KR102510675B1 - Fuel cell generation system and vessel including the same - Google Patents

Fuel cell generation system and vessel including the same Download PDF

Info

Publication number
KR102510675B1
KR102510675B1 KR1020210070550A KR20210070550A KR102510675B1 KR 102510675 B1 KR102510675 B1 KR 102510675B1 KR 1020210070550 A KR1020210070550 A KR 1020210070550A KR 20210070550 A KR20210070550 A KR 20210070550A KR 102510675 B1 KR102510675 B1 KR 102510675B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
tube
ammonia
fuel cell
hydrogen
heat exchanger
Prior art date
Application number
KR1020210070550A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20220162275A (en
Inventor
김상명
김필근
안지호
변영진
류민철
Original Assignee
대우조선해양 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대우조선해양 주식회사 filed Critical 대우조선해양 주식회사
Priority to KR1020210070550A priority Critical patent/KR102510675B1/en
Publication of KR20220162275A publication Critical patent/KR20220162275A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102510675B1 publication Critical patent/KR102510675B1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407Constructional details of adsorbing systems
    • B01D53/0438Cooling or heating systems
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/46Removing components of defined structure
    • B01D53/54Nitrogen compounds
    • B01D53/58Ammonia
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63BSHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B25/00Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby
    • B63B25/02Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods
    • B63B25/08Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid
    • B63B25/12Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed
    • B63B25/16Load-accommodating arrangements, e.g. stowing, trimming; Vessels characterised thereby for bulk goods fluid closed heat-insulated
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63JAUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J2/00Arrangements of ventilation, heating, cooling, or air-conditioning
    • B63J2/12Heating; Cooling
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63JAUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00Driving of auxiliaries
    • B63J3/04Driving of auxiliaries from power plant other than propulsion power plant
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022Heating by combustion
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

본 발명에 따른 연료전지 발전시스템은 기체 암모니아를 분해하여 수소를 생산하는 수소 생산 유니트(100), 그리고 상기 수소 생산 유니트(100)에서 생산한 수소를 이용하여 전력을 생산하는 수소 연료 전지 유니트(200)를 포함하고, 상기 수소 생산 유니트(100)는 상기 기체 암모니아를 열분해하는 암모니아 분해기(110), 그리고 상기 암모니아 분해기(110)에서 배출되는 미분해 암모니아, 수소 및 질소를 포함하는 혼합가스를 상기 수소 연료 전지 유니트(200)에서 발생하는 제1 배기 가스(EG1)와 열교환시켜 상기 혼합가스를 승온시키는 제1 열교환기(171)를 포함한다.A fuel cell power generation system according to the present invention includes a hydrogen production unit (100) that produces hydrogen by decomposing gaseous ammonia, and a hydrogen fuel cell unit (200) that produces power using hydrogen produced by the hydrogen production unit (100). ), wherein the hydrogen production unit 100 converts an ammonia decomposer 110 that thermally decomposes the gaseous ammonia, and a mixed gas including undecomposed ammonia discharged from the ammonia decomposer 110, hydrogen, and nitrogen into the hydrogen A first heat exchanger 171 is provided to increase the temperature of the mixed gas by exchanging heat with the first exhaust gas EG1 generated from the fuel cell unit 200 .

Figure R1020210070550
Figure R1020210070550

Description

연료전지 발전시스템 및 동 시스템을 구비한 선박{FUEL CELL GENERATION SYSTEM AND VESSEL INCLUDING THE SAME}Fuel cell power generation system and vessel equipped with the same system {FUEL CELL GENERATION SYSTEM AND VESSEL INCLUDING THE SAME}

본 발명은 연료전지 발전시스템 및 동 시스템을 구비한 선박에 관한 것으로, 보다 상세하게는 암모니아를 이용하면서 전체적인 에너지 소모를 줄이고 효율을 극대화한 연료전지 발전시스템 및 동 시스템을 구비한 선박에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell power generation system and a ship equipped with the same system, and more particularly, to a fuel cell power generation system that reduces overall energy consumption and maximizes efficiency while using ammonia, and to a ship equipped with the system.

대기로 방출되는 이산화탄소(CO2)가 지구 온난화의 핵심으로 지목됨에 따라, 연소 시 이산화탄소를 배출하는 탄화수소 중심의 화석 연료를 대체하기 위해 수소를 연료로 하는 광범위한 수소 경제 사이클, 즉 수소의 생산, 수송, 및 연소의 여러 가지 방안들이 모색되고 있다.As carbon dioxide (CO 2 ) emitted into the atmosphere is pointed out as the key to global warming, a broad hydrogen economic cycle using hydrogen as fuel to replace fossil fuels centered on hydrocarbons that emit carbon dioxide during combustion, that is, the production and transportation of hydrogen , and various methods of combustion are being explored.

공업적으로 수소는 수증기 천연 가스의 개질(Steam Methane Reformer, SMR)이나 메탄올의 개질을 이용하여 주로 생산되나, 탄소를 포함한 원료의 특성상 공정 과정에서 필연적으로 이산화탄소를 방출한다. 물의 전기분해로 수소를 생산하는 경우에 이산화탄소는 발생하지 않으나 상기한 방법 대비 제조 원가가 높아 소규모로 사용된다. 수소는 원소 중 분자량이 가장 작아 단위부피당 중량이 적고 비등점이 -259.2℃로 매우 낮아서, 액화, 저장 및 수송에 많은 기술 및 상업적 어려움이 있다. 즉, 해상을 통한 대규모 수송에 수소의 액화가 필수적이고, 액체 수소의 증발 가스(Boil-off gas, BOG)의 응축의 난이도가 높으며, 통상 700bar로 압축한 저장 용기로 육상 운송을 진행하고 있어, 단위 중량당 수송 비용이 증가하여 수소 경제의 활성화가 용이하지 않다.Industrially, hydrogen is mainly produced using steam methane reformer (SMR) or methanol reforming, but due to the nature of raw materials containing carbon, carbon dioxide is inevitably released during the process. When hydrogen is produced by electrolysis of water, carbon dioxide is not generated, but the production cost is high compared to the above method, so it is used on a small scale. Hydrogen has the smallest molecular weight among elements and has a low weight per unit volume and a very low boiling point of -259.2 ° C, so there are many technical and commercial difficulties in liquefaction, storage and transportation. That is, hydrogen liquefaction is essential for large-scale transportation by sea, and the difficulty of condensing liquid hydrogen boil-off gas (BOG) is high. It is not easy to activate the hydrogen economy due to the increase in transportation cost per unit weight.

따라서, 운용이 용이한 암모니아를 분해하여 수소를 생산하고, 생산된 수소를 이용하여 전력을 생산하는 연료전지 발전시스템이 개발되고 있다.Therefore, a fuel cell power generation system that produces hydrogen by decomposing ammonia, which is easy to operate, and generates electric power using the produced hydrogen, has been developed.

이러한 연료전지 발전시스템에서는 고온의 배기 가스가 발생하며, 이를 외부로 방출하므로 전체적인 에너지 소모가 증가하는 문제가 있다. In such a fuel cell power generation system, high-temperature exhaust gas is generated, and since it is discharged to the outside, there is a problem in that overall energy consumption increases.

본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 암모니아를 이용하면서 전체적인 에너지 소모를 줄이고 효율을 극대화한 연료전지 발전시스템 및 동 시스템을 구비한 선박을 제공하는 것이다. A technical problem to be achieved by the spirit of the present invention is to provide a fuel cell power generation system that reduces overall energy consumption and maximizes efficiency while using ammonia and a ship equipped with the system.

본 발명의 일 측면에 따른 연료전지 발전시스템은 기체 암모니아를 분해하여 수소를 생산하는 수소 생산 유니트(100), 그리고 상기 수소 생산 유니트(100)에서 생산한 수소를 이용하여 전력을 생산하는 수소 연료 전지 유니트(200)를 포함하고, 상기 수소 생산 유니트(100)는 상기 기체 암모니아를 열분해하는 암모니아 분해기(110), 그리고 상기 암모니아 분해기(110)에서 배출되는 미분해 암모니아, 수소 및 질소를 포함하는 혼합가스를 상기 수소 연료 전지 유니트(200)에서 발생하는 제1 배기 가스(EG1)와 열교환시켜 상기 혼합가스를 승온시키는 제1 열교환기(171)를 포함한다.A fuel cell power generation system according to an aspect of the present invention includes a hydrogen production unit 100 that produces hydrogen by decomposing gaseous ammonia, and a hydrogen fuel cell that generates power using the hydrogen produced by the hydrogen production unit 100. It includes a unit 200, wherein the hydrogen production unit 100 includes an ammonia decomposer 110 for thermally decomposing the gaseous ammonia, and a mixed gas including undecomposed ammonia discharged from the ammonia decomposer 110, hydrogen, and nitrogen. and a first heat exchanger 171 that heats up the mixed gas by exchanging heat with the first exhaust gas EG1 generated from the hydrogen fuel cell unit 200.

또한, 상기 제1 열교환기(171)를 통과한 상기 제1 배기 가스(EG1)를 제1 분기점(10)에서 분기시켜 상기 제1 열교환기의 전단(20)으로 합류시킬 수 있다.In addition, the first exhaust gas EG1 passing through the first heat exchanger 171 may be branched at the first branching point 10 and joined to the front end 20 of the first heat exchanger.

또한, 상기 제1 열교환기(171)의 전단 또는 후단에 히터를 더 포함할 수 있다.In addition, a heater may be further included at the front or rear end of the first heat exchanger 171 .

