KR102012365B1 - 한 쌍의 엔진 흡기온도 제어용 개폐 밸브를 구비한 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템 - Google Patents

한 쌍의 엔진 흡기온도 제어용 개폐 밸브를 구비한 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템 Download PDF

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송한호
이영덕
최원재
김영상
김재현
김용태
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서울대학교산학협력단
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템으로서, 연료극인 애노드와 공기극인 캐소드를 구비하여 수소와 산소의 화학반응에 의해 전기를 생성하며, 섭씨 500도 내지 1000도 사이의 온도로 유지되는 핫박스 내에 배치되는 연료전지; 연소용 가스를 공급받고 연소시켜 전기를 생산하는 엔진; 상기 애노드에서 배출되는 애노드 오프 가스를 이송하는 제1 배관; 제1 개폐 밸브를 포함하며 외부 공기를 공급하는 제2 배관; 제2 개폐 밸브를 포함하며 외부 공기를 공급하는 제3 배관; 상기 제1 배관의 애노드 오프 가스와 상기 제2 및 제3 배관의 공기를 혼합하여 상기 엔진에 연소용 가스로서 공급하는 제4 배관; 및 상기 제1 및 제2 개폐 밸브의 개도량을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제3 배관의 공기가 상기 핫박스로부터 열에너지를 공급받아 가열된 후 상기 제4 배관으로 공급되는 것을 특징으로 하는 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템을 개시한다.

Description

한 쌍의 엔진 흡기온도 제어용 개폐 밸브를 구비한 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템 {Fuel cell-Engine hybrid power generation system having a couple of throttle valves for controlling temperature of inlet gas of engine}
본 발명은 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지-엔진을 안정적으로 운전하며 연료전지에서 배출되는 미활용 에너지를 엔진에서 연소시켜 추가전력을 생산함으로써 시스템의 폐열을 재사용하고 시스템 효율을 개선할 수 있는 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지는 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전기화학적 장치이다. 연료전지는 종래의 화력 발전에 비해 효율이 높아 발전용 연료의 절감이 가능하고 열병합 발전도 가능하며, 천연가스, 도시가스, 메탄올, 폐기물 가스 등 다양한 연료를 사용할 수 있어, 화력 발전을 대체할 수 있는 에너지 변환 기술로 평가받고 있다. 또한 최근에는 고온의 연료전지의 애노드(연료극)으로부터 배출되는 애노드 오프가스와 발전용 엔진을 결합한 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템이 제안되고 있다.
그런데 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템의 경우 고온의 연료전지의 애노드 오프가스가 섭씨 600도 내지 1000도 정도로 매우 고온이기 때문에 바로 엔진에 유입될 경우 엔진 내 연소가 안정적으로 이루어지지 못하여 엔진의 손상으로 이어질 수 있을 뿐만 아니라 발전효율도 떨어지는 문제가 있다.
그러나 기존에 제안된 연료전지-엔진 하이브리드 시스템은 연료전지와 엔진을 통합하는 방안에 대한 개념만 제시하였고 위와 같이 실제 운전을 하는 상황에서 엔진으로 유입되는 가스의 온도를 어떻게 제어할 것인가 하는 문제점을 고려하지 못하였다. 따라서 연료전지-엔진 하이브리드 시스템의 실제 운전시 발생하는 이러한 제반 문제를 해결해야 할 필요성이 제기된다.
특허문헌1: 한국 공개특허공보 제2016-0139492호 (2016년 12월 07일 공개)
본 발명은 이러한 배경에서 안출된 것으로, 연료전지-엔진 하이브리드 발전시스템에서 엔진 흡기 온도와 흡기 조성을 엔진 연소에 적합한 상태로 조절함으로써 전체 발전 시스템의 효율을 높이고 발전 시스템의 운전 안정성을 향상시킬 수 있는 연료전지-엔진 하이브리드 발전시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템으로서, 연료극인 애노드와 공기극인 캐소드를 구비하여 수소와 산소의 화학반응에 의해 전기를 생성하며, 섭씨 500도 내지 1000도 사이의 온도로 유지되는 핫박스 내에 배치되는 연료전지; 연소용 가스를 공급받고 연소시켜 전기를 생산하는 엔진; 상기 애노드에서 배출되는 애노드 오프 가스를 이송하는 제1 배관; 제1 개폐 밸브를 포함하며 외부 공기를 공급하는 제2 배관; 제2 개폐 밸브를 포함하며 외부 공기를 공급하는 제3 배관; 상기 제1 배관의 애노드 오프 가스와 상기 제2 및 제3 배관의 공기를 혼합하여 상기 엔진에 연소용 가스로서 공급하는 제4 배관; 및 상기 제1 및 제2 개폐 밸브의 개도량을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제3 배관의 공기가 상기 핫박스로부터 열에너지를 공급받아 가열된 후 상기 제4 배관으로 공급되는 것을 특징으로 하는 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템으로서, 애노드와 캐소드를 구비하여 수소와 산소의 화학반응에 의해 전기를 생성하며, 섭씨 500도 내지 1000도 사이의 온도로 유지되는 핫박스 내에 배치되는 연료전지; 연소용 가스를 공급받고 연소시켜 전기를 생산하는 엔진; 상기 애노드에서 배출되는 애노드 오프 가스를 이송하는 제1 배관; 제1 개폐 밸브를 포함하며 외부 공기를 공급하는 제2 배관; 제2 개폐 밸브를 포함하며 외부 공기를 공급하는 제3 배관; 상기 제1 배관의 애노드 오프 가스와 상기 제2 및 제3 배관의 공기를 혼합하여 상기 엔진에 연소용 가스로서 공급하는 제4 배관; 및 상기 제1 및 제2 개폐 밸브의 개도량을 제어하는 제어부;를 포함하고, 상기 제3 배관의 공기가 상기 엔진으로부터 열에너지를 공급받아 가열된 후 상기 제4 배관으로 공급되는 것을 특징으로 하는 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템을 개시한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 연료전지-엔진 하이브리드 발전시스템에서 엔진 흡기 온도와 흡기 조성을 엔진 연소에 적합한 상태로 조절함으로써 전체 발전 시스템의 효율을 높이고 발전 시스템의 운전 안정성을 향상시킬 수 있는 이점을 가진다.
도1은 제1 실시예에 따른 연료전지-엔진 하이브리드 시스템을 설명하기 위한 도면,
도2는 제2 실시예에 따른 연료전지-엔진 하이브리드 시스템을 설명하기 위한 도면,
도3은 제3 실시예에 따른 연료전지-엔진 하이브리드 시스템을 설명하기 위한 도면,
도4는 일 실시예에 따라 엔진 주입가스의 입구온도를 제어하는 방법을 설명하는 흐름도,
도5는 일 실시예에 따라 엔진 주입가스의 입구온도와 조성비를 제어하는 방법을 설명하는 흐름도,
도6은 도5의 제어 단계(S260) 실행시 제1 및 제2 개폐 밸브의 동작을 설명하는 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예를 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도1은 제1 실시예에 따른 연료전지-엔진 하이브리드 시스템(100)을 개략적으로 도시하였다.
도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템(100)은 연료전지(15)를 내부에 포함하는 핫박스(10) 및 핫박스(10)의 외부에 배치된 엔진(20)을 포함한다.
연료전지(15)는 애노드와 캐소드를 구비하여 수소와 산소의 화학반응에 의해 전기를 생성한다. 일 실시예에서 연료전지(15)는 산화제(공기 또는 산소)와 수소 또는 수소를 포함하는 연료가스(LPG, LNG, 메탄가스, 석탄가스, 메탄올 등)의 전기화학적 반응에 의하여 전력을 생산하며, 비반응 연료가스가 포함된 애노드 오프가스(anode off-gas) 및 캐소드 오프가스를 배출한다.
연료전지(15)는 캐소드측에서 고온의 공기 또는 산소와 이산화탄소를 공급받고 애노드측에서 수소를 주성분으로 하는 연료가스를 공급받는다. 애노드는 캐소드로부터의 산소 이온 또는 탄산 이온과 개질기로부터의 연료가스의 전기화학적 반응에 의해 전기를 생산하고 물과 비반응 연료가스(이산화탄소 등)가 포함된 애노드 오프가스를 배출한다. 캐소드는 고온의 공기 또는 산소를 입력받아 산소 이온 또는 산소와 이탄화탄소의 반응에 의해 탄산 이온을 생산하고 캐소드 오프가스를 배출한다. 도시한 실시예에서 애노드 오프가스는 제1 배관(L1)을 통해 핫박스(10) 외부로 배출되고 캐소드 오프가스는 제5 배관(L5)을 통해 외부로 배출된다.
일 실시예에서 연료전지(15)는 애노드 오프가스를 배출하는 다양한 종류의 연료전지 중 하나일 수 있다. 예를 들어 연료전지(15)는 고체산화물형 연료전지(SOFC: Solid Oxide Fuel Cell), 용융탄산염형 연료전지(MCFC: Molten Carbonate Fuel Cell), PEMFC(Proton exchange membrane fuel cell), PAFC(Phosphoric-acid fuel cell), AFC(Alkaline fuel cell) 또는 직접탄소 연료전지(DCFC: Direct Carbon Fuel Cell) 중 하나일 수 있다.
연료전지(15)는 고온의 핫박스(10) 내에 설치되어 고온으로 유지된다. 일 실시예에서 핫박스(10)는 예컨대 섭씨 500도 내지 1000도 사이의 온도로 유지된다. 일 실시예에서 연료전지(15)에서의 전기 생산을 위해 연료가스(예를 들어 LPG, LNG, 메탄가스, 석탄가스, 메탄올 등), 물(스팀), 및 공기가 핫박스(10) 내부로 공급된다. 도시한 것처럼 핫박스(10)는 내부에 개질기(11)를 더 포함할 수 있다. 개질기(11)는 연료가스와 물을 공급받고 이로부터 수소를 생성하여 연료전지(15)의 애노드로 공급한다.
핫박스(10)로 공급되는 연료가스, 물, 공기는 고온으로 가열되어야 하며, 이를 위해 예컨대 연료전지(15)에서 배출되는 애노드 오프가스 및/또는 캐소드 오프가스와 열교환하여 가열될 수 있다. 도면에서는 연료가스, 물, 공기가 개질기(11) 및/또는 연료전지(15)로 공급되는 경로를 화살표로 간단히 표시하고 열교환기의 구체적 구성이나 열교환을 위한 경로를 생략하였다. 그러나 핫박스(10) 내부의 이러한 열교환기 배치나 열교환 경로는 연료전지의 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있으며 본 발명의 요지와도 관련 없으므로 도면에서 이러한 구체적 내용을 생략하였고 자세한 설명도 생략하였음을 이해할 것이다.
