KR101406616B1 - 순환제어형 연료전지 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 순환제어형 연료전지 모듈은, 연료가스 공급라인과 연결된 개질기; 상기 개질기 및 공기 공급라인과 각각 연결된 연료전지 스텍; 및 상기 연료전지 스텍과 연결되어 상기 연료전지 스텍의 공기극 배기가스와 연료극 배기가스를 혼합하여 가연성 가스를 연소시키는 연소기;를 포함하며, 상기 연료가스 공급라인에서 상기 연료전지 스텍의 연료극 배기가스 배관이 연결된 부위에 재순환기가 설치되고, 상기 연료가스 공급라인으로 연료극 배기가스의 재순환 이송력을 높이도록 상기 재순환기에 상기 연료가스 공급라인으로 통해 고압의 연료가스가 공급된다.
이와 같이 본 발명은, 벤츄리 효과와 코안다 효과가 구현되는 재순환기가 설치되고 상기 재순환기에 연료가스 공급라인으로 통해 고압의 연료가스가 공급되고, 연료가스 공급라인에서 분기된 부위에 유량제어밸브가 설치됨으로써, 연료극 배기가스의 재순환 이송력을 증대 및 조절제어할 수 있으며, 나아가 메인배관과 분기배관에 고온배관과 연결된 열교환기가 각각 설치되어 연료극 배기가스와 혼합되는 연료가스를 가열함으로써, 연료극 배기가스에 함유된 수증기의 응축을 차단할 수 있다.

Description

순환제어형 연료전지 모듈{Circulation countrol type fuel cell module}
본 발명은 순환제어형 연료전지 모듈로서, 연료극 배기가스의 재순환 이송력을 증대 및 조절제어하고 연료극 배기가스에 함유된 수증기의 응축을 방지하는 순환제어형 연료전지 모듈에 관한 것이다.
연료전지는 연료가스 및 공기가 각각 연료전지 스택의 연료극과 공기극으로 유입되어 전기화학반응에 의해 전기를 생산하게 된다. 일반적으로 고체산화물 연료전지는 600℃ 이상의 고온에서 작동하므로 연료전지 시스템의 설계에 있어 열관리가 중요하게 고려되어야 한다.
도 1은 종래기술에 따른 연료전지 모듈을 나타낸 개략도이다.
도면을 참조하면, 종래기술의 연료전지 모듈은 전기화학적 반응이 일어나는 연료전지 스텍(5), 및 상기 연료전지 스텍(5)에 연료가스를 공급하기 위한 연료가스 공급라인(F)과 상기 연료전지 스텍(5)에 공기를 공급하기 위한 공기 공급라인(A)이 구성된다. 아울러, 상기 연료전지 스텍(5)에는 연소기(6)가 연결될 수 있다.
구체적으로, 상기 연료가스 공급라인(F)에는 탈황기(1), 개질기(3)가 장착되며, 상기 개질기(3)에서 사용되는 물을 공급하기 위한 물 공급라인(W)이 연결된다. 아울러, 상기 공기 공급라인(A)에는 송풍기(2)가 장착된다.
또한, 상기 연료전지 모듈은 초기 가동 시 개질기(3)에 대한 수증기 공급을 위해 필요한 가습기(8)와, 개질기(3)의 반응온도 유지를 위해 연료가스를 가열하는 열교환기(4)를 구비한다.
상술한 구성을 가지는 종래기술의 연료전지 모듈은, 연료전지 스텍(5) 내에서 정해진 부하에 의하여 연료 및 공기의 이용효율이 정해지며 반응하지 않고 남은 배기가스의 일부는 열교환기(4)에서 열교환한 후 연료극 배기가스 배관(FE)을 통해 재순환 시킴으로써 연료전지 모듈의 효율을 증가시키고, 나머지는 연료극 배기가스 배관(FE)을 통해 공기극 배기가스 배관(AE)의 공기극 배기가스와 혼합하여 연소기(6)에서 연소시킨 후 고온의 연소기 배기가스를 배가스 배관(E)을 통해 열교환기(7)에서 연료전지 스텍(5)으로 공급되는 연료가스 및 공기와 열교환하여 효율적으로 처리하는 시스템이 구성된다.
그러나, 상기 연료전지 모듈은 연료전지 스텍(5)으로부터 나오는 연료극 배기가스의 재순환 이송력이 적정 수치보다 떨어짐으로써, 연료극 배기가스에서의 미반응된 연료극 배기가스의 공급이 느려짐에 따라 연료전지 모듈의 효율이 떨어지게 되는 단점을 가진다.
나아가, 연료가스와 혼합된 연료극 배기가스가 개질기(3)까지 이동할 때까지 혼합된 연료극 배기가스의 온도가 이슬점 이상으로 높게 유지되지 않는 경우, 혼합된 연료극 배기가스에 함유된 수증기가 응축될 수 있는 문제점을 지닌다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 재순환기에 연료가스 공급라인으로 통해 고압의 연료가스가 공급되고 유량제어밸브가 설치됨으로써 연료극 배기가스의 재순환 이송력을 증대 및 조절제어할 수 있으며, 메인배관과 분기배관에 열교환기가 각각 설치되어 연료극 배기가스에 함유된 수증기의 응축을 방지할 수 있는 순환제어형 연료전지 모듈을 제공하는 데에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 순환제어형 연료전지 모듈은, 연료가스 공급라인과 연결된 개질기; 상기 개질기 및 공기 공급라인과 각각 연결된 연료전지 스텍; 및 상기 연료전지 스텍과 연결되어 상기 연료전지 스텍의 공기극 배기가스와 연료극 배기가스를 혼합하여 가연성 가스를 연소시키는 연소기;를 포함하며, 상기 연료가스 공급라인에서 상기 연료전지 스텍의 연료극 배기가스 배관이 연결된 부위에 재순환기가 설치되고, 상기 연료가스 공급라인으로 연료극 배기가스의 재순환 이송력을 높이도록 상기 재순환기에 상기 연료가스 공급라인으로 통해 고압의 연료가스가 공급된다.
이때, 상기 재순환기는 벤츄리 효과가 구현되는 이젝터, 또는 코안다 효과가 구현되는 증폭기가 활용된 것이 바람직하다.
또한, 상기 연료 공급라인은 상기 개질기로 이어지는 메인배관과, 상기 메인배관에서 분기 후 상기 재순환기를 거쳐 다시 메인배관에 연결되는 분기배관으로 이루어지며, 연료극 배기가스의 재순환 이송력을 조절하도록, 상기 메인배관에서 상기 분기배관으로 분기된 부위에 상기 분기배관으로의 연료가스 유량을 제어하는 유량제어밸브가 설치된 것이 바람직하다.
아울러, 연료극 배기가스에 함유된 수증기의 응축을 차단하기 위해 연료극 배기가스와 혼합되는 연료가스를 가열하도록, 상기 메인배관과 분기배관에 열교환기가 각각 설치된 것이 바람직하다.
이때, 상기 열교환기는 열을 공급받도록 고온배관과 연결되며, 상기 고온배관은 또 하나의 상기 연료극 배기가스 배관 또는 연소기의 배가스 배관인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 순환제어형 연료전지 모듈은, 벤츄리 효과와 코안다 효과가 구현되는 재순환기가 설치되고 상기 재순환기에 연료가스 공급라인으로 통해 고압의 연료가스가 공급되고, 연료가스 공급라인에서 분기된 부위에 유량제어밸브가 설치됨으로써, 연료극 배기가스의 재순환 이송력을 증대 및 조절제어할 수 있으며, 나아가 메인배관과 분기배관에 고온배관과 연결된 열교환기가 각각 설치되어 연료극 배기가스와 혼합되는 연료가스를 가열함으로써, 연료극 배기가스에 함유된 수증기의 응축을 차단할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 종래기술에 따른 연료전지 모듈을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 순환제어형 연료전지 모듈을 나타낸 개략도이다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 각 실시예에 따른 순환제어형 연료전지 모듈에서 연료가스 공급라인 중 재순환기가 설치된 부분을 나타낸 확대도이다.
본 발명의 순환제어형 연료전지 모듈은, 연료극 배기가스의 재순환 이송력을 증대 및 조절제어할 수 있도록 재순환기에 연료가스 공급라인으로 통해 고압의 연료가스가 공급되고 유량제어밸브가 설치되고, 연료극 배기가스에 함유된 수증기의 응축을 방지하도록 메인배관과 분기배관에 열교환기가 각각 설치되는 것을 기술적 특징으로 한다.
이하, 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 순환제어형 연료전지 모듈을 나타낸 개략도이며, 도 3 내지 도 5는 본 발명의 바람직한 각 실시예에 따른 순환제어형 연료전지 모듈에서 연료가스 공급라인 중 재순환기가 설치된 부분을 나타낸 확대도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 순환제어형 연료전지 모듈은 연료가스 공급라인(F)과 연결된 개질기(30), 상기 개질기(30) 및 공기 공급라인(A)과 각각 연결된 연료전지 스텍(50), 및 상기 연료전지 스텍(50)과 연결된 연소기(60)를 포함한다.
이러한 순환제어형 연료전지 모듈의 기본적인 구성은 탈황기(10), 송풍기(20), 개질기(30), 연료전지 스텍(50), 연소기(60), 열교환기(70) 및 상기 구성요소들을 연결하는 배관들로 이루어진다.
이때, 상기 탈황기(10)는 연료가스인 천연가스 내에 존재하는 황성분을 제거하는 기능을 수행하고, 상기 송풍기(20)는 연료전지 스텍(50)의 공기극 가스인 공기를 공급하는 기능을 수행한다.
또, 상기 개질기(30)는 메탄이 주성분인 천연가스 등의 탄화수소계 연료가스를 물과 함께 개질반응을 일으켜 수소가 풍부한 개질가스를 발생시킨다.
아울러, 상기 연료전지 스텍(50)은 개질기(30)에서 발생한 개질가스와 송풍기(20)에 의해 공급된 공기를 이용하여 수소 및 산소의 전기화학반응에 의해 전기를 발생시킨다.
그리고, 상기 연소기(60)는 연료전지 스텍(50)에서 연료극 배기가스 배관(FE)을 통해 나오는 연료극 배기가스와 공기극 배기가스 배관(AE)을 통해 나오는 공기극 배기가스를 혼합하여 가연성 가스를 연소시켜 고온의 배기가스를 발생시킨다.
이에 더하여, 상기 열교환기(70)는 연소기(60)와 연결된 배가스 배관(E)과 연결되어 배가스 배관(E)의 고온의 배가스를, 공기 공급라인(A)의 공기와 열교환시켜 공기를 가열하는 기능을 수행한다.
이와 같이 구성되는 본 발명의 순환제어형 연료전지 모듈은, 연료가스 공급라인에서 연료전지 스텍(50)의 연료극 배기가스 배관(FE)이 연결된 부위에 재순환기(90)가 설치되고, 연료가스 공급라인(F)으로 연료극 배기가스의 재순환 이송력을 높이도록 상기 재순환기(90)에 연료가스 공급라인(F)으로 통해 고압의 연료가스가 공급되는 것을 기술적 특징으로 한다.
