KR101440191B1 - 고효율 연료전지 하이브리드 시스템 - Google Patents

고효율 연료전지 하이브리드 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지를 엔진과 조합해서 사용하고, 터보 과급기를 포함하여, 연료전지의 애노드 오프 가스와 엔진의 배출 가스를 이용하여 보다 많은 전기를 발생시키는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 고온의 공기 및 산소를 공급하는 캐소드와, 산소이온 또는 탄산이온이 수소와 반응하여 전기를 발생하고 애노드 오프가스를 배출하는 애노드를 포함하는 연료전지; 상기 연료전지의 애노드에 수소를 공급하는 개질기; 상기 연료전지의 애노드 오프 가스와 공기를 혼합시키는 제1혼합기; 상기 제1혼합기로부터 애노드 오프가스와 공기의 혼합기체를 공급받는 압축기와, 상기 압축기와 동일축으로 연결된 터빈을 포함하는 터보 과급기; 및 상기 압축기로부터 혼합기체를 공급받아서 동력을 발생시키고, 배출가스를 상기 터빈에 공급하는 엔진부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템을 제공한다.
본 발명에 의하면 애노드 오프가스를 활용하게 되므로, 엔진에 공급되는 연료와 공기를 별도의 장치 없이도 공급할 수 있으며, 일반 엔진 과급기가 공기만 과급하는 것과는 달리, 애노드 오프가스와 공기의 혼합기체를 과급함으로써 연료와 공기의 혼합 특성을 향상시키고, 엔진의 크기를 감소시키는 이점이 있다.

Description

고효율 연료전지 하이브리드 시스템 {HIGH EFFICIENCY FUEL CELL HYBRID SYSTEM}
본 발명은 발전 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지를 엔진과 조합해서 사용하고, 터보 과급기를 포함하여, 연료전지의 애노드 오프 가스, 캐소드 오프가스 및 엔진의 배출 가스를 이용하여 보다 많은 전기를 발생시키는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지는 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변화시키는 전기화학적 장치로서 수소와 산소를 양극과 음극에 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 시스템을 말한다.
이러한 연료전지의 일반적인 특성은, 연료가 전기화학적으로 반응하여 전기를 생산하는 과정에서 열이 발생하게 되므로 총 효율을 80%이상 높이는 고효율 발전이 가능하며, 기존의 화력 발전에 비해 효율이 높으므로 발전용 연료의 절감이 가능하고 열병합 발전도 가능하다. 또한, NOx와 CO2의 배출량이 석탄 화력 발전에 비하여 현저히 낮으며 소음도 매우 적어 공해 배출 요인이 거의 없는 무공해 에너지 기술이다.
이와 더불어 모듈화에 의한 건설 기간의 단축, 설비 용량의 증감이 가능하고 입지 선정이 용이하다. 따라서 도심지역 또는 건물 내 설치가 가능하여 경제적으로 에너지를 공급할 수 있으며, 천연가스, 도시가스, 메탄올, 폐기물 가스 등 다양한 연료를 사용할 수 있으므로 기존의 화력 발전을 대체하고, 분산 전원용 발전소, 열병합 발전소, 무공해 자동차 전원 등에 적용될 수 있다.
연료전지 시스템은 고온의 공기 및 산소를 공급하는 캐소드와 산소이온 또는 탄산이온이 수소와 반응하여 전기를 생성하고 애노드 오프가스를 배출하는 애노드를 포함한다.
그러나, 종래의 연료전지는 애노드에서 배출되는 배출가스를 적절하게 활용하지 못하여 효율이 저하되는 문제가 있었던 바, 기존의 연료전지 하이브리드 시스템은 애노드 오프가스를 활용해서 엔진부를 가동하여 추가적으로 동력이나 전력 생산이 가능하도록 함으로써 발전 효율을 향상시키고 있다. 그러나 이 경우 애노드 오프가스에 포함된 수증기, 이산화탄소, 질소 등의 불활성 기체를 엔진에 공급하게 되어 연료 효율이 저하되고, 엔진의 출력 대비 크기가 커지는 문제가 있어 이에 대한 개선이 필요한 실정이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 애노드 오프 가스를 공기와 혼합한 혼합기체를 터보 과급기를 이용하여 엔진부에 공급함으로써 고효율의 연료전지 하이브리드 시스템을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고효율 연료전지 하이브리드 시스템에 있어서, 고온의 공기 및 산소를 공급하는 캐소드와, 산소이온 또는 탄산이온이 수소와 반응하여 전기를 생성하고 애노드 오프가스를 배출하는 애노드를 포함하는 연료전지; 상기 연료전지의 애노드에 수소를 공급하는 개질기; 상기 연료전지의 애노드 오프 가스와 공기를 혼합시키는 제1혼합기; 상기 제1혼합기로부터 애노드 오프가스와 공기의 혼합기체를 공급받는 압축기와, 상기 압축기와 동일축으로 연결된 터빈을 포함하는 터보 과급기; 상기 압축기로부터 혼합기체를 공급받아서 동력을 발생시키고, 배출가스를 상기 터빈에 공급하는 엔진부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템을 제공한다.
또한, 상기 압축기는 상기 혼합기체를 압축시켜 상기 엔진부에 공급하는 것을 특징으로 하는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 터빈은 상기 엔진부로부터 배출되는 고온, 고압의 가스를 공급받아 구동되어 회전력을 상기 압축기에 전달하는 것을 특징으로 하는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 엔진부는 HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition) 엔진인 것을 특징으로 하는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 터빈을 통과한 상기 엔진부의 배출 가스의 열원을 이용하여 상기 개질기에 공급되는 연료와 물을 승온시키는 제1열교환기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 캐소드의 오프가스의 열원을 이용하여 상기 캐소드에 공급되는 공기를 승온시키는 제2열교환기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템을 과제의 해결수단으로 한다.
또한, 상기 터빈과 동일축으로 연결되어 전력을 생산하는 발전기가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템을 과제의 해결수단으로 한다.
본 발명에 따른 고효율 연료전지 하이브리드 시스템에 의하면 애노드 오프가스를 활용하여 엔진부에 공급하게 되므로, 엔진에 공급되는 연료와 공기를 별도의 장치 없이 공급할 수 있는 이점이 있다.
또한, 애노드 오프 가스와 외부로부터 공급되는 공기를 혼합하여 엔진에 과급함으로써 연료와 공기의 혼합 특성이 향상되고, 터보과급기의 압축기를 통하여 공급되는 연료와 공기의 부피가 감소되므로 엔진의 크기를 감소시키므로 출력 대비 엔진의 크기를 감소시키며, 배출가스와 공기를 미리 혼합해서 엔진부에 공급하면 연소 시 매연의 생성을 줄일 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 애노드 오프가스를 외부의 공기와 혼합하는 혼합부를 구성함으로써, 별도로 애노드 오프가스를 냉각하는 장치를 설치하지 않고도 애노드 오프가스를 외부의 공기와 혼합하여 엔진부에 주입함으로써, 엔진부의 내구성과 연료 효율을 높이는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 HCCI엔진을 사용하므로 희박한 연료조성을 가진 애노드 오프가스가 사용되는 경우에도, 별도의 추가 연료 없이 연소가 가능하다는 이점이 있다.
또한, 애노드 오프 가스를 이용하여 엔진부를 가동하여 동력이나 전력 생산이 가능하도록 함으로써 발전 효율을 향상 시킬 수 있다.
도 1은 종래의 연료전지 시스템을 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 연료전지 하이브리드 시스템을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 하이브리드 시스템을 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 고효율 연료전지 하이브리드 시스템의 바람직한 실시예들을 자세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 종래의 연료전지 시스템을 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 연료전지 시스템은 고온의 공기 및 산소를 공급하는 캐소드(12)와 산소이온 또는 탄산이온이 수소와 반응하여 전기를 생성하고 애노드 오프가스를 배출하는 애노드(11)를 포함한다.
그러나 종래의 연료전지는 애노드(11)에서 배출되는 배출가스를 적절하게 활용하지 못하여 전체 시스템의 효율이 저하되는 문제가 있었던 바, 종래의 연료전지 하이브리드 시스템은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 도 2는 종래의 연료전지 하이브리드 시스템의 사이클을 도시한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 연료전지 시스템은 고온의 공기 및 산소를 공급하는 캐소드(21)와 산소이온 또는 탄산이온이 수소와 반응하여 전기를 생성하고 애노드 오프가스를 배출하는 애노드(22)를 포함하는 전기발생부(20)와, 상기 애노드(22)와 연통되어 유입되는 상기 배출가스를 냉각시키는 냉각부(30)와, 상기 냉각부(30)를 지나면서 냉각된 상기 배출가스를 공급받아서 동력을 발생시키는 엔진부(50)와, 상기 엔진부(50)에서 배출되는 이산화탄소를 상기 캐소드(21)로 공급하는 재순환부(70)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 하이브리드 시스템을 제공한다.
상술한 바와 같이, 상기 종래의 연료전지 하이브리드 시스템은 고온의 애노드 오프가스를 온도 강하시키는 냉각부(30)가 별도로 필요하게 되고, 애노드 오프 가스에 포함된 불활성 기체를 엔진부(50)에 공급하게 되어 연료 효율이 저하되고 출력 대비 엔진의 크기가 크다는 문제점이 발생된다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 도 3은 고효율 연료전지 하이브리드 시스템의 사이클을 나타낸 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 고온의 공기 및 산소를 공급하는 캐소드(110)와, 산소이온 또는 탄산이온이 수소와 반응하여 전기를 생성하고 애노드 오프가스를 배출하는 애노드(120)를 포함하는 연료전지(100)와, 상기 연료전지(100)의 애노드(120)에 수소를 공급하는 개질기(200)와, 상기 연료전지(100)의 애노드 오프 가스와 공기를 혼합시키는 제1혼합기(310)와, 상기 제1혼합기(310)로부터 애노드 오프 가스와 공기의 혼합기체를 공급받는 압축기(410)와, 상기 압축기(410)와 동일축으로 연결된 터빈(420)을 포함하는 터보 과급기(400) 및 상기 압축기(410)로부터 혼합기체를 공급받아서 동력을 발생시키고, 배출가스를 상기 터빈(420)에 공급하는 엔진부(500)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템을 제공한다.
연료와 물은 제2혼합기(320)에 공급되고, 상기 제2혼합기(320)에 공급되어 혼합된 상기 연료와 물은 제1열교환기(610)를 거쳐서 상기 개질기(200)로 공급된다. 상기 개질기(200)는 상기 연료전지(100)의 애노드(120)에 수소를 공급하기 위하여 사용되며, 상기 개질기(200)는 수소를 포함한 연료(LPG, LNG, 메탄, 석탄가스, 메탄올 등)를 상기 연료 전지(100)에 요구되는 다량의 수소를 포함하는 가스로 변환시키는 역할을 한다.
상기 연료전지(100)의 캐소드(110)에서는 산소와 이산화탄소가 반응해서 탄산이온이 발생하게 된다. 공기는 제2열교환기(620)를 거쳐서 상기 연료전지의 캐소드(110)로 공급되는데, 캐소드 오프 가스는 상기 제2열교환기(620)를 통과하고, 이 때 상기 캐소드(110)로 공급되는 공기를 승온시키는 역할을 하고, 배기된다.
상기 애노드(120)에서는 산소이온 또는 탄산이온이 수소와 전기화학적 반응을 하여 전기를 생성하고 물과 이산화탄소가 포함된 애노드 오프가스를 배출한다. 다만, 상기 애노드(120)에서 배출되는 애노드 오프 가스의 온도는 대략 600 내지 1000도씨 정도인데, 이러한 고온의 애노드 오프 가스를 직접 상기 엔진부(500)에 공급하게 되면 발전량이 작아지는 문제가 발생할 수 있다. 이는 한정된 크기를 갖는 상기 엔진부(500)에 애노드 오프 가스가 공급됨으로 인해 단위 체적당 연료량이 낮아지기 때문이다. 또한, 상기 엔진부(500)의 내구성에 문제가 생길 수 있을 뿐만 아니라 엔진부 내부에서의 점화 시점이 달라짐으로 인해 동력 발생이 원활하지 않은 문제도 있을 수 있다.
