KR101030349B1 - Catalytic combustors protection system for fuel cell power plant - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템은, 연료전지스택의 애노드에서 배출된 고온의 애노드 오프가스를 공급받으며, 상기 공급된 애노드 오프가스를 냉각시켜 제1유로 및 제2유로로 배출하는 열교환기; 상기 제1유로 및 제2유로로 공급된 애노드 오프가스와 외부공기를 혼합하는 혼합기; 상기 제2유로로 공급된 애노드 오프가스를 선택적으로 직화연소기로 바이패스하는 바이패스밸브; 및 상기 혼합기에서 배출된 혼합가스를 연소시키는 촉매연소기를 포함할 수 있다.Catalytic combustion protection system of a fuel cell for power generation according to the present invention, the high temperature anode off gas discharged from the anode of the fuel cell stack is supplied, cooling the supplied anode off gas discharged to the first and second flow paths Heat exchanger; A mixer for mixing the anode off gas supplied to the first and second flow paths with external air; Bypass valve for selectively bypassing the anode off-gas supplied to the second flow path to the direct combustion burner; And it may include a catalytic combustor for burning the mixed gas discharged from the mixer.

개시된 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템에 따르면, 연료전지스택에서 발생된 애노드 오프가스가 열교환기에서 냉각되어 상기 바이패스밸브에 공급되기 때문에 연료전지스택에서 과량의 애노드 오프가스가 발생되더라도 상기 바이패스밸브가 안정적으로 작동될 수 있는 이점이 있다.According to the catalytic combustion device protection system of the fuel cell for power generation, the anode off-gas generated in the fuel cell stack is cooled in a heat exchanger and supplied to the bypass valve, so that even if an excessive amount of anode off-gas is generated in the fuel cell stack. There is an advantage that the pass valve can be operated stably.

연료전지, 애노드, 열교환기, 촉매연소기, 바이패스밸브 Fuel Cell, Anode, Heat Exchanger, Catalytic Combustor, Bypass Valve

Description

발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템{Catalytic combustors protection system for fuel cell power plant}Catalyst combustors protection system for fuel cell power plant

본 발명은 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 연료과량 등에 의해 발생된 높은 온도로 인해 발전용 연료전지 시스템의 촉매연소기가 파손되는 것을 방지할 수 있는 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a catalyst burner protection system of a fuel cell for power generation, and more particularly, to a fuel cell for power generation that can prevent the catalytic burner of a power generation fuel cell system from being damaged due to a high temperature generated by fuel excess. A catalyst burner protection system.

일반적으로 연료전지는 수소 외에 메탄과 천연가스 등의 화석연료를 사용하는 기체연료와, 메탄올 및 히드라진과 같은 액체연료를 사용하는 것 등 여러 가지의 연료전지가 있고, 작동 온도에 따라 온도가 300℃ 정도 이하의 저온형, 300℃ 정도 이상의 고온형이 있다.In general, there are various fuel cells such as gaseous fuels using fossil fuels such as methane and natural gas in addition to hydrogen, and liquid fuels such as methanol and hydrazine. There are a low temperature type of about below degree, and a high temperature type of about 300 degreeC or more.

또한, 상기 연료전지는 전해질의 종류에 따라 고분자 전해질 연료전지(PEMFC), 인산염 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC) 등으로 구분될 수 있다.In addition, the fuel cell may be classified into a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), a phosphate fuel cell (PAFC), a molten carbonate fuel cell (MCFC), a solid oxide fuel cell (SOFC) and the like according to the type of electrolyte.

이 중에서 용융탄산염 연료전지(MCFC)는 일반적으로 다공성 Ni연료극(Anode) 과 NiO공기극(Cathode) 사이에 Li2CO3와 K2CO3의 혼합 용융탄산염 전해질을 함유하는 다공성의 LiAlO2 매트릭스로 구성된다.Among these, a molten carbonate fuel cell (MCFC) is generally composed of a porous LiAlO 2 matrix containing a mixed molten carbonate electrolyte of Li 2 CO 3 and K 2 CO 3 between a porous Ni fuel anode and a NiO air cathode. do.

이러한 용융탄산염 연료전지 또는 고체산화물 연료전지는 그 동작온도가 600℃이상에서 1,000℃이하이다. 600℃ 이상의 동작온도로 작동하는 용융탄산염 연료전지는 중, 대용량 전력용으로 사용된다. The molten carbonate fuel cell or the solid oxide fuel cell has an operating temperature of 600 ° C. or higher and 1,000 ° C. or lower. Molten carbonate fuel cells operating at operating temperatures above 600 ° C are used for medium and large capacity power.

