KR102541651B1 - Apparatus and method for producing high-pressure steam using waste heat of fuel cell stack - Google Patents

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Abstract

연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치는, 산소 및 수소를 이용하여 전기 및 열을 생산하는 연료전지 스택, 물을 이용하여 열이 회수되도록 하는 열교환기, 회수된 열에 의해 가열되어 생성된 온수를 유입한 후 재증발시켜 저압 스팀을 생산하는 플래시 베슬, 저압 스팀에서 수분을 제거하는 세퍼레이터, 및 수분이 제거된 저압 스팀을 이용하여 고압 스팀을 생산하는 스팀 재압축기를 포함한다.The high-pressure steam production device using the waste heat of the fuel cell stack includes a fuel cell stack that produces electricity and heat using oxygen and hydrogen, a heat exchanger that recovers heat using water, and hot water generated by being heated by the recovered heat. It includes a flash vessel for producing low-pressure steam by re-evaporation after inflow, a separator for removing moisture from the low-pressure steam, and a steam recompressor for producing high-pressure steam using the low-pressure steam from which moisture has been removed.

Description

연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치 및 방법 {APPARATUS AND METHOD FOR PRODUCING HIGH-PRESSURE STEAM USING WASTE HEAT OF FUEL CELL STACK}High-pressure steam production apparatus and method using waste heat of fuel cell stack {APPARATUS AND METHOD FOR PRODUCING HIGH-PRESSURE STEAM USING WASTE HEAT OF FUEL CELL STACK}

본 발명은 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치 및 방법으로서, 보다 구체적으로는 연료전지 스택의 폐열을 회수하여 저압 스팀을 생산하고, 생산된 저압 스팀으로 수요처의 요구에 부합하도록 고압 스팀을 생산하는 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention is an apparatus and method for producing high-pressure steam using waste heat from a fuel cell stack, and more specifically, recovers waste heat from a fuel cell stack to produce low-pressure steam, and produces high-pressure steam to meet the needs of customers. It relates to an apparatus and method for producing high-pressure steam using waste heat from a fuel cell stack.

연료전지 시스템은 도시가스 등의 연료로부터 수소추출기를 통해 수소를 획득한 후, 획득된 수소와 산소를 함께 연료전지 스택(stack)으로 공급하여 전기 및 열에너지를 생산한다. 연료전지 스택에서 생산된 직류전력은 전력변환장치(inverter)를 통해 최종적으로 200V-60Hz의 교류전력으로 변환되어 한전으로 송전하고 있다. A fuel cell system produces electricity and thermal energy by obtaining hydrogen from fuel such as city gas through a hydrogen extractor and then supplying the obtained hydrogen and oxygen together to a fuel cell stack. DC power generated from the fuel cell stack is finally converted into AC power of 200V-60Hz through a power inverter and transmitted to KEPCO.

한편, 연료전지 스택을 냉각하면서 발생된 열에너지로 온수를 생산한 후 지역난방과 연계하여 난방 또는 하절기 냉방용으로 공급한다고 하여도 난방부하 및 냉방부하가 일정하지 않고 변동이 심하며, 특히 최근에는 지구온난화의 영향으로 혹한/혹서기가 없는 환경적인 요인으로 인해 에너지 이용 효율이 점차 낮아지고 있다.On the other hand, even if hot water is produced with thermal energy generated while cooling the fuel cell stack and then supplied for heating or summer cooling in connection with district heating, the heating load and cooling load are not constant and fluctuate greatly. In particular, in recent years, global warming Due to the influence of environmental factors that do not have extreme cold/hot weather, the efficiency of energy use is gradually declining.

이렇듯 연료전지를 통해 발생된 전기는 다양한 분야에서 효율적으로 이용할 수 있는 반면에, 열에너지로 생산된 온수의 경우 활용도가 매우 낮은 상태이다.While the electricity generated through the fuel cell can be efficiently used in various fields, the utilization of hot water produced by thermal energy is very low.

한편, 각종 산업 현장에는 고압 스팀이 필요하며, 이러한 고압의 스팀은 통상 LNG를 원료로 하는 보일러를 운전하여 생산한다. 그러나, 최근 러시아와 우크라이나 간의 전쟁 영향으로 LNG 가스의 수입 비용이 급격하게 상승하여 고압 스팀 생산에 드는 비용도 역시 급격하게 증가하였다. Meanwhile, high-pressure steam is required in various industrial sites, and such high-pressure steam is usually produced by operating a boiler using LNG as a raw material. However, due to the recent war between Russia and Ukraine, the cost of importing LNG gas has rapidly increased, and the cost of high-pressure steam production has also increased rapidly.

아울러, 전세계적으로 탄소배출량 감소가 화두인 상황에서 고압 스팀 생산에 많은 양의 LNG 가스를 이용하는 것은 이러한 흐름에 역행하는 것이기도 하다.In addition, using a large amount of LNG gas for high-pressure steam production in a situation where reducing carbon emissions is a hot topic around the world is also going against this trend.

이러한 점을 고려하여, 연료전지의 폐열을 이용하여 고압 스팀을 생산하는 기술이 개발되고 있으며(한국등록특허 제10-1983305호 참조), 보일러에 공급되는 급수 및 연소공기가 연료전지의 열을 통해 가열되어 고압/과열증기를 생산하고 있다.In consideration of this point, a technology for producing high-pressure steam using waste heat from a fuel cell is being developed (refer to Korean Patent Registration No. 10-1983305), and feed water and combustion air supplied to the boiler are transferred through the heat of the fuel cell. It is heated to produce high-pressure/superheated steam.

그러나, 이러한 생산 방식은 연료전지 스택을 냉각시키는 열을 직접 이용하는 대신 보일러에 공급되는 급수 온도를 올리거나, 연소공기를 승온하는 점에서 열 이용 효율이 낮다.However, this production method has low heat utilization efficiency in that it raises the temperature of feed water supplied to the boiler or raises the temperature of combustion air instead of directly using heat for cooling the fuel cell stack.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 연료전지 스택의 열을 통해 생산되는 온수의 활용도를 높이며, 특히 이러한 온수로 각종 산업 현장의 요구에 부합하는 고압 스팀을 생산할 수 있는, 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치 및 방법의 필요성이 대두되고 있다.In order to solve this problem, the utilization of hot water produced through the heat of the fuel cell stack is increased, and in particular, high-pressure steam using the waste heat of the fuel cell stack that can produce high-pressure steam meeting the needs of various industrial sites with this hot water The need for production devices and methods is emerging.

본 발명이 해결하려는 과제는, 연료전지 스택으로부터 회수한 폐열이 회수에 사용된 물을 가열하여 온수가 생성되고, 이후 생성된 온수를 이용하여 저압 스팀을 생산하고, 생산된 저압 스팀을 각종 산업 현장의 요구에 부합하는 고압 스팀으로 변환하는, 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치 및 방법을 제공하는 데 있다.The problem to be solved by the present invention is to generate hot water by heating water used for the recovery of waste heat recovered from a fuel cell stack, and then produce low-pressure steam using the generated hot water, and then use the produced low-pressure steam to various industrial sites. It is to provide an apparatus and method for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack, which is converted into high-pressure steam that meets the needs of the above.

본 발명이 해결하려는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치는, 산소 및 수소를 이용하여 전기 및 열을 생산하는 연료전지 스택, 물을 이용하여 열이 회수되도록 하는 열교환기, 회수된 열에 의해 가열되어 생성된 온수를 유입한 후 재증발시켜 저압 스팀을 생산하는 플래시 베슬, 저압 스팀에서 수분을 제거하는 세퍼레이터, 및 수분이 제거된 저압 스팀을 이용하여 고압 스팀을 생산하는 스팀 재압축기를 포함한다. High-pressure steam production apparatus using waste heat of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention for solving the above problems is a fuel cell stack that produces electricity and heat using oxygen and hydrogen, and recovers heat using water. A heat exchanger that generates low-pressure steam by introducing hot water heated by the recovered heat and re-evaporating it to produce low-pressure steam, a separator that removes moisture from the low-pressure steam, and high-pressure steam using the low-pressure steam from which moisture has been removed. includes a steam recompressor that produces

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 방법은, 연료전지 스택에서 산소 및 수소를 이용하여 전기 및 열을 생산하는 단계, 냉각수 폐순환 라인을 유동하는 냉각수가 열을 흡수하는 단계, 열교환기에서 순환수 순환 라인을 유동하는 순환수가 열을 흡수한 냉각수로부터 열을 회수하는 단계, 열을 회수한 순환수가 온수가 되어 플래시 베슬로 유입되는 단계, 플래시 베슬에서 온수가 재증발되어 저압 스팀이 생산되는 단계, 세퍼레이터에서 저압 스팀의 수분이 제거되는 단계, 및 스팀 재압축기에서 수분이 제거된 저압 스팀을 이용하여 고압 스팀을 생산하는 단계를 포함한다.A method for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention for solving the above problems includes generating electricity and heat using oxygen and hydrogen in a fuel cell stack, cooling water flowing through a waste circulation line. The step of absorbing heat from the cooling water in the heat exchanger, the step of recovering heat from the cooling water that absorbed the heat by the circulating water flowing in the circulation line of the circulating water in the heat exchanger, the step of turning the recovered circulating water into hot water and flowing into the flash vessel, flashing The steps include producing low-pressure steam by re-evaporating hot water in the vessel, removing moisture from the low-pressure steam in a separator, and producing high-pressure steam using the low-pressure steam from which moisture has been removed in a steam recompressor.

본 발명에 따르면, 연료전지 스택으로부터 회수한 폐열이 회수에 사용된 물을 가열하여 온수가 생성되고, 이후 생성된 온수를 이용하여 저압 스팀을 생산하고, 생산된 저압 스팀을 각종 산업 현장의 요구에 부합하는 고압 스팀으로 변환하는, 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치 및 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, the waste heat recovered from the fuel cell stack heats the water used for the recovery to generate hot water, and then produces low-pressure steam using the generated hot water, and uses the produced low-pressure steam to meet the needs of various industrial sites. It is possible to provide an apparatus and method for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack, which is converted into suitable high-pressure steam.

도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치의 개념도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 스팀 발생 장치(steam generation package)의 공정배관계장도이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 스팀 발생 장치(steam generation package)를 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치의 냉각수 폐순환 라인 및 순환수 순환 라인에 이물질 제거 장치 및 물 교체 설비가 설치된 모습을 나타낸 도면이다.
도 5 는 도 4 의 오염수 배출 설비를 나타낸 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 방법의 흐름도이다.
1 is a conceptual diagram of an apparatus for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
2 is a process piping related diagram of a low pressure steam generation package according to an embodiment of the present invention.
3 is a view showing a low-pressure steam generating device (steam generation package) according to an embodiment of the present invention.
4 is a view showing a state in which a foreign matter removal device and a water replacement facility are installed in a cooling water waste circulation line and a circulation water circulation line of a high-pressure steam production device using waste heat of a fuel cell stack according to another embodiment of the present invention.
5 is a view showing the contaminated water discharge facility of FIG. 4;
6 is a flowchart of a method for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.The present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and those skilled in the art in the art to which the present invention belongs It is provided to fully inform the person of the scope of the invention.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In this specification, singular forms also include plural forms unless specifically stated otherwise in a phrase. As used herein, “comprises” and/or “comprising” do not preclude the presence or addition of one or more other components, steps, and operations to the stated components, steps, and operations.

