KR20220008430A - 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템에 관한 것으로, 특히 우수나 해류를 저류시켜 정수한 후 전기 분해하여 산소는 내수면 양식장의 산소 공급 및 살균 처리 장치에 공급함과 아울러 수소는 연료 전지를 이용하여 직류전원을 생산하고, 태양광 집열판을 통해 직류전원을 생산하여 생산된 직류전원을 교류전력으로 변환하여 저장한 후 내수면 양식장의 산소 공급 및 살균 처리 장치와 수온 조절 장치에 구동 전력으로 제공하는 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템에 관한 것으로, 특히 우수나 해류를 저류시켜 정수한 후 전기 분해하여 산소는 내수면 양식장의 산소 공급 및 살균 처리 장치에 공급함과 아울러 수소는 연료 전지를 이용하여 직류전원을 생산하고, 태양광 집열판을 통해 직류전원을 생산하여 생산된 직류전원을 교류전력으로 변환하여 저장한 후 내수면 양식장의 산소 공급 및 살균 처리 장치와 수온 조절 장치에 구동 전력으로 제공하는 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템에 관한 것이다.
수력발전은 높은 위치에 있는 하천이나 저수지의 유량(Q)을 유도하여 위치에너지인 낙차(H)를 이용, 수차에 회전력을 발생시키고 수차와 직결되어 있는 발전기에 의해서 회전 운동을 전기에너지로 변환하여 전력을 생산하는 발전방식이다. 낙차(H)는 이용 가능한 최대 수직 거리이며, 손실로 인하여 감속한 낙차를 정격낙차(Net Head)라 하고, 유량(Q)은 초당 지나가는 물의 양(㎥/sec)으로 수차를 회전시키는 물의 유량이 많고, 낙차가 클수록 발전 설비용량이 커지고 전력량도 그만큼 증가한다. 즉, 수력발전의 출력은 수력 출력[kW]=9.8(중력가속도)ㅧ유량(㎥/s)ㅧ낙차(m)ㅧ수차 발전기 효율(％)로 산출될 수 있다.
소수력 발전은 주로 산과 계곡이 많은 지역에서 댐이나 소하천을 이용하여 이루어지는 발전방식이다. 이러한 소수력발전은 개발 주변지역의 각종 민원 제기와 강우량의 계절별 편중에 따른 가동율이 35％ 정도로 경제성이 부족하여 소수력 발전이 원활하게 이루어지지 않았다.
그러나 최근에 정부의 신재생에너지 보급정책에 따른 지역에너지 보급사업, 신재생에너지공급의무화제도(RPS)로 소수력 발전의 필요성이 증폭되면서 공공기관에서 민원 발생의 우려가 없는 기존 시설물인 조정지 댐이나 양수발전소의 하부댐, 농업용 저수지, 하수처리장, 수도용 관로, 하수종말처리장, 화력발전소의 냉각수 등을 이용한 소규모 소수력 발전 개발에 많은 노력을 기울이고 있다.
이러한 소수력 발전을 어폐류의 바다양식장 또는 육상양식장에 적용하면 어패류를 양식하고 바다로 버려지는 물을 이용하여 소수력 발전이 가능한데, 양식장에서 버려지는 물을 이용하여 소수력발전용 수차 및 발전시스템(장치)을 설치하여 소수력발전효과를 기대하였으나, 기존의 유체의 유동에너지로부터 기복이 심한 부하를 효과적으로 유도하여 회전체의 회전효율을 극대화시키도록 제조된 소수력 발전 장치를 환경이 다른 양식장의 수로에 설치하여 효과적인 소수력 발전을 기대하기 어렵다.
그리고, 양식장에서는 수온 조절에 막대한 비용이 소모되는데, 이중 양식장의 수온 조절을 위해 소모되는 전력비용이 큰 부분을 차지하고 있으며, 소수력 발전에 의해 생산된 전력을 양식장의 수온 조절을 위한 전력으로 사용하기에는 비효율적이며, 환경적인 측면에서도 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다.
