KR101579123B1 - High efficiency fuel cell system using pressure exchanger - Google Patents

High efficiency fuel cell system using pressure exchanger Download PDF

Info

Publication number
KR101579123B1
KR101579123B1 KR1020130166202A KR20130166202A KR101579123B1 KR 101579123 B1 KR101579123 B1 KR 101579123B1 KR 1020130166202 A KR1020130166202 A KR 1020130166202A KR 20130166202 A KR20130166202 A KR 20130166202A KR 101579123 B1 KR101579123 B1 KR 101579123B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
gas
fuel
waste gas
waste
Prior art date
Application number
KR1020130166202A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20150077229A (en
Inventor
박종승
윤좌문
전창성
이기훙
Original Assignee
두산중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 두산중공업 주식회사 filed Critical 두산중공업 주식회사
Priority to KR1020130166202A priority Critical patent/KR101579123B1/en
Publication of KR20150077229A publication Critical patent/KR20150077229A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101579123B1 publication Critical patent/KR101579123B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
    • H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/0441—Pressure; Ambient pressure; Flow of cathode exhausts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 LNG 유틸리티 압력을 고온의 연료전지 시스템에 활용함으로써, 동력소모와 추가 설비에 따른 비용소모를 줄일 수 있으며, 폐가스의 이용률을 높이고 과류손(parasitic loss)을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 전기가 아닌 기계적 동력을 이용하여 연료전지의 운전 안정성을 높이고 잦은 트립(trip) 발생을 방지하여 시스템의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있게 한 동력회수장치를 이용하여 효율을 향상시킨 연료전지 시스템에 관한 것이다. The present invention utilizes LNG utility pressure in high temperature fuel cell systems to reduce power consumption and cost associated with additional equipment, increase utilization of waste gas and minimize parasitic losses, And more particularly, to a fuel cell system using a power recovery device that improves the operation stability of the fuel cell using frequent mechanical tripping, prevents frequent trips, and improves the overall efficiency of the system.

Description

동력회수장치를 이용하여 효율을 향상시킨 연료전지 시스템{HIGH EFFICIENCY FUEL CELL SYSTEM USING PRESSURE EXCHANGER}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a fuel cell system using a power recovery device,

본 발명은 동력회수장치를 이용하여 효율을 향상시킨 연료전지 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 LNG 유틸리티 압력을 고온의 연료전지 시스템에 활용함으로써, 동력소모와 추가 설비에 따른 비용소모를 줄일 수 있으며, 폐가스의 이용률을 높이고 과류손(parasitic loss)을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 전기가 아닌 기계적 동력을 이용하여 연료전지의 운전 안정성을 높이고 잦은 트립(trip) 발생을 방지하여 시스템의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있게 한 동력회수장치를 이용하여 효율을 향상시킨 연료전지 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel cell system with improved efficiency using a power recovery device, and more particularly, to a fuel cell system using a LNG utility pressure in a high temperature fuel cell system, which can reduce power consumption and cost of additional equipment, It is possible not only to increase the utilization rate of waste gas and minimize parasitic loss but also to enhance the operation stability of the fuel cell by using mechanical power instead of electricity and to prevent frequent tripping to improve the overall efficiency of the system And more particularly, to a fuel cell system in which efficiency is improved by using a power recovery device capable of reducing power consumption.

연료 전지(Fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.A fuel cell is a power generation system that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen and oxygen contained in a hydrocarbon-based material such as methanol, ethanol, and natural gas into electrical energy.

이 중 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)는 650℃ 이상의 고온에서 운전되기 때문에 전기화학 반응속도가 빨라 전극 재료로 백금촉매 대신 니켈을 사용할 수 있으므로 경제성에서 유리할 뿐만 아니라, 저온형 연료전지의 백금 전극에 피독 물질로 작용하는 일산화탄소마저도 수성가스 전환 반응을 통하여 연료로 이용할 수 있다. Since the molten carbonate fuel cell (MCFC) is operated at a high temperature of 650 ° C or higher, electrochemical reaction speed is high, nickel can be used instead of a platinum catalyst as an electrode material, Carbon monoxide acting as a poisonous substance in the platinum electrode of the present invention can be used as a fuel through a water gas conversion reaction.

