[go: up one dir, main page]

KR102175550B1 - Ship - Google Patents

Ship Download PDF

Info

Publication number
KR102175550B1
KR102175550B1 KR1020150190002A KR20150190002A KR102175550B1 KR 102175550 B1 KR102175550 B1 KR 102175550B1 KR 1020150190002 A KR1020150190002 A KR 1020150190002A KR 20150190002 A KR20150190002 A KR 20150190002A KR 102175550 B1 KR102175550 B1 KR 102175550B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
raw material
combustor
exhaust gas
reformer
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Active
Application number
KR1020150190002A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20170080831A (en
Inventor
오태영
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 KR1020150190002A priority Critical patent/KR102175550B1/en
Publication of KR20170080831A publication Critical patent/KR20170080831A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102175550B1 publication Critical patent/KR102175550B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63J—AUXILIARIES ON VESSELS
    • B63J3/00—Driving of auxiliaries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04119—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying
    • H01M8/04156—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal
    • H01M8/04164—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with simultaneous supply or evacuation of electrolyte; Humidifying or dehumidifying with product water removal by condensers, gas-liquid separators or filters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63B—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; EQUIPMENT FOR SHIPPING 
    • B63B2209/00—Energy supply or activating means
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/20—Fuel cells in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/40—Combination of fuel cells with other energy production systems
    • H01M2250/407—Combination of fuel cells with mechanical energy generators
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (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)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)

Abstract

본 발명은 원료를 공급하기 위한 원료 공급부, 원료수를 공급하기 위한 원료수 공급부, 상기 원료 공급부로부터 공급되는 원료 및 상기 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지 시스템, 및 상기 연료전지 시스템에서 출력되는 직류전류(Dc)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하는 선박에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system for generating electricity using a raw material supply unit for supplying raw materials, a raw material water supply unit for supplying raw material water, a raw material supplied from the raw material supply unit, and raw material water supplied from the raw material water supply unit, and It relates to a ship including a power conversion unit for converting the DC current (Dc) output from the fuel cell system to the AC current (AC).

Description

선박{SHIP}Ship{SHIP}

본 발명은 환경 친화적인 선박에 관한 것이다.The present invention relates to an environmentally friendly vessel.

일반적으로 전체 에너지의 대부분은 화석연료로부터 얻고 있다. 그런데 화석연료의 매장량은 제한되어 있고, 화석연료의 사용은 대기오염 및 산성비, 지구 온난화 등 환경에 심각한 영향을 미치고 있다. 이러한 화석연료의 사용에 따른 문제점을 해결하기 위하여 환경 친화적인 발전시스템이 개발되고 있다. In general, most of the total energy comes from fossil fuels. However, the reserves of fossil fuels are limited, and the use of fossil fuels has serious effects on the environment, such as air pollution, acid rain, and global warming. In order to solve the problems associated with the use of fossil fuels, an environment-friendly power generation system is being developed.

환경 친화적인 발전시스템에는 햇빛, 물, 지열, 강수, 생물유기체 등을 포함하는 재생 가능한 에너지를 변환시켜 전기를 생산하는 발전시스템이 있다. 또한, 환경 친화적인 발전시스템에는 화석연료를 변환하거나 수소와 산소 등의 화학 반응을 통해 전기를 생산하는 연료전지를 포함하는 연료전지 시스템이 있다. Environmentally friendly power generation systems include power generation systems that generate electricity by converting renewable energy including sunlight, water, geothermal heat, precipitation, and biological organisms. In addition, environmentally friendly power generation systems include fuel cell systems that convert fossil fuels or generate electricity through chemical reactions such as hydrogen and oxygen.

연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 알칼리 연료전지(AFC, Alkaline Fuel Cell), 인산형 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), 용융탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), 고분자전해질 연료전지(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 직접메탄올 연료전지(DMFC, Direct Methanol Fuel Cell) 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 동일한 원리에 의해 작동되지만 운전온도, 전해질, 발전효율, 발전성능이 서로 다르다. Depending on the type of electrolyte used, fuel cells include alkaline fuel cells (AFCs), phosphoric acid fuel cells (PAFCs), molten carbonate fuel cells (MCFCs), solid oxides. It is classified into fuel cells (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC), and Direct Methanol Fuel Cell (DMFC). Each of these fuel cells operates based on fundamentally the same principle, but differs in operating temperature, electrolyte, power generation efficiency, and power generation performance.

종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 가정이나 소형 구조물인 전기자동차 등에 적용되고 있다. 그러나, 대형 구조물에 적용하기 위해서는 모듈화된 연료전지를 많이 사용하거나 연료전지 모듈의 발전출력이 상대적으로 커져야 하기 때문에 다음과 같은 문제가 발생된다.Fuel cell systems according to the prior art have been applied to electric vehicles such as homes or small structures. However, in order to be applied to a large structure, the following problems arise because a modularized fuel cell is frequently used or the power generation output of the fuel cell module needs to be relatively large.

첫째, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 연료전지의 시동을 위하여 연료전지의 온도를 증가시키는 과정에 많은 시간이 소요된다. 따라서, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 연료전지 시동시 오랜 시간이 소요되는 문제가 있다.First, the fuel cell system according to the prior art takes a lot of time in the process of increasing the temperature of the fuel cell to start the fuel cell. Therefore, the fuel cell system according to the prior art has a problem that it takes a long time to start the fuel cell.

둘째, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 연료전지가 많아지거나 요구되는 발전출력이 커지면 그에 따라 사용되는 연료의 양도 많아지게 된다. 따라서, 종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 운영 비용이 상승하게 되는 문제가 있다. Second, in the fuel cell system according to the prior art, when the number of fuel cells increases or the required power generation output increases, the amount of fuel used accordingly increases. Therefore, the fuel cell system according to the prior art has a problem that the operating cost increases.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 시동에 소요되는 시간을 줄일 수 있고, 설비 구축비용과 운영비용을 줄일 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.The present invention has been conceived to solve the above-described problems, and is to provide a ship capable of reducing the time required for starting, and reducing equipment construction and operating costs.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.In order to solve the problems as described above, the present invention may include the following configuration.

본 발명에 따른 선박은 원료를 공급하기 위한 원료 공급부; 원료수를 공급하기 위한 원료수 공급부; 상기 원료 공급부로부터 공급되는 원료 및 상기 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지 시스템; 및 상기 연료전지 시스템에서 출력되는 직류전류(Dc)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하고, 상기 연료전지 시스템은 전처리된 원료와 스팀을 개질반응시키는 개질기 및 상기 개질기를 가열하기 위한 연소기를 포함하고, 수소를 포함하는 연료를 생성하기 위한 수소생성부; 상기 수소생성부로부터 공급되는 연료를 이용하여 전기를 생산하기 위한 연료전지; 및 상기 연소기로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 상기 연료전지를 가열하기 위한 공급부를 포함할 수 있다.The ship according to the present invention includes a raw material supply unit for supplying raw materials; A raw material water supply unit for supplying raw material water; A fuel cell system for generating electricity by using the raw material supplied from the raw material supply unit and the raw material water supplied from the raw material water supply unit; And a power conversion unit for converting the direct current (Dc) output from the fuel cell system into an alternating current (AC), wherein the fuel cell system is a reformer for reforming the pretreated raw material and steam, and for heating the reformer. A hydrogen generating unit including a combustor and configured to generate a fuel containing hydrogen; A fuel cell for generating electricity using fuel supplied from the hydrogen generating unit; And a supply unit for heating the fuel cell using waste heat of exhaust gas discharged from the combustor as a heat source.

본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 연료전지는 전기를 생산하기 위한 연료전지 스택, 및 상기 연료전지 스택을 수용하는 핫 박스(Hot-Box)를 포함하고, 상기 공급부는 상기 연료전지의 온도가 기설정된 기준범위 미만이면, 상기 연료전지가 가열되도록 상기 연소기로부터 배출되는 배기가스를 상기 연료전지의 핫 박스(Hot-Box)에 공급할 수 있다.In the ship according to the present invention, the fuel cell includes a fuel cell stack for generating electricity, and a hot-box accommodating the fuel cell stack, and the supply unit has a temperature of the fuel cell. If it is less than a set reference range, exhaust gas discharged from the combustor may be supplied to a hot-box of the fuel cell so that the fuel cell is heated.

본 발명에 따른 선박은, 상기 개질기에 공급되는 원료가 가열되도록, 상기 연소기로부터 배출되어 상기 연료전지를 통과한 배기가스 및 상기 개질기에 공급되는 원료를 열교환시키기 위한 제1열교환기를 포함할 수 있다.The ship according to the present invention may include a first heat exchanger for heat exchange between the exhaust gas discharged from the combustor and passed through the fuel cell and the raw material supplied to the reformer so that the raw material supplied to the reformer is heated.

본 발명에 따른 선박은, 상기 연료전지의 온도가 기준범위를 초과하면, 상기 연료전지의 온도가 기준범위 이내가 되도록 상기 연료전지 핫박스에 대한 상기 연소기로부터 배출되는 배기가스의 공급을 중단함과 동시에 상기 연소기로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 상기 개질기를 가열하도록 하기 위한 분기부를 포함할 수 있다.The ship according to the present invention, when the temperature of the fuel cell exceeds the reference range, stops the supply of exhaust gas discharged from the combustor to the fuel cell hot box so that the temperature of the fuel cell falls within the reference range. At the same time, it may include a branch portion for heating the reformer using waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor as a heat source.

본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 연소기는 상기 연료전지 스택에서 배출되는 잔여물질 또는 반응생성물을 공급받아 연소반응에 사용할 수 있다.In the ship according to the present invention, the combustor may be supplied with residual substances or reaction products discharged from the fuel cell stack and used for a combustion reaction.

본 발명에 따른 선박은 상기 원료공급부에서 공급되는 연료가 액체 연료인 경우, 액체 연료를 기체로 상변화시키기 위한 증발기로서 작용하는 제1열교환기를 포함할 수 있다.The ship according to the present invention may include a first heat exchanger that acts as an evaporator for phase-changing the liquid fuel into gas when the fuel supplied from the raw material supply unit is liquid fuel.

본 발명에 따른 선박은 상기 연료전지에 공급되는 공기가 예열되도록, 상기 연소기로부터 배출되어 상기 제1열교환기를 통과한 배기가스 및 상기 연료전지에 공급되는 공기를 열교환시키기 위한 제2열교환기를 포함할 수 있다.The ship according to the present invention may include a second heat exchanger for exchanging the exhaust gas discharged from the combustor and passed through the first heat exchanger and air supplied to the fuel cell so that the air supplied to the fuel cell is preheated. have.

본 발명에 따른 선박은 상기 연소기로부터 배출되어 상기 제2열교환기를 통과한 배기가스로부터 원료수가 생성되도록, 상기 연소기로부터 배출되어 상기 제2열교환기를 통과한 배기가스 중의 수분을 응축시키기 위한 응축기를 포함할 수 있다.The ship according to the present invention includes a condenser for condensing moisture in the exhaust gas discharged from the combustor and passed through the second heat exchanger so that raw material water is generated from the exhaust gas discharged from the combustor and passed through the second heat exchanger. I can.

본 발명은 시동에 소요되는 시간을 단축함으로써 가동률을 높일 수 있고, 설비 구축비용 및 운영비용을 줄임으로써 제품 경쟁력을 강화할 수 있다.According to the present invention, the operation rate can be increased by shortening the time required for startup, and product competitiveness can be strengthened by reducing the cost of building facilities and operating costs.

도 1은 본 발명에 따른 전체 시스템의 개념적인 구성도
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도
도 3a, 도 3b는 본 발명에 사용되는 연료전지의 동작을 설명하기 위한 예시도로서, 도 3a는 고체산화물 연료전지(SOFC)의 개념적인 구성도
도 3b는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 개념적인 구성도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 수소생성부를 설명하기 위한 예시도
도 5 내지 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도
도 10은 본 발명의 연료전지 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 공정흐름도
도 11은 본 발명에 따른 선박의 일례를 나타낸 개략도1 is a conceptual configuration diagram of an entire system according to the present invention
2 is a conceptual configuration diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention
3A and 3B are exemplary views for explaining the operation of a fuel cell used in the present invention, and FIG. 3A is a conceptual configuration diagram of a solid oxide fuel cell (SOFC)
3B is a conceptual diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC)
4 is an exemplary view for explaining a hydrogen generating unit according to an embodiment of the present invention
5 to 9 are conceptual diagrams of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention
10 is a process flow diagram for explaining the control method of the fuel cell system of the present invention
11 is a schematic diagram showing an example of a ship according to the present invention

이하에서는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of a fuel cell system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 발전시스템(100)에 적용되어 전기를 생산하는 기능을 담당한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)을 설명하기에 앞서, 상기 발전시스템(100)을 먼저 살펴보면, 다음과 같다.Referring to FIG. 1, the fuel cell system 200 according to the present invention is applied to the power generation system 100 to generate electricity. Prior to describing the fuel cell system 200 according to the present invention, a first look at the power generation system 100 is as follows.

상기 발전시스템(100)은 원료 공급부(110), 원료수 공급부(120), 공기 공급부(130), 전력변환부(140), 및 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)을 포함한다.The power generation system 100 includes a raw material supply unit 110, a raw material water supply unit 120, an air supply unit 130, a power conversion unit 140, and a fuel cell system 200 according to the present invention.

상기 원료 공급부(110)는 원료 저장탱크를 포함하며 상기 원료 저장탱크로부터 원료를 공급한다. 예를 들어, 원료는 탄화수소 계열의 물질로, LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 또는 일반 중유(HFO)등의 디젤유, 가솔린, 디메틸에테르, 메탄가스, 수소정제 오프가스, 순수소 등일 수 있다. The raw material supply unit 110 includes a raw material storage tank and supplies raw materials from the raw material storage tank. For example, raw materials are hydrocarbon-based materials, such as LNG (liquefied natural gas), LPG (liquefied petroleum gas), methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH), marine gas oil (MGO), and offshore It may be diesel oil such as diesel oil (MDO) or general heavy oil (HFO), gasoline, dimethyl ether, methane gas, hydrogen refined off-gas, pure hydrogen, and the like.

일례로, 상기 발전시스템(100)이 자동차에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 원료 저장탱크와 상기 원료 저장탱크로부터 원료를 공급하는 장치(예컨대, 펌프)를 포함하여 구현된다. 다른 예로, 상기 발전시스템(100)이 LNG 운반선에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 LNG 저장탱크와 상기 LNG 저장탱크로부터 LNG를 공급하는 장치(예컨대 펌프)를 포함하여 구현된다. 또 다른 예로, 상기 발전시스템(100)이 디젤엔진 선박에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 디젤연료 저장탱크와 상기 디젤연료 저장탱크로부터 디젤연료를 공급하는 장치를 포함하여 구현된다. For example, when the power generation system 100 is applied to an automobile, the raw material supply unit 110 includes a raw material storage tank and a device (eg, a pump) for supplying raw materials from the raw material storage tank. As another example, when the power generation system 100 is applied to an LNG carrier, the raw material supply unit 110 includes an LNG storage tank and a device (eg, a pump) for supplying LNG from the LNG storage tank. As another example, when the power generation system 100 is applied to a diesel engine ship, the raw material supply unit 110 includes a diesel fuel storage tank and a device for supplying diesel fuel from the diesel fuel storage tank.

상기 원료수 공급부(120)는 원료수 저장탱크와 상기 원료수 저장탱크로부터 원료수를 공급하는 장치(예컨대, 펌프)를 포함하여 구현될 수 있다. 원료수는 예를 들어, 상수(上水), 민물, 또는 해수일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 민물, 해수에서 불순물의 제거 처리나 이온제거 처리된 물일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 민물, 해수에서 불순물이 제거된 상태의 물일 수 있다. The raw material water supply unit 120 may include a raw material water storage tank and a device (eg, a pump) for supplying raw material water from the raw material water storage tank. The raw material water may be, for example, fresh water, fresh water, or sea water. As another example, the raw material water may be water that has been treated to remove impurities or remove ions from fresh water or sea water. As another example, the raw material water may be fresh water or water in which impurities have been removed from seawater.

상기 공기 공급부(130)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 공기를 공급한다. 통상적으로 공기는 질소, 산소, 이산화탄소 등을 포함하는 기체를 의미하지만, 본 명세서에서는 공기에서 질소 또는 이산화탄소를 제거한 기체, 또는 산소 이외의 모든 기체를 제거한 경우도 포함한다. 상기 공기 공급부(130)는 공기 저장탱크와 상기 공기 저장탱크로부터 공기를 공급하는 장치(예컨대, 블로워)를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 공기 공급부(130)는 외부공기를 공급받아 압축한 후 압축된 고압의 공기를 공급하거나 상압으로 공급하도록 구현될 수 있다. The air supply unit 130 supplies air to the fuel cell system 200 according to the present invention. In general, air refers to a gas including nitrogen, oxygen, carbon dioxide, and the like, but in the present specification, a gas from which nitrogen or carbon dioxide is removed, or a case in which all gases other than oxygen are removed is also included. The air supply unit 130 may include an air storage tank and a device (eg, a blower) supplying air from the air storage tank. As another example, the air supply unit 130 may be implemented to receive external air, compress it, and then supply compressed high-pressure air or supply it at normal pressure.

상기 전력변환부(140)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에서 나오는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환한다. 상기 전력 변환부(140)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에서 나오는 출력전류을 승압 또는 감압하기 위한 DC-DC 컨버터 및 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 DC-AC 인버터 등으로 구성될 수 있다. 상기 전력변환부(140)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)으로부터 공급된 전기를 전력부하로 배출한다. 전력부하는, 예를 들어 선박의 경우 선박의 기본 전기설비 및 화물계통 전기설비 등과 같은 선박 내 전기설비일 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 전력변환부(140)는 에너지 저장장치, 예를 들어 배터리로 전기를 전송하여 저장하도록 구현될 수도 있다.The power conversion unit 140 converts the direct current (DC) from the fuel cell system 200 according to the present invention into an alternating current (AC). The power conversion unit 140 includes a DC-DC converter for boosting or reducing the output current from the fuel cell system 200 according to the present invention, and a DC-AC inverter for converting a DC current (DC) into an AC current (AC). And the like. The power conversion unit 140 discharges electricity supplied from the fuel cell system 200 according to the present invention as a power load. For example, in the case of a ship, the power load may be an electrical equipment in a ship such as basic electrical equipment of a ship and electric equipment of a cargo system. Although not shown, the power conversion unit 140 may be implemented to transmit and store electricity to an energy storage device, for example, a battery.

본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료, 물(H2O), 및 공기를 이용하여 전기를 생산한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 가정이나 자동차와 같은 소형 구조물에 사용될 수 있고, 선박 등과 같이 대형 구조물에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료의 연소 에너지를 이용하는 디젤엔진, 가스엔진, 증기터빈, 가스터빈, 또는 랭킨 사이클(Rankine Cycle)과 연동하도록 구현될 수도 있다. The fuel cell system 200 according to the present invention uses fuel, water (H 2 O), and air to generate electricity. The fuel cell system 200 according to the present invention may be used in small structures such as homes or automobiles, and may be used in large structures such as ships. The fuel cell system 200 according to the present invention may be implemented to interlock with a diesel engine, a gas engine, a steam turbine, a gas turbine, or a Rankine Cycle using combustion energy of fuel.

이하에서는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(100)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a fuel cell system 100 according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2를 참고하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 및 수소생성부(400)를 포함한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210), 상기 수소생성부(400) 등을 포함한 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구현될 수도 있다. 본 명세서에서는 수소생성부(400)에 유입되는 것을 원료 및 원료수, 수소생성부(400)에서 생성되어 연료전지(210)로 유입되는 것을 연료로 정의한다.Referring to FIG. 2, the fuel cell system 200 according to the first embodiment of the present invention includes a fuel cell 210 and a hydrogen generator 400. The fuel cell system 200 according to the present invention may be implemented by including a control unit 250 that controls the operation of all components including the fuel cell 210 and the hydrogen generator 400. In the present specification, raw materials and raw water flowing into the hydrogen generating unit 400 are defined as fuel, and what is generated in the hydrogen generating unit 400 and flowing into the fuel cell 210 is defined as fuel.

상기 연료전지(210)는 연료전지 스택(stack)을 포함하여 구현된다. 상기 연료전지 스택은 공기극(cathode)과 연료극(anode) 사이에 전해질(electrolyte)층이 형성되고, 연료극(anode)과 공기극(cathode)에는 수소공급 및 공기공급, 열회수를 위한 분리판(separator)이 설치되어 있는 단위전지 모듈을 필요수량만큼 직렬 연결된 형태로 구성된다. The fuel cell 210 is implemented including a fuel cell stack. In the fuel cell stack, an electrolyte layer is formed between a cathode and an anode, and a separator for supplying hydrogen, supplying air, and recovering heat is provided at the anode and cathode. It is composed of the installed unit cell modules connected in series as much as the required quantity.

상기 연료전지(210)는 온도센서와 온도 유지용 기기, 즉 히터나 공기극 팬과 연료극 팬, 냉각판 등을 포함할 수 있다. 상기 온도센서는 연료전지 스택의 온도, 공기극(cathode)의 온도, 연료극(anode)의 온도를 센싱한다. 상기 히터에 의해 연료전지를 가열하여 운전에 필요한 온도를 유지하도록 할 수 있다. 상기 공기극 팬은 연료전지 스택의 공기극(cathode)에서 발열한 열을 방열시킨다. 상기 연료극 팬은 연료전지 스택의 연료극(anode)에서 발열한 열을 방열시킨다. 상기 공기극 팬 및 연료극 팬은 연료전지 스택에 사용되는 열교환기의 일부 구성으로 구현될 수 있다.The fuel cell 210 may include a temperature sensor and a temperature maintaining device, that is, a heater or a cathode fan, an anode fan, and a cooling plate. The temperature sensor senses the temperature of the fuel cell stack, the temperature of the cathode, and the temperature of the anode. The fuel cell may be heated by the heater to maintain a temperature required for operation. The cathode fan dissipates heat generated by the cathode of the fuel cell stack. The anode fan dissipates heat generated by an anode of the fuel cell stack. The cathode fan and the anode fan may be implemented as a part of a heat exchanger used in a fuel cell stack.