이에 따라 양식장에서 적용하기 용이한 친환경이고 경제적인 발전시스템이 필요하게 되었다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 점에 착안하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 친환경적이고 저비용으로 내수면 양식장의 산소 공급 및 살균 처리 장치에 산소를 공급해줌과 아울러 내수면 양식장의 수온 조절 장치에 구동 전력을 공급해줄 수 있는 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시형태에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템은 취수펌프를 통해 공급되는 우수나 해수를 저류시켜 고도 정수처리를 하도록 구성된 고도 정수 장치; 상기 고도 정수 장치에 의해 정화된 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 발생시키고, 산소는 내수면 양식장의 산소 공급 및 살균 처리 장치에 공급하며, 수소는 수소 정제 과정을 거쳐 고순도의 청정 수소를 획득하여 저장한 후 설정량 이상의 수소를 배출하도록 구성된 수소 및 산소 공급 장치; 및 상기 수소 및 산소 공급 장치에서 수소를 공급받아 산화 환원 반응을 이용해 직류 전원을 생산하는 연료 전지와, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전원을 생산하는 태양광 집열판과, 생산된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 저장한 후 내수면 양식장의 수온 조절 장치에 제공하는 에너지 저장부를 포함하는 에너지 생산 장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 실시형태에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템에 있어서, 상기 고도 정수 장치는 저수 탱크에 설치되어 이 저수 탱크에 공급되는 물을 여과하여 불순물을 제거하는 스크린; 상기 스크린에 의해 여과된 물과 접촉하여 먼지, 모래 및 녹물을 포함하는 부유물질을 제거하도록 구성된 침전 필터; 상기 침전 필터에 의해 정화된 물에 포함된 중금속, 박테리아 및 바이러스를 포함하는 오염물질을 제거하도록 구성된 멤브레인 필터; 및 상기 멤브레인 필터에 의해 정화된 물에 자외선을 조사하여 유해 세균을 제거하도록 구성된 UV(Ultraviolet) 필터;를 포함할 수 있다.
상기 실시형태에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템에 있어서, 상기 수소 및 산소 공급 장치는 상기 고도 정수 장치에 의해 정화된 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 발생시키도록 구성된 수전해 장치; 상기 수전해 장치에 의해 발생된 수소를 정제하여 고순도의 청정 수소를 획득하도록 구성된 수소 정제부; 상기 수소 정제부에 의해 획득된 고순도의 청정 수소를 저장하도록 구성된 수소 저장부; 및 상기 수소 저장부로부터 상기 연료 전지에 입력되는 수소량을 감지하여 감지된 수소량이 설정값 이상일 때 상기 수소 저장부로부터 상기 연료 전지에 수소를 공급하도록 구성된 자동 제어부;를 포함할 수 있다.
상기 실시형태에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템에 있어서, 상기 에너지 생산 장치는 상기 태양광 집열판의 출력 전류 또는 전압을 감지하여 감지된 출력 전류 또는 전압의 하한값이 설정값 이상일 경우 상기 태양광 집열판의 출력 직류 전원을 상기 에너지 저장부에 제공함과 아울러, 상기 연료 전지의 출력 전류 또는 전압을 감지하여 감지된 출력 전류 또는 전압이 설정 범위 내일 경우 상기 연료 전지의 출력 직류 전원을 상기 에너지 저장부에 제공하도록 구성된 BMS(Battery Management System)를 더 포함할 수 있다.
상기 실시형태에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템에 있어서, 상기 에너지 생산 장치는 상기 고도 정수 장치, 및 수소 및 산소 공급 장치에 구동 전력을 제공할 수 있다.
상기 실시형태에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템에 있어서, 상기 저수 탱크와 상기 침전 필터 사이, 상기 침전 필터와 멤브레인 필터 사이, 및 UV 필터의 출수관에는 유동되는 물의 양을 계측하는 유량계가 장착될 수 있다.
상기 실시형태에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템에 있어서, 상기 고도 정수 장치는 저수 탱크에 설치되어 이 저수 탱크에 공급되는 물을 여과하여 불순물을 제거하는 스크린; 상기 스크린에 의해 여과된 물과 접촉하여 먼지, 모래 및 녹물을 포함하는 부유물질을 제거하도록 구성된 침전 필터; 상기 침전 필터에 의해 정화된 물에 포함된 중금속, 박테리아 및 바이러스를 포함하는 오염물질을 제거하도록 구성된 멤브레인 필터; 및 상기 수소 및 산소 공급 장치로부터 발생된 산소를 이용하여 오존을 생성하고 이 오존을 상기 멤브레인 필터에 의해 정화된 물에 투입시켜 중금속 및 병원균을 제거하도록 구성된 오존 필터;를 포함할 수 있다.
