KR101704912B1 - Ship - Google Patents

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오태영
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Abstract

The present invention relates to a ship comprising: a raw material supply unit supplying raw materials; a raw water supply unit supplying raw water; a fuel cell system generating electricity by using the raw materials supplied from the raw material supply unit and raw water supplied from the raw water supply unit; and a power conversion unit converting direct current (DC), outputted from the fuel cell system, to alternative current (AC). According to the present invention, the ship can reduce installation costs and increase space availability.

Description

선박{SHIP}Ship {SHIP}

본 발명은 환경 친화적인 선박에 관한 것이다.The present invention relates to an environmentally friendly vessel.

일반적으로 전체 에너지의 대부분은 화석연료로부터 얻고 있다. 그런데 화석연료의 매장량은 제한되어 있고, 화석연료의 사용은 대기오염 및 산성비, 지구 온난화 등 환경에 심각한 영향을 미치고 있다. 이러한 화석연료의 사용에 따른 문제점을 해결하기 위하여 환경 친화적인 발전시스템이 개발되고 있다. In general, most of the total energy comes from fossil fuels. However, the reserves of fossil fuels are limited, and the use of fossil fuels has serious effects on the environment such as air pollution, acid rain, and global warming. Environmentally friendly power generation systems have been developed to solve the problems associated with the use of such fossil fuels.

환경 친화적인 발전시스템에는 햇빛, 물, 지열, 강수, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 발전시스템이 있다. 또한, 환경 친화적인 발전시스템에는 화석연료를 변환하거나 수소와 산소 등의 화학 반응을 통해 전기를 생산하는 발전시스템이 있다. Environmentally friendly power generation systems include power generation systems that produce electricity by converting renewable energy, including sunlight, water, geothermal, precipitation, and bio-organisms. An environmentally friendly power generation system also includes a power generation system that converts fossil fuels or produces electricity through chemical reactions such as hydrogen and oxygen.

연료전지 시스템은 연료 예를 들어, 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소 등을 이용하여 산소 등의 산화제와의 반응을 통해 직접 전기 에너지를 생산하는 연료전지(FUEL CELL)를 포함하는 시스템이다. 탄화수소 계열의 물질은 예를 들어, NG(천연가스), LPG(액화석유가스), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 가솔린, 디메틸에테르 등을 포함한다. A fuel cell system is a system that includes a fuel cell (FUEL CELL) that directly produces electrical energy through reaction with an oxidizing agent such as oxygen using, for example, hydrogen contained in a hydrocarbon-based material. Substance hydrocarbons include, for example, NG (natural gas), LPG (liquefied petroleum gas), methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH), petrol, dimethyl ether and the like.

연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 알칼리 연료전지(AFC, Alkaline Fuel Cell), 인산형 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), 용융탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), 고분자전해질 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 직접메탄올 연료전지(DMFC, Direct Methanol Fuel Cell) 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동되지만 운전온도, 전해질, 발전효율, 발전성능이 서로 다르다.Alkaline fuel cell (AFC), phosphoric acid fuel cell (PAFC), molten carbonate fuel cell (MCFC), solid oxide fuel cell (MCFC), and solid oxide fuel cell (SOFC), a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), and a direct methanol fuel cell (DMFC). Each of these fuel cells operates on essentially the same principle, but the operating temperature, electrolyte, power generation efficiency, and power generation performance are different.

종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 연료전지에 필요한 수소를 공급하기 위해 LNG를 별도의 가열장치를 이용하여 기화시킨다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 다음과 같은 문제점이 발생한다.A conventional fuel cell system vaporizes LNG using a separate heating device to supply hydrogen required for the fuel cell. Accordingly, the conventional fuel cell system has the following problems.

첫째, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 LNG를 기화시키기 위해 가열장치에도 연료나 전기를 공급해야 한다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 연료전지 및 가열장치에 연료를 나누어 공급하거나 외부에서 전기를 공급해야 하므로 전기 생산량이 감소되고, 전기 생산 효율이 저하되는 문제가 있다.First, the conventional fuel cell system needs to supply fuel or electricity to the heating device to vaporize the LNG. Accordingly, the fuel cell system according to the related art has a problem that the amount of electricity to be produced is reduced and the electricity production efficiency is lowered because the fuel is supplied to the fuel cell and the heating device separately or separately from the outside.

둘째, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 LNG를 기화시키기 위한 별도의 가열장치를 설치해야 하므로 가열장치 설치비용이 상승하게 된다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 전기를 생산하기 위한 구축 비용이 상승하게 되는 문제가 있다.Second, the fuel cell system according to the related art requires a separate heating device for vaporizing the LNG, which increases the installation cost of the heating device. Accordingly, the fuel cell system according to the related art has a problem that the construction cost for producing electricity is increased.

셋째, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 LNG를 기화시키기 위한 가열장치 설치공간이 필요하다. 따라서, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 가열장치 설치로 인해 전기를 생성 및 저장하기 위한 다른 장치들의 공간이 협소해지는 문제가 있다.Third, the fuel cell system according to the prior art requires a space for installing a heater for vaporizing the LNG. Therefore, the fuel cell system according to the related art has a problem that the space of other devices for generating and storing electricity due to the installation of the heating device becomes narrow.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 설치 비용을 줄일 수 있고, 설치공간에 대한 공간 활용도를 높일 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a ship capable of reducing the installation cost and increasing the space utilization for the installation space.

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상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.In order to solve the above-described problems, the present invention can include the following configuration.

본 발명에 따른 선박은 원료를 공급하기 위한 원료 공급부; 원료수를 공급하기 위한 원료수 공급부; 상기 원료 공급부로부터 공급되는 원료 및 상기 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지 시스템; 및 상기 연료전지 시스템에서 출력되는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하고, 상기 연료전지 시스템은 원료 공급부로부터 공급되는 원료를 전처리하는 원료 처리부, 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 전처리하는 원료수 처리부, 상기 원료 처리부로부터 공급된 전처리된 연료 및 상기 원료수 처리부로부터 공급된 스팀(H20)을 개질반응시키는 개질기, 및 상기 개질기를 가열하기 위한 연소기를 포함하는 수소생성부; 상기 수소생성부로부터 공급되는 수소를 포함하는 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지; 및 상기 원료수 처리부로 회수되는 기화용 유체가 가열되도록, 상기 원료 처리부를 거친 기화용 유체 및 상기 연소기에서 배출되는 배기가스를 열교환시키는 열교환부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 원료수 처리부는 상기 원료 처리부에서 생성된 수소가 포함된 연료로 추진력을 발생시키는 가스엔진에서 배출되는 배기가스를 열원으로 공기 또는 기화용 유체를 가열하는 이코노마이저, 및 상기 이코노마이저에서 배출되는 기화용 유체로부터 수분을 분리하는 기수분리기를 포함하고, 상기 기화용 유체 중 일부는 상기 기수분리기와 상기 이코노마이저 간에 순환되면서 상기 가스엔진에서 배출되는 배기가스로부터 열을 회수하며, 상기 이코노마이저는 상기 열교환부에서 상기 기수분리기로 공급되는 기화용 유체를 가열할 수 있다.
본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 원료 처리부는 LNG 저장탱크에서 공급되는 원료를 증발시키는 LNG 증발기, 및 상기 LNG 증발기 내에 설치되는 기화기를 포함하고, 상기 기화기는 상기 기수분리기에서 상기 이코노마이저를 거친 기화용 유체를 열원으로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 선박은, 상기 연료전지 및 상기 연소기에 공기를 공급하기 위한 공기공급부를 포함하고, 상기 이코노마이저는 상기 공기공급부에서 상기 연료전지 및 상기 연소기로 공급되는 공기를 가열할 수 있다.
A ship according to the present invention comprises a raw material supply part for supplying a raw material; A raw water supply part for supplying raw water; A fuel cell system for generating electricity using raw material supplied from the raw material supply unit and raw material water supplied from the raw water supply unit; And a power conversion section for converting a direct current (DC) output from the fuel cell system into an alternating current (AC), wherein the fuel cell system includes a raw material processing section for pre-processing a raw material supplied from a raw material supply section, A reformer for reforming steam (H 2 0) supplied from the raw water treatment section, and a combustor for heating the reformer, wherein the reformer is a reformer for reforming the raw water, A hydrogen generator; A fuel cell that generates electricity using fuel including hydrogen supplied from the hydrogen generator; And a heat exchange unit for exchanging heat between the vaporization fluid passing through the raw material treatment unit and the exhaust gas discharged from the combustor so that the vaporization fluid recovered by the raw water treatment unit is heated.
In the vessel according to the present invention, the raw water water treatment section may include an economizer for heating the air or the vaporization fluid with the exhaust gas discharged from the gas engine generating the propulsion force by the fuel containing the hydrogen generated in the raw material treatment section, And a water separator for separating moisture from the vaporizing fluid discharged from the economizer, wherein part of the vaporizing fluid recovers heat from the exhaust gas discharged from the gas engine while circulating between the water separator and the economizer, The economizer may heat the vaporization fluid supplied to the water separator in the heat exchange section.
In the vessel according to the present invention, the raw material treatment section includes an LNG evaporator for evaporating the raw material supplied from the LNG storage tank, and a vaporizer installed in the LNG evaporator, and the vaporizer is connected to the vaporizer through the economizer The fluid can be used as a heat source.
The vessel according to the present invention includes an air supply unit for supplying air to the fuel cell and the combustor, and the economizer can heat the air supplied to the fuel cell and the combustor from the air supply unit.

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본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.According to the present invention, the following effects can be achieved.

본 발명은 연소기에서 발생하는 배기가스의 폐열을 이용하여 LNG를 기화시키기 위한 기화용 유체를 가열하도록 구현됨으로써, 전기 생산량 및 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.The present invention can be implemented to heat the vaporization fluid for vaporizing the LNG using the waste heat of the exhaust gas generated in the combustor, thereby improving the electric production amount and the electricity production efficiency.

본 발명은 연소기에서 발생하는 배기가스의 폐열을 이용하여 LNG를 기화시키기 위한 기화용 유체를 가열하도록 구현됨으로써, 전기를 생산하는데 소모되는 구축비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 설치공간에 대한 범용성을 높일 수 있다.The present invention is implemented to heat the vaporization fluid for vaporizing the LNG using the waste heat of the exhaust gas generated in the combustor, thereby reducing the construction cost consumed in producing electricity and increasing the versatility of the installation space .

도 1은 본 발명에 따른 전체 시스템의 개념적인 구성도
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도
도 3a, 도 3b는 본 발명에 사용되는 연료전지의 동작을 설명하기 위한 예시도로서, 도 3a는 고체산화물 연료전지(SOFC)의 개념적인 구성도
도 3b는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 개념적인 구성도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수소생성부를 설명하기 위한 예시도
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도
도 6 및 도 7은 도 5의 연료전지 시스템에 대한 실시예에 따른 구성도
도 8은 본 발명에 따른 선박의 일례를 나타낸 개략도
1 is a conceptual diagram of an overall system according to the present invention;
2 is a conceptual diagram of a fuel cell system according to the first embodiment of the present invention
FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining the operation of the fuel cell used in the present invention. FIG. 3A is a conceptual diagram of a solid oxide fuel cell (SOFC)
3B is a conceptual diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC)
4 is an exemplary diagram for explaining a hydrogen generator according to an embodiment of the present invention.
5 is a conceptual configuration diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention
FIGS. 6 and 7 are schematic diagrams according to an embodiment of the fuel cell system of FIG.
8 is a schematic view showing an example of a ship according to the present invention

이하에서는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the fuel cell system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 전체 시스템의 개념적인 구성도, 도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도, 도 3a, 도 3b는 본 발명에 사용되는 연료전지의 동작을 설명하기 위한 예시도로서, 도 3a는 고체산화물 연료전지(SOFC)의 개념적인 구성도, 도 3b는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 개념적인 구성도, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수소생성부를 설명하기 위한 예시도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. FIGS. 3A and 3B are views showing the structure of a fuel cell used in the present invention. Fig. 3 is a conceptual diagram of a solid oxide fuel cell (SOFC), Fig. 3 (b) is a conceptual diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hydrogen generating portion according to the present invention.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 발전시스템(100)에 적용되어 전기를 생산하는 기능을 담당한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)을 설명하기에 앞서, 상기 발전시스템(100)을 먼저 살펴보면, 다음과 같다.Referring to FIG. 1, a fuel cell system 200 according to the present invention is applied to a power generation system 100 to perform a function of generating electricity. Before describing the fuel cell system 200 according to the present invention, the power generation system 100 will be described first.

상기 발전시스템(100)은 원료 공급부(110), 원료수 공급부(120), 공기 공급부(130), 전력변환부(140), 및 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)을 포함한다.The power generation system 100 includes a raw material supply unit 110, a raw water supply unit 120, an air supply unit 130, a power conversion unit 140, and a fuel cell system 200 according to the present invention.

상기 원료 공급부(110)는 원료 저장탱크를 포함하며 상기 원료 저장탱크로부터 원료를 공급한다. 예를 들어, 원료는 탄화수소 계열의 물질로, LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 가솔린, 디메틸에테르, 메탄가스, 수소정제 오프가스, 순수소 등일 수 있다. The raw material supply unit 110 includes a raw material storage tank and supplies the raw material from the raw material storage tank. For example, the raw material is a material of a hydrocarbon series, LNG (liquefied natural gas), LPG (liquefied petroleum gas), methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH), petrol, dimethyl ether, methane, Hydrogen purification off-gas, pure hydrogen, or the like.

일례로, 상기 발전시스템(100)이 자동차에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 가스 저장탱크와 상기 가스 저장탱크로부터 가스를 공급하는 장치(예컨대, 펌프)를 포함하여 구현된다. 다른 예로, 상기 발전시스템(100)이 LNG 운반선에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 LNG 저장탱크와 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 제공하는 장치를 포함하여 구현된다. 또 다른 예로, 상기 발전시스템(100)이 디젤엔진 선박에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 디젤연료 저장탱크와 상기 디젤연료 저장탱크로부터 디젤연료를 공급하는 장치를 포함하여 구현될 수 있다. For example, when the power generation system 100 is applied to an automobile, the raw material supply unit 110 is implemented including a gas storage tank and a device (for example, a pump) for supplying gas from the gas storage tank. As another example, when the power generation system 100 is applied to an LNG carrier, the material supply unit 110 is implemented including an LNG storage tank and an apparatus for providing evaporative gas generated in the LNG storage tank. As another example, when the power generation system 100 is applied to a diesel engine ship, the raw material supply unit 110 may be implemented with a diesel fuel storage tank and a device for supplying diesel fuel from the diesel fuel storage tank .

상기 원료수 공급부(120)는 원료수 저장탱크와 상기 원료수 저장탱크로부터 원료수를 공급하는 장치(예컨대, 펌프)를 포함하여 구현될 수 있다. 원료수는 예를 들어, 상수(上水), 민물, 또는 해수일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 상수, 민물, 해수에서 불순물 제거 처리나 이온제거 처리된 물일 수 있다.The raw water supply part 120 may include a raw water storage tank and a device (for example, a pump) for supplying raw water from the raw water storage tank. The raw water may be, for example, water (constant water), fresh water, or seawater. In another example, the raw water may be impurity removal treatment or ion removal treatment in a constant, fresh, or seawater.

상기 공기 공급부(130)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 공기를 공급한다. 통상적으로 공기는 질소, 산소, 이산화탄소 등을 포함하는 기체를 의미하지만, 본 명세서에서는 공기에서 질소 또는 이산화탄소, 또는 두 기체 등 산소 이외의 모든 기체를 제거한 경우도 포함한다. 상기 공기 공급부(130)는 공기 저장탱크와 상기 공기 저장탱크로부터 공기를 공급하는 장치(예컨대, 블로워)를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 공기 공급부(130)는 외부공기를 공급받아 압축한 후 압축된 고압의 공기를 공급하거나 상압으로 공급하도록 구현될 수 있다. The air supply unit 130 supplies air to the fuel cell system 200 according to the present invention. Normally, air means a gas including nitrogen, oxygen, carbon dioxide and the like, but also includes the case where all gases other than oxygen such as nitrogen or carbon dioxide, or both gases are removed from the air. The air supply unit 130 may include an air storage tank and a device (for example, a blower) for supplying air from the air storage tank. As another example, the air supply unit 130 may be configured to supply external air and compress the high-pressure air, or supply the compressed high-pressure air at normal pressure.

상기 전력변환부(140)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에서 나오는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환한다. 상기 전력 변환부(140)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에서 나오는 출력전압을 승압 또는 감압하기 위한 DC-DC 컨버터 및 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 DC-AC 인버터 등으로 구성될 수 있다. 상기 전력변환부(140)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)으로부터 공급된 전기를 전력부하로 배출한다. 전력부하는, 예를 들어 선박의 경우 선박의 기본 전기설비 및 화물계통 전기설비 등과 같은 선박 내 전기설비일 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 전력변환부(140)는 에너지 저장장치, 예를 들어 배터리로 전기를 전송하여 저장하도록 구현될 수도 있다.The power conversion unit 140 converts the direct current (DC) output from the fuel cell system 200 according to the present invention into an alternating current (AC). The power conversion unit 140 includes a DC-DC converter for boosting or reducing the output voltage from the fuel cell system 200 according to the present invention, and a DC-AC converter for converting a direct current (DC) An inverter or the like. The power conversion unit 140 discharges the electric power supplied from the fuel cell system 200 according to the present invention to the electric power load. The electric power load may be, for example, in-ship electrical equipment such as a ship's basic electrical equipment and cargo-system electrical equipment in the case of a ship. Although not shown, the power conversion unit 140 may be implemented to transmit and store electricity to an energy storage device, for example, a battery.

본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료, 물(H2O), 및 공기를 이용하여 전기를 생산한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 가정이나 자동차와 같은 소형 구조물에 사용될 수 있고, 선박 등과 같이 대형 구조물에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 원료의 연소 에너지를 이용하는 디젤엔진, 가스엔진, 증기터빈, 가스터빈, 또는 랭킨 사이클(Rankine Cycle)과 연동하도록 구현될 수도 있다. The fuel cell system 200 according to the present invention produces electricity using fuel, water (H 2 O), and air. The fuel cell system 200 according to the present invention can be used in a small structure such as a home or an automobile, and can be used in a large structure such as a ship. The fuel cell system 200 according to the present invention may be implemented to operate in conjunction with a diesel engine, a gas engine, a steam turbine, a gas turbine, or a Rankine Cycle using the combustion energy of the raw material.

이하에서는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the fuel cell system 200 according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 및 수소생성부(400)를 포함한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210), 상기 수소생성부(400) 등을 포함한 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구현될 수도 있다. 본 명세서에서는 수소생성부(400)에 유입되는 것을 원료 및 원료수, 상기 수소생성부(400)에서 생성되어 연료전지(210)로 유입되는 것을 연료로 정의한다.Referring to FIG. 2, the fuel cell system 200 according to the first embodiment of the present invention includes a fuel cell 210, and a hydrogen generation unit 400. The fuel cell system 200 according to the present invention may be implemented by including a controller 250 for controlling all operations including the fuel cell 210, the hydrogen generator 400, and the like. In this specification, the raw material and the raw water, which are introduced into the hydrogen generator 400, and the fuel generated in the hydrogen generator 400 and introduced into the fuel cell 210 are defined as the fuel.

상기 연료전지(210)는 연료전지 스택(stack)을 포함하여 구현된다. 상기 연료전지 스택은 공기극(cathode)과 연료극(anode) 사이에 전해질(electrolyte)층이 형성되고, 연료극(anode)과 공기극(cathode)에는 수소공급 및 공기공급, 열회수를 위한 분리판(separator)이 설치되어 있는 단위전지 모듈을 필요수량만큼 직렬 연결된 형태로 구성된다.The fuel cell 210 is implemented including a fuel cell stack. The fuel cell stack has an electrolyte layer formed between a cathode and an anode and a separator for supplying hydrogen and supplying air and recovering heat to the anode and the cathode And the unit cell modules are connected in series by the required number of units.

상기 연료전지(210)는 온도센서와 온도 유지용 기기. 즉 히터나 공기극 팬과 연료극 팬, 냉각판 등을 포함할 수 있다. 상기 온도센서는 연료전지 스택의 온도, 공기극(cathode)의 온도, 연료극(anode)의 온도를 센싱한다. 상기 히터에 의해 연료전지를 가열하여 운전에 필요한 온도를 유지하도록 할 수 있다. 상기 공기극 팬은 연료전지 스택의 공기극(cathode)에서 발열한 열을 방열시킨다. 상기 연료극 팬은 연료전지 스택의 연료극(anode)에서 발열한 열을 방열시킨다. 상기 공기극 팬 및 연료극 팬은 연료전지 스택에 사용되는 열교환기의 일부 구성으로 구현될 수 있다.The fuel cell 210 is a temperature sensor and a device for maintaining temperature. That is, a heater or a cathode fan, a fuel electrode fan, a cooling plate, or the like. The temperature sensor senses the temperature of the fuel cell stack, the temperature of the cathode, and the temperature of the anode. The heater can heat the fuel cell to maintain the temperature required for the operation. The air cathode fan dissipates heat generated at the cathode of the fuel cell stack. The fuel electrode fan dissipates the heat generated from the anode of the fuel cell stack. The air cathode fan and the anode cathode fan may be implemented as a part of a heat exchanger used in a fuel cell stack.

본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)이 제어부(250)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 히터나 공기극 팬과 연료극 팬을 제어하여 상기 연료전지(210)의 운전온도를 적절하게 유지한다. 예를 들어, 제어부(250)는 인산형 연료전지(PAFC)의 경우 운전온도를 190∼210℃로 유지하며, 용융탄산염 연료전지(MCFC)의 경우 운전온도를 550∼650℃로 유지하며, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 경우 운전온도를 650∼1000℃로 유지하며, 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 경우 운전온도를 30∼80℃로 유지하도록 한다. When the fuel cell system 200 according to the present invention includes the control unit 250, the control unit 250 controls the heater, the cathode fan, and the anode electrode fan using the signal output from the temperature sensor, ) Is appropriately maintained. For example, the control unit 250 maintains the operating temperature of the phosphoric acid fuel cell (PAFC) at 190 to 210 ° C, maintains the operating temperature of the MCFC at 550 to 650 ° C, In the case of oxide fuel cells (SOFC), the operating temperature is maintained at 650 to 1000 ° C. For polymer electrolyte fuel cells (PEMFC), the operating temperature is maintained at 30 to 80 ° C.

이하, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 구비되는 연료전지(210)의 동작을 도 3a, 도 3b를 참조하여 설명하기로 한다. 도 3a는 고체산화물 연료전지(SOFC))의 개념적인 구성도이고, 도 3b는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 개념적인 구성도이다. Hereinafter, the operation of the fuel cell 210 included in the fuel cell system 200 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3A and 3B. FIG. 3A is a conceptual configuration diagram of a solid oxide fuel cell (SOFC)), and FIG. 3B is a conceptual configuration diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC).

먼저, 도 3a를 참조하면 고체산화물 연료전지(SOFC)(310)는 공기극(cathode)(311)에서 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소이온이 전해질(312)을 통해 연료극(anode)(313)으로 이동한다. 연료극(anode)(313)에서는 수소(H2)를 포함하는 연료가 유입되는데, 전해질(312)을 통해 연료극(anode)(313)으로 이동한 산소이온(O2 -)과 수소(H2)가 전기화학적으로 반응하여 물(H20)과 전자(e-)가 생성된다. 공기극(cathode)(311)에서는 전자가 소모되므로 공기극(cathode)(311)과 연료극(anode)(313)을 서로 연결하면 전기가 흐르게 된다.3A, a solid oxide fuel cell (SOFC) 310 includes a cathode 311, an anode 313, and a cathode 313. The anode 313 is connected to the anode 312 through an electrolyte 312, . The fuel containing hydrogen (H 2 ) flows in the anode 313 and oxygen ions (O 2 - ) and hydrogen (H 2 ) move to the anode 313 through the electrolyte 312. It reacts electrochemically with water (H 2 0) and the electron (e -) is generated. Since electrons are consumed in the cathode 311, electricity flows when the cathode 311 and the anode 313 are connected to each other.

고체산화물 연료전지(SOFC)(310)는 연료극(anode)(313)에 공급된 연료 중 포함될 수 있는 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2)와 같은 전기화학 미반응물질과 미반응 수소(H2)와 같은 잔여물질과 반응생성물인 물(액체 혹은 기체상태로서의 H20)을 배출한다. 또한, 고체산화물 연료전지(SOFC)(310)의 공기극(cathode)(311)에서는 미반응 산소 및 질소 등을 배출한다. The solid oxide fuel cell (SOFC) (310) is a fuel electrode (anode) (313) unreacted and electrochemical unreacted material as a the fuel carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2) that may be included in the feed to hydrogen (H 2 ) and to discharge the water (H 2 0 as a liquid or gaseous), such as residual material and reaction product. In addition, unreacted oxygen and nitrogen are discharged from the cathode 311 of the solid oxide fuel cell (SOFC) 310.

도 3b를 참조하면 고분자전해질 연료전지(PEMFC)(320)는 연료극(anode)(321)에 형성된 촉매층(322)에서 수소(H2)가 수소이온(H+)과 전자(e-)로 생성된다. 수소이온(H+)은 고분자 전해질막(Polymer Membrane)(323)을 통해 공기극(cathode)(324)으로 이동한다. 고분자전해질 연료전지(PEMFC)(320)는 공기극(cathode)(324)에 형성된 촉매층(325)에서 수소이온(H+)과 산소(O2)가 반응하여 물(H20)을 생산한다. 연료극(anode)(321)에 형성된 촉매층(322)과 공기극(cathode)(324)에 형성된 촉매층(325)을 서로 연결하면 전기가 흐르게 된다. Referring to FIG. 3B, the PEMFC 320 includes a catalyst layer 322 formed on the anode 321, and hydrogen (H 2 ) is generated as hydrogen ions (H + ) and electrons (e - do. The hydrogen ions H + move to the cathode 324 through the polymer electrolyte membrane 323. The polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) 320 reacts with hydrogen ions (H + ) and oxygen (O 2 ) in the catalyst layer 325 formed on the cathode 324 to produce water (H 2 O). When the catalyst layer 322 formed on the anode 321 and the catalyst layer 325 formed on the cathode 324 are connected to each other, electricity flows.

고분자전해질 연료전지(PEMFC)(320)는 연료극(anode)(321)의 촉매층(322)에서 미반응 수소(H2)와 같은 잔여물질을 배출한다. 또한, 고분자전해질 연료전지(PEMFC)(320)는 공기극(cathode)(324)에서 미반응 산소와 물(H20)을 배출한다.The polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) 320 discharges residual material such as unreacted hydrogen (H 2 ) from the catalyst layer 322 of the anode 321. The polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) 320 discharges unreacted oxygen and water (H 2 O) from the cathode 324.

그 외에 용융탄산염 연료전지(MCFC)는 연료극(anode)에서 수소(H2)와 탄산이온(CO3 2-)이 반응하여 물(H2O)과 이산화탄소(CO2), 전자(e-)가 생성된다. 생성된 이산화탄소(CO2)는 공기극(cathode)으로 보내지게 되고, 공기극(cathode)에서 이산화탄소(CO2)와 산소(O2)가 반응하여 탄산이온(C03 -2)을 생산한다. 탄산이온(C03 -2)은 전해질을 통해 연료극(anode)으로 이동한다. 용융탄산염 연료전지(MCFC)에서는 전기를 생성하는 과정에서 발생하는 이산화탄소(CO2)를 외부로 배출하지 않고 연료전지 내부에서 순환되도록 구현될 수 있다.Other molten carbonate fuel cell (MCFC) is a fuel electrode (anode) of hydrogen (H 2) and carbonate ions (CO 3 2-) in the reaction water (H 2 O) and carbon dioxide (CO 2), electron (e -) in the Is generated. The generated carbon dioxide (CO 2 ) is sent to the cathode, and carbon dioxide (CO 2 ) and oxygen (O 2 ) react with each other at the cathode to produce carbonate ion (CO 3 -2 ). Carbonate ions (CO 3 -2 ) migrate through the electrolyte to the anode. In a molten carbonate fuel cell (MCFC), carbon dioxide (CO 2 ) generated in the process of generating electricity can be implemented to be circulated in the fuel cell without being discharged to the outside.

도 2 및 도 4를 참고하면, 상기 수소생성부(400)는 원료를 이용하여 연료전지(210)의 연료극(anode)에 필요한 연료, 즉 수소(H2) 가스를 생성하는 장치를 포함한다. 본 명세서에서는 상기 수소생성부(400)에 유입되는 것을 원료 및 원료수, 상기 수소생성부(400)에서 생성되어 상기 연료전지(210)로 유입되는 것을 연료로 정의한다.2 and 4, the hydrogen generator 400 includes an apparatus for generating a fuel, that is, hydrogen (H 2 ) gas, necessary for the anode of the fuel cell 210 using the raw material. In this specification, the raw material and the raw water that are introduced into the hydrogen generating unit 400 and the fuel that is generated in the hydrogen generating unit 400 and flows into the fuel cell 210 are defined as the fuel.

수소생성부(400)는 연료전지(210)의 종류에 따라 또는 전기 생성 효율 향상을 위해 그 구조가 다양하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 상기 연료전지(210)가 용융탄산염 연료전지(MCFC) 또는 고체산화물 연료전지(SOFC)인 경우, 상기 수소생성부(400)는 개질기(Reformer)와 연소기를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 상기 연료전지(210)가 인산형 연료전지(PAFC) 또는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)인 경우 상기 수소생성부(400)는 개질기(Reformer)와 연소기 외에도 수성가스화반응기(Water Gas Shift reactor, WGS)를 더 포함하여 구현될 수 있다.The hydrogen generator 400 may be designed to have various structures depending on the type of the fuel cell 210 or to improve the electricity generation efficiency. For example, when the fuel cell 210 is a molten carbonate fuel cell (MCFC) or a solid oxide fuel cell (SOFC), the hydrogen generator 400 may include a reformer and a combustor . In another example, when the fuel cell 210 is a PAFC or a PEMFC, the hydrogen generator 400 may be a water gas shift reactor , ≪ / RTI > WGS).

상기 수성가스화반응기(WGS)는 고온 수성가스화반응기(HTS, High-Temperature Shift Reactor), 중온 수성가스화반응기(MTS, Mid-Temperature Shift Reactor), 저온 수성가스화반응기(LTS, Low-Temperature Shift Reactor), 또는 일산화탄소 제거기를 포함할 수 있다. 상기 일산화탄소 제거기는 일산화탄소(CO)만을 연소시켜 제거하는 선택적산화반응기(Preferential Oxidation, PROX), 또는 일산화탄소(CO)를 수소(H2)와 반응시켜 그 농도를 저감시키는 메탄화반응기를 포함할 수 있다.The water gasification reactor (WGS) may be a high temperature shift reactor (HTS), a mid-temperature shift reactor (MTS), a low-temperature shift reactor (LTS) Or a carbon monoxide remover. The carbon monoxide remover may include a selective oxidation reactor (PROX) for burning and removing only carbon monoxide (CO), or a methanation reactor for reducing carbon monoxide (CO) to hydrogen (H 2 ) .

도 4를 참고하여 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 수소생성부(400)의 일례를 살펴보면, 다음과 같다.Referring to FIG. 4, an example of the hydrogen generator 400 in the fuel cell system 200 according to an embodiment of the present invention will be described as follows.

상기 수소생성부(400)는 원료 처리부(410), 원료수 처리부(420), 개질기(Reformer)(430), 및 연소기(440)를 포함하여 구현될 수 있다. The hydrogen generator 400 may include a raw material processing unit 410, a raw material water processing unit 420, a reformer 430, and a combustor 440.

상기 원료 처리부(410)는 원료 저장탱크를 포함하는 원료 공급부로부터 공급되는 원료를 전처리한다. 예를 들어, 상기 원료 처리부(410)는 LNG 저장탱크에서 공급되는 액화천연가스를 증발시키는 LNG 증발기를 포함하여 구현될 수 있다. 원료가 해상 가스유(Marine Gas Oil, MGO), 해상 디젤유(Marine Diesel Oil, MDO), 일반 중유(Heavy Fuel Oil, HFO) 등과 같이 상대적으로 높은 분자량을 갖는 액상 원료인 경우, 상기 원료 처리부(410)는 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 또는 일반 중유(HFO)에 열을 가하는 히터와 상기 가열된 원료를 촉매 반응하여 메탄(CH4)을 생성하는 메탄화기를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 상기 원료 처리부(410)는 원료에 포함된 황화합물 및 불순물을 제거하는 필터나 황화물을 제거하는 탈황기를 포함하여 구현될 수 있다. The raw material processing unit 410 preprocesses the raw material supplied from the raw material supply unit including the raw material storage tank. For example, the raw material processing unit 410 may include an LNG evaporator for evaporating the liquefied natural gas supplied from the LNG storage tank. When the raw material is a liquid raw material having a relatively high molecular weight such as Marine Gas Oil (MGO), Marine Diesel Oil (MDO), Heavy Fuel Oil (HFO), etc., 410) including the methane flame for generating a marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), or the general fuel oil (HFO) methane by the reaction of the heated raw material and the heater applies heat the catalyst to the (CH 4) Can be implemented. In addition, the raw material treatment unit 410 may include a filter for removing sulfur compounds and impurities contained in the raw material, and a desulfurizer for removing sulfide.

상기 원료수 처리부(420)는 원료수 저장탱크를 포함하는 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 전처리한다. 상기 원료수 처리부(420)는 예를 들어, 원료수를 가열하여 스팀(H20)을 생성하고, 상기 스팀(H20)을 개질기(Reformer)로 공급한다. 상기 원료수 처리부(420)는 예를 들어, 연소기(440)에서 발생하는 배기가스의 폐열로 원료수를 가열하는 열교환기를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 상기 원료수 처리부(420)는 연료전지 시스템의 배기가스나 증기 내에 포함된 수분(물방울)을 분리하는 기수분리기(steam separator)를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 상기 원료수 처리부(420)는 원료수를 연료전지 시스템에서 요구하는 순도를 유지하기 위해 활성탄, 이온제거용 수지 등을 이용할 수도 있으며, 이를 측정하는 센서 및 제어 시스템을 포함할 수 있다. 또한, 원료수 처리부(420)에 일정 수준의 수량을 유지하기 위한 외부 물 공급 라인 및 시스템을 포함할 수 있다. The raw water treatment unit 420 prepares the raw water supplied from the raw water supply unit including the raw water storage tank. The raw water water treatment unit 420 generates steam H 2 0 by heating the raw water and supplies the steam H 2 0 to a reformer. The raw water water treatment unit 420 may include a heat exchanger for heating the raw water to the waste heat of the exhaust gas generated in the combustor 440, for example. The raw water water treatment unit 420 may include a steam separator for separating moisture (water droplets) contained in the exhaust gas or steam of the fuel cell system. In addition, the raw water treatment unit 420 may use activated carbon, ion removal resin, or the like to maintain the purity required for the raw material water in the fuel cell system, and may include a sensor and a control system for measuring the same. In addition, an external water supply line and a system for maintaining a predetermined level of water in the water supply unit 420 may be included.

상기 개질기(Reformer)(430)는 상기 원료 처리부(410)로부터 공급된 전처리된 연료 및 상기 원료수 처리부(420)로부터 공급된 스팀(H20)의 개질반응을 진행하여 수소(H2)를 포함하는 개질가스를 발생시킨다. 이러한 개질반응을 진행함에 있어서, 상기 개질기(430)는 상기 연소기(440)에서 제공되는 열 에너지를 이용할 수 있다. 이하 본 명세서에서는 상기 개질기(430)에서 나오는 개질가스를 연료로 정의한다.The reformer 430 reforms the pre-treated fuel supplied from the raw material treatment unit 410 and the steam H 2 0 supplied from the raw water treatment unit 420 to supply hydrogen (H 2 ) Thereby generating a reforming gas. In the reforming reaction, the reformer 430 may use thermal energy provided by the combustor 440. Hereinafter, the reforming gas from the reformer 430 is defined as fuel.

상기 개질기(Reformer)(430)는 개질반응을 촉발시키는 개질촉매층을 포함하여 구현된다. 개질촉매층은 개질촉매가 담체에 담지된 촉매를 충전한 구조로 이루어진다. 개질촉매는 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 백금(Pt) 등으로 이루어지며, 촉매를 담지하는 담체의 형상은, 예컨대 입상, 펠릿형상 및 허니컴형상 등이 될 수 있고, 담체를 구성하는 재료는 세라믹, 내열성금속 등, 예컨대 알루미나(Al2O3)나 티타니아(TiO2) 등이 될 수 있다.The reformer 430 is implemented with a reforming catalyst layer that triggers a reforming reaction. The reforming catalyst layer has a structure in which the reforming catalyst is packed with a catalyst supported on the carrier. The reforming catalyst is composed of nickel (Ni), ruthenium (Ru), platinum (Pt) or the like. The shape of the carrier carrying the catalyst may be, for example, granular, pellet or honeycomb, Resistant metal such as alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), or the like.

본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 개질기(330)는 상기 연료전지(210)의 외부에 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 연료전지(210)는 외부 개질형으로 구현된다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 개질기(330)는 상기 연료전지(210)의 내부에 개질촉매층의 형태로 설치될 수도 있다. 이 경우, 상기 연료전지(210)는 내부 개질형으로 구현된다.In the fuel cell system 200 according to the present invention, the reformer 330 may be installed outside the fuel cell 210. In this case, the fuel cell 210 is implemented as an external reforming type. In the fuel cell system 200 according to the present invention, the reformer 330 may be installed inside the fuel cell 210 in the form of a reforming catalyst layer. In this case, the fuel cell 210 is implemented as an internal reforming type.

상기 연소기(440)는 상기 개질기(Reformer)(430)에서 개질반응이 원활하게 진행되도록 열을 제공한다. 상기 연소기(440)에 의한 개질기 가열온도가 낮은 경우, 상기 개질기(Reformer)(430)의 흡열반응에 의한 개질반응이 잘 진행되지 않으며 수분(물방울)이 상기 개질기(Reformer)(430) 내에 발생한다. 상기 연소기(440)의 가열온도가 높은 경우 상기 개질기(Reformer)(430)의 개질촉매층의 촉매활성이 저하될 수 있다. The combustor 440 provides heat to the reformer 430 to smoothly perform the reforming reaction. When the reformer heating temperature by the combustor 440 is low, the reforming reaction by the endothermic reaction of the reformer 430 does not progress well and moisture (water droplets) is generated in the reformer 430 . If the heating temperature of the combustor 440 is high, the catalytic activity of the reforming catalyst layer of the reformer 430 may be lowered.

상기 연소기(440)는 시스템 전체의 효율을 향상시키기 위해, 상기 원료 처리부(410)에서 전처리된 원료, 상기 연료전지(210)의 연료전지 스택의 연료극(anode)에서 배출되는 배기가스, 또는 그 둘을 혼합한 것을 연료로 사용할 수 있다. 상기 연소기(440)는 공기 공급부(130, 도 1에 도시됨)에서 공급되는 공기를 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 연소기(440)는 추가로 상기 연료전지(210)의 연료전지 스택이 갖는 공기극(cathode)에서 배출되는 공기를 사용할 수 있다.The combustor 440 is connected to the raw material pretreated in the raw material treatment section 410, the exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell stack of the fuel cell 210, Can be used as the fuel. The combustor 440 may use air supplied from the air supply unit 130 (shown in FIG. 1). In the fuel cell system 200 according to the present invention, the combustor 440 may further use air discharged from the cathode of the fuel cell stack of the fuel cell 210.

도시하지 않았지만, 상기 수소생성부(400)는 하나 이상의 온도센서를 더 포함할 수 있으며, 상기 온도센서는 개질기(Reformer)(430)의 온도를 검출한다. 상기 개질기(Reformer)(430)의 온도는 상기 개질기(Reformer)(430)의 구성 및 상기 원료 처리부(410)에서 전처리된 연료와 스팀(H20)과의 혼합비율 등의 조건에 의해서 최적 온도 범위가 변화한다. 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 시스템(200)이 상기 제어부(250, 도 2에 도시됨)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 연소기(440)의 원료 연소량을 증감시켜 상기 개질기(Reformer)(430)의 온도를 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(250)는 최적 온도 범위에 대하여 ±20℃ 정도의 범위 내로 제어하도록 구현될 수 있다. Although not shown, the hydrogen generator 400 may further include at least one temperature sensor, which detects the temperature of the reformer 430. The temperature of the reformer (Reformer) (430) has an optimum temperature by the conditions such as the reformer (Reformer) (430) configuration, and mixing ratio of the fuel and steam (H 2 0) pre-treatment in the raw material processing unit 410 of the The range changes. When the fuel cell system 200 according to an embodiment of the present invention includes the control unit 250 (shown in FIG. 2), the controller 250 controls the combustor 440 The temperature of the reformer 430 is controlled by increasing or decreasing the amount of raw material combustion. For example, the controller 250 may be configured to control the temperature within a range of about ± 20 ° C. with respect to the optimum temperature range.

여기서, 상기 개질기(Reformer)(430)에서 개질반응을 통해 발생하는 가스에는 수소(H2)뿐 아니라 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 등이 포함된다. 상기 연료전지(210)가 고분자전해질 연료전지(PEMFC)인 경우 일산화탄소(CO)는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 연료전지 스택의 전극 촉매를 피독하여 연료전지(210)의 수명을 단축시킨다. 이에 일산화탄소(CO)의 농도를 10 ∼ 20 ppm 이하로 줄이기 위해, 상기 수소생성부(400)는 수성가스화반응기(WGS)(450)를 더 포함할 수 있다.Here, the gas generated through the reforming reaction in the reformer 430 includes not only hydrogen (H 2 ) but also carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), and the like. When the fuel cell 210 is a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), carbon monoxide (CO) poisons the electrode catalyst of the fuel cell stack of the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) to shorten the life of the fuel cell 210. In order to reduce the concentration of carbon monoxide (CO) to 10-20 ppm or less, the hydrogen generating unit 400 may further include a water gasification reactor (WGS) 450.

상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 일산화탄소(CO)와 스팀(H20)을 반응시켜 이산화탄소(CO2)와 수소(H2)를 생산한다. 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 도 4에 도시한 바와 같이 고온 수성가스화반응기(HTS)와 저온 수성가스화반응기(LTS)를 포함하여 구현될 수 있다. The water gasification reactor (WGS) 450 reacts with carbon monoxide (CO) and steam (H 2 O) to produce carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ). The water gasification reactor (WGS) 450 may be implemented with a high temperature aqueous gasification reactor (HTS) and a low temperature aqueous gasification reactor (LTS) as shown in FIG.

상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)의 최적 온도는 사용하는 촉매의 종류에 따라 다르고, 제어온도의 평형에 의해서 배출되는 가스의 조성이 결정된다. 도 4에 도시하지 않았지만, 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)에는 각각 냉각기와 온도센서가 설치될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 시스템(200)이 제어부(250, 도 2에 도시됨)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 냉각기를 제어함으로써 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)의 온도를 제어한다. 예를 들어, 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)는 300∼430℃ 범위 내에서 제어되고, 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)는 200∼250℃ 범위 내에서 제어된다. The optimum temperature of the high temperature aqueous gasification reactor (HTS) and the low temperature aqueous gasification reactor (LTS) varies depending on the type of the catalyst used and the composition of the gas discharged by the equilibrium of the control temperature is determined. Although not shown in FIG. 4, a cooler and a temperature sensor may be installed in the high temperature aqueous gasification reactor (HTS) and the low temperature aqueous gasification reactor (LTS), respectively. In the case where the fuel cell system 200 according to the embodiment of the present invention includes the controller 250 (shown in FIG. 2), the controller 250 controls the cooler using the signal output from the temperature sensor, Temperature gasification reactor (HTS) and the low temperature aqueous gasification reactor (LTS). For example, the high temperature aqueous gasification reactor (HTS) is controlled within a range of 300 to 430 ° C, and the low temperature aqueous gasification reactor (LTS) is controlled within a range of 200 to 250 ° C.

도시되지 않았지만, 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 일산화탄소 제거기를 포함할 수 있다. 일산화탄소 제거기는 저온 수성가스화반응기(LTS) 후단에 저온 수성가스화반응기(LTS)에서 완전히 처리되지 않고 남은 극소량의 일산화탄소(CO)를 제거한다. 상기 일산화탄소 제거기는 공기공급부로부터 공기를 공급받아 저온 수성가스화반응기(LTS)에서 배출되는 가스 중 일산화탄소(CO)만을 연소시켜 제거하는 선택적산화반응기(Preferential Oxidation, PROX), 또는 일산화탄소(CO)를 수소(H2)와 반응시켜 그 농도를 저감시키는 메탄화반응기를 포함할 수 있다. Although not shown, the water gasification reactor (WGS) 450 may include a carbon monoxide remover. The carbon monoxide remover removes a very small amount of carbon monoxide (CO) that is not completely treated in the low temperature aqueous gasification reactor (LTS) at the end of the low temperature water gasification reactor (LTS). The carbon monoxide remover includes a selective oxidation unit (PROX), which receives air from an air supply unit and burns only the carbon monoxide (CO) in the gas discharged from the low temperature aqueous gasification reactor (LTS) H 2 ) to reduce the concentration thereof.

상기 선택적산화반응기(PROX)는 냉각기와 온도센서가 설치된다. 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 시스템(200)이 상기 제어부(250, 도 2에 도시됨)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 냉각기를 제어함으로써 선택적산화반응기(PROX)의 온도를 제어한다. 예를 들어, 상기 선택적산화반응기(PROX)는 120∼160℃ 범위 내에서 제어된다. 그러나, 상기 선택적산화반응기(PROX)의 최적 온도는 사용하는 촉매의 종류 및 사용방법 등의 조건에 따라 다르게 설정된다. The selective oxidation reactor (PROX) is equipped with a cooler and a temperature sensor. When the fuel cell system 200 according to an embodiment of the present invention includes the controller 250 (shown in FIG. 2), the controller 250 controls the cooler using a signal output from the temperature sensor The temperature of the selective oxidation reactor (PROX) is controlled. For example, the selective oxidation reactor (PROX) is controlled within the range of 120 to 160 占 폚. However, the optimal temperature of the selective oxidation reactor (PROX) is set differently depending on conditions such as the type of catalyst used and the method of use.

상기 선택적산화반응기(PROX)의 촉매층은 선택적산화촉매를 담지하는 담체가 충전된 구조로 이루어진다. 선택적산화촉매는 백금(Pt) 등으로 이루어지며, 촉매를 담지하는 담체의 형상은, 예컨대 입상, 펠릿형상 및 허니컴형상 등이 될 수 있고, 담체를 구성하는 재료는 예컨대 알루미나(Al2O3), 산화마그네슘(MgO) 등이 될 수 있다.The catalyst layer of the selective oxidation reactor (PROX) comprises a structure filled with a carrier for supporting a selective oxidation catalyst. The selective oxidation catalyst is made of platinum (Pt) or the like, and the shape of the support carrying the catalyst may be, for example, a granular shape, a pellet shape, a honeycomb shape, etc. The material constituting the support may be alumina (Al 2 O 3 ) , Magnesium oxide (MgO), and the like.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a fuel cell system 200 according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도, 도 6 및 도 7은 도 5의 연료전지 시스템에 대한 실시예에 따른 구성도이다. 여기서, 도 1 내지 도 4와 동일한 구성은 동일한 도면부호를 사용한다.FIG. 5 is a conceptual configuration diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention, and FIGS. 6 and 7 are block diagrams according to an embodiment of the fuel cell system of FIG. 1 to 4, the same reference numerals are used.

도 5 내지 도 7을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 수소생성부(400), 및 열교환부(500)를 포함한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210), 상기 수소생성부(400), 및 상기 열교환부(500) 등을 포함한 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구현될 수도 있다.5 to 7, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention includes a fuel cell 210, a hydrogen generator 400, and a heat exchanger 500. The fuel cell system 200 according to the present invention includes a control unit 250 for controlling operations of all the components including the fuel cell 210, the hydrogen generating unit 400, and the heat exchanging unit 500 .

상기 연료전지(210)는 상기 수소생성부(400)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아 전기 화학 반응을 통해 전기를 생산할 수 있다. 상기 연료전지(210)는 1개 또는 복수개의 연료전지 모듈로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 연료전지(210)는 알칼리 연료전지(AFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 및 직접메탄올 연료전지(DMFC) 중 적어도 하나의 연료전지를 포함할 수 있다.The fuel cell 210 is supplied with the hydrogen-containing fuel from the hydrogen generator 400 and can generate electricity through an electrochemical reaction. The fuel cell 210 may include one or more fuel cell modules. For example, the fuel cell 210 may be an alkaline fuel cell (AFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) And a methanol fuel cell (DMFC).

상기 수소생성부(400)는 원료 처리부(410), 원료수 처리부(420), 개질기(430), 및 연소기(440)를 포함하여 구현될 수 있다. 상기 수소생성부(400)는 상기 원료 공급부(110)로부터 LNG를 공급받고, 상기 원료수 공급부(120)로부터 물을 공급받아 상기 연료전지(210)에 필요한 수소가 포함된 연료를 생성한다. 도시하지 않았지만, 상기 수소생성부(400)는 상기 개질기(430)에서 상기 연료전지(210)에 공급하는 연료의 CO 농도를 낮추기 위해 수성가스화반응기(450)를 포함할 수도 있다. 상기 수소생성부(400)는 수소를 생성하는 과정에서 발생하는 폐열 및 상기 연료전지(210)에서 배출되는 폐열을 상기 열교환부(500)로 배출시킬 수 있다. 예컨대, 상기 수소 생성부(400)는 상기 연료전지(210)에서 배출되는 배기가스가 연소되는 상기 연소기(440)에서 배출되는 고온의 배기가스를 상기 열교환부(500)로 배출시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 열교환부(500)는 상기 연소기(440)에서 배출되는 폐열과 상기 LNG를 기화시키기 위한 기화용 유체를 열교환시킬 수 있다. 여기서, 상기 기화용 유체는 물 및 스팀(H20) 중 적어도 하나일 수 있다. 예컨대, 상기 기화용 유체가 물일 경우, 가열되면 스팀(H20)이 된다. 이 경우, 상기 스팀(H20)은 열을 흡수하고 있으므로 LNG를 기화시킬 수 있는 열원이 될 수 있다. 상기 기화용 유체가 스팀(H20)일 경우, 냉각되면 물이 된다. 상기 기화용 유체는 물과 스팀(H20)이 공존할 수도 있다.The hydrogen generator 400 may include a raw material processing unit 410, a raw water treatment unit 420, a reformer 430, and a combustor 440. The hydrogen generating unit 400 receives LNG from the raw material supplying unit 110 and supplies water from the raw water supplying unit 120 to generate fuel containing hydrogen necessary for the fuel cell 210. Although not shown, the hydrogen generator 400 may include an aqueous gasification reactor 450 to lower the CO concentration of the fuel supplied to the fuel cell 210 from the reformer 430. The hydrogen generator 400 may discharge the waste heat generated in the process of generating hydrogen and the waste heat discharged from the fuel cell 210 to the heat exchanger 500. For example, the hydrogen generator 400 may discharge the high-temperature exhaust gas discharged from the combustor 440 in which the exhaust gas discharged from the fuel cell 210 is combusted, to the heat exchanger 500. Accordingly, the heat exchange unit 500 can exchange heat between the waste heat discharged from the combustor 440 and the vaporization fluid for vaporizing the LNG. Here, the vaporization fluid may be at least one of water and steam (H 2 O). For example, when the above-mentioned vaporized liquid is water, when heating is steam (H 2 0). In this case, since the steam (H 2 0) absorbs heat, it can be a heat source capable of vaporizing LNG. When the vaporization fluid is steam (H 2 O), it becomes water when cooled. The vaporization fluid may coexist with water and steam (H 2 O).

상기 열교환부(500)는 상기 원료 처리부(410) 및 상기 원료수 처리부(420) 사이에 설치된다. 상기 열교환부(500)는 상기 원료 처리부(410)를 거친 기화용 유체 및 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스를 열교환시킨다. 이 경우, 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스는 상기 원료 처리부(410)를 거친 기화용 유체를 가열하는 열원이 된다. 상기 기화용 유체는 상기 원료 처리부(410)에서 원료를 기화시키고 상기 원료수 처리부(420)로 공급된다. 여기서, 상기 기화용 유체는 스팀(H20)이고, 상기 원료는 LNG일 수 있다. 상기 원료 처리부(410)에 공급된 기화용 유체는 상기 원료 처리부(410)에서 LNG를 기화시킨 후 냉각되어 상기 원료 처리부(410)에서 배출된다. 이에 따라, 상기 원료 처리부(410)를 거친 기화용 유체는 물의 양이 스팀(H20)의 양보다 더 많을 수 있다. 상기 열교환부(500)는 상기 원료 처리부(410)를 거친 기화용 유체 및 상기 연소기(440)에서 배출되는 고온의 배기가스를 열교환시킨다. 이에 따라, 상기 원료 처리부(410)를 거치면서 냉각된 물은 상기 열교환부(500)에서 상기 연소기(440)에서 배출되는 고온의 배기가스에 의해 가열되어 스팀(H20)으로 상변화된다. 따라서, 상기 열교환부(500)를 거친 기화용 유체는 스팀(H20)의 양이 물의 양보다 더 많게 된다. 상기 열교환부(500)를 거친 기화용 유체는 상기 원료수 처리부(420)로 공급된다. 여기서, 상기 원료 처리부(410)는 LNG 증발기(4101) 및 기화기(4102)를 포함할 수 있다. 상기 원료수 처리부(420)는 기수분리기(4201) 및 응축기(4202)를 포함할 수 있다. 상기 기수분리기(4201)에는 이코노마이저(4203)가 연결되게 설치될 수 있다.The heat exchange unit 500 is installed between the raw material treatment unit 410 and the raw water treatment unit 420. The heat exchanging unit 500 exchanges heat between the vaporizing fluid passing through the raw material processing unit 410 and the exhaust gas discharged from the combustor 440. In this case, the exhaust gas discharged from the combustor 440 becomes a heat source for heating the vaporization fluid passing through the raw material treatment section 410. The vaporization fluid is supplied to the raw water treatment section 420 by vaporizing the raw material in the raw material treatment section 410. Here, the vaporization fluid may be steam (H 2 O), and the raw material may be LNG. The vaporizing fluid supplied to the raw material processing unit 410 is cooled after the LNG is vaporized in the raw material processing unit 410 and discharged from the raw material processing unit 410. Accordingly, the amount of water in the vaporizing fluid passing through the raw material treatment section 410 may be larger than the amount of steam (H 2 O). The heat exchanging unit 500 exchanges heat between a vaporizing fluid passing through the raw material treating unit 410 and a high temperature exhaust gas discharged from the combustor 440. Accordingly, the water cooled through the raw material treatment unit 410 is heated by the high-temperature exhaust gas discharged from the combustor 440 in the heat exchanging unit 500 and is phase-changed into steam (H 2 O). Accordingly, the amount of steam (H 2 O) in the vaporizing fluid passing through the heat exchanging part (500) becomes larger than the amount of water. The vaporizing fluid passing through the heat exchanging part (500) is supplied to the raw water treatment part (420). The raw material processing unit 410 may include an LNG evaporator 4101 and a vaporizer 4102. The raw water water treatment unit 420 may include a water separator 4201 and a condenser 4202. The water separator 4201 may be provided with an economizer 4203 connected thereto.

이에 따라, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 열교환부(500)를 상기 원료 처리부(410)의 후단에 위치시켜, 상기 원료 처리부(410)에서 LNG를 기화시키고 냉각된 기화용 유체를 가열시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 원료 처리부(410)에서 배출되는 배기가스와 상기 기화기(4102)에서 냉각된 기화용 유체를 열교환하여 상기 원료수 처리부(420)로 공급되는 스팀(H20)의 양을 증가시켜, 종국에는 상기 원료 처리부(410)에서 LNG를 기화시키는데 필요한 열원을 공급할 수 있다. 또한, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 원료 처리부(410)에서 LNG를 기화시키는데 필요한 열원을 별도의 열공급장치 없이 상기 원료수 처리부(420)에서 공급함으로써, 상기 기수분리기(4201)의 부하를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 상기 연료전지 시스템(200)의 효율을 향상시킬 수 있다.Accordingly, in the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention, the heat exchanging part 500 is positioned at the rear end of the raw material processing part 410, the LNG is vaporized in the raw material processing part 410, The fluid for heating can be heated. Accordingly, in the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention, the exhaust gas discharged from the raw material treatment unit 410 is heat-exchanged with the vaporization fluid cooled by the vaporizer 4102, and is supplied to the raw water treatment unit 420 It is possible to increase the amount of steam (H 2 O) supplied and ultimately supply the heat source necessary for vaporizing the LNG in the raw material treatment section 410. In the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention, the raw material water treatment section 420 supplies the heat source necessary for vaporizing LNG in the raw material treatment section 410 without a separate heat supply device, 4201, and the efficiency of the fuel cell system 200 can be improved.

따라서, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.Therefore, the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention can achieve the following operational effects.

첫째, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 원료 처리부(410)를 거치면서 냉각된 기화용 유체를 상기 연소기(440)의 폐열을 이용하여 가열하여 LNG를 기화시키는 열원인 스팀(H20)의 양을 증가시킬 수 있으므로, 전기 생산 효율 및 전기 생산량을 향상시킬 수 있다.First, in the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention, the vaporizing fluid cooled while passing through the raw material treatment section 410 is heated using the waste heat of the combustor 440 to generate steam, which is a heat source for vaporizing the LNG (H 2 O) can be increased, so that the electric production efficiency and the electric production amount can be improved.

둘째, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 별도의 가열장치 없이 상기 연소기(440)에서 배출되는 폐열을 이용하여 상기 원료 처리부(410)를 거치면서 냉각된 기화용 유체를 가열시킬 수 있으므로, 전기를 생산하는데 소모되는 구축비용을 절감할 수 있다.Second, in the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention, the waste heat discharged from the combustor 440 is used to heat the cooled vaporizing fluid while passing through the raw material treatment section 410 without a separate heating device It is possible to reduce the construction cost consumed in producing electricity.

셋째, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 원료 처리부(410)를 거친 기화용 유체를 가열할 수 있는 가열장치가 별도로 필요하지 않으므로 설치공간에 대한 범용성을 높일 수 있다.Third, in the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention, since a heating device capable of heating the vaporizing fluid passing through the raw material treatment section 410 is not separately required, the versatility of the installation space can be enhanced.

도 5를 참고하면, 상기 열교환부(500)는 제어부(250)에 연결되게 설치될 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 제어부(250)는 상기 열교환부(500)로 공급되는 기화용 유체 및 상기 열교환부(500)로 공급되는 상기 연소기(440)의 배기가스의 양을 조절하여 상기 열교환부(500)에서 생성되는 스팀(H20)의 발생 속도를 조절할 수 있다. 예컨대, 상기 제어부(250)는 상기 원료 처리부(410)와 상기 열교환부(500) 사이에 설치된 관로의 개도를 조절함으로써 상기 원료 처리부(410)에서 상기 열교환부(500)로 공급되는 기화용 유체의 양을 조절할 수 있다. 예컨대, 상기 제어부(250)는 상기 연소기(440)와 상기 열교환부(500) 사이에 설치된 관로의 개도를 조절함으로써 상기 연소기(440)에서 상기 열교환부(500)로 공급되는 배기가스의 양을 조절할 수도 있다. 예컨대, 상기 개도 조절은 밸브(Valve)에 의해 수행될 수 있다. 이에 따라, 상기 제어부(250)는 상기 열교환부(500)에 공급되는 기화용 유체의 양을 줄이고 상기 연소기(440)의 배기가스 양을 증가시킴으로써, 상기 열교환부(500)에서 생성되는 스팀(H20)의 발생 속도를 빠르게 할 수 있다. 또한, 상기 제어부(250)는 상기 열교환부(500)에 공급되는 기화용 유체의 양을 증가시키고 상기 연소기(440)의 배기가스 양을 줄임으로써, 상기 열교환부(500)에서 생성되는 스팀(H20)의 발생 속도를 느리게 할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 열교환부(500)에서 생성되는 스팀(H20)의 발생 속도를 조절함으로써 평상시와 비상시에 따라 기화되는 LNG의 양을 조절하여 상기 연료전지 시스템(200) 및 상기 가스엔진(600)에 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 발전시스템(100)의 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 전기 생산 속도 및 가스엔진(600)의 추진속도 조절에 적절하게 대응할 수 있다.Referring to FIG. 5, the heat exchanger 500 may be connected to the controller 250. Although not shown, the control unit 250 controls the amount of the vaporizing fluid supplied to the heat exchanging unit 500 and the amount of exhaust gas of the combustor 440 supplied to the heat exchanging unit 500, The generation rate of steam (H 2 0) generated by the steam generator (H 2 0) can be controlled. For example, the control unit 250 controls the opening degree of a channel provided between the raw material processing unit 410 and the heat exchanging unit 500, thereby controlling the opening degree of the vaporizing fluid supplied from the raw material treating unit 410 to the heat exchanging unit 500 The amount can be adjusted. For example, the control unit 250 controls the amount of exhaust gas supplied to the heat exchanging unit 500 from the combustor 440 by adjusting the opening degree of a duct provided between the combustor 440 and the heat exchanging unit 500 It is possible. For example, the opening degree adjustment may be performed by a valve. The control unit 250 reduces the amount of the vaporizing fluid supplied to the heat exchanging unit 500 and increases the amount of the exhaust gas of the combustor 440 so that the steam H generated in the heat exchanging unit 500 2 0) can be accelerated. The control unit 250 may increase the amount of the vaporizing fluid supplied to the heat exchanging unit 500 and reduce the amount of the exhaust gas of the combustor 440 so that the steam generated by the heat exchanging unit 500 2 0) can be slowed down. Accordingly, the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention controls the generation rate of the steam (H 2 0) generated in the heat exchanging unit 500 to control the amount of LNG vaporized in the normal and emergency To the fuel cell system (200) and the gas engine (600). Therefore, the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention not only can increase the efficiency of the power generation system 100, but also can appropriately respond to the electricity production speed and the propulsion speed control of the gas engine 600.

도 6 및 도 7을 참고하면, 상기 원료 처리부(410)는 LNG 저장탱크에서 공급되는 원료를 증발시키는 LNG 증발기(4101) 및 상기 LNG 증발기 내에 설치되는 기화기(4102)를 포함할 수 있다.6 and 7, the raw material processing unit 410 may include an LNG evaporator 4101 for evaporating the raw material supplied from the LNG storage tank, and a vaporizer 4102 installed in the LNG evaporator.

상기 LNG 증발기(4101)는 상기 LNG 저장탱크(110)로부터 자연적으로 기화되는 LNG 또는 펌프에 의해 강제 이송된 LNG를 공급받을 수 있다. 상기 LNG 증발기(4101)는 내부에 상기 기화기(4102)를 포함함으로써, 상기 LNG를 기화시킬 수 있다. 상기 LNG 증발기(4101)는 상기 가스엔진(600), 상기 개질기(430), 및 상기 연소기(440)에 연결되게 설치된다. 이에 따라, 상기 LNG 증발기(4101)에서 기화되는 연료는 임펠러, 블로워 등을 통해 상기 가스엔진(600), 상기 개질기(430), 및 상기 연소기(440)에 공급될 수 있다.The LNG evaporator 4101 can be supplied with LNG that is naturally vaporized from the LNG storage tank 110 or LNG forcedly transferred by a pump. The LNG evaporator 4101 includes the vaporizer 4102 therein to vaporize the LNG. The LNG evaporator 4101 is connected to the gas engine 600, the reformer 430, and the combustor 440. Accordingly, the fuel vaporized in the LNG evaporator 4101 may be supplied to the gas engine 600, the reformer 430, and the combustor 440 through an impeller, a blower, or the like.

상기 기화기(4102)는 상기 LNG 증발기(4101) 내에서 LNG를 기화시킨다. 상기 기화기(4102)는 기화용 유체를 열원으로 하여 LNG를 기화시킬 수 있다. 예컨대, 상기 기화기(4102)는 이코노마이저(4203)에서 배출되는 고온의 스팀(H20)을 열원으로 하여 LNG를 기화시킬 수 있다. 상기 기화기(4102)를 거쳐 냉각된 기화용 유체는 상기 열교환부(500)로 공급될 수 있다.The vaporizer 4102 vaporizes the LNG in the LNG evaporator 4101. The vaporizer 4102 can vaporize the LNG using the vaporizing fluid as a heat source. For example, the vaporizer 4102 can vaporize the LNG using the high-temperature steam (H 2 0) discharged from the economizer 4203 as a heat source. The vaporization fluid cooled through the vaporizer 4102 may be supplied to the heat exchange unit 500.

도 7을 참고하면, 상기 원료수 처리부(420)는 기수분리기(4201) 및 응축기(4202)를 포함할 수 있다. 상기 기수분리기(4201)에는 이코노마이저(4203)이 연결되게 설치될 수 있다.Referring to FIG. 7, the raw water treatment unit 420 may include a water separator 4201 and a condenser 4202. The water separator 4201 may be provided with an economizer 4203 connected thereto.

상기 기수분리기(4201)는 상기 이코노마이저(4203)에서 배출되는 기화용 유체로부터 수분을 분리한다. 상기 기수분리기(4201)는 원심분리기, 금속망, 방해판 등을 이용하여 수분을 분리할 수 있다. 상기 기수분리기(4201)에서 분리된 수분은 외부로 배출되거나 상기 원료수 공급부(120)로 공급될 수 있다. 이에 따라, 상기 기수분리기(4201)에 공급되는 기화용 유체는 상기 기수분리기(4201)를 거치면서 수분이 분리된 스팀(H20)으로 배출된다. 상기 기수분리기(4201)를 거친 스팀(H20)은 펌프 등을 통해 상기 이코노마이저(4203)로 공급되어 순환되거나(미도시), 상기 개질기(430)로 공급되거나, 상기 LNG증발기(4101)로 공급될 수 있다. 상기 기수분리기(4201)를 거친 스팀(H20)이 상기 LNG증발기(4101)로 공급될 경우, 상기 기수분리기(4201)를 거친 스팀(H20)은 LNG를 기화시키기 위한 기화용 유체로 사용될 수 있다.The water separator 4201 separates moisture from the vaporizing fluid discharged from the economizer 4203. The water separator 4201 can separate water using a centrifugal separator, a metal net, a barrier plate, or the like. The water separated from the water separator 4201 may be discharged to the outside or may be supplied to the raw water supply unit 120. Accordingly, the vaporization fluid supplied to the water separator 4201 is discharged through the water separator 4201 into the separated water H 2 0. The steam H 2 0 passed through the water separator 4201 is supplied to the economizer 4203 through a pump or the like to be circulated (not shown), supplied to the reformer 430, or fed to the LNG evaporator 4101 Can be supplied. When the separator of steam (H 2 0) subjected to 4201 is supplied to the LNG evaporator (4101), steam (H 2 0) subjected to the separator 4201 is in fluid vaporization for vaporizing the LNG Can be used.

상기 응축기(4202)는 스팀(H20)을 냉각해 응축시킨다. 상기 응축기(4202)는 수냉식, 공냉식, 증발식 등의 방법으로 스팀(H20)을 냉각시켜 응축시킬 수 있다. 상기 응축기(4202)는 상기 열교환부(500)를 거친 후 공급되는 상기 연소기(440)의 배기가스로부터 스팀(H20)을 냉각시켜 응축시킨다. 상기 응축기(4202)를 거치면서 스팀(H20)은 냉각되어 물로 상변화되고, 상변화된 물은 상기 이코노마이저(4203)에 공급되어 스팀(H20)으로 다시 상변화된다. 상변화된 물은 상기 기수분리기(4201)에 공급될 수 있다. 상기 상변화된 물은 상기 응축기(4202)에서 상기 기수분리기(4201)로 직접 공급될 수도 있다. 이 경우, 상기 응축기(4202)는 상기 원료수 공급부(120)와 별도로 상기 기수분리기(4201)에 물을 공급할 수 있다. 따라서, 상기 응축기(4202)는 상기 원료수 공급부(120)에서 공급하는 물의 양을 감소시킬 수 있으므로, 전기 생산에 소모되는 자원을 절감시킬 수 있다. 상기 응축기(4202)에 공급되는 배기가스 중 응축된 물을 제외한 나머지 잔여가스는 외부로 배출될 수 있다.The condenser 4202 cools and condenses the steam (H 2 0). The condenser 4202 can cool and condense the steam (H 2 0) by a method such as water-cooling, air-cooling or evaporation. The condenser 4202 cools and condenses the steam H 2 0 from the exhaust gas of the combustor 440 supplied through the heat exchanging unit 500. The steam H 2 0 is cooled and changed into water while passing through the condenser 4202 and the phase change water is supplied to the economizer 4203 and is phase-changed again to steam H 2 0. The phase-change water can be supplied to the water separator 4201. The phase-change water may be directly supplied to the water separator 4201 from the condenser 4202. In this case, the condenser 4202 can supply water to the water separator 4201 separately from the raw water supply part 120. Therefore, the condenser 4202 can reduce the amount of water supplied from the raw water supply part 120, thereby reducing the resources consumed in the electricity production. The residual gas other than the condensed water in the exhaust gas supplied to the condenser 4202 may be discharged to the outside.

상기 이코노마이저(4203)는 상기 원료 처리부(410)에서 생성된 수소가 포함된 연료로 추진력을 발생시키는 가스엔진(600)에서 배출되는 배기가스를 열원으로 공기 또는 기화용 유체를 가열한다. 도시하지 않았지만, 상기 이코노마이저(4203)는 상기 가스엔진(600)의 배기관과 배기 출구와의 사이에 설치된다. 상기 이코노마이저(4203)는 입구관, 고압 증발기, 중간관, 저압 증발기, 및 출구관을 포함하여 구성된다. 상기 입구관은 상기 가스엔진(600)의 배기관에 접속되어 상기 가스엔진(600)으로부터 배출되는 배기가스를 상기 고압 증발기로 안내한다. 상기 중간관은 상기 고압 증발기에서의 열교환 후의 배기가스를 저압 증발기로 안내한다. 상기 출구관은 저압 증발기에서의 열교환 후의 배기가스를 배기 출구로 안내한다. 상기 이코노마이저(4203)로 공급되는 유체는 상기 고압 증발기 및 상기 저압 증발기를 거치면서 상기 가스엔진(600)에서 배출되는 고온의 배기가스와 열교환된다.The economizer 4203 heats the air or the vaporization fluid with the exhaust gas discharged from the gas engine 600, which generates the propulsive force by the fuel containing the hydrogen generated in the material processing unit 410, as a heat source. Although not shown, the economizer 4203 is installed between the exhaust pipe of the gas engine 600 and the exhaust outlet. The economizer 4203 comprises an inlet tube, a high-pressure evaporator, an intermediate tube, a low-pressure evaporator, and an outlet tube. The inlet pipe is connected to the exhaust pipe of the gas engine 600 and guides the exhaust gas discharged from the gas engine 600 to the high-pressure evaporator. The intermediate pipe guides the exhaust gas after heat exchange in the high-pressure evaporator to the low-pressure evaporator. The outlet pipe guides the exhaust gas after heat exchange in the low pressure evaporator to the exhaust outlet. The fluid supplied to the economizer 4203 is heat-exchanged with the high-temperature exhaust gas discharged from the gas engine 600 while passing through the high-pressure evaporator and the low-pressure evaporator.

예컨대, 상기 이코노마이저(4203)는 상기 기수분리기(4201)로부터 공급되는 스팀(H20)을 가열할 수 있다. 이 경우, 상기 이코노마이저(4203)에서 가열되어 생성된 과열 스팀(H20)은 상기 기화기(4102)로 공급될 수 있다. 상기 기화기(4102)는 상기 이코노마이저(4203)에서 공급되는 과열 스팀(H20)을 LNG를 기화시키는 열원으로 사용할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 LNG를 기화시키기 위한 별도의 가열장치 구축비용을 절감할 수 있다.For example, the economizer 4203 can heat the steam H 2 0 supplied from the water separator 4201. In this case, the superheated steam H 2 0 generated by the heater 4203 may be supplied to the vaporizer 4102. The vaporizer 4102 may use the superheated steam H 2 0 supplied from the economizer 4203 as a heat source for vaporizing the LNG. Accordingly, the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention can reduce the cost of constructing a separate heating device for vaporizing the LNG.

예컨대, 상기 이코노마이저(4203)는 상기 열교환부(500)에서 상기 기수분리기(4201)로 공급되는 스팀(H20)을 가열할 수도 있다. 또한, 상기 이코노마이저(4203)는 상기 응축기(4202)에서 상기 기수분리기(4201)로 공급되는 물을 가열할 수도 있다. 이 경우, 상기 이코노마이저(4203)는 상기 기수분리기(4201)에 공급되는 스팀(H20)의 양을 증가시킬 수 있다. 상기 기수분리기(4201)에 공급된 스팀(H20)은 상기 개질기(430), 및 상기 이코노마이저(4203)를 거쳐 상기 기화기(4102)로 공급될 수 있다. 상기 연료전지(210)의 부하 변동에 따라 필요한 수소를 포함한 연료를 생성하기 위해 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H20)의 양과 상기 LNG증발기(4101)에서 공급되는 원료의 양을 조절함으로써, 상기 연료전지(210)에 공급되는 수소의 양을 조절할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 연료전지(210)의 전기 생산량을 부하에 따라 조절할 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 기화기(4102)에 공급되는 스팀(H20)의 양이 증가되면, LNG를 기화시키는 열원이 증가되므로 상기 기화기(4102)에 공급되는 스팀(H20)의 양을 유량조절장치 등을 통해 조절함으로써, 상기 연료전지(210)에 공급되는 수소의 양 및 상기 가스엔진(600)에 공급되는 연료의 양을 조절할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 연료전지(210)의 전기 생산량을 증가시키고, 상기 가스엔진(600)의 추진력을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 발전시스템(100)의 효율을 높일 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 이코노마이저(4203)에서 상기 기수분리기(4201)로 순환되는 회수 관로에 by-pass 라인을 설치하여 다른 용도로 스팀(H20)을 사용하도록 할 수 있다.For example, the economizer 4203 may heat the steam H 2 0 supplied from the heat exchanger 500 to the water separator 4201. In addition, the economizer 4203 may heat water supplied from the condenser 4202 to the water separator 4201. In this case, the economizer 4203 can increase the amount of steam (H 2 0) supplied to the water separator 4201. The steam H 2 0 supplied to the water separator 4201 may be supplied to the vaporizer 4102 through the reformer 430 and the economizer 4203. The amount of steam (H 2 0) supplied to the reformer 430 and the amount of the raw material supplied from the LNG evaporator 4101 are controlled to generate a fuel containing hydrogen necessary for the variation of the load of the fuel cell 210 The amount of hydrogen supplied to the fuel cell 210 can be controlled. Accordingly, the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention can adjust the electric production amount of the fuel cell 210 according to the load. Although not shown, when the amount of steam (H 2 0) supplied to the vaporizer 4102 increases, since increasing the heat source to vaporize the LNG flow rate the amount of steam (H 2 0) supplied to the vaporizer 4102 The amount of hydrogen supplied to the fuel cell 210 and the amount of fuel supplied to the gas engine 600 can be adjusted. Accordingly, the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention not only increases the electricity production amount of the fuel cell 210, but also increases the propulsive force of the gas engine 600, Can be increased. Although not shown, a by-pass line may be installed in the recovery pipe circulating from the economizer 4203 to the water separator 4201 to use steam H 2 0 for other purposes.

예컨대, 상기 이코노마이저(4203)는 상기 공기 공급부(130)에서 상기 연료전지(210) 및 상기 연소기(440)로 공급되는 공기를 가열할 수도 있다. 이 경우, 상기 이코노마이저(4203)는 상기 연료전지(210) 및 상기 연소기(440)에 공급되는 공기의 온도를 높일 수 있다. 상기 연료전지(210)는 적절한 운전온도에서 전기 생산 효율이 향상된다. 예컨대, 인산형 연료전지(PAFC)의 경우 운전온도를 190∼210℃로 유지하며, 용융탄산염 연료전지(MCFC)의 경우 운전온도를 550∼650℃로 유지하며, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 경우 운전온도를 650∼1000℃로 유지하며, 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 경우 운전온도를 30∼80℃로 유지한다. 따라서, 상기 이코노마이저(4203)는 상기 연료전지(210)에 따라 적절한 운전온도가 되도록 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기를 가열할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 연료전지(210)의 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.For example, the economizer 4203 may heat the air supplied from the air supply unit 130 to the fuel cell 210 and the combustor 440. In this case, the economizer 4203 can increase the temperature of air supplied to the fuel cell 210 and the combustor 440. The fuel cell 210 improves the electric production efficiency at an appropriate operating temperature. For example, in the case of a phosphoric acid type fuel cell (PAFC), the operation temperature is maintained at 190 to 210 ° C, the operation temperature of the MCFC is maintained at 550 to 650 ° C, In case of PEMFC, the operating temperature is maintained at 30 ~ 80 ℃. Accordingly, the economizer 4203 can heat the air supplied to the fuel cell 210 to an appropriate operating temperature according to the fuel cell 210. Accordingly, the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention can improve the electricity production efficiency of the fuel cell 210.

이하에서는 본 발명에 따른 선박의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of a ship according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 8은 본 발명에 따른 선박의 일례를 나타낸 개략도이다.8 is a schematic view showing an example of a ship according to the present invention.

도 1 내지 도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 선박(900)은 선체(910)에 발전시스템(100)이 설치된다. 상기 발전시스템(100)은 연료전지 시스템(200)을 포함한다. 상기 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 수소생성부(400), 및 열교환부(500)를 포함한다. 상기 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210), 상기 수소생성부(400), 및 상기 열교환부(500) 등을 포함한 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구현될 수도 있다.Referring to FIGS. 1 to 8, a ship 900 according to the present invention is provided with a power generation system 100 on a ship 910. The power generation system 100 includes a fuel cell system 200. The fuel cell system 200 includes a fuel cell 210, a hydrogen generator 400, and a heat exchanger 500. The fuel cell system 200 may be implemented by including a controller 250 that controls the operation of all the configurations including the fuel cell 210, the hydrogen generator 400 and the heat exchanger 500 have.

상기 연료전지(210)는 알칼리 연료전지(AFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 또는 직접메탄올 연료전지(DMFC) 중 적어도 하나의 연료전지를 포함하여 구현될 수 있다.The fuel cell 210 may be an alkaline fuel cell (AFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) And a battery (DMFC).

상기 수소생성부(400)는 원료 처리부(410), 원료수 처리부(420), 개질기(430), 및 연소기(440)를 포함하여 구현될 수 있다. 상기 수소생성부(400)는 상기 원료 공급부(110)로부터 LNG를 공급받고, 상기 원료수 공급부(120)로부터 물을 공급받아 상기 연료전지(210)에 필요한 수소가 포함된 연료를 생성한다. 상기 수소생성부(400)는 수소를 생성하는 과정에서 발생하는 폐열, 예를 들어, 연소기(440)에서 배출되는 배기가스의 폐열 및 상기 연료전지(210)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 상기 열교환부(500)로 배출시킬 수 있다.The hydrogen generator 400 may include a raw material processing unit 410, a raw water treatment unit 420, a reformer 430, and a combustor 440. The hydrogen generating unit 400 receives LNG from the raw material supplying unit 110 and supplies water from the raw water supplying unit 120 to generate fuel containing hydrogen necessary for the fuel cell 210. The hydrogen generator 400 generates waste heat generated in the process of generating hydrogen, for example, waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor 440 and waste heat of the exhaust gas discharged from the fuel cell 210, (500). ≪ / RTI >

상기 열교환부(500)는 상기 기화기(4102) 를 거친 기화용 유체 및 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스를 열교환시킨다. 이 경우, 상기 연소기(400)에서 배출되는 배기가스는 상기 기화기(4102)를 거친 기화용 유체를 가열하는 열원이 된다. 상기 열교환부(500)를 거친 기화용 유체는 상기 이코노마이저(4203)으로 공급되어 한번 더 가열된 후 상기 기수분리기(4201)로 공급된다. 상기 기수분리기(4201)에 공급된 기화용 유체는 상기 이코노마이저(4203)를 거치면서 가열된 후 상기 기화기(4102)에 공급된다. 상기 기화기(4102)는 상기 이코노마이저(4203)를 거친 기화용 유체를 열원으로 LNG를 기화시킬 수 있다. 여기서, 상기 기화용 유체는 스팀(H20)일 수 있다. 결국, 상기 열교환부(500)는 LNG를 기화시키기 위한 스팀(H20)의 양이 증가되도록 상기 기화기(4102)를 거친 기화용 유체 및 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스를 열교환시킨다.The heat exchanging unit 500 exchanges heat between the vaporizing fluid passing through the vaporizer 4102 and the exhaust gas discharged from the combustor 440. In this case, the exhaust gas discharged from the combustor 400 becomes a heat source for heating the vaporization fluid passing through the vaporizer 4102. The vaporizing fluid passing through the heat exchanging unit 500 is supplied to the economizer 4203, heated once, and then supplied to the water separator 4201. The vaporization fluid supplied to the water separator 4201 is heated while passing through the economizer 4203 and then supplied to the vaporizer 4102. The vaporizer 4102 can vaporize the LNG with the vaporizing fluid passing through the economizer 4203 as a heat source. Here, the vaporization fluid may be steam (H 2 O). The heat exchanger 500 exchanges heat between the vaporizing fluid passing through the vaporizer 4102 and the exhaust gas discharged from the combustor 440 so that the amount of steam H 2 0 for vaporizing the LNG is increased.

이에 따라, 본 발명에 따른 선박(900)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.Accordingly, the ship 900 according to the present invention can achieve the following operational effects.

첫째, 본 발명에 따른 선박(900)은 별도의 가열장치 없이 상기 연소기(440)에서 배출되는 고온의 배기가스를 이용하여 LNG를 기화시킴으로써, 전기 생산 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 전기 생산 구축비용을 절감할 수 있다.First, the ship 900 according to the present invention vaporizes the LNG using the high-temperature exhaust gas discharged from the combustor 440 without a separate heating device, thereby improving the electric production efficiency and reducing the cost of constructing the electric production can do.

둘째, 본 발명에 따른 선박(900)은 전기를 생산하는데 필요한 연료 및 추진에 필요한 연료를 얻기 위해 LNG를 기화시키기 위한 별도의 가열장치가 필요하지 않으므로 설치공간에 대한 범용성을 높일 수 있다.Second, since the ship 900 according to the present invention does not require a separate heating device for vaporizing the LNG in order to obtain the fuel necessary for producing electricity and the fuel required for propulsion, versatility for the installation space can be enhanced.

셋째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 기화기(4101)에서 상기 기수분리기(4201)로 공급되는 스팀(H20)의 양을 증가시킴으로써, 상기 기수분리기(4201)가 스팀(H20)을 생성하기 위한 부하를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 기수분리기(4201)의 사용수명을 연장시킴으로써, 전기 생산에 소모되는 운영비용을 절감할 수 있다.Third, the ship 900 according to the present invention increases the amount of steam (H 2 0) supplied from the vaporizer 4101 to the water separator 4201, so that the water separator 4201 can generate steam (H 2 0 Can be reduced. Accordingly, the marine vessel 900 according to the present invention can extend the service life of the water separator 4201, thereby reducing operating costs consumed in electricity production.

넷째, 본 발명에 따른 선박(900)은 LNG를 기화시키는 스팀(H20)의 생산 속도를 조절하도록 구현됨으로써, 전력이 급하게 필요한 비상시에 신속하게 전기를 생산할 수 있다.Fourth, the ship 900 according to the present invention is configured to regulate the production rate of the steam (H 2 0) for vaporizing the LNG, so that electricity can be rapidly generated in an emergency in which power is urgently required.

다섯째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 가스엔진(600)에서 배출되는 배기가스의 폐열로부터 열을 회수하도록 구현됨으로써, 외부로 배출되는 열을 감소시켜 친환경적으로 전기를 생산할 수 있다.Fifth, the ship 900 according to the present invention is configured to recover heat from the waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine 600, thereby reducing the heat discharged to the outside, thereby producing environmentally-friendly electricity.

도 1 내지 도 8을 참고하면, 상기 선체(910)는 본 발명에 따른 선박(900)의 전체적인 외관을 이룬다. 상기 선체(910)에는 선체(910)를 이동시키기 위한 추진력을 발생시키는 엔진과 상기 엔진에 원료를 공급하는 원료 공급부(110)가 설치된다. 예를 들어, 원료는 탄화수소 계열의 물질로, NG(천연가스), LPG(액화석유가스), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 가솔린, 디메틸에테르, 메탄가스, 수소정제 오프가스, 순수소, 및 해상 가스유(Marine Gas Oil, MGO), 해상 디젤유(Marine Diesel Oil, MDO), 일반 중유(Heavy Fuel Oil, HFO) 등과 같이 상대적으로 높은 분자량을 갖는 액상 원료 등일 수 있다.1 to 8, the hull 910 constitutes the overall appearance of the ship 900 according to the present invention. The hull 910 is provided with an engine for generating a propulsive force for moving the hull 910 and a material supply unit 110 for supplying the material to the engine. For example, the raw material is a material of a hydrocarbon series, NG (natural gas), LPG (liquefied petroleum gas), methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH), petrol, dimethyl ether, methane, hydrogen Liquid raw materials having a relatively high molecular weight such as refined off gas, pure water, and marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), and heavy oil (HFO) .

상기 선체(910)에는 상기 수소생성부(400)의 개질반응에 필요한 원료수를 공급하는 원료수 공급부(120)가 설치된다. 상기 원료수는 예를 들어, 상수, 민물, 또는 해수일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 상수, 민물, 해수에서 불순물 제거 처리나 이온제거 처리된 물일 수 있다. The hull 910 is provided with a raw water supply part 120 for supplying the raw water necessary for the reforming reaction of the hydrogen generating part 400. The source water may be, for example, a constant, freshwater, or seawater. In another example, the raw water may be impurity removal treatment or ion removal treatment in a constant, fresh, or seawater.

상기 선체(910)에는 상기 연료전지 시스템(200)에 공기를 공급하는 공기 공급부(130)가 설치된다. 통상적으로 공기는 질소, 산소, 이산화탄소 등을 포함하는 기체를 의미하지만, 본 명세서에서는 공기에서 질소 또는 이산화탄소, 또는 두 기체 모두를 제거한 경우도 포함한다. 상기 공기 공급부(130)는 공기 저장탱크와 상기 공기 저장탱크로부터 공기를 공급하는 장치(예컨대, 블로워)를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 공기 공급부(130)는 외부공기를 공급받아 압축한 후 압축된 고압의 공기를 공급하거나 외부공기의 불순물 제거 후 상압으로 공급하도록 구현될 수 있다. The hull 910 is provided with an air supply unit 130 for supplying air to the fuel cell system 200. Normally, air means a gas including nitrogen, oxygen, carbon dioxide and the like, but also includes the case where nitrogen or carbon dioxide or both gases are removed from the air. The air supply unit 130 may include an air storage tank and a device (for example, a blower) for supplying air from the air storage tank. As another example, the air supply unit 130 may be configured to supply the compressed high-pressure air after the external air is supplied, compress the high-pressure air, or to remove the foreign air and supply the compressed air at a normal pressure.

상기 선체(910)에는 상기 연료전지 시스템(200)에서 나오는 출력전압을 승압 또는 감압하기 위한 DC-DC 컨버터 및 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 DC-AC 인버터 등으로 구성된 전력변환부(140)가 설치된다. 상기 전력변환부(140)는 상기 연료전지 시스템(200)으로부터 공급된 전기를 전력부하로 배출한다. 전력부하는, 예를 들어 선박의 경우 선박의 기본 전기설비 및 화물계통 전기설비 등과 같은 선박 내 전기설비일 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 전력변환부(140)는 에너지 저장장치, 예를 들어 배터리로 전기를 공급하도록 구현될 수도 있다.A DC-DC converter for boosting or reducing the output voltage from the fuel cell system 200 and a DC-AC inverter for converting a direct current (DC) to an alternating current (AC) A conversion unit 140 is provided. The power conversion unit 140 discharges the electric power supplied from the fuel cell system 200 to the electric power load. The electric power load may be, for example, in-ship electrical equipment such as a ship's basic electrical equipment and cargo-system electrical equipment in the case of a ship. Although not shown, the power conversion unit 140 may be implemented to supply electricity to an energy storage device, for example, a battery.

본 명세서에서,“선박”이라는 용어는 수상을 항해하는 구조물을 의미하는 것으로 한정되지 않으며, 수상을 항해하는 구조물뿐만 아니라, 수상에서 부유하며 작업을 수행하는 부유식 원유생산저장하역설비(FPSO) 등과 같은 해상 구조물을 포함한다.In this specification, the term " ship " is not limited to a structure for navigating a watercraft, and includes not only a structure for navigating a watercraft, but also a floating oil production storage and unloading facility (FPSO) It includes the same sea structure.

지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined only by the appended claims.

100 : 발전시스템
110 : 원료 공급부 120 : 원료수 공급부
130 : 공기 공급부 140 : 전력변환부
200 : 연료전지 시스템
210 : 연료전지 250 : 제어부
400 : 수소생성부 500 : 열교환부
600 : 가스엔진
100: Power generation system
110: raw material supply part 120: raw material water supply part
130: air supply unit 140: power conversion unit
200: Fuel cell system
210: fuel cell 250:
400: hydrogen generator 500: heat exchanger
600: Gas engine

Claims (5)

선박으로서,
원료를 공급하기 위한 원료 공급부;
원료수를 공급하기 위한 원료수 공급부;
상기 원료 공급부로부터 공급되는 원료 및 상기 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지 시스템; 및
상기 연료전지 시스템에서 출력되는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하고,
상기 연료전지 시스템은,
원료 공급부로부터 공급되는 원료를 전처리하는 원료 처리부, 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 전처리하는 원료수 처리부, 상기 원료 처리부로부터 공급된 전처리된 연료 및 상기 원료수 처리부로부터 공급된 스팀(H20)을 개질반응시키는 개질기, 및 상기 개질기를 가열하기 위한 연소기를 포함하는 수소생성부;
상기 수소생성부로부터 공급되는 수소를 포함하는 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지; 및
상기 원료수 처리부로 회수되는 기화용 유체가 가열되도록, 상기 원료 처리부를 거친 기화용 유체 및 상기 연소기에서 배출되는 배기가스를 열교환시키는 열교환부를 포함하며,
상기 원료수 처리부는 상기 원료 처리부에서 생성된 수소가 포함된 연료로 추진력을 발생시키는 가스엔진에서 배출되는 배기가스를 열원으로 공기 또는 기화용 유체를 가열하는 이코노마이저, 및 상기 이코노마이저에서 배출되는 기화용 유체로부터 수분을 분리하는 기수분리기를 포함하고,
상기 이코노마이저는 상기 열교환부에서 상기 기수분리기로 공급되는 기화용 유체를 한번 더 가열하는 것을 특징으로 하는 선박.
As a vessel,
A raw material supply unit for supplying the raw material;
A raw water supply part for supplying raw water;
A fuel cell system for generating electricity using raw material supplied from the raw material supply unit and raw material water supplied from the raw water supply unit; And
And a power conversion unit for converting a direct current (DC) output from the fuel cell system into an alternating current (AC)
The fuel cell system includes:
Material processing unit for pre-processing the raw material supplied from the raw material supply portion, a raw pre-processing of raw water supplied from the raw water supply processing, the number of the pre-processed fuel and the raw material supplied from the raw material processing of the steam supplied from the processing unit (H 2 0) And a combustor for heating the reformer, wherein the reformer comprises: a reformer for reforming the reformer;
A fuel cell that generates electricity using fuel including hydrogen supplied from the hydrogen generator; And
And a heat exchange unit for exchanging heat between the vaporizing fluid passing through the raw material treatment unit and the exhaust gas discharged from the combustor so that the vaporization fluid recovered by the raw water treatment unit is heated,
The raw water water treatment unit includes an economizer for heating the air or the vaporization fluid with the exhaust gas discharged from the gas engine generating the propulsion force by the fuel containing the hydrogen generated in the raw material treatment unit as a heat source and the vaporizing fluid discharged from the economizer And a water separator for separating water from the water separator,
Wherein the economizer further heats the vaporization fluid supplied to the water separator in the heat exchange section.
원료 공급부로부터 공급되는 원료를 전처리하는 원료 처리부, 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 전처리하는 원료수 처리부, 상기 원료 처리부로부터 공급된 전처리된 연료 및 상기 원료수 처리부로부터 공급된 스팀(H20)을 개질반응시키는 개질기, 및 상기 개질기를 가열하기 위한 연소기를 포함하는 수소생성부;
상기 수소생성부로부터 공급되는 수소를 포함하는 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지; 및
상기 원료수 처리부로 회수되는 기화용 유체가 가열되도록, 상기 원료 처리부를 거친 기화용 유체 및 상기 연소기에서 배출되는 배기가스를 열교환시키는 열교환부를 포함하고,
상기 원료수 처리부는 상기 원료 처리부에서 생성된 수소가 포함된 연료로 추진력을 발생시키는 가스엔진에서 배출되는 배기가스를 열원으로 공기 또는 기화용 유체를 가열하는 이코노마이저, 및 상기 이코노마이저에서 배출되는 기화용 유체로부터 수분을 분리하는 기수분리기를 포함하며,
상기 이코노마이저는 상기 열교환부에서 상기 기수분리기로 공급되는 기화용 유체를 한번 더 가열하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
Material processing unit for pre-processing the raw material supplied from the raw material supply portion, a raw pre-processing of raw water supplied from the raw water supply processing, the number of the pre-processed fuel and the raw material supplied from the raw material processing of the steam supplied from the processing unit (H 2 0) And a combustor for heating the reformer, wherein the reformer comprises: a reformer for reforming the reformer;
A fuel cell that generates electricity using fuel including hydrogen supplied from the hydrogen generator; And
And a heat exchange unit for exchanging heat between the vaporizing fluid passing through the raw material treatment unit and the exhaust gas discharged from the combustor so that the vaporization fluid recovered by the raw water treatment unit is heated,
The raw water water treatment unit includes an economizer for heating the air or the vaporization fluid with the exhaust gas discharged from the gas engine generating the propulsion force by the fuel containing the hydrogen generated in the raw material treatment unit as a heat source and the vaporizing fluid discharged from the economizer And a water separator for separating water from the water separator,
Wherein the economizer further heats the vaporization fluid supplied from the heat exchange unit to the water separator.
제2항에 있어서,
상기 기화용 유체 중 일부는 상기 기수분리기와 상기 이코노마이저 간에 순환되면서 상기 가스엔진에서 배출되는 배기가스로부터 열을 회수하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
3. The method of claim 2,
Wherein some of the vaporizing fluid circulates between the water separator and the economizer to recover heat from the exhaust gas discharged from the gas engine.
제3항에 있어서,
상기 원료 처리부는 LNG 저장탱크에서 공급되는 원료를 증발시키는 LNG 증발기, 및 상기 LNG 증발기 내에 설치되는 기화기를 포함하고,
상기 기화기는 상기 기수분리기에서 상기 이코노마이저를 거친 기화용 유체를 열원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 3,
The raw material treatment unit includes an LNG evaporator for evaporating the raw material supplied from the LNG storage tank, and a vaporizer installed in the LNG evaporator,
Wherein the vaporizer uses the vaporization fluid passing through the economizer in the water separator as a heat source.
제2항에 있어서,
상기 연료전지 및 상기 연소기에 공기를 공급하기 위한 공기공급부를 포함하고,
상기 이코노마이저는 상기 공기공급부에서 상기 연료전지 및 상기 연소기로 공급되는 공기를 가열하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
3. The method of claim 2,
And an air supply unit for supplying air to the fuel cell and the combustor,
Wherein the economizer heats air supplied to the fuel cell and the combustor from the air supply unit.
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KR20140064378A (en) * 2012-11-20 2014-05-28 대우조선해양 주식회사 Fuel supply system for fuel cell
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