KR20150025561A

KR20150025561A - 연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템

Info

Publication number: KR20150025561A
Application number: KR20130103151A
Authority: KR
Inventors: 최진명
Original assignee: 현대중공업 주식회사
Priority date: 2013-08-29
Filing date: 2013-08-29
Publication date: 2015-03-11

Abstract

본 발명은 연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템에 관한 것으로서, 평상시 전원을 공급하는 주 발전기와, 상기 주 발전기에서 전달되는 전원이 저장되는 전지와, 상기 전지를 통해 공급되는 전원을 부하에 공급하는 주 배전반으로 구성되는 전원 시스템에 있어서, 상기 전원 시스템에는 주 발전기의 작동하지 않는 비상상태에서 전원을 공급하는 연료전지 시스템과, 상기 연료전지 시스템으로부터 생산된 전력을 선박에 필요한 전원전압으로 설정한 후 주 배전반에 전달하는 레큘레이터가 더 장착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 이산화탄소-수소로 구성되는 연료전지를 이용하여 비상시에 전원을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 환경오염과 이산화탄소량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템{High efficiency fuel cell power system emergency}

본 발명은 연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비상 모드시 배터리의 전원을 대신하여 연료전지의 전원을 공급할 수 있도록 한 연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템에 관한 것이다.

해양설비(Offshore Unit) 및 선박에는 수많은 장비들이 이용되므로, 대용량의 전원이 요구되며, 전력 전원공급 시스템 또한 전력의 공급 상황에 따라 선택적으로 전원을 공급을 할 수 있도록 설계되어야 한다.

특히나 해양설비의 경우 거주자의 생존에 직접 영향을 주는 설비 또는 석유 생산설비의 안전에 치명적 영향을 줄 수 있는 장비, 그리고 선박의 운행이나 승조원의 생존에 필수적으로 관련이 있는 장비들과 같이 중요도가 높아 비상시에도 반드시 전원이 공급되어야 장비들에 대해서는 통상 Emergency용 전력 공급체계를 갖추도록 하는 관례가 있다. 일반적으로 이러한 비상용 설비들은 평상시에는 다른 설비들과 똑같이 주 발전기에서 전원을 공급받지만, 정전(Black out) 시에는 별도 비상전원을 통해 전원을 공급받을 수 있도록 한다.

비상 전원의 경우도 대형 선박 및 해양 설비의 경우 대용량의 전력 수요 (200KW이상)가 요구되므로, 일반적으로 디젤 엔진 발전기를 이용하고, Battery 및 UPS 설비를 통해서 발전기 동작 직전 및 발전기 원료 고갈 이후에 대한 시점을 보완한다. 이러한 전통적 구성 방법의 경우, 해상이라는 공간적, 중량적 제약에 의해 발전기 연료 및 Battery 적재에 어려움이 많고, 현실적으로 충분한 동작시간 확보도 어려워 선박 및 해양설비가 고립된 상황에서 장기간 방치되는 경우 설비의 안전 및 승조원의 생존에 필요한 필수 전력의 공급에 차질이 생길 수 있다

대한민국 등록특허공보 제10-0944232호 대한민국 공개특허공보 제2013-0074617호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 이산화탄소-수소로 구성되는 연료전지를 이용하여 비상시에 전원을 공급할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 평상시 전원을 공급하는 주 발전기와, 상기 주 발전기에서 전달되는 전원이 저장되는 전지와, 상기 전지를 통해 공급되는 전원을 부하에 공급하는 주 배전반으로 구성되는 전원 시스템에 있어서, 상기 전원 시스템에는 주 발전기의 작동하지 않는 비상상태에서 전원을 공급하는 연료전지 시스템과, 상기 연료전지 시스템으로부터 생산된 전력을 선박에 필요한 전원전압으로 설정한 후 주 배전반에 전달하는 레큘레이터가 더 장착되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 연료전지 시스템은 이산화탄소와 수소를 이용하여 수소가스를 생산하는 수소 생산부와; 상기 수소 생산부에는 전달되는 수소가스를 저장하는 수소 저장부와; 상기 수소 저장부에서 전달되는 수소가스를 이용하여 연료를 생산하는 전기 생산부;로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 레큘레이터를 통해 주 배전반에 직류 전원이 공급되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 이산화탄소-수소로 구성되는 연료전지를 이용하여 통상 전력을 공급하는 발전기가 중단되는 경우 비상시에 전원을 공급할 수 있어 배터리 관련 적재 공간을 줄일 뿐 아니라, 전력의 공급 시간을 연장시켜 설비 및 승조원 안전 개선에 효과가 있다. 또한 연료전지의 사용은 환경오염과 이산화탄소 배출량을 줄이는 효과가 크므로 각종 해상 환경규제 회피 및 환경보호 효과가 있다. 이를 통해 기존 설비의 비상전력시스템의 동작시간을 확대하거나, 본 시스템 자체를 비상전력시스템으로 적용할 수도 있다.

이하, 본 발명의 구성을 첨부된 도면을 참조로 설명하면, 도 1은 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템을 나타낸 개략구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템을 구성하는 연료전지시스템을 나타낸 도면이다.

본원발명인 연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템(10)은 평상시 전원을 공급하는 주 발전기(20)와, 상기 주 발전기(20)에서 전달되는 전원이 저장되는 전지(30)와, 상기 전지(30)를 통해 공급되는 전원을 부하에 공급하는 주 배전반(40)과, 상기 주 발전기(20)의 작동하지 않는 비상상태에서 전원을 공급하는 연료전지 시스템(50)과, 상기 연료전지 시스템(50)으로부터 생산된 전력을 선박에 필요한 전원전압으로 설정한 후 주 배전반(40)에 전달하는 레큘레이터(60) 등으로 구성된다.

여기서 상기 전지(30)는 공지된 전지 중 하나가 선택적으로 사용되고 별도의 설명은 생략하기로 한다.

주 배전반(40)에 전원을 공급하는 전지(30)에 전원을 공급하는 주 발전기(20)는 평상시 주 배전반(40)에 공급할 수 있도록 구성되고 본원발명에서는 증기터빈, 가스터빈, 디젤기관 등의 선택적으로 사용된다.

상기 주 발전기(20)를 거쳐 전지(30)를 통해 전원을 공급받는 주 배전반(40)은 주 발전기(20)를 통해 전달받은 전원을 각각의 기능을 수행하는 부하에 각각 전달하게 된다.

그리고 본원발명에서 상기 주 배전반(40)은 주 발전기(20)에서 교류 전원을 공급받고, 상기 연료전지 시스템(50)에서는 직류 전원을 공급받아 부하에 각각 전달하게 된다.

상기 주 발전기(20)의 작동하지 않는 비상상태에서 전원을 공급하는 연료전지 시스템(50)은 이산화탄소와 수소를 이용하여 수소가스를 생산하는 수소 생산부(51)와, 상기 수소 생산부(51)에는 전달되는 수소가스를 저장하는 수소 저장부(52)와, 상기 수소 저장부(52)에서 전달되는 수소가스를 이용하여 연료를 생산하는 전기 생산부(53)로 구성된다.

즉 상기 연료전지 시스템(50)은 이산화탄소와 수소를 공급받아 수소 생산부(51)를 이용하여 수소가스를 생산한 후, 상기 수소 생산부(51)에서 공급되는 수소가스를 수소 저장부(52)를 이용하여 저장한 다음, 상기 수소 저장부(52)에서 공급되는 수소가스를 이용하여 전기 생산부(53)에서 전력을 생산할 수 있도록 한 것이다.

이때 상기 수소 생산부(51)와 수소 저장부(52) 및 전기 생산부(53)의 사이에는 수소가스 등을 제어할 수 있도록 다수개의 밸브(54)가 선택적으로 장착됨은 당연한 것이다.

상기 연료전지 시스템(50)과 주 배전반(40)의 사이에 배치되는 레큘레이터(60)는 연료전지 시스템(50)에서 공급되는 전원 전압을 설정 값에 맞게 조절한 후 상기 주 배전반(40)에 전달하는 역할을 하게 된다.

상기와 같이 구성되는 연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템의 실시 예를 참조로 설명하면 다음과 같다.

먼저 증기터빈, 가스터빈, 디젤기관 등을 이용하여 주 발전기(20)를 구성한 후 상기 주 발전기(20)에서 공급되는 전원을 공급받을 수 있도록 전지(30)와 주 배전반(40)을 교류 전원 구조로 연결한다.

그리고 이산화탄소와 수소를 이용하여 수소가스를 생산하는 수소 생산부(51)와, 상기 수소 생산부(51)에는 전달되는 수소가스를 저장하는 수소 저장부(52)와, 상기 수소 저장부(52)에서 전달되는 수소가스를 이용하여 연료를 생산하는 전기 생산부(53)로 구성되는 연료전지 시스템(50)을 구성한다.

다음으로 상기 주 배전반(40)과 연료전지 시스템(50)의 사이로 주 배전반(40)에 직류전원으로 전원을 공급할 수 있도록 연결하면서 사이에 일정전압으로 전원을 공급할 수 있도록 레큘레이터(60)를 장착하면 연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템(10)의 조립은 완료되는 것이다.

여기서 상기 연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템의 조립 순서는 상기와 다르게 구성될 수 있음을 밝힌다.

다음으로 상기와 같이 구성되는 연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템의 사용상태를 살펴보면 다음과 같다.

먼저 평상시에는 주 발전기(20)에서 공급되는 전원이 전지(30)를 거쳐 주 배전반(40)에 공급되고 상기 주 배전반(40)은 부하에 전원을 각각 공급하게 된다.

그리고 상기 주 발전기(20)가 작동하지 않는 비상상태가 되면, 연료전지 시스템(50)은 이산화탄소와 수소를 공급받아 수소 생산부(51)를 이용하여 수소가스를 생산한 후, 상기 수소 생산부(51)에서 공급되는 수소가스를 수소 저장부(52)를 이용하여 저장한 다음, 상기 수소 저장부(52)에서 공급되는 수소가스를 이용하여 전기 생산부(53)에서 전력을 생산한다.

다음으로 상기 연료전지 시스템(50)은 레큘레이터(60)를 거치면서 설정된 전압으로 조절된 후 주 배전반(40)에 직류전원을 공급하게 되는 것이다.

이와 같은 구조를 통해서 비상 모드시 배터리의 전원을 대신하여 각각의 부하에 전원을 안정적으로 공급할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템을 설명함에 있어 특정형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템,
20 : 주 발전기,
30 : 전지,
40 : 주 배전반,
50 : 연료전지 시스템,
60 : 레큘레이터.

Claims

평상시 전원을 공급하는 주 발전기와, 상기 주 발전기에서 전달되는 전원이 저장되는 전지와, 상기 전지를 통해 공급되는 전원을 부하에 공급하는 주 배전반으로 구성되는 전원 시스템에 있어서,
상기 전원 시스템에는 주 발전기의 작동하지 않는 비상상태에서 전원을 공급하는 연료전지 시스템과, 상기 연료전지 시스템으로부터 생산된 전력을 선박에 필요한 전원전압으로 설정한 후 주 배전반에 전달하는 레큘레이터가 더 장착되는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 연료전지 시스템은,
이산화탄소와 수소를 이용하여 수소가스를 생산하는 수소 생산부와;
상기 수소 생산부에는 전달되는 수소가스를 저장하는 수소 저장부와;
상기 수소 저장부에서 전달되는 수소가스를 이용하여 연료를 생산하는 전기 생산부;로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 레큘레이터를 통해 주 배전반에 직류 전원이 공급되는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 고효율 비상 전원 시스템.