또한, 용융탄산염 연료전지는 니켈 전극의 특성으로 석탄가스, 천연가스, 메탄올, 바이오매스 등 다양한 연료를 사용할 수 있고, 열회수 스팀 발전기 등을 이용한 하부 싸이클로 양질의 고온 폐열을 회수해 사용하면 전체 발전 시스템의 열효율을 60% 이상으로 증가시킬 수 있다. In addition, a molten carbonate fuel cell can utilize various fuels such as coal gas, natural gas, methanol, and biomass due to the characteristics of a nickel electrode. When a high-temperature waste heat of good quality is recovered by a lower cycle using a heat recovery steam generator, Can be increased to 60% or more.

이와 함께 용융탄산염 연료전지의 고온 운전 특성은 전기 화학 반응이 일어나는 연료전지 스택 내부에서 연료 개질 반응을 동시에 진행시키는 내부 개질 형태의 채용이 가능하도록 하는 장점을 제공한다. At the same time, the high-temperature operation characteristics of the molten carbonate fuel cell provide an advantage of being able to employ an internal reforming type that simultaneously performs the fuel reforming reaction in the fuel cell stack where the electrochemical reaction occurs.

이러한 내부 개질형 용융탄산염 연료전지는 전기화학반응에서 발생하는 열을 별도의 외부 열교환기 없이 직접 흡열반응인 개질반응에 이용하기 때문에, 외부개질형 용융탄산염 연료전지에 비해 전체 시스템의 열효율이 추가로 증가하는 동시에 시스템 구성이 간단해 지는 장점을 가질 뿐만 아니라, 소형 분산화 발전이 가능해 전기 사용량이 많은 대도시 가까이에 설치 할 수 있어 송, 배전 손실 또한 저감할 수 있다.Since the internal reforming-type MCFC uses the heat generated from the electrochemical reaction in the reforming reaction, which is a direct endothermic reaction without a separate external heat exchanger, the thermal efficiency of the entire system is further increased And at the same time, the system configuration is simplified. In addition to this, it is possible to install in the vicinity of large cities where electricity consumption is large because small-scale distributed generation is possible, so that transmission and distribution loss can be reduced.

이러한 연료전지 시스템과 관련된 기술로는 특허문헌 1 및 2등 다양한 것이 있고, There are various technologies related to the fuel cell system such as Patent Documents 1 and 2,

이러한 연료전지 시스템의 MCFC 연료전지는 도 1에 도시한 바와 같이, 연료전지(100)의 캐소드에 산소와 이산화탄소의 산화 가스를 공급하고 애노드 측에 연료가스를 공급하여 양극 사이에서 발생하는 전위차에 의하여 전력을 생산한다. 이때 전체적인 반응효율을 높이고 폐가스의 배출을 최소화하기 위하여 이산화탄소 등의 폐가스의 폐열을 이용하여 물을 증기로 변환하고 LNG와 혼합하여 개질반응을 일으킬 수 있는 조건을 만들어 주는 기화장치(200)를 구비하고 있다. 1, the MCFC fuel cell of this fuel cell system is constructed by supplying an oxidizing gas of oxygen and carbon dioxide to the cathode of the fuel cell 100 and supplying the fuel gas to the anode side, by the potential difference generated between the anode It produces electricity. In order to increase the overall reaction efficiency and to minimize the discharge of waste gas, a vaporizer 200 is provided to convert water into vapor using waste heat of waste gas such as carbon dioxide and to make a condition to cause a reforming reaction by mixing with LNG have.

이러한 종래의 MCFC 연료시스템은 연료전지로부터 배출된 이산화탄소 등의 이용률을 높이기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이 고온 블로어(400) 등을 활용하는 것이 일반적이었다. 그러나 이러한 방법은 블로어 등의 추가 설비를 설치함에 따라 많은 비용이 소모될 뿐만 아니라, 과류손이 증가하고 잦은 트립(trip)이 발생하는 문제가 있었다.In such a conventional MCFC fuel system, as shown in FIG. 1, it has been common to utilize a high-temperature blower 400 or the like in order to increase the utilization rate of carbon dioxide or the like discharged from the fuel cell. However, this method has a problem that installation of additional equipment such as a blower consumes a great deal of cost, increases the number of overflows and causes frequent trips.

한편, LNG는 접근상의 용이성으로 인하여 연료전지에 공급된 개질수소를 생산하기 위한 연료공급원으로서 사용되고 있다. 그러나 LNG는 기존 설비를 이용하는 만큼 감압과정 등의 추가 처리공정을 거칠 필요가 있으며, 그 과정에서 폐압에 따른 많은 에너지 손실이 발생한다는 문제가 있었다.
On the other hand, LNG is used as a fuel supply source for producing reformed hydrogen supplied to the fuel cell due to its ease of approach. However, LNG needs to be subjected to additional treatment process such as decompression process because it uses existing facilities, and there has been a problem that a lot of energy loss occurs due to the waste pressure in the process.

대한민국 특허공개 제2013-0074539호Korean Patent Publication No. 2013-0074539 대한민국 특허등록 제0757440호Korea Patent No. 0757440

발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위해 개발된 것으로서, 기존 연료전지 시스템의 LNG 유틸리티의 고압시스템을 고온의 연료전지 시스템에 활용하여 에너지 손실을 최소화하고 시스템의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있는 동력회수장치를 이용하여 효율을 향상시킨 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. The present invention has been developed in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a power recovery apparatus capable of minimizing energy loss and improving the overall efficiency of a system by utilizing a high-pressure system of an LNG utility of a conventional fuel cell system in a high- And a fuel cell system using the fuel cell system.

즉, 본 발명은 LNG 유틸리티의 고압시스템을 고온의 연료전지 시스템에 활용하여, 동력소모와 추가설비에 따른 비용소모를 줄일 수 있으며, 폐가스의 이용률을 높이고 과류손(parasitic loss)을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 전기가 아닌 기계적 동력을 이용하여 연료전지의 운전 안정성을 높이고 잦은 트립(trip) 발생을 방지하여 시스템의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있는 동력회수장치를 이용하여 효율을 향상시킨 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
That is, the present invention can utilize the high-pressure system of the LNG utility in a high-temperature fuel cell system, thereby reducing power consumption and cost of additional equipment, increasing the utilization rate of waste gas and minimizing parasitic loss In addition, a fuel cell system that improves efficiency by using a power recovery device that can improve the overall efficiency of the system by increasing the operation stability of the fuel cell by using non-electric mechanical power and preventing frequent tripping The purpose is to provide.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 동력회수장치를 이용하여 효율을 향상시킨 연료전지 시스템은 연료가스와 반응가스를 공급받아 전력을 생산하며, 폐가스를 배출하는 연료전지; 폐가스의 폐열을 이용하여 물을 증기로 변환하고 외부로부터 공급받은 LNG를 기화시켜 얻은 연료가스를 상기 연료전지에 공급하는 기화장치; 및 LNG를 상기 기화장치에 공급하기 전에 감압하는 과정에서 생성되는 폐압을 이용하여 연료전지에서 배출된 폐가스를 가압하는 동력회수장치를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to accomplish the above object, the present invention provides a fuel cell system with improved efficiency using a power recovery device, comprising: a fuel cell that receives fuel gas and reaction gas to produce electric power and discharges waste gas; A vaporizer for converting the water into steam using waste heat of the waste gas and supplying the fuel gas obtained by vaporizing the LNG supplied from the outside to the fuel cell; And a power recovery device that pressurizes the waste gas discharged from the fuel cell by using the waste pressure generated in the process of reducing pressure before supplying the LNG to the vaporizer.

상기 연료전지는 MCFC(Molt Carbonate Fuel Cell)인 것이 바람직하고, 상기 연료전지에서 배출되는 폐가스가 이산화탄소를 포함할 수 있다. The fuel cell may be an MCFC (Molt Carbonate Fuel Cell), and the waste gas discharged from the fuel cell may include carbon dioxide.

상기 연료전지로부터 배출된 폐가스가 상기 기화장치에 유입되며, 상기 기화장치로부터 기화 분리된 폐가스가 상기 동력회수장치를 통하여 상기 연료전지에 공급될 수 있다. The waste gas discharged from the fuel cell flows into the vaporizer, and the waste gas that is vaporized and separated from the vaporizer is supplied to the fuel cell through the power recovery device.

