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KR101447863B1 - 연료전지 시스템 - Google Patents

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KR101447863B1
KR101447863B1 KR1020120092576A KR20120092576A KR101447863B1 KR 101447863 B1 KR101447863 B1 KR 101447863B1 KR 1020120092576 A KR1020120092576 A KR 1020120092576A KR 20120092576 A KR20120092576 A KR 20120092576A KR 101447863 B1 KR101447863 B1 KR 101447863B1
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KR
South Korea
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fuel
fuel cell
seawater
ultrapure water
deionization
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KR1020120092576A
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박근배
김준석
도현선
장민석
조택현
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
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Publication date
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Abstract

연료전지 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 선박에 설치되는 연료전지 시스템으로서, 연료의 화학반응 에너지를 전기 에너지로 변환하는 연료전지 스택; 연료를 연료전지 스택으로 공급하는 연료 공급부; 및 연료의 개질을 위하여 연료 공급부로 초순수를 공급하는 초순수 공급부를 포함하며, 초순수 공급부는, 선박에서 사용되는 해수를 저장하는 해수 탱크; 연료전지 스택에서 배출되는 배기가스의 폐열을 공급받아서 해수 탱크에서 공급받은 해수를 가열하여 수증기를 추출하는 증발기; 및 증발기와 연결되어 추출된 수증기로부터 이온을 제거하여 초순수를 생성하는 탈이온화 장치를 포함하며, 탈이온화 장치는, 수증기로부터 이온을 제거하는 탈이온 유닛이 복수 개 적층된 형태로 형성되되, 탈이온 유닛은 수증기가 주입 및 배출되는 입구 및 출구를 구비하며, 수증기가 복수 개의 탈이온 유닛을 연속적으로 통과할 수 있도록 서로 인접한 탈이온 유닛 간의 입구와 출구가 서로 연결된다.

Description

연료전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것이다.
연료전지는 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전기화학적 장치로서 수소와 산소를 양극과 음극에 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 새로운 발전 기술이다.
연료전지는 연료공급기(MBOP), 연료전지스택(Stack) 및 전력변환기(EBOP)로 구성된다.
연료공급기(MBOP)는 연료전지에 공기와 연료를 연료전지스택에 공급하며, 연료전지스택 내부에서는 공급된 공기 중의 산소와 연료로 공급된 수소 혹은 연료의 개질을 통하여 발생한 수소가 화학반응을 거쳐 전기, 물, 열을 발생시킨다.
이 때, 발생된 전기는 전력변환기(EBOP)를 통하여 외부로 공급된다.
이러한 연료전지는 작동 온도와 주연료의 형태에 따라 알카리형(AFC), 인산염형(PAGC), 용융 탄산염형(MCFC), 고체 전해질형(SOFC), 고분자 전해질형(PEMFC) 등으로 구분된다.
그 중에서도, 용융 탄산염형(MCFC) 연료전지는, 액화 천연 가스(Liquefied Natural Gas, LNG)를 주 연료로 하여 개질 반응을 거쳐서 수소를 공급할 수 있으므로, 선박에 탑재하여 전력을 공급하는 보조전원으로 가장 적합한 것으로 평가되고 있다.
이 때, 연료로서 공급되는 LNG와 같은 액화 가스를 수소로 변환하는 개질을 위해서는 물이 필요한데, 이 때 요구되는 물은 이온 불순물이 제거된 초순수가 사용된다.
또한, 사용되는 초순수는 연료의 개질이 용이하게 이루어지도록 하기 위해 고온으로 가열된 증기 형태로 공급되어야 한다.
이에 따라, 선박에 탑재된 연료전지의 경우, 연료전지에 공급되는 물을 초순수로 변환시키기 위한 초순수 생성 장치와, 초순수를 고온으로 가열하기 위한 에너지가 별도로 요구된다.
