KR102147544B1 - Fuel Storage System for Hydrogen Propulsion Conrainer Ship - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a fuel storage system for a hydrogen-propelled container carrier, capable of modularizing a storage container for storing liquefied hydrogen and a container loaded on a container ship to rearrange the same in a design space, and minimizing structural changes of an existing container ship. The fuel storage system for the hydrogen-propelled container carrier according to the present invention comprises: a hydrogen storage module including a hydrogen storage container in which liquefied hydrogen is stored, an outer container having a size and shape corresponding to a container conveyed by the container carrier and holding the hydrogen storage container, and a fuel supply unit installed in a space between the hydrogen storage container and the outer container to gasify and decompress the liquefied hydrogen discharged from the hydrogen storage container; a cell guide unit including a plurality of cell guides perpendicularly up and down installed in a space of a ship to movably up and down support both corner portions of the front end portion and the rear end portion of the hydrogen storage module; a cell stack installation unit in which a fuel cell stack is installed wherein the fuel cell stack is disposed outside the cell guide unit to receive hydrogen gas supplied from a fuel supply unit of the hydrogen storage module to generate electricity for propulsion of the container carrier; and a hydrogen supply unit penetrating through a partition body of the cell guide unit to supply hydrogen from the hydrogen storage module to the fuel cell stack.

Description

수소 추진 컨테이너 운반선의 연료 저장 시스템{Fuel Storage System for Hydrogen Propulsion Conrainer Ship}Fuel Storage System for Hydrogen Propulsion Conrainer Ship {Fuel Storage System for Hydrogen Propulsion Conrainer Ship}

본 발명은 컨테이너를 운반하는 선박에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수소를 추진 연료로 하여 운항하는 컨테이너 운반선에서 수소 연료 및 연료 전지를 효율적으로 저장할 수 있는 수소 추진 컨테이너 운반선의 연료 저장 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a vessel carrying a container, and more particularly, to a fuel storage system of a hydrogen-propelled container carrier capable of efficiently storing hydrogen fuel and fuel cells in a container carrier operating using hydrogen as a propulsion fuel.

해양 구조물에 대한 환경 규제, 해양 사고를 총괄적으로 관할하며, 지침사항을 전달하는 국제해사기구(IMO; international maritime organization)는 청정한 해양을 만들기 위해서 선박연료유의 질소산화물(NOx)에 대한 강력한 제재를 제안하였다. 게다가 배출규제해역(ECA; emission control area)에 입항, 정박하는 선박에게 황산화물(SOx) 제한을 두어 전 세계적으로 선박에서 발생하는 오염물질인 SOx 및 NOx에 대한 관심이 큰 상태이다. IMO의 Tier III는 2020년부터 전 세계의 대형 선박의 연료는 NOx 배출이 약 2g/kWh의 효율을 가져야 하며, ECA 인근에서는 황 함유량 0.1% m/m의 연료 사용으로 강화되어 있다. The international maritime organization (IMO), which has overall jurisdiction over environmental regulations and maritime accidents on offshore structures, and delivers guidelines, proposes strong sanctions on NOx of ship fuel oil to create a clean ocean. I did. In addition, there is great interest in SOx and NOx, which are pollutants generated by ships around the world, by placing restrictions on sulfur oxides (SOx) on ships entering and anchoring in the emission control area (ECA). From 2020, IMO's Tier III requires that fuels from large ships around the world have an efficiency of about 2g/kWh, and near the ECA, fuels with a sulfur content of 0.1% m/m have been strengthened.

이러한 해양오염의 규제강화로 인해 대체연료로서 천연가스가 주목받고 있다. 천연가스는 SOx가 0.003g/kWh, NOx가 1.17g/kWh로 극히 적은 오염물질을 배출하게 된다. 다만, 이산화탄소(CO2)가 412g/kWh까지 발생하여 향후 강화될 이산화탄소 규제까지 만족시키지는 못한다. 이산화탄소 규제는 1997년 교토의정서, 2015년 파리 협정을 통해 꾸준히 논의된 바 있다. 앞서 언급한 NOx 및 SOx에 대한 규제의 발효 역시 1997년 오염물질 저감에 대한 논의가 시작한 이후 의무화로 굳혀지기까지 약 20년의 시간이 소요되었다는 것을 감안하면 앞으로 이산화탄소에 대한 규제 역시 멀지 않은 것이 사실이다.Due to the strengthening of regulations on marine pollution, natural gas is attracting attention as an alternative fuel. Natural gas emits very little pollutants with SOx of 0.003g/kWh and NOx of 1.17g/kWh. However, carbon dioxide (CO 2 ) is generated up to 412 g/kWh, which does not satisfy the carbon dioxide regulations to be strengthened in the future. The regulation of carbon dioxide has been steadily discussed through the Kyoto Protocol in 1997 and the Paris Agreement in 2015. It is true that the regulation on carbon dioxide is not far from now considering that it took about 20 years to become mandatory after the discussion on pollutant reduction began in 1997 as well as the enforcement of the aforementioned regulations on NOx and SOx. .

이에 최종적으로 선박에 탑재될 연료는 오염원을 전혀 배출하지 않고, 에너지 효율이 높은 청정에너지로 분류되는 수소가 주목받고 있다.Accordingly, hydrogen, which is classified as clean energy with high energy efficiency, is attracting attention as fuel to be finally mounted on a ship does not emit any pollutants.

수소는 연료로 사용하게 되면 산소와 결합하여 물과 전기를 생성한다. 최종 생성물들이 모두 청정물질이므로 청정에너지라고 불리는 이유이다. 게다가, 수소는 풍력, 태양열, 조류발전기 등의 기술을 접목시켜 물을 전기분해하여 생성할 수 있어서 전 세계 어느 곳에서나 만들 수 있다는 장점 역시 가지고 있다. 다만, 전기분해 효율, 각지에 이송방법을 극대화시키기 위해서는 고도의 기술이 필요하다.When hydrogen is used as fuel, it combines with oxygen to produce water and electricity. This is why it is called clean energy because the final products are all clean materials. In addition, hydrogen can be produced by electrolyzing water by combining technologies such as wind power, solar heat, and tidal current generators, so it has the advantage that it can be made anywhere in the world. However, in order to maximize the electrolysis efficiency and transfer method to various places, advanced technology is required.

