KR101511100B1 - System and method of fuel cell power generation by using exhaust gas of high temperature from fuel cell power generation system - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 발전시스템에 관한 것으로서, 특히 종래기술에 따른 연료전지시스템의 문제점을 해소하기 위한 "연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템"에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power generation system, and more particularly, to a power generation system using a high temperature exhaust gas generated in a fuel cell system for solving the problems of the conventional fuel cell system.
즉, 대부분 배열을 발전용으로 사용하지 못하고 저급의 에너지인 온수로만 회수하고 있어서 에너지가 낭비되던 종래기술에 따른 연료전지시스템의 문제점을 해소하기 위한 "연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템"에 관한 것이다.
That is, in order to solve the problems of the prior art fuel cell system in which most of the arrays are not used for power generation but only the hot water of low energy level is wasted and energy is wasted, "
본 발명은 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a power generation system using a high temperature exhaust gas generated in a fuel cell system.
일반적으로, 연료전지를 이용한 발전 시스템은, 메탄올/에탄올 또는 천연 가스 등 탄화 수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소를 포함하는 공기를 전기 화학반응을 통해서 분해하고, 이 과정에서 발생되는 전자들을 직접 전기 에너지로 변화시키는 발전 시스템이다.
Generally, a power generation system using a fuel cell decomposes air containing hydrogen and oxygen contained in a hydrocarbon-based material such as methanol / ethanol or natural gas through an electrochemical reaction, It is a power generation system that transforms directly into electric energy.
여기서, 연료전지를 이용한 발전 시스템은, 기본적으로 연료를 저장하는 연료탱크, 상기 연료를 이송하는 연료펌프, 수소기체를 발생시키는 개질기, 및 전자를 발생시켜 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택(이하, 스택으로 지칭함)을 구비한다.
Here, a power generation system using a fuel cell basically includes a fuel tank for storing fuel, a fuel pump for transporting the fuel, a reformer for generating hydrogen gas, and a fuel cell stack (hereinafter, referred to as "Quot; stack ").
또한, 상기 개질기는, 연료펌프의 동작을 통해 연료 탱크에 저장된 연료 및 물을 공급받고, 상기 연료 및 물을 수증기 개질반응(Steam reforming), 부분 산화(Partial Oxidation), 자열 개질 반응(Autothermal Reforming), 직접분해법(Direct Cracking), 플라즈마 촉매개질법(Plasma Catalytic Reforming), 흡착부 과반응 개질법(Sorption Enhanced reaction Process)등의 방법을 통해 상기한 연료를 수소가 풍부한 개질 가스로 전환한다. 그리고, 개질기에서 생성된 개질가스에는 일산화탄소 등과 같은 유해물질이 포함되어 있는 바, 개질기는 유해물질을 정화하여 스택으로 공급한다.
In addition, the reformer is supplied with the fuel and water stored in the fuel tank through the operation of the fuel pump, and performs the steam reforming, the partial oxidation, the autothermal reforming, The fuel is converted into a hydrogen-rich reformed gas by a direct cracking method, a plasma catalytic reforming method, or a sorption enhanced reaction process. The reformed gas generated by the reformer contains harmful substances such as carbon monoxide, etc., and the reformer purifies the harmful substances and supplies them to the stack.
그리고, 연료전지 발전시스템과 관련하여, 국내 등록특허공보 제10-0802800호에서는, 도 1에 도시된 것과 같이, "외부로부터 공급되는 연료 및 물을 개질하여 수소기체를 생성하는 개질기; 외부로부터 공급받은 산소를포함하는 기체와 상기 개질기로부터 공급받은 수소 기체를 전극에 노출시켜 전기에너지를 발생시키는 연료전지 스택; 상기 개질기 및 연료전지 스택으로부터 배출되는 반응물질 및 폐열을 회수하고, 상기 반응물질 및 폐열을 이용하여 증기를 생성하는 증기발생수단; 상기 증기발생수단으로부터 생성된 증기가 이동하는 경로 상에 구비되며, 상기 생성된 증기를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 발전수단; 상기 연료전지 스택 및 발전수단으로부터 출력되는 전기에너지를 전력수용단으로 전송하는 전력전송수단; 상기 증기발생수단으로부터 상기 발전수단을 통해 배출되는 증기를 회수하여 저압 팽창시키는 응축기; 상기 응축기로부터 배출되는 작동 유체의 일부를 개질기로 회수하는 유체회수수단; 및 상기 응축기로부터 작동 유체를 공급받아 소정의 압력으로 압축하고, 이를 상기 증기발생수단으로 회송시키는 가압수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전시스템"이 제안되었다.
1, in the case of the fuel cell power generation system, in the Korean Patent Registration No. 10-0802800, as shown in Fig. 1, a "reformer for generating hydrogen gas by reforming fuel and water supplied from the outside " A fuel cell stack for generating electric energy by exposing a gas containing oxygen and hydrogen gas supplied from the reformer to an electrode to recover reaction materials and waste heat discharged from the reformer and the fuel cell stack, A generator means for generating electric energy using the generated steam, the generator means being provided on a path through which the steam generated from the steam generator means is moved, Power transmission means for transmitting electric energy output from the electric power storage means to the electric power receiving end, A condenser for collecting the steam discharged from the condenser and recovering the steam discharged from the condenser, a condenser for collecting the steam discharged through the condenser, , And a pressurizing means for returning it to the steam generating means. "
그러나, 상기와 같이 구성되는 종래기술에 따르면, 대부분 배열을 발전용으로 사용하지 못하고, 온수로만 회수하고 있어서 온수수용가가 없는 지역에서는 에너지가 낭비되는 문제점이 있어서, 이를 개선할 수 있는 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템의 개발이 지속적으로 요구되어 왔다.
However, according to the conventional technology, the arrangement can not be used for power generation, and only the hot water is recovered. Therefore, energy is wasted in a region where there is no hot water receiver, so that a fuel cell system Development of a power generation system using high temperature exhaust gas that has occurred has been continuously required.
[선행기술문헌] [Prior Art Literature]
1. 국내 등록특허공보 제10-0802800호(2008년02월01일 등록)1. Korean Patent Registration No. 10-0802800 (registered on Feb. 01, 2008)
2. 국내 등록특허공보 제10-0802801호(2008년02월01일 등록)
2. Korean Patent Registration No. 10-0802801 (registered on Feb. 01, 2008)
본 발명은 대부분 배열을 발전용으로 사용하지 못하고 온수로만 회수하고 있어서 온수수용가가 없는 지역에서는 에너지가 낭비되던 종래기술에 따른 연료전지시스템의 문제점을 해소하여, 배출가스에서 배열(排熱)을 회수하여, 회수한 배열만으로 전력을 생산하므로, 동일한 에너지로부터 연료전지 발전시스템의 발전효율을 극대화시킬 수 있는 "연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템"을 제공함에 그 목적이 있다.
The present invention solves the problems of the conventional fuel cell system in which energy is wasted in a region where most of the arrays are not used for power generation and only hot water is collected, The present invention aims to provide a power generation system using a high temperature exhaust gas generated in a fuel cell system, which can maximize power generation efficiency of a fuel cell power generation system from the same energy.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템(100)은, 발전시스템으로서; 상기 연료전지유니트(110)에서 발생되는 고온배출가스에 의하여 작동되는, 절탄기(節炭器, Economizer), 증발기(蒸發器, Evaporator), 과열기(過熱器, Superheater) 과정을 거쳐 고압과열증기를 생성시키는 폐열보일러(120); 상기 폐열보일러(120) 상부에 배치되어 절탄기(節炭器, Economizer)와 증발기(蒸發器, Evaporator)에서 가열된 온수가 유입되어 고온증기와 고온물이 분리되어 증기는 과열기(過熱器, Superheater)로 공급되고 가열된 물은 다시 증발기(蒸發器, Evaporator)로 공급되는 저압드럼(200); 상기 폐열보일러(120)에서 생성된 고압과열증기에 의하여 작동되어 전력을 생산하는 스팀터빈발전기(140); 상기 스팀터빈발전기(140)에서 전력생산 후의 증기를 액화시키는 응축기(150); 상기 응축기(150)로부터 물을 공급받아 저장하고, 별도의 펌프(170)를 통하여 상기 폐열보일러(120) 절탄기(節炭器, Economizer)로 순환공급시키는 온수탱크(160); 및 상기 온수탱크(160)에 인접하게 구비되며, 온수탱크(160)에 순수 처리된 보충수를 공급하는 순수처리시스템(190);을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a power generation system (100) using a high temperature exhaust gas generated in a fuel cell system of the present invention is a power generation system; An economizer, an evaporator, a superheater, and a superheater, which are operated by the high temperature exhaust gas generated in the
또한, 상기 폐열보일러(120)에서 생성되어 상기 스팀터빈발전기(140)으로 공급되는 상기 고압과열증기는, 330℃ 내지 399℃ 에 속하며, 13bar 내지 25bar 의 범위에 속하는 것을 특징으로 한다.The high pressure superheated steam generated in the
그리고, 본 발명의 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템에 따른 발전방법은, 연료전지유니트(110)에서 발생되는 고온배출가스(WHG1)로부터 배열을 회수하여, 폐열보일러(120)에서 고압과열증기를 생성시키는 단계(S110); 생성된 상기 고압과열증기에 의하여 스팀터빈발전기(140)이 작동되어, 전력이 생산되는 단계(S120); 상기 스팀터빈발전기(140)에서 전력생산 후의 증기가 응축기(150)에 의하여 액화 온수화 되는 단계(S130); 상기 응축기(150)로부터 액화된 온수가 온수탱크(160)에 저장되는 단계(S140); 및 별도의 펌프(170)를 통하여 상기 폐열보일러(120)에 물이 순환공급되는 단계(S150);를 포함하는 것을 특징으로 한다.The power generation method according to the power generation system using the high temperature exhaust gas generated in the fuel cell system of the present invention is a method of recovering the arrangement from the high temperature exhaust gas WHG1 generated in the
또한, 상기 온수탱크(160)에 인접하게 구비되는 순수처리시스템(190)로부터 상기 온수탱크(160)에 보충수가 공급되는 단계(S145);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
The method may further include supplying supplemental water to the
따라서, 상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 일실시예의 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템 및 발전방법에 따르면, 고 효율의 폐열보일러를 이용 고압과열증기를 생성하여 스팀터빈발전기에서 전력을 생산함으로써, 상기 연료전지유니트에서 발생되는 고온배출가스를 효율적으로 배열(排熱)을 회수하여 동일한 에너지로부터 연료전지 발전시스템의 발전효율을 극대화시킬 수 있다.
Therefore, according to the power generation system and the power generation method using the high-temperature exhaust gas generated in the fuel cell system according to an embodiment of the present invention having the above-described characteristics, the high-pressure superheated steam is generated using the high efficiency waste heat boiler, It is possible to maximize the power generation efficiency of the fuel cell power generation system from the same energy by efficiently arranging (exhaust heat) the high temperature exhaust gas generated in the fuel cell unit.
도 1은 종래기술에 따른 연료전지시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템의 전체구성을 나타낸 발전계통도이다.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 발전시스템을 활용한 발전방법을 나타낸 흐름도이다.1 is a configuration diagram of a fuel cell system according to the prior art.
2 is a power generation system diagram showing the entire configuration of a power generation system using a high temperature exhaust gas generated in a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a power generation method using the power generation system of the present invention shown in FIG.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예의 상세한 설명은 첨부된 도면들을 참조하여 설명할 것이다. 하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a detailed description of preferred embodiments of the present invention will be given with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다.
Embodiments in accordance with the concepts of the present invention can make various changes and have various forms, so that specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in this specification or application.
그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
It is to be understood, however, that it is not intended to limit the embodiments according to the concepts of the present invention to the particular forms of disclosure, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises ",or" having ", or the like, specify that there is a stated feature, number, step, operation, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
도 2는 본 발명의 발전시스템의 전체구성을 나타낸 발전계통도이다.
2 is a power generation system diagram showing an overall configuration of a power generation system of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예의 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템(100)은, 발전시스템으로서, 연료전지유니트(110); 상기 연료전지유니트(110)에서 발생되는 고온배출가스에 의하여 작동되는, 절탄기(節炭器, Economizer), 증발기(蒸發器, Evaporator), 과열기(過熱器, Superheater) 과정을 거쳐 고압과열증기를 생성시키는 폐열보일러(120); 상기 폐열보일러(120) 상부에 배치되어 절탄기(節炭器, Economizer)와 증발기(蒸發器, Evaporator)에서 가열된 온수가 유입되어 고온증기와 고온물이 분리되어 증기는 과열기(過熱器, Superheater)로 공급되고 가열된 물은 다시 증발기(蒸發器, Evaporator)로 공급되는 저압드럼(200); 상기 폐열보일러(120)에서 생성된 고압과열증기에 의하여 작동되어 전력을 생산하는 스팀터빈발전기(140); 상기 스팀터빈발전기(140)에서 전력생산 후의 증기를 액화시키는 응축기(150); 상기 응축기(150)로부터 물을 공급받아 저장하고, 별도의 펌프(170)를 통하여 상기 폐열보일러(120) 절탄기(節炭器, Economizer)로 순환공급시키는 온수탱크(160); 및 상기 온수탱크(160)에 인접하게 구비되며, 온수탱크(160)에 순수 처리된 보충수를 공급하는 순수처리시스템(190);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
As shown in FIG. 2, a power generation system 100 using a high-temperature exhaust gas generated in a fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a
좀더 살펴보면, 본 발명의 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템(100)의 배열계통은, 연료전지유니트(110); 상기 연료전지유니트(110)로부터 발생되는 고온배출가스(WHG1)은 제1 유로(P1)와 제2 유로(P2)에 연결되어 있는 폐열보일러(120); 상기 폐열보일러(120)는 제3유로(P3)에 연결되어 배출가스가 배출되며, 일부 배출가스는 제4 유로(P4)를 통하여 고온배출가스(WHG1)와 합쳐저 제1 유로(P1)와 제2 유로(P2)를 통해 폐열보일러(120)로 순환되고, 제4 유로(P4)와 혼합되지 않은 제3 유로(P3) 배출가스는 배기팬(180)에 연결되어 강제 송풍되어 배출된다.
In more detail, the array system of the power generation system 100 using the high temperature exhaust gas generated in the fuel cell system of the present invention includes a
또한, 증기 및 온수의 흐름 계통도는, 고압과열증기는 상기 폐열보일러(120)로부터 제5 유로(G5)를 통하여 연결되어 있는 스팀터빈발전기(140); 상기 스팀터빈발전기(140)로부터 제6 유로(G6)에 통하여 연결되어 있는 응축기(150); 상기 응축기(150)로부터 상기 제7 유로(G7)에 통하여 연결되어 있는 온수탱크(160); 및 상기 온수탱크(160)로부터 상기 제8 유로(G8)에 통하여 연결되어 있는 펌프(170);를 포함하여 이루어지며, 상기 펌프(170)로부터 제9 유로(G9)는 통하여 다시 상기 폐열보일러(120)의 절탄기(節炭器, Economizer)측에 연결된다.
In addition, the steam flow diagram of the steam and the hot water includes a steam turbine generator 140 in which high-pressure superheated steam is connected from the
그리고, 상기 폐열보일러(120) 절탄기(節炭器, Economizer)를 통하여 가열된 온수는 상기 폐열보일러(120) 상부에 배치되는 저압드럼(200)로 공급되고; 상기 저압드럼(200)에서 온수는 증발기(蒸發器, Evaporator)로 공급되고, 증기는 과열기(過熱器, Superheater)로 공급되며, 상기 증발기(蒸發器, Evaporator)에서 재 가열된 온수는 저압드럼(200)으로 다시 공급되어; 액화되지 않은 온수는 증발기(蒸發器, Evaporator)로 재 순환되고, 증기는 과열기(過熱器, Superheater)로 공급되어 고압과열증기를 생산하여, 다시 제5 유로(G5)를 통하여 스팀터빈발전기(140)공급하는 순환구조 시스템이다.
The hot water heated by the economizer of the
또한, 상기 폐열보일러(120)에서 생성되어 상기 스팀터빈발전기(140)으로 공급되는 상기 고압과열증기는, 330℃ 내지 399℃ 에 속하며, 13bar 내지 25bar의 범위에 속하는 것을 특징으로 한다.
The high pressure superheated steam generated in the
또한, 상기 온수탱크(160)에는 순수처리시스템(190)이 연결되어 있으며, 상기 제4 유로(P4)는 보일러의 효율향상, 보수 또는 겨울철 동파를 예방할 수 있는 바이패스라인(by - pass line)이다.
A pure
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예의 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템(100)을 구성하는 각 구성요소들의 작용과 이들의 연결관계 및 이에 따른 작용효과를 좀더 살펴본다.
Hereinafter, the operation of each component constituting the power generation system 100 using the high-temperature exhaust gas generated in the fuel cell system according to the embodiment of the present invention as described above, their connection relationship, and the operation and effect thereof will be further examined .
우선, 본 발명의 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템(100)에 있어서, 상기 연료전지유니트(110)는, 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등 탄화 수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소를 포함하는 공기를 전기 화학반응을 통해서 분해하고, 이 과정에서 발생되는 전자들을 직접 전기 에너지로 변화시키는 발전 시스템이다.
First, in the power generation system 100 using the high-temperature exhaust gas generated in the fuel cell system of the present invention, the
또한, 상기 연료전지유니트(110)는, 기본적으로 연료를 저장하는 연료탱크, 상기 연료를 이송하는 연료펌프, 수소 기체를 발생시키는 개질기, 및 전자를 발생시켜 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택을 구비한다.
In addition, the
여기서, 상기 연료전지유니트(110)에 있어서, 주 연료는 액화천연가스(LNG : liquefied natural gas)일 수 있다.
Here, in the
이와 같이, 연료전지유니트(110)의 주 연료를 액화천연가스로써 활용함으로써, 이로써 배출가스의 성분이 대기 배출기준 이하로 유지되어, 별도로 배출가스정화장치 등을 장착시킬 필요는 없다.
Thus, by utilizing the main fuel of the
또한, 본 발명의 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템(100)에 있어서, 상기 연료전지유니트(110)로부터 배출되는 고온배출가스(WHG1)는 제1 유로(P1)와 제2 유로(P2)에 결합되어 있는 폐열보일러(120)로 이송되고 제3유로를 통하여 배출되는 과정에서 일부분은 바이패스유로인 제4 유로(P4)를 통하여 상기 연료전지유니트(110)로부터 배출되는 고온배출가스(WHG1)인 제1 유로(P1)와 혼합되어 있는 폐열보일러(120)로 이송되고, 제4 유로(P4)와 혼합되지 않은 제3 유로(P3) 배출가스는 배기팬(180)에 연결되어 강제 송풍되어 배출된다.
In the power generation system 100 using the high temperature exhaust gas generated in the fuel cell system of the present invention, the high temperature exhaust gas WHG1 discharged from the
참고로, 본 발명의 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템(100)은, 자동제어되도록 제어신호를 생성하는 제어시스템에 의하여 자동으로 운전된다.
For reference, the power generation system 100 using the high temperature exhaust gas generated in the fuel cell system of the present invention is automatically operated by a control system that generates a control signal to be automatically controlled.
도 3은 도 2에 도시된 본 발명의 발전시스템을 활용한 발전방법을 나타낸 흐름도이다.
3 is a flowchart illustrating a power generation method using the power generation system of the present invention shown in FIG.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전방법은, 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템에 따른 발전방법으로서, 연료전지유니트(110)에서 발생되는 고온배출가스(WHG1)로부터 배열을 회수하여, 폐열보일러(120)에서 고압과열증기 생성시키는 단계(S110); 생성된 상기 고압과열증기에 의하여 스팀터빈발전기(140)이 작동되어, 전력이 생산되는 단계(S120); 상기 스팀터빈발전기(140)에서 전력생산 후의 증기가 응축기(150)에 의하여 액화되는 단계(S130); 상기 응축기(150)로부터 액화된 온수를 온수탱크(160)에 저장되는 단계(S140); 및 별도의 펌프(170)를 통하여 상기 폐열보일러(120)에 온수가 순환공급되는 단계(S150);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
As shown in FIG. 3, the power generation method using the high temperature exhaust gas generated in the fuel cell system of the present invention is a power generation method according to the power generation system using the high temperature exhaust gas generated in the fuel cell system, (S110) of recovering the arrangement from the generated high temperature exhaust gas (WHG1) to generate high-pressure superheated steam in the waste heat boiler (120); The steam turbine generator 140 is operated by the generated high-pressure superheated steam to generate power (S120); (S130) the steam after power generation in the steam turbine generator 140 is liquefied by the
여기서, 본 발명의 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전방법은, 상기 온수탱크(160)에 인접하게 구비되는 순수처리시스템(190)로부터 상기 물탱크(160)에 보충수가 공급되는 단계(S145);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
The method for generating electricity using the high temperature exhaust gas generated in the fuel cell system of the present invention includes the steps of supplying supplemental water to the
따라서, 상기와 같은 특징을 갖는 본 발명의 일실시예의 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템 및 발전방법에 따르면, 폐열보일러(120)의 효율을 극대화하여 생성된 고압과열증기를 활용하여 스팀터빈발전기(140)에서 전력을 생산함으로써, 상기 연료전지유니트(110)에서 발생되는 고온배출가스를 효율적으로 배열(排熱)을 회수하여 회수한 배열만으로 다시 활용하므로, 동일한 에너지로부터 연료전지 발전시스템의 발전효율을 극대화시킬 수 있다.
Therefore, according to the power generation system and the power generation method using the high-temperature exhaust gas generated in the fuel cell system according to an embodiment of the present invention having the above-described characteristics, the efficiency of the
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
It is therefore to be understood that the embodiments described above are illustrative in all aspects and not restrictive.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the foregoing detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and the equivalents thereof are included in the scope of the present invention Should be interpreted.
100 : 본 발명 발전시스템 110 : 연료전지유니트
120 : 폐열보일러 140 : 스팀터빈발전기
150 : 응축기 160 : 온수탱크
170 : 펌프 180 : 배기팬
190 : 순수처리시스템 200 : 저압드럼
WHG1 : 고온배출가스 G5 : 제5 유로
G6 : 제6 유로 G7 : 제7 유로
G8 : 제8 유로 G9 : 제9 유로
P1 : 제1 유로 P2 : 제2 유로
P3 : 제3 유로 P4 : 제4 유로100: Inventive power generation system 110: Fuel cell unit
120: waste heat boiler 140: steam turbine generator
150: condenser 160: hot water tank
170: Pump 180: Exhaust fan
190: pure water treatment system 200: low pressure drum
WHG1: High temperature exhaust gas G5:
G6: the sixth euro G7: the seventh euro
G8:
P1: first flow path P2: second flow path
P3: third flow path P4: fourth flow path
Claims (4)
연료전지유니트(110);
상기 연료전지유니트(110)에서 발생되는 고온배출가스에 의하여 작동되는, 절탄기(節炭器, Economizer), 증발기(蒸發器, Evaporator), 과열기(過熱器, Superheater) 과정을 거쳐 고압스팀을 생성시키는 폐열보일러(120);
상기 폐열보일러(120) 상부에 배치되어 절탄기(節炭器, Economizer)와 증발기(蒸發器, Evaporator)에서 가열된 온수가 유입되어 고온증기와 고온물이 분리되어 증기는 과열기(過熱器, Superheater)로 공급되고 가열된 물은 다시 증발기(蒸發器, Evaporator)로 공급되는 저압드럼(200);
상기 폐열보일러(120)에서 생성된 고압과열증기에 의하여 작동되어 전력을 생산하는 스팀터빈발전기(140);
상기 스팀터빈발전기(140)에서 전력생산 후의 증기를 액화시키는 응축기(150);
상기 응축기(150)로부터 물을 공급받아 저장하고, 별도의 펌프(170)를 통하여 상기 폐열보일러(120) 절탄기(節炭器, Economizer)로 순환공급시키는 온수탱크(160); 및
상기 온수탱크(160)에 인접하게 구비되며, 온수탱크(160)에 순수 처리된 보충수를 공급하는 순수처리시스템(190);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템.
As a power generation system,
A fuel cell unit 110;
An economizer, an evaporator, a superheater, and a superheater, which are operated by the high-temperature exhaust gas generated in the fuel cell unit 110, to generate high-pressure steam A waste heat boiler 120;
The hot water heated by the economizer and the evaporator is introduced into the waste heat boiler 120 so that the high temperature steam and the hot water are separated and the steam is supplied to the superheater A low pressure drum 200 to which the heated water is supplied to an evaporator (evaporator);
A steam turbine generator 140 operated by the high-pressure superheated steam generated in the waste heat boiler 120 to produce electric power;
A condenser 150 for liquefying the steam after power generation in the steam turbine generator 140;
A hot water tank 160 for circulating and supplying water from the condenser 150 to an economizer of the waste heat boiler 120 through a separate pump 170; And
A pure water treatment system 190 provided adjacent to the hot water tank 160 for supplying purified water purified water to the hot water tank 160;
And a power generation system using the high temperature exhaust gas generated in the fuel cell system.
상기 폐열보일러(120)에서 생성되어 상기 스팀터빈발전기(140)으로 공급되는 상기 고압과열증기는, 330℃ 내지 399℃ 에 속하며, 13bar 내지 25bar 의 범위에 속하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전시스템.
The method according to claim 1,
The high pressure superheated steam generated in the waste heat boiler 120 and supplied to the steam turbine generator 140 is in a range of 330 to 399 ° C. and is in a range of 13 to 25 bar. Power generation system using exhaust gas.
연료전지유니트(110)에서 발생되는 고온배출가스(WHG1)로부터 배열을 회수하여, 폐열보일러(120)에서 고압과열증기를 생성시키는 단계(S110);
생성된 상기 고압과열증기에 의하여 스팀터빈발전기(140)이 작동되어, 전력이 생산되는 단계(S120);
상기 스팀터빈발전기(140)에서 전력생산 후의 증기가 응축기(150)에 의하여 액화 온수화 되는 단계(S130);
상기 응축기(150)로부터 액화된 온수가 온수탱크(160)에 저장되는 단계(S140); 및
별도의 펌프(170)를 통하여 상기 폐열보일러(120)에 물이 순환공급되는 단계(S150);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전방법.
A power generation method according to a power generation system using a high temperature exhaust gas generated in a fuel cell system according to any one of claims 1 to 2,
(S110) of recovering the arrangement from the high temperature exhaust gas (WHG1) generated in the fuel cell unit (110) to generate high pressure superheated steam in the waste heat boiler (120);
The steam turbine generator 140 is operated by the generated high-pressure superheated steam to generate power (S120);
(S130) the steam after power generation in the steam turbine generator (140) is liquefied and hot watered by the condenser (150);
The liquefied hot water from the condenser 150 is stored in the hot water tank 160 (S140); And
(S150) in which water is circulated and supplied to the waste heat boiler (120) through a separate pump (170);
Wherein the fuel cell system includes a high-temperature exhaust gas generator.
상기 온수탱크(160)에 인접하게 구비되는 순수처리시스템(190)로부터 상기 온수탱크(160)에 보충수가 공급되는 단계(S145);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템에서 발생한 고온배출가스를 이용한 발전방법.The method of claim 3,
A step S145 of supplying supplemental water from the pure water treatment system 190 provided adjacent to the hot water tank 160 to the hot water tank 160;
Wherein the fuel cell system further comprises a high-temperature exhaust gas generator.
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