KR101956240B1 - Fuel cell system for ship - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지를 이용하여 전기에너지를 얻는 선박용 연료전지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박에 적용하기 위한 연료전지 시스템에 해수와 고압의 배기가스를 이용하여 효율을 증대시키는 선박용 연료전지 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 선박용 연료전지 발전시스템에 따르면, 연료, 공기 및 물을 공급받고, 상기 물을 기화시켜 상기 연료와 혼합하고, 상기 혼합된 연료로부터 수소를 생산하고, 상기 수소와 상기 공기의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지를 구비하는 선박용 연료전지 시스템에 있어서, 상기 공기를 압축하여 공기공급라인(810)을 통해 상기 연료전지(700)로 공급하는 공기공급부(100); 해수에 대해 담수화 과정 및 용존이온 제거과정을 거치도록 하여 생산한 상기 물을 가습기(500)로 공급하는 해수공급부(300); 및 상기 물을 물공급라인(840)을 통해 공급받아 기화시키고, 연료공급라인(850)을 통해 공급받은 상기 연료와 혼합하는 상기 가습기(500);를 포함하되, 상기 연료전지(700)는 상기 공기공급부(100)에 의해 공급되는 압축공기에 의해 고압의 배기가스를 배출하는 것;을 특징으로 한다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a marine fuel cell system for obtaining electric energy using a fuel cell, and more particularly, to a marine fuel cell system for increasing efficiency by using seawater and high- .
According to the present invention, there is provided a marine fuel cell power generation system comprising: a fuel cell system for receiving fuel, air and water, vaporizing the water to mix with the fuel, producing hydrogen from the mixed fuel, A fuel cell system for a ship having a fuel cell that generates electricity through a reaction, comprising: an air supply unit (100) for compressing the air and supplying the compressed air to the fuel cell (700) through an air supply line (810); A seawater supply unit 300 for supplying the water produced through the desalination process and the dissolved ion removal process to the humidifier 500; And the humidifier 500 for supplying the water through the water supply line 840 and mixing the fuel with the fuel supplied through the fuel supply line 850, And discharging high-pressure exhaust gas by the compressed air supplied by the air supply part 100. [

Description

선박용 연료전지 시스템{Fuel cell system for ship}Fuel cell system for ship

본 발명은 연료전지를 이용하여 전기에너지를 얻는 선박용 연료전지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박에 적용하기 위한 연료전지 시스템에 해수와 고압의 배기가스를 이용하여 효율을 증대시키는 선박용 연료전지 시스템에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a marine fuel cell system for obtaining electric energy using a fuel cell, and more particularly, to a marine fuel cell system for increasing efficiency by using seawater and high- .

에너지는 우리의 일상 생활에 있어서 의식주와 같이 없어서는 안될 중요한 요소이며, 산업 및 경제발전의 주요한 원동력이 되고 있다. 따라서 인류의 지속적인 성장과 발전을 위해서는 에너지 자원의 원활한 공급이 필수조건이 된다고 볼 수 있다. Energy is an indispensable element in our everyday life, such as food and shelter, and is a major driving force for industrial and economic development. Therefore, it can be said that the smooth supply of energy resources is a prerequisite for the continuous growth and development of mankind.

인류가 사용하고 있는 에너지 중 대부분은 화석연료로부터 얻고 있으나, 이러한 화석연료의 매장량은 제한되어 있고, 화석연료의 사용은 대기오염 및 산성비, 지구 온난화 등의 환경에 심각한 영향을 미치고 있으며, 에너지 효율도 낮은 문제점이 있다. Most of the energy used by humans comes from fossil fuels, but the reserves of these fossil fuels are limited, and the use of fossil fuels has serious effects on the environment such as air pollution, acid rain, global warming, There is a low problem.

이러한 화석연료의 사용에 따른 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 연료전지 시스템이 개발되고 있는데, 연료전지는 기존의 화석연료에 비해 대기오염물질 배출이 적으며, 높은 효율로 인해 연료소비도 적고, 낮은 소음 및 진동으로 안정성 또한 높아 많은 연구개발이 이루어지고 있다. Recently, a fuel cell system has been developed to solve the problems caused by the use of fossil fuels. Fuel cells have less air pollutant emission than conventional fossil fuels, And the stability of vibration is also high.

연료전지(fuel cell)는 LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 가솔린 등의 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이며, 공기극(cathode)에는 산화제인 산소의 환원반응, 연료극(anode)에는 연료인 수소의 산화반응이 일어나는 전기화학반응이 진행되어 전기, 열, 물 등을 발생시킨다. A fuel cell is a fuel cell that uses the chemical reaction energy of hydrogen and oxygen contained in a hydrocarbon-based material such as LNG (liquefied natural gas), LPG (liquefied petroleum gas), methanol (CH3OH), ethanol (C2H5OH) The electric power is converted into direct electric energy. Electrochemical reaction, which is the reduction reaction of oxygen, which is an oxidizer, is performed on the cathode and the oxidation reaction of hydrogen, which is a fuel, is performed on the anode, generates electricity, heat and water .

연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융 탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 또는 알칼리형 연료전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. The fuel cell is classified into a phosphoric acid type fuel cell, a molten carbonate type fuel cell, a solid oxide type fuel cell, a polymer electrolyte type or an alkaline type fuel cell depending on the type of the electrolyte used. Although each of these fuel cells operates on essentially the same principle, the type of fuel used, the operating temperature, the catalyst, and the electrolyte are different.

이러한 연료전지는 현재 소형 구조물인 전기자동차에 대해서는 적용이 이루어지고 있으나, 대형 구조물인 선박에서는 요구되는 발전출력도 상대적으로 커서 그에 따는 관련설비의 대형화, 발전효율, 발전용량, 연료 등의 많은 문제점들이 있고, 따라서 선박에 연료전지 시스템을 적용하기 위해 많은 연구가 되고 있다. This fuel cell is applied to an electric vehicle which is a small structure at present. However, a large-sized ship, which is a large-sized structure, requires a relatively large power output, and thus many problems such as enlargement of related facilities, power generation efficiency, Therefore, many studies have been made to apply fuel cell systems to ships.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 연료전지 시스템을 선박에 적용하면서 발전출력을 향상시켜 효율을 획기적으로 증대시키는 데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a fuel cell system for a ship, which improves power generation efficiency and dramatically increases efficiency.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 연료, 공기 및 물을 공급받고, 상기 물을 기화시켜 상기 연료와 혼합하고, 상기 혼합된 연료로부터 수소를 생산하고, 상기 수소와 상기 공기의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지를 구비하는 선박용 연료전지 시스템에 있어서, 상기 공기를 압축하여 공기공급라인(810)을 통해 상기 연료전지(700)로 공급하는 공기공급부(100); 해수에 대해 담수화 과정 및 용존이온 제거과정을 거치도록 하여 생산한 상기 물을 가습기(500)로 공급하는 해수공급부(300); 및 상기 물을 물공급라인(840)을 통해 공급받아 기화시키고, 연료공급라인(850)을 통해 공급받은 상기 연료와 혼합하는 상기 가습기(500);를 포함하되, 상기 연료전지(700)는 상기 공기공급부(100)에 의해 공급되는 압축공기에 의해 고압의 배기가스를 배출하는 것;을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including: a fuel cell that is supplied with fuel, air and water, vaporizes the water to mix with the fuel, produces hydrogen from the mixed fuel, A fuel cell system for a ship having a fuel cell that generates electricity through an electrochemical reaction, comprising: an air supply unit (100) for compressing the air and supplying the compressed air to the fuel cell (700) through an air supply line (810); A seawater supply unit 300 for supplying the water produced through the desalination process and the dissolved ion removal process to the humidifier 500; And the humidifier 500 for supplying the water through the water supply line 840 and mixing the fuel with the fuel supplied through the fuel supply line 850, And a high-pressure exhaust gas is discharged by the compressed air supplied by the air supply unit (100).

상기 공기공급부(100)는, 상기 연료전지(700)로부터 배출되는 고압의 배기가스를 일정량 회수하여 상기 공기를 압축하는 동력원으로 이용하는 공기압축기(120);를 포함하는 것을 특징으로 한다. The air supply unit 100 includes an air compressor 120 that recovers a predetermined amount of high-pressure exhaust gas discharged from the fuel cell 700 and uses the exhaust gas as a power source for compressing the air.

상기 공기공급부(100)는, 상기 회수되는 고압의 배기가스에 의해 구동되는 터빈(130)을 더 포함하되, 상기 터빈(130)은 상기 공기압축기(120)와 동일축으로 연결되어, 상기 터빈(130)의 회전력이 상기 공기압축기(120)의 동력원으로 이용되는 것;을 특징으로 한다. The air supply unit 100 further includes a turbine 130 driven by the recovered high pressure exhaust gas and the turbine 130 is coaxially connected to the air compressor 120, 130 is used as a power source of the air compressor 120.

상기 공기공급부(100)는, 상기 공기 속에 포함되어 있는 각종 이물질을 제거하는 에어클리너(110);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. The air supply unit 100 may further include an air cleaner 110 for removing various foreign substances contained in the air.

상기 해수공급부(300)는, 상기 선박의 선체 저부에 설치되어 해수를 취수하는 시체스트(310);상기 취수된 해수를 해수공급라인(820)을 통해 공급받아 담수로 변화시키는 조수기(320); 및 상기 담수를 담수공급라인(830)을 통해 공급받아 용존이온이 제거된 상태인 상기 물로 변화시키는 순수기(330);를 포함하는 것을 특징으로 한다. The seawater supply unit 300 includes a body strut 310 installed at the bottom of the ship to take the seawater therein, a water purifier 320 for converting the collected seawater into fresh water supplied through the seawater supply line 820, ; And a pure water supplier 330 for supplying the fresh water through the fresh water supply line 830 and converting the dissolved water to the water in which dissolved ions are removed.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 연료, 공기 및 물을 공급받고, 상기 물을 기화시켜 상기 연료와 혼합하고, 상기 혼합된 연료로부터 수소를 생산하고, 상기 수소와 상기 공기의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지를 구비하는 선박용 연료전지 시스템에 있어서, 상기 물은 담수화 과정 및 용존이온 제거과정을 거친 해수에 의해 생산되고;상기 공기는 압축된 후 고압의 상태로 상기 연료전지(700)로 공급되고;상기 연료전지(700)에서는 고압의 공기가 전기화학적 반응을 거쳐서 고압의 배기가스로 배출되고;상기 고압의 배기가스는 일정량 회수되어 상기 공기를 압축하는 동력원으로 이용되는 것;을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including a fuel cell that is supplied with fuel, air, and water, vaporizes the water to mix with the fuel, produces hydrogen from the mixed fuel, The water is produced by seawater having undergone a desalination process and a dissolved ion removal process, and the air is compressed and then discharged to the fuel cell 700 in a state of high pressure. And the high-pressure air is discharged through a high-pressure exhaust gas through an electrochemical reaction in the fuel cell 700. The high-pressure exhaust gas is used as a power source for recovering a predetermined amount of air and compressing the air A fuel cell system for a marine vessel.

