KR20190047773A - 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 광분해 촉매 및 물분해 촉매로 물을 분해하여 수소를 생산하는 시스템을 구비하고, 이 시스템을 통해 생성되는 수소를 수소연료전지에 공급하여 수소를 생성하며, 전력 생산 후 생성된 물을 선박의 평형수로 사용할 수 있도록 한 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 광촉매를 통해 선박으로 공급되는 해수를 수소로 분리하는 광분해 시스템; 및 상기 광분해 시스템)을 통해 제조된 수소를 이용하여 전기를 생성하는 수소연료전지;를 포함하되, 상기 수소연료전지에서 전기 생성 시 발생된 물을 선박의 밸러스트 탱크로 공급하여 선박의 평형수로 사용하는 것을 특징으로 한다.

Description

촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템{Fuel cell system of ship using catalyst}
본 발명은 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 광분해 촉매 및 물분해 촉매로 물을 분해하여 수소를 생산하는 시스템을 구비하고, 이 시스템을 통해 생성되는 수소를 수소연료전지에 공급하여 수소를 생성하며, 전력 생산 후 생성된 물을 선박의 평형수로 사용할 수 있도록 한 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지는 연료의 산화에 의해 생기는 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 것으로 수소와 같은 기체 반응물질을 외부에서 연속적으로 공급하여 전기의 생성을 도모하고 반응 후 생성물질은 연속적으로 반응계의 외부로 배출시키는 점에 그 특징이 있는 고효율의 무공해 발전장치의 일종이라 할 수 있다.
즉, 연료전지는 반응물질의 산화와 환원반응을 이용한다는 점에서 보통의 화학전지와 같지만, 밀폐된 계내(系內)에서 전지반응을 하는 화학전지와는 달리, 반응물질이 외부에서 연속으로 공급되고 반응 후 생성물질은 연속으로 계외(系外)로 배출된다는 점에서 그 차이가 있는 것으로, 가장 전형적인 예로 수소-산소 연료전지를 들 수 있다.
이와 같은 수소연료전지는 원료수 공급부로 수소를 포함한 연료를 공급하고, 공기 공급부로 선박 폐열을 통해 물을 증기로 변화하여 공급함으로서 원료수에서 수소를 추출하여 연료전지로 공급되도록 구성된다.
이를 구성하기 위해서는 수소를 포함하는 연료 탱크 및 이를 공급하기 위한 라인이 필요하고, 원료수에서 수소 추출이 용이하도록 고온의 스팀을 생산하기 위한 별도의 증기 생성 장치 또는 선박 엔진 폐열을 사용해 증기를 생성하는 라인의 설계가 필요하여 선박의 제조비용이 상승되는 문제점이 있었다.
한편, 일반적인 선박의 평형수 처리장치는 별도로 질소를 저장하는 질소저장탱크 또는 공기에서 질소를 추출하는 질소 추출장치를 통해 공급되는 질소를 해수에 공급해 해수 내 용존산소 농도를 줄여 해수에 포함된 미생물과 각종 오염물질을 제거하도록 구성된다. 따라서 질소저장탱크가 차지하는 공간에 의해 선박의 공간 활용이 용이하지 않으며, 질소처리 시스템을 운용하기 위한 별도의 비용이 추가되므로 선박의 제조비용이 상승되는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 10-2016-107616호
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 그 목적은 광분해 촉매 및 물분해 촉매로 물을 분해하여 수소를 생산하는 시스템을 구비하고, 이 시스템을 통해 생성되는 수소를 수소연료전지에 공급하여 수소를 생성하며, 전력 생산 후 생성된 물을 선박의 평형수로 사용할 수 있도록 한 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 광촉매를 통해 선박으로 공급되는 해수를 수소로 분리하는 광분해 시스템; 및 상기 광분해 시스템)을 통해 제조된 수소를 이용하여 전기를 생성하는 수소연료전지;를 포함하되, 상기 수소연료전지에서 전기 생성 시 발생된 물을 선박의 밸러스트 탱크로 공급하여 선박의 평형수로 사용하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 수소연료전지는, 물 분해 촉매를 통해 선박으로 공급되는 해수를 수소로 분리하는 물분해 촉매 시스템을 더 포함하되, 상기 물분해 촉매 시스템을 통해 제조된 수소가 수소연료전지로 공급되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 광분해 시스템과 물분해 촉매 시스템은 하나의 경로로 병합되어 수소연료전지로 공급되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 경로에는 수소연료전지로 공급되는 수소의 양을 제어하기 위해 삼방밸브가 개재되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 삼방밸브와 수소연료전지 사이에는 수소저장탱크가 개재되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 수소저장탱크는, 상시 수소연료전지로 공급되고 남은 수소를 저장하는 수소 베젤을 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 광분해 시스템에 사용되는 빛은 태양광을 이용하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 물분해 촉매 시스템으로 공급되는 해수는 제1 필터를 통해 필터링되어 물분해 촉매 시스템으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 필터에서 필터링 된 해수는 제2 필터에서 맑은 물로 재차 필터링되어 광분해 시스템으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 수소연료전지는, 필요 외에 생성된 전기를 저장하는 축전지를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 수소연료전지에서 전기 생산 시 발생되는 열은 폐열처리시스템으로 공급되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템에 의하면, 주위에서 쉽게 얻을 수 있는 태양광 및 해수를 이용하여 수소를 발생시키고, 발생된 수소를 이용하여 연료전지를 구동시켜 전기를 획득하여 전기가 요구되는 선박의 동력원 또는 선박의 부가장비들을 구동시킴으로써 연료비를 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수소연료전지를 이용하는 발전 과정 중 발생하는 열원을 이용하여 부가 장비들을 운용할 수 있어 에너지를 절약할 수 있는 효과가 있다.
또한, 수소연료전지에서 전기 생산 시 발생되는 열은 폐열처리시스템으로 공급되어 선박에서 열이 필요한 구성에 사용될 수 있어 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 도면들 중 동일한 구성들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들을 나타내고 있음을 유의하여야 한다. 이하의 설명에서 구체적인 특정 사항들이 나타나고 있는데, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해 제공된 것이다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 본 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 명세서에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
본 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면 본 발명 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템은 광촉매를 통해 선박으로 공급되는 해수를 수소로 분리하는 광분해 시스템(100)이 구비되며, 광분해 시스템(100)에 사용되는 빛은 태양광을 이용하게 된다. 상기 선박의 경우 항해를 하면서 햇빛에 노출될 기회가 많기 때문에 광분해 시스템(100)으로 지속적으로 햇빛을 공급할 수 있게 된다.
한편, 광분해 시스템(100)을 통해 제조된 수소를 이용하여 전기를 생성하는 수소연료전지(120)가 구비된다.
한편, 수소연료전지(120)는, 물 분해 촉매를 통해 선박으로 공급되는 해수를 수소로 분리하는 물분해 촉매 시스템(110)이 더 구비된다.
즉, 상기한 광분해 시스템(100)을 통해 제조된 수소 및 물분해 촉매 시스템(110)을 통해 제조된 수소가 수소연료전지(120)로 공급되도록 구성된다. 이와 같이 광분해 시스템(100) 및 물분해 촉매 시스템(110)을 통해 수소를 생성하고, 이때 발생된 물은 선박의 밸러스트 탱크(130)로 공급하여 선박의 평형수로 사용하게 된다. 기존의 선박 평형수 처리장치는 별도로 질소를 저장하는 질소저장탱크 또는 공기에서 질소를 추출하는 질소 추출장치를 통해 공급되는 질소를 해수에 공급하여 해수 내 용존산소 농도를 줄여 해수에 포함된 미생물과 각종 오염물질을 제거하여야 되었으나, 본 발명 수소연료전지(120)에서 발생된 물은 이물질이나 미생물이 포함되지 않은 상태이어서 기존과 같이 별도의 처리 장치가 필요 없게 되어 선박의 공간 활용에 용이해진다. 여기서 상기 광분해 시스템(100)을 통해 제조된 수소 및 물분해 촉매 시스템(110)을 통해 제조된 수소가 수소연료전지(120)로 공급되도록 구성되는 것으로 도시 및 설명되어 있지만, 선박의 규모 등을 고려하여 광분해 시스템(100) 및 물분해 촉매 시스템(110) 중 어느 하나만을 적용할 수도 있게 된다.
한편, 상기 광분해 시스템(100)과 물분해 촉매 시스템(110)은 하나의 경로로 병합되어 수소연료전지(120)로 공급되도록 구성된다. 보다 안정적으로 수소연료전지(120)에 수소 공급의 제어를 위하여 상기 경로에는 삼방밸브(140)가 개재된다.
한편, 상기 삼방밸브(140)와 수소연료전지(120) 사이에는 수소저장탱크(150)가 개재되며, 수소저장탱크(150)는 수소연료전지(120)로 공급되고 남은 수소를 저장하는 수소 베젤(151)이 더 구비될 수 있다. 따라서 상기 광분해 시스템(100)과 물분해 촉매 시스템(110)을 통해 생성된 수소는 1차적으로 수소연료전지(120)에 저장되어 수소연료전지(120)로 일정량만 공급되며, 쓰고 남은 수소는 수소 베젤(151)에 저장되어 수소 공급이 부족할 시 사용된다.
한편, 물분해 촉매 시스템(110)으로 공급되는 해수는 제1 필터(160)를 통해 필터링되어 물분해 촉매 시스템(110)으로 공급되도록 구성된다. 또한, 상기 제1 필터(160)에서 필터링 된 해수는 제2 필터(161)에서 맑은 물로 재차 필터링되어 광분해 시스템(100)으로 공급되도록 구성된다,
한편, 수소연료전지(120)는, 필요 외에 생성된 전기를 저장하는 축전지(180)가 더 구비될 수 있다. 따라서 수소연료전지(120)에서 생성된 전기는 선박의 동력원과 같은 전기시스템에 이용되고, 남은 전기는 축전지(180)에 저장되는 것이다. 또한, 축전지(180)에 저장되는 전기는 선박의 동력원이 부족할 경우 외에 선박에서 필요한 전력을 공급하는데도 사용할 수 있어 전기의 사용의 효율성을 높이게 된다.
한편, 수소연료전지(120)에서 전기 생산 시 발생되는 열은 폐열처리시스템(170)으로 공급된다. 이와 같이 폐열처리시스템(170)으로 공급되는 열은 선박에서 열이 필요한 구성에 사용될 수 있다. 예를 들어 보일러의 보조 열원공급수단 및 열이 필요한 다양한 구성에 사용될 수 있다.
이와 같이 주위에서 쉽게 얻을 수 있는 태양광 및 해수를 이용하여 수소를 발생시키고, 발생된 수소를 이용하여 연료전지를 구동시켜 전기를 획득하여 전기가 요구되는 선박의 동력원 또는 선박의 부가장비들을 구동시킴으로써 연료비 절감의 효과가 있다. 또 수소연료전지를 이용하는 발전 과정 중 발생하는 열원을 이용하여 부가 장비들을 운용할 수 있게 된다.
이상에서 설명된 본 발명의 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 광분해 시스템 110 : 물분해 촉매 시스템
120 : 수소연료전지 130 : 밸러스트 탱크
140 : 삼방밸브 150 : 수소저장탱크
151 : 수소 베젤 160 : 제1 필터
161 : 제2 필터 170 : 폐열처리시스템
180 : 축전지

Claims (11)

  1. 광촉매를 통해 선박으로 공급되는 해수를 수소로 분리하는 광분해 시스템(100); 및
    상기 광분해 시스템(100)을 통해 제조된 수소를 이용하여 전기를 생성하는 수소연료전지(120);를 포함하되,
    상기 수소연료전지(120)에서 전기 생성 시 발생된 물을 선박의 밸러스트 탱크(130)로 공급하여 선박의 평형수로 사용하는 것을 특징으로 하는 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 수소연료전지(120)는,
    물 분해 촉매를 통해 선박으로 공급되는 해수를 수소로 분리하는 물분해 촉매 시스템(110)을 더 포함하되,
    상기 물분해 촉매 시스템(110)을 통해 제조된 수소가 수소연료전지(120)로 공급되는 것을 특징으로 하는 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 광분해 시스템(100)과 물분해 촉매 시스템(110)은 하나의 경로로 병합되어 수소연료전지(120)로 공급되는 것을 특징으로 하는 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 경로에는 수소연료전지(120)로 공급되는 수소의 양을 제어하기 위해 삼방밸브(140)가 개재되는 것을 특징으로 하는 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 삼방밸브(140)와 수소연료전지(120) 사이에는 수소저장탱크(150)가 개재되는 것을 특징으로 하는 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 수소저장탱크(150)는,
    상시 수소연료전지(120)로 공급되고 남은 수소를 저장하는 수소 베젤(151)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 광분해 시스템(100)에 사용되는 빛은 태양광을 이용하는 것을 특징으로 하는 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템.
  8. 제2 항에 있어서,
    상기 물분해 촉매 시스템(110)으로 공급되는 해수는 제1 필터(160)를 통해 필터링되어 물분해 촉매 시스템(110)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템.
  9. 제1 항 또는 제8 항에 있어서,
    상기 제1 필터(160)에서 필터링 된 해수는 제2 필터(161)에서 맑은 물로 재차 필터링되어 광분해 시스템(100)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 수소연료전지(120)는,
    필요 외에 생성된 전기를 저장하는 축전지(180)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 수소연료전지(120)에서 전기 생산 시 발생되는 열은 폐열처리시스템(170)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 촉매를 이용한 선박의 연료전지 시스템.
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