KR20210084363A - 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 해상에서 담수를 이용하여 수소 또는 암모니아와 같은 연료를 생산하는 해상용 연료생산장치에 대한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치는 담수수단과, 전기분해수단과, 수소탱크와, 발전수단과, 수소파이프라인을 포함한다. 상기 담수수단은 담수를 저장하기 위한 담수탱크와, 선박에 연결되어 상기 선박으로부터 상기 담수탱크에 담수를 공급하기 위한 담수파이프라인을 구비한다. 상기 전기분해수단은 상기 담수탱크에 수용된 담수를 전기분해한다. 상기 수소탱크는 상기 전기분해수단으로 상기 담수가 전기분해되어 발생된 수소를 저장한다. 상기 발전수단은 상기 전기분해수단에 전기를 공급한다. 상기 수소파이프라인은 상기 수소탱크에 저장된 수소를 상기 선박으로 공급한다.
본 발명에 의하면, 선박으로부터 담수를 공급받아서 해상에 설치된 발전기로 담수를 수분해하여 수소를 생산한다. 육상이 아닌 해상에 풍력발전기 등이 설치되므로 발전 효율을 높일 수 있으며, 해수가 아닌 담수를 수분해 하므로 해수담수화 과정이 필요없다. 그래서 본 발명에 의하면 육상에 비하여 전기에너지를 많이 확보할 수 있고, 확보된 에너지로 해수담수화 과정없이 수소 또는 암모니아를 생산할 수 있으므로 수소 또는 암모니아의 생산량을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 경제성을 확보할 수 있다.

Description

해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치{The apparatus for fuel production by fresh water on sea}
본 발명은 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치에 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 해상에서 담수를 이용하여 수소 또는 암모니아와 같은 연료를 생산하는 해상용 연료생산장치에 대한 것이다.
탄소 발생을 억제하기 위한 친환경 정책으로 수소 사용이 장려되고 있다. 수소를 사용하기 위해서 수소가 생산되어야 하며, 수소를 생산하는 방법에 따라 그린수소, 블루수소 및 그레이수소가 있다. 블루수소 및 그레이수소는 수소를 생산시 이산화탄소가 발생하므로 탄소 발생을 억제하는데 한계가 있다.
따라서 탄소 발생을 억제하기 위해서는 그린수소가 적합하며, 그린수소는 물을 분해하는 수전해방식으로 생산된다. 이때 물을 전기분해하여 수소를 생산하기 위해서는 전기가 사용되므로, 친환경의 신재생에너지를 사용하여 수전해방식으로 수소를 생산한다.
그래서 종래에는 해상에 설치된 해상풍력발전기를 사용하여 수소를 생산하였다. 해상풍력발전기로 전기를 생산한 후 해수를 전기분해하여 수소를 생산하였다. 이때 해수에는 염소 및 각종 이물질이 있으므로 해수를 직접 전기분해할 수 없고, 해수에 포함된 이물질을 제거하는 해수담수화 필터링 과정을 거쳐서 해수를 담수로 만들어서 전기분해하였다.
