KR100774574B1 - Solid oxide fuel cell power generation system for apu and startup method thereof - Google Patents

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Abstract

A solid oxide fuel cell generation system for an auxiliary power unit of vehicles, and a method for operating the solid oxide fuel cell generation system for an auxiliary power unit are provided to allow a fuel cell generation system to be operated effectively by providing standard operation method. A solid oxide fuel cell generation system comprises a fuel supply part(80); an air supply part(90); a fuel cell stack(20) which is provided with a fuel electrode and an air electrode to generate electricity by the chemical reaction of air and fuel; a reformer(30) which reforms the fuel of the fuel supply part to supply it to the stack; a rear burner(40) which mixes the gas after the reaction from the fuel electrode of the stack and the air from an air electrode and burns the mixture; a composite heat exchanger(50) which preheats the air supplied from the air supply part and receives the heat of the discharged gas; and a plurality of valves(60,61) and pipes which determines the supply direction of the air or reformed gas in a preheating process or the direction of the gas after the reaction from the stack.

Description

보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템과 그 기동방법 {Solid Oxide Fuel Cell Power Generation System for APU and Startup method thereof}Solid Oxide Fuel Cell Power Generation System for APU and Startup method

도 1은 고체산화물 연료전지 시스템의 발전 개념도.1 is a conceptual diagram of power generation of a solid oxide fuel cell system.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템의 개략도.2 is a schematic diagram of a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit according to an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템에 있어서의 고온실의 개략도.3 is a schematic diagram of a high temperature chamber in a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit according to an embodiment of the present invention;

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템에 있어서의 고온실이 시스템으로부터 분리된 개략도.3A is a schematic diagram of a high temperature chamber of a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit according to an embodiment of the present invention separated from the system;

도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템에 있어서의 개질기의 단면절개도.3B is a cross-sectional cutaway view of a reformer in a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit, according to an embodiment of the invention.

도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템에 있어서의 후 연소기의 단면절개도.3C is a cross-sectional cutaway view of a post combustor in a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit according to one embodiment of the invention.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템의 작동방법에 있어서의 1단계 기동 운전 모드 상태도.4 is a state diagram of a one-step start operation mode in a method of operating a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit according to an embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 다른 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템의 작동방법에 있어서의 2단계 및 3단계의 기동 운전 모드 상태도.FIG. 5 is a state diagram of a startup operation mode in two and three stages in a method of operating a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit according to an embodiment of the present invention. FIG.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템의 작동방법에 있어서의 4단계 기동 운전 모드 상태도. 6 is a state diagram of a four-step start operation mode in a method of operating a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit according to an embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 고온실 20 : 연료전지스택10: high temperature room 20: fuel cell stack

21 : 연료극 22 : 공기극21: fuel electrode 22: air electrode

30 : 개질기 31 : 노즐부30: reformer 31: nozzle unit

32 : 부분 산화반응기 33 : 개질기 촉매32: partial oxidation reactor 33: reformer catalyst

34 : 열교환기 35 : 개질기 입구34 heat exchanger 35 reformer inlet

36 : 개질기 출구 40 : 후 연소기36: reformer outlet 40: after combustor

41 : 후 연소기 촉매 42 : 후 연소기 입구41: after-burner catalyst 42: after-burner inlet

43 : 후 연소기 출구 44 : 3차원 혼합구역43: after combustor outlet 44: three-dimensional mixing zone

45 : 후 연소기 열교환기 50 : 복합 열교환기45: after combustor heat exchanger 50: composite heat exchanger

60 : 밸브 61 : 스위칭 밸브60: valve 61: switching valve

62 : 스플리터 70 : 상온실62: splitter 70: room temperature room

80 : 연료공급부 90 : 공기공급부80: fuel supply unit 90: air supply unit

본 발명은 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템과 그 기동방법에 관한 것이다.The present invention relates to a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit and a method of starting the same.

연료전지의 종류에는 사용하는 전해질의 종류에 따라 인산형(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), 용융탄산염형(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물형(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), 고체고분자형(PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 등 크게 네 가지 방식으로 나눌 수 있다. Depending on the type of electrolyte used, the type of fuel cell includes phosphate (PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), molten carbonate (MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), solid oxide type (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), and solid polymer type. (PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)

도 1 은 상기 연료전지 중 고체산화물 연료전지 시스템의 발전 개념도를 나타낸다.1 is a conceptual diagram of power generation of a solid oxide fuel cell system among the fuel cells.

동 도면에서 보는 바와 같이 고체산화물 연료전지는 수소와 산소가 가지고 있는 화학 에너지를 전기화학반응에 의하여 직접 전기 에너지로 변환시키는 것으로서 고효율의 무공해 발전장치로서 공기극(cathode, 22)에는 산소가, 연료극(anode, 21)에는 수소 등이 공급되어 물의 전기분해 역반응으로 전기화학반응이 진행되어 전기를 발생시키는 장치이다.As shown in the figure, a solid oxide fuel cell converts chemical energy of hydrogen and oxygen directly into electrical energy by an electrochemical reaction, and is a high efficiency, pollution-free power generation apparatus. The anode 21 is supplied with hydrogen to generate electricity by electrochemical reaction by reverse electrolysis of water.

고체산화물 연료전지의 작동원리는 공기극에서는 산소의 환원 반응에 의해 생성된 산소이온이 전해질을 통해 연료극으로 이동하여 다시 연료극에 공급된 수소와 반응함으로써 물을 생성하게 되고, 이때, 연료극에서는 전자가 생성되고 공기극에서는 전자가 소모되므로 두 전극을 서로 연결하면 전기가 흐르게 되는 것이다. The operation principle of the solid oxide fuel cell is to produce water by the oxygen ion generated by the reduction reaction of oxygen in the cathode moves to the anode through the electrolyte and reacts with hydrogen supplied to the anode again. In the air electrode, electrons are consumed, so when two electrodes are connected to each other, electricity flows.

