KR102386447B1 - 연료전지와 하이브리드 추진 장치를 구비한 하이브리드 추진 선박 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지에서 발생하는 두 가지 형태의 에너지인 전력과 열을 모두 활용하되 열에 의하여 구동되는 증기 터빈 동력원을 주동력원으로 하고, 전력에 의하여 구동되는 전기 모터 동력원을 보조동력원으로 하여, 이들 중 어느 하나 또는 이들 모두에 의하여 프로펠러가 회전되어 추진력을 얻도록 하여 친환경적이면서도 고효율로 추진이 가능한 하이브리드 추진 선박을 제공한다.

Description

연료전지와 하이브리드 추진 장치를 구비한 하이브리드 추진 선박{SHIP WITH HYBRID PROPULSON SYSTEM}
본 발명은 연료전지부에 의하여 생산된 열에 의하여 구동되는 증기 터빈 동력원을 주동력원으로 하고, 연료전지부에 의하여 생산된 전력에 의하여 구동되는 전기 모터 동력원을 보조동력원으로 하여, 이들 중 어느 하나 또는 이들 모두에 의하여 프로펠러가 회전되어 추진력을 얻는 하이브리드 추진 선박에 관한 것이다.
일반적으로 상업적 용도로 화물이나 승객을 운송하는 선박은 대부분 프로펠러의 회전에 의하여 추진력을 얻으며, 대형 선박의 경우 통상적으로 프로펠러의 회전력을 얻기 위하여 내연기관을 이용하고 있다.
최근 IMO의 환경규제 강화에 따라 황산화물(SOx)과 질수산화물(NOx) 등 공해물질을 비롯한 온실가스의 배출량을 저감한 친환경 선박에 대한 요구가 높아지고 있다.
친환경 선박의 일분야로서, 프로펠러의 회전력을 얻기 위해 전기 모터를 이용하고 전기모터에 필요한 전력을 얻기 위하여 연료전지를 이용하는 선박에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
연료전지는 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전기화학적 장치로, 물에 전류를 가해 수소와 산소로 분해하는 화학반응을 역으로 이용하여 수소와 산소를 결합해 물을 생성하면서 전류를 발생시키는 새로운 발전 기술이다. 이러한 화학 반응을 위하여 필요한 수소는 다양한 방법으로 공급된다.
기술 분야는 상이하지만, 연료전지는 이미 육상용 차량에 널리 보급되고 있다.
연료전지 자동차의 경우 연로전지로써 고분자 전해질 연료전지(PEMFC)를 사용하고 있다.
고분자 전해질 연료전지는 작은 크기를 가지고 있기 때문에 이동성이 높으며, 100℃ 이하의 낮은 온도에서 작동을 하기 때문에 냉각성 측면에서 유리하다.
한편 선박은, 육상용 차량과 달리, 추진을 위하여 높은 출력이 필요하고 공간적인 면에서 상대적으로 여유가 있기 때문에 대규모의 용융탄산염형 연료전지(MCFC)혹은 고체산화물 연료전지(SOFC)를 사용하는 것이 유리하다.
고온에서 작동하는 선박용 연료전지에서 발생하는 열에너지는 이론적으로 전기에너지와 대등한 양의 에너지를 생성한다.
기존에 운영 중인 육상의 연료전지 발전소의 경우, 열병합 발전 방식으로 연료전지에서 발생한 열에너지를 인근 지역에 온수의 형태로 공급하고 있다.
그러나 선박은 해상에 고립되어 있어서 외부로 열에너지를 공급할 수 없으므로 기존의 연료전지를 사용하는 선박의 특허기술에서는 저온상태로 보관되는 액화 연료를 가열하여 기화시키거나, 연료를 개질하여 수소를 추출하는 용도로 국한하여 소극적으로 이용하여 그 활용도가 극히 낮다.
또 다른 특허기술에서는 폐열을 회수하여 가스터빈 혹은 증기 터빈을 이용해 부차적인 발전을 하는데 활용하지만 열에너지를 운동에너지로 바꾸어 다시 전력을 생산하는 과정에서 필연적으로 에너지의 손실이 발생할 수밖에 없다.
