KR20240034245A - 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템 및 선박 - Google Patents

즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템 및 선박 Download PDF

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신위엔 저우
솽옌 정
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Abstract

본 발명은 수소 연료 동력 기술 분야의 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템 및 선박을 개시한다. 이는 수송관을 통해 순차적으로 연결되는 원료저장부, 수소가스생성부, 수소가스처리부 및 수소에너지변환부를 포함하며; 원료저장부는 수소 제조 원료를 저장하고; 수소가스생성부는 유입된 수소 제조 원료에 화학 반응을 발생시켜 수소가스를 생성하며; 수소가스처리부는 유입된 수소가스를 정제 처리하고; 수소에너지변환부는 수소가스의 화학에너지를 전기에너지, 기계에너지 또는 열에너지로 변환한다. 본 발명은 화학 반응으로 수소를 제조하는 방식을 채택하여, 고체 원료를 액체 원료와 분리 저장함으로써 수소 에너지원의 즉석 생산 즉석 사용을 구현하고, 수소 에너지원의 저장을 감소시켜 선박용 수소 에너지원을 저장하는 각종 문제를 해결함과 동시에, 구조가 단순하고, 전력 소모가 적고 보급이 편리한 장점을 지닌다.

Description

즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템 및 선박
본 발명은 수소 연료 동력 기술 분야에 관한 것으로서, 구체적으로는 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템 및 선박에 관한 것이다.
2018년 4월, IMO는 해운업 온실가스 감축을 위한 초기 전략을 수립하고, 2050년까지 해운업 온실가스 배출을 2008년 대비 최소 50% 감축할 것을 제안하였으며, 이는 전세계 해운업 최초의 온실 가스 감축에 관한 전략이기도 하다. 수소가스는 탄소를 함유하지 않은 친환경 에너지원으로서, 현재 업계의 많은 관심을 받고 적극적으로 개발되는 새로운 연료 중의 하나이다. 이에 상응하는 수소 연료 동력선의 개념이 등장하여 현재 업계의 화제로 떠오르고 있다.
현재, 수소가스는 연료로 사용되며, 선박에서는 주로 고압 가스, 저온 액체, 고체 합금 흡착 및 유기 액체 등의 방식으로 저장된다. 상기 수소가스 저장 방식에는 다음과 같은 문제점이 존재한다. 상압 완전 냉각 -253 ℃의 액체로 저장할 경우, 선박에 초저온 액체수소 저장탱크 및 이를 위한 초저온 파이프 시스템, 밸브 등을 설치해야 하므로, 초기 투자 비용이 너무 높은 문제가 있다. 또한 350bar 이상의 고압 기체로 저장할 경우, 선박에 고압 수소가스 탱크를 설치해야 하나, 현재 재료, 압력 등 요인의 제한으로 인해, 단일 탱크의 부피는 약 수 세제곱미터고, 단위 질량당 수소 저장 밀도 역시 낮으며, 초기 투자 비용도 높아 마이크로 에너지 저장 선박에만 적용되고 있다. 또한 고체 합금 흡착 기술은 미숙하고, 수소 충방전 효율이 낮으며, 금속의 분말화가 쉽게 일어나고 중금속에 중독되는 등의 문제가 존재한다. 이와 동시에 유기 액체 기술은 어려운 점이 많고, 조작 조건이 가혹하며, 일정 정도의 독성 위험을 지닌다는 문제가 있다.
이를 감안하여, 본 발명의 목적은 종래의 선박용 수소 에너지원의 저장이 불편한 기술 문제를 해결하기 위한 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템을 제공하고자 하는데 있다.
본 발명이 채택한 기술 방안은 다음과 같다: 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템은 수송관을 통해 순차적으로 연결된 원료저장부, 수소가스생성부, 수소가스처리부 및 수소에너지변환부를 포함하며;
상기 원료저장부는 수소 제조 원료를 저장하고;
상기 수소가스생성부는 유입된 수소 제조 원료에 화학 반응을 발생시켜 수소가스를 생성하며;
상기 수소가스처리부는 유입된 수소가스를 정제 처리하고;
상기 수소에너지변환부는 수소가스의 화학에너지를 전기에너지, 기계에너지 또는 열에너지로 변환한다.
바람직하게는, 상기 원료저장부는 수소 제조 원료의 습도를 검출하기 위한 습도 검출장치 및 수소 제조 원료의 온도를 검출하기 위한 제1 온도 검출장치를 포함하고; 상기 원료저장부는 수소 제조 원료의 온도와 습도를 개선하기 위한 기체흡입구 및 기체배출구를 구비한다.
바람직하게는, 상기 수소가스생성부의 수량은 1개 또는 복수이고, 복수의 상기 수소가스생성부는 병렬로 설치되며; 상기 수소가스처리부의 수량은 1개 또는 복수이고, 복수의 상기 수소가스처리부는 병렬로 설치된다.