그리고 수소가 주성분인 연료가스와 산소와 이산화탄소로 구성된 산화제가 각각 연료극과 공기극으로 공급되면 연료전지는 전기와 열 및 물을 생산한다.The fuel cell produces electricity, heat, and water when a fuel gas, mainly composed of hydrogen, and an oxidant composed of oxygen and carbon dioxide are supplied to the anode and the cathode, respectively.

전기와 열 및 물을 생산하는 용융탄산염 연료전지는 환경친화성 및 열병합 발전으로 대표되는 장점을 가져 병원, 호텔, 아파트 단지 등에 직접 설치하는 현장설치형 및 분산배치형 발전에서부터 기존 대형 화력 발전이나 원자력 발전을 대체하는 중앙집중형 발전에 이르기까지 다양하게 적용된다.Molten carbonate fuel cells that produce electricity, heat, and water have the advantages of eco-friendliness and cogeneration, and can be installed directly in hospitals, hotels, and apartment complexes. There are various applications, ranging from centralized generation to alternatives.

다양하게 적용되는 연료전지는 연료의 고갈에 따른 에너지 위기 극복 및 이산화탄소 등의 배출가스를 발산하는 일반 에너지 구동장치의 단점을 극복하여 열효율과 환경친화적이라는 장점 때문에 무공해 발전소 등의 용도로 세계 각국에서 개발 중이다.Fuel cells that are applied in various ways are developed around the world for use in pollution-free power plants due to the advantages of thermal efficiency and environmental friendliness by overcoming the energy crisis due to exhaustion of fuel and overcoming shortcomings of general energy driving devices that emit emissions such as carbon dioxide. In the process.

이 때, 상기 연료전지의 연료극 즉, 애노드로부터 배출된 가스를 애노드 오프가스로 칭하며, 수소를 함유하는 가연가스를 포함한다. At this time, the gas discharged from the anode of the fuel cell, that is, the anode is referred to as an anode off gas, and includes a combustible gas containing hydrogen.

상기 수소를 외부로 직접 배출하는 것은 바람직하지 않기 때문에, 애노드 오프-가스는 촉매 연소기에서 연소시킨 후, 상기 연소가스를 시스템 외부로 방출시킨 다.Since it is not desirable to discharge the hydrogen directly to the outside, the anode off-gas is combusted in a catalytic combustor and then the combustion gas is discharged out of the system.

도 1은 종래기술에 따른 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템이 개략적으로 도시된 구성도이다.1 is a configuration diagram schematically showing a catalyst burner protection system of a fuel cell for power generation according to the prior art.

종래기술에 따른 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템(1)은 연료전지스택(10)과, 공급유로(L)를 통해 상기 연료전지스택(10)으로부터 애노드 오프가스를 공급받아 외부공기와 혼합하는 혼합기(50)와, 상기 공급유로(L)로 공급된 애노드 오프가스를 선택적으로 직화연소기(80)로 바이패스하는 바이패스밸브(60)와, 상기 혼합기(50)에서 배출된 혼합가스를 연소시키는 촉매연소기(70)를 포함한다.The catalyst burner protection system 1 of a fuel cell for power generation according to the prior art receives an anode off-gas from the fuel cell stack 10 through a fuel cell stack 10 and a supply flow path L, and mixes with external air. Mixer 50 and the bypass valve 60 to selectively bypass the anode off-gas supplied to the supply passage (L) to the direct combustion burner (80), and the mixed gas discharged from the mixer (50) And a catalytic combustor 70 for burning.

상기 연료전지스택(10)에 애노드(양극,11) 및 캐소드(음극,12)가 구비됨은 물론이다. Of course, the fuel cell stack 10 is provided with an anode (anode 11) and a cathode (cathode 12).

또한, 상기 촉매연소기(70)에서 배출된 연소가스는 폐열이 회수되도록 열회수유닛(90)으로 유동된다.In addition, the combustion gas discharged from the catalytic combustor 70 flows to the heat recovery unit 90 to recover the waste heat.

만약, 종래기술에 따른 발전용 연료전지의 작동 중 계통전기 정전과 같은 상황이 발생되면 상기 연료전지스택(10)에서 과량의 애노드 오프가스가 발생될 수 있다.If a situation such as a system electric power failure occurs during the operation of a fuel cell for power generation according to the prior art, an excessive amount of anode offgas may be generated in the fuel cell stack 10.

상기 연료전지스택(10)에서 과량의 애노드 오프가스가 발생되면 상기 바이패스밸브(60)가 작동되어 상기 과량의 애노드 오프가스의 일부를 상기 직화연소기(80)로 분기하게 된다.When excess anode offgas is generated in the fuel cell stack 10, the bypass valve 60 is operated to branch a part of the excess anode offgas to the combustion chamber 80.

