계를 포함할 수 있다.
제어 데이터는 순환되는 제1 밸러스트 워터 부피를 나타내는 제1 부피 파라미터를 포함한다. 제1 밸러스트 워터 부피는 제1 밸러스트 워터 수위에서 순환되는 밸러스터 워터 부피일 수 있다. 제1 부피 파라미터는 제1 밸러스트 워터 수위에서 순환되는 제1 밸러스트 워터 부피를 나타낼 수 있다.
제어 데이터는 순환되는 제2 밸러스트 워터 부피를 나타내는 제2 부피 파라미터를 포함할 수 있다. 제2 밸러스트 워터 부피는 제2 밸러스트 워터 수위에서 순환되는 밸러스트 워터 부피이다. 제2 부피 파라미터는 제2 밸러스트 워터 수위에서 순환되는 제2 밸러스트 워터 부피를 나타낼 수 있다.
제어 데이터는 순환되는 복수의 밸러스트 워터 부피를 나타내는 복수의 부피 파라미터를 포함할 수 있고, 예를 들어 복수의 밸러스트 워터 수위와 같은 복수의 구성에 대해 순환되는 복수의 밸러스트 워터 부피를 나타낸다. 복수의 밸러스트 워터 부피는 복수의 각각의 밸러스트 워터 수위에서 순환되는 밸러스터 워터 부피일 수 있다. 복수의 부피 파라미터는 제1 부피 파라미터 및 제2 부피 파라미터를 포함할 수 있다.
제1 부피 파라미터 및/또는 제2 부피 파라미터와 같은 부피 파라미터는 제1 밸러스트 탱크에서의 밸러스트 워터 부피의 곱셈 계수(multiplication factor)일 수 있다. 예를 들어 제1 밸러스트 탱크에서의 밸러스트 워터 부피는 200 m3일 수 있고, 순환되는 밸러스트 워터 부피는 제1 밸러스트 탱크에서의 밸러스트 워터 부피의 4배, 즉 800 m3일 수 있다. 계산상의 이유로, 밸러스트 워터 부피의 곱셈 계수로서 부피 파라미터를 나타내는 것이 유리할 수 있다. 20% 내지 50%의 범위와 같은 약 33%의 안전 마진(safety margin)은 제1 부피 파라미터 및/또는 제2 부피 파라미터와 같은 부피 파라미터에 적용될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 밸러스트 워터의 처리는 제1 밸러스트 탱크와 같은 밸러스트 탱크에서의 밸러스트 워터에 살아있는 미생물이 포함되어 있지 않거나 또는 밸러스트 워터 내의 살아있는 미생물의 농도가 주어진 임계값 이하인 것을 보장하도록 요구될 수 있다. 이러한 임계값은 정부 또는 국제 해사 기구와 같은 정부간 기구가 정한 요건에서 정해질 수 있다.
밸러스트 탱크 내의 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 실제 농도를 측정하는 것은 어려울 수 있다. 그러므로, 처리를 시작하기 전에 밸러스트 워터 내의 살아있는 미생물의 농도에 대해 살아있는 미생물의 특정 감소를 달성하기 위해 밸러스트 워터를 대신 처리하는 것이 유리할 수 있다. 이러한 감소는 요구되는 감소 값을 갖는 감소 파라미터로 표시될 수 있다. 예를 들어, 이러한 감소 파라미터는 상대 농도, 예를 들어
Figure pct00001
여기서 c는 살아있는 미생물의 농도 및 ct =0은 예를 들어 처리를 시작하기 전의 시간인 t=0에서의 미생물의 농도로 제공될 수 있다.
요건을 만족시키기 위해, 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물 농도의 원하는 감소는 예를 들어 90%, 99%, 99.9% 또는 99.99% 일 수 있다. 원하는 감소는 처리 시간 전인 시간 t=0에서의 살아있는 미생물의 농도에 종속될 수 있다. 원하는 감소는 처리 전 살아있는 미생물의 농도에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 처리 전의 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도가 매우 적으면, 원하거나 필요한 감소는 예를 들어 <50%로 매우 적을 수 있다. 반대로, 처리 전의 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도가 매우 높으면, 원하거나 필요한 감소가 예를 들어 >99.9%로 매우 높을 수 있다.
처리 전의 살아있는 미생물의 농도를 측정할 수 있고, 제1 밸러스트 탱크와 같은 밸러스트 탱크에 유입되는 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도를 측정함으로써 측정될 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 처리 전에 살아있는 미생물의 농도는 예를 들어, 알려진 밸러스트 워터 특성(계절, 온도, 염분)에 기초 및/또는 밸러스트 워터를 얻은 지리적 위치에 따른 시나리오에 기초한 최악의 시나리오를 가정함으로써 추정될 수 있다.
방법은 전술한 바와 같은 감소 파라미터와 같이 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물 농도의 원하는 감소를 나타내는 감소 파라미터를 얻는 단계를 포함할 수 있다. 구성 시스템 및/또는 구성 시스템의 프로세싱 유닛은 전술한 바와 같이 감소 파라미터와 같은 밸러스트 워터 내의 살아있는 미생물 농도의 원하는 감소를 나타내는 감소 파라미터를 얻도록 구성될 수 있다.
감소 파라미터를 얻는 단계 및/또는 방법은 제1 밸러스트 탱크 내의 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도를 얻는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 감소 파라미터를 얻는 단계 및/또는 방법은 처리 전에 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도를 얻는 단계를 포함할 수 있고, 이는 예를 들어 제1 밸러스트 탱크와 같은 밸러스트 탱크에 유입되는 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도를 측정하는 것이다. 선택적으로 및/또는 부가적으로, 감소 파라미터를 얻는 단계 및/또는 방법은 밸러스트 워터를 얻은 지리적 위치를 나타내는 지리 파라미터(geographical parameter)를 얻는 단계를 포함할 수 있다.
제어 데이터를 결정하는 단계는 감소 파라미터에 기초할 수 있다. 예를 들어, 감소 파라미터는 필요한 처리를 나타낼 수 있다. 따라서, 감소 파라미터에 기초한 처리는 감소 파라미터에 의해 표시되는 원하는 감소가 충족될 때 처리를 종료하거나 감소시킴으로써, 전력 소비를 절약할 수 있다.
제어 데이터를 결정하는 단계는 하나 이상의 세트의 미분 방정식을 계산하는 것을 포함할 수 있다. 하나 이상의 세트의 미분 방정식은 구조 파라미터를 기초할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 미분 방정식 세트는 밸러스트 워터에서 살아있는 미생물의 농도를 나타내는 감소 파라미터 및/또는 농도 파라미터(concentration parameter)에 기초할 수 있다.
밸러스트 탱크 (Tk)의 기하학적 설계는 통상적으로 탱크 부피(Vk)가 서로 다른 부피(Vi, m3)를 갖는 M개의 연속적으로 연결된 구획(Ci)으로 간주될 수 있는 것과 같다.