바람직하게는, 상기 수소가스생성부는 수소가스 생성장치를 포함하며, 상기 수소가스 생성장치는 쉘 구조, 상판 구조 및 액체원료 공급 파이프라인을 포함하고, 상기 쉘 구조는 고액 반응을 위한 반응 챔버를 구비하며; 상기 액체원료 공급 파이프라인은 수소 제조 원료와 화학 반응이 발생하는 액체원료를 상기 반응 챔버 내로 이송하기 위해 반응 챔버와 연통된다.
바람직하게는, 상기 상판 구조는 쉘 구조의 상부에 설치되며, 상기 상판 구조는 피딩 챔버와 가스 수집 챔버를 구비하고, 상기 피딩 챔버와 반응 챔버 사이에 피딩 챔버 내의 수소 제조 원료가 반응 챔버로 유입되도록 하기 위한 제2 피딩 도어가 설치되며, 상기 가스 수집 챔버와 반응 챔버 사이에 수소가스를 전처리하기 위한 다공성 배플 플레이트가 설치된다.
바람직하게는, 상기 상판 구조는 상자형 구조이며, 상기 상자형 구조의 내부 캐비티에 분할 플레이트가 설치되어, 상기 분할 플레이트가 상자형 구조의 내부 캐비티를 피딩 챔버와 가스 수집 챔버로 분할하며; 상기 상판 구조의 상부에 수소 제조 원료가 피딩 챔버로 유입되도록 하기 위한 제1 피딩 도어가 설치되고, 상기 제1 피딩 도어와 제2 피딩 도어는 수소가스가 외부로 누출되는 것을 방지하는 인터록 설계이다.
바람직하게는, 상기 쉘 구조는 외부 쉘과 내부 쉘을 포함하며, 상기 내부 쉘과 외부 쉘 사이에 반응 챔버를 냉각시키기 위한 냉각 챔버가 형성된다.
바람직하게는, 상기 액체원료 공급 파이프라인의 반응 챔버에 위치하는 일단은 반응액에 잠기며, 상기 액체원료 공급 파이프라인에 액체원료 분사 분기관이 연결되고, 상기 액체원료 분사 분기관에는 액체원료를 하향 분사하기 위한 복수의 노즐이 설치된다.
바람직하게는, 상기 수소가스생성부는 질소가스 공급 파이프라인을 더 포함하며, 상기 질소가스 공급 파이프라인은 제1 질소가스 공급 분기관 및 제2 질소가스 공급 분기관의 일단과 연결되고, 상기 제2 질소가스 공급 분기관의 타단은 피딩 챔버와 연통되며; 상기 제1 질소가스 공급 분기관의 타단은 가스 수집 챔버와 연통되고, 상기 제1 질소가스 공급 분기관에 차단밸브가 설치된다.
바람직하게는, 상기 반응 챔버에 액위 검출장치, 제2 온도 검출장치 및 밀도 검출장치가 설치되며,
상기 액위 검출장치는 반응 챔버 내의 반응액의 액위 정보를 검출하고;
상기 제2 온도 검출장치는 반응 챔버 내의 반응액의 온도 정보를 검출하며;
상기 밀도 검출장치는 반응 챔버 내의 반응액의 밀도 정보를 검출하고;
상기 가스 수집 챔버에 압력 검출장치가 설치되며, 상기 압력 검출장치는 가스 수집 챔버 내의 수소가스의 압력 정보를 검출한다.
바람직하게는, 상기 수소가스생성부는 폐액 처리장치 및 폐액 오버플로우관을 더 포함하며, 상기 폐액 오버플로우관은 수소가스 생성장치 내의 폐액이 폐액 처리장치로 오버플로우 되도록 수소가스 생성장치와 폐액 처리장치 사이에 설치된다.
바람직하게는, 상기 폐액 처리장치는 폐액 수집 캐비닛, 폐액 이동 펌프 및 폐액 배출관을 포함하며, 상기 폐액 수집 캐비닛은 오버플로우관을 통해 수소가스 생성장치와 연결되고, 상기 폐액 배출관의 일단은 폐액 수집 캐비닛과 연결되며, 상기 폐액 이동 펌프는 폐액 배출관에 설치된다.
바람직하게는, 상기 수소가스처리부는 재료 수송관에 의해 순차적으로 연통되는 제진기, 건조기, 정제기, 가압장치 및 완충탱크를 포함한다.
바람직하게는, 상기 수소에너지변환부는 수소 연료 전지, 수소가스 내연기관, 수소가스 외연기관, 가스 터빈, 수소 분사기 및 수소 연료 보일러 중의 어느 하나이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템을 포함하는 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 선박을 제공하고자 하는데 있다.
