KR20170029888A - 수중운동체의 개질기 시스템 및 그 운용 방법 - Google Patents

수중운동체의 개질기 시스템 및 그 운용 방법 Download PDF

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KR20170029888A
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Abstract

수중운동체의 개질기 시스템 및 이의 운용 방법에 관하여 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수중운동체의 개질기 시스템으로서, 상기 수중운동체 내에서 화석 연료를 공급받아 수소를 발생시키며, 상기 발생시킨 수소를 연료전지에 공급하는 연료 개질기; 및 상기 수중운동체의 함외부 공기를 상기 연료 개질기에 공급하여 공기 공급부를 포함하는 수중운동체의 개질기 시스템을 제공한다.

Description

수중운동체의 개질기 시스템 및 그 운용 방법{REFORMER SYSTEM OF UNDERWATER MOVING BODY AND THE MANAGING METHOD THEREOF}
본 발명의 실시예는 수중운동체의 개질기 시스템 및 그 운용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수중운동체 내에서 수소를 연료를 개질하여 발생시킬 때 요구되는 공기를 함 외부에서 공급받을 수 있는 수중운동체의 개질기 시스템 및 그 운용 방법에 관한 것이다.
수중운동체는 수중을 잠항할 수 있으며, 이를 위해 함내의 전원을 공급받아 동작하는 추진모터 등에 의해 회전력이 발생되고, 이 회전력이 프로펠러까지 전달되어 추진력을 발생시킨다.
연료전지는 연료의 산화에 의해 생기는 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 장치로서, 수소와 같은 기체 반응물질을 외부에서 연속적으로 공급하여 전기의 생성을 도모하고, 반응 후 생성물질은 연속적으로 외부로 배출시킬 수 있다. 즉, 연료전지는 고효율의 무공해 발전장치이다.
이러한 연료전지를 사용하는 수중운동체의 경우, 연료개질기(Reformer)를 이용하여 수소를 생산하는 방식이 알려져 있는데, 연료개질기는 탄화수소 혹은 알코올 연료를 수증기 및 산소와 촉매 반응을 통해 수소를 발생하는 장치를 말한다.
예를 들어, AIP 수중운동체에서는 수소저장합금을 이용하여 수소를 저장하여 운항하고 있으나, 수소저장합금은 수소저장량 대비 합금의 무게가 매우 무겁고 가격도 비싸다는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위하여, 다른 방식으로 수소를 저장하여 사용하는 것에 대한 연구가 꾸준히 진행되고 있는데, 그 중 하나로 화석연료를 개질하여 수소를 발생시키는 방안에 대해서도 연구가 수행되고 있다.
그런데, 이러한 화석연료(예를 들면 메탄, 메탄올, 에탄올, 가솔린 등)의 개질을 하기 위해서는 산소 또는 공기, 물이 추가로 필요하나 수중운동체가 잠항을 하게 되면 산소를 공급받기 어려워 운영하는 데에 불편이 따랐다.
따라서, 스노클 운전 또는 해상운전 시 함내로 공기를 공급하여 연료를 개질하고 수소저장장치에 저장하거나, 내부에 공기를 압축하여 저장하였다가 잠수 시 연료전지를 작동할 때 저장된 공기로 개질할 수 있는 기술에 대한 개발이 필요한 실정이다.
잠수함(대한민국 공개특허공보 제10-2009-0101089호)
본 발명의 목적은, 수중운동체 내에서 수소를 연료를 개질하여 발생시킬 때 요구되는 공기를 함 외부에서 공급받을 수 있는 수중운동체의 개질기 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 수중운동체 내에서 수소를 연료를 개질하여 발생시킬 때 요구되는 공기를 함 외부에서 공급받을 수 있는 수중운동체의 개질기 시스템의 운용 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수중운동체의 개질기 시스템으로서, 상기 수중운동체 내에서 화석 연료를 공급받아 수소를 발생시키며, 상기 발생시킨 수소를 연료전지에 공급하는 연료 개질기; 및 상기 수중운동체의 함외부 공기를 상기 연료 개질기에 공급하여 공기 공급부를 포함하는 수중운동체의 개질기 시스템을 제공한다.
상기 공기 공급부는, 상기 함외부와 상기 연료 개질기 사이를 연결하는 배관에 구비되는 밸브를 포함한다.
상기 공기 공급부는, 액화산소탱크와, 상기 함외부, 상기 액화산소탱크, 상기 연료 개질기 사이를 연결하는 배관에 구비되는 삼방향 밸브를 포함하며, 상기 함외부에서 공급되는 공기의 공급량이 부족하거나 공급이 차단되었을 때 상기 액화산소탱크로부터 상기 연료 개질기로 공기를 공급하여 연료를 개질할 수 있다.
또한, 상기 공기 공급부는, 상기 수중운동체의 함내부에 설치되는 산소저장장치와, 상기 함외부, 상기 산소저장장치, 상기 연료 개질기 사이를 연결하는 배관에 구비되는 삼방향 밸브를 포함하며, 상기 함외부에서 공급되는 공기의 공급량이 부족하거나 공급이 차단되었을 때 상기 함내부의 상기 산소저장장치로부터 상기 연료 개질기로 공기를 공급하여 연료를 개질할 수 있다.
또한, 상기 공기 공급부는, 상기 수중운동체의 함내부에 설치되며, 상기 함외부로부터 공기를 공급받아 압축시켜 저장하는 공기저장장치와, 상기 공기저장장치와 함께 상기 연료 개질기에 공기를 공급하도록 구비되는 산소저장장치와, 상기 공기저장장치, 상기 산소저장장치, 상기 연료 개질기 사이를 연결하는 배관에 구비되는 삼방향 밸브를 포함하며, 상기 공기저장장치와 상기 산소저장장치는 동시 또는 개별로 상기 연료 개질기로 공기를 공급하여 연료를 개질할 수 있다.