이와 같은 종래 기술을 종합하면, 연료전지를 탑재한 선박에서는 연료전지로는 전력만을 생산하고 선박의 추진에는 오로지 전기 모터만을 사용하는 육상용 차량의 구동방식의 고정관념에서 벗어나지 못하고 있으며, 연료전지에서 발생하는 열을 직접 이용하여 추진력을 얻는 선박은 전혀 제시된 바가 없다.
대한민국 등록특허 제10-1258941호 "하이브리드 추진장치를 구비하는 선박"(2013. 4.23. 등록) 대한민국 공개특허 제10-2017-0073793호 "선박용 하이브리드 추진시스템"(2017. 6.29. 공개) 대한민국 등록특허 제10-1806254호 "선박용 하이브리드 추진 시스템"(2017.12. 1. 등록) 대한민국 등록특허 제10-2115103호 “전기추진 시스템 및 이를 포함하는 선박”(2020. 5.19. 등록)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연료전지에서 발생하는 두 가지 형태의 에너지인 전력과 열을 모두 활용하되 열에 의하여 구동되는 증기 터빈 동력원을 주동력원으로 하고, 전력에 의하여 구동되는 전기 모터 동력원을 보조동력원으로 하여, 이들 중 어느 하나 또는 이들 모두에 의하여 프로펠러가 회전되어 추진력을 얻도록 하여 친환경적이면서도 고효율로 추진이 가능한 하이브리드 추진 선박을 제공하고자 한다.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 프로펠러의 회전에 의하여 추진력을 얻는 선박에 있어서 : 연료를 공급받아 전력 및 열을 생산하는 연료전지를 포함하여 이루어지는 연료전지부 ; 상기 연료전지부에서 생산된 전력을 공급받아 저장 가능한 전력 저장장치 ; 상기 연료전지부에서 생산된 열을 이용하여 발생된 증기에 의하여 상기 프로펠러의 회전을 위한 회전력을 발생시키는 증기 터빈 동력원과, 상기 연료전지부 또는 상기 전력 저장장치로부터 공급되는 전력에 의하여 상기 프로펠러의 회전을 위한 회전력을 발생시키는 전기 모터 동력원과, 상기 증기 터빈 동력원과 상기 전기 모터 동력원과 상기 프로펠러에 결합되어 상기 증기 터빈 동력원의 회전력과 상기 전기 모터 동력원의 회전력을 상기 프로펠러에 전달하는 동력원 결합축을 포함하여 이루어지는 하이브리드 추진 장치 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기에 있어서 : 상기 증기 터빈 동력원은, 증기에 의하여 회전력을 발생시키는 동력용 증기 터빈과 상기 동력용 증기 터빈의 회전력을 감속시켜 출력하는 감속기어부를 포함하여 이루어지며 ; 상기 동력원 결합축과 상기 프로펠러 사이에서 회전력을 전달하거나 회전력 전달을 차단하기 위한 클러치부가 마련되는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 상기 연료전지부에서 생산된 열에 의하여 청수를 증기로 변화시켜 상기 동력용 증기 터빈으로 공급하는 열교환기와, 상기 동력용 증기 터빈을 거친 증기를 공급받아 청수로 응축하는 응축기와, 상기 응축기의 청수를 상기 열교환기로 공급하는 펌프를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 상기 동력용 증기 터빈과 상기 응축기 사이에 마련되어 상기 동력용 증기 터빈을 거친 증기에 의하여 회전력을 발생시키는 발전용 증기 터빈과, 상기 발전용 증기 터빈의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 터빈 발전기가 더 마련되는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 상기 연료전지부 및 상기 전력 저장장치 및 상기 전기 모터 동력원 및 상기 터빈 발전기와 전기적으로 연결되어 전력 부하에 따라 배전 경로를 변경 제어하는 배전 제어부가 더 마련되는 것이 바람직하다.
