KR20220145714A - Fuel cell and vessel comprising the same - Google Patents

Fuel cell and vessel comprising the same Download PDF

Info

Publication number
KR20220145714A
KR20220145714A KR1020210052671A KR20210052671A KR20220145714A KR 20220145714 A KR20220145714 A KR 20220145714A KR 1020210052671 A KR1020210052671 A KR 1020210052671A KR 20210052671 A KR20210052671 A KR 20210052671A KR 20220145714 A KR20220145714 A KR 20220145714A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
ship
fuel
end fuel
cell system
Prior art date
Application number
KR1020210052671A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR102464902B1 (en
Inventor
윤병영
이정일
김대희
Original Assignee
한국조선해양 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국조선해양 주식회사 filed Critical 한국조선해양 주식회사
Priority to KR1020210052671A priority Critical patent/KR102464902B1/en
Publication of KR20220145714A publication Critical patent/KR20220145714A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102464902B1 publication Critical patent/KR102464902B1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63JAUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00Driving of auxiliaries
    • B63J3/04Driving of auxiliaries from power plant other than propulsion power plant
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022Heating by combustion
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04858Electric variables
    • H01M8/04925Power, energy, capacity or load
    • H01M8/0494Power, energy, capacity or load of fuel cell stacks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63HMARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H2021/003Use of propulsion power plant or units on vessels the power plant using fuel cells for energy supply or accumulation, e.g. for buffering photovoltaic energy
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63JAUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00Driving of auxiliaries
    • B63J2003/001Driving of auxiliaries characterised by type of power supply, or power transmission, e.g. by using electric power or steam
    • B63J2003/002Driving of auxiliaries characterised by type of power supply, or power transmission, e.g. by using electric power or steam by using electric power
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63JAUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B63J2099/001Burning of transported goods, e.g. fuel, boil-off or refuse
    • B63J2099/003Burning of transported goods, e.g. fuel, boil-off or refuse of cargo oil or fuel, or of boil-off gases, e.g. for propulsive purposes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

A fuel cell system for a vessel according to the present invention includes: a front end fuel cell that generates electricity by receiving fuel and air containing hydrogen; and a rear end fuel cell that generates electricity by receiving fuel and air discharged from the front end fuel cell, wherein the fuel cell system supplies electricity produced using the front end fuel cell and the rear end fuel cell to customers in the vessel while the vessel is in operation, and electricity generated using the rear end fuel cell is supplied to customers in the vessel while the vessel is anchored in a port. An objective of the present invention is to provide a cascade fuel cell system with improved power generation efficiency compared to a conventional single fuel cell and a vessel including the same.

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. 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. 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). However, there is a problem in that ships according to the prior art cannot satisfy the environmental regulations only with the environmental pollutant reduction device as the environmental regulations are gradually strengthened. 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 연구되고 있다. 특히, 고체산화물 연료전지(SOFC)는 이러한 연료전지 중 하나로서 연료와 전해질의 선택폭이 넓으면서 우수한 운전 효율을 나타내는 장점이 있어 선박에 적용하기 위한 모듈화 연구가 이루어지고 있다. 그러나, 고체산화물 연료전지는 500 내지 1,000℃에 이르는 고온 조건에서 운전하기 때문에 초기 운전과 일시 정지 후 재운전시 많은 시간이 소요되는 문제가 있었다.In a ship with limited space, if the proportion of environmental pollutant reduction devices increases, it is inefficient because not only the space for loading cargo or people is relatively reduced, but also fuel economy increases 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 to reduce environmental pollution compared to existing fuels. In particular, a solid oxide fuel cell (SOFC), as one of these fuel cells, has a wide selection of fuel and electrolyte and has the advantage of exhibiting excellent operating efficiency. However, since the solid oxide fuel cell operates at a high temperature ranging from 500 to 1,000° C., there is a problem in that it takes a lot of time for initial operation and re-operation after a pause.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 종래 단일 연료전지 대비 발전 효율이 향상되는 캐스케이드(cascade)형 연료전지 시스템 및 이를 포함하는 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 cascade fuel cell system in which power generation efficiency is improved compared to a conventional single fuel cell, and a ship including the same.

또한, 본 발명의 목적은 선박의 운항 상태에 따라 연료전지 일부 또는 전부를 이용하여 전력을 생산 및 공급하도록 하여 연료 소모량을 절감할 수 있는 연료전지 시스템 및 이를 포함하는 선박을 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of reducing fuel consumption by using some or all of the fuel cell to produce and supply electric power according to the operating state of the ship, and to provide a ship including the same.

본 발명의 일 측면에 따른 선박용 연료전지 시스템은, 수소를 포함하는 연료 및 공기를 공급받아 전기를 생산하는 전단 연료전지, 및 상기 전단 연료전지에서 배출되는 연료 및 공기를 공급받아 전기를 생산하는 후단 연료전지를 포함하며, 상기 연료전지 시스템은, 상기 선박이 운항하는 중에는 상기 전단 연료전지 및 상기 후단 연료전지를 이용하여 생산한 전기를 상기 선박 내 수요처로 공급하고, 상기 선박이 항만에 정박하는 중에는 상기 후단 연료전지를 이용하여 생산한 전기를 상기 선박 내 수요처로 공급하는 것이다.A fuel cell system for a ship according to an aspect of the present invention provides a front-end fuel cell for generating electricity by receiving fuel and air containing hydrogen, and a rear-end for producing electricity by receiving fuel and air discharged from the front-end fuel cell. and a fuel cell, wherein the fuel cell system supplies electricity produced by using the front-end fuel cell and the rear-end fuel cell to a consumer in the ship while the ship is operating, and while the ship is anchored in a port The electricity produced by using the rear-end fuel cell is supplied to the demand in the ship.

