KR20160063497A - 연료전지 복합 하이브리드 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액화천연가스를 저장하기 위한 저장부, 상기 저장부에 저장된 액화천연가스로부터 생성되는 보일오프가스(BOG)를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지부, 상기 저장부로부터 배출되는 액화천연가스 및 상기 연료전지부로부터 배출되는 연료가스를 열교환시켜서 액화천연가스가 기화된 기화가스를 생성하는 제1열교환부, 및 상기 제1열교환부로부터 배출되는 기화가스를 연료로 이용하는 엔진부를 포함하는 연료전지 복합 하이브리드 시스템에 관한 것이다.

Description

연료전지 복합 하이브리드 시스템{Fuel Cell Combination Hybrid System}
본 발명은 보일오프가스를 이용하여 연료전지를 구동하고, 연료전지에서 배출되는 연료가스로 엔진에 공급하는 액화천연가스를 기화시키기 위한 연료전지 복합 하이브리드 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 LNG(Liquefied Natural Gas) 선박은 천연가스의 저장 밀도 문제로 천연가스를 액화상태로 저장한다. 천연가스는 영하 162 ℃ 의 초저온 상태로 LNG 저장탱크에 저장되어 있기 때문에 LNG 저장탱크 내에서는 항시 가스가 증발하고 있다. 이렇게 증발하는 가스를 보일오프가스(Boil Off Gas)라 한다. 보일오프가스는 저장탱크 또는 배관을 통한 입열(入熱)에 의해 발생하거나 액 층상화에 따른 대류현상에 의해 발생할 수 있다. 보일오프가스는 LNG 저장용량이 170,000 ㎥ 이라고 가정하면, 하루에 대략 저장용량의 0.15 % 가 발생한다. 이는 시간당 4.5톤의 보일오프가스가 발생하는 것을 의미하며, 에너지로 환산하면 시간당 66 ㎿ 의 전력을 생산할 수 있는 양이다. 이러한 보일오프가스는 LNG 저장탱크가 폭발하는 것을 방지하기 위해 압축기로 인출되어 재액화 처리된 후 저장탱크로 다시 보내지거나 보일오프가스의 양이 많을 경우에는 압력조절밸브를 이용하여 저장탱크 외부로 배출된다.
최근에는 셰일가스 등 천연가스 자원의 보급 확대와 환경오염방지에 대한 관심 고조로 유해물질 배출오염원에 대한 규제가 강화되고 있다. 이에 따라, 선박에는 외부로 배출되는 유해물질의 배출을 감소시키기 위해 보일오프가스에 대한 별도의 정화장치가 설치된다. 따라서, LNG 저장탱크에서 발생하는 보일오프가스를 이용하여 에너지를 생성하고, 외부로 배출되는 유해물질의 배출량을 감소시킬 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
본 발명은 상술한 바와 같은 요구를 해소하고자 안출된 것으로, 보일오프가스를 이용하여 연료전지를 구동할 수 있는 연료전지 복합 하이브리드 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 연료전지를 구동하고 배출되는 연료가스를 이용하여 엔진에 공급하는 액화천연가스를 기화시킬 수 있는 연료전지 복합 하이브리드 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 연료전지를 구동하고 배출되는 연료가스를 엔진에 공급할 수 있는 연료전지 복합 하이브리드 시스템을 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템은 액화천연가스를 저장하기 위한 저장부; 상기 저장부에 저장된 액화천연가스로부터 생성되는 보일오프가스(BOG)를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지부; 상기 저장부로부터 배출되는 액화천연가스 및 상기 연료전지부로부터 배출되는 연료가스를 열교환시켜서 액화천연가스가 기화된 기화가스를 생성하는 제1열교환부; 및 상기 제1열교환부로부터 배출되는 기화가스를 연료로 이용하는 엔진부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템은 상기 연료전지부로부터 배출되는 연료가스 및 중유저장부로부터 배출되는 중유를 열교환시키는 제2열교환부를 포함할 수 있다. 상기 엔진부는 중유와 천연가스에 의해 구동하는 혼소엔진(Dual Fuel Engine)일 수 있다. 상기 제2열교환부는 연료가스에 의해 가열된 중유를 상기 엔진부에 공급할 수 있다. 상기 제1열교환부는 상기 제2열교환부를 거친 연료가스 및 상기 저장부로부터 배출되는 액화천연가스를 열교환시킬 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템은 상기 제1열교환부를 거친 연료가스를 응축시키는 응축부를 포함할 수 있다. 상기 응축부는 연료가스를 응축시켜서 생성된 물을 상기 연료전지부에 공급할 수 있다. 상기 연료전지부는 상기 응축부로부터 공급된 물을 이용하여 전기를 생산할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템은 상기 제1열교환부를 거친 연료가스를 응축시키는 응축부를 포함할 수 있다. 상기 응축부는 연료가스를 응축시켜서 생성된 물을 제외한 나머지 잔여가스를 상기 엔진부에 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템은 상기 연료전지부에 연결되게 설치되는 폐열회수부를 포함할 수 있다. 상기 연료전지부는 보일오프가스 및 공기를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 상기 폐열회수부는 상기 연료전지부로부터 배출되는 공기 및 물을 열교환시켜서 증기를 생산할 수 있다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 천연가스를 저장하는 저장부에서 발생하는 보일오프가스를 이용하여 연료전지를 구동하도록 구현됨으로써 전기를 생산하는데 소모되는 연료를 절감할 수 있다.
본 발명은 연료전지를 구동하고 배출되는 연료가스를 이용하여 엔진에 공급하는 액화천연가스를 기화시킴으로써 액화천연가스를 기화시키기 위한 가열장치에 대한 설치비용을 절감할 수 있다.
본 발명은 전기를 생산하고 배출되는 연료가스를 선박을 추진시키는 연료로 이용하도록 구현됨으로써, 친환경 발전시스템을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 보일오프가스를 정화하는데 필요한 정화장치 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템을 설명하기 위한 개락적인 블록도
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템에서 제1열교환부 및 제2열교환부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템에서 응축부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 4는 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템에서 폐열회수부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
이하에서는 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템을 설명하기 위한 개락적인 블록도, 도 2는 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템에서 제1열교환부 및 제2열교환부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 3은 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템에서 응축부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 4는 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템에서 폐열회수부를 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 천연가스를 액화시켜 저장하는 저장부에서 발생하는 보일오프가스(Boil Off Gas)를 연료전지부의 연료로 이용하여 전기를 생성하기 위한 것이다. 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 상기 연료전지부에서 전기를 생산하고 배출되는 고온의 연료가스를 이용하여 상기 저장부에서 선박을 추진시키는 엔진부로 공급되는 액화천연가스를 기화시킬 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 상기 액화천연가스를 기화시키고 배출되는 연료가스를 외부로 배출하지 않고 상기 엔진부에 공급하도록 구현되었다.
본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 액화천연가스를 저장하기 위한 저장부(110), 상기 저장부에 저장된 액화천연가스로부터 생성되는 보일오프가스(BOG) 이용하여 전기를 생산하는 연료전지부(120), 상기 저장부로부터 배출되는 액화천연가스 및 상기 연료전지부로부터 배출되는 연료가스를 열교환시켜서 액화천연가스가 기화된 기화가스를 생성하는 제1열교환부(130), 및 상기 제1열교환부로부터 배출되는 기화가스를 연료로 이용하는 엔진부(140)를 포함한다.
상기 저장부(110)는 천연가스의 저장 용량을 증가시키기 위해 액화된 상태로 천연가스를 저장한다. 상기 보일오프가스는 상기 저장부(110) 또는 배관을 통한 입열에 의해 발생하거나 액 층상화에 따른 대류현상에 의해 상기 액화천연가스로부터 발생한다. 상기 연료전지부(120)는 전해질, 연료(Fuel), 및 공기(Air)에 의해 발생되는 전기화학 반응을 통해 전기를 생성할 수 있다. 이 경우, 상기 연료전지부(120)에 사용되는 연료는 상기 보일오프가스가 된다. 상기 연료전지부(120)에서 배출되는 연료가스는 전기화학 반응을 거치면서 고온이 되므로 상기 제1열교환부(130)에서 상기 액화천연가스를 기화시킬 수 있다. 상기 엔진부(140)는 천연가스를 연료로 이용하여 구동함으로써 선박을 추진시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 상기 저장부(110)에서 발생하는 보일오프가스를 이용하여 연료전지부(120)를 구동시키도록 구현됨으로써, 추가로 전기를 생성할 수 있을 뿐만 아니라 보일오프가스를 재액화시키는 설비를 생략할 수 있으므로 재액화에 소모되는 설치비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 선박을 추진시키기 위한 엔진이 가동되지 않더라도 보일오프가스를 이용하여 상기 연료전지부(120)가 전기를 생성함으로써 전기를 생성하는데 소모되는 연료를 절감할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 상기 연료전지부(120)를 구동하고 배출되는 연료가스를 이용하여 엔진에 공급하는 액화천연가스를 기화시킴으로써 액화천연가스를 기화시키기 위한 가열장치에 대한 설치비용을 절감할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 상기 제1열교환부(130)로부터 배출되는 연료가스를 외부로 배출하지 않고 선박을 추진시키는 엔진에 공급하도록 구현됨으로써, 상기 보일오프가스를 바로 외부로 배출했을 경우에 비해 유해물질 배출량을 감소시켜 친환경 발전시스템을 구현할 수 있을 뿐만 아니라 상기 보일오프가스를 정화하는데 필요한 설비 및 운영비용을 줄일 수 있다.
이하에서는 상기 저장부(110), 상기 연료전지부(120), 상기 제1열교환부(130), 및 상기 엔진부(140)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1을 참고하면, 상기 저장부(110)는 액화천연가스를 저장한다. 상기 저장부(110)는 저장 밀도를 증가시키기 위해 천연가스를 초저온으로 액화시킨 액화천연가스를 저장한다. 예컨대, 상기 저장부(110)에 저장되는 액화천연가스의 온도는 영하 162도에 이른다. 이에 따라, 상기 저장부(110)는 초저온에 견딜 수 있도록 설계 및 시공된다. 상기 저장부(110)에는 초저온의 액화천연가스가 저장되므로 배관을 통한 입열 등 다양한 경로를 통해 보일오프가스(Boil Off Gas)가 발생된다. 이러한 보일오프가스(BOG)는 상기 저장부(110)의 내부 압력을 높이기 때문에 폭발사고가 발생될 가능성이 있다. 이를 방지하기 위해, 상기 저장부(110)는 상기 연료전지부(120)에 연결되게 설치됨으로써, 상기 보일오프가스를 상기 연료전지부(120)로 배출시킨다. 이에 따라, 상기 저장부(110)의 내부 압력은 낮아질 수 있다. 이 경우, 상기 보일오프가스는 상기 연료전지부(120)의 연료로 기능한다. 상기 저장부(110)에 발생하는 보일오프가스는 송풍기 또는 임펠러(Impeller) 등을 통해 상기 연료전지부(120)로 이동될 수 있다. 상기 저장부(110)는 선박을 추진시키기 위한 엔진부(140)에 연결되게 설치됨으로써 천연가스를 연료로 공급할 수도 있다.
도 1을 참고하면, 상기 연료전지부(120)는 상기 저장부(110)에 저장된 액화천연가스로부터 생성되는 보일오프가스를 이용하여 전기를 생성한다. 상기 연료전지부(120)는 연료전지용 셀이 적층되어 형성된 연료전지스택(미도시)을 포함하고, 상기 연료전지스택에 공급되는 연료와 공기로부터 발생하는 전기화학 반응으로부터 전기를 생성할 수 있다. 상기 연료전지용 셀은 전해질, 양극 및 음극으로 구성된다. 상기 전해질은 충분한 전기를 발생시키기 위하여 이온 전도성이 높은 물질을 사용한다. 예컨대, 상기 전해질은 산화세륨(CeO2), 지르코니아(ZrO2)일 수 있다. 상기 음극(Anode)은 연료 연소시 촉매반응이 일어나고, 환원시 전기 전도도가 높은 소재로 형성될 수 있다. 상기 양극(Cathode)은 전기 전도도가 높고, 쉽게 산화되지 않는 소재로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 양극과 음극은 세라믹(Ceramic)일 수 있다. 상기 연료전지스택은 상기 연료전지용 셀이 적층되게 형성되고, 연료 및 공기가 통과하여 흐름으로써 전기화학 반응이 일어나게 된다. 예컨대, 상기 전기화학 반응은 수소와 산소가 결합될 경우 물과 전기가 생성되는 반응일 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지스택은 전기를 생성할 수 있다. 예컨대, 상기 연료전지용 셀의 음극에는 연료가 통과하여 흐르고, 상기 연료전지용 셀의 양극에는 공기가 통과하여 흐를 수 있다. 상기 전해질은 상기 음극과 상기 양극 사이에 위치됨으로써 전기화학 반응에 의해 전기가 생성되도록 할 수 있다. 상기 연료전지부(120)에 공급되는 연료 및 공기는 서로 교차되어 상기 연료전지부(120)에서 배출되는 방향이 서로 다를 수 있다. 상기 연료전지부(120)를 거친 연료가스(Anode Off Gas)는 선박을 추진시키기 위한 엔진부(140)로 공급된다. 이에 따라, 상기 저장부(110)에서 배출되는 보일오프가스는 상기 연료전지부(120)에서 전기를 생성한 후 상기 엔진부(140)에 공급되어 선박을 추진시키는 연료로 재활용될 수 있다. 또한, 상기 연료전지부(120)를 거친 상기 연료가스는 약 600 - 800 ℃ 의 고온으로, 상기 저장부(110)에서 상기 엔진부(140)로 공급되는 액화천연가스를 기화시키기 위한 열원으로 사용될 수도 있다. 상기 연료전지부(120)를 거친 공기(Cathode O2 Depleted Air, 도 4에 도시됨)는 약 600 ℃ 의 고온으로 물을 가열하는 열원으로 사용될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 상기 저장부(110)에서 발생되는 보일오프가스를 이용하여 전기를 생성할 뿐만 아니라, 선박을 추진시키는 연료로 이용함으로써 친환경 발전시스템을 구현하고, 선박을 추진하는데 소모되는 연료를 절감할 수 있다.
도 1을 참고하면, 상기 제1열교환부(130)는 선박을 추진시키는 엔진부(140)에 천연가스를 공급하기 위해 상기 저장부(110)로부터 배출되는 액화천연가스와 상기 연료전지부(120)로부터 배출되는 연료가스(AOG, 도 1에 도시됨)를 열교환시킨다. 이에 따라, 상기 제1열교환부(130)는 액화천연가스를 기화시켜 기화가스를 생성할 수 있다. 상기 연료전지부(120)를 거친 연료가스는 약 600 - 800 ℃ 의 고온이다. 이에 따라, 상기 액화천연가스는 상기 제1열교환부(130)를 통과하면서 연료가스에 의해 가열됨으로써 가스화된다. 이 경우, 상기 연료전지부(120)를 거친 연료가스가 열원으로 기능한다. 예컨대, 상기 연료가스는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 수증기(H2O) 등을 포함할 수 있다. 액화천연가스가 가스화된 기화가스는 상기 엔진부(140)에 공급됨으로써 선박을 추진시키는 연료로 사용된다. 상기 제1열교환부(130)를 거친 연료가스는 상기 엔진부(140)에 공급되어 선박을 추진시키는 연료로 사용될 수 있다.
도 1을 참고하면, 상기 엔진부(140)는 상기 제1열교환부(130)로부터 배출되는 기화가스를 연료로 이용한다. 상기 엔진부(140)는 선박을 이동시키기 위한 추진력을 발생시킨다. 상기 엔진부(140)는 상기 선박의 외부에 설치된 추진장치(미도시)를 회전시킴으로써, 추진력을 발생시킬 수 있다. 상기 엔진부(140)는 액화천연가스를 기화시킨 기화가스를 연료로 사용하여 추진력을 발생시킬 수 있지만, 경유를 연료로 사용하여 추진력을 발생시킬 수도 있다. 예컨대, 상기 엔진부(140)는 경유와 천연가스 중 적어도 하나를 연료로 사용하는 혼소엔진(Dual Fuel Engine)일 수 있다. 상기 엔진부(140)는 상기 저장부(110)에 저장된 액화천연가스가 상기 제1열교환부(130)를 거치면서 기화된 기화가스를 연료로 사용하여 선박을 추진시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 상기 연료전지부(120)를 거친 연료가스가 상기 제1열교환부(130)에서 액화천연가스를 가스화시키는 열원으로 작용하도록 구현됨으로써, 상기 엔진부(140)에 공급되는 천연가스를 기화시키기 위한 가열장치를 생략할 수 있으므로 가열장치를 설치하는데 소모되는 비용을 절감할 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 중유저장부(150) 및 제2열교환부(160)를 더 포함할 수 있다.
상기 중유저장부(150)는 상기 엔진부(140)에 공급하기 위한 중유를 저장한다. 상기 중유저장부(150)는 상기 엔진부(140)에 연결됨으로써 중유를 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 중유저장부(150)는 중유가 이동할 수 있는 파이프 등과 같은 관로를 통해 상기 엔진부(140)에 연결될 수 있다. 상기 관로에는 상기 중유저장부(150)에서 상기 엔진부(140)로 중유를 이송하기 위한 이송력을 제공하는 임펠러, 펌프 등이 설치될 수 있다. 상기 중유저장부(150)는 전체적으로 내부가 비어 있는 직방체 형태로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며 내부에 중유를 저장할 수 있는 형태이면 내부가 비어 있는 원통 형태, 구(球) 형태 등 다른 형태로 형성될 수도 있다. 상기 중유저장부(150)는 상기 저장부(110)로부터 소정 거리 이격되게 선박에 설치될 수 있다.
상기 제2열교환부(160)는 상기 연료전지부(120)로부터 배출되는 연료가스 및 상기 중유저장부(150)로부터 배출되는 중유를 열교환시킨다. 상기 중유는 상기 중유저장부(150)에서 상기 제2열교환부(160)를 통과하면서 상기 연료가스에 의해 가열된 후에 상기 엔진부(140)에 공급된다. 이 경우, 상기 연료전지부(120)를 거친 연료가스가 상기 중유를 가열시키는 열원으로 기능한다. 상기 제2열교환부(160)를 거친 연료가스는 상기 제1열교환부(130)에 공급되어 액화천연가스를 가스화시키는 열원으로 기능할 수 있다. 이 경우, 상기 제1열교환부(130)는 상기 제2열교환부(160)를 거친 연료가스 및 상기 저장부(110)로부터 배출되는 액화천연가스를 열교환시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 엔진부(140)는 상기 제2열교환부(160)에서 가열된 중유를 공급받아 선박을 추진시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 제1열교환부(130)에서 기화된 기화가스를 공급받아 선박을 추진시킬 수도 있다. 상기 엔진부(140)는 상기 저장부(110)에 저장된 액화천연가스 및 상기 중유저장부(150)에 저장된 중유 중 적어도 하나를 이용하여 선박을 추진시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 다음과 같은 작용효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 상기 엔진부(140)에 공급되는 연료를 가열하기 위한 가열장치를 생략할 수 있으므로, 설치비용 및 운영비용을 절감할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 보일오프가스를 이용하여 전기를 생산할 수 있을 뿐만 아니라 상기 엔진부(140)에 공급되는 연료를 가열할 수 있으므로, 운영비용을 더 절감할 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 액화천연가스 및 중유 중 적어도 하나를 이용하여 선박을 추진시키도록 구현됨으로써, 적재되어 있는 연료량 또는 배출제한구역(ECA, Emission Control Area)에 따라 효율적으로 연료를 사용하여 선박을 추진시킬 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 응축부(170)를 더 포함할 수 있다.
상기 응축부(170)는 상기 제1열교환부(130)를 거친 연료가스를 응축시킨다. 이에 따라, 상기 응축부(170)는 물(H2O)을 회수할 수 있다. 상기 제1열교환부(130)를 거친 연료가스는 수소(H2), 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 수증기(H2O) 등을 포함한다. 상기 응축부(170)는 상기 연료가스에 포함된 수증기(H2O)로부터 물을 회수한다. 예컨대, 상기 응축부(170)는 냉각장치(미도시)를 통해 상기 수증기를 냉각하여 응축 및 액화시킴으로써 물을 회수할 수 있다. 예컨대, 상기 응축부(170)는 상기 제1열교환부(130)에서 연료가스가 액화천연가스를 가스화시키는 과정에서 냉각됨에 따라 물을 회수할 수도 있다. 상기 응축부(170)는 회수한 물을 상기 연료전지부(120)에 공급할 수 있다. 상기 연료전지부(120)에 공급된 물은 상기 연료전지부(120)에 수소(H2) 및 산소(02)의 양을 증가시킨다. 이에 따라, 상기 연료전지부(120)는 상기 응축부(170)로부터 공급된 물을 이용하여 전기 생산량을 향상시킬 수 있다. 상기 응축부(170)는 연료가스를 응축시켜서 생성된 물을 제외한 나머지 잔여가스를 상기 엔진부(140)에 공급한다. 예컨대, 상기 응축부(170)는 관 또는 파이프와 같은 관로를 이용하여 상기 엔진부(140)에 연결되고, 임펠러 등 이송장치(미도시)를 통해 상기 잔여가스를 상기 엔진부(140)에 공급할 수 있다. 상기 잔여가스에는 수소(H2)가 포함되어 있으므로 상기 엔진부(140)의 출력을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 기화가스 및 중유 이외에 상기 응축부(170)를 거친 잔여가스를 상기 엔진부(140)에 공급함으로써 선박을 추진시키는데 필요한 연료를 절감할 수 있을 뿐만 아니라 출력을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 상기 응축부(170)를 거친 잔여가스를 상기 엔진부(140)로 공급함으로써, 상기 잔여가스를 바로 외부로 배출할 경우에 비해 유해물질의 배출량을 감소시킬 수 있다.
도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 폐열회수부(180)를 더 포함할 수 있다.
상기 폐열회수부(180)는 상기 연료전지부(120)에 연결되게 설치된다. 예컨대, 상기 폐열회수부(180)는 관 또는 파이프와 같은 관로로 상기 연료전지부(120)에 연결된다. 상기 연료전지부(120)에서 배출되는 공기(CDA)는 전기화학 반응에 따른 온도 상승으로 약 600 - 800 ℃ 의 온도를 가진다. 상기 폐열회수부(180)는 상기 공기로부터 열을 흡수하기 위한 열교환 매체를 이용한다. 예컨대, 상기 열교환 매체는 물일 수 있다. 이 경우, 상기 연료전지부(120)에서 배출되는 공기는 상기 열교환 매체를 가열하는 열원이 된다. 이에 따라, 상기 폐열회수부(180)는 상기 연료전지부(120)로부터 배출되는 공기 및 물을 열교환시켜서 증기(Steam)를 생산할 수 있다. 상기 폐열회수부(180)에서 열을 흡수한 열교환 매체는 증기가 되어, 온수 및 난방 등에 이용되거나 증기터빈을 가동시켜 전기를 생성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 온수 및 난방에 사용되는 설비의 크기를 소형화시킬 수 있을 뿐만 아니라 추가로 전기를 생성할 수도 있다.
본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 선박에 설치될 수 있으나 이에 한정되지 않으며, 보일오프가스를 이용하여 추진력을 얻거나 발전할 수 있으면 다른 장비에도 설치될 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 상기 연료전지부(120)를 거친 연료가스를 상기 엔진부(140)에 공급함으로써, 천연가스 또는 중유만 공급하였을 경우에 비해 상기 엔진부(140)의 출력을 향상시킬 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 종래에 비해 더 적은 천연가스 및 중유를 사용하여 동일한 출력을 발생시킴으로써, 실질적으로 연료를 절감하는 효과를 발생시킬 수 있다.
셋째, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 외부로 배출하던 보일오프가스를 상기 연료전지부(120)에 공급하도록 구현됨으로써, 보일오프가스를 이용하여 추가로 전기를 생산할 수 있다.
넷째, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 상기 연료전지부(120)를 거친 연료가스를 다시 상기 엔진부(140)에 재공급하도록 구현됨으로써, 엔진의 출력을 향상시킬 뿐만 아니라 상기 보일오프가스를 상기 저장부(110)에서 외부로 바로 배출시켰을 경우에 비해 보일오프가스에 포함된 유해물질을 더 감소시킬 수 있다.
다섯째, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 상기 엔진부(140)가 혼소엔진으로 구현됨으로써, 상기 저장부(110)와 상기 엔진부(140) 및 상기 중유저장부(150)와 상기 엔진부(140)를 연결하는 관로 중 하나가 손상 내지 파손되어도 나머지 하나의 연료를 공급받을 수 있으므로 추진이 정지되는 것을 방지할 수 있다.
여섯째, 본 발명에 따른 연료전지 복합 하이브리드 시스템(100)은 상기 엔진부(140)가 혼소엔진으로 구현됨으로써, 유해물질 배출이 제한되는 배출제한구역(Emission Control Area) 내에서는 천연가스를 연료로 사용하여 추진함으로써 상기 중유를 사용하여 추진하거나 상기 2개의 연료를 사용하여 추진할 경우에 비해 유해물질의 배출량을 더 감소시킬 수 있다.
100 : 연료전지 복합 하이브리드 시스템
110 : 저장부 120 : 연료전지부
130 : 제1열교환부 140 : 엔진부
150 : 중유저장부 160 : 제2열교환부
170 : 응축부 180 : 폐열회수부

Claims (5)

  1. 액화천연가스를 저장하기 위한 저장부;
    상기 저장부에 저장된 액화천연가스로부터 생성되는 보일오프가스(BOG)를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지부;
    상기 저장부로부터 배출되는 액화천연가스 및 상기 연료전지부로부터 배출되는 연료가스를 열교환시켜서 액화천연가스가 기화된 기화가스를 생성하는 제1열교환부; 및
    상기 제1열교환부로부터 배출되는 기화가스를 연료로 이용하는 엔진부를 포함하는 연료전지 복합 하이브리드 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지부로부터 배출되는 연료가스 및 중유저장부로부터 배출되는 중유를 열교환시키는 제2열교환부를 포함하고;
    상기 엔진부는 중유와 천연가스에 의해 구동하는 혼소엔진(Dual Fuel Engine)이며;
    상기 제2열교환부는 연료가스에 의해 가열된 중유를 상기 엔진부에 공급하고;
    상기 제1열교환부는 상기 제2열교환부를 거친 연료가스 및 상기 저장부로부터 배출되는 액화천연가스를 열교환시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 복합 하이브리드 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1열교환부를 거친 연료가스를 응축시키는 응축부를 포함하고,
    상기 응축부는 연료가스를 응축시켜서 생성된 물을 상기 연료전지부에 공급하며,
    상기 연료전지부는 상기 응축부로부터 공급된 물을 이용하여 전기를 생산하는 것을 특징으로 하는 연료전지 복합 하이브리드 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1열교환부를 거친 연료가스를 응축시키는 응축부를 포함하고,
    상기 응축부는 연료가스를 응축시켜서 생성된 물을 제외한 나머지 잔여가스를 상기 엔진부에 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지 복합 하이브리드 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지부에 연결되게 설치되는 폐열회수부를 포함하고;
    상기 연료전지부는 보일오프가스 및 공기를 이용하여 전기를 생산하며;
    상기 폐열회수부는 상기 연료전지부로부터 배출되는 공기 및 물을 열교환시켜서 증기를 생산하는 것을 특징으로 하는 연료전지 복합 하이브리드 시스템.
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