KR20170076936A - Ship - Google Patents

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Abstract

본 발명은 LNG(액화천연가스)를 공급하기 위한 원료 공급부, 원료수를 공급하기 위한 원료수 공급부, 추진력을 발생시키는 가스엔진 및 상기 가스엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 사용하는 이코노마이저를 포함하는 가스엔진 시스템, 냉매를 이용하여 전기를 생산하는 랭킨사이클(Rankine Cycle) 시스템, 상기 가스엔진 시스템 및 상기 랭킨사이클 시스템에 연동하여 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, a raw water supply unit for supplying raw water, a gas engine for generating propulsion power, and an economizer for using waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine as a heat source A Rankine Cycle system for producing electricity using a refrigerant, a fuel cell system for producing electricity in cooperation with the gas engine system and the Rankine cycle system, and a fuel cell system for outputting electricity from the fuel cell system And a power conversion section for converting a direct current (DC) 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, 열차, 선박, 산업용 차량 등에서는 디젤엔진, 가스엔진 등을 포함하는 엔진을 사용하여 필요한 전력을 발전하는 발전시스템이 보편적으로 사용되고 있다. 그런데, 엔진을 이용한 발전시스템은 열효율이 40 ∼ 50 %로 낮다. 최근 들어, 업계에서는 Carnot 사이클을 이용한 엔진에 의한 발전시스템과 환경 친화적인 발전시스템으로서 전기화학적 반응을 이용한 연료전지 시스템을 복합적으로 사용하여 필요한 전력을 발전함과 동시에 전 세계적인 환경오염 규제에 대응할 수 있는 새로운 방안을 연구하고 있다.On the other hand, in a train, a ship, and an industrial vehicle, a power generation system for generating necessary electric power by using an engine including a diesel engine and a gas engine is widely used. However, the power generation system using the engine has a low thermal efficiency of 40 to 50%. In recent years, the industry has developed a power generation system using the Carnot cycle and an environmentally friendly power generation system that uses a combination of the fuel cell system using the electrochemical reaction to develop the necessary electric power, We are studying new methods.

그런데, 엔진을 사용하는 발전시스템과 연료전지 시스템을 복합적으로 적용하는 종래 기술의 경우, 가스엔진이나 연료전지에 사용하는 LNG 등의 연료를 기화시키기 위해 랭킨사이클(Rankine Cycle) 등을 이용한 별도의 가열장치가 필요하므로, 다음과 같은 문제점이 발생한다.However, in the case of the prior art in which a power generation system using an engine and a fuel cell system are applied in combination, in order to vaporize a fuel such as a LNG used in a gas engine or a fuel cell, additional heating using Rankine Cycle or the like The following problems arise.

첫째, 종래의 가열장치는 전기로 가열하거나 랭킨사이클(Rankine Cycle) 등을 활용하기 위해 사이클 내에서 순환하는 별도의 냉매를 사용하였다. 이에 따라, 종래에는 연료전지 및 가스엔진에 사용되는 연료나 전기를 가열장치에도 공급해야하므로 연료전지의 전기 생산량이 감소되고, 전기 생산 효율이 저하될 뿐만 아니라 발전 시스템을 운용하기 위한 비용이 증가하는 문제가 있다.First, the conventional heating apparatus uses a separate refrigerant circulating in the cycle to heat the furnace or utilize the Rankine Cycle. Accordingly, since the fuel or electric power used in the fuel cell and the gas engine is conventionally supplied to the heating apparatus, the amount of electricity produced by the fuel cell is reduced, the electricity production efficiency is lowered, and the cost for operating the power generation system is increased there is a problem.

둘째, 종래의 가열장치는 랭킨사이클(Rankine Cycle) 시스템의 냉매를 가열하기 위한 별도의 가열장치를 설치해야 하므로 가열장치 설치비용이 상승하게 된다. 이에 따라, 종래에는 전기를 생산하기 위한 구축 비용이 상승하게 되는 문제가 있다.Second, since the conventional heating device requires a separate heating device for heating the refrigerant of the Rankine Cycle system, the installation cost of the heating device is increased. Accordingly, conventionally, there is a problem that the construction cost for producing electricity is increased.

셋째, 종래의 가열장치는 랭킨사이클(Rankine Cycle) 시스템의 냉매를 가열하기 위한 별도의 가열장치 설치공간이 필요하다. 따라서, 종래에는 가열장치 설치로 인해 전기를 생산 및 저장하기 위한 다른 장치들의 공간이 협소해지는 문제가 있다.Third, the conventional heating apparatus requires a separate heating device installation space for heating the refrigerant of the Rankine Cycle system. 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, 발전시스템의 효율 향상 및 전기 생산량을 증가시킬 수 있는 선박을 제공하기 위한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a ship capable of improving the efficiency of the power generation system and increasing the amount of electricity produced.

본 발명은 전기를 생산하기 위한 구축 비용을 줄일 수 있고, 설치공간의 활용도를 높일 수 있는 연료전지 시스템 및 이를 구비한 선박을 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a fuel cell system capable of reducing the construction cost for producing electricity and increasing the utilization of the installation space, and a ship having the fuel cell system.

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; 추진력을 발생시키는 가스엔진 및 상기 가스엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 사용하는 이코노마이저를 포함하는 가스엔진 시스템; 냉매를 이용하여 전기를 생산하는 랭킨사이클(Rankine Cycle) 시스템; 상기 가스엔진 시스템 및 상기 랭킨사이클 시스템에 연동하여 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 전처리하기 위해 스팀(H20)에서 물을 분리하는 기수분리기를 포함하는 원료수 처리부, 상기 원료 처리부로부터 공급된 전처리된 연료 및 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 가스엔진 시스템의 이코노마이저로부터 배출되는 스팀(H20) 및 상기 연소기에서 배출되는 배기가스를 열교환시키는 제1열교환부; 및 상기 이코노마이저에서 1차 가열된 후에 상기 제1열교환부에서 2차 가열된 스팀(H20)을 열원으로 하여 상기 랭킨사이클 시스템의 냉매가 가열되도록, 상기 랭킨사이클 시스템의 냉매 및 상기 제1열교환부에서 배출되는 스팀(H20)을 열교환시키는 제2열교환부를 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 gas engine system including a gas engine for generating propulsive force and an economizer for using waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine as a heat source; A Rankine Cycle system that produces electricity using refrigerant; A fuel cell system for producing electricity in conjunction with the gas engine system and the Rankine cycle system; 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 (liquefied natural gas) a number of raw material including a steam separator for separating water from the steam (H 2 0) in order to pre-treatment to raw water supplied from the raw material processing, the raw material can supply comprising a LNG vaporizer for vaporizing processing, the A hydrogen generator including a reformer for reforming the pretreated fuel supplied from the raw material treatment section and the steam (H 2 0) supplied from the raw water treatment section, and a combustor for heating the reformer; A fuel cell that generates electricity based on fuel containing hydrogen supplied from the hydrogen generating unit; A first heat exchanger for exchanging heat between steam (H 2 0) discharged from the economizer of the gas engine system and exhaust gas discharged from the combustor; And a second heat exchanger for heating the refrigerant in the Rankine cycle system to heat the refrigerant in the Rankine cycle system using the secondarily heated steam (H 2 0) in the first heat exchanger after being firstly heated in the economizer as a heat source, And a second heat exchanger for exchanging heat with steam (H 2 0) discharged from the second heat exchanger.

본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 가스엔진 시스템의 가스엔진은 상기 LNG증발기에서 기화되는 연료로 추진력을 발생시키고, 상기 가스엔진 시스템의 이코노마이저는 상기 가스엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 상기 기수분리기에서 공급되는 물과 스팀(H20) 중 적어도 하나를 가열할 수 있다.In the vessel according to the present invention, the gas engine of the gas engine system generates propulsion by the fuel vaporized in the LNG evaporator, and the economizer of the gas engine system uses the waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine as a heat source It is possible to heat at least one of water and steam (H 2 0) supplied from the water separator.

본 발명에 따른 선박에 있어서, 상기 이코노마이저는 상기 가스엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 상기 기수분리기에서 공급되는 스팀(H20)을 가열하는 순환부를 포함할 수 있다.In the vessel according to the present invention, the economizer may include a circulation unit for heating the steam (H 2 0) supplied from the water separator using waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine 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 가스엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 1차 가열되고, 연소기에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 2차 가열된 스팀(H20)으로 랭킨사이클(Rankine Cycle) 시스템에 사용되는 냉매를 가열하도록 구현됨으로써, 종래 가열장치에 공급되는 연료나 전기를 사용하는 별도의 가열장치 없이 전기 생산에 사용할 수 있으므로 전기 생산량 및 전기 생산 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 종래 가열장치에 공급되는 연료를 가스엔진에 사용할 수 있으므로 운항거리를 증가시킬 수 있다.The present invention relates to a Rankine Cycle system which is primarily heated using waste heat of exhaust gas discharged from a gas engine and is used for secondary heat (H 2 0) using waste heat of exhaust gas discharged from a combustor It is possible to improve the electric production amount and the electric production efficiency because it can be used for electric production without using the fuel supplied to the conventional heating device or the separate heating device using electricity, The supplied fuel can be used for the gas engine, so that the operating distance can be increased.

본 발명은 가스엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 1차 가열되고, 연소기에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 2차 가열된 스팀(H20)으로 랭킨사이클(Rankine Cycle) 시스템에 사용되는 냉매를 가열하도록 구현됨으로써, 별도의 가열장치를 생략할 수 있으므로 전기를 생산하는데 소모되는 구축비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 설치공간에 대한 활용도를 높일 수 있다.The present invention relates to a Rankine Cycle system which is primarily heated using waste heat of exhaust gas discharged from a gas engine and is used for secondary heat (H 2 0) using waste heat of exhaust gas discharged from a combustor Since the heating device is designed to heat the refrigerant to be used, a separate heating device can be omitted, so that the construction cost consumed for producing electricity can be reduced and utilization for the installation space can be increased.

