KR20130075262A - Mcfc power supply system for ship - Google Patents

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김현진
최정호
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김창겸
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Abstract

PURPOSE: A combined generation system using a molten carbonate fuel cell (MCFC) for a ship is provided to improve output efficiency by using waste boil-off gas and high-temperature gas generated from the MCFC. CONSTITUTION: A combined generation system (1) using a molten carbonate fuel cell for a ship comprises a storage tank (100), a fuel cell unit (200), a steam generation unit (300), and a boil-off gas supply unit (400). The storage tank stores LNG therein. The fuel cell unit generates high-temperature gas by having an electrochemical reaction using supplied hydrocarbon materials. The steam generation unit generates power by using the high-temperature gas as a heating source. The boil-off gas supply unit supplies the boil-off gas generated from the storage tank to the steam generation unit. [Reference numerals] (AA,BB) Exhaust

Description

선박용 연료전지 복합발전시스템{MCFC POWER SUPPLY SYSTEM FOR SHIP}{MCFC POWER SUPPLY SYSTEM FOR SHIP}

본 발명은, 선박용 연료전지 복합발전시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)에서 발생되는 고온의 가스를 이용하여 발전되는 선박용 연료전지 복합발전시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a marine fuel cell combined cycle power generation system, and more particularly, to a marine fuel cell combined power generation system in which a high temperature gas generated from a Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) will be.

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 연료 전지를 이용한 선박용 복합발전시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 1 is a schematic view illustrating a marine hybrid power generation system using a fuel cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

외부에서 공급되는 천연가스, 메탄올, 석탄가스와 같은 탄화수소 물질은 개질기(10)에서 수소와 이산화탄 개질되어 연료 전지(20)로 공급된다. 연료 전지(20)에서는 공급되는 수소와 이산화탄소를 기초로 전기 화학 반응에 의해 전력을 생산한다. 이러한 전기 화학 반응 중에 발생되는 고온의 가스는 열회수 증기유닛(30)으로 공급되고, 열회수 증기유닛(30)은 고온의 가스와는 다른 경로를 거쳐 공급되는 액체를 고온의 가스와 열교환시켜 스팀을 발생시킨다.Hydrocarbon materials such as natural gas, methanol and coal gas supplied from the outside are reformed into hydrogen and dioxide in the reformer 10 and supplied to the fuel cell 20. In the fuel cell 20, electric power is produced by an electrochemical reaction based on supplied hydrogen and carbon dioxide. The high-temperature gas generated during the electrochemical reaction is supplied to the heat recovery steam unit 30. The heat recovery steam unit 30 heat-exchanges the liquid supplied through the path different from the high temperature gas with the high temperature gas to generate steam .

열회수 증기유닛(30)에서 발생된 스팀은 스팀터빈(40)으로 공급되어 스팀터빈(40)을 구동시키고, 스팀터빈(40)에서 발생되는 동력은 발전기(50)로 공급되어 발전기(50)를 발전시킨다.The steam generated in the heat recovery steam unit 30 is supplied to the steam turbine 40 to drive the steam turbine 40 and the power generated from the steam turbine 40 is supplied to the generator 50, Develop.

한편 스팀터빈(40)에서 배출되는 스팀은 복수기(60)에서 물로 변환된 후 열회수 증기유닛(30)으로 공급되어 전술한 경로로 순환된다.On the other hand, the steam discharged from the steam turbine 40 is converted into water from the condenser 60, and then supplied to the heat recovery steam unit 30 to circulate through the path described above.

이러한 구조를 갖는 종래 기술의 일 실시예는 친환경적이고 효율이 높은 이점이 있다.One embodiment of the prior art having such a structure is advantageous in that it is environmentally friendly and highly efficient.

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

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 선박에서 버려지는 증발가스와 연료 전지에서 발생되는 고온의 가스를 이용하여 출력 효율을 향상시킬 수 있고, 연료 전지 및 스팀 터빈을 단독으로 작동시킬 수 있는 선박용 연료전지 복합발전시스템을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a fuel cell system capable of improving the output efficiency by using the evaporated gas discharged from the ship and the high temperature gas generated from the fuel cell and capable of operating the fuel cell and the steam turbine alone, Thereby providing a combined power generation system.

본 발명의 일 측면에 따르면, 선체에 마련되며 내부에 액화천연가스(LNG)가 저장되는 저장탱크; 선체에 마련되며 공급되는 탄화 수소 물질의 연료로 전기 화학 반응을 일으켜 고온의 가스를 발생시키는 연료 전지 유닛; 상기 연료 전지 유닛에서 배출되는 고온의 가스를 열원으로 발전되는 스팀 발전 유닛; 및 상기 저장탱크에서 발생되는 증발가스(Boil-Off Gas)를 상기 연료 전지 유닛 및 상기 연료 전지 유닛으로 공급되는 경로와는 다른 경로로 상기 스팀 발전 유닛으로 공급시키는 증발가스 공급유닛을 포함하는 선박용 연료전지 복합발전시스템이 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 an electrochemical reaction with the fuel of the supplied hydrocarbon material to generate a high temperature gas; A steam power generation unit generating a high temperature gas discharged from the fuel cell unit as a heat source; And a boil-off gas supply unit for supplying boil-off gas generated in the storage tank to the steam power generation unit in a path different from that supplied to the fuel cell unit and the fuel cell unit. A battery combined cycle system can be provided.

상기 연료 전지 유닛은, 상기 탄화 수소 물질을 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 hydrocarbon material 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 증발가스 공급유닛은, 상기 저장탱크와 상기 개질기 및 상기 스팀 발전 유닛을 연결하는 유로; 및 상기 유로에 마련되어 상기 유로를 개폐하는 개폐밸브를 포함할 수 있다.The boil-off gas supply unit, the flow path for connecting the storage tank, the reformer and the steam power generation unit; And an opening / closing valve provided in the flow path to open and close the flow path.

상기 개폐밸브는, 상기 저장탱크와 상기 스팀 발전 유닛을 연결하는 유로에 마련되는 제1 개폐밸브; 및 상기 저장탱크와 상기 개질기를 연결하는 유로에 마련되는 제2 개폐밸브를 포함할 수 있다.The on-off valve may include a first on-off valve provided in a flow path connecting the storage tank and the steam power generation unit; And a second on / off valve provided in a flow path connecting the storage tank and the reformer.

상기 스팀 발전 유닛은, 상기 연료 전지부에서 배출되는 고온의 가스를 회수하여 공급되는 액체를 스팀으로 상변환시키는 열회수 증기 발생기; 상기 열회수 증기 발생기에서 배출되는 상기 스팀에 의해 구동되는 스팀 터빈; 상시 스팀 터빈의 동력으로 발전되는 발전기; 상기 스팀 터빈에서 배출되는 상기 스팀을 액체로 상변환시키는 복수기; 및 상기 저장탱크에서 공급되는 상기 증발가스에 의해 구동되어 상기 열회수 증기 발생기로 스팀을 공급하는 보일러를 포함할 수 있다.The steam power generation unit may include: a heat recovery steam generator configured to recover a high temperature gas discharged from the fuel cell unit and convert the supplied liquid into steam; A steam turbine driven by the steam discharged from the heat recovery steam generator; A generator that is always generated by the power of a steam turbine; A condenser for converting the steam discharged from the steam turbine into a liquid; And a boiler driven by the boil-off gas supplied from the storage tank to supply steam to the heat recovery steam generator.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 용융탄산염 연료전지에서 배출되는 고온의 가스를 열원으로 이용하여 순환되는 열매체를 상변환시켜 생성된 스팀으로 발전되는 스팀 발전 유닛을 구비하며, 상기 스팀 발전 유닛은 선체에 마련된 액화천연가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스(Boil-Off Gas)를 추가로 이용하여 상기 스팀을 생성하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지 복합발전시스템이 제공될 수 있다.In addition, according to another embodiment of the present invention, there is provided a steam power generation unit that is generated by the steam generated by the phase conversion of the heat medium circulated using the hot gas discharged from the molten carbonate fuel cell as a heat source, the steam power generation unit The marine fuel cell combined cycle power generation system may be provided by further generating the steam by further using a boil-off gas supplied from a liquefied natural gas storage tank provided in the hull.