본 발명의 유익한 효과는 다음과 같다:
1. 본 발명은 순차적으로 직렬 설치된 원료저장부, 수소가스생성부, 수소가스처리부 및 수소에너지변환부를 통해 수소에너지원의 즉석 생산 즉석 사용을 구현하여 수소 에너지원의 저장을 감소시킴으로써, 선박용 수소 에너지원을 저장하는 각종 문제를 해결하였다.
2. 본 발명은 화학 반응으로 수소를 생산하는 방식을 채택하여, 고체 원료를 액체원료와 분리하여 저장함으로써 수소에너지원의 즉석 생산 즉석 사용을 구현함과 동시에 구조가 단순하고, 전력 소모가 적으며, 보급이 편리한 장점을 갖는다.
도 1은 본 발명의 구조 설명도이다.
도 2는 수소가스 생성장치의 구조 설명도이다.
도 3은 폐액 처리장치의 구조 설명도이다.
도 4는 수소가스처리부의 구조 설명도이다.
이하 첨부 도면을 결합하여 본 발명의 구체적인 실시양태에 대해 좀 더 상세히 설명한다. 이러한 실시양태는 단지 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다.
본 발명의 설명에서, 용어 "중심", "종방향", "횡방향", "상", "하", "전", "후", "좌", "우", "수직", "수평", "상부", "바닥", "내", "외" 등이 지시하는 방위 또는 위치 관계는 도면에 도시된 방위 또는 위치 관계를 기준으로 하며, 본 발명에 대한 설명의 편의 및 단순화를 위한 것일 뿐, 지시하는 장치 또는 소자가 반드시 특정한 방위를 지녀야 하고, 특정한 방위로 구성 및 조작되어야 함을 지시 또는 암시하는 것이 아니며, 따라서 본 발명을 제한하는 것으로 이해해서는 안 된다는 점을 언급해 둘 필요가 있다. 또한, 용어 "제1", "제2"는 단지 설명 목적으로만 사용될 뿐 상대적인 중요성을 지시하거나 암시하는 것으로 이해해서는 안 된다.
본 발명의 설명에서, 별도로 명확히 규정 및 한정하지 않는 한, 용어 "설치", "연결", "결합"은 넓은 의미로 이해하여야 하며, 예를 들어 고정 연결되는 것일 수도 있고, 분리 가능하게 연결되거나 일체형으로 연결되는 것일 수도 있으며; 기계적인 연결일 수도 있고, 전기적인 연결일 수도 있으며; 직접 연결일 수도 있고, 중간의 매개체를 통해 간접적으로 연결되는 것일 수도 있으며, 두 개의 소자 내부가 연통되는 것일 수도 있다. 본 분야의 보통의 기술자에게 있어서, 구체적인 상황에 따라 본 발명 중 상기 용어의 구체적인 의미를 이해할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 설명에서, 별도의 설명이 없는 한, "복수"의 의미는 2개 또는 2개 이상이다.
실시예는 도 1-도 4에 도시된 바와 같이, 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템으로서, 상기 시스템은 화학 반응을 통해 수소가스의 즉석 생산, 즉석 사용을 구현하여 선박용 수소 에너지원의 저장 문제를 해결하였다. 상기 시스템은 수송관(50)을 통해 순차적으로 직렬 연결되는 원료저장부(10), 수소가스생성부(20), 수소가스처리부(30)와 수소에너지변환부(40)를 포함한다.
원료저장부(10)는 고체의 수소 제조 원료(11)를 저장하기 위한 장치이고;
수소가스생성부(20)는 수소가스생성부(20)로 유입된 수소 제조 원료(11)와 액체원료에 화학 반응을 발생시켜 수소가스를 생성하기 위한 장치이며;
수소가스처리부(30)는 수소가스처리부(30)로 유입된 수소가스를 정제 처리하기 위한 장치이고;
수소에너지변환부(40)는 수소가스의 화학에너지를 전기에너지, 기계에너지 또는 열에너지로 변환하기 위한 장치이다.
본 출원은 순차적으로 직렬 설치된 원료저장부(10), 수소가스생성부(20), 수소가스처리부(30) 및 수소에너지변환부(40)를 통해 수소 에너지원의 즉석 생산, 즉석 사용을 구현하여 수소 에너지원의 저장을 감소시킴으로써, 선박용 수소 에너지원 저장의 각종 문제를 해결하였을 뿐만 아니라, 구조가 단순하고, 전력 소모가 적으며 보급이 편리한 장점을 지닌다.
일 구체적인 실시예에서, 원료저장부(10)는 선박 상의 밀폐 구역, 개방 구역 또는 반개방 구역일 수도 있고, 용량 요건을 충족하는 독립된 저장 컨테이너일 수도 있으며, 원료저장부(10) 내의 온도, 습도 등과 같은 환경 조건이 수소 제조 원료(11)의 저장 수요를 충족시킬 수만 있으면 된다. 여기서, 수소 제조 원료(11)는 수소화 붕소나트륨, 수소화 붕소마그네슘 또는 수소화 붕소알루미늄과 촉매의 혼합물이다.
