KR20210007789A - Fuel cell system and marine structure having the same - Google Patents
Fuel cell system and marine structure having the same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210007789A KR20210007789A KR1020190131772A KR20190131772A KR20210007789A KR 20210007789 A KR20210007789 A KR 20210007789A KR 1020190131772 A KR1020190131772 A KR 1020190131772A KR 20190131772 A KR20190131772 A KR 20190131772A KR 20210007789 A KR20210007789 A KR 20210007789A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- fuel cell
- hydrogen
- lohc
- ammonia
- gas
- Prior art date
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
- H01M8/04—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
- H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
- H01M8/04216—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes characterised by the choice for a specific material, e.g. carbon, hydride, absorbent
-
- 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
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production 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
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0656—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means
-
- 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
-
- 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
- H01M8/22—Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising carbon or oxygen or hydrogen and other elements; Fuel cells in which the fuel is based on materials comprising only elements other than carbon, oxygen or hydrogen
- H01M8/222—Fuel cells in which the fuel is based on compounds containing nitrogen, e.g. hydrazine, ammonia
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
- B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
- B63H2021/003—Use of propulsion power plant or units on vessels the power plant using fuel cells for energy supply or accumulation, e.g. for buffering photovoltaic energy
-
- 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
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
- H01M2008/1293—Fuel cells with solid oxide electrolytes
-
- 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
-
- 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
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T70/00—Maritime or waterways transport
- Y02T70/50—Measures to reduce greenhouse gas emissions related to the propulsion system
-
- 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
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 연료전지 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system and an offshore structure including the same.
해양 구조물의 발전, 추진 등 동력이나 전력을 공급하기 위한 시스템에 있어서, 기존 연료 대비 환경 오염을 저감하기 위해 연료전지의 도입이 연구되어 적용되고 있는 추세이다.In systems for supplying power or electric power such as power generation and propulsion of offshore structures, the introduction of fuel cells has been studied and applied to reduce environmental pollution compared to existing fuels.
따라서, 해양 구조물은 연료전지에 공급하기 위한 수소를 저장하는 수단을 구비해야 하는데, 종래에는 수소 가스를 고압 기체 상태로 저장하거나, 액화시켜 저장하였다. 수소 가스를 고압 기체 상태로 저장하는 경우, 수소 가스의 폭발 위험이 있고, 초고압 저장을 하여야 하므로 대용량으로 저장하여 운송하는 것에는 한계가 있었다. 또한, 수소 가스를 액화시켜 저장하는 경우에는 저장 및 운송 중에 BOG가 발생하게 되므로, BOG의 처리를 위해서는 초저온 저장 탱크가 필요하다는 문제점이 있었다.Accordingly, the offshore structure must have a means for storing hydrogen for supply to the fuel cell, but conventionally, hydrogen gas has been stored in a high-pressure gas state or liquefied. When the hydrogen gas is stored in a high-pressure gas state, there is a risk of explosion of the hydrogen gas, and since ultra-high pressure storage is required, there is a limit to storage and transport in a large capacity. In addition, when the hydrogen gas is liquefied and stored, since BOG is generated during storage and transportation, there is a problem that a cryogenic storage tank is required for the treatment of BOG.
LOHC(liquid organic hydrogen carrier)는 수소 가스를 저장할 수 있는 유기 화합물을 포괄하여 지칭한다. LOHC는 불포화 상태에서는 수소화 반응을 통해 수소를 결합하여 안정한 상태로 유지하다가, 탈수소화 반응을 통해 수소 가스를 배출하고 다시 불포화상태로 돌아갈 수 있다. 즉, LOHC를 이용한 수소화, 탈수소화 반응은 가역적으로 일어날 수 있으며, 해양 구조물에서는 LOHC를 수소화하여 저장하였다가, 연료전지로 공급하기전에 탈수소화 반응을 통해 수소 가스를 생산하고, 이를 분리하여 공급하는 것일 수 있다. LOHC는 상온, 상압에서 저장 및 운송이 가능하다는 점에서 기존의 수소 가스 저장 방법 대비 월등한 이점을 가지나, 탈수소화 반응은 흡열 반응으로써 많은 에너지가 필요하고 이에따른 비용이 소모된다는 단점이 있다. 따라서, 해양구조물의 연료전지를 위한 수소 가스 공급원으로써 LOHC를 적용하기 위해, LOHC의 보다 효율적인 탈수소 공정 개발이 요구되는 실정이다.Liquid organic hydrogen carrier (LOHC) encompasses organic compounds capable of storing hydrogen gas. In the unsaturated state, LOHC combines hydrogen through hydrogenation and maintains it in a stable state, and then discharges hydrogen gas through dehydrogenation and returns to the unsaturated state. In other words, hydrogenation and dehydrogenation reactions using LOHC can occur reversibly, and in offshore structures, LOHC is hydrogenated and stored, and then hydrogen gas is produced through dehydrogenation before supplying it to the fuel cell, and then separately supplied. Can be. LOHC has a superior advantage compared to the conventional hydrogen gas storage method in that it can be stored and transported at room temperature and pressure, but the dehydrogenation reaction is an endothermic reaction, which requires a lot of energy and consumes a corresponding cost. Therefore, in order to apply LOHC as a source of hydrogen gas for fuel cells of offshore structures, there is a need to develop a more efficient dehydrogenation process of LOHC.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연료전지 시스템 및 이를 포함하는 해양 구조물을 제공하기 위한 것이다.The present invention was created to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to provide a fuel cell system and an offshore structure including the same.
본 발명의 일 측면에 따른 연료전지 시스템은 LOHC를 수소 공급원으로 이용하는 시스템으로서, LOHC를 공급받아 탈수소화 반응을 수행하는 탈수소 반응기; 및 상기 탈수소 반응기로부터 수소를 공급받아 전력을 생산하여 해양 구조물의 수요처로 공급하는 연료전지를 포함하며, 상기 탈수소 반응기는, 상기 연료전지로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행하는 것을 특징으로 한다.A fuel cell system according to an aspect of the present invention is a system using LOHC as a hydrogen supply source, comprising: a dehydrogenation reactor receiving LOHC to perform a dehydrogenation reaction; And a fuel cell that receives hydrogen from the dehydrogenation reactor to generate power and supplies it to a demander of an offshore structure, wherein the dehydrogenation reactor performs a dehydrogenation reaction of LOHC using waste heat of exhaust gas discharged from the fuel cell. It is characterized by performing.
구체적으로, 상기 시스템은, 천연가스 공급부를 더 포함하고, 상기 연료전지는, 수소 및 천연가스를 공급받아 전력을 생산할 수 있다.Specifically, the system may further include a natural gas supply unit, and the fuel cell may generate power by receiving hydrogen and natural gas.
구체적으로, 상기 연료전지 내에서 천연가스의 적어도 일부가 개질되며, 상기 개질은 흡열 반응으로서, 상기 연료전지가 수소를 이용하여 전력을 생산할 때 발생하는 열을 이용할 수 있다.Specifically, at least a part of natural gas is reformed in the fuel cell, and the reforming is an endothermic reaction, and heat generated when the fuel cell generates power using hydrogen may be used.
구체적으로, 상기 시스템은, 상기 탈수소 반응기로부터 상기 연료전지로 공급되는 수소의 유량, 상기 연료전지의 온도 및 상기 수요처의 전력 필요량 중 어느 하나 이상에 따라 상기 천연가스 공급부의 천연가스 공급량을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.Specifically, the system is a control unit that controls the natural gas supply amount of the natural gas supply unit according to any one or more of a flow rate of hydrogen supplied from the dehydrogenation reactor to the fuel cell, a temperature of the fuel cell, and a power requirement of the customer It may further include.
구체적으로, 상기 시스템은, 암모니아 공급부를 더 포함하고, 상기 연료전지는, 수소 및 암모니아를 공급받아 전력을 생산할 수 있다.Specifically, the system may further include an ammonia supply unit, and the fuel cell may generate power by receiving hydrogen and ammonia.
구체적으로, 상기 암모니아는, 상기 연료전지로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 기화되어 상기 연료전지에 공급될 수 있다.Specifically, the ammonia may be vaporized using waste heat of exhaust gas discharged from the fuel cell and supplied to the fuel cell.
구체적으로, 상기 연료전지 내에서 암모니아의 적어도 일부가 개질되며, 상기 개질은 흡열 반응으로서, 상기 연료전지가 수소를 이용하여 전력을 생산할 때 발생하는 열을 이용할 수 있다.Specifically, at least a part of ammonia is reformed in the fuel cell, and the reforming is an endothermic reaction, and heat generated when the fuel cell generates power using hydrogen may be used.
구체적으로, 상기 시스템은, 상기 탈수소 반응기로부터 상기 연료전지로 공급되는 수소의 유량, 상기 연료전지의 온도 및 상기 수요처의 전력 필요량 중 어느 하나 이상에 따라 상기 천연가스 공급부의 천연가스 공급량을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.Specifically, the system is a control unit that controls the natural gas supply amount of the natural gas supply unit according to any one or more of a flow rate of hydrogen supplied from the dehydrogenation reactor to the fuel cell, a temperature of the fuel cell, and a power requirement of the customer It may further include.
구체적으로, 상기 LOHC는, 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 테트라린, 페닐시클로헥산, 4-아미노피페린, 카바졸, 퍼하이드로-디벤젤톨루엔, 데칼린, 포름산, 암모니아보레인, 나프탈렌, 아세톤, N-에틸카바졸 및 2-N-메틸벤질 피리딘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다.Specifically, the LOHC is cyclohexane, methylcyclohexane, tetrarin, phenylcyclohexane, 4-aminopiperine, carbazole, perhydro-dibenzeltoluene, decalin, formic acid, ammonia borane, naphthalene, acetone, N -It may be at least one selected from the group consisting of ethylcarbazole and 2-N-methylbenzyl pyridine.
구체적으로, 상기 연료전지는, 배기가스의 온도가 600 내지 1000℃인 것일 수 있다.Specifically, the fuel cell may have an exhaust gas temperature of 600 to 1000°C.
본 발명의 또 다른 일 측면에 따른 해양 구조물은 상기 일 측면에 따른 연료전지 시스템을 갖는 것을 특징으로 한다.An offshore structure according to another aspect of the present invention is characterized by having the fuel cell system according to the above aspect.
본 발명에 따른 연료전지 시스템은 종래 연료 대비 탄소 배출량을 저감하거나, 탄소를 배출하지 않을 수 있어 친환경적이다.The fuel cell system according to the present invention is eco-friendly because it can reduce carbon emissions compared to conventional fuels or may not emit carbon.
본 발명에 따른 연료전지 시스템은 수소 공급원으로 LOHC를 이용하여, 상온 및 상압 조건에서 안정적인 저장 및 운송이 가능하다.The fuel cell system according to the present invention uses LOHC as a hydrogen source, enabling stable storage and transportation under conditions of room temperature and pressure.
본 발명에 따른 연료전지 시스템은 연료전지에서 발생하는 폐열을 재활용할 수 있어 친환경적이다.The fuel cell system according to the present invention is eco-friendly because it can recycle waste heat generated from the fuel cell.
본 발명에 따른 연료전지 시스템은 연료전지로 공급되는 수소의 유량, 상기 연료전지의 온도 및 해양 구조물 내 수요처의 전력 필요량 중 어느 하나 이상을 고려하여 상기 연료전지에 부족한 연료의 양만큼 천연가스 또는 암모니아를 공급하도록 하여 최적의 연료전지 운용을 제공할 수 있다.The fuel cell system according to the present invention takes into account any one or more of the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell, the temperature of the fuel cell, and the amount of power required by the customer in the offshore structure. It is possible to provide an optimal fuel cell operation by supplying.
본 발명에 따른 연료전지 시스템은 연료전지 내에서 천연가스의 적어도 일부가 흡열 반응을 통해 개질되므로, 수소의 전기화학반응으로 인해 발생하는 열을 이용할 수 있어서 연료전지를 별도로 냉각할 필요가 없게 된다.In the fuel cell system according to the present invention, since at least a part of natural gas in the fuel cell is reformed through an endothermic reaction, heat generated by an electrochemical reaction of hydrogen can be used, so that there is no need to separately cool the fuel cell.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.Objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments associated with the accompanying drawings. In adding reference numerals to elements of each drawing in the present specification, it should be noted that, even though they are indicated on different drawings, only the same elements are to have the same number as possible. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
이하에서, 고압, 저압, 고온, 저온, 고부하 및 저부하는 상대적인 것으로서, 절대적인 수치를 나타내는 것은 아님을 알려둔다.Hereinafter, it should be noted that high pressure, low pressure, high temperature, low temperature, high load, and low load are relative and do not represent absolute values.