본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)이 제어부(250)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 히터나 공기극 팬과 연료극 팬을 제어하여 상기 연료전지(210)의 운전온도를 적절하게 유지한다. 예를 들어, 제어부(250)는 인산형 연료전지(PAFC)의 경우 운전온도를 190∼210℃로 유지하며, 용융탄산염 연료전지(MCFC)의 경우 운전온도를 550∼650℃로 유지하며, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 경우 운전온도를 650∼1000℃로 유지하며, 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 경우 운전온도를 30∼80℃로 유지하도록 한다. When the fuel cell system 200 according to the present invention includes the control unit 250, the control unit 250 controls the heater or cathode fan and the anode fan using a signal output from a temperature sensor to control the fuel cell 210 ) To properly maintain the operating temperature. For example, the control unit 250 maintains the operating temperature at 190 to 210°C in the case of a phosphoric acid fuel cell (PAFC), and maintains the operation temperature at 550 to 650°C in the case of a molten carbonate fuel cell (MCFC), and In the case of an oxide fuel cell (SOFC), the operating temperature is maintained at 650-1000°C, and in the case of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), the operating temperature is maintained at 30-80°C.

이하, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 구비되는 연료전지(210)의 동작을 도 3a, 도 3b를 참조하여 설명하기로 한다. 도 3a는 고체산화물 연료전지(SOFC)의 개념적인 구성도이고, 도 3b는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 개념적인 구성도이다. Hereinafter, the operation of the fuel cell 210 provided in the fuel cell system 200 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3A and 3B. 3A is a conceptual configuration diagram of a solid oxide fuel cell (SOFC), and FIG. 3B is a conceptual configuration diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC).

먼저, 도 3a를 참조하면 고체산화물 연료전지(SOFC)(310)는 공기극(cathode)(311)에서 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소이온이 전해질(312)을 통해 연료극(anode)(313)으로 이동한다. 연료극(anode)(313)에서는 수소(H2)를 포함하는 연료가 유입되는데, 전해질(312)을 통해 연료극(anode)(313)으로 이동한 산소이온(O2-)과 수소(H2)가 전기화학적으로 반응하여 물(H2O)과 전자(e-)가 생성된다. 공기극(cathode)(311)에서는 전자가 소모되므로 공기극(cathode)(311)과 연료극(anode)(313)을 서로 연결하면 전기가 흐르게 된다.First, referring to FIG. 3A, in a solid oxide fuel cell (SOFC) 310, oxygen ions generated by a reduction reaction of oxygen in a cathode 311 are transferred through an electrolyte 312 to an anode 313. Go to. Fuel containing hydrogen (H 2 ) is introduced from the anode 313, and oxygen ions (O 2- ) and hydrogen (H 2 ) moved to the anode 313 through the electrolyte 312 Reacts electrochemically to generate water (H 2 O) and electrons (e-). Since electrons are consumed in the cathode 311, electricity flows when the cathode 311 and the anode 313 are connected to each other.

고체산화물 연료전지(SOFC)(310)는 연료극(anode)(313)에 공급된 연료 중 포함될 수 있는 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2)와 같은 전기화학 미반응물질과 미반응 수소(H2)와 같은 잔여물질과 반응생성물인 물(액체 혹은 기체상태로서의 H2O)을 배출한다. 또한, 고체산화물 연료전지(SOFC)(310)의 공기극(cathode)(311)에서는 미반응 산소 및 질소 등을 배출한다. The solid oxide fuel cell (SOFC) 310 includes electrochemical unreacted substances such as carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ), which may be included in the fuel supplied to the anode 313, and unreacted hydrogen (H 2 ). ) And the reaction product water (liquid or gaseous H 2 O) are discharged. In addition, unreacted oxygen and nitrogen are discharged from the cathode 311 of the solid oxide fuel cell (SOFC) 310.

도 3b를 참조하면 고분자전해질 연료전지(PEMFC)(320)는 연료극(anode)(321)에 형성된 촉매층(322)에서 수소(H2)가 수소이온(H+)과 전자(e-)로 생성된다. 수소이온(H+)은 고분자 전해질막(Polymer Membrane)(323)을 통해 공기극(cathode)(324)으로 이동한다. 고분자전해질 연료전지(PEMFC)(320)는 공기극(cathode)(324)에 형성된 촉매층(325)에서 수소이온(H+)과 산소(O2)가 반응하여 스팀(H2O)을 생산한다. 연료극(anode)(321)에 형성된 촉매층(322)과 공기극(cathode)(324)에 형성된 촉매층(325)을 서로 연결하면 전기가 흐르게 된다. Referring to FIG. 3B, in a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) 320, hydrogen (H 2 ) is generated as hydrogen ions (H + ) and electrons (e-) in the catalyst layer 322 formed on the anode 321. do. Hydrogen ions (H + ) move to the cathode 324 through the polymer membrane 323. The polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) 320 produces steam (H 2 O) by reacting hydrogen ions (H + ) and oxygen (O 2 ) in the catalyst layer 325 formed on the cathode 324. When the catalyst layer 322 formed on the anode 321 and the catalyst layer 325 formed on the cathode 324 are connected to each other, electricity flows.

고분자전해질 연료전지(PEMFC)(320)는 연료극(anode)(321)의 촉매층(322)에서 미반응 수소(H2)와 같은 잔여물질을 배출한다. 또한, 고분자전해질 연료전지(PEMFC)(320)는 공기극(cathode)(324)에서 미반응 산소와 물(H2O)을 배출한다.The polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) 320 discharges residual substances such as unreacted hydrogen (H 2 ) from the catalyst layer 322 of the anode 321. In addition, the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) 320 discharges unreacted oxygen and water (H 2 O) from the cathode 324.

그 외에 용융탄산염 연료전지(MCFC)는 연료극(anode)에서 수소(H2)와 탄산이온(CO3 2-)이 반응하여 물(H2O)과 이산화탄소(CO2), 전자(e-)가 생성된다. 생성된 이산화탄소(CO2)는 공기극(cathode)으로 보내지게 되고, 공기극(cathode)에서 이산화탄소(CO2)와 산소(O2)가 반응하여 탄산이온(CO3 2-)을 생산한다. 탄산이온(CO3 2-)은 전해질을 통해 연료극(anode)으로 이동한다. 용융탄산염 연료전지(MCFC)에서는 전기를 생성하는 과정에서 발생하는 이산화탄소(CO2)를 외부로 배출하지 않고 연료전지 내부에서 순환되도록 구현될 수 있다. In addition, in the molten carbonate fuel cell (MCFC), hydrogen (H 2 ) and carbonate ions (CO 3 2- ) react at the anode, resulting in water (H 2 O), carbon dioxide (CO 2 ), and electrons (e-). Is created. The generated carbon dioxide (CO 2 ) is sent to a cathode, and carbon dioxide (CO 2 ) and oxygen (O 2 ) react at the cathode to produce carbonate ions (CO 3 2- ). Carbonate ions (CO 3 2- ) move to the anode through the electrolyte. In the molten carbonate fuel cell (MCFC), carbon dioxide (CO 2 ) generated in the process of generating electricity may be circulated inside the fuel cell without discharging to the outside.

도 2 및 도 4를 참고하면, 상기 수소생성부(400)는 원료를 이용하여 연료전지(210)의 연료극(anode)에 필요한 연료, 즉 수소(H2) 가스를 생성하는 장치를 포함한다. 본 명세서에서는 상기 수소생성부(400)에 유입되는 것을 원료 및 원료수, 상기 수소생성부(400)에서 생성되어 상기 연료전지(210)로 유입되는 것을 연료로 정의한다. Referring to FIGS. 2 and 4, the hydrogen generation unit 400 includes a device for generating fuel, that is, hydrogen (H 2 ) gas required for an anode of the fuel cell 210 by using a raw material. In the present specification, raw materials and raw water flowing into the hydrogen generating unit 400 are defined as fuel, and what is generated in the hydrogen generating unit 400 and flowing into the fuel cell 210 is defined as fuel.

상기 수소생성부(400)는 연료전지(210)의 종류에 따라 또는 전기 생성 효율 향상을 위해 그 구조가 다양하게 설계될 수 있다. 예를 들어, 상기 연료전지(210)가 인산형 연료전지(PAFC) 또는 고체산화물 연료전지(SOFC)인 경우, 상기 수소생성부(400)는 개질기(Reformer)와 연소기를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 상기 연료전지(210)가 용융탄산염 연료전지(MCFC) 또는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)인 경우 상기 수소생성부(400)는 개질기(Reformer)와 연소기 외에도 수성가스화반응기(Water Gas Shift reactor, WGS)를 더 포함하여 구현될 수 있다. The hydrogen generation unit 400 may be designed in various ways according to the type of fuel cell 210 or to improve electricity generation efficiency. For example, when the fuel cell 210 is a phosphoric acid fuel cell (PAFC) or a solid oxide fuel cell (SOFC), the hydrogen generation unit 400 may be implemented by including a reformer and a combustor. . As another example, when the fuel cell 210 is a molten carbonate fuel cell (MCFC) or a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), the hydrogen generating unit 400 may include a reformer and a combustor, as well as a water gas shift reactor. , WGS) may be further included.

상기 수성가스화반응기(WGS)는 고온 수성가스화반응기(HTS, High-Temeperature Shift reactor), 중온 수성가스화반응기(MTS, Mid-Temperature Shift reactor), 저온 수성가스화반응기(LTS, Low-Temperature Shift reactor), 또는 일산화탄소 제거기를 포함할 수 있다. 상기 일산화탄소 제거기는 일산화탄소(CO)만을 연소시켜 제거하는 선택적산화반응기(Preferential Oxidation, PROX), 또는 일산화탄소(CO)를 수소(H2)와 반응시켜 그 농도를 저감시키는 메탄화반응기를 포함할 수 있다. The water gasification reactor (WGS) is a high temperature water gasification reactor (HTS, High-Temeperature Shift reactor), a medium temperature water gasification reactor (MTS, Mid-Temperature Shift reactor), a low temperature water gasification reactor (LTS, Low-Temperature Shift reactor), Or it may include a carbon monoxide remover. The carbon monoxide remover may include a selective oxidation reactor (Preferential Oxidation, PROX) for removing only carbon monoxide (CO) by burning, or a methanation reactor for reducing the concentration by reacting carbon monoxide (CO) with hydrogen (H 2 ). .

도 4를 참고하여 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 수소생성부(400)의 일례를 살펴보면, 다음과 같다. In the fuel cell system 200 according to the present invention with reference to FIG. 4, an example of the hydrogen generation unit 400 will be described as follows.

상기 수소생성부(400)는 원료 처리부(410), 원료수 처리부(420), 개질기(Reformer)(430), 및 연소기(440)를 포함하여 구현될 수 있다. The hydrogen generation unit 400 may include a raw material processing unit 410, a raw material water treatment unit 420, a reformer 430, and a combustor 440.

상기 원료 처리부(410)는 원료 저장탱크를 포함하는 원료 공급부로부터 공급되는 원료를 전처리한다. 예를 들어, 상기 원료 처리부(410)는 LNG 저장탱크로부터 공급되는 액화천연가스를 증발시키는 LNG 증발기와 상기 LNG 증발기 내에 설치되는 기화기를 포함하여 구현될 수 있다. 원료가 해상 가스유(Marine Gas Oil, MGO), 해상 디젤유(Marine Diesel Oil, MDO), 일반 중유(Heavy fuel oil, HFO) 등과 같이 상대적으로 높은 분자량을 갖는 액상 원료인 경우, 상기 원료 처리부(410)는 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 또는 일반 중유(HFO)에 열을 가하는 히터와 상기 가열된 원료를 촉매 반응하여 메탄(CH4)을 생성하는 메탄화기를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 상기 원료 처리부(410)는 원료에 포함된 불순물을 제거하는 필터나 황화물을 제거하는 황제거기를 포함하여 구현될 수 있다. The raw material processing unit 410 pre-processes raw materials supplied from a raw material supply unit including a raw material storage tank. For example, the raw material processing unit 410 may include an LNG evaporator for evaporating liquefied natural gas supplied from an LNG storage tank and a vaporizer installed in the LNG evaporator. If the raw material is a liquid raw material having a relatively high molecular weight, such as marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), heavy fuel oil (HFO), etc., the raw material processing unit ( 410) is implemented by including a heater that applies heat to marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), or general heavy oil (HFO) and a methanizer that generates methane (CH4) by catalytic reaction of the heated raw material. Can be. In addition, the raw material processing unit 410 may include a filter for removing impurities included in the raw material or a sulfur remover for removing sulfides.

