KR20120071042A - Fuel cell system using methane hydrate fuel - Google Patents

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이은배
김현진
최정호
유창열
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

PURPOSE: Fuel cell system is provided to generate power without special equipment by using methane hydrate as fuel, thereby reducing installation and operation costs for fuel supply. CONSTITUTION: Fuel cell system modifies water and natural gas to hydrogen or methane through internal reformation or external reformation and generates electrical energy through the chemical reaction of modified hydrogen and methane with air inside the fuel cell(30). The fuel cell system comprises: a fuel supply part(10) generating methane and hydrogen from methane hydrate; an air supply part(20) supplying air necessary for electricity generation, and a fuel cell(30) generating electrical energy by receiving methane or hydrogen and air from the fuel supply part and the air supply part(20).

Description

메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템{Fuel cell system using methane hydrate fuel}Fuel cell system using methane hydrate fuel

본 발명은 메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 자세하게는 메탄 수화물을 연료로 사용하여 연료공급을 위한 설비 및 운용비용이 절감될 수 있는 메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system using methane hydrate as a fuel, and more particularly, to a fuel cell system using methane hydrate as a fuel that can reduce equipment and operation costs for fuel supply using methane hydrate as a fuel. will be.

최근 유가의 급등과 기후 변화협약에 따른 환경규제로 대체에너지의 중요성이 크게 부각되고 있는 현실 속에서 연료전지는 이에 대응할 수 있는 차세대 동력 에너지원으로 각광받고 있다.In recent years, fuel cell is spotlighted as a next-generation power source that can cope with the current situation where the importance of alternative energy is being greatly highlighted by the soaring oil prices and environmental regulations in accordance with the Convention on Climate Change.

연료전지는 수소를 공기중 산소와 화학반응시켜 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 전지이다. 이러한 연료전지는 수소-산소 연료전지도 있지만, 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소계열의 기체연료를 사용하는 연료전지도 있다.A fuel cell is a battery that converts chemical energy into electrical energy by chemically reacting hydrogen with oxygen in the air. Such fuel cells are hydrogen-oxygen fuel cells, but there are fuel cells using hydrocarbon-based gaseous fuels such as methanol, ethanol, and natural gas.

이러한 기체연료를 사용하는 연료전지는 탄화수소계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소를 연료극(음극)으로 하고, 공기를 공기극(산화극, 양극)으로 사용하는 연료전지도 있다. A fuel cell using such a gas fuel includes a fuel cell using hydrogen contained in a hydrocarbon-based material as a fuel electrode (cathode) and air as an air electrode (oxide, anode).

아울러 상기와 같은 연료전지는 작동온도가 300℃이상이면 고온형 연료전지로 분류될 수 있다.In addition, such a fuel cell may be classified as a high temperature fuel cell when the operating temperature is 300 ° C or higher.

도 3은 종래 고온형 연료전지 시스템을 나타낸 것으로, 이를 참조하여 종래 고온형 연료전지시스템을 살펴보기로 한다.3 illustrates a conventional high temperature fuel cell system, and with reference to this, a conventional high temperature fuel cell system will be described.

통상적으로 고온형 연료전지 시스템은 천연가스와 물을 원료물질로 사용하여 외부 또는 내부 개질반응을 통해 수소로 개질하여 연료전지의 연료로 사용된다. 보다 구체적으로 고온형 연료전지 시스템은 LNG 저장기(110)에 저장된 액화천연가스(LNG)를 공급펌프(120)를 통해 기화기(130)로 공급하고, 기화기(130)에선 이 액화천연가스를 기화시킨 뒤, 가스히터(140)를 통해 예열을 해줘 가습기(150)로 보낸다. In general, high temperature fuel cell systems are used as fuel for fuel cells by using natural gas and water as raw materials and reforming them into hydrogen through an external or internal reforming reaction. More specifically, the high temperature fuel cell system supplies liquefied natural gas (LNG) stored in the LNG reservoir 110 to the vaporizer 130 through a supply pump 120, and vaporizes the liquefied natural gas in the vaporizer 130. After the preheating, it is sent to the humidifier 150 through the gas heater 140.