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 7a는 도 5의 연료전지 시스템에 대한 제1실시예에 따른 구성도
도 7b는 도 5의 연료전지 시스템에 대한 제1실시예에서 연료전지, 개질기 및 연소기를 제외한 실시예에 따른 구성도
도 8은 도 5의 연료전지 시스템에 대한 제2실시예에 따른 구성도
도 9는 도 5의 연료전지 시스템에 대한 제3실시예에 따른 구성도
도 10은 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. 7A is a configuration diagram according to the first embodiment of the fuel cell system of FIG. 5
FIG. 7B is a configuration diagram according to the embodiment except for the fuel cell, the reformer, and the combustor in the first embodiment of the fuel cell system of FIG. 5
Fig. 8 is a schematic view of the fuel cell system of Fig. 5 according to the second embodiment
Fig. 9 is a schematic view of the fuel cell system of Fig. 5 according to the third embodiment
10 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), 가스엔진 시스템(140), 랭킨사이클(Rankine Cycle) 시스템(150), 전력변환부(160), 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 gas engine system 140, a Rankine Cycle system 150, a power conversion unit 160, 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 가스엔진 시스템(140)은 상기 연료전지 시스템(200)에서 공급되는 LNG(액화천연가스)를 기화시킨 연료로 추진력을 발생시키는 가스엔진(1401), 및 상기 가스엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 기수분리기에서 공급되는 물(액체 및 기체상태로서의 H20)과 스팀(H20) 중 적어도 하나를 가열하는 이코노마이저(1402)를 포함하여 구현될 수 있다. 상기 이코노마이저(1402)는 상기 가스엔진(1401)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 상기 기수분리기에서 공급되는 스팀(H20)을 가열하는 순환부를 포함할 수 있다. 상기 기수분리기는 스팀(H20)에서 물을 분리할 수 있다. 상기 가스엔진(1401)은 상기 연료전지 시스템(200)의 LNG 증발기(4101, 도 7에 도시됨)와 연결되게 설치되어 상기 LNG 증발기에서 기화되는 연료를 공급받아 추진력을 발생시킬 수 있다. 상기 LNG 증발기(4101)는 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 냉매를 열원으로 LNG(액화천연가스)를 기화시킬 수 있다. 상기 가스엔진(1401)에서 배출되는 배기가스는 상기 가스엔진 시스템(140)의 이코노마이저(1402, 도 7에 도시됨)로 공급될 수 있다. 상기 이코노마이저(1402)는 상기 가스엔진(1401)의 배기가스를 열원으로 물을 스팀(H20)으로 상변화시킬 수 있다.The gas engine system 140 includes a gas engine 1401 that generates propulsive force by fuel vaporized from LNG (liquefied natural gas) supplied from the fuel cell system 200, and waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine And an economizer 1402 for heating at least one of water (H 2 0 in liquid and gaseous state) and steam (H 2 0) supplied from the water separator as a heat source. The economizer 1402 may include a circulation unit for heating steam (H 2 0) supplied from the water separator using waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine 1401 as a heat source. The water separator is capable of separating water from steam (H 2 O). The gas engine 1401 may be connected to the LNG evaporator 4101 (shown in FIG. 7) of the fuel cell system 200 to generate propulsive force by receiving fuel vaporized in the LNG evaporator. The LNG evaporator 4101 may vaporize LNG (liquefied natural gas) using the refrigerant of the Rankine cycle system 150 as a heat source. Exhaust gas discharged from the gas engine 1401 may be supplied to an economizer 1402 (shown in FIG. 7) of the gas engine system 140. The economizer 1402 can convert the exhaust gas of the gas engine 1401 into heat (H 2 0) by using a heat source.

상기 랭킨사이클 시스템(150)은 2개의 단열 변화와 2개의 등압 변화로 구성되는 사이클로서, 냉매가 증기와 액체의 상변화(相變化)를 수반하는 것을 말한다. 상기 랭킨사이클 시스템(150)은 단열 압축, 등압 가열, 단열 압축 및 등압 방열의 순서로 이루어진다. 이를 위해, 상기 랭킨사이클 시스템(150)은 냉매를 단열 압축하기 위한 펌프(151), 상기 펌프(151)에서 압축된 냉매를 등압 가열하기 위한 가열기, 상기 가열기에서 가열된 냉매를 단열 압축하기 위한 압축기(152) 및 상기 압축기(152)에서 압축된 냉매를 등압 방열하기 위한 응축기(153)를 포함하여 구현될 수 있다. 상기 압축기(152)는 발전기(G, 도 7에 도시됨)에 연결되게 설치되어, 상기 발전기(G)에 전기를 생산하기 위한 구동력을 제공할 수 있다. 상기 압축기(152)는 상기 가열기에서 공급되는 냉매로 구동력을 발생시킬 수 있다. 상기 가열기에 공급되는 압축된 냉매는 상기 연료전지 시스템(200)의 제1열교환부(500, 도 7에 도시됨)에서 가열 후 상기 제2열교환부(600, 도 7에 도시됨)로 공급되는 스팀(H20)에 의해 가열될 수 있다. 즉, 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 가열기는 상기 연료전지 시스템(200)의 제2열교환부(600, 도 7에 도시됨)로 대체될 수 있다. 상기 응축기(153)는 상기 연료전지 시스템(200)의 LNG 증발기(4101, 도 7에 도시됨) 내부에 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 연료전지 시스템(200)의 LNG 증발기(4101, 도 7에 도시됨)는 상기 제2열교환부(600, 도 7에 도시됨)에서 공급되는 냉매를 열원으로 LNG(액화천연가스)를 기화시킬 수 있다.The Rankine cycle system 150 is a cycle consisting of two adiabatic changes and two iso-pressure changes, in which the refrigerant is accompanied by a phase change of vapor and liquid. The Rankine cycle system 150 is performed in the order of adiabatic compression, isobaric heating, adiabatic compression, and isobaric heat dissipation. For this purpose, the Rankine cycle system 150 includes a pump 151 for compressing the refrigerant adiabatically, a heater for equilibrating the refrigerant compressed in the pump 151, a compressor for adiabatically compressing the refrigerant heated in the heater 151, And a condenser 153 for equipotential cooling of the refrigerant compressed by the compressor 152. The condenser 153 may be a condenser, The compressor 152 may be installed to be connected to a generator G (shown in FIG. 7) to provide a driving force for generating electricity to the generator G. The compressor 152 may generate a driving force from the refrigerant supplied from the heater. The compressed refrigerant supplied to the heater is supplied to the second heat exchanger 600 (shown in FIG. 7) after heating in the first heat exchanger 500 (shown in FIG. 7) of the fuel cell system 200 Can be heated by steam (H 2 O). That is, the heater of the Rankine cycle system 150 may be replaced by the second heat exchanger 600 (shown in FIG. 7) of the fuel cell system 200. The condenser 153 may be installed inside the LNG evaporator 4101 (shown in FIG. 7) of the fuel cell system 200. 7) of the fuel cell system 200 is supplied with LNG (liquefied natural gas) as a heat source from the refrigerant supplied from the second heat exchanger 600 (shown in FIG. 7) Can be vaporized.

상기 전력변환부(160)는 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에서 나오는 직류전류(DC)를 교류전류(AC)로 변환한다. 상기 전력변환부(160)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(160)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(160)는 에너지 저장장치, 예를 들어 배터리로 전기를 전송하여 저장하도록 구현될 수도 있다.The power conversion unit 160 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 160 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 160 discharges electricity supplied from the fuel cell system 200 according to the present invention to a 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 160 may be implemented to transmit and store electricity to an energy storage device, for example, a battery.

본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료, 물(H2O), 및 공기를 이용하여 전기를 생산한다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 가정이나 자동차와 같은 소형 구조물에 사용될 수 있고, 선박 등과 같이 대형 구조물에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 연료의 연소 에너지를 이용하는 디젤엔진, 가스엔진, 증기터빈, 가스터빈, 또는 랭킨 사이클(Rankine Cycle) 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 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(430)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(430)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 430 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 430 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, 또는 그 둘을 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 section 410, the exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell stack of the fuel cell 210, Can 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 7a는 도 5의 연료전지 시스템에 대한 제1실시예에 따른 구성도, 도 7b는 도 5의 연료전지 시스템에 대한 제1실시예에서 연료전지, 개질기 및 연소기를 제외한 실시예에 따른 구성도, 도 8은 도 5의 연료전지 시스템에 대한 제2실시예에 따른 구성도, 도 9는 도 5의 연료전지 시스템에 대한 제3실시예에 따른 구성도이다. 여기서, 도 1 내지 도 4와 동일한 구성은 동일한 도면부호를 사용한다.5A and 5B are conceptual diagrams of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. FIG. 7A is a configuration diagram of the fuel cell system of FIG. 5 according to the first embodiment. FIG. 8 is a configuration diagram according to the second embodiment of the fuel cell system of FIG. 5, and FIG. 9 is a cross-sectional view of the fuel cell system of FIG. 5 FIG. 3 is a configuration diagram of a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention. 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), 제1열교환부(500) 및 제2열교환부(600)를 포함한다. 여기서, 상기 제2열교환부(600)는 상기 랭킨사이클(150) 시스템의 냉매를 등압 가열시키는 가열기를 대체할 수 있다. 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210), 상기 수소생성부(400), 상기 제1열교환부(500) 및 상기 제2열교환부(600) 등을 포함하는 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구현될 수도 있다.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, a first heat exchanger 500, (600). Here, the second heat exchanger 600 may be replaced with a heater that heats the refrigerant of the Rankine cycle 150 system under equal pressure. The fuel cell system 200 according to the present invention may have any configuration including the fuel cell 210, the hydrogen generator 400, the first heat exchanger 500 and the second heat exchanger 600, And a control unit 250 for controlling the operation.

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 및 도 6을 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 공급부(110)로부터 LNG(액화천연가스)를 공급받고, 상기 원료수 공급부(120)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 개질기(430), 상기 연소기(440) 및 상기 가스엔진 시스템(140, 도 7에 도시됨)에 공급할 수 있다.5 and 6, 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 generating unit 400 receives LNG (liquefied natural gas) from the raw material supply unit 110 and supplies water from the raw water supply unit 120 to the fuel . 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 supplied to the reformer 430, the combustor 440 and the gas engine system 140 (shown in FIG. 7).

도 5 내지 도 7을 참고하면, 상기 원료 처리부(410)는 LNG 저장탱크를 포함하는 원료 공급부(110)에서 공급되는 LNG(액화천연가스)를 증발시키는 LNG 증발기(4101)를 포함할 수 있다. 상기 LNG 증발기(4101)의 내부에는 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 응축기(153)가 설치될 수 있다. 상기 응축기(153)는 상기 제1열교환부(500)에서 공급되는 스팀(H20)으로 가열된 냉매를 공급받을 수 있다. 이에 따라, 상기 LNG 증발기(4101)는 상기 응축기(153)에 공급되는 고온의 냉매에 의해 LNG(액화천연가스)를 기화시킬 수 있다. 예컨대, 상기 냉매는 상기 랭킨사이클 시스템(150)을 순환하는 냉매일 수 있다.5 to 7, the raw material processing unit 410 may include an LNG evaporator 4101 for evaporating LNG (liquefied natural gas) supplied from a raw material supply unit 110 including an LNG storage tank. A condenser 153 of the Rankine cycle system 150 may be installed inside the LNG evaporator 4101. The condenser 153 may be supplied with the refrigerant heated by the steam H 2 0 supplied from the first heat exchanging unit 500. Accordingly, the LNG evaporator 4101 can vaporize the LNG (liquefied natural gas) by the high-temperature refrigerant supplied to the condenser 153. For example, the refrigerant may be a refrigerant circulating through the Rankine cycle system 150.

도 5 내지 도 7을 참고하면, 상기 원료수 처리부(420)는 상기 원료수 공급부(120)로부터 원료수(예컨대, 물)를 공급받아 원료수를 전처리한다. 상기 원료수 처리부(420)는 기수분리기(4201)를 포함할 수 있다. 상기 기수분리기(4201)는 상기 가스엔진(1401) 및 상기 이코노마이저(1402)를 포함하는 가스엔진 시스템(140)과 연결되게 설치될 수 있다.5 to 7, 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 water separator 4201. The water separator 4201 may be connected to the gas engine system 140 including the gas engine 1401 and the economizer 1402.