엔진(20)은 연소용 가스를 공급받고 연소시켜 전기를 추가로 생산한다. 일 실시예에서 엔진(20)은 애노드 오프가스 및 외부로부터 유입된 공기를 포함하는 연소용 가스를 공급받아 전기를 생산할 수 있다. 일 실시예에서 연소용 가스에 보조연료가 더 공급될 수 있다.
엔진(20)은 예를 들어 예혼합 압축착화(HCCI; Homogeneous Charge Compression Ignition) 방식을 사용하는 HCCI 엔진, 스파크 점화 방식을 사용하는 가솔린 엔진 및 압축 점화를 사용하는 디젤 엔진 중 적어도 하나일 수 있으며, 그 외에 다양한 방식의 내연기관 또는 스털링 엔진 등의 외연기관이 사용될 수 있다.
엔진(20)은 배관(L4)을 통해 연소용 가스를 공급받아 전기를 생산함과 동시에 배출가스를 배관(L6)을 통해 배출한다. 일 실시예에서 배출가스는 핫박스(10)로 유입되어 예컨대 연료, 물, 및/또는 공기 중 적어도 하나와 열교환하며 열에너지를 공급할 수 있고, 그 후 외부로 배출될 수 있다. 이러한 엔진(20)의 배출가스의 열교환 구성이나 경로는 연료전지의 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있으며 본 발명의 주요 특징부도 아니므로 도면에서는 점선으로 간략히 표시했음을 이해할 것이다.
이제 엔진(20)에 연소용 가스를 공급하는 배관 및 밸브 구조에 대해 설명하기로 한다. 도면을 참조하면, 엔진(20)에 연소용 가스를 공급하기 위해 제1 내지 제4 배관(L1 내지 L4)을 포함할 수 있다. 제1 배관(L1)은 연료전지(15)의 애노드에서 배출되는 애노드 오프가스를 이송한다. 제2 배관(L2) 및 제3 배관(L3)은 외부로부터 공기를 공급받아 엔진(20)측으로 이송한다. 도면에 도시하지 않았지만 제2 및 제3 배관(L2,L3)에는 공기를 내부로 공급하기 위한 블로워나 펌프가 설치될 수 있다.
일 실시예에서 제2 배관(L2)의 경로상에는 제1 개폐 밸브(V1)가 설치되고 제3 배관(L3)이 경로상에는 제2 개폐 밸브(V2)가 설치된다. 제1 및 제2 개페 밸브(V1,V2)의 각각은 엔진(20)에 공급할 공기량을 조절하는 밸브로서 각각의 개도량은 제어부(30)에 의해 제어될 수 있다. 일 실시예에서 제1 및 제2 개폐 밸브(V1,V2)의 각각은 스로틀 밸브로 구현될 수 있다.
일 실시예에서 제3 배관(L3)에 열교환기(12)가 더 설치된다. 열교환기(12)는 제3 배관(L3)의 경로상에 설치되되 핫박스(10) 내에 배치될 수 있다. 이에 따라 제3 배관(L3)을 통해 외부에서 공급되는 공기가 열교환기(12)에서 핫박스(10) 내부의 고온의 공기와 열교환하여 열에너지를 공급받을 수 있다.
이러한 구성에 의해, 제1 배관(L1)의 애노드 오프 가스와 제2 및 제3 배관(L2,L3)의 공기가 제4 배관(L4)에서 혼합되어 엔진(20)으로 공급될 수 있다. 이 때 제2 배관(L2)을 통해 상온의 공기가 공급되지만 제3 배관(L3)을 통해서는 열교환기(12)에 의해 가열된 공기가 공급될 수 있다. 즉 제2 배관(L2)의 제1 밸브(V1)와 제3 배관(L3)의 제2 밸브(V2)의 개도량을 각각 제어함으로써 외부에서 유입되는 공기의 온도를 조절할 수 있고 따라서 엔진(20)으로 공급하는 연소용 가스의 온도를 제어할 수 있다.
일 실시예에서 연소용 가스의 온도 제어를 위해 온도센서(31)를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 온도센서(31)는 엔진(20)에 공급하는 연소용 가스의 온도를 측정하기 위해 엔진(20)의 입구측에 가깝게, 즉 제4 배관(L4)의 경로상에 설치될 수 있다. 온도센서(31)에서 측정되는 온도 측정값은 실시간으로 또는 주기적이거나 비주기적으로 제어부(30)에 전달될 수 있다.
대안적 실시예에서 연소용 가스의 조성비에 따라 연소용 가스를 제어하기 위해 가스센서(32)를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서 '가스센서'(32)는 연소용 가스의 조성비를 측정할 수 있는 임의의 장치의 총칭하는 표현이다. 예를 들어 가스센서(32)는 제4 배관(L4)의 경로상에 배치되는 센서나 엔진(20)의 배기측 배관(L6)에 설치되는 센서를 의미할 수 있다. 다른 예로서, 연소용 가스의 조성비를 측정하기 위해 엔진 흡기 온도와 압력, 엔진 출력측 샤프트의 RPM, 연료전지-엔진 하이브리드 시스템의 입력 연료 유량, 연료전지에서 생산하는 전력의 전류량 중 적어도 일부를 측정하여 이로부터 연소용 가스 조성비를 산출할 수도 있으며, 이 경우 가스센서(32)는 이러한 온도, 압력, RPM 등을 측정하는 압력센서, 온도센서, RPM 센서 등의 측정장치의 포괄하여 의미할 수도 있다. 그 외에도 시스템 상에서 측정되는 연료 유량과 연료전지의 운전 조건에 의해 연소용 가스의 조성비를 산출할 수도 있으며, 가스 조성비를 측정하거나 산출하는 다른 공지의 방법이 사용될 수 있다. 도면에 도시하지 않았지만 또 다른 대안적 실시예에서 본 발명의 연료전지-엔진 하이브리드 시스템은 연소용 가스의 유량을 측정하는 유량 센서를 더 포함할 수 있다.
