KR20200061061A - Fuel cell system of underwater moving body and underwater moving body having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수중운동체의 연료전지시스템 및 이를 포함하는 수중운동체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료개질기와 연료전지가 결합된 구조로서 연료전지에서 미반응된 수소를 재순환시켜, 연료개질기에서의 수소 수율을 향상시키고 연료전지의 연료효율도 상승시킬 수 있는 수중운동체의 연료전지시스템 및 이를 포함하는 수중운동체에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell system of an underwater vehicle and an underwater vehicle including the same, and more specifically, a structure in which a fuel reformer and a fuel cell are combined to recycle unreacted hydrogen in the fuel cell, thereby yielding hydrogen in the fuel reformer. The present invention relates to a fuel cell system of an underwater vehicle capable of improving the fuel efficiency of the fuel cell and an underwater vehicle including the same.
잠수함 등의 수중운동체의 연료전지에 수소를 공급하는 방식으로 수소저장합금을 이용하였다. Hydrogen storage alloy was used as a method of supplying hydrogen to the fuel cells of aquatic vehicles such as submarines.
도 1은 종래의 수중운동체의 연료전지시스템을 나타낸 도면이다.1 is a view showing a fuel cell system of a conventional underwater vehicle.
도 1을 참조하면, 종래의 수중운동체의 연료전지시스템(10)은 수소저장합금(11), 액화산소탱크(12), 연료전지(13), 수소 반응수 탱크(14), 산소 반응수 탱크(15)를 포함하여 구성되었다. 수소는 수소저장합금(11)에 저장되며, 연료전지(13)의 연료극에 공급된다. 산소는 액화산소탱크(12)에 액화산소 형태로 저장되는데, 기화기를 거쳐 가스 형태로 만들어진 다음 연료전지(13)의 산소극에 공급된다. 수소와 산소는 연료전지(13)에서 전기화학반응을 하여 전기를 생성한다. 이때, 부가적으로 생성되는 물은 수소 및 산소 반응수 탱크(14, 15)에 저장된다.Referring to Figure 1, the
한편, 최근에는 잠수함 등의 수중운동체의 연료전지에 수소를 공급하는 방식으로 수소저장합금을 연료개질로 대체하려는 연구가 진행되고 있다. On the other hand, in recent years, research is being conducted to replace hydrogen storage alloys with fuel reforming by supplying hydrogen to a fuel cell of an underwater vehicle such as a submarine.
연료개질은 탄화수소와 알코올 계열의 연료를 개질 반응을 통해 수소를 생성시키는 기술이다.Fuel reforming is a technology that generates hydrogen through reforming reactions of hydrocarbon and alcohol-based fuels.
연료개질을 통해 다량의 수소가 포함된 개질가스가 생성되고 고분자전해질과 같은 저온 연료전지에 수소를 공급하기 위해서는 추가적인 수소 정제 작업이 필요하다. 연료의 종류에 따라 연료개질의 운전 조건이 상이한데, 개질가스의 조성은 다르지만 일반적으로 하기의 수성가스전환반응을 통해 개질가스에 포함된 일산화탄소를 이산화탄소로 변환시키면서 수소를 추가로 생성한다.Through reforming fuel, reforming gas containing a large amount of hydrogen is generated, and additional hydrogen purification is required to supply hydrogen to a low-temperature fuel cell such as a polymer electrolyte. Depending on the type of fuel, the operating conditions of the fuel reform are different. Although the composition of the reformed gas is different, in general, hydrogen is additionally generated while converting the carbon monoxide contained in the reformed gas into carbon dioxide through the following water gas conversion reaction.
하지만, 고분자전해질연료전지는 10ppm 이하의 일산화탄소가 공급되어야만 연료전지 내에 구성되어 있는 연료극의 촉매 피독으로 인한 성능 저하를 방지할 수 있으므로 추가적인 수소정제가 필요하다.However, the polymer electrolyte fuel cell needs to be supplied with carbon monoxide less than 10ppm to prevent deterioration in performance due to catalyst poisoning of the anodes formed in the fuel cell, so additional hydrogen purification is required.
