KR20170076913A - Ship - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디젤엔진 배기시스템, 상기 디젤엔진 배기시스템과 연동하는 연료전지 시스템, 및 상기 연료전지 시스템이 갖는 연료전지에서 출력되는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하는 선박에 관한 것이다.The present invention includes a diesel engine exhaust system, a fuel cell system interlocked with the diesel engine exhaust system, and a power conversion unit for converting a direct current (DC) output from the fuel cell of the fuel cell system into an alternating current (AC) .

Description

선박{SHIP}Ship {SHIP}

본 발명은 환경 친화적인 선박에 관한 것이다.The present invention relates to an environmentally friendly vessel.

일반적으로 전체 에너지의 대부분은 화석연료로부터 얻고 있다. 그런데 화석연료의 매장량은 제한되어 있고, 화석연료의 사용은 대기오염 및 산성비, 지구 온난화 등 환경에 심각한 영향을 미치고 있다. 이러한 화석연료의 사용에 따른 문제점을 해결하기 위하여 환경 친화적인 발전시스템이 개발되고 있다. In general, most of the total energy comes from fossil fuels. However, the reserves of fossil fuels are limited, and the use of fossil fuels has serious effects on the environment such as air pollution, acid rain, and global warming. Environmentally friendly power generation systems have been developed to solve the problems associated with the use of such fossil fuels.

환경 친화적인 발전시스템에는 햇빛, 물, 지열, 강수, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 발전시스템이 있다. 또한, 환경 친화적인 발전시스템에는 화석연료를 변환하거나 수소와 산소 등의 화학 반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지를 포함하는 연료전지 시스템이 있다. Environmentally friendly power generation systems include power generation systems that produce electricity by converting renewable energy, including sunlight, water, geothermal, precipitation, and bio-organisms. In addition, an environmentally friendly power generation system includes a fuel cell system that includes a fuel cell that converts fossil fuel or generates electricity through a chemical reaction such as hydrogen and oxygen.

연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 알칼리 연료전지(AFC, Alkaline Fuel Cell), 인산형 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), 용융탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), 고분자전해질 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 직접메탄올 연료전지(DMFC, Direct Methanol Fuel Cell) 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동되지만 운전온도, 전해질, 발전효율, 발전성능이 서로 다르다. Alkaline fuel cell (AFC), phosphoric acid fuel cell (PAFC), molten carbonate fuel cell (MCFC), solid oxide fuel cell (MCFC), and solid oxide fuel cell (SOFC), a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), and a direct methanol fuel cell (DMFC). Each of these fuel cells operates on essentially the same principle, but the operating temperature, electrolyte, power generation efficiency, and power generation performance are different.

한편, 열차, 선박, 산업용 차량 등에서는 디젤엔진을 사용하여 필요한 전력을 발전하는 발전 시스템이 보편적으로 사용되고 있다. 그런데, 디젤엔진을 이용한 발전 시스템은 열효율이 30∼40%로 낮을 뿐만 아니라, 전력을 생산할 때에 이산화탄소(CO2), 황산화물(SOX), 질소산화물(NOX) 등의 환경오염물질이 발생하는 문제점이 있다. 최근 들어, 업계에서는 디젤엔진을 이용한 발전 시스템과 환경 친화적인 발전시스템인 연료전지 시스템을 복합적으로 사용하여 필요한 전력을 발전함과 동시에 전 세계적인 환경오염 규제에 대응할 수 있는 새로운 방안을 연구하고 있다. On the other hand, in a train, a ship, and an industrial vehicle, a power generation system that uses a diesel engine to generate necessary electric power is commonly used. However, the power generation system using the diesel engine has a thermal efficiency of 30 to 40%, and environmental pollutants such as carbon dioxide (CO 2 ), sulfur oxides (SO x ) and nitrogen oxides (NO x ) . In recent years, the industry has been studying new ways to respond to global environmental pollution regulations while developing necessary power by using diesel engine-based power generation system and environmentally friendly power generation system, fuel cell system.

그런데, 하나의 구조물에 디젤엔진을 사용하는 발전 시스템과 연료전지 시스템을 적용하는 경우, 다음과 같은 문제점이 발생한다. However, when a power generation system using a diesel engine and a fuel cell system are applied to a single structure, the following problems arise.

첫째, 디젤엔진을 사용하는 발전 시스템과 연료전지 시스템을 하나의 구조물에 설치하게 되면, 구조물 설비 구축비용이 상승하게 되는 문제가 있다. First, if a power generation system using a diesel engine and a fuel cell system are installed in one structure, there is a problem that the cost of constructing a structure is increased.

둘째, 연료전지가 많아지거나 요구되는 발전출력이 커지면 종래의 탄화수소발전 기술보다는 적지만 연료전지에서 배출되는 미반응 잔여물질과 물과 같은 반응생성물이 많아지게 된다. 따라서, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 잔여물질과 반응생성물의 증가로 인해 태양광 등의 재생에너지보다는 환경오염을 심화시키는 문제가 있다. Second, as the number of fuel cells increases or the required power generation increases, the amount of reaction products such as unreacted residual materials and water discharged from the fuel cell is reduced, which is less than the conventional hydrocarbon power generation technology. Therefore, the fuel cell system according to the prior art has a problem of increasing environmental pollution rather than renewable energy such as sunlight due to an increase in residual materials and reaction products.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 설비 구축비용 및 운영비용을 줄일 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a ship capable of reducing installation cost and operating cost.

본 발명은 연료전지에서 발생하는 미반응 잔여물질과 반응생성물을 줄일 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a vessel capable of reducing unreacted residual materials and reaction products generated in a fuel cell.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.In order to solve the above-described problems, the present invention can include the following configuration.

본 발명에 따른 선박은 디젤엔진 배기시스템; 상기 디젤엔진 배기시스템과 연동하는 연료전지 시스템; 및 상기 연료전지 시스템이 갖는 연료전지에서 출력되는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하고, 상기 연료전지 시스템은 원료를 공급받아 수소를 포함하는 연료인 개질가스를 생성하는 개질기, 상기 개질기를 가열하는 연소기, 상기 개질가스를 공급받아 전기를 생산하는 연료전지를 포함하되, 상기 원료는 상기 디젤엔진 배기시스템에도 공급되고, 상기 연소기로부터 공급되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 가열될 수 있다.The ship according to the present invention comprises a diesel engine exhaust system; A fuel cell system interlocked with the diesel engine exhaust system; And a power converter for converting a direct current (DC) output from the fuel cell of the fuel cell system into an alternating current (AC), wherein the fuel cell system includes a reforming gas A reformer for generating a reforming gas, a combustor for heating the reformer, and a fuel cell for generating electricity by receiving the reformed gas, wherein the raw material is also supplied to the diesel engine exhaust system, and the waste heat of the exhaust gas, As shown in FIG.

본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 디젤엔진 배기시스템은 디젤엔진으로부터 공급되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 물을 증발시켜서 스팀(H2O)을 생성하는 증발기를 포함하고, 상기 연료전지 시스템은 상기 증발기로부터 스팀(H2O)을 공급받아 상기 개질기로 배출하는 기수분리기, 상기 기수분리기로부터 공급되는 스팀(H2O)과 상기 연소기로부터 공급되는 배기가스를 열교환시키는 제1열교환기, 및 상기 연소기로부터 공급되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 원료가 가열된 후에 상기 디젤엔진 배기시스템 및 상기 연료전지 시스템 각각에 공급되도록 원료 저장탱크로부터 배출되는 원료 및 상기 연소기로부터 공급되는 배기가스를 열교환시키는 제2열교환기를 포함할 수 있다.In the vessel according to the present invention, the diesel engine exhaust system includes an evaporator that generates steam (H 2 O) by using water as waste heat of exhaust gas supplied from a diesel engine as a heat source, and the fuel cell system when supplied with steam (H 2 O) from the evaporator, the first heat exchanger to heat the exhaust gas supplied from the steam separator and steam (H 2 O) and the combustor supplied from the separator to discharge in the reformer, and the A waste heat source for exhaust gas from a combustor is used as a heat source, and a raw material discharged from a raw material storage tank and an exhaust gas supplied from the combustor are heat-exchanged to be supplied to the diesel engine exhaust system and the fuel cell system, respectively, 2 heat exchanger.

본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 디젤엔진 배기시스템은 디젤엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 공기를 가열하는 가열기를 포함하고, 상기 가열기는 가열한 공기를 상기 연료전지의 공기극 및 상기 연소기에 공급할 수 있다.In the vessel according to the present invention, the diesel engine exhaust system includes a heater that heats the air using waste heat of the exhaust gas discharged from the diesel engine as a heat source, and the heater heats the heated air to the air electrode of the fuel cell, Can be supplied to the combustor.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.According to the present invention, the following effects can be achieved.

본 발명은 디젤엔진 배기시스템에 공곱되는 원료를 연료전지 시스템의 연소기에서 발생되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 가열하도록 구현됨으로써, 설비 구축비용 및 운영비용을 줄일 수 있다.The present invention can reduce the facility construction cost and the operating cost by using the waste heat of the exhaust gas generated in the combustor of the fuel cell system as a heat source as the raw material to be mixed with the diesel engine exhaust system.

본 발명은 개질기에서 발생되는 고온의 개질가스가 원료 처리부에 일부 공급되어 황산화물을 제거하는 물질로 사용되도록 구현됨으로써, 탈황기를 포함하는 원료 처리부의 황산화물 제거효율을 향상시키는데 기여할 수 있다. The present invention can be used to improve the removal efficiency of sulfur oxides in a raw material treatment section including a desulfurizer by supplying the reformed gas having a high temperature generated in the reformer partially to the raw material treatment section to be used as a substance for removing sulfur oxides.

본 발명은 연료전지의 연료극(anode)으로부터 배출되는 일산화탄소(CO)와 수소(H2)와 같은 미반응 잔여물질과 반응생성물인 스팀(H2O)을 포함하는 배기가스 또는 연료전지의 공기극(anode)으로부터 배출되는 산소(O2)와 스팀(H2O)을 포함하는 배기가스를 응축하여 물을 생산하고, 생산한 물을 디젤엔진 배기시스템의 증발기로 공급하여 배기가스 이코노마이저를 통해 외부로 배출되는 배기가스의 폐열로 가열하여 스팀을 생산하도록 구현됨으로써, 개질기에서 필요한 스팀을 생성 및 공급하기 위한 원료수에 대한 가열 열원 및 원료수의 외부공급량 감소와 연료전지 미반응 잔여물질과 반응생성물의 대기 배출 증가로 인한 환경오염을 줄이는데 기여할 수 있다.The present invention relates to an exhaust gas containing an unreacted residual material such as carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) discharged from an anode of a fuel cell and steam (H 2 O) the exhaust gas containing oxygen (O 2 ) and steam (H 2 O) discharged from the anode is condensed to produce water, and the produced water is supplied to the evaporator of the diesel engine exhaust system and is exhausted to the outside through the exhaust gas economizer The heat source and the external supply amount of the raw water for the raw water to generate and supply the steam required by the reformer and the amount of the external supply of the raw water are reduced and the amount of the unreacted residual material of the fuel cell and the reaction product Can contribute to reducing environmental pollution due to increased atmospheric emissions.

도 1은 본 발명에 따른 전체 시스템의 개념적인 구성도
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도
도 3a, 도 3b는 본 발명에 사용되는 연료전지의 동작을 설명하기 위한 예시도로서, 도 3a는 고체산화물 연료전지(SOFC)의 개념적인 구성도
도 3b는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 개념적인 구성도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수소생성부를 설명하기 위한 예시도
도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도
도 7은 도 5의 연료전지 시스템에 대한 실시예에 따른 구성도
도 8은 본 발명에 따른 선박의 일례를 나타낸 개략도1 is a conceptual diagram of an overall system according to the present invention;
2 is a conceptual diagram of a fuel cell system according to the first embodiment of the present invention
FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining the operation of the fuel cell used in the present invention. FIG. 3A is a conceptual diagram of a solid oxide fuel cell (SOFC)
3B is a conceptual diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC)
4 is an exemplary diagram for explaining a hydrogen generator according to an embodiment of the present invention.
5 is a conceptual configuration diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention
6 is a conceptual configuration diagram of the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention
FIG. 7 is a configuration diagram according to an embodiment of the fuel cell system of FIG. 5
8 is a schematic view showing an example of a ship according to the present invention

이하에서는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, embodiments of the fuel cell system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 발전시스템(100)에 적용되어 전기를 생산하는 기능을 담당한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)을 설명하기에 앞서, 상기 발전시스템(100)을 먼저 살펴보면, 다음과 같다.Referring to FIG. 1, a fuel cell system 200 according to the present invention is applied to a power generation system 100 to perform a function of generating electricity. Before describing the fuel cell system 200 according to the present invention, the power generation system 100 will be described first.

