KR20180046113A - 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치 및 배출방법 - Google Patents

연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치 및 배출방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180046113A
KR20180046113A KR1020160140965A KR20160140965A KR20180046113A KR 20180046113 A KR20180046113 A KR 20180046113A KR 1020160140965 A KR1020160140965 A KR 1020160140965A KR 20160140965 A KR20160140965 A KR 20160140965A KR 20180046113 A KR20180046113 A KR 20180046113A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
carbon dioxide
fuel cell
dry ice
dioxide gas
oxygen
Prior art date
Application number
KR1020160140965A
Other languages
English (en)
Inventor
이정무
Original Assignee
대우조선해양 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 대우조선해양 주식회사 filed Critical 대우조선해양 주식회사
Priority to KR1020160140965A priority Critical patent/KR20180046113A/ko
Publication of KR20180046113A publication Critical patent/KR20180046113A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0668—Removal of carbon monoxide or carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor
    • B63G8/08—Propulsion
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/50—Carbon dioxide
    • C01B32/55—Solidifying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04761—Pressure; Flow of fuel cell exhausts
    • B63B2702/10—
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치 및 배출방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치는, 메탄올과 산소를 공급받아서 이산화탄소 가스와 수소 가스로 변환하는 연료전지 개질기, 상기 연료전지 개질기로부터 추출된 이산화탄소 가스를 고형의 드라이아이스로 승화시키는 드라이아이스 형성장치 및 상기 고형의 드라이아이스의 보관 공간을 형성하는 저장 탱크를 포함할 수 있다.

Description

연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치 및 배출방법{CARBON DIOXIDE EMISSION APPARATUS AND EMISSION METHOD OF SUBMARINE HAVING FUEL REFORMER}
본 발명은 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치 및 배출방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 개질이 진행된 이후에 생성되는 이산화탄소 가스를 드라이아이스 형태로 상 변화하여 처리할 수 있는 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치 및 배출방법에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응에 의해 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전장치로서, 환경 조화성이 우수하고 높은 발전효율이 기대되는 에너지 공급 장치이다. 최근, 잠수함에서는 이러한 연료전지가 동력 제공원으로 많이 사용되고 있다(특허문헌 1 참조).
이와 같이 연료전지를 사용하는 잠수함의 경우, 연료전지 개질기(Reformer)에서 생성되는 이산화탄소 가스를 함외로 배출하여 폐기시킬 필요가 있다. 상기 연료전지 개질기는 메탄올과 액화된 산소를 공급받아서 이산화탄소 가스와 수소 가스로 변환하는 장치이다. 상기 수소 가스는 연료전지 모듈로 투입되어 에너지 공급용으로 사용되지만, 상기 이산화탄소 가스는 함외로 배출되어야 한다.
다만, 전 세계적으로 지구온난화를 방지하기 위한 구체적 이행 방안으로서 온실가스 배출량을 감축하고자 하는 법안이 마련되고 있다. 이에 따라 감축 대상 온실가스 중 하나인 이산화탄소를 그대로 대기중에 방출시키는 것은 현실적으로 불가능해지고 있다.
이에 대응하여, 최근에 많이 사용되고 있는 잠수함의 이산화탄소 가스 배출 방식으로는 해수냉각계통 배출라인을 통해 유동하는 해수에 이산화탄소 가스를 용해시켜서 함 외부로 배출시키는 방식, 즉, 이산화탄소 가스를 해수에 녹여서 함외로 배출하는 방식이 사용되고 있다. 다만, 이러한 방식에 따르면, 제거된 이산화탄소 가스의 질량만큼 해수가 채워져야만 하고, 이를 위해서는 함내에 중량 보상 탱크가 반드시 설치되어야만 하는 단점이 있다. 또한, 이산화탄소 가스의 처리 작업이 매우 복잡하고, 특히 작전 기간 중 생산되는 이산화탄소 역시 예외없이 함외로 배출되어야만 하므로, 이산화탄소 가스가 작전 수행을 방해하게 되는 문제가 있다.
