KR101634816B1 - Fuel Cell System - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 고온형 연료전지에 해당하는 고체산화물 연료전지(SOFC)와 저온형 연료전지에 해당하는 고분자 전해질 연료전지(PEFC)를 함께 사용하여 전기 에너지를 생성하되, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 전기 생성시에 발생 되는 고온 배가스의 열을 이용하여서 공급 연료를 고분자 전해질 연료전지(PEFC)를 구동 가능하게 처리하여 고분자 전해질 연료전지(PEFC)에 공급함으로써, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 구동시에 발생되는 고온의 배가스를 이용하여 고분자 전해질 연료전지(PEFC)를 연동할 수 있어서 효율성 있게 전기 에너지를 생성할 수 있다.The present invention relates to a fuel cell system.
According to the present invention, a solid oxide fuel cell (SOFC) corresponding to a high temperature type fuel cell and a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) corresponding to a low temperature type fuel cell are used together to generate electric energy, (SOFC) by supplying the supplied fuel to the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) by driving the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) in a drivable manner using the heat of the high-temperature flue gas generated during the electricity generation of the solid oxide fuel cell The polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can be interlocked by using the high-temperature flue gas generated at the time of operation, so that electric energy can be efficiently generated.

Figure R1020100071572
Figure R1020100071572

Description

연료전지 시스템{Fuel Cell System}[0001] Fuel Cell System [0002]

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로, 특히 고온형 연료전지의 전기 생성시에 발생 되는 고온 배가스의 열을 이용하여서 공급 연료를 저온형 연료전지를 구동 가능하게 처리하여 저온형 연료전지에 공급함으로써, 고온용 연료전지의 구동시에 발생되는 고온의 배가스를 이용하여 저온용 연료전지를 연동하여서 효율성 있게 전기 에너지를 생성하도록 하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell system in which a low temperature type fuel cell is drivably treated by supplying heat to a low temperature type fuel cell using heat of a high temperature exhaust gas generated at the time of electricity generation of a high temperature type fuel cell, Temperature fuel cell using a high-temperature flue gas generated during the operation of the high-temperature fuel cell, thereby efficiently generating electric energy.

일반적으로 지구 환경을 개선하고자 하는 전 세계적인 노력의 일환으로 연료전지 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.As a global effort to improve the global environment in general, research on fuel cell technology is actively underway.

연료전지는 화석연료를 전기 에너지로 변환시키는 과정에서 이산화탄소의 배출을 기존의 발전 방식에 비해 획기적으로 낮을 수 있다는 장점이 있다.Fuel cells have the advantage that the emission of carbon dioxide can be drastically lower than that of conventional power generation in the process of converting fossil fuel into electric energy.

이와 같은 연료전지는 고온에서 반응하여 전기 에너지를 생성하는 고온형 연료전지와, 저온에서 반응하여 전기 에너지를 생성하는 저온형 연료전지를 포함한다.Such a fuel cell includes a high temperature type fuel cell that generates electric energy by reacting at a high temperature and a low temperature type fuel cell that generates electricity by reacting at a low temperature.

종래에 저온형 연료전지를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 경우에, 수소를 연료로 사용하여 전기 에너지를 생성하되 낮은 온도에서 구동되므로 전기 에너지 생성시 발생되는 폐열을 활용할 수 없어서 전체적인 에너지 효율이 저하되는 문제점이 있다.Conventionally, when electric energy is generated using a low-temperature type fuel cell, electric energy is generated using hydrogen as fuel, but since it is driven at a low temperature, waste heat generated when electric energy is generated can not be utilized, There is a problem.

