KR102148919B1 - 친환경 자원 생산 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 친환경 자원 생산 장치는 화장실과 연결되어 화장실로부터 소변을 투입받는 소변 투입구, 상기 소변 투입구를 통해 투입된 소변들을 일시 저장하고, 소변에 기 설정된 값의 열을 가하는 방식으로 소변을 구성하는 물질 중 암모니아를 분리하여 포집하는 소변 분리실, 상기 소변 분리실에서 포집된 암모니아를 분해하여 수소를 포집하는 암모니아 분해실, 장치 외부로부터 공기를 흡입하는 공기 흡입구, 상기 공기 흡입구를 통해 흡입된 공기를 기 설정된 온도로 냉각하는 방식으로 액화 산소를 생성하고 상기 액화 산소 외의 물질은 외부로 배출시키는 공기 분리실 및 상기 암모니아 분해실에서 포집된 수소와 상기 공기 분해실에서 분리된 산소를 반응시켜 수소 연료 전지를 이용한 발전을 수행함과 동시에 상기 산소와 수소의 반응에 따라 물을 생성시키는 물 생성실을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

친환경 자원 생산 장치{Environment-friendly resource production equipment}
본 발명은 친환경 자원 생산 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 뇨 또는 분뇨를 이용하여 수소를 생산하고 생산된 수소를 이용하여 물 및 전기를 생산하는 장치에 관한 것이다.
수소 자동차의 엔진으로 사용되는 '수소 연료 전지'는 수소(H)를 외부에서 충전하고, 공기 중의 산소(O)와 스택 기관에서 산화(이온화)된 수소(H)를 이용하여 전기를 생성하고, 생성된 전기로 동력을 전달하는 방식의 기술이다. 이러한'수소 연료 전지'는 공해의 요인이 되는 기체가 발생하지 않고, 물(H2O)을 생성하므로 친환경적 미래기술로 많은 관심을 받고 있다. 하지만 수소를 충당하는 데 따르는 어려움 및 수소 보관의 위험성 등으로 인해 수소연료전지를 활용한 기술들의 상용화는 더디게 진행되고 있다.
이러한 수소연료전지를 이용한 기술들의 개발활성화를 위해서는 수소를 안정적으로 공급할 수 있는 시설이 확충되어야 하며, 이를 위해 국가적인 지원 및 기업들의 참여가 다각도로 진행되어야 한다. 또한 수소 생산 방식은 여전히 화석연료를 이용하는 한계를 보이고 있으며, 수소 연료 전지를 이용한 기술도 자동차 분야에 한정되어 있어 수소 연료 전지 기술을 활용한 다양한 응용이 어려운 상황이다.
한편, 수소 연료 전지 기술과 관련된 선행 기술은 공개특허공보 10-2005-0062924호가 있다.
본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로 수소 연료 전지 방식에 따른 발전 및 물 생성 현상을 이용한 뇨 또는 분뇨 처리를 수행하기 위한 목적이 있다.
또한 본 발명은 화석연료를 사용하지 않고도 안정적으로 수소를 공급할 수 있도록 하는 수소 생성 방법을 제공하기 위한 목적이 있다.
또한 본 발명은 뇨 또는 분뇨를 친환경적인 발전 방식을 통해 정화된 물로 생산하기 위한 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
또한 본 발명은 뇨 또는 분뇨로부터 생성된 정화된 물과 전력을 물부족 지역과 전력 공급 제한 지역에 지속적으로 공급할 수 있는 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 친환경 자원 생산 장치는 화장실과 연결되어 화장실로부터 소변을 투입받는 소변 투입구, 상기 소변 투입구를 통해 투입된 소변들을 일시 저장하고, 소변에 기 설정된 값의 열을 가하는 방식으로 소변을 구성하는 물질 중 암모니아를 분리하여 포집하는 소변 분리실, 상기 소변 분리실에서 포집된 암모니아를 분해하여 수소를 포집하는 암모니아 분해실, 장치 외부로부터 공기를 흡입하는 공기 흡입구, 상기 공기 흡입구를 통해 흡입된 공기를 기 설정된 온도로 냉각하는 방식으로 액화 산소를 생성하고 상기 액화 산소 외의 물질은 외부로 배출시키는 공기 분리실 및 상기 암모니아 분해실에서 포집된 수소와 상기 공기 분해실에서 분리된 산소를 반응시켜 수소 연료 전지를 이용한 발전을 수행함과 동시에 상기 산소와 수소의 반응에 따라 물을 생성시키는 물 생성실을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다양한 실시 예는 수소를 생산하기 위해 사용되는 화석연료의 사용을 절감함과 동시에 오염물질인 뇨 및 분뇨를 이용하여 에너지원을 추출하므로 환경오염을 줄이는 효과가 있다.
또한 본 발명은 자체 설비를 통해 효과적으로 물을 정수하므로, 담수 부족 지역에서의 물부족 현상을 해결하는 효과가 있다.
또한 본 발명은 수소연료전지 방식을 통해 생산된 전력을 다시 수소생산 및 원료인 뇨 및 분뇨 생성과 관련된 기술에 투입하므로 전기에너지의 효과적인 활용을 도모할 수 있다.
또한 본 발명은 생성된 전력을 주변 지역에 공급할 수 있으므로, 전력 공급 제한지역에서의 전기 부족 문제를 해결하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 자원 생산 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수소 및 물 생산 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 산소 포집 동작을 수행하는 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 물 생성실의 구조를 도시한 구성도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어'있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '직접 연결되어'있다거나 '직접 접속되어'있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 자원 생산 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수소 및 물 생산 장치의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 산소 포집 동작을 수행하는 장치의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 물 생성실의 구조를 도시한 구성도이다.
먼저, 도 1을 참조하여 설명하면, 본원 발명의 실시 예에 따른 친환경 자원 생산 장치는 화장실과 연결되어 소변만을 분리하여 채집하기 위한 소변 투입구를 포함할 수 있다. 이 외에도 상기 친환경 자원 생산 장치는 장치 케이스 100, 소변 투입구 110, 소변 분리실 120, 암모니아 저장탱크 130, 암모니아 분해실 140, 물 분리실 150, 물 저장탱크 160, 물 생성실 170, 산소 저장탱크 180, (DC/DC)컨버터 190, 배터리 200, 공기 분리실 210, 공기 흡입구 220, 태양광판 230를 포함하여 구성될 수 있다.
이 때 각 구성 요소간 연결관계는 도 1에서 도시되는 바와 같을 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 친환경 자원 생산 장치는 화장실의 뇨(또는 분뇨) 배출 통로와 연결되어 있을 수 있으며, 화장실에서 발생되는 소변 및 기타 액체(소변기 세정을 위한 물과 세정액 등)를 함께 투입받을 수 있다. 또는 다양한 실시 예에 따라 상기 친환경 자원 생산 장치는 소변만을 별도로 투입받을 수 있다.
소변이 소변 투입구 110에 투입되면, 투입된 소변은 소변 분리실 120에 모이게 된다. 그리고 상기 소변 분리실 120는 소변을 구성하는 암모니아, 물, 무기염류, 기타 물질들 중 암모니아를 포집하는 역할을 수행할 수 있다. 이 때 상기 소변 분리실 120에서는 암모니아를 포집하기 위해 소변에 열을 가하는 동작 및 기화된 암모니아를 냉각시켜 농축하는 방식의 동작 등이 수행될 수 있다. 그 밖에 상기 소변 분리실 120은 소변 내 요소가 암모니아로 변환될 수 있도록 하는 촉매 변환 시설을 포함할 수 있다.
상기 소변 분리실 120에서 암모니아가 포집되면 포집된 암모니아는 암모니아 분해실 140로 전달되게 된다. 이후 상기 암모니아 분해실 140는 포집된 암모니아로부터 수소를 추출하기 위한 동작을 수행할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 상기 소변 분리실 120에서 추출된 암모니아는 수소 추출을 위해 암모니아 분해실 140로 이동되기 전 암모니아 저장탱크 130로 옮겨져 저장될 수 있다. 다양한 실시 예에 따라 상기 암모니아 저장탱크 130는 암모니아를 기체 형태로 저장하고 있을 수도 있고, 물에 암모니아를 용해시킨 암모니아수 형태로 암모니아를 저장하고 있을 수 있다.
상기 암모니아 분해실 140은 암모니아를 분해하여 수소를 생성하는 공간 및 장치이며, 기체 상태나 액체 상태의 암모니아를 고체 상태의 나트륨과 반응시켜 고체 상태의 나트륨아마이드(NaNH2)와 기체 상태의 수소(H)를 생성시킬 수 있다. 그리고 상기 암모니아 분해실 140은 기체 상태의 수소(H)는 물 생성실 170로 이동 시키고, 남은 고체 상태의 나트륨아마이드(NaNH2)를 500℃ 이상으로 가열하여 분해시킬 수 있다. 그리고 상기 암모니아 분해실 140은 분해 후 분리된 고체 상태의 나트륨(Na)과 기체 상태의 질소(N), 수소(H) 중 기체 상태의 수소(H)를 물 생성실 170로 이동시키고, 그 외 물질들은 장치 외부로 방출하는 동작을 수행할 수 있다. 이 때 상기 암모니아 분해실 140에서 수행되는 수소 추출 동작을 화학식으로 표현하면 다음과 같다.
2NH3 + 2Na → 2NaNH2 + H2 (H2 는 물 생성실 170로 이동)
그리고 다양한 실시 예에 따라 NaNH2 가 생성된 후에 상기 암모니아 분해실 140은 상기 NaNH2를 가열시켜 추가로 수소기체를 생성할 수 있다. (NaNH2 + 500℃ 가열→Na, N, H2를 생성(H2 는 물 생성실 170로 이동))
다양한 실시 예에 따라, 상기 암모니아 분해실 140은 수소를 생성하기 위해 요구되는 물질의 투입 속도 및 양을 제어하기 위해 흐름반응기를 포함할 수 있다. 상기 흐름반응기는 반응에 요구되는 물질들을 적정량으로 제어할 수 있도록 할 수 있다. 이에 따라 상기 암모니아 분해실 140에서 반응하는 물질은 상기 흐름반응기에 의해 적정 비율로 투입될 수 있으며, 기 설정된 반응 공간 내에서 효율적으로 생성물인 수소가 발생될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따라 물 생성실 170에서는 물을 생성하기 위해 암모니아 분해실 140에서 생성된 수소와 외부를 통해 흡입된 공기 중의 산소를 반응시킬 수 있다. 이 때 상기 물 생성실 170은 수소 연료 전지의 원리를 통해 발전을 수행함과 동시에 물을 생성할 수 있다. 상기 물 생성실 170은 수소 연료 전지 자체를 의미할 수 있다. 통상적으로 수소 연료 전지는 수소를 원료로 하여 발전을 수행하고 발전 동작의 부산물로써 물을 얻게 된다.
상기 물 생성실 170에서 물을 생성하기 위해 요구되는 산소는 외부 공기에 포함된 것을 사용할 수 있다. 이를 위해서 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 자원 생성 장치는 장치 외부로부터 공기를 공급하는 공기 흡입구 220를 포함할 수 있다. 그리고 상기 공기 흡입구 220를 통과한 공기는 벌레, 먼지 등의 이물질을 제거한 순수한 기체만을 장치 내부로 운반하기 위하여 설치된 필터를 한차례 더 통과할 수 있다. 이에 따라 고체 형태의 불순물이 제거된 기체가 공기 분리실 210로 투입될 수 있다.
상기 공기 분리실 210는 공기를 분리하는 동작을 수행할 수 있다. 보다 상세하게는 상기 공기 분리실 210는 공기를 구성하는 질소(N), 산소(O), 아르곤(Ar), 이산화탄소(CO2) 들 중 산소만을 분리하여 포집하기 위한 동작을 수행할 수 있다. 이를 위해 상기 공기 분리실 210은 투입된 공기를 냉각하는 방식으로 기체 종류별 분류를 수행할 수 있다. 먼저 상기 공기 분리실 210은 1차로 공기를 최대 -88℃ 까지 냉각할 수 있다. 1차 냉각(-88℃ 이상)을 수행함에 따라 먼저 이산화탄소(CO2)가 액화될 수 있다. 그리고 액화된 이산화탄소는 상기 공기 분리실 210에서 최종적으로 분리해내고자 하는 종류의 기체가 아니므로 장치 외부로 방출될 수 있다. 또는 상기 액화된 이산화탄소는 별도로 분리 저장되어 상품으로 출하될 수도 있다. 또는 상기 액화된 이산화탄소의 일부는 냉각수(예, 물 생성실 170에서 물 생성시 일어나는 발열반응을 제어하기 위한 냉각수)를 생성하는 데 사용될 수 있다.
상기 공기 분리실 210은 1차로 이산화탄소가 제거된 상태의 공기를 2차로 냉각할 수 있다. 2차 냉각은 산소를 추출하기 위한 냉각이며, 2차 냉각 온도는 최대 -183℃ 일 수 있다. 상기 공기 분리실 210은 -183℃로 공기 분리실 210 내 공기를 냉각함에 따라 액화 산소를 생성할 수 있다. 이후 상기 공기 분리실 210은 생성된 액화 산소를 산소 저장 탱크 180로 이동시킬 수 있다.
이후 상기 산소 저장탱크 180에 액체 상태로 보관되는 산소는 물 생성실 170에 투입될 시 기체 상태로 변환되어 제공될 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 상기 산소는 공기를 필터 및 공기 분리실 210을 통과시키는 대신 산소 부화막을 통과하도록 하여 얻을 수도 있다. 상기 산소 부화막은 고분자 분리막에 대한 기체 분자들의 투과 속도 차를 이용한 분리막을 의미하며, 막의 재료로는 에틸셀루로스와 폴리비닐 알코올, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 텔레프타레이트 등이 사용될 수 있다. 상기 산소 부화막에 공기를 통과시키면 통과시키기 전공기에서의 산소 농도보다 산소의 농도를 높일 수 있으므로, 본 발명의 다양한 실시 예에 따라 상기 기재된 공기 분리실 210 대신 이용될 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 물 생성실 170에서 산소만을 추출한 상태에서 수소와 반응시킬 수도 있지만, 수소와 반응시킬 공기를 그대로 물 생성실 170에 투입할 수도 있다. 이와 같은 경우 상기 공기 분리실 210 및 산소 저장탱크 180은 친환경 자원 생산 장치에 포함되지 않을 수 있다.
상기 물 생성실 170은 암모니아 분해실 140에서 생성된 수소 기체를 수소 이온(H+)와 전자(e-)로 분리(시킨 후, 분리된 수소 이온과 전자가 각각 전해질막과 별도의 회로를 경유해 반대편의 공기극으로 이동하도록 하며, 공기극에서 수소이온은 산소를 만나 물을 생성하도록 한다. 상기 물 생성시 전자가 분자결합을 도울 수 있다. 이는 일반적인 수소 연료 전지에서의 물이 생성되는 과정에 해당하는 것이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 물 생성실 170 내에서 산소와 결합하지 못한 수소는 재순환될 수 있다.
그리고 암모니아 분해실 140에서 물 생성실 170로 수소를 공급하기 위해 수소 공급 제어기기(미도시)가 추가로 설치될 수 있는데, 상기 수소 공급 제어기기는 물 생성실 170에 잔류한 수소의 양에 따라 적절히 공급할 수소의 양을 제어할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 상기 물 생성실 170에서 발생되는 전기 에너지는 컨버터(DC/DC 컨버터) 190를 거쳐 배터리 200에 충전될 수 있다. 또한 상기 물 생성실 170에서 발생되는 전기 에너지는 배터리 200에 충전되는 방법 외에, 본 장치에 소변을 제공하는 화장실에서 전력으로 가동되는 설비와 연결될 수 있다. 이에 따라 상기 수소 공급 제어기기는 화장실 내 설비의 구동 상황에 대응하여 수소 공급량을 결정할 수 있다. 또한 상기 수소 공급 제어기기는 상기 배터리 200의 충전 잔량 정보에 기반하여 수소 공급량을 제어할 수 있다. 또는 상기 수소 공급 제어기기는 상기 배터리 200 및 연계 화장실 내 설비의 구동상황을 모두 참고하여 수소 공급량을 제어할 수도 있다. 예컨대, 상기 배터리 200의 충전 잔량이 기 설정된 값 이하이고, 화장실 내 설비(예, 비데, 에어컨, 조명 및 기타 화장실용 IoT 기기 등)에 의한 출력값이 기 설정된 값 이상일 경우, 상기 수소 공급 제어기기는 물 생성실 170로 투입되는 수소의 공급량을 예상되는 전력 부족분에 대응하는 만큼 증가시킬 수 있다.
이로써 물 생성실 170에서 소변에 의한 암모니아로부터 생성되는 수소와 외부 공기 중 산소와의 결합을 통해 물을 생성하는 동작에 대하여 살펴보았다. 그러나 본 발명의 실시 예에 따른 친환경 자원 생산 장치는 물 생성실 170 외에도 물을 생성하는 동작을 수행하는 기관을 개시할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따라 소변 분리실 120에서 암모니아가 포집된 이후의 잔여 소변은 물 분리실 150로 이동될 수 있고 상기 물 분리실 150에서 상기 잔여 소변으로부터 물이 포집될 수 있다. 이러한 상기 물 분리실 150에 대한 설명은 도 2를 참조하기로 한다.
도 2에서는 소변 111이 소변 투입구 110에 투입된 후 소변 분리실 120을 거쳐 암모니아가 포집되어 암모니아 저장탱크 130로 이동 및 암모니아 분해실 140로 이동될 수 있음에 대하여 도시되고 있다. 상기 소변 분리실 120에서 암모니아가 포집된 후 남은 잔여 소변은 물 분리실 150로 이동하게 된다. 통상적으로 소변의 90%가 물이라고 알려져 있으며, 상기 소변 투입구 110를 통해 투입된 물질은 소변 뿐 아니라, 소변기에서 소변을 배출하기 위해 소변기로 공급된 물을 포함할 수 있다. 이에 따라 상기 물 분리실 150로 이동된 물질(잔여 소변)에는 다량의 물이 섞여 있는 상태임을 짐작할 수 있다.
상기 물 분리실 150은 물 분리실 150로 투입된 잔여 소변에 열을 가하여 잔여 소변 내의 물을 기화시킨 후 기화된 수증기 상태의 물을 모아 다시 액화시키는 방식을 통해 소변으로부터 물을 포집할 수 있다. 다시 말해 상기 물 분리실 150은 암모니아를 포집한 단계 이후의 소변으로부터 증류수를 채취할 수 있다. 그리고 상기 물 분리실 150에서 가해지는 열은 상기 소변 분리실 120에서 소변에 가해지는 열의 온도보다 큰 값을 갖게 되며, 상기 물 분리실 150은 증류수를 얻기 위해 물의 끓는 점(약 100℃) 이상의 온도가 되도록 잔여 소변을 가열하게 된다.
상기 물 분리실 150은 물 분리실 150 내부에 모인 액체(암모니아 채취 단계 이후의 잔여 소변)을 100℃이상 가열함을 통해 증류된 물을 얻게 되면 이를 물 저장탱크 160로 이동시키는 동작을 수행할 수 있다. 물 저장탱크 160에 모이게 된 물은 상기 자원 생산 장치와 연계된 화장실로 공급되거나 약품처리 및 정수처리를 거쳐 식수로 공급될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 산소 포집 동작을 수행하는 장치의 구성도이다.
도 3을 참조하여 공기에서 산소를 포집하는 순서를 살펴보면, 먼저 공기 221는 장치 내부로 투입시키는 공기 흡입구 220를 거치게 되며, 이후 투입된 공기는 나노필터 215를 거쳐 공기 분리실 210로 이동하게 된다. 이때 상기 나노 필터 215는 공급원인 공기에 포함된 불필요 물질(고체형 이물질)들을 걸러내고 순수 기체만을 통과시키는 역할을 수행할 수 있다. 이후 장치 내로 유입된 공기는 공기 분리실 210에서 1차 냉각 및 2차 냉각을 거칠 수 있다. 먼저 1차 냉각은 2차 냉각보다 낮은 단계의 냉각이며, 최대 약 -88℃로 냉각되는 단계이다. 상기 1차 냉각 단계에서 이산화탄소가 액화되어 제거될 수 있다. 이후 상기 공기 분리실 210은 2차 냉각 단계에서 이산화탄소가 제거된 후 남은 잔여기체를 최대 약 -183℃로 냉각하여 액화 산소를 얻을 수 있다. 이후 상기 공기 분리실 210은 얻어진 액화 산소를 산소 저장탱크 180로 이동시킬 수 있다. 산소 저장탱크 180는 저장된 산소 181를 물 생성실 170로 공급할 시 기체상태로 공급되도록 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 물 생성실 170의 내부 구조에 대해 도시한 구성도이다.
상기 물 생성실 170은 수소 산화실 172, 물 결합실 178을 포함하여 구성될 수 있다.
먼저 상기 수소 산화실 172는 물 생성실 170 내부에 있는 수소 141를 산화(이온화)하는 장치이며, 수소를 촉매(예, 황산[H2SO4], 메타아비산 나트륨[NaASO2] 등의 전해질)을 통해 산화하여 수소 이온(H+)와 전자(e)로 분리시킬 수 있다. 수소 이온(H+)은 촉매(전해질)을 통해 수소 전자(e)는 전선을 통해 음극(-)에서 양극(+)으로 이동하게 된다. 이에 대한 화학식은 다음과 같다.
H2 + H2SO4 (or) NaASO2 = 2H+ + 2e (기타 원소는 제외하고 수소[H]만 제시)
상기 수소 산화실 172에서 생성된 수소이온(H+) 177는 물 결합실 178로 이동할 수 있고, 물 결합실에서 수소이온 177과 산소 181가 결합하여 물을 생성할 수 있다.
다시 설명하면, 상기 물 생성실 170은 수소연료전지의 일반적인 작동 원리와 동일하게 물을 생성할 수 있는데, 물 생성실 170로 공급되는 수소 141는 물 생성실 170의 (-)측(수소 산화실 172)으로 투입되고, 대기에서 흡입된 공기 또는 정제된 산소기체가 (+)극측으로 투입될 수 있다. 수소 산화실 172로 투입된 수소가 (-)측 촉매막을 지나며 전해질을 통과하면서 이온화되면, 수소에서 떨어져나온 전자는 전선 174를 따라 이동하게 된다. 그리고 전해질을 통과한 수소이온이 (+)측 촉매막(물 결합실 178)을 통과해 산소와 만나 반응을 일으킬 수 있는데, 이 때 전선 174으로 나갔던 전자는 물 결합실(+촉매) 178 쪽으로 들어오게 되고, 산소와 수소의 1:2비율로 반응하여 물과 열이 발생할 수 있다. 상기 과정에 따라 상기 전선 174에는 전자의 이동으로 인한 전류가 흐르게 되고, 생성된 물은 물 저장탱크 160 로 배출될 수 있다.
그리고 상기 물 결합실 178에 존재하는 촉매로는 예컨대, 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 세륨(Ce) 등이 사용될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따라, 상기 친환경 자원 생산 장치는 인간의 소변 뿐 아니라, 인간의 분뇨 및 가축의 분뇨를 이용하여 수소를 생산하는 방법을 개시할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에 따르면, 상기 소변 투입구 110는 분뇨 투입구 로 대체될 수 있으며, 상기 소변 분리실 120은 분뇨 분리실 로, 상기 암모니아 저장탱크 130 및 암모니아 분해실 140은 각각 메탄 저장탱크 및 메탄 분해실 로 대체될 수 있다. 그리고 분뇨 투입구로 투입된 인간 또는 가축의 분뇨는 분뇨 분리실로 투입되고, 분뇨 분리실에서는 상층부에 떠있는 액체 상태의 물질만을 걸러 물 분리실 150로 전달할 수 있다. 이후 상기 물 분리실 150은 증류 작업을 통해 증류수를 생산하고 이를 물 저장탱크 160로 전달시킬 수 있다. 이와 같은 과정을 거쳐 모인 상기 물 저장탱크 160 내 물은 다시 화장실 또는 축사 시설의 급수시설에 공급하거나 약품처리 및 정수처리를 통해 식수로 공급될 수도 있다.
상기 분뇨 분리실 에서는 산 생성균 및 메탄 생성균을 통해 유기물을 단순한 화합물인 메탄 및 이산화탄소로 바뀌는 현상이 일어날 수 있으며, 이러한 현상이 효과적으로 일어나게 하기 위해서는 온도 조절 및 혼합 동작이 요구된다. 이에 따라 상기 분뇨 분리실은 태양광 모듈 230을 통해 얻어진 열에너지를 이용해 분뇨 분리실의 온도를 세균이 활동하기 쉬운 온도인 약 30~35도로 유지하도록 할 수 있다. 또한 상기 분뇨 분리실에서는 메탄이 효과적으로 생성되도록 하기 위해 분뇨 분리실 내부의 물질을 기 설정된 주기에 따라 혼합되도록 할 수 있다. 다양한 실시 예에 따라 상기 분뇨 분리실은 투입되는 분뇨의 양을 측정할 수 있다. 내부 용량을 측정하는 게이지를 통해 분뇨 분리실에 존재하는 분뇨의 양이 기 설정된 수준 이상인 것으로 판단되면, 상기 분뇨 분리실은 분뇨 혼합동작의 주기를 증가하도록 제어할 수 있다.
또한 상기 분뇨 분리실은 센서를 구비하고, 생성된 메탄의 농도를 센서를 통해 측정할 수 있다. 메탄의 농도를 측정하는 센서에 대한 기술은 기 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 분뇨 분리실은 생성된 메탄을 고농도로 압축하기 위한 설비를 포함하여 구성될 수 있으며, 이를 통해 압축된 메탄가스는 메탄 저장탱크에 저장될 수 있다. 이후 상기 메탄 분해실에서는 일정량의 수소를 생성하기 위해 요구되는 양만큼의 메탄을 상기 메탄 저장탱크로부터 투입받고 이를 기반으로 수소를 생성할 수 있다.
상기 메탄 분해실은 메탄을 투입받은 후 여열기로 가열하는 동작을 수행한다. 이후 상기 메탄 분해실은 탈황기에서 개질기의 반응을 방해하는 유황화합물을 제거하는 동작을 수행할 수 있다. 그 후 상기 메탄 분해실 내 개질기를 통해 일산화탄소와 수소를 얻을 수 있다.
상기와 같은 방식을 통해 얻어진 수소는 물 생성실 170로 보내지고 도 1에서 설명한 바와 같이 산소와 결합하여 물과 열을 생성할 수 있게 된다. 그리고 그와 동시에 수소연료전지의 원리에 따라 전기를 생산할 수 있게 된다.
또한 본 발명은 다양한 실시 예에 따라, 공원, 경마장, 동물원 등의 설비와 연계되어 사용될 수 있다.
예컨대, 발전소 및 공원의 이용객이 사용하는 화장실, 경마장 및 동물원, 등의 관람객이 이용하는 화장실 및 동물의 분뇨가 본 발명의 소변 투입구 110 내지 상기 소변 투입구 110 에 대응하는 구성인 분뇨 투입구에 투입될 수 있다. 앞서 실시 예에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시 예에 따른 자원 생산 장치는 제공된 뇨 또는 분뇨를 이용하여 암모니아 또는 메탄을 생성하고 이를 기반으로 수소를 생성할 수 있게 된다.
그리고 본 발명의 다양한 실시 예에 따르면 물 생성실 170은 전기에너지 생산량을 측정할 수 있도록 하는 설비를 포함할 수 있다. 또한 소변 투입구 110, 소변 분리실 120 은 투입된 물질의 양을 체크할 수 있는 센서를 포함할 수 있다. 그리고 상기 자원 생산 장치는 전체 구성 설비(자원 생산 장치 및 자원 생산 장치와 연계된 화장실 시설)의 동작을 총괄적으로 제어할 수 있는 제어부(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 소변 투입구 110 또는 분뇨 투입구로 투입되는 물질의 기 설정된 기간별 양을 체크할 수 있다. 이에 따라 상기 제어부는 예컨대, 일별(또는 주별, 월별) 예상 생산 가능 수소의 양 및 전력의 양을 산출할 수 있다. 이를 기반으로 상기 제어부는 연계된 화장실에서 사용되는 전력의 소비량을 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 제어부는 소변 투입구 110에 투입되는 일별 소변의 양을 체크하고 이를 기반으로 생산 가능한 전력량을 산출하게 된다. 그리고 이후 상기 제어부는 생산 가능한 전력량이 해당하는 단계(예, 1단계(절약), 2단계(보통), 3단계(여유) 등)에 대응하는 화장실 시설 사용 수준을 설정할 수 있다. 구체적으로, 상기 제어부가 분뇨 투입 수준에 기반하여 예상가능한 생산량의 수준이 3단계인 것으로 판단한 경우, 상기 제어부는 화장실의 냉방장치 희망온도를 23℃, 변기의 자동 물내리기 기능을 항상 ON상태로 설정하고, 1단계로 판단되는 경우에는 냉방장치의 희망온도를 26℃로 설정하고, 변기의 자동 물내리기 기능은 OFF 상태로 설정할 수 있다. 다양한 실시 예에 따라 상기 제어부는 예상 가능한 전력 생산량이 기 설정된 수준 이상일 것으로 판단되는 경우에, 생산되는 전력의 일부는 본 발명의 자원 생산 장치로 재투입하고 나머지 일부는 주변 지역에 공급하도록 제어할 수 있다. 일 예로, 상기 주변 지역이란 상기 자원 생산 장치로부터 기 설정된 거리 범위 내에 존재하는 가로등, 공공기관, 가정, 축사 등을 포함할 수 있다.
또한 상기 물 생성실 170에서 생성된 물은 물 저장탱크 160로 이동되어, 물 분리실150에서 증류작업을 통해 생산된 물과 수소연료전지에서의 수소 및 산소의 결합에 따라 생성된 물이 함께 보관될 수 있다. 상기 물 저장탱크 160에서 보관되는 생성된 물은 다시 분뇨 또는 뇨를 제공하는 곳(화장실, 축사 등)에서 청소용수 등으로 사용될 수 있다. 또한 상기 물 저장탱크 160에 모인 물은 물 생성실 170에서 물을 생성할 시 발생되는 열을 냉각하기 위한 냉각수 역할을 위해 사용될 수 있다. 그리고 이 때 상기 생성된 물은 냉각수 역할을 하기 위해 공기분리실 210이 갖는 냉각기능으로 온도가 낮춰질 수 있다.
또한 상기 제어부는 상기 물 저장탱크 160에서 보관되는 물이 기준치를 초과하는 것으로 판단되는 경우에 한하여 배수처리를 할 수 있도록 제어할 수 있다.
다양한 실시 예에 따라 상기 물 저장탱크 160는 상기 생성된 물의 수질을 평가하는 센서를 추가로 구비할 수 있다. 상기 물 저장탱크 160는 보관되는 물의 이물질 농도, 냄새 등의 수질에 관한 데이터를 주기적으로 수집하여 상기 제어부에 전달할 수 있다. 또한 다양한 실시 예에 따라 상기 물 저장탱크 160는 정수 설비를 포함할 수 있으며 제어부의 제어 하에 물 저장탱크 160에 보관되는 물의 정수를 위한 약품 공급 및 이물질 거름 동작 등을 추가로 수행할 수 있다. 상기 과정을 통해 저장중인 물은 정수 처리될 수 있고, 이후 상기 정수 처리된 물은 주변 지역에 식수로 공급될 수도 있다.
다양한 실시 예에 따라, 암모니아 분해실 140은 암모니아 기체에 530℃의 온도 및 200기압으로 촉매인 나트륨 아마이드(NaNH2)또는 소금물을 가하는 방식으로 수소를 얻을 수도 있다.
상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다. 요컨대 본 발명이 의도하는 효과를 달성하기 위해 도면에 도시된 모든 기능 블록을 별도로 포함하거나 도면에 도시된 모든 순서를 도시된 순서 그대로 따라야만 하는 것은 아니며, 그렇지 않더라도 얼마든지 청구항에 기재된 본 발명의 기술적 범위에 속할 수 있음에 주의한다.
100 : 장치 케이스 110 : 소변 투입구
111 : 소변 120 : 소변 분리실
130 : 암모니아 저장탱크 140 ; 암모니아 분해실
141 : 수소 150 : 물 분리실
160 : 물 저장탱크 170 : 물 생성실
172 : 수소 산화실 173 : 전자
174: 전선 177 : 수소 이온
178: 물 결합실 180 : 산소 저장탱크
181 : 산소 190 : 컨버터
200 : 배터리 210 : 공기 분리실
215 : 나노 필터 220 : 공기 흡입구
221 : 공기 230 : 태양광판

Claims (8)

  1. 화장실과 연결되어 화장실로부터 소변을 투입받는 소변 투입구;
    상기 소변 투입구를 통해 투입된 소변들을 일시 저장하고, 소변에 기 설정된 값의 열을 가하는 방식으로 소변을 구성하는 물질 중 암모니아를 분리하여 포집하는 소변 분리실;
    상기 소변 분리실에서 소변으로부터 암모니아가 포집된 후 남은 소변을 전달받은 후 상기 전달된 소변에 기 설정된 값의 열을 가하여 증류하는 방식으로 상기 전달된 소변으로부터 물을 포집하는 물 분리실;
    상기 소변 분리실에서 포집된 암모니아를 분해하여 수소를 포집하는 암모니아 분해실;
    장치 외부로부터 공기를 흡입하는 공기 흡입구;
    상기 공기 흡입구를 통해 흡입된 공기를 기 설정된 온도로 냉각하는 방식으로 액화 산소를 생성하고 상기 액화 산소 외의 물질은 외부로 배출시키는 공기 분리실;
    상기 암모니아 분해실에서 포집된 수소와 상기 공기 분리실에서 분리된 산소를 반응시켜 수소 연료 전지를 이용한 발전을 수행함과 동시에 상기 산소와 수소의 반응에 따라 물을 생성시키는 물 생성실;
    상기 물 생성실에서 생성된 물을 보관하며, 생성된 물을 청소 용수로 재활용할 수 있도록 상기 연결된 화장실로 제공하는 물 저장탱크;
    상기 공기 흡입구에서 흡입된 물질 중 기체만을 공기 분리실로 전달하기 위하여 상기 공기 흡입구와 상기 공기 분리실 사이의 물질 전달 통로에 설치되는 나노 필터; 및
    전체 설비의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 공기 분리실은
    흡입된 기체에 대하여 1차 냉각하여 액화된 이산화탄소를 포집하여 방출한 후, 남은 기체들에 대하여 2차 냉각하여 액화된 산소를 포집하고 나머지 기체를 방출시키고,
    상기 물 생성실은
    수소를 촉매를 통해 산화시켜 수소 이온과 전자로 분리시키는 수소 산화실;
    상기 수소 산화실에서 생성된 수소 이온을 산소와 결합시키기 위한 촉매가 제공되며 상기 촉매를 통해 상기 수소이온과 상기 산소를 결합시켜 물을 생성함과 동시에 수소 연료 전지 방식에 의해 발전을 수행하는 물 결합실; 및
    상기 물 결합실에서 발생되는 전기에너지를 저장하는 배터리;를 포함하고
    상기 제어부는
    기간 별 생산 가능한 수소의 양 및 전력의 양을 산출하고, 산출된 생산 가능한 수소의 양 및 전력의 양을 기반으로 연계 화장실에서 사용되는 전력 소비량을 제어하되, 생산 가능한 전력의 양의 단계에 대응하여 화장실 시설 사용 수준을 설정하는 것을 특징으로 하는 친환경 자원 생산 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 소변 분리실은 소변에서 암모니아 기체를 발생시키기 위해 100℃이하로 소변을 가열시키는 것을 특징으로 하는 친환경 자원 생산 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    기 설정된 온도로의 가열 및 냉각에 요구되는 전력을 제공하기 위해 태양광 발전 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 친환경 자원 생산 장치.
  8. 화장실과 연결되어 화장실로부터 분뇨를 투입받는 분뇨 투입구;
    상기 분뇨 투입구를 통해 투입된 분뇨를 일시 저장하고, 분뇨에 기 설정된 값의 열을 가하여 분뇨에서 생성되는 메탄을 포집하는 분뇨 분리실;
    상기 분뇨 분리실에서 상층부에 떠 있는 액체 상태의 물질만을 걸러 제공받은 후 증류하는 방식으로 물을 포집하는 물 분리실;
    상기 분뇨 분리실에서 포집된 메탄를 분해하여 수소를 포집하는 메탄 분해실;
    장치 외부로부터 공기를 흡입하는 공기 흡입구;
    상기 공기 흡입구를 통해 흡입된 공기를 기 설정된 온도로 냉각하는 방식으로 액화 산소를 생성하고 상기 액화 산소 외의 물질은 외부로 배출시키는 공기 분리실;
    상기 메탄 분해실에서 포집된 수소와 상기 공기 분리실에서 분리된 산소를 반응시켜 수소 연료 전지를 이용한 발전을 수행함과 동시에 상기 산소와 수소의 반응에 따라 물을 생성시키는 물 생성실;
    상기 물 생성실에서 생성된 물을 보관하며, 생성된 물을 청소 용수로 재활용할 수 있도록 상기 연결된 화장실로 제공하는 물 저장탱크;
    상기 공기 흡입구에서 흡입된 물질 중 기체만을 공기 분리실로 전달하기 위하여 상기 공기 흡입구와 상기 공기 분리실 사이의 물질 전달 통로에 설치되는 나노 필터; 및
    전체 설비의 동작을 제어하는 제어부;를 포함하되,
    상기 공기 분리실은
    흡입된 기체에 대하여 1차 냉각하여 액화된 이산화탄소를 포집하여 방출한 후, 남은 기체들에 대하여 2차 냉각하여 액화된 산소를 포집하고 나머지 기체를 방출시키고,
    상기 물 생성실은
    수소를 촉매를 통해 산화시켜 수소 이온과 전자로 분리시키는 수소 산화실;
    상기 수소 산화실에서 생성된 수소 이온을 산소와 결합시키기 위한 촉매가 제공되며 상기 촉매를 통해 상기 수소이온과 상기 산소를 결합시켜 물을 생성함과 동시에 수소 연료 전지 방식에 의해 발전을 수행하는 물 결합실; 및
    상기 물 결합실에서 발생되는 전기에너지를 저장하는 배터리;를 포함하고
    상기 제어부는
    기간 별 생산 가능한 수소의 양 및 전력의 양을 산출하고, 산출된 생산 가능한 수소의 양 및 전력의 양을 기반으로 연계 화장실에서 사용되는 전력 소비량을 제어하되, 생산 가능한 전력의 양의 단계에 대응하여 화장실 시설 사용 수준을 설정하는 것을 특징으로 하는 친환경 자원 생산 장치.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220194833A1 (en) * 2020-12-21 2022-06-23 Raytheon BBN Technologies, Corp. System and Method of Separating Oxygen from A Body of Water
EP4389695A1 (en) * 2022-12-23 2024-06-26 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process for producing synthesis gas product comprising hydrogen

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005279442A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Japan Science & Technology Agency 畜産廃棄物の処理方法
JP2007260538A (ja) * 2006-03-28 2007-10-11 Toshiba Corp 有機性廃棄物処理システム
JP2010209215A (ja) * 2009-03-10 2010-09-24 Chugoku Electric Power Co Inc:The ガス分離方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0741235B2 (ja) * 1993-01-28 1995-05-10 一彦 香味 し尿処理装置ならびにこれを有する自動車および船舶
KR101114389B1 (ko) * 2009-09-11 2012-02-14 현대자동차주식회사 연료 전지용 가습 장치
KR101363504B1 (ko) * 2010-12-10 2014-02-17 삼성중공업 주식회사 연료전지시스템 및 이를 구비한 선박
KR20170015816A (ko) * 2015-07-31 2017-02-09 현대중공업 주식회사 선박

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005279442A (ja) * 2004-03-29 2005-10-13 Japan Science & Technology Agency 畜産廃棄物の処理方法
JP2007260538A (ja) * 2006-03-28 2007-10-11 Toshiba Corp 有機性廃棄物処理システム
JP2010209215A (ja) * 2009-03-10 2010-09-24 Chugoku Electric Power Co Inc:The ガス分離方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20220194833A1 (en) * 2020-12-21 2022-06-23 Raytheon BBN Technologies, Corp. System and Method of Separating Oxygen from A Body of Water
EP4389695A1 (en) * 2022-12-23 2024-06-26 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Process for producing synthesis gas product comprising hydrogen

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