대한민국 공개특허공보 제2016-0047936호.
본 발명의 목적은 개질이 진행된 이후에 생산되는 이산화탄소 가스를 함외로 배출할 필요없이, 함내에 드라이아이스 형태로 저장한 후에 스노클 단계에서 드라이아이스를 기화시켜서 함외로 처리할 수 있는 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치 및 배출방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 종래 기술의 과제와 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따른 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치는, 메탄올과 산소를 공급받아서 이산화탄소 가스와 수소 가스로 변환하는 연료전지 개질기, 상기 연료전지 개질기로부터 추출된 이산화탄소 가스를 고형의 드라이아이스로 승화시키는 드라이아이스 형성장치 및 상기 고형의 드라이아이스의 보관 공간을 형성하는 저장 탱크를 포함할 수 있다.
상기 연료전지 개질기는, 메탄올을 공급하는 메탄올 저장부와 가스 이동라인에 의해 연결되고, 산소를 공급하는 액체 산소 탱크와 산소 이동라인에 의해 연결될 수 있다.
상기 연료전지 개질기에서 형성된 이산화탄소 가스는 상기 연료전지 개질기의 일측에 형성된 제1 경로를 통해 상기 드라이아이스 형성장치로 이동되고, 상기 연료전지 개질기에서 형성된 수소 가스는 상기 연료전지 개질기의 타측에 형성된 제2 경로를 통해 연료전지 모듈로 이동될 수 있다.
상기 산소 이동라인은, 상기 액체 산소탱크로부터 상기 연료전지 개질기로 산소의 이동을 안내하는 제1 분지관 및 상기 액체 산소탱크로부터 상기 연료전지 모듈로 산소의 이동을 안내하는 제2 분지관으로 분기될 수 있다.
상기 제1 분지관과 상기 제2 분지관에는 각각 산소의 일 방향 이동을 유도하는 펌프가 설치될 수 있다.
상기 제1 경로에는, 상기 연료전지 개질기로부터 추출된 이산화탄소 가스의 온도 및 압력을 측정하는 상태감지 센서가 설치될 수 있다.
상기 드라이아이스 형성장치는, 상기 이산화탄소 가스가 고형의 드라이아이스로 승화하도록 온도와 압력 중 하나 이상을 변화시키는 장치일 수 있다.
상기 드라이아이스 형성장치와 상기 저장 탱크 사이의 이동 경로에는, 상기 드라이아이스의 정상적인 형성 여부를 감지하는 확인 감지센서가 설치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출방법은, 연료전지 개질기에 메탄올과 산소를 투입하는 단계, 상기 연료전지 개질기가 작동하여 이산화탄소 가스와 수소 가스로 변환되는 단계, 상기 이산화탄소 가스가 상기 연료전지 개질기의 일측에 형성되는 제1 경로를 통해 드라이아이스 형성장치로 이동되는 단계, 상기 드라이아이스 형성장치에서 상기 이산화탄소 가스가 고형의 드라이아이스로 상 변화되는 단계 및 상기 고형의 드라이아이스가 저장 탱크에 보관되는 단계를 포함할 수 있다.
상기 연료전지 개질기가 작동하여 이산화탄소 가스와 수소 가스로 변환되는 단계가 수행된 이후에, 상기 수소 가스가 상기 연료전지 개질기의 타측에 형성되는 제2 경로를 통해 연료전지 모듈로 이동되는 단계 및 상기 연료전지 모듈에서 형성된 물이 물 저장소에 보관되는 단계가 수행될 수 있다.
