KR20120114983A - Fuel cell system for ship - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A fuel cell system is provided to remarkably reduce exhaust of CO2, NOx, Sox and dust, to remarkably reduce necessary for maintenance of a part of devices, and to improve effectiveness. CONSTITUTION: A fuel cell system comprises: a fuel cell(700) receiving fuel, air and water, generating hydrogen from the fuel mixed with the water, and generating electricity through an electrochemical reaction; a seawater supply part(300) supplying water generated through seawater desalination and dissolved ion-removing process to a direction-adjustable vale(250); a water recovery part(200) collecting water in the exhaust gas and supplying to the direction-adjustable valve; a direction control valve converting a supplying direction of water supplied from the seawater supply part or the water recovery part, and a moisturizer(500) vaporizing the water to form steam, and mixing the steam and the fuel. [Reference numerals] (100) Air supply part; (200) Reactant water recovery part; (300) Seawater supply part; (400) Fuel supply part; (500) Moisturizer; (600) Reformer; (700) Fuel cell; (800) Waste heat collecting steam generator; (AA) Air; (BB) Seawater; (CC) Fuel; (DD) Exhaust; (EE) Place using steam; (FF) Fresh water; (GG) Steam; (HH) Power

Description

선박용 연료전지 시스템{Fuel cell system for ship}Fuel cell system for ship

본 발명은 연료전지를 이용하여 전기에너지를 얻는 선박용 연료전지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선박에 적용하기 위한 연료전지 시스템에 반응수를 이용하여 연료전지 시스템의 효율을 증대시키는 선박용 연료전지 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a marine fuel cell system that obtains electrical energy using a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell system for ships that increases the efficiency of a fuel cell system using reaction water in a fuel cell system for application to a ship. It is about.

에너지는 우리의 일상 생활에 있어서 의식주와 같이 없어서는 안될 중요한 요소이며, 산업 및 경제발전의 주요한 원동력이 되고 있다. 따라서 인류의 지속적인 성장과 발전을 위해서는 에너지 자원의 원활한 공급이 필수조건이 된다고 볼 수 있다. Energy is an indispensable element in our daily lives, like consciousness, and is a major driver of industrial and economic development. Therefore, smooth supply of energy resources is essential for the sustainable growth and development of humankind.

인류가 사용하고 있는 에너지 중 대부분은 화석연료로부터 얻고 있으나, 이러한 화석연료의 매장량은 제한되어 있고, 화석연료의 사용은 대기오염 및 산성비, 지구 온난화 등의 환경에 심각한 영향을 미치고 있으며, 에너지 효율도 낮은 문제점이 있다. Most of the energy used by mankind is obtained from fossil fuels, but the reserves of these fossil fuels are limited, and the use of fossil fuels has serious effects on the environment such as air pollution, acid rain, global warming, and energy efficiency. There is a low problem.

이러한 화석연료의 사용에 따른 문제점을 해결하기 위하여 근래에는 연료전지 시스템이 개발되고 있는데, 연료전지는 기존의 화석연료에 비해 대기오염물질 배출이 적으며, 높은 효율로 인해 연료소비도 적고, 낮은 소음 및 진동으로 안정성 또한 높아 많은 연구개발이 이루어지고 있다. Recently, fuel cell systems have been developed to solve the problems caused by the use of fossil fuels. Fuel cells emit less air pollutants than conventional fossil fuels. High stability due to vibration and vibration has been made.

연료전지(fuel cell)는 LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 가솔린 등의 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이며, 공기극(cathode)에는 산화제인 산소의 환원반응, 연료극(anode)에는 연료인 수소의 산화반응이 일어나는 전기화학반응이 진행되어 전기, 열, 물 등을 발생시킨다. Fuel cells are used to convert the chemical reaction energy of hydrogen and oxygen contained in hydrocarbon-based materials such as LNG (liquefied natural gas), LPG (liquefied petroleum gas), methanol (CH3OH), ethanol (C2H5OH), and gasoline. It is a power generation system that converts electricity directly into electric energy. The cathode reacts with oxygen to reduce the oxygen, and the anode reacts with hydrogen to produce hydrogen, heat, and water. .

연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융 탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질막형 또는 알칼리형 연료전지 등으로 분류되며, 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 연료전지의 적정운전 온도범위, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. Fuel cells are classified into phosphoric acid fuel cells, molten carbonate fuel cells, solid oxide fuel cells, polymer electrolyte membrane types, or alkaline fuel cells according to the type of electrolyte used. Each of these fuel cells is essentially the same. Although operated on the principle, the type of fuel used, the proper operating temperature range of the fuel cell, the catalyst and the electrolyte are different from each other.

이러한 연료전지의 작동온도범위를 살펴보면, 인산형 연료전지는 150~200℃에서 작동하며, 용융탄산염형 연료전지는 600~700℃에서 작동하며, 고체산화물형 연료전지는 1000℃ 이상의 온도에서 작동하며, 고분자전해질막형 연료전지는 상온 내지 100℃ 이하의 온도에서 작동한다. Looking at the operating temperature range of these fuel cells, phosphate fuel cells operate at 150 ~ 200 ℃, molten carbonate fuel cells operate at 600 ~ 700 ℃, solid oxide fuel cells operate at temperatures above 1000 ℃. The polymer electrolyte membrane fuel cell operates at a temperature from room temperature to 100 ° C or lower.

이러한 연료전지는 현재 소형 구조물인 전기자동차에 대해서는 적용이 이루어지고 있으나, 대형 구조물인 선박에서는 요구되는 발전출력도 상대적으로 커서 그에 따른 관련 설비가 대형화되고, 고비용이 되어 저비용으로 발전효율을 향상시키는 방안들에 대해 많은 연구가 되고 있다. These fuel cells are currently applied to electric vehicles, which are small structures, but the power generation required in ships, which are large structures, is also relatively large. There is much research about them.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 연료전지 시스템을 선박에 적용하면서 일부 장비의 유지보수의 필요성을 현저히 감소시키고, 효율성이 높은 선박용 연료전지 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to significantly reduce the need for maintenance of some equipment while applying a fuel cell system to a ship, and to provide a fuel cell system for ships with high efficiency.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 연료, 공기 및 물을 공급받고, 상기 물을 기화시켜 상기 연료와 혼합하고, 상기 혼합된 연료로부터 수소를 생산하고, 상기 수소와 상기 공기의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지를 구비하는 연료전지 시스템에 있어서, 해수에 대해 담수화 과정 및 용존이온 제거과정을 거치도록 하여 생산되는 상기 물을 방향조절밸브(250)로 공급하는 해수공급부(300);상기 연료전지(700)에서 배출되는 배기가스에 존재하는 물(반응수)을 회수하여 상기 방향조절밸브(250)로 공급하는 반응수회수부(200);상기 해수공급부(300) 또는 상기 반응수회수부(200) 중 어느 하나 이상에서 공급되는 상기 물의 공급방향을 전환하는 방향조절밸브(250); 및 상기 방향조절밸브(250)에 의해 진행방향이 전환되는 상기 물을 공급받아 기화시켜 수증기로 만들고, 상기 수증기 및 상기 연료를 혼합하는 가습기(500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템을 제공한다. According to an aspect of the present invention for achieving the above object, the fuel, air and water is supplied, the water is vaporized and mixed with the fuel, to produce hydrogen from the mixed fuel, the hydrogen and the air of In a fuel cell system having a fuel cell for producing electricity through an electrochemical reaction, the seawater supply unit for supplying the water produced by the desalination process and dissolved ion removal process for the seawater to the direction control valve 250 Reaction water recovery unit 200 for recovering the water (reaction water) present in the exhaust gas discharged from the fuel cell 700 to supply to the directional control valve 250; The sea water supply unit 300 Or a direction control valve 250 for switching the supply direction of the water supplied from any one or more of the reaction water recovery unit 200; And a humidifier (500) for supplying the water whose direction is changed by the direction control valve (250) to vaporize the water into vapor and mixing the steam and the fuel; To provide.