수소의 이송은 현존하는 기술을 바탕으로 4가지로 분류가 가능하다. 고압 수소는 상온에서 약 400bar부터 700bar까지 압력을 주어 수소의 부피를 최소화 시키는 방법이다. 다른 이송방법 대비 부피효율은 낮으나, 압축저장용기의 내압설계 안전성이 확보된다면 추가적인 부속 구조물이 필요 없는 장점을 가지고 있다. 수소저장합금은 무게대비 효율이 가장 높으나, 수소의 장입과 배출에 소요되는 시간이 높고 배출시 요구되는 저압·고온의 환경을 구축해야 된다. Cryo-adsorption 방법은 액화질소(LN2; liquefied nitrogen)의 액화점 -196℃의 온도를 사용하여 수소입자간의 운동성을 줄여 부피효율을 증가시키게 된다. 이 방법은 수소의 결합성을 극대화하여 탄화재료와 결합하게 된다. 다만, 수소저장합금보단 무게대비 효율이 낮은 단점이 있다. 마지막으로 액화수소는 부피효율이 가장 높으며, 수소 자체를 -253℃에서 액화시키므로 수소를 이송하기 위한 재료가 필요 없다는 장점을 가지고 있다. 하지만 단점으로는 극저온을 유지시키기 위한 단열시스템이 필수적으로 채용되어야 하므로 대형 저장구조물에 사용되는 방법이다.Hydrogen transfer can be classified into four categories based on the existing technology. High-pressure hydrogen is a method of minimizing the volume of hydrogen by applying pressure from about 400bar to 700bar at room temperature. Volume efficiency is low compared to other transport methods, but it has the advantage of not requiring additional auxiliary structures if the pressure-resistant design of the compression storage container is secured. Hydrogen storage alloys have the highest weight-to-weight efficiency, but the time required for charging and discharging hydrogen is high, and a low pressure and high temperature environment required for discharging must be established. The cryo-adsorption method increases the volumetric efficiency by reducing the mobility between hydrogen particles by using a temperature of -196℃, the liquefaction point of liquefied nitrogen (LN 2 ). This method maximizes the bondability of hydrogen and combines it with the carbonized material. However, there is a disadvantage in that the efficiency is lower than that of the hydrogen storage alloy. Lastly, liquefied hydrogen has the highest volumetric efficiency, and since it liquefies hydrogen itself at -253°C, it has the advantage that no material is required to transport hydrogen. However, as a disadvantage, it is a method used for large storage structures because an insulation system for maintaining cryogenic temperatures must be employed.

액화수소를 연료 저장방법으로 채용한 선박은 대부분 소형화되어 연안선, 여객선으로 실운항하고 있다. 각 국에서는 액화수소를 사용하는 대형선박 개발에 힘쓰고자 다양한 기술을 축적하고 있다. 액화수소는 연료로 사용하기 위한 기화기(vaporizor), 열교환기, 감압기기 등의 성능이 안전성과 직결되며, 연료전지 스택에 주입되는 제어기, 잔류 수소의 처리 방법 등으로 다양한 문제점이 발생하여 현재 대형화에 큰 어려움을 겪고 있는 실정이다.Most of the ships using liquefied hydrogen as a fuel storage method have been miniaturized and are actually operated as coastal ships and passenger ships. In each country, various technologies are accumulating to strive to develop large ships that use liquid hydrogen. Liquefied hydrogen is directly related to safety in the performance of vaporizers, heat exchangers, and decompression devices for use as fuel, and various problems have arisen due to the controller injected into the fuel cell stack and the treatment method of residual hydrogen. They are experiencing great difficulties.

특히나, 전 세계적으로 무역 물동량이 증가하게 되면 대형 컨테이너 선박 수주량 역시 급증하게 된다. 컨테이너 선박은 ECA 지역에 직접 입항하는 것과 선적화물을 하역하는 과정이 동시에 진행되기 때문에 향후 수소연료 추진선박으로 개발되는 것이 필수적이다. In particular, when the global trade volume increases, orders for large container ships will also increase rapidly. It is essential that container ships be developed as hydrogen fuel propulsion ships in the future because the process of directly entering the ECA area and unloading cargo is carried out at the same time.

그러나 수소연료 추진선박으로 선박의 연료가 변경될 경우 선박의 선형 변화, 전기추진 방식의 수소연료 추진선박에 따른 전기생산을 위해 구비되는 연료전지 스택과 기존 엔진룸의 공간 변경, 연료전지 스택 공간의 초고온 단열 설계, 컨테이너선의 거주 공간(Accommodation)의 안전성 확보에 따른 다양한 문제점이 발생하게 된다.However, when the ship's fuel is changed to a hydrogen-fueled ship, the ship's linearity changes, the fuel cell stack provided for electricity production according to the electric propulsion type hydrogen-fueled ship, and the space change of the existing engine room, and the space of the fuel cell stack. Various problems arise due to the ultra-high temperature insulation design and securing the safety of the accommodation space of the container ship.

