KR20170047506A - Cooling apparatus and methdo for reformer system of underwater moving body - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예는 수중운동체 개질시스템의 냉각장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개질시스템을 효율적으로 냉각시킬 수 있는 수중운동체의 개질시스템의 냉각장치 및 방법에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to a cooling apparatus and method for an underwater vehicle reforming system, and more particularly, to a cooling apparatus and method for an underwater vehicle reforming system capable of efficiently cooling a reforming system.
수중운동체는 잠수함 등을 포함하는 개념으로서, 수중을 잠항할 수 있으며, 이를 위해 함내의 전원을 공급받아 동작하는 추진모터 등에 의해 회전력이 발생되고, 이 회전력이 프로펠러까지 전달되어 추진력을 발생시킨다. Submersible motors are submersible in submersible, and can be 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.
구체적인 예로서, 기존의 AIP(AIP, Air Independent Propulsion) 잠수함은 잠항 운전 시에 내부에 구비한 산소와 수소를 통해 연료전지에서 전력을 생산하여 추진한다. 기존의 잠수함은 수소 공급을 수소저장합금을 통해 공급하는데, 수소저장합금은 질량대비 수소 저장률(예: 수소저장합금 약2wt% 등)이 낮아 잠수함은 잠항시간에 제한이 있다.As a specific example, conventional AIP (AIP, Air Independent Propulsion) submarines produce and propel electric power from a fuel cell through oxygen and hydrogen provided in the submerged operation. Conventional submarines supply hydrogen supplies through hydrogen storage alloys. Hydrogen storage alloys have a lower hydrogen storage rate (eg, about 2 wt% hydrogen storage alloy) than submarines.
한편, 수소를 공급하는 방식 중에 탄화수소계열 혹은 에탄올계열의 연료를 개질하여 수소를 생성하여 공급하면 수소저장용기에 수소를 저장하여 공급하는 방식보다 수소저장밀도가 높아 연료를 개질하여 수소를 공급하는 개질시스템을 잠수함에 적용하면, 정해진 공간에서 더 많은 수소를 공급할 수 있으므로, 잠항시간이 향상된다.On the other hand, when hydrogen is produced and supplied by reforming hydrocarbons or ethanol-based fuels in a method of supplying hydrogen, the hydrogen storage density is higher than the method of storing hydrogen in a hydrogen storage vessel to supply hydrogen, Applying the system to a submarine can provide more hydrogen in a given space, thus improving submersible time.
이러한 개질시스템의 경우, 연료를 개질하는 과정에서 발생하는 열을 냉각하기 위한 냉각시스템의 구성이 추가적으로 요구된다. 개질시스템에서 요구하는 냉각수의 압력 조건을 맞추고, 시스템의 유지보수 등을 고려하여 청수를 냉각수로 공급해야 한다. In the case of such a reforming system, a configuration of a cooling system for cooling the heat generated in the process of reforming the fuel is additionally required. It is necessary to adjust the pressure condition of the cooling water required by the reforming system and supply clean water to the cooling water in consideration of the maintenance of the system.
종래의 경우, 수냉식 장비들의 냉각을 위하여 냉각시스템이 구성되어있으나, 잠수함 내에 구비된 모든 장비들이 요구하는 냉각조건은 약200kW(잠항 운전 기준)가 넘지 않는데 반해, 개질시스템은 100kw 이상의 냉각을 요구하기 때문에 개질시스템에 냉각수 공급을 위한 냉각시스템을 추가적으로 구비해야 한다.In the past, a cooling system has been constructed for the cooling of water-cooled equipment, but all the equipment provided in the submarine required cooling of more than 100 kW, while the cooling condition required for the submarine is not more than about 200 kW Therefore, it is necessary to additionally provide a cooling system for supplying cooling water to the reforming system.
아울러, 수소 사용처인 연료전지에서 필요한 수소를 개질시스템에서 생산하여 공급하기 위해서는 연료전지 작동 모드에 따라 개질시스템의 컨트롤이 중요하며 개질시스템을 유연하게 컨트롤하기 위해서는 냉각시스템의 제어 방안이 필요하다.
In addition, in order to produce and supply the necessary hydrogen for the fuel cell, which is the hydrogen source, the control of the reforming system is important according to the operation mode of the fuel cell, and a control method of the cooling system is needed to flexibly control the reforming system.
본 발명의 목적은, 탄화수소계열 혹은 에탄올계열의 연료를 개질하여 수소를 공급하는 개질시스템의 폐열을 효율적으로 제거할 수 있는 수중운동체 개질시스템의 냉각장치 및 방법을 제공하는데 있다.
An object of the present invention is to provide a cooling apparatus and method for a submersible vehicle modifying system capable of efficiently removing waste heat of a reforming system that reforms a hydrocarbon-based or ethanol-based fuel to supply hydrogen.
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, 탄화수소계열 혹은 에탄올계열의 연료를 개질하여 수소를 공급하는 수중운동체 개질시스템의 냉각 장치로서, 상기 개질시스템으로 청수를 순환시켜 공급하는 순환 배관; 및 상기 개질시스템을 통과하며 가열된 청수를 해수와 열 교환시켜 냉각시키는 열교환기;를 포함하는 수중운동체 개질시스템의 냉각 장치를 제공한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a cooling apparatus for a submersible vehicle modifying system for modifying a hydrocarbon-based or ethanol-based fuel to supply hydrogen, the circulating piping for circulating and supplying fresh water to the reforming system; And a heat exchanger that passes through the reforming system and cools the heated fresh water by exchanging heat with seawater to cool the water.
상기 순환 배관에는, 상기 개질시스템으로 청수를 공급시키는 펌프가 구비될 수 있다. The circulation pipe may be provided with a pump for supplying clean water to the reforming system.
상기 순환 배관에서, 상기 개질시스템의 출구 측에는 3 웨이(3-way) 밸브가 구비되며, 상기 3 웨이 밸브의 제어를 통해 상기 개질시스템에 일정 온도의 냉각수를 공급할 수 있다. In the circulation piping, a three-way valve is provided at the outlet side of the reforming system, and cooling water of a predetermined temperature can be supplied to the reforming system through the control of the three-way valve.
상기 순환 배관에서, 상기 개질시스템의 입구 측에는 온도 측정기가 구비되며, 상기 온도 측정기에서 측정된 온도 정보를 이용하여 상기 3 웨이 밸브가 제어될 수 있다. In the circulation pipe, a temperature meter is provided at an inlet side of the reforming system, and the 3-way valve can be controlled using temperature information measured by the temperature meter.
또한, 해수가 공급되는 해수 공급 라인과, 상기 해수 공급 라인에 설치되는 해수 펌프를 더 포함하며, 상기 열교환기 내에서 상기 순환 배관을 순환하는 청수와 상기 해수 공급 라인으로 공급되는 해수가 열 교환될 수 있다. Further, the apparatus further includes a seawater supply line to which seawater is supplied, and a seawater pump installed in the seawater supply line, wherein fresh water circulating the circulation pipe in the heat exchanger and seawater supplied to the seawater supply line are heat- .
상기 열교환기 내에서 청수와 열 교환된 해수는 상기 개질시스템에서 발생된 가스를 제거하는 가스 제거 시스템에 공급될 수 있다. The seawater heat exchanged with clear water in the heat exchanger may be supplied to a gas removal system which removes the gas generated in the reforming system.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 탄화수소계열 혹은 에탄올계열의 연료를 개질하여 수소를 공급하는 개질시스템; 및 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 냉각 장치를 포함하는 수중운동체를 제공한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a reforming system for reforming a hydrocarbon-based or ethanol-based fuel to supply hydrogen; And a cooling device according to any one of claims 1 to 6.
본 발명에 의하면, AIP(AIP, Air Independent Propulsion) 잠수함에 탄화수소계열 혹은 에탄올계열의 연료를 개질하여 수소를 공급하는 개질시스템의 폐열을 효율적으로 제거할 수 있다. According to the present invention, it is possible to efficiently remove waste heat of a reforming system that reforms a hydrocarbon-based or ethanol-based fuel to an AIP (Air Independent Propulsion) submarine to supply hydrogen.
또한, 본 발명에 의하면, 가스 제거 시스템에 공급되는 해수를 가스 제거 시스템으로 공급하기 전에 개질시스템의 청수와의 2차 냉각에 활용함으로써, 함 내에 유입되는 해수의 양을 줄이고, 필요한 펌프의 개수도 줄일 수 있다. According to the present invention, seawater supplied to the degassing system is used for secondary cooling with fresh water of the reforming system before being supplied to the degassing system, thereby reducing the amount of seawater introduced into the compartment, Can be reduced.
또한, 잠수함 등은 함 내에 유입되는 해수에 의해 소음이 발생하여 적에게 피탐 가능성이 높아지는데, 본 발명에 의하면 해수 유입으로 발생되는 소음이 적어져 적에게 피탐 가능성이 낮아지며, 이와 함께 펌프의 작동 개수가 줄어 잠수함의 효율이 증가될 수 있다.
In addition, the submarine and the like have a possibility of being attacked by the enemy due to the noise generated by the seawater flowing into the cabin. According to the present invention, the noise generated due to inflow of seawater is reduced, The efficiency of the submarine can be increased.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 수중운동체 개질시스템의 냉각 장치를 간략히 도시한 개념도들.FIG. 1 and FIG. 2 are conceptual views schematically showing a cooling device of an underwater vehicle modifying system according to embodiments of 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 수중운동체 개질시스템의 냉각 장치 및 방법에 관하여 구체적으로 살펴보기로 한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, a cooling apparatus and a method of a submersible vehicle modifying system according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 수중운동체 개질시스템의 냉각 장치를 간략히 도시한 개념도들이다. FIG. 1 and FIG. 2 are conceptual diagrams schematically showing a cooling device of an underwater vehicle modifying system according to embodiments of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도시된 수중운동체(100)의 개질시스템(110)의 냉각 장치(120)는 순환 배관(121), 3 웨이 밸브(123), 펌프(125), 온도 측정기(127), 그리고 열교환기(129)를 포함한다. 1 and 2, the cooling device 120 of the reforming
개질시스템(110)은 탄화수소계열 혹은 에탄올계열의 연료를 개질하여 수소를 공급하는 시스템이다. The reforming
상기 순환 배관(121)은 상기 개질시스템(110)으로 청수를 순환시켜 공급시켜주는 배관을 말한다. The
상기 열교환기(129)는 상기 개질시스템(110)을 통과하며 가열된 청수를 다시 냉각시키기 위하여 해수와 열 교환을 시켜주는 장치를 말한다. The
이와 같이 구성된 냉각 장치(120)는 해수를 이용하여 냉각된 청수를 개질시스템(110)에 공급하는 간접 냉각 방식이 이용될 수 있다. The cooling apparatus 120 configured as described above may use an indirect cooling system that supplies cooled fresh water to the reforming
또한, 상기 순환 배관(121)에는, 상기 개질시스템(110)으로 청수를 공급시키는 펌프(125)가 구비될 수 있다. The
또한, 상기 순환 배관(121)에서, 상기 개질시스템(110)의 출구 측에는 3 웨이(3-way) 밸브(123)가 구비될 수 있다. 상기 3 웨이 밸브(123)는 상기 개질시스템(110)에 일정 온도의 냉각된 청수, 즉 냉각수를 공급하도록 청수의 유동 방향을 제어할 수 있다. Also, in the
또한, 상기 순환 배관(121)에서, 상기 개질시스템(110)의 입구 측에는 온도 측정기(127)가 구비될 수 있다.In the
상기 온도 측정기(127)는 상기 개질시스템(110)으로 공급되는 청수의 실시간 온도를 측정하고, 측정된 청수의 온도 정보를 이용하여 상기 3 웨이 밸브(123)를 제어할 수 있다. 이로써, 일정 온도의 냉각된 청수가 상기 개질시스템(110)으로 공급될 수 있다. The
한편, 해수는 해수 공급 라인(131)을 통해 공급되는데, 상기 해수 공급 라인(131)에는 해수 펌프(133)가 더 구비될 수 있다. 상기 해수 공급 라인(131)을 통해 공급된 해수는 상기 열교환기(129)에서 상기 순환 배관(121)을 통해 순환하는 청수와 열 교환될 수 있다. Meanwhile, the seawater is supplied through the
도 2는 가스 제거 시스템으로 공급되는 해수를 이용하여 청수를 냉각하는 실시예를 나타낸 것이다. Fig. 2 shows an embodiment in which fresh water is cooled using seawater supplied to the degassing system.
도 2를 참조하면, 상기 해수 순환 라인(131)을 통해 공급되는 해수는 가스 제거 시스템(200)에서 개질 시 발생되는 이산화탄소 등의 가스를 용해시키는데 사용된다. 이와 같이 가스 제거 시스템(200)으로 공급되는 해수와 열 교환시켜 청수를 효율적으로 냉각시킬 수 있다.
Referring to FIG. 2, the seawater supplied through the
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, AIP(AIP, Air Independent Propulsion) 잠수함에 탄화수소계열 혹은 에탄올계열의 연료를 개질하여 수소를 공급하는 개질시스템의 폐열을 효율적으로 제거할 수 있다. As described above, according to the structure and the operation of the present invention, it is possible to efficiently remove the waste heat of a reforming system that reforms hydrocarbons or ethanol-based fuels in an AIP (AIP, Air Independent Propulsion) submarine to supply hydrogen.
또한, 본 발명에 의하면, 가스 제거 시스템에 공급되는 해수를 가스 제거 시스템으로 공급하기 전에 개질시스템의 청수와의 2차 냉각에 활용함으로써, 함 내에 유입되는 해수의 양을 줄이고, 필요한 펌프의 개수도 줄일 수 있다. According to the present invention, seawater supplied to the degassing system is used for secondary cooling with fresh water of the reforming system before being supplied to the degassing system, thereby reducing the amount of seawater introduced into the compartment, Can be reduced.
또한, 잠수함 등은 함 내에 유입되는 해수에 의해 소음이 발생하여 적에게 피탐 가능성이 높아지는데, 본 발명에 의하면 해수 유입으로 발생되는 소음이 적어져 적에게 피탐 가능성이 낮아지며, 이와 함께 펌프의 작동 개수가 줄어 잠수함의 효율이 증가될 수 있다. In addition, the submarine and the like have a possibility of being attacked by the enemy due to the noise generated by the seawater flowing into the cabin. According to the present invention, the noise generated due to inflow of seawater is reduced, The efficiency of the submarine can be increased.
지금까지 본 발명인 수중운동체 개질시스템의 냉각장치 및 방법에 관하여 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였다. The cooling apparatus and method of the underwater vehicle reforming system of the present invention have been described with reference to the 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: 수중운동체
110: 개질시스템
120: 냉각 장치
121: 순환 배관
123: 3 웨이 밸브
125: 펌프
127: 온도 측정기
129: 열교환기
131: 해수 공급 라인
133: 해수 펌프
200: 가스 제거 시스템100: underwater vehicle
110: reforming system
120: cooling device
121: Circulating piping
123: Three Way Valve
125: Pump
127: Temperature meter
129: Heat exchanger
131: Seawater supply line
133: Sea water pump
200: Gas removal system
Claims (7)
상기 개질시스템으로 청수를 순환시켜 공급하는 순환 배관; 및
상기 개질시스템을 통과하며 가열된 청수를 해수와 열 교환시켜 냉각시키는 열교환기;를 포함하는 수중운동체 개질시스템의 냉각 장치.
1. A cooling device for an underwater vehicle reforming system for reforming a hydrocarbon-based or ethanol-based fuel to supply hydrogen,
A circulation pipe circulating and supplying fresh water to the reforming system; And
And a heat exchanger for passing the heated reformed water through the reforming system and exchanging heat with seawater for cooling.
상기 순환 배관에는, 상기 개질시스템으로 청수를 공급시키는 펌프가 구비되는 것을 특징으로 하는 수중운동체 개질시스템의 냉각 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the circulation pipe is provided with a pump for supplying clean water to the reforming system.
상기 순환 배관에서, 상기 개질시스템의 출구 측에는 3 웨이(3-way) 밸브가 구비되며,
상기 3 웨이 밸브의 제어를 통해 상기 개질시스템에 일정 온도의 냉각수를 공급하는 것을 특징으로 하는 수중운동체 개질시스템의 냉각 장치.
The method according to claim 1,
In the circulation piping, a three-way valve is provided at the outlet side of the reforming system,
And the cooling water of a constant temperature is supplied to the reforming system through the control of the three-way valve.
상기 순환 배관에서, 상기 개질시스템의 입구 측에는 온도 측정기가 구비되며,
상기 온도 측정기에서 측정된 온도 정보를 이용하여 상기 3 웨이 밸브가 제어되는 것을 특징으로 하는 수중운동체 개질시스템의 냉각 장치.
The method of claim 3,
In the circulation pipe, a temperature measuring device is provided at an inlet side of the reforming system,
And the 3-way valve is controlled using the temperature information measured by the temperature measuring device.
해수가 공급되는 해수 공급 라인과,
상기 해수 공급 라인에 설치되는 해수 펌프를 더 포함하며,
상기 열교환기 내에서 상기 순환 배관을 순환하는 청수와 상기 해수 공급 라인으로 공급되는 해수가 열 교환되는 것을 특징으로 하는 수중운동체 개질시스템의 냉각 장치.
The method according to claim 1,
A seawater supply line to which seawater is supplied,
And a seawater pump installed in the seawater supply line,
Wherein the fresh water circulating in the circulation pipe in the heat exchanger and the seawater supplied to the seawater supply line are heat exchanged.
상기 열교환기 내에서 청수와 열 교환된 해수는 상기 개질시스템에서 발생된 가스를 제거하는 가스 제거 시스템에 공급되는 것을 특징으로 하는 수중운동체 개질시스템의 냉각 장치.
6. The method of claim 5,
Wherein the seawater heat exchanged with fresh water in the heat exchanger is supplied to a gas removal system for removing gas generated in the reforming system.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 냉각 장치를 포함하는 수중운동체.A reforming system for reforming hydrocarbon-based or ethanol-based fuel to supply hydrogen; And
An underwater vehicle comprising the cooling device of any one of claims 1 to 6.
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