KR20150011687A - Fuel cell, combined generation system and method comprising the same - Google Patents

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Abstract

The purpose of the present invention is to provide a combined generation system improving total generating efficiency of the combined generation system, a fuel cell, and a combined generation method. To this end, the combined generation system comprises a fuel supply system to make fuel gas have the constant pressure. The system comprises an organic Rankine cycle generation system producing electric power by using heated operating fluid. The organic Rankine cycle generation system provides a combined generation system cooling the operating fluid by exchanging heat with fuel gas of the fuel supply system and heating the fuel gas of the fuel supply system. According to the present invention, the fuel cell, and the combined generation system and method including the same can improve total generating efficiency of the combined generation system so that generating efficiency can reduce influence caused by change of gas consumption in source of demand of the fuel supply system.

Description

연료전지, 이를 포함한 복합발전시스템 및 복합발전방법{FUEL CELL, COMBINED GENERATION SYSTEM AND METHOD COMPRISING THE SAME}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a fuel cell, a combined power generation system including the fuel cell,

본 발명은 연료전지, 이를 포함한 복합발전시스템 및 복합발전방법에 관한 발명으로서, 보다 구체적으로 연료공급 시스템을 이용한 복합발전시스템, 연료전지 및 발전방법에 관한 발명이다.
The present invention relates to a fuel cell, a combined power generation system including the same, and a combined power generation method, and more particularly, to a combined power generation system, a fuel cell, and a power generation method using a fuel supply system.

연료전지(Fuel Cell)는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치로서, 일반적인 전지와는 다르게 연료를 소모하여 전력을 생산한다.A fuel cell is a device that generates electric energy by electrochemically reacting a fuel and an oxidizer. Unlike a general cell, a fuel cell consumes fuel to produce electric power.

이러한 연료전지는 용융탄산염 연료전지(MCFC; Molten Carbonate Fuel Cell), 고분자전해질 연료전지(PEMFC; Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cel), 고체산화물 연료전지(SOFC; Solid Oxide Fuel Cell), 직접메탄올 연료전지(DMFC; Direct Methanol Fuel Cell), 직접에탄올 연료전지(DEFC; Direct Ethanol Fuel Cell) 및 인산형 연료전지(PAFC; Phosphoric Acid Fuel Cell) 등 다양한 종류의 형태를 가질 수 있다.Such a fuel cell may be a fuel cell such as a Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), a Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC), a Solid Oxide Fuel Cell (SOFC), a Direct Methanol Fuel Cell (DMFC) Direct Methanol Fuel Cell (DEFC), Phosphoric Acid Fuel Cell (PAFC), and the like.

현재, 이 중 가장 상용화된 연료전지는 용융탄산염 연료전지(MCFC)로서, 이하의 본 명세서에서는 특별한 언급이 없는 이상 MCFC를 기준으로 설명하기로 하나, 본 발명의 범위를 이에 한정하고자 하는 의도가 아님을 미리 밝혀둔다.Currently, the most commercially available fuel cell is a MCFC (MCFC), which will be described on the basis of the MCFC, but is not intended to limit the scope of the present invention. In advance.

MCFC에 대해 자세히 살펴보면, MCFC는 탄화수소를 연료로 하는 연료전지로서, 일반적으로 연료극(anode), 공기극(cathod), 매트릭스(matrix)을 포함하되, 각 구성요소에는 전해질이 함침(含浸)되어 있다. 이러한 MCFC의 연료극에는 천연가스(natural gas)의 개질 반응을 통해 생성된 수소 연료가스가 주입되고, 공기극에는 이산화탄소와 함께 산소가 공급되어, 공기극에서는 카보네이트 이온(CO3 2 -)을 생성하게 된다. 공기극에서 생성된 카보네이트 이온은 연료극과 공기극 사이에 위치하는 매트릭스의 전해질을 통하여 공기극에서 연료극으로 이동하며, 연료극에서 생성된 전자는 외부 회로를 경유하게 된다. 이때, 전해질은 평상시에는 고체 상태로 존재하다가 연료전지가 정상 운전될 경우에는 약 650℃까지 온도가 상승하여 전해질은 액화된다.MCFC is a hydrocarbon fuel-based fuel cell that generally includes an anode, a cathode, and a matrix, each component being impregnated with an electrolyte. Hydrogen fuel gas generated by natural gas reforming reaction is injected into the fuel electrode of the MCFC, and oxygen is supplied to the air electrode together with carbon dioxide to generate carbonate ion (CO 3 2 - ) at the air electrode. The carbonate ion generated in the air electrode moves from the air electrode to the fuel electrode through the electrolyte of the matrix located between the fuel electrode and the air electrode, and the electrons generated in the fuel electrode pass through the external circuit. At this time, the electrolyte is normally present in a solid state, and when the fuel cell is operated normally, the temperature rises to about 650 ° C, and the electrolyte is liquefied.

연료전지가 운전 중 배출되는 가스는 고온의 가스로 열 에너지를 포함하고 있으나 일반적으로 버려지게 된다. 도 1은 종래 연료공급 시스템과 연료전지가 연결된 복합발전시스템을 나타낸 도면이다.The gas emitted by the fuel cell during operation is a hot gas containing thermal energy, but is generally discarded. 1 is a view showing a combined power generation system in which a conventional fuel supply system and a fuel cell are connected.

도 1에 도시한 바와 같이, 내부개질형 MCFC(10)는 연료공급 시스템으로부터 연료가스인 천연가스(20)를 공급받는다.As shown in Fig. 1, the internal reforming type MCFC 10 receives natural gas 20, which is a fuel gas, from a fuel supply system.

여기서, 연료공급 시스템은 연료 가스를 사용하여 동력을 발생시키는 엔진이나, 전력을 발생시키는 수단인 발전 수단 등에 상기 연료 가스를 공급하는 수단으로서, 연료 가스를 공급하는 각종 설비나 연료 탱크 등과 같이, 외부로부터 공급된 고압의 천연가스(20)를 엔진이나 발전 수단 혹은 가정이나 공장 등의 수요처(24)에서 요구하는 압력으로 낮춰 공급해주는 시스템이다. 이하의 본 명세서에서는 특별한 언급이 없는 이상, 연료공급 시스템의 일 예로서, 외부로부터 공급된 고압의 천연가스(20)를 연료전지(10)에 공급해 주는 수단을 기준으로 설명하기로 하나, 본 발명의 범위를 이에 한정하고자 하는 의도가 아님을 미리 밝혀둔다.Here, the fuel supply system is a means for supplying the fuel gas to an engine that generates power by using fuel gas, or a power generation means that generates power, Pressure natural gas 20 to a pressure required by an engine, a power generation means, or a customer 24 such as a home or a factory. Unless specifically stated in the following description, an example of the fuel supply system will be described with reference to means for supplying the high-pressure natural gas 20 supplied from the outside to the fuel cell 10, The scope of which is not intended to be limited in any way.

한편, 연료공급 시스템은 바람직하게, 터보 팽창기(turbo expander)(21)를 포함할 수 있다. 연료공급 시스템은 정압장치(pressure regulator)(미도시)를 통해 고압 천연가스(20)를 수요처에 공급하기 위해 강제 감압할 수 있으나, 상기 정압장치를 통한 강제 감압시 버려지는 압력에너지를 회수하기 위해, 상기 정압장치를 대신하여 고압의 천연 가스를 연료전지(10)에 요구되는 소정의 압력으로 감압할 때 발생하는 압력 에너지를 이용하여 발전하는 터보 팽창기(21)를 포함하는 것이 바람직하다. 즉, 터보 팽창기(21)의 발전 동작에 관한 구체적인 일 예로서, 고압의 연료 가스는 터빈블레이드를 회전시키고, 터빈블레이드에 연결된 기어 박스(22)를 통해 발전기에 회전에너지를 전달함으로써, 압력 에너지를 전기 에너지로 변환시킬 수 있다.On the other hand, the fuel supply system may preferably include a turbo expander 21. The fuel supply system can be forcibly depressurized to supply high-pressure natural gas 20 to a customer through a pressure regulator (not shown), but in order to recover the pressure energy to be discarded during forced depressurization through the static pressure device And a turboexpander (21) that generates electricity using pressure energy generated when a high-pressure natural gas is depressurized to a predetermined pressure required for the fuel cell (10) instead of the static pressure device. That is, as a specific example of the power generation operation of the turboexpander 21, the high-pressure fuel gas rotates the turbine blades and transmits rotational energy to the generators through the gear box 22 connected to the turbine blades, It can be converted into electric energy.

한편, 연료전지(10)가 내부개질형 MCFC의 경우에는, 연료극(11)에서 일어나는 하기 반응식 1과 같은 발열 반응에 대응하여 시스템의 안정성을 향상시키기 위해, 내부개질부(13)를 이용하여, 하기 반응식 2와 같은 흡열 반응을 일으키도록 할 수 있다.On the other hand, in the case where the fuel cell 10 is an internal reforming type MCFC, in order to improve the stability of the system in response to the exothermic reaction as shown in the following reaction formula 1 occurring in the fuel electrode 11, Endothermic reaction as shown in Reaction Scheme 2 below.

[반응식 1][Reaction Scheme 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

[반응식 2][Reaction Scheme 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

이렇게, 내부개질부(13)에 의한 상기 반응식 2와 같은 반응을 유도하기 위해, 제2 혼합부(25)는 정압된 천연가스에 펌프(16)를 통해 공급된 정제수(50)를 혼합하여 연료극에 공급할 수 있다.In order to induce a reaction similar to the reaction formula 2 by the internal reforming section 13, the second mixing section 25 mixes the purified water 50 supplied through the pump 16 with the natural gas, .

제1 혼합부(14)는 송풍기(17)를 이용하여 외부로부터 공급된 공기(40)와 가열부(18)에 의해 가열된 공기 및 스택의 연료극에서 배출되는 부생가스를 혼합하여, 혼합된 가스를 공기극에 공급한다. 이때, 공기극에 공기와 함께 이산화탄소를 공기극에 공급하기 위해, 공기가 선택적으로 산화부(15)를 통하도록 할 수 있다. 여기서, 제1 혼합부(14)는 일 예로서, 미국 특허 제6,902,840호에서 나타낸 벤츄리(venturi) 타입의 혼합기가 사용될 수 있으나 특별히 한정하지 않고, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.The first mixing portion 14 mixes the air 40 supplied from the outside with the air heated by the heating portion 18 and the by-product gas discharged from the fuel electrode of the stack by using the blower 17, To the air electrode. At this time, in order to supply carbon dioxide to the air electrode together with air, the air can be selectively passed through the oxidation unit 15. [ Here, the first mixer 14 may be, for example, a venturi type mixer as described in U.S. Patent No. 6,902,840, but is not particularly limited, and a detailed description thereof will be omitted.

한편, 연료전지(10)의 운전에 의해 공기극(12)에서 고온의 가스가 배출되며, 배출된 고온의 가스는, 도 1에 도시한 바와 같이, 열 교환기(19)를 통해 연료극에 공급되는 연료를 가열하고, 나머지는 전부 버려지게 되는 문제가 있다(도면부호 30 참조). 이와 같은 문제는, 연료공급 시스템의 터보 팽창기(21)가 정상적으로 동작하기 위해 요구되는 가스의 유동 조건(flow condition)이 터보 팽창기(21)의 동작 조건(operating range)을 만족하여야 하는데, 연료공급 시스템은 수요처의 사용량 변화에 따라 가스의 흐름 변동(fluctuate)이 커서, 터보 팽창기(21) 및 연료전지(10)에 의한 최적의 발전 효율을 설계하기 어렵기 때문에 발생하게 된다.On the other hand, the high-temperature gas is discharged from the air electrode 12 by the operation of the fuel cell 10, and the discharged high-temperature gas flows through the heat exchanger 19 to the fuel And the rest are all discarded (refer to reference numeral 30). Such a problem is that the flow condition of the gas required for normal operation of the turboexpander 21 of the fuel supply system must satisfy the operating range of the turboexpander 21, Fluctuates due to the fluctuation of the gas depending on the usage amount of the customer, and it is difficult to design the optimal power generation efficiency by the turboexpansion device 21 and the fuel cell 10.

