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KR101355999B1 - Fuel cell system for ship - Google Patents

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KR101355999B1
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Abstract

본 발명은 연료전지를 사용하는 선박의 송풍기가 연료전지의 전력 없이 연료공급시스템에 의해 운전되게 하는 선박용 연료전지 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, LNG 탱크가 설치된 선박용 연료전지 시스템에 있어서, 상기 LNG 탱크의 BOG 및 LNG를 연료로 운전되는 터빈부; 및 상기 터빈부와 함께 운전되도록 상기 터빈부와 연결되는 송풍기를 포함하여, 상기 BOG 및 LNG를 사용하여 상기 송풍기가 운전되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a marine fuel cell system in which a blower of a vessel using a fuel cell is operated by a fuel supply system without power of the fuel cell.
According to the present invention, a marine fuel cell system provided with an LNG tank, the turbine unit for driving the BOG and LNG of the LNG tank as fuel; And a blower connected to the turbine unit to operate together with the turbine unit, wherein the blower is operated using the BOG and LNG.

Figure R1020110143352
Figure R1020110143352

Description

선박용 연료전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM FOR SHIP}Fuel Cell System for Ships {FUEL CELL SYSTEM FOR SHIP}

본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지를 사용하는 선박의 송풍기가 연료전지의 전력 없이 연료공급시스템에 의해 운전되게 하는 선박용 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a marine fuel cell system that allows a blower of a ship using a fuel cell to be operated by a fuel supply system without power of the fuel cell.

근래에 들어 선박에서 발전 수단으로 연료전지를 사용하고 있다. 이러한 연료전지는 저공해 고효율의 발전 수단으로 환경오염 규제가 심해지고 석유 등의 에너지 자원의 가격이 폭등하는 현대에 에너지 대체 수단으로 각광받고 있다.Recently, fuel cells have been used as a means of generating power in ships. Such fuel cells have been spotlighted as a means of energy replacement in the modern times when environmental pollution is severely regulated and the price of energy resources such as petroleum is soaring as a means of power generation with low pollution and high efficiency.

선박에서 연료전지시스템을 운전하기 위해서는 연료전지 모듈로 연료와 공기가 공급되어야 한다. In order to operate a fuel cell system on a ship, fuel and air must be supplied to the fuel cell module.

도 1은 종래의 선박용 연료전지 시스템을 도시한 구성도이다.1 is a block diagram showing a conventional fuel cell system for ships.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 선박(1)의 연료전지시스템(10)은 LNG 탱크(17)에서 발생되는 BOG(Boil Off Gas)를 가스히터(13)로 예열하여 가습기(14)로 제공한다. 가습기(14)는 물을 공급받아 기화시키고, 이렇게 기화된 물이 가스히터(13)로부터 제공받은 천연가스와 혼합되게 한다. 그리고 가습기(14)는 기화된 물과 혼합된 천연가스를 전개질기(15)로 제공하여 천연가스에 포함된 탄화수소(C2 ~ C5)를 C1(CH4)으로 개질하고 일부는 수소로 개질하는 역할과 동시에 천연가스를 가열하는 역할을 한다. 이렇게 개질된 수소는 연료전지(16)로 제공된다. 또한, 연료전지(16)로부터 발생되는 전력에 의해 운전하는 송풍기(11)가 연료전지(16)의 공기극으로 공기를 공급한다. 이때, 공기의 이동로 상에 공기 히터(12)가 설치되어 연료전지(16)로 공급되는 공기를 가열해 준다.As shown in FIG. 1, the fuel cell system 10 of the conventional vessel 1 preheats BOG (Boil Off Gas) generated in the LNG tank 17 to the gas heater 13 to provide the humidifier 14. do. The humidifier 14 is supplied with water and vaporized, and the vaporized water is mixed with the natural gas provided from the gas heater 13. The humidifier 14 provides natural gas mixed with vaporized water to the developing nitrogen 15 to reform hydrocarbons C2 to C5 included in natural gas into C1 (CH4), and some to hydrogen. At the same time, it serves to heat natural gas. This reformed hydrogen is provided to the fuel cell 16. In addition, a blower 11 driven by electric power generated from the fuel cell 16 supplies air to the cathode of the fuel cell 16. At this time, the air heater 12 is installed on the air movement path to heat the air supplied to the fuel cell 16.

