KR102437832B1 - Ammonia based fuel cell system module - Google Patents

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KR102437832B1
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김영래
조병옥
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(주)원익머트리얼즈
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Abstract

본 발명의 암모니아 연료를 적용한 고체산화물 연료전지 장치는 판상의 방폭 설비와, 상기 방폭 설비의 소정의 전방 영역에 적어도 일부가 노출되도록 매립되며 암모니아를 저장하는 암모니아 저장소와, 상기 암모니아 저장소의 후방에 소정 간격 이격되어 상기 방폭 설비의 상면에 배치되며 상기 암모니아를 기화시키는 기화기 모듈과, 상기 기화기 모듈의 후면에 배치되며 상기 기화된 암모니아를 개질하여 수소 및 질소로 분해하는 개질기 모듈과, 상기 개질기 모듈의 후면에 배치되며 상기 개질기 모듈로부터 상기 수소, 상기 질소 및 미반응 암모니아를 포함하는 혼합 가스를 복수의 파워모듈에 공급하는 연료분배 모듈과, 상기 연료공급분배장치를 둘러싸도록 배치되어 상기 혼합 가스를 상기 연료분배 모듈로부터 공급받는 복수의 파워모듈을 포함한다. The solid oxide fuel cell device to which the ammonia fuel of the present invention is applied includes a plate-shaped explosion-proof facility, an ammonia storage that is buried so that at least a portion is exposed in a predetermined front region of the explosion-proof facility and stores ammonia, and a predetermined rear side of the ammonia storage A vaporizer module spaced apart from each other and disposed on the upper surface of the explosion-proof facility to vaporize the ammonia; a fuel distribution module for supplying the mixed gas including hydrogen, the nitrogen, and unreacted ammonia from the reformer module to a plurality of power modules; It includes a plurality of power modules supplied from the distribution module.

Figure R1020200142666
Figure R1020200142666

Description

암모니아 기반 연료전지 시스템 모듈{Ammonia based fuel cell system module}Ammonia based fuel cell system module

본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 암모니아 연료를 적용한 고체산화물 연료전지 시스템 모듈에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a solid oxide fuel cell system module to which ammonia fuel is applied.

연료전지는 친환경 전력 공급장치로서 차세대 청정에너지 발전 시스템 중의 하나로 각광 받고 있다. 연료전지 시스템은 연료전지의 셀이 적층하여 형성된 스택 들의 연결된 구조이고, 이들 스택이 전력의 출력을 조절한다. 이러한 연료전지 스택의 출력 조절 기능으로 연료전지 시스템은 전자기기 등에 전력을 공급하기 위한 소형 전원으로서의 용도뿐만 아니라, 이동용 전원, 주택이나 공공건물 등에 전력을 공급하기 위한 발전소 역할로 사용될 수 있다. Fuel cells are spotlighted as one of the next-generation clean energy power generation systems as an eco-friendly power supply device. A fuel cell system is a connected structure of stacks formed by stacking cells of a fuel cell, and these stacks control the output of power. With such an output control function of the fuel cell stack, the fuel cell system can be used not only as a small power source for supplying power to electronic devices, but also as a power source for moving, or as a power plant for supplying power to houses or public buildings.

연료전지 시스템은 높은 전력을 출력할 수 있는 대용량의 연료전지 시스템을 구성하기 위하여 일반적으로 모듈화하여 그 용량 규모를 변화시킬 수 있으며, 연료전지 시스템 모듈은 연료전지 시스템 각각의 구성부품들을 모듈화하고, 이들을 간단하게 조립하여 하우징화된 장치를 말한다. The fuel cell system can be generally modularized to change the capacity scale in order to construct a large-capacity fuel cell system capable of outputting high power, and the fuel cell system module modularizes each component of the fuel cell system, It refers to a device that is simply assembled and housed.

이러한 연료전지 시스템 모듈의 출력을 결정하는 요소는 각각의 연료전지 스택에 연료, 및 공기의 공급 원활성이다. 각 스택에서의 연료, 및 공기의 공급이 상이할 경우에는 연료, 및 공기의 공급이 적은 스택에서 뽑아낼 수 있는 최대 전력이 낮아져 전체 연료전지 시스템 모듈의 성능이 떨어지는 문제가 발생 된다. A factor determining the output of such a fuel cell system module is the smooth supply of fuel and air to each fuel cell stack. When the supply of fuel and air in each stack is different, the maximum power that can be extracted from the stack in which the supply of fuel and air is small is lowered, so that the performance of the entire fuel cell system module is deteriorated.

또한, 여러 개의 스택 중 하나라도 성능에 이상이 발생하는 경우, 그 스택을 편리하고 빠르게 교체하거나 수정해야 할 필요가 있으며, 그리고 연료전지 시스템 모듈은 이동용 전원, 주택이나 공공건물 등에 전력을 공급하기 위한 발전소 역할로 사용될 수 있어 설치 공간의 문제가 발생할 수 있으므로, 연료전지 시스템의 각 구성부품 모듈은 가능한 단순화하는 것이 필요하다. In addition, if any one of the stacks has a malfunction, it is necessary to replace or correct the stack conveniently and quickly, and the fuel cell system module is used to supply power to mobile power, houses or public buildings. Since it can be used as a power plant and there may be a problem of installation space, it is necessary to simplify each component module of the fuel cell system as much as possible.

한편, 종래의 연료전지 시스템 모듈에서는 주로 탄화수소를 원료로 하여 연료전지 시스템 모듈의 작동 시, 이산화탄소 등의 공해 물질 발생 문제점이 있으나, 이러한 문제점을 해결하기 위한 암모니아를 연료로 적용한 고체산화물 연료전지(SOFC) 시스템 모듈은 아직까지 연구가 활발히 진행되지 않아서 설치 모듈에 대한 개발이 진부한 상황이다. On the other hand, in the conventional fuel cell system module, there is a problem of generating pollutants such as carbon dioxide when the fuel cell system module is operated mainly using hydrocarbon as a raw material. ) System modules have not been actively researched yet, so the development of installation modules is stale.

특허문헌 1: US 8440,362 B2 (2013.05.14. 등록)Patent Document 1: US 8440,362 B2 (Registered on May 14, 2013)

본 발명의 목적은 최대한 적은 공간의 활용이 가능하면서도 단순한 설치 구성을 가짐으로써 유지보수가 용이하며, 빠른 설치 시간 및 저렴한 설치비용으로 적용이 가능한 암모니아 연료용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈을 제공함에 있다. It is an object of the present invention to provide a solid oxide fuel cell system module for ammonia fuel that can utilize as little space as possible and is easy to maintain by having a simple installation configuration, and can be applied with a quick installation time and low installation cost.

상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 암모니아 연료를 적용한 고체산화물 연료전지 시스템 모듈은,A solid oxide fuel cell system module to which ammonia fuel is applied according to a preferred embodiment of the present invention for achieving the object as described above,

판상의 방폭 설비;와, 상기 방폭 설비의 소정의 전방 영역에 적어도 일부가 노출되도록 매립되며 암모니아를 저장하는 암모니아 저장소;와, 상기 암모니아 저장소의 후방에 소정 간격 이격되어 상기 방폭 설비의 상면에 배치되며 상기 암모니아를 기화시키는 기화기 모듈;과, 상기 기화기 모듈의 후면에 배치되며 상기 기화된 암모니아를 개질하여 수소 및 질소로 분해하는 개질기 모듈;과, 상기 개질기 모듈의 후면에 배치되며 상기 개질기 모듈로부터 상기 수소, 상기 질소 및 미반응 암모니아를 포함하는 혼합 가스를 복수의 파워모듈에 공급하는 연료분배 모듈;과, 상기 연료공급분배장치를 둘러싸도록 배치되어 상기 혼합 가스를 상기 연료분배 모듈로부터 공급받는 복수의 파워모듈;을 포함한다. A plate-shaped explosion-proof facility; and an ammonia storage that is buried so that at least a portion is exposed in a predetermined front area of the explosion-proof facility and stores ammonia; A vaporizer module for vaporizing the ammonia; A reformer module disposed on the rear surface of the vaporizer module for reforming the vaporized ammonia into hydrogen and nitrogen; , a fuel distribution module for supplying the mixed gas containing nitrogen and unreacted ammonia to a plurality of power modules; module; includes.

상기 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 기화기 모듈은 공기공급 모듈과 복합화되어 형성되며, 상기 개질기 모듈로부터 분해된 수소를 공급받아 공급받은 수소를 연소시켜 작동온도로 승온시키기 위한 열원을 생성하는 버너 모듈을 더 포함한다. The vaporizer module of the solid oxide fuel cell system module is formed by being combined with an air supply module, and a burner module that receives hydrogen decomposed from the reformer module and burns the supplied hydrogen to generate a heat source for raising the temperature to an operating temperature. include

상기 고체산화물 연료전지 시스템 모듈은, 또한 상기 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 시동 시에 상기 파워모듈에서 배출된 미반응 수소를 발화원료가 되도록 상기 버너 모듈에 공급하며, 상기 장치의 작동 시에 상기 파워모듈로부터 배출된 반응 후의 수증기와 질소의 혼합 가스를 공급받고, 열교환기 모듈을 통해 상기 개질기 모듈 및 공기라인 모듈에 열을 전달하는 연료배기라인 모듈을 더 포함한다. The solid oxide fuel cell system module also supplies unreacted hydrogen discharged from the power module to the burner module so as to become an ignition raw material when the solid oxide fuel cell system module is started, and when the device is operated, the power It further includes a fuel exhaust line module that receives the mixed gas of steam and nitrogen after the reaction discharged from the module, and transfers heat to the reformer module and the air line module through the heat exchanger module.

또한, 상기 기화기 모듈을 통과한 암모니아 가스가 개질기 모듈을 통과하여 개질되고 파워모듈에 공급 되기 전에 개질된 수소 및 미반응 암모니아의 일부가 버너모듈에 공급되어 발화원료가 될 수 있다.In addition, the ammonia gas that has passed through the vaporizer module is reformed through the reformer module, and some of the reformed hydrogen and unreacted ammonia are supplied to the burner module before being supplied to the power module to become a raw material for ignition.

상기 버너 모듈에서 수소와 미반응 암모니아의 연소로 인해 발생된 배출 가스는 수증기와 소량의 NOx 유해가스가 포함될 수 있기 때문에 워터 트랩(Water Trap)을 통해 수분을 제거한 후, 상기 공기라인 모듈에 제공되며, 상기 공기라인 모듈에 공급되는 공기와 혼합되어 상기 파워모듈로 공급되며, 상기 파워모듈로 공급된 배출 가스는 상기 파워모듈의 스택의 전기화학반응으로 NOx 유해가스가 함께 제거되는 것을 특징으로 한다. Since the exhaust gas generated by the combustion of hydrogen and unreacted ammonia in the burner module may contain water vapor and a small amount of NOx harmful gas, moisture is removed through a water trap and then provided to the air line module. , is mixed with the air supplied to the air line module and supplied to the power module, and the exhaust gas supplied to the power module is characterized in that the NOx harmful gas is removed together by an electrochemical reaction of the stack of the power module.

상기 고체산화물 연료전지 시스템 모듈은, 상기 버너 모듈 상에 적층되어 배치되어 고온의 공기를 공급하는 공기공급 모듈과;과 상기 공기공급 모듈의 후면에 배치되며 상기 공기공급 모듈에서 공급되는 공기를 전달하는 공기라인 모듈; 그리고 상기 공기라인 모듈의 후면의 상기 연료분배 모듈과 상기 방폭설비 사이에 배치되며, 상기 공기라인 모듈을 통해 전달되는 공기를 둘러싸인 복수의 파월 모듈의 각각의 스택에 공기가 균일한 양으로 공급되도록 분배하는 공기분배 모듈;을 더 포함한다. The solid oxide fuel cell system module includes: an air supply module stacked on the burner module to supply high-temperature air; air line module; And it is disposed between the fuel distribution module and the explosion-proof facility on the rear side of the air line module, and distributes air to be supplied in a uniform amount to each stack of a plurality of Powell modules surrounding the air delivered through the air line module. It further includes an air distribution module.

상기 고체산화물 연료전지 시스템 모듈은 모듈 사이의 연결 배관이 상기 방폭설비의 내부에 형성되며 암모니아의 이동 경로인 암모니아 라인;과, 공기의 이동 경로인 공기 라인;을 더 포함한다.The solid oxide fuel cell system module further includes: an ammonia line in which a connecting pipe between the modules is formed inside the explosion-proof facility and is a movement path of ammonia; and an air line that is a movement path of air.

상기 파워모듈은, 상기 파워모듈의 하면에 돌출되어 형성된 연료, 및 공기가 유입되거나 유출되는 수형 입출구;와, 상기 파워모듈의 하면에 상기 파워모듈이 이동하도록 형성되는 복수의 바퀴;를 포함한다. The power module includes a male inlet and outlet through which fuel and air protruded from a lower surface of the power module are introduced or discharged; and a plurality of wheels formed on the lower surface of the power module to move the power module.

상기 파워모듈은, 또한 2 이상의 층으로 형성되며, 각 층에 형성되는 4각 판상의 매니폴더;와, 상기 매니폴더에 의해 구분되는 층과 층 사이를 관통하는 중앙 배관;과, 상기 매니폴더 상에 상기 중앙 배관을 둘러싸도록 배치되는 적어도 2개의 스택;과, 상기 중앙 배관의 각 층의 영역에서 방사형으로 돌출되어 각 층에 형성된 상기 스택에 연결되어 연결된 스택에 상기 중앙 배관을 통해 공급되는 연료를 공급하는 연료분배배관;과, 상기 매니폴더의 모서리 중 적어도 하나의 모서리 부분에 상층의 매니폴더와 하층의 매니폴더를 연결하여 형성되며, 상기 매니폴더를 통해 복수의 스택 각각의 공기 극 입구에 공급되도록 공기를 공급하는 공기분배배관;과, 상기 매니폴더의 모서리 중 적어도 하나의 모서리 부분에 상층의 매니폴더와 하층의 매니폴더를 연결하여 형성되며, 복수의 스택 각각의 스택 출구에서 매니폴더를 통해 배출되는 배출 가스를 바닥의 배관으로 배출하는 배출연결라인;을 포함한다. The power module is also formed in two or more layers, and a manifold formed in a quadrangular plate shape is formed on each layer; and a central pipe passing through the layers separated by the manifolds; and on the manifold. at least two stacks arranged to surround the central pipe in the A fuel distribution pipe for supplying; and at least one of the corners of the manifold is formed by connecting an upper manifold and a lower manifold to an air electrode inlet of each of the plurality of stacks through the manifold. An air distribution pipe for supplying air as much as possible; and at least one of the corners of the manifold, which is formed by connecting an upper manifold and a lower manifold to each other through a manifold at the stack outlet of each of the plurality of stacks. and a discharge connection line for discharging the discharged exhaust gas to a pipe on the floor.

상기 방폭설비는, 상기 방폭설비의 상면에 돌출되어 연료, 및 공기가 유입되거나 유출되는 암형 입출구 및 상기 방폭설비의 상면에 형성되어 상기 바퀴를 통해 상기 파워모듈이 이동하여 상기 수형 입출구가 상기 암형 입출구에 결합되도록 상기 바퀴를 가이드하는 레일;을 포함한다. The explosion-proof facility includes a female inlet and outlet protruding from the upper surface of the explosion-proof facility through which fuel and air are introduced or discharged, and formed on the upper surface of the explosion-proof facility, so that the power module moves through the wheel so that the male inlet and outlet are the female inlet and outlet and a rail for guiding the wheel so as to be coupled thereto.

본 발명의 암모니아 연료를 적용한 고체산화물 연료전지 시스템 모듈은 암모니아 연료의 특성을 반영하여 최대한 적은 공간의 활용이 가능하면서도 단순한 설치 구성을 가지도록 하여 유지보수가 용이하다. The solid oxide fuel cell system module to which the ammonia fuel of the present invention is applied reflects the characteristics of the ammonia fuel so that it can utilize as little space as possible and has a simple installation configuration, so that maintenance is easy.

더욱이, 본 발명은 빠른 설치 시간 및 저렴한 설치비용으로 적용이 가능하기 때문에 매우 경제적이다. Moreover, the present invention is very economical because it can be applied with a fast installation time and low installation cost.

또한, 시동 시의 열원을 탄화수소 계열의 가연성 가스를 사용하지 않기 때문에 온실가스의 발생이 없으며 에너지의 저장 및 사용이 매우 편리하므로 신재생에너지 분야에서 활용도가 매우 클 것으로 예상된다. In addition, since it does not use hydrocarbon-based combustible gas as a heat source at the time of startup, there is no greenhouse gas generation, and energy storage and use are very convenient, so it is expected to be very useful in the field of new and renewable energy.

도 1은 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 상부에서 바라본 구성을 모식적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 좌측면에서 바라본 구성을 모식적으로 도시한 좌측면도이다.
도 3은 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 우측면에서 바라본 구성을 모식적으로 도시한 우측면도이다.
도 4는 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 전면 및 후면 각각에서 바라본 구성을 모식적으로 도시한 전면도 및 후면도이다.
도 5는 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 하부에서 바라본 구성을 모식적으로 도시한 하부면도이다.
도 6은 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 첫 번째 세로단면을 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 두 번째 세로단면을 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 가로 단면을 모식적으로 도시한 단면도이다.
도 9는 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 공급 가스 및 전력 라인의 흐름에 따른 구성을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 시스템 모듈에 파워모듈의 탈부착 장치를 모식적으로 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 시스템 모듈의 파워모듈 내부 구성을 모식적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 시스템 모듈에서의 Case 1 및 2에 대한 상세한 가스 흐름 경로를 모식적으로 도시한 것이다.1 is a plan view schematically showing the configuration of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention viewed from the top.
FIG. 2 is a left side view schematically showing the configuration as viewed from the left side of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention.
3 is a right side view schematically showing the configuration as viewed from the right side of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention.
4 is a front view and a rear view schematically showing the configuration as viewed from the front and rear respectively of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention.
5 is a bottom view schematically showing the configuration as viewed from the bottom of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention.
6 is a cross-sectional view schematically showing the first vertical section of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention.
7 is a cross-sectional view schematically showing a second longitudinal section of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention.
8 is a cross-sectional view schematically showing a transverse cross-section of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention.
9 is a view schematically showing the configuration according to the flow of the supply gas and the power line of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention.
10 is a diagram schematically illustrating a device for attaching and detaching a power module to a system module of the present invention.
11 is a diagram schematically showing the internal configuration of the power module of the system module of the present invention.
12 schematically shows detailed gas flow paths for Cases 1 and 2 in the system module of the present invention.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Prior to the detailed description of the present invention, the terms or words used in the present specification and claims described below should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventors should develop their own inventions in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that it can be appropriately defined as a concept of a term for explanation. Accordingly, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention, and do not represent all the technical ideas of the present invention, so various equivalents that can replace them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In this case, it should be noted that the same components in the accompanying drawings are denoted by the same reference numerals as much as possible. In addition, detailed descriptions of well-known functions and configurations that may obscure the gist of the present invention will be omitted. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated in the accompanying drawings, and the size of each component does not fully reflect the actual size.

본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 구성에 대해서 설명하기로 한다. The configuration of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 상부에서 바라본 구성을 모식적으로 도시한 평면도이다. 1 is a plan view schematically showing the configuration of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention viewed from the top.

도 2는 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 좌측면에서 바라본 구성을 모식적으로 도시한 좌측면도이다. FIG. 2 is a left side view schematically showing the configuration as viewed from the left side of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention.

도 3은 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 우측면에서 바라본 구성을 모식적으로 도시한 우측면도이다. 3 is a right side view schematically showing the configuration as viewed from the right side of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention.

도 4는 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 전면 및 후면 각각에서 바라본 구성을 모식적으로 도시한 전면도 및 후면도이다. 4 is a front view and a rear view schematically showing the configuration as viewed from the front and rear respectively of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention.

도 5는 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 하부에서 바라본 구성을 모식적으로 도시한 하부면도이다. 5 is a bottom view schematically showing the configuration as viewed from the bottom of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention.

도 6은 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 첫 번째 세로단면을 모식적으로 도시한 단면도이다. 6 is a cross-sectional view schematically showing the first vertical section of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention.

도 7은 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 두 번째 세로단면을 모식적으로 도시한 단면도이다. 7 is a cross-sectional view schematically showing a second longitudinal section of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention.

도 8은 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 가로 단면을 모식적으로 도시한 단면도이다. 8 is a cross-sectional view schematically showing a transverse cross-section of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention.

도 9는 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 공급 가스 및 전력 라인의 흐름에 따른 구성을 모식적으로 도시한 도면이다. 9 is a view schematically showing the configuration according to the flow of the supply gas and the power line of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention.

도 10은 본 발명의 의 시스템 모듈에 파월 모듈의 탈부착 장치를 모식적으로 도시한 도면이다. 10 is a view schematically showing a device for attaching and detaching the Powell module to the system module of the present invention.

도 11은 본 발명의 시스템 모듈의 파워모듈 내부 구성을 모식적으로 도시한 도면이다. 11 is a diagram schematically showing the internal configuration of the power module of the system module of the present invention.

도 12는 본 발명의 시스템 모듈에서의 Case 1 및 2에 대한 상세한 가스 흐름 경로를 모식적으로 도시한 것이다.12 schematically shows detailed gas flow paths for Cases 1 and 2 in the system module of the present invention.

도 1 내지 도 10을 참조하면, 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈은 파워모듈(1), 연료분배 모듈(2), 개질기 모듈(3), 열교환기 모듈(4), 공기분배 모듈(5), 공기라인 모듈(6), 버너 모듈(7), 연료배기라인 모듈(8), 공기공급 모듈(9), 전력제어 모듈(10), 퍼지(Purge)가스공급 모듈(11), 기화기 모듈(12), 암모니아 저장소(13), 하부 방폭설비(14), 배가스 라인(15)을 포함한다. 1 to 10 , the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention includes a power module 1, a fuel distribution module 2, a reformer module 3, a heat exchanger module 4, and an air distribution module. Module (5), air line module (6), burner module (7), fuel exhaust line module (8), air supply module (9), power control module (10), purge gas supply module (11) , including a vaporizer module 12 , an ammonia storage 13 , a lower explosion-proof facility 14 , and an exhaust gas line 15 .

파워모듈(1)은 전력이 생산되는 연료전지 스택이 2 내지 20개가 서로 연결된 구성의 구조를 가지며, 스택은 애노드, 캐소드, 전해질로 이루어진 셀이 여러 장 적층되어 있고 공급된 가스가 연료극 영역만 통과하는 연료 가스 입출구;와 공기극 영역만 통과하는 공기 입출구 관;이 연결되는 형태를 가진다. 상기 스택에는 공기와 암모니아가 개질된 수소, 질소, 미반응 암모니아가 공급되어 고온에서 전기화학 반응으로 전력이 생산되어, 전력제어 모듈(10)의 전력저장장치에 저장된다. 또한, 각각의 파워모듈(1)은 장치의 유지보수가 용이하게 하기 위하여 탈부착이 가능한 구조를 가진다. The power module 1 has a structure in which 2 to 20 fuel cell stacks for generating power are connected to each other. It has a form in which the fuel gas inlet and outlet; and the air inlet and outlet pipe passing only the cathode region are connected. Air and ammonia reformed hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia are supplied to the stack to generate electric power through an electrochemical reaction at a high temperature, and are stored in the power storage device of the power control module 10 . In addition, each power module 1 has a structure that is detachable in order to facilitate maintenance of the device.

상기 파워모듈(1)의 탈부착 장치(AD)가 도 10에 도시되었다. 도 10의 (가)에 도시된 바와 같이, 탈부착 장치(AD)의 바닥에 바퀴(Caster)가 부착되어 있으며 바퀴를 레일 위에 맞물린 후에 기울어진 영역까지 밀어 넣으면 탈부착 장치의 바닥에 돌출된 연료 및 공기 입출구(G1)가 도 10의 (나)에 도시된 바와 같이, 시스템의 윗면에 돌출된 연결라인(L1)과 맞물리게 되며 체결에 의해 연결부가 실링(Sealing)되는 형태를 가지게 된다. 또한, 장치의 장착 후 고정을 위해 걸쇠, 조임틀 등의 고정 장치가 추가 될 수 있다. The attachment/detachment device AD of the power module 1 is shown in FIG. 10 . As shown in (a) of Figure 10, a wheel (Caster) is attached to the bottom of the attaching and detaching device (AD), and when the wheel is engaged on the rail and pushed to the inclined area, fuel and air protruding from the bottom of the attaching and detaching device As shown in (b) of FIG. 10 , the inlet/outlet G1 is engaged with the connection line L1 protruding from the upper surface of the system, and the connection portion is sealed by fastening. In addition, a fixing device such as a clasp or a fastener may be added for fixing after the device is mounted.

이와 같이 파월 모듈(1)은, 파워 모듈(1)의 하면에 돌출되어 형성된 연료 및 공기가 유입되거나 유출되는 수형 입출구(G1);와, 파워 모듈(1)의 하면에 파워 모듈(1)이 이동하도록 형성되는 복수의 바퀴;를 포함한다. As described above, the Powell module 1 has a male inlet and outlet G1 through which fuel and air protruded from the lower surface of the power module 1 are introduced or discharged; and the power module 1 is provided on the lower surface of the power module 1 . It includes; a plurality of wheels formed to move.

이에 대응하여 하부 방폭 설비(14)는, 상기 방폭 설비(14)의 상면에 돌출되어 형성된 연료와 공기의 유입, 및 유출을 위한 암형 입출구(L1); 및 방폭 설비(14)의 상면에 형성되어 바퀴(W1)를 통한 파워 모듈(1)의 이동으로 수형 입출구(G1)가 암형 입출구(L1)에 결합되도록 바퀴(W1)를 가이드하는 레일(R1);을 포함한다. Correspondingly, the lower explosion-proof facility 14 includes: a female inlet/outlet (L1) for inflow and outflow of fuel and air formed to protrude from the upper surface of the explosion-proof facility 14; And a rail (R1) formed on the upper surface of the explosion-proof facility 14 to guide the wheel (W1) so that the male inlet (G1) is coupled to the female inlet (L1) by the movement of the power module (1) through the wheel (W1) includes ;

도 10의 (다)에 도시된 바와 같이, 파워모듈(1)의 연료 가스 및 공기 입출구(G1)는 횡방향으로 밀어 넣었을 때 4개가 모두 맞물릴 수 있도록 지그재그의 배치를 가지는 특징이 있으며 고온의 가스가 열손실 없이 이동하기 위한 체결부에 단열 커버가 추가될 수 있다. As shown in (c) of FIG. 10 , the fuel gas and air inlet and outlet G1 of the power module 1 have a zigzag arrangement so that all four can be engaged when pushed in the lateral direction. An insulating cover may be added to the joint for gas to move without heat loss.

파워모듈(1)은 도 11에 도시된 바와 같이, 2층 이상의 구조를 가지며, 한 층에 2개 이상의 스택이 배열되며 있으며 연료는 중앙 배관(11-1) 및 연료분배배관(11-1-1)을 통해 동일한 층에서는 방사형 그리고 층과 층 사이는 수직형으로 공급된다. As shown in FIG. 11 , the power module 1 has a structure of two or more layers, two or more stacks are arranged on one layer, and fuel is a central pipe 11-1 and a fuel distribution pipe 11-1- Through 1), it is supplied radially in the same layer and vertically between layers.

공기는 배관(11-4)을 통해 층 형태의 매니폴더(11-2)를 지나 각각 스택의 공기극 입구(11-5)로 분배 또는 층간 수직형으로 공급된다. 각각의 스택에서 나오는 배출 가스는 스택 출구(11-6)에서 매니폴더(11-2)를 지나 배출연결라인(11-7)을 통해 바닥의 배관으로 배출된다. 각 구성요소의 형태는 유지하되 대칭적인 배치 방향은 체결 용이성에 따라 변경될 수 있다. Air is supplied to the cathode inlets 11-5 of the stack in a distribution or vertical manner between layers, respectively, through the pipe 11-4 through the manifold 11-2 in the form of a layer. The exhaust gas from each stack passes through the manifold 11-2 at the stack outlet 11-6 and is discharged to the bottom pipe through the exhaust connection line 11-7. The shape of each component is maintained, but the symmetrical arrangement direction may be changed according to the ease of fastening.

연료분배 모듈(2)은 방사형으로 배치되는 복수의 파워모듈(1)의 중앙부에 위치하여 복수의 파워모듈(1) 각각에 연료인 미반응 암모니아 및 개질된 수소, 질소를 포함하는 혼합 가스가 균일한 양으로 공급되도록 분배시킨다.The fuel distribution module 2 is located in the central portion of the plurality of power modules 1 arranged in a radial shape so that a mixed gas containing unreacted ammonia as fuel and reformed hydrogen and nitrogen is uniform in each of the plurality of power modules 1 . Distributed so that it is supplied in one quantity.

개질기 모듈(3)은 기화기 모듈(12)에서 공급된 암모니아 가스를 수소와 질소로 분해하고, 이 분해된 수소와 질소가스가 연료분배 모듈(2)을 거쳐 파워모듈(1)에 공급되어, 파워모듈(1)의 작동 시에 전기화학 반응 효율을 향상시키고 이에 따른 파워모듈(1)의 발전효율을 향상시키거나 파워모듈에 전달하는 연료의 일부를 버너 모듈(7)에 공급하여 연소열로 추가열원을 공급하도록 하기 위한 장치이다. The reformer module 3 decomposes the ammonia gas supplied from the carburetor module 12 into hydrogen and nitrogen, and the decomposed hydrogen and nitrogen gas are supplied to the power module 1 through the fuel distribution module 2, An additional heat source as combustion heat by improving the electrochemical reaction efficiency during operation of the module 1 and thereby improving the power generation efficiency of the power module 1 or supplying a part of the fuel delivered to the power module to the burner module 7 It is a device for supplying

개질기 모듈(3)에는 효율적인 분해를 위한 촉매 소재가 포함되어 있으며 암모니아 분해 온도 이상의 환경으로 만들어주기 위해 전기 발열체 또는 가열히터를 구비할 수 있다.The reformer module 3 includes a catalyst material for efficient decomposition, and may be provided with an electric heating element or a heating heater to create an environment above the ammonia decomposition temperature.

개질기 모듈(3)의 열원은 초기에는 전기 발열체 또는 가열 히터 장치로 공급한다. The heat source of the reformer module 3 is initially supplied to an electric heating element or a heating heater device.

또한, 개질기 모듈(3)에서 분해된 개질 수소 및 미반응 암모니아 일부는 버너 모듈(7)로 공급되어 버너 모듈(7)이 수소 및 암모니아 연소를 통해 추가 열원으로 사용되도록 하여 고온의 환경에서 작동하는 파워모듈의 작동에 필요한 열원으로 공급한다. In addition, some of the reformed hydrogen and unreacted ammonia decomposed in the reformer module 3 are supplied to the burner module 7 so that the burner module 7 is used as an additional heat source through hydrogen and ammonia combustion, so that it operates in a high-temperature environment. It is supplied as a heat source necessary for the operation of the power module.

열교환기 모듈(4)은 개질기 모듈(3) 상에 적층되어 형성된다. 열교환기 모듈(4)은, 초기 시동 또는 작동 시의 파워모듈(1)에 작동 온도 유지 및 효율적인 열관리를 위하여 공기라인 모듈(6), 개질기 모듈(3), 연료배기라인 모듈(8)이 복합화되어 있는 구조이며, 내부에 상기 3가지 영역, 즉 공기라인 모듈(6), 개질기 모듈(3), 연료배기라인 모듈(8)이 분리되는 쉘엔튜브 형태의 열교환기 형태에 개질기 챔버가 결합되어 있는 구조이다. The heat exchanger module 4 is formed by being stacked on the reformer module 3 . The heat exchanger module (4) is a combination of an air line module (6), a reformer module (3), and a fuel exhaust line module (8) for maintaining the operating temperature and efficient thermal management in the power module (1) during initial startup or operation. The reformer chamber is coupled to a shell-and-tube heat exchanger in which the three regions, namely, the air line module 6, the reformer module 3, and the fuel exhaust line module 8 are separated. is the structure

파워모듈(1)의 초기 시동 시, 열교환기 모듈(4)은 개질기 모듈(3)의 외부에 포함되어 있을 수 있는 전기 히터가 파워모듈의 작동 온도 환경으로 도달할 때까지 온도를 상승시키고, 또한 파워모듈(1)의 작동 시에는 파워모듈(1)의 작동 시 스택의 발열에 의해 발생하는 고온의 배출 가스를 상기 연료배기라인 모듈(8)에 공급하여 열원을 순환시켜주기 위한 열교환 장치이다. When the power module 1 is initially started, the heat exchanger module 4 increases the temperature until the electric heater, which may be included outside the reformer module 3, reaches the operating temperature environment of the power module, and also When the power module 1 is operated, it is a heat exchange device for circulating a heat source by supplying high-temperature exhaust gas generated by heat generation of the stack during operation of the power module 1 to the fuel exhaust line module 8 .

공기분배 모듈(5)은 연료분배 모듈(2)의 하부에 형성된다. 이에 따라, 연료분배 모듈(2)과 마찬가지로 복수의 파워모듈(1)이 공기분배 모듈(5)을 둘러싸도록 배치된다. 공기분배 모듈(5)은 둘러싸인 복수의 파워모듈(1)의 각각의 스택에 공기가 균일한 양으로 공급되도록 분배한다. The air distribution module 5 is formed under the fuel distribution module 2 . Accordingly, like the fuel distribution module 2 , the plurality of power modules 1 are disposed to surround the air distribution module 5 . The air distribution module 5 distributes air to be supplied in a uniform amount to each stack of a plurality of enclosed power modules 1 .

공기라인 모듈(6)은 열교환기 모듈(4), 개질기 모듈(3), 연료배기라인 모듈(8)과 함께 복합화된 구조를 가진다. 즉, 방폭설비(14) 상에 하부에서 상부로 순차로 연료배기라인 모듈(8), 개질기 모듈(3), 열교환기 모듈(4) 및 공기라인 모듈(6)이 순차로 적층된 형태로 형성된다. The air line module 6 has a complex structure together with the heat exchanger module 4 , the reformer module 3 , and the fuel exhaust line module 8 . That is, the fuel exhaust line module 8, the reformer module 3, the heat exchanger module 4, and the air line module 6 are sequentially stacked on the explosion-proof facility 14 from the bottom to the top. do.

복합화된 공기라인 모듈(6)은, 시동 시의 개질기 모듈(3) 외부에 결합된 전기 히터의 열원과 그리고 작동 시의 연료배기라인 모듈(8)에 공급된 열원의 열순환 효과로 열원을 공급받아 예열된 공기가 파워모듈(1)의 스택으로 공급되도록 하기 위한 장치이다. The combined air line module 6 supplies a heat source with a heat source of an electric heater coupled to the outside of the reformer module 3 at startup and a heat source through a heat cycle effect of a heat source supplied to the fuel exhaust line module 8 during operation. It is a device for supplying the received and preheated air to the stack of the power module (1).

버너 모듈(7)은 점화에 필요한 이그나이터가 포함되어 있으며, 암모니아 저장소(13)로부터 공급되는 암모니아의 개질기(3)에 의해 개질로 생산된 수소 및 미반응 암모니아의 일부가 공급되어 발화연료로 사용되어 작동한다. The burner module 7 includes an igniter necessary for ignition, and hydrogen produced by reforming by the reformer 3 of ammonia supplied from the ammonia storage 13 and a part of unreacted ammonia are supplied and used as ignition fuel. It works.

버너 모듈(7)은, 파워모듈의 시동 시 전기히터에 의해 개질기 모듈(3)에서의 암모니아가 수소로 분해되는 시점 이후에 상기의 개질 수소의 공급으로 수소 연소에 의해 점화되어 열원을 공급하며 암모니아 연료전지인 파워모듈(1)이 작동온도 이하로 감온되지 않도록 파워모듈의 스택 작동온도로 유지시켜 주는 열원으로 사용되는 장치이다. The burner module 7 is ignited by hydrogen combustion by supplying the reformed hydrogen after the time when ammonia in the reformer module 3 is decomposed into hydrogen by the electric heater when the power module is started to supply a heat source and ammonia It is a device used as a heat source to maintain the stack operating temperature of the power module so that the power module 1, which is a fuel cell, is not reduced below the operating temperature.

발화에 필요한 산소는 스택의 공기극 배가스 라인이 연결되어 공급되며, 버너 모듈(7)은 공기공급 모듈(9) 및 기화기 모듈(12)과 함께 복합화되어 발화에 의한 열원을 전달해준다. 즉, 방폭설비(14) 상에 하부에서 상부로 순차로 기화기 모듈(12), 버너 모듈(7) 및 공기공급 모듈(9)이 순차로 적층된 형태로 형성된다. Oxygen required for ignition is supplied by connecting the cathode flue gas line of the stack, and the burner module 7 is combined with the air supply module 9 and the vaporizer module 12 to deliver a heat source by ignition. That is, the carburetor module 12, the burner module 7 and the air supply module 9 are sequentially stacked on the explosion-proof facility 14 from the bottom to the top.

연료배기라인 모듈(8)은 시스템 시동 시 파워모듈(1)에서 배출된 미반응 수소, 질소, 미반응 암모니아가 흐르고, 파월 모듈(1)의 작동 시에는 반응 후의 수증기와 질소, 미반응 수소의 혼합 가스가 흐르는 라인이다. 또한, 파월 모듈(1)의 작동 시에는 열교환기 모듈(4)을 통해 상기와 같이 복합화되어 있는 개질기 모듈(3), 공기라인 모듈(6)에 열을 전달해주며 파워 모듈(1)의 시동 시에는 버너 모듈(7)로 공급되어 발화원료를 전달해주는 장치이다. In the fuel exhaust line module 8, unreacted hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia discharged from the power module 1 flow when the system is started, and when the Powell module 1 is operated, the reaction water vapor, nitrogen, and unreacted hydrogen This is the line through which the mixed gas flows. In addition, during the operation of the Powell module 1, heat is transferred to the reformer module 3 and the air line module 6 that are combined as described above through the heat exchanger module 4, and when the power module 1 is started It is a device that is supplied to the burner module 7 to deliver the ignition raw material.

공기공급 모듈(9)은 파워모듈(1)의 스택으로 공기를 공급하기 위한 장치이며, 공기라인 모듈(6)을 통하여 공급되어 시스템 시동 시에는 개질기 모듈(3)의 외부에 결합되어 있는 전기 히터의 열원으로, 그리고 암모니아 개질 반응 시작 이후에는 버너 모듈(7)의 열원을 전달받아 고온의 공기를 공기 분배 모듈(5)을 통해 파워모듈(1)에 공급하게 된다.The air supply module 9 is a device for supplying air to the stack of the power module 1, and is supplied through the air line module 6 and is an electric heater coupled to the outside of the reformer module 3 when the system is started. After the start of the ammonia reforming reaction, the heat source of the burner module 7 is received and high-temperature air is supplied to the power module 1 through the air distribution module 5 .

전력제어 모듈(10)은, 파워모듈(1)에서 생산된 전력을 제어 및 저장할 수 있는 인버터 장치, 전력저장장치 및 시스템의 전반적인 상황을 제어할 수 기판(E-BOP)이 포함된 모듈이며 저장된 전력은 각종 전기 응용장치에 공급되어 소비된다. The power control module 10 is a module including an inverter device capable of controlling and storing the power produced by the power module 1, a power storage device, and a board (E-BOP) capable of controlling the overall situation of the system, and the stored Electric power is supplied to and consumed by various electrical applications.

퍼지가스공급 모듈(11)은 초기 연료라인의 내부 불순물 가스를 제거하거나 시스템 운전 종료 및 위험 상황에서 연료라인에 포함된 가연성 가스의 제거 및 스택의 보호를 위해 퍼지(Purge) 가스를 공급하는 장치이다. 퍼지 가스는 불활성 기체인 질소, 아르곤, 헬륨 등이 사용될 수 있다. The purge gas supply module 11 is a device that supplies a purge gas to remove the internal impurity gas of the initial fuel line or to remove the combustible gas included in the fuel line and protect the stack at the end of the system operation and in a dangerous situation. . As the purge gas, nitrogen, argon, helium, etc., which are inert gases, may be used.

기화기 모듈(12)은 암모니아 저장소(13)에 저장된 액화 암모니아가 공급되어 기화시켜 일정량의 암모니아 가스를 개질기 모듈(3)로 공급시켜주는 장치이다. 기화된 암모니아 가스는 개질기 모듈(3)에서 수소와 질소로 분해되어 파워모듈(1)의 연료로 공급된다. The vaporizer module 12 is a device for supplying a certain amount of ammonia gas to the reformer module 3 by supplying and vaporizing liquefied ammonia stored in the ammonia storage 13 . The vaporized ammonia gas is decomposed into hydrogen and nitrogen in the reformer module 3 and supplied as a fuel of the power module 1 .

기화기 모듈(12)의 구조는 공기공급 모듈(9)과 버너 모듈(7)이 복합화 된 구조이며, 상기 개질기 모듈(3)과 유사하게 버너 챔버와 쉘앤튜브형 열교환기가 결합되어 있는 형태를 가진다. The structure of the vaporizer module 12 is a composite structure of the air supply module 9 and the burner module 7, and similarly to the reformer module 3, a burner chamber and a shell-and-tube type heat exchanger are combined.

즉, 공기공급 모듈(9)의 공기공급장치에서 공급된 공기가 상기 쉘앤튜브 형태의 열교환기에 튜브 내부를 통과하며, 그 튜브 외부의 지그재그로 배치된 판(쉘) 사이에 암모니아가 공급되며 다시 버너 모듈(7)의 버너 챔버 내부의 튜브를 통과하여 튜브 외부에서 수소와 배출 공기의 발화에 의해 생성된 열원을 받아 기화되어 개질기 모듈(3)로 전달된다. 상기 버너 챔버 내부의 암모니아가 통과하는 튜브는 버너의 열원을 효율적으로 공급받기 위해 구불구불한 형태가 될 수 있다. That is, the air supplied from the air supply device of the air supply module 9 passes through the inside of the tube to the shell-and-tube type heat exchanger, and ammonia is supplied between the plates (shells) arranged in a zigzag outside the tube, and the burner again Passing through the tube inside the burner chamber of the module 7 , the heat source generated by the ignition of hydrogen and exhaust air outside the tube is vaporized and transferred to the reformer module 3 . The tube through which ammonia inside the burner chamber passes may be meandering in order to efficiently receive the heat source of the burner.

암모니아 저장소(13)는 암모니아 연료를 공급하기 위하여 액화 형태로 저장되어 기화기 모듈(12)로 액화 암모니아를 공급해주는 장치이다. The ammonia storage 13 is a device that is stored in a liquefied form to supply ammonia fuel and supplies liquefied ammonia to the vaporizer module 12 .

하부 방폭설비(14)는 모듈 사이를 연결하는 배관들이 집적되어 지나가는 공간을 밀폐시킨 장치이며 가스 누출 시 폭발 위험성을 방지하기 위한 방폭설비와 열 손실의 최소화를 위한 단열 설비 구조로 구성되어 있다. 또한, 배가스 배출구가 포함될 수 있다. The lower explosion-proof facility 14 is a device that closes the space in which pipes connecting between modules are accumulated and passes, and consists of an explosion-proof facility to prevent the risk of explosion in case of gas leakage, and an insulation facility structure for minimizing heat loss. In addition, an exhaust gas outlet may be included.

배가스 라인(15)은 버너 모듈(7) 및 연료배기라인 모듈(8)에서 배출된 가스가 시스템 배출구로 최종 배출되도록 연결되며, 열교환을 통한 온수 장치가 포함될 수 있다. The exhaust gas line 15 is connected so that the gas discharged from the burner module 7 and the fuel exhaust line module 8 is finally discharged to the system outlet, and a hot water device through heat exchange may be included.

다음으로, 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 (a) 연료라인 흐름, (b) 퍼지 가스 라인 흐름, (c) 공기 라인 흐름, (d) 전력 라인 흐름에 대하여 설명하기로 한다. Next, (a) fuel line flow, (b) purge gas line flow, (c) air line flow, and (d) power line flow of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention will be described. .

도 9에 도시된 바와 같이, 본 발명의 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈의 연료 라인 흐름은 공급 가스의 버너 활용 방식에 따라 다른 흐름을 가지며 최종적으로는 암모니아 연료 공급에 따른 전력 생산의 흐름을 따른다. 9, the fuel line flow of the ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module of the present invention has a different flow depending on the burner utilization method of the supply gas, and finally the flow of power production according to the ammonia fuel supply follow

이러한 연료 라인 흐름은 도 9의 (a)에 도시된 바와 같다. This fuel line flow is as shown in Fig. 9 (a).

(a) 연료 라인 흐름은 제1 케이스(Case 1) 및 제2 케이스(Case 1)로 구분될 수 있다. (a) The fuel line flow may be divided into a first case (Case 1) and a second case (Case 1).

도 9의 (a)의 제1 케이스(Case 1)를 참조하면, 시스템 시동 시는 암모니아 저장소(13)에서 암모니아가 공급되어 기화기 모듈(12)로 공급되고 기화된 암모니아 가스는 개질기 모듈(3)로 공급되어 개질기 내의 촉매와 개질기 모듈에 결합되어 있는 전기히터의 열원에 의해 수소와 질소로 분해된다. Referring to the first case (Case 1) of FIG. 9 (a), ammonia is supplied from the ammonia storage 13 to the vaporizer module 12 when the system is started, and the vaporized ammonia gas is supplied to the reformer module 3 It is supplied to the reactor and decomposed into hydrogen and nitrogen by the catalyst in the reformer and the heat source of the electric heater coupled to the reformer module.

분해된 수소와 질소 및 미반응 암모니아를 포함하는 혼합 가스는 연료분배 모듈(2)에 의해 방사형으로 각각의 파워모듈(1)에 공급되며 스택의 전극 촉매에 의한 추가 개질 분해되어 발생된 수소, 및 질소의 배출된 가스는 연료배기라인 모듈(8)을 지나 버너 모듈(7)에 공급되어 발화되고, 이 발화로 버너 모듈(7)에서 발생된 열원은 공기공급 모듈(9)의 초기 가스 예열 및 기화기 모듈(12)용으로 공급된다. The mixed gas containing decomposed hydrogen, nitrogen, and unreacted ammonia is radially supplied to each power module 1 by the fuel distribution module 2, and hydrogen generated by further reforming and cracking by the electrode catalyst of the stack, and The exhausted gas of nitrogen is supplied to the burner module 7 through the fuel exhaust line module 8 and ignited, and the heat source generated from the burner module 7 by this ignition is the initial gas preheating of the air supply module 9 and It is supplied for the vaporizer module (12).

상기 버너 모듈(7)에서 발화 후의 배출 가스는 배가스 라인(15)을 통해 배출된다. The exhaust gas after ignition in the burner module 7 is discharged through the exhaust gas line 15 .

파워모듈 작동 시는, 파워모듈(1)에서 발전을 위한 전기화학 반응이 발생하고 연료인 수소가 소모되며 배출된 가스가 버너 모듈(7)에서의 점화 조건이 되지 않기 때문에 버너 모듈(7)은 소화(宵火)되고, 파워모듈에서 반응하고 나온 수증기, 미반응 수소 및 질소의 잔류가스는 버너 모듈(7)을 통과하여 배출된다.When the power module is operated, an electrochemical reaction for power generation occurs in the power module 1, hydrogen, which is fuel, is consumed, and the emitted gas does not become an ignition condition in the burner module 7, so the burner module 7 is Residual gas of water vapor, unreacted hydrogen and nitrogen which is extinguished and reacted from the power module is discharged through the burner module (7).

버너 모듈(7)의 작동온도는 스택의 자체 발열 및 개질기 모듈(3)에 장착되어 있는 전기히터를 통해 유지된다. 버너 모듈(7)을 통과하여 배출되는 잔류가스는 배가스 라인(15)을 통해 배출된다.The operating temperature of the burner module 7 is maintained through self-heating of the stack and an electric heater mounted on the reformer module 3 . The residual gas discharged through the burner module 7 is discharged through the exhaust gas line 15 .

도 9의 (a)의 제2 케이스(Case 2)를 참조하면, 시스템 시동 시에는 암모니아 저장소(13)에서 암모니아가 공급되어 기화기 모듈(12)로 공급되고 기화된 암모니아 가스는 개질기 모듈(3)로 공급되어 개질기 모듈(3) 내의 촉매와 열에 의해 수소와 질소로 분해된다. Referring to the second case (Case 2) of FIG. 9 (a), at the time of system startup, ammonia is supplied from the ammonia storage 13 to the vaporizer module 12, and the vaporized ammonia gas is supplied to the reformer module 3 It is supplied to the reactor and decomposed into hydrogen and nitrogen by the catalyst and heat in the reformer module (3).

분해된 수소와 질소 및 미반응 암모니아의 일부는 버너 모듈(7)에 공급되어 발화되고 버너 모듈(7)에서 발생된 열원은 공기공급 모듈(9)의 초기 가스 예열 및 기화기 모듈(12)용으로 공급된다. Part of the decomposed hydrogen and nitrogen and unreacted ammonia is supplied to the burner module 7 to be ignited, and the heat source generated in the burner module 7 is for the initial gas preheating of the air supply module 9 and the vaporizer module 12. is supplied

버너 모듈(7)에서 연소 반응을 거친 배출 가스는 H2O, 질소, NOx의 혼합 가스로 워터 트랩(Water Trap)을 통해 수분을 제거한 후, 상기 공기라인 모듈(6)에 제공되며, 공기라인 모듈(6)에 연결되어 공급되는 공기와 혼합되어 파워모듈(1)로 공급된다. 이에 따라, 해당 배출 가스에 포함된 소량의 NOx는 상기 파워모듈(1)의 스택의 전기화학반응으로 제거된다.The exhaust gas that has undergone the combustion reaction in the burner module 7 is a mixed gas of H2O, nitrogen, and NOx, after removing moisture through a water trap, it is provided to the air line module 6, and the air line module ( It is mixed with the air connected to 6) and supplied to the power module (1). Accordingly, a small amount of NOx included in the corresponding exhaust gas is removed through an electrochemical reaction of the stack of the power module 1 .

파워 모듈 작동 시는, 암모니아는 기화기 모듈(12)에서 개질기 모듈(3) 및 연료분배 모듈(2)에 분할되어 공급된다. When the power module operates, ammonia is divided and supplied from the carburetor module 12 to the reformer module 3 and the fuel distribution module 2 .

이에 따라, 암모니아는 연료분배 모듈(2)로부터 파워모듈(1)에 발전 연료로 공급되어 사용될 뿐만 아니라, 개질기 모듈(3)로부터 버너 모듈(7)에 공급되어 점화원으로 동시에 사용된다. Accordingly, ammonia is supplied from the fuel distribution module 2 to the power module 1 as power generation fuel and used as a fuel for power generation, and is also supplied from the reformer module 3 to the burner module 7 to be used as an ignition source at the same time.

따라서 제1 케이스(Case 1)와 달리 제2 케이스(Case 2)의 경우, 버너 모듈(7)이 지속적으로 열원을 공급하기 때문에 스택의 작동온도 유지를 위한 전기히터의 추가적인 열원이 요구되지 않는다. Therefore, unlike the first case (Case 1), in the case of the second case (Case 2), since the burner module 7 continuously supplies the heat source, an additional heat source of the electric heater for maintaining the operating temperature of the stack is not required.

연료분배 모듈(2)에 분할 공급된 암모니아는 파워모듈(1)에서 발전을 위한 전기화학 반응에 사용되고, 연료인 수소가 소모되어 배출된 가스는 연료배기라인 모듈(8)에서 열교환 후에 배가스 라인(15)을 통해 배출된다. Ammonia divided and supplied to the fuel distribution module (2) is used in the electrochemical reaction for power generation in the power module (1), and the gas discharged from the consumption of hydrogen as a fuel is heat exchanged in the fuel exhaust line module (8) in the exhaust gas line ( 15) is released.

퍼지 가스 라인 흐름은 도 9의 (b)에 도시된 바와 같다. 도 9의 (b)를 참조하면, 퍼지가스공급 모듈(11)에서 불활성 기체인 질소, 아르곤, 헬륨 등의 퍼지 가스가 공급되어 개질기 모듈(3), 연료분배 모듈(2) 순으로 이동한 후에 각각의 파워모듈(1)에 공급되고 연료배기라인 모듈(8), 버너 모듈(7), 배가스 라인(15) 순으로 흐르면서 각각의 지나는 장치 내부의 불순물 가스를 제거해준다. The purge gas line flow is as shown in (b) of FIG. 9 . Referring to FIG. 9 (b), after the purge gas such as nitrogen, argon, and helium, which is an inert gas, is supplied from the purge gas supply module 11 and moves in the order of the reformer module 3 and the fuel distribution module 2, It is supplied to each power module (1) and flows in the order of the fuel exhaust line module (8), the burner module (7), and the exhaust gas line (15) to remove the impurity gas inside each passing device.

퍼지 가스는 초기 시동이나 위험 상황, 운전 종료 시에만 공급된다.The purge gas is supplied only at the initial start-up, in a hazardous situation, or at the end of operation.

공기 라인 흐름은 도 9의 (c)에 도시된 바와 같다. 도 9의 (c)를 참조하면, 공기 라인 흐름은 공기공급 모듈(9)에서 공기가 공급되어 공기라인 모듈(6)에서 버너 모듈(7) 및 열교환기 모듈(4)에서 발생하는 열원을 받아 공기분배 모듈(5)을 통해 방사형으로 파워모듈(1)에 균일하게 분배된다. The air line flow is as shown in Fig. 9 (c). Referring to Figure 9 (c), the air line flow is air is supplied from the air supply module (9) to receive the heat source generated from the burner module (7) and the heat exchanger module (4) from the air line module (6) It is distributed evenly to the power module (1) radially through the air distribution module (5).

한편, 파워모듈(1)에서 반응 후 배출된 고온 가스는 열교환기 모듈(4)을 거쳐 개질기 모듈(3) 및 공기라인 모듈(6)에 열원을 공급해주면서 버너 모듈(7)로 이동하고 수소연소의 산화제로 사용된다. 수소연소 후에 발생된 배기가스는 배가스 라인(15)을 거쳐 배출된다. On the other hand, the high-temperature gas discharged after the reaction in the power module (1) passes through the heat exchanger module (4) and moves to the burner module (7) while supplying a heat source to the reformer module (3) and the air line module (6), followed by hydrogen combustion. used as an oxidizing agent for The exhaust gas generated after hydrogen combustion is discharged through the exhaust gas line 15 .

전력 라인 흐름은 도 9의 (d)에 도시된 바와 같다. 도 9의 (d)를 참조하면, 전력 라인 흐름은 파워모듈(1)에서 전기가 생성되고 전력 제어 모듈(10)에 저장됨과 동시에 저장 전력의 일부가 전기 응용장치로 공급된다. The power line flow is as shown in (d) of FIG. 9 . Referring to FIG. 9( d ), in the power line flow, electricity is generated in the power module 1 and stored in the power control module 10 , and at the same time, a portion of the stored power is supplied to the electrical application device.

이상 본 발명을 몇 가지 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 이들 실시예는 예시적인 것이며 한정적인 것이 아니다. 이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자라면 본 발명의 사상과 첨부된 특허청구범위에 제시된 권리범위에서 벗어나지 않으면서 균등론에 따라 다양한 변화와 수정을 가할 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명은, 충청북도에서 지원하고 ㈜원익머트리얼즈 단독으로 수행한 ‘수소·이차전지 소재부품 기술개발(R＆D) 지원사업’의 연구과제(과제명: 암모니아 기반 고체산화물 연료전지 전극 소재 및 셀 제조 기술개발, 과제번호: CBTP-B-20-04-R001, 연구 기간: 2020.04.01.~2020.10.31)의 결과이다. Although the present invention has been described above using several preferred embodiments, these examples are illustrative and not restrictive. As such, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will understand that various changes and modifications can be made in accordance with the doctrine of equivalents without departing from the spirit of the present invention and the scope of rights set forth in the appended claims.
The present invention is a research project of the 'Hydrogen and secondary battery material and parts technology development (R&D) support project' supported by Chungcheongbuk-do and conducted solely by Wonik Materials Co., Ltd. (Project name: Ammonia-based solid oxide fuel cell electrode material and cell manufacturing) It is the result of technology development, project number: CBTP-B-20-04-R001, research period: 2020.04.01.~2020.10.31).

1: 파워모듈
2: 연료분배 모듈
3: 개질기 모듈
4: 열교환기 모듈
5: 공기분배 모듈
6: 공기라인 모듈
7: 버너 모듈
8: 연료배기라인 모듈
9: 공기공급 모듈
10: 전력제어 모듈
11: 퍼지가스공급 모듈
12: 기화기 모듈
13: 암모니아 저장소
14: 방폭설비
15: 배가스 라인 1: Power module
2: Fuel distribution module
3: Reformer module
4: heat exchanger module
5: Air distribution module
6: Air line module
7: Burner module
8: fuel exhaust line module
9: Air supply module
10: power control module
11: Purge gas supply module
12: carburetor module
13: Ammonia Reservoir
14: explosion-proof equipment
15: flue gas line

Claims (13)

암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈에 있어서,
판상의 방폭설비(14);
상기 방폭설비의 소정의 전방 영역에 적어도 일부가 노출되도록 매립되며 암모니아를 저장하는 암모니아 저장소(13);
상기 암모니아 저장소의 후방에 소정 간격 이격되어 상기 방폭설비의 상면에 배치되며 상기 암모니아를 기화시키는 기화기 모듈(12);
상기 기화기 모듈의 후면에 배치되며 상기 기화된 암모니아를 개질하여 수소 및 질소로 분해하는 개질기 모듈(3);
상기 개질기 모듈의 후면에 배치되며 상기 개질기 모듈로부터 상기 수소, 상기 질소 및 잔류 암모니아를 포함하는 혼합가스를 복수의 파워모듈에 공급하는 연료분배 모듈(2); 및
상기 연료분배 모듈(2)을 둘러싸도록 배치되어 상기 혼합가스를 상기 연료분배 모듈로부터 공급받는 복수의 파워모듈(1);을 포함하며,
상기 기화기 모듈(12)은, 버너모듈(7) 및 공기공급 모듈(9)과 복합화되어 가장 하부로부터 버너모듈(7), 기화기 모듈(12), 공기공급 모듈(9)의 순서로 적층된 복합화된 형태이고,
상기 연료분배 모듈(2)은, 그 하부에 공기분배 모듈(5) 적층된 복합화된 형태이며,

상기 파워모듈은 2 이상의 층으로 형성되며,
각 층에 형성되는 4각 판상의 매니폴더;와,
상기 매니폴더에 의해 구분되는 층과 층 사이를 관통하는 중앙 배관;과,
상기 매니폴더 상에 상기 중앙 배관을 둘러싸도록 배치되는 적어도 2개의 스택;과,
상기 중앙 배관의 각 층의 영역에서 방사형으로 돌출되어 각 층에 형성된 상기 스택에 연결되어 연결된 스택에 상기 중앙 배관을 통해 공급되는 연료를 공급하는 연료분배배관;과,
상기 매니폴더의 모서리 중 적어도 하나의 모서리 부분에 상층의 매니폴더와 하층의 매니폴더를 연결하여 형성되며, 상기 매니폴더를 통해 복수의 스택 각각의 공기극 입구에 공급되도록 공기를 공급하는 공기분배배관; 및
상기 매니폴더의 모서리 중 적어도 하나의 모서리 부분에 상층의 매니폴더와 하층의 매니폴더를 연결하여 형성되며, 복수의 스택 각각의 스택 출구에서 매니폴더를 통해 배출되는 배출 가스를 바닥의 배관으로 배출하는 배출연결라인;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈.In the solid oxide fuel cell system module applied to ammonia fuel,
Plate-shaped explosion-proof equipment (14);
An ammonia storage 13 that is buried so as to expose at least a portion of the predetermined front area of the explosion-proof facility and stores ammonia;
a vaporizer module 12 spaced apart from the rear of the ammonia storage by a predetermined interval and disposed on the upper surface of the explosion-proof facility to vaporize the ammonia;
a reformer module (3) disposed on the rear surface of the vaporizer module and reforming the vaporized ammonia into hydrogen and nitrogen;
a fuel distribution module (2) disposed at a rear surface of the reformer module and supplying a mixed gas including the hydrogen, the nitrogen, and residual ammonia from the reformer module to a plurality of power modules; and
a plurality of power modules (1) arranged to surround the fuel distribution module (2) and supplied with the mixed gas from the fuel distribution module;
The vaporizer module 12 is combined with the burner module 7 and the air supply module 9, and the burner module 7, the vaporizer module 12, and the air supply module 9 are stacked in this order from the bottom. is in the form of
The fuel distribution module (2) is a composite type in which the air distribution module (5) is stacked on the lower part,

The power module is formed of two or more layers,
Manifolds in the form of a quadrilateral formed on each layer; and
A layer separated by the manifold and a central pipe passing between the layers; And,
at least two stacks disposed on the manifold to surround the central pipe; and
A fuel distribution pipe that radially protrudes from the area of each layer of the central pipe and is connected to the stack formed on each layer to supply fuel supplied through the central pipe to the connected stack; and
an air distribution pipe formed by connecting an upper manifold and a lower manifold to at least one edge of the manifold, and supplying air to be supplied to the cathode inlets of each of the plurality of stacks through the manifold; and
It is formed by connecting the manifold of the upper layer and the manifold of the lower layer to at least one corner of the corners of the manifold, and exhaust gas discharged through the manifold at the stack outlet of each of the plurality of stacks is discharged to the pipe of the floor Discharge connection line; Ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module comprising a. 제1항에 있어서,
상기 개질기 모듈(3)은, 열교환기 모듈(4), 공기라인 모듈(6), 및 연료배기라인 모듈(8)과 복합화되어 가장 하부로부터 연료배기라인 모듈(8), 개질기 모듈(3), 열교환기 모듈(4), 공기라인 모듈(6)의 순서로 적층된 복합화된 형태인 것을 특징으로 하는, 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈According to claim 1,
The reformer module (3) is combined with the heat exchanger module (4), the air line module (6), and the fuel exhaust line module (8) from the bottommost to the fuel exhaust line module (8), the reformer module (3), Ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module, characterized in that the heat exchanger module (4) and the air line module (6) are stacked in the order of a complex form 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 시스템 모듈은
상기 방폭설비의 내부에서 모듈 사이의 연결배관으로 형성되며 암모니아의 이동 경로인 암모니아 라인; 및
상기 방폭설비의 내부에 형성되며 공기의 이동 경로인 공기 라인;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈.According to claim 1,
The system module is
an ammonia line formed as a connecting pipe between modules in the explosion-proof facility and as a movement path of ammonia; and
an air line that is formed inside the explosion-proof facility and is a movement path of air;
characterized in that it further comprises,
Ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module. 제1항에 있어서,
상기 파워모듈은
상기 파워모듈의 하면에 돌출되어 형성된 연료 및 공기가 유입되거나 유출되는 수형 입출구;와, 상기 파워모듈의 하면에 상기 파워모듈이 이동하도록 형성되는 복수의 바퀴;를 포함하며,
상기 방폭설비는
상기 방폭설비의 상면에 돌출되어 연료, 및 공기가 유입되거나 유출되는 암형 입출구; 및
상기 방폭설비의 상면에 형성되어 상기 바퀴를 통해 상기 파워모듈이 이동하여 상기 수형 입출구가 상기 암형 입출구에 결합되도록 상기 바퀴를 가이드하는 레일;
을 포함하는 것을 특징으로 하는,
암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈. According to claim 1,
The power module is
It includes: a male inlet and outlet protruding from the lower surface of the power module through which fuel and air are introduced or discharged; and a plurality of wheels formed on the lower surface of the power module to move the power module;
The explosion-proof equipment is
a female inlet and outlet protruding from the upper surface of the explosion-proof facility through which fuel and air are introduced or discharged; and
a rail formed on the upper surface of the explosion-proof facility to guide the wheel so that the power module moves through the wheel so that the male inlet and outlet are coupled to the female inlet and outlet;
characterized in that it comprises,
Ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module. 제1항에 있어서,
상기 파워모듈은
2 이상의 층으로 형성되며,
각 층에 형성되는 4각 판상의 매니폴더;와,
상기 매니폴더에 의해 구분되는 층과 층 사이를 관통하는 중앙 배관;과,
상기 매니폴더 상에 상기 중앙 배관을 둘러싸도록 배치되는 적어도 2개의 스택;과,
상기 중앙 배관의 각 층의 영역에서 방사형으로 돌출되어 각 층에 형성된 상기 스택에 연결되어 연결된 스택에 상기 중앙 배관을 통해 공급되는 연료를 공급하는 연료분배배관;과,
상기 매니폴더의 모서리 중 적어도 하나의 모서리 부분에 상층의 매니폴더와 하층의 매니폴더를 연결하여 형성되며, 상기 매니폴더를 통해 복수의 스택 각각의 공기극 입구에 공급되도록 공기를 공급하는 공기분배배관; 및
상기 매니폴더의 모서리 중 적어도 하나의 모서리 부분에 상층의 매니폴더와 하층의 매니폴더를 연결하여 형성되며, 복수의 스택 각각의 스택 출구에서 매니폴더를 통해 배출되는 배출 가스를 바닥의 배관으로 배출하는 배출연결라인;
을 포함하는 것을 특징으로 하는,
암모니아 연료 적용고체산화물 연료전지 시스템 모듈. According to claim 1,
The power module is
It is formed in two or more layers,
Manifolds in the form of a quadrilateral formed on each layer; and
A layer separated by the manifold and a central pipe passing between the layers; And,
at least two stacks disposed on the manifold to surround the central pipe; and
A fuel distribution pipe that radially protrudes from the area of each layer of the central pipe and is connected to the stack formed on each layer to supply fuel supplied through the central pipe to the connected stack; and
an air distribution pipe formed by connecting an upper manifold and a lower manifold to at least one corner of the corners of the manifold, and supplying air to be supplied to the cathode inlets of each of the plurality of stacks through the manifold; and
It is formed by connecting the manifold of the upper layer and the manifold of the lower layer to at least one corner of the corners of the manifold, and the exhaust gas discharged through the manifold at the stack outlet of each of the plurality of stacks is discharged to the pipe of the floor exhaust connection line;
characterized in that it comprises,
Ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module. 제1항에 있어서,
상기 암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈은 (a) 연료라인 흐름, (b) 퍼지 가스 라인 흐름, (c) 공기 라인 흐름, 및 (d) 전력 라인 흐름을 포함하고,
상기 (a) 연료라인 흐름은, 암모니아 저장소(13), 상기 저장소로부터 암모니아가 공급되는 기화기 모듈(12), 상기 기화기 모듈에서 기화된 암모니아 가스가 수소 및 질소로 분해 개질되는 개질기 모듈(3), 상기 분해 개질된 수소와 질소, 및 미반응의 암모니아의 혼합가스의 연료 공급에 관여하는 연료분배 모듈(2), 상기 연료분배 모듈(2)로부터 상기 혼합가스의 연료를 공급받는 파워 모듈(1), 상기 파워 모듈의 배기가스인 수소 및 질소의 배기를 위한 연료배기라인 모듈(8), 상기 수소 및 질소의 배기가스로 발화되는 버너 모듈(7), 상기 발화 후의 배출 가스가 배출되는 배가스 라인(15)의 순서로 흐르는 것을 특징으로 하는,
암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈According to claim 1,
The ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module includes (a) a fuel line flow, (b) a purge gas line flow, (c) an air line flow, and (d) a power line flow,
The (a) fuel line flow includes an ammonia reservoir 13, a vaporizer module 12 to which ammonia is supplied from the reservoir, a reformer module 3 in which ammonia gas vaporized in the vaporizer module is decomposed and reformed into hydrogen and nitrogen; A fuel distribution module (2) involved in fuel supply of a mixed gas of the decomposed and reformed hydrogen and nitrogen, and unreacted ammonia, and a power module (1) receiving fuel of the mixed gas from the fuel distribution module (2) , a fuel exhaust line module 8 for exhausting hydrogen and nitrogen, which are exhaust gases of the power module, a burner module 7 ignited by the exhaust gas of hydrogen and nitrogen, and an exhaust gas line from which the exhaust gas after ignition is discharged ( 15) characterized in that it flows in the order of,
Ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module 제9항에 있어서,
상기 (a) 연료라인 흐름은, 암모니아 저장소(13);, 기화기 모듈(12);, 개질기 모듈(3) 또는 연료분배 모듈(2);의 순서로 흐르고,

상기 개질기 모듈(3)의 순서에서는 상기 개질기 모듈(3) 이후, 버너 모듈(7), 워터 트랩, 공기라인 모듈(6)의 순서로 흐르며,
상기 연료분배 모듈(2)의 순서에서는 상기 연료분배 모듈(2) 이후, 파워 모듈(1), 연료배기라인 모듈(8), 배가스 라인(15)의 순서로 흐르는 것을 특징으로 하는,
암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈10. The method of claim 9,
The (a) fuel line flow flows in the order of: ammonia reservoir 13; carburetor module 12; reformer module 3 or fuel distribution module 2;

In the order of the reformer module (3), it flows in the order of the reformer module (3), then the burner module (7), the water trap, and the air line module (6),
In the order of the fuel distribution module (2), after the fuel distribution module (2), the power module (1), the fuel exhaust line module (8), and the exhaust gas line (15) flow in the order, characterized in that,
Ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module 제9항에 있어서,
(b) 퍼지 가스 라인 흐름은 암모니아 저장소(13), 기화기 모듈(12), 개질기 모듈(3), 연료분배 모듈(2), 파워 모듈(1), 연료배기라인 모듈(8), 버너 모듈(7), 배가스 라인(15)의 순서로 흐르는 것을 특징으로 하는,
암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈10. The method of claim 9,
(b) the purge gas line flow includes the ammonia reservoir 13, the carburetor module 12, the reformer module 3, the fuel distribution module 2, the power module 1, the fuel exhaust line module 8, the burner module ( 7), characterized in that it flows in the order of the exhaust gas line 15,
Ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module 제9항에 있어서,
(c) 공기 라인 흐름은 공기공급 모듈(9), 공기라인 모듈(6), 공기분배 모듈(5), 파워 모듈(1), 열교환기 모듈(4), 버너 모듈(7), 배가스 라인(15)의 순서로 흐르는 것을 특징으로 하는,
암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈10. The method of claim 9,
(c) the air line flow includes the air supply module (9), the air line module (6), the air distribution module (5), the power module (1), the heat exchanger module (4), the burner module (7), the exhaust gas line ( 15) characterized in that it flows in the order of,
Ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module 제9항에 있어서,
(d) 전력 라인 흐름은 파워 모듈(1), 전력 제어 모듈(10)의 순서로 흐르는 것을 특징으로 하는,
암모니아 연료 적용 고체산화물 연료전지 시스템 모듈10. The method of claim 9,
(d) characterized in that the power line flow flows in the order of the power module (1), the power control module (10),
Ammonia fuel applied solid oxide fuel cell system module
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20220403775A1 (en) 2021-05-14 2022-12-22 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia
US11724245B2 (en) 2021-08-13 2023-08-15 Amogy Inc. Integrated heat exchanger reactors for renewable fuel delivery systems
KR20240020274A (en) 2021-06-11 2024-02-14 아모지 인크. Systems and methods for processing ammonia
US11539063B1 (en) 2021-08-17 2022-12-27 Amogy Inc. Systems and methods for processing hydrogen
US11840447B1 (en) 2022-10-06 2023-12-12 Amogy Inc. Systems and methods of processing ammonia
US11866328B1 (en) 2022-10-21 2024-01-09 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia
US11795055B1 (en) 2022-10-21 2023-10-24 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101291570B1 (en) * 2010-12-22 2013-08-08 지에스칼텍스 주식회사 combined heat and power co-generation system for fuel cell of union-disunion type
WO2017154732A1 (en) * 2016-03-07 2017-09-14 昭和電工株式会社 Device for decomposing ammonia, and device for manufacturing hydrogen gas
JP2017183155A (en) * 2016-03-31 2017-10-05 大阪瓦斯株式会社 Fuel cell system

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8440362B2 (en) 2010-09-24 2013-05-14 Bloom Energy Corporation Fuel cell mechanical components

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101291570B1 (en) * 2010-12-22 2013-08-08 지에스칼텍스 주식회사 combined heat and power co-generation system for fuel cell of union-disunion type
WO2017154732A1 (en) * 2016-03-07 2017-09-14 昭和電工株式会社 Device for decomposing ammonia, and device for manufacturing hydrogen gas
JP2017183155A (en) * 2016-03-31 2017-10-05 大阪瓦斯株式会社 Fuel cell system

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