그러나 종래기술에 따른 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템(1)의 바이패스밸브(60)는 온도에 취약한 약점이 있다. 즉, 상기 연료전지스택(10)에서 발생되는 애노드 오프가스의 온도는 대략 750°C이기 때문에 과량의 애노드 오프가스가 발생시 상기 바이패스밸브(60)가 정상적으로 작동되지 못하여 과량의 애노드 오프가스가 모두 상기 촉매연소기(70)로 유동되어 상기 촉매연소기(70)가 파손되는 문제점이 있다.However, the bypass valve 60 of the catalytic combustion device protection system 1 of the fuel cell for power generation according to the prior art has a weakness in temperature. That is, since the temperature of the anode off-gas generated in the fuel cell stack 10 is approximately 750 ° C., when the excess off-gas is generated, the bypass valve 60 does not operate normally. There is a problem that the catalyst combustor 70 is damaged by flowing to the catalytic combustor 70.

즉, 고온의 애노드 오프가스에 의해 상기 바이패스밸브(60)가 정상적으로 작동하지 못하게 되어, 상기 과량의 애노드 오프가스 중 일부가 상기 직화연소기(80)로 유동되지 않고 상기 촉매연소기(70)로 과량의 애노드 오프가스가 유동되어 연소됨으로써 고온으로 인해 상기 촉매연소기(70)의 파손이 발생될 수 있다.That is, the bypass valve 60 does not operate normally due to the high temperature of the anode off-gas, so that some of the excess anode off-gas does not flow to the direct combustion burner 80 and is excessively flowed into the catalytic burner 70. As the anode off-gas is flowed and combusted, breakage of the catalytic combustor 70 may occur due to high temperature.

또한, 상기와 같은 촉매연소기(70)의 파손을 막기 위해 상기 촉매연소기(70)의 구조를 대형화하게 되면, 설비가 과다해져 비용이 추가되어 생산성이 떨어지는 단점이 있다.In addition, when the structure of the catalyst burner 70 is enlarged in order to prevent damage to the catalyst burner 70 as described above, the equipment is excessively expensive and additionally has a disadvantage in that productivity is reduced.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 연료전지스택에서 과량의 애노드 오프가스가 발생시 이를 안정적으로 분기시킬 수 있는 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention was devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a catalytic combustion device protection system for a fuel cell for power generation, which can stably branch when an excessive amount of anode offgas occurs in a fuel cell stack.

본 발명에 따른 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템은, 연료전지스택의 애노드에서 배출된 고온의 애노드 오프가스를 공급받으며, 상기 공급된 애노드 오프가스를 냉각시켜 제1유로 및 제2유로로 배출하는 열교환기; 상기 제1유로 및 제2유로로 공급된 애노드 오프가스와 외부공기를 혼합하는 혼합기; 상기 제2유로로 공급된 애노드 오프가스를 선택적으로 직화연소기로 바이패스하는 바이패스밸브; 및 상기 혼합기에서 배출된 혼합가스를 연소시키는 촉매연소기를 포함할 수 있다.Catalytic combustion protection system of a fuel cell for power generation according to the present invention, the high temperature anode off gas discharged from the anode of the fuel cell stack is supplied, cooling the supplied anode off gas discharged to the first and second flow paths Heat exchanger; A mixer for mixing the anode off gas supplied to the first and second flow paths with external air; Bypass valve for selectively bypassing the anode off-gas supplied to the second flow path to the direct combustion burner; And it may include a catalytic combustor for burning the mixed gas discharged from the mixer.

또한, 본 발명에 따른 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템은, 연료전지스택의 연료극에서 배출된 고온의 애노드 오프가스를 공급받으며, 상기 공급된 애노드 오프가스를 냉각시켜 제1유로 및 제2유로로 배출하는 열교환기; 상기 제1유로 및 제2유로로 공급된 애노드 오프가스와 외부공기를 혼합하는 혼합기; 상기 제1유로로 공급된 애노드 오프가스를 선택적으로 직화연소기로 바이패스하는 제1바이패스밸브; 상기 제2유로로 공급된 애노드 오프가스를 선택적으로 직화연소기로 바이패스하는 제2바이패스밸브; 및 상기 혼합기에서 배출된 혼합가스를 연소시키는 촉매연소기를 포함할 수 있다.In addition, the catalyst burner protection system of a fuel cell for power generation according to the present invention is supplied with a high temperature of the anode off-gas discharged from the anode of the fuel cell stack, by cooling the supplied anode off-gas to the first and second flow paths A heat exchanger discharged to the furnace; A mixer for mixing the anode off gas supplied to the first and second flow paths with external air; A first bypass valve for selectively bypassing the anode off-gas supplied to the first flow path to the direct burner; A second bypass valve for selectively bypassing the anode off-gas supplied to the second channel with a direct combustion burner; And it may include a catalytic combustor for burning the mixed gas discharged from the mixer.