한편, 위의 고체산화물 연료전지를 상용화하기 위해 여러 가지 방안들이 제안되고 있는데 이 중 자동차의 동력원으로 사용하는 방법이 제시되고 있다. 자동차의 주 동력원으로 사용되기 위해서는 최대출력 약 50kW가 요구되며 이러한 용량의 연료전지 시스템이 자동차의 엔진룸에 장착되기 위해서는 무게나 부피의 제약이 있고, SOFC에서 보고된 최대출력을 감안하더라고 수십 단의 적층된 스택이 있어야 하므로 상용화에 어려움이 있는 것이 사실이다.Meanwhile, various methods have been proposed to commercialize the solid oxide fuel cell, and a method of using the same as a power source of a vehicle has been proposed. In order to be used as the main power source of a vehicle, a maximum output of about 50 kW is required, and the fuel cell system of this capacity is limited in weight or volume in order to be mounted in the engine room of the vehicle, and even considering the maximum power reported by the SOFC, It is true that there is a difficulty in commercialization since there must be a stacked stack.

그러나 최근에는 이러한 고체산화물 연료전지를 자동차 등의 주 동력원으로 사용하기에 앞서 자동차 보조전원 유닛(APU: Auxiliary Power Unit)으로 활용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 수소를 생성하는 개질기와 전기가 발생하는 연료전지 스택 자체가 매우 상이한 온도에서 작동하며, 복잡한 다중단계의 개질 시스템에 대하여 각 단계마다 열적인 정상상태를 필수적으로 유지시켜줘야 하는 문제점을 갖는 고체고분자 연료전지 대신에 고체산화물 연료전지(SOFC)를 APU용으로 사용하는 시스템에 대하여 관심이 증대하고 있다.In recent years, however, studies have been actively conducted to utilize an Auxiliary Power Unit (APU) before the solid oxide fuel cell is used as a main power source for automobiles. The fuel cell stack itself operates at very different temperatures, and instead of a solid polymer fuel cell (SOFC), which has the problem that it is necessary to maintain a thermal steady state at each stage for a complex multi-stage reforming system. There is a growing interest in systems using APU for APU.

특히, APU 용 SOFC 발전시스템은 운송설비 엔진에 대한 독립적인 조업이 가능하며, 엔진 시동 및 정지시 고효율의 전력을 제공하므로 수송 및 비수송 분야에서 널리 사용될 수 있다.In particular, the SOFC power generation system for APU enables independent operation of the transportation engine, and can be widely used in the transportation and non-transportation fields because it provides high efficiency power at the engine start and stop.

APU용 SOFC 발전 시스템의 장점은 개질 연료를 사용해 오염물질을 적게 방출하고, 냉각 급속시동 및 일시운전을 필히 수반하기 때문에 기동성이 용이하며, 전력 효율성이 높고, 다양한 탄화수소 연료(가솔린, 천연가스, 디젤)를 이용할 수 있다는 것이다. 또한, 다른 일반적인 연료전지에 비해서 황 같은 불순물에 대한 내 구성이 비교적 우수하며, 귀금속 촉매들이 필요하지 않고, 건조한 전해질을 사용하며 세라믹 상태의 전해질에 대해 단위운전이 비교적 간단히 이뤄지고, 자동차 엔진 및 전기적 시스템과는 독립적으로 운전이 가능하다는 것이 그것이다. The advantages of SOFC's power generation system for APU are that it uses less reformed fuel and emits less pollutants, and it is easy to maneuver, power efficient, and various hydrocarbon fuels (gasoline, natural gas, diesel) because it requires cooling fast start and temporary operation. ) Is available. In addition, it has a relatively good durability against impurities such as sulfur, compared to other general fuel cells, does not require precious metal catalysts, uses dry electrolytes, and relatively simple unit operation for ceramic electrolytes, automotive engines and electrical systems. That is, it is possible to drive independently.

그리고 APU 용 SOFC 발전시스템의 핵심 기술인 SOFC는 종래의 다른 연료전지에 비해 복잡한 외부 개질 시스템이 필요 없으며, 백금 등의 귀금속 전극촉매를 사용하지 않고, 액상전해질에 의한 부식문제가 발생하지 않는 등, 저온형 연료전지에서 발생되는 여러 가지 운전상의 문제점을 최소화시킬 수 있으며 전기발전온도는 500℃이상에서 이루어지고 적절한 단열을 통해 운전온도 유지가 가능할 뿐 아니라 다양한 연료를 사용할 수 있으며 운전온도 범위가 넓다는 장점 또한 가지고 있다.SOFC, the core technology of SOFC power generation system for APU, does not need complicated external reforming system compared to other fuel cells, does not use precious metal electrode catalyst such as platinum, and does not cause corrosion problems due to liquid electrolyte. It can minimize various operational problems that occur in the type fuel cell, and the electricity generation temperature is higher than 500 ℃, and it is possible to maintain the operating temperature through proper insulation, use various fuels, and have a wide operating temperature range. Also have.

그러나 이러한 다양한 장점을 갖고 있는 반면에 대부분의 구성요소들이 세라믹과 고온 금속소재로 구성되어 있고, 고온에서 운전되는 새로운 전기 화학적 발전 기술이기 때문에 전극, 전해질, 연결재 등의 구성요소 및 전지의 설계요소와 관련되어 여러 가지 기술적인 문제점을 안고 있다. However, while having these various advantages, most of the components are composed of ceramics and high-temperature metal materials, and because they are new electrochemical power generation technology operating at high temperatures, components of electrodes, electrolytes, connecting materials, etc. There are several technical problems involved.

특히, 고체산화물 연료전지는 수용액을 전해질로 사용하는 저온형 연료전지인 인산형, 용융탄산염에 존재하는 부식문제, 고가 촉매, 전해질 제어, 개질기 도입 등의 단점 또한 존재하고 있다.In particular, the solid oxide fuel cell also has disadvantages such as phosphoric acid type, a low temperature fuel cell using an aqueous solution as an electrolyte, corrosion problems present in molten carbonate, expensive catalysts, electrolyte control, and reformer introduction.

그리하여 현재는 구성요소의 대부분이 세라믹으로 이루어져 있고 섭씨 700-1000℃의 고온에서 작동되는 고체산화물 연료전지의 특성으로 인한 재료 간의 반응문제, 신소재 개발, 전극특성 향상, 스택 제조, 내열 부품 개발 및 운전시험 평가 등에 대해 연구가 이루어지고 있다.As a result, reactions between materials due to the characteristics of solid oxide fuel cells, which are composed mostly of ceramics and operate at high temperatures of 700-1000 ° C, new materials development, electrode characteristics, stack manufacturing, heat-resistant components development and operation Research is being done on trial evaluation.