상기에 있어서, 상기 전기 모터 동력원은, 상기 동력원 결합축을 매개하여 상기 증기 터빈 동력원의 회전력을 입력받아 전력을 생산가능한 회생 발전기로 이용가능한 것이 바람직하다.
상기에 있어서 ; 상기 연료전지는, 연료에 포함된 수소와 대기 중의 산소의 전기화학적 반응을 통하여 전력과 열을 생산하는 인산형 연료전지 또는 용융탄산염형 연료전지 또는 고체산화물 연료전지이며 ; 상기 연료전지는, 연료로서 수소기체 또는 액화석유가스 또는 천연가스 또는 에틸렌 또는 메탄 또는 메탄올 또는 암모니아를 사용하며 ; 상기 연료전지부는 단독의 연료전지 혹은 병렬로 연결된 복수의 연료전지가 전력 및 열을 생산하는 것 ; 일 수 있다.
상기와 같이 본 발명은, 연료전지에서 발생하는 두 가지 형태의 에너지인 전력과 열을 모두 활용하여 친환경적이면서도 고효율로 추진이 가능한 하이브리드 추진 선박을 제공할 수 있다.
또한 본 발명은, 연료전지에서 생산된 전력과 열을 이용하여 추진하게 되므로, 연료를 연소시켜 추진하는 내연기관 선박에 비하여 황산화물, 질소산화물과 같은 환경오염물질의 배출량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연료전지에서 생산된 전력만을 이용하는 전기추진 선박에 비해 높은 효율과 연비를 달성할 수 있으므로 선박에 장착될 연료전지의 규모를 줄일 수 있다.
또한 본 발명은, 종래의 일반적인 연료전지의 전력 변환 효율이 최대 55% 이하인 것에 비하여, 고온에서 작동하는 연료전지에서 발생하는 열 변환 효율이 50%에 육박한다는 점을 감안할 때, 본 발명과 같이 전력 변환과 열 변환을 함께 이용한다면 에너지 변환 효율이 최대 90%에 가까운 효율을 낼 수 있을 것으로 예상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 추진 선박의 개념도,
도 2 내지 도 6은 도 1의 다양한 작동 형태를 보이는 도면.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 추진 선박의 개념도이며, 도 2 내지 도 6은 도 1의 다양한 작동 형태를 보이는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 하이브리드 추진 선박은, 프로펠러(10)의 회전에 의하여 추진력을 얻는 선박에 관한 것이다.
본 선박은, 에너지원 생산부로서 연료전지부(110)를 구비한다.
연료전지부(110)는 연료를 공급받아 전력 및 열을 생산하는 연료전지(111)를 포함하여 이루어진다.
연료전지부(110)는 단독의 연료전지(111)로서 전력 및 열을 생산하거나 혹은 병렬로 연결된 복수의 연료전지(111)의 집합체로서 전력 및 열을 생산할 수 있다.
연료전지(111)는, 연료로서 수소기체 또는 액화석유가스 또는 천연가스 또는 에틸렌 또는 메탄 또는 메탄올 또는 암모니아를 사용할 수 있다.
연료전지(111)는 연료에 포함된 수소와 대기 중의 산소의 전기화학적 반응을 통하여 전력을 생산하고 동시에 고온의 열을 생산하는 인산형 연료전지 또는 용융탄산염형 연료전지 또는 고체산화물 연료전지인 것이 바람직하다.
인산형 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell)의 경우 약 200℃ 정도의 고온에서 작동하며, 용융탄산염형 연료전지(MCFC)의 경우 약 700℃ 정도의 고온에서 작동하며, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 경우 약 700℃~1000℃ 정도의 고온에서 작동한다.
이와 같이 인산형 연료전지 또는 용융탄산염형 연료전지 또는 고체산화물 연료전지는, 비록 넓은 공간이 필요하나 높은 출력을 얻을 수 있으며, 나아가 고온에서 작동되어 고온의 열을 발생한다는 점에서 본 발명을 구현하기에 적합한 연료전지이다.
전력 저장장치(120)는 전력을 저장하기 위한 것으로서, 특히 연료전지부(110) 등에서 생산된 전력을 저장할 수 있다.
본 실시예는 프로펠러(10)를 회전시키기 위한 구동원으로서 하이브리드 추진 장치(200)를 구비한다.
하이브리드 추진 장치(200)는 주동력원으로서의 증기 터빈 동력원(210)과 보조동력원으로서의 전기 모터 동력원(220)과, 이들의 회전력을 프로펠러(10)에 전달하는 동력원 결합축(230)을 포함하여 이루어진다.
증기 터빈 동력원(210)은 연료전지부(110)에서 생산된 열을 이용하여 발생된 증기에 의하여 회전력을 발생시키는 구동원이다.
본 실시예에서 증기 터빈 동력원(210)은, 증기에 의하여 회전력을 발생시키는 동력용 증기 터빈(211)과, 동력용 증기 터빈(211)의 회전력을 감속시켜 출력하는 감속기어부(212)를 포함하여 이루어진다.
감속기어부(212)는 동력용 증기 터빈(211)의 고속의 회전력을 저속의 높은 토크를 가진 회전력으로 변환하여 출력한다.
전기 모터 동력원(220)은, 연료전지부(110), 전력 저장장치(120) 등로부터 공급되는 전력에 의하여 회전력을 발생시키는 구동원이다.
한편 전기 모터 동력원(220)은, 경우에 따라, 동력원 결합축(230)을 매개하여 증기 터빈 동력원(210)의 회전력을 입력받아 전력을 생산가능한 회생 발전기로 이용될 수 있다.
일반적으로 전기 모터란 전류가 흐르는 도체가 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기에너지를 역학적에너지로 바꾸는 장치를 말하며, 발전기는 역학적 에너지 등으로부터 전기에너지를 얻는 장치를 말한다.
따라서 전기 모터가 외부로부터 역학적 에너지를 입력받으면 전기에너지를 생산하는 회생 발전기로 이용가능하며, 이러한 기술은 일반적이 기술이므로 상세한 설명을 생략한다.
동력원 결합축(230)은, 증기 터빈 동력원(210)과 전기 모터 동력원(220)과 프로펠러(10)에 연결되어 증기 터빈 동력원(210)의 회전력과 전기 모터 동력원(220)의 회전력 중 어느 하나 또는 둘 모두를 프로펠러(10)에 전달한다.
실시예에 따라서 동력원 결합축(230)은 증기 터빈 동력원(210) 및 전기 모터 동력원(220)과 독립적으로 마련되어 증기 터빈 동력원(210)과 전기 모터 동력원(220)이 각각 탈착가능하게 결합될 수 있으며, 증기 터빈 동력원(210)과 전기 모터 동력원(220) 중 어느 하나에 연결되거나 혹은 둘 모두에 연결될 수 있다.
실시예에 따라서 동력원 결합축(230)은 감속기어부(212)의 출력축일 수 있으며(즉 동력원 결합축은 감속기어부의 일부임.), 이 경우 동력원 결합축(230)(감속기어부(212)의 출력축)에 전기 모터 동력원(220)의 출력축이 직접 연결될 수 있다.
클러치부(240)는, 동력원 결합축(230)과 프로펠러(10) 사이에 마련되어 회전력을 전달하거나 혹은 프로펠러(10)로의 회전력 전달을 차단할 수 있다.
연료전지부(110)에서 생산된 열을 활용하기 위한 구성을 보다 상세히 설명한다.
동력용 증기 터빈(211)은 증기를 이용하여 동력을 발생시키는 증기 동력 사이클에 의하여 연료전지부(110)에서 생산된 열을 활용하게 된다.
본 실시예에서 증기 동력 사이클은, 동력용 증기 터빈(211)과, 발전용 증기 터빈(134)과, 응축기(132)와, 펌프(133)와, 열교환기(131, 일종의 보일러에 대응)와, 동력용 증기 터빈(211)이 연결되어 증기 사이클을 이룬다.
열교환기(131)에서는 연료전지부(110)에서 생산된 열(폐열)을 이용하여(연료전지부(110)에서 배출되는 열과의 열교환에 의하여) 청수를 고온 고압의 증기로 변화시켜 동력용 증기 터빈(211)에 공급한다.
동력용 증기 터빈(211)은 고온 고압의 증기에 의하여 회전력을 발생시키고 고온 고압의 증기는 고온 저압의 증기로 배출된다.
고온 저압의 증기는 발전용 증기 터빈(134)에 공급되어 회전력을 발생시키고, 발전용 증기 터빈(134)에 연결된 터빈 발전기(135)는 발전용 증기 터빈(134)의 회전력을 이용하여 전력을 생산한다.
발전용 증기 터빈(134)을 거친 증기는 응축기(132)로 공급되어 청수로 응축되며, 응축기(132)의 청수는 펌프(133)에 의하여 열교환기(131)로 공급된다.
본 실시예에서 전력 생산은 연료전지부(110)와 터빈 발전기(135)에서 이루어지며, 전기 모터 동력원(220)은 전력 부하이거나 혹은 전력을 생산(회생 발전기로 사용되는 경우)하는 곳이며, 전력 저장장치(120)는 전력을 저장할 수 있으며 또한 저장된 전력을 외부로 공급할 수 있다.
또한 선박의 각종 전기 장치인 선박 전기 계통(20)은 전력 부하이다.
각종 전력 부하에 따라 적절하게 전력을 생산하고 필요한 전력 부하에 적절하게 전력을 공급할 수 있도록 배전 경로를 변경 제어하기 위하여 배전 제어부(140)가 마련된다.
배전 제어부(140)는, 배전 경로의 변경을 위하여 연료전지부(110) 및 전력 저장장치(120) 및 전기 모터 동력원(220) 및 터빈 발전기(135)와 전기적으로 연결되며, 나아가 선박의 각종 전기 장치인 선박 전기 계통(20)에 전기적으로 연결된다.
연료전지부(110) 또는 터빈 발전기(135) 또는 전기 모터 동력원(220)(회생 발전기로 사용되는 경우)에서 생산된 전력은 배전 제어부(140)를 통하여 선박 전기 계통(20) 또는 전력 저장 장치(120) 또는 전기 모터 동력원(220)에 공급될 수 있다.
즉 배전 제어부(140)는 선박 전기 계통(20) 또는 전력 저장 장치(120) 또는 전기 모터 동력원(220)의 전력 부하에 따라 연료전지부(110)의 전력 생산을 제어하고 배전 경로를 변경하게 된다.
특히 배전 제어부(140)는 선박 전기 계통(20)에 필요한 전력과 선박의 추진에 필요한 구동력에 따라 연료전지부(110)의 구동을 제어하여, 동력용 증기 터빈(211)과 전기 모터 동력원(220)의 구동력을 최적으로 조합하여 최대의 효율을 이끌어낸다.
도 2 내지 도 6을 참고하여 본 선박의 다양한 작동 형태를 설명한다.
제1작동 형태 :
도 2를 참고하여 연료전지부(110)에서 발생하는 열과 전력에 의하여 증기 터빈 동력원(210) 및 전기 모터 동력원(220) 모두를 구동시키는 작동 형태를 설명한다.
연료전지부(110)에서 발생하는 고온의 열이 열교환기(131)를 통하여 배출되도록 하고, 청수는 열교환기(131)에서 증기로 변환된 후 동력용 증기 터빈(211), 발전용 증기 터빈(134)을 거친 후 응축기(132)에서 응축되고, 펌프(133)에 의하여 열교환기(131)로 공급되는 증기 동력 사이클을 형성하도록 하여, 이에 의하여 증기 터빈 동력원(210)이 주동력원으로 작동하며, 증기 터빈 동력원(210)의 회전력은 감속기어부(212)를 거쳐 동력원 결합축(230)으로 전달된다.
연료전지부(110)에서 발생하는 전력과 터빈 발전기(135)에서 발생하는 전력은 배전 제어부(140)를 매개하여 전기 모터 동력원(220)을 구동시키며, 전기 모터 동력원(220)은 보조동력원으로 작동하여 전기 모터 동력원(220)에서 발생하는 회전력은 동력원 결합축(230)에 전달되어 증기 터빈 동력원(210)의 회전력에 중첩된 후 클러치부(240)를 매개하여 프로펠러(10)로 출력되며, 이에 의하여 선박이 추진된다.
연료 전지부(110) 및 터빈 발전기(135)에서 발생하는 전력은 배전 제어부(140)를 통하여 전기 모터 동력원(220)에 공급될 뿐만 아니라 선박의 각종 전기 장치인 선박 전기 계통(20)에 공급되며, 이와 같은 전력 공급에도 잉여 전력이 발생할 경우 전력 저장장치(120)에 공급되어 저장된다.
제2작동 형태 :
도 3을 참고하여 연료전지부(110)에서 발생하는 열과 전력 및 전력 저장장치(120)에서 공급되는 전력에 의하여 증기 터빈 동력원(210) 및 전기 모터 동력원(220) 모두를 구동시키는 작동 형태를 설명한다.
도 3은 도 2와 대부분 동일하며, 다만 도 3은 연료전지부(110)에서 발생하는 열과 전력만으로는 선박을 추진시키기에 불충분한 상황으로서, 도 2와 달리 전력 저장장치(120)에 저장된 전력이 배전 제어부(140)를 매개하여 전기 모터 동력원(220)에 추가적으로 공급되어 선체의 추진력을 발생시킨다.
제3작동 형태 :
도 4를 참고하여 연료전지부(110)에서 발생하는 열에 의하여 증기 터빈 동력원(210)만이 구동되는 작동 형태를 설명한다.
도 4는 증기 터빈 동력원(210)만으로 선체 추진에 필요한 충분한 구동력을 얻을 수 있는 상황으로, 전기 모터 동력원(220)은 구동되지 않는다.
연료 전지부(110) 및 터빈 발전기(135)에서 발생하는 전력은 배전 제어부(140)를 통하여 선박 전기 계통(20)에 공급되는 한편 대부분의 잉여 전력이 전력 저장장치(120)에 공급되어 저장된다.
제4작동 형태 :
도 5를 참고하여 연료전지부(110)가 작동하지 않는 작동 형태를 설명한다.
즉 연료전지부(110)에서 전력과 열이 발생하지 않으며, 따라서 동력용 증기 터빈(211)이 구동되지 않는다.
도 5에서는 전력 저장장치(120)에 저장된 전력이 배전 제어부(140)를 매개하여 전기 모터 동력원(220) 및 선박 전기 계통(20)에 공급되고, 전기 모터 동력원(220)만 동력원으로 작동하여 전기 모터 동력원(220)은 동력원 결합축(230), 클러치부(240)를 매개하여 프로펠러(10)를 회전시키며 이에 의하여 선박이 추진된다.
제5작동 형태 :
도 6을 참고하여 연료전지부(110)는 작동하지만 선체는 비가속 상태를 유지하는 상황(추진력이 불필요한 상황)을 설명한다.
도 6에서는 증기 터빈 동력원(210)의 회전력를 이용하여 전기 모터 동력원(220)에서 전력을 생산하도록 한다.
연료전지부(110)에서 발생하는 고온의 열이 열교환기(131)를 통하여 배출되도록 하고 이에 의하여 증기 터빈 동력원(210)이 구동하는 한편 클러치부(240)가 프로펠러(10)로의 회전력 전달을 차단하도록 하며, 증기 터빈 동력원(210)의 회전력은 감속기어부(212) 및 동력원 결합축(230)을 거쳐 전기 모터 동력원(220)으로 전달되며, 이때 전기 모터 동력원(220)은 전력을 생산하는 회생 발전기로 기능한다.