하지만, 이러한 종래의 연료전지 시스템에서는 연료전지에서 생산된 전력으로 공기를 공급하는 송풍기를 운전하여 연료전지 전체 효율이 떨어지는 문제점이 있었다. However, such a conventional fuel cell system has a problem in that the overall efficiency of the fuel cell is lowered by operating a blower that supplies air with electric power produced by the fuel cell.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, FGS(Fuel Gas Supply System)의 고압 연료를 이용해 송풍기를 운전할 수 있는 선박용 연료전지 시스템을 제공하고자 하는 것이다.The present invention has been made to solve the above problems, to provide a fuel cell system for ships that can operate a blower using a high pressure fuel of the fuel gas supply system (FGS).

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, LNG 탱크가 설치된 선박용 연료전지 시스템에 있어서, 상기 LNG 탱크의 BOG 및 LNG를 연료로 운전되는 터빈부; 및 상기 터빈부와 함께 운전되도록 상기 터빈부와 연결되는 송풍기를 포함하여, 상기 BOG 및 LNG를 사용하여 상기 송풍기가 운전되는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a marine fuel cell system provided with an LNG tank, the turbine unit for driving the BOG and LNG of the LNG tank as fuel; And a blower connected to the turbine unit to operate together with the turbine unit, wherein the blower is operated using the BOG and LNG.

상기 송풍기는 상기 터빈부의 샤프트(Shaft)와 맞물리게 연결되어 함께 운전되는 것을 특징으로 한다.The blower is connected to the shaft (shaft) of the turbine unit is characterized in that it is operated together.

또한, 상기 송풍기로부터 공기를 공급받는 연료전지 및 상기 송풍기로부터 상기 연료전지로 공급되는 공기를 가열하는 공기히터를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it characterized in that it comprises a fuel cell receiving air from the blower and the air heater for heating the air supplied from the blower to the fuel cell.

상기 BOG 및 LNG 중 일부는 상기 터빈부에 공급되고 일부는 상기 선박의 주추진 엔진에 공급되는 것을 특징으로 한다.Some of the BOG and LNG are supplied to the turbine portion, and some are supplied to the main propulsion engine of the vessel.

물을 공급받아 기화시키고, 기화된 물과 상기 터빈부에 공급된 BOG 및 LNG 중 일부를 혼합해주는 가습기를 포함하는 것을 특징으로 한다.It is characterized in that it comprises a humidifier that is supplied with water and vaporized, and mixes the vaporized water and some of the BOG and LNG supplied to the turbine unit.

여기서 상기 가습기로부터 공급받은 물과 혼합된 BOG 및 LNG에 포함된 탄화수소(C2 ~ C5)를 C1(CH4)으로 개질하고 일부는 수소로 개질함과 동시에 상기 BOG 및 LNG를 가열하는 전개질기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Here, the hydrocarbons (C2 to C5) contained in the BOG and LNG mixed with water supplied from the humidifier are reformed to C1 (CH4), and some are reformed to hydrogen and at the same time includes a developing group for heating the BOG and LNG It is characterized by.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, LNG 탱크가 설치된 선박용 연료전지 시스템에 있어서, 송풍기를 운전하기 위해 설치되는 LNG를 연료로 하는 터빈부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
According to another aspect of the present invention for achieving the above object, the marine fuel cell system provided with an LNG tank, characterized in that it comprises a turbine for fueling the LNG installed to operate the blower.

한편, 상기 터빈부 및 상기 선박에 고압의 연료(BOG 및 LNG)를 제공하는 FGS를 포함하는 것을 특징으로 한다.On the other hand, it characterized in that it comprises a FGS for providing high-pressure fuel (BOG and LNG) to the turbine unit and the vessel.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, FGS의 고압연료를 이용해 송풍기를 운전함에 따라 연료전지시스템의 전체적인 효율을 상승시키는 효과가 있다.According to the present invention as described above, by operating the blower using the high-pressure fuel of the FGS has the effect of increasing the overall efficiency of the fuel cell system.

도 1은 종래의 선박용 연료전지 시스템을 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템을 도시한 구성도이다.1 is a block diagram showing a conventional fuel cell system for ships.
2 is a block diagram showing a fuel cell system for ships according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, the following examples may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.

도 2는 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템을 도시한 구성도이다.2 is a block diagram showing a fuel cell system for ships according to the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 LNG 탱크(130)가 설치되는 선박(1)에 구성되는 연료전지 시스템(100)으로서, 특히 LNG를 연료로 하는 선박(1, LFS: LNG Fueled Ship)에 구성될 수 있다.As shown in FIG. 2, the present invention is a fuel cell system 100 configured in a vessel 1 in which an LNG tank 130 is installed, and in particular, a vessel fueled by LNG (1, LFS: LNG Fueled Ship) Can be configured.

