KR20140026868A - 열전소자를 갖는 다중 연료전지 운전 시스템 - Google Patents

열전소자를 갖는 다중 연료전지 운전 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20140026868A
KR20140026868A KR1020120092583A KR20120092583A KR20140026868A KR 20140026868 A KR20140026868 A KR 20140026868A KR 1020120092583 A KR1020120092583 A KR 1020120092583A KR 20120092583 A KR20120092583 A KR 20120092583A KR 20140026868 A KR20140026868 A KR 20140026868A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
thermoelectric element
exhaust manifold
exhaust
exhaust gas
Prior art date
Application number
KR1020120092583A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101387756B1 (ko
Inventor
성용욱
유동현
김동현
유현수
문성웅
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성중공업 주식회사 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR1020120092583A priority Critical patent/KR101387756B1/ko
Publication of KR20140026868A publication Critical patent/KR20140026868A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101387756B1 publication Critical patent/KR101387756B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00—Driving of auxiliaries
    • B63J3/02—Driving of auxiliaries from propulsion power plant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T70/00—Maritime or waterways transport
    • Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

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

Abstract

다중 연료전지 운전 시스템이 개시된다.
본 발명의 일 측면에 따른 다중 연료전지 운전 시스템은 선박에 탑재되어 복수로 배치된 연료전지스택을 포함하는 멀티스택룸과, 상기 연료전지스택에 연결 설치되어 상기 연료전지스택에서 배출되는 배기가스가 이동하는 통로를 제공하는 복수개의 배기관, 및 상기 배기관들과 연결된 배기 매니폴더를 포함하고, 상기 배기 매니폴더는 상기 배기가스와의 열교환을 통해서 전기에너지를 생산하는 열전소자를 포함한다.

