KR20100095338A - Ｌｎｇ 운반선의 전기 생산 장치 및 방법 - Google Patents

Ｌｎｇ 운반선의 전기 생산 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20100095338A
KR20100095338A KR1020090022544A KR20090022544A KR20100095338A KR 20100095338 A KR20100095338 A KR 20100095338A KR 1020090022544 A KR1020090022544 A KR 1020090022544A KR 20090022544 A KR20090022544 A KR 20090022544A KR 20100095338 A KR20100095338 A KR 20100095338A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
electricity
lng
gas
carbon dioxide
Prior art date
Application number
KR1020090022544A
Other languages
English (en)
Inventor
권혁
이은배
김현진
최정호
최용석
이성근
김병성
김기석
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
Publication of KR20100095338A publication Critical patent/KR20100095338A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/14—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven relating to internal-combustion engines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0656—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H2021/003—Use of propulsion power plant or units on vessels the power plant using fuel cells for energy supply or accumulation, e.g. for buffering photovoltaic energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/20—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units
    • B63H2021/202—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units of hybrid electric type
    • B63H2021/205—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being powered by combinations of different types of propulsion units of hybrid electric type the second power unit being of the internal combustion engine type, or the like, e.g. a Diesel engine
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
    • H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y02T70/5218—Less carbon-intensive fuels, e.g. natural gas, biofuels
    • Y02T70/5236—Renewable or hybrid-electric solutions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

생산지에서 천연가스가 극저온으로 액화된 LNG를 LNG 저장탱크에 저장하여 운반하는 LNG 운반선에서 필요한 전기를 생산하는 장치로서, 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 개질반응시켜서 합성가스를 생성하는 개질반응기와, 상기 개질반응기에서 증발가스가 개질반응되어 생성된 합성가스를 전기화학적으로 반응시켜서 전기를 생산하는 연료전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치가 제공된다.
LNG 운반선, LNG 저장탱크, 증발가스, 개질반응기, 연료전지

Description

ＬＮＧ 운반선의 전기 생산 장치 및 방법 {Apparatus and Method for Producing Electricity of Liquefied Natural Gas Carrier}
본 발명은 LNG 운반선의 전기 생산 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 생산지에서 극저온으로 액화된 액화천연가스를 LNG 저장탱크에 저장하여 운반하는 LNG 운반선에서 필요한 전기를 생산하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, LNG 운반선은 생산지에서 천연가스가 극저온으로 액화된 액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)를 LNG 저장탱크에 저장하여 운반하는 선박이다.
이러한 LNG 운반선의 추진 장치로서는 스팀을 사용하는 스팀 터빈 추진 장치와, 추진용 디젤 엔진을 구비하는 디젤 엔진 추진 장치와, 이중 연료 엔진, 발전기 및 추진용 전기 모터를 구비하는 이중 연료 전기 추진 장치 등이 있다. 스팀 터빈 추진 장치는 추진 효율이 낮다. 따라서, 최근에는 LNG 운반선의 추진 장치로서 추진 효율이 높은 디젤 엔진 추진 장치나 이중 연료 전기 추진 장치가 주로 사용된다.
디젤 엔진 추진 장치를 적용한 LNG 운반선의 경우에, 선박내 전기설비, 즉, 전기를 사용하는 선박의 기본 전기설비 및 화물계통 전기설비에 전기를 공급하기 위해 별도의 발전용 디젤 엔진과 발전기를 설치하여 전기를 생산하고 있다.
또한, 이중 연료 전기 추진 장치를 적용한 LNG 운반선의 경우에는, 이중 연료 엔진과 발전기에서 전기를 생산하여, 추진용 전기 모터에 전기를 공급할 뿐만 아니라 선박내 전기설비에 전기를 공급하고 있는데, 이에 필요한 전기를 얻기 위해 이중 연료 엔진과 발전기의 수를 그 만큼 더 증가시켜 설치하여 가동시키고 있다.
한편, 선박에서 필요한 전기를 생산하는 장치로서 친환경적인 연료전지를 채용한 경우가 있다. 연료전지는 연료전지용 연료(예를 들어, 수소가 포함된 합성가스 또는 수소)를 전기화학적으로 반응시켜서 전기를 얻는 것이다. 종래에는, 연료전지용 연료가 예를 들어 수소인 경우에, 선박에 수소 탱크를 설치하고, 이 수소 탱크에 수소를 저장하여, 수소 탱크로부터 수소를 연료전지에 공급하였다. 그러나, 이러한 수소 탱크는 그 크기가 제한적이기 때문에 저장되는 수소의 양이 제한적인 단점이 있다.
따라서, 종래의 연료전지를 채용한 선박은, 연료전지용 연료의 공급에 한계가 있기 때문에 연료전지도 용량이 작은 것만 사용되었을 뿐만 아니라 단거리를 운항하는 소형 선박에만 적용되었고, 또한, 연료전지에 의한 전기 생산 용량이 작기 때문에 연료전지에서 생산된 전기를 선박내 전기설비에 사용하기에 한계가 있다. 특히, 종래의 연료전지를 채용한 선박에서 별도의 발전용 엔진을 구비하지 않고 연료전지에서만 생산된 전기로 추진용 전기 모터를 가동시키는 경우에, 연료전지에 의한 전기 생산 용량이 작기 때문에 추진용 전기 모터의 출력도 작은 것을 사용할 수 밖에 없어 선박의 속도가 느릴 뿐만 아니라 추진용 전기 모터에서 대부분의 전력을 소비해서 잉여 전력이 적으므로 연료전지에서 생산된 전기를 선박내 전기설비에 사용하기에 더욱 한계가 있다.
따라서, 본 발명은, 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, LNG 운반선과 같이 장거리를 운항하는 대형 선박에서 필요한 전기를 생산하는 장치로서 연료전지를 채용한 경우에 운항 기간 중에 연료전지에 연료전지용 연료를 계속적으로 공급할 수 있도록 구성된 전기 생산 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 생산지에서 천연가스가 극저온으로 액화된 LNG를 LNG 저장탱크에 저장하여 운반하는 LNG 운반선에서 필요한 전기를 생산하는 장치로서, 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 개질반응시켜서 합성가스를 생성하는 개질반응기와, 상기 개질반응기에서 증발가스가 개질반응되어 생성된 합성가스를 전기화학적으로 반응시켜서 전기를 생산하는 연료전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치가 제공된다.