구체적으로, 상기 전단 연료전지는, 공급되는 연료를 연소하는 버너를 포함하되, 상기 버너는, 상기 선박이 운항하는 중에는 작동하지 않는 것일 수 있다.Specifically, the front end fuel cell may include a burner that burns supplied fuel, and the burner may not operate while the ship is operating.

구체적으로, 상기 버너는, 상기 선박이 항만에 정박하는 중에 연료의 적어도 일부를 연소하여 상기 전단 연료전지 내부의 온도를 미리 정해진 온도 이상으로 유지하는 것일 수 있다.Specifically, the burner may burn at least a portion of fuel while the ship is anchored in a port to maintain the temperature inside the fuel cell at the front stage above a predetermined temperature.

구체적으로, 상기 전단 연료전지 및 상기 후단 연료전지는, 수소를 포함하는 연료를 공급하는 연료극 공급라인과 공기를 공급하는 공기극 공급라인 상에 순차적으로 마련되는 것이며, 상기 공기극 공급라인은, 상기 전단 연료전지의 상류에서 분기하여 상기 전단 연료전지와 상기 후단 연료전지 사이로 합류하는 분기라인을 포함하는 것일 수 있다.Specifically, the front-end fuel cell and the rear-end fuel cell are sequentially provided on an anode supply line for supplying fuel containing hydrogen and a cathode supply line for supplying air, and the cathode supply line includes the front-end fuel cell. It may include a branch line that branches upstream of the cell and joins between the front end fuel cell and the rear end fuel cell.

구체적으로, 상기 전단 연료전지와 상기 후단 연료전지는 복수 개로 마련되는 것이며, 상기 후단 연료전지는, 상기 전단 연료전지보다 발전 용량이 작되, 상기 복수 개의 후단 연료전지는 상기 선박이 항만에 정박하는 중에 요구하는 전력 수요량을 공급하는 것일 수 있다.Specifically, the front-end fuel cell and the rear-end fuel cell are provided in plurality, and the rear-stage fuel cell has a power generation capacity smaller than that of the front-end fuel cell, and the plurality of rear-end fuel cells are provided while the ship is anchored in the harbor. It may be to supply the required amount of power demand.

본 발명에 따른 연료전지 시스템은 전단 연료전지 및 후단 연료전지를 순차적으로 마련하여, 이들의 발전 용량을 합친 것과 동일한 용량을 갖는 단일 연료전지 대비 발전 효율이 우수하고, 운전을 위해 필요한 내부 온도 확보에 소요되는 시간을 단축할 수 있다.The fuel cell system according to the present invention sequentially provides a front-end fuel cell and a rear-end fuel cell, and has superior power generation efficiency compared to a single fuel cell having the same capacity as the sum of their power generation capacities, and is used to secure internal temperature necessary for operation. The time required can be shortened.

또한, 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 선박이 항만에 정박 중인 경우, 연료전지 시스템의 연료전지 일부만을 운전하여 전력 수요를 충당하되, 운전하지 않는 연료전지는 내부 온도를 유지하여 재운전시 소요되는 시간을 단축할 수 있다.In addition, in the fuel cell system according to the present invention, when a ship is anchored in a port, only a part of the fuel cell of the fuel cell system is operated to meet the power demand, but the fuel cell that is not in operation maintains the internal temperature and the time required for re-operation can be shortened

도 1은 종래의 연료전지 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 나타낸 개념도이다.
1 is a conceptual diagram illustrating a conventional fuel cell system.
2 is a conceptual diagram illustrating a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.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 subject matter 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, 연료전지에 공급하기 위한 연료는 수소일 수 있으며, 천연가스, 석탄가스, 석유가스, 에탄, 에탄올, 메탄올과 같이 수소를 포함하는 탄화수소와 같이 수소 원자를 포함하는 화합물, 혼합물이거나 암모니아 등을 포괄하여 의미할 수 있다. 나아가, 수소를 포함하는 화합물을 개질하여 수소 가스를 생성하는 데에 이용되는 스팀 또한 연료로 지칭한다.Hereinafter, the fuel for supplying the fuel cell may be hydrogen, and a compound containing hydrogen atoms, such as a hydrocarbon containing hydrogen such as natural gas, coal gas, petroleum gas, ethane, ethanol, methanol, or a mixture or ammonia, etc. can mean encompassing Furthermore, steam used for reforming a compound containing hydrogen to produce hydrogen gas is also referred to as fuel.

이하에서, 전술한 것과 같은 연료와 연료전지에 공급하기 위한 공기는 유체로 지칭할 수 있다.Hereinafter, the above-described fuel and air to be supplied to the fuel cell may be referred to as a fluid.

이하에서, 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 있는데, 본 발명에서 예시하는 연료전지는 500 내지 1000℃의 고온 조건에서 발전하는 것으로, 고체산화물(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) 연료전지 또는 용융탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, 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 to generate electricity using fuel containing hydrogen. Fuel cells may be classified according to the type of electrolyte used. The fuel cell exemplified in the present invention generates power at a high temperature of 500 to 1000° C., and is a solid oxide (SOFC) fuel cell or molten carbonate. It may be a fuel cell (MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), but is not limited thereto.

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 ocean, 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 1은 종래의 연료전지 시스템을 나타낸 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating a conventional fuel cell system.

도 1을 참조하면, 종래의 연료전지 시스템(1)은 복수 개의 연료전지(10), 연료극 공급라인(L1), 공기극 공급라인(L2) 등을 포함한다.Referring to FIG. 1 , a conventional fuel cell system 1 includes a plurality of fuel cells 10 , an anode supply line L1 , a cathode supply line L2 , and the like.