또한, 상기 수소 연료 전지 유니트(200)는 상기 제1 열교환기(171)를 통과하며 승온된 상기 혼합가스에 포함된 상기 수소를 연료로 전력을 생산하는 연료전지부(210), 공기를 가압하여 상기 연료전지부(210)에 공급하는 압축기(220), 그리고 상기 압축기(220)에서 가압된 상기 공기를 상기 연료전지부(210)에서 발생하는 제2 배기 가스(EG2)와 열교환시켜 상기 연료전지부(210)에 고온 및 고압의 상기 공기를 공급하는 제2 열교환기(230)를 포함할 수 있다.In addition, the hydrogen fuel cell unit 200 passes through the first heat exchanger 171 and pressurizes the fuel cell unit 210 that generates power using the hydrogen contained in the heated mixed gas as fuel. The compressor 220 supplied to the fuel cell unit 210, and the air pressurized by the compressor 220 are heat-exchanged with the second exhaust gas EG2 generated in the fuel cell unit 210 to heat the fuel cell It may include a second heat exchanger 230 supplying the high-temperature and high-pressure air to the branch 210 .

또한, 상기 수소 생산 유니트(100)는 상기 제1 열교환기(171)를 통과한 상기 제1 배기 가스(EG1)를 연소시켜 제3 배기 가스(EG3)을 생성하는 연소기(180)를 더 포함할 수 있다.In addition, the hydrogen production unit 100 may further include a combustor 180 generating third exhaust gas EG3 by burning the first exhaust gas EG1 passing through the first heat exchanger 171. can

또한, 상기 제3 배기 가스(EG3)는 상기 암모니아 분해기(110)로 공급되어 열교환될 수 있다.In addition, the third exhaust gas EG3 may be supplied to the ammonia decomposer 110 for heat exchange.

또한, 상기 수소 생산 유니트(100)는 액체 암모니아를 저장하는 암모니아 저장 탱크(160), 그리고 상기 액체 암모니아를 기화시켜 상기 암모니아 분해기(110)로 공급하는 기화기(150)를 더 포함하고, 상기 암모니아 분해기(110)를 통과한 상기 제3 배기 가스(EG3)는 상기 기화기(150)로 공급되어 열교환될 수 있다.In addition, the hydrogen production unit 100 further includes an ammonia storage tank 160 for storing liquid ammonia, and a vaporizer 150 for vaporizing the liquid ammonia and supplying it to the ammonia decomposer 110, The third exhaust gas EG3 passing through 110 may be supplied to the vaporizer 150 to exchange heat.

또한, 상기 수소 생산 유니트(100)는 상기 암모니아 분해기(110)에서 배출되는 상기 혼합가스에서 상기 미분해 암모니아를 흡착하는 암모니아 흡착기(120)를 더 포함할 수 있다.In addition, the hydrogen production unit 100 may further include an ammonia adsorber 120 for adsorbing the undecomposed ammonia in the mixed gas discharged from the ammonia decomposer 110.

또한, 상기 암모니아 흡착기(120)는 가열 교대 흡착기로서, 서로 이격되어 위치하는 제1 튜브(331) 및 제2 튜브(332), 상기 제1 튜브(331) 및 상기 제2 튜브(332) 각각의 내부로 연결되는 제1 튜브관(333), 그리고 상기 제1 튜브(331) 및 상기 제2 튜브(332) 각각의 외부면과 접촉하거나 연결되어 열교환이 가능하도록 연결되는 제2 튜브관(334)을 포함할 수 있다.In addition, the ammonia adsorber 120 is a heating alternating adsorber, and each of the first tube 331 and the second tube 332, the first tube 331 and the second tube 332 are spaced apart from each other. A first tube tube 333 connected to the inside, and a second tube tube 334 connected to contact or connect to the outer surface of each of the first tube 331 and the second tube 332 to enable heat exchange can include

또한, 상기 제1 튜브(331) 및 상기 제2 튜브(332)는 상기 제1 튜브관(333)을 통해 상기 제1 튜브(331) 및 상기 제2 튜브(332)의 내부로 번갈아 투입되는 상기 혼합가스에서 상기 미분해 암모니아를 흡착하고, 상기 제1 튜브(331) 및 상기 제2 튜브(332)는 상기 제2 튜브관(334)을 통해 상기 제1 튜브(331) 및 상기 제2 튜브(332)의 외부면과 접촉하거나 연결되어 상기 혼합가스와 번갈아 열교환되어 재생될 수 있다.In addition, the first tube 331 and the second tube 332 are alternately introduced into the first tube 331 and the second tube 332 through the first tube 333. The undecomposed ammonia is adsorbed from the mixed gas, and the first tube 331 and the second tube 332 pass through the second tube tube 334 to the first tube 331 and the second tube ( 332) may be contacted or connected to the outer surface of the mixed gas to be alternately heat exchanged and regenerated.

또한, 상기 제2 튜브관(334)은 상기 암모니아 분해기(110)와 연결되는 전단 제2 튜브관(3341), 그리고 제3 열교환기(130)와 연결되는 후단 제2 튜브관(3342)을 포함할 수 있다.In addition, the second tube tube 334 includes a front-end second tube tube 3341 connected to the ammonia decomposer 110 and a rear-end second tube tube 3342 connected to the third heat exchanger 130. can do.

또한, 상기 암모니아 분해기(110)에서 상기 전단 제2 튜브관(3341)을 통해 상기 암모니아 흡착기(120)로 공급되는 상기 혼합가스는 상기 제1 튜브(331) 또는 상기 제2 튜브(332)와 열교환하여 상기 제1 튜브(331) 또는 상기 제2 튜브(332)를 재생시키고 상기 후단 제2 튜브관(3342)를 통해 상기 제3 열교환기(130)로 공급되될 수 있다.In addition, the mixed gas supplied from the ammonia decomposer 110 to the ammonia adsorber 120 through the front end second tube 3341 exchanges heat with the first tube 331 or the second tube 332 The first tube 331 or the second tube 332 is regenerated and supplied to the third heat exchanger 130 through the second tube 3342 at the rear end.

또한, 상기 후단 제2 튜브관(3342)를 통해 상기 제3 열교환기(130)로 공급되는 상기 혼합가스는 상기 제3 열교환기(130)에서 냉각될 수 있다.In addition, the mixed gas supplied to the third heat exchanger 130 through the rear end second tube 3342 may be cooled in the third heat exchanger 130 .

또한, 상기 제1 튜브관(333)은 상기 제3 열교환기(130)와 연결되는 전단 제1 튜브관(3331)을 포함하고, 상기 제1 열교환기(130)로부터 배출되는 상기 혼합가스는 상기 전단 제1 튜브관(3331)을 통해 상기 제1 튜브(331) 또는 상기 제2 튜브(332) 내부로 공급되어 상기 제1 튜브(331) 또는 상기 제2 튜브(332)에서 상기 미분해 암모니아가 흡착될 수 있다.In addition, the first tube tube 333 includes a front end tube tube 3331 connected to the third heat exchanger 130, and the mixed gas discharged from the first heat exchanger 130 is It is supplied to the inside of the first tube 331 or the second tube 332 through the first tube tube 3331 at the front end, and the undecomposed ammonia in the first tube 331 or the second tube 332 is can be adsorbed.

또한, 상기 제1 튜브관(333)은 상기 제1 열교환기(171)와 연결되는 후단 제1 튜브관(3332)을 더 포함하고, 상기 혼합가스에 포함되는 상기 수소 및 상기 질소는 상기 후단 제1 튜브관(3332)를 통해 상기 제1 열교환기(171)로 공급되어 상기 제1 배기 가스(EG1)와 열교환될 수 있다.In addition, the first tube 333 further includes a rear end first tube 3332 connected to the first heat exchanger 171, and the hydrogen and nitrogen included in the mixed gas are It may be supplied to the first heat exchanger 171 through the first tube 3332 and exchange heat with the first exhaust gas EG1.

본 발명의 다른 측면에 따른 선박은, 전술한 연료전지 발전시스템을 구비할 수 있다.A vessel according to another aspect of the present invention may include the fuel cell power generation system described above.

이때, 상기 선박은 암모니아 운반선 또는 암모니아 연료 추진선일 수 있다.At this time, the ship may be an ammonia carrier or an ammonia fuel propulsion ship.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템은 이산화탄소를 배출하지 않는 암모니아를 분해하여 수소를 생산하고, 생산된 수소를 이용하여 전력을 생산하므로, 친환경적이다.The fuel cell power generation system according to an embodiment of the present invention is environmentally friendly because hydrogen is produced by decomposing ammonia that does not emit carbon dioxide and electricity is generated using the produced hydrogen.

또한, 낮은 온도에서 암모니아 개질이 이루어지는 암모니아 분해기에서 배출되는 혼합가스를 연료전지부에서 발생하는 제1 배기 가스로 열교환이 이루어지는 제1 열교환기를 이용하여 승온시킴으로써, 고온에서 동작하는 연료전지부의 동작이 원활하게 이루어지게 하여 연료전지부의 전력 생산 효율을 높일 수 있다.In addition, by raising the temperature of the mixed gas discharged from the ammonia decomposer in which ammonia is reformed at a low temperature using the first heat exchanger in which heat is exchanged with the first exhaust gas generated in the fuel cell unit, the operation of the fuel cell unit operating at a high temperature is improved. By making it smoothly, it is possible to increase the power production efficiency of the fuel cell unit.

또한, 연소기에서 발생한 고온의 제3 배기 가스는 암모니아 분해기 및 기화기의 열원으로 활용될 수 있으므로, 전체적인 에너지 소모를 줄여 경제적이다. In addition, since the high-temperature third exhaust gas generated from the combustor can be used as a heat source for the ammonia decomposer and the vaporizer, it is economical by reducing overall energy consumption.