상기 발전시스템(100)은 원료 공급부(110), 원료수 공급부(120), 공기 공급부(130), 전력변환부(140), 및 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)을 포함한다.The power generation system 100 includes a raw material supply unit 110, a raw water supply unit 120, an air supply unit 130, a power conversion unit 140, and a fuel cell system 200 according to the present invention.

상기 원료 공급부(110)는 원료 저장탱크를 포함하며 상기 원료 저장탱크에 저장된 원료를 공급한다. 예를 들어, 원료는 탄화수소 계열의 물질로, LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 가솔린, 디메틸에테르, 메탄가스, 수소정제 오프가스, 순수소 등일 수 있다.The raw material supply unit 110 includes a raw material storage tank and supplies raw materials stored in the raw material storage tank. For example, the raw material is a material of a hydrocarbon series, LNG (liquefied natural gas), LPG (liquefied petroleum gas), methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH), petrol, dimethyl ether, methane, Hydrogen purification off-gas, pure hydrogen, or the like.

일례로, 상기 발전시스템(100)이 자동차에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 원료 저장탱크와 상기 원료 저장탱크에 저장된 원료를 공급하는 장치(예컨대, 펌프)를 포함하여 구현된다. 다른 예로, 상기 발전시스템(100)이 LNG 운반선에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 LNG 저장탱크로부터 LNG(액화천연가스)를 공급한다. 또 다른 예로, 상기 발전시스템(100)이 디젤엔진 선박에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 디젤연료 저장탱크와 상기 디젤연료 저장탱크로부터 디젤연료를 공급하는 장치를 포함하여 구현된다.For example, when the power generation system 100 is applied to an automobile, the raw material supply unit 110 is implemented including a raw material storage tank and a device (for example, a pump) for supplying raw materials stored in the raw material storage tank. As another example, when the power generation system 100 is applied to an LNG carrier, the raw material supply unit 110 supplies LNG (liquefied natural gas) from the LNG storage tank. As another example, when the power generation system 100 is applied to a diesel engine ship, the raw material supply unit 110 is implemented including a diesel fuel storage tank and an apparatus for supplying diesel fuel from the diesel fuel storage tank.

상기 원료수 공급부(120)는 원료수 저장탱크와 상기 원료수 저장탱크에 저장된 원료수를 공급하는 장치(예컨대, 펌프)를 포함하여 구현될 수 있다. 원료수는 예를 들어, 상수(上水), 민물, 또는 해수일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 민물, 해수에서 불순물의 제거 처리나 이온제거 처리된 물일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 민물, 해수에서 불순물이 제거된 상태의 물일 수 있다.The raw water supply part 120 may include a raw water storage tank and a device (for example, a pump) for supplying the raw water stored in the raw water storage tank. The raw water may be, for example, water (constant water), fresh water, or seawater. As another example, the raw water may be impurity-treated water or ion-removed water in fresh water or seawater. As another example, the raw water may be water in the state where impurities are removed from fresh water or seawater.

상기 공기 공급부(130)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 공기를 공급한다. 통상적으로 공기는 질소, 산소, 이산화탄소 등을 포함하는 기체를 의미하지만, 본 명세서에서는 공기에서 질소 또는 이산화탄소를 제거한 기체, 또는 산소 이외의 모든 기체를 제거한 경우도 포함한다. 상기 공기 공급부(130)는 공기 저장탱크와 상기 공기 저장탱크로부터 공기를 공급하는 장치(예컨대, 블로워)를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 공기 공급부(130)는 외부공기를 공급받아 압축한 후 압축된 고압의 공기를 공급하거나 상압으로 공급하도록 구현될 수 있다.The air supply unit 130 supplies air to the fuel cell system 200 according to the present invention. Normally, air means a gas including nitrogen, oxygen, carbon dioxide and the like, but also includes the case where nitrogen or carbon dioxide is removed from air or all gases other than oxygen are removed. The air supply unit 130 may include an air storage tank and a device (for example, a blower) for supplying air from the air storage tank. As another example, the air supply unit 130 may be configured to supply external air and compress the high-pressure air, or supply the compressed high-pressure air at normal pressure.

상기 전력변환부(140)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에서 나오는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환한다. 상기 전력 변환부(140)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에서 나오는 출력전압을 승압 또는 감압하기 위한 DC-DC 컨버터 및 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 DC-AC 인버터 등으로 구성될 수 있다. 상기 전력변환부(140)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)으로부터 공급된 전기를 전력부하로 배출한다. 전력부하는, 예를 들어 선박의 경우 선박의 기본 전기설비 및 화물계통 전기설비 등과 같은 선박 내 전기설비일 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 전력변환부(140)는 에너지 저장장치, 예를 들어 배터리로 전기를 전송하여 저장하도록 구현될 수도 있다.The power conversion unit 140 converts the direct current (DC) output from the fuel cell system 200 according to the present invention into an alternating current (AC). The power conversion unit 140 includes a DC-DC converter for boosting or reducing the output voltage from the fuel cell system 200 according to the present invention, and a DC-AC converter for converting a direct current (DC) An inverter or the like. The power conversion unit 140 discharges the electric power supplied from the fuel cell system 200 according to the present invention to the electric power load. The electric power load may be, for example, in-ship electrical equipment such as a ship's basic electrical equipment and cargo-system electrical equipment in the case of a ship. Although not shown, the power conversion unit 140 may be implemented to transmit and store electricity to an energy storage device, for example, a battery.

본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료, 물(H2O), 및 공기를 이용하여 전기를 생산한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 가정이나 자동차와 같은 소형 구조물에 사용될 수 있고, 선박 등과 같이 대형 구조물에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료의 연소 에너지를 이용하는 디젤엔진, 가스엔진, 증기터빈, 가스터빈, 또는 랭킨 사이클(Rankine Cycle)과 연동하도록 구현될 수도 있다.The fuel cell system 200 according to the present invention produces electricity using fuel, water (H 2 O), and air. The fuel cell system 200 according to the present invention can be used in a small structure such as a home or an automobile, and can be used in a large structure such as a ship. The fuel cell system 200 according to the present invention may be implemented to operate in conjunction with a diesel engine, a gas engine, a steam turbine, a gas turbine, or a Rankine Cycle that uses the combustion energy of the fuel.

이하에서는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(100)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a fuel cell system 100 according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 및 수소생성부(400)를 포함한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210), 상기 수소생성부(400) 등을 포함한 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구현될 수도 있다. 본 명세서에서는 수소생성부(400)에 유입되는 것을 원료 및 원료수로 정의하고, 수소생성부(400)에서 생성되어 연료전지(210)로 유입되는 것을 연료로 정의한다.Referring to FIG. 2, the fuel cell system 200 according to the first embodiment of the present invention includes a fuel cell 210, and a hydrogen generation unit 400. The fuel cell system 200 according to the present invention may be implemented by including a controller 250 for controlling all operations including the fuel cell 210, the hydrogen generator 400, and the like. In this specification, what is introduced into the hydrogen generator 400 is defined as the raw material and the raw water, and the fuel that is generated in the hydrogen generator 400 and introduced into the fuel cell 210 is defined as fuel.

상기 연료전지(210)는 연료전지 스택(stack)을 포함하여 구현된다. 상기 연료전지 스택은 공기극(cathode)과 연료극(anode) 사이에 전해질(electrolyte)층이 형성되고, 연료극(anode)과 공기극(cathode)에는 수소공급 및 공기공급, 열회수를 위한 분리판(separator)이 설치되어 있는 단위전지 모듈을 필요수량만큼 직렬 연결된 형태로 구성된다.The fuel cell 210 is implemented including a fuel cell stack. The fuel cell stack has an electrolyte layer formed between a cathode and an anode and a separator for supplying hydrogen and supplying air and recovering heat to the anode and the cathode And the unit cell modules are connected in series by the required number of units.

상기 연료전지(210)는 온도센서와 온도 유지용 기기, 즉 히터나 공기극 팬과 연료극 팬, 냉각판 등을 포함할 수 있다. 상기 온도센서는 연료전지 스택의 온도, 공기극(cathode)의 온도, 연료극(anode)의 온도를 센싱한다. 상기 히터에 의해 연료전지를 가열하여 운전에 필요한 온도를 유지하도록 할 수 있다. 상기 공기극 팬은 연료전지 스택의 공기극(cathode)에서 발열한 열을 방열시킨다. 상기 연료극 팬은 연료전지 스택의 연료극(anode)에서 발열한 열을 방열시킨다. 상기 공기극 팬 및 연료극 팬은 연료전지 스택에 사용되는 열교환기의 일부 구성으로 구현될 수 있다.The fuel cell 210 may include a temperature sensor and a device for maintaining temperature, that is, a heater, a cathode fan, a fuel electrode fan, a cooling plate, and the like. The temperature sensor senses the temperature of the fuel cell stack, the temperature of the cathode, and the temperature of the anode. The heater can heat the fuel cell to maintain the temperature required for the operation. The air cathode fan dissipates heat generated at the cathode of the fuel cell stack. The fuel electrode fan dissipates the heat generated from the anode of the fuel cell stack. The air cathode fan and the anode cathode fan may be implemented as a part of a heat exchanger used in a fuel cell stack.

본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)이 제어부(250)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 히터나 공기극 팬과 연료극 팬을 제어하여 상기 연료전지(210)의 운전온도를 적절하게 유지한다. 예를 들어, 제어부(250)는 인산형 연료전지(PAFC)의 경우 운전온도를 190∼210℃로 유지하며, 용융탄산염 연료전지(MCFC)의 경우 운전온도를 550∼650℃로 유지하며, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 경우 운전온도를 650∼1000℃로 유지하며, 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 경우 운전온도를 30∼80℃로 유지하도록 한다. When the fuel cell system 200 according to the present invention includes the control unit 250, the control unit 250 controls the heater, the cathode fan, and the anode electrode fan using the signal output from the temperature sensor, ) Is appropriately maintained. For example, the control unit 250 maintains the operating temperature of the phosphoric acid fuel cell (PAFC) at 190 to 210 ° C, maintains the operating temperature of the MCFC at 550 to 650 ° C, In the case of oxide fuel cells (SOFC), the operating temperature is maintained at 650 to 1000 ° C. For polymer electrolyte fuel cells (PEMFC), the operating temperature is maintained at 30 to 80 ° C.

이하, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 구비되는 연료전지(210)의 동작을 도 3a, 도 3b를 참조하여 설명하기로 한다. 도 3a는 고체산화물 연료전지(SOFC)의 개념적인 구성도이고, 도 3b는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 개념적인 구성도이다.Hereinafter, the operation of the fuel cell 210 included in the fuel cell system 200 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3A and 3B. FIG. 3A is a conceptual configuration diagram of a solid oxide fuel cell (SOFC), and FIG. 3B is a conceptual configuration diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC).

먼저, 도 3a를 참조하면 고체산화물 연료전지(SOFC)(310)는 공기극(cathode)(311)에서 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소이온이 전해질(312)을 통해 연료극(anode)(313)으로 이동한다. 연료극(anode)(313)에서는 수소(H2)를 포함하는 연료가 유입되는데, 전해질(312)을 통해 연료극(anode)(313)으로 이동한 산소이온(O2-)과 수소(H2)가 전기화학적으로 반응하여 물(H2O)과 전자(e-)가 생성된다. 공기극(cathode)(311)에서는 전자가 소모되므로 공기극(cathode)(311)과 연료극(anode)(313)을 서로 연결하면 전기가 흐르게 된다.3A, a solid oxide fuel cell (SOFC) 310 includes a cathode 311, an anode 313, and a cathode 313. The anode 313 is connected to the anode 312 through an electrolyte 312, . Fuel containing hydrogen (H 2 ) flows in the anode 313 and oxygen ions O 2- and hydrogen H 2 which have moved to the anode 313 through the electrolyte 312 are introduced into the anode 313, (H 2 O) and electrons (e-) are generated by electrochemical reaction. Since electrons are consumed in the cathode 311, electricity flows when the cathode 311 and the anode 313 are connected to each other.