연료전지(10)는 내부에 연료극, 전해질, 공기극을 포함하는 연료전지 셀과 밀봉재, 연결재 등이 반복적으로 적층되는 연료전지 스택을 포함할 수 있다. 도시하지 않았으나, 연료전지(10)는 내부에 후술할 연료극 공급라인(L1)을 통해 공급되는 연료와 공기극 공급라인(L2)을 통해 공급되는 공기 및 연료전지(10)에서 배출되는 가스가 연통하기 위한 유로와, 연료전지(10)에서 생산된 전기를 연료전지 시스템(1)의 외부로 전달하기 위한 전선을 더 포함할 수 있다.The fuel cell 10 may include a fuel cell stack including a fuel electrode, an electrolyte, and an air electrode therein, and a fuel cell stack in which a sealing material, a connecting material, and the like are repeatedly stacked. Although not shown, the fuel cell 10 communicates with the fuel supplied through the anode supply line L1, which will be described later, the air supplied through the cathode supply line L2, and the gas discharged from the fuel cell 10. It may further include a flow path and a wire for transmitting electricity generated by the fuel cell 10 to the outside of the fuel cell system 1 .

연료전지(10)는 수소나 수소를 포함하는 연료와 공기 중의 산소를 이용하여 전기를 생산할 수 있으며, 연료전지 스택에서 반응하거나 반응하지 않은 연료 및 공기를 배출할 수 있다. 연료전지(10)는 연료전지 스택에서 배출되는 미반응 연료를 연소시키는 버너(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 버너는 미반응 연료를 연소시켜 배출가스를 연료전지 시스템(1)의 외부로 배출시킬 수 있다.The fuel cell 10 may generate electricity using hydrogen or a fuel containing hydrogen and oxygen in the air, and may discharge fuel and air that have reacted or have not reacted from the fuel cell stack. The fuel cell 10 may further include a burner (not shown) for burning unreacted fuel discharged from the fuel cell stack. The burner may burn the unreacted fuel to discharge exhaust gas to the outside of the fuel cell system 1 .

연료극 공급라인(L1)은 연료전지 시스템(1)의 외부로부터 수소를 포함하는 연료를 연료전지(10)로 공급할 수 있다. 연료극 공급라인(L1)은 연료전지(10)의 내부로 연결되어 수소나 수소를 포함하는 연료를 연료전지(10)의 연료극으로 공급할 수 있다. 공기극 공급라인(L2)은 연료전지 시스템(1)의 외부로부터 공기를 연료전지(10)로 공급할 수 있다. 공기극 공급라인(L2)은 연료전지(10)의 내부로 연결되어 공기를 연료전지(10)의 공기극으로 공급할 수 있다.The anode supply line L1 may supply fuel including hydrogen from the outside of the fuel cell system 1 to the fuel cell 10 . The anode supply line L1 may be connected to the inside of the fuel cell 10 to supply hydrogen or a fuel including hydrogen to the anode of the fuel cell 10 . The cathode supply line L2 may supply air from the outside of the fuel cell system 1 to the fuel cell 10 . The cathode supply line L2 may be connected to the inside of the fuel cell 10 to supply air to the cathode of the fuel cell 10 .

종래의 연료전지 시스템(1)에서, 연료전지(10)는 복수 개가 병렬로 마련될 수 있다. 연료전지(10)는 제1 연료전지(10a) 내지 제n 연료전지(10n)와 같이 복수 개로 마련되며, 이들 복수 개의 연료전지(10)는 연료극 공급라인(L1)과 공기극 공급라인(L2)에 대해 각각 병렬로 연결되는 것일 수 있다. 복수 개의 연료전지(10)를 병렬로 구성하는 경우, 직렬로 구성하는 경우 대비 전체 연료전지 시스템(1)의 발전 용량의 제어가 용이하다는 장점이 있다.In the conventional fuel cell system 1, a plurality of fuel cells 10 may be provided in parallel. The fuel cell 10 is provided in plurality, such as the first fuel cell 10a to the n-th fuel cell 10n, and the plurality of fuel cells 10 includes an anode supply line L1 and a cathode supply line L2. may be connected in parallel to each other. When the plurality of fuel cells 10 are configured in parallel, there is an advantage in that the power generation capacity of the entire fuel cell system 1 can be easily controlled compared to when the plurality of fuel cells 10 are configured in series.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 나타낸 개념도이다.2 is a conceptual diagram illustrating a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 선박용 연료전지 시스템(2)은 복수 개의 전단 연료전지(100), 복수 개의 후단 연료전지(110), 연료극 공급라인(L10), 공기극 공급라인(L20) 등을 포함한다. 이하에서는 본 실시예에 따른 연료전지 시스템(2)이 종래 연료전지 시스템(1) 대비 달라지는 점을 위주로 설명하며, 동일한 내용은 설명을 생략한다.Referring to FIG. 2 , the marine fuel cell system 2 includes a plurality of front end fuel cells 100 , a plurality of rear end fuel cells 110 , an anode supply line L10 , a cathode supply line L20 , and the like. Hereinafter, differences in the fuel cell system 2 according to the present embodiment compared to the conventional fuel cell system 1 will be mainly described, and descriptions of the same content will be omitted.

연료전지 시스템(2)은 연료 및 공기의 흐름을 기준으로 순차적으로 마련되는 전단 연료전지(100)와 후단 연료전지(110)를 포함한다. 즉, 전단 연료전지(100)는 연료극 공급라인(L10)으로부터 수소를 포함하는 연료와, 공기극 공급라인(L20)으로부터 공기를 공급받아 전기를 생산하는 것이며, 후단 연료전지(110)는 전단 연료전지(100)에서 배출되는 연료 및 공기를 공급받아 전기를 생산하는 것이다.The fuel cell system 2 includes a front-end fuel cell 100 and a rear-end fuel cell 110 sequentially provided based on the flow of fuel and air. That is, the front end fuel cell 100 receives fuel containing hydrogen from the anode supply line L10 and air from the cathode supply line L20 to produce electricity, and the rear end fuel cell 110 is a front end fuel cell It is to produce electricity by receiving fuel and air discharged from (100).