바람직하게는, 도 1에 도시된 바와 같이, 원료저장부(10)는 수소 제조 원료(11)의 습도를 검출하기 위한 습도 검출장치(13) 및 수소 제조 원료(11)의 온도를 검출하기 위한 제1 온도 검출장치(12)를 포함하고; 원료저장부(10)는 수소 제조 원료(11)의 온도와 습도를 조절하기 위한 기체흡입구(14) 및 기체배출구(15)를 구비한다. 이와 같이 설치하면, 먼저 습도 검출장치(13)를 통해 수소 제조 원료(11)의 습도 정보를 획득하고, 제1 온도 검출장치(12)를 통해 수소 제조 원료(11)의 온도 정보를 획득한 다음, 기체흡입구(14)와 기체배출구(15)를 통해 원료저장부(10) 내부의 수소 제조 원료(11)의 습도와 온도의 조절을 구현할 수 있다.
보다 바람직하게는, 선박에서 해수와 즉석에서 반응하여 수소가스를 제조하기 위한 수소 제조 원료(11)는 수소화 붕소나트륨, 수소화 붕소마그네슘 또는 수소화 붕소알루미늄 등과 촉매의 혼합물이며; 수소 제조 원료(11)의 형태는 분말형, 스트립형, 입자형, 디스크형, 블록형 및 벌집형 등 반응이 발생하기에 용이한 각종 외형일 수 있다.
일 구체적인 실시예에서, 도 2, 도 3에 도시된 바와 같이, 수소가스생성부(20)는 수소가스 생성장치(21)를 포함하며, 수소가스 생성장치(21)는 쉘 구조, 상판 구조(2103) 및 액체원료 공급 파이프라인(2116)을 포함한다. 쉘 구조는 고액 반응(solide liquid reaction)을 위한 반응 챔버(2104)를 구비하고; 액체원료 공급 파이프라인(2116)의 일단은 반응 챔버(2104)와 연통되어, 반응 챔버(2104) 내로 수소 제조 원료(11)와 화학 반응을 발생시키는 액체원료를 수송하며; 바람직하게는, 액체원료는 해수이다. 상판 구조(2103)는 쉘 구조의 상부에 설치되며, 상판 구조(2103)는 독립된 피딩 챔버(2105) 및 가스 수집 챔버(2106)를 구비하고, 피딩 챔버(2105)와 반응 챔버(2104) 사이에 피딩 챔버(2105) 내의 수소 제조 원료(11)를 반응 챔버(2105)로 유입시키기 위한 제2 피딩 도어(2109)가 설치되며, 가스 수집 챔버(2106)와 반응 챔버(2104) 사이에 수소가스를 전처리하기 위한 다공성 배플 플레이트(2110)가 설치된다. 이와 같이 설치하면, 화학 반응에 참여하여 수소를 제조하는 고체 원료가 제2 피딩 도어(2109)를 통해 반응 챔버(2104)로 진입하고, 액체원료는 액체원료 공급 파이프라인(2116)을 통해 반응 챔버(2104)로 진입하여 고체 원료와 화학 반응을 발생시킴으로써 수소가스를 생성한다.
바람직하게는, 상판 구조(2103)는 상자형 구조이고, 상자형 구조의 내부 캐비티에 분할 플레이트가 설치되며, 상기 분할 플레이트는 상자형 구조의 내부 캐비티를 피딩 챔버(2105)와 가스 수집 챔버(2106)로 분할되고; 상판 구조(2103)의 상부에 수소 제조 원료(11)를 피딩 챔버(2105)로 진입시키기 위한 제1 피딩 도어(2108)가 더 설치되며, 제1 피딩 도어(2108)와 제2 피딩 도어(2109)는 수소가스의 외부 누출을 방지하는 인터록 설계가 채택된다. 이와 같이 설치하면, 상판 구조(2103)에 병렬 설치된 피딩 챔버(2105)와 가스 수집 챔버(2106)를 통해, 수소 제조 원료(11)의 첨가와 수소가스의 수집을 동시에 구현할 수 있고; 또한 제1 피딩 도어(2108)와 제2 피딩 도어(2109)의 인터록 설계를 통해, 제1 피딩 도어(2108)와 제2 피딩 도어(2109) 중의 하나만 개방 상태가 되도록 하여 장비 운행 과정에서, 원료를 공급 시 수소가스 발생 장치(21) 내에 생성된 수소가스가 외부로 누출되지 않도록 보장할 수 있다.
일 구체적인 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 수소가스생성부(20)는 질소가스 공급 파이프라인(24)을 더 포함하며, 상기 질소가스 공급 파이프라인(24)은 수소가스 생성장치(21)로 질소가스를 수송하여, 질소가스를 통해 수소가스 생성장치(21)를 불활성화하기 위한 것이다. 상기 질소가스 공급 파이프라인(24)은 각각 제1 질소가스 공급 분기관(241) 및 제2 질소가스 공급 분기관(242)의 일단과 연결되고, 제2 질소가스 공급 분기관(242)의 타단은 피딩 챔버(2105)로 질소가스를 수송하기 위해 피딩 챔버(2105)와 연통되며; 제1 질소가스 공급 분기관(241)의 타단은 가스 수집 챔버(2106)와 연통되고, 제1 질소가스 공급 분기관(241)에 가스 수집 챔버(2106)와 반응 챔버(2104)로 질소가스를 수송하기 위한 차단밸브(2411)가 설치된다. 이와 같이 설치하면, 반응 챔버(2104)에서 화학 반응을 일으켜 수소를 제조 시, 제1 질소가스 공급 분기관(241) 상의 차단밸브(2411)가 폐쇄 상태이고, 제2 질소가스 공급 분기관(242)은 도통 상태가 되어 피딩 챔버(2105)로 질소가스를 지속적으로 수송함으로써 장비 운행 시 원료의 연속 공급의 안전성을 보장한다. 수소가스 생성장치(21)가 운행하는 과정에서 위험 상황이 발생 시, 차단밸브(2411)를 개방하여 반응 챔버(2104)로 질소가스를 수송함으로써, 수소가스 생성장치(21)의 불활성화를 구현할 수 있다.
바람직하게는, 액체원료 공급 파이프라인(2116)은 반응 챔버(2104)의 일단에 위치하여 반응액에 잠긴다. 이와 같이 설치하면, 수소가스 생성장치(21)의 운행 과정에서 위험 상황이 발생한 경우, 차단밸브(2411)가 개방되어 반응 챔버(2104)로 질소가스가 수송됨으로써 반응 챔버(2104) 내의 압력을 상승시키고, 반응 챔버(2104) 내의 반응액이 수소가스 생성장치(21)로부터 압출되어 화학 반응을 신속하게 저지할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 액체원료 공급 파이프라인(2116)에 액체원료 분사 분기관(2117)이 연결되며, 액체원료 분사 분기관(2117)은 수평 방향을 따라 반응 챔버(2104)의 상부에 설치되고, 액체원료 분사 분기관(2117)에 액체원료를 하향 분사하기 위한 복수의 노즐(2114)이 선형으로 분포된다. 이와 같이 설치하면, 하향 분사되는 노즐(2114)을 통해 액체원료를 수소 제조 원료(11)를 향해 분사함으로써, 액체원료와 고체 원료의 신속한 혼합을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 수소가스를 생성하는 1차 전처리 역시 구현될 수 있다.
일 구체적인 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 쉘 구조는 외부 쉘(2101)과 내부 쉘(2102)을 포함하며, 외부 쉘(2101)은 내부 쉘(2102)의 외부에 피복되어 내부 쉘(2102)과 외부 쉘(2101) 사이에 냉각 챔버(2107)를 형성하며, 상기 냉각 챔버(2107)에 반응 캐비티(2104) 내의 반응액을 냉각시키기 위한 냉각액이 채워진다. 이와 같이 설치하면, 화학적인 수소 제조 반응은 열 방출 반응이므로, 수소가스의 생성 과정에서 다량의 열이 방출되어 반응액의 온도 상승을 야기할 수 있는데, 냉각 챔버(2107) 내에 채워진 냉각액은 반응 과정에서 발생하는 열에너지를 효과적으로 제거하여 반응액의 온도를 낮출 수 있어, 수소를 제조하는 화학 반응이 안전하고 안정적으로 수행될 수 있도록 보장한다.
일 구체적인 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 반응 챔버(2104)에 액위 검출장치(2111), 제2 온도 검출장치(2112) 및 밀도 검출장치(2115)가 설치되며, 액위 검출장치(2111)는 반응 챔버(2104) 내의 반응액의 액위 정보를 검출하기 위한 장치이고; 제2 온도 검출장치(2112)는 반응 챔버(2104) 내의 반응액의 온도 정보를 검출하기 위한 장치이며; 밀도 검출장치(2115)는 반응 챔버(2104) 내의 반응액의 밀도 정보를 검출하기 위한 장치이다. 가스 수집 챔버(2106) 내에 압력 검출장치(2113)가 설치되며, 압력 검출장치(2113)는 가스 수집 챔버(2106) 내의 수소가스의 압력 정보를 검출하기 위한 장치이다. 이와 같이 설치하면, 액위 검출장치(2111), 제2 온도 검출장치(2112), 압력 검출장치(2113) 및 밀도 검출장치(2115)를 통해 수소가스 생성장치(21)의 운행 과정 중의 액위, 온도, 압력 및 밀도 정보를 획득할 수 있어, 장비의 안전 운행을 보장하기에 용이하다.