상기 반응수회수부(200)의 전단에 설치되어, 상기 연료전지에서 배출되는 고온의 배기가스를 이용하여 상기 해수공급부(300)로부터 공급되는 담수를 기화시켜 스팀으로 만드는 폐열회수 스팀발생기(800);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. A waste heat recovery steam generator 800 installed at the front end of the reaction water recovery unit 200 to vaporize fresh water supplied from the seawater supply unit 300 using high temperature exhaust gas discharged from the fuel cell. It characterized in that it further comprises;

상기 가습기(500)의 전단에 설치되어, 상기 가습기(500)로 공급되는 상기 연료를 일정한 온도범위로 가열시키는 연료히터(410); 및 상기 연료전지(700)로 공급되는 상기 공기를 일정한 온도범위로 가열시키는 공기히터(120);를 더 포함하되;상기 스팀은 상기 연료히터(410) 또는 상기 공기히터(120) 중 어느 하나 이상에 가열 열원으로 사용되는 것;을 특징으로 한다. A fuel heater 410 installed at a front end of the humidifier 500 to heat the fuel supplied to the humidifier 500 to a predetermined temperature range; And an air heater 120 for heating the air supplied to the fuel cell 700 to a predetermined temperature range; wherein the steam is at least one of the fuel heater 410 and the air heater 120. It is used as a heat source for heating; characterized in that.

상기 열원으로 제공된 상기 스팀은 담수공급라인(1003)을 통해 상기 폐열회수 스팀발생기(800)로 회수되는 것;을 특징으로 한다. The steam provided as the heat source is recovered to the waste heat recovery steam generator 800 through the fresh water supply line (1003).

상기 해수공급부(300)는, 상기 선박의 선체에 설치되어 해수를 취수하는 시체스트(310);상기 취수된 해수를 공급받아 담수로 변화시키는 조수기(320); 및 상기 담수를 공급받아 불순물이 제거된 상태인 상기 물로 변화시키는 순수기(330);을 특징으로 한다. The sea water supply unit 300, the body is installed on the hull of the vessel to take the sea water 310; water tank 320 for receiving the seawater is supplied to change the fresh water; And a pure water 330 which receives the fresh water and changes the water into water in which impurities are removed.

상기 반응수회수부(200)는, 상기 폐열회수 스팀발생기(800)로부터 공급받은 배기가스를 응축시켜 물(반응수)을 분리해내는 응축기(201); 및 상기 응축기(201)로부터 분리된 물(반응수)을 공급받아 저장하는 반응수저장탱크(202);를 포함하는 것을 특징으로 한다. The reaction water recovery unit 200, the condenser 201 to separate the water (reaction water) by condensing the exhaust gas supplied from the waste heat recovery steam generator 800; And a reaction water storage tank 202 for receiving and storing water (reaction water) separated from the condenser 201.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 연료, 공기 및 물을 공급받고, 상기 물을 기화시켜 상기 연료와 혼합하고, 상기 혼합된 연료로부터 수소를 생산하고, 상기 수소와 상기 공기의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지를 구비하는 연료전지 시스템에 있어서, 해수에 대해 담수화 과정 및 용존이온 제거과정을 거치도록 하여 생산되는 상기 물 또는 상기 연료전지에서 배출되는 고온의 배기가스에서 회수되는 물(반응수) 중 어느 하나 이상을 연료전지 측으로 공급될 수 있도록 공급방향을 전환하는 방향조절밸브(250);를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템.According to another aspect of the present invention, a fuel, air and water are supplied, the water is vaporized and mixed with the fuel, hydrogen is produced from the mixed fuel, and the electrochemical reaction of the hydrogen with the air is performed. In a fuel cell system having a fuel cell for producing a water, the water produced by the desalination process and dissolved ion removal process for the sea water or water recovered from the high-temperature exhaust gas discharged from the fuel cell (reaction water Ship control fuel cell system comprising a; direction control valve for switching the supply direction so that any one or more of the fuel cell side.

상기 고온의 배기가스를 이용하여 상기 불순물이 제거된 물을 기화시켜 스팀으로 만드는 폐열회수 스팀발생기(800);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. And a waste heat recovery steam generator 800 which vaporizes the water from which the impurities have been removed using the high temperature exhaust gas to form steam.

상기 폐열회수 스팀발생기(800)로부터 공급받은 배기가스를 응축시켜 반응수를 분리해내는 응축기(201); 및 상기 응축기(201)로부터 분리된 반응수를 공급받아 저장하는 반응수저장탱크(202);를 포함하는 것을 특징으로 한다. A condenser 201 for separating the reaction water by condensing the exhaust gas supplied from the waste heat recovery steam generator 800; And a reaction water storage tank 202 for receiving and storing the reaction water separated from the condenser 201.

상기 스팀은 상기 연료전지(700) 측으로 공급되는 상기 연료 및 공기를 일정한 온도범위로 가열시킨 후 담수공급라인(1003)을 통해 상기 폐열회수 스팀발생기(800)로 회수되는 것;을 특징으로 한다. The steam is heated by the fuel and air supplied to the fuel cell 700 in a predetermined temperature range and then recovered to the waste heat recovery steam generator 800 through a fresh water supply line (1003).

본 발명에 따르면, 연료전지 시스템을 선박에 적용함으로써, CO2, NOx, SOx 및 분진배출을 획기적으로 줄일 수 있다. According to the present invention, by applying the fuel cell system to the ship, CO2, NOx, SOx and dust emissions can be significantly reduced.

또한, 연료전지에서 배출되는 고온·고압의 배기가스를 활용하여 반응수를 가습기에 공급되는 물로 사용함으로써 조수기 및 순수기 등의 운전비용 및 유지보수비용을 절감할 수 있다. In addition, by using the high-temperature, high-pressure exhaust gas discharged from the fuel cell to use the reaction water as the water supplied to the humidifier, it is possible to reduce the operating cost and maintenance cost of the water tank and the pure water.

