KR20130074338A - Buffer gas system for fuel cell of ship - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A buffer gas system of a fuel cell of for a ship is provided the availability of a fuel cell by continuously operating the fuel cell without operation stop even if the supply of fuel is stopped. CONSTITUTION: A buffer gas system (1) of a fuel cell of for a ship comprises a storage tank (10), a fuel cell unit (20), and a buffer unit (30). The storage tank is formed in a hull (H) and stores liquefied natural gas therein. The fuel cell unit is formed in the hull and generates electricity by having an electrochemical reaction using boil-off gas supplied from the storage tank. The boil-off gas is stored in the buffer unit, and the buffer unit supplies the stored boil-off gas to the fuel cell unit when the supply of fuel is stopped. [Reference numerals] (AA) Air; (BB) Water; (CC) Exhaust; (DD) Power

Description

선박용 연료전지의 버퍼가스시스템{BUFFER GAS SYSTEM FOR FUEL CELL OF SHIP}BUFFER GAS SYSTEM FOR FUEL CELL OF SHIP

본 발명은, 선박용 연료전지의 버퍼가스시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 선박의 연료 전지에 연료 공급이 중단되더라도 연료 전지를 정지 없이 가동시킬 수 있는 선박용 연료전지의 버퍼가스시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a buffer gas system of a marine fuel cell, and more particularly, to a buffer gas system of a marine fuel cell that can operate a fuel cell without stopping even when fuel supply to a fuel cell of a ship is stopped.

일반적으로, 연료전지는 전기화학 반응에 의해 반응물(수소와 산소)의 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전장치로서 환경 조화성이 우수하고 높은 발전효율이 기대되고 있다.Generally, a fuel cell is a power generation device that converts chemical energy of a reactant (hydrogen and oxygen) directly into electrical energy by an electrochemical reaction, and is excellent in environmental harmony and high power generation efficiency is expected.

이러한 연료전지는 저온형과 고온형으로 분류되며, 고온형의 대표적인 예로는 용융탄산염 연료전지(MCFC)와 고체산화물 연료전지가 있다.Such fuel cells are classified into a low-temperature type and a high-temperature type, and representative examples of the high-temperature type include a molten carbonate fuel cell (MCFC) and a solid oxide fuel cell.

고온형 연료전지의 특징을 간략히 살펴보면, MCFC의 경우 천연가스, 석탄가스 등 다양한 연료의 사용이 가능하며, 연소과정 없이 650℃ 내외의 고온에서 연료를 바로 전기로 바꾸는 전기화학 반응에 의하여 전기를 생산하는 방식이다.The characteristics of the high temperature type fuel cell can be summarized as follows. MCFC can use various kinds of fuels such as natural gas and coal gas. It can produce electricity by electrochemical reaction that converts fuel directly into electricity at about 650 ° C without combustion process. .

고체산화물 연료전지의 경우는 천연가스, 석탄가스, 메탄올 등 다양한 연료의 사용과 1000℃ 이상의 고온에서 작동하므로, 연료전지의 후단에서 발생하는 고온 고압의 스팀을 이용하여 복합발전이 가능하다.In the case of a solid oxide fuel cell, it operates at a high temperature of 1000 ° C or higher and uses a variety of fuels such as natural gas, coal gas, and methanol. Therefore, combined power generation using high temperature and high pressure steam generated at the rear end of the fuel cell is possible.

또한, 연소과정이 없고 연료에서 전기로 직접 발전되는 관계로 소음 및 대기오염 물질 배출이 적어 차세대 발전 방식으로 주목받고 있다.In addition, since there is no combustion process and electricity is generated directly from fuel, it is attracting attention as next generation power generation because there is little noise and air pollutant emission.

이러한 MCFC의 단위셀(unit cell)은, 전기화학 반응이 일어나는 애노드(anode) 및 캐소드(cathode)와, 연료가스와 산화제 가스의 유로를 형성하는 분리판과, 전하를 포집하는 집전판과, 적층의 편의를 위해 시트의 형태로 제작되는 전해질판과, 용융된 탄산염을 수용하는 매트릭스로 구성되며, 애노드로 연료가스를 공급하고 캐소드로 산화제 가스를 공급하면 각각의 전극에서 전기 화학 반응이 발생하여 직류 전력이 얻어지게 된다.The unit cell of such an MCFC includes an anode and a cathode at which an electrochemical reaction takes place, a separator for forming a flow path for a fuel gas and an oxidant gas, a collecting plate for collecting charges, An electrolyte plate made in the form of a sheet and a matrix for accommodating the molten carbonate for the sake of convenience. When the fuel gas is supplied to the anode and the oxidant gas is supplied to the cathode, an electrochemical reaction occurs at each electrode, Power is obtained.

도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 육상용 연료전지시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a land fuel cell system according to an embodiment of the prior art.

외부에서 공급되는 천연가스는 가스히터(110)에서 예열된 후 가습기(120)로 공급된다. 가습기(120)는 공급되는 액체를 기화시킨 후 예열된 천연가스와 혼합시켜 예열된 천연가스를 수분이 함유된 천연가스로 만든다.The natural gas supplied from the outside is preheated in the gas heater 110 and then supplied to the humidifier 120. The humidifier 120 vaporizes the supplied liquid and mixes it with the preheated natural gas to make the preheated natural gas into a natural gas containing moisture.

수분이 함유된 천연가스는 개질기(130)에서 수소와 이산화탄 개질되어 연료 전지(140)로 공급된다. 연료 전지(140)에서는 개질기(130)에서 공급되는 수소 및 이산화탄소와 송풍기(150) 및 공기히터(160)를 통해 공급되는 공기를 기초로 전기 화학 반응에 의해 전력을 생산한다.Natural gas containing moisture is reformed hydrogen and carbon dioxide in the reformer 130 and is supplied to the fuel cell 140. The fuel cell 140 generates power by an electrochemical reaction based on hydrogen and carbon dioxide supplied from the reformer 130 and air supplied through the blower 150 and the air heater 160.

전술한 바와 같이 종래 기술의 일 실시예는 천연가스 또는 탄화수소 물질의 개질을 통해 생성된 수소를 연료로 연료전지시스템에 공급하였다. 이와 같은 종래 기술의 일 실시예는 연료저장탱크나 액화천연가스 가스 라인을 통해 계속해서 연료를 공급할 수 있기 때문에 연료의 공급이 중단되는 경우는 특별한 경우를 제외하고는 발생되지 않는다.As described above, one embodiment of the prior art supplies hydrogen generated through reforming of natural gas or hydrocarbon material as fuel to a fuel cell system. Since one embodiment of the prior art can continuously supply fuel through a fuel storage tank or a liquefied natural gas gas line, the supply of fuel does not occur except in a special case.

그러나 해상을 운행하는 선박의 경우에는 선박에 저장되는 연료의 한도 내에서 연료전지시스템에 연료를 공급할 수 있고, 선박의 운항모드에 따라 연료 공급이 중단되는 경우가 발생하며 이에 따라 연료전지시스템의 작동을 중단해야 하는 경우가 발생한다.However, in the case of a ship operating at sea, it is possible to supply fuel to the fuel cell system within the limit of fuel stored in the ship, and the fuel supply may be interrupted depending on the operation mode of the ship, thereby operating the fuel cell system. There is a need to stop.

특히 연료 공급이 중단되어 연료전지시스템이 정지 모드가 되었을 경우 다시 전력 생산 모드로 돌아가는 데 상당한 시간이 소요되는 단점이 있다.In particular, when the fuel supply is interrupted and the fuel cell system is in the stop mode, it takes a long time to return to the power generation mode again.

한국특허공개공보 제2011-48214호(삼성중공업 주식회사) 2011. 05. 11Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-48214 (Samsung Heavy Industries Co., Ltd.) 2011. 05. 11

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 연료 전지에 공급되는 연료의 공급이 중단된 경우에도 연료 전지의 작동 정지 없이 계속해서 작동시킬 수 있는 선박용 연료 전지의 버퍼가스시스템을 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been made in an effort to provide a buffer gas system for a marine fuel cell that can be operated continuously without stopping the operation of the fuel cell even when the supply of fuel supplied to the fuel cell is stopped.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체에 마련되며 내부에 액화천연가스(LNG)가 저장되는 저장탱크; 선체에 마련되며 상기 저장탱크에서 공급되는 증발가스(Boil-Off Gas)를 연료로 전기 화학 반응을 일으켜 전기를 발생시키는 연료 전지 유닛; 및 상기 증발가스가 압축 저장되며 상기 연료 전지 유닛에 공급되는 상기 연료의 공급 중단 시 압축 저장된 상기 증발가스를 상기 연료 전지 유닛으로 공급하는 버퍼 유닛을 포함하는 선박용 연료전지의 버퍼가스시스템이 제공될 수 있다.According to an aspect of the invention, the storage tank is provided in the hull and the LNG is stored therein; A fuel cell unit provided in the hull and generating electricity by generating an electrochemical reaction using a boil-off gas supplied from the storage tank as a fuel; And a buffer unit for compressing and storing the boil-off gas and supplying the compressed and stored boil-off gas to the fuel cell unit when the supply of the fuel to the fuel cell unit is stopped. have.

상기 연료 전지 유닛은, 상기 증발가스를 수소와 이산화탄소로 개질시키는 개질기; 및 상기 수소와 상기 이산화탄소를 애노드로 공급받아 캐소드로부터 공급되는 산소를 함유하는 산화 가스와 작용을 일으켜 전기 화학 반응에 의한 기전력을 발생시키는 연료 전지를 포함할 수 있다.The fuel cell unit includes a reformer for reforming the boil-off gas into hydrogen and carbon dioxide; And a fuel cell that supplies the hydrogen and the carbon dioxide to the anode to act on an oxidizing gas containing oxygen supplied from the cathode to generate electromotive force by the electrochemical reaction.

상기 버퍼 유닛은, 상기 버퍼 유닛은, 상기 저장탱크에서 공급되는 증발가스를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 고온의 증발가스를 냉각하는 냉각기;The buffer unit, the buffer unit, a compressor for compressing the boil-off gas supplied from the storage tank; A cooler cooling the high-temperature evaporated gas compressed in the compressor;

상기 냉각기에서 냉각된 증발가스가 저장되는 증발가스 저장탱크; 상기 증발가스 저장탱크에 저장된 증발가스를 상기 연료 전지에서 요구하는 압력으로 조절하는 레귤레이터; 상기 레귤레이터에서 압력 조절된 상기 증발가스를 상기 연료 전지에서 요구하는 온도로 가열하는 히터; 및 상기 히터와 상기 개질기를 연결하는 제1 유로에 마련되어 상기 제1 유로를 개폐하는 밸브를 포함할 수 있다.An evaporative gas storage tank in which the evaporated gas cooled in the cooler is stored; A regulator for adjusting the boil-off gas stored in the boil-off gas storage tank to a pressure required by the fuel cell; A heater for heating the boil-off gas pressure-controlled by the regulator to a temperature required by the fuel cell; And a valve provided in a first flow path connecting the heater and the reformer to open and close the first flow path.

상기 버퍼 유닛은, 상기 저장탱크와 상기 개질기를 연결하는 제2 유로에 마련되어 상기 저장탱크에서 발생되는 증발가스가 상기 제2 유로로 공급되는지 여부를 감지하는 센서; 및 상기 센서에서 인가되는 신호에 의해 상기 밸브를 개폐하는 제어부를 더 포함할 수 있다.The buffer unit may include a sensor provided in a second flow path connecting the storage tank and the reformer to detect whether boil-off gas generated in the storage tank is supplied to the second flow path; And a controller for opening and closing the valve by a signal applied from the sensor.

상기 연료 전지 유닛으로 공기를 공급하는 송풍기; 상기 송풍기를 통해서 상기 연료 전지 유닛으로 공급되는 공기를 가열하는 공기 히터; 및 상기 저장탱크 또는 상기 버퍼 유닛에서 공급되는 증발가스를 가습하는 가습기를 더 포함할 수 있다.A blower for supplying air to the fuel cell unit; An air heater for heating air supplied to the fuel cell unit through the blower; And a humidifier configured to humidify the boil-off gas supplied from the storage tank or the buffer unit.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 선체에 마련되며 내부에 액화천연가스(LNG)가 저장된 저장탱크에서 공급되는 증발가스(Boil-Off Gas)가 압축 저장되며, 연료 전지에 공급되는 연료의 공급 중단 시 압축 저장된 상기 증발가스를 상기 연료 전지에 공급하여 상기 연료 전지를 정지 없이 가동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지의 버퍼가스시스템이 제공될 수 있다.In addition, according to another embodiment of the present invention, the boil-off gas (Boil-Off Gas) is provided in the hull and supplied from the storage tank in which the LNG is stored therein is compressed and stored, When the supply is stopped, the buffer gas system of a marine fuel cell may be provided by supplying the compressed and stored boil-off gas to the fuel cell so that the fuel cell can be operated without stopping.

본 발명의 실시예들은, 연료 전지에 공급되는 연료의 공급이 중단된 경우에도 연료 전지의 작동 정지 없이 계속해서 작동시킬 수 있어 연료 전지의 가용성을 향상시킬 수 있다.Embodiments of the present invention can continue to operate without stopping the fuel cell even when the supply of fuel supplied to the fuel cell is stopped, thereby improving the availability of the fuel cell.