일 구체적인 실시예에서, 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 수소가스생성부(20)는 폐액 처리장치(22) 및 폐액 오버플로우관(23)을 더 포함하며, 폐액 오버플로우관(23)은 수소가스 생성장치(21) 내의 폐액을 폐액 처리장치(22)로 오버플로우 되도록 수소가스 생성장치(21)와 폐액 처리장치(22) 사이에 설치된다. 이와 같이 설치하면, 수소가스 제조 과정에서, 액체원료가 액체원료 공급 파이프라인(2116)과 노즐(2114)을 통해 반응 챔버(2104)로 연속적으로 끊임없이 수송되기 때문에, 반응액의 액위가 지속적으로 상승할 수 있는데, 액위가 설정값까지 상승하면, 과도한 반응액은 설치된 오버플로우관(23)를 통해 폐액 처리장치(22)로 오버플로우 될 수 있다.
바람직하게는, 폐액 처리장치(22)는 폐액 수집 캐비닛(2201), 폐액 이동 펌프(2202) 및 폐액 배출관(2203)을 포함하며, 폐액 수집 캐비닛(2201)은 수소 제조 과정에서 발생되는 폐액을 저장하기 위해 오버플로우관(23)을 통해 수소가스 생성장치(21)와 연결되고; 폐액 수집 캐비닛(2201) 내에 폐액 수집 캐비닛(2201) 내의 폐액의 액위 정보를 검출하기 위한 액위 검출장치(2205)가 설치되며; 폐액 배출관(2203)의 일단은 폐액 수집 캐비닛(2201)과 연결되고, 타단은 선현 외측에 설치되며, 폐액 이동 펌프(2202)와 단방향 밸브(2204)는 폐액이 외부로 배출되어 바다로 유입되는 것을 제어하기 위해 폐액 배출관(2203)에 설치된다.
더욱 바람직하게는, 폐액 배출관(2203)의 일단은 폐액 수집 캐비닛(2201)과 연결되고, 타단은 선박 상의 폐액탱크와 연결되며, 폐액탱크는 폐액을 저장하여 선박이 항구에 도착한 후 접안 배출 처리함으로써 폐액의 해양 오염을 줄이도록 한다.
일 구체적인 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 수소가스처리부(30)는 수송관(50)에 의해 순차적으로 연통되는 제진기(31), 건조기(32), 정제기(33), 가압장치(34) 및 완충탱크(35)를 포함하며; 여기서, 제진기(31)는 수소가스 중의 먼지 함량을 낮추도록 수소가스에 대해 제진 처리를 수행하기 위한 장치이고; 정제기(33)는 수소가스의 순도가 요구를 충족하도록, 부착된 질소가스 등의 불순물을 제거하기 위한 장치이며; 가압장치(34)는 수소가스를 필요한 압력까지 가압하여 완충탱크(35)로 이송하도록 수소를 증압시키기 위한 장치이고; 완충탱크(35)는 수소가스의 임시 저장을 위한 장치이다.
바람직하게는, 제진기(31)는 수욕식 또는 여과식 등의 일반적인 제진기를 선택할 수 있고; 건조기(32)는 냉동식 또는 흡착식 제품을 선택할 수 있으며; 정제기(33)는 멤브레인 또는 분자체(Molecular Sieve) 제품을 선택할 수 있다.
일 구체적인 실시예에서, 수소에너지변환부(40)는 수소 연료 전지, 수소가스 내연기관, 수소가스 외연기관, 가스 터빈, 수소 분사기 및 수소 연료 보일러 중의 어느 하나이다. 수소에너지변환부(40)는 완충탱크(35)로부터 수송된 수소가스를 선박이 전진하는데 필요한 기계에너지로 변환한다.
일 구체적인 실시예에서, 수소가스생성부(20)와 수소가스처리부(30)의 수량은 제한이 없으며, 1개일 수도 있고 복수일 수도 있다. 수소가스생성부(20) 및/또는 수소가스처리부(30)의 수량이 복수일 경우, 복수의 수소가스생성부(20) 및/또는 수소가스처리부(30)는 병렬 연결 관계를 만족시키기만 하면 된다. 이와 같이 설치하면, 수소가스생성부(20) 및 수소가스처리부(30)의 수량 증가를 통해 수소가스의 생산량을 증가시킬 수 있어, 수소가스에 대한 선박의 큰 수요량을 만족시킬 수 있다.
