KR102280405B1 - Extraction system and extraction method of hydrogen included liquid organic hydrogen carrier by using wasted heat of high temperature fuel cell - Google Patents

Extraction system and extraction method of hydrogen included liquid organic hydrogen carrier by using wasted heat of high temperature fuel cell Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 연료 전지로부터 전기를 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 LOHC로부터 수소를 추출하는 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템은, 수소와 산소를 공급받아 전기와 물을 발생시키는 연료 전지; 상기 연료 전지가 전기 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 스팀 또는 열원을 발생시키는 열원 생성부; 및 상기 열원 생성부에 의해 생성되는 스팀 또는 열원을 이용하여 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)로부터 수소를 추출하는 탈수소화를 수행하는 탈수소 반응부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
It is an object of the present invention to provide a system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell that extracts hydrogen from LOHC using waste heat generated when electricity is generated from a fuel cell.
In order to achieve the above object, according to the present invention, there is provided a system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell, comprising: a fuel cell receiving hydrogen and oxygen to generate electricity and water; a heat source generator for generating steam or a heat source using waste heat generated when the fuel cell generates electricity; and a dehydrogenation reaction unit for performing dehydrogenation for extracting hydrogen from LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier) using steam or a heat source generated by the heat source generating unit.

Figure R1020190059804
Figure R1020190059804

Description

고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템 및 방법{EXTRACTION SYSTEM AND EXTRACTION METHOD OF HYDROGEN INCLUDED LIQUID ORGANIC HYDROGEN CARRIER BY USING WASTED HEAT OF HIGH TEMPERATURE FUEL CELL}A system and method for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell

본 발명은 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료 전지에서 전기 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a method of extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell, and more particularly, a system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat generated when electricity is generated in a fuel cell. is about

최근, NOx, SOx 및 CO2와 관련된 환경 규제로 인해 선박의 연료가 변화하고 있다.Recently, fuels of ships are changing due to environmental regulations related to NOx, SOx and CO 2 .

즉, 기존의 HFO(Heavy Fuel Oil)와 MDO(Marine Diesel Oil)에서 LNG(Liquefied Natural Gas)로 변화하는 추세이다.In other words, there is a trend to change from HFO (Heavy Fuel Oil) and MDO (Marine Diesel Oil) to LNG (Liquefied Natural Gas).

하지만, LNG를 연료로 사용하더라도 추후 강화되는 CO2 배출(선박 제조 연비 지수)과 관련된 규제를 만족시키기는 어렵다.However, even if LNG is used as a fuel, it is difficult to satisfy regulations related to CO 2 emission (a fuel economy index for ship manufacturing) that will be strengthened in the future.

여기서, 선박 제조 연비 지수(EEDI; Energy Efficiency Design Index)란 연비 효율을 나타내는 지수로 1 톤의 화물을 1 해상 마일을 운반할 때 배출되는 CO2의 량이다.Here, the ship manufacturing fuel efficiency index (EEDI; Energy Efficiency Design Index) is an index indicating fuel efficiency and is the amount of CO 2 emitted when transporting 1 ton of cargo for 1 sea mile.

특히, 2025 년부터는 선박 제조 연비 지수로 EEDI Phase 3(30 % 감소)가 적용될 예정이다. In particular, EEDI Phase 3 (30% reduction) will be applied as a fuel economy index for ship manufacturing from 2025.

이로 인해, 친환경 에너지인 수소를 사용하는 수소 연료 전지 선박에 대한 연구가 국내외에서 많이 이루어지고 있다.For this reason, a lot of research on hydrogen fuel cell ships using hydrogen, which is an eco-friendly energy, is being conducted at home and abroad.

수소 연료 전지 선박에 수소를 저장하는 방법에는 주로 기체 저장과 액체 저장의 2 가지 방법이 적용된다.There are mainly two methods of storing hydrogen in a hydrogen fuel cell vessel: gas storage and liquid storage.

기체 저장 방법은 기체 상태의 수소를 높은 압력으로 가압하여 저장한다.The gas storage method stores hydrogen in a gaseous state by pressurizing it at a high pressure.

저장 용기의 재료 및 복합 재료 강화 방법에 따라 타입(Type)을 구분하며, 압력이 높아질수록 저장 용량이 증가한다.Types are classified according to the material of the storage container and the method of strengthening the composite material, and the storage capacity increases as the pressure increases.

기체(가압 수소) 저장 방법은 수소를 200 bar 이상으로 가압하여 수소 연료 전지 선박의 압력 용기에 저장하며, 압력 용기의 재료로는 금속 또는 복합 재료가 사용된다.In the gas (pressurized hydrogen) storage method, hydrogen is pressurized to 200 bar or more and stored in a pressure vessel of a hydrogen fuel cell vessel, and a metal or a composite material is used as a material of the pressure vessel.

탄소 섬유를 이용한 400 bar 이상의 압력 용기의 사용이 증가하고 있다.The use of pressure vessels above 400 bar using carbon fiber is increasing.

또한, 액체 저장 방법은 기체 상태의 수소를 액화하여 저장한다.In addition, the liquid storage method liquefies and stores gaseous hydrogen.

기체 저장 방법에 비해 높은 저장 효율(대기압 대기 온도의 기체 수소 대비 800배)을 가진다.Compared to the gas storage method, it has a high storage efficiency (800 times that of gaseous hydrogen at atmospheric pressure and atmospheric temperature).

액체(액화 수소) 저장 방법은 수소를 -253 ℃로 액화하여 수소 연료 전지 선박의 극저온 저장 용기에 저장한다.The liquid (liquid hydrogen) storage method liquefies hydrogen at -253 ° C and stores it in a cryogenic storage vessel of a hydrogen fuel cell vessel.

하지만, 가압 수소는 200 bar 이상 가압하더라도 여전히 밀도가 낮아 가압 수소를 저장하기 위한 많은 공간이 필요하다.However, even if pressurized hydrogen is pressurized over 200 bar, the density is still low, so a lot of space is required to store the pressurized hydrogen.

