KR102283350B1 - Fuel cell system and marine structure having the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 시스템 및 이를 갖는 해양구조물에 관한 것으로서, 상기 연료전지 시스템은 LOHC를 수소 공급원으로 이용하며, LOHC를 공급받아 탈수소화 반응을 수행하는 탈수소 반응기; 상기 탈수소 반응기로부터 수소를 공급받아 전력을 생산하여 해양 구조물의 수요처로 공급하는 연료전지; 및 상기 탈수소 반응기에 열 에너지를 공급하기 위한 전기 히터를 포함하며, 상기 탈수소 반응기는, 상기 연료전지로부터 배출되는 배기가스의 폐열 및 상기 전기 히터로부터 공급되는 열 에너지를 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a fuel cell system and an offshore structure having the same, comprising: a dehydrogenation reactor using LOHC as a hydrogen source and receiving LOHC to perform a dehydrogenation reaction; a fuel cell for receiving hydrogen from the dehydrogenation reactor to produce electric power and supplying it to a demand for an offshore structure; and an electric heater for supplying thermal energy to the dehydrogenation reactor, wherein the dehydrogenation reactor performs a dehydrogenation reaction of LOHC using waste heat of exhaust gas discharged from the fuel cell and thermal energy supplied from the electric heater. characterized by performing.

Figure R1020190131774
Figure R1020190131774

Description

연료전지 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물{Fuel cell system and marine structure having the same}Fuel cell system and marine structure including the same

본 발명은 연료전지 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system and an offshore structure including the same.

해양 구조물의 발전, 추진 등 동력이나 전력을 공급하기 위한 시스템에 있어서, 기존 연료 대비 환경 오염을 저감하기 위해 연료전지의 도입이 연구되어 적용되고 있는 추세이다.In a system for supplying power or electric power such as power generation and propulsion of offshore structures, the introduction of fuel cells has been studied and applied to reduce environmental pollution compared to existing fuels.

따라서, 해양 구조물은 연료전지에 공급하기 위한 수소를 저장하는 수단을 구비해야 하는데, 종래에는 수소 가스를 고압 기체 상태로 저장하거나, 액화시켜 저장하였다. 수소 가스를 고압 기체 상태로 저장하는 경우, 수소 가스의 폭발 위험이 있고, 초고압 저장을 하여야 하므로 대용량으로 저장하여 운송하는 것에는 한계가 있었다. 또한, 수소 가스를 액화시켜 저장하는 경우에는 저장 및 운송 중에 BOG가 발생하게 되므로, BOG의 처리를 위해서는 초저온 저장 탱크가 필요하다는 문제점이 있었다.Accordingly, the offshore structure must be provided with a means for storing hydrogen for supply to the fuel cell, and conventionally, hydrogen gas is stored in a high-pressure gas state or stored after being liquefied. When storing hydrogen gas in a high-pressure gas state, there is a risk of explosion of hydrogen gas, and there is a limit to storing and transporting in a large capacity because ultra-high pressure storage is required. In addition, since BOG is generated during storage and transportation when hydrogen gas is liquefied and stored, there is a problem that a cryogenic storage tank is required for the treatment of BOG.

LOHC(liquid organic hydrogen carrier)는 수소 가스를 저장할 수 있는 유기 화합물을 포괄하여 지칭한다. LOHC는 불포화 상태에서는 수소화 반응을 통해 수소를 결합하여 안정한 상태로 유지하다가, 탈수소화 반응을 통해 수소 가스를 배출하고 다시 불포화상태로 돌아갈 수 있다. 즉, LOHC를 이용한 수소화, 탈수소화 반응은 가역적으로 일어날 수 있으며, 해양 구조물에서는 LOHC를 수소화하여 저장하였다가, 연료전지로 공급하기전에 탈수소화 반응을 통해 수소 가스를 생산하고, 이를 분리하여 공급하는 것일 수 있다. LOHC는 상온, 상압에서 저장 및 운송이 가능하다는 점에서 기존의 수소 가스 저장 방법 대비 월등한 이점을 가지나, 탈수소화 반응은 흡열 반응으로써 많은 에너지가 필요하고 이에따른 비용이 소모된다는 단점이 있다. 따라서, 해양구조물의 연료전지를 위한 수소 가스 공급원으로써 LOHC를 적용하기 위해, LOHC의 보다 효율적인 탈수소 공정 개발이 요구되는 실정이다.Liquid organic hydrogen carrier (LOHC) is an umbrella term for organic compounds capable of storing hydrogen gas. In the unsaturated state, LOHC binds hydrogen through hydrogenation to maintain a stable state, and then releases hydrogen gas through dehydrogenation and can return to the unsaturated state. In other words, hydrogenation and dehydrogenation reactions using LOHC can occur reversibly, and LOHC is hydrogenated and stored in offshore structures, and hydrogen gas is produced through a dehydrogenation reaction before being supplied to a fuel cell, and it is separated and supplied. it could be LOHC has a superior advantage over the existing hydrogen gas storage method in that it can be stored and transported at room temperature and pressure, but the dehydrogenation reaction is an endothermic reaction, so it requires a lot of energy and costs accordingly. Therefore, in order to apply the LOHC as a hydrogen gas source for a fuel cell of an offshore structure, there is a need to develop a more efficient dehydrogenation process of the LOHC.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연료전지 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물을 제공하기 위한 것이다.The present invention was created to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system and an offshore structure including the same.

본 발명의 일 측면에 따른 연료전지 시스템은 LOHC를 수소 공급원으로 이용하는 시스템으로서, LOHC를 공급받아 탈수소화 반응을 수행하는 탈수소 반응기; 상기 탈수소 반응기로부터 수소를 공급받아 전력을 생산하여 해양 구조물의 수요처로 공급하는 연료전지; 및 상기 탈수소 반응기에 열 에너지를 공급하기 위한 전기 히터를 포함하며, 상기 탈수소 반응기는, 상기 연료전지로부터 배출되는 배기가스의 폐열 및 상기 전기 히터로부터 공급되는 열 에너지를 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행하는 것을 특징으로 한다.A fuel cell system according to an aspect of the present invention is a system using LOHC as a hydrogen source, comprising: a dehydrogenation reactor receiving LOHC and performing a dehydrogenation reaction; a fuel cell for receiving hydrogen from the dehydrogenation reactor to produce electric power and supplying it to a demand for an offshore structure; and an electric heater for supplying thermal energy to the dehydrogenation reactor, wherein the dehydrogenation reactor performs a dehydrogenation reaction of LOHC using waste heat of exhaust gas discharged from the fuel cell and thermal energy supplied from the electric heater. characterized by performing.

구체적으로, 상기 전기 히터는, 상기 해양 구조물의 메인 엔진, 발전 엔진, 샤프트 발전기 및 상기 연료전지로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로부터 전력을 공급받을 수 있다. Specifically, the electric heater may receive power from one or more selected from the group consisting of a main engine, a power generation engine, a shaft generator, and the fuel cell of the offshore structure.

구체적으로, 상기 시스템은, 상기 탈수소 반응기로부터 상기 연료전지로 공급되는 수소의 유량, 상기 연료전지의 온도 및 상기 수요처의 전력 필요량 중 어느 하나 이상에 따라 상기 전기 히터의 열에너지 공급량을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.Specifically, the system further comprises a control unit for controlling the amount of thermal energy supplied to the electric heater according to any one or more of a flow rate of hydrogen supplied from the dehydrogenation reactor to the fuel cell, a temperature of the fuel cell, and an electric power requirement of the consumer. may include

구체적으로, 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 테트라린, 페닐시클로헥산, 4-아미노피페린, 카바졸, 퍼하이드로-디벤젤톨루엔, 데칼린, 포름산, 암모니아보레인, 나프탈렌, 아세톤, N-에틸카바졸 및 2-N-메틸벤질 피리딘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.Specifically, cyclohexane, methylcyclohexane, tetraline, phenylcyclohexane, 4-aminopiperine, carbazole, perhydro-dibenzeltoluene, decalin, formic acid, ammoniaborane, naphthalene, acetone, N-ethylcarbazole and 2-N-methylbenzyl pyridine may be at least one selected from the group consisting of.

구체적으로, 상기 연료전지는, 배기가스의 온도가 600 내지 1000℃인 것일 수 있다.Specifically, the fuel cell may have an exhaust gas temperature of 600 to 1000°C.

본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 해양 구조물은 상기 일 측면에 따른 연료전지 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.An offshore structure according to another aspect of the present invention is characterized in that it has the fuel cell system according to the aspect.

본 발명에 따른 연료전지 시스템은 종래 연료 대비 탄소 배출량을 저감하거나, 탄소를 배출하지 않을 수 있어 친환경적이다.The fuel cell system according to the present invention is environmentally friendly because it can reduce carbon emission or not emit carbon compared to conventional fuels.

본 발명에 따른 연료전지 시스템은 수소 공급원으로 LOHC를 이용하여, 상온 및 상압 조건에서 안정적인 저장 및 운송이 가능하다.The fuel cell system according to the present invention enables stable storage and transportation at room temperature and pressure conditions by using LOHC as a hydrogen source.

본 발명에 따른 연료전지 시스템은 연료전지에서 발생하는 폐열을 재활용할 수 있어 친환경적이다.The fuel cell system according to the present invention is environmentally friendly because waste heat generated from the fuel cell can be recycled.

본 발명에 따른 연료전지 시스템은 연료전지로 공급되는 수소의 유량, 상기 연료전지의 온도 및 해양 구조물 내 수요처의 전력 필요량 중 어느 하나 이상을 고려하여 상기 연료전지에 부족한 연료의 양만큼 열 에너지를 공급하도록 하여 최적의 연료전지 운용을 제공할 수 있다.The fuel cell system according to the present invention supplies thermal energy to the fuel cell as much as the insufficient amount of fuel in consideration of any one or more of the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell, the temperature of the fuel cell, and the electric power required by the demand in the offshore structure. Thus, it is possible to provide optimal fuel cell operation.

본 발명에 따른 연료전지 시스템은 해양 구조물에서 발생하는 전력을 전기 히터에 공급할 수 있어, 상기 해양 구조물의 잉여 전력을 활용할 수 있다.The fuel cell system according to the present invention can supply electric power generated from an offshore structure to an electric heater, and thus can utilize the surplus power of the offshore structure.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념도이다.
1 is a conceptual diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.The objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. In the present specification, in adding reference numbers to the components of each drawing, it should be noted that only the same components are given the same number as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하에서, 고압, 저압, 고온, 저온, 고부하 및 저부하는 상대적인 것으로서, 절대적인 수치를 나타내는 것은 아님을 알려둔다.Hereinafter, it should be noted that high pressure, low pressure, high temperature, low temperature, high load, and low load are relative and do not represent absolute values.

이하에서는 본 발명의 연료전지 시스템에 대해 설명하며, 본 발명은 연료전지 시스템과 이를 포함하는 해양 구조물을 포함하는 것이다. 본 발명에 있어서 연료전지는 천연가스, 석탄가스, 메탄올과 같은 탄화수소 계열의 물질 등에 함유되어 있는 수소와 공기 중의 산소를 전기화학 반응에 의해서 직접 전기에너지로 변환시키는 고효율의 청정발전 시스템을 의미한다. 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 분류될 수 있지만, 본 발명에서 사용되는 연료전지는 600 내지 1000℃의 고온 조건에서 발전하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용되는 연료전지는 600 내지 1000℃의 고온의 배기가스를 배출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 연료전지는 고체산화물(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) 연료전지 또는 용융탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell)일 수 있으나, 바람직하게는 고체산화물 연료전지일 수 있다.Hereinafter, a fuel cell system of the present invention will be described, and the present invention includes a fuel cell system and an offshore structure including the same. In the present invention, a fuel cell refers to a high-efficiency clean power generation system that directly converts hydrogen contained in hydrocarbon-based substances such as natural gas, coal gas, and methanol and oxygen in the air into electrical energy through an electrochemical reaction. The fuel cell may be classified according to the type of electrolyte used, but the fuel cell used in the present invention may be one that generates power at a high temperature of 600 to 1000°C. In addition, the fuel cell used in the present invention may be to discharge a high-temperature exhaust gas of 600 to 1000 ℃. For example, the fuel cell of the present invention may be a solid oxide (SOFC) fuel cell or a molten carbonate fuel cell (MCFC), but preferably a solid oxide fuel cell.

이하에서, 리치 LOHC는 수소가 풍부하거나 포화상태인 LOHC를 의미할 수 있으며, 린 LOHC는 상기 리치 LOHC가 탈수소화 반응을 거쳐 수소가 결핍하거나 없는 상태인 LOHC를 의미할 수 있다. 즉, 이하에서 LOHC는 탈수소화 및 수소화 반응을 통해 가역적으로 수소를 포함하거나 포함하지 않을 수 있는 유기 화합물로서 상기 두 가지 상태를 포괄하는 표현임을 알려둔다.Hereinafter, the rich LOHC may refer to an LOHC in which hydrogen is abundant or saturated, and the lean LOHC may refer to a LOHC in which the rich LOHC undergoes a dehydrogenation reaction and is in a hydrogen-deficient or non-hydrogen state. That is, it should be noted that LOHC is an organic compound that may or may not contain hydrogen reversibly through dehydrogenation and hydrogenation reaction, and is an expression encompassing the above two states.

상기 해양 구조물은 화물을 운반하는 선박, 상선, 해양에서 천연 가스를 생산할 수 있는 선박, 가스 플랫폼과 해양 부유물을 모두 포괄하는 표현임을 알려둔다. 또한, 본 발명의 연료전지 시스템은 육상 플랜트에도 적용될 수 있다.Note that the above-mentioned offshore structure is an expression encompassing all of a ship carrying cargo, a merchant ship, a ship capable of producing natural gas in the ocean, a gas platform, and an offshore float. In addition, the fuel cell system of the present invention can be applied to an onshore plant.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하에서는 도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 연료전지 시스템을 설명한다.Hereinafter, a fuel cell system of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3 .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에 관한 도면이다.1 is a view of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 연료전지 시스템은 연료전지(100) 및 탈수소 반응기(121) 등을 포함한다. 물론 본 실시예는 연료전지의 구동 및 상기 연료전지로부터 생산되는 전력을 저장, 공급하는데에 필요하다면 공지된 여러 구성들을 더 부가할 수 있다.The fuel cell system according to this embodiment includes a fuel cell 100 and a dehydrogenation reactor 121 . Of course, in this embodiment, if necessary for driving the fuel cell and storing and supplying electric power generated from the fuel cell, various well-known components may be further added.

연료전지(100)는 연료로서 수소와 공기 중의 산소를 전기화학 반응시켜 전력을 생산할 수 있다.The fuel cell 100 may generate electric power by electrochemically reacting hydrogen as a fuel and oxygen in the air.