도 1에 도시된 기존의 연료전지 모듈은 연료가스 공급라인(F)에 연료전지 스텍(5)의 연료극 배기가스 배관(FE)이 연결되는데, 상기 연료전지 스텍(5)으로부터 연료극 배기가스 배관(FE)이 개질기(3) 전단에 배치된 열교환기(4)에 이르고, 상기 열교환기(4)로부터 다시 연장된 후 분기되어 연소기(6)와 상기 열교환기(4) 전단에 배치된 연료가스 공급라인(F)에 이르게 되는데, 이와 같은 연료극 배기가스 배관(FE)의 설치구조에 있어서 연장된 길이 및 그 높낮이 배치로 인하여 연료극 배기가스의 재순환 이송력이 떨어지게 되며, 이에 따라 미반응된 연료극 배기가스의 공급 및 열교환을 위한 열의 공급이 느려짐에 따라 연료전지 모듈의 효율이 떨어지게 되는 한계점이 있다.
또한, 비록 도면에 도시되지는 않았지만 연료극 배기가스 배관(FE)에 재순환 송풍기(미도시)를 별도로 설치할 수 있지만, 이러한 재순환 송풍기를 사용함에 있어서 전기가 필요하게 되고 나아가 재순환 송풍기를 사용함에 따라 전기의 소모량이 커지게 되는 한계점이 있다.
이러한 기존의 한계점을 극복하기 위해, 본 발명은 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상기 연료가스 공급라인(F)에서 연료극 배기가스 배관(FE)이 연결된 부위에 재순환기(80)가 설치되고, 연료가스 공급라인(F)으로 연료극 배기가스의 재순환 이송력을 높이도록 재순환기(80)에 연료가스 공급라인(F)으로 통해 고압의 연료가스가 공급된다.
여기에서, 상기 재순환기(80)는 벤츄리(venturi) 효과가 구현되는 이젝터, 또는 코안다(coanda) 효과가 구현되는 증폭기가 활용된 것이 바람직하다.
즉, 이러한 재순환기(80)가 연료가스 공급라인(F)에 배치되는데, 연료가스 공급라인(F)을 통해 연료가스가 상기 재순환기(80)를 통과하는 과정에서, 이젝터 또는 증폭기가 활용된 재순환기(80)에서 벤츄리 효과와 코안다 효과에 의해 유속이 증가함에 따라 압력이 낮아지게 된다.
이와 같이 재순환기(80) 내부의 압력이 낮아짐으로써, 상기 재순환기(80)에 연료극 배기가스 배관(FE)을 통해 연료극 배기가스가 끌어 당겨짐으로써 재순환되어 이송하게 된다.
나아가, 본 발명은 연료가스 공급라인(F)에 공급되는 연료가스의 압력을 증대시킴에 따라, 재순환기(80)에서의 연료가스 유속이 더욱더 증가됨으로써 연료극 배기가스의 재순환 이송력을 높일 수 있다.
결과적으로, 연료전지 스텍(50)에서 생산된 전기를 연료극 배기가스의 재순환에 사용하지 않음으로써 연료전지 모듈의 효율이 향상되고, 재순화기에 모터 등의 구동체 및 베어링과 같은 구동을 위한 체결 부재들이 없음으로써 유지 보수 및 고장의 위험이 적어 연료전지 모듈의 효율적인 측면에 큰 효과가 있다.
한편, 본 발명의 순환제어형 연료전지 모듈은 연료극 배기가스의 재순환 이송력을 조절하도록 유량제어밸브(90)가 설치된 것을 또 하나의 기술적 특징으로 한다.
도 1에 도시된 기존의 연료전지 모듈은 연료극 배기가스 배관(FE)을 통해 연료가스 공급라인(F)에 연료극 배기가스를 재순환 이송하는 데에 있어서 이송을 위한 별도의 구동부재 및 조절제어부재가 없음으로써, 연료전지 모듈을 여러 상황에 맞게 안정적으로 운영할 수 없는 문제점이 있다.
이러한 기존의 문제점을 극복하기 위해, 본 발명은 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이 연료극 배기가스의 재순환 이송력을 조절하도록 유량제어밸브(90)가 설치될 수 있다.