본 발명의 일 실시예는 해수로부터 연료전지에 공급되는 연료의 개질에 필요한 초순수를 생성하는 연료전지 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예는 연료전지에서 배출되는 배기가스의 폐열을 재사용할 수 있는 연료전지 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 선박에 설치되는 연료전지 시스템으로서, 연료의 화학반응 에너지를 전기 에너지로 변환하는 연료전지 스택; 상기 연료를 상기 연료전지 스택으로 공급하는 연료 공급부; 및 상기 연료의 개질을 위하여 상기 연료 공급부로 초순수를 공급하는 초순수 공급부를 포함하며, 상기 초순수 공급부는, 상기 선박에서 사용되는 해수를 저장하는 해수 탱크; 상기 연료전지 스택에서 배출되는 배기가스의 폐열을 공급받아서 상기 해수 탱크에서 공급받은 해수를 가열하여 수증기를 추출하는 증발기; 및 상기 증발기와 연결되어 상기 추출된 수증기로부터 이온을 제거하여 상기 초순수를 생성하는 탈이온화 장치를 포함하며, 상기 탈이온화 장치는, 상기 수증기로부터 이온을 제거하는 탈이온 유닛이 복수 개 적층된 형태로 형성되되, 상기 탈이온 유닛은 상기 수증기가 주입 및 배출되는 입구 및 출구를 구비하며, 상기 수증기가 상기 복수 개의 탈이온 유닛을 연속적으로 통과할 수 있도록 서로 인접한 탈이온 유닛 간의 입구와 출구가 서로 연결되는, 연료전지 시스템이 제공된다.
이 때, 상기 증발기에는 감압 장치가 설치될 수 있다.
삭제
삭제
한편, 상기 연료 공급부는, 상기 연료가 저장되어 있는 연료 탱크; 상기 연료 탱크로부터 공급된 상기 연료와 상기 초순수 공급부로부터 공급된 상기 초순수가 서로 혼합되는 가습기; 및 상기 가습기로부터 공급된 상기 연료 및 상기 초순수의 혼합물을 수소로 변환시켜서 상기 연료전지 스택으로 공급하는 개질기를 포함할 수 있다.
이 때, 상기 연료 탱크는 상기 선박에 구비된 액체 화물 저장 탱크를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 해수와 폐열로부터 연료전지에 공급되는 연료의 개질에 필요한 초순수를 생성함으로써, 연료전지 시스템에서 초순수 생성 공정을 단순화시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 연료전지에서 배출되는 배기가스의 폐열을 재사용함으로써, 효율적인 연료전지 시스템을 구성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템이 설치된 선박을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에서 탈이온화 장치를 간단히 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템이 설치된 선박을 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 도시한 도면이다.
이 때, 도 1 및 도 2에서, 실선의 화살표는 배기가스의 흐름, 파선의 화살표는 물의 흐름, 일점쇄선의 화살표는 연료의 흐름, 이점쇄선의 화살표는 전기의 흐름을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템(100)은 선박(10)에 설치되어 선박(10)의 구동원 또는 전력 공급원으로 사용되며, 연료전지 스택(120), 연료 공급부(140) 및 초순수 공급부(160)를 포함한다.
연료전지 스택(120)은 연료의 화학반응 에너지를 전기 에너지로 변환하는 부분으로, 후술할 연료 공급부(140)로부터 연료를 공급받는다.
이 때, 연료전지 스택(120)은 원하는 전기 출력을 얻기 위해 단위 전지를 복수 개 적층하여 형성될 수 있으며, 전력 변환기(EBOP, 미도시)와 연결되어 선박(10) 내 전력 계통에 연계될 수 있다.
한편, 연료 공급부(140)는 연료를 연료전지 스택(120)으로 공급하는 구성으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 연료 탱크(142), 연료 공급 밸브(143), 가습기(144) 및 개질기(146)를 포함할 수 있다.
이 때, 연료 탱크(142)는 연료전지 스택(120)으로 공급되는 연료가 저장되는 장소로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 선박(10)에 구비된 액체 화물 저장 탱크를 포함할 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료 탱크(142)는 LNG 저장 탱크를 포함할 수 있으나, 이에 한정되지 아니하며 연료전지 스택(120)에서 사용될 수 있는 수소를 포함하는 연료를 저장하는 공간은 모두 포함될 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 연료 탱크(142)에 저장되어 있는 연료는 가습기(144)로 공급될 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료 탱크(142)에서 가습기(144)로의 연료 공급은 연료 공급 밸브(143)에 의하여 제어될 수 있다.
또한, 도면에 도시되지 않았지만, 연료 공급 밸브(143)는 별도의 제어 장치와 센서에 연결되어, 연료전지 스택(120)에서의 전기 생산 상태 등에 따라, 공급되는 연료량을 조절하는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 가습기(144)는 연료전지 스택(120)으로 공급되는 연료의 개질을 용이하게 하기 위하여 연료에 물을 혼합하기 위한 구성이다.
이는, 연료전지 스택(120)에서는, 연료를 통해 공급되는 수소와, 공기를 통해 공급되는 산소 간의 화학반응을 통해 전기를 생산하는 바, 연료 탱크(142)로부터 공급되는 연료는 연료전지 스택(120)으로 공급되기 위해서 연료를 수소로 변환시키는 개질(改質, reforming) 공정이 필요하며, 연료의 개질을 용이하게 하기 위해서는 촉매 역할을 수행할 수 있는 물을 연료에 혼합할 필요가 있기 때문이다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료 탱크(142)의 연료는 가습기(144)로 공급되며, 연료와 혼합될 물은 후술할 초순수 공급부(160)로부터 가습기(144)로 공급될 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료의 개질을 용이하게 하기 위하여 가습기(144)에는 연료를 고온으로 가열할 수 있는 열공급 수단이 설치될 수 있다.
이는, 연료의 개질은 고온 상태에서 보다 효과적으로 이루어질 수 있기 때문이다.
그러나, 이에 한정되지 아니하며, 연료 탱크(142)에서 연료가 가습기(144)로 공급되기 이전에 열공급 수단으로부터 가열될 수도 있으며, 이에 따라 고온 상태의 연료가 가습기(144)로 공급될 수도 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 바와 같이, 가습기(144)를 통과한 연료와 물의 혼합물은 전술한 개질 공정을 위하여 개질기(146)로 공급될 수 있다.
즉, 개질기(146)는 연료를 수소로 변환하기 위한 구성으로서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지 스택(120)의 외부 또는 내부, 또는 내외부 모두에 배치될 수 있으며, 복수 개의 개질 장치가 연속적으로 배열된 형태로 구성될 수도 있다.
전술한 개질기(146)를 통과한 연료는 수소로 변환되어 연료전지 스택(120) 내부에서 산소와 함께 화학반응이 이루어진다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템(100)은, 전술한 가습기(144)에서 연료와 혼합되는 물이 초순수 공급부(160)를 통해 공급될 수 있는 바, 이하, 초순수 공급부(160)의 구성에 대하여 상세히 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 초순수 공급부(160)는 개질되기 전의 연료와 혼합되는 물(초순수)을 해수로부터 생성하여, 연료 공급부(140)의 가습기(144)로 공급하기 위한 구성이다.
이 때, 초순수 공급부(160)로부터 가습기(144)로 공급될 물은 이온 불순물이 제거된 상태의 물, 즉 초순수이어야 한다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 초순수 공급부(160)는 해수 탱크(168), 해수 펌프(166), 증발기(161) 및 탈이온화 장치(165)를 포함할 수 있다.
해수 탱크(168)는 초순수의 원료가 되는 해수를 저장하는 공간이다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 해수 탱크(168)는 선박(10)의 흘수를 조정하기 위해 선박(10)에 구비된 밸러스트(ballast) 탱크 또는 선박(10)에서 사용되는 식수나 용수를 공급하기 위하여 해수를 저장해놓은 해수 저장 탱크일 수 있으나, 이에 한정되지 아니하며, 해수가 존재하는 공간이면 본 발명의 해수 탱크(168)에 포함될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 해수 탱크(168)에서 증발기(161)로 이어지는 배관에는 해수 펌프(166)가 설치될 수 있다.
이 때, 해수 펌프(166)는 해수를 증발기(161)로 이동시키는 압송 수단으로서, 펌프에 한정되지 아니하며, 해수를 이동시킬 수 있는 다양한 압송 수단으로 구성될 수 있다.
이에 따라, 해수 탱크(168)에 저장된 해수를 용이하게 증발기(161)로 이송시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 증발기(161)는 해수를 수증기화 하기 위한 구성으로서, 도 2를 참조하면, 연료전지 스택(120)에서 배출되는 배기가스와 열교환을 하도록 구성될 수 있다.
보다 상세히, 해수 탱크(168)로부터 공급된 해수는 증발기(161) 내부에서 연료전지 스택(120)에서 배출되는 배기가스와 열교환을 하는데, 이 때 배기가스는 400℃ 이상의 고온이므로, 해수에 포함된 물이 상변화되어 수증기의 형태로 증발하게 된다.
이 때, 증발된 수증기는 배기가스의 온도와 같은 400℃ 이상의 고온 상태이며, 염분과 불순물이 제거된 청수 상태의 증기이다.
즉, 증발기(161)로 공급된 해수는 고온의 배기가스의 폐열로부터 폐열을 흡수하고, 고온으로 가열된 해수로부터 물이 상변화되어 수증기 형태로 증발될 수 있다.
이 때, 해수로부터 증발된 고온의 수증기만이 추출되어, 증발기(161)로부터 후술할 탈이온화 장치(165)로 이동될 수 있다.
이 때, 고온 상태의 수증기는 탈이온화 장치(165)를 거쳐서 고온 상태의 초순수로 변환되므로, 결국 초순수는 고온의 스팀 형태로 가습기(144)에 공급될 수 있다.
이 때, 전술하였듯이 연료의 개질은 고온 상태에서 효과적으로 이루어질 수 있는 바, 결과적으로, 해수와 연료전지 스택(120)에서 배출되는 고온의 배기가스와의 열교환에 의하여, 고온 상태의 초순수가 연료 공급부(140)의 가습기(144)로 공급됨으로써, 연료의 개질 공정을 촉진시킬 수 있다.
이와 같이, 연료전지 스택(120)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 재활용함으로써, 가습기(144)로 공급되는 초순수를 고온 상태로 만들기 위해 필요한 가열 수단이 구비될 필요가 없으며, 따라서 추가적인 에너지의 소비를 줄일 수 있어서 효율적이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 증발기(161)에는 감압 장치(169)가 설치될 수 있다.
이 때, 감압 장치(169)는 증발기(161) 내부의 압력을 낮추기 위한 장치로서, 해수의 증발량을 늘리기 위함이다. 이는, 해수가 저장된 증발기(161) 내부의 압력이 낮을수록 해수의 증발 압력이 높아져서 증발량이 증가하기 때문이다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 감압 장치(169)는 이젝터 또는 밸브일 수 있으나, 이에 한정되지 아니하며 다양한 수단으로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 증발기(161)는 순수한 수증기(H2O) 성분만을 추출해야 하므로, 수증기 성분을 제외한 타 성분을 제거할 수 있는 필터나 여과 장치가 추가적으로 포함될 수 있다.
한편, 탈이온화 장치(165)는 증발기(161)로부터 공급된 수증기에서 이온을 제거하여 초순수를 생성하고, 생성된 초순수를 전술한 연료 공급부(140)의 가습기(144)로 공급하는 구성이다.
