KR101422612B1 - 연료전지장치 - Google Patents

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KR101422612B1
KR101422612B1 KR1020130055298A KR20130055298A KR101422612B1 KR 101422612 B1 KR101422612 B1 KR 101422612B1 KR 1020130055298 A KR1020130055298 A KR 1020130055298A KR 20130055298 A KR20130055298 A KR 20130055298A KR 101422612 B1 KR101422612 B1 KR 101422612B1
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fuel
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oxide
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도현선
박건일
유현수
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

연료전지장치가 개시된다. 본 발명의 실시예에 따른 연료전지장치는 연료를 이용하여 제1 반응온도 범위에서 전기를 생성하고 전기 생성 과정에서 미반응된 상기 연료를 방출하는 제1 연료전지, 상기 미반응된 연료를 산화시켜 산화물을 생성하는 산화기 및 상기 산화물 중 일부를 이용하여 제2 반응온도 범위에서 전기를 생성하는 제2 연료전지를 포함한다.

Description

연료전지장치{FUEL CELL APPARATUS}
본 발명은 연료전지장치에 관한 것이다.
연료전지장치는 연료를 연소시켜 발전기를 구동하여 전기를 생산하는 방식과 달리 직접 전기화학 반응에 의해 전기를 생산하므로, 연소에 의해서 발생되는 환경오염 물질을 배출하지 않고 연료전지장치의 발전시스템이 간단하여 연료 연소에 의한 발전장치보다 효율적으로 전기를 생산할 수 있다.
연료전지장치에 사용되는 연료와 산화제로는 일반적으로 수소와 산소가 사용된다. 저온에서 구동되는 고분자전해질형 연료전지(PEMFC)가 대표적인 연료전지장치이다. 이 밖에 고온에서 운전되는 용융탄산염 연료전지(MCFC)의 경우 수소가 연료로 사용될뿐만 아니라 산화제로서 이산화탄소가 사용할 수 있다.
이와 같이 서로 다른 종류의 연료전지장치들을 혼용하여 전체 연료전지장치의 효율을 높이려는 연구가 진행되고 있다.
한국등록특허 10-0923447
본 발명의 실시예에 따른 연료전지장치는 제1 연료전지에서 미반응된 연료를 산화시켜 제2 연료전지로 공급하여 연료전지장치의 효율을 높일 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르면, 연료를 이용하여 제1 반응온도 범위에서 전기를 생성하고 전기 생성 과정에서 미반응된 상기 연료를 방출하는 제1 연료전지, 상기 미반응된 연료를 산화시켜 산화물을 생성하는 산화기 및 상기 산화물 중 일부를 이용하여 제2 반응온도 범위에서 전기를 생성하는 제2 연료전지를 포함하는 연료전지장치가 제공된다.
상기 미반응된 연료는 CO를 포함하고, 상기 산화물 중 일부는 CO2일 수 있다.
상기 산화기는 상기 제1 연료전지의 캐소드로부터 산소를 공급받아 상기 미반응된 연료를 산화시켜 상기 산화물을 상기 제2 연료전지의 캐소드로 공급할 수 있다.
상기 산화기는 외기로부터 산소를 공급받아 상기 미반응된 연료를 산화시켜 상기 산화물을 상기 제2 연료전지의 캐소드로 공급할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 연료전지장치는 상기 산화기와 연결되며, 상기 산화물의 온도가 상기 제2 반응 온도 범위 내에 있도록 상기 산화물로부터 열을 흡수하고, 열을 빼앗긴 상기 산화물을 상기 제2 연료전지에 공급하는 열흡수부를 더 포함할 수 있다.
상기 열흡수부는 상기 산화물과 열매체 사이에 열교환을 수행하는 제1 열교환기를 포함하며, 상기 제1 열교환기는 유입된 상기 산화물을 상기 제2 연료전지로 유출할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 연료전지장치는 연료생성용 원료와 스팀을 이용하여 생성된 상기 연료를 상기 제1 연료전지로 공급하는 개질기와, 상기 연료생성용 원료와 상기 열매체 사이에 열교환을 수행하여 상기 연료생성용 원료의 온도를 상승시키는 제2 열교환기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 연료전지장치는 연료생성용 원료와 스팀을 이용하여 생성된 상기 연료를 상기 제1 연료전지로 공급하는 개질기를 더 포함하고, 상기 스팀과 상기 열매체 사이에 열교환을 수행하여 상기 스팀의 온도를 상승시키는 제3 열교환기를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 연료전지장치는 상기 개질기가 생성한 상기 연료로부터 CO를 분리하고, 상기 CO를 상기 제1 연료전지에 공급하는 분리기를 더 포함할 수 있다.
상기 분리기는 상기 개질기와 연결되어 상기 개질기가 생성한 상기 연료로부터 CO 를 분리하고, 상기 CO를 상기 제1 연료전지로 공급하고 H2를 포함한 나머지 연료를 상기 제1 연료전지 및 상기 제2 연료전지에 공급할 수 있다.
상기 분리기는 상기 개질기와 연결되어 상기 개질기가 생성한 상기 연료의 일부로부터 CO 를 분리하고, 상기 CO는 상기 제1 연료전지로 공급하고 H2를 포함한 나머지 연료를 상기 제2 연료전지에 공급할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따른 연료전지장치는 상기 분리기에 의하여 분리된 연료 중 상기 제2 연료전지로 공급되는 CO 이외의 연료의 온도가 상기 제2 반응온도 영역에 있도록 나머지 연료의 온도를 변화시키는 제4 열교환기를 더 포함할 수 있다.
상기 제2 연료전지의 애노드로 CO2를 상기 산화기로 방출하고, 상기 산화기는 상기 CO2를 상기 제2 연료전지의 캐소드로 공급할 수 있다.
상기 제1 연료전지는 SOFC이고, 상기 제2 연료전지는 MCFC일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지장치는 제1 연료전지에서 미반응된 연료를 산화시켜 제2 연료전지로 공급하여 연료전지장치의 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지장치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지장치를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지장치를 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료전지장치를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료전지장치를 나타낸다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지장치를 나타낸다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지장치는 제1 연료전지(110), 산화기(120) 및 제2 연료전지(130)를 포함한다.
제1 연료전지(110)는 연료를 이용하여 제1 반응온도 범위에서 전기를 생성하고 전기 생성 과정에서 미반응된 연료를 방출한다.
산화기(120)는 미반응된 연료를 산화시켜 산화물을 생성한다.
제2 연료전지(130)는 산화물 중 일부를 이용하여 제2 반응온도 범위에서 전기를 생성한다.
이와 같이 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지장치는 제1 연료전지(110)에서 미반응된 연료의 산화물을 제2 연료전지(130)에 공급함으로써 연료전지장치의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제1 실시예 및 이후에 설명될 다른 실시예들에서 제1 연료전지(110) 및 제2 연료전지(130)는 각각 SOFC(Solid Oxide Fuel Cell) 및 MCFC(Molten Carbonate Fuel Cell)일 수 있다.
제1 연료전지(110) 및 제2 연료전지(130)는 전기화학 반응에 의해 전기를 생산하므로 연소에 의해서 발생되는 환경오염 물질을 배출하지 않고 간단한 발전 시스템으로 인하여 보다 효율적으로 전기를 생성할 수 있다.
제1 연료전지(110)는 H2, CO를 연료로 사용하여 전기를 생성하고, 제2 연료전지(130)는 H2를 연료로 사용하여 전기를 생성한다. 이 때 제1 연료전지(110)는 연료를 산화시키기 위하여 산소를 사용하고, 제2 연료전지(130)는 연료를 산화시키기 위하여 이산화탄소를 사용한다.
다음의 화학식 1 및 화학식 2는 각각 제1 연료전지(110)의 애노드(anode)(111) 및 캐소드(cathode)(113)에서 일어나는 화학반응을 나타낸다.
[화학식 1]
H2　+ O2 -　→　H2O + 2e-
CO + O2 -　→　CO2　+ 2e-　　　　　　
[화학식 2]
1/2 O2 + 2e-　→　O2 -
제1 연료전지(110)의 캐소드(113)에서 발생한 O2 - 는 전해질을 통하여 제1 연료전지(110)의 애노드(111)로 이동하여 제1 연료전지(110)의 연료인 H2와 CO를 산화시켜 H2O와 CO2를 형성하고, 이에 따라 전자(2e-)가 발생한다. 이 때 제1 연료전지(110)의 애노드(111)와 캐소드(113)가 전기적으로 연결되면 전자(2e-)가 흐르므로 전류가 형성된다.
한편, 다음의 화학식 3 및 화학식 4는 각각 제2 연료전지(130)의 애노드(anode)(131) 및 캐소드(cathode)(133)에서 일어나는 화학반응을 나타낸다.
[화학식 3]
　H2　+ CO3 2 -　→　H2O + CO2　+ 2e-
[화학식 4]
1/2 O2　+ CO2　+ 2e-　→　CO3 2 -
　제2 연료전지(130)의 캐소드(133)에서 발생한 CO3 2 -는 전해질을 통하여 제2 연료전지(130)의 애노드(131)로 이동하여 제2 연료전지(130)의 연료인 H2를 산화시켜 H2O를 형성하고, 이에 따라 전자(2e-)가 발생한다. 이 때 제2 연료전지(130)의 애노드(131)와 캐소드(133)가 전기적으로 연결되면 전자(2e-)가 흐르므로 전류가 형성된다.
이 때 제1 연료전지(110)의 애노드(111)에서 미반응된 연료인 H2, CO2, CO가 방출될 수 있고, 산화기(120)는 미반응된 연료인 H2 및 CO를 산화시켜 H2O 및 CO2를 생성할 수 있다. 즉, 미반응된 연료는 CO를 포함하고, 산화기(120)가 생성한 산화물 중 일부는 CO2일 수 있다. 또한 제1 연료전지(110)의 애노드(111)에서 이루어진 화학반응에 의하여 CO2가 형성되고, CO2는 산화기(120)를 통하여 제2 연료전지(130)의 캐소드(133)에 공급될 수 있다.
이와 같이 제2 연료전지(130)에서 필요한 CO2가 제1 연료전지(110)의 미반응 연료의 산화 및 제1 연료전지(110)의 화학반응에 의하여 생성된 CO2에 의하여 공급되므로 연료전지장치의 효율을 향상시킬 수 있다.
이 때 산화기(120)는 제1 연료전지(110)의 캐소드(113)로부터 산소 O2를 공급받아 미반응된 연료를 산화시켜 산화물을 제2 연료전지(130)의 캐소드(133)로 공급할 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 산화기(120)는, 제1 연료전지(110)의 캐소드(113)에서의 화학반응에 의하여 생성된 O2를 공급받아 제1 연료전지(110)의 애노드(111)에서 미반응된 연료 H2 및 CO를 산화시킬 수 있다.
이상에서 설명된 것과 다르게 산화기(120)는 외기(外氣)로부터 산소를 공급받아 미반응된 연료를 산화시켜 산화물을 제2 연료전지(130)의 캐소드(133)로 공급할 수도 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지장치를 나타낸다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지장치는 열흡수부(140)를 더 포함할 수 있다.
열흡수부(140)는 산화기(120)와 연결되며, 산화물의 온도가 제2 반응 온도 범위 내에 있도록 산화물로부터 열을 흡수하고, 열을 빼앗긴 산화물을 제2 연료전지(130)에 공급할 수 있다.
SOFC와 같은 제1 연료전지(110)는 섭씨 600 도 내지 섭씨 1000 도의 제1 반응온도 범위에서 전기를 생성하고, MCFC와 같은 제2 연료전지(130)는 섭씨 600 도 내지 섭씨 700 도의 제2 반응온도 범위에서 전기를 생성할 수 있다. 이와 같은 제1 반응온도 범위 및 제2 반응온도 범위는 일례일 뿐이어서 이에 한정되지 않으며 본 발명의 실시예에 따른 연료전지장치의 설치조건이나 구동조건에 따라 변경가능하다.
이에 따라 제1 연료전지(110)의 애노드(111)에서 방출된 미반응 연료(H2, CO2)와 반응 결과물(CO2)의 온도는 제1 반응온도 범위 내에 있을 수 있다. 이와 같은 미반응 연료(H2, CO2) 및 반응 결과물(CO2)이 산화기(120)를 통하여 제2 연료전지(130)의 캐소드로 공급될 경우 제2 연료전지(130)의 온도가 제2 반응온도 범위를 벗어나 제2 연료전지(130)의 효율이 떨어질 수 있다.
이에 따라 열흡수부(140)는 산화물의 열을 흡수하여 산화기(120)로부터 공급된 산화물의 온도를 떨어뜨릴 수 있고, 이에 따라 산화물의 온도는 제2 반응온도 범위 내에 있을 수 있다.
이 때 열흡수부(140)는 제1 열교환기(141)를 포함할 수 있다. 제1 열교환기(141)는 산화기(120)로부터 공급된 산화물과 열매체 사이에 열교환을 수행하며, 제1 열교환기(141)는 유입된 산화물을 제2 연료전지(130)로 유출할 수 있다. 이에 따라 산화물의 온도는 제2 반응온도 범위 내에 있도록 하강하고 열매체의 온도는 상승할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지장치를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료전지장치는 개질기(reformer)(150)와 제2 열교환기(160)를 더 포함할 수 있다.
개질기(150)는 연료생성용 원료와 스팀을 이용하여 생성된 연료를 제1 연료전지(110)로 공급할 수 있다. 개질기(150)는 수소를 함유하는 연료생성용 원료(LPG, LNG, 메탄, 석탄가스, 에탄올, 가솔린, 디젤 등)로부터 H2, CO 및 CO2와 같이 제1 연료전지(110) 및 제2 연료전지(130)에서 사용되는 연료로 변환할 수 있다.
제2 열교환기(160)는 연료생성용 원료와 열매체 사이에 열교환을 수행하여 연료생성용 원료의 온도를 상승시킬 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 열매체는 유로로 연결된 제1 열교환기(141)와 제2 열교환기(160) 사이를 순환할 수 있다. 이 때 펌프는 열매체의 순환에 필요한 압력을 제공할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이 제1 열교환기(141)가 산화물과 열매체 사이의 열교환을 수행함으로써 열매체의 온도는 상승한다. 이와 같이 열을 흡수한 열매체가 제2 열교환기(160)로 유입되면 제2 열교환기(160)는 열매체와 연료생성용 원료 사이에 열교환을 수행한다. 이에 따라 연료생성용 원료의 온도가 상승하여 연료생성용 원료의 온도가 제1 연료전지(110)의 제1 반응온도 범위 내에 있을 수 있다.
개질기(150)가 공급하는 H2, CO2, CO의 온도가 제1 반응온도 영역을 벗어나면 제1 연료전지(110)의 효율이 떨어질 수 있다. 이를 방지하기 위하여 산화물의 열을 흡수한 열매체가 제2 열교환기(160)를 통하여 열을 연료생성용 원료에 전달함으로써 개질기(150)가 공급하는 연료의 온도를 상승시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료전지장치를 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료전지장치는 개질기(150)와 제3 열교환기(170)를 더 포함할 수 있다.
개질기(150)는 연료생성용 원료와 스팀을 이용하여 생성된 연료를 제1 연료전지(110)로 공급할 수 있다. 제3 열교환기(170)는 스팀과 열매체 사이에 열교환을 수행하여 스팀의 온도를 상승시킬 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 열매체는 유로를 통하여 제1 열교환기(141)와 제3 열교환기(170) 사이를 순환할 수 있다. 이 때 펌프는 열매체의 순환에 필요한 압력을 제공할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이 제1 열교환기(141)에서 열을 흡수한 열매체가 제3 열교환기(170)로 유입되면 제3 열교환기(170)는 열매체와 스팀 사이에 열교환을 수행한다. 이에 따라 스팀의 온도가 상승하여 스팀의 온도가 제1 연료전지(110)의 제1 반응온도 범위 내에 있을 수 있다.
개질기(150)가 공급하는 H2, CO2, CO의 온도가 제1 반응온도 영역을 벗어나면 제1 연료전지(110)의 효율이 떨어지므로 이를 방지하기 위하여 열매체가 제3 열교환기(170)를 통하여 열을 스팀에 전달함으로써 개질기(150)가 공급하는 연료의 온도를 상승시킬 수 있다.