그리고, 종래에는 고온형 연료전지에 연료와 공기를 공급하여 전기 에너지를 생성하였으나 해당 전기 에너지 생성시에 발생되는 고온의 배가스를 전기 에너지 생성에 효율적으로 활용할 수 있는 방안이 미흡한 실정에 있다.Conventionally, fuel and air are supplied to a high-temperature type fuel cell to generate electric energy, but there is a lack of a way to efficiently utilize the high-temperature flue gas generated during the generation of electric energy to generate electric energy.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 그 목적은 고온형 연료전지에 해당하는 고체산화물 연료전지(SOFC)와 저온형 연료전지에 해당하는 고분자 전해질 연료전지(PEFC)를 함께 사용하여 전기 에너지를 생성하되, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 전기 생성시에 발생 되는 고온 배가스의 열을 이용하여서 공급 연료를 고분자 전해질 연료전지(PEFC)를 구동 가능하게 처리하여 고분자 전해질 연료전지(PEFC)에 공급함으로써, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 구동시에 발생되는 고온의 배가스를 이용하여 고분자 전해질 연료전지(PEFC)를 연동하여서 효율성 있게 전기 에너지를 생성하도록 하는 연료전지 시스템을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, and its object is to provide a solid oxide fuel cell (SOFC) corresponding to a high temperature type fuel cell and a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) (PEFC) in a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) by using the heat of the high-temperature flue gas generated during the electricity generation of the solid oxide fuel cell (SOFC) The present invention provides a fuel cell system in which a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) is interlinked by using a high-temperature flue gas generated at the time of operating a solid oxide fuel cell (SOFC), thereby efficiently generating electric energy.

상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 시스템은, 연료 및 공기를 공급받아서 전기 에너지를 생성함과 아울러 고온의 배가스를 생성하는 고체산화물 연료전지(SOFC)와; 상기 배가스를 이용하여 연료를 수소로 변환하되 일산화탄소를 함유하는 가열 상태의 수소를 발생하는 개질기와; 상기 개질기로부터 출력되는 일산화탄소를 함유하는 수소를 변성기 구동 가능 온도로 냉각시키는 제1 열교환기와; 상기 제1 열교환기를 통해 일산화탄소를 함유하는 수소를 공급받아서 일산화탄소를 이산화탄소로 변환하여 이산화탄소를 함유하는 수소를 출력하는 변성기와; 상기 변성기로부터 공급되는 이산화탄소를 함유하는 수소를 고분자 전해질 연료전지(PEFC) 구동 가능 온도로 냉각시켜 출력함과 함께 해당 구동 가능 온도의 공기를 출력하는 제2 열교환기와; 상기 제2 열교환기로부터 이산화탄소를 함유하는 수소와 공기를 공급받아서 전기 에너지를 생성하는 고분자 전해질 연료전지(PEFC)와; 상기 변성기에서 사용한 배가스를 공급받아서 상기 고체산화물 연료전지(SOFC)에 공급하기 위한 연료 및 공기를 가열하는 제3 열교환기를 포함하여 이루어진다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system including: a solid oxide fuel cell (SOFC) that receives fuel and air to generate electrical energy and generates a high-temperature flue gas; A reformer for converting the fuel into hydrogen using the exhaust gas and generating hydrogen in a heated state containing carbon monoxide; A first heat exchanger for cooling hydrogen containing carbon monoxide output from the reformer to a temperature at which a transformer can be driven; A transformer for receiving hydrogen containing carbon monoxide through the first heat exchanger to convert carbon monoxide to carbon dioxide to output hydrogen containing carbon dioxide; A second heat exchanger for cooling the hydrogen-containing hydrogen supplied from the transformer to a temperature at which the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can be driven and outputting the hydrogen, and outputting the air having the drivable temperature; A polymer electrolyte fuel cell (PEFC) that receives hydrogen and air containing carbon dioxide from the second heat exchanger to generate electric energy; And a third heat exchanger for heating the fuel and air for supplying the exhaust gas used in the transformer to the solid oxide fuel cell (SOFC).

본 발명에 따른 연료전지 시스템에 의하면, 상기 개질기는 사용한 배가스를 상기 변성기에 구동 열원으로 공급한다.According to the fuel cell system of the present invention, the reformer supplies the used flue gas to the transformer as a driving heat source.

