KR102371001B1 - Propulsion apparatus and propulsion method using superconducting motor, and liquefied hydrogen fuel cell propulsion ship having propulsion apparatus using superconducting motor - Google Patents
Propulsion apparatus and propulsion method using superconducting motor, and liquefied hydrogen fuel cell propulsion ship having propulsion apparatus using superconducting motor Download PDFInfo
- Publication number
- KR102371001B1 KR102371001B1 KR1020210108520A KR20210108520A KR102371001B1 KR 102371001 B1 KR102371001 B1 KR 102371001B1 KR 1020210108520 A KR1020210108520 A KR 1020210108520A KR 20210108520 A KR20210108520 A KR 20210108520A KR 102371001 B1 KR102371001 B1 KR 102371001B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- liquid hydrogen
- superconducting motor
- fuel cell
- propulsion
- supply system
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
- B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
- B63H21/17—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING
- B63B25/00—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby
- B63B25/02—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods
- B63B25/08—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid
- B63B25/12—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed
- B63B25/16—Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed heat-insulated
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
- B63H21/38—Apparatus or methods specially adapted for use on marine vessels, for handling power plant or unit liquids, e.g. lubricants, coolants, fuels or the like
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
- B63J2/00—Arrangements of ventilation, heating, cooling, or air-conditioning
- B63J2/12—Heating; Cooling
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
- B63H2021/003—Use of propulsion power plant or units on vessels the power plant using fuel cells for energy supply or accumulation, e.g. for buffering photovoltaic energy
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
- B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
- B63H21/17—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
- B63H2021/173—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor making use of superconductivity
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
- H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T70/00—Maritime or waterways transport
- Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 초전도 모터를 이용한 추진 장치 및 추진 방법과, 초전도 모터를 이용한 추진 장치를 구비한 액화수소 연료전지 추진 선박에 관한 것으로, 구체적으로는 별도의 냉각 시스템이 필요없기 때문에 추진 장치 자체의 크기를 감소시킬 수 있고, 추진 효율을 증대시킬 수 있는 초전도 모터를 이용한 추진 장치 및 추진 방법과, 초전도 모터를 이용한 추진 장치를 구비한 액화수소 연료전지 추진 선박에 관한 것이다.The present invention relates to a propulsion device and a propulsion method using a superconducting motor, and a liquid hydrogen fuel cell propulsion vessel having a propulsion device using a superconducting motor. Specifically, since a separate cooling system is not required, the size of the propulsion device itself is reduced It relates to a propulsion device and a propulsion method using a superconducting motor capable of reducing and increasing propulsion efficiency, and a liquid hydrogen fuel cell propulsion vessel having a propulsion device using a superconducting motor.
현재까지 국제해사기구(IMO; international maritime organization)는 해양의 오염배출원인 선박연료유에 강력한 제재를 가하는 중이며, 규제기준 Tier I을 시작으로 2020년 기준 Tier Ⅲ까지 이어져 내려오는 실정이다.Until now, the International Maritime Organization (IMO) is applying strong sanctions to marine fuel oil, a source of pollution in the ocean, and it is a situation that has been passed down from Tier I to Tier III as of 2020.
국제해사기구(IMO)의 규제기준 Tier Ⅲ는 오염의 주범인 황산화물(SOx) 및 질소산화물(NOx)을 강력히 제한하는 전 세계적인 해양환경 규제이다.The International Maritime Organization (IMO) regulatory standard Tier III is a global marine environment regulation that strongly restricts sulfur oxides (SOx) and nitrogen oxides (NOx), the main culprits of pollution.
국제해사기구(IMO)의 Tier Ⅲ를 만족하는 연료는 천연가스가 비교적 적절한 대체연료로 보이나 천연가스의 구성성분인 탄화수소(즉, 메탄, 에탄 등)으로 인한 이산화탄소의 발생여부는 간과되어 있다.Natural gas seems to be a relatively suitable alternative fuel as a fuel that satisfies the Tier III of the International Maritime Organization (IMO), but the generation of carbon dioxide due to hydrocarbons (ie, methane, ethane, etc.), which is a component of natural gas, is overlooked.
반면에, 수소는 연소 시 상기한 오염물질을 전혀 배출하지 않으며 산소와 결합하면 최종적으로 물(H2O)이 생성되는 친환경에너지이다.On the other hand, hydrogen does not emit any of the above-mentioned pollutants during combustion and is an eco-friendly energy that finally produces water (H 2 O) when combined with oxygen.
수소에너지는 액화수소로 사용 시 지구상에서 중량대비 에너지밀도가 가장 높고, 수소 가스 대비 1/770 이하의 부피로 저장 효율성을 확보하여 수소차, 무인항공기, 로켓 추진체로 사용되고 있으며, 현재는 소형선박에서 실증단계를 거쳐 향후 대형선박의 적용성 검토 단계를 밟고 있어 미래의 조선시장을 선점하는 기술이 될 것으로 전망되고 있다.Hydrogen energy has the highest energy density to weight on earth when used as liquid hydrogen, and is used as a propellant for hydrogen cars, unmanned aerial vehicles, and rockets by securing storage efficiency with a volume of less than 1/770 compared to hydrogen gas. It is expected to become a technology that preoccupies the future shipbuilding market as it is in the stage of reviewing the applicability of large ships after the demonstration stage.
액화수소는 LNG의 -163.15℃(110K)보다 더욱 낮은 -253.15℃(20K)의 극저온 환경을 구축하여야 하며, 수소 가스는 특히나 확산성이 높아 금속과 결합할 시 수소취화, 수소침식 등으로 이어져 기계적 성능을 저하시킨다.Liquid hydrogen must be built in a cryogenic environment of -253.15°C (20K), which is lower than LNG’s -163.15°C (110K). degrades performance.
이에 따라 기술적으로 수소와 관련한 문제를 해결할 경우, 수소 연료전지 추진 선박은 향후 미래기술로 높은 가치를 지니고 있다.Accordingly, if hydrogen-related problems are technically resolved, hydrogen fuel cell-powered ships have high value as a future technology.
도 1은 종래 기술에 따른 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.1 is a diagram schematically showing the configuration of a fuel supply system for a liquid hydrogen fuel cell propulsion vessel according to the prior art.
종래 기술에 따른 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이 액화수소를 저장하는 액화수소 저장탱크(10), 상기 액화수소 저장탱크(10)에서 기화되어 배출된 수소 가스를 연료전지(40)로 안내하는 연료수송배관(20), 상기 연료수송배관(20)을 통과하는 수소 가스와 선박의 냉동시스템에서 배출되는 열기의 열교환을 수행하고 열교환에 의해 냉각된 공기를 외부로 배출하는 환기부(30), 상기 연료수송배관(20)의 출구 부분에 설치되어 일정량의 수소 가스를 연료전지로 공급하도록 된 주입제어부(50)를 포함한다.A fuel supply system for a liquid hydrogen fuel cell propulsion ship according to the prior art, as shown in FIG. 1, a liquid
도 2는 종래 기술에 따른 선박 배기가스를 이용한 수소생성 및 수소 연료전지가 적용된 선박의 구성을 나타낸 도면이다.2 is a view showing the configuration of a ship to which hydrogen generation using ship exhaust gas and a hydrogen fuel cell according to the prior art are applied.
