KR101489643B1 - Fuel cell system and control method thereof - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 연료 전지 시스템의 안정성 및 성능향상, 운전성(열 수요를 추종할 수 있음)을 향상시킬 수 있는 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 본 명세서의 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 연료 전지 시스템의 폐열을 회수하는 폐열 회수부와; 상기 폐열 회수부에 연결되고, 상기 폐열 회수부에 열을 공급하는 히팅 유니트를 더 포함하며, 상기 히팅 유니트에서 발생한 배출 가스는 상기 연료 전지의 캐소드에 유입될 수 있다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system and a control method thereof that can improve stability and performance of a fuel cell system and improve operability (capable of following heat demand) A waste heat recovery unit for recovering waste heat of the fuel cell system; And a heating unit connected to the waste heat recovering unit and supplying heat to the waste heat recovering unit. The exhaust gas generated in the heating unit may be introduced into the cathode of the fuel cell.

Figure R1020140111687
Figure R1020140111687

Description

연료 전지 시스템 및 그 제어 방법{FUEL CELL SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a fuel cell system,

본 명세서는 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다. BACKGROUND 1. Technical Field The present invention relates to a fuel cell system and a control method thereof.

일반적으로, 연료전지는 수소와 산소를 이용하여 물과 전기를 생성하게 된다. 연료전지의 작동 원리는 애노드(Anode)에서 수소가 이온화되면서 전자를 발생하고, 그 발생한 전자는 중간의 전해질을 거쳐 캐소드(Cathode)로 이동하게 된다. 상기 전자가 이동하는 과정에서 전기 에너지가 발생한다. 수소와 공기가 반응해 물이 생성되는 이 반응은 발열 반응으로 전기에너지 외에도 열과 물을 얻을 수 있다.Generally, a fuel cell uses hydrogen and oxygen to produce water and electricity. The operating principle of a fuel cell is to generate electrons while hydrogen is ionized in the anode, and the generated electrons move to the cathode through the intermediate electrolyte. Electric energy is generated during the movement of the electrons. This reaction, in which hydrogen and air react with each other to produce water, is an exothermic reaction that can provide heat and water in addition to electrical energy.

반면, 연료전지의 연료로 쓰이는 수소는 그 자체로 얻기는 어렵기 때문에 수소화합물을 개질하여 이용한다. 즉, 연료전지의 연료로서 탄소와 수소의 화합물인 화석연료가 사용된다. 종래 기술에 따른 연료전지는 한국 특허 출원번호 10-2006-0117082에도 개시되어 있다. On the other hand, since hydrogen used as a fuel for a fuel cell is difficult to obtain by itself, a hydrogen compound is modified and used. That is, fossil fuel, which is a compound of carbon and hydrogen, is used as the fuel of the fuel cell. A conventional fuel cell is also disclosed in Korean Patent Application No. 10-2006-0117082.

본 명세서는 연료 전지 시스템의 안정성 및 성능향상, 운전성(열 수요를 추종할 수 있음)을 향상시킬 수 있는 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fuel cell system and a control method thereof that can improve stability and performance of a fuel cell system and improve operability (capable of following heat demand).

본 명세서의 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 연료 전지와, 상기 연료 전지와 전력 계통 사이에 연결된 주변장치를 포함하는 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 전지 시스템의 폐열을 회수하는 폐열 회수부와; 상기 폐열 회수부에 연결되고, 상기 폐열 회수부에 열을 공급하는 히팅 유니트를 더 포함하며, 상기 히팅 유니트에서 발생한 배출 가스는 상기 연료 전지의 캐소드에 유입될 수 있다. A fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell and a peripheral device connected between the fuel cell and a power system, the fuel cell system comprising: a waste heat recovery part for recovering waste heat of the fuel cell system; And a heating unit connected to the waste heat recovering unit and supplying heat to the waste heat recovering unit. The exhaust gas generated in the heating unit may be introduced into the cathode of the fuel cell.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 히팅 유니트는 가스 버너 타입의 히팅 유니트일 수 있다. As one example related to the present specification, the heating unit may be a gas burner type heating unit.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 히팅 유니트는 탄화수소계열의 연료를 사용하는 히팅 유니트일 수 있다. As one example related to the present specification, the heating unit may be a heating unit using a hydrocarbon-based fuel.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 히팅 유니트는 상기 폐열 회수부에 공급할 열을 발생할 때 생성되는 이산화탄소를 상기 연료전지의 캐소드에 공급함으로써 상기 연료전지의 캐소드로 유입되는 이산화탄소의 분압을 증가시킬 수 있다. As one example related to the present specification, the heating unit may increase the partial pressure of carbon dioxide introduced into the cathode of the fuel cell by supplying the cathode of the fuel cell with carbon dioxide, which is generated when the heat is supplied to the waste heat recovery unit .

