KR102093267B1

KR102093267B1 - Stack Module for Solid Oxide Fuel Cell

Info

Publication number: KR102093267B1
Application number: KR1020130001936A
Authority: KR
Inventors: 김영대; 강병희; 우성제; 양진식; 이정표
Original assignee: 에스케이이노베이션 주식회사; 에스케이에너지 주식회사
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2020-03-25
Also published as: KR20140089900A

Abstract

본 발명은 고체 산화물 연료전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스택과, 매니폴드와 개질기를 일체로 구성하여 용량이 작은 스택 다수 개 연결을 가능하게 하여 전체 스택 모듈의 발전 용량 증대시키고, 컴팩트하고 열 전달 효율을 극대화한 고체 산화물 연료전지의 스택 모듈에 관한 것이다.The present invention relates to a solid oxide fuel cell, and more specifically, a stack, a manifold and a reformer are integrally configured to enable connection of a plurality of small stacks, thereby increasing the power generation capacity of the entire stack module, and compact and heat. It relates to a stack module of a solid oxide fuel cell that maximizes the transfer efficiency.

Description

Stack module for solid oxide fuel cell

본 발명은 고체 산화물 연료전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 스택과, 매니폴드와 개질기를 일체로 구성하여 용량이 작은 스택 다수 개 연결을 가능하게 하여 전체 스택 모듈의 발전 용량 증대시키고, 컴팩트하고 열 전달 효율을 극대화한 고체 산화물 연료전지의 스택 모듈에 관한 것이다.
The present invention relates to a solid oxide fuel cell, and more specifically, a stack, a manifold and a reformer are integrally configured to enable connection of a plurality of small stacks, thereby increasing the power generation capacity of the entire stack module, and compact and heat. It relates to a stack module of a solid oxide fuel cell that maximizes the transfer efficiency.

일반적으로 연료전지라 함은 연료의 산화로 인해 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치라고 할 수 있다. 산화, 환원반응을 이용하는 점에서는 보통의 화학전지와 차이가 없지만 닫힌 계내(系內)에서 전지반응을 하는 화학전지와는 달리, 반응물이 연속적으로 외부로부터 공급되는 동시에 반응생성물은 연속적으로 계외로 제거되는 것이 양자 간이 차이점이라 할 수 있다.In general, a fuel cell is a kind of power generation device that directly converts chemical energy generated by oxidation of fuel into electrical energy. In terms of using oxidation and reduction reactions, there is no difference from ordinary chemical cells, but unlike chemical cells that react in a closed cell, the reactants are continuously supplied from the outside while the reaction products are continuously removed out of the system. It can be said that the difference between the two.

이러한 연료전지의 가장 대표적인 것으로서 수소-산소 연료전지가 있는데, 이는 알칼리 수용액을 전해질로 사용하고 순수한 수소와 산소를 반응물로 사용한다. 그리고 수소 외에도 메탄이나 천연가스 등의 화석연료를 사용하는 기체연료와 메탄올(메틸알코올) 히드라진 같은 액체연료를 사용하는 것 등 많은 연료전지가 있으며, 이들 중 작동온도가 300℃ 이하인 것을 저온형이라하고, 그 이상인 것을 고온형이라고 한다.The most representative of these fuel cells is a hydrogen-oxygen fuel cell, which uses an aqueous alkali solution as an electrolyte and uses pure hydrogen and oxygen as reactants. In addition to hydrogen, there are many fuel cells, such as gaseous fuels using fossil fuels such as methane or natural gas, and liquid fuels such as methanol (methyl alcohol) hydrazine. Among them, the operating temperature of 300 ℃ or less is called low temperature type. , And more is called a high temperature type.

또한, 발전효율의 향상을 고려한 연료전지와 귀금속 촉매를 사용하지 않은 고온형의 용융탄산염 연료전지를 제2 세대, 그리고 보다 높은 효율로 발전(發電)하는 고체산화물 전해질 연료전지를 제3세대의 연료전지라 한다.In addition, the second generation fuel cell considering the improvement of power generation efficiency and the high-temperature molten carbonate fuel cell without using a noble metal catalyst, and the third generation fuel solid oxide electrolyte fuel cell generating higher efficiency. It is called a battery.

일례로 이러한 종래 기술의 콤팩트 고체산화물 연료전지 시스템에 대해 개략적으로 살펴보면, 양단부에 연료극과 공기극이 위치되고 이들 사이에 전해질이 마련되며 이들 연료극과 공기극으로 각각 공급된 수소와 산소에 의한 전기화학반응을 통해 전기를 생성시키는 스택과, 이 스택의 연료극으로 수소를 공급하기 위해 연료가스를 수소로 전환시키는 개질기와, 개질기로부터 개질된 수소를 스택의 연료극에 공급하는 연료매니폴드 및 가열된 공기를 스택의 공기극에 공급하는 공기매니폴드 등을 포함하여 구성된다. As an example, when looking at the compact solid oxide fuel cell system of the prior art, the anode and the cathode are positioned at both ends, an electrolyte is provided between them, and the electrochemical reaction by hydrogen and oxygen supplied to the anode and the cathode is respectively performed. A stack that generates electricity through it, a reformer that converts fuel gas to hydrogen to supply hydrogen to the stack's anode, a fuel manifold that supplies the reformed hydrogen from the reformer to the stack's anode, and heated air And an air manifold supplied to the air electrode.

상기와 같은 구성의 고체산화물 연료전지 시스템에서, 고체산화물 전해질 연료전지는 세라믹 재질이 가진 구조적 특징으로 인해 단위 스택을 구성하는 단위 셀의 대면적화가 어려워 대용량의 전기를 생산하는데 어려운 단점이 있다. 현재까지 개발된 단위 스택의 용량은 1~5kW 수준으로 수백kW에서 수십 MW급 대용량 발전 시스템으로 적용하기 위해서는 이러한 작은 용량의 스택을 여러 개 연결하는 스택 연결 기술이 필요하다. 또한 스택, 개질기, 연료매니폴드 및 공기매니폴드가 각각 별도로 구성되고 이를 파이프로 연결하는 구조로 되어 있어 파이프 길이에 따른 열 손실이 발생하고, 연료전지 모듈 외부에 별도의 개질기 및 개질기 온도 유지를 위한 별도의 열 공급장치가 필요하여 그 부피가 커지기 때문에 콤팩트하고 열 효율이 높은 연료전지 시스템 구축이 어려운 문제점이 있다.In the solid oxide fuel cell system having the above-described configuration, the solid oxide electrolyte fuel cell has a disadvantage in that it is difficult to produce a large amount of electricity due to the large size of the unit cells constituting the unit stack due to the structural characteristics of the ceramic material. The capacity of the unit stack developed to date is 1-5 kW, and in order to be applied as a large-scale power generation system of several hundred MW to several hundred kW, a stack connection technology is required to connect multiple stacks of such small capacity. In addition, stack, reformer, fuel manifold, and air manifold are each configured separately and have a structure that connects them with pipes, resulting in heat loss along the length of the pipe and for maintaining separate reformer and reformer temperatures outside the fuel cell module. Since a separate heat supply device is required and its volume is large, it is difficult to construct a compact and high-efficiency fuel cell system.

따라서 소용량의 단위 스택 다수 개를 연결하여 전체 스택 모듈의 발전 용량을 증대시키고, 스택 주변 매니폴드에서의 열손실 최소화 및 폐열을 회수하여 열 효율을 극대화하고, 시스템 부피를 줄여 콤팩트한 사이즈를 갖는고체산화물연료전지시스템의기술개발이요구된다.
Therefore, by connecting a plurality of small-sized unit stacks, the power generation capacity of the entire stack module is increased, the heat loss from the manifold around the stack is minimized and the waste heat is recovered to maximize thermal efficiency, and the system volume is reduced to have a compact size. Technology development of oxide fuel cell system is required.

한국공개특허 제2010-0012139호Korean Patent Publication No. 2010-0012139

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 스택과, 스택으로 연료 및 산소를 공급하는 매니폴드 및 개질기를 일체로 구성하고, 스택에서 반응된 폐공기를 유입받는 공기배출매니폴드와, 스택으로 공기를 공급하는 공기공급매니폴드가 서로 열교환 하도록 서로 인접 배치하여 열 손실이 적고 콤팩트한 크기를 갖는 고체 산화물 연료전지의 스택 모듈을 제공함에 있다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to integrally configure a stack, a manifold and a reformer for supplying fuel and oxygen to the stack, and receive the reacted waste air from the stack. It is to provide a stack module of a solid oxide fuel cell having a compact size with low heat loss by arranging air exhaust manifolds and adjacent air supply manifolds to supply air to the stack to exchange heat with each other.