한편, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예 및 제4 실시예에 따른 연료전지장치는 분리기(180)를 더 포함할 수 있다. 분리기(180)는 개질기(150)가 생성한 연료로부터 CO를 분리하고, 분리된 CO를 제1 연료전지(110)에 공급할 수 있다. 이 때 분리기(180)는 연료로부터 CO를 분리하는 세라믹 멤브레인(ceramic membrane)을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고 CO를 분리할 수 있는 다양한 장치가 본 발명의 실시예에 적용될 수 있다.
이와 같은 분리기(180)가 연료로부터 분리된 CO를 제1 연료전지(110)의 애노드(111)에 공급함으로써 연료전지장치의 효율을 더욱 높일 수 있다.
이 때 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 분리기(180)는 개질기(150)와 연결되어 개질기(150)가 생성한 연료의 일부로부터 CO 를 분리하고, CO를 제1 연료전지(110)로 공급하며, H2를 포함한 나머지 연료를 제2 연료전지(130)에 공급할 수 있다. 제1 연료전지(110)는 개질기(150)로부터 CO와 H2를 공급받을 뿐만 아니라 분리기(180)로부터 CO를 공급받을 수 있다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료전지장치를 나타낸다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료전지장치는 개질기(150) 및 분리기(190)를 더 포함할 수 있다. 개질기(150)에 대해서는 앞서 제 3 실시예 및 제4 실시예를 통하여 상세히 설명되었으므로 이에 대한 설명은 생략된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 분리기(190)는 개질기(150)와 연결되어 개질기(150)가 생성한 연료로부터 CO 를 분리하고, CO는 제1 연료전지(110)로 공급하고 H2를 포함한 나머지 연료를 제1 연료전지(110) 및 제2 연료전지(130)에 공급할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, CO는 제1 연료전지(110)의 연료로 사용되고, H2는 제1 연료전지(110)와 제2 연료전지(130)의 연료로 사용된다. 이와 같은 연료 사용에 따라 분리기(190)가 연료로부터 분리된 CO가 제1 연료전지(110)로 공급되고, H2가 제1 연료전지(110) 및 제2 연료전지(130)로 공급될 경우 연료전지장치의 효율을 높일 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3 실시예 내지 제5 실시예에 따른 연료전지장치는 제4 열교환기(200)를 더 포함할 수 있다. 제4 열교환기(200)는 분리기(180, 190)에 의하여 분리된 연료 중 제2 연료전지(130)로 공급되는 CO 이외의 연료의 온도가 제2 반응온도 영역에 있도록 나머지 연료의 온도를 변화시킬 수 있다.
분리기(180, 190)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 개질기(150)가 생성한 연료 중 일부를 공급받아 CO를 분리하거나, 도 5에 도시된 바와 같이 개질기(150)가 생성한 연료 전체를 공급받아 CO를 분리할 수 있다.
분리기(180, 190)는 CO를 제1 연료전지(110)에 공급하고, CO를 제외한 나머지 연료를 제2 연료전지(130)의 애노드(131)에 공급할 수 있다. 앞서 설명된 바와 같이, 제1 연료전지(110) 및 제2 연료전지(130)의 제1 반응온도 영역 및 제2 반응온도 영역은 서로 다르므로 제2 연료전지(130)로 공급되는 연료의 온도는 제2 반응온도 영역 내에 있어야 한다.
따라서 제4 열교환기(200)에 흐르는 유체는 CO를 제외한 나머지 연료로부터 열을 흡수하여 제2 연료전지(130)로 공급되는 연료의 온도가 제2 반응온도 영역 내에 있도록 할 수 있다.
한편, 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예 내지 제5 실시예에 따른 연료전지장치의 경우 제2 연료전지(130)의 애노드(131)로 CO2를 산화기(120)로 방출하고, 산화기(120)는 CO2를 제2 연료전지(130)의 캐소드(133)로 공급할 수 있다.
앞서 설명된 바와 같이, 제2 연료전지(130)의 애노드(131)에서는 H2가 산화되어 H2O와 CO2가 발생한다. 본 발명의 실시예들에서 CO2는 산화기(120)를 거쳐 CO2가 산화제로 사용되는 제2 연료전지(130)의 캐소드(133)에 공급되므로 연료전지장치의 효율이 높아질 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
제1 연료전지 : 110 산화기 : 120
제2 연료전지 : 130 애노드 : 111, 131
캐소드 : 113, 133 열흡수부 : 140
제1 열교환기 : 141 개질기 : 150
제2 열교환기 : 160 제3 열교환기 : 170
분리기 : 180, 190 제4 열교환기 : 200

Claims (14)

  1. 연료를 이용하여 제1 반응온도 범위에서 전기를 생성하고 전기 생성 과정에서 미반응된 상기 연료를 방출하는 제1 연료전지;
    상기 미반응된 연료를 산화시켜 산화물을 생성하는 산화기; 및
    상기 산화물 중 일부를 이용하여 제2 반응온도 범위에서 전기를 생성하는 제2 연료전지;
    상기 산화기와 연결되며, 상기 산화물의 온도가 상기 제2 반응 온도 범위 내에 있도록 상기 산화물로부터 열을 흡수하고, 열을 빼앗긴 상기 산화물을 상기 제2 연료전지에 공급하는 제1 열교환기를 포함하는 열흡수부;
    연료생성용 원료와 스팀을 이용하여 생성된 상기 연료를 상기 제1 연료전지로 공급하는 개질기를 포함하고,
    상기 연료생성용 원료와 상기 제1 열교환기의 열매체 사이에 열교환을 수행하여 상기 연료생성용 원료의 온도를 상기 제1 반응온도 범위로 상승시키는 제2 열교환기; 또는
    상기 스팀과 상기 열매체 사이에 열교환을 수행하여 상기 스팀의 온도를 상기 제1 반응온도 범위로 상승시키는 제3 열교환기를 더 포함하며,
    상기 열매체는, 상기 제1 열교환기와 상기 제2 열교환기 사이를 순환하거나, 상기 제1 열교환기와 상기 제3 열교환기를 순환하는 연료전지장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미반응된 연료는 CO를 포함하고, 상기 산화물 중 일부는 CO2인 연료전지장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산화기는 상기 제1 연료전지의 캐소드로부터 산소를 공급받아 상기 미반응된 연료를 산화시켜 상기 산화물을 상기 제2 연료전지의 캐소드로 공급하는 연료전지장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산화기는 외기로부터 산소를 공급받아 상기 미반응된 연료를 산화시켜 상기 산화물을 상기 제2 연료전지의 캐소드로 공급하는 연료전지장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열교환기는 유입된 상기 산화물을 상기 제2 연료전지로 유출하는 연료전지장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 개질기가 생성한 상기 연료로부터 CO를 분리하고, 상기 CO를 상기 제1 연료전지에 공급하는 분리기를 더 포함하는 연료전지장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 분리기는 상기 개질기와 연결되어 상기 개질기가 생성한 상기 연료로부터 CO 를 분리하고, 상기 CO를 상기 제1 연료전지로 공급하고 H2를 포함한 나머지 연료를 상기 제1 연료전지 및 상기 제2 연료전지에 공급하는 연료전지장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 분리기는 상기 개질기와 연결되어 상기 개질기가 생성한 상기 연료의 일부로부터 CO 를 분리하고, 상기 CO는 상기 제1 연료전지로 공급하고 H2를 포함한 나머지 연료를 상기 제2 연료전지에 공급하는 연료전지장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 분리기에 의하여 분리된 연료 중 상기 제2 연료전지로 공급되는 CO 이외의 연료의 온도가 상기 제2 반응온도 영역에 있도록 나머지 연료의 온도를 변화시키는 제4 열교환기를 더 포함하는 연료전지장치.
  13. 제1항 내지 제4항, 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 연료전지의 애노드로부터 CO2가 상기 산화기로 방출하고, 상기 산화기는 상기 CO2를 상기 제1 열교환기를 통하여 상기 제2 연료전지의 캐소드로 공급하는 연료전지장치.
  14. 제1항 내지 제4항, 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 연료전지는 SOFC이고, 상기 제2 연료전지는 MCFC인 연료전지장치.
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