KR101784916B1 - 밸러스트수 처리 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템은, 선박 외부의 해수를 상기 선박 내부의 밸러스트 탱크로 공급하는 밸러스트 배관 및 상기 밸러스트 배관을 흐르는 해수를 이용하여 전해 살균액을 생산하는 살균 유닛을 포함하며, 상기 살균 유닛은, 상기 전해 살균액 생산시에 생성되는 수소 가스를 이용하여 상기 살균 유닛으로 유입되는 상기 해수를 가열할 수 있다.
Description
본 발명은 밸러스트수 처리 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 선박의 밸러스트(ballast) 탱크는 화물의 선적 및 하역에 의해 선박의 무게 중심이 변동되는 것을 최소화하여 안전한 항해가 가능하도록 돕기 위한 것으로, 선박 주위의 해수가 밸러스트수로서 밸러스트 탱크에 유입되고 밸러스트 탱크로부터 밸러스트수가 선박 외부로 유출될 수 있다.
그러나, 선박의 안전 운항을 위해 사용되는 밸러스트수는 특정 해역의 생물 또는 병원균 등을 다른 해역으로 전파하는 매체가 되는 문제점을 갖고 있다.
즉, 밸러스트 탱크에 채워지는 밸러스트수에는 각종 해양 생물 및 병원균 등이 포함될 수 있으며, 이러한 밸러스트수의 유입과 유출이 서로 다른 지역에서 이루어지게 되므로, 밸러스트수의 유입 시에 함께 유입된 특정 해역의 해양 생물 또는 병원균이 다른 해역으로 유출됨에 따라 환경과 생태계를 교란시키는 부작용을 유발하게 된다.
이에 따라, 국제해사기구(IMO)에서는 국제적 규약을 통하여 선박에서 밸러스트수의 유출입시 밸러스트수에 포함된 해양 생물이나 병원균을 처리하는 과정을 거치도록 하고 있다.
이 때, 선박의 밸러스트수를 살균 처리하기 위하여, 최근에는 선박 내에서 염수인 해수의 전기 분해 반응을 통해 생성되는 살균 물질인 차아염소산(HClO 또는 ClO-)을 이용하여 밸러스트수를 살균 처리하는 전기 분해 방식의 밸러스트수 처리 시스템이 적용되고 있다.
한편, 해수나 염수를 이용한 전기 분해 반응을 통해 살균 물질인 차아염소산을 생성할 때에는 수소 가스가 발생한다.
이 때, 발생된 수소 가스는 밸러스트수 처리 시스템 내에 잔류하여 있을 경우 폭발이 발생될 위험이 있기 때문에, 가스 분리 장치나 기액 분리기 등을 통하여 수소 가스를 분리하여 배출시킬 필요가 있다.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 밸러스트수 처리 시스템에서 생성된 수소 가스를 사용할 수 있는 밸러스트수 처리 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템은, 선박 외부의 해수를 상기 선박 내부의 밸러스트 탱크로 공급하는 밸러스트 배관 및 상기 밸러스트 배관을 흐르는 해수를 이용하여 전해 살균액을 생산하는 살균 유닛을 포함하며, 상기 살균 유닛은, 상기 전해 살균액 생산시에 생성되는 수소 가스를 이용하여 상기 살균 유닛으로 유입되는 상기 해수를 가열할 수 있다.
상기 살균 유닛은, 상기 해수를 전기 분해하여 전해 살균액을 생산하는 전기 분해부 및 상기 전기 분해부에서 상기 전해 살균액과 함께 생산되는 수소 가스를 이용하여 상기 전기 분해부에 유입되는 상기 해수를 가열하는 해수 가열부를 포함할 수 있다.
상기 살균 유닛은, 상기 전기 분해부에서 생산된 상기 전해 살균액으로부터 수소 가스를 분리하는 수소 분리부를 더 포함할 수 있다.
상기 살균 유닛에서 생성된 수소 가스를 이용하여 중화제를 가열하는 중화제 가열부를 더 포함할 수 있다.
상기 중화제 가열부에서 가열된 상기 중화제는, 상기 밸러스트 탱크로부터 해수가 유출되는 상기 밸러스트 탱크에 연결된 배출 배관으로 유입될 수 있다.
상기 선박 내에 구비된 선박 엔진이 상기 살균 유닛에서 생성된 수소 가스를 이용하여 구동될 수 있다.
상기 밸러스트 배관에 연결되어 상기 선박 외부의 상기 해수를 상기 밸러스트 배관으로 유입시키는 밸러스트 펌프를 더 포함할 수 있다.
상기 밸러스트 배관에 연결되어 상기 밸러스트 펌프에 의해 유입된 상기 해수를 여과하는 필터를 더 포함할 수 있다.
상기한 바와 같은 밸러스트수 처리 시스템에 의하면, 해수의 전기 분해에 의해 발생된 수소 가스를 사용하여 전기 분해부에 공급되는 해수를 가열하여 전기 분해 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 수소 가스를 선박 엔진이 사용함으로써, 선박의 엔진 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 배출되는 밸러스트수에 투입되는 중화제를 가열하여, 밸러스트수를 신속하게 중화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템을 간략히 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템을 간략히 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템을 간략히 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템을 간략히 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템을 간략히 나타낸 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, "~상에"라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템을 간략히 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템은, 선박의 외부에서 유입되는 해수, 즉 밸러스트수를 선박의 내부에 구비된 밸러스트 탱크(400)로 유입시킬 때, 밸러스트수에 함유된 각종 해양 생물 및 병원균 등을 살균 처리하는 시스템으로, 밸러스트 배관(500), 밸러스트 펌프(100), 필터(200), 살균 유닛(300) 및 밸러스트 탱크(400)를 포함한다.
밸러스트 배관(500)은 선박 외부로부터 유입된 해수를 밸러스트 탱크(400)까지 이동시키는 배관이다.
그리고, 밸러스트 탱크(400)는 상기 밸러스트 배관(500)의 일측 단부에 위치하여, 밸러스트수가 저장되는 공간으로서 선박 내에 복수 개의 탱크로 이루어질 수 있다.
밸러스트 펌프(100)는 선박 외부로부터 해수를 유입하고 유입된 해수를 밸러스트 탱크(400)까지 이동시킬 수 있는 압력을 제공하는 설비로서, 상기 밸러스트 배관(500)에 설치될 수 있다. 한편, 밸러스트 배관(500)에는 유입되는 해수에서 이물질을 걸러낼 수 있는 필터(200)가 설치될 수도 있다.
그리고, 밸러스트 배관(500)에는 살균 물질이 함유된 전해 살균액을 생산하는 살균 유닛(300)이 배치될 수 있다. 상기 살균 유닛(300)은 밸러스트 배관(500)을 흐르는 해수 중 일부를 이용하여 살균 물질이 함유된 전해 살균액을 생산할 수 있다. 그리고, 생산된 전해 살균액은 다시 밸러스트 배관(500)으로 주입될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 살균 유닛(300)은 전해 살균액 생산시에 생성되는 수소 가스를 이용하여 살균 유닛(300)에 유입되는 해수를 가열할 수 있다. 살균 유닛(300)에서는, 후술하는 전기 분해부(310)에서 해수를 전기 분해하여 해수 중에 함유된 염분(NaCl)을 통해 살균 물질인 차아염소산나트륨(NaOCl)을 생산한다. 이러한 전기 분해 방식에 있어서, 전기 분해 효율은 유입되는 해수 온도와 염분 농도에 따라 달라지는데, 특히 해수의 온도가 일정한 온도(예를 들어, 15℃) 이상인 경우 전기 분해 효율이 증가될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따르면, 전기 분해시에 발생하는 수소 가스를 이용하여 해수의 온도를 증가시켜, 살균 유닛(300)에서의 전기 분해 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 전기 분해시에 발생되는 수소 가스를 사용하여 해수의 온도를 증가시키기 때문에, 전기 분해 효율을 증가시키면서도 별도의 추가 비용이 발생하지 않을 수 있다. 하기에서는, 이러한 본 실시예에 따른 살균 유닛(300)의 세부 구성에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 제1 실시예에 따르면, 살균 유닛(300)은 전기 분해부(310), 수소 분리부(330) 및 해수 가열부(350)를 포함할 수 있다.
전기 분해부(310)는, 밸러스트 배관(500)로부터 분기된 해수를 전기 분해하여 살균 물질인 차아염소산나트륨(NaOCl)이 함유된 전해 살균액을 생성한다. 이때, 분기된 상기 해수는 밸러스트 배관(500)에 연결된 분기 배관(530)을 통해 전기 분해부(310)로 전달될 수 있다.
전술한 바와 같이, 전기 분해부(310)는 전기 분해 방식에 의해 해수 중에 함유된 염분(NaCl)을 통해 살균 물질인 차아염소산나트륨(NaOCl)을 생산한다.
이때, 살균 물질인 차아염소산나트륨(NaOCl)이 포함된 전해 살균액에는 전기 분해 반응에서 발생되는 수소 가스가 포함되어 있게 된다. 상기 수소 가스는 폭발 위험이 있어 전해 살균액으로부터 분리시키고, 수소 가스가 분리된 전해 살균액을 밸러스트 배관(500)으로 다시 주입시킬 필요가 있다.
본 실시예에 따르면, 수소 분리부(330)는 전기 분해부(310)와 연결되며, 전기 분해부(310)에서 생산된 전해 살균액으로부터 수소 가스를 분리할 수 있다. 예를 들어, 수소 분리부(330)는 사이클론 방식에 의해 액체와 가스를 분리하는 사이클론 분리기를 포함할 수 있다. 사이클론 분리기는 산업현장에서 널리 사용되는 분리기로서, 습식 사이클론 분리기 또는 기액 분리용 사이클론 분리기가 적용될 수 있다.
이와 같이, 수소 분리부(330)의 일 예로서, 사이클론 분리기를 적용할 경우, 원심력에 의해 액체, 즉 전해 살균액만 하방으로 떨어져서 하부에 연결된 배관을 통해 다시 밸러스트 배관(500)으로 이동한다.
그리고, 액체에 비해 비중이 상대적으로 작은 기체, 즉 수소 가스는 원심분리에 의해 전해 살균액과 분리된 뒤, 상부에 연결된 수소 가스 배관을 통해 수소 분리부(330)로부터 외부로 배출된다.
본 실시예에 따르면, 분리된 수소 가스는 수소 가스 배관을 통해 해수 가열부(350)로 이동한다. 해수 가열부(350)는 분기 배관(530)에 연결되어 전기 분해부(310)로 유입되는 해수를 가열한다.
이때, 해수 가열부(350)는 상기 수소 가스를 연소시켜 열을 발생시키고, 상기 열로 해수를 가열할 수 있다. 예를 들어, 해수 가열부(350)는 백금, 알루미나 등의 촉매를 이용하여 수소 가스를 연소시켜 열을 발생시킬 수 있다. 그리고, 상기 열을 해수와 열교환하여 해수를 가열시킬 수 있다.
이와 같이, 해수 가열부(350)는 수소 분리부(330)로 유입되는 해수의 온도를 일정한 온도 이상으로 상승시켜, 수소 분리부(330)에서의 전기 분해 효율을 증가시킬 수 있다.
하기에서는, 도 2를 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템에 대해 설명하기로 한다. 제2 실시예를 설명함에 있어, 전술한 제1 실시예와 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템을 간략히 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 제2 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템은, 살균 유닛(300)에서 생성된 수소 가스를 선박 엔진(600)에 공급할 수 있다. 즉, 살균 유닛(300)에서 생성된 수소 가스 중 일부는 해수 가열부(350)에서 사용되고, 수소 가스 중 나머지 일부는 선박 엔진(600)에 공급되어 연료로 사용될 수 있다.
선박 엔진(600)은 상기 수소 가스를 이용하여 엔진을 구동시킬 수 있다. 이때, 상기 선박 엔진(600)은 수소 가스를 연료로 사용하여, 엔진의 초기 구동시에 구동력을 보충할 수 있다. 이와 같이, 선박 엔진(600)이 수소 가스를 연료로 사용함으로써, 선박 엔진(600)의 엔진 효율을 증가시킬 수 있다.
하기에서는, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템에 대해 설명하기로 한다. 제3 실시예를 설명함에 있어, 전술한 제1 및 제2 실시예와 동일한 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템을 간략히 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 제3 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템은, 밸러스트 배관(500), 밸러스트 펌프(100), 필터(200), 살균 유닛(300), 밸러스트 탱크(400) 및 중화제 가열부(700)를 포함한다. 제3 실시예에 따르면, 중화제 가열부(700)가 살균 유닛(300)에서 생성된 수소 가스를 이용하여 중화제를 가열할 수 있다.
밸러스트 탱크(400) 내의 밸러스트 수에는 살균 유닛(300)에서 생성된 전해 살균액이 포함된다. 고농도의 산화제인 전해 살균액이 포함된 밸러스트수가 선박 외부로 바로 배출되면 해양 생태계에 악영향을 줄 수 있다. 이를 방지하기 위해, 선박 외부로 배출되는 밸러스트수의 살균액의 농도를 적정 수준 이하로 유지해야 한다. 즉, 배출되는 밸러스트수를 중화시킬 필요가 있다.
이를 위해, 밸러스트수가 배출되는 밸러스트 탱크(400)의 배출 배관(510)에 중화제를 투입하여, 밸러스트수를 중화시킨다.
본 실시예에 따르면, 중화제 가열부(700)는 상기 수소 가스를 이용하여 상기 중화제를 가열한다. 상기 중화제 가열부(700)에 의해 중화제가 가열되면, 중화제가 밸러스트수에 쉽게 용해될 수 있다. 이와 같이, 중화제가 가열되면, 밸러스트수를 신속하게 중화시킬 수 있다.
본 실시예에서는, 살균 유닛(300)에서 생성된 수소 가스 중 일부는 해수 가열부(350)에서 사용되고, 수소 가스 중 나머지 일부는 중화제 가열부(700)에서 사용될 수 있다.
이때, 중화제 가열부(700)는 상기 수소 가스를 연소시켜 열을 발생시키고, 상기 열로 중화제를 가열할 수 있다. 예를 들어, 중화제 가열부(700)는 백금, 알루미나 등의 촉매를 이용하여 수소 가스를 연소시켜 열을 발생시킬 수 있다. 그리고, 상기 열을 중화제와 열교환하여 중화제를 가열시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템은, 해수의 전기 분해시에 발생된 수소 가스를 이용하여 전기 분해부(310)에 유입되는 해수의 온도를 증가시켜 전기 분해 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 상기 수소 가스를 선박 엔진(600) 또는 중화제 가열부(700)에서도 사용하여, 선박의 엔진 효율을 증가시키거나 밸러스트수를 신속하게 중화시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 한정된 실시예와 도면을 통하여 설명되었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
100 밸러스트 펌프
200 필터
300 살균 유닛
310 전기 분해부
330 수소 분리부
350 해수 가열부
400 밸러스트 탱크
500 밸러스트 배관
600 선박 엔진
700 중화제 가열부
200 필터
300 살균 유닛
310 전기 분해부
330 수소 분리부
350 해수 가열부
400 밸러스트 탱크
500 밸러스트 배관
600 선박 엔진
700 중화제 가열부
Claims (8)
- 선박 외부의 해수를 상기 선박 내부의 밸러스트 탱크로 공급하는 밸러스트 배관,
상기 밸러스트 배관을 흐르는 해수를 전기 분해하여 전해 살균액을 생산하는 전기 분해부, 상기 전기 분해부에서 상기 전해 살균액과 함께 생산되는 수소 가스를 이용하여 상기 전기 분해부에 유입되는 상기 해수를 가열하는 해수 가열부를 포함하는 살균 유닛, 그리고
상기 수소 가스를 이용하여 중화제를 가열하는 중화제 가열부
를 포함하는 밸러스트수 처리 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 해수 가열부 및 상기 중화제 가열부는 백금 또는 알루미나 촉매를 이용하여 상기 수소 가스를 연소시키는 밸러스트수 처리 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 살균 유닛은,
상기 전기 분해부에서 생산된 상기 전해 살균액으로부터 수소 가스를 분리하는 수소 분리부를 더 포함하는, 밸러스트수 처리 시스템. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 중화제 가열부에서 가열된 상기 중화제는, 상기 밸러스트 탱크로부터 해수가 유출되는 상기 밸러스트 탱크에 연결된 배출 배관으로 유입되는, 밸러스트수 처리 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 선박 내에 구비된 선박 엔진이 상기 살균 유닛에서 생성된 수소 가스를 이용하여 구동되는, 밸러스트수 처리 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 밸러스트 배관에 연결되어 상기 선박 외부의 상기 해수를 상기 밸러스트 배관으로 유입시키는 밸러스트 펌프를 더 포함하는, 밸러스트수 처리 시스템. - 제 7 항에 있어서,
상기 밸러스트 배관에 연결되어 상기 밸러스트 펌프에 의해 유입된 상기 해수를 여과하는 필터를 더 포함하는, 밸러스트수 처리 시스템.
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