KR101985452B1 - High temperature fuel cell system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지로부터 발생하는 배출가스를 이용하여 수분을 제거한 후 양극에 과잉 공기 및 비활성 기체인 질소, 산화제인 이산화탄소를 공급하여 일부 국부 온도를 제거하고 불필요한 연료가스의 공급을 줄일 수 있어 에너지 효율을 개선한 고온형 연료전지 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 연료전지에서 발생하는 고온의 배출가스를 공급받고, 공급받은 배출가스, 천연가스 및 물을 혼합하여 만들어진 연료가스를 제공하는 가습기; 상기 가습기로부터 제공된 연료가스를 개질 반응을 통해 수소와 이산화탄소를 상기 연료전지에 공급하는 전개질기; 상기 가습기로부터 배출되는 배출가스를 공급받아 상기 배출가스에 포함된 수분을 제거하는 응축기; 상기 응축기로부터 수분이 제거된 배출가스를 공급받아 가열된 공기와 혼합하여 혼합기체를 생성하는 혼합기; 및 상기 혼합기에 의해 생성된 혼합기체에서 수소를 제거한 산화제를 생성하여 상기 연료전지에 공급하는 연소기를 포함하되, 상기 연료전지는 상기 전개질기를 통해 개질된 수소와 이산화탄소, 상기 연소기에 의해 생성된 산화제를 전기 화학 반응하여 전기 에너지를 생산하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템이 제공된다.In the present invention, after removing moisture using the exhaust gas generated from the fuel cell, excess air, nitrogen, which is an inert gas, and carbon dioxide, which is an oxidant, are supplied to remove some local temperatures and reduce unnecessary supply of fuel gas, Temperature fuel cell system.
According to an embodiment of the present invention, there is provided a humidifier comprising: a humidifier which is supplied with a high-temperature exhaust gas generated in a fuel cell and provides a fuel gas produced by mixing the supplied exhaust gas, natural gas, and water; A reformer for supplying hydrogen and carbon dioxide to the fuel cell through a reforming reaction; A condenser for receiving the exhaust gas discharged from the humidifier and removing moisture contained in the exhaust gas; A mixer for receiving the exhaust gas from which moisture has been removed from the condenser and mixing with heated air to produce a mixed gas; And a combustor for generating an oxidant from which hydrogen is removed from the mixed gas produced by the mixer and supplying the generated oxidant to the fuel cell, wherein the fuel cell comprises hydrogen and carbon dioxide reformed through the reformer, an oxidant generated by the combustor The fuel cell system according to claim 1,

Description

고온형 연료전지 시스템{HIGH TEMPERATURE FUEL CELL SYSTEM}[0001] HIGH TEMPERATURE FUEL CELL SYSTEM [0002]

본 발명은 고온형 연료전지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지로부터 발생하는 배출가스를 이용하여 수분을 제거한 후 양극에 과잉 공기 및 비활성 기체인 질소, 산화제인 이산화탄소를 공급하여 일부 국부 온도를 제거하고 불필요한 연료가스의 공급을 줄일 수 있어 에너지 효율을 개선한 고온형 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a high temperature type fuel cell system, and more particularly, to a high temperature type fuel cell system, and more particularly, to a high temperature type fuel cell system in which exhaust gas generated from a fuel cell is used to remove moisture, and then excess air and inert gas such as nitrogen, Temperature fuel cell system which can reduce the supply of unnecessary fuel gas and improve the energy efficiency.

최근 유가의 급등과 기후 변화협약에 따른 환경규제로 대체에너지의 중요성이 크게 부각되고 있는 현실 속에서 연료전지는 이에 대응할 수 있는 차세대 동력 에너지원으로 각광받고 있다.In recent years, the importance of alternative energy has been highlighted due to the surge in oil prices and the environmental regulations under the Convention on Climate Change. Fuel cells are attracting attention as a next-generation power energy source.

연료전지는 수소를 공기중 산소와 화학반응시켜 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 전지이다. 이러한 연료전지는 수소-산소 연료전지도 있지만, 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소계열의 기체연료를 사용하는 연료전지도 있다.A fuel cell is a cell that chemically reacts hydrogen with oxygen in the air to convert chemical energy into electrical energy. Some of these fuel cells are hydrogen-oxygen fuel cells, but some fuel cells use hydrocarbon-based gaseous fuels such as methanol, ethanol, and natural gas.