또한, 조수기 및 순수기의 사용빈도가 적어 설비들의 고장위험성이 현저히 낮아지므로 설비들을 병렬로 구성할 필요가 없게 되어 연료전지 시스템의 제작비용을 줄일 수 있다. In addition, since the use of water tanks and water purifiers is low, the risk of failure of facilities is significantly lowered, and thus, it is not necessary to configure facilities in parallel, thereby reducing the manufacturing cost of the fuel cell system.

또한, 연료전지에서 배출되는 고온·고압의 배기가스를 활용하여 연료와 공기를 예열하고 기타 선박의 스팀 수요처에 스팀을 공급함으로써 에너지 효율을 높일 수 있다. In addition, by utilizing the high-temperature, high-pressure exhaust gas discharged from the fuel cell to preheat the fuel and air, and to supply steam to steam vessels of other vessels can increase the energy efficiency.

또한, 선박에서 발생하는 진동과 소음을 줄여 비닉성 및 높은 안정성을 달성할 수 있다. . In addition, the vibration and noise generated in the vessel can be reduced to achieve the concealment and high stability. .

또한, 연료로서 선박의 화물인 원유 및 천연가스 등을 활용할 수도 있어 연료비 절감의 효과도 있다. In addition, it is possible to utilize the oil and natural gas, such as cargo of the ship as fuel, there is also the effect of reducing the fuel cost.

또한, 연료전지 시스템은 모듈단위로 설계를 할 수 있어 선박설계에 유연성을 주고, 공간활용도도 높일 수 있다.In addition, the fuel cell system can be designed in a module unit, giving flexibility to the ship design, and can also increase space utilization.

도 1은 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템을 탑재하고 있는 선박을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템을 구체적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing a vessel equipped with a fuel cell system for ship according to the present invention.
2 is a view schematically showing a marine fuel cell system according to the present invention.
3 is a view showing in detail a fuel cell system for ships according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, like reference numerals refer to like elements throughout. The same reference numerals in the drawings denote like elements throughout the drawings.

본 발명의 선박은 연료전지 시스템이 장착된 선박이라면, 그 명칭을 불구하고 어떠한 선박에도 적용될 수 있으며, LNG 운반선, LPG 운반선, LNG FPSO, 원유운반선, 컨테이너 운반선, 광석 운반선, 살물선, 여객선, 자동차 운반선 등 다양한 선종에 적용될 수 있다. If the vessel of the present invention is equipped with a fuel cell system, it can be applied to any vessel despite its name, LNG carriers, LPG carriers, LNG FPSO, crude oil carriers, container carriers, ore carriers, fleshwater ships, passenger ships, automobiles It can be applied to various ship types such as carrier ships.

도 1은 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템을 탑재하고 있는 선박을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3은 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템을 구체적으로 도시한 도면이다. 1 is a view schematically showing a ship equipped with a ship fuel cell system according to the present invention, Figure 2 is a view schematically showing a ship fuel cell system according to the present invention, Figure 3 according to the present invention A ship fuel cell system is shown in detail.

본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템(1)은 일시시예로서, 도 2에 도시된 바와 같이 연료, 공기 및 물을 공급받고, 상기 물을 기화시켜 상기 연료와 혼합하고, 상기 혼합된 연료로부터 수소를 생산하고, 상기 수소와 상기 공기의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지를 구비하는 연료전지 시스템으로서, 해수공급부(300), 반응수회수부(200), 방향조절밸브(250), 가습기(500)로 구성될 수 있다. Ship fuel cell system 1 according to the present invention is a temporary embodiment, as shown in Figure 2 is supplied with fuel, air and water, the water is vaporized and mixed with the fuel, hydrogen from the mixed fuel And a fuel cell system including a fuel cell for producing electricity through an electrochemical reaction between hydrogen and the air, comprising: a seawater supply unit 300, a reaction water recovery unit 200, a direction control valve 250, Humidifier 500 may be configured.

상기 연료전지 시스템(1)은 외부공기를 공급받아 상기 연료연지(700)의 공기극(cathode)으로 외부공기를 공급하는 데, 도 2 또는 도 3에서는 외부공기를 상기 연료전지 시스템(1)으로 공급하는 장치의 일예로서 공기공급부(100)를 도시하였다. The fuel cell system 1 receives external air and supplies external air to the cathode of the fuel cell 700. In FIG. 2 or FIG. 3, external fuel is supplied to the fuel cell system 1. The air supply unit 100 is shown as an example of the apparatus.

외부공기를 상기 연료전지(700)로 공급할 수 있는 장치로 구성된다면 그 명칭에 불구하고 공기공급부(100)를 형성할 수 있고, 바람직하게는 송풍기(110), 공기히터(120)로 구성될 수 있다. If the device is configured to supply external air to the fuel cell 700, the air supply unit 100 may be formed in spite of its name, and preferably, the blower 110 and the air heater 120 may be configured. have.

상기 송풍기(110)는 상기 공기가 상기 연료전지(700)로 공급될 수 있도록 상기 공기를 상기 연료전지(700)로 공급하는 공기공급라인(1001)에 압력을 가해준다. The blower 110 applies pressure to an air supply line 1001 that supplies the air to the fuel cell 700 so that the air can be supplied to the fuel cell 700.

상기 공기히터(120)는 상기 연료전지(700)로 공급되는 공기를 일정한 온도범위로 가열시키는 장치이며, 상기 연료전지(700)로 공급되는 공기에 열원을 공급하기만 한다면 배치 위치는 어디라도 무방하나, 상기 송풍기(110)의 후단에 배치하는 것이 바람직하다. The air heater 120 is a device that heats the air supplied to the fuel cell 700 in a predetermined temperature range, and any position may be provided as long as it supplies a heat source to the air supplied to the fuel cell 700. However, it is preferable to arrange the rear end of the blower 110.

이는 상기 연료전지(700)의 작동온도범위에 적합한 온도로 가열된 공기가 상기 연료전지(700)로 공급되어야 발전효율이 높아지므로 상기 연료전지(700)의 작동온도범위에 적합하도록 맞춰진 공기가 외부의 영향으로 온도가 내려가는 것을 막기 위함이며, 그 결과 상기 송풍기(110)를 통과한 공기에 열원을 가하는 것이다. This is because when the air heated to a temperature suitable for the operating temperature range of the fuel cell 700 is supplied to the fuel cell 700, the power generation efficiency is increased, so that the air suited for the operating temperature range of the fuel cell 700 is externally supplied. In order to prevent the temperature from being lowered due to the result, a heat source is applied to the air passing through the blower 110.

상기 연료전지 시스템(1)은 연료를 공급받아 상기 연료연지(700)의 연료극(anode) 측으로 공급될 수 있도록 하는데, 도 2 또는 도 3에서는 상기 연료를 공급하는 장치의 일예로서 연료공급부(400)를 도시하였다. The fuel cell system 1 may receive fuel and be supplied to an anode side of the fuel cell 700. In FIG. 2 or FIG. 3, the fuel supply unit 400 is an example of an apparatus for supplying fuel. Is shown.