상기 동력회수장치를 통해 연료전지에 공급되는 폐가스는 연료전지의 애노드로 공급되며, 연료전지로부터 배출되는 폐열 일부는 상기 동력회수장치에서 LNG를 감압할 때 발생되는 결로 현상에 따른 수분을 건조함에 사용된다.
The waste gas supplied to the fuel cell through the power recovery device is supplied to the anode of the fuel cell and a part of the waste heat discharged from the fuel cell is used for drying the moisture due to the condensation phenomenon generated when the LNG is decompressed by the power recovery device do.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 동력회수장치를 이용하여 효율을 향상시킨 연료전지 시스템은 동력회수장치를 이용한 연료전지 시스템은 기존 설비인 LNG 유틸리티 압력을 고온의 연료전지 시스템에 활용함으로써, 동력소모와 추가 설비에 따른 비용소모 및 과류손을 줄일 수 있는 효과가 있다. As described above, in the fuel cell system using the power recovery device according to the present invention, the fuel cell system using the power recovery device utilizes the LNG utility pressure, which is existing equipment, in the high temperature fuel cell system, And the additional equipment can reduce the cost and the overflowing hands.

또한 폐가스의 이용률을 높임과 동시에 전기가 아닌 기계적 동력을 이용함으로써 연료전지의 운전 안정성을 높이고, 잦은 트립(trip) 발생을 방지하여 시스템의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있는 것이다.
In addition, the utilization efficiency of the waste gas is increased, the operation stability of the fuel cell is improved by using the mechanical power rather than electricity, and frequent tripping is prevented, thereby improving the overall efficiency of the system.

도 1은 종래 연료전지 시스템의 일예의 구성도
도 2는 본 발명에 따른 동력회수장치를 이용하여 효율을 향상시킨 연료전지 시스템의 구성도1 is a block diagram of an example of a conventional fuel cell system
FIG. 2 is a configuration diagram of a fuel cell system in which efficiency is improved by using the power recovery apparatus according to the present invention

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 동력회수장치를 이용하여 효율을 향상시킨 연료전지 시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A fuel cell system according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 LNG 유틸리티 압력을 활용하여 동력소모를 줄이고, 추가 설비에 따른 비용 소모를 줄일 수 있게 하기 위한 것으로서, 도 2에 도시한 바와 같이, LNG를 공급하기 전에 감압하는 과정에서 생성되는 폐압을 이용하여 연료전지(100)에서 배출된 폐가스를 가압하는 동력회수장치(300)(pressure exchanger)를 포함한다. As shown in FIG. 2, the present invention utilizes the waste pressure generated in the process of reducing the pressure before supplying the LNG to reduce the power consumption and the cost of the additional equipment by utilizing the LNG utility pressure. And a pressure exchanger 300 for pressurizing the waste gas discharged from the fuel cell 100.

이러한 본 발명에 따른 동력회수장치를 이용하여 효율을 향상시킨 연료전지 시스템은 통상의 MCFC 시스템에 동력회수장치를 더 구비한 것으로서 먼저, 통상의 MCFC 시스템에 대하여 간략하게 설명하면, 애노드와 캐소드를 갖고 연료가스와 반응가스를 공급받아 전력을 생산하며, 폐가스를 배출하는 연료전지(100); 폐가스의 폐열을 이용하여 물을 증기로 변환하고 외부로부터 공급받은 LNG를 기화시켜 얻은 연료가스를 상기 연료전지(100)에 공급하는 기화장치(200)를 설치하여 공급되는 연료를 개질하여 수소를 발생시켜 애노드에 공급하고 있다.The fuel cell system having improved efficiency using the power recovery device according to the present invention further includes a power recovery device in a conventional MCFC system. First, a typical MCFC system will be briefly described. The fuel cell system includes an anode and a cathode A fuel cell 100 that receives fuel gas and reaction gas to produce electric power, and discharges waste gas; A vaporizer 200 for converting the water into steam and using the waste heat of the waste gas to supply the fuel gas obtained by vaporizing the LNG supplied from the outside to the fuel cell 100, To the anode.

상기 연료전지(100)는 MCFC(Molt Carbonate Fuel Cell)이고, 상기 연료전지에서 배출되는 폐가스가 이산화탄소를 포함한다. The fuel cell 100 is an MCFC (Molt Carbonate Fuel Cell), and the waste gas discharged from the fuel cell includes carbon dioxide.

상기 기화장치(200)는 이미 알려진 사실이지만, 화학적으로 수소를 함유하는 일반 연료인 LPG, LNG, 메탄, 석탄가스 메탄올 등으로부터 연료 전지가 요구하는 수소를 많이 포함하는 가스로 변환하는 장치로서, 도 2에 도시한 바와 같이, 연료라인과 물 공급라인이 연결되어 공급된 물이 기화되어 연료와 반응하여 수소를 발생시키는 것이다. The vaporizer 200 is an apparatus for converting from LPG, LNG, methane, coal gas methanol or the like, which is a common fuel chemically containing hydrogen, into a gas containing a large amount of hydrogen required by the fuel cell, As shown in FIG. 2, the fuel line and the water supply line are connected, and the supplied water is vaporized and reacts with the fuel to generate hydrogen.

종래의 MCFC 시스템에서 기화장치(200)로 공급되는 연료는 상기한 바와 같이 고압으로 이송되고, 이렇게 이송되는 고압의 연료가 일정한 압력을 유지할 수 있도록 정압기를 설치하였으나, 본 발명에서는 고압으로 이송되는 연료의 일부를 배기가스 순환용으로 사용할 수 있도록 상기 동력회수장치(300)를 구비하고 있는 것이다. In the conventional MCFC system, the fuel supplied to the vaporizer 200 is conveyed at a high pressure as described above, and a regulator is installed so that the high-pressure fuel can be maintained at a constant pressure. However, in the present invention, And the power recovery device 300 can use a part of the power recovery device 300 for exhaust gas circulation.

즉, 종래의 MCFC 연료시스템은 연료전지로부터 배출되는 이산화탄소 등의 폐가스 이용률을 높이기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이 고온 블로어(400)를 설치하고 있으나, 이러한 방법은 블로어 등의 추가 설비를 설치하여야 하므로 많은 비용이 소모될 뿐만 아니라, 과류손(parasitic loss)이 증가하고 잦은 트립(trip)이 발생하는 문제가 있으므로, 본 발명은 동력회수장치(300)를 설치하여 LNG를 공급하기 전에 감압하는 과정에서 생성되는 폐압을 이용하여 연료전지(100)에서 배출된 폐가스를 가압할 수 있게 함으로써 설비를 단순화시킬 수 있는 것이다. That is, in the conventional MCFC fuel system, the high-temperature blower 400 is installed as shown in FIG. 1 in order to increase the utilization rate of waste gas such as carbon dioxide discharged from the fuel cell. However, this method requires additional equipment such as a blower The present invention is not limited to the process of reducing pressure before supplying the LNG by installing the power recovery device 300. In order to reduce the amount of LNG, It is possible to pressurize the waste gas discharged from the fuel cell 100 by using the waste pressure generated in the fuel cell 100, thereby simplifying the facility.

한편, 통상의 MCFC 시스템은 접근 용이성 때문에 LNG를 연료전지에 공급된 개질수소를 생산하기 위한 연료공급원으로서 사용되고 있지만, LNG를 감압하는 과정 등의 추가 처리공정을 거칠 필요가 있으며, 그 과정에서 폐압에 따른 에너지 손실이 발생하였다. 즉, LNG 유틸리티는 일반적으로 정압기를 통하여 감압하여 사용하는 것이 일반적이므로, 감압 과정에서 발생하는 폐압을 상기 동력회수장치(300)를 이용하여 폐가스를 가압하여 재활용하는 데 사용함으로써 블로어 등의 추가 설비를 설치하지 않으면서 폐가스의 이용률을 높일 수 있으며, 폐압에 따른 에너지 손실 또한 줄일 수 있다. On the other hand, the conventional MCFC system is used as a fuel supply source for producing reformed hydrogen supplied to the fuel cell because of its ease of access, but it is necessary to undergo further processing such as decompression of LNG, Resulting in energy loss. That is, since the LNG utility is generally used by reducing pressure through a pressure regulator, the waste pressure generated in the pressure reducing process is used to pressurize and recycle the waste gas using the power recovery device 300, It is possible to increase the utilization rate of the waste gas without installing it, and the energy loss due to the waste pressure can also be reduced.

또한, 상기 동력회수장치(300)는 전기가 아닌 기계적 동력을 이용하므로 추가 설비가 필요 없어 과류손과 트립 발생을 최소화함과 동시에 운전 안정성도 높일 수 있어 시스템의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있는 것이다. In addition, since the power recovery device 300 uses mechanical power rather than electricity, additional equipment is not required, so that occurrence of swirling and tripping can be minimized, and operation stability can be enhanced, thereby improving the overall efficiency of the system.

상기 기화장치(200)는 상기한 바와 같이, 수소를 발생시키는 작용하는 것으로연료전지 시스템의 제어성을 높이기 위해 연료전지(100)로부터 배출된 폐가스를 받아 기화 분리한 후, 상기 동력회수장치(300)를 통하여 상기 연료전지(100)에 공급되도록 구성하였다. As described above, the vaporization apparatus 200 serves to generate hydrogen. The vaporization apparatus 200 receives the waste gas discharged from the fuel cell 100 to increase the controllability of the fuel cell system. The vaporization apparatus 200 separates the waste gas discharged from the power recovery apparatus 300 (Not shown).

이와 같이 기화장치(200)를 통하여 폐가스의 재활용과 연료가스의 공급을 연계시킴으로써, 재활용되는 이산화탄소의 양이 증가할수록 공급되는 연료가스의 양도 함께 증가하여 연료전지 시스템의 제어성이 안정적으로 유지될 수 있다. 상기 동력회수장치(300)를 통해 연료전지에 공급되는 폐가스는 연료전지의 애노드로 공급된다. By associating the recycle of the waste gas with the supply of the fuel gas through the vaporizer 200, the amount of the supplied fuel gas increases as the amount of recycled carbon dioxide increases, so that the controllability of the fuel cell system can be stably maintained have. The waste gas supplied to the fuel cell through the power recovery device 300 is supplied to the anode of the fuel cell.

한편, LNG의 감압 과정에 따른 온도저하로 인하여, 동력회수장치(300) 등의 주변 설비에 결로현상이 발생할 수 있으며, 이는 전체 시스템의 효율을 떨어뜨리는 요인이 될 수 있으므로 이를 방지하기 위해 상기 연료전지(100)로부터 배출되는 폐열 일부는 상기 동력회수장치(300)를 통과하면서 LNG가 감압될 때 발생되는 결로 현상에 따른 수분을 건조할 수 있도록 히트트레이서(500)를 구비하고 있다. On the other hand, condensation may occur in peripheral equipment such as the power recovery unit 300 due to the temperature decrease due to the LNG depressurization process. This may cause the efficiency of the entire system to be lowered. Therefore, A part of the waste heat discharged from the battery 100 is provided with a heat tracer 500 for drying moisture according to the condensation phenomenon generated when the LNG is reduced while passing through the power recovery device 300.

상기 히트트레이서(500)는 도시한 바와 같이, 연료전지(100)로부터 배출되는 폐가스 라인에 설치되어 폐가스의 폐열 중 일부를 동력회수장치를 통과하면서 LNG가 감압될 때 발생되는 결로 현상에 의한 수분을 가열하여 제거하는 열교환 수단의 하나이다. As shown in the figure, the heat tracer 500 is installed in a waste gas line discharged from the fuel cell 100, and passes moisture of waste heat of the waste gas passing through the power recovery device, It is one of the heat exchanging means to remove by heating.

또한, 본 발명에 따른 동력회수장치를 이용하여 효율을 향상시킨 연료전지 시스템은 도 2에 도시한 바와 같이 상기 연료전지로부터 배출되는 폐가스 배출 라인에 열회수장치를 더 설치하여 배출되는 폐가스에 남아 있는 잔열을 회수하여 다른 장치에 사용할 수 있게 할 수도 있다.
In addition, as shown in FIG. 2, in the fuel cell system using the power recovery apparatus according to the present invention, a waste heat recovery apparatus is further provided in the waste gas discharge line discharged from the fuel cell, May be retrieved and made available to other devices.

상기와 같이 이루어진 본 발명에 따른 동력회수장치를 이용하여 효율을 향상시킨 연료전지 시스템은 LNG 유틸리티 압력을 고온의 연료전지 시스템에 활용함으로써, 동력소모와 추가 설비에 따른 비용소모를 줄일 수 있으며, 폐가스의 이용률을 높이고 과류손(parasitic loss)을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라, 전기가 아닌 기계적 동력을 이용하여 연료전지의 운전 안정성을 높이고 잦은 트립(trip) 발생을 방지하여 시스템의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있는 것이다.
The fuel cell system with improved efficiency using the power recovery apparatus according to the present invention can reduce power consumption and cost due to additional equipment by utilizing LNG utility pressure in a high temperature fuel cell system, Not only can increase the utilization rate of the fuel cell and minimize the parasitic loss but also increase the operation stability of the fuel cell by using the mechanical power instead of electricity and prevent frequent tripping to improve the overall efficiency of the system It is.

본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 설명에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능하며, 그와 같은 변형은 본 발명의 보호 범위 내에 있게 된다.
The present invention is not limited to the above-described specific embodiments and descriptions, and various modifications can be made to those skilled in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. And such modifications are within the scope of protection of the present invention.

100: 연료전지
200: 기화장치(vaporizer)
300: 동력회수장치
400: 고온 블로어
500: 히트트레이서100: Fuel cell
200: vaporizer
300: Power recovery device
400: high temperature blower
500: Heat tracer

Claims (6)

연료가스와 반응가스를 공급받아 전력을 생산하며, 폐가스를 배출하는 연료전지(100); 폐가스의 폐열을 이용하여 물을 증기로 변환하고 외부로부터 공급받은 LNG를 기화시켜 얻은 연료가스를 상기 연료전지(100)에 공급하는 기화장치(200); 및 LNG를 상기 기화장치(200)에 공급하기 전에 감압하는 과정에서 생성되는 폐압을 이용하여 연료전지(100)에서 배출된 폐가스를 가압하는 동력회수장치(300)를 포함하고,
상기 기화장치(200)에서는 상기 연료가스를 개질하여 수소를 발생시키며, 상기 연료전지(100)로부터 배출된 폐가스가 열교환을 위하여 상기 기화장치(200)에 유입되고, 상기 기화장치(200)로부터 열교환된 폐가스가 상기 동력회수장치(300)를 통하여 가압되어 상기 연료전지(100)에 공급되며,
상기 연료전지(100)로부터 배출되는 폐열 일부가 히트트레이서(500)로 공급되어, LNG가 동력회수장치(300)를 통과하면서 감압될 때 발생되는 결로 현상에 따른 수분을 건조하고,
상기 기화장치(200)를 통하여 폐가스의 재활용과 연료가스의 공급을 연계시킴으로써, 재활용되는 이산화탄소의 양이 증가할수록 공급되는 연료가스의 양도 함께 증가하는 것을 특징으로 하는 동력회수장치를 이용하여 효율을 향상시킨 연료전지 시스템.A fuel cell 100 that receives fuel gas and reaction gas to produce electric power, and discharges waste gas; A vaporizer (200) for converting the water into steam using waste heat of the waste gas and supplying the fuel gas obtained by vaporizing the LNG supplied from the outside to the fuel cell (100); And a power recovery device (300) for pressurizing the waste gas discharged from the fuel cell (100) by using a waste pressure generated in a process of reducing pressure before supplying the LNG to the vaporizer (200)
In the vaporization apparatus 200, the fuel gas is reformed to generate hydrogen, and waste gas discharged from the fuel cell 100 flows into the vaporization apparatus 200 for heat exchange, and heat exchange is performed from the vaporization apparatus 200 Is supplied to the fuel cell 100 by being pressurized through the power recovery device 300,
A part of the waste heat discharged from the fuel cell 100 is supplied to the heat tracer 500 to dry the moisture due to the condensation phenomenon generated when the LNG is reduced while passing through the power recovery device 300,
The amount of the supplied fuel gas is increased as the amount of recycled carbon dioxide is increased by linking the recycle of the waste gas and the supply of the fuel gas through the vaporizer 200. [ Fuel cell system. 제1항에 있어서,
상기 연료전지(100)는 MCFC(Molt Carbonate Fuel Cell)인 것을 특징으로 하는 동력회수장치를 이용하여 효율을 향상시킨 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the fuel cell (100) is an MCFC (Molt Carbonate Fuel Cell). 제1항에 있어서,
상기 연료전지에서 배출되는 폐가스가 이산화탄소를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력회수장치를 이용하여 효율을 향상시킨 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the waste gas discharged from the fuel cell includes carbon dioxide. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020130166202A 2013-12-27 2013-12-27 High efficiency fuel cell system using pressure exchanger KR101579123B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130166202A KR101579123B1 (en) 2013-12-27 2013-12-27 High efficiency fuel cell system using pressure exchanger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130166202A KR101579123B1 (en) 2013-12-27 2013-12-27 High efficiency fuel cell system using pressure exchanger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150077229A KR20150077229A (en) 2015-07-07
KR101579123B1 true KR101579123B1 (en) 2015-12-21

Family

ID=53790042

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130166202A KR101579123B1 (en) 2013-12-27 2013-12-27 High efficiency fuel cell system using pressure exchanger

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101579123B1 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3605167B2 (en) * 1995-01-26 2004-12-22 三菱重工業株式会社 Polymer electrolyte fuel cell system
KR100907690B1 (en) * 2004-10-19 2009-07-14 자이단호징 덴료쿠추오켄큐쇼 Combined Cycle Power Plant
KR100757440B1 (en) 2005-09-16 2007-09-11 엘지전자 주식회사 Purge system for fuel cell
KR101369259B1 (en) 2011-12-26 2014-03-06 두산중공업 주식회사 Heat pump all-in-one fuel cell system

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150077229A (en) 2015-07-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6397502B2 (en) Reformer / electrolyzer / refiner (REP) assembly for hydrogen production, system incorporating the assembly, and hydrogen production method
Zhang et al. Configuration design and performance optimum analysis of a solar-driven high temperature steam electrolysis system for hydrogen production
KR20110029963A (en) Molten carbonate fuel cell system with hydrocarbon reactor
JP2005516351A (en) Fuel desulfurization method
Nakamura et al. Development of a Highly Efficient SOFC Module Using Two‐stage Stacks and a Fuel Regeneration Process
CN112687914B (en) energy management system
Yun et al. Oxy-fuel combustion-based blue hydrogen production with the integration of water electrolysis
US20180191006A1 (en) Solid oxide fuel cell system with improved thermal efficiency, and solid oxide fuel cell system heated by high-temperature gas
KR101721237B1 (en) Solid oxide fuel cell system heated by externel hear source
KR101179390B1 (en) Fuel cell system
KR101753335B1 (en) Solid oxide fuel cell system heated by high temperature gas
KR101579123B1 (en) High efficiency fuel cell system using pressure exchanger
Siddiqui et al. Experimental investigation of a sustainable integrated ammonia synthesis and fuel cell system
US20140178781A1 (en) Fuel cell system and method of heat recovery thereof
KR101620237B1 (en) Complex fuel cell system
EP2963722B1 (en) Power generation systems and methods utilizing cascaded fuel cells
KR101447335B1 (en) Heat recovery high efficiency fuel cell hybrid system linked with steam turbine
US20110129746A1 (en) Thermal management system for high-temperature fuel cell
KR101368667B1 (en) Fuel cell system for ship
TWI557980B (en) Fuel Cell Hybrid System
CN104779410A (en) Reforming hydrogen production fuel cell power generation module without hydrogen purification device
Patcharavorachot et al. Performance assessment of a 10 kW pressurized solid oxide fuel cell integrated with glycerol supercritical water reforming
KR101696550B1 (en) Ship
KR102258808B1 (en) An electric power generating system
CN106784919A (en) A kind of high-temperature fuel cell system based on ethanol

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190930

Year of fee payment: 5