KR101534235B1 - 선박용 연료전지 복합발전시스템 - Google Patents

선박용 연료전지 복합발전시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101534235B1
KR101534235B1 KR1020140078986A KR20140078986A KR101534235B1 KR 101534235 B1 KR101534235 B1 KR 101534235B1 KR 1020140078986 A KR1020140078986 A KR 1020140078986A KR 20140078986 A KR20140078986 A KR 20140078986A KR 101534235 B1 KR101534235 B1 KR 101534235B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
steam
unit
gas
supplied
Prior art date
Application number
KR1020140078986A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20140100454A (ko
Inventor
유창열
김현진
최정호
박대훈
김창겸
김선진
Original Assignee
대우조선해양 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대우조선해양 주식회사 filed Critical 대우조선해양 주식회사
Priority to KR1020140078986A priority Critical patent/KR101534235B1/ko
Publication of KR20140100454A publication Critical patent/KR20140100454A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101534235B1 publication Critical patent/KR101534235B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B25/00—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby
    • B63B25/02—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods
    • B63B25/08—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid
    • B63B25/12—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed
    • B63B25/16—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed heat-insulated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00—Driving of auxiliaries
    • B63J3/04—Driving of auxiliaries from power plant other than propulsion power plant
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D15/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of engines with devices driven thereby
    • F01D15/10—Adaptations for driving, or combinations with, electric generators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

선박용 연료전지 복합발전시스템이 개시된다. 본 발명의 선박용 연료전지 복합발전시스템은, 선체에 마련되며 내부에 액화천연가스(LNG)가 저장되는 저장탱크; 선체에 마련되며 공급되는 탄화 수소 물질의 연료로 전기 화학 반응을 일으켜 고온의 가스를 발생시키는 연료 전지 유닛; 상기 연료 전지 유닛에서 배출되는 고온의 가스를 매개로 발전되는 스팀 발전유닛; 및 상기 저장탱크에서 발생되는 증발가스(Boil-Off Gas)를 상기 연료 전지 유닛 및 상기 스팀 발전 유닛 중 적어도 하나로 공급시키는 증발가스 공급유닛을 포함한다.

Description

선박용 연료전지 복합발전시스템{MCFC POWER SUPPLY SYSTEM FOR SHIP}
본 발명은, 선박용 연료전지 복합발전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)에서 발생되는 고온의 가스를 이용하여 발전되는 선박용 연료전지 복합발전시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지는 전기화학 반응에 의해 반응물(수소와 산소)의 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전장치로서 환경 조화성이 우수하고 높은 발전효율이 기대되고 있다.
이러한 연료전지는 저온형과 고온형으로 분류되며, 고온형의 대표적인 예로는 용융탄산염 연료전지(MCFC)와 고체산화물 연료전지가 있다.
고온형 연료전지의 특징을 간략히 살펴보면, MCFC의 경우 천연가스, 석탄가스 등 다양한 연료의 사용이 가능하며, 연소과정 없이 650℃ 내외의 고온에서 연료를 바로 전기로 바꾸는 전기화학 반응에 의하여 전기를 생산하는 방식이다.
고체산화물 연료전지의 경우는 천연가스, 석탄가스, 메탄올 등 다양한 연료의 사용과 1000℃ 이상의 고온에서 작동하므로, 연료전지의 후단에서 발생하는 고온 고압의 스팀을 이용하여 복합발전이 가능하다.
또한, 연소과정이 없고 연료에서 전기로 직접 발전되는 관계로 소음 및 대기오염 물질 배출이 적어 차세대 발전 방식으로 주목받고 있다.
이러한 MCFC의 단위셀(unit cell)은, 전기화학 반응이 일어나는 애노드(anode) 및 캐소드(cathode)와, 연료가스와 산화제 가스의 유로를 형성하는 분리판과, 전하를 포집하는 집전판과, 적층의 편의를 위해 시트의 형태로 제작되는 전해질판과, 용융된 탄산염을 수용하는 매트릭스로 구성되며, 애노드로 연료가스를 공급하고 캐소드로 산화제 가스를 공급하면 각각의 전극에서 전기 화학 반응이 발생하여 직류 전력이 얻어지게 된다.
도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 연료 전지를 이용한 선박용 복합발전시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
외부에서 공급되는 천연가스, 메탄올, 석탄가스와 같은 탄화수소 물질은 개질기(10)에서 수소와 이산화탄 개질되어 연료 전지(20)로 공급된다. 연료 전지(20)에서는 공급되는 수소와 이산화탄소를 기초로 전기 화학 반응에 의해 전력을 생산한다. 이러한 전기 화학 반응 중에 발생되는 고온의 가스는 열회수 증기유닛(30)으로 공급되고, 열회수 증기유닛(30)은 고온의 가스와는 다른 경로를 거쳐 공급되는 액체를 고온의 가스와 열교환시켜 스팀을 발생시킨다.
열회수 증기유닛(30)에서 발생된 스팀은 스팀터빈(40)으로 공급되어 스팀터빈(40)을 구동시키고, 스팀터빈(40)에서 발생되는 동력은 발전기(50)로 공급되어 발전기(50)를 발전시킨다.
한편 스팀터빈(40)에서 배출되는 스팀은 복수기(60)에서 물로 변환된 후 열회수 증기유닛(30)으로 공급되어 전술한 경로로 순환된다.
이러한 구조를 갖는 종래 기술의 일 실시예는 친환경적이고 효율이 높은 이점이 있다.
한국특허공개공보 제2011-48214호(삼성중공업 주식회사) 2011. 05. 11
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 선박에서 버려지는 증발가스와 연료 전지에서 발생되는 고온의 가스를 이용하여 출력 효율을 향상시킬 수 있고, 연료 전지 및 스팀 터빈을 단독으로 작동시킬 수 있는 선박용 연료전지 복합발전시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 액화천연가스(LNG)가 저장되는 저장탱크; 탄화 수소 물질의 연료로 전기 화학 반응을 일으켜 발전하는 연료 전지 유닛; 상기 전기 화학 반응에 의해 발생된 고온의 가스를 열원으로 발전하는 스팀 발전 유닛; 상기 스팀 발전 유닛의 보조 열원으로서 고온의 가스를 생산하는 보일러; 및 상기 보일러 및 상기 연료 전지 유닛 중 적어도 하나에 선택적으로 상기 액화천연가스에서 발생된 증발가스(Boil-Off Gas)를 공급하는 증발가스 공급유닛을 포함하고, 상기 스팀 발전 유닛에서 상기 전기 화학 반응에 의해 발생된 고온의 가스 공급량이 부족한 경우에 상기 보일러에서 생산된 고온의 가스가 보조 열원으로 상기 스팀 발전 유닛에 공급하는, 선박용 연료전지 복합발전시스템이 제공된다.
특히, 상기 연료 전지 유닛은, 상기 탄화 수소 물질을 수소와 이산화탄소로 개질시키는 개질기; 및 상기 수소와 상기 이산화탄소를 애노드로 공급받아 캐소드로부터 공급되는 산소를 함유하는 산화 가스와 작용을 일으켜 전기 화학 반응에 의한 기전력을 발생시키는 연료 전지를 포함할 수 있다.
또한, 상기 증발가스 공급유닛은, 상기 저장탱크와 상기 보일러를 연결하는 제1 유로; 상기 저장탱크와 상기 연료 전지 유닛를 연결하는 제2 유로; 상기 제1 유로에 마련되는 제1 개폐밸브; 및 상기 제2 유로에 마련되는 제2 개폐밸브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 개폐밸브는 상기 연료 전지 유닛으로부터 상기 스팀 발전 유닛으로 공급되는 고온의 가스의 양이 부족한 경우에 개방되어 상기 보일러로 상기 증발 가스를 공급할 수 있다.
또한, 상기 스팀 발전 유닛은, 상기 연료 전지에서 배출되는 고온의 가스를 회수하여 공급되는 액체를 스팀으로 상변환시키는 열회수 증기 발생기; 상기 열회수 증기 발생기에서 배출되는 상기 스팀에 의해 구동되는 스팀 터빈; 상기 스팀 터빈의 동력으로 발전되는 발전기; 및 상기 스팀 터빈에서 배출되는 상기 스팀을 액체로 상변환시키는 복수기를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 용융탄산염 연료전지에서 배출되는 고온의 가스를 열원으로 이용하여 순환되는 열매체를 상변환시켜 생성된 스팀으로 발전되는 스팀 발전 유닛을 구비하며, 상기 스팀 발전 유닛은 선체에 마련된 액화천연가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스(Boil-Off Gas)를 추가로 이용하여 상기 스팀을 생성하고, 상기 연료 전지 및 스팀 발전 유닛은 증발가스 공급유닛에 의해서 증발가스를 선택적으로 공급받는, 선박용 연료전지 복합발전시스템이 제공된다.
특히, 상기 증발가스 공급 유닛은 상기 저장탱크와 상기 스팀 발전 유닛을 연결하는 유로에 마련되는 제1 개폐밸브 및 상기 저장탱크와 상기 용융탄산염 연료전지에 연결된 개질기를 연결하는 유로에 마련되는 제2 개폐밸브를 포함하고, 상기 제1 개폐밸브는 상기 연료 전지 유닛으로부터 상기 스팀 발전 유닛으로 공급되는 고온의 가스의 양이 부족한 경우에 개방되어 상기 보일러로 상기 증발 가스를 공급할 수 있다.
또한, 상기 증발가스 공급 유닛은 상기 저장탱크와 상기 스팀 발전 유닛을 연결하는 유로에 마련되는 제1 개폐밸브 및 상기 저장탱크와 상기 용융탄산염 연료전지에 연결된 개질기를 연결하는 유로에 마련되는 제2 개폐밸브를 포함하고, 상기 제1 개폐밸브는 상기 연료 전지 유닛으로부터 상기 스팀 발전 유닛으로 공급되는 고온의 가스의 양이 부족한 경우에 개방되어 상기 보일러로 상기 증발 가스를 공급할 수 있다
또한, 상기 보일러는 상기 스팀 발전 유닛의 열회수 증기발생기 내부에 설치되는 덕트 버너를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 선박에서 버려지는 증발가스와 연료 전지에서 발생되는 고온의 가스를 이용하여 출력 효율을 향상시킬 수 있고, 연료 전지 및 스팀 터빈을 단독으로 작동시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 연료 전지를 이용한 선박용 복합발전시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료전지 복합발전시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료전지 복합발전시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박용 연료전지 복합발전시스템(1)은, 선체(H)에 마련되며 내부에 액화천연가스(LNG)가 저장되는 저장탱크(100)와, 선체(H)에 마련되며 공급되는 탄화 수소 물질의 연료로 전기 화학 반응을 일으켜 고온의 가스를 발생시키는 연료 전지 유닛(200)과, 연료 전지 유닛(200)에서 배출되는 고온의 가스를 열원으로 발전되는 스팀 발전유닛과, 저장탱크(100)에서 발생되는 증발가스(Boil-Off Gas)를 연료 전지 유닛(200) 및 연료 전지 유닛(200)으로 공급되는 경로와 다른 경로로 스팀 발전 유닛(300)으로 공급시키는 증발가스 공급유닛(400)을 구비한다.
저장탱크(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 선체(H)의 내부에 복수로 마련될 수 있고, 저장탱크(100)의 내부에는 극저온 상태로 액화되어 대기압 상태(1.013bar)를 갖는 액화천연가스(LNG)가 저장된다.
그리고 저장탱크(100)의 내부에는 액화천연가스의 수송 중 외부로부터의 지속적인 열전달에 의해 액화천연가스가 기화되어 증발가스(BOG;Boil-Off Gas)가 발생된다. 본 실시 예에서 증발가스는 후술하는 연료 전지 유닛(200)이나 스팀 발전 유닛(300)으로 공급되어 탄화 수소 물질의 연료를 개질시키거나 스팀을 발생시키는 용도로 사용된다.
연료 전지 유닛(200)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 탄화 수소 물질을 수소와 이산화탄소로 개질시키는 개질기(210)와, 수소와 이산화탄소를 애노드로 공급받아 캐소드로부터 공급되는 산소를 함유하는 산화 가스와 작용을 일으켜 전기 화학 반응에 의한 기전력을 발생시키는 연료 전지(220)를 포함한다.
연료 전지 유닛(200)의 개질기(210)는, 메탄(CH4)과 같은 연료가스를 수소와 이산화탄소로 개질시키는 역할을 한다. 구체적으로 공급되는 연료가스는 탈황처리기에 의해 탈황 처리된 후 공급되는 물(순수)과 혼합되어 습분 연료로 상변환 된다.
이후 습분 연료는 개질되며 메탄을 제외한 고 탄화수소(hydrocarbon)가 제거된다. 메탄가스로 개질된 연료가스는 공급되는 열에 의해 이산화탄소와 수소로 개질된다.
연료 전지 유닛(200)의 연료 전지(220)는, 개질된 수소와 이산화탄소를 애노드(anode)측으로 공급받아 캐소드(cathode)측으로부터 공급되는 산소를 함유하는 산화 가스와 작용을 일으킴으로써 전기 화학 반응에 의한 기전력을 얻는 역할을 한다.
즉 연료전지의 애노드측은 적어도 수소를 함유하는 연료 가스를 공급받고, 연료 전지(220)의 캐소드측은 적어도 산소를 함유하는 산화 가스의 공급을 받는다. 수소를 함유하는 연료 가스와 산소를 함유하는 산화 가스는 상호 전기 화학 반응에 의해 기전력을 얻게 된다.
그리고 캐소드에서는 화학 반응을 일으키고 남은 고온의 가스가 배기되고, 이 고온의 가스는 후술하는 스팀 발전 유닛(300)의 열회수 증기 발생기(310)로 공급된다.
스팀 발전 유닛(300)은 연료 전지 유닛(200)에서 공급되는 고온의 가스를 이용하여 생성된 스팀을 사용하여 전력을 생산하는 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 연료 전지(220)에서 배출되는 고온의 가스를 회수하여 공급되는 물과 같은 열매체를 스팀으로 상변환시키는 열회수 증기 발생기(310)와, 열회수 증기 발생기(310)에서 배출되는 스팀에 의해 구동되는 스팀 터빈(320)과, 스팀 터빈(320)의 동력으로 발전되는 발전기(330)와, 스팀 터빈(320)에서 배출되는 스팀을 액체로 상변환시키는 복수기(340)와, 저장탱크(100)에서 공급되는 증발가스에 의해 구동되어 열회수 증기 발생기(310)로 스팀을 공급하는 보일러(350)를 포함한다.
스팀 발전 유닛(300)의 열회수 증기 발생기(310)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수기(340)에서 응축되어 공급되는 열매체를 연료 전지(220)에서 배출되는 고온의 가스와 열교환시켜 증기 즉 스팀을 발생시킨다.
스팀 발전 유닛(300)의 보일러(350)는, 연료 전지(220)에서 배출되는 가스의 온도가 열회수 증기 발생기(310)에서 공급되는 액체를 과열 증기로 만들기에 충분히 높지 못한 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(100)에서 공급되는 증발가스에 의해 연소되어 열회수 증기 발생기(310)로 고온의 가스를 보조적으로 공급하는 역할을 한다.
따라서 열회수 증기 발생기(310)는 연료 전지(220)에서 배출되는 고온의 가스뿐만 아니라 버려지는 증발가스를 이용하여 구동되어 열회수 증기 발생기(310)로 고온의 가스를 공급하는 보일러(350)에 의해 안정적이고 효율적으로 스팀을 발생시킬 수 있는 이점이 있다.
그리고 본 실시 예에서 보일러(350)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 열회수 증기발생기(310)의 외부에 설치될 수도 있고, 열회수 증기 발생기(310)의 내부에 설치될 수도 있다. 즉 본 실시 예에서 보일러(350)를 열회수 증기 발생기(310)의 내부에 설치하는 경우 보일러(350)는 열회수 증기 발생기(310)의 내부에 설치된 덕트 버너(미도시)일 수 있다.
증발가스 공급유닛(400)은, 저장탱크(100)에서 발생되는 증발가스를 개질기(210) 또는 스팀 발전 유닛(300)의 보일러(350)로 공급되도록 연결함과 더불어 증발가스의 공급이 개질기(210) 및 보일러(350) 중 적어도 어느 하나로 선택적으로 공급되도록 제어하는 역할을 한다.
본 실시 예에서 증발가스 공급유닛(400)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(100)와 개질기(210) 및 스팀 발전 유닛(300)을 연결하는 유로(410)와, 유로(410)에 마련되어 유로(410)를 개폐하는 개폐밸브(420)를 포함한다.
증발가스 공급유닛(400)의 유로(410)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(100)와 보일러(350)를 연결하는 제1 유로(411)와, 제1 유로(411)에서 분기되어 개질기(210)에 연결되는 제2 유로(412)를 포함한다.
증발가스 공급유닛(400)의 개폐밸브(420)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(100)와 스팀 발전 유닛(300)의 보일러(350)를 연결하는 제1 유로(411)에 마련되는 제1 개폐밸브(421)와, 저장탱크(100)와 개질기(210)를 연결하는 제2 유로(412)에 마련되는 제2 개폐밸브(422)를 포함한다.
본 실시 예에서 개폐밸브(420)는 원거리에서 원격으로 개폐될 수 있는 전자 밸브일 수 있고, 수동으로 개폐할 수 있는 수동개폐밸브일 수도 있다.
그리고 본 실시 예는 개폐밸브(420)에 의해 저장탱크(100)에서 공급되는 증발가스의 공급 경로를 선택적으로 제어할 수 있다. 일 예로 연료 전지(220)의 보수 시에 제2 개폐밸브(422)를 닫고 제1 개폐밸브(421)를 개방하여 제1 유로(411)로만 증발가스가 공급되도록 할 수 있다. 그 결과 보일러(350)에서 배출되는 고온의 가스만을 이용하여 발전할 수 있는 스팀 발전 유닛(300)의 단독 운전이 가능한 이점이 있다.
이하에서 도 2를 참조하여 본 실시 예에 따른 선박용 연료전지 복합발전시스템(1)의 사용 상태를 간략히 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이 공급되는 탄화 수소 물질은 개질기(210)에서 수소와 이산화탄소로 개질되며, 개질된 수소와 이산화탄소는 연료 전지(220)로 공급된다. 연료 전지(220)의 애노드는 수소와 이산화탄소를 공급받아 캐소드로 공급되는 산소를 함유하는 산화 가스와 작용을 일으켜 전기 화학 반응에 의해 기전력을 발생시킨다.
*이 과정에서 연료 전지(220)의 캐소드에서는 고온의 가스가 발생되고, 이 고온의 가스는 스팀 발전 유닛(300)의 열회수 증기 발생기(310)로 공급된다. 열회수 증기 발생기(310)는 연료 전지(220)에서 공급되는 고온의 가스와 복수기(340)에서 공급되는 액체를 상호 열교환시켜 스팀을 생성시킨다.
열회수 증기 발생기(310)에서 생성된 스팀은 스팀터빈으로 공급되어 스팀 터빈(320)을 구동시키고, 스팀 터빈(320)에서 발생된 동력은 발전기(330)로 구동시켜 전력을 생산한다. 그리고 스팀 터빈(320)에서 배출되는 스팀은 복수기(340)로 공급되어 액체로 변환된 후 전술한 과정으로 순환된다.
한편 연료 전지(220)에서 공급되는 고온의 가스로 복수기(340)에서 공급되는 액체를 과열 증기로 상변환시키는 것이 부족한 경우 저장탱크(100)에서 공급되는 증발가스를 이용할 수 있다.
즉 저장탱크(100)에서 발생되는 증발가스를 제1 유로(411)를 통해 보일러(350)에 공급하고, 보일러(350)서는 증발가스를 이용하여 고온의 가스를 생성한 후 고온의 가스를 열회수 증기 발생기(310)에 공급하여 부족한 고온의 가스를 보충할 수 있다.
그리고 연료 전지(220)의 보수 시에 제2 밸브를 닫고 제1 밸브를 개방하여 제1 유로(411)로만 증발가스가 공급되도록 하여, 보일러(350)에서 배출되는 고온의 가스만을 이용하여 스팀 발전 유닛(300)을 단독 작동시킬 수도 있다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 선박에서 버려지는 증발가스와 연료 전지에서 발생되는 고온의 가스를 이용하여 출력 효율을 향상시킬 수 있고, 연료 전지 및 스팀 터빈을 선택적으로 작동시킬 수 있는 이점이 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1 : 선박용 연료전지 복합발전시스템 100 : 저장탱크
200 : 연료 전지 유닛 210 : 개질기
220 : 연료 전지 300 : 스팀 발전 유닛
310 : 열회수 증기 발생기 320 : 스팀 터빈
330 : 발전기 340 : 복수기
350 : 보일러 400 : 증발가스 공급유닛
410 : 유로 420 : 개폐밸브
H : 선체

Claims (8)

  1. 액화천연가스(LNG)가 저장되는 저장탱크;
    탄화 수소 물질의 연료로 전기 화학 반응을 일으켜 발전하는 연료 전지 유닛;
    상기 전기 화학 반응에 의해 발생된 고온의 가스를 열원으로 발전하는 스팀 발전 유닛;
    상기 스팀 발전 유닛의 보조 열원으로서 고온의 가스를 생산하는 보일러; 및
    상기 보일러 및 상기 연료 전지 유닛 중 적어도 하나에 선택적으로 상기 액화천연가스에서 발생된 증발가스(Boil-Off Gas)를 공급하는 증발가스 공급유닛을 포함하고,
    상기 스팀 발전 유닛에서 상기 전기 화학 반응에 의해 발생된 고온의 가스 공급량이 부족한 경우에 상기 보일러에서 생산된 고온의 가스가 보조 열원으로 상기 스팀 발전 유닛에 공급하고,
    상기 증발가스 공급 유닛은 상기 저장탱크와 상기 스팀 발전 유닛을 연결하는 유로에 마련되는 제1 개폐밸브 및 상기 저장탱크와 상기 연료 전지 유닛을 연결하는 유로에 마련되는 제2 개폐밸브를 포함하고,
    상기 제1 개폐밸브는 상기 연료 전지 유닛으로부터 상기 스팀 발전 유닛으로 공급되는 고온의 가스의 양이 부족한 경우에 개방되어 상기 보일러로 상기 증발 가스를 공급하며,
    상기 연료 전지 유닛은,
    상기 탄화 수소 물질을 수소와 이산화탄소로 개질시키는 개질기; 및
    상기 수소와 상기 이산화탄소를 애노드로 공급받아 캐소드로부터 공급되는 산소를 함유하는 산화 가스와 작용을 일으켜 전기 화학 반응에 의한 기전력을 발생시키는 연료 전지를 포함하되,
    상기 개질기에서 증발가스는 탈황처리된 후 물과 혼합되어 습분 연료로 상변환되고 메탄을 제외한 고 탄화수소가 제거된 후 열에 의해 이산화탄소와 수소로 개질되는,
    선박용 연료전지 복합발전시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 스팀 발전 유닛은,
    상기 연료 전지에서 배출되는 고온의 가스를 회수하여 공급되는 액체를 스팀으로 상변환시키는 열회수 증기 발생기;
    상기 열회수 증기 발생기에서 배출되는 상기 스팀에 의해 구동되는 스팀 터빈;
    상기 스팀 터빈의 동력으로 발전되는 발전기; 및
    상기 스팀 터빈에서 배출되는 상기 스팀을 액체로 상변환시키는 복수기를 포함하는 선박용 연료전지 복합발전시스템.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
KR1020140078986A 2014-06-26 2014-06-26 선박용 연료전지 복합발전시스템 KR101534235B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140078986A KR101534235B1 (ko) 2014-06-26 2014-06-26 선박용 연료전지 복합발전시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140078986A KR101534235B1 (ko) 2014-06-26 2014-06-26 선박용 연료전지 복합발전시스템

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110143567A Division KR20130075262A (ko) 2011-12-27 2011-12-27 선박용 연료전지 복합발전시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140100454A KR20140100454A (ko) 2014-08-14
KR101534235B1 true KR101534235B1 (ko) 2015-07-06

Family

ID=51746317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140078986A KR101534235B1 (ko) 2014-06-26 2014-06-26 선박용 연료전지 복합발전시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101534235B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102141970B1 (ko) 2019-06-12 2020-08-06 재단법인한국조선해양기자재연구원 수소 생산 장치를 구비한 lng 운반선
KR20200137486A (ko) * 2019-05-30 2020-12-09 한국조선해양 주식회사 연료 전지용 메탄올 개질 시스템, 이산화탄소 흡수식 탱크 시스템, 연료 및 반응수 저장 장치 및 이를 포함하는 해양 구조물

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101511100B1 (ko) * 2015-01-27 2015-04-10 (주)지케이홀딩스 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템 및 발전방법
KR102017929B1 (ko) 2015-10-20 2019-09-03 한국조선해양 주식회사 선박
KR101977212B1 (ko) 2016-06-15 2019-05-13 현대중공업 주식회사 선박
KR101987986B1 (ko) 2016-06-17 2019-06-11 현대중공업 주식회사 선박
KR102662302B1 (ko) * 2019-04-04 2024-04-29 한화파워시스템 주식회사 가스 팽창 발전 시스템

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100095338A (ko) * 2009-02-20 2010-08-30 대우조선해양 주식회사 Ｌｎｇ 운반선의 전기 생산 장치 및 방법
KR20100121069A (ko) * 2009-05-08 2010-11-17 대우조선해양 주식회사 액화가스 운반선의 전력 운용 시스템 및 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20100095338A (ko) * 2009-02-20 2010-08-30 대우조선해양 주식회사 Ｌｎｇ 운반선의 전기 생산 장치 및 방법
KR20100121069A (ko) * 2009-05-08 2010-11-17 대우조선해양 주식회사 액화가스 운반선의 전력 운용 시스템 및 방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200137486A (ko) * 2019-05-30 2020-12-09 한국조선해양 주식회사 연료 전지용 메탄올 개질 시스템, 이산화탄소 흡수식 탱크 시스템, 연료 및 반응수 저장 장치 및 이를 포함하는 해양 구조물
KR102216751B1 (ko) * 2019-05-30 2021-02-16 한국조선해양 주식회사 연료 전지용 메탄올 개질 시스템, 이산화탄소 흡수식 탱크 시스템, 연료 및 반응수 저장 장치 및 이를 포함하는 해양 구조물
KR102141970B1 (ko) 2019-06-12 2020-08-06 재단법인한국조선해양기자재연구원 수소 생산 장치를 구비한 lng 운반선

Also Published As

Publication number Publication date
KR20140100454A (ko) 2014-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101534235B1 (ko) 선박용 연료전지 복합발전시스템
KR101978330B1 (ko) 연료전지의 연료 공급 시스템
KR20100095338A (ko) Ｌｎｇ 운반선의 전기 생산 장치 및 방법
KR20130075262A (ko) 선박용 연료전지 복합발전시스템
KR102238761B1 (ko) 선박
KR20170076934A (ko) 선박
KR101565791B1 (ko) 발전기와 연료전지를 탑재한 선박의 폐열 회수 시스템
KR101179390B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR102355411B1 (ko) 선박
KR101359950B1 (ko) 연료전지 탑재 선박의 연료전지 시스템
KR102355412B1 (ko) 연료전지 시스템 및 이를 구비한 선박
KR20120010662A (ko) 연료전지 시스템
KR101788743B1 (ko) 선박용 연료전지 시스템
KR101454290B1 (ko) Ｌｎｇ 인수기지와 연계된 복합발전시스템
JP5355135B2 (ja) 燃料電池発電設備
KR20210111459A (ko) 이종 연료전지 시스템 및 이종 연료전지를 이용한 전력 생산 방법
KR20140086205A (ko) 고압연료를 이용하여 추가 발전이 가능한 선박용 연료전지 발전 시스템
KR20130074338A (ko) 선박용 연료전지의 버퍼가스시스템
KR102200361B1 (ko) 선박
KR101355999B1 (ko) 선박용 연료전지 시스템
KR102378796B1 (ko) 열배터리 연계 가역 고체산화물 전지 시스템 및 그 구동방법
KR102252149B1 (ko) 선박
KR102190944B1 (ko) 선박
KR101387756B1 (ko) 열전소자를 갖는 다중 연료전지 운전 시스템
KR102153759B1 (ko) 선박

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180627

Year of fee payment: 4