상기 열교환기에서 상기 애노드 오프가스와 열교환되는 매체는 외부공기일 수 있다.The medium heat exchanged with the anode off-gas in the heat exchanger may be external air.

상기 열교환기에서 배출되는 애노드 오프가스의 온도는 300°C ~ 400°C로 이루어질 수 있다.The temperature of the anode offgas discharged from the heat exchanger may be made of 300 ° C ~ 400 ° C.

본 발명에 따른 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템은 연료전지스택에서 발생된 애노드 오프가스가 열교환기에서 냉각되어 상기 바이패스밸브에 공급되기 때문에 연료전지스택에서 과량의 애노드 오프가스가 발생되더라도 바이패스밸브가 안정적으로 작동되는 이점이 있다.In the catalyst burner protection system of a fuel cell for power generation according to the present invention, since the anode off-gas generated in the fuel cell stack is cooled in the heat exchanger and supplied to the bypass valve, even if excessive anode off-gas is generated in the fuel cell stack. There is an advantage that the pass valve is operated stably.

또한, 연료전지스택에서 과량의 애노드 오프가스가 발생되더라도 상기 바이패스밸브가 안정적으로 작동하기 때문에 촉매연소기의 구조를 대형화할 필요가 없어 설비가 간단해지고 생산성이 향상되는 이점이 있다.In addition, even if excessive anode off-gas is generated in the fuel cell stack, since the bypass valve operates stably, there is no need to enlarge the structure of the catalytic combustion device, thereby simplifying the installation and improving productivity.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in this specification and claims should not be construed in a common or dictionary sense, and the inventors will be required to properly define the concepts of terms in order to best describe their invention. Based on the principle that it can, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서, 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해해야한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents may be substituted for them at the time of the present application. It should be understood that there may be water and variations.

도 2는 본 발명에 따른 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템의 일실시예가 개략적으로 도시된 구성도이다.2 is a configuration diagram schematically showing an embodiment of a catalytic combustion device protection system of a fuel cell for power generation according to the present invention.

본 발명에 따른 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템(100)은 연료전지스택(110)의 애노드(111)에서 배출된 고온의 애노드 오프가스를 공급받으며, 상기 공급된 애노드 오프가스를 냉각시켜 제1유로(120) 및 제2유로(130)로 배출하는 열교환기(140)와, 상기 제1유로(120) 및 제2유로(130)로 공급된 애노드 오프가스와 외부공기를 혼합하는 혼합기(150)와, 상기 제2유로(130)로 공급된 애노드 오프가스를 선택적으로 직화연소기(180)로 바이패스하는 바이패스밸브(160)와, 상기 혼합기(150)에서 배출된 혼합가스를 연소시키는 촉매연소기(170)를 포함한다. Catalytic combustion protection system 100 of the fuel cell for power generation according to the present invention is supplied with a high temperature of the anode off-gas discharged from the anode 111 of the fuel cell stack 110, by cooling the supplied anode off-gas Heat exchanger 140 discharged to the first passage 120 and the second passage 130, and a mixer for mixing the anode off-gas and external air supplied to the first passage 120 and the second passage 130 ( 150 and a bypass valve 160 for selectively bypassing the anode off-gas supplied to the second flow passage 130 to the direct burner 180, and burning the mixed gas discharged from the mixer 150. Catalytic burner 170 is included.

상기 연료전지스택(110)은 전해질의 종류에 따라 인산형(PAFC), 용융탄산염형(MCFC), 고체 산화물형(SOFC) 및 고체 고분자형(PEFC) 등 다양한 시스템이 사용될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템(100)에서는 용융탄산염형(MCFC) 또는 고체산화물 연료전지(SOFC)를 연료전지스택(110)으로 사용한다. 또한, 상기 연료전지스택(110)에는 애노드(111) 및 캐소드(112)가 구비됨은 물론이다. The fuel cell stack 110 may be used in various systems such as phosphoric acid type (PAFC), molten carbonate type (MCFC), solid oxide type (SOFC) and solid polymer type (PEFC), depending on the type of electrolyte. In the catalytic combustion device protection system 100 of a fuel cell for power generation according to an embodiment, a molten carbonate type (MCFC) or a solid oxide fuel cell (SOFC) is used as the fuel cell stack 110. In addition, the fuel cell stack 110 is provided with an anode 111 and a cathode 112, of course.

상기 연료전지스택(110)의 애노드(111)에서는 600℃~1000℃ 정도의 온도를 갖는 애노드 오프가스가 배출된다.An anode off gas having a temperature of about 600 ° C. to about 1000 ° C. is discharged from the anode 111 of the fuel cell stack 110.

