KR20170029889A - Hydrogen supply system of underwater moving body using gasoline fuel - Google Patents

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우일국
변윤철
오준
차원심
김연태
강인용
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대우조선해양 주식회사
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Abstract

Disclosed are a hydrogen supply system of an underwater moving body using gasoline fuel, and an operation method thereof. According to an aspect of the present invention, the hydrogen supply system of an underwater moving body using gasoline fuel comprises: a gasoline storage tank storing gasoline; gasoline supplied from the gasoline storage tank; a mixer mixing steam with oxygen supplied from an oxygen storage tank; a gasoline reformer generating the oxygen, the steam and the gasoline mixed in the mixed; and a hydrogen purifier purifying hydrogen produced from the gasoline reformer.

Description

가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템 및 그 운용방법{HYDROGEN SUPPLY SYSTEM OF UNDERWATER MOVING BODY USING GASOLINE FUEL}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a hydrogen supply system for an underwater vehicle using gasoline as fuel,

본 발명의 실시예는 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템 및 그 운용방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 탄화수소 계열 물질 중 손쉽게 공급 및 저장이 가능한 가솔린을 가솔린 저장탱크에 저장하고, 연료전지에 부하 발생 시 자열개질과 수소정제기를 통해 고순도 수소로 변환하여 연료전지에 공급할 수 있는 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다.
An embodiment of the present invention relates to a hydrogen supply system for an underwater vehicle using fuel as a fuel and more particularly to a fuel supply system for storing gasoline in a gasoline storage tank that can be easily supplied and stored among hydrocarbon- The present invention relates to a hydrogen supply system for a submersible vehicle using gasoline which can be supplied to a fuel cell by converting it into high purity hydrogen through autothermal reforming and hydrogen purifier.

수중운동체는 수중을 잠항할 수 있으며, 이를 위해 함내의 전원을 공급받아 동작하는 추진모터 등에 의해 회전력이 발생되고, 이 회전력이 프로펠러까지 전달되어 추진력을 발생시킨다. Underwater vehicles can submerged underwater. For this purpose, a rotating force is generated by a propulsion motor that operates with power supplied from the cabin, and the rotational force is transmitted to the propeller to generate propulsive force.

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. BACKGROUND ART A fuel cell is a device for directly converting chemical energy generated by oxidation of a fuel into electrical energy. The fuel cell is continuously supplied with a gas reactant such as hydrogen from the outside to generate electricity. Can be discharged. That is, the fuel cell is a high-efficiency, pollution-free power generation device.

이러한 연료전지를 사용하는 수중운동체의 경우, 연료개질기(Reformer)를 이용하여 수소를 생산하는 방식이 알려져 있는데, 연료개질기는 화석연료, 예를 들면 탄화수소 계열 또는 알코올 계열의 개질 연료를 수증기 및 산소와 촉매 반응을 통해 수소를 발생하는 장치를 말한다.In the case of an underwater vehicle using such a fuel cell, a method of producing hydrogen using a fuel reformer is known. The fuel reformer is a reformer for reforming a fossil fuel, for example, a hydrocarbon-based or alcohol- Refers to a device that generates hydrogen through a catalytic reaction.

연료개질기는 연료와 반응하는 반응물질에 따라 크게 수증기 개질, 부분산화 개질, 자열개질로 나눠진다. The fuel reformer is largely divided into steam reforming, partial oxidation reforming, and self-heating depending on the reactants reacting with the fuel.

수증기 개질은 수증기와 반응하는 흡열반응을 통해 수소가스를 생산하고, 부분산화 개질은 연료의 연소에 필요한 당량비보다 낮은 비의 산소와 반응하여 수소가스를 생산하는 발열반응이며, 자열개질은 부분산화와 수증기 개질을 복합한 것으로 부분산화 개질의 반응열을 수증기 개질 반응에 공급하기 때문에 이론적으로 추가적인 열원이 필요하지 않는 방법이다.The steam reforming produces hydrogen gas through an endothermic reaction with water vapor. The partial oxidation reforming is an exothermic reaction that produces hydrogen gas by reacting with oxygen at a lower ratio than the equivalence ratio required for the combustion of the fuel. Steam reforming is a combination of the partial oxidation reforming reaction heat steam reforming reaction to feed theoretically is a method that does not require an additional heat source.

