KR102483560B1 - Convergence system comprising molten carbonate fuel cell and solid oxide electrolysis cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템에 관한 것으로, 일 실시예의 융복합 시스템은 캐소드 입력단(CI1)으로 공급된 산소와 애노드 입력단(AI1)으로 공급된 수소의 화학반응에 의해 전기를 생산하는 용융탄산염형 연료전지와, 상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스를 연소기와 고체산화물 수전해전지로 배분하는 제1 밸브 및 상기 제1 밸브에서 배분된 배출가스의 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지를 포함하며, 상기 제1 밸브는 운전 조건에 따라 상기 연소기 및 상기 고체산화물 수전해전지로의 배분 비율을 조절한다.The present invention relates to a convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell, and the convergence system of one embodiment relates to the chemistry of oxygen supplied to a cathode input terminal (CI1) and hydrogen supplied to an anode input terminal (AI1). A molten carbonate fuel cell that produces electricity by reaction, a first valve that distributes the anode exhaust gas of the molten carbonate fuel cell to a combustor and a solid oxide water electrolysis cell, and moisture in the exhaust gas distributed from the first valve and a solid oxide water electrolytic cell producing oxygen and hydrogen by electrolysis, and the first valve adjusts a distribution ratio between the combustor and the solid oxide water electrolytic cell according to operating conditions.

Figure R1020200070655
Figure R1020200070655

Description

용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템{CONVERGENCE SYSTEM COMPRISING MOLTEN CARBONATE FUEL CELL AND SOLID OXIDE ELECTROLYSIS CELL}Convergence system of molten carbonate type fuel cell and solid oxide water electrolysis cell

본 발명은 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용융탄산염형 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)와 고체산화물 수전해전지(Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC)가 서로 유기적인 관계로 구동하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a convergence system of a molten carbonate fuel cell and a solid oxide water electrolysis cell, and more particularly, to a molten carbonate fuel cell (MCFC) and a solid oxide water electrolysis cell (Solid Oxide Electrolysis Cell). , SOEC) relates to a convergence system of a molten carbonate fuel cell and a solid oxide water electrolysis cell driven in an organic relationship with each other.

일반적으로 연료전지는 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지를 말한다. 연료전지는 화학전지와 달리 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되고 반응생산물이 외부에서 제거된다. 연료전지의 가장 대표적 형태에는 수소-산소 연료전지가 있고 이 연료전지는 동작온도에 따라 고온형 연료전지와 저온형 연료전지로 나뉜다.In general, a fuel cell refers to a cell that directly converts chemical energy generated by oxidation into electrical energy. Unlike chemical cells, in fuel cells, reactants are continuously supplied from the outside and reaction products are removed from the outside. The most representative type of fuel cell is a hydrogen-oxygen fuel cell, and this fuel cell is divided into a high-temperature fuel cell and a low-temperature fuel cell according to the operating temperature.

가정용 및 산업용 연료전지 시스템은 일반적으로 전력과 열을 동시에 생산하는 열병합 발전을 수행한다. 연료전지 시스템은 천연가스를 연료로 이용하며 개질기에서 천연가스에 포함된 수소를 추출하여 연료전지의 스택에 공급한다. 연료전지의 스택은 전기화학반응에 의해 수소로부터 전기를 생산하며 발전과정에서 발생하는 폐열은 열회수장치로 회수하여 축열조에 저장한 후 보조보일러 등을 통해 난방 또는 온수를 위한 열원으로 사용된다.Household and industrial fuel cell systems generally perform cogeneration that simultaneously produces power and heat. The fuel cell system uses natural gas as a fuel, extracts hydrogen contained in natural gas in a reformer, and supplies it to a fuel cell stack. The fuel cell stack produces electricity from hydrogen through an electrochemical reaction, and the waste heat generated in the power generation process is recovered by a heat recovery device, stored in a heat storage tank, and then used as a heat source for heating or hot water through an auxiliary boiler.

이하, 연료전지의 작동원리를 간략하게 설명한다.Hereinafter, the operating principle of the fuel cell will be briefly described.

천연가스로부터 추출된 수소는 연료전지의 애노드(Anode)를 통과하고 산소는 캐소드(Cathode)를 통과한다. 수소와 산소는 전기 화학적으로 반응하여 물과 열을 생산한다. 이때, 전자가 전해질을 통과하면서 전극에는 직류전기가 흐르게 되며, 직류전기는 직류 전동기의 동력으로 사용되거나 전력변환기에 의해 교류전기로 바꾸어 사용된다. 연료전지에서 발생된 열은 증기를 발생시키거나 냉난방 열로 사용될 수 있으며, 사용되지 않을 경우에는 배기열로 배출된다.Hydrogen extracted from natural gas passes through the fuel cell's anode and oxygen passes through the cathode. Hydrogen and oxygen react electrochemically to produce water and heat. At this time, as the electrons pass through the electrolyte, DC electricity flows through the electrodes, and the DC electricity is used as the power of the DC motor or converted into AC electricity by the power converter. The heat generated from the fuel cell can be used to generate steam or as heat for cooling and heating, and is discharged as exhaust heat when not in use.

연료전지는 전해질의 종류에 따라 구분되는데, 전해질로 용융탄산염을 사용하고 통상 650℃의 고온에서 작동하는 연료전지를 용융탄산염형 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)라 한다. Fuel cells are classified according to the type of electrolyte. A fuel cell that uses molten carbonate as an electrolyte and operates at a high temperature of 650° C. is called a Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC).

용융탄산염형 연료전지는 가정용/건물용/차량용으로 사용하는 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)에 비해 효율이 높고, 장시간 운전 성능이 좋아 발전용으로 사용하고 있다. 또한, 용융탄산염형 연료전지는 설비규모 대비 대용량 출력이 가능하고, 수명도 다른 연료전지들에 비해 길기 때문에 선박의 구동원으로 사용하기 위한 연구가 다양하게 이루어지고 있다.Molten carbonate fuel cells are used for power generation because of their high efficiency and long-term operation performance compared to polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFCs) used for households, buildings, and vehicles. In addition, since the molten carbonate fuel cell can produce a large capacity compared to the size of the facility and has a longer lifespan than other fuel cells, various studies have been conducted to use it as a driving source for ships.

본 발명은 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지를 유기적으로 결합하여 구동시 필요한 연료와 구동 후 발생한 부산물을 순환하여 서로 사용할 수 있는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is a convergence system of a molten carbonate fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell that organically combines a molten carbonate fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell to circulate and use fuel required for driving and by-products generated after driving. Its purpose is to provide

또한, 본 발명은 시스템 동작에 필요한 구성을 최적화하여 시스템의 효율을 높이는데 다른 목적이 있다. Another object of the present invention is to increase system efficiency by optimizing configurations required for system operation.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

위의 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 캐소드 입력단(CI1)으로 공급된 산소와 애노드 입력단(AI1)으로 공급된 수소의 화학반응에 의해 전기를 생산하는 용융탄산염형 연료전지, 상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스를 연소기와 고체산화물 수전해전지로 배분하는 제1 밸브 및 상기 제1 밸브에서 배분된 배출가스의 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지를 포함하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 일 실시예로 제안한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a molten carbonate type fuel cell that generates electricity by a chemical reaction between oxygen supplied to the cathode input terminal (CI1) and hydrogen supplied to the anode input terminal (AI1), and the molten carbonate type fuel A first valve that distributes the exhaust gas from the anode output terminal (AO1) of the battery to the combustor and the solid oxide water electrolytic cell, and a solid oxide water electrolytic cell that produces oxygen and hydrogen by electrolyzing the moisture in the exhaust gas distributed from the first valve A convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell including a is proposed as an embodiment.

상기 제1 밸브는 운전 조건에 따라 상기 연소기 및 상기 고체산화물 수전해전지로의 배분 비율을 조절한다.The first valve adjusts the distribution ratio between the combustor and the solid oxide water electrolysis cell according to operating conditions.

상기 운전 조건은, 상기 고체산화물 수전해전지가 최대로 가동되도록 상기 애노드 출력단(AO1) 배출가스를 상기 고체산화물 수전해전지로 배분하고, 잔여 배출가스를 상기 연소기로 배분한다.In the operating condition, the exhaust gas of the anode output stage AO1 is adjusted so that the solid oxide water electrolytic cell operates at the maximum. It is distributed to the solid oxide water electrolysis cell, and the remaining exhaust gas is distributed to the combustor.

상기 애노드 출력단(AO1)과 상기 제1 밸브 사이에 배치되며, 상기 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 전해질을 제거하는 제1 필터를 더 포함할 수 있다.A first filter disposed between the anode output terminal AO1 and the first valve, and removing the electrolyte included in the exhaust gas of the anode output terminal AO1 may be further included.

상기 연소기는 상기 제1 밸브의 배출가스에 포함된 미반응 연료를 이용하여 외부 공기를 가열하고, 가열된 외부 공기는 상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 입력단으로 공급된다.The combustor heats external air using unreacted fuel contained in the exhaust gas of the first valve, and the heated external air is supplied to a cathode input terminal of the molten carbonate fuel cell.

