KR20170076928A - Ship - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LNG(액화천연가스)를 공급하기 위한 원료 공급부, 원료수를 공급하기 위한 원료수 공급부, 상기 원료 공급부로부터 공급되는 LNG(액화천연가스) 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 liquefied natural gas (LNG) feedstock comprising a raw material supply portion for supplying LNG (liquefied natural gas), a raw water supply portion for supplying raw water, LNG (liquefied natural gas) supplied from the raw material supply portion and raw water supplied from the raw water supply portion And a power converter for converting a direct current (DC) output from the fuel cell system into an alternating 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. Environmentally friendly power generation systems have been developed to solve the problems associated with the use of such fossil fuels.

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 produce electricity by converting renewable energy, including sunlight, water, geothermal, precipitation, and bio-organisms. In addition, an environmentally friendly power generation system includes a fuel cell system that includes a fuel cell that converts fossil fuel or generates electricity through a chemical reaction 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. 연료전지는 연료 및 스팀(H20)을 개질반응시키는 개질기로부터 수소가 포함된 연료를 공급받고, 외부로부터 공기를 공급받아 전기를 생산할 수 있다. 연소기는 연료전지에서 배출되는 배기가스를 연소시킴으로써 개질기를 가열한다.Alkaline fuel cell (AFC), phosphoric acid fuel cell (PAFC), molten carbonate fuel cell (MCFC), solid oxide fuel cell (MCFC), and solid oxide fuel cell (SOFC), a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), and a direct methanol fuel cell (DMFC). Each of these fuel cells operates on essentially the same principle, but the operating temperature, electrolyte, power generation efficiency, and power generation performance are different. The fuel cell is supplied with fuel containing hydrogen from a reformer that reforms fuel and steam (H 2 O), and can generate electricity by receiving air from the outside. The combustor heats the reformer by burning the exhaust gas discharged from the fuel cell.

한편, 업계에서는 환경 친화적인 발전시스템인 연료전지 시스템과 가스를 이용하여 전기를 생산하는 가스터빈 및 스팀(H2O)을 이용하여 전기를 생산하는 스팀터빈을 복합적으로 사용하여 필요한 전력을 발전함과 동시에 전 세계적인 환경오염 규제에 대응할 수 있는 새로운 방안을 연구하고 있다.On the other hand, in the industry, a fuel cell system, which is an environmentally friendly power generation system, a gas turbine that produces electricity using gas, and a steam turbine that generates electricity using steam (H 2 O) At the same time, we are studying new ways to cope with global environmental pollution regulations.

그런데, 연료전지 시스템과 가스터빈 및 스팀터빈을 복합적으로 적용하는 종래 기술의 경우, 다음과 같은 문제점이 발생한다.However, in the case of the prior art in which the fuel cell system and the gas turbine and the steam turbine are applied in combination, the following problems arise.

첫째, 종래에는 연료전지에 공급되는 공기를 별도의 가열장치를 설치하여 가열하였다. 이에 따라, 종래에는 연료전지 및 가스터빈에 사용되는 연료를 가열장치에도 공급해야 하므로 연료전지 및 가스터빈의 전기 생산량이 감소되고, 전기 생산 효율이 저하될 뿐만 아니라 발전시스템을 운영하기 위한 비용이 증가하는 문제가 있다.First, conventionally, the air supplied to the fuel cell is heated by installing a separate heating device. Accordingly, since the fuel used in the fuel cell and the gas turbine has to be supplied to the heating apparatus as well, the amount of electricity produced by the fuel cell and the gas turbine is reduced, the electricity production efficiency is lowered and the cost for operating the power generation system is increased There is a problem.

둘째, 종래에는 연료전지에 공급되는 공기를 가열하기 위해 별도의 가열장치를 설치해야 하므로 가열장치 설치비용이 상승하게 된다. 이에 따라, 종래에는 전기를 생산하기 위한 구축 비용이 상승하게 되는 문제가 있다.Secondly, in order to heat the air supplied to the fuel cell, a separate heating device must be installed, which increases the installation cost of the heating device. Accordingly, conventionally, there is a problem that the construction cost for producing electricity is increased.

셋째, 종래에는 연료전지에 공급되는 공기를 가열하기 위해 가열장치 설치공간이 필요하다. 따라서, 종래에는 가열장치 설치로 인해 전기를 생산 및 저장하기 위한 다른 장치들의 공간이 협소해지는 문제가 있다.Thirdly, in order to heat the air supplied to the fuel cell, a heating device installation space is required. Therefore, conventionally, there is a problem that the space of other devices for producing and storing electricity becomes narrow due to the installation of the heating device.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 전기 생산량 및 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a ship capable of improving the electricity production amount and the electricity production efficiency.

본 발명은 전기를 생산하기 위한 구축 비용을 줄일 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a ship capable of reducing the construction cost for producing electricity.

본 발명은 설치공간의 범용성을 높일 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a ship capable of increasing the versatility of the installation space.

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

본 발명에 따른 선박은 LNG(액화천연가스)를 공급하기 위한 원료 공급부; 원료수를 공급하기 위한 원료수 공급부; 상기 원료 공급부로부터 공급되는 LNG(액화천연가스) 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 원료 공급부에서 공급되는 LNG(액화천연가스)를 전처리하기 위해 LNG(액화천연가스)를 기화시키는 LNG 증발기를 포함하는 원료처리부, 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 전처리하는 원료수 처리부, 상기 원료 처리부로부터 공급된 전처리된 연료와 상기 원료수 처리부로부터 공급된 스팀(H20)을 개질반응시키는 개질기, 및 상기 개질기를 가열하기 위한 연소기를 포함하는 수소생성부; 상기 수소생성부로부터 공급되는 수소를 포함하는 연료에 기초하여 전기를 생산하는 연료전지; 상기 연료전지에 공기를 공급하기 위한 공기공급부; 및 상기 공기공급부에서 공급되는 공기 및 상기 연소기에서 배출되는 배기가스를 열교환시키는 제1열교환부를 포함할 수 있다.A ship according to the present invention comprises: a raw material supply part for supplying LNG (liquefied natural gas); A raw water supply part for supplying raw water; A fuel cell system for producing electricity using LNG (liquefied natural gas) supplied from the raw material supply unit and raw water supplied from the raw water supply unit; And a power converter for converting a direct current (DC) output from the fuel cell system into an alternating current (AC), wherein the fuel cell system includes an LNG (LNG) converter for pre-processing LNG And a LNG evaporator for vaporizing the liquefied natural gas), a raw water treatment unit for pretreating the raw water supplied from the raw water supply unit, a steam supply unit for supplying steam from the raw water treatment unit to the pretreated fuel supplied from the raw material treatment unit 2 0), and a combustor for heating the reformer; A fuel cell that generates electricity based on fuel containing hydrogen supplied from the hydrogen generating unit; An air supply unit for supplying air to the fuel cell; And a first heat exchanger for exchanging heat between the air supplied from the air supply unit and the exhaust gas discharged from the combustor.

본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 제1열교환부는 상기 연소기에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 상기 연료전지에 공급되는 공기를 가열할 수 있다.In the vessel according to the present invention, the first heat exchanger may heat the air supplied to the fuel cell using waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor as a heat source.

본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.According to the present invention, the following effects can be achieved.

본 발명은 연소기에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 연료전지에 공급되는 공기를 가열하도록 구현됨으로써, 종래 가열장치에 공급되는 연료를 전기 생산에 사용할 수 있으므로 전기 생산량 및 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.Since the present invention is implemented to heat the air supplied to the fuel cell by using the waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor, the fuel supplied to the conventional heating device can be used for the electricity production, have.

본 발명은 연소기에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 연료전지에 공급되는 공기를 가열하도록 구현됨으로써, 별도의 가열장치를 생략할 수 있으므로 전기를 생산하는데 소모되는 구축비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 설치공간에 대한 범용성을 높일 수 있다.Since the present invention is configured to heat the air supplied to the fuel cell by using the waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor, a separate heating device can be omitted, so that the construction cost consumed for producing electricity can be reduced It is possible to increase the versatility of the installation space.

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 및 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도
도 7은 도 5의 연료전지 시스템에 대한 제1실시예 및 제2실시예에 따른 구성도
도 8은 도 5의 연료전지 시스템에 대한 제3실시예에 따른 구성도
도 9는 도 5의 연료전지 시스템에 대한 제4실시예에 따른 구성도
도 10은 도 5의 연료전지 시스템에 대한 제5실시예에 따른 구성도
도 11은 본 발명에 따른 선박의 일례를 나타낸 개략도1 is a conceptual diagram of an overall system according to the present invention;
2 is a conceptual diagram of a fuel cell system according to the first embodiment of the present invention
FIGS. 3A and 3B are diagrams for explaining the operation of the fuel cell used in the present invention. FIG. 3A is a conceptual diagram of a solid oxide fuel cell (SOFC)
3B is a conceptual diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC)
4 is an exemplary diagram for explaining a hydrogen generator according to an embodiment of the present invention.
5 and 6 are conceptual diagrams of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention
Fig. 7 is a schematic view of the fuel cell system of Fig. 5 according to the first embodiment and the second embodiment; Fig.
Fig. 8 is a schematic view of the fuel cell system of Fig. 5 according to the third embodiment
Fig. 9 is a configuration diagram according to the fourth embodiment of the fuel cell system of Fig. 5
10 is a schematic view of a fuel cell system according to a fifth embodiment of the fuel cell system of FIG.
11 is a schematic view 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 the fuel cell system according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

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 예시도이다.FIG. 2 is a conceptual diagram of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention. FIGS. 3A and 3B are views showing the structure of a fuel cell used in the present invention. Fig. 3 is a conceptual diagram of a solid oxide fuel cell (SOFC), Fig. 3 (b) is a conceptual diagram of a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a hydrogen generating portion according to the present invention.

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, a fuel cell system 200 according to the present invention is applied to a power generation system 100 to perform a function of generating electricity. Before describing the fuel cell system 200 according to the present invention, the power generation system 100 will be described first.

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 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), 가솔린, 디메틸에테르, 메탄가스, 수소정제 오프가스, 순수소 등일 수 있다.The raw material supply unit 110 includes a raw material storage tank, and supplies the raw material from the raw material storage tank. For example, the raw material is a material of a hydrocarbon series, LNG (liquefied natural gas), LPG (liquefied petroleum gas), methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH), petrol, dimethyl ether, methane, Hydrogen purification off-gas, pure hydrogen, or the like.

일례로, 상기 발전시스템(100)이 자동차에 적용되는 경우, 상기 원료 공급부(110)는 가스 저장탱크와 상기 가스 저장탱크로부터 가스를 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 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 제공하는 장치를 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 is implemented including a gas storage tank and a device (for example, a pump) for supplying gas from the gas storage tank. As another example, when the power generation system 100 is applied to an LNG carrier, the material supply unit 110 is implemented including an LNG storage tank and an apparatus for providing evaporative gas generated in 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 is implemented including a diesel fuel storage tank and an apparatus 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 치리된 물일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 민물, 해수에서 불순물이 제거된 상태의 물일 수 있다.The raw water supply part 120 may include a raw water storage tank and a device (for example, a pump) for supplying raw water from the raw water storage tank. The raw water may be, for example, water (constant water), fresh water, or seawater. As another example, the raw water may be impurity-treated or ion-depleted water in fresh water or seawater. As another example, the raw water may be water in the state where impurities are removed from fresh water or 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 이산화탄소, 또는 두 기체 등 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. Normally, air means a gas including nitrogen, oxygen, carbon dioxide and the like, but also includes the case where all gases other than oxygen such as nitrogen or carbon dioxide, or both gases are removed from the air. The air supply unit 130 may include an air storage tank and a device (for example, a blower) for supplying air from the air storage tank. As another example, the air supply unit 130 may be configured to supply external air and compress the high-pressure air, or supply the compressed high-pressure air 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 출력전압을 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) output 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 voltage from the fuel cell system 200 according to the present invention, and a DC-AC converter for converting a direct current (DC) An inverter or the like. The power conversion unit 140 discharges the electric power supplied from the fuel cell system 200 according to the present invention to the electric power load. The electric power load may be, for example, in-ship electrical equipment such as a ship's basic electrical equipment and cargo-system electrical equipment in the case of a ship. 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, 스팀터빈, 가스터빈, 또는 랭킨 사이클(Rankine Cycle) 시스템과 연동하도록 구현될 수도 있다.The fuel cell system 200 according to the present invention produces electricity using fuel, water (H 2 O), and air. The fuel cell system 200 according to the present invention can be used in a small structure such as a home or an automobile, and can be used in a large structure such as a ship. The fuel cell system 200 according to the present invention may be implemented to operate in conjunction with a diesel engine, a gas engine, a steam turbine, a gas turbine, or a Rankine Cycle system using the combustion energy of the fuel.

이하에서는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.Hereinafter, the fuel cell system 200 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, 상기 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 generation unit 400. The fuel cell system 200 according to the present invention may be implemented by including a controller 250 for controlling all operations including the fuel cell 210, the hydrogen generator 400, and the like. In this specification, the raw material and the raw water, which are introduced into the hydrogen generator 400, and the fuel generated in the hydrogen generator 400 and introduced into the fuel cell 210 are defined as the 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. The fuel cell stack has an electrolyte layer formed between a cathode and an anode and a separator for supplying hydrogen and supplying air and recovering heat to the anode and the cathode And the unit cell modules are connected in series by the required number of units.

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 is a temperature sensor and a device for maintaining temperature. That is, a heater or a cathode fan, a fuel electrode fan, a cooling plate, or the like. The temperature sensor senses the temperature of the fuel cell stack, the temperature of the cathode, and the temperature of the anode. The heater can heat the fuel cell to maintain the temperature required for the operation. The air cathode fan dissipates heat generated at the cathode of the fuel cell stack. The fuel electrode fan dissipates the heat generated from the anode of the fuel cell stack. The air cathode fan and the anode cathode 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, the cathode fan, and the anode electrode fan using the signal output from the temperature sensor, ) Is appropriately maintained. For example, the control unit 250 maintains the operating temperature of the phosphoric acid fuel cell (PAFC) at 190 to 210 ° C, maintains the operating temperature of the MCFC at 550 to 650 ° C, In the case of oxide fuel cells (SOFC), the operating temperature is maintained at 650 to 1000 ° C. For polymer electrolyte fuel cells (PEMFC), the operating temperature is maintained at 30 to 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 included in the fuel cell system 200 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 3A and 3B. FIG. 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(H20)과 전자(e-)가 생성된다. 공기극(cathode)(311)에서는 전자가 소모되므로 공기극(cathode)(311)과 연료극(anode)(313)을 서로 연결하면 전기가 흐르게 된다.3A, a solid oxide fuel cell (SOFC) 310 includes a cathode 311, an anode 313, and a cathode 313. The anode 313 is connected to the anode 312 through an electrolyte 312, . Fuel containing hydrogen (H 2 ) flows in the anode 313 and oxygen ions O 2- and hydrogen H 2 which have moved to the anode 313 through the electrolyte 312 are introduced into the anode 313, the reacts electrochemically with water (H 2 0) and electron (e-) are generated. 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 H20)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) is a fuel electrode (anode) (313) unreacted and electrochemical unreacted material as a the fuel carbon monoxide (CO), carbon dioxide (CO 2) that may be included in the feed to hydrogen (H 2 ) and to discharge the water (H 2 0 as a liquid or gaseous), such as residual material and reaction product. 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 물(H20)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, the PEMFC 320 includes a catalyst layer 322 formed on the anode 321, and hydrogen (H 2 ) is generated as hydrogen ions (H + ) and electrons (e-) do. The hydrogen ions H + move to the cathode 324 through the polymer electrolyte membrane 323. The polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) 320 reacts with hydrogen ions (H + ) and oxygen (O 2 ) in the catalyst layer 325 formed on the cathode 324 to produce water (H 2 O). 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(H20)을 배출한다.The polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) 320 discharges residual material such as unreacted hydrogen (H 2 ) from the catalyst layer 322 of the anode 321. 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(C03- 2)을 생산한다. 탄산이온(C03- 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 the MCFC, hydrogen (H 2 ) and carbonic acid ions (CO 3 2- ) react with each other in the anode to form water (H 2 O), carbon dioxide (CO 2 ) Is generated. The generated carbon dioxide (CO 2 ) is sent to the cathode and carbon dioxide (CO 2 ) and oxygen (O 2 ) react with each other at the cathode to produce carbonic acid ions (CO 3 -2 ). Carbonate ions (C0 3- 2) is moved to the fuel electrode (anode) through the electrolyte. In a molten carbonate fuel cell (MCFC), carbon dioxide (CO 2 ) generated in the process of generating electricity can be implemented to be circulated in the fuel cell without being discharged 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.2 and 4, the hydrogen generator 400 includes an apparatus for generating a fuel, that is, hydrogen (H 2 ) gas, necessary for the anode of the fuel cell 210 using the raw material. In this specification, the raw material and the raw water that are introduced into the hydrogen generating unit 400 and the fuel that is generated in the hydrogen generating unit 400 and flows into the fuel cell 210 are defined as the fuel.

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 용융탄산염 연료전지(MCFC) 또는 고체산화물 연료전지(SOFC)인 경우, 상기 수소생성부(400)는 개질기(Reformer)와 연소기를 포함하여 구현될 수 있다. 다른 예로, 상기 연료전지(210)가 인산형 연료전지(PAFC) 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 generator 400 may be designed to have various structures depending on the type of the fuel cell 210 or to improve the electricity generation efficiency. For example, when the fuel cell 210 is a molten carbonate fuel cell (MCFC) or a solid oxide fuel cell (SOFC), the hydrogen generator 400 may include a reformer and a combustor . In another example, when the fuel cell 210 is a PAFC or a PEMFC, the hydrogen generator 400 may be a water gas shift reactor , ≪ / RTI > WGS).

상기 수성가스화반응기(WGS)는 고온 수성가스화반응기(HTS, High-Temperature 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) may be a high temperature shift reactor (HTS), a mid-temperature shift reactor (MTS), a low-temperature shift reactor (LTS) Or a carbon monoxide remover. The carbon monoxide remover may include a selective oxidation reactor (PROX) for burning and removing only carbon monoxide (CO), or a methanation reactor for reducing carbon monoxide (CO) to hydrogen (H 2 ) .

도 4를 참고하여 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 수소생성부(400)의 일례를 살펴보면, 다음과 같다.Referring to FIG. 4, an example of the hydrogen generator 400 in the fuel cell system 200 according to the present invention 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 generator 400 may include a raw material processing unit 410, a raw material water processing 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 저장탱크에서 공급되는 액화천연가스를 증발시키는 LNG 증발기를 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 탈황기를 포함하여 구현될 수 있다.The raw material processing unit 410 preprocesses the raw material supplied from the raw material supply unit including the raw material storage tank. For example, the raw material processing unit 410 may include an LNG evaporator for evaporating the liquefied natural gas supplied from the LNG storage tank. When 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., 410) including the methane flame for generating a marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), or the general fuel oil (HFO) methane by the reaction of the heated raw material and the heater applies heat the catalyst to the (CH 4) Can be implemented. The raw material treatment unit 410 may include a filter for removing impurities contained in the raw material, and a desulfurizer for removing sulfide.

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 water treatment unit 420 prepares the raw water supplied from the raw water supply unit including the raw water storage tank. The raw water treatment unit 420 generates steam (H 2 O) by heating the raw water, and supplies the steam (H 2 O) to a reformer. The raw water water treatment unit 420 may include a heat exchanger for heating the raw water to the waste heat of the exhaust gas generated in the combustor 440, for example. The raw water water treatment unit 420 may include a steam separator for separating moisture (water droplets) contained in the exhaust gas or steam of the fuel cell system. In addition, the raw water treatment unit 420 may use activated carbon, ion removal resin, or the like to maintain the purity required for the raw material water in the fuel cell system, and may include a sensor and a control system for measuring the same. As another example, the system may include an external water supply line and system for maintaining a certain level of water in the water supply unit 420.

상기 개질기(Reformer)(430)는 상기 원료 처리부(410)로부터 공급된 전처리된 연료 및 상기 원료수 처리부(420)로부터 공급된 스팀(H20)의 개질반응을 진행하여 수소(H2)를 포함하는 개질가스를 발생시킨다. 이러한 개질반응을 진행함에 있어서, 상기 개질기(430)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 reforms the pre-treated fuel supplied from the raw material treatment unit 410 and the steam H 2 0 supplied from the raw water treatment unit 420 to supply hydrogen (H 2 ) Thereby generating a reforming gas. In the reforming reaction, the reformer 430 may use thermal energy provided by the combustor 440. Hereinafter, the reformed gas from the reformer 330 is defined as a 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 with a reforming catalyst layer that triggers a reforming reaction. The reforming catalyst layer has a structure in which the reforming catalyst is packed with a catalyst supported on the carrier. The reforming catalyst is composed of nickel (Ni), ruthenium (Ru), platinum (Pt) or the like. The shape of the carrier carrying the catalyst may be, for example, granular, pellet or honeycomb, Resistant metal such as alumina (Al 2 O 3 ), titania (TiO 2 ), or the like.

본 발명에 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 the present invention, the reformer 330 may be installed outside the fuel cell 210. In this case, the fuel cell 210 is implemented as an external reforming type. In the fuel cell system 200 according to the present invention, the reformer 330 may be installed inside the fuel cell 210 in the form of a reforming catalyst layer. In this case, the fuel cell 210 is implemented as 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 to the reformer 430 to smoothly perform the reforming reaction. When the reformer heating temperature by the combustor 440 is low, the reforming reaction by the endothermic reaction of the reformer 430 does not progress well and moisture (water droplets) is generated in the reformer 430 . If the heating temperature of the combustor 440 is high, the catalytic activity of the reforming catalyst layer of the reformer 430 may be lowered.

