KR20150088115A

KR20150088115A - 연료전지 시스템

Info

Publication number: KR20150088115A
Application number: KR1020140008528A
Authority: KR
Inventors: 김대영
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2015-07-31

Abstract

본 발명은 자연 기화되는 산소가스를 액체질소와 열교환시켜 재액화하여 연료로 재활용할 수 있도록 액체산소 저장소로 돌려 보내며, 열교환된 액체질소는 질소가스로 기화되어 질소가스를 필요로 하는 소요처에 공급되는, 액체질소를 이용하여 산소를 재액화하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액체질소를 이용하여 산소를 재액화하는 연료전지 시스템은 액화된 질소를 저장하는 액체질소 저장소, 액화된 산소를 저장하는 액체산소 저장소, 상기 액체산소 저장소에서 자연 기화된 산소가스를 압축시키는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 산소가스를 상기 액체질소 저장소에서 공급받은 액체질소와 열교환시켜 재액화하여 액체산소 저장소로 돌려 보내는 열교환기, 상기 액체산소 저장소로부터 액체산소를 연료전지에 공급하는 액체산소 공급관, 상기 액체산소 공급관을 통하여 공급되는 액체산소와 수소가스를 결합시켜 전력을 생산하는 연료전지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지 시스템{Fuel cell system}

본 발명은 액체질소를 이용하여 산소를 재액화하는 연료전지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액체산소 저장소에서 자연 기화되는 산소가스를 액체질소와 열교환시켜 재액화하여 연료로 재활용할 수 있도록 액체산소 저장소로 돌려 보내며, 열교환된 액체질소는 질소가스로 기화되어 질소가스를 필요로 하는 소요처에 공급되는, 액체질소를 이용하여 산소를 재액화하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 잠수함은 적군에게 탐지되지 않도록 잠항하며, 주 동력원으로 디젤 엔진을 사용한다. 그러나 디젤 엔진을 사용하는 잠수함은 소음이 커서 적군에게 쉽게 감지된다.

이에 따라 최근에는 연료전지를 잠수함의 보조 전원으로 적용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이러한 연료전지는 소음이 적으므로 잠항할 때 보조 전원으로 사용할 경우 매우 효과적이다.

연료전지에 들어가는 원료는 수소가스와 액체산소이며, 액체산소를 사용하는 종래의 연료전지 시스템은 액체산소를 저장하여 연료전지에 공급하며, 자연 기화되는 산소가스는 폐기 처분하고 있다.

이러한 종래의 연료전지 시스템은 저온 액체산소의 기화에 따른 압력 상승으로 인하여 매우 위험하므로 특별한 안전 관리가 요구되고 있으며, 산소가스를 재사용하지 못하고 폐기 처분함으로써 연료의 손실이 발생하는 동시에 경제적으로 비용이 늘어나는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 액체산소 저장소에서 자연 기화되는 산소가스를 액체질소와 열교환시켜 재액화하여 연료로 재활용할 수 있도록 액체산소 저장소로 돌려 보내며, 열교환된 액체질소는 질소가스로 기화되어 질소가스를 필요로 하는 소요처에 공급되는, 액체질소를 이용하여 산소를 재액화하는 연료전지 시스템을 제공하는 하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적은 액화된 질소를 저장하는 액체질소 저장소, 액화된 산소를 저장하는 액체산소 저장소, 상기 액체산소 저장소에서 자연 기화된 산소가스를 압축시키는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 산소가스를 상기 액체질소 저장소에서 공급받은 액체질소와 열교환시켜 재액화하여 액체산소 저장소로 돌려 보내는 열교환기, 상기 액체산소 저장소에서 공급되는 액체산소와 수소가스를 결합시켜 전력을 생산하는 연료전지를 포함하는 것을 특징으로 하는, 액체질소를 이용하여 산소를 재액화하는 연료전지 시스템을 제공함에 의해 달성된다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 액체질소 저장소에는 상기 액체질소 저장소로부터 액체질소 기화기에 액체질소를 공급하는 제1 질소공급관, 상기 액체질소 저장소로부터 상기 열교환기에 액체질소를 공급하는 제2 질소공급관이 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 액체산소 저장소에서 자연 기화된 산소가스는 산소 순환관을 따라서 상기 압축기와 상기 열교환기로 공급되며, 상기 열교환기에서 재액화된 액체산소는 다시 산소 순환관을 따라 상기 액체산소 저장소로 순환되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 액체산소 저장소에 저장된 액체산소는 액체산소 공급관을 통하여 상기 연료전지에 공급되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 액체산소 저장소는 외부로부터의 열전달을 막기 위하여 외측에 단열재가 설치되는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 액체질소를 이용하여 산소를 재액화하는 연료전지 시스템에 의하면, 액체산소 저장소에서 기화되는 산소가스를 액체질소와 열교환하여 액체산소로 재액화시켜 연료로 재활용함으로써 연료비를 절감하는 효과가 있는 동시에 고압가스의 위험으로부터 자유로워지는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 액체질소를 이용하여 산소를 재액화하는 연료전지 시스템의 개략적인 구성도.

이하에는, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른, 액체질소를 이용하여 산소를 재액화하는 연료전지 시스템은 액화된 질소를 저장하는 액체질소 저장소, 액화된 산소를 저장하는 액체산소 저장소, 상기 액체산소 저장소에서 자연 기화된 산소가스를 압축시키는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 산소가스를 상기 액체질소 저장소에서 공급받은 액체질소와 열교환시켜 재액화하여 액체산소 저장소로 돌려 보내는 열교환기, 상기 액체산소 저장소에서 공급되는 액체산소와 수소가스를 결합시켜 전력을 생산하는 연료전지 포함하여 이루어진다.

이하에는 도 1을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 액체질소를 이용하여 산소를 재액화하는 연료전지 시스템의 구성부재 및 그 연결관계에 대해 설명하면 다음과 같다.

여기서, 액체질소 저장소(100)는 액체질소 기화기(200)와 열교환기(430)에 각각 액체질소가 공급 가능하도록 내부에 액화된 질소를 저장하는 역할을 하는 것으로, 제1 질소공급관(110)과 제2 질소공급관(120)이 연결 설치된다.

상기 제1 질소공급관(110)은 상기 액체질소 저장소(100)로부터 액체질소를 액체질소 기화기(200)에 공급하고, 여기서 기화된 질소가스를 다시 질소가스 저장소(300)에 공급한다. 이때 제1 질소공급관(110) 상에는 액체질소의 유량을 조절할 수 있도록 제1 밸브(111)가 설치된다.

그리고 상기 제2 질소공급관(120)은 상기 액체질소 저장소(100)로부터 액체질소를 열교환기(430)에 공급하고, 여기서 열교환된 액체질소 또는 질소가스를 상기 제1 질소공급관(110)으로 공급한다. 이때 제2 질소공급관(120) 상에는 액체질소의 유량을 조절할 수 있도록 제2 밸브(112)가 설치되며, 상기 열교환기(430)에서 미처 기화되지 못한 액체질소가 상기 액체질소 기화기(200)에 의해 기화될 수 있도록 상기 제2 질소공급관(120)은 상기 액체질소 기화기(200)의 상류에서 상기 제1 질소공급관(110)에 연결되는 것이 바람직하다.

액체산소 저장소(410)는 내부에 액체산소를 저장하며 외측에는 내부에로의 열전달을 막는 단열재(411)가 설치된다.

그리고 상기 액체산소 저장소(410)에는 산소 순환관(420)이 연결 설치되는데 이 산소 순환관(420)은 상기 액체산소 저장소(410)에서 자연 기화된 산소가스를 압축기(425)로 공급하며, 여기서 압축된 산소가스를 다시 열교환기(430)로 공급하고, 여기서 재액화된 액체산소를 다시 액체산소 저장소(410)로 돌려 보낸다.

또한, 상기 액체산소 저장소(410)에는 액체산소 공급관(440)이 연결 설치되는데, 이 액체산소 공급관(440)은 상기 액체산소 저장소(410)로부터 액체산소를 연료전지(500)에 공급하는 역할을 한다.

따라서, 본 발명은 액체산소 저장소(410)에서 자연 기화되는 산소가스를 액체질소 저장소(100)에서 공급되는 액체질소와 열교환하여 액체산소로 재액화시켜 연료로 재활용함으로써 연료비를 절감하며, 고압가스의 위험으로부터 자유로워지는 효과가 있다.

그리고, 연료전지(500)는 상기 액체산소 저장소(410)로부터 액체산소 공급관(440)을 통해 액체산소를 공급받아 수소가스와 결합시켜 전력을 생산하여 공급한다.

이와 같은 연료전지(500)는 종래기술에 따른 연료전지(500)와 동일한 것으로 하여 중복되는 명세서의 설명은 생략하기로 한다.

100: 액체질소 저장소
110: 제1 질소공급관
120: 제2 질소공급관
200: 액체질소 기화기
300: 질소가스 저장소
410: 액체산소 저장소
420: 산소 순환관
425: 압축기
430: 열교환기
440: 액체산소 공급관
500: 연료전지

Claims

액화된 질소를 저장하는 액체질소 저장소;
액화된 산소를 저장하는 액체산소 저장소;
상기 액체산소 저장소에서 자연 기화된 산소가스를 압축시키는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 산소가스를 상기 액체질소 저장소에서 공급받은 액체질소와 열교환시켜 재액화하여 액체산소 저장소로 돌려 보내는 열교환기;
상기 액체산소 저장소로부터 액체산소를 연료전지에 공급하는 액체산소 공급관;
상기 액체산소 공급관을 통하여 공급되는 액체산소와 수소가스를 결합시켜 전력을 생산하는 연료전지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체질소를 이용하여 산소를 재액화하는 연료전지 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 액체질소 저장소에는 상기 액체질소 저장소로부터 액체질소를 액체질소 기화기에 공급하고, 여기서 기화된 질소가스를 다시 질소가스 저장소에 공급하는 제1 질소공급관; 상기 액체질소 저장소로부터 액체질소를 열교환기에 공급하고, 여기서 열교환된 액체질소 또는 질소가스를 상기 제1 질소공급관으로 공급하는 제2 질소공급관;이 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 액체질소를 이용하여 산소를 재액화하는 연료전지 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 액체산소 저장소에서 자연 기화된 산소가스는 산소 순환관을 따라서 상기 압축기와 상기 열교환기로 공급되며, 상기 열교환기에서 재액화된 액체산소는 다시 산소 순환관을 따라 상기 액체산소 저장소로 순환되는 것을 특징으로 하는 액체질소를 이용하여 산소를 재액화하는 연료전지 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 액체산소 저장소는 내부에로의 열전달을 막기 위해 외측에 단열재가 설치되는 것을 특징으로 하는 액체질소를 이용하여 산소를 재액화하는 연료전지 시스템.