도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 육상용 연료전지시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료전지의 버퍼가스시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a view schematically showing a land fuel cell system according to an embodiment of the prior art.
2 is a view schematically showing a buffer gas system of a ship fuel cell according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료전지의 버퍼가스시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a view schematically showing a buffer gas system of a ship fuel cell according to an embodiment of the present invention.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박용 연료전지의 버퍼가스시스템(1)은, 선체(H)에 마련되며 내부에 액화천연가스(LNG)가 저장되는 저장탱크(10)와, 선체(H)에 마련되며 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스(Boil-Off Gas)를 연료로 전기 화학 반응을 일으켜 전기를 발생시키는 연료 전지 유닛(20)과, 증발가스가 압축 저장되며 연료 전지 유닛(20)에 공급되는 연료의 공급 중단 시 압축 저장된 증발가스를 연료 전지 유닛(20)으로 공급하는 버퍼 유닛(30)을 구비한다.As shown in this figure, the buffer gas system 1 of the ship fuel cell according to the present embodiment, the storage tank 10 is provided in the hull (H) and the liquefied natural gas (LNG) is stored therein, The fuel cell unit 20 is provided in the hull H and generates electricity by generating an electrochemical reaction using a boil-off gas supplied from the storage tank 10 as fuel, and the boil-off gas is compressed and stored as fuel. A buffer unit 30 is provided to supply the compressed and stored boil-off gas to the fuel cell unit 20 when the supply of the fuel supplied to the battery unit 20 is stopped.

저장탱크(10)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 선체(H)의 내부에 복수로 마련될 수 있고, 저장탱크(10)의 내부에는 극저온 상태로 액화되어 대기압 상태(1.013bar)를 갖는 액화천연가스(LNG)가 저장된다.Storage tank 10, as shown in Figure 2, may be provided in plurality inside the hull (H), the inside of the storage tank 10 is liquefied in a cryogenic state having an atmospheric pressure (1.013bar) Liquefied natural gas (LNG) is stored.

그리고 저장탱크(10)의 내부에는 액화천연가스의 수송 중 외부로부터의 지속적인 열전달에 의해 액화천연가스가 기화되어 증발가스(BOG;Boil-Off Gas)가 발생된다. 본 실시 예에서 증발가스는 후술하는 연료 전지 유닛(20)으로 공급되어 수소와 이산화탄소로 개질된 후 연료 전지(22)의 연료로 사용된다.And inside the storage tank 10, the liquefied natural gas is vaporized by continuous heat transfer from the outside during the transport of the liquefied natural gas to generate boil-off gas (BOG). In this embodiment, the boil-off gas is supplied to the fuel cell unit 20 to be described later, reformed into hydrogen and carbon dioxide, and used as fuel of the fuel cell 22.

연료 전지 유닛(20)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 증발가스를 수소와 이산화탄소로 개질시키는 개질기(21)와, 수소와 이산화탄소를 애노드로 공급받아 캐소드로부터 공급되는 산소를 함유하는 산화 가스와 작용을 일으켜 전기 화학 반응에 의한 기전력을 발생시키는 연료 전지(22)를 포함한다.As illustrated in FIG. 2, the fuel cell unit 20 includes a reformer 21 for reforming evaporated gas into hydrogen and carbon dioxide, an oxidizing gas containing hydrogen and carbon dioxide supplied to the anode and supplied from the cathode; It includes a fuel cell 22 that produces an action and generates electromotive force by an electrochemical reaction.

연료 전지 유닛(20)의 개질기(21)는, 증발가스를 수소와 이산화탄소로 개질시키는 역할을 한다. 구체적으로 공급되는 증발가스는 공급되는 물(순수)과 후술하는 가습기(60)에서 혼합되어 습분 연료로 상변환 된다.The reformer 21 of the fuel cell unit 20 serves to reform the boil-off gas into hydrogen and carbon dioxide. Specifically, the boil-off gas to be supplied is mixed with water (pure water) to be supplied in the humidifier 60 to be described later and converted into a moist fuel.

이후 습분 연료는 개질되며 메탄을 제외한 고 탄화수소(hydrocarbon)가 제거된다. 메탄가스로 개질된 연료가스는 공급되는 열에 의해 이산화탄소와 수소로 개질된다.The wet fuels are then reformed and high hydrocarbons, excluding methane, are removed. The methane gas reformed fuel gas is reformed into carbon dioxide and hydrogen by the supplied heat.

연료 전지 유닛(20)의 연료 전지(22)는, 개질된 수소와 이산화탄소를 애노드(anode)측으로 공급받아 캐소드(cathode)측으로부터 후술하는 송풍기(40) 및 공기히터(50)를 통해 공급되는 산소를 함유하는 산화 가스와 작용을 일으킴으로써 전기 화학 반응에 의한 기전력을 얻는 역할을 한다.The fuel cell 22 of the fuel cell unit 20 receives the modified hydrogen and carbon dioxide to the anode side, and the oxygen supplied through the blower 40 and the air heater 50 described later from the cathode side. By acting with the oxidizing gas containing it serves to obtain the electromotive force by the electrochemical reaction.

즉 연료전지의 애노드측은 적어도 수소를 함유하는 연료 가스를 공급받고, 연료 전지(22)의 캐소드측은 적어도 산소를 함유하는 산화 가스의 공급을 받는다. 수소를 함유하는 연료 가스와 산소를 함유하는 산화 가스는 상호 전기 화학 반응에 의해 기전력을 얻게 된다.That is, the anode side of the fuel cell is supplied with a fuel gas containing at least hydrogen, and the cathode side of the fuel cell 22 is supplied with an oxidizing gas containing at least oxygen. The fuel gas containing hydrogen and the oxidizing gas containing oxygen obtain an electromotive force by mutual electrochemical reaction.

버퍼 유닛(30)은, 저장탱크(10)에서 발생되는 증발가스를 예비적으로 압축 및 저장시켜 연료 전지(22)로 공급되는 메인 유로인 제2 유로(L2)를 통해 공급되는 증발가스의 공급이 중단된 경우 예비적으로 압축된 증발가스를 연료 전지(22)로 공급시켜 연료 전지(22)의 작동 정지를 방지하는 역할을 한다. 그 결과 연료 전지(22)의 가용성을 높일 수 있는 이점이 있다.The buffer unit 30 preliminarily compresses and stores the boil-off gas generated in the storage tank 10 to supply the boil-off gas supplied through the second flow path L2, which is the main flow path supplied to the fuel cell 22. In this case, the preliminarily compressed boil-off gas is supplied to the fuel cell 22 to prevent operation of the fuel cell 22. As a result, there is an advantage that the availability of the fuel cell 22 can be improved.

이제 버퍼 유닛(30)에 대해 상세히 설명하면, 버퍼 유닛(30)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(10)에서 공급되는 증발가스를 압축하는 압축기(31)와, 압축기(31)에서 압축된 고온의 증발가스를 냉각하는 냉각기(32)와, 냉각기(32)에서 냉각된 증발가스가 저장되는 증발가스 저장탱크(33)와, 증발가스 저장탱크(33)에 저장된 증발가스를 연료 전지(22)에서 요구하는 압력으로 조절하는 레귤레이터(34)와, 레귤레이터(34)에서 압력 조절된 증발가스를 연료 전지(22)에서 요구하는 온도로 가열하는 히터(35)와, 히터(35)와 개질기(21)를 연결하는 제1 유로(L1)에 마련되어 제1 유로(L1)를 개폐하는 밸브(36)와, 센서(37)에서 인가되는 신호에 의해 밸브(36)를 개폐하는 제어부(미도시)를 포함한다.Referring now to the buffer unit 30 in detail, the buffer unit 30, as shown in Figure 2, the compressor 31 for compressing the boil-off gas supplied from the storage tank 10, and the compressor 31 The cooler 32 for cooling the high-temperature evaporated gas compressed in the fuel cell, the boil-off gas storage tank 33 in which the boil-off gas cooled in the cooler 32 is stored, and the boil-off gas stored in the boil-off gas storage tank 33 are fueled. The regulator 34 which adjusts to the pressure required by the battery 22, the heater 35 which heats the boil-off gas pressure-controlled by the regulator 34 to the temperature required by the fuel cell 22, and the heater 35 A valve 36 provided in the first flow path L1 connecting the reformer 21 and the reformer 21 to open and close the first flow path L1, and a control unit to open and close the valve 36 by a signal applied from the sensor 37 ( Not shown).

버퍼 유닛(30)의 밸브(36)는, 제2 유로(L2)를 통해 증발가스가 연료 전지(22)로 정상적으로 공급되는 경우 닫혀진 상태에 있어 증발가스 저장탱크(33)에 저장된 증발가스는 연료 전지(22)로 공급되지 않는다.The valve 36 of the buffer unit 30 is in a closed state when the boil-off gas is normally supplied to the fuel cell 22 through the second flow path L2. Thus, the boil-off gas stored in the boil-off gas storage tank 33 is a fuel. It is not supplied to the battery 22.

이 상태에서 제2 유로(L2)를 통해서 증발가스의 공급이 중단되는 경우 센서(37)는 이를 인식하여 제어부에 신호를 보낸다. 제어부에서는 전술한 신호를 기초로 제1 유로(L1)에 마련된 밸브(36)를 개방시켜 증발가스 저장탱크(33)에 저장된 증발가스가 가습기(60)에 공급되도록 한다. 가습기(60)로 공급된 증발가스는 가습기(60) 및 개질기(21)를 거친 후 연료 전지(22)의 연료로 사용된다.In this state, when the supply of the boil-off gas is stopped through the second flow path L2, the sensor 37 recognizes this and sends a signal to the controller. The controller opens the valve 36 provided in the first flow path L1 based on the above-described signal so that the boil-off gas stored in the boil-off gas storage tank 33 is supplied to the humidifier 60. The boil-off gas supplied to the humidifier 60 is used as the fuel of the fuel cell 22 after passing through the humidifier 60 and the reformer 21.

버퍼 유닛(30)의 센서(37)는, 제2 유로(L2)의 내부에 마련되어 공급되는 증발가스의 유량을 측정하여 증발가스의 공급 여부를 인식하는 유량 센서일 수 있다.The sensor 37 of the buffer unit 30 may be a flow rate sensor that recognizes whether or not to supply the boil-off gas by measuring the flow rate of the boil-off gas provided in the second flow path L2.

한편 본 실시예는, 도 2에 도시된 바와 같이, 연료 전지(22)로 공기를 공급하는 송풍기(40)와, 송풍기(40)를 통해서 연료 전지(22)로 공급되는 공기를 가열하는 공기히터(50)와, 저장탱크(10) 또는 증발가스 저장탱크(33)에서 공급되는 증발가스를 가습하는 가습기(60)를 더 포함한다.On the other hand, the present embodiment, as shown in Figure 2, the blower 40 for supplying air to the fuel cell 22, and the air heater for heating the air supplied to the fuel cell 22 through the blower 40 50 and a humidifier 60 for humidifying the boil-off gas supplied from the storage tank 10 or the boil-off gas storage tank 33.

연료 전지(22)가 작동하기 위해서는 가습된 공기(산소) 및 연료(수소)가 연료 전지(22)로 공급되어야 하고, 이를 위해 가습기(60)가 필요하다. 가습기(60)는 연료 전지(22)에 연료로 공급되는 가스(수소 또는 산소)를 가습하여 공급함으로써 연료 전지(22)가 최적의 성능을 발휘하도록 하는 역할을 한다.In order for the fuel cell 22 to operate, humidified air (oxygen) and fuel (hydrogen) must be supplied to the fuel cell 22, and a humidifier 60 is required for this purpose. The humidifier 60 plays a role of making the fuel cell 22 exhibit optimal performance by humidifying and supplying gas (hydrogen or oxygen) supplied as fuel to the fuel cell 22.

한편 본 실시 예에서 연료 전지 유닛(20), 버퍼 유닛(30), 송풍기(40), 공기 히터(50) 및 가습기(60)는 선체(H)의 연돌에 설치될 수도 있다.Meanwhile, in the present embodiment, the fuel cell unit 20, the buffer unit 30, the blower 40, the air heater 50, and the humidifier 60 may be installed in the stack of the hull H.

이하에서 도 2를 참조하여 본 실시예에 따른 선박용 연료전지의 버퍼가스시스템(1)의 사용 상태를 간략히 설명한다.Hereinafter, a state of use of the buffer gas system 1 of the marine fuel cell according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 2.

먼저 연료 전지(22)로 정상적으로 증발가스가 공급되는 상태를 설명한다. 저장탱크(10)에서 생성된 증발가스는 제2 유로(L2)를 통해 가습기(60)로 공급된다. 이와 동시에 증발가스는 압축기(31)를 통해 압축된 후 증발가스 저장탱크(33)에 저장되며, 증발가스 저장탱크(33)에 저장된 증발가스는 닫혀진 밸브(36)에 의해 가습기(60)로 공급되지 않는다.First, a state in which the boil-off gas is normally supplied to the fuel cell 22 will be described. The boil-off gas generated in the storage tank 10 is supplied to the humidifier 60 through the second flow path L2. At the same time, the boil-off gas is compressed through the compressor 31 and stored in the boil-off gas storage tank 33, and the boil-off gas stored in the boil-off gas storage tank 33 is supplied to the humidifier 60 by a closed valve 36. It doesn't work.

가습기(60)로 공급된 증발가스는 가습기(60)에서 기화되는 액체와 혼합되어 습윤 증발가스가 된다. 습윤된 증발가스는 개질기(21)로 공급되어 개질기(21)에서 수소와 이산화탄소로 개질되며, 개질된 수소와 이산화탄소는 연료 전지(22)로 공급된다.The boil-off gas supplied to the humidifier 60 is mixed with the liquid vaporized in the humidifier 60 to become a wet boil-off gas. The wet boil-off gas is supplied to the reformer 21 and reformed into hydrogen and carbon dioxide in the reformer 21, and the reformed hydrogen and carbon dioxide are supplied to the fuel cell 22.

연료 전지(22)의 애노드는 수소와 이산화탄소를 공급받아 송풍기(40) 및 공기히터(50)를 통해 캐소드로 공급되는 산소를 함유하는 산화 가스와 작용을 일으켜 전기 화학 반응에 의해 기전력을 발생시킨다.The anode of the fuel cell 22 receives hydrogen and carbon dioxide and acts with an oxidizing gas containing oxygen supplied to the cathode through the blower 40 and the air heater 50 to generate electromotive force by an electrochemical reaction.

한편 제2 유로(L2)를 통해 증발가스의 공급이 중단되는 경우 센서(37)는 이를 인식하여 제어부에 신호를 보낸다. 제어부에서는 전술한 신호를 기초로 제1 유로(L1)에 마련된 밸브(36)를 개방시켜 증발가스 저장탱크(33)에 저장된 증발가스가 가습기(60)에 공급되도록 한다.On the other hand, when the supply of the boil-off gas is stopped through the second flow path L2, the sensor 37 recognizes this and sends a signal to the controller. The controller opens the valve 36 provided in the first flow path L1 based on the above-described signal so that the boil-off gas stored in the boil-off gas storage tank 33 is supplied to the humidifier 60.

이 과정에서 증발가스는 압축기(31)에서 약 200 bar 정도로 압축되어 400℃ 근처의 고온으로 온도가 상승된다. 온도가 상승된 증발가스는 냉각기(32)에서 냉각된 후 증발가스 저장탱크(33)에 저장된다.In this process, the boil-off gas is compressed to about 200 bar in the compressor 31 and the temperature is raised to a high temperature near 400 ° C. The boil-off gas whose temperature is raised is cooled in the cooler 32 and then stored in the boil-off gas storage tank 33.

증발가스 저장탱크(33)에 저장된 증발가스는 레귤레이터(34)에서 연료 전지(22)에서 요구되는 압력(상압)으로 변환된다. 이때 증발가스의 온도가 급감하므로 히터(35)는 연료 전지(22)에서 요구되는 온도로 상승된 후 가습기(60)로 공급된다.The boil-off gas stored in the boil-off gas storage tank 33 is converted into the pressure (normal pressure) required by the fuel cell 22 in the regulator 34. At this time, since the temperature of the boil-off gas decreases rapidly, the heater 35 is raised to the temperature required by the fuel cell 22 and then supplied to the humidifier 60.

가습기(60)로 공급된 증발가스는 전술한 바와 같이 가습기(60) 및 개질기(21)를 거친 후 연료 전지(22)의 연료로 사용된다.The boil-off gas supplied to the humidifier 60 is used as the fuel of the fuel cell 22 after passing through the humidifier 60 and the reformer 21 as described above.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 연료 전지에 공급되는 연료의 공급이 중단된 경우에도 버퍼 유닛에 의해 연료 전지의 작동 정지 없이 계속해서 작동시킬 수 있어 연료 전지의 가용성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, the present embodiment has the advantage of being able to continuously operate the fuel cell without stopping the fuel cell even when the supply of fuel to the fuel cell is stopped, thereby improving the availability of the fuel cell. have.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 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 or scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

1 : 선박용 연료전지의 버퍼가스시스템 10 : 저장탱크
20 : 연료 전지 유닛 21 : 개질기
22 : 연료 전지 30 : 버퍼 유닛
31 : 압축기 32 : 냉각기
33 : 증발가스 저장탱크 34 : 레귤레이터
35 : 히터 36 : 밸브
37 : 센서 40 : 송풍기
50 : 공기 히터 60 : 가습기
H : 선체 L1 : 제1 유로
L2 : 제2 유로1: Buffer gas system of ship fuel cell 10: Storage tank
20 fuel cell unit 21 reformer
22 fuel cell 30 buffer unit
31 compressor 32 cooler
33: boil-off gas storage tank 34: regulator
35 heater 36 valve
37 sensor 40 blower
50: air heater 60: humidifier
H: Hull L1: First flow path
L2: second flow path

Claims (6)

선체에 마련되며 내부에 액화천연가스(LNG)가 저장되는 저장탱크;
선체에 마련되며 상기 저장탱크에서 공급되는 증발가스(Boil-Off Gas)를 연료로 전기 화학 반응을 일으켜 전기를 발생시키는 연료 전지 유닛; 및
상기 증발가스가 압축 저장되며 상기 연료 전지 유닛에 공급되는 상기 연료의 공급 중단 시 압축 저장된 상기 증발가스를 상기 연료 전지 유닛으로 공급하는 버퍼 유닛을 포함하는 선박용 연료전지의 버퍼가스시스템.A storage tank provided in the hull and storing liquefied natural gas (LNG) therein;
A fuel cell unit provided in the hull and generating electricity by generating an electrochemical reaction using a boil-off gas supplied from the storage tank as a fuel; And
And a buffer unit for compressing and storing the boil-off gas and supplying the boil-off gas compressed and stored to the fuel cell unit when the supply of the fuel is stopped. 청구항 1에 있어서,
상기 연료 전지 유닛은,
상기 증발가스를 수소와 이산화탄소로 개질시키는 개질기; 및
상기 수소와 상기 이산화탄소를 애노드로 공급받아 캐소드로부터 공급되는 산소를 함유하는 산화 가스와 작용을 일으켜 전기 화학 반응에 의한 기전력을 발생시키는 연료 전지를 포함하는 선박용 연료전지의 버퍼가스시스템The method according to claim 1,
The fuel cell unit includes:
A reformer for reforming the evaporated gas into hydrogen and carbon dioxide; And
A buffer gas system of a ship fuel cell including a fuel cell which receives the hydrogen and the carbon dioxide as an anode and generates an electromotive force by an electrochemical reaction by acting with an oxidizing gas containing oxygen supplied from a cathode. 청구항 2에 있어서,
상기 버퍼 유닛은,
상기 저장탱크에서 공급되는 증발가스를 압축하는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 고온의 증발가스를 냉각하는 냉각기;
상기 냉각기에서 냉각된 증발가스가 저장되는 증발가스 저장탱크;
상기 증발가스 저장탱크에 저장된 증발가스를 상기 연료 전지에서 요구하는 압력으로 조절하는 레귤레이터;
상기 레귤레이터에서 압력 조절된 상기 증발가스를 상기 연료 전지에서 요구하는 온도로 가열하는 히터; 및
상기 히터와 상기 개질기를 연결하는 제1 유로에 마련되어 상기 제1 유로를 개폐하는 밸브를 포함하는 선박용 연료전지의 버퍼가스시스템.The method according to claim 2,
The buffer unit,
A compressor for compressing the boil-off gas supplied from the storage tank;
A cooler cooling the high-temperature evaporated gas compressed in the compressor;
An evaporative gas storage tank in which the evaporated gas cooled in the cooler is stored;
A regulator for adjusting the boil-off gas stored in the boil-off gas storage tank to a pressure required by the fuel cell;
A heater for heating the boil-off gas pressure-controlled by the regulator to a temperature required by the fuel cell; And
And a valve provided in a first flow path connecting the heater and the reformer to open and close the first flow path. 청구항 3에 있어서,
상기 버퍼 유닛은,
상기 저장탱크와 상기 개질기를 연결하는 제2 유로에 마련되어 상기 저장탱크에서 발생되는 증발가스가 상기 제2 유로로 공급되는지 여부를 감지하는 센서; 및
상기 센서에서 인가되는 신호에 의해 상기 밸브를 개폐하는 제어부를 더 포함하는 선박용 연료전지의 버퍼가스시스템.The method according to claim 3,
The buffer unit,
A sensor provided in a second flow path connecting the storage tank and the reformer to detect whether boil-off gas generated in the storage tank is supplied to the second flow path; And
And a control unit for opening and closing the valve by a signal applied from the sensor. 청구항 1에 있어서,
상기 연료 전지 유닛으로 공기를 공급하는 송풍기;
상기 송풍기를 통해서 상기 연료 전지 유닛으로 공급되는 공기를 가열하는 공기 히터; 및
상기 저장탱크 또는 상기 버퍼 유닛에서 공급되는 증발가스를 가습하는 가습기를 더 포함하는 선박용 연료전지의 버퍼가스시스템.The method according to claim 1,
A blower for supplying air to the fuel cell unit;
An air heater for heating air supplied to the fuel cell unit through the blower; And
And a humidifier for humidifying the boil-off gas supplied from the storage tank or the buffer unit. 선체에 마련되며 내부에 액화천연가스(LNG)가 저장된 저장탱크에서 공급되는 증발가스(Boil-Off Gas)가 압축 저장되며, 연료 전지에 공급되는 연료의 공급 중단 시 압축 저장된 상기 증발가스를 상기 연료 전지에 공급하여 상기 연료 전지를 정지 없이 가동시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지의 버퍼가스시스템.Boil-Off Gas, which is provided in the hull and is supplied from a storage tank in which LNG is stored, is compressed and stored, and when the supply of fuel to the fuel cell is stopped, the compressed and stored boil-off gas is stored in the fuel. Supplying a battery to the fuel cell buffer gas system, characterized in that the fuel cell can be operated without stop.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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