본 실시예의 연료전지 시스템(2)은 선박 내부에 마련하여 선박 내 수요처에서 요구하는 전력 수요를 충족하기 위한 것이다. 바람직하게는, 선박은 연료전지 시스템(2)에서 생산하는 전기를 이용하여 추진하는 것일 수 있다. 연료전지 시스템(2)은 선박의 항해 상태에 따라 다른 방식으로 전기를 생산하여, 상기 항해 상태에 따라 달라지는 전력 수요에 맞춘 공급이 가능하다. 구체적으로, 선박의 항해 상태는 크게 운항하는 경우와 항만에 정박하는 경우로 구분할 수 있으며, 선박의 전력 수요량은 운항하는 경우에 더 클 수 있다. 연료전지 시스템(2)은 선박이 운항하는 중에는 전단 연료전지(100) 및 후단 연료전지(110) 모두를 이용하여 전기를 생산하여 선박 내 수요처로 공급하며, 선박이 항만에 정박하는 중에는 후단 연료전지(110)를 이용하여 전기를 생산하여 선박 내 수요처로 공급할 수 있다.The fuel cell system 2 of the present embodiment is provided inside the ship to satisfy the power demand required by the demand in the ship. Preferably, the vessel may be propelled using electricity produced by the fuel cell system 2 . The fuel cell system 2 generates electricity in a different way according to the sailing state of the vessel, and thus it is possible to supply electricity according to the different electric power demand according to the sailing state. Specifically, the sailing state of the vessel may be divided into a case of large operation and a case of anchoring in a port, and the power demand of the vessel may be greater when operating. The fuel cell system 2 generates electricity using both the front-end fuel cell 100 and the rear-end fuel cell 110 while the ship is operating and supplies it to the demand in the ship. (110) can be used to produce electricity and supply it to the demand in the ship.

연료전지 시스템(2)에서 전단 연료전지(100)와 후단 연료전지(110)는 각각 복수 개로 마련될 수 있다. 전단 연료전지(100)는 제1 전단 연료전지(100a) 내지 제n 전단 연료전지(100n)와 같이 복수 개가 병렬로 마련될 수 있으며, 제1 후단 연료전지(110a) 내지 제n 후단 연료전지(110n)와 같이 복수 개의 후단 연료전지(110)가 마련될 수 있다. 전단 연료전지(100)와 후단 연료전지(110)는 연료극 공급라인(L10)과 공기극 공급라인(L20)에 대해 각각 병렬로 연결되는 것일 수 있다.In the fuel cell system 2 , the front end fuel cell 100 and the rear end fuel cell 110 may be provided in plurality. A plurality of front end fuel cells 100 may be provided in parallel like the first front end fuel cells 100a to nth front end fuel cells 100n, and the first rear end fuel cells 110a to nth rear end fuel cells ( 110n), a plurality of rear-stage fuel cells 110 may be provided. The front end fuel cell 100 and the rear end fuel cell 110 may be connected in parallel to the anode supply line L10 and the cathode supply line L20, respectively.

전단 연료전지(100)와 후단 연료전지(110)는 연료극 공급라인(L10)과 공기극 공급라인(L20) 상에 마련되는 것이되, 전단 연료전지(100)와 후단 연료전지(110) 사이에 연결되는 라인은 전단 연료극 배출라인(L11)과 전단 공기극 배출라인(L21)으로 지칭할 수 있다. 공기극 공급라인(L20)은 공기의 흐름을 기준으로 전단 연료전지(100)의 상류에서 분기하여, 전단 연료전지(100)와 후단 연료전지(110) 사이로 합류하는 분기라인(L22)을 더 포함할 수 있다. 즉, 분기라인(L22)은 공기 공급라인(L20)에서 전단 연료전지(100) 상류에서 분기하여 전단 공기극 배출라인(L21)에 연결되는 것일 수 있다. 분기라인(L22)은 후단 연료전지(110)에 공기를 공급하여 후단 연료전지(110)로 공급되는 공기 중 미반응 공기의 분율을 높여 후단 연료전지(110)에서의 전기 생산 효율을 증대시킬 수 있다. 또는, 분기라인(L22)은 후단 연료전지(110)의 온도가 미리 정해진 온도보다 높아지는 경우, 후단 연료전지(110)로 공급되는 공기의 유량을 증가시켜 후단 연료전지(110) 내부의 온도를 낮출 수 있다.The front end fuel cell 100 and the rear end fuel cell 110 are provided on the anode supply line L10 and the cathode supply line L20 , and are connected between the front end fuel cell 100 and the rear end fuel cell 110 . This line may be referred to as a front-end anode discharge line L11 and a front-end cathode discharge line L21. The cathode supply line L20 may further include a branch line L22 that branches upstream of the front-end fuel cell 100 based on the flow of air and joins between the front-end fuel cell 100 and the rear-end fuel cell 110 . can That is, the branch line L22 may branch from the air supply line L20 upstream of the front end fuel cell 100 and be connected to the front end cathode discharge line L21. The branch line L22 supplies air to the rear-stage fuel cell 110 to increase the fraction of unreacted air in the air supplied to the rear-stage fuel cell 110 to increase the efficiency of electricity production in the rear-stage fuel cell 110 . have. Alternatively, the branch line L22 increases the flow rate of air supplied to the rear-stage fuel cell 110 when the temperature of the rear-stage fuel cell 110 is higher than a predetermined temperature to lower the internal temperature of the rear-stage fuel cell 110 . can

예를 들어, 제1 전단 연료전지(100a)는 연료극 공급라인(L10) 및 공기극 공급라인(L20)으로부터 연료 및 공기를 공급받아 전기를 생산하고, 미반응 연료를 포함하는 연료극 배출가스는 전단 연료극 배출라인(L11)을 통해 제1 후단 연료전지(110a)에 공급되며, 미반응 공기를 포함하는 공기극 배출가스는 전단 공기극 배출라인(L21)을 통해 제1 후단 연료전지(110a)에 공급될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 도시하지 않았으나, 하나의 전단 연료전지(100)에 대해 복수 개의 후단 연료전지(110)가 연결될 수 있다.For example, the first front end fuel cell 100a receives fuel and air from the anode supply line L10 and the cathode supply line L20 to produce electricity, and the anode exhaust gas including the unreacted fuel is the front end anode supply line. The cathode exhaust gas is supplied to the first rear-stage fuel cell 110a through the discharge line L11, and the cathode exhaust gas including unreacted air can be supplied to the first rear-stage fuel cell 110a through the front-end cathode discharge line L21. However, the present invention is not limited thereto. Although not shown, a plurality of rear-end fuel cells 110 may be connected to one front-end fuel cell 100 .

