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KR102226245B1 - Marine debris cleaning vessel using hydrogen fuel cell propulsion system - Google Patents

Marine debris cleaning vessel using hydrogen fuel cell propulsion system Download PDF

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KR102226245B1
KR102226245B1 KR1020190165804A KR20190165804A KR102226245B1 KR 102226245 B1 KR102226245 B1 KR 102226245B1 KR 1020190165804 A KR1020190165804 A KR 1020190165804A KR 20190165804 A KR20190165804 A KR 20190165804A KR 102226245 B1 KR102226245 B1 KR 102226245B1
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김정현
김슬기
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부산대학교 산학협력단
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Abstract

The present invention relates to a marine waste disposal vessel using hydrogen fuel propulsion capable of supplying hydrogen gas to a hydrogen fuel cell by producing the hydrogen gas through the reforming of liquefied natural gas (LNG), thereby propelling a vessel as well as cooling a refrigerant by using boil off gas (BOG) of liquefied natural gas and/or liquefied natural gas, and freezing and crushing collected floating marine wastes by using the cooled refrigerant, and a marine waste disposal method using the same. According to the present invention, the marine waste disposal vessel using hydrogen fuel propulsion includes: an LNG storage part storing liquefied natural gas (LNG); a gasifier receiving LNG gasified gas or liquefied LNG supplied from the LNG storage part; a steam supply part supplying steam; a reformer generating hydrogen gas through a reaction between the gas supplied from the gasifier and the steam supplied from the steam supply part; a hydrogen fuel cell generating electric energy by using the hydrogen gas generated from the reformer; a propulsion part propelling a vessel while rotating by receiving the electric energy generated from the hydrogen fuel cell; a heat exchange part placed between the LNG storage part and the gasifier to cool a refrigerant by exchanging heat between the LNG gasified gas or liquefied LNG flowing from the LNG storage part to the gasifier and the refrigerant supplied from the outside; and an ultralow temperature freezing-crushing part freezing marine wastes collected from the ocean by using the refrigerant cooled through the heat exchange part, and then, crushing the frozen marine wastes.

Description

수소연료 추진 해양 폐기물 처리 선박 및 이를 이용한 해양 폐기물의 처리 방법{Marine debris cleaning vessel using hydrogen fuel cell propulsion system}Marine debris cleaning vessel using hydrogen fuel cell propulsion system}

본 발명은 해양 폐기물 처리 선박에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액화천연가스(LNG)의 개질(reforming)을 통해 수소 가스를 생산하여 수소 연료전지에 공급함으로써 선박을 추진함과 더불어, 액화천연가스의 기화가스(BOG) 및/또는 액화천연가스를 이용하여 냉매를 냉각시키고, 냉각된 냉매를 이용하여 수거된 해양 부유 폐기물을 동결하여 파쇄할 수 있도록 한 수소연료 추진 해양 폐기물 처리 선박 및 이를 이용한 해양 폐기물의 처리 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a marine waste treatment vessel, and more particularly, to promote the vessel by producing hydrogen gas through reforming of liquefied natural gas (LNG) and supplying it to a hydrogen fuel cell. Hydrogen fuel propelled by using vaporized gas (BOG) and/or liquefied natural gas to cool the refrigerant, and to freeze and crush the collected marine floating waste using the cooled refrigerant Marine waste treatment vessel and marine waste using the same It relates to the treatment method of.

매년 육지에서 바다로 흘러들어가는 해양쓰레기는 연간 수백만 톤에 이르는 것으로 추정된다. 해양쓰레기 중 80% 이상은 플라스틱 혹은 비닐이 차지하고 있으며, 이러한 쓰레기들은 분해되지 않고 강한 자외선 등에 의해 5㎜ 이하로 잘게 쪼개져 독성 물질과 결합돼 바다에 축적되어 심각한 환경오염을 초래하고 있다. 이러한 쓰레기는 해안, 외딴 섬, 대양, 극지방에 걸쳐 나타남에 따라 전 지구적 환경 이슈로 부상되고 있으며, 해양쓰레기를 줄이기 위해 각국에서 노력하고 있다. It is estimated that the amount of marine debris that flows from land to sea each year amounts to millions of tons per year. More than 80% of marine debris is made up of plastic or vinyl, and these debris are not decomposed and are shredded into less than 5mm by strong ultraviolet rays, combined with toxic substances, and accumulated in the sea, causing serious environmental pollution. As such garbage appears over the coast, remote islands, oceans, and polar regions, it has emerged as a global environmental issue, and each country is making efforts to reduce marine garbage.

그러나 이미 배출된 쓰레기는 수거되지 못하고, 쓰레기 섬을 형성하고 있으며, 이를 수거 및 처리하기 위해서는 효율적인 수거 능력뿐만 아니라 적재 공간 효율성을 요구한다. 각국에서는 청항선을 건조하여 연안의 해상 쓰레기들을 수거하는 실정이며, 우리나라에서는 14개 무역항에 총 20척의 청항선을 배치하여 부유쓰레기 제거를 비롯한 청항업무를 수행 중에 있다. However, waste that has already been discharged cannot be collected and forms a garbage island, and in order to collect and dispose of it, not only efficient collection capacity but also loading space efficiency is required. Each country builds Cheonghang ships to collect offshore waste, and in Korea, a total of 20 Cheonghang ships are deployed in 14 trade ports to carry out clearing operations including the removal of floating waste.