또한, 수소 연료 전지 유니트의 제2 열교환기는 압축기에서 가압된 고압의 공기를 연료전지부에서 발생하는 고온의 제2 배기 가스와 열교환시켜 연료전지부에 고온 및 고압의 공기를 공급할 수 있다. 따라서, 연료전지부의 음극부에서 산소의 환원 반응이 원활하게 이루어지게 하여 연료전지부의 전력 생산 효율을 높일 수 있다.In addition, the second heat exchanger of the hydrogen fuel cell unit may supply high-temperature and high-pressure air to the fuel cell unit by exchanging heat with the high-temperature exhaust gas generated from the fuel cell unit for the high-pressure air pressurized by the compressor. Therefore, it is possible to increase the power production efficiency of the fuel cell unit by smoothly performing the reduction reaction of oxygen in the cathode unit of the fuel cell unit.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 구체적인 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 구체적인 도면이다.
도 3은 도 2의 암모니아 흡착기의 구체적 도면이다.
도 4는 도 2의 암모니아 흡착기에서 제1 튜브가 미분해 암모니아를 흡착하고, 제2 튜브가 재생되는 상태를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 2의 암모니아 흡착기에서 제2 튜브가 미분해 암모니아를 흡착하고, 제1 튜브가 재생되는 상태를 설명하는 도면이다.
1 is a specific diagram of a fuel cell power generation system according to an embodiment of the present invention.
2 is a specific diagram of a fuel cell power generation system according to another embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a detailed view of the ammonia adsorber of FIG. 2 .
FIG. 4 is a view explaining a state in which the first tube adsorbs undecomposed ammonia and the second tube is regenerated in the ammonia adsorber of FIG. 2 .
FIG. 5 is a view explaining a state in which the second tube adsorbs undecomposed ammonia and the first tube is regenerated in the ammonia adsorber of FIG. 2 .

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. This invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments set forth herein.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 구체적인 도면이다.1 is a specific diagram of a fuel cell power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템은 액체 상태의 액체 암모니아(L-NH3)를 분해하여 수소를 생산하는 수소 생산 유니트(100), 그리고 수소 생산 유니트(100)에서 생산한 수소를 이용하여 전력을 생산하는 수소 연료 전지 유니트(200)를 포함하여, 암모니아를 이용하면서 전체적인 에너지 소모를 줄이고 효율을 극대화한 연료전지 발전시스템을 제공하는 것을 요지로 한다.As shown in FIG. 1, the fuel cell power generation system according to an embodiment of the present invention includes a hydrogen production unit 100 that produces hydrogen by decomposing liquid ammonia (L-NH 3 ), and a hydrogen production unit. The main point is to provide a fuel cell power generation system that reduces overall energy consumption and maximizes efficiency while using ammonia, including a hydrogen fuel cell unit 200 that generates power using hydrogen produced in (100).

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템은 선박에 설치될 수 있으며, 이때 선박은 암모니아 운반선 또는 암모니아 연료 추진선일 수 있다.The fuel cell power generation system according to an embodiment of the present invention may be installed on a ship, where the ship may be an ammonia carrier or an ammonia fuel propulsion ship.

수소 생산 유니트(100)는 기화기(Vaporizer)(150), 암모니아 분해기(110), 제1 열교환기(171), 송풍 수단(172), 연소기(Combustor)(180), 그리고 암모니아 저장 탱크(160)를 포함할 수 있다.The hydrogen production unit 100 includes a vaporizer 150, an ammonia decomposer 110, a first heat exchanger 171, a blower 172, a combustor 180, and an ammonia storage tank 160. can include

기화기(150)는 액체 상태의 암모니아(L-NH3)를 기화시켜 기체 상태의 기체 암모니아(G-NH3)로 만들 수 있다. 이때, 열원으로서 후술하는 바와 같이 연소기(180)로부터 배출되는 고온의 제3 배기 가스(EG3)를 활용할 수 있다. The vaporizer 150 may vaporize liquid ammonia (L-NH 3 ) into gaseous ammonia (G-NH 3 ). In this case, the high-temperature third exhaust gas EG3 discharged from the combustor 180 may be used as a heat source, as will be described later.

이러한 기화기(150)는 쉘 앤 튜브 타입(shell and tube type)의 열교환기일 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 구조의 열교환기가 가능하다.The vaporizer 150 may be a shell and tube type heat exchanger. However, it is not necessarily limited thereto, and heat exchangers of various structures are possible.

암모니아 분해기(110)는 기화기(150)에서 생성된 기체 암모니아(G-NH3)를 열분해하여 개질할 수 있다. 즉, 암모니아 분해기(110)는 기화기(150)를 통과한 기체 암모니아(G-NH3)를 열분해(cracking reformer)를 통해 수소(H2) 및 질소(N2)로 분해할 수 있다. 이 때, 분해되지 않은 미분해 암모니아(NH3)가 발생할 수 있다. 이때, 열원으로서 후술하는 바와 같이 연소기(180)로부터 배출되는 고온의 제3 배기 가스(EG3)를 활용할 수 있다. The ammonia decomposer 110 may reform the gaseous ammonia (G-NH 3 ) generated in the vaporizer 150 by thermally decomposing it. That is, the ammonia cracker 110 may decompose gaseous ammonia (G-NH 3 ) passing through the vaporizer 150 into hydrogen (H 2 ) and nitrogen (N 2 ) through a cracking reformer. At this time, undecomposed undecomposed ammonia (NH 3 ) may be generated. In this case, the high-temperature third exhaust gas EG3 discharged from the combustor 180 may be used as a heat source, as will be described later.

또한, 암모니아 분해기(110)는 보다 낮은 온도에서 암모니아 개질을 할 수 있도록, 암모니아 분해 촉매를 포함할 수 있다. 암모니아 분해 촉매로서는, 암모니아 분해 반응에 촉매활성을 갖는 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 비금속계 변이 금속, 희토류계 물질, 귀금속계 물질를 조성으로서 포함하는 촉매를 들 수 있으며, 전술한 촉매들은 높은 비표면적을 갖는 담체에 담지해서 이용할 수 있다.In addition, the ammonia decomposer 110 may include an ammonia decomposition catalyst so that ammonia can be reformed at a lower temperature. The ammonia decomposition catalyst is not particularly limited as long as it has a catalytic activity for the ammonia decomposition reaction, but examples thereof include catalysts containing a non-metal-based transition metal, a rare earth-based material, and a noble metal-based material as a composition. It can be used while supported on a carrier having a specific surface area.

구체적으로는, 저온 촉매 방식의 암모니아 개질기(분해기)는 저온, 예를 들면, 약 400~600℃에서 암모니아를 분해할 수 있는 암모니아 개질기로서, 주기율표 상의 제8족 금속원소, 제1B족 금속원소 등을 분해 촉매로서 포함할 수 있다. 이러한 분해 촉매는 전술한 원소에 한정되는 것은 아니며, 산화구리, 산화크롬, 산화망간, 산화철, 팔라듐 또는 백금이거나. 혹은 제올라이트에 크롬, 구리 또는 코발트를 담지한 분해 촉매가 될 수 있다.Specifically, the low-temperature catalytic ammonia reformer (decomposer) is an ammonia reformer capable of decomposing ammonia at a low temperature, for example, about 400 to 600 ° C. may be included as a decomposition catalyst. These decomposition catalysts are not limited to the above-mentioned elements, and may include copper oxide, chromium oxide, manganese oxide, iron oxide, palladium, or platinum. Alternatively, it may be a decomposition catalyst in which chromium, copper or cobalt is supported on zeolite.

암모니아 개질기(110)를 저온 촉매 방식의 암모니아 개질기를 사용하여, 암모니아 개질에 사용되는 열량을 최소화시킬 수 있다.The amount of heat used for ammonia reforming can be minimized by using the ammonia reformer 110 of a low-temperature catalyst type.

한편, 암모니아 분해기(110)는 상대적으로 낮은 온도에서 암모니아 개질이 이루어지나, 수소 연료 전지 유니트(200)의 연료전지부(210)는 상대적으로 고온에서 동작하므로, 암모니아 분해기(110)에서 배출되는 미분해 암모니아, 수소 및 질소를 포함하는 혼합가스를 승온시킬 필요가 있다.Meanwhile, in the ammonia decomposer 110, ammonia reforming is performed at a relatively low temperature, but since the fuel cell unit 210 of the hydrogen fuel cell unit 200 operates at a relatively high temperature, fine particles discharged from the ammonia decomposer 110 Therefore, it is necessary to raise the temperature of the mixed gas containing ammonia, hydrogen and nitrogen.

따라서, 제1 열교환기(171)는 암모니아 분해기(110)에서 배출되는 혼합가스를 수소 연료 전지 유니트(200)에서 발생하는 제1 배기 가스(EG1)와 열교환시켜 혼합가스를 승온시킬 수 있다. 도시하지는 않았으나, 제1 열교환기(171)의 전단 또는 후단에 별도의 히터를 추가로 구비함으로써, 혼합가스의 승온에 필요한 제1 열교환기(171)의 부하를 줄이는 동시에, 다단의 가열로 연료전지부(210)에 적합한 온도로 승온시킬 수 있다.Therefore, the first heat exchanger 171 heats the mixed gas discharged from the ammonia decomposer 110 with the first exhaust gas EG1 generated from the hydrogen fuel cell unit 200 to increase the temperature of the mixed gas. Although not shown, by additionally providing a separate heater at the front or rear end of the first heat exchanger 171, the load on the first heat exchanger 171 required to raise the temperature of the mixed gas is reduced, and at the same time, a multi-stage heating furnace fuel cell The temperature may be raised to a temperature suitable for the branch 210 .