상기 회수되는 고압의 배기가스에 의해 구동되는 터빈(130)을 더 포함하되;상기 터빈(130)은 상기 공기압축기(120)와 동일축으로 연결되어, 상기 터빈(130)의 회전력이 상기 공기압축기(120)의 동력원으로 이용되는 것;을 특징으로 한다. And a turbine 130 driven by the recovered high pressure exhaust gas, wherein the turbine 130 is coaxially connected to the air compressor 120 so that the rotational force of the turbine 130 is transmitted to the air compressor And is used as a power source of the battery 120.

상기 공기 속에 포함되어 있는 각종 이물질을 제거하는 에어클리너(110);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. And an air cleaner 110 for removing various foreign substances contained in the air.

상기 선박의 선체 저부에 설치되어 해수를 취수하는 시체스트(310);를 더 포함하되;상기 담수화 과정은 상기 취수된 해수를 해수공급라인(820)을 통해 공급받아 담수로 변화시키는 조수기(320)에 의해 이뤄지고;상기 용존이온 제거과정은 상기 담수를 담수공급라인(830)을 통해 공급받아 용존이온이 제거된 상태인 상기 물로 변화시키는 순수기(330)에 의해 이뤄지는 것;을 특징으로 한다. The seawater desalination apparatus further includes a water strand 310 installed at a bottom of the ship to collect seawater, the desalination process comprising: a water purifier 320 for converting the seawater received through the seawater supply line 820 into fresh water And the dissolved ion removing process is performed by a pure water unit 330 that receives the fresh water through the fresh water supply line 830 and converts it into the water in which the dissolved ions are removed.

본 발명에 따르면, 연료전지 시스템을 선박에 적용함으로써, CO2, NOx, SOx 및 분진배출을 획기적으로 줄일 수 있고, 또한 공기압축기에 의해 연료전지에서 배출되는 고압의 배기가스를 활용할 수 있어 대기환경에 대한 영향도 줄일 수 있다. According to the present invention, by applying the fuel cell system to a ship, CO2, NOx, SOx and dust emission can be drastically reduced, and the high-pressure exhaust gas discharged from the fuel cell can be utilized by the air compressor, Also, the effect can be reduced.

또한, 선박에서 발생하는 진동과 소음을 줄여 비닉성 및 높은 안정성을 달성할 수 있다. . In addition, it is possible to reduce the vibration and noise generated in the ship and to achieve the safety and the high stability. .

또한, 공기압축기의 동력원으로 연료전지로부터 배출되는 고압의 배기가스를 활용할 수 있고, 또 해수를 연료전지 시스템에 사용하므로 선박의 운전비용을 절감할 수 있다. In addition, high-pressure exhaust gas discharged from the fuel cell can be utilized as a power source of the air compressor, and sea water is used in the fuel cell system, thereby reducing the operation cost of the ship.

또한, 연료전지에 고농도의 공기를 주입하므로 최소의 연료로 최대의 발전효율을 달성할 수 있고, 연료소비율도 대폭 절감시킬 수 있다. In addition, since a high concentration of air is injected into the fuel cell, the maximum power generation efficiency can be achieved with a minimum amount of fuel, and the fuel consumption rate can be greatly reduced.

또한, 연료로서 선박의 화물인 원유 및 천연가스 등을 활용할 수도 있어 연료비 절감의 효과도 있다. In addition, crude oil and natural gas, which are ship cargo, can be utilized as a fuel, thereby reducing the fuel cost.

또한, 연료전지 시스템은 모듈단위로 설계를 할 수 있어 선박설계에 유연성을 주고, 공간활용도도 높일 수 있다.In addition, the fuel cell system can be designed in units of modules, giving flexibility in ship design and space utilization.

도 1은 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템을 탑재하고 있는 선박을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템을 구체적으로 도시한 도면이다. 1 is a schematic view showing a ship equipped with a marine fuel cell system according to the present invention.
2 is a view schematically showing a marine fuel cell system according to the present invention.
FIG. 3 is a view showing in detail a marine fuel cell system according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements throughout. The same reference numerals in the drawings denote like elements throughout the drawings.

도 1은 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템을 탑재하고 있는 선박을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템을 구체적으로 도시한 도면이다. FIG. 1 is a view schematically showing a ship equipped with a marine fuel cell system according to the present invention, FIG. 2 is a view schematically showing a marine fuel cell system according to the present invention, and FIG. 1 is a diagram specifically showing a marine fuel cell system.

본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템(1)은 연료, 공기 및 물을 공급받고, 상기 물을 기화시켜 상기 연료와 혼합하고, 상기 혼합된 연료로부터 수소를 생산하고, 상기 수소와 상기 공기의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지를 구비하는 연료지 시스템으로서, 공기공급부(100), 해수공급부(300), 가습기(500)로 구성된다. A marine fuel cell system (1) according to the present invention is a marine fuel cell system (1) that is supplied with fuel, air and water, vaporizes the water to mix with the fuel, produces hydrogen from the mixed fuel, The fuel supply system includes an air supply unit 100, a seawater supply unit 300, and a humidifier 500. The fuel supply system includes a fuel cell that generates electricity through a reaction.

공기공급부(100)는 도 2에서와 같이 외부공기를 공급받아 압축한 후 압축된 고압의 공기를 공기공급라인(810)을 통해 상기 연료전지(700)의 공기극(cathode)으로 공급한다. 2, the air supply unit 100 supplies compressed air of high pressure to the cathode of the fuel cell 700 through the air supply line 810 after compressing the external air.

공기를 압축하여 고농도의 산소가 포함되는 공기를 연료전지(700)로 공급하면 연료전지(700)에서는 수소와 산소간의 반응속도가 높아져 발전효율이 대폭 증대될 수 있다. When the air is compressed and air containing a high concentration of oxygen is supplied to the fuel cell 700, the reaction rate between hydrogen and oxygen in the fuel cell 700 increases and the power generation efficiency can be greatly increased.

또한, 대기압의 변화에도 공기압축기에 의해 일정한 압력의 공기를 계속적으로 공급할 수 있어 연료전지 시스템의 안정성 및 수명을 향상시킬 수도 있다. In addition, air having a constant pressure can be continuously supplied by the air compressor even when the atmospheric pressure is changed, thereby improving the stability and life of the fuel cell system.

상기 공기공급부(100)는 외부공기를 압축하는 장치로 공기 압축기(120)를 사용할 수 있는데, 공기압축기(120)가 상기 연료전지(700)로 고압의 공기를 공급하게 되므로, 상기 연료전지(700)에서는 수소와 공기의 전기화학적 반응 후 배출되는 배기가스가 고압을 형성하게 된다. The air supply unit 100 may use an air compressor 120 as an apparatus for compressing outside air. Since the air compressor 120 supplies high pressure air to the fuel cell 700, the fuel cell 700 ), The exhaust gas discharged after the electrochemical reaction between hydrogen and air forms a high pressure.

이러한 고압의 배기가스는 외부로 배출할 수도 있으나, 에너지의 효율 측면에서 재활용할 수 있으며, 본 발명은 상기 공기압축기(120)가 공기를 압축하는 데 필요한 동력원으로 활용되도록 하여 공기압축기(120)의 동력사용을 줄이도록 하였다. The high-pressure exhaust gas can be discharged to the outside, but can be recycled in terms of energy efficiency. The present invention can be applied to the air compressor (120) so that the air compressor (120) To reduce power usage.

도 3에서는 상기 고압의 배기가스를 활용하는 방안으로, 상기 공기공급부(100)에 터빈(130)을 설치하고, 상기 터빈(130)의 회전축과 상기 공기압축기(120)의 회전축을 연결하도록 구성하였다. 3, a turbine 130 is installed in the air supply unit 100 to connect the rotary shaft of the turbine 130 and the rotary shaft of the air compressor 120 in order to utilize the high-pressure exhaust gas .

이렇게 상기 터빈(130) 및 상기 공기압축기(120)의 회전축(150)을 동일한 축(150)으로 구성함으로써, 상기 고압의 배기가스가 배기가스라인(860)을 통해 상기 터빈(130)으로 공급되어 상기 터빈(130)을 돌리면, 상기 터빈(130)의 회전력이 상기 축(150)을 통하여 상기 공기압축기(120)로 전달되어 공기를 압축하는데 사용되므로, 상기 공기압축기(120)는 적은 동력으로도 충분히 공기를 압축할 수 있어 공기압축기(120)의 사용동력이 절감되며 연료전지 시스템의 효율이 향상될 수 있다. The turbine 130 and the rotary shaft 150 of the air compressor 120 are formed of the same shaft 150 so that the high pressure exhaust gas is supplied to the turbine 130 through the exhaust gas line 860 When the turbine 130 is rotated, the rotational force of the turbine 130 is transmitted to the air compressor 120 through the shaft 150 to compress the air. Thus, the air compressor 120 is operated with less power The air can be sufficiently compressed, the use power of the air compressor 120 can be reduced, and the efficiency of the fuel cell system can be improved.

또한, 상기 공기압축기(120)로 공급되는 공기 속에 포함되는 각종 이물질을 제거하도록 상기 공기압축기(120)의 전단에 에어클리너(110)를 설치할 수도 있다. In addition, the air cleaner 110 may be installed at the front end of the air compressor 120 to remove various foreign substances contained in the air supplied to the air compressor 120.

해수공급부(300)는 해수에 대해 담수화 과정 및 용존이온 제거과정을 거치도록 하여 생산한 상기 물을 가습기(500)로 공급하며, 전기전도도를 낮춰 연료전지(700)의 발전효율을 높이기 위해 담수화 및 용존이온 제거작업을 한다. The seawater supply unit 300 supplies the water produced by the desalination process and the dissolved ion removal process to the humidifier 500 to decrease the electric conductivity and to increase the power generation efficiency of the fuel cell 700. [ Dissolved ions are removed.

상기 해수공급부(300)는 바람직하게는 시체스트(310, seachest), 조수기(320), 순수기(330)로 구성될 수 있다. The seawater supply unit 300 may be composed of a seachest 310, a water purifier 320, and a purifier 330.

시체스트(310)는 상기 선박의 선체에 설치되어 해수를 취수할 수 있도록 하는 해수 취수구를 의미하며, 이는 선체의 다양한 곳에 설치될 수 있고, 시체스트(310)에서 취수된 해수는 선박 내부에 해수가 필요한 다양한 장소로 공급될 수 있다. 특히 연료전지 시스템에 사용하는데 적합하도록 해수에 다양한 처리를 하는 설비들로 공급될 수 있다. The body strut 310 refers to a seawater intake port that is installed in the hull of the ship and allows the seawater to be taken in. It can be installed in various places of the hull, and the seawater taken in the sea shell 310, Can be supplied to various places where necessary. And may be supplied to facilities that perform various treatments on seawater, particularly suitable for use in fuel cell systems.

상기 시체스트(310)에서 취수된 해수는 해수공급라인(820)을 통해서 해수가 필요한 선박 내 각종 장소로 공급될 수 있으며, 후술할 조수기(320)로도 공급될 수 있다.The seawater taken in the ship throat 310 may be supplied to various places in the ship where seawater is required through the seawater supply line 820 and may also be supplied to the water generator 320 to be described later.

조수기(320)는 상기 취수된 해수를 해수공급라인(820)을 통해 공급받아 담수로 변화시킨다. 이는 해수를 직접 연료전지 시스템(1)으로 공급하는 경우 정밀한 연료전지 시스템의 각종 장비들에 손상을 가하므로 해수를 담수화시킬 필요가 있기 때문에 해수를 담수화시킨다. The water generator 320 converts the collected seawater into fresh water supplied through the seawater supply line 820. This is because when the sea water is directly supplied to the fuel cell system 1, the equipment of the precision fuel cell system is damaged, and desalination of seawater is required because desalination of seawater is required.

담수화된 해수는 담수공급라인(830)을 통해 담수가 필요한 선박내 각종 장소로 공급될 수 있으며, 후술할 순수기(330)로도 공급될 수 있다. The desalinated seawater may be supplied to various places in the ship requiring fresh water through the fresh water supply line 830 and may also be supplied to the pure water machine 330 to be described later.

순수기(330)는 상기 담수를 담수공급라인(830)을 통해 공급받아 용존이온이 제거된 상기 물로 변화시키며, 상기 순수기(330)에 의해 상기 담수 내의 용존 이온이 제거되어 순수(純水)에 가깝게 될 수 있다. The purified water 330 is supplied to the fresh water supply line 830 through the fresh water supply line 830 to convert the dissolved water into the water from which the dissolved ions are removed. The dissolved water in the fresh water is removed by the pure water generator 330, Lt; / RTI >

이는 연료전지(700) 내로 공급되는 물이 전기전도도가 낮아야 연료전지(700) 내부의 수소이온이 연료극(anode)으로부터 공기극(cathode)으로 쉽게 이동할 수 있게 되어 발전효율이 높아지므로 상기 담수 내의 전기전도도를 낮추기 위해 상기 담수내의 용존 이온을 제거시키는 것이다. This is because the water supplied into the fuel cell 700 must have a low electrical conductivity so that the hydrogen ions in the fuel cell 700 can easily move from the anode to the cathode so that the power generation efficiency becomes high, To remove the dissolved ions in the fresh water.

상기 순수기(330)로부터 나오는 상기 물은 물공급라인(840)을 통해 선박 내 각종 장소로 공급될 수 있으며, 후술할 가습기(500)로도 공급될 수 있다. The water coming from the pure water unit 330 may be supplied to various places in the ship through a water supply line 840 and may also be supplied to a humidifier 500 to be described later.

가습기(500)는 상기 순수기(330)로부터 상기 물을 공급받아 기화시켜 수증기로 만들고, 상기 수증기 및 상기 연료를 혼합한다. 이는 상기 수증기와 혼합된 상기 연료의 수분의 함량을 운전조건에 따라 적절히 조절하여 최적의 가습조건을 형성시켜 상기 수소를 생성하는데 도움을 주기 위함이다. The humidifier 500 receives the water from the pure water unit 330, vaporizes it into steam, and mixes the water vapor and the fuel. This is to assist the generation of the hydrogen by forming the optimal humidifying condition by appropriately adjusting the water content of the fuel mixed with the steam according to the operating conditions.

또한, 상기 가습기(500)는 상기 연료전지(700)에서 배출되는 고온의 배기가스를 공급받아 상기 물을 기화시켜 수증기로 만드는데 필요한 열원으로 사용할 수도 있으며(미도시), 이는 배기가스의 폐열을 활용하여 에너지 효율을 높일 수도 있을 것이다. In addition, the humidifier 500 may be used as a heat source (not shown) for generating steam by vaporizing the water by receiving the high-temperature exhaust gas discharged from the fuel cell 700, and utilizing the waste heat of the exhaust gas Thereby improving energy efficiency.

상기 기화된 물(수증기)과 혼합된 상기 연료는 연료공급라인(850)을 통해 개질기(600)로 공급된다. The fuel mixed with the vaporized water (water vapor) is supplied to the reformer 600 through the fuel supply line 850.

개질기(reformer, 600)는 상기 기화된 물(수증기)과 혼합된 상기 연료를 연료공급라인(850)을 통해 공급받아 상기 연료에 포함된 탄화수소를 수소로 개질하며, 또 개질 과정에서 열이 발산되는 경우에는 발산되는 열로 연료를 가열하게도 할 수 있다. The reformer 600 supplies the fuel mixed with the vaporized water (water vapor) through the fuel supply line 850 to reform the hydrocarbon contained in the fuel into hydrogen, and the heat is dissipated in the reforming process In this case, it is also possible to heat the fuel by the divergent heat.

상기 개질기(600)는 연료전지 시스템에 악영향을 주는 황, 일산화탄소 등을 제한 수소를 생산하도록 하여 연료전지 발전시스템의 효율을 향상하도록 한다. The reformer 600 produces limited hydrogen for sulfur, carbon monoxide and the like which adversely affect the fuel cell system, thereby improving the efficiency of the fuel cell power generation system.

연료전지(700)는 외부에서 공급되는 상기 공기와 상기 개질된 수소를 공급받아 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산한다. 상기 반응에 의해 고온의 가스도 발생하게 되는데, 이는 배기가스라인(860)을 통해 외부로 배출된다. The fuel cell 700 receives the air supplied from the outside and the reformed hydrogen, and produces electricity through an electrochemical reaction. The high temperature gas is also generated by the reaction, which is discharged to the outside through the exhaust gas line 860.

상기 배기가스라인(860)을 통해 배출되는 배기가스는 상기 공기압축기(120)에 의해 가압된 압축공기가 연료전지(700)에서 연료와 반응한 후 배출되므로 고압을 띄게 되며, 이는 상기 배기가스라인(860)으로부터 분기되는 별도의 배기가스라인(860)을 통해 터빈(130)으로 공급되도록 하여 상기 공기압축기(120)의 동력원으로 사용될 수 있다. The exhaust gas discharged through the exhaust gas line 860 is discharged after the compressed air pressurized by the air compressor 120 reacts with the fuel in the fuel cell 700 and is discharged therefrom, May be used as a power source of the air compressor 120 by being supplied to the turbine 130 through a separate exhaust gas line 860 branching from the exhaust gas line 860.

상기 연료전지(700)는 원하는 발전출력을 얻기 위해 단위전지를 수십장, 수백장 직렬로 쌓아 올려 단위모듈형식으로 제작할 수도 있다. In order to obtain a desired power generation output, the fuel cell 700 may be constructed by stacking several hundreds of unit cells in series in a unit module form.

본 발명에 따른 다른 실시예로서 선박용 연료전지 시스템은 연료, 공기 및 물을 공급받고, 상기 물을 기화시켜 상기 연료와 혼합하고, 상기 혼합된 연료로부터 수소를 생산하고, 상기 수소와 상기 공기의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지를 구비하는 선박용 연료전지 시스템(1)으로서, 담수화 과정 및 용존이온 제거과정을 거친 해수에 의해 상기 물이 생산되고, 상기 공기는 압축된 후 고압의 상태로 상기 연료전지(700)로 공급되며, 상기 연료전지는 고압의 공기가 전기화학적 반응을 거쳐서 고압의 배기가스를 배출하며, 상기 고압의 배기가스는 일정량 회수되어 상기 공기를 압축하는 동력원으로 이용된다. According to another embodiment of the present invention, there is provided a marine fuel cell system including a fuel cell system for receiving fuel, air and water, vaporizing the water to mix with the fuel, producing hydrogen from the mixed fuel, 1. A marine fuel cell system (1) having a fuel cell that produces electricity through chemical reaction, wherein the water is produced by seawater having undergone a desalination process and a dissolved ion removal process, the air is compressed, The fuel cell 700 is supplied with the high-pressure air through an electrochemical reaction to discharge a high-pressure exhaust gas, and the high-pressure exhaust gas is used as a power source for recovering a predetermined amount of air and compressing the air.

상기 연료전지로 공급되는 공기는 발전효율을 증대시키기 위해 압축된 공기를 공급할 수 있는 공기압축기에 의해 압축시켜 고압을 띄게 된다. The air supplied to the fuel cell is compressed by an air compressor capable of supplying compressed air so as to increase the power generation efficiency.

상기 회수되는 고압의 배기가스에 의해 구동되는 터빈(130)을 더 포함하되, 상기 터빈(130)은 상기 공기압축기(120)와 동일축으로 연결되어, 상기 터빈(130)의 회전력이 상기 공기압축기(120)의 동력원으로 이용된다. And a turbine 130 driven by the recovered high pressure exhaust gas, wherein the turbine 130 is coaxially connected to the air compressor 120 so that the rotational force of the turbine 130 is transmitted to the air compressor (120).

또한, 상기 공기압축기로 공급되는 공기 속에 포함되어 있는 각종 이물질을 제거하도록 상기 공기압축기의 전단에 에어클리너를 설치할 수도 있다. In addition, an air cleaner may be installed at the front end of the air compressor to remove various foreign substances contained in the air supplied to the air compressor.

또한, 상기 선박의 선체 저부에 설치되어 해수를 취수하는 시체스트(310)를 더 추가할 수 있으며, 상기 담수화 과정은 상기 취수된 해수를 해수공급라인(820)을 통해 공급받아 담수로 변화시키는 조수기(320)에 의해 이뤄지고, 상기 용존이온 제거과정은 상기 담수를 담수공급라인(830)을 통해 공급받아 용존이온이 제거된 상태인 상기 물로 변화시키는 순수기(330)에 의해 이뤄지도록 할 수 있다. In addition, it is possible to further add a dead body 310 installed at the bottom of the ship to collect the seawater, and the desalination process may include adding the seawater to the seawater supply line 820, And the dissolved ion removing process may be performed by a pure water unit 330 that converts the dissolved water into the water in which the dissolved water is supplied through the fresh water supply line 830 .

각 장치의 작용 및 구성은 상술했으므로 자세한 설명은 생략한다. Since the operation and configuration of each device have been described above, detailed description is omitted.

이하, 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템(1)의 작용에 대해 설명한다. Hereinafter, the operation of the marine fuel cell system 1 according to the present invention will be described.

선박의 저부에 설치되는 시체스트(310)에서 취수된 해수는 해수공급라인(820)을 통해 조수기(320)로 공급되어 담수로 변화되며, 담수는 순수기(330)에 의해 불순물이 제거되어 용존이온이 감소된 채로 가습기(500)로 공급된다. The seawater taken from the ship chest 310 installed at the bottom of the ship is supplied to the water generator 320 through the seawater supply line 820 to be changed into fresh water and the fresh water is removed by the pure water machine 330 The dissolved ions are supplied to the humidifier 500 while being reduced.

가습기(500)는 연료저장탱크 또는 화물창 등에서 연료공급라인(850)을 통해 연료를 공급받고, 상기 순수기(330)로부터의 물을 기화시켜 상기 공급받은 연료와 혼합시킨다. The humidifier 500 is supplied with fuel through a fuel supply line 850 in a fuel storage tank, a cargo hold, etc., and mixes water supplied from the pure water generator 330 with the supplied fuel.

상기 기화된 물과 혼합된 연료는 개질기(600)를 거쳐 수소를 형성하고 연료공급라인(850)을 통해 연료전지(700)로 공급된다. The fuel mixed with the vaporized water forms hydrogen via the reformer 600 and is supplied to the fuel cell 700 through the fuel supply line 850.

외부공기는 에어클리너(110)에 의해 이물질이 제거된 채로 공기압축기(120)에 의해 압축되어 공기공급라인(810)을 통해 연료전지(700)로 공급된다. The external air is compressed by the air compressor 120 while the foreign material is removed by the air cleaner 110, and is supplied to the fuel cell 700 through the air supply line 810.

연료전지(700)는 공기극의 고압 공기와 연료극의 수소에 의한 화학반응으로 발전을 하게 되며, 이 때 발생되는 고압의 가스는 외부로 배기가스라인(860)을 통해 배출시킨다. The fuel cell 700 generates electricity by the chemical reaction of the high-pressure air of the air electrode and the hydrogen of the fuel electrode, and the high-pressure gas generated at this time is discharged to the outside through the exhaust gas line 860.

이 때, 고압의 배기가스는 일정량 터빈(130)으로 회수되어 터빈(130)을 돌리고, 터빈(130)과 동일축(150)으로 연결된 공기압축기(120)는 공기를 압축하는 데 필요한 동력의 일부를 터빈(130)으로부터 공급받아 공기를 압축하여 상기 연료전지(700)로 공급한다. At this time, the high-pressure exhaust gas is recovered by the turbine 130 to rotate the turbine 130, and the air compressor 120 connected to the turbine 130 on the same axis 150 receives a part of the power required to compress the air Is supplied from the turbine (130), compresses the air, and supplies the compressed air to the fuel cell (700).

상기와 같은 시스템을 제작하여 선박에 적용한다면 적은 동력의 사용으로도 공기를 충분히 압축하여 발전을 할 수 있게 되어 발전효율이 대폭 증대된 연료전지 발전시스템을 제작할 수 있게 된다. If the system as described above is applied to a ship, it is possible to generate electricity by sufficiently compressing the air even by using a small amount of power, thereby making it possible to manufacture a fuel cell power generation system in which power generation efficiency is greatly increased.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention will be.

1: 선박용 연료전지 시스템 100: 공기공급부
110: 에어클리너 120: 공기압축기
130: 터빈 150: 축
300: 해수공급부 310: 시체스트
320: 조수기 330: 순수기
400: 연료공급부 410: 연료히터
500: 가습기 600: 개질기
700: 연료전지 810: 공기공급라인
820: 해수공급라인 830: 담수공급라인
840: 물공급라인 850: 연료공급라인
860: 배기가스라인1: Ship fuel cell system 100: Air supply unit
110: air cleaner 120: air compressor
130: Turbine 150: Axis
300: seawater supply unit 310:
320: water purifier 330: purifier
400: fuel supply unit 410: fuel heater
500: humidifier 600: reformer
700: fuel cell 810: air supply line
820: Seawater supply line 830: Fresh water supply line
840: water supply line 850: fuel supply line
860: Exhaust gas line

Claims (9)

연료, 공기 및 물을 공급받고, 상기 물을 기화시켜 상기 연료와 혼합하고, 상기 혼합된 연료로부터 수소를 생산하고, 상기 수소와 상기 공기의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지를 구비하는 선박용 연료전지 시스템에 있어서,
상기 공기를 압축하여 공기공급라인(810)을 통해 상기 연료전지(700)로 공급하는 공기공급부(100);
해수에 대해 담수화 과정 및 용존이온 제거과정을 거치도록 하여 생산한 상기 물을 가습기(500)로 공급하는 해수공급부(300); 및
상기 물을 물공급라인(840)을 통해 공급받아 기화시키고, 연료공급라인(850)을 통해 공급받은 상기 연료와 혼합하는 상기 가습기(500);를 포함하되,
상기 해수공급부(300)는,
상기 선박의 선체 저부에 설치되어 해수를 취수하는 시체스트(310);
상기 취수된 해수를 해수공급라인(820)을 통해 공급받아 담수로 변화시키는 조수기(320); 및
상기 담수를 담수공급라인(830)을 통해 공급받아 용존이온이 제거된 상태인 상기 물로 변화시키는 순수기(330);를 포함하고,
상기 가습기는 상기 순수기를 거쳐 용존 이온이 제거된 상기 물을 상기 물공급라인을 통해 공급받아 기화시켜 만든 수증기와 상기 연료를 혼합하고,
상기 가습기에 의해 용존 이온이 제거된 담수를 기화시켜 생성된 수증기와 혼합된 상기 연료를 연료공급라인을 통해 공급받아 상기 연료에 포함된 탄화수소를 수소로 개질하여 상기 연료전지에 공급하는 개질기(600);를 포함하되,
상기 연료전지(700)는 상기 공기공급부(100)에 의해 공급되는 압축공기에 의해 발생하는 고압의 배기가스를 배출하며,
상기 가습기는 상기 연료전지에서 배출된 고압의 배기가스를 공급받아, 상기 물을 기화시켜 상기 수증기로 만드는데 필요한 열원으로 사용할 수 있고, 상기 수증기와 혼합된 상기 연료의 수분 함량을 운전조건에 따라 조절하여 최적의 가습조건을 형성시켜 상기 개질기로 공급하는 것;
을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템.And a fuel cell which is supplied with fuel, air and water, vaporizes the water to mix with the fuel, produces hydrogen from the mixed fuel, and produces electricity through electrochemical reaction between the hydrogen and the air In a marine fuel cell system,
An air supply unit 100 for compressing the air and supplying the compressed air to the fuel cell 700 through an air supply line 810;
A seawater supply unit 300 for supplying the water produced through the desalination process and the dissolved ion removal process to the humidifier 500; And
And the humidifier 500 which supplies the water through the water supply line 840 and mixes the water with the fuel supplied through the fuel supply line 850,
The seawater supply unit (300)
A body strut 310 installed at the bottom of the ship to receive seawater;
A water generator 320 for converting the collected seawater into fresh water supplied through the seawater supply line 820; And
And a pure water supplier 330 for supplying the fresh water through the fresh water supply line 830 and converting the dissolved water into the water in which the dissolved ions are removed,
Wherein the humidifier is configured to mix the water vapor generated by supplying the water from which dissolved ions have been removed through the pure water unit to the water supply line,
A reformer 600 for supplying the fuel mixed with steam generated by vaporizing the dissolved water removed by the humidifier through the fuel supply line, reforming the hydrocarbon contained in the fuel into hydrogen, and supplying the hydrogen to the fuel cell, ; ≪ / RTI >
The fuel cell 700 discharges high-pressure exhaust gas generated by the compressed air supplied by the air supply unit 100,
The humidifier may be used as a heat source that is supplied with high-pressure exhaust gas discharged from the fuel cell to vaporize the water to make the water vapor. The moisture content of the fuel mixed with the water vapor is adjusted according to operating conditions Forming an optimal humidification condition and supplying it to the reformer;
The fuel cell system comprising: 청구항 1에 있어서,
상기 공기공급부(100)는,
상기 연료전지(700)로부터 배출되는 고압의 배기가스를 일정량 회수하여 상기 공기를 압축하는 동력원으로 이용하는 공기압축기(120);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
The air supply unit (100)
An air compressor 120 used as a power source for recovering a predetermined amount of high-pressure exhaust gas discharged from the fuel cell 700 and compressing the air;
The fuel cell system comprising: 청구항 2에 있어서,
상기 공기공급부(100)는,
상기 회수되는 고압의 배기가스에 의해 구동되는 터빈(130)을 더 포함하되,
상기 터빈(130)은 상기 공기압축기(120)와 동일축으로 연결되어, 상기 터빈(130)의 회전력이 상기 공기압축기(120)의 동력원으로 이용되는 것;
을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템.The method of claim 2,
The air supply unit (100)
Further comprising a turbine (130) driven by the recovered high pressure exhaust gas,
The turbine 130 is coaxially connected to the air compressor 120 and the rotational force of the turbine 130 is used as a power source of the air compressor 120.
The fuel cell system comprising: 청구항 3에 있어서,
상기 공기공급부(100)는,
상기 공기 속에 포함되어 있는 각종 이물질을 제거하는 에어클리너(110);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템.The method of claim 3,
The air supply unit (100)
An air cleaner 110 for removing various foreign substances contained in the air;
Further comprising a fuel cell system. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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