한편, 가솔린은 에너지밀도가 43.5MJ/kg이며 상온, 상압에서 액체상태로 저장이 용이하기 때문에 연료개질기를 통해 다른 연료보다 많은 수소생산이 가능할 뿐만 아니라 일반적인 저장용기에 저장이 가능한 장점이 있다. 예를 들어, 메탄올과 비교했을 때 가솔린은 메탄올보다 리터당 수소생산 mol수가 약 1.93배(121.21:62.74)로 높기 때문에 메탄올을 사용한다면 약 2배의 저장공간이 필요하고 1000L를 기준으로 70kg이 더 무겁기 때문에 중량 측면에서도 가솔린이 더 유리한 장점이 있다. 이와 같은 특성을 이용하여 이동형 제품의 수소공급원으로 적용이 가능하므로 잠수함 공기불요추진시스템과 연계를 통해 잠항 능력 향상에 기여할 수 있다.On the other hand, gasoline has an energy density of 43.5 MJ / kg and it is easy to store in a liquid state at room temperature and atmospheric pressure. Therefore, it is possible to produce hydrogen more than other fuels through a fuel reformer, and it can be stored in a general storage container. For example, compared with methanol, gasoline has a higher molarity of hydrogen production per liter than methanol (121.21: 62.74), so it requires about twice as much storage space as methanol and 70kg more weight per 1000L Therefore, gasoline is advantageous in terms of weight. By using these characteristics, it can be applied as a hydrogen source for mobile products, which can contribute to improvement of submersible ability by linking with submarine airless propulsion system.

따라서, 가솔린을 연료로 사용할 수 있는 수중운동체의 수소공급시스템에 관한 기술적 개발이 필요한 실정이다.
Therefore, it is necessary to develop a hydrogen supply system for an underwater vehicle which can use gasoline as fuel.

잠수함(대한민국 공개특허공보 제10-2009-0101089호)Submarine (Korean Patent Publication No. 10-2009-0101089)

본 발명의 목적은, 탄화수소 계열 물질 중 손쉽게 공급 및 저장이 가능한 가솔린을 가솔린 저장탱크에 저장하고, 연료전지에 부하 발생 시 자열개질과 수소정제기를 통해 고순도 수소로 변환하여 연료전지에 공급할 수 있는 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템 및 그 운용방법을 제공하는 데 있다.
It is an object of the present invention to provide a fuel cell capable of storing gasoline which can be easily supplied and stored in a hydrocarbon-based material in a gasoline storage tank, converting it into high purity hydrogen through self- And a method of operating the hydrogen supply system.

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.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned here will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 가솔린을 저장하는 가솔린 저장탱크; 상기 가솔린 저장탱크로부터 공급된 가솔린과, 산소저장탱크로부터 공급된 산소와, 수증기를 혼합하는 혼합기; 상기 혼합기에서 혼합된 가솔린, 산소, 수증기를 공급받아 수소를 생성하는 가솔린 개질기; 및 상기 가솔린 개질기로부터 생성된 수소를 정제하는 수소정제기;를 포함하는 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템을 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a gasoline storage tank for storing gasoline; A mixer for mixing gasoline supplied from the gasoline storage tank, oxygen supplied from the oxygen storage tank, and water vapor; A gasoline reformer for generating hydrogen by receiving gasoline, oxygen, and steam mixed in the mixer; And a hydrogen purifier for purifying hydrogen produced from the gasoline reformer. The present invention also provides a hydrogen supply system for an underwater vehicle using gasoline as a fuel.

이때, 상기 수소정제기에서 분리된 이산화탄소를 처리하는 이산화탄소 처리장치와, 반응수인 물을 회수하여 저장하는 반응수 저장탱크를 포함할 수 있다.At this time, a carbon dioxide treatment device for treating carbon dioxide separated from the hydrogen purifier and a reaction water storage tank for recovering and storing water as a reaction water may be included.

또한, 상기 수소정제기는, 상기 가솔린 개질기에서 부산물로 생성되는 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키는 수성가스전환반응부와, 상기 수성가스전환반응부의 출구측에 구비되어 금속막을 이용한 선택적 투과를 통해 수소를 분리 정제하는 멤브레인 분리부를 포함할 수 있다. The hydrogen purifier further comprises a water gas conversion reaction unit for converting carbon monoxide generated as a by-product in the gasoline reformer into carbon dioxide, and a hydrogen gas purifying unit provided at an outlet side of the water gas conversion reaction unit for separating hydrogen through selective permeation through a metal membrane. And a membrane separator.

또한, 상기 수소정제기는, 상기 가솔린 개질기에서 부산물로 생성되는 일산화탄소를 선택적으로 산화시키는 선택적산화반응부를 더 포함할 수 있다.The hydrogen purifier may further include a selective oxidation unit selectively oxidizing carbon monoxide generated as a by-product in the gasoline reformer.

또한, 상기 가솔린 개질기에서 부산물로 생성되는 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키는 수성가스전환반응부와, 상기 수성가스전환반응부의 출구측에 설치되어 물리적 흡착으로 수소를 정제하는 압력순환흡착(PSA: Pressure Swing Adsorption)부를 포함할 수 있다. In the gasoline reformer, a water gas conversion reaction unit converts carbon monoxide generated as a byproduct into carbon dioxide, and a pressure swing adsorption (PSA) system installed at the outlet side of the water gas conversion reaction unit for purifying hydrogen by physical adsorption ) Portion.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템의 운용방법으로서, (a) 상기 혼합기에서 가솔린, 산소 및 수증기를 혼합시키는 단계; (b) 상기 가솔린 개질기에서, 상기 혼합된 가솔린, 산소 및 수증기를 공급받아 자열개질로 수소를 생성시키는 단계; 및 (c) 상기 수소정제기에서, 상기 가솔린 개질기로부터 생성된 수소를 정제하여 연료전지로 공급하는 한편, 이산화탄소를 처리하는 단계;를 포함하는 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템 운용방법을 제공한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of operating a hydrogen supply system for an underwater vehicle using gasoline as fuel, comprising the steps of: (a) mixing gasoline, oxygen and water vapor in the mixer; (b) generating, in the gasoline reformer, hydrogen by supplying the mixed gasoline, oxygen, and steam to the autoclave; And (c) purifying hydrogen produced from the gasoline reformer in the hydrogen purifier, and supplying the purified hydrogen to the fuel cell while treating the carbon dioxide, and a method for operating the hydrogen supply system using the gasoline as the fuel do.

상기 (c) 단계에서, 상기 수소정제기에서 수소가 정제되는 방법은, 수성가스전환반응, 선택적산화반응, 메탄화반응, PSA(Pressure Swing Adsorption), 멤브레인 방식 중 하나 이상이 이용될 수 있다.
In the step (c), at least one of a water gas conversion reaction, a selective oxidation reaction, a methanation reaction, a pressure swing adsorption (PSA), and a membrane method may be used as the method for purifying hydrogen in the hydrogen purifier.

본 발명에 의하면, 탄화수소 계열 물질 중 손쉽게 공급 및 저장이 가능한 가솔린을 가솔린 저장탱크에 저장하고, 연료전지에 부하 발생 시 자열개질과 수소정제기를 통해 고순도 수소로 변환하여 연료전지에 공급할 수 있다.According to the present invention, gasoline which can be easily supplied and stored among hydrocarbon-based materials can be stored in a gasoline storage tank, and when a load is generated in a fuel cell, it can be reformed into high purity hydrogen through a reformer and a hydrogen purifier to be supplied to the fuel cell.

이에 따라, 수소의 저장과 공급 효율을 향상시킬 수 있으며, 결과적으로 잠수함 잠항능력을 향상시키는 효과를 가져올 수 있다.
As a result, it is possible to improve the storage and supply efficiency of hydrogen, and as a result, it can bring about an effect of improving submarine submersible ability.

도 1은 본 발명에 따른 가솔린 개질기와 수소정제기를 갖는 수소공급 시스템의 개념도이다.
도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 수소공급 시스템의 다양한 실시예를 나타낸 개념도들이다. 1 is a conceptual diagram of a hydrogen supply system having a gasoline reformer and a hydrogen purifier according to the present invention.
2 to 5 are conceptual diagrams showing various embodiments of the hydrogen supply system according to the present invention.

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.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

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.
In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions in the embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the intention or the custom of the operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.

도면에서 도 1은 본 발명에 따른 가솔린 개질기와 수소정제기를 갖는 수소공급 시스템의 개념도이고, 도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 수소공급 시스템의 다양한 실시예를 나타낸 개념도들이다. FIG. 1 is a conceptual diagram of a hydrogen supply system having a gasoline reformer and a hydrogen purifier according to the present invention, and FIGS. 2 to 5 are conceptual diagrams showing various embodiments of a hydrogen supply system according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템 및 그 운용방법에 관하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
Hereinafter, a hydrogen supply system for an underwater vehicle using gasoline as fuel according to an embodiment of the present invention and a method for operating the same will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템을 간략히 도시한 개념도이다. 1 is a conceptual view briefly showing a hydrogen supply system for an underwater vehicle using gasoline as a fuel according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 도시된 수소공급시스템(100)은 가솔린 저장탱크(110), 산소저장탱크(120), 가솔린 개질기(140), 그리고 수소정제기(150)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the illustrated hydrogen supply system 100 includes a gasoline storage tank 110, an oxygen storage tank 120, a gasoline reformer 140, and a hydrogen purifier 150.

가솔린 저장탱크(110)는 가솔린 개질기(140)로 공급되는 가솔린을 연료로 저장한다. The gasoline storage tank 110 stores gasoline supplied to the gasoline reformer 140 as fuel.

그리고 산소저장탱크(120)는 가솔린 개질기로 공급되는 산소를 저장할 수 있다.The oxygen storage tank 120 may store oxygen supplied to the gasoline reformer.

상기 가솔린 저장탱크(110)로부터 공급된 가솔린과, 상기 산소저장탱크(120)로부터 공급된 산소는 반응수 저장탱크(130)로부터 공급된 수증기는 혼합기에서 혼합되며, 혼합 후 가솔린 개질기(140)로 안정적으로 공급될 수 있다. The gasoline supplied from the gasoline storage tank 110 and the oxygen supplied from the oxygen storage tank 120 are mixed in the mixer and then mixed with the gasoline reformer 140 And can be stably supplied.

가솔린 개질기(140)는 상기 혼합기에서 혼합된 가솔린, 산소, 수증기를 공급받아 자열개질에 의해 수소를 생성할 수 있다. 여기서, 자열개질은 부분산화와 수증기 개질을 복합한 것으로 부분산화 개질의 반응열을 수증기 개질 반응에 공급하기 때문에 이론적으로 추가적인 열원이 필요하지 않는 방법으로 효과적이다. The gasoline reformer 140 can generate hydrogen by self-reforming under the supply of gasoline, oxygen, and steam mixed in the mixer. Here, the autothermal reforming is a combination of partial oxidation and steam reforming, which is effective in a manner that does not require an additional heat source theoretically since the reaction heat of the partial oxidation reforming is supplied to the steam reforming reaction.

가솔린은 에너지밀도가 43.5MJ/kg이며 상온, 상압에서 액체상태로 저장이 용이하기 때문에 다른 연료에 비해 많은 양의 수소생산이 가능한 장점이 있으며, 일반적인 저장용기에 저장이 가능한 장점이 있다. Gasoline has an energy density of 43.5MJ / kg and it is easy to store in liquid state at normal temperature and pressure, so it can produce more hydrogen than other fuels.

예를 들어, 메탄올과 비교했을 때 가솔린은 메탄올보다 리터당 수소생산 mol수가 약 1.93배(121.21:62.74)로 높기 때문에 메탄올을 사용한다면 약 2배의 저장공간이 필요하고 1000L를 기준으로 70kg이 더 무겁기 때문에 중량 측면에서도 가솔린이 더 유리한 장점이 있다. For example, compared with methanol, gasoline has a higher molarity of hydrogen production per liter than methanol (121.21: 62.74), so it requires about twice as much storage space as methanol and 70kg more weight per 1000L Therefore, gasoline is advantageous in terms of weight.

이후, 수소정제기(150)에서는 상기 가솔린 개질기(140)로부터 생성된 수소를 높은 순도로 정제한다. 상기 수소정제기(150)에서 정제된 수소는 연료전지(160)로 공급되어 사용될 수 있다. Thereafter, the hydrogen purifier 150 purifies the hydrogen produced from the gasoline reformer 140 to a high purity. The purified hydrogen in the hydrogen purifier 150 may be supplied to the fuel cell 160 and used.

도 2 내지 도 5는 본 발명에 따른 수소공급 시스템의 다양한 실시예를 나타낸 개념도들이다. 2 to 5 are conceptual diagrams showing various embodiments of the hydrogen supply system according to the present invention.

먼저, 도 2를 참조하면, 도시된 수소공급 시스템(100)은 가솔린 저장탱크(110), 산소저장탱크(120), 반응수 저장탱크(130)로부터 가솔린, 산소 및 수증기가 공급되고 혼합기에서 혼합된 후 가솔린 개질기(140)로 공급된다. 가솔린 개질기(140)에서의 자열개질에 의해 수소가 생성되고, 개질가스는 수소정제기(150)를 통해 순도가 높은 수소가 생산되며 이는 연료전지(160)로 공급된다. 한편, 수소정제기(150)에서 분리된 이산화탄소는 이산화탄소 처리장치(191)로 이송되며, 물은 반응수 저장탱크(130)로 회수 저장된다. 2, the illustrated hydrogen supply system 100 is supplied with gasoline, oxygen and water vapor from a gasoline storage tank 110, an oxygen storage tank 120, and a reaction water storage tank 130, And then supplied to the gasoline reformer 140. Hydrogen is generated by autothermal reforming in the gasoline reformer 140, and hydrogen of high purity is produced through the hydrogen purifier 150 as a reformed gas, which is supplied to the fuel cell 160. Meanwhile, the carbon dioxide separated from the hydrogen purifier 150 is transferred to the carbon dioxide processor 191, and the water is recovered and stored in the reaction water storage tank 130.

도 3은 수소정제기로서 수성가스반응과 선택적산화반응을 포함하여 구성된 예로서, 도 3을 참조하면, 수성가스전환반응부(151)와 선택적산화반응부(152)와 멤브레인 분리부(153)를 포함하여 구성되어 있다. Referring to FIG. 3, the water purifier includes a water gas shift reaction unit 151, a selective oxidation reaction unit 152, and a membrane separation unit 153 .

수성가스전환반응부(151)는 가솔린 개질기(140)에서 부산물로 생성되는 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키며, 선택적산화반응부(152)는 상기 가솔린 개질기에서 부산물로 생성되는 일산화탄소를 선택적으로 산화시킨다. 멤브레인 분리부(153)는 상기 수성가스전환반응부(151)와 선택적산화반응부(152)의 출구측에 구비되어 금속막을 이용한 선택적 투과를 통해 수소를 분리 정제하는 역할을 담당한다. The water gas conversion reaction unit 151 converts carbon monoxide generated as a by-product in the gasoline reformer 140 into carbon dioxide, and the selective oxidation reaction unit 152 selectively oxidizes carbon monoxide generated as a by-product in the gasoline reformer. The membrane separation unit 153 is provided at the outlet side of the water gas shift reaction unit 151 and the selective oxidation reaction unit 152 to separate and purify hydrogen through selective permeation using a metal membrane.

도 4 및 도 5는 수성가스전환반응 이후 멤브레인 방식과 압력순환흡착을 포함하는 시스템으로서, 가솔린 개질기(140)에서 반응에 사용된 수증기는 반응수 탱크(130)로 회수되어 재사용되며, 수소정제기, 즉 수성가스전환반응부(151) 등을 통해 분리된 불순물(이산화탄소)은 이산화탄소 처리장치(191)로 보내져 제거된다. 특히, 도 5의 경우 수성가스전환반응부(151)와 압력순환흡착(PSA: Pressure Swing Adsorption)부(154)를 포함하여 구성되는데, 압력순환흡착부(154)는 수성가스전환반응부(151)출구측에 설치되어 물리적 흡착으로 수소를 정제하고 이산화탄소는 이산화탄소 처리장치(191)로 분리하여 제거한다.
4 and 5 illustrate a system including a membrane type and pressure circulation adsorption after the water gas shift reaction. The water vapor used in the reaction in the gasoline reformer 140 is recovered and reused in the reaction water tank 130, That is, the impurities (carbon dioxide) separated through the water gas conversion reaction unit 151 and the like are sent to the carbon dioxide processing unit 191 and removed. 5 includes a water gas conversion reaction unit 151 and a pressure swing adsorption (PSA) unit 154. The pressure circulation adsorption unit 154 includes a water gas conversion reaction unit 151 ), The hydrogen is purified by physical adsorption, and the carbon dioxide is separated and removed by the carbon dioxide treatment device 191. [