상기 연료전지스택(110)과 상기 열교환기(140)는 상기 애노드 오프가스가 상 기 열교환기(140)로 공급될 수 있도록 공급유로(L)로 연결된다.The fuel cell stack 110 and the heat exchanger 140 are connected to a supply flow path L so that the anode off gas can be supplied to the heat exchanger 140.

상기 열교환기(140)는 상기 연료전지스택(110)의 애노드(111)에서 공급된 에노드 오프가스가 다른 매체와 열교환되어 상기 공급된 애노드 오프가스를 냉각시킬 수 있도록 구비된다.The heat exchanger 140 is provided so that the anode off-gas supplied from the anode 111 of the fuel cell stack 110 may exchange heat with another medium to cool the supplied anode off-gas.

상기 열교환기(140)에서 상기 애노드 오프가스와 열교환되는 매체는 외부공기로 이루어질 수 있다. The medium heat exchanged with the anode off-gas in the heat exchanger 140 may be made of external air.

상기 열교환기(140)에서 냉각된 상기 애노드 오프가스는 상기 제1유로(120) 및 제2유로(130)를 통해 상기 혼합기(150)로 유동될 수 있도록 연통된다.The anode off-gas cooled in the heat exchanger 140 is communicated to flow to the mixer 150 through the first passage 120 and the second passage 130.

상기 제2유로(130)에 구비된 바이패스밸브(160)는, 상기 열교환기(140)에서 과량의 애노드 오프가스가 유입되면 상기 제2유로(130)를 유동하는 애노드 오프가스를 상기 직화연소기(180)로 유동시키도록 구비된다. The bypass valve 160 provided in the second flow passage 130, when the excess anode off-gas flows in the heat exchanger 140, the anode off-gas flowing in the second flow path 130, the direct combustion burner And to flow to 180.

상기 열교환기(140)에서 배출되는 애노드 오프가스의 온도는 300°C ~ 400°C로 이루어지도록 한다.The temperature of the anode off-gas discharged from the heat exchanger 140 is to be made 300 ° C ~ 400 ° C.

상기 혼합기(150)는, 산소가 함유된 공기와 상기 열교환기(140)를 통과한 애노드 오프가스가 혼합되어 혼합가스를 이루도록 구비된다. 또한, 상기 혼합기(150)는 상기 혼합가스가 상기 촉매연소기(170)로 유동될 수 있도록 상기 촉매연소기(170)와 연통된다.The mixer 150 is provided to mix the air containing oxygen and the anode off gas passing through the heat exchanger 140 to form a mixed gas. In addition, the mixer 150 is in communication with the catalyst burner 170 so that the mixed gas flows to the catalyst burner 170.

상기 촉매연소기(170)에서 배출된 연소가스는 열회수유닛(HRU;Heat Recovery Unit,190) 등과 연결되어 고온 폐열이 회수될 수 있도록 구비된다. The combustion gas discharged from the catalytic combustor 170 is connected to a heat recovery unit (HRU) 190 and the like to recover high temperature waste heat.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 발전용 연료전지의 보호시스템(100)의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.Referring to the effect of the protection system 100 of the fuel cell for power generation according to the present invention configured as described above are as follows.

상기 연료전지스택(110)에서의 화학반응에 의해 상기 연료전지스택(110)의 애노드(111)에서 600℃~1000℃ 정도의 온도를 갖는 고온의 애노드 오프가스가 배출된다.By the chemical reaction in the fuel cell stack 110, a high temperature anode off gas having a temperature of about 600 ° C. to 1000 ° C. is discharged from the anode 111 of the fuel cell stack 110.

상기 배출된 애노드 오프가스는 상기 열교환기(140)에서 외부공기와 열교환되어 냉각된다. 본 상기 열교환기(140)에서 냉각되어 배출되는 애노드 오프가스의 온도는 대략 300°C ~ 400°C가 되도록 하는 것이 바람직하다.The discharged anode off-gas is cooled by heat exchange with external air in the heat exchanger (140). The temperature of the anode off-gas cooled by the heat exchanger 140 is preferably approximately 300 ° C ~ 400 ° C.

이때, 상기 열교환기(140)에서 냉각된 애노드 오프가스는 상기 제1유로(120)와 제2유로(130)를 통해 상기 혼합기(150)로 유동된다. At this time, the anode off-gas cooled in the heat exchanger 140 flows to the mixer 150 through the first passage 120 and the second passage 130.

상기 혼합기(150)에서는 상기 애노드 오프가스가 산소가 함유된 공기와 혼합되어 혼합가스를 형성하고, 상기 혼합가스는 상기 촉매연소기(170)로 유동되어 연소된다. In the mixer 150, the anode off-gas is mixed with air containing oxygen to form a mixed gas, and the mixed gas flows into the catalytic burner 170 and is combusted.

