KR102476848B1 - 하이브리드 액화수소 기화 시스템 - Google Patents

하이브리드 액화수소 기화 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 공기식 기화기와 수열식 기화기로 액화수소를 기화수소로 기화시키는 하이브리드 액화수소 기화 시스템에 있어서, 액화수소를 저장하는 액화수소 탱크; 상기 액화수소 탱크로부터 배출되는 액화수소와 외부로부터 투입되는 공기의 열교환으로 제1 기화수소를 생성하며, 상기 제1 기화수소의 온도, 압력 및 유량 데이터를 측정하는 공기식 기화기; 외부로부터 투입된 후 펌프를 통해 순환되는 부동액을 히터로 가열하며, 상기 히터에 의해 가열된 부동액과 상기 공기식 기화기로부터 배기되는 상기 제1 기화수소의 열교환으로 제2 기화수소를 생성하고, 상기 제2 기화수소의 온도 및 압력 데이터를 측정하는 수열식 기화기; 상기 수열식 기화기로부터 배기되는 상기 제2 기화수소와 외부로부터 투입되는 산소를 반응시켜 전기에너지를 생성하는동안 산소 폐열을 배기하는 연료전지; 상기 제1 기화수소의 엔탈피를 통해 상기 수열식 기화기에 필요한 열량을 계산하며, 상기 제2 기화수소의 온도 및 압력 데이터를 통해 상기 히터의 열량을 피드백하고, 상기 수열식 기화기의 내부 압력에 따라 상기 펌프의 유량을 제어하는 제어모듈; 및 상기 제어모듈이 판단한 상기 수열식 기화기에 필요한 열량만큼의 전력을 상기 수열식 기화기에 공급하는 전력공급기;를 포함할 수 있다.

Description

하이브리드 액화수소 기화 시스템{Hybrid liquid hydrogen vaporization system}
본 발명은 하이브리드 액화수소 기화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기식 기화기와 수열식 기화기로 액화수소를 기화수소로 기화시키는 하이브리드 액화수소 기화 시스템에 관한 것이다.
수소는 연소 시 오염물질을 전혀 배출하지 않으며, 산소와 결합하면 최종적으로 물(H2O)이 생성되는 친환경에너지이다.
수소에너지는 액화수소로 사용 시 지구상에서 중량대비 에너지밀도가 가장 높고, 기화수소 대비 1/770 이하의 부피로 저장 효율성을 확보할 수 있다.
연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응에 의해 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전 시스템이다. 여기서, 수소 연료는 순수한 수소를 직접 공급할 수 있고, 메탄올, 에탄올, 천연가스 등과 같은 탄화수소계열 물질 내에 함유되어 있는 수소를 개질하여 공급할 수도 있다. 산소는 순수한 산소를 직접 공급할 수 있고, 공기 펌프 등을 이용하여 통상의 공기에 포함된 산소를 공급할 수 있다.
상기와 같은 연료전지가 기본적인 시스템의 구성을 갖추기 위해서는 연료용기, 연료용기에 저장된 연료를 개질하여 수소 가스(이하, '기화 가스'라 함.)를 발생시키고 그 기화수소를 스택으로 공급하는 개질기(reformer) 및, 전기를 생산하는 스택(stack)이라 불리는 연료전지 본체가 필요로 한다.
연료전지의 시스템 구성 중 하나인 개질기는 수소를 포함한 연료와 물을 개질 반응에 의해 스택의 전기 생성에 필요한 기화수소로 전환하는 장치이나, 연료의 개질을 위한 설계가 복잡하고 기화수소를 생성하는데 추가적인 비용이 발생된다는 문제점이 있었다.
이에, 기화수소 대비 에너지밀도가 높은 액화수소를 이용함과 동시에 연료전지의 시스템 구성에서 설계가 복잡하고 추가 비용이 발생되는 개질기를 제외하면서 연료전지 본체에 기화수소를 공급하여 효율적으로 전기를 생산할 수 있는 시스템의 필요성이 요구되었다.
대한민국 등록특허공보 제10-1813231호 대한민국 등록특허공보 제10-1984122호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 기화수소 대비 에너지밀도가 높은 액화수소를 공기식 기화기와 수열식 기화기를 통해 기화수소로 기화시켜 연료전지에 공급하여 전기를 생산할 수 있는 하이브리드 액화수소 기화 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 연료전지로부터 배기되는 폐열 또는 외기를 공기식 기화기에 투입하여 공기식 기화기에서 액화수소가 기화되도록 하는 하이브리드 액화수소 기화 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
그리고 본 발명은 공기식 기화기로부터 배기되는 기화수소의 일부와 액화수소 탱크로부터 배출되는 기화수소를 압축시킨 후에 액화수소 탱크에 공급하여 액화수소의 유량이 증가되도록 하는 하이브리드 액화수소 기화 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 수단인 하이브리드 액화수소 기화 시스템에 있어서, 액화수소를 저장하는 액화수소 탱크; 상기 액화수소 탱크로부터 배출되는 액화수소와 외부로부터 투입되는 공기의 열교환으로 제1 기화수소를 생성하며, 상기 제1 기화수소의 온도, 압력 및 유량 데이터를 측정하는 공기식 기화기; 외부로부터 투입된 후 펌프를 통해 순환되는 부동액을 히터로 가열하며, 상기 히터에 의해 가열된 부동액과 상기 공기식 기화기로부터 배기되는 상기 제1 기화수소의 열교환으로 제2 기화수소를 생성하고, 상기 제2 기화수소의 온도 및 압력 데이터를 측정하는 수열식 기화기; 상기 수열식 기화기로부터 배기되는 상기 제2 기화수소와 외부로부터 투입되는 산소를 반응시켜 전기에너지를 생성하는동안 산소 폐열을 배기하는 연료전지; 상기 제1 기화수소의 엔탈피를 통해 상기 수열식 기화기에 필요한 열량을 계산하며, 상기 제2 기화수소의 온도 및 압력 데이터를 통해 상기 히터의 열량을 피드백하고, 상기 수열식 기화기의 내부 압력에 따라 상기 펌프의 유량을 제어하는 제어모듈; 및 상기 제어모듈이 판단한 상기 수열식 기화기에 필요한 열량만큼의 전력을 상기 수열식 기화기에 공급하는 전력공급기;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 액화수소 기화 시스템은, 상기 연료전지로 투입될 산소와 상기 산소 폐열 간의 열교환을 통해 상기 산소의 온도 및 습도를 증가시킨 후에 상기 산소가 상기 연료전지에 투입되도록 하며, 상기 산소 폐열의 온도 및 습도를 감소시킨 후에 상기 산소 폐열이 배기되도록 하는 전열교환기; 및 상기 전열교환기로부터 배기되는 산소 폐열, 외부로부터 투입되는 외기, 상기 산소 폐열과 상기 외기가 혼합된 공기 중 적어도 하나를 공기식 기화기에 투입시키는 전열식 댐퍼;를 포함할 수 있다.