특히 매니폴드 내부를 유동하는 공기의 열에 의해 개질기를 가열하여 열 효율이 높은 고체 산화물 연료전지의 스택 모듈을 제공함에 있다.
In particular, it is to provide a stack module of a solid oxide fuel cell having high thermal efficiency by heating a reformer by heat of air flowing inside the manifold.

본 발명의 스택모듈은,연료극과, 공기극과, 상기 연료극과 공기극 사이에 구비되는 전해질로 구성되며, 연료극에 공급된 개질가스와, 공기극에 공급된 공기 중의 산소에 의해 전기를 생성하는 스택과, 상기 스택에 개질가스를 공급하도록 연료 유입 받아 개질가스로 전환하는 개질기를 포함하는 고체 산화물 연료전지에 있어서, 상기 스택을 포함하는 제 1모듈; 상기 스택의 공기극으로 산소를 공급하는 공기공급매니폴드 및 상기 스택의 공기극에서 반응된 폐공기를 배출하는 공기배출매니폴드로 이루어진 공기 매니폴드를 포함하는 제 2모듈; 상기 제 1모듈의 연료극에 개질가스를 공급하는 연료매니폴드; 및 상기 연료매니폴드에 개질가스를 공급하는 개질기;를 포함하되, 상기 제 2모듈은 복수개가 한 쌍을 이루어 상기 제 1모듈의 양측에 각각 배치되고, 상기 제 1모듈은 상기 한 쌍의 제 2모듈 중,일측에 배치되는 상기 공기공급매니폴드를 통해 상기 제 1모듈로 공기를 공급받고, 타측에 배치되는 상기 공기배출매니폴드로 상기 제 1모듈에서 반응된 폐공기를 배출하며, 상기 연료매니폴드와 상기 제1모듈, 상기 개질기와 상기 제 1모듈 양측에 배치된 복수개의 상기 제2모듈 중 하나와 각각 서로 대응되도록 배치되어 상기 연료매니폴드와 상기 개질기가 한 쌍으로 서로 연결된다.The stack module of the present invention is composed of an anode, an anode, and an electrolyte provided between the anode and the anode, and a stack for generating electricity by reforming gas supplied to the anode and oxygen in the air supplied to the anode, A solid oxide fuel cell comprising a reformer that receives fuel inflow to supply reformed gas to the stack and converts it into reformed gas, comprising: a first module including the stack; A second module including an air manifold consisting of an air supply manifold supplying oxygen to the air electrode of the stack and an air exhaust manifold discharging the reacted waste air from the air electrode of the stack; A fuel manifold for supplying reformed gas to the anode of the first module; And a reformer supplying reforming gas to the fuel manifold, wherein the second module is a pair of a plurality and is disposed on both sides of the first module, and the first module is the second of the pair. Of the modules, air is supplied to the first module through the air supply manifold disposed on one side, and the waste air reacted by the first module is discharged to the air exhaust manifold disposed on the other side, and the fuel manifold The manifold and the first module, the reformer and one of the plurality of second modules disposed on both sides of the first module are disposed to correspond to each other, and the fuel manifold and the reformer are connected to each other in a pair.

또한, 상기 공기공급매니폴드와, 상기 스택과, 상기 공기배출매니폴드는, 상기 제1 및 제2 모듈의 적층 방향을 따라 서로 대응되도록 순차적으로 배치되며, 상기 연료 매니폴드와, 상기 개질기는, 상기 제1 및 제2 모듈의 적층 방향을 따라 서로 대응되도록 배치된다.In addition, the air supply manifold, the stack, and the air exhaust manifold are sequentially arranged to correspond to each other along the stacking direction of the first and second modules, the fuel manifold and the reformer, The first and second modules are arranged to correspond to each other along the stacking direction.

또한, 상기 스택은, 복수 개가 배치되며, 상기 연료 매니폴드는 상기 스택과 스택 사이에 배치되고, 상기 공기 매니폴드는, 상기 스택에 대응되도록 복수 개가 배치되며, 상기 개질기는, 상기 연료 매니폴드에 대응되도록 상기 공기 매니폴드와 공기 매니폴드 사이에 배치된다.In addition, a plurality of stacks are arranged, the fuel manifold is arranged between the stack and the stack, and the air manifold is arranged in a plurality to correspond to the stack, and the reformer is provided in the fuel manifold. It is arranged between the air manifold and the air manifold to correspond.

또한, 상기 개질기는, 상기 제2 모듈의 일측에 배치되는 연료 매니폴드에 개질가스를 공급한다.
또한, 상기 연료 매니폴드는, 상기 개질기에서 개질가스를 공급받아 상기 스택의 연료극으로 공급하는 개질가스공급 매니폴드와, 상기 스택의 연료극에서 반응된 폐가스를 공급받아 외부로 배출하는 폐가스배출 매니폴드로 구성되며, 상기 개질가스공급 매니폴드와, 폐가스배출 매니폴드는 격벽으로 구획되되, 적층되는 복수 개의 상기 폐가스배출 매니폴드가 서로 공유하여 폐가스가 한 곳으로 배출되는 것을 특징으로한다.In addition, the reformer supplies reforming gas to a fuel manifold disposed on one side of the second module.
In addition, the fuel manifold is a reformed gas supply manifold receiving reformed gas from the reformer and supplying it to the anode of the stack, and a waste gas exhaust manifold receiving the exhaust gas reacted from the anode of the stack and discharging it to the outside. It is configured, characterized in that the reformed gas supply manifold and the waste gas discharge manifold are partitioned by partitions, and a plurality of stacked waste gas discharge manifolds are shared with each other to discharge the waste gas to one place.

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또한, 상기 공기 매니폴드는, 상기 공기공급매니폴드와 상기 공기배출매니폴드가 서로 열교환 가능하도록, 상기 제2 모듈의 타측에 형성되는 공기공급매니폴드와, 상기 제2 모듈의 일측에 형성되는 공기배출매니폴드가 격벽을 통해 구획된다.In addition, the air manifold, the air supply manifold and the air supply manifold, the air supply manifold formed on the other side of the second module so that heat exchange with each other, and the air formed on one side of the second module The discharge manifold is partitioned through the bulkhead.

아울러, 상기 개질기는, 상기 공기 매니폴드 내부를 유동하는 공기 또는 폐공기의 열에 의해 가열되도록 상기 공기 매니폴드와 맞닿도록 구성된다.
In addition, the reformer is configured to come into contact with the air manifold so as to be heated by heat of air or waste air flowing inside the air manifold.

상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 고체 산화물 연료전지의 스택 모듈은 스택과, 매니폴드와, 개질기를 일체로 구성한 스택 모듈을 통해 열손실을 최소화 하여 열효율 및 발전 효율이 우수하고, 크기가 작아 공간 활용이 용이한 효과가 있다.
The stack module of the solid oxide fuel cell of the present invention according to the above-described configuration minimizes heat loss through a stack module consisting of a stack, a manifold, and a reformer. It is easy to utilize.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예의 스택 모듈 부분사시도
도 2는 도 1의 AA' 단면도
도 3은 도 1의 BB' 단면도
도 4는 본 발명의 제2 실시 예의 스택 모듈 부분단면도
도 5는 도 4의 CC' 단면도
도 6은 도 4의 DD' 단면도
도 7은 도 4의 EE' 단면도1 is a partial perspective view of a stack module according to a first embodiment of the present invention;
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA 'in FIG. 1;
3 is a cross-sectional view taken along line BB 'of FIG. 1;
Figure 4 is a partial cross-sectional view of a stack module of the second embodiment of the present invention
5 is a cross-sectional view taken along line CC 'in FIG. 4;
6 is a cross-sectional view taken along line DD 'in FIG. 4;
7 is a cross-sectional view taken along line EE 'of FIG. 4;

본 발명의 예열 모듈을 설명하기에 앞서 본 발명의 스택 모듈이 적용되는 고체 산화물 연료전지의 구성에 대해 간단히 언급하기로 한다. Before describing the preheating module of the present invention, the configuration of the solid oxide fuel cell to which the stack module of the present invention is applied will be briefly described.

고체 산화물 연료전지는, 스택과, 개질기를 포함하여 구성된다. 스택은, 연료극, 공기극 및 전해질을 포함하며, 연료극과 공기극으로 각각 공급된 수소와 산소에 의한 전기화학반응을 통해 전기를 생성한다. 개질기는, 스택의 연료극에 수소, 메탄, 일산화탄소, 이산화탄소, 스팀 등으로 구성된 개질 가스를 공급하기 위한 구성으로, 연료가스를 유입 받아 개질 가스로 전환하는 구성이 적용될 수 있다. 추가적으로 상기 연료전지는, 스택의 공기극에 공기를 공급하기 위한 공기 매니폴드와 개질기에 연료를 공급하기 위한 연료 매니폴드를 더 포함한다.The solid oxide fuel cell includes a stack and a reformer. The stack includes an anode, an anode, and an electrolyte, and generates electricity through electrochemical reactions with hydrogen and oxygen supplied to the anode and the cathode, respectively. The reformer is configured to supply a reforming gas composed of hydrogen, methane, carbon monoxide, carbon dioxide, steam, and the like to the anode of the stack, and a configuration in which fuel gas is introduced and converted into a reforming gas may be applied. Additionally, the fuel cell further includes an air manifold for supplying air to the cathode of the stack and a fuel manifold for supplying fuel to the reformer.