출원번호 제10-2010-0088494호(출원일자 2010.09.09) 출원번호 제10-2012-0101867호(출원일자 2012.09.14) 출원번호 제10-2007-0065568호(출원일자 2007.06.29) 출원번호 제10-2010-0132616호(출원일자 2010.12.22) 출원번호 제10-2019-0053138호(출원일자 2019.05.07) 출원번호 제10-2010-0099590호(출원일자 2010.10.13) 출원번호 제10-2010-00117606호(출원일자 2010.11.24)
종래와 방법과 같이 해수를 이용하여 수소를 생산할 경우 해수담수화 과정을 거쳐야 하므로 담수화하는데 많은 전기에너지가 사용된다는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 경우 해수 필터링을 하므로 필터를 주기적으로 교체해야 한다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것이다. 본 발명은 해수담수화 과정없이 해상에서 에너지를 생산하여 수소 또는 암모니아와 같은 친환경 에너지원을 생산할 수 있는 연료생산장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치는 담수수단과, 전기분해수단과, 수소탱크와, 발전수단과, 수소파이프라인을 포함한다. 상기 담수수단은 담수를 저장하기 위한 담수탱크와, 선박에 연결되어 상기 선박으로부터 상기 담수탱크에 담수를 공급하기 위한 담수파이프라인을 구비한다. 상기 전기분해수단은 상기 담수탱크에 수용된 담수를 전기분해한다. 상기 수소탱크는 상기 전기분해수단으로 상기 담수가 전기분해되어 발생된 수소를 저장한다. 상기 발전수단은 상기 전기분해수단에 전기를 공급한다. 상기 수소파이프라인은 상기 수소탱크에 저장된 수소를 상기 선박으로 공급한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치는 담수수단과, 전기분해수단과, 수소탱크와, 발전수단과, 질소탱크와, 암모니아생산기와, 암모니아탱크와, 암모니아파이프라인을 포함한다. 상기 담수수단은 담수를 저장하기 위한 담수탱크와, 선박에 연결되어 상기 선박으로부터 상기 담수탱크에 담수를 공급하기 위한 담수파이프라인을 구비한다. 상기 전기분해수단은 상기 담수탱크에 수용된 담수를 전기분해한다. 상기 수소탱크는 상기 전기분해수단으로 상기 담수가 전기분해되어 발생된 수소를 저장한다. 상기 발전수단은 상기 전기분해수단에 전기를 공급한다. 상기 질소탱크는 질소를 저장한다. 상기 암모니아생산기는 상기 수소탱크에 저장된 수소와, 상기 질소탱크에 저장된 질소를 사용하여 상기 발전수단으로 부터 전기를 공급받아 암모니아를 생산한다. 상기 암모니아탱크는 상기 암모니아생산기에서 생산된 암모니아를 저장한다. 상기 암모니아파이프라인은 상기 암모니아탱크에 저장된 암모니아를 상기 선박으로 공급한다.
또한, 상기의 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치는 상기 발전수단으로부터 전기를 공급받아서 공기 중에서 질소를 생산하여 상기 질소탱크에 공급하는 질소발생기를 더 포함하는 것이 바람직하다.
한편, 상기의 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치들은 산소탱크와, 산소파이프라인을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 산소탱크는 상기 전해분해수단으로 상기 담수가 전기분해되어 발생된 산소를 저장한다. 상기 산소파이프라인은 상기 산소탱크에 저장된 산소를 상기 선박으로 공급한다.
또한, 상기의 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치에 있어서, 상기 발전수단은 풍력발전기나, 파력발전기나, 태양력발전기나, 조류발전기 중 적어도 어느 하나를 사용하여 전기를 생산하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치는 상기 선박의 접안시 선박과의 충격을 흡수하기 위한 방충재를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 선박으로부터 담수를 공급받아서 해상에 설치된 발전기로 담수를 수분해하여 수소를 생산한다. 육상이 아닌 해상에 풍력발전기 등이 설치되므로 발전 효율을 높일 수 있으며, 해수가 아닌 담수를 수분해 하므로 해수담수화 과정이 필요없다. 그래서 본 발명에 의하면 육상에 비하여 전기에너지를 많이 확보할 수 있고, 확보된 에너지로 해수담수화 과정없이 수소 또는 암모니아를 생산할 수 있으므로 수소 또는 암모니아의 생산량을 늘릴 수 있을 뿐만 아니라 경제성을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치의 일 실시예의 사시도,
도 2는 도 1의 실시예의 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치의 다른 실시예의 사시도,
도 4는 도 2의 실시예의 평면도이다.
도 1 내지 도 2는 본 발명에 따른 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치의 일 실시예이다. 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치의 일 실시예를 설명한다.
해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치는 해상에 설치되며 담수수단(10)과, 전기분해수단(15)과, 수소탱크(20)와, 발전수단(25)과, 수소파이프라인(30)과, 산소탱크(35)와, 산소파이프라인(40)과, 방충재(42)를 포함한다.
담수수단(10)은 담수탱크(11)와, 담수파이프라인(13)을 구비한다. 담수탱크(11)는 담수를 저장하며, 담수파이프라인(13)은 선박으로부터 담수탱크(11)에 담수를 공급받을 수 있도록 선박에서 담수탱크(11)로 연결된다. 즉 담수파이프라인(13)은 일단에 선박여 연결될 수 있고 타단은 담수탱크(11)로 연결된다. 그래서 담수파이프라인(13)을 통하여 담수탱크(11)는 선박에서 담수를 공급받을 수 있다. 선박에 수용된 담수는 육상으로부터 제공받을 수 있다.
전기분해수단(15)은 담수탱크(11)에 수용된 담수를 전기분해한다. 전기분해수단(15)에서 담수를 전기분해하면 수소와 산소가 생산된다.
수소탱크(20)는 전기분해수단(15)에서 담수가 전기분해되어 발생된 수소를 저장한다.
발전수단(25)은 전기분해수단(15)에 전기를 공급하기 위하여 전기를 생산한다. 본 실시예의 발전수단(25)은 해상 풍력발전기가 사용된다. 풍력발전기 외에 태양력발전기, 파력발전기, 조류발전기 또는 이들이 복합적으로 사용될 수 있다.
수소파이프라인(30)은 수소탱크(20)에 저장된 수소를 선박으로 공급한다. 그래서 수소파이프라인(30)은 일단은 선박에 연결될 수 있고, 타단은 수소탱크(20)에 연결된다. 따라서 수소파이프라인(30)을 통하여 담수가 수분해되어 생산된 수소를 선박으로 공급할 수 있다.
산소탱크(35)는 전기분해수단(15)에서 담수가 전기분해되어 발생된 수소를 저장한다.
산소파이프라인(40)은 산소탱크(35)에 저장된 산소를 선박으로 공급한다. 그래서 산소파이프라인(40)은 일단은 선박에 연결될 수 있고 타단은 산소탱크(35)로 연결된다. 따라서 산소파이프라인(40)을 통하여 담수가 수분해되어 생산된 산소를 선박으로 공급할 수 있다.
방충재(42)는 선박이 담수를 공급하고 수소나 산소를 공급받기 위하여 본 실시예의 연료생산장치에 접안할 때 선박과의 충격을 흡수한다. 그래서 선박이 본 실시예의 연료생산장치에 안전하게 접안할 수 있다.
본 실시예의 경우 선박이 담수를 싣고 연료생산장치에 접안된다. 그러면 담수파이프라인(12)을 선박(더욱 상세하게는 선박에 설치된 담수탱크)에 연결한다.
담수파이프라인(12)이 선박에 연결되면 선박으로부터 담수파이프라인(12)을 통하여 담수를 담수탱크(11)로 공급받는다. 그러면 담수탱크(11)에는 담수가 저장된다.
발전수단(25)으로 전기를 생산하고, 생산된 전기로 전기분해수단(15)을 동작시켜 담수탱크(11)에 저장된 담수를 수소와 산소를 전기분해한다.
전기분해수단(15)으로 전기분해된 수소를 수소탱크(20)에 저장하고, 산소를 산소탱크(35)에 저장한다.
수소파이프라인(30)을 선박(더욱 상세하게는 선박에 설치된 수소탱크)에 연결하여 수소탱크(20)에 저장된 수소를 수소파이프라인(30)을 통하여 선박으로 공급한다.
또한, 산소파이프라인(40)은 선박(더욱 상세하게는 선박에 설치된 산소탱크)에 연결하여 산소탱크(35)에 저장된 산소를 산소파이프라인(40)을 통하여 선박으로 공급한다.
본 실시예에 의하면, 해수를 전기분해하는 것이 아니라 선박으로부터 담수를 공급받아서 담수를 전기분해하므로 해수담수화 과정이 필요없다.
그리고 해상에 설치되는 발전수단(25)을 사용하므로 전기 생산량을 높일 수 있다. 따라서 전기생산량이 높을 뿐만 아니라 전기분해시 해수담수화 과정이 요구되지 아니하므로 수소생산량을 증대시킬 수 있다.
도 3 내지 도 4는 본 발명에 따른 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치의 다른 실시예이다. 도 3 내지 도 4를 이용하여 본 발명에 따른 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치의 다른 실시예를 설명한다.
도 3의 실시예는 도 1의 실시예에 비하여 질소탱크(45)와, 암모니아생산기(50)와, 암모니아탱크(55)와, 암모니아파이프라인(60)과, 질소발생기(65)를 더 포함한다.
질소탱크(45)는 질소를 저장한다. 질소는 선박 등을 통하여 공급받을 수도 있고, 본 실시예와 같이 질소발생기(65)를 통하여 공급받을 수 있다.
암모니아생산기(50)는 수소탱크(20)에 저장된 수소와 질소탱크(45)에 저장된 질소를 사용하여 발전수단(25)으로부터 전기를 공급받아서 암모니아를 생산한다.
암모니아탱크(55)는 암모니아생산기(50)에 생산된 암모니아를 저장한다.
암모니아파이프라인(60)은 암모니아탱크(55)에 저장된 암모니아를 선박으로 공급하기 위하여 일단은 선박(즉 선박에 설치된 암모니아탱크)에 연결될 수 있고 타단은 암모니아탱크(55)로 연결된다.
질소발생기(65)는 발전수단(25)으로부터 전기를 공급받아 공기 중에서 질소를 생산하여 질소탱크(45)에 공급한다.
수소의 경우 액화온도가 -253℃이지만 암모니아의 경우 -33.34℃이다. 그래서 수소를 액화하기가 어렵지만 암모니아는 상대적으로 용이하다. 따라서 전기분해수단(15)에서 생성된 수소를 선박으로 전송하기는 어렵지만 암모니아는 상대적으로 용이하므로 본 실시예의 경우 수소를 암모니아로 합성하여 선박으로 보낸다.
10 : 담수수단 11 : 담수탱크
12 : 담수파이프라인 15 : 전기분해수단
20 : 수소탱크 25 : 발전수단
30 : 수소파이프라인 35 : 산소탱크
40 : 산소파이프라인 42 : 방충재
45 : 질소탱크 50 : 암모니아생산기
55 : 암모니아탱크 60 : 암모니아파이프라인
65 : 질소발생기

Claims (6)

  1. 담수를 저장하기 위한 담수탱크와, 선박에 연결되어 상기 선박으로부터 상기 담수탱크에 담수를 공급하기 위한 담수파이프라인을 구비한 담수수단과,
    상기 담수탱크에 수용된 담수를 전기분해하기 위한 전기분해수단과,
    상기 전기분해수단으로 상기 담수가 전기분해되어 발생된 수소를 저장하기 위한 수소탱크와,
    상기 전기분해수단에 전기를 공급하기 위한 발전수단과,
    상기 수소탱크에 저장된 수소를 상기 선박으로 공급하기 위한 수소파이프라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치.
  2. 담수를 저장하기 위한 담수탱크와, 선박에 연결되어 상기 선박으로부터 상기 담수탱크에 담수를 공급하기 위한 담수파이프라인을 구비한 담수수단과,
    상기 담수탱크에 수용된 담수를 전기분해하기 위한 전기분해수단과,
    상기 전기분해수단으로 상기 담수가 전기분해되어 발생된 수소를 저장하기 위한 수소탱크와,
    상기 전기분해수단에 전기를 공급하기 위한 발전수단과,
    질소를 저장한 질소탱크와,
    상기 수소탱크에 저장된 수소와, 상기 질소탱크에 저장된 질소를 사용하여 상기 발전수단으로 부터 전기를 공급받아 암모니아를 생산하는 암모니아생산기와,
    상기 암모니아생산기에서 생산된 암모니아를 저장하는 암모니아탱크와,
    상기 암모니아탱크에 저장된 암모니아를 상기 선박으로 공급하기 위한 암모니아파이프라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발전수단으로부터 전기를 공급받아서 공기 중에서 질소를 생산하여 상기 질소탱크에 공급하는 질소발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해분해수단으로 상기 담수가 전기분해되어 발생된 산소를 저장하기 위한 산소탱크와,
    상기 산소탱크에 저장된 산소를 상기 선박으로 공급하기 위한 산소파이프라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 발전수단은 풍력발전기나, 파력발전기나, 태양력발전기나, 조류발전기 중 적어도 어느 하나를 사용하여 전기를 생산하는 것을 특징으로 하는 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 선박의 접안시 선박과의 충격을 흡수하기 위한 방충재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 해상에 설치되는 담수를 이용한 연료생산장치.
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