고체산화물 연료전지(SOFC)(310)는 연료극(anode)(313)에 공급된 연료 중 포함될 수 있는 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2)와 같은 전기화학 미반응물질과 미반응 수소(H2)와 같은 잔여물질과 반응생성물인 물(액체 혹은 기체상태로서의 H2O)을 배출한다. 또한, 고체산화물 연료전지(SOFC)(310)의 공기극(cathode)(311)에서는 미반응 산소 및 질소 등을 배출한다.The solid oxide fuel cell (SOFC) (310) is a fuel electrode (anode) (313) unreacted and electrochemical unreacted material as a the fuel carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2) that may be included in the feed to hydrogen (H 2 ) And the water (liquid or gaseous H 2 O) as the reaction product. In addition, unreacted oxygen and nitrogen are discharged from the cathode 311 of the solid oxide fuel cell (SOFC) 310.

도 3b를 참조하면 고분자전해질 연료전지(PEMFC)(320)는 연료극(anode)(321)에 형성된 촉매층(322)에서 수소(H2)가 수소이온(H+)과 전자(e-)로 생성된다. 수소이온(H+)은 고분자 전해질막(Polymer Membrane)(323)을 통해 공기극(cathode)(324)으로 이동한다. 고분자전해질 연료전지(PEMFC)(320)는 공기극(cathode)(324)에 형성된 촉매층(325)에서 수소이온(H+)과 산소(O2)가 반응하여 스팀(H2O)을 생산한다. 연료극(anode)(321)에 형성된 촉매층(322)과 공기극(cathode)(324)에 형성된 촉매층(325)을 서로 연결하면 전기가 흐르게 된다.Referring to FIG. 3B, the PEMFC 320 includes a catalyst layer 322 formed on the anode 321, and hydrogen (H 2 ) is generated as hydrogen ions (H + ) and electrons (e-) do. The hydrogen ions H + move to the cathode 324 through the polymer electrolyte membrane 323. The polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) 320 reacts with hydrogen ions (H + ) and oxygen (O 2 ) in the catalyst layer 325 formed on the cathode 324 to produce steam (H 2 O). When the catalyst layer 322 formed on the anode 321 and the catalyst layer 325 formed on the cathode 324 are connected to each other, electricity flows.

고분자전해질 연료전지(PEMFC)(320)는 연료극(anode)(321)의 촉매층(322)에서 미반응 수소(H2)와 같은 잔여물질을 배출한다. 또한, 고분자전해질 연료전지(PEMFC)(320)는 공기극(cathode)(324)에서 미반응 산소와 물(H2O)을 배출한다.The polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) 320 discharges residual material such as unreacted hydrogen (H 2 ) from the catalyst layer 322 of the anode 321. In addition, the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) 320 discharges unreacted oxygen and water (H 2 O) from the cathode 324.

그 외에 용융탄산염 연료전지(MCFC)는 연료극(anode)에서 수소(H2)와 탄산이온(CO3 2-)이 반응하여 물(H2O)과 이산화탄소(CO2), 전자(e-)가 생성된다. 생성된 이산화탄소(CO2)는 공기극(cathode)으로 보내지게 되고, 공기극(cathode)에서 이산화탄소(CO2)와 산소(O2)가 반응하여 탄산이온(CO3 2-)을 생산한다. 탄산이온(CO3 2-)은 전해질을 통해 연료극(anode)으로 이동한다. 용융탄산염 연료전지(MCFC)에서는 전기를 생성하는 과정에서 발생하는 이산화탄소(CO2)를 외부로 배출하지 않고 연료전지 내부에서 순환되도록 구현될 수 있다.In the MCFC, hydrogen (H 2 ) and carbonic acid ions (CO 3 2- ) react with each other in the anode to form water (H 2 O), carbon dioxide (CO 2 ) Is generated. The generated carbon dioxide (CO 2 ) is sent to the cathode, and carbon dioxide (CO 2 ) and oxygen (O 2 ) react with each other at the cathode to produce carbonate ion (CO 3 2- ). Carbonate ions (CO 3 2- ) move through the electrolyte to the anode. In a molten carbonate fuel cell (MCFC), carbon dioxide (CO 2 ) generated in the process of generating electricity can be implemented to be circulated in the fuel cell without being discharged to the outside.

도 2 및 도 4를 참고하면, 상기 수소생성부(400)는 원료를 이용하여 연료전지(210)의 연료극(anode)에 필요한 연료, 즉 수소(H2) 가스를 생성하는 장치를 포함한다. 본 명세서에서는 상기 수소생성부(400)에 유입되는 것을 원료 및 원료수로 정의하고, 상기 수소생성부(400)에서 생성되어 상기 연료전지(210)로 유입되는 것을 연료로 정의한다. 2 and 4, the hydrogen generator 400 includes an apparatus for generating a fuel, that is, hydrogen (H 2 ) gas, necessary for the anode of the fuel cell 210 using the raw material. In the present specification, the fuel that is generated in the hydrogen generator 400 and introduced into the fuel cell 210 is defined as the fuel that is introduced into the hydrogen generator 400 as raw material and raw water.

상기 수소생성부(400)는 연료전지(210)의 종류에 따라 또는 전기 생성 효율 향상을 위해 그 구조가 다양하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 상기 연료전지(210)가 용융탄산염 연료전지(MCFC) 또는 고체산화물 연료전지(SOFC)인 경우, 상기 수소생성부(400)는 개질기(Reformer)와 연소기를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 상기 연료전지(210)가 인산형 연료전지(PAFC) 또는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)인 경우 상기 수소생성부(400)는 개질기(Reformer)와 연소기 외에도 수성가스화반응기(Water Gas Shift reactor, WGS)를 더 포함하여 구현될 수 있다. The hydrogen generator 400 may be designed to have various structures depending on the type of the fuel cell 210 or to improve electricity generation efficiency. For example, when the fuel cell 210 is a molten carbonate fuel cell (MCFC) or a solid oxide fuel cell (SOFC), the hydrogen generator 400 may include a reformer and a combustor . In another example, when the fuel cell 210 is a PAFC or a PEMFC, the hydrogen generator 400 may be a water gas shift reactor , ≪ / RTI > WGS).

상기 수성가스화반응기(WGS)는 고온 수성가스화반응기(HTS, High-Temperature Shift reactor), 중온 수성가스화반응기(MTS, Mid-Temperature Shift reactor), 저온 수성가스화반응기(LTS, Low-Temperature Shift reactor), 또는 일산화탄소 제거기를 포함할 수 있다. 상기 일산화탄소 제거기는 일산화탄소(CO)만을 연소시켜 제거하는 선택적산화반응기(Preferential Oxidation, PROX), 또는 일산화탄소(CO)를 수소(H2)와 반응시켜 그 농도를 저감시키는 메탄화반응기를 포함할 수 있다. The water gasification reactor (WGS) may be a high temperature shift reactor (HTS), a mid-temperature shift reactor (MTS), a low-temperature shift reactor (LTS) Or a carbon monoxide remover. The carbon monoxide remover may include a selective oxidation reactor (PROX) for burning and removing only carbon monoxide (CO), or a methanation reactor for reducing carbon monoxide (CO) to hydrogen (H 2 ) .

도 4를 참고하여 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 수소생성부(400)의 일례를 살펴보면, 다음과 같다.Referring to FIG. 4, an example of the hydrogen generator 400 in the fuel cell system 200 according to the present invention will be described as follows.

상기 수소생성부(400)는 원료 처리부(410), 원료수 처리부(420), 개질기(Reformer)(430), 및 연소기(440)를 포함하여 구현될 수 있다.The hydrogen generator 400 may include a raw material processing unit 410, a raw material water processing unit 420, a reformer 430, and a combustor 440.

상기 원료 처리부(410)는 원료 저장탱크를 포함하는 원료 공급부로부터 공급되는 원료를 전처리한다. 예를 들어, 상기 원료 처리부(410)는 LNG 저장탱크로부터 공급되는 액화천연가스를 증발시키는 LNG 증발기와 상기 LNG 증발기 내에 설치되는 기화기를 포함하여 구현될 수 있다. 원료가 해상 가스유(Marine Gas Oil, MGO), 해상 디젤유(Marine Diesel Oil, MDO), 일반 중유(Heavy Fuel Oil, HFO) 등과 같이 상대적으로 높은 분자량을 갖는 액상 원료인 경우, 상기 원료 처리부(410)는 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 또는 일반 중유(HFO)에 열을 가하는 히터와 상기 가열된 원료를 촉매 반응하여 메탄(CH4)을 생성하는 메탄화기를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 상기 원료 처리부(410)는 원료에 포함된 불순물을 제거하는 필터나 황화물을 제거하는 탈황기를 포함하여 구현될 수 있다.The raw material processing unit 410 preprocesses the raw material supplied from the raw material supply unit including the raw material storage tank. For example, the raw material treatment unit 410 may include an LNG evaporator for evaporating the liquefied natural gas supplied from the LNG storage tank and a vaporizer installed in the LNG evaporator. When the raw material is a liquid raw material having a relatively high molecular weight such as Marine Gas Oil (MGO), Marine Diesel Oil (MDO), Heavy Fuel Oil (HFO), etc., 410 includes a heater that applies heat to marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), or general heavy oil (HFO), and a methanizer that generates methane (CH4) by catalyzing the heated raw material . The raw material treatment unit 410 may include a filter for removing impurities contained in the raw material, and a desulfurizer for removing sulfide.

상기 원료수 처리부(420)는 원료수 저장탱크를 포함하는 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 전처리한다. 상기 원료수 처리부(420)는 예를 들어, 원료수를 가열하여 스팀(H2O)을 생성하고, 상기 스팀(H2O)을 개질기(Reformer)로 공급한다. 상기 원료수 처리부(420)는 예를 들어, 연소기(440)에서 발생하는 배기가스의 폐열로 원료수를 가열하는 열교환기를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 상기 원료수 처리부(420)는 연료전지 시스템의 배기가스나 증기 내에 포함된 수분(물방울)을 분리하는 기수분리기(steam separator)를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 상기 원료수 처리부(420)는 원료수를 연료전지 시스템에서 요구하는 순도를 유지하기 위해 활성탄, 이온제거용 수지 등을 이용할 수도 있으며, 이를 측정하는 센서 및 제어 시스템을 포함할 수 있다. 다른 예로, 원료수 처리부(420)에 일정 수준의 수량을 유지하기 위한 외부 물 공급 라인 및 시스템을 포함할 수 있다.The raw water treatment unit 420 prepares the raw water supplied from the raw water supply unit including the raw water storage tank. The raw water treatment unit 420 generates steam (H 2 O) by heating the raw water, and supplies the steam (H 2 O) to a reformer. The raw water water treatment unit 420 may include a heat exchanger for heating the raw water to the waste heat of the exhaust gas generated in the combustor 440, for example. The raw water water treatment unit 420 may include a steam separator for separating moisture (water droplets) contained in the exhaust gas or steam of the fuel cell system. In addition, the raw water treatment unit 420 may use activated carbon, ion removal resin, or the like to maintain the purity required for the raw material water in the fuel cell system, and may include a sensor and a control system for measuring the same. As another example, the system may include an external water supply line and system for maintaining a certain level of water in the water supply unit 420.

상기 개질기(Reformer)(430)는 상기 원료 처리부(410)로부터 공급되는 전처리된 원료 및 상기 원료수 처리부(420)로부터 공급되는 스팀(H2O)의 개질반응을 진행하여 수소(H2)를 포함하는 개질가스를 발생시킨다. 이러한 개질반응을 진행함에 있어서, 상기 개질기(330)는 상기 연소기(440)에서 제공되는 열 에너지를 이용할 수 있다. 이하 본 명세서에서는 상기 개질기(330)에서 나오는 개질가스를 연료로 정의한다.The reformer 430 reforms the pre-treated raw material supplied from the raw material treatment unit 410 and the steam (H 2 O) supplied from the raw water treatment unit 420 to supply hydrogen (H 2 ) Thereby generating a reforming gas. In the reforming reaction, the reformer 330 may use thermal energy provided by the combustor 440. Hereinafter, the reformed gas from the reformer 330 is defined as a fuel.

상기 개질기(Reformer)(430)는 개질반응을 촉발시키는 개질촉매층을 포함하여 구현된다. 개질촉매층은 개질촉매가 담체에 담지된 촉매를 충전한 구조로 이루어진다. 개질촉매는 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 백금(Pt) 등으로 이루어지며, 촉매를 담지하는 담체의 형상은, 예컨대 입상, 펠릿형상 및 허니컴형상 등이 될 수 있고, 담체를 구성하는 재료는 세라믹, 내열성금속 등, 예컨대 알루미나(Al2O3)나 티타니아(TiO2) 등이 될 수 있다.The reformer 430 is implemented with a reforming catalyst layer that triggers a reforming reaction. The reforming catalyst layer has a structure in which the reforming catalyst is packed with a catalyst supported on the carrier. The reforming catalyst is composed of nickel (Ni), ruthenium (Ru), platinum (Pt) or the like. The shape of the carrier carrying the catalyst may be, for example, granular, pellet or honeycomb, Resistant metal such as alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), or the like.

본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 개질기(330)는 상기 연료전지(210)의 외부에 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 연료전지(210)는 외부 개질형으로 구현된다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 개질기(330)는 상기 연료전지(210)의 내부에 개질촉매층의 형태로 설치될 수도 있다. 이 경우, 상기 연료전지(210)는 내부 개질형으로 구현된다.In the fuel cell system 200 according to an embodiment of the present invention, the reformer 330 may be installed outside the fuel cell 210. In this case, the fuel cell 210 is implemented as an external reforming type. In the fuel cell system 200 according to the present invention, the reformer 330 may be installed inside the fuel cell 210 in the form of a reforming catalyst layer. In this case, the fuel cell 210 is implemented as an internal reforming type.

상기 연소기(440)는 상기 개질기(Reformer)(430)에서 개질반응이 원활하게 진행되도록 열을 제공한다. 상기 연소기(440)에 의한 개질기 가열온도가 낮은 경우, 상기 개질기(Reformer)(430)의 흡열반응에 의한 개질반응이 잘 진행되지 않으며 수분(물방울)이 상기 개질기(Reformer)(430) 내에 발생한다. 상기 연소기(440)의 가열온도가 높은 경우 상기 개질기(Reformer)(430)의 개질촉매층의 촉매활성이 저하될 수 있다. The combustor 440 provides heat to the reformer 430 to smoothly perform the reforming reaction. When the reformer heating temperature by the combustor 440 is low, the reforming reaction by the endothermic reaction of the reformer 430 does not progress well and moisture (water droplets) is generated in the reformer 430 . If the heating temperature of the combustor 440 is high, the catalytic activity of the reforming catalyst layer of the reformer 430 may be lowered.

상기 연소기(440)는 시스템 전체의 효율을 향상시키기 위해, 상기 원료 처리부(410)에서 전처리된 원료, 상기 연료전지(210)의 연료전지 스택의 연료극(anode)에서 배출되는 배기가스, 또는 그 둘을 혼합한 것을 원료로 사용할 수 있다. 상기 연소기(440)는 공기 공급부(130, 도 1에 도시됨)에서 공급되는 공기를 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 연소기(440)는 추가로 상기 연료전지(210)의 연료전지 스택의 공기극(cathode)에서 배출되는 공기를 사용할 수 있다.The combustor 440 is connected to the raw material pretreated in the raw material treatment section 410, the exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell stack of the fuel cell 210, Can be used as a raw material. The combustor 440 may use air supplied from the air supply unit 130 (shown in FIG. 1). In the fuel cell system 200 according to the present invention, the combustor 440 may further use air discharged from the cathode of the fuel cell stack of the fuel cell 210.

도시하지 않았지만, 상기 수소생성부(400)는 하나 이상의 온도센서를 더 포함할 수 있으며, 상기 온도센서는 개질기(Reformer)(430)의 온도를 검출한다. 상기 개질기(Reformer)(430)의 온도는 상기 개질기(Reformer)(430)의 구성 및 상기 원료 처리부(410)에서 전처리된 원료와 스팀(H2O)과의 혼합비율 등의 조건에 의해서 최적 온도 범위가 변화한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)이 상기 제어부(250, 도 2에 도시됨)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 연소기(440)의 원료 연소량을 증감시켜 상기 개질기(Reformer)(430)의 온도를 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(250)는 최적 온도 범위에 대하여 ±20℃ 정도의 범위 내로 제어하도록 구현될 수 있다. Although not shown, the hydrogen generator 400 may further include at least one temperature sensor, which detects the temperature of the reformer 430. The temperature of the reformer 430 may be adjusted according to the configuration of the reformer 430 and the mixing ratio of the raw material pretreated in the raw material processing unit 410 and steam (H 2 O) The range changes. 2), the control unit 250 controls the amount of combustion of the combustor 440 based on the signal output from the temperature sensor, And the temperature of the reformer 430 is controlled. For example, the controller 250 may be configured to control the temperature within a range of about ± 20 ° C. with respect to the optimum temperature range.

여기서, 상기 개질기(Reformer)(430)에서 개질반응을 통해 발생하는 가스에는 수소(H2)뿐 아니라 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 등이 포함된다. 상기 연료전지(210)가 고분자전해질 연료전지(PEMFC)인 경우 일산화탄소(CO)는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 연료전지 스택의 전극 촉매를 피독하여 연료전지(210)의 수명을 단축시킨다. 이에 일산화탄소(CO)의 농도를 10∼20ppm 이하로 줄이기 위해, 상기 수소생성부(400)는 수성가스화반응기(WGS)(450)를 더 포함할 수 있다. Here, the gas generated through the reforming reaction in the reformer 430 includes not only hydrogen (H 2 ) but also carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2 ), and the like. When the fuel cell 210 is a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), carbon monoxide (CO) poisons the electrode catalyst of the fuel cell stack of the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) to shorten the life of the fuel cell 210. In order to reduce the concentration of carbon monoxide (CO) to 10 to 20 ppm or less, the hydrogen generating unit 400 may further include a water gasification reactor (WGS) 450.

상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 일산화탄소(CO)와 스팀(H2O)을 반응시켜 이산화탄소(CO2)와 수소(H2)를 생산할 수 있다. 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 도 4에 도시한 바와 같이 고온 수성가스화반응기(HTS)와 저온 수성가스화반응기(LTS)를 포함하여 구현될 수 있다.The water gasification reactor (WGS) 450 can produce carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ) by reacting carbon monoxide (CO) with steam (H 2 O). The water gasification reactor (WGS) 450 may be implemented with a high temperature aqueous gasification reactor (HTS) and a low temperature aqueous gasification reactor (LTS) as shown in FIG.

상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)의 최적 온도는 사용하는 촉매의 종류에 따라 다르고, 제어온도의 평형에 의해서 배출되는 가스의 조성이 결정된다. 도 4에 도시하지 않았지만, 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)에는 각각 냉각기와 온도센서가 설치될 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)이 제어부(250, 도 2에 도시됨)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 냉각기를 제어함으로써 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)의 온도를 제어한다. 예를 들어, 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)는 300∼430℃ 범위 내에서 제어되고, 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)는 200∼250℃ 범위 내에서 제어된다.The optimum temperature of the high temperature aqueous gasification reactor (HTS) and the low temperature aqueous gasification reactor (LTS) varies depending on the type of the catalyst used and the composition of the gas discharged by the equilibrium of the control temperature is determined. Although not shown in FIG. 4, a cooler and a temperature sensor may be installed in the high temperature aqueous gasification reactor (HTS) and the low temperature aqueous gasification reactor (LTS), respectively. When the fuel cell system 200 according to the present invention includes the controller 250 (shown in FIG. 2), the controller 250 controls the cooler using the signal output from the temperature sensor, (HTS) and the temperature of the low temperature aqueous gasification reactor (LTS). For example, the high temperature aqueous gasification reactor (HTS) is controlled within a range of 300 to 430 ° C, and the low temperature aqueous gasification reactor (LTS) is controlled within a range of 200 to 250 ° C.

도시되지 않았지만, 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 일산화탄소 제거기를 포함할 수 있다. 일산화탄소 제거기는 저온 수성가스화반응기(LTS) 후단에 저온 수성가스화반응기(LTS)에서 완전히 처리되지 않고 남은 극소량의 일산화탄소(CO)를 제거한다. 상기 일산화탄소 제거기는 공기공급부로부터 공기를 공급받아 저온 수성가스화반응기(LTS)에서 공급되는 가스 중 일산화탄소(CO)만을 연소시켜 제거하는 선택적산화반응기(Preferential Oxidation, PROX), 또는 일산화탄소(CO)를 수소(H2)와 반응시켜 그 농도를 저감시키는 메탄화반응기를 포함할 수 있다.Although not shown, the water gasification reactor (WGS) 450 may include a carbon monoxide remover. The carbon monoxide remover removes a very small amount of carbon monoxide (CO) that is not completely treated in the low temperature aqueous gasification reactor (LTS) at the end of the low temperature water gasification reactor (LTS). The carbon monoxide remover includes a selective oxidation unit (PROX) for supplying air from an air supply unit and burning only CO in the gas supplied from the low temperature aqueous gasification reactor (LTS) H 2 ) to reduce the concentration thereof.

상기 선택적산화반응기(PROX)는 냉각기와 온도센서가 설치된다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)이 제어부(250, 도 2에 도시됨)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 냉각기를 제어함으로써 선택적산화반응기(PROX)의 온도를 제어한다. 예를 들어, 상기 선택적산화반응기(PROX)는 120∼160℃ 범위 내에서 제어된다. 그러나, 상기 선택적산화반응기(PROX)의 최적 온도는 사용하는 촉매의 종류 및 사용방법 등의 조건에 따라 다르게 설정된다. The selective oxidation reactor (PROX) is equipped with a cooler and a temperature sensor. When the fuel cell system 200 according to the present invention includes the control unit 250 (shown in FIG. 2), the control unit 250 controls the cooler using the signal output from the temperature sensor, ). For example, the selective oxidation reactor (PROX) is controlled within the range of 120 to 160 占 폚. However, the optimal temperature of the selective oxidation reactor (PROX) is set differently depending on conditions such as the type of catalyst used and the method of use.

상기 선택적산화반응기(PROX)의 촉매층은 선택적산화촉매를 담지하는 담체가 충전된 구조로 이루어진다. 선택적산화촉매는 백금(Pt) 등으로 이루어지며, 촉매를 담지하는 담체의 형상은, 예컨대 입상, 펠릿형상 및 허니컴형상 등이 될 수 있고, 담체를 구성하는 재료는 예컨대 알루미나(Al2O3), 산화마그네슘(MgO) 등이 될 수 있다.The catalyst layer of the selective oxidation reactor (PROX) has a structure filled with a carrier for supporting a selective oxidation catalyst. The selective oxidation catalyst is made of platinum (Pt) or the like, and the shape of the support carrying the catalyst may be, for example, a granular shape, a pellet shape, a honeycomb shape, etc. The material constituting the support may be alumina (Al 2 O 3 ) , Magnesium oxide (MgO), and the like.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a fuel cell system 200 according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도이다. 여기서, 도 1 내지 도 4와 동일한 구성은 동일한 도면부호를 사용한다.5 is a conceptual configuration diagram of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. 1 to 4, the same reference numerals are used.

도 5를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 원료 처리부(410), 원료수 처리부(420), 개질기(430), 및 연소기(440)를 포함하여 구현될 수 있다. 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 디젤엔진을 포함하는 디젤엔진 배기시스템(800)과 연동하도록 구현된다. 5, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention includes a fuel cell 210, a raw material treatment unit 410, a raw water treatment unit 420, a reformer 430, and a combustor 440 ). ≪ / RTI > The fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention is implemented to operate in conjunction with a diesel engine exhaust system 800 including a diesel engine.

본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)과 상기 디젤엔진 배기시스템(800)은 원료 저장탱크를 포함하는 원료 공급부(110)로부터 원료를 공급받도록 구현된다. 상기 원료 저장탱크에 저장되는 원료는 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 일반 중유(HFO), 메탄올, 디메틸에테르(DME), 및 액화석유가스(LPG) 등과 같은 액상 원료이다. The fuel cell system 200 and the diesel engine exhaust system 800 according to the second embodiment of the present invention are configured to receive raw materials from a raw material supply unit 110 including a raw material storage tank. The raw materials stored in the raw material storage tank are liquid raw materials such as marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), general heavy oil (HFO), methanol, dimethyl ether (DME), and liquefied petroleum gas (LPG).

상기 연료전지(210)는 수소를 포함하는 연료가 유입되며 배기가스를 배출하는 연료극(anode), 연료전지 반응에 필요한 산화제인 공기가 유입되는 공기극(cathode), 및 상기 연료극(anode)과 상기 공기극(cathode)에서 생성된 이온의 전달 역할을 하는 전해질을 포함하여 전기를 생산한다. 상기 연료전지(210)는 알칼리 연료전지(AFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 또는 직접메탄올 연료전지(DMFC) 중에서 선택된 연료전지일 수 있다. The fuel cell 210 includes an anode for introducing fuel containing hydrogen and discharging exhaust gas, a cathode for introducing air, which is an oxidant required for the fuel cell reaction, and a cathode, and an electrolyte that serves as a transferring of ions generated in the cathode. The fuel cell 210 may be an alkaline fuel cell (AFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) And may be a fuel cell selected from batteries (DMFC).

상기 원료 처리부(410)는 원료 저장탱크를 포함하는 원료 공급부(110)로부터 공급되는 원료를 전처리한다. 예를 들어, 상기 개질기(430)에 황산화물이 포함된 원료가 공급되면 상기 황산화물에 의해 개질촉매 및 연료전지 촉매가 피독되어 상기 개질기(430) 및 상기 연료전지(210)의 기능을 저하시키고 수명을 단축시킨다. 상기 원료 처리부(410)는 예컨대 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 및 일반 중유(HFO)에 열을 가하는 히터와 상기 가열된 원료를 촉매 반응하여 메탄(CH4)을 생성하는 메탄화기를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 상기 원료 처리부(410)는 원료에 포함된 불순물을 제거하는 필터나 황산화물을 제거하는 탈황기를 포함하여 구현될 수 있다. The raw material processing unit 410 preprocesses the raw material supplied from the raw material supply unit 110 including the raw material storage tank. For example, when a raw material containing sulfur oxides is supplied to the reformer 430, the reforming catalyst and the fuel cell catalyst are poisoned by the sulfur oxide to lower the functions of the reformer 430 and the fuel cell 210 Shortening the life span. The raw material treatment unit 410 is a device for generating methane (CH 4 ) by catalyzing a heated raw material, for example, a heater that applies heat to marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO) Methane gasifier. The raw material treatment unit 410 may include a filter for removing impurities contained in the raw material, and a desulfurizer for removing sulfur oxides.

상기 원료수 처리부(420)는 원료수 저장탱크를 포함하는 원료수 공급부(120)로부터 공급되는 원료수를 전처리한다. 원료수는 예를 들어, 상수(上水), 민물, 또는 해수일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 민물, 해수에서 불순물의 제거 처리나 이온제거 처리된 물일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 민물, 해수에서 불순물이 제거된 상태의 물일 수 있다. The raw water water treatment unit 420 prepares raw water supplied from the raw water supply unit 120 including the raw water storage tank. The raw water may be, for example, water (constant water), fresh water, or seawater. As another example, the raw water may be impurity-treated water or ion-removed water in fresh water or seawater. As another example, the raw water may be water in the state where impurities are removed from fresh water or seawater.

상기 원료수 처리부(420)는 원료수를 가열하여 스팀(H2O)을 생성하고, 상기 스팀(H2O)을 상기 개질기(430)로 공급한다. 상기 원료수 처리부(420)는 예를 들어, 상기 연소기(440)에서 발생하는 배기가스의 폐열로 원료수를 가열하는 열교환기를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 원료수 처리부(420)는 일정 수준의 수량을 유지하기 위한 외부 물 공급 라인 및 시스템을 포함할 수 있다.The raw water treatment unit 420 generates steam (H 2 O) by heating the raw water and supplies the steam (H 2 O) to the reformer 430. The raw water water treatment unit 420 may include a heat exchanger for heating the raw water to the waste heat of the exhaust gas generated in the combustor 440, for example. In addition, the raw water treatment unit 420 may include an external water supply line and a system for maintaining a predetermined level of water.

상기 개질기(Reformer)(430)는 상기 원료 처리부(410)로부터 공급되는 전처리된 원료 및 상기 원료수 처리부(420)로부터 공급되는 스팀(H2O)의 개질반응을 진행하여 개질가스, 즉 수소(H2)를 포함하는 연료를 생산한다. 상기 개질기(Reformer)(430)에서 생산되는 연료에는 수소(H2) 외에도 일산화탄소(CO)가 포함될 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 수소생성부(400)는 연료전지(210)에 공급되는 연료의 CO 농도를 낮추기 위해 상기 수성가스화반응기(450)를 포함할 수 있다. 상기 개질기(Reformer)(430)에서 생산되는 수소(H2)를 포함하는 연료는 400∼650℃의 고온의 개질가스이다.The reformer 430 reforms the pre-treated raw material supplied from the raw material processing unit 410 and the steam (H 2 O) supplied from the raw water treatment unit 420 to supply the reformed gas, that is, hydrogen H 2 ). The fuel produced by the reformer 430 may include carbon monoxide (CO) in addition to hydrogen (H 2 ). Although not shown, the hydrogen generator 400 may include the aqueous gasification reactor 450 to lower the CO concentration of the fuel supplied to the fuel cell 210. The fuel containing hydrogen (H 2 ) produced by the reformer 430 is a reformed gas at a high temperature of 400 to 650 ° C.

상기 개질기(Reformer)(430)에서 발생되는 고온의 개질가스에는 일산화탄소(CO) 및 이산화탄소(CO2) 외에도 수소(H2)가 포함되어 있으므로, 수소 및 황산화물 간의 반응 생성물과 상기 탈황기(413) 내의 탈황촉매와의 흡착 반응 등을 이용하여 상기 원료 공급부(110)로부터 상기 원료 처리부(410)로 공급되는 원료에 포함된 황산화물 제거물질에 사용되도록 구현될 수 있다.Since the high temperature reformed gas generated in the reformer 430 includes hydrogen (H 2 ) in addition to carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ), the reaction product between hydrogen and sulfur oxide and the desulfurizer 413 The adsorbing reaction with the desulfurization catalyst in the feedstock supply unit 110 to the feedstock treatment unit 410 can be used for the sulfur oxides removal material contained in the feedstock.

상기 연소기(440)는 상기 개질기(Reformer)(430)에 필요한 열원을 제공한다. 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 디젤엔진을 포함하는 디젤엔진 배기시스템과 연료전지 시스템으로 공급되는 원료를 가열하는 열원으로 사용하도록 구현된다.The combustor 440 provides a necessary heat source to the reformer 430. The fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention is a system in which the waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor 440 is supplied to a diesel engine exhaust system including a diesel engine and a heat source . ≪ / RTI >

본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.The fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention can achieve the following operational effects.

첫째, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연소기(440)에서 발생되는 배기가스의 폐열을 디젤엔진을 포함하는 디젤엔진 배기시스템과 연료전지 시스템으로 공급되는 원료를 가열하는 열원으로 사용함으로써, 종래 연료전지 시스템의 원료 처리부에 설치되었던 가열장치와 디젤엔진을 사용하는 발전시스템에 설치되었던 가열장치를 생략할 수 있으므로 디젤엔진을 사용하는 발전 시스템과 연료전지 시스템이 하나의 구조물에 설치되더라도 설비 구축비용 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다.First, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention is configured to heat the waste heat of exhaust gas generated in the combustor 440 to a diesel engine exhaust system including a diesel engine and a fuel cell system It is possible to omit the heating device installed in the raw material processing portion of the conventional fuel cell system and the heating device installed in the power generation system using the diesel engine so that the power generation system using the diesel engine and the fuel cell system can be combined into one Even if it is installed in a structure, it can contribute to reduce facility construction cost and operating cost.

둘째, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 개질기(Reformer)(430)에서 발생되는 개질가스가 상기 원료 처리부(410)에 공급되어 황산화물을 제거하는 물질로 사용되도록 구현됨으로써, 상기 탈황기(413)를 포함하는 원료 처리부(410)의 황산화물 제거효율을 향상시키는데 기여할 수 있다.Second, in the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention, the reformed gas generated from the reformer 430 is supplied to the raw material treatment unit 410 to be used as a material for removing sulfur oxides It is possible to improve the sulfur oxide removal efficiency of the raw material treatment section 410 including the desulfurizer 413. [

도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도이다. 여기서, 도 1 내지 도 5와 동일한 구성은 동일한 도면부호를 사용한다.6 is a conceptual configuration diagram of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention. 1 to 5, the same reference numerals are used.

도 6을 참고하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 원료 처리부(410), 원료수 처리부(420), 개질기(430), 연소기(440), 및 수성가스화반응기(WGS)(450)를 포함하여 구현될 수 있다. 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 디젤엔진을 포함하는 디젤엔진 배기시스템(800)과 연동하도록 구현된다. 6, the fuel cell system 200 according to the third embodiment of the present invention includes a fuel cell 210, a raw material treatment unit 410, a raw water treatment unit 420, a reformer 430, a combustor 440, , And a water gasification reactor (WGS) 450. The fuel cell system 200 according to the third embodiment of the present invention is implemented to operate in conjunction with a diesel engine exhaust system 800 including a diesel engine.

본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 시스템(200)에서 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 상기 개질기(Reformer)(430)로부터 개질가스를 공급받는다. 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 상기 개질가스에 포함된 일산화탄소(CO)의 농도를 10∼20 ppm 이하로 줄이기 위해 사용된다. In the fuel cell system 200 according to the third embodiment of the present invention, the water gasification reactor (WGS) 450 receives reformed gas from the reformer 430. The water gasification reactor (WGS) 450 is used to reduce the concentration of carbon monoxide (CO) contained in the reformed gas to 10 to 20 ppm or less.

상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 일례로, 고온 수성가스화반응기(HTS)로 구현될 수 있다. 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 다른 예로, 고온 수성가스화반응기(HTS)와 저온 수성가스화반응기(LTS)를 포함하여 구현될 수 있다. 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 고온 수성가스화반응기(HTS) 또는 저온 수성가스화반응기(LTS) 후단에 일산화탄소(CO)를 제거하는 일산화탄소 제거기가 더 설치될 수 있다. The water gasification reactor (WGS) 450 may be embodied as a high temperature aqueous gasification reactor (HTS), for example. The water gasification reactor (WGS) 450 may, for example, be implemented with a hot water gasification reactor (HTS) and a low temperature aqueous gasification reactor (LTS). The water gasification reactor (WGS) 450 may further include a carbon monoxide remover for removing carbon monoxide (CO) at the downstream of the high temperature aqueous gasification reactor (HTS) or the low temperature aqueous gasification reactor (LTS).

상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)의 최적 온도는 사용하는 촉매의 종류에 따라 다르고, 제어온도의 평형에 의해서 배출되는 가스의 조성이 결정된다. 도 4에 도시하지 않았지만, 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)에는 각각 냉각기와 온도센서가 설치될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 시스템(200)이 제어부(250, 도 2에 도시됨)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 냉각기를 제어함으로써 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)의 온도를 제어한다. 예를 들어, 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)는 300∼430℃ 범위 내에서 제어되고, 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)는 200∼250℃ 범위 내에서 제어된다.The optimum temperature of the high temperature aqueous gasification reactor (HTS) and the low temperature aqueous gasification reactor (LTS) varies depending on the type of the catalyst used and the composition of the gas discharged by the equilibrium of the control temperature is determined. Although not shown in FIG. 4, a cooler and a temperature sensor may be installed in the high temperature aqueous gasification reactor (HTS) and the low temperature aqueous gasification reactor (LTS), respectively. In the case where the fuel cell system 200 according to the embodiment of the present invention includes the controller 250 (shown in FIG. 2), the controller 250 controls the cooler using the signal output from the temperature sensor, Temperature gasification reactor (HTS) and the low temperature aqueous gasification reactor (LTS). For example, the high temperature aqueous gasification reactor (HTS) is controlled within a range of 300 to 430 ° C, and the low temperature aqueous gasification reactor (LTS) is controlled within a range of 200 to 250 ° C.

도시하지 않았지만, 상기 일산화탄소 제거기는 공기 공급부(130)로부터 공기를 공급받아 저온 수성가스화반응기(LTS)로부터 공급되는 가스 중 일산화탄소(CO)만을 연소시켜 제거하는 선택적산화반응기(Preferential Oxidation, PROX), 또는 일산화탄소(CO)를 수소(H2)와 반응시켜 그 농도를 저감시키는 메탄화반응기를 포함할 수 있다.Although not shown, the carbon monoxide remover may be a selective oxidation unit (PROX) that receives air from the air supply unit 130 and burns only carbon monoxide (CO) in the gas supplied from the low temperature aqueous gasification reactor (LTS) And a methanation reactor in which carbon monoxide (CO) is reacted with hydrogen (H 2 ) to reduce its concentration.

도 6에 도시하지 않았지만, 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)로부터 공급되는 연료에 수분을 제공하는 가습기를 더 포함하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 연료전지가 고분자전해질 연료전지(PEMFC)로 구현되는 경우, 상기 고분자전해질 연료전지(PEMFC)에 사용되는 전해질의 이온 전도성을 유지하기 위해 전해질은 적절한 수분을 함유하고 있어야 한다. 전해질이 건조되면 이온 전도성이 저하되어 상기 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 운전이 불가능하므로 연료에 수분 공급을 위한 가습기를 포함할 수 있다. Although not shown in FIG. 6, the fuel cell system 200 according to the third embodiment of the present invention may further include a humidifier for supplying water to the fuel supplied from the water gasification reactor (WGS) 450 have. For example, when the fuel cell is implemented as a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), the electrolyte must contain an appropriate amount of water to maintain ionic conductivity of the electrolyte used in the PEMFC. The polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) can not be operated because the ion conductivity is lowered when the electrolyte is dried, so that a humidifier for supplying moisture to the fuel may be included.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)의 구성도를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a configuration diagram of a fuel cell system 200 according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 7은 도 5의 연료전지 시스템에 대한 실시예에 따른 구성도이다. FIG. 7 is a configuration diagram according to the embodiment of the fuel cell system of FIG. 5; FIG.

도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 연료전지(310), 원료용 열교환기인 제2 열교환기(411), 메탄화기(412), 탈황기(413), 응축기(421), 기수분리기(422), 스팀용 열교환기인 제1 열교환기(423), 개질기(430), 및 연소기(440)를 포함하여 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 엔진(810), 배기리시버(820), 과급기(830), 증발기(840), 및 가열기(850)를 포함하는 디젤엔진 배기시스템과 연동하도록 구현된다. 7, the fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell 310, a second heat exchanger 411 as a raw material heat exchanger, a methane generator 412, a desulfurizer 413, a condenser 421, A first heat exchanger 423, a reformer 430, and a combustor 440. The first heat exchanger 423, the first heat exchanger 423, the steam heat exchanger 423, the reformer 430, The fuel cell system according to the present invention is implemented to work with a diesel engine exhaust system including an engine 810, an exhaust receiver 820, a supercharger 830, an evaporator 840, and a heater 850.

본 발명에 따른 연료전지 시스템과 상기 디젤엔진 배기시스템은 원료 저장탱크를 포함하는 원료 공급부(110)로부터 원료를 공급받도록 구현된다. 상기 원료 저장탱크에 저장되는 원료는 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 일반 중유(HFO), 메탄올, 디메틸에테르(DME), 및 액화석유가스(LPG) 등과 같은 액상 원료이다.The fuel cell system and the diesel engine exhaust system according to the present invention are configured to receive raw materials from a raw material supply unit 110 including a raw material storage tank. The raw materials stored in the raw material storage tank are liquid raw materials such as marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), general heavy oil (HFO), methanol, dimethyl ether (DME), and liquefied petroleum gas (LPG).

상기 원료용 열교환기인 제2 열교환기(411)는 상기 원료 공급부(110)로부터 상기 엔진(810)으로 또는 상기 연료전지 시스템의 메탄화기(412)로 공급되는 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 일반 중유(HFO) 등과 같이 상대적으로 높은 분자량을 갖는 액상 원료의 온도를 높여 점도를 낮추기 위해 사용된다. 상기 원료용 열교환기인 제2 열교환기(411)는 연소기(440)로부터 공급되는 배기가스의 폐열을 원료를 가열하는 열원으로 사용하거나 상기 연료전지(310)의 배기가스를 원료를 가열하는 열원으로 사용할 수 있다.The second heat exchanger 411 serving as the raw material heat exchanger may further include a second heat exchanger 411 for supplying the marine gas oil MGO and the marine diesel oil 412 supplied from the raw material supply unit 110 to the engine 810 or to the methanizer 412 of the fuel cell system. (MDO), generalized heavy oil (HFO), and the like, to lower the viscosity of the liquid raw material having a relatively high molecular weight. The second heat exchanger 411 as the raw material heat exchanger uses the waste heat of the exhaust gas supplied from the combustor 440 as a heat source for heating the raw material or uses the exhaust gas of the fuel cell 310 as a heat source for heating the raw material .

상기 과급기(830)는 터보차저(Turbocharger) 또는 파워 터빈이라고도 하며, 상기 배기리시버(820)를 통과한 배기가스에 의하여 구동되는 터빈 휠이 원심식 공기압축기(또는 송풍기)와 연결되어 공기를 압축하도록 함으로써, 밀도가 높은 공기를 디젤 엔진에 공급하도록 하여 디젤 엔진의 출력 증가 및 효율을 높이는 장치이다. 도시하지 않았지만, 상기 과급기(830)의 후단에는 상기 과급기(830)로부터 배출되는 배기가스에 함유된 질소산화물(NOX)을 저감하기 위한 선택적 환원촉매 반응기(Selective Catalytic Reduction, SCR)가 설치될 수 있다. 상기 과급기(830)로부터 배출되는 배기가스는 상기 증발기(840), 및 상기 가열기(850)가 설치된 배기가스 이코노마이저를 통해 외부로 배출된다.The supercharger 830 is also called a turbocharger or a power turbine and a turbine wheel driven by the exhaust gas passing through the exhaust receiver 820 is connected to a centrifugal air compressor (or blower) Thereby supplying high-density air to the diesel engine, thereby increasing the output and efficiency of the diesel engine. Although not shown, a selective catalytic reduction (SCR) for reducing nitrogen oxides (NO x ) contained in the exhaust gas discharged from the turbocharger 830 may be installed at the rear end of the turbocharger 830 have. The exhaust gas discharged from the supercharger 830 is discharged to the outside through the evaporator 840 and the exhaust gas economizer provided with the heater 850.

본 발명에 따른 연료전지 시스템의 연료전지(310)는 고체산화물 연료전지(SOFC)나 용융탄산염 연료전지(MCFC) 등의 고온형 연료전지일 수 있다. 상기 고온형 연료전지의 연료극(anode)(313)에서 필요한 수소를 포함하는 연료는 상기 개질기(430)로부터 공급되며, 상기 고체산화물 연료전지(SOFC)의 공기극(cathode)(311)에서 필요한 공기는 배기가스 이코노마이저의 상기 가열기(850)에서 가열된다. 배기가스 이코노마이저의 상기 가열기(850)로부터 배출되는 가열된 공기는 상기 연소기(440)로 공급될 수 있다. The fuel cell 310 of the fuel cell system according to the present invention may be a high temperature type fuel cell such as a solid oxide fuel cell (SOFC) or a molten carbonate fuel cell (MCFC). The fuel containing hydrogen required at the anode 313 of the high temperature type fuel cell is supplied from the reformer 430 and the air required at the cathode 311 of the solid oxide fuel cell And is heated in the heater 850 of the exhaust gas economizer. The heated air discharged from the heater 850 of the exhaust gas economizer may be supplied to the combustor 440.

상기 고온형 연료전지의 연료극(anode)(313)으로부터 배출되는 일산화탄소(CO)와 수소(H2)와 같은 미반응 잔여물질과 반응생성물인 물(H2O)은 상기 연소기(440)로 공급된다. 상기 고체산화물 연료전지(SOFC)의 공기극(cathode)(311)에서 배출되는 미반응 산소를 포함한 배기가스는 연소기(440)로 공급될 수 있다. Unreacted residual substances such as carbon monoxide (CO) and hydrogen (H 2 ) discharged from the anode 313 of the high temperature type fuel cell and water (H 2 O) which is a reaction product are supplied to the combustor 440 do. The exhaust gas containing unreacted oxygen discharged from the cathode 311 of the solid oxide fuel cell (SOFC) may be supplied to the combustor 440.

상기 스팀용 열교환기인 제1 열교환기(423)는 상기 연소기(440)로부터 공급되는 배기가스의 폐열을 상기 기수분리기(422)로부터 상기 개질기(430)로 공급되는 스팀(H2O)을 추가로 가열하는 가열원으로 사용한 후 상기 원료용 열교환기인 제2 열교환기(411)로 공급한다.The first heat exchanger 423 serving as the steam heat exchanger further exchanges waste heat of the exhaust gas supplied from the combustor 440 with steam (H 2 O) supplied from the water separator 422 to the reformer 430 And then supplied to the second heat exchanger 411 which is the heat exchanger for the raw material.

상기 기수분리기(422)는 원료수 저장탱크를 포함하는 원료수 공급부(120)로부터 원료수 또는 상기 응축기(421)로부터 응축된 물을 공급받을 수 있다. 상기 기수분리기(422)는 수증기와 물을 분리하는 장치로서, 예를 들어 물을 배플(분리판)에 충돌시키고, 미세한 액상 입자와 고체 입자를 코로나 방전에 의해 대전시켜 쿨롱력에 의해 포집하여 제거하도록 구현될 수 있다. 상기 기수분리기(422)는 분리된 수증기를 상기 디젤엔진 배기시스템의 증발기(840)로 공급한다. 상기 기수분리기(422)에서 수분이 분리된 스팀(H20)은 상기 순환부의 증발기(840)를 통해 가열되도록 상기 기수분리기(422)와 상기 이코노마이저의 증발기(840) 간에 순환하도록 할 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 증발기(840)에서 상기 기수분리기(422)로 순환되는 회수 관로에 by-pass 라인을 설치하여 다른 용도로 스팀(H20)을 사용하도록 할 수 있다.The water separator 422 can receive raw water or condensed water from the condenser 421 from a raw water supply unit 120 including a raw water storage tank. The water separator 422 separates water vapor and water. For example, water is collided with a baffle (separation plate), fine liquid particles and solid particles are charged by a corona discharge to be collected by a Coulomb force, . ≪ / RTI > The water separator 422 supplies the separated water vapor to the evaporator 840 of the diesel engine exhaust system. The steam H 2 0 separated from the water in the water separator 422 may be circulated between the water separator 422 and the evaporator 840 of the economizer so as to be heated through the evaporator 840 of the circulation unit. Although not shown, a by-pass line may be installed in the recovery pipe circulating from the evaporator 840 to the water separator 422, so that the steam H 2 0 can be used for other purposes.

상기 응축기(421)는 상기 원료용 열교환기인 제2 열교환기(411)로부터 공급되는 상기 연소기(440)의 배기가스를 응축하여, 응축된 물을 상기 기수분리기(422)로 공급할 수 있다. 다른 예로, 상기 응축기(421)에서 응축된 물은 by-pass 라인을 통해 원료수 공급부(120)의 원료수 저장탱크로 공급될 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 기수분리기(422)의 물 또는 스팀(H20)의 양이 부족할 때는 원료수 공급부(120)의 물탱크에서 상기 기수분리기(422)에 물을 공급하도록 상기 제어부(250)를 통해 제어할 수 있다.The condenser 421 condenses the exhaust gas of the combustor 440 supplied from the second heat exchanger 411 serving as the raw material heat exchanger and supplies the condensed water to the water separator 422. As another example, the condensed water in the condenser 421 may be supplied to the raw water storage tank of the raw water supply unit 120 through a by-pass line. Although not shown, when the amount of water or steam (H 2 0) in the water separator 422 is insufficient, the controller 250 controls the water supply unit 120 to supply water to the water separator 422 from the water tank of the water supply unit 120. Lt; / RTI >

상기 제2 열교환기(411), 상기 메탄화기(412), 및 상기 탈황기(413)는 상기 원료 공급부(110)로부터 공급되는 원료를 전처리하는 원료 처리부(410, 도 4에 도시됨)를 구성하여 상기 전처리된 원료를 상기 개질기(Reformer)(430)로 공급한다. 상기 개질기(Reformer)(430)는 상기 탈황기(413)로부터 황산화물이 제거된 원료 및 상기 제1 열교환기로부터 공급되는 스팀(H2O)을 이용한 개질반응을 진행하여 개질가스, 즉 수소(H2)를 포함하는 연료를 생산한다. The second heat exchanger 411, the methanizer 412 and the desulfurizer 413 constitute a raw material treatment unit 410 (shown in FIG. 4) for pretreating the raw material supplied from the raw material supply unit 110 And supplies the pretreated raw material to the reformer 430. The reformer 430 performs a reforming reaction using the raw material from which the sulfur oxides have been removed from the desulfurizer 413 and steam (H 2 O) supplied from the first heat exchanger, H 2 ).

상기 연료전지(310)는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)나 인산형 연료전지(PAEC) 등의 저온형 연료전지로 구현될 수 있다. 이 경우, 상기 개질기(Reformer)(430)에서 발생되는 고온의 개질가스에는 수소(H2) 외에도 일산화탄소(CO)가 포함되어 있다. 이에 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 상기 개질가스에 포함된 일산화탄소(CO)와 스팀(H2O)을 반응시켜 이산화탄소(CO2)와 수소(H2)를 생산하는 수성가스화반응기(WGS)를 더 포함할 수 있다. The fuel cell 310 may be implemented as a low temperature type fuel cell such as a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) or a phosphoric acid fuel cell (PAEC). In this case, the high-temperature reformed gas generated by the reformer 430 includes carbon monoxide (CO) in addition to hydrogen (H 2 ). The fuel cell system according to the present invention includes a water gasification reactor (WGS) for producing carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ) by reacting carbon monoxide (CO) and steam (H 2 O) contained in the reformed gas .

도시하지 않았지만, 상기 고분자전해질 연료전지(PEMFC)를 적용한 경우 상기 수성가스화반응기(WGS)의 후단에는 수성가스화반응기(WGS)로부터 공급되는 연료에 수분을 제공하는 가습기를 더 포함하여 구현될 수 있다. 상기 고분자전해질 연료전지(PEMFC)에 사용되는 전해질의 이온 전도성을 유지하기 위해 전해질은 적절한 수분을 함유하고 있어야 한다. 전해질이 건조되면 이온 전도성이 저하되어 상기 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 운전이 불가능하다.Although not shown, when the PEMFC is applied, the water gasification reactor (WGS) may further include a humidifier for supplying moisture to the fuel supplied from the water gasification reactor (WGS). In order to maintain the ionic conductivity of the electrolyte used in the PEMFC, the electrolyte must contain appropriate moisture. When the electrolyte is dried, ion conductivity is lowered and the PEMFC can not be operated.

이하에서는 본 발명에 따른 선박의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of a ship according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 8은 본 발명에 따른 선박의 일례를 나타낸 개략도이다.8 is a schematic view showing an example of a ship according to the present invention.

도 1 내지 도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 선박(900)은 선체(910)에 발전시스템(100)이 설치된다. 상기 발전시스템(100)은 연료전지 시스템(200)을 포함한다. 상기 연료전지 시스템(200)은 일례로, 연료전지(210), 제2열교환기(411)와 메탄화기(412)와 탈황기(413)를 포함하는 원료 처리부(410), 응축기(421)와 가수분리기(422)와 제1열교환기(423)를 포함하는 원료수 처리부(420), 개질기(430), 및 연소기(440)를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 상기 연료전지 시스템(200)은 수성가스화반응기(WGS) 및 가습기를 더 포함하여 구현될 수 있다. Referring to FIGS. 1 to 8, a ship 900 according to the present invention is provided with a power generation system 100 on a ship 910. The power generation system 100 includes a fuel cell system 200. The fuel cell system 200 includes a raw material processing unit 410 including a fuel cell 210, a second heat exchanger 411, a methane generator 412 and a desulfurizer 413, a condenser 421, A reformer 430 and a combustor 440. The raw water treatment unit 420 includes a water separator 422 and a first heat exchanger 423. As another example, the fuel cell system 200 may be implemented further including a water gasification reactor (WGS) and a humidifier.

상기 연료전지 시스템(200)은 엔진(810), 배기리시버(820), 과급기(830), 증발기(840), 및 가열기(850)를 포함하는 디젤엔진 배기시스템과 연동하도록 구현된다. 상기 연료전지 시스템(200)과 상기 디젤엔진 배기시스템(800)은 원료 저장탱크를 포함하는 원료 공급부(110)로부터 원료를 공급받도록 구현된다. 상기 원료 저장탱크에 저장되는 원료는 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 일반 중유(HFO), 메탄올, 디메틸에테르(DME), 및 액화석유가스(LPG) 등과 같은 액상 원료이다. The fuel cell system 200 is implemented to operate in conjunction with a diesel engine exhaust system including an engine 810, an exhaust receiver 820, a supercharger 830, an evaporator 840, and a heater 850. The fuel cell system 200 and the diesel engine exhaust system 800 are configured to receive raw materials from a raw material supply unit 110 including a raw material storage tank. The raw materials stored in the raw material storage tank are liquid raw materials such as marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), general heavy oil (HFO), methanol, dimethyl ether (DME), and liquefied petroleum gas (LPG).

상기 연료전지(210)는 수소를 포함하는 연료가 유입되며 배기가스를 배출하는 연료극(anode), 연료전지 반응에 필요한 산화제인 공기가 유입되는 공기극(cathode), 및 상기 연료극(anode)과 상기 공기극(cathode)에서 생성된 이온의 전달 역할을 하는 전해질을 포함하여 전기를 생산한다. 상기 연료전지(210)는 알칼리 연료전지(AFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 또는 직접메탄올 연료전지(DMFC) 중에서 선택된 연료전지일 수 있다. The fuel cell 210 includes an anode for introducing fuel containing hydrogen and discharging exhaust gas, a cathode for introducing air, which is an oxidant required for the fuel cell reaction, and a cathode, and an electrolyte that serves as a transferring of ions generated in the cathode. The fuel cell 210 may be an alkaline fuel cell (AFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) And may be a fuel cell selected from batteries (DMFC).

상기 제2열교환기(411)는 상기 원료 공급부(110)로부터 상기 엔진(810)으로 또는 상기 연료전지 시스템의 메탄화기(412)로 공급되는 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 일반 중유(HFO) 등과 같이 상대적으로 높은 분자량을 갖는 액상 원료의 점도를 낮추기 위해 사용된다. 상기 제2열교환기(411)는 상기 연소기(440)로부터 공급되는 배기가스의 폐열을 원료를 가열하는 열원으로 사용하거나 상기 연료전지(210)의 배기가스를 원료를 가열하는 열원으로 사용할 수 있다.The second heat exchanger 411 is connected to at least one of a marine gas oil (MGO), a marine diesel oil (MDO), and a diesel fuel oil supplied from the raw material supply part 110 to the engine 810 or the methanizer 412 of the fuel cell system. And is used to lower the viscosity of a liquid raw material having a relatively high molecular weight such as general heavy oil (HFO). The second heat exchanger 411 may use the waste heat of the exhaust gas supplied from the combustor 440 as a heat source for heating the raw material or the exhaust gas of the fuel cell 210 as a heat source for heating the raw material.

상기 제1열교환기(423)는 상기 연소기(440)로부터 공급되는 배기가스의 폐열을 상기 기수분리기(422)로부터 공급되는 스팀(H2O)을 추가로 가열하는 가열원으로 사용한 후 상기 원료용 열교환기인 제2 열교환기(411)로 공급한다.The first heat exchanger 423 uses the waste heat of the exhaust gas supplied from the combustor 440 as a heating source for further heating steam (H 2 O) supplied from the water separator 422, To the second heat exchanger 411, which is a heat exchanger.

상기 연료전지(210)가 고분자전해질 연료전지(PEMFC)로 구현되는 경우, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 상기 개질가스에 포함된 일산화탄소(CO)와 스팀(H2O)을 반응시켜 이산화탄소(CO2)와 수소(H2)를 생산하는 수성가스화반응기(WGS)를 더 포함할 수 있다. 그리고 상기 수성가스화반응기(WGS)의 후단에는 수성가스화반응기(WGS)로부터 공급되는 연료에 수분을 제공하는 가습기를 더 포함하여 구현될 수 있다.In the case where the fuel cell 210 is implemented as a PEMFC, the fuel cell system according to the present invention reacts carbon monoxide (CO) contained in the reformed gas with steam (H 2 O) 2 ) and hydrogen gas (H 2 ). And a humidifier for supplying water to the fuel supplied from the water gasification reactor (WGS) at the downstream end of the water gasification reactor (WGS).

도 1 내지 도 9을 참고하면, 상기 선체(910)는 본 발명에 따른 선박(900)의 전체적인 외관을 이룬다. 상기 선체(910)에는 선체(910)를 이동시키기 위한 추진력을 발생시키는 엔진과 상기 엔진에 원료를 공급하는 원료 공급부가 설치된다. 예를 들어, 원료는 탄화수소 계열의 물질로, LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 가솔린, 디메틸에테르, 메탄가스, 수소정제 오프가스, 순수소, 및 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 일반 중유(HFO)와 같이 상대적으로 높은 분자량을 갖는 액상 원료 등일 수 있다.1 to 9, the hull 910 constitutes the overall appearance of the ship 900 according to the present invention. The hull 910 is provided with an engine for generating propulsive force for moving the hull 910 and a raw material supply unit for supplying the raw material to the engine. For example, the raw material is a material of a hydrocarbon series, LNG (liquefied natural gas), LPG (liquefied petroleum gas), methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH), petrol, dimethyl ether, methane, Hydrogen purge off gas, pure hydrogen, and a liquid raw material having a relatively high molecular weight such as marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), and heavy oil (HFO).

상기 선체(910)에는 원료수를 저장하는 원료수 저장탱크와 상기 원료수 저장탱크로부터 원료수를 공급하는 원료수 공급부(120)가 설치된다. 상기 원료수는 예를 들어, 민물, 또는 해수일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 민물, 해수에서 불순물이 제거된 상태의 물일 수 있다.The hull 910 is provided with a raw water storage tank for storing raw water and a raw water supply unit 120 for supplying the raw water from the raw water storage tank. The raw water may be, for example, fresh water or seawater. As another example, the raw water may be water in the state where impurities are removed from fresh water or seawater.