또한, 액화 수소는 높은 밀도로 인해 액화 수소를 저장하기 위해 적은 공간이 필요하지만, 수소의 액화에 많은 에너지가 소모되며 액화 수소를 저장하기 위해서는 값비싼 극저온 저장 용기가 필요하다.In addition, liquid hydrogen requires a small space to store liquid hydrogen due to its high density, but a lot of energy is consumed for liquefaction of hydrogen and an expensive cryogenic storage container is required to store liquid hydrogen.

게다가, 액화 수소 저장시 발생하는 BOG(Boil-off Gas)의 처리도 고려해야 한다.In addition, the treatment of BOG (Boil-off Gas) generated during storage of liquid hydrogen should also be considered.

따라서, LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)를 이용하여 수소를 저장하면, 효율적이고 안전하게 수소를 저장할 수 있다.Therefore, when hydrogen is stored using a Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC), hydrogen can be efficiently and safely stored.

LOHC는 대기 조건에서 액체 상태이기 때문에 일반적인 저장 용기에 저장할 수 있으며, 로딩(Loading) 및 언로딩(Unloading)이 편리하다.Since LOHC is in a liquid state under atmospheric conditions, it can be stored in a general storage container, and loading and unloading are convenient.

그리고 밀도는 700 bar로 가압된 수소보다 높아 적은 공간이 필요하며, 비가연성으로 인해 안전하다.And the density is higher than hydrogen pressurized to 700 bar, so less space is required, and it is safe due to its non-flammability.

하지만, LOHC에서 수소를 분리(Dehydrogenation)하기 위해서는 열에너지가 필요하다.However, thermal energy is required to dehydrogenate hydrogen in LOHC.

그런데, 수소 연료 전지 선박의 연료 전지에서 전기를 생산시 열에너지가 발생한다.However, heat energy is generated when electricity is produced in a fuel cell of a hydrogen fuel cell ship.

이와 같이 연료 전지에서 발생하는 열에너지를 LOHC에서 수소를 분리하는 과정에 이용하면 효율을 높일 수 있다.As described above, if the thermal energy generated from the fuel cell is used in the process of separating hydrogen from the LOHC, efficiency can be increased.

따라서, 수소 연료 전지 선박에 수소를 저장하기 위해 LOHC를 이용함과 아울러 선박에 저장되어 있는 LOHC에서 수소를 분리하기 위해 필요한 열에너지를 연료 전지로부터 공급받는 방안이 절실하다.Therefore, there is an urgent need for a method for using the LOHC to store hydrogen in a hydrogen fuel cell vessel and to receive thermal energy required to separate hydrogen from the LOHC stored in the vessel from the fuel cell.

대한민국 공개특허공보 제10-2018-0094990호 (2018.08.24. 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0094990 (published on August 24, 2018)

상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 연료 전지에서 전기 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 LOHC로부터 수소를 추출하는 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to solve the problems of the prior art as described above. Extract hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell that extracts hydrogen from LOHC using waste heat generated when electricity is generated in the fuel cell. To provide a system and method for

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템은, 연료 전지에서 전기 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)로부터 수소를 추출하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention is a liquid organic hydrogen carrier (LOHC) using waste heat generated when electricity is generated in a fuel cell. It is characterized in that hydrogen is extracted from

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템은, 수소와 산소를 공급받아 전기와 물을 발생시키는 연료 전지; 상기 연료 전지가 전기 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 스팀 또는 열원을 발생시키는 열원 생성부; 및 상기 열원 생성부에 의해 생성되는 스팀 또는 열원을 이용하여 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)로부터 수소를 추출하는 탈수소화를 수행하는 탈수소 반응부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention comprises: a fuel cell receiving hydrogen and oxygen to generate electricity and water; a heat source generator for generating steam or a heat source using waste heat generated when the fuel cell generates electricity; and a dehydrogenation reaction unit for performing dehydrogenation to extract hydrogen from LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier) using steam or a heat source generated by the heat source generating unit.

또한, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템은 수소를 포함하는 유체가 수용되는 제 1 저장 영역과, 수소를 포함하지 않는 유체가 수용되는 제 2 저장 영역이 서로 분리되어 있는 수소 저장부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, the system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention includes a first storage area in which a fluid containing hydrogen is accommodated, and a second storage area in which a fluid not containing hydrogen is accommodated. It is characterized in that the storage area further comprises a hydrogen storage unit separated from each other.

또한, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템에서, 상기 탈수소 반응부는, 상기 제 1 저장 영역에 수용되어 있는 상기 수소를 포함하는 유체를 공급받아 촉매를 통해 탈수소화시켜 수소를 추출하고, 수소를 포함하지 않는 유체를 상기 제 2 저장 영역으로 배출하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention, the dehydrogenation unit is supplied with the fluid containing the hydrogen contained in the first storage region to receive the catalyst Hydrogen is extracted through dehydrogenation, and the fluid containing no hydrogen is discharged to the second storage area.

또한, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템에서, 상기 탈수소 반응부는, 상기 수소를 포함하는 유체로부터 탈수소화시, 1 bar 및 300 ℃의 반응 파라미터와, 수소 1 ㏖ 당 72 KJ의 열 요구량에 의해 6.2 wt%의 수소를 추출하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention, the dehydrogenation unit includes, when dehydrogenating from the hydrogen-containing fluid, reaction parameters of 1 bar and 300° C. And, it is characterized in that 6.2 wt% of hydrogen is extracted with a heat requirement of 72 KJ per 1 mol of hydrogen.