이때, 상기 연료로서의 수소는 수소를 포함하는 다양한 화합물로부터 물리적 또는 화학적 반응을 통해 분리되어 상기 연료전지(100)의 연료로 사용되는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 수소는 수소를 포함하는 다양한 화합물로부터 화학적 반응을 통해 분리되는 것일 수 있다. 상기 화학적 반응은 수소를 포함하는 화합물을 개질하거나 열분해하여 상기 화합물로부터 수소를 분리해내는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 화합물은 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)일 수 있다. 상기 LOHC로는, 예를 들어, 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 테트라린, 페닐시클로헥산, 4-아미노피페린, 카바졸, 퍼하이드로-디벤젤톨루엔, 데칼린, 포름산, 암모니아보레인, 나프탈렌, 아세톤, N-에틸카바졸 및 2-N-메틸벤질 피리딘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 LOHC는 메틸시클로헥산일 수 있다.In this case, hydrogen as the fuel may be separated from various compounds including hydrogen through a physical or chemical reaction and used as the fuel of the fuel cell 100 . Preferably, the hydrogen may be separated from various compounds including hydrogen through a chemical reaction. The chemical reaction may be to separate hydrogen from the compound by reforming or thermal decomposition of a compound containing hydrogen. Preferably, the compound may be a Liquid Organic Hydrogen Carrier (LOHC). Examples of the LOHC include cyclohexane, methylcyclohexane, tetraline, phenylcyclohexane, 4-aminopiperine, carbazole, perhydro-dibenzeltoluene, decalin, formic acid, ammoniaborane, naphthalene, acetone, It may be at least one selected from the group consisting of N-ethylcarbazole and 2-N-methylbenzyl pyridine, but is not limited thereto. Preferably, the LOHC may be methylcyclohexane.

보다 구체적으로, LOHC가 메틸시클로헥산인 경우, 메틸시클로헥산은 수소가 풍부한 LOHC로 지칭될 수 있다. 본 실시예에 따른 연료전지 시스템을 갖는 해양 구조물은 메틸시클로헥산을 저장탱크에 저장하고 다니다가 전력 생산에 필요한 만큼의 메틸시클로헥산을 탈수소화할 수 있다. 메틸시클로헥산을 탈수소화하는 경우 3개의 수소 분자와 톨루엔이 생성되며, 생성된 수소는 연료전지에 공급하여 전기화학반응을 통해 전력을 생산하고, 톨루엔은 수소가 결핍한 LOHC가 되어 별도의 LOHC 저장부(E)에 저장할 수 있다. 수소가 결핍한 린 LOHC는 LOHC 저장부(E)에 저장하였다가, 하역하여 수소화 반응을 통해 수소가 풍부한 LOHC로 전환할 수 있으며, 이를 다시 탈수소화 반응에 활용할 수 있다. 즉, LOHC는 가역적인 탈수소화 반응 및 수소화 반응을 통해 전력 생산에 이용할 수 있음과 동시에 용이한 저장 및 운반을 제공할 수 있다.More specifically, when the LOHC is methylcyclohexane, the methylcyclohexane may be referred to as a hydrogen-rich LOHC. The marine structure having the fuel cell system according to the present embodiment can dehydrogenate the amount of methylcyclohexane required for power generation while storing methylcyclohexane in a storage tank. When methylcyclohexane is dehydrogenated, three hydrogen molecules and toluene are generated, and the generated hydrogen is supplied to a fuel cell to generate electricity through an electrochemical reaction, and toluene becomes LOHC lacking hydrogen and stores LOHC separately. It can be stored in part (E). Lean LOHC lacking hydrogen can be stored in the LOHC storage unit (E), unloaded, and converted into hydrogen-rich LOHC through a hydrogenation reaction, which can be used again for dehydrogenation. In other words, the LOHC can be used for power generation through reversible dehydrogenation and hydrogenation reactions, and at the same time can provide easy storage and transport.

또한, 본 실시예에 따른 연료전지(100)는 수소와 함께 천연가스, 암모니아 또는 이들의 조합을 공급받아 전기화학 반응을 통해 전력을 생산하는 것일 수 있다. 천연가스와 암모니아는 산소와 함께 전기화학 반응을 통해 전력 생산에 이용될 수 있다. 또는, 상기 천연가스 또는 암모니아는 상기 연료전지(100) 내부에서 적어도 일부가 스팀과 만나 개질되어 수소 가스를 생성할 수 있다. 이때 상기 스팀은 연료전지(100)에서 수소의 전기화학 반응으로 생성되는 것일 수 있다. 또는, 상기 스팀은 후술할 스팀 공급부(N)에서 공급되는 것을 이용할 수 있다. 이러한 개질 반응은 흡열 반응으로서, 상기와 같은 수소의 전기화학 반응으로 인해 전력이 생산될 때 발생하는 열을 이용할 수 있다. 이러한 경우, 연료전지(100)에서 수소의 전기화학 반응으로 인해 연료전지(100)가 과도하게 가열되는 것을 방지할 수 있게 되어 연료전지(100)를 별도로 냉각할 필요가 없게 된다.In addition, the fuel cell 100 according to the present embodiment may be supplied with hydrogen, natural gas, ammonia, or a combination thereof to generate electric power through an electrochemical reaction. Natural gas and ammonia can be used to generate electricity through an electrochemical reaction with oxygen. Alternatively, at least a portion of the natural gas or ammonia may be reformed by meeting steam in the fuel cell 100 to generate hydrogen gas. In this case, the steam may be generated by an electrochemical reaction of hydrogen in the fuel cell 100 . Alternatively, the steam may be supplied from a steam supply unit N, which will be described later. This reforming reaction is an endothermic reaction, and heat generated when electric power is generated due to the electrochemical reaction of hydrogen as described above may be used. In this case, it is possible to prevent the fuel cell 100 from being excessively heated due to the electrochemical reaction of hydrogen in the fuel cell 100 , so that it is not necessary to separately cool the fuel cell 100 .

이하에서, 연료전지(100)가 암모니아를 이용하여 전력을 생산하는 경우, 암모니아는 스팀과 만나 반응하여 수소 가스를 생성할 수 있다. 본 발명에서 상기와 같은 반응은 암모니아의 개질 또는 열분해로 지칭할 수 있다. Hereinafter, when the fuel cell 100 generates electric power using ammonia, the ammonia may react with steam to generate hydrogen gas. In the present invention, such a reaction may be referred to as reforming or pyrolysis of ammonia.

연료전지(100)는 후술할 암모니아 공급부(A), 천연가스 공급부(B), 압축공기 공급부(C), LOHC 공급부(D) 중 어느 하나 이상과 연결되어 연료전지의 전기화학 반응에 필요한 물질을 공급받을 수 있다.The fuel cell 100 is connected to any one or more of an ammonia supply unit (A), a natural gas supply unit (B), a compressed air supply unit (C), and a LOHC supply unit (D), which will be described later, to provide materials necessary for the electrochemical reaction of the fuel cell. can be supplied.

본 실시예에 있어서, 상기 연료전지(100)는 600 내지 1000℃에서 구동하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 연료전지(100)는 내부의 전기화학반응이 완결되어 배출되는 배기가스의 온도가 600 내지 1000℃인 것일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 연료전지는 배기가스의 온도가 600 내지 800℃인 것일 수 있다.In this embodiment, the fuel cell 100 may be driven at 600 to 1000°C. Preferably, the fuel cell 100 may have a temperature of 600 to 1000° C. of the exhaust gas discharged after the internal electrochemical reaction is completed. More preferably, the fuel cell may have an exhaust gas temperature of 600 to 800°C.

연료전지(100)는 연료전지 배기가스 라인(L113)을 통해 전기화학 반응의 결과로 생성되는 배기가스를 배출할 수 있다.The fuel cell 100 may discharge exhaust gas generated as a result of the electrochemical reaction through the fuel cell exhaust gas line L113 .

연료전지 배기가스 라인(L113)은 후술할 탈수소 반응기(121)에 상기 배기가스의 폐열을 전달할 수 있다. 추가적으로, 상기 연료전지 배기가스 라인(L113)은 후술할 LOHC 예열기(120) 및 암모니아 기화기(111)에도 상기 배기가스의 폐열을 전달할 수 있다.The fuel cell exhaust gas line L113 may transfer waste heat of the exhaust gas to a dehydrogenation reactor 121 to be described later. Additionally, the fuel cell exhaust gas line L113 may transfer waste heat of the exhaust gas to the LOHC preheater 120 and the ammonia vaporizer 111 to be described later.

탈수소 반응기(121)는 LOHC 공급부(D)로부터 LOHC를 공급받아 LOHC의 탈수소화 반응을 수행하기 위한 장소를 제공할 수 있다. LOHC의 탈수소화 반응은 흡열반응이므로, 탈수소 반응기(121)는 상기 LOHC의 탈수소화 반응에 충분한 열원을 공급하는 것일 수 있다.The dehydrogenation reactor 121 may receive the LOHC from the LOHC supply unit D and provide a place for performing the dehydrogenation reaction of the LOHC. Since the dehydrogenation reaction of the LOHC is an endothermic reaction, the dehydrogenation reactor 121 may supply a sufficient heat source for the dehydrogenation reaction of the LOHC.

본 실시예에 따른 탈수소 반응기(121)는 상기 연료전지(100)로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행할 수 있다. 구체적으로, 탈수소 반응기(121)는 상기 연료전지(100)로부터 배출되는 600 내지 1000℃의 배기가스를 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행할 수 있다.The dehydrogenation reactor 121 according to the present embodiment may perform the dehydrogenation reaction of the LOHC using waste heat of the exhaust gas discharged from the fuel cell 100 . Specifically, the dehydrogenation reactor 121 may perform the LOHC dehydrogenation reaction using waste heat of the exhaust gas at a temperature of 600 to 1000° C. discharged from the fuel cell 100 .

탈수소 반응기(121)가 상기 연료전지(100)의 배기가스 폐열을 이용하고 별도의 열원을 공급받지 않는다면, 상기 탈수소 반응기(121)는 상기 연료전지(100)가 필요로 하는 전체 수소의 양 또는 상기 수소를 탈수소화 하는 데에 필요한 전체 에너지의 40 내지 60%를 충당할 수 있다. 나머지 40 내지 60%의 수소를 수득하기 위해서는 탈수소 반응기(121)에 추가 에너지를 공급하거나, 연료전지에 별도의 에너지 공급원을 공급해줄 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 천연가스 또는 암모니아를 추가 연료로 공급할 수 있다.If the dehydrogenation reactor 121 uses the exhaust gas waste heat of the fuel cell 100 and is not supplied with a separate heat source, the dehydrogenation reactor 121 may use the total amount of hydrogen required by the fuel cell 100 or the 40 to 60% of the total energy required for dehydrogenation of hydrogen can be covered. In order to obtain the remaining 40 to 60% of hydrogen, additional energy may be supplied to the dehydrogenation reactor 121 or a separate energy source may be supplied to the fuel cell. For example, the fuel cell system according to an embodiment of the present invention may supply natural gas or ammonia as an additional fuel.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 암모니아 공급부(A)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include an ammonia supply unit (A).

암모니아 공급부(A)는 연료전지 시스템에 대한 추가 연료로서 액상의 암모니아를 저장 및 공급하기 위한 수단이다. 따라서, 암모니아 공급부(A)는 암모니아를 액체 상태로 저장하기에 적합한 온도 및 내부 압력을 유지할 수 있다.The ammonia supply unit A is a means for storing and supplying liquid ammonia as an additional fuel for the fuel cell system. Therefore, the ammonia supply unit (A) can maintain a suitable temperature and internal pressure for storing ammonia in a liquid state.

암모니아 공급부(A)는 암모니아 공급 라인(L110)을 통해 연료전지(100)에 암모니아를 공급할 수 있다. 이때, 상기 암모니아 공급 라인(L110) 상에는 액상의 암모니아를 펌핑하기 위한 펌프(110), 액상의 암모니아를 기화시키기 위한 암모니아 기화기(111), 연료혼합기(112) 등을 더 구비될 수 있다.The ammonia supply unit A may supply ammonia to the fuel cell 100 through the ammonia supply line L110. In this case, on the ammonia supply line L110, a pump 110 for pumping liquid ammonia, an ammonia vaporizer 111 for vaporizing liquid ammonia, a fuel mixer 112, and the like may be further provided.

펌프(110)는 암모니아 공급부(A)로부터 액상의 암모니아를 가압하여 암모니아 공급 라인(L110)을 통해 암모니아를 유동시킨다. 상기 펌프(110)는 암모니아 공급부(A)로부터 공급되는 암모니아의 유량을 조절할 수 있으며, 후술할 제어부(102)에 의해 그 유량이 제어되는 것일 수 있다.The pump 110 pressurizes liquid ammonia from the ammonia supply unit A to flow ammonia through the ammonia supply line L110. The pump 110 may adjust the flow rate of ammonia supplied from the ammonia supply unit A, and the flow rate may be controlled by the control unit 102 to be described later.

암모니아 기화기(111)는 액상의 암모니아를 기화시켜 기체 상태의 암모니아를 상기 암모니아 공급 라인(L110)을 통해 연료전지(100)로 공급할 수 있다. 따라서, 연료전지(100)로 공급되는 암모니아는 기체 상태로 개질되어 수소를 생성할 수 있게 된다. 암모니아 기화기(111)는 후술할 연료전지 배기가스 라인(L113)을 따라 유동하는 연료전지(100)의 배기가스의 폐열을 이용하여 액상의 암모니아를 기화시키는 것일 수 있다.The ammonia vaporizer 111 may supply ammonia in a gaseous state to the fuel cell 100 through the ammonia supply line L110 by vaporizing liquid ammonia. Accordingly, ammonia supplied to the fuel cell 100 is reformed into a gaseous state to generate hydrogen. The ammonia vaporizer 111 may vaporize liquid ammonia using waste heat of the exhaust gas of the fuel cell 100 flowing along the fuel cell exhaust gas line L113, which will be described later.

예를 들어, 암모니아 기화기(111)는 연료전지 배기가스 라인(L113) 상에 마련되는 것이고, 연료전지(100)를 기준으로 탈수소 반응기(121)와 LOHC 예열기(120)의 후단에 마련될 수 있다. 즉, 연료전지(100)의 배기가스는 탈수소 반응기(121), LOHC 예열기(120) 및 암모니아 기화기(111)에 순차적으로 폐열을 공급할 수 있다.For example, the ammonia vaporizer 111 is provided on the fuel cell exhaust gas line L113 and may be provided at the rear end of the dehydrogenation reactor 121 and the LOHC preheater 120 based on the fuel cell 100 . . That is, the exhaust gas of the fuel cell 100 may sequentially supply waste heat to the dehydrogenation reactor 121 , the LOHC preheater 120 , and the ammonia vaporizer 111 .

이러한 경우, 암모니아 기화기(111)를 거친 연료전지(100)의 배기가스는 배기가스 후처리 장치(114)에 공급되어 배기가스 중의 질소 산화물(NOx)을 제거하는 처리를 거칠 수 있다. 배기가스 후처리 장치(114)는 예를 들어, 선택적 촉매 환원 장치(SCR, Selective Catalytic Reduction)일 수 있으나, 이 기술분야에 알려진 것으로 질소 산화물의 저감에 사용될 수 있는 수단이면 한정되지 않는다. In this case, the exhaust gas of the fuel cell 100 that has passed through the ammonia vaporizer 111 may be supplied to the exhaust gas post-processing device 114 to undergo a process of removing nitrogen oxides (NOx) in the exhaust gas. The exhaust gas aftertreatment device 114 may be, for example, a selective catalytic reduction (SCR), but is not limited as long as it is a means that can be used to reduce nitrogen oxides as known in the art.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에서 추가 연료로서 암모니아를 사용하는 경우 연료전지에서 질소 산화물이 생성 될 수 있다. 질소 산화물은 앞서 설명한 바와 같이 배기가스 후처리 장치(114)를 통해 저감할 수 있다. When ammonia is used as an additional fuel in the fuel cell system according to an embodiment of the present invention, nitrogen oxides may be generated in the fuel cell. Nitrogen oxide may be reduced through the exhaust gas post-treatment device 114 as described above.