그리고 상기 전열식 댐퍼는, 상기 연료전지로부터 산소 폐열이 배기되기 전인 상기 연료전지가 운전되기 전 상태인 경우, 댐퍼 날개의 회전을 통해 폐열 투입구를 폐쇄하고, 외기 투입구와 공기 배기구를 연통시켜 상기 외기 투입구를 통해 투입되는 외기가 상기 공기 배기구를 통해 상기 공기식 기화기로 배기되도록 할 수 있다.
또한, 상기 전열식 댐퍼는, 상기 연료전지가 정격운전되기 위한 기설정된 온도에 도달하기 전의 초기운전 상태에서 산소 폐열을 배기하는 경우, 댐퍼 날개의 회전을 통해 폐열 투입구, 외기 투입구 및 공기 배기구를 연통시켜 상기 산소 폐열과 외기가 혼합된 공기가 상기 공기 배기구를 통해 상기 공기식 기화기로 배기되도록 할 수 있다.
그리고 상기 전열식 댐퍼는, 상기 연료전지로부터 배기되는 산소 폐열이 기설정된 온도 미만인 경우, 상기 외기 투입구를 통해 투입되는 외기의 유량이 상기 폐열 투입구를 통해 투입되는 산소 폐열의 유량보다 커지도록 상기 댐퍼 날개의 회전을 제어하고, 상기 연료전지로부터 배기되는 산소 폐열이 기설정된 온도 이상인 경우, 상기 외기의 유량이 상기 산소 폐열의 유량보다 작아지도록 상기 댐퍼 날개의 회전을 제어할 수 있다.
또한, 상기 전열식 댐퍼는, 상기 연료전지가 기설정된 온도에서 운전되는 정격운전 상태인 경우, 댐퍼 날개의 회전을 통해 외기 투입구를 폐쇄하여 외기의 투입을 차단하고, 폐열 투입구 및 공기 배기구를 연통시켜 상기 폐열 투입구를 통해 투입되는 산소 폐열이 상기 공기 배기구를 통해 상기 공기식 기화기로 배기되도록 할 수 있다.
그리고 상기 제어모듈은, 상기 수열식 기화기의 내부압력이 상기 수열식 기화기의 기동이 시작될 때의 내부압력보다 30~50 % 증가하는 경우, 상기 펌프의 유량이 상기 수열식 기화기의 기동이 시작될 때보다 증가되도록 하여 상기 부동액의 결빙을 방지할 수 있다.
또한, 상기 하이브리드 액화수소 기화 시스템은, 상기 공기식 기화기로부터 배기되는 상기 제1 기화수소의 일부가 바이패스 경로를 따라 이동되도록 개폐되는 정량밸브; 상기 액화수소 탱크로부터 증발되는 기화수소를 저장하며, 상기 기화수소와 상기 바이패스 경로를 따라 이동된 후에 투입되는 제1 기화수소의 일부를 혼합시켜 혼합 기화수소를 생성하는 BOG 저장탱크; 및 상기 BOG 저장탱크로부터 배기되는 혼합 기화수소를 압축하여 가압수소를 생성하는 압축기;를 포함할 수 있다.
그리고 상기 압축기는, 상기 가압수소를 상기 액화수소 탱크에 공급하여 상기 액화수소 탱크의 내부 압력과 상기 액화수소 탱크로부터 배출되는 액화수소의 유량이 증가되도록 할 수 있다.
본 발명은 공기식 기화기와 수열식 기화기를 연계하여 액화수소를 기화시킴으로써, 액화수소의 기화가 효율적으로 이루어지는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 연료전지에 공급될 산소와 연료전지로부터 배기되는 산소 폐열 간의 열교환을 통해 상기 산소의 온도 및 습도가 증가되도록 하여 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
그리고 본 발명은 연료전지의 운전 상태에 따라 공기식 기화기에 투입될 유체를 선택함으로써, 공기식 기화기에서 액화수소의 기화와 제상이 이루어지도록 하는 효과가 있다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 액화수소 기화 시스템의 모식도이다.
도 2는 도 1에 도시된 공기식 기화기의 모식도이다.
도 3은 도 1에 도시된 수열식 기화기의 모식도이다.
도 4는 도 1에 도시된 전동식 댐퍼의 사용상태도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 액화수소 기화 시스템에 추가 구비되는 구성요소를 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 액화수소 기화 시스템의 모식도이다.
이하에서는, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
이하에서는, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 액화수소 기화 시스템에 대해 자세히 설명하겠다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 액화수소 기화 시스템은 액화수소 탱크(10), 공기식 기화기(20), 수열식 기화기(30), 연료전지(40), 전열교환기(50), 전동식 댐퍼(60), 압력조절밸브(70) 및 연료 회수기(80)가 구비된다.
액화수소 탱크(10)는 기화수소 대비 에너지밀도가 높으며, 연료전지(40)의 연료로 사용되는 기화수소로 기화될 액화수소를 저장하고, 극저온 상태의 액화수소를 저장하기 위해 수소가 액화상태가 되도록 영하 260~영하 240 ℃(바람직하게는, 영하 253 ℃)로 내부 온도가 유지된다.
또한, 액화수소 탱크(10)는 액화수소의 저장 뿐만 아니라 액화수소를 배출하기 위해 수소 배출경로(100)와 연결되어 액화수소가 수소 배출경로(100)를 따라 배출되도록 한다.
