KR102175736B1 - Ship - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디젤엔진을 갖는 디젤엔진 배기시스템, 상기 디젤엔진 배기시스템과 연동하는 연료전지 시스템, 및 상기 연료전지 시스템이 갖는 연료전지에서 출력되는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하고, 상기 디젤엔진 배기시스템은 상기 디젤엔진으로부터 공급되는 제1 배기가스에 함유된 질소산화물(NOX)의 농도를 줄이는 선택적 환원촉매 반응기(SCR)를 포함하며, 상기 디젤엔진으로부터 배출되는 제1 배기가스가 상기 연료전지로부터 공급되는 제2 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 상기 선택적 환원촉매 반응기(SCR)의 동작온도에 대응하는 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 선박에 관한 것이다.The present invention converts a diesel engine exhaust system having a diesel engine, a fuel cell system interlocking with the diesel engine exhaust system, and a direct current (DC) output from the fuel cell of the fuel cell system to an alternating current (AC). Including a power conversion unit, the diesel engine exhaust system comprises a selective reduction catalyst reactor (SCR) to reduce the concentration of nitrogen oxides (NO X ) contained in the first exhaust gas supplied from the diesel engine, from the diesel engine It relates to a ship, characterized in that the discharged first exhaust gas is heated to a temperature corresponding to the operating temperature of the selective reduction catalyst reactor (SCR) using waste heat of the second exhaust gas supplied from the fuel cell as a heat source.

Description

선박{SHIP}Ship{SHIP}

본 발명은 환경 친화적인 선박에 관한 것이다.The present invention relates to an environmentally friendly vessel.

일반적으로 전체 에너지의 대부분은 화석연료로부터 얻고 있다. 그런데 화석연료의 매장량은 제한되어 있고, 화석연료의 사용은 대기오염 및 산성비, 지구 온난화 등 환경에 심각한 영향을 미치고 있다. 이러한 화석연료의 사용에 따른 문제점을 해결하기 위하여 환경 친화적인 발전시스템이 개발되고 있다. In general, most of the total energy comes from fossil fuels. However, the reserves of fossil fuels are limited, and the use of fossil fuels has serious effects on the environment, such as air pollution, acid rain, and global warming. In order to solve the problems associated with the use of fossil fuels, an environment-friendly power generation system is being developed.

환경 친화적인 발전시스템에는 햇빛, 물, 지열, 강수, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 발전시스템이 있다. 또한, 환경 친화적인 발전시스템에는 화석연료를 변환하거나 수소와 산소 등의 화학 반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지를 포함하는 연료전지 시스템이 있다. Environmentally friendly power generation systems include power generation systems that generate electricity by converting renewable energy including sunlight, water, geothermal heat, precipitation, and biological organisms. In addition, environmentally friendly power generation systems include fuel cell systems that convert fossil fuels or generate electricity through chemical reactions such as hydrogen and oxygen.

연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 알칼리 연료전지(AFC, Alkaline Fuel Cell), 인산형 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), 용융탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), 고분자전해질 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 직접메탄올 연료전지(DMFC, Direct Methanol Fuel Cell) 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동되지만 운전온도, 전해질, 발전효율, 발전성능이 서로 다르다. Depending on the type of electrolyte used, fuel cells include alkaline fuel cells (AFCs), phosphoric acid fuel cells (PAFCs), molten carbonate fuel cells (MCFCs), solid oxides. It is classified into fuel cells (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC), and Direct Methanol Fuel Cell (DMFC). Each of these fuel cells operates based on fundamentally the same principle, but differs in operating temperature, electrolyte, power generation efficiency, and power generation performance.

한편, 열차, 선박, 산업용 차량 등에서는 디젤엔진을 사용하여 필요한 전력을 발전하는 발전 시스템이 보편적으로 사용되고 있다. 그런데, 디젤엔진을 이용한 발전시스템은 열효율이 30∼40%로 낮을 뿐만 아니라, 전력을 생산할 때에 이산화탄소(CO2), 황산화물(SOX), 질소산화물(NOX) 등의 환경오염물질이 발생하는 문제점이 있다. 최근 들어, 업계에서는 디젤엔진을 이용한 발전시스템과 환경 친화적인 발전시스템인 연료전지 시스템을 복합적으로 사용하여 필요한 전력을 발전함과 동시에 전 세계적인 환경오염 규제에 대응할 수 있는 새로운 방안을 연구하고 있다. On the other hand, in trains, ships, industrial vehicles, etc., a power generation system that generates required power using a diesel engine is commonly used. However, the power generation system using a diesel engine not only has a low thermal efficiency of 30 to 40%, but also generates environmental pollutants such as carbon dioxide (CO 2 ), sulfur oxides (SO X ), and nitrogen oxides (NO X ) when generating electricity. There is a problem. In recent years, the industry is researching a new method that can cope with global environmental pollution regulations while generating required power by using a combination of a power generation system using a diesel engine and a fuel cell system, which is an environmentally friendly power generation system.

그런데, 하나의 구조물에 디젤엔진을 사용하는 발전시스템과 연료전지 시스템을 적용하는 경우, 다음과 같은 문제점이 발생한다. However, when a power generation system using a diesel engine and a fuel cell system are applied to one structure, the following problems arise.

첫째, 디젤엔진을 사용하는 발전시스템과 연료전지 시스템을 하나의 구조물에 설치하게 되면, 구조물 설비 구축비용이 상승하게 되는 문제가 있다. First, when a power generation system using a diesel engine and a fuel cell system are installed in one structure, there is a problem in that the construction cost of the structure facility increases.

둘째, 연료전지가 많아지거나 요구되는 발전출력이 커지면 종래의 탄화수소발전 기술보다는 적지만 연료전지에서 배출되는 미반응 잔여물질과 물과 같은 반응생성물이 많아지게 된다. 따라서, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 잔여물질과 반응생성물의 증가로 인해 태양광 등의 재생에너지보다는 환경오염을 심화시키는 문제가 있다. Second, as the number of fuel cells increases or the required power generation output increases, the amount of unreacted residual substances and reaction products such as water discharged from the fuel cell increases, although less than that of the conventional hydrocarbon power generation technology. Therefore, the fuel cell system according to the prior art has a problem of intensifying environmental pollution rather than renewable energy such as sunlight due to an increase in residual substances and reaction products.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 설비 구축비용 및 운영비용을 줄일 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been conceived to solve the above-described problems, and is to provide a ship capable of reducing facility construction cost and operation cost.

본 발명은 연료전지에서 발생하는 미반응 잔여물질과 반응생성물을 줄일 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a ship capable of reducing unreacted residual substances and reaction products generated in a fuel cell.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.In order to solve the problems as described above, the present invention may include the following configuration.

본 발명에 따른 선박은 디젤엔진을 갖는 디젤엔진 배기시스템; 상기 디젤엔진 배기시스템과 연동하는 연료전지 시스템; 및 상기 연료전지 시스템이 갖는 연료전지에서 출력되는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하고, 상기 연료전지 시스템은 원료를 공급받아 수소를 포함하는 연료인 개질가스를 생성하는 개질기, 상기 개질기를 가열하는 연소기, 및 상기 개질가스를 공급받아 전기를 생산하는 연료전지를 포함할 수 있다. 상기 연료전지는 개질가스가 유입되는 연료극(anode), 및 연료전지 반응에 필요한 산화제인 공기가 유입되는 공기극(cathode)을 포함할 수 있다. 상기 디젤엔진 배기시스템은 상기 디젤엔진으로부터 공급되는 제1 배기가스에 함유된 질소산화물(NOX)의 농도를 줄이는 선택적 환원촉매 반응기(SCR)를 포함할 수 있다. 상기 디젤엔진으로부터 배출되는 제1 배기가스는 상기 연료극 및 상기 공기극 중에서 적어도 하나로부터 공급되는 제2 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 상기 선택적 환원촉매 반응기(SCR)의 동작온도에 대응하는 온도로 가열될 수 있다.A ship according to the present invention includes a diesel engine exhaust system having a diesel engine; A fuel cell system interlocking with the diesel engine exhaust system; And a power conversion unit for converting a direct current (DC) output from a fuel cell of the fuel cell system into an alternating current (AC), wherein the fuel cell system receives a raw material and converts a reformed gas, which is a fuel containing hydrogen. It may include a reformer to generate, a combustor for heating the reformer, and a fuel cell for generating electricity by receiving the reformed gas. The fuel cell may include an anode into which a reformed gas is introduced, and a cathode into which air, which is an oxidizing agent required for a fuel cell reaction, is introduced. The diesel engine exhaust system may include a selective reduction catalyst reactor (SCR) for reducing the concentration of nitrogen oxides (NO X ) contained in the first exhaust gas supplied from the diesel engine. The first exhaust gas discharged from the diesel engine is heated to a temperature corresponding to the operating temperature of the selective reduction catalyst reactor (SCR) by using waste heat of the second exhaust gas supplied from at least one of the anode and the air electrode as a heat source. I can.

본 발명에 따른 선박은 상기 디젤엔진의 제1 배기가스 및 상기 연료전지의 제2 배기가스를 열교환시키는 열교환기를 포함할 수 있다. 상기 디젤엔진 배기시스템은 요소수 저장탱크로부터 공급된 요소수를 상기 열교환기로부터 공급되는 상기 연료전지의 제2 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 가수분해하는 환원제 공급부를 포함하고, 상기 환원제 공급부는 요수수를 가수분해하여 생성된 암모니아를 상기 열교환기에서 가열된 상기 디젤엔진의 제1 배기가스로 공급할 수 있다.The ship according to the present invention may include a heat exchanger for heat-exchanging the first exhaust gas of the diesel engine and the second exhaust gas of the fuel cell. The diesel engine exhaust system includes a reducing agent supply unit that hydrolyzes the urea water supplied from the urea water storage tank using waste heat of the second exhaust gas of the fuel cell supplied from the heat exchanger as a heat source, and the reducing agent supply unit is required. Ammonia generated by hydrolyzing sorghum may be supplied to the first exhaust gas of the diesel engine heated in the heat exchanger.

본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 디젤엔진 배기시스템은 상기 열교환기 후단에서 상기 열교환기로부터 배출되는 상기 디젤엔진의 제1 배기가스에 대한 온도를 감지하는 온도센서를 포함하고, 상기 연료전지 시스템은 상기 디젤엔진의 제1 배기가스의 온도에 따라 상기 연료전지의 제2 배기가스가 상기 열교환기로 공급되도록 하거나 상기 연료전지의 제2 배기가스가 상기 연소기로 공급되도록 하는 바이패스밸브(by-pass valve)를 포함할 수 있다. In the ship according to the present invention, the diesel engine exhaust system includes a temperature sensor for sensing a temperature of the first exhaust gas of the diesel engine discharged from the heat exchanger at a rear end of the heat exchanger, and the fuel cell system By-pass valve for supplying the second exhaust gas of the fuel cell to the heat exchanger or supplying the second exhaust gas of the fuel cell to the combustor according to the temperature of the first exhaust gas of the diesel engine ) Can be included.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.According to the present invention, the following effects can be achieved.

본 발명은 상기 연료전지의 배기가스를 디젤엔진의 배기가스를 가열하는 열원으로 사용하여 상기 디젤엔진의 배기가스를 선택적 환원촉매 반응기(SCR)의 동작온도에 대응하는 온도로 가열함으로써, 종래 디젤엔진 배기가스와 혼합하여 요소수의 분해를 통한 암모니아 생성 및 질소산화물과의 반응을 하기 위한 충분한 온도 및 체류시간을 확보하는데 사용되는 혼합챔버나 분해실 등의 배기시스템의 크기를 줄일 수 있으므로 연료전지 시스템과 상기 디젤엔진 배기시스템의 설비 구축비용 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다. The present invention uses the exhaust gas of the fuel cell as a heat source to heat the exhaust gas of the diesel engine, and heats the exhaust gas of the diesel engine to a temperature corresponding to the operating temperature of the selective reduction catalytic reactor (SCR). Fuel cell system because it is possible to reduce the size of the exhaust system such as the mixing chamber or the decomposition chamber used to secure sufficient temperature and residence time to generate ammonia through decomposition of urea water by mixing with exhaust gas and react with nitrogen oxides. And it can contribute to reducing the installation cost and operating cost of the diesel engine exhaust system.

본 발명은 요소수의 가수분해 및 가수분해하여 생성된 암모니아를 선택적 환원촉매 반응기(SCR)에서 반응시키기 위해, 선택적 환원 촉매 반응기의 동작온도에 대응하는 온도로 디젤엔진의 배기가스를 가열하도록 연료전지의 배기가스를 열교환기에 공급하도록 구현됨으로써, 상기 선택적 환원촉매 반응기(SCR)에서 사용되는 암모니아를 충분히 확보할 수 있고, 그에 따라 상기 선택적 환원촉매 반응기(SCR)의 효율을 높일 수 있다. The present invention provides a fuel cell to heat the exhaust gas of a diesel engine to a temperature corresponding to the operating temperature of the selective reduction catalytic reactor (SCR) to react ammonia generated by hydrolysis and hydrolysis of urea water. By being implemented to supply the exhaust gas of the heat exchanger, it is possible to sufficiently secure ammonia used in the selective reduction catalyst reactor (SCR), and thereby increase the efficiency of the selective reduction catalyst reactor (SCR).

본 발명은 연료전지의 연료극(anode) 또는 공기극(anode)으로부터 공급되는 배기가스를 연소기의 연소반응에 사용하도록 구현됨으로써, 연료전지 미반응 잔여물질과 반응생성물의 대기 배출 증가로 인한 환경오염을 줄이는데 기여할 수 있다. The present invention is implemented to use exhaust gas supplied from an anode or an anode of a fuel cell for the combustion reaction of a combustor, thereby reducing environmental pollution due to increased air emission of unreacted residual substances and reaction products of the fuel cell. You can contribute.

도 1은 본 발명에 따른 전체 시스템의 개념적인 구성도
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도
도 3a, 도 3b는 본 발명에 사용되는 연료전지의 동작을 설명하기 위한 예시도로서, 도 3a는 고체산화물 연료전지(SOFC)의 개념적인 구성도
도 3b는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 개념적인 구성도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수소생성부를 설명하기 위한 예시도
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도
도 7은 도 5의 연료전지 시스템에 대한 실시예에 따른 구성도
도 8은 도 5의 연료전지 시스템과 연동하는 디젤엔진 배기시스템의 제1실시예에 따른 구성도
도 9는 도 5의 연료전지 시스템과 연동하는 디젤엔진 배기시스템의 제2실시예에 따른 구성도
도 10은 본 발명에 따른 선박의 일례를 나타낸 개략도
1 is a conceptual configuration diagram of an entire system according to the present invention
2 is a conceptual configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention
3A and 3B are exemplary views for explaining the operation of a fuel cell used in the present invention, and FIG. 3A is a conceptual configuration diagram of a solid oxide fuel cell (SOFC)
3B is a conceptual diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC)
4 is an exemplary view for explaining a hydrogen generating unit according to an embodiment of the present invention
5 is a conceptual configuration diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention
6 is a conceptual configuration diagram of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention
7 is a configuration diagram according to an embodiment of the fuel cell system of FIG. 5
8 is a configuration diagram according to a first embodiment of a diesel engine exhaust system interlocking with the fuel cell system of FIG. 5
9 is a configuration diagram according to a second embodiment of the diesel engine exhaust system interlocking with the fuel cell system of FIG. 5
10 is a schematic diagram showing an example of a ship according to the present invention

이하에서는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of a fuel cell system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 발전시스템(100)에 적용되어 전기를 생산하는 기능을 담당한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)을 설명하기에 앞서, 상기 발전시스템(100)을 먼저 살펴보면, 다음과 같다.Referring to FIG. 1, the fuel cell system 200 according to the present invention is applied to the power generation system 100 to generate electricity. Prior to describing the fuel cell system 200 according to the present invention, a first look at the power generation system 100 is as follows.

상기 발전시스템(100)은 원료 공급부(110), 원료수 공급부(120), 공기 공급부(130), 전력변환부(140), 및 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)을 포함한다.The power generation system 100 includes a raw material supply unit 110, a raw material water supply unit 120, an air supply unit 130, a power conversion unit 140, and a fuel cell system 200 according to the present invention.

상기 원료 공급부(110)는 원료 저장탱크를 포함하며 상기 원료 저장탱크에 저장된 원료를 공급한다. 예를 들어, 원료는 탄화수소 계열의 물질로, LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 가솔린, 디메틸에테르, 메탄가스, 수소정제 오프가스, 순수소 등일 수 있다.The raw material supply unit 110 includes a raw material storage tank and supplies raw materials stored in the raw material storage tank. For example, raw materials are hydrocarbon-based materials, such as LNG (liquefied natural gas), LPG (liquefied petroleum gas), methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH), gasoline, dimethyl ether, methane gas, Hydrogen purification off-gas, pure hydrogen, etc.

일례로, 상기 발전시스템(100)이 자동차에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 원료 저장탱크와 상기 원료 저장탱크에 저장된 원료를 공급하는 장치(예컨대, 펌프)를 포함하여 구현된다. 다른 예로, 상기 발전시스템(100)이 LNG 운반선에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 LNG 저장탱크로부터 LNG(액화천연가스)를 공급한다. 또 다른 예로, 상기 발전시스템(100)이 디젤엔진 선박에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 디젤연료 저장탱크와 상기 디젤연료 저장탱크로부터 디젤연료를 공급하는 장치를 포함하여 구현된다.For example, when the power generation system 100 is applied to a vehicle, the raw material supply unit 110 includes a raw material storage tank and a device (eg, a pump) for supplying raw materials stored in the raw material storage tank. As another example, when the power generation system 100 is applied to an LNG carrier, the raw material supply unit 110 supplies LNG (liquefied natural gas) from an LNG storage tank. As another example, when the power generation system 100 is applied to a diesel engine ship, the raw material supply unit 110 includes a diesel fuel storage tank and a device for supplying diesel fuel from the diesel fuel storage tank.

상기 원료수 공급부(120)는 원료수 저장탱크와 상기 원료수 저장탱크에 저장된 원료수를 공급하는 장치(예컨대, 펌프)를 포함하여 구현될 수 있다. 원료수는 예를 들어, 상수(上水), 민물, 또는 해수일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 민물, 해수에서 불순물의 제거 처리나 이온제거 처리된 물일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 민물, 해수에서 불순물이 제거된 상태의 물일 수 있다. The raw material water supply unit 120 may include a raw material water storage tank and a device (eg, a pump) for supplying raw material water stored in the raw material water storage tank. The raw material water may be, for example, fresh water, fresh water, or sea water. As another example, the raw material water may be water that has been treated to remove impurities or remove ions from fresh water or sea water. As another example, the raw material water may be fresh water or water in which impurities have been removed from seawater.

상기 공기 공급부(130)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 공기를 공급한다. 통상적으로 공기는 질소, 산소, 이산화탄소 등을 포함하는 기체를 의미하지만, 본 명세서에서는 공기에서 질소 또는 이산화탄소를 제거한 기체, 또는 산소 이외의 모든 기체를 제거한 경우도 포함한다. 상기 공기 공급부(130)는 공기 저장탱크와 상기 공기 저장탱크로부터 공기를 공급하는 장치(예컨대, 블로워)를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 공기 공급부(130)는 외부공기를 공급받아 압축한 후 압축된 고압의 공기를 공급하거나 상압으로 공급하도록 구현될 수 있다. The air supply unit 130 supplies air to the fuel cell system 200 according to the present invention. In general, air refers to a gas including nitrogen, oxygen, carbon dioxide, and the like, but in the present specification, a gas from which nitrogen or carbon dioxide is removed, or a case in which all gases other than oxygen are removed is also included. The air supply unit 130 may include an air storage tank and a device (eg, a blower) supplying air from the air storage tank. As another example, the air supply unit 130 may be implemented to receive external air, compress it, and then supply compressed high-pressure air or supply it at normal pressure.

상기 전력변환부(140)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에서 나오는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환한다. 상기 전력 변환부(140)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에서 나오는 출력전압을 승압 또는 감압하기 위한 DC-DC 컨버터 및 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 DC-AC 인버터 등으로 구성될 수 있다. 상기 전력변환부(140)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)으로부터 공급된 전기를 전력부하로 배출한다. 전력부하는, 예를 들어 선박의 경우 선박의 기본 전기설비 및 화물계통 전기설비 등과 같은 선박 내 전기설비일 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 전력변환부(140)는 에너지 저장장치, 예를 들어 배터리로 전기를 전송하여 저장하도록 구현될 수도 있다.The power conversion unit 140 converts the direct current (DC) from the fuel cell system 200 according to the present invention into an alternating current (AC). The power conversion unit 140 includes a DC-DC converter for boosting or reducing the output voltage from the fuel cell system 200 according to the present invention and a DC-AC for converting a DC current (DC) into an AC current (AC). It may be composed of an inverter or the like. The power conversion unit 140 discharges electricity supplied from the fuel cell system 200 according to the present invention as a power load. For example, in the case of a ship, the power load may be an electrical equipment in a ship such as basic electrical equipment of a ship and electric equipment of a cargo system. Although not shown, the power conversion unit 140 may be implemented to transmit and store electricity to an energy storage device, for example, a battery.

본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료, 물(H2O), 및 공기를 이용하여 전기를 생산한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 가정이나 자동차와 같은 소형 구조물에 사용될 수 있고, 선박 등과 같이 대형 구조물에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료의 연소 에너지를 이용하는 디젤엔진, 가스엔진, 증기터빈, 가스터빈, 또는 랭킨 사이클(Rankine Cycle)과 연동하도록 구현될 수도 있다.The fuel cell system 200 according to the present invention uses fuel, water (H 2 O), and air to generate electricity. The fuel cell system 200 according to the present invention may be used in small structures such as homes or automobiles, and may be used in large structures such as ships. The fuel cell system 200 according to the present invention may be implemented to interlock with a diesel engine, a gas engine, a steam turbine, a gas turbine, or a Rankine Cycle using combustion energy of fuel.

이하에서는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(100)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a fuel cell system 100 according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 및 수소생성부(400)를 포함한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210), 상기 수소생성부(400) 등을 포함한 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구현될 수도 있다. 본 명세서에서는 수소생성부(400)에 유입되는 것을 원료 및 원료수로 정의하고, 수소생성부(400)에서 생성되어 연료전지(210)로 유입되는 것을 연료로 정의한다.Referring to FIG. 2, the fuel cell system 200 according to the first embodiment of the present invention includes a fuel cell 210 and a hydrogen generator 400. The fuel cell system 200 according to the present invention may be implemented by including a control unit 250 that controls the operation of all components including the fuel cell 210 and the hydrogen generator 400. In this specification, what flows into the hydrogen generation unit 400 is defined as a raw material and raw material water, and what is generated in the hydrogen generation unit 400 and flows into the fuel cell 210 is defined as a fuel.

상기 연료전지(210)는 연료전지 스택(stack)을 포함하여 구현된다. 상기 연료전지 스택은 공기극(cathode)과 연료극(anode) 사이에 전해질(electrolyte)층이 형성되고, 연료극(anode)과 공기극(cathode)에는 수소공급 및 공기공급, 열회수를 위한 분리판(separator)이 설치되어 있는 단위전지 모듈을 필요수량만큼 직렬 연결된 형태로 구성된다.The fuel cell 210 is implemented including a fuel cell stack. In the fuel cell stack, an electrolyte layer is formed between a cathode and an anode, and a separator for supplying hydrogen, supplying air, and recovering heat is provided at the anode and cathode. It is composed of the installed unit cell modules connected in series as much as the required quantity.

상기 연료전지(210)는 온도센서와 온도 유지용 기기, 즉 히터나 공기극 팬과 연료극 팬, 냉각판 등을 포함할 수 있다. 상기 온도센서는 연료전지 스택의 온도, 공기극(cathode)의 온도, 연료극(anode)의 온도를 센싱한다. 상기 히터에 의해 연료전지를 가열하여 운전에 필요한 온도를 유지하도록 할 수 있다. 상기 공기극 팬은 연료전지 스택의 공기극(cathode)에서 발열한 열을 방열시킨다. 상기 연료극 팬은 연료전지 스택의 연료극(anode)에서 발열한 열을 방열시킨다. 상기 공기극 팬 및 연료극 팬은 연료전지 스택에 사용되는 열교환기의 일부 구성으로 구현될 수 있다.The fuel cell 210 may include a temperature sensor and a temperature maintaining device, that is, a heater or a cathode fan, an anode fan, and a cooling plate. The temperature sensor senses the temperature of the fuel cell stack, the temperature of the cathode, and the temperature of the anode. The fuel cell may be heated by the heater to maintain a temperature required for operation. The cathode fan dissipates heat generated by the cathode of the fuel cell stack. The anode fan dissipates heat generated by an anode of the fuel cell stack. The cathode fan and the anode fan may be implemented as a part of a heat exchanger used in a fuel cell stack.

본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)이 제어부(250)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 히터나 공기극 팬과 연료극 팬을 제어하여 상기 연료전지(210)의 운전온도를 적절하게 유지한다. 예를 들어, 제어부(250)는 인산형 연료전지(PAFC)의 경우 운전온도를 190∼210℃로 유지하며, 용융탄산염 연료전지(MCFC)의 경우 운전온도를 550∼650℃로 유지하며, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 경우 운전온도를 650∼1000℃로 유지하며, 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 경우 운전온도를 30∼80℃로 유지하도록 한다.When the fuel cell system 200 according to the present invention includes the control unit 250, the control unit 250 controls the heater or cathode fan and the anode fan using a signal output from a temperature sensor to control the fuel cell 210 ) To properly maintain the operating temperature. For example, the control unit 250 maintains the operating temperature at 190 to 210°C in the case of a phosphoric acid fuel cell (PAFC), and maintains the operation temperature at 550 to 650°C in the case of a molten carbonate fuel cell (MCFC), and In the case of an oxide fuel cell (SOFC), the operating temperature is maintained at 650-1000°C, and in the case of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), the operating temperature is maintained at 30-80°C.

이하, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 구비되는 연료전지(210)의 동작을 도 3a, 도 3b를 참조하여 설명하기로 한다. 도 3a는 고체산화물 연료전지(SOFC)의 개념적인 구성도이고, 도 3b는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 개념적인 구성도이다.Hereinafter, the operation of the fuel cell 210 provided in the fuel cell system 200 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3A and 3B. 3A is a conceptual configuration diagram of a solid oxide fuel cell (SOFC), and FIG. 3B is a conceptual configuration diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC).

먼저, 도 3a를 참조하면 고체산화물 연료전지(SOFC)(310)는 공기극(cathode)(311)에서 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소이온이 전해질(312)을 통해 연료극(anode)(313)으로 이동한다. 연료극(anode)(313)에서는 수소(H2)를 포함하는 연료가 유입되는데, 전해질(312)을 통해 연료극(anode)(313)으로 이동한 산소이온(O2-)과 수소(H2)가 전기화학적으로 반응하여 물(H2O)과 전자(e-)가 생성된다. 공기극(cathode)(311)에서는 전자가 소모되므로 공기극(cathode)(311)과 연료극(anode)(313)을 서로 연결하면 전기가 흐르게 된다.First, referring to FIG. 3A, in a solid oxide fuel cell (SOFC) 310, oxygen ions generated by a reduction reaction of oxygen in a cathode 311 are transferred through an electrolyte 312 to an anode 313. Go to. Fuel containing hydrogen (H 2 ) is introduced from the anode 313, and oxygen ions (O 2- ) and hydrogen (H 2 ) moved to the anode 313 through the electrolyte 312 Reacts electrochemically to generate water (H 2 O) and electrons (e-). Since electrons are consumed in the cathode 311, electricity flows when the cathode 311 and the anode 313 are connected to each other.

고체산화물 연료전지(SOFC)(310)는 연료극(anode)(313)에 공급된 연료 중 포함될 수 있는 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2)와 같은 전기화학 미반응물질과 미반응 수소(H2)와 같은 잔여물질과 반응생성물인 물(액체 혹은 기체상태로서의 H2O)을 배출한다. 또한, 고체산화물 연료전지(SOFC)(310)의 공기극(cathode)(311)에서는 미반응 산소 및 질소 등을 배출한다.The solid oxide fuel cell (SOFC) 310 includes electrochemical unreacted substances such as carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ), which may be included in the fuel supplied to the anode 313, and unreacted hydrogen (H 2 ). ) And the reaction product water (liquid or gaseous H 2 O) are discharged. In addition, unreacted oxygen and nitrogen are discharged from the cathode 311 of the solid oxide fuel cell (SOFC) 310.

도 3b를 참조하면 고분자전해질 연료전지(PEMFC)(320)는 연료극(anode)(321)에 형성된 촉매층(322)에서 수소(H2)가 수소이온(H+)과 전자(e-)로 생성된다. 수소이온(H+)은 고분자 전해질막(Polymer Membrane)(323)을 통해 공기극(cathode)(324)으로 이동한다. 고분자전해질 연료전지(PEMFC)(320)는 공기극(cathode)(324)에 형성된 촉매층(325)에서 수소이온(H+)과 산소(O2)가 반응하여 스팀(H2O)을 생산한다. 연료극(anode)(321)에 형성된 촉매층(322)과 공기극(cathode)(324)에 형성된 촉매층(325)을 서로 연결하면 전기가 흐르게 된다.Referring to FIG. 3B, in a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) 320, hydrogen (H 2 ) is generated as hydrogen ions (H + ) and electrons (e-) in the catalyst layer 322 formed on the anode 321. do. Hydrogen ions (H + ) move to the cathode 324 through the polymer membrane 323. The polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) 320 produces steam (H 2 O) by reacting hydrogen ions (H + ) and oxygen (O 2 ) in the catalyst layer 325 formed on the cathode 324. When the catalyst layer 322 formed on the anode 321 and the catalyst layer 325 formed on the cathode 324 are connected to each other, electricity flows.

고분자전해질 연료전지(PEMFC)(320)는 연료극(anode)(321)의 촉매층(322)에서 미반응 수소(H2)와 같은 잔여물질을 배출한다. 또한, 고분자전해질 연료전지(PEMFC)(320)는 공기극(cathode)(324)에서 미반응 산소와 물(H2O)을 배출한다.The polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) 320 discharges residual substances such as unreacted hydrogen (H 2 ) from the catalyst layer 322 of the anode 321. In addition, the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) 320 discharges unreacted oxygen and water (H 2 O) from the cathode 324.

그 외에 용융탄산염 연료전지(MCFC)는 연료극(anode)에서 수소(H2)와 탄산이온(CO3 2-)이 반응하여 물(H2O)과 이산화탄소(CO2), 전자(e-)가 생성된다. 생성된 이산화탄소(CO2)는 공기극(cathode)으로 보내지게 되고, 공기극(cathode)에서 이산화탄소(CO2)와 산소(O2)가 반응하여 탄산이온(CO3 2-)을 생산한다. 탄산이온(CO3 2-)은 전해질을 통해 연료극(anode)으로 이동한다. 용융탄산염 연료전지(MCFC)에서는 전기를 생성하는 과정에서 발생하는 이산화탄소(CO2)를 외부로 배출하지 않고 연료전지 내부에서 순환되도록 구현될 수 있다. In addition, in the molten carbonate fuel cell (MCFC), hydrogen (H 2 ) and carbonate ions (CO 3 2- ) react at the anode, resulting in water (H 2 O), carbon dioxide (CO 2 ), and electrons (e-). Is created. The generated carbon dioxide (CO 2 ) is sent to a cathode, and carbon dioxide (CO 2 ) and oxygen (O 2 ) react at the cathode to produce carbonate ions (CO 3 2- ). Carbonate ions (CO 3 2- ) move to the anode through the electrolyte. In the molten carbonate fuel cell (MCFC), carbon dioxide (CO 2 ) generated in the process of generating electricity may be circulated inside the fuel cell without discharging to the outside.

도 2 및 도 4를 참고하면, 상기 수소생성부(400)는 원료를 이용하여 연료전지(210)의 연료극(anode)에 필요한 연료, 즉 수소(H2) 가스를 생성하는 장치를 포함한다. 본 명세서에서는 상기 수소생성부(400)에 유입되는 것을 원료 및 원료수로 정의하고, 상기 수소생성부(400)에서 생성되어 상기 연료전지(210)로 유입되는 것을 연료로 정의한다. Referring to FIGS. 2 and 4, the hydrogen generation unit 400 includes a device for generating fuel, that is, hydrogen (H 2 ) gas required for an anode of the fuel cell 210 by using a raw material. In this specification, what flows into the hydrogen generation unit 400 is defined as a raw material and raw material water, and what is generated in the hydrogen generation unit 400 and flows into the fuel cell 210 is defined as a fuel.

상기 수소생성부(400)는 연료전지(210)의 종류에 따라 또는 전기 생성 효율 향상을 위해 그 구조가 다양하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 상기 연료전지(210)가 용융탄산염 연료전지(MCFC) 또는 고체산화물 연료전지(SOFC)인 경우, 상기 수소생성부(400)는 개질기(Reformer)와 연소기를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 상기 연료전지(210)가 인산형 연료전지(PAFC) 또는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)인 경우 상기 수소생성부(400)는 개질기(Reformer)와 연소기 외에도 수성가스화반응기(Water Gas Shift reactor, WGS)를 더 포함하여 구현될 수 있다. The hydrogen generation unit 400 may be designed in various ways according to the type of fuel cell 210 or to improve electricity generation efficiency. For example, when the fuel cell 210 is a molten carbonate fuel cell (MCFC) or a solid oxide fuel cell (SOFC), the hydrogen generation unit 400 may be implemented by including a reformer and a combustor. . As another example, when the fuel cell 210 is a phosphoric acid type fuel cell (PAFC) or a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), the hydrogen generating unit 400 includes a reformer and a combustor, as well as a water gas shift reactor. , WGS) may be further included.

상기 수성가스화반응기(WGS)는 고온 수성가스화반응기(HTS, High-Temperature Shift reactor), 중온 수성가스화반응기(MTS, Mid-Temperature Shift reactor), 저온 수성가스화반응기(LTS, Low-Temperature Shift reactor), 또는 일산화탄소 제거기를 포함할 수 있다. 상기 일산화탄소 제거기는 일산화탄소(CO)만을 연소시켜 제거하는 선택적산화반응기(Preferential Oxidation, PROX), 또는 일산화탄소(CO)를 수소(H2)와 반응시켜 그 농도를 저감시키는 메탄화반응기를 포함할 수 있다. The water gasification reactor (WGS) is a high temperature water gasification reactor (HTS, High-Temperature Shift reactor), a medium temperature water gasification reactor (MTS, Mid-Temperature Shift reactor), a low temperature water gasification reactor (LTS, Low-Temperature Shift reactor), Or it may include a carbon monoxide remover. The carbon monoxide remover may include a selective oxidation reactor (Preferential Oxidation, PROX) for removing only carbon monoxide (CO) by burning, or a methanation reactor for reducing the concentration by reacting carbon monoxide (CO) with hydrogen (H 2 ). .

도 4를 참고하여 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 수소생성부(400)의 일례를 살펴보면, 다음과 같다.In the fuel cell system 200 according to the present invention with reference to FIG. 4, an example of the hydrogen generation unit 400 will be described as follows.

상기 수소생성부(400)는 원료 처리부(410), 원료수 처리부(420), 개질기(Reformer)(430), 및 연소기(440)를 포함하여 구현될 수 있다.The hydrogen generation unit 400 may include a raw material processing unit 410, a raw material water treatment unit 420, a reformer 430, and a combustor 440.

상기 원료 처리부(410)는 원료 저장탱크를 포함하는 원료 공급부로부터 공급되는 원료를 전처리한다. 예를 들어, 상기 원료 처리부(410)는 LNG 저장탱크로부터 공급되는 액화천연가스를 증발시키는 LNG 증발기와 상기 LNG 증발기 내에 설치되는 기화기를 포함하여 구현될 수 있다. 원료가 해상 가스유(Marine Gas Oil, MGO), 해상 디젤유(Marine Diesel Oil, MDO), 일반 중유(Heavy Fuel Oil, HFO) 등과 같이 상대적으로 높은 분자량을 갖는 액상 원료인 경우, 상기 원료 처리부(410)는 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 또는 일반 중유(HFO)에 열을 가하는 히터와 상기 가열된 원료를 촉매 반응하여 메탄(CH4)을 생성하는 메탄화기를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 상기 원료 처리부(410)는 원료에 포함된 불순물을 제거하는 필터나 황화물을 제거하는 탈황기를 포함하여 구현될 수 있다. The raw material processing unit 410 pre-processes raw materials supplied from a raw material supply unit including a raw material storage tank. For example, the raw material processing unit 410 may include an LNG evaporator for evaporating liquefied natural gas supplied from an LNG storage tank and a vaporizer installed in the LNG evaporator. If the raw material is a liquid raw material having a relatively high molecular weight, such as marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), heavy fuel oil (HFO), etc., the raw material processing unit ( 410) is implemented by including a heater that applies heat to marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), or general heavy oil (HFO) and a methanizer that generates methane (CH4) by catalytic reaction of the heated raw material. Can be. In addition, the raw material processing unit 410 may include a filter for removing impurities contained in the raw material or a desulfurization device for removing sulfides.

상기 원료수 처리부(420)는 원료수 저장탱크를 포함하는 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 전처리한다. 상기 원료수 처리부(420)는 예를 들어, 원료수를 가열하여 스팀(H2O)을 생성하고, 상기 스팀(H2O)을 개질기(Reformer)로 공급한다. 상기 원료수 처리부(420)는 예를 들어, 연소기(440)에서 발생하는 배기가스의 폐열로 원료수를 가열하는 열교환기를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 상기 원료수 처리부(420)는 연료전지 시스템의 배기가스나 증기 내에 포함된 수분(물방울)을 분리하는 기수분리기(steam separator)를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 상기 원료수 처리부(420)는 원료수를 연료전지 시스템에서 요구하는 순도를 유지하기 위해 활성탄, 이온제거용 수지 등을 이용할 수도 있으며, 이를 측정하는 센서 및 제어 시스템을 포함할 수 있다. 다른 예로, 원료수 처리부(420)에 일정 수준의 수량을 유지하기 위한 외부 물 공급 라인 및 시스템을 포함할 수 있다.The raw material water treatment unit 420 pre-treats raw material water supplied from a raw material water supply unit including a raw material water storage tank. The raw material water treatment unit 420 generates steam (H 2 O) by heating the raw material water, for example, and supplies the steam (H 2 O) to a reformer. The raw material water treatment unit 420 may include, for example, a heat exchanger that heats raw material water with waste heat of exhaust gas generated from the combustor 440. In addition, the raw material water treatment unit 420 may be implemented by including a steam separator for separating moisture (water droplets) contained in exhaust gas or steam of the fuel cell system. In addition, the raw material water treatment unit 420 may use activated carbon, a resin for removing ions, etc. to maintain the purity required by the fuel cell system, and may include a sensor and a control system for measuring the raw material water. As another example, the raw material water treatment unit 420 may include an external water supply line and system for maintaining a predetermined level of water.

상기 개질기(Reformer)(430)는 상기 원료 처리부(410)로부터 공급되는 전처리된 원료 및 상기 원료수 처리부(420)로부터 공급되는 스팀(H2O)의 개질반응을 진행하여 수소(H2)를 포함하는 개질가스를 발생시킨다. 이러한 개질반응을 진행함에 있어서, 상기 개질기(330)는 상기 연소기(440)에서 제공되는 열 에너지를 이용할 수 있다. 이하 본 명세서에서는 상기 개질기(330)에서 나오는 개질가스를 연료로 정의한다.The reformer 430 performs a reforming reaction of the pretreated raw material supplied from the raw material processing unit 410 and the steam (H 2 O) supplied from the raw material water treatment unit 420 to generate hydrogen (H 2 ). It generates a reformed gas containing. In performing such a reforming reaction, the reformer 330 may use heat energy provided from the combustor 440. Hereinafter, in the present specification, the reformed gas emitted from the reformer 330 is defined as fuel.

상기 개질기(Reformer)(430)는 개질반응을 촉발시키는 개질촉매층을 포함하여 구현된다. 개질촉매층은 개질촉매가 담체에 담지된 촉매를 충전한 구조로 이루어진다. 개질촉매는 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 백금(Pt) 등으로 이루어지며, 촉매를 담지하는 담체의 형상은, 예컨대 입상, 펠릿형상 및 허니컴형상 등이 될 수 있고, 담체를 구성하는 재료는 세라믹, 내열성금속 등, 예컨대 알루미나(Al2O3)나 티타니아(TiO2) 등이 될 수 있다.The reformer 430 is implemented by including a reforming catalyst layer that triggers a reforming reaction. The reforming catalyst layer has a structure in which the reforming catalyst is filled with a catalyst supported on a carrier. The reforming catalyst is made of nickel (Ni), ruthenium (Ru), platinum (Pt), and the like, and the shape of the carrier supporting the catalyst may be, for example, a granular shape, a pellet shape, and a honeycomb shape, and the material constituting the support May be ceramic, heat-resistant metal, or the like, such as alumina (Al 2 O 3 ) or titania (TiO 2 ).

본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 개질기(330)는 상기 연료전지(210)의 외부에 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 연료전지(210)는 외부 개질형으로 구현된다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 개질기(330)는 상기 연료전지(210)의 내부에 개질촉매층의 형태로 설치될 수도 있다. 이 경우, 상기 연료전지(210)는 내부 개질형으로 구현된다.In the fuel cell system 200 according to an embodiment of the present invention, the reformer 330 may be installed outside the fuel cell 210. In this case, the fuel cell 210 is implemented in an external reforming type. In the fuel cell system 200 according to the present invention, the reformer 330 may be installed in the form of a reforming catalyst layer inside the fuel cell 210. In this case, the fuel cell 210 is implemented in an internal reforming type.

상기 연소기(440)는 상기 개질기(Reformer)(430)에서 개질반응이 원활하게 진행되도록 열을 제공한다. 상기 연소기(440)에 의한 개질기 가열온도가 낮은 경우, 상기 개질기(Reformer)(430)의 흡열반응에 의한 개질반응이 잘 진행되지 않으며 수분(물방울)이 상기 개질기(Reformer)(430) 내에 발생한다. 상기 연소기(440)의 가열온도가 높은 경우 상기 개질기(Reformer)(430)의 개질촉매층의 촉매활성이 저하될 수 있다. The combustor 440 provides heat so that the reforming reaction proceeds smoothly in the reformer 430. When the reformer heating temperature by the combustor 440 is low, the reforming reaction due to the endothermic reaction of the reformer 430 does not proceed well, and moisture (water droplets) is generated in the reformer 430 . When the heating temperature of the combustor 440 is high, the catalytic activity of the reforming catalyst layer of the reformer 430 may decrease.

상기 연소기(440)는 시스템 전체의 효율을 향상시키기 위해, 상기 원료 처리부(410)에서 전처리된 원료, 상기 연료전지(210)의 연료전지 스택의 연료극(anode)에서 배출되는 배기가스, 또는 그 둘을 혼합한 것을 원료로 사용할 수 있다. 상기 연소기(440)는 공기 공급부(130, 도 1에 도시됨)에서 공급되는 공기를 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 연소기(440)는 추가로 상기 연료전지(210)의 연료전지 스택의 공기극(cathode)에서 배출되는 공기를 사용할 수 있다.In order to improve the overall efficiency of the system, the combustor 440 includes raw materials pretreated by the raw material processing unit 410, exhaust gas discharged from an anode of the fuel cell stack of the fuel cell 210, or both. A mixture of can be used as a raw material. The combustor 440 may use air supplied from the air supply unit 130 (shown in FIG. 1 ). In the fuel cell system 200 according to the present invention, the combustor 440 may additionally use air discharged from a cathode of the fuel cell stack of the fuel cell 210.

도시되지 않았지만, 상기 수소생성부(400)는 하나 이상의 온도센서를 더 포함할 수 있으며, 상기 온도센서는 개질기(Reformer)(430)의 온도를 검출한다. 상기 개질기(Reformer)(430)의 온도는 상기 개질기(Reformer)(430)의 구성 및 상기 원료 처리부(410)에서 전처리된 원료와 스팀(H2O)과의 혼합비율 등의 조건에 의해서 최적 온도 범위가 변화한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)이 상기 제어부(250, 도 2에 도시됨)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 연소기(440)의 원료 연소량을 증감시켜 상기 개질기(Reformer)(430)의 온도를 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(250)는 최적 온도 범위에 대하여 ±20℃ 정도의 범위 내로 제어하도록 구현될 수 있다. Although not shown, the hydrogen generation unit 400 may further include one or more temperature sensors, and the temperature sensor detects the temperature of the reformer 430. The temperature of the reformer 430 is the optimum temperature depending on the configuration of the reformer 430 and the mixing ratio of the raw material pretreated in the raw material processing unit 410 and steam (H 2 O). The range changes. When the fuel cell system 200 according to the present invention includes the control unit 250 (shown in Fig. 2), the control unit 250 uses a signal output from a temperature sensor to determine the amount of raw material combustion in the combustor 440. By increasing or decreasing the temperature of the reformer 430 is controlled. For example, the controller 250 may be implemented to control within a range of about ±20°C with respect to the optimum temperature range.

여기서, 상기 개질기(Reformer)(430)에서 개질반응을 통해 발생하는 가스에는 수소(H2)뿐 아니라 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 등이 포함된다. 상기 연료전지(210)가 고분자전해질 연료전지(PEMFC)인 경우 일산화탄소(CO)는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 연료전지 스택의 전극 촉매를 피독하여 연료전지(210)의 수명을 단축시킨다. 이에 일산화탄소(CO)의 농도를 10∼20ppm 이하로 줄이기 위해, 상기 수소생성부(400)는 수성가스화반응기(WGS)(450)를 더 포함할 수 있다. Here, the gas generated through the reforming reaction in the reformer 430 includes not only hydrogen (H 2 ) but also carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ). When the fuel cell 210 is a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), carbon monoxide (CO) poisons the electrode catalyst of the fuel cell stack of the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) to shorten the life of the fuel cell 210. Accordingly, in order to reduce the concentration of carbon monoxide (CO) to 10 to 20 ppm or less, the hydrogen generation unit 400 may further include a water gasification reactor (WGS) 450.

상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 일산화탄소(CO)와 스팀(H2O)을 반응시켜 이산화탄소(CO2)와 수소(H2)를 생산할 수 있다. 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 도 4에 도시한 바와 같이 고온 수성가스화반응기(HTS)와 저온 수성가스화반응기(LTS)를 포함하여 구현될 수 있다.The water gasification reactor (WGS) 450 may react carbon monoxide (CO) and steam (H 2 O) to produce carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ). The water gasification reactor (WGS) 450 may include a high temperature water gasification reactor (HTS) and a low temperature water gasification reactor (LTS) as shown in FIG. 4.

상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)의 최적 온도는 사용하는 촉매의 종류에 따라 다르고, 제어온도의 평형에 의해서 배출되는 가스의 조성이 결정된다. 도 4에 도시되지 않았지만, 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)에는 각각 냉각기와 온도센서가 설치될 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)이 제어부(250, 도 2에 도시됨)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 냉각기를 제어함으로써 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)의 온도를 제어한다. 예를 들어, 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)는 300∼430℃ 범위 내에서 제어되고, 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)는 200∼250℃ 범위 내에서 제어된다.The optimum temperature of the high-temperature water gasification reactor (HTS) and the low-temperature water gasification reactor (LTS) depends on the type of catalyst used, and the composition of the discharged gas is determined by equilibrium of the control temperature. Although not shown in FIG. 4, a cooler and a temperature sensor may be installed in the high-temperature water gasification reactor (HTS) and the low-temperature water gasification reactor (LTS), respectively. When the fuel cell system 200 according to the present invention includes a control unit 250 (shown in Fig. 2), the control unit 250 controls the cooler using a signal output from a temperature sensor to control the high-temperature water gasification reactor. (HTS) and the temperature of the low-temperature water gasification reactor (LTS) are controlled. For example, the high-temperature water gasification reactor (HTS) is controlled within the range of 300 to 430 °C, and the low temperature water gasification reactor (LTS) is controlled within the range of 200 to 250 °C.

도시되지 않았지만, 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 일산화탄소 제거기를 포함할 수 있다. 일산화탄소 제거기는 저온 수성가스화반응기(LTS) 후단에 저온 수성가스화반응기(LTS)에서 완전히 처리되지 않고 남은 극소량의 일산화탄소(CO)를 제거한다. 상기 일산화탄소 제거기는 공기공급부로부터 공기를 공급받아 저온 수성가스화반응기(LTS)에서 공급되는 가스 중 일산화탄소(CO)만을 연소시켜 제거하는 선택적산화반응기(Preferential Oxidation, PROX), 또는 일산화탄소(CO)를 수소(H2)와 반응시켜 그 농도를 저감시키는 메탄화반응기를 포함할 수 있다. Although not shown, the water gasification reactor (WGS) 450 may include a carbon monoxide remover. The carbon monoxide remover removes a very small amount of carbon monoxide (CO) that has not been completely treated in the low-temperature water gasification reactor (LTS) after the low-temperature water gasification reactor (LTS). The carbon monoxide remover receives air from the air supply unit and burns and removes only carbon monoxide (CO) among gases supplied from the low-temperature water gasification reactor (LTS), or carbon monoxide (CO) is converted to hydrogen ( It may include a methanation reactor to reduce the concentration by reacting with H 2 ).

상기 선택적산화반응기(PROX)는 냉각기와 온도센서가 설치된다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)이 제어부(250, 도 2에 도시됨)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 냉각기를 제어함으로써 선택적산화반응기(PROX)의 온도를 제어한다. 예를 들어, 상기 선택적산화반응기(PROX)는 120∼160℃ 범위 내에서 제어된다. 그러나, 상기 선택적산화반응기(PROX)의 최적 온도는 사용하는 촉매의 종류 및 사용방법 등의 조건에 따라 다르게 설정된다. The selective oxidation reactor (PROX) is equipped with a cooler and a temperature sensor. When the fuel cell system 200 according to the present invention includes a control unit 250 (shown in FIG. 2), the control unit 250 controls the cooler using a signal output from a temperature sensor, thereby controlling the selective oxidation reactor (PROX). ) To control the temperature. For example, the selective oxidation reactor (PROX) is controlled within the range of 120 ~ 160 ℃. However, the optimum temperature of the selective oxidation reactor (PROX) is set differently depending on conditions such as the type of catalyst used and the method of use.

상기 선택적산화반응기(PROX)의 촉매층은 선택적산화촉매를 담지하는 담체가 충전된 구조로 이루어진다. 선택적산화촉매는 백금(Pt) 등으로 이루어지며, 촉매를 담지하는 담체의 형상은, 예컨대 입상, 펠릿형상 및 허니컴형상 등이 될 수 있고, 담체를 구성하는 재료는 예컨대 알루미나(Al2O3), 산화마그네슘(MgO) 등이 될 수 있다.The catalyst layer of the selective oxidation reactor (PROX) has a structure filled with a carrier supporting a selective oxidation catalyst. The selective oxidation catalyst is made of platinum (Pt), etc., and the shape of the support supporting the catalyst may be, for example, a granular shape, a pellet shape, and a honeycomb shape, and the material constituting the support is, for example, alumina (Al 2 O 3 ). , Magnesium oxide (MgO), etc.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a fuel cell system 200 according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도이다. 여기서, 도 1 내지 도 4와 동일한 구성은 동일한 도면부호를 사용한다.5 is a conceptual configuration diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. Here, the same configuration as in FIGS. 1 to 4 uses the same reference numerals.

도 5를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 원료 처리부(410), 원료수 처리부(420), 개질기(430), 및 연소기(440)를 포함하여 구현될 수 있다. 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 디젤엔진을 포함하는 디젤엔진 배기시스템(800)과 연동하도록 구현된다. Referring to FIG. 5, a fuel cell system 200 according to a second embodiment of the present invention includes a fuel cell 210, a raw material processing unit 410, a raw material water treatment unit 420, a reformer 430, and a combustor 440. ) Can be implemented. The fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention is implemented to interlock with the diesel engine exhaust system 800 including the diesel engine.

본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)과 상기 디젤엔진 배기시스템(800)은 원료 저장탱크를 포함하는 원료 공급부(110)로부터 원료를 공급받도록 구현된다. 상기 원료 저장탱크에 저장되는 원료는 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 일반 중유(HFO), 메탄올, 디메틸에테르(DME), 액화석유가스(LPG), 및 액화천연가스(LNG) 등과 같은 액상 원료이다. The fuel cell system 200 and the diesel engine exhaust system 800 according to the second embodiment of the present invention are implemented to receive raw materials from a raw material supply unit 110 including a raw material storage tank. Raw materials stored in the raw material storage tank include marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), general heavy oil (HFO), methanol, dimethyl ether (DME), liquefied petroleum gas (LPG), and liquefied natural gas (LNG). ), etc.

상기 연료전지(210)는 수소를 포함하는 연료가 유입되며 배기가스를 배출하는 연료극(anode), 연료전지 반응에 필요한 산화제인 공기가 유입되는 공기극(cathode), 및 상기 연료극(anode)과 상기 공기극(cathode)에서 생성된 이온의 전달 역할을 하는 전해질을 포함하여 전기를 생산한다. 상기 연료전지(210)는 알칼리 연료전지(AFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 또는 직접메탄올 연료전지(DMFC) 중에서 선택된 연료전지일 수 있다. The fuel cell 210 includes an anode through which fuel including hydrogen is introduced and exhaust gas is discharged, a cathode through which air, which is an oxidizing agent required for a fuel cell reaction, is introduced, and the anode and the cathode It produces electricity including an electrolyte that plays a role of transporting ions generated in (cathode). The fuel cell 210 is an alkaline fuel cell (AFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), or a direct methanol fuel. It may be a fuel cell selected from among cells (DMFC).

상기 원료 처리부(410)는 원료 저장탱크를 포함하는 원료 공급부(110)로부터 공급되는 원료를 전처리한다. 예를 들어, 상기 개질기(430)에 황산화물이 포함된 원료가 공급되면 상기 황산화물에 의해 개질 촉매 및 연료전지 촉매가 피독되어 상기 개질기(430) 및 상기 연료전지(210)의 기능을 저하시키고 수명을 단축시킨다. 상기 원료 처리부(410)는 예컨대 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 일반 중유(HFO)일반 중유(HFO)에 열을 가하는 가열장치와 상기 가열된 원료를 촉매 반응하여 메탄(CH4)을 생성하는 메탄화기를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 상기 원료 처리부(410)는 원료에 포함된 불순물을 제거하는 필터나 황산화물을 제거하는 탈황기를 포함하여 구현될 수 있다. The raw material processing unit 410 preprocesses the raw material supplied from the raw material supply unit 110 including a raw material storage tank. For example, when a raw material containing sulfur oxide is supplied to the reformer 430, the reforming catalyst and the fuel cell catalyst are poisoned by the sulfur oxide, reducing the functions of the reformer 430 and the fuel cell 210. Shorten the lifespan. The raw material processing unit 410 is, for example, a heating device that applies heat to marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), general heavy oil (HFO) and general heavy oil (HFO), and a catalytic reaction of the heated raw material to react with methane (CH It can be implemented including a methanizer to generate 4 ). In addition, the raw material processing unit 410 may include a filter for removing impurities included in the raw material or a desulfurization device for removing sulfur oxide.

상기 원료수 처리부(420)는 원료수 저장탱크를 포함하는 원료수 공급부(120)로부터 공급되는 원료수를 전처리한다. 원료수는 예를 들어, 상수(上水), 민물, 또는 해수일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 민물, 해수에서 불순물의 제거 처리나 이온제거 처리된 물일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 민물, 해수에서 불순물이 제거된 상태의 물일 수 있다. The raw material water treatment unit 420 pre-treats the raw material water supplied from the raw material water supply unit 120 including a raw material water storage tank. The raw material water may be, for example, fresh water, fresh water, or sea water. As another example, the raw material water may be water that has been treated to remove impurities or remove ions from fresh water or sea water. As another example, the raw material water may be fresh water or water in which impurities have been removed from seawater.

상기 원료수 처리부(420)는 원료수를 가열하여 스팀(H2O)을 생성하고, 상기 스팀(H2O)을 상기 개질기(430)와 연소기(440)로 공급한다. 상기 원료수 처리부(420)는 예를 들어, 상기 연소기(440)에서 발생하는 배기가스의 폐열로 원료수를 가열하는 열교환기를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 원료수 처리부(420)는 일정 수준의 수량을 유지하기 위한 외부 물 공급 라인 및 시스템을 포함할 수 있다.The raw material water treatment unit 420 generates steam (H 2 O) by heating the raw material water, and supplies the steam (H 2 O) to the reformer 430 and the combustor 440. The raw material water treatment unit 420 may include, for example, a heat exchanger that heats the raw material water with waste heat of the exhaust gas generated from the combustor 440. In addition, the raw material water treatment unit 420 may include an external water supply line and system for maintaining a predetermined level of water quantity.

상기 개질기(Reformer)(430)는 상기 원료 처리부(410)로부터 공급되는 전처리된 원료 및 상기 원료수 처리부(420)로부터 공급되는 스팀(H2O)의 개질반응을 진행하여 개질가스, 즉 수소(H2)를 포함하는 연료를 발생시킨다. 상기 개질기(Reformer)(430)에서 발생되는 수소(H2)를 포함하는 연료는 550∼650℃의 고온의 개질가스이다. 상기 고온의 개질가스가 황산화물을 제거하는 물질로 사용되도록 하기 위해, 상기 개질기(Reformer)(430)는 탈황기로 일부의 개질가스를 공급하도록 구현될 수 있다.The reformer 430 proceeds with a reforming reaction of the pretreated raw material supplied from the raw material processing unit 410 and the steam (H 2 O) supplied from the raw material water treatment unit 420 to proceed with a reforming gas, that is, hydrogen ( It generates a fuel containing H 2 ). The fuel containing hydrogen (H 2 ) generated in the reformer 430 is a reformed gas having a high temperature of 550 to 650°C. In order to use the high-temperature reformed gas as a material for removing sulfur oxides, the reformer 430 may be implemented to supply some of the reformed gas to a desulfurizer.

본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210)의 공기극(cathode) 및 연료극(anode) 중에서 적어도 하나로부터 배출되는 배기가스를 디젤엔진의 배기가스를 가열하는 열원으로 사용되도록 구현될 수 있다. 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210)의 공기극(cathode) 및 연료극(anode) 중에서 적어도 하나로부터 배출되는 배기가스를 요소수를 가수분해하거나 배기가스를 가열하기 위한 열원으로 사용되도록 구현될 수 있다.The fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention is a heat source for heating exhaust gas of a diesel engine from exhaust gas discharged from at least one of a cathode and an anode of the fuel cell 210. It can be implemented to be used as The fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention uses the exhaust gas discharged from at least one of the cathode and the anode of the fuel cell 210 to hydrolyze urea water or reduce the exhaust gas. It may be implemented to be used as a heat source for heating.

본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다. The fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention can achieve the following effects.

첫째, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210)의 배기가스를 디젤엔진의 배기가스를 가열하는 열원으로 사용되도록 구현됨으로써, 종래 디젤엔진 배기가스와 혼합하여 요소수의 분해를 통한 암모니아 생성 및 질소 산화물과의 반응을 하기 위해 충분한 온도 및 체류시간 확보를 위해 필요한 혼합챔버나 분해실 등의 배기시스템 크기를 줄일 수 있으므로 연료전지 시스템(200)과 상기 디젤엔진 배기시스템(800)의 설비 구축비용 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다. First, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention is implemented to use the exhaust gas of the fuel cell 210 as a heat source for heating the exhaust gas of the diesel engine, thereby mixing the exhaust gas of the conventional diesel engine. Therefore, the size of the exhaust system such as the mixing chamber or the decomposition chamber required to secure sufficient temperature and residence time to generate ammonia through decomposition of urea water and react with nitrogen oxides can be reduced, so the fuel cell system 200 and the diesel It can contribute to reducing the facility construction cost and operation cost of the engine exhaust system 800.

둘째, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210)의 배기가스를 요소수의 가수분해 및 가수분해하여 생성된 암모니아를 선택적 환원촉매 반응기(SCR)에서 반응시키기 위해, 선택적 환원촉매 반응기(SCR)의 동작온도에 대응하는 온도로 디젤엔진의 배기가스를 가열하기 위해 연료전지의 배기가스를 열교환기에 공급하도록 구현됨으로써, 상기 선택적 환원촉매 반응기(SCR)에서 사용되는 암모니아를 충분히 확보할 수 있고, 그에 따라 상기 선택적 환원촉매 반응기(SCR)의 효율을 높일 수 있다.Second, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention reacts ammonia generated by hydrolyzing and hydrolyzing the exhaust gas of the fuel cell 210 in urea water in a selective reduction catalyst reactor (SCR). In order to be used in the selective reduction catalyst reactor (SCR), the exhaust gas of the fuel cell is supplied to the heat exchanger to heat the exhaust gas of the diesel engine to a temperature corresponding to the operating temperature of the selective reduction catalyst reactor (SCR). It is possible to sufficiently secure the ammonia to be used, thereby increasing the efficiency of the selective reduction catalyst reactor (SCR).

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도이다. 여기서, 도 1 내지 도 5와 동일한 구성은 동일한 도면부호를 사용한다.6 is a conceptual configuration diagram of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention. Here, the same configurations as in FIGS. 1 to 5 use the same reference numerals.

도 6을 참고하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 원료 처리부(410), 원료수 처리부(420), 개질기(430), 연소기(440), 및 수성가스화반응기(WGS)(450)를 포함하여 구현될 수 있다. 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 디젤엔진을 포함하는 디젤엔진 배기시스템(800)과 연동하도록 구현된다. 6, a fuel cell system 200 according to a third embodiment of the present invention includes a fuel cell 210, a raw material processing unit 410, a raw material water treatment unit 420, a reformer 430, and a combustor 440. , And a water gasification reactor (WGS) 450 may be implemented. The fuel cell system 200 according to the third embodiment of the present invention is implemented to interlock with a diesel engine exhaust system 800 including a diesel engine.

본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 시스템(200)에서 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 상기 개질기(Reformer)(430)로부터 개질가스를 공급받는다. 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 상기 개질가스에 포함된 일산화탄소(CO)의 농도를 10∼20 ppm 이하로 줄이기 위해 사용된다. 여기서, 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 상기 연료전지(210)에 공급되는 연료의 일산화탄소(CO)의 농도를 줄이기 위해 사용될 수도 있다.In the fuel cell system 200 according to the third embodiment of the present invention, the water gasification reactor (WGS) 450 receives the reformed gas from the reformer 430. The aqueous gasification reactor (WGS) 450 is used to reduce the concentration of carbon monoxide (CO) contained in the reformed gas to 10 to 20 ppm or less. Here, the water gasification reactor (WGS) 450 may be used to reduce the concentration of carbon monoxide (CO) in the fuel supplied to the fuel cell 210.

상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 일례로, 고온 수성가스화반응기(HTS)로 구현될 수 있다. 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 다른 예로, 고온 수성가스화반응기(HTS)와 저온 수성가스화반응기(LTS)를 포함하여 구현될 수 있다. 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 고온 수성가스화반응기(HTS) 또는 저온 수성가스화반응기(LTS) 후단에 일산화탄소(CO)를 제거하는 일산화탄소 제거기가 더 설치될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 일산화탄소 제거기는 공기 공급부(130)로부터 공기를 공급받아 저온 수성가스화반응기(LTS)로부터 공급되는 가스 중 일산화탄소(CO)만을 연소시켜 제거하는 선택적산화반응기(Preferential Oxidation, PROX), 또는 일산화탄소(CO)를 수소(H2)와 반응시켜 그 농도를 저감시키는 메탄화반응기를 포함할 수 있다. The water gasification reactor (WGS) 450 may be implemented as, for example, a high temperature water gasification reactor (HTS). As another example, the water-based gasification reactor (WGS) 450 may include a high-temperature water-gasification reactor (HTS) and a low-temperature water-gasification reactor (LTS). The water gasification reactor (WGS) 450 may be further provided with a carbon monoxide remover to remove carbon monoxide (CO) after the high temperature water gasification reactor (HTS) or the low temperature water gasification reactor (LTS). Although not shown, the carbon monoxide remover is a selective oxidation reactor (Preferential Oxidation, PROX) that receives air from the air supply unit 130 and removes only carbon monoxide (CO) from the gas supplied from the low-temperature water gasification reactor (LTS), or It may include a methanation reactor for reducing the concentration by reacting carbon monoxide (CO) with hydrogen (H 2 ).

여기서, 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)의 최적 온도는 사용하는 촉매의 종류에 따라 다르고, 제어온도의 평형에 의해서 배출되는 가스의 조성이 결정된다. 도 4에 도시되지 않았지만, 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)에는 각각 냉각기와 온도센서가 설치될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 시스템(200)이 제어부(250, 도 2에 도시됨)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 냉각기를 제어함으로써 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)의 온도를 제어한다. 예를 들어, 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)는 300∼430℃ 범위 내에서 제어되고, 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)는 200∼250℃ 범위 내에서 제어될 수 있다.Here, the optimum temperature of the high-temperature water gasification reactor (HTS) and the low-temperature water gasification reactor (LTS) varies depending on the type of catalyst used, and the composition of the discharged gas is determined by equilibrium of the control temperature. Although not shown in FIG. 4, a cooler and a temperature sensor may be installed in the high-temperature water gasification reactor (HTS) and the low-temperature water gasification reactor (LTS), respectively. When the fuel cell system 200 according to an embodiment of the present invention includes a control unit 250 (shown in Fig. 2), the control unit 250 controls the cooler using a signal output from a temperature sensor. The temperatures of the high temperature water gasification reactor (HTS) and the low temperature water gasification reactor (LTS) are controlled. For example, the high-temperature water gasification reactor (HTS) may be controlled within the range of 300 to 430 °C, and the low temperature water gasification reactor (LTS) may be controlled within the range of 200 to 250 °C.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)의 구성도를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a configuration diagram of a fuel cell system 200 according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 7은 도 5의 연료전지 시스템에 대한 실시예에 따른 구성도이다. 7 is a configuration diagram according to an embodiment of the fuel cell system of FIG. 5.

도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 연료전지(310), 히터(411), 메탄화기(412), 탈황기(413), 응축기(421), 개질기(430), 및 연소기(440)를 포함하여 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 디젤엔진(810), 배기리시버(820), 과급기(830), 증발기(840), 및 가열기(850)를 포함하는 디젤엔진 배기시스템과 연동하도록 구현된다. Referring to FIG. 7, the fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell 310, a heater 411, a methanizer 412, a desulfurizer 413, a condenser 421, a reformer 430, and a combustor ( 440). The fuel cell system according to the present invention is implemented to interlock with a diesel engine exhaust system including a diesel engine 810, an exhaust receiver 820, a supercharger 830, an evaporator 840, and a heater 850.

본 발명에 따른 연료전지 시스템과 상기 디젤엔진 배기시스템은 원료 저장탱크를 포함하는 원료 공급부(110)로부터 원료를 공급받도록 구현된다. 상기 원료 저장탱크에 저장되는 원료는 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 일반 중유(HFO), 메탄올, 디메틸에테르(DME), 및 액화석유가스(LPG) 등과 같은 액상 원료이다.The fuel cell system and the diesel engine exhaust system according to the present invention are implemented to receive raw materials from a raw material supply unit 110 including a raw material storage tank. The raw materials stored in the raw material storage tank are liquid raw materials such as marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), general heavy oil (HFO), methanol, dimethyl ether (DME), and liquefied petroleum gas (LPG).

상기 디젤엔진 배기시스템은 상기 원료 공급부(110)로부터 상기 디젤엔진(810)으로 공급되는 상대적으로 높은 분자량을 갖는 액상 원료의 점도를 낮추기 위해 상기 히터(411)가 사용될 수 있다. 상기 히터(411)는 상기 개질기(430)로부터 배출되는 고온의 개질가스를 열원으로 사용하는 열교환기로 구현될 수 있다. 다른 예로, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 히터(411)는 상기 연소기(440)로부터 배출되는 배기가스를 열원으로 사용하는 열교환기로 구현될 수 있다. In the diesel engine exhaust system, the heater 411 may be used to lower the viscosity of a liquid raw material having a relatively high molecular weight supplied from the raw material supply unit 110 to the diesel engine 810. The heater 411 may be implemented as a heat exchanger using a high-temperature reformed gas discharged from the reformer 430 as a heat source. As another example, as shown in FIG. 7, the heater 411 may be implemented as a heat exchanger using exhaust gas discharged from the combustor 440 as a heat source.

상기 과급기(830)는 터보차저(Turbocharger) 또는 파워 터빈이라고도 하며, 상기 배기리시버(820)를 통과한 배기가스의 배출속도에 의하여 구동되는 터빈 휠이 원심식 공기압축기(또는 송풍기)와 연결되어 공기를 압축하도록 함으로써, 밀도가 높은 공기를 디젤 엔진에 공급하도록 하는 장치이다. 이에 따라, 상기 과급기(830)는 상기 디젤 엔진의 출력 및 효율을 증가시킬 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 과급기(830)의 후단에는 상기 과급기(830)로부터 배출되는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOX)을 저감하기 위한 선택적 환원촉매 반응기(Selective Catalytic Reduction, SCR)가 설치될 수 있다. 상기 과급기(830)로부터 배출되는 배기가스는 상기 증발기(840), 및 상기 가열기(850)가 설치된 배기가스 이코노마이저를 통해 외부로 배출된다.The turbocharger 830 is also referred to as a turbocharger or a power turbine, and a turbine wheel driven by the discharge speed of the exhaust gas passing through the exhaust receiver 820 is connected to a centrifugal air compressor (or blower) to provide air It is a device that supplies high-density air to the diesel engine by compressing it. Accordingly, the supercharger 830 may increase the output and efficiency of the diesel engine. Although not shown, a selective catalytic reduction (SCR) reactor for reducing nitrogen oxides (NO X ) contained in exhaust gas discharged from the supercharger 830 may be installed at the rear end of the supercharger 830 have. The exhaust gas discharged from the supercharger 830 is discharged to the outside through the evaporator 840 and the exhaust gas economizer in which the heater 850 is installed.

상기 증발기(840)는 상기 디젤엔진(810)으로부터 배출되는 배기가스의 폐열로 물을 증발시켜서 스팀(H2O)을 생성하고, 생성된 스팀(H2O)을 상기 개질기(430)로 공급하도록 구현될 수 있다. 상기 가열기(850)는 상기 디젤엔진(810)으로부터 배출되는 배기가스의 폐열로 공기를 가열하고, 가열된 공기를 상기 연소기(440)와 상기 연료전지(310)의 공기극(cathode)(311)으로 공급하도록 구현될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 증발기(840)에서 상기 응축기(421)로 순환되는 회수 관로를 설치하여 상기 디젤 엔진의 배기가스로부터 열을 추가적으로 회수할 수 있다. 또한, 상기 회수 관로에 by-pass 라인을 설치하여 다른 용도로 스팀(H20)을 사용하도록 할 수도 있다. 또한, 상기 응축기(421)는 물과 스팀을 분리하는 기수분리기로 사용될 수도 있다.The evaporator 840 generates steam (H 2 O) by evaporating water with waste heat of the exhaust gas discharged from the diesel engine 810, and supplies the generated steam (H 2 O) to the reformer 430 Can be implemented to The heater 850 heats air with waste heat of the exhaust gas discharged from the diesel engine 810, and transfers the heated air to the combustor 440 and the cathode 311 of the fuel cell 310. Can be implemented to supply. Although not shown, heat may be additionally recovered from the exhaust gas of the diesel engine by installing a recovery pipe circulating from the evaporator 840 to the condenser 421. In addition, a by-pass line may be installed in the recovery pipe to use steam (H 2 0) for other purposes. In addition, the condenser 421 may be used as a water separator separating water and steam.

본 발명에 따른 연료전지 시스템에서 고체산화물 연료전지(SOFC)와 같은 연료전지의 연료극(anode)(313)으로부터 배출되는 일산화탄소(CO)와 수소(H2)와 같은 미반응 잔여물질과 반응생성물인 스팀(H2O), 상기 공기극(cathode)(311)으로부터 배출되는 미반응 산소를 포함한 배기가스는 상기 응축기(421)로 공급될 수 있다. 상기 응축기(421)에서 응축된 물은 배기가스 이코노마이저의 상기 증발기(840)를 통과하면서 스팀(H2O)이 되고, 상기 스팀(H2O)은 상기 개질기(430)로 공급된다. 상기 응축기(421)로부터 배출되는 미반응 연료 및 산소를 포함한 배기가스는 상기 연소기(440)로 공급될 수 있다.In the fuel cell system according to the present invention, unreacted residual substances such as carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) discharged from the anode 313 of a fuel cell such as a solid oxide fuel cell (SOFC) and a reaction product Exhaust gas including steam (H 2 O) and unreacted oxygen discharged from the cathode 311 may be supplied to the condenser 421. The water condensed in the condenser 421 becomes steam (H 2 O) while passing through the evaporator 840 of the exhaust gas economizer, and the steam (H 2 O) is supplied to the reformer 430. Exhaust gas including unreacted fuel and oxygen discharged from the condenser 421 may be supplied to the combustor 440.

상기 히터(411), 상기 메탄화기(412), 및 상기 탈황기(413)는 상기 원료 공급부(110)로부터 공급되는 원료를 전처리하여 상기 전처리된 원료를 상기 개질기(430)로 공급하는 원료 처리부(410, 도 4에 도시됨)를 구성한다. 상기 개질기(430)는 상기 탈황기(413)로부터 황산화물이 제거된 원료 및 배기가스 이코노마이저의 상기 증발기(840)로부터 공급되는 스팀(H2O)의 개질반응을 진행하여 개질가스, 즉 수소(H2)를 포함하는 연료를 생성한다. 상기 히터(411)는 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 일반 중유(HFO), 메탄올, 디메틸에테르(DME), 및 액화석유가스(LPG) 등과 같은 액상 원료를 저장하는 원료 저장탱크를 포함하는 원료 공급부(110)로부터 공급되는 원료를 가열한다.The heater 411, the methanizer 412, and the desulfurizer 413 pre-treat the raw material supplied from the raw material supply unit 110 and supply the pre-treated raw material to the reformer 430 ( 410, shown in FIG. 4). The reformer 430 proceeds with a reforming reaction of the raw material from which sulfur oxides are removed from the desulfurizer 413 and the steam (H 2 O) supplied from the evaporator 840 of the exhaust gas economizer to proceed with the reforming gas, that is, hydrogen ( H 2 ) to produce a fuel containing. The heater 411 stores raw materials for storing liquid raw materials such as marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), general heavy oil (HFO), methanol, dimethyl ether (DME), and liquefied petroleum gas (LPG). The raw material supplied from the raw material supply unit 110 including the tank is heated.

상기 메탄화기(412)는 상기 히터(411)에서 가열된 원료를 촉매 반응하여 메탄(CH4)을 생성하는 장치이다. 상기 메탄화기(412)에서 일어나는 메탄화 공정을 나타내는 반응식 1은 다음과 같다. The methanizer 412 is a device that generates methane (CH 4 ) by reacting the raw material heated by the heater 411 catalytically. Reaction Formula 1 showing the methanation process occurring in the methanizer 412 is as follows.

[반응식 1][Scheme 1]

2C12H23(해상 디젤유의 평균적인 구조식) + 열(또는 촉매) → 11CH4+13C+H2 2C 12 H 23 (average structural formula of offshore diesel oil) + heat (or catalyst) → 11CH 4 +13C+H 2

상기 탈황기(413)는 상기 메탄화기(11)에서 메탄(CH4)을 생성하는 공정 중에 발생된 황산화물(SOX)을 제거한다. 상기 탈황기(413)에서 일어나는 황산화물(SOX) 제거 공정을 나타내는 반응식 2는 다음과 같다. The desulfurizer 413 removes sulfur oxides (SO X ) generated during the process of generating methane (CH4) in the methanizer 11. Reaction Equation 2 showing a process of removing sulfur oxides (SO X ) occurring in the desulfurization unit 413 is as follows.

[반응식 2][Scheme 2]

1) MO + H2S → MS + H2O 1) MO + H 2 S → MS + H 2 O

2) MS + 3/2O2 → MO + SO2 2) MS + 3/2O 2 → MO + SO 2

3) SO2 + 2CO(또는 H2) → S + 2CO(or 2H2O)3) SO 2 + 2CO(or H 2 ) → S + 2CO(or 2H 2 O)

금속산화물 MO의 예로서는 ZnO, Zeolite, Fe2O3, CaO 등이 있다.Examples of the metal oxide MO include ZnO, Zeolite, Fe 2 O 3 and CaO.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)과 연동하는 디젤엔진 배기시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a configuration of a diesel engine exhaust system interlocking with the fuel cell system 200 according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 8은 도 5의 연료전지 시스템과 연동하는 디젤엔진 배기시스템의 실시예에 따른 구성도이다. 여기서, 도 7과 동일한 구성은 동일한 도면부호를 사용한다.8 is a configuration diagram according to an embodiment of a diesel engine exhaust system interlocking with the fuel cell system of FIG. Here, the same configuration as in FIG. 7 uses the same reference numerals.

도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 연료전지(310), 히터(411), 메탄화기(412), 탈황기(413), 개질기(430), 및 연소기(440)를 포함하여 구현될 수 있다. 본 발명의 연료전지 시스템과 연동하는 디젤엔진 배기시스템은 디젤엔진(810), 배기리시버(820), 과급기(830), 열교환기(835), 선택적 환원촉매 반응기(SCR)(880), 및 환원제 공급부(860)를 포함하여 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 상기 연료전지(310), 상기 히터(411), 상기 메탄화기(412), 상기 탈황기(413), 상기 개질기(430), 및 상기 연소기(440)를 등을 포함한 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250, 도 2에 도시됨)를 포함하여 구현될 수도 있다.8, the fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell 310, a heater 411, a methanizer 412, a desulfurizer 413, a reformer 430, and a combustor 440. Can be implemented. The diesel engine exhaust system interlocking with the fuel cell system of the present invention includes a diesel engine 810, an exhaust receiver 820, a supercharger 830, a heat exchanger 835, a selective reduction catalyst reactor (SCR) 880, and a reducing agent. It may be implemented including the supply unit 860. The fuel cell system according to the present invention includes the fuel cell 310, the heater 411, the methanizer 412, the desulfurizer 413, the reformer 430, and the combustor 440. It may be implemented including a control unit 250 (shown in FIG. 2) that controls the operation of all components including.

도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 연료전지(310)이 고분자전해질 연료전지(PEMFC) 또는 인산형 연료전지(PAFC) 등의 저온형 연료전지일 수도 있다. 상기 연료전지(310)가 저온형 연료전지일 경우, 상기 연소기(440)으로 공급되는 연료전지의 배기가스를 상기 개질기(430)에서 생성되어 상기 연료전지(310)로 공급되는 수소를 포함한 개질연료 가스와 열교환할 수 있다. 가열된 상기 연료전지(310)의 배기가스는 디젤 엔진의 배기가스 가열을 위해 상기 열교환기(835)로 공급하거나 미반응 연료의 연소를 위해 상기 연소기(440)로 공급될 수 있다.Although not shown, the fuel cell 310 of the fuel cell system according to the present invention may be a low-temperature fuel cell such as a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) or a phosphoric acid fuel cell (PAFC). When the fuel cell 310 is a low-temperature fuel cell, a reformed fuel including hydrogen is generated by the reformer 430 and supplied to the fuel cell 310 by generating exhaust gas of the fuel cell supplied to the combustor 440 Can heat exchange with gas. The heated exhaust gas of the fuel cell 310 may be supplied to the heat exchanger 835 for heating the exhaust gas of the diesel engine or may be supplied to the combustor 440 for combustion of unreacted fuel.

상기 히터(411), 상기 메탄화기(412), 및 상기 탈황기(413)는 상기 원료 공급부(110)로부터 공급되는 디젤연료를 전처리하여 상기 전처리된 연료를 상기 개질기(430)로 공급하는 원료 처리부(410, 도 4에 도시됨)를 구성한다. 상기 디젤엔진 배기시스템은 상기 원료 공급부(110)로부터 상기 디젤엔진(810)으로 공급되는 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 일반 중유(HFO) 등과 같이 상대적으로 높은 분자량을 갖는 액상 원료의 점도를 낮추기 위해 상기 히터(411)가 사용될 수 있다. 상기 히터(411)는 상기 개질기(430)로부터 배출되는 고온의 개질가스를 열원으로 사용하는 열교환기로 구현될 수 있다.The heater 411, the methanizer 412, and the desulfurizer 413 pre-treat the diesel fuel supplied from the raw material supply unit 110 and supply the pre-treated fuel to the reformer 430. (410, shown in Fig. 4) is configured. The diesel engine exhaust system is a liquid phase having a relatively high molecular weight such as marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), general heavy oil (HFO) supplied from the raw material supply unit 110 to the diesel engine 810 The heater 411 may be used to lower the viscosity of the raw material. The heater 411 may be implemented as a heat exchanger using a high-temperature reformed gas discharged from the reformer 430 as a heat source.

상기 과급기(830)는 터보차저(Turbocharger) 또는 파워 터빈이라고도 하며, 상기 배기리시버(820)를 통과한 배기가스의 배출속도에 의하여 구동되는 터빈 휠이 원심식 공기압축기(또는 송풍기)와 연결되어 공기를 압축하도록 함으로써, 밀도가 높은 공기를 디젤 엔진에 공급하도록 하여 디젤 엔진의 출력 증가 및 효율을 높이는 장치이다. 선택적 환원촉매 반응기(SCR)(880)는 상기 과급기(830)로부터 배출되는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOX)을 줄이게 하기 위한 장치이다. 선택적 환원촉매 반응기(SCR)(880)는 암모니아와 질소산화물(NOX)를 반응시켜 질소(N2)와 물(H2O)을 형성하도록 구현된다.The turbocharger 830 is also referred to as a turbocharger or a power turbine, and a turbine wheel driven by the discharge speed of the exhaust gas passing through the exhaust receiver 820 is connected to a centrifugal air compressor (or blower) to provide air It is a device that increases the power and efficiency of the diesel engine by supplying high-density air to the diesel engine by compressing it. The selective reduction catalyst reactor (SCR) 880 is a device for reducing nitrogen oxides (NO X ) contained in exhaust gas discharged from the supercharger 830. The selective reduction catalyst reactor (SCR) 880 is implemented to form nitrogen (N 2 ) and water (H 2 O) by reacting ammonia and nitrogen oxides (NO X ).

상기 열교환기(835)는 상기 디젤엔진(810)으로부터 배출되는 배기가스를 상기 선택적 환원촉매 반응기(SCR)(880)의 동작온도에 대응하는 온도로 가열하기 위해, 상기 디젤엔진(810)의 제1 배기가스와 상기 연료전지(310)의 연료극(anode)(313) 및 공기극(cathode)(311) 중에서 적어도 하나로부터 공급되는 제2배기가스를 열교환시킨다. The heat exchanger 835 heats the exhaust gas discharged from the diesel engine 810 to a temperature corresponding to the operating temperature of the selective reduction catalytic reactor (SCR) 880. 1 Exhaust gas and the second exhaust gas supplied from at least one of an anode 313 and a cathode 311 of the fuel cell 310 are heat-exchanged.

상기 선택적 환원촉매 반응기(SCR)(880)의 동작온도는 상기 디젤엔진(810)으로부터 배출되는 배기가스에 포함된 황(sulfur) 성분에 의해 촉매가 피독(被毒)되어 촉매 반응성이 저하되는 것과 상기 선택적 환원촉매 반응기(SCR)(880)에서의 질소산화물(NOX) 저감 효율과 밀접한 관계가 있다. 예를 들어, 황(sulfur) 성분이 포함된 배기가스의 온도범위가 240℃미만인 경우 상기 선택적 환원촉매 반응기(SCR)(880)에서의 질소산화물(NOX) 저감 효율은 60%미만이다. 다른 예로, 황(sulfur) 성분이 포함된 배기가스의 온도범위가 250℃∼360℃인 경우 상기 선택적 환원촉매 반응기(SCR)(880)에서의 질소산화물(NOX) 저감 효율범위는 60%이상, 80%미만이 된다. 또 다른 예로, 황(sulfur) 성분이 포함된 배기가스의 온도범위가 370℃이상인 경우 상기 선택적 환원촉매 반응기(SCR)(880)에서의 질소산화물(NOX) 저감 효율범위는 60%미만이 된다.The operating temperature of the selective reduction catalytic reactor (SCR) 880 is that the catalyst is poisoned by the sulfur component contained in the exhaust gas discharged from the diesel engine 810 and the catalytic reactivity decreases. There is a close relationship with the efficiency of reducing nitrogen oxides (NO X ) in the selective reduction catalyst reactor (SCR) 880. For example, when the temperature range of the exhaust gas containing the sulfur component is less than 240° C., the nitrogen oxide (NO X ) reduction efficiency in the selective reduction catalyst reactor (SCR) 880 is less than 60%. In another example, sulfur (sulfur) components, if this is the temperature range of the exhaust gas containing 250 ℃ ~360 ℃ the selective reduction catalyst reactor (SCR) of nitrogen oxides in the (880) (NO X) reduction efficiency range is 60% or more , Less than 80%. As another example, when the temperature range of the exhaust gas containing the sulfur component is 370°C or higher, the nitrogen oxide (NO X ) reduction efficiency range in the selective reduction catalyst reactor (SCR) 880 is less than 60%. .

본 발명에 따른 연료전지 시스템의 제어부(250)는 상기 열교환기(835) 후단에 설치되는 온도센서(837)로부터 상기 열교환기(835)에서 배출되는 상기 디젤엔진(810)의 배기가스의 온도신호를 수신한다. 상기 제어부(250)는 상기 디젤엔진(810)의 배기가스의 온도에 따라 상기 연료전지(310)로부터 상기 열교환기(835)로 배기가스가 공급되도록 하거나 상기 연료전지(310)로부터 상기 연소기(440)로 배기가스가 공급되도록 바이배스밸브(by-pass valve)(832)를 제어하도록 구현될 수 있다.The control unit 250 of the fuel cell system according to the present invention is a temperature signal of the exhaust gas of the diesel engine 810 discharged from the heat exchanger 835 from the temperature sensor 837 installed at the rear end of the heat exchanger 835 Receive. The control unit 250 may supply the exhaust gas from the fuel cell 310 to the heat exchanger 835 according to the temperature of the exhaust gas of the diesel engine 810 or the combustor 440 from the fuel cell 310. ) May be implemented to control the by-pass valve 832 so that the exhaust gas is supplied.

상기 환원제 공급부(860)는 요소수 저장탱크로부터 공급된 요소수를 상기 열교환기(835)로부터 공급되는 상기 연료전지(310)의 배기가스의 폐열을 열원으로 사용하여 가수분해하며, 가수분해하여 생성된 암모니아를 상기 열교환기(835)에서 가열된 상기 디젤엔진(810)의 배기가스로 공급한다.The reducing agent supply unit 860 hydrolyzes the urea water supplied from the urea water storage tank using the waste heat of the exhaust gas of the fuel cell 310 supplied from the heat exchanger 835 as a heat source, and hydrolyzes it. The resulting ammonia is supplied to the exhaust gas of the diesel engine 810 heated in the heat exchanger 835.

도 9는 도 5의 연료전지 시스템과 연동하는 디젤엔진 배기시스템의 제2실시예에 따른 구성도이다. 여기서, 도 7과 동일한 구성은 동일한 도면부호를 사용한다9 is a configuration diagram according to a second embodiment of the diesel engine exhaust system interlocking with the fuel cell system of FIG. 5. Here, the same configuration as in FIG. 7 uses the same reference numerals.

도 9를 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 연료전지(310), LNG 증발기(405), 개질기(430), 및 연소기(440)를 포함하여 구현될 수 있다. 본 발명의 연료전지 시스템과 연동하는 디젤엔진 배기시스템은 디젤엔진(810), 배기리시버(820), 과급기(830), 열교환기(835), 선택적 환원촉매 반응기(SCR)(880), 및 환원제 공급부(860)를 포함하여 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 상기 연료전지(310), 상기 LNG 증발기(405), 상기 탈황기(413), 상기 개질기(430), 및 상기 연소기(440)를 등을 포함한 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250, 도 2에 도시됨)를 포함하여 구현될 수도 있다.Referring to FIG. 9, the fuel cell system according to the present invention may include a fuel cell 310, an LNG evaporator 405, a reformer 430, and a combustor 440. The diesel engine exhaust system interlocking with the fuel cell system of the present invention includes a diesel engine 810, an exhaust receiver 820, a supercharger 830, a heat exchanger 835, a selective reduction catalyst reactor (SCR) 880, and a reducing agent. It may be implemented including the supply unit 860. The fuel cell system according to the present invention performs the operation of all configurations including the fuel cell 310, the LNG evaporator 405, the desulfurizer 413, the reformer 430, and the combustor 440. It may be implemented including a control unit 250 (shown in FIG. 2) to control.

상기 LNG 증발기(405)는 LNG 저장탱크로부터 공급되는 LNG(액화천연가스)를 증발시키는 장치로서, 상기 LNG 증발기(405) 내에 기화기를 포함하여 구현된다. 상기 기화기에서 기화된 천연가스(NG)는 상기 개질기(430) 또는 상기 연소기(440)로 공급될 수 있다. 상기 LNG 증발기(405) 내의 기화기는 상기 연소기(440)로부터 공급되는 배기가스의 폐열로 발열하도록 구현될 수 있다. The LNG evaporator 405 is a device for evaporating LNG (liquefied natural gas) supplied from an LNG storage tank, and is implemented including a vaporizer in the LNG evaporator 405. Natural gas (NG) vaporized in the carburetor may be supplied to the reformer 430 or the combustor 440. The vaporizer in the LNG evaporator 405 may be implemented to generate heat as waste heat of exhaust gas supplied from the combustor 440.

도시되지 않았지만, 상기 디젤엔진 배기시스템은 상기 원료 공급부(110)로부터 상기 디젤엔진(810)으로 공급되는 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 일반 중유(HFO) 등과 같이 상대적으로 높은 분자량을 갖는 액상 원료의 점도를 낮추기 위해 상기 히터(411)가 사용될 수 있다. 상기 히터(411)는 상기 개질기(430)로부터 배출되는 고온의 개질가스를 열원으로 사용하는 열교환기로 구현될 수 있다.Although not shown, the diesel engine exhaust system is relatively high such as marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), general heavy oil (HFO) supplied from the raw material supply unit 110 to the diesel engine 810 The heater 411 may be used to lower the viscosity of a liquid raw material having a molecular weight. The heater 411 may be implemented as a heat exchanger using a high-temperature reformed gas discharged from the reformer 430 as a heat source.

이하에서는 본 발명에 따른 선박의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a ship according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 10은 본 발명에 따른 선박의 일례를 나타낸 개략도이다.10 is a schematic diagram showing an example of a ship according to the present invention.

도 1 내지 도 10을 참고하면, 본 발명에 따른 선박(900)은 선체(910)에 발전시스템(100)이 설치된다. 상기 발전시스템(100)은 연료전지 시스템(200)과 디젤엔지 배기시스템(800)을 포함한다. 상기 연료전지 시스템(200)은 일례로, 연료전지(210), LNG 증발기(405)와 히터(411)와 메탄화기(412)와 탈황기(413)를 포함하는 원료 처리부(410), 응축기(421)를 포함하는 원료수 처리부(420), 개질기(430), 및 연소기(440)를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 상기 연료전지 시스템(200)은 수성가스화반응기(WGS)(450)를 더 포함하여 구현될 수 있다. Referring to Figures 1 to 10, the ship 900 according to the present invention is a power generation system 100 is installed in the hull 910. The power generation system 100 includes a fuel cell system 200 and a diesel engine exhaust system 800. The fuel cell system 200 includes, for example, a fuel cell 210, an LNG evaporator 405, a heater 411, a methanizer 412, and a desulfurizer 413, including a raw material processing unit 410, a condenser ( It may be implemented by including a raw material water treatment unit 420 including 421, a reformer 430, and a combustor 440. As another example, the fuel cell system 200 may further include a water gasification reactor (WGS) 450.

상기 연료전지 시스템(200)은 디젤엔진(810), 배기리시버(820), 과급기(830), 열교환기(835), 증발기(840), 가열기(850), 환원제 공급부(860), 및 선택적 환원촉매 반응기(SCR)(880)를 포함하는 디젤엔진 배기시스템(800)과 연동하도록 구현된다. 상기 연료전지 시스템(200)과 상기 디젤엔진 배기시스템(800)은 원료 저장탱크를 포함하는 원료 공급부(110)로부터 원료를 공급받도록 구현된다. 상기 원료 저장탱크에 저장되는 원료는 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 일반 중유(HFO), 메탄올, 디메틸에테르(DME), 액화석유가스(LPG) 및 액화천연가스(LNG) 등과 같은 액상 원료이다. The fuel cell system 200 includes a diesel engine 810, an exhaust receiver 820, a supercharger 830, a heat exchanger 835, an evaporator 840, a heater 850, a reducing agent supply unit 860, and selective reduction. It is implemented to interlock with the diesel engine exhaust system 800 including the catalytic reactor (SCR) 880. The fuel cell system 200 and the diesel engine exhaust system 800 are implemented to receive raw materials from a raw material supply unit 110 including a raw material storage tank. Raw materials stored in the raw material storage tank are marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), general heavy oil (HFO), methanol, dimethyl ether (DME), liquefied petroleum gas (LPG) and liquefied natural gas (LNG). It is a liquid raw material such as.

상기 연료전지(210)는 수소를 포함하는 연료가 유입되며 배기가스를 배출하는 연료극(anode), 연료전지 반응에 필요한 산화제인 공기가 유입되는 공기극(cathode), 및 상기 연료극(anode)과 상기 공기극(cathode)에서 생성된 이온의 전달 역할을 하는 전해질을 포함하여 전기를 생산한다. 상기 연료전지(210)는 알칼리 연료전지(AFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 또는 직접메탄올 연료전지(DMFC) 중에서 선택된 연료전지일 수 있다. The fuel cell 210 includes an anode through which fuel including hydrogen is introduced and exhaust gas is discharged, a cathode through which air, which is an oxidizing agent required for a fuel cell reaction, is introduced, and the anode and the cathode It produces electricity including an electrolyte that plays a role of transporting ions generated in (cathode). The fuel cell 210 is an alkaline fuel cell (AFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), or a direct methanol fuel. It may be a fuel cell selected from among cells (DMFC).

상기 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210)의 공기극(cathode) 및 연료극(anode) 중에서 적어도 하나로부터 배출되는 배기가스를 디젤엔진의 배기가스를 가열하는 열원으로 사용되도록 구현될 수 있다. 또한 상기 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210)의 공기극(cathode) 및 연료극(anode) 중에서 적어도 하나로부터 배출되는 배기가스를 요소수를 가수분해하기 위한 열원으로 사용되도록 구현될 수 있다.The fuel cell system 200 may be implemented to use exhaust gas discharged from at least one of a cathode and an anode of the fuel cell 210 as a heat source for heating exhaust gas of a diesel engine. In addition, the fuel cell system 200 may be implemented to be used as a heat source for hydrolyzing urea water from exhaust gas discharged from at least one of a cathode and an anode of the fuel cell 210.

도시되지 않았지만, 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 연료전지(310)이 고분자전해질 연료전지(PEMFC) 또는 인산형 연료전지(PAFC) 등의 저온형 연료전지일 수도 있다. 상기 연료전지(310)가 저온형 연료전지일 경우, 상기 연소기(440)으로 공급되는 연료전지의 배기가스를 상기 개질기(430)에서 생성되어 상기 연료전지(310)로 공급되는 수소를 포함한 개질연료 가스와 열교환할 수 있다. 가열된 상기 연료전지(310)의 배기가스는 디젤 엔진의 배기가스 가열을 위해 상기 열교환기(835)로 공급하거나 미반응 연료의 연소를 위해 상기 연소기(440)로 공급될 수 있다.Although not shown, the fuel cell 310 of the fuel cell system according to the present invention may be a low-temperature fuel cell such as a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) or a phosphoric acid fuel cell (PAFC). When the fuel cell 310 is a low-temperature fuel cell, a reformed fuel including hydrogen is generated by the reformer 430 and supplied to the fuel cell 310 by generating exhaust gas of the fuel cell supplied to the combustor 440 Can heat exchange with gas. The heated exhaust gas of the fuel cell 310 may be supplied to the heat exchanger 835 for heating the exhaust gas of the diesel engine or may be supplied to the combustor 440 for combustion of unreacted fuel.

도 1 내지 도 10을 참고하면, 상기 선체(910)는 본 발명에 따른 선박(900)의 전체적인 외관을 이룬다. 상기 선체(910)에는 선체(910)를 이동시키기 위한 추진력을 발생시키는 엔진과 상기 엔진에 원료를 공급하는 원료 공급부가 설치된다. 예를 들어, 원료는 탄화수소 계열의 물질로, LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 가솔린, 디메틸에테르, 메탄가스, 수소정제 오프가스, 순수소, 및 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 일반 중유(HFO)와 같이 상대적으로 높은 분자량을 갖는 액상 원료 등일 수 있다.1 to 10, the hull 910 forms the overall appearance of the ship 900 according to the present invention. The hull 910 is provided with an engine generating a propulsive force to move the hull 910 and a raw material supply unit supplying raw materials to the engine. For example, raw materials are hydrocarbon-based materials, such as LNG (liquefied natural gas), LPG (liquefied petroleum gas), methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH), gasoline, dimethyl ether, methane gas, It may be a liquid raw material having a relatively high molecular weight, such as hydrogen-purified off-gas, pure hydrogen, and marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), and general heavy oil (HFO).

상기 선체(910)에는 원료수를 저장하는 원료수 저장탱크와 상기 원료수 저장탱크로부터 원료수를 공급하는 원료수 공급부(120)가 설치된다. 상기 원료수는 예를 들어, 민물, 또는 해수일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 민물, 해수에서 불순물이 제거된 상태의 물일 수 있다. A raw material water storage tank for storing raw material water and a raw material water supply unit 120 for supplying raw material water from the raw material water storage tank are installed in the hull 910. The raw material water may be, for example, fresh water or sea water. As another example, the raw material water may be fresh water or water in which impurities have been removed from seawater.

상기 선체(910)에는 상기 연료전지 시스템(200)에 공기를 공급하는 공기 공급부(130)가 설치된다. 통상적으로 공기는 질소, 산소, 이산화탄소 등을 포함하는 기체를 의미하지만, 본 명세서에서는 공기에서 질소 또는 이산화탄소, 또는 두 기체 모두를 제거한 경우도 포함한다. 상기 공기 공급부(130)는 공기 저장탱크와 상기 공기 저장탱크로부터 공기를 공급하는 장치(예컨대, 블로워)를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 공기 공급부(130)는 외부공기를 공급받아 압축한 후 압축된 고압의 공기를 공급하거나 외부공기의 불순물 제거 후 상압으로 공급하도록 구현될 수 있다.An air supply unit 130 for supplying air to the fuel cell system 200 is installed in the hull 910. Typically, air refers to a gas including nitrogen, oxygen, carbon dioxide, and the like, but in the present specification, nitrogen, carbon dioxide, or both gases are removed from the air. The air supply unit 130 may include an air storage tank and a device (eg, a blower) supplying air from the air storage tank. As another example, the air supply unit 130 may be implemented to supply compressed high-pressure air after receiving and compressing external air, or supplying it at normal pressure after removing impurities from external air.

상기 선체(910)에는 상기 연료전지 시스템(200)에서 나오는 출력전압을 승압 또는 감압하기 위한 DC-DC 컨버터 및 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 DC-AC 인버터 등으로 구성된 전력변환부가 설치된다. 상기 전력변환부는 상기 연료전지 시스템(200)으로부터 공급된 전기를 전력부하로 배출한다. 전력부하는, 예를 들어 선박의 경우 선박의 기본 전기설비 및 화물계통 전기설비 등과 같은 선박 내 전기설비일 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 전력변환부는 에너지 저장장치, 예를 들어 배터리로 전기를 공급하도록 구현될 수도 있다.The hull 910 includes a DC-DC converter for boosting or reducing the output voltage from the fuel cell system 200 and a DC-AC inverter for converting DC current to AC current. Conversion unit is installed. The power conversion unit discharges electricity supplied from the fuel cell system 200 to a power load. For example, in the case of a ship, the power load may be an electrical equipment in a ship such as basic electrical equipment of a ship and electric equipment of a cargo system. Although not shown, the power conversion unit may be implemented to supply electricity to an energy storage device, for example, a battery.

본 명세서에서,"선박"이라는 용어는 수상을 항해하는 구조물을 의미하는 것으로 한정되지 않으며, 수상을 항해하는 구조물뿐만 아니라, 수상에서 부유하며 작업을 수행하는 부유식 원유생산저장하역설비(FPSO) 등과 같은 해상 구조물을 포함한다.In this specification, the term "ship" is not limited to mean a structure sailing on the water, as well as a structure that sails on the water, as well as a floating crude oil production storage and handling facility (FPSO) that floats on the water and performs work. Includes the same marine structure.

지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Until now, the present specification has been described with reference to the embodiments shown in the drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs can easily understand and reproduce the present invention. Those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from the embodiments of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined only by the appended claims.

100: 발전시스템
110: 원료 공급부 120: 원료수 공급부
130: 공기 공급부 140: 전력변환부
200: 연료전지 시스템
800: 디젤엔진 배기시스템
810: 엔진 820: 배기리시버
830: 과급기 835: 열교환기
840: 증발기 850: 가열기
860: 환원제 공급부 880: 선택적 환원촉매 반응기
100: power generation system
110: raw material supply unit 120: raw material water supply unit
130: air supply unit 140: power conversion unit
200: fuel cell system
800: diesel engine exhaust system
810: engine 820: exhaust receiver
830: supercharger 835: heat exchanger
840: evaporator 850: burner
860: reducing agent supply unit 880: selective reduction catalyst reactor

Claims (9)

선박으로서,
오일 액상 원료로 가동하는 디젤엔진을 갖는 디젤엔진 배기시스템;
상기 디젤엔진 배기시스템과 연동하는 연료전지 시스템; 및
상기 연료전지 시스템이 갖는 연료전지에서 출력되는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하고,
상기 연료전지 시스템은 원료를 공급받아 수소를 포함하는 연료인 개질가스를 생성하는 개질기, 상기 개질기를 가열하는 연소기, 및 상기 개질가스를 공급받아 전기를 생산하는 연료전지를 포함하며,
상기 연료전지는 개질가스가 유입되는 연료극(anode), 및 연료전지 반응에 필요한 산화제인 공기가 유입되는 공기극(cathode)을 포함하고,
상기 디젤엔진 배기시스템은 상기 디젤엔진으로부터 공급되는 제1 배기가스에 함유된 질소산화물(NOX)의 농도를 줄이는 선택적 환원촉매 반응기(SCR)를 포함하며,
상기 디젤엔진으로부터 배출되는 제1 배기가스는 상기 연료극 및 상기 공기극 중에서 적어도 하나로부터 공급되는 제2 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 상기 선택적 환원촉매 반응기(SCR)의 동작온도에 대응하는 온도로 가열되고,
상기 디젤엔진의 제1 배기가스 및 상기 연료전지의 제2 배기가스를 열교환시키는 열교환기를 포함하고,
상기 디젤엔진 배기시스템은 요소수 저장탱크로부터 공급된 요소수를 상기 열교환기로부터 공급되는 상기 연료전지의 제2 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 가수분해하는 환원제 공급부를 포함하고,
상기 환원제 공급부는 요소수를 가수분해하여 생성된 암모니아를 상기 열교환기에서 가열된 상기 디젤엔진의 제1 배기가스로 공급하는 것을 특징으로 하는 선박.
As a ship,
A diesel engine exhaust system having a diesel engine running on an oil liquid raw material;
A fuel cell system interlocking with the diesel engine exhaust system; And
A power conversion unit for converting a direct current (DC) output from the fuel cell of the fuel cell system into an alternating current (AC),
The fuel cell system includes a reformer that receives raw materials to generate reformed gas, which is a fuel containing hydrogen, a combustor that heats the reformer, and a fuel cell that generates electricity by receiving the reformed gas,
The fuel cell includes an anode into which a reformed gas is introduced, and a cathode into which air, which is an oxidizing agent required for a fuel cell reaction, is introduced,
The diesel engine exhaust system includes a selective reduction catalyst reactor (SCR) for reducing the concentration of nitrogen oxides (NO X ) contained in the first exhaust gas supplied from the diesel engine,
The first exhaust gas discharged from the diesel engine is heated to a temperature corresponding to the operating temperature of the selective reduction catalyst reactor (SCR) by using waste heat of the second exhaust gas supplied from at least one of the anode and the air electrode as a heat source. ,
A heat exchanger for heat exchange of the first exhaust gas of the diesel engine and the second exhaust gas of the fuel cell,
The diesel engine exhaust system includes a reducing agent supply unit that hydrolyzes the urea water supplied from the urea water storage tank using waste heat of the second exhaust gas of the fuel cell supplied from the heat exchanger as a heat source,
A ship, characterized in that the reducing agent supply unit supplies ammonia generated by hydrolyzing urea water to the first exhaust gas of the diesel engine heated in the heat exchanger.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 디젤엔진 배기시스템은 상기 열교환기 후단에서 상기 열교환기로부터 배출되는 상기 디젤엔진의 제1 배기가스에 대한 온도를 감지하는 온도센서를 포함하고,
상기 연료전지 시스템은 상기 디젤엔진의 제1 배기가스의 온도에 따라 상기 연료전지의 제2 배기가스가 상기 열교환기로 공급되도록 하거나 상기 연료전지의 제2 배기가스가 상기 연소기로 공급되도록 하는 바이패스밸브(by-pass valve)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
The method of claim 1,
The diesel engine exhaust system includes a temperature sensor for sensing a temperature of the first exhaust gas of the diesel engine discharged from the heat exchanger at a rear end of the heat exchanger,
The fuel cell system is a bypass valve configured to supply the second exhaust gas of the fuel cell to the heat exchanger or to supply the second exhaust gas of the fuel cell to the combustor according to the temperature of the first exhaust gas of the diesel engine. A vessel comprising a (by-pass valve).
오일 액상 원료로 가동하는 디젤엔진을 갖는 디젤엔진 배기시스템과 연동하는 연료전지 시스템으로,
원료를 공급받아 수소를 포함하는 연료인 개질가스를 생성하는 개질기;
상기 개질기를 가열하는 연소기; 및
상기 개질가스를 공급받아 전기를 생산하는 연료전지를 포함하고,
상기 연료전지는 개질가스가 유입되는 연료극(anode), 및 연료전지 반응에 필요한 산화제인 공기가 유입되는 공기극(cathode)을 포함하며,
상기 디젤엔진배기시스템의 상기 디젤엔진으로부터 배출되는 제1 배기가스는 상기 연료극 및 상기 공기극 중에서 적어도 하나로부터 공급되는 제2 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 상기 디젤엔진배기시스템의 선택적 환원촉매 반응기(SCR)의 동작온도에 대응하는 온도로 가열되고,
상기 디젤엔진의 제1 배기가스 및 상기 연료전지의 제2 배기가스를 열교환시키는 열교환기를 포함하고,
상기 열교환기는 상기 연료전지의 제2배기가스를 열원으로 하여 요소수가 가수분해되도록 상기 연료전지의 제2배기가스를 상기 디젤엔진 배기시스템의 환원제 공급부로 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
It is a fuel cell system that interlocks with the diesel engine exhaust system having a diesel engine running from oil liquid raw materials.
A reformer that receives raw materials and generates a reformed gas, which is a fuel containing hydrogen;
A combustor for heating the reformer; And
Including a fuel cell for generating electricity by receiving the reformed gas,
The fuel cell includes an anode into which a reformed gas is introduced, and a cathode into which air, which is an oxidizing agent required for a fuel cell reaction, is introduced,
The first exhaust gas discharged from the diesel engine of the diesel engine exhaust system uses waste heat of the second exhaust gas supplied from at least one of the fuel electrode and the air electrode as a heat source, and the selective reduction catalyst reactor (SCR) of the diesel engine exhaust system ) Is heated to a temperature corresponding to the operating temperature,
A heat exchanger for heat exchange of the first exhaust gas of the diesel engine and the second exhaust gas of the fuel cell,
And the heat exchanger supplies the second exhaust gas of the fuel cell to the reducing agent supply unit of the diesel engine exhaust system so that the urea water is hydrolyzed using the second exhaust gas of the fuel cell as a heat source.
삭제delete 제4항에 있어서,
상기 열교환기에서 배출되는 디젤엔진의 제1배기가스에 대한 온도에 따라 연료전지의 제2 배기가스가 상기 열교환기로 공급되도록 하거나 상기 연료전지의 제2 배기가스가 상기 연소기로 공급되도록 하는 바이패스밸브(by-pass valve)를 포함하는 것을 특징으로하는 연료전지 시스템.
The method of claim 4,
Bypass valve for supplying the second exhaust gas of the fuel cell to the heat exchanger according to the temperature of the first exhaust gas of the diesel engine discharged from the heat exchanger or supplying the second exhaust gas of the fuel cell to the combustor A fuel cell system comprising a (by-pass valve).
제4항에 있어서,
상기 연소기는 상기 연료전지로부터 공급되는 제2 배기가스 또는 상기 열교환기를 거친 상기 연료전지의 제2 배기가스를 공급받아 연소반응에 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 4,
Wherein the combustor receives the second exhaust gas supplied from the fuel cell or the second exhaust gas of the fuel cell that has passed through the heat exchanger and is used for a combustion reaction.
제4항에 있어서,
상기 원료를 촉매 반응하여 메탄(CH4)을 생성하는 메탄화기, 및 상기 메탄화기에서 메탄(CH4)을 생성하는 공정 중에 발생된 황산화물(SOX)을 제거하는 탈황기를 포함하고,
상기 개질기는 상기 탈황기를 거친 전처리된 가스로부터 수소를 포함하는 연료인 개질가스를 생성하며,
상기 탈황기는 상기 개질기에서 생성되어 상기 연료전지에 공급되는 개질가스 중에서 일부를 이용하여 상기 메탄화기에서 메탄(CH4)을 생성하는 공정 중에 발생된 황산화물(SOX)을 제거하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 4,
A methanizer for catalytic reaction of the raw material to generate methane (CH 4 ), and a desulfurization group for removing sulfur oxides (SO X ) generated during the process of generating methane (CH4) in the methanizer,
The reformer generates a reformed gas, which is a fuel containing hydrogen, from the pretreated gas that has passed through the desulfurization,
The desulfurizer is a fuel, characterized in that it removes sulfur oxides (SO X ) generated during the process of generating methane (CH4) in the methanizer using a portion of the reformed gas generated in the reformer and supplied to the fuel cell. Battery system.
제4항에 있어서,
LNG를 증발시키고 상기 증발된 가스를 상기 개질기 또는 연소기로 공급하는 LNG 증발기; 및
상기 개질기로부터 개질가스를 공급받아 상기 개질가스에 포함된 일산화탄소(CO)의 농도를 줄이는 수성가스화반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 4,
An LNG evaporator for evaporating LNG and supplying the evaporated gas to the reformer or combustor; And
And a water gasification reactor that receives the reformed gas from the reformer and reduces the concentration of carbon monoxide (CO) contained in the reformed gas.
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