KR20230008926A - 선박의 연료전지용 연료공급시스템 - Google Patents

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Abstract

선박의 연료전지용 연료공급시스템이 개시된다. 본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료전지용 연료공급시스템은 선박의 저장탱크로부터 액화가스의 증발가스를 공급받아 연료전지가 요구하는 공급조건에 맞게 저압으로 압축시키는 저압압축기; 저장탱크로부터 액화가스를 공급받아 기화시키는 기화기; 저장탱크, 저압압축기 및 연료전지를 연결하는 제1공급라인; 저장탱크, 기화기 및 제1공급라인의 저압압축기 후단을 연결하며, 기화기에 의해 기화된 유체를 저압압축기에 의해 압축된 증발가스와 혼합시키는 제2공급라인; 및 제1공급라인에 마련되며, 혼합된 유체를 연료전지가 요구하는 공급조건에 맞게 가열시키는 가열기;를 포함한다.

Description

선박의 연료전지용 연료공급시스템{FUEL PROVIDING SYSTEM USED FOR FUEL CELL OF SHIP}
본 발명은 선박의 연료전지용 연료공급시스템에 관한 것이다.
연료가스 중에서 널리 이용되고 있는 천연가스(Natural Gas)는 메탄(Methane)을 주성분으로 하며, 통상적으로 그 부피를 1/600로 줄인 액화가스(Liquefied Gas) 상태로 변환되어 저장탱크에 저장된다.
종래에 선박의 연료공급시스템은 저장탱크 내부에서 발생하는 증발가스를 다단 압축기에 의해 수요처의 공급조건에 맞게 압축시켜 공급한다. 예컨대 압축기는 수요처가 중압분사 엔진(X-DF)인 경우 대략 12barg로 증발가스를 압축하여 연료로 공급할 수 있고, 고압분사 엔진(ME-GI)인 경우 대략 300barg로 증발가스를 압축하여 연료로 공급할 수 있다. 이때, 압축기와 연결된 배관 등의 설비는 압축기에 의해 압축된 증발가스의 압력에 견딜 수 있도록 설계되어야 한다. 또, 수요처가 요구하는 메탄가에 맞게 연료를 공급하기 위해, 액화가스를 기화기에 의해 기화시키고, 기액분리기 등의 수단을 이용하여, 수요처의 연료로 공급하였다.
한편, 화석 에너지 고갈의 문제를 해결할 수 있는 대체 에너지로서 수소 에너지가 각광 받고 있으며 수소 에너지의 이용 매체인 연료전지에 대한 연구 및 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
연료전지는 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 전기 에너지로 변환시키는 전기화학적 장치이다. 이러한 연료전지는 동작 온도와 주연료의 형태에 따라 알카리형 연료전지(AFC), 인산염형 연료전지(PAGC), 용융 탄산염형 연료전지(MCFC), 고체 전해질형 연료전지(SOFC), 고분자 전해질형 연료전지(PEMFC) 등으로 구분된다. 선박에 탑재된 연료전지는 1barg 정도의 낮은 압력의 연료를 요구한다.
반면 종래의 연료공급시스템은 상술한 바와 같이 다단의 압축기에 의해 연료전지가 요구하는 압력보다 높은 압력으로 압축하여 엔진 등으로 공급한다. 이에 연료전지에 적합한 연료공급시스템이 제시될 필요성이 있다.
종래의 연료공급시스템과 관련된 기술로서, 한국등록특허 제10-1350807호(2014.01.07. 등록)를 참조하기 바란다.
한국등록특허 제10-1350807호(2014.01.07. 등록)
본 발명의 실시 예는 간단한 장비와 구성으로 연료전지의 공급조건에 맞게 연료를 공급할 수 있는 선박의 연료전지용 연료공급시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박의 저장탱크로부터 액화가스의 증발가스를 공급받아 연료전지가 요구하는 공급조건에 맞게 저압으로 압축시키는 저압압축기; 상기 저장탱크로부터 액화가스를 공급받아 기화시키는 기화기; 상기 저장탱크, 저압압축기 및 연료전지를 연결하는 제1공급라인; 상기 저장탱크, 기화기 및 상기 제1공급라인의 저압압축기 후단을 연결하며, 상기 기화기에 의해 기화된 유체를 상기 저압압축기에 의해 압축된 증발가스와 혼합시키는 제2공급라인; 및 상기 제1공급라인에 마련되며, 상기 혼합된 유체를 상기 연료전지가 요구하는 공급조건에 맞게 가열시키는 가열기;를 포함하는 선박의 연료전지용 연료공급시스템이 제공될 수 있다.
상기 제2공급라인의 기화기 후단에 마련되며, 상기 기화기에 의해 기화된 유체에 액화가스를 분사시켜 메탄가를 높이는 분사부와, 상기 제2공급라인의 기화기 전단으로부터 분기되어 상기 분사부와 연결되며, 상기 저장탱크로부터 공급받은 액화가스를 상기 분사부로 공급하는 액화가스분기라인을 더 포함할 수 있다.
상기 저압압축기는 병렬로 마련된 제1압축기와 제2압축기를 포함할 수 있다.
상기 저압압축기는 상기 저장탱크로부터 공급받은 증발가스를 상기 연료전지의 공급조건에 맞게 2barg로 압축시킬 수 있다.
본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료공급시스템은 간단한 장비와 구성으로 연료전지의 공급조건에 맞게 연료를 공급할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료전지용 연료공급시스템을 도시한다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 선박의 연료전지용 연료공급시스템을 도시한다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 연료전지용 연료공급시스템(100)은 선박의 저장탱크(101)로부터 액화가스의 증발가스를 공급받아 연료전지(102)가 요구하는 공급조건에 맞게 저압으로 압축시키는 저압압축기(110)와, 저장탱크(101)로부터 액화가스를 공급받아 기화시키는 기화기(120)와, 저장탱크(101), 저압압축기(110) 및 연료전지(102)를 연결하는 제1공급라인(L1)과, 저장탱크(101), 기화기(120) 및 제1공급라인(L1)의 저압압축기(110) 후단을 연결하며, 기화기(120)에 의해 기화된 유체를 저압압축기(110)에 의해 압축된 증발가스와 혼합시키는 제2공급라인(L2)과, 제1공급라인(L1)에 마련되며, 상술한 혼합된 유체를 연료전지(102)가 요구하는 공급조건에 맞게 가열시키는 가열기(130)를 포함한다.
또, 선박의 연료전지용 연료공급시스템(100)은 제2공급라인(L2)의 기화기(120) 후단에 마련되며, 기화기(120)에 의해 기화된 유체에 액화가스를 분사시켜 메탄가를 높이는 분사부(125)와, 제2공급라인(L2)의 기화기(120) 전단으로부터 분기되어 분사부(125)와 연결되며, 저장탱크(101)로부터 공급받은 액화가스를 분사부(125)로 공급하는 액화가스분기라인(L3)을 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 연료전지용 연료공급시스템(100)의 각 구성요소에 대해서 구체적으로 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 저장탱크(101)는 예컨대 액화가스로서 LNG(Liquefied Natural Gas)를 저장할 수 있으며, 단열상태를 유지하면서 연료를 액화상태로 저장하는 멤브레인형 탱크, SPB형 탱크 등을 포함할 수 있다.
저장탱크(101)에 저장된 액화가스의 증발가스는 제1공급라인(L1)을 통해 저압압축기(110) 쪽으로 공급되고, 저장탱크(101)에 저장된 액화가스는 제2공급라인(L2)을 통해 기화기(120) 쪽으로 공급된다.
제1공급라인(L1)은 저장탱크(101), 저압압축기(110) 및 연료전지(102)를 연결한다.
제2공급라인(L2)은 저장탱크(101), 기화기(120) 및 제1공급라인(L1)의 저압압축기(110) 후단을 연결한다.
저압압축기(110)는 선박의 저장탱크(101)로부터 액화가스의 증발가스를 공급받아 연료전지(102)가 요구하는 공급조건에 맞게 저압으로 압축시킨다.
여기서, 저압압축기(110)는 병렬로 마련된 제1압축기(110a)와 제2압축기(110b)를 포함할 수 있다.
또, 저압압축기(110)는 1단으로 마련되어 저장탱크(101)로부터 공급받은 증발가스를 연료전지(102)의 공급조건에 맞게 대략 2barg로 압축시킬 수 있다. 즉, 연료전지(102)가 필요로 하는 압력값이 1barg이므로, 저압압축기(110)는 이에 맞게 2barg로 압축하여 보내게 된다.
이와 같이, 수요처인 연료전지(102)에 맞게 압축 수단을 구비함으로써, 초기 투자비 및 운전 비용을 최소화할 수 있으며, 운전 편의성 증대 및 고압 위험 구역 최소화로 안전성을 향상시킬 수 있다.
기화기(120)는 제2공급라인(L2)을 통해 저장탱크(101)로부터 액화가스를 공급받아 기화시킨다. 기화기(120)에 의해 기화된 유체는 제1공급라인(L1)으로 합류된다.
이때, 저장탱크(101)로부터 공급받은 액화가스 중 적어도 일부가 액화가스분기라인(L3)을 통해 흘러가 제2공급라인(L2)의 기화기(120) 후단에 마련된 분사부(125)로 공급될 수 있다.
여기서, 액화가스분기라인(L3)은 제2공급라인(L2)의 기화기(120) 전단으로부터 분기되어 분사부(125)와 연결되며, 저장탱크(101)로부터 공급받은 액화가스를 분사부(125)로 공급한다.
분사부(125)는 기화기(120)에 의해 기화된 유체에 액화가스를 분사시켜 메탄가를 높일 수 있다. 분사부(125)는 기화기(120)에 의해 기화된 유체가 흘러가는 제2공급라인(L2) 내측으로 액화가스를 분사시킬 수 있다. 이를 통해 메탄가가 높아진 유체는 제1공급라인(L1)로 흘러가 저압압축기(110)에 의해 압축된 증발가스에 혼합되어 가열기(130)로 공급된다.
도시하지는 않았으나, 제2공급라인(L2)의 기화기(120) 후단에 메탄가 측정센서가 마련되어, 해당 측정센서의 측정값에 따라 액화가스분기라인(L3)에 마련된 개폐밸브(V1)의 개방 정도가 제어될 수 있다. 예컨대, 상술한 측정센서에 의해 해당 기화기(120)를 통과한 유체의 메탄가가 기준치에 미달한 경우, 개폐밸브(V1)의 개방이 이루어져, 분사부(125)에 의한 액화가스 분사 동작이 수행될 수 있다.
가열기(130)는 제1공급라인(L1)에 마련되며, 제1공급라인(L1) 및 제2공급라인(L2)을 통해 흘러와 혼합된 유체를 연료전지(102)가 요구하는 공급조건에 맞게 가열시킨다.
예컨대, 알카리형 연료전지와 고분자 전해질형 연료전지는 대략 상온 ~ 100도 이하에서 가동되고, 인산염형 연료전지는 대략 150도 ~ 200도 부근에서 가동된다. 그리고, 용융 탄산염형 연료전지와 고체 전해질형 연료전지는 고온형 연료전지로서, 일반적으로 대략 600도 ~ 1000도의 고온에서 가동된다.
본 발명의 실시 예에 따른 연료전지(102)가 고온형 연료전지인 경우, 선박에서 가동되기 위해서는 고온상태의 온도를 유지해야 하며, 가열기(130)는 연료전지(102)의 공급조건에 맞게 상술한 혼합된 유체를 가열시킬 수 있다.
연료전지(102)는 도시하지는 않았으나 연료 가스와 공기를 공급받아 전기를 생산하고, 수증기를 포함한 배기 가스를 배출하는 연료전지스택과, 연료와 스팀을 공급받아 개질된 연료가스(또는 개질가스)를 생성하고, 이를 연료전지스택의 연료극(Anode)에 공급하는 연료공급부 등을 포함할 수 있다. 연료전지스택은 연료극의 유입구를 통해 연료 가스를 공급받고, 공기극(Cathode)의 유입구를 통해 공기를 공급받으며, 연료극 및 공기극의 배출구를 통해 수증기를 포함한 배기 가스를 배출시킨다. 연료공급부는 연료와 스팀을 공급받아 개질가스를 생성하며, 연료는 LNG, NG 등을 포함할 수 있다.
이상에서는 특정의 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
110: 저압압축기 120: 기화기
125: 분사부 130: 가열기
L1: 제1공급라인 L2: 제2공급라인
L3: 액화가스분기라인

Claims (4)

  1. 선박의 저장탱크로부터 액화가스의 증발가스를 공급받아 연료전지가 요구하는 공급조건에 맞게 저압으로 압축시키는 저압압축기;
    상기 저장탱크로부터 액화가스를 공급받아 기화시키는 기화기;
    상기 저장탱크, 상기 저압압축기 및 상기 연료전지를 연결하는 제1공급라인;
    상기 저장탱크, 상기 기화기 및 상기 제1공급라인의 저압압축기 후단을 연결하며, 상기 기화기에 의해 기화된 유체를 상기 저압압축기에 의해 압축된 증발가스와 혼합시키는 제2공급라인; 및
    상기 제1공급라인에 마련되며, 상기 혼합된 유체를 상기 연료전지가 요구하는 공급조건에 맞게 가열시키는 가열기;를 포함하는 선박의 연료전지용 연료공급시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2공급라인의 기화기 후단에 마련되며, 상기 기화기에 의해 기화된 유체에 액화가스를 분사시켜 메탄가를 높이는 분사부와,
    상기 제2공급라인의 기화기 전단으로부터 분기되어 상기 분사부와 연결되며, 상기 저장탱크로부터 공급받은 액화가스를 상기 분사부로 공급하는 액화가스분기라인을 더 포함하는 선박의 연료전지용 연료공급시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저압압축기는 병렬로 마련된 제1압축기와 제2압축기를 포함하는 선박의 연료전지용 연료공급시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 저압압축기는 상기 저장탱크로부터 공급받은 증발가스를 상기 연료전지의 공급조건에 맞게 2barg로 압축시키는 선박의 연료전지용 연료공급시스템.
KR1020210088495A 2021-07-06 2021-07-06 선박의 연료전지용 연료공급시스템 KR20230008926A (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101350807B1 (ko) 2012-10-24 2014-01-16 대우조선해양 주식회사 선박용 엔진의 하이브리드 연료공급 시스템

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KR101350807B1 (ko) 2012-10-24 2014-01-16 대우조선해양 주식회사 선박용 엔진의 하이브리드 연료공급 시스템

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