전단 연료전지(100)와 후단 연료전지(110)는 각각 공급되는 연료를 연소시키는 버너(도시하지 않음)를 포함할 수 있다. 바람직하게는 전단 연료전지(100)는 버너를 구비하되, 후단 연료전지(110)는 버너를 포함하지 않을 수 있다. 버너는 각 연료전지 내부에서 반응하지 않고 배출되는 연료 중 적어도 일부를 연소시키는 것일 수 있다. 이중에서, 전단 연료전지(100)의 버너는 선박의 운항 상태에 따라 작동 여부가 달라질 수 있다.Each of the front end fuel cell 100 and the rear end fuel cell 110 may include a burner (not shown) for burning the supplied fuel. Preferably, the front end fuel cell 100 includes a burner, but the rear end fuel cell 110 may not include a burner. The burner may burn at least a portion of fuel discharged without reacting inside each fuel cell. Among them, whether or not the burner of the front end fuel cell 100 operates may vary depending on the operating state of the vessel.

구체적으로, 전단 연료전지(100)의 버너는 선박이 운항하는 중에는 작동하지 않는 것일 수 있다. 선박이 운항하는 경우에는, 전단 연료전지(100)에서 전기를 생산하는 과정에서 반응하지 않는 연료는 전단 연료극 배출라인(L11)을 통해 후단 연료전지(110)로 공급될 수 있으며, 반응하지 않는 공기는 전단 공기극 배출라인(L21)을 통해 후단 연료전지(110)로 공급되어 후단 연료전지(110)에서의 전기화학 반응에 이용될 수 있다. Specifically, the burner of the front end fuel cell 100 may not operate while the ship is operating. When the ship operates, fuel that does not react in the process of generating electricity from the front end fuel cell 100 may be supplied to the rear end fuel cell 110 through the front end anode discharge line L11, and the non-reactive air is supplied to the rear-stage fuel cell 110 through the front-stage cathode discharge line L21 and may be used for an electrochemical reaction in the rear-stage fuel cell 110 .

구체적으로, 전단 연료전지(100)의 버너는 선박이 항만에 정박하는 중에는 연료의 적어도 일부를 연소하여 전단 연료전지(100) 내부의 온도를 미리 정해진 온도 이상으로 유지하는 데에 이용될 수 있다. 상기 미리 정해진 온도는 예를 들어, 500℃ 이상일 수 있다. 선박이 항만에 정박하는 경우에는, 전단 연료전지(100)는 운전하지 않고 후단 연료전지(110)만을 운전하여 선박의 전력 수요를 충당할 수 있으나, 전단 연료전지(100)는 버너를 이용하여 그 내부 온도를 미리 정해진 온도 이상으로 유지함으로써 전단 연료전지(100)를 재운전하게 되는 경우 운전 준비에 필요한 시간을 대폭 감축시킬 수 있게 된다. Specifically, the burner of the front end fuel cell 100 may be used to burn at least a portion of fuel while the ship is anchored in a port to maintain the temperature inside the front end fuel cell 100 above a predetermined temperature. The predetermined temperature may be, for example, 500° C. or higher. When a ship is anchored in a port, the front end fuel cell 100 is not operated and only the rear end fuel cell 110 is operated to meet the power demand of the ship, but the front end fuel cell 100 uses a burner to When the previous stage fuel cell 100 is re-operated by maintaining the internal temperature above a predetermined temperature, it is possible to significantly reduce the time required for operation preparation.

도 1 및 2를 참조하여, 본 실시예와 같이 연료전지 시스템(2)을 구성하는 경우의 운전 방법을 보다 구체적으로 설명한다.1 and 2 , an operation method in the case of configuring the fuel cell system 2 as in the present embodiment will be described in more detail.

본 실시예에 따라 복수 개의 연료전지가 순차적으로 연결되며, 선행하는 연료전지의 배출가스를 이용하여 추가 전기를 생산하는 연료전지 시스템(2)을 캐스케이드형 시스템으로 지칭한다. 캐스케이드형 연료전지 시스템(2)이 이론상 종래 연료전지 시스템(1)과 동일한 발전 용량을 갖도록 마련되는 경우에도, 실제로는 종래 연료전지 시스템(1) 대비 높은 발전 효율을 나타낼 수 있다. According to this embodiment, a plurality of fuel cells are sequentially connected, and the fuel cell system 2 that generates additional electricity using exhaust gas of a preceding fuel cell is referred to as a cascade system. Even when the cascade type fuel cell system 2 is provided to have the same power generation capacity as the conventional fuel cell system 1 in theory, in practice, it may exhibit higher power generation efficiency than the conventional fuel cell system 1 .

예를 들어, 도 1에서 연료전지(10a)는 발전 용량이 100kW이고, 도 2에서 전단 연료전지(100a)의 발전 용량은 90kW 및 후단 연료전지(110a)의 발전 용량은 10kW으로 각 시스템의 이론상 발전 용량은 서로 동일할 수 있다. 그러나, 연료전지 내부의 유로를 통해 유동하는 연료 및 공기가 연료전지 셀의 각 전극에 접촉하는 양에는 한계가 있고, 상대적으로 좁은 유로 내에서는 연료와 공기가 균일하게 혼합되기 어려워 미반응 연료와 공기가 전극에 접촉하기 어려워지게 되므로, 전단 연료전지에서 미반응 연료와 공기를 인출해낸 뒤 후단 연료전지에 재주입하는 과정을 거치는 캐스케이드형 연료전지 시스템(2)의 실제 발전 용량이 동일 용량의 종래 연료전지 시스템(1)보다 더 크게 나타날 수 있다. For example, in FIG. 1 , the fuel cell 10a has a power generation capacity of 100 kW, and in FIG. 2 , the power generation capacity of the front end fuel cell 100 a is 90 kW and the power generation capacity of the rear end fuel cell 110 a is 10 kW. The generating capacity may be equal to each other. However, there is a limit to the amount of fuel and air flowing through the flow passage inside the fuel cell in contact with each electrode of the fuel cell, and it is difficult to uniformly mix fuel and air in a relatively narrow flow passage. Since it becomes difficult to contact the electrode, the actual power generation capacity of the cascade fuel cell system 2 in which unreacted fuel and air are drawn out from the front-stage fuel cell and re-injected into the rear-stage fuel cell is equal to the conventional fuel of the same capacity. It may appear larger than the battery system (1).

또한, 연료전지 시스템(2)은 선박의 항해 상태에 맞는 전력 공급 방식을 구현하고 항해 상태의 전환에 따른 신속한 대응을 구현할 수 있으며, 특히 선박이 항만에 정박하는 중인 경우에 에너지 효율적인 시스템 운용 방식을 제공할 수 있다. 구체적으로, 연료전지 시스템(2)의 후단 연료전지(110)는 전단 연료전지(100)보다 발전 용량이 작을 수 있으나, 복수 개의 후단 연료전지(110)만으로 선박이 항만에 정박하는 중에 요구되는 전력 수요량을 공급하는 것일 수 있다.In addition, the fuel cell system 2 can implement a power supply method suitable for the sailing state of the ship and implement a quick response according to the change of the sailing state, especially when the ship is anchored in a port, an energy-efficient system operation method. can provide Specifically, the rear-end fuel cell 110 of the fuel cell system 2 may have a smaller power generation capacity than the front-end fuel cell 100 , but only the plurality of rear-end fuel cells 110 , the power required while the vessel is anchored in the port. It could be supply and demand.

예를 들어, 선박은 운항하는 중에는 20MW의 전력을 필요로 할 수 있으며, 항만에 정박하는 중에는 2MW의 전력만을 필요로 할 수 있다. 도 1과 같은 종래 연료전지 시스템(1)은 발전 용량이 100kW로 동일한 200개의 연료전지(10)를 병렬로 구성하여 전기를 생산하였다. 연료전지 시스템(1)은 선박이 운항하는 중에는 연료전지(10) 200개를 모두 운전하여 20MW의 전력을 공급하고, 선박이 항만에 정박하는 중에는 연료전지(10) 20개만을 운전하고, 180개는 운전을 정지하여 2MW의 전력을 공급하였다.For example, a vessel may require 20 MW of power while in operation and only 2 MW of power while moored in port. The conventional fuel cell system 1 as shown in FIG. 1 generates electricity by configuring 200 fuel cells 10 with the same power generation capacity of 100 kW in parallel. The fuel cell system 1 operates all 200 fuel cells 10 while the ship is operating to supply 20MW of power, and operates only 20 fuel cells 10 while the ship is anchored in a port, and operates 180 stopped the operation and supplied 2MW of power.

이에 비해, 본 실시예에 따른 연료전지 시스템(2)은 발전 용량이 90kW인 전단 연료전지(100)와 10kW인 후단 연료전지(110)를 각각 200개씩 마련하여 전기를 생산할 수 있다. 연료전지 시스템(2)은 선박이 운항하는 중에는 전단 연료전지(100)와 후단 연료전지(110) 200개씩을 모두 운전하여 20MW의 전력을 공급하며, 선박이 항만에 정박하는 중에는 전단 연료전지(100)는 운전을 정지하고, 후단 연료전지(110) 200개를 운전하여 2MW의 전력을 공급할 수 있다. In contrast, in the fuel cell system 2 according to the present embodiment, 200 each of the front end fuel cell 100 and the 10kW rear fuel cell 110 having a power generation capacity of 90 kW may be provided to produce electricity. The fuel cell system 2 supplies 20MW of power by operating 200 each of the front-end fuel cells 100 and the rear-end fuel cells 110 while the ship is operating, and while the ship is anchored in the port, the front-end fuel cell 100 ) stops the operation and operates 200 rear-stage fuel cells 110 to supply 2MW of power.

선박이 항만에 정박하는 경우, 연료전지는 운전을 정지한 상태로 유지하되, 이후 운전하는 경우를 대비하여 연료전지 내부의 온도를 미리 정해진 온도 이상으로 일정하게 유지할 수 있으며, 이러한 동작을 핫 스탠바이(hot standby)로 지칭할 수 있다. 연료전지 시스템(1)에서 연료전지(10) 180개를 핫 스탠바이 상태로 유지하는 경우, 상대적으로 큰 부피의 연료전지(10) 내부를 가열해야 하므로 보다 많은 연료가 소비되며, 연료전지(10) 내부 가열에 사용된 가스와 미반응 연료는 연료전지(10) 외부로 배출하여 처리해주어야 했다. When a ship is anchored in a port, the fuel cell maintains its operation in a stopped state, but in case of subsequent operation, the temperature inside the fuel cell can be constantly maintained above a predetermined temperature, and this operation is performed in a hot standby mode. It can be referred to as hot standby). When 180 fuel cells 10 are maintained in the hot standby state in the fuel cell system 1, more fuel is consumed because the inside of the fuel cell 10 having a relatively large volume must be heated, and the fuel cell 10 Gas and unreacted fuel used for internal heating had to be discharged to the outside of the fuel cell 10 and treated.

이에 비해, 연료전지 시스템(2)에서는 전단 연료전지(100)의 버너를 이용하여 전단 연료전지(100) 내부를 가열하고 배출되는 가스를 전단 연료극 배출라인(L11)과 전단 공기극 배출라인(L21)을 통해 후단 연료전지(110)로 공급할 수 있는 바, 후단 연료전지(110)는 전단 연료전지(100)의 가열에 사용되고 배출되는 폐열을 이용할 수 있게 되어 에너지 효율적인 발전이 가능하게 된다. 후단 연료전지(110)는 전단 연료극 배출라인(L11)과 전단 공기극 배출라인(L21)을 통해 가열된 상태의 전단 연료전지(100) 배출가스를 공급받으므로 전기 생산에 필요한 온도 유지가 용이하며, 전단 연료전지(100)에서 배출되는 미반응 연료를 이용하여 전기를 생산할 수 있는 바 버너가 생략되는 것일 수 있다.In contrast, in the fuel cell system 2 , the inside of the fuel cell 100 is heated at the front end by using the burner of the fuel cell 100 at the front end and the discharged gas is discharged from the anode discharge line L11 and the cathode discharge line L21 at the front end. It can be supplied to the rear-stage fuel cell 110 through the bar, the rear-stage fuel cell 110 can use the waste heat that is used for heating the front-stage fuel cell 100 and discharged, thereby enabling energy-efficient power generation. The rear-end fuel cell 110 receives the exhaust gas from the front-end fuel cell 100 in a heated state through the front-end anode discharge line L11 and the front-end cathode discharge line L21, so it is easy to maintain the temperature required for electricity production, A bar burner capable of generating electricity using unreacted fuel discharged from the previous stage fuel cell 100 may be omitted.

이상과 같은 연료전지 시스템(2)은 복수 개의 연료전지를 캐스케이드 형식으로 배치하여 복수 개의 연료전지를 단순 병렬로 연결하는 경우 대비 발전 효율을 증가시킬 수 있다. 또한, 연료전지 시스템(2)은 선박의 정박시 종래 연료전지 시스템(1)의 연료전지(10) 대비 상대적으로 작은 부피의 전단 연료전지(100)를 핫 스탠바이 상태로 유지할 수 있게 마련하여 전체 시스템의 에너지 소비 효율을 향상시킴과 동시에, 다시 선박이 운항하는 등으로 전력 수요가 증가함에 따라 전단 연료전지(100)의 즉각적인 운전이 가능하여 선박의 항해 상태 변화에 따른 신속한 대응이 가능하다.The fuel cell system 2 as described above can increase power generation efficiency compared to a case where a plurality of fuel cells are arranged in a cascade form and a plurality of fuel cells are simply connected in parallel. In addition, the fuel cell system 2 is provided so that the front end fuel cell 100 of a relatively small volume compared to the fuel cell 10 of the conventional fuel cell system 1 can be maintained in a hot standby state when the vessel is anchored, so that the entire system At the same time, as the power demand increases due to the operation of the vessel again, the fuel cell 100 can be operated immediately at the front end, thereby enabling rapid response to changes in the vessel's sailing state.

본 발명은 상기에서 설명한 실시예로 한정되지 않으며, 상기 실시예들의 조합 또는 상기 실시예 중 적어도 어느 하나와 공지 기술의 조합을 또 다른 실시예로서 포함할 수 있음은 물론이다.It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and 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 only 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 variations and applications that can be easily derived from the embodiments of the present invention should be interpreted as being included in the present invention.

1: 종래의 연료전지 시스템 10: 연료전지
L1: 연료극 공급라인 L2: 공기극 공급라인
2: 연료전지 시스템 100: 전단 연료전지
110: 후단 연료전지 L10: 연료극 공급라인
L11: 전단 연료극 배출라인 L20: 공기극 공급라인
L21: 전단 공기극 배출라인 L22: 분기라인
1: Conventional fuel cell system 10: Fuel cell
L1: anode supply line L2: cathode supply line
2: fuel cell system 100: front end fuel cell
110: rear end fuel cell L10: anode supply line
L11: front end anode discharge line L20: cathode supply line
L21: front cathode discharge line L22: branch line

Claims (5)

선박용 연료전지 시스템으로서,
수소를 포함하는 연료 및 공기를 공급받아 전기를 생산하는 전단 연료전지; 및
상기 전단 연료전지에서 배출되는 연료 및 공기를 공급받아 전기를 생산하는 후단 연료전지를 포함하며,
상기 연료전지 시스템은,
상기 선박이 운항하는 중에는 상기 전단 연료전지 및 상기 후단 연료전지를 이용하여 생산한 전기를 상기 선박 내 수요처로 공급하고, 상기 선박이 항만에 정박하는 중에는 상기 후단 연료전지를 이용하여 생산한 전기를 상기 선박 내 수요처로 공급하는 것인, 선박용 연료전지 시스템.
A fuel cell system for ships, comprising:
A front-end fuel cell for generating electricity by receiving fuel and air containing hydrogen; and
and a rear-stage fuel cell that generates electricity by receiving fuel and air discharged from the front-stage fuel cell,
The fuel cell system,
While the ship is operating, electricity produced by using the front-end fuel cell and the rear-end fuel cell is supplied to the demand in the ship, and while the ship is anchored in the port, electricity produced using the rear-end fuel cell is used as the A fuel cell system for ships, which is supplied to a demand within a ship.
제 1 항에 있어서,
상기 전단 연료전지는,
공급되는 연료를 연소하는 버너를 포함하되,
상기 버너는,
상기 선박이 운항하는 중에는 작동하지 않는 것인, 선박용 연료전지 시스템.
The method of claim 1,
The front end fuel cell is
a burner for burning the supplied fuel;
The burner is
A fuel cell system for a ship that does not operate while the ship is in operation.
제 2 항에 있어서,
상기 버너는,
상기 선박이 항만에 정박하는 중에 연료의 적어도 일부를 연소하여 상기 전단 연료전지 내부의 온도를 미리 정해진 온도 이상으로 유지하는 것인, 선박용 연료전지 시스템.
3. The method of claim 2,
The burner is
By burning at least a portion of fuel while the ship is anchored in a port, the fuel cell system for a ship is to maintain the temperature inside the front end fuel cell above a predetermined temperature.
제 1 항에 있어서,
상기 전단 연료전지 및 상기 후단 연료전지는,
수소를 포함하는 연료를 공급하는 연료극 공급라인과 공기를 공급하는 공기극 공급라인 상에 순차적으로 마련되는 것이며,
상기 공기극 공급라인은,
상기 전단 연료전지의 상류에서 분기하여 상기 전단 연료전지와 상기 후단 연료전지 사이로 합류하는 분기라인을 포함하는 것인, 선박용 연료전지 시스템.
The method of claim 1,
The front end fuel cell and the rear end fuel cell are
It is sequentially provided on the anode supply line for supplying fuel containing hydrogen and the cathode supply line for supplying air,
The cathode supply line is
and a branch line branching upstream of the front end fuel cell and joining between the front end fuel cell and the rear end fuel cell.
제 1 항에 있어서,
상기 전단 연료전지와 상기 후단 연료전지는 복수 개로 마련되는 것이며,
상기 후단 연료전지는,
상기 전단 연료전지보다 발전 용량이 작되, 상기 복수 개의 후단 연료전지는 상기 선박이 항만에 정박하는 중에 요구하는 전력 수요량을 공급하는 것인, 선박용 연료전지 시스템.
The method of claim 1,
The front end fuel cell and the rear end fuel cell are provided in plurality,
The rear stage fuel cell,
The power generation capacity is smaller than that of the front-end fuel cell, the plurality of rear-end fuel cells will supply the amount of power required while the ship is anchored in a port, the marine fuel cell system.
KR1020210052671A 2021-04-22 2021-04-22 Fuel cell and vessel comprising the same KR102464902B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210052671A KR102464902B1 (en) 2021-04-22 2021-04-22 Fuel cell and vessel comprising the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210052671A KR102464902B1 (en) 2021-04-22 2021-04-22 Fuel cell and vessel comprising the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20220145714A true KR20220145714A (en) 2022-10-31
KR102464902B1 KR102464902B1 (en) 2022-11-09

Family

ID=83803157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210052671A KR102464902B1 (en) 2021-04-22 2021-04-22 Fuel cell and vessel comprising the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102464902B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240074462A (en) 2022-11-21 2024-05-28 컨텍모빌리티 주식회사 Air desalination and dehumidification apparatus and system for ship having hydrogen fuel cell

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140026869A (en) * 2012-08-23 2014-03-06 삼성중공업 주식회사 System and method for operation of multi fuel cell
KR20140029035A (en) * 2012-08-31 2014-03-10 삼성중공업 주식회사 Fuel cell system and operating method there of
WO2017037938A1 (en) * 2015-09-04 2017-03-09 日産自動車株式会社 Fuel cell system and fuel cell control method
KR102117632B1 (en) * 2018-12-28 2020-06-02 한국조선해양 주식회사 Electric propulsion system and ship having the same

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140026869A (en) * 2012-08-23 2014-03-06 삼성중공업 주식회사 System and method for operation of multi fuel cell
KR20140029035A (en) * 2012-08-31 2014-03-10 삼성중공업 주식회사 Fuel cell system and operating method there of
WO2017037938A1 (en) * 2015-09-04 2017-03-09 日産自動車株式会社 Fuel cell system and fuel cell control method
KR102117632B1 (en) * 2018-12-28 2020-06-02 한국조선해양 주식회사 Electric propulsion system and ship having the same

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240074462A (en) 2022-11-21 2024-05-28 컨텍모빌리티 주식회사 Air desalination and dehumidification apparatus and system for ship having hydrogen fuel cell

Also Published As

Publication number Publication date
KR102464902B1 (en) 2022-11-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101572982B1 (en) Waste heat recycling system for ship mounted with fuel cell
KR102247120B1 (en) Ship
KR101373874B1 (en) Control system for integration of various ship electric power source having fuel cell system
KR20180075296A (en) Ship
KR20220047470A (en) Fuel cell and vessel comprising the same
KR102464902B1 (en) Fuel cell and vessel comprising the same
Welaya et al. Energy analysis of a combined solid oxide fuel cell with a steam turbine power plant for marine applications
Baldi et al. Integration of solid oxide fuel cells in cruise ship energy systems
KR20220058273A (en) Fuel cell and vessel comprising the same
KR102121288B1 (en) Ship
KR101192086B1 (en) Control system for integration of various ship electric power source having fuel cell system
KR20210095257A (en) Ship having hydrogen fuel cell and available of hydrogen producing using steam produced by exhaust gas
KR20220058799A (en) Fuel cell and vessel comprising the same
KR20220058801A (en) Fuel cell and vessel comprising the same
KR20220058800A (en) Fuel cell and vessel comprising the same
Russo et al. Ammonia as an Alternative Fuel on a Mega-Yacht: An Analysis of Case Studies Using Different Fuel Cell Technologies
KR20200133089A (en) Ship having hydrogen fuel cell and available of hydrogen producing using exhaust gas
KR102600608B1 (en) Complementary System Of Renewable Energy And SOFC For Ship
KR20220145713A (en) Fuel cell and vessel comprising the same
Yuan et al. Marine applications of fuel cell technology
KR20220058271A (en) Fuel cell and vessel comprising the same
Coppola et al. Ferry ships: A cost/environmental comparison of innovative solutions for the electric power generation in port
KR20220156135A (en) Vessel propulsion system
KR20220058272A (en) Fuel cell and vessel comprising the same
KR20180075281A (en) Ship