KR20170080815A - Ship - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원료를 공급하기 위한 원료 공급부, 원료수를 공급하기 위한 원료수 공급부, 상기 원료 공급부로부터 공급되는 원료 및 상기 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지 시스템, 및 상기 연료전지 시스템에서 출력되는 직류전류(Dc)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하는 선박에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system for producing electricity by using a raw material supply portion for supplying a raw material, a raw water supply portion for supplying raw water, a raw material supplied from the raw material supply portion, and raw water supplied from the raw water supply portion, And a power conversion section for converting the direct current (Dc) output from 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 발전시스템이 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. An environmentally friendly power generation system also includes a power generation system that converts fossil fuels or produces electricity through chemical reactions 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.

종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 가정이나 소형 구조물인 전기자동차 등에 적용되고 있다. 그러나, 대형 구조물에 적용하기 위해서는 모듈화된 연료전지를 많이 사용하거나 연료전지 모듈의 발전출력이 상대적으로 커져야 하기 때문에 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 다음과 같은 문제점이 발생한다.The fuel cell system according to the prior art is applied to a home or an electric vehicle, which is a small structure. However, in order to apply to a large structure, the fuel cell system according to the prior art has the following problems because the modularized fuel cell is used in a large amount or the power generation output of the fuel cell module is relatively large.

첫째, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 연료전지로부터 배출되는 고온의 배기가스를 그대로 배출하게 된다. 따라서, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 고온의 배기가스로부터 발생되는 폐열이 낭비됨에 따라 연료전지의 에너지 효율이 저하되는 문제가 있다.First, the fuel cell system according to the related art discharges high-temperature exhaust gas discharged from the fuel cell as it is. Accordingly, the conventional fuel cell system has a problem in that the energy efficiency of the fuel cell is lowered as waste heat generated from the exhaust gas at a high temperature is wasted.

둘째, 사용되는 연료전지 모듈 수가 많아지게 되면, 그에 따라 장치 설치 비용이 상승하게 된다. 따라서, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 설비 구축비용과 운영비용이 상승하게 되는 문제가 있다.Second, if the number of fuel cell modules used increases, the installation cost of the device increases accordingly. Therefore, the fuel cell system according to the related art has a problem that the facility construction cost and the operating cost are increased.

본 발명은 연료전지의 배기가스로부터 발생되는 폐열을 재활용함으로써, 연료전지의 에너지 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a ship capable of preventing the energy efficiency of the fuel cell from being lowered by recycling the waste heat generated from the exhaust gas of the fuel cell.

본 발명은 설비 구축비용과 운영비용을 줄일 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a ship capable of reducing facility construction cost and operating cost.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다.In order to solve the above problems, the present invention may include the following configuration.

본 발명에 따른 선박은 원료를 공급하기 위한 원료 공급부; 원료수를 공급하기 위한 원료수 공급부; 상기 원료 공급부로부터 공급되는 원료 및 상기 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지 시스템; 및 상기 연료전지 시스템에서 출력되는 직류전류(Dc)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하고, 상기 연료전지 시스템은 전처리된 원료와 스팀을 개질반응시키는 개질기를 포함하고, 수소를 포함하는 연료를 생성하기 위한 수소생성부; 상기 수소생성부로부터 공급되는 수소를 포함하는 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지; 및 상기 수소생성부에 공급되는 원료를 가열하기 위해 상기 연료전지의 배기가스로부터 발생되는 폐열과 상기 수소생성부에 공급되는 원료를 열교환시키는 제1열교환기를 포함할 수 있다.A ship according to the present invention comprises a raw material supply part for supplying a raw material; A raw water supply part for supplying raw water; A fuel cell system for generating electricity using raw material supplied from the raw material supply unit and raw material water supplied from the raw water supply unit; And a power converter for converting a direct current (Dc) output from the fuel cell system into an alternating current (AC), wherein the fuel cell system includes a reformer for performing reforming reaction of the pretreated raw material and steam, A hydrogen generator for generating fuel to be supplied to the fuel cell; A fuel cell that generates electricity using fuel including hydrogen supplied from the hydrogen generator; And a first heat exchanger for exchanging heat between waste heat generated from the exhaust gas of the fuel cell and a raw material supplied to the hydrogen generator to heat the raw material supplied to the hydrogen generator.

본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 수소생성부는 상기 연료전지의 연료극(anode)으로부터 배출되는 배기가스를 응축시킴으로써 원료수를 생산하기 위한 응축기를 포함하고; 상기 개질기에 공급되는 스팀(H2O)은 상기 응축기로부터 생산된 응축수를 포함하는 원료수를 증발기에서 가열하여 생성될 수 있다.In the vessel according to the present invention, the hydrogen generator includes a condenser for producing raw water by condensing the exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell; The steam (H 2 O) supplied to the reformer may be generated by heating the raw water containing condensed water produced from the condenser in the evaporator.

본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 수소생성부는 상기 연료전지의 연료극(anode)으로부터 배출되는 배기가스를 응축시킴으로써 응축수를 생산하기 위한 응축기, 및 상기 연료전지의 공기극(cathode)으로부터 발생되는 폐열과 상기 응축기로부터 생산된 응축수를 포함한 원료수를 열교환시키기 위한 제2열교환기를 포함하고; 상기 개질기에 공급되는 스팀(H2O)은 상기 응축기로부터 생산된 응축수를 포함하는 원료수가 상기 제2열교환기를 통과하면서 생성될 수 있다.In the vessel according to the present invention, the hydrogen generator may include a condenser for producing condensed water by condensing the exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell, and a condenser for generating waste heat generated from the cathode of the fuel cell, And a second heat exchanger for heat-exchanging the raw water including condensed water produced from the condenser; The steam (H 2 O) supplied to the reformer can be generated while the raw water containing condensed water produced from the condenser passes through the second heat exchanger.

본 발명은 연료전지의 배기가스로부터 발생되는 폐열을 이용하여 원료를 가열함으로써, 연료전지의 배기가스로부터 발생되는 폐열이 낭비됨에 따라 연료전지의 에너지 효율이 저하되는 것을 방지하는데 기여할 수 있다.The present invention can contribute to preventing the energy efficiency of the fuel cell from deteriorating as waste heat generated from the exhaust gas of the fuel cell is wasted by heating the raw material using the waste heat generated from the exhaust gas of the fuel cell.

본 발명은 연료전지의 배기가스로부터 발생되는 폐열을 이용하여 원료를 가열하도록 구현됨으로써, 연료전지 시스템의 설비 구축비용 및 운영비용울 줄이는데 기여할 수 있다.The present invention can be implemented to heat a raw material using waste heat generated from exhaust gas of a fuel cell, thereby contributing to reduction of facility construction cost and operating cost of the fuel cell system.

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 5 내지 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도
도 9는 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 to 8 are conceptual diagrams of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention
9 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 저장탱크로부터 원료를 공급한다. 예를 들어, 원료는 탄화수소 계열의 물질로, LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 또는 일반 중유(HFO)등의 디젤유, 가솔린, 디메틸에테르, 메탄가스, 수소정제 오프가스, 순수소 등일 수 있다.The raw material supply unit 110 includes a raw material storage tank and supplies the raw material from 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), marine gas oil (MGO), Water Diesel oil such as diesel oil (MDO) or general heavy oil (HFO), gasoline, dimethyl ether, methane gas, hydrogen purification off gas,

일례로, 상기 발전시스템(100)이 자동차에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 원료 저장탱크와 상기 원료 저장탱크로부터 원료를 공급하는 장치(예컨대, 펌프)를 포함하여 구현된다. 다른 예로, 상기 발전시스템(100)이 LNG 운반선에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 LNG 저장탱크와 상기 LNG 저장탱크로부터 LNG를 공급하는 장치(예컨대 펌프)를 포함하여 구현된다. 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 from the raw material storage tank. As another example, when the power generation system 100 is applied to an LNG carrier, the material feeder 110 is implemented with an LNG storage tank and a device (e.g., a pump) for supplying LNG 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 저장탱크로부터 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 raw water from 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) 시스템과 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 system using the combustion energy of 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.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.

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 분해되어 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.3B, the PEMFC 320 decomposes hydrogen (H 2 ) in the catalyst layer 322 formed in the anode 321 to form hydrogen ions (H + ) and electrons (e-). . 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 원료수, 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 this specification, the raw material and the raw water that are introduced into the hydrogen generating unit 400 and the fuel that is generated in the hydrogen generating unit 400 and flows into the fuel cell 210 are defined as the fuel.

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 황제거기를 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) including the methane flame for generating a marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), or the general fuel oil (HFO) methane by the reaction of the heated raw material and the heater applies heat the catalyst to the (CH 4) Can be implemented. The raw material treatment unit 410 may include a filter for removing impurities contained in the raw material, and an emulsifier for removing the 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 발생할 수 있다. 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) may be generated in the reformer 430 have. 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.

본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 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 may be connected to the raw material pretreated by the raw material processing unit 410 and the raw material of the fuel cell 210 to improve the efficiency of the entire system. In the fuel cell system 200 according to an embodiment of the present invention, An exhaust gas discharged from an anode of a fuel cell stack, or a mixture of the two 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∼20 ppm 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 배출되는 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), which receives air from an air supply unit and burns only the carbon monoxide (CO) in the gas discharged 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) comprises 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.

도 5 및 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도이다.5 and 6 are conceptual configuration diagrams of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 수소생성부(400) 및 제1열교환기(230)를 포함한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210), 상기 수소생성부(400) 및 상기 제1열교환기(230) 등을 포함한 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구현될 수도 있다.5 and 6, the fuel cell system 200 according to the present invention includes a fuel cell 210, a hydrogen generator 400, and a first heat exchanger 230. The fuel cell system 200 according to the present invention includes a control unit 250 for controlling operations of all the configurations including the fuel cell 210, the hydrogen generator 400 and the first heat exchanger 230 .

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. 본 명세서는 고체산화물 연료전지(SOFC)(310)에 대하여 설명한다.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). The present disclosure describes a solid oxide fuel cell (SOFC)

상기 제1열교환기(230)는 상기 연료전지(310)의 배기가스로부터 발생되는 폐열과 상기 수소생성부(400)에 공급되는 원료를 열교환시킨다. 예컨대, 상기 제1열교환기(230)는 상기 연료전지(310)의 공기극(cathode)(311)으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 원료 공급부(120)로부터 상기 원료처리부(140)에 공급되는 원료를 가열할 수 있다. 즉, 상기 연료전지(310)의 배기가스는 상기 제1열교환기(230)로 공급되고, 상기 원료는 상기 제1열교환기(230)를 통과하여 가열된 상태로 상기 원료 처리부(410)에 공급될 수 있다. 상기 제1열교환기(230)를 통과한 배기가스는 외부로 배출되거나 상기 연소기(440)로 공급될 수 있다. 또한, 상기 원료 처리부(410)에는 상기 제1열교환기(230)에 의해 가열되어 가스화된 원료가 공급될 수 있다. 따라서, 본 발명에 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.The first heat exchanger 230 exchanges heat between the waste heat generated from the exhaust gas of the fuel cell 310 and the raw material supplied to the hydrogen generator 400. For example, the first heat exchanger 230 supplies the raw material to the raw material treatment unit 140 from the raw material supply unit 120 using waste heat of the exhaust gas discharged from the cathode 311 of the fuel cell 310 The raw material can be heated. That is, the exhaust gas of the fuel cell 310 is supplied to the first heat exchanger 230, and the raw material is supplied to the raw material processing unit 410 while being heated through the first heat exchanger 230 . The exhaust gas having passed through the first heat exchanger 230 may be discharged to the outside or may be supplied to the combustor 440. In addition, the raw material processing unit 410 may be supplied with the raw material heated by the first heat exchanger 230 and gasified. Therefore, 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 연료전지(310)의 배기가스로부터 발생되는 폐열을 이용하여 원료를 가열함으로써, 연료전지(310)의 배기가스로부터 발생되는 폐열이 낭비됨에 따라 연료전지의 에너지 효율이 저하되는 것을 방지하는데 기여할 수 있다.First, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention heats the raw material by using the waste heat generated from the exhaust gas of the fuel cell 310, so that the waste heat generated from the exhaust gas of the fuel cell 310 Can contribute to preventing the energy efficiency of the fuel cell from deteriorating.

둘째, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지(310)의 배기가스로부터 발생되는 폐열을 이용하여 원료를 가열하도록 구현됨으로써, 별도의 원료 가열 설비를 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 전체적인 설비 구축비용 및 운영비용울 줄이는데 기여할 수 있다.Second, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention is configured to heat the raw material using the waste heat generated from the exhaust gas of the fuel cell 310, thereby omitting a separate raw material heating apparatus . Therefore, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention can contribute to reducing the overall facility construction cost and operating cost.

도 7 및 도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도이다.FIGS. 7 and 8 are conceptual configuration diagrams of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

도 7을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)의 원료수 처리부(420)는 상기 연료전지(310)로부터 배출되는 배기가스를 응축시키기 위한 응축기(421) 및 증발기(423)를 포함하여 구현될 수 있다.Referring to FIG. 7, the raw water treatment unit 420 of the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention includes a condenser 421 for condensing the exhaust gas discharged from the fuel cell 310, (423).

상기 응축기(421)는 원료수를 생산하기 위해, 상기 연료전지(310)의 연료극(anode)(313)으로부터 배출되는 배기가스를 응축시킨다. 예컨대, 상기 응축기(421)는 상기 연료전지(310)의 연료극(anode)(313)으로부터 배출되는 배기가스를 응축하여 수분(물방울)을 발생시킬 수 있다. 상기 응축기(421)는 상기 연료전지(310) 및 상기 증발기(423)와 연결될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 응축기(421)는 생산된 응축수를 원료수 저장탱크로 공급할 수 있다. 또한, 응축 후의 잔류 가스는 외부로 배출되거나 상기 연소기(440)로 공급될 수 있다. The condenser 421 condenses the exhaust gas discharged from the anode 313 of the fuel cell 310 to produce raw water. For example, the condenser 421 may condense the exhaust gas discharged from the anode 313 of the fuel cell 310 to generate moisture (water droplets). The condenser 421 may be connected to the fuel cell 310 and the evaporator 423. Although not shown, the condenser 421 can supply the produced condensed water to the raw water storage tank. The residual gas after condensation may be discharged to the outside or may be supplied to the combustor 440.

상기 증발기(423)는 상기 응축기(421) 및 상기 개질기(430)와 연결된다. 상기 증발기(423)는 상기 응축기(421)로부터 생산된 원료수를 가열하여 스팀(H2O)을 생산한다. 즉, 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H2O)은 상기 응축기(421)로부터 생산된 원료수를 가열함으로써 생성된 것일 수 있다.The evaporator 423 is connected to the condenser 421 and the reformer 430. The evaporator 423 heats the raw water produced from the condenser 421 to produce steam (H 2 O). That is, the steam (H 2 O) supplied to the reformer 430 may be generated by heating the raw water produced from the condenser 421.

이에 따라, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(310)의 연료극(anode)(313)으로부터 배출되는 배기가스를 응축시킴으로써 생성된 물을 이용하여 스팀(H2O)을 발생하도록 구현된다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 원료수 공급부(110)로부터 공급되는 원료수의 공급을 줄일 수 있으므로, 구축비용 및 운영비용을 절감할 수 있다. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention uses the water generated by condensing the exhaust gas discharged from the anode 313 of the fuel cell 310 to generate steam (H 2 O). Therefore, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention can reduce the supply of the raw water supplied from the raw water supply unit 110, thereby reducing the construction cost and the operation cost.

도 8을 참고하면, 상기 원료수 처리부(421)는 제2열교환기(425)를 포함하여 구현될 수 있다.Referring to FIG. 8, the raw water treatment unit 421 may include a second heat exchanger 425.

상기 제2열교환기(425)는 상기 연료전지의 공기극(cathode)(311)으로부터 배출되는 배기가스와 상기 응축기(421)로부터 생산된 응축수를 열교환시킨다. 예컨대, 상기 제2열교환기(425)는 상기 연료전지(310)의 공기극(cathode)(311)으로부터 배출되는 일부의 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 응축기(421)로부터 생산된 응축수를 가열할 수 있다. 즉, 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H2O)은 상기 응축기(421)로부터 생산된 응축수를 상기 제2열교환기(425)에서 상기 공기극(311)의 배기가스를 이용하여 가열함으로써 생성된 것일 수 있다. 상기 제2열교환기(425)는 상기 응축기(421) 및 상기 개질기(430) 사이에 설치될 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 응축기(421)는 생산된 응축수를 원료수 저장탱크로 공급할 수 있다. 또한, 응축 후의 잔류 가스나 제2열교환기에서 배출되는 가스는 외부로 배출되거나 상기 연소기(440)로 공급될 수 있다.The second heat exchanger 425 exchanges heat between the exhaust gas discharged from the cathode 311 of the fuel cell and the condensed water produced from the condenser 421. For example, the second heat exchanger 425 can heat the condensed water produced from the condenser 421 using waste heat of a part of the exhaust gas discharged from the cathode 311 of the fuel cell 310 have. That is, steam (H 2 O) supplied to the reformer 430 is generated by heating the condensed water produced from the condenser 421 using the exhaust gas of the air electrode 311 in the second heat exchanger 425 . The second heat exchanger 425 may be installed between the condenser 421 and the reformer 430. Although not shown, the condenser 421 can supply the produced condensed water to the raw water storage tank. The residual gas after condensation and the gas discharged from the second heat exchanger may be discharged to the outside or may be supplied to the combustor 440.

이에 따라, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.Accordingly, 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 연료전지(310)의 공기극(cathode)(311) 배기가스로부터 발생되는 폐열을 이용하여 응축수를 가열함으로써, 연료전지(310)의 배기가스로부터 발생되는 폐열이 낭비됨에 따라 연료전지의 에너지 효율이 저하되는 것을 방지하는데 기여할 수 있다.First, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention heats the condensed water using the waste heat generated from the exhaust gas of the cathode 311 of the fuel cell 310, The waste heat generated from the exhaust gas of the fuel cell is wasted, thereby contributing to preventing the energy efficiency of the fuel cell from being lowered.

둘째, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(310)의 연료극(anode)(313)으로부터 배출되는 배기가스를 응축시켜 생성된 응축수를 상기 연료전지 공기극(cathode)(311) 배기가스를 이용하여 가열함으로써, 스팀(H2O)을 발생하도록 구현된다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 원료수 공급부(110)에서 공급되는 원료수의 공급을 줄이거나 상기 증발기(423)가 생략될 수 있으므로, 구축비용 및 운영비용을 절감할 수 있다. Second, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention condenses the exhaust gas discharged from the anode 313 of the fuel cell 310 to generate condensed water, (311) exhaust gas to generate steam (H 2 O). Therefore, in the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention, the supply of the raw water supplied from the raw water supply unit 110 can be reduced and the evaporator 423 can be omitted, The cost can be reduced.

여기서, 상기 개질기(430)를 통과한 연료는 상기 수소가스화반응기(WGS)(450) 및 분리기(460)를 통과하여 상기 연료전지(310)의 연료극(anode)(313)으로 공급될 수 있다. 상기 분리기(460)는 상기 개질반응 과정에서 발생되는 부수적인 기타 물질(예컨대, 재(ash), 황화수소(H2S) 등)을 분리한다.The fuel that has passed through the reformer 430 may be supplied to the anode 313 of the fuel cell 310 through the hydrogen gasification reactor 450 and the separator 460. The separator 460 separates other incidental substances (for example, ash, hydrogen sulfide (H 2 S), etc.) generated during the reforming reaction.

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 9는 본 발명에 따른 선박의 일례를 나타낸 개략도이다.9 is a schematic view showing an example of a ship according to the present invention.

도 1 내지 도 9을 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 연료전지(210), 수소생성부(400), 제1열교환기(230), 및 원료수 처리부(420)를 포함한다. 상기 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210), 상기 배기가스 처리부(270), 상기 수소생성부(400), 및 원료수 처리부(420) 등을 포함한 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구현될 수도 있다.Referring to FIGS. 1 to 9, 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 fuel cell 210, a hydrogen generator 400, a first heat exchanger 230, and a raw water treatment unit 420. The fuel cell system 200 includes a control unit for controlling operations of all the components including the fuel cell 210, the exhaust gas processing unit 270, the hydrogen generating unit 400, and the raw material water processing unit 420 May be implemented.

상기 연료전지(210)는 제1 연료전지(310)와 제2 연료전지(320)를 포함하여 구현된다. 상기 제1 연료전지(310)와 제2 연료전지(320)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 a first fuel cell 310 and a second fuel cell 320. The first fuel cell 310 and the second fuel cell 320 may be formed of an alkali fuel cell (AFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC) A fuel cell (PEMFC), or a direct methanol fuel cell (DMFC).

상기 제1열교환기(230)는 상기 연료전지(310)의 공기극(cathode)(311)으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 원료 공급부(120)로부터 상기 원료처리부(140)에 공급되는 원료를 가열할 수 있다. 즉, 상기 연료전지(310)의 배기가스는 상기 제1열교환기(230)로 배출되고, 상기 원료는 상기 제1열교환기(230)를 통과하여 가열된 상태로 상기 원료 공급부(120)에 공급될 수 있다. The first heat exchanger 230 is connected to the raw material processing unit 140 through the raw material supply unit 120 using the waste heat of the exhaust gas discharged from the cathode 311 of the fuel cell 310, Can be heated. That is, the exhaust gas of the fuel cell 310 is discharged to the first heat exchanger 230, and the raw material is supplied to the raw material supply unit 120 while being heated through the first heat exchanger 230 .

상기 원료수 처리부(420)는 상기 연료전지(310)로부터 배출되는 배기가스를 응축시키기 위한 응축기(421), 증발기(423), 및 제2열교환기(425)를 포함하여 구현될 수 있다.The raw water water treatment unit 420 may include a condenser 421, an evaporator 423, and a second heat exchanger 425 for condensing the exhaust gas discharged from the fuel cell 310.

상기 응축기(421)는 상기 연료전지(310)의 연료극(anode)(313)으로부터 배출되는 배기가스를 응축하여 수분(물방울)을 발생시킬 수 있다. 상기 응축기(421)는 상기 연료전지(310) 및 상기 증발기(423)와 연결될 수 있다.The condenser 421 condenses the exhaust gas discharged from the anode 313 of the fuel cell 310 to generate water (water droplets). The condenser 421 may be connected to the fuel cell 310 and the evaporator 423.

상기 증발기(423)는 상기 응축기(421) 및 상기 개질기(430)와 연결된다. 상기 증발기(423)는 상기 응축기(421)로부터 생산된 원료수를 가열하여 스팀(H2O)을 생산한다. 즉, 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H2O)은 상기 응축기(421)로부터 생산된 원료수를 가열함으로써 생성된 것일 수 있다.The evaporator 423 is connected to the condenser 421 and the reformer 430. The evaporator 423 heats the raw water produced from the condenser 421 to produce steam (H 2 O). That is, the steam (H 2 O) supplied to the reformer 430 may be generated by heating the raw water produced from the condenser 421.