도 1 내지 3 을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치를 설명한다. 도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치의 개념도이다. 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 스팀 발생 장치(steam generation package)의 공정배관계장도이다. 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 저압 스팀 발생 장치(steam generation package)를 나타낸 도면이다.Referring to FIGS. 1 to 3 , an apparatus for producing high-pressure steam using waste heat from a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention will be described. 1 is a conceptual diagram of an apparatus for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention. 2 is a process piping related diagram of a low pressure steam generation package according to an embodiment of the present invention. 3 is a view showing a low-pressure steam generating device (steam generation package) according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 3 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치는, 연료전지 스택(10), 냉각수 폐순환 라인(20), 열교환기(30), 순환수 순환 라인(40), 플래시 베슬(flash vessel)(50), 보충수 공급 라인(110), 세퍼레이터(separator)(70), 비상압력배출장치(emergency vent)(80), 스팀 재압축기 및 과열 저감기(desuperheater)(100)를 포함할 수 있다.1 to 3, an apparatus for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 10, a closed cooling water circulation line 20, a heat exchanger 30, and a circulation Water circulation line (40), flash vessel (50), make-up water supply line (110), separator (70), emergency vent (80), steam recompressor and superheat It may include a desuperheater (100).

연료전지 스택(10)은 산소 및 수소를 이용하여 전기 및 열을 생산하는 에너지 생산 장치이다.The fuel cell stack 10 is an energy generating device that produces electricity and heat using oxygen and hydrogen.

구체적으로, 도시가스 등의 연료를 수소추출기를 통해 수소로 전환하는 방식 등을 통해 수소를 획득하고, 이렇게 획득된 수소 및 산소를 함께 연료전지 스택(10)으로 공급하여 전기화학적 반응을 통해 전기 및 열에너지를 생산할 수 있다. Specifically, hydrogen is obtained through a method of converting fuel such as city gas into hydrogen through a hydrogen extractor, and the obtained hydrogen and oxygen are supplied together to the fuel cell stack 10 to generate electricity and oxygen through an electrochemical reaction. can produce thermal energy.

연료전지 스택(10)에서 생산된 직류전력은 전력변환장치(inverter)를 통해 최종적으로 200V 60Hz 등의 교류전력으로 변환되어 한전으로 송전할 수 있으며, 또한 생산된 열은 연료전지 스택(10)을 냉각하는 과정을 통해 회수하여 온수 등을 생산할 수 있다.DC power produced by the fuel cell stack 10 can be finally converted into AC power such as 200V 60Hz through an inverter and transmitted to KEPCO, and the generated heat is used by the fuel cell stack 10. It can be recovered through the cooling process to produce hot water and the like.

냉각수 폐순환 라인(20)은 연료전지 스택(10)에서 생산된 열(또는 폐열)을 흡수하는 냉각수가 유동하는 라인이다.The closed cooling water circulation line 20 is a line through which cooling water absorbing heat (or waste heat) generated in the fuel cell stack 10 flows.

이러한 냉각수의 순환을 위해 냉각수 폐순환 라인(20) 상에는 냉각수 펌프가 설치될 수 있다.A cooling water pump may be installed on the cooling water closed circulation line 20 to circulate the cooling water.

냉각수 폐순환 라인(20)은 그 일부가 연료전지 스택(10)의 주변에 위치할 수 있으며, 냉각수 폐순환 라인(20)을 유동하는 냉각수는 연료전지 스택(10)의 열을 흡수할 수 있고, 그에 따라 연료전지 스택(10)은 냉각될 수 있다.A part of the closed cooling water circulation line 20 may be located around the fuel cell stack 10, and the cooling water flowing through the closed cooling water circulation line 20 may absorb heat of the fuel cell stack 10, and thus Accordingly, the fuel cell stack 10 may be cooled.

이러한 냉각수 폐순환 라인(20)은 폐쇄된 구조를 취할 수 있으므로 내부의 냉각수는 냉각수 폐순환 라인(20) 내에서 계속적으로 유동하면서 연료전지 스택(10)의 열을 흡수할 수 있다.Since the closed cooling water circulation line 20 may have a closed structure, the cooling water therein may absorb heat from the fuel cell stack 10 while continuously flowing within the cooling water closed circulation line 20 .

열교환기(30)는 물을 이용하여 연료전지 스택(10)의 열이 회수되도록 하는 장치이다.The heat exchanger 30 is a device that recovers heat from the fuel cell stack 10 using water.

이를 위해, 전술한 냉각수 폐순환 라인(20)의 일부는 열교환기(30)에 위치할 수 있고, 후술하는 순환수 순환 라인(40)은 일부가 열교환기(30)에 위치하면서 내부에 유동하는 순환수가 냉각수로부터 열을 회수할 수 있다.To this end, a part of the aforementioned closed cooling water circulation line 20 may be located in the heat exchanger 30, and a part of the circulating water circulation line 40 described later may be located in the heat exchanger 30 while flowing therein. The water can recover heat from the cooling water.

이러한 열교환을 위해 열교환기(30) 내에서 냉각수 폐순환 라인(20)과 순환수 순환 라인(40)은 서로에 대하여 대향하여 위치할 수 있거나, 어느 하나의 라인이 다른 하나의 라인을 감는 형태일 수 있다. 그러나, 냉각수와 순환수 간에 열교환이 발생할 있으면 이들 간의 배치 형태는 다양할 수 있다.For this heat exchange, in the heat exchanger 30, the closed cooling water circulation line 20 and the circulation water circulation line 40 may be located opposite to each other, or one line may wind the other line. there is. However, if heat exchange occurs between the cooling water and the circulating water, the arrangement between them may vary.

순환수 순환 라인(40)은 연료전지 스택(10)의 열을 흡수한 냉각수로부터 열을 회수하는 순환수가 유동하는 라인이다.The circulation water circulation line 40 is a line through which circulation water for recovering heat from cooling water that has absorbed heat of the fuel cell stack 10 flows.

이러한 순환수의 순환을 위해 순환수 순환 라인(40) 상에는 순환 펌프가 설치될 수 있다.A circulation pump may be installed on the circulation water circulation line 40 to circulate the circulation water.

순환수 순환 라인(40)과 냉각수 폐순환 라인(20)은 그 일부가 열교환기(30)에 위치할 수 있으며, 이러한 위치 관계 하에서 순환수 순환 라인(40)을 유동하는 순환수는 냉각수 폐순환 라인(20)을 유동하는 냉각수로부터 연료전지 스택(10)의 열을 회수하는 열교환이 일어날 수 있다.A part of the circulating water circulation line 40 and the closed cooling water circulation line 20 may be located in the heat exchanger 30, and under this positional relationship, the circulating water flowing through the circulating water circulation line 40 is the closed cooling water circulation line ( Heat exchange in which heat of the fuel cell stack 10 is recovered from cooling water flowing through 20 may occur.

이러한 열교환을 통해, 순환수 순환 라인(40) 상의 순환수는 가열되어 온수가 될 수 있으며, 일 실시예로서 가열된 순환수, 즉 온수는 120℃, 2.75bar.g일 수 있다(도 1 의 A 참조).Through this heat exchange, the circulating water on the circulating water circulation line 40 can be heated to become hot water. As an example, the heated circulating water, that is, hot water, can be 120° C. and 2.75 bar.g (see FIG. 1 ). see A).

즉, 본 발명은 물을 이용하여 연료전지 스택(10)의 열을 회수하고 있으며, 좀 더 구체적으로 연료전지 스택(10)의 열을 회수하기 위해 단순히 냉각수만을 이용하지 않고, 대신에 냉각수에서 열을 흡수한 후 순환수가 냉각수로부터 열을 회수하는 2단계의 과정을 적용할 수 있다.That is, the present invention recovers heat from the fuel cell stack 10 by using water, and more specifically, does not simply use cooling water to recover heat from the fuel cell stack 10, but instead uses heat from the cooling water. After absorbing the circulating water, a two-step process can be applied to recover heat from the cooling water.

다시 말해서, 열을 생산하는 연료전지 스택(10)과 열을 회수하는 순환수 간에 냉각수를 사이에 두는 간접 열교환 방식이 수행될 수 있다.In other words, an indirect heat exchange method may be performed between the fuel cell stack 10 that generates heat and the circulating water that recovers heat by passing cooling water therebetween.

만약, 순환수가 없이 냉각수만이 연료전지 스택(10)의 열을 흡수 및 회수하고 순환 라인을 통해 플래시 베슬(50)을 통과할 경우, 냉각수는 이러한 순환 과정에서 이물질로 인해 오염의 가능성이 존재하며, 오염된 냉각수로 연료전지 스택(10)의 열을 효과적으로 흡수 및 회수할 수 없게 되는 바, 연료전지 스택(10)이 충분히 냉각되지 않아 에너지 생산 효율이 떨어지고 작동이 원활하지 않을 수 있다. If only the coolant without circulating water absorbs and recovers heat from the fuel cell stack 10 and passes through the flash vessel 50 through the circulation line, the coolant may be contaminated by foreign substances during this circulation process, , Since the heat of the fuel cell stack 10 cannot be effectively absorbed and recovered by the contaminated cooling water, the fuel cell stack 10 is not sufficiently cooled, resulting in low energy production efficiency and poor operation.

또한, 순환수 순환 라인(40)은 후술하는 플래시 베슬(50)과 유체 연통될 수 있으며, 그에 따라 순환수 순환 라인(40)을 유동하는 순환수는 플래시 베슬(50)로 유입된 후 플래시 베슬(50)로부터 유출되어 다시 순환수 순환 라인(40)으로 회귀할 수 있다.In addition, the circulation water circulation line 40 may be in fluid communication with a flash vessel 50 to be described later, and accordingly, the circulation water flowing through the circulation water circulation line 40 flows into the flash vessel 50 and then flows into the flash vessel 50. It flows out from 50 and can return to the circulating water circulation line 40 again.

플래시 베슬(50)은 연료전지 스택(10)의 열에 의해 가열된 순환수를 이용하여 저압 스팀을 생산하는 장치이다.The flash vessel 50 is a device that produces low-pressure steam using circulating water heated by the heat of the fuel cell stack 10 .

전술한 바와 같이, 플래시 베슬(50)은 순환수 순환 라인(40) 상에 위치할 수 있으며, 그에 따라 플래시 베슬(50)과 순환수 순환 라인(40)은 유체 연통될 수 있다.As described above, the flash vessel 50 may be located on the circulation water circulation line 40, and thus the flash vessel 50 and the circulation water circulation line 40 may be in fluid communication.

이러한 구조 하에서, 온수가 된 순환수는 플래시 밸브(60)를 거쳐 플래시 베슬(50)로 유입될 수 있고, 플래시 베슬(50) 내에서 온수는 재증발되어 저압 스팀으로 될 수 있다.Under this structure, circulating water that has become hot water can flow into the flash vessel 50 via the flash valve 60, and the hot water can be re-evaporated in the flash vessel 50 to become low-pressure steam.

구체적으로, 플래시 베슬(50) 내의 압력은 0.2bar.g(이때, 포화증기의 온도는 105℃)일 수 있으며, 120℃, 2.75bar.g인 온수가 플래시 베슬(50) 내로 유입될 경우 온수의 온도가 플래시 베슬(50) 내의 포화증기의 온도보다 높게 될 수 있다.Specifically, the pressure in the flash vessel 50 may be 0.2 bar.g (at this time, the temperature of saturated steam is 105° C.), and when hot water of 120° C. and 2.75 bar.g is introduced into the flash vessel 50, hot water The temperature of can be higher than the temperature of the saturated steam in the flash vessel (50).

그에 따라, 온수의 온도와 포화증기의 온도 간에 온도 차이(120-105=15℃)가 발생하여 이러한 차이가 온수를 끓여 재증발을 시킬 수 있다. Accordingly, a temperature difference (120 - 105 = 15 ℃) occurs between the temperature of the hot water and the temperature of the saturated steam, and this difference can boil the hot water and cause re-evaporation.

즉, 이러한 재증발 과정을 통해 온수인 순환수는 저압 스팀이 될 수 있으며, 플래시 베슬(50) 내에서 저압 스팀이 생산될 수 있다.That is, through this re-evaporation process, the circulating water, which is hot water, can become low-pressure steam, and low-pressure steam can be produced in the flash vessel 50.

또한, 플래시 베슬(50)은 온수로 저압 스팀뿐만 아니라 순환수도 생산할 수 있다. 다시 말해서, 플래시 베슬(50) 내에서 기액 분리가 일어나 온수는 저압 스팀 및 순환수로 분리 생산될 수 있다.In addition, the flash vessel 50 can produce circulation water as well as low-pressure steam with hot water. In other words, gas-liquid separation occurs in the flash vessel 50, and hot water can be produced separately into low-pressure steam and circulating water.

이후, 저압 스팀은 플래시 베슬(50)에서 유출되어 후술하는 세퍼레이터(70)로 유동할 수 있고, 순환수는 플래시 베슬(50)에서 유출되어 다시 순환수 순환 라인(40)으로 유동하여 열교환기(30)로 이동할 수 있다.Thereafter, the low-pressure steam flows out of the flash vessel 50 and flows into a separator 70 to be described later, and the circulating water flows out of the flash vessel 50 and flows into the circulating water circulation line 40 again so that the heat exchanger ( 30) can be moved.

즉, 본 발명에 따른 순환수는 순환수 순환 라인(40)을 유동하여 열교환기(30)에서 냉각수로부터 연료전지 스택(10)의 열을 회수하고, 플래시 베슬(50)로 유입되어 저압 증기와 순환수로 기액 분리되어 다시 순환수 순환 라인(40)으로 회귀하는 순환 과정을 거칠 수 있다.That is, the circulating water according to the present invention flows through the circulating water circulation line 40 to recover heat of the fuel cell stack 10 from the cooling water in the heat exchanger 30, and is introduced into the flash vessel 50 to obtain low-pressure steam and A circulation process of gas-liquid separation with circulating water and returning to the circulating water circulation line 40 may be performed.

한편, 일 실시예로서, 플래시 베슬(50)에서 나온 순환수는 104℃, 5.25bar.g의 온수일 수 있으나, 순환수의 상태는 다양할 수 있다(도 1 의 B 참조).Meanwhile, as an embodiment, the circulation water from the flash vessel 50 may be hot water at 104° C. and 5.25 bar.g, but the state of the circulation water may vary (see B in FIG. 1).

보충수 공급 라인(110)은 플래시 베슬(50)에서 저압 스팀의 생산으로 인해 발생한 순환수의 부족분을 보충할 보충수가 유동하는 라인이다.The make-up water supply line 110 is a line through which make-up water to make up for a shortage of circulating water caused by the production of low-pressure steam in the flash vessel 50 flows.

전술한 바와 같이, 플레시 베슬에서 순환수를 이용하여 저압 스팀을 생산한 결과 순환수 순환 라인(40)으로 회귀할 순환수의 유량이 부족할 수 있다.As described above, as a result of producing low-pressure steam using circulating water in the flash vessel, the flow rate of circulating water to be returned to the circulating water circulation line 40 may be insufficient.

이러한 점을 고려하여, 본 발명의 경우는 보충수 공급 라인(110)을 통해 보충수를 공급할 수 있다.Considering this point, in the case of the present invention, replenishment water may be supplied through the replenishment water supply line 110 .

보충수를 공급하는 일 형태로는, 보충수 공급 라인(110)이 플래시 베슬(50)과 유체 연통될 수 있으며, 그에 따라 저압 스팀의 생산으로 인해 발생한 순환수의 부족분을 보충할 보충수를, 보충수 공급 라인(110)을 통해 플래시 베슬(50)로 공급할 수 있다.In one form of supplying make-up water, the make-up water supply line 110 may be in fluid communication with the flash vessel 50, thereby providing make-up water to make up for the shortfall of circulating water caused by the production of low-pressure steam, It may be supplied to the flash vessel 50 through the replenishment water supply line 110 .

다른 형태로는, 보충수 공급 라인(110)이 순환수 순환 라인(40)과 연통될 수 있으며, 그에 따라 저압 스팀의 생산으로 인해 발생한 순환수의 부족분을 보충할 보충수를, 보충수 공급 라인(110)을 통해 순환수 순환 라인(40)으로 공급할 수 있다.Alternatively, the make-up water supply line 110 may communicate with the circulating water circulation line 40, thereby supplying make-up water to supplement the shortfall of circulating water caused by the production of low-pressure steam. It can be supplied to the circulating water circulation line 40 through 110.

세퍼레이터(70)는 플래시 베슬(50)로부터 나온 저압 스팀에서 수분을 제거하는 장치이다.The separator 70 is a device that removes moisture from the low-pressure steam discharged from the flash vessel 50.

플레시 베슬(50)은 다량의 물이 고압으로 분무되고 순환되며, 그에 따라 플레시 베슬에서 생산된 저압 스팀에는 수분이 함유되어 있어 저압 스팀의 건도가 낮을 수 있다.In the flash vessel 50, a large amount of water is sprayed and circulated at a high pressure, and thus low-pressure steam produced in the flash vessel 50 contains moisture, so the dryness of the low-pressure steam may be low.

이렇게 수분이 함유된 저압 스팀이 바로 후술하는 스팀 재압축기로 유동할 경우 수분에 의해 스팀 재압축기 및 배관은 손상을 입을 수 있다.When the low-pressure steam containing moisture flows directly into the steam recompressor, which will be described later, the steam recompressor and pipes may be damaged by the moisture.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 경우는 플래시 베슬(50)을 나온 저압 스팀을 바로 스팀 재압축기로 보내는 대신에, 우선 세퍼레이터(70)에서 저압 스팀에 포함된 수분(예를 들어, 응축수)을 제거하여 저압 스팀의 건도를 높인 후에 스팀 재압축기로 보낼 수 있다.In order to solve this problem, in the case of the present invention, instead of sending the low-pressure steam coming out of the flash vessel 50 directly to the steam recompressor, first, moisture (eg, condensate) contained in the low-pressure steam in the separator 70 The dryness of the low-pressure steam can be increased by removing the steam before sending it to the steam recompressor.

한편, 일 실시예로, 세퍼레이터(70)를 지나 수분이 제거된 저압 스팀은 100℃, 0atm일 수 있으나, 저압 스팀의 상태는 다양할 수 있다(도 1 의 C 참조).Meanwhile, in one embodiment, the low-pressure steam from which moisture is removed through the separator 70 may be 100° C. and 0 atm, but the state of the low-pressure steam may vary (see C in FIG. 1 ).

비상압력배출장치(80)는 세퍼레이터(70)에서 나온 저압 스팀이 고압 스팀 생산 장치의 운전 조건에 부합하지 않을 경우 이러한 저압 스팀을 외부로 배출하는 장치이다.The emergency pressure release device 80 is a device that discharges the low-pressure steam to the outside when the low-pressure steam discharged from the separator 70 does not meet the operating conditions of the high-pressure steam production device.

구체적으로, 수분이 제거된 저압 스팀이 후술하는 스팀 재압축기의 운전 조건에 부합하지 않거나, 스팀 재압축기의 작동에 문제가 발생할 경우, 비상압력배출장치(80)는 수분이 제거된 저압 스팀이 스팀 재압축기로 공급되지 못하도록 저압 스팀을 배출하는 장치이다.Specifically, when the low-pressure steam from which moisture has been removed does not meet the operating conditions of the steam recompressor described later, or if a problem occurs in the operation of the steam recompressor, the emergency pressure discharge device 80 releases the low-pressure steam from which moisture has been removed. It is a device that discharges low-pressure steam to prevent it from being supplied to the recompressor.

예를 들어, 본 발명에 따른 고압 스팀 생산 장치가 작동된 이후, 스팀 재압축기를 가동할 만한 저압 스팀이 발생되지 않을 경우 비상압력배출장치(80)를 통해 버리고 있다가, 생산된 저압 스팀이 운전 조건을 만족하면 비상압력배출장치(80)를 닫고 스팀 재압축기로 공급할 수 있다. For example, after the high-pressure steam production device according to the present invention is operated, if low-pressure steam sufficient to operate the steam recompressor is not generated, it is discarded through the emergency pressure discharge device 80 and the produced low-pressure steam is operated. If the conditions are satisfied, the emergency pressure relief device 80 can be closed and steam can be supplied to the recompressor.

또한, 고압 스팀 생산 장치의 가동 중에 스팀 재압축기의 설계량보다 많은 저압 스팀이 발생될 경우 비상압력배출장치(80)를 통해 배출시킬 수 있다.In addition, when low-pressure steam greater than the design amount of the steam recompressor is generated during the operation of the high-pressure steam production device, it can be discharged through the emergency pressure discharge device 80.

스팀 재압축기는 수분이 제거된 저압 스팀을 이용하여 고압 스팀을 생산하는 장치이다.A steam recompressor is a device that produces high-pressure steam using low-pressure steam from which moisture has been removed.

각종 산업 현장에서 요구하는 스팀은 고압 스팀이기에 세퍼레이터(70)에서 나온 저압 스팀을 고압 스팀으로 만들 필요가 있다.Since steam required by various industrial sites is high-pressure steam, it is necessary to turn low-pressure steam from the separator 70 into high-pressure steam.

이를 위해, 스팀 재압축기는 세퍼레이터(70)에서 나온 수분이 제거된 저압 스팀을 이용하여 고압 스팀을 생산할 수 있다.To this end, the steam recompressor may produce high-pressure steam using low-pressure steam from which moisture is removed from the separator 70 .

일 실시예로 이렇게 생산된 고압 스팀은 135℃, 2.2bar.g일 수 있으나, 고압 스팀의 상태는 다양할 수 있다(도 1 의 D 참조).In one embodiment, the high-pressure steam produced in this way may be 135 ° C. and 2.2 bar.g, but the state of the high-pressure steam may vary (see D in FIG. 1).

이러한 스팀 재압축기로는 기계적 증기 재압축기(MVR; Mechanical Vapor Recompression)(90)일 수 있다.Such a steam recompressor may be a mechanical vapor recompressor (MVR) 90.

한편, 본 발명의 경우는, 수요처의 요구에 부합하도록 기계적 증기 재압축기(90)가 생산한 고압 스팀의 고압도를 높이기 위해, 고압 스팀을 추가 압축하는 MVR suction을 더 포함할 수 있다.On the other hand, in the case of the present invention, in order to increase the high pressure of the high pressure steam produced by the mechanical vapor recompressor 90 to meet the demand of the customer, MVR suction for additionally compressing the high pressure steam may be further included.

일 예로서, 기계적 증기 재압축기(90)에서 나온 고압 스팀은 2.2bar.g의 압력을 가질 수 있으며, 특정 산업 현장에서는 16bar.g의 고압 스팀을 요구할 수 있다.As an example, the high-pressure steam from the mechanical vapor recompressor 90 may have a pressure of 2.2 bar.g, and certain industrial sites may require high-pressure steam of 16 bar.g.

그에 따라, MVR suction을 이용하여 2.2bar.g의 고압 스팀을 16bar.g의 고압 스팀으로 만들 수 있다.Accordingly, high-pressure steam of 2.2 bar.g can be made into high-pressure steam of 16 bar.g by using MVR suction.

과열 저감기(100)는 스팀 재압축기에서 생산된 고압 스팀의 온도가 설정치 이상일 경우 고압 스팀의 온도를 낮추는 장치이다.The superheat reducer 100 is a device that lowers the temperature of the high-pressure steam produced by the steam recompressor when the temperature of the high-pressure steam is higher than a set value.

스팀 재압축기에서 생산된 고압 스팀은 경우에 따라서 지나치게 높은 온도를 가질 수 있으며, 그에 따라 산업 현장에서 사용이 어려울 수 있다.High-pressure steam produced by the steam recompressor may have an excessively high temperature in some cases, and accordingly, it may be difficult to use it in an industrial field.

이러한 점을 해결하기 위해, 과열 저감기(100)는 고압 스팀에 냉각수를 분사하는 방식 등을 취하여 고압 스팀의 과열도를 낮출 수 있다.In order to solve this problem, the superheat reducer 100 may reduce the superheat of the high-pressure steam by spraying cooling water to the high-pressure steam.

이상 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치를 설명했다. 이하, 도 4 및 5 를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치를 설명한다. An apparatus for producing high-pressure steam using waste heat from a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention has been described above. Hereinafter, an apparatus for producing high-pressure steam using waste heat from a fuel cell stack according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 and 5 .

도 4 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치의 냉각수 폐순환 라인 및 순환수 순환 라인에 이물질 제거 장치 및 물 교체 설비가 설치된 모습을 나타낸 도면이다. 도 5 는 도 4 의 오염수 배출 설비를 나타낸 도면이다.4 is a view showing a state in which a foreign matter removal device and a water replacement facility are installed in a cooling water waste circulation line and a circulation water circulation line of a high-pressure steam production device using waste heat of a fuel cell stack according to another embodiment of the present invention. 5 is a view showing the contaminated water discharge facility of FIG. 4;

도 4 및 5 를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치는, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치에, 이물질 제거 장치(120) 및 물 교체 설비가 추가 설치될 수 있다.Referring to FIGS. 4 and 5 , an apparatus for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack according to another embodiment of the present invention is an apparatus for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention described above. In, the foreign matter removal device 120 and water replacement equipment may be additionally installed.

이러한 이물질 제거 장치(120) 및 물 교체 설비는 냉각수 폐순환 라인(20) 및 순환수 순환 라인(40)에 설치될 수 있다.The foreign matter removal device 120 and the water replacement facility may be installed in the closed cooling water circulation line 20 and the circulation water circulation line 40 .

우선, 냉각수 폐순환 라인(20) 상에 이물질 제거 장치(120) 및 물 교체 설비가 설치된 상태를 살펴본다.First, a state in which the foreign matter removal device 120 and the water replacement facility are installed on the closed coolant circulation line 20 will be reviewed.

냉각수에서 이물질을 제거하기 위해 냉각수 폐순환 라인(20)에는 이물질 제거 장치(120)가 설치될 수 있다.A foreign material removal device 120 may be installed in the closed cooling water circulation line 20 to remove foreign materials from the cooling water.

이와 관련하여, 냉각수가 냉각수 폐순환 라인(20) 상을 유동하다보면 냉각수 폐순환 라인(20)의 내부에 스케일이나 녹이 발생할 수 있으며, 이러한 이물질은 냉각수에 혼합될 수 있다.In this regard, when cooling water flows on the closed cooling water circulation line 20, scale or rust may be generated inside the closed cooling water circulation line 20, and these foreign substances may be mixed with the cooling water.

이렇게 냉각수에 이물질이 포함될 경우 연료전지 스택(10)의 열을 흡수하는 냉각수의 열흡수력이 떨어질 수 있으며, 그에 따라 연료전지 스택(10)이 충분히 냉각되지 못하여 연료전지 스택(10)의 성능에 문제가 발생할 수 있다.In this way, when foreign substances are included in the cooling water, the heat absorbing power of the cooling water absorbing heat of the fuel cell stack 10 may decrease, and accordingly, the fuel cell stack 10 may not be sufficiently cooled, resulting in problems in the performance of the fuel cell stack 10. may occur.

이러한 점을 고려하여, 냉각수 폐순환 라인(20)에는 냉각수 이물질 제거 시스템이 추가 설치될 수 있다.In consideration of this point, a cooling water foreign matter removal system may be additionally installed in the cooling water closed circulation line 20 .

구체적으로, 도 4 를 보면, 냉각수 이물질 제거 시스템은, 냉각수 폐순환 라인(20)에 병렬로 연결된 제 1 냉각수 바이패스 라인(130), 제 1 냉각수 바이패스 라인(130) 상에 위치하며, 냉각수에 포함된 이물질을 제거하는 이물질 제거 장치(120), 냉각수 폐순환 라인(20) 상에 설치된 제 1 바이패스 밸브(140), 제 1 냉각수 바이패스 라인(130) 상에서 이물질 제거 장치(120)의 일측에 설치된 제 2 바이패스 밸브(150), 및 제 1 냉각수 바이패스 라인(130) 상에서 이물질 제거 장치(120)의 타측에 설치된 제 3 바이패스 밸브(160)를 더 포함할 수 있다.Specifically, referring to FIG. 4 , the cooling water foreign matter removal system is located on the first cooling water bypass line 130 and the first cooling water bypass line 130 connected in parallel to the cooling water closed circulation line 20, and The foreign matter removal device 120 for removing foreign substances contained therein, the first bypass valve 140 installed on the coolant closed circulation line 20, and the foreign matter removal device 120 on the first coolant bypass line 130 on one side of the The installed second bypass valve 150 and the third bypass valve 160 installed on the other side of the foreign matter removal device 120 on the first cooling water bypass line 130 may be further included.

이러한 구성 하에서, 후술하는 전기전도율 센서(250)가 측정한 냉각수의 전기전도도가 기준치 이상일 경우, 제 1 바이패스 밸브(140)를 폐쇄하고, 제 2 바이패스 밸브(150) 및 제 3 바이패스 밸브(160)를 개방하여, 냉각수가 이물질 제거 장치(120)로 유동하여 이물질이 제거되도록 할 수 있다.Under this configuration, when the electrical conductivity of the cooling water measured by the electrical conductivity sensor 250 to be described later is equal to or higher than the reference value, the first bypass valve 140 is closed, and the second bypass valve 150 and the third bypass valve 160 may be opened to allow cooling water to flow to the foreign matter removal device 120 to remove foreign matter.

한편, 이물질 제거 장치(120)의 이물질 제거 방식은 물리적 처리, 화학적 처리 및 전기분해 방식 등이 있다.Meanwhile, foreign matter removal methods of the foreign matter removal device 120 include physical treatment, chemical treatment, and electrolysis.

이렇게 이물질 제거 장치(120)로 냉각수에서 이물질을 제거한 후에도 이물질 제거가 충분히 이루어지지 않아 전기전도율 센서(250)가 측정한 냉각수의 전기전도도가 여전히 기준치 이상일 경우, 이러한 냉각수를 더 이상 사용할 수 없다고 판단하고, 추가적으로 물 교체 설비를 통해 오염된 냉각수를 교체할 수 있다.If the foreign matter is not sufficiently removed even after removing the foreign matter from the cooling water by the foreign matter removing device 120 and the electrical conductivity of the cooling water measured by the electrical conductivity sensor 250 is still higher than the reference value, it is determined that the cooling water can no longer be used. , additionally, contaminated cooling water can be replaced through a water replacement facility.

냉각수에 대한 물 교체 설비는 오염수 배출 설비(300) 및 냉각수 보충 설비(310)를 포함한다.The water exchange facility for the cooling water includes a contaminated water discharge facility 300 and a cooling water replenishment facility 310 .

도 5 를 보면, 오염수 배출 설비(300)는 냉각수 폐순환 라인(20)의 직경보다 작은 직경을 가지면서 냉각수 폐순환 라인(20)에 병렬 설치된 제 2 냉각수 바이패스 라인(330) 상에 설치될 수 있다.Referring to FIG. 5 , the contaminated water discharge facility 300 may be installed on the second cooling water bypass line 330 installed in parallel to the closed cooling water circulation line 20 while having a diameter smaller than that of the closed cooling water circulation line 20. there is.

즉, 오염수 배출 설비(300)를 냉각수 폐순환 라인(20)이 아닌 더 작은 직경을 가지는 제 2 냉각수 바이패스 라인(330) 상에 설치함으로써 오염수를 적정 수준의 수질에 이르기까지 서서히 교체할 수 있으며, 그에 따라 다량의 물이 한꺼번에 교체되어 시스템이 불안정해지는 것을 방지할 수 있다.That is, by installing the contaminated water discharge facility 300 on the second cooling water bypass line 330 having a smaller diameter rather than the closed cooling water circulation line 20, the contaminated water can be gradually replaced until it reaches an appropriate level of water quality. Accordingly, it is possible to prevent the system from becoming unstable due to a large amount of water being replaced at once.

이러한 오염수 배출 설비(300)는, 제 2 냉각수 바이패스 라인(330)에 병렬 설치된 제 3 냉각수 바이패스 라인(270), 제 2 냉각수 바이패스 라인(330) 상에 설치되며 차압을 이용하여 냉각수를 제 3 냉각수 바이패스 라인(270)으로 유동하게 하는 체크 밸브(190), 제 3 냉각수 바이패스 라인(270) 상에 설치되어 이물질 제거 장치(120)에 의해 이물질이 제거된 냉각수의 전기전도도를 측정하는 전기전도율 센서(250), 제 2 냉각수 바이패스 라인(330) 상에 설치되어 제 2 냉각수 바이패스 라인(330) 및 오염수 배출관(210)을 개폐하는 3방 분배용 밸브(180), 및 전기전도율 센서(250)에 의해 측정된 이물질이 제거된 냉각수의 전기전도도가 기준치 이상일 경우, 3방 분배용 밸브(180)를 제어하여 제 2 냉각수 바이패스 라인(330)을 폐쇄하고 오염수 배출관(210)을 개방하여 오염된 냉각수를 배출되도록 하는 컨트롤러(200)를 포함할 수 있다.The contaminated water discharge facility 300 is installed on the third cooling water bypass line 270 and the second cooling water bypass line 330 installed in parallel with the second cooling water bypass line 330, and uses differential pressure to coolant check valve 190 for flowing into the third coolant bypass line 270 and the electrical conductivity of the coolant installed on the third coolant bypass line 270 and from which foreign substances are removed by the foreign matter removal device 120 A conductivity sensor 250 for measuring, a three-way distribution valve 180 installed on the second coolant bypass line 330 to open and close the second coolant bypass line 330 and the contaminated water discharge pipe 210, and when the electrical conductivity of the cooling water from which foreign substances are removed, measured by the electrical conductivity sensor 250, is equal to or greater than the reference value, the 3-way distribution valve 180 is controlled to close the second cooling water bypass line 330 and the contaminated water discharge pipe. It may include a controller 200 that opens the 210 to discharge the contaminated cooling water.

한편, 냉각수 폐순환 라인(20) 상에 설치된 제 4 바이패스 밸브(340), 제 2 냉각수 바이패스 라인(330) 상에서 오염수 배출 설비(300)의 일측에 설치된 제 5 바이패스 밸브(350), 및 제 2 냉각수 바이패스 라인(330) 상에서 오염수 배출 설비(330)의 타측에 설치된 제 6 바이패스 밸브(360)를 더 포함할 수 있다.On the other hand, the fourth bypass valve 340 installed on the closed cooling water circulation line 20, the fifth bypass valve 350 installed on one side of the contaminated water discharge facility 300 on the second cooling water bypass line 330, and a sixth bypass valve 360 installed on the other side of the contaminated water discharge facility 330 on the second cooling water bypass line 330 .

냉각수 폐순환 라인(20)을 흐르는 냉각수가 오염수 배출 설비(300)로 유동하도록, 제 4 바이패스 밸브(340)는 일부 폐쇄하여 차압을 형성할 수 있고, 제 5 바이패스 밸브(350) 및 제 6 바이패스 밸브(360)는 완전 개방할 수 있다.The fourth bypass valve 340 may be partially closed to form a differential pressure so that the cooling water flowing through the closed cooling water circulation line 20 flows to the polluted water discharge facility 300, and the fifth bypass valve 350 and 6 The bypass valve 360 can be fully opened.

또한, 오염수 배출 설비(300)는 전기전도율 센서(250)를 캘리브레이션하는 장비를 포함할 수 있다.In addition, the contaminated water discharge facility 300 may include equipment for calibrating the electrical conductivity sensor 250 .

구체적으로, 오염수 배출 설비(300)는, 제 3 냉각수 바이패스 라인(270) 상에서 전기전도율 센서(250)를 사이에 두고 설치된 한 쌍의 정비용 스톱밸브(220, 230), 한 쌍의 정비용 스톱밸브(220, 230)에 의해 폐쇄된 제 3 냉각수 바이패스 라인(270)으로 공급된 후 전기전도율 센서(250)로 유동하여 전기전도율 센서(250)를 캘리브레이션하는데 사용되는 표준액을 공급하는 표준액 공급 밸브(240), 및 캘리브레이션에 사용된 표준액을 배출하는 드레인 밸브(260)를 포함할 수 있다.Specifically, the contaminated water discharge facility 300 includes a pair of maintenance stop valves 220 and 230 installed on the third coolant bypass line 270 with the electrical conductivity sensor 250 interposed therebetween, a pair of After being supplied to the third coolant bypass line 270 closed by the cost stop valves 220 and 230, it flows to the conductivity sensor 250 to supply a standard solution used to calibrate the conductivity sensor 250. A supply valve 240 and a drain valve 260 for discharging the standard solution used for calibration may be included.

다음으로, 냉각수 보충 설비(310)는 배출된 냉각수를 보충하기 위해 냉각수 폐순환 라인으로 오염되지 않은 냉각수(즉, 전기전도도가 기준치 미만인 냉각수)를 공급하는 설비이다.Next, the cooling water replenishment facility 310 is a facility that supplies uncontaminated cooling water (ie, cooling water having electrical conductivity less than a reference value) to the closed cooling water circulation line to replenish the discharged cooling water.

이러한 냉각수 보충 설비(310)는 보충수가 냉각수 폐순환 라인(20)으로 유입되는 경로인 보충수 유입 라인, 보충수 유입 라인 상에 설치되어 보충수를 보충수 유입 라인으로 유입하는 유입 밸브, 유입된 보충수가 역류하지 않도록 하는 체크 밸브 및 보충수가 냉각수로 사용될 수 있도록 보충수의 상태를 조절하는 탱크를 포함할 수 있다.The cooling water replenishment facility 310 includes a make-up water inlet line, which is a path through which make-up water flows into the closed coolant circulation line 20, an inlet valve installed on the make-up water inlet line to introduce make-up water into the make-up water inlet line, and the inlet replenishment. It may include a check valve preventing the water from flowing backward and a tank for adjusting the condition of the make-up water so that the make-up water can be used as cooling water.

다음으로, 순환수 순환 라인(40) 상에 이물질 제거 장치(120) 및 물 교체 설비가 설치된 상태를 살펴본다.Next, a state in which the foreign matter removal device 120 and the water replacement facility are installed on the circulation water circulation line 40 will be examined.

순환수에서 이물질을 제거하기 위해 순환수 순환 라인(40)에는 이물질 제거 장치(120)가 설치될 수 있다.A foreign material removal device 120 may be installed in the circulation water circulation line 40 to remove foreign materials from the circulating water.

이와 관련하여, 순환수가 순환수 순환 라인(40) 상을 유동하다보면 순환수 순환 라인(40)의 내부에 스케일이나 녹이 발생할 수 있으며, 또한 순환수는 플래시 베슬(50)을 통과하므로, 순환수가 순환수 순환 라인(40)을 따라 유동하는 과정에서 순환수에 이물질이 혼합될 수 있다.In this regard, when the circulation water flows on the circulation water circulation line 40, scale or rust may occur inside the circulation water circulation line 40, and since the circulation water passes through the flash vessel 50, the circulation water In the process of flowing along the circulation water circulation line 40, foreign substances may be mixed with the circulation water.

이렇게 순환수에 이물질이 포함될 경우 순환수는 냉각수로부터 열을 회수하는 능력이 떨어질 수 있으며, 그에 따라 열을 덜 제공한 냉각수는 연료전지 스택(10)의 열을 충분히 흡수하지 못하고, 또한 플래시 베슬(50)이 생산하는 저압 스팀의 품질이 떨어져 비상압력배출장치(80)의 가동이 빈번해질 수 있다.In this way, when foreign substances are included in the circulating water, the ability of the circulating water to recover heat from the cooling water may decrease, and accordingly, the cooling water that provides less heat does not sufficiently absorb the heat of the fuel cell stack 10, and also the flash vessel ( The quality of the low-pressure steam produced by 50) may deteriorate, causing frequent operation of the emergency pressure relief device 80.

이러한 점을 고려하여, 순환수 순환 라인(40)에는 순환수 이물질 제거 시스템이 추가 설치될 수 있다.Considering this point, a circulation water foreign matter removal system may be additionally installed in the circulation water circulation line 40 .

구체적으로, 도 4 를 보면, 순환수 이물질 제거 시스템은, 순환수 순환 라인(40)에 병렬로 연결된 제 1 순환수 바이패스 라인(170), 제 1 순환수 바이패스 라인(170) 상에 위치하며, 순환수에 포함된 이물질을 제거하는 이물질 제거 장치(120), 순환수 순환 라인(40) 상에 설치된 제 1 바이패스 밸브(140), 제 1 순환수 바이패스 라인(170) 상에서 이물질 제거 장치(120)의 일측에 설치된 제 2 바이패스 밸브(150), 및 제 1 순환수 바이패스 라인(170) 상에서 이물질 제거 장치(120)의 타측에 설치된 제 3 바이패스 밸브(160)를 더 포함할 수 있다.Specifically, referring to FIG. 4 , the circulating water foreign matter removal system is located on the first circulating water bypass line 170 and the first circulating water bypass line 170 connected in parallel to the circulating water circulation line 40. and the foreign matter removal device 120 for removing foreign matter contained in the circulating water, the first bypass valve 140 installed on the circulating water circulation line 40, and the foreign matter removal on the first circulating water bypass line 170 A second bypass valve 150 installed on one side of the device 120, and a third bypass valve 160 installed on the other side of the foreign matter removal device 120 on the first circulation water bypass line 170 can do.

이러한 구성 하에서, 전기전도율 센서(250)가 측정한 순환수의 전기전도도가 기준치 이상일 경우, 제 1 바이패스 밸브(140)를 폐쇄하고, 제 2 바이패스 밸브(150) 및 제 3 바이패스 밸브(160)를 개방하여, 순환수가 이물질 제거 장치(120)로 유동하여 이물질이 제거되도록 할 수 있다.Under this configuration, when the electrical conductivity of the circulating water measured by the electrical conductivity sensor 250 is equal to or greater than the reference value, the first bypass valve 140 is closed, and the second bypass valve 150 and the third bypass valve ( 160) may be opened to allow circulating water to flow to the foreign matter removal device 120 to remove foreign matter.

한편, 이물질 제거 장치(120)의 이물질 제거 방식은 물리적 처리, 화학적 처리 및 전기분해 방식 등이 있다.Meanwhile, foreign matter removal methods of the foreign matter removal device 120 include physical treatment, chemical treatment, and electrolysis.

이렇게 이물질 제거 장치(120)로 순환수에서 이물질을 제거한 후에도 전기전도율 센서(250)가 측정한 순환수의 전기전도도가 여전히 기준치 이상일 경우, 추가적으로 물 교체 설비를 통해 오염된 순환수를 교체할 수 있다.If the electrical conductivity of the circulating water measured by the electrical conductivity sensor 250 is still higher than the reference value even after removing foreign substances from the circulating water by the foreign material removal device 120, the contaminated circulating water can be additionally replaced through a water replacement facility. .

물 교체 설비는 오염수 배출 설비(300) 및 순환수 보충 설비(320)를 포함한다.The water replacement facility includes a contaminated water discharge facility 300 and a circulating water replenishment facility 320 .

도 5 를 보면, 오염수 배출 설비(300)는 순환수 순환 라인(40)의 직경보다 작은 직경을 가지면서 순환수 순환 라인(40)에 병렬 설치된 제 2 순환수 바이패스 라인(335) 상에 설치될 수 있다.Referring to FIG. 5 , the contaminated water discharge facility 300 is installed on the second circulating water bypass line 335 installed in parallel to the circulating water circulation line 40 and having a diameter smaller than that of the circulating water circulation line 40. can be installed

즉, 오염수 배출 설비(300)를 순환수 순환 라인(40)이 아닌 더 작은 직경을 가지는 제 2 순환수 바이패스 라인(335) 상에 설치함으로써 오염수를 적정 수준의 수질에 이르기까지 서서히 교체할 수 있으며, 그에 따라 다량의 물이 한꺼번에 교체되어 시스템이 불안정해지는 것을 방지할 수 있다.That is, by installing the contaminated water discharge facility 300 on the second circulating water bypass line 335 having a smaller diameter than the circulating water circulation line 40, the contaminated water is gradually replaced until it reaches an appropriate level of water quality. Accordingly, a large amount of water can be replaced at once to prevent the system from becoming unstable.