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템의 운용방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템의 운용방법은 혼합기에서 가솔린, 산소 및 수증기를 혼합시키는 단계와, 가솔린 개질기에서, 상기 혼합된 가솔린, 산소 및 수증기를 공급받아 자열개질로 수소를 생성시키는 단계와, 수소정제기에서, 상기 가솔린 개질기로부터 생성된 수소를 정제하여 연료전지로 공급하는 한편, 이산화탄소를 처리하는 단계를 포함하여 수행될 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method for operating a hydrogen supply system for an underwater vehicle using gasoline as fuel. A method of operating a hydrogen supply system for an underwater vehicle using gasoline as an fuel according to an embodiment of the present invention includes the steps of mixing gasoline, oxygen and water vapor in a mixer, and supplying the mixed gasoline, oxygen and water vapor in a gasoline reformer Generating hydrogen by the self-expanding process, and purifying hydrogen produced from the gasoline reformer in a hydrogen purifier, and supplying carbon dioxide to the fuel cell while processing the carbon dioxide.

이때, 상기 수소정제기에서 수소가 정제되는 방법은, 수성가스전환반응, 선택적산화반응, 메탄화반응, PSA(Pressure Swing Adsorption), 멤브레인 방식 중 하나 이상이 이용될 수 있으며, 특정 방식에 제한되지 않고 다양한 실시예에 따라 수행될 수 있다. At this time, at least one of a water gas conversion reaction, a selective oxidation reaction, a methanation reaction, a pressure swing adsorption (PSA) and a membrane method may be used as the method of purifying hydrogen in the hydrogen purifier, May be performed according to various embodiments.

상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 탄화수소 계열 물질 중 손쉽게 공급 및 저장이 가능한 가솔린을 가솔린 저장탱크에 저장하고, 연료전지에 부하 발생 시 자열개질과 수소정제기를 통해 고순도 수소로 변환하여 연료전지에 공급할 수 있다.As described above, according to the structure and function of the present invention, gasoline which can be easily supplied and stored among hydrocarbon-based materials is stored in a gasoline storage tank, and when the load is generated in the fuel cell, it is converted into high purity hydrogen Thereby supplying the fuel to the fuel cell.

이에 따라, 수소의 저장과 공급 효율을 향상시킬 수 있으며, 결과적으로 잠수함 잠항능력을 향상시키는 효과를 가져올 수 있다. As a result, it is possible to improve the storage and supply efficiency of hydrogen, and as a result, it can bring about an effect of improving submarine submersible ability.

지금까지 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템 및 그 운용방법에 관하여 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였다. A hydrogen supply system for an underwater vehicle using gasoline as a fuel and a method of operating the same will be described with reference to preferred embodiments.

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.
The foregoing embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, the scope of the invention being indicated by the appended claims rather than the foregoing description. It is intended that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are to be embraced within their scope.

100: 수중운동체의 수소공급시스템
110: 가솔린 저장탱크
120: 산소저장탱크
130: 반응수 저장탱크
140: 가솔린 개질기
150: 수소정제기
151: 수성가스전환반응부
152: 선택적산화반응부
153: 멤브레인분리부
154: 압력순환흡착부
160: 연료전지
191: 이산화탄소 처리장치
193: 수소탱크
195: 산소탱크100: Hydrogen supply system of underwater vehicle
110: Gasoline storage tank
120: oxygen storage tank
130: Reactor water storage tank
140: Gasoline reformer
150: Hydrogen purifier
151: water gas conversion reaction unit
152: selective oxidation reaction unit
153: membrane separation section
154: pressure circulation adsorption unit
160: Fuel cell
191: Carbon dioxide treatment system
193: Hydrogen tank
195: oxygen tank

Claims (7)

가솔린을 저장하는 가솔린 저장탱크;
상기 가솔린 저장탱크로부터 공급된 가솔린과, 산소저장탱크로부터 공급된 산소와, 수증기를 혼합하는 혼합기;
상기 혼합기에서 혼합된 가솔린, 산소, 수증기를 공급받아 수소를 생성하는 가솔린 개질기; 및
상기 가솔린 개질기로부터 생성된 수소를 정제하는 수소정제기;를 포함하는 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템.
A gasoline storage tank for storing gasoline;
A mixer for mixing gasoline supplied from the gasoline storage tank, oxygen supplied from the oxygen storage tank, and water vapor;
A gasoline reformer for generating hydrogen by receiving gasoline, oxygen, and steam mixed in the mixer; And
And a hydrogen purifier for purifying hydrogen produced from the gasoline reformer.
제1항에 있어서,
상기 수소정제기에서 분리된 이산화탄소를 처리하는 이산화탄소 처리장치와, 반응수인 물을 회수하여 저장하는 반응수 저장탱크를 포함하는 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템.
The method according to claim 1,
A carbon dioxide treatment device for treating the carbon dioxide separated from the hydrogen purifier, and a reaction water storage tank for recovering and storing water as reaction water.
제1항에 있어서,
상기 수소정제기는,
상기 가솔린 개질기에서 부산물로 생성되는 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키는 수성가스전환반응부와, 상기 수성가스전환반응부의 출구측에 구비되어 금속막을 이용한 선택적 투과를 통해 수소를 분리 정제하는 멤브레인 분리부를 포함하는 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템.
The method according to claim 1,
The hydrogen purifier includes:
And a membrane separation section for separating and purifying hydrogen through selective permeation through a metal membrane provided on an outlet side of the water gas conversion reaction section, wherein the gasoline reformer comprises: a water gas shift reaction section for converting carbon monoxide generated as a by- A hydrogen supply system for an underwater vehicle using fuel as a fuel.
제3항에 있어서,
상기 수소정제기는,
상기 가솔린 개질기에서 부산물로 생성되는 일산화탄소를 선택적으로 산화시키는 선택적산화반응부를 더 포함하는 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템.
The method of claim 3,
The hydrogen purifier includes:
Further comprising a selective oxidation unit selectively oxidizing carbon monoxide generated as a by-product in the gasoline reformer.
제1항에 있어서,
상기 수소정제기는,
상기 가솔린 개질기에서 부산물로 생성되는 일산화탄소를 이산화탄소로 전환시키는 수성가스전환반응부와, 상기 수성가스전환반응부의 출구측에 설치되어 물리적 흡착으로 수소를 정제하는 압력순환흡착(PSA: Pressure Swing Adsorption)부를 포함하는 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템.
The method according to claim 1,
The hydrogen purifier includes:
A water gas conversion reaction unit for converting carbon monoxide generated as a by-product in the gasoline reformer into carbon dioxide; and a pressure swing adsorption unit (PSA) unit installed at the outlet side of the water gas conversion reaction unit for purifying hydrogen by physical adsorption The hydrogen supply system of an underwater vehicle fueled by gasoline.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템의 운용방법으로서,
(a) 상기 혼합기에서 가솔린, 산소 및 수증기를 혼합시키는 단계;
(b) 상기 가솔린 개질기에서, 상기 혼합된 가솔린, 산소 및 수증기를 공급받아 자열개질로 수소를 생성시키는 단계; 및
(c) 상기 수소정제기에서, 상기 가솔린 개질기로부터 생성된 수소를 정제하여 연료전지로 공급하는 한편, 이산화탄소를 처리하는 단계;를 포함하는 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템 운용방법
A method of operating a hydrogen supply system for an underwater vehicle using gasoline as claimed in any one of claims 1 to 5,
(a) mixing gasoline, oxygen and water vapor in said mixer;
(b) generating, in the gasoline reformer, hydrogen by supplying the mixed gasoline, oxygen, and steam to the autoclave; And
(c) purifying hydrogen generated from the gasoline reformer in the hydrogen purifier to supply the purified hydrogen to the fuel cell, and treating the carbon dioxide, and a method for operating a hydrogen supply system of an underwater vehicle using gasoline as fuel
제6항에 있어서,
상기 (c) 단계에서,
상기 수소정제기에서 수소가 정제되는 방법은, 수성가스전환반응, 선택적산화반응, 메탄화반응, PSA(Pressure Swing Adsorption), 멤브레인 방식 중 하나 이상이 이용되는 가솔린을 연료로 하는 수중운동체의 수소공급시스템의 운용방법.The method according to claim 6,
In the step (c)
The method for purifying hydrogen in the hydrogen purifier includes a hydrogen supply system of an underwater vehicle using gasoline fuel in which at least one of a water gas conversion reaction, a selective oxidation reaction, a methanation reaction, a PSA (Pressure Swing Adsorption) How to operate.
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