KR102153551B1 - 다단형 연료전지 시스템 - Google Patents

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KR102153551B1
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장인갑
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Abstract

본 발명은 다단형 연료전지 시스템에 관한 것으로, 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 출력단에서 배출되는 가스의 유량을 조절하여 상기 고체산화물 연료전지의 연료극 입력단으로 전달하기 위한 유량조절기를 포함하는 다단형 연료전지 시스템을 제공한다.

Description

다단형 연료전지 시스템{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.
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.
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.
이하, 연료전지의 간단한 작동원리를 설명하기로 한다.
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.
이러한 연료전지는 전해질의 종류에 따라 구분되는데, 전해질로 용융탄산염을 사용하고 통상 650℃의 고온에서 작동하는 연료전지를 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell)라 한다.
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.
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.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
본 발명에 따른 다단형 연료전지 시스템은 다음과 같은 효과를 제공한다.
본 발명은 용융탄산염 연료전지와 고체산화물 연료전지가 연계하여 사용함으로써 용융탄산염 연료전지의 정상상태와 경시변화상태에서도 안정적인 전력을 확보할 수 있는 효과가 있다.
특히, 용융탄산염 연료전지의 경시변화로 인하여 미반응 연료가 증가하는 경우 고체산화물 연료전지의 활용범위를 높여 전체 시스템의 출력을 일정하게 유지해 줄 수 있는 효과가 있다.
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.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
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.
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.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"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.
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.
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.
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.
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.
도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 다단형 연료전지 시스템을 설명하기 위한 블록도이다.
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.
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.
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.
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.
아래 [표 1]은 용융탄산염 연료전지(100)의 연료극 출력단(AO1)에서 배출되는 가스의 조성비율이다.
온도
(℃) 		조성(mole, %)
H2 CO CO2 H2O N2
600~620 9~11 4~6 40~46 39~43 0.1
[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.
온도
(℃) 		조성(mole, %)
CO2 H2O N2 O2
360~380 4~5 17~20 66~69 8~10
[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.
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.
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.
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.
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.
도 2 는 도 1 의 유량조절기(300)를 설명하기 위한 블록도이다.
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.
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.
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.
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.
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.
도 3 은 도 2 의 메인 컨트롤러(1000)의 제어 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
도 4 는 도 1 의 다단형 연료전지 시스템의 상세한 실시예에 따른 블록도이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 다단형 연료전지 시스템의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 블록도이다.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 열교환기

Claims (12)

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. 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.
  10. 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.
  11. 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.

  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 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.

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020031686A (ko) * 2000-10-23 2002-05-03 이종훈 연료전지 발전시스템의 효율 향상 장치 및 방법
KR20180026395A (ko) * 2015-06-05 2018-03-12 퓨얼 셀 에너지, 인크 이산화탄소 포집 어셈블리를 갖는 고효율 연료 전지 시스템 및 방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6835481B2 (en) * 2000-03-29 2004-12-28 Idatech, Llc Fuel cell system with load management
US10361444B2 (en) * 2013-12-31 2019-07-23 General Electric Company Solid-oxide fuel cell systems

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020031686A (ko) * 2000-10-23 2002-05-03 이종훈 연료전지 발전시스템의 효율 향상 장치 및 방법
KR20180026395A (ko) * 2015-06-05 2018-03-12 퓨얼 셀 에너지, 인크 이산화탄소 포집 어셈블리를 갖는 고효율 연료 전지 시스템 및 방법

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