상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 출력단(AO2) 배출가스는 상기 외부 공기에 합류되어 상기 연소기로 공급된다.The exhaust gas from the anode output stage AO2 of the solid oxide water electrolysis cell is joined to the external air and supplied to the combustor.

본 발명은, 캐소드 입력단(CI1)으로 공급된 산소와 애노드 입력단(AI1)으로 공급된 수소의 화학반응에 의해 전기를 생산하는 용융탄산염형 연료전지, 상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지 및 상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 입력단(AI2)과 상기 고체산화물 수전해전지의 핫박스로 배분하는 제2 밸브를 포함하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 다른 일 실시예로 제안한다.The present invention is a molten carbonate fuel cell that generates electricity by a chemical reaction between oxygen supplied to a cathode input stage (CI1) and hydrogen supplied to an anode input stage (AI1), and an anode output stage (AO1) of the molten carbonate fuel cell. A solid oxide water electrolysis cell that electrolyzes moisture contained in exhaust gas to produce oxygen and hydrogen, and a cathode output terminal (CO1) of the molten carbonate type fuel cell generates exhaust gas from an anode input terminal (AI2) of the solid oxide water electrolytic cell As another embodiment, a convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolysis cell including a second valve distributing to a hot box of the solid oxide water electrolysis cell is proposed.

다른 일 실시예의 상기 제2 밸브는 운전 조건에 따라 상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 입력단(AI2)과 상기 고체산화물 수전해전지의 핫박스로의 배분 비율을 조절한다.The second valve according to another embodiment adjusts the distribution ratio between the anode input terminal AI2 of the solid oxide water electrolytic battery and the hot box of the solid oxide water electrolytic battery according to operating conditions.

상기 고체산화물 수전해전지의 핫박스의 폐열은 열교환기에 공급되어 외부 연료의 가열에 이용된다.Waste heat from the hot box of the solid oxide water electrolytic cell is supplied to a heat exchanger and used for heating external fuel.

상기 캐소드 출력단(CO1)과 상기 제2 밸브 사이에 배치되며, 상기 캐소드 출력단(CO1) 배출가스에 포함된 전해질을 제거하는 제2 필터를 더 포함할 수 있다.A second filter disposed between the cathode output CO1 and the second valve and removing electrolyte included in exhaust gas from the cathode output CO1 may be further included.

본 발명은, 캐소드 입력단(CI1)으로 공급된 산소와 애노드 입력단(AI1)으로 공급된 수소의 화학반응에 의해 전기를 생산하는 용융탄산염형 연료전지와, 상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지 및 상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 상기 고체산화물 수전해전지와, 외부 연료를 가열하는 열교환기로 배분하는 제2 밸브를 포함하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 다른 일 실시예로 제안한다.The present invention relates to a molten carbonate fuel cell that generates electricity by a chemical reaction between oxygen supplied to a cathode input terminal (CI1) and hydrogen supplied to an anode input terminal (AI1), and an anode output terminal (AO1) of the molten carbonate fuel cell. ) A solid oxide water electrolysis cell that electrolyzes moisture contained in exhaust gas to produce oxygen and hydrogen, and a cathode output stage (CO1) exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is heated with the solid oxide water electrolytic cell and external fuel As another embodiment, a convergence system of a molten carbonate fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell including a second valve for distribution to a heat exchanger is proposed.

상기 제2 밸브는 운전 조건에 따라 상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 입력단(AI2)과 상기 열교환기로의 배분 비율을 조절한다.The second valve adjusts the distribution ratio between the anode input stage AI2 of the solid oxide water electrolytic cell and the heat exchanger according to operating conditions.

상기 제2 밸브는 운전 조건에 따라 상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 입력단(AI2), 상기 고체산화물 수전해전지의 핫박스, 및 상기 열교환기로 배분한다.The second valve transfers exhaust gas from the cathode output stage (CO1) of the molten carbonate type fuel cell to the anode input stage (AI2) of the solid oxide water electrolysis cell, the hot box of the solid oxide water electrolysis cell, and the heat exchanger according to operating conditions. allocate by

상기 캐소드 출력단(CO1)과 상기 제2 밸브 사이에 배치되며, 상기 캐소드 출력단(CO1) 배출가스에 포함된 전해질을 제거하는 제2 필터를 더 포함한다.A second filter disposed between the cathode output CO1 and the second valve, and removing the electrolyte included in the exhaust gas of the cathode output CO1 is further included.

본 발명은, 캐소드 입력단(CI1)으로 공급된 산소와 애노드 입력단(AI1)으로 공급된 수소의 화학반응에 의해 전기를 생산하는 용융탄산염형 연료전지, 상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 미반응 연료를 이용하여 외부 공기를 가열하는 연소기, 상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 열을 이용하여 외부 공기를 가열하는 공용히터, 상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스를 상기 연소기와 상기 공용히터로 배분하는 제1 밸브 및 상기 공용히터를 경유한 상기 애노드 출력단(AO1) 배출가스의 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지를 포함하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 다른 일 실시예로 제안한다.The present invention is a molten carbonate fuel cell that generates electricity by a chemical reaction between oxygen supplied to a cathode input stage (CI1) and hydrogen supplied to an anode input stage (AI1), and an anode output stage (AO1) of the molten carbonate fuel cell. A combustor for heating external air using unreacted fuel contained in the exhaust gas, a common heater for heating external air using the heat contained in the exhaust gas of the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate fuel cell, the molten carbonate Oxygen and hydrogen are produced by electrolyzing moisture in the exhaust gas of the anode output stage (AO1) passing through the first valve and the common heater to distribute the exhaust gas from the anode output stage (AO1) of the fuel cell to the combustor and the common heater. A convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell including a solid oxide water electrolytic cell to do is proposed as another embodiment.

상기 제1 밸브는 운전 조건에 따라 상기 연소기 및 상기 고체산화물 수전해전지로의 배분 비율을 조절한다.The first valve adjusts the distribution ratio between the combustor and the solid oxide water electrolysis cell according to operating conditions.

외부 공기를 상기 연소기와 상기 공용히터로 배분하는 제3 밸브를 더 포함할 수 있다.A third valve for distributing external air to the combustor and the shared heater may be further included.

상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 출력단(AO2) 배출가스는 상기 제3 밸브에서 배분된 외부 공기에 합류되어 상기 연소기로 공급된다.Exhaust gas from the anode output terminal (AO2) of the solid oxide water electrolysis cell is joined to external air distributed from the third valve and supplied to the combustor.

상기 공용히터 및 상기 연소기에 의해 가열된 외부 공기는 상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 입력단으로 공급된다.External air heated by the common heater and the combustor is supplied to a cathode input terminal of the molten carbonate fuel cell.

본 발명의 실시예에 의하면 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지가 구동할 때 필요한 연료와 구동 후 발생한 부산물을 순환하여 사용함으로써 수소 및 전력 생산량 대비 필요로 하는 연료를 최소화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, fuel required for driving the molten carbonate fuel cell and the solid oxide water electrolytic cell and by-products generated after driving are circulated for use, thereby minimizing the amount of fuel required for hydrogen and power production.

본 발명의 실시예에 의하면 용융탄산염형 연료전지의 배출가스에 포함된 미반응 수소를 수전해전지에 공급함으로써 수소 생산 효율을 증대할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, hydrogen production efficiency can be increased by supplying unreacted hydrogen contained in exhaust gas of a molten carbonate fuel cell to a water electrolysis cell.

본 발명의 실시예에 의하면 용융탄산염형 연료전지의 배출가스에 포함된 폐열을 고체산화물 수전해전지의 핫박스에 공급함으로써 핫박스의 가동 조건을 유지하기 위한 에너지 소모를 최소화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, energy consumption for maintaining operating conditions of the hot box can be minimized by supplying waste heat included in exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell to the hot box of the solid oxide water electrolytic cell.

본 발명의 실시예에 의하면 용융탄산염형 연료전지의 배출가스를 운전조건에 따라 제어 밸브를 이용하여 연소기와 고체산화물 수전해전지에 적절히 배분함으로써 운전자가 원하는 가동 목적 또는 가동 효율을 용이하게 달성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the exhaust gas of the molten carbonate fuel cell is appropriately distributed to the combustor and the solid oxide water electrolytic cell using a control valve according to operating conditions, so that the operator's desired operation purpose or operation efficiency can be easily achieved. there is.

본 발명의 실시예에 의하면 용융탄산염형 연료전지의 배출가스에 포함된 폐열을 외부 연료의 가열을 위한 열교환기에 공급함으로써 시스템의 효율을 높일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the efficiency of the system can be increased by supplying waste heat contained in the exhaust gas of the molten carbonate fuel cell to a heat exchanger for heating external fuel.

본 발명의 실시예에 의하면 용융탄산염형 연료전지의 배출가스에 포함된 폐열을 운전조건에 따라 제어 밸브를 이용하여 고체산화물 수전해전지의 핫박스와 열교환기에 적절히 배분함으로써 운전자가 원하는 가동 목적 또는 가동 효율을 용이하게 달성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the waste heat included in the exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is appropriately distributed to the hot box and heat exchanger of the solid oxide water electrolysis cell using a control valve according to the operating conditions, so that the purpose of operation or operation desired by the driver Efficiency can be easily achieved.

본 발명의 실시예에 의하면 용융탄산염형 연료전지의 배출가스를 운전조건에 따라 제어 밸브를 이용하여 고체산화물 수전해전지, 고체산화물 수전해전지의 핫박스 및 열교환기에 적절히 배분함으로써 운전자가 원하는 가동 목적 또는 가동 효율을 용이하게 달성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is appropriately distributed to the solid oxide water electrolysis battery, the hot box of the solid oxide water electrolysis battery, and the heat exchanger using a control valve according to the operating conditions, so that the driver's desired operation purpose Alternatively, operation efficiency can be easily achieved.

본 발명의 실시예에 의하면 용융탄산염형 연료전지의 배출가스를 운전조건에 따라 제어 밸브를 이용하여 연소기와 외부 공기를 가열하기 위한 공용히터에 적절히 배분함으로써 운전자가 원하는 가동 목적 또는 가동 효율을 용이하게 달성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, exhaust gas from a molten carbonate fuel cell is appropriately distributed to a combustor and a common heater for heating external air using a control valve according to operating conditions, so that the driver's desired operation purpose or operation efficiency can be easily achieved. can be achieved

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.
1 is a block configuration diagram showing a convergence system of a molten carbonate fuel cell and a solid oxide water electrolysis cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolysis cell according to another embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing a convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolysis cell according to another embodiment of the present invention.
4 is a block diagram illustrating a convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolysis cell according to another embodiment of the present invention.
5 is a block diagram showing a convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolysis cell according to another embodiment of the present invention.
6 is a block diagram illustrating a convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell according to another embodiment of the present invention.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Since the description of the present invention is only an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiment can be changed in various ways and can have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such effects, the scope of the present invention should not be construed as being limited thereto.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of terms described in this application should be understood as follows.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as "first" and "second" are used to distinguish one component from another, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first element may be termed a second element, and similarly, a second element may be termed a first element.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It should be understood that when an element is referred to as being “connected” to another element, it may be directly connected to the other element, but other elements may exist in the middle. On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" to another element, it should be understood that no intervening elements exist. Meanwhile, other expressions describing the relationship between components, such as “between” and “immediately between” or “adjacent to” and “directly adjacent to” should be interpreted similarly.

단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Expressions in the singular number should be understood to include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as “comprise” or “have” refer to an embodied feature, number, step, operation, component, part, or these. It should be understood that it is intended to indicate that a combination exists, and does not preclude the possibility of the presence or addition of one or more other features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In each step, the identification code (eg, a, b, c, etc.) is used for convenience of explanation, and the identification code does not describe the order of each step, and each step clearly follows a specific order in context. Unless otherwise specified, it may occur in a different order than specified. That is, each step may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs, unless defined otherwise. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as consistent with meanings in the context of the related art, and cannot be interpreted as having ideal or excessively formal meanings unless explicitly defined in the present application.

<제1 실시예><First Embodiment>

도 1은 제1 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.1 is a block diagram showing a convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell according to a first embodiment.

제1 실시예의 융복합 시스템은 용융탄산염형 연료전지(MCFC)(10), 밸브 시스템(valve system)(20), 고체산화물 수전해전지(SOEC)(30), 연소기(oxidizer)(40)를 포함하며, 압축기(compressor)(50) 및 개질 시스템(reforming system)(60)을 더 포함할 수 있다.The convergence system of the first embodiment includes a molten carbonate fuel cell (MCFC) 10, a valve system 20, a solid oxide water electrolysis cell (SOEC) 30, and an oxidizer 40. It includes, and may further include a compressor (50) and a reforming system (60).

용융탄산염형 연료전지(10)는 캐소드 입력단(Cathode In, CI1)에 공급된 산소와 애노드 입력단(Anode In, AI1)에 공급된 수소와의 화학반응을 통해 전기를 생산한다.The molten carbonate fuel cell 10 generates electricity through a chemical reaction between oxygen supplied to the cathode input terminal (Cathode In, CI1) and hydrogen supplied to the anode input terminal (Anode In, AI1).

용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(Anode Out, AO1)에는 [표 1]과 같은 조성의 가스(이하 '애노드 배출가스'라 함)(anode off gas)가 배출된다. A gas having the composition shown in [Table 1] (hereinafter referred to as 'anode exhaust gas') (anode off gas) is discharged from the anode output terminal (Anode Out, AO1) of the molten carbonate fuel cell.

온도 (℃)Temperature (℃) 조성(mole, %)Composition (mole, %) H2H2 COCO CO2CO2 H2OH2O N2N2 600 ~ 620600 to 620 9~119-11 4~64 to 6 40~4640-46 39~4339~43 0.10.1

또한 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1)에는 [표 2]과 같은 조성의 가스(이하 '캐소드 배출가스'라 함)(cathode off gas)가 배출된다.In addition, gas having the composition shown in [Table 2] (hereinafter referred to as 'cathode exhaust gas') (cathode off gas) is discharged from the cathode output terminal CO1 of the molten carbonate fuel cell.

온도 (℃)Temperature (℃) 조성(mole, %)Composition (mole, %) CO2CO2 H2OH2O N2N2 O2O2 360~380360~380 4~54 to 5 17~2017-20 66~6966-69 8~108 to 10

밸브 시스템(20)은 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스를 연소기(40)와 고체산화물 수전해전지(30)로 배분하는 제1 밸브(22)를 포함한다. 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스는 제1 밸브(22)에 의해 고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 입력단(CI2)으로 배분된다. The valve system 20 includes a first valve 22 for distributing the anode exhaust gas of the molten carbonate fuel cell to the combustor 40 and the solid oxide water electrolysis cell 30 . The anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is distributed to the cathode input terminal CI2 of the solid oxide water electrolysis cell 30 by the first valve 22 .

제1 밸브(22)는 운전 조건에 따라 고체산화물 수전해전지(30) 및 연소기(40)로의 배분 비율을 조절한다. 운전 조건은 운전자에 의해 입력되거나, 각종 센서에 의해 수집된 정보를 미리 정해진 알고리즘에 의해 분석 및 가공됨으로써 자동으로 생성될 수 있다. The first valve 22 adjusts the distribution ratio to the solid oxide water electrolytic cell 30 and the combustor 40 according to operating conditions. The driving conditions may be automatically generated by analyzing and processing information input by a driver or collected by various sensors using a predetermined algorithm.

운전 조건의 일례로, 고체산화물 수전해전지(30)에서 생산할 수소량을 들 수 있다. 즉, 고체산화물 수전해전지(30)의 가동을 최우선으로 하는 운전 조건이라면, 제1 밸브(22)는 고체산화물 수전해전지(30)가 최대로 가동되도록 애노드 출력단(AO1) 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30)로 배분하고, 잔여 배출가스를 연소기(40)로 배분한다.As an example of the operating conditions, the amount of hydrogen to be produced in the solid oxide water electrolytic cell 30 may be mentioned. That is, under operating conditions in which the operation of the solid oxide water electrolytic cell 30 is given top priority, the first valve 22 controls the exhaust gas of the anode output terminal AO1 so that the solid oxide water electrolytic cell 30 operates at the maximum. It is distributed to the solid oxide water electrolytic cell (30), and the remaining exhaust gas is distributed to the combustor (40).

운전 조건의 다른 일례로, 고체산화물 수전해전지(30)의 가동을 멈추는 운전 조건을 설정할 수 있다. 고체산화물 수전해전지(30)에 일시적 문제가 발생했거나 소모적 구성에 기능적 열화가 발생하여 관리(maintenance)를 위해 가동을 멈추어야 할 경우가 발생할 수 있기 때문이다. 이 경우, 제1 밸브(22)는 고체산화물 수전해전지(30)로의 배분을 제로로 만들고 애노드 출력단(AO1) 배출가스 전부를 연소기(40)로 배분한다.As another example of the operating condition, an operating condition for stopping the operation of the solid oxide water electrolytic cell 30 may be set. This is because there may be a case in which operation must be stopped for maintenance due to a temporary problem occurring in the solid oxide water electrolytic cell 30 or functional deterioration in a consumable component. In this case, the first valve 22 makes the distribution to the solid oxide water electrolysis cell 30 zero and removes all of the exhaust gas from the anode output stage AO1. Distributed to the combustor (40).

밸브 시스템(20)은 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1)과 제1 밸브(22) 사이에 배치되는 제1 필터(21)를 더 포함할 수 있다. 제1 필터(21)는 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 전해질을 제거한다. 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 점성을 가진 전해질이 후단의 제1 밸브(22) 및 고체산화물 수전해전지에 지속적으로 누적되면서 기능의 저하를 초래할 수 있기 때문이다. 제1 필터(21)로 세라믹 또는 금속 소재의 정전 방식 필터가 사용될 수 있다. 또한 헤파(HEPA), 울파(ULPA), 염화, 매체(Medium), 포켓(Porket) 중 하나의 필터가 사용될 수도 있다.The valve system 20 may further include a first filter 21 disposed between the anode output terminal AO1 of the molten carbonate fuel cell and the first valve 22 . The first filter 21 removes the electrolyte contained in the exhaust gas of the anode output terminal AO1. This is because the viscous electrolyte contained in the exhaust gas of the anode output stage AO1 is continuously accumulated in the first valve 22 and the solid oxide water electrolytic cell at the rear stage, resulting in deterioration of function. As the first filter 21, an electrostatic filter made of ceramic or metal may be used. In addition, one of HEPA, ULPA, chloride, medium, and pocket filters may be used.