그리고, 본 발명에 따른 연료전지 시스템에 의하면, 상기 제1 열교환기와 제2 열교환기는 사용한 배기 열을 상기 고체산화물 연료전지(SOFC)에 보조 구동 열원으로 공급하며, 상기 고분자 전해질 연료전지(PEFC)는 미반응 공기를 외부에 배출함과 아울러 미반응 연료를 상기 개질기에 공급하여 재사용케 한다.According to the fuel cell system of the present invention, the first heat exchanger and the second heat exchanger supply the exhaust heat used as an auxiliary driving heat source to the SOFC, and the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) Unreacted air is discharged to the outside, and unreacted fuel is supplied to the reformer for reuse.

본 발명에 의하면, 고온형 연료전지에 해당하는 고체산화물 연료전지(SOFC)와 저온형 연료전지에 해당하는 고분자 전해질 연료전지(PEFC)를 함께 사용하여 전기 에너지를 생성하되, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 전기 생성시에 발생 되는 고온 배가스의 열을 이용하여서 공급 연료를 고분자 전해질 연료전지(PEFC)를 구동 가능하게 처리하여 고분자 전해질 연료전지(PEFC)에 공급함으로써, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 구동시에 발생되는 고온의 배가스를 이용하여 고분자 전해질 연료전지(PEFC)를 연동할 수 있어서 효율성 있게 전기 에너지를 생성하게 된다.According to the present invention, a solid oxide fuel cell (SOFC) corresponding to a high temperature type fuel cell and a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) corresponding to a low temperature type fuel cell are used together to generate electric energy, (SOFC) by supplying the supplied fuel to the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) by driving the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) in a drivable manner using the heat of the high-temperature flue gas generated during the electricity generation of the solid oxide fuel cell The polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can be interlocked by using the high-temperature flue gas generated during the operation, thereby generating electric energy efficiently.

도 1은 본 발명에 따른 다단형 연료전지 시스템을 도시한 도이다.1 is a view showing a multi-stage fuel cell system according to the present invention.

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 연료전지 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 복수의 열교환기(11, 14, 16), 고체산화물 연료전지(SOFC; Solid Oxide Fuel Cell)(12), 개질기(13), 변성기(15) 및 고분자 전해질 연료전지(PEFC; Polymer Electrolyte Fuell Cell)(17)를 포함하여 이루어진다.1, the fuel cell system according to the present invention includes a plurality of heat exchangers 11, 14, and 16, a solid oxide fuel cell (SOFC) 12, a reformer 13, 15, and a polymer electrolyte fuel cell (PEFC)

열교환기(11)는 공급되는 연료와 공기를 변성기(15)로부터 인가되는 배가스의 열로 가열하여 SOFC(12)에 공급하는데, 해당 연료로서는 LPG, LNG, 메탄가스, 석탄가스, 메탄올 등을 공급할 수 있다.The heat exchanger 11 heats the supplied fuel and air with the heat of the exhaust gas applied from the transformer 15 and supplies it to the SOFC 12. The fuel can be supplied with LPG, LNG, methane gas, coal gas, have.

그리고, SOFC(12)는 고온형 연료전지에 해당하는 것으로, 열교환기(11)를 통해 가열된 연료와 공기를 공급받아서 반응하여 전기 에너지를 생성하되 이때 발생 되는 고온의 배가스를 개질기(13)의 구동 가능 온도로 낮추어서 개질기(13)에 열원으로 공급한다. The SOFC 12 corresponds to a high-temperature type fuel cell. The SOFC 12 receives the heated fuel and air through the heat exchanger 11 and reacts to generate electrical energy. The SOFC 12 generates high- And is supplied to the reformer 13 as a heat source.

또한, SOFC(12)는 열교환기(14),(16)로부터 배기 열을 공급받아 보조적인 구동 열원으로 사용하며 구동시 자체 생성되는 고온의 배가스를 개질기(13)에 열원으로서 공급한다.The SOFC 12 receives the exhaust heat from the heat exchangers 14 and 16 and uses it as an auxiliary driving heat source. The SOFC 12 supplies the high-temperature flue gas, which is generated during the operation, to the reformer 13 as a heat source.

개질기(13)는 SOFC(12)로부터 공급되는 배가스의 열을 이용하여 구동하여서 공급받은 연료를 수소로 변환하여 열교환기(14)에 출력하는데, 해당 수소는 가열 상태로 출력되고 일산화탄소를 함유하고 있다.The reformer 13 is driven by using the heat of the exhaust gas supplied from the SOFC 12, converts the supplied fuel into hydrogen and outputs it to the heat exchanger 14. The hydrogen is output in a heated state and contains carbon monoxide .

개질기(13)는 SOFC(12)로부터 공급되는 배가스를 열원으로 사용하여 구동하되, 해당 구동에 필요한 열이 부족한 경우에는 개질기(13) 외부에 연료와 공기를 공급하여 연소 반응을 통해 개질기(13)를 가열하여서 열 공급을 보충할 수도 있다. 아울러, 개질기(13)는 구동에 따른 가열 상태의 배가스를 배출하되 해당 배가스를 변성기(15)에 열원으로 공급함과 아울러 외부에 방출한다.The reformer 13 is operated by using the exhaust gas supplied from the SOFC 12 as a heat source and supplies fuel and air to the outside of the reformer 13 when the heat required for the operation is insufficient, To supplement the heat supply. In addition, the reformer 13 discharges the flue gas in the heated state according to the driving, and supplies the flue gas to the transformer 15 as a heat source and discharges it to the outside.

또한, 열교환기(14)는 개질기(13)에 의해 생성된 일산화탄소가 함유되어 있는 수소를 냉각하여 변성기(15)의 구동 가능 온도로 낮추어서 변성기(15)에 공급한다. 열교환기(14)는 개질기(13)로부터 공급되는 수소를 외부로부터의 공기를 이용하여 냉각하며, 이때 회수한 배기 열은 SOFC(12)에 공급된다.The heat exchanger 14 cools the hydrogen contained in the carbon monoxide generated by the reformer 13 to lower the temperature to the drivable temperature of the transformer 15 and supplies it to the transformer 15. The heat exchanger 14 cools the hydrogen supplied from the reformer 13 using air from the outside, and the exhaust heat recovered at this time is supplied to the SOFC 12. [

변성기(15)는 개질기(13)로부터 공급된 배가스의 열을 이용하여 구동하여 일산화탄소를 이산화탄소로 변환하는 처리를 하되, 이용한 배가스를 열교환기(11) 측에 배출함으로써 열교환기(11)에 폐열을 공급한다. 즉, 변성기(15)는 열교환기(14)를 통해 일산화탄소가 함유된 수소를 공급받고서 해당 일산화탄소를 이산화탄소로 변환함으로써 이산화탄소가 함유된 수소를 열교환기(16)를 통해 출력한다. The transformer 15 is driven by using the heat of the exhaust gas supplied from the reformer 13 to convert the carbon monoxide to carbon dioxide and discharges the used exhaust gas to the heat exchanger 11 side so that waste heat is supplied to the heat exchanger 11 Supply. That is, the transformer 15 receives hydrogen containing carbon monoxide through the heat exchanger 14, converts the carbon monoxide into carbon dioxide, and outputs the hydrogen containing carbon dioxide through the heat exchanger 16.

그리고, 열교환기(16)는 변성기(15)로부터 공급되는 이산화탄소가 함유되어 있는 수소를 냉각하여 PEFC(17)의 구동 가능 온도로 낮추어서 PEFC(17)에 연료로서 공급함과 아울러 해당 온도의 공기를 PEFC(17)에 공급한다. 열교환기(16)는 변성기(15)로부터 공급되는 수소를 외부로부터의 공기를 이용하여 냉각하며, 이때 회수한 배기 열은 SOFC(12)에 보조적인 구동 열원으로서 공급된다.The heat exchanger 16 cools the hydrogen contained in the carbon dioxide supplied from the transformer 15 to cool down to the drivable temperature of the PEFC 17 and supplies it as fuel to the PEFC 17, (17). The heat exchanger 16 cools the hydrogen supplied from the transformer 15 using air from the outside, and the recovered exhaust heat is supplied to the SOFC 12 as an auxiliary driving heat source.

또한, PEFC(17)는 저온형 연료전지에 해당하는 것으로, 열교환기(16)를 통해 연료와 공기를 공급받아서 반응하여 전기 에너지를 생성하되, 이산화탄소가 함유되어 있는 수소를 연료로 사용하여 전기 에너지를 생성한다. PEFC(17)는 전기 에너지 생성에 사용하고 남은 미반응 공기와 미반응 연료를 배출하는데, 해당 미반응 공기를 외부에 배출함과 아울러 해당 미반응 연료를 개질기(13) 측으로 배출하여 재사용케 한다.The PEFC 17 corresponds to a low-temperature type fuel cell. The PEFC 17 receives fuel and air through the heat exchanger 16 and reacts to generate electric energy. The PEFC 17 generates electricity by using hydrogen containing carbon dioxide as fuel, . The PEFC 17 discharges unreacted air and unreacted fuel that are used for generating electric energy, discharges the unreacted air to the outside, and discharges the unreacted fuel to the reformer 13 side for reuse.

한편, 고온형 연료전지에 해당하는 SOFC(12)는 산소 이온전도성 전해질을 중심으로 그 양면에 배치된 캐소드 전극(cathode) 및 애노드 전극(anode)으로 이루어져 있는 단위전지의 각 전극에 공기와 연료를 공급하는 경우에 반응하여 전기 에너지를 생성함과 아울러 고온의 배가스를 생성하도록 이루어져 있다. 이와 같은 기능을 제공하는 SOFC(12)는 통상적인 구성을 적용할 수 있으므로, SOFC(12)의 내부 상세 구성에 대한 설명은 생략한다.On the other hand, the SOFC 12, which is a high-temperature type fuel cell, has a structure in which air and fuel are supplied to each electrode of a unit cell, which is composed of a cathode and an anode disposed on both sides thereof, Reacts to produce electrical energy and produces a high temperature flue gas. Since the SOFC 12 that provides such a function can apply a conventional configuration, a detailed description of the internal detailed structure of the SOFC 12 is omitted.

그리고, 저온형 연료전지에 해당하는 PEFC(17)는 고분자 전해질막을 중심으로 양쪽에 캐소드 전극(cathod)과 애노드 전극(anode)을 부착한 형태로 이루어져 있는 단위전지의 각 전극에 연료와 공기를 공급하는 경우에 반응하여서 전기를 생성하도록 이루어져 있다. 이와 같은 기능을 제공하는 PEFC(17)는 통상적인 구성을 적용할 수 있으므로, PEFC(17)의 내부 상세 구성에 대한 설명은 생략한다.The PEFC 17 corresponding to the low-temperature type fuel cell supplies fuel and air to each electrode of the unit cell, which is formed by attaching a cathode electrode and an anode on both sides of the polyelectrolyte membrane To generate electricity. Since the PEFC 17 that provides such functions can apply a conventional configuration, a detailed description of the internal detail of the PEFC 17 will be omitted.

상술한 바와 같은 기능을 구비하는 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 동작 과정을 살펴본다.The operation process of the fuel cell system according to the present invention having the above-described functions will be described.