상기 촉매연소기(170)에서 배출된 연소가스에서 폐열이 회수될 수 있도록, 상기 촉매연소기(170)는 열회수유닛(190)과 연결된다.The catalyst burner 170 is connected to the heat recovery unit 190 so that waste heat can be recovered from the combustion gas discharged from the catalyst burner 170.

만약, 계통전기 정전과 같은 위급상황이 발생되어 상기 연료전지스택(110)에서 과량의 애노드 오프 가스가 발생되는 경우, 상기 제2유로(130)의 바이패스밸브(160)에 의해 상기 제2유로(130)로 유동되는 애노드 오프가스는 상기 직화연소기(180)로 유동된다.If an emergency situation such as a system power failure occurs and an excessive amount of anode off gas is generated in the fuel cell stack 110, the second flow path may be caused by the bypass valve 160 of the second flow path 130. The anode offgas flowing to 130 is flowed to the direct combustion burner 180.

즉, 상기 연료전지스택(110)에서 발생된 과량의 애노드 오프가스 모두가 상 기 촉매연소기(170)로 유동되지 않고 일부는 직화연소기(180)로 이동된다.That is, not all of the excess anode offgas generated in the fuel cell stack 110 is flowed to the catalytic combustion unit 170, but some are moved to the direct combustion unit 180.

이때, 상기 바이패스밸브(160)를 통과하는 애노드 오프가스의 온도는 대략 350°C 정도이기 때문에 상기 바이패스밸브(160)가 안정적으로 작동할 수 있는 장점이 있다.At this time, since the temperature of the anode off-gas passing through the bypass valve 160 is about 350 ° C has the advantage that the bypass valve 160 can be operated stably.

즉, 상기 바이패스밸브(160)의 안정적인 작동에 의해 과량의 애노드 오프가스가 발생되더라도 여분의 애노드 오프가스를 직화연소기로 분기시킬 수 있어 발전용 연료전지의 촉매연소기를 안정적으로 보호할 수 있는 장점이 있다.That is, even if an excessive amount of anode offgas is generated by the stable operation of the bypass valve 160, the excess anode offgas can be branched to the direct combustion combustor, which can stably protect the catalytic combustor of the power generation fuel cell. There is this.

이하에서는 본 발명에 따른 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템(200)의 다른 실시예에 대해서 설명한다.Hereinafter, another embodiment of the catalytic combustion device protection system 200 of a fuel cell for power generation according to the present invention will be described.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템의 일시예와 동일한 구성 및 작용에 대해서는 설명의 편의를 위하여 생략한다.The same configuration and operation as those of the instantaneous example of the catalytic combustion device protection system of the fuel cell for power generation according to the present invention described above will be omitted for convenience of description.

도 3은 본 발명에 따른 연료전지의 촉매연소기 보호시스템(200)의 다른 실시예의 작동 중 정상상태의 작동이 도시된 작동상태도이고, 도 4는 본 발명에 따른 연료전지의 촉매연소기 보호시스템(200)의 다른 실시예의 작동 중 비상상태의 작동이 도시된 작동상태도이다.3 is an operation state diagram showing the operation of the steady state during the operation of another embodiment of the catalyst burner protection system 200 of the fuel cell according to the present invention, Figure 4 is a catalyst burner protection system 200 of the fuel cell according to the present invention Is an operational state diagram illustrating the operation of an emergency state during the operation of another embodiment.

본 발명에 따른 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템(200)은, 연료전지스택(210)의 애노드(211)에서 배출된 고온의 애노드 오프가스를 공급받으며, 상기 공급된 애노드 오프가스를 냉각시켜 제1유로(220) 및 제2유로(230)로 배출하는 열교환기(240)와, 상기 제1유로(220) 및 제2유로(230)로 공급된 애노드 오프가스와 외부공기를 혼합하는 혼합기(250)와, 상기 제1유로(220)로 공급된 애노드 오프가스를 선택적으로 직화연소기(280)로 바이패스하는 제1바이패스밸브(262)와, 상기 제2유로(230)로 공급된 애노드 오프가스를 선택적으로 상기 직화연소기(280)로 바이패스하는 제2바이패스밸브(263)와, 상기 혼합기(250)에서 배출된 혼합가스를 연소시키는 촉매연소기(270)를 포함한다.The catalytic combustion device protection system 200 of a fuel cell for power generation according to the present invention is supplied with a high-temperature anode offgas discharged from the anode 211 of the fuel cell stack 210 and cools the supplied anode offgas. Heat exchanger 240 discharged to the first flow path 220 and the second flow path 230, and a mixer for mixing the anode off-gas and external air supplied to the first flow path 220 and the second flow path 230 And a first bypass valve 262 for selectively bypassing the anode off-gas supplied to the first flow path 220 to the direct combustion burner 280 and the second flow path 230. And a second bypass valve 263 for bypassing the anode off-gas to the direct combustion 280, and a catalytic combustor 270 for combusting the mixed gas discharged from the mixer 250.