상기 실시형태에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템에 있어서, 상기 고도 정수 장치는 저수 탱크에 설치되어 이 저수 탱크에 공급되는 물을 여과하여 불순물을 제거하는 스크린; 상기 스크린에 의해 여과된 물과 접촉하여 먼지, 모래 및 녹물을 포함하는 부유물질을 제거하도록 구성된 침전 필터; 상기 침전 필터에 의해 정화된 물에 자외선을 조사하여 유해 세균을 제거하도록 구성된 UV 필터; 및 상기 UV 필터에 의해 정화된 물에 포함된 중금속, 박테리아 및 바이러스를 포함하는 오염물질을 제거하도록 구성된 멤브레인 필터;를 포함할 수 있다.
상기 실시형태에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템에 있어서, 상기 저수 탱크와 상기 침전 필터 사이, 상기 침전 필터와 UV 필터 사이, 및 상기 멤브레인 필터의 출수관에는 유동되는 물의 양을 계측하는 유량계가 장착될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템에 의하면, 취수펌프를 통해 공급되는 우수나 해수를 저류시켜 고도 정수처리를 하고, 고도 정수처리된 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 발생시키고, 산소는 내수면 양식장의 산소 공급 및 살균 처리 장치에 공급하며, 수소는 수소 정제 과정을 거쳐 고순도의 청정 수소를 획득하여 저장한 후 설정량 이상의 수소를 배출하고, 이 배출되는 수소를 공급받아 산화 환원 반응을 이용해 직류 전원을 생산하며 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전원을 생산하고 생산된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 저장한 후 내수면 양식장의 수온 조절 장치에 제공하도록 구성됨으로써, 친환경적이고 저비용으로 내수면 양식장의 산소 공급 및 살균 처리 장치에 산소를 공급해줌과 아울러 내수면 양식장의 수온 조절 장치에 구동 전력을 공급해줄 수 있다는 뛰어난 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 도 1의 저수 탱크에 설치된 스크린을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 자동 제어부의 동작을 나타낸 플로우챠트이다.
도 4는 도 1의 BMS(Battery Management System)의 동작을 나타낸 플로우챠트이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템의 전체 구성도이다.
도 2는 도 1의 저수 탱크에 설치된 스크린을 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1의 자동 제어부의 동작을 나타낸 플로우챠트이다.
도 4는 도 1의 BMS(Battery Management System)의 동작을 나타낸 플로우챠트이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템의 전체 구성도이다.
본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예를 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적으로 해석되어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
도면에서 도시된 각 시스템에서, 몇몇 경우에서의 요소는 각각 동일한 참조 번호 또는 상이한 참조 번호를 가져서 표현된 요소가 상이하거나 유사할 수가 있음을 시사할 수 있다. 그러나 요소는 상이한 구현을 가지고 본 명세서에서 보여지거나 기술된 시스템 중 몇몇 또는 전부와 작동할 수 있다. 도면에서 도시된 다양한 요소는 동일하거나 상이할 수 있다. 어느 것이 제1 요소로 지칭되는지 및 어느 것이 제2 요소로 불리는지는 임의적이다.
본 명세서에서 어느 하나의 구성요소가 다른 구성요소로 데이터 또는 신호를 '전송', '전달' 또는 '제공'한다 함은 어느 한 구성요소가 다른 구성요소로 직접 데이터 또는 신호를 전송하는 것은 물론, 적어도 하나의 또 다른 구성요소를 통하여 데이터 또는 신호를 다른 구성요소로 전송하는 것을 포함한다.
이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템의 전체 구성도이다.
본 발명의 실시예에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 고도 정수 장치(100), 수소 및 산소 공급 장치(200) 및 에너지 생산 장치(300)를 포함한다.
고도 정수 장치(100)는 내수면으로부터 취수펌프에 의해 공급되는 우수나 해수를 저류시켜 고도 정수처리를 하여 수소 및 산소 공급 장치(200)에 제공하는 역할을 하며, 스크린(115), 침전 필터(120), 멤브레인 필터(130) 및 UV(Ultraviolet) 필터(140)을 포함한다.