본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템(100)은 상기 LNG 탱크(130)의 BOG 및 LNG를 연료로 운전되는 터빈부(110) 및 상기 터빈부(110)와 함께 운전되도록 상기 터빈부(110)와 연결되는 송풍기(120)를 포함한다.Ship fuel cell system 100 according to the present invention and the turbine unit 110 and the turbine unit 110 to be operated together with the turbine unit 110 and the turbine unit 110 to operate the BOG and LNG of the LNG tank 130 as fuel. It includes a blower 120 is connected.

상기 송풍기(120)는 상기 터빈부(110)의 샤프트(Shaft)와 맞물리게 연결되어 상기 송풍기(120)는 상기 터빈부(110)와 함께 운전된다. The blower 120 is engaged with the shaft of the turbine unit 110 so that the blower 120 is operated together with the turbine unit 110.

상기 터빈부(110)는 상기 선박(1)의 주 연료인 LNG 및 상기 LNG 탱크(130)에서 발생되는 BOG(Boil Off Gas)를 연료로 하는데, 이러한 상기 LNG 및 BOG는 상기 선박(1)에 구성된 FGS(131, Fuel Gas Supply System)에 의해 고압의 연료로 상기 터빈부(110)에 제공될 수 있다. 한편, 상기 FGS(131)는 일부의 연료는 상기 터빈부(110)로 제공하고 나머지 일부는 상기 선박(1)의 주추진 엔진(미도시)으로 제공할 수 있다.The turbine unit 110 uses LNG, which is the main fuel of the vessel 1, and BOG (Boil Off Gas) generated from the LNG tank 130 as fuel, and the LNG and BOG are supplied to the vessel 1. By the configured fuel gas supply system (FGS) 131 may be provided to the turbine unit 110 as a high-pressure fuel. On the other hand, the FGS 131 may provide some fuel to the turbine unit 110 and some of the fuel to the main propulsion engine (not shown) of the vessel (1).

이러한 상기 송풍기(120)는 공기를 상기 선박(1)의 연료전지(150)로 공급한다. 이때, 상기 송풍기(120)에서 상기 연료전지(150)로 공기가 공급되는 라인 상에는 공기히터(121)가 형성된다. 상기 공기히터(121)는 상기 연료전지(150)로 이동하는 공기를 가열하여 공기의 온도가 상기 연료전지(150)에서 사용되기 적절한 온도가 되도록 하는 역할을 한다.The blower 120 supplies air to the fuel cell 150 of the vessel (1). In this case, an air heater 121 is formed on a line through which air is supplied from the blower 120 to the fuel cell 150. The air heater 121 serves to heat the air moving to the fuel cell 150 so that the temperature of the air is a temperature suitable for use in the fuel cell 150.

그리고 상기 터빈부(110)에 공급된 연료 중 일부는 가습기(140)로 이동한다. 여기서 상기 연료는 상기 터빈부(110)에서 예열되기 때문에 별도의 가스히터가 필요 없다. 상기 가습기(140)는 물을 공급받아 기화시키고, 이렇게 기화된 물과 상기 연료를 혼합해주는 역할을 한다. 여기서 기화된 물의 일부는 외부로 배기한다.Some of the fuel supplied to the turbine unit 110 moves to the humidifier 140. In this case, since the fuel is preheated in the turbine unit 110, a separate gas heater is not required. The humidifier 140 is supplied with water to vaporize, and serves to mix the vaporized water and the fuel. Here, some of the vaporized water is exhausted to the outside.

그리고 상기 가습기(140)에서 기화된 물과 혼합된 연료는 전개질기(141)로 공급된다. 상기 전개질기(141)는 상기 연료에 포함된 탄화수소(C2 ~ C5)를 C1(CH4)으로 개질하고 일부는 수소로 개질함과 동시에 상기 연료를 가열하는 역할을 한다. In addition, the fuel mixed with the water vaporized in the humidifier 140 is supplied to the developing unit 141. The developing unit 141 reforms hydrocarbons C2 to C5 included in the fuel to C1 (CH4) and partially reforms hydrogen to serve to heat the fuel.

그리고 전개질기(141)는 가열된 수소를 상기 연료전지(150)로 공급하여 상기 연료전지(150)가 전력을 생산할 수 있게 한다.
The developing unit 141 supplies the heated hydrogen to the fuel cell 150 so that the fuel cell 150 can produce electric power.

상술한 구성에 의해 연료전지(150)에 공기를 공급하는 송풍기(120)가 연료전지(150)에서 생산되는 전력으로 운전되지 않고 선박(1)의 주 연료인 LNG와 LNG 탱크(130)로부터 발생하는 BOG에 의해 운전되는 터빈부(110)에 의해 운전되게 함에 따라 본 발명의 연료전지시스템(100)은 전체적인 효율이 상승되게 하는 것이다.
By the above-described configuration, the blower 120 for supplying air to the fuel cell 150 is generated from the LNG and the LNG tank 130 which are main fuels of the ship 1 without being driven by the electric power produced by the fuel cell 150. As the fuel cell system 100 of the present invention is driven by the turbine unit 110 driven by the BOG, the overall efficiency is increased.

이상과 같이 본 발명에 따른 선박용 연료전지 시스템을, 예시된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이상에서 설명된 실시예와 도면에 의해 한정되지 않으며, 특허청구범위 내에서 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자들에 의해 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.As described above, the marine fuel cell system according to the present invention has been described with reference to the illustrated drawings, but the present invention is not limited to the above-described embodiments and drawings, and the present invention belongs to the claims. Of course, various modifications and variations can be made by those skilled in the art.

1: 선박
100: 연료전지시스템
120: 송풍기
110: 터빈부
130: LNG 탱크
131: FGS
150: 연료전지1: Ships
100: fuel cell system
120: blower
110: turbine section
130: LNG tank
131: FGS
150: fuel cell

Claims (8)

LNG 탱크(130)가 설치된 선박(1)용 연료전지 시스템에 있어서,
상기 LNG 탱크(130)의 BOG 및 LNG를 연료로 운전되는 터빈부(110);
상기 BOG 및 LNG를 고압의 연료로 전환하여 일부는 상기 터빈부(110)에 제공하고 나머지 일부는 상기 선박(1)의 주추진 엔진에 공급하는 FGS(131; Fuel Gas Supply System);
상기 터빈부(110)와 함께 운전되도록 상기 터빈부(110)와 연결되는 송풍기(120);
상기 송풍기(120)로부터 공기를 공급받는 연료전지(150); 및
상기 송풍기(120)로부터 상기 연료전지(150)로 공급되는 공기를 가열하는 공기히터(121); 를 포함하여,
상기 BOG 및 LNG를 사용하여 상기 송풍기(120)가 운전되는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템.In the fuel cell system for a ship (1) provided with an LNG tank (130),
A turbine unit 110 driving the BOG and the LNG of the LNG tank 130 as fuel;
FGS (131; Fuel Gas Supply System) for converting the BOG and LNG into a high-pressure fuel to provide a portion to the turbine unit 110 and a portion to the main propulsion engine of the vessel (1);
A blower 120 connected to the turbine unit 110 to be operated together with the turbine unit 110;
A fuel cell 150 receiving air from the blower 120; And
An air heater 121 for heating air supplied from the blower 120 to the fuel cell 150; Including,
The fuel cell system for a ship, characterized in that the blower 120 is operated using the BOG and LNG. 청구항 1에 있어서,
상기 송풍기(120)는 상기 터빈부(110)의 샤프트(Shaft)와 맞물리게 연결되어 함께 운전되는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
The blower 120 is connected to the shaft (shaft) of the turbine unit 110 is coupled to the ship fuel cell system, characterized in that operated together. 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
물을 공급받아 기화시키고, 기화된 물과 상기 터빈부(110)에 공급된 BOG 및 LNG 중 일부를 혼합해주는 가습기(140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
A vessel fuel cell system comprising a humidifier (140) for supplying water and vaporizing and mixing some of vaporized water and BOG and LNG supplied to the turbine unit (110). 청구항 5에 있어서,
상기 가습기(140)로부터 공급받은 물과 혼합된 BOG 및 LNG에 포함된 탄화수소(C2 ~ C5)를 C1(CH4)으로 개질하고 일부는 수소로 개질함과 동시에 상기 BOG 및 LNG를 가열하는 전개질기(141)를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 연료전지 시스템.The method according to claim 5,
A reformer for heating hydrocarbons (C2 to C5) contained in BOG and LNG mixed with water supplied from the humidifier 140 to C1 (CH4) and partially reforming to hydrogen and heating the BOG and LNG ( A fuel cell system for ships comprising a. 삭제delete 삭제delete
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