수소정제 기술로는 선택적 산화반응, 메탄화, PSA, 멤브레인 방식이 있다.Hydrogen purification technologies include selective oxidation, methanation, PSA, and membrane methods.
고순도로 정제된 수소는 연료전지로 공급되고 산화제로 사용되는 산소와 반응하여 전기와 물을 생성하게 된다.Hydrogen purified in high purity is supplied to a fuel cell and reacts with oxygen used as an oxidant to generate electricity and water.
한편, 연료개질을 Dead-end type의 연료전지와 결합하여 운전하기 위해서는 연료개질기와 연료전지 사이에 버퍼탱크를 배치하여 연료전지의 부하 변화에 대응해야 한다. 그러나 버퍼탱크와 같은 장비를 추가로 배치해야 하는 점에 불편이 따르며 이를 제어하는 것이 복잡하다는 단점이 있었다. Meanwhile, in order to operate the fuel reformer in combination with a dead-end type fuel cell, a buffer tank must be disposed between the fuel reformer and the fuel cell to respond to changes in the load of the fuel cell. However, there is a disadvantage in that the additional arrangement of equipment such as a buffer tank is inconvenient and it is complicated to control it.
본 발명의 목적은 수소저장합금을 대체할 수 있는 연료개질기와 연료전지를 결합한 형태의 수중운동체의 연료전지시스템 및 이를 포함하는 수중운동체를 제공함에 있다. An object of the present invention is to provide a fuel cell system of an underwater vehicle in the form of a combination of a fuel reformer and a fuel cell that can replace the hydrogen storage alloy and an underwater vehicle including the same.
본 발명의 다른 목적은 연료전지에서 미반응된 수소를 재순환시켜, 연료개질기에서의 수소 수율을 향상시키고 연료전지의 연료효율도 상승시킬 수 있는 수중운동체의 연료전지시스템 및 이를 포함하는 수중운동체를 제공함에 있다. Another object of the present invention is to provide an underwater vehicle including a fuel cell system of an underwater vehicle capable of recirculating unreacted hydrogen in a fuel cell, improving the hydrogen yield in the fuel reformer, and also increasing the fuel efficiency of the fuel cell. Is in
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.The objects of the present invention are not limited to the objects mentioned above, and other objects and advantages of the present invention that are not mentioned can be understood by the following description, and will be more clearly understood by embodiments of the present invention. It will also be readily appreciated that the objects and advantages of the invention can be realized by means of the appended claims and combinations thereof.
본 발명의 일 실시예에 따른 수중운동체의 연료전지시스템은 연료개질을 통해 다량의 수소를 포함하는 개질가스를 생성하는 연료개질기; 상기 연료개질기에서 생성된 개질가스로부터 정제된 고순도 수소를 공급받아 전기에너지를 생성하는 연료전지; 상기 연료전지의 출측과 상기 연료개질기의 입측 사이에 연결되는 재순환 배관; 및 상기 연료전지로부터 미반응된 수소를 상기 재순환 배관을 통해 상기 연료개질기로 재순환시키는 재순환 제어 밸브;를 포함한다. A fuel cell system for an underwater vehicle according to an embodiment of the present invention includes a fuel reformer for generating reformed gas containing a large amount of hydrogen through fuel reforming; A fuel cell that receives purified high-purity hydrogen from the reformed gas generated in the fuel reformer and generates electrical energy; A recirculation pipe connected between an outlet side of the fuel cell and an inlet side of the fuel reformer; And a recirculation control valve for recirculating unreacted hydrogen from the fuel cell to the fuel reformer through the recirculation pipe.
또한, 액체 상태로 연료를 저장하는 연료저장탱크; 상기 연료저장탱크로부터 상기 연료개질기까지 연료를 공급하는 연료공급펌프; 및 상기 연료공급펌프에 의해 공급되는 연료를 물과 혼합하여 기화시키는 반응물 기화기;를 더 포함한다. In addition, a fuel storage tank for storing fuel in a liquid state; A fuel supply pump supplying fuel from the fuel storage tank to the fuel reformer; And a reactant vaporizer for vaporizing the fuel supplied by the fuel supply pump by mixing with water.
또한, 상기 반응물 기화기에 연료와 함께 제공되는 물을 저장하는 물저장탱크; 및 상기 물저장탱크에 저장된 물을 상기 반응물 기화기에 공급하는 물공급펌프;를 더 포함한다. In addition, a water storage tank for storing water provided with fuel to the reactant vaporizer; And a water supply pump supplying water stored in the water storage tank to the reactant vaporizer.
또한, 산화제로 사용되는 산소를 액체 상태로 저장하는 액화산소탱크; 및 상기 액화산소탱크와 상기 연료전지 사이를 연결하는 배관에 설치되며, 액화 산소를 기화시키는 액화산소 기화기;를 더 포함한다. In addition, a liquefied oxygen tank for storing oxygen used as an oxidizing agent in a liquid state; And a liquefied oxygen vaporizer installed on a pipe connecting the liquefied oxygen tank and the fuel cell, and vaporizing liquefied oxygen.
또한, 상기 연료개질기와 상기 연료전지 사이를 연결하는 배관에 설치되며, 상기 연료개질기에서 생성된 개질가스에 포함된 일산화탄소를 이산화탄소로 변화시키면서 수소를 추가적으로 생성하는 수성가스전환반응기;를 더 포함한다. In addition, it is installed in a pipe connecting the fuel reformer and the fuel cell, while converting the carbon monoxide contained in the reformed gas generated in the fuel reformer to carbon dioxide, an aqueous gas conversion reactor for generating hydrogen additionally.
또한, 상기 수성가스전환반응기의 후단에 배치되며, 고순도의 수소를 정제하여 상기 연료전지에 공급하는 수소정제기;를 더 포함한다. In addition, it is disposed at the rear end of the water gas conversion reactor, the hydrogen purifier for purifying high purity hydrogen and supplying it to the fuel cell.
또한, 상기 연료전지에서 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기에너지와 물이 생성될 때, 상기 연료전지의 연료극에서 배출되는 반응수를 저장하는 수소 반응수 탱크; 및 상기 연료전지의 산소극에서 배출되는 반응수를 저장하는 산소 반응수 탱크;를 더 포함한다. In addition, when the electric energy and water are generated by the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen in the fuel cell, a hydrogen reaction water tank for storing the reaction water discharged from the anode of the fuel cell; And an oxygen reaction water tank for storing reaction water discharged from the oxygen electrode of the fuel cell.
또한, 상기 연료전지의 연료극의 출측에 배치되며, 상기 연료극에서 배출되는 미반응 수소 중 산소극에서 크로스 오버(cross-over) 된 물 또는 가습된 수소에서 발생하는 물을 분리하는 기액 분리기;를 더 포함한다. In addition, a gas-liquid separator which is disposed on the outlet side of the anode of the fuel cell and separates water generated from humidified hydrogen or water that has been cross-over at the oxygen electrode among unreacted hydrogen discharged from the anode; Includes.
또한, 상기 기액 분리기에서 분리된 물은 상기 수소 반응수 탱크에 저장되고, 상기 기액 분리기에서 물이 분리된 미반응 수소는 상기 재순환 배관을 통해 상기 연료개질기에 재순환될 수 있다. In addition, water separated from the gas-liquid separator is stored in the hydrogen-reacted water tank, and unreacted hydrogen from which water is separated from the gas-liquid separator can be recycled to the fuel reformer through the recirculation pipe.
또한, 상기 재순환 배관을 통해 상기 연료개질기로 미반응 수소를 재순환시키도록 적어도 하나의 이젝터 또는 압축기를 더 포함한다. Further, it further includes at least one ejector or compressor to recycle unreacted hydrogen to the fuel reformer through the recirculation pipe.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 상기의 수중운동체의 연료전지시스템을 포함하는 수중운동체로서, 상기 연료전지에서 미반응된 수소를 상기 연료개질기로 재순환시켜 상기 연료개질기에서의 수소 수율과 상기 연료전지의 연료 효율을 증가시켜, 잠항 성능이 개선되는 것을 특징으로 하는 수중운동체를 포함한다. According to another embodiment of the present invention, an underwater moving body including the fuel cell system of the underwater moving body, the unreacted hydrogen in the fuel cell is recycled to the fuel reformer to yield the hydrogen yield in the fuel reformer and the fuel cell. It includes an underwater vehicle characterized in that the fuel efficiency is increased, and the submerged performance is improved.