상기 기수분리기(4201)는 스팀(H20)에서 물을 분리한다. 예컨대, 상기 기수분리기(4201)는 상기 원료수 공급부(120)에서 공급받은 물을 상기 이코노마이저(1402)로 순환시켜 상변화된 스팀(H20)을 공급받아, 상기 스팀(H20)에서 물을 분리할 수 있다. 상기 기수분리기(4201)는 원심분리기, 금속망, 방해판 등을 이용하여 물을 분리할 수 있다. 상기 기수분리기(4201)에서 분리된 물은 외부로 배출되거나 상기 원료수 공급부(120)로 공급되어 저장될 수 있다. 상기 기수분리기(4201)에서 배출되는 스팀(H20)은 상기 이코노마이저(1402)로 공급될 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 이코노마이저(1402)에서 상기 기수분리기(4201)로 순환되는 회수 관로에 by-pass 라인을 설치하여 다른 용도로 스팀(H20)을 사용하도록 할 수 있다.The water separator 4201 separates water from the steam H 2 0. For example, the separator 4201 is water in the steam (H 2 0) when supplied with said economizer 1402 changes the steam (H 2 0) the circulated in the water that received in the raw water supply unit 120 Can be separated. The water separator 4201 can separate water using a centrifugal separator, a metal net, and a barrier plate. The water separated in the water separator 4201 may be discharged to the outside or may be supplied to the raw water supply unit 120 and stored. The steam H 2 0 discharged from the water separator 4201 may be supplied to the economizer 1402. Although not shown, a by-pass line may be provided in the return pipe circulating from the economizer 1402 to the water separator 4201 to use steam H 2 0 for other purposes.

상기 가스엔진 시스템(140)의 상기 이코노마이저(1402)는 상기 기수분리기(4201)에서 공급되는 스팀(H20)을 가열한다. 여기서, 상기 이코노마이저(1402)는 가스엔진(140, 도 7에 도시됨)으로부터 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 상기 기수분리기(4201)에서 공급되는 물 또는 스팀(H20)을 가열할 수 있다. 상기 가스엔진(1401)은 상기 LNG 증발기(4101)에 연결되게 설치되어, 상기 LNG 증발기(4101)에서 기화되는 연료를 공급받아 추진력을 발생시킬 수 있다. 이 경우, 상기 연료는 LNG(액화천연가스)가 기화된 NG(천연가스)일 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 이코노마이저(1402)는 상기 가스엔진(1401)의 배기관과 배기 출구와의 사이에 설치된다. 상기 이코노마이저(1402)는 입구관, 고압 증발기, 중간관, 저압 증발기, 및 출구관을 포함하여 구성된다. 상기 입구관은 상기 가스엔진(1401)의 배기관에 접속되어 상기 가스엔진(1401)으로부터 배출되는 배기가스를 상기 고압 증발기로 안내한다. 상기 중간관은 상기 고압 증발기에서의 열교환 후의 배기가스를 저압 증발기로 안내한다. 상기 출구관은 저압 증발기에서의 열교환 후의 배기가스를 배기 출구로 안내한다. 상기 기수분리기(4201)에서 공급되는 스팀(H20)은 상기 고압 증발기 및 상기 저압 증발기를 거치면서 상기 가스엔진(1401)에서 배출되는 고온의 배기가스와 열교환된다. 상기 이코노마이저(1402)에서 가열된 스팀(H20)은 상기 제1열교환부(500)에 공급될 수 있다. 이에 따라, 상기 제1열교환부(500)는 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 상기 이코노마이저(1402)에서 공급되는 스팀(H20)을 추가적으로 가열할 수 있다.The economizer 1402 of the gas engine system 140 heats the steam H 2 0 supplied from the water separator 4201. Here, the economizer 1402 can heat water or steam (H 2 0) supplied from the water separator 4201 using waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine 140 (shown in FIG. 7) as a heat source have. The gas engine 1401 is installed to be connected to the LNG evaporator 4101 and can generate propulsive force by receiving fuel vaporized in the LNG evaporator 4101. In this case, the fuel may be NG (natural gas) in which LNG (liquefied natural gas) is vaporized. Although not shown, the economizer 1402 is installed between the exhaust pipe of the gas engine 1401 and the exhaust outlet. The economizer 1402 comprises an inlet tube, a high-pressure evaporator, an intermediate tube, a low-pressure evaporator, and an outlet tube. The inlet pipe is connected to the exhaust pipe of the gas engine 1401 and guides the exhaust gas discharged from the gas engine 1401 to the high-pressure evaporator. The intermediate pipe guides the exhaust gas after heat exchange in the high-pressure evaporator to the low-pressure evaporator. The outlet pipe guides the exhaust gas after heat exchange in the low pressure evaporator to the exhaust outlet. The steam H 2 0 supplied from the water separator 4201 is heat-exchanged with the high-temperature exhaust gas discharged from the gas engine 1401 through the high-pressure evaporator and the low-pressure evaporator. The steam H 2 0 heated in the economizer 1402 may be supplied to the first heat exchanging unit 500. Accordingly, the first heat exchanging unit 500 may further heat the steam (H 2 0) supplied from the economizer 1402 with the waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor 440 as a heat source.

도 5 내지 도 7을 참고하면, 상기 개질기(430)는 상기 LNG 증발기(4101)에서 공급되는 연료 및 상기 제1열교환부(500)에서 공급되는 스팀(H20) 간의 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. 상기 개질기(430)는 상기 제1열교환부(500)에서 가열된 스팀(H20)을 일부 공급받음으로써, 스팀(H20) 생성을 위한 별도의 가열장치 없이 상기 연료와 스팀(H20)을 개질반응 시키는 시스템 효율이 더 향상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)은 상기 이코노마이저(1402)에서 1차 가열되고, 상기 제1열교환부(500)에서 2차 가열된 스팀(H20)을 상기 개질기(430)에 일부 공급하도록 구현됨으로써, 상기 개질기(430)의 개질반응 효율을 향상시켜 상기 연료전지(210)에 수소가 포함된 연료를 원활하게 공급할 수 있다.5 to 7, the reformer 430 performs a reforming reaction between fuel supplied from the LNG evaporator 4101 and steam (H 2 0) supplied from the first heat exchanging unit 500, (H 2 ). In the reforming reaction, the reformer 430 may use thermal energy provided by the combustor 440. The reformer unit 430 of the first by the steam (H 2 0) is heated at heat exchanger (500) receiving some feed, steam (H 2 0), no additional heating device for generating the fuel and steam (H 2 0) can be further improved. Therefore, the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention is configured such that the steam (H 2 0), which is firstly heated in the economizer 1402 and secondarily heated in the first heat exchanging unit 500, The reformer 430 can be partially supplied to the reformer 430 to improve the reforming reaction efficiency of the reformer 430 to smoothly supply the hydrogen-containing fuel to the fuel cell 210.

도 5 내지 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, 또는 그 둘을 혼합한 것을 연료로 사용할 수 있다. 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지 시스템(200)에 있어서, 상기 연소기(440)는 상기 연료전지(210)의 연료전지 스택의 공기극(cathode)에서 배출되는 공기를 사용할 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 연소기(440)는 공기공급부(130, 도 4에 도시됨)에서 공급되는 공기를 사용할 수 있다.5 to 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 section 410, the exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell stack of the fuel cell 210, Can be used as the fuel. In the fuel cell system 200 according to the second embodiment of the present invention, the combustor 440 may use air discharged from the cathode of the fuel cell stack of the fuel cell 210. Although not shown, the combustor 440 may use the air supplied from the air supply unit 130 (shown in FIG. 4).

도 7a를 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제1실시예는 제1열교환부(500) 및 제2열교환부(600)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 7A, the first embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention may include a first heat exchanger 500 and a second heat exchanger 600.

상기 제1열교환부(500)는 상기 이코노마이저(1402)와 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 제2열교환부(600) 사이에 설치된다. 상기 제1열교환부(500)는 상기 이코노마이저(1402)에서 1차 가열된 스팀(H20)과 상기 연소기(440)의 배기가스를 열교환하여 2차 가열된 스팀(H20)을 생성한 후, 상기 제2열교환부(600)로 공급되도록 한다. 이 경우, 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스는 상기 이코노마이저(1402)에서 배출되는 스팀(H20)을 가열하는 열원이 된다. 이에 따라, 상기 제1열교환부(500)에서 배출되는 스팀(H20)은 고온, 고압의 상태가 된다. 상기 제1열교환부(500)에서 배출되는 스팀(H20)은 상기 제2열교환부(600)로 공급되어 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 냉매를 가열하는 열원이 될 수 있다. 상기 제1열교환부(500)를 거친 상기 연소기(440)의 배기가스는 외부로 배출될 수 있다. 도시하지 않았지만, 상기 연소기(440)의 배기가스는 응축기를 통해 물을 응축시켜 상기 기수분리기(4201)로 공급되고 나머지 배기가스는 외부로 배출될 수 있다.The first heat exchanger 500 is installed between the economizer 1402 and the second heat exchanger 600 of the Rankine cycle system 150. It said first heat exchange unit 500 that generated the by the exhaust gas heat exchanger, the second heating steam (H 2 0) of the economizer 1402 1 the steam (H 2 0) and the combustor (440) is heated in from the And then supplied to the second heat exchanger 600. In this case, the exhaust gas discharged from the combustor 440 becomes a heat source for heating the steam H 2 0 discharged from the economizer 1402. Accordingly, the steam H 2 0 discharged from the first heat exchanging unit 500 is in a state of high temperature and high pressure. The steam H 2 0 discharged from the first heat exchanging unit 500 may be supplied to the second heat exchanging unit 600 and may be a heat source for heating the refrigerant in the Rankine cycle system 150. The exhaust gas of the combustor 440 through the first heat exchanging part 500 may be discharged to the outside. Although not shown, the exhaust gas of the combustor 440 condenses water through the condenser and is supplied to the water separator 4201, and the remaining exhaust gas can be discharged to the outside.

상기 연료전지 시스템(200)의 운전 시 이상 등으로 인해 정지되거나 보수 등으로 인해 상기 연료전지 시스템을 사용하지 않는 경우, 상기 제1열교환부(500) 전단에 설치된 by-pass 라인을 설치하여 상기 연료전지 시스템(200)의 상기 연소기(440) 배기가스에 의해 2차 가열하지 않을 수 있다. 이 경우, 상기 가스엔진 시스템(140)의 상기 이코노마이저(1402)에 의해 가열된 스팀으로 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 냉매를 가열함으로써, 상기 LNG 증발기(4101)에서 LNG를 기화시키도록 할 수도 있다. If the fuel cell system is not used due to an abnormality during operation of the fuel cell system 200 or due to repair or the like, a by-pass line installed at the front end of the first heat exchanging unit 500 may be installed, It may not be secondarily heated by the exhaust gas of the combustor 440 of the battery system 200. In this case, the LNG evaporator 4101 may vaporize the LNG by heating the refrigerant in the Rankine cycle system 150 with steam heated by the economizer 1402 of the gas engine system 140 .

또한, 상기 가스엔진(1401)이 정지된 상태에서도 상기 연료전지 시스템(200)의 상기 연소기(440)의 배기가스를 이용하여 상기 기수분리기(4210)에서 제1열교환부(500)로 공급되는 물 또는 스팀을 가열하도록 하여, 상기 제2열교환부(600)로 공급하여 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 냉매를 가열하도록 할 수 있다.In addition, even when the gas engine 1401 is stopped, the exhaust gas from the combustor 440 of the fuel cell system 200 is used to purify the water supplied from the water separator 4210 to the first heat exchanger 500 Or the steam may be supplied to the second heat exchanger 600 so that the refrigerant in the Rankine cycle system 150 may be heated.