본 발명에서 액화수소 탱크(10)는 액화수소의 저장용량이 60~400 kg일 수 있고, 액화수소의 저장 압력 범위가 1~15 bar일 수 있으며, 진공층을 반영한 다층 단열재로 액화수소의 단열이 이루어지도록 하고, 액화수소를 저장하는 압력용기는 강 또는 알루미늄으로 만들어진 얇은 금속제 라이너 위에 수지를 함침시킨 탄소섬유나 유리섬유를 원주방향과 길이방향으로 감아서 만든 Type 3의 압력용기 또는 비금속 재료로 만들어진 라이너 위에 수지를 함침시킨 탄소섬유나 유리섬유를 원주방향과 길이방향으로 감아서 만든 type 4의 압력용기일 수 있다.
공기식 기화기(20)는 수소 배출통로(100)를 따라 배출되는 액화수소와 외부로부터 투입되는 공기의 열교환으로 제1 기화수소를 생성하며, 제1 기화수소의 온도, 압력 및 유량 데이터를 측정하기 위해 온도측정센서(21), 압력측정센서(22) 및 유량측정센서(23)가 구비된다.
여기서, 공기식 기화기(20)에 투입되는 공기라 함은 후술될 전동식 댐퍼(60)로부터 배기된 후에 공기 배기통로(500)를 따라 이동되는 산소 폐열, 외기, 산소 폐열 및 외기가 혼합된 공기 중 적어도 하나일 수 있다.
도 2를 참조하면, 공기식 기화기(20)는 액화수소를 제1 기화수소로 기화시키기 위해 챔버(24), 튜브(25), 공기 투입홈(26), 핀(27) 및 공기 배기홈(28)이 구비된다.
챔버(24)는 튜브(25)와 핀(27)이 내부에 구비되며, 공기 투입홈(26)이 일측에 형성되고, 공기 배기홈(28)이 타측에 형성된다.
튜브(25)는 수소 배출통로(100)를 통해 액화수소 탱크(10)와 연결됨에 따라, 수소 배출통로(100)를 따라 이동되는 액화수소가 내부에 투입된다.
공기 투입홈(26)은 전동식 댐퍼(60)로부터 배기되는 산소 폐열, 외기, 산소 폐열 및 외기가 혼합된 공기 중 적어도 하나인 공기가 챔버(24)의 내부로 투입되도록 한다.
핀(27)은 공기 투입홈(26)과 연결되며, 공기 투입홈(26)을 통해 챔버(24)의 내부에 투입되는 산소 폐열, 외기, 산소 폐열 및 외기가 혼합된 공기 중 적어도 하나가 튜브(25)에 투입되는 액화수소과의 열교환을 통해 튜브(25) 내의 액화수소를 제1 기화수소로 기화시킨다.
공기 배기홈(28)은 핀(27)과 연결되어 핀(27)에 열에너지를 공급한 산소 폐열, 외기, 산소 폐열 및 외기가 혼합된 공기 중 적어도 하나가 외부에 배기되도록 한다.
이러한 공기식 기화기(20)는 제1 기화수소를 수열식 기화기(30)로 배출하기 위해 수소 배출통로(100)를 통해 수열식 기화기(30)와 연결된다.
본 발명에서 공기식 기화기(20)는 영하 253 ℃의 액화수소를 영하 253~영하 200 ℃의 제1 기화수소로 기화시킬 수 있으며, 액화수소를 기화수소로 기화시키는 용량이 2~ 10 KW일 수 있고, 튜브(25)의 소재는 스틸(steel)이면서 직경이 15~30 mm일 수 있으며, 핀(27)의 소재는 알루미늄이면서 길이가 80~250 mm일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 수열식 기화기(30)는 외부로부터 투입된 후 펌프(31)을 통해 순환되는 부동액을 히터(32)로 가열하며, 상기 히터(32)에 의해 가열된 부동액과 공기식 기화기(20)로부터 배기된 후에 수소 배출통로(100)를 따라 이동하는 제1 기화수소의 열교환으로 제2 기화수소를 생성하고, 제2 기화수소의 온도 및 압력 데이터를 측정하기 위해 온도측정센서(33) 및 제1 압력측정센서(34)가 구비된다.
또한, 수열식 기화기(30)는 펌프(31) 및 히터(32)가 구비되는 부동액 순환통로에서의 압력을 측정하기 위한 제2 압력측정센서(35)가 구비된다.
도 3을 참조하면, 수열식 기화기(30)는 제1 기화수소를 제2 기화수소로 기화시키기 위해 챔버(36), 튜브(37) 및 핀(38)이 구비된다.
챔버(36)는 튜브(37)와 핀(38)이 내부에 구비되며, 제1 기화수소의 투입 및 배기를 위해 수소 배출통로(100)와 연결되는 제1 기화수소 투입홈과 제1 기화수소 배기홈이 형성되고, 부동액의 투입 및 배출을 위해 부동액 순환통로와 연결되는 부동액 투입홈과 부동액 배출홈이 형성된다.
튜브(37)는 부동액 투입홈을 통해 부동액이 투입되며, 핀(38)을 통해 제1 기화수소와 열교환된 부동액이 부동액 배출홈을 통해 배출되도록 한다.
핀(38)은 제1 기화수소 투입홈을 통해 챔버(36)의 내부에 투입되는 제1 기화수소가 튜브(37)에 투입되는 부동액과의 열교환을 통해 제2 기화수소로 기화되도록 한다.
이러한 수열식 기화기(30)는 생성한 제2 기화수소를 연료전지(40)로 배출하기 위해 수소 배출통로(100)를 통해 연료전지(40)와 연결되고, 펌프(31)와 히터(32)의 제어를 통해 제2 기화수소의 온도와 압력을 유지할 수 있다.
본 발명에서 수열식 기화기(30)는 제1 기화수소를 제2 기화수소로 기화시킬 때 제2 기화수소의 온도가 영하 40~20 ℃로 상승되도록 하며, 제1 기화수소를 제2 기화수소로 기화시키는 용량이 5~40 KW일 수 있고, 펌프(31)의 유량 범위가 15~70 kg/h일 수 있으며, 히터(32)의 타입이 카트리지 또는 PTC(Positive Temperature Coefficient Heater)일 수 있고, 챔버(36), 튜브(37) 및 핀(38)으로 구현되는 열교환기의 소재가 스틸이면서 쉘앤튜브(shell and tube) 열교환기 또는 판형 열교환기일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 연료전지(40)는 수소 배출경로(100)를 따라 이동되는 제2 기화수소와 외부로부터 투입되는 산소의 전기화학반응으로 발생된 화학에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전하는 장치이며, 본 발명의 연료전지(40)는 철도차량(기차, 열차, 지하철 등)에 적용되는 수소연료전지일 수 있다.
이러한 연료전지(40)는 알칼리형 연료전지(AFC), 용융탄산염형 연료전지(MCFC), 인산형 연료전지(PAFC), 고체산화물형 연료전지(SOFC), 고분자전해질형 연료전지(PEMFC, PEFC) 및 직접메탄올 연료전지(DMFC) 중 적어도 하나일 수 있다.
알칼리형 연료전지는 전해질로서 수산화칼륨과 같은 알칼리를 사용하면서 연료로 수소를 이용하며, 산화제로서 산소를 이용한다. 또한, 수소와 산소의 반응을 위한 운전온도는 60~120 ℃이며, 연료극(양극, Anode)의 촉매는 니켈망에 은을 입힌 것 위에 백금-납을 사용하고, 공기극(음극, Cathode)은 니켈망에 금을 입힌 것 위에 금-백금을 사용한다.
용융탄산염형 연료전지는 전해질이 낮은 용융점을 갖는 탄화리튬과 탄화포타슘의 혼합물(Li-K)이며, 전극은 다공성 니켈로 이루어진다. 또한, 운전온도는 600~700 ℃이고, 전지 스택의 열로 전지 내부의 탄화수소 기체의 개질을 허용한다.
인산형 연료전지는 전극이 탄소 지지체의 표면적 위에 촉매로써 백금이나 백금 혼합물을 포함하며, 수소와 산소의 반응을 위하면서 인산 전해질의 안정도를 위하여 허용되는 운전온도는 200~250 ℃이다.
고체산화물형 연료전지는 최소단위가 단전지이며, 단전지는 연료극, 공기극 전해질의 산화물 세라믹으로 구성된다. 또한, 연료인 도시가스(CH4)는 연료극 상에서 수증기와 반응하여 수소(H2)와 일산화탄소(CO)로 개질되며, 운전온도는 700~1000 ℃이다. 그리고 연료극의 성분인 Ni 촉매작용에 의해 전지내에서 수증기 개질을 수행하는 것이 가능하며, 공기극에 도입된 공기 중의 산소는 전해질과의 계면에서 해리되어 산소이온(O2-)으로 되고, 전해질증을 확산하여 연료극으로 이동된다. 더 나아가, 산소이온은 전해질/연료극 계면에서 개질반응에 의해 생성된 수소 혹은 일산화탄소와 전기화학적 반응을 통해 물 혹은 이산화탄소를 생성하고, 이때 방출된 전자에 의해 발전이 이루어진다.
고분자전해질형 연료전지는 전해질이 액체가 아닌 고체 고분자 중합체(Membrane)로서, 알칼리형 및 인산형 연료전지와 유사하게 멤브레인을 이용하는 연료전지이며, 촉매로서 백금을 사용한다. 또한, 인산형 연료전지에 비해 저온인 25~100 ℃(이하에서는 100 ℃)에서 운전되는 특징이 있어 출력 밀도가 크며 소형화가 가능하다.
직접메탄올 연료전지는 메탄올을 직접, 전기화학 반응시켜 발전하는 시스템으로서, 전해질은 이온 교환막에 인산을 담지시킨 것이며, 운전온도는 25~100 ℃로 비교적 저온이다. 고분자전해질형 연료전지와 비교하여 개질기를 생략할 수 있고, 시스템의 간소화와 부하 응답성의 향상이 가능하다.
이와 같이, 연료전지(40)로 구현가능한 연료전지들은 전기에너지의 생산을 위해 화석연료로부터 기화수소를 발생시키는 개질기가 구비되어야 하나, 공기식 기화기(20) 및 수열식 기화기(30)를 통해 제1, 2 기화수소가 생성됨에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 액화수소 기화 시스템의 구성에서 개질기는 생략될 수 있다.
이에, 본 발명의 연료전지(40)는 연료전지의 시스템 구성에서 전기를 생산하는 스택(stack)인 연료전지 본체인 것이 바람직하다.
또한, 연료전지(40)는 전기에너지의 생산 뿐만 아니라 제2 기화수소와 산소를 반응시키는동안 발생되는 산소 폐열을 배출하기 위해 폐열 배기통로(200)와 연결되며, 사용된 연료의 회수를 위해 연료 회수통로(600)와 연결된다.
그리고 연료전지(40)로부터 투입되는 산소는 순수 산소 또는 공기 펌프를 통해 투입되는 통상의 공기에 포함된 산소일 수 있고, 연료전지(40)로부터 배기되는 산소 폐열은 고온고습의 산소 폐열일 수 있다.
본 발명에서 연료전지(40)는 정격운전되기 위한 기설정된 온도가 100 ℃인 고분자전해질형 연료전지(PEMFC)일 수 있으며, 전기에너지를 생성하기 위한 출력이 100~400 KW일 수 있고, 제2 기화수소의 입력 압력이 1.5~3 bar이면서 제2 기화수소의 입력 온도가 영하 40~20 ℃일 수 있으며, 산소의 입력 압력이 1.5~4 bar이면서 산소의 입력 온도가 5~40 ℃일 수 있다.
전열교환기(50)는 연료전지(40)로 투입될 산소와 산소 폐열의 열교환을 통해 산소의 온도 및 습도를 증가시킨 후에 상기 산소가 연료전지(40)에 투입되도록 하여 연료전지(40)의 성능을 향상시킬 수 있고, 산소 폐열의 온도 및 습도를 감소시킨 후에 상기 산소 폐열이 폐열 투입통로(300)를 통해 전동식 댐퍼(60)에 배기되도록 한다.
이러한 전열교환기(50)는 산소와 산소 폐열의 열교환을 위해 연료전지(40)와 연결되어 연료전지(40)에 산소가 투입되도록 하는 산소 투입통로, 연료전지(40)로부터 배기된 산소 폐열이 이동되도록 하는 폐열 배기통로(200) 및 온도 및 습도가 감소된 산소 폐열이 전동식 댐퍼(60)를 향해 이동되도록 하는 폐열 투입통로(300)와 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 전열교환기(50)는 재질이 기능성 또는 고분자 전열막이면서 판형 또는 로터형 타입일 수 있고, 열교환 용량이 0.5~5 KW, 습도교환 용량이 0.01~0.06 kg/m3일 수 있으며, 연료전지(40)에 공급되기 위해 투입되는 산소의 공급량이 100~600 kg/h일 수 있다.
더 나아가, 본 발명에서 전열교환기(50)는 산소 투입통로를 통해 투입되는 산소의 온도가 영하 20~30 ℃이면서 습도가 0~80 %일 수 있으며, 산소 폐열과의 열교환이 이루어진 후에 연료전지(40)로 배기되는 산소의 온도가 5~50 ℃이면서 습도가 40~90 %일 수 있고, 폐열 배기통로(200)를 통해 투입되는 산소 폐열의 온도가 50~90 ℃이면서 습도가 60~100 %일 수 있으며, 산소와의 열교환이 이루어진 후에 전동식 댐퍼(60)로 배기되는 산소 폐열의 온도가 30~70 ℃이면서 습도가 10~40 %일 수 있다.
즉, 전열교환기(50)는 산소 투입통로를 통해 연료전지(40)에 투입될 저온저습한 산소를 산소 폐열과의 열교환에 기반하여 중온고습한 산소로 변환시킨 후에 연료전지(40)에 공급되도록 하고, 폐열 배기통로(200)를 통해 전동식 댐퍼(60)로 투입될 고온고습한 산소 폐열을 산소와의 열교환에 기반하여 중온저습한 산소 폐열로 변환시킨 후에 전동식 댐퍼(60)에 공급되도록 한다.
전동식 댐퍼(60)는 공기식 기화기(20)에서 액화수소가 제1 기화수소로 기화되도록 하면서 착상되는 공기식 기화기(20)를 제상시키기 위해 산소 폐열, 외기, 산소 폐열 및 외기가 혼합된 공기 중 적어도 하나가 공기식 기화기(20)에 투입되도록 한다.
도 4를 참조하면, 전동식 댐퍼(60)는 댐퍼 본체(61), 폐열 투입구(62), 외기 투입구(63), 공기 배기구(64), 댐퍼 날개(65) 및 모터(66)가 구비된다.
댐퍼 본체(61)는 폐열 투입구(62), 외기 투입구(63) 및 공기 배기구(64)가 형성되는 3웨이(3way) 댐퍼의 형태로 이루어지고, 산소 폐열, 외기, 산소 폐열 및 외기가 혼합된 공기의 이동이 이루어지도록 하는 내부공간이 구비된다.
폐열 투입구(62)는 폐열 투입통로(300)와 연결되어 중온저습의 산소 폐열이 댐퍼 본체(61)의 내부공간에 투입되도록 한다.
외기 투입구(63)는 외기 투입통로(400)와 연결되어 외기가 댐퍼 본체(61)의 내부공간에 투입되도록 한다.
공기 배기구(64)는 공기 배기통로(500)와 연결되어 댐퍼 본체(61)의 내부공간에 존재하는 산소 폐열, 외기, 산소 폐열 및 외기가 혼합된 공기 중 적어도 하나가 공기 배기통로(500)를 따라 외부로 배기되도록 한다.
댐퍼 날개(65)는 댐퍼 본체(61)의 내부공간에 배치되며, 모터(66)의 구동에 따라 회전된다.
이러한 댐퍼 날개(65)는 연료전지(40)로부터 산소 폐열이 배기되기 전인 연료전지(40)가 운전되기 전 상태인 경우, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 폐열 투입구(62)를 폐쇄하여 외기가 폐열 투입구(63)로 역류하는 것을 차단하고, 외기 투입구(63)와 공기 배기구(64)를 연통시켜 외기 투입구(63)를 통해 투입되는 외기가 공기 배기구(64)와 연결된 공기식 기화기(20)로 배기되도록 한다.
또한, 댐퍼 날개(65)는 연료전지(40)가 정격운전되기 위한 기설정된 온도에 도달하기 전의 초기운전 상태에서 산소 폐열을 배기하는 경우, 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 폐열 투입구(62), 외기 투입구(63) 및 공기 배기구(64)를 연통시켜 산소 폐열 및 외기가 혼합된 공기가 공기 배기구(64)와 연결된 공기식 기화기(20)로 배기되도록 한다.
이러한 연료전지(40)의 초기운전 상태에서 댐퍼 날개(65)는 연료전지(40)로부터 배기되는 산소 폐열이 기설정된 온도 미만인 경우, 외기 투입구(63)를 통해 투입되는 외기의 유량이 폐열 투입구(62)를 통해 투입되는 산소 폐열의 유량보다 커지도록 회전되고, 이와 달리 연료전지(40)로부터 배기되는 산소 폐열이 기설정된 온도 이상인 경우, 외기의 유량이 산소 폐열의 유량보다 작아지도록 회전될 수 있다.
여기서, 외기의 유량과 산소 폐열의 유량을 설정하기 위한 기설정된 온도는 40 ℃일 수 있고, 댐퍼 날개(65)는 산소 폐열이 40 ℃미만인 경우에 외기의 유량과 산소 폐열의 유량 비율이 9:1이 되도록 회전될 수 있으며, 이와 반대로 산소 폐열이 40 ℃이상인 경우에 외기의 유량과 산소 폐열의 유량 비율이 1:9가 되도록 회전될 수 있다. 즉, 댐퍼 날개(65)는 연료전지(40)의 출력에 비례하여 산소 폐열의 유량이 증가되도록 회전되는 것이다.