본 발명에 의하면 연료개질기와 연료전지를 결합한 형태의 수중운동체의 연료전지시스템을 제공함으로써 종래에 사용된 수소저장합금을 대체할 수 있는 장점이 있다. According to the present invention, there is an advantage that can replace the hydrogen storage alloy used in the past by providing a fuel cell system of an underwater moving body in the form of a combination of a fuel reformer and a fuel cell.
또한, 본 발명에 의하면 연료전지에서 미반응된 수소를 재순환시켜, 연료개질기에서의 수소 수율을 향상시키고 연료전지의 연료효율도 상승시킬 수 있는 장점이 있다. 그 결과 수중운동체의 잠항성능이 향상될 수 있으며 전기 부하 변화에도 안정적으로 연료전지에 수소를 공급할 수 있는 장점이 있다. In addition, according to the present invention, by recirculating unreacted hydrogen in the fuel cell, there is an advantage that can improve the hydrogen yield in the fuel reformer and also increase the fuel efficiency of the fuel cell. As a result, the submersible performance of the underwater vehicle can be improved, and there is an advantage in that hydrogen can be supplied to the fuel cell stably even when the electric load changes.
상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.In addition to the above-described effects, the concrete effects of the present invention will be described together while describing the specific matters for carrying out the invention.
도 1은 종래의 수중운동체의 연료전지시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 수중운동체의 연료전지시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 수중운동체의 연료전지시스템의 세부 구성을 나타낸 도면이다. 1 is a conceptual diagram briefly showing a fuel cell system of a conventional underwater vehicle.
2 is a conceptual diagram briefly showing a fuel cell system of an underwater vehicle according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a detailed configuration of a fuel cell system of an underwater vehicle according to an embodiment of the present invention.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.The above-described objects, features, and advantages will be described in detail below with reference to the accompanying drawings, and accordingly, a person skilled in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical spirit of the present invention. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the known technology related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in the drawings are used to indicate the same or similar components.
이하에서 구성요소의 "상부 (또는 하부)" 또는 구성요소의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면 (또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에 (또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다.In the following, the arrangement of any component in the "upper (or lower)" or "upper (or lower)" of the component means that any component is disposed in contact with the upper surface (or lower surface) of the component. In addition, it may mean that other components may be interposed between the component and any component disposed on (or under) the component.