먼저, 열교환기(11)가 외부로부터 공급되는 연료와 공기를 변성기(15)로부터 인가되는 배가스의 열로 가열하여 SOFC(12)에 공급하면, SOFC(12)는 공급받은 해당 연료와 공기에 의해 반응하여 전기 에너지를 생성하되, 해당 전기 에너지 생성시에 600~1000℃에 해당하는 고온의 배가스를 생성하게 된다.First, when the heat exchanger 11 heats the fuel and air supplied from the outside with the heat of the exhaust gas applied from the transformer 15 and supplies it to the SOFC 12, the SOFC 12 reacts Thereby generating electric energy at a high temperature corresponding to 600 to 1000 ° C at the time of generating the electric energy.

이때, SOFC(12)는 해당 고온의 배가스를 개질기(13)의 구동 가능 온도에 해당하는 500~650℃로 낮추어서 개질기(13)에 열원으로 공급함으로써 개질기(13)를 구동한다.At this time, the SOFC 12 drives the reformer 13 by supplying the high-temperature flue gas to the reformer 13 as a heat source by lowering the temperature of the flue gas to 500 to 650 ° C. corresponding to the drivable temperature of the reformer 13.

이에, 개질기(13)는 SOFC(12)로부터 공급되는 배가스의 열을 이용하여 구동하여서 공급받은 연료를 수소로 변환하여 열교환기(14)에 출력하는데, 해당 수소는 가열 상태로 출력되고 일산화탄소를 함유하고 있다. 그때, 개질기(13)는 구동에 따른 가열 상태의 배가스를 배출하되 해당 배가스를 변성기(15)에 구동 열원으로 공급함과 아울러 외부에 방출한다.The reformer 13 is driven by using the heat of the exhaust gas supplied from the SOFC 12, converts the supplied fuel into hydrogen and outputs it to the heat exchanger 14. The hydrogen is outputted in a heated state, . At this time, the reformer 13 discharges the flue gas in the heating state according to the driving, and supplies the flue gas to the transformer 15 as a driving heat source and also discharges the exhaust gas to the outside.

그리고, 열교환기(14)는 개질기(13)로부터 출력된 일산화탄소가 함유되어 있는 수소를 냉각하여 변성기(15)에 공급하되 변성기(15)의 구동 가능 온도에 해당하는 250~450℃로 낮추어서 변성기(15)에 공급한다.The heat exchanger 14 cools the hydrogen contained in the carbon monoxide output from the reformer 13 and supplies the cooled hydrogen to the transformer 15 so as to lower the temperature to 250 to 450 DEG C corresponding to the drivable temperature of the transformer 15, 15).

이때, 열교환기(14)는 개질기(13)로부터 공급되는 수소를 외부로부터의 공기를 이용하여 냉각하는데, 해당 회수한 배기 열은 SOFC(12)에 보조적인 구동 열원으로 공급된다.At this time, the heat exchanger 14 cools the hydrogen supplied from the reformer 13 using air from the outside, and the recovered exhaust heat is supplied to the SOFC 12 as an auxiliary driving heat source.

또한, 변성기(15)는 열교환기(14)를 통해 일산화탄소가 함유된 수소를 공급받고서 해당 일산화탄소를 이산화탄소로 변환함으로써 이산화탄소가 함유된 수소를 열교환기(16)를 통해 출력한다.In addition, the transformer 15 receives hydrogen containing carbon monoxide through the heat exchanger 14, converts the carbon monoxide into carbon dioxide, and outputs the hydrogen containing carbon dioxide through the heat exchanger 16. [

그때, 변성기(15)는 개질기(13)로부터 공급된 배가스의 열을 이용하여 구동하여 일산화탄소를 이산화탄소로 변환하는 처리를 하되, 이용한 배가스를 열교환기(11) 측에 배출함으로써 열교환기(11)에 폐열을 공급한다.At this time, the transformer 15 is operated by using the heat of the exhaust gas supplied from the reformer 13 to convert carbon monoxide to carbon dioxide, and the exhaust gas used is discharged to the heat exchanger 11 side, Supply waste heat.

그리고, 열교환기(16)는 변성기(15)로부터 공급되는 이산화탄소가 함유되어 있는 수소를 냉각하여 PEFC(17)의 구동 가능 온도에 해당하는 80~100℃로 낮추어서 PEFC(17)에 연료로서 공급함과 아울러 해당 온도의 공기를 PEFC(17)에 공급한다.The heat exchanger 16 cools the hydrogen contained in the carbon dioxide supplied from the transformer 15 to 80 to 100 캜, which corresponds to the drivable temperature of the PEFC 17, and supplies it as fuel to the PEFC 17 And the air of the temperature is supplied to the PEFC 17.

아울러, 열교환기(16)는 변성기(15)로부터 공급되는 수소를 외부로부터의 공기를 이용하여 냉각하며, 이때 회수한 배기 열은 SOFC(12)에 보조적인 구동 열원으로서 공급된다.The heat exchanger 16 cools the hydrogen supplied from the transformer 15 using air from the outside, and the exhaust heat recovered at this time is supplied to the SOFC 12 as an auxiliary driving heat source.

또한, PEFC(17)는 열교환기(16)를 통해 공급되는 이산화탄소가 함유되어 있는 수소를 연료로 공급받음과 아울러 공기를 공급받아서 구동하여 전기 에너지를 생성하며, 미반응 공기를 외부에 배출함과 아울러 미반응 연료를 개질기(13) 측으로 배출하여 재사용케 한다.In addition, the PEFC 17 is supplied with the fuel containing carbon dioxide supplied through the heat exchanger 16 as fuel, and is supplied with air to generate electric energy to discharge unreacted air to the outside And unreacted fuel is discharged to the reformer 13 side for reuse.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 고온형 연료전지에 해당하는 SOFC(12)와 저온형 연료전지에 해당하는 PEFC(17)를 함께 사용하여 전기 에너지를 생성하되, SOFC(12)의 전기 생성시에 발생 되는 고온 배가스의 열을 이용하여서 공급 연료를 PEFC(17)를 구동 가능하게 처리하여 PEFC(17)에 공급함으로써, SOFC(12)의 구동시에 발생되는 고온의 배가스를 이용하여 PEFC(17)를 연동하여서 효율성 있게 전기 에너지를 생성할 수 있다.As described above, in the present invention, the SOFC 12 corresponding to the high-temperature type fuel cell and the PEFC 17 corresponding to the low-temperature type fuel cell are used together to generate electric energy, The PEFC 17 is driven to supply the supplied fuel to the PEFC 17 by using the heat of the generated high temperature exhaust gas so that the PEFC 17 can be supplied to the PEFC 17 by using the high temperature exhaust gas generated at the time of driving the SOFC 12. [ So that electric energy can be efficiently generated.

본 발명은 상술한 설명에 한정되는 것은 아니고, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 발명의 기술사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서, 본 발명을 여러 가지 형태로 변경 실시할 수 있을 것이며, 그러한 변경 실시는 본 발명의 기술적 범위에 해당된다고 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 and their equivalents. , And such implementation is considered to be within the technical scope of the present invention.

본 발명은 연료전지를 이용하여 전기를 생산하는 연료전지 시스템에 유용하게 적용할 수 있을 것이다. 본 발명에 의하면, 고온형 연료전지에 해당하는 고체산화물 연료전지(SOFC)와 저온형 연료전지에 해당하는 고분자 전해질 연료전지(PEFC)를 함께 사용하여 전기 에너지를 생성하되, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 전기 생성시에 발생 되는 고온 배가스의 열을 이용하여서 공급 연료를 고분자 전해질 연료전지(PEFC)를 구동 가능하게 처리하여 고분자 전해질 연료전지(PEFC)에 공급함으로써, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 구동시에 발생되는 고온의 배가스를 이용하여 고분자 전해질 연료전지(PEFC)를 연동할 수 있어서 효율성 있게 전기 에너지를 생성하게 된다.The present invention can be applied to a fuel cell system that produces electricity using a fuel cell. According to the present invention, a solid oxide fuel cell (SOFC) corresponding to a high temperature type fuel cell and a polymer electrolyte fuel cell (PEFC) corresponding to a low temperature type fuel cell are used together to generate electric energy, (SOFC) by supplying the supplied fuel to the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) by driving the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) in a drivable manner using the heat of the high-temperature flue gas generated during the electricity generation of the solid oxide fuel cell The polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can be interlocked by using the high-temperature flue gas generated during the operation, thereby generating electric energy efficiently.

11, 14, 16; 열교환기
12; 고체산화물 연료전지(SOFC)
13; 개질기
15; 변성기
17; 고분자 전해질 연료전지(PEFC)11, 14, 16; heat transmitter
12; Solid oxide fuel cells (SOFC)
13; Reformer
15; Transformer
17; Polymer Electrolyte Fuel Cell (PEFC)

Claims (5)

연료 및 공기를 공급받아서 전기 에너지를 생성함과 아울러 고온의 배가스를 생성하는 고체산화물 연료전지(SOFC)와;
상기 배가스를 이용하여 연료를 수소로 변환하되 일산화탄소를 함유하는 가열 상태의 수소를 발생하는 개질기와;
상기 개질기로부터 출력되는 일산화탄소를 함유하는 수소를 변성기 구동 가능 온도로 냉각시키는 제1 열교환기와;
상기 제1 열교환기를 통해 일산화탄소를 함유하는 수소를 공급받아서 일산화탄소를 이산화탄소로 변환하여 이산화탄소를 함유하는 수소를 출력하는 변성기와;
상기 변성기로부터 공급되는 이산화탄소를 함유하는 수소를 고분자 전해질 연료전지(PEFC) 구동 가능 온도로 냉각시켜 출력함과 함께 해당 구동 가능 온도의 공기를 출력하는 제2 열교환기와;
상기 제2 열교환기로부터 이산화탄소를 함유하는 수소와 공기를 공급받아서 전기 에너지를 생성하는 고분자 전해질 연료전지(PEFC)와;
상기 변성기에서 사용한 배가스를 공급받아서 상기 고체산화물 연료전지(SOFC)에 공급하기 위한 연료 및 공기를 가열하는 제3 열교환기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
A solid oxide fuel cell (SOFC) which receives fuel and air to generate electric energy and generates a high temperature exhaust gas;
A reformer for converting the fuel into hydrogen using the exhaust gas and generating hydrogen in a heated state containing carbon monoxide;
A first heat exchanger for cooling the hydrogen containing carbon monoxide output from the reformer to a temperature at which the transformer can be driven;
A transformer for receiving hydrogen containing carbon monoxide through the first heat exchanger to convert carbon monoxide to carbon dioxide to output hydrogen containing carbon dioxide;
A second heat exchanger for cooling the hydrogen-containing hydrogen supplied from the transformer to a temperature at which the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) can be driven and outputting the hydrogen, and outputting the air having the drivable temperature;
A polymer electrolyte fuel cell (PEFC) that receives hydrogen and air containing carbon dioxide from the second heat exchanger to generate electric energy;
And a third heat exchanger for heating the fuel and air for supplying the exhaust gas used in the transformer to the SOFC.
제1항에 있어서,
상기 개질기는 사용한 배가스를 상기 변성기에 구동 열원으로 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the reformer supplies the used flue gas to the transformer as a driving heat source.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 열교환기와 제2 열교환기는 사용한 배기 열을 상기 고체산화물 연료전지(SOFC)에 보조 구동 열원으로 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the first heat exchanger and the second heat exchanger supply the exhaust heat used as an auxiliary driving heat source to the SOFC.
제1항에 있어서,
상기 고분자 전해질 연료전지(PEFC)는 미반응 공기를 외부에 배출함과 아울러 미반응 연료를 상기 개질기에 공급하여 재사용케 하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the polymer electrolyte fuel cell (PEFC) discharges unreacted air to the outside, and supplies unreacted fuel to the reformer for reuse.
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