KR20220047471A - Fuel cell and vessel comprising the same - Google Patents

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Abstract

The present invention is to provide a ship equipped with a fuel cell and capable of meeting internal demands such as propulsion. According to the present invention, the ship comprises: a fuel cell which generates electricity using a fuel containing hydrogen; a power generation engine provided in plurality; and an energy storage device for storing electricity produced by the fuel cell and the power generation engine. The energy storage device may be alternately operated in a discharging mode for supplying power to the demands in the ship, and a charging mode in which power is supplied from the fuel cell and the power generation engine.

Description

연료전지 및 이를 포함하는 선박{Fuel cell and vessel comprising the same}Fuel cell and vessel comprising the same

본 발명은 연료전지 및 이를 포함하는 선박에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell and a ship including the same.

일반적으로 선박은 디젤유를 이용하여 구동력을 발생시키는 디젤엔진, LNG와 같은 가스를 이용하여 구동력을 발생시키는 가스엔진, 디젤유와 가스를 혼용하여 구동력을 발생시키는 이종연료엔진(Dual Fuel Engine) 등을 사용하여 추진한다.In general, ships use diesel engines to generate driving power using diesel oil, gas engines to generate driving power using gas such as LNG, and dual fuel engines to generate driving power by mixing diesel oil and gas. is promoted using

최근에는 IMO 환경규제 강화에 따른 친환경/고효율 엔진에 대한 요구가 증대하면서, 다양한 연료를 이용한 추진시스템에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 특히, 선박에서 배출되는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등과 같은 환경오염물질의 배출량을 감소시키면서 추진할 수 있는 기술들이 연구되고 있다.Recently, as the demand for eco-friendly/high-efficiency engines increases due to the strengthening of IMO environmental regulations, research on propulsion systems using various fuels is being actively conducted. In particular, technologies that can be promoted while reducing the emission of environmental pollutants such as sulfur oxides (SOx) and nitrogen oxides (NOx) emitted from ships are being studied.

종래 기술에 따른 선박은 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 등과 같은 환경오염물질의 배출량을 감소시키기 위해 Scrubber, SCR 등과 같은 환경오염물질 저감장치를 설치하였다.Ships according to the prior art have installed environmental pollutant reduction devices such as scrubbers and SCRs in order to reduce the emission of environmental pollutants such as sulfur oxides (SOx) and nitrogen oxides (NOx).

그러나, 종래 기술에 따른 선박은 환경규제가 점점 강화됨에 따라 환경오염물질 저감장치만으로는 환경규제를 만족시킬 수 없는 문제가 있다. 환경규제가 강화될수록 환경오염물질 저감장치의 처리용량이 커져야 하는데, 처리용량은 저감장치의 크기에 비례하기 때문이다. However, as environmental regulations are increasingly strengthened in ships according to the prior art, there is a problem that environmental regulations cannot be satisfied with only an environmental pollutant reduction device. As environmental regulations are strengthened, the processing capacity of the environmental pollutant reduction device should be increased, because the processing capacity is proportional to the size of the reduction device.

공간이 제한적인 선박에서 환경오염물질 저감장치가 차지하는 비율이 높아지면, 상대적으로 화물을 선적하는 공간이나 사람을 태우기 위한 공간이 감소될 뿐만 아니라 저감장치의 무게로 인해 연비도 증가되기 때문에 비효율적이다. 따라서, 환경 친화적이면서 고효율로 추진할 수 있는 선박에 대한 개발이 절실히 필요한 실정이며, 기존 연료 대비 환경 오염을 저감하기 위해 연료전지의 도입이 연구되어 적용되고 있는 추세이다.In a ship with limited space, if the proportion of the environmental pollutant reduction device increases, it is inefficient because the space for loading cargo or people is relatively reduced, as well as fuel economy due to the weight of the reduction device. Therefore, the development of environmentally friendly and highly efficient ships is urgently needed, and the introduction of fuel cells is being studied and applied to reduce environmental pollution compared to existing fuels.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연료전지를 구비하여, 추진 등 내부 수요를 충당할 수 있는 선박을 제공하는 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 ship equipped with a fuel cell and capable of meeting internal demands such as propulsion.

또한, 본 발명의 목적은 복수 개의 모듈형 연료전지를 구비하는 선박에서 연료전지 모듈의 용이한 취급이 가능한 배치 구조를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an arrangement structure capable of easily handling a fuel cell module in a ship having a plurality of modular fuel cells.

또한, 본 발명의 목적은 연료전지와 발전엔진을 구비하여 내부 수요를 충당하는 선박에서 에너지 저장장치의 효율적인 운전 방안을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an efficient operation method of an energy storage device in a ship that is equipped with a fuel cell and a power generation engine to meet internal demand.

본 발명의 일 측면에 따른 선박은, 수소가 포함된 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지, 복수 개로 구비되는 발전엔진, 및 상기 연료전지 및 상기 발전엔진에서 생산한 전기를 저장하는 에너지 저장장치를 포함하며, 상기 에너지 저장장치는, 상기 선박 내 수요처로 전력을 공급하는 방전 모드와, 상기 연료전지 및 상기 발전엔진으로부터 전력을 공급받는 충전 모드로 교호적으로 운전하는 것일 수 있다.A ship according to an aspect of the present invention includes a fuel cell for generating electricity using a fuel containing hydrogen, a power generation engine provided in plurality, and an energy storage device for storing the fuel cell and electricity generated by the power generation engine Including, wherein the energy storage device may be operated alternately in a discharge mode for supplying power to a demand in the ship and a charging mode for receiving power from the fuel cell and the power generation engine.

구체적으로, 상기 방전 모드는, 상기 에너지 저장장치의 저장 용량이 0 내지 20%가 될 때까지 전력을 공급하는 것이며, 상기 충전 모드는, 상기 에너지 저장장치의 저장 용량이 80 내지 100%가 될 때까지 전력을 공급받는 것일 수 있다.Specifically, in the discharging mode, power is supplied until the storage capacity of the energy storage device becomes 0 to 20%, and in the charging mode, when the storage capacity of the energy storage device becomes 80 to 100% It may be receiving power up to .

구체적으로, 상기 선박은, 상기 에너지 저장장치가 방전 모드인 경우 상기 에너지 저장장치의 전력을 우선하여 상기 수요처로 공급하는 것이며, 상기 에너지 저장장치가 충전 모드인 경우 상기 연료전지 및 상기 발전엔진에서 생성한 전력을 우선하여 상기 수요처로 공급할 수 있다.Specifically, in the ship, when the energy storage device is in the discharging mode, the power of the energy storage device is prioritized and supplied to the demand, and when the energy storage device is in the charging mode, it is generated by the fuel cell and the power generation engine It is possible to give priority to one electric power and to supply it to the demanding place.

구체적으로, 상기 복수 개의 발전엔진은, 서로 동일한 전력 생산량을 갖는 것이며, 상기 에너지 저장장치가 충전 모드인 경우 방전 모드인 경우에 비해 더 많은 수의 발전엔진을 운전할 수 있다.Specifically, the plurality of power generation engines have the same power production as each other, and when the energy storage device is in the charging mode, a larger number of power generation engines can be operated than in the case of the discharging mode.

구체적으로, 상기 복수 개의 발전엔진은, 제1 전력 생산량, 상기 제1 전력 생산량 보다 큰 제2 전력 생산량을 포함하는 서로 다른 둘 이상의 전력 생산량을 갖는 것이며, 상기 에너지 저장장치가 방전 모드인 경우 제1 전력 생산량을 갖는 발전엔진만을 운전하며, 상기 에너지 저장장치가 충전 모드인 경우 서로 다른 전력 생산량을 갖는 상기 복수 개의 발전엔진을 운전할 수 있다.Specifically, the plurality of power generation engines have two or more different power productions including a first power production amount and a second power production amount greater than the first power production amount, and when the energy storage device is in the discharge mode, the first Only a power generation engine having a power output is operated, and when the energy storage device is in a charging mode, the plurality of power generation engines having different power production amounts may be operated.

본 발명에 따른 선박은 연료전지를 구비하여 선박 내 수요처에서 요구하는 전력을 공급할 수 있으며, 선박 내에 저장된 액화가스를 스팀을 이용하여 개질하여 연료전지에 대한 연료로 공급하여 사용할 수 있다.The ship according to the present invention is equipped with a fuel cell to supply electric power required by a demand in the ship, and the liquefied gas stored in the ship can be reformed using steam and supplied as a fuel for the fuel cell to be used.

또한, 본 발명에 따른 선박은 액화가스의 개질반응이 흡열 반응인 점을 이용하여 연료전지의 온도에 따라 액화가스와 스팀을 개질하지 않고 연료전지로 바로 공급하여 연료전지 내부의 온도를 저감시킬 수 있으며, 이에 따라 연료전지의 냉각을 위해 공기의 공급량을 증가시키지 않을 수 있어 공기 블로워, 압축기와 같은 구성을 생략하여 선내 공간 배치상의 이점 및 에너지 효율상의 이점을 얻을 수 있다.In addition, the ship according to the present invention can reduce the temperature inside the fuel cell by supplying it directly to the fuel cell without reforming the liquefied gas and steam according to the temperature of the fuel cell, using the fact that the reforming reaction of the liquefied gas is an endothermic reaction. Accordingly, it is possible not to increase the supply amount of air for cooling the fuel cell, so the configuration such as an air blower and a compressor can be omitted, thereby obtaining advantages in terms of space arrangement and energy efficiency.

또한, 본 발명에 따른 선박은 정박시 잉여 전력을 항만의 수요처로 공급할 수 있다.In addition, the ship according to the present invention can supply the surplus power to the demand of the port when anchored.

또한, 본 발명에 따른 선박은 선박 내에서 생산된 전력을 에너지 저장장치에 저장하여 사용할 수 있으며, 에너지 저장장치를 이용하여 선내 전력 수요의 변동에 대처할 수 있다. 이때, 에너지 저장장치는 방전 모드와 충전 모드를 번갈아 수행하도록 하여 상대적으로 낮은 용량의 에너지 저장장치를 이용할 수 있게 된다.In addition, the ship according to the present invention can store and use the power produced in the ship in an energy storage device, and can cope with fluctuations in power demand in the ship by using the energy storage device. In this case, the energy storage device alternately performs the discharging mode and the charging mode, so that an energy storage device having a relatively low capacity can be used.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박이 항만에 정박하여 잉여 전력을 항만으로 공급하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에 마련되는 연료전지부를 나타낸 개념도이다.
도 3은 도 2의 B 구역을 확대하여 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지부의 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지부의 개념도이다.
도 6은 종래의 방법으로 에너지 저장장치를 운용하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 에너지 저장장치를 운용하는 과정을 나타낸 개념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 에너지 저장장치를 운용하는 과정을 나타낸 개념도이다.
1 is a conceptual diagram illustrating a process in which a ship anchors in a port and supplies surplus power to a port according to an embodiment of the present invention.
2 is a conceptual diagram illustrating a fuel cell unit provided in a ship according to an embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram illustrating an enlarged area B of FIG. 2 .
4 is a conceptual diagram of a fuel cell unit according to an embodiment of the present invention.
5 is a conceptual diagram of a fuel cell unit according to an embodiment of the present invention.
6 is a conceptual diagram illustrating a process of operating an energy storage device in a conventional method.
7 is a conceptual diagram illustrating a process of operating an energy storage device according to an embodiment of the present invention.
8 is a conceptual diagram illustrating a process of operating an energy storage device 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.The objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and preferred embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. In the present specification, in adding reference numbers to the components of each drawing, it should be noted that only the same components are given the same number as possible even though they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하에서, 고압, 저압, 고온, 저온, 고부하, 저부하 및 유량은 상대적인 것으로서, 절대적인 수치를 나타내는 것은 아님을 알려둔다.Hereinafter, it should be noted that high pressure, low pressure, high temperature, low temperature, high load, low load, and flow rate are relative and do not represent absolute values.

이하에서, 수소가 포함된 연료는 천연가스, 석탄가스, 석유가스, 에탄, 에탄올, 메탄올과 같은 탄화수소를 포함하는 화합물, 혼합물이거나 암모니아 등일 수 있다. 본 발명에 있어서 연료전지는 상기와 같은 연료 등에 함유되어 있는 수소와 공기 중의 산소를 전기화학 반응에 의해서 직접 전기에너지로 변환시키는 고효율의 청정발전 시스템을 의미한다. 즉, 연료전지는 수소가 포함된 연료를 이용하여 전기를 생산하는 것일 수 있다. 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 분류될 수 있지만, 본 발명에서 사용되는 연료전지는 500 내지 1000℃의 고온 조건에서 발전하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 사용되는 연료전지는 500 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, the fuel containing hydrogen may be a compound, mixture, or ammonia including hydrocarbons such as natural gas, coal gas, petroleum gas, ethane, ethanol, and methanol. In the present invention, a fuel cell refers to a high-efficiency clean power generation system that directly converts hydrogen contained in the fuel and oxygen in the air into electric energy through an electrochemical reaction. That is, the fuel cell may be one that generates electricity using fuel containing hydrogen. The fuel cell may be classified according to the type of electrolyte used, but the fuel cell used in the present invention may be one that generates power at a high temperature of 500 to 1000°C. In addition, the fuel cell used in the present invention may be to discharge a high-temperature exhaust gas of 500 to 1000 ℃. For example, the fuel cell of the present invention may be a solid oxide (SOFC) fuel cell or a molten carbonate fuel cell (MCFC), but preferably a solid oxide fuel cell.

이하에서, 액화가스는 액화천연가스, 액화석유가스, 에탄, 에탄올, 메탄올 등일 수 있으며, 예시적으로 액화천연가스(Liquefied Natural Gas)를 의미할 수 있으며, 증발가스는 자연 기화된 액화가스 등인 BOG(Boil Off Gas)를 의미할 수 있다. 액화가스는 증발가스나 액상의 액화가스가 강제기화되어 형성된 기상의 가스를 포괄하여 지칭할 수 있다.Hereinafter, the liquefied gas may be liquefied natural gas, liquefied petroleum gas, ethane, ethanol, methanol, etc., and may mean liquefied natural gas by way of example, and the boil-off gas is BOG which is naturally vaporized liquefied gas, etc. It may mean (Boil Off Gas). Liquefied gas may refer to a gaseous gas formed by forcibly vaporizing boil-off gas or liquid liquefied gas.

이하에서, 선박은 운반하는 컨테이너선, 상선, 해양에서 천연 가스를 생산할 수 있는 선박뿐만 아니라 가스 플랫폼과 해양 부유물을 비롯한 해양 구조물을 모두 포괄하는 표현임을 알려둔다.Hereinafter, it is noted that a vessel is an expression that encompasses not only a shipping container ship, a commercial vessel, a vessel capable of producing natural gas in the sea, but also an offshore structure including a gas platform and an offshore float.

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.

도 1 내지 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박을 설명한다.1 to 3, a ship according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 선박이 항만에 정박한 모습을 나타낸 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a state in which a ship is anchored in a port according to an embodiment of the present invention.

선박은 수소가 포함된 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지부(10)를 구비할 수 있으며, 연료전지부(10)는 실제 전기를 생산하는 연료전지 모듈(100)이 배치되는 연료전지 모듈부(11)와 연료전지 모듈(100)로 연료를 공급하거나, 연료전지 모듈(100)에서 생성된 전기를 수요처로 공급하기 위한 설비가 배치되는 연료전지 연결부(12)를 포함할 수 있다.The ship may include a fuel cell unit 10 that generates electricity using fuel containing hydrogen, and the fuel cell unit 10 is a fuel cell module in which a fuel cell module 100 that actually produces electricity is disposed. It may include the unit 11 and the fuel cell connection unit 12 in which a facility for supplying fuel to the fuel cell module 100 or supplying electricity generated from the fuel cell module 100 to a demand place is disposed.

연료전지 모듈부(11)는 내부에 복수 개의 연료전지 모듈(100)이 수납되는 공간을 제공할 수 있다. 연료전지 모듈부(11)가 배치되는 위치가 한정되는 것은 아니지만, 후술할 것과 같이 선박의 상갑판(D)의 하부에 배치되어 유지보수가 용이하게 이루어질 수 있는 것이 바람직하다.The fuel cell module unit 11 may provide a space in which the plurality of fuel cell modules 100 are accommodated. Although the position at which the fuel cell module part 11 is disposed is not limited, it is preferable that it is disposed below the upper deck (D) of the ship so that maintenance can be easily performed, as will be described later.

연료전지 연결부(12)는 각각의 연료전지 모듈(100)에 액화가스, 스팀, 공기를 공급하기 위한 연료 공급라인(L1), 공기 공급라인(L2) 등이 배치되는 공간을 제공할 수 있으며, 연료전지 모듈(100)에서 배출되는 가스를 이송하는 가스 배출라인(L6), 연료전지 모듈(100)에서 생산된 전기가 이송되는 전선(도시하지 않음)이 배치되는 공간을 제공할 수 있다.The fuel cell connection unit 12 may provide a space in which a fuel supply line (L1), an air supply line (L2), etc. for supplying liquefied gas, steam, and air to each fuel cell module 100 are disposed, A space may be provided in which a gas discharge line L6 for transferring gas discharged from the fuel cell module 100 and a wire (not shown) through which electricity produced by the fuel cell module 100 are transferred are disposed.

연료전지 연결부(12)는 연료전지 모듈부(11)의 상부에 배치되는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 도시된 바와 같이 선박의 상갑판(D)의 상부에 배치되어 후술할 송신부(20)와 가깝게 배치되는 것이 공간상으로 바람직하다.The fuel cell connection part 12 may be disposed on the upper part of the fuel cell module part 11 , but is not limited thereto. However, as shown, it is spatially preferable that it is disposed on the upper deck (D) of the ship and disposed close to the transmitter 20 to be described later.

송신부(20)는 선박의 상갑판(D) 상부에 배치될 수 있으며, 연료전지 연결부(12)를 통해 연료전지 모듈(100)에서 생성한 전기를 공급받아 선내 수요처로 공급하거나 선외 수요처로 공급할 수 있다.The transmitter 20 may be disposed on the upper deck (D) of the ship, and receives electricity generated by the fuel cell module 100 through the fuel cell connection part 12 and supplies it to in-board consumers or to outboard consumers. .

선박은 정박한 상태에서는 상대적으로 적은 양의 전력을 사용할 수 있으며, 이에 따라 연료전지 모듈(100)에서 생산한 전기 중 잉여분은 송신부(20)를 통해 항만에 마련되는 수신부(30)로 공급할 수 있다. 송신부(20)와 수신부(30)는 무선으로 전기를 송수신하기 위해 마련될 수 있으며, 수신부(30)는 변환부(40)로 전기를 공급하여 육상 수요처에서 요구하는 전압 조건으로 변전하여 수요처로 공급할 수 있다. 반대로, 선박에서 생산하는 전기보다 더 많은 전기가 필요한 경우에는 송신부(20)가 수신부(30)로부터 전기를 공급받아 선내 수요처로 공급할 수도 있다.A vessel can use a relatively small amount of power in a moored state, and accordingly, a surplus of electricity produced by the fuel cell module 100 can be supplied to the receiver 30 provided in the port through the transmitter 20. . The transmitter 20 and the receiver 30 may be provided to transmit and receive electricity wirelessly, and the receiver 30 supplies electricity to the converter 40, converts it to a voltage condition required by the onshore consumer, and supplies it to the consumer. can Conversely, when more electricity than the electricity produced by the ship is required, the transmitter 20 may receive electricity from the receiver 30 and supply it to a demand on the ship.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지부(10)를 보다 구체적으로 나타낸 개념도이다.2 is a conceptual diagram showing the fuel cell unit 10 according to an embodiment of the present invention in more detail.

연료전지부(10)는 연료전지 모듈부(11)와 연료전지 연결부(12)를 포함할 수 있으며, 연료전지 모듈부(11)와 연료전지 연결부(12)는 각각 선박의 상갑판(D) 상부와 하부에 마련될 수 있다.The fuel cell unit 10 may include a fuel cell module unit 11 and a fuel cell connection unit 12 , and the fuel cell module unit 11 and the fuel cell connection unit 12 are respectively located above the upper deck (D) of the ship. and may be provided below.

연료전지 모듈부(11)의 내부에는 복수개의 연료전지 모듈(100)이 배치될 수 있다. 구체적으로, 연료전지 모듈부(11)의 바닥에 유압을 통해 높이가 조절되는 복수 개의 지지부(15)가 배치될 수 있으며, 지지부(15)의 상부에 레일(14)이 배치될 수 있다.A plurality of fuel cell modules 100 may be disposed inside the fuel cell module unit 11 . Specifically, a plurality of support parts 15 whose height is adjusted through hydraulic pressure may be disposed on the bottom of the fuel cell module part 11 , and the rail 14 may be disposed on the support part 15 .

레일(14)은 복수 개로 마련되어 각각 복수 개의 지지부(15)의 상부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 하나의 레일(14)은 두 개 이상의 지지부(15) 상에 마련될 수 있고, 지지부(15)들의 높이가 조절됨에 따라 지지부(15) 상에서 기울어져 소정의 경사를 형성할 수 있다.A plurality of rails 14 may be provided and respectively disposed on the plurality of supports 15 . For example, one rail 14 may be provided on two or more support parts 15, and as the height of the support parts 15 is adjusted, it may be inclined on the support part 15 to form a predetermined inclination. .

도 2의 B 영역을 확대하여 나타낸 도 3을 참조하면, 레일(14)은 지지부(15) 상에 배치되어, 지지부(15)가 유압을 이용하여 높이가 달라짐에 따라 상하로 이동할 수 있다. 다만, 레일(14)은 지지부(15)로부터 이탈하지 않도록 고정된 상태에서 연료전지 모듈부(11)의 바닥면에 대한 경사를 이루도록 움직이는 것일 수 있다.Referring to FIG. 3 which is an enlarged view of area B of FIG. 2 , the rail 14 is disposed on the support part 15 , and the support part 15 can move up and down according to a change in height using hydraulic pressure. However, the rail 14 may be moved so as to form an inclination with respect to the bottom surface of the fuel cell module unit 11 in a fixed state so as not to be separated from the support unit 15 .

연료전지 모듈(100)은 하부에 롤러부(13)를 구비할 수 있다. 롤러부(13)는 레일(14)을 따라 이동하기 위한 것으로, 연료전지 모듈(100)을 레일(14)을 따라 이동시킬 수 있는 것이면 그 구조는 한정되지 않는다. 예를 들어, 롤러부(13)는 연료전지 모듈(100) 바닥면에 설치된 바퀴이거나, 연료전지 모듈(100)의 바닥면과 레일(14) 사이에 배치되는 베어링일 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 연료전지 모듈(100)의 하우징의 적어도 일부가 레일(14)로부터 이탈하지 않도록 레일(14)에 끼워맞추어지는 구조를 가질 수 있으나, 이러한 구조로 한정되는 것은 아니다.The fuel cell module 100 may include a roller 13 at a lower portion. The roller unit 13 is for moving along the rail 14 , and the structure thereof is not limited as long as it can move the fuel cell module 100 along the rail 14 . For example, the roller unit 13 may be a wheel installed on the bottom surface of the fuel cell module 100 or a bearing disposed between the bottom surface of the fuel cell module 100 and the rail 14 . As shown in FIG. 3 , at least a portion of the housing of the fuel cell module 100 may have a structure that is fitted to the rail 14 so as not to be separated from the rail 14 , but is not limited thereto.

지지부(15)는 유압을 이용하여 상하 높이가 조절되는 것으로, 레일(14) 및 레일(14) 위에 연료전지 모듈(100)이 배치된 상태로 높이가 조절될 수 있다. 지지부(15)는 유압을 이용하여 레일(14)에 경사를 형성하여, 레일(14) 위에 배치된 연료전지 모듈(100)을 원하는 방향으로 이동시킬 수 있다.The height of the support part 15 is adjusted by using hydraulic pressure, and the height may be adjusted with the rail 14 and the fuel cell module 100 disposed on the rail 14 . The support 15 forms an inclination on the rail 14 using hydraulic pressure to move the fuel cell module 100 disposed on the rail 14 in a desired direction.

예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이 어느 한 지지부(15)의 높이만을 조절하여 레일(14)에 경사를 형성함으로써, 목적하는 연료전지 모듈(100)을 특정 위치(A)로 이동시킬 수 있다. 지지부(15)는 경사를 조절하여 연료전지 모듈(100)의 이동을 제동할 수도 있다.For example, as shown in FIG. 2 , by adjusting only the height of one of the support parts 15 to form an inclination on the rail 14, the desired fuel cell module 100 can be moved to a specific position A. there is. The support 15 may brake the movement of the fuel cell module 100 by adjusting the inclination.

하부에 연료전지 모듈부(11)가 배치되는 선박의 상갑판(D)에는 연료전지 모듈부(11)의 내부 공간으로 연통하는 개폐부(16)가 마련될 수 있다. 개폐부(16)는 상갑판(D)에 뚫린 개구를 지칭할 수 있으며, 도시하지 않았으나 상기 개구를 개폐하기 위한 수단을 구비할 수 있다.An opening/closing unit 16 communicating with the internal space of the fuel cell module unit 11 may be provided on the upper deck (D) of the ship in which the fuel cell module unit 11 is disposed at the lower portion. The opening/closing part 16 may refer to an opening drilled in the upper deck D, and although not shown, a means for opening and closing the opening may be provided.

개폐부(16)를 통해 연료전지 모듈(100)을 연료전지 모듈부(11) 내부에 배치하거나, 반대로 선박 바깥으로 이동시킬 수 있다. 선박에 사용하기 위한 연료전지은 그 규모가 크고, 무게가 무겁기 때문에 연료전지 모듈(100)의 형태로 소형화되어 복수 개로 마련되어 사용될 수 있다. 이러한 경우 복수 개의 연료전지 모듈(100) 중 유지보수가 필요한 연료전지 모듈(100)만을 따로 빼내어 처리할 수 있다는 장점이 있다.The fuel cell module 100 may be disposed inside the fuel cell module unit 11 through the opening/closing unit 16 or, conversely, may be moved out of the vessel. Since the fuel cell for use in a ship is large in scale and heavy in weight, it can be miniaturized in the form of the fuel cell module 100 and provided in plurality. In this case, there is an advantage that only the fuel cell module 100 requiring maintenance from among the plurality of fuel cell modules 100 can be separately taken out and processed.

선박에는 선박내 다양한 설비가 배치되는 모터룸(17)이 마련될 수 있으며, 모터룸(17) 상에는 크레인(18)이 마련될 수 있다. 크레인(18)은 선박의 다양한 화물을 선적 및 하역할 수 있으며, 개폐부(16)를 통해 연료전지 모듈(100)을 들어올려 이동시키도록 마련될 수 있다.The ship may be provided with a motor room 17 in which various facilities in the ship are disposed, and a crane 18 may be provided on the motor room 17 . The crane 18 may load and unload various cargos of a ship, and may be provided to lift and move the fuel cell module 100 through the opening/closing unit 16 .

따라서, 본 실시예에 따른 선박은 연료전지 모듈부(11) 내에 복수 개의 연료전지 모듈(100)을 배치하여 사용하다가, 유지보수가 필요하거나 더 이상 사용하지 않게 된 연료전지 모듈(100)을 개폐부(16)의 하부(A)로 이동시켜 크레인(18)을 통해 선박 외부로 이동시킬 수 있다. 연료전지 모듈(100)은 소형화 된 것이더라도 수톤에 달하는 무게를 가질 수 있는 바, 레일(14) 및 지지부(15)를 이용하여 연료전지 모듈부(11) 내부에서 수평 방향으로 이동할 수 있도록 구성할 수 있고, 수직 방향으로는 한정된 개폐부(16)에서 크레인(18)을 통해 이동할 수 있도록 구성할 수 있다. 이에 따라, 개폐부(16)의 크기를 최소화시킬 수 있으며, 크레인(18)이 처리할 수 있는 거리 범위 내에서 연료전지 모듈(100)을 취급할 수 있게 되어 한정된 선박 내에서 공간 활용성을 극대화시킬 수 있게 된다.Therefore, the ship according to the present embodiment arranges and uses a plurality of fuel cell modules 100 in the fuel cell module unit 11, and then uses the fuel cell module 100 that requires maintenance or is no longer in use. It can be moved to the lower part (A) of (16) and moved to the outside of the ship through the crane (18). The fuel cell module 100 can have a weight of several tons even if it is miniaturized, so it can be configured to move horizontally inside the fuel cell module unit 11 using the rail 14 and the support unit 15 . and can be configured to move through the crane 18 in the limited opening and closing portion 16 in the vertical direction. Accordingly, the size of the opening/closing unit 16 can be minimized, and the fuel cell module 100 can be handled within a distance range that the crane 18 can handle, thereby maximizing space utilization within a limited vessel. be able to

도 4 및 5를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 선박에 포함되는 연료전지 모듈(100)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.With reference to FIGS. 4 and 5 , the fuel cell module 100 included in the ship according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 모듈(100)은 액화가스 공급부(200), 스팀 공급부(300), 공기 공급부(400)로부터 각각 액화가스, 스팀 및 공기를 공급받아 전기를 생산할 수 있으며, 연료전지 스택(130)에서 배출되는 가스는 폐열회수부(500)로 공급할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the fuel cell module 100 according to an embodiment of the present invention receives liquefied gas, steam and air respectively from the liquefied gas supply unit 200 , the steam supply unit 300 , and the air supply unit 400 . Electricity may be produced, and the gas discharged from the fuel cell stack 130 may be supplied to the waste heat recovery unit 500 .

연료전지 모듈(100)은 연료 공급라인(L1)을 통해 액화가스 공급부(200), 스팀 공급부(300)로부터 액화가스와 스팀을 공급받을 수 있다. 연료 공급라인(L1)에는 제1 혼합부(110), 제1 열교환기(111), 제1 밸브(112), 개질기(114) 등이 마련될 수 있다.The fuel cell module 100 may receive liquefied gas and steam from the liquefied gas supply unit 200 and the steam supply unit 300 through the fuel supply line L1 . A first mixing unit 110 , a first heat exchanger 111 , a first valve 112 , a reformer 114 , and the like may be provided in the fuel supply line L1 .

액화가스 공급부(200)는 선박에 마련되는 액화가스 저장탱크 또는 액화가스 저장탱크로부터 액화가스를 공급받아 처리하는 가스 처리 시스템일 수 있다. 바람직하게는, 액화가스는 액화천연가스일 수 있다. 액화가스 공급부(200)가 액화가스 저장탱크인 경우, 액화가스 저장탱크 내의 펌프(도시하지 않음)를 통해 액화가스를 인출하여 제1 혼합부(110)로 공급할 수 있다. 액화가스 공급부(200)가 가스 처리 시스템인 경우, 액화가스 저장탱크에서 인출되는 액화가스를 기화시켜 연료전지 모듈(100)로 공급하는 것일 수 있다.The liquefied gas supply unit 200 may be a liquefied gas storage tank provided on a ship or a gas processing system that receives and processes liquefied gas from a liquefied gas storage tank. Preferably, the liquefied gas may be liquefied natural gas. When the liquefied gas supply unit 200 is a liquefied gas storage tank, the liquefied gas may be withdrawn through a pump (not shown) in the liquefied gas storage tank and supplied to the first mixing unit 110 . When the liquefied gas supply unit 200 is a gas processing system, the liquefied gas drawn from the liquefied gas storage tank may be vaporized and supplied to the fuel cell module 100 .

스팀 공급부(300)는 선박에 마련되어 액화가스를 개질하기 위한 스팀을 공급하는 것일 수 있으며, 보일러, 이코노마이저 등 선박 내의 폐열을 이용하여 생성한 스팀을 공급하는 것일 수 있다. 스팀 공급부(300)는 스팀을 제1 혼합부(110)에 공급할 수 있다. The steam supply unit 300 may be provided in a ship to supply steam for reforming liquefied gas, and may be to supply steam generated using waste heat in a ship, such as a boiler or an economizer. The steam supply unit 300 may supply steam to the first mixing unit 110 .

제1 혼합부(110)는 연료 공급라인(L1)상에 마련되어 액화가스 공급부(200)로부터 공급되는 액화가스와 스팀 공급부(300)로부터 공급되는 스팀을 혼합하여 연료전지 스택(130)에 공급할 수 있다. 제1 혼합부(110)에서 혼합된 액화가스와 스팀의 혼합물은 제1 열교환기(111)로 공급될 수 있다.The first mixing unit 110 may be provided on the fuel supply line L1 to mix the liquefied gas supplied from the liquefied gas supply unit 200 and the steam supplied from the steam supply unit 300 to supply the fuel cell stack 130 . there is. A mixture of liquefied gas and steam mixed in the first mixing unit 110 may be supplied to the first heat exchanger 111 .

제1 열교환기(111)는 후술할 가스 배출라인(L6)을 통해 유동하는 가스를 이용하여 연료 공급라인(L1)을 통해 유동하는 액화가스와 스팀의 혼합물을 가열하기 위한 구성이다. 가스 배출라인(L6)은 연료전지 스택(130)으로부터 배출되는 가스를 버너(140)에서 연소하여 발생하는 가스를 배출하기 위한 것일 수 있다. 연료전지 스택(130) 및 버너(140)를 거치면서 가열된 가스는 개질기(114)에 열을 공급한 뒤 제1 열교환기(111)로 공급되어 연료 공급라인(L1)의 액화가스 및 스팀의 혼합물을 가열할 수 있다. 후술할 개질기(114)에서 액화가스를 스팀으로 개질하여 수소를 생성하는 반응은 흡열 반응이므로, 제1 열교환기(111)에서 액화가스와 스팀의 혼합물을 가스 배출라인(L6)의 가스로 예열한 뒤 개질기(114)로 공급할 수 있다.The first heat exchanger 111 is configured to heat a mixture of liquefied gas and steam flowing through the fuel supply line L1 using the gas flowing through the gas discharge line L6 to be described later. The gas discharge line L6 may be for discharging gas generated by burning the gas discharged from the fuel cell stack 130 in the burner 140 . The gas heated while passing through the fuel cell stack 130 and the burner 140 supplies heat to the reformer 114 and then is supplied to the first heat exchanger 111 to produce the liquefied gas and steam of the fuel supply line L1. The mixture may be heated. Since the reaction of generating hydrogen by reforming liquefied gas into steam in the reformer 114 to be described later is an endothermic reaction, the mixture of liquefied gas and steam in the first heat exchanger 111 is preheated with the gas of the gas discharge line L6. It can be supplied to the rear reformer 114 .

연료 공급라인(L1) 상에서 제1 열교환기(111)와 개질기(114)의 사이에는 제1 밸브(112)가 마련되어 개질기(114)로 공급되는 액화가스와 스팀의 혼합물의 유량이 제어될 수 있다. 또한, 연료 공급라인(L1) 상에서 제1 열교환기(111)와 개질기(114)의 사이에는, 연료 공급라인(L1)으로부터 분기하는 개질기 바이패스라인(L3)이 마련될 수 있다. 구체적으로, 개질기 바이패스라인(L3)은 연료 공급라인(L1)의 제1 열교환기(111)와 제1 밸브(112) 사이에서 분기하여 개질기(114)의 후단에서 다시 연료 공급라인(L1)에 연결되는 것일 수 있다. 개질기 바이패스라인(L3)은 연료 공급라인(L1)을 따라 유동하는 액화가스와 스팀의 혼합물을 개질기(114)로 공급하지 않고 바로 연료전지 스택(130)으로 공급할 수 있다. 개질기 바이패스라인(L3)에는 제2 밸브(113)가 마련되어 개질기(114)를 바이패스하여 연료전지 스택(130)으로 바로 공급되는 액화가스와 스팀의 혼합물의 유량을 제어할 수 있다.A first valve 112 is provided between the first heat exchanger 111 and the reformer 114 on the fuel supply line L1 to control the flow rate of a mixture of liquefied gas and steam supplied to the reformer 114 . . In addition, a reformer bypass line L3 branching from the fuel supply line L1 may be provided between the first heat exchanger 111 and the reformer 114 on the fuel supply line L1 . Specifically, the reformer bypass line L3 branches between the first heat exchanger 111 and the first valve 112 of the fuel supply line L1 and back to the fuel supply line L1 at the rear end of the reformer 114 . may be connected to The reformer bypass line L3 may directly supply a mixture of liquefied gas and steam flowing along the fuel supply line L1 to the fuel cell stack 130 without supplying the mixture to the reformer 114 . A second valve 113 may be provided in the reformer bypass line L3 to bypass the reformer 114 to control the flow rate of a mixture of liquefied gas and steam directly supplied to the fuel cell stack 130 .

개질기(114)는 액화가스와 스팀을 공급받아, 스팀으로 액화가스를 개질하여 연료전지 스택(130)에서 연료로 사용하기 위한 수소를 생성하는 것일 수 있다. 개질기(114)는 수소를 포함하는 연료를 생성하여, 생성된 연료를 연료 공급라인(L1)을 통해 연료전지 스택(130)으로 공급할 수 있다. 개질기(114)는 제1 열교환기(111)에서 예열된 액화가스와 스팀을 공급받아 액화가스의 개질 반응을 수행할 수 있으며, 가스 배출라인(L6)으로부터 열을 공급받아 액화가스의 개질 반응을 수행할 수도 있다.The reformer 114 may receive liquefied gas and steam and reform the liquefied gas with steam to generate hydrogen for use as fuel in the fuel cell stack 130 . The reformer 114 may generate a fuel including hydrogen and supply the generated fuel to the fuel cell stack 130 through the fuel supply line L1 . The reformer 114 may receive the liquefied gas and steam preheated from the first heat exchanger 111 to perform a reforming reaction of the liquefied gas, and receive heat from the gas discharge line L6 to perform the reforming reaction of the liquefied gas. can also be done

연료전지 스택(130)은 공기 공급부(400)로부터 공기가 공급되는 공기극(cathode)과, 연료 공급라인(L1)과 연결되어 수소가 포함된 연료가 공급되는 연료극(anode) 사이에 전해질(electrolyte)층이 형성되고, 연료극(anode)과 공기극(cathode)에는 수소공급 및 공기공급, 열회수를 위한 분리판(separator)이 설치되어 있는 단위전지 모듈을 필요수량만큼 직렬 연결된 형태로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 연료전지 스택(130)은 고체 산화물을 전해질로 이용하는 고체 산화물 연료전지일 수 있다.The fuel cell stack 130 has an electrolyte between an anode to which air is supplied from the air supply unit 400 and an anode connected to the fuel supply line L1 to receive hydrogen-containing fuel. A layer is formed, and a required number of unit cell modules in which a separator for hydrogen supply, air supply, and heat recovery are installed in an anode and a cathode may be connected in series. Preferably, the fuel cell stack 130 may be a solid oxide fuel cell using a solid oxide as an electrolyte.

연료전지 스택(130)은 수직 가압 평판형 기술이 적용되어 종래 연료전지 대비 부피가 감소되는 것일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서는 하나의 연료전지 모듈(100) 내부에 하나의 연료전지 스택(130)이 배치되는 것으로 도시하였으나, 하나의 모듈 내에 복수 개의 연료전지 스택(130)이 서로 이격되도록 마련될 수도 있다.The fuel cell stack 130 may have a reduced volume compared to a conventional fuel cell by applying a vertical pressurization plate type technology, but is not limited thereto. Although one fuel cell stack 130 is illustrated as being disposed inside one fuel cell module 100 in this embodiment, a plurality of fuel cell stacks 130 may be provided to be spaced apart from each other in one module.

연료전지 스택(130)의 연료극에는 수소를 포함하는 연료가 공급되는 연료 공급라인(L1)과, 연료극에서 발생하는 물을 포함한 배출 가스가 배출되는 연료극 배출라인(L4)이 연결될 수 있다. 연료 공급라인(L1)에는 개질기 바이패스라인(L3)이 분기 및 다시 연결되도록 마련될 수 있으며, 후술할 제1 제어부(600)의 제어에 따라 액화가스와 스팀이 모두 개질기 바이패스라인(L3)을 통해 유동할 수 있으므로, 연료전지 스택(130)의 연료극에는 액화가스와 스팀만이 연료 공급라인(L1)을 통해 공급될 수도 있다. 연료전지 스택(130)의 공기극에는 공기 공급부(400)와 연결되는 공기 공급라인(L2)과, 공기극에서 다 반응하지 않고 배출되는 공기를 포함하는 배출가스가 배출되는 공기극 배출라인(L5)이 연결될 수 있다.A fuel supply line L1 to which fuel containing hydrogen is supplied may be connected to the anode of the fuel cell stack 130 , and an anode discharge line L4 from which exhaust gas including water generated from the anode is discharged may be connected. The reformer bypass line L3 may be branched and reconnected to the fuel supply line L1, and both liquefied gas and steam are supplied to the reformer bypass line L3 under the control of the first controller 600 to be described later. Since it can flow through the fuel cell stack 130 , only liquefied gas and steam may be supplied to the fuel electrode of the fuel cell stack 130 through the fuel supply line L1 . An air supply line (L2) connected to the air supply unit 400 is connected to the cathode of the fuel cell stack 130, and a cathode discharge line (L5) through which exhaust gas containing air discharged without reacting at the cathode is discharged. can

연료전지 스택(130)에서 생성된 전기는 전술한 연료전지 연결부(12) 등의 구성을 통해 수요처로 공급될 수 있다. 연료전지 스택(130)에서 배출되는 배출가스는 연료극 배출라인(L4) 및 공기극 배출라인(L5)을 통해 각각 배출될 수 있으며, 버너(140)로 공급되어 연소될 수 있다.Electricity generated in the fuel cell stack 130 may be supplied to a demanding party through the above-described configuration of the fuel cell connection unit 12 and the like. The exhaust gas discharged from the fuel cell stack 130 may be discharged through the anode discharge line L4 and the cathode discharge line L5 , respectively, and may be supplied to the burner 140 to be combusted.

버너(140)는 연료극 배출라인(L4)으로부터 공급되는 연료극 배출가스를 미반응 공기를 이용하여 연소시킬 수 있다. 연료극 배출가스에는 미반응 액화가스 등이 잔류할 수 있으며, 미반응 공기중에 포함된 산소를 이용하여 연소시킬 수 있다. 버너(140)에서 배출가스를 연소시킴에 따라 발생하는 가스는 가스 배출라인(L6)을 통해 연료전지 모듈(100)로부터 배출될 수 있다.The burner 140 may burn the anode exhaust gas supplied from the anode exhaust line L4 using unreacted air. Unreacted liquefied gas, etc. may remain in the anode exhaust gas, and may be combusted using oxygen contained in unreacted air. Gas generated by burning the exhaust gas in the burner 140 may be discharged from the fuel cell module 100 through the gas discharge line L6.

가스 배출라인(L6)은 버너(140)에서 연소되어 배출되는 가스를 연료전지 모듈(100) 외부로 배출시킬 수 있다. 이때, 가스 배출라인(L6)은 개질기(114)와 열교환하여, 버너(140)에서 가열된 가스의 열로 개질기(114) 내부의 온도를 상승시켜, 개질기(114) 내부의 개질 반응을 촉진시킬 수 있다. 가스 배출라인(L6)을 따라 유동하는 가스는 개질기(114)에 열을 공급한 후에도 상대적으로 고온 상태일 수 있으며, 제1 열교환기(111)로 공급되어 제1 혼합부(110)로부터 공급되는 액화가스와 스팀의 혼합물을 가열하는 데에 이용될 수 있다. 제1 열교환기(111)에서 토출되는 가스는 제2 열교환기(120)로 공급되어, 공기 공급라인(L2)을 따라 공급되는 공기를 가열시키는 데에 이용될 수 있다. 연료전지 스택(130)은 500 내지 1000℃에 달하는 고온의 조건에서 운전하는 것일 수 있는데, 공기 공급부(400)는 시스템 외부의 공기를 연료전지 모듈(100)로 공급하기 때문에 온도가 상대적으로 낮을 수 있다. 따라서, 제2 열교환기(120)에서 연료전지 스택(130)으로부터 배출된 가스를 이용하여 연료전지 스택(130)으로 공급되는 공기를 예열하여 공급함으로써, 연료전지 스택(130)의 운전 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 제2 열교환기(120)에서 토출되는 가스는 연료전지 모듈(100)의 외부로 배출되거나, 폐열회수부(500)로 공급될 수 있다. The gas discharge line L6 may discharge gas that is combusted by the burner 140 to the outside of the fuel cell module 100 . At this time, the gas discharge line L6 exchanges heat with the reformer 114 to increase the temperature inside the reformer 114 with the heat of the gas heated by the burner 140, thereby promoting the reforming reaction inside the reformer 114. there is. The gas flowing along the gas discharge line L6 may be in a relatively high temperature state even after heat is supplied to the reformer 114 , and is supplied to the first heat exchanger 111 and supplied from the first mixing unit 110 . It can be used to heat a mixture of liquefied gas and steam. The gas discharged from the first heat exchanger 111 may be supplied to the second heat exchanger 120 and used to heat the air supplied along the air supply line L2 . The fuel cell stack 130 may be operated under a high temperature condition of 500 to 1000 ° C. Since the air supply unit 400 supplies air outside the system to the fuel cell module 100, the temperature may be relatively low. there is. Accordingly, by preheating and supplying air supplied to the fuel cell stack 130 using the gas discharged from the fuel cell stack 130 in the second heat exchanger 120 , the operating efficiency of the fuel cell stack 130 is improved. be able to do The gas discharged from the second heat exchanger 120 may be discharged to the outside of the fuel cell module 100 or may be supplied to the waste heat recovery unit 500 .

폐열회수부(500)는 이코노마이저, 보일러 등일 수 있으며, 연료전지 스택(130)으로부터 배출되는 가스의 폐열을 이용하여 스팀을 생성할 수 있다. 폐열회수부(500)에서 생성된 스팀은 다시 스팀 공급부(300) 등 선박 내 수요처로 공급되어 사용될 수 있다.The waste heat recovery unit 500 may be an economizer, a boiler, or the like, and may generate steam using waste heat of gas discharged from the fuel cell stack 130 . The steam generated by the waste heat recovery unit 500 may be supplied to and used in a vessel such as the steam supply unit 300 again.

이하에서는, 본 실시예에 따른 연료전지 모듈(100)에서 연료전지 스택(130)의 온도에 따른 제어를 설명한다.Hereinafter, control according to the temperature of the fuel cell stack 130 in the fuel cell module 100 according to the present embodiment will be described.

전술한 바와 같이, 연료전지 스택(130)은 내부 온도가 일정 수준에서 유지되어야 할 필요가 있다. 종래에는 연료전지 스택(130)의 온도가 너무 높아지는 경우에는 공기의 공급유량을 높여 연료전지 스택(130)의 온도를 낮추어 주는 방식의 제어가 이루어져 왔다. 그러나, 연료전지 스택(130)의 온도가 운전 범위보다 더 높은 경우는 대략 1000℃를 초과하는 고온으로 공기만으로 냉각시키는 경우 연료 대비 월등히 많은 유량을 필요로 하였다. 이에 따라 공기 공급라인(L2)이, 연료전지 스택(130) 온도의 비정상인 경우를 대비하여 과도하게 많은 유량을 처리할 수 있도록 준비되어야 했고, 요구 유량을 충족시키기 위해 추가적인 블로워나 공기 압축기와 같은 구성이 필수적으로 요구되었다.As described above, the internal temperature of the fuel cell stack 130 needs to be maintained at a certain level. Conventionally, when the temperature of the fuel cell stack 130 becomes too high, a method of lowering the temperature of the fuel cell stack 130 by increasing the supply flow rate of air has been performed. However, when the temperature of the fuel cell stack 130 is higher than the operating range, when the fuel cell stack 130 is cooled with only air to a high temperature exceeding about 1000° C., a significantly higher flow rate is required compared to the fuel. Accordingly, the air supply line L2 had to be prepared to handle an excessively large flow rate in case the temperature of the fuel cell stack 130 is abnormal, and an additional blower or air compressor to meet the required flow rate. configuration was essential.

본 실시예에서는 제1 제어부(600)를 더 포함하여, 연료전지 스택(130)에 마련되는 온도센서(131)의 측정값에 따라 제1 밸브(112) 및 제2밸브(113) 중 적어도 하나의 개도를 조절하도록 하여 이러한 문제를 해결하였다.In the present embodiment, it further includes a first control unit 600 , and according to the measured value of the temperature sensor 131 provided in the fuel cell stack 130 , at least one of the first valve 112 and the second valve 113 . This problem was solved by adjusting the degree of opening.

구체적으로, 온도센서(131)는 연료전지 스택(130)의 내부 및 외부 중 적어도 하나의 온도를 측정할 수 있으며, 바람직하게는 연료전지 스택(130) 내부 온도를 측정하여 측정값을 제1 제어부(600)로 송신할 수 있다.Specifically, the temperature sensor 131 may measure the temperature of at least one of the inside and the outside of the fuel cell stack 130 . Preferably, the temperature sensor 131 measures the inside temperature of the fuel cell stack 130 and converts the measured value to the first control unit. (600).

제1 제어부(600)는 온도센서(131)로부터 수신한 온도값이 미리 설정된 값보다 높은 경우, 개질기 바이패스라인(L3)을 통해 유동하는 액화가스와 스팀의 혼합물의 유량을 증가시킬 수 있다. 즉, 제1 제어부(600)는 연료전지 스택(130)의 내부 온도가 미리 설정된 값보다 높은 경우, 연료 공급라인(L1) 상의 제1 밸브(112)의 개도를 낮추고, 개질기 바이패스라인(L3) 상의 제2 밸브(113)의 개도를 높여 액화가스와 스팀의 혼합물의 적어도 일부가 개질기(114)를 거치지 않고 연료전지 스택(130)으로 공급되도록 제어할 수 있다. 이러한 경우, 연료전지 스택(130) 내부의 온도 자체가 높으므로, 연료극에서 스팀을 이용한 액화가스의 개질 반응이 진행되고, 생성된 수소가 그 자리에서 사용되어 전기가 생성될 수 있다. 스팀을 이용한 액화가스의 개질 반응이 흡열 반응이므로, 개질 반응이 진행됨에 따라 연료전지 스택(130) 내부의 온도가 낮아질 수 있게 된다.When the temperature value received from the temperature sensor 131 is higher than a preset value, the first controller 600 may increase the flow rate of the mixture of liquefied gas and steam flowing through the reformer bypass line L3 . That is, when the internal temperature of the fuel cell stack 130 is higher than a preset value, the first controller 600 lowers the opening degree of the first valve 112 on the fuel supply line L1 and the reformer bypass line L3 ), by increasing the opening degree of the second valve 113 , at least a portion of the mixture of liquefied gas and steam may be controlled to be supplied to the fuel cell stack 130 without going through the reformer 114 . In this case, since the internal temperature of the fuel cell stack 130 itself is high, the reforming reaction of the liquefied gas using steam proceeds at the anode, and the generated hydrogen is used on the spot to generate electricity. Since the reforming reaction of the liquefied gas using steam is an endothermic reaction, the temperature inside the fuel cell stack 130 may be lowered as the reforming reaction proceeds.

반대로, 제1 제어부(600)는 온도센서(131)로부터 수신한 온도값이 미리 설정된 값보다 낮은 경우, 개질기 바이패스라인(L3)을 통해 유동하는 액화가스와 스팀의 혼합물의 유량을 감소시킬 수 있다. 즉, 제1 제어부(600)는 제1 밸브(112)의 개도를 높이고, 제2 밸브(113)의 개도를 낮추어 개질기(114)로 공급되는 액화가스와 스팀의 혼합물의 유량을 높이거나, 개질기 바이패스라인(L3)을 통한 혼합물의 유동을 차단할 수 있다. 이러한 경우, 액화가스와 스팀은 개질기(114) 내에서 가스 배출라인(L6)을 통해 유동하는 가스에 의해 열을 공급받아 개질 반응을 일으킬 수 있으며, 그 결과로 생성되는 수소를 포함하는 연료가 연료전지 스택(130)으로 공급될 수 있게 된다.Conversely, when the temperature value received from the temperature sensor 131 is lower than a preset value, the first control unit 600 may reduce the flow rate of the mixture of liquefied gas and steam flowing through the reformer bypass line L3. there is. That is, the first control unit 600 increases the opening degree of the first valve 112 and lowers the opening degree of the second valve 113 to increase the flow rate of the mixture of liquefied gas and steam supplied to the reformer 114 , or It is possible to block the flow of the mixture through the bypass line (L3). In this case, the liquefied gas and steam may undergo a reforming reaction by receiving heat from the gas flowing through the gas discharge line L6 in the reformer 114, and the resulting hydrogen-containing fuel is the fuel. It may be supplied to the battery stack 130 .

제1 제어부(600)는 연료전지 스택(130)으로 공급되는 연료 또는 액화가스 및 스팀의 혼합물의 유량, 및 연료전지 스택(130)의 내부 온도를 고려하여 공기 공급라인(L2) 상에 마련되는 제3 밸브(121)의 개도를 조절할 수 있다.The first control unit 600 is provided on the air supply line L2 in consideration of the flow rate of the mixture of fuel or liquefied gas and steam supplied to the fuel cell stack 130 and the internal temperature of the fuel cell stack 130 . The opening degree of the third valve 121 may be adjusted.

추가적으로, 제1 제어부(600)는 폐열회수부(500)로 공급되는 가스의 온도 및 유량 중 적어도 하나에 따라서도 개질기 바이패스라인(L3)을 통해 유동하는 액화가스와 스팀의 혼합물의 유량을 조절할 수 있다. 구체적으로, 폐열회수부(500)는 폐열회수부(500)로 공급되는 가스의 온도를 측정하는 온도센서(510) 및 공급 유량을 측정하는 유량센서(52)를 구비할 수 있다. 연료전지 스택(130)에서 배출되어 버너(140)에서 연소된 가스가 가스 배출라인(L6)을 통해 폐열회수부(500)로 공급되는데, 이러한 가스의 온도나 유량이 미리 설정된 값보다 높거나 많은 경우는 연료전지 스택(130) 내부의 온도가 높아 전기 생산이 원활하지 못한 경우를 간접적으로 나타내는 것일 수 있다. 따라서, 제1 제어부(600)는 온도센서(510) 및 유량센서(520) 중 적어도 하나로부터 측정값을 전달받아 미리 설정된 값과 비교하여 제1 밸브(112) 및 제2 밸브(113)의 개도를 조절하여 개질기 바이패스라인(L3)으로 유동하는 액화가스와 스팀의 유량을 제어하여 연료전지 스택(130)의 온도를 조절할 수 있다.Additionally, the first control unit 600 adjusts the flow rate of the mixture of liquefied gas and steam flowing through the reformer bypass line L3 according to at least one of the temperature and flow rate of the gas supplied to the waste heat recovery unit 500 . can Specifically, the waste heat recovery unit 500 may include a temperature sensor 510 for measuring the temperature of the gas supplied to the waste heat recovery unit 500 and a flow rate sensor 52 for measuring the supply flow rate. Gas discharged from the fuel cell stack 130 and combusted by the burner 140 is supplied to the waste heat recovery unit 500 through the gas discharge line L6, and the temperature or flow rate of this gas is higher or higher than a preset value. The case may indirectly indicate a case in which electricity production is not smooth due to a high internal temperature of the fuel cell stack 130 . Accordingly, the first control unit 600 receives the measured value from at least one of the temperature sensor 510 and the flow rate sensor 520 and compares the opening degree of the first valve 112 and the second valve 113 with a preset value. By adjusting the flow rate of the liquefied gas and steam flowing to the reformer bypass line L3, the temperature of the fuel cell stack 130 may be adjusted.

이상과 같은 본 실시예에 따른 연료전지 모듈(100) 및 이를 포함하는 선박은, 액화가스를 스팀으로 개질하여 수소를 포함하는 연료를 생성함에 있어, 액화가스의 개질반응이 흡열반응인 점을 이용하여 연료전지 스택(130)의 내부 온도가 미리 설정된 값보다 높아지는 경우 액화가스와 스팀을 개질기(114)를 우회하도록 하여 연료전지 스택(130)에서 개질과 전기화학적 반응이 모두 일어나도록 하여 연료전지 스택(130) 내부의 온도를 제어해줄 수 있다. 이에 따라, 종래 공기의 공급 유량 및 압력을 증대시켜 연료전지로 공급하는 경우 대비 공기 공급라인(L3)의 규모를 축소할 수 있고, 블로워 및 공기 압축기 구성을 생략할 수 있게 되어 시스템 구성의 비용을 절감하고, 연료전지 모듈 및 선박 내 공간 활용성을 극대화할 수 있다.As described above, the fuel cell module 100 and the ship including the same according to the present embodiment use the point that the reforming reaction of the liquefied gas is an endothermic reaction in reforming the liquefied gas into steam to generate a fuel containing hydrogen. Thus, when the internal temperature of the fuel cell stack 130 is higher than a preset value, the liquefied gas and steam are bypassed to the reformer 114 so that both reforming and electrochemical reactions occur in the fuel cell stack 130 , so that the fuel cell stack (130) It is possible to control the internal temperature. Accordingly, the size of the air supply line (L3) can be reduced compared to the case of supplying the fuel cell by increasing the supply flow rate and pressure of the conventional air, and the configuration of the blower and the air compressor can be omitted, thereby reducing the cost of the system configuration. It can save energy and maximize the space utilization of fuel cell modules and ships.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 모듈(100)은 액화가스 공급부(200), 스팀 공급부(300), 공기 공급부(400)로부터 각각 액화가스, 스팀 및 공기를 공급받아 전기를 생산할 수 있으며, 수소 공급부(700)로부터 수소를 직접 공급받아 전기를 생산할 수도 있다.Referring to FIG. 5 , the fuel cell module 100 according to an embodiment of the present invention receives liquefied gas, steam and air respectively from the liquefied gas supply unit 200 , the steam supply unit 300 , and the air supply unit 400 . Electricity may be produced, and hydrogen may be directly supplied from the hydrogen supply unit 700 to produce electricity.

본 실시예는 수소 공급부(700)와 제2 제어부(800)를 더 포함할 수 있으며, 앞선 실시예와 달라지는 점을 중심으로 설명하고 동일한 부분은 앞선 실시예의 내용으로 갈음한다.This embodiment may further include a hydrogen supply unit 700 and a second control unit 800 , and will be mainly described with respect to points different from the previous embodiment, and the same parts will be replaced with the contents of the previous embodiment.

본 실시예에 따른 연료전지 모듈(100)은 액화수소를 화물로 운반하는 선박에 사용되는 것일 수 있다. 수소 공급부(700)는 액화수소 저장탱크(도시하지 않음)일 수 있으며, 액화수소 저장탱크에 저장된 액화수소 또는 액화수소 저장탱크의 내부에서 발생하는 액화수소의 증발가스인 수소가스를 연료전지 모듈(100)로 공급할 수 있다. 바람직하게는, 수소 공급부(700)는 연료 공급라인(L1)으로 증발가스인 수소가스를 공급할 수 있다.The fuel cell module 100 according to the present embodiment may be used in a ship transporting liquid hydrogen as cargo. The hydrogen supply unit 700 may be a liquid hydrogen storage tank (not shown), and converts liquid hydrogen stored in the liquid hydrogen storage tank or hydrogen gas, which is an boil-off gas of liquid hydrogen generated inside the liquid hydrogen storage tank, to a fuel cell module ( 100) can be supplied. Preferably, the hydrogen supply unit 700 may supply hydrogen gas, which is boil-off gas, to the fuel supply line L1 .

연료 공급라인(L1)은 액화가스 공급부(200)와 공기 공급부(300)로부터 각각 액화가스와 공기를 공급받아 연료전지 스택(130)으로 공급할 수 있다. 액화가스 공급부(200)는 상기 선박의 추진연료로 사용되는 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크일 수 있다. 액화가스는 바람직하게는 액화천연가스일 수 있다.The fuel supply line L1 may receive liquefied gas and air from the liquefied gas supply unit 200 and the air supply unit 300 , respectively, and supply them to the fuel cell stack 130 . The liquefied gas supply unit 200 may be a liquefied gas storage tank for storing liquefied gas used as a propulsion fuel of the ship. The liquefied gas may preferably be liquefied natural gas.

연료 공급라인(L1) 상에는 액화가스와 공기가 혼합되는 제1 혼합부(110)가 마련될 수 있으며, 제1 혼합부(110)에서 토출되는 액화가스 및 공기의 혼합물과 수소 공급부(700)로부터 공급되는 수소가스를 혼합시키는 제2 혼합부(115)를 더 구비할 수 있다. 제1 혼합부(110)의 상류에는 액화가스 공급부(200)로부터 공급되는 액화가스의 유량을 제어하는 제4 밸브(210)가 마련될 수 있으며, 제2 혼합부(115)의 상류에는 수소 공급부(700)로부터 공급되는 수소가스의 유량을 제어하는 제5 밸브(710)가 마련될 수 있다.A first mixing unit 110 in which liquefied gas and air are mixed may be provided on the fuel supply line L1 , and a mixture of liquefied gas and air discharged from the first mixing unit 110 and the hydrogen supply unit 700 . A second mixing unit 115 for mixing the supplied hydrogen gas may be further provided. A fourth valve 210 for controlling the flow rate of the liquefied gas supplied from the liquefied gas supply unit 200 may be provided upstream of the first mixing unit 110 , and a hydrogen supply unit is located upstream of the second mixing unit 115 . A fifth valve 710 for controlling the flow rate of hydrogen gas supplied from 700 may be provided.

제2 혼합부(115)에서 토출되는 혼합가스는 제1 열교환기(111) 및 제1 밸브(112)를 거쳐 연료전지 스택(130)으로 공급될 수 있다. The mixed gas discharged from the second mixing unit 115 may be supplied to the fuel cell stack 130 through the first heat exchanger 111 and the first valve 112 .

본 실시예는 연료전지 스택(130)의 온도에 따라 제4 밸브(210) 및 제5 밸브(710) 중 적어도 하나의 개도를 조절하는 제2 제어부(800)를 더 포함할 수 있다.The present embodiment may further include a second control unit 800 that adjusts the opening degree of at least one of the fourth valve 210 and the fifth valve 710 according to the temperature of the fuel cell stack 130 .

제2 제어부(800)는 연료전지 스택(130)의 온도센서(131)로부터 연료전지 스택(130)의 온도 측정값을 수신하여 미리 정해진 값과 비교할 수 있다. 구체적으로, 제2 제어부(800)는 연료전지 스택(130)의 내부 온도가 미리 설정된 값보다 높은 경우, 액화가스 공급부(200)로부터 공급되는 액화가스의 유량을 증가시킬 수 있다. 즉, 제2 제어부(800)는 제4 밸브(210)의 개도를 높여 연료전지 스택(130)으로 공급되는 액화가스의 유량을 높일 수 있으며, 이에 따라 액화가스와 공기는 연료전지 스택(130)으로 공급되어 연료극에서 개질 반응을 일으켜 연료전지 스택(130)의 내부 온도를 낮출 수 있게 된다.The second control unit 800 may receive a temperature measurement value of the fuel cell stack 130 from the temperature sensor 131 of the fuel cell stack 130 and compare it with a predetermined value. Specifically, when the internal temperature of the fuel cell stack 130 is higher than a preset value, the second control unit 800 may increase the flow rate of the liquefied gas supplied from the liquefied gas supply unit 200 . That is, the second control unit 800 may increase the opening degree of the fourth valve 210 to increase the flow rate of the liquefied gas supplied to the fuel cell stack 130 , and accordingly, the liquefied gas and air are separated from the fuel cell stack 130 . is supplied to the fuel electrode to cause a reforming reaction at the anode to lower the internal temperature of the fuel cell stack 130 .

반대로, 제2 제어부(800)는 연료전지 스택(130)의 내부 온도가 미리 설정된 값보다 낮은 경우, 수소 공급부(700)로부터 공급되는 수소가스의 유량을 증가시킬 수 있다. 즉, 제2 제어부(800)는 제5 밸브(710)의 개도를 높여 연료전지 스택(130)으로 액화수소 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 직접 공급하도록 제어할 수 있으며, 제4 밸브(210)의 개도를 낮추어 연료극에서 액화가스의 개질 반응이 일어나 연료전지 스택(130) 내부의 열을 흡수하지 못하도록 할 수 있다.Conversely, when the internal temperature of the fuel cell stack 130 is lower than a preset value, the second control unit 800 may increase the flow rate of the hydrogen gas supplied from the hydrogen supply unit 700 . That is, the second control unit 800 may control to directly supply the boil-off gas generated from the liquid hydrogen storage tank to the fuel cell stack 130 by increasing the opening degree of the fifth valve 710 , and the fourth valve 210 . By lowering the opening degree of the liquefied gas, the reforming reaction of the liquefied gas occurs at the anode to prevent absorption of heat inside the fuel cell stack 130 .

이상과 같은 본 실시예는 화물로 액화수소를 운반하는 선박에서 사용하기에 적합한 연료전지 모듈(100)에 관한 것으로, 액화수소 저장탱크의 내부에서 발생하는 증발가스를 바로 연료전지 스택(130)에 대한 연료로 소비하도록 할 수 있어 화물의 낭비를 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 연료전지 스택(130)의 온도에 따른 수소가스 및 액화가스의 공급을 제어할 수 있도록 마련하여, 시스템 구성의 비용을 절감하고, 연료전지 모듈 및 선박 내 공간 활용성을 극대화할 수 있다.As described above, the present embodiment relates to a fuel cell module 100 suitable for use in a ship transporting liquid hydrogen as cargo, and BOG generated inside the liquid hydrogen storage tank is directly transferred to the fuel cell stack 130 . In addition to minimizing the waste of cargo, it is possible to control the supply of hydrogen gas and liquefied gas according to the temperature of the fuel cell stack 130 to reduce the cost of system configuration In addition, it is possible to maximize the space utilization of the fuel cell module and the ship.

도 6 내지 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 모듈과 연료전지 모듈에서 생산한 전력을 저장하는 에너지 저장장치를 구비하는 선박에서의 운전 방법을 설명한다.6 to 8 , a driving method in a ship including a fuel cell module and an energy storage device for storing electric power generated by the fuel cell module according to an embodiment of the present invention will be described.

도 6의 (a)를 참조하면, 선박은 수소가 포함된 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지(도시하지 않음) 이외에도 복수개로 구비되는 발전엔진(50a 내지 50c)를 더 구비하여 선내 수요처(S)로 공급하기 위한 전력을 생성할 수 있다.Referring to FIG. 6 (a), the ship further includes a plurality of power generation engines 50a to 50c in addition to a fuel cell (not shown) for generating electricity using a fuel containing hydrogen, so that the onboard demand ( It is possible to generate power to supply to S).

수요처(S)의 전력 수요는 선박의 운항 상태, 운항 조건에 따라 변동할 수 있는 것으로, 특정 시점에 따라 연료전지 및 발전엔진에서 생산되는 전력은 수요처(S)에서 요구하는 양 대비 적거나 많을 수 있다. 따라서, 선박은 생산 전력이 부족하거나 잉여 전력이 발생하는 경우를 대비한 버퍼로서 에너지 저장장치(60a)를 더 구비하여 대응할 수 있다.The power demand of the consumer (S) may vary depending on the operation status and operating conditions of the vessel, and depending on a specific point in time, the power produced by the fuel cell and power generation engine may be less or more than the amount required by the demand (S). there is. Accordingly, the vessel may respond by further providing the energy storage device 60a as a buffer in case of insufficient power production or generation of surplus power.

에너지 저장장치(60a)는 연료전지 및 발전엔진 중 적어도 하나로부터 생산되는 전력을 임시 저장하였다가 수요처(S)로 공급할 수 있으며, 선박 외부에서 공급받는 전력이 있는 경우에도 저장할 수 있다.The energy storage device 60a may temporarily store power generated from at least one of the fuel cell and the power generation engine and supply it to the demand S, even if there is power supplied from outside the ship.

도 6의 (b)를 참조하면, 종래 선박은 발전엔진(50a 내지 50c)들을 최적의 효율로 운전하는 것이 일반적이며, 연료전지 및 발전엔진(50a 내지 50c)들로 충당할 수 있는 양을 초과하는 부하를 에너지 저장장치(60a)에 저장되어 있던 전력으로 충당하는 방식으로 운용하였다. 이는, 발전엔진이 일정 이상의 부하로 운전해야 효율이 향상되기 때문인데, 이러한 운용 방식을 에너지 저장장치(60a)의 충전 상태의 관점에서 보게 되면, 에너지 저장장치(60a)는 선박에서의 전력 수요 변동에 따라 지속적인 충방전을 반복하게 된다. Referring to (b) of FIG. 6 , conventional ships generally operate power generation engines 50a to 50c with optimum efficiency, exceeding the amount that can be covered by fuel cells and power generation engines 50a to 50c. The load was operated in such a way that the electric power stored in the energy storage device (60a) was met. This is because the efficiency is improved only when the power generation engine is operated with a load greater than or equal to a certain level. When looking at this operating method from the viewpoint of the state of charge of the energy storage device 60a, the energy storage device 60a changes the power demand in the vessel. As a result, continuous charging and discharging are repeated.

이러한 경우, 선박의 전체 운항 기간에 걸쳐 에너지 저장장치(60a)의 충전 상태를 일정 이상으로 유지하기 위해 에너지 저장장치(60a)의 최대 충전량을 대용량으로 구비해야 한다. 예를 들어, 도 6의 (b)에서 각 발전엔진(50a 내지 50c)의 출력이 1MWh라 하고, 발전엔진 중 어느 하나(50c)는 비상용으로 운전을 하지 않는 경우, 에너지 저장장치(60a)는 최소 500kWh는 되어야만 선내 전력 수요 변동에 대처할 수 있다. 다만, 선내 전력 수요가 최대 피크를 형성하는 지점은 전체 운항 기간으로 볼 때 극히 일부로서 그 빈도도 낮으므로, 해당 피크 형성 지점에 대해서만 대응하기 위해 에너지 저장장치(60a)의 규모를 크게 마련하는 것은 선박 공간상 한계가 있었다.In this case, in order to maintain the state of charge of the energy storage device 60a above a certain level over the entire operating period of the vessel, the maximum charging amount of the energy storage device 60a must be provided with a large capacity. For example, when it is assumed that the output of each power generation engine 50a to 50c in FIG. 6B is 1 MWh, and any one of the power generation engines 50c does not operate for an emergency, the energy storage device 60a is It must be at least 500 kWh to cope with fluctuations in power demand on board. However, since the point at which the onboard power demand forms the maximum peak is only a small part of the entire operation period and the frequency is low, it is difficult to provide a large scale of the energy storage device 60a to respond only to the point where the peak is formed. There was a limit to the space of the ship.

이에 따라 본 실시예에서는 연료전지, 발전엔진(50a 내지 50c), 에너지 저장장치(60b)를 포함하는 선박에서 에너지 저장장치(60b)를 방전 모드와 충전 모드로 교호적으로 운전하도록 하였다.Accordingly, in the present embodiment, the energy storage device 60b is alternately operated in the discharging mode and the charging mode in a ship including the fuel cell, the power generation engines 50a to 50c, and the energy storage device 60b.

구체적으로, 에너지 저장장치(60b)를 선박 내 수요처(S)로 전력을 공급하는 방전 모드와, 연료전지 및 발전엔진(50a 내지 50c)으로부터 전력을 공급받는 충전 모드로 번갈아가며 운전하도록 하였다. 이때, 방전 모드는 에너지 저장장치(60b)의 저장 또는 충전 용량이 0 내지 20%가 될 때까지 에너지 저장장치(60b)에 저장된 전력을 공급하는 것을 의미하며, 충전 모드는 에너지 저장장치(60b)의 저장 또는 충전 용량이 80 내지 100%가 될 때까지 전력을 공급받는 것을 의미할 수 있다. 즉, 종래 에너지 저장장치(60a)가 수% 내지 수십%까지 충방전량의 변동폭이 큰 상태로 잦은 충방전이 이루어지도록 마련된 데에 비해, 전술한 충전 용량에 맞추어 일정 수준까지 충전 되었다가 이후 다시 일정 수준까지 방전되는 과정이 반복될 수 있도록 하였다. 바람직하게는, 에너지 저장장치(60b)는 방전 모드로 운전시 충전 용량이 0%가 될 때까지 전력을 공급하고, 충전 모드로 운전시 충전 용량이 100%가 될 때까지 전력을 공급받을 수 있다.Specifically, the energy storage device 60b was operated alternately in a discharging mode for supplying power to the demand S in the ship and a charging mode for receiving power from the fuel cell and power generation engines 50a to 50c. At this time, the discharging mode means supplying the power stored in the energy storage device 60b until the storage or charging capacity of the energy storage device 60b becomes 0 to 20%, and the charging mode is the energy storage device 60b. It may mean that power is supplied until the storage or charging capacity of the battery is 80 to 100%. That is, the conventional energy storage device 60a is charged to a certain level according to the above-described charging capacity, and then is charged again to a certain level, compared to the conventional energy storage device 60a provided to be frequently charged and discharged with a large variation in the charge/discharge amount from several percent to several tens%. The process of discharging to the level was allowed to be repeated. Preferably, the energy storage device 60b supplies power until the charging capacity becomes 0% when operating in the discharging mode, and receives power until the charging capacity becomes 100% when operating in the charging mode. .

본 실시예에서 선박은 에너지 저장장치(60b)가 방전 모드인 경우 에너지 저장장치(60b)에 저장된 전력을 우선하여 수요처(S)로 공급하여 사용할 수 있으며, 에너지 저장장치(60b)가 충전 모드인 경우 연료전지 및 발전엔진(50a 내지 50c)에서 생성한 전력을 우선하여 수요처(S)로 공급하여 사용할 수 있다.In this embodiment, when the energy storage device 60b is in the discharging mode, the ship can use the power stored in the energy storage device 60b by supplying it to the consumer S with priority, and the energy storage device 60b is in the charging mode. In this case, the electric power generated by the fuel cell and the power generation engines 50a to 50c may be prioritized and supplied to the consumer S for use.

예를 들어, 본 실시예에서 복수 개의 발전엔진(50a 내지 50c)은 서로 동일한 전력 생산량을 가질 수 있으며, 에너지 저장장치(60b)가 충전 모드인 경우 방전 모드인 경우에 비해 더 많은 수의 발전엔진을 운전할 수 있다. For example, in the present embodiment, the plurality of power generation engines 50a to 50c may have the same power production as each other, and when the energy storage device 60b is in the charging mode, the number of power generation engines is greater than that in the discharging mode. can drive

예를 들어, 본 실시예에서 발전엔진은 제1 전력 생산량을 갖는 발전엔진(50a 및 50b), 상기 제1 전력 생산량 보다 큰 제2 전력 생산량을 갖는 발전엔진(50c)을 포함하는 서로 다른 둘 이상의 전력 생산량을 갖는 복수 개의 발전엔진들을 포함할 수 있다. 이러한 경우, 에너지 저장장치(60b)가 방전 모드인 경우 제1 전력 생산량을 갖는 발전엔진(50a, 50b)만을 운전하며, 에너지 저장장치(60b)가 충전 모드인 경우 서로 다른 전력 생산량을 갖는 상기 복수 개의 발전엔진(50a, 50c)를 운전할 수 있다.For example, in this embodiment, the power generation engine includes two or more different power generation engines 50a and 50b having a first power output and a power generation engine 50c having a second power production greater than the first power output. It may include a plurality of power generation engines having a power production. In this case, when the energy storage device 60b is in the discharging mode, only the power generation engines 50a and 50b having a first power production are operated, and when the energy storage device 60b is in the charging mode, the plurality of power plants having different power productions are operated. It is possible to drive the power generation engines 50a and 50c.

도 7을 참조하면, 복수 개의 발전엔진(50a 내지 50c)들은 모두 동일한 전력 생산량을 가질 수 있다. 구체적으로, 도 7의 (a) 및 (b)는 에너지 저장장치(60b)가 전술한 것과 같은 용량에 따라 방전 모드, 충전 모드로 번갈아 가며 운전하는 경우, 동일한 수요처(S) 부하 조건에서의 방전 모드와 충전 모드에서의 운전 양상을 각각 나타낸 개념도이다.Referring to FIG. 7 , the plurality of power generation engines 50a to 50c may all have the same power production. Specifically, in FIGS. 7A and 7B, when the energy storage device 60b operates alternately in a discharge mode and a charge mode according to the same capacity as described above, discharge under the same demand (S) load condition It is a conceptual diagram showing the driving mode in mode and charging mode, respectively.

도 7의 (a)와 같이 에너지 저장장치(60b)가 방전 모드로 운전할 때, 수요처(S)는 에너지 저장장치(60b)에 저장되어 있던 전력을 우선적으로 공급받을 수 있다. 이때는 어느 한 발전엔진(50c)은 운전하지 않고 여분으로 남겨둘 수 있다.As shown in FIG. 7A , when the energy storage device 60b operates in the discharge mode, the demand S may preferentially receive the power stored in the energy storage device 60b. In this case, any one of the power generation engines 50c may be left as a spare without driving.

도 7의 (b)와 같이 에너지 저장장치(60b)가 충전 모드로 운전할 때, 수요처(S)는 발전엔진(50a 내지 50c)에서 생성한 전력을 우선적으로 사용하고, 잉여분을 에너지 저장장치(60b)로 저장하는 것을 동시에 수행할 수 있다. When the energy storage device 60b operates in the charging mode as shown in (b) of FIG. 7 , the consumer S preferentially uses the power generated by the power generation engines 50a to 50c, and the surplus is used in the energy storage device 60b ) can be saved at the same time.

이러한 경우, 에너지 저장장치(60b)는 낮은 충방전율로 반복 운전하는 경우 대비 낮은 용량으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 발전엔진(50a 내지 50c)들은 각각 1MWh의 출력을 가질 수 있으며, 이러한 경우 에너지 저장장치(60b)는 200kWh의 출력만을 가질 수 있다.In this case, the energy storage device 60b may be provided with a lower capacity compared to the case of repeated operation with a low charge/discharge rate. For example, the power generation engines 50a to 50c may each have an output of 1MWh, and in this case, the energy storage device 60b may have an output of only 200kWh.

도 8을 참조하면, 복수 개의 발전엔진(50a, 50b, 50d)들은 서로 상이한 둘 이상의 전력 생산량을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 발전엔진(50a, 50b)은 1MWh의 출력을 가질 수 있으며, 다른 발전엔진(50b)은 2MWh의 출력을 가질 수 있다. 도 8의 (a) 및 (b)는 에너지 저장장치(60b)가 전술한 것과 같은 용량에 따라 방전 모드, 충전 모드로 번갈아 가며 운전하는 경우, 동일한 수요처(S) 부하 조건에서의 방전 모드와 충전 모드에서의 운전 양상을 각각 나타낸 개념도이다.Referring to FIG. 8 , the plurality of power generation engines 50a , 50b , and 50d may have two or more different power productions. For example, some power generation engines 50a and 50b may have an output of 1 MWh, and other power generation engines 50b may have an output of 2 MWh. 8 (a) and (b) show when the energy storage device 60b alternately operates in a discharge mode and a charge mode according to the same capacity as described above, the discharge mode and the charge under the same demand (S) load condition It is a conceptual diagram showing the driving aspects in each mode.

도 8의 (a)와 같이 에너지 저장장치(60b)가 방전 모드로 운전할 때, 수요처(S)는 에너지 저장장치(60b)에 저장되어 있던 전력을 우선적으로 공급받을 수 있다. 따라서, 상대적으로 큰 용량의 발전엔진(50d)은 운전하지 않고 여분으로 남겨둘 수 있다.As shown in FIG. 8A , when the energy storage device 60b operates in the discharge mode, the consumer S may preferentially receive the power stored in the energy storage device 60b. Accordingly, the power generation engine 50d having a relatively large capacity can be left in excess without driving.

도 8의 (b)와 같이 에너지 저장장치(60b)가 충전 모드로 운전할 때, 수요처(S)는 발전엔진(50a, 50d)에서 생성한 전력을 우선적으로 사용하고, 잉여분을 에너지 저장장치(60b)로 저장하는 것을 동시에 수행할 수 있다. When the energy storage device 60b operates in the charging mode as shown in (b) of FIG. 8 , the consumer S preferentially uses the power generated by the power generation engines 50a and 50d, and the surplus is used in the energy storage device 60b ) can be saved at the same time.

이러한 경우, 에너지 저장장치(60b)는 낮은 충방전율로 반복 운전하는 경우 대비 낮은 용량으로 마련될 수 있다. 예를 들어, 일부 발전엔진(50a, 50b)이 1MWh의 출력을 갖고 다른 발전엔진(50d)이 2MWh의 출력을 갖는 경우, 에너지 저장장치(60b)는 200kWh의 출력만을 가질 수 있다.In this case, the energy storage device 60b may be provided with a lower capacity compared to the case of repeated operation with a low charge/discharge rate. For example, when some of the power generation engines 50a and 50b have an output of 1 MWh and the other power generation engines 50d have an output of 2 MWh, the energy storage device 60b may have an output of only 200 kWh.

이상과 같은 본 실시예에 따른 선박은 에너지 저장장치(60b)의 충전 용량이 0 내지 20%가 될 때까지 에너지 저장장치(60b)에 저장된 전력을 공급하는 방전 모드와, 에너지 저장장치(60b)의 저장 또는 충전 용량이 80 내지 100%가 될 때까지 전력을 공급받는 충전 모드를 번갈아 가며 운전하도록 마련하여, 선내 수요처(S)에서의 전력 수요의 급변에 대처할 수 있으며, 에너지 저장장치(60b)의 규모를 줄일 수 있다.The ship according to the present embodiment as described above has a discharge mode for supplying power stored in the energy storage device 60b until the charging capacity of the energy storage device 60b becomes 0 to 20%, and the energy storage device 60b. It is possible to cope with a sudden change in power demand at the onboard demand source (S) by alternately operating the charging mode in which power is supplied until the storage or charging capacity of the ship reaches 80 to 100%, and the energy storage device (60b) can reduce the size of

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 embodiments described above, and a combination of the embodiments or a combination of at least one of the embodiments and a known technology may be included 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 실시예의 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 focusing on the embodiments of the present invention, but this is merely an example and does not limit the present invention. It will be appreciated that various combinations or modifications and applications not illustrated in the embodiments are possible within the scope. Accordingly, descriptions 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.

10: 연료전지부 11: 연료전지 모듈부
12: 연료전지 연결부 13: 롤러부
14: 레일 15: 지지부
16: 개폐부 17: 모터룸
18: 크레인 20: 송신부
30: 수신부 40: 변환부
50a~d: 발전엔진 60a, b: 에너지 저장장치
100: 연료전지 모듈 110: 제1 혼합부
111: 제1 열교환기 112: 제1 밸브
113: 제2 밸브 114: 개질기
115: 제2 혼합부 120: 제2 열교환기
121: 제3 밸브 130: 연료전지 스택
131: 온도센서 140: 버너
200: 액화가스 공급부 210: 제4 밸브
300: 스팀 공급부 400: 공기 공급부
500: 폐열회수부 510: 온도센서
520: 유량센서 600: 제1 제어부
700: 수소 공급부 710: 제5 밸브
800: 제2 제어부
D: 상갑판 S: 수요처
L1: 연료 공급라인 L2: 공기 공급라인
L3: 개질기 바이패스라인 L4: 연료극 배출라인
L5: 공기극 배출라인 L6: 가스 배출라인
10: fuel cell unit 11: fuel cell module unit
12: fuel cell connection part 13: roller part
14: rail 15: support
16: opening/closing unit 17: motor room
18: crane 20: transmitter
30: receiving unit 40: converting unit
50a~d: power generation engine 60a, b: energy storage device
100: fuel cell module 110: first mixing unit
111: first heat exchanger 112: first valve
113: second valve 114: reformer
115: second mixing unit 120: second heat exchanger
121: third valve 130: fuel cell stack
131: temperature sensor 140: burner
200: liquefied gas supply 210: fourth valve
300: steam supply 400: air supply
500: waste heat recovery unit 510: temperature sensor
520: flow sensor 600: first control unit
700: hydrogen supply 710: fifth valve
800: second control unit
D: Upper deck S: Customer
L1: fuel supply line L2: air supply line
L3: Reformer bypass line L4: Anode discharge line
L5: cathode discharge line L6: gas discharge line

Claims (5)

수소가 포함된 연료를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지;
복수 개로 구비되는 발전엔진; 및
상기 연료전지 및 상기 발전엔진에서 생산한 전기를 저장하는 에너지 저장장치를 포함하는 선박에서,
상기 에너지 저장장치는,
상기 선박 내 수요처로 전력을 공급하는 방전 모드와,
상기 연료전지 및 상기 발전엔진으로부터 전력을 공급받는 충전 모드로 교호적으로 운전하는 것인, 선박.
a fuel cell that generates electricity using a fuel containing hydrogen;
a power generation engine provided in plurality; and
In a ship comprising an energy storage device for storing electricity produced by the fuel cell and the power generation engine,
The energy storage device,
A discharge mode for supplying power to the demand in the ship;
The ship will alternately operate in a charging mode receiving power from the fuel cell and the power generation engine.
제 1 항에 있어서,
상기 방전 모드는, 상기 에너지 저장장치의 저장 용량이 0 내지 20%가 될 때까지 전력을 공급하는 것이며,
상기 충전 모드는, 상기 에너지 저장장치의 저장 용량이 80 내지 100%가 될 때까지 전력을 공급받는 것인, 선박.
The method of claim 1,
The discharging mode is to supply power until the storage capacity of the energy storage device is 0 to 20%,
In the charging mode, the vessel is to receive power until the storage capacity of the energy storage device is 80 to 100%.
제 2 항에 있어서,
상기 선박은,
상기 에너지 저장장치가 방전 모드인 경우 상기 에너지 저장장치의 전력을 우선하여 상기 수요처로 공급하는 것이며,
상기 에너지 저장장치가 충전 모드인 경우 상기 연료전지 및 상기 발전엔진에서 생성한 전력을 우선하여 상기 수요처로 공급하는 것인, 선박.
3. The method of claim 2,
the vessel,
When the energy storage device is in the discharge mode, the power of the energy storage device is prioritized and supplied to the demanding party,
When the energy storage device is in the charging mode, the power generated by the fuel cell and the power generation engine is preferentially supplied to the demanding party.
제 2 항에 있어서,
상기 복수 개의 발전엔진은,
서로 동일한 전력 생산량을 갖는 것이며,
상기 에너지 저장장치가 충전 모드인 경우 방전 모드인 경우에 비해 더 많은 수의 발전엔진을 운전하는 것인, 선박.
3. The method of claim 2,
The plurality of power generation engines,
to have the same power output as each other,
When the energy storage device is in the charging mode, a larger number of power generation engines are operated than in the case of the discharging mode, the vessel.
제 2 항에 있어서,
상기 복수 개의 발전엔진은,
제1 전력 생산량, 상기 제1 전력 생산량 보다 큰 제2 전력 생산량을 포함하는 서로 다른 둘 이상의 전력 생산량을 갖는 것이며,
상기 에너지 저장장치가 방전 모드인 경우 제1 전력 생산량을 갖는 발전엔진만을 운전하며,
상기 에너지 저장장치가 충전 모드인 경우 서로 다른 전력 생산량을 갖는 상기 복수 개의 발전엔진을 운전하는 것인, 선박.
3. The method of claim 2,
The plurality of power generation engines,
Having two or more different power productions including a first power production and a second power production greater than the first power production,
When the energy storage device is in the discharge mode, only the power generation engine having the first power production is operated,
When the energy storage device is in the charging mode, the ship will operate the plurality of power generation engines having different power production.
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