KR101358335B1 - 연료전지를 이용한 발전 장치 - Google Patents

연료전지를 이용한 발전 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101358335B1
KR101358335B1 KR1020120096709A KR20120096709A KR101358335B1 KR 101358335 B1 KR101358335 B1 KR 101358335B1 KR 1020120096709 A KR1020120096709 A KR 1020120096709A KR 20120096709 A KR20120096709 A KR 20120096709A KR 101358335 B1 KR101358335 B1 KR 101358335B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
load
cell set
power generation
fuel
Prior art date
Application number
KR1020120096709A
Other languages
English (en)
Inventor
유현수
도현선
박건일
성용욱
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성중공업 주식회사 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR1020120096709A priority Critical patent/KR101358335B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101358335B1 publication Critical patent/KR101358335B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63H—MARINE PROPULSION OR STEERING
    • B63H21/00—Use of propulsion power plant or units on vessels
    • B63H21/12—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven
    • B63H21/17—Use of propulsion power plant or units on vessels the vessels being motor-driven by electric motor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/40—Application of hydrogen technology to transportation, e.g. using fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Ocean & Marine Engineering (AREA)

Abstract

연료전지를 이용한 발전 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치는 제1 부하 이상의 상태에서 가동되는 제1 연료전지 세트(set) 및 제1 부하보다 큰 제2 부하 이상의 상태에서 가동되는 제2 연료전지 세트를 포함하고, 제2 연료전지 세트는 미가동 시에 제1 연료전지 세트의 가동에 의해 발생되는 열원으로 예열된다.

