WO2015199358A1 - 선박평형수 처리시스템 - Google Patents

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gas
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김정식
신현수
황선덕
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(주)테크윈
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the present invention relates to a ballast water treatment apparatus used to control the weight distribution of the vessel, and more particularly, as a by-product in the process of generating the disinfection water by electrolyzing seawater to generate disinfectant water for disinfecting the ballast water
  • the present invention relates to a ballast water treatment system capable of removing hydrogen generated.
  • sodium hypochlorite NaOCl
  • NaOCl sodium hypochlorite
  • hypochlorous acid by reaction with Electrolytic when hypochlorite movable sodium generator when electrolyzing the seawater or brine in the module chlorine, and hydrogen and oxygen gas is generated, the chlorine gas is immediately dissolved or OH in water (H 2 O) . Insoluble hydrogen and oxygen gas is released into the atmosphere through a gas-liquid separator.
  • hydrogen gas if the concentration is 4% or more, there is a risk of explosion, and when it is discharged, the air is forcedly supplied to the blower to be diluted so that the concentration of hydrogen gas is not more than 4%.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent No. 10-0987220
  • Patent Document 2 Korea National Patent No. 10-1000325
  • the present invention was conceived in view of the above, the configuration that can remove the hydrogen gas generated during the electrolysis through the catalytic reaction to reduce the overall installation space and miniaturization is easy to apply to ship vessels
  • the purpose is to provide a water treatment system.
  • the ballast water treatment system of the present invention for achieving the above object, the seawater supply unit for supplying seawater to be used as ballast water to the ballast water tank of the ship;
  • An electrolysis device that receives a portion of seawater supplied to the ballast water tank through the seawater supply unit and electrolyzes to generate hydrogen gas with sodium hypochlorite and by-product gas;
  • Hydrogen for receiving the gas-liquid mixture of the electrolyzed water and hydrogen gas produced by the electrolysis device to remove the hydrogen gas by a catalytic reaction, and supply the remaining electrolytic water to the ballast water tank through the ballast water supply unit
  • Gas removal device characterized in that it comprises a.
  • the hydrogen gas removal device is connected to receive the gas-liquid mixture from the electrolysis device, the catalytic reaction tank containing a hydrophobic catalyst to produce water by catalytic reaction with hydrogen gas; And an outside air supply unit supplying outside air to the catalytic reaction tank.
  • the catalytic reaction tank the reaction tank body; A hydrophobic catalyst installed in the reactor body; And an electrolyzed water discharge line for discharging the remaining electrolyzed water from the reactor body to the ballast water supply unit, wherein the reactor body includes a gas-liquid mixture inlet through which the gas-liquid mixture is introduced, an electrolyzed water outlet through which the electrolyzed water is discharged, and oxygen or It is preferable to install an outdoor air inlet through which external air containing air is introduced and a gas outlet through which remaining gas is discharged and used for catalytic reaction.
  • the catalytic reaction tank the reaction tank body; A hydrophobic separator separating the inside of the reactor body into a catalyst accommodating part on one side and an electrolytic water accommodating part on the other side; And a hydrophobic catalyst accommodated in the catalyst accommodating part to generate water by the catalytic reaction with hydrogen gas.
  • a gas-liquid mixture inlet through which the gas-liquid mixture is introduced is installed at one side of the electrolytic water accommodating unit of the reactor body, and an electrolytic water outlet for discharging electrolytic water is installed at the other side of the electrolytic water accommodating unit, and one side of the catalyst accommodating unit of the reactor body. It is preferable that an outside air inlet through which outside air containing oxygen or air is introduced is installed, and a gas outlet through which the remaining gas is discharged is used in the other side.
  • the hydrophobic catalyst is composed of a form in which a catalyst for oxidizing hydrogen is supported on the porous hydrophobic support, and the hydrophobic support may be made of a porous hydrophobic polymer material or an inorganic or metal material whose surface is hydrophobicly treated.
  • hydrophobic catalyst may be formed on one side or both sides of the hydrophobic separator plate to form a porous flat membrane or tubular or hollow fiber membrane structure integrally with the hydrophobic separator plate.
  • the hydrophobic separator is formed in a tubular shape
  • the hydrophobic catalyst is always formed in a tubular form at least one is installed inside the hydrophobic separator, the hydrophobic catalyst and the hydrophobic separator is formed in a tubular or hollow fiber membrane structure Can be.
  • hydrophobic support may be configured in the form of beads, honeycomb, sheet or mesh, tubular or hollow fiber.
  • the catalyst is preferably made of at least one element selected from platinum (Pt, Pd, Ru, Ir, Rh, etc.) or transition metal (Ni, Cu, Fe, etc.).
  • the apparatus may further include a heat exchanger configured to heat the seawater supplied to the electrolysis device via the hydrogen gas removal device to heat up the catalyst reaction heat in the hydrogen gas removal device, and to increase the temperature.
  • a heat exchanger configured to heat the seawater supplied to the electrolysis device via the hydrogen gas removal device to heat up the catalyst reaction heat in the hydrogen gas removal device, and to increase the temperature.
  • the residual chlorine measuring means for measuring the residual chlorine of the ballast water flowing into the ballast water tank from the ballast water supply unit; And a control unit for receiving the measured value from the residual chlorine measuring means and controlling the amount of electrolysis in the electrolysis device and the amount of outside air supplied from the outside air supply so that the measured value satisfies the set reference value. good.
  • ballast water treatment system of the present invention without installing a gas-liquid separator, a gas-liquid mixture mixed with electrolyzed water and hydrogen gas, which is by-product gas, can be supplied to a catalytic reaction tank and treated by catalytic reaction to remove hydrogen gas.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a ballast water treatment system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a view showing the hydrogen gas removing apparatus shown in FIG.
  • FIG 3 is a view showing a hydrogen gas treatment apparatus according to another embodiment.
  • FIG. 4 is a view for explaining another example of the hydrophobic catalyst of FIG.
  • FIG. 5 is a view for explaining another example of the hydrophobic catalyst of FIG.
  • the ballast water treatment system is a ballast water supply unit 100, electrolysis device 200, hydrogen gas removal device 300, ballast water tank ( 400) and a control unit 500.
  • the ballast water supply unit 100 includes a main supply line 110 for supplying ballast water to the ballast water tank 400, a first supply pump 120 installed at the main supply line 110, and the It is provided with a pre-treatment filter 130 is installed in the main supply line (110).
  • the main supply line 110 is installed to supply seawater used as ballast water, and is pumped by the first supply pump 120 to supply the ballast water tank 400.
  • the pretreatment filter 120 filters suspended matters or marine microorganisms of a relatively large size included in the seawater supplied to the ballast water.
  • the electrolysis device 200 is branched at the rear end of the electrolysis tank 210 and the pretreatment filter 130 of the main supply line 110 to supply sea water to the electrolysis tank 210, 220 ), A gas-liquid mixture in which the rectifier 230 for supplying DC power to the cathode and the anode in the electrolysis tank 210 and the electrolytic water and the hydrogen gas as a by-product electrolyzed in the electrolysis tank 210 are mixed.
  • a gas-liquid mixture discharge line 240 is supplied to the hydrogen gas removing apparatus 300.
  • a cathode and an anode are installed therein to electrolyze seawater introduced into the electrolyzer by receiving power from the rectifier 230 of the electrolysis tank 210. That is, the electrolysis tank 210 electrolyzes the seawater introduced by a known electrolysis method to produce an aqueous sodium hypochlorite solution, and together produce hydrogen gas which is a by-product gas generated during electrolysis. As such, the gas-liquid mixture in which the hydrogen gas, which is a by-product gas, and the electrolytic water are mixed is supplied to the hydrogen gas removing apparatus 300 through the gas-liquid mixture discharge line 240.
  • One electrolysis tank 210 may be installed, or a plurality of electrolysis tanks 210 may be connected in series or in parallel.
  • a second supply pump 123 may be installed to pump and supply seawater required for electrolysis from the main supply line 110. .
  • the hydrogen gas removal apparatus 300 is to remove the hydrogen gas contained in the gas-liquid mixture to be within the explosion range, and to supply the electrolytic water, that is, an aqueous sodium hypochlorite solution as a disinfectant to the ballast water tank (400).
  • the hydrogen gas removal apparatus 300 is supplied with a gas-liquid mixture through the gas-liquid mixture discharge line 240, the catalyst reaction tank 310 for removing hydrogen, and the main supply of the electrolytic water from which the hydrogen gas is removed from the catalyst reaction tank (310)
  • the electrolytic water discharge line 320 to be supplied to the line 110 and the outside air supply unit 330 for supplying the outside air to the catalytic reaction tank 310 is provided.
  • the catalytic reaction tank 310 receives the gas-liquid mixture, hydrogen is removed through a catalytic reaction, and discharges only the intended electrolytic water (aqueous sodium hypochlorite solution).
  • the catalytic reaction tank 310 includes a reaction tank body 311 and a hydrophobic catalyst 313 installed inside the reaction tank body 311.
  • the reactor body 311 includes a gas-liquid mixture inlet 311a into which the gas-liquid mixture is introduced, an electrolytic water outlet 311b through which the electrolyzed water is discharged, an external air inlet 311c through which outside air is introduced, and a gas outlet 311d through which the treated gas is discharged. ).
  • the gas-liquid mixture inlet 311a and the electrolyzed water outlet 311b are installed to correspond to opposite sides with the hydrophobic catalyst 313 interposed therebetween.
  • the electrolyzed water outlet 311b may be connected to the electrolyzed water discharge line 320 to remove hydrogen gas from the gas-liquid mixture introduced into the catalytic reaction tank 310, and the remaining electrolyzed water may be supplied to the ballast water tank 400.
  • the outside air inlet 311c is installed adjacent to the gas-liquid mixture inlet 311a, and supplies outside air, that is, outside air or oxygen (O 2 ) into the catalytic reaction tank. As such, the outside air introduced through the outside air inlet 311c is more smoothly catalyzed, and supplies insufficient oxygen during the catalytic reaction.
  • the outside air supply unit 330 for supplying outside air is connected to the outside air inlet 311c.
  • the gas outlet 311d is installed at the electrolytic water outlet 311b to allow the oxygen or air remaining in the catalytic reaction to be discharged to the outside.
  • the hydrophobic catalyst 313 is contained in the reactor body 311, and may be preferably in a form in which a catalyst for oxidizing hydrogen is supported on the porous hydrophobic support.
  • the hydrophobic support may be made of a porous hydrophobic polymer material or an inorganic or metal material whose surface is hydrophobicly treated. Particularly, in the case of the hydrophobic polymer material, PTFE (Polytetrafluoroethylene), PVDF (polyvinylidene difluoride), PP (polypropylene), SDBC (Styrene Divinylbenzene Copolymer) ) And the like.
  • the hydrophobic support may be formed in various forms such as bead form, honeycomb, flat membrane or hollow fiber membrane.
  • the catalyst is a catalyst for converting hydrogen and oxygen into water and may be composed of one or more elements selected from platinum-based (Pt, Pd, Ru, Ir, Rh, etc.) or transition metal-based (Ni, Cu, Fe, etc.).
  • the electrolyzed water discharge line 320 is connected to the main supply line 110 to supply electrolytic water to the main supply line 110 to disinfect and sterilize the ballast water stored in the ballast water tank 400. Will be.
  • an automatic input machine 140 may be installed at the connection portion of the electrolytic water discharge line 320 and the main supply line 110 to automatically input the electrolytic water by the required amount.
  • the outside air supply unit 330 is an outside air supply line 331 connected to the outside air inlet 311c, and an outside air such as a blowing fan, a compressor, an oxygen generator, etc. forcibly supplying outside air (oxygen or air) to the outside air supply line 331.
  • a supply means 333 is provided.
  • the residual chlorine measuring means 150 is further installed in the main supply line 110 to measure residual chlorine in the ballast water flowing into the ballast water tank 400.
  • the residual chlorine measuring means 150 measures the residual chlorine value through an ORP measuring instrument, a residual chlorine measuring instrument, etc., and transmits the residual chlorine value to the control unit 500.
  • the control unit 500 can satisfy the preset reference value. By controlling the current value of the rectifier 230 so as to control the amount of electrolytic water (sodium hypochlorite aqueous solution), and thereby to control the amount of external air through the outside air supply unit 330 it is possible to remove all the hydrogen gas.
  • the heat exchange device 600 is a heat exchange unit 610 installed in the catalytic reaction tank 310 and the sea water injection line 620 for branching from the sea water supply line 220 to supply sea water to the inlet of the heat exchanger 610. And a heat exchange seawater discharge line 630 for connecting the discharge port of the heat exchanger 610 and the seawater supply line 220.
  • the heat exchange part 610 is configured to surround the outside of the catalytic reaction tank 310, has a space that can accommodate the sea water inside.
  • the heat exchange unit 610 may have a spiral pipe structure installed to spirally surround the outside of the catalytic reaction tank 310, and in another example, may be installed to pass through the interior of the catalytic reaction tank 310.
  • the structure of the heat exchange part 610 can be various examples, and this invention is not limited by a specific structure.
  • Valves 621 and 631 may be installed in each of the heat exchange seawater injection line 620 and the heat exchange seawater discharge line 630 to selectively block or allow movement of seawater. And the valve 221 is also installed downstream of the connection portion of the seawater injection line 620 for heat exchange of the seawater supply line 220 so that the seawater is supplied directly to the electrolysis tank 210 through the seawater supply line 220, The heat exchanger 600 may be passed through, or the amount of seawater passing through the heat exchanger 600 may be adjusted.
  • the heat exchanger 600 when the temperature of the seawater is low in winter or near the polar region, the seawater is heated to recover the heat of the catalytic reaction and the heat of the electrolysis reaction in the catalytic reaction tank 310. After it can be supplied to the electrolysis tank (210). Therefore, it is possible to increase the temperature of the seawater supplied to the electrolysis tank 210 to increase the life of the electrode, it is possible to increase the electrolysis efficiency.
  • ballast water treatment system 10 having the above configuration
  • the sea water is pumped by the first supply pump 120 is supplied to the ballast water tank 400 through the main supply line (110).
  • the pretreatment filter 130 installed in the main supply line 110 physically separates the suspended matter and marine microorganisms contained in the sea water.
  • Some of the seawater passing through the pretreatment filter 130 is supplied to the electrolysis tank 210 through the seawater supply line 220 branched from the main supply line 110.
  • some or all of the seawater to be electrolyzed may be heat-exchanged via the catalytic reaction tank 310 to be supplied to the electrolysis tank 210 in a heated state.
  • the electrolysis tank 210 is supplied with a direct current power supply from the rectifier 230 to the electrode of the positive electrode and the negative electrode installed therein is electrolysis.
  • the anode chloride ions (Cl -) are delivered is switched to chlorine gas (Cl 2) through the following reaction, in the cathode water, hydroxide ions (OH -) from the reaction electrolysis (H 2 O) and hydrogen gas ( H 2 ).
  • the generated chlorine gas and hydroxide ions hypochlorite (OCl -) through a chemical reaction that electrolytic water is generated in the form of.
  • the gas-liquid mixture in which the electrolyzed water and by-product hydrogen are mixed is transferred to the catalytic reaction tank 310.
  • Hydrogen (H 2 ) in the gas-liquid mixture transferred to the catalytic reaction tank 310 meets oxygen (O 2 ) and is converted into water (H 2 O) through a catalytic reaction to remove hydrogen.
  • the oxygen necessary for the catalytic reaction of by-product hydrogen is a side reaction (water (H 2 O) is generated during the anode electrolysis reaction of the electrolysis tank 210 (O 2 ) and hydrogen ions (H + ) by the anode reaction) Reaction is generated as a side reaction), and the oxygen generated at the anode is generated as a side reaction, which is insufficient compared to the amount of hydrogen generated at the negative electrode, so that hydrogen does not react.
  • By supplying air or oxygen to the outside air inlet port 311c through the outside air supply unit 330 it is possible to supplement insufficient oxygen to sufficiently remove hydrogen gas as a by-product gas.
  • the hydrophobic catalyst is used as a catalyst, not only the wetting phenomenon of the catalyst can be blocked by water generated through the catalytic reaction, but also the reaction heat is lowered through heat exchange as the liquid is supplied together. As a result, the risk of explosion due to reaction heat can be eliminated. That is, in the case of a hydrogen reaction catalyst used as a catalyst widely used in the prior art, the amount of hydrogen supported by the hydrophilic carrier is high and the hydrogen concentration is high, and when the amount of hydrogen is high, the amount converted to water increases, and the produced water wets the catalyst. There was a problem in sharply lowering the reactivity of the catalyst.
  • the electrolytic water remaining after the hydrogen is treated and removed from the catalytic reaction tank 310 is discharged through the electrolytic water discharge line 320 and injected into the main supply line 110 by the automatic feeder 140, thereby providing a ballast water tank ( It is possible to disinfect and sterilize ballast water (sea water) before entering the vessel.
  • the residual chlorine measuring means 150 measures the residual chlorine of the seawater flowing into the ballast water tank 400, the measurement value is transmitted to the controller 500.
  • the controller 500 checks whether the measured residual chlorine satisfies the reference value, adjusts the amount of electrolysis by controlling the amount of current in the rectifier 230 to satisfy the reference value, and accordingly, the hydrogen gas throughput in the catalytic reaction tank 310. By controlling the external air supply unit 330 to adjust the supply amount of the external air.
  • FIG. 3 illustrates a catalytic reaction tank 310 ′ according to another embodiment.
  • the catalytic reaction tank 310 ′ shown in FIG. 3 includes a hydrophobic separator 315 that divides the reactor body 311 ′ and the inside of the reactor body 311 ′ into a catalyst accommodating portion 310a and an electrolytic water accommodating portion 310b. ) And a hydrophobic catalyst 317 accommodated in the catalyst accommodating portion 310a.
  • the catalytic reaction tank 310 ′ is divided into a catalyst accommodating portion 310a on one side and an electrolytic water accommodating portion 310b on the other side by a hydrophobic separator 315.
  • the hydrophobic catalyst 317 is accommodated in the catalyst accommodating portion 310a.
  • a gas-liquid mixture inlet 311a is installed at one side of the electrolytic water receiver 310b of the reactor body 311 ', and an electrolytic water outlet 311b is installed at the other side.
  • an outside air inlet 311c may be installed at one side of the catalyst accommodating part 310a of the reactor body 311 ′ to supply external air (oxygen or air) into the catalyst accommodating part 310a.
  • a gas outlet 311d is installed at the other side of the catalyst accommodating part 310a of the reactor body 311 ′, and the remaining gas (oxygen, nitrogen) and water generated after the reaction are reacted in the catalyst accommodating part 310a. To be discharged.
  • the catalyst accommodating part 310a may be configured to supply cooling water such as seawater through the outside air inlet 311c so as to lower the reaction heat generated through the catalytic reaction.
  • 620 may be configured to be directly connected to the heat exchange.
  • the gas outlet 311d is configured to be connected to the heat exchange seawater discharge line 630.
  • the hydrophobic separator 315 allows the hydrogen to move to the catalyst receiving portion 310a on the other side of the gas-liquid mixture introduced into the electrolytic water receiving portion 310b, and the decomposed water is passed through the electrolytic water receiving portion 310b. Discharge to 311b.
  • the hydrophobic separator 315 is composed of a hydrophobic material having a porous structure that does not pass the liquid electrolyzed water but pass gaseous hydrogen gas.
  • the hydrophobic catalyst 317 has the same configuration and the same function as the hydrophobic catalyst 313 described above with reference to FIG. 2 and will not be described in detail.
  • the hydrophobic catalyst 317 of FIG. 3 is illustrated in the form of a circular bead, this is merely exemplary, and may be configured in various forms such as beads, honeycombs, sheets and meshes, tubular or hollow fiber types.
  • the hydrophobic separator 315 may be configured in the same form as the stacked structure.
  • one side or both sides of the hydrophobic separator 233 ′ may be configured in the form of an integral porous flat membrane or tubular or hollow fiber membrane in which the hydrophobic catalyst 235 is supported.
  • it may be configured in the form of a tubular or hollow fiber. That is, the outside air passes through the tubular hydrophobic catalyst 235 ', and one or more hydrophobic catalysts 235' are installed inside the tubular hydrophobic separator 233 " It is also possible to apply a configuration that allows the electrolyte to pass through the outside.
  • hydrophobic catalysts 313 and 317 embedded in the catalytic reactors 310 and 310 ' may be filled with beads or honeycomb behavior, or a multi-stage stacked flat module type, or a spiral wound module having a stacked flat plate shape rolled in a cylindrical shape. Or a cylindrical module filled with a bundle of tubular or hollow fiber membranes.
  • hydrogen produced as a by-product gas during electrolysis of seawater in order to produce an aqueous sodium hypochlorite solution to be used as a disinfectant in the treatment process for use as ballast water using seawater It is transported to the catalytic reaction tank in a mixed state without separating separately from the electrolyzed water to remove hydrogen gas by the catalytic reaction, the electrolyzed water can be used to transfer to the electrolyzed water. Therefore, separate gas-liquid separation means and piping configuration for discharging as in the prior art is unnecessary, reducing the installation space, cost can be reduced, and the installation time can be shortened.
  • the seawater to be electrolyzed is heated by the catalytic reaction heat and the heat of electrolysis through the catalytic reaction tank, and then, the temperature of the electrode in the electrolytic bath is extended by supplying it to the electrolytic bath. And the electrolysis efficiency can be improved.
  • Ballast water supply unit 110 Main supply line
  • Electrolysis device 210 .. Electrolysis tank
  • Control unit 500 Control unit

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Abstract

선박평형수로 사용될 해수를 선박의 선박평형수 탱크로 공급하기 위한 해수 공급부, 해수 공급부를 통해 상기 선박평형수 탱크로 공급되는 해수의 일부를 공급받아 전기분해하여 차아염소산나트륨과 부생가스로 수소가스를 생성하는 전기분해장치 및, 전기분해장치에서 생성된 전해수와 수소가스가 혼합된 기액혼합물을 전달받아 촉매 반응에 의해 수소가스를 제거하고 남은 전해수를 선박평형수 공급부를 통해 선박평형수 탱크로 공급하는 수소가스 제거장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리시스템이 게시된다.

Description

선박평형수 처리시스템
본 발명은 선박의 중량분배를 조절하는데 사용되는 선박평형수 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 선박평형수를 소독하기 위한 소독수를 생성하기 위해 해수를 전기분해하여 소독수를 생성하는 과정에서 부산물로 발생하는 수소를 제거할 수 있는 선박평형수 처리시스템에 관한 것이다.
최근 살균 및 소독기술로 부각되는 기술 중 하나로서 염수 또는 해수를 전기분해하여 전기분해수인 차아염소산나트륨 수용액을 발생시켜서 소독수로 사용하는 기술이 있다.
즉, 염수나 해수를 전기분해하여 차아염소산나트륨(Sodium Hypochlorite; NaOCl)을 발생시키고, 이때 발생되는 차아염소산나트륨은 정수장이나 하수처리장 및 수영장의 살균처리, 발전소의 냉각수 또는 선박의 밸러스트수 처리 등에 사용될 수 있다.
차아염소산나트륨 발생장치 가동 시 전해모듈에서 해수 또는 염수를 전기분해시키면 염소, 수소 및 산소가스가 발생되며, 염소가스는 곧바로 물(H2O)에 용해되거나 OH-와 반응하여 차아염소산으로 전환된다. 그리고 용해되지 않는 수소와 산소가스는 기액분리기를 통하여 대기 중으로 방출된다. 이때 수소가스의 경우는 농도가 4% 이상이 되면 폭발 위험성이 있기 때문에 배출시 송풍기로 공기를 강제 공급하여 수소가스의 농도가 4% 이상이 되지 않도록 희석하여 배출시킨다.
이와 같이, 차아염소산나트륨 발생장치는 수소가스 발생으로 항상 위험성이 존재하기 때문에 근본적인 위험성을 막기 위해 발생되는 수소가스를 제거함으로써 차아염소산나트륨 발생장치의 수소가스 발생으로 인한 위험을 감소시킬 필요성이 있다.
그런데 상기와 같이 염수 또는 해수의 전기분해시 발생되는 부산물인 수소가스를 처리하기 위해서 별도의 기액분리기를 설치하여야 하므로 많은 설비비용과 유지관리포인터가 증가하게 된다. 특히 선박에 적용하는 경우 설치장소가 협소하고 구조적으로 배관 등의 구성에 어려움이 있다. 또한, 기존 선박에 적용할 경우 수소가스를 외기와 희석하여 배출하는 라인이 필수적으로 구성되어야 하는데, 그 배관을 구성하기 위해 기존 선박의 구조변경이 불가피하므로 비용 및 시간이 오래 걸린다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 등록특허 제10-0987220호
(특허문헌 2) 대한만국 등록특허 제10-1000325호
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 촉매반응을 통해 전기분해시 발생된 수소가스를 제거할 수 있는 구성을 통해 전체적인 설치공간을 줄이고 소형화가 가능하여 선박에 적용하기 용이한 선박평형수 처리시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 선박평형수 처리시스템은, 선박평형수로 사용될 해수를 선박의 선박평형수 탱크로 공급하기 위한 해수 공급부; 상기 해수 공급부를 통해 상기 선박평형수 탱크로 공급되는 해수의 일부를 공급받아 전기분해하여 차아염소산나트륨과 부생가스로 수소가스를 생성하는 전기분해장치; 및 상기 전기분해장치에서 생성된 전해수와 수소가스가 혼합된 기액혼합물을 전달받아 촉매 반응에 의해 상기 수소가스를 제거하고, 남은 전해수를 상기 선박평형수 공급부를 통해 상기 선박평형수 탱크로 공급하는 수소가스 제거장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 수소가스 제거장치는, 상기 전기분해장치로부터 상기 기액혼합물을 전달받도록 연결되며, 수소가스와 촉매 반응하여 물을 생성하는 소수성 촉매가 내장된 촉매반응조; 및 상기 촉매반응조로 외기를 공급하는 외기 공급부;를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 촉매반응조는, 반응조 몸체와; 상기 반응조 몸체 내에 설치되는 소수성 촉매; 상기 반응조 몸체에서 처리되고 남은 전해수를 상기 선박평형수 공급부로 배출하는 전해수 배출라인;을 포함하고, 상기 반응조 몸체에는 상기 기액혼합물이 유입되는 기액혼합물 유입구와, 전해수가 배출되는 전해수 배출구와, 산소 또는 공기를 포함하는 외기가 유입되는 외기 유입구 및 촉매반응에 사용되고 남은 가스가 배출되는 가스 배출구가 설치되는 것이 좋다.
또한, 상기 촉매반응조는, 반응조 몸체와; 상기 반응조 몸체 내부를 일측의 촉매 수용부와 타측의 전해수 수용부로 구분하는 소수성 분리판; 및 상기 촉매 수용부에 수용되어 수소가스와 촉매반응에 의해 물을 생성하는 소수성 촉매;를 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 반응조 몸체의 상기 전해수 수용부의 일측에는 상기 기액혼합물이 유입되는 기액혼합물 유입구가 설치되고, 상기 전해수 수용부의 타측에는 전해수가 배출되는 전해수 배출구가 설치되며, 상기 반응조 몸체의 상기 촉매 수용부의 일측에는 산소 또는 공기를 포함하는 외기가 유입되는 외기 유입구가 설치되고, 타측에는 촉매반응에 사용되고 남은 가스가 배출되는 가스 배출구가 설치되는 것이 좋다.
또한, 상기 소수성 촉매는, 다공성 소수성지지체 위에 수소를 산화시키는 촉매제가 담지된 형태로 구성되며, 상기 소수성지지체는 다공성 소수성 고분자재질 또는 표면이 소수성으로 처리된 무기 또는 금속재질로 이루어지는 것이 좋다.
또한, 상기 소수성 촉매는 상기 소수성 분리판의 일측면 또는 양측면에 담지되어 소수성 분리판과 일체형으로 다공성 평판형 막이나 관형 또는 중공사형 막구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 소수성 분리판은 관형상으로 형성되며, 상시 소수성 촉매는 관형으로 형성되어 상기 소수성 분리판 내부에 적어도 하나가 설치되어, 상기 소수성 촉매와 상기 소수성 분리판은 관형 또는 중공사막 구조로 형성될 수 있다.
또한, 상기 소수성지지체는 비드, 허니컴, 시트나 메쉬, 관형 또는 중공사형 중 하나의 형태로 구성될 수 있다.
[규칙 제91조에 의한 정정 06.07.2015]　
또한, 상기 촉매제는 백금계(Pt, Pd, Ru, Ir, Rh 등) 또는 전이금속계(Ni, Cu, Fe 등) 중의 선택된 하나 이상의 원소로 이루어지는 것이 좋다.
또한, 상기 전기분해장치로 공급되는 해수를 상기 수소가스 제거장치를 경유하도록 하여 상기 수소가스 제거장치에서의 촉매 반응열과 열교환하여 승온시켜 상기 전기분해장치로 공급하는 열교환장치를 더 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 선박평형수 공급부에서 상기 선박평형수 탱크로 유입되는 선박평형수의 잔류염소를 측정하는 잔류염소 측정수단와; 상기 잔류염소 측정수단에서의 측정값을 전달받고, 측정값이 설정된 기준값을 만족하도록 상기 전기분해장치에서의 전기분해량과 상기 외기 공급부에서의 외기 공급량을 조절하도록 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것이 좋다.
본 발명의 선박평형수 처리시스템에 따르면, 기액분리기를 설치하지 않고 전해수와 부생가스인 수소가스가 혼합된 기액혼합물을 촉매반응조로 공급하여 촉매반응에 의해 처리하여 수소가스를 제거할 수 있다.
따라서, 설치공간과 비용을 줄일 수 있고, 설치시간을 단축할 수 있다.
또한, 촉매반응열을 이용하여 전기분해할 해수를 승온시켜 공급하여 줌으로서 전기분해효율을 높일 수 있게 됨으로써, 극지역이나 낮은 온도의 해수를 공급받더라도 선박평형수를 효과적으로 처리할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 선박평형수 처리시스템을 나타내 보인 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수소가스 제거장치를 나타내 보인 도면이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 수소가스 처리장치를 나타내 보인 도면이다.
도 4는 도 3의 소수성촉매의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3의 소수성촉매의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 선박평형수 처리시스템을 자세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 선박평형수 처리시스템은 선박평형수 공급부(100), 전기분해장치(200), 수소가스 제거장치(300), 선박평형수 탱크(400) 및 제어부(500)를 구비한다.
상기 선박평형수 공급부(100)는 선박평형수를 선박평형수 탱크(400)로 공급하는 메인 공급라인(110)과, 메인 공급라인(110)에 설치되는 제1공급펌프(120)와, 상기 메인 공급라인(110)에 설치되는 전처리필터(130)를 구비한다.
상기 메인 공급라인(110)은 선박평형수로 사용되는 해수를 공급하도록 설치되며, 제1공급펌프(120)에 의해 펌핑되어 선박평형수 탱크(400)로 공급한다. 전처리필터(120)는 선박평형수로 공급되는 해수에 포함된 부유물질이나 비교적 크기가 큰 해양미생물 등을 필터링 한다.
상기 전기분해장치(200)는 전기분해조(210)와, 메인 공급라인(110)의 전처리필터(130)의 후단에서 분기되어 상기 전기분해조(210)로 해수를 공급하는 해수 공급라인(220)과, 상기 전기분해조(210) 내의 음극 및 양극으로 직류전원을 공급하기 위한 정류기(230)와, 전기분해조(210)에서 전기분해된 전해수 및 부생물인 수소가스가 혼합된 기액혼합물을 상기 수소가스 제거장치(300)로 공급하는 기액혼합물 배출라인(240)을 구비한다.
상기 전기분해조(210)의 정류기(230)로부터 전원을 공급받아 전해조 내부로 유입된 해수를 전기분해하도록 내부에 음극과 양극이 설치된다. 즉, 전기분해조(210)는 공지된 전기분해방법에 의해 유입된 해수를 전기분해하여 차아염소산나트륨 수용액을 생성하고, 전기분해시 발생하는 부생가스인 수소가스를 함께 생성한다. 이와 같이 부생가스인 수소가스와 전해수가 혼합된 기액혼합물은 기액혼합물 배출라인(240)을 통해 수소가스 제거장치(300)로 공급된다. 상기 전기분해조(210)는 하나가 설치될 수도 있고, 복수가 직렬 또는 병렬로 연결될 수도 있다.
해수 공급라인(220)에는 전기분해조로 공급되는 해수의 공급압이 낮을 경우 제2공급펌프(123)가 설치되어 메인 공급라인(110)으로부터 전기분해에 필요한 해수를 펌핑하여 공급하도록 구성할 수 있다.
상기 수소가스 제거장치(300)는 상기 기액혼합물에 포함된 수소가스를 폭발범위 이내가 되도록 제거하고, 전해수 즉, 소독제인 차아염소산나트륨 수용액을 상기 선박평형수 탱크(400)로 공급하기 위한 것이다. 이러한 수소가스 제거장치(300)는, 기액혼합물 배출라인(240)을 통해 기액혼합물을 공급받아 수소를 제거하는 촉매반응조(310)와, 촉매반응조(310)에서 수소가스가 제거된 전해수를 메인 공급라인(110)으로 공급하는 전해수 배출라인(320)과, 촉매반응조(310)로 외기를 공급하기 위한 외기 공급부(330)를 구비한다.
상기 촉매반응조(310)는 상기 기액혼합물을 공급받아 수소는 촉매반응을 통해 제거하고, 목적하는 전해수(차아염소산나트륨수용액)만을 배출한다. 구체적으로 보면, 도 2에 도시된 바와 같이, 촉매반응조(310)는 반응조 몸체(311)와, 반응조 몸체(311)의 내부에 설치되는 소수성촉매(313)를 구비한다. 반응조 몸체(311)에는 기액혼합물이 유입되는 기액혼합물 유입구(311a)와, 전해수가 배출되는 전해수 배출구(311b)와, 외기가 유입되는 외기 유입구(311c) 및 처리된 가스가 배출되는 가스 배출구(311d)를 구비한다. 기액혼합물 유입구(311a)와 전해수 배출구(311b)는 상기 소수성촉매(313)를 사이에 두고 서로 반대측에 대응되게 설치된다. 전해수 배출구(311b)는 전해수 배출라인(320)에 연결되어 촉매반응조(310)로 유입된 기액혼합물 중 수소가스는 제거되고, 남은 전해수는 선박평형수 탱크(400)로 공급될 수 있다.
상기 외기 유입구(311c)는 기액혼합물 유입구(311a)에 인접하여 설치되며, 촉매반응조 내부로 외기 즉, 외부 공기(Air) 또는 산소(O2)를 공급한다. 이와 같이 외기 유입구(311c)를 통해 유입된 외기는 촉매반응이 보다 원활하게 이루어지고, 촉매반응시 부족한 산소를 공급하게 된다. 상기 외기 유입구(311c)에는 외기를 공급하기 위한 상기 외기 공급부(330)가 연결된다. 그리고 가스 배출구(311d)는 전해수 배출구(311b) 쪽에 설치되어 촉매반응에 사용되고 남은 산소 또는 공기가 외부로 배출되도록 한다.
상기 소수성촉매(313)는 반응조 몸체(311) 내부에 담기는 것으로서, 바람직하게는 다공성 소수성지지체 위에 수소를 산화시키는 촉매제가 담지된 형태로 구성될 수 있다. 소수성지지체는 다공성 소수성 고분자재질 또는 표면이 소수성으로 처리된 무기 또는 금속재질로 이루어질 수 있으며, 특히 소수성 고분자재질의 경우 PTFE(Polytetrafluoroethylene), PVDF(polyvinylidene difluoride), PP(polypropylene), SDBC(Styrene Divinylbenzene Copolymer) 등으로 구성될 수 있다. 또한, 이러한 소수성지지체는 비드형태, 허니컴, 평막이나 중공사막 형태 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.
[규칙 제91조에 의한 정정 06.07.2015]　
상기 촉매제는 수소와 산소를 반응시켜 물로 전환시키는 촉매로 백금계(Pt, Pd, Ru, Ir, Rh 등) 또는 전이금속계(Ni, Cu, Fe 등) 중의 선택된 하나 이상의 원소로 구성될 수 있다.
상기 전해수 배출라인(320)은 메인 공급라인(110)에 연결되어 전해수를 메인 공급라인(110)으로 공급하여 줌으로서 선박평형수 탱크(400)에 저장되는 선박평형수를 소독 및 살균처리 할 수 있게 된다.
여기서, 전해수 배출라인(320)과 메인 공급라인(110)의 연결부분에는 전해수를 필요한 양만큼 자동으로 투입하기 위한 자동투입기(140)가 설치될 수 있다.
상기 외기 공급부(330)는 외기 유입구(311c)에 연결되는 외기 공급라인(331)과, 외기 공급라인(331)으로 외기(산소 또는 공기)를 강제 공급하는 송풍팬이나 콤프레샤, 산소발생기 등의 외기 공급수단(333)을 구비한다.
또한, 상기 메인 공급라인(110)에는 잔류염소 측정수단(150)이 더 설치되어, 선박평형수 탱크(400)로 유입되는 선박평형수의 잔류염소를 측정한다.
상기의 잔류염소 측정수단(150)은 ORP측정기, 잔류염소 측정기 등을 통해서 잔류염소값을 측정하여 상기 제어부(500)로 전달하고, 제어부(500)는 잔류염소 측정값이 기 설정된 기준값을 만족할 수 있도록 상기 정류기(230)의 전류값을 제어하여 전해수(차아염소산나트륨 수용액)의 생성량을 제어하고, 이에 따라 외기 공급부(330)를 통한 외기 주입량을 제어하여 줌으로써 수소가스를 모두 제거할 수 있게 된다.
또한, 상기 촉매반응조(310)에서 촉매반응시 발생되는 열과 전기분해조(210)에서 전기분해시 발생되는 열을 회수하여 전기분해조(210)로 주입되는 해수를 열교환에 의해 승온시켜 공급할 수 있도록 하는 열교환장치(600)를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 열교환장치(600)는 촉매반응조(310)에 설치되는 열교환부(610)와, 해수 공급라인(220)에서 분기되어 열교환기(610)의 유입구로 해수를 공급하는 열교환용 해수 주입라인(620)과, 열교환기(610)의 배출구와 해수 공급라인(220)을 연결하는 열교환용 해수 배출라인(630)을 구비한다. 상기 열교환부(610)는 촉매반응조(310)의 외측을 감싸도록 하여 구성되고, 내부에 해수가 수용될 수 있는 공간을 가진다. 바람직하게는 열교환부(610)는 촉매반응조(310)의 외측을 나선형으로 감싸도록 설치되는 나선형 파이프구조를 가질 수도 있고, 다른 예로는 촉매반응조(310)의 내부를 통과하도록 하여 설치될 수도 있다. 이와 같이 열교환부(610)의 구성은 다양한 예가 가능하고, 특정 구성에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
상기 열교환용 해수 주입라인(620)과 열교환용 해수 배출라인(630) 각각에는 밸브(621,631)가 설치되어 해수의 이동을 선택적으로 차단하거나 허용하도록 제어할 수 있다. 그리고 해수 공급라인(220)의 상기 열교환용 해수 주입라인(620)의 연결부 하류에도 밸브(221)가 설치되어 해수가 해수 공급라인(220)을 통해 바로 전기분해조(210)로 공급되도록 하거나, 열교환장치(600)를 경유하도록 할 수도 있고, 열교환장치(600)로 경유하는 해수의 양을 조절할 수도 있다.
이와 같이, 열교환장치(600)를 추가로 설치함으로써, 동절기나 극지역 근처에서 해수의 온도가 낮게 공급될 경우, 해수를 촉매반응조(310)에서의 촉매반응열과 전기분해 반응열을 회수하도록 하여 승온시킨 후 전기분해조(210)로 공급할 수 있게 된다. 따라서, 전기분해조(210)로 공급되는 해수의 온도를 높일 수 있어 전극의 수명을 늘려주고, 전기분해효율을 높일 수 있게 된다.
상기 구성을 가지는 선박평형수 처리시스템(10)에 의해 해수를 이용하여 선박평형수를 처리하는 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 해수가 제1공급펌프(120)에 의해 펌핑되어 메인 공급라인(110)을 통해 선박평형수 탱크(400)로 공급된다. 이때 메인 공급라인(110)에 설치된 전처리필터(130)에서 해수에 포함된 부유물 및 해양미생물 등을 물리적으로 분리한다. 전처리필터(130)를 통과한 해수 중 일부는 메인 공급라인(110)에서 분지된 해수 공급라인(220) 통해 전기분해조(210)로 공급된다.
또한, 기온이 낮은 경우 또는 극지역 근처에서는 앞서 설명한 바와 같이, 전기분해할 해수의 일부 또는 전부를 촉매반응조(310)를 경유하여 열교환시켜서 승온된 상태로 전기분해조(210)로 공급할 수도 있다.
한편, 전기분해조(210)에서는 내부에 설치된 양극과 음극의 전극에 정류기(230)로부터 직류전원이 공급되어 전기분해가 이루어진다. 전기분해시, 양극에서는 염소이온(Cl-)이 전해반응을 통해 염소가스(Cl2)로 전환되고, 음극에서는 물(H2O)의 전해반응을 통해 수산화이온(OH-)과 수소가스(H2)를 생성하게 된다. 이렇게 생성된 염소가스와 수산화이온은 화학반응을 통해 차아염소산(OCl-)의 형태로 전해수가 생성된다. 이렇게 생성된 전해수와 부생수소가 혼합된 기액혼합물은 촉매반응조(310)로 이송된다.
촉매반응조(310)로 이송된 기액혼합물 중 수소(H2)는 산소(O2)와 만나 촉매반응을 통해 물(H2O)로 전환되어 수소가 제거된다. 이때 부생수소의 촉매반응에 필요한 산소는 전기분해조(210)의 양극 전해반응시에 부반응(물(H2O)이 양극 반응에 의해 산소(O2)와 수소이온(H+)을 생성하는 반응이 부반응으로 생성된다.)으로 생성되는 산소와 반응하게 되는데, 양극에서 생성되는 산소는 부반응으로 생성되는 것으로 음극에서 생성된 수소의 량에 비해 부족하여 수소는 다 반응하지 못하게 되므로, 외부 즉, 상기 외기 공급부(330)를 통해 상기 외기 유입구(311c)로 공기 또는 산소를 공급하여 줌으로써 부족한 산소를 보충하여 부생가스인 수소가스를 충분히 제거할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 실시예에서는 촉매제로서 소수성 촉매를 사용하게 되므로, 촉매반응을 통해 생성되는 물에 의해 촉매의 젖음 현상을 차단할 수 있을 뿐만 아니라, 액체가 같이 공급됨에 따라 반응열을 열교환을 통해 낮추어 줌으로서 반응열에 의한 폭발의 위험성을 배제할 수 있게 된다. 즉, 종래기술로 널리 사용되는 촉매제로 사용되는 수소반응촉매의 경우에는, 친수성 담체에 담지되어 수소농도가 높고, 수소량이 높을 경우에는 물로 전환되는 량이 증가하게 되고, 생성된 물이 촉매를 젖게 하여 촉매의 반응성을 급격히 떨어뜨리는 문제점이 있었다. 또한, 반응시 생성되는 반응열에 의해 오히려 폭발의 위험성이 증가하는 문제점이 있었다. 이에 반하여, 본 발명의 경우에는 촉매제로서 소수성 촉매를 사용하게 됨으로써, 촉매의 젖음 현상을 배제하여 반응성의 저하를 방지하고, 액체 즉, 전해수를 함께 공급하여 줌으로써 반응열을 열교환을 통해 낮추어줄 수 있는 이점이 있다.
상기와 같이 촉매반응조(310)에서 수소가 처리되어 제거되고 남은 전해수는 전해수 배출라인(320)을 통해 배출되어 자동투입기(140)에 의해 메인 공급라인(110)으로 주입됨으로써, 선박평형수 탱크(400)로 유입되기 전의 선박평형수(해수)를 소독 및 살균처리할 수 있게 된다.
또한, 잔류염소 측정수단(150)에서는 선박평형수 탱크(400)로 유입되는 해수의 잔류염소를 측정하고, 측정값은 제어부(500)로 전달된다. 제어부(500)는 측정된 잔류염소가 기준값에 만족하는지 확인하고, 기준값에 만족할 수 있도록 정류기(230)의 전류량을 제어하여 전기분해량을 조절하고, 이에 따라서 촉매반응조(310)에서의 수소가스 처리량을 조절할 수 있도록 외기 공급부(330)를 제어하여 외기의 공급량을 조절하여 준다.
또한, 도 3에는 다른 실시예에 따른 촉매반응조(310')가 도시되어 있다. 도 3에 도시된 촉매반응조(310')는, 반응조 몸체(311')와, 반응조 몸체(311') 내부를 촉매제 수용부(310a)와 전해수 수용부(310b)로 구분하는 소수성 분리판(315) 및 촉매제 수용부(310a)에 수용되는 소수성 촉매(317)를 구비한다.
촉매반응조(310')는 그 내부가 소수성 분리판(315)에 의해 일측에 촉매제 수용부(310a)와 타측에 전해수 수용부(310b)로 구분된다. 촉매제 수용부(310a)에는 소수성 촉매(317)가 수용된다. 이러한 반응조 몸체(311')의 전해수 수용부(310b) 일측에는 기액혼합물 유입구(311a)가 설치되고, 타측에는 전해수 배출구(311b)가 설치된다.
그리고 반응조 몸체(311')의 촉매제 수용부(310a)의 일측에는 외기 유입구(311c)가 설치되어 촉매제 수용부(310a)내로 외기(산소 또는 공기)를 공급할 수 있다. 그리고 반응조 몸체(311')의 촉매제 수용부(310a)의 타측에는 가스 배출구(311d)가 설치되어, 촉매제 수용부(310a) 내에서 반응하고 남은 가스(산소, 질소) 및 반응 후 생성된 수분이 배출되도록 한다.
이때 촉매제 수용부(310a)로는 촉매반응을 통해 생성되는 반응열을 낮출 수 있도록 외기 유입구(311c)를 통해 해수와 같은 냉각수를 같이 공급하도록 구성할 수도 있으며, 바람직하게는 전술한 열교환용 해수 주입라인(620)이 연결되어 직접 열교환될 수 있도록 구성할 수 있다. 이 경우 가스 배출구(311d)로는 열교환용 해수 배출라인(630)과 연결되도록 구성됨은 당연하다.
상기 소수성 분리판(315)은 전해수 수용부(310b)로 유입된 기액혼합물 중에서 수소는 타측의 촉매 수용부(310a)로 이동하도록 하고, 분해수는 그대로 전해수 수용부(310b)를 경유하여 전해수 배출구(311b)로 배출되도록 한다. 이를 위해 소수성 분리판(315)은 액상의 전해수는 통과시키지 못하고 가스상의 수소가스는 통과시킬 수 있는 다공성 구조의 소수성재질로 구성된다.
상기 소수성촉매(317)는 앞서 도 2를 통해 설명한 소수성 촉매(313)와 동일한 구성 및 동일한 작용을 하는 것으로서 자세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 도 3의 소수성촉매(317)는 원형의 비드형태로 도시하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하고, 비드, 허니컴, 시트 및 메쉬, 관형 또는 중공사형 등 다양한 형태로 구성될 수 있다. 또한, 소수성 분리판(315)과 같은 형태로 구성되어 적층하는 구조로 이루어질 수도 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 소수성 분리판(233')의 일측면 또는 양측면이 소수성 촉매(235)가 담지된 일체 형태의 다공성 평판형 막이나 관형 또는 중공사형 막의 형태로 구성될 수도 있다.
또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 관형 또는 중공사형의 형태로 구성될 수 있다. 즉, 관형의 소수성 촉매(235') 내측으로 외기가 통과되도록 하고, 그 소수성 촉매(235')를 하나 또는 복수를 관형의 소수성분리판(233") 내측에 설치하여, 소수성분리판(233")의 외측으로 전해물이 통과하도록 하는 구성을 적용할 수도 있다.
또한, 상기 촉매반응기(310,310')에 내장된 상기 소수성 촉매(313,317)는 비드 또는 허니컴 행태가 충진된 형태, 또는 다단 적층식 평판형 모듈형태, 또는 적층된 평판 형태를 원통형에 말아놓은 나권형 모듈형태, 또는 관형이나 중공사형 막의 다발을 충진한 원통형 모듈형태 등으로 구성될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 해수를 이용하여 선박평형수로 사용하기 위한 처리과정에서, 소독재로 사용될 차아염소산나트륨 수용액을 생성하기 위해 해수를 전기분해시, 부생가스로 생산되는 수소를 전해수와 별도로 분리하지 않고 혼합된 상태로 촉매반응조로 이송하여 촉매 반응에 의해 수소가스를 제거하고, 전해수는 전해수 사용처로 이송하여 사용할 수 있게 된다. 따라서, 종래와 같이 별도의 기액분리수단과 배출을 위한 배관구성이 불필요하게 되어 설치공간을 줄이고 비용을 절감할 수 있으며, 설치시간을 단축시킬 수 있다.
또한, 수소를 배출하기 위해 복잡하게 구성된 배관이나 설치공간상에 국부적으로 축척되어 폭발의 위험성을 항시 내재하고 있는 수소를 원천적으로 제거함으로 안전성을 최대한 확보할 수 있다.
또한, 소수성 촉매를 사용하여 수소가스를 제거하여 줌으로써, 촉매가 젖는 것을 방지하고, 반응열은 전해수를 함께 공급하여 열교환에 의해 낮추어 줌으로써 반응열에 의한 폭발위험도 방지할 수 있게 된다.
또한, 해수의 온도가 낮거나 극지역 근처인 경우에는 전기분해할 해수를 촉매반응조로 경유시켜서 촉매반응열 및 전기분해열에 의해 승온되도록 한 뒤, 전기분해조로 공급함으로써 전기분해조에서의 전극의 수명연장과 전기분해 효율을 높일 수 있게 된다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
[부호의 설명]
100..선박평형수 공급부 110..메인 공급라인
120..제1공급펌프 130..전처리필터
140..자동투입기 150..잔류염소 측정수단
200..전기분해장치 210..전기분해조
220..해수 공급라인 230..정류기
240..기액혼합물 배출라인 300..수소가스 제거장치
310,310'..촉매반응조 320..전해수 배출라인
330..외기 공급부 400..선박평형수 탱크
500..제어부

Claims (12)

  1. 선박평형수로 사용될 해수를 선박의 선박평형수 탱크로 공급하기 위한 해수 공급부;
    상기 해수 공급부를 통해 상기 선박평형수 탱크로 공급되는 해수의 일부를 공급받아 전기분해하여 차아염소산나트륨과 부생가스로 수소가스를 생성하는 전기분해장치; 및
    상기 전기분해장치에서 생성된 전해수와 수소가스가 혼합된 기액혼합물을 전달받아 촉매 반응에 의해 상기 수소가스를 제거하고, 남은 전해수를 상기 선박평형수 공급부를 통해 상기 선박평형수 탱크로 공급하는 수소가스 제거장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수소가스 제거장치는,
    상기 전기분해장치로부터 상기 기액혼합물을 전달받도록 연결되며, 수소가스와 촉매반응하여 물을 생성하는 소수성 촉매가 내장된 촉매반응조; 및
    상기 촉매반응조로 외기를 공급하는 외기 공급부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 촉매반응조는,
    반응조 몸체와;
    상기 반응조 몸체 내에 설치되는 소수성 촉매;
    상기 반응조 몸체에서 처리되고 남은 전해수를 상기 선박평형수 공급부로 배출하는 전해수 배출라인;을 포함하고,
    상기 반응조 몸체에는 상기 기액혼합물이 유입되는 기액혼합물 유입구와, 전해수가 배출되는 전해수 배출구와, 산소 또는 공기를 포함하는 외기가 유입되는 외기 유입구 및 촉매반응에 사용되고 남은 가스가 배출되는 가스 배출구가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 촉매반응조는,
    반응조 몸체와;
    상기 반응조 몸체 내부를 일측의 촉매 수용부와 타측의 전해수 수용부로 구분하는 소수성 분리판; 및
    상기 촉매 수용부에 수용되어 수소가스와 촉매반응에 의해 물을 생성하는 소수성 촉매;를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 반응조 몸체의 상기 전해수 수용부의 일측에는 상기 기액혼합물이 유입되는 기액혼합물 유입구가 설치되고, 상기 전해수 수용부의 타측에는 전해수가 배출되는 전해수 배출구가 설치되며,
    상기 반응조 몸체의 상기 촉매 수용부의 일측에는 산소 또는 공기를 포함하는 외기가 유입되는 외기 유입구가 설치되고, 타측에는 촉매반응에 사용되고 남은 가스가 배출되는 가스 배출구가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리시스템.
  6. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 소수성 촉매는, 다공성 소수성지지체 위에 수소를 산화시키는 촉매제가 담지된 형태로 구성되며,
    상기 소수성지지체는 다공성 소수성 고분자재질 또는 표면이 소수성으로 처리된 무기 또는 금속재질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소수성 촉매는 상기 소수성 분리판의 일측면 또는 양측면에 담지되어 소수성 분리판과 일체형으로 다공성 평판형 막이나 관형 또는 중공사형 막구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 소수성 분리판은 관형상으로 형성되며, 상시 소수성 촉매는 관형으로 형성되어 상기 소수성 분리판 내부에 적어도 하나가 설치되어, 상기 소수성 촉매와 상기 소수성 분리판은 관형 또는 중공사막 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 선 박평형수 처리시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 소수성지지체는 비드, 허니컴, 시트나 메쉬, 관형 또는 중공사형 중 하나의 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리시스템.
  10. [규칙 제91조에 의한 정정 06.07.2015]
    제7항에 있어서,
    상기 촉매제는 백금계(Pt, Pd, Ru, Ir, Rh 등) 또는 전이금속계(Ni, Cu, Fe 등) 중의 선택된 하나 이상의 원소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리시스템.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기분해장치로 공급되는 해수를 상기 수소가스 제거장치를 경유하도록 하여 상기 수소가스 제거장치에서의 촉매 반응열과 열교환하여 승온시켜 상기 전기분해장치로 공급하는 열교환장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리시스템.
  12. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선박평형수 공급부에서 상기 선박평형수 탱크로 유입되는 선박평형수의 잔류염소를 측정하는 잔류염소 측정수단과;
    상기 잔류염소 측정수단에서의 측정값을 전달받고, 측정값이 설정된 기준값을 만족하도록 상기 전기분해장치에서의 전기분해량과 상기 외기 공급부에서의 외기 공급량을 조절하도록 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박평형수 처리시스템.
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