상기 선체(910)에는 상기 연료전지 시스템(200)에 공기를 공급하는 공기 공급부(130)가 설치된다. 통상적으로 공기는 질소, 산소, 이산화탄소 등을 포함하는 기체를 의미하지만, 본 명세서에서는 공기에서 질소 또는 이산화탄소, 또는 두 기체 모두를 제거한 경우도 포함한다. 상기 공기 공급부(130)는 공기 저장탱크와 상기 공기 저장탱크로부터 공기를 공급하는 장치(예컨대, 블로워)를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 공기 공급부(130)는 외부공기를 공급받아 압축한 후 압축된 고압의 공기를 공급하거나 외부공기의 불순물 제거 후 상압으로 공급하도록 구현될 수 있다.The hull 910 is provided with an air supply unit 130 for supplying air to the fuel cell system 200. Normally, air means a gas including nitrogen, oxygen, carbon dioxide and the like, but also includes the case where nitrogen or carbon dioxide or both gases are removed from the air. The air supply unit 130 may include an air storage tank and a device (for example, a blower) for supplying air from the air storage tank. As another example, the air supply unit 130 may be configured to supply the compressed high-pressure air after the external air is supplied, compress the high-pressure air, or to remove the foreign air and supply the compressed air at a normal pressure.

상기 선체(910)에는 상기 연료전지 시스템(200)에서 나오는 출력전압을 승압 또는 감압하기 위한 DC-DC 컨버터 및 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 DC-AC 인버터 등으로 구성된 전력변환부가 설치된다. 상기 전력변환부는 상기 연료전지 시스템(200)으로부터 공급된 전기를 전력부하로 배출한다. 전력부하는, 예를 들어 선박의 경우 선박의 기본 전기설비 및 화물계통 전기설비 등과 같은 선박 내 전기설비일 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 전력변환부는 에너지 저장장치, 예를 들어 배터리로 전기를 공급하도록 구현될 수도 있다.A DC-DC converter for boosting or reducing the output voltage from the fuel cell system 200 and a DC-AC inverter for converting a direct current (DC) to an alternating current (AC) A conversion unit is installed. The power conversion unit discharges electricity supplied from the fuel cell system 200 to a power load. The electric power load may be, for example, in-ship electrical equipment such as a ship's basic electrical equipment and cargo-system electrical equipment in the case of a ship. Although not shown, the power conversion unit may be implemented to supply electricity to an energy storage device, for example, a battery.

본 명세서에서,"선박"이라는 용어는 수상을 항해하는 구조물을 의미하는 것으로 한정되지 않으며, 수상을 항해하는 구조물뿐만 아니라, 수상에서 부유하며 작업을 수행하는 부유식 원유생산저장하역설비(FPSO) 등과 같은 해상 구조물을 포함한다.In this specification, the term "ship" is not limited to a structure for navigating a watercraft, and includes not only a structure for navigating a watercraft, but also a floating oil production storage and unloading facility (FPSO) It includes the same sea structure.

지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined only by the appended claims.

100: 발전시스템
110: 원료 공급부 120: 원료수 공급부
130: 공기 공급부 140: 전력변환부
200: 연료전지 시스템
411: 제2열교환기 412: 메탄화기
413: 탈황기
421: 응축기 422: 기수분리기
423: 제1열교환기
800: 디젤엔진 배기시스템
810: 엔진 820: 배기리시버
830: 과급기 840: 증발기
850: 가열기100: Power generation system
110: raw material supply part 120: raw material water supply part
130: air supply unit 140: power conversion unit
200: Fuel cell system
411: second heat exchanger 412: methane generator
413: Desulfurizer
421: condenser 422: water separator
423: first heat exchanger
800: Diesel engine exhaust system
810: Engine 820: Exhaust receiver
830: supercharger 840: evaporator
850: heater

Claims (9)

선박으로서,
디젤엔진 배기시스템;
상기 디젤엔진 배기시스템과 연동하는 연료전지 시스템; 및
상기 연료전지 시스템이 갖는 연료전지에서 출력되는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하고,
상기 연료전지 시스템은,
원료를 공급받아 수소를 포함하는 연료인 개질가스를 생성하는 개질기;
상기 개질기를 가열하는 연소기;
상기 개질가스를 공급받아 전기를 생산하는 연료전지를 포함하되,
상기 원료는 상기 디젤엔진 배기시스템에도 공급되고, 상기 연소기로부터 공급되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 가열되는 것을 특징으로 하는 선박.As a vessel,
Diesel engine exhaust system;
A fuel cell system interlocked with the diesel engine exhaust system; And
And a power conversion unit for converting a direct current (DC) output from the fuel cell of the fuel cell system into an alternating current (AC)
The fuel cell system includes:
A reformer supplied with a raw material to generate a reformed gas which is a fuel containing hydrogen;
A combustor for heating the reformer;
And a fuel cell that receives the reformed gas and generates electricity,
Wherein the raw material is also supplied to the diesel engine exhaust system and heated using waste heat of the exhaust gas supplied from the combustor as a heat source. 제1항에 있어서,
상기 디젤엔진 배기시스템은 디젤엔진으로부터 공급되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 물을 증발시켜서 스팀(H2O)을 생성하는 증발기를 포함하고,
상기 연료전지 시스템은,
상기 증발기로부터 스팀(H2O)을 공급받아 상기 개질기로 배출하는 기수분리기;
상기 기수분리기로부터 공급되는 스팀(H2O)과 상기 연소기로부터 공급되는 배기가스를 열교환시키는 제1열교환기; 및
상기 연소기로부터 공급되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 원료가 가열된 후에 상기 디젤엔진 배기시스템 및 상기 연료전지 시스템 각각에 공급되도록, 원료 저장탱크로부터 배출되는 원료 및 상기 연소기로부터 공급되는 배기가스를 열교환시키는 제2열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.The method according to claim 1,
The diesel engine exhaust system includes an evaporator that generates steam (H 2 O) by using water as waste heat of waste gas supplied from a diesel engine as a heat source,
The fuel cell system includes:
A water separator for receiving steam (H 2 O) from the evaporator and discharging it to the reformer;
A first heat exchanger for exchanging heat between steam (H 2 O) supplied from the water separator and exhaust gas supplied from the combustor; And
The raw material discharged from the raw material storage tank and the exhaust gas supplied from the combustor are subjected to heat exchange so as to be supplied to each of the diesel engine exhaust system and the fuel cell system after the raw material is heated using waste heat of the exhaust gas supplied from the combustor as a heat source And a second heat exchanger for supplying heat to the second heat exchanger. 제1항에 있어서,
상기 디젤엔진 배기시스템은 디젤엔진으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 공기를 가열하는 가열기를 포함하고,
상기 가열기는 가열한 공기를 상기 연료전지의 공기극 및 상기 연소기에 공급하는 것을 특징으로 하는 선박.The method according to claim 1,
Wherein the diesel engine exhaust system includes a heater for heating air using waste heat of exhaust gas discharged from a diesel engine as a heat source,
Wherein the heater supplies the heated air to the air electrode of the fuel cell and the combustor. 디젤엔진 배기시스템과 연동하는 연료전지 시스템으로서,
원료를 공급받아 수소를 포함하는 연료인 개질가스를 생성하는 개질기;
상기 개질기를 가열하는 연소기; 및
상기 개질가스를 공급받아 전기를 생산하는 연료전지를 포함하되,
상기 원료는 상기 디젤엔진 배기시스템에도 공급되고, 상기 연소기로부터 공급되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 가열되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.A fuel cell system interlocked with a diesel engine exhaust system,
A reformer supplied with a raw material to generate a reformed gas which is a fuel containing hydrogen;
A combustor for heating the reformer; And
And a fuel cell that receives the reformed gas and generates electricity,
Wherein the raw material is also supplied to the diesel engine exhaust system and is heated using waste heat of the exhaust gas supplied from the combustor as a heat source. 제4항에 있어서,
상기 디젤엔진 배기시스템의 증발기로부터 스팀(H2O)을 공급받아 상기 개질기로 배출하는 기수분리기;
상기 기수분리기로부터 공급되는 스팀(H2O)과 상기 연소기로부터 공급되는 배기가스를 열교환시키는 제1열교환기; 및
상기 연소기로부터 공급되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 원료가 가열된 후에 상기 디젤엔진 배기시스템 및 상기 연료전지 시스템 각각에 공급되도록, 원료 저장탱크로부터 배출되는 원료 및 상기 연소기로부터 공급되는 배기가스를 열교환시키는 제2열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.5. The method of claim 4,
A steam separator for receiving steam (H 2 O) from the evaporator of the diesel engine exhaust system and discharging the steam to the reformer;
A first heat exchanger for exchanging heat between steam (H 2 O) supplied from the water separator and exhaust gas supplied from the combustor; And
The raw material discharged from the raw material storage tank and the exhaust gas supplied from the combustor are subjected to heat exchange so as to be supplied to each of the diesel engine exhaust system and the fuel cell system after the raw material is heated using waste heat of the exhaust gas supplied from the combustor as a heat source And a second heat exchanger for supplying heat to the fuel cell. 제4항에 있어서,
상기 연료전지는 수소를 포함하는 연료가 유입되며 배기가스를 배출하는 연료극(anode), 연료전지 반응에 필요한 산화제인 공기가 유입되는 공기극(cathode), 및 상기 연료극(anode)과 상기 공기극(cathode)에서 생성된 이온의 전달 역할을 하는 전해질을 포함하고,
상기 연소기는 상기 연료전지의 연료극(anode) 또는 공기극(cathode)으로부터 미반응 잔여물질과 반응생성물을 공급받아 연소반응에 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.5. The method of claim 4,
The fuel cell includes an anode for introducing fuel containing hydrogen and discharging exhaust gas, a cathode for introducing air, which is an oxidant required for the fuel cell reaction, and a cathode, And an electrolyte which serves as a transferring of ions generated in the electrolyte,
Wherein the combustor is supplied with an unreacted residual material and a reaction product from an anode or a cathode of the fuel cell and is used for a combustion reaction. 제4항에 있어서,
상기 연소기로부터 공급되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 원료가 가열된 후에 상기 디젤엔진 배기시스템 및 상기 연료전지 시스템 각각에 공급되도록, 원료 저장탱크로부터 배출되는 원료 및 상기 연소기로부터 공급되는 배기가스를 열교환시키는 제2열교환기;
상기 제2열교환기로부터 공급되는 원료를 촉매 반응하여 메탄(CH4)을 생성하는 메탄화기; 및
상기 메탄화기에서 메탄(CH4)을 생성하는 공정 중에 발생된 황산화물(SOX)을 제거하는 탈황기를 포함하고,
상기 개질기는 상기 개질가스가 황산화물을 제거하는 물질로 사용되도록 생성한 개질가스의 일부를 상기 탈황기로 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.5. The method of claim 4,
The raw material discharged from the raw material storage tank and the exhaust gas supplied from the combustor are subjected to heat exchange so as to be supplied to each of the diesel engine exhaust system and the fuel cell system after the raw material is heated using waste heat of the exhaust gas supplied from the combustor as a heat source A second heat exchanger;
A methanation reactor for catalytically reacting a raw material supplied from the second heat exchanger to produce methane (CH 4 ); And
And comprising a desulfurized to remove the sulfur oxides (SO X) occurs during the process of generating methane (CH4) from the methane flame,
Wherein the reformer supplies a part of the reformed gas to the desulfurizer so that the reformed gas is used as a material for removing sulfur oxides. 제4항에 있어서,
상기 연소기로부터 공급되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 원료가 가열된 후에 상기 디젤엔진 배기시스템 및 상기 연료전지 시스템 각각에 공급되도록, 원료 저장탱크로부터 배출되는 원료 및 상기 연소기로부터 공급되는 배기가스를 열교환시키는 제2열교환기; 및
상기 제2열교환기로부터 공급되는 개질가스에 포함된 일산화탄소(CO)의 농도를 낮추는 수성가스화반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.5. The method of claim 4,
The raw material discharged from the raw material storage tank and the exhaust gas supplied from the combustor are subjected to heat exchange so as to be supplied to each of the diesel engine exhaust system and the fuel cell system after the raw material is heated using waste heat of the exhaust gas supplied from the combustor as a heat source A second heat exchanger; And
And an aqueous gasification reactor for lowering the concentration of carbon monoxide (CO) contained in the reformed gas supplied from the second heat exchanger. 제8항에 있어서,
상기 수성가스화반응기로부터 공급되는 연료에 수분을 제공하는 가습기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
9. The method of claim 8,
And a humidifier for supplying water to the fuel supplied from the water gasification reactor.
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