이하에서는 본 발명의 연료전지 시스템에 대해 설명하며, 본 발명은 연료전지 시스템과 이를 포함하는 해양 구조물을 포함하는 것이다. 본 발명에 있어서 연료전지는 천연가스, 석탄가스, 메탄올과 같은 탄화수소 계열의 물질 등에 함유되어 있는 수소와 공기 중의 산소를 전기화학 반응에 의해서 직접 전기에너지로 변환시키는 고효율의 청정발전 시스템을 의미한다. 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 분류될 수 있지만, 본 발명에서 사용되는 연료전지는 600 내지 1000℃의 고온 조건에서 발전하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용되는 연료전지는 600 내지 1000℃의 고온의 배기가스를 배출하는 것일 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 연료전지는 고체산화물(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) 연료전지 또는 용융탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell)일 수 있으나, 바람직하게는 고체산화물 연료전지일 수 있다.Hereinafter, a fuel cell system of the present invention will be described, and the present invention includes a fuel cell system and an offshore structure including the same. In the present invention, a fuel cell refers to a high-efficiency clean power generation system in which hydrogen contained in a hydrocarbon-based material such as natural gas, coal gas, and methanol and oxygen in the air is directly converted into electric energy through an electrochemical reaction. Fuel cells may be classified according to the type of electrolyte used, but the fuel cells used in the present invention may generate electricity under high temperature conditions of 600 to 1000°C. In addition, the fuel cell used in the present invention may discharge exhaust gas at a high temperature of 600 to 1000°C. For example, the fuel cell of the present invention may be a solid oxide fuel cell (SOFC) fuel cell or a molten carbonate fuel cell (MCFC), but preferably a solid oxide fuel cell.
이하에서, 리치 LOHC는 수소가 풍부하거나 포화상태인 LOHC를 의미할 수 있으며, 린 LOHC는 상기 리치 LOHC가 탈수소화 반응을 거쳐 수소가 결핍하거나 없는 상태인 LOHC를 의미할 수 있다. 즉, 이하에서 LOHC는 탈수소화 및 수소화 반응을 통해 가역적으로 수소를 포함하거나 포함하지 않을 수 있는 유기 화합물로서 상기 두 가지 상태를 포괄하는 표현임을 알려둔다.Hereinafter, the rich LOHC may refer to an LOHC rich in hydrogen or saturated, and the lean LOHC may refer to an LOHC in which the rich LOHC is dehydrogenated or devoid of hydrogen through a dehydrogenation reaction. That is, hereinafter, it is noted that LOHC is an organic compound that may or may not contain hydrogen reversibly through dehydrogenation and hydrogenation, and is an expression encompassing the two states.
상기 해양 구조물은 화물을 운반하는 선박, 상선, 해양에서 천연 가스를 생산할 수 있는 선박, 가스 플랫폼과 해양 부유물을 모두 포괄하는 표현임을 알려둔다. 또한, 본 발명의 연료전지 시스템은 육상 플랜트에도 적용될 수 있다.It should be noted that the offshore structure is an expression that encompasses all of a ship carrying cargo, a merchant ship, a ship capable of producing natural gas in the sea, a gas platform, and an offshore floating object. In addition, the fuel cell system of the present invention can also be applied to an onshore plant.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하에서는 도 1 내지 3을 참조하여 본 발명의 연료전지 시스템을 설명한다.Hereinafter, a fuel cell system of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에 관한 도면이다.1 is a diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 연료전지 시스템은 연료전지(100) 및 탈수소 반응기(121) 등을 포함한다. 물론 본 실시예는 연료전지의 구동 및 상기 연료전지로부터 생산되는 전력을 저장, 공급하는데에 필요하다면 공지된 여러 구성들을 더 부가할 수 있다.The fuel cell system according to the present embodiment includes a
연료전지(100)는 연료로서 수소와 공기 중의 산소를 전기화학 반응시켜 전력을 생산할 수 있다.The
이때, 상기 연료로서의 수소는 수소를 포함하는 다양한 화합물로부터 물리적 또는 화학적 반응을 통해 분리되어 상기 연료전지(100)의 연료로 사용되는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 수소는 수소를 포함하는 다양한 화합물로부터 화학적 반응을 통해 분리되는 것일 수 있다. 상기 화학적 반응은 수소를 포함하는 화합물을 개질하거나 열분해하여 상기 화합물로부터 수소를 분리해내는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 화합물은 LOHC(Liquid Organic Hydrogen Carrier)일 수 있다. 상기 LOHC로는, 예를 들어, 시클로헥산, 메틸시클로헥산, 테트라린, 페닐시클로헥산, 4-아미노피페린, 카바졸, 퍼하이드로-디벤젤톨루엔, 데칼린, 포름산, 암모니아보레인, 나프탈렌, 아세톤, N-에틸카바졸 및 2-N-메틸벤질 피리딘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 상기 LOHC는 메틸시클로헥산일 수 있다.In this case, hydrogen as the fuel may be separated from various compounds including hydrogen through a physical or chemical reaction and used as a fuel for the
보다 구체적으로, LOHC가 메틸시클로헥산인 경우, 메틸시클로헥산은 수소가 풍부한 LOHC로 지칭될 수 있다. 본 실시예에 따른 연료전지 시스템을 갖는 해양 구조물은 메틸시클로헥산을 저장탱크에 저장하고 다니다가 전력 생산에 필요한 만큼의 메틸시클로헥산을 탈수소화할 수 있다. 메틸시클로헥산을 탈수소화하는 경우 3개의 수소 분자와 톨루엔이 생성되며, 생성된 수소는 연료전지에 공급하여 전기화학반응을 통해 전력을 생산하고, 톨루엔은 수소가 결핍한 LOHC가 되어 별도의 LOHC 저장부(E)에 저장할 수 있다. 수소가 결핍한 린 LOHC는 LOHC 저장부(E)에 저장하였다가, 하역하여 수소화 반응을 통해 수소가 풍부한 LOHC로 전환할 수 있으며, 이를 다시 탈수소화 반응에 활용할 수 있다. 즉, LOHC는 가역적인 탈수소화 반응 및 수소화 반응을 통해 전력 생산에 이용할 수 있음과 동시에 용이한 저장 및 운반을 제공할 수 있다.More specifically, when LOHC is methylcyclohexane, methylcyclohexane may be referred to as hydrogen-rich LOHC. The offshore structure having the fuel cell system according to the present embodiment may store methylcyclohexane in a storage tank and then dehydrogenate methylcyclohexane as needed for power generation. When methylcyclohexane is dehydrogenated, three hydrogen molecules and toluene are generated, and the generated hydrogen is supplied to the fuel cell to generate power through an electrochemical reaction, and toluene becomes a hydrogen-deficient LOHC and stores separate LOHC. It can be stored in sub (E). Lean LOHC deficient in hydrogen can be stored in the LOHC storage unit (E), unloaded, and converted into hydrogen-rich LOHC through hydrogenation, which can be used again for dehydrogenation. That is, LOHC can be used for power generation through reversible dehydrogenation and hydrogenation reactions, and can provide easy storage and transport.
또한, 본 실시예에 따른 연료전지(100)는 수소와 함께 천연가스, 암모니아 또는 이들의 조합을 공급받아 전기화학 반응을 통해 전력을 생산하는 것일 수 있다. 천연가스와 암모니아는 산소와 함께 전기화학 반응을 통해 전력 생산에 이용될 수 있다. 또는, 상기 천연가스 또는 암모니아는 상기 연료전지(100) 내부에서 적어도 일부가 스팀과 만나 개질되어 수소 가스를 생성할 수 있다. 이때 상기 스팀은 연료전지(100)에서 수소의 전기화학 반응으로 생성되는 것일 수 있다. 또는, 상기 스팀은 후술할 스팀 공급부(N)에서 공급되는 것을 이용할 수 있다. 이러한 개질 반응은 흡열 반응으로서, 상기와 같은 수소의 전기화학 반응으로 인해 전력이 생산될 때 발생하는 열을 이용할 수 있다. 이러한 경우, 연료전지(100)에서 수소의 전기화학 반응으로 인해 연료전지(100)가 과도하게 가열되는 것을 방지할 수 있게 되어 연료전지(100)를 별도로 냉각할 필요가 없게 된다.In addition, the
이하에서, 연료전지(100)가 암모니아를 이용하여 전력을 생산하는 경우, 암모니아는 스팀과 만나 반응하여 수소 가스를 생성할 수 있다. 본 발명에서 상기와 같은 반응은 암모니아의 개질 또는 열분해로 지칭할 수 있다. Hereinafter, when the
연료전지(100)는 후술할 암모니아 공급부(A), 천연가스 공급부(B), 압축공기 공급부(C), LOHC 공급부(D) 중 어느 하나 이상과 연결되어 연료전지의 전기화학 반응에 필요한 물질을 공급받을 수 있다.The
본 실시예에 있어서, 상기 연료전지(100)는 600 내지 1000℃에서 구동하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 연료전지(100)는 내부의 전기화학반응이 완결되어 배출되는 배기가스의 온도가 600 내지 1000℃인 것일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 연료전지는 배기가스의 온도가 600 내지 800℃인 것일 수 있다.In this embodiment, the
연료전지(100)는 연료전지 배기가스 라인(L113)을 통해 전기화학 반응의 결과로 생성되는 배기가스를 배출할 수 있다.The
연료전지 배기가스 라인(L113)은 후술할 탈수소 반응기(121)에 상기 배기가스의 폐열을 전달할 수 있다. 추가적으로, 상기 연료전지 배기가스 라인(L113)은 후술할 LOHC 예열기(120) 및 암모니아 기화기(111)에도 상기 배기가스의 폐열을 전달할 수 있다.The fuel cell exhaust gas line L113 may transfer waste heat of the exhaust gas to the
탈수소 반응기(121)는 LOHC 공급부(D)로부터 LOHC를 공급받아 LOHC의 탈수소화 반응을 수행하기 위한 장소를 제공할 수 있다. LOHC의 탈수소화 반응은 흡열반응이므로, 탈수소 반응기(121)는 상기 LOHC의 탈수소화 반응에 충분한 열원을 공급하는 것일 수 있다.The
본 실시예에 따른 탈수소 반응기(121)는 상기 연료전지(100)로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행할 수 있다. 구체적으로, 탈수소 반응기(121)는 상기 연료전지(100)로부터 배출되는 600 내지 1000℃의 배기가스를 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행할 수 있다.The
탈수소 반응기(121)가 상기 연료전지(100)의 배기가스 폐열을 이용하고 별도의 열원을 공급받지 않는다면, 상기 탈수소 반응기(121)는 상기 연료전지(100)가 필요로 하는 전체 수소의 양 또는 상기 수소를 탈수소화 하는 데에 필요한 전체 에너지의 40 내지 60%를 충당할 수 있다. 나머지 40 내지 60%의 수소를 수득하기 위해서는 탈수소 반응기(121)에 추가 에너지를 공급하거나, 연료전지에 별도의 에너지 공급원을 공급해줄 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 천연가스 또는 암모니아를 추가 연료로 공급할 수 있다.If the
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 암모니아 공급부(A)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include an ammonia supply unit (A).
암모니아 공급부(A)는 연료전지 시스템에 대한 추가 연료로서 액상의 암모니아를 저장 및 공급하기 위한 수단이다. 따라서, 암모니아 공급부(A)는 암모니아를 액체 상태로 저장하기에 적합한 온도 및 내부 압력을 유지할 수 있다.The ammonia supply unit A is a means for storing and supplying liquid ammonia as additional fuel to the fuel cell system. Accordingly, the ammonia supply unit A can maintain a temperature and an internal pressure suitable for storing ammonia in a liquid state.
암모니아 공급부(A)는 암모니아 공급 라인(L110)을 통해 연료전지(100)에 암모니아를 공급할 수 있다. 이때, 상기 암모니아 공급 라인(L110) 상에는 액상의 암모니아를 펌핑하기 위한 펌프(110), 액상의 암모니아를 기화시키기 위한 암모니아 기화기(111), 연료혼합기(112) 등을 더 구비될 수 있다.The ammonia supply unit A may supply ammonia to the
펌프(110)는 암모니아 공급부(A)로부터 액상의 암모니아를 가압하여 암모니아 공급 라인(L110)을 통해 암모니아를 유동시킨다. 상기 펌프(110)는 암모니아 공급부(A)로부터 공급되는 암모니아의 유량을 조절할 수 있으며, 후술할 제어부(102)에 의해 그 유량이 제어되는 것일 수 있다.The
암모니아 기화기(111)는 액상의 암모니아를 기화시켜 기체 상태의 암모니아를 상기 암모니아 공급 라인(L110)을 통해 연료전지(100)로 공급할 수 있다. 따라서, 연료전지(100)로 공급되는 암모니아는 기체 상태로 개질되어 수소를 생성할 수 있게 된다. 암모니아 기화기(111)는 후술할 연료전지 배기가스 라인(L113)을 따라 유동하는 연료전지(100)의 배기가스의 폐열을 이용하여 액상의 암모니아를 기화시키는 것일 수 있다.The
예를 들어, 암모니아 기화기(111)는 연료전지 배기가스 라인(L113) 상에 마련되는 것이고, 연료전지(100)를 기준으로 탈수소 반응기(121)와 LOHC 예열기(120)의 후단에 마련될 수 있다. 즉, 연료전지(100)의 배기가스는 탈수소 반응기(121), LOHC 예열기(120) 및 암모니아 기화기(111)에 순차적으로 폐열을 공급할 수 있다.For example, the
이러한 경우, 암모니아 기화기(111)를 거친 연료전지(100)의 배기가스는 배기가스 후처리 장치(114)에 공급되어 배기가스 중의 질소 산화물(NOx)을 제거하는 처리를 거칠 수 있다. 배기가스 후처리 장치(114)는 예를 들어, 선택적 촉매 환원 장치(SCR, Selective Catalytic Reduction)일 수 있으나, 이 기술분야에 알려진 것으로 질소 산화물의 저감에 사용될 수 있는 수단이면 한정되지 않는다. In this case, the exhaust gas of the
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에서 추가 연료로서 암모니아를 사용하는 경우 연료전지에서 질소 산화물이 생성 될 수 있다. 질소 산화물은 앞서 설명한 바와 같이 배기가스 후처리 장치(114)를 통해 저감할 수 있다. When ammonia is used as an additional fuel in the fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention, nitrogen oxide may be generated in the fuel cell. Nitrogen oxide can be reduced through the exhaust gas
배기가스 후처리 장치(114)를 거친 배기가스는 벤트 라인(L114)을 통해 벤트부(L)로 전달되어 벤트될 수 있다.The exhaust gas passing through the exhaust gas
연료혼합기(112)는 암모니아 공급 라인(L110) 또는 천연가스 공급 라인(L111) 중 어느 하나 이상으로부터 가스를 공급받으며, 스팀 공급부(N)로부터 스팀을 공급받아 혼합시키는 수단일 수 있다.The
연료혼합기(112) 내부에서 암모니아와 스팀이 혼합되어 암모니아의 개질 또는 열분해 반응이 일어날 수 있으며, 이를 통해 생산된 수소 가스가 연료전지(100)에 공급될 수 있다.Ammonia and steam are mixed in the
연료혼합기(112) 내부에서 천연가스가 스팀에 의해 개질될 수 있으며, 이를 통해 생산된 수소 가스가 연료전지(100)에 공급될 수 있다.Natural gas may be reformed by steam in the
추가적으로, 연료혼합기(112)는 후술할 수소 라인(L122)로부터 수소 가스를 공급받아 암모니아, 천연가스 또는 이들의 조합과 혼합할 수 있다. 즉, 연료혼합기(112)는 수소 가스를 포함하는 가스의 혼합물을 연료전지(100)에 공급하는 것일 수 있다.Additionally, the
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 천연가스 공급부(B)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a natural gas supply unit (B).
천연가스 공급부(B)는 연료전지 시스템에 대한 추가 연료로서 천연가스를 저장 및 공급하기 위한 수단이다. 예를 들어, 천연가스 공급부(B)는 종래 다양한 해양 구조물에서 추진 수단 등 수요처로 연료인 천연가스를 공급하는 연료가스 공급 시스템(FGSS)에 연결된 것일 수도 있다.The natural gas supply unit B is a means for storing and supplying natural gas as additional fuel to the fuel cell system. For example, the natural gas supply unit (B) may be connected to a fuel gas supply system (FGSS) that supplies natural gas, which is a fuel, to a consumer such as a propulsion means in conventional various offshore structures.
천연가스 공급부(B)는 천연가스 공급 라인(L111)을 통해 연료전지(100)에 천연가스를 공급할 수 있다. 이때, 상기 천연가스 공급 라인(L111) 상에는 천연가스의 유량을 제어하는 천연가스 제어 밸브(113), 연료혼합기(112) 등이 더 구비될 수 있다.The natural gas supply unit B may supply natural gas to the
천연가스 제어 밸브(113)는 천연가스 공급부(B)로부터 공급되는 천연가스의 유량을 조절할 수 있으며, 후술할 제어부(102)에 의해 그 유량이 제어되는 것일 수 있다.The natural
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 스팀 공급부(N)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a steam supply unit (N).
스팀 공급부(N)는 연료전지(100) 내에서 천연가스가 개질되어 수소 가스를 생산하는 데에 필요한 물을 공급하기 위한 수단이다. 따라서, 스팀 공급부(N)는 천연가스에 스팀을 공급하기 위한 위치에 구비될 수 있다. 예를 들어, 스팀 공급부(N)는 연료혼합기(112)에 연결되어 스팀을 공급함으로써 천연가스의 원활한 개질이 가능하도록 할 수 있다.The steam supply unit N is a means for supplying water necessary for producing hydrogen gas by reforming natural gas in the
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 압축공기 공급부(C)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a compressed air supply unit (C).
압축공기 공급부(C)는 수소와 전기화학 반응을 하는 데에 필요한 산소를 포함하는 공기를 압축하여, 연료전지(100)에 공급하기 위한 수단이다. 예를 들어, 압축공기는 일반 공기에 비해 더 높은 순도의 산소를 포함하는 것일 수 있다.The compressed air supply unit C is a means for compressing air containing oxygen required for electrochemical reaction with hydrogen and supplying it to the
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 LOHC 공급부(D)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include an LOHC supply unit D.
LOHC 공급부(D)는 수소가 풍부한 리치 LOHC를 저장 및 공급하기 위한 수단이다.The LOHC supply unit D is a means for storing and supplying a rich LOHC rich in hydrogen.
LOHC 공급부(D)는 LOHC 공급 라인(L120)을 통해 탈수소 반응기(121)에 LOHC를 공급할 수 있다. 이때, 상기 LOHC 공급 라인(L120) 상에는 LOHC를 예열하기 위한 LOHC 예열기(120)가 더 구비될 수 있다.The LOHC supply unit D may supply LOHC to the
LOHC 예열기(120)는 수소가 풍부한 리치 LOHC를 예열하여 상기 탈수소 반응기(121)로 공급함으로써, 상기 탈수소 반응기(121)에서 탈수소 반응이 보다 원활하게 진행될 수 있도록 돕는다. 앞서 설명한 바와 같이, LOHC 예열기(120)는 연료전지 배기가스 라인(L113)을 통해 유동하는 연료전지(100) 배기가스의 폐열을 이용하여 LOHC를 예열하는 것일 수 있다.The
탈수소 반응기(121)로 공급된 LOHC는 탈수소 반응이 수행되어 수소 가스와 린 LOHC의 혼합물의 형태로 배출될 수 있다. 탈수소 반응기(121)에서 배출되는 수소 가스와 린 LOHC의 혼합물은 수소 및 린 LOHC 라인(L121)을 통해 기액분리기(122)로 유입될 수 있다.The LOHC supplied to the
기액분리기(122)는 수소 및 린 LOHC 라인(L121)으로부터 수소 가스와 린 LOHC의 혼합물을 공급받아 기액분리할 수 있다. The gas-
분리되는 수소 가스 중 적어도 일부는 수소 가스는 수소 라인(L122)을 통해 연료혼합기(112)로 공급될 수 있다. 상기 수소 가스는 상기 연료혼합기(112)에서 암모니아, 천연가스 중 어느 하나 이상과 혼합된 상태로 연료전지(110)에 공급될 수도 있다.At least some of the separated hydrogen gas may be supplied to the
추가적으로, 분리되는 수소 가스 중 적어도 일부는 수소 라인(L123)을 통해 수소 탱크(124)에 저장될 수 있다. 이때, 상기 수소 라인(L123) 상에는 수소를 압축하기 위한 압축기(135)가 더 구비될 수 있다. 따라서, 상기 수소 탱크(124)는 가압된 수소 가스를 저장하는 것일 수 있다.Additionally, at least some of the separated hydrogen gas may be stored in the
이처럼, 상기 수소 탱크(124)는 LOHC의 탈수소 반응을 통해 생산되는 수소 가스 중 적어도 일부를 저장할 수 있고, 필요시에만 수소 라인(도시하지 않음)을 통해 연료전지(100)에 공급하는 것일 수 있다.As such, the
추가적으로, 수소 탱크(124)는 수소 라인(L124)을 통해 상기 기액분리기(122)로부터 상기 연료혼합기(112)로 수소를 공급하는 수소 라인(L122)에 수소를 공급할 수도 있다. 상기 수소 라인(L124)는 공급되는 수소의 유량을 조절하기 위한 수소 제어 밸브(125)를 더 구비할 수 있다. 수소 제어 밸브(125)는 후술할 제어부(102)에 의해 그 유량이 제어되는 것일 수 있다.Additionally, the
상기 기액분리기(122)에서 분리되는 액체 상태의 린 LOHC는 린 LOHC 라인(L125)을 통해 LOHC 저장부(E)로 전달될 수 있다. 상기 LOHC 저장부(E)는 해양 구조물에서 탈착 가능하도록 마련될 수 있으며, 이를 통해 해양 구조물로부터 쉽게 하역하도록 할 수 있다. 회수된 린 LOHC는 수소화 반응을 통해 리치 LOHC로 전환하여 다시 LOHC 공급부(D)에 저장하여 활용할 수 있다.The liquid lean LOHC separated by the gas-
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 제어부(102)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a
제어부(102)는 상기 탈수소 반응기(121)로부터 상기 연료전지(100)로 공급되는 수소 가스의 유량, 상기 연료전지(100)의 전기화학적 반응에 따른 연료전지(100)의 온도 및 해양 구조물의 수요처에서 요구되는 전력 필요량 중 어느 하나 이상에 따라 천연가스 공급부(B)의 천연가스 공급량, 암모니아 공급부(A)의 암모니아 공급량 또는 두 가지 모두를 제어할 수 있다.The
예를 들어, 상기 탈수소 반응기(121)로부터 상기 연료전지(100)로 공급되는 수소 가스의 유량이 미리 정해진 기준보다 적거나, 생성되는 전력이 수요처에서 요구되는 전력 필요량 대비 적은 경우, 제어부(102)는 천연가스, 암모니아 또는 두 가지 모두의 공급량을 증가시킬 수 있다.For example, when the flow rate of the hydrogen gas supplied from the
예를 들어, 상기 연료전지(100)의 온도가 미리 정해진 기준보다 높은 경우, 제어부(102)는 천연가스, 암모니아 또는 두 가지 모두의 공급량을 증가시킬 수 있다.For example, when the temperature of the
구체적으로, 상기 제어부(102)는 암모니아 펌프(110), 천연가스 제어 밸브(113) 및 수소 제어 밸브(125)로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 유량을 제어하여 연료전지 시스템의 구동을 조절할 수 있다.Specifically, the
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 메인 스위치보드(SWBD)에 연결될 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may be connected to the main switch board SWBD.
연료전지(100)는 상기 메인 스위치보드를 거쳐 해양 구조물의 다양한 수요처로 전력을 공급할 수 있다. 상기 수요처로는 호텔 로드(G), 카고 펌프(H), 밸러스트 펌프(I), 서비스 로드(J) 등 해양 구조물 내에 전력을 사용할 수 있는 다양한 수단을 포괄한다.The
따라서, 메인 스위치보드는 각 수요처로 연결되는 전선과 개폐기, 과전류 보호기나 계기를 더 구비할 수 있다.Accordingly, the main switch board may further include an electric wire and a switch, an overcurrent protector or an instrument connected to each customer.
추가적으로, 상기 연료전지(100)에서 생산되는 잉여 전력을 임시로 저장할 수 있는 배터리(도시하지 않음)나 축전기(도시하지 않음)를 더 구비할 수 있다.Additionally, a battery (not shown) or a capacitor (not shown) that can temporarily store excess power produced by the
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 LOHC를 탈수소 반응시켜 수득한 수소를 연료전지(100)에 공급하여 전력을 생산하는 시스템으로서, 저장 및 취급이 어려운 수소 대신 LOHC를 이용할 수 있으며 연료전지(100)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 상기 탈수소 반응에 이용할 수 있어 친환경적이다. 또한, 탈수소를 통해 공급되는 수소가 부족한 경우, 추가 연료로 천연가스 또는 암모니아를 공급하여 충당할 수 있다. 이러한 경우, 연료전지(100)의 동일한 공간에서 천연가스 또는 암모니아의 개질반응과, 수소 가스의 전기화학반응이 동시에 일어날 수 있게 된다. 천연가스 또는 암모니아의 개질반응은 흡열반응이고, 수소 가스의 전기화학반응은 발열반응이어서, 연료전지의 구동시 별도의 냉각이 필요 없게 된다.As described above, the fuel cell system according to an embodiment of the present invention supplies hydrogen obtained by dehydrogenating LOHC to the
도 1을 계속 참조하여, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명한다.With continued reference to FIG. 1, a fuel cell system according to another embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 연료전지(100), 탈수소 반응기(121) 및 전기 히터(126) 등을 포함한다. 본 실시예 또한 연료전지의 구동 및 상기 연료전지로부터 생산되는 전력을 저장, 공급하는데에 필요하다면 공지된 여러 구성들을 더 부가할 수 있다.A fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a
이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다.Hereinafter, the description will be made mainly on points that the present embodiment is different from the previous embodiment, and portions omitted from the description will be replaced with the previous contents.
탈수소 반응기(121)는 연료전지(100)로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행할 수 있다. The
탈수소 반응기(121)가 상기 연료전지(100)의 배기가스 폐열을 이용하고 별도의 열원을 공급받지 않는다면, 상기 탈수소 반응기(121)는 상기 연료전지(100)가 필요로 하는 전체 수소의 양 또는 상기 수소를 탈수소화 하는 데에 필요한 전체 에너지의 40 내지 60%를 충당할 수 있다. 나머지 40 내지 60%의 수소를 수득하기 위해서는 탈수소 반응기(121)에 추가 에너지를 공급하거나, 연료전지에 별도의 에너지 공급원을 공급해줄 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 전기 히터(126)를 구비하여 상기 탈수소 반응기(121)에 추가 에너지를 공급할 수 있다.If the
전기 히터(126)는 해양 구조물에서 생산되는 전력을 공급받아 상기 탈수소 반응기(121)에 열 에너지를 공급할 수 있다.The
예를 들어, 상기 전기 히터(126)는 상기 해양 구조물의 전력생산부(K)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 바람직하게는, 상기 전기 히터(126)는 상기 해양 구조물의 잉여 전력을 공급받아 탈수소 반응기(121)에 부족한 에너지를 충당하는 것일 수 있다.For example, the
전력생산부(K)는 메인 엔진, 발전 엔진, 샤프트 발전기 등을 포괄하여 의미할 수 있다. 상기 샤프트 발전기는 엔진 등의 동력원에 연결되어 상기 동력원이 생산하는 동력의 일부를 이용하여 발전하는 동력 인출 장치 또는 파워 테이크 오프(PTO, Power Take Off)의 일종일 수 있다.The power generation unit K may mean including a main engine, a power generation engine, and a shaft generator. The shaft generator may be a type of power take-off device or power take-off (PTO) that is connected to a power source such as an engine to generate electricity using a part of the power produced by the power source.
전기 히터(126)는 메인 스위치보드를 통해 해양 구조물로부터 전력을 공급받을 수 있다.The
추가적으로, 상기 전기 히터(126)는 상기 전력생산부(K) 외에도 상기 연료전지(100) 또는 상기 연료전지(100)와 별도로 구비되는 연료전지로부터 전력을 공급받을 수도 있다. Additionally, the
제어부(102)는 상기 탈수소 반응기(121)로부터 상기 연료전지(100)로 공급되는 수소 가스의 유량, 상기 연료전지(100)의 전기화학적 반응에 따른 연료전지(100)의 온도 및 해양 구조물의 수요처에서 요구되는 전력 필요량 중 어느 하나 이상에 따라 상기 전기 히터(126)의 열 에너지 공급량을 제어할 수 있다.The
예를 들어, 상기 탈수소 반응기(121)로부터 상기 연료전지(100)로 공급되는 수소 가스의 유량이 미리 정해진 기준보다 적거나, 생성되는 전력이 수요처에서 요구되는 전력 필요량 대비 적은 경우, 제어부(102)는 전기 히터(126)로 공급되는 전력을 증가시켜 전기 히터(126)의 열 에너지 공급량을 증가시킬 수 있다.For example, when the flow rate of the hydrogen gas supplied from the
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 LOHC를 탈수소 반응시켜 수득한 수소를 연료전지(100)에 공급하여 전력을 생산하는 시스템으로서, 저장 및 취급이 어려운 수소 대신 LOHC를 이용할 수 있으며 연료전지(100)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 상기 탈수소 반응에 이용할 수 있어 친환경적이다. 또한, 탈수소를 통해 공급되는 수소가 부족한 경우, 전기 히터(126)로 열 에너지를 탈수소 반응기(121)에 공급하여 수소를 충당할 수 있다. 이러한 경우, 해양 구조물의 잉여 전력을 활용할 수 있게 된다.As described above, the fuel cell system according to an embodiment of the present invention supplies hydrogen obtained by dehydrogenating LOHC to the
도 1을 계속 참조하여, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명한다.With continued reference to FIG. 1, a fuel cell system according to another embodiment of the present invention will be described.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 연료전지(100), 전해셀(101) 및 탈수소 반응기(121) 등을 포함한다. 본 실시예 또한 연료전지와 전해셀의 구동 및 상기 연료전지로부터 생산되는 전력을 저장, 공급하는데에 필요하다면 공지된 여러 구성들을 더 부가할 수 있다.A fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a
이하에서는 본 실시예가 앞선 실시예 대비 달라지는 점 위주로 설명하도록 하며, 설명을 생략한 부분은 앞선 내용으로 갈음한다.Hereinafter, the description will be made mainly on points that the present embodiment is different from the previous embodiment, and portions omitted from the description will be replaced with the previous contents.
전해셀(101)은 물 및 전력을 공급받아 수소 가스 및 산소 가스를 생산한다. 즉, 전해셀(101)은 공급받은 물을 전기분해하여 수소 가스와 산소 가스를 생산할 수 있다. 이때, 상기 전해셀(101)은 탈수소 반응기(121) 대비 고순도의 수소 가스를 생산하는 것일 수 있다.The
이때, 물은 청수인 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 전해셀(101)은 후술할 해수 공급부(F)로부터 공급되는 해수로부터 생성되는 스팀을 공급받아 이를 전기분해할 수 있다. 추가적으로, 전해셀(101)은 연료전지(100)의 배기가스에 포함된 스팀을 공급받아 이를 전기분해할 수 있다.In this case, the water is preferably fresh water, but is not limited thereto. The
전해셀(101)은 해양 구조물에서 생산되는 전력을 공급받아 물을 전기분해할 수 있다.The
예를 들어, 상기 전해셀(101)은 상기 해양 구조물의 전력생산부(K)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 바람직하게는, 상기 전해셀(101)은 상기 해양 구조물의 잉여 전력을 공급받아 사용할 수 있다. For example, the
전해셀(101)은 메인 스위치보드를 통해 해양 구조물로부터 전력을 공급받을 수 있다.The
추가적으로, 상기 전해셀(101)은 상기 전력생산부(K) 외에도 상기 연료전지(100) 또는 상기 연료전지(100)와 별도로 구비되는 연료전지로부터 전력을 공급받을 수도 있다.Additionally, the
전해셀(101)에서 생산되는 수소 가스 및 스팀은 수소 및 스팀 라인(L133)을 통해 수소 탱크(124)에 공급되거나, 연료전지(100)에 공급될 수 있다.The hydrogen gas and steam produced in the
구체적으로, 수소 및 스팀 라인(L133) 상에는 기화기(133)가 구비될 수 있으며, 수소 및 스팀을 기액분리기(134)에 공급할 수 있다.Specifically, a
기화기(133)는 상기 수소 및 스팀 라인(L133)을 통해 공급되는 고온의 수소 가스 및 스팀을 이용하여 후술할 물 탱크(131)로부터 공급되는 물을 기화시킬 수 있다. 기화기(133)를 통해 생성된 스팀은 전해셀(101)로 공급될 수 있다.The
기액분리기(134)는 수소 및 스팀 라인(L133)으로부터 수소 가스와 스팀을 공급받아 기액분리할 수 있다. 구체적으로, 상기 기액분리기(134)는 수소 가스와 스팀의 혼합물로부터 수소 가스만을 분리해내고, 스팀은 액화하여 배출할 수 있다. 분리되는 수소 가스는 수소 라인(L134)을 통해 수소 탱크(124)에 공급될 수 있다. 이때, 상기 수소 라인(L134) 상에는 수소를 압축하기 위한 압축기(135)가 더 구비될 수 있다.The gas-
기액분리기(134)에서 분리되는 물은 후술할 물 탱크(131)에 반환될 수 있다.Water separated by the gas-
전해셀(101)에서 생산되는 산소 가스는 산소 라인(L132)를 통해 배출될 수 있다.The oxygen gas produced in the
산소 라인(L132)은 탈수소 반응기(121)를 거쳐 산소 탱크(136)에 연결될 수 있다. 전해셀(101)에서 배출되는 산소 가스 또한 LOHC 대비 상대적으로 고온이기 때문에, 상기 탈수소 반응기(121)는 상기 산소 가스의 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행할 수 있다.The oxygen line L132 may be connected to the
산소 탱크(136)는 산소 가스를 저장하였다가, 연료전지(100) 구동에 필요한 경우 압축공기와 혼합하여 압축공기 공급 라인(L112)을 통해 상기 연료전지(100)로 공급할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 해수 공급부(F)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a seawater supply unit (F).
해수 공급부(F)는 해양 구조물의 외부로부터 해수를 저장하였다가 상기 시스템에 공급할 수 있다. 예를 들어, 해수 공급부(F)는 씨체스트일 수 있다.The seawater supply unit F may store seawater from the outside of the offshore structure and supply it to the system. For example, the seawater supply unit F may be a sea chest.
해수 공급부(F)는 물 공급 라인(L130)을 통해 담수화부(130)에 해수를 공급할 수 있다.The seawater supply unit F may supply seawater to the
담수화부(130)는 공급받은 해수를 탈염하여 담수를 생산하여 물 탱크(131)에 공급한다. 탈염을 통한 담수화는 이 기술분야에 알려진 통상의 수단으로 이루어질 수 있다.The
물 탱크(131)는 상기 담수화부(130)로부터 공급되는 담수를 저장하였다가 전해셀(101)의 구동시 물을 공급할 수 있다. 물 탱크(131)는 물 공급 라인(L130)을 통해 기화기(133)로 물을 공급할 수 있다. 물 공급 라인(L130) 상에는 물의 펌핑을 위한 펌프(132)가 더 구비될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 기화기(133)로 공급된 물은 전해셀(101)로부터 배출되는 수소 및 스팀의 열로 인해 기화되어 스팀이 된다. 생성된 스팀은 스팀 라인(L131)을 통해 상기 전해셀(101)로 공급될 수 있다.The
앞서 설명한 바와 같이, 상기 전해셀(101)은 수소 가스를 생산하여 상기 연료전지(100)에 공급할 수도 있다.As described above, the
이러한 경우, 본 실시예에 따른 연료전지 시스템은 제어부(102)를 더 포함할 수 있으며, 상기 제어부(102)는 상기 탈수소 반응기(121)로부터 상기 연료전지(100)로 공급되는 수소 가스의 유량, 상기 연료전지(100)의 전기화학적 반응에 따른 연료전지(100)의 온도 및 해양 구조물의 수요처에서 요구되는 전력 필요량 중 어느 하나 이상에 따라 전해셀(101)의 수소 가스 공급량을 제어할 수 있다.In this case, the fuel cell system according to the present embodiment may further include a
예를 들어, 상기 탈수소 반응기(121)로부터 상기 연료전지(100)로 공급되는 수소 가스의 유량이 미리 정해진 기준보다 적거나, 생성되는 전력이 수요처에서 요구되는 전력 필요량 대비 적은 경우, 제어부(102)는 전해셀(101)의 수소 가스 공급량을 증가시킬 수 있다.For example, when the flow rate of the hydrogen gas supplied from the
구체적으로, 상기 제어부(102)는 수소 제어 밸브(125)의 개도를 조절하여 수소 가스 공급량을 증가시킬 수 있다.Specifically, the
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 LOHC를 탈수소 반응시켜 수득한 수소를 이용하여 전력을 생산하는 연료전지(100)와, 물과 전력을 이용하여 수소 및 산소를 생산하는 전해셀(101)을 포함한다. 이러한 연료전지 시스템은 연료전지(100) 및 전해셀(101)의 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소 반응에 이용할 수 있어 친환경적이다. 또한, 탈수소를 통해 공급되는 수소가 부족한 경우, 전해셀(101)로부터 생산되는 고순도의 수소 가스를 이용할 수 있다. 이러한 경우, 천연가스와 암모니아와 같은 추가 연료 사용량을 최소화하거나, 상기 추가 연료를 사용하지 않을 수 있게 된다.As described above, the fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에 관한 도면이다.2 is a diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 연료전지 시스템은 연료전지(100) 및 암모니아 개질기(200) 등을 포함한다. 물론 본 실시예는 연료전지의 구동 및 상기 연료전지로부터 생산되는 전력을 저장, 공급하는데에 필요하다면 공지된 여러 구성들을 더 부가할 수 있다.The fuel cell system according to the present embodiment includes a
연료전지(100)는 연료로서 수소와 공기 중의 산소를 전기화학 반응시켜 전력을 생산할 수 있다.The
이때, 상기 연료로서의 수소는 수소를 포함하는 다양한 화합물로부터 물리적 또는 화학적 반응을 통해 분리되어 상기 연료전지(100)의 연료로 사용되는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 수소는 수소를 포함하는 다양한 화합물로부터 화학적 반응을 통해 분리되는 것일 수 있다. 상기 화학적 반응은 수소를 포함하는 화합물을 개질하거나 열분해하여 상기 화합물로부터 수소를 분리해내는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 화합물은 암모니아일 수 있다.In this case, hydrogen as the fuel may be separated from various compounds including hydrogen through a physical or chemical reaction and used as a fuel for the
본 실시예에 따른 연료전지(100)는 암모니아를 개질 또는 열분해하여 얻어지는 수소 가스를 공급받아 전기화학 반응을 통해 전력을 생산하는 것일 수 있다. The
또한, 본 실시예에 따른 연료전지(100)는 수소와 암모니아를 공급받아 전기화학 반응을 통해 전력을 생산하는 것일 수 있다. 암모니아와 산소가 전기화학 반응을 통해 전력을 생산하는 것일 수 있다. 또는, 상기 암모니아는 상기 연료전지(100) 내부에서 적어도 일부가 스팀과 개질 또는 열분해하여 수소 가스를 생성할 수 있다. 이때 상기 스팀은 연료전지(100)에서 수소의 전기화학 반응으로 생성되는 것일 수 있다. 이러한 개질 또는 열분해 반응은 흡열 반응으로서, 상기와 같은 수소의 전기화학 반응으로 인해 전력이 생산될 때 발생하는 열을 이용할 수 있다. 이러한 경우, 연료전지(100)에서 수소의 전기화학 반응으로 인해 연료전지(100)가 과도하게 가열되는 것을 방지할 수 있게 되어 연료전지(100)를 별도로 냉각할 필요가 없게 된다.In addition, the
연료전지(100)는 후술할 암모니아 공급부(A)로부터 암모니아를 공급받을 수 있다.The
본 실시예에 있어서, 상기 연료전지(100)는 600 내지 1000℃에서 구동하는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 연료전지(100)는 내부의 전기화학반응이 완결되어 배출되는 배기가스의 온도가 600 내지 1000℃인 것일 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 연료전지는 배기가스의 온도가 600 내지 800℃인 것일 수 있다.In this embodiment, the
연료전지(100)는 연료전지 배기가스 라인(L202)을 통해 전기화학 반응의 결과로 생성되는 배기가스를 배출할 수 있다.The
연료전지 배기가스 라인(L202)은 후술할 암모니아 개질기(200)에 상기 배기가스의 폐열을 전달할 수 있다. 추가적으로, 상기 연료전지 배기가스 라인(L202)은 후술할 암모니아 기화기(111) 및 이코노마이저(210)에도 상기 배기가스의 폐열을 전달할 수 있다.The fuel cell exhaust gas line L202 may transfer waste heat of the exhaust gas to the
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 암모니아 공급부(A)를 더 포함할 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include an ammonia supply unit (A).
암모니아 공급부(A)는 연료전지 시스템에 대한 추가 연료로서 액상의 암모니아를 저장 및 공급하기 위한 수단이다. 따라서, 암모니아 공급부(A)는 암모니아를 액체 상태로 저장하기에 적합한 온도 및 내부 압력을 유지할 수 있다.The ammonia supply unit A is a means for storing and supplying liquid ammonia as additional fuel to the fuel cell system. Accordingly, the ammonia supply unit A can maintain a temperature and an internal pressure suitable for storing ammonia in a liquid state.
암모니아 공급부(A)는 암모니아 공급 라인(L110)을 통해 암모니아 기화기(111)에 액상의 암모니아를 공급할 수 있다. 이때, 상기 암모니아 공급 라인(L110) 상에는 액상의 암모니아를 펌핑하기 위한 펌프(110)가 더 구비될 수 있다.The ammonia supply unit A may supply liquid ammonia to the
암모니아 기화기(111)는 액상의 암모니아를 기화시켜 기체 상태의 암모니아를 상기 암모니아 공급 라인(L110)을 통해 암모니아 개질기(200)로 공급할 수 있다. 암모니아 기화기(111)는 연료전지 배기가스 라인(L202)을 따라 유동하는 연료전지(100)의 배기가스의 폐열을 이용하여 액상의 암모니아를 기화시키는 것일 수 있다.The
예를 들어, 암모니아 기화기(111)는 연료전지 배기가스 라인(L202) 상에 마련되는 것이고, 연료전지(100)를 기준으로 후술할 암모니아 개질기(200)의 후단에 마련될 수 있다. 즉, 연료전지(100)의 배기가스는 암모니아 개질기(200) 및 암모니아 기화기(111)에 순차적으로 폐열을 공급할 수 있다. 추가적으로, 아모니아 기화기(111)를 거친 배기가스는 후술할 이코노마이저(210)에 폐열을 공급할 수 있다.For example, the
암모니아 개질기(200)는 암모니아 기화기(111)로부터 공급되는 기화된 암모니아의 적어도 일부를 개질 또는 열분해하기 위한 장소를 제공할 수 있다.The
본 실시예에 따른 암모니아 개질기(200)는 상기 연료전지(100)로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 암모니아의 열분해 반응을 수행할 수 있다. 구체적으로, 암모니아 개질기(200)는 상기 연료전지(100)로부터 배출되는 600 내지 1000℃의 배기가스를 폐열을 이용하여 암모니아의 개질 또는 열분해를 수행할 수 있다.The
암모니아 개질기(200)에 공급되는 암모니아는 전부 개질 또는 열분해되어 수소 가스와 질소 가스의 혼합물을 형성할 수 있다. 암모니아의 일부가 개질 또는 열분해되는 경우에는 수소 가스, 질소 가스 및 암모니아 가스의 혼합물이 형성된다.All ammonia supplied to the
가스분리기(201)는 수소 가스를 분리하여 수소 라인(L201)을 통해 연료전지(100)로 공급할 수 있다. 가스분리기(201)가 수소 가스를 분리하는 것은 PSA (Pressure Swing Adsorption), 수소 흡착 컬럼 등을 이용할 수 있으나, 이 기술분야에 알려진 것으로 수소 가스를 분리할 수 있는 수단이면 한정되지 않는다. 이러한 경우, 가스분리기(201)를 통해 수소 가스만 연료전지(100)에 공급되므로, 연료전지(100)의 전력 생산에 따라 질소 산화물이 발생하지는 않게 된다.The
가스분리기(201)로부터 분리된 질소 가스는 질소 라인(L203)을 통해 후술할 이코노마이저(210)로 전달될 수 있다. 이코노마이저(210)는 상기 질소 가스의 폐열을 이용하여 스팀을 생산할 수 있다.The nitrogen gas separated from the
암모니아의 일부만 개질 또는 열분해되는 경우, 수소 가스, 질소 가스 및 암모니아 가스가 수소 및 질소 라인(L200)을 통해 가스분리기(201)로 공급될 수 있다.When only a part of ammonia is reformed or pyrolyzed, hydrogen gas, nitrogen gas, and ammonia gas may be supplied to the
또는, 시스템은 가스분리기(201)를 포함하지 않을 수 있고, 암모니아의 일부만 개질 또는 열분해됨에 따라 수소 가스, 질소 가스 및 암모니아 가스가 수소 및 질소 라인(L200)을 통해 연료전지(100)에 공급될 수 있다.Alternatively, the system may not include the
이러한 경우, 연료전지(100) 내에서 수소 가스는 전기화학 반응을 통해 전력 생산에 이용되며, 상기 전기화학 반응을 통해 생산되는 열은 암모니아 가스를 개질하는 데에 이용될 수 있다. 한편, 상기 수소 가스의 전기화학 반응을 통해 발생하는 열은 미반응 암모니아 가스가 흡수하여 암모니아의 열분해에 사용됨으로써 연료전지(100)에 대한 냉각 효과를 제공할 수 있게 된다. 이때 발생하는 질소 산화물은 배기가스 후처리 장치(도시하지 않음)에 공급되어 배기가스 중의 질소 산화물을 제거하는 처리를 거칠 수 있다.In this case, hydrogen gas in the
이코노마이저(210)는 외부로부터 열을 공급받아 물로부터 스팀을 생성할 수 있다. 이코노마이저(210)는 WHRU(Waste Heat Recovery Unit)의 일종으로, 본 실시예에서는 연료전지 시스템의 폐열을 재활용할 수 있는 수단으로 이용된다.The
이코노마이저(210)는 해양 구조물 내부에서 발생하는 잉여의 물을 이용할 수 있고, 해양 구조물 외부로부터 공급받거나, 해수를 담수화하여 생산한 물을 이용하여 스팀을 생산할 수 있다. 본 실시예에 따른 연료전지 시스템은 이코노마이저(210)에 물을 공급하기 위한 물 탱크(220)를 더 구비할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.The
예를 들어, 이코노마이저(210)는 상기 연료전지(100)로부터 연료전지 배기가스 라인(L202)을 통해 배기가스를 공급받고, 상기 배기가스의 폐열을 이용하여 스팀을 생산할 수 있다. 이러한 경우, 앞서 설명한 바와 같이 상기 연료전지 배기가스 라인(L202)은 암모니아 개질기(200) 또는 암모니아 개질기(200)와 암모니아 기화기(111)를 거친 후에 이코노마이저(210)에 연결되는 것일 수 있다. 스팀 생산에 이용된 배기가스는 벤트 라인(L204)를 통해 벤트부(L)로 전달되어 벤트될 수 있다. 상기 벤트 라인(L204)은 배기가스 후처리 장치(도시하지 않음)를 더 구비하여 배기가스 중의 질소 산화물을 제거한 후 배출할 수 있다. 연료전지(100)에 암모니아 가스가 공급되는 경우 연료전지에서 질소 산화물이 생성될 수 있다. 질소 산화물은 앞서 설명한 바와 같이 배기가스 후처리 장치를 통해 저감할 수 있다.For example, the
예를 들어, 이코노마이저(210)는 상기 가스분리기(201)로부터 질소 라인(L203)을 통해 질소 가스를 공급받고, 상기 질소 가스의 폐열을 이용하여 스팀을 생산할 수 있다. 스팀 생산에 이용된 질소 가스는 벤트 라인(L204)를 통해 벤트부(L)로 전달되어 벤트될 수 있다. 또는 질소 가스만을 회수하여 별도의 수요처에 공급할 수도 있다.For example, the
이코노마이저(210)에서 생산된 스팀은 스팀 라인(L205)을 통해 스팀 수요처(M)에 공급될 수 있다.The steam produced by the
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 메인 스위치보드(SWBD)에 연결될 수 있다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may be connected to the main switch board SWBD.
연료전지(100)는 상기 메인 스위치보드를 거쳐 해양 구조물의 다양한 수요처로 전력을 공급할 수 있다. 상기 수요처로는 호텔 로드(G), 카고 펌프(H), 밸러스트 펌프(I), 서비스 로드(J) 등 해양 구조물 내에 전력을 사용할 수 있는 다양한 수단을 포괄한다.The
따라서, 메인 스위치보드는 각 수요처로 연결되는 전선과 개폐기, 과전류 보호기나 계기를 더 구비할 수 있다.Accordingly, the main switch board may further include an electric wire and a switch, an overcurrent protector or an instrument connected to each customer.
추가적으로, 상기 연료전지(100)에서 생산되는 잉여 전력을 임시로 저장할 수 있는 배터리(도시하지 않음)나 축전기(도시하지 않음)를 더 구비할 수 있다.Additionally, a battery (not shown) or a capacitor (not shown) that can temporarily store excess power produced by the
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 암모니아를 일부 또는 전부 개질하여 수소 가스를 생산하여 연료전지에 공급할 수 있다. 암모니아를 일부만 개질하는 경우에는 연료전지(100)의 동일한 공간에서 암모니아의 개질 또는 열분해반응과, 수소 가스의 전기화학반응이 동시에 일어날 수 있게 된다. 암모니아의 개질 또는 열분해반응은 흡열반응이고, 수소 가스의 전기화학반응은 발열반응이어서, 연료전지의 구동시 별도의 냉각이 필요 없게 된다. 암모니아를 전부 개질하는 경우에는 수소 가스만을 분리하여 연료전지(100)에 공급하여 전력을 생산할 수 있게 된다. 연료전지 시스템은 이코노마이저(210)와 같은 WHRU를 구비할 수 있고, 상기 이코노마이저(210)는 상기 연료전지(100)의 배기가스 폐열, 질소 가스의 폐열 또는 이들의 조합을 이용하여 스팀을 생산하여 수요처에 공급할 수 있다.As described above, the fuel cell system according to the exemplary embodiment of the present invention may produce hydrogen gas by partially or entirely reforming ammonia and supply it to the fuel cell. When only ammonia is partially reformed, ammonia reforming or pyrolysis reaction and an electrochemical reaction of hydrogen gas may occur simultaneously in the same space of the
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에 관한 도면이다.3 is a diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
본 실시예에 따른 연료전지 시스템은 가역연료전지(300) 및 탈수소 반응기(121) 등을 포함한다. 물론 본 실시예는 가역연료전지의 구동 및 상기 가역연료전지로부터 생산되는 전력 및 수소 가스를 저장, 공급하는데에 필요하다면 공지된 여러 구성들을 더 부가할 수 있다.The fuel cell system according to the present embodiment includes a
가역연료전지(300)는 연료소서 수소와 공기 중의 산소를 전기화학 반응시켜 전력을 생산하는 연료전지 모드(FC mode)와, 물 및 전력을 공급받아 수소 가스와 산소 가스를 생산하는 전해셀 모드(EC mode)로 구동할 수 있다.The
예를 들어, 가역연료전지(300)는 연료전지와 전해셀이 통합되어 구성된 것으로, 하나의 시스템을 구동 또는 역구동하도록 마련된 것일 수 있고, 전력과 수소 가스를 동시에 생산 가능하도록 마련된 것일 수도 있다.For example, the
또한, 상기 가역연료전지(300)는 상기 해양 구조물이 고부하 운전이 필요한 경우에는 연료전지 모드로 구동하고, 상기 해양 구조물이 저부하 운전이 필요한 경우에는 전해셀 모드로 구동하는 것일 수 있다.In addition, the
예를 들어, 가역연료전지(300)는 해양 구조물의 정지 또는 정박시에는 해양 구조물 수요처의 요구 전력량이 감소하므로 전해셀 모드로 구동하여 수소 가스를 생산하여 저장할 수 있다. 가역연료전지(300)는 해양 구조물의 구동 또는 운항시에는 수요처의 요구 전력량이 증가함으로 연료전지 모드로 구동하여 전력을 생산하여 상기 해양 구조물의 수요처에 공급할 수 있다.For example, when the offshore structure is stopped or anchored, the
본 실시예에서 상기 가역연료전지(300)는 연료전지 모드시에 LOHC를 탈수소화시켜 수득한 수소를 공급받아 전력을 생산하는 것일 수 있다. In this embodiment, the
또한, 전해셀 모드시 공급받은 스팀과 전력생산부에서 공급받은 전력으로부터 수소와 산소를 생산하는 것일 수 있다. In addition, hydrogen and oxygen may be produced from steam supplied in the electrolytic cell mode and power supplied from the power generation unit.
연료전지와 전해셀 및 LOHC에 관련하여 전술한 실시예와 동일한 설명은 앞선 실시예의 설명으로 갈음한다.The description of the fuel cell, the electrolytic cell, and the LOHC, which are the same as those of the above-described embodiment, is replaced with the description of the previous embodiment.
탈수소 반응기(121)는 LOHC 공급부(D)로부터 LOHC를 공급받아 LOHC의 탈수소화 반응을 수행하기 위한 장소를 제공할 수 있다. LOHC의 탈수소화 반응은 흡열반응이므로, 탈수소 반응기(121)는 상기 LOHC의 탈수소화 반응에 충분한 열원을 공급하는 것일 수 있다.The
본 실시예에 따른 탈수소 반응기(121)는 상기 가역연료전지(300)로부터 배출되는 배기가스 또는 산소 가스의 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행할 수 있다. 구체적으로, 탈수소 반응기(121)는 상기 가역연료전지(300)의 연료전지 모드시 연료전지 배기가스 라인(L301)을 통해 전달되는 600 내지 1000℃의 배기가스를 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행할 수 있다. 탈수소 반응기(121)는 상기 가역연료전지(300)의 전해셀 모드시 산소 라인(L325)을 통해 전달되는 산소 가스의 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 가역연료전지 시스템은 압축공기 공급부(C)를 더 포함할 수 있다.The reversible fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a compressed air supply unit (C).
압축공기 공급부(C)는 수소와 전기화학 반응을 하는 데에 필요한 산소를 포함하는 공기를 압축하여, 가역연료전지(300)에 공급하기 위한 수단이다. 예를 들어, 압축공기는 일반 공기에 비해 더 높은 순도의 산소를 포함하는 것일 수 있다.The compressed air supply unit C is a means for compressing air containing oxygen required for an electrochemical reaction with hydrogen and supplying it to the
압축공기 공급부(C)는 압축공기 공급 라인(L300)을 통해 압축공기를 상기 가역연료전지(300)에 공급할 수 있다. 상기 압축공기 공급 라인(L300) 상에는 공기 예열기(301)를 더 구비할 수 있다.The compressed air supply unit C may supply compressed air to the
공기 예열기(301)는 연료전지 모드시 배기가스 라인(L301)을 통해 전달되는 배기가스를 폐열을 이용하여 압축공기를 예열할 수 있다. 공기 예열기(301)는 전해셀 모드시 산소 라인(L325)을 통해 전달되는 산소 가스의 폐열을 이용하여 압축공기를 예열할 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 가역연료전지 시스템은 LOHC 공급부(D)를 더 포함할 수 있다.The reversible fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a LOHC supply unit (D).
LOHC 공급부(D)는 수소가 풍부한 리치 LOHC를 저장 및 공급하기 위한 수단이다.The LOHC supply unit D is a means for storing and supplying a rich LOHC rich in hydrogen.
LOHC 공급부(D)는 LOHC 공급 라인(L310)을 통해 탈수소 반응기(121)에 LOHC를 공급할 수 있다. 이때, 상기 LOHC 공급 라인(L310) 상에는 LOHC를 예열하기 위한 LOHC 예열기(120)가 더 구비될 수 있다.The LOHC supply unit D may supply LOHC to the
LOHC 예열기(120)는 수소가 풍부한 리치 LOHC를 예열하여 상기 탈수소 반응기(121)로 공급함으로써, 상기 탈수소 반응기(121)에서 탈수소 반응이 보다 원활하게 진행될 수 있도록 돕는다. LOHC 예열기(120)는 연료전지 모드시 배기가스 라인(L301)을 통해 전달되는 배기가스를 폐열을 이용하여 LOHC를 예열할 수 있다. LOHC 예열기(120)는 전해셀 모드시 산소 라인(L325)을 통해 전달되는 산소 가스의 폐열을 이용하여 LOHC를 예열할 수 있다.The
이처럼, 가역연료전지(300)가 연료전지 모드일 때 배출되는 배기가스를 전달하는 연료전지 배기가스 라인(L301)은 탈수소 반응기(121), LOHC 예열기(120) 및 공기 예열기(301)에 순차적으로 폐열을 공급할 수 있다. 폐열을 공급한 배기가스는 벤트부(L)로 전달되어 벤트될 수 있다.As such, the fuel cell exhaust gas line L301 for delivering exhaust gas discharged when the
가역연료전지(300)가 전해셀 모드일 때 배출되는 산소 가스를 전달하는 산소 라인(L325)은 탈수소 반응기(121), LOHC 예열기(120) 및 공기 예열기(301)에 순차적으로 폐열을 공급할 수 있다. 폐열을 공급한 산소 가스는 산소 탱크(136)로 전달되어 저장될 수 있다. 산소 탱크(136)는 산소를 저장하다가 가역연료전지(300)가 연료전지 모드로 구동되는 경우에는 산소 라인(L326)을 통해 압축공기 공급 라인(L300)에 산소를 공급할 수 있다.When the
탈수소 반응기(121)로 공급된 LOHC는 탈수소 반응이 수행되어 수소 가스와 린 LOHC의 혼합물의 형태로 배출될 수 있다. 탈수소 반응기(121)에서 배출되는 수소 가스와 린 LOHC의 혼합물은 수소 및 린 LOHC 라인(L311)을 통해 기액분리기(122)로 유입될 수 있다.The LOHC supplied to the
기액분리기(122)는 수소 및 린 LOHC 라인(L311)으로부터 수소 가스와 린 LOHC의 혼합물을 공급받아 기액분리할 수 있다. 분리되는 수소 가스 중 적어도 일부는 수소 라인(L312)을 통해 가역연료전지(300)에 공급될 수 있다. The gas-
추가적으로, 분리되는 수소 가스 중 적어도 일부는 수소 라인(L313)을 통해 수소 탱크(124)에 저장될 수 있다. 이때, 상기 수소 라인(L123) 상에는 수소를 압축하기 위한 압축기(123)가 더 구비될 수 있다. 따라서, 상기 수소 탱크(124)는 가압된 수소 가스를 저장하는 것일 수 있다.Additionally, at least some of the separated hydrogen gas may be stored in the
이처럼, 상기 수소 탱크(124)는 LOHC의 탈수소 반응을 통해 생산되는 수소 가스 중 적어도 일부를 저장할 수 있다. 구체적으로, 상기 수소 탱크(124)는 가역연료전지(300)가 연료전지 모드로 구동함에 따라 생산되는 잉여 전력을 저장하였다가, 상기 가역연료전지(300)가 전해셀 모드로 구동할 때 상기 가역연료전지(300)에 수소 공급 라인(L314)을 통해 수소 가스를 공급하는 것일 수 있다.As such, the
상기 기액분리기(122)에서 분리되는 액체 상태의 린 LOHC는 린 LOHC 라인(L315)을 통해 LOHC 저장부(E)로 전달될 수 있다. 상기 LOHC 저장부(E)는 해양 구조물에서 탈착 가능하도록 마련될 수 있으며, 이를 통해 해양 구조물로부터 쉽게 하역하도록 할 수 있다. 회수된 린 LOHC는 수소화 반응을 통해 리치 LOHC로 전환하여 다시 LOHC 공급부(D)에 저장하여 활용할 수 있다.The liquid lean LOHC separated by the gas-
본 발명의 일 실시예에 따른 가역연료전지 시스템은 해수 공급부(F)를 더 포함할 수 있다.The reversible fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a seawater supply unit (F).
해수 공급부(F)는 해양 구조물의 외부로부터 해수를 저장하였다가 상기 시스템에 공급할 수 있다. 예를 들어, 해수 공급부(F)는 씨체스트일 수 있다.The seawater supply unit F may store seawater from the outside of the offshore structure and supply it to the system. For example, the seawater supply unit F may be a sea chest.
해수 공급부(F)는 물 공급 라인(L320)을 통해 담수화부(130)에 해수를 공급할 수 있다.The seawater supply unit F may supply seawater to the
담수화부(130)는 공급받은 해수를 탈염하여 담수를 생산하여 물 탱크(131)에 공급한다. 탈염을 통한 담수화는 이 기술분야에 알려진 통상의 수단으로 이루어질 수 있다.The
물 탱크(131)는 상기 담수화부(130)로부터 공급되는 담수를 저장하였다가 가역연료전지(300)의 전해셀 모드시 물을 공급할 수 있다. 물 탱크(131)는 물 공급 라인(L320)을 통해 기화기(133)로 물을 공급할 수 있다. 물 공급 라인(L320) 상에는 물의 펌핑을 위한 펌프(132)가 더 구비될 수 있다. 기화기(133)로 공급된 물은 전해셀 모드의 가역연료전지(300)로부터 배출되는 수소 및 스팀의 열로 인해 기화되어 스팀이 된다. 생성된 스팀은 스팀 라인(L321)을 통해 상기 가역연료전지(300)에 공급될 수 있다.The
가역연료전지(300)의 전해셀 모드시 생성되는 수소 가스와 스팀의 혼합물은 수소 및 스팀 라인(L322)를 통해 배출될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 수소 가스와 스팀의 혼합물은 기화기(133)에서 스팀 생성에 이용된 후 기액분리기(134)에 공급될 수 있다.A mixture of hydrogen gas and steam generated in the electrolytic cell mode of the
기액분리기(134)는 수소 가스와 스팀의 혼합물로부터 수소 가스를 분리하여 수소 라인(L324)을 통해 수소 탱크(124)로 전달하고, 스팀은 물의 형태로 분리하여 물 리턴 라인(L323)을 통해 상기 물 탱크(131)로 리턴할 수 있다. 상기 수소 라인(L324) 상에는 수소 가스의 압축을 위한 압축기(135)가 더 구비될 수 있다.The gas-
본 발명의 일 실시예에 따른 가역연료전지 시스템은 메인 스위치보드(SWBD)에 연결될 수 있다.The reversible fuel cell system according to an embodiment of the present invention may be connected to a main switch board (SWBD).
가역연료전지(300)의 연료전지 모드 구동시 상기 가역 연료전지(300)는 상기 메인 스위치보드를 거쳐 해양 구조물의 다양한 수요처로 전력을 공급할 수 있다. 상기 수요처로는 호텔 로드(G), 카고 펌프(H), 밸러스트 펌프(I), 서비스 로드(J) 등 해양 구조물 내에 전력을 사용할 수 있는 다양한 수단을 포괄한다.When the
따라서, 메인 스위치보드는 각 수요처로 연결되는 전선과 개폐기, 과전류 보호기나 계기를 더 구비할 수 있다.Accordingly, the main switch board may further include an electric wire and a switch, an overcurrent protector or an instrument connected to each customer.
추가적으로, 상기 가역연료전지(300)에서 생산되는 잉여 전력을 임시로 저장할 수 있는 배터리(도시하지 않음)나 축전기(도시하지 않음)를 더 구비할 수 있다.Additionally, a battery (not shown) or a capacitor (not shown) that can temporarily store excess power produced by the
가역연료전지(300)의 전해셀 모드 구동시 상기 가역 연료전지(300)는 상기 메인 스위치보드를 통해 전력생산부(K)로부터 전력을 공급받을 수 있다. 바람직하게는, 상기 가역연료전지(300)는 상기 해양 구조물의 잉여 전력을 공급받아 전해셀 모드를 구동하는 것일 수 있다. 상기 전력생산부(K)는 메인 엔진, 발전 엔진, 샤프트 발전기 등을 포괄하여 의미할 수 있다. 상기 샤프트 발전기는 엔진 등의 동력원에 연결되어 상기 동력원이 생산하는 동력의 일부를 이용하여 발전하는 동력 인출 장치 또는 파워 테이크 오프(PTO)의 일종일 수 있다.When the
본 발명의 일 실시예에 따른 가역연료전지 시스템은 전기 히터(302)를 더 포함할 수 있다.The reversible fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include an
전기 히터(302)는 가역연료전지(300)의 구동에 필요한 열 에너지를 충당할 수 있다. 전기 히터(302)의 구동에 필요한 전력은 해양 구조물의 메인 스위치보드로부터 공급받을 수 있다.The
본 발명의 일 실시예에 따른 가역연료전지 시스템은 제어부(303)를 더 포함할 수 있다.The reversible fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a
제어부(303)는 상기 탈수소 반응기(121)로부터 상기 가역연료전지(300)로 공급되는 수소 가스의 유량, 상기 가역연료전지(300)의 전기화학적 반응에 따른 가역연료전지(300)의 온도 및 해양 구조물의 수요처에서 요구되는 전력 필요량 중 어느 하나 이상에 따라 상기 가역연료전지(300)의 모드 구동을 제어할 수 있다.The
따라서, 제어부(303)는 가역연료전지(300)의 연료전지 모드에 따른 전력 생산량을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 제어부(303)는 수소 탱크(124)의 수소 공급량을 조절하여 연료전지 모드에 따른 전력 생산량을 제어할 수 있다.Accordingly, the
또한, 제어부(303)는 전기 히터(302)가 상기 가역연료전지(300)에 공급하는 열 에너지의 공급량을 제어할 수 있다.In addition, the
이상과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 가역연료전지 시스템은 LOHC를 탈수소 반응시켜 수득한 수소를 이용하여 전력을 생산하는 연료전지 모드와, 물 및 전기를 이용하여 수소 가스 및 산소 가스를 생산하는 전해셀 모드로 구동할 수 있는 가역연료전지(300)를 구비한다. 가역연료전지(300)를 연료전지 모드로 구동시에는 가역연료전지(300)의 배기가스 폐열을 이용하여 탈수소 반응에 이용할 수 있으며, 전해셀 모드로 구동시에는 산소 가스의 폐열을 이용하여 탈수소 반응에 이용할 수 있다는 점에서 친환경적이다. 전해셀 모드에서 생산한 수소 가스는 연료전지 모드 구동시에 사용할 수 있으며, 연료전지 모드에서 생산한 전력은 전해셀 모드 구동시에 사용할 수도 있다. 따라서, 해양 구조물의 운항, 정박 등 상황에 따른 전력 필요량에 맞추어 가역연료전지(300)의 모드 제어를 통한 최적 운용이 가능하다. 이러한 경우, 천연가스와 암모니아와 같은 추가 연료 사용량을 최소화하거나, 상기 추가 연료를 사용하지 않을 수 있게 된다.As described above, in the reversible fuel cell system according to an embodiment of the present invention, a fuel cell mode in which power is generated using hydrogen obtained by dehydrogenating LOHC, and hydrogen gas and oxygen gas are produced using water and electricity. It includes a
본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may include a combination of the above embodiments or a combination of at least one of the above embodiments and a known technology as another embodiment.
이상에서는 본 발명의 실시예들을 중심으로 본 발명을 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 기술내용을 벗어나지 않는 범위에서 실시예에 예시되지 않은 여러 가지의 조합 또는 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들로부터 용이하게 도출가능한 변형과 응용에 관계된 기술내용들은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.In the above, the present invention has been described centering on the embodiments of the present invention, but this is only an example and does not limit the present invention, and those of ordinary skill in the field to which the present invention belongs will not depart from the essential technical content of the present embodiment. It will be appreciated that various combinations or modifications and applications not illustrated in the embodiments are possible in the range. Accordingly, technical contents related to modifications and applications that can be easily derived from the embodiments of the present invention should be interpreted as being included in the present invention.
A: 암모니아 공급부
B: 천연가스 공급부
C: 압축공기 공급부
D: LOHC 공급부
E: LOHC 저장부
F: 해수 공급부
G: 호텔 로드
H: 카고 펌프
I: 밸러스트 펌프
J: 서비스 로드
K: 전력생산부
L: 벤트부
M: 스팀 수요처
N: 스팀 공급부
100: 연료전지
101: 전해셀
102: 제어부
110: 펌프
111: 암모니아 기화기
112: 연료혼합기
113: 천연가스 제어 밸브
114: 배기가스 후처리 장치
L110: 암모니아 공급 라인
L111: 천연가스 공급 라인
L112: 압축공기 공급 라인
L113: 연료전지 배기가스 라인
L114: 벤트 라인
120: LOHC 예열기
121: 탈수소 반응기
122: 기액분리기
123: 압축기
124: 수소 탱크
125: 수소 제어 밸브
126: 전기 히터
L120: LOHC 공급 라인
L121: 수소 및 린 LOHC 라인
L122, 123, 124: 수소 라인
L125: 린 LOHC 라인
130: 담수화부
131: 물 탱크
132: 펌프
133: 기화기
134: 기액분리기
135: 압축기
136: 산소 탱크
L130: 물 공급 라인
L131: 스팀 라인
L132: 산소 라인
L133: 수소 및 스팀 라인
L134: 수소 라인
L135: 물 리턴 라인
200: 암모니아 개질기
201: 가스분리기
210: 이코노마이저
220: 물 탱크
L200: 수소 및 질소 라인
L201: 수소 라인
L202: 연료전지 배기가스 라인
L203: 질소 라인
L204: 벤트 라인
L205: 스팀 라인
300: 가역연료전지
301: 공기 예열기
302: 전기 히터
303: 제어부
L300: 압축공기 공급 라인
L301: 연료전지 배기가스 라인
L310: LOHC 공급 라인
L311: 수소 및 린 LOHC 라인
L312, 313, 314: 수소 라인
L315: 린 LOHC 라인
L320: 물 공급 라인
L321: 스팀 라인
L322: 수소 및 스팀 라인
L323: 물 리턴 라인
L324: 수소 라인
L325, 326: 산소 라인A: Ammonia supply B: Natural gas supply
C: Compressed air supply D: LOHC supply
E: LOHC storage unit F: Seawater supply unit
G: Hotel Road H: Cargo Pump
I: ballast pump J: service load
K: Power generation department L: Vents
M: Steam customer N: Steam supply
100: fuel cell 101: electrolysis cell
102: control unit 110: pump
111: ammonia vaporizer 112: fuel mixer
113: natural gas control valve 114: exhaust gas aftertreatment device
L110: ammonia supply line L111: natural gas supply line
L112: compressed air supply line L113: fuel cell exhaust gas line
L114: Vent line
120: LOHC preheater 121: dehydrogenation reactor
122: gas-liquid separator 123: compressor
124: hydrogen tank 125: hydrogen control valve
126: electric heater
L120: LOHC supply line L121: Hydrogen and lean LOHC line
L122, 123, 124: hydrogen line L125: lean LOHC line
130: desalination unit 131: water tank
132: pump 133: carburetor
134: gas-liquid separator 135: compressor
136: oxygen tank
L130: water supply line L131: steam line
L132: oxygen line L133: hydrogen and steam line
L134: hydrogen line L135: water return line
200: ammonia reformer 201: gas separator
210: economizer 220: water tank
L200: hydrogen and nitrogen line L201: hydrogen line
L202: fuel cell exhaust gas line L203: nitrogen line
L204: Vent line L205: Steam line
300: reversible fuel cell 301: air preheater
302: electric heater 303: control unit
L300: compressed air supply line L301: fuel cell exhaust gas line
L310: LOHC supply line L311: hydrogen and lean LOHC line
L312, 313, 314: hydrogen line L315: lean LOHC line
L320: water supply line L321: steam line
L322: Hydrogen and steam line L323: Water return line
L324: hydrogen line L325, 326: oxygen line
Claims (11)
LOHC를 공급받아 탈수소화 반응을 수행하는 탈수소 반응기; 및
상기 탈수소 반응기로부터 수소를 공급받아 전력을 생산하여 해양 구조물의 수요처로 공급하는 연료전지를 포함하며,
상기 탈수소 반응기는,
상기 연료전지로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 LOHC의 탈수소화 반응을 수행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.As a fuel cell system using LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier) as a source of hydrogen,
A dehydrogenation reactor that receives LOHC and performs a dehydrogenation reaction; And
It includes a fuel cell that receives hydrogen from the dehydrogenation reactor to generate power and supplies it to a demander of an offshore structure,
The dehydrogenation reactor,
A fuel cell system, characterized in that the dehydrogenation of LOHC is performed using waste heat of exhaust gas discharged from the fuel cell.
천연가스 공급부를 더 포함하고,
상기 연료전지는,
수소 및 천연가스를 공급받아 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 1, wherein the system,
Further comprising a natural gas supply,
The fuel cell,
A fuel cell system, characterized in that it receives hydrogen and natural gas to produce electric power.
상기 연료전지 내에서 천연가스의 적어도 일부가 개질되며,
상기 개질은 흡열 반응으로서,
상기 연료전지가 수소를 이용하여 전력을 생산할 때 발생하는 열을 이용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 2,
At least a part of natural gas is reformed in the fuel cell,
The modification is an endothermic reaction,
A fuel cell system, characterized in that the fuel cell uses heat generated when the fuel cell uses hydrogen to generate power.
상기 탈수소 반응기로부터 상기 연료전지로 공급되는 수소의 유량, 상기 연료전지의 온도 및 상기 수요처의 전력 필요량 중 어느 하나 이상에 따라 상기 천연가스 공급부의 천연가스 공급량을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 2, wherein the system,
It characterized in that it further comprises a control unit for controlling the natural gas supply amount of the natural gas supply unit according to any one or more of the flow rate of hydrogen supplied to the fuel cell from the dehydrogenation reactor, the temperature of the fuel cell, and the power requirement of the customer. Fuel cell system.
암모니아 공급부를 더 포함하고,
상기 연료전지는,
수소 및 암모니아를 공급받아 전력을 생산하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 1, wherein the system,
Further comprising an ammonia supply,
The fuel cell,
A fuel cell system, characterized in that it receives hydrogen and ammonia to generate electric power.
상기 연료전지로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 기화되어 상기 연료전지에 공급되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The method of claim 5, wherein the ammonia,
A fuel cell system, characterized in that vaporized using waste heat of exhaust gas discharged from the fuel cell and supplied to the fuel cell.
상기 연료전지 내에서 암모니아의 적어도 일부가 개질되며,
상기 개질은 흡열 반응으로서,
상기 연료전지가 수소를 이용하여 전력을 생산할 때 발생하는 열을 이용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 5,
At least part of ammonia is reformed in the fuel cell,
The modification is an endothermic reaction,
A fuel cell system, characterized in that the fuel cell uses heat generated when the fuel cell uses hydrogen to generate power.
상기 탈수소 반응기로부터 상기 연료전지로 공급되는 수소의 유량, 상기 연료전지의 온도 및 상기 수요처의 전력 필요량 중 어느 하나 이상에 따라 상기 암모니아 공급부의 암모니아 공급량을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 5, wherein the system,
Fuel, characterized in that it further comprises a control unit for controlling the ammonia supply amount of the ammonia supply unit according to any one or more of a flow rate of hydrogen supplied from the dehydrogenation reactor to the fuel cell, a temperature of the fuel cell, and a power requirement of the customer. Battery system.
시클로헥산, 메틸시클로헥산, 테트라린, 페닐시클로헥산, 4-아미노피페린, 카바졸, 퍼하이드로-디벤젤톨루엔, 데칼린, 포름산, 암모니아보레인, 나프탈렌, 아세톤, N-에틸카바졸 및 2-N-메틸벤질 피리딘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 1, wherein the LOHC,
Cyclohexane, methylcyclohexane, tetrarin, phenylcyclohexane, 4-aminopiperine, carbazole, perhydro-dibenzeltoluene, decalin, formic acid, ammonia borane, naphthalene, acetone, N-ethylcarbazole and 2- A fuel cell system, characterized in that at least one selected from the group consisting of N-methylbenzyl pyridine.
배기가스의 온도가 600 내지 1000℃인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 1, wherein the fuel cell,
Fuel cell system, characterized in that the temperature of the exhaust gas is 600 to 1000 ℃.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20190083627 | 2019-07-11 | ||
KR1020190083627 | 2019-07-11 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20210007789A true KR20210007789A (en) | 2021-01-20 |
KR102283365B1 KR102283365B1 (en) | 2021-07-29 |
Family
ID=74305297
Family Applications (5)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190131776A KR102283358B1 (en) | 2019-07-11 | 2019-10-22 | Fuel cell system and marine structure having the same |
KR1020190131777A KR102219136B1 (en) | 2019-07-11 | 2019-10-22 | Fuel cell system and marine structure having the same |
KR1020190131772A KR102283365B1 (en) | 2019-07-11 | 2019-10-22 | Fuel cell system and marine structure having the same |
KR1020190131775A KR102283345B1 (en) | 2019-07-11 | 2019-10-22 | Fuel cell system and marine structure having the same |
KR1020190131774A KR102283350B1 (en) | 2019-07-11 | 2019-10-22 | Fuel cell system and marine structure having the same |
Family Applications Before (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190131776A KR102283358B1 (en) | 2019-07-11 | 2019-10-22 | Fuel cell system and marine structure having the same |
KR1020190131777A KR102219136B1 (en) | 2019-07-11 | 2019-10-22 | Fuel cell system and marine structure having the same |
Family Applications After (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190131775A KR102283345B1 (en) | 2019-07-11 | 2019-10-22 | Fuel cell system and marine structure having the same |
KR1020190131774A KR102283350B1 (en) | 2019-07-11 | 2019-10-22 | Fuel cell system and marine structure having the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (5) | KR102283358B1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113258097A (en) * | 2021-04-22 | 2021-08-13 | 四川荣创新能动力系统有限公司 | Control method of marine hydrogen fuel cell cooling system |
KR102672078B1 (en) * | 2023-09-27 | 2024-06-04 | 조원석 | Self-power generation system using ethanol or green ammonia as fuel |
Families Citing this family (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102465884B1 (en) * | 2021-03-10 | 2022-11-11 | 한국해양과학기술원 | A ballast water system of marine fuel cell ship using ammonia reforming |
KR102441842B1 (en) | 2021-03-17 | 2022-09-08 | 대우조선해양 주식회사 | Fuel cell generation system |
KR102453313B1 (en) | 2021-03-26 | 2022-10-12 | 대우조선해양 주식회사 | Fuel cell generation system for vessel and vessel including the same |
KR102506742B1 (en) | 2021-04-13 | 2023-03-08 | 대우조선해양 주식회사 | Fuel cell generation system and vessel including the same |
KR102453315B1 (en) | 2021-04-28 | 2022-10-12 | 대우조선해양 주식회사 | Fuel cell generation system and vessel including the same |
KR102506797B1 (en) | 2021-04-28 | 2023-03-08 | 대우조선해양 주식회사 | Fuel cell generation system and vessel including the same |
KR102453316B1 (en) | 2021-04-30 | 2022-10-11 | 대우조선해양 주식회사 | Fuel cell generation system and vessel including the same |
US11724245B2 (en) | 2021-08-13 | 2023-08-15 | Amogy Inc. | Integrated heat exchanger reactors for renewable fuel delivery systems |
US12000333B2 (en) | 2021-05-14 | 2024-06-04 | AMOGY, Inc. | Systems and methods for processing ammonia |
KR102510675B1 (en) * | 2021-06-01 | 2023-03-16 | 대우조선해양 주식회사 | Fuel cell generation system and vessel including the same |
KR102520201B1 (en) * | 2021-06-01 | 2023-04-11 | 대우조선해양 주식회사 | Fuel cell generation system and vessel including the same |
CN113571748B (en) * | 2021-06-04 | 2023-09-22 | 华能苏州热电有限责任公司 | LOHC system of coupling solid oxide fuel cell |
AU2022290866A1 (en) | 2021-06-11 | 2023-12-21 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing ammonia |
US11539063B1 (en) | 2021-08-17 | 2022-12-27 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing hydrogen |
DE102021214213A1 (en) * | 2021-12-13 | 2023-06-15 | Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung | Fuel cell device and system with a fuel cell device |
KR102669573B1 (en) * | 2021-12-28 | 2024-05-28 | 한국생산기술연구원 | Zero-carbon emission energy production system and method based on metallic monolith catalytic reactor using low-power high-frequency induction heating |
GB2619690A (en) * | 2022-03-02 | 2023-12-20 | Equinor Energy As | Hydrocarbon production system with reduced carbon dioxide emission |
GB2619689A (en) * | 2022-03-02 | 2023-12-20 | Equinor Energy As | Hydrocarbon production system with reduced carbon dioxide emission |
US11912574B1 (en) | 2022-10-06 | 2024-02-27 | Amogy Inc. | Methods for reforming ammonia |
US11795055B1 (en) | 2022-10-21 | 2023-10-24 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing ammonia |
US11866328B1 (en) | 2022-10-21 | 2024-01-09 | Amogy Inc. | Systems and methods for processing ammonia |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005203266A (en) * | 2004-01-16 | 2005-07-28 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Hydrogen production method and hydrogen production system |
JP2016098387A (en) * | 2014-11-19 | 2016-05-30 | 株式会社東芝 | Hydrogen production apparatus, hydrogen production method, and electric power storage system |
KR20170042768A (en) * | 2014-08-19 | 2017-04-19 | 와트 퓨얼 셀 코퍼레이션 | Multi-reformable fuel delivery systems and methods for fuel cells |
KR20180108013A (en) * | 2017-03-23 | 2018-10-04 | 대우조선해양 주식회사 | The fuel cell system for submarine and method of generating electric power using therof |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4356966B2 (en) * | 2002-12-06 | 2009-11-04 | 勝 市川 | Fuel cell |
JP2010176939A (en) | 2009-01-28 | 2010-08-12 | Toshiba Corp | Power storage system, and operation method thereof |
JP5346693B2 (en) * | 2009-06-02 | 2013-11-20 | 日立造船株式会社 | Fuel cell system using ammonia as fuel |
KR101138763B1 (en) * | 2009-12-08 | 2012-04-24 | 삼성중공업 주식회사 | Apparatus for load following fuel cell power generation system in a ship and method thereof |
KR101254669B1 (en) * | 2011-04-14 | 2013-04-15 | 대우조선해양 주식회사 | Fuel cell system for ship |
JP2016134278A (en) * | 2015-01-19 | 2016-07-25 | 株式会社豊田自動織機 | Fuel battery system |
JP6623030B2 (en) * | 2015-10-28 | 2019-12-18 | 株式会社Kri | Solid oxide fuel cell system |
-
2019
- 2019-10-22 KR KR1020190131776A patent/KR102283358B1/en active IP Right Grant
- 2019-10-22 KR KR1020190131777A patent/KR102219136B1/en active IP Right Grant
- 2019-10-22 KR KR1020190131772A patent/KR102283365B1/en active IP Right Grant
- 2019-10-22 KR KR1020190131775A patent/KR102283345B1/en active IP Right Grant
- 2019-10-22 KR KR1020190131774A patent/KR102283350B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005203266A (en) * | 2004-01-16 | 2005-07-28 | Kansai Electric Power Co Inc:The | Hydrogen production method and hydrogen production system |
KR20170042768A (en) * | 2014-08-19 | 2017-04-19 | 와트 퓨얼 셀 코퍼레이션 | Multi-reformable fuel delivery systems and methods for fuel cells |
JP2016098387A (en) * | 2014-11-19 | 2016-05-30 | 株式会社東芝 | Hydrogen production apparatus, hydrogen production method, and electric power storage system |
KR20180108013A (en) * | 2017-03-23 | 2018-10-04 | 대우조선해양 주식회사 | The fuel cell system for submarine and method of generating electric power using therof |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113258097A (en) * | 2021-04-22 | 2021-08-13 | 四川荣创新能动力系统有限公司 | Control method of marine hydrogen fuel cell cooling system |
KR102672078B1 (en) * | 2023-09-27 | 2024-06-04 | 조원석 | Self-power generation system using ethanol or green ammonia as fuel |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20210007792A (en) | 2021-01-20 |
KR102219136B1 (en) | 2021-02-23 |
KR20210007793A (en) | 2021-01-20 |
KR102283365B1 (en) | 2021-07-29 |
KR20210007791A (en) | 2021-01-20 |
KR102283350B1 (en) | 2021-07-29 |
KR20210007790A (en) | 2021-01-20 |
KR102283345B1 (en) | 2021-07-29 |
KR102283358B1 (en) | 2021-07-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102219136B1 (en) | Fuel cell system and marine structure having the same | |
KR102271156B1 (en) | Ship | |
CN108604695A (en) | Utilize the energy storage of the REP with engine | |
KR102389296B1 (en) | Fuel cell system and marine structure having the same | |
US20230352702A1 (en) | Hydrogen Generation Using a Fuel Cell System with an Rep | |
KR20220058801A (en) | Fuel cell and vessel comprising the same | |
KR20240055460A (en) | Energy supply system and method for mobile | |
KR20230089655A (en) | Dehydrogenation reaction device and system compring the same | |
KR20170080828A (en) | Ship | |
KR20170080827A (en) | Ship |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right |