다시 말해, 연료전지(10) 및 터보 팽창기(21)에 의한 발전 효율을 향상시키되, 발전 효율이 연료공급 시스템의 수요처에서의 가스 사용량 변화에 따라 불규칙하게 변동하는 현상을 방지하는 기술이 절실한 실정이다.
In other words, there is a need for a technology to improve the power generation efficiency by the fuel cell 10 and the turboexpander 21, and to prevent a phenomenon that the power generation efficiency fluctuates irregularly according to the change of the gas consumption amount in the demand place of the fuel supply system .

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 전술한 바와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 복합발전시스템의 전체 발전 효율을 향상시킨 복합발전시스템, 연료전지 및 복합발전방법을 제공하는 데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and it is an object of the present invention to provide a combined-cycle power generation system, a fuel cell, and a combined-cycle power generation method which improve overall power generation efficiency of the combined-cycle power generation system.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명은 연료 가스가 일정 압력이 되도록 정압하는 연료공급 시스템을 포함하는 복합발전시스템에 있어서, 가열된 작동 유체를 이용하여 발전하는 유기랭킨사이클 발전시스템을 포함하되, 상기 유기랭킨사이클 발전시스템은, 상기 작동 유체가 상기 연료공급 시스템의 연료 가스와 상호 열 교환하여 상기 작동 유체를 냉각하거나, 상기 연료공급 시스템의 상기 연료 가스를 가열하는 복합발전시스템을 제공한다.As a means for solving the above-mentioned technical problems, the present invention provides a combined power generation system including a fuel supply system that constantly pressurizes a fuel gas to a constant pressure, comprising: an organic Rankine cycle power generation system that generates electricity using a heated working fluid; Wherein the organic Rankine cycle power generation system provides a combined power generation system in which the working fluid co-exchanges heat with the fuel gas in the fuel supply system to cool the working fluid or heat the fuel gas in the fuel supply system do.

바람직하게, 상기 연료공급 시스템은 상기 연료 가스를 사용하여 동력을 발생시키거나, 전력을 발생시키는 수단의 폐열을 이용하여, 상기 연료 가스를 가열할 수 있다.Preferably, the fuel supply system can generate power using the fuel gas, or can heat the fuel gas using waste heat of a means for generating electric power.

바람직하게, 상기 유기랭킨사이클 발전시스템은 상기 작동 유체 가열시 상기 연료 가스를 사용하여 동력을 발생시키거나, 전력을 발생시키는 수단의 폐열을 이용할 수 있다. 이때, 상기 연료전지 시스템은 상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 상기 폐열을 통한 열 에너지 공급을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.Preferably, the organic Rankine cycle power generation system may use power of the fuel gas to heat the working fluid or utilize waste heat of the power generating means. At this time, the fuel cell system may include a controller for controlling supply of thermal energy to the organic Rankine cycle power generation system according to the type of the working fluid through the waste heat.

또한, 본 발명은 연료전지를 포함한 연료전지 시스템 및 상기 연료전지 시스템에 공급되는 연료 가스가 일정 압력이 되도록 정압하는 연료공급 시스템을 포함하되, 상기 연료공급 시스템은, 상기 연료 가스를 상기 연료전지의 배기 가스로부터 열 에너지를 공급받아 가열하는 복합발전시스템을 제공한다.The present invention also provides a fuel cell system including a fuel cell and a fuel supply system for constantly controlling the pressure of the fuel gas supplied to the fuel cell system to a predetermined pressure, The present invention provides a combined power generation system in which thermal energy is supplied from an exhaust gas and heated.

바람직하게, 본 발명에 따른 복합발전시스템은 가열된 작동 유체를 이용하여 발전하는 유기랭킨사이클 발전시스템을 더 포함하되, 상기 연료공급 시스템은 상기 연료 가스를 상기 작동 유체로부터 열 에너지를 공급받아 가열할 수 있다. 이때, 상기 유기랭킨사이클 발전시스템은 상기 연료전지의 배기 가스로부터 열 에너지를 공급받아 상기 작동 유체를 가열할 수 있다.Preferably, the combined power generation system according to the present invention further comprises an organic Rankine cycle power generation system that generates electricity using a heated working fluid, wherein the fuel supply system supplies the fuel gas with heat energy from the working fluid . At this time, the organic Rankine cycle power generation system can receive the heat energy from the exhaust gas of the fuel cell and heat the working fluid.

바람직하게, 상기 연료전지 시스템은 상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 상기 배기 가스를 통한 열 에너지 공급을 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.Preferably, the fuel cell system may further include a controller for controlling supply of thermal energy through the exhaust gas to the organic Rankine cycle power generation system according to the type of the working fluid.

상기 연료전지 시스템은, 상기 연료 가스에 포함된 탄소에 대한 증기의 비율을 조절하여 상기 연료전지에 공급하는 가습부를 포함한 경우, 상기 연료공급 시스템은, 상기 가습부에서 배출되는 폐열을 이용하여, 상기 연료 가스를 가열할 수 있고, 또한, 상기 제어부는 상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 가습부에 상기 배기 가스를 통한 열 에너지 공급을 제어할 수 있다. 상기 제어부는 상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급되는 열 에너지와 상기 가습부에 공급되는 열 에너지가 일정 비율이 되도록 공급을 제어할 수 있고, 상기 가습부는 배출하는 고온의 가스를 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급할 수 있다.Wherein the fuel cell system includes a humidifier unit for adjusting the ratio of the vapor to the carbon contained in the fuel gas to supply the fuel to the fuel cell, wherein the fuel supply system uses the waste heat discharged from the humidifier unit, The control unit can control the supply of the thermal energy through the exhaust gas to the humidifier according to the type of the operating fluid. The control unit may control the supply of the thermal energy supplied to the organic Rankine cycle power generation system and the thermal energy supplied to the humidifier according to the type of the working fluid to a predetermined ratio, To the organic Rankine cycle power generation system.

구체적으로, 상기 제어부는 상기 유기랭킨사이클 발전시스템이 톨루엔 혹은 프로리놀85을 작동 유체로 사용하는 경우, 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급되는 열 에너지와 상기 가습부에 공급되는 열 에너지가 일정 비율이 되도록 공급을 제어할 수 있고, 상기 유기랭킨사이클 발전시스템이 할로겐화 탄화수소계 화합물 혹은 이소부탄을 작동 유체로 사용하는 경우, 상기 가습부에 상기 배기 가스를 통한 열 에너지를 공급하되, 상기 가습부는, 배출하는 고열의 가스를 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급할 수 있다.Specifically, when the organic Rankine cycle power generation system uses toluene or prolinol 85 as a working fluid, the controller controls the amount of heat energy supplied to the organic Rankine cycle power generation system and the amount of heat energy supplied to the humidifying unit And when the organic Rankine cycle power generation system uses a halogenated hydrocarbon compound or isobutane as a working fluid, the humidifier is supplied with thermal energy through the exhaust gas, Can be supplied to the organic Rankine cycle power generation system.

한편, 상기 연료공급 시스템은 고압의 상기 연료 가스를 감압할 때 발생하는 압력 에너지를 이용하여 발전하는 제1 발전부를 포함하거나, 상기 일정 압력의 연료 가스를 연소시켜 발생하는 열 에너지로 발전하는 제2 발전부를 포함할 수 있다.Meanwhile, the fuel supply system may include a first power generation unit that generates power using pressure energy generated when the fuel gas at a high pressure is depressurized, or a second power generation unit that generates electricity with heat energy generated by burning the fuel gas at a certain pressure. And a power generation section.

또한, 본 발명은 연료공급 시스템으로부터 공급받은 정압의 연료 가스를 이용하는 연료전지에 있어서, 상기 연료전지는, 배기 가스에 포함된 열 에너지를 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급하여 작동 유체를 가열하고, 상기 유기랭킨사이클 발전시스템은 상기 연료공급 시스템의 상기 연료 가스와 열 교환하여, 상기 작동 유체를 냉각하거나, 상기 연료공급 시스템의 상기 연료 가스를 가열하는 연료전지를 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell using a fuel gas at a constant pressure supplied from a fuel supply system, wherein the fuel cell supplies heat energy contained in exhaust gas to an organic Rankine cycle power generation system, The organic Rankine cycle generation system provides a fuel cell for heat exchange with the fuel gas in the fuel supply system to cool the working fluid or to heat the fuel gas in the fuel supply system.

또한, 본 발명은 연료공급 시스템으로부터 공급받은 정압의 연료 가스를 이용하는 연료전지에 있어서, 상기 연료공급 시스템은, 상기 연료 가스를 상기 연료전지의 배기 가스로부터 열 에너지를 공급받아 가열하는 연료전지를 제공한다.Further, the present invention provides a fuel cell using a fuel gas at a constant pressure supplied from a fuel supply system, wherein the fuel supply system includes a fuel cell for supplying the fuel gas with heat energy from the exhaust gas of the fuel cell to heat the fuel cell do.

또한, 본 발명은 연료공급 시스템으로부터 공급받은 정압의 연료 가스를 이용하는 연료전지에 있어서, 상기 연료전지는, 배기 가스에 포함된 열 에너지를 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급하여 작동 유체를 가열하는 것을 특징으로 하되, 상기 연료전지는, 상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 상기 배기 가스를 통한 열 에너지 공급을 제어하는 제어부를 포함하는 연료전지를 제공한다.Further, the present invention provides a fuel cell using a fuel gas at a constant pressure supplied from a fuel supply system, characterized in that the fuel cell supplies heat energy contained in the exhaust gas to the organic Rankine cycle power generation system to heat the working fluid Wherein the fuel cell includes a control unit for controlling supply of thermal energy through the exhaust gas to the organic Rankine cycle power generation system according to the type of the working fluid.

이때, 상기 연료전지는 상기 연료 가스에 포함된 탄소에 대한 증기의 비율을 조절하여 상기 연료전지에 공급하는 가습부를 더 포함할 수 있고, 바람직하게 상기 연료공급 시스템은, 상기 가습부에서 배출되는 폐열을 이용하여, 상기 연료 가스를 가열할 수 있다.The fuel cell may further include a humidifier for adjusting the ratio of the vapor to the carbon contained in the fuel gas to supply the fuel to the fuel cell. Can be used to heat the fuel gas.

또한, 상기 제어부는, 상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급되는 열 에너지와 상기 가습부에 공급되는 열 에너지가 일정 비율이 되도록 공급을 제어할 수 있다.In addition, the controller may control the supply such that the thermal energy supplied to the organic Rankine cycle power generation system and the thermal energy supplied to the humidifying unit have a predetermined ratio according to the type of the operating fluid.

구체적으로, 상기 제어부는, 상기 유기랭킨사이클 발전시스템이 톨루엔 혹은 프로리놀85을 작동 유체로 사용하는 경우, 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급되는 열 에너지와 상기 가습부에 공급되는 열 에너지가 일정 비율이 되도록 공급을 제어할 수 있고, 상기 유기랭킨사이클 발전시스템이 할로겐화 탄화수소계 화합물 혹은 이소부탄을 작동 유체로 사용하는 경우, 상기 가습부에 상기 배기 가스를 통한 열 에너지를 공급하되, 상기 가습부는, 배출하는 고열의 가스를 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급할 수 있다.Specifically, when the organic Rankine cycle power generation system uses toluene or prolinol 85 as the working fluid, the control unit controls the amount of heat energy supplied to the organic Rankine cycle power generation system and the heat energy supplied to the humidifying unit to a predetermined ratio And when the organic Rankine cycle power generation system uses a halogenated hydrocarbon compound or isobutane as a working fluid, the humidifier is supplied with thermal energy through the exhaust gas, The high-temperature gas to be discharged can be supplied to the organic Rankine cycle power generation system.

바람직하게 상기 유기랭킨사이클 발전시스템은, 상기 연료공급 시스템의 상기 연료 가스와 열 교환하여, 상기 작동 유체를 냉각하거나, 상기 연료공급 시스템의 상기 연료 가스를 가열할 수 있다.Preferably the organic Rankine cycle power generation system is capable of heat exchange with the fuel gas in the fuel supply system to cool the working fluid or to heat the fuel gas in the fuel supply system.

또한, 본 발명은 연료공급 시스템이 연료 가스가 일정 압력이 되도록 정압하는 단계 및 유기랭킨사이클 발전시스템이 가열된 작동 유체를 이용하여 발전하고, 상기 작동 유체와 상기 연료공급 시스템의 연료 가스가 상호 열교환하는 단계를 포함하는 복합발전방법을 제공한다.The present invention also provides a method for controlling a fuel cell system, comprising the steps of: the fuel supply system constantly pressurizing the fuel gas to a constant pressure; and the organic Rankine cycle power generation system generating electricity using the heated working fluid, The method comprising the steps of:

이때, 상기 연료공급 시스템은 상기 연료 가스를 이용하여 동력을 발생시키거나, 전력을 발생시키는 수단의 폐열을 이용하여, 상기 연료 가스를 가열하는 단계를 더 포함하거나, 상기 연료 가스를 이용하여 동력을 발생시키거나, 전력을 발생시키는 수단의 폐열을 이용하여, 상기 작동 유체를 가열하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 작동 유체 가열시, 상기 연료전지 시스템은 상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 상기 배기 가스를 통한 열 에너지 공급을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.The fuel supply system may further include a step of generating power using the fuel gas or heating the fuel gas using waste heat of a means for generating electric power, And heating the working fluid by using the waste heat of the means for generating the electric power or generating the electric power. Here, when the working fluid is heated, the fuel cell system may further include controlling the supply of the thermal energy through the exhaust gas to the organic Rankine cycle power generation system according to the type of the working fluid.

또한, 본 발명은 연료공급 시스템이 연료전지 시스템에 공급되는 연료 가스가 일정 압력이 되도록 정압하는 단계 및 연료공급 시스템은 상기 연료 가스를 상기 연료전지 시스템이 포함한 연료전지의 배기 가스 또는 유기랭킨사이클 발전시스템의 작동 유체로부터 열 에너지를 공급받아 가열하는 단계를 포함하는 복합발전방법을 제공한다.The present invention also provides a method for controlling a fuel cell system, comprising the steps of: a fuel supply system for constantly pressurizing the fuel gas supplied to the fuel cell system to a predetermined pressure; and a fuel supply system for supplying the fuel gas to an exhaust gas or an organic Rankine cycle power generation And supplying heat energy from the working fluid of the system and heating the system.

이때, 상기 유기랭킨사이클 발전시스템은 상기 연료전지 시스템이 포함한 연료전지의 배기 가스로부터 열 에너지를 공급받아 작동 유체를 가열하는 단계를 더 포함할 수 있고, 바람직하게는 상기 연료전지 시스템은 상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 상기 배기 가스를 통한 열 에너지 공급을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 열 에너지 공급을 제어하는 단계는, 상기 연료전지 시스템은 상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급되는 열 에너지와 상기 연료 가스에 포함된 탄소에 대한 증기 비율을 조절하기 위한 가습부에 공급되는 열 에너지가 일정 비율이 되도록 공급을 제어할 수 있다.
In this case, the organic Rankine cycle power generation system may further include a step of heating the working fluid by receiving thermal energy from the exhaust gas of the fuel cell included in the fuel cell system, And controlling the supply of heat energy through the exhaust gas to the organic Rankine cycle power generation system according to the kind of the exhaust gas. Here, the step of controlling the supply of thermal energy may be performed such that the fuel cell system adjusts the ratio of the heat energy supplied to the organic Rankine cycle power generation system to the carbon contained in the fuel gas, It is possible to control the supply such that the thermal energy supplied to the humidifying unit is a certain ratio.

이상의 본 발명에 따른 연료전지, 이를 포함한 복합발전시스템 및 복합발전방법은 복합발전시스템의 전체 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 이와 동시에, 발전 효율은 연료공급 시스템의 수요처에서의 가스 사용량 변화에 의한 영향을 줄일 수 있다.The fuel cell according to the present invention, the combined power generation system and the combined power generation method including the fuel cell can improve the overall power generation efficiency of the combined power generation system. At the same time, the power generation efficiency can be improved by the influence .

또한, 연료전지에서 배출되는 고온의 가스나, 엔즌 등의 폐열을 유기랭킨사이클 발전시스템의 작동 유체를 가열시키는 데 활용함으로써, 열 소비 효율 및 전체 발전 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, by utilizing the high-temperature gas discharged from the fuel cell or the waste heat such as the engine to heat the working fluid of the organic Rankine cycle power generation system, the heat consumption efficiency and the overall power generation efficiency can be improved.

또한, 유기랭킨사이클 발전시스템의 작동 유체와 연료공급 시스템의 연료 가스 상호 간에 열 교환하여, 가열된 작동 유체를 냉각시킴과 동시에 연료공급 시스템의 연료 가스를 가열할 수 있다. 나아가, 연료공급 시스템의 연료 가스를 연료전지 또는 엔진 등의 폐열을 이용하여 가열할 수 있다.
In addition, heat exchange between the working fluid of the organic Rankine cycle power generation system and the fuel gas in the fuel supply system can heat the fuel gas in the fuel supply system while cooling the heated working fluid. Further, the fuel gas in the fuel supply system can be heated using waste heat of a fuel cell, an engine, or the like.

도 1은 종래 연료공급 시스템과 내부개질형 MCFC가 연결된 복합발전시스템을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 포함한 복합발전시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합발전방법을 흐름도로 나타낸 도면이다.1 is a view showing a combined power generation system in which a conventional fuel supply system and an internal reforming type MCFC are connected.
FIGS. 2 and 3 are views showing the configuration of a combined power generation system including a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
4A and 4B are flowcharts illustrating a combined power generation method according to an embodiment of the present invention.

아래에는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구성될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by similar reference numerals throughout the specification.

이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하고도 명확하게 설명하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

제1 1st 실시예Example

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 포함한 복합발전시스템의 구성을 나타낸 도면이다.FIG. 2 is a view showing a configuration of a combined power generation system including a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 복합발전시스템(100)은 연료전지를 포함한 연료전지 시스템(110), 상기 연료전지 시스템(110)에 일정 압력의 연료 가스를 공급하는 연료공급 시스템(120) 및 연료전지 시스템(11)과 연료공급 시스템(일 예로, 정압 시스템(Pressure Reduction System))(120) 각각에 연결된 유기랭킨사이클 발전시스템(Organic Rankine Cycle)(130)을 포함한다.2, the combined power generation system 100 according to the present invention includes a fuel cell system 110 including a fuel cell, a fuel supply system (not shown) for supplying a fuel gas at a certain pressure to the fuel cell system 110 120 and an Organic Rankine Cycle 130 connected to the fuel cell system 11 and a fuel supply system (e.g., a Pressure Reduction System) 120, respectively.

여기서, 연료공급 시스템(120)이 연료전지 시스템(110)에 공급하는 "연료 가스"를 특별히 한정하지 않으나, 본 명세서에서는 일반적으로 연료전지 시스템(110)에 공급하는 "천연 가스"의 용어와 혼용하기로 한다.
Here, the term "fuel gas" to be supplied to the fuel cell system 110 by the fuel supply system 120 is not particularly limited. However, in the present specification, the term "natural gas" .

이하, 각 구성에 대해 자세히 살펴보면, 연료전지 시스템(110)은 연료전지를 포함하여 전력을 생산하는 시스템이다.Hereinafter, the fuel cell system 110 will be described in detail.

본 발명의 연료전지 시스템(110)의 경우 다양하게 구성될 수 있으나, 일 예로서, 연료전지가 내부개질형 MCFC의 경우, 도 2에 도시한 바와 같이, 연료전지 시스템(110)은 가습부(118) 및 예비 개질부(119)를 포함할 수 있다.In the case of the fuel cell system 110 of the present invention, the fuel cell system 110 may include a humidifying unit (not shown) 118 and a preliminary reforming unit 119.

먼저, 예비 개질부(119)는 연료공급 시스템(120)으로부터 제공받은 연료 가스, 일 예로서, 천연 가스에 포함된 고분자량 탄화수소(higher hydrocarbon) 즉, 탄소수 2 내지 100의 알칸 등을 메탄(CH4), 수소(H2) 등을 변환하는 수단으로서, 주로 수소의 농도를 높이고, 일산화탄소의 농도를 낮추는 기능을 한다. 예비 개질부(119)에서 일어나는 예비 개질(pre-reforming)은 하기 반응식 3 내지 5로 나타낼 수 있으며, 여기서 반응식 3에 나타난 반응은 흡열 반응이고, 반응식 4 내지 5에 나타낸 반응은 발열 반응이다.First, the preliminary reforming unit 119 reforms the fuel gas supplied from the fuel supply system 120, for example, high molecular weight hydrocarbons contained in natural gas, that is, an alkane having 2 to 100 carbon atoms, 4 ), hydrogen (H 2 ), and the like, mainly functions to increase the concentration of hydrogen and lower the concentration of carbon monoxide. The pre-reforming occurring in the pre-reforming unit 119 can be represented by the following Reaction Schemes 3 to 5, wherein the reaction shown in Reaction Scheme 3 is an endothermic reaction and the reaction shown in Reaction Schemes 4 to 5 is an exothermic reaction.

[반응식 3][Reaction Scheme 3]

Figure pat00003
Figure pat00003

[반응식 4][Reaction Scheme 4]

Figure pat00004
Figure pat00004

[반응식 5][Reaction Scheme 5]

Figure pat00005
Figure pat00005

예비 개질부(119)는 전술한 바와 같이, 연료전지가 내부 개질형인 경우에 연료가 주입되는 연료전지의 전단에 위치하여, 주(主) 개질기에 대한 부담을 줄이고, 주(主) 개질 촉매의 비활성화를 방지하여 에너지 효율을 증대시킬 수 있다. 이때, 예비 개질부(33)의 개질 촉매는 니켈(Ni), 루테늄(Ru) 또는 로듐(Rh) 계열의 촉매 등이 사용될 수 있으나, 활성이 높은 니켈 계열의 촉매를 사용하는 것이 바람직하다.As described above, the preliminary reforming unit 119 is located at the front end of the fuel cell into which the fuel is injected when the fuel cell is the internal reforming type, thereby reducing the burden on the main reformer, It is possible to prevent the deactivation and increase the energy efficiency. At this time, the reforming catalyst of the preliminary reforming unit 33 may be a catalyst of nickel (Ni), ruthenium (Ru) or rhodium (Rh) series, but it is preferable to use a nickel catalyst of high activity.

한편, 연료전지 시스템(110)은 연료전지의 연료극 입구에 가습부(118)를 더 포함할 수 있다.Meanwhile, the fuel cell system 110 may further include a humidifier 118 at a fuel electrode inlet of the fuel cell.

가습부(118)는 연료공급 시스템(120)에서 공급된 천연 가스의 공급 유량에 따라 물(H2O) 또는 스팀(steam)의 공급을 조절하여, 연료전지에 공급되는 연료의 스팀/탄소(S:C)의 비율을 일정하게 유지한다.The humidifying unit 118 regulates the supply of water (H 2 O) or steam according to the supply flow rate of the natural gas supplied from the fuel supply system 120 to supply the steam / carbon S: C) is kept constant.

가습부(118)가 스팀/탄소 비율이 유지된 연료를 연료전지에 제공할 때, 연료전지의 작동 온도가 고온이기 때문에, 연료전지의 효율성 측면에서 연료를 가열하여 공급하는 것이 바람직하고, 이때, 연료전지에 공급되는 연료를 가열하기 위해 연료전지(보다 자세하게는 공기극)에서 배출되는 고온의 가스를 열원으로 활용할 수 있다(도 2 참조).When the humidifying unit 118 supplies the fuel with the steam / carbon ratio maintained to the fuel cell, since the operating temperature of the fuel cell is high, it is preferable to heat and supply the fuel in terms of efficiency of the fuel cell, A high temperature gas discharged from the fuel cell (more specifically, the air electrode) can be utilized as a heat source for heating the fuel supplied to the fuel cell (see FIG. 2).