고체산화물 수전해전지(30)는 제1 밸브(22)에서 배분된 배출가스의 수분(H2O)을 전기분해하여 산소와 수소를 생산한다. The solid oxide water electrolysis cell 30 produces oxygen and hydrogen by electrolyzing moisture (H2O) of the exhaust gas distributed from the first valve 22.

고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 입력단(CI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스가 공급되고, 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스가 공급된다. 보다 상세하게는, 고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 입력단(CI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스 중 주로 수분(H2O)이 공급되고, 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스 중 산소(O2)가 공급된다.The anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is supplied to the cathode input terminal CI2 of the solid oxide water electrolysis cell 30, and the anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is supplied to the anode input terminal AI2 of the solid oxide water electrolysis cell 30. Exhaust gas is supplied. More specifically, moisture (H2O) among the anode exhaust gas of the molten carbonate fuel cell is supplied to the cathode input terminal CI2 of the solid oxide water electrolytic cell 30, and the anode input terminal of the solid oxide water electrolysis battery 30 Oxygen (O2) in the cathode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is supplied to (AI2).

고체산화물 수전해전지(30)의 전기분해 작용에 의해 애노드 출력단(AO2)으로는 산소(O2)가 포함된 가스가 배출되고, 캐소드 출력단(CO2)으로는 수소(H2)가 포함된 가스가 배출된다.Due to the electrolytic action of the solid oxide water electrolytic cell 30, gas containing oxygen (O2) is discharged through the anode output terminal (AO2), and gas containing hydrogen (H2) is discharged through the cathode output terminal (CO2). do.

연소기(40)는 제1 밸브(22)에 의해 배분된 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스에 포함된 미반응 연료를 이용하여 외부 공기(outer air, OA)를 가열한다. 미반응 연료에는 수소(H2)가 포함될 수 있다. 연소기(40)에 의해 가열된 외부 공기는 용융탄산염형 연료전지(10)의 캐소드 입력단(CI1)으로 공급된다.The combustor 40 heats external air (OA) using unreacted fuel included in the anode exhaust gas of the molten carbonate fuel cell distributed by the first valve 22 . Unreacted fuel may include hydrogen (H2). External air heated by the combustor 40 is supplied to the cathode input terminal CI1 of the molten carbonate fuel cell 10 .

고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 출력단(AO2) 배출가스는 상기 외부 공기에 합류되어 연소기(40)로 공급될 수 있다. 연소기(40)는 애노드 출력단(AO2) 배출가스에 포함된 산소(O2)를 이용하여 연소 효율을 높일 수 있다.Exhaust gas from the anode output stage AO2 of the solid oxide water electrolytic cell 30 may be supplied to the combustor 40 after being joined to the external air. The combustor 40 may increase combustion efficiency by using oxygen (O2) included in the exhaust gas of the anode output stage (AO2).

압축기(50)는 고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 출력단(CO2) 배출가스를 압축한다. 압축된 배출가스(Compressed Gas, CG)에는 수소가 다량으로 포함되어 있으며 추후 용융탄산염형 연료전지(10)의 연료로 사용되거나 후단에 마련된 수소탱크(도면에 미도시)에 저장될 수 있다.The compressor 50 compresses the exhaust gas of the cathode output terminal (CO2) of the solid oxide water electrolysis cell 30 . The compressed gas (CG) contains a large amount of hydrogen and can be later used as a fuel for the molten carbonate fuel cell 10 or stored in a hydrogen tank (not shown in the drawing) provided at a later stage.

개질 시스템(60)은 천연가스(Natural Gas, NG), 프로판가스(Propane Gas) 등의 외부 연료를 승온시키기 위한 열교환기(exchanger)(62), 승온된 외부 연료를 개질하여 수소(H2)를 생산하기 위한 개질기(reformer)(63), 및 생산된 수소를 적정 온도로 예열하기 위한 과열기(super heater)(61)를 포함한다. 개질 시스템(60)에 의해 생산된 수소 연료는 용융탄산염형 연료전지(10)의 애노드 입력단(AI1)으로 공급된다.The reforming system 60 is a heat exchanger 62 for raising the temperature of external fuel such as natural gas (NG) and propane gas, and reforming the heated external fuel to obtain hydrogen (H2). It includes a reformer 63 for producing hydrogen, and a super heater 61 for preheating the produced hydrogen to an appropriate temperature. The hydrogen fuel produced by the reforming system 60 is supplied to the anode input stage AI1 of the molten carbonate fuel cell 10 .

선택적인 실시예(optional embodiment 1, OE1)로서, 용융탄산염형 연료전지(10)의 캐소드 배출가스 중 일부는 분기되어 개질 시스템(60)의 과열기(61)로 공급될 수 있다. 과열기(61)는 용융탄산염형 연료전지(10)의 캐소드 배출가스에 포함된 열을 이용하여 개질기에서 애노드 입력단(AI1)으로 공급되는 가스의 온도를 높인다.As an optional embodiment (OE1, optional embodiment 1), a portion of the exhaust gas from the cathode of the molten carbonate fuel cell 10 may be diverted and supplied to the superheater 61 of the reforming system 60. The superheater 61 uses heat contained in the exhaust gas from the cathode of the molten carbonate fuel cell 10 to increase the temperature of the gas supplied from the reformer to the anode input terminal AI1.

선택적인 다른 실시예(optional embodiment 2, OE2)로서, 과열기(61)에서 생성된 열의 일부는 열교환기(62)에 배분되어 열교환기(62)로 유입된 외부 연료(NG+H2O 혼합가스)의 온도를 높일 수 있다.As an optional embodiment 2 (OE2), a part of the heat generated in the superheater 61 is distributed to the heat exchanger 62, and the external fuel (NG + H O mixed gas) introduced into the heat exchanger 62 temperature can be raised.

선택적인 다른 실시예(optional embodiment 3, OE3)로서, 고체산화물 수전해전지의 핫박스(31)의 폐열은 개질 시스템(60)의 열교환기(62)에 공급되어 외부 연료의 가열에 이용될 수 있다.As an optional embodiment 3 (OE3), the waste heat of the hot box 31 of the solid oxide water electrolytic cell is supplied to the heat exchanger 62 of the reforming system 60 and used for heating external fuel. there is.

<제2 실시예><Second Embodiment>

도 2는 제2 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.2 is a block diagram showing a convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell according to a second embodiment.

제2 실시예의 융복합 시스템은 용융탄산염형 연료전지(10), 밸브 시스템(20-1), 고체산화물 수전해전지(30), 연소기(40)를 포함하며, 압축기(50) 및 개질 시스템(60)을 더 포함할 수 있다.The convergence system of the second embodiment includes a molten carbonate fuel cell 10, a valve system 20-1, a solid oxide water electrolytic cell 30, and a combustor 40, and includes a compressor 50 and a reforming system ( 60) may be further included.

용융탄산염형 연료전지(10)는 제1 실시예의 설명으로 대신한다.The molten carbonate type fuel cell 10 is replaced by the description of the first embodiment.

밸브 시스템(20-1)은 용융탄산염형 연료전지(10)의 캐소드 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30)와 고체산화물 수전해전지의 핫박스(31)로 배분하는 제2 밸브(24-1)를 포함한다. 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스 중 일부는 제2 밸브(24-1)에 의해 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)으로 배분된다. 보다 상세하게는, 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스 중 산소가 공급되고, 고체산화물 수전해전지의 핫박스(31)에는 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스 중 주로 열이 전달된다.The valve system 20-1 distributes the cathode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell 10 to the solid oxide water electrolysis cell 30 and the hot box 31 of the solid oxide water electrolysis cell. 1) includes Some of the exhaust gas from the cathode of the molten carbonate fuel cell is distributed to the anode input stage AI2 of the solid oxide water electrolysis cell 30 by the second valve 24-1. More specifically, oxygen from the cathode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is supplied to the anode input terminal AI2 of the solid oxide water electrolysis cell 30, and the molten carbonate type fuel cell is supplied to the hot box 31 of the solid oxide water electrolysis cell. Heat is mainly transferred from the cathode exhaust gas of the fuel cell.

제2 밸브(24-1)는 운전 조건에 따라 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2) 및 고체산화물 수전해전지의 핫박스(31)로의 배분 비율을 조절한다.The second valve 24-1 adjusts the distribution ratio between the anode input terminal AI2 of the solid oxide water electrolytic battery 30 and the hot box 31 of the solid oxide water electrolytic battery according to operating conditions.

운전 조건의 일례로, 고체산화물 수전해전지(30)에서 생산할 수소량을 들 수 있다. 즉, 고체산화물 수전해전지(30)의 가동을 최우선으로 하는 운전 조건이라면, 제2 밸브(24-1)는 고체산화물 수전해전지(30)가 최대로 가동되도록 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)으로 배분하고, 잔여 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30)의 핫박스(31)로 배분한다.As an example of the operating conditions, the amount of hydrogen to be produced in the solid oxide water electrolytic cell 30 may be mentioned. That is, if the operating conditions give top priority to the operation of the solid oxide water electrolytic cell 30, the second valve 24-1 controls the exhaust gas of the cathode output stage (CO1) so that the solid oxide water electrolytic cell 30 operates at its maximum. It is distributed to the anode input terminal (AI2) of the solid oxide water electrolytic cell (30), and the remaining exhaust gas is distributed to the hot box (31) of the solid oxide water electrolytic cell (30).

밸브 시스템(20)은 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1)과 제2 밸브(24-1) 사이에 배치되는 제2 필터(23)을 더 포함할 수 있다. 제2 필터(23)는 캐소드 출력단(CO1) 배출가스에 포함된 전해질을 제거한다. 캐소드 출력단(CO1) 배출가스에 포함된 점성을 가진 전해질이 후단의 제2 밸브(24-1) 및 고체산화물 수전해전지(30)에 지속적으로 누적되면서 기능의 저하를 초래할 수 있기 때문이다. 제2 필터(23)로 세라믹 또는 금속 소재의 정전 방식 필터가 사용될 수 있다. 또한 헤파(HEPA), 울파(ULPA), 염화, 매체(Medium), 포켓(Porket) 중 하나의 필터가 사용될 수도 있다.The valve system 20 may further include a second filter 23 disposed between the cathode output stage CO1 of the molten carbonate fuel cell and the second valve 24-1. The second filter 23 removes the electrolyte contained in the exhaust gas of the cathode output stage CO1. This is because the viscous electrolyte contained in the exhaust gas of the cathode output stage (CO1) is continuously accumulated in the second valve 24-1 and the solid oxide water electrolysis cell 30 at the rear stage, resulting in a decrease in function. As the second filter 23, an electrostatic filter made of ceramic or metal may be used. In addition, one of HEPA, ULPA, chloride, medium, and pocket filters may be used.

고체산화물 수전해전지(30)는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스에 포함된 수분(H2O)을 전기분해하여 산소와 수소를 생산한다. The solid oxide water electrolytic cell 30 produces oxygen and hydrogen by electrolyzing moisture (H O ) contained in the anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell.

고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 입력단(CI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스가 직접 공급될 수도 있고, 제1 밸브(31)를 경유하여 공급될 수도 있다. The anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell may be directly supplied to the cathode input terminal CI2 of the solid oxide water electrolysis cell 30 or may be supplied via the first valve 31 .

그 외에 고체산화물 수전해전지(30)의 다른 상세한 설명들과, 연소기(40), 압축기(50), 및 개질 시스템(60)의 상세한 설명은 실시예 1과 동일하다.Other detailed descriptions of the solid oxide water electrolytic cell 30, the combustor 40, the compressor 50, and the reforming system 60 are the same as in Example 1.

또한, OE1 내지 OE3의 선택적 실시예 역시 실시예 1 과 동일하게 적용될 수 있다. In addition, optional embodiments of OE1 to OE3 may also be applied in the same manner as in the first embodiment.

<제3 실시예><Third Embodiment>

도 3은 제3 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.3 is a block diagram showing a convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell according to a third embodiment.

제3 실시예의 융복합 시스템은 용융탄산염형 연료전지(10), 밸브 시스템(20-2), 고체산화물 수전해전지(30), 연소기(40)를 포함하며, 압축기(50) 및 개질 시스템(60)을 더 포함할 수 있다.The convergence system of the third embodiment includes a molten carbonate fuel cell 10, a valve system 20-2, a solid oxide water electrolysis cell 30, and a combustor 40, and includes a compressor 50 and a reforming system ( 60) may be further included.

용융탄산염형 연료전지(10)는 제1 실시예의 설명으로 대신한다.The molten carbonate type fuel cell 10 is replaced by the description of the first embodiment.

밸브 시스템(20-2)은 용융탄산염형 연료전지(10)의 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30)와 개질 시스템(60)의 열교환기(62)로 배분하는 제2 밸브(24-2)를 포함한다. 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스 중 일부는 제2 밸브(24-2)에 의해 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)으로 배분된다. 보다 상세하게는, 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스 중 산소가 공급되고, 개질 시스템(60)의 열교환기(62)에는 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스를 통해 주로 열이 전달된다.The valve system 20-2 distributes the exhaust gas from the cathode output terminal (CO1) of the molten carbonate fuel cell 10 to the solid oxide water electrolysis cell 30 and the heat exchanger 62 of the reforming system 60. Includes valve 24-2. Some of the exhaust gas from the cathode of the molten carbonate fuel cell is distributed to the anode input stage AI2 of the solid oxide water electrolysis cell 30 by the second valve 24-2. More specifically, oxygen from the cathode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is supplied to the anode input terminal AI2 of the solid oxide water electrolysis cell 30, and the molten carbonate type heat exchanger 62 of the reforming system 60 Heat is mainly transferred through the cathode exhaust gas of the fuel cell.

제2 밸브(24-2)는 운전 조건에 따라 고체산화물 수전해전지(30) 및 개질 시스템(60)의 열교환기(62)로의 배분 비율을 조절한다. The second valve 24-2 adjusts the distribution ratio of the solid oxide water electrolytic cell 30 and the reforming system 60 to the heat exchanger 62 according to operating conditions.

운전 조건의 일례로, 고체산화물 수전해전지(30)에서 생산할 수소량을 들 수 있다. 즉, 고체산화물 수전해전지(30)의 가동을 최우선으로 하는 운전 조건이라면, 제2 밸브(24-2)는 고체산화물 수전해전지(30)가 최대로 가동되도록 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)으로 배분하고, 잔여 배출가스를 개질 시스템(60)의 열교환기(62)로 배분한다.As an example of the operating conditions, the amount of hydrogen to be produced in the solid oxide water electrolytic cell 30 may be mentioned. That is, if the operating conditions give top priority to the operation of the solid oxide water electrolytic cell 30, the second valve 24-2 controls the exhaust gas of the cathode output stage (CO1) so that the solid oxide water electrolytic cell 30 operates at its maximum. The solid oxide water electrolysis cell 30 is distributed to the anode input stage AI2, and the remaining exhaust gas is distributed to the heat exchanger 62 of the reforming system 60.

운전 조건의 다른 일례로, 고체산화물 수전해전지(30)의 가동을 멈추는 운전 조건을 설정할 수 있다. 즉, 제1 밸브(24-2)는 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)으로의 배분을 제로로 만들고 애노드 출력단(AO1) 배출가스 전부를 열교환기(62)로 배분한다.As another example of the operating condition, an operating condition for stopping the operation of the solid oxide water electrolytic cell 30 may be set. That is, the first valve 24-2 makes the distribution of the solid oxide water electrolytic cell 30 to the anode input terminal AI2 zero and removes all of the exhaust gas from the anode output terminal AO1. Distributed to the heat exchanger (62).

밸브 시스템(20-2)은 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1)과 제2 밸브(24-2) 사이에 배치되는 제2 필터(23)을 더 포함할 수 있다. 제2 필터(23)의 역할은 제2 실시예의 설명과 동일하다.The valve system 20-2 may further include a second filter 23 disposed between the cathode output stage CO1 of the molten carbonate fuel cell and the second valve 24-2. The role of the second filter 23 is the same as that of the second embodiment.

고체산화물 수전해전지(30)는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스에 포함된 수분(H2O)을 전기분해하여 산소와 수소를 생산한다. The solid oxide water electrolytic cell 30 produces oxygen and hydrogen by electrolyzing moisture (H O ) contained in the anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell.

고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 입력단(CI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스가 직접 공급될 수도 있고, 제1 밸브(31)를 경유하여 공급될 수도 있다. 그 외에 고체산화물 수전해전지(30)의 다른 상세한 설명들은 실시예 1 또는 실시예 2와 동일하다. The anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell may be directly supplied to the cathode input terminal CI2 of the solid oxide water electrolysis cell 30 or may be supplied via the first valve 31 . Other detailed descriptions of the solid oxide water electrolytic cell 30 are the same as those in Example 1 or Example 2.

연소기(40), 압축기(50), 및 개질 시스템(60) 역시 실시예 1 또는 실시예 2와 동일하다.The combustor 40, the compressor 50, and the reforming system 60 are also the same as in Example 1 or Example 2.

또한, OE1 내지 OE3의 선택적 실시예 역시 실시예 1 과 동일하게 적용될 수 있다. In addition, optional embodiments of OE1 to OE3 may also be applied in the same manner as in the first embodiment.

<제4 실시예><Fourth Embodiment>

도 4는 제4 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.4 is a block diagram illustrating a convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell according to a fourth embodiment.

제4 실시예의 융복합 시스템은 용융탄산염형 연료전지(10), 밸브 시스템(20-3), 고체산화물 수전해전지(30), 연소기(40)를 포함하며, 압축기(50) 및 개질 시스템(60)을 더 포함할 수 있다.The convergence system of the fourth embodiment includes a molten carbonate fuel cell 10, a valve system 20-3, a solid oxide water electrolysis cell 30, and a combustor 40, and includes a compressor 50 and a reforming system ( 60) may be further included.

용융탄산염형 연료전지(10)는 제1 실시예의 설명으로 대신한다.The molten carbonate type fuel cell 10 is replaced by the description of the first embodiment.

밸브 시스템(20-3)은 용융탄산염형 연료전지(10)의 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30), 고체산화물 수전해전지(30)의 핫박스(31), 및 개질 시스템(60)의 열교환기(62)로 배분하는 제2 밸브(24-3)를 포함한다. The valve system 20-3 transfers exhaust gas from the cathode output stage (CO1) of the molten carbonate fuel cell 10 to the solid oxide water electrolysis cell 30, the hot box 31 of the solid oxide water electrolysis cell 30, and and a second valve 24-3 distributing to the heat exchanger 62 of the reforming system 60.

제2 밸브(24-3)는 운전 조건에 따라 고체산화물 수전해전지(30), 고체산화물 수전해전지(30)의 핫박스(31), 및 개질 시스템(60)의 열교환기(62)로의 배분 비율을 조절한다. The second valve 24-3 is configured to supply the solid oxide water electrolysis battery 30, the hot box 31 of the solid oxide water electrolysis battery 30, and the heat exchanger 62 of the reforming system 60 according to operating conditions. Adjust the distribution ratio.

운전 조건의 일례로, 고체산화물 수전해전지(30)에서 생산할 수소량을 들 수 있다. 즉, 고체산화물 수전해전지(30)의 가동을 최우선으로 하는 운전 조건이라면, 제2 밸브(24-2)는 고체산화물 수전해전지(30)가 최대로 가동되도록 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)으로 배분하고, 잔여 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30)의 핫박스(31)와 개질 시스템(60)의 열교환기(62)로 배분한다. 여기서, 잔여 배출가스의 핫박스(31) 및 열교환기(62) 배분 비율 역시 다양한 서브 운전 조건에 따라 조절될 수 있다.As an example of the operating conditions, the amount of hydrogen to be produced in the solid oxide water electrolytic cell 30 may be mentioned. That is, if the operating conditions give top priority to the operation of the solid oxide water electrolytic cell 30, the second valve 24-2 controls the exhaust gas of the cathode output stage (CO1) so that the solid oxide water electrolytic cell 30 operates at its maximum. Distributed to the anode input stage (AI2) of the solid oxide water electrolysis cell (30), and distributes the remaining exhaust gas to the hot box (31) of the solid oxide water electrolysis cell (30) and the heat exchanger (62) of the reforming system (60). do. Here, the distribution ratio of the remaining exhaust gas to the hot box 31 and the heat exchanger 62 may also be adjusted according to various sub-operation conditions.

운전 조건의 다른 일례로, 고체산화물 수전해전지(30)의 가동을 멈추는 운전 조건을 설정할 수 있다. 즉, 제1 밸브(24-2)는 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)과 핫박스(31)로의 배분을 제로로 만들고, 애노드 출력단(AO1) 배출가스 전부를 열교환기(62)로 배분한다.As another example of the operating condition, an operating condition for stopping the operation of the solid oxide water electrolytic cell 30 may be set. That is, the first valve 24-2 makes the distribution between the anode input stage AI2 and the hot box 31 of the solid oxide water electrolytic cell 30 zero, and exhausts all of the exhaust gas from the anode output stage AO1. Distributed to the heat exchanger (62).

제2 밸브(24-3)를 제외한 나머지 기술 구성들의 설명은 제2 실시예 또는 제3 실시예와 동일하다. Descriptions of other technical components except for the second valve 24-3 are the same as those of the second or third embodiment.

<제5 실시예><Fifth Embodiment>

도 5는 제5 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.5 is a block diagram showing a convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell according to a fifth embodiment.

제5 실시예의 융복합 시스템은 용융탄산염형 연료전지(10), 밸브 시스템(20-4), 고체산화물 수전해전지(30), 연소기(40), 공용히터(70)를 포함하며, 압축기(50) 및 개질 시스템(60)을 더 포함할 수 있다.The convergence system of the fifth embodiment includes a molten carbonate fuel cell 10, a valve system 20-4, a solid oxide water electrolysis cell 30, a combustor 40, and a common heater 70, and a compressor ( 50) and a reforming system 60 may be further included.

용융탄산염형 연료전지(10)는 제1 실시예의 설명으로 대신한다.The molten carbonate type fuel cell 10 is replaced by the description of the first embodiment.

밸브 시스템(20-4)은 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스를 연소기(40)와 공용히터(70)으로 배분하는 제1 밸브(22-4)를 포함한다. 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스는 제1 밸브(22-4)와 공용히터(70)를 경유하여 고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 입력단(CI2)으로 공급된다.The valve system 20-4 includes a first valve 22-4 for distributing the anode exhaust gas of the molten carbonate fuel cell to the combustor 40 and the common heater 70. The anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is supplied to the cathode input terminal CI2 of the solid oxide water electrolysis cell 30 via the first valve 22-4 and the common heater 70.

제1 밸브(22-4)는 운전 조건에 따라 공용히터(70) 및 연소기(40)로의 배분 비율을 조절한다. 운전 조건의 실시예는 애노드 배출가스(AO1)이 공용히터(70)를 경유하여 고체산화물 수전해전지(30)로 공급되는 것을 제외하고 제1 실시예와 동일하게 적용될 수 있다. The first valve 22-4 adjusts the distribution ratio to the common heater 70 and the combustor 40 according to operating conditions. An embodiment of the operating conditions may be applied in the same manner as the first embodiment except that the anode exhaust gas AO1 is supplied to the solid oxide water electrolytic cell 30 via the common heater 70 .

밸브 시스템(20-4)은 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1)과 제1 밸브(22) 사이에 배치되는 제1 필터(21)를 더 포함할 수 있다.The valve system 20 - 4 may further include a first filter 21 disposed between the anode output terminal AO1 of the molten carbonate fuel cell and the first valve 22 .

고체산화물 수전해전지(30)는 공용히터(70)에 의해 가열된 용융탄산염형 연료전지 애노드 배출가스의 수분(H2O)을 전기분해하여 산소와 수소를 생산한다.The solid oxide water electrolytic cell 30 produces oxygen and hydrogen by electrolyzing moisture (H2O) in the anode exhaust gas of the molten carbonate fuel cell heated by the common heater 70.

고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 입력단(CI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스가 공급되고, 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스가 공급된다. The anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is supplied to the cathode input terminal CI2 of the solid oxide water electrolysis cell 30, and the anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is supplied to the anode input terminal AI2 of the solid oxide water electrolysis cell 30. Exhaust gas is supplied.

보다 상세하게는, 고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 입력단(CI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스 중 주로 수분(H2O)이 공급되고, 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스 중 산소(O2)가 공급된다. More specifically, moisture (H2O) among the anode exhaust gas of the molten carbonate fuel cell is supplied to the cathode input terminal CI2 of the solid oxide water electrolytic cell 30, and the anode input terminal of the solid oxide water electrolysis battery 30 Oxygen (O2) in the cathode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is supplied to (AI2).

또한 실시예 2 내지 실시예 4에서 설명한 바와 같이 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스는 제2 필터(23) 및/또는 제2 밸브(24, 24-1, 24-2, 24-3 중 어느 하나)를 경유하여 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)에 공급될 수도 있다.In addition, as described in Examples 2 to 4, the cathode exhaust gas of the molten carbonate fuel cell is discharged through the second filter 23 and/or the second valve 24, 24-1, 24-2, or 24-3. 1) may be supplied to the anode input terminal AI2 of the solid oxide water electrolytic cell 30.

고체산화물 수전해전지(30)의 전기분해 작용에 의해 애노드 출력단(AO2)으로는 산소(O2)가 포함된 가스가 배출되고, 캐소드 출력단(CO2)으로는 수소(H2)가 포함된 가스가 배출된다.Due to the electrolytic action of the solid oxide water electrolytic cell 30, gas containing oxygen (O2) is discharged through the anode output terminal (AO2), and gas containing hydrogen (H2) is discharged through the cathode output terminal (CO2). do.

연소기(40)는 제1 밸브(22)에 의해 배분된 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스에 포함된 미반응 연료를 이용하여 외부 공기(outer air, OA)를 가열한다. 미반응 연료에는 수소(H2)가 포함될 수 있다. 외부 공기(OA)는 공용히터(70)에 의해 1차 승온된 후 연소기(40)에 입력될 수 있다. 또한 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 출력단(AO2) 배출가스는 외부 공기에 합류되어 연소기(40)로 공급될 수 있다. 연소기(40)는 애노드 출력단(AO2) 배출가스에 포함된 산소(O2)를 이용하여 연소 효율을 높인다.The combustor 40 heats external air (OA) using unreacted fuel included in the anode exhaust gas of the molten carbonate fuel cell distributed by the first valve 22 . Unreacted fuel may include hydrogen (H2). The external air (OA) may be input to the combustor 40 after being primarily heated by the common heater 70 . In addition, exhaust gas from the anode output stage AO2 of the solid oxide water electrolysis cell 30 may be supplied to the combustor 40 after being joined to external air. The combustor 40 increases combustion efficiency by using oxygen (O2) included in the exhaust gas of the anode output stage (AO2).