한국 등록특허 제10-1185517호(2012.09.18. 등록)Korean Patent Registration No. 10-1185517 (registered on September 18, 2012) 한국 공개특허 제10-2019-0024342호(2019.03.08. 공개)Korean Patent Application Publication No. 10-2019-0024342 (published on Aug. 8, 2019)

본 발명의 목적은 액화수소를 저장하는 저장용기와 컨테이너 선박에 선적하는 컨테이너를 모듈화하여 설계 공간에 재배치하고, 기존 컨테이너 선박의 구조 변경을 최소화할 수 있는 수소 추진 컨테이너 운반선의 연료 저장 시스템을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a fuel storage system for a hydrogen-propelled container carrier capable of minimizing structural changes of existing container ships by relocating them to a design space by modularizing a storage container for storing liquefied hydrogen and a container shipping on a container ship. will be.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수소 추진 컨테이너 운반선의 연료 저장 시스템은, 액화수소가 저장되는 수소저장용기와, 컨테이너 운반선에 의해 이송되는 컨테이너와 대응하는 크기와 형태를 가지며 상기 수소저장용기가 수용되는 아우터 컨테이너와, 상기 수소저장용기와 아우터 컨테이너 사이의 공간에 설치되어 상기 수소저장용기에서 배출되는 액화수소를 기화 및 감압시키는 연료공급유닛을 포함하는 수소저장모듈; 선박의 공간에 상하로 연직하게 설치되며 상기 아우터 컨테이너의 전후방향 길이와 대응하는 간격으로 이격되게 형성되는 한 쌍의 격벽체와, 상기 각각의 격벽체의 내측면에 상하방향으로 연장되게 설치되어 상기 수소저장모듈의 전단부와 후단부의 양측 모서리 부분을 상하로 이동 가능하게 지지하는 복수의 셀가이드를 포함하여, 상기 격벽체 사이에 복수의 수소저장모듈을 상하방향으로 적층할 수 있도록 하는 셀가이드유닛; 상기 셀가이드유닛의 외측에 배치되어 상기 수소저장모듈의 연료공급유닛에서 공급되는 수소 가스를 공급받아 컨테이너 운반선의 추진을 위한 전기를 생성하는 연료전지스택이 설치되는 전지스택설치부; 및, 상기 셀가이드유닛의 격벽체를 관통하여 상기 수소저장모듈로부터 상기 연료전지스택으로 수소를 공급하는 수소공급유닛;을 포함한다. The fuel storage system of a hydrogen-propelled container carrier according to the present invention for achieving the above object has a size and shape corresponding to a hydrogen storage container in which liquefied hydrogen is stored, and a container conveyed by the container carrier, and the hydrogen storage container A hydrogen storage module including an outer container in which is accommodated, and a fuel supply unit installed in a space between the hydrogen storage container and the outer container to vaporize and depressurize liquefied hydrogen discharged from the hydrogen storage container; A pair of bulkheads that are vertically installed in the space of the ship and are spaced apart at intervals corresponding to the length of the outer container in the front and rear direction, and are installed to extend in the vertical direction on the inner side of each of the bulkheads. A cell guide unit that includes a plurality of cell guides that support vertically movable edges of both the front and rear ends of the hydrogen storage module, and allows a plurality of hydrogen storage modules to be stacked vertically between the partition walls. ; A battery stack installation unit disposed outside the cell guide unit to receive hydrogen gas supplied from the fuel supply unit of the hydrogen storage module to generate electricity for propulsion of the container carrier; And a hydrogen supply unit for supplying hydrogen from the hydrogen storage module to the fuel cell stack through the partition wall of the cell guide unit.

상기 연료공급유닛은 상기 수소저장용기 내의 액화수소를 공급받아 기화시키고 감압시키는 기화기와, 상기 수소저장용기의 액화수소를 기화기로 공급하는 액화수소공급관과, 상기 기화기와 상기 수소공급유닛의 수소공급배관을 연결하여 기화기를 통과하여 배출되는 수소 가스를 수소공급배관으로 배출하는 가스배출관과, 일단이 상기 수소저장용기 내부와 연통되고 다른 일단이 상기 가스배출관과 연결되어 상기 수소저장용기 내에서 액화수소가 기화하면서 발생한 자연기화가스(Boil Off Gas; BOG)를 가스배출관으로 안내하는 BOG공급관을 포함할 수 있다. The fuel supply unit includes a vaporizer that receives liquefied hydrogen in the hydrogen storage container, vaporizes and decompresses it, a liquefied hydrogen supply pipe that supplies liquefied hydrogen from the hydrogen storage container to a vaporizer, and a hydrogen supply pipe of the vaporizer and the hydrogen supply unit. A gas discharge pipe for discharging the hydrogen gas discharged through the vaporizer to a hydrogen supply pipe by connecting to, and one end communicates with the inside of the hydrogen storage container, and the other end is connected to the gas discharge pipe, so that liquefied hydrogen is discharged in the hydrogen storage container. It may include a BOG supply pipe that guides boil off gas (BOG) generated while evaporating to the gas discharge pipe.

상기 가스배출관 및 수소공급배관의 내주면은 수소취화 방지 금속으로 된 보호막으로 코팅될 수 있다. The inner circumferential surface of the gas discharge pipe and the hydrogen supply pipe may be coated with a protective film made of a metal for preventing hydrogen embrittlement.

또한 상기 전지스택설치부는 상기 격벽체의 외측에 격벽체와 연접하게 배치될 수 있다. In addition, the battery stack installation unit may be disposed outside the partition wall body in connection with the partition wall body.

상기 수소저장용기의 내측면에 수소취화 방지 금속 분말을 금속용사법(金屬溶射法)을 이용하여 일정한 두께로 코팅할 수 있다. The hydrogen embrittlement-preventing metal powder on the inner surface of the hydrogen storage container may be coated to a predetermined thickness by using a metal spraying method (金屬溶射法).

본 발명에 따르면, 액화수소(LH2)가 저장되는 수소저장용기 및 수소저장용기의 액화수소를 기화 및 감압하여 공급하는 연료공급유닛이 일반적인 컨테이너와 거의 동일한 크기와 형태를 갖는 아우터 컨테이너 내부에 수용되어 모듈화되고, 아우터 컨테이너가 컨테이너 선박의 셀가이드에 의해 지지되므로, 복수의 수소저장용기를 일정한 공간 내에 상하로 용이하게 적층하여 설치할 수 있다. According to the present invention, a hydrogen storage container in which liquefied hydrogen (LH 2 ) is stored and a fuel supply unit that vaporizes and depressurizes the liquefied hydrogen in the hydrogen storage container are accommodated inside an outer container having almost the same size and shape as a general container. It is modularized and the outer container is supported by the cell guide of the container ship, so that a plurality of hydrogen storage containers can be easily stacked up and down in a certain space and installed.

따라서 기존의 선박의 구조 변화를 최소화하면서 많은 양의 액화수소 연료 및 연료전지스택을 선박에 탑재할 수 있으며, 수소저장모듈의 교환과 유지 관리가 용이하고, 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. Therefore, a large amount of liquefied hydrogen fuel and fuel cell stacks can be mounted on the ship while minimizing the structural change of the existing ship, and exchange and maintenance of the hydrogen storage module are easy, and safety is improved.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 추진 컨테이너 운반선의 연료 저장 시스템이 설치된 컨테이너 운반선의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 연료 저장 시스템의 구성을 나타낸 일부 절개 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시한 연료 저장 시스템의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시한 연료 저장 시스템의 수소 가스 이송을 위한 배관의 단면 형태를 나타낸 단면도이다.
1 is a block diagram of a container carrier equipped with a fuel storage system for a hydrogen-propelled container carrier according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a partially cut-away perspective view showing the configuration of the fuel storage system shown in FIG. 1.
3 is a cross-sectional view showing the configuration of the fuel storage system shown in FIG. 1.
4 is a cross-sectional view showing a cross-sectional shape of a pipe for transporting hydrogen gas in the fuel storage system shown in FIG. 1.

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.The embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are only preferred examples of the disclosed invention, and there may be various modifications that may replace the embodiments and drawings of the present specification at the time of filing of the present application.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 수소 추진 컨테이너 운반선의 연료 저장 시스템을 후술된 실시예에 따라 구체적으로 설명하도록 한다. 도면에서 동일한 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다. Hereinafter, a fuel storage system for a hydrogen-propelled container carrier will be described in detail according to an embodiment described below with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals denote the same components.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 추진 컨테이너 운반선의 연료 저장 시스템을 나타낸 도면으로, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 추진 컨테이너 운반선의 연료 저장 시스템은, 기존의 컨테이너 운반선의 엔진룸을 연료전지스택(31)을 설치하는 공간으로 활용하여 공간 효율성을 향상시키고, 상기 연료전지스택(31)에 수소 가스를 공급하기 위하여 기존의 컨테이너 고정을 위한 셀가이드(22)를 이용하여 액화수소가 저장된 수소저장용기(11)가 수용된 아우터 컨테이너(12)를 탑재하는 공간을 형성한다. 1 to 4 are views showing a fuel storage system of a hydrogen-propelled container carrier according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, a fuel storage system of a hydrogen-propelled container carrier according to an embodiment of the present invention is , Cell guide for fixing the existing container in order to improve space efficiency by utilizing the engine room of an existing container carrier as a space for installing the fuel cell stack 31, and supply hydrogen gas to the fuel cell stack 31 Using (22), a space in which the outer container 12 in which the hydrogen storage container 11 in which liquefied hydrogen is stored is accommodated is formed.

좀 더 구체적으로, 기존의 컨테이너 운반선의 엔진룸에 해당하는 선체의 하부 공간에 연료전지스택(31)이 설치되는 전지스택설치부(30)가 배치되고, 상기 전지스택설치부(30)의 일측에 수소 가스 공급을 위한 복수의 수소저장모듈(10)이 탑재되는 셀가이드유닛(20)이 설치되고, 상기 전지스택설치부(30)와 수소저장모듈(10) 사이에는 상기 셀가이드유닛(20)의 격벽체(21)를 관통하여 상기 수소저장모듈(10)로부터 상기 연료전지스택(31)으로 수소를 공급하는 수소공급유닛이 설치된다. More specifically, a battery stack installation part 30 in which the fuel cell stack 31 is installed is disposed in a lower space of the hull corresponding to the engine room of an existing container carrier, and one side of the battery stack installation part 30 A cell guide unit 20 on which a plurality of hydrogen storage modules 10 for supplying hydrogen gas are mounted is installed, and the cell guide unit 20 is disposed between the battery stack installation unit 30 and the hydrogen storage module 10. A hydrogen supply unit for supplying hydrogen from the hydrogen storage module 10 to the fuel cell stack 31 is installed through the partition wall 21 of ).

상기 수소저장모듈(10)은 액화수소(LH2)가 저장되는 수소저장용기(11)와, 컨테이너 운반선에 의해 이송되는 통상의 컨테이너와 대응하는 크기와 형태를 가지며 상기 수소저장용기(11)가 내부에 수용되는 아우터 컨테이너(12)와, 상기 수소저장용기(11)와 아우터 컨테이너(12) 사이의 공간에 설치되어 상기 수소저장용기(11)에서 배출되는 액화수소를 기화 및 감압시키는 연료공급유닛(13)을 포함한다. The hydrogen storage module 10 has a size and shape corresponding to a hydrogen storage container 11 in which liquefied hydrogen (LH 2 ) is stored, and a conventional container transported by a container carrier, and the hydrogen storage container 11 An outer container 12 accommodated therein, and a fuel supply unit installed in the space between the hydrogen storage container 11 and the outer container 12 to vaporize and depressurize liquefied hydrogen discharged from the hydrogen storage container 11 It includes (13).

상기 수소저장모듈(10)은 복수개가 셀가이드유닛(20)의 격벽체(21) 사이에 상하 및 좌우 방향으로 적층되게 설치될 수 있다. A plurality of the hydrogen storage modules 10 may be installed to be stacked vertically and horizontally between the partitions 21 of the cell guide unit 20.

상기 수소저장용기(11)는 내부에 -253℃의 극저온 유체인 액화수소(LH2)를 수용하며, 액화수소의 온도를 유지하기 위하여 수소저장용기(11)와 아우터 컨테이너(12)의 내벽면 사이에는 높은 단열성능을 제공하는 단열재(18)가 충전된다. 또한 수소저장용기(11) 자체가 단열 성능을 갖도록 내층(11a)과 외층(11b)의 이중층을 가지며, 내층(11a)과 외층(11b) 사이는 진공 상태를 유지하도록 하는 것이 바람직하다. 수소저장용기(11)와 외부 환경 간에 열전도가 지배적일 경우 진공단열(vacuum insulation)에 비중을 키우고, 열복사가 지배적일 경우 다층 단열(multi-layer insulation)의 두께 비중을 키운 단열 방법을 적용한다.The hydrogen storage container 11 accommodates liquefied hydrogen (LH 2 ), which is a cryogenic fluid of -253°C, and the inner wall surface of the hydrogen storage container 11 and the outer container 12 to maintain the temperature of the liquefied hydrogen. In between is filled with a heat insulating material 18 providing high heat insulation performance. In addition, the hydrogen storage container 11 itself has a double layer of the inner layer (11a) and the outer layer (11b) so as to have a thermal insulation performance, it is preferable to maintain a vacuum state between the inner layer (11a) and the outer layer (11b). When heat conduction between the hydrogen storage container 11 and the external environment is dominant, the specific gravity of vacuum insulation is increased, and when heat radiation is dominant, an insulation method that increases the thickness specific gravity of multi-layer insulation is applied.

또한 수소저장용기(11)는 액화수소(LH2)를 수용하기 때문에 내벽면이 수소취화 및 극저온의 온도에 의한 취성을 방지하기 위하여 적절한 금속 소재를 사용하거나, 극저온에 강한 금속재의 표면에 수소취화를 방지하기 위한 코팅 처리할 수 있다. 예를 들어 상기 수소저장용기(11)의 내측면에 수소취화 방지 금속 분말로서 산화란탄(La2O3; Lanthanum Oxide) 분말을 금속용사법(金屬溶射法)을 이용하여 소정의 두께로 코팅할 수 있다. In addition, since the hydrogen storage container 11 accommodates liquefied hydrogen (LH 2 ), an appropriate metal material is used to prevent hydrogen embrittlement and brittleness due to cryogenic temperatures, or hydrogen embrittlement on the surface of a metal material resistant to cryogenic temperatures. Can be coated to prevent. For example, lanthanum oxide (La 2 O 3 ; Lanthanum Oxide) powder as a metal powder for preventing hydrogen embrittlement on the inner surface of the hydrogen storage container 11 may be coated with a predetermined thickness using a metal spraying method (金屬溶射法). have.

상기 아우터 컨테이너(12)는 통상의 컨테이너의 크기를 갖는 직육면체의 함체 형태로 되어, 상기 셀가이드유닛(20)을 구성하는 한 쌍의 격벽체(21) 사이에서 셀가이드(22)에 의해 지지된다. 상기 아우터 컨테이너(12)가 구성됨으로 인해 복수의 수소저장용기(11)를 일정한 공간 내에 상하로 용이하게 적층하여 설치할 수 있다. 따라서 수소저장모듈(10)의 교환과 유지 관리가 용이하며, 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. The outer container 12 is in the form of a rectangular parallelepiped having the size of a conventional container, and is supported by the cell guide 22 between a pair of partition walls 21 constituting the cell guide unit 20 . Since the outer container 12 is configured, a plurality of hydrogen storage containers 11 can be easily stacked up and down in a certain space to be installed. Therefore, it is easy to exchange and maintain the hydrogen storage module 10, and there is an effect of improving safety.

상기 연료공급유닛(13)은 아우터 컨테이너(12)의 내부에 설치되며, 상기 수소저장용기(11)에서 배출되는 액화수소를 기화 및 감압시켜 안정화된 수소 가스를 수소공급유닛을 통해 연료전지스택(31)으로 공급한다. 연료공급유닛(13)은 상기 수소저장용기(11) 내의 액화수소를 공급받아 기화시키고 감압시키는 기화기(14)와, 상기 수소저장용기(11)의 액화수소를 기화기(14)로 공급하는 액화수소공급관(15)과, 상기 기화기(14)와 상기 수소공급유닛의 수소공급배관(40)을 연결하여 기화기(14)를 통과하여 배출되는 수소 가스를 수소공급배관으로 배출하는 가스배출관(17)과, 일단이 상기 수소저장용기(11) 내부와 연통되고 다른 일단이 상기 가스배출관(17)과 연결되어 상기 수소저장용기(11) 내에서 액화수소가 기화하면서 발생한 자연기화가스(Boil Off Gas; BOG)를 가스배출관(17)으로 안내하는 BOG공급관(16)을 포함한다. The fuel supply unit 13 is installed inside the outer container 12, and the hydrogen gas stabilized by vaporizing and decompressing the liquefied hydrogen discharged from the hydrogen storage container 11 is supplied to the fuel cell stack ( 31). The fuel supply unit 13 is a vaporizer 14 that receives liquefied hydrogen in the hydrogen storage container 11, vaporizes and decompresses it, and liquefied hydrogen that supplies liquefied hydrogen in the hydrogen storage container 11 to the vaporizer 14 A gas discharge pipe 17 for discharging the hydrogen gas discharged through the gasifier 14 by connecting the supply pipe 15 and the hydrogen supply pipe 40 of the vaporizer 14 and the hydrogen supply unit to the hydrogen supply pipe. , One end is in communication with the inside of the hydrogen storage container 11 and the other end is connected to the gas discharge pipe 17 to evaporate liquefied hydrogen in the hydrogen storage container 11, resulting in a natural vaporization gas (Boil Off Gas; BOG). ) And a BOG supply pipe 16 to guide the gas discharge pipe 17.

상기 액화수소공급관(15)과 가스배출관(17), BOG공급관(16)에는 각각의 관을 통한 액화수소 또는 수소 가스의 흐름을 제어하기 위한 밸브가 설치되며, 각각의 밸브는 연료공급유닛(13) 자체에 설치되는 컨트롤러 또는 수소저장모듈(10)로부터 연료전지스택(31)으로의 수소 가스 공급을 제어하는 운반선 추진 기관의 컨트롤러에 의해 제어된다. The liquefied hydrogen supply pipe 15, the gas discharge pipe 17, and the BOG supply pipe 16 are provided with valves for controlling the flow of liquefied hydrogen or hydrogen gas through each pipe, and each valve is a fuel supply unit 13 ) It is controlled by a controller installed in itself or a controller of a carrier propulsion engine that controls the supply of hydrogen gas to the fuel cell stack 31 from the hydrogen storage module 10.

상기 가스공급유닛은 상기 가스배출관(17)과 연료전지스택(31)을 연결하는 수소공급배관(40)과, 상기 수소공급배관(40)을 통한 수소 가스의 공급을 제어하는 밸브(41)을 포함한다. 상기 수소공급배관(40)은 셀가이드유닛(20)의 일측 격벽체(21)에 형성되는 개구부(23)를 통해 연료전지스택(31)에 연결되어 수소 가스를 공급한다. The gas supply unit includes a hydrogen supply pipe 40 connecting the gas discharge pipe 17 and the fuel cell stack 31, and a valve 41 controlling the supply of hydrogen gas through the hydrogen supply pipe 40. Include. The hydrogen supply pipe 40 is connected to the fuel cell stack 31 through an opening 23 formed in one side partition 21 of the cell guide unit 20 to supply hydrogen gas.

상기 가스배출관(17) 및 수소공급배관(40)은 수소 가스를 고압인 상태로 안내하는 역할을 수행하므로 수소취화에 적합한 재료를 사용하거나, 도 4에 도시한 것과 같이 가스배출관(17) 및 수소공급배관(40)의 내주면을 산화란탄(La2O3)과 같은 수소취화 방지 금속으로 된 수소취화방지막(50)을 코팅할 수 있다.Since the gas discharge pipe 17 and the hydrogen supply pipe 40 serve to guide hydrogen gas to a high pressure state, a material suitable for hydrogen embrittlement is used, or the gas discharge pipe 17 and hydrogen The inner circumferential surface of the supply pipe 40 may be coated with a hydrogen embrittlement prevention film 50 made of a hydrogen embrittlement prevention metal such as lanthanum oxide (La 2 O 3 ).

상기 연료전지스택(31)은 상기 셀가이드유닛(20)의 격벽체(21)의 일측에 설치되는 전지스택설치부(30)에 설치되며, 상기 수소저장모듈(10)의 연료공급유닛(13)을 통해 공급되는 수소 가스에 의해 엔진을 구동하기 위한 전기를 생산한다. The fuel cell stack 31 is installed on the battery stack installation part 30 installed on one side of the partition wall 21 of the cell guide unit 20, and the fuel supply unit 13 of the hydrogen storage module 10 Generate electricity to drive the engine by hydrogen gas supplied through ).

상기 셀가이드유닛(20)은 전술한 것처럼 복수의 수소저장모듈(10)을 상하 및/또는 좌우로 적층하여 탑재할 수 있도록 하기 위한 것으로, 선박의 공간에 상하로 연직하게 설치되며 상기 아우터 컨테이너(12)의 전후방향 길이와 대응하는 간격으로 이격되게 형성되는 한 쌍의 격벽체(21)와, 상기 각각의 격벽체(21)의 내측면에 상하방향으로 연장되게 설치되어 상기 수소저장모듈(10)의 전단부와 후단부의 양측 모서리 부분을 상하로 이동 가능하게 지지하는 복수의 셀가이드(22)를 포함한다. The cell guide unit 20 is for mounting a plurality of hydrogen storage modules 10 by stacking them up and down and/or left and right, as described above, and is vertically installed in the space of the ship, and the outer container ( A pair of partition walls 21 formed to be spaced apart at intervals corresponding to the length in the front and rear direction of 12), and the hydrogen storage modules 10 are installed to extend in the vertical direction on the inner side of each of the partition walls 21 ) And a plurality of cell guides 22 for supporting the upper and lower edge portions of the front end and the rear end to be movable vertically.

상기 셀가이드(22)는 컨테이너를 운반하는 선박에서 복수의 컨테이너를 적층 상태로 고정할 수 있도록 하기 위한 공지의 셀가이드(22)를 적용하여 구성할 수 있다. 상기 셀가이드(22)는 복수개가 격벽체(21)의 좌우 방향을 따라 일정한 간격으로 배치될 수 있다. The cell guide 22 may be configured by applying a known cell guide 22 for fixing a plurality of containers in a stacked state in a vessel carrying a container. A plurality of cell guides 22 may be disposed at regular intervals along the left and right directions of the partition wall body 21.

상기 한 쌍의 격벽체(21) 중 상기 수소저장모듈(10)의 연료공급유닛(13)과 인접한 격벽체(21)에는 수소공급배관(40)이 관통하는 복수의 개구부(23)가 일정한 간격으로 형성된다. Among the pair of partition walls 21, a plurality of openings 23 through which the hydrogen supply pipe 40 passes are formed in the partition wall 21 adjacent to the fuel supply unit 13 of the hydrogen storage module 10. Is formed by

이와 같이 구성된 본 발명의 연료 저장 시스템은 다음과 같이 작동한다. The fuel storage system of the present invention configured as described above operates as follows.

액화수소(LH2)가 저장되어 있는 수소저장용기(11)가 아우터 컨테이너(12) 내부에 설치되어 있는 수소저장모듈(10)의 아우터 컨테이너(12)의 전단부와 후단부를 양측 격벽체(21)의 셀가이드(22)에 정렬하여 하강시키면, 아우터 컨테이너(12)의 전단부와 후단부의 양측 모서리 부분이 셀가이드(22)의 안내를 받으면서 하강하여 적층된 후 셀가이드(22)에 의해 지지되어 고정된다. The front end and the rear end of the outer container 12 of the hydrogen storage module 10 in which the hydrogen storage container 11 in which the liquefied hydrogen (LH 2 ) is stored is installed inside the outer container 12 are divided into two partition walls 21 ), the front and rear ends of the outer container 12 descend and stack while being guided by the cell guide 22 and are supported by the cell guide 22. Is fixed.

수소저장모듈(10)이 셀가이드(22)에 의해 고정되면, 수소저장모듈(10)에 설치된 연료공급유닛(13)의 가스배출관(17)을 수소공급배관(40)과 연결하여 연료전지스택(31)에 수소 가스를 공급할 수 있는 상태가 되도록 한다. When the hydrogen storage module 10 is fixed by the cell guide 22, the gas discharge pipe 17 of the fuel supply unit 13 installed in the hydrogen storage module 10 is connected to the hydrogen supply pipe 40 to provide a fuel cell stack. Make it possible to supply hydrogen gas to (31).

복수의 수소저장모듈(10)이 셀가이드유닛(20)에 모두 설치되면, 연료공급유닛(13)의 액화수소공급관(15)을 통해 액화수소를 기화기(14)로 공급한다. 기화기(14)로 공급된 액화수소는 감압 및 기화되면서 수소 가스로 변환되고, 수소 가스는 가스배출관(17) 및 수소공급배관(40)을 통해 연료전지스택(31)으로 공급되어 엔진의 구동 및 선박의 운항을 위한 전기를 생산하게 된다. When the plurality of hydrogen storage modules 10 are all installed in the cell guide unit 20, liquefied hydrogen is supplied to the vaporizer 14 through the liquefied hydrogen supply pipe 15 of the fuel supply unit 13. Liquefied hydrogen supplied to the carburetor 14 is converted into hydrogen gas while decompressed and vaporized, and the hydrogen gas is supplied to the fuel cell stack 31 through the gas discharge pipe 17 and the hydrogen supply pipe 40 to drive the engine and It produces electricity for the operation of the ship.

한편 선박의 운항 과정에서 수소저장용기(11)를 단열 처리한다고 하더라도 완전히 단열을 할 수는 없기 때문에 수소저장용기(11) 내의 액화수소가 자연 기화하면서 BOG 가스가 발생하게 된다. 상기 BOG 가스는 BOG공급관(16)을 통해서 가스배출관(17)으로 배출된 후 수소공급배관(40)을 통해 연료전지스택(31)으로 공급될 수 있다. On the other hand, even if the hydrogen storage container 11 is insulated during the operation of the ship, it cannot be completely insulated, so that the liquefied hydrogen in the hydrogen storage container 11 evaporates naturally and BOG gas is generated. The BOG gas may be discharged to the gas discharge pipe 17 through the BOG supply pipe 16 and then supplied to the fuel cell stack 31 through the hydrogen supply pipe 40.

상술한 것과 같이 본 발명의 연료 저장 시스템은, 액화수소(LH2)가 저장되는 수소저장용기(11) 및 수소저장용기(11)의 액화수소를 기화 및 감압하여 공급하는 연료공급유닛(13)이 일반적인 컨테이너와 거의 동일한 크기와 형태를 갖는 아우터 컨테이너(12) 내부에 수용되어 모듈화되고, 아우터 컨테이너(12)가 컨테이너 선박의 셀가이드(22)에 의해 지지되므로, 복수의 수소저장용기(11)를 일정한 공간 내에 상하로 용이하게 적층하여 설치할 수 있다. 따라서 기존의 선박의 구조 변화를 최소화하여 액화수소 연료 및 연료전지스택(31)을 탑재할 수 있으며, 수소저장모듈(10)의 교환과 유지 관리가 용이하고, 안전성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. As described above, the fuel storage system of the present invention comprises a hydrogen storage container 11 in which liquefied hydrogen (LH 2 ) is stored, and a fuel supply unit 13 for supplying liquefied hydrogen in the hydrogen storage container 11 by vaporizing and decompressing it. Since the outer container 12 is modularized and accommodated in the outer container 12 having substantially the same size and shape as the general container, and the outer container 12 is supported by the cell guide 22 of the container ship, a plurality of hydrogen storage containers 11 Can be easily stacked up and down in a certain space and installed. Therefore, it is possible to mount the liquefied hydrogen fuel and the fuel cell stack 31 by minimizing the structural change of the existing ship, and the exchange and maintenance of the hydrogen storage module 10 are easy, and there is an effect of improving safety. .

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.In the above, the present invention has been described in detail with reference to the embodiments, but those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to make various substitutions, additions, and modifications within the scope without departing from the technical idea described above. It is natural, and it should be understood that such modified embodiments also belong to the protection scope of the present invention defined by the appended claims below.

10 : 수소저장모듈 11 : 수소저장용기
12 : 아우터 컨테이너 13 : 연료공급유닛
14 : 기화기 15 : 액화수소공급관
16 : BOG공급관 17 : 가스배출관
18 : 단열재 20 : 셀가이드유닛
21 : 격벽체 22 : 셀가이드
23 : 개구부 30 : 전지스택설치부
31 : 연료전지스택 40 : 수소공급배관
50 : 수소취화방지막
10: hydrogen storage module 11: hydrogen storage container
12: outer container 13: fuel supply unit
14: vaporizer 15: liquefied hydrogen supply pipe
16: BOG supply pipe 17: gas discharge pipe
18: insulation 20: cell guide unit
21: bulkhead 22: cell guide
23: opening 30: battery stack installation part
31: fuel cell stack 40: hydrogen supply pipe
50: hydrogen embrittlement prevention film

Claims (5)

액화수소가 저장되는 수소저장용기와, 컨테이너 운반선에 의해 이송되는 컨테이너와 대응하는 크기와 형태를 가지며 상기 수소저장용기가 수용되는 아우터 컨테이너와, 상기 수소저장용기와 아우터 컨테이너 사이의 공간에 설치되어 상기 수소저장용기에서 배출되는 액화수소를 기화 및 감압시키는 연료공급유닛을 포함하는 수소저장모듈;
선박의 공간에 상하로 연직하게 설치되며 상기 아우터 컨테이너의 전후방향 길이와 대응하는 간격으로 이격되게 형성되는 한 쌍의 격벽체와, 상기 각각의 격벽체의 내측면에 상하방향으로 연장되게 설치되어 상기 수소저장모듈의 전단부와 후단부의 양측 모서리 부분을 상하로 이동 가능하게 지지하는 복수의 셀가이드를 포함하여, 상기 격벽체 사이에 복수의 수소저장모듈을 상하방향으로 적층할 수 있도록 하는 셀가이드유닛;
상기 셀가이드유닛의 외측에 배치되어 상기 수소저장모듈의 연료공급유닛에서 공급되는 수소 가스를 공급받아 컨테이너 운반선의 추진을 위한 전기를 생성하는 연료전지스택이 설치되는 전지스택설치부; 및,
상기 셀가이드유닛의 격벽체를 관통하여 상기 수소저장모듈로부터 상기 연료전지스택으로 수소를 공급하는 수소공급유닛;
을 포함하고,
상기 전지스택설치부는 상기 격벽체의 외측에 격벽체와 연접하게 배치되고,
상기 연료공급유닛은 상기 수소저장용기 내의 액화수소를 공급받아 기화시키고 감압시키는 기화기와, 상기 수소저장용기의 액화수소를 기화기로 공급하는 액화수소공급관과, 상기 기화기와 상기 수소공급유닛의 수소공급배관을 연결하여 기화기를 통과하여 배출되는 수소 가스를 수소공급배관으로 배출하는 가스배출관과, 일단이 상기 수소저장용기 내부와 연통되고 다른 일단이 상기 가스배출관과 연결되어 상기 수소저장용기 내에서 액화수소가 기화하면서 발생한 자연기화가스(Boil Off Gas; BOG)를 가스배출관으로 안내하는 BOG공급관을 포함하고,
상기 수소공급배관은 아우터 컨테이너의 일측면을 통과한 후 상기 셀가이드유닛의 일측 격벽체에 형성되는 개구부를 통해 연료전지스택에 연결되는 수소 추진 컨테이너 운반선의 연료 저장 시스템.
A hydrogen storage container in which liquefied hydrogen is stored, an outer container having a size and shape corresponding to that of a container transported by a container carrier and accommodating the hydrogen storage container, and installed in a space between the hydrogen storage container and the outer container, A hydrogen storage module including a fuel supply unit for vaporizing and depressurizing liquefied hydrogen discharged from the hydrogen storage container;
A pair of bulkheads that are vertically installed in the space of the ship and are spaced apart at intervals corresponding to the length of the outer container in the front and rear direction, and are installed to extend in the vertical direction on the inner side of each of the bulkheads. A cell guide unit that includes a plurality of cell guides supporting vertically movable edges of both the front and rear ends of the hydrogen storage module, and allows a plurality of hydrogen storage modules to be stacked vertically between the partition walls. ;
A battery stack installation unit disposed outside the cell guide unit to receive hydrogen gas supplied from the fuel supply unit of the hydrogen storage module to generate electricity for propulsion of the container carrier; And,
A hydrogen supply unit for supplying hydrogen from the hydrogen storage module to the fuel cell stack through the partition wall of the cell guide unit;
Including,
The battery stack installation part is disposed outside the partition wall body in connection with the partition wall body,
The fuel supply unit includes a vaporizer that receives liquefied hydrogen in the hydrogen storage container, vaporizes and decompresses it, a liquefied hydrogen supply pipe that supplies liquefied hydrogen from the hydrogen storage container to a vaporizer, and a hydrogen supply pipe of the vaporizer and the hydrogen supply unit. A gas discharge pipe for discharging the hydrogen gas discharged through the vaporizer to a hydrogen supply pipe by connecting to, and one end communicates with the inside of the hydrogen storage container, and the other end is connected to the gas discharge pipe, so that liquefied hydrogen is discharged in the hydrogen storage container. It includes a BOG supply pipe that guides boil off gas (BOG) generated during vaporization to a gas discharge pipe,
The hydrogen supply pipe passes through one side of the outer container and is connected to the fuel cell stack through an opening formed in one side partition of the cell guide unit.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 가스배출관 및 수소공급배관의 내주면은 수소취화 방지 금속으로 된 보호막으로 코팅된 수소 추진 컨테이너 운반선의 연료 저장 시스템.The fuel storage system of claim 1, wherein the inner circumferential surfaces of the gas discharge pipe and the hydrogen supply pipe are coated with a protective film made of a hydrogen embrittlement prevention metal. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 수소저장용기의 내측면에 수소취화 방지 금속 분말을 금속용사법(金屬溶射法)을 이용하여 일정한 두께로 코팅한 수소 추진 컨테이너 운반선의 연료 저장 시스템.
The fuel storage system of claim 1, wherein the hydrogen embrittlement-preventing metal powder is coated on the inner surface of the hydrogen storage container to a predetermined thickness by using a metal spraying method (金屬溶射法).
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