또한, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템에서, 상기 연료 전지에 의해 생성되는 전기는 선박의 프로펠러를 구동시키는 것을 특징으로 한다.In addition, in the system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention, electricity generated by the fuel cell drives a propeller of a ship.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 선박은, 수소를 저장하는 연료 탱크; 상기 수소를 공급하는 연료 공급부; 상기 수소를 이용하여 전력을 생산하는 연료 전지; 상기 전력을 관리하는 전력 관리부; 상기 전력을 이용하여 선박을 추진하는 추진기; 및 상기 추진기를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a vessel for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention includes: a fuel tank for storing hydrogen; a fuel supply unit supplying the hydrogen; a fuel cell for generating electric power using the hydrogen; a power management unit for managing the power; a thruster for propelling a ship using the electric power; and a control unit for controlling the thruster.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 방법은, 연료 전지에서 전기 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)로부터 수소를 추출하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method of extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention is a liquid organic hydrogen carrier (LOHC) using waste heat generated when electricity is generated in a fuel cell. It is characterized in that hydrogen is extracted from

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 방법은, 수소 저장부로부터 수소를 포함하는 유체를 공급받는 제 1 단계(S100); 가열부의 가열과 촉매에 의해, 탈수소 반응부가 상기 수소를 포함하는 유체를 탈수소화시켜 수소를 추출하는 제 2 단계(S200); 추출된 상기 수소와 산소를 공급받은 연료 전지가 전기를 생성하는 제 3 단계(S300); 상기 연료 전지가 전기 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 열원 생성부가 스팀 또는 열원을 발생시키는 제 4 단계(S400); 및 발생된 스팀 또는 열원을 이용하여 상기 탈수소 반응부가 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)로부터 수소를 추출하는 탈수소화를 수행하는 제 5 단계(S500);를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a method for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention comprises: a first step (S100) of receiving a fluid containing hydrogen from a hydrogen storage unit; A second step (S200) of extracting hydrogen by dehydrogenating the fluid containing the hydrogen by the dehydrogenation unit by the heating unit and the catalyst; a third step (S300) of generating electricity by the fuel cell supplied with the extracted hydrogen and oxygen; a fourth step (S400) in which a heat source generator generates steam or a heat source using waste heat generated when the fuel cell generates electricity; and a fifth step (S500) of performing dehydrogenation in which the dehydrogenation unit extracts hydrogen from LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier) using the generated steam or heat source.

또한, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 방법은, 상기 제 2 단계(S200) 내지 상기 제 5 단계(S500)를 반복 수행하여 상기 전기를 반복 생성하며, 최초 1회째는 상기 가열부의 가열에 의해 상기 탈수소 반응부가 상기 수소를 포함하는 유체를 탈수소화시켜 수소를 추출하고, 2회째부터는 상기 폐열을 이용하여 상기 탈수소 반응부가 상기 수소를 포함하는 유체를 탈수소화시켜 수소를 반복적으로 추출하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention, the second step (S200) to the fifth step (S500) are repeatedly performed to repeatedly generate the electricity. and, in the first time, the dehydrogenation unit dehydrogenates the fluid containing the hydrogen by heating the heating unit to extract hydrogen, and from the second time, the dehydrogenation unit uses the waste heat to produce a fluid containing the hydrogen It is characterized in that hydrogen is repeatedly extracted by dehydrogenation.

또한, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 방법에서, 상기 탈수소 반응부는, 상기 수소를 포함하는 유체로부터 탈수소화시, 1 bar 및 300 ℃의 반응 파라미터와, 수소 1 ㏖ 당 72 KJ의 열 요구량에 의해 6.2 wt%의 수소를 추출하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the method of extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention, the dehydrogenation unit includes, when dehydrogenating from the hydrogen-containing fluid, reaction parameters of 1 bar and 300° C. And, it is characterized in that 6.2 wt% of hydrogen is extracted with a heat requirement of 72 KJ per 1 mol of hydrogen.

기타 실시 예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in "Details for carrying out the invention" and the accompanying "drawings".

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and/or features of the present invention, and methods for achieving them, will become apparent with reference to the various embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시 예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.However, the present invention is not limited to the configuration of each embodiment disclosed below, but may also be implemented in a variety of different forms, and each embodiment disclosed herein only makes the disclosure of the present invention complete, and the present invention It is provided to fully inform those of ordinary skill in the art to which the scope of the present invention belongs, and it should be understood that the present invention is only defined by the scope of each of the claims.

본 발명에 의하면, 연료 전지에서 전기 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 효과가 있다.According to the present invention, there is an effect of extracting hydrogen contained in LOHC by using waste heat generated when electricity is generated in a fuel cell.

도 1은 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템의 전체 구성을 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 수소 연료 선박의 전체 구성을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템에서 탈수소화 및 수소화의 조건을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 방법의 전체 흐름을 나타내는 플로우 차트.
1 is a block diagram showing the overall configuration of a system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention.
2 is a block diagram showing the overall configuration of a hydrogen fuel vessel for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention.
3 is a view showing conditions of dehydrogenation and hydrogenation in a system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention.
4 is a flowchart illustrating an overall flow of a method for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention.

본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.Before describing the present invention in detail, the terms or words used herein should not be construed as being unconditionally limited to their ordinary or dictionary meanings, and in order for the inventor of the present invention to describe his invention in the best way It should be understood that the concepts of various terms can be appropriately defined and used, and further, these terms or words should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.

즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.That is, the terms used herein are only used to describe preferred embodiments of the present invention, and are not used for the purpose of specifically limiting the content of the present invention, and these terms represent various possibilities of the present invention. It should be understood that the term has been defined with consideration in mind.

또한, 본 명세서에서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.Also, in the present specification, it should be understood that, unless the context clearly indicates otherwise, the expression in the singular may include a plurality of expressions, and even if it is similarly expressed in plural, it should be understood that the meaning of the singular may be included. .

본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.In the case where it is stated throughout this specification that a component "includes" another component, it does not exclude any other component, but further includes any other component unless otherwise stated. It could mean that you can.

더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"라고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결하기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.Furthermore, when it is described that a component is "exists in or is connected to" of another component, this component may be directly connected to or installed in contact with another component, and a certain It may be installed spaced apart by a distance, and in the case of being installed spaced apart by a certain distance, a third component or means for fixing or connecting the corresponding component to another component may exist, and now It should be noted that the description of the components or means of 3 may be omitted.

반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, when it is described that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the third element or means does not exist.

마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.Similarly, other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "immediately between", or "neighboring to" and "directly adjacent to", have the same meaning. should be interpreted as

또한, 본 명세서에서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.In addition, if terms such as "one side", "the other side", "one side", "other side", "first", "second" are used in this specification, with respect to one component, this one component is It is used to be clearly distinguished from other components, and it should be understood that the meaning of the component is not limitedly used by such terms.

또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.In addition, in the present specification, terms related to positions such as "upper", "lower", "left", and "right", if used, should be understood as indicating a relative position in the drawing with respect to the corresponding component, Unless an absolute position is specified with respect to their position, these position-related terms should not be construed as referring to an absolute position.

또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.In addition, in this specification, in specifying the reference numerals for each component of each drawing, the same component has the same reference number even if the component is shown in different drawings, that is, the same reference is made throughout the specification. Symbols indicate identical components.

본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.In the drawings attached to this specification, the size, position, coupling relationship, etc. of each component constituting the present invention are partially exaggerated, reduced, or omitted for convenience of explanation or in order to sufficiently clearly convey the spirit of the present invention. may be described, and therefore the proportion or scale may not be exact.

또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대해 상세한 설명은 생략될 수도 있다.In addition, in the following, in describing the present invention, a detailed description of a configuration determined that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, for example, a detailed description of a known technology including the prior art may be omitted.

이하, 본 발명의 실시 예에 대해 관련 도면들을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the related drawings.

도 1은 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.1 is a block diagram showing the overall configuration of a system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention.

본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템은 연료 전지로부터 전기를 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)로부터 수소를 추출하는 발명 사상을 가진다.The system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention is an invention idea of extracting hydrogen from LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier) using waste heat generated when electricity is generated from a fuel cell have

이에 대해 좀더 상세히 설명하도록 한다.This will be described in more detail.

본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템은 수소 저장부(100)와, 탈수소 반응부(200)와, 연료 전지(300)와, 열원 생성부(400)를 포함한다.A system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention includes a hydrogen storage unit 100, a dehydrogenation reaction unit 200, a fuel cell 300, and a heat source generating unit ( 400).

수소 저장부(100)는 LOHC를 이용하여 수소를 저장하는 기능을 수행한다.The hydrogen storage unit 100 performs a function of storing hydrogen using LOHC.

이와 같이, 수소 저장부(100)가 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)를 이용하여 수소를 저장할 경우, 기존 방식보다 저가이며, 안전하고, 기술적으로 취급하기가 용이하다.As such, when the hydrogen storage unit 100 stores hydrogen using a Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC), it is cheaper, safer, and technically easier to handle than the conventional method.

탈수소 반응부(200)는 열원 생성부(400)에 의해 생성되는 스팀 또는 열원을 이용하여 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)로부터 수소를 추출하는 탈수소화를 수행한다.The dehydrogenation unit 200 performs dehydrogenation by extracting hydrogen from a liquid organic hydrogen carrier (LOHC) using steam or a heat source generated by the heat source generating unit 400 .

좀더 상세히 설명하면, 탈수소 반응부(200)는 연료 전지(300)에서 전기를 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 발생되는 스팀 또는 열원을 이용하여 수소를 포함하는 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)로부터 수소를 추출하게 된다.In more detail, the dehydrogenation unit 200 generates hydrogen from a Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC) containing hydrogen using steam or a heat source generated using waste heat generated when electricity is generated in the fuel cell 300 . will be extracted

연료 전지(300)는 탈수소 반응부(200)로부터 공급되는 수소와 대기 중의 산소를 공급받아 전기와 물을 발생시키는 역할을 수행한다.The fuel cell 300 serves to generate electricity and water by receiving hydrogen supplied from the dehydrogenation unit 200 and oxygen in the atmosphere.

좀 더 상세히 설명하면, 연료 전지(300)는 수소를 공기 중 산소와 화학 반응 시켜 전기를 생성하는 미래 동력원이다.In more detail, the fuel cell 300 is a future power source that generates electricity by chemically reacting hydrogen with oxygen in the air.

일반적으로 물을 전기 분해하면 수소와 산소로 분해된다.In general, electrolysis of water decomposes into hydrogen and oxygen.

반대로 수소와 산소를 결합시켜 물을 만드는데, 이때 발생하는 에너지를 전기 형태로 바꿀 수 있다.Conversely, hydrogen and oxygen combine to make water, and the energy generated at this time can be converted into electricity.

연료 전지(300)는 이 원리를 이용한 것이다.The fuel cell 300 uses this principle.

연료 전지(300)의 일반적인 구성은 전해 물질 주위에 서로 맞붙어 있는 두 개의 전극봉으로 이루어져 있으며, 공기 중의 산소가 한 전극을 지나고 수소가 다른 전극을 지날 때의 전기 화학 반응을 통해 전기와, 물과, 열을 생성하는 원리다.The general configuration of the fuel cell 300 is composed of two electrode rods adhered to each other around an electrolytic material, and through an electrochemical reaction when oxygen in the air passes through one electrode and hydrogen passes through the other electrode, electricity, water, and The principle of generating heat.

화학적 반응에 의해 전기를 발생시킨다는 점에서 배터리와 비슷하지만 연료 전지(300)는 반응 물질인 수소와 산소를 외부로부터 공급받으므로 배터리와는 달리 충전이 필요없고, 연료가 공급되는 한 전기를 지속적으로 발생시킨다.Although it is similar to a battery in that it generates electricity by a chemical reaction, the fuel cell 300 does not require charging because it receives hydrogen and oxygen, which are reactive materials, from the outside, so unlike a battery, electricity is continuously supplied as long as fuel is supplied. generate

또한, 연료의 연소 반응 없이 에너지를 발생시키기 때문에 기존의 내연 기관과 달리 황과, 질소산화물 등의 유독 공해 물질의 배출이 없고, 이산화탄소 배출량도 획기적으로 줄일 수 있어 친환경적이다.In addition, since energy is generated without a combustion reaction of fuel, there is no emission of toxic pollutants such as sulfur and nitrogen oxides, unlike conventional internal combustion engines, and it is environmentally friendly because carbon dioxide emission can be dramatically reduced.