상기 연료공급부(400)는 탄화수소를 포함하는 연료를 상기 가습기(500)로 공급하며, 이러한 연료에는 액화연료가스(LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스) 등), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 가솔린 등의 탄화수소 계열의 연료를 포함한다. The fuel supply unit 400 supplies a hydrocarbon-containing fuel to the humidifier 500, and such fuel includes liquefied fuel gas (LNG (liquefied natural gas), LPG (liquefied petroleum gas), etc.), methanol (CH 3 OH), Hydrocarbon series fuels, such as ethanol (C2H5OH) and gasoline, are included.

상기 연료공급부(400)는 연료히터(410)를 포함할 수 있는데, 상기 연료히터(410)는 상기 가습기(500) 전단에 설치되어 상기 가습기(500)로 공급되는 연료를 일정한 온도범위로 가열시키는 장치이며, 연료히터(410)에 의해 상기 연료전지(700)의 작동온도에 적합한 온도범위로 가열된 연료를 상기 연료전지(700)로 공급하여야 발전효율이 높아지므로 상기 연료전지(700)의 작동온도범위에 맞도록 상기 연료를 가열시키기 위함이다.The fuel supply unit 400 may include a fuel heater 410, the fuel heater 410 is installed in front of the humidifier 500 to heat the fuel supplied to the humidifier 500 in a predetermined temperature range. Apparatus, the fuel cell 700 is operated by supplying the fuel heated to a temperature range suitable for the operating temperature of the fuel cell 700 by the fuel heater 410 to the fuel cell 700, the operation efficiency of the fuel cell 700 This is to heat the fuel to suit the temperature range.

상기 연료전지(700)의 작동온도범위는 사용되는 전해질의 종류에 따라 다르나, 예를 들면 인산형 연료전지는 150~200℃, 용융탄산염형 연료전지는 600~700℃, 고체산화물형 연료전지는 1000℃ 이상, 고분자전해질막형 연료전지는 상온 내지 100℃ 이하의 온도에서 작동한다. The operating temperature range of the fuel cell 700 varies depending on the type of electrolyte used. For example, the phosphate fuel cell is 150-200 ° C., the molten carbonate fuel cell is 600-700 ° C., and the solid oxide fuel cell is 1000 ℃ or more, the polymer electrolyte membrane fuel cell operates at a temperature of room temperature to 100 ℃ or less.

해수공급부(300)는 해수에 대해 담수화 과정 및 용존이온 제거과정을 거치도록 하여 생산되는 상기 물을 방향조절밸브(250)로 공급하며, 전기전도도를 낮춰 연료전지(700)의 발전효율을 높이기 위해 담수화 및 용존이온제거 작업을 한다. The seawater supply unit 300 supplies the water produced by passing the desalination process and the dissolved ion removal process to the seawater to the direction control valve 250 and to lower the electric conductivity to increase the power generation efficiency of the fuel cell 700. Desalination and dissolved ion removal work.

상기 해수공급부(300)는 바람직하게는 시체스트(310, seachest), 조수기(320), 순수기(330)로 구성될 수 있다. The seawater supply unit 300 may be preferably composed of a sistist (310, seachest), water tank 320, pure water 330.

시체스트(310)는 상기 선박의 선체에 설치되어 해수를 취수할 수 있도록 하는 해수 취수구를 의미하며, 이는 선체의 다양한 곳에 설치될 수 있고, 시체스트(310)에서 취수된 해수는 선박 내부에 해수가 필요한 다양한 장소로 공급될 수 있다. 특히 연료전지 시스템에 사용하는데 적합하도록 해수에 다양한 처리를 하는 설비들로 공급될 수 있다. Sitist 310 means a seawater intake that is installed in the hull of the vessel to be able to take seawater, which can be installed in various places of the hull, the seawater taken from the stiffest 310 is seawater inside the ship Can be supplied to various places where necessary. In particular, it can be supplied to facilities that perform various treatments on seawater to be suitable for use in fuel cell systems.

상기 시체스트(310)에서 취수된 해수는 해수공급라인(1002)을 통해서 해수가 필요한 선박 내 각종 장소로 공급될 수 있으며, 후술할 조수기(320)로도 공급될 수 있다.The seawater collected from the sistist 310 may be supplied to various places in the vessel where seawater is needed through the seawater supply line 1002, and may also be supplied to the water tank 320 to be described later.

조수기(320)는 상기 취수된 해수를 해수공급라인(1002)을 통해 공급받아 담수로 변화시킨다. 이는 해수를 직접 연료전지 시스템(1)으로 공급하는 경우 정밀한 연료전지 시스템의 각종 장비들에 손상을 가하므로 해수를 담수화시킬 필요가 있기 때문에 해수를 담수화시킨다. The water dispenser 320 receives the water taken in through the sea water supply line 1002 and changes the fresh water into fresh water. When the seawater is directly supplied to the fuel cell system 1, it damages various equipments of the precise fuel cell system, and therefore, desalination of the seawater is required because the seawater needs to be desalted.

담수화된 해수는 담수공급라인(1003)을 통해 담수가 필요한 선박내 각종 장소로 공급될 수 있으며, 후술할 순수기(330)로도 공급될 수 있다. The desalted seawater may be supplied to various places in the vessel where freshwater is needed through the freshwater supply line 1003, and may also be supplied to the pure water 330 to be described later.

순수기(330)는 상기 담수를 담수공급라인(1003)을 통해 공급받아 용존이온이 제거된 상기 물로 변화시키며, 상기 순수기(330)에 의해 상기 담수 내의 용존 이온이 제거되어 순수(純水)에 가깝게 될 수 있다. The pure water 330 receives the fresh water through the fresh water supply line 1003 and converts the fresh water into the water from which the dissolved ions are removed. The pure water 330 removes the dissolved ions in the fresh water. Can come close to

이는 연료전지(700) 내로 공급되는 물이 전기전도도가 낮아야 연료전지(700) 내부의 수소이온이 연료극(anode)으로부터 공기극(cathode)으로 쉽게 이동할 수 있게 되어 발전효율이 높아지므로 상기 담수 내의 전기전도도를 낮추도록 상기 담수내의 용존 이온을 저감시키는 것이다. This is because the water supplied into the fuel cell 700 has low electrical conductivity, so that the hydrogen ions inside the fuel cell 700 can easily move from the anode to the cathode, thereby increasing power generation efficiency, thereby increasing the electrical conductivity in the fresh water. It is to reduce the dissolved ions in the fresh water to lower.

상기 순수기(330)로부터 나오는 상기 물은 물공급라인(1004)을 통해 선박 내 각종 장소로 공급될 수 있으며, 후술할 방향조절밸브(250)로도 공급될 수 있다. The water coming from the pure water 330 may be supplied to various places in the ship through the water supply line 1004, may also be supplied to the direction control valve 250 to be described later.

반응수회수부(200)는 상기 연료전지(700)에서 배출되는 배기가스에 존재하는 물(반응수)을 회수하여 상기 방향조절밸브(250)로 공급하며, 배기가스라인(1007)을 통해 상기 연료전지로부터 배출되는 배기가스를 공급받는다. The reaction water recovery unit 200 recovers the water (reaction water) present in the exhaust gas discharged from the fuel cell 700 and supplies it to the directional control valve 250, and through the exhaust gas line 1007. The exhaust gas discharged from the fuel cell is supplied.

상기 반응수회수부(200)는 바람직하게는 응축기(201), 반응수저장탱크(202)로 구성될 수 있다. The reaction water recovery unit 200 may be preferably configured as a condenser 201 and a reaction water storage tank 202.

상기 응축기(201)는 상기 폐열회수 스팀발생기(800)로부터 공급받은 배기가스 속에 포함된 반응수를 응축시켜 반응수를 분리해 내고, 반응수저장탱크(202)는 상기 응축기(201)로부터 분리된 반응수를 공급받아 저장한다.The condenser 201 separates the reaction water by condensing the reaction water contained in the exhaust gas supplied from the waste heat recovery steam generator 800, and the reaction water storage tank 202 is separated from the condenser 201. Supply and store the reaction water.

방향조절밸브(250)는 상기 해수공급부(300) 또는 상기 반응수회수부(200) 중 어느 하나 이상에서 공급되는 상기 물의 공급방향을 전환한다. Directional control valve 250 switches the supply direction of the water supplied from any one or more of the sea water supply unit 300 or the reaction water recovery unit 200.

상기 방향조절밸브(250)의 유로는 3개여야 하므로 3방향 조절밸브 또는 2방향 조절밸브 2개 등 어떠한 형태의 밸브를 사용할 수 있으며, 어느 일방의 유로를 닫아 타방의 유로를 통해서만 상기 물을 흘러가도록 구성된다. 따라서, 도 2 또는 도 3에서는 상기 방향조절밸브(250)에 의해 상기 해수공급부(300) 또는 상기 반응수회수부(200) 중 어느 하나 이상에서 공급되는 상기 물이 가습기(500)로 흐를 수 있게 된다. Since the flow path of the directional control valve 250 should be three, any type of valves such as three-way control valves or two two-way control valves can be used, and the water flows only through the other flow path by closing one flow path. It is configured to. Accordingly, in FIG. 2 or FIG. 3, the water supplied from any one or more of the seawater supply unit 300 or the reaction water recovery unit 200 may flow to the humidifier 500 by the direction control valve 250. do.

즉, 상기 연료전지 시스템(1)의 초기 구동시에는 상기 연료전지로부터 배출되는 배기가스가 없으므로 상기 해수공급부(300)로부터 공급되는 상기 물이 상기 방향조절밸브(250)로 공급되고, 상기 방향조절밸브(250)는 상기 물을 가습기(500)로 공급하여 연료전지에서 발전이 가능하도록 한다. That is, since there is no exhaust gas discharged from the fuel cell during the initial driving of the fuel cell system 1, the water supplied from the seawater supply unit 300 is supplied to the direction control valve 250, and the direction control is performed. The valve 250 supplies the water to the humidifier 500 to enable power generation in the fuel cell.

그러나, 상기 연료전지 시스템(1)이 구동 중에는 상기 연료전지(700)로부터 배기가스가 배출되므로 상기 반응수회수부(200)가 배기가스로부터 반응수를 회수할 수 있고, 그 결과 회수된 반응수를 상기 방향조절밸브(250)가 공급받아 상기 가습기(500)로 공급할 수 있으므로 상기 해수공급부(300)와 연결된 유로를 닫고, 상기 반응수회수부(200)로부터 공급되는 물로 발전이 이루어지도록 한다. However, since the exhaust gas is discharged from the fuel cell 700 while the fuel cell system 1 is being driven, the reaction water recovery unit 200 may recover the reaction water from the exhaust gas, and as a result, the reaction water is recovered. Since the directional control valve 250 can be supplied to the humidifier 500 to close the flow path connected to the sea water supply unit 300, the power is generated by the water supplied from the reaction water recovery unit 200.

이로써 상기 해수공급부(300)를 사용하지 않아도 발전이 가능하므로 해수공급부(300)를 구성하는 여러 장치들의 소모가 적어 고장 발생률이 감소하게 되고 운전 및 유지보수 비용이 절감된다. As a result, power generation is possible without using the seawater supply unit 300, so that the consumption of various devices constituting the seawater supply unit 300 is reduced, so that a failure occurrence rate is reduced and operation and maintenance costs are reduced.

가습기(500)는 상기 방향조절밸브(250)에 의해 진행방향이 전환되는 상기 물을 공급받아 기화시켜 수증기로 만들고, 상기 수증기 및 상기 연료를 혼합한다. 이는 상기 수증기와 혼합된 상기 연료의 수분의 함량을 운전조건에 따라 적절히 조절하여 최적의 가습조건을 형성시켜 후술할 개질기(600)에서 수소를 생성하는데 도움을 주기 위함이다. The humidifier 500 receives the water, which is changed in the traveling direction, by the direction control valve 250, vaporizes the water, and mixes the steam and the fuel. This is to help generate hydrogen in the reformer 600 to be described later by forming an optimal humidification condition by appropriately adjusting the water content of the fuel mixed with the steam according to the operating conditions.

또한, 상기 가습기(500)는 상기 연료전지(700)에서 배출되는 고온의 배기가스를 공급받아 상기 물을 기화시켜 수증기로 만드는데 필요한 열원으로 사용할 수도 있으며(미도시), 이는 배기가스의 폐열을 활용하여 에너지 효율을 높일 수도 있을 것이다. In addition, the humidifier 500 may be used as a heat source for receiving the high temperature exhaust gas discharged from the fuel cell 700 to vaporize the water to make water vapor (not shown), which utilizes waste heat of the exhaust gas. This will increase energy efficiency.

상기 연료전지 시스템(1)은 상기 수소를 생산하는 장치인 개질기(reformer, 600)를 포함하고 있는데, 개질기(reformer, 600)는 상기 가습기(500)로부터 상기 수증기와 혼합된 상기 연료를 받아 열 에너지에 의한 화학촉매 반응을 거쳐 상기 연료에 포함된 탄화수소로부터 상기 수소를 생산하고, 상기 수소를 상기 연료전지(700)로 공급한다. The fuel cell system 1 includes a reformer 600 which is a device for producing hydrogen, and the reformer 600 receives the fuel mixed with the water vapor from the humidifier 500 and heat energy. The hydrogen is produced from a hydrocarbon contained in the fuel through a chemical catalyst reaction, and the hydrogen is supplied to the fuel cell 700.

상기 개질기(600)는 연료공급라인(1006)을 통해 상기 수증기와 혼합된 상기 연료를 공급받으며, 상기 개질 과정에서 열이 발산되는 경우에는 발산되는 열로 상기 연료를 가열하도록 할 수도 있다. The reformer 600 receives the fuel mixed with the water vapor through a fuel supply line 1006, and when the heat is emitted during the reforming process, the reformer 600 may heat the fuel with the heat emitted.

연료전지(700)는 상기 연료전지 시스템에 공기를 공급하는 공기공급부(100)로부터 공급받은 공기에 포함되어 있는 산소와 상기 수소의 전기화학적 반응에 의해 전기를 생산한다. The fuel cell 700 generates electricity by an electrochemical reaction between oxygen and hydrogen contained in air supplied from the air supply unit 100 supplying air to the fuel cell system.

상기 연료전지(700)에서의 전기화학적 반응에 의해 고온의 가스도 발생하게 되는데, 이는 배기가스라인(1007))을 통해 외부로 배출시킬 수 있으나, 폐열회수 스팀발생기(800)으로 공급하여 고온의 폐열을 회수하도록 할 수도 있다. The high temperature gas is also generated by the electrochemical reaction in the fuel cell 700, which can be discharged to the outside through the exhaust gas line 1007), but is supplied to the waste heat recovery steam generator 800 to supply the high temperature gas. Waste heat can also be recovered.

상기 연료전지(700)는 원하는 발전출력을 얻기 위해 단위전지를 수십장, 수백장 직렬로 쌓아 올려 단위모듈형식으로 제작할 수도 있다. The fuel cell 700 may be manufactured in a unit module form by stacking unit cells in series of several tens or hundreds to obtain a desired power generation output.

또한, 상기 연료전지 시스템(1)에는 폐열회수 스팀발생기(800)를 추가 설치할 수 있다. In addition, the fuel cell system 1 may be additionally installed waste heat recovery steam generator (800).

폐열회수 스팀발생기(800)는 상기 반응수회수부(200)의 전단에 설치되어, 상기 연료전지에서 배출되는 고온의 배기가스를 이용하여 상기 해수공급부(300)로부터 담수공급라인(1003)을 통해 공급되는 담수를 기화시켜 스팀으로 만들어, 상기 공기 또는 상기 연료 중 어느 하나 이상을 가열하는 열원으로 사용되도록 하고, 폐열이 회수된 상기 배기가스는 상기 반응수회수부(200)로 보내지게 된다. Waste heat recovery steam generator 800 is installed at the front end of the reaction water recovery unit 200, using the high temperature exhaust gas discharged from the fuel cell from the seawater supply unit 300 through the fresh water supply line (1003) The supplied fresh water is vaporized to be used as a heat source for heating any one or more of the air or the fuel, and the waste gas recovered from the waste heat is sent to the reaction water recovery unit 200.

즉, 상기 스팀은 스팀공급라인(1008)을 통해 상기 공기공급부(100) 또는 상기 연료공급부(400) 중 어느 하나 이상으로 보내어 상기 연료 또는 상기 공기 중 어느 하나 이상을 가열하게 되고, 상기 연료공급부(400) 또는 상기 공기공급부(100)를 통과하면서 냉각되어 담수로 변화된 스팀은 담수공급라인(1003)을 통해 다시 상기 폐열회수 스팀발생기(800)으로 회수된다. 이 때, 여분의 스팀은 스팀공급라인(1008)을 추가로 설치하여 선박 내에 별도의 스팀 수요처-예를 들어 온수 나 냉·난방용 보일러 등-로 보내어 이용할 수도 있을 것이다. That is, the steam is sent to any one or more of the air supply unit 100 or the fuel supply unit 400 through the steam supply line 1008 to heat any one or more of the fuel or the air, the fuel supply unit ( 400 or steam that is cooled while passing through the air supply unit 100 and changed into fresh water is recovered to the waste heat recovery steam generator 800 through the fresh water supply line 1003. At this time, the extra steam may be installed by additional steam supply line (1008) to be sent to a separate steam demand in the vessel-for example, hot water or cooling, heating boilers.

본 발명인 선박용 연료전지시스템은 연료, 공기 및 물을 공급받고, 상기 물을 기화시켜 상기 연료와 혼합하고, 상기 혼합된 연료로부터 수소를 생산하고, 상기 수소와 상기 공기의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지를 구비하는 연료전지 시스템에 있어서, 해수에 대해 담수화 과정 및 용존이온 제거과정을 거치도록 하여 생산되는 상기 물 또는 상기 연료전지에서 배출되는 고온의 배기가스에서 회수되는 물(반응수) 중 어느 하나 이상을 연료전지 측으로 공급될 수 있도록 공급방향을 전환하는 방향조절밸브(250)를 포함할 수 있고, 응축기(201)와 반응수저장탱크(202)를 포함하는 폐열회수 스팀발생기(800)를 더 포함할 수 있다. The ship fuel cell system of the present invention receives fuel, air and water, vaporizes the water to mix with the fuel, produces hydrogen from the mixed fuel, and generates electricity through an electrochemical reaction between the hydrogen and the air. In a fuel cell system having a fuel cell to produce, the water produced by the desalination process and the dissolved ion removal process for the sea water or water recovered from the high-temperature exhaust gas discharged from the fuel cell (reaction water) A waste heat recovery steam generator 800 may include a direction control valve 250 for switching the supply direction so that any one or more of them may be supplied to the fuel cell side, and includes a condenser 201 and a reaction water storage tank 202. ) May be further included.

상기의 각 구성품의 상세한 내용은 상술한 바와 동일하므로 생략한다. Details of the above components are the same as those described above, and will be omitted.

이하, 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템(1)의 작용에 대해 본 발명의 일시시예인 도 2 또는 도 3을 기준으로 설명한다.Hereinafter, the operation of the ship fuel cell system 1 according to the present invention will be described with reference to FIG. 2 or FIG. 3 which is a temporary example of the present invention.

외부공기가 송풍기(110)에 의해 공급되면, 공기히터(120)에 의해 가열된 후 연료전지의 공기극(cathode)으로 공급된다. When the external air is supplied by the blower 110, it is heated by the air heater 120 and then supplied to the cathode of the fuel cell.

선박의 선체에 설치되는 시체스트(210)에서 취수된 해수는 해수공급라인(1002)을 통해 조수기(320)로 공급되어 담수로 변화되고, 담수는 담수공급라인(1003)에 의해 순수기(330)로 공급되어 용존이온이 제거되며, 용존이온이 제거된 담수는 방향조절밸브(250)로 공급되어 반응수가 없는 연료전지 시스템(1)의 초기구동시나 연료전지 시스템(1)의 구동 중 회수되는 반응수가 발전 시스템 운영에 부족한 경우에 물공급라인(1006)을 통해 가습기(500)로 공급되고, 연료전지 시스템(1)의 시동 또는 계속적 구동이 가능해진다. The seawater withdrawn from the strait 210 installed on the ship's hull is supplied to the water tank 320 through the seawater supply line 1002, and is converted into freshwater, and the freshwater is purified by the freshwater supply line 1003. 330 is supplied to remove the dissolved ions, and the fresh water from which the dissolved ions are removed is supplied to the direction control valve 250 to recover the fuel cell system 1 during initial operation or during the operation of the fuel cell system 1 without reaction water. If the reaction water is insufficient to operate the power generation system is supplied to the humidifier 500 through the water supply line 1006, it is possible to start or continuously drive the fuel cell system (1).

가습기(500)는 연료저장탱크 또는 화물창 등에서 공급되는 연료가 연료히터(410)에 의해 가열된 후 연료공급라인(1006)을 통해 가열된 연료를 공급받으며, 순수기(330)로부터 공급받은 물을 기화시켜 수증기로 만들어 상기 공급받은 연료와 혼합시킨다. The humidifier 500 receives the fuel supplied from the fuel storage tank or the cargo hold by the fuel heater 410 and then receives the heated fuel through the fuel supply line 1006, and receives the water supplied from the pure water 330. It is vaporized into water vapor and mixed with the supplied fuel.

상기 수증기와 혼합된 연료는 개질기(600)를 거쳐 수소를 형성하고 연료공급라인(1006)을 통해 연료전지(700)로 공급된다. The fuel mixed with the steam forms hydrogen through the reformer 600 and is supplied to the fuel cell 700 through the fuel supply line 1006.

연료전지(700)는 공기극의 산소와 연료극의 수소에 의한 화학반응으로 발전을 하게 되며, 이 때 발생되는 고온의 가스는 외부로 배기가스라인(1007)을 통해 배출되며, 배기가스라인(1007)은 폐열회수 스팀발생기(800)로 연결되어 고온의 배기가스는 폐열회수 스팀발생기(800)로 공급된다. The fuel cell 700 generates power by a chemical reaction by oxygen of the cathode and hydrogen of the anode, and the hot gas generated at this time is discharged through the exhaust gas line 1007 to the outside, and the exhaust gas line 1007. Is connected to the waste heat recovery steam generator 800 so that the high-temperature exhaust gas is supplied to the waste heat recovery steam generator 800.

해수로부터 담수를 생산하는 조수기(320)는 담수를 담수공급라인(1003)을 통해 순수기(330) 및 폐열회수 스팀발생기(800)로 보낸다. The fresh water generator 320 for producing fresh water from sea water sends fresh water to the pure water 330 and the waste heat recovery steam generator 800 through the fresh water supply line 1003.

폐열회수 스팀발생기(800)로 공급되는 담수는 고온의 배기가스로 인해 스팀으로 변화되어 공기공급부(100)의 공기히터(120) 또는 연료공급부(400)의 연료히터(120), 기타 선박 내 스팀 수요처로 보내어 연료 또는 공기를 가열한다. The fresh water supplied to the waste heat recovery steam generator 800 is converted into steam due to the high temperature exhaust gas, so that the air heater 120 of the air supply unit 100 or the fuel heater 120 of the fuel supply unit 400, other steam in the ship Send fuel or air to destination.

순수기(330)로 보내진 담수는 용존이온이 제거된 후 방향조절밸브(250)를 통해 가습기(500)로 전달된다. Fresh water sent to the pure water 330 is delivered to the humidifier 500 through the direction control valve 250 after the dissolved ions are removed.

폐열회수 스팀발생기(800)를 통과한 배기가스는 응축기(201)에 의해 배기가스에 포함된 반응수가 회수되고, 회수된 반응수는 반응수 저장탱크(202)에 저장된 후 필요한 양만큼 방향조절밸브(250)를 통해 가습기(500)로 공급된다. The exhaust gas passing through the waste heat recovery steam generator 800 is recovered by the condenser 201 with the reaction water contained in the exhaust gas, and the recovered reaction water is stored in the reaction water storage tank 202, and then a direction control valve is needed. It is supplied to the humidifier 500 through 250.

가습기(500)로 공급되는 용존이온이 제거된 상기 물에 의해 연료전지 시스템(1)의 시동이 이루어지게 되며, 그 후 반응수가 회수되면, 방향전환밸브(250)는 해수공급부(300) 측의 유로를 닫아 반응수로만 연료전지 시스템을 계속 가동시킨다. The start of the fuel cell system 1 is performed by the water from which the dissolved ions supplied to the humidifier 500 are removed. Then, when the reaction water is recovered, the direction switching valve 250 is located on the side of the sea water supply unit 300. The flow path is closed to keep the fuel cell system running with only reaction water.

이 때, 반응수가 부족할 경우는 방향전환밸브(250)가 해수공급부(300) 측의 유로를 열어 담수로부터 용존이온이 제거된 물을 공급받아 연료전지 시스템을 계속 가동시키도록 한다. At this time, when the reaction water is insufficient, the direction switching valve 250 opens the flow path of the sea water supply unit 300 to receive the water from which the dissolved ions are removed from the fresh water so that the fuel cell system is continuously operated.

상기와 같은 시스템을 제작하여 선박에 적용한다면 발전효율이 대폭 증대된 연료전지 발전시스템에 의해 선박의 운전비용을 절감할 수 있는 선박을 제작할 수 있게 될 것이다. If the above system is manufactured and applied to a ship, it will be possible to manufacture a ship that can reduce the operating cost of the ship by the fuel cell power generation system which has greatly increased power generation efficiency.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention will be.

1: 선박용 연료전지 시스템 100: 공기공급부
110: 송풍기 120: 공기히터
200: 방응수회수부 201: 응축기
202: 반응수저장탱크 300: 해수공급부
310: 시체스트 320: 조수기
330: 순수기 400: 연료공급부
410: 연료히터 500: 가습기
600: 개질기 700: 연료전지
800: 폐열회수 스팀발생기 1001: 공기공급라인
1002: 해수공급라인 1003: 담수공급라인
1004: 물공급라인 1005: 반응수공급라인
1006: 연료공급라인 1007: 배기가스공급라인
1008: 스팀공급라인1: Ship fuel cell system 100: Air supply unit
110: blower 120: air heater
200: anti-corrosion recovery section 201: condenser
202: reaction water storage tank 300: sea water supply unit
310: sitist 320: water tank
330: purifier 400: fuel supply unit
410: fuel heater 500: humidifier
600: reformer 700: fuel cell
800: waste heat recovery steam generator 1001: air supply line
1002: Seawater Supply Line 1003: Freshwater Supply Line
1004: water supply line 1005: reaction water supply line
1006: fuel supply line 1007: exhaust gas supply line
1008: steam supply line

Claims (10)