또한, 상기 연료 개질기에 연료를 공급할 연료를 저장하는 연료 저장탱크를 포함하며, 상기 연료 저장탱크와 상기 연료 개질기 사이를 연결하는 배관에는 상기 연료 저장탱크로부터 연료를 공급시키는 펌프와, 상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료의 유동을 개폐 조절하는 밸브가 구비될 수 있다.
또한, 상기 연료 개질기로부터 생성된 수소를 정제하는 수소정제기; 및 상기 정제된 수소를 저장하는 수소저장장치를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기의 수중운동체의 개질기 시스템을 이용하는 수중운동체의 개질기 운용 방법으로서, 상기 수중운동체의 함외부로부터 공기를 공급받으며, 상기 공급된 공기를 이용하여 상기 연료 개질기에서 연료를 개질하는 수중운동체의 개질기 운용 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 수중운동체 내에서 수소를 연료를 개질하여 발생시킬 때 요구되는 공기를 함 외부에서 공급받을 수 있다.
이에 따라, 수중운동체의 스노클 운전 또는 해상운전 시 함내로 공기를 공급하여 연료를 개질하고 수소저장장치에 저장하거나, 내부에 공기를 압축하여 저장하였다가 잠수 시 연료전지를 작동할 때 저장된 공기를 연료의 개질에 이용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 수중운동체의 개질기 시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 수중운동체의 개질기 시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 수중운동체의 개질기 시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 수중운동체의 개질기 시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
그리고 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도면에서, 도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 수중운동체의 개질기 시스템을 간략히 도시한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 수중운동체의 개질기 시스템을 간략히 도시한 개념도이며, 도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 수중운동체의 개질기 시스템을 간략히 도시한 개념도이고, 도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 수중운동체의 개질기 시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 수중운동체의 개질기 시스템 및 이의 운용 방법에 관하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 수중운동체의 개질기 시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 수중운동체의 개질기 시스템(100)은 연료 저장탱크(110), 연료 개질기(120), 그리고 함외부 공기를 연료 개질기(120)에 공급하는 공기 공급부로서, 밸브(131)를 포함한다.
연료 개질기(120)는 상기 수중운동체 내에서 화석연료, 예를 들면, 탄화수소 또는 알코올 연료로서 메탄, 메탄올, 에탄올, 가솔린 등을 공급받아 수소를 발생시킨다. 이하의 설명에서는 가솔린은 연료로 사용하는 장치를 바람직한 예로서 설명하기로 한다. 상기 연료 개질기(120)에서 발생시킨 수소는 연료전지(160)에 공급된다.
연료 저장탱크(110)는 상기 연료 개질기(120)에 공급될 연료, 예를 들면 가솔린을 저장한다. 이에 가솔린 저장탱크라는 용어를 사용할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 연료 저장탱크(110)와 상기 연료 개질기(120) 사이를 연결하는 배관에는 상기 연료 저장탱크(110)로부터 연료를 공급시키는 펌프(111)와, 상기 연료 저장탱크(110)로부터 공급되는 연료의 유동을 개폐 조절하는 밸브(113)이 구비될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
그리고, 상기 연료 개질기(120)로부터 생성된 수소는 수소정제기(140)에서 정제될 수 있다. 그리고 상기 수소정제기(140)에서 정제된 수소는 수소저장장치(150)에 저장되었다가 밸브(151)의 개방 시 연료전지(160)로 공급되도록 구성될 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 본 발명의 제1실시예에서는 공기 공급부의 구성으로서 밸브(131)가 포함된다. 상기 밸브(131)는 수중운동체의 함외부(10) 공기를 연료 개질기(120)에 공급하도록 상기 함외부(10)와 상기 연료 개질기(120) 사이를 연결하는 배관에 구비될 수 있는데, 그 종류 및 개수에 제한되지 않는다.
이와 같이 구성됨에 따라 본 발명의 제1실시예의 경우 연료, 즉 가솔린의 개질에 필요한 공기를 함외부(10)로부터 직접적으로 공급받아 사용할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 수중운동체의 개질기 시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
도 2을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 수중운동체의 개질기 시스템(100)은 연료 저장탱크(110), 연료 개질기(120), 그리고 함외부 공기를 연료 개질기(120)에 공급하는 공기 공급부로서, 액화산소탱크(132)와 삼방향 밸브(133)를 포함한다.
연료 개질기(120)는 상기 수중운동체 내에서 화석연료, 예를 들면, 탄화수소 또는 알코올 연료로서 메탄, 메탄올, 에탄올, 가솔린 등을 공급받아 수소를 발생시킨다. 이하의 설명에서는 가솔린은 연료로 사용하는 장치를 바람직한 예로서 설명하기로 한다. 상기 연료 개질기(120)에서 발생시킨 수소는 연료전지(160)에 공급된다.
연료 저장탱크(110)는 상기 연료 개질기(120)에 공급될 연료, 예를 들면 가솔린을 저장한다. 이에 가솔린 저장탱크라는 용어를 사용할 수 있다.
또한, 바람직하게는 상기 연료 저장탱크(110)와 상기 연료 개질기(120) 사이를 연결하는 배관에는 상기 연료 저장탱크(110)로부터 연료를 공급시키는 펌프(111)와, 상기 연료 저장탱크(110)로부터 공급되는 연료의 유동을 개폐 조절하는 밸브(113)이 구비될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다.
그리고, 상기 연료 개질기(120)로부터 생성된 수소는 수소정제기(140)에서 정제될 수 있다. 그리고 상기 수소정제기(140)에서 정제된 수소는 수소저장장치(150)에 저장되었다가 밸브(151)의 개방 시 연료전지(160)로 공급되도록 구성될 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 본 발명의 제2실시예에서는 공기 공급부의 구성으로서 액화산소탱크(132)와 삼방향 밸브(133)를 포함한다. 액화산소탱크(132)는 수중운동체에 설치되어 별도로 액화상태의 산소를 저장하는 장치에 해당한다.
삼방향 밸브(133)는 상기 함외부(10), 상기 액화산소탱크(132), 상기 연료 개질기(120) 사이를 연결하는 배관에 구비될 수 있다.
이와 같이 구성됨에 따라, 본 발명의 제2실시예의 경우 상기 함외부(10)에서 공급되는 공기의 공급량이 부족하거나 공급이 차단되었을 때 상기 액화산소탱크(132)로부터 상기 연료 개질기(120)로 공기를 공급하여 연료를 개질할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 수중운동체의 개질기 시스템을 간략히 도시한 개념도로서, 앞서 설명한 도 2와 마찬가지의 방식으로 상기 함외부(10)에서 공급되는 공기의 공급량이 부족하거나 공급이 차단되었을 때 별도의 공기 공급 장치를 이용하여 연료의 개질에 필요한 공기를 공급해 줄 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 제3실시예의 경우 수중운동체의 함내부에 산소저장장치(134)를 설치하고, 상기 함외부(10), 상기 산소저장장치(134), 상기 연료 개질기(120) 사이를 연결하는 배관에 구비되는 삼방향 밸브(135)를 설치할 수 있다.
그 결과, 상기 함외부(10)에서 공급되는 공기의 공급량이 부족하거나 공급이 차단되었을 때 수중운동체의 함내부에 설치된 상기 산소저장장치(134)로부터 연료의 개질에 필요한 공기를 공급받을 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 수중운동체의 개질기 시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 수중운동체의 개질기 시스템(100)은 연료 저장탱크(110), 연료 개질기(120), 그리고 함외부 공기를 연료 개질기(120)에 공급하는 공기 공급부로서, 산소저장장치(134)와, 삼방향 밸브(135)와, 공기저장장치(136)를 포함한다.
공기저장장치(136)는 상기 수중운동체의 함내부에 설치되며, 상기 함외부(10)로부터 공기를 공급받아 압축시켜 저장할 수 있다. 이를 위해 함외부와 상기 공기저장장치(136) 사이에는 밸브(137), 펌프(138) 등의 구성이 추가될 수 있으며, 반드시 이에 제한되지 않는다.
상기 삼방향 밸브(135)는 상기 공기저장장치(136), 상기 산소저장장치(134), 상기 연료 개질기(120) 사이를 연결하는 배관에 구비되는 것이 바람직하며, 이로써, 상기 공기저장장치(136)와 상기 산소저장장치(134)로부터 동시에 공기를 공급받거나 또는 개별적으로 공기를 공급받아 연료를 개질할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 수중운동체 내에서 수소를 연료를 개질하여 발생시킬 때 요구되는 공기를 함 외부에서 공급받을 수 있다.
이에 따라, 수중운동체의 스노클 운전 또는 해상운전 시 함내로 공기를 공급하여 연료를 개질하고 수소저장장치에 저장하거나, 내부에 공기를 압축하여 저장하였다가 잠수 시 연료전지를 작동할 때 저장된 공기를 연료의 개질에 이용할 수 있다.
지금까지 본 발명인 수중운동체의 개질기 시스템 및 그 운용 방법에 관하여 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였다.
전술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 함외부
100: 수중운동체의 개질기 시스템
110: 연료 저장탱크
111: 펌프
113: 밸브
120: 연료 개질기
131: 밸브
132: 액화산소탱크
133: 삼방향 밸브
134: 산소저장장치
135: 삼방향 밸브
136: 공기저장장치
140: 수소정제기
150: 수소저장장치
160: 연료전지
170: 산소저장탱크

Claims (8)

  1. 수중운동체의 개질기 시스템으로서,
    상기 수중운동체 내에서 화석 연료를 공급받아 수소를 발생시키며, 상기 발생시킨 수소를 연료전지에 공급하는 연료 개질기; 및
    상기 수중운동체의 함외부 공기를 상기 연료 개질기에 공급하여 공기 공급부를 포함하는,
    수중운동체의 개질기 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기 공급부는,
    상기 함외부와 상기 연료 개질기 사이를 연결하는 배관에 구비되는 밸브를 포함하는,
    수중운동체의 개질기 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 공기 공급부는,
    액화산소탱크와,
    상기 함외부, 상기 액화산소탱크, 상기 연료 개질기 사이를 연결하는 배관에 구비되는 삼방향 밸브를 포함하며,
    상기 함외부에서 공급되는 공기의 공급량이 부족하거나 공급이 차단되었을 때 상기 액화산소탱크로부터 상기 연료 개질기로 공기를 공급하여 연료를 개질하는,
    수중운동체의 개질기 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 공기 공급부는,
    상기 수중운동체의 함내부에 설치되는 산소저장장치와,
    상기 함외부, 상기 산소저장장치, 상기 연료 개질기 사이를 연결하는 배관에 구비되는 삼방향 밸브를 포함하며,
    상기 함외부에서 공급되는 공기의 공급량이 부족하거나 공급이 차단되었을 때 상기 함내부의 상기 산소저장장치로부터 상기 연료 개질기로 공기를 공급하여 연료를 개질하는,
    수중운동체의 개질기 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공기 공급부는,
    상기 수중운동체의 함내부에 설치되며, 상기 함외부로부터 공기를 공급받아 압축시켜 저장하는 공기저장장치와,
    상기 공기저장장치와 함께 상기 연료 개질기에 공기를 공급하도록 구비되는 산소저장장치와,
    상기 공기저장장치, 상기 산소저장장치, 상기 연료 개질기 사이를 연결하는 배관에 구비되는 삼방향 밸브를 포함하며,
    상기 공기저장장치와 상기 산소저장장치는 동시 또는 개별로 상기 연료 개질기로 공기를 공급하여 연료를 개질하는,
    수중운동체의 개질기 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연료 개질기에 연료를 공급할 연료를 저장하는 연료 저장탱크를 포함하며,
    상기 연료 저장탱크와 상기 연료 개질기 사이를 연결하는 배관에는 상기 연료 저장탱크로부터 연료를 공급시키는 펌프와, 상기 연료 저장탱크로부터 공급되는 연료의 유동을 개폐 조절하는 밸브가 구비되는,
    수중운동체의 개질기 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연료 개질기로부터 생성된 수소를 정제하는 수소정제기; 및
    상기 정제된 수소를 저장하는 수소저장장치를 포함하는
    수중운동체의 개질기 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 수중운동체의 개질기 시스템을 이용하는 수중운동체의 개질기 운용 방법으로서,
    상기 수중운동체의 함외부로부터 공기를 공급받으며, 상기 공급된 공기를 이용하여 상기 연료 개질기에서 연료를 개질하는 수중운동체의 개질기 운용 방법.
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KR20090101089A (ko) 2008-03-20 2009-09-24 호발츠벨케 도이췌 벨프트 게엠베하 잠수함

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