본 발명은 초기 기동 능력이 향상된 보조전원용 고체산화물 연료전지를 이용한 발전시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.It is an object of the present invention to provide a power generation system using a solid oxide fuel cell for an auxiliary power source with improved initial starting capability.

또한, 외부에서 별도로 공급되는 열원없이 독립적으로 냉간 기동이 가능한 시스템을 구축하는 것을 목적으로 한다.In addition, it is an object to build a system that can be cold start independently without a heat source supplied from the outside.

그리고 고체산화물 연료전지 발전 시스템을 기동시키기 위하여 개질기 예열, 연료전지 스택 예열을 통한 순차적인 발전 단계를 제공하는 것을 목적으로 한다.And to provide a sequential power generation step through the reformer preheating, fuel cell stack preheating to start the solid oxide fuel cell power generation system.

본 발명은 순간 기동성이 좋은 APU용의 SOFC 발전 시스템을 구현하기 위하여 기동시 순차적으로 수행되는 4단계의 운전 모드에 의한 작동방법과 이를 위한 발전시스템에 대한 것이다.The present invention relates to an operation method by a four-step operation mode that is sequentially performed at startup and to a power generation system for implementing the SOFC power generation system for APU having good instantaneous maneuverability.

본 발명은 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템에 있어서,The present invention provides a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power supply unit.

연료용 가스를 공급하기 위한 연료공급부, 공기를 공급하기 위한 공기공급부, 개질된 가스가 공급되는 연료극과 공기가 공급되는 공기극을 구비하며 공기와 연료의 화학반응으로 전기를 발생시키는 연료전지 스택, 상기 연료공급부로부터 연료를 공급받아 연료전지 스택의 연료극에서 사용되는 연료를 개질시켜 주는 개질기, 상기 연료전지 스택의 연료극에서 나오는 반응 후 가스를 공기극에서 나오는 공기와 혼합하여 연소시키기 위한 후 연소기, 상기 공기공급부로부터 공급되는 공 기를 예열시키고 배출되는 배출 가스의 열을 전달받는 등 시스템 내에서의 열교환을 수행하는 복합 열교환기, 개질기 예열단계에서의 공기의 공급 방향 및 개질기 출구에서 나오는 개질된 가스의 공급 방향을 결정하여 주거나 스택으로부터 나온 반응 후 가스의 방향을 결정하여 주는 복수개의 밸브 및 배관을 포함하여 구성되는 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템에 관한 것이다.A fuel cell stack including a fuel supply unit for supplying a gas for fuel, an air supply unit for supplying air, a fuel electrode for supplying a reformed gas, and an air supply electrode for supplying air, and generate electricity by chemical reaction between air and fuel, wherein A reformer for reforming the fuel used in the anode of the fuel cell stack by receiving fuel from a fuel supply unit, a post combustor for mixing and combusting the gas after the reaction from the anode of the fuel cell stack with the air from the cathode, the air supply unit The complex heat exchanger that performs heat exchange in the system, such as preheating the air supplied from the air and receiving the heat of the exhaust gas discharged from the system, supplying air in the reformer preheating stage, and supplying the reformed gas from the reformer outlet. Determine the direction of the gas after reaction or from the stack It relates to auxiliary power units for a solid oxide fuel cell power system which comprises a plurality of valves and piping to give crystals.

상기 개질기는 예열된 공기통로와 연료의 공급통로 및 연료극 반응 후 가스통로를 포함하는 입구 역할을 하는 노즐부, 촉매를 구비하는 부분 산화반응기, 자체 열교환기 및 개질된 가스가 연료전지 스택의 연료극으로 도달할 수 있는 출구를 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 노즐부는 3중관의 형태를 가지되 가장 안쪽에서는 예열된 공기가 공급되고 그 둘레로 연료가 환상액막의 형태로 공급되며 공기의 유속이 연료의 유속보다 빠르게 하여 노즐출구에서 형성되는 연료의 환상액막을 깨뜨려서 작은 액적으로 분해시키고, 연료극에서 발생되는 반응 후 가스는 대부분 후연소기(after burner)로 유입되나 일부(1/3 정도)가 가장 바깥 둘레인 반응 후 가스통로를 통해 부분 산화반응기로 재공급되는 형태인 것으로 구성된다.The reformer includes a nozzle unit serving as an inlet including a preheated air passage, a fuel supply passage, and a gas passage after the reaction of the anode, a partial oxidation reactor including a catalyst, a self-heat exchanger, and a reformed gas as the anode of the fuel cell stack. It can be configured to include an outlet that can be reached, wherein the nozzle portion has the form of a triple tube, the innermost is supplied with preheated air, the fuel is supplied in the form of an annular liquid membrane around the air flow rate of the fuel It breaks the annular liquid film formed at the nozzle outlet at a faster flow rate and breaks it into small droplets. After the reaction, most of the gas generated from the anode flows into the after burner, but a part (about one third) is the outermost. It is configured to be fed back to the partial oxidation reactor through the gas passage after the circumferential reaction.

또한, 상기 후 연소기는 스택에서 나오는 반응후 가스 및 미반응된 연료와 공기극에서 나온 공기가 촉매에 도달하기 전에 연소되는 현상을 막기 위해 잘 혼합하기 위한 3차원 혼합구역과 내부에 촉매가 입혀진 세라믹 허니컴과 연소후 가스를 복합 교환기로 유출 할 수 있는 출구를 포함하여 구성된다.In addition, the post combustor is a three-dimensional mixing zone and a catalyst-coated ceramic honeycomb inside to mix well to prevent the combustion of post-reacted gas and unreacted fuel and air from the cathode before reaching the catalyst. It is configured to include an outlet for outflow of gas after overcombustion to a complex exchanger.

본 발명에 의한 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템은 그 기동 방법에 있어서, In the solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power supply unit according to the present invention,

고온의 공기로 개질기를 예열하는 개질기 예열단계(제 1 단계); 개질기 연료공급을 통한 개질기 작동단계(제 2 단계); 후 연소기에 개질된 가스 공급을 통한 후 연소기 작동 및 예열된 공기를 이용한 연료전지 스택 예열단계(제 3 단계); 및 개질된 가스를 스위칭 밸브를 거쳐 연료전지 스택으로 공급하고 예열된 공기를 연료전지 스택으로 공급하는 운전단계(제 4 단계); 를 포함하는 기동방법에 관한 것이다.A reformer preheating step (first step) of preheating the reformer with hot air; Reformer operation step (second step) through reformer fuel supply; A fuel cell stack preheating step (3rd step) using afterburner operation and preheated air through a reformed gas supply to the afterburner; And a fourth step of supplying the reformed gas to the fuel cell stack via the switching valve and supplying the preheated air to the fuel cell stack. It relates to a starting method comprising a.

여기에서, 상기 개질기 예열단계(제 1 단계)에는 개질기를 예열한 고온의 공기가 스위칭밸브와 복합 열교환기를 거쳐 후 연소기를 통과하여 배출됨으로써 후 연소기를 예열하는 단계; 를 더 포함할 수 있으며, 상기 개질기 연료공급을 통한 개질기 작동단계(제 2 단계)에는 상기 개질된 가스가 복합 열교환기(34)를 통과한 후 후 연소기로 이동하는 단계; 를 더 포함하는 것 또한 가능하다.Here, the reformer preheating step (first step) is a step of preheating the after-burner by the hot air preheating the reformer is discharged through the after-combustor through the switching valve and the composite heat exchanger; The reformer operation step (second step) through the reformer fuel supply may further include a step of moving the reformed gas to a combustor after passing the reformed gas through a complex heat exchanger (34); It is also possible to include more.

그리고 연료전지 스택 예열단계(제 3 단계)는 공기공급부로부터 공급된 공기가 열교환기와 밸브를 거쳐 연료전지 스택으로 전달되어 연료전지 스택을 예열시키는 것을 특징으로 하는 기동방법 또한 가능하다.In the fuel cell stack preheating step (third step), the air supplied from the air supply unit is transferred to the fuel cell stack through the heat exchanger and the valve, and thus the starting method may be preheated.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템의 개략도를 나타낸다.2 is a schematic view of a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit according to an embodiment of the present invention.

동 도면에서 보는 바와 같이 연료전지 스택(20)의 연료극에는 개질된 가스가, 공기극에는 공기가 공급되는데 개질된 가스는 개질기(30)를 통과하여 스택(20)으로 들어오게 된다.As shown in the figure, the reformed gas is supplied to the fuel electrode of the fuel cell stack 20 and air is supplied to the cathode, and the reformed gas passes through the reformer 30 and enters the stack 20.

그러나 연료가 개질되기 위해서는 개질기(30)가 적정온도 이상이 되어야 하므로 이를 위해 먼저 개질기(30)를 고온의 공기로서 예열시켜야 하며 이는 공기가 전기 가열식 예열기를 통해 예열된 후 개질기(30)를 통과하게 됨으로써 가능하게 된다.However, in order for the fuel to be reformed, the reformer 30 must be above an appropriate temperature, so for this purpose, the reformer 30 must first be preheated as hot air, and the air is preheated through the electric heating preheater and then passed through the reformer 30. By doing so, it becomes possible.

연료전지 스택(20)에 개질기(30)를 통한 개질된 가스와 예열된 공기가 투입됨으로써 비로소 발전이 가능하게 되며 이의 원리는 앞에서 설명한 바와 같다. 연료전지 스택(20)의 연료극에서 나오는 반응 후 가스는 반응에 참여하지 못한 연료 및 연료전지 반응후 가스 및 수증기 성분이 포함되어 있으며 이들은 대부분 후연소기로 유입되어 연소반응에 참가하나 일부(1/3정도)는 다시 개질기 입구(35)로 보내져 개질반응에 참가한 후 다시 스택(20)으로 보내어 줄 수 있어 개질촉매 보호 및 연료전지의 전환율 증가를 통한 효율의 향상을 기대할 수 있다.Since the reformed gas and the preheated air are introduced into the fuel cell stack 20 through the reformer 30, power generation is possible, and the principle thereof is as described above. The post-reaction gas from the fuel electrode of the fuel cell stack 20 includes fuels that do not participate in the reaction, and gas and water vapor components after the reaction of the fuel cell. Most of these are introduced into the post-combustor to participate in the combustion reaction. Degree) can be sent back to the reformer inlet 35 to participate in the reforming reaction and then sent back to the stack 20 can be expected to improve the efficiency through the reforming catalyst protection and the conversion rate of the fuel cell.

또한, 이 중 나머지 일부는 공기극 연소 후 가스와 혼합되어 후 연소기(40)에서 연소시킨 다음 열을 회수한 후 내보내게 된다. In addition, the remaining part of the mixture is mixed with the gas after the cathode combustion, is burned in the post-combustor 40, and then the heat is recovered and then sent out.

상기 연료와 공기의 공급 방향의 전환은 밸브(60)에 의해 가능하며 이는 스위칭 밸브(61)와 스플리터(62)에 의해 한 방향 또는 두 방향으로 보내어 줄 수 있다.The switching of the fuel and air supply direction is possible by the valve 60, which can be sent in one or two directions by the switching valve 61 and the splitter 62.

도 3 및 도3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템에 있어서의 고온실 시스템 내에서의 분리 전과 분리 후의 개략도를, 도 3b 및 도 3c는 개질기 및 후 연소기의 단면절개도를 각 나타낸다.3 and 3A are schematic diagrams before and after separation in a high temperature chamber system in a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 3B and 3C are reformers and post-combustors. The cross-sectional incision of each is shown.

동 도면에서 보는 바와 같이 연료전지 스택(stack, 20), 개질기(reformer, 30), 후 연소기(after bunner, 40), 복합 열교환기(heat exchanger, 50)는 시스템의 고온실(hot box, 10) 내부에 배치되며 상기 고온실(10)과 밀착하여 연료펌프, 에어 콤프레샤, 배터리, 콘트롤러 등이 상온실(cool box, 70)에 배치될 수 있다.As shown in the figure, the fuel cell stack 20, the reformer 30, the after bunner 40 and the heat exchanger 50 are connected to the hot box 10 of the system. The fuel pump, the air compressor, the battery, the controller, and the like may be disposed in the room temperature chamber (cool box) 70 in close contact with the high temperature chamber 10.

상기 고온실(10)에 장착되는 연료전지 스택(20)은 고체산화물 연료전지를 적층시켜놓은 것으로 각 연료전지의 공기극(22)에는 공기가, 연료극(21)에는 개질된 가스를 흘려 궁극적으로 전기를 발생시킬 수 있는 것이다.The fuel cell stack 20 mounted in the high temperature chamber 10 is a stack of solid oxide fuel cells, in which air flows to the cathode 22 of each fuel cell, and a reformed gas flows to the anode 21. Can be generated.

도 3b에 도시되어 있는 개질기(30)는 세부적으로는 연료와 공기의 공급 및 분사를 위한 노즐부(31)와 부분 산화반응기(32) 그리고 자체 열교환기(34) 3부분으로 이루어진다. 특히 노즐부(31)는 열교환기에서 예열된 공기를 이용하여 연료를 분무하면서 연료전지 스택(20)으로부터 배출된 반응 후 가스와 잘 혼합될 수 있도록 하기 위한 형상으로 구성된다. 즉, 노즐부(31)의 전체적인 형상은 3중관의 형태를 가지며, 가장 안쪽에서 예열된 공기가 공급되고 그 둘레로부터 연료가 환상 액막의 형태로 공급되도록 한다. 그리고 연료극(21)에서 배출되는 반응 후 가스의 통로는 가장 마지막 둘레로써 부분 산화반응기(32)로 직접 공급되는 형태로 한다. 부분 산화반응기(32)는 촉매(33)를 이용하여 연료를 개질시키는 구조로서 도면상의 개질기(30) 내부에 위치된 것을 말한다. 개질된 가스는 개질기(30) 자체의 열교환 기(50)를 통과하면서 데워진 상태로 스택(20)에 공급될 수 있다.The reformer 30 shown in FIG. 3B is specifically composed of a nozzle part 31, a partial oxidation reactor 32, and three parts of a heat exchanger 34 for supplying and injecting fuel and air. In particular, the nozzle unit 31 is configured in such a way as to be able to mix well with the gas after the reaction discharged from the fuel cell stack 20 while spraying fuel using the air preheated in the heat exchanger. That is, the overall shape of the nozzle part 31 has the form of a triple tube, and the preheated air is supplied from the innermost side, and the fuel is supplied in the form of the annular liquid film from the periphery thereof. And the passage of the gas after the reaction discharged from the anode 21 is in the form of being supplied directly to the partial oxidation reactor 32 as the last circumference. The partial oxidation reactor 32 is a structure for reforming fuel using the catalyst 33 and refers to a position located inside the reformer 30 in the drawing. The reformed gas may be supplied to the stack 20 in a warmed state while passing through the heat exchanger 50 of the reformer 30 itself.

본 발명에 의한 보조전원 유닛용 연료전지 시스템에 있어서의 실례를 들면, 1kW 급의 디젤의 전환율을 99%, 수소 선택도를 85%로 가정하면 필요한 C16H34의 양은 0.914 liter/hr이며 이때 필요한 공기의 양은 2662 liter/hr이다. 노즐에서 공기의 유속이 연료의 유속보다 매우 빠르게 설계하여 이러한 급격한 속도 차로 인해 노즐 출구에서 형성되는 연료의 환상 액막을 깨뜨려서 작은 액적으로 분해 되도록 한다.For example, in the fuel cell system for an auxiliary power unit according to the present invention, assuming that the conversion rate of 1 kW diesel is 99% and the hydrogen selectivity is 85%, the amount of C 16 H 34 required is 0.914 liter / hr. The amount of air required is 2662 liters / hr. The flow rate of air at the nozzle is designed to be much faster than the flow rate of the fuel, which causes the rapid difference in velocity to break up the annular liquid film of the fuel formed at the nozzle exit and break it into small droplets.

도 3c에 도시되어 있는 후 연소기(40)는 연료전지의 연료극(21)에서 나오는 반응 후 가스 및 미반응된 연료를 공기극(22)에서 나오는 반응 후 가스와 혼합하여 연소시키기 위한 것으로서 후 연소기의 입구(42) 바로 하단에 독립된 3차원 혼합구역(44)을 마련하고 상기 3차원 혼합구역(44)에서 공기극(22)/연료극(21) 으로부터 반응 후 가스 및 미반응된 연료와 공기극에서 나온 공기가 촉매에 도달하기 전에 일부 연소되는 현상을 막기 위해 잘 혼합하기 위한 3차원적으로 분출/혼합되는 구조이다. 연료극(21)으로부터 나온 반응 후 가스와 공기극(22)에나온 반응후 공기가 직교적으로 만나면서 강한 혼합 유동이 3차원적으로 일어나 혼합이 매우 양호한 구조로 한다. 그리고 부분 산화반응기를 구비하는데 산화반응을 위해서 Pt-Pd 촉매(41)가 입혀진 세라믹 허니컴을 사용하는 것이 가능하다. 상기 부분 산화반응기에서 연소된 가스는 연소기 출구(43)를 통해 복합 열교환기(50)를 거쳐 배출된다. 상기 열교환기(50)는 연료전지 스택의 공기극(22)으로 공급되는 공기를 예열하는데 사용된다. The post-combustor 40 shown in FIG. 3c is for mixing and burning the post-reaction gas and unreacted fuel from the anode 21 of the fuel cell with the post-reaction gas from the cathode 22. (42) An independent three-dimensional mixing zone 44 is provided immediately below, and after the reaction from the cathode 22 / fuel electrode 21 in the three-dimensional mixing zone 44, the gas and unreacted fuel and air from the cathode are It is a three-dimensional spraying / mixing structure for mixing well to prevent some burning phenomenon before reaching the catalyst. After the reaction from the fuel electrode 21, the gas and the reaction after the reaction from the air electrode 22 are orthogonal to each other, and a strong mixing flow occurs in three dimensions, so that the mixing is very good. And it is possible to use a ceramic honeycomb coated with Pt-Pd catalyst 41 for the oxidation reaction, provided with a partial oxidation reactor. Gas combusted in the partial oxidation reactor is discharged through the combustor heat exchanger (50) through the combustor outlet (43). The heat exchanger 50 is used to preheat the air supplied to the cathode 22 of the fuel cell stack.

도 3 및 도 3a의 고온실에 배치되어 있는 복합 열교환기(50)는 공기공급부(90)로부터 공급되는 공기를 예열시키고, 배출되는 배출가스의 열을 전달받는 등 시스템 내에서의 전체적인 열교환을 수행하는 역할을 한다. 즉, 최초 예열기에 의해 예열된 공기로부터 열을 전달받은 이후로는 예열된 공기에 의한 개질기 예열이 필요로 하지 않는 시스템의 운용이 가능해지게 된다.The composite heat exchanger 50 disposed in the high temperature chamber of FIGS. 3 and 3A preheats the air supplied from the air supply unit 90 and receives the heat of the exhaust gas discharged to perform overall heat exchange in the system. It plays a role. That is, after receiving heat from the air preheated by the first preheater, it becomes possible to operate a system that does not require the reformer preheating by the preheated air.

밸브(60)는 개질기 출구(36)에서 나오는 개질된 가스 및 공기의 공급을 원활하게 절환시킬 수 있는 스위칭 밸브(61)와 복합 열교환기(50) 및 스택(20)으로부터 나오는 공기 및 반응 후 가스의 방향을 한 방향 또는 양 방향으로 보내어 줄 수 있는 스플리터(62)로 구성되어진다. 또한 공기와 연료의 공급통로인 배관이 구비되어 있다.The valve 60 is a switching valve 61 and air from the composite heat exchanger 50 and the stack 20 and post-reaction gas which can smoothly switch the supply of the reformed gas and air coming from the reformer outlet 36. It is composed of a splitter 62 that can send the direction of in one or both directions. In addition, a pipe that is a supply passage of air and fuel is provided.

상기 고온실(10)에 구비되어 있는 연료전지 스택(stack)(20), 개질기(30)(reformer), 후 연소기(after burner)(40), 복합 열교환기(50)(heat exchanger)는 도 3a에서 보는 바와 같이 일체형으로 구성하여 장치의 구성에 편의성을 추구할 수 있다.The fuel cell stack 20, the reformer 30, the after burner 40, and the composite heat exchanger 50 provided in the high temperature chamber 10 are illustrated in FIG. As shown in 3a, it is possible to pursue convenience in the configuration of the device by configuring in one piece.

이하에서는 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템에 있어서의 기동방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, the starting method in the solid oxide fuel cell power generation system for the auxiliary power supply unit will be described in detail.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템의 작동방법에 있어서의 1단계 기동 운전 모드 상태도를 나타낸다.FIG. 4 is a state diagram showing a one-step start operation mode in a method of operating a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit according to an embodiment of the present invention.

동 도면에서 보는 바와 같이 에어 콤프레샤를 통해 유입된 공기는 예열기에 의해 데워진 다음 복합 열교환기(50)를 통과한 후 개질기(30)를 예열시킨다. 예열기로는 개질기(30) 내부의 히터와 개질기(30) 외부의 예열기를 사용한다. 개질기(30) 내부의 히터로 EHC(Electric Heating Catalyst), 개질기(30) 외부의 예열기로 전기 히터가 사용될 수 있으며, 그 밖의 공지된 히터나 열원도 히터로 사용될 수 있음은 물론이다.As shown in the figure, the air introduced through the air compressor is warmed by a preheater and then passed through the composite heat exchanger 50 to preheat the reformer 30. As the preheater, a heater inside the reformer 30 and a preheater outside the reformer 30 are used. As a heater inside the reformer 30, an electric heater may be used as an EHC (Electric Heating Catalyst), a preheater outside the reformer 30, and other well-known heaters or heat sources may be used as a heater.

도면에서 실선으로 표시된 부분만이 활성화된 상태를 나타내며 점선으로 표시된 부분은 비활성 상태를 나타낸다.Only portions indicated by solid lines in the drawing indicate an activated state and portions indicated by dotted lines indicate inactive states.

상기 1단계 기동 운전 모드에서는 연료 공급은 행하지 않으며, 공기공급부(90)를 통하여 공급된 공기를 예열기에서 예열한 후, 복합 열교환기(50)로 공급하며, 복합 열교환기(50)를 통과한 공기는 개질기(30)로 유입되어 개질기(30)를 예열시킨 후, 다시금 복합 열교환기(50)를 통과한 후 후 연소기(40)를 통과하며, 이후 다시금 복합 열교환기(50)를 통과하여 외부로 배출된다.In the first stage start-up operation mode, fuel is not supplied, and the air supplied through the air supply unit 90 is preheated in the preheater, and then supplied to the composite heat exchanger 50, and the air passed through the composite heat exchanger 50. Is introduced into the reformer 30 to preheat the reformer 30, and then again passes through the composite heat exchanger 50 and then passes through the combustor 40, and then again passes through the composite heat exchanger 50 to the outside. Discharged.

상기 예열된 공기가 개질기(30)를 통과한 후 복합 열교환기(50)의 방향으로 갈 수 있도록 스위칭 밸브(61)의 위치를 조절토록 한다.After the preheated air passes through the reformer 30, the position of the switching valve 61 may be adjusted to go in the direction of the composite heat exchanger 50.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 다른 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템의 작동방법에 있어서의 2단계 및 3단계의 기동 운전 모드 상태도를 나타낸다.FIG. 5 shows a state diagram of a start operation mode in two and three stages in the method of operating a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit according to an embodiment of the present invention.

동 도면에서 보는 바와 같이 2단계 기동 운전 모드에서는 연료의 공급이 추 가되나 아직 개질된 가스가 스택(20)에 공급되어 정상적인 운전을 하는 상태의 단계는 아니다. 상기 2단계 모드에서는 연료공급을 행하여 개질기(30)에 연료를 유입시켜 개질기(30)를 가동시킨다. 상기 개질된 가스는 복합 열교환기(50)를 거쳐 후 연소기(40)로 공급된다. 공기공급부(90)에서 공급된 공기는 2개의 라인으로 분기시켜 일부는 복합 열교환기(50)를 거쳐 개질기(30)로 유입되게 하여 개질기(30) 온도를 유지한다.As shown in the figure, the fuel supply is added in the two-stage start-up operation mode, but the reformed gas is not supplied to the stack 20 to operate normally. In the two-stage mode, fuel is supplied to introduce fuel into the reformer 30 to operate the reformer 30. The reformed gas is fed to the combustor 40 via the composite heat exchanger 50. The air supplied from the air supply unit 90 branches into two lines so that a part of the air is introduced into the reformer 30 through the composite heat exchanger 50 to maintain the reformer 30 temperature.

3단계 기동 운전 모드에서는 상기 복합 열교환기(50)를 통과한 분기된 공기 중 일부를 스택(20)으로 보내어 예열을 시키고 개질기 출구(36)에서 나오는 개질된 가스를 후 연소기(40)로 보내어 후 연소기(40)를 작동시키게 된다. 이를 위해서는 개질기 출구(36)에 위치한 스위칭 밸브(61)는 스택(20)방향이 아닌 복합 열교환기(50) 방향으로 개질된 가스를 보내도록 조절한다.In the three-stage start-up operation mode, a part of the branched air passing through the composite heat exchanger 50 is sent to the stack 20 for preheating, and the reformed gas from the reformer outlet 36 is sent to the post combustor 40 and then The combustor 40 is operated. To this end, the switching valve 61 located at the reformer outlet 36 adjusts to send the reformed gas in the direction of the composite heat exchanger 50 rather than in the stack 20 direction.

즉, 2단계 및 3단계 기동 운전 모드에서는 개질기(30)에 연료를 공급하여 개질기(30)를 작동시키며(2단계), 후 연소기(40)를 작동시키나(3단계), 1단계와는 달리 예열기 등을 작동시킬 필요는 없다. 또한, 2-3단계의 시차는 2분 정도이다. That is, in the two-stage and three-stage start-up operation mode, the reformer 30 is operated by supplying fuel to the reformer 30 (step 2), and the after-burner 40 is operated (step 3). It is not necessary to operate the preheater, etc. In addition, the time difference of 2-3 steps is about 2 minutes.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템의 작동방법에 있어서의 4단계 기동 운전 모드 상태도를 나타낸다.FIG. 6 is a state diagram showing a four-step start operation mode in a method of operating a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit according to an embodiment of the present invention.

상기 4단계 운전 모드는 연료전지 스택(20)의 내부 온도가 650~700도 정도까지 예열된 이후에 작동되는 모드이며, 본 발명의 APU용 SOFC 발전 시스템이 정상적으로 운전되는 상태이다.The four-stage operation mode is a mode in which the internal temperature of the fuel cell stack 20 is preheated to about 650 to 700 degrees, and the SOFC power generation system for the APU of the present invention is normally operated.

동 도면에서 보는 바와 같이, 4단계 운전 모드는 2단계 및 3단계에서 복합 열교환기(50)를 거쳐 후 연소기(40)로 공급하였던 개질된 가스를 스위칭밸브(61)를 거쳐 연료전지 스택(20)으로 공급한다. 연료전지 내에서는 유입된 개질 연료와 공기가 반응하여 발전이 일어나고, 생성된 수증기와 반응 후 가스 중 일부는 분기되어 개질기(30)로 다시 돌아가고, 분기된 나머지 반응 후 가스는 후 연소기(40)로 유입되어 연소된 후 복합 열교환기(50)를 거쳐 배기부로 배출된다.As shown in the figure, the four-stage operation mode is the fuel cell stack 20 through the switching valve 61 to the reformed gas supplied to the combustor 40 after the complex heat exchanger 50 in the second and third stages ). In the fuel cell, the generated reformed fuel and air react with each other to generate power, and some of the generated water vapor and the reacted gas are branched back to the reformer 30, and the branched gas is reacted with the post combustor 40. After being introduced and burned, it is discharged to the exhaust unit through the composite heat exchanger (50).

이로써, 연료전지에 개질된 가스가 공급되어 개질기(30)가 정상적으로 작동되면서 발전이 이루어지게 된다.As a result, the reformed gas is supplied to the fuel cell so that the reformer 30 operates normally to generate power.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템과 그 기동방법의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.What has been described above is only an embodiment of a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit and a method of starting the same according to the present invention, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, and is claimed in the following claims. As described above, any person having ordinary knowledge in the field of the present invention without departing from the gist of the present invention will have the technical idea of the present invention to the extent that various modifications can be made.

본 발명에 의하게 되면 자동차의 보조전원용으로 사용가능한 고체산화물 연료전지를 제공할 수 있게 되어 냉간 기동이 가능한 시스템의 제공이 가능하게 된다.According to the present invention it is possible to provide a solid oxide fuel cell that can be used for the auxiliary power source of the vehicle it is possible to provide a system capable of cold starting.

또한, 보조전원용 고체산화물 연료전지를 기동함에 있어 표준적인 기동방법 을 제공함으로써 효율적으로 연료전지 발전시스템을 사용할 수 있는 운전방법을 제공할 수 있다.In addition, by providing a standard starting method for starting a solid oxide fuel cell for an auxiliary power supply, it is possible to provide an operation method that can efficiently use a fuel cell power generation system.

Claims (9)

연료용 가스를 공급하기 위한 연료공급부, 공기를 공급하기 위한 공기공급부, 개질된 가스가 공급되는 연료극과 공기가 공급되는 공기극을 구비하며 공기와 연료의 화학반응으로 전기를 발생시키는 연료전지 스택, 상기 연료공급부로부터 연료를 공급받아 연료전지 스택의 연료극에서 사용될 수 있는 연료를 개질시켜 주는 개질기, 상기 연료전지 스택의 연료극에서 나오는 반응 후 가스를 공기극에서 나오는 공기와 혼합하여 연소시키기 위한 후 연소기, 상기 공기공급부로부터 공급되는 공기를 예열시키고 배출되는 배출가스의 열을 전달받는 등 시스템 내에서의 열교환을 수행하는 복합 열교환기, 개질기 예열단계에서의 공기의 공급 방향 및 개질기 출구에서 나오는 개질된 가스의 공급 방향을 결정하여 주거나 스택으로부터 나온 반응 후 가스의 방향을 결정하여 주는 복수개의 밸브 및 배관을 포함하여 구성되는 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템.A fuel cell stack including a fuel supply unit for supplying a gas for fuel, an air supply unit for supplying air, a fuel electrode for supplying a reformed gas, and an air supply electrode for supplying air, and generate electricity by chemical reaction between air and fuel, wherein A reformer that receives fuel from a fuel supply unit and reforms a fuel that can be used at the anode of the fuel cell stack, and a post combustor for mixing and combusting the gas after the reaction from the anode of the fuel cell stack with the air from the cathode. Complex heat exchanger which performs heat exchange in the system such as preheating the air supplied from the supply unit and receiving the heat of discharged exhaust gas, supply direction of air in the reformer preheating stage, and supply direction of reformed gas from the reformer outlet Of the gas after reaction or from the stack Auxiliary power unit for a solid oxide fuel cell power system which comprises a plurality of valves and piping to determine the flavor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 개질기는 예열된 공기통로와 연료의 공급통로 및 연료극 반응 후 가스통로를 포함하는 입구 역할을 하는 노즐부, 촉매를 구비하는 부분 산화반응기, 자체 열교환기 및 개질된 가스가 연료전지 스택의 연료극으로 도달할 수 있는 출구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전 시스템.The reformer includes a nozzle unit serving as an inlet including a preheated air passage, a fuel supply passage, and a gas passage after the reaction of the anode, a partial oxidation reactor including a catalyst, a self-heat exchanger, and a reformed gas as the anode of the fuel cell stack. A solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit, characterized in that it comprises an outlet which can be reached. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 노즐부는 3중관의 형태를 가지되 가장 안쪽에서는 예열된 공기가 공급되고 그 둘레로 연료가 환상액막의 형태로 공급되며 공기의 유속이 연료의 유속보다 빠르게 하여 노즐출구에서 형성되는 연료의 환상액막을 깨뜨려서 작은 액적으로 분해시키고, 연료극에서 발생되는 반응 후 가스는 대부분 후연소기(after burner)로 유입되나 일부(1/3 정도)가 가장 바깥 둘레인 반응 후 가스통로를 통해 부분 산화반응기로 재공급되는 형태인 것을 특징으로 하는 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템.The nozzle portion has the form of a triple tube, the innermost preheated air is supplied, the fuel is supplied in the form of an annular liquid film around the annular liquid film of fuel formed at the nozzle outlet because the flow rate of air is faster than the flow rate of the fuel To break it into small droplets, and most of the post-reaction gas from the anode flows into the after burner, but is partially (about one third) recirculated to the partial oxidation reactor through the gas passage after the reaction, which is the outermost circumference. A solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit, characterized in that the supply form. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 후 연소기는 스택에서 나오는 반응후 가스 및 미반응된 연료와 공기극에서 나온 공기가 촉매에 도달하기 전에 연소되는 현상을 막기 위해 잘 혼합하기 위한 3차원 혼합구역과 내부에 촉매가 입혀진 세라믹 허니컴과 연소후 가스를 복합열교환기로 유출 할 수 있는 출구를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템.The post combustor is combusted with a three-dimensional mixing zone and a catalyst-coated ceramic honeycomb to mix well to prevent the combustion of post-reacted gas and unreacted fuel and air from the cathode before reaching the catalyst. A solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit, characterized in that it comprises an outlet for outgoing gas to the complex heat exchanger. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 연료전지 스택, 개질기, 후 연소기 및 복합 열교환기는 일체형으로 구성된 것을 특징으로 하는 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템.A fuel cell stack, a reformer, a post combustor and a complex heat exchanger are integrally formed. The solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit. 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템의 기동방법에 있어서, In the method of starting a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power supply unit, 고온의 공기로 개질기를 예열하는 개질기 예열단계(제 1단계); 개질기 연료공급을 통한 개질기 작동단계(제 2 단계); 후 연소기에 개질된 가스 공급을 통한 후 연소기 작동 및 예열된 공기를 이용한 연료전지 스택 예열단계(제 3 단계); 및 개질된 가스를 스위칭 밸브를 거쳐 연료전지 스택으로 공급하고 예열된 공기를 연료전지 스택으로 공급하는 운전단계(제 4 단계); A reformer preheating step (first step) of preheating the reformer with hot air; Reformer operation step (second step) through reformer fuel supply; A fuel cell stack preheating step (3rd step) using afterburner operation and preheated air through a reformed gas supply to the afterburner; And a fourth step of supplying the reformed gas to the fuel cell stack via the switching valve and supplying the preheated air to the fuel cell stack. 를 포함하는 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템의 기동방법.Method of starting a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power supply unit comprising a. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 개질기 예열단계(제 1 단계)에는 개질기를 예열한 고온의 공기가 스위칭밸브와 복합 열교환기를 거쳐 후 연소기를 통과하여 배출됨으로써 후 연소기를 예열하는 단계;The reformer preheating step (first step) includes a step of preheating the post combustor by discharging the hot air preheating the reformer through the post-combustor through the switching valve and the composite heat exchanger; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템의 기동방법.Method of starting a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit further comprising a. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 개질기 연료공급을 통한 개질기 작동단계(제 2 단계)에는 상기 개질된 가스가 복합 열교환기를 통과한 후 후 연소기로 이동하는 단계; The reformer operation step (second step) through the reformer fuel supply includes the step of moving the reformed gas to a post-combuster after passing the combined heat exchanger; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템의 기동방법.Method of starting a solid oxide fuel cell power generation system for an auxiliary power unit further comprising a. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 연료전지 스택 예열단계(제 3 단계)는 공기공급부로부터 공급된 공기가 열교환기와 밸브를 거쳐 연료전지 스택으로 전달되어 연료전지 스택을 예열시키는 것을 특징으로 하는 보조전원 유닛용 고체산화물 연료전지 발전시스템의 기동방법.In the fuel cell stack preheating step (third step), the air supplied from the air supply unit is transferred to the fuel cell stack through the heat exchanger and the valve to preheat the fuel cell stack. How to start.
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