KR101612015B1 - Fuel Cell Heat Recovery ORC Power System - Google Patents

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KR101612015B1
KR101612015B1 KR1020150039135A KR20150039135A KR101612015B1 KR 101612015 B1 KR101612015 B1 KR 101612015B1 KR 1020150039135 A KR1020150039135 A KR 1020150039135A KR 20150039135 A KR20150039135 A KR 20150039135A KR 101612015 B1 KR101612015 B1 KR 101612015B1
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조장근
권종서
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주식회사 포스코플랜텍
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Abstract

The present invention relates to a fuel cell heat recovery ORC power generation system, and more specifically, to a fuel cell heat recovery ORC power generation system which uses high temperature exhaust hot water and exhaust gas produced during a fuel cell reaction process to directly preheat and heat a working fluid and generate power, thereby improving energy conversion efficiency. According to an embodiment of the present invention, the fuel cell heat recovery ORC power generation system comprises: a fuel cell stack to generate electrons by oxidation and reduction reaction of gas, and generate electric energy by moving the electrons; an economizer installed on an exhaust duct connected to an exit of the fuel cell stack to recover heat of exhaust gas discharged through the exhaust duct and to directly vaporize a working fluid of liquid using the recovered heat; a turbine generator rotated by a working fluid of steam supplied by the economizer to generate electricity; a condenser to condense a working fluid of gas coming out after rotating the turbine into a liquid form by a coolant; and a transport pump to supply the working fluid in a liquid form to the economizer by pumping to circulate the working fluid.

Description

연료전지 배열회수 ORC 발전시스템 {Fuel Cell Heat Recovery ORC Power System}Fuel cell heat recovery ORC power system

본 발명은 연료전지 배열회수 ORC 발전시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료전지 반응과정에 나오는 고온의 배기온수와 배기가스를 이용하여 작동유체를 직접 예열 및 가열하여 발전함으로써 에너지 전환 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지 배열회수 ORC 발전시스템에 관한 것이다.More particularly, the present invention relates to an ORC power generation system for a fuel cell, and more particularly, to a method for improving the energy conversion efficiency by directly preheating and heating a working fluid by using hot exhaust water and exhaust gas generated during a fuel cell reaction process The present invention relates to a fuel cell array recovery ORC power generation system.

연료전지를 이용한 발전은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등 탄화 수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소를 포함하는 공기를 전기 화학반응을 통해서 분해하고, 이 과정에서 발생하는 전자들을 직접 전기 에너지로 변화시켜 발전한다.Fuel cell power generation decomposes air containing hydrogen and oxygen contained in hydrocarbon-based materials such as methanol, ethanol, or natural gas through electrochemical reactions, and converts the electrons generated in this process into direct electrical energy .

이러한 연료전지를 이용한 발전은 연소과정이 없고 연료에서 전기를 직접 생산하기 때문에 소음 및 대기오염 물질 배출이 적어 차세대 발전 방식으로 주목받고 있고, 연료전지 발전시스템은 크게 연료공급과 전력변환을 담당하는 BOP(Balance of Plant)와 전기를 생산하는 스택(Stack)으로 구분된다.This fuel cell-based power generation has no combustion process and produces electricity directly from the fuel. Therefore, it is attracting attention as a next generation power generation method because there is little noise and atmospheric pollutant emission. The fuel cell power generation system is mainly composed of BOP (Balance of Plant) and electricity production stack (Stack).

또한, 연료전지 발전시스템은 기본적으로 수소 기체를 발생시키는 개질기 및 전자를 발생시켜 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택을 구비한다.The fuel cell power generation system basically includes a reformer for generating hydrogen gas and a fuel cell stack for generating electrons to generate electric energy.

상기 개질기는 연료 및 물을 공급받고, 수증기 개질반응 등을 통해 연료를 수소가 풍부한 개질가스로 전환하고, 이 개질가스에는 일산화탄소 등과 같은 유해물질이 포함되어 있는 바, 이 유해물질을 정화하여 연료전지 스택으로 공급한다.The reformer receives fuel and water and converts the fuel into a hydrogen-rich reformed gas through a steam reforming reaction or the like. The reformed gas contains harmful substances such as carbon monoxide and the like, And supplies it to the stack.

상기 연료전지 스택은 개질기로부터 공급받은 수소 기체가 애노드 전극으로 주입되고, 외부 공기로부터 공급받은 산소는 캐소드 전극으로 주입된다.In the fuel cell stack, hydrogen gas supplied from the reformer is injected into the anode electrode, and oxygen supplied from the outside air is injected into the cathode electrode.

이에 따라, 애노드 전극에서는 수소 기체의 산화 반응이 일어나고, 캐소드 전극에서는 산소의 환원 반응이 일어나, 기체의 산화 및 환원반응으로 인해 전자들이 발생하고, 상기 전자의 이동으로 전기에너지가 생성된다.Accordingly, oxidation reaction of hydrogen gas occurs at the anode electrode, reduction reaction of oxygen occurs at the cathode electrode, electrons are generated due to the oxidation and reduction reaction of gas, and electric energy is generated by the movement of the electrons.

또한, 산화 및 환원반응으로 인해 연료전지 스택에는 소정의 열 에너지가 발생한다.In addition, due to the oxidation and reduction reaction, a certain amount of heat energy is generated in the fuel cell stack.

이와 같이 개질기 및 연료전지 스택에서 열에너지가 발생하는데, 이러한 열에너지가 대부분 외부로 방출될 경우, 연료의 전환효율이 저하될 수 있어 폐열을 회수(이용)하기 위한 열교환장치가 개시되어 있는 바, 종래에는 열회수용의 열교환기를 이용하여 저장 탱크의 물을 가열해 온수로서 이용하는 것이 일반적이다.As described above, heat energy is generated in the reformer and the fuel cell stack, and when the heat energy is mostly released to the outside, the conversion efficiency of the fuel may be lowered, so that a heat exchange device for recovering (using) It is general to use water as the hot water by heating the water in the storage tank using a heat exchanger for heat recovery.

예를 들어 선행특허문헌 공개번호 제10-2009-0047163호에는 연료전지 발전시스템의 폐열을 이용한 흡수식 냉난방시스템 및 방법이 개시되어 있다.
For example, prior art Patent Publication No. 10-2009-0047163 discloses an absorption cooling and heating system and method using waste heat of a fuel cell power generation system.

또한, 연료전지의 폐열을 이용하여 발전하는 시스템이 개발되어 있는 바, 그 일례로 연료전지의 폐열과 유기랭킨사이클(ORC)을 이용한 발전시스템이 개시되어 있다.Also, a system for generating electricity using waste heat of a fuel cell has been developed. For example, a power generation system using waste heat of a fuel cell and an organic Rankine cycle (ORC) is disclosed.

유기랭킨사이클(ORC; Organic Rankine Cycle) 발전시스템은 유기물 액체, 즉 유기매체를 작동유체로 사용하는 랭킨 사이클(Rankine Cycle)로서 비교적 저온의 온도 범위의 열원을 회수하여 전기를 생산하는 시스템이다.The Organic Rankine Cycle (ORC) power generation system is a Rankine Cycle that uses organic liquid as an operating fluid. It is a system that generates electricity by recovering a heat source in a relatively low temperature range.

종래의 이와 같은 발전시스템을 첨부된 도면 도 1을 참고로 설명하면 다음과 같다.Such a conventional power generation system will now be described with reference to FIG.

도 1에 도시된 바와 같이 연료전지 스택(10), 열회수기(14), 증발기(22), 터빈 발전기(24), 응축기(26), 이송펌프(28)를 포함하여 구성된다.And includes a fuel cell stack 10, a heat recovery unit 14, an evaporator 22, a turbine generator 24, a condenser 26, and a transfer pump 28 as shown in FIG.

이중 증발기(22), 터빈 발전기(24), 응축기(26), 이송펌프(28)로 ORC 발전시스템(20)을 구성한다.The ORC power generation system 20 is constituted by a double evaporator 22, a turbine generator 24, a condenser 26, and a transfer pump 28.

연료전지 스택(10)은 수소와 산소 같은 기체의 산화 및 환원반응으로 인해 전자들을 발생하고, 상기 전자의 이동으로 전기에너지를 생성하며, 이 과정에서 열에너지가 발생한다.The fuel cell stack 10 generates electrons due to the oxidation and reduction reactions of gases such as hydrogen and oxygen, and generates electric energy by the movement of the electrons. In this process, thermal energy is generated.