이러한 오염수 배출 설비(300)는 제 2 순환수 바이패스 라인(335)에 병렬 설치된 제 3 순환수 바이패스 라인(280), 제 2 순환수 바이패스 라인(335) 상에 설치되며 차압을 통해 순환수를 제 3 순환수 바이패스 라인(280)으로 유동하게 하는 체크 밸브(190), 제 3 순환수 바이패스 라인(280) 상에 설치되어 이물질 제거 장치(120)에 의해 이물질이 제거된 순환수의 전기전도도를 측정하는 전기전도율 센서(250), 제 2 순환수 바이패스 라인(335) 상에 설치되어 제 2 순환수 바이패스 라인(335) 및 오염수 배출관(210)을 개폐하는 3방 분배용 밸브(180), 및 전기전도율 센서(250)에 의해 측정된 이물질이 제거된 순환수의 전기전도도가 기준치 이상일 경우, 3방 분배용 밸브(180)를 제어하여 제 2 순환수 바이패스 라인(335)을 폐쇄하고 오염수 배출관(210)을 개방하여 순환수가 배출되도록 하는 컨트롤러(200)를 포함할 수 있다.This polluted water discharge facility 300 is installed on the third circular water bypass line 280 and the second circular water bypass line 335 installed in parallel to the second circular water bypass line 335, and through differential pressure. The check valve 190 that allows the circulation water to flow into the third circulation water bypass line 280 and circulation installed on the third circulation water bypass line 280 to remove foreign substances by the foreign matter removal device 120 The electrical conductivity sensor 250 for measuring the electrical conductivity of the water and the three-way 3-way installed on the second circulating water bypass line 335 open and close the second circulating water bypass line 335 and the contaminated water discharge pipe 210 When the electrical conductivity of the circulating water from which foreign substances are removed, measured by the distribution valve 180 and the electrical conductivity sensor 250, is greater than the reference value, the 3-way distribution valve 180 is controlled to supply the second circulating water bypass line. It may include a controller 200 that closes 335 and opens the contaminated water discharge pipe 210 so that the circulating water is discharged.

한편, 순환수 순환 라인(40) 상에 설치된 제 4 바이패스 밸브(340), 제 2 순환수 바이패스 라인(335) 상에서 오염수 배출 설비(300)의 일측에 설치된 제 5 바이패스 밸브(350), 및 제 2 순환수 바이패스 라인(335) 상에서 오염수 배출 설비(330)의 타측에 설치된 제 6 바이패스 밸브(360)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the fourth bypass valve 340 installed on the circulating water circulation line 40 and the fifth bypass valve 350 installed on one side of the contaminated water discharge facility 300 on the second circulating water bypass line 335 ), and a sixth bypass valve 360 installed on the other side of the contaminated water discharge facility 330 on the second circulating water bypass line 335.

순환수 순환 라인(40)을 흐르는 순환수가 오염수 배출 설비(300)로 유동하도록, 제 4 바이패스 밸브(340)는 일부 폐쇄하여 차압을 형성할 수 있고, 제 5 바이패스 밸브(350) 및 제 6 바이패스 밸브(360)는 완전 개방할 수 있다.The fourth bypass valve 340 may be partially closed to form a differential pressure so that the circulating water flowing through the circulating water circulation line 40 flows to the contaminated water discharge facility 300, and the fifth bypass valve 350 and The sixth bypass valve 360 may be fully opened.

또한, 전술한 바와 같이, 오염수 배출 설비(300)는 전기전도율 센서(250)를 캘리브레이션하는 장비를 포함할 수 있다.Also, as described above, the contaminated water discharge facility 300 may include equipment for calibrating the electrical conductivity sensor 250 .

다음으로, 순환수 보충 설비(320)는 배출된 순환수를 보충하기 위해 순환수 순환 라인(40)으로 오염되지 않은 순환수(즉, 전기전도도가 기준치 미만인 순환수)를 공급하는 설비이다.Next, the circulating water replenishment facility 320 is a facility that supplies uncontaminated circulating water (ie, circulating water having electrical conductivity less than a reference value) to the circulating water circulation line 40 to replenish the discharged circulating water.

이러한 순환수 보충 설비(320)는 보충수가 순환수 순환 라인(40)으로 유입되는 경로인 보충수 유입 라인, 보충수 유입 라인 상에 설치되어 보충수를 보충수 유입 라인으로 유입하는 유입 밸브 및 유입된 보충수가 역류하지 않도록 하는 체크 밸브를 포함할 수 있다.The circulating water replenishment facility 320 includes a make-up water inlet line, which is a path through which make-up water flows into the circulating water circulation line 40, an inlet valve installed on the make-up water inlet line and introducing make-up water into the make-up water inlet line, and an inlet It may include a check valve to prevent the back flow of make-up water.

이상, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치를 설명했다. 이하, 도 6 을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 방법을 설명한다. 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 방법의 흐름도이다.In the above, an apparatus for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention has been described. Hereinafter, a method for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 . 6 is a flowchart of a method for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.

도 6 을 참조하면, 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 방법은, 연료전지 스택에서 산소 및 수소를 이용하여 전기 및 열을 생산하는 단계(S10), 냉각수 폐순환 라인을 유동하는 냉각수가 열을 흡수하는 단계(S20), 열교환기에서 순환수 순환 라인을 유동하는 순환수가 열을 흡수한 냉각수로부터 열을 회수하는 단계(S30), 열을 회수한 순환수가 온수가 되어 플래시 베슬로 유입되는 단계(S40), 플래시 베슬에서 온수가 재증발되어 저압 스팀이 생산되는 단계(S50), 세퍼레이터에서 저압 스팀의 수분이 제거되는 단계(S60), 및 스팀 재압축기에서 수분이 제거된 저압 스팀을 이용하여 고압 스팀을 생산하는 단계(S70)를 포함한다.Referring to FIG. 6 , a method for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack includes generating electricity and heat using oxygen and hydrogen in a fuel cell stack (S10), and cooling water flowing in a waste cooling water circulation line to generate heat. Absorbing (S20), recovering heat from the cooling water that has absorbed heat from the circulating water flowing in the circulating water circulation line in the heat exchanger (S30), and introducing the circulating water into the flash vessel as hot water (S30) S40), hot water re-evaporating in the flash vessel to produce low-pressure steam (S50), removing moisture from the low-pressure steam in the separator (S60), and using the low-pressure steam from which moisture has been removed in the steam recompressor to obtain high-pressure steam. A step of producing steam (S70) is included.

연료전지 스택에서 산소 및 수소를 이용하여 전기 및 열을 생산하는 단계(S10)에서, 연료전지 스택(10)에 산소 및 수소가 공급되고, 이들 간에 전기화학적 반응이 일어나 전기 및 열(또는 폐열)을 생산할 수 있다.In the step of generating electricity and heat using oxygen and hydrogen in the fuel cell stack (S10), oxygen and hydrogen are supplied to the fuel cell stack 10, and an electrochemical reaction occurs between them to generate electricity and heat (or waste heat). can produce

냉각수 폐순환 라인을 유동하는 냉각수가 열을 흡수하는 단계(S20)에서, 냉각수 폐순환 라인(20)의 일부는 연료전지 스택(10)의 주위에 위치하면서 냉각수 폐순환 라인(20) 상을 유동하는 냉각수가 연료전지 스택(10)의 열을 흡수할 수 있다.In the step of absorbing heat by the cooling water flowing through the closed cooling water circulation line (S20), the cooling water flowing on the closed cooling water circulation line 20 while a part of the closed cooling water circulation line 20 is located around the fuel cell stack 10 Heat of the fuel cell stack 10 may be absorbed.

추가적으로, 전술한 바와 같이, 냉각수 폐순환 라인(20) 상에 이물질 제거 장치(120) 및 물 교체 설비가 설치되어 오염된 냉각수를 정화하고, 더 이상 사용이 불가능한 냉각수는 배출한 후 새로운 냉각수를 보충할 수 있다.Additionally, as described above, the foreign matter removal device 120 and the water replacement facility are installed on the cooling water closed circulation line 20 to purify the contaminated cooling water, discharge the unusable cooling water, and then replenish new cooling water. can

열교환기에서 순환수 순환 라인을 유동하는 순환수가 열을 흡수한 냉각수로부터 열을 회수하는 단계(S30)에서, 냉각수 폐순환 라인(20)의 일부 및 순환수 순환 라인(40)의 일부가 열교환기(30)에 위치할 수 있고, 열교환을 통해 순환수 순환 라인(40)을 유동하는 순환수는 냉각수 폐순환 라인(20)을 유동하는 냉각수로부터 열을 회수할 수 있다.In the step of recovering heat from the cooling water in which the circulating water flowing through the circulating water circulation line in the heat exchanger absorbs heat (S30), a part of the closed cooling water circulation line 20 and a part of the circulating water circulation line 40 are transferred to the heat exchanger ( 30), and the circulating water flowing through the circulating water circulation line 40 through heat exchange can recover heat from the cooling water flowing through the closed cooling water circulation line 20.

추가적으로, 전술한 바와 같이, 순환수 순환 라인(40) 상에 이물질 제거 장치(120) 및 물 교체 설비가 설치되어 오염된 순환수를 정화하고, 더 이상 사용이 불가능한 순환수는 배출한 후 새로운 순환수를 보충할 수 있다.Additionally, as described above, the foreign matter removal device 120 and the water replacement facility are installed on the circulating water circulation line 40 to purify the contaminated circulating water, discharge the circulating water that is no longer usable, and then circulate it again. number can be supplemented.

열을 회수한 순환수가 온수가 되어 플래시 베슬로 유입되는 단계(S40)에서, 순환수 순환 라인(40) 상의 순환수는 열을 회수한 후 온수가 될 수 있으며, 온수가 된 순환수는 플래시 밸브(60)를 통해 플래시 베슬(50)로 유입될 수 있다.In step S40 in which the circulating water from which the heat is recovered becomes hot water and is introduced into the flash vessel, the circulating water on the circulating water circulation line 40 may become hot water after recovering the heat, and the circulating water that has become hot water is supplied to the flash valve. It can flow into the flash vessel (50) through (60).

플래시 베슬에서 온수가 재증발되어 저압 스팀이 생산되는 단계(S50)에서, 플래시 베슬(50)로 유입된 온수는 재증발 과정을 통해 저압 스팀 및 순환수로 기액 분리되어 생산될 수 있다.In step S50 in which hot water is re-evaporated in the flash vessel to produce low-pressure steam, the hot water introduced into the flash vessel 50 may be gas-liquid separated into low-pressure steam and circulating water through a flash vaporization process and produced.

또한, 플래시 베슬(50)에서 저압 스팀이 생산될 때 동시에 생산된 순환수가 순환수 순환 라인(40)으로 유출될 수 있으며, 아울러 이러한 순환수는 열교환기(30)에서 냉각수로부터 열을 회수할 수 있다.In addition, when low-pressure steam is produced in the flash vessel 50, the circulating water produced at the same time can flow out to the circulating water circulation line 40, and the circulating water can recover heat from the cooling water in the heat exchanger 30. there is.

또한, 보충수 공급 라인(110)을 통해, 저압 스팀의 생산으로 인해 발생한 순환수의 부족분을 보충할 보충수를 플래시 베슬(50)로 공급할 수 있다.In addition, through the make-up water supply line 110, make-up water to make up for a shortage of circulating water caused by the production of low-pressure steam may be supplied to the flash vessel 50.

세퍼레이터에서 저압 스팀의 수분이 제거되는 단계(S60)에서, 플래시 베슬(50)을 나온 저압 스팀은 세퍼레이터(70)로 유동할 수 있고, 세퍼레이터(70)에서 저압 스팀은 수분이 제거되어 건도가 높아질 수 있다.In the step of removing moisture from the low-pressure steam in the separator (S60), the low-pressure steam coming out of the flash vessel 50 can flow to the separator 70, and the moisture is removed from the low-pressure steam in the separator 70 to increase the dryness. can

스팀 재압축기에서 수분이 제거된 저압 스팀을 이용하여 고압 스팀을 생산하는 단계(S70)에서, 건도가 높아진 저압 스팀은 스팀 재압축기로 이동할 수 있고, 스팀 재압축기는 저압 스팀을 이용하여 고압 스팀을 생산할 수 있다.In the step of producing high-pressure steam using the low-pressure steam from which moisture is removed in the steam recompressor (S70), the low-pressure steam with increased dryness can be moved to the steam recompressor, and the steam recompressor uses the low-pressure steam to produce high-pressure steam. can produce

이때, 산업 현장마다 원하는 고압 스팀의 상태는 다를 수 있으며, 이를 위해 생산된 고압 스팀의 압력 및 온도를 조절할 필요가 있다.At this time, the state of desired high-pressure steam may be different for each industrial site, and it is necessary to adjust the pressure and temperature of the high-pressure steam produced for this purpose.

이와 관련하여, 스팀 재압축기에서 생산된 고압 스팀의 압력을 높이기 위해, 생산된 고압 스팀은 MVR suction에서 추가 압축되어 압력이 증가된 고압 스팀이 될 수 있다.In this regard, in order to increase the pressure of the high-pressure steam produced by the steam recompressor, the produced high-pressure steam may be further compressed in the MVR suction to become high-pressure steam with increased pressure.

또한, 생산된 고압 스팀의 온도가 높을 경우, 과열 저감기(100)는 생산된 고압 스팀의 온도를 낮출 수 있다.In addition, when the temperature of the produced high-pressure steam is high, the superheat reducer 100 may lower the temperature of the produced high-pressure steam.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art to which the present invention pertains can be implemented in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. you will be able to understand Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting.

10: 연료전지 스택 20: 냉각수 폐순환 라인
30: 열교환기 40: 순환수 순환 라인
50: 플래시 베슬 60: 플래시 밸브
70: 세퍼레이터 80: 비상압력배출장치
90: 기계적 증기 재압축기 100: 과열 저감기
110: 보충수 공급 라인 120: 이물질 제거 장치
130: 제 1 냉각수 바이패스 라인 140: 제 1 바이패스 밸브
150: 제 2 바이패스 밸브 160: 제 3 바이패스 밸브
170: 제 1 순환수 바이패스 라인 180: 3방 분배용 밸브
190: 체크 밸브 200: 컨트롤러
210: 오염수 배출관 220, 230: 정비용 스톱밸브
240: 표준액 공급 밸브 250: 전기전도율 센서
260: 드레인 밸브 270: 제 3 냉각수 바이패스 라인
280: 제 3 순환수 바이패스 라인 300: 오염수 배출 설비
310: 냉각수 보충 설비 320: 순환수 보충 설비
330: 제 2 냉각수 바이패스 라인 335: 제 2 순환수 바이패스 라인
340: 제 4 바이패스 밸브 350: 제 5 바이패스 밸브
360: 제 6 바이패스 밸브
10: fuel cell stack 20: closed coolant circulation line
30: heat exchanger 40: circulating water circulation line
50: flash vessel 60: flash valve
70: separator 80: emergency pressure release device
90: mechanical vapor recompressor 100: desuperheater
110: make-up water supply line 120: foreign matter removal device
130: first coolant bypass line 140: first bypass valve
150: second bypass valve 160: third bypass valve
170: first circulating water bypass line 180: three-way distribution valve
190: check valve 200: controller
210: contaminated water discharge pipe 220, 230: stop valve for maintenance
240: standard solution supply valve 250: electrical conductivity sensor
260: drain valve 270: third coolant bypass line
280: third circulating water bypass line 300: contaminated water discharge facility
310: cooling water replenishment facility 320: circulating water replenishment facility
330: second coolant bypass line 335: second circulating water bypass line
340: 4th bypass valve 350: 5th bypass valve
360: sixth bypass valve

Claims (16)

산소 및 수소를 이용하여 전기 및 열을 생산하는 연료전지 스택;
물을 이용하여 상기 열이 회수되도록 하는 열교환기;
회수된 상기 열에 의해 가열되어 생성된 온수를 유입한 후 재증발시켜 저압 스팀을 생산하는 플래시 베슬(flash vessel);
상기 저압 스팀에서 수분을 제거하는 세퍼레이터(separator); 및
상기 수분이 제거된 상기 저압 스팀을 이용하여 고압 스팀을 생산하는 스팀 재압축기를 포함하고,
일부가 상기 열교환기에 위치하며, 상기 열을 흡수하는 냉각수의 유로인 냉각수 폐순환 라인; 및
일부가 상기 열교환기에 위치하며, 상기 열을 흡수한 상기 냉각수로부터 상기 열을 회수하는 순환수의 유로인 순환수 순환 라인을 더 포함하고,
상기 열을 회수한 상기 순환수는 상기 온수가 되어 상기 플래시 베슬로 유입되는 것인 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치.
A fuel cell stack that produces electricity and heat using oxygen and hydrogen;
a heat exchanger for recovering the heat using water;
A flash vessel for generating low-pressure steam by re-evaporating hot water generated by being heated by the recovered heat;
a separator for removing moisture from the low-pressure steam; and
A steam recompressor for producing high-pressure steam using the low-pressure steam from which the moisture has been removed;
a closed cooling water circulation line, a portion of which is located in the heat exchanger and is a cooling water flow path for absorbing the heat; and
Further comprising a circulating water circulation line, which is a flow path of circulating water, a part of which is located in the heat exchanger and recovers the heat from the cooling water that has absorbed the heat;
The high-pressure steam production apparatus using the waste heat of the fuel cell stack, wherein the circulating water from which the heat is recovered becomes the hot water and flows into the flash vessel.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 냉각수의 전기전도도를 측정하는 전기전도율 센서;
상기 냉각수 폐순환 라인에 병렬로 연결된 제 1 냉각수 바이패스 라인;
상기 제 1 냉각수 바이패스 라인 상에 위치하며, 상기 냉각수에 포함된 이물질을 제거하는 이물질 제거 장치;
상기 냉각수 폐순환 라인 상에 설치된 제 1 바이패스 밸브;
상기 제 1 냉각수 바이패스 라인 상에서 상기 이물질 제거 장치의 일측에 설치된 제 2 바이패스 밸브; 및
상기 제 1 냉각수 바이패스 라인 상에서 상기 이물질 제거 장치의 타측에 설치된 제 3 바이패스 밸브를 더 포함하고,
상기 전기전도율 센서에서 측정한 상기 냉각수의 전기전도도가 기준치 이상일 경우, 상기 제 1 바이패스 밸브를 폐쇄하고, 상기 제 2 바이패스 밸브 및 제 3 바이패스 밸브를 개방하여, 상기 냉각수가 상기 이물질 제거 장치로 유동하여 이물질이 제거되도록 하는 것인 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치.
According to claim 1,
an electrical conductivity sensor measuring electrical conductivity of the cooling water;
a first cooling water bypass line connected in parallel to the cooling water closed circulation line;
a foreign matter removal device positioned on the first coolant bypass line and removing foreign matter contained in the coolant;
a first bypass valve installed on the cooling water closed circulation line;
a second bypass valve installed on one side of the foreign matter removal device on the first cooling water bypass line; and
Further comprising a third bypass valve installed on the other side of the foreign matter removal device on the first cooling water bypass line,
When the electrical conductivity of the cooling water measured by the electrical conductivity sensor is equal to or greater than the reference value, the first bypass valve is closed and the second bypass valve and the third bypass valve are opened so that the cooling water is removed from the foreign matter removing device. A device for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack to remove foreign substances by flowing into the
제 3 항에 있어서,
상기 냉각수 폐순환 라인의 직경보다 작은 직경을 가지면서 상기 냉각수 폐순환 라인에 병렬 설치된 제 2 냉각수 바이패스 라인 상에 설치되며, 상기 이물질 제거 장치에 의해 이물질이 제거된 냉각수의 전기전도도가 상기 기준치 이상일 경우 냉각수를 외부로 배출하는 오염수 배출 설비; 및
배출된 냉각수를 보충하기 위해 상기 냉각수 폐순환 라인으로 냉각수를 공급하는 냉각수 보충 설비를 더 포함하는 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치.
According to claim 3,
When the electrical conductivity of the cooling water from which foreign substances are removed by the foreign matter removing device is greater than or equal to the reference value, the second cooling water bypass line has a diameter smaller than that of the closed cooling water circulation line and is installed in parallel to the closed cooling water circulation line. Contaminated water discharge facility for discharging to the outside; and
The high-pressure steam production device using waste heat of the fuel cell stack further comprising a cooling water replenishment facility for supplying cooling water to the closed cooling water circulation line to supplement the discharged cooling water.
제 4 항에 있어서,
상기 오염수 배출 설비는,
상기 제 2 냉각수 바이패스 라인에 병렬 설치된 제 3 냉각수 바이패스 라인;
상기 제 2 냉각수 바이패스 라인 상에 설치되며, 냉각수를 상기 제 3 냉각수 바이패스 라인으로 유동하게 하는 체크 밸브;
상기 제 3 냉각수 바이패스 라인 상에 설치되어 이물질이 제거된 냉각수의 전기전도도를 측정하는 전기전도율 센서;
상기 제 2 냉각수 바이패스 라인 상에 설치되어 상기 제 2 냉각수 바이패스 라인 및 오염수 배출관을 개폐하는 3방 분배용 밸브; 및
상기 전기전도율 센서에 의해 측정된 이물질이 제거된 냉각수의 전기전도도가 상기 기준치 이상일 경우, 상기 3방 분배용 밸브를 제어하여 상기 제 2 냉각수 바이패스 라인을 폐쇄하고 상기 오염수 배출관을 개방하여 냉각수가 배출되도록 하는 컨트롤러를 포함하는 것인 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치.
According to claim 4,
The contaminated water discharge facility,
a third cooling water bypass line installed in parallel with the second cooling water bypass line;
a check valve installed on the second cooling water bypass line and allowing cooling water to flow into the third cooling water bypass line;
an electrical conductivity sensor installed on the third cooling water bypass line to measure electrical conductivity of the cooling water from which foreign substances are removed;
a three-way distribution valve installed on the second cooling water bypass line to open and close the second cooling water bypass line and the contaminated water discharge pipe; and
When the electrical conductivity of the cooling water from which the foreign substances are removed, measured by the electrical conductivity sensor, is equal to or greater than the reference value, the 3-way distribution valve is controlled to close the second cooling water bypass line and the contaminated water discharge pipe is opened to discharge the cooling water. A device for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack, including a controller for discharging.
제 5 항에 있어서,
상기 제 3 냉각수 바이패스 라인 상에서 상기 전기전도율 센서를 사이에 두고 설치된 한 쌍의 정비용 스톱밸브;
상기 한 쌍의 정비용 스톱밸브에 의해 폐쇄된 상기 제 3 냉각수 바이패스 라인으로 공급된 후 상기 전기전도율 센서로 유동하여 상기 전기전도율 센서를 캘리브레이션하는데 사용되는 표준액을 공급하는 표준액 공급 밸브; 및
캘리브레이션에 사용된 상기 표준액을 배출하는 드레인 밸브를 포함하는 것인 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치.
According to claim 5,
a pair of stop valves for maintenance installed on the third coolant bypass line with the electrical conductivity sensor interposed therebetween;
a standard solution supply valve supplying a standard solution used to calibrate the electrical conductivity sensor after being supplied to the third coolant bypass line closed by the pair of maintenance stop valves and then flowing to the electrical conductivity sensor; and
A high-pressure steam production device using waste heat of a fuel cell stack comprising a drain valve for discharging the standard solution used for calibration.
제 1 항에 있어서,
상기 순환수의 전기전도도를 측정하는 전기전도율 센서;
상기 순환수 순환 라인에 병렬로 연결된 제 1 순환수 바이패스 라인;
상기 제 1 순환수 바이패스 라인 상에 위치하며, 상기 순환수에 포함된 이물질을 제거하는 이물질 제거 장치;
상기 순환수 순환 라인 상에 설치된 제 1 바이패스 밸브;
상기 제 1 순환수 바이패스 라인 상에서 상기 이물질 제거 장치의 일측에 설치된 제 2 바이패스 밸브; 및
상기 제 1 순환수 바이패스 라인 상에서 상기 이물질 제거 장치의 타측에 설치된 제 3 바이패스 밸브를 더 포함하고,
상기 전기전도율 센서에서 측정한 상기 순환수의 전기전도도가 기준치 이상일 경우, 상기 제 1 바이패스 밸브를 폐쇄하고, 상기 제 2 바이패스 밸브 및 제 3 바이패스 밸브를 개방하여, 상기 순환수가 상기 이물질 제거 장치로 유동하여 이물질이 제거되도록 하는 것인 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치.
According to claim 1,
an electrical conductivity sensor for measuring electrical conductivity of the circulating water;
a first circulation water bypass line connected in parallel to the circulation water circulation line;
a foreign matter removal device positioned on the first circulating water bypass line and removing foreign matter included in the circulating water;
a first bypass valve installed on the circulation water circulation line;
a second bypass valve installed on one side of the foreign matter removal device on the first circulating water bypass line; and
Further comprising a third bypass valve installed on the other side of the foreign matter removal device on the first circulation water bypass line;
When the electrical conductivity of the circulating water measured by the electrical conductivity sensor is equal to or greater than the reference value, the first bypass valve is closed, and the second bypass valve and the third bypass valve are opened so that the circulating water removes the foreign matter. A device for producing high-pressure steam using waste heat from a fuel cell stack that flows into the device to remove foreign substances.
제 7 항에 있어서,
상기 순환수 순환 라인의 직경보다 작은 직경을 가지면서 상기 순환수 순환 라인에 병렬 설치된 제 2 순환수 바이패스 라인 상에 설치되며, 상기 이물질 제거 장치에 의해 이물질이 제거된 순환수의 전기전도도가 상기 기준치 이상일 경우 순환수를 외부로 배출하는 오염수 배출 설비; 및
배출된 순환수를 보충하기 위해 상기 순환수 순환 라인으로 순환수를 공급하는 순환수 보충 설비를 더 포함하는 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치.
According to claim 7,
The electrical conductivity of the circulating water installed on the second circulating water bypass line having a diameter smaller than that of the circulating water circulation line and installed in parallel to the circulating water circulation line, and from which the foreign matter is removed by the foreign matter removal device, is Contaminated water discharge facility that discharges circulating water to the outside when it is above the standard value; and
High-pressure steam production apparatus using waste heat from a fuel cell stack, further comprising a circulating water replenishment facility for supplying circulating water to the circulating water circulation line to replenish the discharged circulating water.
제 8 항에 있어서,
상기 오염수 배출 설비는,
상기 제 2 순환수 바이패스 라인에 병렬 설치된 제 3 순환수 바이패스 라인;
상기 제 2 순환수 바이패스 라인 상에 설치되며, 상기 순환수를 상기 제 3 순환수 바이패스 라인으로 유동하게 하는 체크 밸브;
상기 제 3 순환수 바이패스 라인 상에 설치되어 이물질이 제거된 순환수의 전기전도도를 측정하는 전기전도율 센서;
상기 제 2 순환수 바이패스 라인 상에 설치되어 상기 제 2 순환수 바이패스 라인 및 오염수 배출관을 개폐하는 3방 분배용 밸브; 및
상기 전기전도율 센서에 의해 측정된 이물질이 제거된 순환수의 전기전도도가 상기 기준치 이상일 경우 상기 3방 분배용 밸브를 제어하여 상기 제 2 순환수 바이패스 라인을 폐쇄하고 상기 오염수 배출관을 개방하여 순환수가 배출되도록 하는 컨트롤러를 포함하는 것인 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치.
According to claim 8,
The contaminated water discharge facility,
a third circulation water bypass line installed in parallel with the second circulation water bypass line;
a check valve installed on the second circulating water bypass line and allowing the circulating water to flow into the third circulating water bypass line;
an electrical conductivity sensor installed on the third circulating water bypass line to measure electrical conductivity of circulating water from which foreign substances are removed;
a three-way distribution valve installed on the second circulating water bypass line to open and close the second circulating water bypass line and the polluted water discharge pipe; and
When the electrical conductivity of the circulating water from which foreign substances are removed, measured by the electrical conductivity sensor, is equal to or greater than the reference value, the 3-way distribution valve is controlled to close the second circulating water bypass line and the contaminated water discharge pipe is opened to circulate An apparatus for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack comprising a controller that allows water to be discharged.
제 1 항에 있어서,
상기 플래시 베슬은 상기 온수를 상기 저압 스팀 및 상기 순환수로 분리 생산하고,
상기 순환수는 상기 순환수 순환 라인으로 유출되어 상기 열교환기에서 상기 열을 회수하는 하는 것인 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치.
According to claim 1,
The flash vessel separates and produces the hot water into the low-pressure steam and the circulating water,
The circulating water flows out to the circulating water circulation line to recover the heat in the heat exchanger.
제 10 항에 있어서,
상기 저압 스팀의 생산으로 인해 발생한 상기 순환수의 부족분을 보충할 보충수를 상기 플래시 베슬로 공급하는 보충수 공급 라인을 더 포함하는 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치.
According to claim 10,
and a make-up water supply line for supplying make-up water to the flash vessel to make up for the shortfall of the circulating water generated by the production of the low-pressure steam.
제 10 항에 있어서,
상기 저압 스팀의 생산으로 인해 발생한 상기 순환수의 부족분을 보충할 보충수를 상기 순환수 순환 라인으로 공급하는 보충수 공급 라인을 더 포함하는 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치.
According to claim 10,
The apparatus for producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack further comprising a supplemental water supply line supplying supplemental water to the circulating water circulation line to make up for a shortage of the circulating water generated due to the production of the low-pressure steam.
제 1 항에 있어서,
상기 수분이 제거된 상기 저압 스팀이 상기 스팀 재압축기의 운전 조건에 부합하지 않을 경우, 상기 수분이 제거된 상기 저압 스팀이 상기 스팀 재압축기로 공급되지 못하도록 저압 스팀을 배출하는 비상압력배출장치(emergency vent)를 더 포함하는 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 장치.
According to claim 1,
When the low-pressure steam from which the water is removed does not meet the operating conditions of the steam recompressor, an emergency pressure discharge device for discharging low-pressure steam to prevent the low-pressure steam from which the water is removed from being supplied to the steam recompressor A high-pressure steam production device using waste heat of a fuel cell stack further comprising a vent).
연료전지 스택에서 산소 및 수소를 이용하여 전기 및 열을 생산하는 단계;
냉각수 폐순환 라인을 유동하는 냉각수가 상기 열을 흡수하는 단계;
열교환기에서 순환수 순환 라인을 유동하는 순환수가 상기 열을 흡수한 상기 냉각수로부터 상기 열을 회수하는 단계;
상기 열을 회수한 상기 순환수가 온수가 되어 플래시 베슬로 유입되는 단계;
상기 플래시 베슬에서 상기 온수가 재증발되어 저압 스팀이 생산되는 단계;
세퍼레이터에서 상기 저압 스팀의 수분이 제거되는 단계; 및
스팀 재압축기에서 상기 수분이 제거된 상기 저압 스팀을 이용하여 고압 스팀을 생산하는 단계를 포함하는 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 방법.
generating electricity and heat using oxygen and hydrogen in a fuel cell stack;
absorbing the heat with cooling water flowing through a closed cooling water circulation line;
recovering the heat from the cooling water in which the circulating water flowing in the circulating water circulation line in the heat exchanger absorbs the heat;
converting the circulating water from which the heat is recovered into hot water and flowing into a flash vessel;
re-evaporating the hot water in the flash vessel to produce low-pressure steam;
removing moisture from the low-pressure steam in a separator; and
A method of producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack, comprising: generating high-pressure steam using the low-pressure steam from which the water is removed in a steam recompressor.
제 14 항에 있어서,
상기 플래시 베슬에서 상기 저압 스팀이 생산될 때 동시에 생산된 상기 순환수가 상기 순환수 순환 라인으로 유출되어 상기 열교환기에서 상기 냉각수로부터 상기 열을 회수하는 하는 단계를 더 포함하는 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 방법.
15. The method of claim 14,
and recovering the heat from the cooling water in the heat exchanger by flowing the circulating water simultaneously produced when the low-pressure steam is produced in the flash vessel to the circulating water circulation line. High pressure steam production method.
제 15 항에 있어서,
보충수 공급 라인을 통해, 상기 저압 스팀의 생산으로 인해 발생한 상기 순환수의 부족분을 보충할 보충수를 상기 플래시 베슬로 공급하는 단계를 더 포함하는 연료전지 스택의 폐열을 이용한 고압 스팀 생산 방법.
According to claim 15,
The method of producing high-pressure steam using waste heat of a fuel cell stack, further comprising supplying supplemental water to the flash vessel through a supplementary water supply line to make up for the shortage of the circulating water generated due to the production of the low-pressure steam.
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