KR20140045226A - 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치에 관한 것이다. 이러한 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치는 NaCl을 구비하고, 외부로부터 선박평수를 공급 받는 NaCl 공급 탱크, 상기 NaCl 공급 탱크와 연결되어 상기 NaCl 공급 탱크로부터 NaCl이 용해된 상기 선박평형수를 유입 받고, 상기 NaCl이 용해된 선박평형수를 전기분해 하여 ClO₂를 생성하는 양극 및 상기 NaCl이 용해된 선박평형수를 전기분해 하여 H₂를 생성하는 음극을 구비하는 전기분해장치, 상기 전기분해장치와 연결되고, 상기 양극에서 전기분해 된 상기 ClO₂를 기체 상태의 ClO₂로 변환하는 탈기조, 그리고 상기 전기분해장치와 연결되고, 상기 음극에서 전기분해 된 상기 H₂를 외부로 배출하는 음극수 재순환 장치를 포함하고, 상기 탈기조에서 기체로 변환된 상기 ClO₂는 외부의 선박평형수에 유입된다. 이로 인해, 선박평형수의 살균을 위한 이산화염소의 발생 효율이 높아지므로, 선박평형수의 살균 효율이 향상된다.

Description

선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치{CHLORINE DIOXIDE GENERATOR FOR BALLAST WATER STERILLZATION}

본 발명은 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치에 관한 것이다.

선박에는 선박에 유입되는 선박평형수(밸러스트수, ballast water)의 농도를 유지하기 위해 선박평형수 관리 시스템(BWMS, ballast water management system)이 설치된다. 선박평형수 관리 시스템은 선박평형수의 살균을 위한 살균장치를 구비하여 선박 외부로 배출되는 선박평형수를 살균한다.

선박평형수를 살균하기 위한 방법으로는, 오존을 이용하여 살균하는 방법, 마이크로 버블을 이용하는 방법, 자외선을 이용하여 살균하는 방법, 전자빔을 이용하여 살균하는 방법, 전기분해를 이용하는 방법 등이 있다.

그러나, 오존을 이용하여 살균하는 방법은 오존 가스 일부가 대기중으로 방출되는 것을 방지하기 위한 대비책이 필요하고, 마이크로 버블을 이용한 살균 및 자외선을 이용한 살균은 소독 동작이 잔류성이 없기 때문에 선박평형수 탱크에서 미생물이 재성장 할 가능성이 있다는 문제점이 있다.

그리고, 선박평형수를 전기분해 하고, 전기분해장치의 양극에서 발생되는 염소 및 수소를 직접 산화시키는 방법은 염소의 사용이 어렵다는 점, 약품 구비가 번거롭다는 점과 같은 문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 선박평형수의 살균 효율을 향상시키기 위한 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 유지관리가 용이하고, 위험성을 줄일 수 있는 선박평형수의 전기분해 방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치는 NaCl을 구비하고, 외부로부터 선박평수를 공급 받는 NaCl 공급 탱크, 상기 NaCl 공급 탱크와 연결되어 상기 NaCl 공급 탱크로부터 NaCl이 용해된 상기 선박평형수를 유입 받고, 상기 NaCl이 용해된 선박평형수를 전기분해 하여 ClO₂를 생성하는 양극 및 상기 NaCl이 용해된 선박평형수를 전기분해 하여 H₂를 생성하는 음극을 구비하는 전기분해장치, 상기 전기분해장치와 연결되고, 상기 양극에서 전기분해 된 상기 ClO₂를 기체 상태의 ClO₂로 변환하는 탈기조, 그리고 상기 전기분해장치와 연결되고, 상기 음극에서 전기분해 된 상기 H₂를 외부로 배출하는 음극수 재순환 장치를 포함하고, 상기 탈기조에서 기체로 변환된 상기 ClO₂는 외부의 선박평형수에 유입된다.

상기 전기분해장치는 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하여 상기 양극과 상기 음극을 분리하는 격막을 더 포함한다.

상기 전기분해장치에 전원을 공급하는 정류기를 더 포함한다.

그리고, NaClO₂를 구비하는 NaClO₂ 공급 탱크를 더 포함하는 것이 좋다.

또한, 상기 전기분해장치에 전원을 공급하는 정류기를 더 포함하는 것이 좋다.

상기 양극, 상기 음극 및 상기 격막을 복수개 구비하는 것이 좋다.