스크린(115)은 저수 탱크(110)에 설치되어 저수 탱크(110)에 공급되어 저류되는 우수나 해수를 여과하여 불순물을 제거하는 역할을 한다. 스크린(115)은 예컨대 스테인리스 재질로 구성되어 내식성과 내구성이 뛰어나며, 설치가 쉽고 관리가 용이하여 여러 종류의 저수 탱크에 적용될 수 있다. 스크린(115)은 무동력, 무전원 방식으로 작동되므로 하자율이 적고 장기간 사용할 수 있다. 스크린(115)은 분해, 조립이 간단하여 청소가 용이하고 유지관리가 편하다.
침전 필터(120)는 스크린(115)에 의해 여과된 물과 접촉하여 물속에 함유된 먼지, 모래, 녹물 등 부피가 큰 부유물질을 제거하며, UV 필터(140) 및 멤브레인 필터(130)의 수명을 연장시켜 주는 역할을 하며, 세디멘트 필터라고도 한다.
멤브레인 필터(130)는 침전 필터(120)에 의해 정화된 물에 포함된 중금속, 박테리아, 바이러스 등의 오염물질을 제거하여 정화된 물을 UV 필터(140)에 제공하는 역할을 한다. 멤브레인 필터(130)는 특정 성분을 선별적으로 통과시켜 혼합물을 분리할 수 있는 액체막, 고체막 등의 박막일 수 있다. 박막을 통해 오염된 물속에 섞여 있는 이물질만 선별적으로 걸러내 정화된 물을 얻을 수 있다.
UV 필터(140)는 멤브레인 필터(130)에 의해 정화된 물에 자외선을 조사하여 물속에 존재하는 대장균, 일반 세균, 바이러스 등의 유해 세균을 제거하여 정화된 물을 수전해 장치(210)에 제공하는 역할을 한다. UV 필터(140)는 하우징 내에 장착된 살균램프에서 발생된 대략 253.7nm의 강력한 UV-C 살균파장에 의해 유해 세균을 살균하여 정화된 물을 공급할 수 있다.
한편, 저수 탱크(110)와 침전 필터(120) 사이, 침전 필터(120)와 멤브레인 필터(130) 사이, 및 UV 필터(140)의 출수관에는 유동되는 물의 양을 계측하는 유량계가 장착되어 있다.
수소 및 산소 공급 장치(200)는 고도 정수 장치(100)에 의해 정화된 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 발생시키고, 산소는 내수면 양식장의 산소 공급 및 살균 처리 장치에 공급하며, 수소는 수소 정제 과정을 거쳐 고순도의 청정 수소를 획득하여 저장한 후 설정량 이상의 수소를 에너지 생산 장치(300)에 배출하는 역할을 한다.
수소 및 산소 공급 장치(200)는 수전해 장치(210), 수소 정제부(220), 수소 저장부(230) 및 자동 제어부(240)를 포함한다.
수전해 장치(210)는 고도 정수 장치(100)에 의해 정화된 물을 제공받아 전기 분해하여 수소와 산소를 발생시키는 역할을 한다. 수전해 장치(210)는 태양광 집열판(330)에서 생성된 직류 전원을 인가받아 구동 전력으로 사용할 수 있거나, 또는 에너지 저장부(340)에 저장된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 사용할 수 있다.
수전해 장치(210)에 의해 발생된 산소는 내수면 양식장의 산소 공급 및 살균 처리 장치에 공급되어 사용될 수 있으며, 발생된 수소는 수소 정제부(220)에 제공될 수 있다.
수소 정제부(220)는 수전해 장치(210)에 의해 발생된 수소를 정제하여 고순도의 청정 수소를 획득하는 역할을 한다. 수소 정제부(220)는 예컨대, 수소 PSA(Pressure Swing Adsorption)라는 기법을 사용하여 수소 정제를 하게 되는데, 이는 수소가 포함된 혼합가스로부터 수소를 고순도로 정제하기 위해 압력이 높은 상태에서 불순물을 흡착시켜 제공하는 공정 기술이며 흡착된 물질을 탈착시켜 재생할 때는 압력을 낮추게 된다. 압력이 고압에서 저압으로 주기적으로 변환하여 Pressure Swing이라고 한다.
수소 저장부(230)는 수소 정제부(220)에 의해 획득된 고순도의 청정 수소를 저장하는 수소 탱크일 수 있다. 수소 저장부(230)는 자동 제어부(240)에 의해 제어되어 설정량 이상의 수소를 연료 전지(310)에 배출할 수 있다.
자동 제어부(240)는 수소 저장부(230)로부터 연료 전지(310)에 입력되는 수소량을 감지하여 감지된 수소량이 설정값 이상일 때 수소 저장부(230)로부터 연료 전지(310)에 수소를 공급하게 한다. 자동 제어부(240)는 태양관 집열판(330)에 의해 생성된 직류전원을 구동전력으로 사용하거나, 에너지 저장부(340)에 저장된 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 구동 전력으로 사용할 수 있다.
자동 제어부(240)의 동작에 대해 도 3을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 자동 제어부(240)는 연료 전지(310)에 입력되는 수소량을 감지하고(S1), 감지된 수소량이 설정값 이상인지의 여부를 결정한다(S2).
스텝(S2)에서 감지된 수소량이 설정값 이상이면(Y), 자동 제어부(240)는 수소 저장부(230)에 저장된 수소를 연료 전지(310)에 공급하게 되고(S3), 스텝(S1)으로 진행된다.
한편, 스텝(S2)에서 감지된 수소량이 설정값 미만이면(N), 스텝(S1)으로 진행된다.
에너지 생산 장치(300)는 수소 및 산소 공급 장치(200)에서 수소를 공급받아 산화 환원 반응을 이용해 직류 전원을 생산함과 아울러 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전원을 생산하고, 생산된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 저장한 후 내수면 양식장의 수온 조절 장치에 제공하는 역할을 한다.
에너지 생산 장치(300)는 연료 전지(310), 태양광 집열판(330), BMS(320) 및 에너지 저장부(340)를 포함한다.
연료 전지(310)는 수소 및 산소 공급 장치(200)의 수소 저장부(230)에서 고순도의 청정 수소를 공급받아 산화 환원 반응을 이용해서 직류 전원을 생산하는 역할을 한다. 연료 전지(310)는 복수 개의 연료 전지 스택을 포함하고 있다. 각각의 연료 전지 스택은 고압 상태에서 저압 상태로 변환되어 제공된 수소와 공기 중으로부터 제공된 산소를 결합시켜 폭발을 일으켜 전기에너지를 발생시키는 역할을 한다.
태양광 집열판(330)은 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전원을 생산하여 수소 및 산소 공급 장치(200)의 수전해 장치(210) 및 자동 제어부(240)에 구동 전원으로서 제공함과 아울러, 에너지 저장부(340)에 제공하는 역할을 한다.
에너지 저장부(340)는 연료 전지(310) 및 태양광 집열판(330)에서 생산된 직류 전원을 인가받아 교류 전원으로 변환하여 저장한 후 내수면 양식장의 수온 조절 장치에 제공하는 역할을 한다. 에너지 저장부(340)는 고도 정수 장치(100) 및 수소 및 산소 공급 장치(200)에 구동 전원을 제공할 수도 있다.
BMS(320)는 태양광 집열판(330)의 출력 전류 또는 전압을 감지하여 감지된 출력 전류 또는 전압의 하한값이 설정값 이상일 경우 태양광 집열판(330)의 출력 직류 전원을 에너지 저장부(340)에 제공함과 아울러, 연료 전지(310)의 출력 전류 또는 전압을 감지하여 감지된 출력 전류 또는 전압이 설정 범위 내일 경우 연료 전지(310)의 출력 직류 전원을 에너지 저장부(340)에 제공하는 역할을 한다.
BMS(320)의 동작을 도 4를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
먼저, BMS(320)은 태양광 집열판(330)의 출력 전류 또는 전압을 감지하고(S10), 감지된 출력 전류 또는 전압의 하한값이 설정값 이상인지의 여부를 결정한다(S20).
스텝(S20)에서 감지된 태양광 집열판(330)의 출력 전류 또는 전압의 하한값이 설정값 이상이면(Y), BMS(320)는 태양광 집열판(330)의 출력 직류 전원을 에너지 저장부(340)에 제공하고(S30), 연료 전지(310)의 출력 전류 또는 전압을 감지하여(S40), 감지된 연료 전지(310)의 출력 전류 또는 전압이 설정 범위 내인지의 여부를 결정한다(S50).
스텝(S50)에서 감지된 연료 전지(310)의 출력 전류 또는 전압이 설정 범위 내이면(Y), BMS(320)는 연료 전지(310)의 출력 직류 전원을 에너지 저장부(340)에 제공한 후(S60), 스텝(S10)으로 진행된다.
