KR101138762B1 - 해상구조물에서의 수소 생성 장치 - Google Patents

해상구조물에서의 수소 생성 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 해상구조물에서의 수소 생성 장치는, 해상구조물 내에 설치되어 수소를 생산하기 위한 미생물을 생성하는 미생물 생성부와, 육상의 유기성 폐기물 저장소로부터 유기성 폐기물을 제공받아 저장하는 유기물 폐기물 저장부와, 유기성 폐기물 저장부와 미생물 생성부로부터 제공받은 유기성 폐기물과 미생물간의 반응을 통해 수소를 발생시켜 수소 저장부에 제공하는 반응기와, 해상 파도의 움직임을 전달하기 위한 해양파 전달 부재와 연결되며, 해양파 전달 부재의 움직임에 따라 반응기 내부에서 상하 운동을 수행하여 미생물과 유기성 폐기물의 반응을 촉진시키는 반응 촉진 부재를 포함한다.
이와 같이, 본 발명은 해상의 파도 움직임을 이용하여 수소 발생을 위한 미생물과 유기성 폐기물간의 생물학적 분해를 촉진시킴으로써, 수소 발생의 효율을 증가시킬 수 있다.
수소, 해상, 해상구조물, 유기성 폐기물, 부표, 미생물

Description

해상구조물에서의 수소 생성 장치{HYDROGEN GENERATING APPARATUS IN A SHIP}
본 발명은 수소 생성 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 해상의 파도 움직임을 이용하여 수소 발생을 위한 미생물과 유기성 폐기물간의 생물학적 분해를 촉진시킬 수 있는 해상구조물에서의 수소 생성 장치에 관한 것이다.
수소 발생장치는 주 성분으로 수소기체를 함유한 산출물 스트림으로 1개 이상의 공급 원료를 전환하는 장치이다. 상기 공급 원료는 탄소-함유 공급원료를 포함하며, 그리고 일부 실시예에서는 추가적으로 물을 포함한다. 상기 공급 원료는 일반적으로 압력을 받으며 상승된 온도로 전달되는 공급 원료로서, 원료 전달 시스템에서 수소 발생장치의 수소-생성 영역으로 전달된다. 수소-생성 영역은 흔히 가열기 또는 냉각기와 같은 온도 조절기와 상관하여 있다. 상기 온도 조절기는 1개 이상 의 연료 스트림을 소비하여 수소기체를 효율적으로 생성하는데 적절한 온도 범위 내에서 수소 생성 영역을 유지한다. 생성된 수소기체는 다양하게 적용되어 사 용될 수 있다. 한 예의 적용으로는 전기화학 연료전지에서와 같은, 에너지 생성이 있다.
전기화학 연료전지는 연료와 산화제를 전기, 반응 산물, 및 열로 변환하는 장치이다. 예를 들어, 연료전지는 수소와 산소를 물과 전기로 변환할 수 있다. 그러한 연료전지에서, 상기 수소는 연료이고, 산소는 산화제이고 그리고, 물은 반응 산물이 된다. 연료전지 스택은 복수의 연료전지를 구비하고, 그리고 에너지 생성기를 제공하는데 수소 발생장치가 활용된다. 상기 연료전지 스택은 공기 공급 시스템과 상관하여 상기 스택에 공기 스트림을 공급하고 그리고/또는 온도 조절기와 상관하여 전기 발생에 적절한 온도 범위 내에서 연료전지 스택을 유지한다.
다양한 에너지원으로 이용되는 수소 기체는 다른 물질에 비해 저렴하면서 대량 생산이 가능하다는 장점이 있다. 이와 같이 저렴한 수소의 대량 생산은 유기성 폐기물 처리를 이용하여 생성될 수 있는데, 이러한 대표적인 설비로서 바이오 리액팅 플로터(bio reacting floater)를 들 수 있다.
바이오 리액팅 플로터는 유기물을 분해하여 수소를 생산하는 미생물을 대량으로 배양한 후 이를 이용하여 유기성 폐기물을 무해한 물질로 처리하고, 이 과정을 통해 발생하는 수소를 생산할 수 있는 설비이다.
최근 들어, 에너지 관련 업체에서는 상기와 같이 다양한 에너지원으로 이용되는 수소 기체를 저렴한 비용으로 생산하기 위해 다양한 시도를 하고 있다.
본 발명은 해상의 파도로 육상에서 공급받은 유기성 폐기물이 미생물에 의해 생물학적으로 분해가 잘 일어나도록 하여 육상에서보다 효율적으로 대량의 수소를 생산할 수 있는 해상구조물 상의 수소 생성 장치를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 해상구조물 상의 수소 생성 장치는, 해상구조물 내에 설치되어 수소를 생산하기 위한 미생물을 생성하는 미생물 생성부와, 육상의 유기성 폐기물 저장소로부터 유기성 폐기물을 제공받아 저장하는 유기물 폐기물 저장부와, 상기 유기성 폐기물 저장부와 상기 미생물 생성부로부터 제공받은 유기성 폐기물과 미생물간의 반응을 통해 수소를 발생시켜 수소 저장부에 제공하는 반응기와, 해상 파도의 움직임을 전달하기 위한 해양파 전달 부재와 연결되며, 상기 해양파 전달 부재의 움직임에 따라 상기 반응기 내부에서 상하 운동을 수행하여 상기 미생물과 유기성 폐기물의 반응을 촉진시키는 반응 촉진 부재를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 수소 발생 장치는, 상기 반응기와 상기 미생물 생성부 사이의 공급관 상에 설치되어 상기 미생물의 공급을 제어하는 제 1 제어 밸브와, 상기 육상의 유기성 폐기물 저장소와 상기 유기성 폐기물 저장부 사이의 공급관 상에 설치되어 상기 유기성 폐기물의 공급을 제어하는 제 2 제어 밸브와, 상기 반응기와 상기 유기성 폐기물 저장부 사이의 공급관 상에 설치되어 상기 유기성 폐기물의 공급을 제어하는 제 3 제어 밸브와, 상기 반응기와 상기 수소 저장부 사이의 공급관 상에 설치되어 상기 반응기에서 발생된 수소의 흐름을 제어하는 제 4 제어 밸브와, 상기 수소 저장부와 상기 육상에 설치된 수소 저장소 사이의 공급관 상에 설치되어 상기 수소의 이동을 제어하는 제 5 제어 밸브와, 상기 제 1, 2, 3 및 4 제어 밸브의 온/오프를 제어하는 제어부를 더 포함한다.
본 발명에 적용되는 상기 해상구조물은, 바지선인 것을 특징으로 하며, 상기 해양파 전달 부재와 상기 반응 촉진 부재는, 지렛대에 의해 연결되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 상기 반응 촉진 부재는, 상기 해양파 전달 부재와 연결된 판넬인 것을 특징으로 하며, 상기 해양파 전달 부재는 상기 해상 상에 표류하는 해양파 전달 부표인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 육상으로부터 유기성 폐기물을 제공받아 해상의 파도 움직임을 이용할 수 있는 해상의 해상구조물에서 수소를 발생시킨 후 이를 육상으로 전달해줌으로써, 수소 발생의 효율을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 해상의 파도 움직임을 이용하여 수소 발생을 위한 미생물을 이용한 유기성 폐기물의 생물학적 분해를 촉진시킴으로써, 수소 발생의 효율을 증가시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 아울러 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 실시 예에서는 해상의 파도 움직임을 이용하여 수소 발생을 위한 미생물과 유기성 폐기물간의 생물학적 분해를 촉진시킬 수 있도록 해상의 해상구조물에서 수소를 생성할 수 있는 해상구조물에서의 수소 생성 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 해상구조물에서의 수소 생성 장치와 그 주변 구성을 도시한 도면으로서, 수소 생성 장치를 구비한 해상구조물(100), 육상에 설치된 유기성 폐기물 저장소(150) 및 해상구조물(100)의 수소 생성 장치로부터 제공받은 수소가 저장되는 수소 저장소(160)를 포함한다.
해상구조물(100) 내의 수소 생성 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 미생물 생성부(102), 유기성 폐기물 저장부(104), 반응기(106), 해상에 설치되어 해상의 파도를 전달하기 위한 해양파 전달 부표(108), 반응 촉진 부재(110), 제어부(112) 및 수소 저장부(114)를 포함한다.
미생물 생성부(102)는 반응기(106)와 공급관으로 연결되며, 유기물을 분해하여 수소를 생산하기 위한 미생물, 즉 유기성 폐기물과 생물화적 분해를 일으키는 미생물을 생성한다. 미생물 생성부(102)와 반응기(106) 사이의 공급관에는 제어 부(112)의 제어에 따라 온/오프되는 제 1 제어 밸브(102a)를 구비하고 있다.
제 1 제어 밸브(102a)가 온됨에 따라 미생물 생성부(102)에서 생성된 미생물은 반응기(106)에 공급될 수 있다.
유기성 폐기물 저장부(104)는 육상에 설치된 유기성 폐기물 저장소(150)와 공급관을 통해 연결되며, 유기성 폐기물 저장소(150)에 저장된 유기성 폐기물을 공급관을 통해 제공받아 저장한다. 공급관 상에는 유기성 폐기물의 공급을 제어하기 위한 제 2 제어 밸브(104a)가 구비되어 있으며, 제 2 제어 밸브(104a)의 온/오프는 제어부(112)에 의해 제어된다.
즉, 제 2 제어 밸브(104a)가 온 됨에 따라 육상의 유기성 폐기물 저장소(150)에 저장된 유기성 폐기물은 해상구조물(100) 내 유기성 폐기물 저장부(104)에 공급되어 저장된다.
한편, 유기성 폐기물 저장부(104)는 공급관을 통해 반응기(106)에 유기성 폐기물을 제공하며, 공급관 상에는 반응기(106)에 제공되는 유기성 폐기물 양을 제어하기 위한 제 3 제어 밸브(106a)가 설치되어 있다.
제 3 제어 밸브(106a)는 제어부(112)의 제어에 따라 온/오프되며, 온/오프 동작에 따라 유기성 폐기물을 공급관을 통해 반응기(106)에 제공하거나 유기성 폐기물의 공급을 중지시킨다.
반응기(106)는 미생물 생성부(102)에서 제공받은 미생물과 유기성 폐기물 저장부(104)에서 제공받은 유기성 폐기물간의 혼합을 통해 생물학적 분해를 일으켜 유기성 폐기물을 무해한 물질로 처리함과 더불어 수소를 발생시킨다. 이렇게 발생 된 수소는 공급관을 통해 수소 저장부(114)에 저장된다.
이러한 반응기(106)는 실린더 형태로 구현될 수 있으며, 반응기(106)의 내부에는 해상의 파도에 따라 움직이는 해양파 전달 부표(108)의 움직임에 따라 상하 운동을 수행하는 반응 촉진 부재(110)가 구비되어 있다. 반응 촉진 부재(110)는 해양파 전달 부표(108)의 움직임에 따라 상하 운동을 수행함으로써, 반응기(106) 내부의 유기성 폐기물과 미생물을 잘 섞어주는 역할을 한다. 즉, 해상 파도의 움직임을 해양파 전달 부표(108)를 통해 전달받은 반응 촉진 부재(110)가 상하 운동을 하며, 이에 따라 반응기(106) 내부의 미생물과 유기성 폐기물이 생물학적 분해가 잘 일어나도록 잘 섞이기 때문에 수소 발생을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 해양파 전달 부표(108)와 반응 촉진 부재(110)는 지렛대로 연결되며, 해상 파도의 움직임이 지렛대를 통해 반응 촉진 부재(110)에 전달된다. 이에 따라, 반응 촉진 부재(110)는 상하 운동을 할 수 있게 되며, 상하 운동에 의해 미생물과 유기성 폐기물이 잘 섞인다.
반응 촉진 부재(110)는 판넬을 이용하여 구현할 수 있으며, 판넬과 해상 파도의 움직임을 전달하는 해양파 전달 부표(108)는 지렛대에 의해 연결될 수 있다.
반응 촉진 부재(110)의 움직임에 따라 생성된 수소는 수소 저장부(114)와 연결된 공급관을 통해 수소 저장부(114)에 저장된다. 수소 저장부(114)와 반응기(106) 사이의 공급관 상에는 수소의 흐름을 제어하는 제 4 제어 밸브(114a)가 설치되어 있으며, 제 4 제어 밸브(114a)는 제어부(112)의 제어에 의해 온/오프된다.
수소 저장부(114)에 저장된 수소는 공급관을 통해 육상에 설치된 수소 저장 소(160)에 제공되며, 수소 저장부(114)와 수소 저장소(160) 사이의 공급관 상에는 수소의 흐름을 제어하는 제 5 제어 밸브(160a)가 설치되어 있다. 제 5 제어 밸브(160a)는 제어부(112)의 제어에 따라 온/오프 동작하여 수소 저장부(114)에 저장된 수소를 공급관을 통해 수소 저장소(160)에 제공하거나 수소 공급을 차단시킬 수 있다.
제어부(112)는 수소 발생 장치의 전반적인 제어를 수행하며, 특히, 제 1, 2, 3, 4, 5 제어 밸브(102a, 104a, 106a, 114a, 160a)의 온/오프 동작시켜 공급관을 통해 흐르는 물질을 다른 곳으로 제공하거나 물질의 흐름을 차단시킨다.
본 발명에서의 해상구조물(100)로는 선박, 예컨대 바지선을 들 수 있으며, 바지선 내에 수소 생성 장치를 설치할 수 있다.
본 발명에서 생략되었지만 수소 생성 과정에서 발생된 부산물(유기성 폐기물이 반응기(106)에서 분해되고 난 후의 물질)들은 저장탱크(미도시됨), 즉 해상구조물(100) 상에 설치된 저장탱크에 보관되며, 추후 비료 등으로 이용될 수 있다. 즉, 저장탱크는 반응기(106)와 연결되어 유기성 폐기물이 분해된 후의 물질들을 저장하며, 저장된 물질들은 해상구조물(100)이 정박하는 항구에서 하역되거나 육상과 연결되는 공급관 등을 통해 하역되어 비료로 이용될 수 있다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태들을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아니다. 당업자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 설명된 실시형태들을 변경 또는 변형할 수 있다. 본 명세서에서 설명된 각 기능 블록들 또는 수단들은 공지된 다양한 방법들로 구현될 수 있으며, 각각 별개로 구현되거나 2 이상이 하나로 통합되어 구현될 수 있다. 본 명세서 및 청구범위에서 별개인 것으로 설명된 수단 등의 구성요소는 단순히 기능상 구별된 것으로 물리적으로는 하나의 수단으로 구현될 수 있으며, 단일한 것으로 설명된 수단 등의 구성요소도 수개의 구성요소의 결합으로 이루어질 수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 설명된 실시형태가 아니라 첨부된 청구범위 및 그 균등물에 의해 정해져야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 수소 생성 장치와 그 주변 구성을 도시한 블록도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 해상구조물 102 : 미생물 생성부
104 : 유기성 폐기물 저장부 106 : 반응기
108 : 해양파 전달 부표 110 : 반응 촉진 부재
112 : 제어부 114 : 수소 저장부
150 : 유기성 폐기물 저장소 160 : 수소 저장소

Claims (6)

  1. 해상구조물 내에 설치되어 수소를 생산하기 위한 미생물을 생성하는 미생물 생성부와,
    육상의 유기성 폐기물 저장소로부터 유기성 폐기물을 제공받아 저장하는 유기성 폐기물 저장부와,
    상기 유기성 폐기물 저장부와 상기 미생물 생성부로부터 제공받은 유기성 폐기물과 미생물간의 반응을 통해 수소를 발생시켜 수소 저장부에 제공하는 반응기와,
    해상 파도의 움직임을 전달하기 위한 해양파 전달 부재와 연결되며, 상기 해양파 전달 부재의 움직임에 따라 상기 반응기 내부에서 상하 운동을 수행하여 상기 미생물과 유기성 폐기물의 반응을 촉진시키는 반응 촉진 부재
    를 포함하는 해상구조물에서의 수소 생성 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소 생성 장치는,
    상기 반응기와 상기 미생물 생성부 사이의 공급관 상에 설치되어 상기 미생물의 공급을 제어하는 제 1 제어 밸브와,
    상기 육상의 유기성 폐기물 저장소와 상기 유기성 폐기물 저장부 사이의 공급관 상에 설치되어 상기 유기성 폐기물의 공급을 제어하는 제 2 제어 밸브와,
    상기 반응기와 상기 유기성 폐기물 저장부 사이의 공급관 상에 설치되어 상기 유기성 폐기물의 공급을 제어하는 제 3 제어 밸브와,
    상기 반응기와 상기 수소 저장부 사이의 공급관 상에 설치되어 상기 반응기에서 발생된 수소의 흐름을 제어하는 제 4 제어 밸브와,
    상기 수소 저장부와 상기 육상에 설치된 수소 저장소 사이의 공급관 상에 설치되어 상기 수소의 이동을 제어하는 제 5 제어 밸브와,
    상기 제 1, 2, 3 및 4 제어 밸브의 온/오프를 제어하는 제어부
    를 더 포함하는 해상구조물에서의 수소 생성 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 해상구조물은, 바지선인 해상구조물에서의 수소 생성 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 해양파 전달 부재와 상기 반응 촉진 부재는, 지렛대에 의해 연결되는 해상구조물에서의 수소 생성 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 촉진 부재는, 상기 해양파 전달 부재와 연결된 판넬인 해상구조물에서의 수소 생성 장치.
  6. 제 1 항, 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 해양파 전달 부재는, 상기 해상 상에 표류하는 해양파 전달 부표인 해상구조물에서의 수소 생성 장치.
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