상기 개질반응기는 상기 증발가스를 스팀과 개질반응시켜서 합성가스를 생성하는 스팀 개질반응기인 것이 바람직하다.
상기 연료전지에서 합성가스를 전기화학적으로 반응시키는 과정에서 부수적으로 발생하는 스팀을 상기 스팀 개질반응기에 공급하는 스팀 공급라인을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 스팀 개질반응기의 후단에는 증발가스를 개질반응시키는 과정에서 부수적으로 발생하는 재(ash)를 분리 제거하는 분리기가 설치된 것이 바람직하다.
상기 연료전지로 공기를 압축하여 공급하는 압축기를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 연료전지에는 상기 연료전지에서 생산된 전기를 저장하는 전기 저장부가 연결된 것이 바람직하다.
상기 개질반응기와 상기 분리기와 상기 연료전지와 상기 압축기와 상기 전기 저장부는 하나의 연료전지 모듈로서 형성된 것이 바람직하다.
상기 연료전지는 용융 탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
상기 연료전지가 고체 산화물형 연료전지인 경우, 상기 연료전지에는 상기 고체 산화물형 연료전지에서 합성가스를 전기화학적으로 반응시키는 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집기 및 상기 이산화탄소 포집기에서 포집된 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장탱크가 더 설치되는 것이 바람직하다.
상기 연료전지가 고분자 전해질형 연료전지인 경우, 상기 분리기의 후단에는 합성가스 중의 일산화탄소를 물과 반응시켜 이산화탄소로 변환시켜서 일산화탄소를 제거하는 수성 가스변환 반응기가 더 설치되는 것이 바람직하다.
상기 수성 가스변환 반응기의 후단에는 상기 수성 가스변환 반응기에서 일산화탄소를 제거하는 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집기 및 상기 이산화탄소 포집기에서 포집된 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장탱크가 더 설치되는 것이 바람직하다.
상기 개질반응기와 상기 분리기와 상기 연료전지와 상기 이산화탄소 포집기와 상기 이산화탄소 저장탱크와 상기 압축기와 상기 전기 저장부는 하나의 연료전지 모듈로서 형성된 것이 바람직하다.
상기 개질반응기와 상기 분리기와 상기 연료전지와 상기 수성 가스변환 반응기와 상기 이산화탄소 포집기와 상기 이산화탄소 저장탱크와 상기 압축기와 상기 전기 저장부는 하나의 연료전지 모듈로서 형성된 것이 바람직하다.
상기 LNG 운반선은 추진 장치를 구비한 것이 바람직하다.
상기 추진 장치는 이중 연료 엔진, 발전기 및 추진용 전기 모터를 구비하는 이중 연료 전기 추진 장치이고, 상기 발전기는 선박내 전기설비 및 상기 추진용 전기 모터에 연결되고, 상기 연료전지 모듈은 상기 발전기에 병렬로 연결된 것이 바람직하다.
상기 추진 장치는 추진용 디젤 엔진을 구비하는 디젤 엔진 추진 장치이고, 상기 연료전지 모듈은 선박내 전기설비에 연결된 것이 바람직하다.
상기 추진용 디젤 엔진은 MEGI 엔진인 것이 바람직하다.
상기 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우, 상기 연료전지에는 상기 연료전지에서 발생하는 열을 회수하는 폐열 회수 장치 가 부착 설치되고, 상기 폐열 회수 장치에는 스팀 터빈과 응축기가 연결되고, 상기 스팀 터빈은 상기 전기 저장부에 연결된 것이 바람직하다.
상기 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우, 상기 연료전지에는 상기 연료전지에서 발생하는 열을 회수하는 폐열 회수 장치가 부착 설치되고, 상기 폐열 회수 장치에는 선박내 스팀 사용처와 응축기가 연결된 것이 바람직하다.
상기 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우, 상기 연료전지에는 상기 연료전지에서 배출되는 고온의 합성가스가 공급되는 연소기가 연결되고, 상기 연소기에는 가스 터빈이 연결되고, 상기 가스 터빈은 전기 저장부에 연결되고, 상기 연소기와 상기 가스 터빈에는 상기 압축기가 연결된 것이 바람직하다.
또한, 전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일측면에 의하면, 생산지에서 천연가스가 극저온으로 액화된 LNG를 LNG 저장탱크에 저장하여 운반하는 LNG 운반선에서 필요한 전기를 생산하는 방법으로서, 합성가스를 전기화학적으로 반응시켜서 전기를 생산하는 연료전지를 상기 LNG 운반선에 설치하고, 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 개질반응시켜서 합성가스를 생성하고, 상기 개질반응되어 생성된 합성가스를 상기 연료전지로 공급하여 상기 연료전지에서 전기화학적으로 반응시켜서 전기를 생산하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 방법이 제공된다.
상기 증발가스를 스팀 개질반응시켜서 합성가스를 생성하는 것이 바람직하 다.
상기 연료전지에서 합성가스를 전기화학적으로 반응시키는 과정에서 발생하는 스팀을 상기 스팀 개질반응에 사용하는 것이 바람직하다.
상기 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우, 합성가스 중의 일산화탄소를 수소와 함께 상기 연료전지로 공급하는 것이 바람직하다.
상기 연료전지가 고분자 전해질형 연료전지인 경우, 합성가스 중의 일산화탄소를 제거하여 수소만을 상기 연료전지로 공급하는 것이 바람직하다.
상기 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우, 상기 연료전지에서 발생하는 열을 이용하여 스팀을 생성하고, 이렇게 생성된 스팀을 이용하여 스팀 터빈을 회전시킴으로써 전기를 생산하는 것이 바람직하다.
상기 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우, 상기 연료전지에서 발생하는 열을 이용하여 스팀을 생성하고, 이렇게 생성된 스팀을 선박내 스팀 사용처에 사용하는 것이 바람직하다.
상기 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우, 상기 연료전지에서 배출되는 고온의 합성가스를 연소시켜 생성되는 고온, 고압의 가스를 이용하여 가스 터빈을 회전시킴으로써 전기를 생산하는 것이 바람직하다.
상기 LNG 운반선은 추진 장치에 의해 추진되는 것이 바람직하다.