도시하지 않았지만, 상기 제어부(250)는 상기 제1열교환부(500)와 상기 제2열교환부(600)를 연결하는 관로, 및 상기 개질기(430)를 연결하는 공급부(800)에 설치된 밸브를 제어하여 관로 개방을 조절함으로써 상기 제1열교환부(500)에서 상기 제2열교환부(600)로 공급되는 스팀(H20) 중 일부를 상기 개질기(430)로 공급할 수 있다. 이에 따라, 상기 개질기(430)는 상기 공급부(800)를 통해 상기 제1열교환부(500)에서 공급되는 스팀(H20)을 공급받아 개질반응에 사용할 수 있다. 상기 제어부(250)는 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H20)의 필요한 양을 상기 밸브를 제어하여 관로를 개폐함으로써, 상기 제1열교환부(500)에서 상기 개질기(430)로 적절하게 스팀(H20)이 공급되도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제1실시예는 상기 제1열교환부(500)에서 가열된 스팀(H20)을 상기 개질기(430)에 공급할 수 있도록 구현됨으로써, 스팀 생성을 위한 열 공급을 줄임으로써 상기 연료전지 시스템(200)의 효율을 향상시킬 수 있다.Although not shown, the control unit 250 may include a pipe connecting the first heat exchanging unit 500 and the second heat exchanging unit 600, and a valve installed in the supplying unit 800 connecting the reforming unit 430 A portion of the steam H 2 0 supplied from the first heat exchanging unit 500 to the second heat exchanging unit 600 may be supplied to the reformer 430 by adjusting the pipe opening. Accordingly, the reformer 430 can supply the steam (H 2 0) supplied from the first heat exchanger 500 through the supply unit 800 and use it for the reforming reaction. The control unit 250 controls the amount of the steam H 2 0 supplied to the reformer 430 to control the valve to open and close the pipeline so that the reformer 430 (H 2 0) can be supplied. Accordingly, the first embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention is configured to supply the steam H 2 0 heated by the first heat exchanging unit 500 to the reformer 430, The efficiency of the fuel cell system 200 can be improved by reducing the heat supply for generation.

상기 제2열교환부(600)는 냉매를 이용하여 LNG를 기화시키기 위한 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 냉매와 상기 제1열교환부(500)에서 공급되는 스팀(H20)을 열교환시킨다. 여기서, 상기 냉매는 물(액체 또는 기체로서의 H20), 이산화탄소(CO2), 프로판, 부탄, 에틸렌글리콜(Ethylene glycol) 및 프로필렌글리콜(Propylene glycol) 또는 이들의 혼합물 등일 수 있다. 상기 제2열교환부(600)는 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 가열기를 대체할 수 있다. 이에 따라, 본 명세서에서는 상기 랭킨사이클 시스템(150) 및 상기 연료전지 시스템(200)을 구분하여 상기 제2열교환부(600)를 설명하기로 한다.The second heat exchanging unit 600 exchanges heat between the refrigerant of the Rankine cycle system 150 for vaporizing the LNG and the steam H 2 0 supplied from the first heat exchanging unit 500 using the refrigerant. Here, the refrigerant may be water (H 2 O as liquid or gas), carbon dioxide (CO 2 ), propane, butane, ethylene glycol and propylene glycol, or a mixture thereof. The second heat exchanger 600 may replace the heater of the Rankine cycle system 150. Accordingly, in the present specification, the second heat exchanging unit 600 will be described by dividing the Rankine cycle system 150 and the fuel cell system 200.

먼저, 상기 랭킨사이클 시스템(150)에서 상기 제2열교환부(600)를 설명하면, 상기 제1열교환부(500)에서 상기 제2열교환부(600)로 공급되는 스팀(H20)은 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 냉매, 즉 물(액체 또는 기체로서의 H20) 등을 가열하는 열원이 된다. 본 명세서에서는 물을 기준으로 설명하기로 한다. 이에 따라, 상기 펌프(151)에서 상기 제2열교환부(600)로 공급되는 물(액체 또는 기체로서의 H20)은 상기 제2열교환부(600)를 거치면서 상기 제1열교환부(500)에서 배출되는 고온의 스팀(H20)에 의해 가열되어 스팀(H20)으로 상변화될 수 있다. 상기 제2열교환부(600)에서 상변화된 스팀(H20)은 상기 압축기(152)로 공급되어, 상기 압축기(152)에 구동력을 발생시킬 수 있다. 상기 압축기(152)는 발전기(G, 도 7에 도시됨)에 연결되게 설치됨으로써, 발생된 구동력을 상기 발전기에 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 발전기(G, 도 7에 도시됨)는 전기를 생산할 수 있다. 상기 압축기(152)에서 단열 압축된 냉매를 상기 LNG 증발기(4101) 내의 상기 응축기(143)에서 등압 방열하도록 구현하여, LNG 가열장치로서 작동하여 상기 LNG 증발기(4101)에서 LNG(액화천연가스)를 기화시킬 수 있다.First, the second heat exchanger 600 in the Rankine cycle system 150 will be described. The steam H 2 0 supplied from the first heat exchanger 500 to the second heat exchanger 600 is supplied to the second heat exchanger 600, Is a heat source for heating the refrigerant of the Rankine cycle system 150, that is, water (H 2 O as liquid or gas). In this specification, water is used as a reference. Accordingly, water (H 2 0 as liquid or gas) supplied from the pump 151 to the second heat exchanging unit 600 flows through the first heat exchanging unit 500 while passing through the second heat exchanging unit 600, The steam may be heated by the high-temperature steam H 2 0 discharged from the steam generator 10 to be phase-changed into steam H 2 0. The phase-changed steam H 2 0 in the second heat exchanger 600 may be supplied to the compressor 152 to generate a driving force to the compressor 152. The compressor 152 is installed to be connected to a generator G (shown in FIG. 7), thereby providing the generated driving force to the generator. Accordingly, the generator (G, shown in FIG. 7) can produce electricity. The refrigerant adiabatically compressed in the compressor 152 is cooled to be equipotential discharged from the condenser 143 in the LNG evaporator 4101 so as to operate as an LNG heating device so that LNG (liquefied natural gas) is supplied from the LNG evaporator 4101 It can be vaporized.

상기 LNG 증발기(4101)는 개질기(430), 연소기(440), 및 상기 가스엔진(1401)에 연결되게 설치된다. 이에 따라, 상기 LNG 증발기(4101)에서 기화되는 NG(천연가스)는 임펠러(Impeller), 블로워(Blower) 등을 통해 상기 개질기(430), 상기 연소기(440) 및 상기 가스엔진(1401)으로 공급될 수 있다. 상기 응축기(143)를 거친 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 냉매는 상기 제1열교환부(500)의 배기가스와 열교환할 수 있도록 상기 펌프(151)에 의해 상기 제2열교환부(600)으로 공급될 수 있다.The LNG evaporator 4101 is connected to the reformer 430, the combustor 440, and the gas engine 1401. Accordingly, NG (natural gas) vaporized in the LNG evaporator 4101 is supplied to the reformer 430, the combustor 440, and the gas engine 1401 through an impeller, a blower, . The refrigerant of the Rankine cycle system 150 passing through the condenser 143 is supplied to the second heat exchanger 600 by the pump 151 so that heat can be exchanged with the exhaust gas of the first heat exchanger 500 .

도 7b을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제1실시예에서 제1열교환부(500) 및 상기 연료전지(210), 상기 개질기(430), 상기 연소기(440)를 제외하고, 제2열교환부(600)을 포함할 수 있다. 상기 기수분리기(4201)에서 상기 이코노마이저(1402)로 공급된 물 또는 스팀이 가열되어 제2열교환부(600)에서 냉매를 가열하도록 하고, 가열된 냉매를 이용하여 상기 LNG 증발기(4101)에서 LNG를 기화시키도록 구현할 수 있다. The first heat exchanging unit 500 and the fuel cell 210, the reformer 430, and the combustor 440 in the first embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention, And may include a second heat exchanger 600. The water or steam supplied to the economizer 1402 from the water separator 4201 is heated to heat the refrigerant in the second heat exchanger 600 and the LNG is evaporated from the LNG evaporator 4101 using the heated refrigerant, Vaporized.

이는 상기 도 7a에서 by-pass라인을 통해 상기 가스엔진(1401)의 배기가스에 의해 가열되어 발생한 스팀만으로 LNG를 기화시키는 냉매를 가열하는 시스템과 동일한 효과를 얻을 수 있다.The same effect as the system for heating the refrigerant vaporizing the LNG with only the steam generated by the exhaust gas of the gas engine 1401 through the by-pass line in FIG. 7A can be obtained.

다음, 상기 연료전지 시스템(200)에서 설명하면, 상기 제1열교환부(500)에서 상기 제2열교환부(600)로 공급되는 고온의 스팀(H20)은 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 냉매, 즉 물(액체 또는 기체로서의 H20)에 의해 냉각된다. 이에 따라, 상기 제2열교환부(600)에서 배출되는 스팀(H20)은 상기 제1열교환부(500)에서 상기 제2열교환부(600)로 공급되는 스팀(H20)에 비해 저온이다. 상기 제1열교환부(500)에서 공급되어 상기 제2열교환부(600)를 거쳐 배출되는 스팀(H20)은 제3열교환부(700, 도 8에 도시됨)로 공급될 수 있다.The high temperature steam H 2 0 supplied from the first heat exchanging unit 500 to the second heat exchanging unit 600 is supplied to the Rankine cycle system 150, It is cooled by a refrigerant, i.e., water (H 2 O as liquid or gas). The steam H 2 0 discharged from the second heat exchanger 600 is lower in temperature than the steam H 2 0 supplied from the first heat exchanger 500 to the second heat exchanger 600, to be. The steam H 2 0 supplied from the first heat exchanging unit 500 and discharged through the second heat exchanging unit 600 may be supplied to the third heat exchanging unit 700 (shown in FIG. 8).

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 가스엔진(1401)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 1차 가열되고, 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 2차 가열된 스팀(H20)으로 랭킨사이클(Rankine Cycle) 시스템에 사용되는 냉매를 가열하도록 구현됨으로써, 냉매를 가열하기 위한 별도의 가열장치를 생략할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제1실시예는 랭킨사이클 시스템의 냉매 가열장치에 공급되는 연료나 전기를 상기 연료전지(210) 및 상기 가스엔진(1401)에 공급할 수 있어 전기 생산량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 가스엔진(1401)으로 이동할 수 있는 운항거리를 증가시키고, 상기 발전시스템의 효율을 높일 수 있다.First, the first embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention is primarily heated using the waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine 1401, and the exhaust gas discharged from the combustor 440 The second refrigerant H 2 0 is heated using the waste heat of the second refrigerant H 2 0 to heat the refrigerant used in the Rankine Cycle system, thereby omitting a separate heating device for heating the refrigerant. Accordingly, the first embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention can supply the fuel cell 210 and the gas engine 1401 with fuel or electricity supplied to the refrigerant heating apparatus of the Rankine cycle system So that it is possible not only to increase the electricity production amount but also to increase the operating distance to the gas engine 1401 and to increase the efficiency of the power generation system.

둘째, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제1실시예는 상기 이코노마이저(1402)에서 1차 가열되고, 상기 제1열교환부(500)에서 2차 가열된 스팀(H20)으로 랭킨사이클(Rankine Cycle) 시스템에 사용되는 냉매를 가열하도록 구현됨으로써, 냉매를 가열하기 위한 별도의 가열장치를 생략할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제1실시예는 전기를 생산하는데 소모되는 구축비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 설치공간의 활용도를 높일 수 있다.The first embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention is firstly heated by the economizer 1402 and steam H 2 0 secondarily heated by the first heat exchanging unit 500 By being adapted to heat the refrigerant used in the Rankine Cycle system, a separate heating device for heating the refrigerant can be omitted. Accordingly, the first embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention not only can reduce the construction cost consumed in producing electricity, but also can increase the utilization of the installation space.

셋째, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제1실시예는 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 냉매를 열원으로 LNG(액화천연가스)를 기화시키도록 구현됨으로써, LNG(액화천연가스)를 가열하기 위한 별도의 가열장치를 생략할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제1실시예는 LNG(액화천연가스)를 기화시키기 위한 가열장치에 공급되는 연료나 전기를 상기 연료전지(210) 및 상기 가스엔진(1401)에 공급할 수 있어 전기 생산량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 가스엔진(1401)의 가동시간을 증가시키고, 상기 발전시스템의 효율을 높일 수 있다.Third, the first embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention is implemented to vaporize LNG (liquefied natural gas) by using the refrigerant of the Rankine cycle system 150 as a heat source, whereby LNG (liquefied natural gas) It is possible to omit a separate heating device for heating the substrate. Accordingly, the first embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention is configured such that the fuel or electricity supplied to the heating device for vaporizing LNG (liquefied natural gas) is supplied to the fuel cell 210 and the gas engine 1401 so that it is possible to increase the amount of electricity produced, increase the operation time of the gas engine 1401, and increase the efficiency of the power generation system.

넷째, 넷째, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제1실시예는 상기 가스엔진(1401) 및 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H20)을 생성하도록 구현됨으로써, 상기 발전시스템(100)의 효율을 향상시킬 수 있다.Fourth, in the first embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention, the waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine 1401 and the combustor 440 is supplied to the reformer 430 as a heat source is being implemented to generate steam (H 2 0), it is possible to improve the efficiency of the power generation system 100. the

도 8을 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제2실시예는 제3열교환부(700)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 8, the second embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention may include a third heat exchanger 700.

상기 제3열교환부(700)는 상기 제2열교환부(600)와 상기 기수분리기(4201) 사이에 설치된다. 상기 제3열교환부(700)는 상기 제2열교환부(600)에서 배출되는 물(액체 혹은 기체상태로서의 H20)이 가열되도록 상기 연료전지(210)에서 배출되는 배기가스 및 상기 제2열교환부(600)에서 배출되는 물(액체 혹은 기체상태로서의 H20)을 열교환시킨다. 이 경우, 상기 연료전지(210)에서 배출되는 배기가스는 상기 제2열교환부(600)에서 배출되는 물(액체 혹은 기체상태로서의 H20)을 가열하는 열원이 된다. 이에 따라, 상기 제3열교환부(700)에 공급되는 물(액체 혹은 기체상태로서의 H20)은 스팀(H20) 등으로 상변화 또는 가열되어 상기 제3열교환부(700)에서 배출될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제2실시예는 상기 제2열교환부(600)에서 상기 기수분리기(4201)로 공급되는 스팀(H20)의 양을 증가시킴으로써, 상기 기수분리기(4201)가 스팀(H20)을 생성하기 위한 부하를 감소시켜 상기 기수분리기(4201)의 사용수명을 연장시키고 효율을 높일 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제2실시예는 상기 기수분리기(4201)에 공급되는 스팀(H20)의 양을 증가시킴으로써, 상기 제2열교환부(600)에 공급되는 스팀(H20)의 양을 증가시켜 상기 LNG증발기(4101)의 기화된 NG의 양을 증가시키고 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 전기 생산량을 증가시킬 수도 있다.The third heat exchanger 700 is installed between the second heat exchanger 600 and the water separator 4201. The third heat exchanging part 700 exchanges heat between the exhaust gas discharged from the fuel cell 210 and the second heat exchanging part 600 so that water (H 2 0 in liquid or gaseous state) discharged from the second heat exchanging part 600 is heated. (H 2 0 in liquid or gaseous state) discharged from the unit 600. In this case, the exhaust gas discharged from the fuel cell 210 becomes a heat source for heating water (H 2 0 in liquid or gaseous state) discharged from the second heat exchanging unit 600. Accordingly, the water (H 2 0 in liquid or gaseous state) to be supplied to the third heat exchanging part 700 is phase-changed or heated by the steam H 2 0 or the like and is discharged from the third heat exchanging part 700 . Therefore, the second embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention increases the amount of steam (H 2 0) supplied from the second heat exchanger 600 to the water separator 4201, It is possible to reduce the load for generating the steam H 2 0 by the water separator 4201, thereby extending the useful life of the water separator 4201 and increasing the efficiency. The second embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention may further include the step of supplying the steam to the second heat exchanger 600 by increasing the amount of steam H 2 0 supplied to the water separator 4201 May increase the amount of steam (H 2 O) in the LNG evaporator 4101 to increase the amount of vaporized NG of the LNG evaporator 4101 and increase the electricity production of the Rankine cycle system 150.

도시하지 않았지만, 상기 제어부(250)는 상기 공급부(800)에 설치된 밸브를 제어하여 관로를 개방함에 따라 상기 제1열교환부(500)에서 상기 제2열교환부(600)로 공급되는 스팀(H20) 중 일부를 상기 개질기(430)로 공급할 수 있다. 이에 따라, 상기 개질기(430)는 상기 공급부(800)를 통해 상기 제1열교환부(500)에서 공급되는 스팀(H20)을 공급받아 개질반응에 사용할 수 있다. 상기 제어부(250)는 상기 개질기(430)에 공급되는 스팀(H20)의 필요한 양을 상기 밸브를 제어하여 관로를 개폐함으로써, 상기 제1열교환부(500)에서 상기 개질기(430)로 적절하게 스팀(H20)이 공급되도록 할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제2실시예는 상기 제1열교환부(500)에서 가열된 스팀(H20)을 상기 개질기(430)에 공급할 수 있도록 구현됨으로써, 스팀 생성을 위한 열 공급을 줄임으로써 상기 연료전지 시스템(200)의 효율을 향상시킬 수 있다.Although not shown, the controller 250 is the steam from the first heat exchange unit 500, as opening the conduit to control the valve disposed in the supply portion 800 is supplied to the second heat exchanger (600) (H 2 0) may be supplied to the reformer 430. Accordingly, the reformer 430 can supply the steam (H 2 0) supplied from the first heat exchanger 500 through the supply unit 800 and use it for the reforming reaction. The control unit 250 controls the amount of the steam H 2 0 supplied to the reformer 430 to control the valve to open and close the pipeline so that the reformer 430 (H 2 0) can be supplied. Accordingly, the second embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention is configured to supply the steam H 2 0 heated by the first heat exchanging unit 500 to the reformer 430, The efficiency of the fuel cell system 200 can be improved by reducing the heat supply for generation.

상기 연료전지 시스템(200)의 운전 이상 등으로 인해 정지되거나 보수 등으로 인해 상기 연료전지 시스템을 사용하지 않는 경우, 상기 제1열교환부(500) 전단에 설치된 by-pass 라인을 설치하여 상기 연료전지 시스템(200)의 상기 연소기(440) 배기가스에 의해 2차 가열하지 않고, 상기 가스엔진 시스템(140)의 상기 이코노마이저(1402)에 의해 가열된 스팀으로 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 냉매를 가열함으로써, 상기 LNG 증발기(4101)에서 LNG를 기화시키도록 할 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제2실시예에서 제1열교환부(500) 및 상기 연료전지(210), 상기 개질기(430), 상기 연소기(440)를 제외하고, 제2열교환부(600) 및 제3열교환부(700)를 포함할 수 있다. 상기 기수분리기(4201)에서 상기 이코노마이저(1402)로 공급된 물 또는 스팀이 가열되어 제2열교환부(600)에서 냉매를 가열하도록 하고, 가열된 냉매를 이용하여 상기 LNG 증발기(4101)에서 LNG를 기화시키도록 구현할 수 있다.If the fuel cell system is not used due to an abnormal operation or the like of the fuel cell system 200 or the like, a by-pass line installed at the front end of the first heat exchanging unit 500 may be installed, The refrigerant in the Rankine cycle system 150 is heated by steam heated by the economizer 1402 of the gas engine system 140 without being secondarily heated by the exhaust gas of the combustor 440 of the system 200 The LNG evaporator 4101 may vaporize the LNG. In the second embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention, except for the first heat exchanger 500 and the fuel cell 210, the reformer 430, and the combustor 440, 2 heat exchanging unit 600 and a third heat exchanging unit 700. The water or steam supplied to the economizer 1402 from the water separator 4201 is heated to heat the refrigerant in the second heat exchanger 600 and the LNG is evaporated from the LNG evaporator 4101 using the heated refrigerant, Vaporized.

도 9를 참고하면, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제3실시예는 제1응축기(810)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 9, the third embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention may include a first condenser 810.

상기 제1응축기(810)는 상기 제3열교환부(700) 및 상기 기수분리기(4201) 사이에 설치된다. 상기 제1응축기(810)는 상기 제3열교환부(700)에서 배출되는 상기 연료전지(210)의 배기가스에 포함된 스팀(H20)을 응축시킨다. 상기 제1응축기(810)는 수냉식, 공냉식, 증발식 등의 방법으로 스팀(H20)을 냉각시켜 응축시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 제1응축기(810)는 상기 연료전지(210)의 배기가스에 포함된 스팀(H20)을 물로 응축시킬 수 있다. 상기 제1응축기(810)는 응축시킨 물을 상기 기수분리기(4201)로 공급할 수 있다. 상기 제1응축기(810)에서 응축된 물을 제외한 나머지 잔여가스는 상기 연소기(440)로 공급된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제3실시예는 상기 연료전지(210)의 배기가스로부터 스팀(H20)을 물로 응축시켜 상기 기수분리기(4201)에 공급할 수 있으므로, 외부로 배출되는 물을 재활용하여 전기를 생산하는데 필요한 물이 낭비되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 연료전지 시스템(200)에 대한 제3실시예는 상기 제1응축기(810)에서 배출되는 배기가스를 상기 연소기(440)로 공급하여 연소되도록 구현됨으로써, 미반은 배기가스 배출량을 감소시켜 환경 보호에 기여할 수 있다.The first condenser 810 is installed between the third heat exchanger 700 and the water separator 4201. The first condenser 810 condenses the steam H 2 0 contained in the exhaust gas of the fuel cell 210 discharged from the third heat exchanger 700. The first condenser 810 can cool and condense the steam (H 2 0) by a method such as water-cooling, air-cooling or evaporation. Accordingly, the first condenser 810 condenses the steam H 2 0 contained in the exhaust gas of the fuel cell 210 into water. The first condenser 810 can supply the condensed water to the water separator 4201. The residual gas other than condensed water in the first condenser 810 is supplied to the combustor 440. Accordingly, the third embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention can condense the steam (H 2 0) from the exhaust gas of the fuel cell 210 to water and supply it to the water separator 4201 , It is possible to prevent waste of water required for producing electricity by recycling water discharged to the outside. In addition, the third embodiment of the fuel cell system 200 according to the present invention is configured such that the exhaust gas discharged from the first condenser 810 is supplied to the combustor 440 to be burned, Thereby contributing to environmental protection.

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 10은 본 발명에 따른 선박의 일례를 나타낸 개략도이다.10 is a schematic view showing an example of a ship according to the present invention.

도 1 내지 도 10을 참고하면, 본 발명에 따른 선박(900)은 선체(910)에 발전시스템(100)이 설치된다. 상기 발전시스템(100)은 상기 가스엔진 시스템(140) 및 상기 연료전지 시스템(200)을 포함한다. 상기 가스엔진 시스템(140)은 상기 가스엔진(1401) 및 상기 이코노마이저(1402)를 포함한다. 상기 연료전지 시스템(200)은 연료전지(210), 수소생성부(400), 제1열교환부(500), 제2열교환부(600), 제3열교환부(700), 공급부(800) 및 제1응축기(810)를 포함한다. 상기 연료전지 시스템(200)은 상기 연료전지(210), 상기 수소생성부(400), 상기 제1열교환부(500), 상기 제2열교환부(600), 상기 제3열교환부(700), 상기 공급부(800) 및 상기 제1응축기(810) 등을 포함한 모든 구성의 동작을 제어하는 제어부(250)를 포함하여 구현될 수도 있다.1 to 10, 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 the gas engine system 140 and the fuel cell system 200. The gas engine system 140 includes the gas engine 1401 and the economizer 1402. The fuel cell system 200 includes a fuel cell 210, a hydrogen generating unit 400, a first heat exchanging unit 500, a second heat exchanging unit 600, a third heat exchanging unit 700, a supplying unit 800, And a first condenser 810. The fuel cell system 200 includes the fuel cell 210, the hydrogen generator 400, the first heat exchanger 500, the second heat exchanger 600, the third heat exchanger 700, And a control unit 250 for controlling the operation of all the components including the supply unit 800 and the first condenser 810, and the like.

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. 상기 연료전지(210)에서 배출되는 배기가스는 상기 제3열교환부(700)에 공급되어, 상기 제2열교환부(600)에서 상기 기수분리기(4201)로 공급되는 물(액체 혹은 기체상태로서의 H20)을 가열하는 열원으로 사용될 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). The exhaust gas discharged from the fuel cell 210 is supplied to the third heat exchanger 700 and is supplied to the water separator 4201 from the second heat exchanger 600 2 0).

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)를 포함한다. 상기 LNG 증발기(4101) 내부에는 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 응축기(153)가 설치될 수 있다. 이에 따라, 상기 LNG 증발기(4101)는 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 응축기(153)에 공급되는 스팀(H20)을 열원으로 LNG(액화천연가스)를 기화시킬 수 있다.상기 원료수 처리부(420)는 상기 원료수 공급부(120)로부터 공급되는 원료수를 전처리하기 위해 스팀(H20)에서 물을 분리하는 기수분리기(4201)를 포함할 수 있다. 상기 가스엔진 시스템(140)의 이코노마이저(1402)는 상기 기수분리기(4201)에서 공급되는 물(액체 혹은 기체상태로서의 H20) 및 스팀(H20) 중 적어도 하나를 가열할 수 있다. 상기 수소생성부(400)는 상기 원료 공급부(110)로부터 원료를 공급받고, 상기 원료수 공급부(120)로부터 스팀(H20)을 공급받아 상기 연료전지(210)에 필요한 수소가 포함된 연료를 생성한다. 여기서, 상기 이코노마이저(1402)는 상기 가스엔진(1401)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 상기 기수분리기(4201)에서 공급되는 물(액체 혹은 기체상태로서의 H20)과 스팀(H20) 중 적어도 하나를 가열할 수 있다. 상기 이코노마이저(1402)는 상기 가스엔진(1401)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 상기 기수분리기(4201)에서 공급되는 스팀(H20)을 가열하는 순환부를 포함할 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 that receives raw materials from the raw material supply unit 110 and preprocesses the raw materials. A condenser 153 of the Rankine cycle system 150 may be installed inside the LNG evaporator 4101. Accordingly, the LNG evaporator 4101 can vaporize LNG (liquefied natural gas) using steam (H 2 0) supplied to the condenser 153 of the Rankine cycle system 150 as a heat source. (420) may include a water separator (4201) for separating water from steam (H 2 0) to pre-treat the raw water supplied from the raw water supply part (120). The economizer 1402 of the gas engine system 140 can heat at least one of water (H 2 0 in liquid or gaseous state) and steam (H 2 0) supplied from the water separator 4201. 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 supplying unit 120 to supply the fuel containing the hydrogen required for the fuel cell 210 . The economizer 1402 uses the waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine 1401 as a heat source and the water (H 2 0 as liquid or gaseous state) and steam (H 2 0) supplied from the water separator ) Can be heated. The economizer 1402 may include a circulation unit for heating steam (H 2 0) supplied from the water separator 4201 using waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine 1401 as a heat source.

상기 제1열교환부(500)는 상기 이코노마이저(1402)에서 상기 제2열교환부(600)로 공급되는 스팀(H20)이 가열되도록 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스 및 상기 이코노마이저(1402)에서 배출되는 스팀(H20)을 열교환시킨다. 이 경우, 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스는 상기 이코노마이저(1402)에서 배출되는 스팀(H20)을 가열하는 열원이 된다. 이에 따라, 상기 제1열교환부(500)에서 배출되는 스팀(H20)은 상기 제2열교환부(600)로 공급되어 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 냉매를 가열하는 열원이 될 수 있다.The first heat exchanging unit 500 exchanges heat between the exhaust gas discharged from the combustor 440 and the economizer 1402 so that the steam H 2 0 supplied to the second heat exchanging unit 600 from the economizer 1402 is heated. And the steam (H 2 0) discharged from the heat exchanger is heat-exchanged. In this case, the exhaust gas discharged from the combustor 440 becomes a heat source for heating the steam H 2 0 discharged from the economizer 1402. The steam H 2 0 discharged from the first heat exchanging unit 500 may be supplied to the second heat exchanging unit 600 and may be a heat source for heating the refrigerant in the Rankine cycle system 150.

상기 제2열교환부(600)는 냉매를 이용하여 LNG를 기화시키기 위한 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 냉매와 상기 제1열교환부(500)에서 배출되는 스팀(H20)을 열교환시킨다. 여기서, 상기 냉매는 물(액체 또는 기체로서의 H20), 이산화탄소(CO2), 프로판, 부탄, 에틸렌글리콜(Ethylene glycol) 및 프로필렌글리콜(Propylene glycol) 또는 이들의 혼합물 등일 수 있다. 본 명세서에서는 물을 기준으로 설명하기로 한다. 상기 제2열교환부(600)는 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 가열기를 대체할 수 있다. 먼저, 상기 제2열교환부(600)를 상기 랭킨사이클 시스템(150)에서 설명하면, 상기 제1열교환부(500)에서 상기 제2열교환부(600)로 공급되는 스팀(H20)은 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 냉매, 즉 물(액체 또는 기체로서의 H20)을 가열하는 열원이 된다. 이에 따라, 상기 펌프(151)에서 상기 제2열교환부(600)로 공급되는 물(액체 또는 기체로서의 H20)은 상기 제1열교환부(500)에서 공급되는 고온의 스팀(H20)에 의해 상기 제2열교환부(600)를 거치면서 가열되어 스팀(H20)으로 상변화될 수 있다. 상기 제2열교환부(600)에서 상변화된 스팀(H20)은 상기 압축기(152)로 공급되어, 상기 압축기(152)에 구동력을 발생시킬 수 있다. 상기 압축기(152)는 발전기(G, 도 7에 도시됨)에 연결되게 설치됨으로써, 발생된 구동력을 상기 발전기에 제공할 수 있다. 이에 따라, 상기 발전기(G, 도 7에 도시됨)는 전기를 생산할 수 있다. 다음, 상기 제2열교환부(600)를 상기 연료전지 시스템(200)에서 설명하면, 상기 제1열교환부(500)에서 상기 제2열교환부(600)로 공급되는 고온의 스팀(H20)은 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 냉매, 즉 물(액체 또는 기체로서의 H20)에 의해 냉각된다. 상기 제1열교환부(500)에서 공급되어 상기 제2열교환부(600)를 거쳐 배출되는 배기가스는 제3열교환부(700, 도 8에 도시됨)로 공급될 수 있다.The second heat exchanging unit 600 exchanges heat between the refrigerant of the Rankine cycle system 150 for vaporizing the LNG using the refrigerant and the steam H 2 0 discharged from the first heat exchanging unit 500. Here, the refrigerant may be water (H 2 O as liquid or gas), carbon dioxide (CO 2 ), propane, butane, ethylene glycol and propylene glycol, or a mixture thereof. In this specification, water is used as a reference. The second heat exchanger 600 may replace the heater of the Rankine cycle system 150. First, the second heat exchanger 600 will be described with reference to the Rankine cycle system 150. The steam H 2 0 supplied from the first heat exchanger 500 to the second heat exchanger 600 is supplied to the Rankine cycle system 150, Is a heat source for heating the refrigerant of the Rankine cycle system 150, that is, water (H 2 O as liquid or gas). Accordingly, water (H 2 0 as a liquid or a gas) supplied from the pump 151 to the second heat exchanger 600 is supplied to the high-temperature steam H 2 0 supplied from the first heat exchanger 500, by being heated while passing through the second heat exchange unit 600 may be a phase change to steam (H 2 0). The phase-changed steam H 2 0 in the second heat exchanger 600 may be supplied to the compressor 152 to generate a driving force to the compressor 152. The compressor 152 is installed to be connected to a generator G (shown in FIG. 7), thereby providing the generated driving force to the generator. Accordingly, the generator (G, shown in FIG. 7) can produce electricity. The second heat exchanging unit 600 will be described with reference to the fuel cell system 200. The high temperature steam H 2 0 supplied from the first heat exchanging unit 500 to the second heat exchanging unit 600, Is cooled by the refrigerant of the Rankine cycle system 150, that is, by water (H 2 O as liquid or gas). The exhaust gas supplied from the first heat exchanging unit 500 and discharged through the second heat exchanging unit 600 may be supplied to the third heat exchanging unit 700 (shown in FIG. 8).

상기 제3열교환부(700)는 상기 제2열교환부(600)에서 배출되는 물(액체 혹은 기체상태로서의 H20)이 가열되도록 상기 연료전지(210)에서 배출되는 배기가스 및 상기 제2열교환부(600)에서 배출되는 물(액체 혹은 기체상태로서의 H20)을 열교환시킨다. 이 경우, 상기 연료전지(210)에서 배출되는 배기가스는 상기 제2열교환부(600)에서 배출되는 물(액체 혹은 기체상태로서의 H20)을 가열하는 열원이 된다. 이에 따라, 상기 제3열교환부(700)에 공급되는 물(액체 혹은 기체상태로서의 H20)은 스팀(H20)으로 상변화되어 상기 기수분리기(4101)로 공급될 수 있다.The third heat exchanging part 700 exchanges heat between the exhaust gas discharged from the fuel cell 210 and the second heat exchanging part 600 so that water (H 2 0 in liquid or gaseous state) discharged from the second heat exchanging part 600 is heated. (H 2 0 in liquid or gaseous state) discharged from the unit 600. In this case, the exhaust gas discharged from the fuel cell 210 becomes a heat source for heating water (H 2 0 in liquid or gaseous state) discharged from the second heat exchanging unit 600. Accordingly, the water (H 2 0 in liquid or gaseous state) supplied to the third heat exchanger 700 can be phase-changed to steam H 2 0 and supplied to the water separator 4101.

상기 공급부(800)는 상기 제1열교환부(500)에서 상기 제2열교환부(600)로 공급되는 스팀(H20) 중 일부를 상기 개질기(430)에 공급한다. 이를 위해, 상기 공급부(800)는 상기 제1열교환부(500)와 상기 제2열교환부(600)를 연결하는 관로, 및 상기 개질기(430)를 연결한다. 예컨대, 상기 공급부(800)는 관 또는 파이프와 같은 관로, 및 상기 관로에 설치되는 밸브(Valve)를 포함하여 구현될 수 있다. 제어부(250)는 상기 공급부(800)에 설치된 밸브를 제어하여 관로를 개방함에 따라 상기 제1열교환부(500)에서 상기 제2열교환부(600)로 공급되는 스팀(H20) 중 일부를 상기 개질기(430)로 공급할 수 있다.The supply unit 800 supplies a portion of the steam H 2 0 supplied from the first heat exchanging unit 500 to the second heat exchanging unit 600 to the reformer 430. The supply unit 800 connects the pipe connecting the first heat exchanging unit 500 and the second heat exchanging unit 600 and the reformer 430. For example, the supply unit 800 may include a pipe such as a pipe or a pipe, and a valve installed in the pipe. The control unit 250 controls the valves provided in the supply unit 800 so that a part of the steam H 2 0 supplied from the first heat exchanging unit 500 to the second heat exchanging unit 600 To the reformer 430.

상기 연료전지 시스템(200)의 운전 이상 등으로 인해 정지되거나 보수 등으로 인해 상기 연료전지 시스템을 사용하지 않는 경우, 상기 제1열교환부(500) 전단에 설치된 by-pass 라인을 설치하여 상기 연료전지 시스템(200)의 상기 연소기(440) 배기가스에 의해 2차 가열하지 않고, 상기 가스엔진 시스템(140)의 상기 이코노마이저(1402)에 의해 가열된 스팀으로 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 냉매를 가열함으로써, 상기 LNG 증발기(4101)에서 LNG를 기화시키도록 할 수도 있다. 또한, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 제1열교환부(500) 및 상기 연료전지(210), 상기 개질기(430), 상기 연소기(440)를 제외하고, 제2열교환부(600) 및 제3열교환부(700)를 포함할 수 있다. 상기 기수분리기(4201)에서 상기 이코노마이저(1402)로 공급된 물 또는 스팀이 가열되어 제2열교환부(600)에서 냉매를 가열하도록 하고, 가열된 냉매를 이용하여 상기 LNG 증발기(4101)에서 LNG를 기화시키도록 구현할 수 있다.If the fuel cell system is not used due to an abnormal operation or the like of the fuel cell system 200 or the like, a by-pass line installed at the front end of the first heat exchanging unit 500 may be installed, The refrigerant in the Rankine cycle system 150 is heated by steam heated by the economizer 1402 of the gas engine system 140 without being secondarily heated by the exhaust gas of the combustor 440 of the system 200 The LNG evaporator 4101 may vaporize the LNG. The ship 900 according to the present invention includes the second heat exchanger 600 and the second heat exchanger 600 except for the first heat exchanger 500, the fuel cell 210, the reformer 430 and the combustor 440, And a third heat exchanging unit 700. The water or steam supplied to the economizer 1402 from the water separator 4201 is heated to heat the refrigerant in the second heat exchanger 600 and the LNG is evaporated from the LNG evaporator 4101 using the heated refrigerant, Vaporized.

상기 제1응축기(810)는 상기 제3열교환부(700)에서 배출되는 상기 연료전지(210)의 배기가스에 포함된 스팀(H20)을 응축시킨다. 상기 제1응축기(810)는 수냉식, 공냉식, 증발식 등의 방법으로 스팀(H20)을 냉각시켜 응축시킬 수 있다. 상기 제1응축기(810)에서 응축된 물은 상기 기수분리기(4201)로 공급될 수 있다. 상기 제1응축기(810)에서 응축된 물을 제외한 나머지 잔여가스는 상기 연소기(440)로 공급될 수 있다.The first condenser 810 condenses the steam H 2 0 contained in the exhaust gas of the fuel cell 210 discharged from the third heat exchanger 700. The first condenser 810 can cool and condense the steam (H 2 0) by a method such as water-cooling, air-cooling or evaporation. The condensed water in the first condenser 810 may be supplied to the water separator 4201. The residual gas other than condensed water in the first condenser 810 may be supplied to the combustor 440.

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 가스엔진(1401)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 1차 가열되고, 상기 연소기(440)에서 배출되는 배기가스의 폐열을 이용하여 2차 가열된 스팀(H20)으로 랭킨사이클(Rankine Cycle) 시스템에 사용되는 냉매를 가열하도록 구현됨으로써, 냉매를 가열하기 위한 별도의 가열장치를 생략할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(900)은 가열장치에 공급되는 연료나 전기를 줄임으로써, 상기 연료전지(210) 및 상기 가스엔진(1401)에 공급할 수 있어 전기 생산량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 가스엔진(1401)으로 이동할 수 있는 운항거리를 증가시킬 수 있다.First, the ship 900 according to the present invention is primarily heated by using the waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine 1401. The waste heat of the exhaust gas discharged from the combustor 440 is used for secondary heating And the refrigerant used in the Rankine Cycle system is heated by the steam (H 2 0), so that a separate heating device for heating the refrigerant can be omitted. Accordingly, the ship 900 according to the present invention can supply fuel to the fuel cell 210 and the gas engine 1401 by reducing the amount of fuel or electricity supplied to the heating device, It is possible to increase the travel distance that can be moved to the gas engine 1401.

둘째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 이코노마이저(1402)에서 1차 가열되고, 상기 제1열교환부(500)에서 2차 가열된 스팀(H20)으로 상기 랭킨사이클(Rankine Cycle) 시스템(150)에 사용되는 냉매를 가열하도록 구현됨으로써, 냉매를 가열하기 위한 별도의 가열장치를 생략할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(900)은 전기를 생산하는데 소모되는 구축비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 설치공간의 활용도를 높일 수 있다.Second, the ship 900 according to the present invention is firstly heated by the economizer 1402, and the Rankine Cycle system 200 is heated by the second heated steam H 2 0 in the first heat exchanging unit 500, The refrigerant used for the refrigerant circulation unit 150 is heated, so that a separate heating device for heating the refrigerant can be omitted. Accordingly, the ship 900 according to the present invention can not only reduce the construction cost consumed in producing electricity, but also increase the utilization of the installation space.

셋째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 냉매를 열원으로 LNG(액화천연가스)를 기화시키도록 구현됨으로써, LNG(액화천연가스)를 가열하기 위한 별도의 가열장치를 생략할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 선박(900)은 LNG(액화천연가스)를 기화시키기 위한 가열장치에 공급되는 연료를 상기 연료전지(210) 및 상기 가스엔진(1401)에 공급할 수 있어 전기 생산량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 가스엔진(1401)의 가동시간을 증가시킬 수 있다.Third, the ship 900 according to the present invention is realized by vaporizing LNG (liquefied natural gas) using the refrigerant of the Rankine cycle system 150 as a heat source, thereby providing a separate heating device for heating the LNG (liquefied natural gas) Can be omitted. Accordingly, the ship 900 according to the present invention can supply the fuel supplied to the heating device for vaporizing the LNG (liquefied natural gas) to the fuel cell 210 and the gas engine 1401, And the operation time of the gas engine 1401 can be increased.

넷째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 기수분리기(4201)에 공급되는 스팀(H20)의 양을 증가시켜 상기 제2열교환부(600)에 공급되는 스팀(H20)의 양을 증가시킴으로써, 상기 랭킨사이클 시스템(150)에서 LNG증발량 증가에 대응할 수 있다.Fourth, the ship 900 according to the present invention increases the amount of steam (H 2 0) supplied to the water separator 4201 to increase the amount of steam (H 2 0) supplied to the second heat exchanger 600 By increasing the amount of LNG evaporated in the Rankine cycle system 150. [0035]

다섯째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 제1열교환부(500)에서 가열된 스팀(H20)을 상기 개질기(430)에서 필요로 하는 스팀 생성을 위한 열을 줄임으로써, 상기 연료전지 시스템(200)의 효율을 향상시킬 수 있다.Fifth, the ship 900 according to the present invention reduces the heat required for the steam generated by the reformer 430 from the steam H 2 0 heated by the first heat exchanging unit 500, The efficiency of the system 200 can be improved.

여섯째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 연료전지(210)의 배기가스에 포함된 스팀(H20)을 물로 응축시켜 상기 기수분리기(4201)에 공급할 수 있으므로, 외부로 배출되는 물을 재활용하여 전기를 생산하는데 필요한 물이 낭비되는 것을 방지할 수 있다.Sixth, since the ship 900 according to the present invention can condense the steam (H 2 0) contained in the exhaust gas of the fuel cell 210 to water and supply it to the water separator 4201, It is possible to prevent waste of water required to produce electricity by recycling.

일곱째, 본 발명에 따른 선박(900)은 상기 제1응축기(810)에서 배출되는 배기가스를 상기 연소기(440)로 공급하여 연소되도록 구현됨으로써, 미반응 배기가스 배출량을 감소시켜 환경 보호에 기여할 수 있다.Seventhly, the ship 900 according to the present invention is constructed such that the exhaust gas discharged from the first condenser 810 is supplied to the combustor 440 and burned, thereby reducing the amount of unreacted exhaust gas, have.

도 1 내지 도 10을 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 10, 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 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 원료 처리부(410)에서 공급되는 LNG(액화천연가스)가 기화된 연료로 추진력을 발생시키는 가스엔진(1401)이 설치된다. 상기 원료 처리부(410)는 LNG 증발기(4101)를 포함하고, 상기 LNG 증발기(4101)는 상기 원료 공급부(110)에 저장된 LNG(액화천연가스)를 공급받을 수 있다. 상기 가스엔진(1401)은 추진력을 발생시키면서 발생되는 배기가스를 상기 연료전지 시스템(200)으로 공급할 수 있다. 예컨대, 상기 가스엔진(1401)에서 배출되는 배기가스는 상기 이코노마이저(1402)에 공급될 수 있다.The hull 910 is provided with a gas engine 1401 that generates propelling force by fuel vaporized from LNG (liquefied natural gas) supplied from the material processing unit 410. The raw material processing unit 410 includes an LNG evaporator 4101 and the LNG evaporator 4101 can receive LNG stored in the raw material supply unit 110. The gas engine 1401 can supply exhaust gas generated while generating a propulsive force to the fuel cell system 200. For example, the exhaust gas discharged from the gas engine 1401 may be supplied to the economizer 1402.

상기 선체(910)에는 상기 연료전지 시스템(200)의 상기 제1열교환부(500)에서 배출되는 고온의 스팀(H20)을 열원으로 냉매를 가열하여 상기 LNG증발기(4101)에 공급되는 LNG를 기화시키기 위한 랭킨사이클 시스템(150)이 설치된다. 상기 랭킨사이클 시스템(150)은 냉매를 단열 압축하기 위한 펌프(151), 상기 펌프(151)에서 배출되는 냉매를 등압 가열하기 위한 가열기, 상기 가열기에서 배출되는 냉매를 단열 압축하기 위한 압축기(152) 및 상기 압축기(152)에서 배출되는 냉매를 등압 방열하기 위한 응축기(153)를 포함하여 구현될 수 있다. 본 명세서에서 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 가열기는 상기 연료전지 시스템(200)의 제2열교환부(600, 도 7에 도시됨)로 대체될 수 있다. 상기 랭킨사이클 시스템(150)의 응축기(153)는 상기 LNG 증발기(4101)의 내부에 설치되어, 상기 제2열교환부(600)에서 가열된 냉매를 공급받을 수 있다.The hull 910 is connected to the LNG evaporator 4101 by heating the refrigerant by using a high temperature steam H 2 0 discharged from the first heat exchanger 500 of the fuel cell system 200 as a heat source, A Rankine cycle system 150 is provided for vaporizing the gas. The Rankine cycle system 150 includes a pump 151 for compressing the refrigerant adiabatically, a heater for heating the refrigerant discharged from the pump 151, a compressor 152 for adiabatically compressing the refrigerant discharged from the heater 151, And a condenser 153 for equipotential cooling of the refrigerant discharged from the compressor 152. In this specification, the heater of the Rankine cycle system 150 may be replaced by the second heat exchanger 600 (shown in FIG. 7) of the fuel cell system 200. The condenser 153 of the Rankine cycle system 150 may be installed inside the LNG evaporator 4101 to receive the refrigerant heated by the second heat exchanger 600.

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(160)가 설치된다. 상기 전력변환부(160)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(160)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 160 is provided. The power conversion unit 160 discharges the electricity supplied from the fuel cell system 200 to the 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 160 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 : 가스엔진 시스템
150 : 랭킨사이클(Rankine Cycle) 시스템 160 : 전력변환부
200 : 연료전지 시스템
210 : 연료전지 250 : 제어부
400 : 수소생성부 500 : 제1열교환부
600 : 제2열교환부 700 : 제3열교환부
800 : 공급부 810 : 제1응축기100: Power generation system
110: raw material supply part 120: raw material water supply part
130: air supply unit 140: gas engine system
150: Rankine Cycle system 160: Power conversion unit
200: Fuel cell system
210: fuel cell 250:
400: hydrogen generator 500: first heat exchanger
600: second heat exchanger 700: third heat exchanger
800: Supply unit 810: First condenser

Claims (8)

선박으로서,
LNG(액화천연가스)를 공급하기 위한 원료 공급부;
원료수를 공급하기 위한 원료수 공급부;
추진력을 발생시키는 가스엔진 및 상기 가스엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 사용하는 이코노마이저를 포함하는 가스엔진 시스템;
냉매를 이용하여 전기를 생산하는 랭킨사이클(Rankine Cycle) 시스템;
상기 가스엔진 시스템 및 상기 랭킨사이클 시스템에 연동하여 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 전처리하기 위해 스팀(H20)에서 물을 분리하는 기수분리기를 포함하는 원료수 처리부, 상기 원료 처리부로부터 공급된 전처리된 연료 및 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 가스엔진 시스템의 이코노마이저로부터 배출되는 스팀(H20) 및 상기 연소기에서 배출되는 배기가스를 열교환시키는 제1열교환부; 및
상기 이코노마이저에서 1차 가열된 후에 상기 제1열교환부에서 2차 가열된 스팀(H20)을 열원으로 하여 상기 랭킨사이클 시스템의 냉매가 가열되도록, 상기 랭킨사이클 시스템의 냉매 및 상기 제1열교환부에서 배출되는 스팀(H20)을 열교환시키는 제2열교환부를 포함하고,
상기 가스엔진 시스템의 가스엔진은 상기 LNG증발기에서 기화되는 연료로 추진력을 발생시키고,
상기 가스엔진 시스템의 이코노마이저는 상기 가스엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 상기 기수분리기에서 공급되는 물과 스팀(H20) 중 적어도 하나를 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 gas engine system including a gas engine for generating propulsive force and an economizer for using waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine as a heat source;
A Rankine Cycle system that produces electricity using refrigerant;
A fuel cell system for producing electricity in conjunction with the gas engine system and the Rankine cycle system; 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:
An LNG evaporator for vaporizing LNG (liquefied natural gas) for pretreating LNG (liquefied natural gas) supplied from the raw material supply unit; a steam treatment unit for pre-treating the raw water supplied from the raw water supply unit with steam (H 2 0), a reformer for reforming the steam (H 2 0) supplied from the raw water treatment section and the pretreated fuel supplied from the raw material treatment section, and a reformer for heating the reformer A hydrogen generator including a combustor for generating a hydrogen gas;
A fuel cell that generates electricity based on fuel containing hydrogen supplied from the hydrogen generating unit;
A first heat exchanger for exchanging heat between steam (H 2 0) discharged from the economizer of the gas engine system and exhaust gas discharged from the combustor; And
And the refrigerant of the Rankine cycle system is heated using the steam (H 2 0), which is secondarily heated in the first heat exchanger after being firstly heated in the economizer, as a heat source, And a second heat exchanger for exchanging heat between the steam (H 2 0)
Wherein the gas engine of the gas engine system generates propulsion with fuel vaporized in the LNG evaporator,
Wherein the economizer of the gas engine system uses at least one of water and steam (H 2 0) supplied from the water separator with waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine as a heat source. 제1항에 있어서,
상기 이코노마이저는 상기 가스엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 상기 기수분리기에서 공급되는 스팀(H20)을 가열하는 순환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.The method according to claim 1,
The economiser vessel is characterized by comprising a cycle of heating the steam (H 2 0) supplied from the separator by the waste heat of the exhaust gas exhausted from the gas engine as a heat source. 원료 공급부에서 공급되는 LNG(액화천연가스)를 전처리하기 위해 LNG(액화천연가스)를 기화시키는 LNG 증발기를 포함하는 원료처리부, 원료수 공급부로부터 공급되는 원료수를 전처리하기 위해 스팀(H20)에서 물을 분리하는 기수분리기를 포함하는 원료수 처리부, 상기 원료 처리부로부터 공급된 전처리된 연료 및 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 LNG증발기에서 기화되는 연료로 추진력을 발생시키는 가스엔진, 및 상기 가스엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 상기 기수분리기에서 공급되는 물과 스팀(H20) 중 적어도 하나를 가열하는 이코노마이저를 포함하는 가스엔진 시스템에서 상기 이코노마이저로부터 배출되는 스팀(H20) 및 상기 연소기에서 배출되는 배기가스를 열교환시키는 제1열교환부; 및
상기 이코노마이저에서 1차 가열된 후에 상기 제1열교환부에서 2차 가열된 스팀(H20)을 열원으로 하여 랭킨사이클(Rankine Cycle) 시스템의 냉매가 가열되도록, 상기 랭킨사이클 시스템의 냉매 및 상기 제1열교환부에서 배출되는 스팀(H20)을 열교환시키는 제2열교환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.A raw material treatment section including an LNG evaporator for vaporizing LNG (liquefied natural gas) to pretreat LNG (liquefied natural gas) supplied from a raw material supply section, steam (H 2 0) for pretreating the raw water supplied from the raw water supply section, A reformer for reforming the steam (H 2 0) supplied from the raw water treatment section and the pretreated fuel supplied from the raw material treatment section, and a steam reforming section for heating the reformer A hydrogen generator including a combustor;
A fuel cell that generates electricity based on fuel containing hydrogen supplied from the hydrogen generating unit;
An economizer for heating at least one of water and steam (H 2 0) supplied from the water separator using waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine as a heat source; steam (H 2 0) in a gas engine system is discharged from the economizer comprising a first heat exchanging portion and the heat of the exhaust gas discharged from the combustor; And
The refrigerant of the Rankine cycle system and the refrigerant of the Rankine cycle system are heated so that the refrigerant of the Rankine cycle system is heated using the secondarily heated steam H 2 0 in the first heat exchanger after being firstly heated in the economizer, the steam discharged from the first heat exchange unit fuel cell system characterized in that it comprises a second heat exchange unit for heat exchange with (H 2 0). 제3항에 있어서,
상기 기수분리기에서 공급되는 스팀(H20)은 상기 가스엔진에서 배출되는 배기가스의 폐열을 열원으로 하여 가열되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 3,
Wherein the steam (H 2 0) supplied from the water separator is heated using waste heat of the exhaust gas discharged from the gas engine as a heat source. 제3항에 있어서,
상기 LNG 증발기는 상기 제2열교환부에서 배출되는 랭킨사이클 시스템의 냉매를 열원으로 하여 LNG(액화천연가스)를 기화시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 3,
Wherein the LNG evaporator vaporizes LNG (liquefied natural gas) using the refrigerant of the Rankine cycle system discharged from the second heat exchanger as a heat source. 제3항에 있어서,
상기 제2열교환부와 상기 기수분리기 사이에 설치되는 제3열교환부를 포함하고,
상기 제3열교환부는 상기 제2열교환부에서 배출되는 물 또는 스팀(H20) 및 상기 연료전지에서 배출되는 배기가스를 열교환시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 3,
And a third heat exchanger provided between the second heat exchanger and the water separator,
Wherein the third heat exchanger exchanges heat between water or steam (H 2 0) discharged from the second heat exchanger and exhaust gas discharged from the fuel cell. 제3항에 있어서,
상기 제1열교환부에서 상기 제2열교환부로 공급되는 스팀(H20) 중 일부를 상기 개질기에 공급하기 위한 공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 3,
And a supply unit for supplying a part of the steam (H 2 0) supplied from the first heat exchange unit to the second heat exchange unit to the reformer. 제6항에 있어서,
상기 제3열교환부 및 상기 기수분리기 사이에 설치되는 제1응축기를 포함하고,
상기 제1응축기는 상기 제3열교환부에서 배출되는 상기 연료전지의 배기가스에 포함된 스팀(H20)을 응축시키되, 상기 제1응축기에서 응축된 물이 상기 기수분리기로 공급되고 상기 응축된 물을 제외한 나머지 잔여가스가 상기 연소기로 공급되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method according to claim 6,
And a first condenser installed between the third heat exchanger and the water separator,
Wherein the first condenser condenses steam (H 2 0) contained in the exhaust gas of the fuel cell discharged from the third heat exchanger, condensed water in the first condenser is supplied to the water separator, And the residual gas other than water is supplied to the combustor.
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