연소기(40)에 의해 가열된 외부 공기는 용융탄산염형 연료전지(10)의 캐소드 입력단(CI1)으로 공급된다.External air heated by the combustor 40 is supplied to the cathode input terminal CI1 of the molten carbonate fuel cell 10 .

압축기(50) 및 개질 시스템(60)은 실시예 1 내지 실시예 4의 설명과 동일하다.Compressor 50 and reforming system 60 are the same as those in Examples 1 to 4.

공용히터(70)는 적어도 2가지 기능을 담당한다. 첫째로, 공용히터(70)는 제1 밸브(22-4)로부터 제공받은 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스를 가열한다. 가열된 용융탄산염형 연료전지 애노드 배출가스는 고체산화물 수전해전지의 캐소드 입력단(CI2)로 이동된다. 둘째로, 공용히터(70)는 외부 공기를 1차로 예열한다. 예열된 외부 공기는 연소기(40)로 이동된다.The common heater 70 serves at least two functions. First, the common heater 70 heats the anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell supplied from the first valve 22-4. The heated molten carbonate fuel cell anode exhaust gas is transferred to the cathode input stage CI2 of the solid oxide water electrolysis cell. Second, the common heater 70 primarily preheats the outside air. The preheated outside air is moved to the combustor (40).

공용히터(70)는 하나의 히터일 수 있지만, 제1 히터(71)와 제2 히터(72)로 구분될 수도 있다. 제1 히터(71)는 제1 밸브(22-4)로부터 제공받은 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스를 가열하고, 제2 히터(72)는 외부 공기를 1차로 예열한다. The common heater 70 may be a single heater, but may be divided into a first heater 71 and a second heater 72 . The first heater 71 heats the anode exhaust gas of the molten carbonate fuel cell supplied from the first valve 22-4, and the second heater 72 primarily preheats external air.

제1 히터(71)와 제2 히터(72) 공용 열원을 사용할 수 있다. 공용 열원을 사용할 경우, 열 효율을 높이기 위해 제1 히터(71)와 제2 히터(72)는 서로 인접하게 배치되거나 격벽에 의하여 서로 구획되는 구조를 가질 수 있다.A common heat source for the first heater 71 and the second heater 72 may be used. When a common heat source is used, the first heater 71 and the second heater 72 may be disposed adjacent to each other or partitioned from each other by a partition wall to increase thermal efficiency.

<제6 실시예><Sixth Embodiment>

도 6은 제6 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.6 is a block diagram showing a convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell according to a sixth embodiment.

제6 실시예의 융복합 시스템은 용융탄산염형 연료전지(10), 밸브 시스템(20-4), 고체산화물 수전해전지(30), 연소기(40), 공용히터(70), 제3밸브(80)를 포함하며, 압축기(50) 및 개질 시스템(60)을 더 포함할 수 있다.The convergence system of the sixth embodiment includes a molten carbonate fuel cell 10, a valve system 20-4, a solid oxide water electrolysis cell 30, a combustor 40, a common heater 70, and a third valve 80. ), and may further include a compressor 50 and a reforming system 60.

용융탄산염형 연료전지(10), 밸브 시스템(20-4), 고체산화물 수전해전지(30), 연소기(40), 공용히터(70), 제3밸브(80), 압축기(50) 및 개질 시스템(60)의 설명은 제5 실시예의 설명과 동일하므로, 제3 밸브(80)에 대하여만 설명한다.Molten carbonate fuel cell 10, valve system 20-4, solid oxide water electrolysis cell 30, combustor 40, common heater 70, third valve 80, compressor 50, and reformer Since the description of the system 60 is the same as that of the fifth embodiment, only the third valve 80 will be described.

제3 밸브(80)는 외부 공기 인렛(inlet)과 공용히터(70) 사이에 배치된다. 외부 공기는 제3 밸브(80)에 의해 연소기(40)와 공용히터(70)로 배분된다. 외부 공기의 일부는 제3 밸브(80)에 의해 분기되고, 고체산화물 수전해전지의 애노드 출력단(AO2) 배출가스과 합류된 후, 연소기(40)로 입력된다. 또한 외부 공기의 다른 일부는 공용히터(70)에 의해 예열된 후, 연소기(40)로 입력된다.The third valve 80 is disposed between the outside air inlet and the common heater 70. Outside air is distributed to the combustor 40 and the common heater 70 by the third valve 80. A part of the outside air is branched by the third valve 80, joins the exhaust gas of the anode output terminal (AO2) of the solid oxide water electrolytic cell, and then enters the combustor 40. In addition, another part of the outside air is input to the combustor 40 after being preheated by the common heater 70 .

제3 밸브(80)는 운전 조건에 따라 연소기(40)와 공용히터(70)로의 배분 비율을 조절할 수 있다.The third valve 80 may adjust the distribution ratio between the combustor 40 and the common heater 70 according to operating conditions.

운전 조건의 예로, 연소기(40)의 출구 온도가 미리 설정된 값으로 일정하게 유지되는 조건을 들 수 있다. 즉, 제3 밸브(80)는 연소기(40)의 출력단에 설치된 온도 센서(미도시)를 모니터링하면서 출구 온도가 기준값에 비해 높아지면 연소기(40)로 유입되는 외부 공기의 배분 비율을 높이고, 출구 온도가 기준값에 비해 낮아지면 공용히터(70)로의 배분 비율을 높인다.As an example of the operating condition, a condition in which the outlet temperature of the combustor 40 is constantly maintained at a preset value is exemplified. That is, the third valve 80 monitors a temperature sensor (not shown) installed at the output end of the combustor 40 and increases the distribution ratio of external air flowing into the combustor 40 when the outlet temperature is higher than the reference value, and When the temperature is lower than the reference value, the distribution ratio to the common heater 70 is increased.

본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments described in this specification and the accompanying drawings merely illustrate some of the technical ideas included in the present invention by way of example. Therefore, since the embodiments disclosed herein are intended to explain rather than limit the technical spirit of the present invention, it is obvious that the scope of the technical spirit of the present invention is not limited by these embodiments. All modifications and specific embodiments that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention.

10 : 용융탄산염형 연료전지 20 : 밸브 시스템
30 : 고체산화물 수전해전지 40 : 연소기
50 : 압축기 60 : 개질 시스템
70 : 공용히터 80 : 제3밸브
10: molten carbonate fuel cell 20: valve system
30: solid oxide water electrolytic cell 40: combustor
50: compressor 60: reforming system
70: shared heater 80: third valve

Claims (19)

캐소드 입력단(CI1)으로 공급된 산소와 애노드 입력단(AI1)으로 공급된 수소의 화학반응에 의해 전기를 생산하는 용융탄산염형 연료전지;
상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 입력단(CI1)으로 공급될 외부 공기를 가열하는 연소기;
상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스를 상기 연소기와 고체산화물 수전해전지로 배분하는 제1 밸브; 및
상기 제1 밸브에서 배분된 배출가스의 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지를 포함하며,
상기 연소기는 상기 제1 밸브의 배출가스에 포함된 미반응 연료와 외부 공기와의 화학반응을 이용하여 외부 공기를 가열하는 것을 특징으로 하는
용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
A molten carbonate type fuel cell that generates electricity by a chemical reaction between oxygen supplied to the cathode input terminal (CI1) and hydrogen supplied to the anode input terminal (AI1);
a combustor for heating external air to be supplied to the cathode input terminal (CI1) of the molten carbonate fuel cell;
a first valve for distributing the exhaust gas from the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate fuel cell to the combustor and the solid oxide water electrolysis cell; and
A solid oxide water electrolysis cell for producing oxygen and hydrogen by electrolyzing moisture in the exhaust gas distributed from the first valve;
The combustor heats external air by using a chemical reaction between the unreacted fuel contained in the exhaust gas of the first valve and external air.
Convergence system of molten carbonate fuel cell and solid oxide water electrolysis cell.
제1항에 있어서,
상기 제1 밸브는 운전 조건에 따라 상기 연소기 및 상기 고체산화물 수전해전지로의 배분 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
According to claim 1,
The first valve is a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell, characterized in that for adjusting the distribution ratio to the combustor and the solid oxide water electrolytic cell according to operating conditions.
제2항에 있어서,
상기 운전 조건은, 상기 고체산화물 수전해전지가 최대로 가동되도록 상기 애노드 출력단(AO1) 배출가스를 상기 고체산화물 수전해전지로 배분하고, 잔여 배출가스를 상기 연소기로 배분하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
According to claim 2,
In the operating condition, the exhaust gas of the anode output stage AO1 is adjusted so that the solid oxide water electrolytic cell operates at the maximum. A convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell, characterized in that the distribution to the solid oxide water electrolytic cell, and distribution of the remaining exhaust gas to the combustor.
제1항에 있어서,
상기 애노드 출력단(AO1)과 상기 제1 밸브 사이에 배치되며, 상기 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 전해질을 제거하는 제1 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
According to claim 1,
A molten carbonate fuel cell and a solid oxide, characterized in that it further comprises a first filter disposed between the anode output terminal (AO1) and the first valve, and removing the electrolyte contained in the exhaust gas of the anode output terminal (AO1) Convergence system of water electrolytic cell.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 출력단(AO2) 배출가스는 상기 외부 공기에 합류되어 상기 연소기로 공급되는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
According to claim 1,
A convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell, characterized in that the exhaust gas of the anode output stage (AO2) of the solid oxide water electrolytic cell is joined to the external air and supplied to the combustor.
캐소드 입력단(CI1)으로 공급된 산소와 애노드 입력단(AI1)으로 공급된 수소의 화학반응에 의해 전기를 생산하는 용융탄산염형 연료전지;
상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 입력단(CI1)으로 공급될 외부 공기를 가열하는 연소기;
상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스를 상기 연소기와 고체산화물 수전해전지로 배분하는 제1 밸브;
상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지; 및
상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 입력단(AI2)과 상기 고체산화물 수전해전지의 핫박스로 배분하는 제2 밸브를 포함하며,
상기 연소기는 상기 제1 밸브의 배출가스에 포함된 미반응 연료와 외부 공기와의 화학반응을 이용하여 외부 공기를 가열하는 것을 특징으로 하는
용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
A molten carbonate type fuel cell that generates electricity by a chemical reaction between oxygen supplied to the cathode input terminal (CI1) and hydrogen supplied to the anode input terminal (AI1);
a combustor for heating external air to be supplied to the cathode input terminal (CI1) of the molten carbonate fuel cell;
a first valve for distributing the exhaust gas from the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate fuel cell to the combustor and the solid oxide water electrolysis cell;
a solid oxide water electrolysis cell that produces oxygen and hydrogen by electrolyzing moisture contained in exhaust gas of an anode output terminal (AO1) of the molten carbonate fuel cell; and
A second valve for distributing exhaust gas from the cathode output terminal (CO1) of the molten carbonate fuel cell to the anode input terminal (AI2) of the solid oxide water electrolytic cell and a hot box of the solid oxide water electrolytic cell,
The combustor heats external air by using a chemical reaction between the unreacted fuel contained in the exhaust gas of the first valve and external air.
Convergence system of molten carbonate fuel cell and solid oxide water electrolysis cell.
제7항에 있어서,
상기 제2 밸브는 운전 조건에 따라 상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 입력단(AI2)과 상기 고체산화물 수전해전지의 핫박스로의 배분 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
According to claim 7,
The second valve adjusts the distribution ratio between the anode input terminal (AI2) of the solid oxide water electrolysis battery and the hot box of the solid oxide water electrolysis battery according to operating conditions. Convergence system of water electrolytic cell.
제7항에 있어서,
상기 고체산화물 수전해전지의 핫박스의 폐열은 열교환기에 공급되어 외부 연료의 가열에 이용되는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
According to claim 7,
A convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell, characterized in that the waste heat of the hot box of the solid oxide water electrolytic cell is supplied to the heat exchanger and used for heating the external fuel.
제7항에 있어서,
상기 캐소드 출력단(CO1)과 상기 제2 밸브 사이에 배치되며, 상기 캐소드 출력단(CO1) 배출가스에 포함된 전해질을 제거하는 제2 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
According to claim 7,
A molten carbonate fuel cell and a solid oxide, characterized in that it further comprises a second filter disposed between the cathode output stage (CO1) and the second valve, and removing the electrolyte contained in the exhaust gas of the cathode output stage (CO1) Convergence system of water electrolytic cell.
캐소드 입력단(CI1)으로 공급된 산소와 애노드 입력단(AI1)으로 공급된 수소의 화학반응에 의해 전기를 생산하는 용융탄산염형 연료전지;
상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 입력단(CI1)으로 공급될 외부 공기를 가열하는 연소기;
상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스를 상기 연소기와 고체산화물 수전해전지로 배분하는 제1 밸브;
상기 제1 밸브에서 배분된 배출가스의 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지; 및
상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 상기 고체산화물 수전해전지와, 외부 연료를 가열하는 열교환기로 배분하는 제2 밸브를 포함하며,
상기 연소기는 상기 제1 밸브의 배출가스에 포함된 미반응 연료와 외부 공기와의 화학반응을 이용하여 외부 공기를 가열하는 것을 특징으로 하는
용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
A molten carbonate type fuel cell that generates electricity by a chemical reaction between oxygen supplied to the cathode input terminal (CI1) and hydrogen supplied to the anode input terminal (AI1);
a combustor for heating external air to be supplied to the cathode input terminal (CI1) of the molten carbonate fuel cell;
a first valve for distributing the exhaust gas from the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate fuel cell to the combustor and the solid oxide water electrolysis cell;
a solid oxide water electrolytic cell producing oxygen and hydrogen by electrolyzing moisture in the exhaust gas distributed from the first valve; and
A second valve for distributing exhaust gas from the cathode output stage (CO1) of the molten carbonate fuel cell to the solid oxide water electrolysis cell and a heat exchanger for heating external fuel,
The combustor heats external air by using a chemical reaction between the unreacted fuel contained in the exhaust gas of the first valve and external air.
Convergence system of molten carbonate fuel cell and solid oxide water electrolysis cell.
제11항에 있어서,
상기 제2 밸브는 운전 조건에 따라 상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 입력단(AI2)과 상기 열교환기로의 배분 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
According to claim 11,
The second valve is a convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell, characterized in that for adjusting the distribution ratio between the anode input terminal (AI2) of the solid oxide water electrolytic cell and the heat exchanger according to operating conditions. .
제11항에 있어서,
상기 제2 밸브는 운전 조건에 따라 상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 입력단(AI2), 상기 고체산화물 수전해전지의 핫박스, 및 상기 열교환기로 배분하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
According to claim 11,
The second valve transfers exhaust gas from the cathode output stage (CO1) of the molten carbonate type fuel cell to the anode input stage (AI2) of the solid oxide water electrolysis cell, the hot box of the solid oxide water electrolysis cell, and the heat exchanger according to operating conditions. A convergence system of a molten carbonate fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell, characterized in that the distribution is divided into groups.
제11항에 있어서,
상기 캐소드 출력단(CO1)과 상기 제2 밸브 사이에 배치되며, 상기 캐소드 출력단(CO1) 배출가스에 포함된 전해질을 제거하는 제2 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
According to claim 11,
A molten carbonate fuel cell and a solid oxide, characterized in that it further comprises a second filter disposed between the cathode output stage (CO1) and the second valve, and removing the electrolyte contained in the exhaust gas of the cathode output stage (CO1) Convergence system of water electrolytic cell.
캐소드 입력단(CI1)으로 공급된 산소와 애노드 입력단(AI1)으로 공급된 수소의 화학반응에 의해 전기를 생산하는 용융탄산염형 연료전지;
상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 입력단(CI1)으로 공급될 외부 공기를 가열하는 연소기;
상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 열을 이용하여 외부 공기를 가열하는 공용히터;
상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스를 상기 연소기와 상기 공용히터로 배분하는 제1 밸브; 및
상기 공용히터를 경유한 상기 애노드 출력단(AO1) 배출가스의 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지를 포함하며,
상기 연소기는 상기 제1 밸브의 배출가스에 포함된 미반응 연료와 외부 공기와의 화학반응을 이용하여 외부 공기를 가열하는 것을 특징으로 하는
용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
A molten carbonate type fuel cell that generates electricity by a chemical reaction between oxygen supplied to the cathode input terminal (CI1) and hydrogen supplied to the anode input terminal (AI1);
a combustor for heating external air to be supplied to the cathode input terminal (CI1) of the molten carbonate fuel cell;
a common heater for heating external air using heat contained in the exhaust gas of the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate fuel cell;
a first valve for distributing exhaust gas from an anode output terminal (AO1) of the molten carbonate fuel cell to the combustor and the common heater; and
A solid oxide water electrolytic cell for producing oxygen and hydrogen by electrolyzing moisture in the exhaust gas of the anode output terminal (AO1) via the common heater,
The combustor heats external air by using a chemical reaction between the unreacted fuel contained in the exhaust gas of the first valve and external air.
Convergence system of molten carbonate fuel cell and solid oxide water electrolysis cell.
제15항에 있어서,
상기 제1 밸브는 운전 조건에 따라 상기 연소기 및 상기 고체산화물 수전해전지로의 배분 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
According to claim 15,
The first valve is a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell, characterized in that for adjusting the distribution ratio to the combustor and the solid oxide water electrolytic cell according to operating conditions.
제15항에 있어서,
외부 공기를 상기 연소기와 상기 공용히터로 배분하는 제3 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
According to claim 15,
A convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell, characterized in that it further comprises a third valve for distributing external air to the combustor and the common heater.
제17항에 있어서,
상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 출력단(AO2) 배출가스는 상기 제3 밸브에서 배분된 외부 공기에 합류되어 상기 연소기로 공급되는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
According to claim 17,
Convergence of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell, characterized in that the exhaust gas of the anode output stage (AO2) of the solid oxide water electrolytic cell is joined to the external air distributed from the third valve and supplied to the combustor. system.
제17항에 있어서,
상기 공용히터 및 상기 연소기에 의해 가열된 외부 공기는 상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 입력단으로 공급되는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.
According to claim 17,
A convergence system of a molten carbonate fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell, characterized in that the external air heated by the common heater and the combustor is supplied to the cathode input terminal of the molten carbonate fuel cell.
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