KR20130032086A - 선박 - Google Patents

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KR20130032086A
KR20130032086A KR1020110095775A KR20110095775A KR20130032086A KR 20130032086 A KR20130032086 A KR 20130032086A KR 1020110095775 A KR1020110095775 A KR 1020110095775A KR 20110095775 A KR20110095775 A KR 20110095775A KR 20130032086 A KR20130032086 A KR 20130032086A
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이성학
이동길
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

본 발명은 선박에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 추진력을 발생시키는 엔진; 상기 엔진에 공기를 공급하는 공기 공급부; 및 해수를 전기 분해하는 전해조를 포함하고, 상기 공기 공급부에서 공급되는 공기와 상기 전해조에서 발생된 수소 가스와 산소 가스가 혼합되어 상기 엔진으로 공급되는 선박을 제공할 수 있다.

Description

선박{Vessel}
본 발명은 선박에 관한 것이다.
바다를 운항하는 선박은 해양 오염, 대기 오염 등을 방지하기 위한 각종 국제 규약의 규제를 받는다.
특허문헌 1(일본 공개특허 2003-284919호)은 배기 가스 정화 방법 및 그 장치에 관한 것으로서, 해수를 전기 분해하여 산성수와 염기성수를 생성하고, 이를 배기가스가 배출되는 배기관 내부에 분사함으로써 질산화물과 황산화물을 제거하는 기술을 제시하고 있다.
또한, 특허문헌 1에는 해수의 전기 분해 과정에서 발생하는 수소 가스를 연료전지의 연료로 사용할 수 있다는 사상이 개시되어 있다.
그러나 상기와 같은 종래 기술은 다음과 같은 문제가 있다.
수소 가스를 연료 전지로 사용하는 경우, 연료 전지의 에너지 변환 효율에 의해 낭비되는 에너지가 많다는 문제가 있다.
또한, 산소 가스는 활용되지 못하고 낭비된다는 문제가 있다.
또한, 고가의 연료 전지를 탑재하는 경우 선가가 비싸진다는 문제가 있다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허 2003-284919호(2003.10.07. 공개)
본 발명의 실시예들은 해수의 전기 분해 과정에서 발생되는 수소 가스와 산소 가스를 효율적으로 사용할 수 있는 선박을 제공하고자 한다.
또한, 엔진의 연료 소비량을 줄일 수 있는 선박을 제공하고자 한다.
또한, 환경 오염을 방지할 수 있는 선박을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 추진력을 발생시키는 엔진; 상기 엔진에 공기를 공급하는 공기 공급부; 및 해수를 전기 분해하는 전해조를 포함하고, 상기 공기 공급부에서 공급되는 공기와 상기 전해조에서 발생된 수소 가스와 산소 가스가 혼합되어 상기 엔진으로 공급되는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 전해조에서 발생된 혼합 가스에서 염소 가스를 제거하는 가스처리장치를 더 포함하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 가스처리장치는 내부에 물을 분사하는 분사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 분사기로는 시체스트로부터 유입된 해수가 공급되는 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 전해조에서 발생된 전해수를 소비하는 반응장치를 더 포함하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 전해조는 격막식 전해조인 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 반응장치는 배기가스 정화장치와 밸러스트수 처리장치와 폐수 처리장치 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 공기 공급부에서 상기 엔진으로 공급되는 공기의 양을 조절하는 공기 밸브; 및 상기 공기 공급부에서 상기 엔진으로 공급되는 공기와 혼합되는 수소 가스와 산소 가스의 양을 조절하는 혼합 가스 밸브를 더 포함하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 공기 공급부에서 상기 엔진으로 공급되는 공기와 혼합되는 수소 가스 및 산소 가스 중 적어도 하나 이상의 농도를 측정할 수 있는 농도 센서를 더 포함하는 선박을 제공할 수 있다.
또한, 상기 엔진에 연료를 공급하는 연료 공급부; 상기 연료 공급부로부터 상기 엔진으로 공급되는 연료의 양을 조절하는 연료 밸브; 및 상기 농도 센서에서 얻은 값에 따라 상기 혼합 가스 밸브, 상기 공기 밸브, 및 상기 연료 밸브 중 하나 이상을 제어하는 제어부를 더 포함하는 선박을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 해수의 전기 분해 과정에서 발생되는 수소 가스와 산소 가스를 엔진에 공급함으로써 엔진의 효율을 향상시킬 수 있으므로, 연료 소비량을 줄일 수 있다.
또한, 배기가스에 포함된 오염물질을 제거할 수 있으므로 환경 오염을 방지할 수 있다.
또한, 해수의 전기 분해에서 발생된 산성수와 염기성수를 밸러스트수, 폐수, 배기가스의 정화에 사용함으로써 환경 오염을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 구성도.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박(10)은, 해수가 유입되는 시체스트(110), 상기 선박(10)을 추진하는 추진력을 발생시키는 엔진(150), 상기 엔진(150)에 공기를 공급하는 공기 공급부(160), 상기 엔진(150)에 연료를 공급하는 연료 공급부(170), 해수를 전기 분해하는 전해조(200), 상기 전해조(200)에서 생성된 전해수를 사용하는 반응장치(300), 상기 전해조(200)에서 발생된 가스에서 염소 가스(Cl2)를 제거하여 상기 엔진(150)으로 공급하는 가스처리장치(400)를 포함할 수 있다.
상기 시체스트(110)를 통해 유입된 해수는 해수 펌프(120)에 의해 상기 전해조(200)로 공급될 수 있다. 이때, 상기 시체스트(110)를 통해 유입된 해수는 밸러스트 탱크(미도시) 등으로 공급될 수도 있다.
상기 전해조(200)로 공급되는 해수의 일부는 상기 가스처리장치(400)로 공급되며, 이를 위해 해수 밸브(130)가 제공될 수 있다. 상기 해수 밸브(130)는 3상 밸브일 수 있으며, 상기 펌프(120)에 의해 펌핑된 해수의 일부를 상기 가스처리장치(400)로 공급할 수 있다.
상기 전해조(200)는 전원공급부(미도시)로부터 전기를 공급 받아 해수를 전기 분해하며, 양극(202)과 음극(204)이 설치된다. 상기 전해조(200)는 격막(210)에 의해 상기 양극(202)이 설치된 공간과 상기 음극(204)이 설치된 공간으로 구획된다. 상기 격막(210)은 친수성 다공질 막일 수 있다.
상기 전해조(200)의 상기 양극(202) 측에서는 산성수와 산소 가스가 생성되며, 상기 음극(204) 측에서는 염기성수와 수소 가스가 생성된다.
구체적으로, 상기 양극(202)에서는 아래와 같은 반응이 일어난다.
2Cl- → Cl2 + 2e-
Cl2 + H2O ↔ HCl + HClO
H2O → 1/2O2 + 2H+ + 2e-
상기 음극(204)에서는 아래와 같은 반응이 일어난다.
2H2O + 2e- → H2 + 2OH-
Na+ + e- → Na
Na + H2O → NaOH + 1/2H2
상기 전해조(200)에서 발생된 산성수와 염기성수는 각각 산성수 공급라인(221)과 염기성수 공급라인(222)을 따라 상기 반응장치(300)로 공급될 수 있다.
상기 반응장치(300)는 산성수와 염기성수를 엔진의 배기관 내부로 분사하여 배기가스에 포함된 질소산화물(NOx)와 황산화물(SOx)를 제거하는 배기가스 정화장치, 밸러스트 탱크에 유입되거나 밸러스트 탱크로부터 배출되는 밸러스트수에 포함된 미생물, 박테리아 등을 살균, 소독하는 밸러스트수 처리장치, 및 빌지 탱크 등의 폐수 탱크에 저장된 상기 선박(10)의 폐수를 처리하는 폐수 처리장치 중 어느 하나 이상일 수 있다.
또한, 본 실시예에서 상기 전해조(200)는 상기 격막(210)을 포함하는 격막식인 것을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, 상기 전해조(200)는 산소 가스와 수소 가스를 발생시키는 비격막식 전해조일 수도 있다.
상기 전해조(200)에서 발생되는 가스는 산소 가스와 수소 가스와 염소 가스가 혼합된 혼합 가스이다. 혼합 가스는 가스배출라인(223)을 따라 상기 가스처리장치(400)로 배출된다.
상기 가스처리장치(400)는 혼합 가스에서 염소 가스를 제거한다. 구체적으로, 상기 가스처리장치(400)에는 염소 가스가 녹아들 수 있도록 해수 또는 청수 등의 물을 분사하는 분사기(410)가 설치된다. 상기 분사기(410)로는 상기 시체스트(110)로부터 유입되는 해수의 일부가 상기 해수 밸브(130)에서 분지되어 공급될 수 있다.
염소 가스는 상기 분사기(410)에서 분사되는 해수에 녹아 들고, 상기 가스처리장치(400) 내에 마련된 소정의 포집 구역에 포집되며, 염소 가스가 녹은 해수는 산성을 띠게 된다. 상기 가스처리장치(400)에 포집된 산성의 해수는 상기 산성수 공급라인(221)으로 공급되어 상기 전해조(200)에서 전기 분해되어 생성된 산성수와 함께 상기 반응장치(300)로 제공될 수 있다.
본 실시예에서는 상기 가스처리장치(400)로 상기 시체스트(110)를 통해 유입된 해수가 공급되는 것을 예로 들어 설명하지만, 본 발명의 사상은 이에 한정되지 않으며, 밸러스트수, 청수 등이 공급될 수도 있다. 또한, 상기 가스처리장치(400)는 상기 전해조(200)에서 발생된 가스에 포함된 염소 가스를 제거하기 위해 해수, 청수 등을 사용할 수 있으며, 또는 임의의 화학적 처리를 사용할 수 있다.
상기 가스처리장치(400)에 의해 염소 가스가 제거된 혼합 가스는 혼합 가스 공급라인(401)을 따라 이동하여 상기 공기 공급부(160)에서 상기 엔진(150)으로 공급되는 공기와 혼합된 후 상기 엔진(150)으로 투입된다.
구체적으로, 상기 공기 공급부(160)는 상기 엔진(150)으로 연소를 위한 공기를 제공하며, 상기 엔진(150)과 공기 공급라인(161)으로 연결된다. 상기 공기 공급라인(161)에는 오리피스미터(미도시)가 설치될 수 있으며, 공기의 공급량을 조절하기 위한 공기 밸브(162)가 설치될 수 있다. 예를 들어, 상기 공기 공급부(160)는 공기 유입구, 블로어 등을 포함할 수 있다.