상기 증발가스를 추가로 이용하여 생성되는 스팀은 상기 스팀 발전 유닛의 보일러에서 배출되는 배기 가스를 이용할 수 있다.Steam generated by further using the boil-off gas may use the exhaust gas discharged from the boiler of the steam power generation unit.

상기 보일러는 상기 스팀 발전 유닛의 열회수 증기발생기 외부에 설치되는 것에 제한되지 않고 상기 열회수 증기발생기 내부에 설치되는 덕트 버너를 포함할 수 있다.The boiler is not limited to being installed outside the heat recovery steam generator of the steam power generation unit, and may include a duct burner installed inside the heat recovery steam generator.

본 발명의 실시예들은, 선박에서 버려지는 증발가스와 연료 전지에서 발생되는 고온의 가스를 이용하여 출력 효율을 향상시킬 수 있고, 연료 전지 및 스팀 터빈을 단독으로 작동시킬 수 있다.Embodiments of the present invention can improve the output efficiency by using the evaporated gas discharged from the ship and the high temperature gas generated in the fuel cell, and can operate the fuel cell and the steam turbine alone.

도 1은 종래 기술의 일 실시예에 따른 연료 전지를 이용한 선박용 복합발전시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박용 연료전지 복합발전시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.FIG. 1 is a schematic view illustrating a marine hybrid power generation system using a fuel cell according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
2 is a schematic view illustrating a marine fuel cell hybrid power generation system 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 연료전지 복합발전시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.2 is a schematic view illustrating a marine fuel cell hybrid power generation system according to an embodiment of the present invention.

이 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 선박용 연료전지 복합발전시스템(1)은, 선체(H)에 마련되며 내부에 액화천연가스(LNG)가 저장되는 저장탱크(100)와, 선체(H)에 마련되며 공급되는 탄화 수소 물질의 연료로 전기 화학 반응을 일으켜 고온의 가스를 발생시키는 연료 전지 유닛(200)과, 연료 전지 유닛(200)에서 배출되는 고온의 가스를 열원으로 발전되는 스팀 발전유닛과, 저장탱크(100)에서 발생되는 증발가스(Boil-Off Gas)를 연료 전지 유닛(200) 및 연료 전지 유닛(200)으로 공급되는 경로와 다른 경로로 스팀 발전 유닛(300)으로 공급시키는 증발가스 공급유닛(400)을 구비한다.As shown in this figure, the marine fuel cell combined cycle power generation system 1 according to the present embodiment includes a storage tank 100 provided in the hull H and storing liquefied natural gas (LNG) therein, A fuel cell unit 200 provided in the fuel cell unit H and generating an electrochemical reaction with the fuel of the hydrocarbon material to generate a high temperature gas; And a steam generator unit 300 for generating boil-off gas generated in the storage tank 100 by a path different from that supplied to the fuel cell unit 200 and the fuel cell unit 200 And an evaporation gas supply unit 400 for supplying the evaporation gas.

저장탱크(100)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 선체(H)의 내부에 복수로 마련될 수 있고, 저장탱크(100)의 내부에는 극저온 상태로 액화되어 대기압 상태(1.013bar)를 갖는 액화천연가스(LNG)가 저장된다.As shown in FIG. 2, the storage tank 100 may be provided in a plurality of hulls H, and the inside of the storage tank 100 may be liquefied at a cryogenic temperature to have an atmospheric pressure (1.013 bar) Liquefied natural gas (LNG) is stored.

그리고 저장탱크(100)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(200)이나 스팀 발전 유닛(300)으로 공급되어 탄화 수소 물질의 연료를 개질시키거나 스팀을 발생시키는 용도로 사용된다.In the interior of the storage tank 100, liquefied natural gas is vaporized due to continuous heat transfer from the outside during transportation of the liquefied natural gas, thereby generating boil-off gas (BOG). In this embodiment, the evaporation gas is supplied to the fuel cell unit 200 or the steam generating unit 300, which will be described later, and is used for modifying the fuel of the hydrocarbon material or generating steam.

연료 전지 유닛(200)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 탄화 수소 물질을 수소와 이산화탄소로 개질시키는 개질기(210)와, 수소와 이산화탄소를 애노드로 공급받아 캐소드로부터 공급되는 산소를 함유하는 산화 가스와 작용을 일으켜 전기 화학 반응에 의한 기전력을 발생시키는 연료 전지(220)를 포함한다.2, the fuel cell unit 200 includes a reformer 210 for reforming a hydrocarbon material into hydrogen and carbon dioxide, a reformer 210 for supplying hydrogen and carbon dioxide to the anode, And a fuel cell 220 that generates an electromotive force by an electrochemical reaction.

연료 전지 유닛(200)의 개질기(210)는, 메탄(CH4)과 같은 연료가스를 수소와 이산화탄소로 개질시키는 역할을 한다. 구체적으로 공급되는 연료가스는 탈황처리기에 의해 탈황 처리된 후 공급되는 물(순수)과 혼합되어 습분 연료로 상변환 된다.The reformer 210 of the fuel cell unit 200 serves to reform a fuel gas such as methane (CH 4 ) into hydrogen and carbon dioxide. Specifically, the supplied fuel gas is desulfurized by a desulfurization processor, mixed with water (pure water) to be supplied, and is phase-converted into wet 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(200)의 연료 전지(220)는, 개질된 수소와 이산화탄소를 애노드(anode)측으로 공급받아 캐소드(cathode)측으로부터 공급되는 산소를 함유하는 산화 가스와 작용을 일으킴으로써 전기 화학 반응에 의한 기전력을 얻는 역할을 한다.The fuel cell 220 of the fuel cell unit 200 supplies reformed hydrogen and carbon dioxide to the anode side and acts on the oxidizing gas containing oxygen supplied from the cathode side, Thereby obtaining an electromotive force.

즉 연료전지의 애노드측은 적어도 수소를 함유하는 연료 가스를 공급받고, 연료 전지(220)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 the fuel gas containing at least hydrogen, and the cathode side of the fuel cell 220 is supplied with the 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.

그리고 캐소드에서는 화학 반응을 일으키고 남은 고온의 가스가 배기되고, 이 고온의 가스는 후술하는 스팀 발전 유닛(300)의 열회수 증기 발생기(310)로 공급된다.At the cathode, the high temperature gas which is generated by the chemical reaction is exhausted, and the high temperature gas is supplied to the heat recovery steam generator 310 of the steam generation unit 300, which will be described later.

스팀 발전 유닛(300)은 연료 전지 유닛(200)에서 공급되는 고온의 가스를 이용하여 생성된 스팀을 사용하여 전력을 생산하는 것으로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 연료 전지(220)에서 배출되는 고온의 가스를 회수하여 공급되는 물과 같은 열매체를 스팀으로 상변환시키는 열회수 증기 발생기(310)와, 열회수 증기 발생기(310)에서 배출되는 스팀에 의해 구동되는 스팀 터빈(320)과, 스팀 터빈(320)의 동력으로 발전되는 발전기(330)와, 스팀 터빈(320)에서 배출되는 스팀을 액체로 상변환시키는 복수기(340)와, 저장탱크(100)에서 공급되는 증발가스에 의해 구동되어 열회수 증기 발생기(310)로 스팀을 공급하는 보일러(350)를 포함한다.The steam generating unit 300 generates electric power using steam generated by using the high temperature gas supplied from the fuel cell unit 200 and is discharged from the fuel cell 220 as shown in FIG. A heat recovery steam generator 310 for recovering a high temperature gas and phase-converting a heating medium such as water to steam into steam, a steam turbine 320 driven by steam discharged from the heat recovery steam generator 310, A condenser 340 for converting the steam discharged from the steam turbine 320 into a liquid and a condenser 340 for converting the steam discharged from the steam turbine 320 into liquid, And a boiler (350) for supplying steam to the generator (310).

스팀 발전 유닛(300)의 열회수 증기 발생기(310)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수기(340)에서 응축되어 공급되는 열매체를 연료 전지(220)에서 배출되는 고온의 가스와 열교환시켜 증기 즉 스팀을 발생시킨다.2, the heat recovery steam generator 310 of the steam power generation unit 300 heat-exchanges the heating medium, which is condensed and supplied in the condenser 340, with the high temperature gas discharged from the fuel cell 220, Generate steam.

스팀 발전 유닛(300)의 보일러(350)는, 연료 전지(220)에서 배출되는 가스의 온도가 열회수 증기 발생기(310)에서 공급되는 액체를 과열 증기로 만들기에 충분히 높지 못한 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(100)에서 공급되는 증발가스에 의해 연소되어 열회수 증기 발생기(310)로 고온의 가스를 보조적으로 공급하는 역할을 한다.If the temperature of the gas discharged from the fuel cell 220 is not high enough to make the liquid supplied from the heat recovery steam generator 310 into superheated steam, The steam is combusted by the evaporation gas supplied from the storage tank 100 to supplement the high temperature gas to the heat recovery steam generator 310.

따라서 열회수 증기 발생기(310)는 연료 전지(220)에서 배출되는 고온의 가스뿐만 아니라 버려지는 증발가스를 이용하여 구동되어 열회수 증기 발생기(310)로 고온의 가스를 공급하는 보일러(350)에 의해 안정적이고 효율적으로 스팀을 발생시킬 수 있는 이점이 있다.Therefore, the heat recovery steam generator 310 is driven by the boiler 350, which is driven by the high temperature gas discharged from the fuel cell 220 as well as the discharged evaporation gas and supplies the high temperature gas to the heat recovery steam generator 310, And the steam can be efficiently generated.

그리고 본 실시 예에서 보일러(350)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 열회수 증기발생기(310)의 외부에 설치될 수도 있고, 열회수 증기 발생기(310)의 내부에 설치될 수도 있다. 즉 본 실시 예에서 보일러(350)를 열회수 증기 발생기(310)의 내부에 설치하는 경우 보일러(350)는 열회수 증기 발생기(310)의 내부에 설치된 덕트 버너(미도시)일 수 있다.In this embodiment, the boiler 350 may be installed outside the heat recovery steam generator 310 or may be installed inside the heat recovery steam generator 310, as shown in FIG. That is, in this embodiment, when the boiler 350 is installed inside the heat recovery steam generator 310, the boiler 350 may be a duct burner (not shown) installed inside the heat recovery steam generator 310.

증발가스 공급유닛(400)은, 저장탱크(100)에서 발생되는 증발가스를 개질기(210) 또는 스팀 발전 유닛(300)의 보일러(350)로 공급되도록 연결함과 더불어 증발가스의 공급이 개질기(210) 및 보일러(350) 중 적어도 어느 하나로 선택적으로 공급되도록 제어하는 역할을 한다.The evaporation gas supply unit 400 connects the evaporation gas generated from the storage tank 100 to be supplied to the reformer 210 or the boiler 350 of the steam generator unit 300 and supplies the evaporation gas to the reformer 210 and the boiler (350).

본 실시 예에서 증발가스 공급유닛(400)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(100)와 개질기(210) 및 스팀 발전 유닛(300)을 연결하는 유로(410)와, 유로(410)에 마련되어 유로(410)를 개폐하는 개폐밸브(420)를 포함한다.2, the evaporation gas supply unit 400 includes a flow path 410 connecting the storage tank 100 to the reformer 210 and the steam generator 300, a flow path 410 Closing valve 420 for opening and closing the flow path 410.

증발가스 공급유닛(400)의 유로(410)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(100)와 보일러(350)를 연결하는 제1 유로(411)와, 제1 유로(411)에서 분기되어 개질기(210)에 연결되는 제2 유로(412)를 포함한다.2, the flow path 410 of the evaporation gas supply unit 400 includes a first flow path 411 connecting the storage tank 100 and the boiler 350, And a second flow path 412 branched to the reformer 210.

증발가스 공급유닛(400)의 개폐밸브(420)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(100)와 스팀 발전 유닛(300)의 보일러(350)를 연결하는 제1 유로(411)에 마련되는 제1 개폐밸브(421)와, 저장탱크(100)와 개질기(210)를 연결하는 제2 유로(412)에 마련되는 제2 개폐밸브(422)를 포함한다.The opening and closing valve 420 of the evaporation gas supply unit 400 is connected to the first flow path 411 connecting the storage tank 100 and the boiler 350 of the steam generation unit 300 And a second on-off valve 422 provided in a second flow path 412 connecting the storage tank 100 and the reformer 210. The first on-

본 실시 예에서 개폐밸브(420)는 원거리에서 원격으로 개폐될 수 있는 전자 밸브일 수 있고, 수동으로 개폐할 수 있는 수동개폐밸브일 수도 있다.In this embodiment, the open / close valve 420 may be a solenoid valve that can be opened and closed remotely from a remote place, or may be a manual open / close valve that can be manually opened and closed.

그리고 본 실시 예는 개폐밸브(420)에 의해 저장탱크(100)에서 공급되는 증발가스의 공급 경로를 선택적으로 제어할 수 있다. 일 예로 연료 전지(220)의 보수 시에 제2 개폐밸브(422)를 닫고 제1 개폐밸브(421)를 개방하여 제1 유로(411)로만 증발가스가 공급되도록 할 수 있다. 그 결과 보일러(350)에서 배출되는 고온의 가스만을 이용하여 발전할 수 있는 스팀 발전 유닛(300)의 단독 운전이 가능한 이점이 있다.The present embodiment can selectively control the supply path of the evaporative gas supplied from the storage tank 100 by the opening / closing valve 420. For example, when the fuel cell 220 is being maintained, the second opening / closing valve 422 may be closed and the first opening / closing valve 421 may be opened to supply the evaporating gas only to the first flow path 411. As a result, there is an advantage that the steam generator unit 300, which can generate electricity using only the high temperature gas discharged from the boiler 350, can be operated independently.

이하에서 도 2를 참조하여 본 실시 예에 따른 선박용 연료전지 복합발전시스템(1)의 사용 상태를 간략히 설명한다.Hereinafter, the use state of the marine fuel cell hybrid power generation system 1 according to the present embodiment will be briefly described with reference to FIG.

도 2에 도시된 바와 같이 공급되는 탄화 수소 물질은 개질기(210)에서 수소와 이산화탄소로 개질되며, 개질된 수소와 이산화탄소는 연료 전지(220)로 공급된다. 연료 전지(220)의 애노드는 수소와 이산화탄소를 공급받아 캐소드로 공급되는 산소를 함유하는 산화 가스와 작용을 일으켜 전기 화학 반응에 의해 기전력을 발생시킨다.The hydrocarbon material supplied as shown in FIG. 2 is reformed to hydrogen and carbon dioxide in the reformer 210, and the reformed hydrogen and carbon dioxide are supplied to the fuel cell 220. The anode of the fuel cell 220 receives hydrogen and carbon dioxide and acts with an oxidizing gas containing oxygen supplied to the cathode to generate electromotive force by an electrochemical reaction.

이 과정에서 연료 전지(220)의 캐소드에서는 고온의 가스가 발생되고, 이 고온의 가스는 스팀 발전 유닛(300)의 열회수 증기 발생기(310)로 공급된다. 열회수 증기 발생기(310)는 연료 전지(220)에서 공급되는 고온의 가스와 복수기(340)에서 공급되는 액체를 상호 열교환시켜 스팀을 생성시킨다.In this process, a high temperature gas is generated in the cathode of the fuel cell 220, and the high temperature gas is supplied to the heat recovery steam generator 310 of the steam power generation unit 300. The heat recovery steam generator 310 exchanges heat between the high temperature gas supplied from the fuel cell 220 and the liquid supplied from the condenser 340 to generate steam.

열회수 증기 발생기(310)에서 생성된 스팀은 스팀터빈으로 공급되어 스팀 터빈(320)을 구동시키고, 스팀 터빈(320)에서 발생된 동력은 발전기(330)로 구동시켜 전력을 생산한다. 그리고 스팀 터빈(320)에서 배출되는 스팀은 복수기(340)로 공급되어 액체로 변환된 후 전술한 과정으로 순환된다.The steam generated in the heat recovery steam generator 310 is supplied to the steam turbine to drive the steam turbine 320 and the power generated from the steam turbine 320 is driven by the generator 330 to produce electric power. The steam discharged from the steam turbine 320 is supplied to the condenser 340, converted into a liquid, and then circulated to the process described above.

한편 연료 전지(220)에서 공급되는 고온의 가스로 복수기(340)에서 공급되는 액체를 과열 증기로 상변환시키는 것이 부족한 경우 저장탱크(100)에서 공급되는 증발가스를 이용할 수 있다.On the other hand, when the high temperature gas supplied from the fuel cell 220 is insufficient to phase-convert the liquid supplied from the condenser 340 into the superheated steam, the evaporation gas supplied from the storage tank 100 can be used.

즉 저장탱크(100)에서 발생되는 증발가스를 제1 유로(411)를 통해 보일러(350)에 공급하고, 보일러(350)서는 증발가스를 이용하여 고온의 가스를 생성한 후 고온의 가스를 열회수 증기 발생기(310)에 공급하여 부족한 고온의 가스를 보충할 수 있다.That is, the evaporation gas generated in the storage tank 100 is supplied to the boiler 350 through the first flow path 411, the boiler 350 generates the high temperature gas using the evaporation gas, And supplies it to the steam generator 310 to supplement the insufficient high temperature gas.

그리고 연료 전지(220)의 보수 시에 제2 밸브를 닫고 제1 밸브를 개방하여 제1 유로(411)로만 증발가스가 공급되도록 하여, 보일러(350)에서 배출되는 고온의 가스만을 이용하여 스팀 발전 유닛(300)을 단독 작동시킬 수도 있다.When the fuel cell 220 is being repaired, the second valve is closed and the first valve is opened to supply the evaporation gas to the first flow path 411, so that only the high temperature gas, which is discharged from the boiler 350, The unit 300 may be operated alone.

이상에서 살펴 본 바와 같이 본 실시예는 선박에서 버려지는 증발가스와 연료 전지에서 발생되는 고온의 가스를 이용하여 출력 효율을 향상시킬 수 있고, 연료 전지 및 스팀 터빈을 선택적으로 작동시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, the present embodiment can improve the output efficiency by using the evaporated gas discarded from the ship and the high-temperature gas generated in the fuel cell, and can advantageously operate the fuel cell and the steam turbine selectively 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 연료전지 복합발전시스템 100 : 저장탱크
200 : 연료 전지 유닛 210 : 개질기
220 : 연료 전지 300 : 스팀 발전 유닛
310 : 열회수 증기 발생기 320 : 스팀 터빈
330 : 발전기 340 : 복수기
350 : 보일러 400 : 증발가스 공급유닛
410 : 유로 420 : 개폐밸브
H : 선체1: Ship fuel cell combined power generation system 100: Storage tank
200: fuel cell unit 210: reformer
220: Fuel cell 300: Steam generating unit
310: Heat recovery steam generator 320: Steam turbine
330: Generator 340:
350: Boiler 400: Evaporative gas supply unit
410: flow path 420: opening / closing valve
H: Hull

Claims (8)

선체에 마련되며 내부에 액화천연가스(LNG)가 저장되는 저장탱크;
선체에 마련되며 공급되는 탄화 수소 물질의 연료로 전기 화학 반응을 일으켜 고온의 가스를 발생시키는 연료 전지 유닛;
상기 연료 전지 유닛에서 배출되는 고온의 가스를 열원으로 발전되는 스팀 발전 유닛; 및
상기 저장탱크에서 발생되는 증발가스(Boil-Off Gas)를 상기 연료 전지 유닛 및 상기 연료 전지 유닛으로 공급되는 경로와는 다른 경로로 상기 스팀 발전 유닛으로 공급시키는 증발가스 공급유닛을 포함하는 선박용 연료전지 복합발전시스템.A storage tank provided in the hull and storing liquefied natural gas (LNG) therein;
A fuel cell unit provided in the hull and generating a high temperature gas by causing an electrochemical reaction with a fuel of a hydrocarbon material to be supplied;
A steam power generation unit generating a high temperature gas discharged from the fuel cell unit as a heat source; And
A marine fuel cell comprising an evaporation gas supply unit for supplying a boil-off gas generated in the storage tank to the steam power generation unit in a path different from that supplied to the fuel cell unit and the fuel cell unit. Combined Power Generation System. 청구항 1에 있어서,
상기 연료 전지 유닛은,
상기 탄화 수소 물질을 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 연료전지 복합발전시스템.The method according to claim 1,
The fuel cell unit includes:
A reformer for reforming the hydrocarbon material into hydrogen and carbon dioxide; And
And a fuel cell configured to generate an electromotive force by an electrochemical reaction by acting with the oxidizing gas containing the hydrogen and the carbon dioxide supplied to the anode and supplied from the cathode. 청구항 2에 있어서,
상기 증발가스 공급유닛은,
상기 저장탱크와 상기 개질기 및 상기 스팀 발전 유닛을 연결하는 유로; 및
상기 유로에 마련되어 상기 유로를 개폐하는 개폐밸브를 포함하는 선박용 연료전지 복합발전시스템.The method according to claim 2,
The evaporation gas supply unit includes:
A flow path connecting the storage tank, the reformer, and the steam power generation unit; And
A marine fuel cell combined cycle power generation system comprising an opening and closing valve provided in the flow path for opening and closing the flow path. 청구항 4에 있어서,
상기 개폐밸브는,
상기 저장탱크와 상기 스팀 발전 유닛을 연결하는 유로에 마련되는 제1 개폐밸브; 및
상기 저장탱크와 상기 개질기를 연결하는 유로에 마련되는 제2 개폐밸브를 포함하는 선박용 연료전지 복합발전시스템.The method of claim 4,
The on-
A first opening / closing valve provided in a flow path connecting the storage tank and the steam power generation unit; And
A marine fuel cell combined cycle power generation system comprising a second on-off valve provided in the flow path connecting the storage tank and the reformer. 청구항 3에 있어서,
상기 스팀 발전 유닛은,
상기 연료 전지에서 배출되는 고온의 가스를 회수하여 공급되는 액체를 스팀으로 상변환시키는 열회수 증기 발생기;
상기 열회수 증기 발생기에서 배출되는 상기 스팀에 의해 구동되는 스팀 터빈;
상기 스팀 터빈의 동력으로 발전되는 발전기;
상기 스팀 터빈에서 배출되는 상기 스팀을 액체로 상변환시키는 복수기; 및
상기 저장탱크에서 공급되는 상기 증발가스에 의해 구동되어 상기 열회수 증기 발생기로 스팀을 공급하는 보일러를 포함하는 선박용 연료전지 복합발전시스템.The method according to claim 3,
The steam generating unit includes:
A heat recovery steam generator for recovering the high temperature gas discharged from the fuel cell and converting the supplied liquid into steam;
A steam turbine driven by the steam discharged from the heat recovery steam generator;
A generator for generating power of the steam turbine;
A condenser for converting the steam discharged from the steam turbine into a liquid; And
And a boiler powered by the boil-off gas supplied from the storage tank to supply steam to the heat recovery steam generator. 용융탄산염 연료전지에서 배출되는 고온의 가스를 열원으로 이용하여 순환되는 열매체를 상변환시켜 생성된 스팀으로 발전되는 스팀 발전 유닛을 구비하며, 상기 스팀 발전 유닛은 선체에 마련된 액화천연가스 저장탱크에서 공급되는 증발가스(Boil-Off Gas)를 추가로 이용하여 상기 스팀을 생성하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지 복합발전시스템.It includes a steam power generation unit that is generated by the steam generated by the phase conversion of the heat medium circulated using the hot gas discharged from the molten carbonate fuel cell as a heat source, the steam power unit is supplied from the liquefied natural gas storage tank provided in the hull The fuel cell combined cycle power generation system, characterized in that for generating the steam by further using the boil-off gas (Boil-Off Gas). 청구항 6에 있어서,
상기 증발가스를 추가로 이용하여 생성되는 스팀은 상기 스팀 발전 유닛의 보일러에서 배출되는 배기 가스를 이용하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지 복합발전시스템.The method of claim 6,
The steam generated by further using the boil-off gas is a marine fuel cell combined cycle power generation system, characterized in that using the exhaust gas discharged from the boiler of the steam power generation unit. 청구항 7에 있어서,
상기 보일러는 상기 스팀 발전 유닛의 열회수 증기발생기 외부에 설치되는 것에 제한되지 않고 상기 열회수 증기발생기 내부에 설치되는 덕트 버너를 포함하는 선박용 연료전지 복합발전시스템.The method of claim 7,
The boiler is not limited to being installed outside the heat recovery steam generator of the steam power generation unit, a marine fuel cell combined cycle power generation system including a duct burner is installed inside the heat recovery steam generator.
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