KR101618611B1

KR101618611B1 - 수소 분리 장치 및 이를 포함하는 밸러스트수 처리 시스템

Info

Publication number: KR101618611B1
Application number: KR1020140093391A
Authority: KR
Inventors: 박상호
Original assignee: 삼성중공업 주식회사
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2016-05-09
Anticipated expiration: 2034-07-23
Also published as: KR20160011986A

Abstract

수소 분리 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치는, 선박용 밸러스트수 처리 시스템의 전기 분해 설비에서 생산된 전해 살균액으로부터 수소 가스를 분리시키는 수소 분리 장치로서, 원심력을 이용하여 전해 살균액으로부터 액체와 기체를 분리하는 사이클론을 포함하는 기액 분리부; 기액 분리부의 상부에 배치되고 사이클론에서 분리된 기체를 배출시키는 기체 배출부; 및 기액 분리부의 하부에 배치되고 사이클론에서 분리된 액체를 배출시키는 액체 배출부를 포함하며, 기체 배출부는, 기액 분리부와 연결되어 사이클론에서 분리된 기체와 분리된 기체에 포함된 액체가 저장되는 분리 챔버; 및 분리 챔버에 저장된 기체를 배출시키도록 분리 챔버의 상부에 연결되는 기체 배출관을 포함하되, 기체 배출관은 잔존하는 액체 성분이 제거된 상태로 기체가 배출되도록 분리 챔버에 저장된 액체의 양에 따라 개폐가 제어된다.

Description

수소 분리 장치 및 이를 포함하는 밸러스트수 처리 시스템{APPARATUS FOR SEPARATING HYDROGEN AND SYSTEM FOR TREATING BALLAST WATER HAVING THE SAME}

본 발명은 선박용 밸러스트수 처리 시스템의 전기 분해 설비에서 생산된 전해 살균액에서 수소 가스를 분리하는 수소 분리 장치 및 이를 포함하는 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 염소 기체 또는 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 염소 기체 또는 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.

본 발명의 일 실시예는 밸러스트수 처리 시스템의 전기 분해 설비에서 생산된 전해 살균액으로부터 수소 가스를 효과적으로 분리시키는 수소 분리 장치를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선박용 밸러스트수 처리 시스템의 전기 분해 설비에서 생산된 전해 살균액으로부터 수소 가스를 분리시키는 수소 분리 장치로서, 원심력을 이용하여 상기 전해 살균액으로부터 액체와 기체를 분리하는 사이클론을 포함하는 기액 분리부; 상기 기액 분리부의 상부에 배치되고 상기 사이클론에서 분리된 기체를 배출시키는 기체 배출부; 및 상기 기액 분리부의 하부에 배치되고 상기 사이클론에서 분리된 액체를 배출시키는 액체 배출부를 포함하며, 상기 기체 배출부는, 상기 기액 분리부와 연결되어 상기 사이클론에서 분리된 기체와 상기 분리된 기체에 포함된 액체가 저장되는 분리 챔버; 및 상기 분리 챔버의 상부에 상기 분리 챔버와 연결되분는 기체 배출관을 포함하를 배출시키되, 상기 기체 배출관은 잔존하는 액체 성분이 제거된 상태로 상기 기체가 배출되도록 상기 분리 챔버에 저장된 액체의 양에 따라 개폐가 제어되는 기체 배출관을 포함하는, 수소 분리 장치가 제공된다.

이 때, 상기 기체 배출부는, 상기 분리 챔버에 저장된 액체에 부유되도록 부력을 가지며 상기 분리 챔버액체의 수위가 높아지면 상기 기체 배출관을 폐쇄하도록 형성되는 개폐 부재를 더 포함할 수 있다.

이 때, 상기 기체 배출부는, 상기 분리 챔버와 상기 기체 배출관이 상기 분리 챔버의 상측에 형성된 연통홀을 통해 연통되며, 상기 개폐 부재는 상기 연통홀을 개폐할 수 있도록 형성될 수 있다.

이 때, 상기 연통홀은 하부 방향으로 볼록한 볼록부에 형성되고, 상기 연통홀을 폐쇄하는 상기 개폐 부재의 상부 측에는 상기 볼록부에 대응되는 오목부가 형성될 수 있다.

또한, 상기 개폐 부재의 상부 측에는 상기 연통홀에 삽입되는 삽입부가 형성되며, 상기 삽입부는 상부로 갈수록 뾰족해지는 형태로 형성될 수 있다.

한편, 상기 기체 배출관의 일측은 블로워를 통해 공기를 공급하는 공기 공급관과 연결될 수 있다.

또한, 상기 기체 배출관의 내부에는 기체의 배출 방향으로 뾰족한 쐐기 형태로 형성되는 차단 부재가 설치될 수 있다.

또한, 상기 기액 분리부는, 메인 챔버; 및 상기 메인 챔버로 상기 전해 살균액을 공급하는 전해 살균액 공급관을 더 포함하되,고, 상기 사이클론은 복수 개로 구성되며, 상기 복수 개의 사이클론은 상기 메인 챔버 내부에 병렬로 배열될 수 있다.

또한, 상기 액체 배출부는, 상기 사이클론에서 분리된 액체가 저장되는 수집 챔버; 및 상기 수집 챔버에 저장된 액체를 배출시키는 액체 배출관을 포함할 수 있다.

또한, 상기 분리 챔버에 저장된 액체를 상기 기액 분리부로 순환시키는 순환 펌프를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 선박 외부의 해수를 상기 선박 내부의 밸러스트 탱크로 공급하는 밸러스트 배관; 상기 밸러스트 배관을 흐르는 해수를 이용하여 전해 살균액을 생산하는 전기 분해 설비; 및 상기 전기 분해 설비에서 생산된 전해 살균액에서 기체와 액체를 분리하는 상기 수소 분리 장치를 포함하며, 상기 수소 분리 장치에서 분리된 액체는 상기 밸러스트 배관으로 배출되는, 밸러스트수 처리 시스템이 제공된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸러스트수 처리 시스템에 사이클론이 구비된 수소 분리 장치를 포함함으로써, 전해 살균액에서 수소 가스를 분리하여 배출시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 수소 분리 장치에서 부력을 가지는 개폐 부재를 기체 배출부에 설치함으로써, 전해 살균액에 포함된 수소 가스를 효과적으로 분리시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치가 포함된 밸러스트수 처리 시스템을 간략히 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치 중 사이클론을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치의 다른 형태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치에서 수소가 분리되어 배출되는 과정을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치 중 개폐 부재가 작동되는 모습을 도시한 도면이다.
도 7은 도 6에서 Ⅶ-Ⅶ'의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치 중 개폐 부재를 도시한 도면이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치 중 개폐 부재의 다른 형태를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치에 순환 펌프가 포함된 모습을 도시한 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100)를 포함하는 밸러스트수 처리 시스템(10)을 간략히 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 밸러스트수 처리 시스템(10)은 선박의 외부에서 유입되는 해수, 즉 밸러스트수를 선박의 내부에 구비된 밸러스트 탱크(18)로 유입시킬 때, 밸러스트수에 함유된 각종 해양 생물 및 병원균 등을 살균 처리하는 시스템으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸러스트 배관(12), 밸러스트 탱크(18), 밸러스트 펌프(11), 전기 분해 설비(14) 및 수소 분리 장치(100)를 포함한다.

이 때, 밸러스트 배관(12)은 선박 외부의 해수가 밸러스트수로서 유입되어 밸러스트 탱크(18)까지 이동되는 배관이다.

또한, 밸러스트 탱크(18)는 밸러스트수가 저장되는 공간으로서, 선박 내에는 복수 개의 밸러스트 탱크(18)가 구비될 수 있다.

또한, 밸러스트 펌프(11)는 유입된 해수가 밸러스트 탱크(18)까지 이동될 수 있는 압력을 제공하는 설비로서, 밸러스트 배관(12)에 설치될 수 있으며, 밸러스트 배관(12)에는 유입되는 해수에서 이물질을 걸러낼 수 있는 필터(13)가 설치될 수도 있다.

또한, 전기 분해 설비(14)는 염수를 전기 분해하여 살균 물질인 차아염소산을 생산하는 설비이다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 밸러스트 배관(12)을 흐르는 해수 중 일부가 분기되어 전기 분해 설비(14)로 공급될 수 있다.

예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템(10)은, 밸러스트 배관(12)을 흐르는 해수의 일부를 분기하여 전기 분해 설비(14)로 공급하는 분기 배관(15)을 포함할 수 있다.

이 때, 분기 배관(15)을 통해 전기 분해 설비(14)로 공급된 해수는 전기 분해되어 살균 물질인 차아염소산이 함유된 전해 살균액을 생산할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 생산된 전해 살균액은 다시 밸러스트 배관(12)으로 주입될 수 있다.

이 때, 전기 분해 설비(14)에서 생산된 전해 살균액에는 전기 분해 반응에서 발생되는 수소 가스가 포함되어 있게 되는데, 수소 가스는 폭발 위험이 있으므로, 전해 살균액으로부터 분리시켜 외부로 배출시킨 후에, 밸러스트 배관(12)으로 주입시킬 필요가 있다.

이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 밸러스트수 처리 시스템(10)은, 전기 분해 설비(14)에서 생산된 전해 살균액으로부터 수소 가스를 분리시키는 수소 분리 장치(100)를 포함할 수 있다.

이 때, 수소 분리 장치(100)는 수소 가스가 함유되어 있는 전해 살균액으로부터 수소 가스를 분리시키는 장치로서, 도 1을 참조하면, 전기 분해 설비(14)에서 생산된 전해 살균액이 밸러스트 배관(12)으로 주입되기 전에, 전해 살균액으로부터 수소 가스를 분리하여 외부로 배출시킬 수 있다.

이하, 전해 살균액으로부터 수소 가스를 효과적으로 분리시킬 수 있는 수소 분리 장치(100)의 구성을 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100)의 구조를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 수소 분리 장치(100)는 기액 분리부(120), 액체 배출부(160), 기체 배출부(140) 및 공기 순환부(170)를 포함할 수 있다.

기액 분리부(120)는 전기 분해 설비(14, 도 1 참조)에서 생산된 전해 살균액을 액체와 기체로 분리하는 구성으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 메인 챔버(122), 전해 살균액 공급관(124) 및 사이클론(126)을 포함할 수 있다.

이 때, 메인 챔버(122)는 기액 분리부(120)의 몸체로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 일측에 전해 살균액 공급관(124)이 연결되며, 전해 살균액 공급관(124)을 통하여 내부로 전해 살균액이 공급될 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 메인 챔버(122)의 내부에는 사이클론(126)이 설치될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100) 중 사이클론(126)을 도시한 도면이다.

사이클론(126)은 원심력을 이용하여 전해 살균액으로부터 액체와 기체를 분리하는 장치이다.

이 때, 도 3에 도시된 바와 같이, 사이클론(126)의 일측에는 메인 챔버(122, 도 2 참조)의 내부 공간으로 공급된 전해 살균액이 유입될 수 있도록 투입구(127)가 형성될 수 있으며, 상단에는 분리된 기체가 배출되는 기체 배출구(128)이 형성되고, 하단에는 분리된 액체가 배출되는 액체 배출구(129)가 형성될 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 사이클론(126)은 원통 또는 원추 형태로 형성될 수 있으며, 내부로 유입된 전해 살균액을 고속으로 회전시킴으로써, 원심력에 의하여 전해 살균액을 기체와 액체로 분리시킬 수 있다.

보다 상세히, 고속으로 회전하는 전해 살균액의 원심력에 의하여, 중량이나 밀도가 큰 액체 성분이 사이클론(126)의 내벽으로 모이면서, 원추 형태의 사이클론(126)을 따라 하부로 이동되어, 액체 배출구(129)를 통해 분리될 수 있다.

이 때, 중량이나 밀도가 작은 기체 성분은 사이클론(126)의 중심축에 모여서 상승하는 와류를 형성하게 됨으로써, 상단의 기체 배출구(128)를 통해 분리되어 배출될 수 있다.

그러나, 사이클론(126)의 형태나 구조는 전술한 구성에 한정되는 것은 아니며, 원심력을 이용하여 액체와 기체를 분리하는 구성은 모두 이에 포함될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 사이클론(126)은 복수 개로 구성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100)의 다른 형태를 도시한 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 수소 분리 장치(100)의 메인 챔버(122)의 내부에는 복수 개의 사이클론(126)이 설치될 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수 개의 사이클론(126)은 병렬로 배열됨으로써, 전해 살균액에 대한 기액 분리 작업을 한정된 공간 내에서 보다 효율적으로 수행할 수 있다.

한편, 전술한 기액 분리부(120)의 사이클론(126)에서 분리되어 액체 배출구(129)를 통해 배출된 액체는 액체 배출부(160)에 수집되어 배출될 수 있다.

즉, 액체 배출부(160)는 기액 분리부(120)에서 분리된 액체를 수집하여 배출시키는 구성이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 액체 배출부(160)는 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이 기액 분리부(120)의 하부에 배치될 수 있다.

이는, 기액 분리부(120)의 사이클론(126)에서 분리된 액체는 하부로 분리되기 때문에, 특별한 이동 수단 없이 분리된 액체의 자중 만으로 액체를 용이하게 수집할 수 있기 때문이다.

이 때, 도 2 및 도 4를 참조하면, 액체 배출부(160)는 수집 챔버(162) 및 액체 배출관(164)을 포함할 수 있다.

이 때, 수집 챔버(162)는 사이클론(126)에서 분리된 액체를 수집하는 공간이며, 액체 배출관(164)은 수집 챔버(162)에 수집된 액체, 즉 수소 가스를 포함한 기체가 분리된, 전해 살균액을 밸러스트 배관(12, 도 1 참조)으로 배출시키기 위한 배관이다.

이 때, 도 4를 참조하면, 수집 챔버(162)는 복수 개의 사이클론(126)에서 배출되는 액체를 모두 수집할 수 있도록 형성될 수 있다.

또한, 액체 배출관(164)을 통하여 기체(수소 가스)가 제거된 상태의 전해 살균액이 밸러스트 배관(12, 도 1 참조)으로 주입됨으로써, 수소 가스에 의한 폭발 위험을 방지할 수 있다.

한편, 기액 분리부(120)에서 분리된 기체는 기체 배출부(140)에 수집되어 배출될 수 있다.

즉, 기체 배출부(140)는 기액 분리부(120)에서 분리된 기체를 수집하여 배출시키는 구성이다.

이 때, 분리된 기체에는 수소 가스가 포함되어 있으므로, 기체 배출부(140)에서 기체를 수집하여 외부로 배출시킴으로써, 수소 가스를 외부로 배출시킬 수 있는 것이다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기체 배출부(140)에서는 기액 분리부(120)에서 분리된 기체에 일부 포함된 액체 성분이 함께 배출되지 않도록 액체 성분을를 한번 더 분리할 수 있게 구성되는 바, 이하, 기체 배출부(140)의 구성을 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100)에서 수소가 분리되어 배출되는 과정을 도시한 도면이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100) 중 개폐 부재(130)가 작동되는 모습을 도시한 도면이다.

도 7은 도 6에서 Ⅶ-Ⅶ'의 단면도이다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100) 중 개폐 부재(130)를 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100)에서 기체 배출부(140)는, 도 2를 참조하면, 기액 분리부(120)의 상부에 배치될 수 있다.

이는, 기액 분리부(120)의 사이클론(126)에서 분리된 기체는 상부로 배출되기 때문에, 배출되는 기체를 용이하게 수집할 수 있기 때문이다.

도 2를 참조하면, 기체 배출부(140)는 분리 챔버(142), 기체 배출관(144), 가이드 관(150) 및 개폐 부재(130)를 포함할 수 있다.

분리 챔버(142)는 기액 분리부(120)의 사이클론(126)에서 분리된 기체와 분리된 기체에 포함된 액체가 함께 저장되는 공간이다.

이 때, 분리 챔버(142)에 저장되는 기체에는 일부 액체 성분이 포함되어 있을 수 있다.

보다 상세히, 기액 분리부(120)의 사이클론(126)은 회전에 의한 원심력을 이용하여 액체와 기체를 분리하는데, 사이클론(126)의 하부로는 액체가 분리되고, 상부로는 기체가 분리된다.

이 때, 사이클론(126)의 상부로 배출되는 기체에는 사이클론(126)에서의 고속 회전력 등의 영향에 의하여 액적(液滴), 즉 액체 성분이 일부 포함될 수 있다.

이에 따라, 사이클론(126)에서 분리된 기체가 저장되는 분리 챔버(142)에는 엄밀하게 기체뿐만 아니라, 기체에 포함된 액체 성분이가 함께 저장되게 된다.

즉, 분리 챔버(142)에는 기체와 액체가 함께 존재하게 된다.

따라서, 본 명세서에서 분리 챔버(142)에 존재하는 '액체'란, 분리 챔버(142)에 수집된 기체에 잔존하는 액체 성분 또는 액적이 모여서 형성된 액체를 의미한다.

한편, 분리 챔버(142)에 저장되는 액체의 양을 조절하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 분리 챔버(142)에는 저장된 액체의 수위를 측정하는 수위 측정 센서(141, 도 11 참조)가 설치될 수 있는데, 이에 대해서는 후술한다.

전술한 분리 챔버(142)에 저장된 기체와 액체 중 기체 성분만을 외부로 배출시킬 필요가 있는데, 기체 배출관(144)을 통해 배출시킬 수 있다.

즉, 기체 배출관(144)은 분리 챔버(142)에 저장된 기체, 보다 상세히는 잔존하는 액체 성분이 제거된 상태의 기체를 배출시키는 배관이다.

이 때, 기체에는 전해 살균액에 생성될 때 전기 반응에 의해 발생된 수소 가스가 포함되므로, 기체 배출관(144)을 통해 분리 챔버(142)에 저장된 기체를 배출시킴에 따라, 결과적으로 전해 살균액에 포함된 수소 가스를 분리하여 배출시킬 수 있게 된다.

도 2를 참조하면, 기체 배출관(144)은 분리 챔버(142)와 연통되어, 분리 챔버(142)에 저장된 기체를 배출시키도록 분리 챔버(142)의 상부에 연결될 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 기체 배출관(144)의 일측에는 공기 공급부(170)가 설치될 수 있다.

공기 공급부(170)는 기체 배출관(144)으로 외부의 공기를 공급하여, 기체 배출관(144)으로 배출되는 수소 가스를 희석시키고 원활하게 배출시키는 구성으로, 블로워(172) 및 공기 공급관(174)을 포함할 수 있다.

이 때, 블로워(172)는 외부의 공기를 흡입하여 고압으로 송출하는 송풍기를 포함하며, 블로워(172)는 공기 공급관(174)에 의해 기체 배출관(144)의 일측과 연결될 수 있다.

이 때, 도 5를 참조하면, 블로워(172)에서 송출되는 고압의 공기는 공기 공급관(174)을 통하여 기체 배출관(144)으로 공급될 수 있다.

이에 따라, 기체 배출관(144)으로 배출되는 기체, 특히 폭발 위험이 있는 수소 가스를 공기로 희석시킬 수 있으며, 배출되는 공기의 압력에 의하여 기체 배출관(144)을 통해 배출되는 기체에 원활한 배출을 위한 구동 압력을 제공할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 기체 배출관(144)의 내부에는 차단 부재(147)가 설치될 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5에 도시된 바와 같이, 차단 부재(147)는 기체의 배출 방향으로 뾰족한 쐐기 형태로 형성될 수 있다.

이 때, 차단 부재(147)는 기체가 배출되는 연통홀(145)의 상부 위치에 설치될 수 있다.

이에 따라, 연통홀(145)을 통해 배출되는 기체에 포함될 수 있는 액체 성분은 차단 부재(147)에 차단될 수 있으므로, 배출되는 기체에 액체가 포함되는 것을 추가적으로 한번 더 방지할 수 있다.

또한, 기체 배출관(144)은 공기 공급관(174)을 통하여 블로워(172)와 연결되므로, 기체 배출관(144)을 통해 배출되는 기체에 포함된 액체 성분에 의하여 블로워(172)가 손상되는 위험을 방지할 수도 있다.

이 때, 기체 배출관(144)과 차단 부재(147) 사이에는 기체가 통과할 충분한 공간이 형성되고, 블로워(172)를 통해 기체 배출관(144) 내부로 고압의 공기가 송출되므로, 차단 부재(147)가 설치되더라도 기체 배출관(144)을 통하여 기체는 충분히 원활하게 배출될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 전술한 기체 배출관(144)은 분리 챔버(142)에 저장된 액체의 양에 따라 개폐를 제어함으로써, 액체를 제외한 기체 성분만을 배출시킬 수 있는데, 이를 위해, 기체 배출부(140)는 개폐 부재(130) 및 가이드 관(150)을 포함한다.

보다 상세히, 개폐 부재(130)는 기체 배출관(144)을 개폐하는 부재로서, 도 5 및 도 6을 참조하면, 분리 챔버(142)에 저장된 액체에 부유되도록 부력을 가지도록 형성될 수 있다.

이에 따라, 분리 챔버(142)에 저장된 액체의 양이 적어서 수위가 낮은 경우에, 개폐 부재(130)는 기체 배출관(144)을 개방하지만, 분리 챔버(142)에 저장된 액체의 양이 많아져서 수위가 높아지면, 개폐 부재(130)는 기체 배출관(144)을 폐쇄할 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 분리 챔버(142) 내부 공간은 분리 챔버(142)의 상측에 형성된 연통홀(145)을 통하여 기체 배출관(144)과 연통될 수 있으며, 개폐 부재(130)는 승강을 통하여 연통홀(145)을 개폐함으로써 기체 배출관(144)을 개폐할 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가이드 관(150)은 분리 챔버(142)의 내부 공간에 형성될 수 있다.

가이드 관(150)은 개폐 부재(130)를 내부에 구비하여, 개폐 부재(130)의 승강을 가이드 하는 구성이며, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 연통홀(145)을 통해 기체 배출관(144)과 연통될 수 있도록 기체 배출관(144)의 하부에 형성될 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가이드 관(150)은 개폐 부재(130)의 승강 움직임을 가이드 할 수 있도록 상하 방향으로 연장되는 형태이고, 속이 빈 관 형태로 형성될 수 있다.

또한, 가이드 관(150)의 외측에는 분리 챔버(142)의 내부 공간과 연통되는 배출홀(155)이 복수 개 형성될 수 있다.

한편, 기체 배출부(140)에서 액체와 기체를 한번 더 분리하여, 기체만을 외부로 배출시키는 과정을 상세히 설명하면, 도 5에 도시된 바와 같이, 분리 챔버(142)에는 사이클론(126)에 의해 분리된 기체가 수집되는데, 분리되는 기체에는 액체 성분이 포함되어 있으므로, 분리 챔버(142)에는 액체와 기체가 함께 저장된다.

이 때, 분리 챔버(142)에 존재하는 액체는 그대로 저장되지만, 기체는 가이드 관(150)에 형성된 배출홀(155)을 통하여 가이드 관(150)으로 유입되고, 이어서 연통홀(145)을 통하여 기체 배출관(144)으로 배출된다.

이 때, 분리 챔버(142)에 존재하는 액체의 양이 많지 않은 경우라면, 도 5에 도시된 바와 같이, 가이드 관(150) 내부에 존재하는 개폐 부재(130)는 가이드 관(150)의 하부에 위치되고, 연통홀(145)은 개방된 상태가 되므로, 기체 배출관(144)을 통한 기체의 배출이 가능하다.

이 때, 공기 공급부(170)를 통해 외부의 공기가 기체 배출관(144)으로 고압으로 공급되므로, 기체 배출관(144)으로의 기체의 배출이 원활히 이루어질 수 있다.

한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 분리 챔버(142)에 존재하는 액체의 양이 많아지게 되면, 액체의 수위가 높아짐에 따라, 부력을 가지는 개폐 부재(130)가 가이드 관(150) 내부에서 상승하게 되므로, 연통홀(145)을 폐쇄하게 된다.

이에 따라, 기체 배출관(144)을 통해 기체가 배출될 수 없게 된다.

결국, 분리 챔버(142)에 저장된 액체와 기체 중에서, 액체를 제외한 기체 성분 만이 기체 배출관(144)을 통해 외부로 배출될 수 있으므로, 기액 분리 효과를 보다 높일 수 있다.

한편, 분리 챔버(142) 내부에 액체가 가득차게 되면 기체가 배출될 수 없게 되므로, 분리 챔버(142) 내부의 액체를 배출시킬 필요가 있는데, 이에 대해서는 후술한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 6 및 도 8에 도시된 바와 같이, 개폐 부재(130)의 상부 측, 연통홀(145)을 폐쇄하는 부분에는 패킹 부재(132)가 설치될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 연통홀(145)은 하부 방향으로 볼록한 볼록부(146)에 형성될 수 있으며, 이에 따라, 도 8을 참조하면, 개폐 부재(130)의 상부 측에는 볼록부(146)에 대응되는 오목부(136)가 형성될 수 있다.

이에 따라, 밀폐 효과를 향상시킬 수 있으므로, 연통홀(145)을 통해 액체가 배출되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 개폐 부재(130)가 가이드 관(150) 내부에서 원활히 승강될 수 있도록, 개폐 부재(130)의 외측에는 상하 방향으로 제 1 가이드 부재(137)가 형성될 수 있으며, 가이드 관(150)의 내측에는 제 1 가이드 부재(137)에 대응되는 제 2 가이드 부재(157)가 형성될 수 있다.

예를 들어, 도 7 및 도 8을 참조하면, 개폐 부재(130)의 외측에는 볼록한 형태의 제 1 가이드 부재(137)가 형성될 수 있으며, 가이드 관(150)의 내측에는 제 1 가이드 부재(137)의 형태에 대응되는 오목한 형태의 제 2 가이드 부재(157)가 형성될 수 있다.

이에 따라, 개폐 부재(130)는 가이드 관(150)의 내부에서 상하 승강 이동이 가능하게 지지될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 개폐 부재(130)는 다른 형태로 형성될 수도 있다.

예를 들어, 도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100) 중 개폐 부재(130)의 다른 형태를 도시한 도면이다.

도 9를 참조하면, 개폐 부재(130)의 외측에 형성된 제 1 가이드 부재(137)는 오목한 형태로 형성될 수 있으며, 이 때, 가이드 관(150) 내측에 형성되는 제 2 가이드 부재(157)는 제 1 가이드 부재(137)의 형태에 대응되도록 볼록한 형태로 형성될 수 있다.

또한, 도 10을 참조하면, 개폐 부재(130)의 상부 측에는 연통홀(145)에 삽입되는 삽입부(135)가 형성될 수 있으며, 삽입부(135)는 상부로 갈수록 뾰족해지는 형태로 형성될 수 있다.

즉, 개폐 부재(130)가 상승됨에 따라 연통홀(145)을 점차적으로 폐쇄할 수 있도록 구성할 수 있다.

한편, 앞에서 언급하였듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100)는, 분리 챔버(142)에 저장된 액체의 수위가 높아지게 되면, 액체뿐 만 아니라 기체도 외부로 배출될 수 없게 되므로, 분리 챔버(142)에 저장된 액체의 양이 기준 수위를 초과하여 개폐 부재(130)가 기체 배출관(144)을 폐쇄하게 되면, 분리 챔버(142)에 저장된 액체를 외부로 배출시킬 필요가 있다.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수소 분리 장치(100)에 순환 펌프(180)가 포함될 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100)에 순환 펌프(180)가 포함된 모습을 도시한 도면이다.

도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 분리 챔버(142)에 저장된 액체를 기액 분리부(120)로 순환시킬 수 있도록 순환 배관(184) 및 순환 펌프(180)가 구비될 수 있다.

즉, 순환 배관(184)은 분리 챔버(142)와 전해 살균액 공급관(124) 사이를 연결하고, 순환 배관(184)에는 순환 펌프(180)가 설치될 수 있다.

이에 따라, 순환 펌프(180)를 작동하여, 분리 챔버(142)에 저장된 액체를 순환 배관(184)을 통하여 기액 분리부(120)로 다시 공급할 수 있으며, 공급된 액체는 다시 기액 분리부(120)에서 기체를 분리시킬 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 11에 도시된 바와 같이, 분리 챔버(142)에는 수위 측정 센서(141)가 설치될 수 있으므로, 수위 측정 센서(141)에서 분리 챔버(142)에 저장된 액체의 수위가 기준을 초과하였음이 감지되는 경우, 순환 펌프(180)로 제어 신호를 전달하여, 순환 펌프(180)를 구동시킬 수 있다.

이에 따라, 분리 챔버(142)에 저장된 액체는 항상 일정 수위를 넘지 못하게 되고, 결국 기체 배출부(140)에서는 분리 챔버(142)에 저장된 액체가 배출되는 것을 방지하면서, 분리 챔버(142)에 저장된 기체의 배출은 중단 없이 계속 진행될 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 분리 장치(100)는, 사이클론(126)이 구비된 기액 분리부(120)를 통하여 전해 살균액으로부터 수소 가스를 포함한 기체 성분을 분리시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기액 분리부(120)에서 분리된 기체를 수집한 기체 배출부(140)에서 한번 더 기체를 분리함으로써, 기액 분리 효과를 높일 수 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 기체 배출부(140)에는 부력을 이용하여 기체 배출관(144)을 개폐하는 개폐 부재(130)가 설치됨으로써, 수소 가스를 보다 효과적으로 분리시킬 수 있다.

이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.

10 밸러스트수 처리 시스템 11 밸러스트 펌프
12 밸러스트 배관 13 필터
14 전기 분해 설비 15 분기 배관
18 밸러스트 탱크 100 수소 분리 장치
120 기액 분리부 122 메인 챔버
124 전해 살균액 공급관 126 사이클론
127 투입구 128 기체 배출구
129 액체 배출구 130 개폐 부재
132 패킹 부재 135 삽입부
136 오목부 137 제 1 가이드 부재
140 기체 배출부 141 수위 측정 센서
142 분리 챔버 144 기체 배출관
145 연통홀 146 볼록부
147 차단 부재 150 가이드 관
155 배출홀 157 제 2 가이드 부재
160 액체 배출부 162 수집 챔버
164 액체 배출관 170 공기 공급부
172 블로워 174 공기 공급관
180 순환 펌프 184 순환 배관

Claims

선박용 밸러스트수 처리 시스템의 전기 분해 설비에서 생산된 전해 살균액으로부터 수소 가스를 분리시키는 수소 분리 장치로서,
원심력을 이용하여 상기 전해 살균액으로부터 액체와 기체를 분리하는 사이클론을 포함하는 기액 분리부;
상기 기액 분리부의 상부에 배치되고 상기 사이클론에서 분리된 기체를 배출시키는 기체 배출부; 및
상기 기액 분리부의 하부에 배치되고 상기 사이클론에서 분리된 액체를 배출시키는 액체 배출부를 포함하며,
상기 기체 배출부는,
상기 기액 분리부와 연결되어 상기 기액 분리부에서 분리된 기체가 저장되는 분리 챔버;
상기 분리 챔버의 상부에 연결되어 상기 분리 챔버에 저장된 기체가 잔존하는 액체 성분이 제거된 상태로 외부로 배출되는 기체 배출관; 및
부력을 가지며 상기 분리 챔버의 수위가 높아지면 상기 기체 배출관을 폐쇄하도록 형성되는 개폐 부재를 포함하되,
상기 기체 배출관의 일측은 블로워를 통해 공기를 공급하는 공기 공급관과 연결되고,
상기 기체 배출관의 내부 중 상기 공기 공급관이 연결된 지점보다 상류 지점에는 기체의 배출 방향으로 뾰족한 쐐기 형태로 형성되는 차단 부재가 설치되는, 수소 분리 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 기체 배출부는,
상기 분리 챔버와 상기 기체 배출관이 상기 분리 챔버의 상측에 형성된 연통홀을 통해 연통되며,
상기 개폐 부재는 상기 연통홀을 개폐할 수 있도록 형성되는, 수소 분리 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 연통홀은 하부 방향으로 볼록한 볼록부에 형성되고,
상기 연통홀을 폐쇄하는 상기 개폐 부재의 상부 측에는 상기 볼록부에 대응되는 오목부가 형성되는, 수소 분리 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 개폐 부재의 상부 측에는 상기 연통홀에 삽입되는 삽입부가 형성되며,
상기 삽입부는 상부로 갈수록 뾰족해지는 형태로 형성되는, 수소 분리 장치.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 기액 분리부는,
메인 챔버; 및 상기 메인 챔버로 상기 전해 살균액을 공급하는 전해 살균액 공급관을 더 포함하되,
상기 사이클론은 복수 개로 구성되며,
상기 복수 개의 사이클론은 상기 메인 챔버 내부에 병렬로 배열되는, 수소 분리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 액체 배출부는,
상기 사이클론에서 분리된 액체가 저장되는 수집 챔버; 및
상기 수집 챔버에 저장된 액체를 배출시키는 액체 배출관을 포함하는, 수소 분리 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 분리 챔버에 저장된 액체를 상기 기액 분리부로 순환시키는 순환 펌프를 더 포함하는, 수소 분리 장치.
선박 외부의 해수를 상기 선박 내부의 밸러스트 탱크로 공급하는 밸러스트 배관;
상기 밸러스트 배관을 흐르는 해수를 이용하여 전해 살균액을 생산하는 전기 분해 설비; 및
상기 전기 분해 설비에서 생산된 전해 살균액에서 기체와 액체를 분리하는 상기 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항, 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 수소 분리 장치를 포함하며,
상기 수소 분리 장치에서 분리된 액체는 상기 밸러스트 배관으로 배출되는, 밸러스트수 처리 시스템.