종래 기술에 따른 선박 배기가스를 이용한 수소생성 및 수소 연료전지가 적용된 선박은, 도 2에 도시된 바와 같이 엔진(10)(20), CO2 포집부(110), LNG 탱크(120), 수소생성반응기(130), 수소분리기(140) 및 수소연료전지(150)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 2 , a ship to which hydrogen generation using ship exhaust gas and a hydrogen fuel cell according to the prior art is applied has
이는 선박 배기가스에 포함되어 있는 이산화탄소(CO2)와 액화천연가스(LNG)의 주성분인 메탄(CH4)을 이용하여 수소(H2)를 생성하고, 생성된 수소(H2)를 이용하여 수소연료전지(150)를 통해 전기를 생산하며, 생산된 전기가 선박의 엔진(20) 및 선박의 전장설비(30)에 이용되도록 하는 기술이다.It generates hydrogen (H2) using carbon dioxide (CO2) contained in ship exhaust gas and methane (CH4), which is the main component of liquefied natural gas (LNG), and uses the generated hydrogen (H2) to create a hydrogen fuel cell ( 150) is a technology that produces electricity, and the generated electricity is used for the
도 3은 종래 기술에 따른 액화수소 연료전지 추진 선박의 추진 장치의 구성을 나타낸 도면이다.3 is a view showing the configuration of a propulsion apparatus of a liquid hydrogen fuel cell propulsion vessel according to the prior art.
종래 기술에 따른 액화수소 연료전지 추진 선박의 추진 장치는, 저장 탱크(1), 연료 가스 공급 시스템(2), 연료 전지(3), 배터리(4) 및 추진 시스템(5)을 포함한다.The propulsion apparatus of a liquid hydrogen fuel cell propulsion vessel according to the prior art includes a storage tank 1 , a fuel
저장 탱크(1)에 저장된 수소를 연료 가스 공급 시스템(2)으로 이송하고, 연료 가스 공급 시스템(2)은 연료 전지(3)의 운전 조건(온도, 압력)에 맞춰 수소의 조건을 충족시켜 연료 전지(3)로 이송시킨다.The hydrogen stored in the storage tank 1 is transferred to the fuel
연료 전지(3)에서 수소와 공급받은 공기를 통해 전기를 생산한 다음 배터리(4)에 저장하고, 이렇게 저장된 배터리(4)로부터 전기를 공급받은 추진 시스템(5)의 모터가 회전하면서 추진되게 된다.Electricity is generated from the
그러나, 추진 시스템의 일반 모터는 소음이 많이 발생하고 추진 효율이 떨어지는 문제점이 있다.However, the general motor of the propulsion system generates a lot of noise and has a problem in that the propulsion efficiency is lowered.
이에 따라, 최근에는 추진 효율을 향상시키고 소음을 줄이기 위해서 초전도 모터를 채용한 추진 장치들이 제안되고 있다.Accordingly, in recent years, propulsion devices employing a superconducting motor have been proposed in order to improve propulsion efficiency and reduce noise.
도 4 내지 도 7은 종래의 액화수소 추진선박을 나타낸 도면들이다.4 to 7 are views showing a conventional liquefied hydrogen propulsion ship.
도 8은 초전도 모터기술을 적용한 종래의 액화수소 추진선박의 추진 장치의 구성을 나타낸 도면이다.8 is a view showing the configuration of a conventional propulsion device of a liquid hydrogen propulsion ship to which superconducting motor technology is applied.
초전도 모터기술을 적용한 종래의 액화수소 추진선박의 추진 장치는, 도 8에 도시된 바와 같이 저장 탱크(1), 연료 가스 공급 시스템(2), 연료 전지(3), 배터리(4), 냉각 시스템(5) 및 초전도 모터(6)를 포함한다.The conventional propulsion device of a liquid hydrogen propulsion ship to which superconducting motor technology is applied is a storage tank 1, a fuel
저장 탱크(1)에 저장된 수소를 연료 가스 공급 시스템(2)으로 이송하고, 연료 가스 공급 시스템(2)은 연료 전지(3)의 운전 조건(온도, 압력)에 맞춰 수소의 조건을 충족시켜 연료 전지(3)로 이송시킨다.The hydrogen stored in the storage tank 1 is transferred to the fuel
연료 전지(3)에서 수소와 공급받은 공기를 통해 전기를 생산한 다음 배터리(4)에 저장하고, 냉각 시스템(5)의 냉매(LN2,LNe)로 초전도 모터(6)의 환경을 극저온 상태로 구현한다.Electricity is generated from the
이후, 전기가 저장된 배터리(4)로부터 전기를 공급받은 초전도 모터(6)가 회전하면서 추진되게 된다.Thereafter, the
도 9은 도 8의 추진 장치에서 냉각 시스템을 나타낸 도면이고, 도 10은 도 9에서 로터의 구조와 냉각 루트를 나타낸 도면이다.9 is a view showing a cooling system in the propulsion device of FIG. 8, and FIG. 10 is a view showing the structure and cooling route of the rotor in FIG.
도 9 및 도 10는 종래의 초전도 모터의 극저온 환경을 구성하기 위해 설치되는 냉각 시스템(노랑색 표시부분)을 나타낸 것으로서, Cryo-cooler 및 극저온 냉매(Liquid Ne, Liquid Nitrogen)로 구성된다.9 and 10 show a cooling system (yellow marked portion) installed to constitute a cryogenic environment of a conventional superconducting motor, and is composed of a cryo-cooler and a cryogenic refrigerant (Liquid Ne, Liquid Nitrogen).
초전도 모터의 극저온 환경을 만든 후 기화된 냉매는 포집하거나 대기중으로 배출시키게 된다.After creating a cryogenic environment for the superconducting motor, the vaporized refrigerant is collected or discharged to the atmosphere.
이러한 냉각 시스템에 대한 기술은 주지관용 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.Since the technology for such a cooling system is for the general public, a detailed description thereof will be omitted.
이와 같은 초전도 모터기술을 적용한 액화수소 추진선박의 추진 장치는, 별도의 냉각 시스템을 설치해야 하므로 전체 부피와 무게가 증가하게 되는 문제점이 있고, 초전도 모터를 초전도 상태로 냉각하여 유지해야 하기 때문에 극저온의 냉각제(보통 냉매로 네온이나 헬륨을 사용하거나 저렴한 액체질소를 사용하기도 함)가 필요하여 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.The propulsion device of a liquid hydrogen propulsion ship to which such superconducting motor technology is applied has a problem that the overall volume and weight increase because a separate cooling system must be installed. There is a problem in that a coolant (usually neon or helium as a refrigerant or cheap liquid nitrogen is required) is required, which increases the cost.
본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 여러 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 별도의 냉각 시스템이 필요없기 때문에 추진 장치 자체의 크기를 감소시킬 수 있고, 추진 효율을 증대시킬 수 있는 초전도 모터를 이용한 추진 장치 및 추진 방법과, 초전도 모터를 이용한 추진 장치를 구비한 액화수소 연료전지 추진 선박을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been devised to solve the various problems of the prior art as described above, and since there is no need for a separate cooling system, the size of the propulsion device itself can be reduced and propulsion using a superconducting motor capable of increasing propulsion efficiency An object of the present invention is to provide an apparatus and a propulsion method, and a liquid hydrogen fuel cell propulsion vessel having a propulsion apparatus using a superconducting motor.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 제1관점에 따른 초전도 모터를 이용한 추진 장치는, 초저온의 액화수소가 저장된 저장 탱크; 상기 저장 탱크로부터 액화수소를 공급받아 소정의 온도와 압력 상태가 되도록 상기 액화수소를 조절하는 연료 가스 공급 시스템; 상기 연료 가스 공급 시스템에서 소정의 온도와 압력 상태로 된 수소를 공급받고, 외부로부터 산소를 공급받아 전기를 생산하는 연료 전지; 상기 연료 전지에서 생산된 전기를 저장하는 배터리; 및 상기 배터리로부터 전기를 공급받아 구동하는 초전도 모터;를 포함하고, 상기 저장 탱크에 저장된 액화수소의 냉열을 상기 초전도 모터로 공급하여 상기 초전도 모터의 초저온 환경을 구현하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above objects, a propulsion device using a superconducting motor according to a first aspect of the present invention includes a storage tank in which cryogenic liquid hydrogen is stored; a fuel gas supply system that receives liquid hydrogen from the storage tank and adjusts the liquid hydrogen to a predetermined temperature and pressure state; a fuel cell that receives hydrogen at a predetermined temperature and pressure from the fuel gas supply system and receives oxygen from the outside to generate electricity; a battery for storing electricity generated by the fuel cell; and a superconducting motor driven by receiving electricity from the battery; and supplying the cooling heat of liquid hydrogen stored in the storage tank to the superconducting motor to implement an ultra-low temperature environment of the superconducting motor.
이때, 상기 저장탱크로부터 상기 초전도 모터로 공급된 액화수소 중 상기 초전도 모터의 초저온 환경을 구현하는데 사용된 액화수소를 제외한 나머지 액화수소는 상기 연료 가스 공급 시스템으로 공급될 수 있다.At this time, among the liquid hydrogen supplied to the superconducting motor from the storage tank, the remaining liquid hydrogen excluding the liquid hydrogen used to implement the ultra-low temperature environment of the superconducting motor may be supplied to the fuel gas supply system.
이러한 연료 가스 공급 시스템은 상기 연료 전지의 운전 조건에 맞게 액화수소의 온도와 압력을 조절할 수 있다.Such a fuel gas supply system may control the temperature and pressure of liquid hydrogen according to the operating conditions of the fuel cell.
또한, 상기 연료 전지는 고체 산화물 연료전지(SOFC) 또는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)로 구성될 수 있고, 상기 배터리는 리튬이온 배터리인 것이 바람직하다.In addition, the fuel cell may be composed of a solid oxide fuel cell (SOFC) or a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), and the battery is preferably a lithium ion battery.
한편, 본 발명의 제2관점에 따른 초전도 모터를 이용한 추진 방법은, 저장 탱크에 저장된 액화 수소를 연료 가스 공급 시스템으로 공급하고, 상기 연료 가스 공급 시스템에서 소정의 온도와 압력 상태가 되도록 상기 액화수소를 조절하며, 상기 연료 가스 공급 시스템에서 소정의 온도와 압력 상태로 된 수소를 연료 전지로 공급하여 전기를 생산하고, 상기 연료 전지에서 생산된 전기를 배터리에 저장하며, 상기 배터리로부터 전기를 공급받아 초전도 모터를 구동하도록 이루어지고, 상기 저장 탱크에 저장된 액화수소의 냉열을 상기 초전도 모터로 공급하여 상기 초전도 모터의 초저온 환경을 구현하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, in the propulsion method using the superconducting motor according to the second aspect of the present invention, liquid hydrogen stored in a storage tank is supplied to a fuel gas supply system, and the liquid hydrogen is at a predetermined temperature and pressure in the fuel gas supply system. to produce electricity by supplying hydrogen at a predetermined temperature and pressure from the fuel gas supply system to the fuel cell, storing the electricity produced in the fuel cell in a battery, and receiving electricity from the battery It is made to drive the superconducting motor, and supplies the cooling heat of liquid hydrogen stored in the storage tank to the superconducting motor to realize an ultra-low temperature environment of the superconducting motor.
이때, 상기 저장탱크로부터 상기 초전도 모터로 공급된 액화수소 중 상기 초전도 모터의 초저온 환경을 구현하는데 사용된 액화수소를 제외한 나머지 액화수소는 상기 연료 가스 공급 시스템으로 공급될 수 있다.At this time, among the liquid hydrogen supplied to the superconducting motor from the storage tank, the remaining liquid hydrogen excluding the liquid hydrogen used to implement the ultra-low temperature environment of the superconducting motor may be supplied to the fuel gas supply system.
이러한 연료 가스 공급 시스템은 상기 연료 전지의 운전 조건에 맞게 액화수소의 온도와 압력을 조절할 수 있다.Such a fuel gas supply system may control the temperature and pressure of liquid hydrogen according to the operating conditions of the fuel cell.
또한, 상기 연료 전지는 고체 산화물 연료전지(SOFC) 또는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)로 구성될 수 있고, 상기 배터리는 리튬이온 배터리인 것이 바람직하다.In addition, the fuel cell may be composed of a solid oxide fuel cell (SOFC) or a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), and the battery is preferably a lithium ion battery.
본 발명의 제3관점에 따른 초전도 모터를 이용한 추진 장치를 구비한 액화수소 연료전지 추진 선박은, 초저온의 액화수소가 저장된 저장 탱크; 상기 저장 탱크로부터 액화수소를 공급받아 소정의 온도와 압력 상태가 되도록 상기 액화수소를 조절하는 연료 가스 공급 시스템; 상기 연료 가스 공급 시스템에서 소정의 온도와 압력 상태로 된 수소를 공급받고, 외부로부터 산소를 공급받아 전기를 생산하는 연료 전지; 상기 연료 전지에서 생산된 전기를 저장하는 배터리; 및 상기 배터리로부터 전기를 공급받아 구동하는 초전도 모터;를 포함하여 이루어진 초전도 모터를 이용한 추진 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.A liquid hydrogen fuel cell propulsion vessel having a propulsion device using a superconducting motor according to a third aspect of the present invention includes: a storage tank in which cryogenic liquid hydrogen is stored; a fuel gas supply system that receives liquid hydrogen from the storage tank and adjusts the liquid hydrogen to a predetermined temperature and pressure state; a fuel cell that receives hydrogen at a predetermined temperature and pressure from the fuel gas supply system and receives oxygen from the outside to generate electricity; a battery for storing electricity generated by the fuel cell; and a superconducting motor driven by receiving electricity from the battery; characterized in that it comprises a propulsion device using a superconducting motor comprising a.
이때, 상기 저장 탱크에 저장된 액화수소의 냉열을 상기 초전도 모터로 공급하여 상기 초전도 모터의 초저온 환경을 구현할 수 있다.In this case, by supplying the cooling heat of the liquid hydrogen stored in the storage tank to the superconducting motor, it is possible to implement an ultra-low temperature environment of the superconducting motor.
또한, 상기 저장탱크로부터 상기 초전도 모터로 공급된 액화수소 중 상기 초전도 모터의 초저온 환경을 구현하는데 사용된 액화수소를 제외한 나머지 액화수소는 상기 연료 가스 공급 시스템으로 공급될 수 있다.In addition, of the liquid hydrogen supplied to the superconducting motor from the storage tank, the remaining liquid hydrogen excluding the liquid hydrogen used to implement the ultra-low temperature environment of the superconducting motor may be supplied to the fuel gas supply system.
아울러, 상기 연료 가스 공급 시스템은 상기 연료 전지의 운전 조건에 맞게 액화수소의 온도와 압력을 조절할 수 있다.In addition, the fuel gas supply system may adjust the temperature and pressure of liquid hydrogen according to the operating conditions of the fuel cell.
게다가, 상기 연료 전지는 고체 산화물 연료전지(SOFC) 또는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)로 구성될 수 있고, 상기 배터리는 리튬이온 배터리인 것이 바람직하다.Furthermore, the fuel cell may be composed of a solid oxide fuel cell (SOFC) or a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), and the battery is preferably a lithium ion battery.
기타 실시예의 구체적인 사항은 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 및 첨부 "도면"에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in "Details for carrying out the invention" and the accompanying "drawings".
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 각종 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.Advantages and/or features of the present invention, and methods of achieving them, will become apparent with reference to the various embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 각 실시예의 구성만으로 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로도 구현될 수도 있으며, 단지 본 명세서에서 개시한 각각의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐임을 알아야 한다.However, the present invention is not limited to the configuration of each embodiment disclosed below, but may also be implemented in a variety of different forms, and each embodiment disclosed in this specification only makes the disclosure of the present invention complete, It is provided to fully inform those of ordinary skill in the art to which the invention pertains to the scope of the present invention, and it should be understood that the present invention is only defined by the scope of each claim.
전술한 과제의 해결수단에 의하면 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.According to the means for solving the above problems, the present invention has the following effects.
본 발명은 액화수소의 냉열을 초전도 모터로 공급하여 초전도 모터의 초저온 환경을 구현함으로써, 별도의 냉각 시스템이 필요없기 때문에 추진 장치 자체의 크기를 감소시킬 수 있고, 추진 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.The present invention supplies the cooling heat of liquid hydrogen to the superconducting motor to realize the ultra-low temperature environment of the superconducting motor, so that a separate cooling system is not required, so the size of the propulsion device itself can be reduced and the propulsion efficiency can be increased. there is.
도 1은 종래 기술에 따른 액화수소 연료전지 추진 선박의 연료공급 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 선박 배기가스를 이용한 수소생성 및 수소 연료전지가 적용된 선박의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 종래 기술에 따른 액화수소 연료전지 추진 선박의 추진 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 7은 종래의 액화수소 추진선박을 나타낸 도면들이다.
도 8은 초전도 모터기술을 적용한 종래의 액화수소 추진선박의 추진 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9은 도 8의 추진 장치에서 냉각 시스템을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9에서 로터의 구조와 냉각 루트를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명에 따른 액화수소 연료전지 추진 선박의 추진 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 10에 도시된 도면부호는 해당 종래 기술의 구성요소들을 지칭하는 것이고, 도 11에 도시된 도면부호는 본 발명의 구성요소들을 지칭하는 것으로서, 도 1 내지 도 11의 도면부호가 동일하더라도 이는 서로 다른 구성요소를 지칭하는 것임을 밝혀둔다.1 is a diagram schematically showing the configuration of a fuel supply system for a liquid hydrogen fuel cell propulsion vessel according to the prior art.
2 is a view showing the configuration of a ship to which hydrogen generation using ship exhaust gas and a hydrogen fuel cell according to the prior art are applied.
3 is a view showing the configuration of a propulsion apparatus of a liquid hydrogen fuel cell propulsion vessel according to the prior art.
4 to 7 are views showing a conventional liquefied hydrogen propulsion ship.
8 is a view showing the configuration of a conventional propulsion device of a liquid hydrogen propulsion ship to which superconducting motor technology is applied.
9 is a view showing a cooling system in the propulsion device of FIG.
10 is a view showing the structure and cooling route of the rotor in FIG. 9 .
11 is a view showing the configuration of a propulsion apparatus for a liquid hydrogen fuel cell propulsion ship according to the present invention.
The reference numerals shown in FIGS. 1 to 10 refer to components of the corresponding prior art, and the reference numerals shown in FIG. 11 refer to components of the present invention, and the reference numerals in FIGS. 1 to 11 are the same. However, it should be pointed out that this refers to different components.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명을 상세하게 설명하기 전에, 본 명세서에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 무조건 한정하여 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 발명자가 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 각종 용어의 개념을 적절하게 정의하여 사용할 수 있고, 더 나아가 이들 용어나 단어는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 함을 알아야 한다.Before describing the present invention in detail, the terms or words used in this specification should not be construed as being unconditionally limited to their ordinary or dictionary meanings, and in order for the inventor of the present invention to explain his invention in the best way It should be understood that the concepts of various terms can be appropriately defined and used, and furthermore, these terms or words should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical idea of the present invention.
즉, 본 명세서에서 사용된 용어는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해서 사용되는 것일 뿐이고, 본 발명의 내용을 구체적으로 한정하려는 의도로 사용된 것이 아니며, 이들 용어는 본 발명의 여러 가지 가능성을 고려하여 정의된 용어임을 알아야 한다.That is, the terms used herein are only used to describe preferred embodiments of the present invention, and are not used for the purpose of specifically limiting the content of the present invention, and these terms represent various possibilities of the present invention. It should be noted that the term has been defined with consideration in mind.
또한, 본 명세서에 있어서, 단수의 표현은 문맥상 명확하게 다른 의미로 지시하지 않는 이상, 복수의 표현을 포함할 수 있으며, 유사하게 복수로 표현되어 있다고 하더라도 단수의 의미를 포함할 수 있음을 알아야 한다.In addition, in the present specification, it should be noted that, unless the context clearly indicates otherwise, the expression in the singular may include a plurality of expressions, and even if it is similarly expressed in plural, it may include the meaning of the singular. do.
본 명세서의 전체에 걸쳐서 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소를 "포함"한다고 기재하는 경우에는, 특별히 반대되는 의미의 기재가 없는 한 임의의 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 임의의 다른 구성 요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미할 수 있다.When it is stated throughout this specification that a component "includes" another component, it does not exclude any other component, but further includes any other component unless otherwise stated. It could mean that you can.
더 나아가서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재한 경우에는, 이 구성 요소가 다른 구성 요소와 직접적으로 연결되어 있거나 접촉하여 설치되어 있을 수 있고, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있을 수도 있으며, 일정한 거리를 두고 이격되어 설치되어 있는 경우에 대해서는 해당 구성 요소를 다른 구성 요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재할 수 있으며, 이 제 3의 구성 요소 또는 수단에 대한 설명은 생략될 수도 있음을 알아야 한다.Furthermore, when it is described that a component is "exists in or connected to" of another component, this component may be directly connected to or installed in contact with another component, and a certain It may be installed spaced apart at a distance, and in the case of being installed spaced apart by a certain distance, a third component or means for fixing or connecting the component to another component may exist, and now It should be noted that the description of the components or means of 3 may be omitted.
반면에, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결"되어 있다거나, 또는 "직접 접속"되어 있다고 기재되는 경우에는, 제 3의 구성 요소 또는 수단이 존재하지 않는 것으로 이해하여야 한다.On the other hand, when it is described that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that the third element or means does not exist.
마찬가지로, 각 구성 요소 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 " ~ 사이에"와 "바로 ~ 사이에", 또는 " ~ 에 이웃하는"과 " ~ 에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지의 취지를 가지고 있는 것으로 해석되어야 한다.Likewise, other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "immediately between", or "adjacent to" and "directly adjacent to", have the same meaning. should be interpreted as
또한, 본 명세서에 있어서 "일면", "타면", "일측", "타측", "제 1", "제 2" 등의 용어는, 사용된다면, 하나의 구성 요소에 대해서 이 하나의 구성 요소가 다른 구성 요소로부터 명확하게 구별될 수 있도록 하기 위해서 사용되며, 이와 같은 용어에 의해서 해당 구성 요소의 의미가 제한적으로 사용되는 것은 아님을 알아야 한다.In addition, in this specification, terms such as "one side", "other side", "one side", "other side", "first", "second", etc., if used, for one component, this single component It is used to be clearly distinguished from other components, and it should be understood that the meaning of the component is not limitedly used by such terms.