상기 연료전지스택(210)의 정상작동시에는, 상기 제1바이패스밸브(262)는 상기 직화연소기(280)와 연결된 바이패스를 차단하여 상기 제1유로(220)에 공급된 애노드 오프가스를 모두 상기 촉매연소기(270)로 공급한다. 또한, 제2유로(230)에 구비된 상기 제2바이패스밸브(263) 역시 상기 직화연소기(280)와 연결된 바이패스를 차단하여 상기 제2유로(230)에 공급된 애노드 오프가스를 모두 상기 촉매연소기(270)로 공급한다. In the normal operation of the fuel cell stack 210, the first bypass valve 262 blocks the bypass connected to the direct combustion burner 280 to supply the anode off-gas supplied to the first flow path 220. All are supplied to the catalytic combustor 270. In addition, the second bypass valve 263 provided in the second flow path 230 also cuts off the bypass connected to the direct combustion combustor 280, so that all of the anode off gas supplied to the second flow path 230 is discharged. It is supplied to the catalytic combustor 270.

즉 정상상태의 운전에서는, 상기 제1바이패스밸브(262)와 제2바이패스밸브(263) 모두 상기 직화연소기(280)쪽의 유로를 차단하고 상기 촉매연소기(270)쪽의 유로를 개방시킨다.That is, in the steady state operation, both the first bypass valve 262 and the second bypass valve 263 block the flow path of the direct combustion burner 280 and open the flow path of the catalytic burner 270. .

한편, 계통전기 정전과 같은 사고의 발생으로 상기 연료전지스택(210)에서 과량의 애노드 오프가스가 발생되는 비상작동시에는, 상기 제1바이패스밸브(262)는 상기 직화연소기(280)와 연결된 바이패스를 개방하여 상기 제1유로(220)에 공급된 애노드 오프가스를 상기 직화연소기(280)로 공급한다. 또한, 상기 제2바이패스밸브(263) 역시 상기 직화연소기(280)와 연결된 바이패스를 개방하여 상기 제2유로(263)에 공급된 애노드 오프가스를 상기 직화연소기(280)로 공급한다.On the other hand, in an emergency operation in which excessive anode offgas is generated in the fuel cell stack 210 due to an accident such as a system electric power outage, the first bypass valve 262 is connected to the direct combustion burner 280. The bypass is opened to supply the anode off gas supplied to the first flow path 220 to the direct combustion burner 280. In addition, the second bypass valve 263 also opens the bypass connected to the direct combustion combustor 280 to supply the anode off-gas supplied to the second flow passage 263 to the direct combustion combustor 280.

즉 비상상태의 운전에서는, 상기 제1바이패스밸브(262)와 제2바이패스밸브(263) 모두 상기 직화연소기(280)쪽의 유로를 개방하고 상기 촉매연소기(270)쪽의 유로를 차단시킨다.That is, in the emergency operation, both the first bypass valve 262 and the second bypass valve 263 open the flow path toward the direct combustion burner 280 and block the flow path toward the catalytic burner 270. .

따라서, 계통전기 정전과 같은 사고의 발생으로 상기 연료전지스택(210)에서 과량의 애노드 오프가스가 발생되는 비상상태에서는 상기 과량의 애노드 오프가스가 상기 촉매연소기(270)로 유동되는 것을 방지할 수 있어 상기 촉매연소기(270)를 보호할 수 있는 이점이 있다. Therefore, in an emergency state in which an excessive amount of anode offgas is generated in the fuel cell stack 210 due to an accident such as a system electric power outage, it is possible to prevent the excess anode offgas from flowing to the catalyst burner 270. There is an advantage that can protect the catalytic burner (270).

여기서, 상기 열교환기(240)가 애노드 오프가스의 온도를 낮추어 상기 제1바이패스밸브(262) 및 제2바이패스밸브(263)에 공급함으로써, 상기 제1바이패스밸브(262) 및 제2바이패스밸브(263)의 작동이 원활하게 이루어짐은 물론이다.Here, the heat exchanger 240 lowers the temperature of the anode off-gas and supplies the first bypass valve 262 and the second bypass valve 263 to the first bypass valve 262 and the second. Of course, the bypass valve 263 is made smoothly.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.

도 1은 종래기술에 따른 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템이 개략적으로 도시된 구성도,1 is a configuration diagram schematically showing a catalyst burner protection system of a fuel cell for power generation according to the prior art;

도 2는 본 발명에 따른 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템의 일실시예 개략적으로 도시된 구성도이다.Figure 2 is a schematic diagram showing an embodiment of a catalytic burner protection system of a fuel cell for power generation according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 연료전지의 촉매연소기 보호시스템의 다른 실시예의 작동 중 정상상태의 작동이 도시된 작동상태도Figure 3 is an operating state diagram showing the operation of the normal state of the operation of another embodiment of the catalytic burner protection system of a fuel cell according to the present invention

도 4는 본 발명에 따른 연료전지의 촉매연소기 보호시스템의 다른 실시예의 작동 중 비상상태의 작동이 도시된 작동상태도이다.Figure 4 is an operating state diagram showing the operation of the emergency state during the operation of another embodiment of the catalytic burner protection system of a fuel cell according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명><Explanation of symbols on main parts of the drawings>

110,210...연료전지스택 111,211...애노드110,210 Fuel cell stack 111,211 Anode

112,212...캐소드 120,220...제1유로112,212 ... cathodes 120,220 ... 1 Euro

130,230...제2유로 140,240...열교환기130,230 ... 2 euro 140,240 ... heat exchanger

150,250...혼합기 160...바이패스밸브150, 250 Mixer 160 ... Bypass valve

262...제1바이패스밸브 263...제2바이패스밸브262 ... 1st bypass valve 263 ... 2nd bypass valve

170, 270...촉매연소기 180,280...직화연소기170, 270 catalytic combustion 180,280 direct combustion

190,290...열회수유닛 L...공급유로190,290 ... heat recovery unit L ... supply flow path

Claims (4)

연료전지스택(110)의 연료극에서 배출된 고온의 애노드 오프가스를 공급받으며, 상기 공급된 애노드 오프가스를 냉각시켜 제1유로(120) 및 제2유로(130)로 배출하는 열교환기(140);The heat exchanger 140 receives the high temperature anode off gas discharged from the anode of the fuel cell stack 110 and cools the supplied anode off gas to the first flow path 120 and the second flow path 130. ; 상기 제1유로(120) 및 제2유로(130)로 공급된 애노드 오프가스와 외부공기를 혼합하는 혼합기(150);A mixer 150 for mixing the anode off-gas supplied to the first passage 120 and the second passage 130 with external air; 상기 제2유로(130)로 공급된 애노드 오프가스를 선택적으로 직화연소기(180)로 바이패스하는 바이패스밸브(160); 및Bypass valve 160 for bypassing the anode off-gas supplied to the second flow path 130 to the direct burner (180); And 상기 혼합기(150)에서 배출된 혼합가스를 연소시키는 촉매연소기(170)를 포함하는 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템.Catalytic burner protection system for a power generation fuel cell comprising a catalytic burner (170) for burning the mixed gas discharged from the mixer (150). 연료전지스택(210)의 연료극에서 배출된 고온의 애노드 오프가스를 공급받으며, 상기 공급된 애노드 오프가스를 냉각시켜 제1유로(220) 및 제2유로(230)로 배출하는 열교환기(240);The heat exchanger 240 receives the high temperature anode off gas discharged from the anode of the fuel cell stack 210 and cools the supplied anode off gas to the first flow path 220 and the second flow path 230. ; 상기 제1유로(220) 및 제2유로(230)로 공급된 애노드 오프가스와 외부공기를 혼합하는 혼합기(250);A mixer 250 for mixing anode off-gas supplied to the first and second flow paths 220 and 230 with external air; 상기 제1유로(220)로 공급된 애노드 오프가스를 선택적으로 직화연소기(280)로 바이패스하는 제1바이패스밸브(262);A first bypass valve 262 for bypassing the anode off-gas supplied to the first flow path 220 to the direct combustion burner 280; 상기 제2유로(230)로 공급된 애노드 오프가스를 선택적으로 직화연소기(280) 로 바이패스하는 제2바이패스밸브(263); 및A second bypass valve 263 for bypassing the anode off-gas supplied to the second flow path 230 to the direct burner 280; And 상기 혼합기(250)에서 배출된 혼합가스를 연소시키는 촉매연소기(270)를 포함하는 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템.Catalytic combustor protection system for a power generation fuel cell comprising a catalytic combustor (270) for burning the mixed gas discharged from the mixer (250). 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 열교환기(140,240)에서 상기 애노드 오프가스와 열교환되는 매체는 외부공기인 것을 특징으로 하는 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템.Catalyst heat exchanger protection system of a fuel cell for power generation, characterized in that the medium heat exchanged with the anode off-gas in the heat exchanger (140,240). 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 열교환기(140,240)에서 배출되는 애노드 오프가스의 온도는 300°C ~ 400°C인 것을 특징으로 하는 발전용 연료전지의 촉매연소기 보호시스템.The temperature of the anode off-gas discharged from the heat exchanger (140,240) is 300 ° C ~ 400 ° C catalytic combustion device protection system for power generation fuel cell, characterized in that.
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