KR101338220B1 - 해수 전기분해에 의한 안전한 선박 냉각수 공급장치 및방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해수 전기분해에 의한 안전한 선박 냉각수 공급장치 및 방법에 관한 것으로, 내주면에는 서로 간격을 두고 마주보는 형태로 양전극 및 음전극이 구비되고, 선박 엔진 냉각을 위해 공급되는 해수의 유입 배관상에 설치된 관형상의 전해수발생기와; 상기 전해수발생기와 병설되고, 상기 양전극 및 음전극에 공급되는 전류를 정류하여 공급하도록 케이블로 연결설치된 직류정류기와; 상기 전해수발생기의 양단에 설치되고, 이를 해수의 유입 배관에 체결시키는 연결소켓을 포함하여 구성되며, 이를 이용하여 유입되는 해수를 전기분해하여 그 해수에 전해수가 일정량 이상 함유되도록 한 것이다.

이에 따라, 본 발명은 전해수발생기를 이용하여 냉각수용 해수를 전기분해함으로써 해수에 포함된 해양 자생물을 사멸시킴은 물론 관 내벽 부식도 억제하여 해양 오염을 방지하고, 배관 막힘, 냉각효율 저하 등도 방지하는 지대한 효과를 제공한다.

선박, 해양 자생물, 전기분해, 전해수

Description

해수 전기분해에 의한 안전한 선박 냉각수 공급장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR STABLE SUPPLYING COOLING WATER USING IN SHIP BY SEAWATER ELECTROLYSIS}

도 1은 본 발명에 따른 해수 공급장치를 보인 예시적인 모식도.

♧ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♧

100....전해수발생기 110....케이스

120....중공부 130....양전극

140....음전극 150a,150b....연결소켓

200....직류정류기

본 발명은 해수 전기분해에 의한 안전한 선박 냉각수 공급장치 및 방법에 관한 것으로, 취수구 입구에서 일정 농도의 전해수를 발생시켜 이를 연속적으로 냉각수에 포함시킴으로써 해수의 취입시부터 전기분해가 이루어지도록 하여 해수에 포함된 해양 자생물들을 사멸 내지 관내 부착후 성장하는 것을 막아 원활한 냉각수 공급이 이루어질 수 있도록 개선된 해수 전기분해에 의한 안전한 선박 냉각수 공급 장치 및 방법에 관한 것이다.

최근 선박에 의한 해상 물동량이 급증하고 있는 것에 비례하여 선박 자체 혹은 선박 운항 등 선박으로부터 기인되는 오염물질에 의하 해양환경의 오염 및 피해도 증가되고 있다.

예컨대, 선박으로부터 유발되는 오염원으로는 선박 냉각시스템, 선체 전기장치 등에 사용되는 구리, 알루미늄 전극봉 및 유기주석화합물(TBT)이 함유된 방오 도료, 선박 밸러스트수 등을 들 수 있다.

이들중 특히, 선박 냉각시스템의 경우에는 해수가 냉각수로 사용되기 때문에 상시 해수의 유출입이 일어나게 되고, 해양 오염과 관련하여 가장 취약한 부분이라 할 수 있다.

뿐만 아니라, 항상 해수와 접촉하게 되는 해수 공급배관, 쿨러 등에는 바닷물에 서식하는 해양 자생물(조개, 해초를 비롯한 각종 병원체, 균사류 등)들이 포자상태로 유입된 후 부착되고, 성장, 번식하면서 해수의 유출입에 방해를 일으켜 엔진의 연료소모 증대, 부식 유발, 그에 따른 냉각효율 저하 등을 불러오게 되며, 이의 제거를 위해서는 주기적인 수리와 보수가 요구되므로 비용증대도 초래하게 된다.

이와 같은 해양 오염과 해양 자생물에 의한 문제를 해결하기 위해, 종래에는 MGPS(Marine Growth Preventing System)를 설치하거나 혹은 케미컬 파우더, 염소 등을 투입하거나 구리와 알루미늄 전극봉을 녹여 이때 방출되는 구리이온과 알루미늄 산화물로 살균하는 등의 방법을 채택하였다.

하지만, 이러한 방식들은 설치비용이 과대해지거나 여전히 불편하고, 오히려 환경파괴를 촉진하는 결과를 초래하였다.

이에 보다 간편하면서도 저렴하고 환경오염도 없는 진보된 방식의 새로운 해결책이 시급히 요청되고 있는 실정이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출한 것으로, 해수의 전기분해시 생성되는 전기분해수의 특성에 착안하여 이를 지속적으로 발생시킨 다음 해수가 유입되는 통로상에서 이 전기분해수를 지속적으로 공급함으로써 엔진 냉각을 위해 유입되는 해수가 자동적으로 분해되면서 그 안에 포함된 해양 자생물들이 자연스럽게 사멸되거나 성장 억제에 따른 파괴를 유발하여 공급배관 내지 쿨러 등지에 서식하지 못하도록 한 해수 전기분해에 의한 안전한 선박 냉각수 공급장치 및 방법을 제공함에 그 주된 목적이 있다.

본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 내주면에는 서로 간격을 두고 마주보는 형태로 양전극 및 음전극이 구비되고, 선박 엔진 냉각을 위해 공급되는 해수의 유입 배관상에 설치된 관형상의 전해수발생기와; 상기 전해수발생기와 병설되고, 상기 양전극 및 음전극에 공급되는 전류를 정류하여 공급하도록 케이블로 연결설치된 직류정류기와; 상기 전해수발생기의 양단에 설치되고, 이를 해수의 유입 배관에 체결시키는 연결소켓을 포함하여 구성되는 해수 전기분해에 의한 안전한 선박 냉각수 공급장치를 제공한다.

이때, 상기 전해수발생기에서 양전극은 티타늄으로 형성되고, 음전극은 스테인레스스틸로 형성되는 것에도 그 특징이 있다.

또한, 상기 전해수발생기의 양전극과 음전극 사이에는 이들과 간섭되지 않게 농도측정센서가 더 설치된 것에도 그 기술적 특징이 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은 상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 선박 엔진 냉각을 위해 유입되는 해수의 유입 배관상에 전해수발생기를 설치하는 단계와; 상기 전해수발생기를 통해 유입되는 해수를 전해수발생기의 양전극과 음전극간의 방전을 통한 전기분해에 의해 리터당 0.25~0.75(0.25≤전해수＜0.75)ppm의 전해수를 발생시키는 단계와; 발생된 전해수를 엔진용 냉각수로 공급하는 단계를 포함하여 구성되는 해수 전기분해에 의한 안전한 선박 냉각수 공급방법을 제공한다.

이하에서는, 첨부도면을 참고하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 해수 공급장치를 보인 예시적인 모식도이다.

통상적으로, 해수를 전기분해하면 해수에 포함된 염화나트륨성분은 차아염소산나트륨(NaOCl) 및 차아염소산(HClO) 등으로 전환되며, 이와같은 강산화기를 갖는 알칼리성성분에 의해 해수중에 함유되어 있는 병원균 및 병원충 등의 해양 자생물(미생물)들이 제거되게 된다.

본 발명은 이와 같은 해수의 전기분해시 생성되는 차아염소산나트륨과 그 전리 성분들을 이용하여 전기분해수(전해수)를 연속적으로 생성하도록 하고, 이를 선박의 엔진 냉각용 냉각수로 사용될 해수의 유입구를 통해 해수와 함께 유입되도록 하여 해양 자생물을 사멸시키거나 성장을 억제시켜 이들이 해수 공급배관 혹은 쿨러 등지에서 서식하지 못하도록 한 것이다.

또한, 본 발명은 전기분해수의 농도가 0.3ppm 이상이 되면 해수내 자생물(미생물 및 포자 포함)들이 치사된다고 알려진 사실에 근거하여 이를 바탕으로 연구완성된 것이다.

이를 위해, 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같은 전해수발생기(100)를 포함한다.

여기에서, 전해수란 앞서 괄호안에 병기하였듯이, 전기분해수를 일컫는다.

상기 전해수발생기(100)는 내부에 중공부(120)를 갖는 대략 원통형상의 케이스(110)와, 상기 케이스(110)의 양단에 고정되고 상기 중공부(120)와 연통되는 연결소켓(150a,150b)과, 상기 중공부(120)의 내주면에 서로 간격을 두고 마주보는 형태로 배치되는 양전극(130) 및 음전극(140)을 포함하여 구성된다.

이때, 상기 케이스(110)는 반드시 원통일 필요는 없으나 배관으로서의 설치편의성과 용적면에서 유리하기 때문에 원통형이 바람직하다.

뿐만 아니라, 상기 중공부(120)의 내벽면에는 상기 양전극(130) 및 음전극(140)과 간섭되지 않는 범위내에서 농도측정센서(미도시)가 설치될 수 있고, 전류공급이 원활하지 않거나 전기계통의 이상으로 전해수의 농도가 급격히 저하될 경우에는 경보를 울릴 수 있도록 시스템을 구축할 수도 있다.

또한, 상기 연결소켓(150a,150b)은 냉각용 해수를 유입시켜 상기 전해수발생기(100)를 거치도록 한 다음 여기에서 발생된 전해수를 다시 냉각수로 보내기 위한 연결수단으로서, 엔진 냉각을 위해서는 냉각용 해수가 상시 필요한 점을 감안하여 냉각용 해수가 유입되는 배관상에 연결설치할 때 사용된다.

여기에서, 상기 전해수발생기(100)는 냉각용 해수의 유입 배관상에 직접 설치될 수도 있고, 우회유로를 만들어 그 우회유로상에 설치될 수도 있다.

그리고, 상기 전해수발생기(100)가 설치된 냉각용 해수의 유입 배관의 전단에는 유량계(미도시)가 설치될 수 있다.

물론, 본 발명의 예시에서는 전해수발생기(100)를 냉각용 해수 유입 배관상에 고정하는 방식과 수단, 및 상기 연결소켓(150a,150b)의 설치구조가 명시적으로 도시되어 있지는 않지만 이는 공지된 고정수단이나 구조를 통해 충분히 유추가능한 것이며, 본 발명에서는 개념을 모식화한 정도로도 충분한 설명이 될 것이라 생각되므로 그에 관하여는 생략하기로 한다.

그리고, 상기 양전극(130) 및 음전극(140)은 서로 위치가 바뀌어 설치되어도 무방하며, 대략 반원형상을 갖는다.

이때, 상기 양전극(130)은 통상 티타늄이 사용되고, 상기 음전극(140)은 스테인레스스틸이 사용됨이 바람직하나, 반드시 이에 국한되지 않고 필요에 따라 적절히 변경될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 전해수발생기(100)이 인접측에는 직류정류기(200)가 설치되며, 상기 직류정류기(200)는 상기 양전극(130) 및 음전극(140)과 케이블에 의해 전기적으로 연결되어 정류작용을 하게 된다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명 전해수 공급장치를 이용한 전해수 공급방 법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 본 발명에 따른 전해수발생기(100)는 엔진 냉각용 해수의 유입 배관상에 직접 설치된다.

그리고, 상기 해수 유입 배관의 전해수발생기(100)의 전단에는 유량계가 설치된다. 이는 상기 유입 배관을 관류하는 해수의 유량을 계측하여 전해수발생기(100)를 통해 생성시킬 전해수의 농도를 결정하기 위함이다.

예컨대, 전해수발생기(100)로 유입되는 해수의 양을 파악하여 해수 유량 1ℓ당 전해수 0.25~0.75ppm(0.25≤전해수＜0.75)이 되도록 전해수발생기(100)에 설치된 양전극(130) 및 음전극(140)에 가해지는 전류량을 조절하기 위함이다.

여기에서, 전해수의 농도를 상기와 같이 한정하는 이유는 0.25ppm 미만이 되면 적어도 6개월내 해양 자생물의 서식과 성장이 이루어지기 때문에 사멸 기능이 떨어지고, 0.75ppm 이상이 되면 유입 배관 내부의 부식이 심하게 발생되므로 이를 방지하기 위함이다.

그리고, 가해지는 전류량은 이러한 전해수의 농도를 계측하는 농도측정센서에 의해 측정된 검출값이 제어부(통상, 마이크로프로세서로서 PLC 등이 될 수 있음)를 통해 실시간 피이드백됨으로써 자동조절 가능하게 된다.