상기 추진 장치는 이중 연료 엔진, 발전기 및 추진용 전기 모터를 구비하는 이중 연료 전기 추진 장치이고, 상기 연료전지에서 생산된 전기는, 상기 발전기에서 생산된 전기와 합쳐져서, 선박내 전기설비 및 상기 추진용 전기 모터로 공급되는 것이 바람직하다.
상기 추진 장치는 추진용 디젤 엔진을 구비하는 디젤 엔진 추진 장치이고, 상기 연료전지에서 생산된 전기는, 선박내 전기설비로 공급되는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 LNG 운반선의 전기 생산 장치에 의하면, LNG 운반선에서 발생되는 증발가스를 개질반응시켜서 연료전지용 연료를 생성하고, 이렇게 생성된 연료전지용 연료를 연료전지에 계속적으로 공급할 수 있으므로, LNG 운반선과 같이 장거리를 운항하는 대형 선박에서 필요한 전기를 생산하는 장치로서 연료전지를 채용할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LNG 운반선의 개략도이다. 도 1에 도시된 LNG 운반선(1)은 LNG 저장탱크(10)와 연료전지 모듈(20)과 연료용 디젤 저장탱크(30)와 추진 장치(40)와 프로펠러(50)를 포함한다.
LNG 저장탱크(10)에는 천연가스가 극저온으로 액화된 액화천연가스(LNG, Liquefied Natural Gas)가 저장되는데, 천연가스의 액화온도는 상압에서 -163℃의 극저온이므로, LNG는 그 온도가 상압에서 -163℃ 보다 약간만 높아도 증발된다.
LNG 저장탱크(10)의 경우 단열처리가 되어 있기는 하지만, 외부의 열이 LNG에 지속적으로 전달되므로, LNG 운반선에 의해 LNG를 수송하는 도중에 LNG가 LNG 저장탱크(10) 내에서 지속적으로 기화되어 LNG 저장탱크(10) 내에 증발가스(Boil-Off Gas)가 발생한다.
LNG 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스는 연료전지 모듈(20)과 추진 장치(40)로 공급된다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 연료전지 모듈을 구성하는 요소들을 블록으로 표시한 블록 구성도이다. 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 하나의 실시예에 따른 연료전지 모듈(20)은 스팀 개질반응기(21)와 분리기(22)와 연료전지(23)와 압축기(27)와 전기 저장부(29)를 포함한다.
LNG 저장탱크(10)에서 발생하는 증발가스는 스팀 개질반응기(21)로 공급된다. 본 발명의 실시예에서는 개질반응기로서 증발가스를 스팀과 개질반응시켜서 합성가스를 생성하는 스팀 개질반응기를 예시하였지만, 스팀 개질반응기 외에 증발가스를 스팀 및 산소와 자열 개질반응시켜서 합성가스를 생성하는 자열 개질반응기, 증발가스를 이산화탄소와 개질반응시켜서 합성가스를 생성하는 이산화탄소 개질반응기, 증발가스를 산소와 부분산화 개질반응시켜서 합성가스를 생성하는 부분산화 개질반응기, 증발가스를 스팀 및 이산화탄소와 개질반응시켜서 합성가스를 생성하는 스팀 및 이산화탄소 개질반응기 등도 가능함을 알 수 있을 것이다.
스팀 개질반응기(21)에서 증발가스를 스팀 개질반응시켜 합성가스를 생성하는 과정을 나타내는 반응식은 다음과 같다. 증발가스는 LNG가 증발된 천연가 스(CH4)이다.
CH4 + H2O → 3H2 + CO
여기에서, 스팀 개질반응은 니켈(Ni) 등의 촉매에 의해 촉발된다. 스팀 개질반응기(21)에서는 합성가스인 수소(H2)와 일산화탄소(CO)가 생성되며, 이렇게 증발가스를 개질반응시키는 과정에서 기타 물질이 부수적으로 발생된다. 본 명세서에서는 수소와 일산화탄소만을 합성가스라고 하기로 한다. 기타 물질에는 재(ash)와, 증발가스를 개질반응시키는 과정에서 증발가스에 포함된 황(S) 성분이 변환되어 발생하는 황화수소(H2S)가 포함되어 있다.
스팀 개질반응기(21)에서 증발가스가 개질반응되어 생성된 합성가스는 연료전지용 연료로서 연료전지(23)에 공급되며, 연료전지(23)는 스팀 개질반응기(21)로부터 공급된 연료전지용 연료인 합성가스를 전기화학적으로 반응시켜서 전기를 생산한다.
스팀 개질반응기(21)의 후단에는 분리기(22)가 설치되어 있다. 분리기(22)는 스팀 개질반응기(21)에서 증발가스를 개질반응시키는 과정에서 부수적으로 발생하는 기타 물질 중 재(ash)를 분리 제거한다.
연료전지(23)는 분리기(22)의 후단에 설치되어 있다.
압축기(27)는 연료전지(23)로 공기를 압축하여 공급한다.
전기 저장부(29)는 연료전지(23)에 연결되어 연료전지(23)에서 생산된 전기 를 저장한다.
스팀 개질반응기(21)와 분리기(22)와 연료전지(23)와 압축기(27)와 전기 저장부(29)는 하나의 연료전지 모듈(20)로서 형성된다.
또한, 이러한 스팀 개질반응기, 분리기, 압축기, 연료전지 및 전기 저장부는 공지의 기술이므로 본 명세서에서는 그 구성에 대해 상세하게 설명하지 않기로 한다.
한편, 연료전지(23)는 용융 탄산염형 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), 고체 산화물형 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane/Proton exchange Membrane Fuel Cell) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
연료전지(23)가 용융 탄산염형 연료전지인 경우, 합성가스에서 일산화탄소를 제거하지 않고 일산화탄소를 수소와 함께 연료전지(23)로 공급한다. 용융 탄산염형 연료전지에서 합성가스인 수소와 일산화탄소를 전기화학적으로 반응시켜서 전기를 생산하는 과정을 나타내는 반응식은 다음과 같다.
연료극 : H2 + CO3 -2 → H2O + CO2 + 2e-
CO + CO3 -2 → 2CO2 + 2e-
CO + H2O → H2 + CO2
공기극 : 0.5O2 + CO2 + 2e- → CO3 -2
연료전지의 전체 반응 : H2 + 0.5O2 + CO2 → H2O + CO2
여기에서, 수소와 함께 연료전지(23)로 공급되는 일산화탄소는, 연료극에서 물과 반응하여 수소를 생산하는 반응에 사용된다. 이때 발생된 이산화탄소(CO2)는 공기극으로 보내어져서 공기극에서 삼산화탄소(CO3 -2)를 생성하는 반응에 사용된다. 즉, 연료전지(23)가 용융 탄산염형 연료전지인 경우에는, 전기를 생산하는 과정에서 발생하는 이산화탄소가 외부로 배출되지 않고 연료전지 내부에서 순환된다.