연료 전지(300)는 별도의 구동부가 존재하지 않아 소음이 없으며, 다른 에너지원에 비해 에너지 효율도 50 %에 달해 내연기관의 30 %보다 높다.Since the fuel cell 300 does not have a separate driving unit, there is no noise, and compared to other energy sources, the fuel cell 300 also has an energy efficiency of 50%, which is higher than that of an internal combustion engine by 30%.

한 번 쓰고 버리는 1 차 전지나 여러 번 재충전이 가능한 2 차 전지와 달리, 별도의 전원 충전 없이 연료 카트리지를 계속 교체할 경우 영구적으로 사용할 수 있는 저공해 및 고효율의 차세대 에너지원이다.Unlike primary batteries that are used and discarded once or secondary batteries that can be recharged multiple times, it is a low-pollution and high-efficiency next-generation energy source that can be used permanently if the fuel cartridge is continuously replaced without charging a separate power source.

열원 생성부(400)는 연료 전지(300)가 전기를 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 스팀 또는 열원을 발생시키는 역할을 수행한다.The heat source generator 400 serves to generate steam or a heat source using waste heat generated when the fuel cell 300 generates electricity.

수소 저장부(100)와 탈수소 반응부(200)는 1 순환 구조를 형성하고, 탈수소 반응부(200)와, 연료 전지(300)와, 열원 생성부(400)는 2 순환 구조를 형성한다.The hydrogen storage unit 100 and the dehydrogenation unit 200 form a single circulation structure, and the dehydrogenation unit 200 , the fuel cell 300 , and the heat source generating unit 400 form a two circulation structure.

즉, 1 순환 구조를 통해 탈수소 반응부(200)는 수소 저장부(100)로부터 LOHC를 통해 수소를 포함하는 유체를 공급받고, 2 순환 구조의 폐열을 이용하여 반복적으로 탈수소화하여 수소를 추출하게 된다.That is, through the one-cycle structure, the dehydrogenation reaction unit 200 receives a fluid containing hydrogen from the hydrogen storage unit 100 through the LOHC, and repeatedly dehydrogenates it using the waste heat of the two-cycle structure to extract hydrogen. do.

또한, 2 순환 구조를 통해 탈수소 반응부(200)는 탈수소화를 통해 추출한 수소를 연료 전지(300)에 반복적으로 공급하게 되며, 탈수소 반응부(200)의 반복적인 수소 공급에 의해 연료 전지(300)는 반복적으로 전기를 생성하게 된다.In addition, through the two-cycle structure, the dehydrogenation unit 200 repeatedly supplies hydrogen extracted through dehydrogenation to the fuel cell 300 , and the fuel cell 300 is repeatedly supplied with hydrogen by the dehydrogenation unit 200 . ) repeatedly generates electricity.

이때, 연료 전지(300)가 반복적으로 전기를 생성할 때마다 발생하는 폐열을 이용하여 열원 생성부(400)는 반복적으로 스팀 또는 열원을 생성하게 되며, 이와 같이 반복적으로 생성되는 스팀 또는 열원은 탈수소 반응부(200)가 1 순환 구조를 통해 LOHC로부터 공급받는 수소를 포함하는 유체를 탈수소화시키는 열원으로 사용하게 된다.At this time, the heat source generator 400 repeatedly generates steam or a heat source using waste heat generated whenever the fuel cell 300 repeatedly generates electricity, and the steam or heat source repeatedly generated in this way is dehydrogenated. The reaction unit 200 is used as a heat source for dehydrogenating a fluid containing hydrogen supplied from the LOHC through a single circulation structure.

이와 같이 1 순환 구조와, 2 순환 구조의 반복적인 동작에 의해 연료 전지(300)는 반복적으로 전기를 생성하게 되며, 이와 같이 생성된 전기는 자동차나, 선박 등과 같은 이동체의 동력원으로 사용될 수 있다.As described above, the fuel cell 300 repeatedly generates electricity by the repeated operations of the one-cycle structure and the two-cycle structure, and the generated electricity can be used as a power source for a moving object such as a vehicle or a ship.

또한, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템의 수소 저장부(100)는 수소를 포함하는 유체가 수용되는 제 1 저장 영역(110)과, 수소를 포함하지 않는 유체가 수용되는 제 2 저장 영역(120)이 서로 분리되어 있다.In addition, the hydrogen storage unit 100 of the system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention includes a first storage region 110 in which a fluid containing hydrogen is accommodated, and hydrogen. The second storage regions 120 in which the fluid containing no fluid is accommodated are separated from each other.

즉, 일체로 형성되는 수소 저장부(100)는 내부에서 제 1 저장 영역(110)과 제 2 저장 영역(120)을 분리막 또는 분리판 등으로 분리시킬 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 수소 저장부(100)는 제 1 저장 영역(110)과 제 2 저장 영역(120)을 별도의 분리 수단으로 각각 형성하여 포함할 수도 있다.That is, the integrally formed hydrogen storage unit 100 may separate the first storage region 110 and the second storage region 120 from the inside by a separator or a separator, but is not limited thereto. The unit 100 may include the first storage area 110 and the second storage area 120 formed by separate separation means, respectively.

이와 같은 수소 저장부(100)의 제 1 저장 영역(110)과 제 2 저장 영역(120)은 다음과 같은 역할을 수행한다.The first storage region 110 and the second storage region 120 of the hydrogen storage unit 100 perform the following roles.

즉, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템에서, 탈수소 반응부(200)는, 제 1 저장 영역(110)에 수용되어 있는 수소를 포함하는 유체를 공급받아 열과, 촉매를 통해 탈수소화시켜 수소를 추출한다.That is, in the system for extracting hydrogen contained in LOHC by using the waste heat of the high-temperature fuel cell according to the present invention, the dehydrogenation unit 200 is a fluid containing hydrogen accommodated in the first storage region 110 . Hydrogen is extracted by dehydrogenation through heat and catalyst.

이와 같이 탈수소화되어 수소가 추출되면, 수소를 포함하지 않는 유체는 탈수소 반응부(200)에서 제 2 저장 영역(120)으로 배출된다.When hydrogen is extracted through dehydrogenation in this way, the fluid not containing hydrogen is discharged from the dehydrogenation reaction unit 200 to the second storage region 120 .

다음, 도 2는 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 수소 연료 선박의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.Next, FIG. 2 is a block diagram illustrating the overall configuration of a hydrogen fuel vessel for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템이 수소 연료 선박에 적용되는 예를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 2 , an example in which a system for extracting hydrogen included in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention is applied to a hydrogen fuel cell can be seen.

고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 수소 연료 선박은 연료 탱크(10)와, 연료 공급부(20)와, 연료 전지(30)와, 전력 관리부(40)와, 추진기(50)와, 제어부(60)를 포함한다.A hydrogen fuel vessel extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell includes a fuel tank 10 , a fuel supply unit 20 , a fuel cell 30 , a power management unit 40 , and a thruster. 50 and a control unit 60 .

연료 탱크(10)는 수소를 저장하는 역할을 수행한다.The fuel tank 10 serves to store hydrogen.

연료 공급부(20)는 연료 탱크(10)에 저장되어 있는 수소를 공급하는 역할을 수행하며, LOHC와 탈수소 반응부가 결합된 구성일 수 있다.The fuel supply unit 20 serves to supply hydrogen stored in the fuel tank 10 , and may have a configuration in which the LOHC and the dehydrogenation unit are combined.

연료 전지(30)는 탈수소 반응부의 탈수소화에 의해 추출된 수소를 이용하여 전력을 생산하는 역할을 수행한다.The fuel cell 30 serves to generate electric power using hydrogen extracted by dehydrogenation of the dehydrogenation unit.

전력 관리부(40)는 연료 전지(30)에 의해 생성되는 전력을 관리하는 역할을 수행한다.The power management unit 40 serves to manage power generated by the fuel cell 30 .

추진기(50)는 연료 전지(30)에 의해 생성된 전력을 이용하여 선박을 추진하는 역할을 수행하며, 일례로 선박의 프포펠러를 구동시키는 역할을 수행할 수 있다.The thruster 50 serves to propel the vessel using the electric power generated by the fuel cell 30 , and for example, may serve to drive the propeller of the vessel.

제어부(60)는 추진기를 제어하는 역할을 수행한다.The control unit 60 serves to control the thruster.

물론, 이러한 제어부(60)는 선박의 다른 기능들도 제어하는 역할을 수행할 수 있다.Of course, the control unit 60 may serve to control other functions of the vessel as well.

도 3은 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템에서 탈수소화 및 수소화의 조건을 나타내는 도면이다.3 is a view showing conditions of dehydrogenation and hydrogenation in a system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention.

도 3의 좌측은 수소화된 캐리어를 나타내고, 도 3의 우측은 탈수소화된 캐리어를 나타낸다.The left side of FIG. 3 shows a hydrogenated carrier, and the right side of FIG. 3 shows a dehydrogenated carrier.

즉, 도 3의 좌측에서 우측으로는 탈수소화가 진행되고, 도 3의 우측에서 좌측으로는 수소화가 진행된다.That is, dehydrogenation proceeds from the left to the right of FIG. 3 , and hydrogenation proceeds from the right to the left of FIG. 3 .

본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템의 탈수소 반응부(200)는, 수소를 포함하는 유체로부터 탈수소화시, 1 bar 및 300 ℃의 반응 파라미터와, 수소 1 ㏖ 당 72 KJ의 열 요구량에 의해 6.2 wt%의 수소를 추출한다.The dehydrogenation reaction unit 200 of a system for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention includes reaction parameters of 1 bar and 300° C. and , extract 6.2 wt% of hydrogen with a heat requirement of 72 KJ per 1 mol of hydrogen.

또한, 탈수소화된 수소를 액화하여 수소 저장부에 저장하기 위해서는, 50 bar 및 150 ℃의 반응 파라미터와, 수소 1 ㏖ 당 72 KJ의 열 요구량에 의해 6.2 wt%의 수소를 저장하게 된다.In addition, in order to liquefy the dehydrogenated hydrogen and store it in the hydrogen storage unit, 6.2 wt% of hydrogen is stored due to the reaction parameters of 50 bar and 150 °C and the heat requirement of 72 KJ per 1 mol of hydrogen.

본 발명에서는 설명의 용이함을 위해 상술한 바와 같이 특정 LOHC의 값을 한정하여 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 종류의 LOHC의 값을 포함할 수 있다.In the present invention, a specific LOHC value is limited as described above for ease of explanation, but the present invention is not limited thereto, and various types of LOHC values may be included.

이와 같이 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템에서 LOHC는 효율이 좋고, 폭발로부터 안전하며, 기술적으로 핸들링하기가 용이하고, 가격이 저렴한 효과가 있다.As described above, in the system for extracting hydrogen contained in the LOHC using the waste heat of the high-temperature fuel cell according to the present invention, the LOHC has good efficiency, is safe from explosion, is technically easy to handle, and is inexpensive. .

도 4는 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 방법의 전체 흐름을 나타내는 플로우 차트이다.4 is a flowchart illustrating an overall flow of a method for extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention.

본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 방법은, 연료 전지로부터 전기를 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)로부터 수소를 추출하는 발명 사상을 가진다.The method of extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention is an invention of extracting hydrogen from LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier) using waste heat generated when electricity is generated from a fuel cell have an idea

좀더 상세히 설명하기 위해, 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 방법은 총 5 단계의 구성을 가진다.To describe in more detail, referring to FIG. 4 , the method of extracting hydrogen included in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention has a configuration of a total of five steps.

제 1 단계(S100)는 수소 저장부(100)로부터 수소를 포함하는 유체를 탈수소 반응부(200)로 공급하는 단계이다.The first step ( S100 ) is a step of supplying a fluid containing hydrogen from the hydrogen storage unit 100 to the dehydrogenation reaction unit 200 .

제 2 단계(S200)는 가열부의 가열과 촉매에 의해, 탈수소 반응부(200)가 수소를 포함하는 유체를 탈수소화시켜 수소를 추출하는 단계이다.The second step ( S200 ) is a step in which the dehydrogenation reaction unit 200 dehydrogenates a fluid containing hydrogen by heating and a catalyst of the heating unit to extract hydrogen.