또한, 본 명세서에서 "상", "하", "좌", "우" 등의 위치와 관련된 용어는, 사용된다면, 해당 구성 요소에 대해서 해당 도면에서의 상대적인 위치를 나타내고 있는 것으로 이해하여야 하며, 이들의 위치에 대해서 절대적인 위치를 특정하지 않는 이상은, 이들 위치 관련 용어가 절대적인 위치를 언급하고 있는 것으로 이해하여서는 아니된다.In addition, in the present specification, terms related to positions such as "upper", "lower", "left", and "right", if used, should be understood as indicating a relative position in the drawing with respect to the corresponding component, Unless an absolute position is specified with respect to their position, these position-related terms should not be construed as referring to an absolute position.
더욱이, 본 발명의 명세서에서는, "…부", "…기", "모듈", "장치" 등의 용어는, 사용된다면, 하나 이상의 기능이나 동작을 처리할 수 있는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있음을 알아야 한다.Moreover, in the specification of the present invention, terms such as “…unit”, “…group”, “module”, “device”, etc., if used, mean a unit capable of processing one or more functions or operations, which means hardware Alternatively, it should be understood that it may be implemented in software, or a combination of hardware and software.
또한, 본 명세서에서는 각 도면의 각 구성 요소에 대해서 그 도면 부호를 명기함에 있어서, 동일한 구성 요소에 대해서는 이 구성 요소가 비록 다른 도면에 표시되더라도 동일한 도면 부호를 가지고 있도록, 즉 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 지시하고 있다.In addition, in this specification, in specifying the reference numerals for each component in each drawing, the same component has the same reference number even if the component is indicated in different drawings, that is, the same reference throughout the specification. Symbols indicate identical components.
본 명세서에 첨부된 도면에서 본 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 본 발명의 사상을 충분히 명확하게 전달할 수 있도록 하기 위해서 또는 설명의 편의를 위해서 일부 과장 또는 축소되거나 생략되어 기술되어 있을 수 있고, 따라서 그 비례나 축척은 엄밀하지 않을 수 있다.In the drawings attached to this specification, the size, position, coupling relationship, etc. of each component constituting the present invention are partially exaggerated, reduced, or omitted in order to convey the spirit of the present invention sufficiently clearly or for convenience of explanation. may be described, and therefore the proportion or scale may not be exact.
또한, 이하에서, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 구성, 예를 들어, 종래 기술을 포함하는 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략될 수도 있다.In addition, in the following, in describing the present invention, a detailed description of a configuration determined to unnecessarily obscure the gist of the present invention, for example, a detailed description of a known technology including the prior art may be omitted.
도 11은 본 발명에 따른 액화수소 연료전지 추진 선박의 추진 장치의 구성을 나타낸 도면이다.11 is a view showing the configuration of a propulsion apparatus for a liquid hydrogen fuel cell propulsion ship according to the present invention.
본 발명에 따른 초전도 모터를 이용한 추진 장치는, 도 11에 도시된 바와 같이 저장 탱크(1), 연료 가스 공급 시스템(2), 연료 전지(3), 배터리(4) 및 초전도 모터(5)를 포함하여 이루어진다.A propulsion device using a superconducting motor according to the present invention includes a storage tank 1, a fuel
저장 탱크(1)는 초저온의 액화수소가 저장된 것으로서, 수소취화 저항성과 극저온에 견디는 능력이 우수하고, 높은 강도 및 밀도를 갖는 재료로 만들어진다.The storage tank 1 stores cryogenic liquid hydrogen, has excellent resistance to hydrogen embrittlement and ability to withstand cryogenic temperatures, and is made of a material having high strength and density.
저장탱크(1)에 저장된 액화수소는 -253℃(20.15K) 이하의 극저온에서 액체 상태로 있으며, 선박 주변 환경의 온도인 대략 20℃(293.15K)의 열 침입에 의해 저장탱크(1)의 액화수소가 기화되어 기화가스(BOG; boil off gas)가 발생하게 된다.The liquid hydrogen stored in the storage tank 1 is in a liquid state at a cryogenic temperature of -253 ° C. (20.15 K) or less, and the temperature of the storage tank 1 is Liquid hydrogen is vaporized to generate boil off gas (BOG).
발생한 기화가스, 즉 기화된 수소 가스는 저장탱크(1)와 연결된 배관을 통해서 연료 가스 공급 시스템(2)으로 이송된다.The generated vaporized gas, ie, vaporized hydrogen gas, is transferred to the fuel
연료 가스 공급 시스템(2)은 저장 탱크(1)로부터 액화수소를 공급받아 소정의 온도와 압력 상태가 되도록 액화수소를 조절한다.The fuel
즉, 연료 가스 공급 시스템(2)은 후술할 연료 전지(3)의 운전 조건에 맞게 액화수소의 온도와 압력을 조절할 수 있도록 이루어진다.That is, the fuel
연료 전지(3)는 연료 가스 공급 시스템(2)에서 소정의 온도와 압력 상태로 된 수소를 공급받고, 외부로부터 산소를 공급받아 전기를 생산하는 것으로서, 고체 산화물 연료전지(SOFC) 또는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)로 구성될 수 있다.The
구체적으로, 연료전지(3)는 공기가 공급되는 공기극(cathode)과 수소가 포함된 연료가 공급되는 연료극(anode) 사이에 전해질(electrolyte)층이 형성되고, 연료극(anode)과 공기극(cathode)에는 수소공급 및 공기공급, 열회수를 위한 분리판(separator)이 설치되어 있는 단위전지 모듈을 직렬 연결하는 형태로 구성할 수 있다.Specifically, in the
배터리(4)는 연료 전지(3)에서 생산된 전기를 저장하는 것으로서, 리튬이온 배터리인 것이 바람직하다.The
초전도 모터(5)는 배터리(4)로부터 전기를 공급받아 구동하여 선박의 추진력을 발생시킨다.The
초전도(superconduction)는 특정 온도 이하에서 물질의 전기저항과 내부 자속밀도가 0이 되는 현상을 초전도라 하며, 이러한 물질을 초전도체(superconductor)라고 한다.Superconduction is a phenomenon in which electrical resistance and internal magnetic flux density of a material become zero below a certain temperature is called superconduction, and such a material is called a superconductor.
1911년에 네덜란드의 과학자 카멜린 오네스(Heike Kamerlingh Onnes, 1853 ~ 1926)는 액체 헬륨을 이용하여 고체 수은의 저항을 측정하는 실험하던 중 절대온도 4.2 K(-268.95℃)에서 수은의 전기 저항이 0이 되는 초전도 현상을 처음으로 발견하였다.In 1911, Dutch scientist Heike Kamerlingh Onnes (1853-1926) was conducting an experiment to measure the resistance of solid mercury using liquid helium. For the first time, superconductivity was discovered.
초전도 현상이 일어나는 특정온도를 임계온도라 하는데 1913년에 납의 임계온도가 -266.15℃(7K)임을 측정하였고, 1941년에는 질화 나이오븀(NbNi)의 임계온도가 -257.15℃(16K)임을 확인하였다.The specific temperature at which superconductivity occurs is called the critical temperature. In 1913, it was measured that the critical temperature of lead was -266.15℃ (7K), and in 1941, it was confirmed that the critical temperature of niobium nitride (NbNi) was -257.15℃ (16K). .
초전도현상은 다양한 종류의 물질에서 나타나며, 수은과 납같이 한 가지 원소로 된 물질, 나이오븀-타이타늄, 질화 나이오븀과 같은 합금이나 이붕화 마그네슘 등의 세라믹과 함께 풀러렌, 탄소나노튜브와 같은 유기화합물에서도 초전도 현상이 발견되었다.Superconductivity occurs in various types of materials, and organic compounds such as fullerenes and carbon nanotubes, together with single element materials such as mercury and lead, alloys such as niobium-titanium and niobium nitride, and ceramics such as magnesium diboride. Superconductivity was also found in
한편, 초전도 현상은 금이나 은 등의 귀금속에서는 나타나지 않고, 순수하게 강자성을 띠는 금속에서도 나타나지 않는다.On the other hand, superconductivity does not appear in noble metals such as gold or silver, and does not appear in purely ferromagnetic metals.
