KR102153551B1 - Multi-stage fuel cell system - Google Patents

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KR102153551B1
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이태원
장인갑
류보현
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Abstract

The present invention relates to a multi-stage fuel cell system. More specifically, provided is a multi-stage fuel cell system which comprises: a molten carbonate fuel cell for generating current through a chemical reaction by receiving hydrogen; a solid oxide fuel cell for generating a current through a chemical reaction by receiving gas discharged from an anode output terminal of the molten carbonate fuel cell; and a flow controller controlling the flow rate of gas discharged from the anode output terminal of the molten carbonate fuel cell and transferring the same to an anode input terminal of a solid oxide fuel cell.

Description

다단형 연료전지 시스템{MULTI-STAGE FUEL CELL SYSTEM}Multi-stage fuel cell system {MULTI-STAGE FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 다단형 연료전지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고온형 연료전지인 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell)와 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell)를 유기적으로 구성하여 전체 시스템의 구동 및 발전 효율성을 증가시킬 수 있는 다단형 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a multistage fuel cell system, and more particularly, by organically configuring a molten carbonate fuel cell (Molten Carbonate Fuel Cell) and a solid oxide fuel cell (Solid Oxide Fuel Cell), which are high-temperature fuel cells. It relates to a multistage fuel cell system capable of increasing driving and power generation efficiency.

일반적으로 연료전지는 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지를 말한다. 연료전지는 화학전지와 달리 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되고 반응생성물이 외부에서 제거된다. 연료전지의 가장 대표적 형태에는 수소-산소 연료전지가 있고 이 연료전지는 동작온도에 따라 고온형 연료전지와 저온형 연료전지로 나뉜다.In general, a fuel cell refers to a battery that directly converts chemical energy generated by oxidation into electrical energy. Unlike a chemical cell, in a fuel cell, reactants are continuously supplied from the outside and reaction products are removed from the outside. The most representative type of fuel cell is a hydrogen-oxygen fuel cell, and this fuel cell is divided into a high-temperature fuel cell and a low-temperature fuel cell according to the operating temperature.

한편, 가정용 및 산업용 연료전지 시스템은 일반적으로 전력과 열을 동시에 생산하는 열병합 발전을 특징으로 한다. 이러한 연료전지 시스템은 천연가스를 연료로 이용하며 개질기에서 천연가스에 포함된 수소를 추출하여 연료전지의 스택에 공급한다. 연료전지의 스택은 전기화학반응에 의해 수소로부터 전기를 생산하며 발전과정에서 발생하는 폐열은 열회수장치로 회수하여 축열조에 저장한 후 보조 보일러 등을 통해 난방 또는 온수를 위한 열원으로 사용된다.On the other hand, domestic and industrial fuel cell systems are generally characterized by combined heat and power generation that simultaneously produces power and heat. Such a fuel cell system uses natural gas as fuel, extracts hydrogen contained in natural gas from a reformer, and supplies it to a stack of fuel cells. The stack of fuel cells generates electricity from hydrogen through an electrochemical reaction, and waste heat generated in the power generation process is recovered by a heat recovery device and stored in a heat storage tank, and then used as a heat source for heating or hot water through an auxiliary boiler.

이하, 연료전지의 간단한 작동원리를 설명하기로 한다.Hereinafter, a simple operation principle of the fuel cell will be described.

천연가스로부터 추출된 수소는 연료전지의 양극(Anode)을 통과하고 산소는 음극(Cathode)을 통과한다. 수소와 산소는 전기 화학적으로 반응하여 물과 열을 생성한다. 이때, 전자가 전해질을 통과하면서 전극에는 직류전류가 흐르게 되며, 직류전류는 직류 전동기의 동력으로 사용되거나 전력변환기에 의해 교류전류로 바꾸어 사용된다. 연료전지에서 발생된 열은 증기를 발생시키거나 냉난방 열로 사용될 수 있으며, 사용되지 않을 경우에는 배기열로 배출된다.Hydrogen extracted from natural gas passes through the anode of the fuel cell and oxygen passes through the cathode. Hydrogen and oxygen react electrochemically to produce water and heat. At this time, as electrons pass through the electrolyte, a DC current flows through the electrode, and the DC current is used as power of a DC motor or converted into AC current by a power converter. The heat generated from the fuel cell can generate steam or be used as heating and cooling heat, and when not used, it is discharged as exhaust heat.

이러한 연료전지는 전해질의 종류에 따라 구분되는데, 전해질로 용융탄산염을 사용하고 통상 650℃의 고온에서 작동하는 연료전지를 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell)라 한다. Such fuel cells are classified according to the type of electrolyte, and a fuel cell that uses molten carbonate as an electrolyte and operates at a high temperature of 650°C is called a molten carbonate fuel cell.

이러한 용융탄산염 연료전지는 가정용/건물용/차량용으로 사용하는 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)에 비하여 효율이 높고, 장시간 운전 성능이 좋아 발전용으로 사용하고 있다. 또한, 용융탄산염 연료전지는 설비규모 대비 대용량 출력이 가능하고, 수명도 다른 연료전지들에 비해 길기 때문에 선박의 구동원으로 사용하기 위한 연구가 다양하게 이루어지고 있다.These molten carbonate fuel cells are used for power generation because of their high efficiency and good long-term operation performance compared to polymer electrolyte membrane fuel cells used for home/building/vehicle use. In addition, the molten carbonate fuel cell is capable of large-capacity output compared to the facility scale and has a longer lifespan than other fuel cells, so various studies for use as a driving source of a ship are being conducted.

따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 용융탄산염 연료전지와 고체산화물 연료전지를 직접 연계하도록 구성하여 전체 시스템의 구동 및 발전 효율을 높일 수 있는 다단형 연료전지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been derived to solve the above-described problem, and provides a multistage fuel cell system capable of increasing the driving and power generation efficiency of the entire system by configuring a molten carbonate fuel cell and a solid oxide fuel cell to be directly linked. There is a purpose.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 자신의 연료극 입력단으로 수소를 제공받아 화학반응을 통해 전류를 생성하기 위한 용융탄산염 연료전지; 상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 출력단에서 배출되는 가스를 제공받아 화학반응을 통해 전류를 생성하기 위한 고체산화물 연료전지; 및 상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 출력단과 상기 고체산화물 연료전지 사이에 연결되며, 상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 출력단에서 배출되는 가스의 유량을 조절하여 상기 고체산화물 연료전지의 연료극 입력단으로 전달하기 위한 유량조절기를 포함하는 다단형 연료전지 시스템이 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the objects and other features of the present invention, a molten carbonate fuel cell for generating current through a chemical reaction by receiving hydrogen through its anode input terminal; A solid oxide fuel cell for generating current through a chemical reaction by receiving gas discharged from the anode output terminal of the molten carbonate fuel cell; And a flow rate connected between the anode output terminal of the molten carbonate fuel cell and the solid oxide fuel cell, and controlling the flow rate of the gas discharged from the anode output terminal of the molten carbonate fuel cell and transferring it to the anode input terminal of the solid oxide fuel cell. A multistage fuel cell system comprising a regulator is provided.

본 발명에 있어서 상기 유량조절기는 상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 출력단에서 배출되는 가스를 필터링하기 위한 필터; 및 상기 필터에서 출력되는 가스의 유량을 조절하여 상기 고체산화물 연료전지의 연료극 입력단으로 전달하기 위한 밸브를 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, the flow controller includes a filter for filtering gas discharged from the anode output terminal of the molten carbonate fuel cell; And a valve for controlling the flow rate of the gas output from the filter and transferring it to the input terminal of the anode of the solid oxide fuel cell.

상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 관점에 따르면, 자신의 연료극 입력단으로 수소를 제공받아 화학반응을 통해 전류를 생성하기 위한 용융탄산염 연료전지; 상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 입력단으로 유입되는 가스 중 일부 가스를 제공받아 화학반응을 통해 전류를 생성하기 위한 고체산화물 연료전지; 및 상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 입력단과 상기 고체산화물 연료전지 사이에 연결되며, 상기 일부 가스의 유량을 조절하여 상기 고체산화물 연료전지의 연료극 입력단으로 전달하기 위한 유량조절기를 포함하는 다단형 연료전지 시스템이 제공된다.According to another aspect of the present invention for achieving the objects and other features of the present invention, a molten carbonate fuel cell for generating electric current through a chemical reaction by receiving hydrogen through its anode input terminal; A solid oxide fuel cell for generating current through a chemical reaction by receiving some of the gas flowing into the anode input terminal of the molten carbonate fuel cell; And a flow controller connected between the anode input terminal of the molten carbonate fuel cell and the solid oxide fuel cell, and controlling a flow rate of the partial gas and transferring the flow rate to the anode input terminal of the solid oxide fuel cell. Is provided.