해양 부유 폐기물에는 플라스틱, 비닐, 스티로폼, 나무 등이 있으며, 현재는 연안에 있는 쓰레기를 수거하여 소각 처리한다. 그러나 재활용을 위해서는 파쇄과정이 필수적이다. 하지만 상온에서 파쇄 시 발생하는 열에 의해 폐기물이 녹게 되고 그 과정에서 파쇄 되지 않는 폐기물이 발생하여 처리가 어려워지는 문제가 발생한다. 그리고 육상으로 운송해서 파쇄 처리할 시 비용 및 공간적인 제약이 생기게 된다.Marine floating wastes include plastic, vinyl, styrofoam, and wood, and now, waste on the coast is collected and incinerated. However, the shredding process is essential for recycling. However, the waste is melted by the heat generated during crushing at room temperature, and in the process, waste that is not crushed is generated, making it difficult to treat. In addition, cost and space constraints arise when transporting by land and crushing it.

이러한 문제를 해결하기 위해 재료를 동결시켜 파쇄하는 극저온동결파쇄 기술이 대안으로 연구되고 있다. 극저온은 영하 150℃ 이하의 온도를 일컫는 말로 해당 온도에서 해양부유폐기물은 취화되는 특징이 있다. 해양 부유 폐기물 중 밀도가 가장 높고, 비율이 높은 플라스틱의 경우 액화 LNG 온도(-163℃) 이하에서 상온 파쇄보다 파쇄가 월등히 용이하다. In order to solve this problem, a cryogenic freeze crushing technique that freezes and crushes the material is being studied as an alternative. Cryogenic temperature refers to a temperature below minus 150℃, and at that temperature, marine floating waste is characterized by embrittlement. Plastics with the highest density and high proportion of floating marine wastes are much easier to crush than normal-temperature crushing at a liquefied LNG temperature (-163℃) or lower.

그러나 해양 부유 폐기물 처리 과정에서의 극저온동결파쇄는 저온의 온도를 유지 및 적용시키기 위한 별도의 설비와 비용을 요구한다. However, cryogenic freeze crushing in the process of treating marine floating waste requires a separate facility and cost to maintain and apply a low temperature.

한편, 친환경 연료가 부상하면서 수소 연료전지 및 LNG를 연료로 하는 선박이 등장하고 있고 해양 부유 폐기물 청소 선박에서도 LNG를 연료로 하는 선박이 건조되고 있다. 수소 연료전지 추진 해양 부유 폐기물 청소 선박은 아직 건조된 사례가 없으나 선박에 적용하면 유해가스 발생을 원천 차단 할 수 있어 차세대 선박으로 주목받고 있다. Meanwhile, as eco-friendly fuels emerge, ships using hydrogen fuel cells and LNG as fuels have appeared, and ships using LNG as fuel are also being built in marine floating waste cleaning ships. Hydrogen fuel cell-promoted marine floating waste cleaning ships have not been built yet, but if applied to ships, they are attracting attention as next-generation ships as they can block the generation of harmful gases.

하지만, 종래에는 수소 연료전지의 수소 연료를 단순히 연료전지의 연료로서만 활용하고 있을 뿐 해양 폐기물의 동결 처리에 적용하지는 못하고 있다.However, conventionally, the hydrogen fuel of the hydrogen fuel cell is simply used as the fuel of the fuel cell, but it has not been applied to the freezing treatment of marine waste.

한국 등록특허 제10-1917508호Korean Patent Registration No. 10-1917508 한국 등록특허 제10-1302006호Korean Patent Registration No. 10-1302006 한국 등록특허 제10-0287411호Korean Patent Registration No. 10-0287411

본 발명은 상기한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 액화천연가스(LNG)의 개질(reforming)을 통해 수소 가스를 생산하여 수소 연료전지에 공급함으로써 선박을 추진할 수 있으며, 이와 동시에 액화천연가스의 기화가스(BOG) 및/또는 액화천연가스를 이용하여 냉매를 냉각시키고, 냉각된 냉매를 이용하여 수거된 해양 부유 폐기물을 동결하여 파쇄할 수 있도록 함으로써 최소의 설비로 해양 폐기물 처리 효율을 대폭 향상시킬 수 있는 수소연료 추진 해양 폐기물 처리 선박 및 이를 이용한 해양 폐기물의 처리 방법을 제공하는 것이다. The present invention is to solve the above-described conventional problem, and an object of the present invention is to produce hydrogen gas through reforming of liquefied natural gas (LNG) and supply it to a hydrogen fuel cell to propel a ship, At the same time, the refrigerant is cooled using liquefied natural gas vaporized gas (BOG) and/or liquefied natural gas, and the collected marine floating waste is frozen and crushed using the cooled refrigerant. It is to provide a hydrogen fuel-propelled marine waste treatment vessel that can significantly improve treatment efficiency, and a marine waste treatment method using the same.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수소연료 추진 해양 폐기물 처리 선박은, 액화천연가스(LNG)를 저장하는 LNG 저장부; 상기 LNG 저장부로부터 공급되는 LNG 기화가스 또는 액상의 LNG를 공급받는 기화기; 수증기를 공급하는 수증기공급부; 상기 기화기로부터 공급된 가스와 상기 수증기공급부로부터 공급된 수증기의 반응에 의해 수소 가스를 발생시키는 개질기; 상기 개질기에서 발생한 수소 가스를 이용하여 전기에너지를 발생시키는 수소 연료전지; 상기 수소 연료전지에서 생성된 전기에너지를 인가받아 회전하면서 선박을 추진하는 추진부; 상기 LNG 저장부와 상기 기화기 사이에 배치되어 LNG 저장부로부터 기화기로 이동하는 LNG 기화가스 또는 액상의 LNG와 외부에서 공급되는 냉매를 열교환시켜 냉매를 냉각시키는 열교환부; 및, 상기 열교환부를 통과하면서 냉각된 냉매를 이용하여 해양에서 수거된 해양 폐기물을 동결하고, 동결된 해양 폐기물을 파쇄하는 극저온동결 파쇄부;를 포함할 수 있다. Hydrogen fuel propulsion marine waste treatment vessel according to the present invention for achieving the above object, LNG storage unit for storing liquefied natural gas (LNG); A vaporizer receiving LNG vaporized gas or liquid LNG supplied from the LNG storage unit; A steam supply unit for supplying steam; A reformer for generating hydrogen gas by a reaction between the gas supplied from the vaporizer and the steam supplied from the steam supply unit; A hydrogen fuel cell generating electric energy using hydrogen gas generated in the reformer; A propulsion unit for driving the vessel while rotating by receiving the electric energy generated from the hydrogen fuel cell; A heat exchange unit disposed between the LNG storage unit and the vaporizer to cool the refrigerant by heat exchange between the LNG vaporized gas or liquid LNG moving from the LNG storage unit to the vaporizer and a refrigerant supplied from the outside; And a cryogenic freeze crushing unit configured to freeze the marine waste collected from the sea by using the refrigerant cooled while passing through the heat exchange unit and crush the frozen marine waste.

상기 수증기공급부는 해수를 저장하는 해수저장조와, 상기 수소 연료전지에서 발생한 열을 해수저장조로 공급하여 해수를 가열하는 열공급유닛을 포함할 수 있다. The steam supply unit may include a seawater storage tank for storing seawater, and a heat supply unit for heating seawater by supplying heat generated from the hydrogen fuel cell to the seawater storage tank.

본 발명의 수소연료 추진 해양 폐기물 처리 선박은, 상기 개질기와 수소 연료전지 사이에 설치되어, 개질기에서 발생한 수소 가스를 저장하는 수소포집기를 더 포함할 수 있다. The hydrogen fuel-propelled marine waste treatment vessel of the present invention may further include a hydrogen collector installed between the reformer and the hydrogen fuel cell to store hydrogen gas generated in the reformer.

상기 극저온동결 파쇄부는, 해양에서 수거된 해양 폐기물이 투입되는 폐기물 동결챔버와, 상기 열교환부를 통과하면서 냉각된 냉매가 유동하면서 상기 폐기물 동결챔버 내의 해양 폐기물을 동결시키는 냉매유로와, 상기 폐기물 동결챔버 내에서 동결된 폐기물을 파쇄하는 파쇄기를 포함할 수 있다. The cryogenic freeze crushing unit includes a waste freezing chamber into which marine waste collected from the ocean is injected, a refrigerant passage through which a refrigerant cooled while passing through the heat exchange unit flows to freeze marine waste in the waste freezing chamber, and in the waste freezing chamber It may include a crusher to crush the frozen waste.

본 발명의 수소연료 추진 해양 폐기물 처리 선박은, 상기 파쇄기에 의해 파쇄된 폐기물 파티클을 저장하는 파쇄물 저장부를 더 포함할 수 있다.Hydrogen fuel propulsion marine waste treatment vessel of the present invention may further include a crushed material storage unit for storing the waste particles crushed by the crusher.

본 발명에 따른 해양 폐기물 처리 선박을 이용하여 해양 폐기물을 처리하는 방법은, A method of treating marine waste using a marine waste treatment vessel according to the present invention,

(S1) LNG 저장부의 LNG 기화가스 또는 액화천연가스(LNG)를 기화기를 통해 개질기로 공급하고, 수증기와 반응시켜 수소 가스를 발생시키는 단계;(S1) supplying LNG vaporized gas or liquefied natural gas (LNG) from an LNG storage unit to a reformer through a vaporizer and reacting with steam to generate hydrogen gas;

(S2) 상기 LNG 저장부의 LNG 기화가스 또는 액화천연가스(LNG)가 기화기로 공급되는 과정에서 냉매와 열교환하도록 하는 단계;(S2) performing heat exchange with a refrigerant in the process of supplying LNG vaporized gas or liquefied natural gas (LNG) from the LNG storage unit to a vaporizer;

(S3) 상기 열교환되어 냉각된 냉매를 극저온동결 파쇄부로 공급하여 수거된 해양 폐기물을 동결하는 단계; 및,(S3) supplying the heat-exchanged cooled refrigerant to a cryogenic freeze crushing unit to freeze the collected marine waste; And,

(S4) 극저온동결 파쇄부에서 동결된 해양 폐기물을 파쇄하는 단계;(S4) crushing frozen marine waste in the cryogenic freeze crushing unit;

를 포함할 수 있다.It may include.

상기 (S1) 단계에서는 해수저장조에 저장된 해수에 수소 연료전지에서 발생한 열을 공급하여 해수를 가열함으로써 수증기를 발생시키고, 발생된 수증기를 개질기로 공급할 수 있다.In the step (S1), heat generated from the hydrogen fuel cell is supplied to the seawater stored in the seawater storage tank to heat the seawater to generate steam, and the generated steam may be supplied to the reformer.

본 발명에 따르면, 액화천연가스(LNG)를 개질하여 선박의 추진을 위한 수소를 발생시킬 수 있으며, 액화천연가스(LNG)를 개질하여 수소를 발생시키는 과정에서 저온 열원인 액상의 LNG 및/또는 LNG 기화가스를 이용하여 냉매를 냉각시킬 수 있다. 냉각된 냉매는 극저온동결 파쇄부로 공급된 해양 부유 폐기물을 동결하게 되고, 동결된 해양 부유 폐기물은 파쇄기에 의해 용이하게 파쇄되어 입자가 작은 폐기물 파티클로 되므로, 폐기물의 처리 및 저장 능력을 향상시킬 수 있게 된다. According to the present invention, liquefied natural gas (LNG) can be reformed to generate hydrogen for propulsion of a ship, and in the process of generating hydrogen by reforming liquefied natural gas (LNG), liquid LNG and/or The refrigerant can be cooled using LNG vaporized gas. The cooled refrigerant freezes the marine floating waste supplied to the cryogenic freeze crushing unit, and the frozen marine floating waste is easily crushed by a crusher to become small-sized waste particles, so that the ability to treat and store waste can be improved. do.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소연료 추진 해양 폐기물 처리 선박의 구성을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수소연료 추진 해양 폐기물 처리 선박을 구성하는 극저온동결 파쇄부의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 해양 폐기물의 처리 방법을 설명하는 순서도이다.
1 is a block diagram showing the configuration of a hydrogen fuel-propelled marine waste treatment vessel according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view showing an embodiment of a cryogenic freeze crushing unit constituting a hydrogen fuel-propelled marine waste treatment vessel according to the present invention.
3 is a flow chart illustrating a method of treating marine waste according to an embodiment of the present invention.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.The embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only preferred examples of the disclosed invention, and there may be various modified examples that can replace the embodiments and drawings of the present specification at the time of filing of the present application.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 수소연료 추진 해양 폐기물 처리 선박 및 이를 이용한 해양 폐기물의 처리 방법을 후술된 실시예들에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a hydrogen fuel-propelled marine waste treatment vessel and a marine waste treatment method using the same will be described in detail according to the following embodiments. In the drawings, the same reference numerals denote the same components.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소연료 추진 해양 폐기물 처리 선박은, 액화천연가스(LNG)를 저장하는 LNG 저장부(100), 상기 LNG 저장부(100)로부터 공급되는 LNG 기화가스 또는 액상의 LNG를 공급받는 기화기(200), 수증기를 공급하는 수증기공급부(500), 상기 기화기(200)로부터 공급된 가스와 상기 수증기공급부(500)로부터 공급된 수증기의 반응에 의해 수소 가스를 발생시키는 개질기(300), 상기 개질기(300)에서 발생한 수소 가스를 이용하여 전기에너지를 발생시키는 수소 연료전지(600), 상기 수소 연료전지(600)에서 생성된 전기에너지를 인가받아 회전하면서 선박을 추진하는 추진부, 상기 LNG 저장부(100)와 상기 기화기(200) 사이에 배치되어 LNG 저장부(100)로부터 기화기(200)로 이동하는 LNG 기화가스 또는 액상의 LNG와 외부에서 공급되는 냉매를 열교환시켜 냉매를 냉각시키는 열교환부(700), 및 상기 열교환부(700)를 통과하면서 냉각된 냉매를 이용하여 해양에서 수거된 해양 폐기물(W)을 동결하고 동결된 해양 폐기물(W)을 파쇄하는 극저온동결 파쇄부(800)를 포함한다.1 is a hydrogen fuel propulsion marine waste treatment vessel according to an embodiment of the present invention, an LNG storage unit 100 for storing liquefied natural gas (LNG), LNG vaporized gas supplied from the LNG storage unit 100, or A vaporizer 200 receiving liquid LNG, a vapor supply unit 500 supplying water vapor, and a reaction between the gas supplied from the vaporizer 200 and the vapor supplied from the vapor supply unit 500 generate hydrogen gas. The reformer 300, a hydrogen fuel cell 600 that generates electric energy using hydrogen gas generated from the reformer 300, and propels a ship while rotating by receiving the electric energy generated from the hydrogen fuel cell 600. By exchanging heat exchange between LNG vaporized gas or liquid LNG that is disposed between the propulsion unit, the LNG storage unit 100 and the carburetor 200 and moves from the LNG storage unit 100 to the carburetor 200, A heat exchange unit 700 to cool the refrigerant, and cryogenic freezing to freeze the marine waste (W) collected from the ocean using the coolant cooled while passing through the heat exchange unit (700) and crush the frozen marine waste (W) It includes a crushing portion 800.

상기 LNG 저장부(100)는 독립적인 단열구조체(120)를 가지고 있는 LNG 저장용기(110)를 구비한 액화천연가스(LNG) 저장 시스템으로서, 단열구조체(120)는 크기나 형상이 바뀔 수 있고 외부의 열이 내부로 유입되는 것을 막기 위해 열적 성능이 우수한 여러 단열재를 사용할 수 있다. The LNG storage unit 100 is a liquefied natural gas (LNG) storage system having an LNG storage container 110 having an independent insulating structure 120, and the heat insulating structure 120 can be changed in size or shape. In order to prevent external heat from flowing into the interior, various insulating materials with excellent thermal performance can be used.

LNG 저장부(100) 내부에 저장된 액화천연가스(LNG)는 연료로 사용되기 위해 액체 혹은 기체 상태로 외부로 배출될 수 있다. LNG 저장부(100) 내부에 저장된 액체 상태의 액화천연가스(LNG)는 제1체크밸브(131) 및 LNG배출관(130)을 통해 기화기(200)로 공급된다. Liquefied natural gas (LNG) stored in the LNG storage unit 100 may be discharged to the outside in a liquid or gaseous state to be used as fuel. The liquid liquefied natural gas (LNG) stored in the LNG storage unit 100 is supplied to the carburetor 200 through the first check valve 131 and the LNG discharge pipe 130.

또한 LNG 저장부(100)는 단열구조체(120)로 둘러싸여 외부와의 열교환이 최소화되도록 되어 있지만 LNG 저장부(100) 내로 유입된 미량의 열에 의해 액화천연가스(LNG)가 극소량씩 기화되어 내부 압력을 증가시키게 되는데, 기화된 LNG 기화가스(BOG: Boil-off Gas)는 기화가스배출관(140)을 통해 기화기(200)로 공급될 수 있다. 상기 기화가스배출관(140)을 통한 LNG 기화가스의 공급은 제2체크밸브(141)에 의해 제어된다.In addition, the LNG storage unit 100 is surrounded by an insulating structure 120 so that heat exchange with the outside is minimized. To increase, the vaporized LNG vaporized gas (BOG: Boil-off Gas) may be supplied to the vaporizer 200 through the vaporized gas discharge pipe 140. The supply of the LNG vaporized gas through the vaporized gas discharge pipe 140 is controlled by the second check valve 141.

상기 기화기(200)는 액상의 액화천연가스(LNG)를 개질에 필요한 기체 상태로 기화시키는 작용을 하는 것으로, 공지의 LNG 기화기를 적용하여 구성할 수 있다. The vaporizer 200 functions to vaporize liquid liquefied natural gas (LNG) into a gaseous state required for reforming, and may be configured by applying a known LNG vaporizer.

또한 상기 기화기(200)를 통과하면서 기화된 LNG 가스는 개질기(300) 내의 고온 환경에서 수증기공급부로부터 공급된 수증기와 반응하여 약간의 이산화탄소와 함께 수소 가스를 발생시키게 된다. 이 때 상기 개질기(300)로 공급되는 수증기는 해수에 수소 연료전지(600)에서 발생한 열을 공급하여 해수를 가열함으로써 얻어질 수 있다. 이를 위해 상기 수증기공급부는 해수를 저장하는 해수저장조(510)와, 상기 수소 연료전지에서 발생한 열을 해수저장조로 공급하여 해수를 가열하는 열공급유닛(520)을 포함할 수 있다.In addition, the LNG gas vaporized while passing through the vaporizer 200 reacts with water vapor supplied from the water vapor supply unit in a high temperature environment in the reformer 300 to generate hydrogen gas along with some carbon dioxide. At this time, the steam supplied to the reformer 300 may be obtained by heating the seawater by supplying heat generated by the hydrogen fuel cell 600 to the seawater. To this end, the steam supply unit may include a seawater storage tank 510 for storing seawater, and a heat supply unit 520 for heating seawater by supplying heat generated from the hydrogen fuel cell to the seawater storage tank.

상기 개질기(300)는 액화천연가스(LNG)와 수증기의 반응에 의해 수소를 생성하는 공지의 개질기를 적용할 수 있는데, 예를 들어 한국 등록특허 제10-1302006호에 개시된 개질기(reformer)를 적용할 수 있다.The reformer 300 may be applied to a known reformer that generates hydrogen by the reaction of liquefied natural gas (LNG) and water vapor. For example, a reformer disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1302006 is applied. can do.

상기 개질기(300)에서 발생된 수소 가스는 개질기(300)와 수소 연료전지(600) 사이에 설치되는 수소포집기(400)에 저장된 후 필요에 따라 수소 연료전지(600)로 공급될 수 있다. The hydrogen gas generated in the reformer 300 may be stored in the hydrogen collector 400 installed between the reformer 300 and the hydrogen fuel cell 600 and then supplied to the hydrogen fuel cell 600 as necessary.

상기 수소 연료전지(600)에서는 상기 수소포집기(400)로부터 공급되는 수소가 산소와 반응하여 전기와 물을 생성한다. 수소 연료전지(600)는 여러 층이 겹쳐서 하나의 스택을 형성하여 작동되고, 선박이 필요한 전원에 따라 그 작동이 제어될 수 있다. 수소 연료전지(600)에서 생성된 전기는 추진부를 구성하는 모터(610)로 공급되어 모터(610)를 작동시키고, 모터(610)의 동력은 선체 후미의 프로펠러(620)로 전달되어 선박이 추진력을 얻을 수 있게 된다. In the hydrogen fuel cell 600, hydrogen supplied from the hydrogen collector 400 reacts with oxygen to generate electricity and water. The hydrogen fuel cell 600 is operated by overlapping several layers to form one stack, and its operation may be controlled according to power required by the ship. The electricity generated by the hydrogen fuel cell 600 is supplied to the motor 610 constituting the propulsion unit to operate the motor 610, and the power of the motor 610 is transmitted to the propeller 620 at the rear of the hull, so that the ship is propulsive. You will be able to get it.

한편, 상기 LNG 저장부(100)에서 기화기(200)로 공급되는 LNG 기화가스 또는 액화천연가스(LNG)의 저온 열원은 냉매를 냉각시키고, 냉각된 냉매를 이용하여 해양 폐기물을 동결한 후 이를 파쇄할 수 있도록 구성된다. On the other hand, the low-temperature heat source of LNG vaporized gas or liquefied natural gas (LNG) supplied from the LNG storage unit 100 to the vaporizer 200 cools the refrigerant, freezes marine waste using the cooled refrigerant, and crushes it. It is structured to be able to do.

이를 위해 상기 LNG 저장부(100)와 기화기(200) 사이에 상기 LNG배출관(130) 및 기화가스배출관(140)이 경유하면서 냉매와의 열교환이 이루어지게 되는 열교환부(700)가 설치된다. 상기 열교환부(700)는 냉매제어밸브(710)를 통해 외부에서 공급되는 냉매가 유동하는 냉매유로를 구비하며, 상기 냉매유로를 통과하는 냉매는 상기 LNG배출관(130) 및 기화가스배출관(140)을 통과하는 극저온의 액상 LNG 또는 LNG 기화가스와 열교환하여 극저온 상태로 냉각된다.To this end, a heat exchange unit 700 is installed between the LNG storage unit 100 and the vaporizer 200 to exchange heat with the refrigerant while passing through the LNG discharge pipe 130 and the vaporized gas discharge pipe 140. The heat exchange unit 700 includes a refrigerant passage through which a refrigerant supplied from the outside flows through a refrigerant control valve 710, and the refrigerant passing through the refrigerant passage is the LNG discharge pipe 130 and the vaporized gas discharge pipe 140. It is cooled to a cryogenic state by heat exchange with cryogenic liquid LNG or LNG vaporized gas passing through.

상기 극저온동결 파쇄부(800)는 상기 열교환부(700)를 통과하면서 냉각된 냉매를 이용하여 해양에서 수거된 해양 폐기물을 동결하고, 동결된 해양 폐기물을 파쇄할 수 있도록 구성된다. 이를 위한 극저온동결 파쇄부(800)는, 도 2에 도시한 것과 같이, 해양에서 수거된 해양 폐기물(W)이 투입되는 폐기물 동결챔버(810)와, 상기 열교환부(700)를 통과하면서 냉각된 냉매가 유동하면서 상기 폐기물 동결챔버(810) 내의 해양 폐기물(W)을 동결시키는 냉매유로(820)와, 상기 폐기물 동결챔버(810) 내에서 동결된 폐기물을 파쇄하는 파쇄기(830)를 포함할 수 있다. 상기 파쇄기(830)는 공지의 폐기물 파쇄에 사용하는 파쇄기를 적용하여 구성할 수 있다. 예를 들어 도면에 도시한 것과 같이 표면에 다수의 파쇄돌기(832)가 형성되어 있는 복수의 드럼(831)을 나란하게 배치하거나, 고속 회전하는 복수의 파쇄날개를 구비하는 구조를 가질 수 있다. 폐기물 동결챔버(810)의 상단부에는 선박에서 수거한 해양 부유 폐기물이 투입되는 호퍼(811)가 구비될 수 있다. The cryogenic freeze crushing unit 800 is configured to freeze the marine waste collected from the sea by using the refrigerant cooled while passing through the heat exchange unit 700 and crush the frozen marine waste. For this purpose, the cryogenic freeze crushing unit 800 is cooled while passing through the waste freezing chamber 810 into which the marine waste W collected from the sea is put, and the heat exchange unit 700 as shown in FIG. 2. A refrigerant passage 820 for freezing the marine waste W in the waste freezing chamber 810 while the refrigerant flows, and a crusher 830 for crushing the frozen waste in the waste freezing chamber 810. have. The crusher 830 may be configured by applying a crusher used for crushing known waste. For example, as shown in the drawing, a plurality of drums 831 having a plurality of crushing protrusions 832 formed on the surface thereof may be arranged side by side, or may have a structure including a plurality of crushing blades rotating at high speed. A hopper 811 into which marine floating waste collected from a ship is put may be provided at an upper end of the waste freezing chamber 810.

상기 냉매유로(820)는 폐기물 동결챔버(810)의 외면을 나선형으로 둘러싸도록 구성되어 열전도성 금속 재질의 폐기물 동결챔버(810)의 면을 통해 열을 흡수하여 폐기물을 동결시킬 수 있도록 구성될 수도 있지만, 냉매 가스를 폐기물 동결챔버(810) 내부로 직접 공급하여 폐기물을 동결시킬 수 있게 구성될 수도 있을 것이다. The refrigerant passage 820 may be configured to spirally surround the outer surface of the waste freezing chamber 810 and absorb heat through the surface of the waste freezing chamber 810 made of a thermally conductive metal material to freeze the waste. However, it may be configured to freeze waste by directly supplying the refrigerant gas into the waste freezing chamber 810.

도면에 도시하지는 않았으나, 상기 파쇄기(830)에 의해 파쇄된 폐기물 파티클(P)은 파쇄물 저장부로 이송되어 저장될 수 있다. Although not shown in the drawing, the waste particles P crushed by the shredder 830 may be transferred to and stored in a shredded material storage unit.

이와 같이 구성된 해양 폐기물 처리 선박을 이용하여 해양 폐기물을 처리하는 방법을 상세히 설명하면 다음과 같다. A method of treating marine waste using the marine waste treatment vessel configured as described above will be described in detail as follows.

LNG 저장부(100)의 LNG 저장용기(110)내에 저장된 액상의 LNG는 제1체크밸브(131)가 개방되면 LNG배출관(130)을 통해 기화기(200)로 공급된다. 이 때, LNG 저장용기(110) 내에서 LNG가 기화하여 발생한 LNG 기화가스(BOG)는 제2체크밸브(141)가 개방되면 기화가스배출관(140)을 통해 기화기(200)로 공급된다. Liquid LNG stored in the LNG storage container 110 of the LNG storage unit 100 is supplied to the carburetor 200 through the LNG discharge pipe 130 when the first check valve 131 is opened. At this time, the LNG vaporized gas (BOG) generated by the vaporization of LNG in the LNG storage container 110 is supplied to the vaporizer 200 through the vaporized gas discharge pipe 140 when the second check valve 141 is opened.

상기 기화기(200)를 통과하여 기화된 LNG는 개질기(300)로 공급된다. 이 때, 수증기공급부(500)의 해수저장조(510)에서 발생한 수증기가 개질기(300)로 공급되고, 기체 상태의 LNG와 수증기가 반응하여 약간의 이산화탄소와 함께 수소가 발생하게 된다. 이 때, 상기 해수저장조(510)에서 공급되는 수증기는 수소 연료전지(600)에서 발생한 열에너지에 의해 해수가 가열되면서 얻어진 것이다.LNG vaporized through the vaporizer 200 is supplied to the reformer 300. At this time, water vapor generated in the seawater storage tank 510 of the water vapor supply unit 500 is supplied to the reformer 300, and gaseous LNG and water vapor react to generate hydrogen together with some carbon dioxide. At this time, the water vapor supplied from the seawater storage tank 510 is obtained while the seawater is heated by thermal energy generated from the hydrogen fuel cell 600.

개질기(300)에서 발생한 수소 가스는 수소포집기(400)에 일시적으로 저장된 후 수소 연료전지(600)로 공급되고, 산소와 반응하여 전기와 물을 생성한다. 수소 연료전지(600)에서 생성된 전기는 추진부를 구성하는 모터(610)로 공급되어 모터(610)를 작동시키고, 모터(610)의 동력은 선체 후미의 프로펠러(620)로 전달되어 선박이 추진력을 얻을 수 있게 된다. The hydrogen gas generated in the reformer 300 is temporarily stored in the hydrogen collector 400 and then supplied to the hydrogen fuel cell 600, and reacts with oxygen to generate electricity and water. The electricity generated by the hydrogen fuel cell 600 is supplied to the motor 610 constituting the propulsion unit to operate the motor 610, and the power of the motor 610 is transmitted to the propeller 620 at the rear of the hull, so that the ship is propulsive. You will be able to get it.

한편, 상기와 같이 선박 추진을 위하여 액화천연가스(LNG)를 개질하여 수소를 발생시키는 과정에서 저온 열원인 기화기(200)로 공급되는 액상의 LNG 및/또는 LNG 기화가스가 열교환부(700) 내로 공급되는 냉매(예를 들어 질소)와 열교환을 하여 냉매를 극저온 상태로 만든다. Meanwhile, in the process of generating hydrogen by reforming liquefied natural gas (LNG) for ship propulsion as described above, liquid LNG and/or LNG vaporized gas supplied to the carburetor 200, which is a low-temperature heat source, is transferred into the heat exchange unit 700. Heat exchange with the supplied refrigerant (for example, nitrogen) makes the refrigerant cryogenic.

열교환부(700)에서 극저온 상태로 냉각된 냉매는 극저온동결 파쇄부(800)로 공급되어 수거된 해양 폐기물을 동결하게 된다. 그리고 상기 극저온동결 파쇄부(800)에서는 동결된 해양 폐기물을 파쇄기(830)를 이용하여 파쇄하게 된다. 상기 파쇄기(830)에 의해 파쇄된 폐기물 파티클(P)은 파쇄물 저장부(미도시)로 이송되어 저장된다. The refrigerant cooled in the cryogenic state in the heat exchange unit 700 is supplied to the cryogenic freeze crushing unit 800 to freeze the collected marine waste. In addition, the cryogenic freeze crushing unit 800 crushes the frozen marine waste using a crusher 830. The waste particles P crushed by the crusher 830 are transferred to and stored in a crushed material storage unit (not shown).

이와 같이 본 발명의 해양 폐기물 처리 선박은 액화천연가스(LNG)를 개질하여 선박의 추진을 위한 수소를 발생시킬 수 있으며, 액화천연가스(LNG)를 개질하여 수소를 발생시키는 과정에서 저온 열원인 액상의 LNG 및/또는 LNG 기화가스를 이용하여 냉매를 냉각시킬 수 있다. 그리고, 냉각된 냉매는 극저온동결 파쇄부로 공급된 해양 부유 폐기물을 동결하게 되고, 동결된 해양 부유 폐기물은 파쇄기에 의해 용이하게 파쇄되어 입자가 작은 폐기물 파티클로 되므로, 폐기물의 처리 및 저장 능력을 향상시킬 수 있게 된다. As described above, the marine waste treatment vessel of the present invention can generate hydrogen for propulsion of the vessel by reforming liquefied natural gas (LNG), and in the process of generating hydrogen by reforming liquefied natural gas (LNG), the liquid phase is a low-temperature heat source. The refrigerant may be cooled using LNG and/or LNG vaporized gas. In addition, the cooled refrigerant freezes the marine floating waste supplied to the cryogenic freeze crushing unit, and the frozen marine floating waste is easily crushed by a crusher to become waste particles with small particles, thus improving the disposal and storage capacity of the waste. You will be able to.

이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.In the above, the present invention has been described in detail with reference to examples, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various substitutions, additions, and modifications within the scope not departing from the technical idea described above. It is natural, and it should be understood that such modified embodiments also belong to the scope of protection of the present invention defined by the appended claims.

LNG : 액화천연가스 W : 해양 폐기물
P : 파티클 100 : LNG 저장부
110 : LNG 저장용기 120 : 단열구조체
130 : LNG배출관 131 ; 제1체크밸브
140 : 기화가스배출관 141 : 제2체크밸브
200 : 기화기 300 : 개질기
400 : 수소포집기 500 ; 수증기공급부
510 : 해수저장조 520 : 열공급유닛
600 : 수소 연료전지 610 : 모터
620 : 프로펠러 700 : 열교환부
800 : 극저온동결 파쇄부 810 : 폐기물 동결챔버
820 : 냉매유로 830 : 파쇄기
831 : 드럼 832 : 파쇄돌기
LNG: Liquefied natural gas W: Marine waste
P: Particle 100: LNG storage
110: LNG storage container 120: insulation structure
130: LNG discharge pipe 131; 1st check valve
140: vaporized gas discharge pipe 141: second check valve
200: carburetor 300: reformer
400: hydrogen collector 500; Steam supply
510: seawater storage tank 520: heat supply unit
600: hydrogen fuel cell 610: motor
620: propeller 700: heat exchange part
800: cryogenic freeze crushing unit 810: waste freezing chamber
820: refrigerant flow path 830: crusher
831: drum 832: crushing protrusion

Claims (7)

액화천연가스(LNG)를 저장하는 LNG 저장부;
상기 LNG 저장부로부터 공급되는 LNG 기화가스 또는 액상의 LNG를 공급받는 기화기;
수증기를 공급하는 수증기공급부;
상기 기화기로부터 공급된 LNG 가스와 상기 수증기공급부로부터 공급된 수증기의 반응에 의해 수소 가스를 발생시키는 개질기;
상기 개질기에서 발생한 수소 가스를 이용하여 전기에너지를 발생시키는 수소 연료전지;
상기 수소 연료전지에서 생성된 전기에너지를 인가받아 회전하면서 선박을 추진하는 추진부;
상기 개질기와 수소 연료전지 사이에 설치되어, 개질기에서 발생한 수소 가스를 저장하는 수소포집기;
상기 LNG 저장부와 상기 기화기 사이에 배치되어 LNG 저장부로부터 기화기로 이동하는 LNG 기화가스 또는 액상의 LNG와 외부에서 공급되는 냉매를 열교환시켜 냉매를 냉각시키는 열교환부; 및,
상기 열교환부를 통과하면서 냉각된 냉매를 이용하여 해양에서 수거된 해양 폐기물을 동결하고, 동결된 해양 폐기물을 파쇄하는 극저온동결 파쇄부;
를 포함하며,
상기 수증기공급부는 해수를 저장하는 해수저장조와, 상기 수소 연료전지에서 발생한 열을 해수저장조로 공급하여 해수를 가열하는 열공급유닛을 포함하며,
상기 극저온동결 파쇄부는, 해양에서 수거된 해양 폐기물이 투입되는 열전도성 금속 재질의 폐기물 동결챔버와, 상기 열교환부를 통과하면서 냉각된 냉매가 유동하며 상기 폐기물 동결챔버의 외면을 나선형으로 둘러싸도록 구성되어 상기 폐기물 동결챔버의 면을 통해 열을 흡수하여 폐기물 동결챔버 내의 해양 폐기물을 동결시키는 냉매유로와, 상기 폐기물 동결챔버 내에서 동결된 폐기물을 파쇄하는 파쇄기를 포함하는 수소연료 추진 해양 폐기물 처리 선박.
LNG storage unit for storing liquefied natural gas (LNG);
A vaporizer receiving LNG vaporized gas or liquid LNG supplied from the LNG storage unit;
A steam supply unit for supplying steam;
A reformer for generating hydrogen gas by a reaction of the LNG gas supplied from the vaporizer and the steam supplied from the steam supply unit;
A hydrogen fuel cell generating electric energy using hydrogen gas generated in the reformer;
A propulsion unit for driving the vessel while rotating by receiving the electric energy generated from the hydrogen fuel cell;
A hydrogen collector installed between the reformer and the hydrogen fuel cell to store hydrogen gas generated in the reformer;
A heat exchange unit disposed between the LNG storage unit and the vaporizer to cool the refrigerant by heat exchange between the LNG vaporized gas or liquid LNG moving from the LNG storage unit to the vaporizer and a refrigerant supplied from the outside; And,
A cryogenic freeze crushing unit for freezing the marine waste collected from the sea using the cooled refrigerant while passing through the heat exchange unit, and crushing the frozen marine waste;
Including,
The steam supply unit includes a seawater storage tank for storing seawater, and a heat supply unit for heating seawater by supplying heat generated from the hydrogen fuel cell to the seawater storage tank,
The cryogenic freeze crushing unit is configured to spirally surround the outer surface of the waste freezing chamber by flowing a waste freezing chamber made of a thermally conductive metal material into which marine waste collected from the ocean is injected, and a refrigerant cooled while passing through the heat exchange unit. Hydrogen fuel propulsion marine waste treatment vessel comprising a refrigerant passage for freezing marine waste in the waste freezing chamber by absorbing heat through the surface of the waste freezing chamber, and a crusher for crushing frozen waste in the waste freezing chamber.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 파쇄기에 의해 파쇄된 폐기물 파티클을 저장하는 파쇄물 저장부를 더 포함하는 수소연료 추진 해양 폐기물 처리 선박.According to claim 1, Hydrogen fuel propulsion marine waste treatment vessel further comprising a crushed material storage for storing the waste particles crushed by the crusher. 제1항에 따른 수소연료 추진 해양 폐기물 처리 선박을 이용한 해양 폐기물의 처리 방법으로서,
(S1) LNG 저장부의 LNG 기화가스 또는 액화천연가스(LNG)를 기화기를 통해 개질기로 공급하고, 수증기와 반응시켜 수소 가스를 발생시키는 단계;
(S2) 상기 LNG 저장부의 LNG 기화가스 또는 액화천연가스(LNG)가 기화기로 공급되는 과정에서 냉매와 열교환하도록 하는 단계;
(S3) 상기 열교환되어 냉각된 냉매를 극저온동결 파쇄부로 공급하여 수거된 해양 폐기물을 동결하는 단계; 및,
(S4) 극저온동결 파쇄부에서 동결된 해양 폐기물을 파쇄하는 단계;
를 포함하며,
상기 (S1) 단계에서는 해수저장조에 저장된 해수에 수소 연료전지에서 발생한 열을 공급하여 해수를 가열함으로써 수증기를 발생시키고, 발생된 수증기를 개질기로 공급하는 수소연료 추진 해양 폐기물 처리 선박을 이용한 해양 폐기물의 처리 방법.
As a method for treating marine waste using a hydrogen fuel-promoted marine waste treatment vessel according to paragraph 1,
(S1) supplying LNG vaporized gas or liquefied natural gas (LNG) from an LNG storage unit to a reformer through a vaporizer and reacting with steam to generate hydrogen gas;
(S2) performing heat exchange with a refrigerant in the process of supplying LNG vaporized gas or liquefied natural gas (LNG) from the LNG storage unit to a vaporizer;
(S3) supplying the heat-exchanged cooled refrigerant to a cryogenic freeze crushing unit to freeze the collected marine waste; And,
(S4) crushing frozen marine waste in the cryogenic freeze crushing unit;
Including,
In the step (S1), the seawater stored in the seawater storage tank is supplied with heat generated from the hydrogen fuel cell to generate steam by heating the seawater, and hydrogen fuel that supplies the generated steam to the reformer is promoted. Processing method.
삭제delete
KR1020190165804A 2019-12-12 2019-12-12 Marine debris cleaning vessel using hydrogen fuel cell propulsion system KR102226245B1 (en)

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