또한, 산소 폐열 및 외기가 혼합된 공기는 중온의 산소와 외기가 혼합됨에 따라 중온의 공기이며, 공기식 기화기(20)에 공급되어 착상된 공기식 기화기(20)를 제상할 수 있다.
그리고 댐퍼 날개(65)는 연료전지(40)가 기설정된 온도에서 운전되는 정격운전 상태인 경우, 도 4의 (c)에 도시된 바와 같이 외기 투입구(63)를 폐쇄하여 외기의 투입 및 산소 폐열이 외기 투입구(63)로 역류하는 것을 차단하고, 폐열 투입구(62) 및 공기 배기구(64)를 연통시켜 폐열 투입구(62)를 통해 투입되는 산소 폐열이 공기 배기구(64)와 연결된 공기식 기화기(20)로 배기되도록 한다.
여기서, 산소 폐열은 산소 폐열 및 외기가 혼합된 공기보다 고온이며, 공기식 기화기(20)에 공급되어 착상된 공기식 기화기(20)를 제상할 수 있다.
한편, 공기식 기화기(20)가 제상되면서 핀(27)에 생성된 후 낙하되는 응축수는 폐열 투입통로(300)를 따라 이동되어 외부로 배출될 수 있다.
이러한 댐퍼 날개(65)는 산소 폐열 및 외기에 포함될 수 있는 이물질을 여과하는 필터가 구비될 수 있다.
모터(66)는 구동력을 제공하기 위한 스텝모터일 수 있으며, 구동될 때 댐퍼 날개(65)에 회전력을 전달하여 댐퍼 날개(65)가 댐퍼 본체(61)의 내부공간에서 회전되도록 한다.
본 발명에서 전동식 댐퍼(60)는 재질이 스틸 또는 알루미늄일 수 있으며, 폐열 투입구(62)의 직경이 100~400 mm일 수 있고, 외기 투입구(63)의 직경이 200~500 mm일 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 압력조절밸브(70)는 수소 배출통로(100) 상에서 연료전지(40)보다 전단에 설치되어 제2 기화수소가 연료전지(40)에 투입되기 전에 제2 기화수소의 압력을 조절한다.
이러한 압력조절밸브(70)는 수소 배출통로(100)와 연결된 기화수소 투입구를 통해 투입되는 기화수소의 압력을 조절나사 및 디스크로 조절하여 사용자가 원하는 압력으로 감압하는 감압밸브일 수 있다.
이와 같이, 압력조절밸브(70)가 기화수소의 압력을 조절하고, 감압된 기화수소가 기화수소 배기구에서 배기되도록 하면, 연료전지(40)에는 감압된 기화수소가 투입된다.
또한, 압력조절밸브(70)는 감압밸브 뿐만 아니라 기화수소의 압력 조절이 가능한 릴리프 밸브, 시퀸스 밸브, 카운터 밸런스 밸브 및 압력 스위치 중 적어도 하나로 대체될 수 있다.
본 발명에서 압력조절밸브(70)는 수열식 기화기(30)로부터 배기되어 연료전지(40)에 공급될 제2 기화수소의 압력을 1.5~3 bar로 조절할 수 있다.
연료 회수기(80)는 연료전지(40)의 반응을 통해 생성된 후 연료 회수통로(600)를 따라 배출되는 연료를 회수한다.
여기서, 연료 회수기(80)로부터 회수되는 연료라 함은 연료전지(40)를 통해 생성되는 전기 및 물과 폐열 배기통로(200)를 통해 배기되지 않는 열을 의미한다.
이러한 연료 회수기(80)로부터 회수되는 전기는 가정집, 건물, 산업시설, 교통수단 등에 공급될 수 있고, 물은 가정집, 건물, 산업시설, 교통수단 등에 온수로 공급될 수 있으며, 열은 가정집, 건물, 산업시설, 교통수단의 난방을 위해 공급될 수 있다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 액화수소 기화 시스템은 제어모듈(1) 및 전력공급기(2)가 더 구비된다.
제어모듈(1)은 하이브리드 액화수소 기화 시스템의 전체 구성요소들의 동작을 전체적으로 제어할 뿐만 아니라, 공기식 기화기(20)의 온도측정센서(21), 압력측정센서(22) 및 유량측정센서(23)로부터 수신하는 제1 기화수소의 온도, 압력 및 유량 데이터에 기반하여 제1 기화수소의 엔탈피(enthalpy)를 산출하고, 제1 기화수소의 엔탈피(enthalpy)를 통해 수열식 기화기(30)에 필요한 열량을 계산한다.
또한, 제어모듈(1)은 수열식 기화기(30)의 온도측정센서(33) 및 압력측정센서(34)로부터 수신하는 제2 기화수소의 온도 및 압력 데이터에 기반하여 히터(32)의 열량을 피드백하며, 피드백된 열량에 기반하여 히터(32)의 동작을 제어할 수 있다.
그리고 제어모듈(1)은 수열식 기화기(30)의 내부 압력에 따라 펌프(31)의 유량을 제어한다. 구체적인 일례로, 수열식 기화기(30)의 내부압력이 수열식 기화기의 기동이 시작될 때의 내부압력보다 30~50 %만큼 증가하는 경우, 제어모듈(1)은 펌프(31)의 유량이 수열식 기화기(30)의 기동이 시작될 때보다 증가되도록 하여 부동액의 결빙을 방지할 수 있다.
전력공급기(2)는 하이브리드 액화수소 기화 시스템의 전체 구성요소들이 동작되도록 전력을 공급할 뿐만 아니라, 제어모듈(1)이 판단한 수열식 기화기(30)에 필요한 열량만큼의 전력을 수열식 기화기(30)에 공급하여 수열식 기화기(30)가 동작되도록 한다.
이하에서는, 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 액화수소 기화 시스템에 대해 자세히 설명하겠으며, 상기 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 액화수소 기화 시스템과 중복되는 구성요소에 대한 것은 편의상 설명을 생략하겠다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 하이브리드 액화수소 기화 시스템은 액화수소 탱크(10)의 액화수소 유량이 증가되도록 하기 위해 바이패스 모듈(90)이 구비될 수 있다.
바이패스 모듈(90)은 공기식 기화기(20)로부터 배기되는 제1 기화수소의 일부와 액화수소 탱크(10)로부터 증발되는 기화수소인 증발가스(Boil Off Gas)인 기화수소를 혼합시킨 혼합 기화수소를 통해 액화수소의 유량이 증가되도록 하며, 이를 위해 정량밸브(91), BOG 저장탱크(92) 및 압축기(93)가 구비될 수 있다.
정량밸브(91)는 공기식 기화기(20)가 외기 투입통로(400)에 설치된 송풍기(405)를 통해 투입되는 외기를 이용하여 액화수소를 제1 기화수소로 기화시킨 후에 상기 제1 기화수소를 수소 배출통로(100)에 배기하는 경우, 제1 기화수소의 일부가 수소 배출통로(100)와 연결된 바이패스 경로(700)를 따라 이동되도록 개폐가 이루어질 수 있다.
BOG 저장탱크(92)는 액화수소 탱크(10)로부터 증발되어 증발가스 배기통로(800)를 따라 이동되는 기화수소를 저장하며, 저장된 기화수소와 정량밸브(91)의 개방에 따라 바이패스 경로(700)를 통해 투입되는 제1 기화수소의 일부를 혼합시켜 혼합 기화수소를 생성할 수 있다.
이때, BOG 저장탱크(92)는 혼합 기화수소를 저장하는 저장공간이 3~20 bar의 압력으로 유지될 수 있다.
압축기(93)는 BOG 저장탱크(92)로부터 수소 공급통로(900)에 배기되는 혼합 기화수소를 압축하여 가압수소를 생성하며, 가압수소가 수소 공급통로(900)를 따라 액화수소 탱크(10)에 공급되도록 하여 액화수소 탱크(10)의 내부압력과 액화수소 탱크(10)로부터 배출되는 액화수소의 유량을 증가시킬 수 있다.
이때, 압축기(93)는 혼합 기화수소를 3~20 bar의 압력으로 압축시켜 가압수소를 생성할 수 있다.
더 나아가, 바이패스 모듈(90)은 제1 솔레노이드 밸브(94) 및 제2 솔레노이드 밸브(95)가 더 구비될 수 있다.
제1 솔레노이드 밸브(94)는 압축기(93)로부터 생성된 가압수소가 액화수소 탱크(10)에 공급되도록 개폐가 이루어질 수 있다.
제2 솔레노이드 밸브(95)는 BOG 저장탱크(92)에 저장되는 기화수소 또는 혼합 기화수소가 외부로 배출되도록 개폐가 이루어질 수 있다.
이러한 제1, 2 솔레노이드 밸브(94, 95)는 제어모듈(1)에 의해 계폐가 이루어질 수 있다.
상기 본 발명의 하이브리드 액화수소 기화 시스템은 공기식 기화기와 수열식 기화기를 연계하여 액화수소를 기화시킴으로써, 액화수소의 기화가 효율적으로 이루어지는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 하이브리드 액화수소 기화 시스템은 연료전지에 공급될 산소와 연료전지로부터 배기되는 산소 폐열 간의 열교환을 통해 상기 산소의 온도 및 습도가 증가되도록 하여 연료전지의 성능을 향상시킬 수 있다.
그리고 본 발명의 하이브리드 액화수소 기화 시스템은 연료전지의 운전 상태에 따라 공기식 기화기에 투입될 유체를 선택함으로써, 공기식 기화기에서 액화수소의 기화와 제상이 이루어지도록 하는 효과가 있다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
1: 제어모듈, 2: 전력공급기,
10: 액화수소 탱크, 20: 공기식 기화기,
21: 온도측정센서, 22: 압력측정센서,
23: 유량측정센서, 24: 챔버,
25: 튜브, 26: 공기 투입홈,
27: 핀, 28: 공기 배기홈,
30: 수열식 기화기, 31: 펌프,
32: 히터, 33: 온도측정센서,
34: 제1 압력측정센서, 35: 제2 압력측정센서,
36: 챔버, 37: 튜브,
38: 핀, 40: 연료전지,
50: 전열교환기, 60: 전동식 댐퍼,
61: 댐퍼 본체, 62: 폐열 투입구,
63: 외기 투입구, 64: 공기 배기구,
65: 댐퍼 날개, 66: 모터,
70: 압력조절밸브, 80: 연료 회수기,
90: 바이패스 모듈, 91: 정량밸브,
92: BOG 저장탱크, 93: 압축기,
94: 제1 솔레노이드밸브, 95: 제2 솔레노이드 밸브,
100: 수소 배출통로, 200: 폐열 배기통로,
300: 폐열 투입통로, 400: 외기 투입통로,
405: 송풍기, 500: 공기 배기통로,
600: 연료 회수통로, 700: 바이패스경로,
800: 증발가스 배기통로, 900: 수소 공급통로.

Claims (9)

  1. 하이브리드 액화수소 기화 시스템에 있어서,
    액화수소를 저장하는 액화수소 탱크;
    상기 액화수소 탱크로부터 배출되는 액화수소와 외부로부터 투입되는 공기의 열교환으로 제1 기화수소를 생성하며, 상기 제1 기화수소의 온도, 압력 및 유량 데이터를 측정하는 공기식 기화기;
    외부로부터 투입된 후 펌프를 통해 순환되는 부동액을 히터로 가열하며, 상기 히터에 의해 가열된 부동액과 상기 공기식 기화기로부터 배기되는 상기 제1 기화수소의 열교환으로 제2 기화수소를 생성하고, 상기 제2 기화수소의 온도 및 압력 데이터를 측정하는 수열식 기화기;
    상기 수열식 기화기로부터 배기되는 상기 제2 기화수소와 외부로부터 투입되는 산소를 반응시켜 전기에너지를 생성하는동안 산소 폐열을 배기하는 연료전지;
    상기 제2 기화수소의 온도 및 압력 데이터를 통해 상기 히터의 열량을 피드백하고, 상기 수열식 기화기의 내부 압력에 따라 상기 펌프의 유량을 제어하는 제어모듈;
    상기 하이브리드 액화수소 기화 시스템에 전력을 공급하기 위한 전력공급기;
    상기 연료전지로 투입될 산소와 상기 산소 폐열 간의 열교환을 통해 상기 산소의 온도 및 습도를 증가시킨 후에 상기 산소가 상기 연료전지에 투입되도록 하며, 상기 산소 폐열의 온도 및 습도를 감소시킨 후에 상기 산소 폐열이 배기되도록 하는 전열교환기;
    상기 전열교환기로부터 배기되는 산소 폐열, 외부로부터 투입되는 외기, 산소 폐열과 외기가 혼합된 공기 중 적어도 하나를 공기식 기화기에 투입시키는 전열식 댐퍼;
    상기 공기식 기화기로부터 배기되는 상기 제1 기화수소의 일부가 바이패스 경로를 따라 이동되도록 개폐되는 정량밸브;
    상기 액화수소 탱크로부터 증발되는 기화수소를 저장하며, 상기 기화수소와 상기 바이패스 경로를 따라 이동된 후에 투입되는 제1 기화수소의 일부를 혼합시켜 혼합 기화수소를 생성하는 BOG 저장탱크; 및
    상기 BOG 저장탱크로부터 배기되는 혼합 기화수소를 압축하여 가압수소를 생성하는 압축기;를 포함하고,
    상기 하이브리드 액화수소 기화 시스템에서, 상기 공기식 기화기 및 수열식 기화기가 개질기로 구현되며, 상기 연료전지가 상기 공기식 기화기 및 수열식 기화기에 의해 전기를 생산하는 스택으로 구현되고,
    상기 전열식 댐퍼는,
    외기, 상기 연료전지가 정격운전되기 위한 기설정된 온도에 도달하기 전의 초기운전 상태일때 배기되는 산소 폐열 및 외기가 혼합된 공기, 상기 연료전지가 기설정된 온도에서 운전되는 정격운전 상태일 때 배기되어 상기 산소 폐열 및 외기가 혼합된 공기보다 상대적으로 고온인 산소 폐열의 이동이 이루어지도록 하는 내부공간이 구비된 3웨이 형태의 댐퍼 본체;
    상기 댐퍼 본체의 내부공간에 상기 전열교환기로부터 배기된 산소 폐열이 투입되도록 하기 위한 폐열 투입구;
    상기 댐퍼 본체의 내부공간에 외기가 투입되도록 하기 위한 외기 투입구;
    상기 댐퍼 본체의 내부공간에 존재하는 외기, 산소 폐열 및 외기가 혼합된 공기, 산소 폐열 중 적어도 하나를 상기 공기식 기화기로 배기하기 위한 공기 배기구; 및
    상기 댐퍼 본체의 내부공간에 배치되며, 상기 연료전지의 상태에 따라 모터를 통해 구동되어 상기 댐퍼 본체의 내부공간에서 회전됨으로써 외기, 산소 폐열 및 외기가 혼합된 공기, 산소 폐열 중 적어도 하나가 상기 공기 배기구를 통해 상기 공기식 기화기에 배기되도록 하고, 산소 폐열 및 외기에 포함된 이물질을 여과하기 위한 필터가 구비된 댐퍼 날개;를 포함하며,
    상기 공기 배기구를 통해 산소 폐열 및 외기가 혼합된 공기 또는 산소 폐열을 상기 공기식 기화기에 배기하여 상기 공기식 기화기가 제상되도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액화수소 기화 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전열식 댐퍼는,
    상기 연료전지로부터 산소 폐열이 배기되기 전인 상기 연료전지가 운전되기 전 상태인 경우, 댐퍼 날개의 회전을 통해 폐열 투입구를 폐쇄하고, 외기 투입구와 공기 배기구를 연통시켜 상기 외기 투입구를 통해 투입되는 외기가 상기 공기 배기구를 통해 상기 공기식 기화기로 배기되도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액화수소 기화 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전열식 댐퍼는,
    상기 연료전지가 정격운전되기 위한 기설정된 온도에 도달하기 전의 초기운전 상태에서 산소 폐열을 배기하는 경우, 댐퍼 날개의 회전을 통해 폐열 투입구, 외기 투입구 및 공기 배기구를 연통시켜 상기 산소 폐열과 외기가 혼합된 공기가 상기 공기 배기구를 통해 상기 공기식 기화기로 배기되도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액화수소 기화 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전열식 댐퍼는,
    상기 연료전지로부터 배기되는 산소 폐열이 기설정된 온도 미만인 경우, 상기 외기 투입구를 통해 투입되는 외기의 유량이 상기 폐열 투입구를 통해 투입되는 산소 폐열의 유량보다 커지도록 상기 댐퍼 날개의 회전을 제어하고,
    상기 연료전지로부터 배기되는 산소 폐열이 기설정된 온도 이상인 경우, 상기 외기의 유량이 상기 산소 폐열의 유량보다 작아지도록 상기 댐퍼 날개의 회전을 제어하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액화수소 기화 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전열식 댐퍼는,
    상기 연료전지가 기설정된 온도에서 운전되는 정격운전 상태인 경우, 댐퍼 날개의 회전을 통해 외기 투입구를 폐쇄하여 외기의 투입을 차단하고, 폐열 투입구 및 공기 배기구를 연통시켜 상기 폐열 투입구를 통해 투입되는 산소 폐열이 상기 공기 배기구를 통해 상기 공기식 기화기로 배기되도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액화수소 기화 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 수열식 기화기의 내부압력이 상기 수열식 기화기의 기동이 시작될 때의 내부압력보다 30~50 % 증가하는 경우, 상기 펌프의 유량이 상기 수열식 기화기의 기동이 시작될 때보다 증가되도록 하여 상기 부동액의 결빙을 방지하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액화수소 기화 시스템.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기는,
    상기 가압수소를 상기 액화수소 탱크에 공급하여 상기 액화수소 탱크의 내부 압력과 상기 액화수소 탱크로부터 배출되는 액화수소의 유량이 증가되도록 하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 액화수소 기화 시스템.
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