상기 드라이아이스 형성장치에서 상기 이산화탄소 가스가 고형의 드라이아이스로 상 변화되는 단계는, 승화 반응이 이루어지기 위한 이산화탄소 가스의 목표 온도 및 압력이 설정되는 단계, 설정된 온도로 이산화탄소 가스가 냉각되는 단계 및 설정 온도 도달 여부를 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 설정된 온도까지 이산화탄소 가스가 냉각된 경우, 상기 이산화탄소 가스가 드라이아이스로 상 변화되었는지 확인하고, 상기 설정된 온도까지 이산화탄소 가스가 냉각되지 않은 경우, 상기 이산화탄소 가스를 기준온도에 맞춘 상태에서 설정된 압력으로 이산화탄소 가스를 압축시킨 후에 상기 이산화탄소 가스가 드라이아이스로 상 변화되었는지 확인할 수 있다.
상기 드라이아이스로 정상적인 상 변화가 이루어졌는지 확인하는 단계에서 상기 드라이아이스의 형성에 이상이 있을 경우, 외부에 이상 신호를 송출하는 단계가 수행될 수 있다.
제안되는 본 발명에 따르면, 개질이 진행된 이후에 생산되는 이산화탄소 가스를 해수에 녹여서 함외로 배출할 필요없이 함내에서 드라이아이스 형태로 저장한 후 스노클 단계에서 기화시켜서 함외로 처리할 수 있으므로, 상기 이산화탄소 가스를 환경 친화적으로 처리할 수 있는 장점이 있다.
이에 따라, 별도의 중량 보상 탱크를 함내에 설치하지 않아도 되므로, 상기 이산화탄소 가스의 처리 절차가 매우 간단해지는 장점이 있다.
특히, 작전기간 중 생산되는 이산화탄소 가스 역시 드라이아이스 형태로 저장되어 추후 처리되므로 상기 이산화탄소 가스에 의해 작전 수행에 방해를 받는 현상을 사전에 차단할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치의 전체적인 구성을 보여주는 구성도이다.
도 2는 드라이아이스 형성장치에서 이산화탄소 가스가 승화되는 방식을 설명하기 위해 도시한 온도와 압력에 따른 이산화탄소의 상 변화 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 도 3의 드라이아이스 형성 단계를 구체적으로 설명하기 위해 도시한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치의 전체적인 구성을 보여주는 구성도이다. 그리고, 도 2는 드라이아이스 형성장치에서 이산화탄소 가스가 승화되는 방식을 설명하기 위해 도시한 온도와 압력에 따른 이산화탄소의 상 변화 그래프이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 이산화탄소 배출장치(1)는 연료전지 개질기(20)에서 생성된 이산화탄소를 처리하기 위한 장치이다. 상기 연료전지 개질기(20)는 그 일측이 메탄올이 보관된 메탄올 저장부(10)와 가스 이동라인(11)에 의해 연결된다. 즉, 상기 가스 이동라인(11)의 일측에는 상기 메탄올 저장부(10)가 연결되고 상기 가스 이동라인(11)의 타측에는 상기 연료전지 개질기(20)가 연결되어, 상기 메탄올 저장부(10)에 보관된 메탄올이 상기 연료전지 개질기(20)로 이동된다.
또한, 상기 연료전지 개질기(20)의 타측은 액화된 산소가 보관되는 액체 산소탱크(30)와 산소 이동라인(31)에 의해 연결된다. 즉, 상기 액체 산소탱크(30)에 보관된 산소가 상기 산소 이동라인(31)을 따라 상기 연료전지 개질기(20)로 이동된다.
이와 같은 과정에 따라 상기 연료전지 개질기(20)에 모인 메탄올과 산소는 연료전지의 에너지 발생에 필요한 수소 가스를 생성하기 위해 이산화탄소 가스와 수소 가스로 변환된다. 이러한 반응을 개질이라 한다.
개질의 진행에 의해 생성된 이산화탄소 가스는 제1 경로(21)를 따라 드라이아이스 형성장치(50)로 이동된다. 즉, 상기 제1 경로(21)는 상기 연료전지 개질기(20)에 연결되는 이산화탄소 가스의 이동 배관이다. 그리고, 개질의 진행에 의해 생성된 수소 가스는 제2 경로(22)를 따라 연료전지 모듈(40)로 이동된다. 즉, 상기 제2 경로(22)는 상기 연료전지 개질기(20)에 연결되는 수소 가스의 이동 배관이다.
이와 같이, 상기 연료전지 개질기(20)에는 가스 이동라인(11), 산소 이동라인(31), 제1 경로(21) 및 제2 경로(22), 이렇게 총 4개의 배관이 설치되고, 각 배관을 따라 이동하는 가스의 종류 역시 모두 다르게 구성된다.
상기 제2 경로(22)를 따라 상기 연료전지 모듈(40)로 이동된 수소 가스는 상기 산소 이동라인(31)을 따라 상기 연료전지 모듈(40)로 이동된 산소와 만나게 된다. 구체적으로, 상기 산소 이동라인(31)은 상기 액체 산소탱크(30)로부터 상기 연료전지 개질기(20)로 산소의 이동을 안내하는 제1 분지관(32) 및 상기 액체 산소탱크(30)로부터 상기 연료전지 모듈(40)로 산소의 이동을 안내하는 제2 분지관(33)으로 분기된다.
그리고, 상기 제1 분지관(32)과 상기 제2 분지관(33)에는 각각 산소의 일 방향 이동을 유도하는 펌프(35, 36)가 설치된다. 예를 들어, 상기 액체 산소탱크(30)로부터 상기 제1 분지관(32)을 따라 이동하는 산소는 상기 제1 분지관(32)의 펌프(35)에 의해 상기 연료전지 개질기(20)로 원활하게 이동될 수 있고, 이와 유사하게, 상기 제2 분지관(33)을 따라 이동하는 산소는 상기 제2 분지관(33)의 펌프(36)에 의해 상기 연료전지 모듈(40)로 원활하게 이동될 수 있다.
이와 같이 연료전지가 설치되는 상기 연료전지 모듈(40)에는 수소와 산소가 모이게 된다. 상기 연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응에 의해 화학에너지를 전기에너지로 변환시켜서 잠수함에 필요한 에너지 공급한다. 이때, 수소와 산소의 반응에 의해 물이 발생할 수 있다. 이러한 물은 도면에 도시된 것처럼 물 저장소(41)에 보관된 후에 처리되거나 또는 외부로 직접 배출될 수도 있다.
이와 같이 상기 수소 가스는 연료전지 모듈(40)로 투입되어 에너지 공급용으로 사용되지만, 상기 이산화탄소 가스는 적절한 시기에 함외로 배출될 필요가 있다. 본 발명은, 상기 이산화탄소 가스를 상 변화하여 함내에서 고형의 드라이아이스로 처리하는 구조 및 방법을 제공한다.
구체적으로, 상기 연료전지 개질기(20)에서 생성된 이산화탄소 가스는 제1 경로(21)를 거쳐서 드라이아이스 형성장치(50)로 이동된다. 이때, 상기 제1 경로(21)에는 이산화탄소 가스의 현재 상태, 즉, 이산화탄소 가스의 현재 온도 및 압력을 파악하는 상태 감지센서(25)가 설치된다.
상기 상태 감지센서(25)에서 감지된 정보는 제어부로 전달된다. 상기 제어부는 위의 감지 정보에 기초하여 이산화탄소 가스의 목표 온도 또는 압력을 설정한다. 예를 들어, 상기 제어부는 현재 이산화탄소 가스의 온도와 압력 정보를 기초로 상기 이산화탄소 가스의 승화 반응이 용이하게 이루어지게 하기 위한 이산화탄소 가스의 목표 온도 또는 압력을 설정한다.
상기 드라이아이스 형성장치(50)로 이동된 이산화탄소 가스는 상기 제어부에서 산출된 목표 정보에 기초하여 상기 드라이아이스 형성장치(50) 내에서 냉각 또는 압축이 수행된다. 즉, 상기 이산화탄소 가스가 고형의 드라이아이스로 승화하도록 상기 드라이아이스 형성장치(50)는, 내부의 온도와 압력 중 하나 이상이 변화된다.
이와 관련하여, 도 2에 도시된 온도와 압력에 따른 이산화탄소의 상 변화 특성을 도시한 그래프를 참조하여 설명하기로 한다. 도 2에 도시된 도면부호 X는 고체 상태의 이산화탄소 영역을 표시한 것이고, 도면부호 Y는 액체 상태의 이산화탄소 영역을 표시한 것이고, 도면부호 Z는 기체 상태의 이산화탄소 영역을 표시한 것이다.
예를 들어, a 부분에 놓인 기체 상태의 이산화탄소의 온도를 b 부분에 해당하는 온도까지 낮추면, 기체 상태의 이산화탄소가 고체 상태의 드라이아이스로 상 변화가 이루어지게 된다(승화 반응). 다만, 상기 드라이아이스 형성장치(50)의 성능, 주변 환경 등 여러 조건에 의해 a 부분에 놓인 기체 상태의 이산화탄소가 b 부분에 해당하는 온도까지 내려가지 못하고, c 부분에 해당하는 T°(승화에 필요한 미리 설정된 기준온도)에 놓일 수도 있다. 이러한 경우, c 부분에 놓인 기체 상태의 이산화탄소의 압력을 P까지 높이면 e 부분으로 이동하여 고체 상태의 이산화탄소로 상 변화가 이루어지게 된다.
즉, a 부분의 온도를 현재 온도라고 하면, b 부분의 온도는 목표로 하는 설정 온도가 되는 것이고, c 부분의 온도는 이산화탄소 가스를 고형의 드라이아이스로 승화시키기 위해 필요한 기준 온도가 된다. 상기 기준 온도는 -51°내지 -78°사이의 온도일 수 있다.
다른 예로서, a 부분에 놓인 기체 상태의 이산화탄소의 압력을 P까지 높여서 d 부분으로 이동시킨 후 온도를 T°로 낮춰서 e 부분에 도달하게 하는 승화 방식도 가능할 것이다.
이처럼, 상기 드라이아이스 형성장치(50)는, 내부의 온도와 압력 중 하나 이상이 변화됨으로써 기체 상태의 이산화탄소를 고형의 드라이아이스로 상 변화시킬 수 있다.
이러한 과정을 거쳐서 제작된 드라이아이스는 저장 탱크(51)에 보관된다. 상기 저장 탱크는 -78°에서 1atm 이상일 때에 드라이아이스 상태의 유지가 가능하고, 만약, 5atm일 때에는 -51°이하의 온도일 때에 드라이아이스 상태의 유지가 가능하다(도 2 참조).
상기 드라이아이스 형성장치(50)와 상기 저장 탱크(51) 사이의 이동 경로에는 드라이아이스의 정상 제작 여부를 파악하는 확인 감지센서(55)가 설치된다. 상기 확인 감지센서(55)는 드라이아이스의 정상 제작 여부에 관한 정보를 상기 제어부로 전송한다.
만약, 상기 확인 감지센서(55)에서 드라이아이스에 이상이 있는 것을 감지하면, 상기 제어부는 외부로 이상 신호를 송출한다. 이상 신호의 송출 방식은 스피커를 이용하여 이상 음을 외부에 송출시키거나 또는 디스플레이를 이용하여 이상 화면을 외부에 송출시키는 등 여러 방식이 사용될 수 있다.
이하에서는, 잠수함으로부터 이산화탄소를 배출하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출방법을 도시한 순서도이다. 그리고, 도 4는 정상적인 드라이아이스를 형성하는 단계를 구체적으로 설명하기 위해 도시한 순서도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 연료 전지의 구동이 이루어지게 하기 위해, 연료전지 개질기(20)에 메탄올과 액상의 산소가 투입된다(S10). 상기 연료전지 개질기(20)는 메탄올 저장부(10)로부터 메탄올을 공급받고, 액체 산소탱크(30)로부터 산소를 공급받는다.
그 다음, 상기 연료전지 개질기(20)를 작동시켜서 개질을 진행한다(S20). 이에 따라, 상기 연료전지 개질기(20)에서 이산화탄소 가스와 수소 가스가 발생하게 된다. 이때, 상기 이산화탄소 가스와 수소 가스는 서로 다른 경로로 이동하게 된다. 구체적으로, 추출된 이산화탄소 가스는 상기 연료전지 개질기(20)의 일측에 형성되는 제1 경로(21)를 통해 드라이아이스 형성장치(50)로 이동하고(S30), 추출된 수소 가스는 상기 연료전지 개질기(20)의 타측에 형성되는 제2 경로(22)를 통해 연료전지 모듈(40)로 이동한다(S31).
상기 연료전지 모듈(40)에서는 에너지가 발생됨과 함께 수소와 산소의 반응에 의해 물이 생성된다. 이러한 물은 물 저장소에 보관된다(S51).
그리고, 상기 드라이아이스 형성장치(50)로 이동된 이산화탄소 가스는 상기 드라이아이스 형성장치(50) 내의 온도와 압력 중 하나 이상이 조절됨으로써 고형의 드라이아이스로 상 변화된다. 이때, 제어부는 상기 드라이아이스 형성장치(50)에서 정상적으로 드라이아이스가 형성되었는지를 판단한다(S40). 정상으로 판단 시, 상기 드라이아이스는 저장 탱크(51)에 보관된다(S50). 상기 저장 탱크(51)에 보관된 드라이아이스는 스노클 시에 기화되어 외부로 배출된다. 그러나, 이상이 있는 것으로 판단 시, 상기 제어부는 외부에 이상 신호를 송출한다(S60).
기체 상태의 이산화탄소가 드라이아이스로 상 변화되는 과정과 생성된 드라이아이스의 정상 제조 판단과 관련된 내용은 도 4에 자세히 도시되어 있다. 구체적으로, 상기 제어부는 이산화탄소 가스를 고형의 드라이아이스로 용이하게 상 변화시키도록 이산화탄소 가스의 목표 온도와 압력을 설정한다(S41). 그 다음, 설정된 온도로 이산화탄소 가스를 냉각시키고(S42), 현재 온도가 설정 온도에 도달하였는지 여부를 판단한다(S43). 예를 들어, 상기 설정 온도는 도 2의 b 부분의 온도일 수 있다. 현재 온도가 설정 온도에 도달한 것으로 판단되면, 상기 제어부는 확인 감지센서(55)를 통해 드라이아이스의 정상 형성 여부를 확인한다(S44).
다만, 드라이아이스 형성장치(50)의 성능 또는 외부 환경 등의 요인에 의해 상기 설정 온도에 도달하지 못하는 경우, 현재 온도를 승화에 필요한 기준 온도까지 낮추도록 설정한다. 상기 기준 온도는 이산화탄소 가스가 승화에 필요한 온도 범위에 속하는 온도값을 의미한다. 구체적으로, 상기 기준 온도는 상기 설정 온도보다 높은 온도로서 도 2의 c 부분에 해당하는 온도(T°)이다. 이러한 상태에서, 상기 제어부는 설정된 압력으로 이산화탄소 가스를 압축시킨다(S45). 예를 들어, 기준 온도는 c 부분의 온도(T)이고, 설정 압력은 e 부분의 압력(P)일 수 있다. 그 다음, 상기 S44 단계가 수행된다.
본 실시 예에서는 기체 상태의 이산화탄소를 고형의 드라이아이스로 상 변화시키기 위하여 온도와 압력을 조절하는 예에 대하여 설명하였다. 다만, 온도와 압력의 조절을 통한 이산화탄소의 승화 반응의 예는 이에 제한되는 것은 아니고, 다양한 실시 예가 가능함을 밝혀둔다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 개질이 진행된 이후에 생산되는 이산화탄소 가스를 함내에서 드라이아이스 형태로 저장한 후 스노클 단계에서 기화시켜서 함외로 처리할 수 있으므로 환경 친화적으로 용이하게 이산화탄소 가스를 처리할 수 있는 장점이 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되고, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 이산화탄소 배출장치 10: 메탄올 저장부
11: 가스 이동라인 20: 연료전지 개질기
21: 제1 경로 22: 제2 경로
25: 상태 감지센서 30: 액체 산소탱크
31: 산소 이동라인 40: 연료전지 모듈
50: 드라이아이스 형성장치 55: 확인 감지센서

Claims (13)

  1. 메탄올과 산소를 공급받아서 이산화탄소 가스와 수소 가스로 변환하는 연료전지 개질기;
    상기 연료전지 개질기로부터 추출된 이산화탄소 가스를 고형의 드라이아이스로 승화시키는 드라이아이스 형성장치; 및
    상기 고형의 드라이아이스의 보관 공간을 형성하는 저장 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 연료전지 개질기는,
    메탄올을 공급하는 메탄올 저장부와 가스 이동라인에 의해 연결되고, 산소를 공급하는 액체 산소탱크와 산소 이동라인에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 연료전지 개질기에서 형성된 이산화탄소 가스는 상기 연료전지 개질기의 일측에 형성된 제1 경로를 통해 상기 드라이아이스 형성장치로 이동되고,
    상기 연료전지 개질기에서 형성된 수소 가스는 상기 연료전지 개질기의 타측에 형성된 제2 경로를 통해 연료전지 모듈로 이동되는 것을 특징으로 하는 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 산소 이동라인은, 상기 액체 산소탱크로부터 상기 연료전지 개질기로 산소의 이동을 안내하는 제1 분지관 및 상기 액체 산소탱크로부터 상기 연료전지 모듈로 산소의 이동을 안내하는 제2 분지관으로 분기되는 것을 특징으로 하는 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 분지관과 상기 제2 분지관에는 각각 산소의 일 방향 이동을 유도하는 펌프가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치.
  6. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 경로에는, 상기 연료전지 개질기로부터 추출된 이산화탄소 가스의 온도 및 압력을 측정하는 상태감지 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 드라이아이스 형성장치는,
    상기 이산화탄소 가스가 고형의 드라이아이스로 승화하도록 온도와 압력 중 하나 이상을 변화시키는 장치인 것을 특징으로 하는 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 드라이아이스 형성장치와 상기 저장 탱크 사이의 이동 경로에는,
    상기 드라이아이스의 정상적인 형성 여부를 감지하는 확인 감지센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치.
  9. 연료전지 개질기에 메탄올과 산소를 투입하는 단계;
    상기 연료전지 개질기가 작동하여 이산화탄소 가스와 수소 가스로 변환되는 단계;
    상기 이산화탄소 가스가 상기 연료전지 개질기의 일측에 형성되는 제1 경로를 통해 드라이아이스 형성장치로 이동되는 단계;
    상기 드라이아이스 형성장치에서 상기 이산화탄소 가스가 고형의 드라이아이스로 상 변화되는 단계; 및
    상기 고형의 드라이아이스가 저장 탱크에 보관되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 연료전지 개질기가 작동하여 이산화탄소 가스와 수소 가스로 변환되는 단계가 수행된 이후에,
    상기 수소 가스가 상기 연료전지 개질기의 타측에 형성되는 제2 경로를 통해 연료전지 모듈로 이동되는 단계 및 상기 연료전지 모듈에서 형성된 물이 물 저장소에 보관되는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 드라이아이스 형성장치에서 상기 이산화탄소 가스가 고형의 드라이아이스로 상 변화되는 단계는,
    승화 반응이 이루어지기 위한 이산화탄소 가스의 목표 온도 및 압력이 설정되는 단계;
    설정된 온도로 이산화탄소 가스가 냉각되는 단계; 및
    설정 온도 도달 여부를 판단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 설정된 온도까지 이산화탄소 가스가 냉각된 경우, 상기 이산화탄소 가스가 드라이아이스로 상 변화되었는지 확인하고,
    상기 설정된 온도까지 이산화탄소 가스가 냉각되지 않은 경우, 상기 이산화탄소 가스를 기준온도에 맞춘 상태에서 설정된 압력으로 이산화탄소 가스를 압축시킨 후에 상기 이산화탄소 가스가 드라이아이스로 상 변화되었는지 확인하는 것을 특징으로 하는 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출방법.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 드라이아이스로 정상적인 상 변화가 이루어졌는지 확인하는 단계에서 상기 드라이아이스의 형성에 이상이 있을 경우, 외부에 이상 신호를 송출하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 하는 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출방법.
KR1020160140965A 2016-10-27 2016-10-27 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치 및 배출방법 KR20180046113A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160140965A KR20180046113A (ko) 2016-10-27 2016-10-27 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치 및 배출방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160140965A KR20180046113A (ko) 2016-10-27 2016-10-27 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치 및 배출방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180046113A true KR20180046113A (ko) 2018-05-08

Family

ID=62187567

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160140965A KR20180046113A (ko) 2016-10-27 2016-10-27 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치 및 배출방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20180046113A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102217477B1 (ko) 2019-09-10 2021-02-22 국방과학연구소 연료전지를 탑재한 잠수함의 배기가스 처리시스템 및 처리방법
KR20210060759A (ko) 2019-11-19 2021-05-27 대우조선해양 주식회사 수중운동체의 흡착 실린더 및 이를 포함하는 수중운동체의 연료전지시스템

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102217477B1 (ko) 2019-09-10 2021-02-22 국방과학연구소 연료전지를 탑재한 잠수함의 배기가스 처리시스템 및 처리방법
KR20210060759A (ko) 2019-11-19 2021-05-27 대우조선해양 주식회사 수중운동체의 흡착 실린더 및 이를 포함하는 수중운동체의 연료전지시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102304546B1 (ko) 연료전지 차량의 응축수 배출장치 및 그 제어방법
KR101747560B1 (ko) 배수 관리 유니트 및 이를 갖는 잠수함용 연료 전지 발전 장치
KR20180046144A (ko) 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치 및 배출방법
KR20180046113A (ko) 연료전지 개질기를 탑재한 잠수함의 이산화탄소 배출장치 및 배출방법
JP2003287195A (ja) 水素容器の燃料補給システムおよび方法
JP4867199B2 (ja) 燃料電池システム
KR101430156B1 (ko) 질소 가스 생성 시스템
JPH08273689A (ja) 燃料電池システム
JP2007234443A (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池システムの運転方法
US20090214903A1 (en) Fuel cell system and control method thereof
JP2007317469A (ja) 燃料電池システムおよび燃料電池制御装置
JP2008222449A (ja) 水素発生装置およびこれを搭載した燃料電池自動車、ならびに水素貯蔵材料
JP2003272684A (ja) 燃料電池発電システム
KR101488002B1 (ko) 연료전지 시스템
KR20100096814A (ko) 연료전지 냉각 시스템
JP2006244865A (ja) 燃料電池システム
KR20180031996A (ko) 수중운동체의 수소공급 시스템 및 방법
KR102614408B1 (ko) 수중함의 수소발생장치
JP2009032406A (ja) 燃料電池装置
JP2004281393A (ja) 燃料電池発電システム
KR20170047504A (ko) 수중운동체의 연료전지시스템 및 이를 포함한 수중운동체
JP2008135270A (ja) 燃料電池システム
KR102614407B1 (ko) 수중운동체의 수소공급 시스템 및 방법
KR101684777B1 (ko) 금속연료를 이용한 잠수함 수소 시스템 및 이의 운용방법
KR101358129B1 (ko) 연료전지 배기가스 응축장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal