KR20220034281A - 선박용 발전시스템 - Google Patents

Abstract

선박용 발전시스템이 개시된다. 본 실시 예에 따른 선박용 발전시스템은 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 천연 증발가스를 포함하는 천연가스를 수용하는 저장탱크; 상기 저장탱크의 천연가스를 공급받으며, 공급된 천연가스를 수소를 포함하는 합성가스로 개질시키는 반응부; 상기 반응부에서 생산된 합성가스 중 수소를 공급받으며, 공급된 수소를 통해 전력을 생산하는 연료전지 발전부; 및 상기 저장탱크의 천연가스를 상기 반응부로 공급하며, 상기 연료전지 발전부와 열적으로 연결되는 가스공급라인;을 포함하여 제공될 수 있다.

Description

선박용 발전시스템{GENERATION SYSTEM FOR SHIP}

본 발명은 선박용 발전시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박에서 저장탱크에 저장된 천연가스를 이용하여 수소를 생산하며, 이를 통해 전력을 발전할 수 있는 선박용 발전시스템에 관한 것이다.

수소 에너지는 공해가 없는 청정에너지로서 그 실용화 범위가 확대되고 있다. 이러한 수소 생산을 위해 사용되는 종래의 스팀 개질법은 천연가스와 같은 탄화수소 물질을 스팀(수증기)과 개질반응시켜 수소를 추출하는 방법이다.

천연가스는 수소 비율이 높은 메탄(Methane)을 다량 함유하고 있으므로 스팀 개질에 많이 사용되고 있다. 종래에는 천연가스 개질 방식의 수소 생산 설비를 육상에 마련하고 있으며, 육상의 파이프라인을 통해 천연가스를 공급받아 수소 생산을 수행하고 있다.

이에, 가스정 또는 유정으로부터 채굴된 천연가스를 공급받아 선박에서 수소 생산 설비를 통해 바로 수소를 생산함으로써, 육상의 수소 생산 설비를 줄이고, 이동성을 확보하여 다양한 수요처로 생산된 수소를 공급할 수 있는 방안이 제기된다.

아울러, 선박에서 수소 생산 설비를 통해 생산된 수소를 활용하여 전력을 생산할 수 있는 방안에 대해 연구가 필요한 실정이다.

대한민국 공개특허공보 10-2018-0051910호(2018년 05월 17일, 공개)

본 실시 예는 저장탱크에 저장된 천연가스를 이용하여 수소를 생산하며, 이를 통해 전력을 발전할 수 있는 선박용 발전시스템을 제공하고자 함이다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 천연 증발가스를 포함하는 천연가스를 수용하는 저장탱크; 상기 저장탱크의 천연가스를 공급받으며, 공급된 천연가스를 수소를 포함하는 합성가스로 개질시키는 반응부; 상기 반응부에서 생산된 합성가스 중 수소를 공급받으며, 공급된 수소를 통해 전력을 생산하는 연료전지 발전부; 상기 저장탱크의 천연가스를 상기 반응부로 공급하는 가스공급라인; 및 냉각수를 통해 상기 반응부에서 생산된 합성가스를 냉각시키거나 또는 상기 연료전지 발전부의 전력 생산으로 발생되는 폐열을 냉각시키는 냉각수라인;을 포함할 수 있다.

상기 냉각수라인의 냉각수는 상기 연료전지 발전부의 전력 생산으로 발생되는 폐열을 통해 가열될 수 있다.

상기 연료전지 발전부와 열적으로 연결되며, 열매체가 순환되는 순환라인;을 더 포함할 수 있다.

상기 가스공급라인에 구비되며, 상기 순환라인과 연결되어 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 순환라인의 열매체 상호간에 열교환되도록 하는 제1 열교환부;를 더 포함할 수 있다.

상기 순환라인은 상기 연료전지 발전부와 연결된 지점보다 상류 지점에 마련되어 열매체를 가압하여 순환시키는 펌프와, 상기 연료전지 발전부와 연결된 지점보다 하류 지점에 마련되어 상기 연료전지 발전부를 통과하며 기화된 열매체를 통해 발전하는 순환발전부를 포함할 수 있다.

상기 가스공급라인 중 상기 제1 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 냉각수라인과 연결되어 상기 제1 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 제2 열교환부;를 더 포함할 수 있다.

상기 가스공급라인 중 상기 제2 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 냉각수라인과 연결되어 상기 제2 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 제3 열교환부;를 더 포함할 수 있다.

상기 냉각수라인은 냉각수가 상기 반응부를 통과하며 스팀으로 전환되며, 전환된 스팀을 상기 가스공급라인으로 공급하는 제1 냉각수라인; 냉각수가 상기 반응부를 통과하며 가열되고, 상기 제3 열교환부와 연결되어 가열된 냉각수를 상기 제3 열교환부로 공급하는 제2 냉각수라인; 및 상기 제2 냉각수라인 중 상기 제3 열교환부 하류 지점에서 분기되며, 상기 제2 냉각수라인의 냉각수 중 일부를 상기 연료전지 발전부로 공급하여 스팀으로 전환시키며, 전환된 스팀을 상기 제1 냉각수라인으로 공급하는 제3 냉각수라인;을 포함할 수 있다.

상기 제3 열교환부를 거친 상기 제2 냉각수라인의 냉각수는 상기 제2 열교환부로 공급될 수 있다.

상기 반응부는 상기 가스공급라인을 통해 천연가스를 공급받으며, 공급된 천연가스를 수소 및 일산화탄소를 포함하는 제1 합성가스로 개질시키는 개질반응기; 제1 반응라인을 통해 상기 개질반응기로부터 제1 합성가스를 공급받으며, 공급된 제1 합성가스를 수소 및 이산화탄소를 포함하는 제2 합성가스로 전환시키는 전환반응기; 및 제2 반응라인을 통해 상기 전환반응기로부터 제2 합성가스를 공급받으며, 공급된 제2 합성가스 중 수소를 분리하는 수소분리기;를 더 포함할 수 있다.

상기 개질반응기에서 발생한 폐가스를 외부로 배출하는 제1 폐가스라인; 및 상기 가스공급라인 중 상기 제3 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 제1 폐가스라인과 연결되어 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 제1 폐가스라인의 폐가스 상호간에 열교환되도록 하는 제4 열교환부;를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 반응라인에 구비되며, 상기 제1 냉각수라인과 연결되어 상기 제1 반응라인의 제1 합성가스와 상기 제1 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 제5 열교환부; 및 상기 제2 반응라인에 구비되며, 상기 제2 냉각수라인과 연결되어 상기 제2 반응라인의 제2 합성가스와 상기 제2 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 제6 열교환부;를 더 포함할 수 있다.

상기 가스공급라인 중 상기 제2 열교환부와 상기 제3 열교환부 사이에 구비되며, 상기 가스공급라인을 통과하는 천연가스의 메탄 함유량을 높이는 메탄 분리부;를 더 포함할 수 있다.

상기 가스공급라인 중 상기 제1 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 순환라인과 열적으로 연결되어 상기 제1 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 순환라인의 열매체 상호간에 열교환되도록 하는 제2 열교환부;를 더 포함할 수 있다.

유입부가 상기 순환라인 중 상기 순환라인 중 상기 연료전지 발전부와 연결된 지점보다 하류 지점에서 분기되며, 상기 제2 열교환부를 경유하고, 토출부가 상기 순환라인 중 상기 제1 열교환부 상류 지점에 합류되는 바이패스라인;을 더 포함할 수 있다.

상기 가스공급라인 중 상기 제2 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 냉각수라인과 연결되어 상기 제2 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 제3 열교환부;를 더 포함하며, 상기 냉각수라인은 냉각수가 상기 반응부를 통과하며 스팀으로 전환되며, 전환된 스팀을 상기 가스공급라인으로 공급하는 제1 냉각수라인; 냉각수가 상기 반응부를 통과하며 가열되고, 상기 제3 열교환부와 연결되어 가열된 냉각수를 상기 제3 열교환부로 공급하는 제2 냉각수라인; 및 상기 제2 냉각수라인 중 상기 제3 열교환부 하류 지점에서 분기되며, 상기 제2 냉각수라인의 냉각수 중 일부를 상기 연료전지 발전부로 공급하여 스팀으로 전환시키며, 전환된 스팀을 상기 제1 냉각수라인으로 공급하는 제3 냉각수라인;을 포함할 수 있다.

상기 제3 냉각수라인에서 분기되며, 상기 제3 냉각수라인의 스팀 중 일부를 상기 제2 냉각수라인 중 상기 제3 열교환부 상류 지점으로 공급하는 제4 냉각수라인;을 더 포함할 수 있다.

상기 제4 냉각수라인에 구비되며, 상기 제4 냉각수라인의 스팀 유통량을 조절하는 제1 스팀밸브; 및 상기 가스공급라인 중 상기 제3 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 제3 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스 온도를 측정하는 제1 온도센서;를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 천연 증발가스를 포함하는 천연가스를 수용하는 저장탱크; 상기 저장탱크의 천연가스를 공급받으며, 공급된 천연가스를 수소를 포함하는 합성가스로 개질시키는 반응부; 상기 반응부에서 생산된 합성가스 중 수소를 공급받으며, 공급된 수소를 통해 전력을 생산하는 연료전지 발전부; 냉각수를 통해 상기 반응부에서 생산된 합성가스를 냉각시키거나 또는 상기 연료전지 발전부의 전력 생산으로 발생되는 폐열을 냉각시키는 냉각수라인; 및 상기 연료전지 발전부와 열적으로 연결되며, 열매체가 순환되는 순환라인;을 포함할 수 있다.

본 실시 예에 의한 선박용 발전시스템은 저장탱크에 저장된 천연가스를 이용하여 수소를 생산할 수 있다.

본 실시 예에 의한 선박용 발전시스템은 FSRU(Floating, Storage, Re-gasification Unit) 등과 같은 선박에 적용되어 해상에서 이동하며 수소를 생산할 수 있다.

본 실시 예에 의한 선박용 발전시스템은 반응부에서 합성가스를 생산하며 발생된 폐열을 회수하여 천연가스를 가열시킬 수 있다.

본 실시 예에 의한 선박용 발전시스템은 제5 열교환부를 통과한 제1 냉각수라인의 냉각수가 스팀으로 전환된 후 가스공급라인으로 공급되어 천연가스와 합류되므로, 별도의 스팀 발생기가 구비되지 않더라도 수증기 개질 반응에 필요한 스팀(수증기)를 공급할 수 있다.

본 실시 예에 의한 선박용 발전시스템은 개질반응기에서 발생한 폐가스의 폐열을 이용하여 천연가스를 가열하므로, 개질반응기로 도입되는 메탄 함유량이 높은 천연가스의 온도가 높으며, 이로 인해 개질반응기의 버너에서 사용되는 연료로서의 천연가스 양을 줄일 수 있다.

본 실시 예에 의한 선박용 발전시스템은 연료전지 발전부의 폐열을 회수하여 천연가스를 가열할 수 있다.

본 실시 예에 의한 선박용 발전시스템은 천연가스의 냉열을 이용하여 연료전지 발전부를 냉각할 수 있다.

본 실시 예에 의한 선박용 발전시스템은 기존의 선박 중 천연가스용 저장탱크가 있는 선박에 대해 과도한 개조 없이 발전시스템을 곧바로 적용할 수 있으므로 새로운 선박 제조에 소요되는 비용을 절감할 수 있다.

본 실시 예에 의한 선박용 발전시스템은 저장탱크에 저장된 천연가스를 통해 수소를 생산하며, 생산된 수소를 통해 연료전지 발전부에서 전력을 발전할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 발전시스템을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박용 발전시스템을 나타내는 개념도이다.

이하에서는 본 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이며, 여기서 제시한 것으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략할 수 있고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 선박용 발전시스템은 FSRU(Floating, Storage, Re-gasification Unit) 등과 같은 선박에 적용되어 선박의 운용시에도 반응부가 저장탱크로부터 천연가스를 공급받아 수소를 생산할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시 예에 따른 선박용 발전시스템은 FSRU 등과 같은 선박에 적용되는 것에 한정하는 것은 아니며, 이외에도 천연가스를 수용할 수 있는 저장탱크가 구비된 다양한 선박에 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(100)을 나타내는 개념도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(100)은 저장탱크(110)와, 반응부(140)와, 연료전지 발전부(150)와, 가스공급라인(120)과, 냉각수라인(160)과, 순환라인(181)을 포함할 수 있다.

저장탱크(110)는 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 천연 증발가스를 포함하는 천연가스(LNG, liquefied natural gas)를 수용 및 저장하도록 마련될 수 있다. 저장탱크(110)는 외부의 열 침입에 의한 액화천연가스의 기화를 최소화할 수 있도록 단열 처리된 멤브레인 타입의 화물창으로 마련될 수 있다.

저장탱크(110)는 천연가스의 생산지 또는 공급처 등으로부터 액화된 천연가스를 공급받아 수용 및 저장할 수 있다. 한편, 도시되지는 않았지만 저장탱크(110)의 액화천연가스 및 천연 증발가스는 엔진용 라인(미도시)을 통해 선박의 추진용 엔진(미도시) 또는 선박의 발전용 엔진(미도시) 등의 연료가스로 공급될 수도 있다.

저장탱크(110)는 일반적으로 단열 처리되어 설치되나, 외부의 열 침입을 완전히 차단하는 것은 실질적으로 어려우므로, 저장탱크(110) 내부에는 액화천연가스가 자연적으로 기화하여 발생하는 천연 증발가스가 존재하게 된다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(100)은 이와 같은 저장탱크(110) 내부에 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 천연 증발가스를 포함하는 천연가스를 후술하는 반응부(140)로 공급하여 수소를 생산할 수 있다. 한편, 저장탱크(110)는 도시된 바와 같이 복수개로 마련될 수 있으며, 이에 한정하지 않고 필요에 따라 다양한 개수로 마련될 수 있다.

가스공급라인(120)은 저장탱크(110)의 천연가스를 반응부(140)로 공급할 수 있다. 가스공급라인(120)은 저장탱크(110)에 연결된 액화가스라인(120a) 및 증발가스라인(120b)과, 액화가스라인(120a) 및 증발가스라인(120b)을 통해 공급되는 액화천연가스 및 천연 증발가스를 혼합시키는 혼합부(112)가 구비될 수 있다.

액화가스라인(120a)은 저장탱크(110)의 액화천연가스를 혼합부(112)로 공급하도록 마련될 수 있다. 이를 위해 액화가스라인(120a)의 입구 측 단부는 저장탱크(110)의 내부 하측에 배치되되 이송펌프(111)가 마련될 수 있으며, 출구 측 단부는 혼합부(112)에 연결될 수 있다.

증발가스라인(120b)은 저장탱크(110)의 증발가스를 혼합부(112)로 공급하도록 마련될 수 있다. 이를 위해 증발가스라인(120b)은 입구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 연결되어 마련되고, 출구 측 단부는 혼합부(112)에 연결될 수 있다.

증발가스라인(120b)은 개폐밸브(도면부호 미도시)가 구비될 수 있다. 개폐밸브는 증발가스라인(120b)에 구비되어 증발가스라인(120b)의 개방 및 폐쇄를 조절할 수 있다. 개폐밸브의 일례로서, 전자적으로 제어되는 솔레노이드 밸브로 마련되어 제어부의 작동에 따라 자동으로 개폐가 조절될 수 있으며, 다른 예로서, 개폐밸브는 저장탱크(110) 내부의 천연 증발가스 압력이 기 설정된 값 이상이 되면 개방되는 밸브로 마련될 수도 있다. 한편, 개폐밸브를 이에 한정하는 것은 아니며 증발가스라인(120b)의 개방 및 폐쇄를 조절하는 다양한 방식으로 마련될 수 있다.

액화가스라인(120a)을 통해 혼합부(112)로 공급된 액화천연가스 및 증발가스라인(120b)을 통해 혼합부(112)로 공급된 천연 증발가스는 혼합부(112)에서 혼합되며 섞일 수 있다.

혼합부(112)의 일례로서, 혼합부(112)는 공지된 재기화부로 구비될 수 있다. 혼합부(112)가 재기화부로 마련된 경우, 혼합부(112)는 가스공급라인(120)에 구비되어 가스공급라인(120)을 통과하는 천연가스를 재기화시킬 수 있다. 좀 더 구체적으로 살펴보면, 혼합부(112)는 저장탱크(110)로부터 액화가스라인(120a)을 통해 액체상태의 액화천연가스를 공급받으며, 저장탱크(110)로부터 증발가스라인(120b)을 통해 기체상태의 천연 증발가스를 공급받을 수 있다.

혼합부(112)는 저장탱크(110)로부터 액체상태 또는 기체상태로 공급되는 천연가스를 고압으로 만들어주는 고압펌프를 포함하고, 약 -163 ℃의 천연가스를 기화시켜 상온(약 5 ℃)의 천연가스로 변환시킬 수 있다.

혼합부(112)는 액체상태 또는 기체상태로 공급되는 천연가스를 열전달 매체와의 열교환을 통해 고압 천연가스로 재기화할 수 있으며, 열전달 매체를 가열하기 위한 히터 및 해수를 끌어올리기 위한 해수펌프를 포함할 수 있다.

예컨대, 혼합부(112)는 해수를 열전달 매체로 사용하는 오픈 루프 방식의 기화기이거나 청수, 스팀, 프로판을 열전달 매체로 사용하는 클로즈 루프 방식의 기화기로 구성될 수 있다. 또한 혼합부(112)에서 열교환을 위한 열전달 매체로 천연가스의 온도인 약 -163℃에서도 상변화가 일어나지 않도록 부동액이 첨가된 글리콜 워터(Glycol water)를 사용할 수도 있다. 이에 따라 혼합부(112)를 통과하기 전 천연 증발가스와 액화천연가스는 혼합부(112)를 통과한 뒤 고온 고압의 천연가스로 상태가 변화될 수 있다. 한편, 혼합부(112)에서는 후술하는 메탄 분리부(130)에서 분리 및 정제되기에 적절한 온도 및 압력을 가지도록 천연가스의 온도 및 압력을 조절할 수 있다.

혼합부(112)의 다른 예로서, 혼합부(112)는 공지된 인라인 믹서(inline mixer)로 마련될 수도 있다. 혼합부(112)가 인라인 믹서로 마련된 경우, 혼합부(112)는 가스공급라인(120)에 구비되어 가스공급라인(120)을 통과하는 천연가스를 혼합시킬 수 있다. 이 경우, 액화가스라인(120a)을 통해 혼합부(112)로 공급된 액화천연가스 및 증발가스라인(120b)을 통해 혼합부(112)로 공급된 천연 증발가스는 혼합부(112)에서 혼합되어 가스공급라인(120)을 통해 반응부(140)로 공급될 수 있다.

한편, 혼합부(112)의 방식을 전술한 바에 한정하는 것은 아니며, 혼합부(112)는 혼합부(112)를 통과하는 액화천연가스 및 천연 증발가스가 혼합되거나, 혼합부(112)를 통과하는 액화천연가스 및 천연 증발가스를 고온 고압의 천연가스로 상태를 변화시키는 다양한 수단으로 마련될 수 있다.

반응부(140)는 가스공급라인(120)을 통해 천연가스를 공급받을 수 있으며, 공급된 천연가스를 수소를 포함하는 합성가스로 개질시킬 수 있다. 반응부(140)는 개질반응기(141)와, 전환반응기(142) 및 수소분리기(143)를 포함할 수 있다. 아울러, 반응부(140)는 제1 반응라인(146)과, 제2 반응라인(147)과, 냉각부(T5, T6)와, 제1 폐가스라인(144) 및 제2 폐가스라인(145)을 더 포함할 수 있다.

반응부(140)의 개질반응기(141)는 가스공급라인(120)을 통해 가열된 천연가스를 공급받을 수 있다. 반응부(140)의 개질반응기(141)는 가스공급라인(120)에서 분기된 분기라인(121)을 통해 공급받은 천연가스를 연소시킬 수 있는 버너(도면부호 미도시)가 구비될 수 있다.

분기라인(121)은 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2)와 제3 열교환부(T3) 사이에서 분기되며, 가스공급라인(120)의 천연가스 중 일부를 반응부(140)의 연료로 공급할 수 있다. 좀 더 구체적으로 살펴보면, 분기라인(121)은 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2)와 메탄 분리부(130) 사이에서 분기될 수 있다.

개질반응기(141)는 버너로부터 발생한 연소열을 이용하여, 가스공급라인(120)을 통해 공급된 천연가스를 스팀과 개질반응시켜 수소 및 일산화탄소를 포함하는 제1 합성가스로 개질시킬 수 있다. 한편, 개질반응기(141)에서 발생한 가스 중에서 제1 합성가스를 제외한 나머지 폐가스는 제1 폐가스라인(144)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

반응부(140)의 개질반응기(141)에서는 천연가스와 수증기가 촉매 작용 하에 수증기 개질 반응을 일으키고, 이에 따라 수소 및 일산화탄소를 포함하는 제1 합성가스가 생성될 수 있다. 한편, 천연가스(메탄(CH4) 함유 가스)의 수증기 개질 반응은 흡열 반응이며, 반응식은 "CH4 + H20 + Q(버너에 의해 발생한 연소열) -> 3H2 + CO"와 같다.

수소 및 일산화탄소를 포함하는 제1 합성가스는 제1 반응라인(146)을 통해 전환반응기(142)로 공급될 수 있다.

전환반응기(142)는 제1 반응라인(146)을 통해 개질반응기(141)로부터 제1 합성가스를 공급받을 수 있다. 전환반응기(142)는 개질반응기(141)로부터 공급된 제1 합성가스를 수소 및 이산화탄소를 포함하는 제2 합성가스로 전환시킬 수 있다.

전환반응기(142)는 수성가스 전환 반응을 통해 제1 합성가스로부터 일산화탄소가 전환되고 수소가 생성되어 제1 합성가스에 비해 수소 함량이 더욱 높은 합성가스가 생성될 수 있다. 전환반응기(142)의 수성가스 전환반응은 발열 반응이며, 반응식은 "CO + H20 -> CO2 + H2 + Q(Heat)"와 같다.

전환반응기(142)는 일례로서, 수성가스 전환반응을 일으키는 Watergas Shifter로 마련될 수 있다. 다만, 전환반응기(142)는 이에 한정하는 것은 아니며, 제1 합성가스에 함유된 일산화탄소를 이산화탄소로 전환하여 일산화탄소의 농도를 낮추는 전환반응기(142)로서, 공지된 고온전환반응기(142)(HTS, High Temperature Shift) 및 저온전환반응기(142)(LTS, Low Temperature Shift)로 마련될 수도 있다.

수소 및 이산화탄소를 포함하는 제2 합성가스는 제2 반응라인(147)을 통해 수소분리기(143)로 공급될 수 있다.

수소분리기(143)는 제2 반응라인(147)을 통해 공급된 제2 합성가스로부터 수소를 분리 및 정제할 수 있다. 한편, 전환반응기(142)를 통과한 제2 합성가스는 수소 및 이산화탄소 이외에도 스팀, 일산화탄소 등의 성분이 포함될 수 있다. 이 중에서 수소분리기(143)에 의해 분리 및 정제된 수소는 수소분리기(143)에 연결되는 수소공급라인(151)을 통해 연료전지 발전부(150)로 공급될 수 있다.

수소분리기(143)의 일례로서, 공지된 4~12개의 흡착탑으로 구성된 PSA(Pressure Swing Adsorption) 공정을 수행할 수 있으며, 예컨대 흡착제로 molecular sieve를 사용하여 400~500 psig의 혼합유체 흐름에서 80~92%의 수소(H2)를 분리할 수 있다.

한편, 수소분리기(143)는 이에 한정하는 것은 아니며, 수소분리기(143)에서 수소를 분리 및 정제하여 연료전지 발전부(150)로 공급하며, 수소 이외의 기체를 제2 폐가스라인(145)을 통해 배출할 수 있도록 제2 합성가스를 분리 및 정제할 수 있는 다양한 수단으로 마련될 수 있다.

수소분리기(143)는 제2 합성가스 중에서 수소를 제외한 나머지 기체를 수소 분리기에 연결되는 제2 폐가스라인(145)을 통해 배출시킬 수 있다. 수소분리기(143)에 연결된 제2 폐가스라인(145)은 제2 합성가스 중에서 수소를 제외한 나머지 기체를 개질반응기(141)에 연결된 제1 폐가스라인(144)으로 합류시킬 수 있다.

제2 폐가스라인(145)은 일단이 수소분리기(143)에 연결되며, 타단이 제1 폐가스라인(144)에 연결될 수 있다. 이에 따라 수소분리기(143)에서 분리된 수소를 제외한 나머지 폐가스 기체는 제2 폐가스라인(145)을 통해 개질반응기(141)에서 배출되는 폐가스와 제1 폐가스라인(144)에서 합류될 수 있다. 합류된 폐가스 기체들은 제1 폐가스라인(144)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

연료전지 발전부(150)는 반응부(140)에서 생산된 합성가스 중 수소를 공급받을 수 있다. 아울러, 연료전지 발전부(150)는 반응부(140)로부터 공급된 수소를 통해 전력을 생산할 수 있다. 좀 더 구체적으로 살펴보면, 연료전지 발전부(150)는 반응부(140)를 통해 수소를 공급받을 수 있으며, 별도의 산소공급부(미도시)를 통해 산소를 공급받을 수 있다. 연료전지 발전부(150)는 공급된 수소 및 산소를 반응시켜 전력을 생산할 수 있다.

연료전지 발전부(150)는 고체산화물 연료전지 발전부(SOFC) 또는 용융탄산염 연료전지(MCFC)로 마련될 수 있다. 다만, 연료전지 발전부(150)는 이에 한정하는 것은 아니며, 수소를 연료로 이용하여 전력을 생산하는 다양한 방식으로 마련될 수 있다.

연료전지 발전부(150)는 반응부(140) 중 수소분리기(143)에서 분리된 수소를 수소공급라인(151)을 통해 공급받을 수 있다. 연료전지 발전부(150)는 수소분리기(143)로부터 공급받은 수소를 통해 발전하여 전력을 생산할 수 있다.

연료전지 발전부(150)에서 생산된 전력은 선박에서 요구되는 추진 발전력으로 제공되거나, 선박에 구비되는 기타 부가장비를 구동시키기 위해 제공될 수 있다. 아울러, 연료전지 발전부(150)에서 생산된 전력은 선박에 구비된 고전압배터리에 저장될 수 있으며, 고전압배터리에 저장된 전력은 필요시 사용할 수 있다.

연료전지 발전부(150)에서 생산된 전력은 전력 터미널을 통해 다른 선박이나 또는 육상의 전력 수급처로 공급될 수도 있다. 한편, 연료전지 발전부(150)에서 생산된 전력의 활용 방안은 이에 한정하는 것은 아니며, 전력이 필요한 다양한 곳에 제공될 수 있다.

한편, 연료전지 발전부(150)는 수소를 통해 발전하는 과정에서 지속적으로 발열이 발생하게 된다. 이에 따라 연료전지 발전부(150)의 온도가 높아져 장치 또는 전력 생산 공정의 오작동을 방지하기 위해 연료전지 발전부(150)를 지속적으로 냉각할 필요가 있다.

이에 따라 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(100)은 순환라인(181)과 연료전지 발전부(150)가 열적으로 연결될 수 있다. 연료전지 발전부(150)는 대략적으로 700~1000 ℃에서 작동하기 때문에, 연료전지 발전부(150)를 경유하는 순환라인(181)의 열매체는 연료전지 발전부(150)의 전력 생산으로 발생하는 폐열을 통해 가열될 수 있다.

아울러, 연료전지 발전부(150)는 연료전지 발전부(150)를 경유하는 순환라인(181)의 열매체에 의해 냉각될 수 있다. 한편, 연료전지 발전부(150)는 도시된 바와 같이 순환라인(181) 중 순환발전부(186)과 펌프(183) 사이에서 순환라인(181)과 열적으로 연결될 수 있다. 다만, 연료전지 발전부(150)가 순환라인(181)과 연결되는 지점은 이에 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 순환라인(181)의 다양한 위치에 연결될 수 있다.

순환라인(181)은 연료전지 발전부(150)에 직접적으로 연결됨으로써, 순환라인(181)의 열매체와 연료전지 발전부(150)의 전력 생산으로 발생되는 폐열 상호간에 직접적으로 열교환될 수 있다. 아울러, 순환라인(181)은 연료전지 발전부(150)에 별도의 열교환부(미도시)를 통해 간접적으로 연결됨으로써 순환라인(181)의 열매체와 연료전지 발전부(150)의 전력 생산으로 발생되는 폐열 상호간에 간접적으로 열교환될 수도 있다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(100)은 순환라인(181)이 마련될 수 있다. 순환라인(181)은 연료전지 발전부(150) 및 가스공급라인(120)과 열적으로 연결되며, 열매체가 순환될 수 있다. 열매체는 순환라인(181) 상을 순환하며, 연료전지 발전부(150)로부터 온열을 공급받으며, 공급받은 온열을 제1 열교환부(T1)를 통과하는 가스공급라인(120)의 천연가스로 제공할 수 있다.

순환라인(181)을 순환하는 열매체는 냉각매체로 마련될 수 있다. 열매체는 냉각수로 구비될 수도 있다. 이와 달리 열매체는 부동액을 첨가한 글리콜 워터(Glycol water)로 구비될 수도 있다. 아울러, 열매체는 헬륨, 질소, 산소 등을 포함하는 냉매로 마련될 수도 있다. 한편, 열매체는 연료전지 발전부(150)에서 온열을 공급받으며, 제1 열교환부(T1)에서 온열을 가스공급라인(120)의 천연가스로 공급할 수 있으며, 연료전지 발전부(150)를 경유하며 기화되는 다양한 매체로 마련될 수도 있다.

순환라인(181)은 순환라인(181) 상에서 열매체를 가압하여 순환시키는 펌프(183)와, 열매체의 압력 변화를 흡수하는 팽창탱크(182)를 구비할 수 있다. 아울러, 순환라인(181)은 연료전지 발전부(150)에서 기화된 열매체를 통해 발전하는 순환발전부(186)를 구비할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 펌프(183)는 순환라인(181) 중 팽창탱크(182) 하류 지점에 설치되며, 팽창탱크(182)에 저장된 액체 상태의 열매체를 연료전지 발전부(150)로 공급하도록 할 수 있다. 한편, 펌프(183)는 순환라인(181) 중 연료전지 발전부(150)의 상류 지점에 마련되어 열매체를 가압하여 순환시킬 수 있다. 아울러, 순환발전부(186)는 연료전지 발전부(150) 하류 지점에 마련되어 연료전지 발전부(150)에서 기화된 열매체를 통해 발전할 수 있다.

연료전지 발전부(150)는 순환라인(181)과 열적으로 연결될 수 있다. 구체적으로 살펴보면, 연료전지 발전부(150)는 순환라인(181) 중 펌프(183)와 순환발전부(186) 사이에 연결될 수 있다. 연료전지 발전부(150)에서는 순환라인(181)의 열매체와 연료전지 발전부(150)의 전력 생산으로 발생한 폐열 상호간에 열교환될 수 있다.

이에 따라 연료전지 발전부(150)는 연료전지 발전부(150)를 경유하는 순환라인(181)의 열매체에 의해 냉각될 수 있으며, 순환라인(181)의 열매체는 연료전지 발전부(150)를 경유하며 연료전지 발전부(150)의 폐열로 가열되어 기화될 수 있다. 아울러, 연료전지 발전부(150)를 거친 순환라인(181)의 열매체는 순환발전부(186)를 통과한 뒤 제1 열교환부(T1) 로 공급될 수 있다.

한편, 연료전지 발전부(150)를 통과하는 순환라인(181)의 열매체는 기화될 수 있다. 기화된 열매체는 순환라인(181)에 구비된 순환발전부(186)로 공급될 수 있다. 순환발전부(186)는 순환라인(181)의 연료전지 발전부(150)에서 기화된 열매체를 통해 발전할 수 있다.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 순환발전부(186)는 기화된 열매체를 통해 구동하는 터빈(186a)과, 터빈(186a)의 구동에 의해 발전하는 발전기(186b)를 포함할 수 있다.

터빈(186a)은 연료전지 발전부(150)에서 기화된 열매체를 이용하여 구동될 수 있다. 즉 터빈(186a)은 연료전지 발전부(150)를 통과하며 기화된 열매체를 통해 회전될 수 있다. 터빈(186a)의 일례로, 트윈 스크류 타입(Twin Screw Type)으로 마련될 수 있으며, 이에 한정하지 않고 기화된 열매체를 통해 발전기(186b)를 구동할 수 있는 다양한 방식으로 마련될 수 있다.

발전기(186b)는 터빈(186a)의 축(도면부호 미도시)와 연결되어 전력을 생산할 수 있다. 발전기(186b)는 터빈(186a)의 회전력을 전달받아 전력을 생산할 수 있는 다양한 방식으로 마련될 수 있다. 한편, 발전기(186b)는 터빈(186a)의 구동에 의해 전력을 생산하도록 발전할 수 있으며, 이를 전력라인(미도시)을 통해 선박에 구비된 설비 등과 같은 전력수급처로 전력을 공급할 수 있다.

한편, 터빈(186a)을 통과한 순환라인(181)의 열매체는 제1 열교환부(T1)로 공급되어 가스공급라인(120)의 천연가스를 가열시킬 수 있다. 아울러, 가스공급라인(120)의 천연가스와 제1 열교환부(T1)에서 열교환된 순환라인(181)의 열매체는 가스공급라인(120)의 천연가스의 냉열을 전달받아 액화되어 팽창탱크(182)로 공급될 수 있다.

즉 순환라인(181)의 열매체는 연료전지 발전부(150)를 거친 뒤 가열되며, 가열된 열매체는 터빈(186a)을 통과한 뒤 제1 열교환부(T1)로 공급되어 가스공급라인(120)의 천연가스를 가열시킬 수 있다.

팽창탱크(182)는 순환라인(181) 중 제1 열교환부(T1) 하류 지점에 설치될 수 있으며, 제1 열교환부(T1)에서 가스공급라인(120)의 천연가스와 열교환 과정에서 냉각된 열매체 또는 냉각되어 액화된 열매체를 저장할 수 있다. 팽창탱크(182)는 순환라인(181)의 순환 조건에 따른 열매체의 압력 변화를 흡수하고, 팽창탱크(182)로 회수되는 열매체가 설정된 온도 범위를 유지하여 정해진 압력 범위를 유지할 수 있도록 할 수 있다.

한편, 순환라인(181)에 배치되는 팽창탱크(182), 펌프(183), 순환발전부(186) 및 연료전지 발전부(150)의 배치는 전술한 바에 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 적절하게 그 배치를 변경할 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(100)은 가열부(T1, T2, T3, T4)와 냉각부(T5, T6)가 구비될 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 가열부(T1, T2, T3, T4)는 각각 가스공급라인(120)에 구비되는 제1 열교환부(T1)와, 제2 열교환부(T2)와, 제3 열교환부(T3)와, 제4 열교환부(T4)를 포함할 수 있다. 가열부(T1, T2, T3, T4)는 후술하는 바와 같이 순환라인(181)의 열매체, 냉각수라인(160)의 냉각수 또는 제1 폐가스라인(144)의 폐가스와 열적으로 연결될 수 있다.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 제1 열교환부(T1)는 가스공급라인(120) 중 혼합부(112) 하류 지점에 구비될 수 있으며, 순환라인(181)과 연결될 수 있다. 제2 열교환부(T2)는 가스공급라인(120) 중 제1 열교환부(T1) 하류 지점에 구비될 수 있으며, 제2 냉각수라인(162)과 연결될 수 있다. 제3 열교환부(T3)는 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2) 하류 지점에 구비될 수 있으며, 제2 냉각수라인(162)과 연결될 수 있다. 제4 열교환부(T4)는 가스공급라인(120) 중 제3 열교환부(T3) 하류 지점에 구비될 수 있으며, 제1 폐가스라인(144)와 연결될수 있다.

가열부(T1, T2, T3, T4)는 가스공급라인(120)에 구비되며, 가스공급라인(120)을 통과하는 천연가스를 가열시킬 수 있다. 이에 따라 가열부(T1, T2, T3, T4)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스는 가열된 상태로 개질반응기(141)에 도입될 수 있다.

한편, 가스공급라인(120)의 천연가스는 가열부(T1, T2, T3, T4)를 거치며 가열된 상태를 가지므로, 이에 따라 개질 반응에 사용되는 메탄을 포함하는 천연가스가 반응에 적절한 온도로 개질반응기(141)로 공급될 수 있으며, 아울러 버너에서 연료로 사용되는 천연가스의 양을 줄일 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 냉각부(T5, T6)는 제1 반응라인(146)에 구비되는 제5 열교환부(T5)와, 제2 반응라인(147)에 구비되는 제6 열교환부(T6)를 포함할 수 있다. 냉각부(T5, T6)는 후술하는 바와 같이 냉각수라인(160)의 냉각수와 열적으로 연결될 수 있다.

냉각부(T5, T6)는 제1 반응라인(146) 또는 제2 반응라인(147)에 마련되며, 제1 반응라인(146)을 통과하는 제1 합성가스를 냉각시키거나, 제2 반응라인(147)을 통과하는 제2 합성가스를 냉각시킬 수 있다.

개질반응기(141)에서 제1 반응라인(146)을 통해 배출되는 제1 합성가스는 매우 고온 상태일 수 있다. 이에 따라 제1 반응라인(146)의 제1 합성가스는 냉각부(T5, T6)를 통해 냉각수라인(160)의 냉각수에 의해 냉각될 수 있다.

전환반응기(142)에서 제2 반응라인(147)을 통해 배출되는 제2 합성가스는 개질반응기(141)에서 제1 반응라인(146)을 통해 배출되는 제1 합성가스보다는 상대적으로 저온 상태에 해당될 수 있다. 이는 제1 합성가스는 제1 반응라인(146)에서 냉각부(T5, T6)에 의해 냉각된 상태로 전환반응기(142)로 공급되기 때문이다. 한편, 제2 반응라인(147)의 제2 합성가스는 냉각부(T5, T6)를 통해 냉각수라인(160)의 냉각수에 의해 냉각될 수 있다.

냉각수라인(160)은 냉각수를 통해 반응부(140)에서 생산된 합성가스를 냉각시킬 수 있다. 냉각수라인(160)은 냉각수공급부(W)에 연결될 수 있으며, 냉각수공급부(W)로부터 냉각수를 공급받아 유통시킬 수 있다.

냉각수공급부(W)는 선박 내부에 구비되는 냉각수를 냉각수라인(160)으로 공급하는 방식으로 마련될 수 있으며, 이와 달리 선박 외부의 해수를 담수화 및 정화 처리한 냉각수를 냉각수라인(160)으로 공급하는 방식으로 마련될 수도 있다.

냉각수라인(160)은 냉각부(T5, T6)에 연결될 수 있다. 이에 따라 냉각부(T5, T6)는 제1 반응라인(146)을 통과하는 제1 합성가스 또는 제2 반응라인(147)을 통과하는 합성가스를 냉각수라인(160)의 냉각수에 의해 냉각시킬 수 있다.

냉각수라인(160)은 제1 냉각수라인(161), 제2 냉각수라인(162)을 포함할 수 있다. 한편, 도 1에 도시된 바와 같이 냉각수라인(160)은 냉각수공급부(W)에서 하나의 라인으로 냉각수가 공급되며, 하나의 라인에서 각각 제1 냉각수라인(161) 및 제2 냉각수라인(162)으로 분기될 수 있다. 이와 달리, 도시되지는 않았지만 제1 냉각수라인(161) 및 제2 냉각수라인(162) 은 각각 냉각수공급부(W)와 연결되는 별도의 라인으로 마련될 수도 있다.

제1 냉각수라인(161)은 냉각수공급부(W)로부터 공급받은 냉각수가 반응부(140)를 통과하며 스팀으로 전환될 수 있으며, 전환된 스팀을 가스공급라인(120)으로 합류시킬 수 있다.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 제1 냉각수라인(161)은 반응부(140)의 냉각부(T5, T6) 중 제5 열교환부(T5)와 연결될 수 있다. 냉각부(T5, T6) 중 제5 열교환부(T5)는 제1 반응라인(146)에 구비되며, 제1 냉각수라인(161)과 연결되어 제1 반응라인(146)의 제1 합성가스와 제1 냉각수라인(161)의 냉각수 상호간에 열교환되도록 할 수 있다. 이에 따라 제1 냉각수라인(161)의 냉각수가 제1 반응라인(146)의 합성가스를 냉각시킬 수 있다.

구체적으로 살펴보면, 제1 냉각수라인(161)의 냉각수는 냉각부(T5, T6) 중 제1 반응라인(146)에 구비되는 제5 열교환부(T5)를 통과할 수 있다. 제1 냉각수라인(161)의 냉각수는 제5 열교환부(T5)를 통과하며 스팀으로 전환될 수 있다. 이는 개질반응기(141)에서 배출되는 제1 합성가스가 매우 고온 상태에 해당되기 때문이다.

제1 냉각수라인(161)의 냉각수는 제5 열교환부(T5)를 통과하며 스팀으로 전환되며, 전환된 스팀은 가스공급라인(120) 중 제3 열교환부(T3)와 제4 열교환부(T4) 사이 지점으로 합류될 수 있다. 좀 더 구체적으로 살펴보면, 제1 냉각수라인(161)은 제5 열교환부(T5)를 통과한 스팀이 가스공급라인(120) 중 제3 열교환부(T3)와 제4 열교환부(T4) 사이 지점에 공급되도록 가스공급라인(120)에 연결될 수 있다.

이에 따라 제1 냉각수라인(161)의 냉각수는 제5 열교환부(T4)를 통과하며 스팀으로 전환된 후, 전환된 스팀은 가스공급라인(120) 중 제3 열교환부(T3)와 제4 열교환부(T4) 사이 지점에 공급되어 가스공급라인(120)을 통과하는 천연가스와 합류될 수 있다.

가스공급라인(120)에서 합류된 스팀과 천연가스는 가스공급라인(120)을 통해 개질반응기(141)로 공급될 수 있다. 이에 따라 개질반응기(141)에서 스팀과 천연가스가 개질반응하여 제1 합성가스가 생산될 수 있다.

한편, 제1 냉각수라인(161)은 전술한 바와 같이 가스공급라인(120) 중 제3 열교환부(T3)와 제4 열교환부(T4) 사이에 연결될 수 있지만, 이에 한정하는 것은 아니며 가스공급라인(120)의 다양한 위치에 연결될 수 있다.

제2 냉각수라인(162)은 냉각수공급부(W)로부터 공급받은 냉각수가 반응부(140)를 통과하며 가열되며, 제3 열교환부(T3)와 연결되어 가열된 냉각수를 제3 열교환부(T3)로 공급할 수 있다.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 제2 냉각수라인(162)은 반응부(140)의 냉각부(T5, T6) 중 제6 열교환부(T6)에 연결될 수 있다. 냉각부(T5, T6) 중 제6 열교환부(T6)는 제2 반응라인(147)에 구비되며, 제2 냉각수라인(162)과 연결되어 제2 반응라인(147)의 제2 합성가스와 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 상호간에 열교환되도록 할 수 있다. 이에 따라 제2 냉각수라인(162)의 냉각수가 제1 반응라인(146)의 제2 합성가스를 냉각시킬 수 있다.

구체적으로 살펴보면, 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 냉각부(T5, T6) 중 제2 반응라인(147)에 구비되는 제6 열교환부(T6)를 통과할 수 있다. 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 제6 열교환부(T6)를 통과하며 가열될 수 있다. 이는 제2 반응라인(147)을 통과하는 제2 합성가스가 제2 냉각수라인(162)의 냉각수보다 고온 상태에 해당되기 때문이다.

제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 제6 열교환부(T6)를 통과하며 가열되고, 제2 냉각수라인(162)은 가스공급라인(120)에 구비되는 제3 열교환부(T3)와 연결되어 가열된 냉각수를 제3 열교환부(T3)로 공급할 수 있다.

제2 냉각수라인(162) 중 제6 열교환부(T6)를 거친 냉각수는 제6 열교환부(T6)를 거치면서 제2 반응라인(147)의 제2 합성가스로부터 온열을 공급받으며, 이에 의해 제6 열교환부(T6)를 거치기 전 제2 냉각수라인(162)의 냉각수보다 상대적으로 고온 상태에 해당될 수 있다.

제2 냉각수라인(162)은 제6 열교환부(T6)를 통과하며 회수한 온열을 제3 열교환부(T3)로 공급할 수 있다. 제3 열교환부(T3)를 거친 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 제2 열교환부(T2)로 공급되어 제2 열교환부(T2)에서 가스공급라인(120)의 천연가스와 열교환될 수 있다.

제1 냉각수라인(161)의 냉각수는 제5 열교환부(T5)를 거친 뒤 스팀으로 전환되어 가스공급라인(120)으로 합류되며, 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 제6 열교환부(T6)를 거친 뒤 가열되어 순차적으로 제3 열교환부(T3)와 제2 열교환부(T2)로 공급될 수 있다.

제3 냉각수라인(163)은 제2 냉각수라인(162) 중 제3 열교환부(T3) 하류 지점에서 분기될 수 있다. 이에 따라 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 중 일부는 제3 냉각수라인(163)을 통해 연료전지 발전부(150)로 공급되며, 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 중 나머지는 제2 냉각수라인(162)을 통해 제2 열교환부(T2)로 공급될 수 있다.

제3 냉각수라인(163)은 연료전지 발전부(150)를 통과하며 스팀으로 전환되며, 전환된 스팀을 제1 냉각수라인(161)으로 공급할 수 있다. 좀 더 구체적으로 살펴보면, 제3 냉각수라인(163)은 제1 냉각수라인(161) 중 제5 열교환부(T5) 하류 지점으로 스팀을 공급할 수 있다. 연료전지 발전부(150)는 대략적으로 700~1000 ℃에서 작동하기 때문에, 연료전지 발전부(150)를 경유하는 제3 냉각수라인(163)의 냉각수가 스팀으로 전환될 수 있다. 이 때, 연료전지 발전부(150)는 제3 냉각수라인(163)의 냉각수에 의해 냉각될 수 있으며, 제3 냉각수라인(163)의 냉각수는 연료전지 발전부(150)에 의해 가열되어 스팀으로 전환될 수 있다.

제3 냉각수라인(163)은 연료전지 발전부(150)에 직접적으로 연결됨으로써, 제3 냉각수라인(163)의 냉각수와 연료전지 발전부(150)의 전력 생산으로 발생되는 폐열 상호간에 직접적으로 열교환될 수 있다. 아울러, 제3 냉각수라인(163)은 연료전지 발전부(150)에 별도의 열교환부(미도시)를 통해 간접적으로 연결됨으로써 제3 냉각수라인(163)의 냉각수와 연료전지 발전부(150)의 전력 생산으로 발생되는 폐열 상호간에 간접적으로 열교환될 수도 있다.

도 1에 도시된 바와 같이 제3 냉각수라인(163)은 제2 냉각수라인(162) 중 제2 열교환부(T2)와 제3 열교환부(T3)의 사이에서 분기될 수 있다. 한편, 연료전지 발전부(150)를 경유한 제3 냉각수라인(163)의 스팀은 제1 냉각수라인(161)으로 합류된 후, 가스공급라인(120)으로 공급되어 가스공급라인(120)의 천연가스와 합류될 수 있다.

즉 제3 열교환부(T3)을 거친 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 중 일부는 제3 냉각수라인(163)을 통해 연료전지 발전부(150)를 경유한 뒤 제1 냉각수라인(161)으로 합류하며, 제3 열교환부(T3)을 거친 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 중 나머지는 제2 냉각수라인(162)을 통해 제2 열교환부(T2)를 경유한 뒤 냉각수라인(160)으로 합류될 수 있다.

한편, 제2 냉각수라인(162)이 회수되는 지점은 도시된 바와 같이 냉각수라인(160) 중 제1 냉각수라인(161)과 제2 냉각수라인(162)이 분기되는 지점보다 상류 지점일 수 있다. 이 경우, 회수된 냉각수는 다시 분기되어 각각 제1 냉각수라인(161) 및 제2 냉각수라인(162)으로 유통될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 이와 달리 제2 냉각수라인(162)이 회수되는 지점은 제1 냉각수라인(161) 중 제4 열교환부(T4) 상류지점이거나 제2 냉각수라인(162) 중 제5 열교환부(T5) 상류지점일 수도 있다. 또한 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 냉각수라인(160)으로 회수되지 않고 냉각수공급부(W)로 회수되거나, 이와 달리 선박의 외부로 배출하는 것도 가능하다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(100)의 가열부(T1, T2, T3, T4)는 제1 열교환부(T1)와, 제2 열교환부(T2)와, 제3 열교환부(T3), 제4 열교환부(T4)를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 제1 열교환부(T1)는 가스공급라인(120)에 구비되며, 순환라인(181)과 연결되어 가스공급라인(120)의 천연가스와 순환라인(181)의 열매체 상호간에 열교환되도록 할 수 있다.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 제1 열교환부(T1)는 가스공급라인(120) 중 혼합부(112) 하류 지점에 구비될 수 있으며, 순환라인(181)과 연결될 수 있다. 이에 따라 혼합부(112)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스와 순환라인(181)의 열매체 상호간에 제1 열교환부(T1)에서 열교환될 수 있다. 이 경우, 가스공급라인(120)의 천연가스는 순환라인(181)의 열매체에 의해 가열될 수 있다. 순환라인(181)은 연료전지 발전부(150)의 폐열을 회수하며, 순환라인(181)의 열매체는 연료전지 발전부(150)의 폐열에 의해 가열될 수 있다. 즉 연료전지 발전부(150)의 폐열은 순환라인(181)을 통해 가스공급라인(120)의 제1 열교환부(T1)으로 공급될 수 있다.

이 경우, 가스공급라인(120)의 천연가스는 연료전지 발전부(150)의 폐열을 회수한 순환라인(181)의 열매체에 의해 가열될 수 있다. 아울러, 순환라인(181)의 열매체는 가스공급라인(120)의 천연가스에 의해 냉각되거나 또는 냉각되어 액화된 후 팽창탱크(182)로 공급될 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(100)은 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 제어부는 다양한 구성 요소의 동작을 제어하도록 구성된 알고리즘 또는 상기 알고리즘을 재생하는 소프트웨어 명령어에 관한 데이터를 저장하도록 구성된 비휘발성 메모리(도시되지 않음) 및 해당 메모리에 저장된 데이터를 사용하여 이하에 설명되는 동작을 수행하도록 구성된 프로세서(도시되지 않음)를 통해 구현될 수 있다. 여기서, 메모리 및 프로세서는 개별 칩으로 구현될 수 있다. 대안적으로는, 메모리 및 프로세서는 서로 통합된 단일 칩으로 구현될 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 프로세서의 형태를 취할 수 있다.

제1 열교환부(T1)를 거친 천연가스는 가스공급라인(120)을 통해 제2 열교환부(T2)로 공급될 수 있다.

도 1을 참조하면, 제2 열교환부(T2)는 가스공급라인(120) 중 제1 열교환부(T1) 하류 지점에 구비되며, 냉각수라인(160)과 연결되어 제1 열교환부(T1)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스와 냉각수라인(160)의 냉각수 상호간에 열교환되도록 할 수 있다.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 제2 열교환부(T2)는 가스공급라인(120) 중 제1 열교환부(T1)와 메탄 분리부(130) 사이에 구비될 수 있으며, 냉각수라인(160) 중 제2 냉각수라인(162)과 연결될 수 있다. 한편, 도시된 바와 같이 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 1차적으로 제3 열교환부(T3)를 경유한 뒤 제2 열교환부(T2)로 공급될 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니며, 도시되지는 않았지만 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 1차적으로 제2 열교환부(T2)를 경유한 뒤 제3 열교환부(T3)로 공급될 수도 있다.

한편, 이에 따라 제1 열교환부(T1)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스와 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 상호간에 제2 열교환부(T2)에서 열교환될 수 있다. 이 경우, 가스공급라인(120)의 천연가스는 제2 반응라인(147)의 온열을 회수한 뒤 제3 열교환부(T3)를 경유한 제2 냉각수라인(162)의 냉각수에 의해 가열될 수 있다. 아울러, 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 가스공급라인(120)의 천연가스에 의해 냉각될 수 있다.

제2 열교환부(T2)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 중 일부는 메탄 분리부(130)로 도입될 수 있다. 한편, 가스공급라인(120) 중 메탄 분리부(130)의 상류 지점에는 유통밸브(120c)가 구비될 수 있다. 유통밸브(120c)의 개방 정도에 따라 가스공급라인(120)의 천연가스 중 메탄 분리부(130)로 도입되는 천연가스의 유통량과, 분기라인(121)으로 도입되는 천연가스의 유통량을 조절할 수 있다.

메탄 분리부(130)는 가스공급라인(120) 중 제3 열교환부(T3)와 제4 열교환부(T4) 사이에 구비될 수 있다. 메탄 분리부(130)는 가스공급라인(120)을 통과하는 천연가스의 메탄(CH4) 함유량을 높일 수 있다.

이를 위해 메탄 분리부(130)는 일례로서, Adsorption, Membrane, Hydrocyclone, 기액분리기 등의 분리기가 사용될 수 있으며, 이에 한정하지 않고 가스공급라인(120)을 통과하는 천연가스의 메탄(CH4)의 함유량을 높일 수 있는 다양한 방식으로 마련될 수 있다.

도 1을 참조하면, 메탄 분리부(130)는 제1 분리기(131)와, 제2 분리기(132)를 포함할 수 있다.

제1 분리기(131)는 가스공급라인(120)의 천연가스 중 중탄화수소를 분리할 수 있다. 제1 분리기(131)에서 분리된 중탄화수소는 제1 토출라인(131a)을 통해 분기라인(121)으로 공급될 수 있다. 이에 따라 제1 분리기(131)에서 분리된 중탄화수소는 제1 토출라인(131a) 및 분기라인(121)을 통해 개질반응기(141) 버너의 연료로 공급될 수 있다. 한편, 가스공급라인(120)의 천연가스 중 제1 분리기(131)에서 분리된 중탄화수소를 제외한 나머지는 가스공급라인(120)을 따라 제2 분리기(132)로 공급될 수 있다.

제2 분리기(132)는 가스공급라인(120)의 천연가스 중 질소 등을 분리할 수 있다. 제2 분리기(132)에서 분리된 질소 등은 제2 토출라인(132a)을 통해 외부로 배출될 수 있다. 한편, 가스공급라인(120)의 천연가스 중 제2 분리기(132)에서 분리된 질소를 제외한 나머지는 가스공급라인(120)을 통해 제3 열교환부(T3)로 도입될 수 있다.

도 1을 참조하면, 제3 열교환부(T3)는 가스공급라인(120) 중 제2 열교환부(T2) 하류 지점에 구비되며, 냉각수라인(160)과 연결되어 제2 열교환부(T1)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스와 냉각수라인(160)의 냉각수 상호간에 열교환되도록 할 수 있다.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 제3 열교환부(T3)는 가스공급라인(120) 중 제4 열교환부(T4)와 메탄 분리부(130) 사이에 구비될 수 있으며, 냉각수라인(160) 중 제2 냉각수라인(162)과 연결될 수 있다.

이에 따라 메탄 분리부(130)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스와 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 상호간에 제3 열교환부(T3)에서 열교환될 수 있다. 이 경우, 가스공급라인(120)의 천연가스는 제2 반응라인(147)의 온열을 회수한 제2 냉각수라인(162)의 냉각수에 의해 가열될 수 있다. 아울러, 제2 냉각수라인(162)의 냉각수는 가스공급라인(120)의 천연가스에 의해 냉각될 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이 제3 열교환부(T3)를 거친 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 중 일부는 제3 냉각수라인(163)을 통해 연료전지 발전부(150)로 공급될 수 있으며, 제3 열교환부(T3)를 거친 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 중 나머지는 제2 냉각수라인(162)을 통해 제2 열교환부(T2)로 공급될 수 있다.

도 1을 참조하면, 제4 열교환부(T4)는 가스공급라인(120)에 구비되며, 제1 폐가스라인(144)과 연결되어 가스공급라인(120)의 천연가스와 제1 폐가스라인(144)의 폐가스 상호간에 열교환되도록 할 수 있다. 구체적으로 살펴보면, 제4 열교환부(T4)는 가스공급라인(120) 중 제3 열교환부(T3) 하류 지점에 구비되며, 제1 폐가스라인(144)과 연결되어 제3 열교환부(T3)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스와 제1 폐가스라인(144)의 폐가스 상호간에 열교환되도록 할 수 있다.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 가스공급라인(120)의 천연가스는 제1 냉각수라인(161)에 의해 스팀이 혼합된 상태로 제3 열교환부(T3)로 도입될 수 있다. 이 경우, 가스공급라인(120)의 스팀과 혼합된 천연가스는 개질반응기(141)에서 발생한 폐가스를 배출하는 제1 폐가스라인(144)의 폐가스에 의해 가열될 수 있다. 아울러, 제1 폐가스라인(144)의 폐가스는 가스공급라인(120)의 천연가스에 의해 냉각된 후 외부로 배출될 수 있다. 한편, 전술한 바와 같이 수소분리기(143)에서 수소를 제외한 기체는 제2 폐가스라인(145)을 통해 제1 폐가스라인(144)으로 도입되며, 제1 폐가스라인(144)의 폐가스와 합류된 후 제4 열교환부(T4)를 거친 뒤 외부로 배출될 수 있다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(100)은 반응부(140)에서 발생한 폐열을 회수하여 가스공급라인(120) 상에 천연가스를 가열하므로 열 효율이 증대되는 장점이 있다. 아울러, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(100)은 반응부(140)에서 생산된 합성가스 중 수소를 통해 연료전지 발전부(150)를 가동하여 전력을 생산할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(100)은 냉각수라인(160)과, 제5 열교환부(T5) 및 제6 열교환부(T6)를 통해 반응부(140)의 합성가스를 냉각시키며 반응부(140)의 폐열을 회수하고, 회수한 폐열을 직접적으로 냉각수라인(160)을 통해 제2 열교환부(T2) 및 제3 열교환부(T3)으로 공급할 수 있다. 아울러, 폐가스라인을 통해 반응부(140)에서 발생한 폐가스를 배출시키며, 폐가스가 가지고 있는 폐열을 제4 열교환부(T4)로 공급할 수 있다.

아울러, 본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(100)은 순환라인(181)의 열매체를 통해 연료전지 발전부(150)를 냉각시킬 수 있으며, 냉각수라인(160)의 냉각수를 통해 연료전지 발전부(150)를 냉각시킬 수 있다. 또한 연료전지 발전부(150)의 발전에 따라 발생한 폐열이 각각 냉각수라인(160)의 냉각수를 가열시키거나 또는 순환라인(181)을 통해 가스공급라인(120)으로 공급되는 장점이 있다.

본 발명의 제1 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(100)은 선박을 운용하면서도 선박에서 수소를 생산할 수 있으며, 생산된 수소를 통해 연료전지 발전부(150)에서 전력을 생산할 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박용 발전시스템(200)에 대해 설명한다.

이하에서 설명하는 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박용 발전시스템(200)의 관한 설명 중 별도의 도면부호를 들어 추가적으로 설명하는 경우 외에는 앞서 설명한 본 발명의 제1 실시 예에 의한 선박용 발전시스템(100)에 관한 설명과 동일한 것으로서 내용의 중복을 방지하기 위해 설명을 생략한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박용 발전시스템(200)은 가스공급라인(120) 중 제1 열교환부(T1) 하류 지점에 구비되며, 순환라인(181)과 열적으로 연결되는 제2 열교환부(T2)가 마련될 수 있다. 한편, 제2 열교환부(T2)는 제1 열교환부(T1)를 거친 천연가스와 순환라인(181)의 열매체 상호간에 열교환되도록 할 수 있다. 좀 더 구체적으로 살펴보면, 제2 열교환부(T2)는 제1 열교환부(T1) 하류 지점에 구비될 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박용 발전시스템(200)은 제2 열교환부(T2)가 순환라인(181)과 열적으로 연결될 수 있다. 즉 본 발명의 제2 실시 예에 의한 제2 열교환부(T2)를 통과하는 가스공급라인(120)의 천연가스는 순환라인(181)의 열매체에 의해 가열될 수 있다.

이를 위해 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박용 발전시스템(200)은 바이패스라인(284)을 더 포함할 수 있다. 바이패스라인(284)은 유입부(284a)와 토출부(284b)가 각각 순환라인(181)에 연결되며, 순환라인(181)의 열매체 중 일부를 바이패스라인(284)을 통해 제2 열교환부(T2)로 경유시킨 뒤 다시 순환라인(181)으로 합류시킬 수 있다.

좀 더 구체적으로 살펴보면, 바이패스라인(284)은 유입부(284a)가 순환라인(181) 중 제1 열교환부(T1) 상류 지점에서 분기될 수 있다. 즉 바이패스라인(284)의 유입부(284a)는 순환라인(181) 중 연료전지 발전부(150)와 연결된 지점과 제1 열교환부(T1) 사이에서 분기될 수 있다. 도 2를 살펴보면, 바이패스라인(284)의 유입부(284a)는 순환라인(181) 연료전지 발전부(150)와 연결된 지점과 순환발전부(186) 사이에서 분기될 수 있다.

따라서 연료전지 발전부(150)를 통과한 열매체 중 일부는 바이패스라인(284)을 통해 제2 열교환부(T2)로 공급되며, 나머지는 순환라인(181)을 통해 순환발전부(186)로 공급될 수 있다.

즉 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박용 발전시스템(200)은 가스공급라인(120)을 통과하는 천연가스가 1차적으로 제1 열교환부(T1)에서 순환라인(181)의 열매체에 의해 가열되며, 2차적으로 제2 열교환부(T2)에서 바이패스라인(284)의 열매체에 의해 가열될 수 있다.

바이패스라인(284)은 순환라인(181)에서 분기되어 제2 열교환부(T2)를 경유하고, 바이패스라인(284)의 토출부(284b)가 순환라인(181) 중 바이패스라인(284)의 유입부(284b)가 분기된 지점보다 하류 지점에 합류될 수 있다. 도 2를 살펴보면, 바이패스라인(284)의 토출부(284b)는 순환라인(181) 중 순환발전부(186)와 제1 열교환부(T1) 사이에 합류될 수 있다. 따라서 순환라인(181)의 열매체 중 일부는 바이패스라인(284)을 통해 제2 열교환부(T2)를 경유한 후 다시 순환라인(181)으로 합류되며, 순환라인(181)에서 합류된 열매체는 순환라인(181)을 순환할 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 의한 선박용 발전시스템(200)은 제1 냉각수라인(161), 제2 냉각수라인(162)이 구비될 수 있다.

제1 냉각수라인(161)은 냉각수가 반응부(140)를 통과하며 스팀으로 전환되며, 전환된 스팀을 가스공급라인(120)으로 공급할 수 있다. 제2 냉각수라인(162)은 냉각수가 반응부(140)를 통과하며 가열되고, 제3 열교환부(T3)와 연결되어 가열된 냉각수를 제3 열교환부(T3)로 공급할 수 있다. 제3 냉각수라인은(163)은 제2 냉각수라인(162) 중 제3 열교환부(T3) 하류 지점에서 분기되며, 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 중 일부를 연료전지 발전부(150)로 공급하여 스팀으로 전환시키며, 전환된 스팀을 제1 냉각수라인(161)으로 공급할 수 있다.

한편, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(200)은 제2 냉각수라인(162)의 냉각수가 제2 열교환부(T2)를 경유하지 않으며, 제2 냉각수라인(162)의 냉각수가 제3 열교환부(T3)를 경유한 뒤 냉각수라인(160)으로 복귀할 수 있다. 도시되지는 않았지만, 제2 냉각수라인(162) 중 제5 열교환부(T5) 하류 지점에서 분기되는 별도의 냉각수라인(미도시)가 마련되어 분기되는 별도의 냉각수라인이 제2 열교환부(T2)를 경유한 뒤 제2 냉각수라인(162) 중 제3 열교환부(T3) 하류 지점으로 합류될 수도 있다. 이 경우, 제2 열교환부(T2)를 통과하는 가스공급라인(120)의 천연가스는 바이패스라인(284)의 열매체 및 분기되는 별도의 냉각수라인(미도시)의 냉각수에 의해 이중으로 가열될 수 있다. 아울러, 도시되지는 않았지만, 제2 냉각수라인(162)는 제3 열교환부(T3)을 경유한 뒤 제2 열교환부(T2)를 경유하고 냉각수라인(160)으로 복귀할 수도 있다. 이 경우, 제2 열교환부(T2)를 통과하는 가스공급라인(120)의 천연가스는 바이패스라인(284)의 열매체 및 제3 열교환부(T3)를 경유한 제2 냉각수라인(162)의 냉각수에 의해 이중으로 가열될 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(200)은 제4 냉각수라인(164)를 더 포함할 수 있다. 제4 냉각수라인(164)는 제3 냉각수라인(163)에서 분기되며, 제3 냉각수라인(163)의 스팀 중 일부를 제2 냉각수라인(162) 중 제3 열교환부(T3) 상류 지점으로 공급할 수 있다.

제4 냉각수라인(164)는 제1 스팀밸브(164a)를 구비할 수 있다. 아울러, 제1 스팀밸브(164a)는 제4 냉각수라인(164)의 스팀 유통량을 조절할 수 있다. 제1 스팀밸브(164a)는 솔레노이드 밸브로 구비될 수 있으며, 이에 한정하지 않고 제4 냉각수라인(164)의 스팀 유통량을 조절할 수 있는 다양한 밸브로 구비될 수 있다.

가스공급라인(120)은 가스공급라인(120) 중 제3 열교환부(T3)를 거친 천연가스 온도를 측정하는 제1 온도센서(S1)를 구비할 수 있다. 제1 온도센서(S1)는 가스공급라인(120) 중 제3 열교환부(T3) 하류 지점에 구비될 수 있으며, 제3 열교환부(T3)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 온도를 측정할 수 있다.

제어부는 제1 온도센서(S1)를 통해 제3 열교환부(T3)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 온도를 감지하며, 제1 스팀밸브(164a)를 제어함으로써 제4 냉각수라인(164)의 스팀 유통량을 조절할 수 있다.

제어부는 제1 온도센서(S1)로부터 제3 열교환부(T3)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 온도 정보를 제공받을 수 있다. 제어부는 제3 열교환부(T3)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스 온도가 기 설정된 값 이하인 경우, 제2 냉각수라인(162)을 통해 제3 열교환부(T3)로 도입되는 냉각수의 유통량 및 온도가 증가되도록 제1 스팀밸브(164a)를 개방 제어할 수 있다.

제3 열교환부(T3)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스는 가스공급라인(120)을 통해 개질반응기(141)로 공급될 수 있다. 이 때, 제어부는 제3 열교환부(T3)를 거친 가스공급라인(120)의 천연가스가 온도가 낮아 개질 반응기에서 개질 반응을 위해 사용하기 부적절한 경우, 제1 스팀밸브(164a)가 좀 더 많이 개방되도록 제어함으로써 제4 냉각수라인(164)을 통해 제2 냉각수라인(162)으로 도입되는 스팀의 유통량을 증가되도록 할 수 있다.

이에 따라 제3 열교환부(T3)로 도입되는 제2 냉각수라인(162)의 냉각수 유통량 및 냉각수 온도가 증가되며, 이에 따라 제3 열교환부(T3)를 통과하는 가스공급라인(120)의 천연가스가 온열을 좀 더 많이 공급받을 수 있게 된다. 한편, 제어부는 제1 스팀밸브(164a)를 조절함으로써 개질 반응기에서 개질 반응을 위해 사용되기에 적절한 온도를 가지도록 천연가스의 온도를 조절할 수 있다.

본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(200)은 반응부(140)에서 발생한 폐열을 회수하여 가스공급라인(120) 상에 천연가스를 가열하므로 열 효율이 증대되는 장점이 있다. 아울러, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(200)은 반응부(140)에서 생산된 합성가스 중 수소를 통해 연료전지 발전부(150)를 가동하여 전력을 생산할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(200)은 냉각수라인(160)과, 제5 열교환부(T5) 및 제6 열교환부(T6)를 통해 반응부(140)의 합성가스를 냉각시키며 반응부(140)의 폐열을 회수하고, 회수한 폐열을 직접적으로 냉각수라인(160)을 통해 제3 열교환부(T2)로 공급할 수 있다. 아울러, 폐가스라인을 통해 반응부(140)에서 발생한 폐가스를 배출시키며, 폐가스가 가지고 있는 폐열을 제4 열교환부(T4)로 공급할 수 있다. 또한 순환라인(181)의 열매체를 통해 연료전지 발전부(150)의 폐열을 회수하여 제1 열교환부(T1) 및 제2 열교환부(T2)로 공급할 수 있다.

아울러, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 선박용 발전시스템(100)은 순환라인(181)의 열매체를 통해 연료전지 발전부(150)를 냉각시킬 수 있으며, 냉각수라인(160)의 냉각수를 통해 연료전지 발전부(150)를 냉각시킬 수 있다. 또한 연료전지 발전부(150)의 발전에 따라 발생한 폐열이 각각 냉각수라인(160)의 냉각수를 가열시키거나 또는 순환라인(181)을 통해 가스공급라인(120)으로 공급되는 장점이 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

100, 200 : 선박용 발전시스템
120 : 가스공급라인 130 : 메탄 분리부
140 : 반응부 150 : 연료전지 발전부
160 : 냉각수라인 181 : 순환라인
284 : 바이패스라인

Claims (18)

1. 액화천연가스 및 이로부터 발생하는 천연 증발가스를 포함하는 천연가스를 수용하는 저장탱크;
   상기 저장탱크의 천연가스를 공급받으며, 공급된 천연가스를 수소를 포함하는 합성가스로 개질시키는 반응부;
   상기 반응부에서 생산된 합성가스 중 수소를 공급받으며, 공급된 수소를 통해 전력을 생산하는 연료전지 발전부;
   상기 저장탱크의 천연가스를 상기 반응부로 공급하는 가스공급라인; 및
   냉각수를 통해 상기 반응부에서 생산된 합성가스를 냉각시키거나 또는 상기 연료전지 발전부의 전력 생산으로 발생되는 폐열을 냉각시키는 냉각수라인을 포함하는 선박용 발전시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 냉각수라인의 냉각수는 상기 연료전지 발전부의 전력 생산으로 발생되는 폐열을 통해 가열되는 선박용 발전 시스템.
3. 제1항에 있어서,
   상기 연료전지 발전부와 열적으로 연결되며, 열매체가 순환되는 순환라인을 더 포함하는 선박용 발전시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 가스공급라인에 구비되며, 상기 순환라인과 연결되어 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 순환라인의 열매체 상호간에 열교환되도록 하는 제1 열교환부를 더 포함하는 선박용 발전시스템.
5. 제3항에 있어서,
   상기 순환라인은
   상기 연료전지 발전부와 연결된 지점보다 상류 지점에 마련되어 열매체를 가압하여 순환시키는 펌프와, 상기 연료전지 발전부와 연결된 지점보다 하류 지점에 마련되어 상기 연료전지 발전부를 통과하며 기화된 열매체를 통해 발전하는 순환발전부를 포함하는 선박용 발전시스템.
6. 제4항에 있어서,
   상기 가스공급라인 중 상기 제1 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 냉각수라인과 연결되어 상기 제1 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 제2 열교환부를 더 포함하는 선박용 발전시스템.
7. 제6항에 있어서,
   상기 가스공급라인 중 상기 제2 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 냉각수라인과 연결되어 상기 제2 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 제3 열교환부;를 더 포함하는 선박용 발전시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 냉각수라인은
   냉각수가 상기 반응부를 통과하며 스팀으로 전환되며, 전환된 스팀을 상기 가스공급라인으로 공급하는 제1 냉각수라인;
   냉각수가 상기 반응부를 통과하며 가열되고, 상기 제3 열교환부와 연결되어 가열된 냉각수를 상기 제3 열교환부로 공급하는 제2 냉각수라인; 및
   상기 제2 냉각수라인 중 상기 제3 열교환부 하류 지점에서 분기되며, 상기 제2 냉각수라인의 냉각수 중 일부를 상기 연료전지 발전부로 공급하여 스팀으로 전환시키며, 전환된 스팀을 상기 제1 냉각수라인으로 공급하는 제3 냉각수라인을 포함하는 선박용 발전시스템.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제3 열교환부를 거친 상기 제2 냉각수라인의 냉각수는 상기 제2 열교환부로 공급되는 선박용 발전시스템.
10. 제8항에 있어서,
    상기 반응부는
    상기 가스공급라인을 통해 천연가스를 공급받으며, 공급된 천연가스를 수소 및 일산화탄소를 포함하는 제1 합성가스로 개질시키는 개질반응기;
    제1 반응라인을 통해 상기 개질반응기로부터 제1 합성가스를 공급받으며, 공급된 제1 합성가스를 수소 및 이산화탄소를 포함하는 제2 합성가스로 전환시키는 전환반응기; 및
    제2 반응라인을 통해 상기 전환반응기로부터 제2 합성가스를 공급받으며, 공급된 제2 합성가스 중 수소를 분리하는 수소분리기를 더 포함하는 선박용 발전시스템.
11. 제10항에 있어서,
    상기 개질반응기에서 발생한 폐가스를 외부로 배출하는 제1 폐가스라인; 및
    상기 가스공급라인 중 상기 제3 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 제1 폐가스라인과 연결되어 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 제1 폐가스라인의 폐가스 상호간에 열교환되도록 하는 제4 열교환부를 더 포함하는 선박용 발전시스템.
12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 반응라인에 구비되며, 상기 제1 냉각수라인과 연결되어 상기 제1 반응라인의 제1 합성가스와 상기 제1 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 제5 열교환부; 및
    상기 제2 반응라인에 구비되며, 상기 제2 냉각수라인과 연결되어 상기 제2 반응라인의 제2 합성가스와 상기 제2 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 제6 열교환부를 더 포함하는 선박용 발전시스템.
13. 제7항에 있어서,
    상기 가스공급라인 중 상기 제2 열교환부와 상기 제3 열교환부 사이에 구비되며, 상기 가스공급라인을 통과하는 천연가스의 메탄 함유량을 높이는 메탄 분리부를 더 포함하는 선박용 발전시스템.
14. 제4항에 있어서,
    상기 가스공급라인 중 상기 제1 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 순환라인과 열적으로 연결되어 상기 제1 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 순환라인의 열매체 상호간에 열교환되도록 하는 제2 열교환부를 더 포함하는 선박용 발전시스템.
15. 제14항에 있어서,
    유입부가 상기 순환라인 중 상기 연료전지 발전부와 연결된 지점보다 하류 지점에서 분기되며, 상기 제2 열교환부를 경유하고, 토출부가 상기 순환라인 중 상기 제1 열교환부 상류 지점에 합류되는 바이패스라인을 더 포함하는 선박용 발전시스템.
16. 제14항에 있어서,
    상기 가스공급라인 중 상기 제2 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 냉각수라인과 연결되어 상기 제2 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스와 상기 냉각수라인의 냉각수 상호간에 열교환되도록 하는 제3 열교환부를 더 포함하며,
    상기 냉각수라인은
    냉각수가 상기 반응부를 통과하며 스팀으로 전환되며, 전환된 스팀을 상기 가스공급라인으로 공급하는 제1 냉각수라인;
    냉각수가 상기 반응부를 통과하며 가열되고, 상기 제3 열교환부와 연결되어 가열된 냉각수를 상기 제3 열교환부로 공급하는 제2 냉각수라인; 및
    상기 제2 냉각수라인 중 상기 제3 열교환부 하류 지점에서 분기되며, 상기 제2 냉각수라인의 냉각수 중 일부를 상기 연료전지 발전부로 공급하여 스팀으로 전환시키며, 전환된 스팀을 상기 제1 냉각수라인으로 공급하는 제3 냉각수라인을 포함하는 선박용 발전시스템.
17. 제16항에 있어서,
    상기 제3 냉각수라인에서 분기되며, 상기 제3 냉각수라인의 스팀 중 일부를 상기 제2 냉각수라인 중 상기 제3 열교환부 상류 지점으로 공급하는 제4 냉각수라인을 더 포함하는 선박용 발전시스템.
18. 제17항에 있어서,
    상기 제4 냉각수라인에 구비되며, 상기 제4 냉각수라인의 스팀 유통량을 조절하는 제1 스팀밸브; 및
    상기 가스공급라인 중 상기 제3 열교환부 하류 지점에 구비되며, 상기 제3 열교환부를 거친 상기 가스공급라인의 천연가스 온도를 측정하는 제1 온도센서를 더 포함하는 선박용 발전시스템.

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