KR101462221B1 - 전기분해식 밸러스트 수 처리 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해수 저장 탱크; 선박 외부로부터 유입되는 물의 염분 농도를 측정하는 염분 농도 측정부; 선박 외부로부터 유입되는 물과 상기 해수 저장 탱크로부터 유입되는 해수를 혼합하는 이덕터; 상기 이덕터를 통과한 물을 전기 분해하는 전기 분해 챔버; 및 상기 염분 농도 측정부의 측정 결과에 따라 상기 해수 저장 탱크를 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 전기분해식 밸러스트 수 처리 장치에 관한 것으로서, 선박이 해수 지역을 운항할 때뿐만 아니라 담수 지역을 운항하는 경우에도 전기분해 방식을 이용하여 밸러스트 수를 처리할 수 있다.

Description

전기분해식 밸러스트 수 처리 장치 및 방법{Apparatus and Method for treatment of ballast water using electrolysis}

본 발명은 전기분해식 밸러스트 수 처리 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 선박이 염분 농도가 낮은 담수 지역을 운항하는 경우에도 전기분해 방법을 이용하여 밸러스트 수를 처리할 수 있는 전기분해식 밸러스트 수 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 해상에서 운송하는 화물선박은 유사한 화물의 상호 교환을 위하여 왕복 항해하는 선박을 제외하고는 대부분 편도 운항을 한다. 그리고, 편도 운항을 만재 상태로 항해한 후 귀환 항해 시에는 선박의 균형, 안전성 및 조종 성능 향상 등을 위하여 밸러스트 수(평형수; ballast water)를 선내로 유입하여 밸러스트 상태로 항해를 하게 된다.

이때, 밸러스트 수는 한 항구에서 채워져서 다른 곳으로 이송되어, 거기서 새로운 항구 내에 배출된다. 이와 같이, 먼 위치로부터 실려져 온 밸러스트 수에 포함된 미생물과의 방출은 새로운 환경에 유해할 뿐만 아니라, 새로운 항구에서도 사람과 동물 모두에게 위험할 수 있다.

비-천연적인 해양 생물을 신규 생태계로 도입시키면, 신규 종에 대해 자연적인 방어체계를 지니고 있지 않을 수 있는 천연 식물군 및 동물군에게 파괴적인 효과를 미칠 수 있다. 또한, 콜레라와 같은 해로운 세균성 병원균이 원래의 항구에 존재할 수 있다. 이러한 병원균은 시간이 지남에 따라 밸러스트 탱크 내에서 증식되어, 이들이 방출되는 영역에서 질병을 발생시킬 수 있다.

이러한 해양 생물 및 병원균에 의해 제기되는 위험은 밸러스트 수 내에 존재하는 상기한 종들을 치사(致死)시켜 조절할 수 있다.

여기서, 전기 분해법을 이용하여 밸러스트 수를 처리하는 방법 또는 장치는 다음과 같다. 국내 특허출원번호 제10-2003-0094867호의 "차아염소산나트륨을 이용한 전해식 밸러스트 수 처리방법 및 처리장치"는 밸러스트 수 탱크의 밸러스트 수를 차아염소산나트륨을 이용하여 전기분해 처리하는 기술이며, 국내 특허출원번호 제10-2006-0100055호의 "복극식 전기분해시스템을 이용한 선박 밸러스트 수 살균장치"는 밸러스트 탱크 내에 전해살균장치와 이를 강제 순환시키기 위한 순환펌프를 구비하는 기술이고, 국내 특허출원번호 제10-2005-0103163호의 "전해식 밸러스터 수 처리방법 및 처리장치"는 해수 중에 함유된 NaCl을 NaClO으로 변환하여 밸러스트 탱크에 공급하는 방법을 통하여 밸러스트 수를 처리하는 방법이다.

그런데, 상술한 전기분해 방식을 이용한 밸러스트 수 처리는 해수 중에 포함된 NaCl을 NaClO으로 변환해야 하기 때문에, 해수 지역에서는 사용이 용이하지만, 선박이 강과 같은 담수 지역(특히, 염분 농도가 0.5pus 이하인 지역)을 운항하는 경우에는 전기분해 방법이 사용 불가능하다는 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 선박이 염분 농도가 낮은 담수 지역을 운항하는 경우에도 전기분해 방법을 이용하여 밸러스트 수를 처리할 수 있는 전기분해식 밸러스트 수 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 해수 저장 탱크; 선박 외부로부터 유입되는 물의 염분 농도를 측정하는 염분 농도 측정부; 선박 외부로부터 유입되는 물과 상기 해수 저장 탱크로부터 유입되는 해수를 혼합하는 이덕터; 상기 이덕터를 통과한 물을 전기 분해하는 전기 분해 챔버; 및 상기 염분 농도 측정부의 측정 결과에 따라 상기 해수 저장 탱크를 개폐를 제어하는 제어부를 포함한다.

바람직하게는, 상기 해수 저장 탱크와 상기 이덕터 사이에 설치되어 상기 해수 저장 탱크로부터 상기 이덕터로 유입되는 해수의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 염분 농도 측정부의 측정값에 따라 상기 해수 저장 탱크의 해수가 상기 이덕터로 유입되도록 상기 유량 조절 밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.

더 바람직하게는, 상기 제어부는 상기 염분 농도 측정부의 측정값이 0.5 PSU 이하인 경우, 선박 외부로부터 유입되는 물의 유량과 상기 해수 저장 탱크의 해수의 유량이 95:5의 비율이 되도록 상기 유량 조절 밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.

대안적으로, 상기 제어부는 상기 이덕터를 통해 혼합된 물의 염분 농도가 1 PSU 이상이 되도록 상기 유량 조절 밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 a) 염분 농도 측정부를 통해 선박 외부로부터 유입되는 물의 염분 농도를 측정하는 단계; b) 상기 염분 농도 측정부의 측정값에 따라, 해수 저장 탱크에 저장된 해수가 이덕터로 유입되도록 유량 조절 밸브를 제어하는 단계; 및 c) 상기 이덕터를 통해 혼합된 물을 전기 분해 챔버로 전기 분해하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 b) 단계에서, 상기 염분 농도 측정부의 측정값이 0.5 PSU 이하인 경우, 선박 외부로부터 유입되는 물의 유량과 상기 해수 저장 탱크의 해수의 유량이 95:5의 비율이 되도록 상기 유량 조절 밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.

대안적으로, 상기 b) 단계는, 상기 이덕터를 통해 혼합된 물의 염분 농도가 1 PSU 이상이 되도록 상기 유량 조절 밸브를 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 선박이 해수 지역을 운항할 때뿐만 아니라 담수 지역을 운항하는 경우에도 전기분해 방식을 이용하여 밸러스트 수를 처리할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기분해식 밸러스트 수 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도,
도 2는 본 발명에 따른 전기분해식 밸러스트 수 처리 방법을 나타낸 플로우차트,
도 3은 본 발명에 따른 전기분해식 밸러스트 수 처리 방법의 다른 실시예를 나타낸 플로우차트.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기분해식 밸러스트 수 처리 장치 및 방법의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성 요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전기분해식 밸러스트 수 처리 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기분해식 밸러스트 수 처리 장치는 해수 저장 탱크(100), 염분 농도 측정부(200)(CSU; conductivity sensor unit), 이덕터(300)(eductor), 전기 분해 챔버(400)(ECU; electro chamber unit) 및 제어부(미도시)를 포함한다.

해수 저장 탱크(100)는 선박의 해수 지역 운항시 우현 유입구(10) 및 좌현 유입구(20)를 통해 유입된 해수를 저장하는 공간이다. 해수 저장 탱크(100)는 우현 유입구(10) 및 좌현 유입구(20)와의 사이에 설치된 개폐 밸브들(101)을 통해 해수의 유출입을 제어할 수 있고, 이 개폐 밸브들(101)은 기본적으로 선박의 해수 지역 운항시에 해수가 유입되도록 일정시간 개방되어 있다가 해수 저장 탱크(100)가 일정량 이상의 해수로 채워진 후에 폐쇄된다. 그리고, 선박이 담수 지역을 운항할 때, 밸브들(102)이 개방되어 후술되는 이덕터(300)로 해수를 공급한다.

염분 농도 측정부(200)는 선박 외부로부터 우현 유입구(10) 또는 좌현 유입구(20)를 통해 유입되는 물의 염분 농도를 측정하는 역할을 한다.

이덕터(300)는 해수 저장 탱크(100)로부터 연장된 배관 및 우현 유입구(10) 또는 좌현 유입구(20)로부터 연장된 배관과 연결되고, 이들 배관을 통해 해수 저장 탱크(100)의 해수 및 선박 외부의 물이 이덕터(300)로 유입된다. 그리고, 이덕터(300)는 유입된 해수 및 선박 외부의 물을 혼합하는 역할을 한다.

전기 분해 챔버(400)는 내부에 구비된 전극을 이용하여 유입된 해수 중에 함유된 NaCl을 NaClO으로 변환함으로써, 밸러스트 수 내에 존재하는 해양 생물 및 병원균을 치사시킨다.

그리고, 제어부는 염분 농도 측정부(200)의 염분 측정 결과에 따라 해수 저장 탱크(100)의 밸브들을 제어한 한다.

한편, 도 1에 도시된 것처럼, 상술한 염분 농도 측정부(200), 이덕터(300), 전기 분해 챔버(400) 및 후술되는 각종 부품들은 선박의 좌현 및 우현의 배치에 따라 대칭되는 한 쌍으로 구비될 수 있다.

상술한 구성에 따라, 선박 운항 중에 염분 농도 측정부(200)는 우현 유입구(10) 및 좌현 유입구(20)로 유입되는 물의 염분 농도를 측정한다. 그리고, 측정된 염분 농도값이 기 설정값 이하이며, 제어부는 선박이 담수 지역을 항해하고 있다고 판단하고, 해수 저장 탱크(100)의 해수 및 선박 외부의 담수가 함께 이덕터(300) 내부로 유입되도록 밸브들을 제어한다.

그러면, 이덕터(300) 내부에서 해수 및 담수가 혼합되고, 이 혼합된 물은 전기 분해 챔버(400)로 유입된다. 그리고, 전기 분해 챔버(400)에 유입된 물은 해수 중의 염분을 포함하고 있기 때문에, 전기 분해 처리 가능하게 된다. 이때, 이덕터(300)에서 혼합된 물은 전기 분해 챔버(400)로 유입되기 전에 스트레이너(410)(strainer)를 거친다. 이 스트레이너(410)는 유체 속에 포함된 고형물을 제거하여 전기 분해 챔버(400)에 이물질이 유입하는 것을 방지하는 장치이다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 전기분해식 밸러스트 수 처리 장치는 해수 저장 탱크(100)와 이덕터(300) 사이의 배관에 설치되어 해수 저장 탱크(100)로부터 이덕터(300)로 유입되는 해수의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브(500)를 더 포함한다.

그리고, 제어부는 염분 농도 측정부(200)의 염분 측정값에 따라 해수 저장 탱크(100)의 해수가 이덕터(300) 내부로 유입되도록 유량 조절 밸브(500)를 제어한다.

여기서, 제어부는 염분 농도 측정부(200)의 염분 측정값이 0.5 PSU 이하인 경우, 선박 외부로부터 유입되는 담수의 유량과 해수 저장 탱크(100)로부터 나오는 해수의 유량이 95:5 정도의 비율이 되도록 유량 조절 밸브(500)의 개폐 각도를 제어한다. 즉, 유량 조절 밸브(500)는 이덕터(300) 내부로 유입되는 해수 유량이 담수 유량의 대략 5%가 되도록 조절된다. 이때, 유량은 이덕터(300)와 전기 분해 챔버(400) 사이에 구비된 유량 측정부(600)를 통해 해수와 담수의 전체 유량이 측정되고, 측정된 전체 유량을 기초로 유량 조절 밸브(500)를 제어하여 해수의 유량을 조절하게 된다.

이러한 제어 작동에 의해, 이덕터(300)를 통해 혼합된 담수와 해수의 혼합물은 염분 농도가 대략 1 PSU 이상을 유지할 수 있게 된다. 따라서, 이덕터(300)를 통과한 담수는 전기 분해 챔버(400)에서 전기 분해 처리가 가능해진다.

대안적으로, 제어부는 이덕터(300)를 통해 혼합된 물의 염분 농도가 대략 1 PSU 이상이 되도록 유량 조절 밸브(500)를 제어할 수 있다. 이 경우, 제어부는 염분 농도 측정부(200)의 측정값을 기초로 하여, 염분 농도가 설정값(1 PSU) 이상이 되도록 유량 조절 밸브(500)의 개폐 각도를 조절한다.

한편, 상술한 과정을 거쳐 처리된 밸러스트 수는 좌현 밸러스트 탱크(710) 및 우현 밸러스트 탱크(720)로 유입되어, 선박의 평형을 유지한다. 그리고, 밸러스트 탱크들(710, 720)로 유입되고 남은 물은 배출구(730)를 통해 선박 외부로 배출된다.

이때, 처리된 밸러스트 수 중 일부는 밸러스트 수의 상태를 검사하기 위해 배출구(730)를 통해 배출되기 전에 샘플링 포트(740)로 유입될 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 따른 전기분해식 밸러스트 수 처리 장치는 선박이 해수 지역을 운항할 때는 선박 외부의 물이 이덕터(300)를 통하지 않고 바로 전기 분해 챔버로 유입되어 처리되고, 선박이 담수 지역을 운항할 때는 선박 외부의 물과 해수 저장 탱크(100)의 해수가 이덕터(300)에서 혼합되어 전기 분해에 필요한 염분을 확보한 후 전기 분해 챔버(400)에서 처리됨으로써, 담수 지역 운항시에도 밸러스트 수의 전기분해 처리가 가능하다.

도 2는 본 발명에 따른 전기분해식 밸러스트 수 처리 방법을 나타낸 플로우차트로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기분해식 밸러스트 수 처리 장치는 다음과 같은 방법으로 밸러스트 수를 처리한다.

먼저, 우현 유입구(10) 및 좌현 유입구(20)를 통해 선박 외부로부터 선박 내부로 유입되는 물은 염분 농도 측정부(200)를 통해 염분 농도가 측정된다(S100).

그러면, 제어부는 염분 농도 측정부(200)의 측정값에 따라, 해수 저장 탱크(100)에 저장된 해수가 이덕터(300)로 유입되도록 유량 조절 밸브(500)를 제어한다(S200).

구체적으로, 상기 S200 단계에서, 제어부는 염분 농도 측정부(200)를 통해 측정된 염분 농도값이 기 설정값 이하인지를 판단한다(S210). 여기서 기 설정된 염분 농도값은 0.5 PSU이고, 제어부는 측정된 염분 농도가 0.5 PSU 이하이면 선박이 담수 지역을 운항 중이라 판단한다. 이어서, 제어부는 선박 외부로부터 유입되는 담수와 해수 저장 탱크(100)로부터 나오는 해수의 유량이 95:5의 비율이 되도록 유량 조절 밸브(500)의 개폐 각도를 제어한다(S220). 이때, 유량은 이덕터(300)와 전기 분해 챔버(400) 사이에 구비된 유량 측정부(600)를 통해 해수와 담수의 전체 유량이 측정되고, 측정된 전체 유량을 기초로 유량 조절 밸브(500)를 제어하여 해수의 유량을 조절하게 된다.

그리고 나서, 이덕터(300)를 통해 혼합된 해수와 담수는 전기 분해 챔버(400)로 유입되고, 전기 분해 챔버(400) 내에서 전기분해 처리된다(S300). 여기서, 이덕터(300)를 통해 혼합된 담수와 해수의 혼합물은 해수에 포함된 염분을 함유하고 있기 때문에 전기 분해 챔버(400)에서 전기 분해 처리가 가능해진다.

이렇게 전기 분해 처리된 밸러스트 수는 우현 밸러스트 탱크(710) 및 좌현 밸러스트 탱크(720)로 유입되어, 선박의 평형을 유지한다. 그리고, 밸러스트 탱크들(710, 720)로 유입되고 남은 물은 배출구(730)를 통해 선박 외부로 배출된다(S400).

한편, 도 3은 본 발명에 따른 전기분해식 밸러스트 수 처리 방법의 다른 실시예를 나타낸 플로우차트로서, 염분 농도 측정부(200)의 측정값에 따라, 해수 저장 탱크(100)에 저장된 해수가 이덕터(300)로 유입되도록 유량 조절 밸브(500)를 제어하는 단계(S200')는 다음과 같은 단계들을 통해 수행될 수 있다.

먼저, 염분 농도 측정부(200)를 통해 선박 외부로부터 유입되는 물의 염분 농도를 측정한 후(S100), 제어부는 선박 외부로부터 유입된 물과 해수 저장 탱크(100)의 해수가 이덕터로 유입되도록 유량 조절 밸브(500)를 제어한다(S210'). 이어서, 제어부는 이덕터(300)를 통해 혼합된 물의 염분 농도가 1 PSU 이상이 되도록 유량 조절 밸브(500)의 개폐 각도를 제어한다(S220'). 이 경우, 제어부는 염분 농도 측정부(200)의 측정값을 기초로 하여, 염분 농도가 설정값(1 PSU) 이상이 되도록 유량 조절 밸브(500)의 개폐 각도를 조절한다.

따라서, 이덕터(300)를 통해 혼합된 담수와 해수는 일정 농도 이상의 염분을 포함하고 있기 때문에, 전기 분해 챔버(400)에서 전기 분해 처리가 가능해진다. 즉, 본 발명에 따른 전기분해식 밸러스트 수 처리 방법을 통해 선박이 해수 지역을 운항할 때뿐만 아니라 담수 지역을 운항할 때도 밸러스트 수를 처리할 수 있다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 해수 저장 탱크 200: 염분 농도 측정부
300: 이덕터 400: 전기 분해 챔버
500: 유량 조절 밸브 600: 유량 측정부
710, 720: 밸러스트 탱크

Claims (7)

1. 선박의 해수 지역 운항시에 선박의 우현 및 좌현 유입구를 통해 해수가 유입되어 저장되는, 밸러스트 탱크들과는 별도로 구비된 해수 저장 탱크;
   상기 우현 및 좌현 유입구와 상기 해수 저장 탱크 사이에 설치되어 상기 해수 저장 탱크의 해수의 유출입을 제어하는 개폐 밸브들;
   선박 외부로부터 유입되는 물의 염분 농도를 측정하는 염분 농도 측정부;
   선박 외부로부터 유입되는 물과 상기 해수 저장 탱크로부터 유입되는 해수를 혼합하는 이덕터;
   상기 해수 저장 탱크와 상기 이덕터 사이에 설치되어 상기 해수 저장 탱크로부터 상기 이덕터로 유입되는 해수의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브;
   상기 이덕터를 통과한 물을 전기 분해하는 전기 분해 챔버; 및
   상기 염분 농도 측정부의 측정 결과에 따라 상기 개폐 밸브들을 제어하여 상기 해수 저장 탱크에 해수를 저장하고, 상기 유량 조절 밸브를 제어하여 상기 해수 저장 탱크의 해수가 상기 이덕터로 유입되도록 하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 분해식 밸러스트 수 처리 장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 염분 농도 측정부의 측정값이 0.5 PSU 이하인 경우, 선박 외부로부터 유입되는 물의 유량과 상기 해수 저장 탱크의 해수의 유량이 95:5의 비율이 되도록 상기 유량 조절 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기분해식 밸러스트 수 처리 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 이덕터를 통해 혼합된 물의 염분 농도가 1 PSU 이상이 되도록 상기 유량 조절 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기분해식 밸러스트 수 처리 장치.
   
5. 제1항에 따른 전기분해식 밸러스트 수 처리 장치를 이용하여 밸러스트 수를 처리하는 방법으로서,
   a) 염분 농도 측정부를 통해 선박 외부로부터 유입되는 물의 염분 농도를 측정하는 단계;
   b) 상기 염분 농도 측정부의 측정값에 따라, 해수 저장 탱크에 저장된 해수가 이덕터로 유입되도록 유량 조절 밸브를 제어하는 단계; 및
   c) 상기 이덕터를 통해 혼합된 물을 전기 분해 챔버로 전기 분해하는 단계를 포함하는 전기분해식 밸러스트 수 처리 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 b) 단계에서, 상기 염분 농도 측정부의 측정값이 0.5 PSU 이하인 경우, 선박 외부로부터 유입되는 물의 유량과 상기 해수 저장 탱크의 해수의 유량이 95:5의 비율이 되도록 상기 유량 조절 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기분해식 밸러스트 수 처리 방법.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 b) 단계는, 상기 이덕터를 통해 혼합된 물의 염분 농도가 1 PSU 이상이 되도록 상기 유량 조절 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 전기분해식 밸러스트 수 처리 방법.

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