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 연료 전지 시스템에서 열원이 부족할 때 연료이용률을 감소시킴으로써 연료 전지의 애노드의 수소 분압을 증가시키는 연료 공급부와; 상기 증가된 수소 분압으로 인해 미반응된 연료를 열 에너지로 변환하는 촉매 연소기와; 상기 촉매 연소기의 열 에너지를 회수하고, 상기 회수된 열 에너지를 상기 열원이 부족한 수요처에 공급하는 열 회수부를 더 포함할 수 있다.As one example related to the present specification, there is provided a fuel cell system comprising: a fuel supply unit for increasing a hydrogen partial pressure of an anode of a fuel cell by reducing a fuel utilization rate when a heat source is insufficient in the fuel cell system; A catalytic combustor for converting unreacted fuel into thermal energy due to the increased hydrogen partial pressure; And a heat recovery unit that recovers the thermal energy of the catalytic combustor and supplies the recovered heat energy to a customer where the heat source is lacking.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 열 회수부에 공기를 공급하는 공기 공급부와; 상기 수요처에서 열이 부족할 때, 상기 열 회수부에서 상기 수요처로 공급되는 열이 증가하도록 상기 열 회수부에 공급되는 공기 공급량을 상기 공기 공급부를 통해 감소시키는 제어부를 더 포함할 수 있다. As an example related to the present specification, an air supply unit for supplying air to the heat recovery unit; And a controller for reducing the amount of air supplied to the heat recovery unit through the air supply unit such that heat supplied from the heat recovery unit to the demander increases when the demander lacks heat.

본 명세서와 관련된 일 예로서, 상기 연료 공급부는, 상기 연료 전지 시스템에서 열이 부족할 때 연료이용률을 감소시킴으로써 수소로 개질될 연료량을 증가시키고, 여기서, 상기 증가된 연료량에 의해 개질된 수소로 인해 상기 연료 전지의 애노드 측의 수소 분압은 증가될 수 있다. As one example related to the present specification, the fuel supply unit increases the fuel amount to be reformed with hydrogen by reducing the fuel utilization rate when the fuel cell system is in a shortage of heat, The hydrogen partial pressure on the anode side of the fuel cell can be increased.

본 명세서의 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 연료 전지와, 상기 연료 전지와 전력 계통 사이에 연결된 주변장치를 포함하는 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 전지 시스템에서 열원이 부족할 때 연료이용률을 감소시킴으로써 연료 전지의 애노드의 수소 분압을 증가시키는 연료 공급부와; 상기 증가된 수소 분압으로 인해 미반응된 연료를 열 에너지로 변환하는 촉매 연소기와; 상기 촉매 연소기의 열 에너지를 회수하고, 상기 회수된 열 에너지를 열이 부족한 수요처에 공급하는 열 회수부를 포함할 수 있다. A fuel cell system according to an embodiment of the present invention is a fuel cell system including a fuel cell and a peripheral device connected between the fuel cell and a power system, the fuel cell system comprising: A fuel supply unit for increasing the hydrogen partial pressure of the anode of the fuel cell; A catalytic combustor for converting unreacted fuel into thermal energy due to the increased hydrogen partial pressure; And a heat recovery unit that recovers the thermal energy of the catalytic combustor and supplies the recovered heat energy to a customer where heat is scarce.

본 발명의 실시예들에 따른 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법은, 연료 전지 시스템(또는 연료 전지 열 병합 시스템)의 폐열 회수부에 가스 버너 타입의 히팅 유니트(Heating unit)를 연결하고, 그 히팅 유니트(Heating unit)를 통해 폐열 회수부에서 부족한 열을 폐열 회수부에 공급하고, 히팅 유니트(Heating unit)에서 발생한 배기 가스로 연료전지의 캐소드로 유입되는 이산화탄소의 분압을 증가시킴으로써 연료전지 셀(예를 들면, 용융 탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbon Fuel Cell)의 셀)의 성능을 향상시킬 수 있다. A fuel cell system and a control method thereof according to embodiments of the present invention are characterized by connecting a heating unit of a gas burner type to a waste heat recovery unit of a fuel cell system (or a fuel cell thermal merge system) (Not shown) is supplied to the waste heat recovering unit through the heating unit, and the partial pressure of the carbon dioxide introduced into the cathode of the fuel cell is increased by the exhaust gas generated in the heating unit, The performance of a molten carbonate fuel cell (MCFC) cell can be improved.

본 발명의 실시예들에 따른 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법은, 상기 연료 전지 시스템 운영 중 열 공급 수요처에 열이 부족할 때, 연료 전지의 연료이용률을 제어하여 열교환량을 증가시킴으로써, 열 공급 수요처에서 부족한 열을 공급할 수 있다.The fuel cell system and the control method thereof according to the embodiments of the present invention can control the fuel use rate of the fuel cell when the heat supply demand is insufficient in the heat supply demand source during the operation of the fuel cell system to increase the heat exchange amount, Can supply insufficient heat.

도 1은 본 발명의 실시예들을 설명하기 위한 연료 전지 시스템을 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 나타낸 도이다. 1 is a diagram illustrating a fuel cell system for explaining embodiments of the present invention.
2 is a view showing a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
3 is a view showing a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.
4 is a view showing a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.

본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아님을 유의해야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적 용어는 본 명세서에서 특별히 다른 의미로 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 의미로 해석되어야 하며, 과도하게 포괄적인 의미로 해석되거나, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 기술적인 용어가 본 발명의 사상을 정확하게 표현하지 못하는 잘못된 기술적 용어일 때에는, 당업자가 올바르게 이해할 수 있는 기술적 용어로 대체되어 이해되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에서 사용되는 일반적인 용어는 사전에 정의되어 있는 바에 따라, 또는 전후 문맥상에 따라 해석되어야 하며, 과도하게 축소된 의미로 해석되지 않아야 한다.It is noted that the technical terms used herein are used only to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. It is also to be understood that the technical terms used herein are to be interpreted in a sense generally understood by a person skilled in the art to which the present invention belongs, Should not be construed to mean, or be interpreted in an excessively reduced sense. Further, when a technical term used herein is an erroneous technical term that does not accurately express the spirit of the present invention, it should be understood that technical terms that can be understood by a person skilled in the art are replaced. In addition, the general terms used in the present invention should be interpreted according to a predefined or prior context, and should not be construed as being excessively reduced.

또한, 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.Also, the singular forms "as used herein include plural referents unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the term "comprising" or "comprising" or the like should not be construed as necessarily including the various elements or steps described in the specification, Or may be further comprised of additional components or steps.

또한, 본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다. Furthermore, terms including ordinals such as first, second, etc. used in this specification can be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to like or similar elements throughout the several views, and redundant description thereof will be omitted.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 발명의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 발명의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 됨을 유의해야 한다. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail. It is to be noted that the accompanying drawings are only for the purpose of facilitating understanding of the present invention, and should not be construed as limiting the scope of the present invention with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예들을 설명하기 위한 연료 전지 시스템을 나타낸 도이다. 1 is a diagram illustrating a fuel cell system for explaining embodiments of the present invention.

상기 연료 전지 시스템은, 연료(예를 들면, 산소 및 연료 가스(예를 들면, 천연가스, 수소, 탄화수소화합물 등))를 반응시켜 직류 전원(DC)을 발생하는 연료 전지(102)와, 상기 연료 전지(102)와 전력 계통 사이에 연결된 주변장치(BOP:Balance of Plant)를 포함한다.The fuel cell system includes a fuel cell 102 for generating a direct current power (DC) by reacting fuel (for example, oxygen and fuel gas (for example, natural gas, hydrogen, hydrocarbon compound, etc.) And a peripheral device (BOP: Balance of Plant) connected between the fuel cell 102 and the power system.

전력 변환부(PCS: Power Conditioning System)(103)는 상기 연료 전지(102)에 연결되고, 상기 직류 전원을 교류 전원(AC)으로 변환하고, 그 변환된 교류 전원을 상기 전력 계통에 인가한다. A power conditioning unit (PCS) 103 is connected to the fuel cell 102, converts the DC power source into an AC power source, and applies the converted AC power source to the power system.

제어부(104)는 상기 전력 계통에 이상이 발생할 때 상기 전력 계통과 상기 전력 변환부(103)와의 연결을 차단하고, 상기 연료 전지(102)에서 발생한 전력의 일부를 상기 주변 장치(BOP:Balance of Plant)에 포함된 히터(예를 들면, 연료 전지의 캐소드 히터(160) 및/또는 연료 전지의 애노드 히터(170))에 인가한다. 또한, 상기 제어부(104)는 상기 공기 공급부(130)의 공기 유량 및/또는 연료 공급부(180)의 스팀량을 제어한다.The control unit 104 interrupts the connection between the power system and the power conversion unit 103 when an abnormality occurs in the power system and transmits a part of the power generated in the fuel cell 102 to the peripheral device To the heater (for example, the cathode heater 160 of the fuel cell and / or the anode heater 170 of the fuel cell) included in the plant. The control unit 104 controls the air flow rate of the air supply unit 130 and / or the steam amount of the fuel supply unit 180.

상기 연료 전지 시스템은, 연료 전지 애노드(Anode)에 연결된 믹서(Mixer)(110)와; 상기 믹서(110)와 연료 전지 캐소드(Cathode) 사이에 연결된 촉매 연소기(120)와; 상기 촉매 연소기의 전단 및 후단의 온도를 검출하는 온도 검출부(150)와; 상기 공급된 공기의 유량을 상기 믹서 및 상기 촉매 연소기에 분배하는 공기 유량 분배기(140)를 포함한다. The fuel cell system includes: a mixer 110 connected to a fuel cell anode; A catalytic combustor 120 connected between the mixer 110 and a fuel cell cathode; A temperature detector 150 for detecting the temperatures of the upstream and downstream stages of the catalytic combustor; And an air flow distributor (140) for distributing the flow rate of the supplied air to the mixer and the catalytic combustor.

상기 제어부(104)는, 상기 검출된 온도를 근거로, 상기 믹서(110) 및 상기 촉매 연소기(120)에 인가될 공기 유량을 증가 또는 감소시키기 위한 상기 제어 신호를 발생하고, 그 발생한 제어 신호를 상기 공기 유량 분배기(140)에 출력한다.The control unit 104 generates the control signal for increasing or decreasing the air flow rate to be applied to the mixer 110 and the catalytic combustor 120 based on the detected temperature, To the air flow distributor (140).

상기 온도 검출부(150)는, 상기 촉매 연소기(120)의 전단(입구)의 온도를 검출하는 제1 온도 검출기(T1)와; 상기 촉매 연소기(120)의 후단(출구)의 온도를 검출하는 제2 온도 검출기(T2), 상기 연료 전지의 캐소드 측의 온도를 검출하는 제3 온도 검출기(T3), 상기 연료 전지의 애노드 측의 온도를 검출하는 제4 온도 검출기(도시 되지 않음)을 포함할 수 있다. The temperature detector 150 includes a first temperature detector T1 for detecting the temperature of the front end (inlet) of the catalytic combustor 120; A second temperature detector T2 for detecting the temperature of the rear end (outlet) of the catalytic combustor 120, a third temperature detector T3 for detecting the temperature of the cathode side of the fuel cell, And a fourth temperature detector (not shown) for detecting the temperature.

상기 연료 전지 시스템은, 상기 공기 공급부(130)에서 출력되는 메인 공기 유량을 검출하고, 그 메인 공기 유량에 대응하는 값을 상기 제어부(104)에 출력하는 제1 공기 유량계(Flow Transmitter, FT)(FT1)와; 상기 믹서(110)에 인가되는 제1 공기 유량을 검출하고, 그 제1 공기 유량에 대응하는 값을 상기 제어부(104)에 출력하는 제2 공기 유량계(Flow Transmitter, FT)(FT2)를 포함할 수 있다. The fuel cell system includes a first air flow meter (FT) (hereinafter referred to as a first air flow meter) 110 for detecting a main air flow rate output from the air supply unit 130 and outputting a value corresponding to the main air flow rate to the control unit 104 FT1); And a second air flowmeter (FT2) FT2 for detecting a first air flow rate applied to the mixer 110 and outputting a value corresponding to the first air flow rate to the controller 104 .

이하에서는, 연료 전지 시스템(또는 연료 전지 열 병합 시스템)의 폐열 회수부에 가스 버너 타입의 히팅 유니트(Heating unit)를 연결하고, 그 히팅 유니트(Heating unit)를 통해 폐열 회수부에서 부족한 열을 폐열 회수부에 공급하고, 히팅 유니트(Heating unit)에서 발생한 이산화탄소(CO2)로 연료전지(102)의 캐소드로 유입되는 이산화탄소의 분압을 증가시킴으로써 연료전지 셀의 성능을 향상시킬 수 있는 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법을 도 2를 참조하여 설명한다. Hereinafter, a heating unit of a gas burner type is connected to the waste heat recovery unit of the fuel cell system (or the fuel cell thermal merge system), and heat, which is insufficient in the waste heat recovery unit through the heating unit, A fuel cell system capable of improving the performance of the fuel cell cell by supplying the fuel to the recovery unit and increasing the partial pressure of carbon dioxide introduced into the cathode of the fuel cell 102 by the carbon dioxide (CO 2 ) generated in the heating unit, The control method will be described with reference to Fig.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 나타낸 도이다. 2 is a view showing a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 연료전지 열병합 시스템의 폐열을 회수하는 폐열 회수부(202)와; 상기 폐열 회수부(202)에 연결되고, 상기 폐열 회수부(202)에 열을 공급하는 히팅 유니트(Heating unit)(201)를 포함하며, 상기 히팅 유니트(Heating unit)(201)에서 발생한 배출 가스(예를 들면, 이산화탄소)는 상기 연료 전지(102)의 캐소드에 유입된다. 상기 연료 전지(102)는 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)일 수 있다.As shown in FIG. 2, the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention includes a waste heat recovery unit 202 for recovering waste heat of the fuel cell cogeneration system; And a heating unit 201 connected to the waste heat recovering unit 202 and supplying heat to the waste heat recovering unit 202. The exhaust gas recovered from the heating unit 201 (For example, carbon dioxide) flows into the cathode of the fuel cell 102. The fuel cell 102 may be a Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC).

상기 제어부(104)는 상기 연료 전지 시스템 운영 중 상기 폐열 회수부(202)의 온도가 기준 온도보다 낮을 때 상기 히팅 유니트(Heating unit)(201)를 동작시킬 수 있으며, 이때 상기 히팅 유니트(Heating unit)(201)에서 발생한 열은 상기 폐열 회수부(202)에 공급된다.
The control unit 104 may operate the heating unit 201 when the temperature of the waste heat recovery unit 202 is lower than a reference temperature during the operation of the fuel cell system. ) 201 is supplied to the waste heat recovering unit 202.

상기 히팅 유니트(Heating unit)(201)에서 발생한 배출 가스(예를 들면, 이산화탄소)로 인해 상기 연료 전지(102)의 캐소드에 유입되는 이산화탄소의 분압이 증가됨으로써 연료전지 셀의 성능이 향상된다. The partial pressure of carbon dioxide flowing into the cathode of the fuel cell 102 is increased due to the exhaust gas (for example, carbon dioxide) generated in the heating unit 201, thereby improving the performance of the fuel cell cell.

상기 히팅 유니트(Heating unit)(201)(또는 Heating Unit Assembly)는 가스 버너 타입의 히팅 유니트(Heating unit)일 수 있다. 상기 히팅 유니트(Heating unit)(201)는 탄화수소계열의 연료를 사용할 수 있으며, 화석에너지를 열에너지로 짧은 변환 과정을 거치기 때문에 상대적으로 에너지 변환 효율에 유리하다. 열원의 필요량에 따라 연료를 조절하여 수요에 맞출 수 있으며, 상기 히팅 유니트(Heating unit)(201)의 배기 가스는 연료전지(102)의 캐소드로 유입된다. The heating unit 201 (or the heating unit assembly) may be a gas burner type heating unit. The heating unit 201 can use a hydrocarbon-based fuel and is relatively advantageous in terms of energy conversion efficiency because it undergoes a short conversion process of fossil energy into thermal energy. The fuel can be adjusted to meet the demand according to the required amount of heat source, and the exhaust gas of the heating unit 201 flows into the cathode of the fuel cell 102.

상기 히팅 유니트(201)는, 열교환기와 조합될 수 있고, 히팅 유니트-열교환기의 조립체 일수도 있다. 상기 히팅 유니트-열교환기의 조립체는 히팅 유니트 내 연소반응이 직접 열교환기 가열을 통해 열교환을 할 수도 있고, 열매개체를 이용하여 열교환을 할 수도 있다. 상기 조립체는 열공급이 수요에 미치지 못할 경우 즉각적으로 가동되어 필요한 열원을 확보할 수 있다. The heating unit 201 may be combined with a heat exchanger, or may be an assembly of a heating unit-heat exchanger. In the heating unit-heat exchanger assembly, the combustion reaction in the heating unit may directly perform heat exchange by heating the heat exchanger, or heat exchange may be performed using the heat entity. The assembly can be operated immediately if the heat supply fails to meet the demand, thereby securing the required heat source.

따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법은, 상기 히팅 유니트(Heating unit)(201)에서 발생된 CO2, SOx, NOx 등의 규제가스 배출 감소에도 유리하다. 또한, 상기 배기 가스를 상기 캐소드에서 이용할 경우 CO2의 분압을 증가시켜 연료전지의 성능 향상에도 기여할 수 있다. Therefore, the fuel cell system and the control method thereof according to the first embodiment of the present invention are also advantageous in reducing the emission of regulated gases such as CO 2 , SOx, and NOx generated in the heating unit 201. In addition, when the exhaust gas is used in the cathode, the partial pressure of CO 2 can be increased to contribute to the performance improvement of the fuel cell.

따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 연료 전지 시스템(또는 연료 전지 열 병합 시스템)의 폐열 회수부에 가스 버너 타입의 히팅 유니트(Heating unit)를 연결하고, 그 히팅 유니트(Heating unit)를 통해 폐열 회수부에서 부족한 열을 폐열 회수부에 공급하고, 히팅 유니트(Heating unit)에서 발생한 배기 가스로 연료전지(102)의 캐소드로 유입되는 이산화탄소의 분압을 증가시킴으로써 연료전지 셀(예를 들면, 용융 탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbon Fuel Cell)의 셀)의 성능을 향상시킬 수 있다. Therefore, in the fuel cell system according to the first embodiment of the present invention, a gas burner type heating unit is connected to the waste heat recovery unit of the fuel cell system (or the fuel cell thermal merge system), and the heating unit The heat is supplied to the waste heat recovering unit through the heating unit and the partial pressure of the carbon dioxide flowing into the cathode of the fuel cell 102 is increased by the exhaust gas generated in the heating unit, For example, the performance of a cell of a molten carbonate fuel cell (MCFC) can be improved.

이하에서는, 연료 전지의 애노드의 배출가스가 유입되는 촉매연소기(120) 후단에 연결된 열 회수부(301)를 통해 열을 회수하여 수요처(예를 들면, 폐열 회수부 등)에 열을 공급할 수 있는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 도 3을 참조하여 설명한다. Hereinafter, heat can be recovered through a heat recovery unit 301 connected to the downstream end of the catalytic combustor 120 into which exhaust gas from the anode of the fuel cell flows, and heat can be supplied to a customer (for example, a waste heat recovery unit) , A fuel cell system according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to Fig.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 나타낸 도이다. 3 is a view showing a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 연료 전지 시스템에서 열원이 부족할 때 연료 전지의 연료이용률을 감소시킴으로써 연료 전지의 애노드의 수소 분압을 증가시키는 연료 공급부(180)와; 상기 증가된 수소 분압으로 인해 상기 연료 전지에서 반응 후 남은 연료(미반응된 연료)를 열 에너지로 변환하는 촉매 연소기(120)와; 상기 촉매 연소기(120)의 열 에너지를 회수하고, 상기 회수된 열 에너지를 상기 열원이 부족한 수요처(예를 들면, 폐열 회수부 등)에 공급하는 열 회수부(301)를 포함한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 연료 전지(102)는 용융탄산염 연료전지 (Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC), 고분자전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC), 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), 직접메탄올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell, DMFC), 직접에탄올 연료전지(Direct Ethanol Fuel Cell, DEFC), 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell, PAFC) 중에서 어느 하나이거나 이들의 조합일 수 있다.3, the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention reduces the fuel utilization rate of the fuel cell when the heat source is insufficient in the fuel cell system, thereby increasing the hydrogen partial pressure of the anode of the fuel cell. (180); A catalytic combustor 120 for converting the fuel remaining after the reaction in the fuel cell due to the increased hydrogen partial pressure (unreacted fuel) into thermal energy; And a heat recovery unit 301 for recovering the thermal energy of the catalytic combustor 120 and supplying the recovered heat energy to a customer where the heat source is insufficient (for example, a waste heat recovery unit). The fuel cell 102 of the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention can be applied to a fuel cell such as a Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC), a solid oxide fuel cell A direct methanol fuel cell (SOFC), a direct methanol fuel cell (DMFC), a direct ethanol fuel cell (DEFC), a phosphoric acid fuel cell (PAFC) Or a combination thereof.

상기 제어부(104)는 상기 공기 공급부(130)를 제어하여 상기 열 회수부(301)에 공급되는 공기 공급량을 제어(예를 들면, 공기 공급량을 감소)함으로써 상기 열 회수부(301)가 상기 수요처(예를 들면, 폐열 회수부 등)에 공급할 수 있을 열을 더욱 증가시킬 수도 있다.The control unit 104 controls the air supply unit 130 to control the amount of air supplied to the heat recovery unit 301 (for example, reduce the amount of air supplied) (For example, a waste heat recovery unit or the like).

상기 연료 공급부(180)는 상기 연료 전지 시스템에서 열원이 부족할 때 연료이용률을 감소킴으로써 많은 양의 연료가 수소로 개질되도록 한다. 이때, 상기 개질된 수소로 인해 연료 전지의 애노드 측의 수소 분압이 증가된다. 예를 들면, 연료이용률(Uf) 0.7 수준에서는 열교환이 크게 요구되지 않으나 연료이용률을 감소시켜 운전하거나 이상거동 상황 발생시에는 공기 유량을 제어하여 열교환을 증가시킬 수 있다. 상기 열회수부(301)는 촉매연소기(120)와 분리되거나 혹은 일체형일 수 있다. 상기 연료이용률(UGas, UFuel)이란 필요 연료량 대비 공급된 연료량의 비를 의미한다. 연료전지 시스템 운영 시 스택의 안정된 운전과 출력유지 및 효율적인 연료전지 시스템 운영 등을 목적으로 연료이용률(UF, 필요 연료량/공급 연료량)을 도입한다(몰비 기준). 연료전지의 종류 및 특성에 따라 값이 다르며, "(1-UF) x 공급된 연료량"을 계산하게 되면 미반응된 연료의 양을 알 수 있다. The fuel supply unit 180 reduces a fuel utilization rate when the heat source is insufficient in the fuel cell system, so that a large amount of fuel is reformed into hydrogen. At this time, the hydrogen partial pressure on the anode side of the fuel cell is increased due to the modified hydrogen. For example, heat exchange is not required at a fuel utilization rate (Uf) of 0.7, but the heat exchange can be increased by controlling the air flow rate when the fuel utilization rate is reduced or when abnormal behavior occurs. The heat recovery unit 301 may be separate from the catalytic combustor 120 or integral with the catalytic combustor 120. The fuel utilization rate (UGas, UFuel) means the ratio of the amount of fuel supplied to the required fuel amount. Fuel utilization rate (UF, required fuel amount / supply fuel amount) is introduced (based on the molar ratio) for stable operation of the stack and operation of the fuel cell system and efficient fuel cell system operation. The value varies depending on the type and characteristics of the fuel cell, and the amount of unreacted fuel can be known by calculating "(1-UF) x amount of supplied fuel".

상기 연료이용률을 낮추게 되면(예, 0.7-->0.6) 애노드에서 미반응된 연료량이 증가하게 되며, 이는 애노드의 수소(H2) 분압을 증가시켜 연료전지 스택의 셀 성능 향상에 기여할 수 있다. 또한, 미반응된 연료의 양이 증가함에 따라 촉매연소기(120) 후단의 온도 또한 더욱 증가하게 되는데, 이는 열회수부(301)의 열교환량을 증가시킴으로써 운전에 적합한 온도범위를 유지할 수 있으며, 이는 수요처에 열 공급량 증가를 의미한다.If the fuel utilization rate is lowered (for example, 0.7 - > 0.6), the amount of unreacted fuel increases at the anode, which increases the hydrogen (H 2 ) partial pressure of the anode and contributes to improvement of the cell performance of the fuel cell stack. Further, as the amount of unreacted fuel increases, the temperature of the downstream end of the catalytic combustor 120 is further increased. This increases the amount of heat exchanged by the heat recovery unit 301 to maintain a suitable temperature range for operation, The heat supply amount is increased.

상기 촉매 연소기(120)는 상기 증가된 수소 분압으로 인해 미반응된 연료를 사용하여 열에너지를 발생한다.The catalytic combustor 120 generates thermal energy using unreacted fuel due to the increased hydrogen partial pressure.

상기 열 회수부(301)는 상기 촉매 연소기(120)에 의해 발생한 열 에너지를 회수하고, 상기 회수된 열 에너지를 상기 열원이 부족한 수요처(예를 들면, 폐열 회수부 등)에 공급한다.The heat recovery unit 301 recovers heat energy generated by the catalytic combustor 120 and supplies the recovered heat energy to a customer where the heat source is insufficient (for example, a waste heat recovery unit).

본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템은 촉매연소기(120)의 오프 가스(Off Gas)의 온도 제어를 할 수 있다. 상기 촉매연소기(120)의 후단에 연결된 열회수부(301)를 거친 가스는 연료 전지 스택의 캐소드로 유입되는데 촉매연소기 오프 가스의 온도를 제어할 수 있다는 의미는 연료 전지 스택의 온도를 조절할 수 있다는 점에서 연료 전지 시스템의 안정성 확보와 밀접한 연관이 있다. The fuel cell system according to the second embodiment of the present invention can control the temperature of the off gas of the catalytic combustor 120. The gas passing through the heat recovery unit 301 connected to the rear end of the catalytic combustor 120 flows into the cathode of the fuel cell stack. The temperature of the catalytic combustor off gas can be controlled, which means that the temperature of the fuel cell stack can be controlled The stability of the fuel cell system is closely related to the stability of the fuel cell system.

연료 전지 스택의 온도는 상대적으로 유량이 많은 캐소드측의 영향을 많이 받으며, MCFC의 경우 통상 600~650도가 권장되고 있다. The temperature of the fuel cell stack is influenced by the cathode side having a relatively large flow rate, and in the case of the MCFC, 600 to 650 degrees is generally recommended.

비상 정지(Emergency Stop), 이상거동 발생 등으로 촉매연소기(120) 후단의 온도가 증가하면(미반응 연료에 의한 촉매연소기의 과도한 발열반응에 의해) 연료 전지 스택 전체의 온도상승을 유발하기 때문에 적정 운전온도를 넘어갈 경우 연료 전지 스택 내 전해질 손실(Loss)이 발생하거나 지지체의 크랙(Crack)에 의한 누출(Leakage)이 발생할 수 있으며, 연료 전지 스택 및 연료 전지 시스템 내의 촉매(Catalyst)의 열화소손, 감쇠비(Decay Ratio)를 증가, 성능 저하를 초래하게 된다. 또한, 촉매연소기(120) 전단이 250~350 도의 범위를 벗어날 경우 촉매연소기(120)의 원활한 촉매반응을 저하시킬 수 있다. If the temperature at the rear end of the catalytic combustor 120 is increased due to an emergency stop (abnormal stop) or abnormal behavior (due to an excessive exothermic reaction of the catalytic combustor due to unreacted fuel), the temperature of the entire fuel cell stack is raised. If the operating temperature is exceeded, electrolyte loss in the fuel cell stack may occur or leaks may occur due to cracks in the support, deterioration of the catalyst in the fuel cell stack and the fuel cell system, Thereby increasing the decay ratio and degrading the performance. In addition, when the front end of the catalytic combustor 120 is out of the range of 250 to 350 degrees, the catalytic reaction of the catalytic combustor 120 can be deteriorated.

따라서, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 연료 전지 시스템 운영 중 열 공급 수요처에 열이 부족할 때, 연료 전지의 연료이용률을 제어하여 열교환량을 증가시킴으로써, 열 공급 수요처에서 부족한 열을 공급할 수 있다. 또한, 연료 전지 시스템의 안정성 및 성능향상, 운전성(열 수요를 추종할 수 있음)을 향상시킬 수 있다.Therefore, the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention controls the fuel utilization rate of the fuel cell when the heat supply demand is insufficient during the operation of the fuel cell system to increase the heat exchange amount, Heat can be supplied. Further, it is possible to improve the stability and performance of the fuel cell system and improve the drivability (capable of following the heat demand).

이하에서는, 히팅 유니트(Heating unit)를 통해 열 공급 수요처(예를 들면, 폐열 회수부 등)에 열을 공급하고, 연료 전지의 애노드의 배출가스가 유입되는 촉매연소기(120) 후단에 연결된 열 회수부(301)를 통해 열을 회수하여 상기 수요처에 열을 공급할 수 있는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 도 4를 참조하여 설명한다. Hereinafter, heat is supplied to a heat supply demand source (for example, a waste heat recovery unit or the like) through a heating unit, heat recovery is performed to the downstream side of the catalytic combustor 120 into which the exhaust gas of the anode of the fuel cell flows, A fuel cell system according to a third embodiment of the present invention capable of recovering heat through the unit 301 and supplying heat to the customer is described with reference to FIG.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 나타낸 도이다. 4 is a view showing a fuel cell system according to a third embodiment of the present invention.

도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 연료전지 열병합 시스템의 폐열을 회수하는 폐열 회수부(202)와; 상기 폐열 회수부(202)에 연결되고, 상기 폐열 회수부(202)에 열을 공급하는 히팅 유니트(Heating unit)(201)와; 상기 연료 전지 시스템에서 열원이 부족할 때 연료 전지의 연료이용률을 감소시킴으로써 연료 전지의 애노드의 수소 분압을 증가시키는 연료 공급부(180)와; 상기 증가된 수소 분압으로 인해 미반응된 연료를 열 에너지로 변환하는 촉매 연소기(120)와; 상기 촉매 연소기(120)의 열 에너지를 회수하고, 상기 회수된 열 에너지를 상기 열원이 부족한 수요처(예를 들면, 폐열 회수부 등)에 공급하는 열 회수부(301)를 포함하며, 상기 히팅 유니트(Heating unit)(201)에서 발생한 배출 가스(예를 들면, 이산화탄소)는 상기 연료 전지(102)의 캐소드에 유입된다. As shown in FIG. 4, the fuel cell system according to the third embodiment of the present invention includes a waste heat recovery unit 202 for recovering waste heat of the fuel cell cogeneration system; A heating unit 201 connected to the waste heat recovery unit 202 and supplying heat to the waste heat recovery unit 202; A fuel supply unit 180 for increasing the hydrogen partial pressure of the anode of the fuel cell by reducing the fuel utilization rate of the fuel cell when the heat source is insufficient in the fuel cell system; A catalytic combustor (120) for converting unreacted fuel into heat energy due to the increased hydrogen partial pressure; And a heat recovery unit (301) for recovering the thermal energy of the catalytic combustor (120) and supplying the recovered heat energy to a customer where the heat source is insufficient (for example, a waste heat recovery unit) (For example, carbon dioxide) generated in the heating unit 201 flows into the cathode of the fuel cell 102.

상기 제어부(104)는 상기 연료 전지 시스템 운영 중 상기 폐열 회수부(202)의 온도가 기준 온도보다 낮을 때 상기 히팅 유니트(Heating unit)(201)를 동작시킬 수 있으며, 이때 상기 히팅 유니트(Heating unit)(201)에서 발생한 열은 상기 폐열 회수부(202)에 공급된다. The control unit 104 may operate the heating unit 201 when the temperature of the waste heat recovery unit 202 is lower than a reference temperature during the operation of the fuel cell system. ) 201 is supplied to the waste heat recovering unit 202.

상기 히팅 유니트(Heating unit)(201)에서 발생한 배출 가스(예를 들면, 이산화탄소)로 인해 상기 연료 전지(102)의 캐소드에 유입되는 이산화탄소의 분압이 증가됨으로써 연료전지 셀의 성능이 향상된다. The partial pressure of carbon dioxide flowing into the cathode of the fuel cell 102 is increased due to the exhaust gas (for example, carbon dioxide) generated in the heating unit 201, thereby improving the performance of the fuel cell cell.

상기 제어부(104)는 상기 공기 공급부(130)를 제어하여 상기 열 회수부(301)에 공급되는 공기 공급량을 제어함으로써 상기 열 회수부(301)가 상기 수요처(예를 들면, 폐열 회수부 등)에 공급할 수 있을 열을 더욱 증가시킬 수도 있다.The control unit 104 controls the air supply unit 130 to control the amount of air supplied to the heat recovery unit 301 so that the heat recovery unit 301 can control the amount of air supplied to the customer, It is possible to further increase the heat that can be supplied to the heat exchanger.

상기 연료 공급부(180)는 상기 연료 전지 시스템에서 열원이 부족할 때 연료이용률을 감소킴으로써 선개질기(도시되지 않음)를 통해 많은 양의 연료를 수소로 개질시킨다. 이때, 상기 개질된 수소로 인해 연료 전지의 애노드 측의 수소 분압이 증가된다. The fuel supply unit 180 reforms a large amount of fuel into hydrogen through a line reformer (not shown) by reducing the fuel utilization rate when the heat source is insufficient in the fuel cell system. At this time, the hydrogen partial pressure on the anode side of the fuel cell is increased due to the modified hydrogen.

상기 촉매 연소기(120)는 상기 증가된 수소 분압으로 인해 미반응된 연료를 사용하여 열에너지를 발생한다.The catalytic combustor 120 generates thermal energy using unreacted fuel due to the increased hydrogen partial pressure.

상기 열 회수부(301)는 상기 촉매 연소기(120)에 의해 발생한 열 에너지를 회수하고, 상기 회수된 열 에너지를 상기 열원이 부족한 수요처(예를 들면, 폐열 회수부 등)에 공급한다.The heat recovery unit 301 recovers heat energy generated by the catalytic combustor 120 and supplies the recovered heat energy to a customer where the heat source is insufficient (for example, a waste heat recovery unit).

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법은, 연료 전지 시스템(또는 연료 전지 열 병합 시스템)의 폐열 회수부에 가스 버너 타입의 히팅 유니트(Heating unit)를 연결하고, 그 히팅 유니트(Heating unit)를 통해 폐열 회수부에서 부족한 열을 폐열 회수부에 공급하고, 히팅 유니트(Heating unit)에서 발생한 배기 가스로 연료전지(102)의 캐소드로 유입되는 이산화탄소의 분압을 증가시킴으로써 연료전지 셀(예를 들면, 용융 탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbon Fuel Cell)의 셀)의 성능을 향상시킬 수 있다. As described above, in the fuel cell system and the control method thereof according to the embodiments of the present invention, a heating unit of a gas burner type is installed in the waste heat recovery unit of the fuel cell system (or the fuel cell thermal merge system) And supplies heat that is insufficient in the waste heat recovering unit to the waste heat recovering unit through the heating unit and the partial pressure of carbon dioxide which is introduced into the cathode of the fuel cell 102 by the exhaust gas generated in the heating unit The performance of a fuel cell (for example, a cell of a molten carbonate fuel cell (MCFC)) can be improved.

본 발명의 실시예들에 따른 연료 전지 시스템 및 그 제어 방법은, 상기 연료 전지 시스템 운영 중 열 공급 수요처에 열이 부족할 때, 연료 전지의 연료이용률을 제어하여 열교환량을 증가시킴으로써, 열 공급 수요처에서 부족한 열을 공급할 수 있다.The fuel cell system and the control method thereof according to the embodiments of the present invention can control the fuel use rate of the fuel cell when the heat supply demand is insufficient in the heat supply demand source during the operation of the fuel cell system to increase the heat exchange amount, Can supply insufficient heat.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

102: 연료 전지 180: 연료 공급부
202: 폐열 회수부 301: 열 회수부102: fuel cell 180: fuel supply unit
202: waste heat recovery unit 301: heat recovery unit

Claims (1)

연료 전지와, 상기 연료 전지와 전력 계통 사이에 연결된 주변장치를 포함하는 연료 전지 시스템에 있어서,
상기 연료 전지 시스템에서 열원이 부족할 때 연료이용률을 감소시킴으로써 연료 전지의 애노드의 수소 분압을 증가시키는 연료 공급부와;
상기 증가된 수소 분압으로 인해 미반응된 연료를 열 에너지로 변환하는 촉매 연소기와;
상기 촉매 연소기의 열 에너지를 회수하고, 상기 회수된 열 에너지를 열이 부족한 수요처에 공급하는 열 회수부를 포함하며,
열 회수부를 거친 가스는 연료 전지 스택의 캐소드로 유입되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템. 1. A fuel cell system comprising a fuel cell and a peripheral device connected between the fuel cell and a power system,
A fuel supply unit for increasing the hydrogen partial pressure of the anode of the fuel cell by reducing the fuel utilization rate when the heat source is insufficient in the fuel cell system;
A catalytic combustor for converting unreacted fuel into thermal energy due to the increased hydrogen partial pressure;
And a heat recovery unit that recovers the thermal energy of the catalytic combustor and supplies the recovered heat energy to a customer where heat is scarce,
And the gas passing through the heat recovery unit flows into the cathode of the fuel cell stack.
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