한편, 스텝(S20)에서 감지된 태양광 집열판(330)의 출력 전류 또는 전압의 하한값이 설정값 미만이면(N), 상기 스텝(S10)으로 진행된다.
한편, 스텝(S50)에서 감지된 연료 전지(310)의 출력 전류 또는 전압이 설정 범위 내가 아니면(N), 상기 스텝(S30)으로 진행된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템에 의하면, 취수펌프를 통해 공급되는 우수나 해수를 저류시켜 고도 정수처리를 하고, 고도 정수처리된 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 발생시키고, 산소는 내수면 양식장의 산소 공급 및 살균 처리 장치에 공급하며, 수소는 수소 정제 과정을 거쳐 고순도의 청정 수소를 획득하여 저장한 후 설정량 이상의 수소를 배출하고, 이 배출되는 수소를 공급받아 산화 환원 반응을 이용해 직류 전원을 생산하며 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전원을 생산하고 생산된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 저장한 후 내수면 양식장의 수온 조절 장치에 제공하도록 구성됨으로써, 친환경적이고 저비용으로 내수면 양식장의 산소 공급 및 살균 처리 장치에 산소를 공급해줌과 아울러 내수면 양식장의 수온 조절 장치에 구동 전력을 공급해줄 수 있다.
한편, 도 1에서 멤브레인 필터(130)와 UV 필터(140)의 위치는 변경가능하다.
이 경우, 저수 탱크(110)와 침전 필터(120) 사이, 침전 필터(120)와 UV 필터(140) 사이, 및 멤브레인 필터(130)의 출수관에는 유동되는 물의 양을 계측하는 유량계가 장착될 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템의 전체 구성도로서, 도 1의 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템과 다른 점은 고도 정수 장치(100)에 있어서 UV 필터(140)가 오존 필터(150)로 교체된 것이다.
오존 필터(150)는 수전해 장치(210)로부터 발생된 산소를 이용하여 오존을 생성하고 이 오존이 멤브레인 필터(130)에 의해 정화된 물에 투입되어 물에 함유된 중금속이나, 비브리오균, 대장균 등의 병원균을 제거하여 정화된 물을 수전해 장치(210)에 공급하는 역할을 한다.
도면과 명세서에는 최적의 실시예가 개시되었으며, 특정한 용어들이 사용되었으나 이는 단지 본 발명의 실시형태를 설명하기 위한 목적으로 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 고도 정수 장치
110: 저수 탱크
115: 스크린
120: 침전 필터
130: UV 필터
140: 멤브레인 필터
150: 오존 필터
200: 수소 및 산소 공급 장치
210: 수전해 장치
220: 수소 정제부
230: 수소 저장부
240: 자동 제어부
300: 에너지 생산 장치
310: 연료 전지
320: BMS
330: 태양광 집열판
340: 에너지 저장부
110: 저수 탱크
115: 스크린
120: 침전 필터
130: UV 필터
140: 멤브레인 필터
150: 오존 필터
200: 수소 및 산소 공급 장치
210: 수전해 장치
220: 수소 정제부
230: 수소 저장부
240: 자동 제어부
300: 에너지 생산 장치
310: 연료 전지
320: BMS
330: 태양광 집열판
340: 에너지 저장부
Claims (9)
- 취수펌프를 통해 공급되는 우수나 해수를 저류시켜 고도 정수처리를 하도록 구성된 고도 정수 장치(100);
상기 고도 정수 장치에 의해 정화된 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 발생시키고, 산소는 내수면 양식장의 산소 공급 및 살균 처리 장치에 공급하며, 수소는 수소 정제 과정을 거쳐 고순도의 청정 수소를 획득하여 저장한 후 설정량 이상의 수소를 배출하도록 구성된 수소 및 산소 공급 장치(200); 및
상기 수소 및 산소 공급 장치에서 수소를 공급받아 산화 환원 반응을 이용해 직류 전원을 생산하는 연료 전지(310)와, 태양 에너지를 전기 에너지로 변환하여 직류 전원을 생산하는 태양광 집열판(330)과, 생산된 직류 전원을 교류 전원으로 변환하여 저장한 후 내수면 양식장의 수온 조절 장치에 제공하는 에너지 저장부(340)를 포함하는 에너지 생산 장치(300);를 포함하는 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 고도 정수 장치(100)는
저수 탱크(110)에 설치되어 이 저수 탱크에 공급되는 물을 여과하여 불순물을 제거하는 스크린(115);