상기 외부의 선박평형수가 흐르는 선박평형수 배관, 상기 선박평형수 배관으로부터 분기되고, 상기 선박평형수 배관을 흐르는 상기 선박평형수의 일부가 흐르는 제1 탈기조 분기 배관, 상기 제1 탈기조 분기 배관에 위치하고 외부의 신호에 따라 압력이 있는 공기를 펌핑하는 펌프, 상기 탈기조와 연결되고, 상기 탈기조에서 배출되는 기체의 ClO₂를 유입 받는 탈기 배관, 상기 제1 탈기조 분기 배관 및 상기 탈기 배관과 연결되고, 상기 선박평형수 배관과 다시 합쳐지는 제2 탈기조 분기 배관, 그리고 상기 제2 탈기조 분기 배관에 위치하여 상기 제2 탈기조 분기배관을 흐르는 상기 기체의 ClO₂를 펌핑하는 이젝터를 더 포함하는 것이 좋다.

상기 탈기조에서 기체로 변환되지 못한 상기 ClO₂를 상기 NaCl 공급 탱크로 재 전달하는 이산화염소 순환 배관을 더 포함하는 것이 좋다.

상기 선박평형수 배관에 위치하고, 상기 선박평형수 배관을 흐르는 상기 선박평형수의 유량을 측정한다.

상기 선박평형수 배관을 흐르는 상기 선박평형수에 포함된 ClO₂의 양을 측정하는 이산화염소 측정 장치, 그리고 상기 유량 측정장치 및 상기 이산화염소 측정장치와 연결되고, 상기 유량 측정장치 및 상기 이산화염소 측정장치에서 측정된 측정값에 따라 상기 펌프의 동작을 제어하는 PLC를 더 포함하는 것이 좋다.

상기 음극수 재순환 장치는 압력이 있는 공기를 외부로부터 유입 받는 에어 라인, 상기 에어 라인을 통해 유입되는 외부의 공기에 의해 상기 H2를 외부로 배출하는 제2 탈기 배관을 더 포함하는 것이 좋다.

이러한 특징에 따르면, 고농도의 이산화염소를 발생하여 선박평형수를 살균하므로 기존의 염소를 이용하여 선박평형수를 살균하는 방법보다 산화력이 높고, 선박평형수의 살균 효율이 향상된다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치의 개략적인 구조를 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 염화나트륨 공급 탱크의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기분해장치의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기분해장치의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기분해장치의 스택 구조를 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 이산화염소 탈기조의 구조를 나타낸 개략도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도면에서 선박평형수, 액체 이산화염소와 같은 액체의 이동은 실선의 화살표로 나타내었고, 기체 이산화염소와 같은 기체의 이동은 점선의 화살표로 나타내었다.

그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 한 실시예에 따른 태양 전지에 대하여 설명한다.

먼저, 도 1내지 도 6를 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1을 참고로 하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치는 NaCl을 구비하고 있고 선박평형수 배관(10)을 흐르는 선박평형수를 유입 받는 NaCl 공급 탱크(100), NaClO₂를 구비하는 NaClO₂ 공급 탱크(200), NaCl 공급 탱크(100) 및 NaClO₂(200)와 연결되고 선박평형수를 전기분해 하는 전기분해장치(300), 전기분해장치(300)에서 배출되는 음극수를 재순환하는 음극수 재순환 장치(400), 전기분해장치(300)에서 배출되는 기체 이산화염소를 제거하는 탈기조(500), 그리고 전기분해장치(300)에 전원을 공급하는 정류기(330)를 구비한다.

NaCl 공급 탱크(100)는 분기배관(11)을 통해 선박평형수 배관(10)을 흐르는 선박평형수의 일부를 유입 받는다. 이러한 NaCl 공급 탱크(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 중간 격벽(101), 출구 격벽(102), 분기 배관(11)에 위치하는 분기 배관 밸브(11a)를 제어하는 스위치(103), 선박평형수를 NaCl 탱크(100) 외부로 배출하는 제1 배출 배관(110)을 구비한다.

그리고 NaCl 공급 탱크(100)는 제1 청수 공급 배관(1)으로부터 선체 내부에 존재하는 청수(물)를 유입 받는다. 따라서, 선박평형수, 청수, 및 NaCl이 섞인 액체가 제1 배출 배관(110)을 통해 NaCl 공급 탱크(100) 외부로 배출된다.

도 2에 도시된 바와 같이, NaCl 공급 탱크(100)는 내부에 염화수소(NaCl), 정제염 또는 암염 중 어느 하나(1)를 구비하고, 분기배관(11)을 통해 유입된 선박평형수에 탱크(100) 내의 NaCl가 용해되게 된다. 이에 따라, NaCl이 녹아 있는 선박평형수가 제1 배출 배관(110)을 통해 NaCl 공급 탱크(100) 외부로 배출된다.

이 때, NaCl 공급 탱크(100)의 내벽은 폴리염화비닐(PVC: polyvinyl chloride), 섬유 강화 플라스틱(FRP: fiber plastic), 폴리 에틸렌(PE: polyethylene) 또는 강철 중 어느 하나 이상을 구비하여 구성되고, 내벽은 테프론(Teflon), 고무 또는 섬유 강화 플라스틱으로 코팅한다.

NaClO₂ 공급 탱크(200)는 액체 상태의 NaClO₂(이산화염소나트륨)을 구비하고, 제2 배출배관(210)으로 NaClO₂를 배출한다.

도 3을 참고로 하면, 전기분해장치(300)는 제1 배출 배관(110), 음극수 순환 배관(320), 이산화염소 배출 배관(510)과 각각 연결되고, 제1 배출 배관(110)으로부터 유입 받은 선박평형수를 전기분해 하는 전극인 양극(301) 및 음극(302)을 구비한다.

이 때, NaCl 공급 탱크(100)로부터 제1 배출 배관(110)을 통해 전기분해장치(300)로 전달되는 선박평형수는 NaCl이 용해된 선박평형수이다. 그리고, 도 1에 도시된 것과 같이 NaClO₂공급 배관(200)에 연결되어 있는 제2 배출 배관(210)이 제1 배출 배관(110)에 병합되도록 연결된다. 이로 인해, NaClO₂ 공급 탱크(200)에서 제2 배출 배관(210)을 통해 배출된 NaClO₂가 제1 배출 배관(110)을 흐르는 NaCl이 용해된 선박평형수와 합쳐지게 된다.

또한, NaCl 공급 탱크(100)가 제1 청수 공급 배관(1)과 연결되어 있는 것과 같이 NaClO₂ 공급 배관(200)은 제2 청수 공급 배관(2)과 연결되어, 선박 내의 청수(물)을 공급 받는다. 따라서, NaClO₂ 및 청수가 섞인 액체가 제2 배출 배관(210)을 통해 배출된다.

따라서, 제1 배출 배관(110)을 통해 전기분해장치(300)에 유입되는 선박평형수에는 NaCl 공급 탱크(100)에 구비되어 있던 NaCl 뿐만 아니라 NaClO₂에 구비되어 있던 NaClO₂도 포함되어 있다.

이와 같이, 제1 배출 배관(110)을 통해 NaCl 및 NaClO₂가 용해된 선박평형수는 전기분해장치(300)에 유입되어 양극(301) 및 음극(302)에서 전기분해된다.

이 때, 양극(301)에서 일어나는 선박평형수의 NaCl 전기분해과정은 다음의 화학식 1과 같다.

[화학식 1]

2Na⁺ + 2Cl^- → Cl₂ + 2Na⁺ + 2e^-

Na⁺ + ClO₂ ^- → Na⁺ + ClO₂ + e^-

2NaClO₂ + Cl₂ → 2ClO₂ + 2NaCl

위의 화학식 1은 순서대로 Cl₂ 생성 반응, NaClO₂의 직접 산화반응, 그리고 Cl₂ 소모 반응을 각각 나타낸다.

양극(301)에서 일어나는 위와 같은 반응으로 인해 전기분해장치(300)에 유입된 NaCl 및 NaClO₂를 포함한 선박평형수로부터 ClO₂ 및 NaCl이 생성된다. 이 때, 양극(301)의 화학 반응으로 인해 생성된 ClO₂는 이산화염소 배출 배관(510)을 통해 탈기조(500)로 이동하고, 잔류되는 NaCl은 양극수로 재사용된다.

양극(301)에 공급되는 NaCl의 농도가 낮을 경우 양극(301)에서의 ClO₂ 발생 효율이 낮아지게 된다. 즉, 양극(301)에 잔류된 NaCl을 재사용 하더라도 ClO₂의 발생 효율이 떨어지게 된다.

따라서, 양극(301)에 공급되는 양극수는 기본적으로 NaClO₂ 공급 탱크(200)으로부터 NaClO₂를 공급 받고, NaCl 탱크(100)로부터 유입 받은 NaCl은 보충 개념으로 사용한다.

그리고, 음극(302)에서는 다음의 화학식 2와 같은 반응이 일어난다.

[화학식 2]

2H₂O + 2e^- → H₂ + 2OH^-

음극(302)에서 위의 화학식 2가 수행된 선박평형수(이하 '음극수'라 하며, 마찬가지로 양극(301)에서 화학식 1이 수행된 선박평형수를 '양극수'라 함)는 음극수 순환 배관(320)을 통해 음극수 재순환 장치(400)로 전달된다.

계속해서 도 3을 참고로 하면, 전기분해장치(300)는 격막(310)을 구비하고 있다. 격막(隔膜, 310)은 두 종의 액체나 기체가 서로 섞이지 않도록 그들 사이에 설치하는 막으로, 양쪽 극에서의 생성물이 섞이지 않게 한다.

이러한 격막(310)은 격막 지지대(311)를 구비하고 있으며, 도 4와 같이 격막을 구비하지 않고 양극(301) 및 음극(302)만을 구비하는 구조를 가질 수도 있다. 그러나, 격막(310)을 구비하는 전기분해장치(300)의 경우 양극(301)에서 고농도의 ClO₂를 발생 가능하므로, 도 4와 같이 격막(310)을 갖지 않는 전기분해장치(300)보다는 도 3과 같이 격막(310)을 구비하는 것이 바람직하다.

전기분해장치(300)에 구비되는 격막(310)은 양극수와 음극수를 섞이지 않도록 분리한다. 격막(310)에 따라 양극(301)과 음극(302)에서 일어나는 반응이 서로 격리된다.

이 때, 양극(301)에서는 Cl₂에 의한 산화반응과 ClO₂의 직접 산화반응, 그리고 양극(301)에서 발생되는 HCl에 의한 산화반응에 의해서 최종적으로 ClO₂를 발생한다.

그리고 양극(301)에서의 화학 반응에 의해 잔류되는 NaCl는 양극수로 재사용한다.

음극(302)에서는 OH^-가 ClO₂를 ClO₂ ^-로 전환하는 과정을 수행하게 되므로, 격막(310)을 이용하여 양극(301)과 음극(302)을 분리하여야 ClO₂의 발생 효율을 높일 수 있다.

그리고, 격막(310)이 양극(301)과 음극(302) 사이를 격리하고 있으므로 양극(301)에서 생성된 ClO₂가 음극(302)에서 생성된 OH^-로 인해 환원되는 것을 방지할 수 있다.

이와 같이, 전기분해장치(300)에 구비되고 양극(301) 및 음극(302) 사이를 분리하기 위한 격막(310)으로는 이온을 분리할 수 있는 이온 분리막일 수 있고, 물을 통과시킬 수 있는 격막일 수도 있다.

그러나, 물을 통과시킬 수 있는 격막을 이용하는 것이 전기분해장치(300)의 제조 비용을 감소시키는 데에 경제적으로 유리하다.

도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이, 전기분해장치(300)는 기본적으로 양극(301)과 음극(302)을 각각 하나씩 구비하고 있다. 그리고 도 3과 같이 격막(310)을 구비하는 경우에는 격막(310)도 하나를 구비한다.

그러나, 전기분해장치(300)에 유입되는 선박평형수의 용량에 비례하여 도 5와 같이 양극(301), 음극(302), 그리고 격막(310)을 복수개 구비할 수 있다.

도 5는 양극(301), 음극(302) 및 격막(310)을 복수개 구비하는 전기분해장치(300)의 스택 구조를 나타낸 도면이다. 도 5에 도시된 것과 같이, 전기분해장치(300)의 스택 구조에서는 복수의 양극(301), 복수의 음극(302), 복수의 격막(310)을 평행하게 위치하고, 격막(310)에 연결되어 각각의 격막(310)을 지지하는 격막 분리부(311)양극수 및 음극수를 분리하는 격막 분리부(311)를 구비한다.

그리고, 평행하게 위치하는 양극(301), 음극(302), 그리고 격막(310) 배열에서, 제일 바깥쪽에 위치하는 양극(301) 및 음극(302)에 인접하도록 위치하는 외부 케이스(303)를 구비한다.

외부 케이스(303)는 복수개 구비되는 양극(301)과 음극(302)을 일체형으로 구성하고 복수개의 양극(301), 음극(302) 및 격막(310)을 지지하기 위한 구조를 갖는다.

이와 같이 스택 구조를 갖는 전기분해장치(300)는 전기분해장치(300)의 하부에 도시한 화살표 방향으로 선박평형수를 유입 받고, 전기분해장치(300)의 상부에 도시한 화살표 방향으로 전기분해 과정을 수행한 선박평형수를 배출한다.

그리고, 복수개의 양극(301), 음극(302), 격막(310), 그리고 외부 케이스(303)를 지지하기 위한 전산볼트(304)를 구비한다. 전산볼트(304)는 양극(301), 음극(302), 격막(310), 그리고 외부 케이스(303)를 모두 수직하며 관통하도록 위치한다.

이 때, 양극(301)과 음극(302)의 간격은 격막(310)의 저항을 고려하여 20mm 이하로 유지하여야 전압을 낮출 수 있고, 선박에서의 소비전력량을 최소화 할 수 있다. 더욱 바람직하게는 양극(301)과 음극(302)의 간격을 3~10mm로 하는 것이 좋다.

전기분해장치(300)에 연결되도록 위치하는 정류기(330)는 전기분해장치(300)에 DC 전류를 공급한다.

그리고, 전기분해장치(300)의 양극(301) 및 음극(302)은 모두 불용성 전극으로 구성한다.

그러나, 양극(301)은 불용성 전극으로 구비하고, 음극(302)은 티타늄(Titanium) 또는 강철(steel)로 구성할 수도 있다.

이와 같이, 양극(301)을 불용성 전극으로 구비할 때, 불용성 전극의 코팅물질은 백금(Platinum), 이리듐(Iridium), 루테늄(Ruthenium), 오스뮴(Osmium), 팔라듐(Palladium), 티타늄(Titanium), 탄탈룸(Tantalum), 주석(Tin) 중 어느 하나 이상을 혼합하여 구성한다.

이 때, 양극(301)의 코팅물질을 구성하는 위의 물질은 단일 염 또는 혼합 염을 사용하여 양극(301)에 코팅된다. 따라서, 양극(301)의 통전에 문제가 없고 양극(301)에서 염소가 발생하며 장기간 사용하는 경우에도 전기분해 효율이 저하되지 않는다.

그리고, 탈기조(500)는 도 1 및 도 6에 도시된 것과 같이 이산화염소 배출 배관(510)을 통해 전기분해장치(300)와 연결된다. 이산화염소 배출 배관(510)은 탈기조(500)의 상부에 연결된다.

탈기조(500) 상부는 노즐 또는 무동력 회전 분사장치를 구비하고, 이산화염소 배출 배관(510)으로부터 전달 받은 양극수를 탈기조(500)의 상부에 분사한다. 이 때, 양극수는 이미 설명한 것과 같이, 전기분해장치(300)의 양극(301)에서 화학식 1 반응을 수행한 선박평형수이므로 ClO₂를 포함한다.

탈기조(500)는 가운데 부분에 충전 물질(501)을 구비한다. 충전 물질(501)은 플라스틱, 세라믹 계열의 충전 물질로, 물의 비표면적을 증대시켜 양극수가 포함하고 있는 ClO₂를 배출하는 효과를 증대시킨다.

탈기조(500)의 상부에 분사된 양극수가 충전 물질(501)을 지나면, 양극수에 포함된 ClO₂는 기체가 되고, 기체 ClO₂는 제1 탈기 배관(520)으로 배출된다.

이 때, 탈기조(500)의 상부로 유입 및 분사되어 충전 물질(501)을 지나며 발생하는 기체 ClO₂는 기체이므로 탈기조(500)의 상부로 올라가고, 이에 따라 제1 탈기 배관(520)을 통해 배출되게 된다.

그리고, 충전 물질(501)을 지난 이후에도 기체로 변환되지 않고 양극수에 용해된 상태로 존재하는 액체 상태의 ClO₂는 이산화염소 순환 배관(530)으로 배출된다.

탈기조(500)의 하부에서 이산화염소 순환 배관(530)으로 유입된 액체 상태의 ClO₂는 NaCl 공급 탱크(100)로 다시 유입된다.

그리고, 탈기조(500)의 상부에서 제1 탈기 배관(520)을 통해 외부로 배출되는 기체 ClO₂는 이젝터(550)로 유입 된다. 이젝터(550)는 선박평형수 배관(10)으로부터 분기되어 선박평형수 배관(10)을 흐르는 선박평형수를 일부 인입 받는 제1 탈기조 분기 배관(13) 및 선박평형수 배관(10)으로 합쳐지는 제2 탈기조 분기배관(14)과 각각 연결된다.

이젝터(550)는 외부로부터 유입된 유체를 다른 곳으로 보내는 일종의 펌프로서, 제1 탈기조 분기 배관(13)으로부터 이젝터(550)로 유입되는 선박평형수를 고속으로 분출하여 제2 탈기조 분기배관(14)으로 흘려 보낸다. 이러한 이젝터(550)의 동작으로 인하여, 이젝터(550)를 흘러 지나가는 선박평형수는 진공 상태가 된다.

이 때, 탈기조 분기 배관(13)으로부터 이젝터(550)로 인입되어 이젝터(550) 내부를 통과하는 ClO₂를 포함하는 선박평형수는 이젝터(550)의 탈기 과정으로 인하여 ClO₂를 기체 상태로 배출한다.

제1 탈기조 분기 배관(13)은 펌프(560)를 구비하고 있다. 펌프(560)는 제1 탈기조 분기 배관(13)을 흐르는 선박평형수의 유속을 제어하도록 공기를 주입한다.

이와 같이, 선박평형수 배관(10)으로부터 분기된 제1 탈기조 분기 배관(13)에 유입된 일부 선박평형수는 펌프(560)의 구동으로 인하여 이젝터(550) 방향으로 흐르게 되고, 이젝터(550)에는 제1 탈기 배관(520)에서 배출된 기체 상태의 ClO₂를 유입 받으므로, 제2 탈기조 분기 배관(14)은 ClO₂가 녹아 있는 선박평형수가 흐르게 된다.

그리고, 도 6에 도시된 것과 같이, 선박평형수 배관(10)은 선박평형수 배관(10)을 흐르는 선박평형수의 양을 측정하는 유량 측정장치(12), 선박평형수 배관(10)을 흐르는 선박평형수에 녹아있는 ClO₂의 양을 측정하는 이산화염소 측정 장치(580), 유량 측정장치(12) 및 이산화염소 측정 장치(580)에서 측정된 데이터를 수신하는 PLC(power line communication)(570)을 구비한다.

PLC(570)는 유량 측정 장치(12)에서 측정된 선박평형수의 유량과, 이산화염소 측정 장치(580)에서 측정된 선박평형수의 ClO₂의 양을 참고로 하여 펌프(560)의 구동을 제어한다. 예를 들어, 유량 측정 장치(12)에서 측정된 선박평형수의 유량에 대비하여 이산화염소 측정 장치(580)에서 측정한 선박평형수의 ClO₂의 용량이 많은 경우, 이젝터(550)를 흐르는 선박평형수의 유량을 줄이기 위하여 PLC(570)는 펌프(560)가 상대적으로 적게 구동하도록 제어한다.

반면에, 유량 측정 장치(12)에서 측정된 선박평형수의 유량에 대비하여 이산화염소 측정 장치(580)에서 측정한 선박평형수의 ClO₂의 용량이 적은 경우, 이젝터(550)를 흐르는 선박평형수의 유량을 늘이기 위하여 PLC(570)는 펌프(560)가 상대적으로 많이 구동하도록 제어한다.

그리고, 다시 도 1을 참고로 하면, 음극수 재순환 장치(400)는 음극수 순환 배관(320), 에어 라인(410), 그리고 제2 탈기 배관(420)를 구비한다.

음극수 순환 배관(320)은 전기분해장치(300)의 음극(302)에서 화학 반응이 처리된 음극수를 음극수 재순환 장치(400)에 전달한다. 그리고, 음극수 재순환 장치(400)에 유입된 음극수는 음극수 순환 배관(320)을 통해 다시 전기분해장치(300)의 음극(302) 부분으로 전달된다. 따라서, 전기분해장치(300)에서 처리된 음극수는 음극수 순환 배관(320)을 따라 전기분해장치(300)와 음극수 재순환 장치(400) 사이를 순환하게 된다.

음극수는 일정 염분 범위 내에서 음극수 재순환 배관(320)을 순환하는데, 이 때 음극수가 재순환되는 염분 범위는 0.2 내지 30PSU(practical salinity unit: 바닷물 1kg에 녹아 있는 용존물질의 g질량)이다

에어 라인(410)은 외부로부터 공기를 유입 받는 배관이고, 제2 탈기 배관(420)은 음극수 재순환장치(400) 내부의 수소 기체를 외부(선박 외부)로 배출한다. 이 때, 음극수 재순환장치(400)에 유입되는 음극수는 위의 화학식 2를 수행함에 따라 수소 기체(H₂)를 포함하는데, 음극수에 포함된 수소 기체는 에어 라인(410)으로부터 유입된 공기에 의해 제2 탈기 배관(420)을 통해 외부로 배출되게 된다.

다음으로, 도 1내지 도 6을 참고로 하여 본 발명의 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치의 동작에 대하여 설명한다.

먼저, 선박평형수 배관(10)을 흐르는 선박평형수의 일부가 분기 배관(11)으로 유입된다. 분기 배관(11)에 유입된 일부의 선박평형수는 NaCl 공급 탱크(100)로 유입되고, NaCl 공급 탱크(100)에 구비되어 있는 NaCl(1: 정제염 또는 암염)이 선박평형수에 용해된다. NaCl이 용해된 선박평형수는 제1 배출 배관(110)을 통해 NaCl 공급 탱크(100) 외부로 배출된다.

그리고, 제2 배출 배관(210)은 NaClO₂를 구비하는 NaClO₂ 공급 탱크(200)로부터 NaClO₂를 유입 받고, 제2 배출 배관(210)은 제1 배출 배관(110)으로 합쳐지게 된다. 따라서 NaCl이 용해된 선박평형수가 흐르는 제1 배출 배관(110)에 NaClO₂가 유입된다.

전기분해장치(300)는 제1 배출 배관(110)으로부터 NaCl 및 NaClO₂가 포함된 선박평형수를 유입 받고, 양극(301) 및 음극(302)에서 화학 반응을 수행한다. 이 때, 양극(301)에서 전기분해 반응이 수행된 양극는 이산화염소 배출 배관(510)을 통해 탈기조(500)로 전달되고, 음극(302)에서 전기분해 반응이 수행된 음극수는 전기분해장치(300)와 음극수 재순환 장치(400) 사이에서 음극수 순환 배관(320)을 통해 순환한다.

이 때, 전기분해장치(300)에 구비되는 격막(310)을 통해 양극(301)과 음극(302)이 분리되므로 양극(301)에서 화학식 1을 통한 ClO₂의 생성 효율이 높아진다.

그리고, 이산화염소 배출 배관(510)을 통해 탈기조(500)의 상부에 분사되는 양극수는 탈기조(500)의 충전 물질(501)을 지나면서 기체의 이산화염소(ClO₂)로 변환되고, 변환된 기체 이산화염소는 탈기조(500)의 상부에 연결된 제1 탈기 배관(520)을 통해 이젝터(550)로 유입된다.

이 때, 펌프(560)의 펌핑 동작과 이젝터(550)의 펌핑 동작으로 인하여 기체 이산화염소는 제2 탈기조 분기 배관(14)을 통해 선박평형수 배관(10)으로 유입된다.

동시에, 탈기조(500)의 충전 물질(501)에서 미처 기체 이산화염소로 변환되지 못한 액체 이산화염소는 탈기조(500)하부에 연결된 이산화염소 순환 배관(530)을 통해서 NaCl 공급 탱크(100)로 다시 유입된다.

그리고, 전기분해장치(300)의 음극수 순환 배관(320)은 전기분해장치(300)의 음극(302)의 화학반응을 수행한 선박평형수 즉 음극수를 전달 받고, 유입된 음극수를 다시 전기분해장치(300)로 전달하도록 순환시킨다.

또한, 에어 라인(410)으로부터 유입된 압력이 있는 공기에 의해 전기분해장치(300)로부터 전달 받은 수소 기체를 제2 탈기 배관(420)을 통해 선박 외부로 배출한다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10 : 선박평형수 배관 11 : 분기 배관
12 : 유량 측정 장치 13 : 제1 탈기조 분기 배관
14 : 제2 탈기조 분기 배관 100 : NaCl 공급 탱크
110 : 제1 배출 배관 200 : NaClO₂ 공급 배관
210 : 제2 배출 배관 300 : 전기분해장치
301 : 양극 302 : 음극
310 : 격막 320 : 음극수 순환 배관
330 : 정류기 400 : 음극수 재순환 장치
410 : 에어 라인 420 : 제2 탈기 배관
500 : 탈기조 510 : 이산화염소 배출 배관
520 : 제1 탈기 배관 530 : 이산화염소 순환 배관
550 : 이젝터 560 : 펌프
570 : PLC 580 : 이산화염소 측정 장치

Claims (10)

1. NaCl을 구비하고, 외부로부터 선박평수를 공급 받는 NaCl 공급 탱크,
   상기 NaCl 공급 탱크와 연결되어 상기 NaCl 공급 탱크로부터 NaCl이 용해된 상기 선박평형수를 유입 받고, 상기 NaCl이 용해된 선박평형수를 전기분해 하여 ClO₂를 생성하는 양극 및 상기 NaCl이 용해된 선박평형수를 전기분해 하여 H₂를 생성하는 음극을 구비하는 전기분해장치,
   상기 전기분해장치와 연결되고, 상기 양극에서 전기분해 된 상기 ClO₂를 기체 상태의 ClO₂로 변환하는 탈기조, 그리고
   상기 전기분해장치와 연결되고, 상기 음극에서 전기분해 된 상기 H₂를 외부로 배출하는 음극수 재순환 장치
   를 포함하고,
   상기 탈기조에서 기체로 변환된 상기 ClO₂는 외부의 선박평형수에 유입되는 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치.
2. 제1항에서,
   상기 전기분해장치는
   상기 양극과 상기 음극 사이에 위치하여 상기 양극과 상기 음극을 분리하는 격막
   을 더 포함하는 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치.
3. 제1항에서,
   상기 전기분해장치에 전원을 공급하는 정류기
   를 더 포함하는 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치.
4. 제1항에서,
   NaClO₂를 구비하는 NaClO₂ 공급 탱크
   를 더 포함하는 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치.
5. 제1항에서,
   상기 전기분해장치에 전원을 공급하는 정류기
   를 더 포함하는 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치.
6. 제2항에서,
   상기 양극, 상기 음극 및 상기 격막을 복수개 구비하는 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치.
7. 제1항에서,
   상기 외부의 선박평형수가 흐르는 선박평형수 배관,
   상기 선박평형수 배관으로부터 분기되고, 상기 선박평형수 배관을 흐르는 상기 선박평형수의 일부가 흐르는 제1 탈기조 분기 배관,
   상기 제1 탈기조 분기 배관에 위치하고 외부의 신호에 따라 압력이 있는 공기를 펌핑하는 펌프,
   상기 탈기조와 연결되고, 상기 탈기조에서 배출되는 기체의 ClO₂를 유입 받는 탈기 배관,
   상기 제1 탈기조 분기 배관 및 상기 탈기 배관과 연결되고, 상기 선박평형수 배관과 다시 합쳐지는 제2 탈기조 분기 배관, 그리고
   상기 제2 탈기조 분기 배관에 위치하여 상기 제2 탈기조 분기배관을 흐르는 상기 기체의 ClO₂를 펌핑하는 이젝터
   를 더 포함하는 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치.
8. 제7항에서,
   상기 탈기조에서 기체로 변환되지 못한 상기 ClO₂를 상기 NaCl 공급 탱크로 재 전달하는 이산화염소 순환 배관
   을 더 포함하는 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치.
9. 제7항에서,
   상기 선박평형수 배관에 위치하고, 상기 선박평형수 배관을 흐르는 상기 선박평형수의 유량을 측정하는 유량 측정장치,
   상기 선박평형수 배관을 흐르는 상기 선박평형수에 포함된 ClO₂의 양을 측정하는 이산화염소 측정 장치, 그리고
   상기 유량 측정장치 및 상기 이산화염소 측정장치와 연결되고, 상기 유량 측정장치 및 상기 이산화염소 측정장치에서 측정된 측정값에 따라 상기 펌프의 동작을 제어하는 PLC
   를 더 포함하는 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치.
10. 제1항에서,
    상기 음극수 재순환 장치는
    압력이 있는 공기를 외부로부터 유입 받는 에어 라인,
    상기 에어 라인을 통해 유입되는 외부의 공기에 의해 상기 H2를 외부로 배출하는 제2 탈기 배관
    을 더 포함하는 선박평형수 살균용 이산화염소 발생장치.

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