KR101824768B1 - 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템 및 이를 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 방법 - Google Patents

메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템 및 이를 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템을 제공한다. 상기 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템은 외부로부터 열을 제공 받아 수소를 발생시키고, 생성물을 생성하는 메틸렌사이클로헥산(MCH)이 저장되며, 서로 밀착되도록 병렬을 이루어 배치되는 다수의 연료 저장 탱크와; 상기 다수의 연료 저장 탱크 중 어느 하나에 밀착되도록 배치되며, 내부에 빈 공간을 형성하는 보조 탱크와; 상기 메틸렌사이클로헥산에 열을 제공하는 버너; 및 생성되는 상기 생성물을 상기 보조 탱크에 저장시키고, 반응이 완료되어 공간이 형성되는 상기 다수의 연료 저장 탱크 각각으로 연속적으로 생성되는 생성물을 저장시키고, 발생되는 수소를 연료 전지로 제공하는 연료 공급 제어부;를 포함한다.

Description

메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템 및 이를 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 방법{FUEL SUPPLYING SYSTEM OF FUEL CELL FOR SUBMARINE USING METHYLENECYCLOHEXANE}
본 발명은 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공간을 효율적으로 절약할 수 있는 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템 및 이를 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 수면아래를 항주하는 잠수함은 크게 디젤잠수함과 원자력잠수함으로 구분되며, 이중 디젤잠수함은 대기중으로부터 취해지는 산소를 이용하는 디젤엔진 또는 연료가 산화반응을 일으키는 동안 방출되는 에너지를 전류의 형태로 이용가능하게 만드는 연료전지를 동력원으로 하여 구동된다.
잠수함의 연료전지는 산소와 수소를 각각 양극과 음극에서 화학반응을 일으켜 기전력을 공급하게 되는데, 공급되는 산소는 일반적으로 잠수함자체에서 보관되는 액화산소가 사용된다. 그리고 수소는 합금형태로 금속용기에 저장되거나 또는 메탄올을 이용한 화학적방법에 의해 발생시켜 사용하기도 한다.
최근에 들어, 메틸렌사이클로헥산을 반응시켜 수소를 발생시키고, 발생되는 수소를 연료 전지로 제공하는 시스템을 사용한다.
그러나, 메틸렌사이클로헥산(MCH, methylenecyclohexane)은 외부로부터 제공되는 열에 의해 수소를 제공하고, 톨루엔(Toluene)인 생성물로 변환된다.
따라서, 종래에는 수소를 발생시킨 이후, 상기 생성물을 별도로 저장하는 보관 탱크가 요구된다.
이의 구성에 의해, 종래에는, 별도의 생성물 탱크를 구비함으로 인해, 탱크가 차지하는 공간이 증가되는 문제점이 있다.
또한, 종래에는 상기와 같이 생성되는 생성물이 섭씨 약 100도씨로 배출되나, 이를 외부로 배출하여 제거함으로써, 에너지 측면에서 낭비되는 문제점이 있다.
잠수함 연료전지의 수소공급 시스템 및 그 수소공급 시스템의 폭발 방지구조(특허출원 제10-2012-0111749호)
본 발명의 목적은, 연료 탱크, 생성물 저장 탱크를 서로 구획되는 하나의 몸체로 구성하여 공간을 효율적으로 절약할 수 있는 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템 및 이를 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은, 연료 전지로부터 배출되는 고온의 반응수를 저장하는 반응수 저장 탱크를 연료 탱크와 인접되도록 배치하여 폐열을 용이하게 회수할 수 있는 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템 및 이를 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 방법을 제공함에 있다.
일 예에 있어서, 본 발명은 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템을 제공한다.
상기 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템은 외부로부터 열을 제공 받아 수소를 발생시키고, 생성물을 생성하는 메틸렌사이클로헥산(MCH)이 저장되며, 서로 밀착되도록 병렬을 이루어 배치되는 다수의 연료 저장 탱크와; 상기 다수의 연료 저장 탱크 중 어느 하나에 밀착되도록 배치되며, 내부에 빈 공간을 형성하는 보조 탱크와; 상기 메틸렌사이클로헥산에 열을 제공하는 버너; 및 생성되는 상기 생성물을 상기 보조 탱크에 저장시키고, 반응이 완료되어 공간이 형성되는 상기 다수의 연료 저장 탱크 각각으로 연속적으로 생성되는 생성물을 저장시키고, 발생되는 수소를 연료 전지로 제공하는 연료 공급 제어부;를 포함한다.
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상기 다수의 연료 저장 탱크에는 병렬을 이루어 반응수가 저장되는 반응수 저장 탱크가 더 설치되는 것이 바람직하다.
상기 연료 전지로부터 배출되는 상기 반응수를 상기 반응수 저장 탱크 및 상기 버너로 동시에 공급하는 폐열 회수부를 더 구비하는 것이 바람직하다.
삭제
다른 예에 있어서, 본 발명은 상술한 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템을 사용하여 연료를 공급하는 잠수함 연료전지의 연료 공급 방법을 제공한다.
본 발명은, 연료 탱크, 생성물 저장 탱크를 서로 구획되는 하나의 몸체로 구성하여 공간을 효율적으로 절약할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은, 연료 전지로부터 배출되는 고온의 반응수를 저장하는 반응수 저장 탱크를 연료 탱크와 인접되도록 배치하여 폐열을 용이하게 회수할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템의 작용을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템에서 폐열 회수가 가능한 예를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템을 설명한다.
메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템을 설명함에 포함하여 잠수함 연료전지의 연료 공급 방법을 설명한다.
도 1은 본 발명의 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명의 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템의 작용을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조 하면, 본 발명의 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템은 크게 다수의 연료 저장 탱크(100)와, 보조 탱크(300)와, 버너(600, 도 3 참조)와, 연료 공급 제어부(200)로 구성된다.
상기 다수의 연료 저장 탱크(100)는 외부로부터 열을 제공 받아 수소를 발생시키고, 생성물을 생성하는 메틸렌사이클로헥산(MCH)이 저장되며, 서로 밀착되도록 병렬을 이루어 배치된다.
상기 보조 탱크(300)는 상기 다수의 연료 저장 탱크(100) 중 어느 하나에 밀착되도록 배치되며, 내부에 빈 공간을 형성한다.
상기 버너(600. 도 3 참조)는 상기 메틸렌사이클로헥산에 열을 제공하도록 연료 저장 탱크로 열을 전달한다.
바람직하게, 상기 버너(600)는 다수의 연료 저장 탱크(100) 중 외측에 배치되는 어느 하나로 열을 제공 또는 전달한다.
상기 연료 공급 제어부(200)는 생성되는 상기 생성물을 상기 보조 탱크(300)에 저장시키고, 반응이 완료되어 공간이 형성되는 상기 다수의 연료 저장 탱크(100) 각각으로 연속적으로 생성되는 생성물을 저장시키고, 발생되는 수소를 연료 전지(10)로 제공한다.
본 발명에 따르는 연료 공급 제어부(200)의 구성을 상세히 설명한다.
상기 연료 공급 제어부(200)는 공급부(210)와, 회수부(220)로 구성된다.
상기 공급부(210)는 생성되는 상기 생성물을 상기 보조 탱크(300)에 저장시키고, 발생되는 수소를 연료 전지로 제공한다.
상기 공급부(210)는, 상기 다수의 연료 저장 탱크(100) 및 상기 보조 탱크(300)로부터 연장되는 다수의 공급관(211)과, 상기 다수의 공급관(211) 상에 설치되어, 유로를 개폐하는 다수의 제 1개폐 밸브(213)와, 상기 다수의 공급관(211)과, 상기 연료 전지(10)를 연결하는 제 1연결관(212)과, 상기 제 1연결관(212) 상에 설치되며, 발생되는 상기 수소를 상기 연료 전지(10)로 공급하는 제 1펌프(214)와, 발생되는 수소를 연료 전지로 제공하도록 상기 다수의 제 1밸브(213) 및 상기 제1 펌프(214)의 구동을 제어하는 제 1제어기(215)로 구성된다.
상기 회수부(220)는 반응이 완료되어 공간이 형성되는 상기 다수의 연료 저장 탱크(100) 각각으로 연속적으로 생성되는 생성물을 저장시킨다.
상기 회수부(220)는, 상기 다수의 연료 저장 탱크(100) 및 상기 보조 탱크(300)로부터 연장되는 다수의 회수관(221)과, 상기 다수의 회수관(221) 상에 설치되어, 유로를 개폐하는 다수의 제 2개폐 밸브(223)와, 상기 다수의 회수관(221)과, 상기 연료 전지(10)를 연결하는 제 2연결관(223)과, 상기 제 2연결관(223) 상에 설치되며, 상기 연료 전지(10)로부터 배출되는 생성물을 상기 보조 탱크(300) 또는 내부에 빈 공간이 형성되는 상기 다수의 연료 저장 탱크(100)로 회수시키는 제 2펌프(224)와, 생성되는 상기 생성물을 상기 보조 탱크(300)에 저장시키고, 반응이 완료되어 공간이 형성되는 상기 다수의 연료 저장 탱크(100) 각각으로 연속적으로 생성되는 생성물을 저장시키도록 상기 제2 펌프(224)의 구동을 제어하는 제 2제어기(225)로 구성된다.
한편, 상기 제 1연결관(212) 상에는, 열을 제공 받아 상기 제 1연결관(212)을 통해 유동되는 메틸렌사이클로헥산에서 수소를 분리하는 탈수소 장치(230)가 설치된다.
또한, 상기 제 1연결관(212) 상에는 분리된 수소에서 액상 및 기체상으로 분리하고, 상기 기체 상으로 분리되는 수소를 상기 연료 전지(10)로 공급하는 기액분리기(240)가 설치된다.
도 1을 참조 하면, 버너(600, 도 3참조)는 외측에 위치되는 연료 저장 탱크(100)로 열을 전달한다.
열을 제공받은 해당 연료 저장 탱크(100)에 저장되는 메틸렌사이클로헥산(이하, MCH 라 한다.)은 열을 전달 받은 상태로 제 1연결관(212)을 따라 유동되고, 탈수소 장치(230)에 의해 수소가 발생된다.
이와 동시에, 해당 연료 저장 탱크(100)에서 열에 의해 반응되는 MCH는 수소를 제공하고, 생성물로 변환된다.
이 생성물은 보조 탱크(300)의 내부 공간에 저장될 수 있다.
상기와 같은 연속적인 반응 및 생성물을 저장하게 되면, 반응이 완료된 후에 다수의 연료 저장 탱크(100)에는 톨루엔인 생성물이 저장되고, 다른 하나의 탱크는 빈 공간을 이루는 상태가 된다. 여기서, 빈 공간을 이루는 상태의 탱크는 보조 탱크일 수 있다.
상기 작용에 의해, 본 발명에 따르는 실시예는 연료 탱크, 생성물 저장 탱크를 서로 구획되는 하나의 몸체로 구성하여 공간을 효율적으로 절약할 수 있는 이점이 있다.
도 3은 본 발명의 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템에서 폐열 회수가 가능한 예를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조 하면, 본 발명에 따르는 다수의 연료 저장 탱크(100)에는 병렬을 이루어 반응수가 저장되는 반응수 저장 탱크(500)가 설치된다.
또한, 상기 연료 전지(10)로부터 배출되는 상기 반응수를 상기 반응수 저장 탱크(500) 및 상기 버너(600)로 동시에 공급하는 폐열 회수부(700)가 설치된다.
상기 폐열 회수부(700)는 파이프(710)로 형성되어, 상기 연료 전지(10)로부터 버너, 반응수 저장 탱크(500)를 연결한다.
상기 구성에 의하면, 연료 전지(10)로부터 배출되는 고온의 물로 형성되는 반응수는 파이프(710)를 통해 상기 버너(600) 및 반응수 저장 탱크(500)로 공급한다.
따라서, 고온의 반응수가 저장되는 반응수 저장 탱크(500)는 밀착되는 연료 저장 탱크(100)에 열을 보조로 제공하고, 이와 동시에 버너(600)로 보조 열을 제공할 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따르는 실시예는 연료 전지로부터 배출되는 고온의 반응수를 저장하는 반응수 저장 탱크를 연료 탱크와 인접되도록 배치하여 폐열을 용이하게 회수할 수 있는 이점이 있다.
이상, 본 발명에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 연료 전지
100 : 연료 저장 탱크
200 : 연료 공급 시스템
300 : 보조 탱크
500 : 반응수 저장 탱크
600 : 버너

Claims (7)

  1. 외부로부터 열을 제공 받아 수소를 발생시키고, 생성물을 생성하는 메틸렌사이클로헥산(MCH)이 저장되며, 서로 밀착되도록 병렬을 이루어 배치되는 다수의 연료 저장 탱크;
    상기 다수의 연료 저장 탱크 중 어느 하나에 밀착되도록 배치되며, 내부에 빈 공간을 형성하는 보조 탱크;
    상기 메틸렌사이클로헥산에 열을 제공하는 버너; 및
    생성되는 상기 생성물을 상기 보조 탱크에 저장시키고, 반응이 완료되어 공간이 형성되는 상기 다수의 연료 저장 탱크 각각으로 연속적으로 생성되는 생성물을 저장시키고, 발생되는 수소를 연료 전지로 제공하는 연료 공급 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 다수의 연료 저장 탱크에는 병렬을 이루어 반응수가 저장되는 반응수 저장 탱크가 더 설치되고,
    상기 연료 전지로부터 배출되는 상기 반응수를 상기 반응수 저장 탱크 및 상기 버너로 동시에 공급하는 폐열 회수부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템.
  6. 삭제
  7. 제 1항 또는 제 5항의 메틸렌사이클로헥산을 사용한 잠수함 연료전지의 연료 공급 시스템을 사용하여 연료를 공급하는 것을 특징으로 하는 잠수함 연료전지의 연료 공급 방법.
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