상기 원료수 처리부(420)는 원료수 저장탱크를 포함하는 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 전처리한다. 상기 원료수 처리부(420)는 예를 들어, 원료수를 가열하여 스팀(H2O)을 생성하고, 상기 스팀(H2O)을 개질기(Reformer)로 공급한다. 상기 원료수 처리부(420)는 예를 들어, 연소기(440)에서 발생하는 배기가스의 폐열로 원료수를 가열하는 열교환기를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 상기 원료수 처리부(420)는 연료전지 시스템의 배기가스나 증기 내에 포함된 수분(물방울)을 분리하는 기수분리기(steam separator)를 포함하여 구현될 수 있다. 또한, 상기 원료수 처리부(420)는 원료수를 연료전지 시스템에서 요구하는 순도를 유지하기 위해 활성탄, 이온제거용 수지 등을 이용할 수도 있으며, 이를 측정하는 센서 및 제어 시스템을 포함할 수 있다. 다른 예로, 원료수 처리부(420)에 일정 수준의 수량을 유지하기 위한 외부 물 공급 라인 및 시스템을 포함할 수 있다. The raw material water treatment unit 420 pre-treats raw material water supplied from a raw material water supply unit including a raw material water storage tank. The raw material water treatment unit 420 generates steam (H 2 O) by heating the raw material water, for example, and supplies the steam (H 2 O) to a reformer. The raw material water treatment unit 420 may include, for example, a heat exchanger that heats raw material water with waste heat of exhaust gas generated from the combustor 440. In addition, the raw material water treatment unit 420 may be implemented by including a steam separator for separating moisture (water droplets) contained in exhaust gas or steam of the fuel cell system. In addition, the raw material water treatment unit 420 may use activated carbon, a resin for removing ions, etc. to maintain the purity required by the fuel cell system, and may include a sensor and a control system for measuring the raw material water. As another example, the raw material water treatment unit 420 may include an external water supply line and system for maintaining a predetermined level of water.

상기 개질기(Reformer)(430)는 상기 원료 처리부(410)로부터 공급되는 전처리된 원료 및 상기 원료수 처리부(420)로부터 공급되는 스팀(H2O)의 개질반응을 진행하여 수소(H2)를 포함하는 개질가스를 발생시킨다. 이러한 개질반응을 진행함에 있어서, 상기 개질기(330)는 상기 연소기(440)에서 제공되는 열 에너지를 이용할 수 있다. 이하 본 명세서에서는 상기 개질기(330)에서 나오는 개질가스를 연료로 정의한다.The reformer 430 performs a reforming reaction of the pretreated raw material supplied from the raw material processing unit 410 and the steam (H 2 O) supplied from the raw material water treatment unit 420 to generate hydrogen (H 2 ). It generates a reformed gas containing. In performing such a reforming reaction, the reformer 330 may use heat energy provided from the combustor 440. Hereinafter, in the present specification, the reformed gas emitted from the reformer 330 is defined as fuel.

상기 개질기(Reformer)(430)는 개질반응을 촉발시키는 개질촉매층을 포함하여 구현된다. 개질촉매층은 개질촉매가 담체에 담지된 촉매를 충전한 구조로 이루어진다. 개질촉매는 니켈(Ni), 루테늄(Ru), 백금(Pt) 등으로 이루어지며, 촉매를 담지하는 담체의 형상은, 예컨대 입상, 펠릿형상 및 허니컴형상 등이 될 수 있고, 담체를 구성하는 재료는 세라믹, 내열성금속 등, 예컨대 알루미나(Al2O3)나 티타니아(TiO2) 등이 될 수 있다.The reformer 430 is implemented by including a reforming catalyst layer that triggers a reforming reaction. The reforming catalyst layer has a structure in which the reforming catalyst is filled with a catalyst supported on a carrier. The reforming catalyst is made of nickel (Ni), ruthenium (Ru), platinum (Pt), and the like, and the shape of the carrier supporting the catalyst may be, for example, a granular shape, a pellet shape, and a honeycomb shape, and the material constituting the support May be ceramic, heat-resistant metal, or the like, such as alumina (Al 2 O 3 ) or titania (TiO 2 ).

본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 개질기(330)는 상기 연료전지(210)의 외부에 설치될 수 있다. 이 경우, 상기 연료전지(210)는 외부 개질형으로 구현된다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 개질기(330)는 상기 연료전지(210)의 내부에 개질촉매층의 형태로 설치될 수도 있다. 이 경우, 상기 연료전지(210)는 내부 개질형으로 구현된다.In the fuel cell system 200 according to an embodiment of the present invention, the reformer 330 may be installed outside the fuel cell 210. In this case, the fuel cell 210 is implemented in an external reforming type. In the fuel cell system 200 according to the present invention, the reformer 330 may be installed in the form of a reforming catalyst layer inside the fuel cell 210. In this case, the fuel cell 210 is implemented in an internal reforming type.

상기 연소기(440)는 상기 개질기(Reformer)(430)에서 개질반응이 원활하게 진행되도록 열을 제공한다. 상기 연소기(440)에 의한 개질기 가열온도가 낮은 경우, 상기 개질기(Reformer)(430)의 흡열반응에 의한 개질반응이 잘 진행되지 않으며 수분(물방울)이 상기 개질기(Reformer)(430) 내에 발생한다. 상기 연소기(440)의 가열온도가 높은 경우 상기 개질기(Reformer)(430)의 개질촉매층의 촉매활성이 저하될 수 있다. The combustor 440 provides heat so that the reforming reaction proceeds smoothly in the reformer 430. When the reformer heating temperature by the combustor 440 is low, the reforming reaction due to the endothermic reaction of the reformer 430 does not proceed well, and moisture (water droplets) is generated in the reformer 430 . When the heating temperature of the combustor 440 is high, the catalytic activity of the reforming catalyst layer of the reformer 430 may decrease.

상기 연소기(440)는 시스템 전체의 효율을 향상시키기 위해, 상기 원료 처리부(410)에서 전처리된 원료, 상기 연료전지(210)의 연료전지 스택의 연료극(anode)에서 배출되는 배기가스, 또는 그 둘을 혼합한 것을 원료로 사용할 수 있다. 상기 연소기(440)는 공기 공급부(130, 도 1에 도시됨)에서 공급되는 공기를 사용할 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 연소기(440)는 추가로 상기 연료전지(210)의 연료전지 스택의 공기극(cathode)에서 배출되는 공기를 사용할 수 있다.In order to improve the overall efficiency of the system, the combustor 440 includes raw materials pretreated by the raw material processing unit 410, exhaust gas discharged from an anode of the fuel cell stack of the fuel cell 210, or both. A mixture of can be used as a raw material. The combustor 440 may use air supplied from the air supply unit 130 (shown in FIG. 1 ). In the fuel cell system 200 according to the present invention, the combustor 440 may additionally use air discharged from a cathode of the fuel cell stack of the fuel cell 210.

도시하지 않았지만, 상기 수소생성부(400)는 하나 이상의 온도센서를 더 포함할 수 있다 상기 온도센서는 개질기(Reformer)(430)의 온도를 검출한다. 상기 개질기(Reformer)(430)의 온도는 상기 개질기(Reformer)(430)의 구성 및 상기 원료 처리부(410)에서 전처리된 원료와 스팀(H2O)과의 혼합비율 등의 조건에 의해서 최적 온도 범위가 변화한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)이 상기 제어부(250, 도 2에 도시됨)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 상기 연소기(440)의 원료 연소량을 증감시켜 상기 개질기(Reformer)(430)의 온도를 제어한다. 예를 들어, 상기 제어부(250)는 최적 온도 범위에 대하여 ±20℃ 정도의 범위 내로 제어하도록 구현될 수 있다. Although not shown, the hydrogen generation unit 400 may further include one or more temperature sensors. The temperature sensor detects the temperature of the reformer 430. The temperature of the reformer 430 is the optimum temperature depending on the configuration of the reformer 430 and the mixing ratio of the raw material pretreated in the raw material processing unit 410 and steam (H 2 O). The range changes. When the fuel cell system 200 according to the present invention includes the control unit 250 (shown in Fig. 2), the control unit 250 uses a signal output from a temperature sensor to determine the amount of raw material combustion in the combustor 440. By increasing or decreasing the temperature of the reformer 430 is controlled. For example, the controller 250 may be implemented to control within a range of about ±20°C with respect to the optimum temperature range.

여기서, 상기 개질기(Reformer)(430)에서 개질반응을 통해 발생하는 가스에는 수소(H2)뿐 아니라 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2) 등이 포함된다. 상기 연료전지(210)가 고분자전해질 연료전지(PEMFC)인 경우 일산화탄소(CO)는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)의 연료전지 스택의 전극 촉매를 피독하여 연료전지(210)의 수명을 단축시킨다. 이에 일산화탄소(CO)의 농도를 10∼20 ppm 이하로 줄이기 위해, 상기 수소생성부(400)는 수성가스화반응기(WGS)(450)를 더 포함할 수 있다. Here, the gas generated through the reforming reaction in the reformer 430 includes not only hydrogen (H 2 ) but also carbon monoxide (CO) and carbon dioxide (CO 2 ). When the fuel cell 210 is a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), carbon monoxide (CO) poisons the electrode catalyst of the fuel cell stack of the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) to shorten the life of the fuel cell 210. Accordingly, in order to reduce the concentration of carbon monoxide (CO) to 10 to 20 ppm or less, the hydrogen generation unit 400 may further include a water gasification reactor (WGS) 450.

상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 일산화탄소(CO)와 스팀(H2O)을 반응시켜 이산화탄소(CO2)와 수소(H2)를 생산할 수 있다. 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 도 4에 도시한 바와 같이 고온 수성가스화반응기(HTS)와 저온 수성가스화반응기(LTS)를 포함하여 구현될 수 있다. The water gasification reactor (WGS) 450 may react carbon monoxide (CO) and steam (H 2 O) to produce carbon dioxide (CO 2 ) and hydrogen (H 2 ). The water gasification reactor (WGS) 450 may include a high temperature water gasification reactor (HTS) and a low temperature water gasification reactor (LTS) as shown in FIG. 4.

상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)의 최적 온도는 사용하는 촉매의 종류에 따라 다르고, 제어온도의 평형에 의해서 배출되는 가스의 조성이 결정된다. 도 4에 도시하지 않았지만, 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)에는 각각 냉각기와 온도센서가 설치될 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)이 제어부(250, 도 2에 도시됨)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 냉각기를 제어함으로써 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)와 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)의 온도를 제어한다. 예를 들어, 상기 고온 수성가스화반응기(HTS)는 300∼430℃ 범위 내에서 제어되고, 상기 저온 수성가스화반응기(LTS)는 200∼250℃ 범위 내에서 제어된다. The optimum temperature of the high-temperature water gasification reactor (HTS) and the low-temperature water gasification reactor (LTS) depends on the type of catalyst used, and the composition of the discharged gas is determined by equilibrium of the control temperature. Although not shown in FIG. 4, a cooler and a temperature sensor may be installed in the high-temperature water gasification reactor HTS and the low-temperature water gasification reactor LTS, respectively. When the fuel cell system 200 according to the present invention includes a control unit 250 (shown in Fig. 2), the control unit 250 controls the cooler using a signal output from a temperature sensor to control the high-temperature water gasification reactor. (HTS) and the temperature of the low-temperature water gasification reactor (LTS) are controlled. For example, the high-temperature water gasification reactor (HTS) is controlled within the range of 300 to 430 °C, and the low temperature water gasification reactor (LTS) is controlled within the range of 200 to 250 °C.

도시되지 않았지만, 상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 일산화탄소 제거기를 포함할 수 있다. 일산화탄소 제거기는 저온 수성가스화반응기(LTS) 후단에 저온 수성가스화반응기(LTS)에서 완전히 처리되지 않고 남은 극소량의 일산화탄소(CO)를 제거한다. 상기 일산화탄소 제거기는 공기공급부로부터 공기를 공급받아 저온 수성가스화반응기(LTS)에서 배출되는 가스 중 일산화탄소(CO)만을 연소시켜 제거하는 선택적산화반응기(Preferential Oxidation, PROX), 또는 일산화탄소(CO)를 수소(H2)와 반응시켜 그 농도를 저감시키는 메탄화반응기를 포함할 수 있다. Although not shown, the water gasification reactor (WGS) 450 may include a carbon monoxide remover. The carbon monoxide remover removes a very small amount of carbon monoxide (CO) that has not been completely treated in the low-temperature water gasification reactor (LTS) after the low-temperature water gasification reactor (LTS). The carbon monoxide remover receives air from the air supply unit and converts carbon monoxide (CO) into hydrogen (Preferential Oxidation, PROX), or carbon monoxide (CO), which burns and removes only carbon monoxide (CO) among gases discharged from the low-temperature water gasification reactor (LTS). It may include a methanation reactor to reduce the concentration by reacting with H 2 ).

상기 선택적산화반응기(PROX)는 냉각기와 온도센서가 설치된다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)이 제어부(250, 도 2에 도시됨)를 포함하는 경우, 상기 제어부(250)는 온도센서에서 출력되는 신호를 이용하여 냉각기를 제어함으로써 선택적산화반응기(PROX)의 온도를 제어한다. 예를 들어, 상기 선택적산화반응기(PROX)는 120∼160℃ 범위 내에서 제어된다. 그러나, 상기 선택적산화반응기(PROX)의 최적 온도는 사용하는 촉매의 종류 및 사용방법 등의 조건에 따라 다르게 설정된다. The selective oxidation reactor (PROX) is equipped with a cooler and a temperature sensor. When the fuel cell system 200 according to the present invention includes a control unit 250 (shown in FIG. 2), the control unit 250 controls the cooler using a signal output from a temperature sensor, thereby controlling the selective oxidation reactor (PROX). ) To control the temperature. For example, the selective oxidation reactor (PROX) is controlled within the range of 120 ~ 160 ℃. However, the optimum temperature of the selective oxidation reactor (PROX) is set differently depending on conditions such as the type of catalyst used and the method of use.

상기 선택적산화반응기(PROX)의 촉매층은 선택적산화촉매를 담지하는 담체가 충전된 구조로 이루어진다. 선택적산화촉매는 백금(Pt) 등으로 이루어지며, 촉매를 담지하는 담체의 형상은, 예컨대 입상, 펠릿형상 및 허니컴형상 등이 될 수 있고, 담체를 구성하는 재료는 예컨대 알루미나(Al2O3), 산화마그네슘(MgO) 등이 될 수 있다.The catalyst layer of the selective oxidation reactor (PROX) has a structure filled with a carrier supporting a selective oxidation catalyst. The selective oxidation catalyst is made of platinum (Pt), etc., and the shape of the support supporting the catalyst may be, for example, a granular shape, a pellet shape, and a honeycomb shape, and the material constituting the support is, for example, alumina (Al 2 O 3 ). , Magnesium oxide (MgO), etc.

도 5 내지 도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도이다.5 to 9 are conceptual diagrams of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 수소생성부(400), 및 공급부(220)를 포함하여 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210), 상기 수소생성부 및 상기 공급부(220)등을 포함한 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구현될 수도 있다.5 and 6, the fuel cell system 200 according to the present invention may be implemented by including a fuel cell 210, a hydrogen generation unit 400, and a supply unit 220. The fuel cell system 200 according to the present invention may be implemented by including a control unit 250 that controls operations of all components including the fuel cell 210, the hydrogen generating unit, and the supply unit 220.

상기 연료전지(210)는 전기를 생산하기 위한 연료전지 스택(211) 및 상기 연료전지 스택(211)을 수용하는 핫 박스(Hot-Box)(213)를 포함할 수 있다.The fuel cell 210 may include a fuel cell stack 211 for generating electricity and a hot-box 213 accommodating the fuel cell stack 211.

상기 연료전지 스택(211)는 전기를 생산한다. 상기 연료전지 스택(211)은 공기 등의 산화제 및 연료가 단위셀들을 통과하는 과정에서 발생되는 전기화학반응을 이용하여 전기를 생산할 수 있다. 상기 연료전지 스택(211)은 복수 개의 연료전지 단위셀을 포함할 수 있다. The fuel cell stack 211 generates electricity. The fuel cell stack 211 may generate electricity by using an electrochemical reaction generated while an oxidizing agent such as air and fuel pass through the unit cells. The fuel cell stack 211 may include a plurality of fuel cell unit cells.

상기 핫 박스(Hot-Box)(213)는 상기 연료전지 스택(211)를 외기와 차단하는 역할을 한다. 상기 핫 박스(Hot-Box)(213)의 내부에는 상기 연료전지 스택(211)이 설치될 수 있다. 상기 핫 박스(Hot-Box)(213)는 내부의 온도를 일정온도 이상 유지함으로써, 상기 연료전지 스택(211)의 발전효율을 향상시킬 수 있다.The hot-box 213 serves to block the fuel cell stack 211 from outside air. The fuel cell stack 211 may be installed inside the hot-box 213. The hot-box 213 maintains an internal temperature of a predetermined temperature or higher, thereby improving power generation efficiency of the fuel cell stack 211.

상기 공급부(220)는 상기 연소기(440) 및 상기 연료전지(210)를 연결한다. 상기 공급부(220)는 상기 연료전지(210)의 온도에 따라 상기 연소기(440)의 배기가스를 상기 연료전지(210)에 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 연료전지 스택(211)의 온도가 기준범위 미만이면, 상기 공급부(220)는 상기 연소기(440)의 배기가스로부터 발생되는 폐열에 의해 상기 연료전지 스택(211)이 가열되도록 상기 연소기(440)의 배기가스를 상기 연료전지(210)의 핫 박스(Hot-Box)(213)에 공급할 수 있다. 상기 공급부(220)는 상기 연료전지 스택(211)에 상기 연소기(440)의 배기가스를 직접 공급하여 상기 연료전지(210)의 온도를 조절할 수도 있다. 이에 따라, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.The supply unit 220 connects the combustor 440 and the fuel cell 210. The supply unit 220 may supply the exhaust gas of the combustor 440 to the fuel cell 210 according to the temperature of the fuel cell 210. For example, when the temperature of the fuel cell stack 211 is less than the reference range, the supply unit 220 may be configured to heat the fuel cell stack 211 by waste heat generated from the exhaust gas of the combustor 440. The exhaust gas of the 440 may be supplied to the hot-box 213 of the fuel cell 210. The supply unit 220 may control the temperature of the fuel cell 210 by directly supplying the exhaust gas of the combustor 440 to the fuel cell stack 211. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention can achieve the following operational effects.

첫째, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연소기(440)의 배기가스를 이용하여 상기 연료전지(210)의 온도를 상승시킬 수 있도록 구현됨으로써, 상기 연료전지(210)의 시동시간을 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 단위시간 대비 출력을 향상시킬 수 있으므로, 발전효율을 향상시키는데 기여할 수 있다.First, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention is implemented to increase the temperature of the fuel cell 210 by using the exhaust gas of the combustor 440, so that the fuel cell 210 ) Start-up time can be reduced. Accordingly, since the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention can improve output compared to unit time, it can contribute to improving power generation efficiency.

둘째, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연소기(440)의 배기가스를 이용하여 상기 연료전지(210)를 가열하도록 구현됨으로써, 상기 연료전지(210)를 가열하기 위한 추가구성을 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 시스템의 설비 구축비용 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다.Second, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention is implemented to heat the fuel cell 210 using the exhaust gas of the combustor 440, thereby heating the fuel cell 210 Additional configuration for this can be omitted. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention can contribute to reducing the cost of building facilities and operating the system.

도 7을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 제1열교환기(230)를 포함하여 구현될 수 있다.Referring to FIG. 7, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention may be implemented including a first heat exchanger 230.

상기 제1열교환기(230)는 상기 연료전지(210)를 통과한 상기 연소기(440)로부터 배출되는 배기가스와 원료를 열교환시킨다. 예컨대, 상기 제1열교환기(230)는 상기 연료전지(210)를 통과한 상기 연료기(440)로부터 배출되는 배기가스의 폐열과 상기 원료 공급부(120)로부터 공급되는 원료를 열교환시킴으로써, 원료를 가열할 수 있다. 즉, 상기 연료전지(210)로부터 배출되는 상기 연소기(440)의 배기가스는 상기 제1열교환기(230)를 통과하고, 상기 원료는 상기 제1열교환기(230)를 통과하여 기화되어 상기 개질기(430)에 공급될 수 있다.The first heat exchanger 230 heat-exchanges the exhaust gas and raw materials discharged from the combustor 440 passing through the fuel cell 210. For example, the first heat exchanger 230 exchanges the waste heat of the exhaust gas discharged from the fuel device 440 passing through the fuel cell 210 and the raw material supplied from the raw material supply unit 120 to exchange raw materials. Can be heated. That is, the exhaust gas of the combustor 440 discharged from the fuel cell 210 passes through the first heat exchanger 230, and the raw material passes through the first heat exchanger 230 and is vaporized to form the reformer. Can be supplied to 430.

이에 따라, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연소기(440)의 배기가스로부터 발생되는 폐열을 이용하여 원료를 가열함으로써, 상기 연소기(440)의 배기가스로부터 발생되는 폐열이 낭비됨에 따라 연료전지의 에너지 효율이 저하되는 것을 방지하는데 기여할 수 있다.Accordingly, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention heats raw materials using waste heat generated from the exhaust gas of the combustor 440, thereby generating As waste heat is wasted, it may contribute to preventing a decrease in energy efficiency of the fuel cell.

상기 제1열교환기(230)는 상기 원료공급부(120)에서 공급되는 연료가 LNG, 메탄올 등의 알코올과 같은 액체 연료일 경우, 액체를 기체로 상변화시키기 위한 증발기로서 작용할 수도 있다.When the fuel supplied from the raw material supply unit 120 is a liquid fuel such as alcohol such as LNG or methanol, the first heat exchanger 230 may act as an evaporator for phase-changing the liquid into gas.

