KR101584561B1

KR101584561B1 - Propulsion System And Method For Fuel Cell Submarine

Info

Publication number: KR101584561B1
Application number: KR1020140060982A
Authority: KR
Inventors: 김원석; 최정호; 권혁
Original assignee: 대우조선해양 주식회사
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2016-01-21
Also published as: KR20150134091A

Abstract

연료전지 잠수함의 추진 시스템 및 추진 방법이 개시된다. 본 발명의 연료전지 잠수함의 추진 시스템은, LNG를 공급받아 기화시키는 LNG 기화기; 상기 LNG 기화기에서 기화된 천연가스를 개질하여 합성가스를 생성하는 개질기; 상기 개질기로부터 상기 합성가스를 공급받아 수소를 분리하는 수소 분리기; 및 상기 수소 분리기에서 분리된 수소를 공급받아 화학에너지를 전기에너지로 전환시키는 연료전지를 포함하여, 상기 연료전지에서 생성된 전기에너지를 추력으로 전환하여 추진하는 것을 특징으로 한다. A propulsion system and propulsion method for a fuel cell submarine is disclosed. The propulsion system of the fuel cell submarine of the present invention comprises: an LNG vaporizer for supplying and vaporizing LNG; A reformer for reforming the natural gas vaporized in the LNG vaporizer to produce a syngas; A hydrogen separator which receives the synthesis gas from the reformer and separates hydrogen; And a fuel cell that converts the chemical energy into electrical energy by receiving the hydrogen separated from the hydrogen separator, wherein the electrical energy generated in the fuel cell is converted into thrust and then propelled.

Description

TECHNICAL FIELD The present invention relates to a propulsion system for a fuel cell submarine,

본 발명은 연료전지 잠수함의 추진 시스템 및 추진 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 LNG를 공급받아 기화시키고, 기화된 천연가스를 개질하여 생성된 합성가스로부터 수소를 분리하여 이를 연료로 연료전지에서 화학에너지를 전기에너지로 전환하고, 전환된 전기에너지로부터 추력을 얻어 추진하는 연료전지 잠수함의 추진 시스템 및 추진 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a propulsion system and a propulsion method for a fuel cell submarine. More particularly, the present invention relates to a propulsion system and a propulsion method for a fuel cell submarine, The present invention relates to a propulsion system and a propulsion method of a fuel cell submarine that converts energy into electric energy and propels thrust from the converted electric energy.

심해 잠수 조사선, 잠수정, 잠수함 등 잠수선의 원동력으로서, 정숙성ㆍ고효율성이 뛰어난 연료전지가 개발되고 있다. 연료전지의 연료로서는 수소가 일반적이지만, 그 수소의 공급 방법이 연료전지를 이용한 잠수선의 개발함에서 큰 과제이다.Fuel cells with excellent quietness and high efficiency have been developed as driving power for deep water submersible ships, submersibles and submarines. Hydrogen is generally used as a fuel for a fuel cell, but the hydrogen supply method is a great challenge in the development of a submarine using a fuel cell.

종래의 잠수선에서는 수소가스를 고압으로 저장하여 연료전지에 공급하는 방식이 일반적으로 행하여지고 있다(예컨대, 특허문헌 일본국 특허공개 평10-100990호 공보, 일본국 특허공개 평10-144327호 공보, 일본국 특허공개 평10-181685호 공보 참조). 이 방식에서는, 저장용기를 내압구조로 해야 하므로 용기의 질량이 커지고, 중량 증가에 따른 부력재(浮力材)를 구비하기 위하여 잠수함이 더 커지게 되는 문제가 있었다. 고압가스로 저장하더라도 용기 단위 중량당 수소 저장량이 낮은 점도 문제이다. 또한, 수소를 고압가스로 보유하므로, 위험성이 높아 취급이 곤란한 문제도 있었다. In the conventional submerged ship, a method of storing hydrogen gas at a high pressure and supplying the hydrogen gas to the fuel cell is generally performed (see, for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 10-100990, Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-144327, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 10-181685). In this method, since the storage container has to have a pressure-resistant structure, there has been a problem that the mass of the container becomes large and the submarine becomes larger in order to provide buoyancy material (buoyancy material) according to the increase in weight. Even if stored under high pressure gas, there is a problem that the hydrogen storage amount per container unit weight is low. Further, since hydrogen is held as a high-pressure gas, there is a problem that handling is difficult because of high risk.

상기 과제를 해결하기 위하여, 「잠수기(潛水機)(잠수선도 포함한다)의 동력원에 이용하는 연료전지 등의 수소공급 발생장치 중, 금속수소화물(착(錯)금속수소화물도 포함한다)에 수소발생 촉진제와 접촉시켜서 수소를 발생시키는 수소 발생장치에 있어서, 금속수소화물 혹은 수소발생 촉진제 중의 적어도 하나가 액(液)상태에 있고, 이 액상태가 저류되어 있는 용기가 기내(機內)에 배치되고, 기외(機外)의 수압으로 거의 균압(均壓)시킨 것을 특징으로 하는 잠수기용 수소 발생장치.」(일본국 특허공개 2002-187595호 공보 참조)가 개발되었다. 이 수소 발생장치에서 사용하는 금속수소화물은, 고압 수소가스와 비교하면, 취급성은 좋지만, 유기물을 포함하는 연료를 수소원료로 하는 것과 달리 반응성이 커서, 반응 전에 수소발생 촉진제인 물 또는 알코올과의 접촉을 막기 위한 방안이 필요하며, 또한 반응을 제어하기 어렵다는 문제가 있다.In order to solve the above problems, the present inventors have found that, in a hydrogen supply device such as a fuel cell used for a power source of a submersible machine (including a submersible line), a metal hydride (including a complex metal hydride) A hydrogen generator for generating hydrogen by contacting with an occurrence promoter, characterized in that at least one of the metal hydride or hydrogen generation promoter is in a liquid state, and a container in which the liquid state is stored is placed in the apparatus , And is substantially uniformly pressurized by an out-of-plane water pressure (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-187595). Compared with high-pressure hydrogen gas, the metal hydride used in this hydrogen generating apparatus has good handling properties. However, unlike the case of using a fuel containing an organic substance as a hydrogen source, the metal hydride has a high reactivity. There is a problem in that it is difficult to control the reaction.

또한, 탄화수소연료를 개질(改質)하여 수소를 제조하는 개질기를 잠수선 종류에 탑재하고, 개질기에 의해 제조된 수소를 연료전지에 공급하기도 하는데, 특히 개질 온도가 비교적 낮은 메탄올 개질기의 개발이 가장 진전(일본국 특허공개 평08-017456호 공보 참조)되어 있다. 메탄올의 개질 방법으로서는, 수증기 개질, 부분산화 개질, 양자를 병용한 병용 개질의 3가지가 채용되고 있다. In addition, a reformer for producing hydrogen by reforming a hydrocarbon fuel is mounted on the subspecies and hydrogen produced by the reformer is supplied to the fuel cell. In particular, development of a methanol reformer having a relatively low reforming temperature is the most advanced (See Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-017456). Methanol reforming methods include steam reforming, partial oxidation reforming, and combined reforming using both of them.

메탄올 개질에 의한 수소 연료 공급 방법은 단위 질량당 생성되는 수소의 양이 적고, 메탄올이 인체에 유독하여 밀폐된 잠수함 내에서 취급하기에 적합하지 못하다는 문제가 있다. The method of supplying hydrogen fuel by methanol reforming has a problem that the amount of hydrogen produced per unit mass is small and methanol is toxic to the human body and is not suitable for handling in a closed submarine.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로, 연료로서의 저장성이 우수하며 연료전지에 필요한 수소를 효과적으로 공급할 수 있어 잠수함에 적용하기 적합한 수소 공급방법을 채택한, 연료전지 잠수함의 추진 시스템 및 추진 방법을 제안하고자 한다. Disclosure of the Invention The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a fuel cell submarine propulsion system and a propulsion method which are excellent in storage property as fuel and capable of effectively supplying hydrogen required for a fuel cell, .

본 발명의 일 측면에 따르면, LNG를 공급받아 기화시키는 LNG 기화기; According to an aspect of the present invention, there is provided an LNG vaporizer comprising: an LNG vaporizer for supplying and vaporizing LNG;

상기 LNG 기화기에서 기화된 천연가스를 개질하여 합성가스를 생성하는 개질기; A reformer for reforming the natural gas vaporized in the LNG vaporizer to produce a syngas;

상기 개질기로부터 상기 합성가스를 공급받아 수소를 분리하는 수소 분리기; 및A hydrogen separator which receives the synthesis gas from the reformer and separates hydrogen; And

상기 수소 분리기에서 분리된 수소를 공급받아 화학에너지를 전기에너지로 전환시키는 연료전지를 포함하여, And a fuel cell that converts the chemical energy into electric energy by receiving the hydrogen separated from the hydrogen separator,

상기 연료전지에서 생성된 전기에너지를 추력으로 전환하여 추진하는 것을 특징으로 하는 연료전지 잠수함의 추진 시스템이 제공된다. Wherein the propulsion system of the fuel cell submarine is provided by switching the electric energy generated in the fuel cell to thrust.

바람직하게는, 상기 수소 분리기에서 수소 분리 후 남은 합성가스를 촉매 연소시키는 연소기(oxidizer)와, 상기 연소기에서 생성된 가스를 물과 이산화탄소로 분리하는 응축기(condenser)를 더 포함할 수 있다. Preferably, the apparatus may further include an oxidizer for catalytically combusting the syngas remaining after the hydrogen separation in the hydrogen separator, and a condenser for separating the gas generated from the combustor into water and carbon dioxide.

바람직하게는, 상기 응축기에서 분리된 물은 기화시켜 상기 개질기로 공급되고, 상기 이산화탄소는 가압하여 상기 개질기로 공급될 수 있다.Preferably, water separated from the condenser is vaporized and supplied to the reformer, and the carbon dioxide can be supplied to the reformer by pressurization.

바람직하게는, 상기 연소기에서 발생하는 열에너지는 상기 LNG 기화기 및 개질기 중 적어도 하나에 공급될 수 있다. Preferably, thermal energy generated in the combustor may be supplied to at least one of the LNG vaporizer and the reformer.

바람직하게는, 물을 기화시켜 상기 개질기로 공급하는 증발기와, 상기 증발기의 상류에 마련되어 해수를 담수화하여 상기 증발기로 물을 공급하는 담수화기를 더 포함할 수 있다. The evaporator may further include an evaporator for evaporating water and supplying the evaporator to the reformer, and a desalter disposed upstream of the evaporator to desalinate seawater to supply water to the evaporator.

바람직하게는, 액화 산소를 공급받아 기화시켜 상기 연료전지로 공급하는 산소 기화기를 더 포함할 수 있다.
Preferably, the fuel cell system may further include an oxygen vaporizer for supplying liquefied oxygen to the fuel cell by vaporizing it.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 1) LNG를 기화시킨 천연가스를 개질하여 합성가스를 생성하는 단계; According to another aspect of the present invention, there is provided a process for the production of LNG, comprising: 1) reforming natural gas vaporized by LNG to produce synthesis gas;

2) 상기 합성가스로부터 수소를 분리하는 단계; 2) separating hydrogen from the synthesis gas;

3) 분리된 수소를 연료전지에 공급하여 화학에너지를 전기에너지로 전환시키는 단계; 및3) supplying separated hydrogen to the fuel cell to convert chemical energy into electrical energy; And

4) 전기에너지를 추력으로 전환하는 단계를 포함하는 연료전지 잠수함의 추진 방법이 제공된다.4) Converting the electrical energy to thrust. A propulsion method of a fuel cell submarine is provided.

바람직하게는, 상기 단계 2)에서 수소 분리 후 남은 합성가스를 촉매 연소시키고, 생성된 가스를 물과 이산화탄소로 분리하여, 물은 기화시키고 이산화탄소는 가압하여 상기 단계 1)에서 천연가스의 개질을 위하여 공급될 수 있다.Preferably, the syngas remaining after the hydrogen separation in the step 2) is catalytically burned, the generated gas is separated into water and carbon dioxide, the water is vaporized, and the carbon dioxide is pressurized to reform the natural gas in the step 1) Can be supplied.

본 발명의 연료전지 잠수함의 추진 시스템은 LNG를 공급받아 기화시키고, 기화된 천연가스를 개질하여 생성된 합성가스로부터 수소를 분리하여 이를 연료로 연료전지에서 화학에너지를 전기에너지로 전환하고, 전환된 전기에너지로부터 추력을 얻어 추진시키게 된다. The propulsion system of the fuel cell submarine of the present invention is a propulsion system of a fuel cell submarine which is supplied with LNG to vaporize it, reforming the vaporized natural gas to separate hydrogen from the produced synthesis gas, converting the chemical energy into electric energy in the fuel cell, Thrust is generated from electric energy and propelled.

단위부피당 에너지가 높은 LNG를 이용함으로써 효과적인 연료공급을 통해 잠수함의 잠항 시간을 늘릴 수 있고, 개질된 합성가스 중 수소를 분리한 나머지 가스는 촉매연소를 통해 이산화탄소와 수증기로 모두 전환함으로써 후단에서의 기체 분리 공정을 단순화할 수 있다. 또한 공정 중 발생하는 이산화탄소와 수증기를 시스템 내 개질기에 공급함으로써 수증기를 공급하기 위해 해수를 담수화하는 공정을 줄일 수 있고, 후단 공정에서의 이산화탄소 처리 부담을 줄일 수 있다. By using LNG with a high energy per unit volume, it is possible to increase the submergence time of the submarine through effective fuel supply, and the remaining gas from which hydrogen is separated from the reformed synthesis gas is converted into carbon dioxide and water vapor through catalytic combustion, The separation process can be simplified. In addition, by supplying carbon dioxide and steam generated during the process to the reformer in the system, it is possible to reduce the desalination process of seawater to supply water vapor, and it is possible to reduce the burden of the carbon dioxide treatment in the downstream process.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 잠수함의 추진 시스템을 개략적으로 도시한다. 1 schematically shows a propulsion system of a fuel cell submarine according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference symbols in the drawings denote like elements.

도 1에는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 잠수함의 추진 시스템을 개략적으로 도시하였다. FIG. 1 schematically shows a propulsion system of a fuel cell submarine according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이 본 실시예의 연료전지 잠수함의 추진 시스템은, LNG를 공급받아 기화시키는 LNG 기화기(100)와, LNG 기화기(100)에서 기화된 천연가스를 개질하여 합성가스를 생성하는 개질기(200)와, 개질기(200)로부터 상기 합성가스를 공급받아 수소를 분리하는 수소 분리기(300)와, 수소 분리기(300)에서 분리된 수소를 공급받아 화학에너지를 전기에너지로 전환시키는 연료전지(400)를 포함하여, 연료전지(400)에서 생성된 전기에너지를 추력으로 전환하여 추진하는 것을 특징으로 한다. As shown in FIG. 1, the propulsion system of the fuel cell submarine according to the present embodiment includes an LNG vaporizer 100 that receives and vaporizes LNG, a reformer 100 that reforms the natural gas vaporized in the LNG vaporizer 100, A hydrogen separator 300 that receives the synthesis gas from the reformer 200 and separates hydrogen from the reformed gas, a fuel cell 300 that converts the chemical energy into electrical energy by receiving the hydrogen separated from the hydrogen separator 300, 400 to convert the electric energy generated in the fuel cell 400 into a thrust and to propel it.

바람직하게는 본 실시예의 개질기(200)로는 스팀 이산화탄소 개질기(Steam CO₂ Reformer, SCR)가 적용될 수 있다. SCR에서는 LNG를 기화시켜 생성된 천연가스를 공급받아 수증기 및 이산화탄소를 공급하여 촉매하에서 반응시키면 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스가 생성된다. Preferably roneun this embodiment the reformer 200 can be applied to the steam reformer the carbon dioxide (CO ₂ Steam Reformer, SCR). In SCR, natural gas produced by vaporizing LNG is supplied, and water vapor and carbon dioxide are supplied and reacted under a catalyst to produce a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide.

일반적으로 스팀 이산화탄소 개질기(200)에서의 주요 반응식은 CH₄ + H₂O → 3H₂ + CO, CH₄ + CO₂ → 2CO + H₂이다. In general, the main reaction formula in the steam carbon dioxide reformer 200 is CH ₄ + H ₂ O? 3H ₂ + CO, CH ₄ + CO ₂ ? 2CO + H ₂ .

스팀 이산화탄소 개질기(200)로는, 예를 들어 DPT의 컴팩트 리포머(Compact Reformer)가 적용될 수 있다. Compact Reformer를 적용하면, Feed gas 중 이산화탄소는 H₂ + CO₂ → CO + H₂O의 수성 가스 전환(water gas shift reaction)의 역반응에 의해 합성가스의 합성반응에 참여하게 되어, 이산화탄소의 개질 반응에서 부생반응인 코킹 현상(coking reaction)을 방지할 수 있는 장점이 있다.As the steam carbon dioxide reformer 200, for example, a compact reformer of DPT may be applied. When a compact reformer is applied, the carbon dioxide in the feed gas participates in the synthesis reaction of the synthesis gas by the reverse reaction of the water gas shift reaction of H ₂ + CO ₂ → CO + H ₂ O, There is an advantage that coking reaction, which is a byproduct reaction, can be prevented.

이와 같이 개질기(200)에서 생성된 합성가스는 수소 분리기(300)로 공급되고, 합성가스에 포함된 수소가 분리되어 연료전지(400)에 공급된다. The synthesis gas produced in the reformer 200 is supplied to the hydrogen separator 300, and the hydrogen contained in the synthesis gas is separated and supplied to the fuel cell 400.

시스템은, 수소 분리기(300)에서 수소 분리 후 남은 합성가스를 촉매 연소시키는 연소기(oxidizer, 500)와, 연소기(500)에서 생성된 가스를 물과 이산화탄소로 분리하는 응축기(condenser, 600)를 더 포함한다. The system includes an oxidizer 500 for catalytically combusting the syngas remaining after hydrogen separation in the hydrogen separator 300 and a condenser 600 for separating the gas generated in the combustor 500 into water and carbon dioxide .

수소 분리 후 합성가스에는 일산화탄소, 이산화탄소, 수증기, 천연가스 중 미반응된 메탄 등이 포함되는데, 본 실시예에서는 연소기(500)에서 촉매 연소를 통해 합성가스를 모두 이산화탄소와 수증기로 전환시킨다. 따라서 연소기(500) 후단의 응축기(600)에서는 물을 응축시켜 물과 이산화탄소만 분리하면 되므로 분리 공정이 간편하다. The synthesis gas after hydrogen separation includes carbon monoxide, carbon dioxide, water vapor, and unreacted methane in natural gas. In this embodiment, the combustor 500 converts the syngas to carbon dioxide and water vapor through catalytic combustion. Therefore, in the condenser 600 at the downstream end of the combustor 500, water is condensed to separate only water and carbon dioxide, so that the separation process is simple.

한편 상술한 바와 같이 스팀 이산화탄소 개질기(200)는 개질 반응을 위해 이산화탄소와 수증기의 공급을 필요로 한다. 본 실시예에서는 응축기(600)에서 분리된 물을 기화시켜 개질기(200)로 공급하고, 이산화탄소를 가압하여 개질기(200)로 공급함으로써 개질기(200)에 필요한 이산화탄소와 수증기를 공급하게 된다. 이와 같이 이산화탄소를 재사용함으로써 시스템 후단 공정에서의 이산화탄소 처리에 대한 부담을 줄이고, 시스템의 탄소 이용률을 향상시킬 수 있다. Meanwhile, as described above, the steam carbon dioxide reformer 200 requires the supply of carbon dioxide and water vapor for the reforming reaction. In this embodiment, the water separated from the condenser 600 is vaporized and supplied to the reformer 200. The carbon dioxide and the carbon dioxide are supplied to the reformer 200 to supply the carbon dioxide and steam required for the reformer 200. By reusing carbon dioxide as described above, it is possible to reduce the burden on the carbon dioxide treatment in the system rear end process and improve the carbon utilization rate of the system.

또한 연소기(500)에서 발생하는 열에너지는 LNG 기화기(100), 개질기(200), 증발기(700), 산소 기화기(900) 등으로 공급될 수 있다. The thermal energy generated in the combustor 500 may be supplied to the LNG vaporizer 100, the reformer 200, the evaporator 700, the oxygen vaporizer 900, and the like.