이때 순수제조장치(160)에 의해 불순물이 제거된 물 또한 가습기(150)로 보내져 가습기에서 예열된 천연가스와 물이 혼합되어 전개질기(170)로 보내진다. 전개질기로 보내진 물과 천연가스는 메탄으로 개질되는 동시에 연료를 가열해 주며 이과정에서 수소가 발생된다. 그리고 발생된 수소 및 개질된 메탄이 연료전지(200)로 보내진다. At this time, the water from which impurities have been removed by the pure water manufacturing apparatus 160 is also sent to the humidifier 150, and the natural gas and water preheated in the humidifier are mixed and sent to the developing unit 170. The water and natural gas sent to the developing mill are reformed into methane, which simultaneously heats the fuel and generates hydrogen. The generated hydrogen and the reformed methane are sent to the fuel cell 200.

또한, 상기 연료전지(200)에는 송풍기(310)에 의해 인입되어 공기히터(320)에 의해 가열된 상태의 공기가 보내지며, 수소 또는 메탄과 공기의 전기화학반응을 통해 전력을 발생시킨다.In addition, the fuel cell 200 is introduced by the blower 310, the air is heated by the air heater 320 is sent, and generates power through the electrochemical reaction of hydrogen or methane and air.

이와 같은 고온형 연료전지시스템은 석유 등의 대체에너지로서 활용될 수 있기는 하나, 발전장치가 가스 공급원으로부터 멀리 떨어져 있는 경우, 연료로 사용되는 액화 천연가스(LNG)나 압축천연가스(CNG) 등을 운반하기 위한 파이프라인의 설치비용이 과도하게 사용될 뿐만 아니라, 이들 액화천연가스나 압축천연가스의 상태를 유지하기 위하여 초저온 대응시설 또는 고압설비를 구축해야하는 문제점이 있었다. Such a high temperature fuel cell system can be used as an alternative energy such as petroleum, but when the generator is far from a gas supply source, liquefied natural gas (LNG) or compressed natural gas (CNG), etc. In addition to the excessive installation cost of the pipeline for transporting the gas, there was a problem to build a cryogenic response facility or a high-pressure facility in order to maintain the state of these liquefied natural gas or compressed natural gas.

또한, 천연가스의 개질을 위해서는 물 공급이 원활하게 이루어져야 하나, 물 부족지역이나 담수를 사용하기 힘든 지역에서는 이러한 물공급이 원활치 못하다는 문제점이 있었다.In addition, in order to reform the natural gas, water supply must be made smoothly, but there was a problem that such water supply is not smooth in areas where water is scarce or where fresh water is difficult to use.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로,The present invention is to solve the above problems,

메탄 수화물을 이용하여 별도의 파이프라인이나, 특수한 설비 없이 전력을 생산할 수 있고, 별도의 물공급장치를 필요로 하지 않는 메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a fuel cell system using methane hydrate as a fuel that can generate electric power without a separate pipeline or special equipment, and does not require a separate water supply device.

본 발명의 다른 목적은 별도의 스팀 발생을 위한 별도의 발열설비를 필요로 하지 않아 운용비용이 절감될 수 있도록 하는데 있다.Another object of the present invention is to reduce the operating costs do not require a separate heating device for generating a separate steam.

본 발명의 또 다른 목적은 스팀 발생시 연료소비를 줄이는 데 있다.Still another object of the present invention is to reduce fuel consumption when steam is generated.

본 발명의 또 다른 목적은 스팀을 효율적으로 사용하는데 있다.Another object of the present invention is to use steam efficiently.

본원발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여,The present invention to achieve the above object,

메탄 수화물의 해리로 얻어진 물과 천연가스를 내부개질 또는 외부개질 반응을 통해 수소 또는 메탄으로 개질하고, 공기와 개질로 생산된 수소 및 메탄이 연료전지 내부에서 화학반응을 통해 전기 에너지를 생산하는 것을 특징으로 하는 메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템을 제공한다.Water and natural gas obtained by dissociation of methane hydrate to hydrogen or methane through internal reforming or external reforming reaction, and hydrogen and methane produced by air and reforming to produce electrical energy through chemical reaction inside fuel cell. A fuel cell system using methane hydrate as a fuel is provided.

또한, 메탄수화물로부터 수소 및 메탄을 생산하는 연료 공급부와;In addition, a fuel supply for producing hydrogen and methane from methane hydrate;

전기 생산에 필요한 공기를 공급하는 공기 공급부와;An air supply unit for supplying air for electricity production;

상기 연료 공급부 및 공기 공급부로부터 각각 수소 또는 메탄, 공기를 공급받아 전기에너지를 생산하는 연료전지를 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a fuel cell for producing electrical energy by receiving hydrogen or methane, air from the fuel supply and the air supply, respectively.

또한, 상기 연료 공급부는, In addition, the fuel supply unit,

상기 메탄수화물을 물과 천연가스로 분리하는 해리장치와;A dissociation device for separating the methane hydrate into water and natural gas;

물의 불순물을 제거하여 순수를 제조하는 순수제조장치와;A pure water producing apparatus for removing pure impurities to produce pure water;

천연가스를 예열하는 가스히터와;A gas heater for preheating natural gas;

순수를 기화시키고, 기화시킨 증기를 예열한 천연가스와 혼합하는 가습기와;A humidifier for vaporizing pure water and mixing the vaporized vapor with preheated natural gas;

상기 가습기에서 공급받은 증기와 천연가스의 혼합물을 개질하여 수소 및 메탄을 생산하는 전개질기를 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a developing group for producing hydrogen and methane by reforming the mixture of steam and natural gas supplied from the humidifier.

또한, 상기 공기 공급부는,In addition, the air supply unit,

송풍기를 통해 공급되는 공기를 가열하는 공기히터를 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises an air heater for heating the air supplied through the blower.

또한, 가습기에서 배기되는 증기 및, 상기 해리장치로부터 생성된 물 일부를 공급받아 스팀을 생성하는 스팀 발생기를 더 포함하되, 상기 스팀 발생기에서 발생된 스팀은 가스히터 및 해리장치의 열원으로 사용되는 것을 특징으로 한다.In addition, the steam exhausted from the humidifier, and a steam generator for receiving a portion of the water generated from the dissociation device to generate steam, wherein the steam generated in the steam generator is used as a heat source of the gas heater and dissociation device It features.

또한, 상기 스팀발생기로 이송되는 물은 해리장치 및 가스히터에서 발생된 열원에 의해 예열되어 이송되는 것을 특징으로 한다.In addition, the water transported to the steam generator is characterized in that the preheated by the heat source generated in the dissociation device and the gas heater is transported.

또한, 상기 스팀 발생기의 잉여스팀이 타 수요처에 공급되도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, the surplus steam of the steam generator is characterized in that to be supplied to other demand.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템은 메탄수화물을 연료로 사용하기 때문에 초저온 설비나 고압설비, 파이프라인 등과 같은 특수설비를 구비하지 않아도 연료공급이 가능하여 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 메탄수화물의 해리를 통해 생성된 물을 이용하기 때문에 별도의 물공급을 필요로 하지 않으므로 물 부족지역이나 담수를 사용하기 힘든 곳에서도 적용이 가능한 효과를 갖는다. As described above, the fuel cell system using methane hydrate as a fuel according to the present invention uses methane hydrate as a fuel, and thus it is possible to supply fuel even without special facilities such as cryogenic facilities, high pressure equipment, pipelines, etc., thereby reducing costs. In addition, since it uses water generated through dissociation of methane hydrate, it does not require a separate water supply, and thus it is applicable to a water shortage area or a place where fresh water is difficult to use.

또한, 연료전지 시스템 내에서 사용된 가습기의 증기나 해리장치에서 발생된 물을 공급받아 스팀으로 상변화시켜 이를 열원으로 사용하므로, 별도의 물 공급과 별도의 발열장치 없이도 원활하게 가스히터 및 해리장치를 작동시킬 수 있어 연료소비를 줄임에 따라 운용 비용이 절감되어 더욱 경제적이라는 효과를 갖는다.In addition, since the water generated from the steam or dissociation device of the humidifier used in the fuel cell system is converted into steam and used as a heat source, the gas heater and the dissociation device are smoothly performed without a separate water supply and a separate heating device. It can be operated to reduce the fuel consumption, thereby reducing the operating cost is more economical effect.

또한, 해리장치의 폐열과, 가스히터에서 발생된 폐열을 회수하여 이를 열원으로 하여 스팀 발생기로 공급될 물을 예열함에 따라 보다 신속하게 물을 스팀으로 상변화시킬 수 있어 연료전지 시스템을 보다 원활하게 운용가능한 효과를 갖는다.In addition, the waste heat of the dissociation device and the waste heat generated from the gas heater are recovered and used as a heat source to preheat the water to be supplied to the steam generator so that the water can be changed into steam more quickly, thereby making the fuel cell system more smooth. It has an operational effect.

또한, 상기 스팀 발생기의 잉여스팀을 타 수요처에 공급되도록 하여 연료전지시스템에서 발생한 스팀을 더욱 효율적으로 활용하는 효과를 갖는다.In addition, the surplus steam of the steam generator to be supplied to other demand has the effect of more efficiently utilizing the steam generated in the fuel cell system.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템을 나타낸 개념도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템을 나타낸 개념도.
도 3은 종래 고온형 연료전지 시스템을 나타낸 개념도.1 is a conceptual diagram showing a fuel cell system using methane hydrate as a fuel according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating a fuel cell system using methane hydrate as a fuel according to another embodiment of the present invention.
3 is a conceptual view showing a conventional high temperature fuel cell system.

이하에서는 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 도시된 실시예에 따라 구체적으로 설명하기는 하나, 본 발명이 도면에 도시된 실시예 만으로 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the accompanying drawings, but the present invention is not limited to the embodiments shown in the drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템을 나타낸 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a fuel cell system using methane hydrate as a fuel according to an embodiment of the present invention.

이에 도시된 바와 같이 본 발명은 메탄 수화물의 해리로 얻어진 물과 천연가스를 내부개질 또는 외부개질 반응을 통해 수소 또는 메탄으로 개질하고, 공기와 개질로 생산된 수소 및 메탄이 연료전지(30) 내부에서 화학반응을 통해 전기 에너지를 생산하는 것이다.As shown in the present invention, the present invention reforms water and natural gas obtained by dissociation of methane hydrate into hydrogen or methane through internal reforming or external reforming reaction, and hydrogen and methane produced by air and reforming are converted into fuel cell 30. To produce electrical energy through chemical reactions.

여기서 메탄 수화물은 물분자가 메탄을 포획하고 있는 형태의 고체 물질로, 1㎥당 164N㎥의 가스와 0.8㎥의 물로 구성된다. 이러한 메탄 수화물은 -20℃의 상압에서 수송 및 저장이 가능하기 때문에 -162℃, 상압의 극저온에서 수송, 저장되는 액화천연가스나 -30℃, 120~250bar의 조건에서 수송,저장되는 압축 천연가스에 비하여 취급이 용이하며, 초저온 대응시설이나 고압설비, 고압파이프 등을 구축하지 않아도 된다. 또한, 가스 공급원과 발전장치의 거리가 멀더라도 메탄 수화물이 고체상태로 존재하기 때문에 파이프 라인의 설치 없이 용이하게 수송이 가능하다.Methane hydrate is a solid substance in which water molecules trap methane, and is composed of 164 Nm3 of gas and 0.8m3 of water per m3. Since methane hydrate can be transported and stored at -20 ° C at atmospheric pressure, liquefied natural gas transported and stored at -162 ° C and cryogenic temperatures at atmospheric pressure, or compressed natural gas transported and stored under conditions of -30 ° C and 120 to 250bar. It is easier to handle and does not require construction of cryogenic countermeasures, high pressure equipment or high pressure pipes. In addition, even if the distance between the gas supply and the generator is methane hydrate is present in a solid state it is possible to transport easily without the installation of a pipeline.

상기와 같은 메탄수화물을 연료로 하는 본 발명의 연료전지 시스템을 보다 구체적으로 살펴보면, 본 발명은 크게 연료 공급부(10), 공기 공급부(20) 및 연료전지(30)를 포함한다.Looking at the fuel cell system of the present invention using the methane hydrate as a fuel in more detail, the present invention includes a fuel supply unit 10, air supply unit 20 and fuel cell 30.

상기 연료 공급부(10)는 메탄수화물로부터 메탄 및 수소를 생산하는 부분으로, 메탄수화물의 해리 및 개질반응을 통해 생산한다. 상기 연료 공급부(10)에서 생산된 메탄 및 수소는 연료전지(30)의 연료극으로 이송되어 연료전지(30)의 화학반응에 사용된다. The fuel supply unit 10 is a part for producing methane and hydrogen from methane hydrate, and is produced through dissociation and reforming of methane hydrate. Methane and hydrogen produced by the fuel supply unit 10 are transferred to the anode of the fuel cell 30 and used for the chemical reaction of the fuel cell 30.

이러한 상기 연료 공급부(10)는 해리장치(11), 순수제조장치(13), 가스히터(15), 가습기(17) 및 전개질기(19)를 포함한다.The fuel supply unit 10 includes a dissociation apparatus 11, a pure water manufacturing apparatus 13, a gas heater 15, a humidifier 17, and a developing unit 19.

상기 해리장치(11)는 메탄 수화물을 공급받아 물과 천연가스로 분리하는 장치로, 상기 해리장치(11)는 압력을 저하시키는 감압법이나, 증기 또는 열수를 주입하는 증기 및 열수 주입법 등이 적용되어 메탄 수화물을 물과 천연가스로 해리할 수 있으며, 본 발명에서는 증기 및 열수 주입법이 보다 바람직하게 사용될 수 있다.The dissociation device 11 is a device that receives methane hydrate and separates water and natural gas. The dissociation device 11 is a pressure reduction method for reducing pressure, a steam and hot water injection method for injecting steam or hot water, and the like. The methane hydrate can be dissociated into water and natural gas, and steam and hot water injection methods can be used more preferably in the present invention.

상기 순수제조장치(13)는 물의 불순물을 제거하여 순수를 제조하기 위한 것으로, 메탄 수화물에서 해리된 물의 염분 등을 제거하여 순수(純水)로 제조하는 것이다. 이와 같이 물로부터 순수를 제조하는 것은 공지된 것이므로, 자세한 설명은 생략하기로 한다.The pure water manufacturing apparatus 13 is to prepare pure water by removing impurities of water, and to remove salts of water dissociated from methane hydrate and to produce pure water. Since it is known to prepare pure water from water, detailed description thereof will be omitted.

상기 가스히터(15)는 천연가스를 예열하기 위한 장치로, 천연가스를 예열하여 추후 설명하는 가습기(17)로 이송시킴에 따라 천연가스로 인해 가습기(17)의 온도가 저하되는 것을 방지하여 순수의 기화가 원활하게 이루어지고, 더 나아가 천연가스의 열로 인해 순수의 기화가 보다 효과적으로 이루어질 수 있다.The gas heater 15 is a device for preheating natural gas. As the gas is preheated and transferred to the humidifier 17 to be described later, the gas is prevented from lowering the temperature of the humidifier 17 due to the natural gas. The evaporation of pure water can be made smoothly, and furthermore, the evaporation of pure water can be made more effectively due to the heat of natural gas.

상기 가습기(17)는 순수를 기화시키고, 기화시킨 증기를 예열한 천연가스와 혼합하기 위한 장치로, 가습기(17)는 연료전지(30)의 반응열을 공급받아 순수를 기화시킨다. 이때 상기 예열된 천연가스의 열은 이러한 순수의 기화가 더 잘 이루어지도록 돕는다. The humidifier 17 is a device for vaporizing pure water and mixing the vaporized vapor with preheated natural gas. The humidifier 17 receives the reaction heat of the fuel cell 30 to vaporize the pure water. At this time, the heat of the preheated natural gas helps the vaporization of the pure water is made better.

상기와 같이 순수의 기화로 생성된 증기는 천연가스와 서로 고르게 혼합되어 전개질기(19)로 이송된다.As described above, the vapor generated by the vaporization of pure water is mixed with the natural gas evenly and transferred to the developing unit 19.