배기가스 후처리 장치(114)를 거친 배기가스는 벤트 라인(L114)을 통해 벤트부(L)로 전달되어 벤트될 수 있다.The exhaust gas that has passed through the exhaust gas post-treatment device 114 may be delivered to the vent unit L through the vent line L114 to be vented.

연료혼합기(112)는 암모니아 공급 라인(L110) 또는 천연가스 공급 라인(L111) 중 어느 하나 이상으로부터 가스를 공급받으며, 스팀 공급부(N)로부터 스팀을 공급받아 혼합시키는 수단일 수 있다.The fuel mixer 112 may be a means for receiving gas from any one or more of the ammonia supply line L110 and the natural gas supply line L111, and for receiving and mixing steam from the steam supply unit N.

연료혼합기(112) 내부에서 암모니아와 스팀이 혼합되어 암모니아의 개질 또는 열분해 반응이 일어날 수 있으며, 이를 통해 생산된 수소 가스가 연료전지(100)에 공급될 수 있다.Ammonia and steam are mixed inside the fuel mixer 112 , and reforming or thermal decomposition of ammonia may occur, and hydrogen gas produced through this may be supplied to the fuel cell 100 .

연료혼합기(112) 내부에서 천연가스가 스팀에 의해 개질될 수 있으며, 이를 통해 생산된 수소 가스가 연료전지(100)에 공급될 수 있다.Natural gas may be reformed by steam in the fuel mixer 112 , and hydrogen gas produced through this may be supplied to the fuel cell 100 .

추가적으로, 연료혼합기(112)는 후술할 수소 라인(L122)로부터 수소 가스를 공급받아 암모니아, 천연가스 또는 이들의 조합과 혼합할 수 있다. 즉, 연료혼합기(112)는 수소 가스를 포함하는 가스의 혼합물을 연료전지(100)에 공급하는 것일 수 있다.Additionally, the fuel mixer 112 may receive hydrogen gas from a hydrogen line L122 to be described later and mix it with ammonia, natural gas, or a combination thereof. That is, the fuel mixer 112 may supply a gas mixture including hydrogen gas to the fuel cell 100 .

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 천연가스 공급부(B)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a natural gas supply unit (B).

천연가스 공급부(B)는 연료전지 시스템에 대한 추가 연료로서 천연가스를 저장 및 공급하기 위한 수단이다. 예를 들어, 천연가스 공급부(B)는 종래 다양한 해양 구조물에서 추진 수단 등 수요처로 연료인 천연가스를 공급하는 연료가스 공급 시스템(FGSS)에 연결된 것일 수도 있다.The natural gas supply (B) is a means for storing and supplying natural gas as an additional fuel for the fuel cell system. For example, the natural gas supply unit (B) may be connected to a fuel gas supply system (FGSS) that supplies natural gas, which is a fuel, from various conventional offshore structures to a demand such as a propulsion means.

천연가스 공급부(B)는 천연가스 공급 라인(L111)을 통해 연료전지(100)에 천연가스를 공급할 수 있다. 이때, 상기 천연가스 공급 라인(L111) 상에는 천연가스의 유량을 제어하는 천연가스 제어 밸브(113), 연료혼합기(112) 등이 더 구비될 수 있다.The natural gas supply unit B may supply natural gas to the fuel cell 100 through the natural gas supply line L111. In this case, a natural gas control valve 113 for controlling the flow rate of natural gas, a fuel mixer 112, and the like may be further provided on the natural gas supply line L111.

천연가스 제어 밸브(113)는 천연가스 공급부(B)로부터 공급되는 천연가스의 유량을 조절할 수 있으며, 후술할 제어부(102)에 의해 그 유량이 제어되는 것일 수 있다.The natural gas control valve 113 may adjust the flow rate of natural gas supplied from the natural gas supply unit B, and the flow rate may be controlled by the control unit 102 to be described later.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 스팀 공급부(N)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a steam supply unit (N).

스팀 공급부(N)는 연료전지(100) 내에서 천연가스가 개질되어 수소 가스를 생산하는 데에 필요한 물을 공급하기 위한 수단이다. 따라서, 스팀 공급부(N)는 천연가스에 스팀을 공급하기 위한 위치에 구비될 수 있다. 예를 들어, 스팀 공급부(N)는 연료혼합기(112)에 연결되어 스팀을 공급함으로써 천연가스의 원활한 개질이 가능하도록 할 수 있다.The steam supply unit N is a means for supplying water required to produce hydrogen gas by reforming natural gas in the fuel cell 100 . Accordingly, the steam supply unit N may be provided at a position for supplying steam to natural gas. For example, the steam supply unit N may be connected to the fuel mixer 112 to supply steam to enable smooth reforming of natural gas.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 압축공기 공급부(C)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a compressed air supply unit (C).

압축공기 공급부(C)는 수소와 전기화학 반응을 하는 데에 필요한 산소를 포함하는 공기를 압축하여, 연료전지(100)에 공급하기 위한 수단이다. 예를 들어, 압축공기는 일반 공기에 비해 더 높은 순도의 산소를 포함하는 것일 수 있다.The compressed air supply unit C is a means for supplying the fuel cell 100 by compressing air containing oxygen required for an electrochemical reaction with hydrogen. For example, compressed air may contain oxygen of higher purity than general air.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 LOHC 공급부(D)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a LOHC supply unit (D).

LOHC 공급부(D)는 수소가 풍부한 리치 LOHC를 저장 및 공급하기 위한 수단이다.The LOHC supply (D) is a means for storing and supplying hydrogen-rich rich LOHC.

LOHC 공급부(D)는 LOHC 공급 라인(L120)을 통해 탈수소 반응기(121)에 LOHC를 공급할 수 있다. 이때, 상기 LOHC 공급 라인(L120) 상에는 LOHC를 예열하기 위한 LOHC 예열기(120)가 더 구비될 수 있다.The LOHC supply unit D may supply LOHC to the dehydrogenation reactor 121 through the LOHC supply line L120 . In this case, the LOHC preheater 120 for preheating the LOHC may be further provided on the LOHC supply line L120 .

LOHC 예열기(120)는 수소가 풍부한 리치 LOHC를 예열하여 상기 탈수소 반응기(121)로 공급함으로써, 상기 탈수소 반응기(121)에서 탈수소 반응이 보다 원활하게 진행될 수 있도록 돕는다. 앞서 설명한 바와 같이, LOHC 예열기(120)는 연료전지 배기가스 라인(L113)을 통해 유동하는 연료전지(100) 배기가스의 폐열을 이용하여 LOHC를 예열하는 것일 수 있다.The LOHC preheater 120 preheats the hydrogen-rich rich LOHC and supplies it to the dehydrogenation reactor 121 , thereby helping the dehydrogenation reaction proceed more smoothly in the dehydrogenation reactor 121 . As described above, the LOHC preheater 120 may preheat the LOHC using waste heat of the exhaust gas of the fuel cell 100 flowing through the fuel cell exhaust gas line L113.

탈수소 반응기(121)로 공급된 LOHC는 탈수소 반응이 수행되어 수소 가스와 린 LOHC의 혼합물의 형태로 배출될 수 있다. 탈수소 반응기(121)에서 배출되는 수소 가스와 린 LOHC의 혼합물은 수소 및 린 LOHC 라인(L121)을 통해 기액분리기(122)로 유입될 수 있다.The LOHC supplied to the dehydrogenation reactor 121 may be discharged in the form of a mixture of hydrogen gas and lean LOHC by performing a dehydrogenation reaction. A mixture of hydrogen gas and lean LOHC discharged from the dehydrogenation reactor 121 may be introduced into the gas-liquid separator 122 through the hydrogen and lean LOHC line L121.

기액분리기(122)는 수소 및 린 LOHC 라인(L121)으로부터 수소 가스와 린 LOHC의 혼합물을 공급받아 기액분리할 수 있다. The gas-liquid separator 122 may receive a mixture of hydrogen gas and lean LOHC from the hydrogen and lean LOHC line L121 to perform gas-liquid separation.

분리되는 수소 가스 중 적어도 일부는 수소 가스는 수소 라인(L122)을 통해 연료혼합기(112)로 공급될 수 있다. 상기 수소 가스는 상기 연료혼합기(112)에서 암모니아, 천연가스 중 어느 하나 이상과 혼합된 상태로 연료전지(110)에 공급될 수도 있다.At least a portion of the separated hydrogen gas may be supplied to the fuel mixer 112 through the hydrogen line L122. The hydrogen gas may be supplied to the fuel cell 110 in a state of being mixed with any one or more of ammonia and natural gas in the fuel mixer 112 .

추가적으로, 분리되는 수소 가스 중 적어도 일부는 수소 라인(L123)을 통해 수소 탱크(124)에 저장될 수 있다. 이때, 상기 수소 라인(L123) 상에는 수소를 압축하기 위한 압축기(135)가 더 구비될 수 있다. 따라서, 상기 수소 탱크(124)는 가압된 수소 가스를 저장하는 것일 수 있다.Additionally, at least a portion of the separated hydrogen gas may be stored in the hydrogen tank 124 through the hydrogen line L123. In this case, a compressor 135 for compressing hydrogen may be further provided on the hydrogen line L123. Accordingly, the hydrogen tank 124 may store pressurized hydrogen gas.

이처럼, 상기 수소 탱크(124)는 LOHC의 탈수소 반응을 통해 생산되는 수소 가스 중 적어도 일부를 저장할 수 있고, 필요시에만 수소 라인(도시하지 않음)을 통해 연료전지(100)에 공급하는 것일 수 있다.As such, the hydrogen tank 124 may store at least a portion of hydrogen gas produced through the dehydrogenation reaction of the LOHC, and may be supplied to the fuel cell 100 through a hydrogen line (not shown) only when necessary. .

추가적으로, 수소 탱크(124)는 수소 라인(L124)을 통해 상기 기액분리기(122)로부터 상기 연료혼합기(112)로 수소를 공급하는 수소 라인(L122)에 수소를 공급할 수도 있다. 상기 수소 라인(L124)는 공급되는 수소의 유량을 조절하기 위한 수소 제어 밸브(125)를 더 구비할 수 있다. 수소 제어 밸브(125)는 후술할 제어부(102)에 의해 그 유량이 제어되는 것일 수 있다.Additionally, the hydrogen tank 124 may supply hydrogen to the hydrogen line L122 that supplies hydrogen from the gas-liquid separator 122 to the fuel mixer 112 through the hydrogen line L124. The hydrogen line L124 may further include a hydrogen control valve 125 for controlling a flow rate of supplied hydrogen. The hydrogen control valve 125 may have a flow rate controlled by the control unit 102 to be described later.

상기 기액분리기(122)에서 분리되는 액체 상태의 린 LOHC는 린 LOHC 라인(L125)을 통해 LOHC 저장부(E)로 전달될 수 있다. 상기 LOHC 저장부(E)는 해양 구조물에서 탈착 가능하도록 마련될 수 있으며, 이를 통해 해양 구조물로부터 쉽게 하역하도록 할 수 있다. 회수된 린 LOHC는 수소화 반응을 통해 리치 LOHC로 전환하여 다시 LOHC 공급부(D)에 저장하여 활용할 수 있다.The lean LOHC in the liquid state separated by the gas-liquid separator 122 may be transferred to the LOHC storage unit E through the lean LOHC line L125. The LOHC storage unit (E) may be provided so as to be detachable from the offshore structure, through which it can be easily unloaded from the offshore structure. The recovered lean LOHC can be converted into rich LOHC through a hydrogenation reaction and stored in the LOHC supply unit (D) for use.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 제어부(102)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a control unit 102 .

제어부(102)는 상기 탈수소 반응기(121)로부터 상기 연료전지(100)로 공급되는 수소 가스의 유량, 상기 연료전지(100)의 전기화학적 반응에 따른 연료전지(100)의 온도 및 해양 구조물의 수요처에서 요구되는 전력 필요량 중 어느 하나 이상에 따라 천연가스 공급부(B)의 천연가스 공급량, 암모니아 공급부(A)의 암모니아 공급량 또는 두 가지 모두를 제어할 수 있다.The control unit 102 controls the flow rate of hydrogen gas supplied from the dehydrogenation reactor 121 to the fuel cell 100 , the temperature of the fuel cell 100 according to the electrochemical reaction of the fuel cell 100 , and a demand destination of the marine structure. It is possible to control the natural gas supply amount of the natural gas supply unit (B), the ammonia supply amount of the ammonia supply unit (A), or both according to any one or more of the power requirements required in the .

예를 들어, 상기 탈수소 반응기(121)로부터 상기 연료전지(100)로 공급되는 수소 가스의 유량이 미리 정해진 기준보다 적거나, 생성되는 전력이 수요처에서 요구되는 전력 필요량 대비 적은 경우, 제어부(102)는 천연가스, 암모니아 또는 두 가지 모두의 공급량을 증가시킬 수 있다.For example, when the flow rate of the hydrogen gas supplied from the dehydrogenation reactor 121 to the fuel cell 100 is less than a predetermined standard, or when the generated power is less than the power required by the demand, the control unit 102 can increase the supply of natural gas, ammonia or both.

예를 들어, 상기 연료전지(100)의 온도가 미리 정해진 기준보다 높은 경우, 제어부(102)는 천연가스, 암모니아 또는 두 가지 모두의 공급량을 증가시킬 수 있다.For example, when the temperature of the fuel cell 100 is higher than a predetermined reference, the controller 102 may increase the supply amount of natural gas, ammonia, or both.

구체적으로, 상기 제어부(102)는 암모니아 펌프(110), 천연가스 제어 밸브(113) 및 수소 제어 밸브(125)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 유량을 제어하여 연료전지 시스템의 구동을 조절할 수 있다.Specifically, the control unit 102 may control the driving of the fuel cell system by controlling the flow rate of one or more selected from the group consisting of the ammonia pump 110 , the natural gas control valve 113 , and the hydrogen control valve 125 . there is.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 메인 스위치보드(SWBD)에 연결될 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may be connected to a main switchboard SWBD.

연료전지(100)는 상기 메인 스위치보드를 거쳐 해양 구조물의 다양한 수요처로 전력을 공급할 수 있다. 상기 수요처로는 호텔 로드(G), 카고 펌프(H), 밸러스트 펌프(I), 서비스 로드(J) 등 해양 구조물 내에 전력을 사용할 수 있는 다양한 수단을 포괄한다.The fuel cell 100 may supply power to various consumers of offshore structures through the main switchboard. The demand includes a variety of means that can use electric power in offshore structures, such as a hotel load (G), a cargo pump (H), a ballast pump (I), and a service load (J).

따라서, 메인 스위치보드는 각 수요처로 연결되는 전선과 개폐기, 과전류 보호기나 계기를 더 구비할 수 있다.Accordingly, the main switchboard may further include a wire connected to each demand, a switchgear, an overcurrent protector, or an instrument.