바람직하게는, 장비의 배치 측면에서, 원료저장부(10), 수소가스생성부(20), 수소가스처리부(30)의 배치 위치는 제한이 없어, 선박 상에서 배치가 용이한 어떤 위치에도 배치가 가능하며; 동일한 장소에 집중적으로 배치될 수도 있고, 여러 장소에 분산 배치도 가능하며; 수소에너지변환부(40)는 주로 선박의 기계실 또는 추진실 내에 배치된다.
보다 바람직하게는, 수소가스생성부(20)는 컨트롤러를 더 포함하며, 상기 컨트롤러는 완충탱크(35) 중의 압력 센서와 전기적으로 연결되고; 이와 동시에 상기 컨트롤러는 액체원료 공급 파이프라인(2116) 상의 제어밸브와도 전기적으로 연결되어, 완충탱크(35) 중의 압력 정보를 통해 수소가스 생성장치(21)로 유입된 액체원료의 양을 제어함으로써, 화학 반응의 속도를 제어한다.
더욱 바람직하게는, 수소가스 생성장치(21)의 냉각액이 가져가는 반응 폐열은 선박 상의 폐열 이용 시스템과 결합하여 수소가스의 이용 효율을 추가적으로 향상시킬 수 있다.
즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 선박에 있어서, 상기 선박은 상기 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템을 포함한다.
본 발명의 수소가스 제조 과정은 다음과 같다:
수소가스 생성장치(21)가 가동을 멈추었을 때, 질소가스 공급 파이프라인(24)에 의해 수송된 질소가스를 통해 내부 영역을 불활성화하여, 장비 운행 초기의 안전을 보장한다. 선박에서 에너지를 생성하기 위해 수소가스를 소비해야 하는 경우, 원료저장부(10) 내에 저장된 수소 제조 원료(11)가 수소가스생성부(20)로 운반된다. 먼저 수소가스 생성장치(21)의 제1 피딩 도어(2108)를 개방하여, 수소 제조 원료(11)를 피딩 챔버(2105)에 투입한 후; 제1 피딩 도어(2108)를 폐쇄하고, 제2 피딩 도어(2109)를 개방하여, 수소 제조 원료(11)를 반응 챔버(2104)에 투입한다. 액체원료 공급 파이프라인(2116)을 통해 반응 챔버(2104)로 해수를 수송하며, 해수는 수소 제조 원료(11)와 화학 반응을 발생시켜 반응액을 형성하고 수소가스를 생성한다. 수소가스는 노즐(2114)에서 분출되는 해수를 통해 1차 전처리된 후, 다시 기액 분리를 수행하기 위한 다공성 배플 플레이트(2110)를 통해 가스 수집 챔버(2106)로 진입한다. 다공성 배플 플레이트(2110)는 수소가스에 대해 2차 전처리, 즉 액적 분리를 수행할 수 있다. 두 번의 전처리를 거친 수소가스는 재료 수송관(50)과 단방향 밸브(501)를 통해 수소가스처리부(30)로 이송된다.
상기 실시예는 단지 본 발명의 바람직한 실시양태일 뿐이며, 본 분야의 통상의 기술자에게 있어서, 본 발명의 기술 원리를 벗어나지 않는다는 전제하에, 약간의 개선 및 교체를 실시할 수 있으며, 이러한 개선 및 교체 역시 본 발명의 보호 범위로 간주되어야 한다.
10: 원료저장부 11: 수소 생성 원료 12: 제1 온도 감지장치 13: 습도 검출장치 14: 기체흡입구 15: 기체배출구
20: 수소가스생성부 21: 수소가스 생성장치 22: 폐액 처리장치 23: 폐액 오버플로우관
24: 질소가스 공급 파이프라인 241: 제1 질소가스 공급 분기관
242: 제2 질소가스 공급 분기관 2411: 차단밸브
2101: 외부 쉘 2102: 내부 쉘
2103: 상판 구조 2104: 반응 챔버 2105: 피딩 챔버 2106: 가스 수집 챔버 2107: 냉각 챔버 2108: 제1 피딩 도어 2109: 제2 피딩 도어 2110: 다공성 배플 플레이트 2111: 액위 검출장치 2112: 제2 온도 검출장치 2113: 압력 검출장치 2114: 노즐 2115: 밀도 검출장치 2116: 원료 공급 파이프라인 2117: 액체원료 분사 분기관
2201: 폐액 수집 캐비닛
2202: 폐액 이동 펌프 2203: 폐액 배출관
2204: 단방향 밸브 2205: 액위 검출장치
30: 수소가스처리부
31: 제진기 32: 건조기
33: 정제기 34: 가압장치
35: 완충탱크
40: 수소에너지변환부
50: 수송관

Claims (10)

  1. 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템에 있어서,
    수송관(50)을 통해 순차적으로 연결된 원료저장부(10), 수소가스생성부(20), 수소가스처리부(30) 및 수소에너지변환부(40)를 포함하며;
    상기 원료저장부(10)는 수소 제조 원료(11)를 저장하고;
    상기 수소가스생성부(20)는 유입된 수소 제조 원료(11)에 화학 반응을 발생시켜 수소가스를 생성하며;
    상기 수소가스처리부(30)는 유입된 수소가스를 정제 처리하고;
    상기 수소에너지변환부(40)는 수소가스의 화학에너지를 전기에너지, 기계에너지 또는 열에너지로 변환하는 것을 특징으로 하는, 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료저장부(10)는 수소 제조 원료(11)의 습도를 검출하기 위한 습도 검출장치(13) 및 수소 제조 원료(11)의 온도를 검출하기 위한 제1 온도 검출장치(12)를 포함하고; 상기 원료저장부(10)는 수소 제조 원료(11)의 온도와 습도를 개선하기 위한 기체흡입구(14) 및 기체배출구(15)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수소가스생성부(20)는 수소가스 생성장치(21)를 포함하며, 상기 수소가스 생성장치(21)는 쉘 구조, 상판 구조(2103) 및 액체원료 공급 파이프라인(2116)을 포함하고, 상기 쉘 구조는 고액 반응을 위한 반응 챔버(2104)를 구비하며; 상기 액체원료 공급 파이프라인(2116)은 수소 제조 원료(11)와 화학 반응이 발생하는 액체원료를 상기 반응 챔버(2104) 내로 이송하기 위해 반응 챔버(2104)와 연통되고;
    상기 상판 구조(2103)는 쉘 구조의 상부에 설치되며, 상기 상판 구조(2103)는 피딩 챔버(2105)와 가스 수집 챔버(2106)를 구비하고, 상기 피딩 챔버(2105)와 반응 챔버(2104) 사이에 피딩 챔버(2105) 내의 수소 제조 원료(11)가 반응 챔버(2104)로 유입되도록 하기 위한 제2 피딩 도어(2109)가 설치되며, 상기 가스 수집 챔버(2106)와 반응 챔버(2104) 사이에 수소가스를 전처리하기 위한 다공성 배플 플레이트(2110)가 설치되는 것을 특징으로 하는, 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 상판 구조(2103)는 상자형 구조이며, 상기 상자형 구조의 내부 캐비티에 분할 플레이트가 설치되어, 상기 분할 플레이트가 상자형 구조의 내부 캐비티를 피딩 챔버(2105)와 가스 수집 챔버(2106)로 분할하며; 상기 상판 구조(2103)의 상부에 수소 제조 원료(11)가 피딩 챔버(2105)로 유입되도록 하기 위한 제1 피딩 도어(2108)가 설치되고, 상기 제1 피딩 도어(2108)와 제2 피딩 도어(2109)는 수소가스가 외부로 누출되는 것을 방지하는 인터록 설계인 것을 특징으로 하는, 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 쉘 구조는 외부 쉘(2101)과 내부 쉘(2102)을 포함하며, 상기 내부 쉘(2102)과 외부 쉘(2101) 사이에 반응 챔버(2104)를 냉각시키기 위한 냉각 챔버(2107)가 형성되는 것을 특징으로 하는, 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 수소가스생성부(20)는 질소가스 공급 파이프라인(24)을 더 포함하며, 상기 질소가스 공급 파이프라인(24)은 제1 질소가스 공급 분기관(241) 및 제2 질소가스 공급 분기관(242)의 일단과 연결되고, 상기 제2 질소가스 공급 분기관(242)의 타단은 피딩 챔버(2105)와 연통되며; 상기 제1 질소가스 공급 분기관(241)의 타단은 가스 수집 챔버(2106)와 연통되고, 상기 제1 질소가스 공급 분기관(241)에 차단밸브(2411)가 설치되는 것을 특징으로 하는, 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 수소가스생성부(20)는 폐액 처리장치(22) 및 폐액 오버플로우관(23)을 더 포함하며, 상기 폐액 오버플로우관(23)은 수소가스 생성장치(21) 내의 폐액이 폐액 처리장치(22)로 오버플로우 되도록 수소가스 생성장치(21)와 폐액 처리장치(22) 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는, 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 액체원료 공급 파이프라인(2116)의 반응 챔버(2104)에 위치하는 일단은 반응액에 잠기며, 상기 액체원료 공급 파이프라인(2116)에 액체원료 분사 분기관(2117)이 연결되고, 상기 액체원료 분사 분기관(2117)에는 액체원료를 하향 분사하기 위한 복수의 노즐(2114)이 설치되는 것을 특징으로 하는, 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수소가스처리부(30)는 수송관(50)에 의해 순차적으로 연통되는 제진기(31), 건조기(32), 정제기(33), 가압장치(34) 및 완충탱크(35)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템.
  10. 선박에 있어서,
    상기 선박은 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 따른 즉석에서 수소를 제조하는 수소 연료 동력 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는, 선박.


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