Figure pct00002
.
하나 이상의 세트의 미분 방정식은 밸러스트 탱크 구획에 있는 살아있는 미생물의 농도 변화를 모델링할 수 있다.
하나의 섹션을 가진 간단한 탱크 구성의 경우, 하나의 세트의 미분 방정식은 밸러스트 탱크 구획에서의 살아있는 미생물의 초기 농도와 관련하여 (활성) 밸러스트 탱크 구획(Ci, i=1, ..., M)에서의 살아있는 미생물의 농도 변화를 모델링할 수 있다. 세트의 미분 방정식은 일련의 M개의 결합 미분 방정식을 포함할 수 있다. 단일(제1) 세트 미분 방정식은 다음과 같이 제공될 수 있다:
Figure pct00003
여기서:
Figure pct00004
는 구획(Ci)에서의 살아있는 미생물의 농도의 상대적 감소이고, ci,t=0은 예를 들어 처리 시작 전의 시간 t=0에서의 구획(Ci)에서의 미생물의 농도이다. 모든 구획(Ci, i=1,...,M)에서의 살아있는 미생물의 초기 농도는 Ct =0과 동일한 것으로 가정될 수 있다.
M은 탱크에서의 (활성)구획의 수 또는 탱크의 섹션의 수이다.
Figure pct00005
는 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 탱크에서의 살아있는 미생물의 상대 농도이고, 여기서 co은 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 밸러스트 탱크에서의 살아있는 미생물의 농도이며, c0 ,t=0은 시간 t=0에서 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 탱크에서의 살아있는 미생물의 농도이다.
Figure pct00006
는 작동의 무차원(dimensionless) 시간이고, 여기서 vl은 예를 들어 탱크 주입구/배출구에서 밸러스트 탱크를 통과하는 밸러스트 워터의 유속(flow rate)이며, t는 예를 들어 작동 시간인 시간이고, Vi는 구획(Ci)에서의 워터 부피이다. Vi는 밸러스트 탱크에서의 밸러스트 워터 부피의 비(αi)로 제공될 수 있다.
t=0은 처리를 시작하는 시간일 수 있다. 이는 밸러스트 탱크로 공급된 밸러스트 워터가 살아있는 미생물의 농도가 균일 또는 거의 균일한 것을 포함하는 것으로 가정할 수 있다. 따라서, 구획에서의 살아있는 미생물의 상대 농도는 시간에 따른 것으로 가정할 수 있다.
시간, t는 시간 단위일 수 있고, Vi는 m3 단위일 수 있으며, vl은 m3/h의 단위일 수 있다.
c0은 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도이다. 워터 처리 시스템은 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도가 거의 영(O)으로 감소되도록 설계된다. 따라서, 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도는 워터 처리 유닛에서의 밸러스트 워터 처리 때문에 0이거나 0에 가까울 수 있다. 따라서, 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 상대 농도는 모든 실질적인 목적을 위해 0 또는 0에 가깝게(예를 들어 10-4 또는 10-6) 설정될 수 있다. 그러므로, 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도는 t>0에 대해
Figure pct00007
이다. 다음으로, t>0에 대해
Figure pct00008
인 것을 가정할 수 있다.
탱크 주입구로부터 밸러스트 워터가 유입되는 구획을 의미하는 예를 들어 제1 구획(C1)인 구획(C1)에서 살아있는 미생물의 농도는 첫째로 매우 낮은 농도에 도달할 것이고, 값은 x1→0이다. 밸러스트 워터가 탱크로 유입되는 곳에서부터 가장 멀리있는 구획을 의미하는 구획(CM)에서의 농도(xM)는 마지막으로 원하는 감소에 도달할 것이다. 그러므로 구획(CM)에서 살아있는 미생물의 농도는 예를 들어 감소 파라미터인 파라미터가 달성되는 시간/값을 결정하는데 사용될 수 있다. 밸러스트 탱크로의 유입으로부터 가장 멀리있는 구획(CM)에서 살아있는 미생물의 상대 농도(xM)는 영으로 감소될 것이다. 구획(CM)에서의 살아있는 미생물의 상대 농도(xM)는 Φ=Φtotal에서 요구되는 감소 값(예를 들어 10-4)에 도달할 것이고, 여기서 Φtotal은 밸러스트 워터 부피(Vk)가 순환되는 횟수를 나타낸다.
동일한 크기의 4개의 (활성) 구획(C1, C2, C3, C4)을 갖는 예시적인 탱크 구성에 대해, Φtotal은 10-4의 요구되는 감소 값을 갖는 3-4 범위이다. 따라서, 이러한 구성에 대해 제1 부피 파라미터는 선택적으로 안전 마진을 포함하여 Φtotal의 값으로 설정될 수 있다.
모델은 예를 들어 살아있는 미생물의 농도가 구획 전체에서 동일한 것과 같이 각각의 구획에서의 밸러스트 워터가 균일하게 혼합된 것으로 가정한다. 이러한 혼합은 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 워터와 함께 질소 또는 대기 공기와 같은 가스를 살포하는 것과 같은 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 터빈과 같은 혼합 장치가 각각의 구획에 설치될 수 있다.
상기는 J개의 평행 섹션(Sj, j=1,...,J)을 포함하는 밸러스트 탱크로 일반화될 수 있고, 여기서 섹션(Sj)은 각각의 섹션(Sj, j=1,...,J)에서 개별적인 유동(vl ,j)으로 부피(Vi ,j)를 갖는 연속적으로 연결된 구획(Mj)을 포함한다. 일반적으로, 밸러스트 탱크에서의 섹션의 수(J)는 2 내지 40일 수 있다
상기는 N개의 밸러스트 탱크(T1,...,TN)로 일반화될 수 있고, 여기서 밸러스트 탱크(Tk)는 J개의 섹션(Sj, j=1,...,J)을 포함하고, 섹션(Sj)은 연속적으로 연결된 구획(Mj)를 포함한다. 일반적으로, 선박 상에서의 밸러스트 탱크의 수(N)는 2 내지 16일 수 있다.
밸러스트 탱크의 총 부피(V)는 N개의 밸러스트 탱크 사이에 분배될 수 있다. 밸러스트 탱크는 밸러스트 워터의 서로 다른 부피(Vk)를 보유할 수 있다. 밸러스트 워터의 제한된 부피(Vp)는 예를 들어 밸러스트 워터 처리 시스템 및/또는 파이프 구조체에서와 같은 밸러스트 탱크의 외측에 구비될 수 있다. 다만, 일반적으로 이러한 부피(Vp)는 V 또는 Vk보다 휠씬 작으며, 그러므로
Figure pct00009
이다.
밸러스트 탱크의 총 용량은 VT일 수 있고, 밸러스트 탱크(Tk)의 총 용량은 Vk, 즉
Figure pct00010
일 수 있다. N개의 밸러스트 탱크는 밸러스트 워터로 완전히 충진되지 않는 즉 V≤VT일 수 있다.
밸러스트 탱크(Tk)는 J개의 섹션(Sj, j=1,...J)으로 나눠어질 수 있다. 밸러스트 탱크(Tk)에서의 밸러스트 워터의 부피(Vk)는 밸러스트 워터의 부피(Vj ,k)를 보유하는 J개의 섹션 사이로 분배될 수 있다. 따라서,
Figure pct00011
이다.
섹션(Sj)은 Mj개의 구획(Ci ,j, i=1,...,Mj)으로 나눠질 수 있다. 밸러스트 탱크(k)의 섹션(Sj)에서의 밸러스트 워터의 부피(Vj,k)는 밸러스트 워터의 부피(Vi ,j,k)를 보유하는 MJ개의 구획 사이로 분배될 수 있다. 따라서,
Figure pct00012
이다.
J개의 섹션, Mj 구획을 갖는 각각의 섹션(Sj)을 갖도록 제공된 밸러스트 탱크에 대해, 한 세트의 미분 방정식이 J개 세트의 미분 방정식으로 제공될 수 있다:
Figure pct00013
여기서:
Figure pct00014
는 밸러스트 탱크 섹션(Sj)의 구획(Ci ,j)에서의 살아있는 미생물의 농도의 상대적인 감소이고, 여기서 ci ,j는 섹션(Sj)의 구획(Ci ,j)에서의 살아있는 미생물의 농도이며, ci ,j,t=0은 예를 들어 처리 전 시간 t=0에서 섹션(Sj)의 구획(Ci ,j)에서의 미생물의 농도이다. 모든 구획(Ci, i=1,...,Mj)에서의 살아있는 미생물의 초기 농도는 ct =0과 동일한 것으로 가정될 수 있다.
Mj는 섹션(Sj)의 (활성) 구획의 수이다.
Figure pct00015
는 섹션(Sj)의 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 상대 농도이고, 여기서 c0 ,j는 섹션(Sj)의 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도이며, c0 ,j,t=0은 시간 t=0에서 섹션(Sj)의 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도이다.
Figure pct00016
는 작동의 무차원 시간이고, 여기서 vl ,j는 섹션(Sj)의 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 워터의 유속이고, t는 시간, 예를 들어 작동 시간이며, Vi,j는 섹션(Sj)의 구획(Ci ,j)에서의 워터 부피이다. Vi ,j는 j번째 섹션 및/또는 밸러스트 탱크에서의 밸러스트 워터 부피의 비(αi,j)로 제공될 수 있다.
t=0은 처리를 개시하는 시간일 수 있다. 밸러스트 탱크로 공급되는 밸러스트 워터는 살아있는 미생물의 농도가 균일 또는 거의 균일하게 포함되는 것으로 가정할 수 있다. 따라서, 섹션(Sj)의 구획(Ci ,j) 내의 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 상대 농도는 시간 t=0에서 xi ,j=1인 것으로 가정할 수 있다.
시간, t는 예를 들어 시간 단위일 수 있고, Vi ,j는 m3의 단위일 수 있으며, Vl,j는 m3/시간의 단위일 수 있다.
처리 시스템은 j번째 섹션의 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도가 거의 0으로 감소되도록 설계될 수 있다. 그러므로, 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도가 t>0에 대해
Figure pct00017
인 것으로 가정할 수 있다. 다음으로, t>0에 대해
Figure pct00018
인 것으로 가정할 수 있다.
입구에서 밸러스트 탱크의 j번째 섹션까지의 가장 멀리 떨어진 구획(CM ,j)에서의 살아있는 미생물의 상대 농도(xM ,j)는 0으로 감소될 것이다. 구획(CM ,j)에서의 살아있는 미생물의 상대 농도(xM ,j)는 Φj=Φtotal에서 요구되는 감소 값(예를 들어 10-4)에 도달할 것이고, 여기서 Φtotal ,j는 J번째 섹션의 밸러스트 워터 부피
Figure pct00019
가 순환되는 횟수를 나타낸다.
다양한 실시예가 도면을 참조하여 하기에서 설명된다. 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭한다. 따라서, 유사한 구성 요소는 각 도면의 설명과 관련하여 상세하게 설명되지 않을 것이다. 도면들은 단지 실시예들의 설명을 용이하게 하기 위한 것이다. 이들은 청구된 발명의 완전한 설명 또는 청구된 발명의 범위에 대한 제한으로서 의도된 것은 아니다. 또한, 예시된 실시예는 도시된 모든 양태 또는 이점을 가질 필요는 없다. 특정 실시예와 관련하여 설명된 양태 또는 이점은 반드시 그 실시예에 한정되지 않으며, 그렇게 예시되지 않거나 그렇게 명시적으로 설명되지는 않더라도 임의의 다른 실시예에서 실시될 수 있다.
전체적으로 동일하거나 대응하는 부분에는 동일한 참조 번호가 사용된다.
도 1은 예시적인 밸러스트 워터 시스템 (1)을 나타낸 모식도이다. 밸러스트 워터 시스템 (1)은 밸러스트 워터 처리 시스템 (2) 및 밸러스트 탱크 (6)를 포함한다. 밸러스트 워터 처리 시스템 (2)은 순환 시스템일 수 있다.
밸러스트 탱크 (6)는 탱크 주입구 (18) 및 탱크 배출구 (16)를 갖는다. 탱크 주입구 (18)는 탱크 배출구 (16) 아래에 구비되고, 예를 들어 탱크 주입구 (18)는 밸러스트 탱크 (6)의 하부에 있을 수 있고 및/또는 탱크 배출구 (16)는 밸러스트 탱크 (6)의 상부에 있을 수 있다. 탱크 배출구 (16)는 밸러스트 워터 수위 (5) 아래 및 근처와 같은 밸러스트 워터 (4)의 표면 부근에 있도록 효과적으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 탱크 배출구 (16)는 밸러스트 탱크에서의 서로 다른 밸러스트 워터 수위 (5)에서 밸러스트 워터의 흡입(suction)을 용이하게 하기 위해 밸러스트 탱크 (6) 내부에 수직으로 분포된 복수의 개구(도시되지 않음)를 가질 수 있다.
밸러스트 워터 처리 시스템 (2)은 밸러스트 탱크 (6)에 연결된다. 밸러스트 워터 처리 시스템 (2)은 탱크 배출구 (16)와 탱크 주입구 (18) 사이의 밸러스트 워터 (4)를 순환 및/또는 저온 살균과 같은 처리하도록 구성된다. 밸러스트 워터 (4)는 예를 들어 밸러스트 워터 수위 (5)까지 밸러스트 탱크 (6)를 적어도 부분적으로 채운다. 밸러스트 워터 처리 시스템 (2)은 제1 시스템 주입구 (12) 및 제1 시스템 배출구 (14)를 포함한다. 제1 시스템 주입구 (12)는 탱크 배출구 (16)와 연결되고, 제1 시스템 배출구 (14)는 탱크 주입구 (18)와 연결된다.
도 1에서, 밸러스트 워터 처리 시스템 (2)은 밸러스트 탱크 (6)의 밸러스트 워터 (4)를 순환시키도록 구성된 것으로 도시되고 설명된다. 그러나, 밸러스트 워터 처리 시스템 (2)은 밸러스트 탱크 (6)를 포함하는 하나 이상의 밸러스트 탱크의 밸러스트 수 (4)를 순환시키도록 구성될 수 있다.
밸러스트 탱크 (6)는 하나 이상의 섹션(section)을 포함할 수 있다. 도 1은 밸러스트 탱크 (6)의 제1 섹션을 나타내고, 제1 섹션은 각각의 구획 벽 (9A, 9B, 9C, 9D, 9E)에 의해 분리된 복수의 구획 (예를 들어, 5개 또는 그 이상) (7A, 7B, 7C, 7D, 7E, 7F)을 포함한다. 밸러스트 탱크 (6)와 같은 밸러스트 탱크는 도시된 바와 같이 L자-형상일 수 있거나 또는 대안적으로 밸러스트 탱크는 I자-형상 또는 U자-형상 또는 다른 복잡한 형상일 수 있다.
도 2는 밸러스트 워터를 순환시키기 위한 예시적인 밸러스트 워터 처리 시스템 (2)을 나타낸 모식도이고, 도 1과 관련하여 도시되고 기술된 바와 같이 하나 이상의 밸러스트 탱크의 밸러스트 워터를 포함한다.
밸러스트 워터 처리 시스템 (2)은 제어 유닛 (8), 파이프 구조체 (10), 펌프 유닛 (20) 및 워터 처리 유닛 (28)을 포함한다.
파이프 구조체 (10)는 제1 시스템 주입구 (12) 및 제1 시스템 배출구 (14)를 갖는다. 제1 시스템 주입구 (12)는 제1 밸러스트 탱크와 같은 밸러스트 탱크의 탱크 배출구와 유체 연결되도록 구성되며, 제1 시스템 주입구 (12)는 밸러스트 워터 처리 시스템 (2)에 밸러스트 워터를 공급하기 위해 구성된다. 제1 시스템 배출구 (14)는 제1 밸러스트 탱크와 같은 하나 이상의 밸러스트 탱크의 탱크 주입구와 유체 연결되도록 구성되고, 제1 시스템 배출구 (14)는 밸러스트 워터를 하나 이상의 밸러스트 탱크에 공급하기 위해 구성된다.
예를 들어 순환 펌프인 펌프 유닛 (20)은 제1 시스템 주입구 (12)와 제1 시스템 배출구 (14) 사이, 예를 들어 탱크 배출구와 탱크 주입구 사이, 탱크 배출구와 제1 밸러스트 탱크의 탱크 주입구 사이에서 밸러스트 워터를 순환시키기 위해 구성된다. 펌프 유닛은 제어 유닛 (8)과 연결된다. 펌프 유닛 (20)은 시간당 500 m3 이상의 밸러스트 워터를 공급하도록 구성될 수 있다.
제어 유닛 (8)은 순환된 부피를 나타내는 순환된 부피 파라미터를 얻도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 유닛 (8)은 밸러스트 워터 처리 시스템 (2)의 작동기간 및/또는 펌프 유닛 (20)의 작동기간 및/또는 펌프 유닛 (20)의 펌프 속도로부터 순환된 부피를 추정하도록 구성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 밸러스트 워터 처리 시스템 (2)은 센서 유닛(미도시)을 포함할 수 있으며, 제어 유닛 (8)은 센서 출력에 기초하여 순환된 부피 파라미터를 얻을 수 있다.
제어 유닛 (8)은 제어 데이터 (206)를 수신하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 제어 데이터 (206)는 사용자 인터페이스를 통해 제어 데이터를 제공하는 오퍼레이터(operator)로부터 수신될 수 있거나, 제어 데이터 (206)는 구성 시스템으로부터 수신될 수 있다.
도시된 예에서, 제어 유닛 (8)은 제어 데이터 (206)를 수신한다. 그러나, 대안적으로 또는 추가적으로, 제어 유닛 (8)은 구조 파라미터에 기초하여 제어 데이터 (206)를 결정할 수 있다. 제어 유닛 (8)은 구조 파라미터를 수신 및/또는 얻도록 구성될 수 있다.
제어 유닛 (8)은 제어 데이터 (206)에 기초하여 밸러스트 워터 처리 시스템 (2)을 제어하도록 구성될 수 있다. 제어 데이터 (206)는 순환되는 제1 밸러스트 워터 부피를 나타내는 제1 부피 파라미터와 같은 부피 파라미터를 포함할 수 있다.
제어 유닛 (8)은 펌프 기준이 충족되는지를 결정하도록 구성될 수 있다. 펌프 기준은 얻어진 순환된 부피 파라미터에 기초할 수 있다. 예를 들어, 펌프 기준은 제1 부피 파라미터와 같은 제어 데이터 (206)의 부피 파라미터와 같이 순환된 부피 및 임계값을 비교하는 것을 포함할 수 있다.
임계값 및/또는 제1 부피 파라미터는 하나 이상의 밸러스트 탱크에서의 밸러스트 워터 부피의 곱셈과 같은 함수일 수 있다. 예를 들어, 임계값은 하나 이상의 밸러스트 탱크에서의 밸러스트 워터 부피의 1배 내지 10배, 예를 들어 하나 이상의 밸러스트 탱크에서의 밸러스트 워터 부피의 6배일 수 있다.
제어 유닛 (8)은 또한 펌프 유닛 (20)을 작동시키도록 구성된다. 제어 유닛 (8)은 펌프 기준이 충족되는지 및/또는 제어 데이터 (206)에 기초하는지의 여부에 기초하여 펌프 유닛 (20)을 작동시키도록 구성된다. 예를 들어, 제어 유닛 (8)은 펌프 기준 또는 이의 서브 기준이 충족되면 펌프 유닛 (20)의 펌프 속도를 감소시키도록 구성될 수 있고, 예를 들어 제어 유닛 (8)은 펌프 기준이 충족되면 파이프 구조체 (10)를 통한 유동을 감소시키도록 구성될 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 제어 유닛 (8)은 펌프 기준이 충족되지 않으면 펌프 속도를 증가 및/또는 펌프 속도를 유지하도록 구성될 수 있다. 제어 유닛 (8)은 펌프 제어 신호 (42)를 펌프 유닛 (20)에 전송한다. 펌프 유닛 (20)은 펌프 제어 신호 (42)를 수신하고 그에 따라 작동하도록 구성된다. 예를 들어, 펌프 제어 신호 (42)는 펌프 속도를 나타낼 수 있고, 펌프 유닛 (20)은 펌프 제어 신호 (42)에 의해 나타나는 펌프 속도에 따라 펌프 속도를 조절할 수 있다.
워터 처리 유닛 (28)는 제1 시스템 주입구 (12)와 제1 시스템 배출구 (14) 사이에서 밸러스트 워터를 처리한다. 워터 처리 유닛 (28)는 밸러스트 워터 내의 살아있는 미생물을 감소 또는 제거하도록 구성된다. 예를 들어, 워터 처리 유닛 (28)은 밸러스트 워터에 화학 물질을 첨가할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 워터 처리 유닛 (28)은 밸러스트 워터의 저온 살균과 같은 밸러스트 워터의 열처리를 제공할 수 있다. 부가적으로 또는 대안적으로, 워터 처리 유닛 (28)은 가스 및/또는 액체 및/또는 가스와 액체의 조합물을 밸러스트 워터에 첨가할 수 있다. 예를 들어, 질소와 같은 가스의 첨가는 밸러스트 워터 내의 산소의 고갈을 촉진할 수 있다. 질소와 같은 기체의 첨가는 하나 이상의 밸러스트 탱크 및/또는 하나 이상의 밸러스트 탱크의 구획에서 밸러스트 워터를 교반 또는 혼합하는 것을 도울 수 있다. 따라서, 밸러스트 워터는 하나 이상의 밸러스트 탱크 및/또는 하나 이상의 밸러스트 탱크의 각각의 구획에서 균일 또는 대략 균일하다.
도 3은 밸러스트 워터 처리 시스템을 구성하기 위한 예시적인 방법 (100)을 나타낸 순서도이다. 밸러스트 워터 처리 시스템은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 밸러스트 워터 처리 시스템 (2)과 같은 선박 내의 하나 이상의 밸러스트 탱크의 밸러스트 워터를 처리하도록 구성된다. 밸러스트 워터 처리 시스템은 또한 도 1에 도시된 바와 같이 밸러스트 탱크 (6)와 같은 제1 밸러스트 탱크의 탱크 배출구와 탱크 주입구 사이에서 밸러스트 워터를 순환시키도록 구성된다.
방법 (100)은 제1 밸러스트 탱크의 구조 파라미터를 얻는 단계 (102), 구조 파라미터에 기초하여 제어 데이터를 결정하는 단계 (104) 및 제어 데이터를 제공하는 단계 (106)를 포함한다.
제1 밸러스트 탱크의 구조 파라미터는 제1 밸러스트 탱크 내의 복수의 구획을 나타내는 구획 수 파라미터를 포함한다. 구획의 수는 제1 밸러스트 탱크에서의 구획 총 수일 수 있고 및/또는 예를 들어 제1 밸러스트 워터 수위인 밸러스트 워터 수위 아래의 복수의 (활성)구획일 수 있다. 구조 파라미터는 선택적으로 도 5와 관련하여 기술된 바와 같이 추가적인 구조 파라미터를 포함할 수 있다.
구조 파라미터를 얻는 단계 (102)는 구조 파라미터를 포함하는 사용자 입력을 수신하는 단계 및/또는 구조 파라미터를 얻는 단계 (102)는 데이터베이스 시스템 및/또는 컴퓨터 시스템으로부터 구조 파라미터를 요청하는 단계를 포함할 수 있다.
제어 데이터는 순환되는 제1 밸러스트 워터 부피를 나타내는 제1 부피 파라미터를 포함한다. 제1 부피 파라미터는 예를 들어 제1 워터 수위인 주어진 수위에서 순환되는 제1 밸러스트 워터 부피를 나타낼 수 있다. 제어 데이터는 선택적으로도 5와 관련하여 기술된 바와 같이 추가적인 파라미터를 포함할 수 있다.
제어 데이터를 결정하는 단계 (104)는 구조 파라미터에 기초한 하나 이상의 세트의 미분 방정식을 수치적으로 계산하는 것과 같은 계산에 기초할 수 있다.
예를 들어, 세트의 미분 방정식은 제1 밸러스트 탱크의 (활성) 구획(Ci, i=1,...,M)에서의 살아있는 미생물의 농도 변화 및/또는 농도 감소를 모델링할 수 있다. 예를 들어, (제1) 세트의 미분 방정식은 다음과 같이 제공될 수 있다:
Figure pct00020
여기서:
Figure pct00021
는 구획(Ci)에서의 살아있는 미생물의 농도의 상대적인 감소이고, 여기서 ci는 구획(Ci)에서의 살아있는 미생물의 농도이며, ci ,t=0은 예를 들어 처리 시작 전의 시간 t=0에서의 구획(Ci)에서의 미생물의 농도이다. 시간 t=0에서 구획(Ci)에서의 미생물의 초기 농도(ci ,t=0)는 Ct =0과 동일한 것으로 가정될 수 있다.
Figure pct00022
는 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 탱크에서의 살아있는 미생물의 상대 농도이고, 여기서 co은 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 밸러스트 탱크에서의 살아있는 미생물의 농도이며, c0 ,t=0은 시간 t=0에서 탱크 주입구를 통해 유입되는 밸러스트 탱크에서의 살아있는 미생물의 농도이다.
Figure pct00023
는 작동의 무차원 시간이고, 여기서 vl은 밸러스트 탱크를 통과하는 밸러스트 워터의 유속이며, t는 예를 들어 작동 시간인 시간이고, Vi는 구획(Ci)에서의 워터 부피이다. Vi는 제1 밸러스트 탱크의 제공된 섹션에서의 밸러스트 워터 부피의 비(αi)로 제공될 수 있다.
t=0은 처리를 시작하는 시간일 수 있다. 이는 밸러스트 탱크로 공급된 밸러스트 워터가 살아있는 미생물의 농도가 균일 또는 거의 균일한 것을 포함하는 것으로 가정될 수 있다. 따라서, 구획(Ci)에서 살아있는 미생물의 상대 농도가 시간 t=0에서 xi=1인 것으로 가정할 수 있다.
M은 제1 밸러스트 탱크 또는 제1 밸러스트 탱크의 섹션에서 (활성) 구획의 수이다. 일반적으로, 구획(M)의 수는 2 내지 10의 범위이다.
제어 데이터를 결정하는 단계 (104)는 Φ의 값을 결정하는 단계를 포함할 수 있고, 여기서 감소 파라미터가 달성된다. 예를 들어, Φ의 값은 요구되는 감소 값(예를 들어 10-4)에 도달하도록 xM, 즉 최종 구획에 대해 결정될 수 있다. 요구되는 감소 값은 밸러스트 워터에서 살아있는 미생물의 초기 농도(ct =0) 및 밸러스트 워터에서 살아있는 미생물의 원하는 농도의 최악의 시나리오에 기초할 수 있다. 대안 적으로, 감소 값은 밸러스트 워터에서 살아있는 미생물의 측정된 초기 농도(ct =0) 및 밸러스트 워터에서 살아있는 미생물의 원하는 농도에 기초할 수 있다.
제어 데이터를 제공하는 단계(106)는 도 2와 관련하여 추가적으로 설명된 바와 같이 밸러스트 워터 처리 시스템의 제어 시스템에 제어 데이터를 제공하기 위해 밸러스트 워터 처리 시스템에 제어 데이터를 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
제어 데이터를 제공하는 단계(106)는 오퍼레이터가 사용자 인터페이스를 통해 제어 데이터를 밸러스트 워터 시스템에 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 제어 데이터는 USB 포트, 네트워크 인터페이스, 블루투스 등과 같은 인터페이스를 통해 밸러스트 워터 시스템에 제공될 수 있다(106).
도 4는 밸러스트 워터 처리 시스템을 제어하기 위한 예시적인 방법(100)을 나타낸 순서도이다. 밸러스트 워터 처리 시스템은 도 1 및 도 2에 도시된 밸러스트 워터 처리 시스템 (2)과 같이 선박에서 하나 이상의 밸러스트 탱크의 밸러스트 워터를 처리하기 위해 구성된다. 밸러스트 워터 처리 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 밸러스트 탱크 (6)와 같은 제1 밸러스트 탱크의 탱크 배출구 및 탱크 주입구 사이에서 밸러스트 워터를 순환하도록 구성된다.
방법(100')은 제1 밸러스트 탱크의 구조 파라미터를 얻는 단계(102), 구조 파라미터에 기초하여 제어 데이터를 결정하는 단계(140) 및 제어 데이터에 기초하여 밸러스트 워터 처리 시스템을 제어하는 단계(108)를 포함한다.
구조 파라미터를 얻는 단계(102) 및 제어 데이터를 결정하는 단계(104)는 도 3과 관련하여 기술된다.
제어 데이터는 순환되는 제1 밸러스트 워터 부피를 나타내는 제1 부피 파라미터와 같은 부피 파라미터를 포함할 수 있다. 밸러스트 워터 처리 시스템을 제어하는 단계(108)는 펌프 기준이 충족되는지 여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 펌프 기준은 순환된 부피 및 제1 부피 파라미터와 같은 제어 데이터의 부피 파라미터를 비교하는 단계를 포함할 수 있다.
도 5는 예시적인 결정자 (200)를 나타낸 모식도이다. 예시적인 디터미네이터 (200)는 도 3과 관련하여 기술된 밸러스트 워터 처리 시스템을 구성하기 위한 방법(100)의 결정 단계(104) 및/또는 도 4와 관련하여 기술된 바와 같은 밸러스트 워터 처리 시스템을 작동하기 위한 방법(100')을 설명한다.
디터미네이터 (200)는 제1 밸러스트 탱크의 구조 파라미터 (202)를 획득 및/또는 수신하고, 결정자 (200)는 제어 데이터 (206)를 제공한다.
구조 파라미터들 (202)은 구획 수 파라미터 (204)와 같은 제1 구조 파라미터를 포함한다. 구조 파라미터 (202)는 선택적으로 제1 구획 크기 파라미터 (210) 및/또는 제2 구획 크기 파라미터 (211)와 같은 제2 구조 파라미터, 제1 밸러스트 워터 수위 파라미터 (212) 및/또는 제2 밸러스트 워터 수위 파라미터 (213)와 같은 제3 구조 파라미터 및/또는 제1 구획 벽 파라미터 (214) 및/또는 제2 구획 벽 파라미터 (215)와 같은 제4 구조 파라미터를 포함한다.
구획 수 파라미터 (204)는 제1 밸러스트 탱크 내의 구획의 수를 나타낸다.
제1 구획 크기 파라미터 (210)는 제1 밸러스트 탱크의 제1 구획의 크기를 나타낸다. 제2 구획 크기 파라미터 (211)는 제1 밸러스트 탱크의 제2 구획의 크기를 나타낸다. 구조 파라미터 (202)는 제1 구획 크기 파라미터 (210) 및 제2 구획 크기 파라미터 (211)를 포함하는 복수의 구획 크기 파라미터를 포함할 수 있다. 복수의 구획 크기 파라미터는 제1 밸러스트 탱크 각각의 복수의 구획의 크기를 나타낸다.
제1 밸러스트 워터 수위 파라미터 (212)는 제1 밸러스트 탱크 내의 제1 밸러스트 워터수위를 나타낸다. 제2 밸러스트 워터 수위 파라미터 (213)는 제1 밸러스트 탱크 내의 제2 밸러스트 워터 수위를 나타낸다. 구조 파라미터 (202)는 제1 밸러스트 워터 수위 파라미터 (212) 및 제2 밸러스트 워터 수위 파라미터 (213)를 포함하는 복수의 밸러스트 워터 수위 파라미터를 포함할 수 있다. 복수의 밸러스트 워터 수위 파라미터는 제1 밸러스트 탱크 내의 각각의 밸러스트 워터 수위를 나타낸다.
인접한 구획 사이의 구획 벽은 인접한 구획을 완전히 밀폐하는 구획 벽 면적에 대해 50% 미만의 개구 면적, 예를 들어 20% 미만, 10% 미만, 5% 미만과 같은 30% 미만의 면적을 가질 수 있다.
제1 구획 벽 파라미터 (214)는 제1 구획과 제2 구획 사이의 구획 벽 개구의 면적을 나타낸다. 제2 구획 벽 파라미터 (215)는 제2 구획과 제3 구획 사이의 구획 벽 개구의 면적을 나타낸다. 구조 파라미터 (202)는 제1 구획 벽 파라미터 (214) 및/또는 제2 구획 벽 파라미터 (215)를 포함하는 하나 이상의 구획 벽 파라미터를 포함할 수 있다. 하나 이상의 구획 벽 파라미터는 인접한 구획 사이의 구획 벽 개구의 면적을 나타낸다.
제어 데이터 (206)는 구획 수 파라미터 (204) 및/또는 제1 구획 크기 파라미터 (210) 및/또는 제2 구획 크기 파라미터 (211) 및/또는 제1 밸러스트 워터 수위 파라미터 (212) 및/또는 제2 밸러스트 워터 수위 파라미터 (213) 및/또는 제1 구획 벽 파라미터 (214) 및/또는 제2 구획 벽 파라미터 (215)에 기초한 것과 같은 하나 이상의 구조 파라미터 (202)와 같은 구조 파라미터에 기초하여 결정된다.