상기와 같은 구성의 고체 산화물 연료전지 시스템에 적용되는 본 발명의 일실시 예에 따른 스택 모듈은, 스택과, 스택으로 연료 및 산소를 공급하는 매니폴드 및 개질기를 일체로 구성하고, 스택에서 반응된 폐공기를 유입받는 공기배출매니폴드와, 스택으로 공기를 공급하는 공기공급매니폴드가 서로 열교환 하도록 서로 인접 배치하여 열 손실이 적고 콤팩트한 크기를 갖는다. 특히 매니폴드 내부를 유동하는 공기의 열에 의해 개질기를 가열하여 열효율이 우수한 효과가 있다.A stack module according to an embodiment of the present invention applied to a solid oxide fuel cell system having the above-described configuration is configured integrally with a stack, a manifold and a reformer supplying fuel and oxygen to the stack, and reacted in the stack The air exhaust manifold that receives the waste air and the air supply manifold that supplies air to the stack are arranged adjacent to each other so as to exchange heat with each other, so that heat loss is small and has a compact size. In particular, there is an effect of excellent thermal efficiency by heating the reformer by the heat of air flowing inside the manifold.

이하, 상기와 같은 본 발명의 일실시 예에 따른 고체 산화물 연료전지의 스택 모듈에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a stack module of a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

- 실시 예 1-Example 1

도 1에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스택 모듈(100)의 부분 사시도가 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 스택 모듈(100)은 제1 모듈(110)과, 제1 모듈(110)의 일측에 형성되는 제2-1 모듈(120)과, 제1 모듈(110)의 타측에 형성되는 제2-2 모듈(130)을 포함한다. 도면상에는 3개의 모듈이 적층되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 복수 개의 제1 모듈(110)과 제2 모듈(120, 130)이 교번 적층될 수 있다.1 is a partial perspective view of a stack module 100 according to a first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, the stack module 100 includes a first module 110, a 2-1 module 120 formed on one side of the first module 110, and the other side of the first module 110. It includes a 2-2 module 130 is formed. Although three modules are illustrated as being stacked in the drawing, a plurality of first modules 110 and second modules 120 and 130 may be alternately stacked.

제1 모듈(110)은 함체 상으로 되는 스택(111)과, 스택(111)의 하단에 배치되는 연료 매니폴드(112)로 구성된다. 스택(111)은, 연료극, 공기극 및 전해질을 포함하여 이루어진다. 스택(111)은, 양단부에 연료극과 공기극이 위치되고 이들 사이에 전해질이 구비되며, 이들 연료극과 공기극으로 각각 공급된 개질가스와 산소에 의한 전기화학반응을 통해 전기를 생성한다. 스택(111)은 복수 개가 다단으로 적층 배치될 수 있다. 연료 매니폴드(112)는 함체 상으로 이루어지며, 후술되는 제1 개질기(123)에서 개질가스를 공급받아 스택(111)의 연료극에 공급하도록 구성될 수 있다.The first module 110 is composed of a stack 111 that is on the enclosure, and a fuel manifold 112 that is disposed at the bottom of the stack 111. The stack 111 includes a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte. In the stack 111, an anode and an anode are positioned at both ends, an electrolyte is provided between them, and electricity is generated through electrochemical reactions with reformed gas and oxygen supplied to these anodes and the cathodes, respectively. A plurality of stack 111 may be stacked in multiple stages. The fuel manifold 112 is made of an enclosure, and may be configured to receive reforming gas from a first reformer 123 to be described later and supply it to the anode of the stack 111.

제1 모듈(110)의 일측에 배치되는 제2-1 모듈(120)은 제1 공기 매니폴드(121, 122)와, 제1 공기 매니폴드(121, 122)의 하단에 배치되는 제1 개질기(123)로 구성된다. 제1 공기 매니폴드(121, 122)는 타측에 형성되는 제1 공기공급매니폴드(121)와, 일측에 형성되는 제1 공기배출매니폴드(122)로 구성되며, 제1 공기공급매니폴드(121)와 제1 공기배출매니폴드(122)는 격벽(125)으로 구획될 수 있다. 상기와 같은 구성을 통해 제1 공기배출매니폴드(122) 내부를 유동하는 폐가스의 열에 의해 제1 공기공급매니폴드(121)로 유입되는 공기를 가열하도록 구성된다. The 2-1 module 120 disposed on one side of the first module 110 includes the first air manifolds 121 and 122 and the first reformer disposed below the first air manifolds 121 and 122. It consists of (123). The first air manifold (121, 122) is composed of a first air supply manifold (121) formed on the other side, and a first air discharge manifold (122) formed on one side, the first air supply manifold ( 121) and the first air discharge manifold 122 may be partitioned by a partition wall 125. Through the above configuration, it is configured to heat the air flowing into the first air supply manifold 121 by the heat of the waste gas flowing inside the first air discharge manifold 122.

제1 공기공급매니폴드(121)는 함체 상으로 이루어지며, 모듈의 적층 방향 타측면이 개방 형성된다. 제1 공기유입 매니폴드(121)은, 제1 공기유입 매니폴드(121)에 형성되는 제1 공기유입구(121a)를 통해 가열된 공기를 유입 받아 제2-1 모듈(120)의 타측에 배치되는 제1 모듈(110)의 스택(111)의 공기극에 산소를 공급하도록 구성될 수 있다. 따라서 제1 공기공급매니폴드(121)의 모듈 적층 방향 타측면은 스택(111)의 모듈 적층 방향 일측면과, 대응되어 맞닿도록 구성될 수 있다. 제1 공기배출매니폴드(122)는 함체 상으로 이루어지며, 모듈의 적층 방향 일측면이 개방 형성된다. 제1 공기배출매니폴드(122)은, 제2-1 모듈(120)의 일측에 배치되는 제1 모듈(미도시)의 스택(미도시)의 공기극으로부터 반응된 폐공기를 유입받아, 제1 공기배출매니폴드(122)에 형성되는 제1 폐공기배출구(122a)를 통해 배출하도록 구성된다. 제1 개질기(123)는 함체 상으로 이루어지며, 모듈의 적층 방향 타측면이 개방 형성된다. 제1 개질기(123)는 제1 연료유입구(123a)로부터 연료 및 수증기를 유입 받아 개질하여 개질된 가스를 제2-1 모듈(120)의 타측에 배치되는 제1 모듈(110)의 연료 매니폴드(112)에 공급하도록 구성된다. 따라서 제1 개질기(123)의 모듈 적층 방향 타측면은 연료 매니폴드(112)의 모듈 적층 방향 일측면과, 대응되어 맞닿도록 구성될 수 있다. 이때 제1 개질기(123)는 상부에 인접한 제1 공기 매니폴드(121, 122)의 내부를 유동하는 고온의 공기 또는 폐공기를 통해 제1 개질기(123) 내부를 가열하며, 이를 이용해 제1 개질기(123) 내부로 유입되는 연료를 개질 시켜 별도의 개질기 가열 수단이 필요치 않은 장점이 있다.The first air supply manifold 121 is made of a housing, and the other side of the stacking direction of the module is open. The first air inlet manifold 121 receives the heated air through the first air inlet 121a formed in the first air inlet manifold 121 and is disposed on the other side of the 2-1 module 120 It can be configured to supply oxygen to the cathode of the stack 111 of the first module 110. Accordingly, the other side of the module stacking direction of the first air supply manifold 121 may be configured to correspond to one side of the module stacking direction of the stack 111 and contact each other. The first air discharge manifold 122 is made of a housing, and one side of the stacking direction of the module is open. The first air discharge manifold 122 receives the reacted waste air from the air electrode of the stack (not shown) of the first module (not shown) disposed on one side of the 2-1 module 120, and receives the first air It is configured to discharge through the first waste air discharge port (122a) formed in the air discharge manifold (122). The first reformer 123 is made of a housing, and the other side of the stacking direction of the module is open. The first reformer 123 receives the fuel and water vapor from the first fuel inlet 123a and reforms the reformed gas so that the reformed gas is disposed on the other side of the 2-1 module 120. It is configured to supply to 112. Therefore, the other side of the module stacking direction of the first reformer 123 may be configured to correspond to and contact one side of the module stacking direction of the fuel manifold 112. At this time, the first reformer 123 heats the inside of the first reformer 123 through high-temperature air or waste air flowing inside the first air manifolds 121 and 122 adjacent to the upper part, and uses the first reformer (123) By reforming the fuel flowing into the inside, there is an advantage that a separate reformer heating means is not required.

제1 모듈(110)의 타측에 배치되는 제2-2 모듈(130)은 제2 공기 매니폴드(131, 132)와, 제2 공기 매니폴드(131, 132)의 하단에 배치되는 제2 개질기(133)로 구성된다. 제2 공기 매니폴드(131, 132)는 타측에 형성되는 제2 공기공급매니폴드(131)와, 일측에 형성되는 제2 공기배출매니폴드(132)로 구성되며, 제2 공기공급매니폴드(131)와 제2 공기배출매니폴드(132)는 격벽(135)으로 구획될 수 있다. 상기와 같은 구성을 통해 제2 공기배출매니폴드(132) 내부를 유동하는 폐가스의 열에 의해 제2 공기공급매니폴드(131)로 유입되는 공기를 가열하도록 구성된다. The 2-2 module 130 disposed on the other side of the first module 110 includes the second air manifolds 131 and 132 and the second reformer disposed below the second air manifolds 131 and 132. (133). The second air manifolds 131 and 132 are composed of a second air supply manifold 131 formed on the other side and a second air exhaust manifold 132 formed on one side, and the second air supply manifold ( 131) and the second air exhaust manifold 132 may be partitioned by a partition wall (135). It is configured to heat the air flowing into the second air supply manifold 131 by the heat of the waste gas flowing inside the second air discharge manifold 132 through the configuration as described above.

제2 공기공급매니폴드(131)는 함체 상으로 이루어지며, 모듈의 적층 방향 타측면이 개방 형성된다. 제2 공기공급매니폴드(131)는, 제2 공기공급매니폴드(131)에 형성되는 제2 공기유입구(131a)를 통해 가열된 공기를 유입 받아 제2-2 모듈(130)의 타측에 배치되는 제1 모듈(미도시)의 스택(미도시)의 공기극에 산소를 공급하도록 구성될 수 있다. 제2 공기배출매니폴드(132)는 함체 상으로 이루어지며, 모듈의 적층 방향 일측면이 개방 형성된다. 제2 공기배출매니폴드(132)는, 제2-2 모듈(130)의 일측에 배치되는 제1 모듈(110)의 스택(111)의 공기극으로부터 반응된 폐공기를 유입 받아, 제2 공기배출매니폴드(132)에 형성되는 제2 폐공기배출구(132a)를 통해 배출하도록 구성된다. 따라서 제2 공기배출매니폴드(132)의 모듈 적층 방향 일측면은 스택(111)의 모듈 적층 방향 타측면과, 대응되어 맞닿도록 구성될 수 있다. 제2 개질기(133)는 함체 상으로 이루어지며, 모듈의 적층 방향 타측면이 개방 형성된다. 제2 개질기(133)는 제2 연료유입구(133a)로부터 연료 및 수증기를 유입받아 개질하여 개질된 가스를 제2-2 모듈(130)의 타측에 배치되는 제1 모듈(미도시)의 연료매니폴드(미도시)에 공급하도록 구성된다. 이때 제2 개질기(133)는 상부에 인접한 제2 공기 매니폴드(131, 132)의 내부를 유동하는 고온의 공기 또는 폐공기를 통해 제2 개질기(133) 내부를 가열하며, 이를 이용해 제2 개질기(133) 내부로 유입되는 연료를 개질 시켜 별도의 개질기 가열 수단이 필요치 않은 장점이 있다. The second air supply manifold 131 is made of a housing, and the other side of the stacking direction of the module is open. The second air supply manifold 131 receives the heated air through the second air inlet 131a formed in the second air supply manifold 131 and is disposed on the other side of the 2-2 module 130. It can be configured to supply oxygen to the cathode of the stack (not shown) of the first module (not shown). The second air exhaust manifold 132 is made of a housing, and one side of the stacking direction of the module is open. The second air discharge manifold 132 receives the reacted waste air from the air electrode of the stack 111 of the first module 110 disposed on one side of the 2-2 module 130, and discharges the second air It is configured to discharge through the second waste air outlet (132a) formed in the manifold (132). Therefore, one side of the module stacking direction of the second air exhaust manifold 132 may be configured to correspond to the other side of the stack 111 in the module stacking direction. The second reformer 133 is made of an enclosure, and the other side of the stacking direction of the module is open. The second reformer 133 receives the fuel and water vapor from the second fuel inlet 133a, and reforms the reformed gas so that the reformed gas is disposed on the other side of the second-2 module 130 (not shown). It is configured to supply to a fold (not shown). At this time, the second reformer 133 heats the interior of the second reformer 133 through high-temperature air or waste air flowing inside the second air manifolds 131 and 132 adjacent to the upper portion, and uses the second reformer 133 (133) There is an advantage in that a separate reformer heating means is not required by reforming the fuel flowing into the inside.

도 2에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 스택 모듈(100)의 적층 방향에 따른 종단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 연료 매니폴드(112)의 일측에 배치되는 제1 개질기(123)에서 개질된 가스는 제1 개질기(123)의 모듈 적층 방향 타측 개방면(123b)을 통해 연료 매니폴드(112)에 공급된다. 연료 매니폴드(112)에 공급된 개질가스는 스택(111)의 하면에 형성되는 개질가스유입부(111a)를 통해 스택(111)의 연료극에 공급된다.2 is a longitudinal cross-sectional view of a stack module 100 according to a stacking direction according to a first embodiment of the present invention. The gas reformed in the first reformer 123 disposed on one side of the fuel manifold 112 as shown, the fuel manifold 112 through the other side of the module stacking direction in the module stacking direction 123b Is supplied to. The reformed gas supplied to the fuel manifold 112 is supplied to the anode of the stack 111 through the reformed gas inlet 111a formed on the lower surface of the stack 111.

또한, 스택(111)의 일측에 배치되는 제1 공기공급매니폴드(121) 내부로 공급되는 가열된 공기는 제1 공기공급매니폴드(121)의 모듈 적층 방향 타측 개방면을 통해 스택(111)의 공기극에 공급된다. 스택(111)의 공기극에서 반응된 폐공기는 스택(111)의 타측에 배치되는 제2 공기배출매니폴드(132)의 모듈 적층 방향 일측 개방면을 통해 제2 공기배출매니폴드(132)로 유입된다.In addition, the heated air supplied into the first air supply manifold 121 disposed on one side of the stack 111 is stacked 111 through the other side of the module stacking direction of the first air supply manifold 121 in the stacking direction. Is supplied to the cathode. The waste air reacted at the air electrode of the stack 111 flows into the second air exhaust manifold 132 through one open surface in the module stacking direction of the second air exhaust manifold 132 disposed on the other side of the stack 111. do.

도 3에는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 제1 모듈(110)의 적층 방향에 직교하는 종단면도가 도시되어 있다. 도시된 바와 같이 연료 매니폴드(112)는 스택(111)의 개질가스유입구(111a)를 통해 연료극으로 개질가스를 공급하는 개질가스공급 매니폴드(112a)와, 스택(111)의 연료극으로부터 반응된 폐가스를 스택(111)의 폐가스 공급구(111b)를 통해 공급 받아 폐가스배출구(112c)를 통해 폐가스를 외부로 배출하는 폐가스배출 매니폴드(112b)로 구성될 수 있다. 개질가스 급 매니폴드(112a)와 폐가스배출 매니폴드(112b)는 격벽으로 구획될 수 있다. 3 is a longitudinal cross-sectional view orthogonal to the stacking direction of the first module 110 according to the first embodiment of the present invention. As shown, the fuel manifold 112 is reacted from the reforming gas supply manifold 112a for supplying reforming gas to the anode through the reforming gas inlet 111a of the stack 111, and the anode of the stack 111. It may be configured of a waste gas discharge manifold 112b that receives waste gas through the waste gas supply port 111b of the stack 111 and discharges the waste gas to the outside through the waste gas discharge port 112c. The reformed gas grade manifold 112a and the waste gas discharge manifold 112b may be partitioned into partition walls.