본 발명에 있어서, 상기 유량조절기는 상기 일부 가스를 필터링하기 위한 필터; 및 상기 필터에서 출력되는 가스의 유량을 조절하여 상기 고체산화물 연료전지의 연료극 입력단으로 전달하기 위한 밸브를 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, the flow controller includes a filter for filtering the partial gas; And a valve for controlling the flow rate of the gas output from the filter and transferring it to the input terminal of the anode of the solid oxide fuel cell.

본 발명에 있어서, 상기 용융탄산염 연료전지에서 배출되는 가스를 예정된 온도로 가열하기 위한 제1 가열기; 상기 제1 가열기에서 배출되는 가스와 외기의 열교환을 위한 제1 열교환기; 상기 고체산화물 연료전지에서 배출되는 가스를 예정된 온도로 가열하기 위한 제2 가열기; 및 상기 제2 가열기에서 배출되는 가스와 외기의 열교환을 위한 제2 열교환기를 더 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, the first heater for heating the gas discharged from the molten carbonate fuel cell to a predetermined temperature; A first heat exchanger for heat exchange between the gas discharged from the first heater and outside air; A second heater for heating the gas discharged from the solid oxide fuel cell to a predetermined temperature; And a second heat exchanger for heat exchange between the gas discharged from the second heater and outside air.

본 발명에 있어서, 상기 용융탄산염 연료전지의 구동을 제어하기 위한 제1 컨트롤러; 상기 고체산화물 연료전지의 구동을 제어하기 위한 제2 컨트롤러; 및 상기 용융탄산염 연료전지와 상기 고체산화물 연료전지의 구동상태 값에 따라 상기 제1 및 제2 컨트롤러와 상기 유량조절기를 제어하기 위한 메인 컨트롤러를 더 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, the first controller for controlling the driving of the molten carbonate fuel cell; A second controller for controlling driving of the solid oxide fuel cell; And a main controller for controlling the first and second controllers and the flow controller according to the driving state values of the molten carbonate fuel cell and the solid oxide fuel cell.

본 발명에 있어서, 상기 메인 컨트롤러는 정상상태인 경우 상기 용융탄산염 연료전지와 상기 고체산화물 연료전지와 상기 유량조절기가 구동 상태를 유지하도록 제어하고, 경시변화상태인 경우 상기 용융탄산염 연료전지에 대하여 출력하향 동작을 수행하도록 제어하고 상기 고체산화물 연료전지와 상기 유량조절기에 대하여 출력상향 동작을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.In the present invention, the main controller controls the molten carbonate fuel cell, the solid oxide fuel cell, and the flow controller to maintain a driving state in a normal state, and outputs to the molten carbonate fuel cell in the case of a change over time. It is preferable that the solid oxide fuel cell and the flow controller are controlled to perform a downward operation and to perform an output upward operation.

본 발명에 있어서, 상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 출력단에 배치되어 배출되는 가스의 유량 및 압력을 검출하기 위한 제1 센싱부; 및 상기 고체산화물 연료전지의 연료극 출력단에 배치되어 배출되는 가스의 유량 및 압력을 검출하기 위한 제2 센싱부를 더 포함하되, 상기 제1 및 제2 센싱부의 검출 값은 상기 구동상태 값으로서 상기 메인 컨트롤러로 전달되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.In the present invention, the first sensing unit for detecting the flow rate and pressure of the gas discharged by being disposed at the output terminal of the anode of the molten carbonate fuel cell; And a second sensing unit disposed at the anode output terminal of the solid oxide fuel cell to detect the flow rate and pressure of the discharged gas, wherein the detected values of the first and second sensing units are the driving state values and the main controller It is preferably characterized in that it is delivered to.

본 발명에 있어서, 상기 용융탄산염 연료전지에 연료를 제공하기 위한 제1 연료 공급기; 및 상기 고체산화물 연료전지에 연료를 제공하기 위한 제2 연료 공급기를 더 포함하되, 상기 제1 및 제2 연료 공급기 각각은 해당 연료를 제공하는 공급기; 및 상기 공급기에서 배출되는 가스에 수증기를 주입하는 수처리기를 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, a first fuel supplier for providing fuel to the molten carbonate fuel cell; And a second fuel supply unit for supplying fuel to the solid oxide fuel cell, wherein each of the first and second fuel supply units includes a supply unit providing a corresponding fuel; And a water treatment device for injecting steam into the gas discharged from the feeder.

본 발명에 있어서, 상기 용융탄산염 연료전지와 상기 고체산화물 연료전지에서 배출되는 가스를 예정된 온도로 가열하기 위한 공용 가열기; 및 상기 공용 가열기에서 배출되는 가스와 외기의 열교환을 위한 공용 열교환기를 더 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, a common heater for heating the gas discharged from the molten carbonate fuel cell and the solid oxide fuel cell to a predetermined temperature; And a common heat exchanger for heat exchange between the gas discharged from the common heater and outside air.

본 발명에 있어서, 상기 용융탄산염 연료전지와 상기 고체산화물 연료전지에 연료를 제공하기 위한 공용 연료 공급기; 및 상기 공용 연료 공급기에서 배출되는 가스에 수증기를 주입하는 공용 수처리기를 더 포함하는 것이 바람직하다.In the present invention, a common fuel supply for supplying fuel to the molten carbonate fuel cell and the solid oxide fuel cell; And a common water treatment device for injecting steam into the gas discharged from the common fuel supplier.

본 발명에 따른 다단형 연료전지 시스템은 다음과 같은 효과를 제공한다. The multistage fuel cell system according to the present invention provides the following effects.

본 발명은 용융탄산염 연료전지와 고체산화물 연료전지가 연계하여 사용함으로써 용융탄산염 연료전지의 정상상태와 경시변화상태에서도 안정적인 전력을 확보할 수 있는 효과가 있다. According to the present invention, the molten carbonate fuel cell and the solid oxide fuel cell are used in conjunction with each other, so that stable power can be secured even in a steady state and a state of change over time of the molten carbonate fuel cell.

특히, 용융탄산염 연료전지의 경시변화로 인하여 미반응 연료가 증가하는 경우 고체산화물 연료전지의 활용범위를 높여 전체 시스템의 출력을 일정하게 유지해 줄 수 있는 효과가 있다.In particular, when the amount of unreacted fuel increases due to the aging change of the molten carbonate fuel cell, there is an effect of increasing the utilization range of the solid oxide fuel cell to maintain a constant output of the entire system.

또한, 본 발명은 용융탄산염 연료전지의 연료극 출력단에서 배출되는 가스를 고체산화물 연료전지에서 재활용하기 때문에 전체 시스템의 연료 이용률을 향상시킴과 동시에 소모되는 연료에 대한 구매 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. In addition, since the present invention recycles the gas discharged from the anode output stage of the molten carbonate fuel cell in the solid oxide fuel cell, it is possible to improve the fuel utilization rate of the entire system and at the same time reduce the purchase cost for consumed fuel. .

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 다단형 연료전지 시스템을 설명하기 위한 블록도.
도 2 는 도 1 의 유량조절기를 설명하기 위한 블록도.
도 3 은 도 2 의 메인 컨트롤러의 제어 동작을 설명하기 위한 블록도.
도 4 는 도 1 의 다단형 연료전지 시스템의 상세한 실시예에 따른 블록도.
도 5 는 도 1 의 다단형 연료전지 시스템의 상세한 다른 실시예에 따른 블록도.
도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 다단형 연료전지 시스템의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 블록도.1 is a block diagram illustrating a multistage fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram for explaining the flow controller of Figure 1;
3 is a block diagram illustrating a control operation of the main controller of FIG. 2.
Figure 4 is a block diagram according to a detailed embodiment of the multi-stage fuel cell system of Figure 1;
5 is a block diagram according to another detailed embodiment of the multistage fuel cell system of FIG. 1.
6 is a block diagram illustrating another embodiment of a multistage fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Since the description of the present invention is merely an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiments can be variously changed and have various forms, the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only those effects, the scope of the present invention should not be understood as being limited thereto.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of terms described in the present application should be understood as follows.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as "first" and "second" are used to distinguish one component from other components, and the scope of rights is not limited by these terms. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" to another component, it should be understood that although it may be directly connected to the other component, another component may exist in the middle. On the other hand, when it is mentioned that a certain component is "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle. On the other hand, other expressions describing the relationship between the constituent elements, that is, "between" and "just between" or "neighboring to" and "directly neighboring to" should be interpreted as well.

단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions are to be understood as including plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as “comprise” or “have” refer to implemented features, numbers, steps, actions, components, parts, or It is to be understood that it is intended to designate that a combination exists and does not preclude the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In each step, the identification code (for example, a, b, c, etc.) is used for convenience of explanation, and the identification code does not describe the order of each step, and each step has a specific sequence clearly in context. Unless otherwise stated, it may occur differently from the stated order. That is, each of the steps may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the field to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms defined in commonly used dictionaries should be construed as having meanings in the context of related technologies, and cannot be construed as having an ideal or excessive formal meaning unless explicitly defined in the present application.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 다단형 연료전지 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a multistage fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 1 을 참조하면, 다단형 연료전지 시스템은 자신의 연료극 입력단(AI1)으로 수소를 제공받아 화학반응을 통해 전류를 생성하기 위한 용융탄산염 연료전지(100)와, 용융탄산염 연료전지(100)의 연료극 출력단(AO1)에서 배출되는 가스를 제공받아 화학반응을 통해 전류를 생성하기 위한 고체산화물 연료전지(200), 및 용융탄산염 연료전지(100)의 연료극 출력단(AO1)과 고체산화물 연료전지(200) 사이에 연결되며 용융탄산염 연료전지(100)의 연료극 출력단(AO1)에서 배출되는 가스의 유량을 조절하여 고체산화물 연료전지(200)의 연료극 입력단(AI2)으로 전달하기 위한 유량조절기(300)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the multistage fuel cell system includes a molten carbonate fuel cell 100 for generating current through a chemical reaction by receiving hydrogen through its anode input terminal AI1, and a molten carbonate fuel cell 100. The solid oxide fuel cell 200 for generating current through a chemical reaction by receiving gas discharged from the anode output terminal AO1, and the anode output terminal AO1 and the solid oxide fuel cell 200 of the molten carbonate fuel cell 100 ) To control the flow rate of the gas discharged from the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate fuel cell (100) and transfer it to the anode input terminal (AI2) of the solid oxide fuel cell (200). Include.

본 발명의 실시예에 따른 다단형 연료전지 시스템은 용융탄산염 연료전지(100)와 고체산화물 연료전지(200)을 유기적으로 결합하여 사용하는 것을 특징으로 하며, 우선 용융탄산염 연료전지(100)와 관련된 구성을 설명하고 이후 고체산화물 연료전지(200)에 대응하는 구성을 설명하기로 한다.The multistage fuel cell system according to the embodiment of the present invention is characterized in that the molten carbonate fuel cell 100 and the solid oxide fuel cell 200 are organically combined and used, and first, related to the molten carbonate fuel cell 100 The configuration will be described and then the configuration corresponding to the solid oxide fuel cell 200 will be described.

용융탄산염 연료전지(100)는 제1 열교환기(600)를 통해 전달되는 가스를 공기극 입력단(CI1)으로 제공받으며, 제1 연료공급기(400)를 통해 전달되는 수소를 연료극 입력단(AI1)으로 제공받는다. 용융탄산염 연료전지(100)는 이렇게 제공된 가스를 화학반응하여 전기를 생성하고 미반응된 가스를 배출한다.The molten carbonate fuel cell 100 receives gas delivered through the first heat exchanger 600 to the cathode input terminal CI1, and provides hydrogen delivered through the first fuel supplier 400 to the anode input terminal AI1. Receive. The molten carbonate fuel cell 100 generates electricity by chemically reacting the provided gas and discharges unreacted gas.

용융탄산염 연료전지(100)의 연료 반응율이 약 70% 임을 고려하였을 때 용융탄산염 연료전지(100)에서 배출되는 미반응된 가스를 이용하여 고체산화물 연료전지(200)를 구동하는 것은 충분히 가능하다.Considering that the fuel reaction rate of the molten carbonate fuel cell 100 is about 70%, it is sufficiently possible to drive the solid oxide fuel cell 200 using unreacted gas discharged from the molten carbonate fuel cell 100.

아래 [표 1]은 용융탄산염 연료전지(100)의 연료극 출력단(AO1)에서 배출되는 가스의 조성비율이다.[Table 1] below shows the composition ratio of gas discharged from the anode output terminal AO1 of the molten carbonate fuel cell 100.

온도Temperature
(℃)(℃) 조성(mole, %)Composition (mole, %) H2H2 COCO CO2CO2 H2OH2O N2N2 600~620600~620 9~119~11 4~64~6 40~4640~46 39~4339~43 0.10.1

[표 1]에서 볼 수 있듯이, 용융탄산염 연료전지(100)는 산소와 수소의 화학반응을 통해 용융탄산염 연료전지(100)의 연료극 출력단(AO1)으로 H2, CO, CO2, H2O를 배출한다. 이 부산물은 이후 설명하겠지만 고체산화물 연료전지(200)의 연료극 입력단(AI2)으로 전달된다.이어서, 아래 [표 2]은 용융탄산염 연료전지(100)의 공기극 출력단(CO1)에서 배출되는 가스의 조성비율이다.As can be seen in [Table 1], the molten carbonate fuel cell 100 is H 2 , CO, CO 2 , H 2 O through a chemical reaction of oxygen and hydrogen to the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate fuel cell 100. Discharge. This by-product is delivered to the anode input terminal (AI2) of the solid oxide fuel cell 200, which will be described later. [Table 2] shows the composition of the gas discharged from the cathode output terminal (CO1) of the molten carbonate fuel cell 100. It is a ratio.

온도Temperature
(℃)(℃) 조성(mole, %)Composition (mole, %) CO2 CO 2 H2OH 2 O N2 N 2 O2 O 2 360~380360~380 4~54~5 17~2017-20 66~6966~69 8~108-10

[표 2]에서 볼 수 있듯이, 용융탄산염 연료전지(100)의 공기극 출력단(CO1)은 산소와 수소의 화학반응을 통해 CO2, H2O, N2, O2를 부산물로 배출한다.이어서, 용융탄산염 연료전지(100)에서 배출되는 가스는 제1 가열기(500)로 전달되고, 제1 가열기(500)는 이를 예정된 온도로 가열하여 제1 열교환기(600)로 전달한다. 그리고 제1 열교환기(600)는 제1 가열기(500)에서 배출되는 가스를 이용한 열교환을 통해 외기(OA1)의 온도를 상승시키고 고온의 공기를 용융탄산염 연료전지(100)의 공기극 입력단(CI1)으로 전달한다. 제1 열교환기(600)에서 열교환이 이루어진 나머지 가스는 배기(EA1)로 배출된다.As can be seen in [Table 2], the cathode output terminal (CO1) of the molten carbonate fuel cell 100 discharges CO 2 , H 2 O, N 2 and O 2 as by-products through a chemical reaction between oxygen and hydrogen. , The gas discharged from the molten carbonate fuel cell 100 is transferred to the first heater 500, and the first heater 500 heats it to a predetermined temperature and transfers it to the first heat exchanger 600. In addition, the first heat exchanger 600 raises the temperature of the outside air (OA1) through heat exchange using the gas discharged from the first heater 500 and transfers the high-temperature air to the cathode input terminal (CI1) of the molten carbonate fuel cell 100. To deliver. The remaining gas that has been heat-exchanged in the first heat exchanger 600 is discharged to the exhaust gas EA1.

다음으로, 고체산화물 연료전지(200)는 제2 열교환기(900)를 통해 전달되는 가스를 공기극 입력단(CI2)으로 제공받으며, 유량조절기(300)에서 배출되는 가스와 제2 연료공급기(700)를 통해 전달되는 수소를 연료극 입력단(AI2)으로 제공받는다. 고체산화물 연료전지(200)는 이렇게 제공된 가스를 화학반응하여 전기를 생성하고 미반응된 가스를 배출한다.Next, the solid oxide fuel cell 200 receives the gas delivered through the second heat exchanger 900 to the cathode input terminal CI2, and the gas discharged from the flow controller 300 and the second fuel supply 700 Hydrogen delivered through is provided to the anode input terminal (AI2). The solid oxide fuel cell 200 generates electricity by chemically reacting the provided gas and discharges unreacted gas.

이어서, 고체산화물 연료전지(200)에서 배출되는 가스는 제2 가열기(800)로 전달되고, 제2 가열기(800)는 이를 예정된 온도로 가열하여 제2 열교환기(900)로 전달한다. 그리고 제2 열교환기(900)는 제2 가열기(800)에서 배출되는 가스를 이용한 열 교환을 통해 외기(OA2)의 온도를 상승시키고 고온의 공기를 고체산화물 연료전지(200)의 공기극 입력단(CI2)으로 전달한다. 제2 열교환기(900)에서 열교환이 이루어진 나머지 가스는 배기(EA2)로 배출된다.Subsequently, the gas discharged from the solid oxide fuel cell 200 is transferred to the second heater 800, and the second heater 800 heats it to a predetermined temperature and transfers it to the second heat exchanger 900. In addition, the second heat exchanger 900 raises the temperature of the outside air (OA2) through heat exchange using the gas discharged from the second heater 800 and transfers the high-temperature air to the cathode input terminal (CI2) of the solid oxide fuel cell 200. ). The remaining gas that has been heat-exchanged in the second heat exchanger 900 is discharged to the exhaust gas EA2.