본 실시예의 시스템은 물을 기화시켜 개질기(200)로 공급하는 증발기(700)와, 증발기(700)의 상류에 마련되어 해수를 담수화하여 증발기(700)로 물을 공급하는 담수화기(800)를 더 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이 응축기(600)에서 분리된 물도 기화시켜 개질기(200)로 공급되는데, 이를 위해 응축기(600)에서 분리된 물도 증발기(700)로 공급하여 증발기(700)에서 기화시키게 된다. 이처럼 개질기(200)에 필요한 수증기를 응축기(600)에서 공급된 물을 기화시켜 공급할 수 있으므로, 담수화기(800)는 용량을 크게 하지 않아도 되며, 설비 규모를 소형화할 수 있다. The system of this embodiment includes an evaporator 700 for vaporizing water and supplying it to the reformer 200 and a desalter 800 provided upstream of the evaporator 700 for desalinating seawater to supply water to the evaporator 700 . As described above, the water separated from the condenser 600 is also vaporized and supplied to the reformer 200. To this end, the water separated from the condenser 600 is also supplied to the evaporator 700 and vaporized in the evaporator 700. Since the water vapor required for the reformer 200 can be supplied by vaporizing the water supplied from the condenser 600, the desalter 800 does not need to have a large capacity, and the facility scale can be reduced.

한편 잠수함에는 LNG를 저장하기 위한 LNG 저장탱크(LT)와, 연료전지(400)에 산소 공급을 위해 액화 산소를 저장하는 산소 저장탱크(OT)가 구비되고, 액화 산소를 공급받아 기화시켜 연료전지(400)로 공급하는 산소 기화기(900)가 마련된다. Meanwhile, the submarine is provided with an LNG storage tank LT for storing LNG and an oxygen storage tank OT for storing liquefied oxygen for supplying oxygen to the fuel cell 400, An oxygen vaporizer 900 is provided to supply the oxygen gas to the oxidation catalyst 400.

본 실시예의 연료전지(400)는 고분자 전해질 막 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)를 포함할 수 있고, 이는 애노드, 캐소드, 막, 분리판, 가스 확산층 등을 포함하여 이루어질 수 있다. 연료전지(400)는 복수의 PEMFC로 이루어질 수 있다. The fuel cell 400 of the present embodiment may include a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), and may include an anode, a cathode, a membrane, a separator, a gas diffusion layer, and the like. The fuel cell 400 may be composed of a plurality of PEMFCs.

고분자 전해질 막 연료전지의 애노드에서는 수소가 공급되어 수소 이온과 전자로 분해되고, 캐소드에서는 수소 이온과 산소가 반응하여 물이 생성되며, 연료전지(400)는 이러한 산화 환원 반응에 의해 전기를 얻게 된다. Hydrogen is supplied to the anode of the polymer electrolyte membrane fuel cell and decomposed into hydrogen ions and electrons. At the cathode, hydrogen ions and oxygen react with each other to produce water, and the fuel cell 400 obtains electricity by the redox reaction .

잠수함의 추진을 위해 추진 시스템(PS)에는 배전반(미도시)과 배전반에서 공급된 전력을 변압하는 추진용 변압기(propulsion transformer, 미도시), 추진용 변압기를 거친 전력의 주파수를 변환하는 주파수 변환기(frequency converter, 미도시), 변압 및 주파수 변환된 전력으로 구동되는 추진용 전기 모터(propulsion motor, 미도시), 추진용 전기 모터의 회전 속도를 변속하여 추진장치의 회전속도로 낮추는 감속 기어(reduction motor, 미도시) 등이 마련될 수 있다. 추진 시스템(PS)을 거쳐 전달된 동력은 프로펠러(propeller, P)에서 추력으로 변환되어 잠수함을 추진시키게 된다.
In order to propel the submarine, the propulsion system (PS) is equipped with a switchboard (not shown) and a propulsion transformer (not shown) for transforming the power supplied from the switchboard, a frequency converter for converting the frequency of the power through the propulsion transformer a reduction motor (not shown), a propulsion motor (not shown) driven by transformed and frequency-converted power, a reduction motor (not shown) that changes the rotational speed of the propelling electric motor to the rotational speed of the propulsion device , Not shown) may be provided. The power transmitted through the propulsion system (PS) is converted into thrust by a propeller (P) to propel the submarine.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 실시예의 연료전지 잠수함은, 1) LNG를 기화시킨 천연가스를 개질하여 합성가스를 생성하는 단계; 2) 합성가스로부터 수소를 분리하는 단계; 3) 분리된 수소를 연료전지(400)에 공급하여 화학에너지를 전기에너지로 전환시키는 단계; 및 4) 전기에너지를 추력으로 전환하는 단계를 포함하여 잠수함을 추진력을 제공한다.As described above, the fuel cell submarine of the present embodiment includes: 1) modifying natural gas vaporized by LNG to produce synthesis gas; 2) separating hydrogen from the synthesis gas; 3) supplying separated hydrogen to the fuel cell 400 to convert chemical energy into electric energy; And 4) converting the electrical energy to thrust.

공정 중 수소 분리 후 남은 합성가스를 촉매 연소시키고, 생성된 가스를 물과 이산화탄소로 분리하여, 물은 기화시키고 이산화탄소는 가압하여 천연가스의 개질을 위하여 공급한다. 따라서 시스템의 탄소 이용률을 높이고 후단 공정에서의 이산화탄소 처리 부담을 낮추며, 천연가스의 개질을 위한 수증기를 공급하기 위해 담수화하여 처리할 해수의 용량을 줄일 수 있어 담수화 설비 규모를 소형화하여, 공간 및 중량의 제한이 있는 잠수함에 적합하다. The syngas remaining after the hydrogen separation in the process is catalytically burned, and the generated gas is separated into water and carbon dioxide, water is vaporized, and carbon dioxide is pressurized to supply for the reforming of the natural gas. Therefore, it is possible to increase the carbon utilization rate of the system, reduce the burden on the carbon dioxide treatment in the downstream process, and reduce the capacity of the seawater to be desalinated to supply water vapor for reforming natural gas, Suitable for limited submarines.

또한, 액체상태인 LNG는 수소나 메탄올 등에 비해 단위부피당 에너지가 높아 연료 공급이 효과적이고 잠수함의 잠항 시간을 늘릴 수 있다.
LNG, which is in the liquid state, has higher energy per unit volume than hydrogen or methanol, so fuel supply is effective and it can increase the submersible time of submarine.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

LT: LNG 저장탱크
OT: 산소 저장탱크
100: LNG 기화기
200: 개질기
300: 수소 분리기
400: 연료전지
500: 연소기
600: 응축기
700: 증발기
800: 담수화기
900: 산소 기화기
P: 프로펠러LT: LNG storage tank
OT: oxygen storage tank
100: LNG vaporizer
200: reformer
300: Hydrogen separator
400: Fuel cell
500: Combustor
600: condenser
700: Evaporator
800: Desalinization machine
900: oxygen vaporizer
P: Propeller

Claims

An LNG vaporizer for supplying and vaporizing LNG;
A reformer for reforming the natural gas vaporized in the LNG vaporizer to produce a syngas;
A hydrogen separator which receives the synthesis gas from the reformer and separates hydrogen; And
And a fuel cell that converts the chemical energy into electric energy by receiving the hydrogen separated from the hydrogen separator,
The electric energy generated in the fuel cell is converted into a thrust and is propelled.
An oxidizer for catalytically combusting the syngas remaining after the hydrogen separation in the hydrogen separator; And
Further comprising a condenser for separating the gas generated in the combustor into water and carbon dioxide.

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The method according to claim 1,
Wherein the water separated from the condenser is vaporized and supplied to the reformer, and the carbon dioxide is pressurized and supplied to the reformer.

The method according to claim 1,
And the thermal energy generated in the combustor is supplied to at least one of the LNG vaporizer and the reformer.

The method of claim 3,
An evaporator for vaporizing water and supplying the water to the reformer; And
And a desalination unit provided upstream of the evaporator to desalinate seawater and supply water to the evaporator.

The method according to claim 1,
Further comprising an oxygen vaporizer supplied with the liquefied oxygen and supplied to the fuel cell.

1) modifying natural gas vaporized by LNG to produce syngas;
2) separating hydrogen from the synthesis gas;
3) supplying separated hydrogen to the fuel cell to convert chemical energy into electrical energy; And
4) converting electrical energy to thrust,
The synthetic gas remaining after the hydrogen separation in the step 2) is catalytically burned, the generated gas is separated into water and carbon dioxide, the water is vaporized, and the carbon dioxide is supplied for reforming the natural gas in the step 1) Of the fuel cell submarine.

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