KR20060051985A - 선박에 장착한 풍력발전기로써 전기분해에 의한 수소,산소, 염소,나트륨, 등 화학제품 생산 및 에너지 저장 - Google Patents

선박에 장착한 풍력발전기로써 전기분해에 의한 수소,산소, 염소,나트륨, 등 화학제품 생산 및 에너지 저장 Download PDF

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Abstract

종래의 지상에 고정되어 있는 풍력발전기를 선박에 장착하여 바다에서 일반적인 바람이나 태풍를 이용하여 풍력발전을 하고 그 풍력발전에 의해서 생산된 전기로 선박에서 물의 전기분해장치를 설치하여 수소와 산소를 생산하기도하며, 전기분해로 염소와 나트륨 및 각종 염화구리 황화수소 등을 화학제품을 생산하기도 하며. 에너지를 저장할 수 있는 축전기를 사용하여 에너지인 전기를 선박에서 저장 하는 것이다.
선박에 장착한 풍력발전기는 이 발명의 전체로써의 수직축 풍력발전기 및 수평축풍력발전기와 물의 전기분해장치 염화나트륨, 해수에서 염소와 나트륨을 생산할 수 있는 전기분해장치, 전기를 축전할 수 있는 에너지 저장장치로 구성된다.
로터블레이드 수직축풍력발전기 수평축풍력발전기 크로스프르형 S형로터 바털형 사브니우스형 다리우스형 수전해장치 간섭역

Description

선박에 장착한 풍력발전기로써 전기분해에 의한 수소, 산소, 염소,나트륨, 등 화학제품 생산 및 에너지 저장{omitted}
도면1은 선박에 장착한 풍력발전기로 물을 전기분해하여 수소 및 산소를 생산하는 시스템도.
도면2는 선박에 장착한 풍력발전기로 전기분해을 통하여 염소 및 나트륨을 생산하는 시스템도.
도면의 주요 부분에 대한 부분의 설명
도면1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 및 산소의 생산 및 저장에 관한 공정도이다.
도면2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 염소 및 나트륨의 생산 및 저장에 관한 공정도이다.
[발명이 속하는 기술분야]
본 발명은 선박에 장착한 풍력발전기에서 일반적인 풍력 및 태풍를 이용하여 생산된 전기를 물의 전기분해을 이용하여 수소 및 산소를 생산하는 전용 선박이며, 전기분해을 이용하는 염소 및 나트륨을 생산하는 전용선박이며, 풍력에 생산된 에너지을 저장하는 전용선박이다.
[종래의 기술 및 발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
종래의 선박에서 풍력발전기를 이용하여 수소 산소를 생산하는 선박{미국국 출원번호(10-2003-7002401) 국제출원번호(PTC/US2001/25843) 출원명칭(선상에서 수소를 생산 및 사용하는 시스템 및 방법)}에 있어 본 출원과 다른 점은 첫째, 종래의 출원은 선상의 일부에서 소형의 풍력발전기를 설치하며 소형의 수전해장치를 설치하고 저장장치를 설치하여 선박의 보조연료로 사용하는 데 목적이 있는 데 비하여 본 출원은 조타실을 제외하고 선박의 상갑부의 전부에 풍력발전기를 설치하고 상갑판부를 제외한 나머지 부분에서 각종 전기분해장치 및 각종 저장장치를 설치하는 것을 특징으로 한다. 다시 말해서 본 출원의 특징은 수소 및 산소 을 생산하는 전용선박인 것이다. 둘째, 종래의 출원이 수소 산소의 생산에 한정함에 비하여, 본 출원이 전기분해에 의한 수소 산소뿐만 아니라 염소 나트륨 등의 전기분해할 수 있는 화학제품의 전체를 포함하고 있으며, 셋째 , 본 출원은 풍력을 이용하여 에너지 저장을 하는 에너지 저장 전용선박인 것이다. 넷째, 본 출원은 풍력발전에서 일반적으로 풍력발전에서 사용하지 않은 태풍을 발생시부터 소멸시까지 태풍이동경로와 함께 선박이 움직이면서 풍력발전을 한다는 점이다.
[발명의 상세한 설명]
본 발명의 에너지원인 일반적인 풍력 및 태풍에 관하여 살펴보면, 우선 일반적인 풍력은 해양에서 계절적 지역적으로 보면 풍력발전을 할 수 있는 바람이 많이 분다. 예컨대, 겨울철 북극의 베링해 근처에는 풍력으로 이용할 수 있는 상당한 바람이 분다. 한편 태풍(허리케인 사이클론 월리월리)은 지금까지 풍력의 에너지원으로 사용하지 못했다. 그 이유는 지상에 고정된 풍력발전기는 순간 지나가는 태풍을 위해 각종 내구성증강장치, 제어시스템, 발전기,등 여러 가지 추가설비를 할 필요가 없는 것이다. 그러나 한국을 중심으로 해서 태풍의 발생횟수는 20개 이상이며 여기에다 북반구인 호주 뉴질랜드로 진행하는 태풍의 수도 많고 인도양에서 발생하는 태풍의 수까지 합치고 여기에다 태풍의 수명이 보통 7일에서 10일 것을 감안한다면 일 년에 200일 이상을 선박에 장착한 풍력발전기로 태풍의 발생부터 소멸시까지 태풍과 함께 이동하면서 전기 에너지를 생산할 수 있다. 이 경우 태풍과 함께 선박 이동시에, 태풍의 눈을 기준으로 했을 때, 순방향(선박의 뒷부분에서 바람이 부는 형태),즉 태풍의 눈보다 앞선 위치에서 풍력발전을 하는 것이 안전하다.
태풍에 견딜 수 있는 풍력발전기에 관하여 살펴보면 예컨데, 600Kw급 풍력발전기의 정격출력은 12.5m/sec이지만 발전한계풍속은 30m/sec이므로 태풍속에서 충분히 풍력발전을 할 수 있다. 또한 이탈리아의 수직축형가변형상로터도 30m/sec에서도 풍력발전을 할 수 있으며, 작은 풍력발전기를 여러 개 설치하여 태풍에서 풍력발전을 하는 방법도 있는 등 여러가지가 있다. 수직축풍력발전기인 크로스프르형, S자형로터, 바들형,사브니우스형, 다리우스형, 자일로이형와 타원형 프로펠라를 수평으로 누운 형태를 태풍에도 견딜 수 있는 지지대와 풍력발전기의 로터를 고강도 저경량 금속(항공기프로펠러의 재료, 탄소섬유. 신소재,등) 으로 교체하면 태풍 속에서도 풍력발전을 할 수 있다. 물론 선박의 크기와 구조에 따라서 풍력발전 기의 크기와 형태 및 프로펠라의 크기와형태도 달라질 것이다.
선박에 장착된 풍력발전기의 형태에 관하여 살펴보면 .예컨대, 풍력발전기의 선박에 설치 할 경우에 있어 종래의 풍력발전기의 대형의 형태를 그대로 사용할 수 있고 또한 작은 풍력발전기를 여러 개를 선박위에 설치 할 수 있고, 구조물과 함께 층층이 수 개의 풍력발전기를 설치할 수 있으며 지상의 풍력발전기와 달리 타워를 낮게 설치할 수 있고 선박의 균형을 위해 조타실을 가운에 두고 양쪽에 풍력발전기을 설치할 수 있고 선박위에 통풍구를 설치하고 그 속에 프로펠라를 움직여 풍력발전을 할 수 있고 상승기류을 이용하는 구조물을 설치하여 그 속에 프로펠라를 넣어 풍력발전을 할 수 있고 순 방향의 바람을 얻기 위해서 선박갑판부에 간섭역을 설치할 수 있는 등 선박에서 태풍에 견딜 수 있고 효율적인 풍력발전을 위한 모든 형태의 구조물을 포함한다 하는 모두를 포함한다.
풍력발전된 전기로부터 물을 전기분해하여 수소와 산소를 생산하는 것은 일반적으로 공지된 사실이다. 물의 전기분해는 수소와 산소를 발생시키는 수전해장치 , 그리고 이를 압축시키는 압축장치 , 그리고 저장장치로 구성된다. 본 출원은 물의 전기분해하는 방법인 알카리 수전해 ,고온 고압알카리 수전해법 , 고분자전해질막 수전해법, 고온수정기수전해법 등 물을 전기분해하여 수소와 산소를 생산하는 모든 방법을 포함한다. 또한 수소 저장에 있어 금속수소화합물에 의한 수소저장. 액체수소저장, 기체수소저장, 비탄소계 나노재료에 의한 수소저장, 탄소계나노재료에의한 수소저장등 모든 수소저장법을 포함한다
선박에 장착한 풍력발전에 의해 전기를 생산 한 다음 실시예는 다음과 같다.
물의 전기분해에 의한 수소와 산소생산 및 저장, 전기로써 물을 가열하여 열역학적 사이클법을 이용한 수소 및 산소 제조 및 저장, 화학적 전기분해에 의한 염소 및 나트륨생산 및 각종 화학제품생산, 에너지 저장장치에 의한 에너지 저장, 전기분해에서 발생되는 수소를 연료전지에 연결하여 선박엔진의 원료로 사용.
실시예1
본 발명은 선박에 장착한 풍력발전기에 발생한 전기를 물을 전기분해하여 선박에서 수소 및 산소를 생산 저장하는 것이다.
도면1에서 구체적으로 살펴보면 물,수원(11)은 예를 들면 강 호수 등에서 얻을 수 있고, 해수로부터 역삼투압법을 이용하여 정수하여 물을 얻는 방법은 공지되어 있다. 물은 예를 들면, 규격의 콕 ,호스 연결장치 또는 다른 개구와 같은 임의의 표준방법을 거쳐 시스템내부로 유입된다. 송수시설의 실시예는 물을 여과, 즉 찌꺼기를 제거시키는 프리필터(14)와 유통한다.
원수는 송수시설(11)과 유통되는 일반적으로 물생산장치라고 불리워지는 추가적인 정수장치(13)로 유입된다. 정수장치(13)에서 물을 더 처리한 다음 저장탱크(14)를 거쳐 물을 수전해장치(16)로 보낸다. 추가적인 물처리예는 염분제거, 무기물제거, 이온제거 등이 포함될 수 있고 추가처리량은 가변적이며 수전해장치제조사에 의하여 제공된 명세에 따라 따르다. 임의의 적합한 정수 장치의 예는 역삼투압, 함침식튜브, 멀티효과, 두 단계 및 멀티단계, 및 진공증기 압축형과 같은 시스템에 사용될 수 있다. 얻어진 물은 정수장치(13)와 유통되어 물 저장탱크(14)에 저장되는 것을 발생수 라고 한다. 다른 방법으로 미리 준비되고 여과되고 정수된 물을 외 부밸브(15)를 통하여 물 저장탱크 내에 직접 유입될 수 있다.
물저장탱크(14)에서 물은 수전해장치(16)를 거쳐 수소와 산소를 생산하게 된다. 임의의 적합한 물- 수소 산소 전환기술은 본 발명에서는 예를들면, 전해조(알카린,폴리머 멤브레인, 스팀{고체 산화물전해질을 사용하는}등을 사용 할 수 있다. 시스템은 상기장치 중 하나 이상을 가질 수 있고,시스템은 이들 기술을 혼합체을 포함할 수 있다. 수전해장치(16)에서 생산 된 수소는 바로 수소저장탱크(17)에 저장될 수 있고 각각의 압축장치(도시되지 않음)를 거쳐 액체수소 또는 슬러시로써 수소저장탱크(17)에 저장된다. 사용된저장조, 예를들면, 금속수산화물 탱크기술, 합성물탱크기술, 진공절연형합성물탱크기술 탄소 나노튜브, 또는 임의의 다른 효과적인 수소, 액체수소, 또는 슬러시저장기술과 같은 임의 의 적합한 기술을 포함할 수 있다. 다른 방법으로 수소는 외부 소스로부터 밸브(도시 되지 않음)를 통하여 수소저장탱크에 직접 들어 올 수 있다. 한편 수전해장치(16)에서 생산되는 산소는 공중으로 배출시키거나 산소저장탱크(18)에 직접저장하거나, 압축기(도시 되지 않음)에 의해서 압축저장탱크(18)에 저장하거나 브라운가스(수소와 산소가 혼합된 형태)로 저장할 수 있고, 임의의 다른 목적으로 사용할 수 있다.
실시예2
열역학적사이클에 의한 수소제조는 선박에 장착한 풍력발전기에서 생산된 전기로 물을 가열하여 열역학적 사이클에 의해서 수소와 산소를 생산하는 것이다. 선박에서 수원의 취수 및 정수 및 공급은 물의 전기분해의 예에 의하며 이에 발생되는 수소와 산소의 압축 및 저장도 물의 전기분해의 예에 준한다.
실시예3
해수, 염화나트륨 등에서 전기분해에 의하여 염소와 나트륨을 생산하는 것은 공지된 사실이다.
도면2에서 구체적으로 살펴보면, 임의의 해수에서 선박위에 펌프를 사용하여 해수저장탱크(11)에 채운다음 1,2차필터링(12)단계에서 해수를 정화시킨다. 여기에는 침전과정이 포함된다. 침전,정화된 해수는 기계적연결에 의해 증발단계(13) 들어가서 농도(보통 60∼80퍼센트)를 높인다. 증발단계에 사용되는 에너지는 선박에 장착한 풍력발전기(17)(18)에서 공급될수 있고 선박내부 전원(도시되지않음)에 의해서 공급될 수 있다. 증발단계를 지나 전기분해장치(14)에서 염소와 나트륨으로 분리 정제된 다음 나트륨저장탱크(15),염소저장탱크(16)에 저장된다. 물론, 해수의 공급에 의해 필터링을 거치고 증발단계를 거치는 것을 생락(도시되지않음)하고, 직접 육상에서 전기분해할 재료를 공급받아서 선박에서 염소와 나트륨을 생산할 수 있다.
실시예4
선박에 장착한 풍력발전기에서 생산되는 전기를 저장하는 것이다.
에너지 저장시스템은 공지된 사실이기 때문에 도면은 제시하지 않는다. 전지종류는 납축전지 슈퍼커패시터, 레독스밧데리, 이차전지 , 초전도에너지저장, 압축공기에 의한 에너지저장, 플라이휠에너지저장, 리튬2차전지, 산업용리카드전지, 알루미늄전지 등 모든 전기 에너지저장형태를 포함한다.
실시예5
선박에 장착한 풍력발전기에 생성된 전기를 선박내부의 전기용 또는 전기모터를 거쳐 선박의 추진동력으로 사용할 수 있으며, 또한 생산된 수소를 연료전지와 결합하여 선박의 주동력원으로 사용한다.
.
.
선박에 장착한 풍력발전기는 바람이 부는 곳으로 이동하면서 풍력발전을 할 수 있고 특히 태풍을 에너지생산으로 이용하는 것은 본 출원이 최초이며 태풍에 의해서 생산되는 에너지원의 양은 상상을 초월한다. 석유가 자원이 한정되어 있고 공해를 유발하지만 선박에 장착한 풍력발전에서 생산되는 수소는 미래의 대체에너지이며 또한 현재의 고유가시대에 에너지원으로써 기여하는 바가 클 것이며, 수소와 함께 생산되는 산소도 에너지효율을 높이는 중요한 요소이다. 또한 나트륨 및 염소는 중요한 화학적 원료이며, 풍력으로 선박에 에너지를 저장하여 육지의 에너지 수요자에게 공급하는 것도 또 하나의 에너지 생산인 것이다. 또한 선박에서 생산된 수소를 연료전지와 연결하여 선박의 추진동력으로 사용하다면 선박운항경비를 줄일 수 있다.

Claims (3)

  1. 일반적인 풍력 및 특히 태풍을 이용하는 선박에 장착한 풍력발전기의 전용선박
  2. 1항에 있어서
    선박에 장착한 풍력발전기의 생산된 전기로 물을 전기분해하여 수소와 산소를 생산, 저장하며, 열역학적 사이클에 의해 수소 및 산소를 생산, 저장하며, 화학적 전기분해에 의해 염소와 나트륨을 생산, 저장하며, 황화수소 등 각종 화학적 전기분해에 의한 화학제품을 생산하는 것을 특징으로 하는 선박에 장착한 풍력발전기.
  3. 1항에 있어서
    선박에 장착한 풍력발전기에 의해서 생산된 전기를 에너지 저장시스템을 거쳐 전기에너지 저장 및 이것을 화학적으로 전환하여 저장하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 것.
KR1020050092726A 2004-10-03 2005-10-04 선박에 장착한 풍력발전기로써 전기분해에 의한 수소,산소, 염소,나트륨, 등 화학제품 생산 및 에너지 저장 KR20060051985A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113922421A (zh) * 2021-10-21 2022-01-11 上海外高桥造船有限公司 海上风电制氢综合平台

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