연료전지부(110)에서 발생한 전력, 터빈 발전기(135)에서 발생한 전력, 전기 모터 동력원(220)에서 발생한 전력은 일부가 선박 전기 계통(20)에 공급되며 대부분이 잉여 전력으로 전력 저장장치(120)에 공급되어 저장된다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 프로펠러 20 : 선박 전기 계통
110 : 연료전지부 111 : 연료전지
120 : 전력 저장장치
131 : 열교환기 132 : 응축기
133 : 펌프 134 : 발전용 증기 터빈
135 : 터빈 발전기
140 : 배전 제어부
200 : 하이브리드 추진 장치
210 : 증기 터빈 동력원
211 : 동력용 증기 터빈 212 : 감속기어부
220 : 전기 모터 동력원
230 : 동력원 결합축
240 : 클러치부

Claims (7)

  1. 프로펠러의 회전에 의하여 추진력을 얻는 선박에 있어서 :
    연료를 공급받아 전력 및 열을 생산하는 연료전지를 포함하여 이루어지는 연료전지부 ;
    상기 연료전지부에서 생산된 전력을 공급받아 저장 가능한 전력 저장장치 ;
    상기 연료전지부에서 생산된 열을 이용하여 발생된 증기에 의하여 상기 프로펠러의 회전을 위한 회전력을 발생시키는 증기 터빈 동력원과, 상기 연료전지부 또는 상기 전력 저장장치로부터 공급되는 전력에 의하여 상기 프로펠러의 회전을 위한 회전력을 발생시키는 전기 모터 동력원과, 상기 증기 터빈 동력원과 상기 전기 모터 동력원과 상기 프로펠러에 결합되어 상기 증기 터빈 동력원의 회전력과 상기 전기 모터 동력원의 회전력을 상기 프로펠러에 전달하는 동력원 결합축을 포함하여 이루어지는 하이브리드 추진 장치 ;
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 추진 선박.
  2. 제 1 항에 있어서 :
    상기 증기 터빈 동력원은, 증기에 의하여 회전력을 발생시키는 동력용 증기 터빈과 상기 동력용 증기 터빈의 회전력을 감속시켜 출력하는 감속기어부를 포함하여 이루어지며 ;
    상기 동력원 결합축과 상기 프로펠러 사이에서 회전력을 전달하거나 회전력 전달을 차단하기 위한 클러치부가 마련되는 것 ;
    을 특징으로 하는 하이브리드 추진 선박.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 연료전지부에서 생산된 열에 의하여 청수를 증기로 변화시켜 상기 동력용 증기 터빈으로 공급하는 열교환기와, 상기 동력용 증기 터빈을 거친 증기를 공급받아 청수로 응축하는 응축기와, 상기 응축기의 청수를 상기 열교환기로 공급하는 펌프를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 추진 선박.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 동력용 증기 터빈과 상기 응축기 사이에 마련되어 상기 동력용 증기 터빈을 거친 증기에 의하여 회전력을 발생시키는 발전용 증기 터빈과, 상기 발전용 증기 터빈의 회전력을 이용하여 전력을 생산하는 터빈 발전기가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 추진 선박.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 연료전지부 및 상기 전력 저장장치 및 상기 전기 모터 동력원 및 상기 터빈 발전기와 전기적으로 연결되어 전력 부하에 따라 배전 경로를 변경 제어하는 배전 제어부가 더 마련되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 추진 선박.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 전기 모터 동력원은, 상기 동력원 결합축을 매개하여 상기 증기 터빈 동력원의 회전력을 입력받아 전력을 생산가능한 회생 발전기로 이용가능한 것을 특징으로 하는 하이브리드 추진 선박.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서 ;
    상기 연료전지는, 연료에 포함된 수소와 대기 중의 산소의 전기화학적 반응을 통하여 전력과 열을 생산하는 인산형 연료전지 또는 용융탄산염형 연료전지 또는 고체산화물 연료전지이며 ; 상기 연료전지는, 연료로서 수소기체 또는 액화석유가스 또는 천연가스 또는 에틸렌 또는 메탄 또는 메탄올 또는 암모니아를 사용하며 ; 상기 연료전지부는 단독의 연료전지 혹은 병렬로 연결된 복수의 연료전지가 전력 및 열을 생산하는 것 ; 을 특징으로 하는 하이브리드 추진 선박.
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