이러한 기체연료를 사용하는 연료전지는 탄화수소계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소를 연료극(음극)으로 하고, 공기를 공기극(산화극, 양극)으로 사용하는 연료전지도 있다.A fuel cell using such a gaseous fuel includes a fuel cell in which hydrogen contained in a hydrocarbon-based material is used as a fuel electrode (negative electrode) and air is used as an air electrode (oxidizing electrode and anode).

연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 상온 ~ 100℃ 이하에서 작동하는 고분자 전해질형 및 알카리형 연료전지, 150 ~ 200℃ 부근에서 작동하는 인산형 연료전지, 600 ~ 700℃의 고온에서 작동되는 용융탄산염 연료전지, 1,000℃ 이상의 고온에서 작동하는 고체 산화 연료전지로 분류되며, 이들 각 연료전지의 근본적인 원리는 같으나 연료의 종류, 운전 온도, 촉매 및 전해질의 종류가 상이하다.The fuel cell can be classified into a polymer electrolyte type and an alkaline type fuel cell operating at a room temperature to 100 ° C or less, a phosphoric acid type fuel cell operating at 150-200 ° C, A molten carbonate fuel cell, and a solid oxide fuel cell that operates at a high temperature of 1,000 ° C or higher. The fundamental principle of each fuel cell is the same, but the type of fuel, the operating temperature, and the type of catalyst and electrolyte are different.

이 중에서 용융탄산염 연료전지(Molten Carbon Fuel Cell: MCFC)는, 작동온도가 650℃로 고온에서 작동한다. 연료 전지의 내부는 전기화학 반응에 의한 발열로 온도의 상승이 일어나, 연료전지의 국부온도를 발생시키며, 연료전지의 부식과 연료가스의 소모를 일으키는 단점이 있다.Among them, Molten Carbon Fuel Cell (MCFC) operates at a high temperature of 650 ° C. The internal temperature of the fuel cell is increased due to the heat generated by the electrochemical reaction, thereby generating a local temperature of the fuel cell, causing corrosion of the fuel cell and consumption of the fuel gas.

본 발명의 목적은, 연료전지로부터 발생하는 배출가스를 이용하여 수분을 제거한 후 양극에 과잉 공기 및 비활성 기체인 질소, 산화제인 이산화탄소를 공급하여 일부 국부 온도를 제거하고 불필요한 연료가스의 공급을 줄일 수 있어 에너지 효율을 개선한 고온형 연료전지 시스템을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a fuel cell system that removes moisture using exhaust gas generated from a fuel cell, and then supplies excess air and nitrogen, which is an inert gas, or carbon dioxide, Temperature type fuel cell system in which energy efficiency is improved.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면 연료전지에서 발생하는 고온의 배출가스를 공급받고, 공급받은 배출가스, 천연가스 및 물을 혼합하여 만들어진 연료가스를 제공하는 가습기; 상기 가습기로부터 제공된 연료가스를 개질 반응을 통해 수소와 이산화탄소를 상기 연료전지에 공급하는 전개질기; 상기 가습기로부터 배출되는 배출가스를 공급받아 상기 배출가스에 포함된 수분을 제거하는 응축기; 상기 응축기로부터 수분이 제거된 배출가스를 공급받아 가열된 공기와 혼합하여 혼합기체를 생성하는 혼합기; 및 상기 혼합기에 의해 생성된 혼합기체에서 수소를 제거한 산화제를 생성하여 상기 연료전지에 공급하는 연소기를 포함하되, 상기 연료전지는 상기 전개질기를 통해 수소와 이산화탄소, 상기 연소기에 의해 생성된 산화제를 전기 화학 반응하여 전기 에너지를 생산하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell system comprising: a humidifier which receives a high-temperature exhaust gas generated from a fuel cell and provides a fuel gas produced by mixing supplied exhaust gas, natural gas, and water; A reformer for supplying hydrogen and carbon dioxide to the fuel cell through a reforming reaction; A condenser for receiving the exhaust gas discharged from the humidifier and removing moisture contained in the exhaust gas; A mixer for receiving the exhaust gas from which moisture has been removed from the condenser and mixing with heated air to produce a mixed gas; And a combustor for generating an oxidant from which hydrogen is removed from the mixed gas produced by the mixer and supplying the generated oxidant to the fuel cell, wherein the fuel cell supplies hydrogen and carbon dioxide, the oxidant generated by the combustor, The fuel cell system is characterized in that it chemically reacts to produce electrical energy.

상기 가습기의 천연가스는 LNG 저장 탱크에서 발생하는 증발가스(BOG)인 것이 바람직하다.Preferably, the natural gas of the humidifier is evaporative gas (BOG) generated in the LNG storage tank.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 상기 응축기에서 제거된 물을 공급받고, 공급받은 물의 이온 불순물을 제거하여 상기 가습기로 다시 공급하는 EDI(Electro De- Ionization)를 더 포함하는 것이 바람직하다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include an EDI (Electro Deionization) system that receives water removed from the condenser, removes ion impurities from the supplied water, and supplies the water to the humidifier again Do.

또한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 상기 가습기와 상기 응축기 사이에 설치되어, 상기 가습기에서 나오는 배출가스를 순환시키는 순환라인을 더 포함하는 것이 바람직하다.The fuel cell system according to an embodiment of the present invention may further include a circulation line disposed between the humidifier and the condenser for circulating the exhaust gas from the humidifier.

상기 혼합기는 상기 연료전지의 연료극을 통해 배출가스를 공급받고, 상기 가습기는 상기 연료전지의 공기극을 통해 배출가스를 공급받는 것이 바람직하다.Preferably, the mixer is supplied with the exhaust gas through the fuel electrode of the fuel cell, and the humidifier receives the exhaust gas through the air electrode of the fuel cell.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 연료전지에서 발생하는 고온의 배출가스, 천연가스 및 물을 혼합하여 만들어진 연료가스를 개질 반응을 통해 수소와 이산화 탄소를 상기 연료전지에 공급하는 제 1 공급부; 및 상기 연료가스가 만들어지는 가습기로부터 배출되는 배출가스를 순환시켜 응축기를 통해 수분이 제거된 배출가스와 가열된 공기를 혼합하여 생성된 혼합기체에서 수소를 제거한 산화제를 상기 연료전지에 공급하는 제 2 연료 공급부를 포함하여, 상기 연료전지는 상기 수소, 이산화탄소 및 상기 산화제를 전기 화학 반응하여 전기 에너지를 생산하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템이 제공된다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a fuel cell system comprising: a first supply unit for supplying hydrogen and carbon dioxide to a fuel cell through a reforming reaction of a fuel gas produced by mixing a high temperature exhaust gas, natural gas, and water generated in the fuel cell; And a second heat exchanger for circulating the exhaust gas discharged from the humidifier through which the fuel gas is produced to mix the heated air with the exhaust gas from which moisture has been removed through the condenser, And a fuel supply unit, wherein the fuel cell generates electricity by electrochemically reacting the hydrogen, the carbon dioxide, and the oxidant.

또한 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 연료전지에서 발생하는 고온의 배출가스, 천연가스 및 물을 혼합하여 만들어진 연료가스를 개질 반응을 통해 수소와 이산화 탄소를 상기 연료전지에 공급하는 단계; 상기 연료가스가 만들어지는 가습기로부터 배출되는 배출가스를 순환시켜 응축기를 통해 수분이 제거된 배출가스와 가열된 공기를 혼합하여 생성된 혼합기체에서 수소를 제거한 산화제를 상기 연료전지에 공급하는 단계; 및 상기 연료전지에서 상기 수소, 이산화탄소 및 상기 산화제를 전기 화학 반응하여 전기 에너지를 생산하는 단계를 포함하는 연료전지 시스템의 전기 에너지 생산방법이 제공된다.According to still another embodiment of the present invention, there is provided a method of regenerating a fuel cell, comprising the steps of: supplying hydrogen and carbon dioxide to the fuel cell through a reforming reaction of a fuel gas produced by mixing a high temperature exhaust gas, natural gas, and water generated in the fuel cell; Circulating exhaust gas discharged from a humidifier in which the fuel gas is produced, mixing the heated air with the exhaust gas from which moisture has been removed through the condenser, and supplying the oxidizing agent to the fuel cell, And a step of electrochemically reacting the hydrogen, carbon dioxide and the oxidizing agent in the fuel cell to produce electrical energy.

본 발명의 실시예에 따르면 연료전지로부터 발생하는 배출가스를 이용하여 만들어진 연료가스를 개질하여 수소와 이산화탄소를 연료전지에 공급함으로써 연료전지 내부의 국부 온도를 제거하고 연료가스의 공급을 줄일 수 있어 에너지 효율을 개선한 효과가 있다. 특히, 가습기에서 발생하는 버려지는 배출가스를 이용하여 연료전지에 연료원을 공급함에 따라 경제성 측면에서 장점이 있다.According to the embodiment of the present invention, the fuel gas produced by using the exhaust gas generated from the fuel cell is reformed to supply hydrogen and carbon dioxide to the fuel cell, thereby eliminating the local temperature inside the fuel cell and reducing the supply of the fuel gas, The efficiency is improved. Particularly, there is an economical advantage in that a fuel source is supplied to a fuel cell by using an exhaust gas that is discharged from a humidifier.

또한 본 발명의 실시예에 따르면 응축기를 통해 가습기로부터 배출된 배출가스에서 분리된 수분이 EDI를 거침으로써 고순도의 물을 요구하는 연료전지의 손상을 방지할 수 있는 효과도 있다.According to the embodiment of the present invention, the water separated from the exhaust gas discharged from the humidifier through the condenser passes through the EDI, thereby preventing damage to the fuel cell requiring high purity water.

그리고 본 발명의 실시예에 따르면 수소와 이산화탄소가 연료전지에 공급되고 가습기로부터 배출된 배출가스에서 수분이 제공된 배출가스와 가열된 공기를 혼합한 혼합기체를 기반으로 만들어진 산화제가 연료전지에 과잉 공급되어 전기화학 반응에 의한 발열로 발생되는 국부적인 온도를 일부 제거할 수 있어 고른 온도 분포를 유지할 수 있는 효과도 있다.According to the embodiment of the present invention, hydrogen and carbon dioxide are supplied to the fuel cell, and the oxidizing agent based on the mixed gas obtained by mixing the exhaust gas supplied with moisture from the exhaust gas discharged from the humidifier and the heated air is over-supplied to the fuel cell The local temperature generated by the heat generated by the electrochemical reaction can be partially removed, thereby maintaining the uniform temperature distribution.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고온형 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면.1 is a view for explaining a high temperature type fuel cell system according to an embodiment of the present invention;

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 고온형 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면을 도시하고 있다.1 is a view for explaining a high temperature type fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면 본 발명의 실시예에 따른 고온형 연료전지 시스템은 연료전지(5)에서 발생하는 배출가스를 연료전지의 연료원으로 제공한다.Referring to FIG. 1, a high temperature type fuel cell system according to an embodiment of the present invention provides exhaust gas generated from a fuel cell 5 as a fuel source of a fuel cell.

도 1에 도시된 고온형 연료전지 시스템(10)은 응축기(1), EDI(2), 가습기(3), 전개질기(4), 연료전지(5), 연소기(6), 혼합기(7) 및 공기히터(8) 등을 포함한다.The high temperature type fuel cell system 10 shown in Fig. 1 includes a condenser 1, an EDI 2, a humidifier 3, a spreader 4, a fuel cell 5, a combustor 6, a mixer 7, And an air heater 8 and the like.

연료전지(5)는 전기화학 반응을 통해 전기 에너지를 생산한다. 연료전지(5)는 전기 에너지를 생산하기 위하여 연료원, 즉 연료가스를 필요로 하며, 연료가스와 전기 화학 반응하여 전기 에너지를 생산한다.The fuel cell 5 produces electrical energy through an electrochemical reaction. The fuel cell 5 requires a fuel source, i.e., a fuel gas, to produce electrical energy, and electrochemically reacts with the fuel gas to produce electrical energy.

연료전지(5)에서 발생하는 배출가스를 연료원으로 사용하기 위하여, 연료전지(5)의 공기극(미도시)은 가습기(3)와 배출라인(L1)에 의해 연결된다.The air electrode (not shown) of the fuel cell 5 is connected to the humidifier 3 and the exhaust line L1 in order to use the exhaust gas generated from the fuel cell 5 as a fuel source.

가습기(3)는 연료전지(5)에서 발생하는 배출가스, 천연가스 및 물을 혼합하여 연료가스를 만든다. 여기서 천연가스는 LNG 저장탱크(미도시)에서 발생하는 증발 가스를 의미한다. 물은 EDI(Electro De-Ionization)(2)를 거쳐서 정제된 고순도의 물이다.The humidifier (3) mixes the exhaust gas, natural gas and water generated in the fuel cell (5) to produce a fuel gas. Here, natural gas refers to evaporative gas generated in an LNG storage tank (not shown). Water is high purity water purified through EDI (Electro De-ionization) (2).

가습기(3)는 고순도의 물을 공급받도록 EDI(2)와 연결되고, 천연가스를 공급받도록 LNG 저장탱크와 연결되며, 혼합된 연료가스를 개질시키는 전개질기(4)와 연결된다.The humidifier 3 is connected to the EDI 2 to receive high-purity water, to the LNG storage tank to receive natural gas, and to the expander 4 for reforming the mixed fuel gas.

가습기(3)에서 혼합된 연료가스는 전개질기(4)로 보내지고, 전개질기(4)에서는 연료가스를 개질반응을 통해 수소와 이산화탄소를 제 1 공급라인(L3)을 통해 연료전지(5)에 공급한다.The mixed fuel gas in the humidifier 3 is sent to the expander 4 and the expander 4 feeds hydrogen and carbon dioxide through the reforming reaction to the fuel cell 5 through the first supply line L3, .

가습기(3)에서 발생하는 버려지는 배출가스는 응축기(1)로 보내진다. 응축기(1)와 가습기(3)는 순환라인(L2)에 의해 연결되어 있다. 가습기(3)에서 발생하는 버려지는 배출가스는, 물, 질소, 수소, 이산화탄소 등일 수 있다.The discharged exhaust gas generated in the humidifier 3 is sent to the condenser 1. The condenser 1 and the humidifier 3 are connected by a circulation line L2. The discharged gas discharged from the humidifier 3 may be water, nitrogen, hydrogen, carbon dioxide, or the like.

순환라인(L2)을 통해 보내진 배출가스는 응축기(1)에 의해 수분이 제거된다. 제거된 수분은 EDI(2)로 보내져, EDI(2)에서 순수제조된 초순수를 다시 가습기(3)에 공급한다. 이와 같이 가습기(3)에서 발생하는 버려지는 배출가스에서 제거된 수분을 그대로 사용하지 않고 수분에 포함되어 있는 이온 불순물을 제거한 초순수를 가습기(3)에 제공하여 만들어진 연료가스를 연료전지에 공급되도록 하여 고순도의 물을 요구하는 연료전지(5)의 수명을 향상시킬 수 있다.The exhaust gas sent through the circulation line (L2) is dehumidified by the condenser (1). The removed water is sent to the EDI 2, and the ultrapure water produced in the EDI 2 is supplied to the humidifier 3 again. In this way, the humidifier 3 is provided with the ultrapure water in which the ion impurity contained in the moisture is removed, without using the moisture removed from the exhaust gas, which is generated in the humidifier 3, and the produced fuel gas is supplied to the fuel cell The life of the fuel cell 5 requiring high purity water can be improved.

응축기(1)에서 수분이 제거된 배출가스, 예를 들면 수소와 이산화탄소는 혼합기(7)로 보내진다.The condensed water in the condenser 1, for example, hydrogen and carbon dioxide, is sent to the mixer 7.

혼합기(7)는 외부의 공기를 가열하는 공기히터(8)로부터 가열된 공기를 공급받는다. 혼합기(7)는 응축기(1)로부터 공급된 배출가스, 가열된 공기, 그리고 연료전지(5)의 연료극을 통하여 배출된 배출가스를 혼합하여 혼합기체를 생성하고, 생성된 혼합기체를 연소기(6)에 보낸다.The mixer 7 is supplied with the heated air from the air heater 8 which heats the outside air. The mixer 7 mixes the exhaust gas supplied from the condenser 1, the heated air, and the exhaust gas discharged through the fuel electrode of the fuel cell 5 to produce a mixed gas, ).

연소기(6)는 혼합기체를 연료전지(5)에 공급할 산화제로 만든다. 만들어진 산화제는 제 2 공급라인(L4)을 통해 연료전지(5)에 공급된다. 연소기(7)는 혼합기체에서 수소를 제거하여 산화제를 만든다.The combustor 6 makes the mixed gas into an oxidizing agent to be supplied to the fuel cell 5. The produced oxidant is supplied to the fuel cell 5 through the second supply line L4. The combustor 7 removes hydrogen from the gas mixture to produce an oxidant.

이에 따라 연료전지(5)는 연소기(6)에서 공급된 산화제, 전개질기(4)에서 수소와 이산화탄소를 인가받고, 인가받은 산화제, 수소 및 이산화탄소에 기반하여 연소반응 대신 화학반응을 통해 전기 에너지를 생산한다.Accordingly, the fuel cell 5 receives hydrogen and carbon dioxide from the oxidizer, the expander 4 supplied from the combustor 6, and receives electrical energy through a chemical reaction instead of the combustion reaction based on the oxidizer, hydrogen and carbon dioxide Production.

미설명된 S1은 제 1 공급부이고, S2는 제 2 공급부를 의미한다.S1 is the first supply unit and S2 is the second supply unit.

제 1 공급부(S1)는 연료전지(5)에서 발생하는 배출가스, 천연가스(BOG) 및 물을 혼합하여 만들어진 연료가스를 개질 반응을 통해 수소와 이산화탄소를 연료전지(5)에 공급한다. 이와 같이 연료전지(5)에서 발생하는 배출가스를 연료전지(5)의 연료원으로 사용할 수 있어 연료전지에 공급가스(BOG, 산소 등)의 소모를 줄일 수 있다. 연료전지에서 필요로 하는 연료원은 일정하므로, 연료전지에서 배출되는 배출가스를 활용함에 따라 천연가스의 소모를 줄일 수 있다.The first supply unit S1 supplies hydrogen and carbon dioxide to the fuel cell 5 through a reforming reaction of a fuel gas produced by mixing exhaust gas, natural gas (BOG) and water generated in the fuel cell 5. Thus, the exhaust gas generated in the fuel cell 5 can be used as the fuel source of the fuel cell 5, and consumption of the supply gas (BOG, oxygen, etc.) to the fuel cell can be reduced. Since the fuel source required by the fuel cell is constant, it is possible to reduce the consumption of natural gas by utilizing the exhaust gas discharged from the fuel cell.

제 2 공급부(S2)는 연료가스를 만들때 배출되는 버려지는 배출가스를 순환시켜 배출가스에서 수분을 제거하고 제거된 배출가스를 가열된 공기와 연료전지의 연료극으로부터 배출되는 배출가스를 혼합하여 만들어진 혼합기체를 연료전지에 필요한 산화제로 변환하여 연료전지(5)에 공급한다. 제거된 수분에 포함된 이온불순물을 제거하여 고순도의 물이 다시 배출가스, 천연가스와 혼합하여 연료가스를 만들어 연료전지에 공급되어, 고순도의 물을 요구하는 연료전지의 손상을 방지할 수 있다.The second supply unit S2 is made by circulating the discharged exhaust gas discharged when making the fuel gas to remove moisture from the exhaust gas and mixing the removed exhaust gas with the exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell The mixed gas is converted into an oxidant necessary for the fuel cell and supplied to the fuel cell 5. The ion impurity contained in the removed water is removed, and the high-purity water is mixed with the exhaust gas and the natural gas again to produce the fuel gas, which is supplied to the fuel cell, thereby preventing damage to the fuel cell requiring high purity water.

이와 같은 구성을 갖는 고온형 연료전지 시스템의 전기 에너지 생산방법을 설명하면 다음과 같다.A method of producing electrical energy in a high temperature type fuel cell system having such a configuration will be described below.

먼저 고온형 연료전지 시스템은 연료전지(5)에서 발생하는 배출가스를 가습기(3)로 공급하여 공급된 배출가스, LNG 저장 탱크에서 발생하는 천연가스(증발가스), 물을 혼합하여 연료가스를 만든다.First, the high temperature type fuel cell system supplies the exhaust gas generated from the fuel cell 5 to the humidifier 3, mixes the supplied exhaust gas, natural gas (evaporation gas) generated in the LNG storage tank, and water, I make it.

이렇게 만들어진 연료가스는 전개질기(4)로 보내져, 전개질기(4)에서 개질반응을 통해 연료가스를 수소와 이산화탄소로 개질하여 수소와 이산화탄소를 연료전지(5)에 공급한다.The fuel gas thus produced is sent to the expander 4, reforming the fuel gas into hydrogen and carbon dioxide through the reforming reaction in the expander 4, and supplying hydrogen and carbon dioxide to the fuel cell 5.

가습기(3)에서 연료가스를 만들때 배출되는 배출가스는 응축기(1)로 보내진다.The exhaust gas discharged when making the fuel gas in the humidifier 3 is sent to the condenser 1.

응축기(1)는 배출가스에서 수분을 제거하여, 제거된 수분을 EDI(2)로 보내고, 수분이 제거된 배출가스를 혼합기(7)로 보낸다.The condenser 1 removes moisture from the exhaust gas, sends the removed moisture to the EDI 2, and sends the moisture-free exhaust gas to the mixer 7.

혼합기(7)에서는 응축기(1)에서 제공되는 배출가스, 연료전지(5)의 연료극으로부터 배출되는 배출가스, 그리고 공기 히터(8)에 의해 가열된 공기를 혼합하여 혼합 기체를 생성한다. 생성된 혼합기체는 연소기(6)에 보내져 산화제를 만들어 연료전지(5)에 공급한다.In the mixer 7, the exhaust gas provided in the condenser 1, the exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell 5, and the air heated by the air heater 8 are mixed to produce a mixed gas. The generated mixed gas is sent to the combustor 6 to produce an oxidant and supply it to the fuel cell 5.

연료전지(5)는 연소기(6)에서 공급되는 산화제, 전개질기(4)를 거쳐 수소와 이산화탄소를 전기 화학 반응을 통해 전기 에너지를 생산한다.The fuel cell 5 produces electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and carbon dioxide via the oxidizer and the expander 4 supplied from the combustor 6.

이와 같이 생산된 전기 에너지는 선박 내의 전기소비처에 공급된다.The electric energy thus produced is supplied to the electricity consumer in the ship.

이렇게 함으로써, 연료전지(5)에서 발생하는 배출가스를 사용하여 연료전지(5)의 연료원으로 사용하여 연료전지(5)에 연료를 불필요하게 공급하지 않아도 되어 경제적인 이점이 있다. 또한 연료전지(5)는 연소기(6)로부터 공급되는 산화제와 전개질기(4)를 거쳐 공급되는 수소와 이산화탄소에 의해 전기적 화학 반응시에 국부적으로 상승되는 국부온도를 일부 제거하여 고른 온도를 유지할 수 있다.Thereby, there is an economical advantage in that the fuel is not unnecessarily supplied to the fuel cell 5 by using the exhaust gas generated from the fuel cell 5 as the fuel source of the fuel cell 5. Also, the fuel cell 5 can partially remove the local temperature which is locally raised during the electrical chemical reaction by the hydrogen and the carbon dioxide supplied through the oxidizer supplied from the combustor 6 and the expander 4, have.

이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.The invention being thus described, it will be obvious that the same way may be varied in many ways. Such modifications are intended to be within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

1 : 응축기 2 : EDI
3 : 가습기 4 : 전개질기
5 : 연료전지 6 : 연소기
7 : 혼합기 8 : 공기히터
L1 : 배출라인 L2 : 순환라인
L3 : 제 1 공급라인 L4 : 제 2 공급라인
S1 : 제 1 공급부 S2 : 제 2 공급부1: condenser 2: EDI
3: Humidifier 4: Deployment
5: Fuel cell 6: Combustor
7: Mixer 8: Air heater
L1: exhaust line L2: circulation line
L3: first supply line L4: second supply line
S1: first supply unit S2: second supply unit

Claims (7)

천연가스, 물 및 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 고온의 배출가스를 혼합하여 연료가스를 생성하는 가습기;
상기 가습기로부터 제공된 연료가스의 개질 반응을 통해 수소와 이산화탄소를 생성하여, 상기 연료전지에 공급하는 전개질기;
상기 가습기로부터, 상기 연료가스를 생성하면서 배출되는 배출가스를 공급받아 상기 배출가스에 포함된 수분을 제거하는 응축기;
가열 공기, 상기 응축기에서 수분이 제거된 가습기 배출가스 및 상기 연료전지의 연료극으로부터 배출되는 배출가스를 혼합하여 혼합기체를 생성하는 혼합기; 및
상기 혼합기에 의해 생성된 혼합기체에서 수소를 제거한 산화제를 생성하여 상기 연료전지에 공급하는 연소기;를 포함하여,
상기 연료극 배출가스 및 가습기 배출가스는 상기 혼합기로 회수되어 상기 연료전지의 산화제로서 재순환되고,
상기 응축기에서 상기 분리된 물은 상기 가습기로 회수되어, 상기 연료전지의 연료가스로서 회수되며,
상기 연료전지는 상기 전개질기를 통해 수소와 이산화탄소, 상기 연소기에 의해 생성된 산화제를 전기 화학 반응하여 전기 에너지를 생산하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.A humidifier for mixing natural gas, water, and hot exhaust gas discharged from the air electrode of the fuel cell to generate fuel gas;
A reformer for generating hydrogen and carbon dioxide through a reforming reaction of the fuel gas provided from the humidifier and supplying the generated hydrogen and carbon dioxide to the fuel cell;
A condenser for receiving the exhaust gas generated while generating the fuel gas from the humidifier and removing moisture contained in the exhaust gas;
A mixer for mixing the heated air, the humidifier exhaust gas from which moisture is removed from the condenser, and the exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell to generate a mixed gas; And
And a combustor for generating an oxidant from which hydrogen is removed from the mixed gas generated by the mixer and supplying the generated oxidant to the fuel cell,
The fuel electrode exhaust gas and the humidifier exhaust gas are collected by the mixer and recycled as the oxidant of the fuel cell,
The separated water in the condenser is recovered as the fuel gas of the fuel cell by the humidifier,
Wherein the fuel cell generates electrical energy by electrochemically reacting hydrogen, carbon dioxide, and an oxidizing agent produced by the combustor through the expander. 청구항 1에 있어서,
상기 가습기의 천연가스는 LNG 저장 탱크에서 발생하는 증발가스(BOG)인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the natural gas of the humidifier is evaporated gas (BOG) generated in the LNG storage tank. 청구항 1에 있어서,
상기 응축기에서 제거된 물을 공급받고, 공급받은 물의 이온 불순물을 제거하여 상기 가습기로 다시 공급하는 EDI(Electro De- Ionization)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
Further comprising an EDI (Electro Deionization) system that receives water removed from the condenser, removes ion impurities from the supplied water, and supplies the water to the humidifier again. 청구항 1에 있어서,
상기 가습기와 상기 응축기 사이에 설치되어, 상기 가습기에서 나오는 배출가스를 순환시키는 순환라인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
And a circulation line disposed between the humidifier and the condenser for circulating exhaust gas from the humidifier. 삭제delete 삭제delete 천연가스, 물 및 연료전지의 공기극으로부터 배출되는 고온의 공기극 배출가스를 혼합하여 연료가스를 생성하고,
상기 연료가스의 개질 반응을 통해 수소와 이산화탄소를 생성하고,
상기 수소와 이산화탄소를 상기 연료전지에 공급하며,
상기 연료가스를 생성하면서 배출되는 가습기 배출가스에 포함된 수분을 응축시켜 제거하고,
상기 수분이 제거된 가습기 배출가스와, 상기 연료전지의 연료극으로부터 배출되는 연료극 배출가스와, 가열 공기를 혼합하여 혼합기체를 생성하고,
상기 혼합기체를 연소시켜 산화제를 생성하고,
상기 산화제를 연료전지로 공급하며,
상기 연료전지에서는, 상기 공기극 배출가스를 원료로 하는 개질 반응에 의해 생성된 수소, 이산화탄소 및 상기 가습기 배출가스, 연료극 배출가스를 원료로 하여 생성된 산화제를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 단계를 포함하는 연료전지 시스템의 전기 에너지 생산방법.The fuel gas is produced by mixing natural gas, water, and a high temperature air discharge gas discharged from the air electrode of the fuel cell,
Hydrogen and carbon dioxide are produced through the reforming reaction of the fuel gas,
Supplying the hydrogen and the carbon dioxide to the fuel cell,
The condensed water contained in the humidifier exhaust gas discharged while generating the fuel gas is removed,
Mixing the humidifier exhaust gas with the moisture removed, the fuel electrode exhaust gas discharged from the fuel electrode of the fuel cell, and the heated air to generate a mixed gas,
The mixed gas is burned to produce an oxidizing agent,
Supplying the oxidant to the fuel cell,
In the fuel cell, the step of producing electrical energy using hydrogen, carbon dioxide, the humidifier exhaust gas, and a fuel electrode exhaust gas produced by the reforming reaction using the cathode exhaust gas as a raw material, A method for producing electrical energy in a fuel cell system.
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