구리나 은과 같은 도체는 절대 영도 근처에서도 실제 시료의 저항은 어느 값 이하로 감소하지 않지만, 초전도체는 임계온도 아래로 내려가면 갑자기 저항이 0으로 감소한다.In conductors such as copper and silver, the resistance of the actual sample does not decrease below a certain value even near absolute zero.
이와 함께 초전도체에 임계 자기장 이상의 외부 자기장을 가하면 초전도 특성을 잃어버리고 정상 상태로의 전이가 일어난다.At the same time, if an external magnetic field greater than the critical magnetic field is applied to the superconductor, the superconducting property is lost and a transition to a normal state occurs.
초전도체의 비열과 초전도성이 깨질 때 임계온도, 임계 자기장 등은 물질마다 다르지만 이와 상관없이 초전도체이면 가지는 공통적인 성질들이 있다.When the specific heat and superconductivity of a superconductor are broken, the critical temperature and critical magnetic field are different for each material, but regardless of this, superconductors have common properties.
예를 들어 자기장이 없을 때 초전도체는 작은 전류에 대하여 정확하게 0인 저항을 가진다.For example, in the absence of a magnetic field, a superconductor has exactly zero resistance to small currents.
이러한 공통적인 성질을 통해 초전도성이 열역학적으로 하나의 구분되는 상(phase)임을 알려준다.These common properties indicate that superconductivity is a thermodynamically distinct phase.
초전도체는 전압이 인가되지 않은 상태에서도 전류를 유지할 수 있으며, 실험에 따르면 초전도 코일은 측정 가능한 감소가 없이 전류를 10만년 이상 유지할 수 있음이 확인되었다.Superconductors can sustain current even when no voltage is applied, and experiments have confirmed that superconducting coils can sustain current for more than 100,000 years without a measurable decrease.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 저장 탱크(1)에 저장된 초저온의 액화수소의 냉열을 초전도 모터(5)로 공급하여 초전도 모터(5)의 초저온 환경을 구현하는 것을 특징으로 한다.The present invention having such a configuration is characterized in that the ultra-low temperature environment of the
이때, 저장탱크(1)로부터 초전도 모터(5)로 공급된 액화수소 중 초전도 모터(5)의 초저온 환경을 구현하는데 사용된 액화수소를 제외한 나머지 액화수소는 연료 가스 공급 시스템(2)으로 공급될 수 있다.At this time, among the liquid hydrogen supplied from the storage tank 1 to the
이처럼 액화수소의 냉열을 초전도 모터(5)로 공급하여 초전도 모터(5)의 초저온 환경을 구현함으로써, 별도의 냉각 시스템이 필요없기 때문에 추진 장치 자체의 크기를 감소시킬 수 있고, 추진 효율을 증대시킬 수 있게 된다.As such, by supplying the cooling heat of liquid hydrogen to the
한편, 본 발명에 따른 초전도 모터를 이용한 추진 방법은, 저장 탱크(1)에 저장된 액화 수소를 연료 가스 공급 시스템(2)으로 공급하고, 연료 가스 공급 시스템(2)에서 소정의 온도와 압력 상태가 되도록 액화수소를 조절하며, 연료 가스 공급 시스템(2)에서 소정의 온도와 압력 상태로 된 수소를 연료 전지(3)로 공급하여 전기를 생산하고, 연료 전지(3)에서 생산된 전기를 배터리(4)에 저장하며, 배터리(4)로부터 전기를 공급받아 초전도 모터(5)를 구동하도록 이루어진다.On the other hand, in the propulsion method using the superconducting motor according to the present invention, liquid hydrogen stored in the storage tank 1 is supplied to the fuel
이때, 저장 탱크(1)에 저장된 액화수소의 냉열을 초전도 모터(5)로 공급하여 초전도 모터(5)의 초저온 환경을 구현하게 된다.At this time, the cold heat of the liquid hydrogen stored in the storage tank 1 is supplied to the
이처럼 액화수소의 냉열을 초전도 모터(5)로 공급하여 초전도 모터(5)의 초저온 환경을 구현함으로써, 별도의 냉각 시스템이 필요없기 때문에 추진 장치 자체의 크기를 감소시킬 수 있고, 추진 효율을 증대시킬 수 있게 된다.As such, by supplying the cooling heat of liquid hydrogen to the
한편, 저장 탱크(1)는 초저온의 액화수소가 저장된 것으로서, 수소취화 저항성과 극저온에 견디는 능력이 우수하고, 높은 강도 및 밀도를 갖는 재료로 만들어진다.On the other hand, the storage tank 1 is to store cryogenic liquid hydrogen, has excellent hydrogen embrittlement resistance and ability to withstand cryogenic temperatures, and is made of a material having high strength and density.
또한, 저장탱크(1)로부터 초전도 모터(5)로 공급된 액화수소 중 초전도 모터(5)의 초저온 환경을 구현하는데 사용된 액화수소를 제외한 나머지 액화수소는 연료 가스 공급 시스템(2)으로 공급될 수 있다.In addition, of the liquid hydrogen supplied from the storage tank 1 to the
이러한 연료 가스 공급 시스템(2)은 연료 전지(3)의 운전 조건에 맞게 액화수소의 온도와 압력을 조절할 수 있다.The fuel
아울러, 연료 전지(3)는 고체 산화물 연료전지(SOFC) 또는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)로 구성될 수 있다.In addition, the
구체적으로, 연료전지(3)는 공기가 공급되는 공기극(cathode)과 수소가 포함된 연료가 공급되는 연료극(anode) 사이에 전해질(electrolyte)층이 형성되고, 연료극(anode)과 공기극(cathode)에는 수소공급 및 공기공급, 열회수를 위한 분리판(separator)이 설치되어 있는 단위전지 모듈을 직렬 연결하는 형태로 구성할 수 있다.Specifically, in the
한편, 배터리(4)는 리튬이온 배터리인 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that the
본 발명에 따른 초전도 모터를 이용한 추진 장치를 구비한 액화수소 연료전지 추진 선박은, 초저온의 액화수소가 저장된 저장 탱크(1); 저장 탱크(1)로부터 액화수소를 공급받아 소정의 온도와 압력 상태가 되도록 액화수소를 조절하는 연료 가스 공급 시스템(2); 연료 가스 공급 시스템(2)에서 소정의 온도와 압력 상태로 된 수소를 공급받고, 외부로부터 산소를 공급받아 전기를 생산하는 연료 전지(3); 연료 전지(3)에서 생산된 전기를 저장하는 배터리(4); 및 배터리(4)로부터 전기를 공급받아 구동하는 초전도 모터(5);를 포함하여 이루어진 초전도 모터를 이용한 추진 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.A liquid hydrogen fuel cell propulsion vessel having a propulsion device using a superconducting motor according to the present invention includes: a storage tank (1) in which cryogenic liquid hydrogen is stored; a fuel gas supply system (2) for receiving liquid hydrogen from the storage tank (1) and adjusting the liquid hydrogen to a predetermined temperature and pressure state; a
이때, 저장 탱크(1)에 저장된 액화수소의 냉열을 초전도 모터(5)로 공급하여 초전도 모터(5)의 초저온 환경을 구현할 수 있다.At this time, by supplying the cooling heat of the liquid hydrogen stored in the storage tank (1) to the superconducting motor (5), it is possible to implement an ultra-low temperature environment of the superconducting motor (5).
또한, 저장탱크(1)로부터 초전도 모터(5)로 공급된 액화수소 중 초전도 모터(5)의 초저온 환경을 구현하는데 사용된 액화수소를 제외한 나머지 액화수소는 연료 가스 공급 시스템(2)으로 공급될 수 있다.In addition, of the liquid hydrogen supplied from the storage tank 1 to the
아울러, 연료 가스 공급 시스템(2)은 연료 전지(3)의 운전 조건에 맞게 액화수소의 온도와 압력을 조절할 수 있다.In addition, the fuel
게다가, 연료 전지(3)는 고체 산화물 연료전지(SOFC) 또는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)로 구성될 수 있고, 배터리(4)는 리튬이온 배터리로 마련될 수 있다.In addition, the
이상, 일부 예를 들어서 본 발명의 바람직한 여러 가지 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 "발명을 실시하기 위한 구체적인 내용" 항목에 기재된 여러 가지 다양한 실시예에 관한 설명은 예시적인 것에 불과한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이상의 설명으로부터 본 발명을 다양하게 변형하여 실시하거나 본 발명과 균등한 실시를 행할 수 있다는 점을 잘 이해하고 있을 것이다.In the above, although several preferred embodiments of the present invention have been described with some examples, the description of various various embodiments described in the "Specific Contents for Carrying Out the Invention" item is merely exemplary, and the present invention Those of ordinary skill in the art will understand well that the present invention can be practiced with various modifications or equivalents to the present invention from the above description.
또한, 본 발명은 다른 다양한 형태로 구현될 수 있기 때문에 본 발명은 상술한 설명에 의해서 한정되는 것이 아니며, 이상의 설명은 본 발명의 개시 내용이 완전해지도록 하기 위한 것으로 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이며, 본 발명은 청구범위의 각 청구항에 의해서 정의될 뿐임을 알아야 한다.In addition, since the present invention can be implemented in various other forms, the present invention is not limited by the above description, and the above description is intended to complete the disclosure of the present invention, and is usually It should be understood that this is only provided to fully inform those with knowledge of the scope of the present invention, and that the present invention is only defined by each of the claims.
1 : 저장 탱크
2 : 연료 가스 공급 시스템
3 : 연료 전지
4 : 배터리
5 : 초전도 모터1: storage tank
2: Fuel gas supply system
3: fuel cell
4: battery
5: superconducting motor
Claims (16)
상기 저장 탱크로부터 액화수소를 공급받아 소정의 온도와 압력 상태가 되도록 상기 액화수소를 조절하는 연료 가스 공급 시스템;
상기 연료 가스 공급 시스템에서 소정의 온도와 압력 상태로 된 수소를 공급받고, 외부로부터 산소를 공급받아 전기를 생산하는 연료 전지;
상기 연료 전지에서 생산된 전기를 저장하는 배터리; 및
상기 배터리로부터 전기를 공급받아 구동하는 초전도 모터;를 포함하고,
상기 저장 탱크에 저장된 액화수소의 냉열을 상기 초전도 모터로 공급하여 상기 초전도 모터의 초저온 환경을 구현하며,
상기 저장탱크로부터 상기 초전도 모터로 공급된 액화수소 중 상기 초전도 모터의 초저온 환경을 구현하는데 사용된 액화수소를 제외한 나머지 액화수소는 상기 연료 가스 공급 시스템으로 공급되는 것을 특징으로 하는,
초전도 모터를 이용한 추진 장치.
a storage tank in which cryogenic liquid hydrogen is stored;
a fuel gas supply system that receives liquid hydrogen from the storage tank and adjusts the liquid hydrogen to a predetermined temperature and pressure state;
a fuel cell that receives hydrogen at a predetermined temperature and pressure from the fuel gas supply system and receives oxygen from the outside to generate electricity;
a battery for storing electricity generated by the fuel cell; and
Includes; superconducting motor driven by receiving electricity from the battery;
Supplying the cooling heat of the liquid hydrogen stored in the storage tank to the superconducting motor to implement an ultra-low temperature environment of the superconducting motor,
Of the liquid hydrogen supplied to the superconducting motor from the storage tank, the remaining liquid hydrogen excluding the liquid hydrogen used to implement the ultra-low temperature environment of the superconducting motor is supplied to the fuel gas supply system, characterized in that,
A propulsion device using a superconducting motor.
상기 연료 가스 공급 시스템은
상기 연료 전지의 운전 조건에 맞게 액화수소의 온도와 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는,
초전도 모터를 이용한 추진 장치.
The method according to claim 1,
The fuel gas supply system is
Characterized in that the temperature and pressure of the liquid hydrogen are adjusted according to the operating conditions of the fuel cell,
A propulsion device using a superconducting motor.
상기 연료 전지는
고체 산화물 연료전지(SOFC) 또는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)로 구성된 것을 특징으로 하는,
초전도 모터를 이용한 추진 장치.
The method according to claim 1,
The fuel cell is
Characterized in that it is composed of a solid oxide fuel cell (SOFC) or a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC),
A propulsion device using a superconducting motor.
상기 배터리는
리튬이온 배터리인 것을 특징으로 하는,
초전도 모터를 이용한 추진 장치.
The method according to claim 1,
the battery is
Characterized in that it is a lithium-ion battery,
A propulsion device using a superconducting motor.
상기 연료 가스 공급 시스템에서 소정의 온도와 압력 상태가 되도록 상기 액화수소를 조절하며,
상기 연료 가스 공급 시스템에서 소정의 온도와 압력 상태로 된 수소를 연료 전지로 공급하여 전기를 생산하고,
상기 연료 전지에서 생산된 전기를 배터리에 저장하며,
상기 배터리로부터 전기를 공급받아 초전도 모터를 구동하도록 이루어지고,
상기 저장 탱크에 저장된 액화수소의 냉열을 상기 초전도 모터로 공급하여 상기 초전도 모터의 초저온 환경을 구현하며,
상기 저장탱크로부터 상기 초전도 모터로 공급된 액화수소 중 상기 초전도 모터의 초저온 환경을 구현하는데 사용된 액화수소를 제외한 나머지 액화수소는 상기 연료 가스 공급 시스템으로 공급되는 것을 특징으로 하는,
초전도 모터를 이용한 추진 방법.
supplying the liquid hydrogen stored in the storage tank to the fuel gas supply system,
Adjusting the liquid hydrogen to a predetermined temperature and pressure state in the fuel gas supply system,
In the fuel gas supply system, hydrogen at a predetermined temperature and pressure is supplied to the fuel cell to produce electricity,
Storing the electricity produced by the fuel cell in a battery,
It is made to drive the superconducting motor by receiving electricity from the battery,
Supplying the cooling heat of the liquid hydrogen stored in the storage tank to the superconducting motor to implement an ultra-low temperature environment of the superconducting motor,
Of the liquid hydrogen supplied to the superconducting motor from the storage tank, the remaining liquid hydrogen excluding the liquid hydrogen used to implement the ultra-low temperature environment of the superconducting motor is supplied to the fuel gas supply system, characterized in that,
A propulsion method using a superconducting motor.
상기 연료 가스 공급 시스템은
상기 연료 전지의 운전 조건에 맞게 액화수소의 온도와 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는,
초전도 모터를 이용한 추진 방법.
7. The method of claim 6,
The fuel gas supply system is
Characterized in that the temperature and pressure of the liquid hydrogen are adjusted according to the operating conditions of the fuel cell,
A propulsion method using a superconducting motor.
상기 연료 전지는
고체 산화물 연료전지(SOFC) 또는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)로 구성된 것을 특징으로 하는,
초전도 모터를 이용한 추진 방법.
7. The method of claim 6,
The fuel cell is
Characterized in that it is composed of a solid oxide fuel cell (SOFC) or a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC),
A propulsion method using a superconducting motor.
상기 배터리는
리튬이온 배터리인 것을 특징으로 하는,
초전도 모터를 이용한 추진 방법.
7. The method of claim 6,
the battery is
Characterized in that it is a lithium-ion battery,
A propulsion method using a superconducting motor.
상기 저장 탱크로부터 액화수소를 공급받아 소정의 온도와 압력 상태가 되도록 상기 액화수소를 조절하는 연료 가스 공급 시스템;
상기 연료 가스 공급 시스템에서 소정의 온도와 압력 상태로 된 수소를 공급받고, 외부로부터 산소를 공급받아 전기를 생산하는 연료 전지;
상기 연료 전지에서 생산된 전기를 저장하는 배터리; 및
상기 배터리로부터 전기를 공급받아 구동하는 초전도 모터;를 포함하여 이루어진 초전도 모터를 이용한 추진 장치를 구비하고,
상기 저장 탱크에 저장된 액화수소의 냉열을 상기 초전도 모터로 공급하여 상기 초전도 모터의 초저온 환경을 구현하며,
상기 저장탱크로부터 상기 초전도 모터로 공급된 액화수소 중 상기 초전도 모터의 초저온 환경을 구현하는데 사용된 액화수소를 제외한 나머지 액화수소는 상기 연료 가스 공급 시스템으로 공급되는 것을 특징으로 하는,
액화수소 연료전지 추진 선박.
a storage tank in which cryogenic liquid hydrogen is stored;
a fuel gas supply system that receives liquid hydrogen from the storage tank and adjusts the liquid hydrogen to a predetermined temperature and pressure state;
a fuel cell that receives hydrogen at a predetermined temperature and pressure from the fuel gas supply system and receives oxygen from the outside to generate electricity;
a battery for storing electricity generated by the fuel cell; and
Provided with a propulsion device using a superconducting motor comprising; a superconducting motor for driving by receiving electricity from the battery,
Supplying the cooling heat of the liquid hydrogen stored in the storage tank to the superconducting motor to implement an ultra-low temperature environment of the superconducting motor,
Of the liquid hydrogen supplied to the superconducting motor from the storage tank, the remaining liquid hydrogen excluding the liquid hydrogen used to implement the ultra-low temperature environment of the superconducting motor is supplied to the fuel gas supply system, characterized in that,
Liquid hydrogen fuel cell propulsion vessel.
상기 연료 가스 공급 시스템은
상기 연료 전지의 운전 조건에 맞게 액화수소의 온도와 압력을 조절하는 것을 특징으로 하는,
액화수소 연료전지 추진 선박.
12. The method of claim 11,
The fuel gas supply system is
Characterized in that the temperature and pressure of the liquid hydrogen are adjusted according to the operating conditions of the fuel cell,
Liquid hydrogen fuel cell propulsion vessel.
상기 연료 전지는
고체 산화물 연료전지(SOFC) 또는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)로 구성된 것을 특징으로 하는,
액화수소 연료전지 추진 선박.
12. The method of claim 11,
The fuel cell is
Characterized in that it is composed of a solid oxide fuel cell (SOFC) or a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC),
Liquid hydrogen fuel cell propulsion vessel.
상기 배터리는
리튬이온 배터리인 것을 특징으로 하는,
액화수소 연료전지 추진 선박.12. The method of claim 11,
the battery is
Characterized in that it is a lithium-ion battery,
Liquid hydrogen fuel cell propulsion vessel.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210108520A KR102371001B1 (en) | 2021-08-18 | 2021-08-18 | Propulsion apparatus and propulsion method using superconducting motor, and liquefied hydrogen fuel cell propulsion ship having propulsion apparatus using superconducting motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210108520A KR102371001B1 (en) | 2021-08-18 | 2021-08-18 | Propulsion apparatus and propulsion method using superconducting motor, and liquefied hydrogen fuel cell propulsion ship having propulsion apparatus using superconducting motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102371001B1 true KR102371001B1 (en) | 2022-03-11 |
Family
ID=80814413
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210108520A KR102371001B1 (en) | 2021-08-18 | 2021-08-18 | Propulsion apparatus and propulsion method using superconducting motor, and liquefied hydrogen fuel cell propulsion ship having propulsion apparatus using superconducting motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102371001B1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005057930A (en) * | 2003-08-06 | 2005-03-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Motor-cooling structure of superconducting-motor automobile |
| JP2018092815A (en) * | 2016-12-05 | 2018-06-14 | スズキ株式会社 | Fuel cell ship |
| KR102122023B1 (en) | 2019-02-22 | 2020-06-12 | 부산대학교 산학협력단 | Fuel Supply System of Liquefied Hydrogen Fuel Cell Propulsion Ship And Method for Operating the Same |
-
2021
- 2021-08-18 KR KR1020210108520A patent/KR102371001B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005057930A (en) * | 2003-08-06 | 2005-03-03 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Motor-cooling structure of superconducting-motor automobile |
| JP2018092815A (en) * | 2016-12-05 | 2018-06-14 | スズキ株式会社 | Fuel cell ship |
| KR102122023B1 (en) | 2019-02-22 | 2020-06-12 | 부산대학교 산학협력단 | Fuel Supply System of Liquefied Hydrogen Fuel Cell Propulsion Ship And Method for Operating the Same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102638281B1 (en) | Hydrogen and Liquefied Gas Carrier | |
| Nøland | Hydrogen Electric Airplanes: A disruptive technological path to clean up the aviation sector | |
| US9593881B2 (en) | Superconducting system for enhanced natural gas production | |
| KR102147544B1 (en) | Fuel Storage System for Hydrogen Propulsion Conrainer Ship | |
| EP3626598A1 (en) | A zero emission power generation sailing ship | |
| Sezgin et al. | Hydrogen energy systems for underwater applications | |
| US20230159176A1 (en) | Motor drive system | |
| KR102188456B1 (en) | System using cold energy | |
| US10577067B1 (en) | Zero emission power generation sailing ship | |
| Raugel et al. | Sea experiment of a survey AUV powered by a fuel cell system | |
| KR102371001B1 (en) | Propulsion apparatus and propulsion method using superconducting motor, and liquefied hydrogen fuel cell propulsion ship having propulsion apparatus using superconducting motor | |
| KR101291115B1 (en) | Fuel cell generating system and ship having the same | |
| KR102578402B1 (en) | Boil-Off Gas Proceeding System for Liquefied Hydrogen Carrier | |
| JPH02109792A (en) | Liquefied gas transport ship | |
| Hirabayashi et al. | Feasibility of hydrogen cooled superconducting magnets | |
| Zhan | Current Status and Future Development of Fuel Cell Ships in China | |
| KR102578403B1 (en) | Boil-Off Gas Proceeding System for Liquefied Hydrogen Carrier | |
| Makida et al. | Design of SMES system with liquid hydrogen for emergency purpose | |
| JPH03248995A (en) | Propelling system for ship | |
| Brighton et al. | The use of fuel cells to enhance the underwater performance of conventional diesel electric submarines | |
| KR101239323B1 (en) | Liqufied gas vessel having an electric system | |
| JPS6271794A (en) | Electromagnetic propulsion ship | |
| Cheetham et al. | Feasibility of superconducting gas-insulated transmission lines for electric aviation applications | |
| KR20230024131A (en) | Hydrogen propulsion hydrogen cargo carrier | |
| KR20240043479A (en) | Liquefied Hydrogen-fueled Power Generation System For Ship |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |