WO2018194188A1 - 수소 가스 배출장치 - Google Patents

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WO2018194188A1
WO2018194188A1 PCT/KR2017/004132 KR2017004132W WO2018194188A1 WO 2018194188 A1 WO2018194188 A1 WO 2018194188A1 KR 2017004132 W KR2017004132 W KR 2017004132W WO 2018194188 A1 WO2018194188 A1 WO 2018194188A1
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valve
gas discharge
gas
hydrogen gas
hydrogen
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PCT/KR2017/004132
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French (fr)
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박규원
김성태
이해돈
박용석
이광호
김대원
박은규
황세선
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(주)테크로스
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J4/00—Arrangements of installations for treating ballast water, waste water, sewage, sludge, or refuse, or for preventing environmental pollution not otherwise provided for
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis

Definitions

  • the present invention relates to a hydrogen gas discharge device. More particularly, the present invention relates to a hydrogen gas discharge device for diluting and discharging hydrogen generated from a ballast water treatment device.
  • ballast water is introduced into the ship to sail in the ballast state for improving the balance, safety, and steering performance of the ship.
  • ballast water is filled in one port and transported to another, where it is discharged in a new port.
  • the release of marine organisms and pathogens contained in ballast water taken from remote locations is not only harmful to the new environment, but also dangerous for both humans and animals in new ports.
  • the risk posed by these marine organisms and pathogens can be controlled by lethal species mentioned above in ballast water.
  • an electrolysis method of treating ballast water using sodium hypochlorite generated by electrolysis of seawater is widely used.
  • Hydrogen is a gas that is easy to burn and is easily burned when it comes into contact with air or oxygen.
  • the hydrogen-air mixed gas shows an explosive combustion reaction when the flame is splashed, and since the ignition energy that catches fire is easily ignited even in the minute static electricity, the lower explosion limit (lower explosion limit), which is a gas concentration at which the gas is started It is necessary to dilute to less than 'LEL' and discharge safely.
  • the conventional ballast water treatment device is configured to dilute and discharge hydrogen gas generated in the electrolysis process to below LEL (4%) using a blower as a hydrogen gas discharge device.
  • the blower can be configured to operate using an uninterruptible power supply (UPS), which is an uninterruptible power supply in preparation for a power failure, a large capacity UPS is required because the power capacity of the blower is large.
  • UPS uninterruptible power supply
  • the present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a hydrogen gas discharge device that can effectively dilute the hydrogen gas during power failure.
  • Hydrogen gas discharge device devised to achieve the above object, an electrolytic cell for electrolyzing the ballast water; A water separator for receiving the treated water of the electrolytic cell and separating the gas into a liquid; A blower for supplying air to the gas discharge pipe of the separator and having a first open / close valve; An air supply pipe for supplying pre-pressurized air to the gas discharge pipe of the separator and having a second on / off valve; And a controller configured to control the first on / off valve and the second on / off valve by receiving power from the uninterruptible power supply unit at the time of power failure.
  • the control unit may control the first on-off valve to be closed and the second on-off valve to be opened at the time of power failure, and the second on / off valve is controlled to be closed again after opening for a predetermined time during a power failure. can do.
  • the air supply pipe may include a pressure sensor that measures a pressure of internal air, and the controller may operate a compressor connected to the air supply pipe when the pressure of the pressure sensor is equal to or less than a threshold.
  • the hydrogen gas discharge device may further include an auxiliary blower provided in parallel with the blower and provided with a third open / close valve.
  • control unit may open and close the first on-off valve or the third on-off valve in accordance with the hydrogen concentration measured by the gas sensor.
  • the control unit may open the second on-off valve when the hydrogen concentration measured by the gas sensor at a power failure is 25% or more of the lower explosion limit concentration.
  • the controller may control the opening and closing of the third open / close valve and additionally operate the auxiliary blower.
  • the flow sensor is installed in the gas discharge pipe of the water separator, the control unit opens the third opening and closing valve if the flow of gas is not detected in the flow sensor
  • the auxiliary blower may be operated.
  • the present invention it is possible to dilute hydrogen without using a large-capacity UPS or a large-capacity compressor by providing a blower used when power is supplied and an air supply means used when a power failure, respectively.
  • the blower can be controlled according to the concentration of hydrogen gas or the flow of gas.
  • FIG. 1 is a block diagram of a hydrogen gas discharge device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a graph monitoring the residual hydrogen concentration during power failure
  • FIG. 3 is a graph monitoring the hydrogen concentration diluted and discharged by receiving air during a power failure.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation of the hydrogen gas discharge device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a hydrogen gas discharge device according to an embodiment of the present invention.
  • the hydrogen gas discharge device according to an embodiment of the present invention, a blower 131 used when the power is supplied to dilute the hydrogen separated in the separator 120, and the air used when the power outage
  • the water separator 120 is a device for separating the gas generated when the ballast water electrolytic treatment in the electrolytic cell 110, the upper portion is provided with a gas discharge pipe 121, the lower portion discharged treated water The pipe 123 is provided.
  • the ballast water is introduced into the electrolyzer 110 along the raw water inlet pipe 111, and then the ballast water electrolyzed is introduced into the water separator 120 through the treated water inlet pipe 113.
  • the water separator 120 receives the treated water mixed with the gas and liquid generated during the electrolysis, and performs the function of separating the gas and the liquid by using the difference in specific gravity. That is, the liquid having a large specific gravity in the separator 120 is discharged through the treated water discharge pipe 123 located in the lower side, and the small specific gravity of the liquid is discharged through the gas discharge pipe 121 located in the upper part and The liquid will be separated.
  • the blower 131 is configured to open and close the air supply passage by including a first on-off valve 132 on the air supply pipe.
  • the hydrogen gas discharge device may further include an auxiliary blower 133 installed in parallel with the blower 131.
  • the third on-off valve 134 on the air supply pipe is configured to open and close the air supply passage.
  • the hydrogen gas discharge device includes an air supply pipe 141 that is used to dilute the hydrogen separated from the water separator 120 when the power outage, the second on the air supply pipe 141
  • the on / off valve 142 is configured to open and close the air supply passage.
  • the air supply pipe 141 may be provided with a pressure sensor 141 for measuring the air pressure therein, and a compressor 143 for pressurizing the air in the air supply pipe 141.
  • the compressor 143 is configured to operate when the air pressure value measured by the pressure sensor 141 is smaller than a predetermined threshold value (for example, a pressure value suitable for supplying air in about 1 minute), thereby providing the air supply pipe 141.
  • the pressure in can be maintained above a predetermined pressure.
  • the pressure sensor 141 and the compressor 143 are connected to the control unit 170 and automatically connected to the air supply pipe 141 when the pressure of the pressure sensor 141 is below a threshold ( 143 can be operated.
  • the gas discharge pipe 121 of the separator 120 is provided with a gas sensor 150 for measuring the hydrogen concentration, the flow rate sensor 160 for detecting the gas flow in the gas discharge pipe 121.
  • the controller 170 receives the measured values from the gas sensor 150 and the flow rate sensor 160, respectively, and controls the open / close valves 132, 134, and 142 to be opened and closed based on the measured values.
  • control unit 170 receives power from the uninterruptible power supply unit 180 to close the first on-off valve 132 to block the gas inflow to the blower 131, the second on-off valve ( 142 is opened to supply pressurized air present in the air supply pipe 141 to the gas discharge pipe 121 to dilute the hydrogen gas in the gas discharge pipe 121.
  • FIG. 2 is a graph monitoring the residual hydrogen concentration during power failure
  • FIG. 3 is a graph monitoring the hydrogen concentration diluted and discharged by receiving air during a power failure.
  • the concentration of hydrogen gas remaining in the gas discharge pipe 121 at the time of power failure increases in proportion to 20 seconds to be almost close to 100% LEL.
  • the hydrogen gas concentration when the air is supplied to the gas discharge pipe 121 at the time of power failure increases up to about 8 seconds and then decreases proportionally to 0% LEL at 41 seconds.
  • the hydrogen concentration increases because it takes some time (lag time) before the air is injected.
  • the controller 170 may control the second on-off valve 142 to be opened again for a predetermined time (for example, about 1 minute) at the time of power failure, and then closed again. 2B, the dilution is completed at 41 seconds, but it is preferable to control the design margin to 1 minute so as to be safer.
  • the hydrogen concentration measured by the gas sensor 150 is equal to or greater than the first critical concentration (for example, 25% of the lower explosion limit concentration LEL).
  • the second open / close valve 142 may be opened again to further dilute the residual hydrogen gas.
  • the controller 170 when power is supplied, operates the blower 131, opens the first open / close valve 132, and injects air into the gas discharge pipe 121.
  • the controller 170 opens the third on / off valve 134.
  • the auxiliary blower 133 may be controlled to be further operated.
  • the hydrogen gas discharge device may further include a flow rate sensor 160 in the gas discharge pipe 121 of the water separator 120.
  • the controller 170 may open the third open / close valve 134 and control the auxiliary blower 133 to operate.
  • the hydrogen gas discharge device controls the blower 131 and the auxiliary blower 133 based on the measured values of the gas sensor 150 or the flow rate sensor 160 when power is supplied. It can be configured to.
  • control unit 170 operates the blower 131 when power is supplied, opens the first opening / closing valve 132 to inject air into the gas discharge pipe 121, and then uses a gas sensor.
  • a predetermined threshold eg, 25% of the lower explosion limit concentration LEL
  • the second on / off valve 142 is opened to supply air in the air supply pipe 141. You can also control it.
  • the air supply pipe 141 may be used as a means for supplying air at the time of power failure, but the present invention is not limited thereto, and the power supply of the blower 131 or the auxiliary blower 133 may be used even when power is supplied.
  • the second on / off valve 142 may be opened along with the operation to supply air to the gas discharge pipe 121.
  • the hydrogen gas discharge device may supply air through the air supply pipe 141 when the blower 131 and the auxiliary blower 133 cannot be used even when power is supplied. .
  • the control unit 170 operates the blower 131 and the auxiliary blower 133 based on the measured value of the flow sensor 160.
  • the second open / close valve 142 may be opened to supply air from the air supply pipe 141 to the gas discharge pipe 121.
  • FIG. 4 is a flowchart illustrating the operation of the hydrogen gas discharge device according to an embodiment of the present invention.
  • control unit 170 determines whether a general power supply state or a power failure state (S110).
  • control unit 170 opens the second on-off valve 142 (S120).
  • the second open / close valve 142 is opened, pressurized air in the air supply pipe 141 flows into the gas discharge pipe 121 to dilute the hydrogen gas.
  • the second on / off valve 142 is closed (S130).
  • the controller 170 monitors the hydrogen gas concentration in the gas discharge pipe 121 and compares it with the first critical concentration K 1 (S140).
  • the second on / off valve 142 is opened again to dilute the hydrogen gas in the gas discharge pipe 121 (S150). If it is determined that the hydrogen gas concentration is smaller than the first concentration, the operation ends.
  • Hydrogen gas discharge device is not limited thereto, and after the second second on-off valve is opened (S150), the step of repeatedly monitoring the hydrogen gas concentration to compare with the threshold (S140) It can also be configured to.
  • control unit 170 in a general power supply state by operating the blower 131 to dilute the hydrogen gas in the gas discharge pipe 121 (S210).
  • control unit 170 detects whether the gas flows from the measured value of the flow sensor 160 (S220).
  • the auxiliary blower 133 is operated (S230) to dilute the concentration of the hydrogen gas lower than the second concentration. If it is determined that the hydrogen gas concentration is smaller than the second concentration, the operation ends.
  • the apparatus for discharging hydrogen gas has been described as an apparatus for diluting hydrogen generated in a ballast water treatment apparatus in the above description, but is not limited thereto, and the water treatment plant, sewage / wastewater treatment plant, etc. It can be applied as an apparatus for the purpose of diluting hydrogen generated in various water treatment fields.
  • the name of the invention is described as an apparatus for discharging hydrogen gas, it is not limited thereto, and may be used for diluting various kinds of exhaust gases.

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Abstract

본 발명은 수소 가스 배출장치에 관한 것으로, 선박평형수를 전기분해하는 전해조; 상기 전해조의 처리수를 유입받아 기체와 액체로 분리하는 기수분리기; 상기 기수분리기의 기체 배출배관으로 공기를 공급하고, 제1 개폐밸브를 구비하는 송풍기; 상기 기수분리기의 기체 배출배관으로 미리 가압된 공기를 공급하고, 제2 개폐밸브를 구비하는 공기 공급배관; 및 정전시에 무정전전원공급부로부터 전원을 공급받아 상기 제1 개폐밸브 및 제2 개폐밸브를 제어하는 제어부;를 포함하여 구성됨으로써, 정전시에 대용량의 UPS를 사용하지 않고도 수소 가스를 희석시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

수소 가스 배출장치
본 발명은 수소 가스 배출장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 선박평형수 처리장치에서 발생되는 수소를 희석시켜 배출하도록 하는 수소 가스 배출장치에 관한 것이다.
일반적으로 해상에서 운송하는 화물 선박은 유사한 화물의 상호 교환을 위하여 왕복 항해하는 선박을 제외하고는 대부분 편도 운항을 한다. 그리고, 편도 운항을 만재 상태로 항해한 후 귀환 항해 시에는 선박의 균형, 안전성 및 조종 성능 향상 등을 위하여 선박평형수(ballast water)를 선내로 유입하여 밸러스트 상태로 항해를 하게 된다.
이때, 선박평형수는 한 항구에서 채워져서 다른 곳으로 이송되어, 거기서 새로운 항구 내에 배출된다. 이와 같이, 먼 위치로부터 실려져 온 선박평형수에 포함된 해양 생물 및 병원균의 방출은 새로운 환경에 유해할 뿐만 아니라, 새로운 항구에서도 사람과 동물 모두에게 위험할 수 있다.
비-천연적인 해양 생물을 신규 생태계로 도입시키면, 신규 종에 대해 자연적인 방어체계를 지니고 있지 않을 수 있는 천연 식물군 및 동물군에게 파괴적인 효과를 미칠 수 있다. 또한, 콜레라와 같은 해로운 세균성 병원균이 원래의 항구에 존재할 수 있다. 이러한 병원균은 시간이 지남에 따라 밸러스트 탱크 내에서 증식되어, 이들이 방출되는 영역에서 질병을 발생시킬 수 있다.
이러한 해양 생물 및 병원균에 의해 제기되는 위험은 선박평형수 내에 존재하는 상기한 종들을 치사(致死)시켜 조절할 수 있다.
생물을 사멸시키는 방법은 해수를 전기분해하여 발생되는 차염소산 나트륨을 이용하여 밸러스트 수를 처리하는 전기분해법이 널리 사용된다.
그런데, 상술한 전기분해 방식을 이용한 선박평형수 처리장치는 전기분해과정에서 수소가 발생하게 된다. 수소는 연소하기 쉬운 기체로 공기나 산소와 접촉하면 쉽게 불이 붙는 특성이 있다. 또한, 수소-공기 혼합 기체는 불꽃을 튀겨 주면 폭발적인 연소 반응을 보이고, 불이 붙는 발화 에너지가 작아 아주 미세한 정전기에도 쉽게 발화되기 때문에 가스폭발이 시작되는 가스농도인 폭발 하한농도(lower explosion limit, 이하 'LEL'이라고 함)이하로 희석시켜 안전하게 배출할 필요가 있다.
종래 선박평형수 처리장치에는 수소가스 배출장치로서 송풍기(blower)를 사용하여 전기분해과정에서 발생한 수소 가스를 LEL(4%) 이하로 희석하여 배출하도록 구성된다.
그러나, 정전이 되어 송풍기가 멈추면 전기분해 시 생성된 수소 가스가 배출되지 않고 LEL 이상의 농도로 배관에 잔류할 수 있다.
정전에 대비하여 무정전전원공급장치인 UPS(uninterruptible power supply)를 사용해 송풍기를 동작하도록 구성할 수 있지만, 송풍기의 전력 용량이 크기 때문에 대용량의 UPS가 필요한 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 정전시에 수소가스를 효과적으로 희석시킬 수 있도록 하는 수소 가스 배출장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명의 일실시예에 따른 수소 가스 배출장치는, 선박평형수를 전기분해하는 전해조; 상기 전해조의 처리수를 유입받아 기체와 액체로 분리하는 기수분리기; 상기 기수분리기의 기체 배출배관으로 공기를 공급하고, 제1 개폐밸브를 구비하는 송풍기; 상기 기수분리기의 기체 배출배관으로 미리 가압된 공기를 공급하고, 제2 개폐밸브를 구비하는 공기 공급배관; 및 정전시에 무정전전원공급부로부터 전원을 공급받아 상기 제1 개폐밸브 및 제2 개폐밸브를 제어하는 제어부;를 포함한다.
상기 제어부는, 정전시에 상기 제1 개폐밸브가 폐쇄되고, 상기 제2 개폐밸브가 개방되도록 제어할 수 있는데, 정전시에는 상기 제2 개폐밸브가 미리 설정한 시간동안 개방된 후에 다시 폐쇄되도록 제어할 수 있다.
또한, 상기 공기 공급배관은, 내부 공기의 압력을 측정하는 압력 센서를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 압력 센서의 압력이 임계치 이하일 때에는 상기 공기 공급배관과 연결된 압축기를 동작시킬 수 있다.
또한, 상기 수소 가스 배출장치는, 상기 송풍기와 병렬로 설치되고, 제3 개폐밸브를 구비한 보조 송풍기를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 기수분리기의 기체 배출배관에는 가스 센서가 설치되고, 상기 제어부는 상기 가스 센서에서 측정한 수소 농도에 따라 상기 제1 개폐밸브 또는 상기 제3 개폐밸브를 개폐시킬 수 있다.
상기 제어부는, 정전시에 상기 가스 센서에서 측정한 수소 농도가 폭발 하한농도의 25%이상일 때, 상기 제2 개폐밸브를 개방시킬 수 있다.
또한, 제어부는, 상기 가스 센서에서 측정한 수소 농도가 폭발 하한농도의 50%이상일 때에는, 상기 제3 개폐밸브를 개방시키고, 상기 보조 송풍기를 추가로 가동시키도록 제어할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 수소 가스 배출장치는, 상기 기수분리기의 기체 배출배관에는 유량 센서가 설치되고, 상기 제어부는 상기 유량 센서에서 기체의 흐름이 감지되지 않으면 상기 제3 개폐밸브를 개방시키고, 상기 보조 송풍기를 가동시킬 수도 있다.
본 발명에 의하면 전원이 공급될 때에 사용되는 송풍기와, 정전될 때 사용되는 공기 공급수단을 각각 구비함으로써 대용량의 UPS 또는 대용량의 압축기를 사용하지 않고도 수소를 희석시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 복수개의 송풍기와 가스 센서, 유량 센서를 구비함으로써 수소 가스의 농도 또는 기체의 흐름에 따라 송풍기를 제어할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 공기 공급배관에 압력 센서를 설치함으로써 공급될 공기를 소정 압력이상으로 유지시켜 정전시에 공기가 원활하게 공급될 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수소 가스 배출장치의 구성도이다.
도 2는 정전시 잔류 수소 농도를 모니터링한 그래프이고, 도 3은 정전시 공기를 공급받아 희석 배출한 수소 농도를 모니터링한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수소 가스 배출장치가 동작하는 순서도를 도시한 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수소 가스 배출장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수소 가스 배출장치는, 기수분리기(120)에서 분리된 수소를 희석하도록 전원이 공급될 때에 사용되는 송풍기(131)와, 정전될 때 사용되는 공기 공급배관(141)과, 각종 밸브를 제어하는 제어부(170)를 포함한다.
기수분리기(120)는, 선박평형수를 전해조(110)에서 전기분해처리할 때 발생되는 기체를 분리하기 위한 장치로서, 상측부에는 기체 배출배관(121)이 구비되고, 하측부에는 처리수 배출배관(123)이 구비된다. 선박평형수가 원수 유입배관(111)을 따라 전해조(110)로 유입된 다음, 전해처리된 선박평형수가 처리수 유입배관(113)을 통해 상기 기수분리기(120)로 유입된다.
여기서, 상기 기수분리기(120)는, 전기분해시 발생된 기체와 액체가 혼재된 처리수를 유입받는데, 비중 차이를 이용하여 기체와 액체로 분리하는 기능을 수행한다. 즉, 기수분리기(120)에서 비중이 큰 액체는 하측부에 위치한 처리수 배출배관(123)을 통해 배출되고, 비중이 작은 기체는 상측부에 위치한 기체 배출배관(121)을 통해 배출되어 기체와 액체가 분리되게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 수소 가스 배출장치는, 기수분리기(120)의 기체 배출배관(121)에 공기를 공급하여 수소를 희석시키도록 공기 공급수단을 포함하는데, 전원이 공급될 때에는 송풍기(131)를 통해 공기를 가압하여 공급한다.
송풍기(131)는 공기 공급배관상에 제1 개폐밸브(132)를 구비하여 공기 공급유로를 개폐할 수 있도록 구성된다.
여기서, 본 발명의 일실시예에 따른 수소 가스 배출장치는 추가적으로 송풍기(131)와 병렬로 설치되는 보조 송풍기(133)을 더 포함할 수도 있다. 또한, 공기 공급배관상에 제3 개폐밸브(134)를 구비하여 공기 공급유로를 개폐할 수 있도록 구성된다.
본 발명의 실시예에 따른 수소 가스 배출장치는, 정전될 때 기수분리기(120)에서 분리된 수소를 희석하도록 사용되는 공기 공급배관(141)을 포함하는데, 상기 공기 공급배관(141)상에는 제2 개폐밸브(142)를 구비하여 공기 공급유로를 개폐할 수 있도록 구성된다.
여기서, 공기 공급배관(141)에는 내부의 공기 압력을 측정하는 압력 센서(141)와, 공기 공급배관(141)내의 공기를 가압하는 압축기(143)가 설치될 수도 있다. 압력 센서(141)에서 측정된 공기 압력값이 소정 임계값(예를 들면, 1분정도로 공기를 공급하기에 적당한 압력값)보다 작을 경우에 압축기(143)가 작동되도록 구성함으로써 공기 공급배관(141) 내의 압력이 소정 압력 이상 유지될 수 있도록 한다.
도 1에 도시되지는 않았지만, 상기 압력 센서(141)과 압축기(143)는 제어부(170)와 연결되어 자동으로 압력 센서(141)의 압력이 임계치 이하일 때에는 공기 공급배관(141)과 연결된 압축기(143)를 동작시킬 수 있다.
한편, 기수분리기(120)의 기체 배출배관(121)상에는 수소 농도를 측정하는 가스 센서(150)와, 기체 배출배관(121) 내의 기체 흐름을 감지하는 유량 센서(160)가 설치된다.
제어부(170)는, 가스 센서(150)와 유량 센서(160)로부터 각각 측정값을 입력받고, 상기 측정값들을 근거로 개폐밸브들(132,134,142)이 개폐되도록 제어한다.
일실시예로서, 정전시에 제어부(170)는 무정전전원공급부(180)로부터 전원을 공급받아 제1 개폐밸브(132)를 폐쇄하여 송풍기(131)로의 기체 유입을 차단하고, 제2 개폐밸브(142)를 개방하여 공기 공급배관(141) 내에 존재하는 가압 상태의 공기를 기체 배출배관(121)으로 공급하여 기체 배출배관(121) 내의 수소가스를 희석시킨다.
도 2는 정전시 잔류 수소 농도를 모니터링한 그래프이고, 도 3은 정전시 공기를 공급받아 희석 배출한 수소 농도를 모니터링한 그래프이다.
도 2를 참조하면, 정전시에 기체 배출배관(121) 내에 잔류한 수소가스의 농도는 20초까지 비례적으로 증가하여 100% LEL에 거의 근접하게 됨을 알 수 있다.
도 3을 참조하면, 정전시에 기체 배출배관(121)으로 공기를 공급받을 때의 수소가스 농도는 대략 8초 정도까지는 증가하다가 비례적으로 감소하여 41초가 되면 0% LEL이 된다. 정전 초기에는 공기가 주입되기까지의 약간의 시간(lag time)이 소요되기 때문에 수소농도가 증가하게 된다.
제어부(170)는 정전시에 제2 개폐밸브(142)를 미리 설정한 시간동안(예를 들면, 1분 정도) 개방한 후에 다시 폐쇄시키도록 제어할 수 있다. 이는 도 2b를 참조한 것으로 41초가 되면 희석이 완료되지만 보다 안전하도록 설계마진을 두어 1분으로 제어하는 것이 바람직하다.
한편, 제어부(170)는 제2 개폐밸브(142)를 폐쇄한 이후, 가스 센서(150)에서 측정한 수소 농도가 제1 임계농도(예를 들면, 폭발 하한농도(LEL)의 25%) 이상이 되면, 제2 개폐밸브(142)를 다시 개방시켜서 추가적으로 잔류 수소가스를 희석시킬 수 있다.
다른 실시예로서, 전원이 공급될 때에 제어부(170)는, 송풍기(131)를 작동시키고, 제1 개폐밸브(132)를 개방하여 기체 배출배관(121)로 공기를 주입시킨다.
여기서, 제어부(170)는 가스 센서(150)에서 측정한 수소 농도가 제2 임계농도(예를 들면, 폭발 하한농도(LEL)의 50%)이상일 때에는, 제3 개폐밸브(134)를 개방시키고, 보조 송풍기(133)를 추가로 가동시키도록 제어할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 수소 가스 배출장치는, 기수분리기(120)의 기체 배출배관(121)에 유량 센서(160)를 더 포함할 수 있다.
제어부(170)는 유량 센서(160)에서 기체의 흐름이 감지되지 않으면 제3 개폐밸브(134)를 개방시키고, 보조 송풍기(133)를 가동시키도록 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 수소 가스 배출장치는 전원이 공급될 때에는 가스 센서(150) 또는 유량 센서(160)의 측정값을 근거로 송풍기(131)과 보조 송풍기(133)를 각각 제어하도록 구성될 수 있다.
또 다른 실시예로서, 제어부(170)는, 전원이 공급될 때 송풍기(131)를 작동시키고, 제1 개폐밸브(132)를 개방하여 기체 배출배관(121)로 공기를 주입시킨 다음, 가스 센서(150)에서 측정한 수소 농도가 소정 임계치(예를 들면, 폭발 하한농도(LEL)의 25%)이상일 때, 제2 개폐밸브(142)를 개방시켜 공기 공급배관(141)내의 공기를 공급하도록 제어할 수도 있다.
즉, 공기 공급배관(141)은 정전시에 공기를 공급하는 수단으로 사용될 수 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 아니하고, 필요에 따라서는 전원이 공급될 때에도 송풍기(131) 또는 보조 송풍기(133)의 작동과 함께 제2 개폐밸브(142)를 개방시켜 공기를 기체 배출배관(121)로 공급하는 수단으로 이용할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 수소 가스 배출장치는, 전원이 공급되더라도 송풍기(131) 및 보조 송풍기(133)를 사용할 수 없는 경우에는, 공기 공급배관(141)을 통해 공기를 공급할 수도 있다.
예를 들면, 송풍기(131)와 보조 송풍기(133)이 모두 고장이 날 경우, 유량 센서(160)의 측정값을 근거로 제어부(170)에서 송풍기(131) 및 보조 송풍기(133)가 작동이 되지 않음을 인식한 다음, 제2 개폐밸브(142)를 개방하여 공기 공급배관(141)에서 기체 배출배관(121)로 공기를 공급할 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수소 가스 배출장치가 동작하는 순서도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 4를 참조하여 본 발명의 동작이 이루어지는 과정을 살펴보기로 한다.
먼저, 제어부(170)에서 일반적인 전원 공급상태인지 정전 상태인지를 판단한다(S110).
정전 상태로 판단된 경우, 제어부(170)는 제2 개폐밸브(142)를 개방하게 된다(S120). 제2 개폐밸브(142)가 개방되면, 공기 공급배관(141) 내의 가압공기가 기체 배출배관(121)으로 유입되며 수소 가스를 희석시키게 된다.
다음으로, 수소 가스가 희석되기에 적절한 소정시간(예를 들면, 1분)이 지난 후에는 제2 개폐밸브(142)를 폐쇄시킨다(S130).
이후, 제어부(170)는 기체 배출배관(121) 내의 수소 가스 농도를 모니터링하고, 제1 임계농도(K1)와 비교한다(S140).
비교 결과, 수소 가스 농도가 제1 농도(K1)보다 크다고 판단되면, 다시 제2 개폐밸브(142)를 개방하여 기체 배출배관(121) 내의 수소 가스를 희석하게 된다(S150). 수소 가스 농도가 제1 농도보다 작다고 판단되면 동작이 종료하게 된다. 본 발명의 일실시예에 따른 수소 가스 배출장치는 이에 한정되지 아니하고, 두번째 제2 개폐밸브가 개방된 후(S150), 다시 수소 가스 농도를 모니터링하여 임계치와 비교하는 단계(S140)를 반복적으로 수행하도록 구성할 수도 있다.
한편, 제어부(170)에서 일반적인 전원 공급상태로 판단한 경우에는 송풍기(131)를 가동하여 기체 배출배관(121) 내의 수소 가스를 희석한다(S210).
이때, 제어부(170)에서는 유량 센서(160)의 측정값으로부터 기체 흐름 여부를 감지한다(S220).
기체 흐름이 감지되면, 송풍기(131)가 작동되고 있는 것으로 판단하고, 수소 가스 농도를 모니터링하여 제2 농도(K2)와 비교한다(S240).
비교 결과, 수소 가스 농도가 제2 농도(K2)보다 크다고 판단되면, 보조 송풍기(133)을 가동시켜서(S230) 수소 가스의 농도를 제2 농도보다 낮게 희석시킨다. 수소 가스 농도가 제2 농도보다 작다고 판단되면 동작이 종료하게 된다.
한편, 기체 흐름 감지단계(S220)에서 기체 흐름이 감지되지 않으면 보조 송풍기(133)을 가동시킨다(S230). 기체 흐름이 없으면 송풍기(131)의 상태가 정상적이지 않는 것이기 때문에 고장으로 판단하고, 보조 송풍기(133)을 통해 수소 가스를 희석하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 수소 가스 배출장치는, 전술한 설명에서 선박평형수 처리장치에서 발생되는 수소를 희석시키는 장치로 설명되었지만, 이에 한정되지 아니하고, 상수도 처리시설, 하수/폐수처리시설 등 다양한 수처리분야에서 발생되는 수소를 희석시키는 목적의 장치로 적용될 수 있다. 또한, 발명의 명칭에서는 수소 가스를 배출하는 장치로 기재하였지만 이에 한정되지 아니하고 다양한 종류의 배출 가스를 희석시키는 용도로 사용될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 선박평형수를 전기분해하는 전해조;
    상기 전해조의 처리수를 유입받아 기체와 액체로 분리하는 기수분리기;
    상기 기수분리기의 기체 배출배관으로 공기를 공급하고, 제1 개폐밸브를 구비하는 송풍기;
    상기 기수분리기의 기체 배출배관으로 미리 가압된 공기를 공급하고, 제2 개폐밸브를 구비하는 공기 공급배관; 및
    정전시에 무정전전원공급부로부터 전원을 공급받아 상기 제1 개폐밸브 및 제2 개폐밸브를 제어하는 제어부;를 포함하는, 수소 가스 배출장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    정전시에 상기 제1 개폐밸브가 폐쇄되고, 상기 제2 개폐밸브가 개방되도록 제어하는, 수소 가스 배출장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는,
    정전시에 상기 제2 개폐밸브가 미리 설정한 시간동안 개방된 후에 다시 폐쇄되도록 제어하는, 수소 가스 배출장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 공기 공급배관은,
    내부 공기의 압력을 측정하는 압력센서를 포함하는, 수소 가스 배출장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 압력센서의 압력이 임계치 이하일 때에는 상기 공기 공급배관과 연결된 압축기를 동작시키는, 수소 가스 배출장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 수소 가스 배출장치는,
    상기 송풍기와 병렬로 설치되고, 제3 개폐밸브를 구비한 보조 송풍기를 더 포함하는, 수소 가스 배출장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 기수분리기의 기체 배출배관에는 가스 센서가 설치되고,
    상기 제어부는 상기 가스 센서에서 측정한 수소 농도에 따라 상기 제1 개폐밸브 또는 상기 제3 개폐밸브를 개폐시키는, 수소 가스 배출장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는,
    정전시에 상기 가스 센서에서 측정한 수소 농도가 제1 농도 이상일 때, 상기 제2 개폐밸브를 개방시키는, 수소 가스 배출장치.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 가스 센서에서 측정한 수소 농도가 제2 농도 이상일 때에는,
    상기 제3 개폐밸브를 개방시키고, 상기 보조 송풍기를 추가로 가동시키는, 수소 가스 배출장치.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 기수분리기의 기체 배출배관에는 유량 센서가 설치되고,
    상기 제어부는 상기 유량 센서에서 기체의 흐름이 감지되지 않으면 상기 제3 개폐밸브를 개방시키고, 상기 보조 송풍기를 가동시키는, 수소 가스 배출장치.
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