본 실시예에서는 이러한 문제가 발생하지 않도록 애노드 오프 가스를 외부로부터 공급되는 공기와 혼합하여 상기 엔진부(500)에 공급하도록 상기 제1혼합기(310)가 구비된다. 애노드 오프 가스와 외부로부터 공급되는 공기는 상기 제1혼합기(320)에서 혼합되고, 혼합기체는 상기 터보 과급기(400)의 압축기(410)로 공급된다. 상기 압축기(410)는 상기 혼합기체를 압축시켜 상기 엔진부(500)에 공급한다.
상기 엔진부(500)로는 HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition, 압축착화-점화겸용엔진) 엔진을 사용하는 것이 바람직하다.
디젤 엔진은 보통 20:1 정도의 고압에 액체연료를 안개처럼 뿌려서 자체 폭발을 유도한다. 이는 경유를 비롯한 디젤연료들은 400~500℃의 온도에서 자체 폭발을 일으키기 때문에 가능한 것이며, 자체 폭발을 일으키면 골고루 동시에 폭발을 하게 되기 때문에 연료의 연소율이 높아지고 결과적으로는 연비가 좋아지는 효과가 있다.
하지만, 본 실시예에 따른 애노드(120)에서 배출되는 배출가스의 농도가 디젤 엔진에 사용되는 액체연료의 농도보다 낮으며, 배출가스가 가스 상태이기 때문에 고압으로 압축해서 분사하는 것이 용이하지 않기 때문에 디젤 엔진을 사용하는데 문제가 있다.
전술한 이유로, 공기와 연료를 섞은 혼합기에 점화장치가 불꽃을 터뜨려 폭발시키는 가솔린 엔진을 사용할 수도 있지만, 가솔린 엔진을 사용할 경우 수소와 일산화탄소의 비율이 낮은 배출가스만으로는 점화가 어렵기 때문에 추가 연료를 투입해야 하는 단점이 있다. 추가 연료 투입은 곧 시스템 전체의 효율 저하를 의미하는 것이기 때문이다.
이에 본 실시예에서는 엔진부(500)로서 HCCI 엔진을 사용한다. HCCI 엔진은 가솔린 엔진과 디젤 엔진의 장점만을 갖는 엔진으로서, 수소와 일산화탄소의 비율이 낮은 경우에도 점화가 가능하기 때문에 효과적인 동력 생산이 가능하며, 수소와 일산화탄소의 비율이 낮기 때문에 연소 온도가 낮아져 질소 산화물의 생성을 예방할 수 있다는 이점이 있다.
엔진부 배출 가스는 상기 터보 과급기(400)의 터빈(420)을 구동하고, 상기 터빈(420)과 동일축으로 연결된 압축기(410)를 구동시킨다. 상기 터빈(420)을 통과한 엔진부 배출 가스는 제1열교환기(610)를 거쳐 상기 개질기(200)에 공급되는 연료와 물을 승온시키고, 배기된다. 엔진부 배출 가스를 열교환하여 상기 개질기(200)에 공급되는 연료와 물을 승온시키므로, 전체 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 엔진부(500)가 구동되며 발생되는 열은 상기 개질기(200)로 공급된다.
본 실시예에서는 상기 압축기(410)를 통하여 상기 엔진부(500)로 공급된 애노드 오프 가스와 외부로부터 공급되는 공기의 혼합기체가 엔진부 내부에서 점화되면서 발생하는 폭발력이 상기 터빈(420)을 거치며 동력으로 전환되는데, 이러한 동력을 이용해서 상기 터빈(420)과 동일축으로 연결된 발전기(700)를 가동시킬 경우 추가적으로 전기를 생산할 수 있다는 이점이 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
10:연료전지 11:애노드
12:캐소드 20:전기발생부
21:캐소드 22:애노드
30:냉각부 40:혼합부
50:엔진부 60:공기분리부재
70:재순환부 100:연료전지
110:캐소드 120:애노드
200:개질기 310:제1혼합기
320:제2혼합기 400:터보과급기
410:압축기 420:터빈
500:엔진부 610:제1열교환기
620:제2열교환기 700:발전기

Claims (7)

  1. 고온의 공기 및 산소를 공급하는 캐소드(110)와, 산소이온 또는 탄산이온이 수소와 반응하여 전기를 생성하고 애노드 오프 가스를 배출하는 애노드(120)를 포함하는 연료전지(100);
    상기 연료전지(100)의 애노드(120)에 수소를 공급하는 개질기(200);
    상기 연료전지(100)의 애노드 오프 가스와 공기를 혼합시키는 제1혼합기(310);
    상기 제1혼합기(310)로부터 애노드 오프가스와 공기의 혼합기체를 공급받는 압축기(410)와, 상기 압축기(410)와 동일축으로 연결된 터빈(420)을 포함하는 터보 과급기(400); 및
    상기 압축기(410)로부터 혼합기체를 공급받아서 동력을 발생시키고, 배출가스를 상기 터빈(420)에 공급하는 엔진부(500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 압축기(410)는 상기 혼합기체를 압축시켜 상기 엔진부(500)에 공급하는 것을 특징으로 하는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 터빈(420)은 상기 엔진부(500)로부터 배출되는 고온, 고압의 가스를 공급받아 구동되어 회전력을 상기 압축기(410)에 전달하는 것을 특징으로 하는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 엔진부(500)는 HCCI(Homogeneous Charge Compression Ignition) 엔진인 것을 특징으로 하는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 터빈(420)을 통과한 상기 엔진부(500)의 배출 가스의 열원을 이용하여 상기 개질기(200)에 공급되는 연료와 물을 승온시키는 제1열교환기(610)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 캐소드(110)의 오프가스의 열원을 이용하여 상기 캐소드(110)에 공급되는 공기를 승온시키는 제2열교환기(620)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 터빈(420)과 동일축으로 연결되어 전력을 생산하는 발전기(700)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 고효율 연료전지 하이브리드 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101978374B1 (ko) * 2016-06-29 2019-05-15 한국기계연구원 다단 개질기 구조를 가지는 연료전지-엔진 하이브리드 발전시스템
KR102102969B1 (ko) * 2018-06-29 2020-04-22 서울대학교산학협력단 엔진 발전량을 시스템 구동에 사용하는 연료전지-엔진 하이브리드 발전 시스템
CN108944406A (zh) * 2018-08-24 2018-12-07 李骏 一种车用燃料电池与内燃机复合的机电混合驱动系统
KR102289495B1 (ko) * 2018-11-01 2021-08-12 고등기술연구원연구조합 연료전지를 이용한 이산화탄소 포집 시스템 및 그 방법
CN112164817A (zh) * 2020-09-03 2021-01-01 浙江科技学院 一种固体氧化物燃料电池发电系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004127757A (ja) 2002-10-03 2004-04-22 Nippon Steel Corp 燃料電池とガスエンジンとのハイブリッドシステム、および燃料ガスの処理方法
KR20090108123A (ko) * 2007-02-05 2009-10-14 퓨얼 셀 에너지, 인크 고효율 파워 발생을 위한 일체형 연료전지 및 열엔진 하이브리드 시스템
KR20100062093A (ko) * 2008-12-01 2010-06-10 현대중공업 주식회사 왕복동 엔진의 과급기와 배기 가스를 이용한 연료전지 시스템
KR101079670B1 (ko) 2010-02-05 2011-11-04 에스티엑스메탈 주식회사 주기용 엔진의 폐열을 이용하는 보기용 연료전지 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004127757A (ja) 2002-10-03 2004-04-22 Nippon Steel Corp 燃料電池とガスエンジンとのハイブリッドシステム、および燃料ガスの処理方法
KR20090108123A (ko) * 2007-02-05 2009-10-14 퓨얼 셀 에너지, 인크 고효율 파워 발생을 위한 일체형 연료전지 및 열엔진 하이브리드 시스템
KR20100062093A (ko) * 2008-12-01 2010-06-10 현대중공업 주식회사 왕복동 엔진의 과급기와 배기 가스를 이용한 연료전지 시스템
KR101079670B1 (ko) 2010-02-05 2011-11-04 에스티엑스메탈 주식회사 주기용 엔진의 폐열을 이용하는 보기용 연료전지 시스템

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