이 때, 증발기(161)로부터 공급된 수증기는 염분이나 타 물질성분이 포함되어 있지 않은 순수한 청수 상태이므로, 수증기로부터 이온 불순물을 제거하면 초순수 상태가 될 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 탈이온화 장치(165)에서 수증기 내에 포함되어 있는 이온 불순물을 제거할 수 있다.
이 때, 초순수는, 전술하였듯이, 수소가 포함된 연료와 혼합되어 연료를 수소로 변환시키는 개질을 돕는 역할을 수행할 수 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템에서 탈이온화 장치를 간단히 도시한 도면이다.
이 때, 도 3에서 파선의 화살표는 수증기의 흐름을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 탈이온화 장치(165)는 수증기로부터 이온을 제거하는 복수 개의 탈이온 유닛(164)이 적층된 형태로 형성될 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 탈이온 유닛(164)은 전기 탈이온 (Electrodeionization:EDI) 또는 축전식 탈이온(Capacitive Deionization: CDI) 방식으로 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 아니하며, 다양한 방식으로 구성될 수 있다.
여기서, EDI 기술은 순수 및 초순수 제조용 전기 탈이온 장치로서, 전기투석 장치의 희석실에 이온교환수지를 충진시킨 것이다. EDI는 수평으로 배치되며 전극판이 내장된 다수 개의 셀(cell)과 이러한 셀이 모인 스택(stack)으로 구성될 수 있으며, 반응속도와 전력소모에서 전기 투석법보다 우수하기 때문에 낮은 전해질을 가진 수처리에 다양하게 응용되고 있다. 주로 전자 및 반도체회사의 초순수 생산설비에 적용되어 온 EDI 방식은 기존의 이온 교환수지를 사용하는 데미 시스템(DEMI SYSTEM)과 달리 전기적으로 이온을 제거하기 때문에 재생을 위하여 약품을 사용하지 않으며 이에 따른 재생 폐액이 생성되지 않아 환경 친화적인 방식이다.
또한, CDI 기술은 다공성의(porous) 두 전극에 전원을 인가하여 양극 전극(Positive electrode)에는 음이온이, 음극 전극(Negative electrode)에는 양이온이 전기적으로 흡착하여 물과 같은 유체 속에 용존하는 이온을 제거하는 간단한 원리에 기초한다. 또한 전극에 이온의 흡착이 포화상태가 되면 전극의 극성을 반대로 바꾸어 주거나 전원을 차단하여 전극에 흡착되어 있는 이온들을 분리(탈착)시킴으로서 전극의 재생이 간편하다. 또한 CDI 기술은 전극의 재생을 위해 이온교환수지법이나 역삼투압법과 같이 산이나 염기 등의 세척용액을 사용하지 않으므로 2차적으로 발생하는 화학적 폐기물이 전혀 없고, 전극의 부식이나 오염이 거의 없어 수명이 반영구적이며 다른 처리방식에 비해 에너지 효율이 높아 에너지를 10~20배 절감할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 탈이온 유닛(164)은 수증기가 내부로 유동할 수 있는 형태이며, 수증기가 주입 및 배출될 수 있는 입구 및 출구를 구비할 수 있다.
이 때, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 탈이온화 장치(165)는 수증기가 복수 개의 적층된 탈이온 유닛(164)을 연속적으로 통과할 수 있도록, 서로 인접한 탈이온 유닛(164) 간의 입구와 출구가 서로 연결되게 형성될 수 있다.
이에 따라, 탈이온화 장치(165)는 소형화될 수 있으며, 탈이온화 장치(165)에 주입된 수증기는 탈이온화 장치(165)의 내부를 유동함에 따라, 적은 공간에서 효과적으로 이온이 제거될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템(100)은, 해수로부터 연료의 개질에 필요한 초순수를 생성하는 공정을 위해 연료전지 스택(120)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 재활용함으로써, 추순수의 가열을 위한 부가적 에너지 투입을 줄여서 효율적인 에너지 활용이 가능하다.
또한, 초순수 생성 공정에 폐열을 활용함과 동시에, 초순수를 생성하기 위한 탈이온화 장치(165)를 적층 형태로 컴팩트하게 구성하여, 초순수를 생성하기 위한 공정 단계를 보다 효율적으로 구성할 수 있으며, 연료전지 시스템(100) 구성의 단순화를 도모할 수 있다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
10 선박 100 연료전지 시스템
120 연료전지 스택 140 연료 공급부
141 연료 탱크 143 연료 공급 밸브
144 가습기 146 개질기
160 초순수 공급부 161 증발기
164 탈이온 유닛 165 탈이온화 장치
166 해수 펌프 168 해수 탱크
169 감압 장치

Claims (6)

  1. 선박에 설치되는 연료전지 시스템으로서,
    연료의 화학반응 에너지를 전기 에너지로 변환하는 연료전지 스택;
    상기 연료를 상기 연료전지 스택으로 공급하는 연료 공급부; 및
    상기 연료의 개질을 위하여 상기 연료 공급부로 초순수를 공급하는 초순수 공급부를 포함하며,
    상기 초순수 공급부는,
    상기 선박에서 사용되는 해수를 저장하는 해수 탱크;
    상기 연료전지 스택에서 배출되는 배기가스의 폐열을 공급받아서 상기 해수 탱크에서 공급받은 해수를 가열하여 수증기를 추출하는 증발기; 및
    상기 증발기와 연결되어 상기 추출된 수증기로부터 이온을 제거하여 상기 초순수를 생성하는 탈이온화 장치를 포함하며,
    상기 탈이온화 장치는,
    상기 수증기로부터 이온을 제거하는 탈이온 유닛이 복수 개 적층된 형태로 형성되되,
    상기 탈이온 유닛은 상기 수증기가 주입 및 배출되는 입구 및 출구를 구비하며,
    상기 수증기가 상기 복수 개의 탈이온 유닛을 연속적으로 통과할 수 있도록 서로 인접한 탈이온 유닛 간의 입구와 출구가 서로 연결되는, 연료전지 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 증발기에는 감압 장치가 설치되는, 연료전지 시스템.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 연료 공급부는,
    상기 연료가 저장되어 있는 연료 탱크;
    상기 연료 탱크로부터 공급된 상기 연료와 상기 초순수 공급부로부터 공급된 상기 초순수가 서로 혼합되는 가습기; 및
    상기 가습기로부터 공급된 상기 연료 및 상기 초순수의 혼합물을 수소로 변환시켜서 상기 연료전지 스택으로 공급하는 개질기를 포함하는, 연료전지 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 연료 탱크는 상기 선박에 구비된 액체 화물 저장 탱크를 포함하는, 연료전지 시스템.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010033546A (ko) * 1997-12-25 2001-04-25 마에다 시게루 탈염방법 및 탈염장치
JP2001170646A (ja) * 1999-12-14 2001-06-26 Japan Organo Co Ltd 電気式脱イオン水製造装置の通水方法
JP2009507350A (ja) * 2005-09-06 2009-02-19 カール・フロイデンベルク・カーゲー 再利用反応ガスを燃料電池に供給するための装置
KR20100095338A (ko) * 2009-02-20 2010-08-30 대우조선해양 주식회사 Lng 운반선의 전기 생산 장치 및 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010033546A (ko) * 1997-12-25 2001-04-25 마에다 시게루 탈염방법 및 탈염장치
JP2001170646A (ja) * 1999-12-14 2001-06-26 Japan Organo Co Ltd 電気式脱イオン水製造装置の通水方法
JP2009507350A (ja) * 2005-09-06 2009-02-19 カール・フロイデンベルク・カーゲー 再利用反応ガスを燃料電池に供給するための装置
KR20100095338A (ko) * 2009-02-20 2010-08-30 대우조선해양 주식회사 Lng 운반선의 전기 생산 장치 및 방법

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