상기 제2열교환기(425)는 상기 연료전지(310)의 공기극(cathode)(311)으로부터 배출되는 일부의 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 응축기(421)로부터 생산된 응축수를 가열할 수 있다. 즉, 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H2O)은 상기 응축기(421)로부터 생산된 응축수를 상기 제2열교환기(425)에서 상기 공기극(311)의 배기가스를 이용하여 가열함으로써 생성된 것일 수 있다. 상기 제2열교환기(425)는 상기 응축기(421) 및 상기 개질기(430) 사이에 설치될 수 있다.The second heat exchanger 425 can heat the condensed water produced from the condenser 421 by using waste heat of a part of the exhaust gas discharged from the cathode 311 of the fuel cell 310. That is, steam (H 2 O) supplied to the reformer 430 is generated by heating the condensed water produced from the condenser 421 using the exhaust gas of the air electrode 311 in the second heat exchanger 425 . The second heat exchanger 425 may be installed between the condenser 421 and the reformer 430.

이에 따라, 본 발명에 따른 선박(900)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.Accordingly, the ship 900 according to the present invention can achieve the following operational effects.

첫째, 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(900)은 연료전지(310)의 배기가스로부터 발생되는 폐열을 이용하여 원료를 가열함으로써, 연료전지(310)의 배기가스로부터 발생되는 폐열이 낭비됨에 따라 연료전지의 에너지 효율이 저하되는 것을 방지하는데 기여할 수 있다.First, the ship 900 according to the second embodiment of the present invention heats the raw material using the waste heat generated from the exhaust gas of the fuel cell 310, so that the waste heat generated from the exhaust gas of the fuel cell 310 is waste The fuel efficiency of the fuel cell can be prevented from being lowered.

둘째, 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(900)은 연료전지(310)의 배기가스로부터 발생되는 폐열을 이용하여 원료를 가열하도록 구현됨으로써, 별도의 가열 설비를 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 전체적인 설비 구축비용 및 운영비용울 줄이는데 기여할 수 있다.Second, the ship 900 according to the second embodiment of the present invention is configured to heat the raw material using the waste heat generated from the exhaust gas of the fuel cell 310, so that a separate heating facility can be omitted. Therefore, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention can contribute to reducing the overall facility construction cost and operating cost.

셋째, 본 발명의 제2실시예에 따른 선박(900)은 연료전지(310)의 공기극(cathode)(311) 배기가스로부터 발생되는 폐열을 이용하여 응축수를 가열함으로써, 연료전지(310)의 배기가스로부터 발생되는 폐열이 낭비됨에 따라 연료전지의 에너지 효율이 저하되는 것을 방지하는데 기여할 수 있다.Third, the ship 900 according to the second embodiment of the present invention heats the condensed water using the waste heat generated from the exhaust gas of the cathode 311 of the fuel cell 310, The waste heat generated from the gas is wasted, which can contribute to preventing the energy efficiency of the fuel cell from being lowered.

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 공급부(110)가 설치된다. 예를 들어, 원료는 탄화수소 계열의 물질로, LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 가솔린, 디메틸에테르, 메탄가스, 수소정제 오프가스, 순수소, 및 해상 가스유(Marine Gas Oil, MGO), 해상 디젤유(Marine Diesel Oil, MDO), 일반 중유(Heavy Fuel Oil, 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 a propulsive force for moving the hull 910 and a material supply unit 110 for supplying the 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, A liquid raw material having a relatively high molecular weight such as hydrogen purified off gas, pure water, and marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), and heavy oil (HFO) And so on.

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 전력변환부(140)가 설치된다. 상기 전력변환부(140)는 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 전력변환부(140)는 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 140 is provided. The power conversion unit 140 discharges the electric power supplied from the fuel cell system 200 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 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
210: 연료전지 230: 제1열교환기
250: 제어부 400: 수소생성부100: 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
210: fuel cell 230: first heat exchanger
250: controller 400: hydrogen generator

Claims (4)

선박으로서,
원료를 공급하기 위한 원료 공급부;
원료수를 공급하기 위한 원료수 공급부;
상기 원료 공급부로부터 공급되는 원료 및 상기 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지 시스템; 및
상기 연료전지 시스템에서 출력되는 직류전류(Dc)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하고,
상기 연료전지 시스템은,
전처리된 원료와 스팀을 개질반응시키는 개질기를 포함하고, 수소를 포함하는 연료를 생성하기 위한 수소생성부;
상기 수소생성부로부터 공급되는 수소를 포함하는 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지; 및
상기 수소생성부에 공급되는 원료를 가열하기 위해 상기 연료전지의 배기가스로부터 발생되는 폐열과 상기 수소생성부에 공급되는 원료를 열교환시키는 제1열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.As a vessel,
A raw material supply unit for supplying the raw material;
A raw water supply part for supplying raw water;
A fuel cell system for generating electricity using raw material supplied from the raw material supply unit and raw material water supplied from the raw water supply unit; And
And a power conversion unit for converting a direct current (Dc) output from the fuel cell system into an alternating current (AC)
The fuel cell system includes:
A hydrogen generator for generating a fuel containing hydrogen, the reformer comprising: a reformer for reforming the pretreated raw material and steam;
A fuel cell that generates electricity using fuel including hydrogen supplied from the hydrogen generator; And
And a first heat exchanger for exchanging heat between the waste heat generated from the exhaust gas of the fuel cell and the raw material supplied to the hydrogen generator to heat the raw material supplied to the hydrogen generator. 전처리된 원료와 스팀을 개질반응시키는 개질기를 포함하고, 수소를 포함하는 연료를 생성하기 위한 수소생성부;
상기 수소생성부로부터 공급되는 수소를 포함하는 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지; 및
상기 수소생성부에 공급되는 원료를 가열하기 위해 상기 연료전지의 배기가스로부터 발생되는 폐열과 상기 수소생성부에 공급되는 원료를 열교환시키는 제1열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.A hydrogen generator for generating a fuel containing hydrogen, the reformer comprising: a reformer for reforming the pretreated raw material and steam;
A fuel cell that generates electricity using fuel including hydrogen supplied from the hydrogen generator; And
And a first heat exchanger for exchanging heat between the waste heat generated from the exhaust gas of the fuel cell and the raw material supplied to the hydrogen generator to heat the raw material supplied to the hydrogen generator. 제2항에 있어서,
상기 수소생성부는 상기 연료전지의 연료극(anode)으로부터 배출되는 배기가스를 응축시킴으로써 원료수를 생산하기 위한 응축기를 포함하고;
상기 개질기에 공급되는 스팀(H2O)은 상기 응축기로부터 생산된 응축수를 포함하는 원료수를 증발기에서 가열하여 생성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the hydrogen generator includes a condenser for producing raw water by condensing exhaust gas discharged from an anode of the fuel cell;
And steam (H 2 O) supplied to the reformer is generated by heating raw water containing condensed water produced from the condenser in an evaporator. 제2항에 있어서,
상기 수소생성부는 상기 연료전지의 연료극(anode)으로부터 배출되는 배기가스를 응축시킴으로써 응축수를 생산하기 위한 응축기, 및 상기 연료전지의 공기극(cathode)으로부터 발생되는 폐열과 상기 응축기로부터 생산된 응축수를 포함한 원료수를 열교환시키기 위한 제2열교환기를 포함하고;
상기 개질기에 공급되는 스팀(H2O)은 상기 응축기로부터 생산된 응축수를 포함하는 원료수가 상기 제2열교환기를 통과하면서 생성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.3. The method of claim 2,
The hydrogen generator includes a condenser for producing condensed water by condensing the exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell, and a condenser for condensing the waste heat generated from the cathode of the fuel cell and the condensed water produced from the condenser, A second heat exchanger for exchanging heat with the water;
Wherein steam (H 2 O) supplied to the reformer is generated while passing raw water containing condensed water produced from the condenser through the second heat exchanger.
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