KR102122023B1 - 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템 및 그 작동 방법 - Google Patents

액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템 및 그 작동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수소저장합금을 이용하여 연료전지에 일정한 양의 수소 가스를 공급할 수 있으며, 액화수소 저장부에서 기화되어 배출되는 수소 가스의 냉열을 활용하여 선박에 탑재된 냉동시스템에서 배출되는 공기를 냉각시켜 순환시킬 수 있는 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템 및 그 작동 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템은, 액화수소를 저장하는 액화수소 저장탱크; 상기 액화수소 저장탱크에서 기화되어 배출된 수소 가스를 연료전지로 안내하는 연료수송배관; 상기 연료수송배관을 통과하는 수소 가스와 선박의 냉동시스템에서 배출되는 열기의 열교환이 이루어진 후 냉각된 공기가 배출되는 환기부; 상기 연료수송배관의 출구 부분에 설치되며, 상기 환기부를 통과하여 연료수송배관을 따라 유동하는 수소 가스가 연료전지로 공급되는 양을 제어하는 주입제어부; 및, 상기 액화수소 저장탱크로부터 연료수송배관으로 기화된 수소 가스를 배출하고 공급제어부;를 포함한다.

Description

액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템 및 그 작동 방법{Fuel Supply System of Liquefied Hydrogen Fuel Cell Propulsion Ship And Method for Operating the Same}
본 발명은 액화수소를 연료로 이용하는 액화수소 연료전지 추진 선박에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액화수소 저장부에서 기화되어 배출되는 수소 가스의 냉열을 활용하여 선박에 탑재된 냉동시스템에서 배출되는 공기를 냉각시키고, 수소저장합금을 이용하여 연료전지에 일정한 양의 수소 가스를 공급할 수 있는 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템 및 그 작동 방법에 관한 것이다.
현재까지 국제해사기구(IMO; international maritime organization)는 해양의 오염배출원인 선박연료유에 강력한 제재를 가하는 중이며, 규제기준 Tier I을 시작으로 2020년 기준 Tier Ⅲ까지 이어져 내려오는 실정이다.
국제해사기구(IMO)의 규제기준 Tier Ⅲ는 오염의 주범인 황산화물(SOx) 및 질소산화물(NOx)를 강력히 제한하는 전 세계적인 해양환경 규제이다. 국제해사기구(IMO)의 Tier Ⅲ를 만족하는 연료는 천연가스가 비교적 적절한 대체연료로 보이나 천연가스의 구성성분인 탄화수소(즉, 메탄, 에탄 등)으로 인한 이산화탄소의 발생여부는 간과되어 있다.
반면에, 수소는 연소 시 상기한 오염물질을 전혀 배출하지 않으며 산소와 결합하면 최종적으로 물(H2O)이 생성되는 친환경에너지이다.
수소에너지는 액화수소로 사용 시 지구상에서 중량대비 에너지밀도가 가장 높고, 수소 가스 대비 1/770 이하의 부피로 저장 효율성을 확보하여 수소차, 무인항공기, 로켓 추진체로 사용되고 있으며, 현재는 소형선박에서 실증단계를 거쳐 향후 대형선박의 적용성 검토 단계를 밟고 있어 미래의 조선시장을 선점하는 기술이 될 것으로 전망되고 있다.
액화수소는 LNG의 110K보다 더욱 낮은 30K의 극저온 환경을 구축하여야 하며, 수소 가스는 특히나 확산성이 높아 금속과 결합할 시 수소취화, 수소침식 등으로 이어져 기계적 성능을 저하시킨다. 이에 따라 기술적으로 수소와 관련한 문제를 해결할 경우, 수소 연료전지 추진 선박은 향후 미래기술로 높은 가치를 지니고 있다.