- 실시 예 2-Example 2

도 4에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스택 모듈(200)의 부분 사시도가 도시되어 있다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스택 모듈(200)은 상술된 본 발명의 제1 실시 예의 스택 모듈(100)을 베이스로 하여 스택 모듈의 발전 효율을 더욱 배가시키기 위해 제1 모듈(210)의 스택(211) 및 제2 모듈(220, 230)의 제1 및 제2 공기 매니폴드를 복수 개 격자 형으로 배치시키고, 이들 사이에 제1 모듈(210)의 연료 매니폴드 및 제2 모듈(220, 230)의 제1 및 제2 개질기를 복수 개 십자 형으로 배치시킨다. 이때, 스택과, 연료 매니폴드의 수가 동일하도록 구성하고, 제1 및 제2 공기 매니폴드와, 제1 및 제2 개질기의 수가 동일하도록 구성하여 각각의 스택, 제1 및 제2 공기매니폴드에 각각의 연료 매니폴드, 제1 및 제2 개질기가 서로 대응할 수 있도록 구성됨이 바람직하다. 본 실시 예에서는, 제1 모듈(210)의 연료 매니폴드 및 제2 모듈(220, 230)의 제1 및 제2 개질기가 십자형으로 형성되는 것으로 도시되어 있으나, 복수 개의 스택과 스택을 이격시키고 그 사이에 연료 매니폴드가 배치될 수 있는 형상 또는 복수 개의 공기매니폴드와 공기매니폴드를 이격시키고, 그 사이에 개질기가 배치될 수 있는 형상이면 어떠한 형상으로도 구성될 수 있음은 자명하다.4 is a partial perspective view of a stack module 200 according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, the stack module 200 according to the second embodiment of the present invention is based on the stack module 100 of the first embodiment of the present invention described above to further increase the power generation efficiency of the stack module. The first and second air manifolds of the stack 211 of the first module 210 and the second modules 220 and 230 are arranged in a plurality of grids, and the fuel manifold of the first module 210 is disposed between them. And a plurality of first and second reformers of the second modules 220 and 230 are arranged in a cross shape. At this time, the stack and the number of fuel manifolds are configured to be the same, and the first and second air manifolds are configured to have the same number of first and second reformers, so that the respective stacks, first and second air manifolds are configured. It is preferred that each fuel manifold, first and second reformers are configured to correspond to each other. In this embodiment, the fuel manifold of the first module 210 and the first and second reformers of the second modules 220 and 230 are illustrated as being formed in a cross shape, but a plurality of stacks and stacks are spaced apart. It is obvious that any shape can be formed as long as a shape in which a fuel manifold can be disposed or spaced apart from a plurality of air manifolds and a reformer can be disposed therebetween.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 제2 실시 예에 따른 스택 모듈(200)의 세부 구성에 대해 설명하기로 한다. 본 발명의 제2 실시 예의 스택, 제1 및 제2 공기 매니폴드, 연료 매니폴드, 제1 및 제2 개질기 각각의 형상은 상술된 제1 실시 예의 스택(111), 제1 및 제2 공기 매니폴드(121, 131), 연료 매니폴드(112), 제1 및 제2 개질기(122, 132)의 구성과 동일한 바 이에 대한 상세 설명은 생략하며, 복수 개 구성되는 스택, 제1 및 제2 공기 매니폴드(221, 223, 225, 227, 231, 233, 235, 237), 연료 매니폴드(212, 214, 216, 218), 제1 및 제2 개질기(222, 224, 226, 228, 232, 234, 236, 238)의 결합구조에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a detailed configuration of the stack module 200 according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The shapes of the stacks of the second embodiment of the present invention, the first and second air manifolds, the fuel manifolds, and the first and second reformers, respectively, are stack 111, first and second air manifolds of the first embodiment described above. The same configuration as that of the folds 121 and 131, the fuel manifold 112, and the first and second reformers 122 and 132 is omitted, and a detailed description thereof is omitted, and a plurality of stacks, first and second air Manifolds (221, 223, 225, 227, 231, 233, 235, 237), fuel manifolds (212, 214, 216, 218), first and second reformers (222, 224, 226, 228, 232, 234, 236, 238) will be described in detail.

도 5에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제1 모듈(210)의 적층 방향에 직교하는 종단면도가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 제1 모듈(210)은 4개의 스택(211, 213, 215, 217)을 포함하며, 각각의 스택(211, 213, 215, 217)에 대응되는 4개의 연료 매니폴드(212, 214, 216, 218)을 포함한다. 편의상 도면의 우측 상단에 형성된 스택을 제1 스택(211) 이하, 반 시계 방향을 따라 제2 스택(213), 제3 스택(215) 및 제4 스택(217)으로 정의하고, 제1 스택(211)의 하단에 형성된 연료 매니폴드를 제1 연료매니폴드(212) 이하, 반 시계 방향을 따라 제2 연료 매니폴드(214), 제3 연료 매니폴드(216) 및 제4 연료 매니폴드(218)로 정의하여 설명한다. 제1 내지 제4 스택(211, 213, 215, 217)은 격자 형으로 일정거리 이격 배치되며, 각각의 스택(211, 213, 215, 217) 사이에 제1 내지 제4 연료 매니폴드(212, 214, 216, 218)가 십자형으로 배치된다. 즉 제1 스택(211)의 하측에 제4 스택(217)이 일정거리 이격 배치되며, 이들 사이에 제1 연료 매니폴드(212)가 배치된다. 또한, 제1 스택(211)의 좌측에 제2 스택(213)이 일정거리 이격 배치되며, 이들 사이에 제2 연료 매니폴드(214)가 배치된다. 또한, 제2 스택(213)의 하측에 제3 스택(215)이 일정거리 이격 배치되며, 이들 사이에 제3 연료 매니폴드(216)가 배치된다. 또한, 제3 스택(215)의 좌측에 제4 스택(217)이 일정거리 이격 배치되며, 이들 사이에 제4 연료 매니폴드(218)가 배치된다.5 is a longitudinal cross-sectional view orthogonal to the stacking direction of the first module 210 according to the second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 5, the first module 210 includes four stacks 211, 213, 215, and 217, and four fuel manifolds corresponding to each stack 211, 213, 215, 217 ( 212, 214, 216, 218). For convenience, the stack formed on the upper right of the drawing is defined as the second stack 213, the third stack 215, and the fourth stack 217 in the counterclockwise direction or less, in the first stack 211 or less, and the first stack ( The fuel manifold formed at the bottom of 211) is a first fuel manifold 212 or less, a second fuel manifold 214, a third fuel manifold 216, and a fourth fuel manifold 218 in a counterclockwise direction. ). The first to fourth stacks 211, 213, 215, and 217 are arranged at a predetermined distance in a lattice form, and the first to fourth fuel manifolds 212, 2, are disposed between the stacks 211, 213, 215, and 217 214, 216, 218 are arranged crosswise. That is, the fourth stack 217 is disposed at a predetermined distance below the first stack 211, and the first fuel manifold 212 is disposed between them. In addition, the second stack 213 is disposed at a predetermined distance on the left side of the first stack 211, and the second fuel manifold 214 is disposed between them. In addition, the third stack 215 is disposed at a predetermined distance below the second stack 213, and the third fuel manifold 216 is disposed between them. In addition, the fourth stack 217 is disposed at a predetermined distance on the left side of the third stack 215, and the fourth fuel manifold 218 is disposed between them.

제1 연료 매니폴드(212)는 제1 스택(211)의 연료극에 개질가스를 공급하고, 연료극에서 반응된 개질가스 즉 폐가스를 수거하여 스택 외부로 배출한다. 또한, 제2 연료 매니폴드(214)는 제2 스택(211)의 연료극에 개질가스를 공급하고, 연료극에서 반응된 개질가스 즉 폐가스를 수거하여 스택 외부로 배출한다. 또한, 제3 연료 매니폴드(216)는 제3 스택(215)의 연료극에 개질가스를 공급하고, 연료극에서 반응된 개질가스 즉 폐가스를 수거하여 스택 외부로 배출한다. 아울러, 제4 연료 매니폴드(218)는 제4 스택(217)의 연료극에 개질가스를 공급하고, 연료극에서 반응된 개질가스 즉 폐가스를 수거하여 스택 외부로 배출한다.The first fuel manifold 212 supplies the reformed gas to the anode of the first stack 211, collects the reformed gas reacted at the anode, that is, waste gas, and discharges it to the outside of the stack. In addition, the second fuel manifold 214 supplies reforming gas to the anode of the second stack 211, collects the reformed gas reacted at the anode, that is, waste gas, and discharges it to the outside of the stack. In addition, the third fuel manifold 216 supplies the reformed gas to the anode of the third stack 215, collects the reformed gas reacted at the anode, that is, waste gas, and discharges it out of the stack. In addition, the fourth fuel manifold 218 supplies the reformed gas to the anode of the fourth stack 217, collects the reformed gas reacted at the anode, that is, waste gas, and discharges it to the outside of the stack.

상기와 같은 구성을 통해 각각의 스택(211, 213, 215, 217)에는 각각의 연료 매니폴드(212, 214, 216, 218)를 통해 균일한 개질가스가 공급된다.Through the above configuration, a uniform reforming gas is supplied to each stack 211, 213, 215, and 217 through respective fuel manifolds 212, 214, 216, and 218.

제1 스택(211) 및 제1 연료 매니폴드(212)를 통해 스택 및 연료 매니폴드의 세부 구성을 살펴보면, 도시된 바와 같이 제1 연료 매니폴드(212)는, 제1 스택(211)의 개질가스 유입구(211a)를 통해 연료극으로 개질가스를 공급하는 개질가스공급 매니폴드(212a)와, 제1 스택(211)의 연료극으로부터 반응된 폐가스를 제1 스택(211)의 폐가스 공급구(211b)를 통해 공급 받아 폐가스 배출구(212c)를 통해 폐가스를 제1 모듈(210) 외부로 배출하는 폐가스배출 매니폴드(212b)로 구성될 수 있다. 개질가스공급 매니폴드(212a)와 폐가스배출 매니폴드(212b)는 격벽으로 구획될 수 있다. 제1 연료 매니폴드(212) 내지 제4 연료 매니폴드(218)에 형성되는 각각의 폐가스 배출구는 제1 모듈(210)의 중앙에 모여지며, 제1 모듈(210) 및 제2 모듈(220)의 중앙을 관통하여 끝단이 스택모듈(200)의 외측에 노출형성되는 폐가스 배출라인(219, 도 4 참조)에 연통되어 폐가스 배출라인(219, 도 4 참조)을 통해 폐가스가 외부로 배출된다.Looking at the detailed configuration of the stack and the fuel manifold through the first stack 211 and the first fuel manifold 212, as shown, the first fuel manifold 212 is modified of the first stack 211. The reformed gas supply manifold 212a that supplies reformed gas to the anode through the gas inlet 211a and the waste gas reacted from the anode of the first stack 211 to the waste gas supply port 211b of the first stack 211 It may be configured as a waste gas discharge manifold 212b that is supplied through and discharges waste gas to the outside of the first module 210 through the waste gas outlet 212c. The reformed gas supply manifold 212a and the waste gas discharge manifold 212b may be partitioned by partition walls. Each waste gas outlet formed in the first fuel manifold 212 to the fourth fuel manifold 218 is collected in the center of the first module 210, and the first module 210 and the second module 220 The waste gas is discharged to the outside through the waste gas discharge line (219, see FIG. 4) through the center of the end and communicates with the waste gas discharge line (219, see FIG. 4), the end of which is exposed on the outside of the stack module 200.

도 6에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제1 모듈(210)의 일측에 배치되는 제2-1 모듈(220)의 적층 방향에 직교하는 종단면도가 도시되어 있다. 제2-1 모듈(220)은 일측의 제1 공기공급매니폴드와, 타측의 제1 공기배출매니폴드와, 상기 제1 공기공급매니폴드 및 제1 공기배출매니폴드의 하측에 구성되는 제1 개질기를 포함하여 구성되며, 도 6에는 제1 공기공급매니폴드 측의 단면도가 도시되어 있다.6 is a longitudinal cross-sectional view orthogonal to the stacking direction of the 2-1 module 220 disposed on one side of the first module 210 according to the second embodiment of the present invention. The 2-1 module 220 includes a first air supply manifold on one side, a first air exhaust manifold on the other side, and a first configured under the first air supply manifold and the first air exhaust manifold. It is configured to include a reformer, Figure 6 is a cross-sectional view of the first air supply manifold side.

도시된 바와 같이 제2-1 모듈(220)은 4개의 제1 공기유입 매니폴드(221, 223, 225, 227)을 포함하며, 각각의 제1 공기유입 매니폴드(221, 223, 225, 227)에 대응되는 4개의 제1 개질기(222, 224, 226, 228)을 포함한다. 편의상 도면의 우측 상단에 형성된 제1 공기유입 매니폴드를 제1-1 매니폴드(221) 이하, 반 시계 방향을 따라 제1-2 매니폴드(223), 제1-3 매니폴드(225) 및 제1-4 매니폴드(227)으로 정의하고, 제1-1 매니폴드(223)의 하단에 형성된 제1 개질기를 제1-1 개질기(222) 이하, 반 시계 방향을 따라 제1-2 개질기(224), 제1-3 개질기(226) 및 제1-4 개질기(228)로 정의하여 설명한다. 제1-1 내지 1-4 매니폴드(221, 223, 225, 227)는 격자 형으로 일정거리 이격 배치되며, 각각의 매니폴드(221, 223, 225, 227) 사이에 제1-1 내지 제1-4 개질기(222, 224, 226, 228)가 십자형으로 배치된다. 즉 제1-1 매니폴드(221)의 하측에 제1-4 매니폴드(227)가 일정거리 이격 배치되며, 이들 사이에 제1-1 개질기(222)가 배치된다. 또한, 제1-1 매니폴드(221)의 좌측에 제1-2 매니폴드(223)가 일정거리 이격 배치되며, 이들 사이에 제1-2 개질기(224)가 배치된다. 또한, 제1-2 매니폴드(223)의 하측에 제1-3 매니폴드(225)가 일정거리 이격 배치되며, 이들 사이에 제1-3 개질기(226)가 배치된다. 또한, 제1-3 매니폴드(225)의 좌측에 제1-4 매니폴드(227)가 일정거리 이격 배치되며, 이들 사이에 제1-4 개질기(228)가 배치된다.As shown, the 2-1 module 220 includes four first air intake manifolds 221, 223, 225, 227, and each first air inlet manifold 221, 223, 225, 227. ), The four first reformers 222, 224, 226, 228. For convenience, the first air inlet manifold formed on the upper right of the drawing is equal to or less than the 1-1 manifold 221, the 1-2 manifold 223, the 1-3 manifold 225 along the counterclockwise direction, and Defined as the 1-4 manifold 227, the first reformer formed at the bottom of the 1-1 manifold 223 is the 1-1 reformer 222 or less, and the 1-2 reformer along the counterclockwise direction (224), the first-3 reformer 226 and the first-4 reformer 228 are defined and described. The 1-1 to 1-4 manifolds (221, 223, 225, 227) are arranged at regular distances in a lattice type, and the first to the 1st to 1st manifolds between the manifolds (221, 223, 225, 227). The 1-4 reformers 222, 224, 226, 228 are arranged in a cross shape. That is, the 1-4 manifolds 227 are arranged at a predetermined distance below the 1-1 manifolds 221, and the 1-1 reformer 222 is disposed between them. In addition, the 1-2 manifold 223 is disposed at a predetermined distance on the left side of the 1-1 manifold 221, and the 1-2 reformer 224 is disposed between them. In addition, the 1-3 manifold 225 is disposed at a predetermined distance below the 1-2 manifold 223, and the 1-3 reformer 226 is disposed between them. In addition, a 1-4 manifold 227 is disposed at a predetermined distance to the left of the 1-3 manifold 225, and a 1-4 reformer 228 is disposed between them.

제1-1 매니폴드(221)는 제1-1 가열공기유입구(221a)를 통해 가열된 공기를 유입 받아 제2-1 모듈(220)의 타측에 배치되는 제1 모듈(210)의 제1 스택(211)의 공기극에 가열된 공기를 공급하도록 구성된다. 또한, 제1-2 매니폴드(223)는 제1-2 가열공기유입구(223a)를 통해 가열된 공기를 유입 받아 제2-1 모듈(220)의 타측에 배치되는 제1 모듈(210)의 제2 스택(213)의 공기극에 가열된 공기를 공급하도록 구성된다. 또한, 제1-3 매니폴드(225)는 제1-3 가열공기유입구(225a)를 통해 가열된 공기를 유입 받아 제2 모듈(220)의 타측에 배치되는 제1 모듈(210)의 제3 스택(215)의 공기극에 가열된 공기를 공급하도록 구성된다. 또한, 제1-4 매니폴드(227)는 제1-4 가열공기유입구(227a)를 통해 가열된 공기를 유입받아 제2 모듈(220)의 타측에 배치되는 제1 모듈(210)의 제4 스택(217)의 공기극에 가열된 공기를 공급하도록 구성된다.The first-first manifold 221 receives the heated air through the first-first heating air inlet 221a, and the first of the first module 210 disposed on the other side of the second-first module 220. It is configured to supply heated air to the air electrode of the stack 211. In addition, the 1-2 manifold 223 receives the heated air through the 1-2 heating air inlet 223a, and the first module 210 is disposed on the other side of the 2-1 module 220. It is configured to supply heated air to the cathode of the second stack 213. In addition, the 1-3 manifold 225 receives the heated air through the 1-3 heating air inlet 225a, and the third of the first module 210 disposed on the other side of the second module 220. It is configured to supply heated air to the cathode of the stack 215. In addition, the 1-4 manifold 227 receives the heated air through the 1-4 heating air inlet 227a, the fourth of the first module 210 disposed on the other side of the second module 220 It is configured to supply heated air to the air electrode of the stack 217.

제1-1 개질기(222)는 연료를 공급받아 개질하며, 개질된 가스를 제2-1 모듈(220)의 타측에 배치되는 제1 모듈(210)의 제1 연료 매니폴드(212)에 공급하도록 구성된다. 또한, 제1-2 개질기(224)는 연료를 공급받아 개질하며, 개질된 가스를 제2-1 모듈(220)의 타측에 배치되는 제1 모듈(210)의 제2 연료 매니폴드(214)에 공급하도록 구성된다. 또한, 제1-3 개질기(226)는 연료를 공급받아 개질하며, 개질된 가스를 제2-1 모듈(220)의 타측에 배치되는 제1 모듈(210)의 제3 연료 매니폴드(216)에 공급하도록 구성된다. 또한, 제1-4 개질기(228)는 연료를 공급받아 개질하며, 개질된 가스를 제2-1 모듈(220)의 타측에 배치되는 제1 모듈(210)의 제4 연료 매니폴드(218)에 공급하도록 구성된다.The 1-1 reformer 222 receives fuel and reforms it, and supplies the reformed gas to the first fuel manifold 212 of the first module 210 disposed on the other side of the 2-1 module 220. It is configured to. In addition, the first-2 reformer 224 receives fuel and reforms it, and the second fuel manifold 214 of the first module 210 is disposed of the reformed gas on the other side of the 2-1 module 220. It is configured to supply. In addition, the 1-3 reformer 226 receives fuel and reforms it, and the reformed gas is the third fuel manifold 216 of the first module 210 disposed on the other side of the 2-1 module 220. It is configured to supply. In addition, the 1-4 reformer 228 is reformed by receiving fuel, and the reformed gas is the fourth fuel manifold 218 of the first module 210 disposed on the other side of the 2-1 module 220. It is configured to supply.

이때 제1-1 개질기(222)는 상부에 인접한 제1-1 매니폴드(221) 및 하부에 인접한 제1-2 매니폴드(227)의 내부를 유동하는 고온의 공기를 통해 제1-1 개질기(222) 내부를 가열하며, 이를 이용해 제1-1 개질기(222) 내부로 유입되는 연료를 개질 시켜 별도의 개질기 가열 수단이 필요치 않은 장점이 있다.At this time, the first-first reformer 222 is a first-first reformer through hot air flowing inside the first-first manifold 221 adjacent to the upper part and the first-second manifold 227 adjacent to the lower part. (222) It has the advantage of heating the inside, and using this to reform the fuel flowing into the 1-1 reformer 222, thereby eliminating the need for a separate reformer heating means.

도 7에는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 제1 모듈(210)의 타측에 배치되는 제2-2 모듈(230)의 적층 방향에 직교하는 종단면도가 도시되어 있다. 제2-2 모듈(230)은 일측의 제2 공기공급매니폴드와, 타측의 제2 공기배출매니폴드와, 상기 제2 공기공급매니폴드 및 제2 공기배출매니폴드의 하측에 구성되는 제2 개질기를 포함하여 구성되며, 도 7에는 제2 공기배출매니폴드 측의 단면도가 도시되어 있다. 7 is a longitudinal cross-sectional view orthogonal to the stacking direction of the 2-2 module 230 disposed on the other side of the first module 210 according to the second embodiment of the present invention. The 2-2 module 230 includes a second air supply manifold on one side, a second air exhaust manifold on the other side, and a second configured under the second air supply manifold and the second air exhaust manifold. It is configured to include a reformer, Figure 7 is a cross-sectional view of the second air exhaust manifold side.

도시된 바와 같이 제2-2 모듈(230)은 4개의 제2 공기배출매니폴드(231, 233, 235, 237)을 포함하며, 각각의 제2 공기배출매니폴드(231, 233, 235, 237)에 대응되는 4개의 제2 개질기(232, 234, 236, 238)을 포함한다. 편의상 도면의 우측 상단에 형성된 제2 공기배출매니폴드를 제2-1 매니폴드(231) 이하, 반 시계 방향을 따라 제2-2 매니폴드(233), 제2-3 매니폴드(235) 및 제2-4 매니폴드(237)으로 정의하고, 제2-1 매니폴드(233)의 하단에 형성된 제2 개질기를 제2-1 개질기(232) 이하, 반 시계 방향을 따라 제2-2 개질기(234), 제2-3 개질기(236) 및 제2-4 개질기(238)로 정의하여 설명한다. 제2-1 내지 2-4 매니폴드(231, 233, 235, 237)는 격자 형으로 일정거리 이격 배치되며, 각각의 매니폴드(231, 233, 235, 237) 사이에 제2-1 내지 제2-4 개질기(232, 234, 236, 238)가 십자형으로 배치된다. 즉 제2-1 매니폴드(231)의 하측에 제2-4 매니폴드(237)가 일정거리 이격 배치되며, 이들 사이에 제2-1 개질기(232)가 배치된다. 또한, 제2-1 매니폴드(231)의 좌측에 제2-2 매니폴드(233)가 일정거리 이격 배치되며, 이들 사이에 제2-2 개질기(234)가 배치된다. 또한, 제2-2 매니폴드(233)의 하측에 제2-3 매니폴드(235)가 일정거리 이격 배치되며, 이들 사이에 제2-3 개질기(236)가 배치된다. 또한, 제2-3 매니폴드(235)의 좌측에 제2-4 매니폴드(237)가 일정거리 이격 배치되며, 이들 사이에 제2-4 개질기(238)가 배치된다.As illustrated, the 2-2 module 230 includes four second air discharge manifolds 231, 233, 235, and 237, and each second air discharge manifold 231, 233, 235, 237 ), Four second reformers 232, 234, 236, and 238. For convenience, the second air exhaust manifold formed on the upper right of the drawing is equal to or less than the 2-1 manifold 231, the 2-2 manifold 233, the 2-3 manifold 235 in the counterclockwise direction, and It is defined as the 2-4 manifold 237, and the second reformer formed at the bottom of the 2-1 manifold 233 is equal to or less than the 2-1 reformer 232, and the 2-2 reformer is counterclockwise. (234), 2-3 reformer 236 and 2-4 reformer 238 will be defined and described. The 2-1 to 2-4 manifolds 231, 233, 235, and 237 are arranged at regular distances in a lattice shape, and the 2-1 to 2 nd manifolds are disposed between the manifolds 231, 233, 235, and 237. The 2-4 reformers 232, 234, 236, 238 are arranged crosswise. That is, the 2-4 manifold 237 is disposed at a predetermined distance below the 2-1 manifold 231, and the 2-1 reformer 232 is disposed between them. In addition, the 2-2 manifold 233 is disposed at a predetermined distance to the left of the 2-1 manifold 231, and the 2-2 reformer 234 is disposed between them. In addition, the 2-3 manifold 235 is disposed at a predetermined distance below the 2-2 manifold 233, and the 2-3 reformer 236 is disposed between them. In addition, a 2-4 manifold 237 is disposed at a predetermined distance on the left side of the 2-3 manifold 235, and a 2-4 reformer 238 is disposed between them.

제2-1 매니폴드(231)는 제2-2 모듈(230)의 일측에 배치되는 제1 모듈(210)의 제1 스택(211)의 공기극에서 반응된 폐공기를 유입 받아 제2-1 폐공기배출구(231a)를 통해 외부로 배출하도록 구성된다. 제2-2 매니폴드(233)는 제2-2 모듈(230)의 일측에 배치되는 제1 모듈(210)의 제2 스택(213)의 공기극에서 반응된 폐공기를 유입 받아 제2-2 폐공기배출구(233a)를 통해 외부로 배출하도록 구성된다. 제2-3 매니폴드(235)는 제2-2 모듈(230)의 일측에 배치되는 제1 모듈(210)의 제3 스택(215)의 공기극에서 반응된 폐공기를 유입 받아 제2-3 폐공기배출구(235a)를 통해 외부로 배출하도록 구성된다. 제2-4 매니폴드(237)는 제2-2 모듈(230)의 일측에 배치되는 제1 모듈(210)의 제4 스택(217)의 공기극에서 반응된 폐공기를 유입 받아 제2-4 폐공기배출구(237a)를 통해 외부로 배출하도록 구성된다. The 2-1 manifold 231 receives the reacted waste air from the air electrode of the first stack 211 of the first module 210 disposed on one side of the 2-2 module 230 and receives the 2-1 It is configured to discharge to the outside through the waste air discharge port (231a). The 2-2 manifold 233 receives the reacted waste air from the air electrode of the second stack 213 of the first module 210 disposed on one side of the 2-2 module 230 and receives the 2-2 It is configured to discharge to the outside through the waste air discharge port (233a). The 2-3 manifold 235 receives the reacted waste air from the cathode of the third stack 215 of the first module 210 disposed on one side of the 2-2 module 230, and receives the second-3 It is configured to discharge to the outside through the waste air discharge port (235a). The 2-4 manifold 237 receives the reacted waste air from the cathode of the fourth stack 217 of the first module 210 disposed on one side of the 2-2 module 230, and receives the 2-4 It is configured to discharge to the outside through the waste air discharge port (237a).

제2-1 개질기(232)는 제2-1 연료유입구(232a)를 통해 연료를 공급받아 개질하며, 개질된 가스를 제2-2 모듈(230)의 타측에 배치되는 제1 모듈(미도시)의 제1 연료 매니폴드(미도시)에 공급하도록 구성된다. 또한, 제2-2 개질기(234)는 제2-2 연료유입구(234a)를 통해 연료를 공급받아 개질하며, 개질된 가스를 제2-2 모듈(230)의 타측에 배치되는 제1 모듈(미도시)의 제2 연료 매니폴드(미도시)에 공급하도록 구성된다. 제2-3 개질기(236)는 제2-3 연료유입구(236a)를 통해 연료를 공급받아 개질하며, 개질된 가스를 제2-2 모듈(230)의 타측에 배치되는 제1 모듈(미도시)의 제3 연료 매니폴드(미도시)에 공급하도록 구성된다. 제2-4 개질기(238)는 제2-4 연료유입구(238a)를 통해 연료를 공급받아 개질하며, 개질된 가스를 제2-2 모듈(230)의 타측에 배치되는 제1 모듈(미도시)의 제4 연료 매니폴드(미도시)에 공급하도록 구성된다.The 2-1 reformer 232 receives and reforms fuel through the 2-1 fuel inlet 232a, and a first module (not shown) disposed on the other side of the 2-2 module 230 ) To a first fuel manifold (not shown). In addition, the 2-2 reformer 234 is supplied with fuel through the 2-2 fuel inlet 234a to reform, and the reformed gas is a first module disposed on the other side of the 2-2 module 230 ( And a second fuel manifold (not shown). The 2-3 reformer 236 is supplied with fuel through the 2-3 fuel inlet 236a to reform, and the reformed gas is a first module (not shown) disposed on the other side of the 2-2 module 230 ) To a third fuel manifold (not shown). The 2-4 reformer 238 is supplied with fuel through the 2-4 fuel inlet 238a and reformed, and a first module (not shown) disposed of the reformed gas on the other side of the 2-2 module 230 ) To a fourth fuel manifold (not shown).

이때 제2-1 개질기(232)는 상부에 인접한 제2-1 매니폴드(231) 및 하부에 인접한 제2-4 매니폴드(237)의 내부를 유동하는 고온의 폐공기를 통해 제2-1 개질기(232) 내부를 가열하며, 이를 이용해 제2-1 개질기(232) 내부로 유입되는 연료를 개질 시켜 별도의 개질기 가열 수단이 필요치 않은 장점이 있다.At this time, the 2-1 reformer 232 is the 2-1 manifold 231 adjacent to the top and the 2-4 manifold 237 adjacent to the bottom through the high-temperature waste air flowing inside the 2-1 The inside of the reformer 232 is heated, and there is an advantage in that a separate reformer heating means is not required by reforming the fuel flowing into the 2-1 reformer 232.

본 발명의 상기한 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
It should not be interpreted that the technical spirit is limited to the above-described embodiments of the present invention. Of course, the scope of application is various, and various modifications can be implemented at the level of those skilled in the art without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Accordingly, such improvements and modifications fall within the protection scope of the present invention as long as it is apparent to those skilled in the art.

100 : 스택 모듈
110 : 제1 모듈 111 : 스택
112 : 연료 매니폴드 112a : 개질가스공급 매니폴드
112b : 폐가스배출 매니폴드
120 : 제2-1 모듈 121 : 제1 공기공급매니폴드
122 : 제1 공기배출매니폴드 123 : 제1 개질기
130 : 제2-2 모듈 131 : 제2 공기공급매니폴드
132 : 제2 공기배출매니폴드 133 : 제2 개질기
200 : 스택 모듈
210 : 제1 모듈
211, 213, 215, 217 : 제1 내지 제4 스택
212, 214, 216, 218 : 제1 내지 제4 연료 매니폴드
212a, 214a, 216a, 218a : 제1 내지 제4 개질가스공급 매니폴드
212b, 214b, 216b, 218b : 제1 내지 제4 폐가스배출 매니폴드
219 : 폐가스배출 라인
220 : 제2-1 모듈
221, 223, 225, 227 : 제1-1 내지 1-4 매니폴드
222, 224, 226, 228 : 제1-1 내지 1-4 개질기
230 : 제2-2 모듈
231, 233, 235, 237 : 제2-1 내지 2-4 매니폴드
232, 234, 236, 238 : 제2-1 내지 2-4 개질기100: stack module
110: first module 111: stack
112: fuel manifold 112a: reforming gas supply manifold
112b: Waste gas emission manifold
120: 2-1 module 121: the first air supply manifold
122: first air exhaust manifold 123: first reformer
130: 2-2 module 131: second air supply manifold
132: second air exhaust manifold 133: second reformer
200: stack module
210: first module
211, 213, 215, 217: first to fourth stacks
212, 214, 216, 218: first to fourth fuel manifolds
212a, 214a, 216a, 218a: first to fourth reforming gas supply manifolds
212b, 214b, 216b, 218b: first to fourth waste gas emission manifolds
219: waste gas emission line
220: 2-1 module
221, 223, 225, 227: 1-1 to 1-4 manifolds
222, 224, 226, 228: 1-1 to 1-4 reformers
230: 2-2 module
231, 233, 235, 237: 2-1 to 2-4 manifolds
232, 234, 236, 238: 2-1 to 2-4 reformer

Claims

It is composed of an anode, an anode, and an electrolyte provided between the anode and the anode, and provides a reforming gas supplied to the anode, a stack for generating electricity by oxygen in the air supplied to the anode, and a reforming gas to the stack. In the solid oxide fuel cell comprising a reformer to receive the inflow of fuel to convert to a reforming gas,
A first module including the stack;
A second module including an air manifold consisting of an air supply manifold that supplies oxygen to the air electrode of the stack and an air exhaust manifold that discharges the reacted waste air from the air electrode of the stack;
A fuel manifold for supplying reformed gas to the anode of the first module; And
A reformer supplying reforming gas to the fuel manifold;
Including,
A plurality of the second modules are arranged on both sides of the first module in a pair,
The first module of the pair of second modules,
Air is supplied to the first module through the air supply manifold disposed on one side,
Discharge the waste air reacted in the first module to the air exhaust manifold disposed on the other side,
The fuel manifold and the first module, the reformer and one of a plurality of the second modules disposed on both sides of the first module are disposed to correspond to each other so that the fuel manifold and the reformer are connected to each other in a pair.
Stack module of solid oxide fuel cells.

According to claim 1,
The air supply manifold, the stack, and the air exhaust manifold are sequentially arranged to correspond to each other along the stacking direction of the first and second modules,
The fuel manifold and the reformer are stacked modules of a solid oxide fuel cell, which are disposed to correspond to each other along the stacking direction of the first and second modules.

According to claim 2,
The stack is arranged in plural, the fuel manifold is arranged between the stack and the stack,
A plurality of air manifolds are arranged to correspond to the stack, and the reformer is disposed between the air manifold and the air manifold so as to correspond to the fuel manifold.

According to claim 2,
The reformer,
A stack module of a solid oxide fuel cell that supplies reformed gas to a fuel manifold disposed on one side of the second module.

The fuel manifold of claim 2,
It consists of a reformed gas supply manifold receiving reformed gas from the reformer and supplying it to the stack's anode, and a waste gas exhaust manifold receiving the reacted waste gas from the stack's anode and discharging it to the outside. A fold and a stack module of a solid oxide fuel cell characterized in that the waste gas discharge manifold is partitioned by a partition wall, and a plurality of stacked waste gas discharge manifolds are shared with each other to discharge waste gas to one place.

According to claim 2,
The air manifold,
An air supply manifold formed on the other side of the second module and an air exhaust manifold formed on one side of the second module are partitioned through a partition so that the air supply manifold and the air exhaust manifold can exchange heat with each other. Stack module of solid oxide fuel cells.

According to claim 2,
The reformer,
A stack module of a solid oxide fuel cell, configured to contact the air manifold to be heated by heat of air or waste air flowing through the air manifold.