Description

열전소자를 갖는 다중 연료전지 운전 시스템{SYSTEM FOR OPERATION OF MULTI FUEL CELL HAVING THERMOELECTRIC ELEMENT}
본 발명은 선박에 탑재되는 다중 연료전지 운전 시스템에 관한 것으로 더욱 상세하게는 열전소자를 갖는 다중 연료전지 운전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 화석에너지 고갈의 문제를 해결할 수 있는 대체에너지로서 수소에너지가 각광 받고 있으며 수소에너지의 이용 매체인 연료전지에 대한 연구 및 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
연료전지는 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전기화학적 장치로서 수소와 산소를 양극과 음극에 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 새로운 발전 기술이다. 이러한 연료 전지는 작동 온도와 주연료의 형태에 따라 알카리형(AFC), 인산염형(PAGC), 용융 탄산염형(MCFC), 고체 전해질형(SOFC), 고분자 전해질형(PEMFC) 등으로 구분된다.
이러한 연료전지들은 수소와 산소가 화학 반응을 일으켜 열과 전기, 물을 배출하는 것이 기본 원리이며 이러한 화학 반응을 위하여 필요한 수소는 다양한 방법으로 공급된다. 그리고, 그 중에서도 용융탄산염연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC) 및 고체산화물연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)와 같은 고온연료전지는 다른 연료전지와 비교하여 각종 탄화수소계 연료를 적용할 수 있어 선박용 연료전지로 주목 받고 있다.
그러나 이러한 고온연료전지에서 발생된 열은 온수나 열수로 이용되는 한계가 있다.
본 발명의 일 실시예는 연료전지스택에서 발생된 배기가스를 효율적으로 이용할 수 있는 다중 연료전지 운전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 다중 연료전지 운전 시스템은 선박에 탑재되어 복수로 배치된 연료전지스택을 포함하는 멀티스택룸과, 상기 연료전지스택에 연결 설치되어 상기 연료전지스택에서 배출되는 배기가스가 이동하는 통로를 제공하는 복수개의 배기관, 및 상기 배기관들과 연결된 배기 매니폴더;를 포함하고, 상기 배기 매니폴더는 상기 배기가스와의 열교환을 통해서 전기에너지를 생산하는 열전소자를 포함한다.
상기 배기 매니폴더는 관으로 이루어지고, 상기 열전소자는 상기 배기 매니폴더의 내벽에 고정 설치되며 튜브 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 열전소자는 상기 배기 매니폴더의 길이방향으로 이어져 배치되며, 상기 배기가스가 유통되는 부분을 향하는 내측면이 고온접점이 되고, 상기 배기 매니폴더의 외형을 이루는 관부와 접촉하는 외측면이 저온점접이 될 수 있다.
상기 배기 매니폴더는 상기 열전소자의 내면을 감싸는 절연층을 더 포함할 수 있다.
상기 배기 매니폴더는 배기가스를 이동시키는 송풍팬을 더 포함하고, 상기 송풍기는 상기 열전소자를 향하여 배기가스를 이동시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배기 매니폴더에 설치된 열전소자를 이용하여 배기가스에 포함된 열에너지를 전기에너지로 변환할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 연료전지 운전 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배기 매니폴더를 나타낸 단면도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 명세서 전체에서, “선박”이라는 용어는 수상을 항해하는 구조물을 의미하는 것으로 한정되지 않으며, 수상을 항해하는 구조물뿐만 아니라, 수상에서 부유하며 작업을 수행하는 FLNG와 같은 해상 구조물을 포함하는 것으로 사용된다. 본 실시형태의 선박은 예를 들어, LNGC 또는 FLNG일 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 다중 연료전지 운전 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다중 연료전지 운전 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다중 연료전지 운전 시스템(100)은 멀티스택룸(Multi Stack Room)(110), 연료 공급부(120), 개질기(130), 가압 탱크부(140), 전력 변환부(150), 배기 매니폴더(160)를 포함한다.
멀티스택룸(110)은 열과 행으로 배치된 복수의 연료전지스택(S1~S6), 인가되는 제어신호에 따라 복수의 연료전지스택(S1~S6)으로 각각 연료를 공급하는 복수의 밸브(V1~V6)를 포함한다.
이하, 멀티스택룸(110)은 6개의 연료전지스택(S1~S6)으로 구성된 것으로 가정하여 설명하겠으나 그 수가 이에 한정되지 않으며, 복수의 연료전지스택(S1~S6)을 열 또는 행으로만 배치(배열)할 수도 있다.