제 3 단계(S300)는 추출된 수소와 산소를 공급받은 연료 전지(300)가 전기를 생성하는 단계이다.The third step ( S300 ) is a step in which the fuel cell 300 supplied with the extracted hydrogen and oxygen generates electricity.

제 4 단계(S400)는 연료 전지(300)가 전기를 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 열원 생성부(400)가 스팀 또는 열원을 발생시키는 단계이다.The fourth step ( S400 ) is a step in which the heat source generator 400 generates steam or a heat source using waste heat generated when the fuel cell 300 generates electricity.

제 5 단계(S500)는 발생된 스팀 또는 열원을 이용하여 탈수소 반응부(200)가 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)로부터 수소를 추출하는 탈수소화를 수행하는 단계이다.The fifth step ( S500 ) is a step in which the dehydrogenation unit 200 extracts hydrogen from a Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC) using the generated steam or heat source to perform dehydrogenation.

특히, 본 발명에 따른 고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 방법은, 상기 제 2 단계(S200) 내지 상기 제 5 단계(S500)를 반복 수행하여 전기를 반복 생성함으로써 전력을 요하는 장치의 전력원으로 이용가능하다.In particular, in the method of extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell according to the present invention, electricity is repeatedly generated by repeatedly performing the second step (S200) to the fifth step (S500). It can be used as a power source for devices that require power.

이때, 최초 1회째는 가열부(예를 들면, 히터 등)의 가열에 의해 탈수소 반응부(200)가 수소를 포함하는 유체를 탈수소화시켜 수소를 추출한다.At this time, in the first time, the dehydrogenation reaction unit 200 dehydrogenates a fluid containing hydrogen by heating a heating unit (eg, a heater, etc.) to extract hydrogen.

2회째부터, 즉 2회째 이상부터는 연료 전지(300)가 전기 생성시 발생하는 폐열을 이용함으로써 탈수소 반응부(200)가 수소를 포함하는 유체를 탈수소화시켜 수소를 반복적으로 추출한다.From the second time, that is, from the second time or more, the dehydrogenation unit 200 dehydrogenates a fluid containing hydrogen by using waste heat generated when the fuel cell 300 generates electricity, thereby repeatedly extracting hydrogen.

한편, 상술한 바와 같이, 탈수소 반응부(200)가 수소를 포함하는 유체로부터 탈수소화시, 1 bar 및 300 ℃의 반응 파라미터와, 수소 1 ㏖ 당 72 KJ의 열 요구량에 의해 6.2 wt%의 수소를 추출한다.On the other hand, as described above, when the dehydrogenation reaction unit 200 dehydrogenates from a fluid containing hydrogen, 6.2 wt% of hydrogen by reaction parameters of 1 bar and 300 °C and a heat requirement of 72 KJ per 1 mol of hydrogen to extract

본 발명에서는 설명의 용이함을 위해 상술한 바와 같이 특정 LOHC의 값을 한정하여 설명하지만 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 종류의 LOHC의 값을 포함할 수 있다.In the present invention, a specific LOHC value is limited as described above for ease of explanation, but the present invention is not limited thereto, and various types of LOHC values may be included.

이와 같이 본 발명에 의하면, 연료 전지에서 전기 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 LOHC로부터 수소를 추출하는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, there is an effect of extracting hydrogen from the LOHC using waste heat generated when electricity is generated in the fuel cell.

이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시 예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시 예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.As mentioned above, although several preferred embodiments of the present invention have been described with some examples, the descriptions of various various embodiments described in the "Specific Contents for Carrying Out the Invention" item are merely exemplary, and the present invention Those of ordinary skill in the art will understand well that the present invention can be practiced with various modifications or equivalents to the present invention from the above description.

또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.In addition, since the present invention can be implemented in various other forms, the present invention is not limited by the above description, and the above description is for the purpose of completing the disclosure of the present invention, and it is common in the technical field to which the present invention pertains. It should be understood that this is only provided to fully inform those with knowledge of the scope of the present invention, and that the present invention is only defined by each of the claims.

10 : 연료 탱크
20 : 연료 공급부
30 : 연료 전지
40 : 전력 관리부
50 : 추진기
60 : 제어부
100 : 수소 저장부
110 : 제 1 저장 영역
120 : 제 2 저장 영역
200 : 탈수소 반응부
300 : 연료 전지
400 : 열원 생성부
10: fuel tank
20: fuel supply
30: fuel cell
40: power management unit
50: thruster
60: control unit
100: hydrogen storage unit
110: first storage area
120: second storage area
200: dehydrogenation reaction unit
300: fuel cell
400: heat source generator

Claims (11)

삭제delete 수소와 산소를 공급받아 전기와 물을 발생시키는 연료 전지;
상기 연료 전지가 전기 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 스팀 또는 열원을 발생시키는 열원 생성부; 및
상기 열원 생성부에 의해 생성되는 스팀 또는 열원을 이용하여 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)로부터 수소를 추출하는 탈수소화를 수행하는 탈수소 반응부;를 포함하며,
상기 연료 전지에 의해 생성되는 전기는 선박의 프로펠러를 구동시키고,
수소를 포함하는 유체가 수용되는 제 1 저장 영역과, 수소를 포함하지 않는 유체가 수용되는 제 2 저장 영역이 서로 분리되어 있는 수소 저장부를 더 포함하며,
상기 탈수소 반응부는,
상기 제 1 저장 영역에 수용되어 있는 상기 수소를 포함하는 유체를 공급받아 촉매를 통해 탈수소화시켜 수소를 추출하고, 수소를 포함하지 않는 유체를 상기 제 2 저장 영역으로 배출하고,
상기 수소를 포함하는 유체로부터 탈수소화시,
1 bar 및 300 ℃의 반응 파라미터와, 수소 1 ㏖ 당 72 KJ의 열 요구량에 의해 6.2 wt%의 수소를 추출하며,
상기 제 2 저장 영역의 탈수소화된 유체를 액화하여 수소화된 유체로 제 1 수소 저장부에 저장하기 위해, 50 bar 및 150 ℃의 반응 파라미터와, 수소 1 ㏖ 당 72 KJ의 열 요구량에 의해 6.2 wt%의 수소를 저장하는 것을 특징으로 하는,
고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 시스템.
a fuel cell that receives hydrogen and oxygen to generate electricity and water;
a heat source generator for generating steam or a heat source using waste heat generated when the fuel cell generates electricity; and
A dehydrogenation reaction unit for performing dehydrogenation to extract hydrogen from LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier) using steam or a heat source generated by the heat source generating unit;
The electricity generated by the fuel cell drives the propeller of the ship,
A hydrogen storage unit in which a first storage area in which a fluid containing hydrogen is accommodated and a second storage area in which a fluid that does not contain hydrogen is accommodated is separated from each other,
The dehydrogenation reaction unit,
receiving the fluid containing the hydrogen contained in the first storage region, dehydrogenating it through a catalyst to extract hydrogen, and discharging the fluid containing no hydrogen to the second storage region;
Upon dehydrogenation from the fluid containing the hydrogen,
Extracting 6.2 wt % of hydrogen with reaction parameters of 1 bar and 300 ° C and a heat requirement of 72 KJ per mol of hydrogen,
To liquefy the dehydrogenated fluid in the second storage region and store it in the first hydrogen storage unit as a hydrogenated fluid, 6.2 wt. Characterized in storing % of hydrogen,
A system that extracts hydrogen contained in LOHC using waste heat from a high-temperature fuel cell.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 수소 저장부로부터 수소를 포함하는 유체를 공급받는 제 1 단계(S100);
가열부의 가열과 촉매에 의해, 탈수소 반응부가 상기 수소를 포함하는 유체를 탈수소화시켜 수소를 추출하는 제 2 단계(S200);
추출된 상기 수소와 산소를 공급받은 연료 전지가 전기를 생성하는 제 3 단계(S300);
상기 연료 전지가 전기 생성시 발생하는 폐열을 이용하여 열원 생성부가 스팀 또는 열원을 발생시키는 제 4 단계(S400); 및
발생된 스팀 또는 열원을 이용하여 상기 탈수소 반응부가 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)로부터 수소를 추출하는 탈수소화를 수행하는 제 5 단계(S500);를 포함하며,
상기 연료 전지에 의해 생성되는 전기는 선박의 프로펠러를 구동시키고,
상기 제 2 단계(S200) 내지 상기 제 5 단계(S500)를 반복 수행하여 상기 전기를 반복 생성하며,
최초 1회째는 상기 가열부의 가열에 의해 상기 탈수소 반응부가 상기 수소를 포함하는 유체를 탈수소화시켜 수소를 추출하고,
2회째부터는 상기 폐열을 이용하여 상기 탈수소 반응부가 상기 수소를 포함하는 유체를 탈수소화시켜 수소를 반복적으로 추출하며,
수소를 포함하는 유체가 수용되는 제 1 저장 영역과, 수소를 포함하지 않는 유체가 수용되는 제 2 저장 영역이 서로 분리되어 있는 수소 저장부를 더 포함하며,
상기 탈수소 반응부는,
상기 제 1 저장 영역에 수용되어 있는 상기 수소를 포함하는 유체를 공급받아 촉매를 통해 탈수소화시켜 수소를 추출하고, 수소를 포함하지 않는 유체를 상기 제 2 저장 영역으로 배출하며,
상기 수소를 포함하는 유체로부터 탈수소화시,
1 bar 및 300 ℃의 반응 파라미터와, 수소 1 ㏖ 당 72 KJ의 열 요구량에 의해 6.2 wt%의 수소를 추출하고,
상기 제 2 저장 영역의 탈수소화된 유체를 액화하여 수소화된 유체로 제 1 수소 저장부에 저장하기 위해, 50 bar 및 150 ℃의 반응 파라미터와, 수소 1 ㏖ 당 72 KJ의 열 요구량에 의해 6.2 wt%의 수소를 저장하는 것을 특징으로 하는,
고온형 연료 전지의 폐열을 이용하여 LOHC에 포함된 수소를 추출하는 방법.
A first step of receiving a fluid containing hydrogen from the hydrogen storage unit (S100);
a second step (S200) of extracting hydrogen by dehydrogenating the fluid containing the hydrogen by the dehydrogenation reaction unit by the heating unit and the catalyst;
a third step (S300) of generating electricity by the fuel cell supplied with the extracted hydrogen and oxygen;
a fourth step (S400) in which a heat source generator generates steam or a heat source using waste heat generated when the fuel cell generates electricity; and
A fifth step (S500) of performing dehydrogenation in which the dehydrogenation unit extracts hydrogen from LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier) using the generated steam or heat source;
The electricity generated by the fuel cell drives the propeller of the ship,
The second step (S200) to the fifth step (S500) are repeatedly performed to repeatedly generate the electricity,
The first time is to extract hydrogen by dehydrogenating the fluid containing the hydrogen by the dehydrogenation reaction unit by heating the heating unit,
From the second time, the dehydrogenation unit dehydrogenates the fluid containing the hydrogen using the waste heat to repeatedly extract hydrogen,
A hydrogen storage unit in which a first storage area in which a fluid containing hydrogen is accommodated and a second storage area in which a fluid that does not contain hydrogen is accommodated is separated from each other,
The dehydrogenation reaction unit,
receiving the fluid containing the hydrogen contained in the first storage region, dehydrogenating it through a catalyst to extract hydrogen, and discharging the fluid containing no hydrogen to the second storage region,
Upon dehydrogenation from the fluid containing the hydrogen,
Extracting 6.2 wt % of hydrogen with reaction parameters of 1 bar and 300 ° C and a heat requirement of 72 KJ per mol of hydrogen,
To liquefy the dehydrogenated fluid in the second storage zone and store it in the first hydrogen storage as a hydrogenated fluid, 6.2 wt. with reaction parameters of 50 bar and 150° C. and a heat demand of 72 KJ per mol of hydrogen Characterized in storing % of hydrogen,
A method of extracting hydrogen contained in LOHC using waste heat of a high-temperature fuel cell.
삭제delete 삭제delete
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