또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.Also, when a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, the components may be directly connected to or connected to each other, but other components may be "interposed" between each component. It should be understood that "or, each component may be "connected", "coupled" or "connected" through other components.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따르는 수중운동체의 연료전지시스템에 관하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a fuel cell system of an underwater vehicle according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따르는 수중운동체의 연료전지시스템을 간략히 도시한 개념도이다. 2 is a conceptual diagram briefly showing a fuel cell system of an underwater vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중운동체의 연료전지시스템(100)은 연료개질기(110), 연료전지(130), 재순환 배관(131), 재순환 제어 밸브(133)를 포함한다. 그리고 액화산소탱크(120), 수소 반응수 탱크(140), 산소 반응수 탱크(150)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the
연료개질기(110)는 연료개질을 통해 다량의 수소를 포함하는 개질가스를 생성한다. The
연료전지(130)는 상기 연료개질기(110)에서 생성된 개질가스로부터 정제된 고순도 수소를 공급받아 전기에너지를 생성한다. The
재순환 배관(131)은 상기 연료전지(130)의 출측(즉 출구)과 상기 연료개질기(110)의 입측(즉 입구) 사이에 연결되는 배관 구성을 의미한다. The
재순환 제어 밸브(133)는 상기 연료전지(130)로부터 미반응된 수소를 분리 회수하여 상기 재순환 배관(131)을 통해 상기 연료개질기(110)로 재순환시키도록 작동되는 밸브를 말한다. The
액화산소탱크(120)는 산화제로 사용되는 산소를 액체 상태로 저장한다. The liquefied
이렇게 액체 상태로 저장된 산소(즉, 액화 산소)는 액화산소탱크(120)로부터 연료전지(130)에 공급되는데, 연료전지(130)에 공급되기 이전에 기화되는 과정을 거친다. Oxygen (ie, liquefied oxygen) stored in the liquid state is supplied to the
이를 위해 상기 액화산소탱크(120)와 상기 연료전지(130) 사이를 연결하는 배관에는 액화산소 기화기(121, 도 3 참조)가 설치될 수 있다.To this end, a liquefied oxygen vaporizer 121 (see FIG. 3) may be installed in a pipe connecting the
액화산소 기화기(121, 도 3 참조)는 연료전지(130)에 공급되는 액화 가스를 기화시키는 역할을 한다. The liquefied oxygen vaporizer 121 (see FIG. 3) serves to vaporize the liquefied gas supplied to the
한편, 연료전지(130)에서는 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기에너지와 물이 생성된다. Meanwhile, in the
이때, 연료전지(130)의 연료극에서 배출되는 반응수는 수소 반응수 탱크(140)에 저장된다. 그리고 연료전지(130)의 산소극에서 배출되는 반응수는 산소 반응수 탱크(150)에 저장된다. At this time, the reaction water discharged from the anode of the
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 수중운동체의 연료전지시스템의 세부 구성에 관하여 도 3을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다. Hereinafter, a detailed configuration of a fuel cell system of an underwater moving body according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 3.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따르는 수중운동체의 연료전지시스템의 세부 구성을 나타낸 도면이다.3 is a view showing a detailed configuration of a fuel cell system of an underwater vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 도시된 수중운동체의 연료전지시스템(100)은 연료저장탱크(101), 연료공급펌프(103), 물저장탱크(102), 물공급펌프(104), 반응물 기화기(105), 수성가스전환반응기(111), 수소정제기(113), 기액 분리기(135)를 더 포함한다. Referring to FIG. 3, the
연료저장탱크(101)는 상압/상온에서 액체 상태로 연료를 저장한다. 여기서, 연료는 탄화수소와 알코올 계열의 연료 등을 이용할 수 있는데, 연료의 종류는 조금씩 변경될 수 있으며, 특정 연료로 한정할 필요는 없다. The
연료공급펌프(103)는 상기 연료저장탱크(101)로부터 상기 연료개질기(110)까지 연료를 공급하도록 동작이 조절된다. The
반응물 기화기(105)는 상기 연료공급펌프(103)에 의해 공급되는 연료를 물저장탱크(102)로부터 제공된 물과 혼합하여 반응물을 형성하여 기화시킨다. The
물저장탱크(102)는 상기 반응물 기화기(105)에 연료와 함께 제공되는 물을 저장한다. The
물공급펌프(104)는 상기 물저장탱크(102)에 저장된 물을 상기 반응물 기화기(105)에 공급하도록 동작이 조절된다. The
수성가스전환반응기(111)는 상기 연료개질기(110)와 상기 연료전지(130) 사이를 연결하는 배관에 설치될 수 있다. The water
수성가스전환반응기(111)는 상기 연료개질기(110)에서 생성된 개질가스에 포함된 일산화탄소를 이산화탄소로 변화시키면서 수소를 추가적으로 생성한다. The water
수소정제기(113)는 상기 수성가스전환반응기(111)의 후단에 배치될 수 있는데, 고순도의 수소를 정제하여 상기 연료전지(130)에 공급한다. 여기서 고순도의 수소라 함은 연료전지로 공급하여 전기에너지를 생성해내는데 필요한 정도의 높은 순도를 갖는 수소를 말한다. The
연료전지(130)는 수소정제기(113)에서 정제된 고순도 수소를 공급받아 전기에너지와 물을 생성한다. The
이때, 상기 연료전지(130)에서 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기에너지와 물이 생성될 때, 연료전지(130)의 연료극에서 배출되는 반응수는 수소 반응수 탱크(140)에 저장된다. 이와 달리 연료전지(130)의 산소극에서 배출되는 반응수는 산소 반응수 탱크(150)에 저장된다. At this time, when electric energy and water are generated by the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen in the
기액 분리기(135)는 상기 연료전지(130)의 연료극의 출측에 배치되며, 상기 연료극에서 배출되는 미반응 수소 중 산소극에서 크로스 오버(cross-over) 된 물 또는 가습된 수소에서 발생하는 물을 분리한다. The gas-
이에 따라, 기액 분리기(135)에서 분리된 물은 상기 수소 반응수 탱크(140)에 저장된다. 이와 달리, 기액 분리기(135)에서 물이 분리된 미반응 수소는 상기 재순환 배관(131)을 통해 상기 연료개질기(110)에 재순환될 수 있다. Accordingly, the water separated from the gas-
한편, 상기 재순환 배관(131)을 통해 상기 연료개질기(110)로 미반응 수소를 재순환시키도록 적어도 하나의 이젝터 또는 압축기(137)를 더 포함할 수 있다. Meanwhile, at least one ejector or
이와 같이, 연료전지(130)에서 미반응 수소는 연료개질기(110)로 재순환되는데, 그 결과 연료개질기에서의 수소 수율 향상 효과를 가지며, 연료전지 연료효율도 증가할 수 있다. In this way, unreacted hydrogen in the
다시 말해, 재순환되는 수소가 연료개질기로 다시 공급되는 경우, 르샤틀리에 법칙에 의해 반응물의 수소가 증가하므로 수소가 감소하는 방향으로 반응이 일어나고, 이는 정반응에 해당하므로 수소 수율 증가에 기여하게 된다. In other words, when the recirculated hydrogen is supplied back to the fuel reformer, the reaction occurs in the direction in which hydrogen decreases because the hydrogen of the reactant increases due to Le Chatelier's law, which corresponds to a positive reaction, thus contributing to the increase in hydrogen yield.
또한, 연료전지(130)의 부하 변동에도 불구하고 재순환되는 수소 량에 의해 부하 추종성도 향상될 수 있다. In addition, load followability may be improved by the amount of hydrogen recycled despite the load fluctuation of the
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면 연료개질기와 연료전지를 결합한 형태의 수중운동체의 연료전지시스템을 제공함으로써 종래에 사용된 수소저장합금을 대체할 수 있다. As described above, according to the configuration and operation of the present invention, it is possible to replace the hydrogen storage alloy used in the related art by providing a fuel cell system of an underwater moving body in a form in which a fuel reformer and a fuel cell are combined.
나아가, 연료전지에서 미반응된 수소를 재순환시켜, 연료개질기에서의 수소 수율을 향상시키고 연료전지의 연료효율도 상승시킬 수 있다. 이에 따라, 수중운동체의 잠항성능이 향상될 수 있으며 전기 부하 변화에도 안정적으로 연료전지에 수소를 공급할 수 있는 장점이 있다. Furthermore, by recirculating unreacted hydrogen in the fuel cell, it is possible to improve the hydrogen yield in the fuel reformer and increase the fuel efficiency of the fuel cell. Accordingly, the submersible performance of the underwater moving body can be improved, and there is an advantage in that hydrogen can be stably supplied to the fuel cell even when the electric load changes.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.As described above, the present invention has been described with reference to the exemplified drawings, but the present invention is not limited by the examples and drawings disclosed in the present specification, and it is various by a person skilled in the art within the scope of the technical idea of the present invention. It is obvious that modifications can be made. In addition, although the operation and effect according to the configuration of the present invention is not explicitly described while describing the embodiments of the present invention, it is natural that the predictable effect by the configuration should also be recognized.
100: 수중운동체의 연료전지시스템
101: 연료저장탱크
102: 물저장탱크
103: 연료공급펌프
104: 물공급펌프
105: 반응물 기화기
110: 연료개질기
111: 수성가스전환반응기
113: 수소정제기
120: 액화산소탱크
121: 액화산소 기화기
130: 연료전지
131: 재순환 배관
133: 재순환 제어 밸브
135: 기액분리기
137: 이젝터(또는 압축기)
140: 수소 반응수 탱크
150: 산소 반응수 탱크100: underwater fuel cell system
101: fuel storage tank
102: water storage tank
103: fuel supply pump
104: water supply pump
105: reactant vaporizer
110: fuel reformer
111: water gas conversion reactor
113: hydrogen purifier
120: liquefied oxygen tank
121: liquefied oxygen vaporizer
130: fuel cell
131: recirculation piping
133: recirculation control valve
135: gas-liquid separator
137: ejector (or compressor)
140: hydrogen reaction tank
150: oxygen reaction water tank
Claims (11)
상기 연료개질기에서 생성된 개질가스로부터 정제된 고순도 수소를 공급받아 전기에너지를 생성하는 연료전지;
상기 연료전지의 출측과 상기 연료개질기의 입측 사이에 연결되는 재순환 배관; 및
상기 연료전지로부터 미반응된 수소를 상기 재순환 배관을 통해 상기 연료개질기로 재순환시키는 재순환 제어 밸브;
를 포함하는 수중운동체의 연료전지시스템.
A fuel reformer generating reforming gas containing a large amount of hydrogen through fuel reforming;
A fuel cell generating electric energy by receiving purified high-purity hydrogen from the reformed gas generated by the fuel reformer;
A recirculation pipe connected between an outlet side of the fuel cell and an inlet side of the fuel reformer; And
A recirculation control valve recirculating unreacted hydrogen from the fuel cell to the fuel reformer through the recirculation pipe;
Fuel cell system of an underwater vehicle comprising a.
액체 상태로 연료를 저장하는 연료저장탱크;
상기 연료저장탱크로부터 상기 연료개질기까지 연료를 공급하는 연료공급펌프; 및
상기 연료공급펌프에 의해 공급되는 연료를 물과 혼합하여 기화시키는 반응물 기화기;
를 더 포함하는 수중운동체의 연료전지시스템.
According to claim 1,
A fuel storage tank for storing fuel in a liquid state;
A fuel supply pump supplying fuel from the fuel storage tank to the fuel reformer; And
A reactant vaporizer for vaporizing the fuel supplied by the fuel supply pump by mixing with water;
The fuel cell system of the underwater vehicle further comprising a.
상기 반응물 기화기에 연료와 함께 제공되는 물을 저장하는 물저장탱크; 및
상기 물저장탱크에 저장된 물을 상기 반응물 기화기에 공급하는 물공급펌프;
를 더 포함하는 수중운동체의 연료전지시스템.
According to claim 2,
A water storage tank for storing water provided with fuel in the reactant vaporizer; And
A water supply pump supplying water stored in the water storage tank to the reactant vaporizer;
The fuel cell system of the underwater vehicle further comprising a.
산화제로 사용되는 산소를 액체 상태로 저장하는 액화산소탱크; 및
상기 액화산소탱크와 상기 연료전지 사이를 연결하는 배관에 설치되며, 액화 산소를 기화시키는 액화산소 기화기;
를 더 포함하는 수중운동체의 연료전지시스템.
According to claim 1,
A liquefied oxygen tank that stores oxygen used as an oxidizing agent in a liquid state; And
A liquefied oxygen vaporizer installed on a pipe connecting the liquefied oxygen tank and the fuel cell, and vaporizing liquefied oxygen;
The fuel cell system of the underwater vehicle further comprising a.
상기 연료개질기와 상기 연료전지 사이를 연결하는 배관에 설치되며, 상기 연료개질기에서 생성된 개질가스에 포함된 일산화탄소를 이산화탄소로 변화시키면서 수소를 추가적으로 생성하는 수성가스전환반응기;
를 더 포함하는 수중운동체의 연료전지시스템.
According to claim 1,
An aqueous gas conversion reactor installed in a pipe connecting the fuel reformer and the fuel cell, and additionally generating hydrogen while changing carbon monoxide contained in the reformed gas generated in the fuel reformer to carbon dioxide;
The fuel cell system of the underwater vehicle further comprising a.
상기 수성가스전환반응기의 후단에 배치되며, 고순도의 수소를 정제하여 상기 연료전지에 공급하는 수소정제기;
를 더 포함하는 수중운동체의 연료전지시스템.
The method of claim 5,
A hydrogen purifier disposed at a rear end of the water gas conversion reactor and purifying high purity hydrogen to supply to the fuel cell;
The fuel cell system of the underwater vehicle further comprising a.
상기 연료전지에서 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기에너지와 물이 생성될 때,
상기 연료전지의 연료극에서 배출되는 반응수를 저장하는 수소 반응수 탱크; 및
상기 연료전지의 산소극에서 배출되는 반응수를 저장하는 산소 반응수 탱크;
를 더 포함하는 수중운동체의 연료전지시스템.
According to claim 1,
When the electric energy and water are generated by the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen in the fuel cell,
A hydrogen reaction water tank for storing reaction water discharged from the anode of the fuel cell; And
An oxygen reaction water tank for storing reaction water discharged from the oxygen electrode of the fuel cell;
The fuel cell system of the underwater vehicle further comprising a.
상기 연료전지의 연료극의 출측에 배치되며, 상기 연료극에서 배출되는 미반응 수소 중 산소극에서 크로스 오버(cross-over) 된 물 또는 가습된 수소에서 발생하는 물을 분리하는 기액 분리기;
를 더 포함하는 수중운동체의 연료전지시스템.
The method of claim 7,
A gas-liquid separator disposed on an outlet side of the anode of the fuel cell and separating water generated from humidified hydrogen or water that is cross-over at an oxygen electrode among unreacted hydrogen discharged from the anode;
The fuel cell system of the underwater vehicle further comprising a.
상기 기액 분리기에서 분리된 물은 상기 수소 반응수 탱크에 저장되고,
상기 기액 분리기에서 물이 분리된 미반응 수소는 상기 재순환 배관을 통해 상기 연료개질기에 재순환되는 것을 특징으로 하는
수중운동체의 연료전지시스템.
The method of claim 8,
The water separated from the gas-liquid separator is stored in the hydrogen reaction water tank,
The unreacted hydrogen from which water is separated from the gas-liquid separator is recycled to the fuel reformer through the recirculation pipe.
The fuel cell system of an underwater vehicle.
상기 재순환 배관을 통해 상기 연료개질기로 미반응 수소를 재순환시키도록 적어도 하나의 이젝터 또는 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
수중운동체의 연료전지시스템.
The method of claim 8,
It characterized in that it further comprises at least one ejector or a compressor to recycle unreacted hydrogen to the fuel reformer through the recirculation piping.
The fuel cell system of an underwater vehicle.
상기 연료전지에서 미반응된 수소를 상기 연료개질기로 재순환시켜 상기 연료개질기에서의 수소 수율과 상기 연료전지의 연료 효율을 증가시켜, 잠항 성능이 개선되는 것을 특징으로 하는 수중운동체.An underwater vehicle comprising a fuel cell system of any one of claims 1 to 10,
An underwater moving body characterized in that the unreacted hydrogen in the fuel cell is recycled to the fuel reformer to increase the hydrogen yield in the fuel reformer and the fuel efficiency of the fuel cell, thereby improving the latent performance.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180146405A KR20200061061A (en) | 2018-11-23 | 2018-11-23 | Fuel cell system of underwater moving body and underwater moving body having the same |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111864233A (en) * | 2020-08-03 | 2020-10-30 | 上海重塑能源科技有限公司 | Hydrogen purity detection device of hydrogen supply system |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180096042A (en) | 2017-02-20 | 2018-08-29 | 대우조선해양 주식회사 | The fuel cell system for submarine |
-
2018
- 2018-11-23 KR KR1020180146405A patent/KR20200061061A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180096042A (en) | 2017-02-20 | 2018-08-29 | 대우조선해양 주식회사 | The fuel cell system for submarine |
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