KR102247120B1 - 선박 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선체에 설치되고 수소가 포함된 연료를 저장하는 연료저장탱크, 상기 연료저장탱크로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아서 구동력을 발생시키는 추진엔진부, 상기 추진엔진부와 이격되게 설치되고 상기 연료저장탱크로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아서 전기를 생산하는 연료전지부, 상기 연료전지부와 이격되게 설치되고 상기 연료전지부에서 배출되는 미반응연료를 이용하여 전기를 생산하는 발전엔진부, 상기 추진엔진부, 상기 연료전지부 및 상기 발전엔진부 중 적어도 하나에 의해 구동하여 상기 선체를 추진시키는 추진부, 및 상기 발전엔진부에서 요구하는 미반응연료의 유량을 초과하는 잉여연료를 상기 연료전지부로 재공급하기 위한 재공급부를 포함하는 선박에 관한 것이다.

Description

선박{Ship}

본 발명은 복합연료를 이용하여 추진하는 환경 친화적인 선박에 관한 것이다.

일반적으로 선박은 디젤유를 이용하여 구동력을 발생시키는 디젤엔진, LNG와 같은 가스를 이용하여 구동력을 발생시키는 가스엔진, 디젤유와 가스를 혼용하여 구동력을 발생시키는 이종연료엔진(Dual Fuel Engine) 등을 사용하여 추진한다.

최근에는 IMO 환경규제 강화에 따른 친환경/고효율 엔진에 대한 요구가 증대하면서 다양한 연료를 이용한 추진시스템에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 특히, 선박에서 배출되는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등과 같은 환경오염물질의 배출량을 감소시키면서 추진할 수 있는 기술들이 연구되고 있다.

종래 기술에 따른 선박은 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등과 같은 환경오염물질의 배출량을 감소시키기 위해 Scrubber, SCR 등과 같은 환경오염물질 저감장치를 설치하였다.

그러나, 종래 기술에 따른 선박은 환경규제가 점점 강화됨에 따라 환경오염물질 저감장치만으로는 환경규제를 만족시킬 수 없는 문제가 있다. 왜냐하면, 환경규제가 강화될수록 환경오염물질 저감장치의 처리용량이 커져야 하는데, 처리용량은 저감장치의 크기에 비례하기 때문이다. 공간이 제한적인 선박에서 환경오염물질 저감장치가 차지하는 비율이 높아지면, 상대적으로 화물을 선적하는 공간이나 사람을 태우기 위한 공간이 감소될 뿐만 아니라 저감장치의 무게로 인해 연비도 증가되기 때문에 비효율적이다. 따라서, 환경 친화적이면서 고효율로 추진할 수 있는 선박에 대한 개발이 절실히 필요하다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 친환경적이면서 고효율로 추진할 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 선박은 선체에 설치되고 수소가 포함된 연료를 저장하는 연료저장탱크; 상기 연료저장탱크로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아서 구동력을 발생시키는 추진엔진부; 상기 추진엔진부와 이격되게 설치되고 상기 연료저장탱크로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아서 전기를 생산하는 연료전지부; 상기 연료전지부와 이격되게 설치되고 상기 연료전지부에서 배출되는 미반응연료를 이용하여 전기를 생산하는 발전엔진부; 상기 추진엔진부, 상기 연료전지부 및 상기 발전엔진부 중 적어도 하나에 의해 구동하여 상기 선체를 추진시키는 추진부; 및 상기 발전엔진부에서 요구하는 미반응연료의 유량을 초과하는 잉여연료를 상기 연료전지부로 재공급하기 위한 재공급부를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 구동력 및 전기 중 적어도 하나를 이용하여 추진하도록 구현됨으로써, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx)과 같은 환경오염물질의 배출량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라 에너지 효율 및 연비를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 발전엔진에서 요구되는 미반응연료 유량을 초과하는 잉여가스를 연료전지로 재공급하도록 구현됨으로써, 연료전지에 공급되는 연료의 유량을 줄일 수 있어서 전기 생산에 대한 운영비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 선박의 개략적인 블록도
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 선박에서 연료전지부를 설명하기 위한 개략적인 구성도
도 4a, 도 4b는 본 발명에 따른 선박에 사용되는 연료전지의 동작을 설명하기 위한 예시도로서, 도 4a는 고체산화물 연료전지(SOFC)의 개념적인 구성도
도 4b는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 개념적인 구성도
도 5는 본 발명에 따른 선박에서 수소생성부를 설명하기 위한 예시도
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 선박에서 연료전지부, 발전엔진부 및 추진부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 선박에서 제1연료공급배관, 제2연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 선박에서 제3연료공급배관을 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 9 내지 도 11은 본 발명의 제1실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 선박에서 복수개의 발전엔진 및 복수개의 발전기를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 선박에서 제1연료공급배관, 제2연료공급배관, 제3연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 선박에서 예열부를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 18은 본 발명의 제3실시예에 따른 선박에서 개질기를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 19는 본 발명의 제3실시예에 따른 선박에서 제1연료공급배관, 제2연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 20은 본 발명의 제3실시예에 따른 선박에서 제3연료공급배관을 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 21은 본 발명의 제3실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 22는 본 발명의 제3실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 23은 본 발명의 제4실시예에 따른 선박에서 개질기를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 24는 본 발명의 제4실시예에 따른 선박에서 제1연료공급배관, 제2연료공급배관, 제3연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 25는 본 발명의 제4실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 26은 본 발명의 제4실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 27은 본 발명의 제4실시예에 따른 선박에서 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 28은 본 발명의 제5실시예에 따른 선박에서 재공급부를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 29는 본 발명의 제5실시예에 따른 선박에서 제3연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 30은 본 발명의 제5실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 31은 본 발명의 제5실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 32는 본 발명의 제5실시예에 따른 선박에서 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 33은 본 발명의 제6실시예에 따른 선박에서 수분제거부를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 34는 본 발명의 제6실시예에 따른 선박에서 수분공급배관, 제3연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 35는 본 발명의 제6실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 36은 본 발명의 제6실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 37은 본 발명의 제7실시예에 따른 선박에서 발전엔진부가 연료전지부, 개질기 및 연료저장탱크로부터 연료를 공급받는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면
도 38은 본 발명의 제7실시예에 따른 선박에서 제4연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 39는 본 발명의 제7실시예에 따른 선박에서 제1밸브, 제2밸브 및 제3밸브를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 40은 본 발명의 제7실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 41은 본 발명의 제7실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 42는 본 발명의 제8실시예에 따른 선박에서 버퍼탱크를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 43은 본 발명의 제8실시예에 따른 선박에서 제5연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 44는 본 발명의 제8실시예에 따른 선박에서 제1밸브, 제2밸브 및 제3밸브를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 45는 본 발명의 제8실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 46은 본 발명의 제8실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 47은 본 발명의 제9실시예에 따른 선박에서 수소농도측정부 및 유량조절부를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 48은 본 발명의 제9실시예에 따른 선박에서 제4연료공급배관, 제5연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 49는 본 발명의 제9실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 50은 본 발명의 제9실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 51은 본 발명의 제10실시예에 따른 선박에서 온도측정부 및 스프레이노즐을 설명하기 위한 개략적인 도면
도 52는 본 발명의 제10실시예에 따른 선박에서 제4연료공급배관, 제5연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 53은 본 발명의 제10실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 54는 본 발명의 제10실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 55는 본 발명의 제11실시예에 따른 선박에서 핫박스 및 온도조절배리어를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 56은 본 발명의 제11실시예에 따른 선박에서 지지기구 및 유체이송관을 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 57은 본 발명의 제11실시예에 따른 선박에서 온도조절배리어가 핫박스를 냉각시키는 것을 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 58은 본 발명의 제11실시예에 따른 선박에서 온도조절배리어가 핫박스를 예열시키는 것을 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 59는 본 발명의 제11실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 60은 본 발명의 제11실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 61은 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박의 개략적인 블록도
도 62는 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박에서 추진연료공급배관, 제1연료공급배관 및 제2연료공급배관을 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 63은 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박에서 추진부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 64는 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박에서 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 65는 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박에서 제3연료공급배관을 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 66은 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 67은 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 68은 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박에서 추진엔진부, 복수개의 발전엔진 및 복수개의 발전기를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 69는 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박에서 제1연료공급배관, 제2연료공급배관, 제3연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 70은 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 71은 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 72는 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박에서 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 73은 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박에서 개질기를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 74는 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박에서 제1연료공급배관, 제2연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 75는 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박에서 제3연료공급배관을 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 76은 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 77은 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 78은 본 발명의 변형된 제4실시예에 따른 선박에서 개질기를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 79는 본 발명의 변형된 제4실시예에 따른 선박에서 제1연료공급배관, 제2연료공급배관, 제3연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 80은 본 발명의 변형된 제4실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 81은 본 발명의 변형된 제4실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 82는 본 발명의 변형된 제4실시예에 따른 선박에서 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 83은 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박에서 재공급부를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 84는 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박에서 제3연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 85는 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 86은 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 87은 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박에서 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 88은 본 발명의 변형된 제6실시예에 따른 선박에서 수분제거부를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 89는 본 발명의 변형된 제6실시예에 따른 선박에서 수분공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 90은 본 발명의 변형된 제6실시예에 따른 선박에서 제3연료공급배관 및 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 91은 본 발명의 변형된 제6실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 92는 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박에서 발전엔진부가 연료전지부, 개질기 및 연료저장탱크로부터 연료를 공급받는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면
도 93은 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박에서 제4연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 94는 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박에서 제1밸브, 제2밸브 및 제3밸브를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 95는 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 96은 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 97은 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박에서 버퍼탱크를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 98은 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박에서 제5연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 99는 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박에서 제1밸브, 제2밸브 및 제3밸브를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 100은 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 101은 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 102는 본 발명의 변형된 제9실시예에 따른 선박에서 수소농도측정부 및 유량조절부를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 103은 본 발명의 변형된 제9실시예에 따른 선박에서 제4연료공급배관, 제5연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 104는 본 발명의 변형된 제9실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 105는 본 발명의 변형된 제9실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 106은 본 발명의 변형된 제10실시예에 따른 선박에서 온도측정부 및 스프레이노즐을 설명하기 위한 개략적인 도면
도 107은 본 발명의 변형된 제10실시예에 따른 선박에서 제4연료공급배관, 제5연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 108은 본 발명의 변형된 제10실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 109는 본 발명의 변형된 제10실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 110은 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박에서 핫박스 및 온도조절배리어를 설명하기 위한 개략적인 도면
도 111은 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박에서 지지기구 및 유체이송관을 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 112는 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박에서 온도조절배리어가 핫박스를 냉각시키는 것을 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 113은 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박에서 온도조절배리어가 핫박스를 예열시키는 것을 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 114는 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 115는 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도

이하에서는 본 발명에 따른 선박에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1 내지 도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 선박(1)은 크게 연료전지부(2), 발전엔진부(3) 및 추진부(4)를 포함할 수 있다. 상기 연료전지부(2), 상기 발전엔진부(3) 및 상기 추진부(4)는 각각 선박의 외형을 이루는 선체에 설치될 수 있다.

상기 선체(미도시)에는 연료를 저장하기 위한 연료저장탱크가 설치될 수 있다. 상기 연료저장탱크는 직방체 형태일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 연료를 저장할 수 있으면 구(球)형 등 다른 형태로 형성될 수도 있다. 상기 연료저장탱크는 선체의 내부 또는 선체의 외부에 설치될 수 있지만, 상기 선체의 내부 및 외부에 걸쳐서 설치될 수도 있다. 상기 연료저장탱크가 저장하는 연료는 탄화수소 계열의 물질로, LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스), 메탄올(CH₃OH), 에탄올(C₂H₅OH), 가솔린, 디메틸에테르, 메탄가스, 수소정제 오프가스, 순수소 등일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 다른 연료일 수도 있다. 상기 연료저장탱크는 액체상태, 기체상태, 액체와 기체가 혼합된 혼합상태 등 다양한 형태로 상기 연료를 저장할 수 있다. 상기 연료저장탱크에는 연료를 액화시키기 위한 액화설비, 연료를 기화시키기 위한 기화설비, 기화된 연료를 재액화시키기 위한 재액화설비 등이 설치될 수 있다. 상기 기화설비는 별도의 가열장치를 이용하여 상기 연료저장탱크에 저장된 연료를 기화시킬 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 연료전지부(2)에서 배출되는 폐열 및 상기 발전엔진부(3)에서 배출되는 배기가스의 폐열 중 적어도 하나를 이용하여 상기 연료저장탱크에 저장된 연료를 기화시킬 수도 있다. 상기 연료저장탱크는 상기 연료전지부(2) 및 상기 발전엔진부(3) 중 적어도 하나에 연결되게 설치될 수 있다. 상기 연료저장탱크는 연료를 이송시킬 수 있는 관 또는 파이프 등과 같은 관로를 통해 상기 연료전지부(2) 및 상기 발전엔진부(3)에 연결될 수 있다. 상기 관로에는 펌프, 임펠러, 컴프레셔와 같은 이송설비가 설치될 수 있다. 상기 이송설비는 상기 연료저장탱크에 저장된 연료 및 상기 연료저장탱크에서 기화된 연료 중 적어도 하나를 이송시키기 위한 것이다. 상기 연료저장탱크에서 기화된 연료는 BOG(Boil Off Gas)를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 연료저장탱크는 상기 연료전지부(2) 및 상기 발전엔진부(3) 중 적어도 하나에 연료를 공급할 수 있다.

상기 연료전지부(2)는 상기 선체에 설치되고, 수소가 포함된 연료를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 상기 연료전지부(2)는 상기 선체에 설치되는 연료저장탱크로부터 수소가 포함된 연료를 공급받을 수 있다. 상기 연료저장탱크는 LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스) 등과 같은 수소가 포함된 연료를 저장하기 위한 것이다. 상기 연료전지부(2)는 상기 선체에 설치되는 원료수공급부(미도시)로부터 원료수를 공급받을 수 있다. 상기 원료수는 스팀(H₂O)일 수 있다. 상기 연료전지부(2)는 상기 선체에 설치되는 공기공급부(미도시)로부터 공기를 공급받을 수 있다. 상기 연료전지부(2)는 공급받은 원료수, 공기, 수소가 포함된 연료를 이용하여 전기화학 반응을 통해 전기를 생산할 수 있다. 상기 연료전지부(2)는 전기화학 반응에 사용되지 않은 미반응연료를 배출할 수 있다. 상기 연료전지부(2)에서 배출되는 미반응연료 및 배기가스는 외부로 배출될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 재사용을 위해 상기 발전엔진부(3) 등 다른 곳으로 배출될 수도 있다.

상기 발전엔진부(3)는 수소가 포함된 연료를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 상기 발전엔진부(3)는 상기 연료전지부(2)로부터 미반응연료를 공급받아서 전기를 생산할 수 있다. 상기 발전엔진부(3)는 상기 연료저장탱크에 관 또는 파이프와 같은 관로로 연결됨으로써, 상기 연료저장탱크로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아서 전기를 생산할 수도 있다. 즉, 상기 발전엔진부(3)는 상기 연료전지부(2) 및 상기 연료저장탱크 중 적어도 하나로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아서 전기를 생산할 수 있다. 상기 발전엔진부(3)는 공급받은 연료와 공기를 압축 연소시켜서 발생되는 구동력으로 발전기를 작동시켜서 전기를 생산할 수 있다. 상기 발전엔진부(3)는 연료와 공기를 압축 연소시켜서 구동력을 발생시키는 발전엔진, 및 상기 발전엔진이 발생시킨 구동력으로 전기를 생산하는 발전기를 포함할 수 있다.

상기 추진부(4)는 상기 선체를 추진시키기 위한 것이다. 상기 추진부(4)는 상기 연료전지부(2) 및 상기 발전엔진부(3) 각각에 전선, 케이블 등을 통해 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 추진부(4)는 상기 연료전지부(2) 및 상기 발전엔진부(3)로부터 전기를 공급받을 수 있다. 상기 추진부(4)는 상기 연료전지부(2) 및 상기 발전엔진부(3)로부터 공급받은 전기를 이용하여 프로펠러와 같은 추진기구를 회전시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 선체는 추진될 수 있다. 상기 추진부(4)는 상기 연료전지부(2)가 생산한 전기를 이용하여 상기 선체를 추진시킬 수 있다. 상기 추진부(4)는 상기 발전엔진부(3)가 생산한 전기를 이용하여 상기 선체를 추진시킬 수도 있다. 상기 추진부(4)는 상기 연료전지부(2) 및 상기 발전엔진부(3)가 생산한 전기 모두를 이용하여 상기 선체를 추진시킬 수도 있다. 즉, 상기 추진부(4)는 상기 연료전지부(2) 및 상기 발전엔진부(3) 중 적어도 하나가 생산한 전기를 공급받아서 상기 선체를 추진시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(1)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명에 따른 선박(1)은 상기 연료전지부(2) 및 상기 발전엔진부(3)가 생산한 전기를 일부 또는 전부 이용하여 추진하도록 구현됨으로써, 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx)과 같은 환경오염물질의 배출량을 감소시킬 수 있으므로 강화되는 환경규제를 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라 친환경적으로 선체를 추진시킬 수 있다.

둘째, 본 발명에 따른 선박(1)은 연료전지부(2) 및 발전엔진부(3) 중 적어도 하나가 생산한 전기를 이용하여 선체를 추진시킬 수 있으므로, 엔진의 부하에 따라 효율적으로 선체를 추진시켜서 연비를 줄일 수 있어 전체적인 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 상기 연료전지부(2), 상기 발전엔진부(3) 및 상기 추진부(4)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 1 내지 도 6을 참고하면, 상기 연료전지부(2)는 수소가 포함된 연료를 이용하여 전기를 생산한다. 상기 연료전지부(2)는 선체에 설치되는 연료저장탱크로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아 전기를 생산하는데 사용할 수 있다. 상기 연료전지부(2)는 상기 연료저장탱크가 저장하는 연료가 LNG(액화천연가스)일 경우, 상기 연료저장탱크로부터 직접 LNG(액화천연가스)를 기화시킨 천연가스를 연료로 공급받을 수 있다. 상기 연료전지부(2)는 연료전지(21)를 포함할 수 있다. 상기 연료전지부(2)는 상기 연료저장탱크가 저장하는 연료가 LPG(액화석유가스)일 경우, 상기 LPG(액화석유가스)를 개질시키기 위한 수소생성부(22)로부터 수소가 포함된 연료를 간접 공급받을 수 있다. 이 경우, 상기 연료전지부(2)는 수소생성부(22)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 연료전지부(2)는 전기 생산을 위해 공급되는 연료의 종류에 따라 상기 수소생성부(22)를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 상기 연료전지부(2)는 연료에 포함되는 수소의 농도에 따라 상기 수소생성부(22)를 포함하거나 포함하지 않을 수도 있다.

상기 연료전지(21)는 연료전지 스택(stack)을 포함하여 구현된다. 상기 연료전지 스택은 공기가 공급되는 공기극(cathode)과 수소가 포함된 연료가 공급되는 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.

상기 연료전지(21)는 수직 가압 평판형 기술이 적용된 연료전지일 수 있다. 상기 연료전지(21)는 종래 연료전지에 비해 부피가 감소된 축소형 연료전지일 수도 있다. 상기 연료전지(21)는 한개의 핫박스(Hot Box)에 복수개가 서로 이격되게 설치될 수 있다.

상기 연료전지(21)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.

본 발명에 따른 선박(1)이 제어부를 포함하는 경우, 상기 제어부는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 히터나 공기극 팬과 연료극 팬을 제어하여 상기 연료전지(21)의 운전온도를 적절하게 유지한다. 예를 들어, 제어부는 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.

상기 수소생성부(22)는 상기 연료전지(21)에 수소가 포함된 연료를 공급하기 위한 것이다. 상기 수소생성부(22)는 상기 연료저장탱크로부터 연료를 공급받아 수소가 포함된 연료를 생성할 수 있다. 상기 수소생성부(22)는 상기 연료저장탱크에 저장된 연료를 개질시키는 개질기를 포함할 수 있다. 따라서, 상기 연료전지(21)는 상기 연료저장탱크로부터 직접 수소가 포함된 연료를 공급받아 전기를 생산할 수도 있고, 상기 개질기를 통해 수소가 포함된 연료를 간접적으로 공급받아 전기를 생산할 수도 있다. 즉, 상기 연료전지(21)는 상기 연료저장탱크 및 상기 개질기 중 적어도 하나로부터 공급되는 수소가 포함된 연료를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 상기 연료전지부(2)는 수소가 포함된 연료 뿐만 아니라 원료수 및 공기를 공급받아 전기를 생산할 수 있다. 본 발명에 따른 선박(1)은 상기 연료전지부(2)에 원료수를 공급하기 위한 원료수공급부를 포함할 수 있다. 상기 원료수공급부는 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. 본 발명에 따른 선박(1)은 상기 연료전지부(2)에 공기를 공급하기 위한 공기공급부를 포함할 수 있다. 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 공기공급부는 공기저장탱크와 상기 공기저장탱크로부터 공기를 공급하는 장치(예컨대, 블로워)를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 공기공급부는 외부공기를 공급받아 압축한 후 압축된 고압의 공기를 공급하거나 상압으로 공급하도록 구현될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 선박(1)에 구비되는 연료전지(21)의 동작을 도 4a, 도 4b를 참조하여 설명하기로 한다. 도 4a는 고체산화물 연료전지(SOFC)의 개념적인 구성도이고, 도 4b는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 개념적인 구성도이다.

먼저, 도 4a를 참조하면 고체산화물 연료전지(SOFC)(21a)는 공기극(cathode)(21aa)에서 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소이온이 전해질(21ab)을 통해 연료극(anode)(21ac)으로 이동한다. 연료극(anode)(21ac)에서는 수소(H₂)를 포함하는 연료가 유입되는데, 전해질(21ab)을 통해 연료극(anode)(21ac)으로 이동한 산소이온(O^2-)과 수소(H₂)가 전기화학적으로 반응하여 물(H₂O)과 전자(e^-)가 생성된다. 공기극(cathode)(21aa)에서는 전자가 소모되므로 공기극(cathode)(21aa)과 연료극(anode)(21ac)을 서로 연결하면 전기가 흐르게 된다.

고체산화물 연료전지(SOFC)(21a)는 연료극(anode)(21ac)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)(21a)의 공기극(cathode)(21aa)에서는 미반응 산소 및 질소 등을 배출한다.

도 4b를 참조하면 고분자전해질 연료전지(PEMFC)(21b)는 연료극(anode)(21ba)에 형성된 촉매층(21bb)에서 수소(H₂)가 수소이온(H⁺)과 전자(e^-)로 생성된다. 수소이온(H⁺)은 고분자 전해질막(Polymer Membrane)(21bc)을 통해 공기극(cathode)(21bd)으로 이동한다. 고분자전해질 연료전지(PEMFC)(21b)는 공기극(cathode)(21bd)에 형성된 촉매층(21be)에서 수소이온(H⁺)과 산소(O₂)가 반응하여 스팀(H₂O)을 생산한다. 연료극(anode)(21ba)에 형성된 촉매층(21bb)과 공기극(cathode)(21bd)에 형성된 촉매층(21be)을 서로 연결하면 전기가 흐르게 된다.

고분자전해질 연료전지(PEMFC)(21b)는 연료극(anode)(21ba)의 촉매층(21bb)에서 미반응 수소(H₂)와 같은 잔여물질을 배출한다. 또한, 고분자전해질 연료전지(PEMFC)(21b)는 공기극(cathode)(21bd)에서 미반응 산소와 물(H₂O)을 배출한다.

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.

상기 수소생성부(22)는 연료저장탱크로부터 공급되는 연료를 이용하여 연료전지(21)의 연료극(anode)에 필요한 연료, 즉 수소(H₂) 가스를 생성하는 장치를 포함한다. 본 명세서에서는 상기 수소생성부(22)에 유입되는 것을 원료 및 원료수로 정의하고, 상기 수소생성부(22)에서 생성되어 상기 연료전지(21)로 유입되는 것을 연료로 정의한다. 상기 수소생성부(22)에 유입되는 원료는 상기 연료저장탱크에서 공급되는 연료일 수 있다.

상기 수소생성부(22)는 연료전지(21)의 종류에 따라 또는 전기 생성 효율 향상을 위해 그 구조가 다양하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 상기 연료전지(21)가 용융탄산염 연료전지(MCFC) 또는 고체산화물 연료전지(SOFC)인 경우, 상기 수소생성부(22)는 개질기(Reformer)와 연소기를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 상기 연료전지(21)가 인산형 연료전지(PAFC) 또는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)인 경우 상기 수소생성부(22)는 개질기(Reformer)와 연소기 외에도 수성가스화반응기(Water Gas Shift reactor, WGS)(22e)를 더 포함하여 구현될 수 있다.

상기 수성가스화반응기(WGS)(22e)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.

도 5를 참고하여 본 발명에 따른 선박(1)에 있어서, 상기 수소생성부(22)의 일례를 살펴보면, 다음과 같다.

상기 수소생성부(22)는 원료처리부(22a), 원료수처리부(22b), 개질기(Reformer)(22c), 및 연소기(22d)를 포함하여 구현될 수 있다.

상기 원료처리부(22a)는 상기 연료저장탱크로부터 공급되는 원료를 전처리한다. 예를 들어, 상기 원료처리부(22a)는 상기 연료저장탱크에 저장된 연료를 증발시키기 위한 연료기화부를 포함하여 구현될 수 있다. 상기 연료기화부는 후술하기로 한다. 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 원료처리부는 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 원료처리부는 원료에 포함된 불순물을 제거하는 필터나 황화물을 제거하는 탈황기를 포함하여 구현될 수 있다.

상기 원료수처리부(22b)는 원료수 저장탱크를 포함하는 원료수공급부(미도시)로부터 공급되는 원료수를 전처리한다. 상기 원료수처리부(22b)는 예를 들어, 원료수를 가열하여 스팀(H₂O)을 생성하고, 상기 스팀(H₂O)을 개질기(Reformer)(22c)로 공급한다. 상기 원료수처리부(22b)는 예를 들어, 연소기에서 발생하는 배기가스의 폐열로 원료수를 가열하는 열교환기를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 상기 원료수처리부(22b)는 연료전지부(2)의 배기가스나 증기 내에 포함된 수분(물방울)을 분리하는 기수분리기(steam separator)를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 상기 원료수처리부(22b)는 원료수를 연료전지부(2)에서 요구하는 순도를 유지하기 위해 활성탄, 이온제거용 수지 등을 이용할 수도 있으며, 이를 측정하는 센서 및 제어 시스템을 포함할 수 있다. 다른 예로, 원료수처리부(22b)에 일정 수준의 수량을 유지하기 위한 외부 물 공급 라인 및 시스템을 포함할 수 있다.

상기 개질기(Reformer)(22c)는 상기 원료처리부(22a)로부터 공급되는 전처리된 원료 및 상기 원료수처리부(22b)로부터 공급되는 스팀(H₂O)의 개질반응을 진행하여 수소(H₂)를 포함하는 개질가스를 발생시킨다. 이러한 개질반응을 진행함에 있어서, 상기 개질기(22c)는 상기 연소기(22d)에서 제공되는 열 에너지를 이용할 수 있다. 이하 본 명세서에서는 상기 개질기(22c)에서 나오는 개질가스를 연료로 정의한다.

상기 개질기(Reformer)(22c)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.

본 발명에 따른 선박(1)에 있어서, 상기 개질기(22c)는 상기 연료전지(21)의 외부에 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 연료전지(21)는 외부 개질형으로 구현된다. 본 발명에 따른 선박(1)에 있어서, 상기 개질기(22c)는 상기 연료전지(21)의 내부에 개질촉매층의 형태로 설치될 수도 있다. 이 경우, 상기 연료전지(21)는 내부 개질형으로 구현된다.

본 발명에 따른 선박(1)에 있어서, 상기 개질기(22c)는 연료를 거의 수소(H₂)로만 전환시키는 개질기(이하, '수소개질기'라 함)일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 연료를 수소(H₂)와 메탄(CH₄) 등으로 전환시키는 개질기(이하, '제1개질기'라 함)일 수도 있다. 상기 수소개질기는 연료를 수소로만 전환시키는 완전 개질에 가깝기 때문에 상기 제1개질기에 비해 크기가 크다. 따라서, 상기 제1개질기는 상기 수소개질기에 비해 콤팩트화 또는 모듈화되어 선박의 공간확보가 용이하다. 상기 제1개질기는 촉매개발 및 운전조건 최적화 등을 통하여 상기 수소개질기에 비해 저온 영역에서 운전이 가능하도록 구현될 수 있다. 상기 제1개질기는 공급되는 연료. 즉, 소스가스의 유량 조절, 및 제1개질기 내부의 온도 조절을 통해 연료전지(21)로 공급되는 연료의 수소(H₂) 및 메탄(CH₄)의 농도 조절이 가능하다. 또한, 상기 제1개질기는 메탄가(Methane Number)를 최적화하여 수소개질기 대비 스팀(H₂O)의 사용량을 저감시킬 수 있다. 상기 개질기는 반응속도가 거의 일정하기 때문에 상기 연료전지(21)나 상기 발전엔진부(3)에 공급되는 연료의 양이 거의 일정하다. 따라서, 상기 개질기는 엔진의 부하가 낮은 경우에는 문제가 없으나, 엔진의 부하가 갑자기 높아지는 경우에 연료의 양을 급격하게 증가시킬 수 없는 문제가 있다. 상기 제1개질기는 엔진 로드에 따라 부하가 변동되도록 운전할 수 있다. 상기 제1개질기는 상기 연료전지(21) 또는 상기 발전엔진부(3)에 직접 결합되게 설치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에 따른 선박(1)은 상기 제1개질기에서 상기 연료전지(21) 또는 상기 발전엔진부(3)까지 개질가스를 이동시키는 이동거리를 줄임으로써, 개질가스를 신속하게 상기 연료전지(21) 및 상기 발전엔진부(3)에 공급할 수 있다. 상기 제1개질기는 엔진의 저부하 시에는 위에서 설명한 것처럼 일정한 반응속도에 따라 연료를 공급할 수 있다. 상기 제어부는 엔진의 고부하 시 상기 제1개질기에 공급되는 연료. 즉, 소스가스의 유량을 증가시키고, 및 제1개질기 내부의 온도를 증가시켜 반응속도를 증가시킴으로써, 상기 연료전지(21) 또는 상기 발전엔진부(3)로 공급되는 연료의 양을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(1)은 선체에 상기 제1개질기를 설치함으로써, 상기 수소개질기를 설치한 경우보다 추진 효율을 향상시킬 수 있다. 이하에서는 상기 제1개질기를 개질기(22c)라 한다.

상기 연소기(22d)는 상기 개질기(Reformer)(22c)에서 개질반응이 원활하게 진행되도록 열을 제공한다. 상기 연소기(22d)에 의한 개질기 가열온도가 낮은 경우, 상기 개질기(Reformer)(22c)의 흡열반응에 의한 개질반응이 잘 진행되지 않으며 수분(물방울)이 상기 개질기(Reformer)(22c) 내에 발생한다. 상기 연소기(22d)의 가열온도가 높은 경우 상기 개질기(Reformer)(22c)의 개질촉매층의 촉매활성이 저하될 수 있다.

상기 연소기(22d)는 시스템 전체의 효율을 향상시키기 위해, 상기 원료처리부(22a)에서 전처리된 원료, 상기 연료전지(21)의 연료전지 스택의 연료극(anode)에서 배출되는 배기가스, 또는 그 둘을 혼합한 것을 원료로 사용할 수 있다. 상기 연소기(22d)는 공기공급부에서 공급되는 공기를 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 선박(1)에 있어서, 상기 연소기(22d)는 추가로 상기 연료전지(21)의 연료전지 스택의 공기극(cathode)에서 배출되는 공기를 사용할 수 있다. 상기 연소기(22d)는 상기 발전엔진부(3)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 사용할 수도 있다.

도시하지 않았지만, 상기 수소생성부(22)는 하나 이상의 온도센서를 더 포함할 수 있으며, 상기 온도센서는 개질기(Reformer)(22c)의 온도를 검출한다. 상기 개질기(Reformer)(22c)의 온도는 상기 개질기(Reformer)(22c)의 구성 및 상기 원료처리부(22a)에서 전처리된 원료와 스팀(H₂O)과의 혼합비율 등의 조건에 의해서 최적 온도 범위가 변화한다. 본 발명에 따른 선박(1)이 제어부를 포함하는 경우, 상기 제어부는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 연소기(22d)의 원료 연소량을 증감시켜 상기 개질기(Reformer)(22c)의 온도를 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부는 최적 온도 범위에 대하여 ±20℃ 정도의 범위 내로 제어하도록 구현될 수 있다.

여기서, 상기 개질기(Reformer)(22c)에서 개질반응을 통해 발생하는 가스에는 수소(H₂)뿐 아니라 메탄(CH₄), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO₂) 등이 포함된다. 상기 연료전지(21)가 고분자전해질 연료전지(PEMFC)인 경우 일산화탄소(CO)는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 연료전지 스택의 전극 촉매를 피독하여 연료전지(21)의 수명을 단축시킨다. 이에 일산화탄소(CO)의 농도를 10∼20ppm 이하로 줄이기 위해, 상기 수소생성부(22)는 수성가스화반응기(WGS)(22e)를 더 포함할 수 있다.

상기 수성가스화반응기(WGS)(22e)는 일산화탄소(CO)와 스팀(H₂O)을 반응시켜 이산화탄소(CO₂)와 수소(H₂)를 생산할 수 있다. 상기 수성가스화반응기(WGS)는 도 5에 도시한 바와 같이 고온 수성가스화반응기(HTS)와 저온 수성가스화반응기(LTS)를 포함하여 구현될 수 있다.

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 5에 도시하지 않았지만, 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)에는 각각 냉각기와 온도센서가 설치될 수 있다. 본 발명에 따른 선박(1)이 제어부를 포함하는 경우, 상기 제어부는 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.

도시되지 않았지만, 상기 수성가스화반응기(WGS)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.

상기 선택적산화반응기(PROX)는 냉각기와 온도센서가 설치된다. 본 발명에 따른 선박(1)이 제어부를 포함하는 경우, 상기 제어부는 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.

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.

상기 연료전지부(2)는 전선과 같은 케이블을 통해 상기 추진부(4), 후술할 수요처 및 에너지저장장치(Energy Storage System)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지부(2)는 생산한 전기를 상기 추진부(4), 상기 수요처 및 상기 에너지저장장치(Energy Storage System) 중 적어도 하나로 직접 공급할 수 있다. 상기 수요처는 선체에 설치된 펌프, 컴프레셔 등과 같은 Machinery Load, 냉각장치, 오일히팅장치와 같은 Cargo Load, 전등과 같은 전기설비의 Deck Mach. Load 등일 수 있다. 상기 Machinery Load, 상기 Cargo Load, 상기 Deck Mach. Load가 필요로 하는 전기수요량은 상기 Cargo Load, 상기 Machinery Load, 상기 Deck Mach. Load 순서로 순차적으로 작으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 상기 에너지저장장치는 전기를 저장하는 대용량의 축전지일 수 있으나, 복수개의 축전지가 직렬 또는 병렬로 연결된 형태일 수도 있다. 상기 에너지저장장치는 케이블을 통해 상기 수요처에 연결될 수 있다. 상기 에너지저장장치는 상기 연료전지부(2)로부터 전기를 공급받아 저장하고, 상기 추진부(4) 및 상기 수요처의 요구량에 따라 저장한 전기를 상기 수요처로 공급할 수 있다. 상기 에너지저장장치는 본 발명에 따른 선박(1)이 항구에 정박할 경우 육상의 전력공급부에 케이블로 연결됨으로써, 상기 육상 전력공급부로부터 전기를 공급받아 저장할 수도 있다.

상기 연료전지부(2)는 상기 발전엔진부(3)에 연결될 수 있다. 상기 연료전지부(2)는 관로를 통해 상기 발전엔진부(3)에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 연료전지부(2)는 전기를 생산하는데 사용되지 않은 미반응연료를 상기 발전엔진부(3)로 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 미반응연료는 수소(H₂)일 수 있으나, 이산화탄소(CO₂) 등 다른 기체가 포함될 수도 있다.

상기 발전엔진부(3)는 수소가 포함된 연료를 이용하여 전기를 생산하기 위한 것이다. 상기 발전엔진부(3)는 수소가 포함된 연료를 공급받아 구동력을 발생시키는 발전엔진, 및 상기 발전엔진이 발생시킨 구동력으로 전기를 생산하는 발전기를 포함할 수 있다. 상기 발전엔진은 4 Stroke 엔진일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 상기 발전엔진은 관로를 통해 상기 연료저장탱크, 상기 개질기(22c), 및 상기 연료전지(21)에 각각 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 발전엔진은 상기 연료저장탱크, 상기 개질기(22c), 및 상기 연료전지(21) 중 적어도 하나로부터 수소가 포함된 연료를 공급받을 수 있다. 상기 발전엔진은 수소가 포함된 연료와 공기를 실린더에서 혼합 연소시켜서 구동력을 발생시킬 수 있다. 상기 발전엔진은 연소 시 발생하는 폭발력으로 피스톤을 이동시켜서 피스톤의 직선 운동을 크랭크 축의 회전운동으로 변환시킬 수 있다. 상기 크랭크 축은 상기 발전기의 회전축과 기어 등으로 연결되어 구동력을 상기 발전기의 회전축으로 전달할 수 있다. 따라서, 상기 발전기는 상기 발전엔진이 발생시킨 구동력으로 전기를 생산할 수 있다. 상기 발전기는 상기 발전엔진과 이격되어 기어 등으로 연결되게 설치될 수 있으나, 상기 발전엔진과 일체로 형성될 수도 있다. 상기 발전엔진부(3)는 상기 발전엔진 및 상기 발전기를 각각 복수개 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 발전엔진들은 상기 연료저장탱크, 상기 개질기(22c), 상기 연료전지(21)에 각각 병렬로 연결될 수 있다. 상기 발전기는 전선, 케이블 등을 통해 상기 수요처, 상기 에너지저장장치, 상기 추진부(4)에 각각 연결될 수 있다. 따라서, 상기 발전기는 생산한 전기를 상기 케이블을 통해 상기 수요처, 상기 에너지저장장치 및 상기 추진부(4) 중 적어도 하나에 공급할 수 있다.

상기 추진부(4)는 선체를 추진시키기 위한 것이다. 상기 추진부(4)는 상기 연료전지부(2) 및 상기 발전엔진부(3) 중 적어도 하나가 생산한 전기에 의해 구동하여 선체를 추진시킬 수 있다. 상기 추진부(4)는 전기를 이용하여 구동력을 발생시키는 모터, 및 상기 모터가 발생시킨 구동력으로 회전하는 프로펠러와 같은 추진기구를 포함할 수 있다. 상기 모터는 Drive/Motor일 수 있다. 상기 추진부(4)는 상기 에너지저장장치에 케이블로 연결됨으로써, 상기 에너지저장장치가 저장한 전기를 공급받아 구동하여 선체를 추진시킬 수도 있다. 상기 추진부(4)는 복수개의 모터 및 복수개의 프로펠러를 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 추진부(4)는 선체를 전진 또는 후진시키는데 사용되는 메인추진기구, 선체를 좌측 또는 우측으로 이동시키거나 회전시키는데 사용되는 보조추진기구로 나누어질 수 있다. 예컨대, 상기 보조추진기구는 아지무스스러스터(Azimuth Thruster)일 수 있다. 상기 아지무스스러스터는 상기 선체에 고정되게 설치되거나 회전 가능하게 설치될 수 있다. 상기 모터는 상기 프로펠러를 제1방향으로 회전시킴으로써, 선체를 전진시킬 수 있다. 상기 모터는 상기 프로펠러를 상기 제1방향과 반대되는 제2방향으로 회전시킴으로써, 선체를 후진시킬 수 있다. 상기 모터는 상기 프로펠러를 제1방향으로 회전시켜서 선체를 후진시키고, 상기 프로펠러를 제2방향으로 회전시켜서 선체를 전진시킬 수도 있다.

본 발명에 따른 선박(1)은 전력변환부를 포함할 수 있다. 상기 전력변환부는 상기 연료전지부(2) 및 상기 발전엔진부(3) 중 적어도 하나로부터 나오는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환한다. 상기 전력변환부는 상기 연료전지부(2) 및 상기 발전엔진부(3) 중 적어도 하나로부터 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 전력변환부는 상기 연료전지부(2) 및 상기 발전엔진부(3) 중 적어도 하나로부터 공급된 전기를 전력부하로 배출한다. 전력부하는, 예를 들어 선박의 경우 선박의 기본 전기설비 및 화물계통 전기설비 등과 같은 선박 내 전기설비일 수 있다. 상기 전력변환부는 상기 에너지저장장치, 예를 들어 배터리로 전기를 전송하여 저장하도록 구현될 수도 있다.

이하에서는 본 발명에 따른 선박(1)의 실시예들에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다. 본 발명에 따른 선박(1)은 본 발명의 실시예에 따른 선박(100) 및 본 발명의 변형된 실시예에 따른 선박(200)을 포함한다. 본 발명에 따른 선박(1)의 연료전지부(2), 발전엔진부(3), 추진부(4) 및 연료저장탱크는 본 발명의 실시예에 따른 선박(100)의 연료전지부(102), 발전엔진부(103), 추진부(104) 및 연료저장탱크(105), 및 본 발명의 변형된 실시예에 따른 선박(200)의 연료전지부(202), 발전엔진부(203), 추진부(204) 및 연료저장탱크(205)와 구성, 기능 및 효과가 동일하다. 따라서, 각 실시예에 따른 연료전지부, 발전엔진부, 추진부 및 연료저장탱크에 대한 구체적인 설명은 생략하고, 이하에서는 각 실시예에 따라 차이가 있는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.

도 6 내지 도 12를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 연료전지부(102), 발전엔진부(103), 추진부(104) 및 연료저장탱크(105)를 포함한다. 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)가 상기 연료전지부(102)에서 배출되는 미반응연료를 연료로 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 상기 연료전지부(102)는 연료전지를 포함할 수 있다. 상기 연료전지부(102)의 연료전지는 상기 본 발명에 따른 선박(1)의 연료전지(21)와 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 상기 발전엔진부(103)는 발전엔진 및 발전기를 포함할 수 있다. 상기 발전엔진부(103)의 발전엔진 및 발전기는 상기 본 발명에 따른 선박(1)의 발전엔진 및 발전기와 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 상기 추진부(104)는 모터 및 추진기구를 포함할 수 있다. 상기 수요처는 전선, 케이블 등을 통해 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103)에 각각 연결된다. 따라서, 상기 수요처는 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103) 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받을 수 있다.

상기 연료저장탱크(105)는 LPG, LNG와 같은 탄화수소계열 물질의 연료를 저장할 수 있다. 상기 연료저장탱크(105)는 액체상태, 기체상태, 액체와 기체가 혼합된 상태 등 다양한 형태로 연료를 저장할 수 있다. 상기 연료저장탱크(105)에 저장된 연료는 후술할 연료기화부에 의해 기화되어 관로를 통해 상기 연료전지부(102)로 공급될 수 있다. 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 연료전지부(102)로 공급되는 연료에는 자연적 기화에 의한 BOG(Boil Off Gas)도 포함될 수 있다. 상기 연료가 LNG일 경우, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 LNG를 개질시키기 위한 개질기를 포함하지 않을 수 있다. 따라서, 상기 연료저장탱크에 저장된 연료는 가스 형태로 상기 연료전지부(102)에 직접 공급될 수 있다. 상기 연료전지부(102)가 공급받는 연료는 수소(H₂)와 메탄(CH₄)일 수 있으나, 이산화탄소(CO₂) 등 다른 기체도 포함될 수 있다. 상기 연료전지부(102)가 공급받는 연료에 이산화탄소(CO₂)가 포함될 경우, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 이산화탄소(CO₂)를 제거하기 위한 이산화탄소(CO₂) 포집기를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 연료전지부(102)는 상기 연료저장탱크(105)로부터 이산화탄소(CO₂)가 제거된 수소(H₂)와 메탄(CH₄)을 공급받을 수 있으므로, 전기 생산성이 향상될 수 있다.

상기 연료전지부(102)는 상기 연료저장탱크(105)로부터 공급받은 수소(H₂)와 메탄(CH₄), 공기공급부로부터 공급받은 공기, 원료수공급부로부터 공급받은 원료수 및 전해질을 이용하여 전기화학 반응을 통해 전기를 생산한다. 이 경우, 상기 연료저장탱크(105)가 저장하는 연료는 LNG일 수 있다. 상기 연료전지부(102)의 연료전지(21)가 생산한 전기는 상기 추진부(104) 및 상기 수요처 중 적어도 하나로 공급될 수 있다. 상기 연료전지부(102)에서 전기 생산에 사용되지 않고 미반응되어 배출되는 미반응연료는 상기 발전엔진부(103)로 공급될 수 있다. 예컨대, 상기 미반응연료는 수소(H₂)일 수 있으나, 이산화탄소(CO₂)가 포함될 수도 있다. 상기 미반응연료에 이산화탄소(CO₂)가 포함될 경우, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 이산화탄소(CO₂)를 제거하기 위한 이산화탄소(CO₂) 포집기를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 발전엔진부(103)가 상기 연료전지부(102)로 공급받는 연료는 주성분이 수소(H₂)일 수 있다.

상기 발전엔진부(103)는 상기 연료전지부(102)로부터 공급받은 수소(H₂)를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 상기 발전엔진부(103)는 발전엔진의 전단부에 별도의 발전연료저장기구(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 발전연료저장기구는 상기 발전엔진에 연료를 공급하기 전에 상기 연료전지부(102)로부터 공급되는 연료를 저장할 수 있다. 따라서, 상기 발전엔진은 상기 발전연료저장기구가 저장한 연료를 안정적으로 공급받을 수 있으므로, 상기 추진부(104), 상기 수요처의 요구량에 맞추어 안정적으로 전기를 생산할 수 있다. 상기 발전엔진부(103)가 생산한 전기는 상기 추진부(104) 및 상기 수요처 중 적어도 하나로 공급될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)가 상기 연료전지부(102)로부터 전기 생산에 미반응된 미반응연료를 공급받아 전기를 생산할 수 있으므로, 상기 연료전지부(102)에서 배출되는 미반응연료에 포함된 수소(H₂) 및 메탄(CH₄)을 처리할 별도의 처리시설이 필요없어서 전기 생산에 대한 구축비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)가 상기 연료전지부(102)에서 배출되는 미반응연료에 포함된 수소(H₂) 및 메탄(CH₄)을 이용하여 전기를 생산하므로, 선체의 외부로 배출되는 유해물질의 배출량을 최소화시켜서 환경보호에 기여할 수 있다.

상기 추진부(104)는 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103) 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받아 선체를 추진시킬 수 있다. 상기 추진부(104)는 DC배전시스템을 통해 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103)로부터 전기를 공급받을 수 있다. 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 선체의 항해 구역에 따라 상기 추진부(104)에 공급되는 전기공급원을 상이하게 조절할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 선체가 유해물질의 배출이 제한되는 배출제한구역(ECA)을 운항할 경우, 상기 연료전지부(102)에서 생산된 전기를 이용하여 선체를 추진시킴으로써, 선체의 외부로 배출되는 유해물질의 양을 최소화할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 선체가 배출제한구역(ECA)을 제외한 배출완화구역(Golbal)을 운항할 경우, 상기 연료전지부(102)와 상기 발전엔진부(103) 모두에서 생산된 전기를 이용하여 선체를 추진시킴으로써, 선체의 추진속도를 높여서 물류 또는 사람을 목적지까지 이송하는데 걸리는 이송시간을 단축할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 운항하는 지역에 따라 추진 효율을 다양하게 조절할 수 있다. 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103)와 같은 다양한 전기공급원을 구비하고 있으므로, 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103) 중 하나가 손상되거나 파손되어도 나머지 전기공급원을 이용하여 선체를 추진시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 이송시간이 지연되는 것을 최소화할 수 있다. 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)에 있어서, 상기 연료전지부(102)는 1 ㎿의 전기를 생산할 수 있고 상기 발전엔진부(103)는 14㎿의 전기를 생산할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 연료전지부(102)는 3㎿, 상기 발전엔진부(103)는 12㎿의 전기를 생산하는 등 다양한 용량으로 조합될 수도 있다.

본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 제1연료공급배관(106) 및 제2연료공급배관(107)을 포함할 수 있다.

상기 제1연료공급배관(106)은 상기 연료저장탱크(105)와 상기 연료전지부(102)를 연결한다. 상기 제1연료공급배관(106)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 따라서, 상기 제1연료공급배관(106)은 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 연료전지부(102)로 수소가 포함된 연료가 공급되도록 할 수 있다. 상기 제1연료공급배관(106)에는 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 연료전지부(102)로 연료를 이동시키기 위한 이송력을 발생시키는 이송장치가 설치될 수 있다. 상기 이송장치는 압축기, 펌프, 임펠러 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 제1연료공급배관(106)에는 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 연료전지부(102)로 공급되는 연료의 유량을 조절하기 위한 연료유량조절밸브(미도시)가 설치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 제1연료공급배관(106)을 통해 상기 연료전지(21)로 공급되는 연료의 유량을 조절함으로써, 상기 연료전지부(102)가 생산하는 전기 생산량을 조절할 수 있다.

상기 제2연료공급배관(107)은 상기 연료전지부(102)와 상기 발전엔진부(103)를 연결한다. 상기 제2연료공급배관(107)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 따라서, 상기 제2연료공급배관(107)은 상기 연료전지부(102)에서 상기 발전엔진부(103)로 미반응연료가 공급되도록 할 수 있다. 상기 제2연료공급배관(107)에는 상기 연료전지부(102)에서 상기 발전엔진부(103)로 미반응연료를 이동시키기 위한 이송력을 발생시키는 이송장치가 설치될 수 있다. 상기 이송장치는 압축기, 펌프, 임펠러 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 제2연료공급배관(107)에는 상기 연료전지부(102)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료의 유량을 조절하기 위한 미반응연료유량조절밸브(미도시)가 설치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102)에서 상기 제2연료공급배관(107)을 통해 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료의 유량을 조절함으로써, 상기 발전엔진부(103)가 생산하는 전기 생산량을 조절할 수 있다.

도 7을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 에너지저장부(108)를 포함할 수 있다.

상기 에너지저장부(108)는 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103)가 생산한 전기를 공급받아 전기를 저장하기 위한 것이다. 상기 에너지저장부(108)는 상기 추진부(104)가 작동되지 않을 경우. 예컨대, 선박(100)이 항구에 정박하거나 수리를 위해 작동되지 않을 경우에 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103)가 생산한 전기를 공급받아 저장할 수 있다. 상기 에너지저장부(108)는 상기 추진부(104)가 작동되는 경우에도 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103)가 생산한 전기가 상기 추진부(104) 및 상기 수요처가 요구하는 전기 용량을 초과하는 경우, 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103)로부터 초과하는 잉여전력을 공급받아 저장할 수 있다. 상기 에너지저장부(108)에 대해 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103)는 서로 병렬로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 에너지저장부(108)는 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103) 중 적어도 하나가 생산한 전기를 공급받아 저장할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103) 중 어느 하나가 작동을 멈춘 경우에도 나머지 하나를 이용하여 상기 에너지저장부(108)에 전기를 공급할 수 있다. 상기 연료전지부(102)가 작동을 멈춘 경우, 상기 발전엔진부(103)는 후술할 제3연료공급배관을 통해 상기 연료저장탱크(105)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받을 수 있다. 상기 추진부(104)는 케이블을 통해 상기 연료전지부(102), 상기 발전엔진부(103) 및 상기 에너지저장부(108)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 추진부(104)는 상기 연료전지부(102), 상기 발전엔진부(103) 및 상기 에너지저장부(108) 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받아 구동하여 선체를 추진시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 다양한 전기공급원을 이용하여 상기 추진부(104)를 가동시킬 수 있으므로, 운항지역에 맞춰서 추진속도를 조절하여 최적의 효율로 선체를 추진시킬 수 있다. 상기 수요처는 케이블을 통해 상기 연료전지부(102), 상기 발전엔진부(103) 및 상기 에너지저장부(108)에 각각 연결된다. 이 경우, 상기 연료전지부(102), 상기 발전엔진부(103) 및 상기 에너지저장부(108)는 상기 수요처에 대해 서로 병렬로 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102), 상기 발전엔진부(103) 및 상기 에너지저장부(108) 중 적어도 하나가 상기 수요처로 전기를 공급할 수 있으므로, 상기 수요처에 전기 공급이 중단되는 것을 방지하여 다양한 작업이 중단되는 것을 방지할 수 있다.

도 8을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 제3연료공급배관(109)을 포함할 수 있다.

상기 제3연료공급배관(109)은 상기 연료저장탱크(105)와 상기 발전엔진부(103)를 연결한다. 상기 제3연료공급배관(109)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 따라서, 상기 제3연료공급배관(109)은 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 발전엔진부(103)로 수소가 포함된 연료가 공급되도록 할 수 있다. 상기 제3연료공급배관(109)에는 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 발전엔진부(103)로 수소가 포함된 연료를 이동시키기 위한 이송력을 발생시키는 이송장치가 설치될 수 있다. 상기 이송장치는 압축기, 펌프, 임펠러 중 적어도 하나일 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)가 상기 연료전지부(102) 및 상기 연료저장탱크(105)로부터 연료를 공급받을 수 있으므로, 상기 연료전지부(102)에서 공급되는 미반응연료만을 이용하여 전기를 생산하는 경우에 비해 전기 생산량을 증대시킬 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 제3연료공급배관(109)에는 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 연료의 유량을 조절하기 위한 연료유량조절밸브가 설치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 제3연료공급배관(109)을 통해 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 연료의 유량을 조절할 수 있다. 상기 발전엔진부(103)는 상기 제2연료공급배관(107)을 통해 공급되는 미반응연료, 및 상기 제3연료공급배관(109)을 통해 공급되는 수소가 포함된 연료 중 적어도 하나를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 제2연료공급배관(107) 및 상기 제3연료공급배관(109)에 설치된 유량조절밸브들을 각각 제어하여 상기 발전엔진부(103)가 요구하는 연료의 유량을 신속하게 공급할 수 있으므로, 선체를 효율적으로 추진시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)가 상기 연료전지부(102) 및 상기 연료저장탱크(105) 중 적어도 하나로부터 연료를 공급받을 수 있으므로, 상기 제2연료공급배관(107) 및 상기 제3연료공급배관(109) 중 어느 하나가 손상 내지 파손되어도 나머지 하나를 이용하여 연료를 공급받아서 전기를 생산하여 추진할 수 있다.

도 9 내지 도 11을 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 연료기화부(110)를 포함할 수 있다.

상기 연료기화부(110)는 상기 연료저장탱크(105)에 저장된 연료를 기화시키기 위한 것이다. 상기 연료기화부(110)는 상기 연료저장탱크(105) 내부에 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 연료저장탱크(105)에 저장된 연료를 기화시킬 수 있으면 상기 연료저장탱크(105)의 외부 또는 내외부에 걸쳐서 설치될 수도 있다. 상기 연료기화부(110)는 상기 연료저장탱크(105)에 저장된 연료에 직접 접촉되어서 상기 연료를 기화시킬 수 있다. 상기 연료기화부(110)는 상기 연료저장탱크(105)에 저장된 연료로부터 이격되어서 상기 연료저장탱크(105)를 가열하거나 상기 연료저장탱크(105) 내부에 있는 기체를 가열함으로써, 상기 연료저장탱크(105)에 저장된 연료를 간접 가열하여 연료를 기화시킬 수도 있다. 상기 연료기화부(110)는 히터와 같은 별도의 가열장치일 수 있으나, 열교환매체를 이용하는 열교환부일 수도 있다. 상기 연료기화부(110)가 열교환부일 경우, 상기 연료기화부(110)는 상기 연료전지부(102)에서 배출되는 배기가스의 폐열 및 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스의 폐열 중 적어도 하나를 열원으로 이용하여 상기 연료저장탱크(105)에 저장된 연료를 기화시킬 수 있다. 상기 연료전지부(102)에서 배출되는 배기가스는 상기 연료전지(21)의 공기극에서 배출되는 공기 및 연료극에서 배출되는 미반응연료 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 연료기화부(110)는 배관을 통해 상기 연료전지부(102)에 연결됨으로써, 상기 연료전지부(102)로부터 고온의 공기 또는 고온의 미반응연료를 공급받을 수 있다. 상기 연료기화부(110)는 배관을 통해 상기 발전엔진부(103)에 연결됨으로써, 상기 발전엔진부(103)로부터 고온의 배기가스를 공급받을 수 있다. 상기 연료기화부(110)는 상기 연료전지부(102)에 연결되는 배관과 상기 발전엔진부(103)에 연결되는 배관이 서로 연통되도록 결합됨으로써, 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103) 중 적어도 하나로부터 고온의 유체를 공급받을 수 있다. 상기 연료기화부(110)가 상기 연료저장탱크(105)에 저장된 연료를 기화시킴에 따라 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103)는 기체상태의 연료를 공급받을 수 있다. 예컨대, 상기 연료기화부(110)는 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103)가 NG(천연가스)를 공급받도록 상기 연료저장탱크(105)에 저장된 LNG(액화천연가스)를 기화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103) 중 적어도 하나에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 연료저장탱크(105)가 저장한 연료를 기화시킬 수 있으므로, 연료를 기화시키기 위한 별도의 가열장치를 생략할 수 있어서 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103)의 연료 공급에 대한 구축비용을 줄일 수 있다. 도시되지 않았지만, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102)와 상기 연료기화부(110)를 연결하는 배관, 및 상기 발전엔진부(103)와 상기 연료기화부(110)를 연결하는 배관 각각에 유체의 유량을 조절하는 유량조절밸브를 설치함으로써, 상기 연료기화부(110)에 공급되는 유체의 유량을 조절하여 상기 연료저장탱크(105)에서 기화되는 연료의 양을 조절할 수 있다. 상기 연료기화부(110)에 공급되는 유체의 유량이 많을수록 상기 연료저장탱크(105)에서 기화되는 연료의 양이 많을 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103)가 공급받는 천연가스의 유량을 조절함으로써, 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103)의 전기 생산량을 용이하게 조절할 수 있다.

도 12를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 제어부(111)를 포함할 수 있다.

상기 제어부(111)는 상기 연료전지부(102), 상기 발전엔진부(103), 상기 추진부(104) 및 상기 에너지저장부(108)를 제어하기 위한 것이다. 상기 제어부(111)는 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 상기 연료전지부(102), 상기 발전엔진부(103), 상기 추진부(104) 및 상기 에너지저장부(108)에 각각 연결될 수 있다. 상기 제어부(111)는 상기 선체가 운항하는 운항지역에 따라 상기 추진부(104)에 전기를 공급하는 전기공급원이 상이하도록 상기 연료전지부(102), 상기 발전엔진부(103), 상기 추진부(104) 및 상기 에너지저장부(108)를 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 제어부(111)는 상기 선체가 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)과 같은 유해물질의 배출이 제한되는 배출제한구역(ECA)을 운항할 경우, 상기 발전엔진부(103)의 가동을 중단시키고 상기 추진부(104)가 상기 연료전지부(102) 및 상기 에너지저장부(108) 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받아 상기 선체를 추진시키도록 상기 추진부(104)와 상기 연료전지부(102) 및 상기 에너지저장부(108)를 연결시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 선체의 외부로 배출되는 유해물질의 배출량을 최소화시킴으로써, 유해물질의 배출 제한을 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라 환경이 오염되는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 상기 제어부(111)는 상기 선체가 상기 유해물질의 배출에 제한이 없는 배출완화구역(Global)을 운항할 경우, 상기 추진부(104)가 상기 연료전지부(102), 상기 발전엔진부(103) 및 상기 에너지저장부(108) 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받아 선체를 추진시키도록 상기 추진부(104)와 상기 연료전지부(102), 상기 발전엔진부(103) 및 상기 에너지저장부(108)를 연결시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 추진부(104)가 상기 연료전지부(102), 상기 발전엔진부(103) 및 상기 에너지저장부(108) 모두로부터 전기를 공급받을 수 있으므로, 최대 출력으로 선체를 추진시킬 수 있어서 물품 및 사람의 이송시간을 단축시킬 수 있다. 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)은 상기 선체의 운항지역에 따라 상기 제어부(111)가 상기 추진부(104)의 전기공급원을 다양하게 조절할 수 있으므로, 운항지역에 최적화된 효율로 선체를 추진시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 13은 본 발명의 제2실시예에 따른 선박에서 복수개의 발전엔진 및 복수개의 발전기를 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 14는 본 발명의 제2실시예에 따른 선박에서 제1연료공급배관, 제2연료공급배관, 제3연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 15는 본 발명의 제2실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 17은 본 발명의 제2실시예에 따른 선박에서 예열부를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

도 13 내지 도 17을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)은 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 상기 발전엔진부(103)가 복수개의 발전엔진(1031) 및 상기 발전엔진(1031)들에 각각 연결되는 복수개의 발전기(1032)를 포함한다. 또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)은 예열부(112)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)에 있어서, 상기 복수개의 발전엔진(1031)은 상기 연료전지부(102) 및 상기 연료저장탱크(105)에 연결되어서 상기 연료전지부(102)의 미반응연료 및 상기 연료저장탱크(105)의 수소가 포함된 연료 중 적어도 하나를 공급받을 수 있다.

상기 복수개의 발전엔진(1031)은 일측이 상기 연료전지부(102) 및 상기 연료저장탱크(105)에 연결되고, 타측이 상기 복수개의 발전기(1032)에 연결될 수 있다. 상기 복수개의 발전엔진(1031)은 상기 연료전지부(102)에 대해 서로 병렬로 연결될 수 있다. 상기 복수개의 발전엔진(1031) 각각은 상기 제2연료공급배관(107)을 통해 상기 연료전지부(102)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수개의 발전엔진(1031)은 각각 상기 연료전지부(102)로부터 미반응연료를 공급받을 수 있다. 상기 복수개의 발전엔진(1031)은 상기 연료저장탱크(105)에 대해 서로 병렬로 연결될 수 있다. 상기 복수개의 발전엔진(1031) 각각은 상기 제3연료공급배관(109)을 통해 상기 연료저장탱크(105)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수개의 발전엔진(1031)은 각각 상기 연료저장탱크(105)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받을 수 있다. 상기 복수개의 발전엔진(1031)은 공급받은 미반응연료 및 수소가 포함된 연료를 공기와 함께 압축 연소시킴으로써, 상기 복수개의 발전기(1032)를 구동시키기 위한 구동력을 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)에서 상기 복수개의 발전엔진(1031) 각각은 상기 제2연료공급배관(107)을 통해 공급되는 미반응연료, 및 상기 제3연료공급배관(109)을 통해 공급되는 수소가 포함된 연료 중 적어도 하나를 이용하여 전기를 생산할 수 있으므로, 전체적인 전기 생산성을 높여서 선체의 추진 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 선체를 추진시키기 위한 예비전력 및 상기 수요처가 요구하는 예비전력을 충분히 확보할 수 있다.

둘째, 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)은 상기 복수개의 발전엔진(1031)을 상기 연료전지부(102) 및 상기 연료저장탱크(105)에 병렬로 연결시킴으로써, 상기 복수개의 발전엔진(1031) 중 어느 하나가 손상 내지 파손되어도 나머지 발전엔진(1031)들에 상기 연료전지부(102)의 미반응연료 및 상기 연료저장탱크(105)의 수소가 포함된 연료를 공급하여서 구동력을 발생시킬 수 있으므로 상기 추진부(104) 및 상기 수요처에 대한 전기 공급이 중단되는 것을 방지할 수 있다.

셋째, 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)은 상기 복수개의 발전엔진(1031)을 병렬로 배치함으로써, 상기 추진부(104) 및 수요처의 전기 수요량에 맞추어서 가동되는 발전엔진(1031)의 개수를 조절할 수 있으므로 효율적으로 전기를 생산할 수 있다.

상기 복수개의 발전기(1032)는 일측이 상기 복수개의 발전엔진(1031)에 각각 연결되고, 타측이 상기 추진부(104)에 연결될 수 있다. 상기 복수개의 발전기(1032)는 일측이 회전축, 기어 등과 같은 연결부재를 통해 상기 복수개의 발전엔진(1031)에 각각 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수개의 발전기(1032)는 각각 상기 복수개의 발전엔진(1031)으로부터 구동력을 제공받을 수 있다. 상기 복수개의 발전기(1032)는 타측이 케이블 등을 통해 상기 추진부(104)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수개의 발전기(1032)가 생산한 전기는 상기 추진부(104)에 공급될 수 있다. 상기 복수개의 발전기(1032)는 상기 추진부(104)에 대해 서로 병렬로 연결될 수 있다. 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)은 상기 복수개의 발전기(1032)를 상기 추진부(104)에 병렬로 연결시킴으로써, 상기 복수개의 발전기(1032) 중 어느 하나가 손상 내지 파손되어도 나머지 발전기(1032)들을 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)은 복수개의 발전엔진(1031) 및 복수개의 발전기(1032)를 이용하여 전기를 생산할 수 있으므로, 전기 생산성을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 어느 하나의 발전엔진(1031) 또는 어느 하나의 발전기(1032)가 손상 내지 파손되어도 전기 생산이 중단되는 것을 방지할 수 있다.

상기 복수개의 발전기(1032)는 케이블을 통해 상기 에너지저장부(108)에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 복수개의 발전기(1032)는 상기 에너지저장부(108)에 대해 서로 병렬로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수개의 발전기(1032)가 생산한 전기는 상기 에너지저장부(108)에 공급되어서 저장될 수 있다. 상기 복수개의 발전기(1032)는 전선, 케이블 등을 통해 상기 추진부(104)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수개의 발전기(1032)가 생산한 전기는 상기 추진부(104)에 공급되어서 선체를 추진시키는데 사용될 수 있다. 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)은 상기 복수개의 발전기(1032) 중 어느 하나가 손상 내지 파손되어도 나머지 발전기(1032)들을 이용하여 전기를 생산할 수 있으므로, 상기 에너지저장부(108)에 전기 공급이 중단되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 상기 추진부(104)에 의한 선체 추진이 중단되는 것을 방지할 수 있다. 상기 추진부(104)는 상기 연료전지부(102), 상기 발전기(1032)들 및 상기 에너지저장부(108) 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받아 구동하여 상기 선체를 추진시킬 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)가 복수개의 발전엔진(1031)을 포함하고 있으므로, 발전엔진(1031)이 한 개일 경우에 비해 상기 발전엔진(1031)들로부터 배출되는 배기가스의 양을 증대시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료기화부(110)에 공급되는 배기가스의 양을 증대시킬 수 있으므로, 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진(1031)들에 공급되는 연료의 양을 증대시켜서 전체적인 전기 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)에 있어서, 상기 제어부(111)는 상기 선체가 운항하는 운항지역에 따라 상기 추진부(104)에 전기를 공급하는 전기공급원이 상이하도록 상기 연료전지부(102), 상기 발전엔진부(103), 상기 에너지저장부(108) 및 상기 추진부(104)를 제어할 수 있다. 상기 제어부(111)는 상기 선체가 배출제한구역(ECA)을 운항할 경우, 상기 추진부(104)가 상기 연료전지부(102) 및 상기 에너지저장부(108) 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받아 선체를 추진시키도록 상기 연료전지부(102) 및 상기 에너지저장부(108)를 상기 추진부(104)에 연결할 수 있다. 상기 제어부(111)는 상기 선체가 배출완화구역(Global)을 운항할 경우, 상기 추진부(104)가 상기 연료전지부(102), 상기 발전엔진부(103) 및 상기 에너지저장부(108) 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받아 선체를 추진시키도록 상기 연료전지부(102), 상기 발전엔진부(103) 및 상기 에너지저장부(108)를 상기 추진부(104)에 연결시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)은 상기 선체의 운항지역에 따라 상기 제어부(111)가 상기 추진부(104)의 전기공급원을 다양하게 조절할 수 있으므로, 운항지역에 최적화된 효율로 선체를 추진시킬 수 있어서 연비를 절감할 수 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)은 예열부(112)를 포함할 수 있다. 상기 예열부(112)는 연료전지(21)가 가동하기 전에 상기 연료전지(21)의 온도를 최적의 상태로 미리 높여놓기 위한 것이다. 상기 복수개의 발전엔진(1031)은 상기 제3연료공급배관(109)을 통해 상기 연료저장탱크(105)로부터 연료를 공급받아서 작동될 수 있으므로, 고온의 배기가스를 배출시킬 수 있다. 따라서, 상기 예열부(112)는 상기 복수개의 발전엔진(1031)에서 배출되는 배기가스를 열원으로 상기 연료전지(21)가 위치하는 곳. 예컨대, 핫박스(Hot Box) 내부의 공기를 가열시킴으로써, 상기 연료전지(21)의 온도를 가동이 최적화된 상태로 높여놓을 수 있다. 상기 고온의 배기가스는 관로를 통해 상기 핫박스로 이동될 수 있다. 상기 예열부(112)는 상기 핫박스 내부에 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 연료전지(21)의 온도를 높일 수 있으면 상기 핫박스의 외부 등 다른 위치에 설치될 수도 있다. 상기 예열부(112)가 상기 핫박스의 외부에 설치될 경우, 상기 예열부(112)는 상기 핫박스 내부의 공기와 상기 배기가스를 열교환시킴으로써, 상기 핫박스 내부의 공기를 가열시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102)가 가동되기 전에 상기 발전엔진(1031)들의 배기가스를 이용하여 상기 연료전지부(102)의 내부 온도를 최적의 상태로 미리 예열시킬 수 있으므로, 상기 연료전지부(102)가 전기를 생산하기까지 걸리는 시간을 단축시킬 수 있어서 신속하게 전기 생산량을 최대치까지 끌어올릴 수 있다. 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(100)에 있어서, 상기 제어부(111)는 상기 예열부(112)에 의해 상기 연료전지부(102)의 온도가 최적의 상태로 높여져서 상기 연료전지부(102)가 가동되면 상기 예열부(112)로 공급되는 발전엔진부(103)의 배기가스를 차단하고, 상기 발전엔진부(103)의 배기가스가 상기 연료기화부(110)로 공급되도록 상기 발전엔진부(103) 배기가스의 이동 경로를 전환시킬 수 있다. 상기 제어부(111)는 상기 발전엔진부(103)와 상기 예열부(112)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브, 및 상기 발전엔진부(103)와 상기 연료기화부(110)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브를 각각 제어함으로써, 상기 발전엔진부(103) 배기가스의 이동 경로를 전환시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 18은 본 발명의 제3실시예에 따른 선박에서 개질기를 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 19는 본 발명의 제3실시예에 따른 선박에서 제1연료공급배관, 제2연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 20은 본 발명의 제3실시예에 따른 선박에서 제3연료공급배관을 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 21은 본 발명의 제3실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 22는 본 발명의 제3실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 18 내지 도 22를 참고하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)은 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)에서 개질기(113)를 더 포함한다.

상기 개질기(113)는 상기 연료전지부(102)에 수소가 포함된 연료를 공급하도록 상기 연료저장탱크(105)로부터 연료를 공급받아 개질시키기 위한 것이다. 이 경우, 상기 개질기(113)가 상기 연료저장탱크(105)로부터 공급받는 연료는 LPG 또는 LPG가 기화된 가스일 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 상기 개질기(113)는 상기 연료저장탱크(105)와 상기 연료전지부(102) 사이에 위치하도록 상기 연료저장탱크(105)와 상기 연료전지부(102)에 각각 결합될 수 있다. 상기 개질기(113)는 상기 연료저장탱크(105)와 상기 연료전지부(102)를 연결하는 제1연료공급배관(106)에 설치될 수 있다. 따라서, 상기 개질기(113)는 상기 연료저장탱크(105)로부터 공급되는 연료를 개질시켜서 상기 연료전지부(102)에 공급할 수 있다. 본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료저장탱크(105)로부터 공급되는 연료를 상기 개질기(113)가 개질시켜서 상기 연료전지부(102)에 공급함으로써, 상기 연료전지부(102)에 공급되는 연료에 포함된 수소의 농도를 증대시킬 수 있으므로 상기 연료전지부(102)의 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 개질기(113)는 상기 본 발명에 따른 선박(1)의 개질기(22c)와 구성 및 작용 효과가 동일하다. 따라서, 상기 개질기(113)에 대한 구체적인 설명은 생략하고 차이점에 대해서만 설명하기로 한다. 본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)에 있어서, 상기 개질기(113)는 연료를 거의 수소(H₂)로만 전환시키는 개질기(이하, '수소개질기'라 함)일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 연료를 수소(H₂)와 메탄(CH₄) 등으로 전환시키는 개질기(이하, '제1개질기'라 함)일 수도 있다. 상기 수소개질기는 연료를 수소로만 전환시키는 완전 개질에 가깝기 때문에 상기 제1개질기에 비해 크기가 크다. 따라서, 상기 제1개질기는 상기 수소개질기에 비해 콤팩트화 또는 모듈화되어 선박의 공간확보가 용이하다. 그러므로, 본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)은 공간 확보가 어려울 경우에는 상기 제1개질기를 이용하여 연료를 개질시키고, 공간 확보가 용이할 경우에는 상기 수소개질기를 이용하여 연료를 개질시키는 것이 바람직하다. 상기 제1개질기는 촉매개발 및 운전조건 최적화 등을 통하여 상기 수소개질기에 비해 저온 영역에서 운전이 가능하도록 구현될 수 있다. 상기 제1개질기는 공급되는 연료. 즉, 소스가스의 유량 조절, 및 제1개질기 내부의 온도 조절을 통해 연료전지(21)로 공급되는 연료의 수소(H₂) 및 메탄(CH₄)의 농도 조절이 가능하다. 또한, 상기 제1개질기는 메탄가(Methane Number)를 최적화하여 수소개질기 대비 스팀(H₂O)의 사용량을 저감시킬 수 있다. 상기 개질기는 반응속도가 거의 일정하기 때문에 상기 연료전지(21)나 상기 발전엔진부(103)에 공급되는 연료의 양이 거의 일정하다. 따라서, 상기 개질기는 엔진의 부하가 낮은 경우에는 문제가 없으나, 엔진의 부하가 갑자기 높아지는 경우에 연료의 양을 급격하게 증가시킬 수 없는 문제가 있다. 상기 제1개질기는 엔진 로드에 따라 부하가 변동되도록 운전할 수 있다. 상기 제1개질기는 상기 연료전지(21) 또는 상기 발전엔진부(103)에 직접 결합되게 설치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)은 상기 제1개질기에서 상기 연료전지(21) 또는 상기 발전엔진부(103)까지 개질가스를 이동시키는 이동거리를 줄임으로써, 개질가스를 신속하게 상기 연료전지(21) 및 상기 발전엔진부(103)에 공급할 수 있다. 상기 제1개질기는 엔진의 저부하 시에는 위에서 설명한 것처럼 일정한 반응속도에 따라 연료를 공급할 수 있다. 상기 제어부는 엔진의 고부하 시 상기 제1개질기에 공급되는 연료. 즉, 소스가스의 유량을 증가시키고, 및 제1개질기 내부의 온도를 증가시켜 반응속도를 증가시킴으로써, 상기 연료전지(21) 또는 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 연료의 양을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)은 선체에 상기 제1개질기를 설치함으로써, 상기 수소개질기를 설치한 경우보다 추진 효율을 향상시킬 수 있다. 이하에서는 상기 제1개질기를 개질기(113)라 한다.

상기 개질기(113)는 상기 본 발명에 따른 선박(1)의 원료처리부(22a)로부터 공급되는 전처리된 원료 및 상기 원료수처리부(22b)로부터 공급되는 스팀(H₂O)의 개질반응을 진행하여 수소(H₂)를 포함하는 개질가스를 발생시킨다. 이러한 개질반응을 진행함에 있어서, 상기 개질기(113)는 연소기(22d)에서 제공되는 열 에너지, 상기 연료전지부(102)에서 배출되는 배기가스의 폐열, 및 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스의 폐열 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 상기 연소기(22d)는 상기 연료저장탱크(105)로부터 연료를 공급받아 연소시킴으로써, 상기 개질기(113)에 열 에너지를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)은 상기 개질기(22c)를 가열하기 위한 별도의 가열장치를 설치하지 않아도 되므로, 상기 연료저장탱크(105)로부터 공급되는 연료를 개질시키기 위한 비용을 절감할 수 있다.

본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)에 있어서, 상기 발전엔진부(103)는 상기 연료전지부(102)에서 공급되는 미반응연료를 이용하여 상기 추진부(104) 및 상기 수요처가 사용하기 위한 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102)에서 배출되는 미반응연료를 상기 발전엔진부(103)가 재사용함으로써, 상기 미반응연료가 상기 발전엔진부(103)를 거치지 않고 외부로 배출되는 경우에 비해 상기 미반응연료에 포함된 수소(H₂)와 메탄(CH₄)이 외부로 배출되는 배출량을 감소시킬 수 있으므로 환경이 오염되는 것을 더 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)은 상기 미반응연료에 포함된 수소(H₂)와 메탄(CH₄)을 처리하기 위한 별도의 처리시설을 설치할 필요가 없으므로, 전기를 생산하는데 드는 구축비용을 절감할 수 있다.

본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)에 있어서, 상기 발전엔진부(103)는 상기 제2연료공급배관(107)을 통해 공급되는 상기 연료전지부(102)의 미반응연료 및 상기 제3연료공급배관(109)을 통해 공급되는 상기 연료저장탱크(105)의 연료 중 적어도 하나를 이용하여 상기 추진부(104) 및 상기 수요처가 사용하기 위한 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103) 중 어느 하나가 손상 내지 파손되더라도 나머지 하나를 이용하여 전기를 생산할 수 있으므로, 선체의 추진이 중단되거나 상기 수요처가 사용하는 전기의 공급이 중단되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)가 상기 연료전지부(102)의 미반응연료 및 상기 연료저장탱크(105)의 연료를 모두 이용하여 전기를 생산할 수 있으므로, 전체적인 전기 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)에 있어서, 상기 연료전지부(102)와 상기 개질기(113)를 연결하는 배관, 상기 발전엔진부(103)와 상기 개질기(113)를 연결하는 배관, 상기 연료전지부(102)와 상기 연료기화부(110)를 연결하는 배관, 및 상기 발전엔진부(103)와 상기 연료기화부(110)를 연결하는 배관은 서로 연통되도록 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지부(102)와 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스는 상기 연료기화부(110) 및 상기 개질기(113) 중 적어도 하나로 공급되어서 연료를 기화시키거나 연료를 개질시키는 열원으로 사용될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제4실시예에 따른 선박(100)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 23은 본 발명의 제4실시예에 따른 선박에서 개질기를 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 24는 본 발명의 제4실시예에 따른 선박에서 제1연료공급배관, 제2연료공급배관, 제3연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 25는 본 발명의 제4실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 26은 본 발명의 제4실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 27은 본 발명의 제4실시예에 따른 선박에서 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 23 내지 도 27을 참고하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 선박(100)은 상기 본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 상기 개질기(113)가 상기 연료전지부(102) 뿐만 아니라 상기 발전엔진부(103)에도 수소가 포함된 연료를 공급하도록 상기 연료저장탱크(105)로부터 연료를 공급받아 개질시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 제4실시예에 따른 선박(100)은 상기 본 발명의 제3실시예에 따른 선박(100)에서 예열부(112)를 더 포함할 수 있다.

상기 개질기(113)는 일측이 상기 연료저장탱크(105)에 연결되고, 타측이 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103)에 연결될 수 있다. 상기 개질기(113)는 상기 제1연료공급배관(106)에 설치됨으로써, 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 연료전지부(102)로 공급되는 연료를 개질시킬 수 있다. 상기 개질기(113)는 상기 제3연료공급배관(109)에 설치됨으로써, 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 발전엔진부(9)로 공급되는 연료를 개질시킬 수 있다. 즉, 상기 개질기(113)는 상기 제1연료공급배관(106) 및 상기 제3연료공급배관(109)에 설치됨으로써, 상기 연료저장탱크(105)에서 공급되는 연료를 개질시켜서 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103) 각각으로 개질시킨 연료를 공급할 수 있다. 상기 개질기(113)는 상기 제1연료공급배관(106) 및 상기 제3연료공급배관(109)을 통해 공급되는 연료를 개질시키도록 상기 제1연료공급배관(106) 및 상기 제3연료공급배관(109)에 걸쳐서 설치될 수 있다. 상기 연료저장탱크(105)와 상기 개질기(113)를 연결하는 제1연료공급배관(106) 및 제3연료공급배관(109)은 서로 연통되도록 결합되어서 하나의 배관으로 구현될 수도 있다. 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103)가 상기 개질기(113)로부터 공급받는 연료에는 수소(H₂)와 메탄(CH₄)이 포함될 수 있다. 상기 개질기(113)는 상기 본 발명의 제3실시예처럼 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103) 중 적어도 하나에서 배출되는 배기가스를 열원으로 상기 연료저장탱크(105)에서 공급되는 연료를 개질시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 발전엔진부(103)는 상기 연료전지부(102)에서 공급되는 미반응연료, 및 상기 개질기(113)에서 공급되는 개질된 연료 중 적어도 하나를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제4실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102) 뿐만 아니라, 상기 발전엔진부(103)에 공급되는 연료에 포함된 수소의 농도를 증대시킬 수 있으므로, 상기 연료전지부(102) 및 상기 발전엔진부(103) 각각의 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 예열부(112)는 연료전지(21)가 가동하기 전에 상기 연료전지(21)의 온도를 최적의 상태로 미리 높여놓기 위한 것이다. 상기 발전엔진부(103)는 상기 연료전지부(102)가 작동되지 않을 경우, 상기 제3연료공급배관(109)을 통해 상기 연료저장탱크(105)로부터 연료를 공급받아서 작동될 수 있으므로, 고온의 배기가스를 배출시킬 수 있다. 따라서, 상기 예열부(112)는 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스를 열원으로 상기 연료전지(21)가 위치하는 곳. 예컨대, 핫박스(Hot Box) 내부의 공기를 가열시킴으로써, 상기 연료전지(21)의 온도를 가동에 최적화된 상태로 높여놓을 수 있다. 상기 고온의 배기가스는 관로를 통해 상기 핫박스로 이동될 수 있다. 상기 예열부(112)는 상기 연료전지(21)로부터 이격된 위치에서 상기 핫박스 내부에 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 연료전지(21)의 온도를 높일 수 있으면 상기 핫박스의 외부 등 다른 위치에 설치될 수도 있다. 상기 예열부(112)가 상기 핫박스의 외부에 설치될 경우, 상기 예열부(112)는 상기 핫박스 내부의 공기와 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스를 열교환시킴으로써, 상기 핫박스 내부의 공기를 가열시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제4실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102)가 가동되기 전에 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스를 이용하여 상기 연료전지부(102)의 내부 온도를 최적의 상태로 미리 예열시킬 수 있으므로, 상기 연료전지부(102)가 전기를 생산하기까지 걸리는 시간을 단축시킬 수 있어서 신속하게 전기 생산량을 최대치까지 끌어올릴 수 있다. 본 발명의 제4실시예에 따른 선박(100)에 있어서, 상기 제어부(111)는 상기 예열부(112)에 의해 상기 연료전지부(102)의 온도가 최적의 상태로 높여져서 상기 연료전지부(102)가 가동되면 상기 예열부(112)로 공급되는 발전엔진부(103)의 배기가스를 차단하고, 상기 발전엔진부(103)의 배기가스가 상기 연료기화부(110)로 공급되도록 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스의 이동 경로를 전환시킬 수 있다. 상기 제어부(111)는 상기 발전엔진부(103)와 상기 예열부(112)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브, 및 상기 발전엔진부(103)와 상기 연료기화부(110)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브를 각각 제어함으로써, 상기 발전엔진부(103) 배기가스의 이동 경로를 전환시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제4실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스를 상기 예열부(112) 및 상기 연료기화부(110) 중 적어도 하나로 공급하여서 상기 연료전지부(102) 및 상기 연료저장탱크(105)를 가열하는 가열매체로 이용함으로써, 외부로 배출되는 상기 발전엔진부(103)의 배기가스 온도를 낮출 수 있으므로 높은 온도의 배기가스가 외부로 배출되는 경우에 비해 환경이 오염되는 것을 더 방지할 수 있다.

본 발명의 제4실시예에 따른 선박(100)에 있어서, 상기 연료전지부(102)와 상기 개질기(113)를 연결하는 배관, 상기 발전엔진부(103)와 상기 개질기(113)를 연결하는 배관, 상기 연료전지부(102)와 상기 연료기화부(110)를 연결하는 배관, 상기 발전엔진부(103)와 상기 연료기화부(110)를 연결하는 배관, 및 상기 발전엔진부(103)와 상기 예열부(112)를 연결하는 배관은 서로 연통되도록 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지부(102)와 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스는 상기 연료기화부(110), 상기 예열부(112) 및 상기 개질기(113) 중 적어도 하나로 공급되어서 연료를 기화시키거나 연료를 개질시키거나 연료전지(12)를 예열시키는 열원으로 사용될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제5실시예에 따른 선박(100)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 28은 본 발명의 제5실시예에 따른 선박에서 재공급부를 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 29는 본 발명의 제5실시예에 따른 선박에서 제3연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 30은 본 발명의 제5실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 31은 본 발명의 제5실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 32는 본 발명의 제5실시예에 따른 선박에서 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 28 내지 도 32를 참고하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 선박(100)은 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)에서 재공급부(114) 및 예열부(112)를 더 포함한다.

상기 재공급부(114)는 상기 발전엔진부(103)에서 요구하는 미반응연료의 유량을 초과하는 잉여연료를 상기 연료전지부(102)로 재공급하기 위한 것이다. 상기 재공급부(114)는 재공급배관(1141) 및 재공급밸브(1142)를 포함할 수 있다. 상기 재공급배관(1141)은 일측이 상기 연료저장탱크(105)와 상기 연료전지부(102)를 연결하는 제1연료공급배관(106)에 연통되도록 결합되고, 타측이 상기 연료전지부(102)와 상기 발전엔진부(103)를 연결하는 제2연료공급배관(107)에 연통하도록 결합될 수 있다. 상기 재공급배관(1141)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 이에 따라, 상기 제2연료공급배관(107)을 통해 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료는 상기 재공급배관(1141)을 통해 상기 제1연료공급배관(106)으로 공급됨으로써, 상기 연료전지부(102)로 다시 공급될 수 있다. 상기 재공급배관(1141)을 통해 상기 연료전지부(102)로 재공급되는 미반응연료는 상기 연료전지부(102)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료의 일부 또는 전부일 수 있다. 예컨대, 본 발명의 제5실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료의 유량이 상기 발전엔진부(103)에서 요구하는 미반응연료의 유량을 초과하면, 초과하는 잉여연료를 상기 재공급배관(1141)을 통해서 상기 연료전지부(102)로 재공급할 수 있다. 이 경우, 상기 재공급배관(1141)을 통해 상기 연료전지부(102)로 재공급되는 미반응연료는 상기 연료전지부(102)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료의 일부일 수 있다. 예컨대, 본 발명의 제5실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)가 손상 내지 파손되었을 경우, 상기 연료전지부(102)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료 전부를 상기 재공급배관(1141)을 통해서 상기 연료전지부(102)로 재공급되도록 할 수 있다.

상기 재공급밸브(1142)는 상기 재공급배관(1141)을 개폐하기 위한 것이다. 상기 재공급밸브(1142)는 상기 재공급배관(1141)에 설치되고 상기 재공급배관(1141)의 유로가 개방되는 크기를 조절함으로써, 상기 재공급배관(1141)을 개폐할 수 있다. 상기 재공급밸브(1142)는 상기 재공급배관(1141)의 유로가 개방되는 크기를 조절함으로써, 상기 제2연료공급배관(107)에서 상기 제1연료공급배관(106)으로 공급되는 미반응연료의 유량을 조절할 수도 있다. 상기 재공급밸브(1142)는 상기 제어부(111)에 의해 제어될 수 있다. 상기 제어부(111)는 상기 발전엔진부(103)에서 요구하는 미반응연료의 유량이 기설정된 기준미반응연료유량을 초과하면, 상기 재공급배관(1141)이 폐쇄되도록 상기 재공급밸브(1142)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지부(102)에서 배출되는 미반응연료는 전부 상기 발전엔진부(103)로 공급될 수 있다. 즉, 잉여연료는 발생하지 않는다. 상기 제어부(111)는 상기 발전엔진부(103)에서 요구하는 미반응연료의 유량이 기설정된 기준미반응연료유량 이하이면, 상기 재공급배관(1141)이 개방되도록 상기 재공급밸브(1142)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지부(102)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료 중 일부 또는 전부는 상기 재공급부(114)를 통해서 상기 연료전지부(102)로 공급될 수 있다. 상기 기준미반응연료유량은 엔진의 부하 또는 상기 선체가 운항하는 운항지역에 따라 상기 발전엔진부(103)가 최적의 효율로 전기를 생산할 수 있는 미반응연료의 유량을 의미하며, 작업자에 의해 미리 설정될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 제5실시예에 따른 선박(100)은 상기 선체가 배출제한구역(ECA)에서 운항하면, 상기 발전엔진부(103)의 부하가 최저이므로 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료의 유량이 작아지도록 상기 재공급배관(1141)을 개방할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제5실시예에 따른 선박(100)은 상기 배출제한구역(ECA)에서 유해물질의 배출을 최소화시키면서, 최적의 효율로 운항할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 제5실시예에 따른 선박(100)은 상기 선체가 배출완화구역(Global)에서 운항하면, 상기 발전엔진부(103)의 부하가 최고이므로 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료의 유량이 커지도록 상기 재공급배관(1141)을 폐쇄할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제5실시예에 따른 선박(100)은 상기 배출완화구역(Global)에서 최고 운항 속력으로 항해하여 물건 및 사람의 이송시간을 단축시킬 수 있다.

본 발명의 제5실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)에서 요구하는 미반응연료의 유량을 초과하는 잉여연료를 상기 연료전지부(102)로 재공급하도록 구현됨으로써, 상기 연료전지부(102)에 공급되는 연료의 유량을 줄일 수 있어서 전기 생산에 대한 운영비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명의 제5실시예에 따른 선박(100)은 상기 잉여연료를 외부로 배출하지 않고 상기 재공급부(114)를 통해 재사용할 수 있으므로, 상기 잉여연료에 포함된 수소(H₂) 및 메탄(CH₄)을 줄이기 위한 별도의 처리시설을 설치할 필요가 없으므로 유해물질 배출 저감에 대한 구축비용을 절감할 수 있다.

상기 예열부(112)는 상기 연료전지(21)가 가동하기 전에 상기 연료전지(21)의 온도를 최적의 상태로 미리 높여놓기 위한 것이다. 상기 발전엔진부(103)는 상기 연료전지부(102)가 작동되지 않을 경우, 상기 제3연료공급배관(109)을 통해서 상기 연료저장탱크(105)로부터 연료를 공급받아서 작동될 수 있으므로, 고온의 배기가스를 배출시킬 수 있다. 따라서, 상기 예열부(112)는 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스를 열원으로 상기 연료전지(21)가 위치하는 곳. 예컨대, 핫박스(Hot Box) 내부의 공기를 가열시킴으로써, 상기 연료전지(21)의 온도를 가동에 최적화된 상태로 높여놓을 수 있다. 상기 고온의 배기가스는 배관을 통해 상기 핫박스로 이동될 수 있다. 상기 예열부(112)는 상기 연료전지(21)와 함께 상기 핫박스 내부에 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 연료전지(21)의 온도를 높일 수 있으면 상기 핫박스의 외부 등 다른 위치에 설치될 수도 있다. 상기 예열부(112)가 상기 핫박스의 외부에 설치될 경우, 상기 예열부(112)는 상기 핫박스 내부의 공기와 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스를 열교환시킴으로써, 상기 핫박스 내부의 공기를 가열시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제5실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102)가 가동되기 전에 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스를 이용하여 상기 연료전지부(102)의 내부 온도를 최적의 상태로 미리 예열시킬 수 있으므로, 상기 연료전지부(102)가 전기를 생산하기까지 걸리는 시간을 단축시킬 수 있어서 신속하게 전기 생산량을 최대치까지 끌어올릴 수 있다. 본 발명의 제5실시예에 따른 선박(100)에 있어서, 상기 제어부(111)는 상기 예열부(112)에 의해 상기 연료전지부(102)의 온도가 최적의 상태로 높여져서 상기 연료전지부(102)가 가동되면 상기 예열부(112)로 공급되는 발전엔진부(103)의 배기가스를 차단하고, 상기 발전엔진부(103)의 배기가스가 상기 연료기화부(110)로 공급되도록 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스의 이동 경로를 전환시킬 수 있다. 상기 제어부(111)는 상기 발전엔진부(103)와 상기 예열부(112)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브, 및 상기 발전엔진부(103)와 상기 연료기화부(110)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브를 각각 제어함으로써, 상기 발전엔진부(103) 배기가스의 이동 경로를 전환시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제5실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스를 상기 예열부(112) 및 상기 연료기화부(110) 중 적어도 하나로 공급하여서 상기 연료전지부(102) 및 상기 연료저장탱크(105)를 가열하는 가열매체로 이용함으로써, 외부로 배출되는 상기 발전엔진부(103)의 배기가스 온도를 낮출 수 있으므로 높은 온도의 배기가스가 외부로 배출되는 경우에 비해 환경이 오염되는 것을 더 방지할 수 있다. 본 발명의 제5실시예에 따른 선박(100)에 있어서, 상기 연료전지부(102)와 상기 연료기화부(110)를 연결하는 배관, 상기 발전엔진부(103)와 상기 연료기화부(110)를 연결하는 배관, 및 상기 발전엔진부(103)와 상기 예열부(112)를 연결하는 배관은 서로 연통되도록 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지부(102)와 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스는 상기 연료기화부(110) 및 상기 예열부(112) 중 적어도 하나로 공급되어서 연료를 기화시키거나 연료전지(12)를 예열시키는 열원으로 사용될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제6실시예에 따른 선박(100)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 33은 본 발명의 제6실시예에 따른 선박에서 수분제거부를 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 34는 본 발명의 제6실시예에 따른 선박에서 수분공급배관, 제3연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 35는 본 발명의 제6실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 36은 본 발명의 제6실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 33 내지 도 36을 참고하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 선박(100)은 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)에서 수분제거부(115), 수분공급배관(116) 및 예열부(112)를 더 포함한다. 상기 예열부(112)는 상기 본 발명의 제5실시예에 따른 선박(100)의 예열부(112)와 기능 및 효과가 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.

상기 수분제거부(115)는 상기 연료전지부(102)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료에 포함된 수분(H₂O)을 제거하기 위한 것이다. 상기 수분제거부(115)는 상기 연료전지부(102)와 상기 발전엔진부(103) 사이에 위치하도록 상기 연료전지부(102)와 상기 발전엔진부(103)에 각각 연결될 수 있다. 상기 수분제거부(115)는 상기 연료전지부(102)와 상기 발전엔진부(103)를 연결하는 제2연료공급배관(107)에 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 수분제거부(115)는 상기 연료전지부(102)로부터 미반응연료를 공급받아서 미반응연료에 포함된 수분을 제거한 후 상기 발전엔진부(103)로 수분이 제거된 미반응연료를 공급할 수 있다. 상기 수분제거부(115)는 컨덴서(Condenser)일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 미반응연료에 포함된 수분을 제거할 수 있으면 다른 장치일 수도 있다. 도시되지 않았지만, 상기 수분제거부(115)는 상기 연료저장탱크(105)가 저장하는 액화상태의 연료, 및 상기 미반응연료를 열교환시켜서 상기 미반응연료에 포함된 수분을 제거할 수도 있다. 이 경우, 상기 액화상태의 연료가 상기 미반응연료를 냉각시키는 냉매일 수 있다. 상기 액화상태의 연료는 LNG일 수 있다. 이에 따라, 상기 발전엔진부(103)는 수분이 제거된 미반응연료를 공급받을 수 있다. 따라서, 본 발명의 제6실시예에 따른 선박(100)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명의 제6실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)가 수분이 제거된 미반응연료를 공급받을 수 있으므로, 수분이 포함된 미반응연료를 공급받는 경우에 비해 연소효율을 더 향상시킬 수 있으므로 전기 생산량을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 연비향상에 따른 운영비용을 절감할 수 있다.

둘째, 본 발명의 제6실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)가 수분이 제거된 미반응연료를 공급받을 수 있으므로, 수분이 포함된 미반응연료를 공급받는 경우에 비해 상기 발전엔진부(103)의 내구성을 더 증대시킬 수 있어서 상기 발전엔진부(103)의 유지보수 및 교체 횟수 감소에 따른 유지보수비용을 절감할 수 있다.

셋째, 본 발명의 제6실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료저장탱크(105)에 저장된 연료를 냉매로 이용하여 상기 미반응연료에 포함된 수분을 제거할 수 있으므로, 상기 미반응연료에 포함된 수분을 제거하기 위한 별도의 냉각장치를 설치할 필요가 없어서 미반응연료에 포함된 수분을 제거하기 위한 구축비용을 절감할 수 있다.

상기 수분공급배관(116)은 상기 수분제거부(115)가 제거한 수분을 상기 연료전지부(102)로 공급하기 위한 것이다. 상기 수분공급배관(116)은 상기 수분제거부(115)와 상기 연료전지부(102)를 연결한다. 상기 수분공급배관(116)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 상기 수분공급배관(116)에는 상기 수분제거부(115)에서 상기 연료전지부(102)로 수분을 이동시키기 위한 이송력을 발생시키는 이송장치가 설치될 수 있다. 상기 이송장치는 압축기, 펌프, 임펠러 중 적어도 하나일 수 있다. 따라서, 상기 수분제거부(115)가 제거한 수분은 상기 수분공급배관(116)을 따라 상기 연료전지부(102)로 공급되어서 전기화학 반응에 사용될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 수분제거부(115)가 제거한 수분은 선체 내부의 유틸리티로 공급될 수 있다. 예컨대, 상기 수분제거부(115)가 제거한 수분은 선박에서 작업하는 작업자들의 온수로 사용되거나 선체의 내부를 가열하는 난방용으로 사용될 수 있다. 상기 수분제거부(115)가 제거한 수분은 폐열회수장치로 공급되어서 폐열을 회수하는데 사용될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 제6실시예에 따른 선박(100)은 외부로 버려질 수 있는 수분(H₂O)을 재사용함으로써, 자원이 낭비되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 전기 생산에 필요한 물을 생산하거나 저장하는데 사용되는 비용을 절감할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제7실시예에 따른 선박(100)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 37은 본 발명의 제7실시예에 따른 선박에서 발전엔진부가 연료전지부, 개질기 및 연료저장탱크로부터 연료를 공급받는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 38은 본 발명의 제7실시예에 따른 선박에서 제4연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 39는 본 발명의 제7실시예에 따른 선박에서 제1밸브, 제2밸브 및 제3밸브를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 40은 본 발명의 제7실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록, 도 41은 본 발명의 제7실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록이다.

도 37 내지 도 41을 참고하면, 본 발명의 제7실시예에 따른 선박(100)은 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)에서 개질기(113), 제4연료공급배관(117) 및 예열부(112)를 더 포함하고, 상기 발전엔진부(103)는 상기 연료전지부(102), 상기 연료저장탱크(105) 및 상기 개질기(113)에 병렬로 연결되어서 상기 연료전지부(102), 상기 연료저장탱크(105) 및 상기 개질기(113)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아 발전하는 것이다. 상기 예열부(112)는 상기 본 발명의 제5실시예에 따른 선박(100)의 예열부(112)와 기능 및 효과가 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.

상기 발전엔진부(103)는 상기 제2연료공급배관(107)을 통해 상기 연료전지부(102)에 연결될 수 있다. 상기 발전엔진부(103)는 상기 제3연료공급배관(109)을 통해 상기 연료저장탱크(105)에 연결될 수 있다. 상기 발전엔진부(103)는 상기 제4연료공급배관(117)을 통해 상기 개질기(113)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 발전엔진부(103)는 상기 연료전지부(102), 상기 연료저장탱크(105) 및 상기 개질기(113)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아서 전기를 생산할 수 있다.

상기 개질기(113)는 상기 발전엔진부(103)에 수소가 포함된 연료를 공급하도록 상기 연료저장탱크(105)로부터 연료를 공급받아 개질시키기 위한 것이다. 이 경우, 상기 개질기(113)가 상기 연료저장탱크(105)로부터 공급받는 연료는 LPG 또는 LPG가 기화된 가스일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 LNG 또는 LNG가 기화된 가스일 수도 있다. 상기 개질기(113)는 상기 연료저장탱크(105)와 상기 발전엔진부(103) 사이에 위치하도록 상기 연료저장탱크(105)와 상기 발전엔진부(103)에 각각 결합될 수 있다. 상기 개질기(113)는 상기 연료저장탱크(105)와 상기 발전엔진부(103)를 연결하는 제4연료공급배관(117)에 설치될 수 있다. 상기 제4연료공급배관(117)은 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 발전엔진부(103)로 수소가 포함된 연료를 공급하기 위한 것이다. 상기 제4연료공급배관(117)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 상기 제4연료공급배관(117)에는 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 발전엔진부(103)로 연료를 이동시키기 위한 이송력을 발생시키는 이송장치가 설치될 수 있다. 상기 이송장치는 압축기, 펌프, 임펠러 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 개질기(113)는 상기 제4연료공급배관(117)에 설치되어서 상기 연료저장탱크(105)로부터 연료를 공급받아 개질시킨 후 개질시킨 연료를 상기 발전엔진부(103)로 공급할 수 있다. 본 발명의 제7실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료저장탱크(105)로부터 공급되는 연료를 상기 개질기(113)가 개질시켜서 상기 발전엔진부(103)에 공급함으로써, 상기 발전엔진부(103)에 공급되는 수소의 농도를 증대시킬 수 있으므로 상기 발전엔진부(103)의 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 개질기(113)는 상기 본 발명에 따른 선박(1)의 개질기(22c)와 구성 및 작용 효과가 동일하다. 따라서, 상기 개질기(113)에 대한 구체적인 설명은 생략하고 차이점에 대해서만 설명하기로 한다. 본 발명의 제7실시예에 따른 선박(100)에 있어서, 상기 개질기(113)는 연료를 거의 수소(H₂)로만 전환시키는 개질기(이하, '수소개질기'라 함)일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 연료를 수소(H₂)와 메탄(CH₄) 등으로 전환시키는 개질기(이하, '제1개질기'라 함)일 수도 있다. 상기 수소개질기는 연료를 수소로만 전환시키는 완전 개질에 가깝기 때문에 상기 제1개질기에 비해 크기가 크다. 따라서, 상기 제1개질기는 상기 수소개질기에 비해 콤팩트화 또는 모듈화되어 선박의 공간확보가 용이하다. 상기 제1개질기는 촉매개발 및 운전조건 최적화 등을 통하여 상기 수소개질기에 비해 저온 영역에서 운전이 가능하도록 구현될 수 있다. 상기 제1개질기는 공급되는 연료. 즉, 소스가스의 유량 조절, 및 제1개질기 내부의 온도 조절을 통해 연료전지(21)로 공급되는 연료의 수소(H₂) 및 메탄(CH₄)의 농도 조절이 가능하다. 또한, 상기 제1개질기는 메탄가(Methane Number)를 최적화하여 수소개질기 대비 스팀(H₂O)의 사용량을 저감시킬 수 있다. 상기 개질기는 반응속도가 거의 일정하기 때문에 상기 연료전지(21)나 상기 발전엔진부(103)에 공급되는 연료의 양이 거의 일정하다. 따라서, 상기 개질기는 엔진의 부하가 낮은 경우에는 문제가 없으나, 엔진의 부하가 갑자기 높아지는 경우에 연료의 양을 급격하게 증가시킬 수 없는 문제가 있다. 상기 제1개질기는 엔진 로드에 따라 부하가 변동되도록 운전할 수 있다. 상기 제1개질기는 상기 발전엔진부(103)에 직접 결합되게 설치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제7실시예에 따른 선박(100)은 상기 제1개질기에서 상기 발전엔진부(103)까지 개질가스를 이동시키는 이동거리를 줄임으로써, 개질가스를 신속하게 상기 발전엔진부(103)에 공급할 수 있다. 상기 제1개질기는 엔진의 저부하 시에는 위에서 설명한 것처럼 일정한 반응속도에 따라 연료를 공급할 수 있다. 상기 제어부는 엔진의 고부하 시 상기 제1개질기에 공급되는 연료. 즉, 소스가스의 유량을 증가시키고, 및 제1개질기 내부의 온도를 증가시켜 반응속도를 증가시킴으로써, 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 연료의 양을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제7실시예에 따른 선박(100)은 선체에 상기 제1개질기를 설치함으로써, 상기 수소개질기를 설치한 경우보다 추진 효율을 향상시킬 수 있다. 이하에서는 상기 제1개질기를 개질기(113)라 한다.

상기 개질기(113)는 원료처리부(22a)로부터 공급되는 전처리된 원료 및 원료수처리부(22b)로부터 공급되는 스팀(H₂O)의 개질반응을 진행하여 수소(H₂)를 포함하는 개질가스를 발생시킨다. 이러한 개질반응을 진행함에 있어서, 상기 개질기(113)는 상기 연소기(22d)에서 제공되는 열 에너지, 상기 연료전지부(102)에서 배출되는 배기가스의 폐열, 및 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스의 폐열 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 상기 연소기(22d)는 상기 연료저장탱크(105)로부터 연료를 공급받아 연소시킴으로써, 상기 개질기(113)에 열 에너지를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제7실시예에 따른 선박(100)은 상기 개질기(113)를 가열하기 위한 별도의 가열장치를 설치하지 않아도 되므로, 상기 연료저장탱크(105)로부터 공급되는 연료를 개질시키기 위한 비용을 절감할 수 있다.

상기 발전엔진부(103)는 상기 연료전지부(102), 상기 연료저장탱크(105) 및 상기 개질기(113)에 병렬로 연결되어서 상기 연료전지부(102), 상기 연료저장탱크(105) 및 상기 개질기(113)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받을 수 있다. 따라서, 본 발명의 제7실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102), 상기 연료저장탱크(105) 및 상기 개질기(113) 중 어느 하나가 손상 내지 파손되어도 나머지로부터 수소가 포함된 연료를 공급받을 수 있으므로, 상기 발전엔진부(103)의 전기 생산이 중단되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 제7실시예에 따른 선박(100)은 제1밸브(118), 제2밸브(119) 및 제3밸브(120)를 더 포함할 수 있다.

상기 제1밸브(118)는 상기 연료전지부(102)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료의 유량을 조절하기 위한 것이다. 상기 제1밸브(118)는 상기 연료전지부(102)와 상기 발전엔진부(103) 사이에 위치하도록 상기 제2연료공급배관(107)에 설치될 수 있다. 상기 제1밸브(118)는 상기 제2연료공급배관(107)의 개도를 조절함으로써, 상기 연료전지부(102)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료의 유량을 조절할 수 있다. 상기 제1밸브(118)는 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 제어부(111)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1밸브(118)는 상기 제어부(111)에 의해 제어됨으로써, 상기 제2연료공급배관(107)의 개도를 조절하여 상기 연료전지부(102)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료의 유량을 조절할 수 있다.

상기 제2밸브(119)는 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 연료의 유량을 조절하기 위한 것이다. 상기 연료저장탱크(105)와 상기 발전엔진부(103) 사이에 위치하도록 상기 제3연료공급배관(109)에 설치될 수 있다. 상기 제2밸브(119)는 상기 제3연료공급배관(109)의 개도를 조절함으로써, 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 수소가 포함된 연료의 유량을 조절할 수 있다. 상기 제2밸브(119)는 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 제어부(111)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2밸브(119)는 상기 제어부(111)에 의해 제어됨으로써, 상기 제3연료공급배관(109)의 개도를 조절하여 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 연료의 유량을 조절할 수 있다.

상기 제3밸브(120)는 상기 개질기(113)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 연료의 유량을 조절하기 위한 것이다. 상기 연료는 수소(H₂)일 수 있으나, 수소(H₂) 및 메탄(CH₄)일 수도 있다. 상기 제3밸브(120)는 상기 개질기(113)와 상기 발전엔진부(103) 사이에 위치하도록 상기 제4연료공급배관(117)에 설치될 수 있다. 상기 제3밸브(120)는 상기 제4연료공급배관(117)의 개도를 조절함으로써, 상기 개질기(113)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 수소가 포함된 연료의 유량을 조절할 수 있다. 상기 제3밸브(120)는 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 제어부(111)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제3밸브(120)는 상기 제어부(111)에 의해 제어됨으로써, 상기 제4연료공급배관(117)의 개도를 조절하여 상기 개질기(113)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 연료의 유량을 조절할 수 있다.

상기 제어부(111)는 상기 발전엔진부(103)가 공급받는 연료의 가스 조성비가 상이하도록 상기 제1밸브(118), 상기 제2밸브(119) 및 상기 제3밸브(120)를 제어할 수 있다. 상기 제어부(111)는 가스농도측정기(미도시)로부터 상기 연료전지부(102), 상기 연료저장탱크(105) 및 상기 개질기(113)로부터 공급되는 연료의 가스 조성비 정보를 제공받을 수 있다. 상기 가스농도측정기는 상기 발전엔진부(103)가 공급받는 연료. 예컨대, 수소, 메탄 등의 농도를 측정할 수 있는 센서로, 상기 발전엔진부(103)에 연료가 공급되는 배관의 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 상기 제어부(111)는 상기 가스농도측정기가 측정한 연료의 가스들 중 폭발위험이 있는 가스의 농도가 높아지면, 폭발위험이 있는 가스의 농도가 감소되도록 상기 제1밸브(118), 상기 제2밸브(119) 및 상기 제3밸브(120)를 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 제2연료공급배관(107)을 통해 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 연료는 주성분이 수소와 메탄일 수 있다. 상기 제3연료공급배관(109)을 통해 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 연료는 주성분이 메탄일 수 있다. 상기 제4연료공급배관(117)을 통해 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 연료는 주성분이 수소일 수 있다. 이에 따라, 상기 제어부(111)는 상기 제1밸브(118), 상기 제2밸브(119) 및 상기 제3밸브(120)를 제어함으로써, 상기 발전엔진부(103)가 공급받는 연료에서 수소와 메탄 각각의 농도를 조절할 수 있다. 예컨대, 폭발위험이 있는 가스가 수소라고 할 경우, 상기 제어부(111)는 수소가 주성분인 연료가 공급되는 상기 제4연료공급배관(117)에 설치된 상기 제3밸브(120)를 제어하여 상기 제4연료공급배관(117)의 개도를 줄임으로써, 상기 발전엔진부(103)가 공급받는 연료에서 수소의 비율을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 제7실시예에 따른 선박(100)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명의 제7실시예에 따른 선박(100)은 상기 제1밸브(118), 상기 제2밸브(119) 및 상기 제3밸브(120)를 제어하여 상기 발전엔진부(103)가 공급받는 연료에서 폭발위험이 있는 가스의 농도를 낮출 수 있으므로, 상기 발전엔진부(103) 뿐만 아니라 전체 시스템의 안전성을 확보할 수 있다.

둘째, 본 발명의 제7실시예에 따른 선박(100)은 상기 제1밸브(118), 상기 제2밸브(119) 및 상기 제3밸브(120)를 제어하여 상기 발전엔진부(103)가 요구하는 최적의 가스 조성비를 조절할 수 있으므로, 상기 발전엔진부(103)가 최적의 효율로 전기를 생산하도록 하여 연비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 외부로 배출되는 유해물질의 양도 최소화시킬 수 있다.

셋째, 본 발명의 제7실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)에 공급되는 연료의 가스 조성비를 실시간으로 조절할 수 있으므로, 상기 발전엔진부(103)가 요구하는 최적의 가스 조성비에 신속하게 대응할 수 있어서 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 42는 본 발명의 제8실시예에 따른 선박에서 버퍼탱크를 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 43은 본 발명의 제8실시예에 따른 선박에서 제5연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 44는 본 발명의 제8실시예에 따른 선박에서 제1밸브, 제2밸브 및 제3밸브를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 45는 본 발명의 제8실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 46은 본 발명의 제8실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 42 내지 도 46을 참고하면, 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)은 상기 본 발명의 제7실시예에 따른 선박(100)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 상기 본 발명의 제7실시예에 따른 선박(100)에서 버퍼탱크(121) 및 제5연료공급배관(122)을 더 포함하고, 상기 발전엔진부(103)는 상기 버퍼탱크(121)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아 발전하는 것이다.

상기 버퍼탱크(121)는 상기 제2연료공급배관(107)을 통해 상기 연료전지부(102)에 연결될 수 있다. 상기 버퍼탱크(121)는 상기 제3연료공급배관(109)을 통해 상기 연료저장탱크(105)에 연결될 수 있다. 상기 버퍼탱크(121)는 상기 제4연료공급배관(117)을 통해 상기 개질기(113)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 버퍼탱크(121)는 상기 연료전지부(102), 상기 연료저장탱크(105) 및 상기 개질기(113)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아서 저장할 수 있다. 상기 버퍼탱크(121)는 상기 제5연료공급배관(122)을 통해 상기 발전엔진부(103)에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 발전엔진부(103)는 상기 버퍼탱크(121)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아서 전기를 생산할 수 있다.

상기 버퍼탱크(121)는 상기 발전엔진부(103)에 공급되는 연료를 저장하기 위한 것이다. 예컨대, 상기 버퍼탱크(121)는 상기 연료전지부(102)로부터 수소와 메탄이 포함된 미반응연료를 공급받고, 상기 개질기(113)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받으며, 상기 연료저장탱크(105)로부터 메탄이 포함된 연료를 공급받을 수 있다. 따라서, 상기 버퍼탱크(121)는 수소와 메탄이 포함된 미반응연료, 수소가 포함된 연료, 및 메탄이 포함된 연료가 혼합된 혼합연료를 저장할 수 있다. 상기 버퍼탱크(121)는 상기 제5연료공급배관(122)을 통해 상기 발전엔진부(103)에 연결됨으로써, 저장한 혼합연료를 상기 발전엔진부(103)에 공급할 수 있다. 상기 제5연료공급배관(122)은 상기 버퍼탱크(121)에서 상기 발전엔진부(103)로 수소가 포함된 혼합연료를 공급하기 위한 것이다. 상기 제5연료공급배관(122)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 상기 제5연료공급배관(122)에는 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 발전엔진부(103)로 연료를 이동시키기 위한 이송력을 발생시키는 이송장치가 설치될 수 있다. 상기 이송장치는 압축기, 펌프, 임펠러 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 버퍼탱크(121)는 내부가 비어있는 직방체 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 내부가 비어있는 구(球)형 등 다른 형태로 형성될 수도 있다. 상기 버퍼탱크(121)는 선체의 내부 또는 외부에 설치될 수 있지만, 상기 선체의 내부와 외부에 결쳐서 설치될 수도 있다. 상기 버퍼탱크(121)는 상기 발전엔진부(103)로부터 이격된 위치에 설치될 수 있으나, 상기 발전엔진부(103)와 일체로 형성될 수도 있다. 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료는 수소와 메탄일 수 있으나, 이산화탄소(CO₂), 수분(H₂O) 등 다른 기체가 포함될 수도 있다. 상기 버퍼탱크(121)에 저장한 연료에 이산화탄소(CO₂), 수분(H₂O)이 포함될 경우, 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)은 상기 버퍼탱크(121)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 연료에서 이산화탄소(CO₂)와 수분(H₂O)을 각각 제거하기 위한 이산화탄소 포집부 및 수분제거장치를 더 포함할 수 있다. 상기 버퍼탱크(121)는 액체상태, 기체상태, 액체와 기체가 혼합된 혼합상태 등 다양한 형태로 연료를 저장할 수 있다. 상기 버퍼탱크(121)에는 연료를 액화시키기 위한 액화설비, 연료를 기화시키기 위한 기화설비, 기화된 연료를 재액화시키기 위한 재액화설비 등이 설치될 수 있다. 상기 기화설비는 별도의 가열장치를 이용하여 상기 버퍼탱크(121)에 저장된 연료를 기화시킬 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 연료전지부(102)에서 배출되는 배기가스의 폐열 및 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스의 폐열 중 적어도 하나를 이용하여 상기 버퍼탱크(121)에 저장된 연료를 기화시킬 수도 있다. 이 경우, 상기 연료전지부(102)에서 배출되는 배기가스의 폐열 및 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스의 폐열이 가열매체가 될 수 있다. 상기 액화설비는 별도의 냉각장치를 이용하여 상기 버퍼탱크(121)에 저장된 연료를 액화시킬 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 연료저장탱크(105)에 저장된 LNG를 이용하여 상기 버퍼탱크(121)에 저장된 연료를 액화시킬 수도 있다. 이 경우, 상기 LNG가 냉각매체가 될 수 있다.

상기 발전엔진부(103)는 상기 제5연료공급배관(122)을 통해 상기 버퍼탱크(121)로부터 혼합연료를 공급받아서 전기를 생산할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)가 상기 버퍼탱크(121)로부터 가스 조성비가 일정한 혼합연료를 공급받아 전기를 생산할 수 있으므로, 상기 연료전지부(102), 상기 개질기(113) 및 상기 연료저장탱크(105) 각각으로부터 직접 연료를 공급받아 전기를 생산하는 경우에 비해 상기 발전엔진부(103)가 안정적으로 전기를 생산하도록 할 수 있다. 또한, 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)은 상기 버퍼탱크(121)에 저장된 혼합연료를 상기 발전엔진부(103)에 공급할 수 있으므로, 상기 연료전지부(102)의 전기화학 반응속도, 상기 개질기(113)의 반응속도에 상관없이 신속하게 상기 발전엔진부(103)에 혼합연료를 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)가 요구하는 출력에 신속하게 대응할 수 있으므로 상기 본 발명의 제7실시예에 비해 효율적으로 전기를 생산할 수 있다.

본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)은 제1밸브(118), 제2밸브(119), 제3밸브(120) 및 제어부(111)를 더 포함할 수 있다.

상기 제1밸브(118), 상기 제2밸브(119), 상기 제3밸브(120) 및 상기 제어부(111)는 상기 본 발명의 제7실시예에 따른 선박(100)의 제1밸브(118), 제2밸브(119), 제3밸브(120) 및 제어부(111)와 작용 및 효과가 동일하므로, 상기 제1밸브(118), 상기 제2밸브(119), 상기 제3밸브(120) 및 상기 제어부(111)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 하고, 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.

상기 제1밸브(118)는 상기 연료전지부(102)와 상기 버퍼탱크(121) 사이에 위치하도록 상기 제2연료공급배관(107)에 설치될 수 있다. 따라서, 상기 제1밸브(118)는 상기 연료전지부(102)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 미반응연료의 유량을 조절할 수 있다. 상기 미반응연료의 주성분은 수소와 메탄일 수 있다.

상기 제2밸브(119)는 상기 연료저장탱크(105)와 상기 버퍼탱크(121) 사이에 위치하도록 상기 제3연료공급배관(109)에 설치될 수 있다. 따라서, 상기 제2밸브(119)는 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 수소가 포함된 연료의 유량을 조절할 수 있다. 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 수소가 포함된 연료의 주성분은 메탄일 수 있다.

상기 제3밸브(120)는 상기 개질기(113)와 상기 버퍼탱크(121) 사이에 위치하도록 상기 제4연료공급배관(117)에 설치될 수 있다. 따라서, 상기 제3밸브(120)는 상기 개질기(113)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 수소가 포함된 연료의 유량을 조절할 수 있다. 상기 개질기(113)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 수소가 포함된 연료의 주성분은 수소일 수 있다.

상기 제어부(111)는 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료의 가스 조성비가 상이하도록 상기 제1밸브(118), 상기 제2밸브(119) 및 상기 제3밸브(120)를 제어할 수 있다. 상기 제어부(111)는 가스농도측정기(미도시)로부터 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료의 가스 조성비 정보를 제공받을 수 있다. 상기 가스농도측정기는 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료. 예컨대, 수소, 메탄 등의 농도를 측정할 수 있는 센서로, 상기 버퍼탱크(121)의 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 상기 제어부(111)는 상기 가스농도측정기가 측정한 연료의 가스들 중 폭발위험이 있는 가스의 농도가 높아지면, 폭발위험이 있는 가스의 농도가 감소되도록 상기 제1밸브(118), 상기 제2밸브(119) 및 상기 제3밸브(120)를 제어할 수 있다. 예컨대, 폭발위험이 있는 가스가 수소라고 할 경우, 상기 제어부(111)는 수소가 주성분인 연료가 공급되는 상기 제4연료공급배관(117)에 설치된 상기 제3밸브(120)를 제어하여 상기 제4연료공급배관(117)의 개도를 줄임으로써, 상기 버퍼탱크(121)에 공급되는 수소의 양을 줄일 수 있다. 따라서, 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료에서 수소의 비율을 낮출 수 있다. 그러므로, 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)은 상기 제1밸브(118), 상기 제2밸브(119) 및 상기 제3밸브(120)를 제어하여 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료에서 폭발위험이 있는 가스의 농도를 낮출 수 있으므로, 상기 버퍼탱크(121) 뿐만 아니라 전체 시스템의 안전성을 확보할 수 있다.

둘째, 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)은 상기 제1밸브(118), 상기 제2밸브(119) 및 상기 제3밸브(120)를 제어하여 상기 발전엔진부(103)가 요구하는 최적의 가스 조성비를 갖는 혼합연료를 상기 버퍼탱크(121)에 저장할 수 있으므로, 상기 발전엔진부(103)가 최적의 효율로 전기를 생산하도록 하여 연비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 외부로 배출되는 유해물질의 양도 최소화시킬 수 있다.

셋째, 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)은 상기 버퍼탱크(121)에 저장되는 연료의 가스 조성비를 실시간으로 조절할 수 있으므로, 상기 발전엔진부(103)가 요구하는 최적의 가스 조성비에 신속하게 대응할 수 있어서 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)은 필요한 출력에 따라 상기 버퍼탱크(121)에 저장되는 연료의 가스 조성비를 상이하게 할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)은 상기 버퍼탱크(121)에 공급되는 수소(H₂)의 양을 메탄(CH₄)의 양보다 증대시킴으로써, 상기 발전엔진부(103)의 전기 생산량을 증대시켜서 고출력으로 운항할 수 있다. 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)은 상기 버퍼탱크(121)에 공급되는 메탄(CH₄)의 양을 수소(H₂)의 양보다 증대시킴으로써, 상기 발전엔진부(103)의 전기 생산량을 줄여서 저출력으로 운항할 수도 있다. 상기 버퍼탱크(121)에 공급되는 수소(H₂)와 메탄(CH₄) 각각의 양은 상기 연료전지(21)의 반응속도, 상기 개질기(113)의 반응속도 등을 조절함으로써 조절할 수 있다. 상기 버퍼탱크에 공급되는 수소(H₂)와 메탄(CH₄) 각각의 양은 상기 제2밸브(119) 및 상기 제3밸브(120)를 각각 제어함으로써 조절할 수도 있다. 예컨대, 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)은 상기 제3연료공급배관(109)의 개도가 작아지고, 상기 제4연료공급배관(117)의 개도가 커지도록 상기 제2밸브(119) 및 상기 제3밸브(120)를 각각 제어함으로써, 상기 버퍼탱크(121)에 공급되는 수소(H₂)의 양을 메탄(CH₄)의 양보다 증대시킬 수 있다. 예컨대, 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)은 상기 제3연료공급배관(109)의 개도가 커지고, 상기 제4연료공급배관(117)의 개도가 작아지도록 상기 제2밸브(119) 및 상기 제3밸브(120)를 각각 제어함으로써, 상기 버퍼탱크(121)에 공급되는 메탄(CH₄)의 양을 수소(H₂)의 양보다 증대시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제9실시예에 따른 선박(100)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 47은 본 발명의 제9실시예에 따른 선박에서 수소농도측정부 및 유량조절부를 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 48은 본 발명의 제9실시예에 따른 선박에서 제4연료공급배관, 제5연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 49는 본 발명의 제9실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 50은 본 발명의 제9실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 47 내지 도 50을 참고하면, 본 발명의 제9실시예에 따른 선박(100)은 상기 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 상기 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)의 상기 제1밸브(118), 상기 제2밸브(119) 및 상기 제3밸브(120)를 제외하고, 수소농도측정부(123) 및 유량조절부(124)를 더 포함한다.

상기 수소농도측정부(123)는 상기 버퍼탱크(121)에 저장된 연료에서 수소(H₂)의 농도를 측정하기 위한 것이다. 상기 수소농도측정부(123)는 상기 버퍼탱크(121)의 외부에 설치되고 관로를 통해 상기 버퍼탱크(121)의 내부에 연결되어서 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료의 수소 농도를 측정할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 버퍼탱크(121)의 내부에 설치되어서 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료의 수소 농도를 측정할 수도 있다. 상기 수소농도측정부(123)는 상기 버퍼탱크(121)와 상기 발전엔진부(103)를 연결하는 제5연료공급배관(122)에 설치되어 상기 버퍼탱크(121)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 연료의 수소 농도를 측정함으로써, 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료의 수소 농도를 측정할 수도 있다. 상기 수소농도측정부(123)는 한 개가 설치될 수 있으나, 수소 농도 측정값의 신뢰성을 높이기 위해 복수개가 상기 버퍼탱크(121)의 서로 다른 위치에 연결되도록 설치될 수도 있다. 상기 수소농도측정부(123)는 상기 유량조절부(124)에 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 수소농도측정부(123)는 측정한 수소 농도 측정값을 상기 유량조절부(124)에 제공할 수 있다.

상기 유량조절부(124)는 개질기(113)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 연료의 유량을 조절하기 위한 것이다. 상기 개질기(113)가 상기 연료저장탱크(105)로부터 연료를 공급받아서 개질시킨 연료는 주성분이 수소(H₂)일 수 있다. 상기 유량조절부(124)는 상기 개질기(113)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 연료의 유량을 조절함으로써, 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료에 포함된 수소의 유량을 조절할 수 있다. 상기 유량조절부(124)는 상기 개질기(113)와 상기 버퍼탱크(121) 사이에 위치하도록 설치될 수 있다. 예컨대, 상기 유량조절부(124)는 상기 개질기(113)와 상기 버퍼탱크(121)를 연결하는 제4연료공급배관(117)에 설치될 수 있다. 상기 유량조절부(124)는 상기 제4연료공급배관(117)의 개도를 조절해서 상기 개질기(113)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 연료의 유량을 조절할 수 있다. 상기 유량조절부(124)는 밸브일 수 있다. 상기 유량조절부(124)는 상기 수소농도측정부(123)로부터 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료에 포함된 수소 농도 측정값을 제공받을 수 있다. 상기 유량조절부(124)는 상기 수소농도측정부(123)가 측정한 수소 농도가 기설정된 기준수소농도를 초과하면, 상기 개질기(113)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 연료의 유량을 감소시킬 수 있다. 상기 유량조절부(124)는 상기 제4연료공급배관(117)의 개도를 작게 함으로써, 상기 개질기(113)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 연료의 유량을 감소시킬 수 있다. 상기 기준수소농도는 상기 버퍼탱크(121)가 폭발하지 않는 수소의 농도를 의미하며, 작업자에 의해 미리 설정될 수 있다. 상기 기준수소농도는 상기 발전엔진부(103)의 내구성을 급격하게 저하시키지 않는 수소의 농도일 수도 있다. 따라서, 본 발명의 제9실시예에 따른 선박(100)은 상기 버퍼탱크(121)에 저장되는 연료에 포함된 수소의 농도를 감소시킬 수 있으므로, 상기 버퍼탱크(121)가 폭발하는 것을 방지하여 전체 시스템의 안전도를 보장할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 발전엔진부(103)에 공급되는 연료의 수소 농도가 과도하게 높아지는 것을 방지하여 상기 발전엔진부(103)의 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 상기 유량조절부(124)는 상기 수소농도측정부(123)가 측정한 수소 농도가 기설정된 기준수소농도 이하이면, 상기 개질기(113)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 연료의 유량을 증가시킬 수 있다. 상기 유량조절부(124)는 상기 제4연료공급배관(117)의 개도를 크게 함으로써, 상기 개질기(113)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 연료의 유량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제9실시예에 따른 선박(100)은 상기 버퍼탱크(121)에 저장되는 연료에 포함된 수소의 농도를 증가시킬 수 있으므로, 상기 발전엔진부(103)에 공급되는 연료의 수소 농도를 증가시킬 수 있어서 연료의 수소 농도가 기준수소농도 미만일 경우에 비해 상기 발전엔진부(103)가 효율적으로 전기를 생산하도록 할 수 있다. 또한, 본 발명의 제9실시예에 따른 선박(100)은 상기 수소농도측정부(123) 및 상기 유량조절부(124)를 통해 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료의 수소 농도를 적정한 수준으로 유지시킬 수 있으므로, 상기 발전엔진부(103)가 농도가 일정한 연료를 이용하여 안정적으로 전기를 생산하도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제9실시예에 따른 선박(100)의 상기 추진부(104) 및 상기 수요처는 상기 발전엔진부(103)로부터 안정적으로 전기를 공급받아 사용할 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 유량조절부(124)는 상기 제어부(111)에 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나를 통해 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제어부(111)는 상기 유량조절부(124)를 제어하여 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료의 수소 농도를 조절함으로써, 상기 발전엔진부(103)가 생산하는 전기의 양을 조절할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제10실시예에 따른 선박(100)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 51은 본 발명의 제10실시예에 따른 선박에서 온도측정부 및 스프레이노즐을 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 52는 본 발명의 제10실시예에 따른 선박에서 제4연료공급배관, 제5연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 53은 본 발명의 제10실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 54는 본 발명의 제10실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 51 내지 도 54를 참고하면, 본 발명의 제10실시예에 따른 선박(100)은 상기 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 상기 본 발명의 제8실시예에 따른 선박(100)의 상기 제1밸브(118), 상기 제2밸브(119) 및 상기 제3밸브(120)를 제외하고, 온도측정부(125) 및 스프레이노즐(126)을 더 포함한다.

상기 온도측정부(125)는 상기 버퍼탱크(121)에 저장된 연료의 온도를 측정하기 위한 것이다. 상기 온도측정부(125)는 온도센서일 수 있다. 상기 온도측정부(125)는 상기 버퍼탱크(121)의 내부에 설치되어 상기 연료의 온도를 측정할 수 있다. 상기 온도측정부(125)는 상기 버퍼탱크(121)의 외부에 설치되어 상기 연료의 온도를 측정할 수도 있다. 이 경우, 본 발명의 제10실시예에 따른 선박(100)은 상기 버퍼탱크(121)가 저장한 연료의 샘플을 채취하기 위한 샘플채취부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 온도측정부(125)는 상기 샘플채취부에 연결되어 상기 샘플채취부로 공급되는 연료의 온도를 측정할 수 있다. 상기 온도측정부(125)는 상기 버퍼탱크(121)와 상기 발전엔진부(103)를 연결하는 제5연료공급배관(122)에 설치되어 상기 버퍼탱크(121)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 연료의 온도를 측정함으로써, 상기 버퍼탱크(121)에 저장된 연료의 온도를 간접 측정할 수도 있다. 상기 온도측정부(125)는 한 개가 설치될 수 있으나, 연료 온도 측정값의 신뢰성을 높이기 위해 복수개가 상기 버퍼탱크(121)의 서로 다른 위치에 설치될 수도 있다. 상기 온도측정부(125)는 상기 스프레이노즐(126)에 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 온도측정부(125)는 상기 버퍼탱크(121)가 저장한 연료의 온도 측정값을 상기 스프레이노즐(126)에 제공할 수 있다.

상기 스프레이노즐(126)은 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 연료를 액체(Liquid)상태 또는 기체상태로 분사하기 위한 것이다. 상기 스프레이노즐(126)은 상기 연료저장탱크(105)와 상기 버퍼탱크(121)를 연결하는 제3연료공급배관(109)에 설치될 수 있다. 상기 스프레이노즐(126)은 상기 제3연료공급배관(109)의 개도를 작게 함으로써, 상기 버퍼탱크(121)의 내부로 공급되는 연료를 액체(Liquid)상태로 분사할 수 있다. 상기 스프레이노즐(126)은 상기 제3연료공급배관(109)의 개도를 크게 함으로써, 상기 버퍼탱크(121)의 내부로 공급되는 연료를 기체상태로 분사할 수 있다. 상기 스프레이노즐(126)은 상기 제3연료공급관로(109)의 개도를 크게 해서 상기 버퍼탱크(121)의 내부로 공급되는 연료를 액체상태로 분사하거나 상기 제3연료공급관로(109)의 개도를 작게 해서 상기 버퍼탱크(121)의 내부로 공급되는 연료를 기체상태로 분사할 수도 있다. 상기 스프레이노즐(126)은 상기 온도측정부(125)가 측정한 상기 버퍼탱크(121)의 연료 온도에 따라 상기 연료를 액체(Liquid)상태 또는 기체상태로 분사할 수 있다. 예컨대, 상기 스프레이노즐(126)은 상기 온도측정부(125)가 측정한 연료의 온도가 기설정된 기준연료온도를 초과하면, 상기 버퍼탱크(121)의 연료 온도가 낮아지도록 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 연료를 액체상태로 분사할 수 있다. 상기 연료가 액체상태로 분사되면, 상기 연료전지부(102) 및 상기 개질기(113)에서 고온으로 공급되는 연료의 열을 흡수하여 기화됨으로써 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료의 온도를 용이하게 낮출 수 있다. 예컨대, 상기 연료전지부(102)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 미반응연료의 온도는 약 400 ℃이고, 상기 개질기(113)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 개질연료의 온도는 약 300 ℃이며, 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 연료의 온도는 약 영하 165 ℃이상이다. 따라서, 상기 스프레이노즐(126)은 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 연료를 액체상태로 분사함으로써, 상기 미반응연료와 상기 개질연료의 온도를 낮추어서 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료의 온도를 낮출 수 있다. 상기 기준연료온도는 상기 발전엔진부(103)에서 요구하는 최적의 연료 온도를 의미하며, 작업자에 의해 미리 설정될 수 있다. 상기 최적의 연료 온도는 상기 발전엔진부(103)가 적은 연료로 최대의 전기 생산 효율을 나타내는 연료의 온도를 의미한다. 예컨대, 상기 기준연료온도는 100 ℃ 이하일 수 있다. 예컨대, 상기 스프레이노즐(126)은 상기 온도측정부(125)가 측정한 연료의 온도가 기설정된 기준연료온도 이하이면, 상기 버퍼탱크(121)의 연료 온도가 높아지도록 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 연료를 기체상태로 분사할 수 있다. 상기 연료가 기체상태로 분사되면, 액체상태로 분사되는 경우에 비해 상기 연료전지부(102)에서 공급되는 미반응연료 및 상기 개질기(113)에서 공급되는 개질연료의 열 흡수율이 낮으므로 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료의 전체적인 온도를 높일 수 있다. 따라서, 본 발명의 제10실시예에 따른 선박(100)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명의 제10실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 연료를 액체상태 또는 기체상태로 분사함으로써, 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료의 온도를 적정한 수준으로 유지시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제10실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)에 상기 기준연료온도에 부합하는 연료를 공급할 수 있으므로, 상기 발전엔진부(103)의 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

둘째, 본 발명의 제10실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 버퍼탱크(121)로 공급되는 연료를 액체상태 또는 기체상태로 분사함으로써, 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료의 온도를 적정한 수준으로 유지시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제10실시예에 따른 선박(100)은 상기 버퍼탱크(121)에 저장된 연료의 온도를 상기 기준연료온도로 유지시키기 위한 별도의 가열장치 또는 냉각장치를 설치할 필요가 없으므로 상기 버퍼탱크(121)가 저장하는 연료의 온도를 상기 기준연료온도로 유지시키기 위한 구축비용을 절감할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 55는 본 발명의 제11실시예에 따른 선박에서 핫박스 및 온도조절배리어를 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 56은 본 발명의 제11실시예에 따른 선박에서 지지기구 및 유체이송관을 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 57은 본 발명의 제11실시예에 따른 선박에서 온도조절배리어가 핫박스를 냉각시키는 것을 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 58은 본 발명의 제11실시예에 따른 선박에서 온도조절배리어가 핫박스를 예열시키는 것을 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 59는 본 발명의 제11실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 60은 본 발명의 제11실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 55 내지 도 60을 참고하면, 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)은 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 연료전지부(102)가 핫박스(1022) 및 온도조절배리어(1023)를 더 포함한다. 따라서, 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)의 연료전지부(102)는 복수개의 연료전지(1021), 핫박스(1022) 및 온도조절배리어(1023)를 포함한다. 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)의 연료전지(1021)는 본 발명에 따른 선박(1)의 연료전지(21)와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상기 복수개의 연료전지(1021)는 각각 연료저장탱크(105)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아서 전기화학 반응을 통해 전기를 생산할 수 있다. 이 경우, 상기 복수개의 연료전지(1021)는 전기화학 반응을 위해 공기공급부로부터 공기, 및 원료수공급부로부터 스팀(H₂O)을 공급받을 수 있다. 상기 복수개의 연료전지(1021)가 생산한 전기는 전선, 케이블 등을 통해 추진부(104), 에너지저장부(108) 및 수요처 중 적어도 한 곳으로 공급될 수 있다. 상기 복수개의 연료전지(1021)는 상기 핫박스(1022)의 내부에 서로 이격되게 설치될 수 있다.

상기 핫박스(1022)는 상기 복수개의 연료전지(1021)가 설치되기 위한 것이다. 상기 핫박스(1022)는 내부가 비어 있는 직방체형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 복수개의 연료전지(1021)가 설치될 수 있으면 다른 형태로 형성될 수도 있다. 상기 핫박스(1022)는 일측이 제1연료공급배관(106)을 통해 상기 연료저장탱크(105)에 연결되고, 타측이 제2연료공급배관(107)을 통해 상기 발전엔진부(103)에 연결될 수 있다 이에 따라, 상기 핫박스(1022)는 상기 연료저장탱크(105)로부터 연료를 공급받을 수 있다. 상기 연료저장탱크(105)에서 상기 핫박스(1022)로 공급된 연료는 상기 복수개의 연료전지(1021) 각각으로 분배되어 공급될 수 있다. 상기 핫박스(1022)는 공기공급부 및 원료수공급부에 연결됨으로써, 상기 공기공급부로부터 공기를 공급받고 상기 원료수공급부로부터 스팀(H₂O)을 공급받을 수 있다. 상기 핫박스(1022)로 공급된 공기와 스팀(H₂O)은 상기 복수개의 연료전지(1021) 각각으로 분배되어 공급될 수 있다. 따라서, 상기 복수개의 연료전지(1021) 각각은 연료, 공기 및 스팀(H₂O)을 이용한 전기화학 반응을 통해 전기를 생산할 수 있다. 상기 복수개의 연료전지(1021) 각각에서 배출되는 미반응연료는 상기 제2연료공급배관(107)으로 합류되어 상기 핫박스(1022)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급될 수 있다. 상기 미반응연료는 주로 수소(H₂)일 수 있으나, 메탄(CH₄), 이산화탄소(CO₂), 수분(H₂O) 등 다른 유체를 포함할 수도 있다. 상기 연료전지부(102)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료에 이산화탄소(CO₂)가 포함될 경우, 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)은 상기 미반응연료에 포함된 이산화탄소(CO₂)를 제거하기 위해 이산화탄소 포집기를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료에서 탄소의 농도를 낮출 수 있으므로, 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스에 포함되는 유해물질의 양을 줄일 수 있다. 상기 연료전지부(102)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료에 수분(H₂O)이 포함될 경우, 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)은 상기 미반응연료에 포함된 수분(H₂O)을 제거하기 위해 수분제거장치를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)은 상기 연료전지부(102)에서 상기 발전엔진부(103)로 공급되는 미반응연료에서 수분(H₂O)을 제거할 수 있으므로, 상기 발전엔진부(103)의 내구성이 저하되거나 연소 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

상기 온도조절배리어(1023)는 상기 핫박스(1022) 내부의 온도를 조절하기 위한 것이다. 상기 온도조절배리어(1023)는 상기 복수개의 연료전지(1021) 사이에 위치하도록 상기 핫박스(1022)에 한 개 이상 설치될 수 있다. 상기 온도조절배리어(1023)는 가열매체 또는 냉각매체를 이용하여 상기 가열매체 또는 냉각매체와 상기 핫박스(1022) 내부의 공기와 같은 기체를 열교환시킴으로써, 상기 핫박스(1022) 내부의 온도를 조절할 수 있다. 상기 온도조절배리어(1023)는 지지기구(1023a) 및 유체이송관(1023b)를 포함할 수 있다. 상기 지지기구(1023a)는 상기 복수개의 연료전지(1021) 사이에 위치하도록 설치되고 상기 핫박스(1022)를 지지할 수 있다. 상기 지지기구(1023a)는 사각판형태로 형성될 수 있으나, 상기 핫박스(1022)의 단면 형태와 동일하면 다른 형태로 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 지지기구(1023a)는 상기 복수개의 연료전지(1021) 사이를 밀폐시키도록 설치될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 상기 지지기구(1023a)가 상기 복수개의 연료전지(1021) 사이를 밀폐시키도록 설치될 경우, 상기 복수개의 연료전지(1021) 중 어느 하나의 연료전지(1021)가 손상 내지 파손되는 문제가 발생하면 문제가 발생된 연료전지(1021)에 연료, 공기 및 스팀(H₂O)의 공급을 중단하고 문제가 발생된 연료전지(1021)를 용이하게 유지보수하거나 교체할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)은 지지기구(1023a)가 상기 복수개의 연료전지(1021) 사이를 밀폐시키도록 설치될 경우, 문제가 발생된 연료전지(1021)에 대한 유지보수 및 교체작업의 용이성을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 문제가 발생된 연료전지(1021)를 제외한 나머지 연료전지(1021)들을 이용하여 전기를 생산할 수 있으므로 상기 추진부(104) 및 수요처에 대한 상기 연료전지부(102)의 전기 공급이 중단되는 것을 방지할 수 있다.

상기 유체이송관(1023b)은 상기 지지기구(1023a)에 설치될 수 있다. 상기 유체이송관(1023b)은 냉각수, 온수 등과 같은 액체 및 배기가스 등과 같은 기체가 이동할 수 있는 호스 또는 파이프이다. 상기 유체이송관(1023b)은 상기 지지기구(1023a) 내부에 매립되는 형태로 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 가열매체 또는 냉각매체를 상기 핫박스(1022) 내부의 기체와 열교환시킬 수 있으면 상기 지지기구(1023a)의 외부에 노출되는 형태로 설치될 수도 있다. 상기 유체이송관(1023b)은 상기 핫박스(1022) 내부의 기체와 열교환되는 열교환면적을 증가시키기 위해 코일 형태, 지그재그 형태 등 다양한 형태로 상기 지지기구(1023a)에 설치될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)은 상기 유체이송관(1023b)을 따라 이동하는 냉각매체 또는 가열매체와 상기 핫박스(1022) 내부의 기체를 열교환시킴으로써, 상기 핫박스(1022) 내부의 온도를 용이하게 조절할 수 있다. 상기 냉각매체는 컨덴서와 같은 별도의 냉각장치에 의해 냉각된 냉각수 또는 상기 연료저장탱크(105)가 저장한 LNG일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 핫박스(1022) 내부의 온도를 낮출 수 있으면 다른 것일 수도 있다. 상기 가열매체는 히터, 전열기와 같은 별도의 가열장치에 의해 가열된 기체 또는 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 고온의 배기가스일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 핫박스(1022) 내부의 온도를 높일 수 있으면 다른 것일 수도 있다. 상기 냉각장치 및 상기 가열장치는 열을 교환시킬 수 있는 열교환부일 수도 있다.

본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)은 측정부(127)를 더 포함할 수 있다. 상기 측정부(127)는 상기 핫박스(1022) 내부의 온도를 측정하기 위한 것이다. 상기 측정부(127)는 상기 핫박스(1022)의 내부에 설치되어서 상기 핫박스(1022)의 내부 온도를 측정할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 핫박스(1022)의 외부에 설치되어서 상기 핫박스(1022)의 내부 온도를 측정할 수도 있다. 예컨대, 상기 측정부(127)는 온도센서일 수 있다. 상기 측정부(127)는 한 개가 설치될 수 있으나, 상기 핫박스(1022) 내부 온도 측정값의 신뢰성을 높이기 위해 복수개가 상기 핫박스(1022)의 서로 다른 위치에 설치될 수도 있다. 상기 측정부(127)는 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 상기 온도조절배리어(1023)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 측정부(127)는 측정한 핫박스(1022) 내부의 온도값을 상기 온도조절배리어(1023)에 제공할 수 있다.

상기 온도조절배리어(1023)는 상기 측정부(127)가 측정한 핫박스(1023)의 온도에 따라 상기 유체이송관(1023b)에 가열매체 또는 냉각매체를 이동시켜서 상기 핫박스(1022)의 온도를 조절할 수 있다. 예컨대, 상기 온도조절배리어(1023)는 상기 측정부(127)가 측정한 핫박스(1022)의 온도가 기설정된 기준연료전지온도를 초과하면, 상기 연료저장탱크(105)에 저장된 액화연료를 상기 유체이송관(1023b)을 통해 이동시켜서 상기 핫박스(1022) 내부의 기체를 냉각시킴으로써 상기 핫박스(1022)의 온도를 낮출 수 있다. 이 경우, 상기 액화연료는 LNG 또는 LPG일 수 있다. 상기 온도조절배리어(1023)는 상기 유체이송관(1023b)으로 액화연료를 이송시키기 위한 유량조절밸브(미도시)를 개방하거나 상기 냉각장치를 작동시켜서 상기 유체이송관(1023b)으로 냉각매체가 이동되도록 할 수 있다. 상기 온도조절배리어(1023)는 상기 측정부(127)가 측정한 핫박스(1022)의 온도가 기설정된 기준연료전지온도 이하이면, 상기 발전엔진부(103)에서 배출되는 배기가스를 상기 유체이송관(1023b)을 통해 이동시켜서 상기 핫박스(1022) 내부의 기체를 가열시킴으로써 상기 핫박스(1022)의 온도를 높일 수 있다. 상기 온도조절배리어(1023)는 상기 유체이송관(1023b)으로 상기 발전엔진부(103)의 배기가스를 이송시키기 위한 유량조절밸브(미도시)를 개방하거나 가열장치를 작동시켜서 상기 유체이송관(1023b)으로 가열매체가 이동되도록 할 수 있다. 상기 기준연료전지온도는 상기 복수개의 연료전지(1021)가 가장 효율적으로 전기를 생산할 수 있는 핫박스(1022)의 최적 온도범위를 의미하며, 작업자에 의해 미리 설정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)은 상기 온도조절배리어(1023)를 이용하여 상기 핫박스(1022) 내부의 온도를 낮출 수 있으므로, 한 개의 핫박스(1022)에 복수개의 연료전지(1021)를 설치할 수 있어서 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 선체의 공간 활용도를 높일 수 있다.

둘째, 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)은 상기 온도조절배리어(1023)를 통해 상기 핫박스(1022) 내부의 온도를 높일 수 있으므로, 상기 복수개의 연료전지(1021)가 상기 기준연료전지온도에서 작동될 수 있도록 상기 핫박스(1022) 내부를 미리 예열시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)은 상기 복수개의 연료전지(1021)가 가동하기까지 걸리는 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 최적의 상태에서 전기를 생산하도록 할 수 있으므로 전체적인 전기 생산량을 증대시킬 수 있다.

셋째, 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)은 상기 온도조절배리어(1023)를 통해 상기 핫박스(1022) 내부의 온도를 낮출 수 있으므로, 상기 복수개의 연료전지(1021)가 상기 기준연료전지온도를 초과하여 작동되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)은 상기 복수개의 연료전지(1021)가 과열되어 폭발하거나 손상 내지 파손되는 것을 방지할 수 있으므로, 상기 복수개의 연료전지(1021)에 대한 유지보수 비용 및 교체 비용을 줄여서 전기 생산에 대한 전체적인 운영비용을 감소시킬 수 있다.

넷째, 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)은 상기 온도조절배리어(1023)를 통해 상기 발전엔진부(103)에 상기 기준연료전지온도에 해당하거나 근접하는 온도의 미반응연료를 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제11실시예에 따른 선박(100)은 상기 발전엔진부(103)에 상기 기준연료전지온도보다 온도가 너무 낮거나 온도가 너무 높은 미반응연료를 공급하지 않을 수 있으므로, 상기 발전엔진부(103)가 갖는 발전엔진의 내구성이 저하되는 것을 방지하여 상기 발전엔진에 대한 유지보수 비용 및 교체 비용을 절감할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 변형된 실시예들에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 61은 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박의 개략적인 블록도, 도 62는 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박에서 추진연료공급배관, 제1연료공급배관 및 제2연료공급배관을 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 63은 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박에서 추진부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 64는 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박에서 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 65는 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박에서 제3연료공급배관을 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 66은 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 67은 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 도면이다.

도 61 내지 도 67을 참고하면, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)의 연료전지부(102), 발전엔진부(103) 및 연료저장탱크(105)와 동일한 구성 및 효과를 가지는 연료전지부(202), 발전엔진부(203) 및 연료저장탱크(205)를 포함하고, 차이점은 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)에서 추진엔진부(201)를 더 포함한다. 또한, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)에 있어서, 추진부(204)는 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)의 추진부(104)에서 추진기구 및 모터 이외에 기어기구(2043)를 더 포함한다. 따라서, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)의 추진부(204)는 추진기구(2041), 모터(2042) 및 기어기구(2043)를 포함한다. 이하에서는 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)이 상기 본 발명의 제1실시예에 따른 선박(100)과 차이가 있는 부분에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 추진엔진부(201), 연료전지부(202), 발전엔진부(203), 추진부(204) 및 연료저장탱크(205)를 포함한다.

상기 추진엔진부(201)는 수소가 포함된 연료를 이용하여 선체를 추진시키기 위한 구동력을 발생시킨다. 상기 추진엔진부(201)는 2 Stroke 엔진일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 수소가 포함된 연료를 이용하여 구동력을 발생시킬 수 있으면 다른 엔진일 수도 있다. 상기 추진엔진부(201)는 추진연료공급배관(201a)을 통해 연료저장탱크(205)에 연결될 수 있다. 상기 추진연료공급배관(201a)은 상기 연료저장탱크(205)와 상기 추진엔진부(201)를 연결한다. 상기 추진연료공급배관(201a)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 따라서, 상기 추진연료공급배관(201a)은 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 추진엔진부(201)로 수소가 포함된 연료가 공급되도록 할 수 있다. 상기 추진연료공급배관(201a)에는 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 추진엔진부(201)로 연료를 이동시키기 위한 이송력을 발생시키는 이송장치가 설치될 수 있다. 상기 이송장치는 압축기, 펌프, 임펠러 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 추진연료공급배관(201a)에는 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 추진엔진부(201)로 공급되는 연료의 유량을 조절하기 위한 연료유량조절밸브(미도시)가 설치될 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 추진연료공급배관(201a)을 통해 상기 추진엔진부(201)로 공급되는 연료의 유량을 조절함으로써, 상기 추진엔진부(201)가 발생시키는 구동력을 크기를 조절하여 선체의 운항 속도를 조절할 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 추진엔진부(201)는 상기 연료전지부(202)에 연결됨으로써, 상기 연료전지부(202)로부터 수소가 포함된 미반응연료를 공급받아 구동력을 발생시킬 수도 있다. 상기 추진엔진부(201)는 수소가 포함된 연료와 공기를 실린더에서 혼합 연소시켜서 구동력을 발생시킬 수 있다. 상기 추진엔진부(201)는 연료와 공기가 연소 시 발생하는 폭발력으로 피스톤을 이동시켜서 피스톤의 직선 운동을 크랭크 축의 회전운동으로 변환시킬 수 있다. 상기 크랭크 축은 상기 추진부(204)가 갖는 프로펠러와 같은 추진기구(2041)에 연결되어서 구동력을 상기 추진기구(2041)로 전달할 수 있다. 상기 추진엔진부(201)는 상기 기어기구(2043)를 통해 상기 추진기구(2041) 또는 상기 모터(2042)에 연결될 수 있다. 상기 기어기구(2043)는 두 개 또는 그 이상의 회전축 사이에 회전이나 동력을 전달하기 위한 기어(Gear), 벨트, 체인 등을 포함할 수 있다. 상기 모터(2042)는 전기를 이용하여 구동력을 발생시키거나 상기 추진엔진부(201)가 발생시킨 구동력으로 전기를 생산하는 제너레이터모터(Generator Motor)일 수 있다. 상기 모터(2042)는 전선, 케이블 등으로 상기 연료전지부(2) 및 상기 발전엔진부(3)에 연결됨으로써, 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203) 중 적어도 하나가 생산한 전기를 이용하여 구동력을 발생시킬 수 있다. 상기 모터(2042)는 상기 기어기구(2043)에 의해 상기 추진기구(2041)에 연결됨으로써, 전기를 이용하여 발생시킨 구동력으로 상기 추진기구(2041)를 작동시켜서 선체를 추진시킬 수 있다. 상기 모터(2042)는 상기 기어기구(2043)에 의해 상기 추진엔진부(201)에 연결됨으로써, 상기 추진엔진부(201)가 발생시킨 구동력을 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 상기 모터(2042)는 전선, 케이블 등을 통해 수요처 및 에너지저장부에 연결됨으로써, 생산한 전기를 상기 수요처 및 상기 에너지저장부 중 적어도 한 곳으로 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 추진기구(2041)가 상기 기어기구(2043)를 통해 상기 추진엔진부(201)에 결합되면, 상기 추진엔진부(201)가 발생시킨 구동력으로 추진할 수 있다. 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 추진기구(2041)가 상기 기어기구(2043)를 통해 상기 모터(2042)에 결합되면, 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203) 및 상기 에너지저장부 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받아 추진할 수 있다. 상기 기어기구(2043)는 본 발명의 변형된 실시예에 따른 선박(200)이 갖는 제어부(211)에 연결됨으로써, 상기 제어부에 의해 제어될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 추진엔진부(201)는 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203)로부터 연료를 공급받을 수도 있다. 이에 따라, 상기 추진엔진부(201)는 상기 연료전지부(202)에서 공급되는 미반응연료, 및 상기 발전엔진부(203)에서 공급되는 연료 중 적어도 하나를 이용하여 선체를 추진시키기 위한 구동력을 발생시킬 수 있다. 상기 발전엔진부(203)에서 상기 추진부엔진부(201)로 공급되는 연료는 상기 발전엔진부(203)가 갖는 발전엔진의 전단에 설치되어 상기 발전엔진의 연료를 저장하는 발전연료저장기구로부터 제공되는 것일 수 있다.

상기 연료전지부(202)는 상기 연료저장탱크(205)로부터 공급받은 수소(H₂)와 메탄(CH₄), 공기공급부로부터 공급받은 공기, 원료수공급부로부터 공급받은 원료수, 및 전해질을 이용하여 전기화학 반응을 통해 전기를 생산한다. 상기 연료전지부(202)가 갖는 연료전지가 생산한 전기는 상기 추진부(204) 및 상기 수요처 중 적어도 하나로 공급될 수 있다. 상기 연료전지부(202)의 연료전지는 상기 본 발명에 따른 선박(1)으이 연료전지(21)와 구성 및 효과가 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 상기 연료전지부(202)에서 전기 생산에 사용되지 않고 미반응되어 배출되는 미반응연료는 상기 발전엔진부(203)로 공급될 수 있다. 예컨대, 상기 미반응연료는 수소(H₂)일 수 있으나, 이산화탄소(CO₂)가 포함될 수도 있다. 상기 미반응연료에 이산화탄소(CO₂)가 포함될 경우, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 이산화탄소(CO₂)를 제거하기 위한 이산화탄소(CO₂) 포집기를 더 포함할 수 있다. 따라서, 상기 발전엔진부(203)가 상기 연료전지부(202)로 공급받는 연료는 수소(H₂)일 수 있다.

상기 발전엔진부(203)는 상기 연료전지부(202)로부터 공급받은 수소(H₂)를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 상기 발전엔진부(203)는 발전엔진의 전단부에 별도의 발전연료저장기구(미도시)를 포함할 수 있다. 상기 발전연료저장기구는 상기 발전엔진에 연료를 공급하기 전에 상기 연료전지부(202)로부터 공급되는 연료를 저장할 수 있다. 따라서, 상기 발전엔진은 상기 발전연료저장기구가 저장한 연료를 안정적으로 공급받을 수 있으므로, 상기 추진부(204), 상기 수요처의 요구량에 맞추어 안정적으로 전기를 생산할 수 있다. 상기 발전엔진부(203)가 생산한 전기는 상기 추진부(204) 및 상기 수요처 중 적어도 하나로 공급될 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 발전엔진부(203)가 상기 연료전지부(202)로부터 전기 생산에 미반응된 미반응연료를 공급받아 전기를 생산할 수 있으므로, 상기 연료전지부(202)에서 배출되는 미반응연료에 포함된 수소(H₂) 및 메탄(CH₄)을 처리할 별도의 처리시설이 필요없어서 전기 생산에 대한 구축비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 발전엔진부(203)가 상기 연료전지부(202)에서 배출되는 미반응연료에 포함된 수소(H₂) 및 메탄(CH₄)을 이용하여 전기를 생산하므로, 선체의 외부로 배출되는 유해물질의 배출량을 최소화시켜서 환경보호에 기여할 수 있다.

상기 추진부(204)는 선체를 추진시키기 위한 것이다. 상기 추진부(204)는 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203) 중 적어도 하나에 의해 구동하여 선체를 추진시킬 수 있다. 상기 추진부(204)는 구동력으로 전기를 생산하거나 전기로 구동력을 발생시키는 제너레이터모터(Gen/Motor)(2042), 상기 추진엔진부(201)가 발생시킨 구동력을 상기 모터(2042)로 전달하기 위한 기어기구(2043), 및 상기 모터(2042)와 상기 추진엔진부(201) 중 적어도 하나가 발생시킨 구동력으로 회전하는 프로펠러와 같은 추진기구(2041)를 포함할 수 있다. 상기 기어기구(2043)는 상기 추진엔진부(201)를 상기 추진기구(2041)에 연결시키거나 연결을 해제시킬 수 있고, 상기 모터(2042)를 상기 추진기구(2041)에 연결하거나 연결을 해제시킬 수도 있다. 상기 기어기구(2043)는 상기 추진엔진부(201)와 상기 모터(2042) 모두를 상기 추진기구(2041)에 연결시키거나 연결을 해제시킬 수도 있다. 예컨대, 상기 기어기구(2043)는 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)이 상기 추진엔진부(201)로 추진할 경우, 상기 추진엔진부(201)와 상기 추진기구(2041)를 연결할 수 있다. 이 경우, 상기 기어기구(2043)는 상기 추진엔진부(201)와 상기 모터(2042)를 연결할 수도 있다. 이에 따라, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 추진엔진부(201)가 발생시킨 구동력으로 상기 추진기구(2041)를 작동시켜 추진할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 추진엔진부(201)가 발생시킨 구동력으로 상기 모터(2042)를 작동시켜서 상기 모터(2042)가 전기를 생산하도록 할 수 있다. 즉, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 추진엔진부(201)의 구동력을 이용하여 선체를 추진시킬 수 있을 뿐만 아니라 전기를 생산할 수도 있다. 예컨대, 상기 기어기구(2043)는 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)이 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203) 및 에너지저장부로부터 전기를 공급받아 추진할 경우, 상기 모터(2042)와 상기 추진기구(2041)를 연결할 수 있다. 상기 모터는 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203) 및 상기 에너지저장부에 각각 전선, 케이블 등을 통해 연결됨으로써, 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203) 및 상기 에너지저장장치 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받아 구동력을 발생시킬 수 있다. 이 경우, 상기 기어기구(2043)는 상기 추진엔진부(201)와 상기 추진기구(2041)의 연결을 해제할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 환경오염물질의 배출이 제한되는 배출제한구역(ECA)을 운항하는 경우. 즉, 저출력이 요구될 경우, 상기 기어기구(2043)을 통해 상기 추진기구(2041)가 상기 모터(2042)에 연결되어서 전기만을 이용하여 추진할 수 있으므로, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 이산화탄소(CO₂)와 같은 환경오염물질이 배출되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 환경오염물질의 배출에 제한이 없는 배출완화구역(Global)을 운항하는 경우. 즉, 고출력이 요구될 경우, 상기 기어기구(2043)를 통해 상기 추진기구(2041)가 상기 추진엔진부(201)와 상기 모터(2042)에 모두 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 추진엔진부(201)가 발생시킨 구동력과 상기 모터(2042)가 발생시킨 구동력 모두를 이용하여 추진할 수 있으므로, 이동속도를 높일 수 있어서 물류, 사람을 이송시키는 이송시간을 단축시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 운항하는 지역에 따라 추진 효율을 다양하게 조절할 수 있다. 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203)와 같은 다양한 전기공급원을 구비하고, 상기 추진엔진부(201)와 같은 구동력공급원을 구비하고 있으므로, 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203) 중 하나가 손상되거나 파손되어도 나머지 공급원을 이용하여 선체를 추진시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 이송시간이 지연되는 것을 최소화할 수 있다. 상기 기어기구(2043)는 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)이 갖는 제어부(211)에 의해 제어됨으로써, 상기 추진엔진부(201), 상기 모터(2042) 및 상기 추진기구(2041)를 서로 연결시키거나 연결을 해제할 수 있다. 상기 추진부(204)는 복수개의 모터(2042) 및 복수개의 프로펠러를 포함할 수도 있다. 상기 추진부(204)는 선체를 전진 또는 후진시키는데 사용되는 메인추진기구, 선체를 좌측 또는 우측으로 이동시키거나 회전시키는데 사용되는 보조추진기구로 나누어질 수 있다. 예컨대, 상기 보조추진기구는 아지무스스러스터(Azimuth Thruster)일 수 있다. 상기 아지무스스러스터는 상기 선체에 고정되게 설치되거나 회전 가능하게 설치될 수 있다. 상기 모터(2042)는 상기 프로펠러를 제1방향으로 회전시킴으로써, 선체를 전진시킬 수 있다. 상기 모터(2042)는 상기 프로펠러를 상기 제1방향과 반대되는 제2방향으로 회전시킴으로써, 선체를 후진시킬 수 있다. 상기 모터(2042)는 상기 프로펠러를 제1방향으로 회전시켜서 선체를 후진시키고, 상기 프로펠러를 제2방향으로 회전시켜서 선체를 전진시킬 수도 있다.

본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 제1연료공급배관(206) 및 제2연료공급배관(207)을 포함할 수 있다.

상기 제1연료공급배관(206)은 상기 연료저장탱크(205)와 상기 연료전지부(202)를 연결한다. 상기 제1연료공급배관(206)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 따라서, 상기 제1연료공급배관(206)은 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 연료전지부(202)로 수소가 포함된 연료가 공급되도록 할 수 있다. 상기 제1연료공급배관(206)에는 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 연료전지부(202)로 연료를 이동시키기 위한 이송력을 발생시키는 이송장치가 설치될 수 있다. 상기 이송장치는 압축기, 펌프, 임펠러 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 제1연료공급배관(206)에는 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 연료전지부(202)로 공급되는 연료의 유량을 조절하기 위한 연료유량조절밸브(미도시)가 설치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 제1연료공급배관(206)을 통해 상기 연료전지부(202)로 공급되는 연료의 유량을 조절함으로써, 상기 연료전지부(202)가 생산하는 전기 생산량을 조절할 수 있다.

상기 제2연료공급배관(207)은 상기 연료전지부(202)와 상기 발전엔진부(203)를 연결한다. 상기 제2연료공급배관(207)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 따라서, 상기 제2연료공급배관(207)은 상기 연료전지부(202)에서 상기 발전엔진부(203)로 미반응연료가 공급되도록 할 수 있다. 상기 제2연료공급배관(207)에는 상기 연료전지부(202)에서 상기 발전엔진부(203)로 미반응연료를 이동시키기 위한 이송력을 발생시키는 이송장치가 설치될 수 있다. 상기 이송장치는 압축기, 펌프, 임펠러 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 제2연료공급배관(207)에는 상기 연료전지부(202)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료의 유량을 조절하기 위한 미반응연료유량조절밸브(미도시)가 설치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료전지부(202)에서 상기 제2연료공급배관(207)을 통해 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료의 유량을 조절함으로써, 상기 발전엔진부(203)가 생산하는 전기 생산량을 조절할 수 있다.

본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 에너지저장부(208)를 포함할 수 있다.

상기 에너지저장부(208)는 상기 모터(2042), 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203)가 생산한 전기를 공급받아 전기를 저장하기 위한 것이다. 상기 에너지저장부(208)는 상기 추진부(204)가 작동되지 않을 경우. 예컨대, 선박(200)이 항구에 정박하거나 수리를 위해 작동되지 않을 경우에 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203)가 생산한 전기를 공급받아 저장할 수 있다. 상기 에너지저장부(208)는 상기 추진부(204)가 작동되는 경우에도 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203)가 생산한 전기가 상기 추진부(204) 및 상기 수요처가 요구하는 전기 용량을 초과하는 경우, 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203)로부터 초과하는 잉여전력을 공급받아 저장할 수 있다. 또한, 상기 에너지저장부(208)는 상기 추진엔진부(201)가 작동하는 경우, 상기 추진엔진부(201)에 연결된 모터(2042)가 생산한 전기를 공급받아 저장할 수도 있다. 상기 에너지저장부(208)에 대해 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203) 및 상기 모터(2042)는 서로 병렬로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 에너지저장부(208)는 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203) 및 상기 모터(2042) 중 적어도 하나가 생산한 전기를 공급받아 저장할 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203) 및 상기 모터(2042) 중 어느 하나가 작동을 멈춘 경우에도 나머지를 이용하여 상기 에너지저장부(208)에 전기를 공급할 수 있다. 상기 연료전지부(202)가 작동을 멈춘 경우, 상기 발전엔진부(203)는 후술할 제3연료공급배관을 통해 상기 연료저장탱크(205)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받을 수 있다. 상기 추진부(204)는 전선, 케이블 등을 통해 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203), 상기 에너지저장부(208) 및 상기 모터(2042)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 추진부(204)는 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203), 상기 에너지저장부(208) 및 상기 모터(2042) 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받아 구동하여 선체를 추진시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 다양한 전기공급원 또는 구동공급원을 이용하여 상기 추진부(204)를 가동시킬 수 있으므로, 운항지역에 맞춰서 추진속도를 조절하여 최적의 효율로 선체를 추진시킬 수 있다. 상기 수요처는 전선, 케이블 등을 통해 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203), 상기 에너지저장부(208) 및 상기 모터(2042)에 각각 연결된다. 이 경우, 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203), 상기 에너지저장부(208) 및 상기 모터(2042)는 상기 수요처에 대해 서로 병렬로 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203), 상기 에너지저장부(208) 및 상기 모터(2042) 중 적어도 하나가 상기 수요처로 전기를 공급할 수 있으므로, 상기 수요처에 전기 공급이 중단되는 것을 방지하여 다양한 작업이 중단되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 제3연료공급배관(209)을 포함할 수 있다.

상기 제3연료공급배관(209)은 상기 연료저장탱크(205)와 상기 발전엔진부(203)를 연결한다. 상기 제3연료공급배관(209)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 따라서, 상기 제3연료공급배관(209)은 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 발전엔진부(203)로 수소가 포함된 연료가 공급되도록 할 수 있다. 상기 제3연료공급배관(209)에는 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 발전엔진부(203)로 수소가 포함된 연료를 이동시키기 위한 이송력을 발생시키는 이송장치가 설치될 수 있다. 상기 이송장치는 압축기, 펌프, 임펠러 중 적어도 하나일 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 발전엔진부(203)가 상기 연료전지부(202) 및 상기 연료저장탱크(205)부터 연료를 공급받을 수 있으므로, 상기 연료전지부(202)에서 공급되는 미반응연료만을 이용하여 전기를 생산하는 경우에 비해 전기 생산량을 증대시킬 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 제3연료공급배관(209)에는 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 연료의 유량을 조절하기 위한 연료유량조절밸브가 설치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 제3연료공급배관(209)을 통해 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 연료의 유량을 조절할 수 있다. 상기 발전엔진부(203)는 상기 제2연료공급배관(207)을 통해 공급되는 미반응연료, 및 상기 제3연료공급배관(209)을 통해 공급되는 수소가 포함된 연료 중 적어도 하나를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 제2연료공급배관(207) 및 상기 제3연료공급배관(209)에 설치된 유량조절밸브들을 각각 제어하여 상기 발전엔진부(203)가 요구하는 연료의 유량을 신속하게 공급할 수 있으므로, 선체를 효율적으로 추진시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 발전엔진부(203)가 상기 연료전지부(202) 및 상기 연료저장탱크(205) 중 적어도 하나로부터 연료를 공급받을 수 있으므로, 상기 제2연료공급배관(207) 및 상기 제3연료공급배관(209) 중 어느 하나가 손상 내지 파손되어도 나머지 하나를 이용하여 연료를 공급받아서 전기를 생산하여 추진할 수 있다.

본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 연료기화부(210)를 포함한다. 상기 연료기화부(210)는 상기 연료저장탱크(205)에 저장된 연료를 기화시키기 위한 것이다. 상기 연료기화부(210)는 상기 연료저장탱크(205) 내부에 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 연료저장탱크(205)에 저장된 연료를 기화시킬 수 있으면 상기 연료저장탱크(205)의 외부 또는 내외부에 걸쳐서 설치될 수도 있다. 상기 연료기화부(210)는 상기 연료저장탱크(205)에 저장된 연료에 직접 접촉되어서 상기 연료를 기화시킬 수 있다. 상기 연료기화부(210)는 상기 연료저장탱크(205)에 저장된 연료로부터 이격되어서 상기 연료저장탱크(205)를 가열하거나 상기 연료저장탱크(205) 내부에 있는 기체를 가열함으로써, 상기 연료저장탱크(205)에 저장된 연료를 간접 가열하여 연료를 기화시킬 수도 있다. 상기 연료기화부(210)는 히터와 같은 별도의 가열장치일 수 있으나, 열교환매체를 이용하는 열교환부일 수도 있다. 상기 연료기화부(210)가 열교환부일 경우, 상기 연료기화부(210)는 상기 추진엔진부(201)에서 배출되는 배기가스의 폐열, 상기 연료전지부(202)에서 배출되는 배기가스의 폐열, 및 상기 발전엔진부(203)에서 배출되는 배기가스의 폐열 중 적어도 하나를 열원으로 이용하여 상기 연료저장탱크(205)에 저장된 연료를 기화시킬 수 있다. 상기 연료전지부(202)에서 배출되는 배기가스는 상기 연료전지(21)의 공기극에서 배출되는 공기 및 연료극에서 배출되는 미반응연료 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 연료기화부(201)는 배관을 통해 상기 추진엔진부(201)에 연결됨으로써, 상기 추진엔진부(201)로부터 고온의 배기가스를 공급받을 수 있다. 상기 연료기화부(210)는 배관을 통해 상기 연료전지부(202)에 연결됨으로써, 상기 연료전지부(202)로부터 고온의 공기 또는 고온의 미반응연료를 공급받을 수 있다. 상기 연료기화부(210)는 배관을 통해 상기 발전엔진부(203)에 연결됨으로써, 상기 발전엔진부(203)로부터 고온의 배기가스를 공급받을 수 있다. 상기 연료기화부(210)는 상기 추진엔진부(201)에 연결되는 배관, 상기 연료전지부(202)에 연결되는 배관, 상기 발전엔진부(203)에 연결되는 배관이 서로 연통되도록 결합됨으로써, 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203) 중 적어도 하나로부터 고온의 배기가스를 공급받을 수 있다. 상기 연료기화부(210)가 상기 연료저장탱크(205)에 저장된 연료를 기화시킴에 따라 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203)는 기체상태의 연료를 공급받을 수 있다. 예컨대, 상기 연료기화부(210)는 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203)가 NG(천연가스)를 공급받도록 상기 연료저장탱크(205)에 저장된 LNG(액화천연가스)를 기화시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203) 중 적어도 하나에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 연료저장탱크(205)가 저장한 연료를 기화시킬 수 있으므로, 연료를 기화시키기 위한 별도의 가열장치를 생략할 수 있어서 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203)의 연료 공급에 대한 구축비용을 줄일 수 있다. 도시되지 않았지만, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 추진엔진부(201)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관, 상기 연료전지부(202)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관, 및 상기 발전엔진부(203)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관 각각에 유체의 유량을 조절하는 유량조절밸브를 설치함으로써, 상기 연료기화부(210)에 공급되는 유체의 유량을 조절하여 상기 연료저장탱크(205)에서 기화되는 연료의 양을 조절할 수 있다. 상기 연료기화부(210)에 공급되는 유체의 유량이 많을수록 상기 연료저장탱크(205)에서 기화되는 연료의 양이 많을 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203)가 공급받는 천연가스의 유량을 조절함으로써, 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203)의 전기 생산량을 용이하게 조절할 수 있다.

본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 제어부(211)를 포함할 수 있다.

상기 제어부(211)는 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203), 상기 추진부(204) 및 상기 에너지저장부(208)를 제어하기 위한 것이다. 상기 제어부(211)는 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203), 상기 추진부(204) 및 상기 에너지저장부(208)에 각각 연결될 수 있다. 상기 제어부(211)는 상기 선체가 운항하는 운항지역에 따라 상기 추진부(204)에 전기를 공급하거나 구동력을 공급하는 공급원이 상이하도록 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203), 상기 추진부(204) 및 상기 에너지저장부(208)를 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 제어부(211)는 상기 선체가 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)과 같은 유해물질의 배출이 제한되는 배출제한구역(ECA)을 운항할 경우, 상기 추진엔진부(201) 및 상기 발전엔진부(203)의 가동을 중단시키고 상기 추진부(204)가 상기 연료전지부(202) 및 상기 에너지저장부(208) 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받아 상기 선체를 추진시키도록 상기 추진부(204)와 상기 연료전지부(202) 및 상기 에너지저장부(208)를 연결시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 선체의 외부로 배출되는 유해물질의 배출량을 최소화시킴으로써, 유해물질의 배출 제한을 만족시킬 수 있을 뿐만 아니라 환경이 오염되는 것을 방지할 수 있다. 예컨대, 상기 제어부(211)는 상기 선체가 상기 유해물질의 배출에 제한이 없는 배출완화구역(Global)을 운항할 경우, 상기 추진부(204)가 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203) 및 상기 에너지저장부(208) 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받아 선체를 추진시키도록 상기 추진부(204)와 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203) 및 상기 에너지저장부(208)를 연결시킬 수 있다. 이 경우, 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203) 및 상기 에너지저장부(208)는 상기 모터(2042)에 연결됨으로써, 상기 추진부(204)에 연결될 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 추진부(204)가 상기 추진엔진부(201)로부터 구동력을 공급받고, 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203) 및 상기 에너지저장부(208)로부터 전기를 공급받을 수 있으므로, 상기 추진엔진부(201)의 구동력과 상기 모터(2042)의 구동력 모두를 이용하여 최대 출력으로 선체를 추진시킬 수 있어서 물품 및 사람의 이송시간을 단축시킬 수 있다. 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)은 상기 선체의 운항지역에 따라 상기 제어부(211)가 상기 추진부(204)의 전기 또는 구동력 공급원을 다양하게 조절할 수 있으므로, 운항지역에 최적화된 효율로 선체를 추진시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 68은 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박에서 추진엔진부, 복수개의 발전엔진 및 복수개의 발전기를 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 69는 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박에서 제1연료공급배관, 제2연료공급배관, 제3연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 70은 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 71은 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 72는 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박에서 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 68 내지 도 72를 참고하면, 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)은 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)에서 발전엔진부(203)가 복수개의 발전엔진(2031) 및 상기 발전엔진(2031)들에 각각 연결되는 복수개의 발전기(2032)를 포함한다. 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)에 있어서, 상기 복수개의 발전엔진(2031)은 상기 연료전지부(202) 및 상기 연료저장탱크(205)에 연결되어서 상기 연료전지부(202)의 미반응연료 및 상기 연료저장탱크(205)의 수소가 포함된 연료 중 적어도 하나를 공급받을 수 있다.

상기 복수개의 발전엔진(2031)은 일측이 상기 연료전지부(202) 및 상기 연료저장탱크(205)에 연결되고, 타측이 상기 복수개의 발전기(2032)에 연결될 수 있다. 상기 복수개의 발전엔진(2031)은 상기 연료전지부(202)에 대해 서로 병렬로 연결될 수 있다. 상기 복수개의 발전엔진(2031) 각각은 상기 제2연료공급배관(207)을 통해 상기 연료전지부(202)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수개의 발전엔진(2031)은 각각 상기 연료전지부(202)로부터 미반응연료를 공급받을 수 있다. 상기 복수개의 발전엔진(2031)은 상기 연료저장탱크(205)에 대해 서로 병렬로 연결될 수 있다. 상기 복수개의 발전엔진(2031) 각각은 상기 제3연료공급배관(209)을 통해 상기 연료저장탱크(205)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수개의 발전엔진(2031)은 각각 상기 연료저장탱크(205)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받을 수 있다. 상기 복수개의 발전엔진(2031)은 공급받은 미반응연료 및 수소가 포함된 연료를 공기와 함께 압축 연소시킴으로써, 상기 복수개의 발전기(2032)를 구동시키기 위한 구동력을 발생시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)에서 상기 복수개의 발전엔진(2031) 각각은 상기 제2연료공급배관(207)을 통해 공급되는 미반응연료, 및 상기 제3연료공급배관(209)을 통해 공급되는 수소가 포함된 연료 중 적어도 하나를 이용하여 전기를 생산할 수 있으므로, 전체적인 전기 생산성을 높여서 선체의 추진 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 선체를 추진시키기 위한 예비전력 및 상기 수요처가 요구하는 예비전력을 충분히 확보할 수 있다.

둘째, 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)은 상기 복수개의 발전엔진(2031)을 상기 연료전지부(202) 및 상기 연료저장탱크(205)에 병렬로 연결시킴으로써, 상기 복수개의 발전엔진(2031) 중 어느 하나가 손상 내지 파손되어도 나머지 발전엔진(2031)들에 상기 연료전지부(202)의 미반응연료 및 상기 연료저장탱크(205)의 수소가 포함된 연료를 공급하여서 구동력을 발생시킬 수 있다.

셋째, 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)은 상기 복수개의 발전엔진(2031)을 병렬로 배치함으로써, 상기 추진부(204) 및 수요처의 전기 수요량에 맞추어서 가동되는 발전엔진(2031)의 개수를 조절할 수 있으므로 효율적으로 전기를 생산할 수 있다.

상기 복수개의 발전기(2032)는 일측이 상기 복수개의 발전엔진(2031)에 각각 연결되고, 타측이 상기 추진부(204)에 연결될 수 있다. 상기 복수개의 발전기(2032)는 일측이 회전축, 기어 등과 같은 연결부재를 통해 상기 복수개의 발전엔진(2031)에 각각 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수개의 발전기(2032)는 각각 상기 복수개의 발전엔진(2031)으로부터 구동력을 제공받을 수 있다. 상기 복수개의 발전기(2032)는 타측이 전선, 케이블 등을 통해 상기 추진부(204)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수개의 발전기(2032)가 생산한 전기는 상기 추진부(204)에 공급될 수 있다. 상기 복수개의 발전기(2032)는 상기 추진부(204)에 대해 서로 병렬로 연결될 수 있다. 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)은 상기 복수개의 발전기(2032)를 상기 추진부(204)에 병렬로 연결시킴으로써, 상기 복수개의 발전기(2032) 중 어느 하나가 손상 내지 파손되어도 나머지 발전기(2032)들을 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)은 복수개의 발전엔진(2031) 및 복수개의 발전기(2032)를 이용하여 전기를 생산할 수 있으므로, 전기 생산성을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 어느 하나의 발전엔진(2031) 또는 어느 하나의 발전기(2032)가 손상 내지 파손되어도 전기 생산이 중단되는 것을 방지할 수 있다.

상기 복수개의 발전기(2032)는 전선, 케이블 등을 통해 상기 에너지저장부(208)에 연결될 수 있다. 이 경우, 상기 복수개의 발전기(2032)는 상기 에너지저장부(208)에 대해 서로 병렬로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 복수개의 발전기(2032)가 생산한 전기는 상기 에너지저장부(208)에 공급되어서 저장될 수 있다. 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)은 상기 복수개의 발전기(2032) 중 어느 하나가 손상 내지 파손되어도 나머지 정상 작동하는 발전기(2032)들을 이용하여 전기를 생산할 수 있으므로, 상기 에너지저장부(208)에 전기 저장이 중단되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 상기 추진부(204)에 의한 선체 추진이 중단되는 것을 방지할 수 있다. 상기 추진부(204)는 상기 연료전지부(202), 상기 발전기(2032)들 및 상기 에너지저장부(208) 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받아 구동하거나 상기 추진엔진부(201)로부터 구동력을 공급받아 구동하여 상기 선체를 추진시킬 수 있다.

본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)에 있어서, 상기 연료기화부(210)는 상기 추진엔진부(201)에서 배출되는 배기가스의 폐열, 상기 연료전지부(202)에서 배출되는 배기가스의 폐열, 및 상기 발전엔진(2031)들에서 배출되는 배기가스의 폐열 중 적어도 하나를 열원으로 이용하여 상기 연료저장탱크(205)에 저장된 연료를 기화시킬 수 있다. 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)은 상기 발전엔진부(203)가 복수개의 발전엔진(2031)을 포함하고 있으므로, 발전엔진(2031)이 한 개일 경우에 비해 상기 발전엔진(2031)들로부터 배출되는 배기가스의 양을 증대시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료기화부(210)에 공급되는 배기가스의 양을 증대시킬 수 있으므로, 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진(2031)들에 공급되는 연료의 양을 증대시켜서 전체적인 전기 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)에 있어서, 상기 제어부(211)는 상기 선체가 운항하는 운항지역에 따라 상기 추진부(204)에 구동력 또는 전기를 공급하는 공급원이 상이하도록 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203), 상기 에너지저장부(208) 및 상기 추진부(204)를 제어할 수 있다. 상기 제어부(211)는 상기 선체가 배출제한구역(ECA)을 운항할 경우, 상기 추진부(204)가 상기 연료전지부(202) 및 상기 에너지저장부(208) 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받아 선체를 추진시키도록 상기 연료전지부(202) 및 상기 에너지저장부(208)를 상기 추진부(204)에 연결할 수 있다. 상기 제어부(211)는 상기 선체가 배출완화구역(Global)을 운항할 경우, 상기 추진부(204)가 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203) 및 상기 에너지저장부(208) 중 적어도 하나에 의해 구동하여 선체를 추진시키도록 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202), 상기 발전엔진부(203) 및 상기 에너지저장부(208)를 상기 추진부(204)에 연결시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)은 상기 선체의 운항지역에 따라 상기 제어부(211)가 상기 추진부(204)의 구동력 또는 전기 공급원을 다양하게 조절할 수 있으므로, 운항지역에 최적화된 효율로 선체를 추진시킬 수 있어서 연비를 절감할 수 있다.

본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)은 예열부(212)를 포함할 수 있다. 상기 예열부(212)는 상기 연료전지부(202)의 연료전지가 가동하기 전에 상기 연료전지의 온도를 최적의 상태로 미리 높여놓기 위한 것이다. 상기 추진엔진부(201) 및 상기 복수개의 발전엔진(2031)은 상기 연료저장탱크(205)로부터 연료를 공급받아서 작동될 수 있으므로, 각각 고온의 배기가스를 배출시킬 수 있다. 따라서, 상기 예열부(212)는 상기 추진엔진부(201)에서 배출되는 배기가스, 및 상기 복수개의 발전엔진(2031)에서 배출되는 배기가스 중 적어도 하나를 열원으로 상기 연료전지가 위치하는 곳. 예컨대, 핫박스(Hot Box) 내부의 공기를 가열시킴으로써, 상기 연료전지의 온도를 가동이 최적화된 상태로 높여놓을 수 있다. 상기 추진엔진부(201) 및 상기 발전엔진(2031)들에서 배출되는 고온의 배기가스는 관로를 통해 상기 핫박스로 이동될 수 있다. 상기 예열부(212)는 상기 핫박스 내부에 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 연료전지의 온도를 높일 수 있으면 상기 핫박스의 외부 등 다른 위치에 설치될 수도 있다. 상기 예열부(212)가 상기 핫박스의 외부에 설치될 경우, 상기 예열부(212)는 상기 핫박스 내부의 공기와 상기 배기가스를 열교환시킴으로써, 상기 핫박스 내부의 공기를 가열시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료전지부(202)가 가동되기 전에 상기 추진엔진부(201) 및 상기 발전엔진(2031)들의 배기가스를 이용하여 상기 연료전지부(202)의 내부 온도를 최적의 상태로 미리 예열시킬 수 있으므로, 상기 연료전지부(202)가 전기를 생산하기까지 걸리는 시간을 단축시킬 수 있어서 신속하게 전기 생산량을 최대치까지 끌어올릴 수 있다. 본 발명의 변형된 제2실시예에 따른 선박(200)에 있어서, 상기 제어부(211)는 상기 예열부(212)에 의해 상기 연료전지부(202)의 온도가 최적의 상태로 높여져서 상기 연료전지부(202)가 가동되면 상기 예열부(212)로 공급되는 발전엔진부(203)의 배기가스를 차단하고, 상기 발전엔진부(203)의 배기가스가 상기 연료기화부(210)로 공급되도록 상기 발전엔진부(203) 배기가스의 이동 경로를 전환시킬 수 있다. 상기 제어부(211)는 상기 발전엔진부(203)와 상기 예열부(212)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브, 및 상기 발전엔진부(203)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브를 각각 제어함으로써, 상기 발전엔진부(203) 배기가스의 이동 경로를 전환시킬 수 있다. 상기 제어부(211)는 상기 추진엔진부(201)와 상기 예열부(212)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브, 및 상기 추진엔진부(201)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브를 각각 제어함으로써, 상기 추진엔진부(201) 배기가스의 이동 경로를 전환시킬 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박(200)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 73은 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박에서 개질기를 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 74는 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박에서 제1연료공급배관, 제2연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 75는 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박에서 제3연료공급배관을 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 76은 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 77은 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 73 내지 도 77을 참고하면, 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박(200)은 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)에서 개질기(213)를 더 포함한다.

상기 개질기(213)는 상기 연료전지부(202)에 수소가 포함된 연료를 공급하도록 상기 연료저장탱크(205)로부터 연료를 공급받아 개질시키기 위한 것이다. 이 경우, 상기 개질기(213)가 상기 연료저장탱크(205)로부터 공급받는 연료는 LPG 또는 LPG가 기화된 가스일 수 있다. 상기 개질기(213)는 상기 연료저장탱크(205)와 상기 연료전지부(202) 사이에 위치하도록 상기 연료저장탱크(205)와 상기 연료전지부(202)에 각각 결합될 수 있다. 상기 개질기(213)는 상기 연료저장탱크(205)와 상기 연료전지부(202)를 연결하는 제1연료공급배관(206)에 설치될 수 있다. 따라서, 상기 개질기(213)는 상기 연료저장탱크(205)로부터 공급되는 연료를 개질시켜서 상기 연료전지부(202)에 개질연료를 공급할 수 있다. 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료저장탱크(205)로부터 공급되는 연료를 상기 개질기(213)가 개질시켜서 상기 연료전지부(202)에 공급함으로써, 상기 연료전지부(202)에 공급되는 연료에 포함된 수소의 농도를 증대시킬 수 있으므로 상기 연료전지부(202)의 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 개질기(213)는 상기 본 발명에 따른 선박(1)의 개질기(22c)와 구성 및 작용 효과가 동일하다. 따라서, 상기 개질기(213)에 대한 구체적인 설명은 생략하고 차이점에 대해서만 설명하기로 한다. 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박(200)에 있어서, 상기 개질기(213)는 연료를 거의 수소(H₂)로만 전환시키는 개질기(이하, '수소개질기'라 함)일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 연료를 수소(H₂)와 메탄(CH₄) 등으로 전환시키는 개질기(이하, '제1개질기'라 함)일 수도 있다. 상기 수소개질기는 연료를 수소로만 전환시키는 완전 개질에 가깝기 때문에 상기 제1개질기에 비해 크기가 크다. 따라서, 상기 제1개질기는 상기 수소개질기에 비해 콤팩트화 또는 모듈화되어 선박의 공간확보가 용이하다. 상기 제1개질기는 촉매개발 및 운전조건 최적화 등을 통하여 상기 수소개질기에 비해 저온 영역에서 운전이 가능하도록 구현될 수 있다. 상기 제1개질기는 공급되는 연료. 즉, 소스가스의 유량 조절, 및 제1개질기 내부의 온도 조절을 통해 연료전지(21)로 공급되는 연료의 수소(H₂) 및 메탄(CH₄)의 농도 조절이 가능하다. 또한, 상기 제1개질기는 메탄가(Methane Number)를 최적화하여 수소개질기 대비 스팀(H₂O)의 사용량을 저감시킬 수 있다. 상기 개질기는 반응속도가 거의 일정하기 때문에 상기 연료전지(21)나 상기 발전엔진부(203)에 공급되는 연료의 양이 거의 일정하다. 따라서, 상기 개질기는 엔진의 부하가 낮은 경우에는 문제가 없으나, 엔진의 부하가 갑자기 높아지는 경우에 연료의 양을 급격하게 증가시킬 수 없는 문제가 있다. 상기 제1개질기는 엔진 로드에 따라 부하가 변동되도록 운전할 수 있다. 상기 제1개질기는 상기 연료전지(21) 또는 상기 발전엔진부(203)에 직접 결합되게 설치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박(200)은 상기 제1개질기에서 상기 연료전지(21) 또는 상기 발전엔진부(203)까지 개질가스를 이동시키는 이동거리를 줄임으로써, 개질연료를 신속하게 상기 연료전지(21) 및 상기 발전엔진부(203)에 공급할 수 있다. 상기 제1개질기는 엔진의 저부하 시에는 위에서 설명한 것처럼 일정한 반응속도에 따라 연료를 공급할 수 있다. 상기 제어부는 엔진의 고부하 시 상기 제1개질기에 공급되는 연료. 즉, 소스가스의 유량을 증가시키고, 및 제1개질기 내부의 온도를 증가시켜 반응속도를 증가시킴으로써, 상기 연료전지(21) 또는 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 연료의 양을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박(200)은 선체에 상기 제1개질기를 설치함으로써, 상기 수소개질기를 설치한 경우보다 추진 효율을 향상시킬 수 있다. 이하에서는 상기 제1개질기를 개질기(213)라 한다.

상기 개질기(213)는 상기 본 발명에 따른 선박(1)의 원료처리부(22a)로부터 공급되는 전처리된 원료 및 상기 본 발명에 따른 선박(1)의 원료수처리부(22b)로부터 공급되는 스팀(H₂O)의 개질반응을 진행하여 수소(H₂)를 포함하는 개질가스를 발생시킨다. 이러한 개질반응을 진행함에 있어서, 상기 개질기(213)는 본 발명에 따른 선박(1)의 연소기(22d)에서 제공되는 열 에너지, 상기 추진엔진부(201)에서 배출되는 배기가스의 폐열, 상기 연료전지부(202)에서 배출되는 배기가스의 폐열, 및 상기 발전엔진부(203)에서 배출되는 배기가스의 폐열 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박(200)은 상기 개질기(213)를 가열하기 위한 별도의 가열장치를 설치하지 않아도 되므로, 상기 연료저장탱크(205)로부터 공급되는 연료를 개질시키기 위한 비용을 절감할 수 있다.

본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박(200)에 있어서, 상기 발전엔진부(203)는 상기 연료전지부(202)에서 공급되는 미반응연료를 이용하여 상기 추진부(204) 및 상기 수요처가 사용하기 위한 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료전지부(202)에서 배출되는 미반응연료를 상기 발전엔진부(203)가 재사용함으로써, 상기 미반응연료가 상기 발전엔진부(203)를 거치지 않고 외부로 배출되는 경우에 비해 상기 미반응연료에 포함된 수소(H₂)와 메탄(CH₄)이 외부로 배출되는 배출량을 감소시킬 수 있으므로 환경이 오염되는 것을 더 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박(200)은 상기 미반응연료에 포함된 수소(H₂)와 메탄(CH₄)을 처리하기 위한 별도의 처리시설을 설치할 필요가 없으므로, 전기를 생산하는데 드는 구축비용을 절감할 수 있다.

본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박(200)에 있어서, 상기 발전엔진부(203)는 상기 제2연료공급배관(207)을 통해 공급되는 상기 연료전지부(202)의 미반응연료 및 상기 제3연료공급배관(209)을 통해 공급되는 상기 연료저장탱크(205)의 연료 중 적어도 하나를 이용하여 상기 추진부(204) 및 상기 수요처가 사용하기 위한 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203) 중 어느 하나가 손상 내지 파손되더라도 정상 작동하는 나머지를 이용하여 전기를 생산할 수 있으므로, 선체의 추진이 중단되거나 상기 수요처가 사용하는 전기의 공급이 중단되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박(200)은 상기 발전엔진부(203)가 상기 연료전지부(202)의 미반응연료 및 상기 연료저장탱크(205)의 연료를 모두 이용하여 전기를 생산할 수 있으므로, 전체적인 전기 생산성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박(200)에 있어서, 상기 추진엔진부(201)와 상기 개질기(213)를 연결하는 배관, 상기 연료전지부(202)와 상기 개질기(213)를 연결하는 배관, 상기 발전엔진부(203)와 상기 개질기(213)를 연결하는 배관, 상기 추진엔진부(201)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관, 상기 연료전지부(202)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관, 및 상기 발전엔진부(203)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관은 서로 연통되도록 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203)에서 배출되는 배기가스는 상기 연료기화부(210) 및 상기 개질기(213) 중 적어도 하나로 공급되어서 연료를 기화시키거나 연료를 개질시키는 열원으로 사용될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 제4실시예에 따른 선박(200)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 78은 본 발명의 변형된 제4실시예에 따른 선박에서 개질기를 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 79는 본 발명의 변형된 제4실시예에 따른 선박에서 제1연료공급배관, 제2연료공급배관, 제3연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 80은 본 발명의 변형된 제4실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 81은 본 발명의 변형된 제4실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 82는 본 발명의 변형된 제4실시예에 따른 선박에서 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 78 내지 도 82를 참고하면, 본 발명의 변형된 제4실시예에 따른 선박(200)은 상기 본 발명의 변형된 제3실시예에 따른 선박(200)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 상기 개질기(213)가 상기 연료전지부(202) 뿐만 아니라 상기 추진엔진부(201)에도 수소가 포함된 연료를 공급하도록 상기 연료저장탱크(205)로부터 연료를 공급받아 개질시킬 수 있다.

상기 개질기(213)는 일측이 상기 연료저장탱크(205)에 연결되고, 타측이 상기 추진엔진부(201) 및 상기 연료전지부(202)에 연결될 수 있다. 상기 개질기(213)는 상기 제1연료공급배관(206)에 설치됨으로써, 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 연료전지부(202)로 공급되는 연료를 개질시킬 수 있다. 상기 개질기(213)는 상기 추진연료공급배관(201a)에 설치됨으로써, 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 추진엔진부(201)로 공급되는 연료를 개질시킬 수 있다. 즉, 상기 개질기(213)는 상기 추진연료공급배관(201a) 및 상기 제1연료공급배관(206)에 설치됨으로써, 상기 연료저장탱크(205)에서 공급되는 연료를 개질시켜서 상기 추진엔진부(201) 및 상기 연료전지부(202) 각각으로 개질시킨 개질연료를 공급할 수 있다. 상기 개질기(213)는 상기 추진연료공급배관(201a) 및 상기 제1연료공급배관(206)을 통해 공급되는 연료를 개질시키도록 상기 추진연료공급배관(201a) 및 상기 제1연료공급배관(206)에 걸쳐서 설치될 수 있다. 상기 연료저장탱크(205)와 상기 개질기(213)를 연결하는 추진연료공급배관(201a) 및 제1연료공급배관(206)은 서로 연통되도록 결합되어서 하나의 배관으로 구현될 수도 있다. 상기 추진엔진부(201) 및 상기 연료전지부(202)가 상기 개질기(213)로부터 공급받는 연료에는 수소(H₂)와 메탄(CH₄)이 포함될 수 있다. 상기 개질기(213)는 상기 본 발명의 변형된 제3실시예처럼 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203) 중 적어도 하나에서 배출되는 배기가스를 열원으로 상기 연료저장탱크(205)에서 공급되는 연료를 개질시킬 수 있다. 상기 발전엔진부(203)는 제2연료공급배관(207)을 통해 상기 연료전지부(202)에서 공급되는 미반응연료를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 본 발명의 변형된 제4실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료전지부(202) 뿐만 아니라, 상기 추진엔진부(201)에 공급되는 연료에 포함된 수소의 농도를 증대시킬 수 있으므로, 상기 연료전지부(202) 및 상기 추진엔진부(201) 각각의 전기 생산 효율을 향상시켜서 전체적인 전기 생산량을 증대시킬 수 있다.

상기 예열부(212)는 연료전지가 가동하기 전에 상기 연료전지의 온도를 최적의 상태로 미리 높여놓기 위한 것이다. 여기서, 상기 연료전지는 상기 본 발명에 따른 선박(1)의 연료전지(21)와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 상기 발전엔진부(203)는 상기 연료전지부(202)가 작동되지 않을 경우, 상기 제3연료공급배관(209)을 통해 상기 연료저장탱크(205)로부터 연료를 공급받아서 작동될 수 있으므로, 고온의 배기가스를 배출시킬 수 있다. 상기 추진엔진부(201)는 상기 추진연료공급배관(201a)를 통해 상기 연료저장탱크(205)로부터 연료를 공급받아서 작동될 수 있으므로, 고온의 배기가스를 배출시킬 수 있다. 따라서, 상기 예열부(212)는 상기 추진엔진부(201) 및 상기 발전엔진부(203) 중 적어도 하나에서 배출되는 배기가스를 열원으로 상기 연료전지(21)가 위치하는 곳. 예컨대, 핫박스(Hot Box) 내부의 공기를 가열시킴으로써, 상기 연료전지(21)의 온도를 가동에 최적화된 상태로 높여놓을 수 있다. 상기 고온의 배기가스는 관로를 통해 상기 핫박스로 이동될 수 있다. 상기 예열부(212)는 상기 연료전지(21)로부터 이격된 위치에서 상기 핫박스 내부에 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 연료전지(21)의 온도를 높일 수 있으면 상기 핫박스의 외부 등 다른 위치에 설치될 수도 있다. 상기 예열부(212)가 상기 핫박스의 외부에 설치될 경우, 상기 예열부(212)는 상기 핫박스 내부의 공기와 상기 추진엔진부(201) 및 상기 발전엔진부(203) 중 적어도 하나에서 배출되는 배기가스를 열교환시킴으로써, 상기 핫박스 내부의 공기를 가열시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제4실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료전지부(202)가 가동되기 전에 상기 추진엔진부(201) 및 상기 발전엔진부(203)에서 배출되는 배기가스를 이용하여 상기 연료전지부(202)의 내부 온도를 최적의 상태로 미리 예열시킬 수 있으므로, 상기 연료전지부(202)가 전기를 생산하기까지 걸리는 시간을 단축시킬 수 있어서 신속하게 전기 생산량을 최대치까지 끌어올릴 수 있다. 본 발명의 변형된 제4실시예에 따른 선박(200)에 있어서, 상기 제어부(211)는 상기 예열부(212)에 의해 상기 연료전지부(202)의 온도가 최적의 상태로 높여져서 상기 연료전지부(202)가 가동되면 상기 예열부(212)로 공급되는 발전엔진부(203)의 배기가스를 차단하고, 상기 발전엔진부(203)의 배기가스가 상기 연료기화부(210)로 공급되도록 상기 발전엔진부(203)에서 배출되는 배기가스의 이동 경로를 전환시킬 수 있다. 상기 제어부(211)는 상기 발전엔진부(203)와 상기 예열부(212)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브, 및 상기 발전엔진부(203)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브를 각각 제어함으로써, 상기 발전엔진부(203) 배기가스의 이동 경로를 전환시킬 수 있다. 상기 제어부(211)는 상기 추진엔진부(201)와 상기 예열부(212)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브, 및 상기 추진엔진부(201)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브를 각각 제어함으로써, 상기 추진엔진부(201) 배기가스의 이동 경로를 전환시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제4실시예에 따른 선박(200)은 상기 추진엔진부(201) 및 상기 발전엔진부(203)에서 배출되는 배기가스를 상기 예열부(212) 및 상기 연료기화부(210) 중 적어도 하나로 공급하여서 상기 연료전지부(202) 및 상기 연료저장탱크(205)를 가열하는 가열매체로 이용함으로써, 외부로 배출되는 상기 발전엔진부(203)의 배기가스 온도를 낮출 수 있으므로 높은 온도의 배기가스가 외부로 배출되는 경우에 비해 환경이 오염되는 것을 더 방지할 수 있다.

본 발명의 변형된 제4실시예에 따른 선박(200)에 있어서, 상기 추진엔진부(201)와 상기 개질기(213)를 연결하는 배관, 상기 연료전지부(202)와 상기 개질기(213)를 연결하는 배관, 상기 추진엔진부(201)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관, 상기 연료전지부(202)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관, 상기 발전엔진부(203)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관, 상기 추진엔진부(201)와 상기 예열부(212)를 연결하는 배관, 및 상기 발전엔진부(203)와 상기 예열부(212)를 연결하는 배관은 서로 연통되도록 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203)에서 배출되는 배기가스는 상기 연료기화부(210), 상기 예열부(212) 및 상기 개질기(213) 중 적어도 하나로 공급되어서 연료를 기화시키거나 연료를 개질시키거나 연료전지(212)를 예열시키는 열원으로 사용될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박(200)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 83은 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박에서 재공급부를 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 84는 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박에서 제3연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 85는 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 86은 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 87은 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박에서 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 83 내지 도 87을 참고하면, 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박(200)은 상기 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 상기 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)에서 재공급부(214) 및 예열부(212)를 더 포함한다.

상기 재공급부(214)는 상기 발전엔진부(203)에서 요구하는 미반응연료의 유량을 초과하는 잉여연료를 상기 연료전지부(202)로 재공급하기 위한 것이다. 상기 재공급부(214)는 재공급배관(2141) 및 재공급밸브(2142)를 포함할 수 있다. 상기 재공급배관(2141)은 일측이 상기 연료저장탱크(205)와 상기 연료전지부(202)를 연결하는 제1연료공급배관(206)에 연통되도록 결합되고, 타측이 상기 연료전지부(202)와 상기 발전엔진부(203)를 연결하는 제2연료공급배관(207)에 연통하도록 결합될 수 있다. 상기 재공급배관(2141)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 이에 따라, 상기 제2연료공급배관(207)을 통해 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료는 상기 재공급배관(2141)을 통해 상기 제1연료공급배관(206)으로 공급됨으로써, 상기 연료전지부(202)로 다시 공급될 수 있다. 상기 재공급배관(2141)을 통해 상기 연료전지부(202)로 재공급되는 미반응연료는 상기 연료전지부(202)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료의 일부 또는 전부일 수 있다. 예컨대, 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료전지부(202)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료의 유량이 상기 발전엔진부(203)에서 요구하는 미반응연료의 유량을 초과하면, 초과하는 잉여연료를 상기 재공급배관(2141)을 통해서 상기 연료전지부(202)로 재공급할 수 있다. 이 경우, 상기 재공급배관(2141)을 통해 상기 연료전지부(202)로 재공급되는 미반응연료는 상기 연료전지부(202)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료의 일부일 수 있다. 예컨대, 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박(200)은 상기 발전엔진부(203)가 손상 내지 파손되었을 경우, 상기 연료전지부(202)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료 전부를 상기 재공급배관(2141)을 통해서 상기 연료전지부(202)로 재공급되도록 할 수 있다.

상기 재공급밸브(2142)는 상기 재공급배관(2141)을 개폐하기 위한 것이다. 상기 재공급밸브(2142)는 상기 재공급배관(2141)에 설치되고 상기 재공급배관(2141)의 유로가 개방되는 크기를 조절함으로써, 상기 재공급배관(2141)을 개폐할 수 있다. 상기 재공급밸브(2142)는 상기 재공급배관(2141)의 유로가 개방되는 크기를 조절함으로써, 상기 제2연료공급배관(207)에서 상기 제1연료공급배관(206)으로 공급되는 미반응연료의 유량을 조절할 수도 있다. 상기 재공급밸브(2142)는 상기 제어부(211)에 의해 제어될 수 있다. 상기 제어부(211)는 상기 발전엔진부(203)에서 요구하는 미반응연료의 유량이 기설정된 기준미반응연료유량을 초과하면, 상기 재공급배관(2141)이 폐쇄되도록 상기 재공급밸브(2142)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지부(202)에서 배출되는 미반응연료는 전부 상기 발전엔진부(203)로 공급될 수 있다. 즉, 잉여연료는 발생하지 않는다. 상기 제어부(211)는 상기 발전엔진부(203)에서 요구하는 미반응연료의 유량이 기설정된 기준미반응연료유량 이하이면, 상기 재공급배관(2141)이 개방되도록 상기 재공급밸브(2142)를 제어할 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지부(202)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료 중 일부 또는 전부는 상기 재공급부(214)를 통해서 상기 연료전지부(202)로 공급될 수 있다. 상기 기준미반응연료유량은 엔진의 부하 또는 상기 선체가 운항하는 운항지역에 따라 상기 발전엔진부(203)가 최적의 효율로 전기를 생산할 수 있는 미반응연료의 유량을 의미하며, 작업자에 의해 미리 설정될 수 있다. 예컨대, 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박(200)은 상기 선체가 배출제한구역(ECA)에서 운항하면, 상기 발전엔진부(203)의 부하가 최저이므로 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료의 유량이 작아지도록 상기 재공급배관(2141)을 개방할 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박(200)은 상기 배출제한구역(ECA)에서 유해물질의 배출을 최소화시키면서, 최적의 효율로 운항할 수 있다. 예컨대, 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박(200)은 상기 선체가 배출완화구역(Global)에서 운항하면, 상기 발전엔진부(203)의 부하가 최고이므로 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료의 유량이 커지도록 상기 재공급배관(2141)을 폐쇄할 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박(200)은 상기 배출완화구역(Global)에서 최고 운항 속력으로 항해하여 물건 및 사람의 이송시간을 단축시킬 수 있다.

본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박(200)은 상기 발전엔진부(203)에서 요구하는 미반응연료의 유량을 초과하는 잉여연료를 상기 연료전지부(202)로 재공급하도록 구현됨으로써, 상기 연료전지부(202)에 공급되는 연료의 유량을 줄일 수 있어서 전기 생산에 대한 운영비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박(200)은 상기 잉여연료를 외부로 배출하지 않고 상기 재공급부(214)를 통해 재사용할 수 있으므로, 상기 잉여연료에 포함된 수소(H₂) 및 메탄(CH₄)을 줄이기 위한 별도의 처리시설을 설치할 필요가 없으므로 유해물질 배출 저감에 대한 구축비용을 절감할 수 있다.

상기 예열부(212)는 연료전지(21)가 가동하기 전에 상기 연료전지(21)의 온도를 최적의 상태로 미리 높여놓기 위한 것이다. 상기 발전엔진부(203)는 상기 연료전지부(202)가 작동되지 않을 경우, 상기 제3연료공급배관(209)을 통해서 상기 연료저장탱크(205)로부터 연료를 공급받아서 작동될 수 있으므로, 고온의 배기가스를 배출시킬 수 있다. 상기 추진엔진부(201)는 상기 추진연료공급배관(201a)을 통해서 상기 연료저장탱크(205)로부터 연료를 공급받아서 작동될 수 있으므로, 고온의 배기가스를 배출시킬 수 있다. 따라서, 상기 예열부(212)는 상기 추진엔진부(201) 및 상기 발전엔진부(3) 중 적어도 하나에서 배출되는 배기가스를 열원으로 상기 연료전지(21)가 위치하는 곳. 예컨대, 핫박스(Hot Box) 내부의 공기를 가열시킴으로써, 상기 연료전지(21)의 온도를 가동에 최적화된 상태로 높여놓을 수 있다. 상기 고온의 배기가스는 배관을 통해 상기 핫박스로 이동될 수 있다. 상기 예열부(212)는 상기 연료전지(21)로부터 이격된 위치에서 상기 핫박스 내부에 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 연료전지(21)의 온도를 높일 수 있으면 상기 핫박스의 외부 등 다른 위치에 설치될 수도 있다. 상기 예열부(212)가 상기 핫박스의 외부에 설치될 경우, 상기 예열부(212)는 상기 핫박스 내부의 공기와 상기 추진엔진부(201) 및 상기 발전엔진부(203) 중 적어도 하나에서 배출되는 배기가스를 열교환시킴으로써, 상기 핫박스 내부의 공기를 가열시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료전지부(202)가 가동되기 전에 상기 추진엔진부(201) 및 상기 발전엔진부(203) 중 적어도 하나에서 배출되는 배기가스를 이용하여 상기 연료전지부(202)의 내부 온도를 최적의 상태로 미리 예열시킬 수 있으므로, 상기 연료전지부(202)가 전기를 생산하기까지 걸리는 시간을 단축시킬 수 있어서 신속하게 전기 생산량을 최대치까지 끌어올릴 수 있다. 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박(200)에 있어서, 상기 제어부(211)는 상기 예열부(212)에 의해 상기 연료전지부(202)의 온도가 최적의 상태로 높여져서 상기 연료전지부(202)가 가동되면 상기 예열부(212)로 공급되는 상기 추진엔진부(201) 및 발전엔진부(203)의 배기가스를 차단하고, 상기 추진엔진부(201) 및 상기 발전엔진부(203)의 배기가스가 상기 연료기화부(210)로 공급되도록 상기 추진엔진부(201) 및 상기 발전엔진부(203)에서 배출되는 배기가스의 이동 경로를 전환시킬 수 있다. 상기 제어부(211)는 상기 발전엔진부(203)와 상기 예열부(212)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브, 및 상기 발전엔진부(203)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브를 각각 제어함으로써, 상기 발전엔진부(203) 배기가스의 이동 경로를 전환시킬 수 있다. 상기 제어부(211)는 상기 추진엔진부(201)와 상기 예열부(212)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브, 및 상기 추진엔진부(201)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관에 설치되는 밸브를 각각 제어함으로써, 상기 추진엔진부(201) 배기가스의 이동 경로를 전환시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박(200)은 상기 추진엔진부(201) 및 상기 발전엔진부(203) 중 적어도 하나에서 배출되는 배기가스를 상기 예열부(212) 및 상기 연료기화부(210) 중 적어도 하나로 공급하여서 상기 연료전지부(202) 및 상기 연료저장탱크(205)를 가열하는 가열매체로 이용함으로써, 외부로 배출되는 상기 발전엔진부(203)의 배기가스 온도를 낮출 수 있으므로 높은 온도의 배기가스가 외부로 배출되는 경우에 비해 환경이 오염되는 것을 더 방지할 수 있다. 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박(200)에 있어서, 상기 추진엔진부(201)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관, 상기 추진엔진부(201)와 상기 예열부(212)를 연결하는 배관, 상기 연료전지부(202)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관, 상기 발전엔진부(203)와 상기 연료기화부(210)를 연결하는 배관, 및 상기 발전엔진부(203)와 상기 예열부(212)를 연결하는 배관은 서로 연통되도록 결합될 수 있다. 이에 따라, 상기 추진엔진부(201), 상기 연료전지부(202) 및 상기 발전엔진부(203)에서 배출되는 배기가스는 상기 연료기화부(210) 및 상기 예열부(212) 중 적어도 하나로 공급되어서 연료를 기화시키거나 연료전지(212)를 예열시키는 열원으로 사용될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 변형된 제6실시예에 따른 선박(200)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 88은 본 발명의 변형된 제6실시예에 따른 선박에서 수분제거부를 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 89는 본 발명의 변형된 제6실시예에 따른 선박에서 수분공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 90은 본 발명의 변형된 제6실시예에 따른 선박에서 제3연료공급배관 및 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 91은 본 발명의 변형된 제6실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 88 내지 도 91을 참고하면, 본 발명의 변형된 제6실시예에 따른 선박(200)은 상기 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 상기 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)에서 수분제거부(215), 수분공급배관(216) 및 예열부(212)를 더 포함한다. 상기 예열부(12)는 상기 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박(200)의 예열부(212)와 기능 및 효과가 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상기 수분제거부(215)는 상기 연료전지부(202)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료에 포함된 수분(H₂O)을 제거하기 위한 것이다. 상기 수분제거부(215)는 상기 연료전지부(202)와 상기 발전엔진부(203) 사이에 위치하도록 상기 연료전지부(202)와 상기 발전엔진부(203)에 각각 연결될 수 있다. 상기 수분제거부(215)는 상기 연료전지부(202)와 상기 발전엔진부(203)를 연결하는 제2연료공급배관(207)에 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 수분제거부(215)는 상기 연료전지부(202)로부터 미반응연료를 공급받아서 미반응연료에 포함된 수분을 제거한 후 상기 발전엔진부(203)로 수분이 제거된 미반응연료를 공급할 수 있다. 상기 수분제거부(215)는 컨덴서(Condenser)일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 미반응연료에 포함된 수분을 제거할 수 있으면 다른 장치일 수도 있다. 도시되지 않았지만, 상기 수분제거부(215)는 상기 연료저장탱크(205)가 저장하는 액화상태의 연료, 및 상기 미반응연료를 열교환시켜서 상기 미반응연료에 포함된 수분을 제거할 수도 있다. 이 경우, 상기 액화상태의 연료가 상기 미반응연료를 냉각시키는 냉매일 수 있다. 상기 액화상태의 연료는 LNG일 수 있다. 이에 따라, 상기 발전엔진부(203)는 수분이 제거된 미반응연료를 공급받을 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제6실시예에 따른 선박(200)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명의 변형된 제6실시예에 따른 선박(200)은 상기 발전엔진부(203)가 수분이 제거된 미반응연료를 공급받을 수 있으므로, 수분이 포함된 미반응연료를 공급받는 경우에 비해 연소효율을 더 향상시킬 수 있으므로 전기 생산량을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 연비향상에 따른 운영비용을 절감할 수 있다.

둘째, 본 발명의 변형된 제6실시예에 따른 선박(200)은 상기 발전엔진부(203)가 수분이 제거된 미반응연료를 공급받을 수 있으므로, 수분이 포함된 미반응연료를 공급받는 경우에 비해 상기 발전엔진부(203)의 내구성을 더 증대시킬 수 있어서 상기 발전엔진부(203)의 유지보수 및 교체 횟수 감소에 따른 유지보수비용을 절감할 수 있다.

셋째, 본 발명의 변형된 제6실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료저장탱크(205)에 저장된 연료를 냉매로 이용하여 상기 미반응연료에 포함된 수분을 제거할 수 있으므로, 상기 미반응연료에 포함된 수분을 제거하기 위한 별도의 냉각장치를 설치할 필요가 없어서 미반응연료에 포함된 수분을 제거하기 위한 구축비용을 절감할 수 있다.

상기 수분공급배관(216)은 상기 수분제거부(215)가 제거한 수분을 상기 연료전지부(202)로 공급하기 위한 것이다. 상기 수분공급배관(216)은 상기 수분제거부(215)와 상기 연료전지부(202)를 연결한다. 상기 수분공급배관(216)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 상기 수분공급배관(216)에는 상기 수분제거부(215)에서 상기 연료전지부(202)로 수분을 이동시키기 위한 이송력을 발생시키는 이송장치가 설치될 수 있다. 상기 이송장치는 압축기, 펌프, 임펠러 중 적어도 하나일 수 있다. 따라서, 상기 수분제거부(215)가 제거한 수분은 상기 수분공급배관(216)을 따라 상기 연료전지부(202)로 공급될 수 있다. 상기 연료전지부(202)로 공급된 수분은 상기 연료전지부(202)가 갖는 개질기로 공급되어서 상기 연료전지(21)에 연료를 공급하기 위한 개질반응에 사용될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 수분제거부(215)가 제거한 수분은 선체 내부의 유틸리티로 공급될 수 있다. 예컨대, 상기 수분제거부(215)가 제거한 수분은 선박에서 작업하는 작업자들의 온수로 사용되거나 선체의 내부를 가열하는 난방용으로 사용될 수 있다. 상기 수분제거부(215)가 제거한 수분은 폐열회수장치로 공급되어서 폐열을 회수하는데 사용될 수도 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제6실시예에 따른 선박(200)은 외부로 버려질 수 있는 수분(H₂O)을 재사용함으로써, 자원이 낭비되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 전기 생산에 필요한 물을 생산하거나 저장하는데 사용되는 비용을 절감할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박(200)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 92는 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박에서 발전엔진부가 연료전지부, 개질기 및 연료저장탱크로부터 연료를 공급받는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 93은 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박에서 제4연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 94는 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박에서 제1밸브, 제2밸브 및 제3밸브를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 95는 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 96은 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 92 내지 도 96을 참고하면, 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박(200)은 상기 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 상기 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)에서 개질기(213), 제4연료공급배관(217) 및 예열부(212)를 더 포함하고, 상기 발전엔진부(203)는 상기 연료전지부(202), 상기 연료저장탱크(205) 및 상기 개질기(213)에 병렬로 연결되어서 상기 연료전지부(202), 상기 연료저장탱크(205) 및 상기 개질기(213)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아 발전하는 것이다. 상기 예열부(212)는 상기 본 발명의 변형된 제5실시예에 따른 선박(200)의 예열부(212)와 기능 및 효과가 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상기 발전엔진부(203)는 상기 제2연료공급배관(207)을 통해 상기 연료전지부(202)에 연결될 수 있다. 상기 발전엔진부(203)는 상기 제3연료공급배관(209)을 통해 상기 연료저장탱크(205)에 연결될 수 있다. 상기 발전엔진부(203)는 상기 제4연료공급배관(217)을 통해 상기 개질기(213)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 발전엔진부(203)는 상기 연료전지부(202), 상기 연료저장탱크(205) 및 상기 개질기(213)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아서 발전할 수 있다.

상기 개질기(213)는 상기 발전엔진부(203)에 수소가 포함된 연료를 공급하도록 상기 연료저장탱크(205)로부터 연료를 공급받아 개질시키기 위한 것이다. 이 경우, 상기 개질기(213)가 상기 연료저장탱크(205)로부터 공급받는 연료는 LPG 또는 LPG가 기화된 가스일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 LNG 또는 LNG가 기화된 가스일 수도 있다. 상기 개질기(213)는 상기 연료저장탱크(205)와 상기 발전엔진부(203) 사이에 위치하도록 상기 연료저장탱크(205)와 상기 발전엔진부(203)에 각각 결합될 수 있다. 상기 개질기(213)는 상기 연료저장탱크(205)와 상기 발전엔진부(203)를 연결하는 제4연료공급배관(217)에 설치될 수 있다. 상기 제4연료공급배관(217)은 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 발전엔진부(203)로 수소가 포함된 연료를 공급하기 위한 것이다. 상기 제4연료공급배관(217)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 상기 제4연료공급배관(217)에는 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 발전엔진부(203)로 연료를 이동시키기 위한 이송력을 발생시키는 이송장치가 설치될 수 있다. 상기 이송장치는 압축기, 펌프, 임펠러 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 개질기(213)는 상기 제4연료공급배관(217)에 설치되어서 상기 연료저장탱크(205)로부터 연료를 공급받아 개질시킨 후 개질시킨 연료를 상기 발전엔진부(203)로 공급할 수 있다. 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료저장탱크(205)로부터 공급되는 연료를 상기 개질기(213)가 개질시켜서 상기 발전엔진부(203)에 공급함으로써, 상기 발전엔진부(203)에 공급되는 수소의 농도를 증대시킬 수 있으므로 상기 발전엔진부(203)의 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 개질기(213)는 상기 본 발명에 따른 선박(1)의 개질기(22c)와 구성 및 작용 효과가 동일하다. 따라서, 상기 개질기(213)에 대한 구체적인 설명은 생략하고 차이점에 대해서만 설명하기로 한다. 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박(200)에 있어서, 상기 개질기(213)는 연료를 거의 수소(H₂)로만 전환시키는 개질기(이하, '수소개질기'라 함)일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 연료를 수소(H₂)와 메탄(CH₄) 등으로 전환시키는 개질기(이하, '제1개질기'라 함)일 수도 있다. 상기 수소개질기는 연료를 수소로만 전환시키는 완전 개질에 가깝기 때문에 상기 제1개질기에 비해 크기가 크다. 따라서, 상기 제1개질기는 상기 수소개질기에 비해 콤팩트화 또는 모듈화되어 선박의 공간확보가 용이하다. 상기 제1개질기는 촉매개발 및 운전조건 최적화 등을 통하여 상기 수소개질기에 비해 저온 영역에서 운전이 가능하도록 구현될 수 있다. 상기 제1개질기는 공급되는 연료. 즉, 소스가스의 유량 조절, 및 제1개질기 내부의 온도 조절을 통해 연료전지(21)로 공급되는 연료의 수소(H₂) 및 메탄(CH₄)의 농도 조절이 가능하다. 또한, 상기 제1개질기는 메탄가(Methane Number)를 최적화하여 수소개질기 대비 스팀(H₂O)의 사용량을 저감시킬 수 있다. 상기 개질기는 반응속도가 거의 일정하기 때문에 상기 연료전지(21)나 상기 발전엔진부(203)에 공급되는 연료의 양이 거의 일정하다. 따라서, 상기 개질기는 엔진의 부하가 낮은 경우에는 문제가 없으나, 엔진의 부하가 갑자기 높아지는 경우에 연료의 양을 급격하게 증가시킬 수 없는 문제가 있다. 상기 제1개질기는 엔진 로드에 따라 부하가 변동되도록 운전할 수 있다. 상기 제1개질기는 상기 발전엔진부(203)에 직접 결합되게 설치될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박(200)은 상기 제1개질기에서 상기 발전엔진부(203)까지 개질가스를 이동시키는 이동거리를 줄임으로써, 개질가스를 신속하게 상기 발전엔진부(203)에 공급할 수 있다. 상기 제1개질기는 엔진의 저부하 시에는 위에서 설명한 것처럼 일정한 반응속도에 따라 연료를 공급할 수 있다. 상기 제어부는 엔진의 고부하 시 상기 제1개질기에 공급되는 연료. 즉, 소스가스의 유량을 증가시키고, 및 제1개질기 내부의 온도를 증가시켜 반응속도를 증가시킴으로써, 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 연료의 양을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박(200)은 선체에 상기 제1개질기를 설치함으로써, 상기 수소개질기를 설치한 경우보다 추진 효율을 향상시킬 수 있다. 이하에서는 상기 제1개질기를 개질기(213)라 한다.

상기 개질기(213)는 원료처리부(22a)로부터 공급되는 전처리된 원료, 및 원료수처리부(22b)로부터 공급되는 스팀(H₂O)의 개질반응을 진행하여 수소(H₂)를 포함하는 개질가스를 발생시킨다. 이러한 개질반응을 진행함에 있어서, 상기 개질기(213)는 상기 연소기(22d)에서 제공되는 열 에너지, 상기 추진엔진부(201)에서 배출되는 배기가스의 폐열, 상기 연료전지부(202)에서 배출되는 배기가스의 폐열, 및 상기 발전엔진부(203)에서 배출되는 배기가스의 폐열 중 적어도 하나를 이용할 수 있다. 상기 연소기(22d)는 상기 연료저장탱크(205)로부터 연료를 공급받아 연소시킴으로써, 상기 개질기(213)에 열 에너지를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박(200)은 상기 개질기(213)를 가열하기 위한 별도의 가열장치를 설치하지 않아도 되므로, 상기 연료저장탱크(205)로부터 공급되는 연료를 개질시키기 위한 비용을 절감할 수 있다.

상기 발전엔진부(203)는 상기 연료전지부(202), 상기 연료저장탱크(205) 및 상기 개질기(213)에 병렬로 연결되어서 상기 연료전지부(202), 상기 연료저장탱크(205) 및 상기 개질기(213)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받을 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료전지부(202), 상기 연료저장탱크(205) 및 상기 개질기(213) 중 어느 하나가 손상 내지 파손되어도 나머지로부터 수소가 포함된 연료를 공급받을 수 있으므로, 상기 발전엔진부(203)의 전기 생산이 중단되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박(200)은 제1밸브(218), 제2밸브(219) 및 제3밸브(220)를 더 포함할 수 있다.

상기 제1밸브(218)는 상기 연료전지부(202)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료의 유량을 조절하기 위한 것이다. 상기 제1밸브(218)는 상기 연료전지부(202)와 상기 발전엔진부(203) 사이에 위치하도록 상기 제2연료공급배관(207)에 설치될 수 있다. 상기 제1밸브(218)는 상기 제2연료공급배관(207)의 개도를 조절함으로써, 상기 연료전지부(202)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료의 유량을 조절할 수 있다. 상기 제1밸브(218)는 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 제어부(211)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1밸브(218)는 상기 제어부(211)에 의해 제어됨으로써, 상기 제2연료공급배관(207)의 개도를 조절하여 상기 연료전지부(202)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료의 유량을 조절할 수 있다.

상기 제2밸브(219)는 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 연료의 유량을 조절하기 위한 것이다. 상기 제2밸브(219)는 상기 연료저장탱크(205)와 상기 발전엔진부(203) 사이에 위치하도록 상기 제3연료공급배관(209)에 설치될 수 있다. 상기 제2밸브(219)는 상기 제3연료공급배관(209)의 개도를 조절함으로써, 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 수소가 포함된 연료의 유량을 조절할 수 있다. 상기 제2밸브(219)는 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 제어부(211)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제2밸브(219)는 상기 제어부(211)에 의해 제어됨으로써, 상기 제3연료공급배관(209)의 개도를 조절하여 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 연료의 유량을 조절할 수 있다.

상기 제3밸브(220)는 상기 개질기(213)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 연료의 유량을 조절하기 위한 것이다. 상기 연료는 수소(H₂)일 수 있으나, 수소(H₂) 및 메탄(CH₄)일 수도 있다. 상기 제3밸브(220)는 상기 개질기(213)와 상기 발전엔진부(203) 사이에 위치하도록 상기 제4연료공급배관(217)에 설치될 수 있다. 상기 제3밸브(220)는 상기 제4연료공급배관(217)의 개도를 조절함으로써, 상기 개질기(213)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 수소가 포함된 연료의 유량을 조절할 수 있다. 상기 제3밸브(220)는 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 제어부(211)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제3밸브(220)는 상기 제어부(211)에 의해 제어됨으로써, 상기 제4연료공급배관(217)의 개도를 조절하여 상기 개질기(213)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 연료의 유량을 조절할 수 있다.

상기 제어부(211)는 상기 발전엔진부(203)가 공급받는 연료의 가스 조성비가 상이하도록 상기 제1밸브(218), 상기 제2밸브(219) 및 상기 제3밸브(220)를 제어할 수 있다. 상기 제어부(211)는 가스농도측정기(미도시)로부터 상기 연료전지부(202), 상기 연료저장탱크(205) 및 상기 개질기(213)로부터 공급되는 연료의 가스 조성비 정보를 제공받을 수 있다. 상기 가스농도측정기는 상기 발전엔진부(203)가 공급받는 연료. 예컨대, 수소, 메탄 등의 농도를 측정할 수 있는 센서로, 상기 발전엔진부(203)에 연료가 공급되는 배관의 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 상기 제어부(211)는 상기 가스농도측정기가 측정한 연료의 가스들 중 폭발위험이 있는 가스의 농도가 높아지면, 폭발위험이 있는 가스의 농도가 감소되도록 상기 제1밸브(218), 상기 제2밸브(219) 및 상기 제3밸브(220)를 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 제2연료공급배관(207)을 통해 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 연료는 주성분이 수소와 메탄일 수 있다. 상기 제3연료공급배관(209)을 통해 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 연료는 주성분이 메탄일 수 있다. 상기 제4연료공급배관(217)을 통해 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 연료는 주성분이 수소일 수 있다. 이에 따라, 상기 제어부(211)는 상기 제1밸브(218), 상기 제2밸브(219) 및 상기 제3밸브(220)를 제어함으로써, 상기 발전엔진부(203)가 공급받는 연료에서 수소와 메탄 각각의 농도를 조절할 수 있다. 예컨대, 폭발위험이 있는 가스가 수소라고 할 경우, 상기 제어부(211)는 수소가 주성분인 연료가 공급되는 상기 제4연료공급배관(217)에 설치된 상기 제3밸브(220)를 제어하여 상기 제4연료공급배관(217)의 개도를 줄임으로써, 상기 발전엔진부(203)가 공급받는 연료에서 수소의 비율을 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박(200)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박(200)은 상기 발전엔진부(203)가 공급받는 연료에서 폭발위험이 있는 가스의 농도를 낮출 수 있으므로, 상기 발전엔진부(203) 뿐만 아니라 전체 시스템의 안전성을 확보할 수 있다.

둘째, 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박(200)은 상기 제1밸브(218), 상기 제2밸브(219) 및 상기 제3밸브(220)를 제어하여 상기 발전엔진부(203)가 요구하는 최적의 가스 조성비를 조절할 수 있으므로, 상기 발전엔진부(203)가 최적의 효율로 전기를 생산하도록 하여 연비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 외부로 배출되는 유해물질의 양도 최소화시킬 수 있다.

셋째, 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박(200)은 상기 발전엔진부(203)에 공급되는 연료의 가스 조성비를 실시간으로 조절할 수 있으므로, 상기 발전엔진부(203)가 요구하는 최적의 가스 조성비에 신속하게 대응할 수 있어서 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박(200)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 97은 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박에서 버퍼탱크를 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 98은 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박에서 제5연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 99는 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박에서 제1밸브, 제2밸브 및 제3밸브를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 100은 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 101은 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 97 내지 도 101을 참고하면, 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박(200)은 상기 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박(200)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 상기 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박(200)에서 버퍼탱크(221) 및 제5연료공급배관(222)을 더 포함하고, 상기 발전엔진부(203)는 상기 버퍼탱크(221)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아 발전하는 것이다.

상기 버퍼탱크(221)는 상기 제2연료공급배관(207)을 통해 상기 연료전지부(202)에 연결될 수 있다. 상기 버퍼탱크(221)는 상기 제3연료공급배관(209)을 통해 상기 연료저장탱크(205)에 연결될 수 있다. 상기 버퍼탱크(221)는 상기 제4연료공급배관(217)을 통해 상기 개질기(213)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 버퍼탱크(221)는 상기 연료전지부(202), 상기 연료저장탱크(205) 및 상기 개질기(213)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아서 저장할 수 있다. 상기 버퍼탱크(221)는 상기 제5연료공급배관(222)을 통해 상기 발전엔진부(203)에 연결될 수 있다. 따라서, 상기 발전엔진부(203)는 상기 버퍼탱크(221)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아서 전기를 생산할 수 있다.

상기 버퍼탱크(221)는 상기 발전엔진부(203)에 공급되는 연료를 저장하기 위한 것이다. 예컨대, 상기 버퍼탱크(221)는 상기 연료전지부(202)로부터 수소와 메탄이 포함된 미반응연료를 공급받고, 상기 개질기(213)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받으며, 상기 연료저장탱크(205)로부터 메탄이 포함된 연료를 공급받을 수 있다. 따라서, 상기 버퍼탱크(221)는 수소와 메탄이 포함된 미반응연료, 수소가 포함된 연료, 및 메탄이 포함된 연료가 혼합된 혼합연료를 저장할 수 있다. 상기 버퍼탱크(221)는 상기 제5연료공급배관(222)을 통해 상기 발전엔진부(203)에 연결됨으로써, 저장한 혼합연료를 상기 발전엔진부(203)에 공급할 수 있다. 상기 제5연료공급배관(222)은 상기 버퍼탱크(221)에서 상기 발전엔진부(203)로 수소가 포함된 혼합연료를 공급하기 위한 것이다. 상기 제5연료공급배관(222)은 관 또는 파이프와 같은 관로일 수 있다. 상기 제5연료공급배관(222)에는 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 발전엔진부(203)로 연료를 이동시키기 위한 이송력을 발생시키는 이송장치가 설치될 수 있다. 상기 이송장치는 압축기, 펌프, 임펠러 중 적어도 하나일 수 있다. 상기 버퍼탱크(221)는 내부가 비어있는 직방체 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 내부가 비어있는 구(球)형 등 다른 형태로 형성될 수도 있다. 상기 버퍼탱크(221)는 선체의 내부 또는 외부에 설치될 수 있지만, 상기 선체의 내부와 외부에 결쳐서 설치될 수도 있다. 상기 버퍼탱크(221)는 상기 발전엔진부(203)로부터 이격된 위치에 설치될 수 있으나, 상기 발전엔진부(203)와 일체로 형성될 수도 있다. 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료는 수소와 메탄일 수 있으나, 이산화탄소(CO₂), 수분(H₂O) 등 다른 기체가 포함될 수도 있다. 상기 버퍼탱크(221)에 저장한 연료에 이산화탄소(CO₂), 수분(H₂O)이 포함될 경우, 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박(200)은 상기 버퍼탱크(221)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 연료에서 이산화탄소(CO₂)와 수분(H₂O)을 각각 제거하기 위한 이산화탄소 포집부 및 수분제거장치를 더 포함할 수 있다. 상기 버퍼탱크(221)는 액체상태, 기체상태, 액체와 기체가 혼합된 혼합상태 등 다양한 형태로 연료를 저장할 수 있다. 상기 버퍼탱크(221)에는 연료를 액화시키기 위한 액화설비, 연료를 기화시키기 위한 기화설비, 기화된 연료를 재액화시키기 위한 재액화설비 등이 설치될 수 있다. 상기 기화설비는 별도의 가열장치를 이용하여 상기 버퍼탱크(221)에 저장된 연료를 기화시킬 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 추진엔진부(201)에서 배출되는 배기가스의 폐열, 상기 연료전지부(202)에서 배출되는 배기가스의 폐열 및 상기 발전엔진부(203)에서 배출되는 배기가스의 폐열 중 적어도 하나를 이용하여 상기 버퍼탱크(221)에 저장된 연료를 기화시킬 수도 있다. 이 경우, 상기 추진엔진부(201)에서 배출된느 배기가스의 폐열, 상기 연료전지부(202)에서 배출되는 배기가스의 폐열 및 상기 발전엔진부(203)에서 배출되는 배기가스의 폐열이 가열매체가 될 수 있다. 상기 액화설비는 별도의 냉각장치를 이용하여 상기 버퍼탱크(221)에 저장된 연료를 액화시킬 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 연료저장탱크(205)에 저장된 LNG를 이용하여 상기 버퍼탱크(221)에 저장된 연료를 액화시킬 수도 있다. 이 경우, 상기 LNG가 냉각매체가 될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 버퍼탱크(221)에 저장된 연료는 배관을 통해 상기 추진엔진부(201)에 공급되어서 구동력을 발생시키는 연료로 사용될 수도 있다.

상기 발전엔진부(203)는 상기 제5연료공급배관(205)을 통해 상기 버퍼탱크(221)로부터 혼합연료를 공급받아서 전기를 생산할 수 있다. 상기 혼합연료는 수소와 메탄이 포함된 연료일 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박(200)은 상기 발전엔진부(203)가 상기 버퍼탱크(221)로부터 가스 조성비가 일정한 혼합연료를 공급받아 전기를 생산할 수 있으므로, 상기 연료전지부(202), 상기 개질기(213) 및 상기 연료저장탱크(205) 각각으로부터 직접 연료를 공급받아 전기를 생산하는 경우에 비해 상기 발전엔진부(203)가 안정적으로 전기를 생산하도록 할 수 있다. 또한, 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박(200)은 상기 버퍼탱크(221)에 저장된 혼합연료를 상기 발전엔진부(203)에 공급할 수 있으므로, 상기 연료전지부(202)의 전기화학 반응속도, 상기 개질기(213)의 반응속도에 상관없이 신속하게 상기 발전엔진부(203)에 혼합연료를 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박(200)은 상기 발전엔진부(203)가 요구하는 출력에 신속하게 대응할 수 있으므로 효율적으로 전기를 생산할 수 있다.

본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박(200)은 제1밸브(218), 제2밸브(219), 제3밸브(220) 및 제어부(211)를 더 포함할 수 있다.

상기 제1밸브(218), 상기 제2밸브(219), 상기 제3밸브(220) 및 상기 제어부(211)는 상기 본 발명의 변형된 제7실시예에 따른 선박(200)의 제1밸브(218), 제2밸브(219), 제3밸브(220) 및 제어부(211)와 작용 및 효과가 동일하므로, 상기 제1밸브(218), 상기 제2밸브(219), 상기 제3밸브(220) 및 상기 제어부(211)에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 하고, 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.

상기 제1밸브(218)는 상기 연료전지부(202)와 상기 버퍼탱크(221) 사이에 위치하도록 상기 제2연료공급배관(207)에 설치될 수 있다. 따라서, 상기 제1밸브(218)는 상기 연료전지부(202)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 미반응연료의 유량을 조절할 수 있다. 상기 미반응연료의 주성분은 수소와 메탄일 수 있다.

상기 제2밸브(219)는 상기 연료저장탱크(205)와 상기 버퍼탱크(221) 사이에 위치하도록 상기 제3연료공급배관(209)에 설치될 수 있다. 따라서, 상기 제2밸브(219)는 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 수소가 포함된 연료의 유량을 조절할 수 있다. 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 수소가 포함된 연료의 주성분은 메탄일 수 있다.

상기 제3밸브(220)는 상기 개질기(213)와 상기 버퍼탱크(221) 사이에 위치하도록 상기 제4연료공급배관(217)에 설치될 수 있다. 따라서, 상기 제3밸브(220)는 상기 개질기(213)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 수소가 포함된 연료의 유량을 조절할 수 있다. 상기 개질기(213)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 수소가 포함된 연료의 주성분은 수소일 수 있다.

상기 제어부(211)는 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료의 가스 조성비가 상이하도록 상기 제1밸브(218), 상기 제2밸브(219) 및 상기 제3밸브(220)를 제어할 수 있다. 상기 제어부(211)는 가스농도측정기(미도시)로부터 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료의 가스 조성비 정보를 제공받을 수 있다. 상기 가스농도측정기는 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료. 예컨대, 수소, 메탄 등의 농도를 측정할 수 있는 센서로, 상기 버퍼탱크(221)의 내부 또는 외부에 설치될 수 있다. 상기 제어부(211)는 상기 가스농도측정기가 측정한 연료의 가스들 중 폭발위험이 있는 가스의 농도가 높아지면, 폭발위험이 있는 가스의 농도가 감소되도록 상기 제1밸브(218), 상기 제2밸브(219) 및 상기 제3밸브(220)를 제어할 수 있다. 예컨대, 폭발위험이 있는 가스가 수소라고 할 경우, 상기 제어부(211)는 수소가 주성분인 연료가 공급되는 상기 제4연료공급배관(217)에 설치된 상기 제3밸브(220)를 제어하여 상기 제4연료공급배관(217)의 개도를 줄임으로써, 상기 버퍼탱크(21)에 공급되는 수소의 양을 줄일 수 있다. 따라서, 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료에서 수소의 비율을 낮출 수 있다. 그러므로, 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박(200)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박(200)은 상기 제1밸브(218), 상기 제2밸브(219) 및 상기 제3밸브(220)를 제어하여 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료에서 폭발위험이 있는 가스의 농도를 낮출 수 있으므로, 상기 버퍼탱크(221) 뿐만 아니라 전체 시스템의 안전성을 확보할 수 있다.

둘째, 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박(200)은 상기 제1밸브(218), 상기 제2밸브(219) 및 상기 제3밸브(220)를 제어하여 상기 발전엔진부(203)가 요구하는 최적의 가스 조성비를 갖는 혼합연료를 상기 버퍼탱크(221)에 저장할 수 있으므로, 상기 발전엔진부(203)가 최적의 효율로 전기를 생산하도록 하여 연비를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 외부로 배출되는 유해물질의 양도 최소화시킬 수 있다.

셋째, 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박(200)은 상기 버퍼탱크(221)에 저장되는 연료의 가스 조성비를 실시간으로 조절할 수 있으므로, 상기 발전엔진부(203)가 요구하는 최적의 가스 조성비에 신속하게 대응할 수 있어서 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

이하에서는 본 발명의 변형된 제9실시예에 따른 선박(200)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 102는 본 발명의 변형된 제9실시예에 따른 선박에서 수소농도측정부 및 유량조절부를 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 103은 본 발명의 변형된 제9실시예에 따른 선박에서 제4연료공급배관, 제5연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 104는 본 발명의 변형된 제9실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 105는 본 발명의 변형된 제9실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 102 내지 도 105를 참고하면, 본 발명의 변형된 제9실시예에 따른 선박(200)은 상기 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박(200)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 상기 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박(200)의 상기 제1밸브(218), 상기 제2밸브(219) 및 상기 제3밸브(220)를 제외하고, 수소농도측정부(223) 및 유량조절부(224)를 더 포함한다.

상기 수소농도측정부(223)는 상기 버퍼탱크(221)에 저장된 연료에서 수소(H₂)의 농도를 측정하기 위한 것이다. 상기 수소농도측정부(223)는 상기 버퍼탱크(221)의 외부에 설치되고 관로를 통해 상기 버퍼탱크(221)의 내부에 연결되어서 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료의 수소 농도를 측정할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 버퍼탱크(221)의 내부에 설치되어서 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료의 수소 농도를 측정할 수도 있다. 상기 수소농도측정부(223)는 상기 버퍼탱크(221)와 상기 발전엔진부(203)를 연결하는 제5연료공급배관(222)에 설치되어 상기 버퍼탱크(221)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 연료의 수소 농도를 측정함으로써, 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료의 수소 농도를 측정할 수도 있다. 상기 수소농도측정부(223)는 한 개가 설치될 수 있으나, 수소 농도 측정값의 신뢰성을 높이기 위해 복수개가 상기 버퍼탱크(221)의 서로 다른 위치에 연결되도록 설치될 수도 있다. 상기 수소농도측정부(223)는 상기 유량조절부(224)에 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 수소농도측정부(223)는 측정한 수소 농도 측정값을 상기 유량조절부(224)에 제공할 수 있다.

상기 유량조절부(224)는 개질기(213)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 연료의 유량을 조절하기 위한 것이다. 상기 개질기(213)가 상기 연료저장탱크(205)로부터 연료를 공급받아서 개질시킨 연료는 주성분이 수소(H₂)일 수 있다. 상기 유량조절부(224)는 상기 개질기(213)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 연료의 유량을 조절함으로써, 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료에 포함된 수소의 유량을 조절할 수 있다. 상기 유량조절부(224)는 상기 개질기(213)와 상기 버퍼탱크(221) 사이에 위치하도록 설치될 수 있다. 예컨대, 상기 유량조절부(224)는 상기 개질기(213)와 상기 버퍼탱크(221)를 연결하는 제4연료공급배관(217)에 설치될 수 있다. 상기 유량조절부(224)는 상기 제4연료공급배관(217)의 개도를 조절해서 상기 개질기(213)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 연료의 유량을 조절할 수 있다. 상기 유량조절부(224)는 밸브일 수 있다. 상기 유량조절부(224)는 상기 수소농도측정부(223)로부터 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료에 포함된 수소 농도 측정값을 제공받을 수 있다. 상기 유량조절밸브(224)는 상기 수소농도측정부(223)가 측정한 수소 농도가 기설정된 기준수소농도를 초과하면, 상기 개질기(213)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 연료의 유량을 감소시킬 수 있다. 상기 유량조절밸브(224)는 상기 제4연료공급배관(217)의 개도를 작게 함으로써, 상기 개질기(213)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 연료의 유량을 감소시킬 수 있다. 상기 기준수소농도는 상기 버퍼탱크(221)가 폭발하지 않는 수소의 농도를 의미하며, 작업자에 의해 미리 설정될 수 있다. 상기 기준수소농도는 상기 발전엔진부(203)의 내구성을 급격하게 저하시키지 않는 수소의 농도일 수도 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제9실시예에 따른 선박(200)은 상기 버퍼탱크(221)에 저장되는 연료에 포함된 수소의 농도를 감소시킬 수 있으므로, 상기 버퍼탱크(221)가 폭발하는 것을 방지하여 전체 시스템의 안전도를 보장할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 발전엔진부(203)에 공급되는 연료의 수소 농도가 과도하게 높아지는 것을 방지하여 상기 발전엔진부(203)의 내구성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 상기 유량조절밸브(224)는 상기 수소농도측정부(223)가 측정한 수소 농도가 기설정된 기준수소농도 이하이면, 상기 개질기(213)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 연료의 유량을 증가시킬 수 있다. 상기 유량조절밸브(224)는 상기 제4연료공급배관(217)의 개도를 크게 함으로써, 상기 개질기(213)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 연료의 유량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제9실시예에 따른 선박(200)은 상기 버퍼탱크(221)에 저장되는 연료에 포함된 수소의 농도를 증가시킬 수 있으므로, 상기 발전엔진부(203)에 공급되는 연료의 수소 농도를 증가시킬 수 있어서 연료의 수소 농도가 기준수소농도 미만일 경우에 비해 상기 발전엔진부(203)가 효율적으로 전기를 생산하도록 할 수 있다. 또한, 본 발명의 변형된 제9실시예에 따른 선박(200)은 상기 수소농도측정부(223) 및 상기 유량조절부(224)를 통해 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료의 수소 농도를 적정한 수준으로 유지시킬 수 있으므로, 상기 발전엔진부(203)가 안정적으로 전기를 생산하도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제9실시예에 따른 선박(200)의 상기 추진부(204) 및 상기 수요처는 상기 발전엔진부(203)로부터 안정적으로 전기를 공급받아 사용할 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 유량조절부(224)는 상기 제어부(211)에 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나를 통해 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 제어부(211)는 상기 유량조절부(224)를 제어하여 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료의 수소 농도를 조절함으로써, 상기 발전엔진부(203)가 생산하는 전기의 양을 조절할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 변형된 제10실시예에 따른 선박(200)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 106은 본 발명의 변형된 제10실시예에 따른 선박에서 온도측정부 및 스프레이노즐을 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 107은 본 발명의 변형된 제10실시예에 따른 선박에서 제4연료공급배관, 제5연료공급배관 및 에너지저장부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 108은 본 발명의 변형된 제10실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 109는 본 발명의 변형된 제10실시예에 따른 선박에서 제어부 및 예열부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 106 내지 도 109를 참고하면, 본 발명의 변형된 제10실시예에 따른 선박(200)은 상기 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박(200)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 상기 본 발명의 변형된 제8실시예에 따른 선박(200)의 상기 제1밸브(218), 상기 제2밸브(219) 및 상기 제3밸브(220)를 제외하고, 온도측정부(225) 및 스프레이노즐(226)을 더 포함한다.

상기 온도측정부(225)는 상기 버퍼탱크(221)에 저장된 연료의 온도를 측정하기 위한 것이다. 상기 온도측정부(225)는 온도센서일 수 있다. 상기 온도측정부(225)는 상기 버퍼탱크(221)의 내부에 설치되어 상기 연료의 온도를 측정할 수 있다. 상기 온도측정부(225)는 상기 버퍼탱크(221)의 외부에 설치되어 상기 연료의 온도를 측정할 수도 있다. 이 경우, 본 발명의 변형된 제10실시예에 따른 선박(200)은 상기 버퍼탱크(221)가 저장한 연료의 샘플을 채취하기 위한 샘플채취부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 온도측정부(225)는 상기 샘플채취부에 연결되어 상기 샘플채취부로 공급되는 연료의 온도를 측정할 수 있다. 상기 온도측정부(225)는 상기 버퍼탱크(221)와 상기 발전엔진부(203)를 연결하는 제5연료공급배관(222)에 설치되어 상기 버퍼탱크(221)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 연료의 온도를 측정함으로써, 상기 버퍼탱크(221)에 저장된 연료의 온도를 간접 측정할 수도 있다. 상기 온도측정부(225)는 한 개가 설치될 수 있으나, 연료 온도 측정값의 신뢰성을 높이기 위해 복수개가 상기 버퍼탱크(221)의 서로 다른 위치에 설치될 수도 있다. 상기 온도측정부(225)는 상기 스프레이노즐(226)에 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 온도측정부(225)는 상기 버퍼탱크(221)가 저장한 연료의 온도 측정값을 상기 스프레이노즐(226)에 제공할 수 있다.

상기 스프레이노즐(226)은 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 연료를 액체(Liquid)상태 또는 기체상태로 분사하기 위한 것이다. 상기 스프레이노즐(226)은 상기 연료저장탱크(205)와 상기 버퍼탱크(221)를 연결하는 제3연료공급관로(209)에 설치될 수 있다. 상기 스프레이노즐(226)은 상기 제3연료공급관로(209)의 개도를 작게 함으로써, 상기 버퍼탱크(221)의 내부로 공급되는 연료를 액체(Liquid)상태로 분사할 수 있다. 상기 스프레이노즐(226)은 상기 제3연료공급관로(209)의 개도를 크게 함으로써, 상기 버퍼탱크(221)의 내부로 공급되는 연료를 기체상태로 분사할 수 있다. 상기 스프레이노즐(226)은 상기 제3연료공급관로(209)의 개도를 크게 해서 상기 버퍼탱크(221)의 내부로 공급되는 연료를 액체상태로 분사하거나 상기 제3연료공급관로(209)의 개도를 작게 해서 상기 버퍼탱크(221)의 내부로 공급되는 연료를 기체상태로 분사할 수도 있다. 상기 스프레이노즐(226)은 상기 온도측정부(225)가 측정한 상기 버퍼탱크(221)의 연료 온도에 따라 상기 연료를 액체(Liquid)상태 또는 기체상태로 분사할 수 있다. 예컨대, 상기 스프레이노즐(226)은 상기 온도측정부(225)가 측정한 연료의 온도가 기설정된 기준연료온도를 초과하면, 상기 버퍼탱크(221)의 연료 온도가 낮아지도록 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 연료를 액체상태로 분사할 수 있다. 상기 연료가 액체상태로 분사되면, 상기 연료전지부(202) 및 상기 개질기(213)에서 고온으로 공급되는 연료의 열을 흡수하여 기화됨으로써 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료의 온도를 용이하게 낮출 수 있다. 예컨대, 상기 연료전지부(202)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 미반응연료의 온도는 약 400 ℃이고, 상기 개질기(213)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 개질연료의 온도는 약 300 ℃이며, 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 연료의 온도는 약 영하 165 ℃이상이다. 따라서, 상기 스프레이노즐(226)은 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 연료를 액체상태로 분사함으로써, 상기 미반응연료와 상기 개질연료의 온도를 낮추어서 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료의 온도를 낮출 수 있다. 상기 기준연료온도는 상기 발전엔진부(203)에서 요구하는 최적의 연료 온도를 의미하며, 작업자에 의해 미리 설정될 수 있다. 상기 최적의 연료 온도는 상기 발전엔진부(203)가 적은 연료로 최대의 전기 생산 효율을 나타내는 연료의 온도를 의미한다. 예컨대, 상기 기준연료온도는 100 ℃ 이하일 수 있다. 예컨대, 상기 스프레이노즐(226)은 상기 온도측정부(225)가 측정한 연료의 온도가 기설정된 기준연료온도 이하이면, 상기 버퍼탱크(221)의 연료 온도가 높아지도록 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 연료를 기체상태로 분사할 수 있다. 상기 연료가 기체상태로 분사되면, 액체상태로 분사되는 경우에 비해 상기 연료전지부(202)에서 공급되는 미반응연료 및 상기 개질기(213)에서 공급되는 개질연료의 열 흡수율이 낮으므로 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료의 전체적인 온도를 높일 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제10실시예에 따른 선박(200)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명의 변형된 제10실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 연료를 액체상태 또는 기체상태로 분사함으로써, 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료의 온도를 적정한 수준으로 유지시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제10실시예에 따른 선박(200)은 상기 발전엔진부(203)에 상기 기준연료온도에 부합하는 연료를 공급할 수 있으므로, 상기 발전엔진부(203)의 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.

둘째, 본 발명의 변형된 제10실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 버퍼탱크(221)로 공급되는 연료를 액체상태 또는 기체상태로 분사함으로써, 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료의 온도를 적정한 수준으로 유지시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제10실시예에 따른 선박(200)은 상기 버퍼탱크(221)에 저장된 연료의 온도를 상기 기준연료온도로 유지시키기 위한 별도의 가열장치 또는 냉각장치를 설치할 필요가 없으므로 상기 버퍼탱크(221)가 저장하는 연료의 온도를 상기 기준연료온도로 유지시키기 위한 구축비용을 절감할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 110은 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박에서 핫박스 및 온도조절배리어를 설명하기 위한 개략적인 도면, 도 111은 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박에서 지지기구 및 유체이송관을 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 112는 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박에서 온도조절배리어가 핫박스를 냉각시키는 것을 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 113은 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박에서 온도조절배리어가 핫박스를 예열시키는 것을 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 114는 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박에서 연료기화부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 115는 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박에서 제어부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.

도 110 내지 도 115를 참고하면, 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)은 상기 본 발명의 변형된 제1실시예에 따른 선박(200)과 구성 및 효과가 동일하고, 차이점은 연료전지부가 핫박스(2022) 및 온도조절배리어(2023)를 더 포함한다. 따라서, 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)의 연료전지부(202)는 복수개의 연료전지(2021), 핫박스(2022) 및 온도조절배리어(2023)를 포함한다. 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)의 연료전지(2021)는 본 발명에 따른 선박(1)의 연료전지(21)와 동일하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

상기 복수개의 연료전지(2021)는 각각 연료저장탱크(205)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아서 전기화학 반응을 통해 전기를 생산할 수 있다. 이 경우, 상기 복수개의 연료전지(2021)는 전기화학 반응을 위해 공기공급부로부터 공기, 및 원료수공급부로부터 스팀(H₂O)을 공급받을 수 있다. 상기 복수개의 연료전지(2021)가 생산한 전기는 전선, 케이블 등을 통해 추진부(204), 에너지저장부(208) 및 수요처 중 적어도 한 곳으로 공급될 수 있다. 상기 복수개의 연료전지(2021)는 상기 핫박스(2022)의 내부에 서로 이격되게 설치될 수 있다.

상기 핫박스(2022)는 상기 복수개의 연료전지(2021)가 설치되기 위한 것이다. 상기 핫박스(2022)는 내부가 비어 있는 직방체형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 복수개의 연료전지(2021)가 설치될 수 있으면 다른 형태로 형성될 수도 있다. 상기 핫박스(2022)는 일측이 제1연료공급배관(206)을 통해 상기 연료저장탱크(205)에 연결되고, 타측이 제2연료공급배관(207)을 통해 상기 발전엔진부(203)에 연결될 수 있다 이에 따라, 상기 핫박스(2022)는 상기 연료저장탱크(205)로부터 연료를 공급받을 수 있다. 상기 연료저장탱크(205)에서 상기 핫박스(2022)로 공급된 연료는 상기 복수개의 연료전지(2021) 각각으로 분배되어 공급될 수 있다. 상기 핫박스(2022)는 공기공급부 및 원료수공급부에 연결됨으로써, 상기 공기공급부로부터 공기를 공급받고 상기 원료수공급부로부터 스팀(H₂O)을 공급받을 수 있다. 상기 핫박스(2022)로 공급된 공기와 스팀(H₂O)은 상기 복수개의 연료전지(2021) 각각으로 분배되어 공급될 수 있다. 따라서, 상기 복수개의 연료전지(2021) 각각은 연료, 공기 및 스팀(H₂O)을 이용한 전기화학 반응을 통해 전기를 생산할 수 있다. 상기 복수개의 연료전지(2021) 각각에서 전기 생산에 미반응된 미반응연료는 상기 제2연료공급배관(207)으로 합류되어 상기 핫박스(2022)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급될 수 있다. 상기 미반응연료는 주로 수소(H₂)일 수 있으나, 메탄(CH₄), 이산화탄소(CO₂), 수분(H₂O) 등 다른 유체를 포함할 수도 있다. 상기 연료전지부(202)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료에 이산화탄소(CO₂)가 포함될 경우, 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)은 상기 미반응연료에 포함된 이산화탄소(CO₂)를 제거하기 위해 이산화탄소 포집기를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료전지부(202)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료에서 탄소의 농도를 낮출 수 있으므로, 상기 발전엔진부(203)에서 배출되는 배기가스에 포함되는 유해물질의 양을 줄일 수 있다. 상기 연료전지부(202)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료에 수분(H₂O)이 포함될 경우, 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)은 상기 미반응연료에 포함된 수분(H₂O)을 제거하기 위해 수분제거장치를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)은 상기 연료전지부(202)에서 상기 발전엔진부(203)로 공급되는 미반응연료에서 수분(H₂O)을 제거할 수 있으므로, 상기 발전엔진부(203)의 내구성이 저하되거나 연소 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

상기 온도조절배리어(2023)는 상기 핫박스(2022) 내부의 온도를 조절하기 위한 것이다. 상기 온도조절배리어(2023)는 상기 복수개의 연료전지(2021) 사이에 위치하도록 상기 핫박스(2022)에 한 개 이상 설치될 수 있다. 상기 온도조절배리어(2023)는 가열매체 또는 냉각매체를 이용하여 상기 가열매체 또는 냉각매체와 상기 핫박스(2022) 내부의 공기와 같은 기체를 열교환시킴으로써, 상기 핫박스(2022) 내부의 온도를 조절할 수 있다. 상기 온도조절배리어(2023)는 지지기구(2023a) 및 유체이송관(2023b)를 포함할 수 있다. 상기 지지기구(2023a)는 상기 복수개의 연료전지(2021) 사이에 위치하도록 설치되고 상기 핫박스(2022)를 지지할 수 있다. 상기 지지기구(2023a)는 사각판형태로 형성될 수 있으나, 상기 핫박스(2022)를 지지할 수 있으면 다른 형태로 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 지지기구(2023a)는 상기 복수개의 연료전지(2021) 사이를 밀폐시키도록 설치될 수 있으나, 반드시 이에 한정되지 않는다. 상기 지지기구(2023a)가 상기 복수개의 연료전지(2021) 사이를 밀폐시키도록 설치될 경우, 상기 복수개의 연료전지(2021) 중 어느 하나의 연료전지(2021)가 손상 내지 파손되는 문제가 발생하면 문제가 발생된 연료전지(2021)에 연료, 공기 및 스팀(H₂O)의 공급을 중단하고 문제가 발생된 연료전지(2021)를 용이하게 유지보수하거나 교체할 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)은 지지기구(2023a)가 상기 복수개의 연료전지(2021) 사이를 밀폐시키도록 설치될 경우, 문제가 발생된 연료전지(2021)에 대한 유지보수 및 교체작업의 용이성을 증대시킬 수 있을 뿐만 아니라 문제가 발생된 연료전지(2021)를 제외한 나머지 연료전지(2021)들을 이용하여 전기를 생산할 수 있으므로 상기 추진부(204) 및 수요처에 대한 상기 연료전지부(202)의 전기 공급이 중단되는 것을 방지할 수 있다.

상기 유체이송관(2023b)은 상기 지지기구(2023a)에 설치될 수 있다. 상기 유체이송관(2023b)은 냉각수, 온수 등과 같은 액체 및 배기가스 등과 같은 기체가 이동할 수 있는 호스 또는 파이프이다. 상기 유체이송관(2023b)은 상기 지지기구(2023a) 내부에 매립되는 형태로 설치될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 가열매체 또는 냉각매체를 상기 핫박스(2022) 내부의 기체와 열교환시킬 수 있으면 상기 지지기구(2023a)의 외부에 노출되는 형태로 설치될 수도 있다. 상기 유체이송관(2023b)은 상기 핫박스(2022) 내부의 기체와 열교환되는 열교환면적을 증가시키기 위해 코일 형태, 지그재그 형태 등 다양한 형태로 상기 지지기구(2023a)에 설치될 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)은 상기 유체이송관(2023b)을 따라 이동하는 냉각매체 또는 가열매체와 상기 핫박스(2022) 내부의 기체를 열교환시킴으로써, 상기 핫박스(2022) 내부의 온도를 용이하게 조절할 수 있다. 상기 냉각매체는 컨덴서와 같은 별도의 냉각장치에 의해 냉각된 냉각수 또는 상기 연료저장탱크(205)에 저장된 LNG일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 핫박스(2022) 내부의 온도를 낮출 수 있으면 다른 것일 수도 있다. 상기 가열매체는 히터, 전열기와 같은 별도의 가열장치에 의해 가열된 기체, 상기 추진엔진부(201)에서 배출되는 고온의 배기가스, 및 상기 발전엔진부(203)에서 배출되는 고온의 배기가스일 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 핫박스(2022) 내부의 온도를 높일 수 있으면 다른 것일 수도 있다. 상기 냉각장치 및 상기 가열장치는 열을 교환시킬 수 있는 열교환부일 수도 있다.

본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)은 측정부(227)를 더 포함할 수 있다. 상기 측정부(227)는 상기 핫박스(2022) 내부의 온도를 측정하기 위한 것이다. 상기 측정부(227)는 상기 핫박스(2022)의 내부에 설치되어서 상기 핫박스(2022)의 내부 온도를 측정할 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 상기 핫박스(2022)의 외부에 설치되어서 상기 핫박스(2022)의 내부 온도를 측정할 수도 있다. 예컨대, 상기 측정부(227)는 온도센서일 수 있다. 상기 측정부(227)는 한 개가 설치될 수 있으나, 상기 핫박스(2022) 내부 온도 측정값의 신뢰성을 높이기 위해 복수개가 상기 핫박스(2022)의 서로 다른 위치에 설치될 수도 있다. 상기 측정부(227)는 무선통신 및 유선통신 중 적어도 하나의 방법으로 상기 온도조절배리어(2023)에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 측정부(227)는 측정한 핫박스(2022) 내부의 온도값을 상기 온도조절배리어(2023)에 제공할 수 있다.

상기 온도조절배리어(2023)는 상기 측정부(227)가 측정한 핫박스(2023)의 온도에 따라 상기 유체이송관(2023b)에 가열매체 또는 냉각매체를 이동시켜서 상기 핫박스(2022)의 온도를 조절할 수 있다. 예컨대, 상기 온도조절배리어(2023)는 상기 측정부(227)가 측정한 핫박스(2022)의 온도가 기설정된 기준연료전지온도를 초과하면, 상기 연료저장탱크(205)에 저장된 액화연료를 상기 유체이송관(2023b)을 통해 이동시켜서 상기 핫박스(2022) 내부의 기체를 냉각시킴으로써 상기 핫박스(2022)의 온도를 낮출 수 있다. 이 경우, 상기 액화연료는 LNG 또는 LPG일 수 있다. 상기 온도조절배리어(2023)는 상기 유체이송관(2023b)으로 액화연료를 이송시키기 위한 유량조절밸브(미도시)를 개방하거나 상기 냉각장치를 작동시켜서 상기 유체이송관(2023b)으로 냉각매체가 이동되도록 할 수 있다. 상기 온도조절배리어(2023)는 상기 측정부(227)가 측정한 핫박스(2022)의 온도가 기설정된 기준연료전지온도 이하이면, 상기 추진엔진부(201) 및 상기 발전엔진부(203) 중 적어도 하나에서 배출되는 배기가스를 상기 유체이송관(2023b)을 통해 이동시켜서 상기 핫박스(2022) 내부의 기체를 가열시킴으로써 상기 핫박스(2022)의 온도를 높일 수 있다. 상기 온도조절배리어(2023)는 상기 유체이송관(2023b)으로 상기 추진엔진부(201)의 배기가스 및 상기 발전엔진부(203)의 배기가스를 이송시키기 위한 유량조절밸브(미도시)를 개방하거나 상기 가열장치를 작동시켜서 상기 유체이송관(2023b)으로 가열매체가 이동되도록 할 수 있다. 상기 기준연료전지온도는 상기 복수개의 연료전지(2021)가 가장 효율적으로 전기를 생산할 수 있는 핫박스(2022)의 최적 온도범위를 의미하며, 작업자에 의해 미리 설정될 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.

첫째, 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)은 상기 온도조절배리어(2023)를 이용하여 상기 핫박스(2022) 내부의 온도를 낮출 수 있으므로, 한 개의 핫박스(2022)에 복수개의 연료전지(2021)를 설치할 수 있어서 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 선체의 공간 활용도를 높일 수 있다.

둘째, 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)은 상기 온도조절배리어(2023)를 통해 상기 핫박스(2022) 내부의 온도를 높일 수 있으므로, 상기 복수개의 연료전지(2021)가 상기 기준연료전지온도에서 작동될 수 있도록 상기 핫박스(2022) 내부를 미리 예열시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)은 상기 복수개의 연료전지(2021)가 가동하기까지 걸리는 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 최적의 상태에서 전기를 생산하도록 할 수 있으므로 전체적인 전기 생산량을 증대시킬 수 있다.

셋째, 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)은 상기 온도조절배리어(2023)를 통해 상기 핫박스(2022) 내부의 온도를 낮출 수 있으므로, 상기 복수개의 연료전지(2021)가 상기 기준연료전지온도를 초과하여 작동되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)은 상기 복수개의 연료전지(2021)가 과열되어 폭발하거나 손상 내지 파손되는 것을 방지할 수 있으므로, 상기 복수개의 연료전지(2021)에 대한 유지보수 비용 및 교체 비용을 줄여서 전기 생산에 대한 전체적인 운영비용을 감소시킬 수 있다.

넷째, 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)은 상기 온도조절배리어(2023)를 통해 상기 발전엔진부(203)에 상기 기준연료전지온도에 해당하거나 근접하는 온도의 미반응연료를 공급할 수 있다. 따라서, 본 발명의 변형된 제11실시예에 따른 선박(200)은 상기 발전엔진부(203)에 상기 기준연료전지온도보다 온도가 너무 낮거나 너무 높은 미반응연료를 공급하지 않을 수 있으므로, 상기 발전엔진부(203)가 갖는 발전엔진의 내구성이 저하되는 것을 방지하여 상기 발전엔진에 대한 유지보수 비용 및 교체 비용을 절감할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

200 : 선박
201 : 추진엔진부 202 : 연료전지부
203 : 발전엔진부 204 : 추진부
205 : 연료저장탱크 206 : 제1연료공급배관
207 : 제2연료공급배관 208 : 에너지저장부
209 : 제3연료공급배관 210 : 연료기화부
211 : 제어부 212 : 예열부
214 : 재공급부

Claims (14)

1. 선체에 설치되고 수소가 포함된 연료를 저장하는 연료저장탱크;
   상기 연료저장탱크로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아서 구동력을 발생시키는 추진엔진부;
   상기 추진엔진부와 이격되게 설치되고 상기 연료저장탱크로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아서 전기를 생산하는 연료전지부;
   상기 연료전지부와 이격되게 설치되고 상기 연료전지부에서 배출되는 미반응연료를 이용하여 전기를 생산하는 발전엔진부;
   상기 추진엔진부, 상기 연료전지부 및 상기 발전엔진부 중 적어도 하나에 의해 구동하여 상기 선체를 추진시키는 추진부;
   상기 발전엔진부에서 요구하는 미반응연료의 유량을 초과하는 잉여연료를 상기 연료전지부로 재공급하기 위한 재공급부; 및
   제어부를 포함하고,
   상기 재공급부는,
   상기 연료저장탱크에서 상기 연료전지부로 수소가 포함된 연료를 공급하기 위한 제1연료공급배관과 상기 연료전지부에서 상기 발전엔진부로 미반응연료를 공급하기 위한 제2연료공급배관에 연통되도록 결합되는 재공급배관; 및
   상기 재공급배관에 설치되고 상기 재공급배관을 개폐하기 위한 재공급밸브를 포함하며,
   상기 제어부는,
   상기 발전엔진부에서 요구하는 미반응연료의 유량이 기설정된 기준미반응연료유량 이하이면 상기 재공급배관이 개방되도록 상기 재공급밸브를 제어하는 것인, 선박.
2. 제1항에 있어서, 상기 추진부는
   상기 선체를 추진시키기 위한 추진기구;
   전기를 이용하여 상기 추진기구를 구동시키거나 구동력을 이용하여 전기를 생산하기 위한 모터; 및
   상기 추진엔진부를 상기 추진기구 또는 상기 모터에 연결시키거나 상기 모터를 상기 추진기구에 연결시키는 기어기구를 포함하는 선박.
3. 제1항에 있어서,
   상기 연료저장탱크에서 상기 추진엔진부로 수소가 포함된 연료를 공급하기 위한 추진연료공급배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.
4. 삭제
5. 제2항에 있어서,
   상기 연료전지부, 상기 발전엔진부 및 상기 모터 각각에 연결되고, 상기 연료전지부, 상기 발전엔진부 및 상기 모터 각각이 생산한 전기를 저장하는 에너지저장부를 포함하고,
   상기 에너지저장부에 대해 상기 연료전지부, 상기 발전엔진부 및 상기 모터는 서로 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 선박.
6. 제5항에 있어서,
   상기 추진부는 상기 연료전지부, 상기 발전엔진부 및 상기 에너지저장부 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받거나 상기 추진엔진부로부터 구동력을 공급받아 구동하여 상기 선체를 추진시키는 것을 특징으로 하는 선박.
7. 제1항에 있어서,
   상기 연료저장탱크에서 상기 발전엔진부로 수소가 포함된 연료를 공급하기 위한 제3연료공급배관을 포함하는 선박.
8. 제1항에 있어서,
   상기 연료저장탱크에 저장된 연료를 기화시키기 위한 연료기화부를 포함하고,
   상기 연료기화부는 상기 추진엔진부에서 배출되는 배기가스의 폐열, 상기 연료전지부에서 배출되는 배기가스의 폐열 및 상기 발전엔진부에서 배출되는 배기가스의 폐열 중 적어도 하나를 열원으로 이용하여 상기 연료저장탱크에 저장된 연료를 기화시키는 것을 특징으로 하는 선박.
9. 제1항에 있어서,
   상기 추진엔진부 및 상기 발전엔진부 중 적어도 하나에서 배출되는 배기가스를 열원으로 상기 연료전지부를 예열시키기 위한 예열부를 포함하는 선박.
10. 제5항에 있어서,
    상기 추진엔진부, 상기 연료전지부, 상기 발전엔진부, 상기 에너지저장부 및 상기 추진부에 연결되고, 상기 추진엔진부, 상기 연료전지부, 상기 발전엔진부, 상기 에너지저장부 및 상기 추진부를 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 선체가 운항하는 운항지역에 따라 상기 추진부에 전기 또는 구동력을 공급하는 공급원이 상이하도록 상기 추진엔진부, 상기 연료전지부, 상기 발전엔진부, 상기 에너지저장부 및 상기 추진부를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 선체가 유해물질의 배출이 제한되는 배출제한구역을 운항할 경우, 상기 추진부가 상기 연료전지부 및 상기 에너지저장부 중 적어도 하나로부터 전기를 공급받아 상기 선체를 추진시키도록 상기 연료전지부, 상기 에너지저장부 및 상기 추진부를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박.
12. 제10항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 선체가 유해물질의 배출에 제한이 없는 배출완화구역을 운항할 경우, 상기 추진부가 상기 추진엔진부, 상기 연료전지부, 상기 발전엔진부 및 상기 에너지저장부 중 적어도 하나에 의해 구동하여 상기 선체를 추진시키도록 상기 추진엔진부, 상기 연료전지부, 상기 발전엔진부, 상기 에너지저장부 및 상기 추진부를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박.
13. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 발전엔진부에서 요구하는 미반응연료의 유량이 기설정된 기준미반응연료유량을 초과하면 상기 재공급배관이 폐쇄되도록 상기 재공급밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 선박.
14. 삭제

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