Description

연료전지를 이용한 발전 장치{Power Generation Apparatus using Fuel Cell}
본 발명은 연료전지를 이용한 발전 장치에 관한 것이다.
연료전지는 전기 화학 반응에 의하여 직접적으로 탄화수소 연료에 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 전환하는 장치이다. 일반적으로 연료전지는 전해액에 의해 분리되는 양극과 음극을 포함하고, 전해액은 전기적으로 대전된 이온을 전도하도록 구성된다.
이러한 연료전지 중에서도 MCFC(Molten Carbonate Fuel Cell, 용융탄산염연료전지)와 SOFC(Solid Oxide Fuel Cell, 고체산화물연료전지)와 같은 연료전지는 다른 연료전지와 비교하여, 각종 탄화수소계 연료를 적용할 수 있고 연소과정이 없이 연료에서 전기로 직접 발전이 가능하여 소음 및 대기오염 물질 배출이 적으므로 선박 등의 각종 설비에 적용될 수 있는 차세대 발전 방식으로 주목받고 있다.
한편, 선박 등과 같은 각종 설비의 경우 운용조건에 따라 필요로 하는 전력의 양이 달라지며, 선박 등의 각종 설비에서 연료전지를 전력원으로 사용한다고 가정 시, 연료전지가 발생시켜야 하는 출력도 선박 등의 각종 설비의 운용조건에 따라 달라질 것이며, 경우에 따라서는 연료전지의 가동이 중지될 상황도 발생할 수 있다.
그러나, 연료전지는 고온 상태에서만 전력을 발생시키기 때문에 부하추종성이 낮다는 제약에 의해, 선박 등과 같은 각종 설비에서 다양한 조건에 따라 다양하게 변화하는 부하(load)에 효과적으로 대응하기 어렵다는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0021281호 (2009. 03. 02.)
본 발명은 설치 대상의 부하 변동에 보다 효과적으로 대응할 수 있는 연료전지를 이용한 발전 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 부하 이상의 상태에서 가동되는 제1 연료전지 세트(set) 및 제1 부하보다 큰 제2 부하 이상의 상태에서 가동되는 제2 연료전지 세트를 포함하고, 제2 연료전지 세트는 미가동 시에 제1 연료전지 세트의 가동에 의해 발생되는 열원으로 예열되는 연료전지를 이용한 발전 장치가 제공된다.
여기서, 1 연료전지 세트는 연료의 산화에 의해 각각 전기에너지를 발생시키는 제1 및 제2 연료전지 스택(stack)과, 연료를 공급하도록 제1 및 제2 연료전지 스택 각각에 결합되는 보조 설비부를 포함하되, 제2 연료전지 스택은 비활성화 시에 활성화 된 제1 연료전지 스택에서 발생되는 열원으로 예열될 수 있다.
제1 부하 이상의 상태에서 제1 연료전지 세트는, 제1 연료전지 스택을 이용하여 전력을 생산하거나, 제1 및 제2 연료전지 스택을 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
보조 설비부는 제1 및 제2 연료전지 스택의 열을 교환하는 매개 유체를 포함하되, 제1 및 제2 연료전지는 매개 유체를 통해 상호간에 열을 교환할 수 있다.
제1 및 제2 연료전지 스택은 보조 설비부에서 상호간에 열을 교환할 수 있다.
제1 및 제2 연료전지 스택은 직접적으로 상호간의 열을 교환할 수 있다.
제2 연료전지 세트는 보조 설비부를 포함할 수 있다.
그리고, 제1 연료전지 세트의 보조 설비부와 제2 연료전지 세트의 보조 설비부 사이에 열이 교환될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 부하의 변동에 따라 단계적으로 가동될 수 있는 제1 연료전지 세트 및 제2 연료전지 세트를 포함하고, 제2 연료전지 세트는 미가동 시 제1 연료전지 세트에서 발생되는 열원으로 예열될 수 있으므로, 설치 대상의 부하 변동에 보다 효과적으로 대응할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치에서 부하 변동 상태의 일례를 나타낸 도면.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치에서 제1 및 제2 연료전지 스택 사이에서 열원이 전달되는 과정을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치에서 제1 및 제2 연료전지 세트 사이에서 열원이 전달되는 과정을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 방법을 나타낸 순서도.
본 발명에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
또한, 이하 사용되는 제1, 제2 등과 같은 용어는 동일 또는 상응하는 구성 요소들을 구별하기 위한 식별 기호에 불과하며, 동일 또는 상응하는 구성 요소들이 제1, 제2 등의 용어에 의하여 한정되는 것은 아니다.
또한, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치에서 부하 변동 상태의 일례를 나타낸 도면이다. 도 3 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치에서 제1 및 제2 연료전지 스택 사이에서 열원이 전달되는 과정을 나타낸 도면이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치에서 제1 및 제2 연료전지 세트 사이에서 열원이 전달되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치(1000)는 제1 연료전지 세트(100) 및 제2 연료전지 세트(200)를 포함한다.
