KR20140045695A - Hydrogen supply system of fuel cell and explosion prevention structure of the same in submarine - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템 및 그 수소공급 시스템의 폭발 방지구조에 관한 것으로, 좀더 상세하게는 수소 공급라인에 블로우 오프 라인(blow-off line)을 설치하고, 그 블로우 오프 라인에는 압력용기를 설치하며, 그 압력용기 안에 수소를 자동으로 블로우 오프하도록 구성함으로써, 수소 실린더 내압 상승 시, 폭발성 기체인 수소를 잠수함 내부로 방출하거나 잠수함 외부의 해수로 방출할 경우의 폭발 위험성을 회피하고, 수소 실린더의 압력을 자동으로 낮추어 안전을 보장해 줄 수 있는 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템 및 그 수소공급 시스템의 폭발 방지구조에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen supply system of a submarine fuel cell and an explosion-proof structure of the hydrogen supply system. More specifically, a blow-off line is installed in a hydrogen supply line, and a pressure is applied to the blow-off line. By installing the vessel and automatically blowing off hydrogen in the pressure vessel, it avoids the risk of explosion when the hydrogen cylinder pressure rises, releasing explosive gas into the submarine or into the seawater outside the submarine. The present invention relates to a hydrogen supply system of a submarine fuel cell and an explosion-proof structure of the hydrogen supply system, which can automatically lower the pressure of the hydrogen cylinder to ensure safety.
일반적으로 잠수함, 특히 군용 잠수함에 있어 에너지 저장수단으로서 배터리 이외에 연료전지(fuel cell)의 사용이 크게 늘어나고 있다.In general, the use of fuel cells in addition to batteries as a means of energy storage in submarines, particularly military submarines are increasing significantly.
연료전지는 연료의 산화에 의해 생기는 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 것으로 수소와 같은 기체 반응물질을 외부에서 연속적으로 공급하여 전기의 생성을 도모하고 반응 후 생성물질은 연속적으로 반응 계의 외부로 배출시키는 점에 그 특징이 있는 고효율의 무공해 발전장치의 일종이라 할 수 있다.The fuel cell converts the chemical energy generated by the oxidation of the fuel directly into electrical energy to continuously supply gaseous reactants such as hydrogen from the outside to generate electricity. It can be said to be a kind of high efficiency pollution-free power generation device which is characterized in that it discharges.
즉, 연료전지는 반응물질의 산화와 환원반응을 이용한다는 점에서 보통의 화학전지와 같지만, 밀폐된 계내(系內)에서 전지반응을 하는 화학전지와는 달리, 반응물질이 외부에서 연속으로 공급되고 반응 후 생성물질은 연속으로 계외(系外)로 배출된다는 점에서 그 차이가 있는 것으로, 가장 전형적인 예로 수소-산소 연료전지를 들 수 있다.That is, a fuel cell is like a normal chemical cell in that it uses oxidation and reduction reactions of a reactant, but unlike a chemical cell that performs a cell reaction in an enclosed system, the reactant is continuously supplied from the outside. The difference is in that the product is continuously discharged out of the system after the reaction, and the most typical example is a hydrogen-oxygen fuel cell.
또한, 연료전지에 있어 반응물질은 압력용기 내에서 고압의 상태로 저장되고, 이들 압력용기 내의 압력은 연료전지설비의 안정된 작동을 보장할 수 있는 허용압력보다 훨씬 더 큰 상태이기 때문에 이들의 압력을 허용된 압력 수준으로 낮추는 과정이 필요한바, 이는 다양한 형태로 개발된 감압기에 의해 구현된다.In addition, in fuel cells, the reactants are stored at high pressure in the pressure vessels, and the pressures in these pressure vessels are much higher than the allowable pressures that can ensure stable operation of the fuel cell equipment. The process of lowering to an acceptable pressure level is required, which is implemented by pressure reducers developed in various forms.
잠수함 연료전지 시스템의 수소공급계통은 고압의 수소를 저장한 수소 실린더로부터 연료전지 모듈에 수소를 공급한다. 하지만 수소공급계통에 블로우 오프 라인(blow-off line)이 존재하지 않아 수소 실린더 내압 상승 시 수소공급 계통에 위험 요소가 있다. The hydrogen supply system of the submarine fuel cell system supplies hydrogen to the fuel cell module from a hydrogen cylinder storing high pressure hydrogen. However, since there is no blow-off line in the hydrogen supply system, there is a danger in the hydrogen supply system when the hydrogen cylinder internal pressure increases.
수소 실린더 내압 상승 시, 진공 펌프를 구동하여 배터리 룸(battery room)으로 수소 배출하고 있으나, 수소의 특성상 폭발의 위험성이 항상 도사리고 있을 뿐만 아니라, 이러한 수소 배출 작업이 모두 운용자의 판단으로 이루어지므로, 안전성 및 신뢰성이 떨어지는 문제점을 발견하였다.When the internal pressure of the hydrogen cylinder rises, the vacuum pump is driven to discharge hydrogen into the battery room.However, the risk of explosion is always present due to the nature of hydrogen. And a problem of low reliability.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 잠수함 연료전지 시스템의 수소공급계통에서 수소 실린더 수십 개로부터 연료전지 모듈에 수소를 공급하게 되는데, 수소 공급라인에 블로우 오프라인을 설치하고, 블로우 오프라인에는 압력용기를 설치하며, 그 압력용기 안에 수소를 자동으로 블로우 오프하도록 구성함으로써, 수소 실린더 내압 상승 시, 폭발성 기체인 수소를 잠수함 내부로 방출하거나 잠수함 외부의 해수로 방출할 경우의 폭발 위험성을 회피하고, 수소 실린더의 압력을 자동으로 낮추어 안전을 보장해 줄 수 있는 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템 및 그 수소공급 시스템의 폭발 방지구조를 제공함에 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above-mentioned problems, in the hydrogen supply system of the submarine fuel cell system to supply hydrogen to the fuel cell module from dozens of hydrogen cylinders, the blow off line is installed in the hydrogen supply line, By installing the vessel and automatically blowing off hydrogen in the pressure vessel, it avoids the risk of explosion when the hydrogen cylinder pressure rises, releasing explosive gas into the submarine or into the seawater outside the submarine. It is an object of the present invention to provide a hydrogen supply system of a submarine fuel cell and an explosion-proof structure of the hydrogen supply system, which can automatically lower the pressure of the hydrogen cylinder to ensure safety.
또한, 본 발명은 압력용기에 수소 실린더에서 배출한 수소를 재활용할 수 있는 수소 재활용 라인을 구성하여 비용 측면에서도 유리한 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템 및 그 수소공급 시스템의 폭발 방지구조를 제공함에 다른 목적이 있다. Another object of the present invention is to provide a hydrogen supply system of a submarine fuel cell and an explosion-proof structure of the hydrogen supply system, which are advantageous in terms of cost by forming a hydrogen recycling line capable of recycling hydrogen discharged from a hydrogen cylinder in a pressure vessel. There is this.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템은 잠수함의 연료전지 모듈에 수소를 공급하는 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템으로, 수소 공급라인에 설치되는 블로우 오프 라인; 및 수소 실린더의 내압 상승시, 상기 수소 실린더에서 배출된 수소가 상기 블로우 오프 라인으로 통해서 저장될 수 있도록 상기 블로우 오프라인에 설치되는 압력용기(buffer tank);를 포함한다.In order to achieve the above object, the hydrogen supply system of the submarine fuel cell of the present invention is a hydrogen supply system of the submarine fuel cell for supplying hydrogen to the fuel cell module of the submarine, blow off line installed in the hydrogen supply line; And a pressure tank installed in the blow off-line so that hydrogen discharged from the hydrogen cylinder is stored through the blow-off line when the internal pressure of the hydrogen cylinder rises.
상기 블로우 오프라인에는 안전밸브가 설치된다.A safety valve is installed in the blow off line.
상기 압력용기에는 수소 실린더에서 배출한 수소를 재활용할 수 있는 수소 재활용 라인이 설치될 수 있다.The pressure vessel may be installed with a hydrogen recycling line for recycling the hydrogen discharged from the hydrogen cylinder.
상기 압력용기에 블로우 오프된 수소를 상기 연료전지 모듈로 피드백할 수 있도록 상기 수소 재활용 라인은 상기 수소 공급라인에 연결되는 구성이다.
The hydrogen recycling line is connected to the hydrogen supply line to feed back the hydrogen blown off to the pressure vessel to the fuel cell module.
한편, 본 발명의 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템 폭발 방지구조는 연료전지 모듈에 수소를 공급하기 위하여 연료전지 모듈과 수소 실린더를 연결하는 수소 공급라인 중간에 블로우 오프라인이 우회 설치되고, 상기 블로우 오프라인에는 압력용기가 설치되어, 수소 실린더의 내압 상승시, 상기 수소 실린더에서 배출된 수소가 상기 블로우 오프라인으로 통해서 상기 압력용기 안에 저장될 수 있도록 구성된다.Meanwhile, in the hydrogen supply system explosion-proof structure of the submarine fuel cell of the present invention, a blow off-line is bypassed in the middle of a hydrogen supply line connecting the fuel cell module and the hydrogen cylinder to supply hydrogen to the fuel cell module. The pressure vessel is installed so that when the internal pressure of the hydrogen cylinder rises, hydrogen discharged from the hydrogen cylinder can be stored in the pressure vessel through the blow off line.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 수소 공급라인에 블로우 오프라인을 설치하고, 블로우 오프라인에는 압력용기를 설치하며, 그 압력용기 안에 수소를 자동으로 블로우 오프하도록 구성함으로써, 수소 실린더 내압 상승 시, 폭발성 기체인 수소를 잠수함 내부로 방출하거나 잠수함 외부의 해수로 방출할 경우의 폭발 위험성을 회피하고, 수소 실린더의 압력을 자동으로 낮추어 안전을 보장해 줄 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention is configured to install a blow-off in the hydrogen supply line, a pressure vessel in the blow-off, and to automatically blow off the hydrogen in the pressure vessel, explosive gas when the hydrogen cylinder pressure rises Phosphorus hydrogen is released inside the submarine or into the seawater outside the submarine to avoid the risk of explosion, and the pressure of the hydrogen cylinder is automatically lowered to ensure safety.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템 및 그 수소공급 시스템의 폭발 방지구조로서, 수소공급계통에서의 수소공급과 연료전지 모듈에서의 전기 생성을 설명하는 도면
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템 및 그 수소공급 시스템의 폭발 방지구조의 작동을 설명하는 도면
도 3은 압력용기 내의 수소가스 재활용을 설명하는 도면1 is a view illustrating a hydrogen supply system of a submarine fuel cell and an explosion prevention structure of the hydrogen supply system according to a preferred embodiment of the present invention, illustrating hydrogen supply in a hydrogen supply system and electricity generation in a fuel cell module.
2 is a view for explaining the operation of the hydrogen supply system of the submarine fuel cell and the explosion-proof structure of the hydrogen supply system according to an embodiment of the present invention.
3 is a view for explaining hydrogen gas recycling in a pressure vessel;
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템 및 그 수소공급 시스템의 폭발 방지구조에 대하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, a hydrogen supply system of a submarine fuel cell and an explosion protection structure of the hydrogen supply system according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템 및 그 수소공급 시스템의 폭발 방지구조로서, 수소공급계통에서의 수소공급과 연료전지 모듈에서의 전기 생성을 설명하는 도면이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템 및 그 수소공급 시스템의 폭발 방지구조의 작동을 설명하는 도면이며, 도 3은 압력용기 내의 수소가스 재활용을 설명하는 도면이다.1 is a view illustrating a hydrogen supply system of a submarine fuel cell and an explosion prevention structure of the hydrogen supply system according to an exemplary embodiment of the present invention, illustrating hydrogen supply in a hydrogen supply system and electricity generation in a fuel cell module. 2 is a view for explaining the operation of the hydrogen supply system of the submarine fuel cell and the explosion-proof structure of the hydrogen supply system according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a view for explaining the recycling of hydrogen gas in the pressure vessel.
우선, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템(100)은 수소 공급라인(20)에 설치되는 블로우 오프라인(blow-off line)(110); 및 수소 실린더(120)의 내압 상승시, 상기 수소 실린더(120)에서 배출된 수소가 상기 블로우 오프라인(110)으로 통해서 저장될 수 있도록 상기 블로우 오프 라인(110)에 설치되는 압력용기(buffer tank)(130);를 포함한다.First, as shown in FIG. 1, the
좀더 구체적으로, 본 발명의 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템(100)은 잠수함의 연료전지 모듈(10)에 수소를 공급하는 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템으로, 기존 수소 공급라인(20)에 블로우 오프 라인(110)이 추가로 설치된다. More specifically, the
수소 실린더(120) 내압 상승 시, 폭발성 기체인 수소를 잠수함 내부로 방출하거나 잠수함 외부의 해수로 방출할 경우의 폭발 위험성을 회피하고, 수소 실린더(120)의 압력을 자동으로 낮추어 안전을 보장해 줄 수 있도록 상기 수소 실린더(120)에서 배출된 수소가 블로우 오프 라인(110)을 거쳐서 압력용기(130) 안에 저장되도록 구성된다.When the internal pressure of the
상기 블로우 오프 라인(110)에는 안전밸브(V)가 설치되며, 상기 압력용기(130)에는 압력계(P)가 설치되고, 수소 실린더(120)에서 배출한 수소를 재활용할 수 있는 수소 재활용 라인(140)이 설치될 수 있다.A safety valve (V) is installed in the blow-off line (110), a pressure gauge (P) is installed in the pressure vessel (130), and a hydrogen recycling line capable of recycling hydrogen discharged from the hydrogen cylinder (120). 140 may be installed.
상기 블로우 오프라인(110)에 설치되는 안전밸브(V)는 수소 실린더(120) 내압 상승 시, 수소 실린더(120)의 수소가스가 블로우 오프 라인(110)으로 배출될 수 있도록 설계한다. The safety valve V installed in the blow off-
상기 수소 재활용 라인(140)은 상기 압력용기(130)의 수소가스를 연료전지 모듈(10)로 이송하여 재활용할 수 있도록 한다. 상기 연료전지 모듈(10)에는 감압기(30)가 설치된다.
The
한편, 본 발명의 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템 폭발 방지구조는 연료전지 모듈(10)과 수소 실린더(120)를 연결하는 수소 공급라인(20) 중간에 블로우 오프 라인(110)이 우회 설치되고, 상기 블로우 오프 라인(110)에는 압력용기(130)가 설치되어, 수소 실린더(120)의 내압 상승시, 상기 수소 실린더(120)에서 배출된 수소가 상기 블로우 오프라인(110)으로 통해서 상기 압력용기(130) 안에 저장될 수 있도록 구성된다.Meanwhile, in the hydrogen supply system explosion-proof structure of the submarine fuel cell of the present invention, the blow off
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템의 작동을 설명하면 다음과 같다.The operation of the hydrogen supply system of the submarine fuel cell according to the preferred embodiment of the present invention configured as described above is as follows.
도 1에서 화살표로 표시된 바와 같이, 수소공급계통에서 수십 개의 수소 실린더(120)로부터 연료전지 모듈(10)에 수소를 공급하며, 감압기(30)는 수소압력을 허용된 압력 수준으로 낮추는 역할을 한다. 연료전지 모듈(10)에서는 전기의 생성을 하고 반응 후 생성물질은 연속적으로 반응 계의 외부로 배출한다.
As indicated by arrows in FIG. 1, hydrogen is supplied from the dozens of
한편, 도 2에서 화살표로 표시된 바와 같이, 수소공급계통에서는 수소 실린더(120) 내압 상승 시, 폭발성 기체인 수소를 잠수함 내부로 방출하거나 잠수함 외부의 해수로 방출할 경우의 폭발 위험성을 회피하고, 수소 실린더(120)의 압력을 자동으로 낮추어 안전을 보장해 줄 수 있도록 수소 실린더(120)의 수소가스가 블로우 오프 라인(110)으로 이동하여 압력용기(130)로 블로우 오프 된다.Meanwhile, as indicated by the arrows in FIG. 2, in the hydrogen supply system, when the internal pressure of the
또한, 도 3에서 화살표로 표시된 바와 같이, 상기 수소 재활용 라인(140)은 상기 압력용기(130)의 수소가스를 연료전지 모듈(10)로 이송하여 재활용할 수 있도록 한다.In addition, as indicated by the arrow in FIG. 3, the
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 수소 공급라인에 블로우 오프 라인을 설치하고, 블로우 오프 라인에는 압력용기(130)를 설치하며, 그 압력용기(130) 안에 수소를 자동으로 블로우 오프하도록 구성함으로써, 수소 실린더(120) 내압 상승 시, 폭발성 기체인 수소를 잠수함 내부로 방출하거나 잠수함 외부의 해수로 방출할 경우의 폭발 위험성을 회피하고, 수소 실린더(120)의 압력을 자동으로 낮추어 안전을 보장해 줄 수 있는 효과가 있다.As described above, in the present invention, by installing a blow off line in the hydrogen supply line, a
10: 연료전지 모듈
20: 수소 공급라인
100: 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템
110: 블로우 오프 라인
120: 수소 실린더
130: 압력용기
140: 수소 재활용 라인
V: 안전밸브10: fuel cell module
20: hydrogen supply line
100: submarine fuel cell hydrogen supply system
110: blow off line
120: hydrogen cylinder
130: pressure vessel
140: hydrogen recycling line
V: safety valve
Claims (5)
수소 공급라인에 설치되는 블로우 오프 라인; 및
수소 실린더의 내압 상승시, 상기 수소 실린더에서 배출된 수소가 상기 블로우 오프라인으로 통해서 저장될 수 있도록 상기 블로우 오프 라인에 설치되는 압력용기;를 포함하는 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템.In the hydrogen supply system of the submarine fuel cell for supplying hydrogen to the fuel cell module of the submarine,
A blow off line installed in the hydrogen supply line; And
And a pressure vessel installed at the blow off line so that the hydrogen discharged from the hydrogen cylinder is stored through the blow off-line when the internal pressure of the hydrogen cylinder rises.
상기 블로우 오프라인에는 안전밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템. The method according to claim 1,
The blow off-line hydrogen supply system of the submarine fuel cell, characterized in that the safety valve is installed.
상기 압력용기에는 수소 실린더에서 배출한 수소를 재활용할 수 있는 수소 재활용 라인이 설치되는 것을 특징으로 하는 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템.The method according to claim 1,
The hydrogen supply system of the submarine fuel cell, characterized in that the pressure vessel is installed a hydrogen recycling line for recycling the hydrogen discharged from the hydrogen cylinder.
상기 압력용기의 수소를 상기 연료전지 모듈로 피드백할 수 있도록 상기 수소 재활용 라인은 상기 수소 공급라인에 연결되는 구성인 것을 특징으로 하는 잠수함 연료전지의 수소공급 시스템.The method of claim 3, wherein
The hydrogen supply line of the submarine fuel cell, characterized in that the hydrogen recycling line is connected to the hydrogen supply line to feed back the hydrogen of the pressure vessel to the fuel cell module.
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