KR101704913B1 - Ship - Google Patents

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KR101704913B1
KR101704913B1 KR1020150109205A KR20150109205A KR101704913B1 KR 101704913 B1 KR101704913 B1 KR 101704913B1 KR 1020150109205 A KR1020150109205 A KR 1020150109205A KR 20150109205 A KR20150109205 A KR 20150109205A KR 101704913 B1 KR101704913 B1 KR 101704913B1
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오태영
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현대중공업 주식회사
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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. 연료전지는 연료 및 스팀(H20)을 개질반응시키는 개질기로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아 전기를 생산할 수 있다.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. The fuel cell can generate electricity by receiving fuel containing hydrogen from a reformer that reforms fuel and steam (H 2 O).

종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 개질기에 공급되는 스팀(H20)을 생성하기 위해 별도의 가열장치를 이용하여 물을 가열하였다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 다음과 같은 문제점이 발생한다.The fuel cell system according to the prior art heats water using a separate heating device to generate steam (H 2 0) supplied to the reformer. Accordingly, the conventional fuel cell system has the following problems.

첫째, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 개질기에 공급되는 스팀(H20)을 생성하기 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 fuel cell system according to the prior art must also supply fuel or electricity to the heating device to generate steam (H 2 0) supplied to the reformer. 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 개질기에 공급되는 스팀(H20)을 생성하기 위해 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, since the fuel cell system according to the related art requires a separate heating device to generate steam (H 2 0) supplied to the reformer, the cost of installing the heating device increases. 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 개질기에 공급되는 스팀(H20)을 생성하기 위한 가열장치 설치공간이 필요하다. 따라서, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 가열장치 설치로 인해 전기를 생성 및 저장하기 위한 다른 장치들의 공간이 협소해지는 문제가 있다.Thirdly, the fuel cell system according to the related art requires a space for installing a heater for generating steam (H 2 0) supplied to the reformer. 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 수소를 포함하는 연료를 생성하는 수소생성부, 및 상기 수소생성부로부터 공급되는 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지를 포함하며, 상기 수소생성부는 상기 원료 공급부로부터 공급되는 원료를 전처리하는 원료 처리부, 상기 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 포함하고, 상기 원료수 처리부는 스팀(H20)에서 수분을 분리하는 기수분리기, 및 상기 기수분리기에서 공급되는 스팀(H20)을 가열하기 위한 이코노마이저를 포함하며, 상기 기수분리기에서 공급되는 스팀(H20) 중 일부는 상기 기수분리기와 상기 이코노마이저 간에 순환되면서 상기 원료 처리부에서 공급되는 전처리된 연료로 추진력을 발생시키는 가스엔진에서 배출되는 배기가스로부터 열을 회수하고, 상기 이코노마이저는 상기 가스엔진으로부터 배출되는 배기가스를 열원으로 사용하여 상기 기수분리기에서 상기 개질기로 공급되는 스팀(H20)을 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 연소기에서 배출되는 배기가스를 LNG를 기화시키기 위한 열원으로 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 선박은 상기 기화기에서 배출되는 상기 연소기의 배기가스를 응축시키기 위한 응축기; 및 상기 응축기에서 상기 기수분리기로 공급되는 물이 가열되도록, 상기 응축기로부터 배출되는 물 및 상기 연료전지에서 배출되는 배기가스를 열교환시키는 제1열교환부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 선박은 상기 연료전지 및 상기 연소기에 공기를 공급하기 위한 공기공급부; 및 상기 공기공급부에서 공급되는 공기를 가열하도록, 상기 이코노마이저를 거친 스팀(H20) 및 상기 공기공급부에서 공급되는 공기를 열교환시키는 제2열교환부를 포함할 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 converter for converting a direct current (DC) output from the fuel cell system into an alternating current (AC), wherein the fuel cell system includes a hydrogen generator for generating fuel containing hydrogen, The hydrogen generator includes a raw material treatment unit for pretreating the raw material supplied from the raw material supply unit, a raw water treatment unit for pretreating the raw water supplied from the raw water supply unit, and a fuel cell for generating electricity using the fuel supplied from the raw material supply unit. And a combustor for heating the reformer, wherein the raw water-water treating section is configured to generate steam (H 2 (H 2 O)) from the raw water, 0), and an economizer for heating the steam (H 2 0) supplied from the water separator Wherein a part of the steam (H 2 0) supplied from the water separator is circulated between the water separator and the economizer and is discharged from the exhaust gas discharged from the gas engine that generates propulsion by the pretreated fuel supplied from the raw material treatment section Heat can be recovered, and the economizer can use the exhaust gas discharged from the gas engine as a heat source to heat the steam (H 2 0) supplied from the water separator to the reformer.
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, wherein the vaporizer discharges the exhaust gas from the combustor to LNG It can be used as a heat source for vaporization.
A ship according to the present invention includes: a condenser for condensing the exhaust gas of the combustor discharged from the vaporizer; And a first heat exchanger for exchanging heat between the water discharged from the condenser and the exhaust gas discharged from the fuel cell so that the water supplied from the condenser to the water separator is heated.
A ship according to the present invention includes an air supply unit for supplying air to the fuel cell and the combustor; And a second heat exchange unit for exchanging heat between the air supplied from the air supply unit and the steam (H 2 0) passed through the economizer so as to heat the air supplied 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 가스엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 개질기에 공급되는 스팀(H20)을 생성하도록 구현됨으로써, 전기 생산량 및 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.The present invention can be implemented to generate steam (H 2 0) supplied to the reformer by using the waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine, thereby improving the electric production amount and the electricity production efficiency.

본 발명은 가스엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 개질기에 공급되는 스팀(H20)을 생성하도록 구현됨으로써, 전기를 생산하는데 소모되는 구축비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 설치공간에 대한 범용성을 높일 수 있다.According to the present invention, by using the waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine to generate steam (H 2 0) supplied to the reformer, the construction cost consumed for producing electricity can be reduced, The versatility can be enhanced.

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 개략도1 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 민물, 해수로부터 불순물의 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. As another example, the raw water may be water that has been subjected to removal treatment of impurities from fresh water or seawater or ion removal treatment.

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 발명의 일실시예에 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 an embodiment of the present invention may be implemented by including a controller 250 for controlling all operations including the fuel cell 210 and the hydrogen generator 400 . 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 -) 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 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. The raw material treatment unit 410 may include a filter for removing 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 스택의 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(H2O)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 430 is adjusted by the conditions of the reformer 430 and the mixture ratio of the fuel pretreated in the raw material processing unit 410 and steam (H 2 O) 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) 및 수소생성부(400)를 포함한다. 가스엔진(700)은 상기 수소생성부(400)에 연결되게 설치된다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210) 및 상기 수소생성부(400) 등을 포함하는 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구현될 수도 있다.Referring to FIGS. 5 to 7, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention includes a fuel cell 210 and a hydrogen generation unit 400. The gas engine 700 is installed to be connected to the hydrogen generator 400. The fuel cell system 200 according to the present invention may be implemented by including a controller 250 for controlling the operation of all the configurations including the fuel cell 210 and the hydrogen generator 400.

상기 연료전지(210)는 상기 수소생성부(400)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아 전기 화학적 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. 상기 연료전지(210)는 상기 전기 화학적 반응을 거치면서 발생하는 배기가스를 상기 수소생성부(400)에 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 연료전지(210)는 기수분리기 및 연소기 중 적어도 한 곳에 고온의 배기가스를 공급할 수 있다.The fuel cell 210 is supplied with 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). The fuel cell 210 can supply exhaust gas generated through the electrochemical reaction to the hydrogen generating unit 400. For example, the fuel cell 210 can supply a high-temperature exhaust gas to at least one of the water separator and the combustor.

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. 이를 구체적으로 살펴보면, 상기 원료수 처리부(420)는 기수분리기(4201) 및 이코노마이저(4203)를 포함한다.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. Specifically, the raw water water treatment unit 420 includes a water separator 4201 and an economizer 4203. [

상기 기수분리기(4201)는 스팀(H20)에서 수분을 분리한다. 예컨대, 상기 기수분리기(4201)는 상기 이코노마이저(4203)에서 공급되는 스팀(H20)으로부터 수분을 분리할 수 있다. 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. 상기 기수분리기(4201)에서 배출되는 스팀(H20)은 펌프(미도시) 등을 통해 상기 이코노마이저(4203)로 공급되어 순환되거나, 상기 개질기(430)로 공급될 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.The water separator 4201 separates moisture from steam (H 2 0). For example, the water separator 4201 can separate moisture from steam (H 2 0) supplied 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. The steam H 2 0 discharged from the water separator 4201 may be supplied to the economizer 4203 through a pump or the like and may be circulated or supplied to the reformer 430. 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.

상기 이코노마이저(4203)는 상기 기수분리기(4201)에서 공급되는 스팀(H20)을 가열한다. 여기서, 상기 이코노마이저(4203)는 상기 가스엔진(700)으로부터 배출되는 배기가스를 열원으로 상기 기수분리기(4201)에서 공급되는 스팀(H20)을 가열할 수 있다. 상기 가스엔진(700)은 상기 원료 처리부(410)에 연결되게 설치되어, 상기 원료 처리부(410)에서 공급되는 전처리된 연료로 추진력을 발생시킬 수 있다. 여기서, 상기 원료 처리부(410)에서 공급되는 전처리된 연료는 LNG가 기화된 NG(천연가스)일 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 이코노마이저(4203)는 상기 가스엔진(700)의 배기관과 배기 출구와의 사이에 설치된다. 상기 이코노마이저(4203)는 입구관, 고압 증발기, 중간관, 저압 증발기, 및 출구관을 포함하여 구성된다. 상기 입구관은 상기 가스엔진(700)의 배기관에 접속되어 상기 가스엔진(700)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 기수분리기(4201)에서 공급되는 스팀(H20)은 상기 고압 증발기 및 상기 저압 증발기를 거치면서 상기 가스엔진(700)에서 배출되는 고온의 배기가스와 열교환된다. 상기 이코노마이저(4203)에서 열교환된 후 배출되는 스팀(H20)은 상기 연료전지(210)에 필요한 수소가 포함된 연료를 생성하기 위해 펌프(미도시) 등을 통해 상기 개질기(430)로 공급된다. 상기 개질기(430)에 공급된 스팀(H20)은 상기 원료 처리부(410)에서 공급되는 원료와 개질 반응된다. 이에 따라, 상기 연료전지(210)는 상기 개질기(430)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아 전기를 생산할 수 있다.The economizer 4203 heats the steam H 2 0 supplied from the water separator 4201. Here, the economizer 4203 can heat the steam (H 2 0) supplied from the water separator 4201 using the exhaust gas discharged from the gas engine 700 as a heat source. The gas engine 700 is installed to be connected to the raw material treatment unit 410 and can generate propulsion force by the pretreated fuel supplied from the raw material treatment unit 410. Here, the pretreated fuel supplied from the raw material processing unit 410 may be NG (natural gas) in which LNG is vaporized. Although not shown, the economizer 4203 is installed between the exhaust pipe of the gas engine 700 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 an exhaust pipe of the gas engine 700 and guides the exhaust gas discharged from the gas engine 700 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 steam H 2 0 supplied from the water separator 4201 is heat-exchanged with the high-temperature exhaust gas discharged from the gas engine 700 through the high-pressure evaporator and the low-pressure evaporator. The steam H 2 0 discharged after the heat exchanged in the economizer 4203 is supplied to the reformer 430 through a pump or the like to generate fuel containing hydrogen required for the fuel cell 210 do. The steam H 2 0 supplied to the reformer 430 is subjected to a reforming reaction with the raw material supplied from the raw material processing unit 410. Accordingly, the fuel cell 210 can generate electricity by receiving fuel containing hydrogen from the reformer 430.

이에 따라, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 가스엔진(700)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H20)을 생성하도록 구현됨으로써, 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.Accordingly, in the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention, the steam (H 2 0) supplied to the reformer 430 is generated using the waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine 700 The following operational effects can be achieved.

첫째, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H20)을 생성하기 위한 별도의 가열장치가 필요없다. 이에 따라, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 가열장치에 공급되는 연료나 전기를 줄일 수 있으므로, 전기 생산을 위한 발전시스템(100)의 효율을 향상시킬 수 있다.First, the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention does not require a separate heating device for generating the steam H 2 0 supplied to the reformer 430. Accordingly, the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention can reduce the fuel and electricity supplied to the heating device, thereby improving the efficiency of the power generation system 100 for electricity production.

둘째, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H20)을 가열하기 위한 별도의 가열장치가 필요없으므로, 전기를 생산하는데 소모되는 구축비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 설치공간에 대한 범용성을 높일 수 있다.Secondly, the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention does not require a separate heating device for heating the steam H 2 0 supplied to the reformer 430, so that the construction cost It is possible to increase the versatility of the installation space.

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 NG 또는 펌프에 의해 강제 이송된 LNG를 공급받을 수 있다. 상기 LNG 증발기(4101)는 내부에 상기 기화기(4102)가 설치됨으로써, 상기 LNG를 기화시킬 수 있다. 상기 LNG 증발기(4101)는 상기 가스엔진(700), 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(700), 상기 개질기(430), 및 상기 연소기(440)에 공급될 수 있다.The LNG evaporator 4101 may be supplied with NG that is naturally vaporized from the LNG storage tank 110 or LNG that is forcibly transferred by the pump. The LNG vaporizer 4101 may vaporize the LNG by installing the vaporizer 4102 therein. The LNG evaporator 4101 is connected to the gas engine 700, the reformer 430, and the combustor 440. Accordingly, the fuel vaporized in the LNG evaporator 4101 may be supplied to the gas engine 700, 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 상기 연소기(440)에 연결되게 설치됨으로써, 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스를 공급받을 수 있다. 이에 따라, 상기 기화기(4102)는 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 LNG를 기화시킬 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 기화기(4102)는 제어부(250)의 제어에 따라 LNG를 기화시키는 양을 조절할 수 있다. 상기 제어부(250)는 상기 연소기(440)에서 상기 기화기(4102)로 공급되는 배기가스의 양을 조절함으로써 상기 기화기(4102)를 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 제어부(250)는 상기 연소기(440)와 상기 기화기(4102)를 연결하는 관로에 설치된 밸브(미도시)를 제어하여 상기 관로의 개도를 조절함으로써, 상기 연소기(440)에서 상기 기화기(4102)로 공급되는 배기가스의 양을 조절할 수 있다. 따라서, 상기 연소기(440)의 배기가스 양을 조절함으로써 상기 기화기(4102)에서 기화되는 LNG의 양을 조절하여 상기 연료전지 시스템(200) 및 상기 가스엔진(700)에 공급할 수 있어, 발전시스템(100)의 효율을 높이고, 전기 생산 속도 및 상기 가스엔진(700)의 추진속도 조절에 적절하게 대응할 수 있다. 상기 기화기(4102)를 거친 연소기(440)의 배기가스는 상기 원료수 처리부(420)로 공급될 수 있다.The vaporizer 4102 vaporizes the LNG in the LNG evaporator 4101. The carburetor 4102 is installed to be connected to the combustor 440, so that the exhaust gas discharged from the combustor 440 can be supplied. Accordingly, the vaporizer 4102 can vaporize the LNG using the waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor 440 as a heat source. Although not shown, the vaporizer 4102 can control the amount by which the LNG is vaporized under the control of the controller 250. The control unit 250 may control the vaporizer 4102 by adjusting the amount of exhaust gas supplied to the vaporizer 4102 from the combustor 440. For example, the control unit 250 controls a valve (not shown) provided in a conduit connecting the combustor 440 and the vaporizer 4102 to adjust the opening of the conduit so that the vaporizer The amount of the exhaust gas to be supplied to the exhaust gas purifying unit 4102 can be adjusted. Accordingly, the amount of LNG vaporized in the vaporizer 4102 can be regulated and supplied to the fuel cell system 200 and the gas engine 700 by controlling the amount of exhaust gas from the combustor 440, 100, and to suitably cope with the electricity production speed and the propulsion speed control of the gas engine 700. The exhaust gas of the combustor 440 passing through the vaporizer 4102 may be supplied to the raw water treatment unit 420.

이에 따라, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 연소기(440)로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 LNG를 기화시킬 수 있으므로 별도의 가열장치가 필요없다. 따라서, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 LNG를 기화시키기 위한 별도의 가열장치가 필요없으므로 전기를 생산하는데 소모되는 구축비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 설치공간에 대한 범용성을 높일 수 있다.Accordingly, the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention can vaporize the LNG by using the waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor 440, so that a separate heating device is not required. Therefore, the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention can improve the electricity production efficiency. Further, since the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention does not require a separate heating device for vaporizing the LNG, it is possible not only to reduce the construction cost consumed for producing electricity, .

도 7을 참고하면, 상기 원료수 처리부(420)는 응축기(4202)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the raw water treatment unit 420 may further include a condenser 4202.

상기 응축기(4202)는 상기 기화기(4102)에서 배출되는 상기 연소기(440)의 배기가스를 응축시킨다. 상기 응축기(4202)는 수냉식, 공냉식, 증발식 등의 방법으로 상기 연소기(440)의 배기가스에 포함된 스팀(H20)을 응축시킬 수 있다. 상기 LNG증발기(4101) 내의 기화기(4102)를 거치면서 냉각된 상기 연소기(440)의 배기가스에 포함된 스팀(H20)은 상기 응축기(4202)를 거치면서 냉각되어 물로 상변화되고, 상변화된 물은 상기 기수분리기(4201)로 공급될 수 있다. 상기 응축기(4202)에 공급되는 배기가스 중 응축된 물을 제외한 나머지 잔여가스는 외부로 배출될 수 있다. 여기서, 상기 응축기(4202)에서 상기 기수분리기(4201)로 공급되는 물은 제1열교환부(500)에서 가열될 수 있다.The condenser 4202 condenses the exhaust gas of the combustor 440 discharged from the vaporizer 4102. The condenser 4202 can condense the steam (H 2 0) contained in the exhaust gas of the combustor 440 by a method such as water-cooling, air-cooling or evaporation. The steam H 2 0 contained in the exhaust gas of the combustor 440 cooled through the vaporizer 4102 in the LNG evaporator 4101 is cooled while passing through the condenser 4202 and is phase- The changed water can be supplied to the water separator 4201. The residual gas other than the condensed water in the exhaust gas supplied to the condenser 4202 may be discharged to the outside. Here, the water supplied from the condenser 4202 to the water separator 4201 may be heated by the first heat exchanger 500.

상기 제1열교환부(500)는 상기 응축기(4202) 및 상기 기수분리기(4201) 사이에 설치된다. 상기 제1열교환부(500)는 상기 응축기(4202)로부터 배출되는 물 및 상기 연료전지(210)에서 배출되는 배기가스를 열교환시킨다. 이 경우, 상기 연료전지(210)에서 배출되는 배기가스의 폐열은 상기 응축기(4202)로부터 배출되는 물을 가열하는 열원이 된다. 상기 응축기(4202)에서 상기 기수분리기(4201)로 공급되는 물은 상기 제1열교환부(500)에서 가열되어 스팀(H20)으로 상변화될 수 있다. 이에 따라, 상기 기수분리기(4201)는 상기 제1열교환부(500)가 없을 경우에 비해 더 많은 스팀(H20)을 공급받을 수 있다. 따라서, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 기수분리기(4201)가 분리해야 할 수분의 양을 감소시키고 스팀(H20) 생성을 위한 부하를 줄일 수 있으므로 상기 기수분리기(4201)의 사용수명을 증대시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 기수분리기(4201)의 부하를 줄임으로써 상기 연료전지 시스템(200)의 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.The first heat exchanging part 500 is installed between the condenser 4202 and the water separator 4201. The first heat exchanging unit 500 exchanges heat between the water discharged from the condenser 4202 and the exhaust gas discharged from the fuel cell 210. In this case, the waste heat of the exhaust gas discharged from the fuel cell 210 becomes a heat source for heating the water discharged from the condenser 4202. The water supplied to the water separator 4201 in the condenser 4202 may be heated by the first heat exchanger 500 and be phase-changed into steam H 2 O. Accordingly, the water separator 4201 can receive more steam (H 2 0) than the first heat exchanger (500). Therefore, the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention can reduce the amount of water to be separated by the water separator 4201 and reduce the load for generating steam (H 2 0), so that the water separator 4201) can be increased. In addition, the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention can improve the electricity production efficiency of the fuel cell system 200 by reducing the load of the water separator 4201.

도 7을 참고하면, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 공기공급부(130) 및 제2열교환부(600)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, an embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention may further include an air supply unit 130 and a second heat exchange unit 600.

상기 공기공급부(130)는 상기 연료전지(210) 및 상기 연소기(440)에 공기를 공급한다. 예컨대, 상기 공기공급부(130)는 임펠러(Impeller), 블로워(Blower) 등을 통해 상기 연료전지(210), 상기 연소기(440) 및 상기 가스엔진(700)에 공기를 공급할 수 있다.The air supply unit 130 supplies air to the fuel cell 210 and the combustor 440. For example, the air supply unit 130 may supply air to the fuel cell 210, the combustor 440, and the gas engine 700 through an impeller, a blower, or the like.

상기 제2열교환부(600)는 상기 공기 공급부(130)로부터 상기 연료전지(210) 및 상기 연소기(440)로 공급되는 공기가 가열되도록 상기 이코노마이저(4203)를 거친 스팀(H20) 및 상기 공기 공급부(130)에서 공급되는 공기를 열교환시킨다. 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 제2열교환부(600)는 상기 연료전지(210)의 전기 생산 효율이 향상되도록 상기 이코노마이저(4203)를 거친 스팀(H20) 및 상기 공기 공급부(130)에서 공급되는 공기를 열교환시킨다. 이 경우, 상기 이코노마이저(4203)를 거친 스팀(H20)은 상기 연료전지(210) 및 상기 연소기(440)에 공급되는 공기를 가열하는 열원이 된다. 상기 제어부(250)는 상기 이코노마이저(4203)에서 상기 제2열교환부(600)로 공급되는 스팀(H20)의 양을 조절함으로써 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기의 온도를 조절할 수 있다. 예컨대, 상기 제어부(250)는 상기 제2열교환부(600)에 공급되는 스팀(H20)의 양을 증가시킴으로써 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기의 온도를 높여 상기 연료전지(210)의 운전온도를 높일 수 있다. 상기 제어부(250)는 상기 제2열교환부(600)에 공급되는 스팀(H20)의 양을 감소시킴으로써 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기의 온도를 낮추어 상기 연료전지(210)의 운전온도를 낮출 수 있다. 상기 제어부(250)는 상기 제2열교환부(600)에 공급되는 공기의 양을 조절함으로써 상기 연료전지(210)의 운전온도를 조절할 수도 있다.The second heat exchanger 600 is steam (H 2 0) subjected to the economizer (4203) such that the air is heated to be supplied from the air supply unit 130 to the fuel cell 210 and the combustor 440, and the And exchanges heat with air supplied from the air supply unit 130. 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 second heat exchanging unit 600 exchanges heat between the steam H 2 0 and the air supplied from the air supply unit 130 through the economizer 4203 to improve the electricity production efficiency of the fuel cell 210, . In this case, steam (H 2 0) passing through the economizer 4203 becomes a heat source for heating the air supplied to the fuel cell 210 and the combustor 440. The control unit 250 may adjust the temperature of the air supplied to the fuel cell 210 by adjusting the amount of steam H 2 0 supplied to the second heat exchanging unit 600 from the economizer 4203 . For example, the control unit 250 increases the amount of steam (H 2 0) supplied to the second heat exchanging unit 600 to increase the temperature of the air supplied to the fuel cell 210, It is possible to increase the operating temperature. The control unit 250 decreases the amount of steam H 2 0 supplied to the second heat exchanging unit 600 to lower the temperature of the air supplied to the fuel cell 210, Temperature can be lowered. The controller 250 may adjust the operation temperature of the fuel cell 210 by adjusting the amount of air supplied to the second heat exchanger 600.

이에 따라, 본 발명의 연료전지 시스템(200)에 대한 실시예는 상기 연료전지(210) 및 상기 연소기(440)에 공급되는 공기의 온도를 조절할 수 있도록 구현됨으로써, 상기 연료전지(210)의 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기를 가열하기 위한 가열장치가 별도로 필요하지 않으므로 가열장치 설치비용을 절감할 수 있다.Accordingly, the embodiment of the fuel cell system 200 of the present invention is configured to control the temperature of the air supplied to the fuel cell 210 and the combustor 440, The production efficiency can be improved and a heating device for heating the air to be supplied to the fuel cell 210 is not required separately, so that the installation cost of the heating device can be reduced.

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) 및 가스엔진(700)을 포함한다. 상기 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 수소생성부(400), 제1열교환부(500) 및 제2열교환부(600)를 포함한다. 상기 가스엔진(700)은 상기 수소생성부(400)에 연결되게 설치된다. 상기 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210) 및 상기 수소생성부(400) 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 and a gas engine 700. The fuel cell system 200 includes a fuel cell 210, a hydrogen generator 400, a first heat exchanger 500, and a second heat exchanger 600. The gas engine 700 is installed to be connected to the hydrogen generator 400. The fuel cell system 200 may include a controller 250 for controlling the operation of all the components including the fuel cell 210 and the hydrogen generator 400.

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 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 스팀(H20)을 공급받아 상기 연료전지(210)에 필요한 수소가 포함된 연료를 생성한다. 이 때, 상기 수소생성부(400)는 상기 가스엔진(700)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H20)을 가열할 수 있다. 또한, 상기 수소생성부(400)는 수소를 생성하는 과정에서 발생하는 폐열을 이용하여 LNG를 기화시킬 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 steam H 2 0 from the raw water supplying unit 120 to the fuel . At this time, the hydrogen generator 400 may heat the steam H 2 0 supplied to the reformer 430 using the waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine 700. In addition, the hydrogen generator 400 may vaporize the LNG using waste heat generated in the process of generating hydrogen.

상기 제1열교환부(500)는 상기 응축기(4202)로부터 배출되는 물 및 상기 연료전지(210)에서 배출되는 배기가스를 열교환시킨다. 이에 따라, 상기 응축기(4202)에서 상기 기수분리기(4201)로 공급되는 물은 상기 제1열교환부(500)에서 가열되어 스팀(H20)으로 상변화될 수 있다. 따라서, 상기 제1열교환부(500)는 상기 응축기(4202)에서 상기 기수분리기(4201)로 공급되는 스팀(H20)의 양을 증가시킬 수 있다.The first heat exchanging unit 500 exchanges heat between the water discharged from the condenser 4202 and the exhaust gas discharged from the fuel cell 210. Accordingly, the water supplied to the water separator 4201 from the condenser 4202 can be heated by the first heat exchanging unit 500 and be phase-changed into steam (H 2 O). Accordingly, the first heat exchanger 500 can increase the amount of steam (H 2 0) supplied from the condenser 4202 to the water separator 4201.

상기 제2열교환부(600)는 상기 공기 공급부(130)로부터 상기 연료전지(210) 및 상기 연소기(440)로 공급되는 공기가 가열되도록 상기 이코노마이저(4203)를 거친 스팀(H20) 및 상기 공기 공급부(130)에서 공급되는 공기를 열교환시킨다. 이에 따라, 상기 제2열교환부(600)는 상기 연료전지(200)에 적절한 온도의 공기를 공급할 수 있다.The second heat exchanger 600 is steam (H 2 0) subjected to the economizer (4203) such that the air is heated to be supplied from the air supply unit 130 to the fuel cell 210 and the combustor 440, and the And exchanges heat with air supplied from the air supply unit 130. Accordingly, the second heat exchanging unit 600 can supply the air of the proper temperature to the fuel cell 200.

따라서, 본 발명에 따른 선박(900)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.Therefore, 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 가스엔진(700)에서 배출되는 고온의 배기가스를 이용하여 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H20)을 가열하도록 구현됨으로써, 전기 생산 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 전기 생산 구축비용을 절감할 수 있다.First, in the ship 900 according to the present invention, the steam (H 2 0) supplied to the reformer 430 is heated using a high-temperature exhaust gas discharged from the gas engine 700 without a separate heating device This not only improves electricity production efficiency, but also reduces the cost of constructing electricity production.

둘째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H20)을 가열하기 위한 별도의 가열장치가 필요하지 않으므로 설치공간에 대한 범용성을 높일 수 있다.Secondly, since the ship 900 according to the present invention does not require a separate heating device for heating the steam H 2 0 supplied to the reformer 430, it is possible to improve the versatility of the installation space.

셋째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 연료전지(210)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 응축기(4202)에서 상기 기수분리기(4201)로 공급되는 스팀(H20)의 양을 증가시킴으로써, 상기 개질기(430)로 공급되는 스팀(H20) 생성을 위한 상기 기수분리기(4201)의 부하를 감소시켜 전기 생산에 소모되는 운영비용을 절감할 수 있다.Thirdly, the ship 900 according to the present invention can reduce the amount of steam (H 2 0) supplied from the condenser 4202 to the water separator 4201 by using the waste heat of the exhaust gas discharged from the fuel cell 210 The load of the water separator 4201 for generating the steam (H 2 0) supplied to the reformer 430 can be reduced to reduce the operating cost consumed in the electricity production.

넷째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 연료전지(210) 및 상기 연소기(440)에 공급되는 공기의 온도를 조절하도록 구현됨으로써, 상기 연료전지(210)의 적절한 운전온도를 유지시켜 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.Fourth, the ship 900 according to the present invention is configured to adjust the temperature of the air supplied to the fuel cell 210 and the combustor 440, thereby maintaining the proper operating temperature of the fuel cell 210, The efficiency can be improved.

다섯째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 가스엔진(700)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 constructed to recover heat from the waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine 700, 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 가스엔진(700)과 상기 가스엔진(700)에 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 a gas engine 700 for generating a driving force for moving the hull 910 and a raw material supply unit 110 for supplying raw materials to the gas engine 700. 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 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 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 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 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 : 제1열교환부
600 : 제2열교환부 700 : 가스엔진100: 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: first heat exchanger
600: second heat exchanger 700: 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 수소를 포함하는 연료를 생성하는 수소생성부, 및 상기 수소생성부로부터 공급되는 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지를 포함하며,
상기 수소생성부는 상기 원료 공급부로부터 공급되는 원료를 전처리하기 위해 LNG 저장탱크에서 공급되는 원료를 증발시키는 LNG 증발기 및 상기 LNG 증발기 내에 설치되는 기화기를 포함하는 원료 처리부, 상기 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 포함하고,
상기 원료수 처리부는 스팀(H20)에서 수분을 분리하는 기수분리기, 상기 기수분리기에서 공급되는 스팀(H20)을 가열하기 위한 이코노마이저, 상기 기화기에서 배출되는 상기 연소기의 배기가스를 응축시키기 위한 응축기, 및 상기 응축기에서 상기 기수분리기로 공급되는 물이 가열되도록 상기 응축기로부터 배출되는 물 및 상기 연료전지에서 배출되는 배기가스를 열교환시키는 제1열교환부를 포함하며,
상기 기수분리기에서 공급되는 스팀(H20) 중 일부는 상기 기수분리기와 상기 이코노마이저 간에 순환되면서 상기 원료 처리부에서 공급되는 전처리된 연료로 추진력을 발생시키는 가스엔진에서 배출되는 배기가스로부터 열을 회수하고,
상기 이코노마이저는 상기 가스엔진으로부터 배출되는 배기가스를 열원으로 사용하여 상기 기수분리기에서 상기 개질기로 공급되는 스팀(H20)을 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)
Wherein the fuel cell system includes a hydrogen generator for generating a fuel containing hydrogen, and a fuel cell for generating electricity using fuel supplied from the hydrogen generator,
Wherein the hydrogen generator comprises a raw material treatment section including an LNG evaporator for evaporating a raw material supplied from an LNG storage tank for pretreating a raw material supplied from the raw material supply section and a carburetor provided in the LNG evaporator, A reformer for reforming steam (H 2 0) supplied from the raw material water processing unit and the pre-treated fuel supplied from the raw material processing unit, and a combustor for heating the reformer,
The raw material can the processing unit is to condense the exhaust gas of the combustor, exiting the separator, the economizer, the vaporizer for heating the steam (H 2 0) supplied from the steam separator for separating water from the steam (H 2 0) And a first heat exchanger for exchanging heat between the water discharged from the condenser and the exhaust gas discharged from the fuel cell so that water supplied from the condenser to the water separator is heated,
Some of the steam (H 2 0) supplied from the water separator circulates between the water separator and the economizer, and recovers heat from the exhaust gas discharged from the gas engine that generates propulsion by the pretreated fuel supplied from the raw material processing unit ,
Wherein the economizer uses steam exhausted from the gas engine as a heat source to heat steam (H 2 0) supplied from the water separator to the reformer. 수소를 포함하는 연료를 생성하는 수소생성부; 및
상기 수소생성부로부터 공급되는 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지를 포함하고,
상기 수소생성부는 원료 공급부로부터 공급되는 원료를 전처리하기 위해 LNG 저장탱크에서 공급되는 원료를 증발시키는 LNG 증발기 및 상기 LNG 증발기 내에 설치되는 기화기를 포함하는 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 포함하며,
상기 원료수 처리부는 스팀(H20)에서 수분을 분리하는 기수분리기, 상기 기수분리기에서 공급되는 스팀(H20)을 가열하기 위한 이코노마이저, 상기 기화기에서 배출되는 상기 연소기의 배기가스를 응축시키기 위한 응축기, 및 상기 응축기에서 상기 기수분리기로 공급되는 물이 가열되도록 상기 응축기로부터 배출되는 물 및 상기 연료전지에서 배출되는 배기가스를 열교환시키는 제1열교환부를 포함하고,
상기 기수분리기에서 공급되는 스팀(H20) 중 일부는 상기 기수분리기와 상기 이코노마이저 간에 순환되면서 상기 원료 처리부에서 공급되는 전처리된 연료로 추진력을 발생시키는 가스엔진에서 배출되는 배기가스로부터 열을 회수하며,
상기 이코노마이저는 상기 가스엔진으로부터 배출되는 배기가스를 열원으로 사용하여 상기 기수분리기에서 상기 개질기로 공급되는 스팀(H20)을 가열하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.A hydrogen generator for generating a fuel containing hydrogen; And
And a fuel cell that generates electricity using the fuel supplied from the hydrogen generator,
The hydrogen generator includes a raw material treatment unit including an LNG evaporator for evaporating a raw material supplied from an LNG storage tank for pretreating a raw material supplied from a raw material supply unit and a carburetor installed in the LNG evaporator, processing the raw material can, a reformer for a steam (H 2 0) supplied from the raw material processing number of the pre-processed fuel and the raw material supplied from the processing unit to the reforming reaction, and a burner for heating the reformer,
The raw material can the processing unit is to condense the exhaust gas of the combustor, exiting the separator, the economizer, the vaporizer for heating the steam (H 2 0) supplied from the steam separator for separating water from the steam (H 2 0) And a first heat exchanger for exchanging heat between the water discharged from the condenser and the exhaust gas discharged from the fuel cell so that water supplied from the condenser to the water separator is heated,
Some of the steam (H 2 0) supplied from the water separator circulates between the water separator and the economizer and recovers heat from the exhaust gas discharged from the gas engine which generates propulsion by the pretreated fuel supplied from the raw material processing unit ,
Wherein the economizer uses the exhaust gas discharged from the gas engine as a heat source to heat the steam (H 2 0) supplied from the water separator to the reformer. 제2항에 있어서,
상기 기화기는 상기 연소기에서 배출되는 배기가스를 LNG를 기화시키기 위한 열원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the vaporizer uses the exhaust gas discharged from the combustor as a heat source for vaporizing the LNG. 삭제delete 제2항에 있어서,
상기 연료전지 및 상기 연소기에 공기를 공급하기 위한 공기공급부; 및
상기 공기공급부에서 공급되는 공기를 가열하도록, 상기 이코노마이저를 거친 스팀(H20) 및 상기 공기공급부에서 공급되는 공기를 열교환시키는 제2열교환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.3. The method of claim 2,
An air supply unit for supplying air to the fuel cell and the combustor; And
The fuel cell system comprises the second heat exchange unit for heating the air to be supplied from the air supply unit, heat exchanging the air supplied to the economizer via steam in (H 2 0) and the air supply unit.
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