상기 스크린에 의해 여과된 물과 접촉하여 먼지, 모래 및 녹물을 포함하는 부유물질을 제거하도록 구성된 침전 필터(120);
상기 침전 필터에 의해 정화된 물에 포함된 중금속, 박테리아 및 바이러스를 포함하는 오염물질을 제거하도록 구성된 멤브레인 필터(130); 및
상기 멤브레인 필터에 의해 정화된 물에 자외선을 조사하여 유해 세균을 제거하도록 구성된 UV(Ultraviolet) 필터(140);를 포함하는 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 수소 및 산소 공급 장치(200)는
상기 고도 정수 장치에 의해 정화된 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 발생시키도록 구성된 수전해 장치(210);
상기 수전해 장치에 의해 발생된 수소를 정제하여 고순도의 청정 수소를 획득하도록 구성된 수소 정제부(220);
상기 수소 정제부에 의해 획득된 고순도의 청정 수소를 저장하도록 구성된 수소 저장부(230); 및
상기 수소 저장부로부터 상기 연료 전지(310)에 입력되는 수소량을 감지하여 감지된 수소량이 설정값 이상일 때 상기 수소 저장부로부터 상기 연료 전지에 수소를 공급하도록 구성된 자동 제어부(240);를 포함하는 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 에너지 생산 장치(300)는
상기 태양광 집열판(330)의 출력 전류 또는 전압을 감지하여 감지된 출력 전류 또는 전압의 하한값이 설정값 이상일 경우 상기 태양광 집열판의 출력 직류 전원을 상기 에너지 저장부(340)에 제공함과 아울러,
상기 연료 전지(310)의 출력 전류 또는 전압을 감지하여 감지된 출력 전류 또는 전압이 설정 범위 내일 경우 상기 연료 전지의 출력 직류 전원을 상기 에너지 저장부에 제공하도록 구성된 BMS(Battery Management System)(320)를 더 포함하는 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 에너지 생산 장치(300)는 상기 고도 정수 장치(100) 및 수소 및 산소 공급 장치(200)에 구동 전력을 제공하는 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템.
- 제 2 항에 있어서,
상기 저수 탱크(110)와 상기 침전 필터(120) 사이, 상기 침전 필터와 멤브레인 필터(130) 사이, 및 UV 필터(140)의 출수관에는 유동되는 물의 양을 계측하는 유량계가 장착되어 있는 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 고도 정수 장치(100)는
저수 탱크(110)에 설치되어 이 저수 탱크에 공급되는 물을 여과하여 불순물을 제거하는 스크린(115);
상기 스크린에 의해 여과된 물과 접촉하여 먼지, 모래 및 녹물을 포함하는 부유물질을 제거하도록 구성된 침전 필터(120);
상기 침전 필터에 의해 정화된 물에 포함된 중금속, 박테리아 및 바이러스를 포함하는 오염물질을 제거하도록 구성된 멤브레인 필터(130); 및
상기 수소 및 산소 공급 장치(200)로부터 발생된 산소를 이용하여 오존을 생성하고 이 오존을 상기 멤브레인 필터에 의해 정화된 물에 투입시켜 중금속 및 병원균을 제거하도록 구성된 오존 필터(150);를 포함하는 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템.
- 제 1 항에 있어서,
상기 고도 정수 장치(100)는
저수 탱크(110)에 설치되어 이 저수 탱크에 공급되는 물을 여과하여 불순물을 제거하는 스크린(115);
상기 스크린에 의해 여과된 물과 접촉하여 먼지, 모래 및 녹물을 포함하는 부유물질을 제거하도록 구성된 침전 필터(120);
상기 침전 필터에 의해 정화된 물에 자외선을 조사하여 유해 세균을 제거하도록 구성된 UV(Ultraviolet) 필터(140); 및
상기 UV 필터에 의해 정화된 물에 포함된 중금속, 박테리아 및 바이러스를 포함하는 오염물질을 제거하도록 구성된 멤브레인 필터(130);를 포함하는 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템.
- 제 8 항에 있어서,
상기 저수 탱크(110)와 상기 침전 필터(120) 사이, 상기 침전 필터와 UV 필터(140) 사이, 및 상기 멤브레인 필터(130)의 출수관에는 유동되는 물의 양을 계측하는 유량계가 장착되어 있는 내수면 양식장용 에너지 자립형 발전 시스템.
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