여기에서, 상기 연료가스 공급라인(F)은 개질기(30)로 이어지는 메인배관(Fm)과, 상기 메인배관(Fm)으로부터 분기된 분기배관(Fb)으로 이루어질 수 있으며, 상기 분기배관(Fb)에는 상기 재순환기(80)가 설치될 수 있다. 즉, 상기 분기배관(Fb)은 메인배관(Fm)에서 분기 후 재순환기(80)를 거쳐 다시 메인배관(Fm)에 연결되는 구조를 취한다.
이때, 상기 유량제어밸브(90)는 메인배관(Fm)에서 분기배관(Fb)으로 분기된 부위에, 상기 분기배관(Fb)으로의 연료가스 유량을 제어하도록 설치될 수 있다.
이와 같은 유량제어밸브(90)에 의해 분기배관(Fb)으로의 연료가스 유량이 제어됨으로써, 연료극 배기가스의 재순환 이송력이 조절될 수 있는데, 구체적으로 분기배관(Fb)을 통해 공급되는 연료가스의 유량을 많게 하면 재순환기(80)에서의 연료가스의 유속 또한 높아짐으로써 연료극 배기가스의 재순환 이송력이 높아지게 되고, 분기배관(Fb)을 통해 공급되는 연료가스의 유량을 줄이면 재순환기(80)에서의 연료가스의 유속 또한 낮아짐으로써 연료극 배기가스의 재순환 이송력이 낮아지게 된다.
이와 같이 연료극 배기가스의 재순환 이송력이 조절됨으로써, 연료전지 모듈을 여러 상황에 맞게 안정적으로 운영할 수 있다.
그리고, 본 발명은 연료극 배기가스에 함유된 수증기의 응축을 차단하기 위해 연료극 배기가스와 혼합되는 연료가스를 가열하도록, 상기 메인배관(Fm)과 분기배관(Fb)에 각각 열교환기(41)(42)가 설치될 수 있다.
재순환기(80)에서 연료가스와 혼합된 연료극 배기가스가 개질기(30)까지 이동할 때까지, 혼합된 연료극 배기가스에 함유된 수증기의 응축을 차단하기 위해 혼합된 연료극 배기가스의 온도를 이슬점 이상으로 높게 유지시켜야 한다.
이를 위해, 상기 열교환기(41)(42)가 설치되며 이러한 열교환기(41)(42)는 열을 공급받도록 고온배관(HE)과 연결될 수 있는데, 이때의 고온배관(HE)은 또 하나의 연료극 배기가스 배관(FE)과 연소기(60)의 배가스 배관(E)이 활용될 수 있다.
즉, 상기 열교환기(41)(42)는 상기 재순환기(80)에 연결된 연료극 배기가스 배관(FE)이 아닌 분기된 또 하나의 연료극 배기가스 배관(FE)과 연결되어 연료극 배기가스로부터 열을 공급받을 수 있으며, 또는 연소기(60)의 배가스 배관(E)과 연결되어 연소기(60)의 배가스로부터 열을 공급받을 수 있다.
나아가, 상기 열교환기(41)(42)는 하나의 고온배관(HE)에 의해 직렬로 연결될 수 있으며, 이와는 달리 두 개의 고온배관(HE)에 의해 병렬로 나열될 수도 있다.
이때, 두 개의 고온배관(HE)이 병렬로 나열된 경우, 상기 고온배관(HE) 중 하나가 연료극 배기가스 배관(FE)일 수 있고, 나머지 하나가 연소기(60)의 배가스 배관(E)일 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명은, 벤츄리 효과와 코안다 효과가 구현되는 재순환기(80)가 설치되고 상기 재순환기(80)에 연료가스 공급라인(F)으로 통해 고압의 연료가스가 공급되고, 연료가스 공급라인(F)에서 분기된 부위에 유량제어밸브(90)가 설치됨으로써, 연료극 배기가스의 재순환 이송력을 증대 및 조절제어할 수 있으며, 나아가 메인배관(Fm)과 분기배관(Fb)에 고온배관(HE)과 연결된 열교환기(41)(42)가 각각 설치되어 연료극 배기가스와 혼합되는 연료가스를 가열함으로써, 연료극 배기가스에 함유된 수증기의 응축을 차단할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
10 : 탈황기 20 : 송풍기
30 : 개질기 41, 42 : 열교환기
50 : 연료전지 스텍 60 : 연소기
70 : 열교환기 80 : 재순환기
90 : 유량제어밸브
F : 연료가스 공급라인 Fm : 메인배관
Fb : 분기배관 A : 공기 공급라인
FE : 연료극 배기가스 배관 AE : 공기극 배기가스 배관
E : 배가스 배관 EH : 고온배관

Claims (5)

  1. 연료가스 공급라인(F)과 연결된 개질기(30); 상기 개질기(30) 및 공기 공급라인과 각각 연결된 연료전지 스텍(50); 및 상기 연료전지 스텍(50)과 연결되어 상기 연료전지 스텍(50)의 공기극 배기가스와 연료극 배기가스를 혼합하여 가연성 가스를 연소시키는 연소기(60);를 포함하며, 상기 연료가스 공급라인(F)에서 상기 연료전지 스텍(50)의 연료극 배기가스 배관(FE)이 연결된 부위에 재순환기(80)가 설치되고, 상기 연료가스 공급라인(F)으로 연료극 배기가스의 재순환 이송력을 높이도록 상기 재순환기(80)에 상기 연료가스 공급라인(F)으로 통해 고압의 연료가스가 공급되며,
    상기 연료가스 공급라인(F)은 상기 개질기(30)로 이어지는 메인배관(Fm)과, 상기 메인배관(Fm)에서 분기 후 상기 재순환기(80)를 거쳐 다시 메인배관(Fm)에 연결되는 분기배관(Fb)으로 이루어지며, 연료극 배기가스의 재순환 이송력을 조절하도록, 상기 메인배관(Fm)에서 상기 분기배관(Fb)으로 분기된 부위에 상기 분기배관(Fb)으로의 연료가스 유량을 제어하는 유량제어밸브(90)가 설치되며,
    연료극 배기가스에 함유된 수증기의 응축을 차단하기 위해 연료극 배기가스와 혼합되는 연료가스를 가열하도록, 상기 메인배관(Fm)과 분기배관(Fb)에 열교환기(41)(42)가 각각 설치되며,
    상기 열교환기(41)(42)는 열을 공급받도록 고온배관(HE)과 연결되며, 상기 고온배관(HE)은 또 하나의 상기 연료극 배기가스 배관(FE) 또는 연소기(60)의 배가스 배관(E)인 것을 특징으로 하는 순환제어형 연료전지 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 재순환기(80)는 벤츄리 효과가 구현되는 이젝터, 또는 코안다 효과가 구현되는 증폭기가 활용된 것을 특징으로 하는 순환제어형 연료전지 모듈.
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08321316A (ja) * 1995-05-25 1996-12-03 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池発電装置
US7037609B2 (en) * 2001-11-09 2006-05-02 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel circuit of the fuel cell system
KR100802283B1 (ko) 2006-09-01 2008-02-11 두산중공업 주식회사 연료극 배출가스의 재순환 방식을 적용한 연료전지 발전장치
JP2009230926A (ja) * 2008-03-19 2009-10-08 Toto Ltd 燃料電池システム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08321316A (ja) * 1995-05-25 1996-12-03 Fuji Electric Co Ltd 燃料電池発電装置
US7037609B2 (en) * 2001-11-09 2006-05-02 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel circuit of the fuel cell system
KR100802283B1 (ko) 2006-09-01 2008-02-11 두산중공업 주식회사 연료극 배출가스의 재순환 방식을 적용한 연료전지 발전장치
JP2009230926A (ja) * 2008-03-19 2009-10-08 Toto Ltd 燃料電池システム

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