제어 데이터 (206)는 구조 파라미터 (202)에 기초한 한 세트의 미분 방정식을 수치적으로 푸는 것과 같은 해결에 기초하여 결정될 수 있다.
제어 데이터 (206)는 제1 부피 파라미터 (208)를 포함한다. 제1 부피 파라미터 (208)는 밸러스트 워터 수위가 제1 밸러스트 워터 수위 파라미터 (212)에 의해 나타나는 경우와 같이 순환되는 제1 밸러스트 워터 부피를 나타낸다. 제어 데이터 (206)는 선택적으로 제2 부피 파라미터 (216)를 포함한다. 제2 부피 파라미터 (216)는 밸러스트 워터 수위가 제2 밸러스트 워터 수위 파라미터 (213)에 의해 나타나는 경우와 같이 순환되는 제2 밸러스트 워터 부피를 나타낼 수 있다. 제1 부피 파라미터 및/또는 제2 부피 파라미터는 리터, kg, m3와 같은 절대 측정으로 나타낼 수 있거나, 1 내지 10 사이의 곱셈 계수와 같이 제1 밸러스트 탱크 내의 밸러스트 워터의 부피에 비례하여 나타낼 수 있다.
제어 데이터 (206)는 제1 부피 파라미터 (208) 및 제2 부피 파라미터 (216)를 포함하는 복수의 부피 파라미터를 포함할 수 있다. 복수의 부피 파라미터는 예를 들어 밸러스트 워터 수위, 밸러스트 워터 중의 살아있는 미생물의 초기 농도 및/또는 감소 파라미터의 조합에 의존하는 상이한 상황에서 순환되는 밸러스트 워터 부피를 나타내는 부피 파라미터로 구성될 수 있다.
제어 데이터 (206)는 사용자 인터페이스 및/또는 usb 인터페이스, 및/또는 네트워크 인터페이스와 같은 인터페이스를 통해 밸러스트 워터 처리 시스템에 제공될 수 있다. 제어 데이터 (206)는 제1 부피 파라미터 (208) 및/또는 제2 부피 파라미터 (216)와 같은 제어 데이터 (206)에 따라 밸러스트 워터 처리 시스템을 작동시키는데 사용될 수 있다.
도 6은 구성 시스템 (300)을 나타낸 모식도이다. 구성 시스템 (300)은 선박 내의 하나 이상의 밸러스트 탱크의 밸러스트 워터를 처리하기 위한 밸러스트 워터 처리 시스템을 구성하기 위해 구성되고, 여기서 밸러스트 워터 처리 시스템은 제1 밸러스트 탱크의 탱크 배출구와 탱크 주입구 사이에서 밸러스트 워터를 순환하도록 구성된다.
구성 시스템 (300)은 프로세싱 유닛 (302), 인터페이스 (304), 및 메모리 유닛 (306)을 포함한다. 구성 시스템 (300)은 선택적인 하우징 (301)을 포함하여 도시된다.
프로세싱 유닛 (302)은 인터페이스 (304)와 통신 (310)하도록 구성된다. 프로세싱 유닛 (302)은 메모리 유닛 (306)과 통신 (312)하도록 구성된다.
인터페이스 (304)는 외부 장치 또는 오퍼레이터와 통신 (308)하도록 구성된다. 예를 들어, 인터페이스 (304)는 USB 포트, 네트워크 인터페이스, 사용자 인터페이스 등을 포함할 수 있다.
프로세싱 유닛 (302)은 제1 밸러스트 탱크의 구조 파라미터를 얻고, 구조 파라미터에 기초하여 밸러스트 워터 처리 시스템에 대한 제어 데이터를 결정하고, 제어 데이터를 제공하도록 구성된다. 처리 유닛 (302)은 도 5와 관련하여 설명된 바와 같이 결정자 (200)로서 결정하는 것을 포함할 수 있다.
프로세싱 유닛 (302)은 인터페이스 (304)를 통해 오퍼레이터로부터 구조 파라미터 또는 하나 이상의 구조 파라미터를 얻을 수 있다. 예를 들어, 오퍼레이터는 인터페이스 (304)의 사용자 인터페이스를 통해 정보를 입력함으로써 구조 파라미터 또는 하나 이상의 구조 파라미터를 제공하고, 프로세싱 유닛 (302)은 인터페이스 (304)로부터 구조 파라미터 또는 하나 이상의 구조 파라미터를 얻을 수 있다.
선택적으로 또는 부가적으로, 프로세싱 유닛 (302)은 메모리 유닛 (306)으로부터 구조 파라미터 또는 하나 이상의 구조 파라미터를 획득할 수 있다. 예를 들어, 구조 파라미터는 메모리 유닛 (306)에서의 처리 유닛 (302)에 의해 저장될 수 있고, 프로세싱 유닛 (302)은 메모리 유닛 (306)으로부터 나중에 구조 파라미터 또는 하나 이상의 구조 파라미터를 얻을 수 있다.
프로세싱 유닛 (302)은 도 5와 관련하여 설명된 바와 같이 디터미네이터 (200)에 대해 설명된 바와 같이 제어 데이터를 결정할 수 있다.
프로세싱 유닛 (302)은 제어 데이터 또는 제어 데이터의 일부를 오퍼레이터 또는 외부 장치, 예를 들어 밸러스트 워터 처리 시스템의 제어 유닛과 같이 밸러스트 워터 처리 시스템에 제공할 수 있다. 프로세싱 유닛 (302)은 제어 데이터 또는 제어 데이터의 일부를 인터페이스 (304)에 제공할 수 있고, 예를 들어 처리 유닛 (302)은 인터페이스 (304)를 통해 오퍼레이터 또는 외부 장치에 제어 데이터 또는 제어 데이터의 일부를 제공할 수 있다.
선택적으로 또는 추가적으로, 프로세싱 유닛 (302)은 제어 데이터 또는 제어 데이터의 일부를 메모리 유닛 (306)에 제공할 수 있다. 또한 프로세싱 유닛 (302)은 메모리 유닛 (306)으로부터 제어 데이터를 검색할 수 있고, 선택적으로 검색된 제어 데이터를 인터페이스 (304)에 제공한다.
상기 설명과 예에서 양은 부피로 설명된다. 그러나, 부피로 기술된 양은 단지 질량으로 표현될 수도 있음을 이해해야한다. 일부 적용에서, 부피보다 질량을 측정하는 것이 유리할 수 있으며, 그 반대도 마찬가지이다. 따라서, 상세한 설명 및 청구 범위에 걸쳐, '부피'는 '질량'과 교체될 수 있고 및/또는 질량이 부피를 나타내는 데 사용될 수 있다.
특별한 특징을 나타내고 기술하였지만, 청구된 발명을 제한하려는 의도가 아니며, 당업자라면 청구된 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않고 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있는 것으로 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 명세서 및 도면은 제한적인 의미라기보다는 예시적인 것으로 간주되어야한다. 청구된 발명은 모든 대안, 변형 및 균등물을 포함하는 것으로 의도된다.
1: 밸러스트 워터 시스템 2: 밸러스트 워터 처리 시스템
4: 밸러스트 워터 5: 밸러스트 워터 수위
6: 밸러스트 탱크
7A: 제1 구획(C1) 7B: 제2 구획(C2)
7C: 제3 구획(C3) 7D: 제4 구획(C4)
7E: 제5 구획(C5) 7F: 제6 구획(C6)
8: 제어 유닛 9A: 제1 구획 벽
9B: 제2 구획 벽 9C: 제3 구획 벽
9D: 제4 구획 벽 9E: 제5 구획 벽
10: 파이프 구조체 12: 제1 시스템 주입구
14: 제1 시스템 배출구 16: 탱크 배출구
18: 탱크 주입구 20: 펌프 유닛
28: 워터 처리 유닛 42: 펌프 제어 신호
100: 밸러스트 워터 처리 시스템을 구성하기 위한 방법
100': 밸러스트 워터 처리 시스템을 제어하기 위한 방법
102: 구조 파라미터를 얻는 단계
104: 제어 데이터를 결정하는 단계
106: 제어 데이터를 제공하는 단계
108: 밸러스트 워터 시스템을 제어하는 단계
200: 디터미네이터 202: 구조 파라미터
204: 구획 수 파라미터 206: 제어 데이터
208: 제1 부피 파라미터 210: 제1 구획 크기 파라미터
211: 제2 구획 크기 파라미터
212: 제1 밸러스트 워터 수위 파라미터
213: 제2 밸러스트 워터 수위 파라미터
214: 제1 구획 벽 파라미터 215: 제2 구획 벽 파라미터
216: 제2 부피 파라미터 300: 구성 시스템
301: 하우징 302: 프로세싱 유닛
304: 인터페이스 306: 메모리 유닛
308: 인터페이스 통신
310: 인터페이스-프로세싱 유닛 통신
312: 메모리 유닛-프로세싱 유닛 통신

Claims (13)

  1. 선박에서의 하나 이상의 밸러스트 탱크의 밸러스트 워터를 처리하기 위해 상기 밸러스트 워터 처리 시스템을 구성하기 위한 방법에 있어서,
    상기 밸러스트 워터 처리 시스템은 상기 제1 밸러스트 탱크의 탱크 배출구와 탱크 주입구 사이에서 밸러스트 워터를 순환하도록 구성되며, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:
    상기 제1 밸러스트 탱크의 구조 파라미터를 얻는 단계, 상기 구조 파라미터는 상기 제1 밸러스트 탱크에서의 구획 수를 나타내는 구획 수 파라미터를 포함하고;
    상기 구조 파라미터에 기초하여 상기 밸러스트 워터 처리 시스템에 대한 제어 데이터를 결정하는 단계, 상기 제어 데이터는 순환되는 제1 밸러스트 워터 부피를 나타내는 제1 부피 파라미터를 포함하며;
    상기 제어 데이터를 상기 밸러스트 워터 처리 시스템에 제공하는 단계를 포함함.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구조 파라미터는 상기 제1 밸러스트 탱크의 제1 구획의 크기를 나타내는 제1 구획 크기 파라미터를 포함하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구조 파라미터는 상기 제1 밸러스트 탱크에서의 제1 밸러스트 워터 수위를 나타내는 제1 밸러스트 워터 수위 파라미터를 포함하는, 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구조 파라미터는 인접한 구획 사이에서 구획 벽 개구의 면적을 나타내는 하나 이상의 구획 벽 파라미터를 포함하는, 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 부피 파라미터는 상기 제1 밸러스트 탱크에서의 밸러스트 워터 부피의 곱셈 계수인, 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은 상기 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물 농도의 원하는 감소를 나타내는 감소 파라미터를 얻는 단계를 포함하고, 상기 제어 데이터를 결정하는 단계는 상기 감소 파라미터에 기초한, 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 감소 파라미터를 얻는 단계는 상기 제1 밸러스트 탱크 내의 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도를 얻는 단계를 포함하는, 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 데이터를 결정하는 단계는 상기 구조 파라미터에 기초한 한 세트의 미분 방정식을 푸는 단계를 포함하는, 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 한 세트의 미분 방정식은 상기 밸러스트 탱크 구획에서의 살아있는 미생물의 농도 변화를 모델링하는, 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 한 세트의 미분 방정식은 하기로 제공되는, 방법:
    Figure pct00024

    여기서,
    Figure pct00025
    , 여기서 ci는 구획(Ci)에서의 살아있는 미생물의 농도이고,
    ci ,t=0은 시간 t=0에서 구획(Ci)에서의 살아있는 미생물의 농도이며,
    Figure pct00026
    , 여기서 co는 상기 탱크 주입구를 통해 들어가는 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도이고, c0 ,t=0은 시간 t=0에서 상기 탱크 주입구를 통해 들어가는 밸러스트 워터에서의 살아있는 미생물의 농도이며,
    Figure pct00027
    , 여기서 vl은 탱크를 통한 밸러스트 워터의 유속이고, t는 시간이며, vi는 구획(Ci)에서의 밸러스트 워터의 부피이고, M은 구획의 수이다.
  11. 제10항에 있어서, 상기 t=0에 대한 xi=1인, 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 데이터는 순환되는 제2 밸러스트 워터 부피를 나타내는 제2 부피 파라미터를 포함하고, 상기 제1 밸러스트 워터 부피는 제1 밸러스트 워터 수위에서 순환되는 밸러스트 워터 부피이고, 상기 제2 밸러스트 워터 부피는 제2 밸러스트 워터 수위에서 순환되는 밸러스트 워터 부피인, 방법.
  13. 프로세싱 유닛, 인터페이스 및 메모리 유닛을 포함하는 구성 시스템에 있어서, 상기 프로세싱 유닛은
    제1 밸러스트 탱크의 구조 파라미터를 얻고, 상기 구조 파라미터는 상기 제1 밸러스트 탱크에서의 구획 수를 나타내는 구획 수 파라미터를 포함하며;
    상기 구조 파라미터에 기초하여 상기 밸러스트 워터 처리 시스템에 대한 제어 데이터를 결정하고, 상기 제어 데이터는 순환되는 제1 밸러스트 워터 부피를 나타내는 제1 부피 파라미터를 포함하며;
    상기 제어 데이터를 제공하도록 구성되고,
    상기 제1 밸러스트 탱크의 탱크 배출구와 탱크 주입구 사이에서 밸러스트 워터를 순환시키도록 구성되며, 선박에서의 하나 이상의 밸러스트 탱크의 밸러스트 워터를 처리하기 위해 상기 밸러스트 워터 처리 시스템을 구성하기 위한 구성 시스템.
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