연료, 공기 및 물을 공급받고, 상기 물을 기화시켜 상기 연료와 혼합하고, 상기 혼합된 연료로부터 수소를 생산하고, 상기 수소와 상기 공기의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지를 구비하는 연료전지 시스템에 있어서,
해수에 대해 담수화 과정 및 용존이온 제거과정을 거치도록 하여 생산되는 상기 물을 방향조절밸브(250)로 공급하는 해수공급부(300);
상기 연료전지(700)에서 배출되는 배기가스에 존재하는 물(반응수)을 회수하여 상기 방향조절밸브(250)로 공급하는 반응수회수부(200);
상기 해수공급부(300) 또는 상기 반응수회수부(200) 중 어느 하나 이상에서 공급되는 상기 물의 공급방향을 전환하는 방향조절밸브(250); 및
상기 방향조절밸브(250)에 의해 진행방향이 전환되는 상기 물을 공급받아 기화시켜 수증기로 만들고, 상기 수증기 및 상기 연료를 혼합하는 가습기(500);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템.A fuel cell supplied with fuel, air and water, vaporizing the water to mix with the fuel, producing hydrogen from the mixed fuel, and producing electricity through an electrochemical reaction of the hydrogen and the air; In a fuel cell system,
Sea water supply unit 300 for supplying the water produced by the desalination process and the dissolved ion removal process for the sea water to the direction control valve 250;
A reaction water recovery unit 200 for recovering water (reaction water) present in the exhaust gas discharged from the fuel cell 700 and supplying the water to the direction control valve 250;
Direction control valve 250 for switching the supply direction of the water supplied from any one or more of the sea water supply unit 300 or the reaction water recovery unit 200; And
A humidifier (500) for supplying the water whose direction of change is changed by the direction control valve (250) to vaporize it into water vapor, and mixing the water vapor and the fuel;
Marine fuel cell system comprising a. 청구항 1에 있어서,
상기 반응수회수부(200)의 전단에 설치되어, 상기 연료전지에서 배출되는 고온의 배기가스를 이용하여 상기 해수공급부(300)로부터 공급되는 담수를 기화시켜 스팀으로 만드는 폐열회수 스팀발생기(800);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료젼지 시스템.The method according to claim 1,
A waste heat recovery steam generator 800 installed at the front end of the reaction water recovery unit 200 to vaporize fresh water supplied from the seawater supply unit 300 using high temperature exhaust gas discharged from the fuel cell. ;
A fuel cell system for ships further comprising. 청구항 2에 있어서,
상기 가습기(500)의 전단에 설치되어, 상기 가습기(500)로 공급되는 상기 연료를 일정한 온도범위로 가열시키는 연료히터(410); 및
상기 연료전지(700)로 공급되는 상기 공기를 일정한 온도범위로 가열시키는 공기히터(120);를 더 포함하되;
상기 스팀은 상기 연료히터(410) 또는 상기 공기히터(120) 중 어느 하나 이상에 가열 열원으로 사용되는 것;
을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템.The method according to claim 2,
A fuel heater 410 installed at a front end of the humidifier 500 to heat the fuel supplied to the humidifier 500 to a predetermined temperature range; And
Air heater 120 for heating the air supplied to the fuel cell 700 to a predetermined temperature range; further comprising;
The steam is used as a heating heat source in any one or more of the fuel heater (410) or the air heater (120);
Marine fuel cell system, characterized in that. 청구항 3에 있어서,
상기 열원으로 제공된 상기 스팀은 담수공급라인(1003)을 통해 상기 폐열회수 스팀발생기(800)로 회수되는 것;
을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템. The method according to claim 3,
The steam provided as the heat source is recovered to the waste heat recovery steam generator 800 through the fresh water supply line (1003);
Marine fuel cell system, characterized in that. 청구항 1에 있어서,
상기 해수공급부(300)는,
상기 선박의 선체에 설치되어 해수를 취수하는 시체스트(310);
상기 취수된 해수를 공급받아 담수로 변화시키는 조수기(320); 및
상기 담수를 공급받아 불순물이 제거된 상태인 상기 물로 변화시키는 순수기(330);
을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템. The method according to claim 1,
The sea water supply unit 300,
It is installed on the hull of the ship body sash 310 to take in the sea water;
A water tank 320 for receiving the intake water is changed to fresh water; And
A pure water supply unit 330 which receives the fresh water and converts the water into water in which impurities are removed;
Marine fuel cell system, characterized in that. 청구항 1에 있어서,
상기 반응수회수부(200)는,
상기 폐열회수 스팀발생기(800)로부터 공급받은 배기가스를 응축시켜 물(반응수)을 분리해내는 응축기(201); 및
상기 응축기(201)로부터 분리된 물(반응수)을 공급받아 저장하는 반응수저장탱크(202);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
The reaction recovery unit 200,
A condenser 201 for condensing the exhaust gas supplied from the waste heat recovery steam generator 800 to separate water (reaction water); And
A reaction water storage tank 202 for receiving and storing water (reaction water) separated from the condenser 201;
Marine fuel cell system comprising a. 연료, 공기 및 물을 공급받고, 상기 물을 기화시켜 상기 연료와 혼합하고, 상기 혼합된 연료로부터 수소를 생산하고, 상기 수소와 상기 공기의 전기화학적 반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지를 구비하는 연료전지 시스템에 있어서,
해수에 대해 담수화 과정 및 용존이온 제거과정을 거치도록 하여 생산되는 상기 물 또는 상기 연료전지에서 배출되는 고온의 배기가스에서 회수되는 물(반응수) 중 어느 하나 이상을 연료전지 측으로 공급될 수 있도록 공급방향을 전환하는 방향조절밸브(250);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템.A fuel cell supplied with fuel, air and water, vaporizing the water to mix with the fuel, producing hydrogen from the mixed fuel, and producing electricity through an electrochemical reaction of the hydrogen and the air; In a fuel cell system,
Supplying one or more of the water produced by the desalination process and the dissolved ion removal process for the sea water or water (reaction water) recovered from the hot exhaust gas discharged from the fuel cell to the fuel cell side Directional control valve 250 for changing the direction;
Marine fuel cell system comprising a. 청구항 7에 있어서,
상기 고온의 배기가스를 이용하여 상기 불순물이 제거된 물을 기화시켜 스팀으로 만드는 폐열회수 스팀발생기(800);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료젼지 시스템.The method of claim 7,
A waste heat recovery steam generator 800 which vaporizes the water from which the impurities are removed using the high temperature exhaust gas to make steam;
A fuel cell system for ships further comprising. 청구항 8에 있어서,
상기 폐열회수 스팀발생기(800)로부터 공급받은 배기가스를 응축시켜 반응수를 분리해내는 응축기(201); 및
상기 응축기(201)로부터 분리된 반응수를 공급받아 저장하는 반응수저장탱크(202);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템.The method according to claim 8,
A condenser 201 for separating the reaction water by condensing the exhaust gas supplied from the waste heat recovery steam generator 800; And
A reaction water storage tank 202 for receiving and storing the reaction water separated from the condenser 201;
Marine fuel cell system comprising a. 청구항 8에 있어서,
상기 스팀은 상기 연료전지(700) 측으로 공급되는 상기 연료 및 공기를 일정한 온도범위로 가열시킨 후 담수공급라인(1003)을 통해 상기 폐열회수 스팀발생기(800)로 회수되는 것;
을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템. The method according to claim 8,
The steam is heated to the fuel cell 700 and the fuel and air is supplied to the waste heat recovery steam generator 800 through a fresh water supply line (1003) after heating to a constant temperature range;
Marine fuel cell system, characterized in that.
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