KR101562115B1 - 전해 장치를 구비한 부유 또는 잠수 설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 부유 또는 잠수 설비(1), 특히 수상선 또는 수중선에 관한 것으로, 상기 부유 또는 잠수 설비(1)는 상기 설비 내 전기 부하 장치들(11, 13)을 위한 전기 에너지를 발생시키기 위한 연료 전지들(10)을 구비하며, 연료 전지들은 수소를 연료로 하여 작동될 수 있다. 상기 부유 또는 잠수 설비는 본 발명에 따라, 전기 에너지를 이용하여 물을 전기 분해함으로써 연료 전지들(10)을 위한 수소를 발생시키기 위한 전해 장치(20)와, 이 전해 장치(20)에 의해 발생한 수소를 연료 전지들(10)로 공급하기 전에 저장하기 위한 수소 탱크(21)를 포함한다. 그럼으로써 외기에 의존하지 않고 많은 공간을 필요로 하지 않으면서도, 부유 또는 잠수 설비 상에서 직접 연료 전지들에 무배출 저소음 방식으로 수소를, 필요한 경우에는 산소도 공급할 수 있다.

Description

전해 장치를 구비한 부유 또는 잠수 설비{FLOATING OR SUBMERGING DEVICE WITH AN ELECTROLYSER}
본 발명은, 부유 또는 잠수 설비 내 전기 부하 장치들을 위한 전기 에너지를 발생시키기 위해 연료 전지들을 장착한 부유 또는 잠수 설비, 특히 수상선 또는 수중선에 관한 것으로, 상기 연료 전지들은 수소를 연료로 하여 작동될 수 있으며, 상기 유형의 부유 또는 잠수 설비는 예컨대 WO 2005/073077A2호, US 2006/0071630 A1호, 그리고 2005/0252214 A1호로부터 공지되어 있다.
연료 전지들은 무배출 저소음 방식의 전기 에너지 발생을 가능하게 한다. 상기 장점들을 바탕으로, 부유 또는 잠수 설비에서 부유 또는 잠수 설비 내 전기 부하 장치들을 위한 전기 에너지를 발생시키기 위해 연료 전지가 점차 더 많이 사용되고 있다. 상기 유형의 부유 또는 잠수 설비들에 대한 예로는 수상선, 수중선(잠수함), UMV(무인 선박체) 또는 근해 플랫폼이 있다. 전기 부하 장치는 예컨대 추진 구동 장치, 펌프, 조명 장치, 공조 시스템, 항해 장비 및 운항 관리 장치뿐만 아니라 관련 자동화 및 제어 컴포넌트들도 포함된다. 연료 전지로는 예컨대 PEM, MCFC, MDFC, SOFC 또는 알칼리 연료 전지가 사용된다.
따라서 예컨대 이미 많은 근래의 잠수함들은 외기에 의존하지 않는 구동 장치를 갖추고 있으며, 이 구동 장치의 경우 연료 전지들은 잠항 시 배터리와 함께 잠수함의 전기 추진 구동 장치뿐 아니라 잠수함 선내의 모든 다른 전기 부하 장치에 전기 에너지를 공급한다. 그에 반해, 스노클 항해 시 또는 부양된 상태에서는 에너지 공급이 디젤 발전기를 통해 이루어진다. 상기 유형의 잠수함은 예컨대 WO 2005/073077A2호로부터 공지되었다. 이 경우, 연료 전지는 보통 기술적으로 순수한 수소를 연료로 하고, 기술적으로 순수한 산소를 산화제로 하여 작동된다. 이를 위해 수소와 산소는 잠수함 선내 또는 외부 선체에 장착된 특수 탱크들에 저장된다.
그 외에, 예컨대 WO 2004/026685 A2호로부터는 예컨대 프리깃함과 같은 해군 수상선이 공지되었다. 상기 해군 수상선은 공기 작동식 연료 전지들을 포함하고, 이들 연료 전지는 선박의 특수 작동 상태(예: 무배출 추진 구동)에서 선내 추진 구동 장치를 포함한 전기 부하 장치들로 전기 에너지를 공급한다. 또한, 선내 전기 부하 장치들을 위한 보조 전원 장치(APU - 보조 파워 유닛)로서 연료 전지들을 포함하는 수상선도 공지되었다. 이 경우, 연료 전지는 보통 기술적으로 순수한 수소를 연료로 하고, 공기를 산화제로 하여 작동된다. 이를 위해 수소는 선내 특수 탱크들에 저장된다.
부유 또는 잠수 설비 내 수소 저장 탱크들 및 경우에 따라 산소 저장 탱크들이 소진되면, 상기 저장 탱크들은 부유 또는 잠수 설비의 외부에서 새로 교체되어야 한다. 이는 예컨대 항구에서 또는 공급선을 통해 이루어질 수 있다.
특히 수소는 선택적으로 선상에서 직접 개질 장치(reformer)를 이용해 디젤 연료, 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스로부터 생성될 수 있다. 상기 유형의 해결 방법은 예컨대 EP 1354387 B1호로부터 공지되었다. 그러나 이는 더 많은 기술 비용과 결부되고, 부유 또는 잠수 설비 내에 개질 장치용 연료도 함께 운반되어야 하며, 이 연료도 마찬가지로 소진될 수 있다. 게다가 개질 장치에 의해 배출가스가 발생한다.
그러므로 본 발명의 과제는, 부유 또는 잠수 설비 내 전기 부하 장치들을 위한 전기 에너지를 발생시키기 위한 연료 전지들을 구비한 부유 또는 잠수 설비에 있어서, 상기 부유 또는 잠수 설비 상에서 직접 연료 전지들로 수소를, 필요한 경우에는 산소도 무배출 저소음 방식으로 공급하는 것이며, 이는 외기에 의존하지 않는 작동 조건 및 큰 공간 수요 없이도 가능해야 한다.
상기 과제는, 특허 청구항 제1항의 특징들을 갖는 부유 또는 잠수 설비를 통해 해결된다. 부유 또는 잠수 설비의 바람직한 구현예들은 각각 종속 청구항들의 대상이다.
본 발명에 따른 부유 또는 잠수 설비는, 전기 에너지를 이용하여 물을 전기 분해함으로써 연료 전지용 수소를 발생시키기 위한 전해 장치와, 이 전해 장치에 의해 발생한 수소를 연료 전지들로 공급하기 전에 저장하기 위한 수소 탱크를 포함한다.
전해 장치는, 전류를 이용하여 물을 수소와 산소로 분해하는 장치이다. 전해 장치는 보통 직렬로 전기 접속된 복수의 전기 분해 셀로 구성되고, 이들 전기 분해 셀은 각각 애노드와 캐소드로 구성된다. 알칼리 전기 분해 셀들의 경우, 애노드와 캐소드 사이에 전해질, 보통 수산화칼륨 용액과 기밀 멤브레인이 존재한다. PEM 전기 분해 셀들의 경우에는 애노드와 캐소드 사이에 폴리머 전해질 멤브레인이 존재한다.
전해 장치는 무소음 무배출 방식으로 작동한다. 전해 장치의 작동을 위해서는, 부유 또는 잠수 설비 상에 통상 이미 또 다른 목적을 위해 제공되어 있거나, 부산물로서 발생되는 전류와 물만 있으면 된다. 물은 연료 전지들에 의해 반응 발생물로도 발생된다. 그 외에도, 전해 장치의 작동을 위한 물은 하천수나 해수의 처리를 통해서도 수득되므로, 사실상 어디에서나 무제한으로 제공될 수 있다. 이 경우, 전해 장치는 높은 에너지 밀도를 갖는, 기술적으로 순수한 수소 및 산소를 발생시킨다. 그에 따라, 수소 발생을 위해 필요한 추가적인 장치 비용 및 공간 수요가 비교적 적다. 전해 장치의 작동을 위해 외기가 불필요함으로써, 부유 또는 잠수 설비의 외기에 의존하지 않는 작동 시에도 전해 장치가 작동될 수 있다는 점도 중요하다. 이 경우, 전해 장치는 각각 복수의 전기 분해 셀을 포함하는 복수의 개별 모듈로 이루어진 모듈식 구조를 가질 수 있으며, 이때 모듈들은 입력 측에서 직렬 및/또는 병렬로 전기 접속된다.
수소 탱크에 의해, 수소 발생은 연료 전지에 의한 수소 소모와 시간상 분리될 수 있고, 다시 말하면 수소의 발생은 예컨대 부유 또는 잠수 설비 상에 잉여 전기 에너지가 전해 장치의 작동을 위해 존재할 때 이루어질 수 있고, 연료 전지들 내에서의 수소 소모 시 동시에 이루어지지 않는다.
연료 전지들이 순수한 산소 또는 산소 농후 공기로 작동된다면, 부유 또는 잠수 설비는 바람직하게 추가로, 전해 장치로부터 발생된 산소를 연료 전지들로 공급하기 전에 저장하기 위한 산소 탱크도 포함한다. 그로 인해 산소 발생도 연료 전지들에 의한 산소 소모와 시간상 분리될 수 있다.
추가의 바람직한 구현예에 따라서, 부유 또는 잠수 설비는 전해 장치용 물을 저장하기 위한 물 탱크를 포함한다. 물 탱크 내에는 (예컨대 연료 전지들의) 또 다른 보조 프로세스들에 의해 발생되는 물 또는 처리된 하천수나 해수가 전해 장치의 현재 물 소모와 무관하게 임시 저장되고, 추후 필요할 때 전해 장치를 위해 이용될 수 있다.
이 경우, 연료 전지들은 연료 전지들의 발생수를 물 탱크로 공급하기 위해 물 탱크와 연결될 수 있다.
수소 탱크 및/또는 산소 탱크를 위한 공간 수요를 줄이기 위해, 수소 및/또는 산소를 수소 탱크 및 산소 탱크로 각각 공급하기 전에 수소 및/또는 산소를 압축 및/또는 액화하기 위한 컴프레서 및/또는 냉각 장치가 제공될 수 있다. 전해 장치를 위한 전기 에너지의 발생을 위해, 부유 또는 잠수 설비는 구동 기계에 의해 구동되는 발전기를 포함할 수 있다. 구동 기계는 예컨대 내연기관(예: 디젤 엔진 또는 가스 터빈), 증기 터빈, 또는 배기가스 터빈일 수 있다. 매우 바람직한 구성에 따라서, 증기 터빈 또는 배기가스 터빈은 폐열 회수 시스템(waste heat recovery system)의 터빈이다.
바람직하게는 발전기가 전해 장치뿐 아니라, 부유 또는 잠수 설비 내 또 다른 전기 부하 장치들에도 전기 에너지를 공급하는 역할을 하며, 이를 위해 상기 전기 부하 장치들과 전기적으로 접속될 수 있거나, 접속되어 있다.
바람직하게는, 발전기가 정류기를 통해 전해 장치와 연결된다. 이 경우, 정류기는 바람직하게 발전기로부터 발생된 교류 전압의 레벨 및 주파수가 상이하여도 요건에 적합하게 전해 장치의 작동을 위해 필요한 직류 전압을 공급하는 방식으로 제어될 수 있다.
그럼으로써, 입력 측에서 특별히 발전기에 적합하게 조정되지 않아도 되는 통상적인 전해 장치들이 이용될 수 있다.
부유 또는 잠수 설비 내 전해 장치 및 다른 부하 장치들로 유연하면서도 요건에 적합하게 전기를 공급하기 위해, 발전기, 연료 전지들, 전해 장치 및 전기 부하 장치들은 바람직하게 공통 전기 회로망에 연결된다.
이 경우, 전기 회로망은 바람직하게 직류 회로망을 포함하고, 전해 장치는 입력 측에서 직류 회로망과 연결될 수 있다. 그럼으로써 전해 장치의 특히 고장 안전(fail-safe) 작동이 보장될 수 있다. 발전기에는 병렬로 배터리도 연결될 수 있다. 그럼으로써 부유 또는 잠수 설비 내 잉여 전기 에너지가 매우 유연하게 여러 축전지에 임시 저장되어, 발전기를 이용할 수 없을 경우에 전기 부하 장치들을 위해 공급될 수 있다.
매우 바람직한 한 구성에 따라서, 전해 장치의 에너지 소모는 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치를 통해 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어될 수 있다. 이 경우, 에너지 소모는 소정의 시점에 전해 장치를 위해 공급되는 전기 에너지에 적합하게 최적으로 조정될 수 있다.
개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치는 바람직하게는, 구동 기계가 전해 장치를 위한 전기 에너지를 발생시키기 위한 발전기를 구동하기 위해 사전 설정된 작동점에서, 특히 최적의 효율을 갖는 작동점에서 작동하는 방식으로, 전해 장치의 에너지 소모를 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어하도록 구성된다.
또 다른 매우 바람직한 구현예에 따라서, 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치는, 필요한 수소량 및/또는 산소량에 따라서 하나 이상의 발전기를 통한 에너지 발생 및 전기 부하 장치들과 전해 장치의 에너지 소모를 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어하도록, 특히 수소 발생 및/또는 산소 발생이 최대인 작동점에서 전해 장치가 작동하는 방식으로 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어하도록 구성된다.
전해 장치는 연료 전지들 중 일부 또는 모두를 포함할 수도 있으며, 다시 말하면 연료 전지들이 연료 전지 작동 모드에서는 전류를 발생시키고, 전기 분해 작동 모드에서는 수소 및 산소를 발생시킨다.
또한, 전해 장치 및/또는 산소 탱크는, 부유 또는 잠수 설비의 공기 조절 시스템으로 산소를 공급하기 위해 상기 공기 조절 시스템에도 연결될 수 있다. 그럼으로써 공기 조절 시스템 측에서 산소 발생 및/또는 저장이 생략될 수 있거나 적어도 감소할 수 있다.
본 발명뿐 아니라, 종속 청구항들의 특징들에 따른 본 발명의 또 다른 바람직한 구현예들은 하기에서 도면들에 도시된 실시예들을 토대로 더 상세하게 설명한다.
도 1은 전해 장치를 구비한 잠수함의 직류 회로망이다.
도 2는 전해 장치를 구비한 수상선의 전기 회로망이다.
도 1에는, 회로망 커플링(5)을 통해 서로 연결되어 있는 2개의 부분 회로망(3, 4)으로 구성된 전기 회로망(2)을 가진 유인 잠수함(1)의 개략적인 원리도가 도시되어 있다. 부분 회로망(3, 4) 각각은 전기 에너지의 발생을 위해 발전기(6)를 포함하며, 상기 발전기는 구동 기계, 여기서는 디젤 엔진(7)에 의해 구동되고 정류기(8)를 통해서 각각의 부분 회로망(3 또는 4) 내로 에너지를 공급한다. 발전기(6)와 정류기(8)로 구성된 조합체에 대해 병렬로 각각 하나의 배터리(9)가 연결된다. 또한, 상기 배터리에 대해 병렬로 연료 전지 시스템(10)이 에너지 발생기로서 연결된다.
발생한 에너지는, 잠수함(1)의 프로펠러(12)를 구동하기 위한, 역시 병렬로 연결된 DC 모터 또는 DC 공급 모터(11)와, [경우에 따라 인버터(14) 및 선내 전기 시스템(15)을 통해서도] 전기 회로망(2)과 연결된 다른 전기 부하 장치(13)에 공급되는 데 사용된다. 연료 전지 시스템(10)은 상세하게 도시되지 않은 DC/DC 컨트롤러를 통해서도 전기 회로망(2)과 연결될 수 있다. 개별 컴포넌트들은 상세히 도시되지 않은 스위치를 통해 전기 회로망(2)에 연결된다.
예컨대 전기 회로망(2)은 400 내지 800V dc 범위, 특히 600V의 공칭 전압을 가지며, 모터(11)는 500kW 내지 10MW 범위, 특히 2MW의 출력을 가지며, 발전기들은 0.5 내지 6MW 범위의 출력을 가지며, 연료 전지 시스템(10)은 50 내지 1000kW 범위, 특히 500kW의 출력을 갖는다.
잠수함의 스노클 항해 시 또는 부양된 상태에서는, 모터(11)와 부하 장치들(13)이 발전기들(6)을 통해 전기 에너지를 공급받고, 잠항 시에는 배터리들(9) 및/또는 연료 전지 시스템(10)을 통해 전기 에너지를 공급받는다.
연료 전지 시스템(10)의 연료 전지들은 기술적으로 순수한 수소와 순수한 산소로 작동된다.
수소 및 산소는 전해 장치(20)를 통해 발생되며, 이 전해 장치는 그 전기 입력단이 상세히 도시되지 않은 스위치를 통해 제1 부분 회로망(3)뿐 아니라 제2 부분 회로망(4)과도 연결될 수 있기 때문에, 추가의 전기 부하 장치를 의미한다.
전해 장치(20)에 의해 발생한 수소 및 산소의 임시 저장을 위해, 잠수함(1)은 수소 탱크(21)와 산소 탱크(22)를 포함하며, 이들 탱크는 발생한 수소 및 산소를 전해 장치(20)의 수소 배출구 및 산소 배출구에 공급하기 위해 상기 배출구들과 각각 연결된다.
연료 전지 시스템(10)도 수소 탱크(21) 및 산소 탱크(22)와 연결되며, 그럼으로써 연료 전지 시스템(10)에는 수소 탱크(21)로부터 수소가 공급되고, 산소 탱크(22)로부터 산소가 공급될 수 있다.
수소 탱크(21) 및/또는 산소 탱크(22)를 위한 공간 수요를 줄이기 위해, 수소 및/또는 산소를 수소 탱크(21) 및 산소 탱크(22)로 각각 공급하기 전에 수소 및/또는 산소를 압축하고, 그리고/또는 액화하기 위한 컴프레서 및/또는 냉각 장치(26)가 제공될 수 있다. 또한, 저장된 수소 및/또는 산소를 연료 전지 시스템(10)으로 공급하기 전에, 상기 수소 및/또는 산소를 처리(예: 압축 해제 및/또는 증발)하기 위한 상응하는 장치가 제공될 수 있다.
또한, 잠수함(1)은 전해 장치를 위한 물을 저장하기 위해 전해 장치(20)의 급수 배출구와 연결된 물 탱크(23)도 포함한다. 물 탱크(23)는 이 물 탱크(23)로 연료 전지들의 반응 생성수를 공급하기 위해 연료 전지 시스템(10)과 연결된다.
이 경우, 전해 장치(20)의 에너지 소모는 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(30)를 통해 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어될 수 있으며, 그에 따라 소정의 시점에 전기 회로망(2)에서 가용한 전기 에너지에 적합하게 최적으로 조정될 수 있다.
이 경우, 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(30)는, 발전기(6)를 구동하는 디젤 엔진(7), 또는 발전기들(6)을 구동하는 디젤 엔진들(7)이 사전 설정된 작동점, 특히 최적의 효율을 갖는 작동점에서 작동하는 방식으로, 전해 장치(20)의 에너지 소모를 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어하도록 구성된 제1 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 기능부(31)를 포함한다. 예컨대 디젤 엔진들(7)이 부분 부하와 그에 따른 저효율을 갖는 작동점에 있다면, 전해 장치(20)의 에너지 소모가 증가하고 디젤 엔진들(7)은 증가된 동력 출력과 그로 인해 더 우수한 효율을 갖는 작동점으로 전환된다. 그와 반대로, 디젤 엔진들(7)의 과부하 시 그리고 이와 결부되어 효율이 저하된 경우, 제1 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 기능부(31)를 통해 전해 장치(20)의 에너지 소모가 감소하고, 그에 따라 디젤 엔진들(7)은 더 낮은 동력 출력과 그로 인해 더 우수한 효율을 갖는 작동점으로 전환된다.
그 외에, 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(30)는, 필요한 수소량 및/또는 산소량에 따라서, 발전기(6) 또는 발전기들(6)을 통한 에너지 발생과, 모터(11), 여타 전기 부하 장치들(13) 및 전해 장치(20)의 에너지 소모를 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어하도록, 특히 전해 장치가 수소 및/또는 산소 발생이 최대인 작동점에서 작동되도록 상기 에너지 발생 및 에너지 소모를 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어하도록 구성된 제2 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 기능부(32)를 포함한다.
잠수함(1)에 대해 예컨대 단시간 이내에, 최대한 많은 저장량의 수소 및 산소가 제공되어야 하는, 외기에 의존하지 않는 연료 전지 작동 모드로 상대적으로 오랜 잠항이 계획되어 있는 경우, 제2 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 기능부(32)는, 전해 장치(20)에 상기 전해 장치에 의해 최대로 사용될 수 있는 에너지가 제공됨으로써 전해 장치가 최단 시간 이내에 최대한 많은 수소 및 산소 수율을 발생시키도록 한다. 이 경우, 전해 장치(20)에 비해 다른 전기 부하 장치들의 전기 소모량이 감소되어야 한다.
이 경우, 제1 및 제2 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 기능부(31, 32)는 소프트웨어 및/또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 필요한 경우 잠수함(1)의 브리지에 의해 수동으로, 또는 상위의 자동화 시스템을 통해 자동으로 선택될 수 있다. 이를 위해, 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(30)는 바람직하게 잠수함(1)의 상위 자동화 시스템에 통합된다.
산소 탱크(22)는 추가로 잠수함(1)의 공기 조절 시스템(25)으로 산소를 공급하기 위해 상기 공기 조절 시스템과 연결된다. 그에 따라, 공기 조절 시스템(25)의 측에서 별도의 산소 발생 및/ 저장은 생략되거나, 또는 적어도 감소할 수 있다.
도 2에는, 마찬가지로 회로망 커플링(45)을 통해 서로 연결되어 있거나 연결될 수 있는 2개의 부분 회로망(43, 44)으로 구성된 전기 교류 회로망(42)을 구비한 수상선(41)이 개략적인 원리도가 도시되어 있다. 부분 회로망들(43, 44) 각각은 전기 에너지의 발생을 위해 2개의 발전기(46)를 포함하며, 이들 발전기는 각각의 구동 기계에 의해, 여기서는 중속 디젤 엔진(47)에 의해 구동된다.
또한, 항구 또는 배출가스에 민감한 수역(예: 북극 또는 협만)에서 배출가스 없는 전류 공급을 위해, 인버터(81)를 통해 두 부분 회로망(43, 44)과 연결되는 연료 전지 시스템(50)이 제공된다. 그 외에, 증기 터빈 또는 배기가스 터빈(83)에 의해 구동되는 폐열 회수 시스템(84)의 발전기(82)가 부분 회로망(43)에 전류를 공급한다.
발생한 에너지는 수상선(41)의 각각의 프로펠러(52)를 구동하기 위한 전기 모터들(51)의 전류 공급 및 회로망(42)과 연결된 여타 전기 부하 장치들(53)의 전류 공급을 위해 이용된다. 이 경우, 전기 모터들(51)과 여타 부하 장치들(53)은 변압기들(85) 및 컨버터들(86)(예: 전압 소스 인버터, 전류 소스 인버터)뿐 아니라 저전압 선내 전기 시스템을 통해 회로망(42)과 연결될 수 있다.
개별 컴포넌트들은 상세히 도시되지 않은 스위치들을 통해 회로망(42)에 연결된다.
선박은 예컨대 디젤 전기 구동 시스템을 장착한 순항선이며, 이 경우 전기 회로망(42)은 6 내지 12kVac 범위, 특히 6.6kVac 또는 11kVac의 공칭 전압을 가지고, 모터들(51)은 합쳐서 10 내지 100MW의 총 추진 출력을 가지고, 발전기들은 합쳐서 10 내지 150MW 범위의 총 출력을 발생시키며, 연료 전지 시스템은 2 내지 5MW 범위의 출력을 발생시킨다.
연료 전지 시스템(10)의 연료 전지들은 순수한 수소를 연료로 하고, 공기를 산화제로 하여 작동된다.
수소는 전해 장치(60)를 통해 발생하며, 이 전해 장치의 전기 입력단이 상세히 도시되지 않은 스위치와 정류기(80)를 통해 제1 부분 회로망(43)뿐 아니라 제2 부분 회로망(44)과도 연결될 수 있기 때문에, 추가의 전기 부하 장치를 의미한다.
전해 장치(60)에 의해 발생한 수소를 임시 저장하기 위해, 선박(41)은 수소 탱크(61)를 포함하며, 이 수소 탱크는 발생한 수소를 수소 탱크로 공급하기 위해 전해 장치(60)의 수소 배출구와 연결된다.
연료 전지 시스템(50)도 수소 탱크(61)와 연결되며, 그럼으로써 연료 전지 시스템(50)에는 수소 탱크(61)로부터 수소가 공급될 수 있다. 그 밖에도, 연료 전지 시스템(50)에는 선박의 주변 공기가 산화제로서 공급될 수 있다.
수소 탱크(61)를 위한 공간 수요를 줄이기 위해, 수소를 수소 탱크(61)로 공급하기 전에 수소를 압축하고, 그리고/또는 액화하기 위한, 상세히 도시되지 않은 컴프레서 및/또는 냉각 장치가 제공될 수 있다. 또한, 저장된 수소를 연료 전지 시스템(50)으로 공급하기 전에 상기 저장된 수소를 처리(예: 압축 해제 및/또는 증발)하기 위한 상응하는 장치도 제공될 수 있다.
또한, 선박(41)은 전해 장치를 위한 물을 저장하기 위해 전해 장치(60)의 급수 유입구와 연결된 물 탱크(63)도 포함한다. 물 탱크(63)는 이 물 탱크(63)로 연료 전지들의 반응 생성수를 공급하기 위해 연료 전지 시스템(50)과 연결된다. 전해 장치(60)에 의해 발생한 산소는 산소 탱크(62)에 저장될 수 있고, 다른 용도로, 예컨대 연료 전지 시스템(50)에 공급된 공기의 산소 농후화를 위해 제공될 수 있다.
이 경우, 전해 장치(60)의 에너지 소모는 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(70)를 통해 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어될 수 있으며, 그에 따라 소정의 시점에 회로망(42)에서 가용한 전기 에너지에 적합하게 최적으로 조정될 수 있다.
이 경우, 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(70)는, 디젤 엔진들(47)이 사전 설정된 작동점, 특히 최적의 효율을 갖는 작동점에서 작동하는 방식으로, 전해 장치(60)의 에너지 소모를 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어하도록 구성된 제1 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 기능부(71)를 포함한다.
특히, 폐열 회수 시스템(84)을 통해 발생한 전체 전기 에너지가 전해 장치(60) 및 다른 전기 부하 장치들(51, 53)에 의해 사용되도록, 전해 장치(60)의 에너지 소모를 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어할 수 있다. 이 경우, 상황에 따라 존재할 수 있는 잉여 에너지가 전해 장치(60)를 통해 수소와 산소로 변환될 수 있고, 그럼으로써 소실되지 않게 된다. 그럼으로써 전체 시스템의 효율이 최적화될 수 있다.
또한, 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 장치(70)는 필요한 수소량에 따라서, 발전기들(46, 82)을 통한 에너지 발생과, 모터들(51), 여타 전기 부하 장치들(53) 및 전해 장치(60)의 에너지 소모를 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어하도록, 특히 전해 장치(60)가 수소 발생이 최대인 작동점에서 작동함으로써 시간 단위당 최대 수소량이 발생하는 방식으로, 상기 에너지 발생 및 에너지 소모를 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어하도록 구성된 제2 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 기능부(72)를 포함한다. 선박(51)에 대해 예컨대 단시간 이내에, 최대한 장시간의 연료 전지 전류 공급 및 그에 따른 최대한 많은 저장량의 수소 및 산소가 제공되어야 하는 상대적으로 장시간의 항구 정박, 또는 배출가스에 민감한 수역에서의 정박이 계획되어 있다면, 제2 개회로 제어 및/또는 폐회로 제어 기능부(72)는, 전해 장치(60)에 의해 최대로 사용될 수 있는 에너지가 전해 장치에 제공되게 함으로써, 전해 장치가 최단 시간 이내에 최대한 많은 수소 및 산소 수율을 발생시키도록 한다. 이 경우, 전해 장치(60)에 비해 다른 전기 부하 장치들의 전기 소모량이 감소되어야 한다.

Claims (16)

  1. 부유 또는 잠수 설비(1)이며,
    - 상기 설비(1)에서 전기 부하 장치들(11, 13)을 위한 전기 에너지를 발생시키기 위해, 수소를 연료로 하여 작동될 수 있는 연료 전지들(10)과,
    - 전기 에너지를 이용하여 물을 전기 분해함으로써 연료 전지들(10)을 위한 수소를 발생시키기 위한 전해 장치(20)와,
    - 상기 전해 장치(20)에 의해 발생한 수소를 연료 전지들(10)로 공급하기 전에 저장하기 위한 수소 탱크(21)를 구비하는 부유 또는 잠수 설비에 있어서,
    - 전해 장치(20)용 전기 에너지를 발생시키기 위해 하나 이상의 구동 기계(7)와 이 구동 기계(7)에 의해 구동되는 발전기(6)를 구비하고,
    발전기(6)는 전기 부하 장치들(11, 13)에 전기 에너지를 공급하기 위해 상기 전기 부하 장치들과 연결될 수 있거나, 연결되어 있고,
    발전기(6)와, 연료 전지들(10)과, 전해 장치(20)와, 전기 부하 장치들(11, 13)은 공통의 전기 회로망(2)에 연결되며,
    전기 회로망(2)은 전해 장치(20)에 연결될 수 있거나 연결되어 있는 직류 회로망을 포함하는 것을 특징으로 하는, 부유 또는 잠수 설비(1).
  2. 제1항에 있어서, 전해 장치(20)에 의해 발생한 산소를 연료 전지들(10)로 공급하기 전에 저장하기 위한 산소 탱크(22)를 구비한 것을 특징으로 하는, 부유 또는 잠수 설비(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전해 장치(20)의 전기 분해를 위한 물을 저장하기 위한 물 탱크(23)를 구비한 것을 특징으로 하는, 부유 또는 잠수 설비(1).
  4. 제3항에 있어서, 연료 전지들(10)은 물 탱크(23)로 연료 전지들(10)의 반응 생성수를 공급하기 위해 상기 물 탱크(23)와 연결되는 것을 특징으로 하는, 부유 또는 잠수 설비(1).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수소 또는 산소를 수소 탱크(21) 또는 산소 탱크(22)로 각각 공급하기 전에 압축 또는 액화하기 위한 컴프레서 또는 냉각 장치(26)를 구비한 것을 특징으로 하는, 부유 또는 잠수 설비(1).
  6. 삭제
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 발전기(6)는 정류기(8)를 통해 전해 장치(20)와 연결될 수 있거나, 연결되어 있는 것을 특징으로 하는, 부유 또는 잠수 설비(1).
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 발전기(6)에 병렬로 배터리(9)가 연결되는 것을 특징으로 하는, 부유 또는 잠수 설비(1).
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전해 장치(20)의 에너지 소모는 개회로 제어 또는 폐회로 제어 장치(30)를 통해 개회로 제어 또는 폐회로 제어될 수 있는 것을 특징으로 하는, 부유 또는 잠수 설비(1).
  12. 제11항에 있어서, 개회로 제어 또는 폐회로 제어 장치(30)는, 전해 장치(20)용 전기 에너지를 발생시키기 위한 발전기(6)를 구동하기 위한 구동 기계(7)가 사전 설정된 방식으로 작동하도록, 상기 전해 장치(20)의 에너지 소모를 개회로 제어 또는 폐회로 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 부유 또는 잠수 설비(1).
  13. 제11항에 있어서, 개회로 제어 또는 폐회로 제어 장치(30)는, 필요한 수소량 또는 산소량에 따라서, 하나 이상의 발전기(6)를 통한 에너지 발생과, 전기 부하 장치들(11, 13) 및 전해 장치(20)의 에너지 소모를 개회로 제어 또는 폐회로 제어하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 부유 또는 잠수 설비(1).
  14. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전해 장치(20)는 연료 전지들(10) 중 일부 또는 모두를 포함하고, 상기 연료 전지(10)는 전기 분해 작동 중에 수소 및 산소를 발생시키는 것을 특징으로 하는, 부유 또는 잠수 설비(1).
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서, 전해 장치(20)와 산소 탱크(22) 중 하나 또는 둘 다 상기 부유 또는 잠수 설비(1)의 공기 조절 시스템(25)으로 산소를 공급하기 위해 상기 공기 조절 시스템에 연결되는 것을 특징으로 하는, 부유 또는 잠수 설비(1).
  16. 삭제
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