마지막으로, 유량조절기(300)는 용융탄산염 연료전지(100)의 연료극 출력단(AO1)과 고체산화물 연료전지(200)의 연료극 입력단(AI2) 사이에 배치되며, 용융탄산염 연료전지(100)의 연료극 출력단(AO1)에서 배출되는 가스의 유량을 조절하여 고체산화물 연료전지(200)의 연료극 입력단(AI2)으로 전달한다. 유량조절기(300)는 필터와 밸브로 구성될 수 있으며 이에 대한 자세한 설명은 도 2 에서 하기로 한다.Finally, the flow controller 300 is disposed between the anode output terminal AO1 of the molten carbonate fuel cell 100 and the anode input terminal AI2 of the solid oxide fuel cell 200, and the anode of the molten carbonate fuel cell 100 The flow rate of the gas discharged from the output terminal AO1 is adjusted and transmitted to the anode input terminal AI2 of the solid oxide fuel cell 200. The flow controller 300 may be composed of a filter and a valve, and a detailed description thereof will be described in FIG. 2.

본 발명의 실시예에 따른 다단형 연료전지 시스템은 용융탄산염 연료전지(100)과 고체산화물 연료전지(200)를 다단으로 연계 구성하는 특징적 구조를 가지고 있으며, 이러한 구조를 통해 용융탄산염 연료전지(100)는 약 2.5MW 이상의 전력용량을 확보할 수 있고, 고체산화물 연료전지(200)는 약 100kW 내지 500kW 범위의 전력용량을 확보하는 것이 가능하다.The multistage fuel cell system according to the embodiment of the present invention has a characteristic structure in which the molten carbonate fuel cell 100 and the solid oxide fuel cell 200 are connected in multiple stages, and through this structure, the molten carbonate fuel cell 100 ) Can secure a power capacity of about 2.5MW or more, and the solid oxide fuel cell 200 can secure a power capacity in the range of about 100kW to 500kW.

도 2 는 도 1 의 유량조절기(300)를 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram for explaining the flow controller 300 of FIG. 1.

도 2 를 참조하면, 유량조절기(300)는 용융탄산염 연료전지(100)의 연료극 출력단(AO1)에서 배출되는 가스를 필터링하기 위한 필터(310)와, 필터(310)에서 출력되는 가스의 유량을 조절하여 고체산화물 연료전지(200)의 연료극 입력단(AI2)으로 전달하기 위한 밸브(320)를 포함한다. 여기서, 필터(310)는 용융탄산염 연료전지(100)에서 배출되는 미반응된 연료에 포함된 휘발전해질 등 불순물을 제거하는 역할을 한다.Referring to FIG. 2, the flow controller 300 controls a filter 310 for filtering gas discharged from the anode output terminal AO1 of the molten carbonate fuel cell 100, and a flow rate of the gas output from the filter 310. And a valve 320 for controlling and transferring it to the anode input terminal AI2 of the solid oxide fuel cell 200. Here, the filter 310 serves to remove impurities such as volatile electrolyte contained in the unreacted fuel discharged from the molten carbonate fuel cell 100.

본 발명의 실시예에서는 밸브(320)를 제어하기 위한 메인 컨트롤러(1000)를 포함하고 있으며, 메인 컨트롤러(1000)는 용융탄산염 연료전지(100)와 고체산화물 연료전지(200)의 구동상태 값에 따라 밸브(320)를 제어하여 용융탄산염 연료전지(100)에서 고체산화물 연료전지(200)로 전달되는 가스의 유량을 제어하는 것이 가능하다.In the embodiment of the present invention, the main controller 1000 for controlling the valve 320 is included, and the main controller 1000 is based on the driving state values of the molten carbonate fuel cell 100 and the solid oxide fuel cell 200. Accordingly, it is possible to control the flow rate of the gas delivered from the molten carbonate fuel cell 100 to the solid oxide fuel cell 200 by controlling the valve 320.

또한, 본 발명의 실시예와 같은 구성의 경우 고체산화물 연료전지(200)을 셧다운(shut down)하더라도 용융탄산염 연료전지(100)에서 배출되는 고온의 가스를 통해 고체산화물 연료전지(200)에 대한 온도 관리가 가능하며, 스타트-업(start-up)시에도 고온 상태를 유지하는 것이 가능하기 때문에 고체산화물 연료전지(200)로 하여금 정상출력을 내는데 소요되는 시간과 투입하는 에너지를 최소화하는 것이 가능하다.In addition, in the case of the same configuration as in the embodiment of the present invention, even if the solid oxide fuel cell 200 is shut down, the solid oxide fuel cell 200 is transmitted through the high-temperature gas discharged from the molten carbonate fuel cell 100. Temperature management is possible, and since it is possible to maintain a high temperature state even during start-up, it is possible to minimize the time required for the solid oxide fuel cell 200 to produce a normal output and the energy input. Do.

이후 다시 설명하겠지만, 용융탄산염 연료전지(100)는 구동제어 및 상태검출을 위한 제1 컨트롤러를 구비하고 있으며, 고체산화물 연료전지(200) 역시 구동제어 및 상태검출을 위한 제2 컨트롤러를 구비하고 있다. 따라서, 메인 컨트롤러(1000)는 제1 컨트롤러를 통해 용융탄산염 연료전지(100)의 구동상태에 대한 정보를 획득하는 것이 가능하고, 제2 컨트롤러를 통해 고체산화물 연료전지(200)의 구동상태에 대한 정보를 획득하는 것이 가능하며, 이렇게 획득한 용융탄산염 연료전지(100)와 고체산화물 연료전지(200)의 구동상태 값에 따라 유량조절기(300)를 제어하여 고체산화물 연료전지(200)로 유입되는 가스의 유량을 조절하는 것이 가능하다.As will be described later, the molten carbonate fuel cell 100 includes a first controller for driving control and state detection, and the solid oxide fuel cell 200 also includes a second controller for driving control and state detection. . Therefore, the main controller 1000 can obtain information on the driving state of the molten carbonate fuel cell 100 through the first controller, and the driving state of the solid oxide fuel cell 200 through the second controller. It is possible to obtain information, and the flow rate controller 300 is controlled according to the driving state values of the molten carbonate fuel cell 100 and the solid oxide fuel cell 200 thus obtained to flow into the solid oxide fuel cell 200. It is possible to adjust the flow rate of the gas.

한편, 용융탄산염 연료전지(100)는 구동 상태에 따라 또는 예기치 않은 문제로 인하여 생산되는 전력량을 줄여야 하는 경우가 발생한다. 이하, 설명의 편의를 위하여 용융탄산염 연료전지(100)가 일정한 전력량을 출력하는 경우를 "정상상태"라 칭하고 생산되는 전력량을 줄여야 하는 경우를 "경시변화상태"라 칭하기로 한다. 이하, 도 3 을 통해 정상상태와 경시변화상태에 따른 메인 컨트롤러(1000)의 제어 동작을 살펴보기로 한다.On the other hand, the molten carbonate fuel cell 100 may need to reduce the amount of power produced depending on the driving state or due to unexpected problems. Hereinafter, for convenience of explanation, a case in which the molten carbonate fuel cell 100 outputs a certain amount of power is referred to as a "normal state", and a case in which the amount of power produced is to be reduced is referred to as a "change with time". Hereinafter, a control operation of the main controller 1000 according to a normal state and a state of change over time will be described with reference to FIG. 3.

도 3 은 도 2 의 메인 컨트롤러(1000)의 제어 동작을 설명하기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a control operation of the main controller 1000 of FIG. 2.

도 3 에는 용융탄산염 연료전지(100)의 구동을 제어하기 위한 제1 컨트롤러(1100)와, 고체산화물 연료전지(200)의 구동을 제어하기 위한 제2 컨트롤러(1200)와, 제1 및 제2 컨트롤러(1100, 1200)를 제어하기 위한 메인 컨트롤러(1000), 및 메인 컨트롤러(1000)에 의해서 유량이 조절되는 유량조절기(300)가 개시되어 있다.3, a first controller 1100 for controlling the driving of the molten carbonate fuel cell 100, a second controller 1200 for controlling the driving of the solid oxide fuel cell 200, and first and second A main controller 1000 for controlling the controllers 1100 and 1200, and a flow controller 300 for controlling a flow rate by the main controller 1000 are disclosed.

우선, 정상상태에서 제1 컨트롤러(1100)는 용융탄산염 연료전지(100)의 정상출력 값, 출력변화 값, 모듈내 온도변화 값, 스택의 전압변화 값 등과 같은 정보(T1)를 제1 구동상태 값(V1)으로서 메인 컨트롤러(1000)에 제공한다. 메인 컨트롤러(1000)는 제1 구동상태 값(V1)에 대응하여 유량조절기(300)의 유량을 제어하기 위한 제3 제어신호(CM3)를 생성하고, 제2 컨트롤러(1200)는 고체산화물 연료전지(200)의 정상출력 값, 출력변화 값, 모듈내 온도변화 값, 스택의 전압변화 값 등과 같은 정보(T2)를 제2 구동상태 값(V2)으로서 메인 컨트롤러(1000)에 제공한다.First, in a normal state, the first controller 1100 transmits information T1 such as a normal output value, an output change value, a temperature change value in a module, a voltage change value of the stack, etc. of the molten carbonate fuel cell 100 in the first driving state. It is provided to the main controller 1000 as a value V1. The main controller 1000 generates a third control signal CM3 for controlling the flow rate of the flow controller 300 in response to the first driving state value V1, and the second controller 1200 is a solid oxide fuel cell. Information T2 such as the normal output value of 200, the output change value, the temperature change value in the module, the voltage change value of the stack, and the like is provided to the main controller 1000 as the second driving state value V2.

그래서 본 발명의 실시예에 따른 다단형 연료전지 시스템이 정상상태인 경우 메인 컨트롤러(1000)는 현재 생산되는 전력량이 정상상태임을 판단하여 제1 컨트롤러(1100)에 제1 제어신호(CM1)를 전달하고 제2 컨트롤러(1200)에 제2 제어신호(CM2)를 전달하고 유량조절기(300)에 제3 제어신호(CM3)를 전달함으로써 용융탄산염 연료전지(100)와 고체산화물 연료전지(200)와 유량조절기(300)가 이전과 동일하게 구동 상태로 유지하도록 제어하는 것이 가능하다.So, when the multistage fuel cell system according to the embodiment of the present invention is in a normal state, the main controller 1000 determines that the amount of power currently being produced is in a normal state, and transmits the first control signal CM1 to the first controller 1100. Then, by transmitting the second control signal CM2 to the second controller 1200 and the third control signal CM3 to the flow controller 300, the molten carbonate fuel cell 100 and the solid oxide fuel cell 200 It is possible to control the flow controller 300 to maintain the driving state as before.

다음으로, 경시변화상태에서 제1 컨트롤러(1100)는 용융탄산염 연료전지(100)의 정상출력 값, 출력변화 값, 모듈내 온도변화 값, 스택의 전압변화 값 등과 같은 정보(T1)를 제1 구동상태 값(V1)으로서 메인 컨트롤러(1000)에 제공한다. 메인 컨트롤러(1000)는 제1 구동상태 값(V1)에 대응하여 유량조절기(300)의 유량을 제어하기 위한 제3 제어신호(CM3)를 생성하고, 제2 컨트롤러(1200)는 고체산화물 연료전지(200)의 정상출력 값, 출력변화 값, 모듈내 온도변화 값, 스택의 전압변화 값 등과 같은 정보(T2)를 제2 구동상태 값(V2)으로서 메인 컨트롤러(1000)에 제공한다.Next, in the state of change over time, the first controller 1100 first receives information T1 such as a normal output value, an output change value, a temperature change value in a module, a voltage change value of the stack, and the like of the molten carbonate fuel cell 100. It is provided to the main controller 1000 as the driving state value V1. The main controller 1000 generates a third control signal CM3 for controlling the flow rate of the flow controller 300 in response to the first driving state value V1, and the second controller 1200 is a solid oxide fuel cell. Information T2 such as the normal output value of 200, the output change value, the temperature change value in the module, the voltage change value of the stack, and the like is provided to the main controller 1000 as the second driving state value V2.

이때, 메인 컨트롤러(1000)는 경시변화상태에 따라 용융탄산염 연료전지(100)의 전력생산량을 줄이도록 제1 제어신호(CM1)를 전달하고 용융탄산염 연료전지(100)에서 줄어든 전력생산량만큼의 전력량을 확보하기 위하여 고체산화물 연료전지(200)에 제2 제어신호(CM2)를 전달하고 고체산화물 연료전지(200)에서 필요한 연료를 확보하기 위하여 유량조절기(300)에 제3 제어신호(CM3)를 전달한다.At this time, the main controller 1000 transmits the first control signal CM1 to reduce the power production amount of the molten carbonate fuel cell 100 according to the state of change over time, and the amount of power equal to the power production amount reduced by the molten carbonate fuel cell 100 In order to secure a second control signal CM2 to the solid oxide fuel cell 200, and to secure the fuel required by the solid oxide fuel cell 200, a third control signal CM3 is transmitted to the flow controller 300. Deliver.

그래서 본 발명의 실시예에 따른 다단형 연료전지 시스템이 경시변화상태인 경우 메인 컨트롤러(1000)는 용융탄산염 연료전지(100)에서 생산되는 전력량을 줄이기 위하여 제1 제어신호(CM1)를 통해 제1 컨트롤러(1100)에 출력하향 명령을 전달하고, 제2 제어신호(CM2)를 통해 제2 컨트롤러(1200)에 출력상향 명령을 전달하다. Therefore, when the multistage fuel cell system according to the embodiment of the present invention is in a state of change over time, the main controller 1000 provides the first control signal CM1 to reduce the amount of power produced by the molten carbonate fuel cell 100. An output downward command is transmitted to the controller 1100 and an output upward command is transmitted to the second controller 1200 through the second control signal CM2.

따라서, 용융탄산염 연료전지(100)는 출력하향 동작을 수행하고 고체산화물 연료전지(200)는 출력상향 동작을 수행한다. 그리고 이와 함께, 고체산화물 연료전지(200)가 출력상향 동작을 수행할 수 있도록 유량조절기(300) 역시 출력상향 동작에 대응하여 배출하는 유량을 증가시킨다. Accordingly, the molten carbonate fuel cell 100 performs an output downward operation, and the solid oxide fuel cell 200 performs an output increase operation. In addition, the flow controller 300 also increases the discharged flow rate in response to the output increasing operation so that the solid oxide fuel cell 200 can perform the output increasing operation.

결론적으로 이와 같은 경시변화상태에서는 용융탄산염 연료전지(100)가 보다 낮은 전력량을 생산하더라도 모자른 전력량을 고체산화물 연료전지(200)에서 충당함으로써 전체 시스템에서 생산되는 전력량은 항상 일정하게 유지시켜 주는 것이 가능하다.In conclusion, in this state of change over time, even if the molten carbonate fuel cell 100 produces a lower amount of power, the solid oxide fuel cell 200 provides the insufficient amount of power, so that the amount of power produced in the entire system can always be kept constant. Do.

본 발명의 실시예에 따른 다단형 연료전지 시스템은 경시변화상태에서 볼 수 있듯이 시스템 전체의 출력 전력을 균등하게 하는 것이 가능하기 때문에 전체 시스템을 안정적으로 구동하는 것이 가능하며 전력의 수요공급 균등화를 목적으로 하는 출력변동이 가능하다. 또한, 용융탄산염 연료전지(100)의 출력 전력을 고체산화물 연료전지(200)의 출력 전력맘큼 줄여서 구동할 수 있기 때문에 용융탄산염 연료전지(100)의 수명을 증가시켜 주는 것이 가능하다. The multistage fuel cell system according to the embodiment of the present invention is capable of equalizing the output power of the entire system as seen in the state of change over time, so it is possible to stably drive the entire system and to equalize the demand and supply of power. Output variation is possible. In addition, since the output power of the molten carbonate fuel cell 100 can be reduced by as much as the output power of the solid oxide fuel cell 200 to be driven, it is possible to increase the life of the molten carbonate fuel cell 100.

도 4 는 도 1 의 다단형 연료전지 시스템의 상세한 실시예에 따른 블록도이다.4 is a block diagram according to a detailed embodiment of the multistage fuel cell system of FIG. 1.

도 1 및 도 4 를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 다단형 연료전지 시스템은 용융탄산염 연료전지(100), 고체산화물 연료전지(200), 유량조절기(300)를 포함하고 있으며, 제1 연료 공급기(400), 제1 가열기(500), 제1 열교환기(600)를 포함하고, 제2 연료 공급기(700), 제2 가열기(800), 제2 열교환기(900)를 포함한다. 그리고, 메인 컨트롤러(1000)와 제1 컨트롤러(1100)와 제2 컨트롤러(1200)를 포함한다.1 and 4, a multistage fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a molten carbonate fuel cell 100, a solid oxide fuel cell 200, and a flow controller 300, and the first It includes a fuel supplier 400, a first heater 500, and a first heat exchanger 600, and includes a second fuel supplier 700, a second heater 800, and a second heat exchanger 900. Further, it includes a main controller 1000, a first controller 1100, and a second controller 1200.

우선, 제1 연료 공급기(400)는 용융탄산염 연료전지(100)의 연료를 제공하기 위한 제1 공급기(410)와, 제1 공급기(410)에서 배출되는 가스에 수증기를 주입하기 위한 제1 수처리기(420), 및 제1 수처리기(420)에서 배출된 가스를 전처리하는 전처리기(430)를 포함한다. First, the first fuel supplier 400 includes a first feeder 410 for providing fuel for the molten carbonate fuel cell 100, and a first water for injecting water vapor into the gas discharged from the first feeder 410. It includes a treatment unit 420 and a pretreatment unit 430 for pretreating the gas discharged from the first water treatment unit 420.

이어서, 제2 연료공급기(700)는 고체산화물 연료전지(200)의 연료를 제공하는 제2 공급기(710)와, 제2 공급기(710)에서 배출되는 가스에 수증기를 주입하기 위한 제2 수처리기(720), 및 수 처리된 가스를 예정된 온도로 예열하기 위한 예열기(730)를 포함한다.Subsequently, the second fuel supplier 700 includes a second feeder 710 that provides fuel for the solid oxide fuel cell 200, and a second water treatment device for injecting water vapor into the gas discharged from the second feeder 710. 720, and a preheater 730 for preheating the water-treated gas to a predetermined temperature.

그리고 용융탄산염 연료전지(100)에서 생산되는 전기는 제1 컨버터(110)를 통해 직류 또는 교류로 변환되고, 고체산화물 연료전지(200)에서 생산되는 전기는 제2 컨버터(210)를 통해 직류 또는 교류로 변환된다. 이어서, 제1 열교환기(600)는 제1 송풍기(610)를 통해 외기(OA1)를 공급받으며, 제2 열교환기(900)는 제2 송풍기(910)를 통해 외기(OA2)를 공급받는다.In addition, electricity produced by the molten carbonate fuel cell 100 is converted to direct current or alternating current through the first converter 110, and the electricity produced by the solid oxide fuel cell 200 is direct current or alternating current through the second converter 210. Converted to alternating current. Subsequently, the first heat exchanger 600 receives the outside air OA1 through the first blower 610, and the second heat exchanger 900 receives the outside air OA2 through the second blower 910.

그리고 컨트롤러(1000)는 제1 컨트롤러(1100)와 제2 컨트롤러(1200)와 유량조절기(300)의 밸브(320)를 제어한다. 여기서, 제1 컨트롤러(1100)는 제1 공급기(410), 제1 수처리기(420), 용융탄산염 연료전지(100), 제1 컨버터(110), 제1 송풍기(610)를 제어하고, 제2 컨트롤러(1200)는 제2 공급기(710), 제2 수처리기(720), 고체산화물 연료전지(200), 제2 컨버터(210), 제2 송풍기(910)를 제어한다.In addition, the controller 1000 controls the first controller 1100, the second controller 1200, and the valve 320 of the flow controller 300. Here, the first controller 1100 controls the first supply unit 410, the first water treatment unit 420, the molten carbonate fuel cell 100, the first converter 110, and the first blower 610, and 2 The controller 1200 controls the second supply unit 710, the second water treatment unit 720, the solid oxide fuel cell 200, the second converter 210, and the second blower 910.

한편, 위에서 설명하였듯이, 메인 컨트롤러(1000)는 용융탄산염 연료전지(100)와 고체산화물 연료전지(200) 각각의 구동상태 값에 따라 제1 컨트롤러(1100)와 제2 컨트롤러(1200)를 제어하는데 이때 각각의 구동상태 값은 제1 컨트롤러(1100)와 제2 컨트롤러(1200)에서 제공되는 데이터 값을 이용할 수 있으며, 본 실시예에서는 보다 실질적인 데이터 값을 획득하기 위하여 제1 센싱부(S1)와 제2 센싱부(S2)를 구성한다.Meanwhile, as described above, the main controller 1000 controls the first controller 1100 and the second controller 1200 according to the driving state values of the molten carbonate fuel cell 100 and the solid oxide fuel cell 200. At this time, each driving state value may use a data value provided from the first controller 1100 and the second controller 1200, and in this embodiment, the first sensing unit S1 and the Configure the second sensing unit (S2).

우선, 제1 센싱부(S1)는 용융탄산염 연료전지(100)의 연료극 출력단(AO1)에 배치되며 용융탄산염 연료전지(100)에서 배출되는 가스의 유량 및 압력을 검출하기 위한 구성이다. 제1 센싱부(S1)의 검출 값은 메인 컨트롤러(1000)로 전달되며 메인 컨트롤러(1000)는 이 검출 값을 이용하여 용융탄산염 연료전지(100)의 구동상태 값을 보다 정확하게 획득하는 것이 가능하다.First, the first sensing unit S1 is disposed at the anode output terminal AO1 of the molten carbonate fuel cell 100 and is configured to detect the flow rate and pressure of the gas discharged from the molten carbonate fuel cell 100. The detected value of the first sensing unit S1 is transmitted to the main controller 1000, and the main controller 1000 can more accurately obtain the driving state value of the molten carbonate fuel cell 100 by using the detected value. .

다음으로, 제2 센싱부(S2)는 고체산화물 연료전지(200)의 연료극 출력단(AO2)에 배치되며 고체산화물 연료전지(200)에서 배출되는 가스의 유량 및 압력을 검출하기 위한 구성이다. 제2 센싱부(S2)의 검출 값은 마찬가지로 메인 컨트롤러(1000)로 전달되며 메인 컨트롤러(1000)는 이 검출 값을 이용하여 고체산화물 연료전지(200)의 구동상태 값을 보다 정확하게 획득하는 것이 가능하다.Next, the second sensing unit S2 is disposed at the anode output terminal AO2 of the solid oxide fuel cell 200 and is configured to detect the flow rate and pressure of the gas discharged from the solid oxide fuel cell 200. The detection value of the second sensing unit S2 is similarly transmitted to the main controller 1000, and the main controller 1000 uses this detection value to more accurately obtain the driving state value of the solid oxide fuel cell 200. Do.

그래서, 메인 컨트롤러(1000)는 제1 센싱부(S1)와 제2 센싱부(S2)를 통해 획득된 용융탄산염 연료전지(100)와 고체산화물 연료전지(200)의 구동상태 값에 따라 유량조절기(300)의 유량을 제어하는 것이 가능하다.Thus, the main controller 1000 is a flow controller according to the driving state values of the molten carbonate fuel cell 100 and the solid oxide fuel cell 200 obtained through the first sensing unit (S1) and the second sensing unit (S2). It is possible to control the flow rate of 300.

도 5 는 도 1 의 다단형 연료전지 시스템의 상세한 다른 실시예에 따른 블록도이다. 도 5 는 도 4 와 비교하여 유량조절기(300)의 연결관계가 다르기 때문에 이와 관련된 구성에 대해서만 설명하기로 한다.5 is a block diagram according to another detailed embodiment of the multistage fuel cell system of FIG. 1. Since FIG. 5 has a different connection relationship between the flow controller 300 compared to FIG. 4, only the configuration related thereto will be described.

도 5 를 참조하면, 유량조절기(300)는 용융탄산염 연료전지(100)의 연료극 입력단(AI1)과 고체산화물 연료전지(200) 사이에 연결되며 용융탄산염 연료전지(100)의 연료극 입력단(AI1)으로 유입되는 가스 중 일부 가스의 유량을 조절하여 예열기(730)로 전달하기 위한 구성이다. 예열기(730)에서 배출되는 가스는 고체산화물 연료전지(200)의 연료극 입력단(AI2)으로 전달되며, 이는 곧 용융탄산염 연료전지(100)의 연료극 입력단(AI1)으로 유입되는 가스 중 일부가 유량조절기(300)에서 유량이 조절된 이후 고체산화물 연료전지(200)의 연료극 입력단(AI2)으로 유입된다는 것을 의미한다.5, the flow controller 300 is connected between the anode input terminal AI1 of the molten carbonate fuel cell 100 and the solid oxide fuel cell 200, and the anode input terminal AI1 of the molten carbonate fuel cell 100 It is a configuration for controlling the flow rate of some of the gas flowing into the gas and transferring it to the preheater 730. The gas discharged from the preheater 730 is delivered to the anode input terminal AI2 of the solid oxide fuel cell 200, which means that some of the gas flowing into the anode input terminal AI1 of the molten carbonate fuel cell 100 is a flow controller It means that after the flow rate is adjusted at 300, it is introduced into the anode input terminal AI2 of the solid oxide fuel cell 200.

여기서, 유량조절기(300)는 용융탄산염 연료전지(100)의 연료극 입력단(AI1)으로 유입되는 가스 중 일부를 필터링하기 위한 필터(310)와, 필터(310)에서 출력되는 가스의 유량을 조절하여 고체산화물 연료전지(200)의 연료극 입력단(AI2)으로 전달하기 위한 밸브(320)를 포함한다. 도 4 의 실시예와 마찬가지로 도 5 의 실시예에 따른 밸브(320) 역시 메인 컨트롤러(1000)의 제어에 따라 유량 조절이 가능하다.Here, the flow controller 300 is a filter 310 for filtering some of the gas flowing into the anode input terminal AI1 of the molten carbonate fuel cell 100 and the flow rate of the gas output from the filter 310 And a valve 320 for transmitting to the anode input terminal AI2 of the solid oxide fuel cell 200. Like the embodiment of FIG. 4, the valve 320 according to the embodiment of FIG. 5 can also adjust the flow rate according to the control of the main controller 1000.

도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 다단형 연료전지 시스템의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.6 is a block diagram illustrating another embodiment of a multistage fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 6 을 참조하면, 다단형 연료전지 시스템은 용융탄산염 연료전지(10)와, 고체산화물 연료전지(20)와, 유량조절기(30)와, 공용 가열기(40)와, 공용 열교환기(50)와, 공용 연료 공급기(60), 및 공용 수처리기(70)를 포함한다. 여기서, 용융탄산염 연료전지(10)와, 고체산화물 연료전지(20)와, 유량조절기(30)는 도 1 에 대응하는 구성으로 이에 대한 구성 및 동작 설명은 생략하기로 한다.Referring to FIG. 6, the multi-stage fuel cell system includes a molten carbonate fuel cell 10, a solid oxide fuel cell 20, a flow controller 30, a common heater 40, and a common heat exchanger 50. And, it includes a common fuel supply unit 60, and a common water treatment unit (70). Here, the molten carbonate fuel cell 10, the solid oxide fuel cell 20, and the flow controller 30 are configured to correspond to FIG. 1, and a description of the configuration and operation thereof will be omitted.

본 실시예에 따른 다단형 연료전지 시스템은 용융탄산염 연료전지(100)와 고체산화물 연료전지(200)가 가열기, 열교환기, 연료 공급기, 수처리기를 공용으로 사용하여 전체 시스템 규모 및 제어 동작을 최소화하기 위함이다.In the multistage fuel cell system according to the present embodiment, the molten carbonate fuel cell 100 and the solid oxide fuel cell 200 use a heater, a heat exchanger, a fuel supplier, and a water treatment unit in common to minimize the overall system scale and control operation. It is to do.

우선, 공용 가열기(40)는 용융탄산염 연료전지(10)와 고체산화물 연료전지(20)에서 배출되는 가스를 예정된 온도로 가열하기 위한 구성이고, 공용 열교환기(50)는 공용 가열기(40)에서 배출되는 가스와 외기(OA)의 열교환을 위한 구성이다. 공용 열교환기(50)에서 열교환이 이루어진 고온의 공기는 용융탄산염 연료전지(10)과 고체산화물 연료전지(20)로 전달된다.First, the common heater 40 is a configuration for heating the gas discharged from the molten carbonate fuel cell 10 and the solid oxide fuel cell 20 to a predetermined temperature, the common heat exchanger 50 in the common heater 40 It is a configuration for heat exchange between the exhausted gas and the outside air (OA). The high-temperature air heat-exchanged in the common heat exchanger 50 is transferred to the molten carbonate fuel cell 10 and the solid oxide fuel cell 20.

다음으로, 공용 연료 공급기(60)는 용융탄산염 연료전지(10)와 고체산화물 연료전지(20)에 연료를 제공하기 위한 구성이고, 공용 수처리기(70)는 공용 연료 공급기(60)에서 배출되는 가스에 수증기를 주입하기 위한 구성이다.Next, the common fuel supplier 60 is a configuration for providing fuel to the molten carbonate fuel cell 10 and the solid oxide fuel cell 20, and the common water treatment device 70 is discharged from the common fuel supplier 60. It is a configuration for injecting water vapor into the gas.

본 실시예에 따른 다단형 연료전지 시스템은 용융탄산염 연료전지(10)와 고체산화물 연료전지(20)에 대응하여 각각 하나씩의 공용 가열기(40), 공용 열교환기(50), 공용 연료 공급기(60), 공용 수처리기(70)를 구성함으로써 다단형 연료전지 시스템의 규모 및 이에 따른 제어를 최소화하는 것이 가능하다.The multi-stage fuel cell system according to the present embodiment corresponds to the molten carbonate fuel cell 10 and the solid oxide fuel cell 20, one for each common heater 40, a common heat exchanger 50, and a common fuel supply 60. ), it is possible to minimize the scale of the multistage fuel cell system and control accordingly by configuring the common water treatment unit 70.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments described in the present specification and the accompanying drawings are merely illustrative of some of the technical ideas included in the present invention. Accordingly, it is obvious that the embodiments disclosed in the present specification are not intended to limit the technical idea of the present disclosure, but to explain the technical idea, and thus the scope of the technical idea of the present disclosure is not limited by these embodiments. Modification examples and specific embodiments that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the present invention should be interpreted as being included in the scope of the present invention.

100 : 용융탄산염 연료전지 200 : 고체산화물 연료전지
300 : 유량조절기 400 : 제1 연료 공급기
500 : 제1 가열기 600 : 제1 열교환기
700 : 제2 연료 공급기 800 : 제2 가열기
900 : 제2 열교환기100: molten carbonate fuel cell 200: solid oxide fuel cell
300: flow controller 400: first fuel supply
500: first heater 600: first heat exchanger
700: second fuel supply 800: second heater
900: second heat exchanger

Claims (12)

자신의 연료극 입력단으로 수소를 제공받아 화학반응을 통해 전류를 생성하기 위한 용융탄산염 연료전지;
상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 출력단에서 배출되는 가스를 제공받아 화학반응을 통해 전류를 생성하기 위한 고체산화물 연료전지;
상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 출력단과 상기 고체산화물 연료전지 사이에 연결되며, 상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 출력단에서 배출되는 가스의 유량을 조절하여 상기 고체산화물 연료전지의 연료극 입력단으로 전달하기 위한 유량조절기;
상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 출력단 및 공기극 출력단에서 배출되는 가스를 예정된 온도로 가열하기 위한 제1 가열기;
상기 제1 가열기에서 배출되는 가스와 외기의 열교환을 위한 제1 열교환기;
상기 고체산화물 연료전지의 연료극 출력단 및 공기극 출력단에서 배출되는 가스를 예정된 온도로 가열하기 위한 제2 가열기; 및
상기 제2 가열기에서 배출되는 가스와 외기의 열교환을 위한 제2 열교환기를 포함하는 다단형 연료전지 시스템.A molten carbonate fuel cell for generating electric current through a chemical reaction by receiving hydrogen through its anode input terminal;
A solid oxide fuel cell for generating current through a chemical reaction by receiving gas discharged from the anode output terminal of the molten carbonate fuel cell;
A flow controller connected between the anode output terminal of the molten carbonate fuel cell and the solid oxide fuel cell, and for controlling the flow rate of gas discharged from the anode output terminal of the molten carbonate fuel cell and transferring it to the anode input terminal of the solid oxide fuel cell ;
A first heater for heating the gas discharged from the anode output terminal and the cathode output terminal of the molten carbonate fuel cell to a predetermined temperature;
A first heat exchanger for heat exchange between the gas discharged from the first heater and outside air;
A second heater for heating the gas discharged from the anode output terminal and the cathode output terminal of the solid oxide fuel cell to a predetermined temperature; And
A multistage fuel cell system comprising a second heat exchanger for heat exchange between the gas discharged from the second heater and outside air. 제1항에 있어서,
상기 유량조절기는
상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 출력단에서 배출되는 가스를 필터링하기 위한 필터; 및
상기 필터에서 출력되는 가스의 유량을 조절하여 상기 고체산화물 연료전지의 연료극 입력단으로 전달하기 위한 밸브
를 포함하는 다단형 연료전지 시스템.The method of claim 1,
The flow controller
A filter for filtering gas discharged from the anode output terminal of the molten carbonate fuel cell; And
A valve for controlling the flow rate of the gas output from the filter and transferring it to the anode input terminal of the solid oxide fuel cell
Multistage fuel cell system comprising a. 자신의 연료극 입력단으로 수소를 제공받아 화학반응을 통해 전류를 생성하기 위한 용융탄산염 연료전지;
상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 입력단으로 유입되는 가스 중 일부 가스를 제공받아 화학반응을 통해 전류를 생성하기 위한 고체산화물 연료전지; 및
상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 입력단과 상기 고체산화물 연료전지 사이에 연결되며, 상기 일부 가스의 유량을 조절하여 상기 고체산화물 연료전지의 연료극 입력단으로 전달하기 위한 유량조절기
를 포함하는 다단형 연료전지 시스템.A molten carbonate fuel cell for generating electric current through a chemical reaction by receiving hydrogen through its anode input terminal;
A solid oxide fuel cell for generating current through a chemical reaction by receiving some of the gas flowing into the anode input terminal of the molten carbonate fuel cell; And
A flow controller connected between the anode input terminal of the molten carbonate fuel cell and the solid oxide fuel cell, and for controlling the flow rate of some of the gases and transferring them to the anode input terminal of the solid oxide fuel cell
Multistage fuel cell system comprising a. 제3항에 있어서,
상기 유량조절기는
상기 일부 가스를 필터링하기 위한 필터; 및
상기 필터에서 출력되는 가스의 유량을 조절하여 상기 고체산화물 연료전지의 연료극 입력단으로 전달하기 위한 밸브
를 포함하는 다단형 연료전지 시스템.The method of claim 3,
The flow controller
A filter for filtering the partial gas; And
A valve for controlling the flow rate of the gas output from the filter and transferring it to the anode input terminal of the solid oxide fuel cell
Multistage fuel cell system comprising a. 제3항에 있어서,
상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 출력단 및 공기극 출력단에서 배출되는 가스를 예정된 온도로 가열하기 위한 제1 가열기;
상기 제1 가열기에서 배출되는 가스와 외기의 열교환을 위한 제1 열교환기;
상기 고체산화물 연료전지의 연료극 출력단 및 공기극 출력단에서 배출되는 가스를 예정된 온도로 가열하기 위한 제2 가열기; 및
상기 제2 가열기에서 배출되는 가스와 외기의 열교환을 위한 제2 열교환기를 더 포함하는 다단형 연료전지 시스템.The method of claim 3,
A first heater for heating the gas discharged from the anode output terminal and the cathode output terminal of the molten carbonate fuel cell to a predetermined temperature;
A first heat exchanger for heat exchange between the gas discharged from the first heater and outside air;
A second heater for heating the gas discharged from the anode output terminal and the cathode output terminal of the solid oxide fuel cell to a predetermined temperature; And
A multistage fuel cell system further comprising a second heat exchanger for heat exchange between the gas discharged from the second heater and outside air. 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 용융탄산염 연료전지의 구동을 제어하기 위한 제1 컨트롤러;
상기 고체산화물 연료전지의 구동을 제어하기 위한 제2 컨트롤러; 및
상기 용융탄산염 연료전지와 상기 고체산화물 연료전지의 구동상태 값에 따라 상기 제1 및 제2 컨트롤러와 상기 유량조절기를 제어하기 위한 메인 컨트롤러를 더 포함하는 다단형 연료전지 시스템.The method of claim 1 or 3,
A first controller for controlling driving of the molten carbonate fuel cell;
A second controller for controlling driving of the solid oxide fuel cell; And
A multistage fuel cell system further comprising a main controller for controlling the first and second controllers and the flow controller according to the driving state values of the molten carbonate fuel cell and the solid oxide fuel cell. 제6항에 있어서,
상기 메인 컨트롤러는 정상상태인 경우 상기 용융탄산염 연료전지와 상기 고체산화물 연료전지와 상기 유량조절기가 구동 상태를 유지하도록 제어하고, 경시변화상태인 경우 상기 용융탄산염 연료전지에 대하여 출력하향 동작을 수행하도록 제어하고 상기 고체산화물 연료전지와 상기 유량조절기에 대하여 출력상향 동작을 수행하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 다단형 연료전지 시스템.The method of claim 6,
When the main controller is in a normal state, the molten carbonate fuel cell, the solid oxide fuel cell, and the flow controller are controlled to maintain a driving state, and when the state changes over time, the molten carbonate fuel cell performs an output downward operation. And controlling the solid oxide fuel cell and the flow controller to perform an output upward operation. 제6항에 있어서,
상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 출력단에 배치되어 배출되는 가스의 유량 및 압력을 검출하기 위한 제1 센싱부; 및
상기 고체산화물 연료전지의 연료극 출력단에 배치되어 배출되는 가스의 유량 및 압력을 검출하기 위한 제2 센싱부를 더 포함하되,
상기 제1 및 제2 센싱부의 검출 값은 상기 구동상태 값으로서 상기 메인 컨트롤러로 전달되는 것을 특징으로 하는 다단형 연료전지 시스템.The method of claim 6,
A first sensing unit disposed at an output terminal of the anode of the molten carbonate fuel cell to detect the flow rate and pressure of the discharged gas; And
Further comprising a second sensing unit for detecting the flow rate and pressure of the gas discharged by being disposed at the anode output terminal of the solid oxide fuel cell,
A multistage fuel cell system, characterized in that the detected values of the first and second sensing units are transmitted to the main controller as the driving state values. 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 용융탄산염 연료전지에 연료를 제공하기 위한 제1 연료 공급기; 및
상기 고체산화물 연료전지에 연료를 제공하기 위한 제2 연료 공급기를 더 포함하되,
상기 제1 및 제2 연료 공급기 각각은
해당 연료를 제공하는 공급기; 및
상기 공급기에서 배출되는 가스에 수증기를 주입하는 수처리기를 포함하는
다단형 연료전지 시스템.The method of claim 1 or 3,
A first fuel supply for providing fuel to the molten carbonate fuel cell; And
Further comprising a second fuel supply for providing fuel to the solid oxide fuel cell,
Each of the first and second fuel supplies
A feeder that provides the fuel; And
Including a water treatment device for injecting water vapor into the gas discharged from the feeder
Multi-stage fuel cell system. 제3항에 있어서,
상기 용융탄산염 연료전지와 상기 고체산화물 연료전지에서 배출되는 가스를 예정된 온도로 가열하기 위한 공용 가열기; 및
상기 공용 가열기에서 배출되는 가스와 외기의 열교환을 위한 공용 열교환기를 더 포함하는 다단형 연료전지 시스템.The method of claim 3,
A common heater for heating the gas discharged from the molten carbonate fuel cell and the solid oxide fuel cell to a predetermined temperature; And
A multistage fuel cell system further comprising a common heat exchanger for heat exchange between the gas discharged from the common heater and outside air. 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 용융탄산염 연료전지와 상기 고체산화물 연료전지에 연료를 제공하기 위한 공용 연료 공급기; 및
상기 공용 연료 공급기에서 배출되는 가스에 수증기를 주입하는 공용 수처리기를 더 포함하는 다단형 연료전지 시스템.

The method of claim 1 or 3,
A common fuel supply for supplying fuel to the molten carbonate fuel cell and the solid oxide fuel cell; And
Multistage fuel cell system further comprising a common water treatment unit for injecting water vapor into the gas discharged from the common fuel supply.

자신의 연료극 입력단으로 수소를 제공받아 화학반응을 통해 전류를 생성하기 위한 용융탄산염 연료전지;
상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 출력단에서 배출되는 가스를 제공받아 화학반응을 통해 전류를 생성하기 위한 고체산화물 연료전지;
상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 출력단과 상기 고체산화물 연료전지 사이에 연결되며, 상기 용융탄산염 연료전지의 연료극 출력단에서 배출되는 가스의 유량을 조절하여 상기 고체산화물 연료전지의 연료극 입력단으로 전달하기 위한 유량조절기;
상기 용융탄산염 연료전지와 상기 고체산화물 연료전지에서 배출되는 가스를 예정된 온도로 가열하기 위한 공용 가열기; 및
상기 공용 가열기에서 배출되는 가스와 외기의 열교환을 위한 공용 열교환기를 포함하는 다단형 연료전지 시스템.

A molten carbonate fuel cell for generating electric current through a chemical reaction by receiving hydrogen through its anode input terminal;
A solid oxide fuel cell for generating current through a chemical reaction by receiving gas discharged from the anode output terminal of the molten carbonate fuel cell;
A flow controller connected between the anode output terminal of the molten carbonate fuel cell and the solid oxide fuel cell, and for controlling the flow rate of gas discharged from the anode output terminal of the molten carbonate fuel cell and transferring it to the anode input terminal of the solid oxide fuel cell ;
A common heater for heating the gas discharged from the molten carbonate fuel cell and the solid oxide fuel cell to a predetermined temperature; And
A multistage fuel cell system comprising a common heat exchanger for heat exchange between the gas discharged from the common heater and outside air.

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