본 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치(1000)가 설치되는 설치 대상은 도 2에 도시된 바와 같이, 운용을 위해 필요로 하는 전력량 등의 부하(load)가 시간에 따라 다양하게 변화할 수 있다. 이와 같이, 변화되는 부하값 중 임의의 한 값을 제1 부하(L1)로 정의하고, 제1 부하(L1)보다 큰 부하값 중 임의의 한 값을 제2 부하(L2)로 정의하여 설명하도록 한다.
이 경우, 제1 부하(L1)는 기저 부하 등과 같이 연료전지를 이용한 발전 장치(1000)가 설치되는 설치 대상의 운용을 위해 최소로 요구되는 부하값일 수 있고, 제2 부하(L2)는 제1 연료전지 세트(100)에서 생산할 수 있는 전력의 최대값일 수 있다.
제1 연료전지 세트(100)는 제1 부하(L1) 이상의 상태에서 가동되는 부분으로, 연료전지 스택(110, 120), 보조 설비부(130) 및 제어부(미도시)를 포함하여 전력을 생산할 수 있다. 이 경우, 제1 연료전지 세트(100)는 필요에 따라 다양한 발전 용량을 갖도록 구성될 수 있다.
제2 연료전지 세트(200)는 제1 부하(L1)보다 큰 제2 부하(L2) 상태에서 가동되는 부분으로, 제1 연료전지 세트(100)와 마찬가지로 연료전지 스택(110, 120), 보조 설비부(130) 및 제어부(미도시)를 포함하여 전력을 생산할 수 있다. 이 경우, 제2 연료전지 세트(200)는 필요에 따라 제1 연료전지 세트(100)와 동일한 구성으로 설치되거나 제1 연료전지 세트(100)와 다른 발전 용량을 갖도록 구성되는 등 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
한편, 제1 연료전지 스택(110, 210), 제2 연료전지 스택(120, 220), 보조 설비부(130, 230) 및 제어부(미도시)에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.
본 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치(1000)가 설치되는 설치 대상이 제1 부하(L1) 이상이고 제2 부하(L2) 미만의 상태인 경우에는, 제1 연료전지 세트(100)만을 가동하여도 설치 대상에서 필요로 하는 전력을 제공할 수 있다.
만약, 이 경우에도 제2 연료전지 세트(200)를 가동하게 된다면, 불필요하게 과다한 전력을 생산하게 되고, 특히 고온 상태에서만 전력을 발생시키는 연료전지의 특성상 제2 연료전지 세트(200)를 가동시키기 위한 고온 상태가 충족되도록 추가적인 시간 및 열원이 소요되는 등 전력 효율면에서 바람직하지 않을 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치(1000)는 서로 분리된 제1 연료전지 세트(100) 및 제2 연료전지 세트(200)를 포함하여, 부하의 변동에 따라 단계적으로 가동될 수 있으므로 설치 대상의 부하 변동에 보다 효과적으로 대응할 수 있다.
그리고, 본 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치(1000)에서 제2 연료전지 세트(200)는 미가동 시에 제1 연료전지 세트(100)의 가동에 의해 발생되는 열원으로 예열될 수 있다.
구체적으로, 제1 연료전지 세트(100)의 가동 중에는 연료의 산화에 따라 수증기 등을 포함한 고온의 배기가스가 생성될 수 있다. 이러한 고온의 배기가스를 열원으로 활용하여 미가동 중인 제2 연료전지 세트(200)를 예열함으로써, 부하의 변동에 의해 제2 연료전지 세트(200)의 가동이 필요한 경우에 제2 연료전지 세트(200)가 가열되는 시간을 줄일 수 있다.
따라서, 설치 대상의 부하 변동시 신속하게 제2 연료전지 세트(200)가 가동될 수 있으므로, 설치 대상의 부하 변동에 보다 효과적으로 대응할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 연료전지를 이용한 발전 장치(1000)가 제1 연료전지 세트(100) 및 제2 연료전지 세트(200)를 포함하는 구성만을 개시하고 있으나, 필요에 따라 제3 연료전지 세트 등의 추가적인 다수의 연료전지 세트를 포함하도록 구성될 수도 있다.
그리고, 이와 같이 제3 연료전지 세트 등의 추가적인 다수의 연료전지 세트를 포함하는 경우에는, 제1 연료전지 세트(100) 내지 제2 연료전지 세트(200)의 가동에 의해 발생되는 열원으로 제3 연료전지 세트 등의 추가적인 다수의 연료전지 세트를 예열하도록 구성될 수도 있다.
제1 연료전지 스택(110, 210) 및 제2 연료전지 스택(120, 220)은 연료의 산화에 의해 각각 전기에너지를 발생시키는 부분으로, 전해물질과 전극봉을 사이에서 일어나는 전기 화학 반응이 고온 상태에서 활성화되는 것을 통해 전기에너지, 물 및 열을 생성할 수 있다.
이 경우, 제1 연료전지 스택(110, 210) 및 제2 연료전지 스택(120, 220)의 발전 용량은 제1 부하(L1) 및 제2 부하(L2)에 따라 다양하게 구성하여 효율적인 전력 생산이 이루어지도록 할 수 있다.
구체적으로, 제1 부하(L1) 이상이고 제2 부하(L2) 미만의 상태로서, 제1 연료전지 세트(100)만을 가동하여도 설치 대상에서 필요로 하는 전력을 공급할 수 있는 경우에도, 설치 대상의 운용을 위해 요구되는 부하값이 제1 부하(L1)와 제2 부하(L2) 사이에서 다양하게 변화될 수 있다.