연료전지스택(S1~S6)은 전극과 전해질 및 분리판으로 이루어진 연료전지 셀(cell)이 적층되어, 수소(H2) 및 매탄(CH4)이 포함된 개질 가스와 산소(O2)의 전기 화학적 반응으로 전력을 생산한다. 연료전지스택(S1~S6)에서 생산된 전력은 전력 공급라인(151)을 통해서 전력 변환부(150)로 전달된다.
복수의 밸브(V1~V6)는 복수의 연료전지스택(S1~S6)에 연결된 연료유로(145) 에 각각 설치된다. 여기서 연료유로(145)는 가압 탱크부(140)와 복수 개의 연료전지스택(S1~S6)을 연결한다.
밸브들(V1~V6)은 연료전지스택(S1~S6)의 개방(ON) 또는 폐쇄(OFF)되어 개질 가스를 해당 연료전지스택(S1~S6)으로 공급되는 것을 제어한다. 밸브들(V1~V6)은 체크 밸브로 이루어질 수 있으며, 이에 따라 연료전지스택 측의 유로상에 있는 개질 가스가 역류하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 연료 공급부(120)는 액체상태로 저장된 연료(LNG)를 기화시켜 개질기(130)로 전달한다. 이 때, 도면에서는 생략되었으나 연료 공급부(120)는 전달되는 연료에서 황성분을 제거하는 탈황기를 포함할 수 있다. 이하, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서 편의상 LNG 연료를 이용하는 것으로 가정하여 설명하나 연료가 LNG에 한정되지 않으며 다양한 탄화수소계 연료가 적용될 수 있다.
개질기(130)는 연료 공급부(120)로부터 연료 공급받아 수소(H2)와 매탄(CH4)을 포함하는 개질 가스를 생성한다. 여기서, 연료의 개질(Fuel reforming)은 원료로 제공되는 연료를 연료전지 스택에서 요구되는 연료로 전환하는 것을 의미한다.
가압 탱크부(140)는 개질기(130)로부터 전달되는 개질 가스를 일정한 압력으로 저장하고, 멀티스택룸(110)으로 개질가스를 공급하는 연료공급 버퍼로서의 역할을 한다. 개질기(130)는 전력수요와 상관없이 개질가스를 생산하며, 부하의 전력수요가 증가함에 따라 가압 탱크부(140)의 압력 이 낮아지면 개질기(130)의 작동이 가속되어 가압 탱크부(140)의 압력이 일정한 수준을 유지될 수 있도록 한다.
전력 변환부(150)는 멀티스택룸(110)에서 출력되는 직류전력을 선박 내 전력부하장치에서 사용 하기에 적합한 교류전력으로 변환한다. 전력 변환부(150)는 교류전력을 전력계통을 통해서 선박의 각 전력수요로 공급한다.
각각의 연료전지스택(S1~S6)에는 연료전지스택(S1~S6)에서 배출되는 배기가스를 이동시키기 위한 배기관(167)이 연결 설치되고, 복수개의 배기관(167)은 배기 매니폴더(160)와 연결 설치된다.
도 2에 도시된 바와 같이 배기 매니폴더(160)는 배기 매니폴더(160)의 외형을 이루는 관부(161)와 관부(161) 내에 설치된 열전소자(162)를 갖는다.
관부(161)는 내부 공간을 갖는 원통 형상으로 이루어지며, 복수개의 배기관(167)과 연결되어 합류된 배기가스를 외부로 배출한다. 열전소자(162)는 중공형상으로 이루어지며, 바람직하게는 원형의 단면을 갖는 튜브 형상으로 이루어진다. 열전소자(162)의 외면은 관부(161)의 내면에 부착되어 관부(161)와 접하고, 열전소자(162)의 내면은 배기가스가 유통되는 부분을 향한다. 이때, 열전소자(162)의 내면이 고온접점이 되고, 관부와 접촉하는 외측면이 저온접점이 된다.
또한, 열전소자(162)의 내면에는 절연층(168)이 형성되어 있다. 절연층(168)은 열전소자(162)를 감싸도록 형성되며, 열전소자(162)는 절연층(168)을 매개로 배기가스와 접촉한다. 절연층(168)은 단열성을 갖는 폴리머 소재의 막으로 이루어질 수 있다. 열전소자(162)의 작동 온도는 열전소자(162)의 종류와 특성에 따라 상이하나, 통상적으로 배기가스의 온도는 열전소자(162)의 작동온도 보다 높다. 이에 따라 본 실시예에서는 절연층(168)을 형성하여 열전소자(162)의 고온 접점이 작동온도와 유사하도록 조절하였다. 절연층(168)의 두께는 배기가스의 온도와 열전소자(162)의 작동온도에 따라 적정한 두께로 설정될 수 있다.
또한, 배기 매니폴더(160)는 송풍팬(163)을 더 포함하는 바, 송풍팬(163)은 관부(161)의 전방에 설치되어 열전소자(162)를 향하여 배기가스를 공급한다. 송풍팬(163)은 열전소자(162)와 전기적으로 연결되어 열전소자(162)로부터 전력을 공급받으며 열전소자(162)가 발전을 수행할 때에만 가동될 수 있도록 제어된다.
연료전지스택(S1~S6)에서 배출되는 배기가스는 고온이지만 토출압력이 낮아 폐열회수가 쉽지 않은 실정이다. 그러나 본 실시예와 같이 복수 개의 배기관(167)을 배기 매니폴더(160)에 연결 설치하여 배기가스를 배기 매니폴더(160)로 공급하면 배기 매니폴더(160) 내부의 압력이 상승할 뿐만 아니라 송풍팬(163)으로 배기가스를 가압하여 공급하면 열전소자(162)를 가열하여 전력을 생산할 수 있다.
본 발명의 실시예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 다중 연료전지 운전 시스템 110: 멀티스택룸
120: 연료 공급부 130: 개질기
140: 가압 탱크부 145: 연료유로
150: 전력 변환부 151: 전력 공급라인
160: 배기 매니폴더 161: 관부
162: 열전소자 163: 송풍팬
167: 배기관 168: 절연층

Claims (5)

  1. 선박에 탑재되어 복수로 배치된 연료전지스택을 포함하는 멀티스택룸;
    상기 연료전지스택에 연결 설치되어 상기 연료전지스택에서 배출되는 배기가스가 이동하는 통로를 제공하는 복수개의 배기관; 및
    상기 배기관들과 연결된 배기 매니폴더;를 포함하고,
    상기 배기 매니폴더는 상기 배기가스와의 열교환을 통해서 전기에너지를 생산하는 열전소자를 포함하는 다중 연료전지 운전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기 매니폴더는 관으로 이루어지고, 상기 열전소자는 상기 배기 매니폴더의 내벽에 고정 설치되며 튜브 형상으로 이루어진 다중 연료전지 운전 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열전소자는 상기 배기 매니폴더의 길이방향으로 이어져 배치되며, 상기 배기가스가 유통되는 부분을 향하는 내측면이 고온접점이 되고, 상기 배기 매니폴더의 외형을 이루는 관부와 접촉하는 외측면이 저온점접이 되는 다중 연료전지 운전 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 배기 매니폴더는 상기 열전소자의 내면을 감싸는 절연층을 더 포함하는 다중 연료전지 운전 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 배기 매니폴더는 배기가스를 이동시키는 송풍팬을 더 포함하고,
    상기 송풍기는 상기 열전소자를 향하여 배기가스를 이동시키는 다중 연료전지 운전 시스템.
KR1020120092583A 2012-08-23 2012-08-23 열전소자를 갖는 다중 연료전지 운전 시스템 KR101387756B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120092583A KR101387756B1 (ko) 2012-08-23 2012-08-23 열전소자를 갖는 다중 연료전지 운전 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120092583A KR101387756B1 (ko) 2012-08-23 2012-08-23 열전소자를 갖는 다중 연료전지 운전 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20140026868A true KR20140026868A (ko) 2014-03-06
KR101387756B1 KR101387756B1 (ko) 2014-04-21

Family

ID=50641237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120092583A KR101387756B1 (ko) 2012-08-23 2012-08-23 열전소자를 갖는 다중 연료전지 운전 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101387756B1 (ko)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101078964B1 (ko) * 2009-12-02 2011-11-01 주식회사 효성 연료전지 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
KR101387756B1 (ko) 2014-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10714783B2 (en) Integrated fuel cell systems
US20060154125A1 (en) Stack for fuel cell and fuel cell system with the same
JP4956946B2 (ja) 燃料電池
US20110123884A1 (en) Method for controlling a fuel cell system during shutdown
JP2006236599A (ja) 燃料電池発電装置の水回収方法
KR101179390B1 (ko) 연료 전지 시스템
EP2110879A1 (en) Fuel supply device for fuel cell and fuel cell system using the same
JP5048870B2 (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
US8343678B2 (en) Fuel cell system to preheat fuel cell stack
JP2008251237A (ja) 燃料電池
JP2008235109A (ja) 燃料電池システム
EP2130262A1 (en) Fuel cell system
KR101387756B1 (ko) 열전소자를 갖는 다중 연료전지 운전 시스템
KR101195582B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 그의 열교환장치
JP2010062127A (ja) 燃料電池システム
JP5228342B2 (ja) 燃料改質器および燃料電池
JP2008235094A (ja) 燃料電池システム
KR101435387B1 (ko) 다중 연료전지 운전 시스템 및 그 운전 방법
KR101435384B1 (ko) 연료전지 운전 시스템
JP5491079B2 (ja) 燃料電池システム
KR100987544B1 (ko) 간접내부개질형 용융탄산염 연료전지의 연료공급장치
KR101387758B1 (ko) 공통 열교환기를 갖는 연료전지 운전 시스템
KR101447866B1 (ko) 연료전지 운전 시스템
KR20050077846A (ko) 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템
KR101185527B1 (ko) 선박내의 연료전지 스택 모듈에 부착되는 배관장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant