KR20190042398A - 부하변화 추종이 가능한 수중 운동체의 연료공급시스템 및 연료공급방법 - Google Patents

부하변화 추종이 가능한 수중 운동체의 연료공급시스템 및 연료공급방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 부하변화 추종이 가능한 수중 운동체의 연료공급시스템 및 연료공급방법에 관한 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체의 연료공급시스템은 탄화수소 및 알코올 연료와 증류수를 공급하는 연료 공급부, 상기 연료 공급부로부터 전달된 연료를 개질하여 수소를 발생시키고 상기 발생된 수소의 순도를 증가시키도록 수소를 정제하는 개질 프로세서, 상기 개질 프로세서에서 정제된 수소를 공급받아 전기의 생성을 도모하는 연료전지 및 상기 개질 프로세서와 상기 연료전지 사이에 병렬로 설치되고 상기 연료전지에서 필요한 양의 수소를 저장 및 공급하는 압력탱크를 포함한다.

Description

부하변화 추종이 가능한 수중 운동체의 연료공급시스템 및 연료공급방법{LOAD FOLLOWING TYPE FUEL OIL SUPPLY SYSTEM OF UNDERWATER MOVING BODY AND FUEL OIL SUPPLY METHOD OF THE SAME}
본 발명은 동력원으로써 연료전지를 사용한 수중 운동체의 연료공급시스템 및 상기 수중 운동체에 연료를 공급하는 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 수중 운동체의 부하 변화에 맞추어 연료전지에 필요한 연료를 공급할 수 있는 수중 운동체의 연료공급시스템 및 연료공급방법에 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).
즉, 상기 연료전지는 연료의 산화와 환원에 의해 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지를 변환시키는 장치로서, 수소와 같은 기체 반응물질을 외부에서 연속적으로 공급하여 전기의 생성을 도모하고, 반응 후 생성되는 물은 연속적으로 외부로 배출시킬 수 있다. 이와 같이, 연료전지는 고효율의 무공해 발전장치라 할 수 있다.
이러한 연료전지를 사용하는 잠수함과 같은 수중운동체의 경우, 개질기(Reformer)를 이용하여 수소를 생산하는 방식이 알려져 있다. 상기 개질기를 통과한 물질은 수소 정제부를 통과하면서 정제된 수소와 개질 가스로 분리된다. 이와 같이 개질 과정과 수소정제 처리 과정을 거친 정제된 수소가 연료전지에 공급된다. 일반적으로 연료 개질 및 수소정제 처리 과정을 포함하여 개질 프로세서라고 일컫는다.
도 1을 참조하여 설명하면, 종래 기술에 따른 연료공급시스템(1)은 연료 개질 과정과 수소정제 처리 과정이 이루어지는 개질 프로세서(2), 상기 개질 프로세서로부터 정제된 수소의 이동 경로인 수소이동 배관(4) 및 상기 수소이동 배관(4)을 따라 공급된 수소가 산소와 접촉하여 연소함에 따라 에너지를 발생시키는 연료전지(3)를 포함한다. 상기 개질 프로세서(2)로부터 공급된 수소는 제어밸브(5)에 의해 이동량이 조절되고, 상기 연료전지(3)의 과부하 여부는 압력센서(6)와 온도센서(7)를 통해 측정될 수 있다.
그러나, 상기 연료전지(3)는 산소와 수소의 전기화학적 반응을 이용하여 수소의 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치이고, 상기 개질 프로세서(2)는 물리/화학적 반응을 이용하여 수소를 정제하는 장치이다. 즉, 상기 연료전지(3)와 상기 개질 프로세서(2)는 반응 방식에 있어서 위와 같은 차이가 있으므로 상기 연료전지(3)에 부하 변화가 발생할 경우, 두 개의 장치 사이에 부하 추종이 이루어지지 못하는 문제점이 있었다. 예를 들어, 수중 운동체의 부하가 증가하는 경우에 연료전지(3)에서 소모되는 수소의 속도가 개질 프로세서(2)에서 수소를 개질 및 정제하는 처리 속도보다 빠르므로 상기 개질 프로세서(2)와 상기 연료전지(3) 사이에 제어밸브(5)만으로는 부하 추종이 어려운 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제2016-0047936호.
본 발명의 목적은 수중 운동체의 부하 변화에 맞추어 연료 공급을 조절함으로써 연료전지에서 소요되는 수소의 소모 속도에 비례하여 개질 프로세서에서 개질 및 정제되는 수소의 처리 속도를 추종시킬 수 있는 수중 운동체의 연료공급시스템 및 연료공급방법을 제공하는 것이다.
위와 같은 종래 기술의 과제와 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체의 연료공급시스템은, 탄화수소 및 알코올 연료와 증류수를 공급하는 연료 공급부, 상기 연료 공급부로부터 전달된 연료를 개질하여 수소를 발생시키고 상기 발생된 수소의 순도를 증가시키도록 수소를 정제하는 개질 프로세서, 상기 개질 프로세서에서 정제된 수소를 공급받아 전기의 생성을 도모하는 연료전지 및 상기 개질 프로세서와 상기 연료전지 사이에 병렬로 설치되고 상기 연료전지에서 필요한 양의 수소를 저장 및 공급하는 압력탱크를 포함한다.
또한, 상기 개질 프로세서와 상기 연료전지는 정제된 수소의 이동 경로인 메인 공급배관에 의해 서로 연결되고, 상기 개질 프로세서와 상기 압력탱크는 상기 메인 공급배관으로부터 분지되어 상기 압력탱크로 수소의 이동 경로를 형성하는 유입배관에 의해 서로 연결되며, 상기 압력탱크와 상기 연료전지는 상기 메인 공급배관으로 합지되어 상기 연료전지로 수소의 이동 경로를 형성하는 배출배관에 의해 서로 연결된다.
또한, 상기 유입배관에는 상기 개질 프로세서로부터 상기 압력탱크로 이동하는 수소의 양을 조절하는 유입밸브가 설치되고, 상기 배출배관에는 상기 압력탱크로부터 상기 연료전지로 이동하는 수소의 양을 조절하는 배출밸브가 설치된다.
또한, 상기 메인 공급배관에는 상기 개질 프로세서를 통과한 정제된 수소가 상기 유입배관을 따라 이동할 것인지 여부를 결정하는 메인 밸브가 설치된다.
또한, 상기 연료전지의 부하가 증가하는 경우, 상기 배출 밸브가 개방되어 상기 압력탱크 내의 수소가 상기 연료전지로 공급된다.
또한, 상기 연료전지의 부하를 감지할 수 있도록, 상기 압력탱크와 상기 연료전지 사이의 메인 공급배관에는 압력을 측정할 수 있는 센서가 설치된다.
또한, 상기 압력 탱크 내의 압력이 기 설정된 압력보다 낮아지면, 상기 유입 밸브가 개방됨으로써 상기 압력 탱크에 수소가 충전된다.
또한, 상기 수중 운동체의 연료공급시스템, 상기 메인 밸브, 유입 밸브 및 배출 밸브의 개폐 여부와 개도량을 결정하는 제어부를 더 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체의 연료공급방법은, 개질 프로세서에 탄화수소 및 알코올 연료와 증류수를 공급하는 단계, 상기 개질 프로세서를 통과한 정제된 수소가 메인 공급배관을 따라 이동하는 단계, 연료전지의 부하가 추종 부하를 초과하는지 여부를 판단하는 단계 및 상기 연료전지의 부하가 상기 추종 부하를 초과한다면, 상기 개질 프로세서와 상기 연료전지 사이에 병렬로 설치된 압력탱크에 저장되어 있는 수소가 상기 연료전지로 공급되는 단계를 포함한다.
또한, 상기 압력탱크에 저장되어 있는 수소가 상기 연료전지로 공급되는 과정은, 상기 연료전지 전단의 압력이 일정해지는 것으로 판단될 때 종료된다.
또한, 상기 연료전지의 부하가 상기 추종 부하를 초과하지 않으면, 상기 압력탱크 내 압력이 기 설정된 압력 미만인지를 판단한다.
또한, 상기 압력탱크 내 압력이 기 설정된 압력 미만이면, 상기 압력탱크 내 압력이 상기 기 설정된 압력에 도달할 때까지 상기 개질 프로세서로부터 상기 압력탱크로 수소가 공급된다.
제안되는 본 발명에 따르면, 개질 프로세서와 연료전지 사이에 상기 연료전지에서 필요한 양의 수소를 저장 및 공급하는 압력탱크가 설치됨으로써 상기 연료전지에서의 수소 소모 속도가 증가하더라도 상기 압력탱크에서 배출되는 수소에 의해 상기 연료전지에 원활한 수소 공급이 가능한 장점이 있다.
이에 따라, 수중 운동체의 부하가 증가하더라도, 상기 연료전지로의 수소 공급이 부족하지 않게 되므로 원활한 시스템 운용이 가능한 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 수중 운동체 연료공급시스템의 전체적인 구성을 보여주는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체 연료공급시스템의 전체적인 구성을 보여주는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체 연료공급시스템의 전체적인 동작 흐름을 보여주는 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 2는 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체 연료공급시스템의 전체적인 구성을 보여주는 구성도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체의 연료공급시스템(100)은 메탄올과 증류수와 같은 연료를 제공하는 연료 공급부(110a) 및 상기 연료 공급부(110a)로부터 공급된 메탄올과 증류수를 개질하여 수소를 발생시키고 상기 발생된 수소를 정제하여 수소의 순도를 증가시키는 개질 프로세서(120)를 포함한다. 즉, 상기 개질 프로세서(120)는 연료로부터 수소를 개질하고, 개질된 수소의 순도를 증가시키도록 정제하는 과정을 일컫는다.
상기 개질 프로세서(120)는 수중 운동체 내에서 화석연료, 예를 들면 탄화수소 또는 알코올 연료로서 메탄, 메탄올, 에탄올, 가솔린 등과 같은 연료를 공급받아서 수소, 이산화탄소, 일산화탄소, 수증기 등으로 개질시킨 후, 상기 개질된 가스 물질들 중 순도가 높은 수소를 분리하는 장치이다. 그리고, 상기 개질 프로세서(120)에서 정제된 순도가 높은 수소는 메인 공급배관(121)을 따라 이동하여 연료전지(130)로 공급된다.
도시되지는 않았지만, 상기 연료전지(130)에는 산소가 공급되기 위한 별도의 장치가 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지(130)에서는 정제된 수소와 산소의 전기화학 반응이 발생함에 따라 에너지가 생성되고, 이러한 에너지가 수중 운동체의 연료로써 사용될 수 있다.
이때, 상기 연료전지(130)는 산소와 수소의 전기화학적 반응을 이용하여 수소의 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치이고, 상기 개질 프로세서(120)는 물리/화학적 반응을 이용하여 수소를 정제하는 장치이다. 이와 같은 반응 차이에 따라, 상기 연료전지(130)에 부하 변화가 발생할 경우, 두 개의 장치 사이에 부하 추종이 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에 따르면 상기 개질 프로세서(120)와 상기 연료전지(130) 사이에는 상기 연료전지(130)에서 필요한 양의 수소를 저장 및 공급하는 압력탱크(160)가 병렬식으로 설치된다. 여기서, 병렬식이란 상기 개질 프로세서(120)와 상기 연료전지(130)를 연결하는 메인 공급배관(121)으로부터 분지된 배관(140, 150) 상에 상기 압력탱크(160)가 설치되는 배치 방식을 의미한다. 상기 분지된 배관은 상기 개질 프로세서(120)로부터 상기 압력탱크(160)로 수소를 이동시키도록 상기 메인 공급배관(121)과 상기 압력탱크(160)를 연결하는 유입배관(140) 및 상기 압력탱크(160)로부터 상기 연료전지(130)로 수소를 이동시키도록 상기 압력탱크(160)와 상기 메인 공급배관(121)을 연결하는 배출배관(150)으로 구성된다. 즉, 상기 개질 프로세서(120)를 통과한 정제된 수소는 상기 메인 공급배관(121)과 상기 유입배관(140)을 거쳐서 상기 압력탱크(160)로 이동할 수 있다. 그리고, 상기 압력탱크(160)에 저장된 수소는 상기 배출배관(150)과 상기 메인 공급배관(121)을 거쳐서 상기 연료전지(130)로 이동할 수 있다.
상기 메인 공급배관(121)에는 상기 개질 프로세서(120)로부터 정제된 수소의 이동량 또는 이동 여부를 결정하기 위한 메인 밸브(122)가 설치된다. 상기 메인 밸브(122)의 개방 정도에 따라 상기 개질 프로세서(120)에서 상기 연료전지(130)로 이동하는 수소의 양이 결정될 수 있다.
상기 유입배관(140)에는 상기 압력탱크(160)로 수소의 이동 여부를 결정하는 유입밸브(141)가 설치된다. 즉, 상기 유입밸브(141)가 개방되면 상기 개질 프로세서(120)로부터 정제된 수소가 상기 압력탱크(160)로 이동되고, 상기 압력탱크(160)에 정제된 수소가 쌓이게 된다.
상기 배출배관(150)에는 상기 압력탱크(160)에 저장된 수소가 상기 메인 공급배관(121)으로 공급될지 여부를 결정하기 위한 배출밸브(151)가 설치된다. 상기 배출밸브(151)가 개방되면 상기 압력탱크(160)에 저장된 정제된 수소가 상기 배출배관(150)을 따라 이동하여 상기 연료전지(130)로 공급될 수 있다. 즉, 상기 연료전지(130)에서의 수소 소모량이 상기 개질 프로세서(120)에서 정제되는 수소의 양에 비해 많은 경우, 상기 배출밸브(151)가 개방되어 상기 압력탱크(160) 내에 저장된 정제된 수소가 상기 연료전지(130)로 추가 공급될 수 있다. 이때, 상기 압력탱크(160)의 부하를 측정하기 위해, 상기 압력탱크(160)의 일측에는 압력 센서(145)가 설치될 수 있다.
상기 메인 밸브(122)와 배출밸브(151)는 연료전지(130) 사이의 메인 공급 배관(121)의 압력에 의해 제어될 수 있다. 그리고, 유입밸브(141))의 개폐 여부는 압력탱크(160)의 압력에 의해 제어될 수 있다. 또한, 제어부(200)는 상기 연료전지(130)에서의 수소 소모량을 고려하여 상기 개질 프로세서(120) 부하를 제어할 수 있으며 각 밸브(121, 141, 151)의 개폐 여부를 통합 제어할 수 있다.
또한, 상기 연료전지(130)의 부하를 감지할 수 있도록, 상기 압력탱크(160)와 상기 연료전지(130) 사이의 메인 공급배관(121)에는 압력을 측정할 수 있는 압력센서(126)와 압력에 따른 메인 밸브(122)와 배출밸브(151)의 개도율을 조절하는 제어기가 설치될 수 있다.
이하에서는, 위와 같은 수중 운동체의 연료공급시스템이 동작하는 과정에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 수중 운동체 연료공급시스템의 전체적인 동작 흐름을 보여주는 순서도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 먼저 개질 프로세서(120)에는 연료 공급부(110a)로부터 생성된 메탄올과 증류수가 공급된다(S100). 그 다음, 상기 개질 프로세서(120)에서의 개질 과정 및 수소 정제 과정에 의해 정제된 수소가 발생하게 된다. 이때, 상기 정제된 수소는 상기 개질 프로세서(120)와 연료전지(130)를 연결하는 메인 공급배관(121)을 따라 이동하게 된다(S200).
다만, 상기 연료전지(130)는 산소와 수소의 전기화학적 반응을 이용하여 수소의 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치이고, 상기 개질 프로세서(120)는 물리/화학적 반응을 이용하여 수소를 정제하는 장치이다. 따라서, 수중 운동체의 부하가 증가하는 경우에 연료전지(130)에서 소모되는 수소의 속도가 개질 프로세서(120)에서 수소를 개질 및 정제하는 처리 속도보다 빠르므로 상기 개질 프로세서(120)와 상기 연료전지(130) 사이에 부하 추종 문제가 발생할 수 있다. 이러한 부하 추종 문제에 따른 상기 연료전지(130)의 과부하 여부는 상기 메인 공급배관(121)에 설치되는 압력센서(126)에 의해 측정되고, 상기 센서(126)에서 측정된 정보는 압력 제어부(125)로 전송된다.
상기 제어부(200)는 위와 같은 부하 추종 문제가 발생하였는지 여부를 판단하기 위해, 상기 연료전지(130)의 부하가 개질 프로세서(120)에 발생되는 정제된 수소에 의해 발생되는 부하, 즉, 추종 부하를 초과하는지 여부를 판단한다(S300).
만약, 상기 연료전지(130)의 부하가 상기 추종 부하를 초과하지 않는 경우, 아직 부하추종 문제가 발생하지는 않은 것이다. 이러한 경우에는, 압력탱크(160) 내의 수소가 연료전지(130)로 전달될 필요가 없다. 다만, 추후 위와 같은 문제가 발생될 것을 대비하여, 상기 압력탱크(160) 내에 저장된 수소의 양이 충분한지를 판단할 필요가 있다. 즉, 제어부(200)는 상기 압력탱크(160) 내의 압력이 미리 설정된 압력 미만인지 여부를 판단한다(S400).
상기 압력탱크(160) 내의 압력이 설정 압력 미만이라면, 유입밸브(141)를 개방하여 상기 개질 프로세서(120)에서 정제된 수소의 일부가 상기 유입배관(140)을 따라 이동하여 상기 압력탱크(160)에 저장되게 한다(S410). 이러한 과정은 상기 압력탱크(160) 내의 압력이 상기 설정 압력에 도달할 때까지 계속되고, 상기 압력탱크(160) 내의 압력이 상기 설정 압력에 도달하면 상기 유입밸브(141)를 폐쇄한다(S420). 이와 달리, 상기 S400 단계에서 상기 압력탱크(160) 내의 압력이 설정 압력 이상이라면, 상기 S410 단계와 상기 S420 단계는 생략될 수 있다.
상기 S300 단계에서, 상기 연료전지(130)의 부하가 상기 추종 부하를 초과하는 경우, 상기 연료전지(130)와 상기 개질 프로세서(120) 사이에 수소의 부하추종 문제가 발생한 것으로 볼 수 있다. 이러한 경우에는, 상기 압력탱크(160) 내의 수소가 상기 연료전지(130)로 추가 공급될 필요가 있다. 따라서, 상기 제어부(200)는 배출밸브(151)를 개방하여, 상기 압력탱크(160)에 저장된 정제된 수소를 배출배관(150)을 따라 이동시켜서 상기 연료전지(130)로 공급한다(S310). 이에 따라, 상기 연료전지(130)의 부하가 증가하더라도 연료 부족 현상이 발생하지 않게 되고 연료 공급이 일정하게 유지될 수 있는 것이다.
이러한 과정은 상기 연료전지(130) 전단의 압력이 일정해질 때까지 계속되고, 상기 연료전지(130) 전단의 압력이 일정해지면 상기 배출밸브(151)를 폐쇄한다(S320).
이와 같이 본 발명에 따르면, 수중 운동체의 부하가 증가하더라도, 상기 연료전지로의 수소 공급이 부족하지 않게 되므로 원활한 시스템 운용이 가능한 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.
100: 연료공급시스템 120: 개질 프로세서
121: 메인 공급배관 122: 메인 밸브
130: 연료전지 140: 유입배관
141: 유입밸브 150: 배출배관
151: 배출밸브 160: 압력탱크

Claims (12)

  1. 탄화수소 및 알코올 연료와 증류수를 공급하는 연료 공급부;
    상기 연료 공급부로부터 전달된 연료를 개질하여 수소를 발생시키고 상기 발생된 수소의 순도를 증가시키도록 수소를 정제하는 개질 프로세서;
    상기 개질 프로세서에서 정제된 수소를 공급받아 전기의 생성을 도모하는 연료전지; 및
    상기 개질 프로세서와 상기 연료전지 사이에 병렬로 설치되고 상기 연료전지에서 필요한 양의 수소를 저장 및 공급하는 압력탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 연료공급시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 개질 프로세서와 상기 연료전지는 정제된 수소의 이동 경로인 메인 공급배관에 의해 서로 연결되고,
    상기 개질 프로세서와 상기 압력탱크는 상기 메인 공급배관으로부터 분지되어 상기 압력탱크로 수소의 이동 경로를 형성하는 유입배관에 의해 서로 연결되며,
    상기 압력탱크와 상기 연료전지는 상기 메인 공급배관으로 합지되어 상기 연료전지로 수소의 이동 경로를 형성하는 배출배관에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 연료공급시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 유입배관에는 상기 개질 프로세서로부터 상기 압력탱크로 이동하는 수소의 양을 조절하는 유입밸브가 설치되고,
    상기 배출배관에는 상기 압력탱크로부터 상기 연료전지로 이동하는 수소의 양을 조절하는 배출밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 연료공급시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 메인 공급배관에는 상기 개질 프로세서를 통과한 정제된 수소가 상기 유입배관을 따라 이동할 것인지 여부를 결정하는 메인 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 연료공급시스템.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 연료전지의 부하가 증가하는 경우, 상기 배출 밸브가 개방되어 상기 압력탱크 내의 수소가 상기 연료전지로 공급되는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 연료공급시스템.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 연료전지의 부하를 감지할 수 있도록, 상기 압력탱크와 상기 연료전지 사이의 메인 공급배관에는 압력 또는 온도를 측정할 수 있는 센서가 설치되는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 연료공급시스템.
  7. 제3 항에 있어서,
    상기 압력 탱크 내의 압력이 기 설정된 압력보다 낮아지면, 상기 유입 밸브가 개방됨으로써 상기 압력 탱크에 수소가 충전되는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 연료공급시스템.
  8. 제4 항에 있어서,
    상기 메인 밸브, 유입 밸브 및 배출 밸브의 개폐 여부와 개도량을 결정하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 연료공급시스템.
  9. 개질 프로세서에 탄화수소 및 알코올 연료와 증류수를 공급하는 단계;
    상기 개질 프로세서를 통과한 정제된 수소가 메인 공급배관을 따라 이동하는 단계;
    연료전지의 부하가 추종 부하를 초과하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 연료전지의 부하가 상기 추종 부하를 초과한다면, 상기 개질 프로세서와 상기 연료전지 사이에 병렬로 설치된 압력탱크에 저장되어 있는 수소가 상기 연료전지로 공급되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 연료공급방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 압력탱크에 저장되어 있는 수소가 상기 연료전지로 공급되는 과정은, 상기 연료전지 전단의 압력이 일정해지는 것으로 판단될 때 종료되는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 연료공급방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 연료전지의 부하가 상기 추종 부하를 초과하지 않으면, 상기 압력탱크 내 압력이 기 설정된 압력 미만인지를 판단하는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 연료공급방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 압력탱크 내 압력이 기 설정된 압력 미만이면, 상기 압력탱크 내 압력이 상기 기 설정된 압력에 도달할 때까지 상기 개질 프로세서로부터 상기 압력탱크로 수소가 공급되는 것을 특징으로 하는 수중 운동체의 연료공급방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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