KR101717855B1 - 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템 및 그 운용방법 - Google Patents

이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템 및 그 운용방법 Download PDF

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Abstract

이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템의 운용방법에 관하여 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수중운동체 내에서 탄화수소 또는 알코올 연료를 공급받아 수소를 발생시키는 연료 개질기와, 상기 연료 개질기로부터 발생된 수소를 정제하여 연료전지에 공급하는 수소정제기와, 상기 수소정제기에 남은 이산화탄소를 공급받아 고체의 금속 탄산염을 생성하는 반응기를 포함하는 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템을 제공한다.

Description

이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템 및 그 운용방법{REFORMER SYSTEM OF UNDERWATER MOVING BODY AND THE MANAGING METHOD THEREOF}
본 발명의 실시예는 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다.
수중운동체는 수중을 잠항할 수 있으며, 이를 위해 함내의 전원을 공급받아 동작하는 추진모터 등에 의해 회전력이 발생되고, 이 회전력이 프로펠러까지 전달되어 추진력을 발생시킨다.
연료전지는 연료의 산화에 의해 생기는 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 장치로서, 수소와 같은 기체 반응물질을 외부에서 연속적으로 공급하여 전기의 생성을 도모하고, 반응 후 생성물질은 연속적으로 외부로 배출시킬 수 있다. 즉, 연료전지는 고효율의 무공해 발전장치이다.
이러한 연료전지를 사용하는 수중운동체의 경우, 개질기(Reformer)를 이용하여 수소를 생산하는 방식이 알려져 있는데, 개질기는 화석연료, 예를 들면 탄화수소 혹은 알코올 연료를 수증기 및 산소와 촉매 반응을 통해 수소를 발생하는 장치를 말한다.
한편, 연료개질 반응시 부산물로 이산화탄소가 발생된다. 종래의 경우 고압으로 이산화탄소를 저장하거나 또는 고압 상태에서 이산화탄소를 해수에 용해하고 배출하였는데, 그 구성이 복잡하고 운영적인 측면에 효율성이 낮은 단점이 있었다.
잠수함(대한민국 공개특허공보 제10-2009-0101089호)
본 발명의 목적은, 연료개질 반응시 부산물로 발생하는 이산화탄소를 광물 탄산화 반응에 의해 고체화 저장할 수 있는 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템 및 그 운용방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수중운동체 내에서 탄화수소 또는 알코올 연료를 공급받아 수소를 발생시키는 연료 개질기; 상기 연료 개질기로부터 발생된 수소를 정제하여 연료전지에 공급하는 수소정제기; 및 상기 수소정제기에 남은 이산화탄소를 공급받아 고체의 금속 탄산염을 생성하는 반응기;를 포함하는 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템을 제공한다.
상기 반응기에서 생성된 고체의 금속 탄산염을 저장하는 탄산염 저장소를 포함한다.
상기 반응기에서 생성된 고체의 금속 탄산염은 수중운동체 내에서 금속산화물을 저장하는 금속산화물 저장탱크로 이송되어 보관될 수 있다.
상기 반응기는, 칼슘(Ca) 또는 마그네슘(Mg)계 금속산화물재료를 이산화탄소와 반응시켜 고체의 금속 탄산염을 생성할 수 있다.
상기 반응기에서 발생된 열은 상기 연료 개질기로 공급되어 연료 및 수증기의 가열에 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템의 운용방법으로서, (a) 상기 수소정제기에 남은 이산화탄소를 반응기로 공급하는 단계; (b) 상기 반응기에서 상기 공급받은 이산화탄소를 칼슘(Ca) 또는 마그네슘(Mg)계 금속산화물재료와 반응시켜 고체의 금속 탄산염을 생성하는 단계; 및 (c) 상기 반응기에서 생성된 고체의 금속 탄산염을 수중운동체 내에 보관하는 단계;를 포함하는 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템의 운용방법을 제공한다.
상기 (c) 단계에서, 상기 고체의 금속 탄산염은 상기 탄산염 저장소로 이송되어 저장되거나 또는 수중운동체 내에 구비된 금속산화물 저장탱크로 이송되어 저장될 수 있다.
상기 (b) 단계에서, 상기 반응기에서 발생된 열은 상기 연료 개질기로 공급되어 연료 및 수증기의 가열에 사용될 수 있다.
본 발명에 의하면, 탄화수소 계열 물질을 개질하고 개질가스를 수소정제기를 통해 고순도 수소로 변환시키는 개질기와 수소를 연료로 하는 연료전지가 탑재된 수중운동체에 있어서, 연료개질 반응시 부산물로 발생하는 이산화탄소를 광물 탄산화 반응에 의해 고체화 처리할 수 있다.
또한, 기존과 같이 이산화탄소를 고압으로 압축하여 수중운동체 내에 저장하거나 해수에 녹여 배출하지 않을 수 있으며, 단순히 탄산염 저장소 또는 금속산화물 저장탱크에 보관할 수 있어 운영적인 측면에서 효율성이 향상되는 효과를 가져올 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템의 개념도들이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템의 운용방법을 간략히 도시한 순서도이다.
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 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
그리고 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면에서, 도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템의 개념도들이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템의 운용방법을 간략히 도시한 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템 및 이의 운용 방법에 관하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템(100)은, 연료 개질기(130), 수소정제기(140), 반응기(160), 그리고 탄산염 저장소(180)를 포함한다.
연료 개질기(130)는 수중운동체 내에서 화석연료, 예를 들면, 탄화수소 또는 알코올 연료로서 메탄, 메탄올, 에탄올, 가솔린 등을 공급받아 수소를 발생시킨다. 이하의 설명에서는 가솔린은 연료로 사용하는 장치를 바람직한 예로서 설명하기로 한다. 상기 연료 개질기(130)에서 발생시킨 수소는 수소정제기(140)를 거쳐 연료전지(150)에 공급될 수 있다.
연료 저장탱크(110)는 상기 연료 개질기(130)에 공급될 연료, 예를 들면 가솔린을 저장한다. 바람직하게는 상기 연료 저장탱크(110)와 상기 연료 개질기(130) 사이를 연결하는 배관에는 상기 연료 저장탱크(110)로부터 연료를 공급시키는 펌프(113)과 적어도 하나의 밸브 등이 구비될 수 있다 그리고 연료 개질기(130)에는 연료와 함께, 산소와 수증기가 공급되는데, 이를 위해 수중운동체 내에는 산소를 저장하는 산소저장탱크(120)가 설치 이용될 수 있다.
수소정제기(140)는 상기 연료 개질기(130)로부터 생성된 수소를 높은 순도의 수소로 정제하여 연료전지(150)로 공급한다.
이때, 수소정제기(140)에는 이산화탄소(CO2)가 남게 되며, 이산화탄소는 교체화 처리를 위하여 반응기(160)로 보내어진다.
반응기(160)는 상기 수소정제기(140)에 남은 이산화탄소를 공급받아 고체의 금속 탄산염을 생성하는데, 이를 광물탄산화 반응이라 한다.
구체적으로 상기 반응기(160)에서 나타나는 광물탄산화 반응에 관하여 살펴보면, 칼슘(Ca) 또는 마그네슘(Mg)계 금속산화물재료, 즉 실리케이트 광물과 이산화탄소를 반응시키면 아래와 같은 반응식 1, 2에 따라 고체의 금속 탄산염이 생성된다.
CaO+CO2 -> CaCO3+179kJ/mol (반응식 1)
MgO+CO2 -> MgCO3+118kJ/mol (반응식 2)
이러한 반응을 통해 생성된 고체의 금속 탄산염(CaCO3 또는 MgCO3)은 별도 구비된 탄산염 저장소(180)로 옮겨져 손쉽게 보관될 수 있다. 또는 수중운동체 내에서 금속산화물을 저장하는 금속산화물 저장탱크(170)로 이송되어 보관될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
한편, 도 2를 참조하면, 상기 반응기(160)에서 광물탄산화 반응에 따라 발생된 열, 즉 반응열은 상기 연료 개질기(130)로 공급되어 연료 및 수증기의 가열에 사용될 수 있다. 이로써, 전체 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템의 운용방법을 간략히 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템의 운용방법은 이산화탄소를 반응기로 공급하는 단계(S110), 광물탄산화 반응단계(S120), 고체의 금속 탄산염을 저장하는 단계(S130)를 포함한다.
먼저, 수소정제기에 남은 이산화탄소를 반응기로 공급하는 단계(S110)가 수행될 수 있다.
다음으로, 반응기에서 공급받은 이산화탄소를 칼슘(Ca) 또는 마그네슘(Mg)계 금속산화물재료와 반응시켜 고체의 금속 탄산염을 생성하는 광물탄산화 반응단계(S120)가 수행될 수 있다.
그 다음으로, 반응기에서 생성된 고체의 금속 탄산염을 보관하는 단계(S130)가 수행될 수 있다. 이 단계에서, 고체의 금속 탄산염은 별도의 탄산염 저장소로 이송되어 저장될 수 있으며, 이와 달리 금속산화물 저장탱크로 이송되어 저장되어도 무방하다.
한편, 상기 (b) 단계에서, 반응기에서 발생된 열은 연료 개질기로 공급되어 연료 및 수증기의 가열에 사용될 수 있는데, 이로써 전체 시스템의 효율이 향상되는 효과를 가져올 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 탄화수소 계열 물질을 개질하고 개질가스를 수소정제기를 통해 고순도 수소로 변환시키는 개질기와 수소를 연료로 하는 연료전지가 탑재된 수중운동체에 있어서, 연료개질 반응시 부산물로 발생하는 이산화탄소를 광물 탄산화 반응에 의해 고체화 처리할 수 있다.
또한, 기존과 같이 이산화탄소를 고압으로 압축하여 수중운동체 내에 저장하거나 해수에 녹여 배출하지 않을 수 있으며, 단순히 탄산염 저장소 또는 금속산화물 저장탱크에 보관할 수 있어 운영적인 측면에서 효율성이 향상되는 효과를 가져올 수 있다.
지금까지 본 발명에 관하여 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였다.
전술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템
110: 연료 저장탱크
120: 산소 저장탱크
130: 연료 개질기
140: 수소정제기
150: 연료전지
160: 반응기
170: 금속산화물 저장탱크
180: 탄산염 저장소