상기 전개질기(19)는 상기 가습기(17)에서 공급받은 증기와 천연가스의 혼합물을 개질하여 수소 및 메탄을 생산하는 부분으로, 개질반응을 통해 C2~C5의 탄화수소를 메탄으로 개질해주는 동시에 증기와의 반응으로 수소를 생산한다. 상기 개질반응은 반응시 250℃ 내지 350℃ 사이로 유지시키면서 이루어지는 흡열반응이다.The developing unit 19 is a part for producing hydrogen and methane by reforming the mixture of steam and natural gas supplied from the humidifier 17, and reforming the hydrocarbon of C2 ~ C5 to methane through reforming reaction, To produce hydrogen. The reforming reaction is an endothermic reaction that is maintained at 250 ° C to 350 ° C during the reaction.

이와 같은 개질반응으로 생성된 수소 및 메탄은 연료전지(30)로 이송되어 연료전지(30) 내부에서 공기와의 화학반응으로 전기 에너지를 생산하는 것이다. Hydrogen and methane produced by the reforming reaction are transferred to the fuel cell 30 to produce electrical energy by chemical reaction with air in the fuel cell 30.

아울러 본 발명에 따른 공기 공급부(20)는 전기 생산에 필요한 공기를 공급하는 부분으로, 공기를 연료전지(30)로 이송하여 전술한 수소 및 메탄과 함께 화학반응이 일어나도록 한다.In addition, the air supply unit 20 according to the present invention is a part for supplying the air necessary for the production of electricity, and transfers the air to the fuel cell 30 so that the chemical reaction occurs with the above-described hydrogen and methane.

이러한 상기 공기 공급부(20)는 송풍기(21)를 통해 공급되는 공기를 가열하는 공기히터(33)를 포함하는 것으로, 상기 송풍기(21)는 대기중의 공기를 인입하여 공기히터(33)를 거쳐 연료전지의 공기극으로 공급되도록 한다. The air supply unit 20 includes an air heater 33 for heating the air supplied through the blower 21, the blower 21 receives the air in the air through the air heater 33 Supply to the cathode of the fuel cell.

아울러 상기 공기히터(33)는 공기를 가열하기 위한 것으로, 가열을 통해 연료전지의 작동온도에 도달할 수 있도록 하여주며, 이러한 공기히터(33)로는 공기의 온도를 높일 수 있는 모든 공지의 수단이 사용가능하다.In addition, the air heater 33 is for heating the air, it is possible to reach the operating temperature of the fuel cell through the heating, such air heater 33 is any known means for raising the temperature of the air Can be used.

상기 연료전지(30)는 상기 연료 공급부(10) 및 공기 공급부(20)로부터 각각 수소 또는 메탄 및 공기를 공급받아 전기에너지를 생산하는 부분으로, 상기 수소 또는 메탄은 연료극으로 전달되고, 공기는 공기극으로 전달되어 산화,환원 반응을 통해 전기를 발생시키는 것이다.
The fuel cell 30 receives hydrogen or methane and air from the fuel supply unit 10 and the air supply unit 20, respectively, to produce electrical energy. The hydrogen or methane is delivered to the anode, and the air is the cathode. It is delivered to and will generate electricity through oxidation and reduction reactions.

상기와 같은 본 발명에 따른 메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템은 메탄수화물을 연료로 사용하기 때문에 초저온 설비나 고압설비, 파이프라인 등과 같은 특수설비를 구비하지 않아도 연료공급이 가능하여 비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라, 메탄수화물의 해리를 통해 생성된 물을 이용하기 때문에 별도의 물공급을 필요로 하지 않으므로 물 부족지역이나 담수를 사용하기 힘든 곳에서도 적용이 가능하다.
As the fuel cell system using methane hydrate as a fuel according to the present invention as described above, it is possible to supply fuel without using special facilities such as cryogenic facilities, high pressure equipment, pipelines, etc., because the methane hydrate is used as fuel. In addition, since it uses water generated through dissociation of methane hydrate, it does not require a separate water supply, so it can be applied even in areas where water is scarce or where it is difficult to use fresh water.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템을 나타낸 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating a fuel cell system using methane hydrate as a fuel according to another embodiment of the present invention.

이에 도시된 바와 같이 본 발명은 전술한 연료전지 시스템에 있어서, 상기 가습기(17)에서 배기되는 증기 및 상기 해리장치(11)로부터 생성된 물 일부를 공급받아 스팀을 생성하는 스팀 발생기(40)를 더 포함하되, 상기 스팀 발생기(40)에서 발생된 스팀은 가스히터(15) 및 해리장치(11)의 열원으로 사용되는 것이 더 바람직하다.As shown in the present invention, in the fuel cell system described above, the steam generator 40 receives steam discharged from the humidifier 17 and a part of water generated from the dissociation device 11 to generate steam. Further, the steam generated in the steam generator 40 is more preferably used as a heat source of the gas heater 15 and the dissociation device (11).

즉, 상기 스팀 발생기(40)는 가스히터(15) 및 해리장치(11)의 열원을 공급하기 위한 것으로, 본 발명에서는 별도의 물 공급수단을 요구하지 않고, 연료전지 시스템 내에서 사용된 가습기(17)의 증기나 해리장치(11)에서 발생된 물을 공급받아 스팀으로 상변화시켜 이를 열원으로 사용한다. 이에 따라 본 발명은 별도의 물 공급과 별도의 발열장치 없이도 원활하게 가스히터(15) 및 해리장치(11)를 작동시킬 수 있어 연료소비를 줄임에 따라 운용 비용을 절감할 수 있어 보다 경제적이다.
That is, the steam generator 40 is for supplying the heat source of the gas heater 15 and the dissociation device 11, the present invention does not require a separate water supply means, the humidifier used in the fuel cell system ( It receives the water generated in the steam or dissociation device 11 of 17) and changes the phase into steam and uses it as a heat source. Accordingly, the present invention can operate the gas heater 15 and the dissociation device 11 smoothly without a separate water supply and a separate heating device, thereby reducing the fuel consumption and thus reducing operating costs.

한편, 상기 스팀발생기(40)로 이송되는 물은 해리장치(11) 및 가스히터(15)에서 발생된 열원에 의해 예열되어 이송될 수 있다.Meanwhile, the water transferred to the steam generator 40 may be preheated and transferred by the heat source generated by the dissociation apparatus 11 and the gas heater 15.

도 2에 보여지는 것과 같이 메탄 수화물의 해리 하는 과정에서 발생된 해리장치(11)의 폐열과, 가스히터(15)에서 발생된 폐열을 회수하여 스팀 발생기(40)로 물을 공급하는 물 이송로로 공급함에 따라 물이 이들 폐열에 의해 예열된 상태로 스팀 발생기로 이송되며, 이에 따라 보다 신속하게 물을 스팀으로 상변화시킬 수 있어 연료전지 시스템을 보다 원활하게 운용할 수 있다.
As shown in FIG. 2, the water transfer path recovers the waste heat of the dissociation apparatus 11 generated during the dissociation of the methane hydrate and the waste heat generated from the gas heater 15 to supply water to the steam generator 40. As the water is supplied to the steam generator, the water is transferred to the steam generator in a state of being preheated by these waste heats, and thus, the water can be changed into steam more quickly, thereby allowing the fuel cell system to operate more smoothly.

또한, 상기 스팀 발생기(40)의 잉여스팀이 타 수요처에 공급되도록 할 수도 있는데, 이와 같이 잉여스팀을 타 수요처에 공급하게 되면, 본 발명에 따른 연료전지시스템에서 발생한 스팀을 더욱 효율적으로 활용할 수 있어 경제적이다.In addition, the surplus steam of the steam generator 40 may be supplied to other demanders. When the surplus steam is supplied to other demanders, the steam generated in the fuel cell system according to the present invention may be more efficiently used. It is economical.

10: 연료 공급부 11: 해리장치
13: 순수제조장치 15: 가스히터
17: 가습기 19: 전개질기
20: 공기 공급부 21: 송풍기
23: 공기히터 30: 연료전지
40: 스팀발생기10: fuel supply unit 11: dissociation device
13: Pure water production unit 15: Gas heater
17: humidifier 19: unfolding machine
20: air supply 21: blower
23: air heater 30: fuel cell
40: steam generator

Claims (7)

메탄 수화물의 해리로 얻어진 물과 천연가스를 내부개질 또는 외부개질 반응을 통해 수소 또는 메탄으로 개질하고, 공기와 개질로 생산된 수소 및 메탄이 연료전지(30) 내부에서 화학반응을 통해 전기 에너지를 생산하는 것을 특징으로 하는 메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템.Water and natural gas obtained by dissociation of methane hydrate are reformed into hydrogen or methane through internal reforming or external reforming reaction, and hydrogen and methane produced by air and reforming are converted into electrical energy through chemical reaction inside the fuel cell 30. A fuel cell system using methane hydrate as a fuel, which is produced. 청구항 1에 있어서,
메탄수화물로부터 메탄 및 수소를 생산하는 연료 공급부(10)와;
전기 생산에 필요한 공기를 공급하는 공기 공급부(20)와;
상기 연료 공급부 및 공기 공급부로부터 각각 메탄 또는 수소와 공기를 공급받아 전기에너지를 생산하는 연료전지(30)를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
A fuel supply unit 10 for producing methane and hydrogen from methane hydrate;
An air supply unit 20 for supplying air for electricity production;
And a fuel cell (30) for producing electrical energy by receiving methane or hydrogen and air from the fuel supply unit and the air supply unit, respectively. 청구항 2에 있어서,
상기 연료 공급부(10)는,
상기 메탄수화물을 물과 천연가스로 분리하는 해리장치(11)와;
물의 불순물을 제거하여 순수를 제조하는 순수제조장치(13)와;
천연가스를 예열하는 가스히터(15)와;
순수를 기화시키고, 기화시킨 증기를 예열한 천연가스와 혼합하는 가습기(17)와;
상기 가습기에서 공급받은 증기와 천연가스의 혼합물을 개질하여 메탄 및 수소를 생산하는 전개질기(19)를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄 수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템.The method according to claim 2,
The fuel supply unit 10,
A dissociation device (11) for separating the methane hydrate into water and natural gas;
A pure water producing apparatus 13 for removing pure impurities to produce pure water;
A gas heater 15 for preheating natural gas;
A humidifier 17 for vaporizing pure water and mixing the vaporized vapor with preheated natural gas;
A fuel cell system using methane hydrate as a fuel, characterized in that it comprises a developing unit (19) for reforming a mixture of steam and natural gas supplied from the humidifier to produce methane and hydrogen. 청구항 3에 있어서,
상기 공기 공급부(20)는,
송풍기(21)를 통해 공급되는 공기를 가열하는 공기히터(23)를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템.The method according to claim 3,
The air supply unit 20,
A fuel cell system using methane hydrate as a fuel, characterized in that it comprises an air heater (23) for heating the air supplied through the blower (21). 청구항 4에 있어서,
가습기(17)에서 배기되는 증기 및, 상기 해리장치(11)로부터 생성된 물 일부를 공급받아 스팀을 생성하는 스팀 발생기(40)를 더 포함하되,
상기 스팀 발생기(40)에서 발생된 스팀은 가스히터(15) 및 해리장치(11)의 열원으로 사용되는 것을 특징으로 하는 메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 4,
The steam exhausted from the humidifier 17, and a steam generator 40 for receiving steam supplied from a portion of the water generated from the dissociation device 11,
Steam generated from the steam generator 40 is a fuel cell system using methane hydrate as a fuel, characterized in that used as a heat source of the gas heater (15) and dissociation device (11). 청구항 5에 있어서,
상기 스팀발생기(40)로 이송되는 물은 해리장치(11) 및 가스히터(15)에서 발생된 열원에 의해 예열되어 이송되는 것을 특징으로 하는 메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템.The method according to claim 5,
Water to the steam generator 40 is preheated by the heat source generated from the dissociation device (11) and the gas heater (15) fuel cell system using methane hydrate as a fuel. 청구항 6에 있어서,
상기 스팀 발생기(40)의 잉여스팀이 타 수요처에 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 메탄수화물을 연료로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 6,
Fuel cell system using methane hydrate as a fuel, so that the surplus steam of the steam generator 40 is supplied to other demand.
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