제어부(30)는 온도센서(31) 및/또는 가스센서(32)의 측정값에 기초하여 제1 개폐 밸브(V1)와 제2 개폐 밸브(V2)의 개도량을 각각 제어할 수 있다.
예를 들어 제어부(30)는 온도센서(31)가 측정한 온도(T)가 기설정된 기준 온도범위보다 낮으면 제1 밸브(V1)의 개도량을 감소시키고 제2 밸브(V2)의 개도량을 증가시켜 연소용 가스에 공급할 공기의 온도를 높일 수 있다. 반대로, 온도센서(31)의 측정 온도(T)가 기준 온도범위보다 높으면 제1 밸브(V1)의 개도량을 증가시키고 제2 밸브(V2)의 개도량을 감소시켜 공기의 온도를 낮출 수 있다. 이 때 상기 기준 온도범위는 엔진(20)의 운전에 가장 효율적인 온도범위이며 예를 들어 섭씨 300도 내지 400도 사이의 임의의 온도 범위일 수 있다.
다른 실시예에서, 제어부(30)는 가스센서(32)가 측정한 연료 조성비(G)에 기초하여 제1 밸브(V1)의 개도량과 제2 밸브(V2)의 개도량을 제어할 수도 있다.
예를 들어 제어부(30)는 연소용 가스 중 공기에 대한 애노드 오프가스의 조성비가 기준범위보다 높으면 이를 적정 범위의 조성비로 맞추기 위해 더 많은 공기를 공급한다. 예를 들어 제어부(30)는 제2 및 제3 배관(L2,L3)을 통한 현재의 전체 공기 유입량보다 많은 공기를 유입하도록 제1 및 제2 밸브(V1,V2)의 합산 개도량을 증가시킬 수 있다. 반대로, 예컨대 연소용 가스 중 공기에 대한 애노드 오프가스의 조성비가 기준범위보다 낮으면 조성비를 높이기 위해 공기의 유입량을 줄인다. 즉 제1 및 제2 배관(L2,L3)을 통한 현재의 전체 공기 유입량보다 적은 공기를 유입하도록 제1 및 제2 밸브(V1,V2)의 합산 개도량을 감소시키도록 제어할 수 있다. 또 다른 대안적 실시예에서 제어부(30)는 온도와 가스 조성비를 모두 고려하여 제1 및 제2 밸브(V1,V2)의 개도량을 제어할 수 있다. 이와 같은 제어부(30)의 보다 구체적인 제어 동작에 대해서는 도4 내지 도6을 참조하여 후술하기로 한다.
이상과 같이 제1 실시예에 따른 연료전지-엔진 하이브리드 시스템(100)에 따르면 2개의 별도의 배관(L2,L3)을 통해 공기를 서로 다른 경로로 유입시키되 한쪽의 배관(L3)을 통해 유입한 공기를 핫박스(10)의 고온의 공기와 열교환하여 가열시킨 후 연소용 가스로 공급하기 때문에 종래에 비해 적어도 다음의 기술적 이점을 가진다.
첫째, 엔진(20) 제어를 용이하게 수행할 수 있어 엔진 효율을 높일 수 있다. 일반적인 연료전지-엔진 하이브리드 시스템에서 엔진(20)은 연료전지(15)의 애노드 오프가스를 연료로 사용하여 운전하는데, 애노드 오프가스 안에는 불연성분(예컨대 H2O와 CO2 등)의 양이 매우 많아 이를 엔진 내에서 효율적으로 연소시키려면 일반적으로 운전되는 엔진에 비하여 높은 온도의 엔진 흡기온도가 필요하다. 더구나 엔진(20) 내에서 일어나는 연소현상은 엔진 흡기온도에 따라서 연소 효율이 크게 달라진다.
그러나 연료전지-엔진 하이브리드 시스템에서 엔진(20)에 공급하는 연소용 가스의 연소성분은 연료전지의 애노드 오프가스로부터 받지만 애노드 오프가스는 연료전지(15)의 동작에 의해 가스성분이나 가스량이 달라지기 때문에 연료전지(15)의 동작에 종속된다. 즉 엔진(20)측에서 볼 때 엔진에 공급할 연소용 가스를 엔진(20)측에서 마음대로 제어할 수 없는 문제가 있다. 종래에는 이러한 문제를 해결하기 위해 외부에서 공급하는 공기량을 조절하거나 애노드 오프가스에서 수분을 제거하거나 애노드 오프가스의 온도를 냉각시키는 방법을 사용하였지만 연소용 가스를 충분히 제어할 수 없었다. 그러나 상술한 본 발명의 연료전지-엔진 하이브리드 시스템에 따라면 한 쌍의 밸브(V1,V2)의 각각의 개도량을 개별적으로 제어하되 한쪽 배관(L3)의 공기를 핫박스의 고온의 공기와 열교환하여 공급하기 때문에 종래에 비해 더 넓은 온도범위와 가스 조성비 범위에서 조절할 수 있으므로 엔진 제어를 효율적이고 용이하게 수행할 수 있다.
둘째, 본 발명의 연료전지-엔진 하이브리드 시스템에 따르면 핫박스(10)의 폐열 회수를 통한 시스템 효율 향상을 도모할 수 있다. 도시한 본 발명의 실시예에 따르면 제3 배관(L3)을 통해 유입된 공기가 핫박스(10)로부터 열에너지를 공급받아 가열된다. 일반적으로 핫박스(10) 내부는 섭씨 500도 이상의 고온으로 유지되는데, 이로 인해 핫박스에서 외부로 방출되어 손실되는 폐열의 양이 크다. 그러나 본 발명의 시스템에서는 배관(L3)의 적어도 일부 경로를 핫박스(10) 내부로 통과하도록 배치하여 배관(L3)의 공기가 핫박스(10) 내부의 고온의 열에너지를 공급받을 수 있도록 구성함으로써 상술한 것처럼 연소용 공기의 온도 제어를 용이하게 할 수 있을 뿐만 아니라 핫박스(10)의 폐열을 재사용하기 때문에 연료전지-엔진 하이브리드 시스템의 전체 시스템 효율을 높일 수 있다.
이제 도2를 참조하여 제2 실시예에 따른 연료전지-엔진 하이브리드 시스템(200)을 설명하기로 한다. 제2 실시예의 시스템(200)은 핫박스(10) 내에 배치되는 제1 개질기(11), 제2 개질기(14), 및 연료전지(15), 그리고 엔진(20), 제어부(30), 온도센서(31), 가스센서(32), 및 다수의 배관(L1 내지 L6)을 포함하며, 이러한 구성요소들은 도1의 제1 실시예의 시스템(100)과 거의 동일 또는 유사하므로 설명을 생략한다. 다만 제2 실시예에 따른 연료전지-엔진 하이브리드 시스템(200)은 핫박스(10) 내에 적어도 제2 열교환기(13) 및 제2 개질기(14)를 더 포함하는 점에서 차이가 있다.
제2 열교환기(13)는 애노드 오프가스를 이송하는 제1배관(L1)의 경로상에 설치된다. 제2 개질기(14)는 제1 개질기(11)의 후단에 설치되며, 제1 개질기(11)에서 이송되는 가스를 더 개질하여 수소를 추가적으로 추출할 수 있다. 이 때 제2 열교환기(13)에 의해 애노드 오프가스의 열에너지의 일부가 제2 개질기(14)에 공급될 수 있다.
상술한 제2 실시예의 시스템(200)에 따르면 애노드 오프가스의 고온의 열에너지를 개질기(14)에 공급할 수 있으므로 애노드 오프가스의 열을 재사용하는 이점이 있다. 또한 이 경우 애노드 오프가스가 제2 개질기(14)에 열에너지를 일부 빼앗기기 때문에 도1의 실시예에 비해 제4 배관(L4)으로 공급되는 애노드 오프가스의 온도가 낮아진다. 그러나 본 발명에 따르면 제3 배관(L3)을 통해 공급되는 공기가 핫박스(10) 내의 열교환기(12)를 통해 열에너지를 받을 수 있으므로 제1 개폐 밸브(V1)와 제2 개폐 밸브(V2)의 개도량을 적절히 조절함으로써 도1와 동일 또는 유사한 온도범위로 연소용 가스를 제어할 수 있다.
도3은 제3 실시예에 따른 연료전지-엔진 하이브리드 시스템(300)을 나타낸다. 도면을 참조하면, 제3 실시예에 따른 시스템(300)은 핫박스(10) 내에 배치되는 개질기(11)와 연료전지(15), 그리고 엔진(20), 제어부(30), 온도센서(31), 가스센서(32), 및 다수의 배관(L1 내지 L6)을 포함하는 점에서 도1의 제1 실시예의 시스템(100)과 거의 동일 또는 유사하며 따라서 구체적 설명을 생략한다. 다만 제3 실시예에 따른 연료전지-엔진 하이브리드 시스템(300)은 외부에서 공급되는 공기와 엔진(20) 사이의 열교환을 위한 열교환기(40)를 포함하는 점에서 도1의 시스템(100)과 차이가 있다.
제3 실시예의 시스템(300)에 따르면 제3 배관(L3)을 통해 외부에서 공급하는 공기가 열교환기(40)를 통해 엔진(20)의 폐열을 공급받아 가열된 후 제4 배관(L4)으로 이송된다. 일 실시예에서 열교환기(40)에는 엔진(20)과 열교환기(40) 사이를 순환하는 열전달 매체 경로를 포함한다. 열교환기(40)는 공기를 이송하는 제3 배관(L3)과 열전달 매체 경로 사이에 열교환이 일어나도록 구성되고, 따라서 제3 배관(L3)의 공기가 열전달 매체를 통해 엔진(20)의 폐열을 공급받아 가열될 수 있다.
상술한 제3 실시예에 따르면 제1 또는 제2 실시예와 달리 제3 배관(L3)의 공기가 핫박스(10)가 아닌 엔진(20)으로부터 열에너지를 공급받는다. 그러나 엔진(20)에서 발생하는 고온의 열에너지가 폐열로서 버려지는 종래 시스템과 달리 본 발명에서는 엔진의 폐열을 공기의 가열에 이용하기 때문에 제1 실시예의 시스템(100)과 마찬가지로 연료전지-엔진 하이브리드 시스템의 전체 전체 시스템 효율을 높이는 효과를 동일하게 가질 수 있다.
이제 도4 내지 도6을 참조하여 일 실시예에 따른 엔진에 주입하는 연소용 가스의 온도 및/또는 조성비 제어 방법을 설명하기로 한다.
도4는 일 실시예에 따라 엔진 연소용 가스(이하 "주입가스"라고도 함)의 입구 온도를 제어하는 예시적 흐름도이다. 도면을 참조하면, 온도센서(31)가 실시간으로(또는 주기적으로 또는 비주기적으로) 제4 배관(L4)의 온도를 측정한다(S110). 온도센서(31)는 측정한 온도값을 제어부(30)로 전달하고 제어부(30)는 이 측정 온도(T)가 기설정된 기준범위 내에 있는지 판단한다(S120). 이 기준범위는 엔진(20)에서 효율적으로 연소가 일어날 수 있는 온도로서 예컨대 섭씨 300도 내지 400도 사이의 임의의 온도범위일 수 있다.
만일 측정 온도(T)가 기설정된 기준 온도범위보다 높으면 제어부(30)가 제1 밸브(V1)의 개도량을 증가시키고 제2 밸브(V2)의 개도량을 감소시키도록 제어할 수 있다(S131). 이 때 일 실시예에서 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)의 총 개도량은 기존의 총 개도량과 동일하게 유지시킬 수 있고, 따라서 연소용 가스에 공급되는 공기의 전체 유량을 이전과 동일하게 유지하되 온도만 감소시킬 수 있다.
반대로 측정 온도(T)가 기설정된 기준 온도범위보다 낮으면 제어부(30)가 제1 밸브(V1)의 개도량을 감소시키고 제2 밸브(V2)의 개도량을 증가시킬 수 있다(S133). 이 경우에도 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)의 총 개도량을 기존의 총 개도량과 동일하게 유지시킬 수 있으며 따라서 공기의 전체 공급량을 동일하게 유지하면서 공기의 온도만 높일 수 있다.
만일 측정 온도(T)가 기설정된 기준 온도범위 내에 있다면 제어부(30)는 제1 및 제2 밸브(V1,V2)의 개도량을 변경하지 않고 그대로 유지할 수 있다(S132).
도5는 일 실시예에 따라 엔진 주입가스의 입구온도와 가스특성을 제어하는 방법을 설명하는 예시적 흐름도이다. 도면을 참조하면, 우선 단계(S210)에서 제어부(30)가 온도센서(31)나 가스센서(32) 등의 측정장치로부터 온도(T)와 연료 조성비(G)를 획득한다.
제어부(30)는 온도(T)가 기설정된 기준범위에 있는지 판단하고(S220), 기준범위보다 높으면 제1 밸브(V1)의 개도량을 증가시키고 제2 밸브(V2)의 개도량을 감소시키기 위한 제1 제어신호를 생성한다(S231). 그러나 제어부(30)는 이 제어신호 외에 연료 조성비(G)에 따른 제2 제어신호를 더 생성한다.
예를 들어 제어부(30)는 단계(S240)에서 연료 조성비(G)가 기설정된 기준범위 내에 있는지 판단한다(S240). 예를 들어 연소용 가스 중 공기에 대한 애노드 오프 가스의 조성비가 기준범위보다 높으면, 제어부(30)는 제2 및 제3 배관(L2,L3)을 통한 현재의 전체 공기 유입량보다 많은 공기를 유입하도록 제1 및 제2 밸브의 합산 개도량을 증가시키는 제2 제어신호를 생성한다(S251). 이에 따라 제어부(30)는 제1 제어신호(즉 제1 및 제2 밸브(V1,V2)의 각각의 개도량 제어신호) 및 제2 제어신호(즉 전체 개도량의 증가 또는 감소에 관한 제어신호)의 조합에 따라 제1 및 제2 밸브(V1,V2)의 개도량을 제어한다(S260). 예컨대 위의 예의 경우 전체 총 개도량을 증가시키되 제1 밸브(V1)의 개도량을 증가시키고 제2 밸브(V2)의 개도량을 감소시키도록 제어할 수 있다.
또 다른 예로서, 온도(T)가 기준범위 보다 낮고 조성비(G)가 기준범위 보다 높은 경우 제어부(30)는 제1 밸브(V1)의 개도량을 감소시키고 제2 밸브(V2)의 개도량을 증가시키는 제1 제어신호를 생성하고(S233) 전체 개도량을 증가시키는 제2 제어신호를 생성한 후(S251) 이 제1 및 제2 제어신호에 따라 각각 밸브(V1,V2)의 개도량을 제어할 수 있다. 그러므로 상술한 실시예에 따르면 엔진 연소용 가스의 온도(T)와 조성비(G)에 따라 전체 개도량의 증감과 각 밸브(V1,V2)의 개도량의 증감을 모두 제어할 수 있으므로 종래에 비해 연소용 가스를 더 정밀하게 제어할 수 있어 엔진 연소 효율을 향상시킬 수 있다.
한편 위에서 합산 개도량을 증가시키거나 감소시키는 경우(S251,S253) 연소용 가스의 전체 유량이 너무 많거나 너무 작지 않도록, 연소용 가스의 상한 유량과 하한 유량을 미리 설정할 수 있고, 이 범위 내에서 합산 개도량을 증감시키는 것이 바람직할 수 있다.
도6은 도5의 제어 단계(S260) 실행시 제1 및 제2 개폐 밸브의 예시적 제어 동작을 나타낸다. 상술한 것처럼 엔진 연소용 가스의 온도(T)와 조성비(G)에 따라 전체 개도량의 증감과 각 밸브(V1,V2)의 개도량의 증감을 제어하되, 온도(T)와 조성비(G)의 현재 상태에 따라 제1 밸브(V1)나 제2 밸브(V2) 중 어느 하나를 우선적으로 먼저 제어하는 것이 더 효과적일 수 있다.
예를 들어 온도(T)가 기설정된 기준범위보다 높고 연료 조성비(G)도 기설정된 기준범위보다 높은 경우, 제1 밸브(V1)의 개도량을 증가시키고 제2 밸브(V2)의 개도량을 감소시키되 전체 개도량을 증가시키도록 제어한다. 그런데 이 경우 전체 개도량을 증가시켜야 하므로, 우선적으로 제1 밸브(V1)의 개도량 증가를 우선 수행할 수 있다(S261). 즉 제2 밸브(V2)의 개도량은 기존과 동일하게 유지한 상태에서 제1 밸브(V1)의 개도량을 증가시키면 전체 합산 개도량이 증가하므로 온도(T)나 성분비(G) 중 적어도 하나를 우선 기준범위 내로 만족시킬 수 있고 그 후 기준범위를 만족하지 못하는 요소에 대해 각 밸브(V1,V2)의 개도량을 제어할 수 있다.
만일 연소용 가스의 온도(T)가 기설정된 기준 범위보다 높고 연료 조성비(G)가 기설정된 기준 범위보다 낮으면, 제2 밸브(V2)의 개도량을 먼저 감소시켜서 온도(T)나 성분비(G) 중 적어도 하나를 우선 기준범위 내로 만족시키고 그 후 기준범위를 만족하지 못하는 요소에 대해 각 밸브(V1,V2)의 개도량을 제어할 수 있다(S262).
마찬가지로, 만일 연소용 가스의 온도(T)가 기설정된 기준 범위보다 낮고 연료 조성비(G)가 기설정된 기준 범위보다 높은 경우, 제2 밸브(V2)의 개도량을 먼저 증가시키고 그 후 각 밸브(V1,V2)의 개도량을 제어할 수 있다(S263).
이와 같이 도6에서처럼 온도(T)와 조성비(G)의 현재 상태에 따라 제1 밸브(V1)나 제2 밸브(V2) 중 어느 하나를 우선적으로 먼저 제어할 경우 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)의 개도량을 동시에 가변함으로써 연소용 가스의 온도나 조성비가 의도와 달리 변하는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 핫박스
15: 연료전지
20: 엔진
30: 제어부
100, 200, 300: 연료전지-엔진 하이브리드 시스템

Claims (10)

  1. 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템으로서,
    애노드와 캐소드를 구비하여 수소와 산소의 화학반응에 의해 전기를 생성하며, 섭씨 500도 내지 1000도 사이의 온도로 유지되는 핫박스(10) 내에 배치되는 연료전지(15);
    연소용 가스를 공급받고 연소시켜 전기를 생산하는 엔진(20);
    상기 애노드에서 배출되는 애노드 오프(off) 가스를 이송하는 제1 배관(L1);
    제1 개폐 밸브를 포함하며 애노드 오프 가스에 외부 공기를 공급하는 제2 배관(L2);
    제2 개폐 밸브를 포함하며 애노드 오프 가스에 외부 공기를 공급하는 제3 배관(L3);
    상기 제1 배관의 애노드 오프 가스와 상기 제2 및 제3 배관의 공기를 혼합하여 상기 엔진에 연소용 가스로서 공급하는 제4 배관(L4);
    상기 제4 배관(L4)의 연소용 가스의 온도를 측정하는 온도센서(31); 및
    상기 제1 및 제2 개폐 밸브의 개도량을 제어하는 제어부(30);를 포함하고,
    상기 제3 배관(L3)의 공기가 상기 핫박스 내부의 공기로부터 열에너지를 공급받아 가열된 후 상기 제4 배관(L4)으로 공급되고,
    상기 제어부가, 상기 연소용 가스의 온도가 기설정된 기준 온도범위보다 낮으면 상기 제1 개폐 밸브의 개도량을 감소시키고 상기 제2 개폐 밸브의 개도량을 증가시키며 상기 온도가 상기 기준 온도범위보다 높으면 상기 제1 개폐 밸브의 개도량을 증가시키고 상기 제2 개폐 밸브의 개도량을 감소시켜 연소용 가스의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제3 배관(L3)의 경로상에 설치되되 상기 핫박스(10) 내에 배치된 열교환기(12)를 더 포함하고,
    상기 제3 배관의 공기가 상기 열교환기(12)에서 상기 핫박스 내부의 공기와 열교환하여 열에너지를 공급받는 것을 특징으로 하는 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제4 배관(L4)의 연소용 가스의 조성비를 획득하고, 상기 온도와 상기 조성비에 기초하여 상기 제1 개폐 밸브의 개도량과 제2 개폐 밸브의 개도량을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 제어부가,
    연소용 가스 중 공기에 대한 애노드 오프 가스의 조성비가 기준범위보다 높으면, 상기 제2 및 제3 배관(L2,L3)을 통한 현재의 전체 공기 유입량보다 많은 공기를 유입하도록 상기 제1 및 제2 개폐 밸브의 합산 개도량을 증가시키고,
    상기 조성비가 기준범위보다 낮으면, 상기 제1 및 제2 배관(L2,L3)을 통한 현재의 전체 공기 유입량보다 적은 공기를 유입하도록 상기 제1 및 제2 개폐 밸브의 합산 개도량을 감소시키도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템.
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 제어부가,
    상기 연소용 가스의 온도가 기설정된 제1 기준 범위보다 높고 연소용 가스 중 공기에 대한 애노드 오프 가스의 조성비가 기설정된 제2 기준 범위보다 낮은 경우, 제2 개폐 밸브의 개도량을 먼저 감소시키고 그 후 제1 개폐 밸브의 개도량을 제어하고(S262),
    상기 온도가 상기 제1 기준 범위보다 낮고 상기 조성비가 제2 기준 범위보다 높은 경우, 제2 개폐 밸브의 개도량을 먼저 증가시키고 그 후 제1 개폐 밸브의 개도량을 제어하는(S263) 것을 특징으로 하는 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템.
  7. 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템으로서,
    애노드와 캐소드를 구비하여 수소와 산소의 화학반응에 의해 전기를 생성하며, 섭씨 500도 내지 1000도 사이의 온도로 유지되는 핫박스(10) 내에 배치되는 연료전지(15);
    연소용 가스를 공급받고 연소시켜 전기를 생산하는 엔진(20);
    상기 애노드에서 배출되는 애노드 오프(off) 가스를 이송하는 제1 배관(L1);
    제1 개폐 밸브를 포함하며 애노드 오프 가스에 외부 공기를 공급하는 제2 배관(L2);
    제2 개폐 밸브를 포함하며 애노드 오프 가스에 외부 공기를 공급하는 제3 배관(L3);
    상기 제1 배관의 애노드 오프 가스와 상기 제2 및 제3 배관의 공기를 혼합하여 상기 엔진에 연소용 가스로서 공급하는 제4 배관(L4);
    기 제4 배관(L4)의 연소용 가스의 온도를 측정하는 온도센서(31); 및
    상기 제1 및 제2 개폐 밸브의 개도량을 제어하는 제어부(30);를 포함하고,
    상기 제3 배관(L3)의 공기가 상기 엔진으로부터 열에너지를 공급받아 가열된 후 상기 제4 배관(L4)으로 공급되고,
    상기 제어부가, 상기 연소용 가스의 온도가 기설정된 기준 온도범위보다 낮으면 상기 제1 개폐 밸브의 개도량을 감소시키고 상기 제2 개폐 밸브의 개도량을 증가시키며 상기 온도가 상기 기준 온도범위보다 높으면 상기 제1 개폐 밸브의 개도량을 증가시키고 상기 제2 개폐 밸브의 개도량을 감소시켜 연소용 가스의 온도를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제3 배관(L3)의 공기와 상기 엔진 사이의 열에너지를 교환하는 열교환기(40); 및
    상기 엔진과 상기 열교환기(40) 사이를 순환하는 열전달 매체 경로;를 더 포함하고,
    상기 제3 배관의 공기가 상기 열전달 매체를 통해 상기 엔진의 열에너지를 공급받는 것을 특징으로 하는 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제4 배관(L4)의 연소용 가스의 조성비를 측정하는 가스 센서(32)를 더 포함하고,
    상기 제어부가, 상기 온도와 상기 조성비에 기초하여 상기 제1 개폐 밸브의 개도량과 제2 개폐 밸브의 개도량을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제어부가,
    상기 연소용 가스의 온도가 기설정된 제1 기준 범위보다 높고 연소용 가스 중 공기에 대한 애노드 오프 가스의 조성비가 기설정된 제2 기준 범위보다 낮은 경우, 제2 개폐 밸브의 개도량을 먼저 감소시키고 그 후 제1 개폐 밸브의 개도량을 제어하고(S262),
    상기 온도가 상기 제1 기준 범위보다 낮고 상기 조성비가 제2 기준 범위보다 높은 경우, 제2 개폐 밸브의 개도량을 먼저 증가시키고 그 후 제1 개폐 밸브의 개도량을 제어하는(S263) 것을 특징으로 하는 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템.
KR1020180075821A 2018-06-29 2018-06-29 한 쌍의 엔진 흡기온도 제어용 개폐 밸브를 구비한 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템 KR102012365B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002298889A (ja) * 2001-04-02 2002-10-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体電解質型燃料電池システム
KR20120035449A (ko) * 2010-10-05 2012-04-16 한국기계연구원 촉매보조 연소기를 구비하는 고온 발전용 연료전지 시스템
KR20130135430A (ko) * 2012-06-01 2013-12-11 충북대학교 산학협력단 열교환 성능을 갖는 연료전지 스택의 핫박스 장치
KR20160139492A (ko) 2015-05-27 2016-12-07 한국기계연구원 냉각 장치를 갖는 분산발전용 연료전지-엔진 하이브리드 발전시스템
KR20160139490A (ko) * 2015-05-27 2016-12-07 한국기계연구원 엔진 공기량 제어형 연료전지-엔진 하이브리드 발전시스템

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002298889A (ja) * 2001-04-02 2002-10-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 固体電解質型燃料電池システム
KR20120035449A (ko) * 2010-10-05 2012-04-16 한국기계연구원 촉매보조 연소기를 구비하는 고온 발전용 연료전지 시스템
KR20130135430A (ko) * 2012-06-01 2013-12-11 충북대학교 산학협력단 열교환 성능을 갖는 연료전지 스택의 핫박스 장치
KR20160139492A (ko) 2015-05-27 2016-12-07 한국기계연구원 냉각 장치를 갖는 분산발전용 연료전지-엔진 하이브리드 발전시스템
KR20160139490A (ko) * 2015-05-27 2016-12-07 한국기계연구원 엔진 공기량 제어형 연료전지-엔진 하이브리드 발전시스템

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