상기 연료 공급부(170)는 상기 엔진(150)으로 디젤 등의 연료를 공급하며, 상기 엔진(150)과 연료 공급라인(171)으로 연결된다. 상기 연료 공급라인(171)에는 연료의 공급량을 조절하기 위한 연료 밸브(172)가 설치될 수 있다. 예를 들어, 상기 연료 공급부(170)는 연료 저장탱크, 연료 펌프 등을 포함할 수 있다.
상기 혼합 가스 공급라인(401)은 상기 공기 공급라인(161)에 연결되며, 특히 상기 공기 밸브(161)의 후단에 연결될 수 있다. 상기 혼합 가스 공급라인(401)에 의해 공급되는 혼합 가스는 산소 가스와 수소 가스를 포함하고, 이는 공기와 혼합되어 상기 엔진(150)으로 유입된다.
상기 혼합 가스 공급라인(401)에는 혼합 가스의 역류를 방지하고 유량을 조절할 수 있는 혼합 가스 밸브(420)와 농도 센서(430)가 설치될 수 있다.
상기 혼합 가스 밸브(420)는 상기 공기 공급라인(161)으로 공급되는 수소 가스와 산소 가스의 양을 조절함으로써 공기 대 수소(또는 산소)의 혼합 비율을 조절할 수 있으며, 상기 엔진(150)에 공급되는 공기의 역류를 방지할 수 있다. 또는, 상기 혼합 가스 밸브(420)는 수소 가스와 산소 가스의 양을 조절하는 역할만 담당하고, 역류를 방지하기 위한 체크 밸브가 별도로 마련될 수도 있다.
또한, 상기 농도 센서(430)는 수소 가스 및 산소 가스 중 적어도 하나 이상의 농도를 측정할 수 있는 장치이며, 상기 농도 센서(430)에서 얻은 값에 의해 상기 공기 밸브(162), 상기 연료 밸브(172), 상기 혼합 가스 밸브(420) 중 적어도 하나 이상이 제어부(500)에 의해 제어될 수 있다.
상기 제어부(500)는 상기 농도 센서(430)에서 얻은 값을 기초로 상기 엔진(150)으로 공급되는 공기와 혼합 가스의 혼합 비율이 일정 수준으로 유지될 수 있도록 상기 공기 밸브(162)와 상기 혼합 가스 밸브(420)를 조절할 수 있다.
상기 엔진(150)으로 공기 외에 수소 가스와 산소 가스가 더 투입될 경우, 상기 엔진(150)의 효율은 상승되는 바, 동일한 출력을 얻기 위해 투입되어야 할 연료의 양이 줄어든다. 따라서, 상기 제어부(500)는 상기 엔진(150)으로 공급되는 연료의 양이 공기와 혼합 가스의 혼합 비율에 대응되어 최적의 조건에서 상기 엔진(150)이 가동될 수 있도록 상기 연료 밸브(172)를 조절할 수 있다.
또한, 상기 제어부(500)는 상기 농도 센서(430)에서 얻은 값에 따라 상기 전해조(200)로 유입되는 해수의 양을 조절할 수도 있으며, 또는 상기 양극(202)과 상기 음극(204)에 인가되는 전압의 크기를 조절함으로써 산소 가스 또는 수소 가스의 발생량을 조절할 수도 있다.
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 상기 선박(10)의 작용, 효과에 대해 살펴보겠다.
상기 시체스트(110)를 통해 유입된 해수는 상기 전해조(200)로 유입되어 전기 분해된다.
상기 전해조(200)에서는 전기 분해에 의해 전해수(산성수와 염기성수)가 발생될 수 있으며, 이는 상기 반응 장치(300)로 연결되어 배기가스의 정화, 밸러스트 수의 처리, 폐수의 정화 등에 이용될 수 있다. 이에 의해 환경 오염을 방지할 수 있다.
상기 전해조(200)에서 발생된 혼합 가스는 상기 가스배출라인(223)을 따라 상기 가스처리장치(400)로 이동된다.
상기 가스처리장치(400)는 혼합 가스에 포함된 염소 가스를 제거한다. 혼합 가스에서 염소 가스를 제거함으로써 불필요한 가스가 상기 엔진(150)에 유입되는 것을 방지할 수 있고, 수증기와 염소 가스가 혼합되어 상기 혼합 가스 공급라인(401)을 부식시키는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 상기 가스처리장치(400)는 필요에 의해 생략되고, 상기 가스배출라인(223)이 직접 상기 공기 공급라인에 연결되고, 상기 혼합 가스 밸브(420)와 상기 농도 센서(430)는 상기 가스배출라인에 설치될 수도 있다.
상기 가스처리장치(400)에서 염소 가스가 제거된 혼합 가스는 상기 공기 공급부(161)에서 공급되는 공기와 혼합되어 상기 엔진(150)으로 투입된다.
공기와 함께 산소 가스와 수소 가스가 상기 엔진(150)으로 제공됨으로써, 상기 엔진(150)의 연소 효율을 개선할 수 있고, 이에 의해 연비가 향상된다. 따라서, 상기 선박(10)은 연료 소비량을 줄일 수 있다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 선박의 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
10 : 선박 110 : 시체스트
120 : 해수 펌프 130 : 해수 밸브
150 : 엔진 160 : 공기 공급부
161 : 공기 공급라인 162 : 공기 밸브
170 : 연료 공급부 171 : 연료 공급라인
172 : 연료 밸브 200 : 전해조
202 : 양극 204 : 음극
210 : 격막 221 : 산성수 공급라인
222 : 염기성수 공급라인 223 : 가스배출라인
300 : 반응장치 400 : 가스처리장치
401 : 혼합 가스 공급라인 410 : 분사기
420 : 혼합 가스 밸브 430 : 혼합 가스 센서
500 : 제어부

Claims (10)

  1. 선박에 있어서,
    상기 선박의 추진력을 발생시키는 엔진;
    상기 엔진에 공기를 공급하는 공기 공급부; 및
    해수를 전기 분해하는 전해조를 포함하고,
    상기 공기 공급부에서 공급되는 공기와 상기 전해조에서 발생된 수소 가스와 산소 가스가 혼합되어 상기 엔진으로 공급되는 선박.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전해조에서 발생된 혼합 가스에서 염소 가스를 제거하는 가스처리장치를 더 포함하는 선박.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 가스처리장치는 내부에 물을 분사하는 분사기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 분사기로는 시체스트로부터 유입된 해수가 공급되는 것을 특징으로 하는 선박.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전해조에서 발생된 전해수를 소비하는 반응장치를 더 포함하는 선박.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전해조는 격막식 전해조인 것을 특징으로 하는 선박.
  7. 제 5 항 또는 제 6항에 있어서,
    상기 반응장치는 배기가스 정화장치와 밸러스트수 처리장치와 폐수 처리장치 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는 선박.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 공급부에서 상기 엔진으로 공급되는 공기의 양을 조절하는 공기 밸브; 및
    상기 공기 공급부에서 상기 엔진으로 공급되는 공기와 혼합되는 수소 가스와 산소 가스의 양을 조절하는 혼합 가스 밸브를 더 포함하는 선박.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 공기 공급부에서 상기 엔진으로 공급되는 공기와 혼합되는 수소 가스 및 산소 가스 중 적어도 하나 이상의 농도를 측정할 수 있는 농도 센서를 더 포함하는 선박.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 엔진에 연료를 공급하는 연료 공급부;
    상기 연료 공급부로부터 상기 엔진으로 공급되는 연료의 양을 조절하는 연료 밸브; 및
    상기 농도 센서에서 얻은 값에 따라 상기 혼합 가스 밸브, 상기 공기 밸브, 및 상기 연료 밸브 중 하나 이상을 제어하는 제어부를 더 포함하는 선박.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109944717A (zh) * 2019-04-22 2019-06-28 天津大学 一种基于车辆废气能量生氢的内燃机效率改进系统

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