또한, 연료전지(23)가 고체 산화물형 연료전지인 경우, 합성가스에서 일산화탄소를 제거하지 않고 일산화탄소를 수소와 함께 연료전지(23)로 공급한다. 고체 산화물형 연료전지에서 합성가스인 수소와 일산화탄소를 전기화학적으로 반응시켜서 전기를 생산하는 과정을 나타내는 반응식은 다음과 같다.
연료극 : H2 + O-2 → H2O + 2e-
CO + O-2 → CO2 + 2e-
CO + H2O → H2 + CO2
공기극 : 0.5O2 + 2e- → O-2
연료전지의 전체 반응 : H2 + 0.5O2 → H2O
여기에서, 수소와 함께 연료전지(23)로 공급되는 일산화탄소는, 연료극에서 물과 반응하여 수소를 생산하는 반응에 사용된다. 이때 발생된 이산화탄소(CO2)는 별도의 장치에 의해 처리되어야 한다.
이렇게 연료전지(23)가 고체 산화물형 연료전지인 경우에, 연료전지에서 합성가스를 전기화학적으로 반응시키는 과정에서 발생하는 이산화탄소를 처리하기 위해, 도 3에 도시된 바와 같이, 연료전지(23)에는 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집기(25)가 설치되어 있고, 이산화탄소 포집기(25)에는 이산화탄소 포집기(25)에서 포집된 이산화탄소(CO2)를 저장하는 이산화탄소 저장탱크(26)가 연결되어 있다. 도 3은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 연료전지 모듈을 구성하는 요소들을 블록으로 표시한 블록 구성도이다. 도 3에 도시된 실시예의 연료전지 모듈(20')에서 도 2의 실시예의 연료전지 모듈(20)과 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부재번호를 사용하기로 한다.
본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 연료전지 모듈에 의하면, 연료전지(23)가 고체 산화물형 연료전지인 경우, 연료전지 모듈(20')에 이산화탄소 포집기(25)와 이산화탄소 저장탱크(26)가 설치되어 있으므로, 연료전지에서 합성가스를 전기화학적으로 반응시키는 과정에서 발생하는 이산화탄소를 대기중으로 배출하지 않으므로 이산화탄소 배출로 인한 환경 오염의 문제를 해결할 수 있다.
또한, 연료전지(23)가 고체 산화물형 연료전지인 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 스팀 개질반응기(21)와 분리기(22)와 연료전지(23)와 이산화탄소 포집기(25)와 이산화탄소 저장탱크(26)와 압축기(27)와 전기 저장부(29)는 다른 하나의 연료전지 모듈(20')로서 형성된다.
또한, 연료전지(23)가 고분자 전해질형 연료전지인 경우, 합성가스 중의 일산화탄소를 제거하여 수소만을 연료전지(23)로 공급한다. 고분자 전해질형 연료전지에서 수소를 전기화학적으로 반응시켜서 전기를 생산하는 과정을 나타내는 반응식은 다음과 같다.
연료극 : H2 → 2H+ + 2e-
공기극 : 0.5O2 + 2H+ + 2e- → H2O
연료전지의 전체 반응 : H2 + 0.5O2 → H2O
여기에서, 합성가스 중의 일산화탄소를 제거하기 위해, 도 4에 도시된 바와 같이, 분리기(22)의 후단에는 합성가스 중의 일산화탄소를 물과 반응시켜 이산화탄소로 변환시켜서 일산화탄소를 제거하는 수성 가스변환 반응기(24)가 더 설치된다. 도 4는 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 연료전지 모듈을 구성하는 요소들을 블록으로 표시한 블록 구성도이다. 도 4에 도시된 실시예의 연료전지 모듈(20")에서 도 2의 실시예의 연료전지 모듈(20)과 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부재번호를 사용하기로 한다.
또한, 수성 가스변환 반응기(24)에서는, 증발가스를 개질반응시키는 과정에서 증발가스에 포함된 황(S) 성분이 변환되어 발생하는 황화수소(H2S)를 물과 반응시켜 황산(H2SO4)으로 변환시켜 황화수소(H2S)를 제거한다. 액체 형태의 황산(H2SO4)은 수성 가스변환 반응기(24)에서 배출되어 별도의 저장용기(미도시)에 저장된다.
합성가스 중의 일산화탄소와 황화수소를 수성 가스변환 반응기(24)에서 이산화탄소와 황산으로 변환시키는 과정을 나타내는 반응식은 다음과 같다.
CO + H2O → CO2 + H2
H2S + 4H2O → H2SO4 + 4H2
수성 가스변환 반응기(24)에서 발생된 수소(H2)는 연료전지용 연료로서 연료전지(23)에 공급된다.
수성 가스변환 반응기(24)의 후단에는 이산화탄소 포집기(25)가 설치되어 있다. 이산화탄소 포집기(25)는 수성 가스변환 반응기(24)에서 발생하는 이산화탄 소(CO2)를 포집한다.
이산화탄소 포집기(25)에는 이산화탄소 포집기(25)에서 포집된 이산화탄소(CO2)를 저장하는 이산화탄소 저장탱크(26)가 연결되어 있다. 본 발명의 또 다른 하나의 실시예에 따른 연료전지 모듈에 의하면, 연료전지(23)가 고분자 전해질형 연료전지인 경우, 연료전지 모듈(20")에 이산화탄소 포집기(25)와 이산화탄소 저장탱크(26)가 설치되어 있으므로, 연료전지(23)로 공급되는 합성가스 중에 포함된 일산화탄소를 제거하는 과정에서 발생하는 이산화탄소를 대기중으로 배출하지 않으므로 이산화탄소 배출로 인한 환경 오염의 문제를 해결할 수 있다.
수성 가스변환 반응기(24)에서 발생된 수소(H2)는 연료전지용 연료로서 연료전지(23)에 공급된다.
또한, 연료전지(23)가 고분자 전해질형 연료전지인 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 스팀 개질반응기(21)와 분리기(22)와 연료전지(23)와 수성 가스변환 반응기(24)와 이산화탄소 포집기(25)와 이산화탄소 저장탱크(26)와 압축기(27)와 전기 저장부(29)는 또 다른 하나의 연료전지 모듈(20")로서 형성된다.
이러한 수성 가스변환 반응기 및 이산화탄소 포집기는 공지의 기술이므로 본 명세서에서는 그 구성에 대해 상세하게 설명하지 않기로 한다.
한편, 연료전지(23)에서 합성가스를 전기화학적으로 반응시키는 과정에서 스팀(H2O)이 부수적으로 발생하며, 이 스팀은 스팀 공급라인(L23)을 통해 스팀 개질반 응기(21)에 공급되어 스팀 개질반응기(21)에서 증발가스를 개질반응시키는 데에 사용된다.
그리고, 용융 탄산염형 연료전지는 작동 온도가 650℃이고, 고체 산화물형 연료전지는 작동 온도가 650-1,000℃이므로, 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우에, 연료전지에서는 상당한 고온의 열이 발생한다. 그러나, 이러한 연료전지에서 발생하는 고온의 열은 일반적으로 버려진다.
따라서, 본 발명에서는, 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우에, 연료전지에서 버려지는 폐열을 이용하여 발전 효율을 높이는 방법을 제안한다.
도 5는 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우에, 연료전지에서 버려지는 폐열을 이용하여 발전 효율을 높이는 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 연료전지(23)에는 연료전지(23)에서 발생하는 열을 회수하는 폐열 회수 장치(30)가 부착 설치된다. 폐열 회수 장치(30)는 열교환기인 것이 바람직하다. 폐열 회수 장치(30)에는 스팀 터빈(31)과 응축기(33)가 연결되어 있고, 스팀 터빈(31)은 전기 저장부(29)에 연결되어 있다.
폐열 회수 장치(30)는 연료전지(23)에서 발생하는 열을 이용하여 물을 고온, 고압의 스팀으로 변환시킨다.
폐열 회수 장치(30)에서 생성된 고온, 고압의 스팀은 스팀 터빈(31)으로 보내어져 스팀 터빈(31)을 회전시켜서 전기를 생산한다. 스팀 터빈(31)에서 생산된 전기는 전기 저장부(29)에 저장된다.
스팀 터빈(31)을 회전시킨 후의 스팀은 응축기(33)로 보내어져 응축된 후 폐열 회수 장치(30)로 보내어진다.
또한, 폐열 회수 장치(30)에서 생성된 고온, 고압의 스팀은 선박내 스팀사용처에서 사용될 수도 있다. 도 6에 도시된 장치는, 폐열 회수 장치(30)에서 발생된 스팀이 선박내 스팀사용처(32)로 보내어지도록 구성된 것이다. 따라서, 폐열 회수 장치(30)에는 선박내 스팀사용처(32)와 응축기(33)가 연결된다. 선박내 스팀사용처(32)에서 사용된 후의 스팀은 응축기(33)로 보내어져 응축된 후 다시 폐열 회수 장치(30)로 보내어진다.
또한, 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우에, 연료전지로 공급된 합성가스 중의 일부는 연료전지에서 전기화학적으로 반응하지 않고 고온의 상태로 배출되는데, 이렇게 연료전지에서 배출되는 고온의 합성가스를 이용하여 발전 효율을 높일 수도 있다.
도 7은 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우에, 연료전지에서 배출되는 고온의 합성가스를 이용하여 발전 효율을 높이는 장치를 개략적으로 도시하고 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 연료전지(23)에는 연료전지(23)에서 배출되는 고온의 합성가스가 공급되는 연소기(40)가 연결된다. 연소기(40)에는 가스 터빈(41)이 연결되어 있고, 가스 터빈(41)은 전기 저장부(29) 에 연결되어 있다. 또한, 연소기(40)와 가스 터빈(41)에는 압축기(27)가 연결되어 있으므로, 압축기(27)로부터 연소기(40)와 가스터빈(41)으로 고압의 공기가 공급된다.
연소기(40)는 연료전지(23)에서 배출되는 고온의 합성가스를 고압의 공기와 연소시켜 고온, 고압의 가스로 변환시킨다.
연소기(40)에서 생성된 고온, 고압의 가스는 가스 터빈(41)으로 보내어져 가스 터빈(41)을 회전시켜서 전기를 생산한다. 가스 터빈(31)에서 생산된 전기는 전기 저장부(29)에 저장된다.
가스 터빈(41)을 회전시킨 후의 가스는 외부로 배출된다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 LNG 운반선의 추진 장치가 이중 연료 전기 추진 장치인 경우에 선박 내에서의 각 구성요소들의 연결 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
LNG 운반선에서 이중 연료 전기 추진 장치는 이중 연료 엔진(41), 발전기(43), 교류/교류 컨버터(45), 변압기(47) 및 추진용 전기 모터(49)를 구비한다. 추진용 전기 모터(49)는 클러치(48)를 통해 프로펠러(50)를 구동시킨다.
발전기(43)는 선박내 전기설비, 즉, 선박의 기본 전기설비 및 화물계통 전기설비와 추진용 전기 모터(49)에 연결되어 있다. 도 8에서 이중 연료 엔진(41)과 발전기(43)는 각각 2개씩 설치된 것으로 예시되어 있고, 연료전지 모듈(20)은 1개 설치된 것으로 예시되어 있으며, 연료전지 모듈(20)은 발전기(43)에 병렬로 연결되 어 있다. 따라서, 연료전지 모듈(20)에서 생산된 전기는, 발전기(43)에서 생산된 전기와 합쳐져서, 선박내 전기설비, 즉, 선박의 기본 전기설비 및 화물계통 전기설비와 추진용 전기 모터(49)로 공급된다. 연료전지 모듈(20)가 발전기(43)들에는 배터리(60)가 병렬로 설치되어 있고, 연료전지 모듈(20)와 배터리(60)의 후단에는 각각 직류/교류 컨버터(70)가 배치되어 있다. 예를 들어, 선박이 입출항할 때에는 동력 소모가 적고 또한 항구 인근에서 배기가스의 배출을 가급적 적게 해야 하므로, 전기 생산 용량이 상대적으로 크고 배기가스의 배출이 많은 이중 연료 엔진(41)은 가동시키지 않고 전기 생산 용량이 상대적으로 작고 친환경적인 연료전지 모듈(20)만을 가동시켜서 연료전지 모듈(20)에서 생산된 전기와 배터리(60)에 충전된 전기만으로 추진용 전기 모터(49)와 선박내 전기설비를 작동시킨다. 한편, 선박이 정상 항해할 때에는 동력 소모가 많고 또한 배기가스의 배출이 비교적 자유로우므로 이중 연료 엔진(41)과 연료전지 모듈(20)를 모두 가동시켜 이중 연료 엔진(41)과 연료전지 모듈(20)에서 생산된 전기로 추진용 전기 모터(49)와 선박내 전기설비를 작동시키며, 이때, 이중 연료 엔진(41)과 연료전지 모듈(20)에서 생산된 전기는 배터리(60)를 함께 충전시킨다.
추진 장치가 이중 연료 전기 추진 장치인 LNG 운반선의 경우, 종래에는 이중 연료 엔진(41)과 발전기(43)를 각각 3개씩 설치하였으나, 본 발명에서는 이중 연료 엔진(41)과 발전기(43)를 각각 1개씩 줄이고 1개의 연료전지 모듈(20)로 대체하였다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 LNG 운반선의 추진 장치가 디젤 엔진 추진 장치인 경우에 선박 내에서의 각 구성요소들의 연결 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
LNG 운반선에서 디젤 엔진 추진 장치는 디젤 엔진(42)을 구비한다. 디젤 엔진(42)은 클러치(48)를 통해 프로펠러(50)를 구동시킨다.
도 9에서 연료전지 모듈(20)은 2개 설치된 것으로 예시되어 있으며, 연료전지 모듈(20)은 선박내 전기설비, 즉, 선박의 기본 전기설비 및 화물계통 전기설비에 연결되어 있다. 따라서, 연료전지 모듈(20)에서 생산된 전기는, 선박내 전기설비, 즉, 선박의 기본 전기설비 및 화물계통 전기설비로 공급된다. 연료전지 모듈(20)의 후단에는 직류/교류 컨버터(70)가 배치되어 있다.
추진 장치가 디젤 엔진 추진 장치인 LNG 운반선의 경우, 종래에는 발전용 디젤 엔진과 발전기를 각각 2개씩 설치하였으나, 본 발명에서는 발전용 디젤 엔진과 발전기를 아예 설치하지 않고 2개의 연료전지 모듈(20)로 대체하였다.
여기에서, 추진용 디젤 엔진으로서는 Man B&W Diesel 사에서 제작한 고압가스 분사엔진인 MEGI(Man B&W Engine Gas Injection) 엔진인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따른 LNG 운반선의 전기 생산 장치에 의하면, LNG 운반선에서 발생하는 증발가스를 개질반응시켜서 연료전지용 연료를 생성하고, 이렇게 생성된 연료전지용 연료를 연료전지에 계속적으로 공급할 수 있으므로, LNG 운반선과 같이 장거리를 운항하는 대형 선박에서 필요한 전기를 생산하는 장치로서 연료전지를 채용할 수 있다.
이상의 실시예들에서는, LNG 운반선이 이중 연료 엔진 또는 추진용 디젤 엔 진 등의 연료 연소 엔진을 구비하면서, LNG 운반선에서 발생하는 증발가스를 개질반응시켜서 생성된 연료전지용 연료를 연료전지에 계속적으로 공급할 수 있도록 구성된 연료전지 모듈을 구비한 것으로 예시하였지만, LNG 운반선이 이중 연료 엔진 또는 디젤 엔진 등의 별도의 연료 연소 엔진을 구비하지 않고 연료전지 모듈만을 구비하여 연료전지 모듈에서 생산된 전기만으로 추진용 전기 모터를 작동시켜 선박을 추진시킴과 동시에 선박내 전기설비를 작동시킬 수도 있음을 알 수 있을 것이다.
이상에서는 본 발명이 특정 실시예를 중심으로 하여 설명되었지만, 본 발명의 취지 및 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 변형, 변경 또는 수정이 당해 기술분야에서 있을 수 있으며, 따라서, 전술한 설명 및 도면은 본 발명의 기술사상을 한정하는 것이 아닌 본 발명을 예시하는 것으로 해석되어져야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LNG 운반선의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 연료전지 모듈을 구성하는 요소들을 블록으로 표시한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 하나의 실시예에 따른 연료전지 모듈을 구성하는 요소들을 블록으로 표시한 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지에서 버려지는 폐열을 이용하여 발전 효율을 높이는 장치를 개략적으로 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지에서 버려지는 폐열을 이용하여 생성된 스팀은 선박내 스팀사용처에서 사용될 수도 있도록 하는 장치를 개략적으로 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지에서 배출되는 고온의 합성가스를 이용하여 발전 효율을 높이는 장치를 개략적으로 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 LNG 운반선의 추진 장치가 이중 연료 전기 추진 장치인 경우에 선박 내에서의 각 구성요소들의 연결 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 LNG 운반선의 추진 장치가 디젤 엔진 추진 장치인 경우에 선박 내에서의 각 구성요소들의 연결 관계를 개략적으로 도시한 도면이다.

Claims (31)

  1. 생산지에서 천연가스가 극저온으로 액화된 LNG를 LNG 저장탱크에 저장하여 운반하는 LNG 운반선에서 필요한 전기를 생산하는 장치로서,
    상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 개질반응시켜서 합성가스를 생성하는 개질반응기와,
    상기 개질반응기에서 증발가스가 개질반응되어 생성된 합성가스를 전기화학적으로 반응시켜서 전기를 생산하는 연료전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 개질반응기는 상기 증발가스를 스팀과 개질반응시켜서 합성가스를 생성하는 스팀 개질반응기인 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 연료전지에서 합성가스를 전기화학적으로 반응시키는 과정에서 부수적으로 발생하는 스팀을 상기 스팀 개질반응기에 공급하는 스팀 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 스팀 개질반응기의 후단에는 증발가스를 개질반응시키는 과정에서 부수적으로 발생하는 재(ash)를 분리 제거하는 분리기가 설치된 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 연료전지로 공기를 압축하여 공급하는 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 연료전지에는 상기 연료전지에서 생산된 전기를 저장하는 전기 저장부가 연결된 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 개질반응기와 상기 분리기와 상기 연료전지와 상기 압축기와 상기 전기 저장부는 하나의 연료전지 모듈로서 형성된 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 연료전지는 용융 탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장 치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 연료전지가 고체 산화물형 연료전지인 경우, 상기 연료전지에는 상기 고체 산화물형 연료전지에서 합성가스를 전기화학적으로 반응시키는 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집기 및 상기 이산화탄소 포집기에서 포집된 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장탱크가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 연료전지가 고분자 전해질형 연료전지인 경우, 상기 분리기의 후단에는 합성가스 중의 일산화탄소를 물과 반응시켜 이산화탄소로 변환시켜서 일산화탄소를 제거하는 수성 가스변환 반응기가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 수성 가스변환 반응기의 후단에는 상기 수성 가스변환 반응기에서 일산화탄소를 제거하는 과정에서 발생하는 이산화탄소를 포집하는 이산화탄소 포집기 및 상기 이산화탄소 포집기에서 포집된 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장탱크가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 개질반응기와 상기 분리기와 상기 연료전지와 상기 이산화탄소 포집기와 상기 이산화탄소 저장탱크와 상기 압축기와 상기 전기 저장부는 하나의 연료전지 모듈로서 형성된 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 개질반응기와 상기 분리기와 상기 연료전지와 상기 수성 가스변환 반응기와 상기 이산화탄소 포집기와 상기 이산화탄소 저장탱크와 상기 압축기와 상기 전기 저장부는 하나의 연료전지 모듈로서 형성된 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  14. 청구항 7, 청구항 12 및 청구항 13 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LNG 운반선은 추진 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 추진 장치는 이중 연료 엔진, 발전기 및 추진용 전기 모터를 구비하는 이중 연료 전기 추진 장치이고,
    상기 발전기는 선박내 전기설비 및 상기 추진용 전기 모터에 연결되고,
    상기 연료전지 모듈은 상기 발전기에 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 추진 장치는 추진용 디젤 엔진을 구비하는 디젤 엔진 추진 장치이고,
    상기 연료전지 모듈은 선박내 전기설비에 연결된 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 추진용 디젤 엔진은 MEGI 엔진인 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  18. 청구항 8에 있어서,
    상기 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우, 상기 연료전지에는 상기 연료전지에서 발생하는 열을 회수하는 폐열 회수 장치가 부착 설치되고, 상기 폐열 회수 장치에는 스팀 터빈과 응축기가 연결되고, 상기 스팀 터빈은 상기 전기 저장부에 연결된 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  19. 청구항 8에 있어서,
    상기 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우, 상기 연료전지에는 상기 연료전지에서 발생하는 열을 회수하는 폐열 회수 장치가 부착 설치되고, 상기 폐열 회수 장치에는 선박내 스팀 사용처와 응축기가 연결된 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  20. 청구항 8에 있어서,
    상기 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우, 상기 연료전지에는 상기 연료전지에서 배출되는 고온의 합성가스가 공급되는 연소기가 연결되고, 상기 연소기에는 가스 터빈이 연결되고, 상기 가스 터빈은 전기 저장부에 연결되고, 상기 연소기와 상기 가스 터빈에는 상기 압축기가 연결된 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 장치.
  21. 생산지에서 천연가스가 극저온으로 액화된 LNG를 LNG 저장탱크에 저장하여 운반하는 LNG 운반선에서 필요한 전기를 생산하는 방법으로서,
    합성가스를 전기화학적으로 반응시켜서 전기를 생산하는 연료전지를 상기 LNG 운반선에 설치하고,
    상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 개질반응시켜서 합성가스를 생성하고,
    상기 개질반응되어 생성된 합성가스를 상기 연료전지로 공급하여 상기 연료전지에서 전기화학적으로 반응시켜서 전기를 생산하는 것을 특징으로 하는 LNG 운 반선의 전기 생산 방법.
  22. 청구항 21에 있어서,
    상기 증발가스를 스팀 개질반응시켜서 합성가스를 생성하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 방법.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 연료전지에서 합성가스를 전기화학적으로 반응시키는 과정에서 발생하는 스팀을 상기 스팀 개질반응에 사용하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 방법.
  24. 청구항 21에 있어서,
    상기 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우, 합성가스 중의 일산화탄소를 수소와 함께 상기 연료전지로 공급하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 방법.
  25. 청구항 21에 있어서,
    상기 연료전지가 고분자 전해질형 연료전지인 경우, 합성가스 중의 일산화탄소를 제거하여 수소만을 상기 연료전지로 공급하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 방법.
  26. 청구항 21에 있어서,
    상기 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우, 상기 연료전지에서 발생하는 열을 이용하여 스팀을 생성하고, 이렇게 생성된 스팀을 이용하여 스팀 터빈을 회전시킴으로써 전기를 생산하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 방법.
  27. 청구항 21에 있어서,
    상기 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우, 상기 연료전지에서 발생하는 열을 이용하여 스팀을 생성하고, 이렇게 생성된 스팀을 선박내 스팀 사용처에 사용하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 방법.
  28. 청구항 21에 있어서,
    상기 연료전지가 용융 탄산염형 연료전지 또는 고체 산화물형 연료전지인 경우, 상기 연료전지에서 배출되는 고온의 합성가스를 연소시켜 생성되는 고온, 고압의 가스를 이용하여 가스 터빈을 회전시킴으로써 전기를 생산하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 방법.
  29. 청구항 21에 있어서,
    상기 LNG 운반선은 추진 장치에 의해 추진되는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 방법.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 추진 장치는 이중 연료 엔진, 발전기 및 추진용 전기 모터를 구비하는 이중 연료 전기 추진 장치이고,
    상기 연료전지에서 생산된 전기는, 상기 발전기에서 생산된 전기와 합쳐져서, 선박내 전기설비 및 상기 추진용 전기 모터로 공급되는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 방법.
  31. 청구항 29에 있어서,
    상기 추진 장치는 추진용 디젤 엔진을 구비하는 디젤 엔진 추진 장치이고,
    상기 연료전지에서 생산된 전기는, 선박내 전기설비로 공급되는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 전기 생산 방법.
KR1020090022544A 2009-02-20 2009-03-17 Ｌｎｇ 운반선의 전기 생산 장치 및 방법 KR20100095338A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20090014198 2009-02-20
KR1020090014198 2009-02-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100095338A true KR20100095338A (ko) 2010-08-30

Family

ID=42759096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090022544A KR20100095338A (ko) 2009-02-20 2009-03-17 Ｌｎｇ 운반선의 전기 생산 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20100095338A (ko)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012099287A1 (ko) * 2011-01-21 2012-07-26 대우조선해양 주식회사 상선의 전기 생산 장치 및 방법
KR101254669B1 (ko) * 2011-04-14 2013-04-15 대우조선해양 주식회사 선박용 연료전지 시스템
KR101258926B1 (ko) * 2011-06-16 2013-04-29 삼성중공업 주식회사 선박
KR101291115B1 (ko) * 2011-05-31 2013-08-01 삼성중공업 주식회사 연료전지 발전 시스템 및 이를 포함하는 선박
KR101292709B1 (ko) * 2011-05-25 2013-08-01 삼성중공업 주식회사 연료 전지 시스템 및 이를 구비한 선박과 연료 전지시스템 가동방법
KR101302006B1 (ko) * 2011-11-10 2013-08-30 삼성중공업 주식회사 선박용 엔진의 연료 공급장치 및 방법
KR101302012B1 (ko) * 2011-10-21 2013-08-30 삼성중공업 주식회사 수소 혼합연료 공급장치 및 이를 포함하는 선박
KR101447863B1 (ko) * 2012-08-23 2014-10-07 삼성중공업 주식회사 연료전지 시스템
KR101458619B1 (ko) * 2012-05-21 2014-11-10 대우조선해양 주식회사 연료전지탑재 선박의 열 순환 시스템
KR101487281B1 (ko) * 2013-02-07 2015-02-04 삼성중공업 주식회사 다기능 선박 및 이를 이용한 전력공급방법
KR101534235B1 (ko) * 2014-06-26 2015-07-06 대우조선해양 주식회사 선박용 연료전지 복합발전시스템
KR20150100177A (ko) * 2014-02-24 2015-09-02 대우조선해양 주식회사 지티엘디젤을 이용한 잠수함 추진 시스템 및 방법
KR20150100176A (ko) * 2014-02-24 2015-09-02 대우조선해양 주식회사 지티엘디젤과 디젤을 동시다발적으로 이용하는 잠수함 추진 시스템 및 방법
KR20150131547A (ko) 2014-05-15 2015-11-25 삼성중공업 주식회사 액화천연가스 운반선
CN110816800A (zh) * 2018-08-07 2020-02-21 大连理工大学 柴燃联合动力装置和氢燃料电池混合动力系统及其燃料供给方法

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012099287A1 (ko) * 2011-01-21 2012-07-26 대우조선해양 주식회사 상선의 전기 생산 장치 및 방법
KR101254669B1 (ko) * 2011-04-14 2013-04-15 대우조선해양 주식회사 선박용 연료전지 시스템
KR101292709B1 (ko) * 2011-05-25 2013-08-01 삼성중공업 주식회사 연료 전지 시스템 및 이를 구비한 선박과 연료 전지시스템 가동방법
KR101291115B1 (ko) * 2011-05-31 2013-08-01 삼성중공업 주식회사 연료전지 발전 시스템 및 이를 포함하는 선박
KR101258926B1 (ko) * 2011-06-16 2013-04-29 삼성중공업 주식회사 선박
KR101302012B1 (ko) * 2011-10-21 2013-08-30 삼성중공업 주식회사 수소 혼합연료 공급장치 및 이를 포함하는 선박
KR101302006B1 (ko) * 2011-11-10 2013-08-30 삼성중공업 주식회사 선박용 엔진의 연료 공급장치 및 방법
KR101458619B1 (ko) * 2012-05-21 2014-11-10 대우조선해양 주식회사 연료전지탑재 선박의 열 순환 시스템
KR101447863B1 (ko) * 2012-08-23 2014-10-07 삼성중공업 주식회사 연료전지 시스템
KR101487281B1 (ko) * 2013-02-07 2015-02-04 삼성중공업 주식회사 다기능 선박 및 이를 이용한 전력공급방법
KR20150100177A (ko) * 2014-02-24 2015-09-02 대우조선해양 주식회사 지티엘디젤을 이용한 잠수함 추진 시스템 및 방법
KR20150100176A (ko) * 2014-02-24 2015-09-02 대우조선해양 주식회사 지티엘디젤과 디젤을 동시다발적으로 이용하는 잠수함 추진 시스템 및 방법
KR20150131547A (ko) 2014-05-15 2015-11-25 삼성중공업 주식회사 액화천연가스 운반선
KR101534235B1 (ko) * 2014-06-26 2015-07-06 대우조선해양 주식회사 선박용 연료전지 복합발전시스템
CN110816800A (zh) * 2018-08-07 2020-02-21 大连理工大学 柴燃联合动力装置和氢燃料电池混合动力系统及其燃料供给方法
CN110816800B (zh) * 2018-08-07 2022-02-11 大连理工大学 柴燃联合动力装置和氢燃料电池混合动力系统及其燃料供给方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8727821B2 (en) Apparatus and method for generating electricity in liquefied natural gas carrier
KR20100095338A (ko) Ｌｎｇ 운반선의 전기 생산 장치 및 방법
KR101259820B1 (ko) 연료전지시스템 및 이를 구비한 선박
KR101369876B1 (ko) 상선의 전기 생산 장치 및 방법
KR102153760B1 (ko) 선박
KR102355411B1 (ko) 선박
CN112786934A (zh) 一种以甲醇为原料的磷酸燃料电池动力系统及其发电方法
JP7292474B2 (ja) Ｃｏ２捕捉を伴うハイブリッド発電プラント
KR102355412B1 (ko) 연료전지 시스템 및 이를 구비한 선박
KR102175736B1 (ko) 선박
KR20170080810A (ko) 선박
KR102190938B1 (ko) 선박
KR20170015823A (ko) 선박
KR102153758B1 (ko) 선박
KR102190936B1 (ko) 선박
KR102190941B1 (ko) 선박
KR101696550B1 (ko) 선박
KR101956240B1 (ko) 선박용 연료전지 시스템
KR102190944B1 (ko) 선박
KR102219830B1 (ko) 선박
KR20170076916A (ko) 선박
KR102252149B1 (ko) 선박
KR102190937B1 (ko) 선박
KR20170015822A (ko) 선박
KR101704913B1 (ko) 선박

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application