그런데 종래의 선박은 다양한 화물을 선적하는 목적으로 건조되며, 냉동이 필요한 화물을 위한 냉동 컨테이너, 또는 선객의 서비스를 위한 환기시스템, 생물의 신선도를 유지하기 위한 어선의 얼음 창구(Chill bath) 등을 필요로 한다. 이러한 제반 사항을 토대로 선박의 냉동 컨테이너, 환기시스템, 얼음 창구 등은 냉기를 공급하기 위한 냉동시스템을 구비하고 있으며, 이러한 냉동시스템은 냉매와 공기와의 열교환에 의해 냉기 및 열기를 발생하게 된다.
선박의 냉동시스템에서 발생된 열기는 연료공급 시스템에서 액화수소의 기화에 영향을 미쳐 연료(수소 가스)의 정량 공급 및 안정화에 악영향을 주기 때문에 열기를 안정화시키고 공기 순환을 원활하게 하기 위하여 환기 시스템(Ventilation System)이 구축될 필요가 있다.
또한 액화수소의 기화에 의해 발생한 수소 가스를 연료전지에 공급할 때 일정한 양의 수소 가스가 공급되어야 추진 효율을 향상시킬 수 있는데, 종래의 액화가스를 연료로 사용하는 선박에 구성되는 연료공급 시스템은 기체연료의 공급량을 제어하기 위한 구성이 복잡한 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-1917508호(2018.11.05. 등록) 대한민국 등록특허 제10-1613495호(2016.04.12. 등록) 대한민국 공개특허 제10-2012-0091542호(2012.08.20. 공개)
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 구성으로 연료전지에 일정한 양의 수소 가스를 공급할 수 있으며, 액화수소 저장부에서 기화되어 배출되는 수소 가스의 냉열을 활용하여 선박에 탑재된 냉동시스템에서 배출되는 공기를 냉각시켜 순환시킬 수 있는 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템 및 그 작동 방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템은, 액화수소를 저장하는 액화수소 저장탱크; 상기 액화수소 저장탱크에서 기화되어 배출된 수소 가스를 연료전지로 안내하는 연료수송배관; 상기 연료수송배관을 통과하는 수소 가스와 선박의 냉동시스템에서 배출되는 열기의 열교환이 이루어진 후 냉각된 공기가 배출되는 환기부; 상기 연료수송배관의 출구 부분에 설치되며, 상기 환기부를 통과하여 연료수송배관을 따라 유동하는 수소 가스가 연료전지로 공급되는 양을 제어하는 주입제어부; 및, 상기 액화수소 저장탱크로부터 연료수송배관으로 기화된 수소 가스를 배출하고 공급제어부;를 포함한다.
상기 주입제어부는, 상기 연료수송배관의 출구 부분과 연료전지의 연료 주입구 사이에 연결되는 주입배관과, 상기 주입배관 내부에 설치되어 수소 가스를 흡수하면 팽창하고 수소 가스를 방출하면 수축하면서 주입배관 내의 유로 크기를 조절하도록 된 수소저장합금으로 된 볼(ball) 형태의 주입제어구를 포함한다.
상기 환기부는, 상기 연료수송배관이 통과하는 챔버가 형성된 내측케이싱, 상기 내측케이싱의 외측에 간격을 두고 설치되는 외측케이싱, 상기 외측케이싱 및 내측케이싱을 관통하도록 설치되며 상기 냉동시스템에서 배출되는 열기를 공급하는 배관과 연결되어 내측케이싱의 챔버 내부로 열기를 공급하는 열기주입구, 상기 내측케이싱과 외측케이싱을 관통하도록 형성되는 배기구에 설치되어 내측케이싱에서 열교환된 공기를 외부로 배출하는 송풍유닛, 및 상기 내측케이싱과 외측케이싱 사이의 공간에 설치되어 내측케이싱에서 수증기가 결빙되면서 발생한 얼음을 포집하여 외부로 배출하는 배수유닛을 포함한다.
여기서 상기 배수유닛은, 상기 내측케이싱의 챔버 하단부에 하측으로 오목하게 형성되어 얼음을 포집하는 포집홈부와, 상기 내측케이싱과 외측케이싱 사이의 공간에서 상기 포집홈부와 연통되어 포집홈부 내에서 용융된 물을 외부로 배출하는 배수배관과, 상기 포집홈부의 하단부를 따라 설치되어 포집홈부 내에 포집된 얼음을 용융시키는 히터를 포함한다.
또한 상기 환기부는 상기 내측케이싱 내부의 챔버에 상기 연료수송배관의 외면과 접촉하도록 설치되는 열전도성 금속 재질의 열교환부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 연료공급 시스템의 작동 방법은,
(S1) 액화수소 저장탱크에서 기화된 수소 가스를 연료수송배관을 통해 이송하는 단계;
(S2) 환기부에 냉동시스템에서 배출되는 열기를 공급하여 상기 연료수송배관을 통해 이송되는 수소 가스와 열교환한 후 냉각된 공기를 외부로 배출하는 단계; 및,
(S3) 환기부를 통과하여 연료수송배관으로 이송되는 수소 가스를 주입제어부에서 흡수한 후 일정량씩 배출하여 연료전지로 공급하는 단계;
를 포함할 수 있다.
상기 (S2) 단계에서는 환기부의 내부에서 수증기가 결빙되어 생성된 얼음을 환기부의 챔버 하부에서 포집한 후 가열하여 녹여서 외부로 배출한다.
본 발명에 따르면, 수소저장합금으로 된 볼 형태의 주입제어구에 의해 공급 유로의 크기를 조절할 수 있으므로 연료전지로 대체로 일정량의 수소 가스를 공급할 수 있게 되고, 추진 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
또한 선박의 냉동시스템에서 발생한 열기가 환기부 내로 공급되어 액화수소 저장탱크에서 배출된 차가운 수소 가스와 열교환된 후 냉각되어 외부로 공급되므로, 간단한 구성으로 냉동시스템의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료공급 시스템을 적용한 액화수소 연료전지 추진 선박의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료공급 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 연료공급 시스템을 구성하는 배수유닛의 일 실시예를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 2에 도시된 연료공급 시스템의 주입제어부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시한 주입제어부의 작동례를 나타낸 횡단면도이다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 개시된 발명의 바람직한 일 예에 불과할 뿐이며, 본 출원의 출원시점에 있어서 본 명세서의 실시예와 도면을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템 및 그 작동 방법을 후술된 실시예들에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템의 구성을 나타낸 것으로, 액화수소를 저장하는 액화수소 저장탱크(10), 상기 액화수소 저장탱크(10)에서 기화되어 배출된 수소 가스를 연료전지(40)로 안내하는 연료수송배관(20), 상기 연료수송배관(20)을 통과하는 수소 가스와 선박의 냉동시스템에서 배출되는 열기의 열교환을 수행하고 열교환에 의해 냉각된 공기를 외부로 배출하는 환기부(30), 상기 연료수송배관(20)의 출구 부분에 설치되어 일정량의 수소 가스를 연료전지로 공급하도록 된 주입제어부(50)를 포함한다.
액화수소 연료전지 추진 선박은 액화수소 저장탱크(10)로부터 공급되는 기화된 수소 가스를 공급받아 엔진을 구동하는 연료전지(40)를 구비한다. 또한 액화수소 연료전지 추진 선박은 선객의 서비스 품질 향상, 냉동식품 또는 부패될 수 있는 선적 화물 등의 냉동 또는 냉장을 위해 냉매를 이용한 냉동시스템을 구비하고 있으며, 냉동시스템의 응축 열교환기에서는 냉매와 열교환된 뜨거운 공기(열기)가 배출되며, 이 열기는 환기부(30)와 연결된 별도의 열기 공급 배관(미도시)을 통해서 환기부(30)로 공급된다.
상기 액화수소 저장탱크(10)는 액화수소 연료전지 추진 선박의 하부에 설치되며, 액화수소 저장탱크(10)를 비롯하여 액화수소 연료전지 추진 선박의 하부에 설치되는 구성부는 수소취화 저항성과 극저온에 견디는 능력이 우수하고, 높은 강도 및 밀도를 갖는 재료로 만들어진다. 이는 액화수소의 밀도가 70.8 ㎏/㎥로서 주변 바닷물의 밀도 1027 ㎏/㎥과 비교하여 상대적으로 매우 작아서 선박의 무게중심이 높아지면서 발생하는 안정성 저하를 방지하기 위함이다.
상기 액화수소 저장탱크(10)에 저장된 액화수소는 -253℃ 이하의 극저온에서 액체 상태로 있으며, 선박 주변 환경의 온도인 대략 20℃의 열 침입에 의해 액화수소 저장탱크(10)의 액화수소가 기화되어 기화가스(BOG; boil off gas)가 발생하게 된다. 발생한 기화가스, 즉 기화된 수소 가스는 액화수소 저장탱크(10)와 연결된 연료수송배관(20)을 통해서 잠열을 지닌 상태로 이송된다. 액화수소 저장탱크(10)로부터 배출되어 연료수송배관(20)을 통해 이송되는 수소 가스는 환기부(30)에서 냉동시스템의 열기와 열교환된다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 환기부(30)는 상기 연료수송배관(20)이 통과하는 챔버(31a)가 형성된 내측케이싱(31), 상기 내측케이싱(31)의 외측에 간격을 두고 설치되는 외측케이싱(32), 상기 외측케이싱(32) 및 내측케이싱(31)을 관통하도록 설치되며 상기 냉동시스템에서 배출되는 열기를 공급하는 열기 공급 배관(미도시)과 연결되어 내측케이싱(31)의 챔버(31a) 내부로 열기를 공급하는 열기주입구(34), 상기 내측케이싱(31)과 외측케이싱(32)을 관통하도록 형성되는 복수의 배기구(35)에 설치되어 내측케이싱(31)에서 열교환된 차가운 공기를 외부로 배출하는 송풍유닛, 및 상기 내측케이싱(31)과 외측케이싱(32) 사이의 공간에 설치되어 내측케이싱(31)에서 수증기(열기)가 결빙되면서 발생한 얼음을 포집하여 외부로 배출하는 배수유닛을 포함한다.
상기 송풍유닛은 상기 배기구(35) 내측에 회전하도록 설치되는 송풍팬(36a)과, 상기 송풍팬(36a)의 중심에 연결되어 송풍팬(36a)을 회전시키는 팬모터(36b)를 포함한다.
이 실시예에서 상기 배수유닛은, 상기 내측케이싱(31)의 챔버(31a) 하단부에 하측으로 오목하게 형성되어 얼음을 포집하는 포집홈부(37a)와, 상기 내측케이싱(31)과 외측케이싱(32) 사이의 공간에서 상기 포집홈부(37a)와 연통되어 포집홈부(37a) 내에서 용융된 물을 외부로 배출하는 배수배관(37b)과, 상기 포집홈부(37a)의 하단부를 따라 설치되어 포집홈부(37a) 내에 포집된 얼음을 용융시키는 히터(37c)를 포함한다. 상기 포집홈부(37a)는 내측케이싱(31)의 하단부에 길이방향을 따라 형성된다.
또한 상기 내측케이싱(31) 내부의 챔버(31a)에 배치되는 연료수송배관(20)의 외측에는 연료수송배관(20)의 외면과 접촉하도록 된 열전도성 금속 재질의 열교환부재(38)가 설치될 수 있다. 상기 열교환부재(38)는 연료수송배관(20)이 지그재그 형태로 통과하도록 설치되는 복수의 금속판으로 이루어질 수 있다.
상기 내측케이싱(31)과 외측케이싱(32) 사이의 공간은 단열재로 채워진다.
상기 환기부(30)를 통과한 연료수송배관(20)의 수소 가스는 연료수송배관(20)의 출구 부분에 설치되는 주입제어부(50)를 통해서 그 공급량이 제어되며 연료전지(40)로 공급된다.
도 4를 참조하면, 연료전지(40)는 액화수소 연료전지 추진 선박의 하부에 설치되며, 상기 주입제어부(50)를 통해 공급되는 수소에 의해 엔진을 구동하기 위한 전기를 생산하고, 외기공급관(42)을 통해 공급되는 주변 공기의 산소와 화학적 반응을 통해 고효율 연료전지의 경우 600~1000℃, 소형선용 연료전지의 경우 100~600℃에 이르는 고온의 열과 물을 발생하게 된다. 도 4에서 미설명부호 43은 발생된 물을 외부로 배출하는 드레인관이다.
상기 주입제어부(50)는 연료수송배관(20)을 따라 유동하는 수소 가스를 흡수하여 팽창하고 열이 가해지면 흡수한 수소를 방출하여 수축함으로써 배관의 유로 크기를 조절하고, 이를 통해 연료전지(40)로 공급되는 수소 가스의 양을 자동으로 제어할 수 있도록 구성된다. 도 4 및 도 5a에 도시한 것과 같이 주입제어부(50)는 상기 연료수송배관(20)의 출구 부분과 연료전지(40)의 연료 주입구 사이에 연결되는 주입배관(51)과, 상기 주입배관(51) 내부에 설치되어 수소 가스를 흡수한 후 연료전지(40)에서 발생한 열에 의해 수소 가스를 일정량씩 배출하는 수소저장합금으로 된 볼(ball) 형태의 주입제어구(52)를 포함한다. 수소저장합금은 금속 결정 내 격자에 원자상의 수소가 침투하여 금속수소화물(MHn)을 형성하는 재료이다.
상기 주입배관(51)은 연료수송배관(20)과 동일하게 수소취화 저항성과 극저온에 견디는 능력이 우수하고, 높은 강도 및 밀도를 갖는 재료로 만들어진다. 상기 주입배관(51)은 연료수송배관(20)에 일체로 형성될 수도 있으나, 이와 다르게 연료수송배관(20)과는 개별체로 제작된 후 연료수송배관(20)의 출구단에 결합될 수 있다.
상기 주입배관(51)의 내측에는 상기 주입제어구(52)가 수용되는 구 형태의 수용부(53)가 형성되어 있다. 상기 주입제어구(52)는 상기 수용부(53)의 직경보다 작은 직경을 갖는 볼 형태로 된 수소저장합금으로서, 연료수송배관(20)을 통해 이송된 후 주입배관(51) 내로 유입된 수소 가스를 흡수하게 되면 팽창하고 수소 가스를 방출하면 수축하면서 주입배관(51) 내의 유로 크기를 축소하거나 증가시켜 수소 가스의 공급량을 자동으로 조절한다.
즉, 수소공급량이 많아져서 연료전지(40)에서 열이 고온으로 발생하게 될 때 주입제어구(52)가 수소를 흡수하여 팽창함으로써 주입배관(51) 내의 유로의 크기를 축소하고(도 5b 참조), 이로써 주입배관(51)을 통해 연료전지(40)로 공급되는 수소 가스의 양을 줄인다. 그리고 팽창된 주입제어구(52)가 연료전지(40)의 열에 의해 다시 수소 가스를 방출하게 되면 축소되면서 유로 크기가 확장되어 수소 가스의 공급량이 다시 늘어나게 된다(도 5a 참조).
한편, 상기 액화수소 저장탱크(10)와 연료수송배관(20)을 연결하는 부분과, 연료수송배관(20)의 중간 부분, 주입제어부(50)와 연료수송배관(20)을 연결하는 부분에는 공급제어부를 구성하는 제1제어유닛(61)과 제2제어유닛(62), 제3제어유닛(63)이 각각 설치된다. 상기 제1제어유닛(61)은 액화수소 저장탱크(10)로부터 연료수송배관(20)으로의 수소 가스 배출을 제어하며, 상기 제2제어유닛(62)은 연료수송배관(20) 내의 압력 및 온도를 제어하며, 상기 제3제어유닛(63)은 연료수송배관(20)으로부터 연료전지(40)로의 수소 공급을 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 제1제어유닛(61)과 제2제어유닛(62) 및 제3제어유닛(63)은 공지의 밸브와 컨트롤러를 적용하여 구성할 수 있다.
이러한 구성으로 이루어진 연료공급 시스템은 다음과 같이 작동한다.
액화수소 저장탱크(10) 내의 액화수소는 외부의 열 침입에 의해 기화되며, 기화된 가스(수소 가스)는 제1제어유닛(61)에 의해 연료수송배관(20)으로 배출되어 이송된다.
상기 연료수송배관(20)을 통해 유동하는 수소 가스는 환기부(30)의 내측케이싱(31)의 챔버(31a) 내부를 통과하게 된다. 이 때, 냉동시스템에서 사용된 고온의 공기가 열기주입구(34)를 통해 챔버(31a) 내부로 주입된 후, 상기 챔버(31a) 내의 연료수송배관(20)을 통과하는 차가운 수소 가스와 열교환되어 냉각된 후 송풍유닛에 의해 외측케이싱(32) 외부로 배출되어 냉동시스템의 열교환 작용에 재사용된다.
상기 환기부(30)에서 냉동시스템의 열기가 연료수송배관(20) 내의 수소 가스와 열교환되어 냉각되는 과정에서 열기 내의 습기가 결빙되어 얼음이 발생할 수 있다. 이 때 발생된 얼음은 상기 내측케이싱(31)의 챔버(31a) 하단부에 하측으로 오목하게 형성되어 있는 포집홈부(37a) 내에 포집된 다음, 히터(37c)에 의해 녹아서 물이 된 후 배수배관(37b)을 통해 외부로 배출된다.
한편 상기 환기부(30)를 통과하면서 열교환된 수소 가스는 연료수송배관(20)의 출구 부분에 설치되어 있는 주입제어부(50)의 주입배관(51) 내를 통과하여 연료전지(40) 내로 공급되고, 연료전지(40)에서 전기와 열을 발생시킨다. 이 때 주입배관(51)을 통과하는 수소 가스의 일부는 수소저장합금으로 된 주입제어구(52)에 흡수되어 주입제어구(52)가 점차적으로 팽창하게 되고, 이에 따라 주입제어구(52)의 외면과 주입배관(51) 내측면 사이의 유로 크기가 줄어들게 되면서 연료전지(40)로의 수소 가스 공급량이 줄어들게 된다.
따라서 연료전지(40)를 구동시키는 동안 수소 가스의 공급량을 자동으로 줄일 수 있게 되어 연료전지(40)에서 과다하게 열이 발생하여 추진 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한 전술한 것과 같이 냉동시스템에서 발생한 열기가 환기부(30) 내로 공급되어 액화수소 저장탱크(10)에서 배출된 차가운 수소 가스와 열교환된 후 냉각되어 외부로 공급되므로, 냉동시스템의 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명은 실시예를 참조하여 상세히 설명되었으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기에서 설명된 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 부가 및 변형이 가능할 것임은 당연하며, 이와 같은 변형된 실시 형태들 역시 아래에 첨부한 특허청구범위에 의하여 정하여지는 본 발명의 보호 범위에 속하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
10 : 액화수소 저장탱크 20 : 연료수송배관
30 : 환기부 31 : 내측케이싱
31a : 챔버 32 : 외측케이싱
34 : 열기주입구 35 : 배기구
36a : 송풍팬 36b : 팬모터
37a : 포집홈부 37b : 배수배관
37c : 히터 38 : 열교환부재
40 : 연료전지 42 : 외기공급관
43 : 드레인관 50 : 주입제어부
51 : 주입배관 52 : 주입제어구
53 : 수용부 61 : 제1제어유닛
62 : 제2제어유닛 63 : 제3제어유닛

Claims (7)

  1. 액화수소를 저장하는 액화수소 저장탱크;
    상기 액화수소 저장탱크에서 기화되어 배출된 수소 가스를 연료전지로 안내하는 연료수송배관;
    상기 연료수송배관을 통과하는 수소 가스와 선박의 냉동시스템에서 배출되는 열기의 열교환이 이루어진 후 냉각된 공기가 배출되는 환기부;
    상기 환기부를 통과하여 연료수송배관을 따라 유동하는 수소 가스가 연료전지로 공급되는 양을 제어하는 주입제어부; 및,
    상기 액화수소 저장탱크로부터 연료수송배관으로 기화된 수소 가스를 배출하고 공급제어부;
    를 포함하고,
    상기 환기부는, 상기 연료수송배관이 통과하는 챔버가 형성된 내측케이싱, 상기 내측케이싱의 외측에 간격을 두고 설치되는 외측케이싱, 상기 외측케이싱 및 내측케이싱을 관통하도록 설치되며 상기 냉동시스템에서 배출되는 열기를 공급하는 배관과 연결되어 내측케이싱의 챔버 내부로 열기를 공급하는 열기주입구, 상기 내측케이싱과 외측케이싱을 관통하도록 형성되는 배기구에 설치되어 내측케이싱에서 열교환된 공기를 외부로 배출하는 송풍유닛, 및 상기 내측케이싱과 외측케이싱 사이의 공간에 설치되어 내측케이싱에서 수증기가 결빙되면서 발생한 얼음을 포집하여 외부로 배출하는 배수유닛을 포함하는 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 주입제어부는, 상기 연료수송배관의 출구 부분과 연료전지의 연료 주입구 사이에 연결되는 주입배관과, 상기 주입배관 내부에 설치되어 수소 가스를 흡수하면 팽창하고 수소 가스를 방출하면 수축하면서 주입배관 내의 유로 크기를 조절하도록 된 수소저장합금으로 된 볼(ball) 형태의 주입제어구를 포함하는 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 배수유닛은, 상기 내측케이싱의 챔버 하단부에 하측으로 오목하게 형성되어 얼음을 포집하는 포집홈부와, 상기 내측케이싱과 외측케이싱 사이의 공간에서 상기 포집홈부와 연통되어 포집홈부 내에서 용융된 물을 외부로 배출하는 배수배관과, 상기 포집홈부의 하단부를 따라 설치되어 포집홈부 내에 포집된 얼음을 용융시키는 히터를 포함하는 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 내측케이싱 내부의 챔버에 상기 연료수송배관의 외면과 접촉하도록 설치되는 열전도성 금속 재질의 열교환부재를 더 포함하는 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템.
  6. 제1항 내지 제2항 및 제4항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 연료공급 시스템의 작동 방법으로서,
    (S1) 액화수소 저장탱크에서 기화된 수소 가스를 연료수송배관을 통해 이송하는 단계;
    (S2) 환기부에 냉동시스템에서 배출되는 열기를 공급하여 상기 연료수송배관을 통해 이송되는 수소 가스와 열교환한 후 냉각된 공기를 외부로 배출하는 단계; 및,
    (S3) 환기부를 통과하여 연료수송배관으로 이송되는 수소 가스를 주입제어부에서 흡수한 후 일정량씩 배출하여 연료전지로 공급하는 단계;
    를 포함하는 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템의 작동 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 (S2) 단계에서는 환기부의 내부에서 수증기가 결빙되어 생성된 얼음을 환기부의 챔버 하부에서 포집한 후 가열하여 녹여서 외부로 배출하는 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템의 작동 방법.
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