따라서, 냉각용 해수는 상기 전해수발생기(100)를 통과하면서 일정 농도의 전해수로 변화되게 되고, 그 전해수는 해수에 포함된 해양 자생물을 완전히 사멸시키게 되므로 엔진의 쿨러나 배관 내벽면에서 해양 자생물의 번식이나 서식은 없게 된다.

여기에서, 전해수의 발생과정을 예시하면 다음과 같다.

-양전극(130)

2Cl^- → Cl₂ + 2e

Cl₂ + H₂O ↔ HCl + HClO

H₂O → ½O₂ ↑ + 2H⁺ + 2e

-음전극(140)

2H₂O + 2e → H₂ ↑ + 2OH^-

Na⁺ + e → Na

Na + H₂O → NaOH + ½H₂

즉, 해수에 포함된 염화나트륨이 전기분해되면서 양전극(130)에서는 산화반응이 일어나면서 염소가스가 발생되게 되고, 음전극(140)에서는 수소가스가 수산기와 함께 발생되게 되며, 이때 염소가스와 수산기가 화학반응을 일으켜 산화력이 강한 차아염소산(HClO)을 생성시키게 되고, 이 차아염소산이 해수에 포함된 해양 자생물을 강력하게 멸균 내지 사멸시키게 된다.

하기한 표 1은 이 차아염소산을 갖는 전해수의 적정농도(해양 자생물을 사멸시킬 수 있는)를 확인시켜 주는 실험예이다.

해수 1ℓ당 포함된 전해수의 농도를 변화시켜 가면서 1년동안 실험한 후 배 관 내벽면에서의 해양 자생물 성장여부 및 부식정도를 점검하였다.

구분	1개월후 배관평가		3개월후 배관평가		6개월후 배관평가		비고
	자생물 부착	배관 부식	자생물 부착	배관 부식	자생물 부착	배관 부식
기존해수		○	○	○	○	○	전체 자생물 부착,배관부식
0.10ppm					○		6개월후 자생물 부착
0.25ppm							없음
0.50ppm							없음
0.75ppm						○	6개월부터 부식
1.00ppm				○		○	3개월부터 부식
2.00ppm		○		○		○	1개월부터 부식

상기 표 1에서와 같이, 전해수의 농도가 0.25ppm 이상, 0.75ppm 미만일 경우에 해양 자생물의 부착도, 배관 부식도 일어나지 않음을 알 수 있었다.

이를 토대로 본 발명에서도 전해수의 농도를 그에 대응되게 유지하도록 함이 바람직하다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 전해수발생기를 이용하여 냉각수용 해수를 전기분해함으로써 해수에 포함된 해양 자생물을 사멸시킴은 물론 관 내벽 부식도 억제하여 해양 오염을 방지하고, 배관 막힘, 냉각효율 저하 등도 방지하는 지대한 효과를 제공한다.

Claims (4)

1. 내주면에는 서로 간격을 두고 마주보는 형태로 양전극 및 음전극이 구비되고, 선박 엔진 냉각을 위해 공급되는 해수의 유입 배관상에 설치되어 전해수를 생성하는 관형상의 전해수발생기와;

   상기 전해수발생기의 전단에 설치되며, 상기 유입 배관을 관류하는 해수의 유량을 계측하는 유량계와;

   상기 전해수발생기의 양전극과 음전극 사이에 설치되며, 상기 유량계가 측정한 해수 1리터당 포함된 전해수의 양인 전해수의 농도를 측정하는 농도측정센서와;

   상기 농도측정센서가 측정한 상기 전해수의 농도가 0.25ppm이상 0.75ppm 미만이 되도록 상기 양전극 및 음전극에 공급되는 전류를 조절하는 제어부와;

   상기 전해수발생기와 병설되고, 상기 양전극 및 음전극에 공급되는 전류를 정류하여 공급하도록 케이블로 연결 설치된 직류정류기와;

   상기 전해수발생기의 양단에 설치되고, 이를 해수의 유입 배관에 체결시키는 연결소켓을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해수 전기분해에 의한 안전한 선박 냉각수 공급장치.
2. 청구항 1에 있어서;

   상기 전해수발생기에서 양전극은 티타늄으로 형성되고, 음전극은 스테인레스스틸로 형성되는 것을 특징으로 하는 해수 전기분해에 의한 안전한 선박 냉각수 공급장치.
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