열회수기(Economizer)(14)는 상기 연료전지 스택(10)의 출구와 연통된 배기덕트(12)의 도중에 설치되어 배기덕트(12)를 통해 배출되는 배기가스의 열(배열)을 회수하여, 그 회수된 열로 열매체(물 또는 오일)를 가열한다.The economizer 14 is installed in the middle of the exhaust duct 12 communicating with the outlet of the fuel cell stack 10 to recover heat (arrangement) of the exhaust gas discharged through the exhaust duct 12, And the heat medium (water or oil) is heated by the recovered heat.

ORC 발전시스템(20)의 증발기(Vaporizer)(22)는 열회수기(14)에서 가열된 열매체에 의해 증발기(22)에 공급된 액체의 작동유체(냉매)를 기체로 기화시킨다. The evaporator 22 of the ORC power generation system 20 vaporizes the working fluid (refrigerant) of the liquid supplied to the evaporator 22 by the heating medium heated in the heat recovery device 14 into the gas.

터빈 발전기(Turbine Generator)(24)는 상기 증발기(22)를 통해 공급되는 증기의 작동유체에 의해 회전하고 이때 증기터빈 축과 연결되어 있는 발전기의 축이 함께 회전을 하면서 발전기에서 전기를 발생한다.The turbine generator 24 is rotated by the working fluid of the steam supplied through the evaporator 22, and the shaft of the generator connected to the steam turbine shaft rotates together to generate electricity in the generator.

응축기(Condenser)(26)는 터빈을 회전시키고 나온 기체의 작동유체를 냉각수에 의해 액체 상태로 응축시킨 후 이송펌프(Feed pump)에 의해 다시 증발기(14)에 공급함으로써 순환한다.The condenser 26 circulates the working fluid of the gas by rotating the turbine to the liquid state by the cooling water and then supplying it to the evaporator 14 by the feed pump again.

상기 열회수기(14)에서 가열되어 증발기(22)의 작동유체를 기화하는데 사용된 열매체는 또 다른 이송펌프(32)에 의해 다시 열회수기(14)에 공급됨으로써 순환된다.The heating medium, which is heated in the heat recovery unit 14 and used to vaporize the working fluid of the evaporator 22, is circulated by being supplied to the heat recovery unit 14 again by another transfer pump 32.

또한, 배기덕트(12)를 통해 배출되어 열회수기(14)에서 열매체를 가열하는데 사용된 배기가스는 계속하여 배기덕트(12)를 통해 대기 중으로 배출된다.The exhaust gas discharged through the exhaust duct 12 and used for heating the heating medium in the heat recovery unit 14 is continuously discharged to the atmosphere through the exhaust duct 12. [

이와 같은 종래 연료전지 배열회수 ORC 발전시스템은 연료전지 스택(10)의 배기가스를 간접 이용하여 발전하는 것으로, 연료전지 스택(10)의 배기덕트(12)에 설치된 열회수기(14)를 이용하여 열매체를 가열하고, 가열된 열매체로 ORC 발전시스템(20)의 증발기(22) 측 작동유체를 증발시키며, 증발된 작동유체가 터빈을 돌려 발전하는 시스템이다.The ORC power generation system of the conventional fuel cell arrangement recovery ORC system generates electricity by indirectly using the exhaust gas of the fuel cell stack 10 and uses the heat recovery apparatus 14 installed in the exhaust duct 12 of the fuel cell stack 10 The heating medium is heated, the heated heat medium evaporates the working fluid on the evaporator 22 side of the ORC power generation system 20, and the evaporated working fluid is generated by rotating the turbine.

그런데 이와 같은 종래의 발전시스템은 연료전지 스택(10)의 배기가스만 간접 이용하여 ORC 발전시스템(20)을 작동하고 연료전지 스택(10)의 배기온수를 이용하지 못하므로 에너지 전환 효율이 떨어져 발전량과 배열회수 효율이 감소하는 문제점이 있었다.However, since the conventional power generation system operates indirectly only the exhaust gas of the fuel cell stack 10 to operate the ORC power generation system 20 and does not use the exhaust hot water of the fuel cell stack 10, And the efficiency of array recovery decreases.

공개번호 제10-2009-0047163호(공개일자 2009년05월12일)Publication No. 10-2009-0047163 (Published on May 12, 2009) 공개번호 제10-2013-0009268호(공개일자 2013년01월23일)Publication No. 10-2013-0009268 (published on Jan. 23, 2013)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 연료전지 반응과정에 나오는 고온의 배기가스를 직접 이용하고 배기온수를 활용하여 ORC 발전시스템을 구동함으로써 에너지 전환 효율을 상승시켜 발전량과 배열회수 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지 배열회수 ORC 발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide an ORC power generation system that directly utilizes high temperature exhaust gas from a fuel cell reaction process and utilizes exhaust hot water to increase energy conversion efficiency, The present invention is directed to a fuel cell stack recovery ORC power generation system.

본 발명의 다른 목적은 연료전지의 배기가스와 배기온수를 모두 이용할 수 있도록 열회수기와 예열기를 일체형으로 형성하고 열회수기를 ORC 발전시스템의 증발기로 대체하여, ORC 발전시스템의 BOP 제작비용을 줄일 수 있는 연료전지 배열회수 ORC 발전시스템을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an ORC power generation system in which the heat recovery apparatus and the preheater are integrally formed so as to utilize both the exhaust gas and the exhaust hot water of the fuel cell and the heat recovery apparatus is replaced with the evaporator of the ORC power generation system, And to provide a battery array recovery ORC power generation system.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 배열회수 ORC 발전시스템은, 기체의 산화 및 환원반응으로 전자를 발생하고, 상기 전자의 이동으로 전기에너지를 생성하는 연료전지 스택;According to an aspect of the present invention, there is provided an ORC power generation system for recovering a fuel cell array, comprising: a fuel cell stack for generating electrons by oxidation and reduction reactions of gas and generating electric energy by movement of electrons;

상기 연료전지 스택의 출구와 연통된 배기덕트에 설치되어 배기덕트를 통해 배출되는 배기가스의 열을 회수하여 그 회수된 열로 액체의 작동유체를 직접 기화하는 열회수기(Economizer);An economizer installed in an exhaust duct communicating with an outlet of the fuel cell stack to recover heat of the exhaust gas discharged through the exhaust duct and directly vaporize the working fluid of the liquid through the recovered heat;

상기 열회수기를 통해 공급되는 증기의 작동유체에 의해 회전하여 전기를 발생하는 터빈 발전기;A turbine generator rotating by a working fluid of the steam supplied through the heat recovery unit to generate electricity;

상기 터빈을 회전시키고 나온 기체의 작동유체를 냉각수에 의해 액체 상태로 응축시키는 응축기; 및A condenser for rotating the turbine and condensing the working fluid of the gas into a liquid state by the cooling water; And

상기 액체 상태의 작동유체를 펌핑에 의해 열회수기에 공급하여 작동유체를 순환시키는 이송펌프;A transfer pump for supplying the working fluid in the liquid state to the heat recovery apparatus by pumping to circulate the working fluid;

를 포함하여 구성된다..

또한, 상기 열회수기 후단의 배기덕트에 설치되어 열회수기에서 나온 배기가스를 이용하여 액체 상태의 작동유체를 예열해서 열회수기에 공급하는 예열기를 더 구비하고,The apparatus may further include a preheater installed in an exhaust duct at a rear end of the recuperator and preheating a liquid working fluid using exhaust gas from the recuperator and supplying the preheated working fluid to the recuperator,

상기 이송펌프는 액체 상태의 작동유체를 예열기에 공급하는 것을 특징으로 한다.And the feed pump supplies a working fluid in a liquid state to the preheater.

또한, 상기 예열기는 열회수기에 나온 배기가스와 함께 연료전지 스택의 배기온수를 사용하여 액체 상태의 작동유체를 예열하는 것을 특징으로 한다.The preheater is characterized by preheating the working fluid in the liquid state by using the exhaust hot water of the fuel cell stack together with the exhaust gas from the heat recovery apparatus.

또한, 상기 열회수기와 예열기는 일체로 형성되는 것을 특징으로 한다.The heat recovery unit and the preheater are integrally formed.

그리고 상기 일체형 열회수기 및 예열기는 배기가스가 상부에서 하부로 통과하고, 작동유체와 배기온수가 흐르는 작동유체관과 온수관이 일측의 하부에서 유입되어 일측의 상부로 유출될 수 있도록 각각 ⊂자 형상으로 배치되되, 높이가 높은 ⊂자 작동유체관 사이에 상대적으로 높이가 낮은 ⊂자 온수관이 배치되는 것을 특징으로 한다.The integral type heat recovery apparatus and the preheater are formed so as to have an exhaust gas flow path from the upper part to the lower part, and an operating fluid pipe through which the working fluid and the exhaust hot water flow and a hot water pipe are introduced into the lower part of one side, And a low-temperature ⊂ hot water pipe is disposed between the Φ-shaped hydraulic fluid tubes having a high height.

상술한 과제의 해결 수단에 의하면, 연료전지 반응과정에 나오는 고온의 배기가스를 직접 이용하고 배기온수를 활용하여 ORC 발전시스템을 구동함으로써 에너지 전환 효율을 상승시켜 기존 대비 발전량을 10%로 증가시킬 수 있고 배열회수 효율을 11% 향상시킬 수 있다(25MW DFC(Direct Fuel Cell) 모델의 경우).According to the solution of the above-mentioned problem, the ORC power generation system is operated by directly using the high temperature exhaust gas from the fuel cell reaction process and using the exhaust hot water, thereby increasing the energy conversion efficiency and increasing the generation amount to 10% And the array recovery efficiency can be improved by 11% (for the 25 MW Direct Fuel Cell model).

또한, 배기가스와 배기온수를 모두 이용할 수 있도록 열회수기와 예열기를 일체형으로 형성하고 열회수기를 ORC 발전시스템의 증발기로 대체하여, ORC 발전시스템 당 1.5억 원의 BOP 제작비용을 줄일 수 있다(250kW 기준). In addition, it is possible to reduce the cost of producing BOP of 150 million KRW per ORC power generation system (250 kW standard) by replacing the heat recovery apparatus with the evaporator of the ORC power generation system by integrally forming the heat recovery apparatus and the preheater so as to use both exhaust gas and exhaust hot water. .

도 1은 종래 연료전지 배열회수 ORC 발전시스템의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 배열회수 ORC 발전시스템의 블록도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 열회수기와 예열기의 일체형 개념도이다.1 is a block diagram of a conventional fuel cell sequential ORC power generation system.
2 is a block diagram of a fuel cell sequential ORC power generation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing the integral structure of the heat recovery apparatus and the preheater shown in FIG. 2. FIG.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참고로 그 구성 및 작용을 설명하기로 한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도면들 중 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조번호 및 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.It is to be noted that the same components of the drawings are denoted by the same reference numerals and symbols as possible even if they are shown in different drawings.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, a 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.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
Also, when a part is referred to as "including " an element, it does not exclude other elements unless specifically stated otherwise.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 배열회수 ORC 발전시스템의 블록도이다.2 is a block diagram of a fuel cell sequential ORC power generation system according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 배열회수 ORC 발전시스템은, 연료전지 스택(100), 열회수기(122), 터빈 발전기(124), 응축기(126), 이송펌프(128) 및 예열기(129)를 포함하여 구성된다.2, the fuel cell batch recovery ORC power generation system according to the embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 100, a heat recovery device 122, a turbine generator 124, a condenser 126, a feed pump 128, and a preheater 129. [

이중 열회수기(122), 터빈 발전기(124), 응축기(126), 이송펌프(128) 및 예열기(129)로 ORC 발전시스템(120)을 구성한다.The ORC power generation system 120 is constituted by the dual heat recovery unit 122, the turbine generator 124, the condenser 126, the transfer pump 128 and the preheater 129. [

즉, 열회수기(122)가 종래 ORC 발전시스템에서 증발기의 역할을 대체한다.That is, the heat recovery device 122 replaces the role of the evaporator in the conventional ORC power generation system.

연료전지 스택(100)은 수소와 산소 같은 기체의 산화 및 환원반응으로 인해 전자들을 발생하고, 상기 전자의 이동으로 전기에너지를 생성하며, 이 과정에서 열에너지가 발생한다.The fuel cell stack 100 generates electrons due to the oxidation and reduction reactions of gases such as hydrogen and oxygen, and generates electric energy by the movement of the electrons, thereby generating thermal energy.

열회수기(122)는 상기 연료전지 스택(100)의 출구와 연통된 배기덕트(102)의 도중에 설치되어 배기덕트(102)를 통해 배출되는 배기가스의 열(배열)을 회수하여 그 회수된 열로 예열된 액체의 작동유체(냉매)를 직접 가열, 기화한다.The heat recovery device 122 is disposed in the middle of the exhaust duct 102 communicated with the outlet of the fuel cell stack 100 to recover heat (arrangement) of the exhaust gas discharged through the exhaust duct 102, Directly heating and vaporizing the working fluid (refrigerant) of the preheated liquid.

터빈 발전기(124)는 열회수기(122)를 통해 공급되는 증기의 작동유체에 의해 회전하고, 이때 증기터빈 축과 연결되어 있는 발전기의 축이 함께 회전을 하면서 발전기에서 전기를 발생한다.The turbine generator 124 is rotated by the working fluid of the steam supplied through the heat recovery device 122, at which time the shaft of the generator connected to the steam turbine shaft rotates together to generate electricity in the generator.

응축기(126)는 터빈을 회전시키고 나온 기체의 작동유체를 냉각수에 의해 액체 상태로 응축한 후 이송펌프(128)에 의해 예열기(129)에 공급한다.The condenser 126 rotates the turbine, condenses the working fluid of the gas leaving the liquid state by the cooling water, and supplies it to the preheater 129 by the transfer pump 128.

예열기(PreHeater)(129)는 상기 열회수기(122) 후단의 배기덕트(102)에 설치되어 액체 상태의 작동유체를, 열회수기(122)에서 작동유체를 가열하는 데 사용한 배기가스와 연료전지 스택(100)에서 발생하여 온수배관(104)을 통해 공급되는 배기온수를 사용하여 예열하고, 이를 다시 전단의 열회수기(122)에 공급함으로써 작동유체가 순환된다.The preheater 129 is installed in the exhaust duct 102 at the rear end of the heat recovery unit 122 to discharge the working fluid in the liquid state from the exhaust gas used for heating the working fluid in the heat recovery unit 122, The heat is generated by the hot water piping 104 generated by the hot water piping 104, and the hot water is supplied to the heat recoverer 122 at the front end to circulate the working fluid.

이때 열회수기(122)와 예열기(129)는 열에너지 전환 효율 향상을 위해 일체형으로 형성하는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the heat recovery device 122 and the preheater 129 are integrally formed to improve heat energy conversion efficiency.

한편, 연료전지 스택(100)에 나온 배기가스는 열회수기(122)와 예열기(129)를 거치면서 작동유체를 직접 가열하고 예열하는데 사용된 후, 계속하여 배기덕트(102)를 통해 대기 중으로 배출된다.The exhaust gas from the fuel cell stack 100 is used to directly heat and preheat the working fluid while passing through the heat recovery unit 122 and the preheater 129 and then discharged to the atmosphere through the exhaust duct 102 do.

또한, 연료전지 스택(100)에서 나온 배기온수는 예열기(129)를 거치면서 작동유체를 예열하는데 사용된 후, 연료전지 스택(100)으로 복귀한다.The exhaust hot water from the fuel cell stack 100 is used to preheat the working fluid through the preheater 129 and then returns to the fuel cell stack 100.

이와 같이 본 발명의 실시예는 연료전지 스택(100)의 배기덕트(102)에 열회수기(122)와 예열기(129)를 이용하여 작동유체를 직접 가열하여 증발하고, 배기온수를 이용하여 작동유체를 추가로 예열하며, 예열기(122)와 열회수기(129)의 일체형으로 열에너지 전환 효율을 상승시킬 수 있다.
As described above, in the embodiment of the present invention, the working fluid is directly heated and evaporated by using the heat recovery device 122 and the pre-heater 129 in the exhaust duct 102 of the fuel cell stack 100, And the heat energy conversion efficiency can be increased by integrating the preheater 122 and the heat recovery device 129. [

도 3은 도 2에 나타낸 열회수기와 예열기의 일체형 개념도이다.FIG. 3 is a conceptual diagram showing the integral structure of the heat recovery apparatus and the preheater shown in FIG. 2. FIG.

도시된 바와 같이 도 2의 배기덕트(102)를 따라 배기가스가 일체형 열회수기 및 예열기(130)를 상부에서 하부로 통과하고, 이때 일체형 열회수기 및 예열기(130)에는 작동유체와 온수가 흐르는 작동유체관과 온수관이 일측의 하부에서 유입되어 일측의 상부로 유출될 수 있도록 각각 ⊂자 형상으로 형성되되, 높이가 높은 ⊂자 작동유체관 사이에 상대적으로 높이가 낮은 ⊂자 온수관이 나란히 형성된다.2, the exhaust gas passes from the upper part to the lower part of the integrated type heat recovery unit and the preheater 130. At this time, the integral heat recovery unit and the preheater 130 are provided with the operating fluid The tube and the hot water pipe are formed in the shape of 자 so that they can flow in the lower part of one side and can flow out to the upper side of the other side, and ⊂ hot water pipes having a relatively low height are formed side by side between the high-

이에 따라 작동유체관을 흐르는 작동유체를 온수관을 흐르는 배기온수 및 배기덕트를 따라 상하를 통과하는 배기가스에 의해 예열 및 가열하게 된다.
Thus, the working fluid flowing through the hydraulic fluid tube is preheated and heated by the exhaust hot water flowing through the hot water pipe and the exhaust gas passing through the upper and lower portions along the exhaust duct.

이상에서 본 발명에 대한 기술 사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, without departing from the scope and spirit of the invention as disclosed in the accompanying claims. In addition, it is a matter of course that various modifications and variations are possible without departing from the scope of the technical idea of the present invention by anyone having ordinary skill in the art.

100: 연료전지 스택 102: 배기덕트
104: 온수배관 120: ORC 발전시스템
122: 열회수기 124: 터빈 발전기
126: 터빈 발전기 128: 이송펌프
129: 예열기 130: 일체형 열회수기 및 예열기100: Fuel cell stack 102: Exhaust duct
104: Hot water piping 120: ORC power generation system
122: heat recovery machine 124: turbine generator
126: Turbine generator 128: Feed pump
129: Preheater 130: Integrated heat recovery and preheater

Claims (5)

기체의 산화 및 환원반응으로 전자를 발생하고, 상기 전자의 이동으로 전기에너지를 생성하는 연료전지 스택;
상기 연료전지 스택의 출구와 연통된 배기덕트에 설치되어 배기덕트를 통해 배출되는 배기가스의 열을 회수하여 그 회수된 열로 액체의 작동유체를 직접 기화하는 열회수기(Economizer);
상기 열회수기를 통해 공급되는 증기의 작동유체에 의해 회전하여 전기를 발생하는 터빈 발전기;
상기 터빈을 회전시키고 나온 기체의 작동유체를 냉각수에 의해 액체 상태로 응축시키는 응축기;
상기 액체 상태의 작동유체를 펌핑에 의해 열회수기에 공급하여 작동유체를 순환시키는 이송펌프; 및
상기 열회수기 후단의 배기덕트에 설치되어 열회수기와 일체로 형성되고 그 열회수기에서 나온 배기가스를 이용하여 액체 상태의 작동유체를 예열해서 열회수기에 공급하는 예열기;를 포함하고,
상기 일체형 열회수기 및 예열기는 배기가스가 상부에서 하부로 통과하고, 작동유체와 배기온수가 흐르는 작동유체관과 온수관이 일측의 하부에서 유입되어 일측의 상부로 유출될 수 있도록 각각 ⊂자 형상으로 배치되되, 높이가 높은 ⊂자 작동유체관 사이에 상대적으로 높이가 낮은 ⊂자 온수관이 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 배열회수 ORC 발전시스템.A fuel cell stack for generating electrons by an oxidation and reduction reaction of gas and generating electric energy by movement of the electrons;
An economizer installed in an exhaust duct communicating with an outlet of the fuel cell stack to recover heat of the exhaust gas discharged through the exhaust duct and directly vaporize the working fluid of the liquid through the recovered heat;
A turbine generator rotating by a working fluid of the steam supplied through the heat recovery unit to generate electricity;
A condenser for rotating the turbine and condensing the working fluid of the gas into a liquid state by the cooling water;
A transfer pump for supplying the working fluid in the liquid state to the heat recovery apparatus by pumping to circulate the working fluid; And
And a preheater installed in the exhaust duct at the rear end of the recuperator and formed integrally with the recuperator and preheating the working fluid in the liquid state using the exhaust gas from the recuperator and supplying the working fluid to the recuperator,
The integral type heat recovery apparatus and the preheater are arranged in a 자 shape so that the exhaust gas flows from the upper part to the lower part and the hydraulic fluid pipe through which the working fluid and the exhaust hot water flow and the hot water pipe are introduced from the lower part of one side, Wherein a relatively low ⊂ hot water pipe is disposed between the eri-potable hydraulic fluid tubes having a high height. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 예열기는 열회수기에 나온 배기가스와 함께 연료전지 스택에서 발생한 배기온수를 사용하여 액체 상태의 작동유체를 예열하는 것을 특징으로 하는 연료전지 배열회수 ORC 발전시스템.The method according to claim 1,
Wherein the preheater preheats the working fluid in the liquid state by using the exhaust hot water generated in the fuel cell stack together with the exhaust gas from the heat recovery unit. 삭제delete 삭제delete
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