Claims (8)

  1. 수중운동체 내에서 탄화수소 또는 알코올 연료를 공급받아 수소를 발생시키는 연료 개질기;
    상기 연료 개질기로부터 발생된 수소를 정제하여 연료전지에 공급하는 수소정제기;
    상기 수소정제기에 남은 이산화탄소를 공급받아 고체의 금속 탄산염을 생성하는 반응기; 및
    상기 반응기에서 생성된 고체의 금속 탄산염을 저장하는 탄산염 저장소;를 포함하며,
    연료 개질 반응 시 부산물로 발생하는 이산화탄소를 금속 탄산염으로 고체화시켜 보관하며,
    상기 반응기에서 생성된 고체의 금속 탄산염은 상기 탄산염 저장소로 이송되어 저장되거나 또는 수중운동체 내에서 금속산화물을 저장하는 금속산화물 저장탱크로 이송되어 보관 가능하며,
    상기 반응기는, 칼슘(Ca) 또는 마그네슘(Mg)계 금속산화물재료를 이산화탄소와 반응시켜 고체의 금속 탄산염을 생성하고,
    상기 반응기에서 발생된 열은 상기 연료 개질기로 공급되어 연료 및 수증기의 가열에 사용되는 것을 특징으로 하는
    이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항의 이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템의 운용방법으로서,
    (a) 상기 수소정제기에 남은 이산화탄소를 반응기로 공급하는 단계;
    (b) 상기 반응기에서 상기 공급받은 이산화탄소를 칼슘(Ca) 또는 마그네슘(Mg)계 금속산화물재료와 반응시켜 고체의 금속 탄산염을 생성하는 단계; 및
    (c) 상기 반응기에서 생성된 고체의 금속 탄산염을 수중운동체 내에 보관하는 단계;를 포함하며,
    상기 (b) 단계에서, 상기 반응기에서 발생된 열은 상기 연료 개질기로 공급되어 연료 및 수증기의 가열에 사용되고,
    상기 (c) 단계에서, 상기 고체의 금속 탄산염은 상기 탄산염 저장소로 이송되어 저장되거나 또는 수중운동체 내에 구비된 금속산화물 저장탱크로 이송되어 저장되는 것을 특징으로 하는
    이산화탄소 고체화 처리가 가능한 수중운동체의 개질기 시스템의 운용방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
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