(57)【要約】【課題】ＡＩ基盤海洋情報の調査および監視のためのエネルギー自立型海洋ドローンおよびこの方法を提供する。【解決手段】海洋船舶システムが実行する海洋状況モニタリング方法であって、海水と淡水を対象に、予め指定された一定量の海水または淡水を取水する段階、取水した前記海水または淡水を対象に高度浄水処理を行う段階、前記高度浄水処理によって取得した用水を対象に水電解処理を行う段階、前記水電解処理によって前記用水から取得した水素を基盤に、燃料電池を利用して電気エネルギーを生成する段階、および生成された前記電気エネルギーを前記海洋船舶システムの動力として供給する段階を含む。【選択図】図１ａ
2019209966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海洋船舶システムが実行する海洋状況モニタリング方法であって、
海水と淡水を対象に、予め指定された一定量の海水または淡水を取水する段階、
取水した前記海水または淡水を対象に高度浄水処理を行う段階、
前記高度浄水処理によって取得した用水を対象に水電解処理を行う段階、
前記水電解処理によって前記用水から取得した水素を基盤に、燃料電池を利用して電気エネルギーを生成する段階、および
生成された前記電気エネルギーを前記海洋船舶システムの動力として供給する段階
を含む、海洋状況モニタリング方法。
【請求項２】
前記海洋船舶システム周辺の海洋状況または河川状況を撮影し、撮影情報に基づいて海洋状況または河川状況をモニタリングする段階
をさらに含み、
前記モニタリングする段階は、
海洋または河川の天気変化、潮流変化、密漁漁船および災難船舶の発生をモニタリングすることである、
請求項1に記載の海洋状況モニタリング方法。
【請求項３】
前記水電解処理を行う段階は、
予め指定された基準量になるまで前記取得した水素を水素保存タンクに保存する段階
をさらに含み、
前記電気エネルギーを生成する段階は、
前記水素保存タンクに前記基準量の水素が溜まることにより、基準量の水素を基盤に高分子電解質燃料電池、溶融炭酸塩、固体酸化物燃料電池のうちの少なくとも１つを利用して前記電気エネルギーを生成することである、
請求項１に記載の海洋状況モニタリング方法。
【請求項４】
前記電気エネルギーを対象に、前記動力として供給されて残った一部の電気エネルギーをバッテリに蓄積する段階
をさらに含み、
前記バッテリに蓄積された電気エネルギーは、前記用水から水素を抽出する水電解処理および前記高度浄水処理のうちの少なくとも１つのために利用される、
請求項１に記載の海洋状況モニタリング方法。
【請求項５】
前記電気エネルギーを生成する段階は、
前記水電解処理および高度浄水処理のために消耗した電気エネルギーを、太陽電池を利用して追加で生成する段階
を含み、
前記太陽電池を利用して生成された電気エネルギーのうち前記水電解処理および高度浄水処理のために使われて残った電気エネルギーは、バッテリに蓄積される、
請求項１に記載の海洋状況モニタリング方法。
【請求項６】
前記電気エネルギーを前記海洋船舶システムの動力として供給する段階は、
前記海洋船舶システムとは個別に存在する外部装置からの電力供給を排除した状態で、自主的に生成した前記電気エネルギーを前記動力として供給する、
請求項１に記載の海洋状況モニタリング方法。
【請求項７】
前記海洋船舶システムが実行する機能別に属する少なくとも１つの機器を対象に、前記機器を個別に交換できるようにモジュール化する、
請求項１に記載の海洋状況モニタリング方法。
【請求項８】
海洋船舶システムであって、
海水と淡水を対象に、予め指定された一定量の海水または淡水を取水する取水制御部、
取水した前記海水または淡水を対象に高度浄水処理を行う高度浄水処理部、
前記高度浄水処理によって取得した用水を対象に水電解処理を行う水電解制御部、
前記水電解処理によって前記用水から取得した水素を基盤に、燃料電池を利用して電気エネルギーを生成する電気エネルギー生成部、および
生成された前記電気エネルギーを前記海洋船舶システムの動力として供給するエネルギー供給制御部
を備える、海洋船舶システム。
【請求項９】
前記電気エネルギーを対象に、前記動力として供給されて残った一部の電気エネルギーを蓄積するバッテリ
をさらに備え、
前記電気エネルギー生成部は、
太陽電池を利用して前記電気エネルギーを追加で生成し、
前記追加で生成された電気エネルギーおよび前記バッテリに蓄積された電気エネルギーは、前記用水から水素を抽出する水電解処理および前記高度浄水処理のうちの少なくとも１つのために利用される、
請求項８に記載の海洋船舶システム。
【請求項１０】
前記バッテリは、前記太陽電池を利用して生成された電気エネルギーのうち前記水電解処理および高度浄水処理のために使われて残った電気エネルギーを蓄積する、
請求項９に記載の海洋船舶システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋情報を調査および監視する海洋船舶システムに関し、より詳細には、海洋ドローンなどのボート（ｂｏａｔ）を利用して海洋情報をモニタリングする技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
水電解（電気分解）システムは、水を電気化学的に分解して水素と酸素を発生させるシステムであって、他の水素製造方法に比べて稼動条件が簡単で、体積が小さく、高純度の水素を得ることができるという長所があることから、水素製造技術として注目を集めている。水を電気分解する水電解分野の代表的な方法としては、固体酸化物水電解法（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ：ＳＯＥ）、高分子電解質膜水電解法（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ：ＰＥＭＥ）、アルカリ水電解法（Ａｌｋａｌｉｎｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｓｉｓ：ＡＥ）などが存在する。
【０００３】
水電解分野において高温水蒸気電解法は、水を分解するために必要となる電気エネルギーが高温から低くなっていく現象を利用した方法であり、少ない電気エネルギーで高効率の水分解が可能であり、固体酸化物電池（ＳＯＦＣ）と構造および原理が同じで、双方向運転が可能である。
【０００４】
燃料電池は、水素と酸素を電気化学的に反応させて電気を生産する方法であって、内燃機関に比べて環境汚染が少なく、エネルギー効率が高いため、代替エネルギー技術の１つとして注目されている。特に、水を電気分解して水素を生産する水電解システムは、１００％に近い水素純度に加え、副産物として酸素だけを排出するという面において環境に優しく、注目されている。
【０００５】
高分子電解質膜燃料電池（ＰＥＭＦＣ）は、広い電力供給範囲および多様な応用分野によって成長し続けており、２０１３年に再生可能エネルギー設備の支援に関する指針の改正によりエネルギー生産量および補正係数６．５が指定されてからは、設置が義務付けられた公共機関はもちろん、民間でも迅速に取り入れられている。
【０００６】
燃料電池の応用分野である運送分野では自動車市場に集中しており、ドゥサンフューエルシェルでは、クリアエッジパワー（Ｃｌｅａｒ  Ｅｄｇｅ  Ｐｏｗｅｒ）を併合して建物および車両に供給することのできる燃料電池の生産に集中している。また、現代自動車は、２０１８年１月から水素電気車の生産を計画している。
【０００７】
韓国エネルギー技術研究院では、高温・高圧の排熱と水蒸気を再利用することのできる平管型高温水電解水素製造技術を開発したし、ウルサン科学技術院では、燃料極（陽極）と空気極（陰極）素材を二重層にしてペロブスカイトとして適用し、１時間に０．９Ｌの水素を生産する固体酸化物水電解電池を開発した。
【０００８】
特許文献１は、高温メタン改質型ハイブリッド水電解システムに関し、メタンの水蒸気改質反応と高温の水電解反応による水素生産が同時進行されるように構成し、メタンの自熱反応によって生成された熱とメタンの完全酸化反応または部分酸化反応によって生成された熱が高温の運転条件が求められる水電解器に活用されるように構成することで、既存の水電解システムに比べて効率的にエネルギーを活用してエネルギー消耗量を減少させる技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】韓国公開特許第１０−２００５−００７５６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の実施形態は、地上から近い近海ではなく遠く離れた広域海洋および河川において外部装置から電力供給のためのエネルギー提供を受けずに自給的にエネルギーを生成して駆動し、海洋状況および河川状況をモニタリングできるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
海洋船舶システムが実行する海洋状況モニタリング方法であって、海水と淡水を対象とし、予め指定された一定量の海水または淡水を取水する段階、取水した前記海水または淡水を対象に高度浄水処理を行う段階、前記高度浄水処理によって取得した用水を対象に水電解処理を行う段階、前記水電解処理によって前記用水から取得した水素を基盤に、燃料電池を利用して電気エネルギーを生成する段階、および生成された前記電気エネルギーを前記海洋船舶システムの動力として供給する段階を含んでよい。
【００１２】
一側面によると、前記海洋船舶システム周辺の海洋状況または河川状況を撮影し、撮影情報に基づいて海洋状況または河川状況をモニタリングする段階をさらに含んでよい。
【００１３】
他の側面によると、前記モニタリングする段階は、海洋または河川の天気変化、潮流変化、密漁漁船および災難船舶の発生をモニタリングしてよい。
【００１４】
また他の側面によると、前記水電解処理を行う段階は、予め指定された基準量になるまで前記取得した水素を水素保存タンクに保存する段階をさらに含んでよい。
【００１５】
また他の側面によると、前記電気エネルギーを生成する段階は、前記水素保存タンクに前記基準量の水素が溜まることにより、基準量の水素を基盤に高分子電解質燃料電池、溶融炭酸塩、固体酸化物燃料電池のうちの少なくとも１つを利用して前記電気エネルギーを生成してよい。
【００１６】
また他の側面によると、前記電気エネルギーを対象に、前記動力として供給されて残った一部の電気エネルギーをバッテリ（ｂａｔｔｅｒｙ）に蓄積する段階をさらに含んでよい。
【００１７】
また他の側面によると、前記バッテリに蓄積された電気エネルギーは、前記用水から水素を抽出する水電解処理および前記高度浄水処理のうちの少なくとも１つのために利用されてよい。
【００１８】
また他の側面によると、前記電気エネルギーを生成する段階は、前記水電解処理および高度浄水処理のために消耗した電気エネルギーを、太陽電池を利用して追加で生成する段階を含んでよい。
【００１９】
また他の側面によると、前記太陽電池を利用して生成された電気エネルギーのうち前記水電解処理および高度浄水処理のために使われて残った電気エネルギーは、バッテリ（ｂａｔｔｅｒｙ）に蓄積されてよい。
【００２０】
また他の側面によると、前記電気エネルギーを前記海洋船舶システムの動力として供給する段階は、前記海洋船舶システムとは個別に存在する外部装置からの電力供給を排除した状態で、自主的に生成された前記電気エネルギーを前記動力として供給してよい。
【００２１】
さらに他の側面によると、前記海洋船舶システムが実行する機能別に属する少なくとも１つの機器を対象に、前記機器を個別に交換できるようにモジュール化してよい。
【００２２】
海洋船舶システムは、海水と淡水を対象に、予め指定された一定量の海水または淡水を取水する取水制御部、取水した前記海水または淡水を対象に高度浄水処理を行う高度浄水処理部、前記高度浄水処理によって取得した用水を対象に水電解処理を行う水電解制御部、前記水電解処理によって前記用水から取得した水素を基盤に、燃料電池を利用して電気エネルギーを生成する電気エネルギー生成部、および生成された前記電気エネルギーを前記海洋船舶システムの動力として供給するエネルギー供給制御部を備えてよい。
【００２３】
一側面によると、前記海洋船舶システム周辺の海洋状況または河川状況を撮影し、撮影情報に基づいて海洋状況または河川状況をモニタリングするモニタリング部をさらに備えてよい。
【００２４】
他の側面によると、前記モニタリング部は、海洋または河川の天気変化、潮流変化、密漁漁船および災難船舶の発生をモニタリングしてよい。
【００２５】
また他の側面によると、予め指定された基準量になるまで前記取得した水素を保存する水素保存タンクをさらに備えてよい。
【００２６】
また他の側面によると、前記電気エネルギー生成部は、前記水素保存タンクに前記基準量の水素が溜まることにより、基準量の水素を基盤に高分子電解質燃料電池、溶融炭酸塩、固体酸化物燃料電池のうちの少なくとも１つを利用して前記電気エネルギーを生成してよい。
【００２７】
また他の側面によると、前記電気エネルギーを対象に、前記動力として供給されて残った一部の電気エネルギーを蓄積するバッテリ（ｂａｔｔｅｒｙ）をさらに備えてよい。
【００２８】
また他の側面によると、前記電気エネルギー生成部は、太陽電池を利用して前記電気エネルギーを追加で生成し、前記追加で生成された電気エネルギーおよび前記バッテリに蓄積された電気エネルギーは、前記用水から水素を抽出する水電解処理および前記高度浄水処理のうちの少なくとも１つのために利用されてよい。
【００２９】
また他の側面によると、前記バッテリは、前記太陽電池を利用して生成された電気エネルギーのうち前記水電解処理および高度浄水処理のために使われて残った電気エネルギーを蓄積してよい。
【００３０】
また他の側面によると、前記海洋船舶システムで発生した熱を放出する熱排気口をさらに備え、前記熱排気口は、海洋船舶システムの甲板に該当する上部面、左舷および右舷に該当する横面、またはモータが位置する背面に位置してよい。
【００３１】
さらに他の側面によると、前記海洋船舶システムが実行する機能別に属する少なくとも１つの機器を対象に、前記機器を個別に交換できるようにモジュール化してよい。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の実施形態によると、地上から近い近海ではなく遠く離れた広域海洋および河川から取水した海水および淡水を基盤に電気エネルギーを生成することにより、外部装置から電力供給のためのエネルギー提供を受けなくても自給的にエネルギーを生成してモータを駆動させ、海洋状況および河川状況をモニタリングすることが可能となる。
【００３３】
また、高度浄水処理によって海水と淡水の２種類の用水に水電解処理を施すことができるため、水素生産の効率を増進させ、水電解システムの維持管理費用を節減することが可能となる。すなわち、海から川、運河を経て物品を積んだ船舶が運航する場合、運河と繋がっている河川から取水した淡水から水素を分解して電気エネルギーを生成することにより、船舶が海から運河に入って航海したとしても、安定的な自体動力を供給することが可能となる。さらに、河川の調査時に必要となる動力を供給することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１ａ】本発明の一実施形態における、海洋船舶システムを示した図である。
【図１ｂ】本発明の一実施形態における、海洋船舶システムを示した図である。
【図２】本発明の一実施形態における、エネルギー自立型海洋船舶システムの海洋状況モニタリング方法を示したフローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態における、エネルギー自立型船舶システムの内部構成を示したブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態における、水電解および燃料電池を基盤に自立的にエネルギーを供給する海洋船舶システムの詳細構成を示したブロック図である。
【図５】本発明の一実施形態における、海洋船舶システムの機能別に該当の機器をモジュール化した様子を示したブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態における、海水を水電解処理して水素を抽出する動作を示した図である。
【図７】本発明の一実施形態における、淡水を水電解処理して水素を抽出する動作を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、本発明に係る実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。しかし、発明が実施形態によって制限あるいは限定されることはない。なお、各図面に提示された同じ参照符号は、同じ部材を示す。
【００３６】
本実施形態では、水電解および燃料電池を基盤に海洋船舶システムで電気エネルギーを生成してモータ（ｍｏｔｏｒ）の駆動に必要となる動力を自給することにより、陸地から遠く離れた距離に位置する海洋まで海洋船舶が進出することができ、海洋状況および河川状況をモニタリングできるようにする技術に関する。特に、高分子電解質燃料電池と太陽電池基盤の再生可能エネルギーを複合的に利用し、海洋調査およびモニタリング複合センサを装着したエネルギー自立型海洋ドローン（ｄｒｏｎｅ）を提供する技術に関する。
【００３７】
本実施形態において、海洋船舶システムとは、海洋状況および河川状況をモニタリングするモータボート（ｍｏｔｏｒ  ｂｏａｔ）、すなわち、海洋船舶を意味する。ここで、モータボートとは、人間が乗船しているボートはもちろん、無人ボートである海洋ドローン（ｄｒｏｎｅ）もこれに含まれる。
【００３８】
図１ａおよび図１ｂは、本発明の一実施形態における、海洋船舶システムを示した図である。
【００３９】
図１ａを参照すると、海洋船舶システム１００の船体には、衛星通信追跡器、レーダ反射器、気象観測器、波高センサ、ＡＩＳ（Ａｕｔｏ  Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｙｓｔｅｍ）受信器、太陽光パネル（すなわち、太陽熱板）などが搭載されてよい。例えば、衛星通信追跡器は、船舶の前端である船頭に設置されることが多く、船舶の終端には熱放出器や流速センサなどが設置されたりする。レーダ反射器は、海洋船舶システム１００の周辺に位置する他の船舶との衝突を防ぐために他の船舶の存在を探知する。このとき、灯明器などのセンサにより、夜間でも他の船舶から海洋船舶システム１００の位置が識別できるようにしたりもする。
【００４０】
また、船舶底の内部には、衛星通信モジュール、水電解、燃料電池、モータ、バッテリなどが設置されてよく、船舶底の外部には、水中推進機、振動推進機、方位センサ、流速センサなどが設置されてよい。水中推進機と船舶の底はテザーケーブル（ｔｅｔｈｅｒ  ｃａｂｌｅ）で連結されてよい。
【００４１】
図１ｂは、海洋船舶システム１００を、高度浄水処理を行う領域、水電解処理を行う領域、およびエネルギーを生産および保存する領域の３つの領域に区分した図である。
【００４２】
図１ｂを参照すると、海洋船舶システム１００は、海の水である海水はもちろん、河川などから取水した淡水を対象として電気エネルギーを生成するための用水を取得するために高度浄水処理１１０を行ってよい。高度浄水処理１１０は、取水ポンプ１１１を経て取水した海水および淡水を対象に、前処理槽１１２、ＵＶ１１３、およびメンブレイン１１４を基盤に行われてよい。これにより、高度浄水処理１１０によって高度浄水された高純度の水（すなわち、用水）が海水または淡水から取得されるようになる。
【００４３】
この後、取得した用水を対象に水電解処理１２０が行われてよい。水電解処理１２０によって水素保存タンクに予め指定された一定量の水素が溜まると、この水素を基盤に動力供給のための電気エネルギーを生産し、動力供給に利用されて残ったエネルギーをバッテリ（ｂａｔｔｅｒｙ）に蓄積させるエネルギー生産および保存１３０処理が行われてよい。
【００４４】
図２は、本発明の一実施形態における、エネルギー自立型海洋船舶システムの海洋状況モニタリング方法を示したフローチャートであり、図３は、本発明の一実施形態における、エネルギー自立型船舶システムの内部構成を示したブロック図である。
【００４５】
図３を参照すると、海洋船舶システム３００は、取水制御部３１０、高度浄水処理部３２０、水電解制御部３３０、電気エネルギー生成部３４０、エネルギー供給部３５０、およびモニタリング部３６０を備えてよい。また、図２の各段階２１０〜２５０は、図３の海洋船舶システム３００の構成要素である取水制御部３１０、 高度浄水処理部３２０、 水電解制御部３３０、電気エネルギー生成部３４０、エネルギー供給部３５０、およびモニタリング部３６０によって実行されてよい。
【００４６】
段階２１０で、取水制御部３１０は、海洋または河川から予め指定された一定量の海水または淡水を取水してよい。
【００４７】
例えば、海洋船舶システム３００が埠頭沿いに停泊していたり、陸地から近い近海、あるいは電力の追加供給を受けるのが困難な陸地から遠く離れた海洋を運航中の場合は、海洋船舶システム３００周辺の海水である海水を取水してよい。他の例として、海洋船舶システム３００が河川などを運航中の場合、海洋船舶システム３００周辺の淡水を取水してよい。ここで、取水制御部３１０は、取水ポンプに該当してよい。
【００４８】
段階２２０で、高度浄水処理部３２０は、取水ポンプから取水した海水および淡水を対象に、前処理槽、ＵＶ、およびメンブレインを基盤に不純物を取り除き、高純度のきれいな水を取得する高度浄水処理を行ってよい。例えば、高度浄水処理部３２０は、前処理槽を利用して浮遊物を取り除き、浮遊物のない海水および淡水を対象に、メンブレインを利用して汚い味、匂い、有機物質、無機物質、重金属などの微粒子をろ過してよい。次に、ＵＶランプでろ過された淡水および海水を殺菌処理してよい。すなわち、高度浄水処理部３２０は、不純物除去、微粒子ろ過、殺菌処理を経ることにより、海水および淡水から電気エネルギー生成のための水素を抽出できる程度に予め指定された、きれいな等級の用水を取得することができるようになる。
【００４９】
段階２３０で、水電解制御部３３０は、高度浄水処理された用水から水素を抽出する水電解処理を行ってよい。このとき、水電解制御部３３０は、用水を対象に、電気分解によって前記用水に含まれた水素を抽出してよい。
【００５０】
例えば、水電解制御部３３０は、アルカリ水電解技法（ＡＥ）、固体酸化物水電解技法（ＳＯＥ）、固体酸化物電池（ＳＯＦＣ）、固体酸化物水電解電池などを利用することにより、淡水または海水を高度浄水処理した用水から水素を抽出してよい。
【００５１】
この後、水電解制御部３３０は、抽出した水素を水素保存タンクに保存してよい。例えば、水電解制御部３３０は、抽出した水素が予め指定された基準量になるまで、前記抽出した水素を水素保存タンクに保存してよい。すなわち、一定量以上の水素が溜まることで動力として使用できる程度の電気エネルギーの生成が可能となるため、水素を抽出するたびに直ぐにこれを利用して電気エネルギーを生成する場合には、生成される電気エネルギーの量が少ないということに加え、電気エネルギー生成のためのエネルギー消耗が高まるため、無駄なエネルギー消耗を減らすために、抽出する水素が基準量以上になるままで水素保存タンクに保存するのである。
【００５２】
段階２４０で、電気エネルギー生成部３４０は、生産された水素を基盤に燃料電池を利用して電気エネルギーを生成してよい。このとき、電気エネルギー生成部３４０は、海洋船舶システムとは個別に存在する外部装置（例えば、海洋船舶システムの周辺に位置するエネルギー供給のための他の船舶、または陸地のエネルギー供給機器など）からの電力供給を排除した状態で、自主的に電気エネルギーを生成してよい。
【００５３】
例えば、電気エネルギー生成部３４０は、水素保存タンクに装着されたセンサを利用して水素保存タンクに基準量以上の水素が保存されているかを確認してよい。基準量以上の水素が保存されている場合、電気エネルギー生成部３４０は、水素保存タンクから水素を抽出して電気エネルギーを生成してよい。例えば、電気エネルギー生成部３４０は、水素保存タンクに保存された水素（すなわち、水素ガス）の圧力を調節して電気エネルギー生成のための水素を抽出してよい。電気エネルギー生成部３４０は、抽出した水素を基盤に、燃料電池を利用して電気エネルギーを生成してよい。例えば、高分子電解質燃料電池、溶融炭酸塩、固体酸化物燃料電池のうちの少なくとも１つを利用して電気エネルギーを生成してよい。
【００５４】
このとき、水素保存タンクに保存された水素の量が基準量よりも少なければ、基準量以上の水素が溜まるまで待ってから電気エネルギーを生成してよい。
【００５５】
段階２５０で、エネルギー供給制御部３５０は、生成された電気エネルギーを海洋船舶システムの動力として供給するように制御してよい。例えば、エネルギー供給制御部３５０は、海洋船舶システム３００を駆動させる駆動モータ（ｍｏｔｏｒ）の電力として前記電気エネルギーが使われるように供給を制御してよい。このように、電気エネルギーが動力として利用されてモータが駆動するようになると、モニタリング部３６０は、海洋船舶システム３００に搭載された各種センサを利用して海洋状況をモニタリングすることが可能となる。
【００５６】
段階２６０で、エネルギー供給制御部３５０は、駆動モータの動力として供給されて残った一部の電気エネルギーがバッテリ（ｂａｔｔｅｒｙ）に蓄積されるように制御してよい。
【００５７】
例えば、バッテリに蓄積された電気エネルギーは、水電解処理のために利用されてよい。すなわち、高度浄水処理された用水から水素を抽出する水電解技法の適用時に求められる電力として、前記バッテリに蓄積された電気エネルギーが利用されてよい。他の例として、バッテリに蓄積された電気エネルギーは、高度浄水処理のために利用されてよい。すなわち、取水した海水または淡水を対象に水電解処理が可能となる程度の用水にまで浄水処理する過程で求められる電力として、前記バッテリに蓄積された電気エネルギーが利用されてよい。
【００５８】
このとき、水電解処理および高度浄水処理のために消耗した電力が、前記バッテリに蓄積された電気エネルギーでは補え切れない場合もある。このために、エネルギー供給制御部３５０は、太陽電池を利用して生成された電気エネルギーを非常用とし、前記水電解（すなわち、電気分解）および高度浄水処理のための電力として供給されるように制御してもよい。このとき、太陽電池を利用して生成された電気エネルギーもバッテリに蓄積されてよい。
【００５９】
例えば、船舶の船頭に太陽光パネル（すなわち、太陽熱板）を配備してよく、太陽が昇っている間に太陽光パネルで集めた太陽光を基盤に太陽電池で生成した電気エネルギーが、水電解および高度浄水処理のための非常用電力として前記バッテリに蓄積されてよい。このように、非常用として蓄積された電気エネルギーは、水素を抽出する水電解処理および高度浄水処理のために利用されてもよいが、状況によっては、モータの駆動のために利用されてもよい。
【００６０】
モータが駆動して海洋船舶システム３００が海洋を運航することで、モニタリング部３６０は、海洋および河川の天気変化、潮流変化、密漁漁船および災難船舶の発生などの海洋状況をモニタリングしてよい。すなわち、モニタリング部３６０は、海洋空間および河川で海洋および河川の関連情報を常時調査し、災難発生を常時監視してよい。このとき、前記バッテリに蓄積された電気エネルギーを利用することにより、外部電源から供給を受けずに海洋や河川の撮影映像などの情報を収集し、収集した情報に基づいて密漁漁船や災難船舶の発生を探知してよい。
【００６１】
一例として、モニタリング部３６０は、ＧＰＳ基盤によって海洋船舶システム３００の位置をモニタリングしてよく、モニタリングされた位置に基づき、国内外の密漁漁船などを探知して取り締りを行ってよい。このとき、３６０度の広角カメラを利用して海洋船舶システム周辺の環境（例えば、海洋の天気、他の船舶、潮流など）を撮影してよい。モニタリング部３６０は、撮影された情報を分析することにより、天気変化、潮流変化、災難船舶の発生などをモニタリングしてよい。
【００６２】
この他にも、モニタリング部３６０は、予め記録された密漁漁船のイメージと撮影された情報に基づき、密漁漁船が海洋船舶システム３００周辺に存在するか探知してよい。例えば、前記撮影された情報が、予め記録された密漁漁船のイメージとマッチングするマッチング割合が予め指定された値以上である場合、密漁漁船が存在するものと探知してよい。これにより、モニタリング部３６０は、密漁漁船の探知を知らせる警告アラーム（ａｌａｒｍ）をスピーカから出力するように制御し、該当の管理者のユーザ端末（例えば、スマートフォンなど）や中央管制システム（図示せず）に、密漁漁船のイメージと共に、密漁漁船の探知を知らせる案内情報を通信モジュールから伝達してよい。このとき、モニタリング部３６０は、ＧＰＳ基盤で海洋船舶システム３００の現在の位置情報を共に伝達することにより、該当の管理者および中央管制システムが密漁漁船や災難船舶などの位置を容易に把握できるようにし、適切に対応できるようにしてよい。さらに、位置情報と共に、コンパス（ｃｏｍｐａｓｓ）センサによって測定された海洋船舶システム３００の方向情報が伝達されてよい。モニタリングによって収集した情報および探知された状況を知らせる案内情報は、中央管制センタ（図示せず）の他にも、関係部署および機関のシステム（例えば、海洋水産省、国立海洋調査院、海警、自治体、民間団体などの端末）に提供されてよい。
【００６３】
海洋船舶システム３００が無人ボートでなく人間が乗船した有人ボートである場合、モニタリング部３６０は、密漁漁船のイメージが密漁漁船であることを知らせる案内情報と共に、船舶内のスクリーン（すなわち、ディスプレイ装置）、該当の管理者のユーザ端末（例えば、スマートフォンなど）に表示されるように制御することにより、船舶内の船員または関係者が密漁漁船に迅速に対応できるようにしてよい。
【００６４】
この他に、災難が発生した場合にも、モニタリング部３６０は、災難船舶のイメージと共に災難が発生したことを知らせる案内情報を、船舶内のスクリーンや該当の管理者のユーザ端末に表示されるように制御してよい。このとき、無線通信モジュールによって陸地の中央管制センタ（図示せず）から災難船舶に関する情報（例えば、搭乗人数や国籍など）を取得した場合、このような情報を前記スクリーンやユーザ端末に追加で提供してよい。さらに、リアルタイムで状況が変わる場合、例えば、搭乗人数が状況に応じて変わった人数、行方不明者の人数などの情報を前記スクリーンやユーザ端末に提供してよい。
【００６５】
他の例として、モニタリング部３６０は、予め記録された海洋および河川汚染に関するイメージと撮影された情報に基づき、海洋および河川に汚染が発生しているかモニタリングしてよい。すなわち、不法で環境廃棄物を遠い海にまで出て廃棄している船舶や、災難または船舶の破損などによって石油が流出している船舶などをモニタリングしてよい。
【００６６】
また他の例として、モニタリング部３６０は、撮影された情報に基づいて海洋または河川資源の水中汚染程度をモニタリングしてよく、モニタリングした海洋または河川資源の状態が予め指定された汚染レベルに該当する場合には、撮影された情報と共に、海洋または河川資源の汚染を知らせる案内情報を中央管制センタ（図示せず）に伝達してよい。
【００６７】
また他の例として、モニタリング部３６０は、超音波流速計（ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｐｒｏｆｉｌｅｒ）などのセンサを利用して周辺海洋の流速および流量情報を収集し、流速および流量変化をモニタリングしてよい。さらに、モニタリング部３６０は、ＳＢＥ３７ＩＭセンサなどによって測定された海洋や河川の温度、電解度、水深などをモニタリングしてよい。モニタリング部３６０は、ＡＡＱ１１８３センサによって水質をモニタリングしてもよい。ＡＡＱ１１８３センサとは、多要素水質計測センサであって、温度、塩分、水深、溶存酸素、ＰＨ、濁度、クロロフィルなどをセンシングしてよい。
【００６８】
さらに他の例として、モニタリング部３６０は、海洋および河川の天気変化（すなわち、気象変化）をモニタリングしてよい。例えば、ウィンド（Ｗｉｎｄ）センサによって風向きや風速をモニタリングしたり、コンパス（ｃｏｍｐａｓｓ）センサによって観測方向をモニタリングしたりしてよい。すなわち、コンパスセンサは、風向き補正のために利用されてよい。相対湿度（Ｒｅｌａｔｉｏｎ  ｈｕｍｉｄｉｔｙ）センサは、湿度測定のために利用されてよい。ここで、気象変化および潮流変化に利用されるセンサは、以下の表１および表２のとおりである。
【００６９】
【表１】
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【００７０】
【表２】
2019209966.tif 000004
【００７１】
図４は、本発明の一実施形態における、水電解および燃料電池を基盤に自立型でエネルギーを供給する海洋船舶システムの詳細構成を示したブロック図である。
【００７２】
図４において、取水ポンプ４１０は、図３の取水制御部３１０および図１ｂの取水ポンプ１１１に該当し、高度浄水システム４２０は、図３の高度浄水処理部３２０、および図１ｂの前処理槽１１２、ＵＶ１１３、およびメンブレイン１１４が属する高度浄水処理１１０に該当してよい。また、図４の水電解システム４３０、水素精製部４４０、および水素保存タンク４５０は、図３の水電解制御部３３０および図１ｂの水電解処理１２０に該当してよい。図４のガス制御システム４６０および燃料電池４７０は、図３の電気エネルギー生成部３３０に該当してよく、バッテリ管理システム４８０は、図３のエネルギー供給制御部３５０に該当してよく、ガス制御システム４６０、燃料電池４７０、バッテリ管理システム４８０、およびバッテリ４９０は、図１ｂのエネルギー生産および保存のためのモジュール１３０に該当してよい。これにより、図３で説明した内容と重複する部分についての説明は省略する。
【００７３】
図４を参照すると、水電解システム４３０で海水から水素が抽出されると、水素精製部４４０は、抽出された水素を精製してよい。これにより、水素保存タンク４５０には精製された水素が保存されるようになる。
【００７４】
ガス制御システム４６０は、レギュレータ（ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）、圧力センサ（ｐｒｅｓｓ  ｓｅｎｓｏｒ）、圧力チェック部（ｐｒｅｓｓ  ｃｈｅｃｋ）、ガスフローメータ（ｇａｓ  ｆｌｏｗ  ｍｅｔｅｒ）、ガスバルブ（ｇａｓ  ｖａｌｖｅ）、チャンバ（ｃｈａｍｂｅｒ）を含んでよく、チャンバは、燃料電池（Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）４６０と連結してよい。
【００７５】
一例として、水素保存タンク４５０に基準量の水素が保存された場合、ガス制御システム４６０は、水素保存タンク４５０から供給される水素の圧力を調節して燃料電池４７０に水素を供給してよい。これにより、燃料電池４７０（例えば、ＰＥＭＦＣ、ＤＭＦＣ、ＳＯＦＣなどの高分子電解質燃料電池）は、水素を基盤に電気エネルギーを生成してよく、生成された電気エネルギーがモータ４９５に供給されることにより、海洋船舶システム３００が運航できるようになる。燃料電池４７０は、水分に露出した環境に適用可能な白金−イリジウム電極と水分制御用分離膜を適用させて燃料電池スタック（ｓｔａｃｋ）で構成されてよく、燃料電池スタックの適正水素ガス分圧が決定されてよい。また、パッシブ（ｐａｓｓｉｖｅ）方式の酸素供給方法に基づき、燃料電池駆動のための温度や湿度などが最適化されてよい。燃料電池４７０は、直流で生産された電力、すなわち、電気エネルギーを交流に転換させて保存してよい。
【００７６】
取水ポンプ４１０から海水または淡水が持続的に取水されると、水素も持続的に抽出されるようになり、最終的には燃料電池４７０によって電気エネルギーも継続して生成されるようになる。これにより、海洋船舶システム３００は、陸地から遠く離れた位置で運航のためのエネルギー供給を受けるのが困難な環境であったとしても、すなわち、海洋や河川で海洋船舶システム３００の位置に囚われることなく、海洋状況および河川状況を連続的にモニタリングすることが可能となる。
【００７７】
このとき、モータの駆動のために使用されて残った一部の電気エネルギーはバッテリ４９０に蓄積され、水電解システム４３０で水素を分解するために求められる電力として利用されてよい。また、太陽電池から生成された非常用電気エネルギーが、水電解システム４３０のためにバッテリ４９０に追加で蓄積されてよい。この他に、水電解および燃料電池によって生成された電気エネルギーがモータ４９５を駆動させるのに足りない場合、太陽電池を基盤に生成された電気エネルギーがモータ４９５駆動のために利用されてよい。さらに、太陽電池を基盤に生成されてバッテリ４９０に蓄積された電気エネルギーが、モータ４９５駆動のために利用されてもよい。
【００７８】
図５は、本発明の一実施形態における、海洋船舶システムの機能別に該当の機器をモジュール化した様子を示したブロック図である。
【００７９】
海洋船舶システム３００は、海洋船舶システムが実行する複数の機能それぞれに属する少なくとも１つの機器を対象に、機能別に少なくとも１つの機器を区分して個別にモジュール化してよい。すなわち、機能別の故障によって修理または交換が必要となる場合、他の機能に影響を与えずに修理または交換できるようにモジュール化するのである。
【００８０】
図５を参照すると、高度浄水機能と関連する機器である取水ポンプと高度浄水システムを１つにしてモジュール化してよい。また、水電解機能と関連する機器である水電解システム、水素精製部、水素保存タンクを１つにしてモジュール化してよい。同じように、モータに電力を提供するための機能と関連する機器であるバッテリ、バッテリ管理システム、およびモータを１つにしてモジュール化してよい。この他に、モニタリングのための機能およびエネルギー生成と関連する機能に属する機器、すなわち、３６０度回転カメラ、ガス制御、多目的センサモジュール、熱を放出させる熱排気口、燃料電池、海洋観測センサモジュールを１つにしてモジュール化してよい。熱排気口は、海洋船舶システム３００で発生した熱を外部に放出する機器であり、一般的に海洋船舶の甲板が位置する上部面に煙突のような形態で配置されてもよいし、左舷または右舷の横面、モータが位する船舶の背面に配置されてもよい。例えば、船舶の上盤に海洋観測などが設置された場合、排気口の設置空間は確保できなくなるため、船舶の背面に多数の排気口が配置されてよい。
【００８１】
このとき、モニタリングのための機能に属する機器とエネルギー生成と関連する機能に属する機器は、個別にモジュール化されてもよい。すなわち、３６０度回転カメラ、多目的センサモジュール、海洋観測センサモジュールを１つにしてモジュール化し、ガス制御、熱を放出させる熱排気口、燃料電池を１つにしてモジュール化してよい。
【００８２】
図６は、本発明の一実施形態における、海水を水電解処理して水素を抽出する動作を示した図であり、図７は、本発明の一実施形態における、淡水を水電解処理して水素を抽出する動作を示した図である。
【００８３】
図６を参照すると、図６の海水は、取水ポンプから取水された海水を対象に高度浄水処理した用水であってよい。この後、水電解制御部３３０は、海水基盤の用水を対象に水素電気分解を行ってよい。すなわち、水電解制御部３３０は、海水基盤の用水から塩分（ＮａＣＬ）と水（Ｈ２Ｏ）を電気分解してイオン（Ｎａ＋、Ｃｌ−、Ｈ＋、およびＯＨ−）を生成してよい。このように生成された前記イオン（Ｎａ＋、Ｃｌ−、Ｈ＋、およびＯＨ−）のうち、Ｃｌ−は陽極（＋）に移動して塩素（Ｃｌ２）が生成されてよい。このとき、前記イオンのうち、Ｈ＋は陰極（−）に移動して水素気体（Ｈ２）が発生してよい。このように、海水基盤の用水を対象に電気分解が行われることにより、水素（Ｈ２）が抽出されるようになる。電気分解反応は、以下の表３のとおりとなる。
【００８４】
【表３】
2019209966.tif 000005
【００８５】
図７を参照すると、図７の水は、取水ポンプから取水された淡水を高度浄水処理した用水であってよい。この後、水電解制御部３３０は、淡水基盤の用水を対象に水素電気分解を行ってよい。すなわち、水である用水（Ｈ２Ｏ）が電気分解さることによってイオン（Ｎａ＋、Ｃｌ−、Ｈ＋、およびＯＨ−）が生成されてよい。この後、生成されたイオン（Ｎａ＋、Ｃｌ−、Ｈ＋、およびＯＨ−）のうち、Ｃｌ−は陽極（Ａｎｏｄｅ）に移動して塩素（Ｃｌ２）が生成されてよい。このとき、前記イオンのうち、Ｈ＋は、陰極（Ｃａｔｈｏｄｅ）に移動して水素気体（Ｈ２）が発生してよい。淡水基盤の用水を対象に電気分解によって水素を抽出する過程は、以下の表４のとおりとなる。
【００８６】
【表４】
2019209966.tif 000006
【００８７】
上述した装置は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア構成要素、および／またはハードウェア構成要素とソフトウェア構成要素との組み合わせによって実現されてよい。例えば、実施形態で説明された装置および構成要素は、例えば、プロセッサ、コントローラ、ＡＬＵ（ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ  ｌｏｇｉｃ  ｕｎｉｔ）、デジタル信号プロセッサ、マイクロコンピュータ、ＦＰＧＡ（ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）、ＰＬＵ（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｌｏｇｉｃ  ｕｎｉｔ）、マイクロプロセッサ、または命令を実行して応答することができる様々な装置のように、１つ以上の汎用コンピュータまたは特殊目的コンピュータを利用して実現されてよい。処理装置は、オペレーティングシステム（ＯＳ）およびＯＳ上で実行される１つ以上のソフトウェアアプリケーションを実行してよい。また、処理装置は、ソフトウェアの実行に応答し、データにアクセスし、データを記録、操作、処理、および生成してもよい。理解の便宜のために、１つの処理装置が使用されるとして説明される場合もあるが、当業者は、処理装置が複数個の処理要素および／または複数種類の処理要素を含んでもよいことが理解できるであろう。例えば、処理装置は、複数個のプロセッサまたは１つのプロセッサおよび１つのコントローラを含んでよい。また、並列プロセッサのような、他の処理構成も可能である。
【００８８】
ソフトウェアは、コンピュータプログラム、コード、命令、またはこれらのうちの１つ以上の組み合わせを含んでもよく、思うままに動作するように処理装置を構成したり、独立的または集合的に処理装置に命令したりしてよい。ソフトウェアおよび／またはデータは、処理装置に基づいて解釈されたり、処理装置に命令またはデータを提供したりするために、いかなる種類の機械、コンポーネント、物理装置、仮想装置、コンピュータ記録媒体または装置、または送信される信号波（ｓｉｇｎａｌ  ｗａｖｅ）に永久的または一時的に具現化されてよい。ソフトウェアは、ネットワークによって接続されたコンピュータシステム上に分散され、分散された状態で記録されても実行されてもよい。ソフトウェアおよびデータは、１つ以上のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてよい。
【００８９】
実施形態に係る方法は、多様なコンピュータ手段によって実行可能なプログラム命令の形態で実現されてコンピュータ読み取り可能な媒体に記録されてよい。前記コンピュータ読み取り可能な媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などを単独または組み合わせて含んでよい。前記媒体に記録されるプログラム命令は、実施形態のために特別に設計されて構成されたものであっても、コンピュータソフトウェア当業者に公知されて使用可能なものであってもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体の例には、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、および磁気テープのような磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭおよびＤＶＤのような光媒体、フロプティカルディスク（ｆｌｏｐｔｉｃａｌ  ｄｉｓｋ）のような光磁気媒体、およびＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を記録して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれる。プログラム命令の例は、コンパイラによって生成されたもののような機械語コードはもちろん、インタプリタなどを使用してコンピュータによって実行される高級言語コードを含む。上述したハードウェア装置は、実施形態の動作を実行するために１つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成されてよく、その逆も同じである。
【００９０】
以上のように、実施形態を、限定された実施形態および図面に基づいて説明したが、当業者であれば、上述した記載から多様な修正および変形が可能であろう。例えば、説明された技術が、説明された方法とは異なる順序で実行されたり、かつ／あるいは、説明されたシステム、構造、装置、回路などの構成要素が、説明された方法とは異なる形態で結合されたりまたは組み合わされたり、他の構成要素または均等物によって対置されたり置換されたとしても、適切な結果を達成することができる。
【００９１】
したがって、異なる実施形態であっても、特許請求の範囲と均等なものであれば、添付される特許請求の範囲に属する。
【符号の説明】
【００９２】
３００：海洋船舶システム
３１０：取水制御部
３２０：高度浄水処理部
３３０：水電解制御部
３４０：電気エネルギー生成部
３５０：エネルギー供給制御部
３６０：モニタリング部
【図１ａ】
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【図１ｂ】
2019209966.tif 000008
【図２】
2019209966.tif 000009
【図３】
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【図４】
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【図５】
2019209966.tif 000012
【図６】
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【図７】
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