추가적으로, 상기 연료전지(100)에서 생산되는 잉여 전력을 임시로 저장할 수 있는 배터리(도시하지 않음)나 축전기(도시하지 않음)를 더 구비할 수 있다.Additionally, a battery (not shown) or a capacitor (not shown) capable of temporarily storing the surplus power generated by the fuel cell 100 may be further provided.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 LOHC를 탈수소 반응시켜 수득한 수소를 연료전지(100)에 공급하여 전력을 생산하는 시스템으로서, 저장 및 취급이 어려운 수소 대신 LOHC를 이용할 수 있으며 연료전지(100)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 상기 탈수소 반응에 이용할 수 있어 친환경적이다. 또한, 탈수소를 통해 공급되는 수소가 부족한 경우, 추가 연료로 천연가스 또는 암모니아를 공급하여 충당할 수 있다. 이러한 경우, 연료전지(100)의 동일한 공간에서 천연가스 또는 암모니아의 개질반응과, 수소 가스의 전기화학반응이 동시에 일어날 수 있게 된다. 천연가스 또는 암모니아의 개질반응은 흡열반응이고, 수소 가스의 전기화학반응은 발열반응이어서, 연료전지의 구동시 별도의 냉각이 필요 없게 된다.As described above, the fuel cell system according to an embodiment of the present invention is a system for supplying hydrogen obtained by dehydrogenating LOHC to the fuel cell 100 to produce electricity, and LOHC can be used instead of hydrogen, which is difficult to store and handle. and waste heat of exhaust gas discharged from the fuel cell 100 can be used for the dehydrogenation reaction, which is environmentally friendly. In addition, when hydrogen supplied through dehydrogenation is insufficient, it can be compensated by supplying natural gas or ammonia as an additional fuel. In this case, the reforming reaction of natural gas or ammonia and the electrochemical reaction of hydrogen gas may occur simultaneously in the same space of the fuel cell 100 . Since the reforming reaction of natural gas or ammonia is an endothermic reaction, and the electrochemical reaction of hydrogen gas is an exothermic reaction, separate cooling is not required when the fuel cell is driven.

도 1을 계속 참조하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명한다.With continued reference to FIG. 1, a fuel cell system according to another embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 연료전지(100), 탈수소 반응기(121) 및 전기 히터(126) 등을 포함한다. 본 실시예 또한 연료전지의 구동 및 상기 연료전지로부터 생산되는 전력을 저장, 공급하는데에 필요하다면 공지된 여러 구성들을 더 부가할 수 있다.A fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell 100 , a dehydrogenation reactor 121 , and an electric heater 126 . In this embodiment, if necessary for driving the fuel cell and storing and supplying electric power generated from the fuel cell, various known components may be further added.

이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다.Hereinafter, the present embodiment will be mainly described on the points that are different from the previous embodiment, and the parts omitted from the description will be replaced with the previous content.

탈수소 반응기(121)는 연료전지(100)로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행할 수 있다. The dehydrogenation reactor 121 may perform a dehydrogenation reaction of the LOHC using waste heat of the exhaust gas discharged from the fuel cell 100 .

탈수소 반응기(121)가 상기 연료전지(100)의 배기가스 폐열을 이용하고 별도의 열원을 공급받지 않는다면, 상기 탈수소 반응기(121)는 상기 연료전지(100)가 필요로 하는 전체 수소의 양 또는 상기 수소를 탈수소화 하는 데에 필요한 전체 에너지의 40 내지 60%를 충당할 수 있다. 나머지 40 내지 60%의 수소를 수득하기 위해서는 탈수소 반응기(121)에 추가 에너지를 공급하거나, 연료전지에 별도의 에너지 공급원을 공급해줄 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 전기 히터(126)를 구비하여 상기 탈수소 반응기(121)에 추가 에너지를 공급할 수 있다.If the dehydrogenation reactor 121 uses the exhaust gas waste heat of the fuel cell 100 and is not supplied with a separate heat source, the dehydrogenation reactor 121 may use the total amount of hydrogen required by the fuel cell 100 or the 40 to 60% of the total energy required for dehydrogenation of hydrogen can be covered. In order to obtain the remaining 40 to 60% of hydrogen, additional energy may be supplied to the dehydrogenation reactor 121 or a separate energy source may be supplied to the fuel cell. For example, the fuel cell system according to an embodiment of the present invention may include an electric heater 126 to supply additional energy to the dehydrogenation reactor 121 .

전기 히터(126)는 해양 구조물에서 생산되는 전력을 공급받아 상기 탈수소 반응기(121)에 열 에너지를 공급할 수 있다.The electric heater 126 may supply thermal energy to the dehydrogenation reactor 121 by receiving power generated from the offshore structure.

예를 들어, 상기 전기 히터(126)는 상기 해양 구조물의 전력생산부(K)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 바람직하게는, 상기 전기 히터(126)는 상기 해양 구조물의 잉여 전력을 공급받아 탈수소 반응기(121)에 부족한 에너지를 충당하는 것일 수 있다.For example, the electric heater 126 may receive power from the power generation unit K of the offshore structure. Preferably, the electric heater 126 may be supplied with surplus power of the offshore structure to supply insufficient energy to the dehydrogenation reactor 121 .

전력생산부(K)는 메인 엔진, 발전 엔진, 샤프트 발전기 등을 포괄하여 의미할 수 있다. 상기 샤프트 발전기는 엔진 등의 동력원에 연결되어 상기 동력원이 생산하는 동력의 일부를 이용하여 발전하는 동력 인출 장치 또는 파워 테이크 오프(PTO, Power Take Off)의 일종일 수 있다.The power generation unit K may mean a main engine, a power generation engine, a shaft generator, and the like. The shaft generator may be a type of power take-off device or power take-off (PTO) that is connected to a power source such as an engine and generates power using a portion of power produced by the power source.

전기 히터(126)는 메인 스위치보드를 통해 해양 구조물로부터 전력을 공급받을 수 있다.The electric heater 126 may receive power from the marine structure through the main switchboard.

추가적으로, 상기 전기 히터(126)는 상기 전력생산부(K) 외에도 상기 연료전지(100) 또는 상기 연료전지(100)와 별도로 구비되는 연료전지로부터 전력을 공급받을 수도 있다. Additionally, the electric heater 126 may receive power from the fuel cell 100 or a fuel cell provided separately from the fuel cell 100 in addition to the power generation unit K.

제어부(102)는 상기 탈수소 반응기(121)로부터 상기 연료전지(100)로 공급되는 수소 가스의 유량, 상기 연료전지(100)의 전기화학적 반응에 따른 연료전지(100)의 온도 및 해양 구조물의 수요처에서 요구되는 전력 필요량 중 어느 하나 이상에 따라 상기 전기 히터(126)의 열 에너지 공급량을 제어할 수 있다.The control unit 102 controls the flow rate of hydrogen gas supplied from the dehydrogenation reactor 121 to the fuel cell 100 , the temperature of the fuel cell 100 according to the electrochemical reaction of the fuel cell 100 , and a demand destination of the marine structure. The amount of thermal energy supplied to the electric heater 126 may be controlled according to any one or more of the required amount of power.

예를 들어, 상기 탈수소 반응기(121)로부터 상기 연료전지(100)로 공급되는 수소 가스의 유량이 미리 정해진 기준보다 적거나, 생성되는 전력이 수요처에서 요구되는 전력 필요량 대비 적은 경우, 제어부(102)는 전기 히터(126)로 공급되는 전력을 증가시켜 전기 히터(126)의 열 에너지 공급량을 증가시킬 수 있다.For example, when the flow rate of the hydrogen gas supplied from the dehydrogenation reactor 121 to the fuel cell 100 is less than a predetermined standard, or when the generated power is less than the power required by the demand, the control unit 102 may increase the power supplied to the electric heater 126 to increase the amount of thermal energy supplied to the electric heater 126 .

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 LOHC를 탈수소 반응시켜 수득한 수소를 연료전지(100)에 공급하여 전력을 생산하는 시스템으로서, 저장 및 취급이 어려운 수소 대신 LOHC를 이용할 수 있으며 연료전지(100)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 상기 탈수소 반응에 이용할 수 있어 친환경적이다. 또한, 탈수소를 통해 공급되는 수소가 부족한 경우, 전기 히터(126)로 열 에너지를 탈수소 반응기(121)에 공급하여 수소를 충당할 수 있다. 이러한 경우, 해양 구조물의 잉여 전력을 활용할 수 있게 된다.As described above, the fuel cell system according to an embodiment of the present invention is a system for supplying hydrogen obtained by dehydrogenating LOHC to the fuel cell 100 to produce electricity, and LOHC can be used instead of hydrogen, which is difficult to store and handle. and waste heat of exhaust gas discharged from the fuel cell 100 can be used for the dehydrogenation reaction, which is environmentally friendly. In addition, when hydrogen supplied through dehydrogenation is insufficient, heat energy may be supplied to the dehydrogenation reactor 121 through the electric heater 126 to supply hydrogen. In this case, it is possible to utilize the surplus power of the offshore structure.

도 1을 계속 참조하여, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명한다.With continued reference to FIG. 1, a fuel cell system according to another embodiment of the present invention will be described.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 연료전지(100), 전해셀(101) 및 탈수소 반응기(121) 등을 포함한다. 본 실시예 또한 연료전지와 전해셀의 구동 및 상기 연료전지로부터 생산되는 전력을 저장, 공급하는데에 필요하다면 공지된 여러 구성들을 더 부가할 수 있다.A fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell 100 , an electrolysis cell 101 , and a dehydrogenation reactor 121 . In this embodiment, if necessary for driving the fuel cell and the electrolysis cell and storing and supplying electric power generated from the fuel cell, various known components may be further added.

이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다.Hereinafter, the present embodiment will be mainly described on the points that are different from the previous embodiment, and the parts omitted from the description will be replaced with the previous content.

전해셀(101)은 물 및 전력을 공급받아 수소 가스 및 산소 가스를 생산한다. 즉, 전해셀(101)은 공급받은 물을 전기분해하여 수소 가스와 산소 가스를 생산할 수 있다. 이때, 상기 전해셀(101)은 탈수소 반응기(121) 대비 고순도의 수소 가스를 생산하는 것일 수 있다.The electrolysis cell 101 receives water and power to produce hydrogen gas and oxygen gas. That is, the electrolysis cell 101 may electrolyze the supplied water to produce hydrogen gas and oxygen gas. In this case, the electrolysis cell 101 may be to produce hydrogen gas of higher purity than the dehydrogenation reactor 121 .

이때, 물은 청수인 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 전해셀(101)은 후술할 해수 공급부(F)로부터 공급되는 해수로부터 생성되는 스팀을 공급받아 이를 전기분해할 수 있다. 추가적으로, 전해셀(101)은 연료전지(100)의 배기가스에 포함된 스팀을 공급받아 이를 전기분해할 수 있다.At this time, the water is preferably fresh water, but is not limited thereto. The electrolysis cell 101 may receive steam generated from seawater supplied from a seawater supply unit F to be described later and electrolyze it. Additionally, the electrolysis cell 101 may receive steam contained in the exhaust gas of the fuel cell 100 and electrolyze it.

전해셀(101)은 해양 구조물에서 생산되는 전력을 공급받아 물을 전기분해할 수 있다.The electrolysis cell 101 may receive electric power generated from an offshore structure and electrolyze water.

예를 들어, 상기 전해셀(101)은 상기 해양 구조물의 전력생산부(K)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 바람직하게는, 상기 전해셀(101)은 상기 해양 구조물의 잉여 전력을 공급받아 사용할 수 있다. For example, the electrolytic cell 101 may receive power from the power generation unit K of the offshore structure. Preferably, the electrolysis cell 101 can be used by receiving the surplus power of the offshore structure.

전해셀(101)은 메인 스위치보드를 통해 해양 구조물로부터 전력을 공급받을 수 있다.The electrolytic cell 101 may receive power from the marine structure through the main switchboard.

추가적으로, 상기 전해셀(101)은 상기 전력생산부(K) 외에도 상기 연료전지(100) 또는 상기 연료전지(100)와 별도로 구비되는 연료전지로부터 전력을 공급받을 수도 있다.Additionally, the electrolytic cell 101 may receive power from the fuel cell 100 or a fuel cell provided separately from the fuel cell 100 in addition to the power generation unit K.

전해셀(101)에서 생산되는 수소 가스 및 스팀은 수소 및 스팀 라인(L133)을 통해 수소 탱크(124)에 공급되거나, 연료전지(100)에 공급될 수 있다.Hydrogen gas and steam produced in the electrolysis cell 101 may be supplied to the hydrogen tank 124 through the hydrogen and steam line L133 or may be supplied to the fuel cell 100 .

구체적으로, 수소 및 스팀 라인(L133) 상에는 기화기(133)가 구비될 수 있으며, 수소 및 스팀을 기액분리기(134)에 공급할 수 있다.Specifically, a vaporizer 133 may be provided on the hydrogen and steam line L133 , and hydrogen and steam may be supplied to the gas-liquid separator 134 .

기화기(133)는 상기 수소 및 스팀 라인(L133)을 통해 공급되는 고온의 수소 가스 및 스팀을 이용하여 후술할 물 탱크(131)로부터 공급되는 물을 기화시킬 수 있다. 기화기(133)를 통해 생성된 스팀은 전해셀(101)로 공급될 수 있다.The vaporizer 133 may vaporize water supplied from the water tank 131 , which will be described later, using the hydrogen gas and steam supplied through the hydrogen and steam line L133 at high temperature. Steam generated through the vaporizer 133 may be supplied to the electrolysis cell 101 .

기액분리기(134)는 수소 및 스팀 라인(L133)으로부터 수소 가스와 스팀을 공급받아 기액분리할 수 있다. 구체적으로, 상기 기액분리기(134)는 수소 가스와 스팀의 혼합물로부터 수소 가스만을 분리해내고, 스팀은 액화하여 배출할 수 있다. 분리되는 수소 가스는 수소 라인(L134)을 통해 수소 탱크(124)에 공급될 수 있다. 이때, 상기 수소 라인(L134) 상에는 수소를 압축하기 위한 압축기(135)가 더 구비될 수 있다.The gas-liquid separator 134 may receive hydrogen gas and steam from the hydrogen and steam line L133 and perform gas-liquid separation. Specifically, the gas-liquid separator 134 may separate only hydrogen gas from a mixture of hydrogen gas and steam, and the steam may be liquefied and discharged. The separated hydrogen gas may be supplied to the hydrogen tank 124 through the hydrogen line L134. In this case, a compressor 135 for compressing hydrogen may be further provided on the hydrogen line L134.

기액분리기(134)에서 분리되는 물은 후술할 물 탱크(131)에 반환될 수 있다.The water separated in the gas-liquid separator 134 may be returned to a water tank 131 to be described later.

전해셀(101)에서 생산되는 산소 가스는 산소 라인(L132)를 통해 배출될 수 있다.Oxygen gas produced in the electrolysis cell 101 may be discharged through the oxygen line (L132).

산소 라인(L132)은 탈수소 반응기(121)를 거쳐 산소 탱크(136)에 연결될 수 있다. 전해셀(101)에서 배출되는 산소 가스 또한 LOHC 대비 상대적으로 고온이기 때문에, 상기 탈수소 반응기(121)는 상기 산소 가스의 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행할 수 있다.The oxygen line L132 may be connected to the oxygen tank 136 through the dehydrogenation reactor 121 . Since the oxygen gas discharged from the electrolysis cell 101 is also relatively high compared to the LOHC, the dehydrogenation reactor 121 may perform the dehydrogenation reaction of the LOHC using the waste heat of the oxygen gas.

산소 탱크(136)는 산소 가스를 저장하였다가, 연료전지(100) 구동에 필요한 경우 압축공기와 혼합하여 압축공기 공급 라인(L112)을 통해 상기 연료전지(100)로 공급할 수 있다.The oxygen tank 136 may store oxygen gas and, when necessary for driving the fuel cell 100 , mix it with compressed air and supply it to the fuel cell 100 through the compressed air supply line L112 .

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 해수 공급부(F)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a seawater supply unit (F).

해수 공급부(F)는 해양 구조물의 외부로부터 해수를 저장하였다가 상기 시스템에 공급할 수 있다. 예를 들어, 해수 공급부(F)는 씨체스트일 수 있다.The seawater supply unit F may store seawater from the outside of the marine structure and supply it to the system. For example, the seawater supply unit (F) may be a sea chest.

해수 공급부(F)는 물 공급 라인(L130)을 통해 담수화부(130)에 해수를 공급할 수 있다.The seawater supply unit F may supply seawater to the desalination unit 130 through the water supply line L130 .

담수화부(130)는 공급받은 해수를 탈염하여 담수를 생산하여 물 탱크(131)에 공급한다. 탈염을 통한 담수화는 이 기술분야에 알려진 통상의 수단으로 이루어질 수 있다.The desalination unit 130 desalinates the supplied seawater to produce fresh water and supplies it to the water tank 131 . Desalination through desalination may be accomplished by conventional means known in the art.

물 탱크(131)는 상기 담수화부(130)로부터 공급되는 담수를 저장하였다가 전해셀(101)의 구동시 물을 공급할 수 있다. 물 탱크(131)는 물 공급 라인(L130)을 통해 기화기(133)로 물을 공급할 수 있다. 물 공급 라인(L130) 상에는 물의 펌핑을 위한 펌프(132)가 더 구비될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 기화기(133)로 공급된 물은 전해셀(101)로부터 배출되는 수소 및 스팀의 열로 인해 기화되어 스팀이 된다. 생성된 스팀은 스팀 라인(L131)을 통해 상기 전해셀(101)로 공급될 수 있다.The water tank 131 may store fresh water supplied from the desalination unit 130 and supply water when the electrolysis cell 101 is driven. The water tank 131 may supply water to the vaporizer 133 through the water supply line L130 . A pump 132 for pumping water may be further provided on the water supply line L130. As described above, the water supplied to the vaporizer 133 is vaporized due to the heat of hydrogen and steam discharged from the electrolysis cell 101 to become steam. The generated steam may be supplied to the electrolysis cell 101 through a steam line L131.

앞서 설명한 바와 같이, 상기 전해셀(101)은 수소 가스를 생산하여 상기 연료전지(100)에 공급할 수도 있다.As described above, the electrolysis cell 101 may produce hydrogen gas and supply it to the fuel cell 100 .

이러한 경우, 본 실시예에 따른 연료전지 시스템은 제어부(102)를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부(102)는 상기 탈수소 반응기(121)로부터 상기 연료전지(100)로 공급되는 수소 가스의 유량, 상기 연료전지(100)의 전기화학적 반응에 따른 연료전지(100)의 온도 및 해양 구조물의 수요처에서 요구되는 전력 필요량 중 어느 하나 이상에 따라 전해셀(101)의 수소 가스 공급량을 제어할 수 있다.In this case, the fuel cell system according to the present embodiment may further include a control unit 102 , wherein the control unit 102 controls the flow rate of hydrogen gas supplied from the dehydrogenation reactor 121 to the fuel cell 100 , The hydrogen gas supply amount of the electrolytic cell 101 may be controlled according to any one or more of the temperature of the fuel cell 100 according to the electrochemical reaction of the fuel cell 100 and the amount of power required by the demand for offshore structures.

예를 들어, 상기 탈수소 반응기(121)로부터 상기 연료전지(100)로 공급되는 수소 가스의 유량이 미리 정해진 기준보다 적거나, 생성되는 전력이 수요처에서 요구되는 전력 필요량 대비 적은 경우, 제어부(102)는 전해셀(101)의 수소 가스 공급량을 증가시킬 수 있다.For example, when the flow rate of the hydrogen gas supplied from the dehydrogenation reactor 121 to the fuel cell 100 is less than a predetermined standard, or when the generated power is less than the power required by the demand, the control unit 102 may increase the hydrogen gas supply amount of the electrolysis cell 101 .

구체적으로, 상기 제어부(102)는 수소 제어 밸브(125)의 개도를 조절하여 수소 가스 공급량을 증가시킬 수 있다.Specifically, the control unit 102 may increase the hydrogen gas supply amount by adjusting the opening degree of the hydrogen control valve 125 .

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 LOHC를 탈수소 반응시켜 수득한 수소를 이용하여 전력을 생산하는 연료전지(100)와, 물과 전력을 이용하여 수소 및 산소를 생산하는 전해셀(101)을 포함한다. 이러한 연료전지 시스템은 연료전지(100) 및 전해셀(101)의 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소 반응에 이용할 수 있어 친환경적이다. 또한, 탈수소를 통해 공급되는 수소가 부족한 경우, 전해셀(101)로부터 생산되는 고순도의 수소 가스를 이용할 수 있다. 이러한 경우, 천연가스와 암모니아와 같은 추가 연료 사용량을 최소화하거나, 상기 추가 연료를 사용하지 않을 수 있게 된다.As described above, the fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell 100 for producing electric power using hydrogen obtained by dehydrogenating LOHC, and an electrolysis for producing hydrogen and oxygen using water and electric power. cell 101 . This fuel cell system is eco-friendly because it can be used for the dehydrogenation reaction of the LOHC using the waste heat of the fuel cell 100 and the electrolysis cell 101 . In addition, when hydrogen supplied through dehydrogenation is insufficient, high-purity hydrogen gas produced from the electrolysis cell 101 may be used. In this case, it is possible to minimize the use of additional fuels such as natural gas and ammonia, or not to use the additional fuels.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에 관한 도면이다.2 is a diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 연료전지 시스템은 연료전지(100) 및 암모니아 개질기(200) 등을 포함한다. 물론 본 실시예는 연료전지의 구동 및 상기 연료전지로부터 생산되는 전력을 저장, 공급하는데에 필요하다면 공지된 여러 구성들을 더 부가할 수 있다.The fuel cell system according to the present embodiment includes a fuel cell 100 and an ammonia reformer 200 . Of course, in this embodiment, if necessary for driving the fuel cell and storing and supplying electric power generated from the fuel cell, various well-known components may be further added.

연료전지(100)는 연료로서 수소와 공기 중의 산소를 전기화학 반응시켜 전력을 생산할 수 있다.The fuel cell 100 may generate electric power by electrochemically reacting hydrogen as a fuel and oxygen in the air.

이때, 상기 연료로서의 수소는 수소를 포함하는 다양한 화합물로부터 물리적 또는 화학적 반응을 통해 분리되어 상기 연료전지(100)의 연료로 사용되는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 수소는 수소를 포함하는 다양한 화합물로부터 화학적 반응을 통해 분리되는 것일 수 있다. 상기 화학적 반응은 수소를 포함하는 화합물을 개질하거나 열분해하여 상기 화합물로부터 수소를 분리해내는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 화합물은 암모니아일 수 있다.In this case, hydrogen as the fuel may be separated from various compounds including hydrogen through a physical or chemical reaction and used as the fuel of the fuel cell 100 . Preferably, the hydrogen may be separated from various compounds including hydrogen through a chemical reaction. The chemical reaction may be to separate hydrogen from the compound by reforming or thermal decomposition of a compound containing hydrogen. Preferably, the compound may be ammonia.

본 실시예에 따른 연료전지(100)는 암모니아를 개질 또는 열분해하여 얻어지는 수소 가스를 공급받아 전기화학 반응을 통해 전력을 생산하는 것일 수 있다. The fuel cell 100 according to the present embodiment may be supplied with hydrogen gas obtained by reforming or thermally decomposing ammonia to generate electric power through an electrochemical reaction.

또한, 본 실시예에 따른 연료전지(100)는 수소와 암모니아를 공급받아 전기화학 반응을 통해 전력을 생산하는 것일 수 있다. 암모니아와 산소가 전기화학 반응을 통해 전력을 생산하는 것일 수 있다. 또는, 상기 암모니아는 상기 연료전지(100) 내부에서 적어도 일부가 스팀과 개질 또는 열분해하여 수소 가스를 생성할 수 있다. 이때 상기 스팀은 연료전지(100)에서 수소의 전기화학 반응으로 생성되는 것일 수 있다. 이러한 개질 또는 열분해 반응은 흡열 반응으로서, 상기와 같은 수소의 전기화학 반응으로 인해 전력이 생산될 때 발생하는 열을 이용할 수 있다. 이러한 경우, 연료전지(100)에서 수소의 전기화학 반응으로 인해 연료전지(100)가 과도하게 가열되는 것을 방지할 수 있게 되어 연료전지(100)를 별도로 냉각할 필요가 없게 된다.In addition, the fuel cell 100 according to the present embodiment may receive hydrogen and ammonia to generate electric power through an electrochemical reaction. Ammonia and oxygen may be producing electricity through an electrochemical reaction. Alternatively, at least a portion of the ammonia may be reformed or thermally decomposed with steam in the fuel cell 100 to generate hydrogen gas. In this case, the steam may be generated by an electrochemical reaction of hydrogen in the fuel cell 100 . This reforming or thermal decomposition reaction is an endothermic reaction, and heat generated when electric power is generated due to the electrochemical reaction of hydrogen as described above may be used. In this case, it is possible to prevent the fuel cell 100 from being excessively heated due to the electrochemical reaction of hydrogen in the fuel cell 100 , so that it is not necessary to separately cool the fuel cell 100 .

연료전지(100)는 후술할 암모니아 공급부(A)로부터 암모니아를 공급받을 수 있다.The fuel cell 100 may receive ammonia from an ammonia supply unit A, which will be described later.

본 실시예에 있어서, 상기 연료전지(100)는 600 내지 1000℃에서 구동하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 연료전지(100)는 내부의 전기화학반응이 완결되어 배출되는 배기가스의 온도가 600 내지 1000℃인 것일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 연료전지는 배기가스의 온도가 600 내지 800℃인 것일 수 있다.In this embodiment, the fuel cell 100 may be driven at 600 to 1000°C. Preferably, the fuel cell 100 may have a temperature of 600 to 1000° C. of the exhaust gas discharged after the internal electrochemical reaction is completed. More preferably, the fuel cell may have an exhaust gas temperature of 600 to 800°C.

연료전지(100)는 연료전지 배기가스 라인(L202)을 통해 전기화학 반응의 결과로 생성되는 배기가스를 배출할 수 있다.The fuel cell 100 may discharge exhaust gas generated as a result of the electrochemical reaction through the fuel cell exhaust gas line L202 .

연료전지 배기가스 라인(L202)은 후술할 암모니아 개질기(200)에 상기 배기가스의 폐열을 전달할 수 있다. 추가적으로, 상기 연료전지 배기가스 라인(L202)은 후술할 암모니아 기화기(111) 및 이코노마이저(210)에도 상기 배기가스의 폐열을 전달할 수 있다.The fuel cell exhaust gas line L202 may transfer waste heat of the exhaust gas to the ammonia reformer 200 to be described later. Additionally, the fuel cell exhaust gas line L202 may transfer waste heat of the exhaust gas to the ammonia vaporizer 111 and the economizer 210 to be described later.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 암모니아 공급부(A)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include an ammonia supply unit (A).

암모니아 공급부(A)는 연료전지 시스템에 대한 추가 연료로서 액상의 암모니아를 저장 및 공급하기 위한 수단이다. 따라서, 암모니아 공급부(A)는 암모니아를 액체 상태로 저장하기에 적합한 온도 및 내부 압력을 유지할 수 있다.The ammonia supply unit A is a means for storing and supplying liquid ammonia as an additional fuel for the fuel cell system. Therefore, the ammonia supply unit (A) can maintain a suitable temperature and internal pressure for storing ammonia in a liquid state.

암모니아 공급부(A)는 암모니아 공급 라인(L110)을 통해 암모니아 기화기(111)에 액상의 암모니아를 공급할 수 있다. 이때, 상기 암모니아 공급 라인(L110) 상에는 액상의 암모니아를 펌핑하기 위한 펌프(110)가 더 구비될 수 있다.The ammonia supply unit A may supply liquid ammonia to the ammonia vaporizer 111 through the ammonia supply line L110. In this case, a pump 110 for pumping liquid ammonia may be further provided on the ammonia supply line L110.

암모니아 기화기(111)는 액상의 암모니아를 기화시켜 기체 상태의 암모니아를 상기 암모니아 공급 라인(L110)을 통해 암모니아 개질기(200)로 공급할 수 있다. 암모니아 기화기(111)는 연료전지 배기가스 라인(L202)을 따라 유동하는 연료전지(100)의 배기가스의 폐열을 이용하여 액상의 암모니아를 기화시키는 것일 수 있다.The ammonia vaporizer 111 may supply ammonia in a gaseous state to the ammonia reformer 200 through the ammonia supply line L110 by vaporizing liquid ammonia. The ammonia vaporizer 111 may vaporize liquid ammonia using waste heat of the exhaust gas of the fuel cell 100 flowing along the fuel cell exhaust gas line L202 .

예를 들어, 암모니아 기화기(111)는 연료전지 배기가스 라인(L202) 상에 마련되는 것이고, 연료전지(100)를 기준으로 후술할 암모니아 개질기(200)의 후단에 마련될 수 있다. 즉, 연료전지(100)의 배기가스는 암모니아 개질기(200) 및 암모니아 기화기(111)에 순차적으로 폐열을 공급할 수 있다. 추가적으로, 아모니아 기화기(111)를 거친 배기가스는 후술할 이코노마이저(210)에 폐열을 공급할 수 있다.For example, the ammonia vaporizer 111 is provided on the fuel cell exhaust gas line L202 and may be provided at the rear end of the ammonia reformer 200 to be described later based on the fuel cell 100 . That is, the exhaust gas of the fuel cell 100 may sequentially supply waste heat to the ammonia reformer 200 and the ammonia vaporizer 111 . Additionally, the exhaust gas passing through the ammonia vaporizer 111 may supply waste heat to the economizer 210 to be described later.

암모니아 개질기(200)는 암모니아 기화기(111)로부터 공급되는 기화된 암모니아의 적어도 일부를 개질 또는 열분해하기 위한 장소를 제공할 수 있다.The ammonia reformer 200 may provide a place for reforming or pyrolyzing at least a portion of the vaporized ammonia supplied from the ammonia vaporizer 111 .

본 실시예에 따른 암모니아 개질기(200)는 상기 연료전지(100)로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 암모니아의 열분해 반응을 수행할 수 있다. 구체적으로, 암모니아 개질기(200)는 상기 연료전지(100)로부터 배출되는 600 내지 1000℃의 배기가스를 폐열을 이용하여 암모니아의 개질 또는 열분해를 수행할 수 있다.The ammonia reformer 200 according to the present embodiment may perform a pyrolysis reaction of ammonia using waste heat of the exhaust gas discharged from the fuel cell 100 . Specifically, the ammonia reformer 200 may perform reforming or thermal decomposition of ammonia by using waste heat of the exhaust gas at 600 to 1000° C. discharged from the fuel cell 100 .

암모니아 개질기(200)에 공급되는 암모니아는 전부 개질 또는 열분해되어 수소 가스와 질소 가스의 혼합물을 형성할 수 있다. 암모니아의 일부가 개질 또는 열분해되는 경우에는 수소 가스, 질소 가스 및 암모니아 가스의 혼합물이 형성된다.All ammonia supplied to the ammonia reformer 200 may be reformed or pyrolyzed to form a mixture of hydrogen gas and nitrogen gas. When a part of ammonia is reformed or pyrolyzed, a mixture of hydrogen gas, nitrogen gas and ammonia gas is formed.

가스분리기(201)는 수소 가스를 분리하여 수소 라인(L201)을 통해 연료전지(100)로 공급할 수 있다. 가스분리기(201)가 수소 가스를 분리하는 것은 PSA (Pressure Swing Adsorption), 수소 흡착 컬럼 등을 이용할 수 있으나, 이 기술분야에 알려진 것으로 수소 가스를 분리할 수 있는 수단이면 한정되지 않는다. 이러한 경우, 가스분리기(201)를 통해 수소 가스만 연료전지(100)에 공급되므로, 연료전지(100)의 전력 생산에 따라 질소 산화물이 발생하지는 않게 된다.The gas separator 201 may separate hydrogen gas and supply it to the fuel cell 100 through the hydrogen line L201. Separating the hydrogen gas by the gas separator 201 may use a pressure swing adsorption (PSA), a hydrogen adsorption column, or the like, but is not limited as long as it is a means capable of separating hydrogen gas as known in the art. In this case, since only hydrogen gas is supplied to the fuel cell 100 through the gas separator 201 , nitrogen oxide is not generated according to the power generation of the fuel cell 100 .

가스분리기(201)로부터 분리된 질소 가스는 질소 라인(L203)을 통해 후술할 이코노마이저(210)로 전달될 수 있다. 이코노마이저(210)는 상기 질소 가스의 폐열을 이용하여 스팀을 생산할 수 있다.The nitrogen gas separated from the gas separator 201 may be delivered to the economizer 210 to be described later through the nitrogen line L203. The economizer 210 may produce steam by using the waste heat of the nitrogen gas.

암모니아의 일부만 개질 또는 열분해되는 경우, 수소 가스, 질소 가스 및 암모니아 가스가 수소 및 질소 라인(L200)을 통해 가스분리기(201)로 공급될 수 있다.When only a part of ammonia is reformed or pyrolyzed, hydrogen gas, nitrogen gas, and ammonia gas may be supplied to the gas separator 201 through the hydrogen and nitrogen line L200.

또는, 시스템은 가스분리기(201)를 포함하지 않을 수 있고, 암모니아의 일부만 개질 또는 열분해됨에 따라 수소 가스, 질소 가스 및 암모니아 가스가 수소 및 질소 라인(L200)을 통해 연료전지(100)에 공급될 수 있다.Alternatively, the system may not include the gas separator 201, and as only a part of the ammonia is reformed or pyrolyzed, hydrogen gas, nitrogen gas and ammonia gas are supplied to the fuel cell 100 through the hydrogen and nitrogen line L200. can

이러한 경우, 연료전지(100) 내에서 수소 가스는 전기화학 반응을 통해 전력 생산에 이용되며, 상기 전기화학 반응을 통해 생산되는 열은 암모니아 가스를 개질하는 데에 이용될 수 있다. 한편, 상기 수소 가스의 전기화학 반응을 통해 발생하는 열은 미반응 암모니아 가스가 흡수하여 암모니아의 열분해에 사용됨으로써 연료전지(100)에 대한 냉각 효과를 제공할 수 있게 된다. 이때 발생하는 질소 산화물은 배기가스 후처리 장치(도시하지 않음)에 공급되어 배기가스 중의 질소 산화물을 제거하는 처리를 거칠 수 있다.In this case, hydrogen gas in the fuel cell 100 is used to generate electric power through an electrochemical reaction, and heat produced through the electrochemical reaction may be used to reform ammonia gas. Meanwhile, heat generated through the electrochemical reaction of the hydrogen gas is absorbed by the unreacted ammonia gas and used for thermal decomposition of ammonia, thereby providing a cooling effect to the fuel cell 100 . At this time, the generated nitrogen oxides may be supplied to an exhaust gas post-treatment device (not shown) to undergo a treatment for removing nitrogen oxides in the exhaust gas.

이코노마이저(210)는 외부로부터 열을 공급받아 물로부터 스팀을 생성할 수 있다. 이코노마이저(210)는 WHRU(Waste Heat Recovery Unit)의 일종으로, 본 실시예에서는 연료전지 시스템의 폐열을 재활용할 수 있는 수단으로 이용된다.The economizer 210 may generate steam from water by receiving heat from the outside. The economizer 210 is a type of a waste heat recovery unit (WHRU) and is used as a means for recycling waste heat of the fuel cell system in this embodiment.

이코노마이저(210)는 해양 구조물 내부에서 발생하는 잉여의 물을 이용할 수 있고, 해양 구조물 외부로부터 공급받거나, 해수를 담수화하여 생산한 물을 이용하여 스팀을 생산할 수 있다. 본 실시예에 따른 연료전지 시스템은 이코노마이저(210)에 물을 공급하기 위한 물 탱크(220)를 더 구비할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The economizer 210 may use surplus water generated inside the marine structure, and may produce steam using water supplied from the outside of the marine structure or produced by desalination of seawater. The fuel cell system according to the present embodiment may further include a water tank 220 for supplying water to the economizer 210, but is not limited thereto.

예를 들어, 이코노마이저(210)는 상기 연료전지(100)로부터 연료전지 배기가스 라인(L202)을 통해 배기가스를 공급받고, 상기 배기가스의 폐열을 이용하여 스팀을 생산할 수 있다. 이러한 경우, 앞서 설명한 바와 같이 상기 연료전지 배기가스 라인(L202)은 암모니아 개질기(200) 또는 암모니아 개질기(200)와 암모니아 기화기(111)를 거친 후에 이코노마이저(210)에 연결되는 것일 수 있다. 스팀 생산에 이용된 배기가스는 벤트 라인(L204)를 통해 벤트부(L)로 전달되어 벤트될 수 있다. 상기 벤트 라인(L204)은 배기가스 후처리 장치(도시하지 않음)를 더 구비하여 배기가스 중의 질소 산화물을 제거한 후 배출할 수 있다. 연료전지(100)에 암모니아 가스가 공급되는 경우 연료전지에서 질소 산화물이 생성될 수 있다. 질소 산화물은 앞서 설명한 바와 같이 배기가스 후처리 장치를 통해 저감할 수 있다.For example, the economizer 210 may receive exhaust gas from the fuel cell 100 through the fuel cell exhaust gas line L202 and use waste heat of the exhaust gas to produce steam. In this case, as described above, the fuel cell exhaust gas line L202 may be connected to the economizer 210 after passing through the ammonia reformer 200 or the ammonia reformer 200 and the ammonia vaporizer 111 . The exhaust gas used for steam production may be delivered to the vent part L through the vent line L204 to be vented. The vent line L204 may further include an exhaust gas post-treatment device (not shown) to remove nitrogen oxides in the exhaust gas and then discharge the exhaust gas. When ammonia gas is supplied to the fuel cell 100 , nitrogen oxide may be generated in the fuel cell. As described above, nitrogen oxides can be reduced through an exhaust gas aftertreatment device.

예를 들어, 이코노마이저(210)는 상기 가스분리기(201)로부터 질소 라인(L203)을 통해 질소 가스를 공급받고, 상기 질소 가스의 폐열을 이용하여 스팀을 생산할 수 있다. 스팀 생산에 이용된 질소 가스는 벤트 라인(L204)를 통해 벤트부(L)로 전달되어 벤트될 수 있다. 또는 질소 가스만을 회수하여 별도의 수요처에 공급할 수도 있다.For example, the economizer 210 may receive nitrogen gas from the gas separator 201 through the nitrogen line L203, and use waste heat of the nitrogen gas to produce steam. The nitrogen gas used for steam production may be delivered to the vent part L through the vent line L204 to be vented. Alternatively, only nitrogen gas may be recovered and supplied to a separate consumer.

이코노마이저(210)에서 생산된 스팀은 스팀 라인(L205)을 통해 스팀 수요처(M)에 공급될 수 있다.The steam produced by the economizer 210 may be supplied to the steam demander M through the steam line L205.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 메인 스위치보드(SWBD)에 연결될 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may be connected to a main switchboard SWBD.

연료전지(100)는 상기 메인 스위치보드를 거쳐 해양 구조물의 다양한 수요처로 전력을 공급할 수 있다. 상기 수요처로는 호텔 로드(G), 카고 펌프(H), 밸러스트 펌프(I), 서비스 로드(J) 등 해양 구조물 내에 전력을 사용할 수 있는 다양한 수단을 포괄한다.The fuel cell 100 may supply power to various consumers of offshore structures through the main switchboard. The demand includes a variety of means that can use electric power in offshore structures, such as a hotel load (G), a cargo pump (H), a ballast pump (I), and a service load (J).

따라서, 메인 스위치보드는 각 수요처로 연결되는 전선과 개폐기, 과전류 보호기나 계기를 더 구비할 수 있다.Accordingly, the main switchboard may further include a wire connected to each demand, a switchgear, an overcurrent protector, or an instrument.

추가적으로, 상기 연료전지(100)에서 생산되는 잉여 전력을 임시로 저장할 수 있는 배터리(도시하지 않음)나 축전기(도시하지 않음)를 더 구비할 수 있다.Additionally, a battery (not shown) or a capacitor (not shown) capable of temporarily storing the surplus power generated by the fuel cell 100 may be further provided.

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 암모니아를 일부 또는 전부 개질하여 수소 가스를 생산하여 연료전지에 공급할 수 있다. 암모니아를 일부만 개질하는 경우에는 연료전지(100)의 동일한 공간에서 암모니아의 개질 또는 열분해반응과, 수소 가스의 전기화학반응이 동시에 일어날 수 있게 된다. 암모니아의 개질 또는 열분해반응은 흡열반응이고, 수소 가스의 전기화학반응은 발열반응이어서, 연료전지의 구동시 별도의 냉각이 필요 없게 된다. 암모니아를 전부 개질하는 경우에는 수소 가스만을 분리하여 연료전지(100)에 공급하여 전력을 생산할 수 있게 된다. 연료전지 시스템은 이코노마이저(210)와 같은 WHRU를 구비할 수 있고, 상기 이코노마이저(210)는 상기 연료전지(100)의 배기가스 폐열, 질소 가스의 폐열 또는 이들의 조합을 이용하여 스팀을 생산하여 수요처에 공급할 수 있다.As described above, the fuel cell system according to an embodiment of the present invention may reform some or all of ammonia to produce hydrogen gas and supply it to the fuel cell. In the case of partially reforming ammonia, the reforming or thermal decomposition reaction of ammonia and the electrochemical reaction of hydrogen gas may occur simultaneously in the same space of the fuel cell 100 . The reforming or thermal decomposition reaction of ammonia is an endothermic reaction, and the electrochemical reaction of hydrogen gas is an exothermic reaction, so that no separate cooling is required when the fuel cell is driven. When all ammonia is reformed, only hydrogen gas is separated and supplied to the fuel cell 100 to produce electric power. The fuel cell system may include a WHRU such as the economizer 210, and the economizer 210 produces steam using waste heat from exhaust gas of the fuel cell 100, waste heat from nitrogen gas, or a combination thereof to produce steam. can be supplied to

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에 관한 도면이다.3 is a diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

본 실시예에 따른 연료전지 시스템은 가역연료전지(300) 및 탈수소 반응기(121) 등을 포함한다. 물론 본 실시예는 가역연료전지의 구동 및 상기 가역연료전지로부터 생산되는 전력 및 수소 가스를 저장, 공급하는데에 필요하다면 공지된 여러 구성들을 더 부가할 수 있다.The fuel cell system according to the present embodiment includes a reversible fuel cell 300 and a dehydrogenation reactor 121 . Of course, in this embodiment, if necessary for driving the reversible fuel cell and storing and supplying electric power and hydrogen gas produced from the reversible fuel cell, various known configurations may be further added.

가역연료전지(300)는 연료소서 수소와 공기 중의 산소를 전기화학 반응시켜 전력을 생산하는 연료전지 모드(FC mode)와, 물 및 전력을 공급받아 수소 가스와 산소 가스를 생산하는 전해셀 모드(EC mode)로 구동할 수 있다.The reversible fuel cell 300 includes a fuel cell mode (FC mode) in which electricity is produced by electrochemically reacting hydrogen and oxygen in the air as a fuel source, and an electrolytic cell mode (FC mode) in which water and power are supplied to produce hydrogen gas and oxygen gas ( EC mode).

예를 들어, 가역연료전지(300)는 연료전지와 전해셀이 통합되어 구성된 것으로, 하나의 시스템을 구동 또는 역구동하도록 마련된 것일 수 있고, 전력과 수소 가스를 동시에 생산 가능하도록 마련된 것일 수도 있다.For example, the reversible fuel cell 300 is configured by integrating a fuel cell and an electrolysis cell, and may be provided to drive or reverse drive one system, or may be provided to simultaneously produce electric power and hydrogen gas.

또한, 상기 가역연료전지(300)는 상기 해양 구조물이 고부하 운전이 필요한 경우에는 연료전지 모드로 구동하고, 상기 해양 구조물이 저부하 운전이 필요한 경우에는 전해셀 모드로 구동하는 것일 수 있다.In addition, the reversible fuel cell 300 may be driven in the fuel cell mode when the offshore structure requires high load operation, and driven in the electrolytic cell mode when the offshore structure requires low load operation.

예를 들어, 가역연료전지(300)는 해양 구조물의 정지 또는 정박시에는 해양 구조물 수요처의 요구 전력량이 감소하므로 전해셀 모드로 구동하여 수소 가스를 생산하여 저장할 수 있다. 가역연료전지(300)는 해양 구조물의 구동 또는 운항시에는 수요처의 요구 전력량이 증가함으로 연료전지 모드로 구동하여 전력을 생산하여 상기 해양 구조물의 수요처에 공급할 수 있다.For example, the reversible fuel cell 300 may be driven in the electrolytic cell mode to produce and store hydrogen gas because the amount of power required by the demand for the offshore structure is reduced when the offshore structure is stopped or anchored. The reversible fuel cell 300 is driven in the fuel cell mode because the amount of power required by the demanding party increases during driving or operation of the offshore structure to generate power and supply it to the demanding part of the offshore structure.

본 실시예에서 상기 가역연료전지(300)는 연료전지 모드시에 LOHC를 탈수소화시켜 수득한 수소를 공급받아 전력을 생산하는 것일 수 있다. In the present embodiment, the reversible fuel cell 300 may be supplied with hydrogen obtained by dehydrogenating LOHC in the fuel cell mode to generate electric power.

또한, 전해셀 모드시 공급받은 스팀과 전력생산부에서 공급받은 전력으로부터 수소와 산소를 생산하는 것일 수 있다. In addition, it may be to produce hydrogen and oxygen from the steam supplied in the electrolysis cell mode and the power supplied from the power generation unit.

연료전지와 전해셀 및 LOHC에 관련하여 전술한 실시예와 동일한 설명은 앞선 실시예의 설명으로 갈음한다.The same description as in the above-described embodiment with respect to the fuel cell, the electrolytic cell, and the LOHC is replaced with the description of the previous embodiment.

탈수소 반응기(121)는 LOHC 공급부(D)로부터 LOHC를 공급받아 LOHC의 탈수소화 반응을 수행하기 위한 장소를 제공할 수 있다. LOHC의 탈수소화 반응은 흡열반응이므로, 탈수소 반응기(121)는 상기 LOHC의 탈수소화 반응에 충분한 열원을 공급하는 것일 수 있다.The dehydrogenation reactor 121 may receive the LOHC from the LOHC supply unit D and provide a place for performing the dehydrogenation reaction of the LOHC. Since the dehydrogenation reaction of the LOHC is an endothermic reaction, the dehydrogenation reactor 121 may supply a sufficient heat source for the dehydrogenation reaction of the LOHC.

본 실시예에 따른 탈수소 반응기(121)는 상기 가역연료전지(300)로부터 배출되는 배기가스 또는 산소 가스의 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행할 수 있다. 구체적으로, 탈수소 반응기(121)는 상기 가역연료전지(300)의 연료전지 모드시 연료전지 배기가스 라인(L301)을 통해 전달되는 600 내지 1000℃의 배기가스를 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행할 수 있다. 탈수소 반응기(121)는 상기 가역연료전지(300)의 전해셀 모드시 산소 라인(L325)을 통해 전달되는 산소 가스의 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행할 수 있다.The dehydrogenation reactor 121 according to the present embodiment may perform the dehydrogenation reaction of the LOHC using waste heat of the exhaust gas or oxygen gas discharged from the reversible fuel cell 300 . Specifically, the dehydrogenation reactor 121 uses waste heat to dehydrogenate the LOHC by using waste heat from the exhaust gas at 600 to 1000° C. delivered through the fuel cell exhaust gas line L301 in the fuel cell mode of the reversible fuel cell 300 . can be performed. The dehydrogenation reactor 121 may perform the LOHC dehydrogenation reaction using waste heat of oxygen gas transferred through the oxygen line L325 in the electrolytic cell mode of the reversible fuel cell 300 .

본 발명의 일 실시예에 따른 가역연료전지 시스템은 압축공기 공급부(C)를 더 포함할 수 있다.The reversible fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a compressed air supply unit (C).

압축공기 공급부(C)는 수소와 전기화학 반응을 하는 데에 필요한 산소를 포함하는 공기를 압축하여, 가역연료전지(300)에 공급하기 위한 수단이다. 예를 들어, 압축공기는 일반 공기에 비해 더 높은 순도의 산소를 포함하는 것일 수 있다.The compressed air supply unit C is a means for supplying the reversible fuel cell 300 by compressing the air containing oxygen required for an electrochemical reaction with hydrogen. For example, compressed air may contain oxygen of higher purity than general air.

압축공기 공급부(C)는 압축공기 공급 라인(L300)을 통해 압축공기를 상기 가역연료전지(300)에 공급할 수 있다. 상기 압축공기 공급 라인(L300) 상에는 공기 예열기(301)를 더 구비할 수 있다.The compressed air supply unit C may supply compressed air to the reversible fuel cell 300 through the compressed air supply line L300 . An air preheater 301 may be further provided on the compressed air supply line L300.

공기 예열기(301)는 연료전지 모드시 배기가스 라인(L301)을 통해 전달되는 배기가스를 폐열을 이용하여 압축공기를 예열할 수 있다. 공기 예열기(301)는 전해셀 모드시 산소 라인(L325)을 통해 전달되는 산소 가스의 폐열을 이용하여 압축공기를 예열할 수 있다.The air preheater 301 may preheat compressed air by using waste heat from the exhaust gas transferred through the exhaust gas line L301 in the fuel cell mode. The air preheater 301 may preheat compressed air using waste heat of oxygen gas transferred through the oxygen line L325 in the electrolysis cell mode.

본 발명의 일 실시예에 따른 가역연료전지 시스템은 LOHC 공급부(D)를 더 포함할 수 있다.The reversible fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a LOHC supply unit (D).

LOHC 공급부(D)는 수소가 풍부한 리치 LOHC를 저장 및 공급하기 위한 수단이다.The LOHC supply (D) is a means for storing and supplying hydrogen-rich rich LOHC.

LOHC 공급부(D)는 LOHC 공급 라인(L310)을 통해 탈수소 반응기(121)에 LOHC를 공급할 수 있다. 이때, 상기 LOHC 공급 라인(L310) 상에는 LOHC를 예열하기 위한 LOHC 예열기(120)가 더 구비될 수 있다.The LOHC supply unit D may supply LOHC to the dehydrogenation reactor 121 through the LOHC supply line L310. In this case, the LOHC preheater 120 for preheating the LOHC may be further provided on the LOHC supply line L310 .

LOHC 예열기(120)는 수소가 풍부한 리치 LOHC를 예열하여 상기 탈수소 반응기(121)로 공급함으로써, 상기 탈수소 반응기(121)에서 탈수소 반응이 보다 원활하게 진행될 수 있도록 돕는다. LOHC 예열기(120)는 연료전지 모드시 배기가스 라인(L301)을 통해 전달되는 배기가스를 폐열을 이용하여 LOHC를 예열할 수 있다. LOHC 예열기(120)는 전해셀 모드시 산소 라인(L325)을 통해 전달되는 산소 가스의 폐열을 이용하여 LOHC를 예열할 수 있다.The LOHC preheater 120 preheats the hydrogen-rich rich LOHC and supplies it to the dehydrogenation reactor 121 , thereby helping the dehydrogenation reaction proceed more smoothly in the dehydrogenation reactor 121 . The LOHC preheater 120 may preheat the LOHC using waste heat from the exhaust gas transferred through the exhaust gas line L301 in the fuel cell mode. The LOHC preheater 120 may preheat the LOHC using waste heat of oxygen gas transferred through the oxygen line L325 in the electrolytic cell mode.

이처럼, 가역연료전지(300)가 연료전지 모드일 때 배출되는 배기가스를 전달하는 연료전지 배기가스 라인(L301)은 탈수소 반응기(121), LOHC 예열기(120) 및 공기 예열기(301)에 순차적으로 폐열을 공급할 수 있다. 폐열을 공급한 배기가스는 벤트부(L)로 전달되어 벤트될 수 있다.As such, the fuel cell exhaust gas line L301 that delivers the exhaust gas discharged when the reversible fuel cell 300 is in the fuel cell mode is sequentially connected to the dehydrogenation reactor 121 , the LOHC preheater 120 and the air preheater 301 . Waste heat can be supplied. The exhaust gas supplied with the waste heat may be transferred to the vent unit L to be vented.

가역연료전지(300)가 전해셀 모드일 때 배출되는 산소 가스를 전달하는 산소 라인(L325)은 탈수소 반응기(121), LOHC 예열기(120) 및 공기 예열기(301)에 순차적으로 폐열을 공급할 수 있다. 폐열을 공급한 산소 가스는 산소 탱크(136)로 전달되어 저장될 수 있다. 산소 탱크(136)는 산소를 저장하다가 가역연료전지(300)가 연료전지 모드로 구동되는 경우에는 산소 라인(L326)을 통해 압축공기 공급 라인(L300)에 산소를 공급할 수 있다.When the reversible fuel cell 300 is in the electrolysis cell mode, the oxygen line L325 through which the oxygen gas is discharged may sequentially supply waste heat to the dehydrogenation reactor 121, the LOHC preheater 120, and the air preheater 301. . Oxygen gas supplied with waste heat may be transferred to and stored in the oxygen tank 136 . The oxygen tank 136 may supply oxygen to the compressed air supply line L300 through the oxygen line L326 when the reversible fuel cell 300 is driven in the fuel cell mode while storing oxygen.

탈수소 반응기(121)로 공급된 LOHC는 탈수소 반응이 수행되어 수소 가스와 린 LOHC의 혼합물의 형태로 배출될 수 있다. 탈수소 반응기(121)에서 배출되는 수소 가스와 린 LOHC의 혼합물은 수소 및 린 LOHC 라인(L311)을 통해 기액분리기(122)로 유입될 수 있다.The LOHC supplied to the dehydrogenation reactor 121 may be discharged in the form of a mixture of hydrogen gas and lean LOHC by performing a dehydrogenation reaction. A mixture of hydrogen gas and lean LOHC discharged from the dehydrogenation reactor 121 may be introduced into the gas-liquid separator 122 through the hydrogen and lean LOHC line L311.

기액분리기(122)는 수소 및 린 LOHC 라인(L311)으로부터 수소 가스와 린 LOHC의 혼합물을 공급받아 기액분리할 수 있다. 분리되는 수소 가스 중 적어도 일부는 수소 라인(L312)을 통해 가역연료전지(300)에 공급될 수 있다. The gas-liquid separator 122 may receive a mixture of hydrogen gas and lean LOHC from the hydrogen and lean LOHC line L311 to perform gas-liquid separation. At least a portion of the separated hydrogen gas may be supplied to the reversible fuel cell 300 through the hydrogen line L312.

추가적으로, 분리되는 수소 가스 중 적어도 일부는 수소 라인(L313)을 통해 수소 탱크(124)에 저장될 수 있다. 이때, 상기 수소 라인(L123) 상에는 수소를 압축하기 위한 압축기(123)가 더 구비될 수 있다. 따라서, 상기 수소 탱크(124)는 가압된 수소 가스를 저장하는 것일 수 있다.Additionally, at least a portion of the separated hydrogen gas may be stored in the hydrogen tank 124 through the hydrogen line L313 . In this case, a compressor 123 for compressing hydrogen may be further provided on the hydrogen line L123. Accordingly, the hydrogen tank 124 may store pressurized hydrogen gas.

이처럼, 상기 수소 탱크(124)는 LOHC의 탈수소 반응을 통해 생산되는 수소 가스 중 적어도 일부를 저장할 수 있다. 구체적으로, 상기 수소 탱크(124)는 가역연료전지(300)가 연료전지 모드로 구동함에 따라 생산되는 잉여 전력을 저장하였다가, 상기 가역연료전지(300)가 전해셀 모드로 구동할 때 상기 가역연료전지(300)에 수소 공급 라인(L314)을 통해 수소 가스를 공급하는 것일 수 있다.As such, the hydrogen tank 124 may store at least a portion of the hydrogen gas produced through the dehydrogenation reaction of the LOHC. Specifically, the hydrogen tank 124 stores surplus power generated when the reversible fuel cell 300 is driven in the fuel cell mode, and is reversible when the reversible fuel cell 300 is driven in the electrolytic cell mode. Hydrogen gas may be supplied to the fuel cell 300 through the hydrogen supply line L314.

상기 기액분리기(122)에서 분리되는 액체 상태의 린 LOHC는 린 LOHC 라인(L315)을 통해 LOHC 저장부(E)로 전달될 수 있다. 상기 LOHC 저장부(E)는 해양 구조물에서 탈착 가능하도록 마련될 수 있으며, 이를 통해 해양 구조물로부터 쉽게 하역하도록 할 수 있다. 회수된 린 LOHC는 수소화 반응을 통해 리치 LOHC로 전환하여 다시 LOHC 공급부(D)에 저장하여 활용할 수 있다.The lean LOHC in the liquid state separated by the gas-liquid separator 122 may be transferred to the LOHC storage unit E through the lean LOHC line L315. The LOHC storage unit (E) may be provided so as to be detachable from the offshore structure, through which it can be easily unloaded from the offshore structure. The recovered lean LOHC can be converted into rich LOHC through a hydrogenation reaction and stored in the LOHC supply unit (D) for use.

본 발명의 일 실시예에 따른 가역연료전지 시스템은 해수 공급부(F)를 더 포함할 수 있다.The reversible fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a seawater supply unit (F).

해수 공급부(F)는 해양 구조물의 외부로부터 해수를 저장하였다가 상기 시스템에 공급할 수 있다. 예를 들어, 해수 공급부(F)는 씨체스트일 수 있다.The seawater supply unit F may store seawater from the outside of the marine structure and supply it to the system. For example, the seawater supply unit (F) may be a sea chest.

해수 공급부(F)는 물 공급 라인(L320)을 통해 담수화부(130)에 해수를 공급할 수 있다.The seawater supply unit F may supply seawater to the desalination unit 130 through the water supply line L320 .

담수화부(130)는 공급받은 해수를 탈염하여 담수를 생산하여 물 탱크(131)에 공급한다. 탈염을 통한 담수화는 이 기술분야에 알려진 통상의 수단으로 이루어질 수 있다.The desalination unit 130 desalinates the supplied seawater to produce fresh water and supplies it to the water tank 131 . Desalination through desalination may be accomplished by conventional means known in the art.

물 탱크(131)는 상기 담수화부(130)로부터 공급되는 담수를 저장하였다가 가역연료전지(300)의 전해셀 모드시 물을 공급할 수 있다. 물 탱크(131)는 물 공급 라인(L320)을 통해 기화기(133)로 물을 공급할 수 있다. 물 공급 라인(L320) 상에는 물의 펌핑을 위한 펌프(132)가 더 구비될 수 있다. 기화기(133)로 공급된 물은 전해셀 모드의 가역연료전지(300)로부터 배출되는 수소 및 스팀의 열로 인해 기화되어 스팀이 된다. 생성된 스팀은 스팀 라인(L321)을 통해 상기 가역연료전지(300)에 공급될 수 있다.The water tank 131 may store fresh water supplied from the desalination unit 130 and supply water in the electrolytic cell mode of the reversible fuel cell 300 . The water tank 131 may supply water to the vaporizer 133 through the water supply line L320 . A pump 132 for pumping water may be further provided on the water supply line L320. The water supplied to the vaporizer 133 is vaporized due to the heat of hydrogen and steam discharged from the reversible fuel cell 300 in the electrolytic cell mode to become steam. The generated steam may be supplied to the reversible fuel cell 300 through a steam line L321.

가역연료전지(300)의 전해셀 모드시 생성되는 수소 가스와 스팀의 혼합물은 수소 및 스팀 라인(L322)를 통해 배출될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 수소 가스와 스팀의 혼합물은 기화기(133)에서 스팀 생성에 이용된 후 기액분리기(134)에 공급될 수 있다.A mixture of hydrogen gas and steam generated in the electrolysis cell mode of the reversible fuel cell 300 may be discharged through the hydrogen and steam line L322. As described above, the mixture of hydrogen gas and steam may be supplied to the gas-liquid separator 134 after being used to generate steam in the vaporizer 133 .

기액분리기(134)는 수소 가스와 스팀의 혼합물로부터 수소 가스를 분리하여 수소 라인(L324)을 통해 수소 탱크(124)로 전달하고, 스팀은 물의 형태로 분리하여 물 리턴 라인(L323)을 통해 상기 물 탱크(131)로 리턴할 수 있다. 상기 수소 라인(L324) 상에는 수소 가스의 압축을 위한 압축기(135)가 더 구비될 수 있다.The gas-liquid separator 134 separates hydrogen gas from a mixture of hydrogen gas and steam and delivers it to the hydrogen tank 124 through a hydrogen line L324, and the steam is separated in the form of water through a water return line L323. It can return to the water tank 131 . A compressor 135 for compressing hydrogen gas may be further provided on the hydrogen line L324.

본 발명의 일 실시예에 따른 가역연료전지 시스템은 메인 스위치보드(SWBD)에 연결될 수 있다.The reversible fuel cell system according to an embodiment of the present invention may be connected to a main switchboard SWBD.

가역연료전지(300)의 연료전지 모드 구동시 상기 가역 연료전지(300)는 상기 메인 스위치보드를 거쳐 해양 구조물의 다양한 수요처로 전력을 공급할 수 있다. 상기 수요처로는 호텔 로드(G), 카고 펌프(H), 밸러스트 펌프(I), 서비스 로드(J) 등 해양 구조물 내에 전력을 사용할 수 있는 다양한 수단을 포괄한다.When the reversible fuel cell 300 is driven in the fuel cell mode, the reversible fuel cell 300 may supply power to various consumers of marine structures through the main switchboard. The demand includes a variety of means that can use electric power in offshore structures, such as a hotel load (G), a cargo pump (H), a ballast pump (I), and a service load (J).

따라서, 메인 스위치보드는 각 수요처로 연결되는 전선과 개폐기, 과전류 보호기나 계기를 더 구비할 수 있다.Accordingly, the main switchboard may further include a wire connected to each demand, a switchgear, an overcurrent protector, or an instrument.

추가적으로, 상기 가역연료전지(300)에서 생산되는 잉여 전력을 임시로 저장할 수 있는 배터리(도시하지 않음)나 축전기(도시하지 않음)를 더 구비할 수 있다.Additionally, a battery (not shown) or a capacitor (not shown) capable of temporarily storing the surplus power generated by the reversible fuel cell 300 may be further provided.

가역연료전지(300)의 전해셀 모드 구동시 상기 가역 연료전지(300)는 상기 메인 스위치보드를 통해 전력생산부(K)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 바람직하게는, 상기 가역연료전지(300)는 상기 해양 구조물의 잉여 전력을 공급받아 전해셀 모드를 구동하는 것일 수 있다. 상기 전력생산부(K)는 메인 엔진, 발전 엔진, 샤프트 발전기 등을 포괄하여 의미할 수 있다. 상기 샤프트 발전기는 엔진 등의 동력원에 연결되어 상기 동력원이 생산하는 동력의 일부를 이용하여 발전하는 동력 인출 장치 또는 파워 테이크 오프(PTO)의 일종일 수 있다.When the reversible fuel cell 300 is driven in the electrolytic cell mode, the reversible fuel cell 300 may receive power from the power generation unit K through the main switchboard. Preferably, the reversible fuel cell 300 may be supplied with surplus power from the offshore structure to drive the electrolytic cell mode. The power generation unit K may encompass a main engine, a power generation engine, a shaft generator, and the like. The shaft generator may be a power take-off device or a type of power take-off (PTO) that is connected to a power source such as an engine and generates power using a portion of power produced by the power source.

본 발명의 일 실시예에 따른 가역연료전지 시스템은 전기 히터(302)를 더 포함할 수 있다.The reversible fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include an electric heater 302 .

전기 히터(302)는 가역연료전지(300)의 구동에 필요한 열 에너지를 충당할 수 있다. 전기 히터(302)의 구동에 필요한 전력은 해양 구조물의 메인 스위치보드로부터 공급받을 수 있다.The electric heater 302 may supply thermal energy required for driving the reversible fuel cell 300 . Power required for driving the electric heater 302 may be supplied from the main switchboard of the marine structure.

본 발명의 일 실시예에 따른 가역연료전지 시스템은 제어부(303)를 더 포함할 수 있다.The reversible fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a control unit 303 .

제어부(303)는 상기 탈수소 반응기(121)로부터 상기 가역연료전지(300)로 공급되는 수소 가스의 유량, 상기 가역연료전지(300)의 전기화학적 반응에 따른 가역연료전지(300)의 온도 및 해양 구조물의 수요처에서 요구되는 전력 필요량 중 어느 하나 이상에 따라 상기 가역연료전지(300)의 모드 구동을 제어할 수 있다.The control unit 303 controls the flow rate of hydrogen gas supplied from the dehydrogenation reactor 121 to the reversible fuel cell 300 , the temperature of the reversible fuel cell 300 according to the electrochemical reaction of the reversible fuel cell 300 , and the ocean. Mode driving of the reversible fuel cell 300 may be controlled according to any one or more of the amount of power required by the demand of the structure.

따라서, 제어부(303)는 가역연료전지(300)의 연료전지 모드에 따른 전력 생산량을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(303)는 수소 탱크(124)의 수소 공급량을 조절하여 연료전지 모드에 따른 전력 생산량을 제어할 수 있다.Accordingly, the controller 303 may control the power production according to the fuel cell mode of the reversible fuel cell 300 . More specifically, the controller 303 may control the amount of power produced according to the fuel cell mode by adjusting the amount of hydrogen supplied to the hydrogen tank 124 .

또한, 제어부(303)는 전기 히터(302)가 상기 가역연료전지(300)에 공급하는 열 에너지의 공급량을 제어할 수 있다.Also, the controller 303 may control the amount of thermal energy supplied by the electric heater 302 to the reversible fuel cell 300 .

이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가역연료전지 시스템은 LOHC를 탈수소 반응시켜 수득한 수소를 이용하여 전력을 생산하는 연료전지 모드와, 물 및 전기를 이용하여 수소 가스 및 산소 가스를 생산하는 전해셀 모드로 구동할 수 있는 가역연료전지(300)를 구비한다. 가역연료전지(300)를 연료전지 모드로 구동시에는 가역연료전지(300)의 배기가스 폐열을 이용하여 탈수소 반응에 이용할 수 있으며, 전해셀 모드로 구동시에는 산소 가스의 폐열을 이용하여 탈수소 반응에 이용할 수 있다는 점에서 친환경적이다. 전해셀 모드에서 생산한 수소 가스는 연료전지 모드 구동시에 사용할 수 있으며, 연료전지 모드에서 생산한 전력은 전해셀 모드 구동시에 사용할 수도 있다. 따라서, 해양 구조물의 운항, 정박 등 상황에 따른 전력 필요량에 맞추어 가역연료전지(300)의 모드 제어를 통한 최적 운용이 가능하다. 이러한 경우, 천연가스와 암모니아와 같은 추가 연료 사용량을 최소화하거나, 상기 추가 연료를 사용하지 않을 수 있게 된다.As described above, the reversible fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell mode for producing electric power using hydrogen obtained by dehydrogenating LOHC, and a method for producing hydrogen gas and oxygen gas using water and electricity. A reversible fuel cell 300 capable of operating in an electrolytic cell mode is provided. When the reversible fuel cell 300 is driven in the fuel cell mode, the exhaust gas waste heat of the reversible fuel cell 300 can be used for the dehydrogenation reaction, and when the reversible fuel cell 300 is driven in the electrolytic cell mode, the dehydrogenation reaction is performed using waste heat of oxygen gas. It is eco-friendly in that it can be used for Hydrogen gas produced in the electrolytic cell mode can be used when the fuel cell mode is driven, and the power generated in the fuel cell mode can be used when the electrolytic cell mode is driven. Accordingly, it is possible to optimally operate the reversible fuel cell 300 through mode control according to the amount of power required according to circumstances such as operation and anchoring of offshore structures. In this case, it is possible to minimize the use of additional fuels such as natural gas and ammonia, or not to use the additional fuels.

본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.It goes without saying that the present invention is not limited to the embodiments described above, and a combination of the above embodiments or a combination of at least one of the embodiments and a known technology may be included as another embodiment.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, the present invention has been described focusing on the embodiments of the present invention, but this is merely an example and does not limit the present invention, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the essential description of the present embodiment. It will be appreciated that various combinations or modifications and applications not illustrated in the embodiments are possible within the scope. Accordingly, descriptions related to variations and applications that can be easily derived from the embodiments of the present invention should be interpreted as being included in the present invention.

A: 암모니아 공급부 B: 천연가스 공급부
C: 압축공기 공급부 D: LOHC 공급부
E: LOHC 저장부 F: 해수 공급부
G: 호텔 로드 H: 카고 펌프
I: 밸러스트 펌프 J: 서비스 로드
K: 전력생산부 L: 벤트부
M: 스팀 수요처 N: 스팀 공급부
100: 연료전지 101: 전해셀
102: 제어부 110: 펌프
111: 암모니아 기화기 112: 연료혼합기
113: 천연가스 제어 밸브 114: 배기가스 후처리 장치
L110: 암모니아 공급 라인 L111: 천연가스 공급 라인
L112: 압축공기 공급 라인 L113: 연료전지 배기가스 라인
L114: 벤트 라인
120: LOHC 예열기 121: 탈수소 반응기
122: 기액분리기 123: 압축기
124: 수소 탱크 125: 수소 제어 밸브
126: 전기 히터
L120: LOHC 공급 라인 L121: 수소 및 린 LOHC 라인
L122, 123, 124: 수소 라인 L125: 린 LOHC 라인
130: 담수화부 131: 물 탱크
132: 펌프 133: 기화기
134: 기액분리기 135: 압축기
136: 산소 탱크
L130: 물 공급 라인 L131: 스팀 라인
L132: 산소 라인 L133: 수소 및 스팀 라인
L134: 수소 라인 L135: 물 리턴 라인
200: 암모니아 개질기 201: 가스분리기
210: 이코노마이저 220: 물 탱크
L200: 수소 및 질소 라인 L201: 수소 라인
L202: 연료전지 배기가스 라인 L203: 질소 라인
L204: 벤트 라인 L205: 스팀 라인
300: 가역연료전지 301: 공기 예열기
302: 전기 히터 303: 제어부
L300: 압축공기 공급 라인 L301: 연료전지 배기가스 라인
L310: LOHC 공급 라인 L311: 수소 및 린 LOHC 라인
L312, 313, 314: 수소 라인 L315: 린 LOHC 라인
L320: 물 공급 라인 L321: 스팀 라인
L322: 수소 및 스팀 라인 L323: 물 리턴 라인
L324: 수소 라인 L325, 326: 산소 라인
A: Ammonia supply B: Natural gas supply
C: compressed air supply D: LOHC supply
E: LOHC reservoir F: seawater supply
G: Hotel Road H: Cargo Pump
I: ballast pump J: service load
K: Power generation unit L: Vent unit
M: Steam demand N: Steam supply
100: fuel cell 101: electrolytic cell
102: control unit 110: pump
111: ammonia vaporizer 112: fuel mixer
113: natural gas control valve 114: exhaust gas aftertreatment device
L110: Ammonia supply line L111: Natural gas supply line
L112: compressed air supply line L113: fuel cell exhaust gas line
L114: vent line
120: LOHC preheater 121: dehydrogenation reactor
122: gas-liquid separator 123: compressor
124 hydrogen tank 125 hydrogen control valve
126: electric heater
L120: LOHC Supply Line L121: Hydrogen and Lean LOHC Line
L122, 123, 124: Hydrogen line L125: Lean LOHC line
130: desalination unit 131: water tank
132: pump 133: carburetor
134: gas-liquid separator 135: compressor
136: oxygen tank
L130: water supply line L131: steam line
L132: oxygen line L133: hydrogen and steam line
L134: hydrogen line L135: water return line
200: ammonia reformer 201: gas separator
210: economizer 220: water tank
L200: hydrogen and nitrogen lines L201: hydrogen lines
L202: fuel cell exhaust gas line L203: nitrogen line
L204: vent line L205: steam line
300: reversible fuel cell 301: air preheater
302: electric heater 303: control unit
L300: compressed air supply line L301: fuel cell exhaust gas line
L310: LOHC Supply Line L311: Hydrogen and Lean LOHC Line
L312, 313, 314: Hydrogen line L315: Lean LOHC line
L320: water supply line L321: steam line
L322: Hydrogen and Steam Lines L323: Water Return Lines
L324: hydrogen line L325, 326: oxygen line

Claims (6)

LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)를 수소 공급원으로 하는 연료전지 시스템으로서,
LOHC를 공급받아 탈수소화 반응을 수행하는 탈수소 반응기;
암모니아 공급부로부터 액상의 암모니아를 공급받아 기화시키는 암모니아 기화기;
상기 탈수소 반응기로부터 공급되는 수소와 상기 암모니아 기화기로부터 공급되는 암모니아로 전력을 생산하여 해양 구조물의 수요처로 공급하는 연료전지; 및
상기 해양 구조물의 메인 엔진, 발전 엔진 및 샤프트 발전기로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상으로부터 전력을 공급받아 상기 탈수소 반응기에 열 에너지를 공급하기 위한 전기 히터를 포함하며,
상기 탈수소 반응기는,
상기 연료전지로부터 배출되는 배기가스의 폐열 및 상기 전기 히터로부터 공급되는 열 에너지를 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행하며,
상기 암모니아 기화기는,
상기 탈수소 반응기에서 탈수소화 반응에 사용된 폐열 및 열 에너지를 이용하여 암모니아를 기화시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
As a fuel cell system using LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier) as a hydrogen source,
a dehydrogenation reactor receiving LOHC and performing a dehydrogenation reaction;
an ammonia vaporizer for vaporizing liquid ammonia supplied from the ammonia supply unit;
a fuel cell for producing electric power from hydrogen supplied from the dehydrogenation reactor and ammonia supplied from the ammonia vaporizer and supplying it to a demand for offshore structures; and
Including an electric heater for supplying thermal energy to the dehydrogenation reactor by receiving power from one or more selected from the group consisting of a main engine, a power generation engine and a shaft generator of the marine structure,
The dehydrogenation reactor is
performing the dehydrogenation reaction of LOHC using waste heat of exhaust gas discharged from the fuel cell and heat energy supplied from the electric heater,
The ammonia vaporizer,
A fuel cell system, characterized in that the ammonia is vaporized using waste heat and thermal energy used in the dehydrogenation reaction in the dehydrogenation reactor.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 시스템은,
상기 탈수소 반응기로부터 상기 연료전지로 공급되는 수소의 유량, 상기 연료전지의 온도 및 상기 수요처의 전력 필요량 중 어느 하나 이상에 따라 상기 전기 히터의 열에너지 공급량을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 1, wherein the system comprises:
Fuel, characterized in that it further comprises a control unit for controlling the amount of supply of thermal energy to the electric heater according to any one or more of the flow rate of hydrogen supplied from the dehydrogenation reactor to the fuel cell, the temperature of the fuel cell, and the electric power required by the demander. battery system.
제1항에 있어서, 상기 LOHC는,
시클로헥산, 메틸시클로헥산, 테트라린, 페닐시클로헥산, 4-아미노피페린, 카바졸, 퍼하이드로-디벤젤톨루엔, 데칼린, 포름산, 암모니아보레인, 나프탈렌, 아세톤, N-에틸카바졸 및 2-N-메틸벤질 피리딘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method of claim 1, wherein the LOHC is
Cyclohexane, methylcyclohexane, tetraline, phenylcyclohexane, 4-aminopiperine, carbazole, perhydro-dibenzeltoluene, decalin, formic acid, ammoniaborane, naphthalene, acetone, N-ethylcarbazole and 2- A fuel cell system, characterized in that at least one selected from the group consisting of N-methylbenzyl pyridine.
제1항에 있어서, 상기 연료전지는,
배기가스의 온도가 600 내지 1000℃인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
According to claim 1, wherein the fuel cell,
The fuel cell system, characterized in that the temperature of the exhaust gas is 600 to 1000 ℃.
제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 연료전지 시스템을 갖는 것을 특징으로 하는 해양 구조물.An offshore structure, characterized in that it has the fuel cell system according to any one of claims 1 to 5.
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