도 2의 예에서 보듯, 가습부(118)는 연료전지 공기극에서 배출되는 고온의 가스를 스팀 생성의 열원으로 활용할 수 있다.2, the humidifying unit 118 can utilize the high-temperature gas discharged from the fuel cell cathode as a heat source for generating steam.

한편, 전술한 바와 같이, 가습부(118)가 연료전지에 제공하는 연료는 일 실시예에 따라 예비 개질부(119)를 통해 제공되는 것이 바람직하다.On the other hand, as described above, the fuel supplied to the fuel cell by the humidifying unit 118 is preferably provided through the preliminary reforming unit 119 according to an embodiment.

본 발명에 따른 연료전지 시스템(110)은 연료전지에서 배출된 고온의 배기 가스를 유기랭킨사이클 발전시스템(130), 가습부(118) 및/또는 연료공급 시스템(120)에 제공하여, 발전 시스템 전체의 발전 효율을 향상시킬 수 있다.The fuel cell system 110 according to the present invention provides the high temperature exhaust gas discharged from the fuel cell to the organic Rankine cycle power generation system 130, the humidification part 118 and / or the fuel supply system 120, The overall power generation efficiency can be improved.

연료전지 시스템(110)은 상기와 같은 구성 이외에도, 도 2에 도시한 바와 같이, 외부로부터 공급된 공기(40)를 공기극에 원활하게 공급하기 위한 송풍기(117)와, 공기와 함께 이산화탄소를 공기극으로 공급하기 위해 공기를 연소하기 위한 산화부(115)를 더 포함할 수 있고, 또한, 외부로부터 공급된 정제수(50)를 가습부(118)에 원활하게 공급하기 위해 펌프(116)를 더 포함할 수 있다.
2, the fuel cell system 110 includes a blower 117 for smoothly supplying the air 40 supplied from the outside to the air electrode, and a blower 117 for supplying carbon dioxide to the air electrode And further includes a pump 116 for smoothly supplying the purified water 50 supplied from the outside to the humidifying unit 118 .

연료공급 시스템(120)은 연료 가스를 사용하여 동력을 발생시키는 엔진이나, 전력을 발생시키는 수단인 발전 수단 등에 상기 연료 가스를 공급하는 수단으로서, 연료 가스를 공급하는 각종 설비나 연료 탱크 등과 같이, 외부로부터 공급된 고압의 천연가스(20)를 엔진이나 발전 수단 혹은 가정이나 공장 등의 수요처(24)에서 요구하는 압력으로 감압하여 공급해주는 시스템이다. 전술한 바와 같이, 본 명세서에서는 특별한 언급이 없는 이상, 연료공급 시스템의 일 예로서, 외부로부터 공급된 고압의 천연가스(20)를 연료전지(10)에 공급해 주는 수단을 기준으로 설명하기로 하나, 본 발명의 범위를 이에 한정하고자 하는 의도가 아님을 미리 밝혀둔다.The fuel supply system 120 is a means for supplying the fuel gas to an engine for generating power using fuel gas or a power generation means for generating electric power, Pressure natural gas 20 supplied from the outside to a pressure required by an engine, a power generation means, or a customer 24 such as a home or a factory. As described above, the fuel supply system will be described with reference to means for supplying the high-pressure natural gas 20 supplied from the outside to the fuel cell 10, unless otherwise specified in the present specification , And the scope of the present invention is not intended to be limited thereby.

여기서, 연료공급 시스템(120)이 정압하기 위해 외부로부터 공급받는 고압의 연료 가스는 일반적으로 상온이다. 상온의 연료 가스는 유기랭킨사이클 발전시스템(130)에서 터빈을 작동시킨 작동 유체보다 온도가 상대적으로 낮기 때문에, 본 발명은 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 작동 유체와 연료공급 시스템(120)의 연료 가스 간에 상호 열 교환하여, 연료공급 시스템(120)의 연료 가스는 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 작동 유체에 냉각열을 제공하도록 하고, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 가열된 작동 유체는 연료공급 시스템(120)의 연료 가스에 열 에너지를 제공하도록 한다. 이와 같이 유기랭킨사이클 발전시스템(130)와 연료공급 시스템(120) 간의 관계에 대한 구체적인 설명은 이하에서 자세히 설명하기로 한다.Here, the high-pressure fuel gas supplied from the outside for the fuel supply system 120 to be static pressure is generally room temperature. Since the ambient temperature fuel gas is relatively lower in temperature than the operating fluid that drives the turbine in the organic Rankine cycle power generation system 130, the present invention is advantageous in that the working fluid of the organic Rankine cycle power generation system 130, The fuel gas in the fuel supply system 120 causes the working fluid of the organic Rankine cycle power generation system 130 to provide cooling heat and the heated working fluid of the organic Rankine cycle power generation system 130 To provide thermal energy to the fuel gas in the fuel supply system 120. A detailed description of the relationship between the organic Rankine cycle power generation system 130 and the fuel supply system 120 will be described in detail below.

한편, 연료공급 시스템(120)은 일반적으로 고압의 연료 가스를 정압하기 위해 정압장치(미도시)를 포함할 수 있으나, 상기 정압장치를 대신하여 고압의 연료 가스를 감압할 때 버려지는 압력 에너지를 이용하여 발전하는 제1 발전부(121)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 폐압 에너지를 활용함으로써, 미활용 에너지를 효율적으로 회수할 수 있기 때문이다.On the other hand, the fuel supply system 120 may include a static pressure device (not shown) to generally pressurize the high-pressure fuel gas, but instead of the static pressure device, the pressure energy that is discarded when the high- And a first power generation unit 121 that generates power using the power generation unit. By utilizing waste pressure energy, it is possible to efficiently recover unused energy.

제1 발전부(121)는, 일 예로서, 터보 팽창기(turbo expander)일 수 있다. 터보 팽창기는 내부로 유입되는 고압의 가스에 의해 터빈 블레이드를 회전시켜 전력을 생산함과 동시에, 고압의 가스를 감압팽창시킬 수 있고, 이때, 터보 팽창기는 수요처에서 요구하는 소정의 압력으로 정압하도록 감압력을 높이기 위해 정압장치(미도시)를 직렬로 더 추가할 수 있다.The first power generation unit 121 may be, for example, a turbo expander. The turboexpander rotates the turbine blades by the high-pressure gas introduced into the turboexpander and generates electric power. At the same time, the high-pressure gas can be expanded under reduced pressure. At this time, A static pressure device (not shown) may be added in series to increase the pressure.

또한, 연료공급 시스템(120)은 제2 발전부(122)를 더 포함할 수 있다. 제2 발전부(122)는 수요처로 공급하기 위해 정압된 연료 가스를 이용하여 전력을 생산하는 수단으로서, 일 예로, 일정 압력의 연료 가스를 연소시켜 발생하는 에너지를 활용하는 보일러(boiler)일 수 있다.Further, the fuel supply system 120 may further include a second power generation section 122. The second power generation unit 122 is a means for generating electric power by using the fuel gas that has been pressurized to supply the fuel to the customer. For example, the second power generation unit 122 may be a boiler that utilizes energy generated by burning fuel gas of a certain pressure. have.

제2 발전부(122)는 수요처의 가스 사용량 변화에 영향을 받지 않고, 전체 발전 시스템이 일정하게 전력을 생산하도록 하기 위해, 수요처의 가스 사용량 변화에 따라 추가적으로 전력을 생산하거나 특히 연료전지가 정상적인 운전을 하지 못하는 경우에 보충적으로 전력을 생산토록 운전 제어되는 것이 바람직하다.The second power generation unit 122 generates additional power according to the change in the gas consumption amount of the customer in order to allow the entire power generation system to generate power uniformly without being affected by the change in the gas consumption amount of the customer, It is preferable that the operation control is performed so as to supplement the power.

이렇게, 연료공급 시스템(120)은 제1 발전부(121) 및/또는 정압장치(미도시)를 통해 정압된 연료가스를 선박, 차량 혹은 연료전지 시스템(110)의 연료로 공급하거나, 각종 수요처(24) 등에 공급할 수 있다.
Thus, the fuel supply system 120 supplies the fuel gas, which has been pressurized through the first power generation section 121 and / or the static pressure device (not shown), to the fuel of the ship, the vehicle, or the fuel cell system 110, (24) or the like.

일반적인 랭킨사이클(rankine cycle) 발전시스템은 증발기를 통과하면서 고압이 된 증기가 터빈(turbine)을 회전시킴으로써 발생되는 축동력을 전기에너지로 변환시키는 시스템이다. 그러나 일반적인 랭킨사이클은 작동 유체(working fluid)로서 물을 사용하고 있으며, 작동 유체가 물인 경우, 고온의 열원에 대해서는 효율적이지만, 열원 온도가 중저온(70 ~ 400℃)일 경우에는 시스템 효율이 저하되므로, 작동 유체로서 유기혼합물(organic compund)을 사용한 유기랭킨사이클 발전시스템(ORC; Organic Rankine Cycle)을 적용하는 것이 바람직하다.A typical Rankine cycle power generation system is a system that converts high-pressure steam passing through an evaporator to electric energy generated by rotating a turbine. However, a typical Rankine cycle uses water as a working fluid, and when the working fluid is water, it is efficient for a high temperature heat source, but when the heat source temperature is moderate (70 to 400 ° C) It is preferable to apply an Organic Rankine Cycle (ORC) using an organic compund as a working fluid.

유기랭킨사이클 발전시스템(130)은 도 2에 도시한 바와 같이, 터빈(131), 응축기(133), 펌프(134) 및 열 회수기(135)를 포함할 수 있고, 열효율 향상을 위하여 재생기(132)가 터빈 출구와 열 회수기(135) 입구에 더 포함하는 것이 바람직하다.The organic Rankine cycle power generation system 130 may include a turbine 131, a condenser 133, a pump 134 and a heat recovery unit 135 as shown in FIG. 2 and may include a regenerator 132 Preferably at the inlet of the turbine and the inlet of the heat recovery unit 135.

유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 사이클의 각 과정을 간략하게 살펴보면, 펌프(134)에서의 압축 과정, 열 회수기(135)에서의 흡열 과정, 터빈(131)에서의 팽창 과정 및 응축기(133)에서의 방열 과정으로 구성될 수 있다.The cycle of the cycle of the organic Rankine cycle power generation system 130 will be briefly described as follows. The compression process in the pump 134, the heat absorption process in the heat recovery unit 135, the expansion process in the turbine 131, And a heat dissipation process in the heat dissipating unit.

터빈(131) 출구에서 과열(superheated) 상태의 작동 유체는 응축기(133)를 통해 응축되어 포화(saturated) 액상으로 되고, 펌프(134)에 의해 압축된다. 이후, 펌프(134)에 의해 압축된 과냉(subcooled) 상태의 작동 유체는 열 회수기(135)에서 연료전지 시스템(110)으로부터 공급된 열원과의 열 교환을 통해 포화증발온도에 도달한 후 기상으로 증발하게 된다. 열 회수기(135) 출구에서의 포화증기 작동 유체는 터빈(131)에서 팽창됨으로써 발생하는 일(expansion work)은 기계적 에너지로 변환되어, 터빈과 연결된 발전기에 의해 전력이 생산된다. 다시, 터빈(131) 출구에서의 작동 유체는 과열 상태로 응축기(133)로 유입되어, 응축되는 과정을 반복하는 과정의 사이클을 형성하게 된다.At the outlet of the turbine 131, the working fluid in a superheated state condenses through the condenser 133 to become saturated liquid phase and is compressed by the pump 134. Subsequently, the working fluid in the subcooled state compressed by the pump 134 is heat-exchanged with the heat source supplied from the fuel cell system 110 in the heat recoverer 135 to the vaporization temperature after reaching the saturated vaporization temperature And evaporates. The expansion steam generated by expansion of the saturated steam working fluid at the heat recovery unit 135 at the turbine 131 is converted into mechanical energy, and electric power is produced by the generator connected to the turbine. Again, the working fluid at the outlet of the turbine 131 flows into the condenser 133 in an overheated state and forms a cycle of repeating the process of condensing.

이때, 재생기(132)는 터빈(131)의 출구 및 열 회수기(135)의 입구에 설치되어, 터빈(131) 출구의 과열 상태의 작동 유체와 열 회수기(135) 입구의 과냉 상태의 작동 유체가 서로 열 교환되도록 함으로써, 열 회수기(135)로 들어가는 작동 유체의 온도를 상승시킴과 동시에 응축기(133)로 들어가는 작동 유체의 온도를 감소시켜, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 효율을 향상시킬 수 있다. 터빈(131)에서 팽창된 과열 상태의 작동 유체는 열 회수기(135) 입구의 과냉 상태의 작동 유체보다 높은 온도로 유지되기 때문이다.At this time, the regenerator 132 is installed at the outlet of the turbine 131 and the inlet of the heat recovery device 135, so that the working fluid in the overheated state at the outlet of the turbine 131 and the working fluid in the supercooled state at the inlet of the heat recovery device 135 The efficiency of the organic Rankine cycle power generation system 130 can be improved by reducing the temperature of the working fluid entering the condenser 133 while raising the temperature of the working fluid entering the heat recoverer 135 have. Since the working fluid in the superheated state expanded in the turbine 131 is maintained at a temperature higher than the supercooled working fluid at the inlet of the heat recovery device 135.

또한, 냉각팬(136)은 재생기(132)와 응축기(133) 사이에서 작동 유체가 흐르는 채널과 병렬적으로 설치되어, 과열 상태의 작동 유체가 응축기(133)로 유입될 때 온도를 하강시킬 수 있다. 이때, 도 2에 도시한 바와 같이, 냉각팬(136)의 입구에서 작동 유체의 유입 여부 및 유입 정도를 제어하기 위한 밸브(valve)가 더 포함될 수 있다.The cooling fan 136 is installed in parallel with the channel through which the working fluid flows between the regenerator 132 and the condenser 133 so that the temperature can be lowered when the working fluid in the overheated state flows into the condenser 133 have. In this case, as shown in FIG. 2, a valve for controlling the inflow and outflow of the working fluid at the inlet of the cooling fan 136 may be further included.

본 발명에 따른 유기랭킨사이클 발전시스템(130)은 연료공급 시스템(120) 및/또는 연료전지 시스템(110)과 연결되어, 연료전지의 배기 가스로부터 열 에너지를 공급받아 열 회수기(135)를 통해 작동 유체를 가열하거나, 응축기(133)에서 상온의 고압 천연 가스와 열 교환하여 과열 상태의 작동 유체를 방열하여 응축시킬 수 있다.The organic Rankine cycle power generation system 130 according to the present invention is connected to the fuel supply system 120 and / or the fuel cell system 110 to receive thermal energy from the exhaust gas of the fuel cell, The working fluid can be heated or heat exchanged with the high-pressure natural gas at room temperature in the condenser 133 to heat and condense the working fluid in the overheated state.

이와 같이, 연료전지 시스템(110)에서 배출되는 고온의 가스를 이용하여 작동 유체를 가열하고, 상기 가열된 작동 유체를 연료공급 시스템(120)의 연료 가스를 이용하여 냉각함으로써, 복합발전시스템의 전체 발전 효율을 향상시킬 수 있다.As described above, by heating the working fluid by using the high-temperature gas discharged from the fuel cell system 110 and cooling the heated working fluid by using the fuel gas of the fuel supply system 120, The power generation efficiency can be improved.

이와 동시에, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)을 활용하여 추가적으로 전력을 생산하거나 보충적으로 전력을 생산토록 함으로써, 연료공급 시스템(120)의 수요처에서 가스 사용량 변화에 의한 영향을 줄일 수 있다.At the same time, by utilizing the organic Rankine cycle power generation system 130 to produce additional electric power or supplementally produce electric power, the influence of the change in the gas consumption amount at the demand of the fuel supply system 120 can be reduced.

가장 바람직하게는, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)이 연료전지 시스템(110) 및 연료공급 시스템(120)과 모두 연결되어, 연료전지의 배기 가스를 이용하여 작동 유체를 가열함과 동시에, 가열된 작동 유체를 냉각시 연료공급 시스템(120)의 연료 가스를 이용할 수도 있다.Most preferably, the organic Rankine cycle power generation system 130 is connected to both the fuel cell system 110 and the fuel supply system 120 to heat the working fluid with the exhaust gas of the fuel cell, The fuel gas in the fuel supply system 120 may be used when cooling the working fluid.

이하에서, 연료전지 시스템(110), 유기랭킨사이클 발전시스템(130) 및 연료공급 시스템(120) 간의 상호 관계를 자세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, the correlation between the fuel cell system 110, the organic Rankine cycle power generation system 130, and the fuel supply system 120 will be described in detail.

제2 Second 실시예Example

우선, 연료전지 시스템(110)과 유기랭킨사이클 발전시스템(130)이 상호 작용하는 과정을 자세히 살펴보기로 한다.First, the process of the interaction between the fuel cell system 110 and the organic Rankine cycle power generation system 130 will be described in detail.

전술한 바와 같이, 연료전지 시스템(110)의 연료전지는 고온의 배기 가스, 보다 구체적으로는 공기극에서 배출되는 가스에 포함된 열 에너지를 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 작동 유체에 제공하여 가열하되, 열 교환은 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 열 회수기(135)가 수행하는 것이 바람직하다.As described above, the fuel cell of the fuel cell system 110 provides thermal energy contained in the hot exhaust gas, more specifically, the gas discharged from the air electrode, to the working fluid of the organic Rankine cycle power generation system 130, Preferably, heat exchange is performed by the heat recovery unit 135 of the organic Rankine cycle power generation system 130.

이때, 제어부(미도시)는 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 작동 유체 종류에 따라 연료전지에서 배출되는 고온의 배기 가스를 통해 제공하는 열 에너지 공급을 제어할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 연료전지 시스템(110)으로부터 유기랭킨사이클 발전시스템(130)으로 열 에너지 공급 여부 또는 공급 정도를 제어할 수 있고, 이와 함께 열 에너지 공급 경로 또는 공급 대상을 제어할 수 있다.At this time, the control unit (not shown) can control the supply of thermal energy to be supplied through the high-temperature exhaust gas discharged from the fuel cell according to the type of the working fluid of the organic Rankine cycle power generation system 130. Specifically, the control unit can control whether or not to supply heat energy from the fuel cell system 110 to the organic Rankine cycle power generation system 130, and can control the heat energy supply path or the supply target.

본 발명의 일 실시예에 따라, 제어부는 연료전지에서 배출된 고온의 배기 가스에 포함된 열 에너지가 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 작동 유체 및/또는 가습부(118)에 제공되도록 제어할 수 있다.According to one embodiment of the present invention, the control unit controls the heat energy contained in the hot exhaust gas discharged from the fuel cell to be supplied to the working fluid and / or the humidifying unit 118 of the organic Rankine cycle power generation system 130 .

즉, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 작동 유체 종류에 따라, 즉, 작동 유체가 높은 작동 온도를 가진 경우, 도 2에 도시한 바와 같이, 제어부는 연료전지에서 배출되는 고온의 배기 가스가 포함한 열 에너지를 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 열 회수기(135) 및 가습부(118) 각각에 제공하되, 소정의 비율을 유지하도록 공급을 제어할 수 있다.That is, according to the operating fluid type of the organic Rankine cycle power generation system 130, that is, when the working fluid has a high operating temperature, as shown in FIG. 2, the control unit may include the high temperature exhaust gas discharged from the fuel cell The heat can be supplied to each of the heat recovery unit 135 and the humidifying unit 118 of the organic Rankine cycle power generation system 130 and the supply can be controlled to maintain a predetermined ratio.

구체적으로, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 작동 유체가 톨루엔 혹은 프로리놀85인 경우에는, 상기 작동 유체의 작동 온도(혹은 안정 온도)가 약 200℃ 이상이기 때문에, 제어부는 연료전지에서 배출되는 고온의 배기 가스에 포함된 열 에너지를 유기랭킨사이클 발전시스템(130)에 공급을 제어하되, 이때, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)에 공급되는 열 에너지와 가습부(118)에 공급되는 열 에너지가 일정 비율이 되도록 공급을 제어하여, 가습부(118)를 통해 연료전지에 제공하는 연료를 동시에 가열하는 것이 바람직하다. 이때, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)에 공급되는 열 에너지와 가습부(118)에 공급되는 열 에너지가 6:4의 비율로 공급하는 것이 바람직하되, 작동 유체의 종류 또는 외부의 환경적 요인에 따라 최적의 비율로 설정될 수 있음은 물론이다.
Specifically, when the working fluid of the organic Rankine cycle power generation system 130 is toluene or propynol 85, since the operating temperature (or stable temperature) of the working fluid is at least about 200 ° C, The supply of the thermal energy contained in the high temperature exhaust gas to the organic Rankine cycle power generation system 130 is controlled so that the thermal energy supplied to the organic Rankine cycle power generation system 130 and the heat energy supplied to the humidification part 118 It is preferable to control the supply so that the fuel supplied to the fuel cell through the humidifier 118 is heated at the same time. At this time, it is preferable that the thermal energy supplied to the organic Rankine cycle power generation system 130 and the thermal energy supplied to the humidifying unit 118 are supplied at a ratio of 6: 4. However, Of course, can be set to the optimum ratio.

한편, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 작동 유체가 낮은 작동 온도를 가진 경우, 도 3에 도시한 바와 같이, 제어부는 연료전지에서 배출되는 고온의 배기 가스가 포함한 열 에너지를 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 열 회수기(135)에 제공하도록 제어할 수 있다.On the other hand, when the working fluid of the organic Rankine cycle power generation system 130 has a low operating temperature, as shown in FIG. 3, the control unit controls the heat energy included in the hot exhaust gas discharged from the fuel cell, To the heat recovery unit 135 of the heat recovery unit 130.

구체적으로, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 작동 유체가 프레온 계열의 냉매(R-11, R-113, R-114)나 메탄, 에탄, 프로판(propane) 등의 할로겐화 탄화수소계 화합물 혹은 이소부탄(iso-butane)인 경우에는, 상기 작동 유체의 작동 온도가 약 200℃ 정도의 낮은 온도로 제한되기 때문에, 제어부는 연료전지에서 배출되는 고온의 배기 가스에 포함된 열 에너지가 가습부(118)에 공급되도록 제어하고, 가습부(118)가 배출하는 고온의 가스를 유기랭킨사이클 발전시스템(130)에 간접적으로 공급하도록 하는 것이 바람직하다.
Concretely, when the working fluid of the organic Rankine cycle power generation system 130 is a refrigerant of the Freon series (R-11, R-113, R-114), a halogenated hydrocarbon compound such as methane, ethane, propane, since the operation temperature of the working fluid is limited to a low temperature of about 200 DEG C, the control unit controls the amount of heat energy contained in the high-temperature exhaust gas discharged from the fuel cell to be supplied to the humidifying unit 118, So that the high temperature gas discharged from the humidifying unit 118 is indirectly supplied to the organic Rankine cycle power generation system 130.

제3 Third 실시예Example

다음으로, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)과 연료공급 시스템(120)이 상호 작용하는 과정을 자세히 살펴보기로 한다.Next, the process of interaction between the organic Rankine cycle power generation system 130 and the fuel supply system 120 will be described in detail.

전술한 바와 같이, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 가열된 작동 유체를 냉각시키기 위해, 터빈(131)을 통과한 과열 상태의 작동 유체와 연료공급 시스템(120)에서 외부로부터 공급되는 고압의 연료 가스와 열 교환하되, 과열 상태의 작동 유체를 응축시키기 위한 응축기(133)에서 열 교환이 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 과열 상태의 작동 유체는 연료공급 시스템(120)에서 상온의 고압 연료 가스에 열 에너지를 제공할 수 있고, 연료공급 시스템(120)에서 상온의 연료 가스는 상대적으로 온도가 높은 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 작동 유체에 냉기를 제공할 수 있다. 이때, 재생기(132)를 통과한 과열 상태의 작동 유체의 온도는 상온보다 높은 약 30 ~ 80℃의 온도를 갖기 때문이다.As described above, in order to cool the heated working fluid of the organic Rankine cycle power generation system 130, the superheated working fluid passing through the turbine 131 and the high-pressure fuel supplied from the outside in the fuel supply system 120 It is preferable that heat exchange is performed in the condenser 133 for condensing the working fluid in the overheated state. That is, the working fluid in the overheated state of the organic Rankine cycle power generation system 130 can provide thermal energy to the high-pressure fuel gas at room temperature in the fuel supply system 120, and the fuel gas at room temperature in the fuel supply system 120 It is possible to provide cold air to the working fluid of the relatively high temperature organic Rankine cycle power generation system 130. At this time, the temperature of the working fluid in the overheated state passing through the regenerator 132 has a temperature of about 30 to 80 DEG C higher than the normal temperature.

한편, 연료공급 시스템(120)에서 외부로부터 공급된 상온의 천연 가스는 가열되는 것이 필요하다. 왜냐하면, 제1 발전부(121)가 터보 팽창기인 경우, 터보 팽창기에서 천연 가스가 감압 팽창시 응축되어 형성되는 액적(droplet)에 의해 발생하는 배관 부식 등의 각종 문제를 해소하기 위함이다.On the other hand, the natural gas at room temperature supplied from the outside in the fuel supply system 120 needs to be heated. This is because, when the first power generation unit 121 is a turboexpander, various problems such as piping erosion caused by droplets formed by condensation of natural gas in a turboexpander during decompression expansion are solved.

따라서, 연료공급 시스템(120)에서 외부로부터 공급된 상온의 천연 가스는 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 응축기(133)를 통해 작동 유체와 열 교환하여 1차 가열될 수 있고, 추가로 연료전지 시스템(110)의 연료전지에서 배출되는 고온의 가스를 이용하거나, 연료 가스를 사용하여 동력을 발생시키는 엔진의 폐열 등을 이용하여, 열 교환기(123) 등을 통해 2차 가열될 수 있다.Therefore, natural gas at room temperature supplied from the outside in the fuel supply system 120 can be firstly heated by heat exchange with the working fluid through the condenser 133 of the organic Rankine cycle power generation system 130, The high temperature gas discharged from the fuel cell of the system 110 may be used or the secondary heat may be heated through the heat exchanger 123 or the like using waste heat of an engine that generates power by using the fuel gas.

연료전지의 배 가스를 이용하여 천연 가스 가열시, 연료전지에서 배출되는 고온의 가스에 포함된 열 에너지를 이용하는 경우, 직접 열 교환기(123)를 통해 천연 가스를 가열할 수 있으나, 가습부(118)를 거쳐 가습부(118)에서 배출되는 폐열을 이용하여 열 교환기(123)를 통해 천연 가스를 가열할 수도 있다.When the natural gas is heated using the exhaust gas of the fuel cell, the natural gas can be heated through the direct heat exchanger 123 when the thermal energy contained in the high temperature gas discharged from the fuel cell is used, And the natural gas may be heated through the heat exchanger 123 by using the waste heat discharged from the humidifying unit 118.

이외에도, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 열 회수기(135)에서 배출되는 폐열 및 연료공급 시스템(120)이 제2 발전부(122)를 포함하는 경우 제2 발전부(122)에서 배출되는 패열 중 어느 하나 혹은 이들의 조합을 이용하여, 열 교환기(123) 등을 통해 연료공급 시스템(120)은 천연 가스를 가열할 수 있다.
In addition, when the waste heat discharged from the heat recovery device 135 of the organic Rankine cycle power generation system 130 and the waste heat discharged from the second power generation part 122 when the fuel supply system 120 includes the second power generation part 122, The fuel supply system 120 can heat the natural gas through the heat exchanger 123 or the like using any one or a combination thereof.

복합발전방법Combined power generation method

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합발전방법을 흐름도로 나타낸 도면이다.4A and 4B are flowcharts illustrating a combined power generation method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 복합발전방법은 도 4a에 도시한 바와 같이, 연료공급 시스템이 연료 가스를 정압하는 단계(S100) 및 유기랭킨사이클 발전시스템이 작동 유체와 상기 연료 가스를 열 교환하는 단계(S300)를 포함한다.A combined power generation method according to an embodiment of the present invention includes a step (S100) of the fuel supply system for directly pressurizing the fuel gas, as shown in FIG. 4A, and a step (S100) in which the organic Rankine cycle power generation system exchanges heat between the working fluid and the fuel gas Step S300.

이하, 각 단계에 대해 도 2 및 3을 참조하여 자세히 살펴보기로 하되, 앞선 연료전지 및 연료전지를 포함한 복합발전시스템에 대한 설명과 중복되는 부분은 그에 갈음하고, 자세한 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, each step will be described in detail with reference to FIG. 2 and FIG. 3, and a description overlapping with the description of the hybrid fuel cell system including the fuel cell and the fuel cell will be omitted here, and a detailed description thereof will be omitted.

우선, 연료공급 시스템(120)이 연료전지에 공급하는 연료 가스가 일정 압력이 되도록 정압한다(S100).First, the fuel supply system 120 constantly pressurizes the fuel gas supplied to the fuel cell to a predetermined pressure (S100).

이때, 연료공급 시스템(120)이 정압시 고압의 연료 가스를 수요처가 요구하는 압력으로 감압하기 위해, 일반적인 감압장치를 사용할 수도 있으나, 바람직하게 터보 팽창기를 사용하여 정압과 동시에 이에 연결된 발전 수단을 통해 전력을 생산하도록 할 수 있다.At this time, a general decompression device may be used to reduce the pressure of the high-pressure fuel gas to a pressure required by the customer when the fuel supply system 120 is in a static pressure, but it is preferable to use a turboexpander Power can be produced.

다음으로, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)이 가열된 작동 유체를 이용하여 발전하고, 작동 유체와 연료공급 시스템(120)의 연료 가스가 상호 열 교환하도록 한다(S300).Next, the organic Rankine cycle power generation system 130 is generated using the heated working fluid and causes the working fluid and the fuel gas in the fuel supply system 120 to exchange heat with each other (S300).

연료공급 시스템(120)이 외부로부터 공급받는 상온의 고압 연료 가스는 유기랭킨사이클 발전시스템(130)에서 터빈을 작동시킨 작동 유체보다 온도가 상대적으로 낮기 때문에, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 작동 유체를 냉각하기 위해 연료공급 시스템(120)의 연료 가스를 이용하고, 반대로 제1 발전부(121)가 터보 팽창기인 경우에는 터보 팽창기에서 연료 가스가 감압 팽창시 응축되어 형성되는 액적에 의해 발생하는 배관 부식 등의 문제를 해결하기 위해 상기 연료공급 시스템(120)의 연료 가스를 가열하여, 전체 시스템의 열 효율을 향상시킬 수 있다.Since the high-pressure fuel gas at room temperature supplied from the outside of the fuel supply system 120 is relatively lower in temperature than the operating fluid that operates the turbine in the organic Rankine cycle power generation system 130, the operation of the organic Rankine cycle power generation system 130 The fuel gas in the fuel supply system 120 is used to cool the fluid and, on the contrary, when the first power generation unit 121 is a turboexpander, the fuel gas is generated by the droplet formed by condensation of the fuel gas in the expansion- The fuel gas in the fuel supply system 120 may be heated to solve problems such as piping erosion, thereby improving the thermal efficiency of the entire system.

이때, 연료공급 시스템(120)의 연료 가스를 가열하기 위해, 연료전지 시스템(110)의 연료전지에서 배출되는 고온의 가스를 이용하거나, 연료 가스를 사용하여 동력을 발생시키는 선박이나 차량 등의 엔진 등의 폐열을 이용할 수 있다. 연료공급 시스템(120)이 천연 가스를 가열시, 연료전지에서 배출되는 고온의 가스에 포함된 열 에너지를 이용하는 경우, 연료전지의 배 가스를 직접 이용할 수 있으나, 가습부(118)에서 배출되는 폐열을 이용할 수도 있다. 이외에도, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 열 회수기(135)에서 배출되는 폐열 및 연료공급 시스템(120)이 제2 발전부(122)를 포함하는 경우 제2 발전부(122)에서 배출되는 패열 중 어느 하나 혹은 이들의 조합을 이용할 수 있다.At this time, in order to heat the fuel gas in the fuel supply system 120, a high temperature gas discharged from the fuel cell of the fuel cell system 110 may be used, or an engine such as a ship or a vehicle, And the like can be used. When the fuel supply system 120 uses the thermal energy contained in the high temperature gas discharged from the fuel cell when heating the natural gas, the exhaust gas of the fuel cell can be used directly, but the waste heat discharged from the humidifying unit 118 May be used. In addition, when the waste heat discharged from the heat recovery device 135 of the organic Rankine cycle power generation system 130 and the waste heat discharged from the second power generation part 122 when the fuel supply system 120 includes the second power generation part 122, Or a combination thereof can be used.

본 발명에 따른 복합발전방법은, 바람직하게, 연료전지의 배 가스로 유기랭킨사이클 발전시스템의 작동 유체를 가열하는 단계(S200)를 더 포함할 수 있다. 유기랭킨사이블 발전시스템의 작동 유체를 가열하는 경우도 마찬가지로, 연료전지 시스템(110)의 연료전지에서 배출되는 고온의 가스를 이용하거나, 연료 가스를 사용하여 동력을 발생시키는 선박이나 차량 등의 엔진 등의 폐열을 이용할 수 있다.The combined power generation method according to the present invention may further include a step (S200) of heating the working fluid of the organic Rankine cycle power generation system with the exhaust gas of the fuel cell, preferably. Similarly to the case of heating the working fluid of the organic Rankine-cave power generation system, the high temperature gas discharged from the fuel cell of the fuel cell system 110 may be used, or an engine such as a ship or a vehicle, And the like can be used.

이때, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)이 작동 유체를 가열하는 경우, 작동 유체의 종류에 따라 상기 배 가스를 통한 열 에너지 공급을 제어하는 단계(S300)를 더 포함할 수 있다.In this case, when the organic Rankine cycle power generation system 130 heats the working fluid, controlling the supply of heat energy through the exhaust gas according to the type of the working fluid may further include a step S300.

유기랭킨사이클 발전시스템(130)에서 과냉 상태의 작동 유체를 가열하기 위한 열원으로 연료전지가 배출하는 배기 가스를 사용하는 것이 바람직하다. 유기랭킨사이클 발전시스템(130)이 열 회수기(135)를 포함하는 경우, 상기 열 회수기(135)를 통해 작동 유체와 연료전지의 배기 가스 간에 열 교환하여, 작동 유체를 가열함으로써, 터빈(131)에 공급되는 작동 유체를 포화 증기로 변환시킬 수 있다. 이러한 포화 증기 상태의 작동 유체는, 터빈(131)에 의해 팽창에 의한 일에 의해 기계적 에너지로 변환될 수 있다.It is preferable to use the exhaust gas discharged from the fuel cell as a heat source for heating the subcooled working fluid in the organic Rankine cycle power generation system 130. When the organic Rankine cycle power generation system 130 includes a heat recovery unit 135, heat exchange is performed between the working fluid and the exhaust gas of the fuel cell through the heat recovery unit 135 to heat the working fluid, To the saturated vapor. The working fluid in the saturated vapor state can be converted into mechanical energy by the work of expansion by the turbine 131. [

이때, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 작동 유체의 종류에 따라, 제어부는 연료전지의 배 가스에 포함된 열 에너지를 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 열 회수기(135)로의 공급을 제어할 수 있다. 제어부는 열 에너지 공급 여부 또는 공급 정도를 제어할 수 있고, 이와 함께 열 에너지 공급 경로 또는 공급 대상을 제어할 수 있다.At this time, depending on the kind of the working fluid of the organic Rankine cycle power generation system 130, the control unit controls the supply of the heat energy contained in the exhaust gas of the fuel cell to the heat recovery unit 135 of the organic Rankine cycle power generation system 130 . The control unit can control whether or not to supply heat energy, and can control the heat energy supply path or the supply target.

구체적으로, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 작동 유체가 프레온 계열의 냉매나 메탄, 에탄, 프로판 등의 할로겐화 탄화수소계 화합물 혹은 이소부탄 등과 같이 작동 온도가 높은 경우에는 연료전지의 배 가스에 포함된 열 에너지의 공급이 일부는 유기랭킨사이클 발전시스템(130)에 공급하도록 하고, 나머지 일부는 가습부(118)에 공급하여, 열 에너지의 소비 효율을 높이는 것이 바람직하다. 이때, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)에 공급되는 열 에너지와 가습부(118)에 공급되는 열 에너지가 시스템 설계에 따라 일정 비율(바람직하게는 6:4의 비율)로 설정될 수 있다.Specifically, when the working fluid of the organic Rankine cycle power generation system 130 is a refrigerant of the Freon series or a halogenated hydrocarbon compound such as methane, ethane, or propane, or isobutane, It is preferable that the supply of the thermal energy is partially supplied to the organic Rankine cycle power generation system 130 and the remaining part is supplied to the humidifying unit 118 to increase the efficiency of the thermal energy consumption. At this time, the thermal energy supplied to the organic Rankine cycle power generation system 130 and the heat energy supplied to the humidifying unit 118 may be set to a certain ratio (preferably, a ratio of 6: 4) according to the system design.

한편, 가습부(118) 및/또는 열 회수기(135)에서 배출되는 고온의 가스는 외부로 방출하지 않고, 바람직하게 연료공급 시스템(120)의 연료 가스를 가열하는 열로 활용하는 것이 바람직하다.On the other hand, it is preferable that the high-temperature gas discharged from the humidifying unit 118 and / or the heat recovery unit 135 is used as heat for heating the fuel gas in the fuel supply system 120 without releasing it to the outside.

이와 달리, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 작동 유체가 톨루엔, 프로리놀85 등과 같이 작동 온도가 낮은 경우에는 연료전지의 배 가스에 포함된 열 에너지를 가습부(118)에 공급하고, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 열교환기에서 작동 유체를 가열하기 위한 열원으로 가습부(118)에서 배출되는 가스를 이용하여, 연료전지의 배 가스에 포함된 열 에너지를 유기랭킨사이클 발전시스템(130)에 간접적으로 제공할 수 있다.
Alternatively, when the working fluid of the organic Rankine cycle power generation system 130 is low in operating temperature such as toluene, propynol 85, etc., the heat energy contained in the exhaust gas of the fuel cell is supplied to the humidifier 118, The thermal energy contained in the exhaust gas of the fuel cell is supplied to the organic Rankine cycle power generation system 130 using the gas discharged from the humidifier 118 as a heat source for heating the working fluid in the heat exchanger of the cycle power generation system 130. [ As shown in FIG.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 복합발전방법은 도 4b에 도시한 바와 같이, 연료공급 시스템이 연료 가스를 정압하는 단계(S100) 및 연료공급 시스템은 연료 가스를 가열하는 단계(S400)를 포함한다.The combined power generation method according to another embodiment of the present invention includes a step (S100) in which the fuel supply system directly pressurizes the fuel gas and a step (S400) in which the fuel supply system heats the fuel gas, as shown in FIG. 4B do.

연료공급 시스템의 연료 가스 가열(S400)은 연료전지 시스템(110)이 포함한 연료전지의 배기 가스 또는 유기랭킨사이클 발전시스템(120)의 작동 유체로부터 열 에너지를 공급받아 가열한다.The fuel gas heating (S400) of the fuel supply system heats and receives heat energy from the exhaust gas of the fuel cell included in the fuel cell system 110 or the working fluid of the organic Rankine cycle power generation system 120.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합발전방법은 상기 작동 유체를 가열하는 단계(S200) 및 연료전지의 배 가스를 통한 열 에너지 공급을 제어하는 단계(S250)를 더 포함할 수 있다. 연료전지의 배 가스를 통한 유기랭킨사이클 발전시스템(120)의 작동 유체에 열 에너지 공급을 제어하는 단계(S250)는 연료전지 시스템(110)은 유기랭킨사이클 발전시스템(130)의 작동 유체의 종류에 따라 유기랭킨사이클 발전시스템(130)에 공급되는 열 에너지와 연료 가스에 포함된 탄소에 대한 증기 비율을 조절하기 위한 가습부(118)에 공급되는 열 에너지가 일정 비율이 되도록 공급을 제어하는 것이 바람직하다.Meanwhile, the combined power generation method according to an embodiment of the present invention may further include a step S200 of heating the working fluid and a step S250 of controlling supply of heat energy through the exhaust gas of the fuel cell. The step S250 of controlling the supply of thermal energy to the working fluid of the organic Rankine cycle power generation system 120 through the exhaust gas of the fuel cell may include the step of selecting the kind of the working fluid of the organic Rankine cycle power generation system 130 The supply of the thermal energy supplied to the organic Rankine cycle power generation system 130 and the supply of heat energy to the humidifying part 118 for controlling the steam ratio to carbon contained in the fuel gas are controlled to be a constant ratio desirable.

각 단계에 대한 설명은 전술한 설명과 중복되므로, 그에 갈음한다.Since the description of each step overlaps with the above description, it is replaced with the description.

이와 같이, 본 발명에 따른 복합발전방법은 복합발전시스템의 전체 발전 효율을 향상시킬 수 있고, 이와 동시에, 유기랭킨사이클 발전시스템(130)을 활용하여 추가적으로 전력을 생산하거나 보충적으로 전력을 생산토록 함으로써, 연료공급 시스템(120)의 수요처에서 가스 사용량 변화에 의한 영향을 줄일 수 있다.
As described above, the combined power generation method according to the present invention can improve the overall power generation efficiency of the combined power generation system, and at the same time, it is possible to utilize the organic Rankine cycle power generation system 130 to generate additional power or to produce supplementary power , It is possible to reduce the influence of the change in the gas consumption amount in the demand place of the fuel supply system 120.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 기술적 과제를 해결하기 위해 개시된 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 사상 및 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가 등이 가능할 것이며, 이러한 수정 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
While the preferred embodiments of the present invention have been disclosed for illustrative purposes, those skilled in the art will appreciate that various modifications, additions and substitutions are possible, Such modifications and changes are to be considered as falling within the scope of the following claims.

10: 연료전지 11, 111: 연료극
12, 112: 공기극 13: 내부개질부
14: 제1 혼합부 15, 115: 산화부
16, 116: 펌프 17, 117: 송풍기
18: 가열부 19: 열 교환기
20: 고압 천연가스 21: 터보 팽창기
22: 기어박스 23: 발전기
24: 수요처 25: 제2 혼합부
100: 복합발전시스템 110: 연료전지 시스템
118: 가습부 119: 예비 개질부
120: 연료공급 시스템 121: 제1 발전부
122: 제2 발전부 123: 열 교환기
130: 유기랭킨사이클 발전시스템 131: 터빈
132: 재생기 133: 응축기
134: 펌프 135: 열 회수기
136: 냉각팬10: Fuel cell 11, 111: Anode
12, 112: air electrode 13: internal reforming unit
14: first mixer 15, 115: oxidizer
16, 116: Pump 17, 117: Blower
18: heating section 19: heat exchanger
20: high pressure natural gas 21: turbo expander
22: gear box 23: generator
24: Demand Side 25: Second Mixing Section
100: Combined power generation system 110: Fuel cell system
118: humidifying unit 119: preliminary reforming unit
120: fuel supply system 121: first power generation section
122: second power generation unit 123: heat exchanger
130: Organic Rankine cycle power generation system 131: Turbine
132: regenerator 133: condenser
134: Pump 135: Heat recoverer
136: Cooling fan

Claims (34)

연료 가스가 일정 압력이 되도록 정압하는 연료공급 시스템; 을 포함하는 복합발전시스템에 있어서,
가열된 작동 유체를 이용하여 발전하는 유기랭킨사이클 발전시스템;
을 포함하되,
상기 유기랭킨사이클 발전시스템은, 상기 작동 유체가 상기 연료공급 시스템의 연료 가스와 상호 열 교환하여 상기 작동 유체를 냉각하거나, 상기 연료공급 시스템의 상기 연료 가스를 가열하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.A fuel supply system that constantly pressurizes the fuel gas to a predetermined pressure; In the combined power generation system,
An organic Rankine cycle power generation system that generates electricity using a heated working fluid;
≪ / RTI >
Wherein the organic Rankine cycle power generation system cools the working fluid by mutually exchanging heat with the fuel gas in the fuel supply system or heats the fuel gas in the fuel supply system. 제 1 항에 있어서,
상기 연료공급 시스템은,
상기 연료 가스를 사용하여 동력을 발생시키거나, 전력을 발생시키는 수단의 폐열을 이용하여, 상기 연료 가스를 가열하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.The method according to claim 1,
The fuel supply system includes:
Wherein the fuel gas is heated using waste heat of a means for generating power using the fuel gas or generating power. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 유기랭킨사이클 발전시스템은,
상기 작동 유체 가열시 상기 연료 가스를 사용하여 동력을 발생시키거나, 전력을 발생시키는 수단의 폐열을 이용하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.3. The method according to claim 1 or 2,
In the organic Rankine cycle power generation system,
And a waste heat of a means for generating power by using the fuel gas when heating the working fluid or generating power is used. 제 3 항에 있어서,
상기 연료전지 시스템은,
상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 상기 폐열을 통한 열 에너지 공급을 제어하는 제어부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.The method of claim 3,
The fuel cell system includes:
A control unit for controlling supply of thermal energy to the organic Rankine cycle power generation system according to the type of the working fluid through the waste heat; And a second power source. 연료전지를 포함한 연료전지 시스템; 및
상기 연료전지 시스템에 공급되는 연료 가스가 일정 압력이 되도록 정압하는 연료공급 시스템;
을 포함하되,
상기 연료공급 시스템은, 상기 연료 가스를 상기 연료전지의 배기 가스로부터 열 에너지를 공급받아 가열하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.A fuel cell system including a fuel cell; And
A fuel supply system that constantly pressurizes the fuel gas supplied to the fuel cell system to a predetermined pressure;
≪ / RTI >
Wherein the fuel supply system heats the fuel gas by receiving thermal energy from the exhaust gas of the fuel cell. 제 5 항에 있어서,
가열된 작동 유체를 이용하여 발전하는 유기랭킨사이클 발전시스템;
을 더 포함하되,
상기 연료공급 시스템은, 상기 연료 가스를 상기 작동 유체로부터 열 에너지를 공급받아 가열하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.6. The method of claim 5,
An organic Rankine cycle power generation system that generates electricity using a heated working fluid;
, ≪ / RTI >
Wherein the fuel supply system heats the fuel gas by receiving thermal energy from the working fluid. 제 6 항에 있어서,
상기 유기랭킨사이클 발전시스템은,
상기 연료전지의 배기 가스로부터 열 에너지를 공급받아 상기 작동 유체를 가열하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.The method according to claim 6,
In the organic Rankine cycle power generation system,
And the heating fluid is supplied with thermal energy from the exhaust gas of the fuel cell to heat the working fluid. 제 7 항에 있어서,
상기 연료전지 시스템은,
상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 상기 배기 가스를 통한 열 에너지 공급을 제어하는 제어부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.8. The method of claim 7,
The fuel cell system includes:
A controller for controlling supply of thermal energy through the exhaust gas to the organic Rankine cycle power generation system according to the type of the working fluid;
Further comprising the step of: 제 8 항에 있어서,
상기 연료전지 시스템은,
상기 연료 가스에 포함된 탄소에 대한 증기의 비율을 조절하여 상기 연료전지에 공급하는 가습부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.9. The method of claim 8,
The fuel cell system includes:
A humidifying portion for adjusting the ratio of the vapor to carbon contained in the fuel gas to supply the fuel to the fuel cell; And a second power source. 제 9 항에 있어서,
상기 연료공급 시스템은,
상기 가습부에서 배출되는 폐열을 이용하여, 상기 연료 가스를 가열하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.10. The method of claim 9,
The fuel supply system includes:
And the fuel gas is heated using waste heat discharged from the humidifying unit. 제 9 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 가습부에 상기 배기 가스를 통한 열 에너지 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.10. The method of claim 9,
Wherein,
Wherein the control unit controls the supply of thermal energy through the exhaust gas to the humidifier according to the type of the operating fluid. 제 11 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급되는 열 에너지와 상기 가습부에 공급되는 열 에너지가 일정 비율이 되도록 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.12. The method of claim 11,
Wherein,
Wherein the controller controls the supply such that the thermal energy supplied to the organic Rankine cycle power generation system and the thermal energy supplied to the humidifying unit have a predetermined ratio according to the type of the working fluid. 제 11 항에 있어서,
상기 가습부는,
배출하는 고온의 가스를 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.12. The method of claim 11,
The humidifier may include:
And supplies the discharged high temperature gas to the organic Rankine cycle power generation system. 제 11 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 유기랭킨사이클 발전시스템이 톨루엔 혹은 프로리놀85을 작동 유체로 사용하는 경우, 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급되는 열 에너지와 상기 가습부에 공급되는 열 에너지가 일정 비율이 되도록 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.12. The method of claim 11,
Wherein,
When the organic Rankine cycle power generation system uses toluene or Prolinol 85 as a working fluid, the supply is controlled such that the thermal energy supplied to the organic Rankine cycle power generation system and the thermal energy supplied to the humidifying unit have a constant ratio Combined power generation system characterized by. 제 11 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 유기랭킨사이클 발전시스템이 할로겐화 탄화수소계 화합물 혹은 이소부탄을 작동 유체로 사용하는 경우, 상기 가습부에 상기 배기 가스를 통한 열 에너지를 공급하되,
상기 가습부는, 배출하는 고열의 가스를 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.12. The method of claim 11,
Wherein,
When the organic Rankine cycle power generation system uses a halogenated hydrocarbon compound or isobutane as a working fluid, the humidifier is supplied with heat energy through the exhaust gas,
Wherein the humidifier unit supplies the discharged high-temperature gas to the organic Rankine cycle power generation system. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 연료공급 시스템은,
고압의 상기 연료 가스를 감압할 때 발생하는 압력 에너지를 이용하여 발전하는 제1 발전부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.6. The method according to claim 1 or 5,
The fuel supply system includes:
A first power generation unit generating power using pressure energy generated when the high-pressure fuel gas is decompressed;
And a second power source. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 연료공급 시스템은,
상기 일정 압력의 연료 가스를 연소시켜 발생하는 열 에너지로 발전하는 제2 발전부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전시스템.6. The method according to claim 1 or 5,
The fuel supply system includes:
A second power generation unit that generates power by heat energy generated by burning the fuel gas at a predetermined pressure;
And a second power source. 연료공급 시스템으로부터 공급받은 정압의 연료 가스를 이용하는 연료전지에 있어서,
상기 연료전지는, 배기 가스에 포함된 열 에너지를 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급하여 작동 유체를 가열하고,
상기 유기랭킨사이클 발전시스템은,
상기 연료공급 시스템의 상기 연료 가스와 열 교환하여, 상기 작동 유체를 냉각하거나, 상기 연료공급 시스템의 상기 연료 가스를 가열하는 것을 특징으로 하는 연료전지.1. A fuel cell using a fuel gas at a constant pressure supplied from a fuel supply system,
The fuel cell supplies the thermal energy contained in the exhaust gas to the organic Rankine cycle power generation system to heat the working fluid,
In the organic Rankine cycle power generation system,
Wherein the fuel gas is heat-exchanged with the fuel gas in the fuel supply system to cool the working fluid or to heat the fuel gas in the fuel supply system. 연료공급 시스템으로부터 공급받은 정압의 연료 가스를 이용하는 연료전지에 있어서,
상기 연료공급 시스템은, 상기 연료 가스를 상기 연료전지의 배기 가스로부터 열 에너지를 공급받아 가열하는 것을 특징으로 하는 연료전지.1. A fuel cell using a fuel gas at a constant pressure supplied from a fuel supply system,
Wherein the fuel supply system heats the fuel gas by receiving thermal energy from the exhaust gas of the fuel cell. 연료공급 시스템으로부터 공급받은 정압의 연료 가스를 이용하는 연료전지에 있어서,
상기 연료전지는, 배기 가스에 포함된 열 에너지를 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급하여 작동 유체를 가열하는 것을 특징으로 하되,
상기 연료전지는,
상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 상기 배기 가스를 통한 열 에너지 공급을 제어하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.1. A fuel cell using a fuel gas at a constant pressure supplied from a fuel supply system,
Wherein the fuel cell supplies the thermal energy contained in the exhaust gas to the organic Rankine cycle power generation system to heat the working fluid,
The fuel cell includes:
A controller for controlling supply of thermal energy through the exhaust gas to the organic Rankine cycle power generation system according to the type of the working fluid;
And a fuel cell. 제 20 항에 있어서,
상기 연료전지는,
상기 연료 가스에 포함된 탄소에 대한 증기의 비율을 조절하여 상기 연료전지에 공급하는 가습부;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지.21. The method of claim 20,
The fuel cell includes:
A humidifying portion for adjusting the ratio of the vapor to carbon contained in the fuel gas to supply the fuel to the fuel cell;
Further comprising a fuel cell. 제 21 항에 있어서,
상기 연료공급 시스템은,
상기 가습부에서 배출되는 폐열을 이용하여, 상기 연료 가스를 가열하는 것을 특징으로 하는 연료전지.22. The method of claim 21,
The fuel supply system includes:
And the fuel gas is heated using waste heat discharged from the humidifying unit. 제 21 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급되는 열 에너지와 상기 가습부에 공급되는 열 에너지가 일정 비율이 되도록 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지.22. The method of claim 21,
Wherein,
Wherein the supply is controlled so that the thermal energy supplied to the organic Rankine cycle power generation system and the thermal energy supplied to the humidifying unit are kept at a predetermined ratio according to the type of the working fluid. 제 21 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 유기랭킨사이클 발전시스템이 톨루엔 혹은 프로리놀85을 작동 유체로 사용하는 경우, 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급되는 열 에너지와 상기 가습부에 공급되는 열 에너지가 일정 비율이 되도록 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지.22. The method of claim 21,
Wherein,
When the organic Rankine cycle power generation system uses toluene or Prolinol 85 as a working fluid, the supply is controlled such that the thermal energy supplied to the organic Rankine cycle power generation system and the thermal energy supplied to the humidifying unit have a constant ratio Features a fuel cell. 제 21 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 유기랭킨사이클 발전시스템이 할로겐화 탄화수소계 화합물 혹은 이소부탄을 작동 유체로 사용하는 경우, 상기 가습부에 상기 배기 가스를 통한 열 에너지를 공급하되,
상기 가습부는, 배출하는 고열의 가스를 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지.22. The method of claim 21,
Wherein,
When the organic Rankine cycle power generation system uses a halogenated hydrocarbon compound or isobutane as a working fluid, the humidifier is supplied with heat energy through the exhaust gas,
Wherein the humidifier unit supplies the discharged high-temperature gas to the organic Rankine cycle power generation system. 제 20 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유기랭킨사이클 발전시스템은,
상기 연료공급 시스템의 상기 연료 가스와 열 교환하여, 상기 작동 유체를 냉각하거나, 상기 연료공급 시스템의 상기 연료 가스를 가열하는 것을 특징으로 하는 연료전지.26. The method according to any one of claims 20 to 25,
In the organic Rankine cycle power generation system,
Wherein the fuel gas is heat-exchanged with the fuel gas in the fuel supply system to cool the working fluid or to heat the fuel gas in the fuel supply system. 연료공급 시스템이 연료 가스가 일정 압력이 되도록 정압하는 단계; 및
유기랭킨사이클 발전시스템이 가열된 작동 유체를 이용하여 발전하고, 상기 작동 유체와 상기 연료공급 시스템의 연료 가스가 상호 열교환하는 단계;
를 포함하는 복합발전방법.The fuel supply system causing the fuel gas to be a constant pressure so as to be a constant pressure; And
Wherein the organic Rankine cycle power generation system is developed using a heated working fluid and the working fluid and the fuel gas of the fuel supply system are heat exchanged with each other;
≪ / RTI > 제 27 항에 있어서,
상기 연료공급 시스템은 상기 연료 가스를 이용하여 동력을 발생시키거나, 전력을 발생시키는 수단의 폐열을 이용하여, 상기 연료 가스를 가열하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전방법.28. The method of claim 27,
Wherein the fuel supply system generates power using the fuel gas or uses the waste heat of the means for generating electric power to heat the fuel gas;
Further comprising the steps of: 제 27 항에 있어서,
유기랭킨사이클 발전시스템은 상기 연료 가스를 이용하여 동력을 발생시키거나, 전력을 발생시키는 수단의 폐열을 이용하여, 상기 작동 유체를 가열하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전방법.28. The method of claim 27,
Wherein the organic Rankine cycle power generation system generates power using the fuel gas or uses the waste heat of the means for generating electric power to heat the working fluid;
Further comprising the steps of: 제 29 항에 있어서,
상기 연료전지 시스템은 상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 상기 배기 가스를 통한 열 에너지 공급을 제어하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전방법.30. The method of claim 29,
Controlling the supply of thermal energy through the exhaust gas to the organic Rankine cycle power generation system according to the type of the working fluid;
Further comprising the steps of: 연료공급 시스템이 연료전지 시스템에 공급되는 연료 가스가 일정 압력이 되도록 정압하는 단계; 및
연료공급 시스템은 상기 연료 가스를 상기 연료전지 시스템이 포함한 연료전지의 배기 가스 또는 유기랭킨사이클 발전시스템의 작동 유체로부터 열 에너지를 공급받아 가열하는 단계;
를 포함하는 복합발전방법.The fuel supply system causing the fuel gas supplied to the fuel cell system to be a constant pressure; And
Wherein the fuel supply system includes a step of supplying the fuel gas with heat energy from an exhaust gas of a fuel cell included in the fuel cell system or a working fluid of an organic Rankine cycle power generation system,
≪ / RTI > 제 31 항에 있어서,
상기 유기랭킨사이클 발전시스템은 상기 연료전지 시스템이 포함한 연료전지의 배기 가스로부터 열 에너지를 공급받아 작동 유체를 가열하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전방법.32. The method of claim 31,
Wherein the organic Rankine cycle power generation system includes a fuel cell system including a fuel cell system and a fuel cell system.
Further comprising the steps of: 제 32 항에 있어서,
상기 연료전지 시스템은 상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 상기 배기 가스를 통한 열 에너지 공급을 제어하는 단계;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 복합발전방법.33. The method of claim 32,
Controlling the supply of thermal energy through the exhaust gas to the organic Rankine cycle power generation system according to the type of the working fluid;
Further comprising the steps of: 제 33 항에 있어서,
상기 열 에너지 공급을 제어하는 단계는,
상기 연료전지 시스템은 상기 작동 유체의 종류에 따라 상기 유기랭킨사이클 발전시스템에 공급되는 열 에너지와 상기 연료 가스에 포함된 탄소에 대한 증기 비율을 조절하기 위한 가습부에 공급되는 열 에너지가 일정 비율이 되도록 공급을 제어하는 것을 특징으로 하는 복합발전방법.34. The method of claim 33,
Wherein the step of controlling the thermal energy supply comprises:
The fuel cell system may further include a control unit for controlling the amount of heat energy supplied to the organic Rankine cycle power generation system and the amount of heat energy supplied to the humidifying unit for controlling the steam ratio with respect to carbon contained in the fuel gas, So as to control the supply of electricity.
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