KR20230024131A - Hydrogen propulsion hydrogen cargo carrier - Google Patents

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KR20230024131A
KR20230024131A KR1020210106285A KR20210106285A KR20230024131A KR 20230024131 A KR20230024131 A KR 20230024131A KR 1020210106285 A KR1020210106285 A KR 1020210106285A KR 20210106285 A KR20210106285 A KR 20210106285A KR 20230024131 A KR20230024131 A KR 20230024131A
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KR1020210106285A
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곽기곤
성용욱
정승재
하대승
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

According to an embodiment of the present invention, a hydrogen-driven hydrogen carrier is provided. The hydrogen-driven hydrogen carrier comprises: a hull; a storage tank installed on the hull to store liquefied hydrogen; a fuel cell module for receiving hydrogen from the storage tank and producing electricity; a fuel supply line for connecting the storage tank and the fuel cell module to supply hydrogen obtained by vaporizing the liquefied hydrogen; a driving unit for receiving power from the fuel cell module and generating propulsion; and a power supply line for connecting the fuel cell module and the driving unit to supply power. The fuel supply line is connected to the fuel cell module via at least one of the driving unit and the power supply line to generate a superconducting effect in the at least one of the driving unit and the power supply line. Therefore, the hydrogen-driven hydrogen carrier can efficiently process evaporation gas generated from the storage tank.

Description

수소로 추진되는 수소운반선{Hydrogen propulsion hydrogen cargo carrier}Hydrogen propulsion hydrogen cargo carrier

본 발명은 수소로 추진되는 수소운반선에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 탱크에서 발생하는 증발가스를 효율적으로 처리할 수 있는 수소로 추진되는 수소운반선에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen carrier propelled by hydrogen, and more particularly, to a hydrogen carrier propelled by hydrogen capable of efficiently treating boil-off gas generated from a tank.

화석 연료의 고갈에 따른 대체 에너지의 수급이 절실한 상황에서 향후 수소연료 시장이 확대될 것으로 예측되고 있으며, 이에 따라, 수소의 저장 및 운송과 관련된 기술이 다양하게 개발되고 있는 실정이다.It is predicted that the hydrogen fuel market will expand in the future in a situation where the supply and demand of alternative energy is desperate due to the depletion of fossil fuels, and accordingly, various technologies related to hydrogen storage and transportation are being developed.

수소는 기체나 액체 어떤 형태로든 저장이 가능하지만, 저장 및 운송의 관점에서 보았을 때 상대적으로 에너지 밀도와 수송 효율이 높은 액화수소가 유리하다. 그러나, 액화수소는 비점이 약 -253℃인 초저온 유체이고, 비중은 액화천연가스(LNG)의 약 1/6 수준으로 작아 체적당 증발률(BOR; Boil Off Rate)이 액화천연가스의 약 10배에 달할 정도로 높으므로, 탱크를 단열 처리하더라도 운송 시 탱크 내부에 저장된 액화수소가 자연 기화하여 다량의 증발가스(BOG; Boil Off Gas)가 생성될 수 밖에 없다. 증발가스는 탱크 자체의 열 누출에 의한 에너지 전달, 및 선박의 요동에 의한 유체의 움직임에 의해 유체가 상변화하여 발생하기 때문에 근본적으로 해결하기가 어려우며, 탱크 내부 압력을 증가시켜 액화수소의 기화를 촉진시키는 등 여러 가지 문제를 유발하므로 적절히 처리해야 한다.Hydrogen can be stored in either gas or liquid form, but from the point of view of storage and transportation, liquefied hydrogen is advantageous because of its relatively high energy density and transport efficiency. However, liquefied hydrogen is a cryogenic fluid with a boiling point of about -253°C, and its specific gravity is about 1/6 of that of liquefied natural gas (LNG), so its Boil Off Rate (BOR) per volume is about 10 times that of liquefied natural gas. Since it is high enough to reach twice as high, even if the tank is insulated, the liquefied hydrogen stored inside the tank is naturally vaporized during transportation, resulting in a large amount of BOG (Boil Off Gas). It is difficult to fundamentally solve the boil-off gas because it is caused by the phase change of the fluid due to the transfer of energy by the heat leakage of the tank itself and the movement of the fluid by the rocking of the ship, and it is difficult to fundamentally solve the vaporization of liquefied hydrogen by increasing the pressure inside the tank. It causes various problems such as promoting, so it must be dealt with appropriately.

이에, 탱크에서 발생하는 증발가스를 효율적으로 처리할 수 있는 구조의 선박이 필요하게 되었다.Accordingly, there is a need for a ship having a structure capable of efficiently processing boil-off gas generated from the tank.

대한민국 공개특허 제10-2020-0121934호 (2020. 10. 27.)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0121934 (2020. 10. 27.)

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 탱크에서 발생하는 증발가스를 효율적으로 처리할 수 있는 수소로 추진되는 수소운반선을 제공하는 것이다.A technical problem to be achieved by the present invention is to provide a hydrogen carrier propelled by hydrogen capable of efficiently treating boil-off gas generated in a tank.

본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problems of the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 수소로 추진되는 수소운반선은, 선체와, 상기 선체에 설치되며 액화수소를 저장하는 저장탱크와, 상기 저장탱크로부터 수소를 공급받아 전력을 생산하는 연료전지모듈과, 상기 저장탱크와 상기 연료전지모듈 사이를 연결하여 상기 액화수소가 기화된 수소를 공급하는 연료공급라인과, 상기 연료전지모듈로부터 전력을 공급받아 추진력을 발생시키는 구동부, 및 상기 연료전지모듈과 상기 구동부 사이를 연결하여 전력을 공급하는 전력공급라인을 포함하되, 상기 연료공급라인은 상기 구동부 및 상기 전력공급라인 중 적어도 하나를 경유하여 상기 연료전지모듈로 연결되어 상기 구동부 및 상기 전력공급라인 중 적어도 하나에 초전도 효과를 발생시킨다.A hydrogen carrier propelled by hydrogen according to an embodiment of the present invention for achieving the above technical problem, a hull, a storage tank installed in the hull and storing liquefied hydrogen, and receiving hydrogen from the storage tank to produce power A fuel cell module for supplying a fuel cell module, a fuel supply line connecting the storage tank and the fuel cell module to supply hydrogen in which the liquefied hydrogen is vaporized, a driving unit receiving power from the fuel cell module and generating propulsive force, and the A power supply line connecting between the fuel cell module and the driving unit to supply power, wherein the fuel supply line is connected to the fuel cell module via at least one of the driving unit and the power supply line, and is connected to the driving unit and the power supply line. A superconducting effect is generated in at least one of the power supply lines.

상기 구동부는, 프로펠러를 구동하며 상기 액화수소가 기화된 수소로 냉각되는 초전도모터를 포함할 수 있다.The driving unit may include a superconducting motor that drives a propeller and cools the liquefied hydrogen with vaporized hydrogen.

상기 전력공급라인은, 적어도 일부가 상기 연료공급라인 내부를 통과하여 연장될 수 있다.At least a portion of the power supply line may extend through an inside of the fuel supply line.

상기 수소로 추진되는 수소운반선은, 상기 연료전지모듈 전단의 상기 연료공급라인 상에 설치되어 상기 액화수소가 기화된 수소를 가열하는 열교환기를 더 포함할 수 있다.The hydrogen carrier propelled by hydrogen may further include a heat exchanger installed on the fuel supply line in front of the fuel cell module to heat the hydrogen vaporized with the liquefied hydrogen.

상기 전력공급라인은, 상기 액화수소가 기화된 수소로 냉각되는 초전도케이블을 포함하여 상기 연료공급라인 내부를 통과하는 제1 전력공급라인과, 상기 연료공급라인 외측으로 노출되는 제2 전력공급라인, 및 상기 제1 전력공급라인과 상기 제2 전력공급라인 사이를 연결하는 커넥터를 포함할 수 있다.The power supply line includes a first power supply line passing through the inside of the fuel supply line including a superconducting cable cooled by vaporized hydrogen from the liquefied hydrogen, a second power supply line exposed to the outside of the fuel supply line, and a connector connecting between the first power supply line and the second power supply line.

본 발명에 따르면, 수소 증발가스의 냉열을 이용하여 초전도 효과를 발생시키고, 증발가스를 연료전지모듈로 공급하여 전력을 생산하므로, 수소 증발가스를 낭비하지 않고 효율적으로 처리할 수 있음은 물론 전력 손실도 줄일 수 있어 선박을 경제적으로 운용할 수 있다. 특히, 전력을 공급하는 전력공급라인의 적어도 일부가 기화된 수소가 이동하는 연료공급라인을 통과하여 연장되므로, 초전도 효과가 극대화됨은 물론 선내 공간 활용도도 증대될 수 있다.According to the present invention, the superconductivity effect is generated using the cold heat of the hydrogen boil-off gas, and electric power is generated by supplying the boil-off gas to the fuel cell module, so that the hydrogen boil-off gas can be efficiently treated without wasting it, as well as power loss. It can also be reduced, so the ship can be operated economically. In particular, since at least a part of the power supply line for supplying power extends through the fuel supply line through which the vaporized hydrogen moves, the superconducting effect can be maximized as well as the utilization of space in the ship can be increased.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소로 추진되는 수소운반선을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 A-A선으로 절단하여 도시한 단면도이다.
도 3은 수소로 추진되는 수소운반선의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소로 추진되는 수소운반선을 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically showing a hydrogen carrier propelled by hydrogen according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1 .
3 is an operating diagram for explaining the operation of a hydrogen carrier propelled by hydrogen.
4 is a diagram schematically showing a hydrogen carrier propelled by hydrogen according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to completely inform the person who has the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.

이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소로 추진되는 수소운반선에 관하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 to 3, a hydrogen carrier propelled by hydrogen according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 실시예에 따른 수소로 추진되는 수소운반선은 수소 증발가스의 냉열을 이용하여 초전도 효과를 발생시키고, 수소 증발가스를 연료전지모듈로 공급하여 전력을 생산하므로, 증발가스를 낭비하지 않고 효율적으로 처리할 수 있음은 물론 전력 손실도 줄일 수 있어 선박을 경제적으로 운용할 수 있다. 특히, 전력을 공급하는 전력공급라인의 적어도 일부가 기화된 수소가 이동하는 연료공급라인을 통과하여 연장되므로, 초전도 효과가 극대화됨은 물론 선내 공간 활용도도 증대될 수 있는 특징이 있다The hydrogen-propelled hydrogen carrier according to an embodiment of the present invention uses the cold heat of the hydrogen boil-off gas to generate a superconducting effect and supplies the hydrogen boil-off gas to a fuel cell module to generate power, so that the boil-off gas is not wasted and efficient. In addition, it can reduce power loss, so the ship can be operated economically. In particular, since at least a part of the power supply line for supplying power extends through the fuel supply line through which the vaporized hydrogen moves, the superconducting effect is maximized and the utilization of space in the ship can be increased.

이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 수소로 추진되는 수소운반선에 관하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 1 and 2, a hydrogen carrier propelled by hydrogen will be described in detail.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소로 추진되는 수소운반선을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 A-A선으로 절단하여 도시한 단면도이다.FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a hydrogen carrier propelled by hydrogen according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A in FIG. 1 .

본 발명에 따른 수소로 추진되는 수소운반선(1)은 선체(10)와, 저장탱크(20)와, 연료전지모듈(30)과, 연료공급라인(40)과, 구동부(50), 및 전력공급라인(60)을 포함한다.A hydrogen carrier 1 propelled by hydrogen according to the present invention includes a hull 10, a storage tank 20, a fuel cell module 30, a fuel supply line 40, a driving unit 50, and power It includes a supply line (60).

선체(10)는 수소로 추진되는 수소운반선(1)의 본체를 이루는 것으로, 외측 형상이 유선형(流線型)으로 형성되어 해류에 의한 저항을 최소화할 수 있다. 선체(10)에는 적어도 하나의 저장탱크(20)를 비롯하여 연료전지모듈(30), 연료공급라인(40), 구동부(50), 및 전력공급라인(60)이 설치된다.The hull 10 constitutes the main body of the hydrogen carrier 1 propelled by hydrogen, and has a streamlined outer shape, thereby minimizing resistance caused by ocean currents. In the hull 10, at least one storage tank 20, a fuel cell module 30, a fuel supply line 40, a driving unit 50, and a power supply line 60 are installed.

저장탱크(20)는 액화수소를 저장하는 탱크로, 선체(10) 내에 적어도 하나가 설치될 수 있다. 저장탱크(20)는 초저온인 액화수소의 저장 및 운송에 적합하도록 내부가 밀봉 및 단열 처리되며, 예를 들어, 내조, 보냉층, 및 외조를 포함하는 이중 구조의 탱크로서, 보냉층은 진공 상태로 유지될 수 있고, 단열성이 우수한 단열재를 포함할 수 있다. 이러한 저장탱크(20)는 도시된 바와 같이, 복수 개가 선체(10)의 길이 방향을 따라 이격되어 일렬로 배열될 수 있으며, 필요에 따라, 선체(10)의 폭 방향을 따라 이격되어 병렬로 배열될 수도 있다. 이 때, 각각의 저장탱크(20) 사이도 단열 처리되어 액화수소의 증발을 최소화할 수 있다. 복수 개의 저장탱크(20)는 모두 동일한 타입으로 형성될 수도 있고, 서로 다른 타입으로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 복수 개의 저장탱크(20)는 모두 액화수소의 선적 및 하역 시 유연하게 저온 수축되는 실린더(cylinder) 타입으로 형성되거나, 모두 증발가스의 생성에 따른 압력 상승을 견디기에 유리한 구(球)형 타입으로 형성될 수 있다. 또는, 복수 개의 저장탱크(20) 중 일부, 예를 들어, 상대적으로 선체(10) 내측에 배치되는 저장탱크(20)는 적재가 용이하고 공간 활용성이 좋은 실린더 타입으로 형성되고, 나머지 일부, 예를 들어, 상대적으로 선체(10) 외측에 배치되는 저장탱크(20)는 외부의 열이 침입하기 쉬우므로 구형 타입으로 형성될 수 있다.The storage tank 20 is a tank for storing liquefied hydrogen, and at least one may be installed in the hull 10. The storage tank 20 is sealed and insulated so as to be suitable for storing and transporting liquid hydrogen at a very low temperature. For example, the storage tank 20 is a double-structured tank including an inner tank, a cooling layer, and an outer tank, and the cooling layer is in a vacuum state. It can be maintained as, and may include a heat insulating material having excellent heat insulating properties. As shown, a plurality of storage tanks 20 may be spaced apart along the longitudinal direction of the hull 10 and arranged in a row, and, if necessary, spaced apart along the width direction of the hull 10 and arranged in parallel. It could be. At this time, it is possible to minimize the evaporation of liquefied hydrogen by insulating between each storage tank 20. All of the plurality of storage tanks 20 may be formed of the same type or may be formed of different types. For example, all of the plurality of storage tanks 20 are formed in a cylinder type that flexibly shrinks at a low temperature during loading and unloading of liquefied hydrogen, or all of them are spheres that are advantageous to withstand the pressure increase due to the generation of boil-off gas. ) type. Alternatively, some of the plurality of storage tanks 20, for example, the storage tank 20 disposed relatively inside the hull 10 is formed in a cylinder type that is easy to load and has good space utilization, and the other part, For example, the storage tank 20 relatively disposed outside the hull 10 may be formed in a spherical type because external heat easily penetrates.

저장탱크(20)에 저장된 액화수소가 자연 기화되어 생성된 수소는 연료전지모듈(30)에 공급된다. 연료전지모듈(30)은 가스의 산화에 의해 발생되는 화학에너지를 전기에너지로 변환하여 전력을 생산하는 것으로, 연료전지스택(31)과 인버터(32)를 포함한다.Hydrogen generated by spontaneous vaporization of liquefied hydrogen stored in the storage tank 20 is supplied to the fuel cell module 30 . The fuel cell module 30 generates electric power by converting chemical energy generated by oxidation of gas into electrical energy, and includes a fuel cell stack 31 and an inverter 32 .

연료전지스택(31)은 저장탱크(20)로부터 수소를 공급받고, 산소탱크(도시되지 않음) 또는 블로어(blower, 도시되지 않음)로부터 산소를 포함하는 공기를 공급받아 전기에너지를 발생시킨다. 여기서, 공기라 함은, 자연 상태에서 얻을 수 있는 약 80%의 질소와 약 20%의 산소로 구성된 일반적인 공기에 한정될 것은 아니며, 예를 들어, 일반적인 공기보다 산소의 농도가 높거나 낮을 수 있고, 일반적인 공기의 조성 물질 외에 다른 물질이 일부 포함된 것일 수도 있다. 즉, 공기라 함은, 연료전지스택(31)에서 필요한 산소를 포함하고 있는 기체를 통칭한다. 연료전지스택(31)은, 수소의 산화반응이 일어나는 양극부(도시되지 않음)와, 산소의 환원반응이 일어나는 음극부(도시되지 않음), 및 양극부와 음극부 사이를 연결하여 양극부에서 수소의 산화 반응에 의해 생성된 전자가 음극부로 이동 가능하게 하는 도선(도시되지 않음)을 포함하며, 양극부와 음극부 사이는 수소의 산화 반응에 의해 생성된 수소이온이 음극부로 이동할 수 있도록 전해질이 채워질 수 있다. 연료전지스택(31)은 공지된 기술이므로, 자세한 설명은 생략하도록 한다. 연료전지스택(31)에서 발생되는 전기에너지는 직류 전력 형태이므로, 인버터(32)에 공급되어 변환될 수 있다. 인버터(32)는 연료전지스택(31)에서 발생되는 직류 전력을 후술할 구동부(50)에서 사용 가능한 형태인 교류 전력으로 변환하는 것으로, 공지된 기술이므로 자세한 설명은 생략하도록 한다.The fuel cell stack 31 receives hydrogen from the storage tank 20 and receives air containing oxygen from an oxygen tank (not shown) or a blower (not shown) to generate electric energy. Here, the term "air" is not limited to general air composed of about 80% nitrogen and about 20% oxygen that can be obtained in a natural state. For example, the concentration of oxygen may be higher or lower than that of general air, , it may contain some other substances in addition to the general air composition substances. That is, air is a general term for gas containing oxygen required for the fuel cell stack 31 . The fuel cell stack 31 connects an anode portion (not shown) where an oxidation reaction of hydrogen occurs, a cathode portion (not shown) where an oxygen reduction reaction occurs, and It includes a wire (not shown) that allows electrons generated by the oxidation reaction of hydrogen to move to the cathode, and an electrolyte between the anode and the cathode to allow hydrogen ions generated by the oxidation of hydrogen to move to the cathode. this can be filled. Since the fuel cell stack 31 is a well-known technology, a detailed description thereof will be omitted. Since electric energy generated by the fuel cell stack 31 is in the form of DC power, it can be supplied to the inverter 32 and converted. The inverter 32 converts DC power generated in the fuel cell stack 31 into AC power that can be used in the driving unit 50 to be described later, and since it is a well-known technology, a detailed description thereof will be omitted.

이러한 연료전지모듈(30)은 연료공급라인(40)을 통해 수소를 공급받으며, 연료공급라인(40)은 저장탱크(20)와 연료전지모듈(30), 보다 구체적으로, 연료전지스택(31) 사이를 연결하여 액화수소가 기화된 수소를 공급할 수 있다. 다시 말해, 저장탱크(20)에서 자연 기화된 액화수소는 연료공급라인(40)을 통해 연료전지스택(31)에 공급되고, 연료전지스택(31)에서 생산된 직류 전력은 인버터(32)에서 교류 전력으로 변환된 후 구동부(50)로 공급된다.The fuel cell module 30 receives hydrogen through a fuel supply line 40, and the fuel supply line 40 connects the storage tank 20 and the fuel cell module 30, more specifically, the fuel cell stack 31 ), it is possible to supply hydrogen in which liquefied hydrogen is vaporized. In other words, the liquefied hydrogen naturally vaporized in the storage tank 20 is supplied to the fuel cell stack 31 through the fuel supply line 40, and the DC power generated in the fuel cell stack 31 is supplied from the inverter 32. After being converted into AC power, it is supplied to the driving unit 50.

구동부(50)는 연료전지모듈(30)로부터 전력을 공급받아 선박의 운항에 필요한 추진력을 발생시키는 것으로, 연료전지모듈(30), 보다 구체적으로, 인버터(32)와 구동부(50) 사이를 연결하는 전력공급라인(60)을 통해 전력을 공급받을 수 있다.The drive unit 50 receives power from the fuel cell module 30 to generate propulsion required for ship navigation, and connects the fuel cell module 30, more specifically, the inverter 32 and the drive unit 50. It is possible to receive power through the power supply line 60 to.

한편, 전술한 연료공급라인(40)은 구동부(50) 및 전력공급라인(60) 중 적어도 하나를 경유하여 연료전지모듈(30)로 연결되어 구동부(50) 및 전력공급라인(60) 중 적어도 하나에 초전도 효과를 발생시킬 수 있다. 액화수소가 기화된 약 -230℃ ~ -200℃의 수소가 이동하는 연료공급라인(40)이 구동부(50) 및 전력공급라인(60) 중 적어도 하나를 경유하며 연료전지모듈(30)로 연결되어 초전도 효과를 발생시킴으로써, 증발가스의 냉열을 효율적으로 활용할 수 있으며, 전력 손실도 줄일 수 있어 선박을 경제적으로 운용할 수 있다.Meanwhile, the fuel supply line 40 described above is connected to the fuel cell module 30 via at least one of the driving unit 50 and the power supply line 60, and at least one of the driving unit 50 and the power supply line 60 One can generate a superconducting effect. A fuel supply line 40 through which liquid hydrogen vaporized at about -230 ° C to -200 ° C moves is connected to the fuel cell module 30 via at least one of the driving unit 50 and the power supply line 60. By generating a superconductive effect, the cooling heat of boil-off gas can be efficiently utilized and power loss can be reduced, so that the ship can be operated economically.

초전도 효과의 발생을 위해, 구동부(50)는 프로펠러를 구동하며 액화수소가 기화된 수소로 냉각되는 초전도모터로 형성될 수 있다. 초전도모터는 통상, 자기장을 생성하는 계자권선(field winding)이 초전도체로 이루어지며, 이러한 계자권선의 일 측에 연료공급라인(40)이 초저온의 수소를 공급하여 계자권선을 냉각시키면 초전도 효과가 발생된다. 초전도 효과가 발생되면, 전기 저항이 제로가 되므로, 구동부(50)에서의 전력 손실을 줄일 수 있다.To generate the superconducting effect, the driving unit 50 may be formed of a superconducting motor that drives a propeller and cools liquid hydrogen with vaporized hydrogen. In a superconducting motor, a field winding that generates a magnetic field is usually made of a superconductor, and when the fuel supply line 40 supplies cryogenic hydrogen to one side of the field winding to cool the field winding, a superconducting effect occurs. do. When the superconducting effect occurs, electrical resistance becomes zero, so power loss in the driver 50 can be reduced.

또한, 초전도 효과의 발생을 위해, 전력공급라인(60)은 적어도 일부가 연료공급라인(40) 내부를 통과하여 연장될 수 있다. 즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 연료공급라인(40) 내측에 전력공급라인(60)이 수용될 수 있다. 전력공급라인(60)의 적어도 일부가 연료공급라인(40) 내부를 통과하여 연장됨으로써, 전력공급라인(60) 외측으로 유동하는 초저온의 수소에 의해 전력공급라인(60)이 냉각되어 초전도 효과가 발생되며, 이로 인해, 전력공급라인(60)에서의 전력 손실도 줄일 수 있다. 연료공급라인(40)의 외측에는 열을 차단하는 단열층(41)이 형성되므로, 연료공급라인(40)을 유동하는 수소의 냉열이 전력공급라인(60)에 효과적으로 전달될 수 있다. 단열층(41)의 단열 방식은 한정될 것은 아니나, 예를 들어, 진공 단열 방식이 적용될 수 있다.In addition, in order to generate a superconducting effect, at least a portion of the power supply line 60 may extend through the inside of the fuel supply line 40 . That is, as shown in FIG. 2 , the power supply line 60 may be accommodated inside the fuel supply line 40 . As at least a part of the power supply line 60 extends through the inside of the fuel supply line 40, the power supply line 60 is cooled by the ultra-low temperature hydrogen flowing outside the power supply line 60, so that the superconducting effect is achieved. generated, and thereby, power loss in the power supply line 60 can be reduced. Since the heat insulating layer 41 is formed on the outside of the fuel supply line 40 to block heat, the cold heat of the hydrogen flowing through the fuel supply line 40 can be effectively transferred to the power supply line 60 . The heat insulating method of the heat insulating layer 41 is not limited, but, for example, a vacuum heat insulating method may be applied.

연료공급라인(40)은 전력공급라인(60)이 통과하는 구간 후단, 즉, 연료전지모듈(30) 전단에 열교환기(70)가 설치되며, 열교환기(70)는 해수 또는 청수와 열교환하여 액화수소가 기화된 수소를 연료전지스택(31)에서 요구되는 온도, 예를 들어, 20℃ ~ 40℃로 가열할 수 있다. 열교환기(70)가 수소를 가열함으로써, 연료전지스택(31)에서 수소의 산화반응이 보다 용이하게 이루어질 수 있다. 그러나, 열교환기(70)가 해수 또는 청수와 열교환하여 수소를 가열하는 것으로 한정될 것은 아니며, 열교환기(70)의 가열 방식은 다양하게 변형될 수 있다.In the fuel supply line 40, a heat exchanger 70 is installed at the rear end of the section through which the power supply line 60 passes, that is, at the front end of the fuel cell module 30, and the heat exchanger 70 exchanges heat with seawater or fresh water to Hydrogen vaporized from liquefied hydrogen may be heated to a temperature required by the fuel cell stack 31, for example, 20° C. to 40° C. As the heat exchanger 70 heats the hydrogen, an oxidation reaction of hydrogen in the fuel cell stack 31 can be performed more easily. However, the heat exchanger 70 is not limited to heating hydrogen by exchanging heat with seawater or fresh water, and the heating method of the heat exchanger 70 may be variously modified.

다시 도 1을 참조하면, 전력공급라인(60)은 제1 전력공급라인(61)과, 제2 전력공급라인(62), 및 커넥터(63)를 포함할 수 있다. 제1 전력공급라인(61)은 액화수소가 기화된 수소로 냉각되는 초전도케이블을 포함하여 연료공급라인(40) 내부를 통과하며, 제2 전력공급라인(62)은 일반 전력케이블을 포함하여 연료공급라인(40) 외측으로 노출될 수 있다. 제2 전력공급라인(62)은 예를 들어, 도시된 바와 같이, 제1 전력공급라인(61)의 양 측으로 각각 연장되어, 어느 하나는 인버터(32)와 커넥터(63) 사이를 연결하고, 나머지 하나는 커넥터(63)와 구동부(50) 사이를 연결할 수 있다. 제1 전력공급라인(61)과 제2 전력공급라인(62) 사이는 커넥터(63)에 의해 전기적으로 연결되므로, 인버터(32)에서 변환된 교류 전력이 용이하게 구동부(50)로 공급될 수 있다.Referring back to FIG. 1 , the power supply line 60 may include a first power supply line 61 , a second power supply line 62 , and a connector 63 . The first power supply line 61 passes through the inside of the fuel supply line 40 including a superconducting cable in which liquefied hydrogen is cooled by vaporized hydrogen, and the second power supply line 62 includes a general power cable to supply fuel It may be exposed to the outside of the supply line 40 . The second power supply line 62, for example, as shown, extends to both sides of the first power supply line 61, one of which connects between the inverter 32 and the connector 63, The other one may be connected between the connector 63 and the driving unit 50. Since the first power supply line 61 and the second power supply line 62 are electrically connected by the connector 63, the AC power converted by the inverter 32 can be easily supplied to the driving unit 50. there is.

이하, 도 3을 참조하여, 수소로 추진되는 수소운반선의 동작에 대해 보다 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 3, the operation of a hydrogen carrier propelled by hydrogen will be described in more detail.

도 3은 수소로 추진되는 수소운반선의 동작을 설명하기 위한 작동도이다.3 is an operating diagram for explaining the operation of a hydrogen carrier propelled by hydrogen.

본 발명에 따른 수소로 추진되는 수소운반선(1)은 수소 증발가스의 냉열을 이용하여 초전도 효과를 발생시키고, 수소 증발가스를 연료전지모듈(30)로 공급하여 전력을 생산하므로, 증발가스를 낭비하지 않고 효율적으로 처리할 수 있음은 물론 전력 손실도 줄일 수 있어 선박을 경제적으로 운용할 수 있다. 특히, 전력을 공급하는 전력공급라인(60)의 적어도 일부가 기화된 수소가 이동하는 연료공급라인(40)을 통과하여 연장되므로, 초전도 효과가 극대화됨은 물론 선내 공간 활용도도 증대될 수 있다.The hydrogen carrier 1 propelled by hydrogen according to the present invention uses the cold heat of the hydrogen boil-off gas to generate a superconducting effect and supplies the hydrogen boil-off gas to the fuel cell module 30 to produce power, so the boil-off gas is wasted. It can be efficiently processed without the need for energy, and power loss can be reduced, so the ship can be operated economically. In particular, since at least a part of the power supply line 60 for supplying power extends through the fuel supply line 40 through which vaporized hydrogen moves, the superconducting effect can be maximized and the utilization of space inside the ship can also be increased.

저장탱크(20)에 저장된 액화수소는 비점이 약 -253℃인 초저온 유체이고, 체적당 증발률이 액화천연가스의 약 10배에 달할 정도로 높으므로, 저장탱크(20)가 단열 처리되더라도 자연 기화된다. 액화수소가 기화된 수소는 연료공급라인(40)을 따라 구동부(50)로 공급되어 초전도모터를 냉각시킨 후, 다시 연료공급라인(40)을 따라 열교환기(70)로 공급되어 연료전지스택(31)에서 요구되는 온도로 가열된다. 열교환기(70)에서 가열된 수소는 연료전지모듈(30)의 연료전지스택(31)으로 공급되어 전기에너지를 발생시키는 연료로 사용되고, 연료전지스택(31)에서 발생된 직류 전력 형태의 전기에너지는 인버터(32)로 공급되어 교류 전력으로 변환된다. 인버터(32)에서 변환된 교류 전력은 제2 전력공급라인(62), 제1 전력공급라인(61), 및 제2 전력공급라인(62)을 차례로 이동하여 구동부(50)로 공급되며, 구동부(50)는 교류 전력을 공급받아 추진력을 발생시킨다. 제1 전력공급라인(61)은 초전도케이블을 포함하여 연료공급라인(40) 내부를 통과하므로, 연료공급라인(40)을 유동하는 초저온의 수소에 의해 냉각되어 초전도 효과가 발생된다. 또한, 구동부(50)도 연료공급라인(40)을 유동하는 초저온의 수소에 의해 냉각되어 초전도 효과가 발생된다.Since the liquefied hydrogen stored in the storage tank 20 is a cryogenic fluid with a boiling point of about -253 ° C, and the evaporation rate per volume is about 10 times higher than that of liquefied natural gas, even if the storage tank 20 is insulated, it is naturally vaporized. do. Hydrogen vaporized from liquefied hydrogen is supplied to the driving unit 50 along the fuel supply line 40 to cool the superconducting motor, and then supplied to the heat exchanger 70 again along the fuel supply line 40 so that the fuel cell stack ( 31) is heated to the required temperature. Hydrogen heated in the heat exchanger 70 is supplied to the fuel cell stack 31 of the fuel cell module 30 to be used as a fuel for generating electrical energy, and electric energy in the form of DC power generated in the fuel cell stack 31 is supplied to the inverter 32 and converted into AC power. The AC power converted by the inverter 32 moves sequentially through the second power supply line 62, the first power supply line 61, and the second power supply line 62, and is supplied to the driving unit 50. (50) generates propulsion by receiving AC power. Since the first power supply line 61 includes a superconducting cable and passes through the inside of the fuel supply line 40, it is cooled by cryogenic hydrogen flowing through the fuel supply line 40 to generate a superconducting effect. In addition, the driving unit 50 is also cooled by the cryogenic hydrogen flowing through the fuel supply line 40, so that a superconducting effect is generated.

이하, 도 4를 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소로 추진되는 수소운반선(1)에 관하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 4, a hydrogen carrier 1 propelled by hydrogen according to another embodiment of the present invention will be described in detail.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소로 추진되는 수소운반선을 개략적으로 도시한 도면이다.4 is a diagram schematically showing a hydrogen carrier propelled by hydrogen according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 실시예에 따른 수소로 추진되는 수소운반선(1)은 연료전지스택(31)과 인버터(32)가 이격 배치되어, 연료전지스택(31)과 인버터(32) 사이에도 제1 전력공급라인(61A)과 제2 전력공급라인(62A)이 배치되고, 인버터(32)와 구동부(50) 사이에도 제1 전력공급라인(61B)과 제2 전력공급라인(62B)이 배치된다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소로 추진되는 수소운반선(1)은 연료전지스택(31)과 인버터(32)가 이격 배치되어, 연료전지스택(31)과 인버터(32) 사이에도 제1 전력공급라인(61A)과 제2 전력공급라인(62A)이 배치되고, 인버터(32)와 구동부(50) 사이에도 제1 전력공급라인(61B)과 제2 전력공급라인(62B)이 배치되는 것을 제외하면, 전술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 따라서, 이를 중점적으로 설명하되, 별도의 언급이 없는 한 나머지 구성부에 대한 설명은 전술한 사항으로 대신한다.In the hydrogen carrier 1 propelled by hydrogen according to another embodiment of the present invention, the fuel cell stack 31 and the inverter 32 are spaced apart, and the first power is also provided between the fuel cell stack 31 and the inverter 32. The supply line 61A and the second power supply line 62A are disposed, and the first power supply line 61B and the second power supply line 62B are also disposed between the inverter 32 and the driver 50 . In the hydrogen carrier 1 propelled by hydrogen according to another embodiment of the present invention, the fuel cell stack 31 and the inverter 32 are spaced apart, and the first power is also provided between the fuel cell stack 31 and the inverter 32. The supply line 61A and the second power supply line 62A are disposed, and the first power supply line 61B and the second power supply line 62B are disposed between the inverter 32 and the driver 50. Except for this, it is substantially the same as the foregoing embodiment. Therefore, this will be mainly described, but unless otherwise noted, the description of the remaining components will be replaced with the above-described items.

연료전지스택(31)과 인버터(32)는 서로 이격 배치되어, 연료전지스택(31)과 인버터(32) 사이에도 제1 전력공급라인(61A)과 제2 전력공급라인(62A)이 배치되고, 인버터(32)와 구동부(50) 사이에도 제1 전력공급라인(61B)과 제2 전력공급라인(62B)이 배치될 수 있다.The fuel cell stack 31 and the inverter 32 are spaced apart from each other, and the first power supply line 61A and the second power supply line 62A are also disposed between the fuel cell stack 31 and the inverter 32. , The first power supply line 61B and the second power supply line 62B may also be disposed between the inverter 32 and the driver 50 .

연료전지스택(31)과 인버터(32) 사이의 제1 전력공급라인(61A)은 초전도케이블을 포함하여 연료공급라인(40) 내부를 통과하고, 제1 전력공급라인(61A)의 양 측으로 각각 연장되는 제2 전력공급라인(62A)은 일반 전력케이블을 포함하여 연료공급라인(40) 외측으로 노출되며 양단이 각각 연료전지스택(31)과 인버터(32)에 연결된다. 제1 전력공급라인(61A)과 제2 전력공급라인(62A) 사이는 커넥터(63A)에 의해 전기적으로 연결되어, 연료전지스택(31)에서 생산된 직류 전력을 인버터(32)로 공급할 수 있다. 즉, 연료전지스택(31)과 인버터(32) 사이의 제1 전력공급라인(61A)과 제2 전력공급라인(62A)에는 직류 전력이 흐른다.The first power supply line 61A between the fuel cell stack 31 and the inverter 32 includes a superconducting cable, passes through the inside of the fuel supply line 40, and runs on both sides of the first power supply line 61A, respectively. The extended second power supply line 62A includes a general power cable and is exposed to the outside of the fuel supply line 40, and both ends are connected to the fuel cell stack 31 and the inverter 32, respectively. The first power supply line 61A and the second power supply line 62A are electrically connected by a connector 63A, and DC power generated in the fuel cell stack 31 can be supplied to the inverter 32. . That is, DC power flows through the first power supply line 61A and the second power supply line 62A between the fuel cell stack 31 and the inverter 32 .

인버터(32)와 구동부(50) 사이의 제1 전력공급라인(61B)은 초전도케이블을 포함하여 연료공급라인(40) 내부를 통과하고, 제1 전력공급라인(61B)의 양 측으로 각각 연장되는 제2 전력공급라인(62B)은 일반 전력케이블을 포함하여 연료공급라인(40) 외측으로 노출되며 양단이 각각 인버터(32)와 구동부(50)에 연결된다. 제1 전력공급라인(61B)과 제2 전력공급라인(62B) 사이는 커넥터(63B)에 의해 전기적으로 연결되어, 인버터(32)에서 변환된 교류 전력을 구동부(50)로 공급할 수 있다. 즉, 인버터(32)와 구동부(50) 사이의 제1 전력공급라인(61B)과 제2 전력공급라인(62B)에는 교류 전력이 흐른다.The first power supply line 61B between the inverter 32 and the driver 50 includes a superconducting cable, passes through the inside of the fuel supply line 40, and extends to both sides of the first power supply line 61B, respectively. The second power supply line 62B includes a general power cable and is exposed to the outside of the fuel supply line 40, and both ends are connected to the inverter 32 and the driver 50, respectively. The first power supply line 61B and the second power supply line 62B are electrically connected by a connector 63B, and AC power converted by the inverter 32 may be supplied to the driver 50 . That is, AC power flows through the first power supply line 61B and the second power supply line 62B between the inverter 32 and the driver 50 .

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. you will be able to understand Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting.

1: 수소로 추진되는 수소운반선
10: 선체 20: 저장탱크
30: 연료전지모듈 31: 연료전지스택
32: 인버터 40: 연료공급라인
41: 단열층 50: 구동부
60: 전력공급라인 61, 61A, 61B: 제1 전력공급라인
62, 62A, 62B: 제2 전력공급라인 63, 63A, 63B: 커넥터
70: 열교환기1: Hydrogen carrier powered by hydrogen
10: hull 20: storage tank
30: fuel cell module 31: fuel cell stack
32: inverter 40: fuel supply line
41: heat insulation layer 50: driving unit
60: power supply line 61, 61A, 61B: first power supply line
62, 62A, 62B: second power supply line 63, 63A, 63B: connector
70: heat exchanger

Claims (5)

선체;
상기 선체에 설치되며 액화수소를 저장하는 저장탱크;
상기 저장탱크로부터 수소를 공급받아 전력을 생산하는 연료전지모듈;
상기 저장탱크와 상기 연료전지모듈 사이를 연결하여 상기 액화수소가 기화된 수소를 공급하는 연료공급라인;
상기 연료전지모듈로부터 전력을 공급받아 추진력을 발생시키는 구동부, 및
상기 연료전지모듈과 상기 구동부 사이를 연결하여 전력을 공급하는 전력공급라인을 포함하되,
상기 연료공급라인은 상기 구동부 및 상기 전력공급라인 중 적어도 하나를 경유하여 상기 연료전지모듈로 연결되어 상기 구동부 및 상기 전력공급라인 중 적어도 하나에 초전도 효과를 발생시키는 수소로 추진되는 수소운반선.hull;
A storage tank installed on the hull and storing liquefied hydrogen;
a fuel cell module generating electric power by receiving hydrogen from the storage tank;
a fuel supply line connecting the storage tank and the fuel cell module to supply hydrogen vaporized from the liquefied hydrogen;
A driving unit generating propulsion by receiving power from the fuel cell module; and
Including a power supply line connecting between the fuel cell module and the driving unit to supply power,
The fuel supply line is connected to the fuel cell module via at least one of the driving unit and the power supply line, and is propelled by hydrogen to generate a superconducting effect in at least one of the driving unit and the power supply line. 제1 항에 있어서, 상기 구동부는,
프로펠러를 구동하며 상기 액화수소가 기화된 수소로 냉각되는 초전도모터를 포함하는 수소로 추진되는 수소운반선.The method of claim 1, wherein the driving unit,
A hydrogen carrier propelled by hydrogen including a superconducting motor that drives a propeller and is cooled by vaporized hydrogen from the liquefied hydrogen. 제1 항에 있어서, 상기 전력공급라인은,
적어도 일부가 상기 연료공급라인 내부를 통과하여 연장되는 수소로 추진되는 수소운반선.The method of claim 1, wherein the power supply line,
A hydrogen carrier propelled by hydrogen extending at least in part through the inside of the fuel supply line. 제3 항에 있어서,
상기 연료전지모듈 전단의 상기 연료공급라인 상에 설치되어 상기 액화수소가 기화된 수소를 가열하는 열교환기를 더 포함하는 수소로 추진되는 수소운반선.According to claim 3,
A hydrogen carrier propelled by hydrogen further comprising a heat exchanger installed on the fuel supply line at the front end of the fuel cell module to heat the hydrogen vaporized with the liquefied hydrogen. 제3 항에 있어서, 상기 전력공급라인은,
상기 액화수소가 기화된 수소로 냉각되는 초전도케이블을 포함하여 상기 연료공급라인 내부를 통과하는 제1 전력공급라인과,
상기 연료공급라인 외측으로 노출되는 제2 전력공급라인, 및
상기 제1 전력공급라인과 상기 제2 전력공급라인 사이를 연결하는 커넥터를 포함하는 수소로 추진되는 수소운반선.The method of claim 3, wherein the power supply line,
A first power supply line passing through the inside of the fuel supply line including a superconducting cable in which the liquefied hydrogen is cooled by vaporized hydrogen;
A second power supply line exposed to the outside of the fuel supply line, and
A hydrogen carrier powered by hydrogen comprising a connector connecting between the first power supply line and the second power supply line.
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