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, 상기 LNG 증발기(4101)를 거친 상기 가스터빈(610)의 배기가스 또는 그 둘이나 셋을 혼합한 것을 연료로 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.The combustor 440 is connected to the raw material pretreated in the raw material treatment unit 410, the exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell stack of the fuel cell 210, the exhaust gas from the LNG evaporator 440, Or a mixture of two or three of the exhaust gas of the gas turbine 610 through the exhaust gas passage 4101 may be used as the fuel. 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 further use air discharged from the cathode of the fuel cell stack of the fuel cell 210.

도시하지 않았지만, 상기 수소생성부(400)는 하나 이상의 온도센서를 더 포함할 수 있으며, 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 연료와 스팀(H2O)과의 혼합비율 등의 조건에 의해서 최적 온도 범위가 변화한다. 본 발명의 일실시예에 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 generator 400 may further include at least one temperature sensor, which detects the temperature of the reformer 430. The temperature of the reformer 430 is adjusted by the conditions of the reformer 430 and the mixture ratio of the fuel pretreated in the raw material processing unit 410 and steam (H 2 O) The range changes. When the fuel cell system 200 according to an embodiment of the present invention includes the control unit 250 (shown in FIG. 2), the controller 250 controls the combustor 440 The temperature of the reformer 430 is controlled by increasing or decreasing the amount of raw material combustion. For example, the controller 250 may be configured to control the temperature 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), carbon dioxide (CO 2 ), and the like. 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. In order to reduce the concentration of carbon monoxide (CO) to 10-20 ppm or less, the hydrogen generating unit 400 may further include a water gasification reactor (WGS) 450.

상기 수성가스화반응기(WGS)(450)는 일산화탄소(CO)와 스팀(H20)을 반응시켜 이산화탄소(CO2)와 수소(H2)를 생산한다. 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 reacts with 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 be implemented with a high temperature aqueous gasification reactor (HTS) and a low temperature aqueous gasification reactor (LTS) as shown in FIG.

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 aqueous gasification reactor (HTS) and the low temperature aqueous gasification reactor (LTS) varies depending on the type of the catalyst used and the composition of the gas discharged by the equilibrium of the control temperature is determined. Although not shown in FIG. 4, a cooler and a temperature sensor may be installed in the high temperature aqueous gasification reactor (HTS) and the low temperature aqueous gasification reactor (LTS), respectively. When the fuel cell system 200 according to the present invention includes the controller 250 (shown in FIG. 2), the controller 250 controls the cooler using the signal output from the temperature sensor, (HTS) and the temperature of the low temperature aqueous gasification reactor (LTS). For example, the high temperature aqueous gasification reactor (HTS) is controlled within a range of 300 to 430 ° C, and the low temperature aqueous gasification reactor (LTS) is controlled within a 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 is not completely treated in the low temperature aqueous gasification reactor (LTS) at the end of the low temperature water gasification reactor (LTS). The carbon monoxide remover includes a selective oxidation unit (PROX), which receives air from an air supply unit and burns only the carbon monoxide (CO) in the gas discharged from the low temperature aqueous gasification reactor (LTS) H 2 ) to reduce the concentration thereof.

상기 선택적산화반응기(PROX)는 냉각기와 온도센서가 설치된다. 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 시스템(200)이 상기 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 an embodiment of the present invention includes the controller 250 (shown in FIG. 2), the controller 250 controls the cooler using a signal output from the temperature sensor The temperature of the selective oxidation reactor (PROX) is controlled. For example, the selective oxidation reactor (PROX) is controlled within the range of 120 to 160 占 폚. However, the optimal 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 for supporting a selective oxidation catalyst. The selective oxidation catalyst is made of platinum (Pt) or the like, and the shape of the support carrying the catalyst may be, for example, a granular shape, a pellet shape, a honeycomb shape, etc. The material constituting the support may be alumina (Al 2 O 3 ) , Magnesium oxide (MgO), and the like.

이하에서는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a fuel cell system 200 according to a second embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5 및 도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템의 개념적인 구성도, 도 7은 도 5의 연료전지 시스템에 대한 제1실시예 및 제2실시예에 따른 구성도, 도 8은 도 5의 연료전지 시스템에 대한 제3실시예에 따른 구성도, 도 9는 도 5의 연료전지 시스템에 대한 제4실시예에 따른 구성도, 도 10은 도 5의 연료전지 시스템에 대한 제5실시예에 따른 구성도이다. 여기서, 도 1 내지 도 4와 동일한 구성은 동일한 도면부호를 사용한다.FIGS. 5 and 6 are conceptual structural diagrams of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention, FIG. 7 is a structural view according to the first and second embodiments of the fuel cell system of FIG. 5, 8 is a configuration diagram according to the third embodiment of the fuel cell system of Fig. 5, Fig. 9 is a configuration diagram according to the fourth embodiment of the fuel cell system of Fig. 5, and Fig. 10 is a schematic view of the fuel cell system of Fig. Fig. 8 is a configuration diagram according to the fifth embodiment. Fig. 1 to 4, the same reference numerals are used.

도 5 및 도 6을 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 수소생성부(400) 및 제1열교환부(500)를 포함한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210), 상기 수소생성부(400) 및 상기 제1열교환부(500) 등을 포함하는 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구현될 수도 있다.Referring to FIGS. 5 and 6, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention includes a fuel cell 210, a hydrogen generator 400, and a first heat exchanger 500. The fuel cell system 200 according to the present invention includes a control unit 250 for controlling the operation of all components including the fuel cell 210, the hydrogen generating unit 400, and the first heat exchanging unit 500 May be implemented.

도 5 및 도 6을 참고하면, 상기 연료전지(210)는 상기 수소생성부(400)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아 전기 화학적 반응을 통해 전기를 생산할 수 있다. 예컨대, 상기 연료전지(210)는 개질기(430)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아 전기 화학적 반응을 통해 전기를 생산할 수 있다. 상기 연료전지(210)는 1개 또는 복수개의 연료전지 모듈로 구성될 수 있다. 예컨대, 상기 연료전지(210)는 알칼리 연료전지(AFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 및 직접메탄올 연료전지(DMFC) 중 적어도 하나의 연료전지를 포함할 수 있다. 상기 연료전지(210)는 전기 화학적 반응을 거치면서 발생하는 배기가스를 상기 수소생성부(400)에 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 연료전지(210)는 상기 연소기(440)에 배기가스를 공급할 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 연료전지(210)의 운전 온도를 유지하기 위해, 연료 및 공기의 온도를 조절하여 공급하기 위한 열교환기 및 냉각기를 설치하여 운전할 수 있다.Referring to FIGS. 5 and 6, the fuel cell 210 may supply fuel containing hydrogen from the hydrogen generator 400 to generate electricity through an electrochemical reaction. For example, the fuel cell 210 may receive fuel containing hydrogen from the reformer 430 and generate electricity through an electrochemical reaction. The fuel cell 210 may include one or more fuel cell modules. For example, the fuel cell 210 may be 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) And a methanol fuel cell (DMFC). The fuel cell 210 can supply exhaust gas generated through an electrochemical reaction to the hydrogen generating unit 400. For example, the fuel cell 210 may supply exhaust gas to the combustor 440. Although not shown, in order to maintain the operating temperature of the fuel cell 210, a heat exchanger and a cooler for adjusting the temperature of the fuel and the air may be installed and operated.

도 5 내지 도 7을 참고하면, 상기 수소생성부(400)는 원료 처리부(410), 원료수 처리부(420), 개질기(430), 및 연소기(440)를 포함하여 구현될 수 있다. 상기 수소생성부(400)는 상기 원료 처리부(410)로부터 원료를 공급받고, 상기 원료수 처리부(420)로부터 물을 공급받아 상기 연료전지(210)에 필요한 수소가 포함된 연료를 생성한다. 상기 원료 저장탱크에 저장되는 원료는 해상 가스유(MGO), 해상 디젤유(MDO), 일반 중유(HFO), 메탄올, 디메틸에테르(DME), 액화석유가스(LPG) 및 LNG(액화천연가스) 등과 같은 액상 원료이다. 본 명세서에서는 LNG(액화천연가스)를 기화시켜 상기 연료전지(210) 및 후술할 가스터빈(600, 도 7에 도시됨)의 연료로 사용할 수 있다.5 to 7, the hydrogen generator 400 may include a raw material processing unit 410, a raw water treatment unit 420, a reformer 430, and a combustor 440. The hydrogen generator 400 receives the raw material from the raw material processor 410 and receives water from the raw water processor 420 to generate fuel containing hydrogen required for the fuel cell 210. The raw materials stored in the raw material storage tank may include at least one of MGO, MDO, HFO, methanol, dimethyl ether (DME) And the like. In this specification, LNG (liquefied natural gas) can be vaporized and used as fuel for the fuel cell 210 and a gas turbine 600 (shown in FIG. 7) to be described later.

상기 원료 처리부(410)는 LNG 저장탱크를 포함하는 원료 공급부(110)에서 공급되는 LNG(액화천연가스)를 증발시키는 LNG 증발기(4101) 및 상기 LNG 증발기(4101) 내부에 설치되는 기화기(4102)를 포함할 수 있다. 상기 기화기(4102)는 후술할 제2열교환부(700, 도 7에 도시됨)에 연결되게 설치됨으로써, 가스터빈(610, 도 7에 도시됨)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 LNG(액화천연가스)를 기화시킬 수 있다.The raw material processing unit 410 includes an LNG evaporator 4101 for evaporating LNG (liquefied natural gas) supplied from a raw material supply unit 110 including an LNG storage tank, a vaporizer 4102 installed inside the LNG evaporator 4101, . ≪ / RTI > The vaporizer 4102 is installed to be connected to a second heat exchanger 700 (shown in FIG. 7) to be described later so that waste heat of the exhaust gas discharged from the gas turbine 610 (shown in FIG. 7) Liquefied natural gas) can be vaporized.

상기 원료수 처리부(420)는 상기 원료수 공급부(120)로부터 원료수(예컨대, 물)를 공급받아 원료수를 전처리한다. 본 명세서에서 상기 원료수 처리부(420)는 복수기(121) 및 응축기(4202)를 포함할 수 있다.The raw water treatment unit 420 receives raw water (for example, water) from the raw water supply unit 120 and preprocesses the raw water. The raw water water treatment unit 420 may include a condenser 121 and a condenser 4202 in this specification.

도 7을 참고하면, 상기 복수기(121)는 응축기의 일종으로, 스팀(H20)을 냉각시켜 물을 생성한다. 상기 복수기(121)는 상기 원료수 공급부(120), 상기 제2열교환부(700), 후술할 스팀터빈(620, 도 7에 도시됨) 및 상기 응축기(4202)에 연결되게 설치된다. 상기 복수기(121)는 상기 원료수 공급부(120)에서 공급되는 물을 냉각매체로 하여 상기 스팀터빈(620, Steam Turbine)에서 공급되는 스팀(H20)의 증발열(蒸發熱)을 빼앗아 물로 응축시킨다. 상기 복수기(121)는 응축시킨 물을 상기 제2열교환부(700)에 공급할 수 있다.Referring to Figure 7, the condenser 121 is a type of condenser, to cool the steam (H 2 0) to produce water. The condenser 121 is connected to the raw water supply unit 120, the second heat exchanger 700, a steam turbine 620 (shown in FIG. 7) and the condenser 4202, which will be described later. The condenser 121 uses the water supplied from the raw water supply unit 120 as a cooling medium to deprive the evaporation heat of steam (H 2 0) supplied from the steam turbine 620, . The condenser 121 can supply the condensed water to the second heat exchanger 700.

도 7을 참고하면, 상기 응축기(4202)는 상기 가스터빈(610)이나 상기 연소기(440)의 배기가스에 포함된 스팀(H20)을 냉각해 응축시킨다. 상기 응축기(4202)는 수냉식, 공냉식, 증발식 등의 방법으로 스팀(H20)을 냉각시켜 응축시킬 수 있다. 상기 응축기(4202)는 상기 LNG 증발기(4101)를 거쳐 냉각된 상기 가스터빈(610)의 배기가스나 상기 제1열교환부(500)를 거친 후 공급되는 상기 연소기(440)의 배기가스로부터 스팀(H20)을 냉각시켜 응축시킨다. 상기 응축기(4202)를 거치면서 스팀(H20)은 물로 상변화되고, 상변화된 물은 상기 복수기(121)로 공급된다. 이 경우, 상기 응축기(4202)는 상기 원료수 공급부(120)와 별도로 상기 복수기(121)에 물을 공급할 수 있다. 따라서, 상기 응축기(4202)는 상기 원료수 공급부(120)가 공급하는 물의 양을 감소시킬 수 있으므로, 전기 생산에 소모되는 물을 절감할 수 있다. 상기 응축기(4202)에 공급되는 상기 가스터빈(610)이나 상기 연소기(440)의 배기가스 중 응축된 물을 제외한 나머지 잔여가스는 외부로 배출될 수 있다.Referring to FIG. 7, the condenser 4202 cools and condenses the steam (H 2 0) contained in the exhaust gas of the gas turbine 610 or the combustor 440. The condenser 4202 can cool and condense the steam (H 2 0) by a method such as water-cooling, air-cooling or evaporation. The condenser 4202 is connected to the exhaust gas of the gas turbine 610 cooled through the LNG evaporator 4101 or the exhaust gas of the combustor 440 supplied after passing through the first heat exchanging unit 500 H 2 O) is cooled and condensed. The steam (H 2 0) is changed into water through the condenser 4202, and the phase-changed water is supplied to the condenser 121. In this case, the condenser 4202 may supply water to the condenser 121 separately from the raw water supply unit 120. Therefore, the condenser 4202 can reduce the amount of water supplied by the raw water supply unit 120, thereby saving water consumed in the electricity production. The residual gas other than the condensed water in the exhaust gas of the gas turbine 610 or the combustor 440 supplied to the condenser 4202 may be discharged to the outside.

도 7을 참고하면, 상기 개질기(430)는 상기 LNG 증발기(4101)에서 공급되는 연료 및 상기 스팀터빈(620)에서 공급되는 스팀(H20)의 개질반응을 진행하여 수소(H2)를 포함하는 개질가스를 발생시킨다. 이러한 개질반응을 진행함에 있어서, 상기 개질기(430)는 상기 연소기(440)에서 제공되는 열 에너지를 이용할 수 있다.7, the reformer 430 reforms the fuel supplied from the LNG evaporator 4101 and steam (H 2 0) supplied from the steam turbine 620 to supply hydrogen (H 2 ) Thereby generating a reforming gas. In the reforming reaction, the reformer 430 may use thermal energy provided by the combustor 440.

도 7을 참고하면, 상기 연소기(440)는 상기 개질기(430)에서 개질반응이 원활하게 진행되도록 열을 제공한다. 상기 연소기(440)에 의한 개질기 가열온도가 낮은 경우, 상기 개질기(430)의 흡열반응에 의한 개질반응이 잘 진행되지 않으며 수분(물방울)이 상기 개질기(430) 내에 발생할 수 있다. 상기 연소기(440)의 가열온도가 높은 경우 상기 개질기(430)의 개질촉매층의 촉매활성이 저하될 수 있다. 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, 상기 LNG 증발기(4101)를 거친 상기 가스터빈(610)의 배기가스 또는 그 둘이나 셋을 혼합한 것을 연료로 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.Referring to FIG. 7, the combustor 440 provides heat to the reformer 430 so that the reforming reaction proceeds smoothly. When the reformer heating temperature by the combustor 440 is low, the reforming reaction by the endothermic reaction of the reformer 430 does not progress well and moisture (water droplets) may be 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 be lowered. The combustor 440 is connected to the raw material pretreated in the raw material treatment unit 410, the exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell stack of the fuel cell 210, the exhaust gas from the LNG evaporator 440, Or a mixture of two or three of the exhaust gas of the gas turbine 610 through the exhaust gas passage 4101 may be used as the fuel. 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 further use air discharged from the cathode of the fuel cell stack of the fuel cell 210.

도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제1실시예는 제1열교환부(500)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7, the first embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention may include a first heat exchanging part 500.

상기 제1열교환부(500)는 상기 공기공급부(130)와 상기 연료전지(210) 사이 및 상기 연소기(440)와 상기 응축기(4202) 사이에 설치된다. 상기 제1열교환부(500)는 상기 공기공급부(130)에서 상기 연료전지(210)로 공급되는 공기와 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스를 열교환시킨다. 이 경우, 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스는 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기를 가열하는 열원이 된다. 이에 따라, 상기 제1열교환부(500)는 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기를 가열할 수 있다. 따라서, 상기 제1열교환부(500)를 거친 공기는 고온으로 상기 연료전지(210)에 공급될 수 있다. 상기 연료전지(210)는 적절한 운전온도에서 전기 생산 효율이 향상된다. 예컨대, 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 유지한다. 따라서, 상기 제1열교환부(500)는 상기 연료전지(210)가 적정 운전온도에 신속하게 도달되도록 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기를 예열시킬 수 있다. 도시하지 않았지만, 제어부(250)는 상기 연소기(440)에서 상기 응축기(4202)로 배출되는 배기가스의 양을 조절함으로써 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기의 온도를 조절할 수 있다. 예컨대, 상기 제어부(250)는 상기 연소기(440)와 상기 제1열교환부(500)를 연결하는 관로에 설치된 밸브(Valve, 미도시)를 제어하여 상기 관로의 개도를 조절함으로써, 상기 연소기(440)에서 상기 제1열교환부(500)로 배출되는 배기가스의 양을 조절할 수 있다. 상기 제어부(250)는 상기 제1열교환부(500)에 공급되는 배기가스의 양을 증가시킴으로써 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기의 온도를 높여 상기 연료전지(210)의 운전온도에 대응하도록 할 수 있다. 상기 제어부(250)는 상기 제1열교환부(500)에 공급되는 배기가스의 양을 감소시킴으로써 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기의 온도를 낮출 수도 있다. 상기 제어부(250)는 상기 제1열교환부(500)에 공급되는 공기의 양을 조절함으로써 상기 연료전지(210)의 운전온도에 대응할 수도 있다.The first heat exchange unit 500 is installed between the air supply unit 130 and the fuel cell 210 and between the combustor 440 and the condenser 4202. The first heat exchanging unit 500 exchanges heat between the air supplied from the air supply unit 130 to the fuel cell 210 and the exhaust gas discharged from the combustor 440. In this case, the exhaust gas discharged from the combustor 440 becomes a heat source for heating the air supplied to the fuel cell 210. Accordingly, the first heat exchanging unit 500 can heat the air supplied to the fuel cell 210. Therefore, air passing through the first heat exchanging unit 500 can be supplied to the fuel cell 210 at a high temperature. The fuel cell 210 improves the electric production efficiency at an appropriate operating temperature. For example, in the case of a phosphoric acid type fuel cell (PAFC), the operation temperature is maintained at 190 to 210 ° C, the operation temperature of the MCFC is maintained at 550 to 650 ° C, In case of PEMFC, the operating temperature is maintained at 30 ~ 80 ℃. Therefore, the first heat exchanging unit 500 can preheat the air supplied to the fuel cell 210 so that the fuel cell 210 can be quickly reached the proper operating temperature. Although not shown, the control unit 250 may adjust the temperature of the air supplied to the fuel cell 210 by controlling the amount of exhaust gas discharged from the combustor 440 to the condenser 4202. For example, the control unit 250 controls a valve (not shown) provided in a conduit connecting the combustor 440 and the first heat exchanging unit 500 to adjust the opening degree of the conduit so that the combustor 440 The amount of the exhaust gas discharged to the first heat exchanging part 500 can be controlled. The control unit 250 increases the temperature of the air supplied to the fuel cell 210 by increasing the amount of the exhaust gas supplied to the first heat exchanging unit 500 so as to correspond to the operating temperature of the fuel cell 210 can do. The control unit 250 may lower the temperature of the air supplied to the fuel cell 210 by reducing the amount of exhaust gas supplied to the first heat exchanging unit 500. The control unit 250 may correspond to the operating temperature of the fuel cell 210 by adjusting the amount of air supplied to the first heat exchanging unit 500.

이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제1실시예는 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.Accordingly, the first embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention can achieve the following operational effects.

첫째, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제1실시예는 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기를 가열하도록 구현됨으로써, 종래 가열장치에 공급되는 연료를 전기 생산에 사용할 수 있으므로 전기 생산량을 증가시키고 상기 발전시스템의 효율을 높일 수 있다.First, the first embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention is configured to heat air supplied to the fuel cell 210 using waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor 440, The fuel supplied to the conventional heating device can be used for electricity production, thereby increasing the electric production amount and increasing the efficiency of the power generation system.

둘째, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제1실시예는 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기를 가열하도록 구현됨으로써, 별도의 가열장치를 생략할 수 있으므로 전기를 생산하는데 소모되는 구축비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 설치공간에 대한 범용성을 높일 수 있다.Second, the first embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention is configured to heat the air supplied to the fuel cell 210 using waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor 440, It is possible to omit a separate heating device, so that the construction cost consumed for producing electricity can be reduced, and the versatility for the installation space can be increased.

셋째, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제1실시예는 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기의 온도를 조절할 수 있도록 구현됨으로써, 상기 연료전지(210)의 적정 운전온도를 유지시켜 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있다.Third, the first embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention is configured to adjust the temperature of the air supplied to the fuel cell 210, thereby maintaining the proper operating temperature of the fuel cell 210 So that the electric production efficiency can be improved.

도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제2실시예는 전술한 상기 복수기(121), 터빈부(600) 및 제2열교환부(700)를 더 포함할 수 있다. 상기 터빈부(600)는 가스터빈(610)을 포함할 수 있다.7, the second embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention may further include the aforementioned condenser 121, the turbine unit 600, and the second heat exchange unit 700 . The turbine section 600 may include a gas turbine 610.

상기 가스터빈(610)은 상기 LNG 증발기(4101) 및 상기 공기공급부(130)에 연결되게 설치된다. 상기 가스터빈(610)은 상기 LNG 증발기(4101)에서 공급되는 연료 및 상기 공기공급부(130)에서 공급되는 공기로 전기를 생산할 수 있다. 상기 가스터빈(610)은 상기 공기공급부(130)에서 상기 제1열교환부(500)로의 공기 공급 관로에서 분기된 관로와 후술할 제2열교환부(700)에 연결되게 설치된다. 이에 따라, 상기 가스터빈(610)은 상기 제1열교환부(500)를 거치지 않고 상기 공기공급부(130)에서 공급되는 공기를 공급받을 수 있다. 즉, 상기 가스터빈(610)에 공급되는 공기는 상기 제1열교환부(500)에서 가열되지 않고 공급된다. 상기 가스터빈(610)에 공급되는 공기는 온도가 낮을수록 공기 압축비가 높아지기 때문이다. 공기 압축비가 높아지면, 상기 가스터빈(610)의 전기 생산 효율이 향상될 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 가스터빈(610)은 공기를 압축하는 압축기, 압축된 공기를 연료와 혼합하여 연소하는 연소기 및 연소 후의 배기가스가 팽창하는 터빈을 포함하여 구현될 수 있다. 상기 압축기는 공기공급부(130)에서 공급되는 공기를 압축한다. 상기 압축기에 의해 고압의 상태가 된 공기는 상기 연소기에서 상기 LNG 증발기(4101)에서 공급되는 연료와 혼합되어 연소된다. 상기 연소기에서 배출되는 배기가스는 고온, 고압의 상태로 상기 터빈으로 공급된다. 이에 따라, 상기 터빈은 상기 연소기의 배기가스에 의해 터빈날개가 회전됨으로써, 터빈날개에 결합된 회전축을 회전시킬 수 있다. 상기 터빈의 회전축은 발전기(Generator, 미도시)의 회전축에 연결되게 설치된다. 따라서, 상기 발전기는 상기 터빈의 회전축이 회전됨에 따라 전기를 생산할 수 있다. 상기 가스터빈(610)에서 배출되는 배기가스는 후술할 상기 제2열교환부(700)를 거쳐 상기 LNG 증발기(4101)로 공급되어 LNG(액화천연가스)를 기화시키는 열원으로 사용될 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제2실시예는 상기 가스터빈(500)을 설치함으로써, 상기 연료전지(210)와 별도로 전기를 추가 생산할 수 있으므로 전기 생산량을 증가시킬 수 있다.The gas turbine 610 is connected to the LNG evaporator 4101 and the air supply unit 130. The gas turbine 610 may generate electricity from fuel supplied from the LNG evaporator 4101 and air supplied from the air supply unit 130. The gas turbine 610 is connected to a channel branched from the air supply line to the first heat exchange unit 500 from the air supply unit 130 and to a second heat exchange unit 700 to be described later. Accordingly, the gas turbine 610 can receive the air supplied from the air supply unit 130 without passing through the first heat exchange unit 500. That is, the air supplied to the gas turbine 610 is supplied to the first heat exchanger 500 without being heated. The lower the temperature of the air supplied to the gas turbine 610, the higher the air compression ratio becomes. As the air compression ratio increases, the electricity production efficiency of the gas turbine 610 can be improved. Although not shown, the gas turbine 610 may be embodied including a compressor for compressing air, a combustor for combusting compressed air with fuel, and a turbine for expanding the exhaust gas after combustion. The compressor compresses the air supplied from the air supply unit 130. The air in the high pressure state by the compressor is mixed with the fuel supplied from the LNG evaporator 4101 in the combustor and burned. The exhaust gas discharged from the combustor is supplied to the turbine at a high temperature and a high pressure. Accordingly, the turbine is rotated by the exhaust gas of the combustor, thereby rotating the rotary shaft coupled to the turbine blade. The rotary shaft of the turbine is connected to a rotary shaft of a generator (not shown). Accordingly, the generator can generate electricity as the rotary shaft of the turbine is rotated. The exhaust gas discharged from the gas turbine 610 may be supplied to the LNG evaporator 4101 through the second heat exchanger 700 to be described later and used as a heat source for vaporizing the LNG (liquefied natural gas). Accordingly, the second embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention can additionally generate electricity separately from the fuel cell 210 by installing the gas turbine 500, have.

상기 제2열교환부(700)는 상기 가스터빈(610)과 상기 LNG 증발기(4101) 사이, 및 상기 복수기(121)와 후술할 상기 스팀터빈(620) 사이에 설치된다. 상기 제2열교환부(700)는 상기 가스터빈(610)에서 배출되는 배기가스와 상기 복수기(121)에서 공급되는 물을 열교환시킨다. 예컨대, 상기 제2열교환부(700)는 배열회수증기발생기(Heat Recovery Steam Generator, HRSG)일 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 배열회수증기발생기(HRSG)는 위쪽에 한 개의 스팀드럼과 아래쪽에 한 개 또는 다수 개의 워터드럼을 장착하고, 상기 스팀드럼과 워터드럼사이를 여러 개의 수관으로 연결하여 관군부를 형성하고, 상기 가스터빈(610)에서 배출되는 배기가스가 상기 관군부를 통과하면서 관군부 외부의 물과 열교환을 하여 스팀(H20)을 발생시키게 된다. 이 경우, 상기 가스터빈(610)에서 배출되는 배기가스의 폐열이 상기 복수기(121)에서 공급되는 물을 가열하는 열원이 된다. 이에 따라, 상기 제2열교환부(700)는 상기 복수기(121)에서 공급되는 물을 고온 고압 상태의 스팀(H20)으로 상변화시킬 수 있다. 상기 제2열교환부(700)를 거친 스팀(H20)은 상기 스팀터빈(620, 도 7에 도시됨)으로 공급될 수 있다. 상기 제2열교환부(700)를 거친 상기 가스터빈(610)의 배기가스는 상기 LNG 증발기(4101)로 공급될 수 있다. 이 경우, 상기 LNG 증발기(4101)는 상기 제2열교환부(700)에서 배출되는 상기 가스터빈(610)의 배기가스 폐열을 열원으로 LNG(액화천연가스)를 기화시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제2실시예는 상기 가스터빈(610)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 스팀터빈(620)에 공급될 스팀(H20)을 생성할 뿐만 아니라, LNG(액화천연가스)를 기화시킬 수도 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제2실시예는 상기 스팀터빈(620)에 공급하기 위한 스팀(H20)을 생성하기 위해, 상기 복수기(121)에서 공급되는 물을 가열하는 별도의 가열장치를 생략할 수 있으므로 구축비용을 절감할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제2실시예는 LNG(액화천연가스)를 기화시키기 위한 별도의 가열장치를 생략할 수 있으므로 전기를 생산하기 위한 구축비용을 절감할 수 있다.The second heat exchange unit 700 is installed between the gas turbine 610 and the LNG evaporator 4101 and between the condenser 121 and the steam turbine 620 to be described later. The second heat exchanger 700 exchanges heat between exhaust gas discharged from the gas turbine 610 and water supplied from the condenser 121. For example, the second heat exchanger 700 may be a heat recovery steam generator (HRSG). Although not shown, the arrangement of the steam generator (HRSG) includes one steam drum at the upper side and one or more water drums at the lower side, and a plurality of water tubes are connected between the steam drum and the water drum Exhaust gas discharged from the gas turbine 610 passes through the tubular unit and exchanges heat with water outside the tubular unit to generate steam (H 2 O). In this case, the waste heat of the exhaust gas discharged from the gas turbine 610 serves as a heat source for heating the water supplied from the condenser 121. Accordingly, the second heat exchanger 700 can convert the water supplied from the condenser 121 into steam (H 2 0) in a high-temperature and high-pressure state. The steam H 2 0 passing through the second heat exchanger 700 may be supplied to the steam turbine 620 (shown in FIG. 7). The exhaust gas of the gas turbine 610 through the second heat exchanger 700 may be supplied to the LNG evaporator 4101. In this case, the LNG evaporator 4101 can vaporize the LNG (liquefied natural gas) using the exhaust gas waste heat of the gas turbine 610 discharged from the second heat exchanger 700 as a heat source. Accordingly, the second embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention uses the waste heat of the exhaust gas discharged from the gas turbine 610 to generate steam (H 2 0) to be supplied to the steam turbine 620, , But also LNG (liquefied natural gas) can be vaporized. Therefore, the second embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention is characterized in that the water supplied from the condenser 121 is supplied to the steam turbine 620 in order to generate steam (H 2 0) A separate heating device for heating can be omitted, thereby reducing the construction cost. In addition, the second embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention can omit a separate heating device for vaporizing LNG (liquefied natural gas), thereby reducing the construction cost for producing electricity .

도 7을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제2실시예는 스팀터빈(620)을 더 포함할 수 있다. 상기 스팀터빈(620)은 상기 터빈부(600)에 포함될 수 있다.Referring to FIG. 7, the second embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention may further include a steam turbine 620. The steam turbine 620 may be included in the turbine unit 600.

상기 스팀터빈(620)은 상기 제2열교환부(700)에 연결되게 설치되어, 상기 제2열교환부(700)에서 배출되는 스팀(H20)을 공급받을 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 스팀터빈(620)은 다이어프램, 로터, 버켓, 발전기를 포함하여 구현될 수 있다. 상기 다이어프램에는 고정익 구비되고, 상기 버켓에는 회전익이 구비된다. 상기 고정익은 상기 제2열교환부(700)에서 배출되는 스팀(H20)의 방향을 바꾸어 상기 회전익으로 유도하고, 상기 회전익은 상기 고정익으로부터 유도된 스팀(H20)에 의해 회전력을 발생시켜 로터를 회전시킨다. 상기 로터는 발전기에 연결되게 설치된다. 상기 발전기는 로터가 회전함에 따라 전기를 생산할 수 있다. 이에 따라, 상기 스팀터빈(620)은 상기 제2열교환부(700)에서 배출되는 스팀(H20)으로 전기를 생산할 수 있다. 상기 스팀터빈(620)에서 생산된 전기는 전기설비 또는 에너지 저장장치, 예를 들어 배터리로 공급될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제2실시예는 상기 가스터빈(610) 및 상기 스팀터빈(620)을 포함하는 상기 터빈부(600)를 설치하여, 상기 연료전지(210)와 별도로 전기를 추가 생산할 수 있다. 상기 스팀터빈(620)을 거친 스팀(H20)은 상기 복수기(121)로 공급되어 물로 환원될 수 있다.The steam turbine 620 is installed to be connected to the second heat exchanger 700 and can receive the steam H 2 0 discharged from the second heat exchanger 700. Although not shown, the steam turbine 620 may include a diaphragm, a rotor, a bucket, and a generator. The diaphragm is provided with a fixed blade, and the bucket is provided with a rotor blade. The fixed wing changes the direction of steam (H 2 0) discharged from the second heat exchanger (700) to be guided to the rotor blade, and the rotor blade generates a rotational force by the steam (H 2 0) Rotate the rotor. The rotor is installed to be connected to the generator. The generator can produce electricity as the rotor rotates. Accordingly, the steam turbine 620 can generate electricity using the steam H 2 0 discharged from the second heat exchanger 700. The electricity generated by the steam turbine 620 may be supplied to an electric facility or an energy storage device, for example, a battery. The second embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention includes the turbine unit 600 including the gas turbine 610 and the steam turbine 620, ) Can be produced separately from electricity. The steam (H 2 0) passing through the steam turbine 620 can be supplied to the condenser 121 and reduced to water.

도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제3실시예는 기수분리기(4201)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the third embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention may include a water separator 4201.

상기 기수분리기(4201)는 상기 LNG 증발기(4101)와 상기 연소기(440) 사이에 설치되어, 상기 가스터빈(610) 배기가스가 상기 LNG 증발기(4101)를 거치면서 냉각되어 응축된 물과 미연소 연료를 포함한 가스로 분리한다. 상기 기수분리기(4201)에서 분리된 물은 상기 응축기(4202)로 보내져, 상기 발전시스템에서 사용할 수 있다. 또한, 상기 기수분리기(4201)에서 분리된 미연소 연료를 포함한 가스는 상기 연소기(440)에 공급되어, 상기 연소기(440)의 연소반응 연료로 사용하여 상기 개질기(430)에 열을 공급하도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제3실시예는 상기 기수분리기(4201)를 설치함으로써, 상기 가스터빈(610)의 배기가스 중에 포함된 물과 미연소 연료를 분리하여 각각 상기 응축기(4202)와 상기 연소기(440)으로 공급할 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지 시스템(200)에 외부로부터의 원료수 공급을 줄일 수 있고, 상기 연소기(440)에서 필요한 연료의 양을 줄임으로써 상기 발전시스템의 효율을 높일 수 있다.The water separator 4201 is installed between the LNG evaporator 4101 and the combustor 440 so that the exhaust gas of the gas turbine 610 is cooled while passing through the LNG evaporator 4101, Separate into gas containing fuel. The water separated from the water separator 4201 is sent to the condenser 4202 and can be used in the power generation system. The gas containing unburned fuel separated from the water separator 4201 is supplied to the combustor 440 and used as a combustion reaction fuel for the combustor 440 to supply heat to the reformer 430 . Therefore, in the third embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention, water contained in the exhaust gas of the gas turbine 610 is separated from unburned fuel by installing the water separator 4201, To the condenser 4202 and the combustor 440. Accordingly, it is possible to reduce the supply of raw water from the outside to the fuel cell system 200 and to reduce the amount of fuel required in the combustor 440, thereby increasing the efficiency of the power generation system.

도 9를 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제4실시예는 제3열교환부(710)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, the fourth embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention may further include a third heat exchanger 710.

상기 제3열교환부(710)는 상기 제2열교환부(700)와 상기 LNG 증발기(4101) 사이에 설치되어, 상기 제2열교환부(700)에서 다소 냉각된 상기 가스터빈(610)의 배기가스를 상기 연료전지(210)의 배기가스와 열교환시킨다. 이 경우, 상기 연료전지(210)의 배기가스는 상기 LNG 증발기(4101)로 공급되는 상기 가스터빈(610) 배기가스를 가열하는 열원이 된다. 이에 따라, 상기 LNG 증발기(4101)로 공급되는 상기 가스터빈(610)의 배기가스의 온도를 높여 상기 가스터빈(610)과 상기 연료전지(210)에서 필요한 연료량에 충분히 대응할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제4실시예는 제3열교환부(710)에서 가열된 상기 가스터빈(610)의 배기가스를 이용하여 상기 LNG 증발기(4101)에서 LNG를 증발시킬 수 있으므로 상기 발전시스템의 효율을 높일 수 있다.The third heat exchanging unit 710 is installed between the second heat exchanging unit 700 and the LNG evaporator 4101 and is disposed between the second heat exchanging unit 700 and the LNG evaporator 4101. The exhaust gas of the gas turbine 610, To the exhaust gas of the fuel cell (210). In this case, the exhaust gas of the fuel cell 210 becomes a heat source for heating the exhaust gas of the gas turbine 610 supplied to the LNG evaporator 4101. Accordingly, the temperature of the exhaust gas of the gas turbine 610 supplied to the LNG evaporator 4101 can be increased to sufficiently cope with the amount of fuel required by the gas turbine 610 and the fuel cell 210. Accordingly, the fourth embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention uses the exhaust gas of the gas turbine 610 heated in the third heat exchanger 710 to heat the LNG in the LNG evaporator 4101 The efficiency of the power generation system can be increased.

도 10을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제5실시예는 제4열교환부(810)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 10, the fifth embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention may further include a fourth heat exchanging unit 810.

상기 제4열교환부(810)는 상기 연소기(440)와 상기 제1열교환부(500) 사이, 및 상기 스팀터빈(620)과 상기 개질기(430) 사이에 설치된다. 상기 제4열교환부(810)는 상기 스팀터빈(620)에서 상기 개질기(430)로 공급되는 스팀(H20)이 가열되도록 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스와 상기 스팀터빈(620)에서 공급되는 스팀(H20)을 열교환시킨다. 이 경우, 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스의 폐열이 상기 스팀터빈(620)에서 공급되는 스팀(H20)을 가열하는 열원이 된다. 이에 따라, 상기 제4열교환부(810)는 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H20)의 양을 증가시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제5실시예는 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H20)의 양을 증가시킴으로써, 상기 개질기(430)의 개질 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제5실시예는 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H20)의 유량을 증가시키거나 온도를 높임으로써 상기 개질기(430)의 흡열반응을 촉진시켜 개질반응이 더 원활하게 진행되도록 할 수 있다.The fourth heat exchanger 810 is installed between the combustor 440 and the first heat exchanger 500 and between the steam turbine 620 and the reformer 430. The fourth heat exchanging unit 810 exchanges heat between the exhaust gas discharged from the combustor 440 and the steam turbine 620 so that the steam H 2 0 supplied to the reformer 430 from the steam turbine 620 is heated. Exchanges heat with steam (H 2 0) In this case, the waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor 440 becomes a heat source for heating the steam H 2 0 supplied from the steam turbine 620. Accordingly, the fourth heat exchanger 810 can increase the amount of the steam H 2 0 supplied to the reformer 430. Therefore, the fifth embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention can improve the reforming efficiency of the reformer 430 by increasing the amount of the steam H 2 0 supplied to the reformer 430 . The fifth embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention can increase the flow rate of the steam H 2 0 supplied to the reformer 430 or increase the temperature of the reformer 430, The reaction can be promoted so that the reforming reaction proceeds more smoothly.

이하에서는 본 발명에 따른 선박의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments 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 view showing an example of a ship according to the present invention.

도 1 내지 도 11을 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), 제1열교환부(500), 터빈부(600), 제2열교환부(700), 제3열교환부(710) 및 제4열교환부(810)를 포함한다. 상기 터빈부(600)는 가스터빈(610) 및 스팀터빈(620)을 포함할 수 있다. 상기 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210), 상기 수소생성부(400), 상기 제1열교환부(500), 상기 가스터빈(610), 상기 스팀터빈(620), 상기 제2열교환부(700), 상기 제3열교환부(710) 및 상기 제4열교환부(810) 등을 포함한 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구현될 수도 있다.Referring to FIGS. 1 to 11, a ship 900 according to the present invention is provided with a power generation system 100 on a ship 910. The power generation system 100 includes a fuel cell system 200. The fuel cell system 200 includes a fuel cell 210, a hydrogen generator 400, a first heat exchanger 500, a turbine 600, a second heat exchanger 700, a third heat exchanger 710, And a fourth heat exchanging unit 810. The turbine section 600 may include a gas turbine 610 and a steam turbine 620. The fuel cell system 200 includes the fuel cell 210, the hydrogen generator 400, the first heat exchanger 500, the gas turbine 610, the steam turbine 620, And a control unit 250 for controlling the operation of all components including the first heat exchanging unit 700, the third heat exchanging unit 710, and the fourth heat exchanging unit 810.

상기 연료전지(210)는 상기 수소생성부(400)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아 전기 화학적 반응을 통해 전기를 생산할 수 있다. 예컨대, 상기 연료전지(210)는 개질기(430)로부터 수소가 포함된 연료를 공급받아 전기 화학적 반응을 통해 전기를 생산할 수 있다. 상기 연료전지(210)는 알칼리 연료전지(AFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 및 직접메탄올 연료전지(DMFC) 중 적어도 하나의 연료전지를 포함하여 구현될 수 있다.The fuel cell 210 is supplied with hydrogen-containing fuel from the hydrogen generator 400 and can generate electricity through an electrochemical reaction. For example, the fuel cell 210 may receive fuel containing hydrogen from the reformer 430 and generate electricity through an electrochemical reaction. The fuel cell 210 may be 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) And a battery (DMFC).

상기 수소생성부(400)는 원료 처리부(410), 원료수 처리부(420), 개질기(430), 및 연소기(440)를 포함하여 구현될 수 있다. 상기 원료 처리부(410)는 상기 원료 공급부(110)로부터 원료를 공급받아 전처리하는 LNG 증발기(4101) 및 LNG 증발기(4101) 내부에 설치되는 기화기(4102)를 포함한다. 상기 원료수 처리부(420)는 상기 연소기(440)의 배기가스에 포함된 스팀(H20)을 응축시켜 물로 환원시키는 응축기(4202), 및 상기 원료수 공급부(120)로부터 공급되는 물을 전처리하기 위한 복수기(121)를 포함할 수 있다. 상기 수소생성부(400)는 상기 원료 공급부(110)로부터 원료를 공급받고, 상기 원료수 처리부(420)로부터 스팀(H20)을 공급받아 상기 연료전지(210)에 필요한 수소가 포함된 연료를 생성한다. 여기서, 상기 LNG 증발기(4101)는 상기 제2열교환부(700)에 연결되게 설치되어, 상기 가스터빈(610)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 LNG(액화천연가스)를 기화시킬 수 있다.The hydrogen generator 400 may include a raw material processing unit 410, a raw water treatment unit 420, a reformer 430, and a combustor 440. The raw material processing unit 410 includes an LNG evaporator 4101 for supplying raw material from the raw material supply unit 110 and pretreatment and a vaporizer 4102 installed in the LNG evaporator 4101. The raw water water treatment unit 420 includes a condenser 4202 for condensing the steam H 2 0 contained in the exhaust gas of the combustor 440 into water and a condenser 4202 for pretreating the water supplied from the raw water supply unit 120 And may include a plurality of converters 121 for performing a predetermined operation. The hydrogen generating unit 400 receives the raw material from the raw material supplying unit 110 and receives steam H 2 0 from the raw water treating unit 420 to generate a fuel containing hydrogen necessary for the fuel cell 210 . The LNG evaporator 4101 is connected to the second heat exchanger 700 so that waste heat of the exhaust gas discharged from the gas turbine 610 can vaporize LNG (liquefied natural gas) as a heat source .

상기 제1열교환부(500)는 상기 공기공급부(130)에서 상기 연료전지(210)로 공급되는 공기와 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스를 열교환시킨다. 이 경우, 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스는 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기를 가열하는 열원이 된다. 따라서, 상기 제1열교환부(500)는 상기 연료전지(210)가 적정 운전온도에 신속하게 도달되도록 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기를 가열할 수 있다.The first heat exchanging unit 500 exchanges heat between the air supplied from the air supply unit 130 to the fuel cell 210 and the exhaust gas discharged from the combustor 440. In this case, the exhaust gas discharged from the combustor 440 becomes a heat source for heating the air supplied to the fuel cell 210. Accordingly, the first heat exchanging unit 500 can heat the air supplied to the fuel cell 210 so that the fuel cell 210 can quickly reach the proper operating temperature.

상기 터빈부(600)는 가스터빈(510)과 스팀터빈(520)을 포함하여 구현될 수 있다. 상기 가스터빈(610)은 가스 연료의 연소를 통해 구동력을 발생시킨다. 상기 가스터빈(610)은 발전기에 연결되게 설치되어, 발생시킨 구동력을 발전기에 제공하여 전기를 생산할 수 있다. 또한, 상기 가스터빈은 동일한 샤프트에 압축기와 같이 설치되어, 발생시킨 구동력을 압축기에 제공할 수도 있다. 이 경우, 압축기는 공기, 물 등과 같은 유체를 압축시킬 수 있다. The turbine unit 600 may include a gas turbine 510 and a steam turbine 520. The gas turbine 610 generates a driving force through combustion of the gaseous fuel. The gas turbine 610 is installed to be connected to the generator, and can generate electricity by providing the generated driving force to the generator. In addition, the gas turbine may be installed in the same shaft as the compressor, and may provide the generated driving force to the compressor. In this case, the compressor can compress fluid such as air, water, and the like.

상기 가스터빈(610)은 상기 LNG 증발기(4101)에서 공급되는 연료로 전기를 생산할 수 있다. 상기 가스터빈(610)은 압축기, 연소기 및 터빈을 포함하여 구현될 수 있다. 상기 가스터빈(610)은 상기 LNG 증발기(4101)에서 공급되는 연료를 압축 및 연소시켜 상기 터빈을 작동시킴으로써, 상기 터빈에 연결된 발전기를 작동시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 가스터빈(610)은 상기 연료전지(210)와 별도로 전기를 생산할 수 있다.The gas turbine 610 can generate electricity from the fuel supplied from the LNG evaporator 4101. The gas turbine 610 may be implemented including a compressor, a combustor, and a turbine. The gas turbine 610 may operate the generator connected to the turbine by operating the turbine by compressing and burning fuel supplied from the LNG evaporator 4101. Accordingly, the gas turbine 610 can generate electricity separately from the fuel cell 210.

상기 제2열교환부(700)는 상기 가스터빈(610)에서 배출되는 배기가스 및 상기 복수기(121)에서 공급되는 물을 열교환시킨다. 예컨대, 상기 제2열교환부(700)는 배열회수증기발생기(Heat Recovery Steam Generator, HRSG)일 수 있다. 상기 가스터빈(610)에서 배출되는 배기가스의 폐열은 상기 복수기(121)에서 공급되는 물을 가열하는 열원이 된다. 이에 따라, 상기 제2열교환부(700)는 상기 복수기(121)에서 공급되는 물을 스팀(H20)으로 상변화시킬 수 있다. 상기 제2열교환부(700)를 거친 스팀(H20)은 상기 스팀터빈(620)으로 공급되어 전기를 생산하는 동력원으로 사용된다. 상기 제2열교환부(700)를 거친 상기 가스터빈(610)의 배기가스는 상기 LNG 증발기(4101)로 공급되어, LNG(액화천연가스)를 기화시킬 수 있다.The second heat exchanger 700 exchanges heat between exhaust gas discharged from the gas turbine 610 and water supplied from the condenser 121. For example, the second heat exchanger 700 may be a heat recovery steam generator (HRSG). The waste heat of the exhaust gas discharged from the gas turbine 610 serves as a heat source for heating the water supplied from the condenser 121. Accordingly, the second heat exchanger 700 can change the water supplied from the condenser 121 to steam (H 2 0). The steam (H 2 0) passing through the second heat exchanger (700) is supplied to the steam turbine (620) and used as a power source for generating electricity. The exhaust gas of the gas turbine 610 through the second heat exchanger 700 is supplied to the LNG evaporator 4101 to vaporize the LNG (liquefied natural gas).

상기 스팀터빈(620)은 상기 제2열교환부(700)에 연결되게 설치되어, 상기 제2열교환부(700)에서 배출되는 스팀(H20)을 공급받을 수 있다. 이에 따라, 상기 스팀터빈(620)은 상기 제2열교환부(700)에서 배출되는 스팀(H20)으로 전기를 생산할 수 있다. 상기 스팀터빈(620)에서 생산된 전기는 전기설비 또는 에너지 저장장치, 예를 들어 배터리로 공급될 수 있다. 상기 스팀터빈(620)을 거친 스팀(H20)은 상기 복수기(121)로 공급되어 물로 환원될 수 있다.The steam turbine 620 is installed to be connected to the second heat exchanger 700 and can receive the steam H 2 0 discharged from the second heat exchanger 700. Accordingly, the steam turbine 620 can generate electricity using the steam H 2 0 discharged from the second heat exchanger 700. The electricity generated by the steam turbine 620 may be supplied to an electric facility or an energy storage device, for example, a battery. The steam (H 2 0) passing through the steam turbine 620 can be supplied to the condenser 121 and reduced to water.

상기 기수분리기(4201)는 상기 LNG증발기(4101)와 상기 연소기(440) 사이에 설치되어, 상기 가스터빈(610)의 배기가스가 상기 LNG 증발기(4101)를 거치면서 냉각되어 응축된 물과 미연소 연료를 포함한 가스로 분리한다. 상기 기수분리기(4201)에서 분리된 물은 상기 응축기(4202)로 보내져, 상기 발전시스템에서 사용할 수 있다. 또한, 상기 기수분리기(4201)에서 분리된 미연소 연료를 포함한 가스는 상기 연소기(440)에 공급되어, 상기 연소기(440)의 연소반응 연료로 사용하여 상기 개질기(430)에 열을 공급하도록 할 수 있다.The water separator 4201 is installed between the LNG evaporator 4101 and the combustor 440 so that the exhaust gas of the gas turbine 610 is cooled while passing through the LNG evaporator 4101, Separate into gas containing combustion fuel. The water separated from the water separator 4201 is sent to the condenser 4202 and can be used in the power generation system. The gas containing unburned fuel separated from the water separator 4201 is supplied to the combustor 440 and used as a combustion reaction fuel for the combustor 440 to supply heat to the reformer 430 .

상기 제3열교환부(710)는 상기 제2열교환부(700)와 상기 LNG 증발기(4101) 사이에 설치되어, 상기 제2열교환부(700)에서 다소 냉각된 상기 가스터빈(610) 배기가스를 상기 연료전지(210) 배기가스와 열교환시킨다. 이 경우, 상기 연료전지(210) 배기가스는 상기 LNG 증발기(4101)로 공급되는 상기 가스터빈(610) 배기가스를 가열하는 열원이 된다. 이에 따라, 상기 LNG 증발기(4101)로 공급되는 상기 가스터빈(610)의 배기가스의 온도를 높여 상기 가스터빈(610)과 상기 연료전지(210)에서 필요한 연료량에 충분히 대응할 수 있다.The third heat exchanging unit 710 is installed between the second heat exchanging unit 700 and the LNG evaporator 4101 to supply exhaust gas of the gas turbine 610 cooled in the second heat exchanging unit 700 Exchanges heat with the exhaust gas of the fuel cell 210. In this case, the exhaust gas of the fuel cell 210 becomes a heat source for heating the exhaust gas of the gas turbine 610 supplied to the LNG evaporator 4101. Accordingly, the temperature of the exhaust gas of the gas turbine 610 supplied to the LNG evaporator 4101 can be increased to sufficiently cope with the amount of fuel required by the gas turbine 610 and the fuel cell 210.

상기 제4열교환부(810)는 상기 스팀터빈(620)에서 상기 개질기(430)로 공급되는 스팀(H20)이 가열되도록 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스와 상기 스팀터빈(620)에서 공급되는 스팀(H20)을 열교환시킨다. 이 경우, 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스의 폐열이 상기 스팀터빈(620)에서 공급되는 스팀(H20)을 가열하는 열원이 된다. 이에 따라, 상기 제4열교환부(810)는 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H20)의 양을 증가시킬 수 있다.The fourth heat exchanging unit 810 exchanges heat between the exhaust gas discharged from the combustor 440 and the steam turbine 620 so that the steam H 2 0 supplied to the reformer 430 from the steam turbine 620 is heated. Exchanges heat with steam (H 2 0) In this case, the waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor 440 becomes a heat source for heating the steam H 2 0 supplied from the steam turbine 620. Accordingly, the fourth heat exchanger 810 can increase the amount of the steam H 2 0 supplied to the reformer 430.

따라서, 본 발명에 따른 선박(900)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.Therefore, the ship 900 according to the present invention can achieve the following operational effects.

첫째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기를 가열하도록 구현됨으로써, 종래 가열장치에 공급되는 연료를 전기 생산에 사용할 수 있으므로 전기 생산량을 증가시키고 상기 발전시스템의 효율을 높일 수 있다.First, the ship 900 according to the present invention is configured to heat the air supplied to the fuel cell 210 by using the waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor 440, It can be used for electric production, so that the electric production amount can be increased and the efficiency of the power generation system can be increased.

둘째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 상기 연료전지(210)에 공급되는 공기를 가열하도록 구현됨으로써, 별도의 가열장치를 생략할 수 있으므로 전기를 생산하는데 소모되는 구축비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 설치공간에 대한 범용성을 높일 수 있다.Second, since the ship 900 according to the present invention is configured to heat the air supplied to the fuel cell 210 using the waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor 440, a separate heating device can be omitted Therefore, it is possible not only to reduce the construction cost consumed in producing electricity, but also to increase the versatility of the installation space.

셋째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 스팀터빈(620)에 공급하기 위한 스팀(H20)을 생성하기 위해, 상기 복수기(121)에서 공급되는 물을 가열하는 별도의 가열장치를 생략할 수 있으므로 구축비용을 절감할 수 있다.Third, the ship 900 according to the present invention may not include a separate heating device for heating the water supplied from the condenser 121 in order to generate steam (H 2 0) for supplying the steam turbine 620 It is possible to reduce the construction cost.

넷째, 본 발명에 따른 선박(900)은 LNG(액화천연가스)를 기화시키기 위한 별도의 가열장치를 생략할 수 있으므로 전기를 생산하기 위한 구축비용을 절감할 수 있다.Fourth, since the ship 900 according to the present invention can omit a separate heating device for vaporizing LNG (liquefied natural gas), the construction cost for producing electricity can be reduced.

다섯째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 가스터빈(610) 및 상기 스팀터빈(620)을 설치함으로써, 상기 연료전지(210)와 별도로 전기를 추가 생산할 수 있다.Fifth, the ship 900 according to the present invention can additionally generate electricity separately from the fuel cell 210 by installing the gas turbine 610 and the steam turbine 620.

여섯째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 연료전지 시스템(200)의 운전에 필요한 외부로부터의 원료수 공급을 줄일 수 있고, 상기 연소기(440)에서 필요한 연료의 양을 줄임으로써 상기 발전시스템의 효율을 높일 수 있다.Sixth, the ship 900 according to the present invention can reduce the supply of raw water from the outside required for the operation of the fuel cell system 200 and reduce the amount of fuel required in the combustor 440, The efficiency can be increased.

일곱째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H20)의 온도를 높이고 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H20)의 양을 증가시킴으로써, 상기 개질기(430)의 흡열반응을 촉진시켜 개질반응이 더 원활하게 진행되도록 할 수 있다.Seventh, by ship 900 according to the present invention is to increase the amount of steam (H 2 0) to increase the temperature of the steam (H 2 0) supplied to the reformer 430 is supplied to the reformer 430, the The reforming reaction can be promoted more smoothly by promoting the endothermic reaction of the reformer 430.

도 1 내지 도 11을 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, NG(천연가스), 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) 등과 같이 상대적으로 높은 분자량을 갖는 액상 원료 등일 수 있다.Referring to FIGS. 1 to 11, the hull 910 constitutes the overall appearance of the ship 900 according to the present invention. The hull 910 is provided with an engine for generating a propulsive force for moving the hull 910 and a material supply unit 110 for supplying the material to the engine. For example, the raw material is a material of a hydrocarbon series, NG (natural gas), LPG (liquefied petroleum gas), methanol (CH 3 OH), ethanol (C 2 H 5 OH), petrol, dimethyl ether, methane, hydrogen Liquid raw materials having a relatively high molecular weight such as refined off gas, pure water, and marine gas oil (MGO), marine diesel oil (MDO), and heavy fuel oil (HFO) .

상기 선체(910)에는 원료수를 저장하는 원료수 저장탱크와 상기 원료수 저장탱크로부터 원료수를 공급하는 원료수 공급부(120)가 설치된다. 상기 원료수는 예를 들어, 상수, 민물, 또는 해수일 수 있다. 다른 예로, 원료수는 상수, 민물, 해수에서 불순물 제거 처리나 이온제거 처리된 물일 수 있다.The hull 910 is provided with a raw water storage tank for storing raw water and a raw water supply unit 120 for supplying the raw water from the raw water storage tank. The source water may be, for example, a constant, freshwater, or seawater. In another example, the raw water may be impurity removal treatment or ion removal treatment in a constant, fresh, or 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 등 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 외부공기의 불순물 제거 후 상압으로 공급하도록 구현될 수 있다. The hull 910 is provided with an air supply unit 130 for supplying air to the fuel cell system 200. Normally, air means a gas including nitrogen, oxygen, carbon dioxide and the like, but also includes the case where all gases other than oxygen such as nitrogen or carbon dioxide, or both gases are removed from the air. The air supply unit 130 may include an air storage tank and a device (for example, a blower) for supplying air from the air storage tank. As another example, the air supply unit 130 may be configured to supply the compressed high-pressure air after the external air is supplied, compress the high-pressure air, or to remove the foreign air and supply the compressed air at a normal pressure.

상기 선체(910)에는 상기 연료전지 시스템(200)에서 나오는 출력전압을 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.A DC-DC converter for boosting or reducing the output voltage from the fuel cell system 200 and a DC-AC inverter for converting a direct current (DC) to an alternating current (AC) A conversion unit 140 is provided. The power conversion unit 140 discharges the electric power supplied from the fuel cell system 200 to the electric power load. The electric power load may be, for example, in-ship electrical equipment such as a ship's basic electrical equipment and cargo-system electrical equipment in the case of a ship. 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 a structure for navigating a watercraft, and includes not only a structure for navigating a watercraft, but also a floating oil production storage and unloading facility (FPSO) It includes the same sea 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.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the true 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 250 : 제어부
400 : 수소생성부 500 : 제1열교환부
600 : 터빈부 610 : 가스터빈
620 : 스팀터빈 700 : 제2열교환부
710 : 제3열교환부 810 : 제4열교환부100: Power generation system
110: raw material supply part 120: raw material water supply part
130: air supply unit 140: power conversion unit
200: Fuel cell system
210: fuel cell 250:
400: hydrogen generator 500: first heat exchanger
600: Turbine part 610: Gas turbine
620: steam turbine 700: second heat exchanger
710: third heat exchanger 810: fourth heat exchanger

Claims (7)

선박으로서,
LNG(액화천연가스)를 공급하기 위한 원료 공급부;
원료수를 공급하기 위한 원료수 공급부;
상기 원료 공급부로부터 공급되는 LNG(액화천연가스) 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,
상기 원료 공급부에서 공급되는 LNG(액화천연가스)를 전처리하기 위해 LNG(액화천연가스)를 기화시키는 LNG 증발기를 포함하는 원료처리부, 상기 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 전처리하는 원료수 처리부, 상기 원료 처리부로부터 공급된 전처리된 연료와 상기 원료수 처리부로부터 공급된 스팀(H20)을 개질반응시키는 개질기, 및 상기 개질기를 가열하기 위한 연소기를 포함하는 수소생성부;
상기 수소생성부로부터 공급되는 수소를 포함하는 연료에 기초하여 전기를 생산하는 연료전지;
상기 연료전지에 공기를 공급하기 위한 공기공급부; 및
상기 공기공급부에서 공급되는 공기 및 상기 연소기에서 배출되는 배기가스를 열교환시키는 제1열교환부를 포함하고,
상기 제1열교환부는 상기 연소기에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 상기 연료전지에 공급되는 공기를 가열하는 것을 특징으로 하는 선박.As a vessel,
A raw material supply unit for supplying LNG (liquefied natural gas);
A raw water supply part for supplying raw water;
A fuel cell system for producing electricity using LNG (liquefied natural gas) supplied from the raw material supply unit and raw water supplied from the raw water supply unit; And
And a power conversion unit for converting a direct current (DC) output from the fuel cell system into an alternating current (AC)
The fuel cell system includes:
A raw material treatment section including an LNG evaporator for vaporizing LNG (liquefied natural gas) for pretreating LNG (liquefied natural gas) supplied from the raw material supply section; a raw water treatment section for pretreating the raw water supplied from the raw water supply section; A hydrogen generator including a reformer for reforming the pretreated fuel supplied from the raw material processing unit and steam (H 2 0) supplied from the raw water treatment unit, and a combustor for heating the reformer;
A fuel cell that generates electricity based on fuel containing hydrogen supplied from the hydrogen generating unit;
An air supply unit for supplying air to the fuel cell; And
And a first heat exchanger for exchanging heat between the air supplied from the air supply unit and the exhaust gas discharged from the combustor,
Wherein the first heat exchanger uses the waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor as a heat source to heat the air supplied to the fuel cell. 원료 공급부에서 공급되는 LNG(액화천연가스)를 전처리하기 위해 LNG(액화천연가스)를 기화시키는 LNG 증발기를 포함하는 원료처리부, 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 전처리하는 원료수 처리부, 상기 원료 처리부로부터 공급된 전처리된 연료와 상기 원료수 처리부로부터 공급된 스팀(H20)을 개질반응시키는 개질기, 및 상기 개질기를 가열하기 위한 연소기를 포함하는 수소생성부;
상기 수소생성부로부터 공급되는 수소를 포함하는 연료에 기초하여 전기를 생산하는 연료전지;
상기 연료전지에 공기를 공급하기 위한 공기공급부; 및
상기 공기공급부에서 공급되는 공기 및 상기 연소기에서 배출되는 배기가스를 열교환시키는 제1열교환부를 포함하고,
상기 제1열교환부는 상기 연소기에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 상기 연료전지에 공급되는 공기를 가열하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.A raw material treatment section including an LNG evaporator for vaporizing LNG (liquefied natural gas) for pretreating LNG (liquefied natural gas) supplied from a raw material supply section, a raw water treatment section for pretreating the raw water supplied from the raw water supply section, A reformer for reforming the pretreated fuel supplied from the reformer and the steam (H 2 0) supplied from the raw water processor, and a combustor for heating the reformer;
A fuel cell that generates electricity based on fuel containing hydrogen supplied from the hydrogen generating unit;
An air supply unit for supplying air to the fuel cell; And
And a first heat exchanger for exchanging heat between the air supplied from the air supply unit and the exhaust gas discharged from the combustor,
Wherein the first heat exchanger uses the waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor as a heat source to heat the air supplied to the fuel cell. 제2항에 있어서,
스팀(H20)을 냉각시켜 물을 생성하는 복수기;
상기 LNG 증발기에서 공급되는 연료로 전기를 생산하는 가스터빈; 및
상기 복수기에서 공급되는 물을 가열하도록 상기 가스터빈에서 배출되는 배기가스 및 상기 복수기에서 공급되는 물을 열교환시키는 제2열교환부를 포함하고,
상기 LNG 증발기는 상기 제2열교환부에서 배출되는 상기 가스터빈의 배기가스 폐열을 열원으로 하여 LNG(액화천연가스)를 기화시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.3. The method of claim 2,
A condenser for cooling steam (H 2 O) to produce water;
A gas turbine for producing electricity from the fuel supplied from the LNG evaporator; And
And a second heat exchanger for exchanging heat between exhaust gas discharged from the gas turbine and water supplied from the condenser to heat water supplied from the condenser,
Wherein the LNG evaporator vaporizes LNG (liquefied natural gas) using exhaust gas waste heat of the gas turbine discharged from the second heat exchanger as a heat source. 제3항에 있어서,
상기 제2열교환부에서 배출되는 스팀(H20)으로 전기를 생산하는 스팀터빈을 포함하는 연료전지 시스템.The method of claim 3,
And a steam turbine for generating electricity using steam (H 2 0) discharged from the second heat exchanger. 제3항에 있어서,
상기 LNG 증발기에서 배출되는 가스터빈의 배기가스를 물과 미연소 가스로 분리하는 기수분리기를 포함하는 연료전지 시스템.The method of claim 3,
And a water separator for separating the exhaust gas of the gas turbine discharged from the LNG evaporator into water and unburned gas. 제3항에 있어서,
상기 연료전지에서 상기 LNG 증발기로 공급되는 배기가스가 가열되도록 상기 연료전지에서 배출되는 배기가스 및 상기 제2열교환부에서 배출되는 배기가스를 열교환시키는 제3열교환부를 포함하는 연료전지 시스템.The method of claim 3,
And a third heat exchanger for exchanging heat between the exhaust gas discharged from the fuel cell and the exhaust gas discharged from the second heat exchanger so that the exhaust gas supplied to the LNG evaporator is heated in the fuel cell. 제4항에 있어서,
상기 스팀터빈에서 상기 개질기로 공급되는 스팀(H20)이 가열되도록 상기 연소기에서 배출되는 배기가스 및 상기 스팀터빈에서 공급되는 스팀(H20)을 열교환시키는 제4열교환부를 포함하는 연료전지 시스템.5. The method of claim 4,
And a fourth heat exchanger for exchanging heat between exhaust gas discharged from the combustor and steam (H 2 0) supplied from the steam turbine so that steam (H 2 0) supplied from the steam turbine to the reformer is heated. .
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