도 8을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 제2열교환기(240) 및 응축기(260)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention may include a second heat exchanger 240 and a condenser 260.

상기 제2열교환기(240)는 상기 제1열교환기(230)를 통과한 상기 연소기(440)의 배기가스 및 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기를 열교환시킨다. 예컨대, 상기 제2열교환기(240)는 상기 제1열교환기(230)를 통과한 상기 연소기(440)의 배기가스에 남아있는 폐열을 이용하여 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기를 가열함으로써, 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기를 예열할 수 있다. 이를 위해, 상기 제2열교환기(240)는 상기 제1열교환기(230)와 연결될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연소기(440)의 배기가스로부터 발생되는 폐열을 이용하여 상기 연료전지(310)에 공급되는 공기를 가열하도록 구현됨으로써, 폐열이 낭비되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지의 에너지 효율이 저하되는 것을 방지하는데 기여할 수 있다.The second heat exchanger 240 heat-exchanges the exhaust gas of the combustor 440 that has passed through the first heat exchanger 230 and the air supplied to the fuel cell 210. For example, the second heat exchanger 240 heats the air supplied to the fuel cell 210 by using the waste heat remaining in the exhaust gas of the combustor 440 that has passed through the first heat exchanger 230. , Air supplied to the fuel cell 210 may be preheated. To this end, the second heat exchanger 240 may be connected to the first heat exchanger 230. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the present invention is implemented to heat the air supplied to the fuel cell 310 using waste heat generated from the exhaust gas of the combustor 440, thereby preventing waste heat from being wasted. Can be prevented. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the present invention may contribute to preventing a decrease in energy efficiency of the fuel cell.

상기 응축기(260)는 상기 제2열교환기(240)를 통과한 상기 연소기(440)의 배기가스를 응축함으로써, 상기 제2열교환기(240)를 통과한 상기 연소기(440)의 배기가스로부터 원료수가 생성되도록 할 수 있다. 상기 응축기(260)는 상기 제2열교환기(240) 및 상기 원료수 공급부(120) 사이에 설치될 수 있다. 예컨대, 상기 응축기(260)는 상기 제2열교환기(240)를 통과한 상기 연소기(440)의 배기가스를 응축하여 발생한 수분(물방울)을 원료수 저장탱크를 포함한 원료수 공급부(120)로 배출시킴으로써, 상기 연소기(440)를 통과한 배기가스로부터 원료수를 재생산할 수 있다. 또한, 상기 응축기(260)는 응축 후의 잔류 가스를 외부로 배출시킬 수 있다.The condenser 260 condenses the exhaust gas of the combustor 440 that has passed through the second heat exchanger 240, so that raw material from the exhaust gas of the combustor 440 that has passed through the second heat exchanger 240 You can have a number generated. The condenser 260 may be installed between the second heat exchanger 240 and the raw material water supply unit 120. For example, the condenser 260 discharges moisture (water droplets) generated by condensing the exhaust gas of the combustor 440 that has passed through the second heat exchanger 240 to the raw material water supply unit 120 including the raw material water storage tank. By doing so, raw material water can be reproduced from the exhaust gas that has passed through the combustor 440. In addition, the condenser 260 may discharge residual gas after condensation to the outside.

이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연소기(440)의 배기가스로부터 원료수를 재생산할 수 있도록 구현됨으로써, 원료수를 공급하기 위한 설비를 소형화하는데 기여할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 원료수를 공급하기 위한 설비의 구축비용 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the present invention is implemented to reproduce raw material water from the exhaust gas of the combustor 440, thereby contributing to miniaturization of equipment for supplying raw material water. Therefore, the fuel cell system 200 according to the present invention can contribute to reducing the construction cost and operation cost of a facility for supplying raw material water.

도 9를 참고하면, 상기 연소기(440)는 상기 연료전지 스택(211)의 온도가 기준범위를 초과하면, 상기 개질기(430)를 가열할 수 있다. 즉, 상기 연소기(440)는 상기 연료전지 스택(211)의 온도가 기준범위를 초과하면, 상기 연료전지(210)에 배기가스 공급을 중단하고, 상기 개질기(430)를 가열할 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연소기(440)의 폐열을 이용하여 상기 개질기(430)를 가열하도록 구현됨으로써, 상기 개질기(430)의 작동효율을 향상시키는데 기여할 수 있다.Referring to FIG. 9, the combustor 440 may heat the reformer 430 when the temperature of the fuel cell stack 211 exceeds a reference range. That is, when the temperature of the fuel cell stack 211 exceeds the reference range, the combustor 440 may stop supplying the exhaust gas to the fuel cell 210 and heat the reformer 430. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention is implemented to heat the reformer 430 by using waste heat from the combustor 440, thereby improving the operating efficiency of the reformer 430 You can contribute to making it happen.

또한, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지 스택(211)의 온도가 기준범위를 초과하면, 상기 연료전지(210)에 배기가스 공급을 중단함으로써, 연료전지(210)의 온도가 더 상승하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210)가 과하게 가열됨에 따라 고장 또는 파손되는 것을 방지하는데 기여할 수 있다.In addition, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention stops supply of exhaust gas to the fuel cell 210 when the temperature of the fuel cell stack 211 exceeds the reference range, The temperature of 210 can be prevented from rising further. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention may contribute to preventing failure or damage due to excessive heating of the fuel cell 210.

또한, 상기 연소기(440)는 상기 연료전지 스택(211)에서 배출되는 잔여물질 또는 반응생성물을 공급받아 연소반응에 사용할 수 있다. 예컨대, 상기 연소기(440)는 상기 연소전지 스택(211)에서 배출되는 배기가스에 포함된 잔여물질 또는 반응생성물을 공급받아 연소반응에 사용할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210)에서 발생하는 미반응 가스등의 잔여물질과 반응생성물을 연소반응에 사용함으로써, 환경오염을 줄이는데 기여할 수 있다.In addition, the combustor 440 may receive residual substances or reaction products discharged from the fuel cell stack 211 and use them for a combustion reaction. For example, the combustor 440 may receive residual substances or reaction products contained in exhaust gas discharged from the combustion cell stack 211 and use them for a combustion reaction. Accordingly, the fuel cell system 200 according to the present invention may contribute to reducing environmental pollution by using residual substances such as unreacted gas and reaction products generated in the fuel cell 210 for combustion reaction.

도시되지 않았지만, 상기 연소기(440)는 상기 공기공급부(130)로부터 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기 중에서 일부를 공급받아 연소반응에 사용할 수 있도록 구현될 수 있다.Although not shown, the combustor 440 may be implemented to receive some of the air supplied to the fuel cell 210 from the air supply unit 130 and use it for a combustion reaction.

이하에서는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 제어방법에 관해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a method for controlling a fuel cell system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 10은 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 제어방법을 설명하기 위한 공정흐름도이다.10 is a process flow diagram for explaining a method of controlling a fuel cell system according to the present invention.

도 10을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 제어방법(S100)은 다음과 같은 구성을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10, the control method S100 of the fuel cell system according to the present invention may include the following configuration.

먼저, 상기 연료전지 스택(211)의 온도를 측정한다(S110). 이러한 공정(S110)은 상기 연료전지(210)의 기동신호가 수신되면, 상기 연료전지(210)의 내부에 설치된 온도센서를 이용하여 상기 연료전지 스택(211)의 실시간 온도를 측정함으로써 수행될 수 있다. 상술한 연료전지 시스템(200)이 상기 제어부(250)를 포함하여 구현되는 경우, 상기 연료전지 스택(211)의 온도를 측정하는 공정(S110)에서 측정된 온도는 상기 제어부(250)에 제공될 수 있다.First, the temperature of the fuel cell stack 211 is measured (S110). This process (S110) can be performed by measuring the real-time temperature of the fuel cell stack 211 using a temperature sensor installed inside the fuel cell 210 when the start signal of the fuel cell 210 is received. have. When the above-described fuel cell system 200 is implemented including the control unit 250, the temperature measured in the process (S110) of measuring the temperature of the fuel cell stack 211 will be provided to the control unit 250. I can.

다음, 연료전지 스택(211)의 온도가 기준범위 이내인지 판단한다(S120). 이러한 공정(S120)은 상기 연료전지 스택(211)의 온도를 측정하는 공정(S110)에서 측정한 온도와 기설정된 기준범위를 비교함으로써 수행될 수 있다. 상기 측정한 연료전지 스택(211)의 온도가 기준범위 이내인지 판단하는 공정(S120)은 상기 제어부(250)에 의해 수행되거나, 작업자가 직접 확인함으로써 수행될 수 있다.Next, it is determined whether the temperature of the fuel cell stack 211 is within a reference range (S120). This process (S120) may be performed by comparing the temperature measured in the process (S110) of measuring the temperature of the fuel cell stack 211 with a preset reference range. The process of determining whether the measured temperature of the fuel cell stack 211 is within a reference range (S120) may be performed by the control unit 250 or may be performed by a worker directly checking.

다음, 상기 연료전지 스택(211)의 온도가 기준범위 미만이면, 상기 연소기(440)의 배기가스를 상기 연료전지의 핫 박스(Hot-Box)(213)에 공급한다(S130). 이러한 공정(S130)은 상기 연료전지 스택(211)의 온도가 기준범위 이내인지 판단하는 공정(S120)에서 상기 연료전지 스택(211)의 온도가 기준범위 미만이면, 상기 연소기(440)의 배기가스의 폐열을 연료전지의 핫 박스(Hot-Box)(213)에 공급함으로써 수행될 수 있다. 상기 연료전지 스택(211)의 온도가 기준범위 미만이면, 상기 연소기(440)의 배기가스를 상기 연료전지의 핫 박스(Hot-Box)(213)에 공급하는 공정(S130)은 상술한 연료전지 시스템(200)의 상기 연소기(440)를 통해 이루어질 수 있다.Next, when the temperature of the fuel cell stack 211 is less than the reference range, the exhaust gas of the combustor 440 is supplied to the hot-box 213 of the fuel cell (S130). In this process (S130), when the temperature of the fuel cell stack 211 is less than the reference range in the process (S120) of determining whether the temperature of the fuel cell stack 211 is within the reference range, the exhaust gas of the combustor 440 It can be performed by supplying the waste heat of the fuel cell to a hot-box 213. If the temperature of the fuel cell stack 211 is less than the reference range, the step of supplying the exhaust gas of the combustor 440 to the hot-box 213 of the fuel cell (S130) is This can be done through the combustor 440 of the system 200.

이에 따라, 본 발명의 연료전지 시스템의 제어방법(S100)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.Accordingly, the control method S100 of the fuel cell system of the present invention can achieve the following effects.

첫째, 본 발명의 연료전지 시스템의 제어방법(S100)은 상기 연소기(440)의 배기가스를 이용하여 상기 연료전지(210)의 온도를 상승시킬 수 있도록 구현됨으로써, 상기 연료전지(210)의 시동시간을 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명의 연료전지 시스템의 제어방법(S100)은 단위시간 대비 출력을 향상시킬 수 있으므로, 발전효율을 향상시키는데 기여할 수 있다.First, the control method (S100) of the fuel cell system of the present invention is implemented to increase the temperature of the fuel cell 210 by using the exhaust gas of the combustor 440, thereby starting the fuel cell 210 You can save time. Accordingly, the control method (S100) of the fuel cell system of the present invention can improve the output compared to the unit time, thereby contributing to improving the power generation efficiency.

둘째, 본 발명의 연료전지 시스템의 제어방법(S100)은 상기 연소기(440)의 배기가스를 이용하여 상기 연료전지(210)를 가열하도록 구현됨으로써, 상기 연료전지(210)를 가열하기 위한 추가구성을 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명의 연료전지 시스템의 제어방법(S100)은 시스템의 설비 구축비용 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다.Second, the control method (S100) of the fuel cell system of the present invention is implemented to heat the fuel cell 210 by using the exhaust gas of the combustor 440, so that an additional configuration for heating the fuel cell 210 Can be omitted. Therefore, the control method (S100) of the fuel cell system of the present invention can contribute to reducing the facility construction cost and operation cost of the system.

다음, 상기 연료전지 스택(211)의 온도가 기준범위를 초과하면, 상기 개질기(430)를 가열한다(S140). 이러한 공정(S140)은 상기 연료전지 스택(211)의 온도가 기준범위 이내인지 판단하는 공정(S120)에서 상기 연료전지 스택(211)의 온도가 기준범위를 초과하면, 상기 연소기(440)로부터 발생된 폐열을 이용하여 상기 개질기(440)를 가열함으로써 수행될 수 있다. 상기 연료전지 스택(211)의 온도가 기준범위를 초과하면, 상기 개질기(430)를 가열하는 공정은 상술한 연료전지 시스템(200)의 상기 연소기(440)를 통해 이루어질 수 있다.Next, when the temperature of the fuel cell stack 211 exceeds the reference range, the reformer 430 is heated (S140). This process (S140) is generated from the combustor 440 when the temperature of the fuel cell stack 211 exceeds the reference range in the process of determining whether the temperature of the fuel cell stack 211 is within a reference range (S120). It may be performed by heating the reformer 440 using the waste heat. When the temperature of the fuel cell stack 211 exceeds the reference range, the process of heating the reformer 430 may be performed through the combustor 440 of the fuel cell system 200 described above.

이에 따라, 본 발명의 연료전지 시스템의 제어방법(S100)은 상기 연소기(440)의 폐열을 이용하여 상기 개질기(430)를 가열하도록 구현됨으로써, 상기 개질기(430)의 작동효율을 향상시키는데 기여할 수 있다.Accordingly, the control method (S100) of the fuel cell system of the present invention is implemented to heat the reformer 430 by using waste heat from the combustor 440, thereby contributing to improving the operating efficiency of the reformer 430. have.

또한, 본 발명의 연료전지 시스템의 제어방법(S100)은 상기 연료전지 스택(211)의 온도가 기준범위를 초과하면, 상기 연소기(440)의 배기가스 공급을 중단함으로써, 연료전지(210)의 온도가 더 상승하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 본 발명의 연료전지 시스템의 제어방법(S100)은 상기 연료전지(210)가 과하게 가열됨에 따라 고장 또는 파손되는 것을 방지하는데 기여할 수 있다.In addition, the control method (S100) of the fuel cell system of the present invention, when the temperature of the fuel cell stack 211 exceeds the reference range, by stopping the supply of exhaust gas from the combustor 440, the fuel cell 210 You can prevent the temperature from rising further. Accordingly, the control method S100 of the fuel cell system of the present invention may contribute to preventing failure or damage due to excessive heating of the fuel cell 210.

이하에서는 본 발명에 따른 선박의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a ship according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 11은 본 발명에 따른 선박의 일례를 나타낸 개략도이다.11 is a schematic diagram showing an example of a ship according to the present invention.

도 1 내지 도 10을 참고하면, 본 발명에 따른 선박(900)은 선체(910)에 발전시스템(100)이 설치된다. 상기 발전시스템(100)은 연료전지 시스템(200)을 포함한다. 상기 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 수소생성부(400), 및 공급부(220)를 포함한다. 상기 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210), 상기 공급부(220), 및 상기 수소생성부(400) 등을 포함한 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부를 포함하여 구현될 수도 있다.Referring to Figures 1 to 10, the ship 900 according to the present invention is a power generation system 100 is installed in the hull 910. The power generation system 100 includes a fuel cell system 200. The fuel cell system 200 includes a fuel cell 210, a hydrogen generation unit 400, and a supply unit 220. The fuel cell system 200 may be implemented by including a control unit that controls operations of all components including the fuel cell 210, the supply unit 220, and the hydrogen generation unit 400.

상기 연료전지(210)는 알칼리 연료전지(AFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 또는 직접메탄올 연료전지(DMFC) 중에서 선택된 연료전지일 수 있다. The fuel cell 210 is an alkaline fuel cell (AFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC), a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), or a direct methanol fuel. It may be a fuel cell selected from among cells (DMFC).

상기 공급부(220)는 상기 연소기(440) 및 상기 연료전지(210)를 연결한다. 상기 공급부(220)는 상기 연료전지(210)의 온도에 따라 상기 연소기(440)의 배기가스를 상기 연료전지(210)에 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 연료전지 스택(211)의 온도가 기준범위 미만이면, 상기 공급부(220)는 상기 연소기(440)의 배기가스로부터 발생되는 폐열에 의해 상기 연료전지 스택(211)이 가열되도록 상기 연소기(440)의 배기가스를 상기 연료전지(210)의 핫 박스(Hot-Box)(213)에 공급할 수 있다. 상기 공급부(220)는 상기 연료전지 스택(211)에 상기 연소기(440)의 배기가스를 직접 공급하여 상기 연료전지(210)의 온도를 조절할 수도 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(900)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.The supply unit 220 connects the combustor 440 and the fuel cell 210. The supply unit 220 may supply the exhaust gas of the combustor 440 to the fuel cell 210 according to the temperature of the fuel cell 210. For example, when the temperature of the fuel cell stack 211 is less than the reference range, the supply unit 220 may be configured to heat the fuel cell stack 211 by waste heat generated from the exhaust gas of the combustor 440. The exhaust gas of the 440 may be supplied to the hot-box 213 of the fuel cell 210. The supply unit 220 may control the temperature of the fuel cell 210 by directly supplying the exhaust gas of the combustor 440 to the fuel cell stack 211. Accordingly, the ship 900 according to the present invention can achieve the following operational effects.

첫째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 연소기(440)의 배기가스를 이용하여 상기 연료전지(210)의 온도를 상승시킬 수 있도록 구현됨으로써, 상기 연료전지(210)의 시동시간을 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(900)은 단위시간 대비 출력을 향상시킬 수 있으므로, 발전효율을 향상시키는데 기여할 수 있다.First, the ship 900 according to the present invention is implemented to increase the temperature of the fuel cell 210 by using the exhaust gas of the combustor 440, thereby reducing the starting time of the fuel cell 210. have. Therefore, since the ship 900 according to the present invention can improve the output compared to the unit time, it can contribute to improving the power generation efficiency.

둘째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 연소기(440)의 배기가스를 이용하여 상기 연료전지(210)를 가열하도록 구현됨으로써, 상기 연료전지(210)를 가열하기 위한 추가구성을 생략할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 선박(900)은 시스템의 설비 구축비용 및 운영비용을 줄이는데 기여할 수 있다.Second, the ship 900 according to the present invention is implemented to heat the fuel cell 210 using the exhaust gas of the combustor 440, so that an additional configuration for heating the fuel cell 210 can be omitted. have. Therefore, the ship 900 according to the present invention can contribute to reducing the cost of building facilities and operating the system.

도 1 내지 도 9을 참고하면, 상기 선체(910)는 본 발명에 따른 선박(900)의 전체적인 외관을 이룬다. 상기 선체(910)에는 선체(910)를 이동시키기 위한 추진력을 발생시키는 엔진과 상기 엔진에 원료를 공급하는 원료 공급부(110)가 설치된다. 예를 들어, 원료는 탄화수소 계열의 물질로, LNG(액화천연가스), LPG(액화석유가스), 메탄올(CH3OH), 에탄올(C2H5OH), 가솔린, 디메틸에테르, 메탄가스, 수소정제 오프가스, 순수소, 및 해상 가스유(Marine Gas Oil, MGO), 해상 디젤유(Marine Diesel Oil, MDO), 일반 중유(Heavy fuel oil, HFO)와 같이 상대적으로 높은 분자량을 갖는 액상 원료 등일 수 있다. 1 to 9, the hull 910 forms the overall appearance of the ship 900 according to the present invention. The hull 910 is provided with an engine generating propulsion for moving the hull 910 and a raw material supply unit 110 supplying raw materials to the engine. For example, raw materials are hydrocarbon-based materials, such as LNG (liquefied natural gas), LPG (liquefied petroleum gas), methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH), gasoline, dimethyl ether, methane gas, Liquid raw materials with relatively high molecular weight, such as hydrogen refined off-gas, pure hydrogen, and marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), and heavy fuel oil (HFO) Etc.

상기 선체(910)에는 원료수를 저장하는 원료수 저장탱크와 상기 원료수 저장탱크로부터 원료수를 공급하는 원료수 공급부(120)가 설치된다. 상기 원료수는 예를 들어, 민물, 또는 해수일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 민물, 해수에서 불순물이 제거된 상태의 물일 수 있다. A raw material water storage tank for storing raw material water and a raw material water supply unit 120 for supplying raw material water from the raw material water storage tank are installed in the hull 910. The raw material water may be, for example, fresh water or sea water. As another example, the raw material water may be fresh water or water in which impurities have been removed from seawater.

상기 선체(910)에는 상기 연료전지 시스템(200)에 공기를 공급하는 공기 공급부(130)가 설치된다. 통상적으로 공기는 질소, 산소, 이산화탄소 등을 포함하는 기체를 의미하지만, 본 명세서에서는 공기에서 질소 또는 이산화탄소, 또는 두 기체 모두를 제거한 경우도 포함한다. 상기 공기 공급부(130)는 공기 저장탱크와 상기 공기 저장탱크로부터 공기를 공급하는 장치(예컨대, 블로워)를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 공기 공급부(130)는 외부공기를 공급받아 압축한 후 압축된 고압의 공기를 공급하거나 외부공기의 불순물 제거 후 상압으로 공급하도록 구현될 수 있다. An air supply unit 130 for supplying air to the fuel cell system 200 is installed in the hull 910. Typically, air refers to a gas including nitrogen, oxygen, carbon dioxide, and the like, but in the present specification, nitrogen, carbon dioxide, or both gases are removed from the air. The air supply unit 130 may include an air storage tank and a device (eg, a blower) supplying air from the air storage tank. As another example, the air supply unit 130 may be implemented to supply compressed high-pressure air after receiving and compressing external air, or supplying it at normal pressure after removing impurities from external air.

상기 선체(910)에는 상기 연료전지 시스템(200)에서 나오는 출력전류을 승압 또는 감압하기 위한 DC-DC 컨버터 및 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환하는 DC-AC 인버터 등으로 구성된 전력변환부(140)가 설치된다. 상기 전력변환부(140)는 상기 연료전지 시스템(200)으로부터 공급된 전기를 전력부하로 배출한다. 전력부하는, 예를 들어 선박의 경우 선박의 기본 전기설비 및 화물계통 전기설비 등과 같은 선박 내 전기설비일 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 전력변환부(140)는 에너지 저장장치, 예를 들어 배터리로 전기를 공급하도록 구현될 수도 있다. The hull 910 includes a DC-DC converter for boosting or reducing the output current from the fuel cell system 200 and a DC-AC inverter for converting DC current to AC current. The unit 140 is installed. The power conversion unit 140 discharges electricity supplied from the fuel cell system 200 as a power load. For example, in the case of a ship, the power load may be an electrical equipment in a ship such as basic electrical equipment of a ship and electric equipment of a cargo system. Although not shown, the power conversion unit 140 may be implemented to supply electricity to an energy storage device, for example, a battery.

본 명세서에서,"선박"이라는 용어는 수상을 항해하는 구조물을 의미하는 것으로 한정되지 않으며, 수상을 항해하는 구조물뿐만 아니라, 수상에서 부유하며 작업을 수행하는 부유식 원유생산저장하역설비(FPSO) 등과 같은 해상 구조물을 포함한다.In this specification, the term "ship" is not limited to mean a structure sailing on the water, as well as a structure that sails on the water, as well as a floating crude oil production storage and handling facility (FPSO) that floats on the water and performs work. Includes the same marine structure.

지금까지, 본 명세서에는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 지닌 자가 본 발명을 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예들을 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 실시예들로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.Until now, the present specification has been described with reference to the embodiments shown in the drawings so that those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs can easily understand and reproduce the present invention. Those of ordinary skill in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from the embodiments of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined only by the appended claims.

100: 발전시스템
110: 원료 공급부 120: 원료수 공급부
130: 공기 공급부 140: 전력변환부
200: 연료전지 시스템
210: 연료전지 220: 공급부
230: 제1열교환기 240: 제2열교환기
250: 제어부 260: 응축기
400: 수소생성부100: power generation system
110: raw material supply unit 120: raw material water supply unit
130: air supply unit 140: power conversion unit
200: fuel cell system
210: fuel cell 220: supply
230: first heat exchanger 240: second heat exchanger
250: control unit 260: condenser
400: hydrogen generation unit

Claims (9)

선박으로서,
원료를 공급하기 위한 원료 공급부;
원료수를 공급하기 위한 원료수 공급부;
상기 원료 공급부로부터 공급되는 원료 및 상기 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지 시스템; 및
상기 연료전지 시스템에서 출력되는 직류전류(Dc)를 교류전류(AC)로 변환하는 전력변환부를 포함하고,
상기 연료전지 시스템은,
전처리된 원료와 스팀을 개질반응시키는 개질기 및 상기 개질기를 가열하기 위한 연소기를 포함하고, 수소를 포함하는 연료를 생성하기 위한 수소생성부;
상기 수소생성부로부터 공급되는 연료를 이용하여 전기를 생산하기 위한 연료전지; 및
상기 연소기로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 상기 연료전지를 가열하기 위한 공급부를 포함하며,
상기 연료전지는 전기를 생산하기 위한 연료전지 스택, 및 상기 연료전지 스택을 수용하는 핫 박스(Hot-Box)를 포함하고,
상기 공급부는 상기 연료전지의 온도가 기설정된 기준범위 미만이면, 상기 연료전지가 가열되도록 상기 연소기로부터 배출되는 배기가스를 상기 연료전지의 핫 박스(Hot-Box)에 공급하며,
상기 개질기에 공급되는 원료가 가열되도록, 상기 연소기로부터 배출되어 상기 연료전지를 통과한 배기가스 및 상기 개질기에 공급되는 원료를 열교환시키기 위한 제1열교환기를 더 포함하며,
상기 제1열교환기는, 상기 연소기로부터 배출되고 상기 공급부를 통해 상기 핫 박스를 경유하면서 상기 연료전지를 가열한 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 개질기로 공급되는 원료를 가열하는 것을 특징으로 하는 선박.As a ship,
A raw material supply unit for supplying raw materials;
A raw material water supply unit for supplying raw material water;
A fuel cell system for generating electricity by using the raw material supplied from the raw material supply unit and the raw material water supplied from the raw material water supply unit; And
Including a power conversion unit for converting the DC current (Dc) output from the fuel cell system to the AC current (AC),
The fuel cell system,
A hydrogen generating unit including a reformer for reforming the pretreated raw material and steam and a combustor for heating the reformer, and for generating fuel containing hydrogen;
A fuel cell for generating electricity using fuel supplied from the hydrogen generating unit; And
And a supply unit for heating the fuel cell by using waste heat of exhaust gas discharged from the combustor as a heat source,
The fuel cell includes a fuel cell stack for generating electricity, and a hot-box accommodating the fuel cell stack,
When the temperature of the fuel cell is less than a preset reference range, the supply unit supplies exhaust gas discharged from the combustor to heat the fuel cell to a hot-box of the fuel cell,
Further comprising a first heat exchanger for heat exchange between the exhaust gas discharged from the combustor and passed through the fuel cell and the raw material supplied to the reformer so that the raw material supplied to the reformer is heated,
The first heat exchanger heats the raw material supplied to the reformer by using waste heat of exhaust gas discharged from the combustor and heated the fuel cell while passing through the hot box through the supply unit. 전처리된 원료와 스팀을 개질반응시키는 개질기 및 상기 개질기를 가열하기 위한 연소기를 포함하고, 수소를 포함하는 연료를 생성하기 위한 수소생성부;
상기 수소생성부로부터 공급되는 연료를 이용하여 전기를 생산하기 위한 연료전지; 및
상기 연소기로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 상기 연료전지를 가열하기 위한 공급부를 포함하고,
상기 연료전지는 전기를 생산하기 위한 연료전지 스택, 및 상기 연료전지 스택을 수용하는 핫 박스(Hot-Box)를 포함하며,
상기 공급부는 상기 연료전지의 온도가 기설정된 기준범위 미만이면, 상기 연료전지가 가열되도록 상기 연소기로부터 배출되는 배기가스를 상기 연료전지의 핫 박스(Hot-Box)에 공급하며,
상기 개질기에 공급되는 원료가 가열되도록, 상기 연소기로부터 배출되어 상기 연료전지를 통과한 배기가스 및 상기 개질기에 공급되는 원료를 열교환시키기 위한 제1열교환기를 더 포함하며,
상기 제1열교환기는, 상기 연소기로부터 배출되고 상기 공급부를 통해 상기 핫 박스를 경유하면서 상기 연료전지를 가열한 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 개질기로 공급되는 원료를 가열하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.A hydrogen generating unit including a reformer for reforming the pretreated raw material and steam and a combustor for heating the reformer, and for generating fuel containing hydrogen;
A fuel cell for generating electricity using fuel supplied from the hydrogen generating unit; And
And a supply unit for heating the fuel cell by using waste heat of exhaust gas discharged from the combustor as a heat source,
The fuel cell includes a fuel cell stack for generating electricity, and a hot-box accommodating the fuel cell stack,
When the temperature of the fuel cell is less than a preset reference range, the supply unit supplies exhaust gas discharged from the combustor to heat the fuel cell to a hot-box of the fuel cell,
Further comprising a first heat exchanger for heat exchange between the exhaust gas discharged from the combustor and passed through the fuel cell and the raw material supplied to the reformer so that the raw material supplied to the reformer is heated,
The first heat exchanger heats the raw material supplied to the reformer by using waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor and heated the fuel cell while passing through the hot box through the supply unit. . 삭제delete 제2항에 있어서,
상기 연료전지의 온도가 기준범위를 초과하면, 상기 연료전지의 온도가 기준범위 이내가 되도록 상기 연료전지 핫박스에 대한 상기 연소기로부터 배출되는 배기가스의 공급을 중단함과 동시에 상기 연소기로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 상기 개질기를 가열하도록 하기 위한 분기부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 2,
When the temperature of the fuel cell exceeds the reference range, the supply of the exhaust gas discharged from the combustor to the fuel cell hot box is stopped so that the temperature of the fuel cell is within the reference range, and the exhaust gas discharged from the combustor And a branch portion for heating the reformer using waste heat of gas as a heat source. 제2항에 있어서,
상기 연소기는 상기 연료전지 스택에서 배출되는 잔여물질 또는 반응생성물을 공급받아 연소반응에 사용하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 2,
Wherein the combustor receives residual substances or reaction products discharged from the fuel cell stack and uses them for a combustion reaction. 삭제delete 제2항에 있어서,
상기 연료전지에 공급되는 공기가 예열되도록, 상기 연소기로부터 배출되어 상기 제1열교환기를 통과한 배기가스 및 상기 연료전지에 공급되는 공기를 열교환시키기 위한 제2열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 2,
And a second heat exchanger for exchanging the exhaust gas discharged from the combustor and passed through the first heat exchanger and the air supplied to the fuel cell so that the air supplied to the fuel cell is preheated. . 제7항에 있어서,
상기 연소기로부터 배출되어 상기 제2열교환기를 통과한 배기가스로부터 원료수가 생성되도록, 상기 연소기로부터 배출되어 상기 제2열교환기를 통과한 배기가스 중의 수분을 응축시키기 위한 응축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 7,
And a condenser for condensing moisture in the exhaust gas discharged from the combustor and passed through the second heat exchanger so that raw material water is generated from the exhaust gas discharged from the combustor and passed through the second heat exchanger. system. 삭제delete
KR1020150190002A 2015-12-30 2015-12-30 Ship Active KR102175550B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150190002A KR102175550B1 (en) 2015-12-30 2015-12-30 Ship

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150190002A KR102175550B1 (en) 2015-12-30 2015-12-30 Ship

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170080831A KR20170080831A (en) 2017-07-11
KR102175550B1 true KR102175550B1 (en) 2020-11-09

Family

ID=59354651

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150190002A Active KR102175550B1 (en) 2015-12-30 2015-12-30 Ship

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102175550B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010067539A (en) * 2008-09-12 2010-03-25 Casio Comput Co Ltd Power generation system, and control device of power generation system
JP2012243402A (en) * 2011-05-16 2012-12-10 Denso Corp Fuel cell system

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101418422B1 (en) * 2012-07-27 2014-07-09 삼성중공업 주식회사 System for independent start-up of fuel cell for ship
KR101457907B1 (en) * 2012-11-01 2014-11-04 삼성중공업 주식회사 Fuel cell system for ship

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010067539A (en) * 2008-09-12 2010-03-25 Casio Comput Co Ltd Power generation system, and control device of power generation system
JP2012243402A (en) * 2011-05-16 2012-12-10 Denso Corp Fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
KR20170080831A (en) 2017-07-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102190939B1 (en) Ship
KR102238761B1 (en) Ship
KR102355412B1 (en) Fuel cell system and ship having the same
KR102355411B1 (en) Ship
KR102153760B1 (en) Ship
KR102190948B1 (en) Ship
KR102190938B1 (en) Ship
KR102190941B1 (en) Ship
KR102175736B1 (en) Ship
KR102190936B1 (en) Ship
KR20170080810A (en) Ship
KR20170015823A (en) Fuel cell system and ship having the same
KR102153758B1 (en) Ship
KR102175550B1 (en) Ship
KR102190943B1 (en) Ship
KR102190945B1 (en) Ship
KR102200361B1 (en) Ship
KR102219830B1 (en) Ship
KR101696550B1 (en) Ship
KR20170015816A (en) Fuel cell system and ship having the same
KR102190937B1 (en) Ship
KR20170015822A (en) Fuel cell system and ship having the same
KR102252149B1 (en) Ship
KR102190934B1 (en) Ship
KR102190944B1 (en) Ship

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20151230

PG1501 Laying open of application
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20181221

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20151230

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20200425

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20200828

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20201102

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20201102

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration