KR102190948B1 - Ship - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원료를 공급하기 위한 원료 공급부; 원료수를 공급하기 위한 원료수 공급부; 상기 원료 공급부로부터 공급되는 원료 및 상기 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지 시스템; 및 상기 연료전지 시스템에서 출력되는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하는 선박에 관한 것이다.The present invention is a raw material supply unit for supplying the raw material; A raw material water supply unit for supplying raw material water; A fuel cell system for generating electricity by using the raw material supplied from the raw material supply unit and the raw material water supplied from the raw material water supply unit; And a power conversion unit for converting a direct current (DC) output from the fuel cell system into an alternating current (AC).

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 발전시스템이 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 power generation 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.

종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 가정이나 소형 구조물인 전기자동차 등에 적용되고 있다. 그러나, 대형 구조물에 적용하기 위해서는 모듈화된 연료전지를 많이 사용하거나 연료전지 모듈의 발전출력이 상대적으로 커져야 하기 때문에 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 사용되는 연료전지가 많아짐에 따라 개질반응에 필요한 스팀 등을 공급하기 위한 장치의 설치 비용이 상승하게 된다. 따라서, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 설비 구축비용과 운영비용이 상승하게 되는 문제가 있다.Fuel cell systems according to the prior art have been applied to electric vehicles such as homes or small structures. However, in order to be applied to a large structure, since a large amount of modularized fuel cells or the power generation output of the fuel cell module must be relatively increased, the fuel cell system according to the prior art is The installation cost of the device for supplying it increases. Accordingly, the fuel cell system according to the prior art has a problem in that the cost of building facilities and operating costs are increased.

본 발명은 상술한 바와 같은 과제를 해결하고자 안출된 것으로, 설비 구축비용과 운영비용을 줄일 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.The present invention was conceived to solve the above-described problems, and is to provide a ship capable of reducing the cost of building facilities and operating costs.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 다음과 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 원료를 공급하기 위한 원료 공급부; 원료수를 공급하기 위한 원료수 공급부; 상기 원료 공급부로부터 공급되는 원료 및 상기 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지 시스템; 및 상기 연료전지 시스템에서 출력되는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하고, 상기 연료전지 시스템은 상기 원료 공급부로부터 공급되는 원료를 전처리하는 원료 처리부 및 상기 원료 처리부에서 전처리된 원료와 스팀을 개질반응시키는 개질기를 포함하고, 수소를 포함하는 연료를 생성하기 위한 수소생성부; 상기 수소생성부로부터 공급되는 수소를 포함하는 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지; 및 상기 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 미립화하고, 미립화된 원료수 및 상기 원료 처리부에서 전처리된 원료를 혼합한 혼합연료를 상기 개질기에 공급하기 위한 혼합연료공급부를 포함할 수 있다.The ship according to the present invention includes a raw material supply unit for supplying raw materials; A raw material water supply unit for supplying raw material water; A fuel cell system for generating electricity by using the raw material supplied from the raw material supply unit and the raw material water supplied from the raw material water supply unit; And a power conversion unit for converting a direct current (DC) output from the fuel cell system into an alternating current (AC), wherein the fuel cell system includes a raw material processing unit and the raw material processing unit for preprocessing the raw material supplied from the raw material supply unit. A hydrogen generation unit including a reformer for reforming the pretreated raw material and steam, and for generating fuel containing hydrogen; A fuel cell for generating electricity using fuel including hydrogen supplied from the hydrogen generating unit; And a mixed fuel supply unit for supplying to the reformer a mixed fuel obtained by atomizing the raw material water supplied from the raw material water supply unit and mixing the atomized raw material water and the raw material pretreated by the raw material processing unit.

본 발명은 원료수를 미립화하여 미립화된 원료수와 전처리된 원료를 혼합한 상태로 수소생성부에 공급함으로써, 개질반응에 필요한 스팀 등을 공급하기 위한 설비의 구축비용과 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다.The present invention can contribute to reducing the construction cost and operating cost of a facility for supplying steam required for the reforming reaction by supplying the water to the hydrogen generation unit in a state in which the raw material water is atomized and the atomized raw material water and the pretreated raw material are mixed. .

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 5 내지 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도
도 9는 본 발명에 따른 선박의 일례를 나타낸 개략도1 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 to 8 are conceptual diagrams of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention
9 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 저장탱크로부터 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 from 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, It may be hydrogen-purified off-gas, pure hydrogen, or the like.

일례로, 상기 발전시스템(100)이 자동차에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 원료 저장탱크와 상기 원료 저장탱크로부터 원료를 공급하는 장치(예컨대, 펌프)를 포함하여 구현된다. 다른 예로, 상기 발전시스템(100)이 LNG 운반선에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 LNG 저장탱크와 상기 LNG 저장탱크로부터 LNG를 공급하는 장치(예컨대 펌프)를 포함하여 구현된다. 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 an automobile, the raw material supply unit 110 includes a raw material storage tank and a device (eg, a pump) for supplying raw materials from 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 includes an LNG storage tank and a device (eg, a pump) for supplying LNG from the 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 저장탱크로부터 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 from 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 출력전류을 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. 도시하지 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 current from the fuel cell system 200 according to the present invention, and a DC-AC inverter for converting a DC current (DC) into an AC current (AC). And 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) 시스템과 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 system 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 원료수, 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 the present specification, raw materials and raw water flowing into the hydrogen generating unit 400 are defined as fuel, and what is generated in the hydrogen generating unit 400 and flowing into the fuel cell 210 is defined as 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 분해되어 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 decomposed in a catalyst layer 322 formed on an anode 321 to generate hydrogen ions (H + ) and electrons (e-). Is created with 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. 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.

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) includes 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 (CH 4 ) by catalytic reaction of the heated raw material. Can be implemented. 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)를 가열하기 위한 것이다. 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 발생할 수 있다. 상기 연소기(440)의 가열온도가 높은 경우 상기 개질기(Reformer)(430)의 개질촉매층의 촉매활성이 저하될 수 있다. The combustor 440 is for heating the reformer 430. The combustor 440 provides heat so that the reforming reaction proceeds smoothly in the reformer 430. When the heating temperature of the reformer by the combustor 440 is low, the reforming reaction by the endothermic reaction of the reformer 430 does not proceed well, and moisture (water droplets) may be generated in the reformer 430. have. 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.

도시하지 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 generating 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∼20 ppm 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 도시하지 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 배출되는 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 converts carbon monoxide (CO) into hydrogen (Preferential Oxidation, PROX), or carbon monoxide (CO), which burns and removes only carbon monoxide (CO) among gases discharged from the low-temperature water gasification reactor (LTS). 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 5 및 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도이다. 여기서, 도 1 및 도 4와 동일한 구성은 동일한 도면부호를 사용한다.5 and 6 are conceptual diagrams of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. Here, the same configurations as in FIGS. 1 and 4 use the same reference numerals.

도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 수소생성부(400) 및 혼합연료공급부(220)를 포함한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210), 상기 수소생성부(400) 및 상기 혼합연료공급부(220) 등을 포함한 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구현될 수도 있다.5 and 6, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention includes a fuel cell 210, a hydrogen generation unit 400, and a mixed fuel supply unit 220. The fuel cell system 200 according to the present invention includes a control unit 250 for controlling the operation of all components including the fuel cell 210, the hydrogen generating unit 400, and the mixed fuel supply unit 220, etc. It can also be implemented.

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 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 혼합연료공급부(220)는 상기 수소생성부(400)에 공급되는 원료수를 미립화하여 상기 원료 공급부(110)를 통과한 연료와 원료수가 혼합된 혼합연료를 상기 수소생성부(400)에 공급할 수 있다. 상기 혼합연료공급부(220)는 원료수를 립화하고, 미립화한 원료수 및 상기 원료 처리부(410)를 통과한 연료를 혼합한 혼합연료를 생성한 후에 상기 개질기(430)에 공급할 수 있다. 상기 혼합연료공급부(220)는 이젝터 또는 벤츄리일 수 있다. 예컨대, 상기 혼합연료공급부(220)가 이젝터인 경우, 상기 개질기(Reformer)(430)로 공급되는 원료수는 노즐을 통해 흡인실에 분사되어 디퓨저에 유입되고, 이에 따라 저압이 된 흡인실에 상기 개질기에 공급되는 연료를 흡인한다. 이 경우, 상기 흡인실에 흡인된 연료는 디퓨저에서 미립화된 원료수와 혼합되어 혼합연료로 된 후에 상기 개질기(Reformer)(430)에 공급될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.The mixed fuel supply unit 220 atomizes the raw material water supplied to the hydrogen generation unit 400 and supplies the mixed fuel in which the fuel and the raw material water passed through the raw material supply unit 110 are mixed to the hydrogen generation unit 400. I can. The mixed fuel supply unit 220 may granulate the raw material water, generate a mixed fuel obtained by mixing the atomized raw material water and the fuel that has passed through the raw material processing unit 410, and then supply it to the reformer 430. The mixed fuel supply unit 220 may be an ejector or a venturi. For example, when the mixed fuel supply unit 220 is an ejector, the raw material water supplied to the reformer 430 is injected into the suction chamber through a nozzle and flows into the diffuser. The fuel supplied to the reformer is sucked. In this case, the fuel sucked into the suction chamber may be mixed with raw material water atomized in a diffuser to form a mixed fuel, and then supplied to the reformer 430. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention can achieve the following operational effects.

첫째, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 복잡한 구동장치 없이 간단한 구조의 이젝터 등을 사용하여 연료가스의 유량에 의해 원료수를 미립화시켜, 미립화된 원료수 및 연료를 혼합한 혼합연료를 상기 개질기(Reformer)(430)에 공급함으로써, 개질반응에 필요한 스팀 등을 생산하기 위한 설비를 간소화할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 전체적인 설비의 구축비용과 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다.First, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention uses an ejector having a simple structure without a complicated driving device to atomize the raw material water by the flow rate of the fuel gas, and mix the atomized raw material water and the fuel. By supplying one mixed fuel to the reformer 430, it is possible to simplify a facility for producing steam required for the reforming reaction. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention can contribute to reducing the overall facility construction cost and operation cost.

둘째, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 원료수를 미립화하고, 미립화된 원료수 및 연료를 혼합한 혼합연료를 상기 개질기(Reformer)(430)에 공급함으로써, 원료수와 연료의 혼합률을 향상시켜 개질기(430)의 효율 향상과 안정적인 운전에 기여할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210)의 발전효율을 향상시키는데 기여할 수 있다.Second, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention atomizes the raw material water and supplies the mixed fuel obtained by mixing the atomized raw material water and the fuel to the reformer 430, By improving the mixing ratio of the fuel and the reformer 430 can contribute to the efficiency improvement and stable operation. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention may contribute to improving the power generation efficiency of the fuel cell 210.

도 6을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 제1열교환기(230) 및 응축기(240)를 포함하여 구현될 수 있다.Referring to FIG. 6, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention may be implemented by including a first heat exchanger 230 and a condenser 240.

상기 제1열교환기(230)는 상기 연료전지(310)의 연료극(anode)(313)에서 배출되는 배기가스 및 상기 연료처리부(410)로부터 상기 혼합연료공급부(220)에 공급되는 연료를 열교환시킨다. 예컨대, 상기 제1열교환기(230)는 상기 연료전지(310)의 연료극(anode)(311)에서 배출되는 배기가스와 상기 혼합연료공급부(220)에 공급되는 연료를 열교환시킴으로써, 상기 연료전지(310) 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 혼합연료공급부(220)에 공급되는 연료를 가열할 수 있다. 상기 제1열교환기(230)를 통과한 연료는 기화되어 상기 혼합연료공급부(220)로 배출될 수 있다. 또한, 상기 제1열교환기(230)를 통과한 상기 연료전지(310)의 배기가스는 상기 응축기(240)로 배출될 수 있다.The first heat exchanger 230 heat-exchanges the exhaust gas discharged from the anode 313 of the fuel cell 310 and the fuel supplied from the fuel processing unit 410 to the mixed fuel supply unit 220 . For example, the first heat exchanger 230 heat-exchanges the exhaust gas discharged from the anode 311 of the fuel cell 310 with the fuel supplied to the mixed fuel supply unit 220, so that the fuel cell ( 310) The fuel supplied to the mixed fuel supply unit 220 may be heated by using the waste heat of the exhaust gas. The fuel that has passed through the first heat exchanger 230 may be vaporized and discharged to the mixed fuel supply unit 220. In addition, the exhaust gas of the fuel cell 310 that has passed through the first heat exchanger 230 may be discharged to the condenser 240.

상기 응축기(240)는 상기 제1열교환기(230)를 통과한 배기가스 중의 수분을 응축시킨다. 예컨대, 상기 응축기(240)는 상기 제1열교환기(230)를 통과한 상기 연료전지(310)의 연료극(anode)(313)에서 배출되는 배기가스 중의 수분을 응축하여 발생한 원료수(물방울)을 원료수 공급부(120)로 배출시킴으로써, 상기 제1열교환기(230)를 통과한 배기가스로부터 원료수를 재생산할 수 있다. 상기 응축기(240)는 응축 후의 잔류 가스를 상기 연소기(440)로 배출할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(310)의 배기가스로부터 원료수를 재생산할 수 있도록 구현됨으로써, 원료수를 공급하기 위한 설비를 소형화하는데 기여할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 원료수를 공급하기 위한 설비의 구축비용 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다.The condenser 240 condenses moisture in the exhaust gas that has passed through the first heat exchanger 230. For example, the condenser 240 condenses the moisture in the exhaust gas discharged from the anode 313 of the fuel cell 310 that has passed through the first heat exchanger 230 to condense raw material water (water droplets). By discharging it to the raw material water supply unit 120, raw material water can be reproduced from the exhaust gas that has passed through the first heat exchanger 230. The condenser 240 may discharge the condensed residual gas to the combustor 440. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention is implemented to reproduce raw material water from the exhaust gas of the fuel cell 310, thereby contributing to miniaturization of equipment for supplying raw material water. I can. Therefore, the fuel cell system 200 according to the present invention can contribute to reducing the construction cost and operation cost of a facility for supplying raw material water.

또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(310) 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 혼합연료공급부(220)에 공급되는 연료를 가열함으로써, 연료를 가열하기 위한 별도의 열원을 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 별도의 설비 구축비용 및 운영비용을 줄이는데 더 기여할 수 있다.In addition, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention heats the fuel supplied to the mixed fuel supply unit 220 by using waste heat from the exhaust gas of the fuel cell 310. A separate heat source for can be omitted. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the present invention may further contribute to reducing the cost of building and operating additional facilities.

도 7을 참고하면, 상기 연소기(440)는 상기 연료전지(310)의 공기극(cathode)(311)에서 배출되는 배기가스를 공급받아 상기 개질기(430)에 열을 공급하기 위한 연소반응에 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 연소기(440)는 상기 연료전지(310)의 공기극(cathode)(311)에서 배출되는 미반응 가스를 공급받아 연소반응에 사용할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210)에서 발생하는 미반응 가스등의 잔여물질과 반응생성물을 연소반응에 사용함으로써, 환경오염을 줄이는데 기여할 수 있다.Referring to FIG. 7, the combustor 440 can be used for a combustion reaction for supplying heat to the reformer 430 by receiving exhaust gas discharged from the cathode 311 of the fuel cell 310. have. For example, the combustor 440 may receive unreacted gas discharged from the cathode 311 of the fuel cell 310 and use it for a combustion reaction. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the present invention may contribute to reducing environmental pollution by using residual substances such as unreacted gas and reaction products generated in the fuel cell 210 for combustion reaction.

도 8을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 제2열교환기(260)를 포함하여 구현될 수 있다.Referring to FIG. 8, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention may be implemented including a second heat exchanger 260.

상기 제2열교환기(260)는 상기 연료전지(310)의 공기극(cathode)(311)에서 배출되는 배기가스와 상기 연료전지(310)에 공급되는 공기를 열교환시킨다. 예컨대, 상기 제2열교환기(260)는 상기 연료전지(310)의 공기극(cathode)(311)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 연료전지(310)에 공급되는 공기를 열교환시킴으로써, 상기 연료전지(310)에 공급되는 공기를 가열할 수 있다. 즉, 상기 연료전지(310)의 공기극(cathode)(311)에 공급되는 공기는 상기 제2열교환기(260)를 통과하면서 가열된 상태로 상기 연료전지(310)에 공급된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(310)의 공기극(cathode)(311)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 연료전지(310)에 공급되는 공기를 가열하도록 구현됨으로써, 폐열이 낭비되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지의 에너지 효율이 저하되는 것을 방지하는데 기여할 수 있다.The second heat exchanger 260 heats the exhaust gas discharged from the cathode 311 of the fuel cell 310 with the air supplied to the fuel cell 310. For example, the second heat exchanger 260 heats the air supplied to the fuel cell 310 by using waste heat of exhaust gas discharged from the cathode 311 of the fuel cell 310. Air supplied to the fuel cell 310 may be heated. That is, the air supplied to the cathode 311 of the fuel cell 310 is supplied to the fuel cell 310 in a heated state while passing through the second heat exchanger 260. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the present invention heats the air supplied to the fuel cell 310 by using the waste heat of the exhaust gas discharged from the cathode 311 of the fuel cell 310. By being implemented so that it is possible to prevent waste heat from being wasted. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the present invention may contribute to preventing a decrease in energy efficiency of the fuel cell.

여기서, 상기 제2열교환기(260)를 통과한 상기 연료전지(310)의 배기가스는 상기 연소기(440)로 공급될 수 있다.Here, the exhaust gas of the fuel cell 310 that has passed through the second heat exchanger 260 may be supplied to the combustor 440.

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 9는 본 발명에 따른 선박의 일례를 나타낸 개략도이다.9 is a schematic diagram showing an example of a ship according to the present invention.

도 9를 참고하면, 본 발명에 따른 선박(900)은 선체(910)에 발전시스템(100)이 설치된다. 상기 발전시스템(100)은 상술한 연료전지 시스템(200)을 포함한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 수소생성부(400) 및 혼합연료공급부(220)를 포함한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210), 상기 수소생성부(400) 및 상기 혼합연료공급부(220) 등을 포함한 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구현될 수도 있다.Referring to Figure 9, 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 the fuel cell system 200 described above. The fuel cell system 200 according to the present invention includes a fuel cell 210, a hydrogen generation unit 400, and a mixed fuel supply unit 220. The fuel cell system 200 according to the present invention includes a control unit 250 for controlling the operation of all components including the fuel cell 210, the hydrogen generating unit 400, and the mixed fuel supply unit 220, etc. It can also be implemented.

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 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 혼합연료공급부(220)는 상기 수소생성부(400)에 공급되는 원료수를 미립화하고, 미립화된 원료수 및 상기 원료 처리부(410)을 통과한 연료를 혼합하여 혼합연료를 생성한 후에, 혼합연료를 상기 개질기(430)에 공급할 수 있다. 상기 원료 처리부(410)를 통과한 연료는, 상기 원료 처리부(410)에서 전처리된 원료이다. 상기 혼합연료공급부(220)는 이젝터 또는 벤츄리일 수 있다. 예컨대, 상기 혼합연료공급부(220)가 이젝터인 경우, 상기 개질기(Reformer)(430)로 공급되는 원료수는 노즐을 통해 흡인실에 분사되어 디퓨저에 유입되고, 이에 따라 저압이 된 흡인실에 상기 개질기에 공급되는 연료를 흡인한다. 이 경우, 상기 흡인실에 흡인된 연료는 디퓨저에서 미립화된 원료수와 혼합되어 혼합연료로 된 후에 상기 개질기(Reformer)(430)에 공급될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(900)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.The mixed fuel supply unit 220 atomizes the raw material water supplied to the hydrogen generating unit 400, mixes the atomized raw material water and the fuel that has passed through the raw material processing unit 410 to generate mixed fuel, and then mixes Fuel may be supplied to the reformer 430. The fuel that has passed through the raw material processing unit 410 is a raw material pretreated in the raw material processing unit 410. The mixed fuel supply unit 220 may be an ejector or a venturi. For example, when the mixed fuel supply unit 220 is an ejector, the raw material water supplied to the reformer 430 is injected into the suction chamber through a nozzle and flows into the diffuser. The fuel supplied to the reformer is sucked. In this case, the fuel sucked into the suction chamber may be mixed with raw material water atomized in a diffuser to form a mixed fuel, and then supplied to the reformer 430. Accordingly, the ship 900 according to the present invention can achieve the following operational effects.

첫째, 본 발명에 따른 선박(900)은 복잡한 구동장치 없이 간단한 구조의 이젝터 등을 사용하여 연료가스의 유량에 의해 원료수를 미립화시켜, 미립화된 원료수 및 연료를 혼합한 혼합연료를 상기 개질기(Reformer)(430)에 공급함으로써, 개질반응에 필요한 스팀 등을 생산하기 위한 설비를 간소화할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(900)은 전체적인 설비의 구축비용과 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다.First, the ship 900 according to the present invention atomizes the raw material water by the flow rate of the fuel gas using an ejector of a simple structure without a complicated driving device, and converts the mixed fuel by mixing the atomized raw material water and the fuel into the reformer ( By supplying the reformer 430, it is possible to simplify the facility for producing steam required for the reforming reaction. Therefore, the ship 900 according to the present invention can contribute to reducing the construction cost and operation cost of the overall facility.

둘째, 본 발명에 따른 선박(900)은 원료수를 미립화하고, 미립화된 원료수 및 연료를 혼합한 혼합연료를 상기 개질기(Reformer)(430)에 공급함으로써, 원료수와 연료의 혼합률을 향상시키는데 기여할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 연료전지(210)의 발전효율을 향상시키는데 기여할 수 있다.Second, the ship 900 according to the present invention refines the raw material water and supplies the mixed fuel in which the atomized raw material water and fuel are mixed to the reformer 430, thereby improving the mixing ratio of the raw material water and the fuel. You can contribute to making it happen. Therefore, the ship 900 according to the present invention may contribute to improving the power generation efficiency of the fuel cell 210.

도 1 내지 도 9을 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 공급부(110)가 설치된다. 예를 들어, 원료는 탄화수소 계열의 물질로, LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 가솔린, 디메틸에테르, 메탄가스, 수소정제 오프가스, 순수소, 및 해상 가스유(Marine Gas Oil, MGO), 해상 디젤유(Marine Diesel Oil, MDO), 일반 중유(Heavy Fuel Oil, HFO)와 같이 상대적으로 높은 분자량을 갖는 액상 원료 등일 수 있다.1 to 9, 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 propulsion for moving the hull 910 and a raw material supply unit 110 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, Liquid raw materials with relatively high molecular weight, such as hydrogen refined off-gas, pure hydrogen, and marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), and heavy fuel oil (HFO) Etc.

상기 선체(910)에는 상기 수소생성부(400)의 개질반응에 필요한 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. The hull 910 is provided with a raw material water supply unit 120 for supplying raw material water required for the reforming reaction of the hydrogen generating unit 400. 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 출력전류을 승압 또는 감압하기 위한 DC-DC 컨버터 및 직류전류(DC)를 교류전류(AC)으로 변환하는 DC-AC 인버터 등으로 구성된 전력변환부(140)가 설치된다. 상기 전력변환부(140)는 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. 도시하지 않았지만, 상기 전력변환부(140)는 에너지 저장장치, 예를 들어 배터리로 전기를 공급하도록 구현될 수도 있다. The hull 910 includes a DC-DC converter for boosting or reducing the output current from the fuel cell system 200 and a DC-AC inverter for converting DC current to AC current. The unit 140 is installed. The power conversion unit 140 discharges electricity supplied from the fuel cell system 200 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 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
210: 연료전지 220: 혼합연료공급부
230: 제1열교환기 240: 응축기
250: 제어부 260: 제2열교환기100: 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
210: fuel cell 220: mixed fuel supply unit
230: first heat exchanger 240: condenser
250: control unit 260: second heat exchanger

Claims (5)

선박으로서,
원료를 공급하기 위한 원료 공급부;
원료수를 공급하기 위한 원료수 공급부;
상기 원료 공급부로부터 공급되는 원료 및 상기 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지 시스템; 및
상기 연료전지 시스템에서 출력되는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하고,
상기 연료전지 시스템은,
상기 원료 공급부로부터 공급되는 원료를 전처리하는 원료 처리부 및 상기 원료 처리부에서 전처리된 원료와 스팀을 개질반응시키는 개질기를 포함하고, 수소를 포함하는 연료를 생성하기 위한 수소생성부;
상기 수소생성부로부터 공급되는 수소를 포함하는 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지; 및
상기 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 미립화하고, 미립화된 원료수 및 상기 원료 처리부에서 전처리된 원료를 혼합한 혼합연료를 상기 개질기에 공급하기 위한 혼합연료공급부를 포함하며,
상기 혼합연료공급부는,
이젝터로 마련되어, 원료수가 노즐을 통해 흡인실에 분사되어 디퓨저에 유입되고, 이에 따라 저압이 된 상기 흡인실에 연료가 흡인되어, 상기 흡인실에 흡인된 연료가 상기 디퓨저에서 미립화된 원료수와 혼합되어 혼합연료로 된 후 상기 개질기로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 선박.As a ship,
A raw material supply unit for supplying raw materials;
A raw material water supply unit for supplying raw material water;
A fuel cell system for generating electricity by using the raw material supplied from the raw material supply unit and the raw material water supplied from the raw material water supply unit; And
Including a power conversion unit for converting the direct current (DC) output from the fuel cell system into an alternating current (AC),
The fuel cell system,
A hydrogen generation unit for generating fuel containing hydrogen, including a raw material processing unit for pre-treating the raw material supplied from the raw material supply unit and a reformer for reforming the raw material and steam pretreated by the raw material processing unit;
A fuel cell generating electricity by using fuel including hydrogen supplied from the hydrogen generating unit; And
And a mixed fuel supply unit for supplying a mixed fuel obtained by atomizing the raw material water supplied from the raw material water supply unit and mixing the atomized raw material water and the raw material pretreated in the raw material processing unit to the reformer,
The mixed fuel supply unit,
Provided as an ejector, the raw material water is injected into the suction chamber through the nozzle and flows into the diffuser, and thus the fuel is sucked into the suction chamber, which is at a low pressure, and the fuel sucked into the suction chamber is mixed with the water atomized in the diffuser. Ship, characterized in that to be supplied to the reformer after being mixed fuel. 원료 공급부로부터 공급되는 원료를 전처리하는 원료 처리부 및 상기 원료 처리부에서 전처리된 원료와 스팀을 개질반응시키는 개질기를 포함하고, 수소를 포함하는 연료를 생성하기 위한 수소생성부;
상기 수소생성부로부터 공급되는 수소를 포함하는 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지; 및
원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 미립화하고, 미립화된 원료수 및 상기 원료 처리부에서 전처리된 원료를 혼합한 혼합연료를 상기 개질기에 공급하기 위한 혼합연료공급부를 포함하며,
상기 혼합연료공급부는,
이젝터로 마련되어, 원료수가 노즐을 통해 흡인실에 분사되어 디퓨저에 유입되고, 이에 따라 저압이 된 상기 흡인실에 연료가 흡인되어, 상기 흡인실에 흡인된 연료가 상기 디퓨저에서 미립화된 원료수와 혼합되어 혼합연료로 된 후 상기 개질기로 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.A hydrogen generator for generating fuel containing hydrogen, including a raw material processing unit for pre-treating the raw material supplied from the raw material supply unit and a reformer for reforming the raw material and steam pretreated in the raw material processing unit;
A fuel cell generating electricity by using fuel including hydrogen supplied from the hydrogen generating unit; And
A mixed fuel supply unit for supplying to the reformer a mixed fuel obtained by atomizing the raw material water supplied from the raw material water supply unit and mixing the atomized raw material water and the raw material pretreated in the raw material processing unit,
The mixed fuel supply unit,
Provided as an ejector, the raw material water is injected into the suction chamber through a nozzle and flows into the diffuser, and thus the fuel is sucked into the suction chamber, which has become low pressure, and the fuel sucked into the suction chamber is mixed with the water atomized in the diffuser. The fuel cell system, characterized in that the fuel cell system is configured to be supplied to the reformer after being converted into mixed fuel. 제2항에 있어서,
상기 연료전지의 연료극(anode)에서 배출되는 배기가스 및 상기 혼합연료공급부에 공급되는 전처리된 원료를 열교환시키는 제1열교환기; 및
상기 제1열교환기를 통과한 배기가스를 응축시켜서 상기 제1열교환기를 통과한 배기가스로부터 원료수를 생성하는 응축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 2,
A first heat exchanger for exchanging the exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell and the pretreated raw material supplied to the mixed fuel supply unit; And
And a condenser for condensing the exhaust gas passing through the first heat exchanger and generating raw material water from the exhaust gas passing through the first heat exchanger. 제2항에 있어서,
상기 수소생성부는 상기 개질기를 가열하기 위한 연소기를 포함하고,
상기 연소기는 상기 연료전지의 공기극(cathode)에서 배출되는 배기가스를 공급받아 연소반응에 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 2,
The hydrogen generation unit includes a combustor for heating the reformer,
Wherein the combustor is supplied with exhaust gas discharged from a cathode of the fuel cell and used for a combustion reaction. 제2항에 있어서,
상기 연료전지의 공기극(cathode)에서 배출되는 배기가스 및 상기 연료전지의 공기극(cathode)으로 공급되는 공기를 열교환시키기 위한 제2열교환기를 포함하고,
상기 연료전지의 공기극(cathode)에 공급되는 공기는 상기 제2열교환기를 통과하면서 가열되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 2,
A second heat exchanger for exchanging heat exchange between exhaust gas discharged from the cathode of the fuel cell and air supplied to the cathode of the fuel cell,
The fuel cell system, characterized in that the air supplied to the cathode of the fuel cell is heated while passing through the second heat exchanger.
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