이에 따라, 본 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치(1000)의 경우, 제1 부하(L1) 이상의 상태에서 제1 연료전지 세트(100)는, 제1 연료전지 스택(110)을 이용하여 전력을 생산하거나, 제1 및 제2 연료전지 스택(110, 120)을 이용하여 전력을 생산할 수 있다.
예를 들어, 제1 연료전지 세트(100)만을 가동하여 생산할 수 있는 전력량이 700kW이고, 이 중 제1 연료전지 스택(110)에서 300kW, 제2 연료전지 스택(120)에서 400kW의 전력을 생산하도록 설정할 수 있다. 그리고, 현재 설치 대상의 운용을 위해 요구되는 부하값이 300kW인 이하인 경우라면, 제1 연료전지 세트(100) 중에서도 제1 연료전지 스택(110)만을 활성화하여 가장 효율적인 전력 생산이 이루어지도록 할 수 있다.
보조 설비부(130, 230)는 연료를 공급하도록 제1 연료전지 스택(110, 210) 및 제2 연료전지 스택(120, 220) 각각에 결합되는 부분으로, 연료, 공기, 물 등을 제1 연료전지 스택(110, 210) 및 제2 연료전지 스택(120, 220)에 공급하는 기기부(MBOP, Mechanical Balance Of Plant) 모듈과 전기변환기, 열변환기 등을 통해 제1 연료전지 스택(110, 210) 및 제2 연료전지 스택(120, 220)에서 발생하는 열에너지와 전기에너지를 제어하는 전력부(EBOP, Electrical Balance Of Plant) 모듈을 포함할 수 있다.
제어부(미도시)는 제1 연료전지 스택(110, 210) 및 제2 연료전지 스택(120, 220) 각각의 활성화 여부를 제어하는 부분으로, 추가적인 부하 발생 신호에 대응하여 제1 연료전지 스택(110, 210) 및 제2 연료전지 스택(120, 220) 각각의 활성화 여부를 제어할 수 있다.
즉, 제어부(미도시)는 설치 대상의 각 부하 발생 장치와 연결되어 각 부하 발생 장치의 작동 유무를 측정한 후, 요구되는 부하를 산정하여 이에 따라 제1 연료전지 스택(110, 210) 및 제2 연료전지 스택(120, 220) 각각의 활성화 여부를 제어할 수 있다.
여기서, 제2 연료전지 스택(120, 220)은 비활성화 시에 활성화 된 제1 연료전지 스택(110, 210)에서 발생되는 열원으로 예열될 수 있다.
구체적으로, 제1 연료전지 스택(110, 210)의 활성화 시에는 연료의 산화에 따라 수증기 등을 포함한 고온의 배기가스가 생성될 수 있다. 이러한 고온의 배기가스를 열원으로 활용하여 비활성화 상태인 제2 연료전지 스택(120, 220)을 예열함으로써, 제어부(미도시)에 의해 제2 연료전지 스택(120, 220)의 활성화가 필요한 경우에 제2 연료전지 스택(120, 220)이 가열되는 시간을 줄일 수 있다.
이 경우, 제1 연료전지 스택(110, 210) 및 제2 연료전지 스택(120, 220) 사이에서 열원이 전달되는 과정은, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 연료전지 스택(110, 210)에서 발생하는 고온의 배기가스 등의 열원에서 열을 회수하여 보조 설비부(130, 230)을 순환하는 매개 유체를 가열하고, 다시 매개 유체의 열이 제2 연료전지 스택(120, 220)에 유입되는 연료 등의 유체를 가열하는 방법으로 이루어질 수 있다.
즉, 보조 설비부(130)는 제1 및 제2 연료전지 스택(110, 120)의 열을 교환하는 매개 유체를 포함하되, 제1 및 제2 연료전지(110, 120)는 매개 유체를 통해 상호간에 열을 교환할 수 있다.
또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 별도의 매개 유체 없이 제1 연료전지 스택(110, 210)에서 발생하는 고온의 배기가스 등의 열원이 제2 연료전지 스택(120, 220)에 유입되는 연료 등의 유체를 직접 가열하는 방법으로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 및 제2 연료전지 스택(110, 120)은 보조 설비부(130)에서 상호간에 열을 교환할 수 있다.
또는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 연료전지 스택(110, 210)에서 발생하는 고온의 배기가스 등의 열원이 직접 제2 연료전지 스택(120, 220)에 유입되어 제2 연료전지 스택(120, 220) 자체를 가열하는 방법으로 이루어질 수 있다. 즉, 제1 및 제2 연료전지 스택(110, 120)은 직접적으로 상호간의 열을 교환할 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 제1 연료전지 세트(100) 및 제2 연료전지 세트(200)가 각각 제1 연료전지 스택(110, 210) 및 제2 연료전지 스택(120, 220)을 포함하는 구성만을 개시하고 있으나, 필요에 따라 제3 연료전지 스택 등의 추가적인 다수의 연료전지 스택을 포함하도록 구성될 수도 있다.
본 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치(1000)에서, 제1 연료전지 세트(100)의 보조 설비부(130)와 제2 연료전지 세트(200)의 보조 설비부(230) 사이에 열이 교환될 수 있다. 이 경우, 각각의 보조 설비부(130, 230) 사이에서 열원의 전달이 가능하도록 열순환관 등으로 연결되거나 이외에도 열 교환을 위한 각종 구성을 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 상술한 바와 같이 도 3 내지 도 5에 도시된 열원 전달 과정을 통해, 제1 연료전지 스택(110, 210) 및 제2 연료전지 스택(120, 220)에서 발생하는 열원이 보조 설비부(130, 230)를 가열할 수 있다.
따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 연료전지 세트(100) 및 제2 연료전지 세트(200) 각각의 보조 설비부(130, 230) 사이에서 열전달이 가능하도록 구성함으로써, 보다 용이하게 제2 연료전지 세트(200)가 제1 연료전지 세트(100)의 열원으로 예열될 수 있다.
이 경우, 제1 연료전지 세트(100)의 배기가스 등의 열원을 직접 열순환관으로 순환시켜 제2 연료전지 세트(200)를 예열하도록 구성될 수 있다. 또는, 제1 연료전지 세트(100)의 배기가스 등의 열원이 별도의 매개 유체를 가열한 후, 가열된 매개 유체가 열순환관을 순환하며 제2 연료전지 세트(200)를 예열하도록 구성될 수도 있다.
한편, 제1 연료전지 세트(100) 및 제2 연료전지 세트(200) 사이의 열전달은 도 6에 도시된 과정 이외에도, 각각의 제1 연료전지 스택(110, 210) 및 제2 연료전지 스택(120, 220) 사이에서 열전달이 일어나도록 구성되는 등 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 방법을 나타낸 순서도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 방법은 우선 설치 대상에서 요구되는 부하가 제1 부하(L1) 이상인지를 판단한다(S100). 이 경우, 설치 대상에서 요구되는 부하가 제1 부하(L1) 미만이라면 제1 연료전지 세트(100) 및 제2 연료전지 세트(200) 모두 가동되지 않는 상태를 유지할 수 있다.
반면, 설치 대상에서 요구되는 부하가 제1 부하(L1) 이상이라면 제1 연료전지 세트(100)가 가동된다(S200). 즉, 설치 대상이 제1 부하(L1) 이상이고 제2 부하(L2) 미만의 상태인 경우에는, 제1 연료전지 세트(100)만을 가동하여 설치 대상에서 필요로 하는 전력을 제공할 수 있다.
다음으로, 제1 연료전지 세트(100)의 가동에 의해 발생되는 열원으로 제2 연료전지 세트가 예열된다(S300). 구체적으로, 제1 연료전지 세트(100)의 가동 중에는 연료의 산화에 따라 수증기 등을 포함한 고온의 배기가스가 생성될 수 있다.
이러한 고온의 배기가스를 열원으로 활용하여 미가동 중인 제2 연료전지 세트(200)를 예열함으로써, 부하의 변동에 의해 제2 연료전지 세트(200)의 가동이 필요한 경우에 제2 연료전지 세트(200)가 가열되는 시간을 줄일 수 있다.
다음으로, 설치 대상에서 요구되는 부하가 제2 부하(L2) 이상인지를 판단한다(S400). 이 경우, 설치 대상에서 요구되는 부하가 제2 부하(L2) 미만이라면 제1 연료전지 세트(100)만 가동되고 제2 연료전지 세트(200)는 가동되지 않고 예열되는 상태를 유지할 수 있다. 물론, 설치 대상에서 요구되는 부하가 제1 부하(L1) 미만이라면 제1 연료전지 세트(100)의 가동 역시 중단될 수 있다.
반면, 설치 대상에서 요구되는 부하가 제2 부하(L2) 이상이라면 제2 연료전지 세트(200)가 가동된다(S500). 이 경우, 제2 연료전지 세트(200)는 이미 예열되어 있으므로, 가동을 위한 가열 시간이 단축되어 보다 신속하게 제2 연료전지 세트(200)가 가동될 수 있다.
본 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 방법에서, S200단계는 제어부(미도시)에 의해 우선 제1 연료전지 스택(110)이 활성화되는 단계, 제1 연료전지 스택(110)에서 발생되는 열원으로 제2 연료전지 스택(120)이 예열되는 단계 및 제어부(미도시)에 의해 제2 연료전지 스택(120)이 활성화되는 단계를 포함할 수 있다.
즉, S200단계에서도 제1 연료전지 세트(100)에 포함된 제1 연료전지 스택(110) 및 제2 연료전지 스택(120)이 일시에 활성화되는 것이 아니라, 설치 대상에서 요구되는 부하에 따라 제1 연료전지 스택(110) 및 제2 연료전지 스택(120)이 단계적으로 활성화될 수 있다.
본 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 방법에서, S300단계는 제1 연료전지 세트(100) 및 제2 연료전지 세트(200) 각각의 보조 설비부(130, 230) 사이에 설치되는 열순환관을 통해 열원이 전달될 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 방법에서 개시되는 각 구성에 대해서는 본 실시예에 따른 연료전지를 이용한 발전 장치에서 전술하였기 때문에, 중복되는 범위에서 상세한 설명은 생략한다.
이상, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 제1 연료전지 세트 110, 210: 제1 연료전지 스택
120, 220: 제2 연료전지 스택 130, 230: 보조 설비부
200: 제2 연료전지 세트 1000: 연료전지를 이용한 발전 장치

Claims (8)

  1. 제1 부하 이상의 상태에서 가동되는 제1 연료전지 세트(set); 및
    상기 제1 부하보다 큰 제2 부하 이상의 상태에서 가동되는 제2 연료전지 세트;를 포함하고,
    상기 제2 연료전지 세트는 미가동 시에 상기 제1 연료전지 세트의 가동에 의해 발생되는 열원으로 예열되는 연료전지를 이용한 발전 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 연료전지 세트는
    연료의 산화에 의해 각각 전기에너지를 발생시키는 제1 및 제2 연료전지 스택(stack)과,
    상기 연료를 공급하도록 상기 제1 및 제2 연료전지 스택 각각에 결합되는 보조 설비부를 포함하되,
    상기 제2 연료전지 스택은 비활성화 시에 활성화 된 상기 제1 연료전지 스택에서 발생되는 열원으로 예열되는 연료전지를 이용한 발전 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 부하 이상의 상태에서 상기 제1 연료전지 세트는,
    상기 제1 연료전지 스택을 이용하여 전력을 생산하거나,
    상기 제1 및 제2 연료전지 스택을 이용하여 전력을 생산하는 연료전지를 이용한 발전 장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 보조 설비부는 상기 제1 및 제2 연료전지 스택의 열을 교환하는 매개 유체를 포함하되,
    상기 제1 및 제2 연료전지는 상기 매개 유체를 통해 상호간에 열을 교환하는 연료전지를 이용한 발전 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 연료전지 스택은 상기 보조 설비부에서 상호간에 열을 교환하는 연료전지를 이용한 발전 장치.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 연료전지 스택은 직접적으로 상호간의 열을 교환하는 연료전지를 이용한 발전 장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 제2 연료전지 세트는 보조 설비부를 포함하는 연료전지를 이용한 발전 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 연료전지 세트의 상기 보조 설비부와 상기 제2 연료전지 세트의상기 보조 설비부 사이에 열이 교환되는 연료전지를 이용한 발전 장치.
KR1020120096709A 2012-08-31 2012-08-31 연료전지를 이용한 발전 장치 KR101358335B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120096709A KR101358335B1 (ko) 2012-08-31 2012-08-31 연료전지를 이용한 발전 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120096709A KR101358335B1 (ko) 2012-08-31 2012-08-31 연료전지를 이용한 발전 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101358335B1 true KR101358335B1 (ko) 2014-02-05

Family

ID=50269830

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120096709A KR101358335B1 (ko) 2012-08-31 2012-08-31 연료전지를 이용한 발전 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101358335B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200053950A (ko) 2018-11-09 2020-05-19 현대자동차주식회사 연료전지를 활용한 독립공간의 공조시스템
KR20200072054A (ko) 2018-12-12 2020-06-22 현대자동차주식회사 연료전지의 발전전력 제어시스템 및 제어방법
KR20230009218A (ko) 2021-07-08 2023-01-17 현대자동차주식회사 통합형 연료전지 스택의 공기 공급 장치 및 이를 이용한 공기 유량 제어 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002015749A (ja) 2000-06-29 2002-01-18 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2008517445A (ja) 2004-10-20 2008-05-22 バラード パワー システムズ インコーポレイティド 燃料電池システムの方法および装置
KR20110008104A (ko) * 2008-07-21 2011-01-25 스탁세라 게엠베하 직렬로 연결된 두 개의 연료 전지 스택을 갖는 연료 전지 시스템
KR20110042120A (ko) * 2008-08-19 2011-04-22 퓨얼 셀 에너지, 인크 고효율 이중 스택 용융 탄산염 연료전지 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002015749A (ja) 2000-06-29 2002-01-18 Honda Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2008517445A (ja) 2004-10-20 2008-05-22 バラード パワー システムズ インコーポレイティド 燃料電池システムの方法および装置
KR20110008104A (ko) * 2008-07-21 2011-01-25 스탁세라 게엠베하 직렬로 연결된 두 개의 연료 전지 스택을 갖는 연료 전지 시스템
KR20110042120A (ko) * 2008-08-19 2011-04-22 퓨얼 셀 에너지, 인크 고효율 이중 스택 용융 탄산염 연료전지 시스템

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200053950A (ko) 2018-11-09 2020-05-19 현대자동차주식회사 연료전지를 활용한 독립공간의 공조시스템
KR20200072054A (ko) 2018-12-12 2020-06-22 현대자동차주식회사 연료전지의 발전전력 제어시스템 및 제어방법
KR20230009218A (ko) 2021-07-08 2023-01-17 현대자동차주식회사 통합형 연료전지 스택의 공기 공급 장치 및 이를 이용한 공기 유량 제어 방법
US11764376B2 (en) 2021-07-08 2023-09-19 Hyundai Motor Company Incorporated air supplying apparatus for fuel cell stack and method for controlling air flow for fuel cell stack using same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Investigation of heating and cooling in a stand-alone high temperature PEM fuel cell system
CN109935855B (zh) 一种重整燃料电池系统的运行方法
CN100573995C (zh) 燃料电池设备内的预热装置
EP3147984B1 (en) Fuel cell module including heat exchanger
JP2014167920A (ja) 燃料電池デバイスにおける動作条件を制御する方法および装置
JP6458026B2 (ja) 燃料電池排熱による発電システム
KR101358335B1 (ko) 연료전지를 이용한 발전 장치
JP6320204B2 (ja) 燃料電池加熱装置および加熱方法とこれを含む燃料電池装置
JP2009054477A (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
JP6776201B2 (ja) マルチスタック燃料電池システム、および熱交換器アセンブリ
CA2657693A1 (en) Fuel cell system and method for influencing the thermal balance of a fuel cell system
JP2008300251A (ja) 燃料電池コージェネレーション装置
JP5617592B2 (ja) ２次電池型燃料電池システム
Oh et al. Optimization and load-following characteristics of 5kw-class tubular solid oxide fuel cell/gas turbine hybrid systems
US20200161681A1 (en) Fuel cell unit having stacked auxiliary devices
US20190123370A1 (en) Adaptive electrical heater for fuel cell systems
KR102483560B1 (ko) 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템
KR101656993B1 (ko) 실시간 부하 추종이 가능한 연료전지 시스템 및 그 제어 방법
JP4590872B2 (ja) 燃料電池発電装置の運転方法
JP6264414B1 (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
KR101777956B1 (ko) 연료전지 시스템 및 그 제어 방법
JP2000215901A (ja) 固体高分子型燃料電池システム
JP2019160443A (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
JP2020155229A (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
KR20200058922A (ko) 연료전지용 열캐스캐이드 시스템 및 그 운영방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170102

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190102

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200102

Year of fee payment: 7