즉, 수소 연료 전지 유니트(200)의 연료전지부(210)에서 미반응된 일부 수소와, 질소, 그리고 전기화학적 반응의 결과물인 수증기의 일부를 포함하는 제1 배기 가스(EG1)가 발생하게 된다. 이 때, 제1 배기 가스(EG1)는 제1 열교환기(171)에서 혼합가스와 열교환되어 혼합가스를 승온시킬 수 있고, 제1 열교환기(171)를 통과한 제1 배기 가스(EG1)는 연소기(180)에 열에너지를 공급함과 아울러, 연소될 수 있다.That is, the first exhaust gas EG1 containing some of unreacted hydrogen, nitrogen, and some of water vapor resulting from electrochemical reaction in the fuel cell unit 210 of the hydrogen fuel cell unit 200 is generated. . At this time, the first exhaust gas EG1 is heat-exchanged with the mixed gas in the first heat exchanger 171 to increase the temperature of the mixed gas, and the first exhaust gas EG1 passing through the first heat exchanger 171 is Along with supplying thermal energy to the combustor 180, it can be combusted.

송풍 수단(172)은 제1 열교환기(171)를 통과한 제1 배기 가스(EG1) 중 일부를 제1 분기점(10)에서 분기시켜 제1 열교환기의 전단(20)으로 합류시켜 다시 연료전지부(210)의 연료로서 재활용하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 여기서, 송풍 수단(172)은 블로워일 수 있다.The blowing unit 172 diverges some of the first exhaust gas EG1 passing through the first heat exchanger 171 at the first branching point 10 and joins it to the front end 20 of the first heat exchanger to re-energize the fuel cell. It can be recycled as a fuel for branch 210 to improve energy efficiency. Here, the blowing means 172 may be a blower.

제1 열교환기(171)를 통과한 제1 배기 가스(EG1) 중 일부를 제1 분기점(10)에서 분기시켜 제1 열교환기의 전단(20)으로 합류시키는 것에 의해, 고온의 연소 생성물의 열에너지를 생성하는 연소기(180)에 필요 이상의 미반응된 수소와 질소를 공급하는 것도 방지할 수 있다.A portion of the first exhaust gas EG1 passing through the first heat exchanger 171 is branched at the first branching point 10 and joined to the front end 20 of the first heat exchanger, whereby thermal energy of high-temperature combustion products is obtained. It can also be prevented from supplying unreacted hydrogen and nitrogen more than necessary to the combustor 180 that generates .

즉, 암모니아 분해기(110) 및 기화기(150)의 온도조건을 충족시킬 수 있는 필요 연료량을 초과하여, 연소기(180)에 미반응된 수소와 질소를 공급하는 것을 방지할 수 있게 되어 에너지 효율을 높일 수 있게 된다.That is, it is possible to prevent the supply of unreacted hydrogen and nitrogen to the combustor 180 in excess of the required amount of fuel capable of satisfying the temperature conditions of the ammonia decomposer 110 and the vaporizer 150, thereby increasing energy efficiency. be able to

제1 분기점(10)은 제1 열교환기(171)와 연소기(180) 사이의 제1 배기 가스(EG1)의 흐름 상에 위치할 수 있다. The first branch point 10 may be located on the flow of the first exhaust gas EG1 between the first heat exchanger 171 and the combustor 180 .

연소기(180)는 제1 열교환기(171)를 통과한 제1 배기 가스(EG1)를 연소시켜 고온의 연소 생성물인 제3 배기 가스(EG3)를 생성할 수 있다.The combustor 180 may burn the first exhaust gas EG1 passing through the first heat exchanger 171 to generate a high-temperature combustion product, the third exhaust gas EG3.

이러한 고온의 제3 배기 가스(EG3)는 암모니아 분해기(110)로 공급되어 열교환됨으로써, 암모니아 분해기(110)의 열원으로 활용될 수 있다. 또한, 암모니아 분해기(110)를 통과한 제3 배기 가스(EG3)는 기화기(150)로 순차 공급되어 열교환됨으로써, 기화기(150)의 열원으로도 활용될 수 있다.The high-temperature third exhaust gas EG3 is supplied to the ammonia decomposer 110 and heat-exchanged, so that it can be used as a heat source for the ammonia decomposer 110 . In addition, the third exhaust gas EG3 passing through the ammonia decomposer 110 is sequentially supplied to the vaporizer 150 and heat-exchanged, so that it can be used as a heat source of the vaporizer 150.

이와 같이, 제3 배기 가스(EG3)는 암모니아 분해기(110) 및 기화기(150)를 통과하며, 100℃ 이하로 냉각되어 중온의 배기 가스로 외부로 배출되므로 안전성을 확보하게 된다.In this way, the third exhaust gas EG3 passes through the ammonia decomposer 110 and the vaporizer 150, and is cooled to 100° C. or less and discharged to the outside as medium-temperature exhaust gas, thereby ensuring safety.

연소기(180)는 수소를 연소할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 내부에 연소 촉매를 포함하는 연소 반응 장치이거나, 또는 직접 연소 장치 등 일 수 있다.The combustor 180 is not particularly limited as long as it can burn hydrogen, and may be, for example, a combustion reaction device including a combustion catalyst therein, or a direct combustion device.

암모니아 저장 탱크(160)는 액체 상태의 암모니아를 저장할 수 있는 탱크로서, 멤브레인형 탱크이거나 또는 독립형 탱크일 수 있으며, 독립형 탱크일 경우 IMO type A, IMO type B, 또는 IMO type C의 저장 탱크일 수 있다. 그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 구조의 저장 탱크가 가능하다.The ammonia storage tank 160 is a tank capable of storing liquid ammonia, and may be a membrane type tank or an independent tank, and in the case of an independent tank, it may be an IMO type A, IMO type B, or IMO type C storage tank. there is. However, it is not necessarily limited thereto, and storage tanks of various structures are possible.

또한, 도시하지 않았으나, 암모니아 저장탱크(160) 내부에는 액체 상태의 암모니아를 공급하기 위한 공급펌프가 설치될 수 있다. 공급펌프는 액체 상태의 암모니아에 설치되는 수중 펌프(submerged pump) 또는 딥웰펌프(deep well pump)일 수 있다.In addition, although not shown, a supply pump for supplying liquid ammonia may be installed inside the ammonia storage tank 160 . The feed pump may be a submerged pump or a deep well pump installed in liquid ammonia.

한편, 수소 연료 전지 유니트(200)는 연료전지부(210), 압축기(Compressor) (220), 그리고 제2 열교환기(230)을 포함할 수 있다.Meanwhile, the hydrogen fuel cell unit 200 may include a fuel cell unit 210, a compressor 220, and a second heat exchanger 230.

연료전지부(210)는 수소를 연료로 사용하는 연료전지로서 특별히 형태에 대해서 제한되지 않으나, 바람직하게는 고온형 연료전지인 고체 산화물 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC) 또는 고온 고분자전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell; PEMFC)일 수 있다. 연료 전지는 연료 기체가 가진 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 바꾸는 에너지 변환 전지를 말한다. 연료전지부(210)는 제1 열교환기(171)를 통과하며 승온된 혼합가스 중 수소를 활용하여 전력을 생산할 수 있다.The fuel cell unit 210 is a fuel cell that uses hydrogen as fuel and is not particularly limited in shape, but is preferably a solid oxide fuel cell (SOFC) or a high temperature polymer electrolyte fuel cell, which is a high temperature fuel cell. (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell; PEMFC). A fuel cell refers to an energy conversion cell that directly converts chemical energy of fuel gas into electrical energy. The fuel cell unit 210 may generate electric power by utilizing hydrogen among the mixed gases heated up while passing through the first heat exchanger 171 .

연료전지부(210)는, 수소의 산화반응이 일어나는 양극부(211)와 산소의 환원반응이 일어나는 음극부(212), 및 양극부(211)에서 수소의 산화반응에 의해 생성된 전자가 음극부(212)로 이동하도록 양극부(211)와 음극부(212)를 연결하는 도선을 포함할 수 있다. 양극부(211)로는 수소 생산 유니트(100)에서 생산된 수소가 연료로서 공급되고, 음극부(212)로는 산소를 포함하는 공기가 공급될 수 있다.The fuel cell unit 210 includes an anode unit 211 in which an oxidation reaction of hydrogen occurs, a cathode unit 212 in which a reduction reaction of oxygen occurs, and electrons generated by an oxidation reaction of hydrogen in the anode unit 211 are a cathode unit. A wire connecting the anode part 211 and the cathode part 212 to move to the part 212 may be included. Hydrogen produced in the hydrogen production unit 100 may be supplied as fuel to the anode part 211 , and air containing oxygen may be supplied to the cathode part 212 .

이 때, 양극부(211)와 음극부(212) 사이는 전해질(213)로 채워져 있으며, 양극부(211)에서 수소의 산화 반응에 의해 생성된 수소 양이온은 전해질(213)을 통해 음극부(212)로 이동하게 된다. 이때, 수소의 산화를 촉진하는 산화 촉매를 추가로 사용할 수도 있다. At this time, the space between the anode part 211 and the cathode part 212 is filled with the electrolyte 213, and hydrogen cations generated by the oxidation reaction of hydrogen in the anode part 211 pass through the electrolyte 213 to the cathode part ( 212) to move. At this time, an oxidation catalyst that promotes the oxidation of hydrogen may be additionally used.

연료전지부(210)의 형태는, 전술한 예에 한정되는 것은 아니며, 연료전지부(210)에 사용되는 각종 물질, 예를 들면 양극부 및 음극부를 구성하는 물질, 전해질 및 촉매의 종류 등은 특별히 한정되지 않는다. 이러한 연료전지부(210)에서 생산된 전력은 각종 수요처로 공급될 수 있으며, 예를 들면, 후술하는 압축기(220) 등의 전력에 활용될 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템이 선박에 구비되는 경우에는, 선박의 각종 필요 전력 수요처로 공급될 수 있다.The shape of the fuel cell unit 210 is not limited to the above example, and various materials used in the fuel cell unit 210, for example, materials constituting the anode and cathode, types of electrolytes and catalysts, etc. Not particularly limited. The power generated by the fuel cell unit 210 may be supplied to various sources, and may be used, for example, for power such as the compressor 220 to be described later. In addition, when the fuel cell power generation system according to an embodiment of the present invention is provided in a ship, it can be supplied to various power demand places of the ship.

한편, 연료전지부(210)에서의 전기화학적 반응에 의해 고온의 제2 배기 가스(EG2)가 발생하게 되며, 이러한 고온의 제2 배기 가스(EG2)는 제2 열교환기(230) 및 연소기(180)에 차례로 공급되어 제2 열교환기(230) 및 연소기(180)에 열에너지를 공급할 수 있다. Meanwhile, the high-temperature second exhaust gas EG2 is generated by the electrochemical reaction in the fuel cell unit 210, and the high-temperature second exhaust gas EG2 is generated by the second heat exchanger 230 and the combustor ( 180 to supply heat energy to the second heat exchanger 230 and the combustor 180 in turn.

압축기(220)는 공기를 가압하여 연료전지부(210)의 음극부(212)에 공급할 수 있다. The compressor 220 may pressurize air and supply it to the cathode part 212 of the fuel cell part 210 .

이때, 제2 열교환기(230)는 압축기(220)와 연료전지부(210) 사이를 이송하는 공기의 흐름 상에 위치할 수 있다. 제2 열교환기(230)는 압축기(220)에서 가압된 고압의 공기를 연료전지부(210)에서 발생하는 산소가 소진된 제2 배기 가스(EG2)와 열교환시켜 연료전지부(210)의 음극부(212)에 고온 및 고압의 공기를 공급할 수 있다. 따라서, 음극부(212)에서 산소의 환원 반응이 원활하게 이루어지므로 연료전지부(210)에서 전력 생산 효율을 높일 수 있다.At this time, the second heat exchanger 230 may be located on the flow of air transported between the compressor 220 and the fuel cell unit 210 . The second heat exchanger 230 heat-exchanges the high-pressure air pressurized by the compressor 220 with the oxygen-depleted second exhaust gas EG2 generated in the fuel cell unit 210 to form a cathode of the fuel cell unit 210. High-temperature and high-pressure air may be supplied to the unit 212 . Therefore, since the oxygen reduction reaction is smoothly performed in the cathode unit 212 , power generation efficiency in the fuel cell unit 210 may be increased.

한편, 상기 일 실시예에서는 미분해 암모니아가 연료전지부로 투입될 수 있으나, 미분해 암모니아를 분리하기 위한 암모니아 흡착기가 설치되는 다른 실시예도 가능하다. Meanwhile, in the above embodiment, undecomposed ammonia may be input into the fuel cell unit, but other embodiments in which an ammonia adsorber for separating undecomposed ammonia is installed are also possible.

이하에서, 도 2 내지 도 5를 참고하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 발전시스템에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, a fuel cell power generation system according to another embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 5 .

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 구체적인 도면이다.2 is a specific diagram of a fuel cell power generation system according to another embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 다른 실시예는 도 1에 도시된 일 실시예와 비교하여 암모니아 흡착기의 구조만을 제외하고 실질적으로 동일한 바 반복되는 설명은 생략한다.The other embodiment shown in FIG. 2 is substantially the same as the one shown in FIG. 1 except for the structure of the ammonia adsorber, so repeated description is omitted.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 수소 생산 유니트(100)는 기화기(150), 암모니아 분해기(110), 암모니아 흡착기(120), 제3 열교환기(130), 제1 열교환기(171), 송풍 수단(172), 연소기(Combustor) (180), 그리고 암모니아 저장 탱크(160)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 2, the hydrogen production unit 100 of the fuel cell power generation system according to another embodiment of the present invention includes a vaporizer 150, an ammonia decomposer 110, an ammonia adsorber 120, a third heat exchanger ( 130), a first heat exchanger 171, a blower 172, a combustor 180, and an ammonia storage tank 160.

암모니아 흡착기(120)는 암모니아 분해기(110)에서 배출되는 미분해 암모니아, 수소 및 질소를 포함하는 혼합가스에서 미분해 암모니아(NH3)를 흡착할 수 있다. The ammonia adsorber 120 may adsorb undecomposed ammonia (NH 3 ) from a mixed gas containing undecomposed ammonia, hydrogen, and nitrogen discharged from the ammonia decomposer 110 .

즉, 암모니아 흡착기(120)는 암모니아 분해기(110)에서 배출되는 미분해 암모니아(NH3)를 흡착할 수 있다. 이러한 암모니아 흡착기(120)는 온도 변동 흡착기 또는 가열 교대 흡착기(Thermal Swing Adsorption, TSA)일 수 있다. 가열 교대 흡착기는 불순물을 흡착시킨 후 포화가 되면 열을 가하여 흡착기를 재생시키는 구조를 가질 수 있다. That is, the ammonia adsorber 120 may adsorb undecomposed ammonia (NH 3 ) discharged from the ammonia decomposer 110 . The ammonia adsorber 120 may be a temperature swing adsorber or a thermal swing adsorption (TSA). The alternating heating adsorber may have a structure in which impurities are adsorbed and when saturation is reached, heat is applied to regenerate the adsorber.

암모니아 흡착기(120)의 암모니아 흡착 재료로서는, 미분해 암모니아를 흡착할 수 있고 포화 상태에서는 재생이 가능한 것이라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는, 제올라이트, 활성탄, 알루미나, 및 실리카 중 어느 하나를 포함하는 흡착 재료이거나, 이들의 복합 산화물일 수 있다.The ammonia adsorption material of the ammonia adsorber 120 is not particularly limited as long as it can adsorb undecomposed ammonia and can be regenerated in a saturated state, but preferably includes adsorption containing any one of zeolite, activated carbon, alumina, and silica. It may be a material or a composite oxide thereof.

한편, 암모니아 흡착기(120)에서 미분해 암모니아(NH3)를 흡착하기 위해서는 미분해 암모니아를 냉각시켜야 한다. 제3 열교환기(130)는 미분해 암모니아, 수소 및 질소를 포함하는 혼합가스를 냉각시켜 암모니아 흡착기(120)에서 미분해 암모니아(NH3)를 흡착하기 용이한 상태로 만들 수 있다. Meanwhile, in order to adsorb undecomposed ammonia (NH 3 ) in the ammonia adsorber 120, the undecomposed ammonia needs to be cooled. The third heat exchanger 130 cools the mixed gas including undecomposed ammonia, hydrogen, and nitrogen to make it easy to adsorb undecomposed ammonia (NH 3 ) in the ammonia adsorber 120 .

제3 열교환기(130)는 암모니아 흡착기(120)에서 암모니아 분해기(110)부터의 고온의 미분해 암모니아를 흡착하기 위해서 미분해 암모니아를 약 40℃ 이하, 바람직하게는 대기 온도 수준으로 냉각시킬 수 있다. 제3 열교환기(130)의 냉각방식은 특별히 제한되지 않으나, 예를 들면, 공냉식, 수냉식 또는 별도의 냉매를 사용하는 방식일 수 있다. The third heat exchanger 130 can cool the undecomposed ammonia to about 40 ° C. or less, preferably to the ambient temperature level, in order to adsorb the high-temperature undecomposed ammonia from the ammonia decomposer 110 in the ammonia adsorber 120. . The cooling method of the third heat exchanger 130 is not particularly limited, but may be, for example, an air cooling method, a water cooling method, or a method using a separate refrigerant.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 발전시스템의 암모니아 흡착기의 구체적 도면이고, 도 4는 도 3의 암모니아 흡착기에서 제1 튜브가 미분해 암모니아를 흡착하고, 제2 튜브가 재생되는 상태를 설명하는 도면이며, 도 5는 도 2의 암모니아 흡착기에서 제2 튜브가 미분해 암모니아를 흡착하고, 제1 튜브가 재생되는 상태를 설명하는 도면이다.3 is a detailed view of an ammonia adsorber of a fuel cell power generation system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a state in which a first tube adsorbs undecomposed ammonia and a second tube is regenerated in the ammonia adsorber of FIG. 3 , and FIG. 5 is a view explaining a state in which the second tube adsorbs undecomposed ammonia and the first tube is regenerated in the ammonia adsorber of FIG. 2 .

도 3에 도시된 바와 같이, 암모니아 흡착기(120)는 서로 이격되어 위치하는 제1 튜브(331) 및 제2 튜브(332), 제1 튜브(331) 및 제2 튜브(332) 각각의 내부로 연결되는 제1 튜브관(333), 제1 튜브(331) 및 제2 튜브(332) 각각의 외부면과 접촉하거나 연결되어 열교환 공정을 진행하는 제2 튜브관(334), 제1 튜브관(333)에 설치되는 제1 밸브(335), 그리고 제2 튜브관(334)에 설치되는 제2 밸브(336)를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 3, the ammonia adsorber 120 is spaced apart from each other into the first tube 331 and the second tube 332, the first tube 331 and the second tube 332, respectively. The first tube tube 333, the first tube 331 and the second tube 332 are connected to each other in contact with or connected to the outer surface of the second tube tube 334 to proceed with the heat exchange process, the first tube tube ( It may include a first valve 335 installed in 333, and a second valve 336 installed in second tube pipe 334.

제1 튜브관(333)은 제3 열교환기(130)와 연결되는 전단 제1 튜브관(3331), 그리고 후단의 제1 열교환기(171)와 연결되는 후단 제1 튜브관(3332)을 포함할 수 있다. 그리고, 제2 튜브관(334)은 암모니아 분해기(110)와 연결되는 전단 제2 튜브관(3341), 그리고 제3 열교환기(130)와 연결되는 후단 제2 튜브관(3342)을 포함할 수 있다. The first tube tube 333 includes a first tube tube 3331 at the front end connected to the third heat exchanger 130 and a first tube tube 3332 at the rear end connected to the first heat exchanger 171 at the rear end. can do. And, the second tube tube 334 may include a second tube tube 3341 at the front end connected to the ammonia decomposer 110 and a second tube tube 3342 at the rear end connected to the third heat exchanger 130. there is.

제1 튜브(331) 및 제2 튜브(332)는 제1 튜브관(333)을 통해 제1 튜브(331) 및 제2 튜브(332)의 내부로 번갈아 투입되는 미분해 암모니아를 흡착할 수 있다. 또한, 제1 튜브(331) 및 제2 튜브(332)는 제2 튜브관(334)을 통해 제1 튜브(331) 및 제2 튜브(332)의 외부면과 접촉하거나 연결되어 번갈아 열교환됨으로써, 미분해 암모니아, 수소 그리고 질소를 포함하는 고온의 혼합가스에 의해 재생될 수 있다.The first tube 331 and the second tube 332 may adsorb undecomposed ammonia alternately introduced into the first tube 331 and the second tube 332 through the first tube 333. . In addition, the first tube 331 and the second tube 332 contact or are connected to the outer surfaces of the first tube 331 and the second tube 332 through the second tube tube 334 to alternately exchange heat, It can be regenerated by a high-temperature mixed gas containing undecomposed ammonia, hydrogen and nitrogen.

이에 대해 이하에서 도 4 및 도 5를 참고로 하여 상세히 설명한다.This will be described in detail with reference to FIGS. 4 and 5 below.

우선, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 튜브(331)가 제3 열교환기(130)와 연결된 전단 제1 튜브관(3331)을 통해 투입되는 미분해 암모니아, 수소, 그리고 질소를 포함하는 혼합가스 중에서 미분해 암모니아를 흡착하는 경우, 제2 튜브(332)는 암모니아 분해기(110)으로부터 전단 제2 튜브관(3341)을 통해 흐르는 고온의 미분해 암모니아, 수소 그리고 질소를 포함하는 혼합가스와 열교환되어 재생될 수 있다. 이를 통해, 고온의 미분해 암모니아, 수소, 그리고 질소를 포함하는 혼합가스는 1차 냉각된다. 제2 튜브(332)는 이전 공정에서 미분해 암모니아를 흡착하여 포화된 상태에서 전단 제2 튜브관(3341)을 통해 흐르는 고온의 미분해 암모니아, 수소, 그리고 질소를 포함하는 혼합가스와 열교환하여 재생될 수 있다.First, as shown in FIG. 4, the first tube 331 is mixed with undecomposed ammonia, hydrogen, and nitrogen introduced through the first front end tube 3331 connected to the third heat exchanger 130. When adsorbing undecomposed ammonia in the gas, the second tube 332 exchanges heat with a mixed gas including high-temperature undecomposed ammonia, hydrogen, and nitrogen flowing from the ammonia decomposer 110 through the second front end tube 3341. and can be reproduced. Through this, the mixed gas containing high-temperature undecomposed ammonia, hydrogen, and nitrogen is firstly cooled. The second tube 332 adsorbs undecomposed ammonia in the previous process and regenerates it by exchanging heat with a mixed gas containing high-temperature undecomposed ammonia, hydrogen, and nitrogen flowing through the second tube 3341 in a saturated state. It can be.

한편, 미분해 암모니아(NH3)가 제1 튜브(331)에 흡착되므로, 제1 튜브(331)에서는 수소 및 질소만이 배출되고, 제1 튜브(331)에서 배출된 수소 및 질소는 후단 제1 튜브관(3332)을 통해 제1 열교환기(171)로 투입될 수 있다. 그리고, 제2 튜브(332)를 재생시킨 고온의 미분해 암모니아, 수소 및 질소를 포함하는 혼합가스는 후단 제2 튜브관(3342)를 통해 제3 열교환기(130)에 투입되어 냉각될 수 있다. 이때, 고온의 미분해 암모니아, 수소, 그리고 질소를 포함하는 혼합가스는 2차 냉각되어 대략 40도 이하, 바람직하게는 대기 온도 수준으로 될 수 있다. 따라서, 암모니아 흡착기(120)에서 미분해 암모니아(NH3)를 흡착하기 용이한 상태가 된다. Meanwhile, since undecomposed ammonia (NH 3 ) is adsorbed to the first tube 331, only hydrogen and nitrogen are discharged from the first tube 331, and hydrogen and nitrogen discharged from the first tube 331 are discharged from the second tube 331. It may be introduced into the first heat exchanger 171 through one tube 3332. In addition, the mixed gas including high-temperature undecomposed ammonia, hydrogen, and nitrogen from which the second tube 332 is regenerated may be put into the third heat exchanger 130 through the second tube 3342 at the rear end and cooled. . At this time, the mixed gas containing high-temperature undecomposed ammonia, hydrogen, and nitrogen may be secondarily cooled to a temperature of about 40 degrees or less, preferably atmospheric temperature. Therefore, the ammonia adsorber 120 is in a state where it is easy to adsorb undecomposed ammonia (NH 3 ).

다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제3 열교환기(130)를 통과한 미분해 암모니아, 수소, 그리고 질소를 포함하는 혼합가스는 도 4에서 재생된 제2 튜브(332)에 전단 제1 튜브관(3331)을 통해 투입되어 미분해 암모니아가 제2 튜브(332)에서 흡착될 수 있다. 미분해 암모니아가 제2 튜브(332)에 흡착되므로, 제2 튜브(332)에서는 수소 및 질소만이 배출되고, 제2 튜브(332)에서 배출된 수소 및 질소는 후단 제1 튜브관(3332)을 통해 제1 열교환기(171)로 투입될 수 있다. 이 때, 제1 튜브(331)는 암모니아 분해기(110)으로부터 전단 제2 튜브관(3341)을 통해 흐르는 고온의 미분해 암모니아, 수소 및 질소를 포함하는 혼합가스로부터 열을 공급받아(열교환되어) 재생될 수 있다. 이 때, 전술한 바와 같이, 고온의 미분해 암모니아, 수소, 그리고 질소를 포함하는 혼합가스는 1차 냉각된다. 그리고, 제1 튜브(331)를 재생시킨 고온의 미분해 암모니아, 수소, 그리고 질소를 포함하는 혼합가스는 후단 제2 튜브관(3342)를 통해 제3 열교환기(130)에 투입되어 냉각될 수 있다. 이 때, 고온의 미분해 암모니아, 수소, 그리고 질소를 포함하는 혼합가스는 2차 냉각되어 대략 40도 이하, 바람직하게는 대기 온도 수준으로 될 수 있다. 따라서, 암모니아 흡착기(120)에서 미분해 암모니아(NH3)를 흡착하기 용이한 상태가 된다. Next, as shown in FIG. 5, the mixed gas containing undecomposed ammonia, hydrogen, and nitrogen that has passed through the third heat exchanger 130 is transferred to the second tube 332 regenerated in FIG. The undecomposed ammonia introduced through the tube 3331 may be adsorbed in the second tube 332 . Since undecomposed ammonia is adsorbed in the second tube 332, only hydrogen and nitrogen are discharged from the second tube 332, and the hydrogen and nitrogen discharged from the second tube 332 are discharged through the first tube 3332 at the rear end. It may be introduced into the first heat exchanger 171 through. At this time, the first tube 331 receives heat from a mixed gas containing high-temperature undecomposed ammonia, hydrogen, and nitrogen flowing from the ammonia decomposer 110 through the second front end tube 3341 (heat exchanged). can be played At this time, as described above, the mixed gas containing high-temperature undecomposed ammonia, hydrogen, and nitrogen is firstly cooled. In addition, the mixed gas including high-temperature undecomposed ammonia, hydrogen, and nitrogen from which the first tube 331 is regenerated may be put into the third heat exchanger 130 through the second tube 3342 at the rear end and cooled. there is. At this time, the mixed gas containing high-temperature undecomposed ammonia, hydrogen, and nitrogen may be secondarily cooled to a temperature of about 40 degrees or less, preferably atmospheric temperature. Therefore, the ammonia adsorber 120 is in a state where it is easy to adsorb undecomposed ammonia (NH 3 ).

도시하지는 않았으나, 제1 튜브(331) 또는 제2 튜브(332)에 흡착된 미분해 암모니아(NH3)가 재생 공정에서 탈착되면, 미분해 암모니아는 블로워와 같은 송풍 수단을 거쳐 암모니아 분해기(110)의 전단으로 투입되어 재활용될 수 있다. 이를 통해, 암모니아 재생 공정에서 탈착된 미분해 암모니아를 암모니아 개질기(110)의 전단으로 투입하여 재활용함으로써, 운용 비용을 절감시킬 수 있다.Although not shown, when undecomposed ammonia (NH 3 ) adsorbed to the first tube 331 or the second tube 332 is desorbed in the regeneration process, the undecomposed ammonia passes through a blowing means such as a blower to the ammonia decomposer 110 It can be put into the front end of and recycled. Through this, by recycling the undecomposed ammonia desorbed in the ammonia regeneration process by inputting it to the front end of the ammonia reformer 110, it is possible to reduce operating costs.

제1 밸브(335)는 제1 튜브관(333)에 설치되어 제1 튜브관(333)을 통해 흐르는 미분해 암모니아를 포함하는 혼합가스의 양을 조절할 수 있다. 유사하게, 제2 밸브(336)는 제2 튜브관(334)에 설치되어 제2 튜브관(334)을 통해 흐르는 미분해 암모니아를 포함하는 혼합가스의 양을 조절할 수 있다. The first valve 335 is installed in the first tube pipe 333 to adjust the amount of the mixed gas containing undecomposed ammonia flowing through the first tube pipe 333 . Similarly, the second valve 336 is installed in the second tube 334 to adjust the amount of the mixed gas containing undecomposed ammonia flowing through the second tube 334 .

이와 같이, 제1 튜브(331)에서 재생 공정을 진행하는 경우, 제2 튜브(332)에서 흡착 공정을 진행하고, 다시 제1 튜브(331)에서 흡착 공정을 진행하는 경우, 제2 튜브(332)에서 재생 공정을 진행함으로써, 암모니아 흡착기(120)를 효율적으로 사용할 수 있다.As such, when the regeneration process is performed in the first tube 331, the adsorption process is performed in the second tube 332, and when the adsorption process is performed again in the first tube 331, the second tube 332 ) By proceeding with the regeneration process, the ammonia adsorber 120 can be efficiently used.

본 실시예에서는 암모니아 흡착기(120)가 제1 튜브(331) 및 제2 튜브(332)만으로 이루어졌으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 암모니아 흡착기(120)가 3개, 4개 혹은 그 이상의 튜브로 이루어지는 것도 가능하다.In this embodiment, the ammonia adsorber 120 is composed of only the first tube 331 and the second tube 332, but is not necessarily limited thereto, and the ammonia adsorber 120 is composed of three, four or more tubes. It is also possible.

한편, 제1 열교환기(171)는 암모니아 흡착기(120)에서 배출되는 수소 및 질소를 포함하는 혼합가스를 연료전지부(210)에서 발생하는 고온의 제1 배기 가스(EG1)와 제1 열교환기(171)를 통해 열교환시켜 승온시킬 수 있다. 도시하지는 않았으나, 제1 열교환기(171)의 전단 또는 후단에 별도의 히터를 추가로 구비함으로써, 혼합가스의 승온에 필요한 제1 열교환기(171)의 부하를 줄이는 동시에, 다단의 가열로 연료전지부(210)에 적합한 온도로 승온시킬 수 있다.Meanwhile, the first heat exchanger 171 transfers the mixed gas containing hydrogen and nitrogen discharged from the ammonia adsorber 120 to the high-temperature first exhaust gas EG1 generated from the fuel cell unit 210 and the first heat exchanger. The temperature can be raised by heat exchange through (171). Although not shown, by additionally providing a separate heater at the front or rear end of the first heat exchanger 171, the load on the first heat exchanger 171 required to raise the temperature of the mixed gas is reduced, and at the same time, a multi-stage heating furnace fuel cell The temperature may be raised to a temperature suitable for the branch 210 .

또한, 제1 열교환기(171)를 통과한 제1 배기 가스(EG1) 중 일부를 제1 분기점(10)에서 분기시켜 제1 열교환기의 전단(20)으로 합류시켜 다시 연료전지부(210)의 연료로서 재활용할 수 있다. In addition, some of the first exhaust gas EG1 passing through the first heat exchanger 171 is branched at the first branching point 10 and joined to the front end 20 of the first heat exchanger to return to the fuel cell unit 210. can be recycled as fuel.

이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 발전시스템은 암모니아 흡착기를 이용하여 미분해 암모니아를 흡착할 수 있으므로, 연료전지부로 미분해 암모니아를 공급하지 않을 수 있어 연료전지부의 부식 등을 방지할 수 있다. As described above, since the fuel cell power generation system according to another embodiment of the present invention can adsorb undecomposed ammonia using an ammonia adsorber, it is possible not to supply undecomposed ammonia to the fuel cell unit, thereby preventing corrosion of the fuel cell unit. can do.

이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 이어지는 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.In the above, the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the present invention is not limited thereto, and various modifications or other embodiments belonging to the scope equivalent to the present invention can be made by those skilled in the art. Therefore, the true scope of protection of the present invention will be defined by the following claims.

100: 수소 생산 유니트 110: 암모니아 분해기
120: 암모니아 흡착기 130: 제3 열교환기
150: 기화기 160: 암모니아 저장 탱크
171: 제1 열교환기 172: 송풍 수단
180: 연소기 200: 수소 연료 전지 유니트
210: 연료전지부 220: 압축기
230: 제2 열교환기
100: hydrogen production unit 110: ammonia cracker
120: ammonia adsorber 130: third heat exchanger
150: vaporizer 160: ammonia storage tank
171: first heat exchanger 172: blowing means
180: combustor 200: hydrogen fuel cell unit
210: fuel cell unit 220: compressor
230: second heat exchanger

Claims (17)

기체 암모니아를 분해하여 수소를 생산하는 수소 생산 유니트(100), 그리고
상기 수소 생산 유니트(100)에서 생산한 수소를 이용하여 전력을 생산하는 수소 연료 전지 유니트(200)
를 포함하고,
상기 수소 생산 유니트(100)는
상기 기체 암모니아를 열분해하는 암모니아 분해기(110), 그리고
상기 암모니아 분해기(110)에서 배출되는 미분해 암모니아, 수소 및 질소를 포함하는 혼합가스를 상기 수소 연료 전지 유니트(200)에서 발생하는 제1 배기 가스(EG1)와 열교환시켜 상기 혼합가스를 승온시키는 제1 열교환기(171)를 포함하며,
상기 수소 연료 전지 유니트(200)는
상기 제1 열교환기(171)를 통과하며 승온된 상기 혼합가스에 포함된 상기 수소를 연료로 전력을 생산하는 연료전지부(210),
공기를 가압하여 상기 연료전지부(210)에 공급하는 압축기(220), 그리고
상기 압축기(220)에서 가압된 상기 공기를 상기 연료전지부(210)에서 발생하는 제2 배기 가스(EG2)와 열교환시켜 상기 연료전지부(210)에 고온 및 고압의 상기 공기를 공급하는 제2 열교환기(230)를 포함하고,
상기 수소 생산 유니트(100)는
상기 제1 열교환기(171)를 통과한 상기 제1 배기 가스(EG1)를 연소시켜 제3 배기 가스(EG3)을 생성하는 연소기(180)를 더 포함하며,
상기 제3 배기 가스(EG3)는 상기 암모니아 분해기(110)로 공급되어 열교환되는, 연료전지 발전시스템.
A hydrogen production unit 100 that produces hydrogen by decomposing gaseous ammonia, and
A hydrogen fuel cell unit (200) generating electricity using the hydrogen produced by the hydrogen production unit (100)
including,
The hydrogen production unit 100 is
An ammonia decomposer 110 for thermally decomposing the gaseous ammonia, and
A method for raising the temperature of the mixed gas by exchanging heat with the mixed gas including undecomposed ammonia, hydrogen, and nitrogen discharged from the ammonia decomposer 110 with the first exhaust gas EG1 generated from the hydrogen fuel cell unit 200 1 including a heat exchanger 171,
The hydrogen fuel cell unit 200 is
A fuel cell unit 210 that passes through the first heat exchanger 171 and generates power using the hydrogen contained in the mixed gas whose temperature has been raised as fuel;
A compressor 220 pressurizing air and supplying it to the fuel cell unit 210, and
The air pressurized by the compressor 220 is heat-exchanged with the second exhaust gas EG2 generated from the fuel cell unit 210 to supply the high-temperature and high-pressure air to the fuel cell unit 210. Including a heat exchanger 230,
The hydrogen production unit 100 is
A combustor 180 generating third exhaust gas EG3 by combusting the first exhaust gas EG1 passing through the first heat exchanger 171;
The third exhaust gas (EG3) is supplied to the ammonia decomposer (110) and heat exchanged, the fuel cell power generation system.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 열교환기(171)를 통과한 상기 제1 배기 가스(EG1)를 제1 분기점(10)에서 분기시켜 상기 제1 열교환기의 전단(20)으로 합류시키는, 연료전지 발전시스템.
According to claim 1,
The fuel cell power generation system, wherein the first exhaust gas (EG1) passing through the first heat exchanger (171) is branched at a first branching point (10) and joined to the front end (20) of the first heat exchanger.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 열교환기(171)의 전단 또는 후단에 히터를 더 포함하는, 연료전지 발전시스템.
According to claim 1,
A fuel cell power generation system further comprising a heater at the front or rear of the first heat exchanger (171).
삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 수소 생산 유니트(100)는
액체 암모니아를 저장하는 암모니아 저장 탱크(160), 그리고
상기 액체 암모니아를 기화시켜 상기 암모니아 분해기(110)로 공급하는 기화기(150)를 더 포함하고,
상기 암모니아 분해기(110)를 통과한 상기 제3 배기 가스(EG3)는 상기 기화기(150)로 공급되어 열교환되는, 연료전지 발전시스템.
According to claim 1,
The hydrogen production unit 100 is
An ammonia storage tank 160 for storing liquid ammonia, and
Further comprising a vaporizer 150 for vaporizing the liquid ammonia and supplying it to the ammonia decomposer 110,
The third exhaust gas (EG3) passing through the ammonia decomposer (110) is supplied to the vaporizer (150) to exchange heat.
제 1 항에 있어서,
상기 수소 생산 유니트(100)는
상기 암모니아 분해기(110)에서 배출되는 상기 혼합가스에서 상기 미분해 암모니아를 흡착하는 암모니아 흡착기(120)를 더 포함하는, 연료전지 발전시스템.
According to claim 1,
The hydrogen production unit 100 is
Further comprising an ammonia adsorber 120 adsorbing the undecomposed ammonia in the mixed gas discharged from the ammonia decomposer 110.
제 8 항에 있어서,
상기 암모니아 흡착기(120)는 가열 교대 흡착기로서,
서로 이격되어 위치하는 제1 튜브(331) 및 제2 튜브(332),
상기 제1 튜브(331) 및 상기 제2 튜브(332) 각각의 내부로 연결되는 제1 튜브관(333), 그리고
상기 제1 튜브(331) 및 상기 제2 튜브(332) 각각의 외부면과 접촉하거나 연결되어 열교환이 가능하도록 연결되는 제2 튜브관(334)을 포함하는, 연료전지 발전시스템.
According to claim 8,
The ammonia adsorber 120 is a heating alternating adsorber,
A first tube 331 and a second tube 332 spaced apart from each other,
A first tube 333 connected to the inside of each of the first tube 331 and the second tube 332, and
A fuel cell power generation system comprising a second tube 334 connected to or connected to an outer surface of each of the first tube 331 and the second tube 332 to enable heat exchange.
제 9 항에 있어서,
상기 제1 튜브(331) 및 상기 제2 튜브(332)는 상기 제1 튜브관(333)을 통해 상기 제1 튜브(331) 및 상기 제2 튜브(332)의 내부로 번갈아 투입되는 상기 혼합가스에서 상기 미분해 암모니아를 흡착하고,
상기 제1 튜브(331) 및 상기 제2 튜브(332)는 상기 제2 튜브관(334)을 통해 상기 제1 튜브(331) 및 상기 제2 튜브(332)의 외부면과 접촉하거나 연결되어 상기 혼합가스와 번갈아 열교환되어 재생되는, 연료전지 발전시스템.
According to claim 9,
The first tube 331 and the second tube 332 are the mixed gas alternately introduced into the first tube 331 and the second tube 332 through the first tube 333. Adsorbing the undecomposed ammonia in
The first tube 331 and the second tube 332 contact or are connected to the outer surfaces of the first tube 331 and the second tube 332 through the second tube tube 334, so that the A fuel cell power generation system that is regenerated by heat exchange with mixed gas alternately.
제 9 항에 있어서,
상기 제2 튜브관(334)은 상기 암모니아 분해기(110)와 연결되는 전단 제2 튜브관(3341), 그리고 제3 열교환기(130)와 연결되는 후단 제2 튜브관(3342)을 포함하는, 연료전지 발전시스템.
According to claim 9,
The second tube 334 includes a front-end second tube 3341 connected to the ammonia decomposer 110 and a rear-end second tube 3342 connected to the third heat exchanger 130, Fuel cell power generation system.
제 11 항에 있어서,
상기 암모니아 분해기(110)에서 상기 전단 제2 튜브관(3341)을 통해 상기 암모니아 흡착기(120)로 공급되는 상기 혼합가스는 상기 제1 튜브(331) 또는 상기 제2 튜브(332)와 열교환하여 상기 제1 튜브(331) 또는 상기 제2 튜브(332)를 재생시키고 상기 후단 제2 튜브관(3342)를 통해 상기 제3 열교환기(130)로 공급되는, 연료전지 발전시스템.
According to claim 11,
The mixed gas supplied from the ammonia decomposer 110 to the ammonia adsorber 120 through the front end second tube 3341 exchanges heat with the first tube 331 or the second tube 332 to A fuel cell power generation system in which the first tube 331 or the second tube 332 is regenerated and supplied to the third heat exchanger 130 through the second tube 3342 at the rear end.
제 12 항에 있어서,
상기 후단 제2 튜브관(3342)를 통해 상기 제3 열교환기(130)로 공급되는 상기 혼합가스는 상기 제3 열교환기(130)에서 냉각되는, 연료전지 발전시스템.
According to claim 12,
The fuel cell power generation system, wherein the mixed gas supplied to the third heat exchanger (130) through the second rear end tube (3342) is cooled in the third heat exchanger (130).
제 13 항에 있어서,
상기 제1 튜브관(333)은 상기 제3 열교환기(130)와 연결되는 전단 제1 튜브관(3331)을 포함하고,
상기 제3 열교환기(130)로부터 배출되는 상기 혼합가스는 상기 전단 제1 튜브관(3331)을 통해 상기 제1 튜브(331) 또는 상기 제2 튜브(332) 내부로 공급되어 상기 제1 튜브(331) 또는 상기 제2 튜브(332)에서 상기 미분해 암모니아가 흡착되는, 연료전지 발전시스템.
According to claim 13,
The first tube tube 333 includes a front end first tube tube 3331 connected to the third heat exchanger 130,
The mixed gas discharged from the third heat exchanger 130 is supplied into the first tube 331 or the second tube 332 through the front end first tube 3331, and the first tube ( 331) or the second tube 332, wherein the undecomposed ammonia is adsorbed.
제 14 항에 있어서,
상기 제1 튜브관(333)은 상기 제1 열교환기(171)와 연결되는 후단 제1 튜브관(3332)을 더 포함하고,
상기 혼합가스에 포함되는 상기 수소 및 상기 질소는 상기 후단 제1 튜브관(3332)를 통해 상기 제1 열교환기(171)로 공급되어 상기 제1 배기 가스(EG1)와 열교환되는, 연료전지 발전시스템.
15. The method of claim 14,
The first tube tube 333 further includes a rear end first tube tube 3332 connected to the first heat exchanger 171,
The hydrogen and nitrogen included in the mixed gas are supplied to the first heat exchanger 171 through the first tube 3332 at the rear end and exchange heat with the first exhaust gas EG1. .
제 1 항, 제 2 항, 제 3 항, 제 7 항, 제 8 항, 제 9 항, 제 10 항, 제 11 항, 제 12 항, 제 13 항, 제 14 항, 또는 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 연료전지 발전시스템을 구비한 선박.Any of claims 1, 2, 3, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, or 15 A ship equipped with the fuel cell power generation system according to paragraph 1. 제 16 항에 있어서,
상기 선박은 암모니아 운반선 또는 암모니아 연료 추진선인, 선박.
17. The method of claim 16,
The ship is an ammonia carrier or an ammonia fuel propulsion ship.
KR1020210070550A 2021-06-01 2021-06-01 Fuel cell generation system and vessel including the same KR102510675B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210070550A KR102510675B1 (en) 2021-06-01 2021-06-01 Fuel cell generation system and vessel including the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210070550A KR102510675B1 (en) 2021-06-01 2021-06-01 Fuel cell generation system and vessel including the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220162275A KR20220162275A (en) 2022-12-08
KR102510675B1 true KR102510675B1 (en) 2023-03-16

Family

ID=84436926

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210070550A KR102510675B1 (en) 2021-06-01 2021-06-01 Fuel cell generation system and vessel including the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102510675B1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017041309A (en) * 2015-08-17 2017-02-23 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Power generating system and operating method therefor
KR101799220B1 (en) * 2013-09-23 2017-11-17 콘비온 오와이 A recirculation arrangement and method for a high temperature cell system
JP2019053855A (en) * 2017-09-13 2019-04-04 株式会社豊田自動織機 Fuel cell system

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102283345B1 (en) * 2019-07-11 2021-07-29 한국조선해양 주식회사 Fuel cell system and marine structure having the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101799220B1 (en) * 2013-09-23 2017-11-17 콘비온 오와이 A recirculation arrangement and method for a high temperature cell system
JP2017041309A (en) * 2015-08-17 2017-02-23 三菱日立パワーシステムズ株式会社 Power generating system and operating method therefor
JP2019053855A (en) * 2017-09-13 2019-04-04 株式会社豊田自動織機 Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
KR20220162275A (en) 2022-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Juangsa et al. Production of ammonia as potential hydrogen carrier: Review on thermochemical and electrochemical processes
JP6397502B2 (en) Reformer / electrolyzer / refiner (REP) assembly for hydrogen production, system incorporating the assembly, and hydrogen production method
JP5346693B2 (en) Fuel cell system using ammonia as fuel
KR101422825B1 (en) Apparatus for generating reforming gas
JP2015507813A5 (en)
Juangsa et al. CO2-free power generation employing integrated ammonia decomposition and hydrogen combustion-based combined cycle
CN105720285A (en) Enclosed fuel cell hydrogen source system
JP6692394B2 (en) Carbon recovery fuel cell power generation system
KR102510675B1 (en) Fuel cell generation system and vessel including the same
KR102520201B1 (en) Fuel cell generation system and vessel including the same
KR102453313B1 (en) Fuel cell generation system for vessel and vessel including the same
KR102453314B1 (en) Fuel cell generation system
KR102506742B1 (en) Fuel cell generation system and vessel including the same
JP2003165704A (en) Hydrogen manufacturing system
KR102453316B1 (en) Fuel cell generation system and vessel including the same
KR102506797B1 (en) Fuel cell generation system and vessel including the same
KR102441842B1 (en) Fuel cell generation system
KR102453315B1 (en) Fuel cell generation system and vessel including the same
WO2005033003A1 (en) Hydrogen production from methanol
JP4822937B2 (en) Hydrogen production system
KR20170080824A (en) Ship
KR102523126B1 (en) Floating storage regasification unit
KR102526470B1 (en) Organic rankine cycle generation unit and hydrogen production system including the same
JP2009143744A (en) Energy station
CN112786934A (en) Phosphoric acid fuel cell power system taking methanol as raw material and power generation method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant