KR20160039108A - 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템 - Google Patents

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설신수
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Abstract

본 발명은 전기를 생성하기 위한 전기생성부, 상기 전기생성부에 연료를 공급하기 위한 연료공급부, 및 상기 연료공급부가 공급한 연료와 전기화학 반응을 통해 전기가 생성되도록 상기 전기생성부에 순산소를 공급하기 위한 순산소공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템에 관한 것이다.

Description

순산소 공정이 부가된 연료전지시스템{Fuel Cell System with Pure Oxygen Process}
본 발명은 순산소를 이용하여 발전하기 위한 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템에 관한 것이다.
연료전지(Fuel Cell)는 천연가스, 석탄가스, 메탄올 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 공기 중의 산소를 전기화학 반응에 의해서 직접 전기에너지로 변환시키는 고효율의 청정발전 기술이다. 이러한 연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라 크게 알칼리형(AFC, Alkaline Fuel Cell), 인산형(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), 용융탄산형(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell), 고체산화물(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), 및 고분자(PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 연료전지로 분류된다.
고체산화물 연료전지는 600 ℃ 내지 1000 ℃ 정도의 고온에서 작동되는 연료전지로서, 종래 여러 형태의 연료전지들에 비하여 상대적으로 전해질의 위치 제어가 쉽고 전해질의 고갈 우려가 없으며, 소재의 수명이 길다는 장점으로 인해 널리 사용되고 있다.
한편, 고체산화물 연료전지는 높은 전위를 얻기 위하여 전기화학 반응이 일어나는 연료전지용 셀을 복수개 적층한 연료전지스택을 사용한다. 이러한 연료전지스택은 복수개 설치됨으로써 더 높은 전위를 얻을 수 있다.
종래 기술에 따른 연료전지시스템은 연료전지의 산화제로 상압(常壓)의 공기 또는 가압된 공기를 사용하였다. 여기서, 종래 기술에 따른 연료전지시스템은 다음과 같은 문제가 있다.
첫째, 종래 기술에 따른 연료전지시스템은 대기압과 같은 1기압 정도의 상압으로 산화제인 공기를 연료전지스택에 공급하였다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 연료전지시스템은 상기 공기에 포함된 산소의 농도가 낮으므로, 발전 성능 및 발전 효율이 저하되는 문제가 있다.
둘째, 종래 기술에 따른 연료전지시스템은 발전 효율을 향상시키기 위해 공기를 가압하여 압축된 공기를 산화제로 사용하였다. 이에 따라, 종래 기술에 따른 연료전지시스템은 공기를 가압하기 위한 압력 챔버 등 추가적인 설비가 필요할 뿐만 아니라, 공기를 가압하기 위한 구조적인 설계 변경으로 인해 설치 비용이 증대되는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하고자 안출된 것으로, 발전 효율을 향상시킬 수 있는 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 공기를 가압하기 위한 추가적인 설비 및 설계 변경으로 인해 설치비용이 증대되는 것을 방지할 수 있는 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템을 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기와 같은 구성을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템은 전기를 생성하기 위한 전기생성부; 상기 전기생성부에 연료를 공급하기 위한 연료공급부; 및 상기 연료공급부가 공급한 연료와 전기화학 반응을 통해 전기가 생성되도록 상기 전기생성부에 순산소를 공급하기 위한 순산소공급부를 포함한다.
본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템은 상기 순산소공급부에서 상기 전기생성부로 순산소를 공급하기 위한 유로를 제공하는 공급부, 상기 전기생성부를 거친 순산소를 배출하기 위한 유로를 제공하는 배기부, 및 상기 배기부를 통해 배출되는 순산소를 상기 전기생성부로 재공급하기 위한 재순환부를 포함한다.
본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템은 상기 공급부와 상기 재순환부가 연결되는 연결부보다 상기 전기생성부에 더 가깝게 설치되고 상기 순산소공급부에서 상기 전기생성부로 순산소를 공급하기 위한 압축부를 포함한다. 상기 압축부는 상기 배기부를 통해 배출되는 순산소가 상기 배기부와 상기 공급부의 압력 차이로 인해 상기 전기생성부로 재공급되도록 상기 순산소를 압축하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템에 있어서, 상기 순산소공급부는 상기 전기생성부로부터 배출되는 연료를 이용하여 고온의 가스를 생성하는 연소부, 상기 연소부로부터 배출되는 고온의 가스로 발전하는 터빈부, 및 상기 연소부로부터 배출되는 고온의 가스로 구동력을 발생시키는 엔진부 중에서 적어도 하나에 순산소를 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 효과를 도모할 수 있다.
본 발명은 공기 대신 순산소를 이용하여 발전함으로써 발전 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 질소산화물과 같은 환경오염 물질이 생성되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 순산소를 이용하여 발전하도록 구현됨으로써 공기를 가압하기 위한 설비를 추가로 설치하지 않아도 되므로 발전 효율을 향상시키기 위해 설치 비용이 증대되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템을 나타낸 개략적인 블록도
도 2는 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템에서 재순환부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 3은 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템에서 압축부를 설명하기 위한 개략적인 블록도
도 4는 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템에서 순산소공급부가 터빈부 및 엔진부에 순산소를 공급하는 것을 설명하기 위한 개략적인 블록도
이하에서는 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템을 나타낸 개략적인 블록도, 도 2는 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템에서 재순환부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 3은 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템에서 압축부를 설명하기 위한 개략적인 블록도, 도 4는 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템에서 순산소공급부가 터빈부 및 엔진부에 순산소를 공급하는 것을 설명하기 위한 개략적인 블록도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 전기를 생성하기 위한 전기생성부에 순수한 산소인 순산소(O2)를 산화제로 사용하여 전기를 생성하기 위한 것이다. 상기 전기생성부는 전해질, 연료(Fuel), 및 순산소(O2)에 의해 발생되는 전기화학 반응을 통해 전기를 생성할 수 있다. 상기 전기생성부는 순산소(O2)의 양이 많을수록 더 많은 양의 전기를 생성할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 상기 전기생성부에 순산소(O2)를 공급함으로써 공기(Air)를 공급할 때와 비교하여 발전 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 전기를 생성하기 위한 전기생성부(110), 상기 전기생성부에 연료를 공급하기 위한 연료공급부(120), 상기 전기생성부에 순산소를 공급하기 위한 순산소공급부(130)를 포함한다.
상기 전기생성부(110)는 이온전도성 전해질, 상기 연료공급부(120)가 공급하는 연료, 및 상기 순산소공급부(130)가 공급하는 순산소로부터 발생하는 전기화학 반응을 통해 전기를 생성할 수 있다. 상기 전기생성부(110)로부터 배출되는 생성물은 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)이다. 이에 따라, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 전기를 생성하기 위한 산화제로 공기(Air) 대신 순산소(O2)를 이용함으로써 발전 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 질소산화물(NOX)과 같은 환경오염 물질이 생성되는 것을 방지함으로써 환경보호에도 기여할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 순산소(O2)를 이용하여 발전하도록 구현됨으로써 상기 전기생성부(110)에 공급되는 순산소(O2)의 양을 증가시키기 위해 공기(Air)를 가압하기 위한 설비를 추가로 설치하지 않아도 된다. 이에 따라, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 발전 효율을 향상시키기 위해 설치 비용이 증대되는 것을 방지할 수 있다.
이하에서는 상기 전기생성부(110), 상기 연료공급부(120), 및 상기 순산소공급부(130)에 관해 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1을 참고하면, 상기 전기생성부(110)는 전기를 생성한다. 상기 전기생성부(110)는 전기화학 반응이 일어남으로써 전기를 생성할 수 있다. 예컨대, 상기 전기생성부(110)는 연료전지용 셀이 적층돼서 형성된 연료전지스택일 수 있다. 상기 연료전지용 셀은 전해질, 양극 및 음극으로 구성된다. 상기 전해질은 충분한 전기를 발생시키기 위해 이온 전도성이 높은 물질을 사용한다. 예컨대, 상기 전해질은 산화세륨(CeO2), 지르코니아(ZrO2)일 수 있다. 상기 양극(Cathode)은 전기 전도도가 높고, 쉽게 산화되지 않는 소재로 형성될 수 있다. 상기 음극(Anode)은 연료 연소시 촉매반응이 일어나고, 환원시 전기 전도도가 높은 소재로 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 양극과 음극은 세라믹(Ceramic)일 수 있다. 상기 전기생성부(110)는 상기 연료전지용 셀이 적층되게 형성되고, 연료 및 순산소가 통과하여 흐름으로써 전기화학 반응이 일어나게 된다. 예컨대, 상기 전기화학 반응은 수소와 산소가 결합될 경우 물과 전기가 생성되는 반응일 수 있다. 이에 따라, 상기 전기생성부(110)는 전기를 생성할 수 있다. 예컨대, 상기 양극에는 순산소가 통과하여 흐르고, 상기 음극에는 연료가 통과하여 흐를 수 있다. 상기 전해질은 상기 양극과 상기 음극 사이에 위치됨으로써 전기화학 반응에 의해 전기가 생성될 수 있다.
도시되지 않았지만, 상기 전기생성부(110)는 일측에서 타측을 향하는 방향으로 순산소가 통과하여 흐르게 형성되고, 상기 순산소가 통과하여 흐르는 방향에 교차되게 연료가 통과하여 흐르게 형성된다. 예컨대, 상기 전기생성부(110)는 상기 연료전지용 셀의 내부를 관통하는 제1통과공(미도시)이 형성됨으로써 상기 순산소가 통과하여 흐르도록 할 수 있다. 예컨대, 상기 전기생성부(110)는 상기 연료전지용 셀의 내부에 상기 순산소가 통과하는 방향과 교차되는 방향으로 제2통과공(미도시)이 형성됨으로써 상기 연료가 흐르도록 할 수 있다. 상기 제1통과공과 상기 제2통과공은 직각으로 교차될 수 있다. 예컨대, 상기 전기생성부(110)는 상기 제1통과공이 형성된 양극과 상기 제2통과공이 형성된 음극을 다른 방향으로 접합 또는 적층시킴으로써 상기 순산소와 상기 연료가 교차되게 흐르도로 할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 연료공급부(120)는 상기 전기생성부(110)에 연료를 공급한다. 상기 연료공급부(120)는 화학적으로 수소를 함유하는 LPG, LNG, 메탄, 석탄가스 메탄올 등 연료로부터 연료 전지가 요구하는 수소를 많이 포함하는 가스로 변환하여 상기 전기생성부(110)에 연료를 공급한다. 예컨대, 상기 연료공급부(120)는 연료 개질기(Fuel Reformer)일 수 있다. 상기 연료공급부(120)를 통해 상기 전기생성부(110)로 공급되는 연료 중 일부는 전해질 및 상기 순산소공급부(130)가 공급하는 순산소와 전기화학 반응을 거쳐 물과 이산화탄소로 배출되게 된다. 물은 배출되거나 저장되고, 이산화탄소는 이산화탄소 포집 및 저장(CCS, Carbon Capture & Storage) 과정을 거쳐 물과 분리되어 저장될 수 있다. 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 순산소를 이용하여 전기를 생성하므로 질소산화물 등의 오염물질이 발생하는 것을 차단할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 상기 전기생성부(110)로부터 배출되는 이산화탄소를 용이하게 분리하여 저장함으로써 이산화탄소 배출량을 저감시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 온실 효과 등과 같이 환경 오염으로 인해 발생되는 지구 온난화를 방지할 수 있다. 전기화학 반응을 거치지 않고 배출되는 연료는 연소기, 터빈, 엔진 등 다른 발전에 사용되거나 동력을 발생시키는 에너지로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 상기 전기화학 반응을 거치지 않고 배출되는 연료를 재순환장치 등을 거쳐 상기 전기생성부(110)로 재공급함으로써 낭비되는 연료를 절약하여 발전하는데 소모되는 운영비용을 절감할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 상기 순산소공급부(130)는 상기 전기생성부(110)에 순산소(O2)를 공급한다. 이에 따라, 상기 전기생성부(110)는 전해질, 상기 연료공급부(120)가 공급한 연료, 및 상기 순산소와 전기화학 반응을 통해 전기를 생성할 수 있다. 상기 전기생성부(110)는 순산소를 공급받음으로써 공기를 공급받을 경우에 비해 전기를 더 많이 생성할 수 있다. 상기 전기생성부(110)에 설치된 전해질에 공급되는 산소의 양이 공기에 비해 많기 때문이다. 상기 순산소공급부(130)는 심냉법(Cryogenic Liquification Process), 흡착법(Psa, Vsa, Vpsa), 이온막분리법(Membrane) 등을 이용하여 순산소를 발생시켜 상기 전기생성부(110)에 순산소를 공급할 수 있다. 상기 심냉법은 97.5 % - 99.5 % 수준의 고순도의 산소를 발생시키고, 대형 플랜트 대응형 순산소 공정이다. 상기 흡착법은 압축스윙흡착(Pressure Swing Adsorption), 진공스윙흡착(Vacuum Swing Adsorption), 상기 압축스윙흡착과 상기 진공스윙흡착을 조합한 방식(Vpsa)로 나누어질 수 있으며, 상기 흡착법들은 상온에서 동작하고 90 % - 95 % 수준의 산소를 발생시키고, 중급형 플랜트용 순산소 공정이다. 상기 흡착법들은 제올라이트(Zeolite)의 산소 흡착 성질을 이용하여 산소를 생성할 수 있다. 상기 이온막분리법은 폴리머 이온막을 이용하여 상온에서 25 % - 50 % 수준의 산소를 발생시키거나 세라믹 이온막을 이용하여 800 ℃ - 900 ℃ 의 온도에서 90 % 이상 순도의 산소를 생산할 수 있다. 상기 이온막분리법은 상기 심냉법 및 상기 흡착법과 비교할 때 에너지 소모량이 적은 순산소 공정이다. 상기 순산소공급부(130)는 상기와 같은 공정을 이용하여 순산소를 발생시킨 후 상기 전기생성부(110)에 공급할 수 있다. 상기 전기생성부(110)에 공급된 순산소는 전기를 생성한 후 연소기, 터빈, 엔진 등으로 공급될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 다음과 같은 작용 효과를 도모할 수 있다.
첫째, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 질소(N2) 등 여러 분자들이 포함된 공기(Air)가 아닌 순수한 순산소(O2)를 이용하여 전기를 생성하도록 구현되었다. 이에 따라, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 발전에 필요한 산소를 다량 공급받음으로써 발전 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 전기 생성 후에 질소 산화물과 같은 환경오염 물질이 발생되는 것을 방지함으로써 환경이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
둘째, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 순산소를 직접 상기 전기생성부(100)에 공급하도록 구현됨으로써 발전 효율을 증가시키기 위해 공기를 압축시키는 설비를 생략할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 공기를 압축하기 위한 설치 비용을 절감할 수 있다.
도 2를 참고하면, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 공급부(140), 배기부(150), 재순환부(160)를 포함할 수 있다.
상기 공급부(140)는 상기 순산소공급부(130)에서 상기 전기생성부(110)로 순산소를 공급하기 위한 유로를 제공한다. 상기 공급부(140)는 일측이 상기 전기생성부(110)에 연결되고, 타측이 상기 순산소공급부(130)에 연결된다. 상기 공급부(140)는 파이프와 같은 관로 또는 덕트로 형성된다. 상기 공급부(140)에는 임펠러 및 압축기 중에서 적어도 하나의 공급기구가 설치됨으로써 상기 순산소공급부(130)에서 상기 전기생성부(110)로 순산소를 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 순산소공급부(130)에서 생성된 순산소는 상기 공급부(140)를 통해 상기 전기생성부(110)로 공급될 수 있다.
상기 배기부(150)는 상기 전기생성부(110)를 거친 순산소를 배출하기 위한 유로를 제공한다. 상기 배기부(150)는 일측이 상기 전기생성부(110)에 연결되고, 타측이 연소기, 터빈, 엔진 중 적어도 하나에 연결된다. 상기 배기부(150)는 파이프와 같은 관로 또는 덕트로 형성된다. 상기 배기부(150)에는 임펠러 및 압축기 중에서 적어도 하나의 배출기구가 설치됨으로써 상기 전기생성부(110)에서 연소기, 터빈, 엔진으로 상기 전기생성부(110)를 거친 순산소를 이동시킬 수 있다.
상기 재순환부(160)는 상기 배기부(150)를 통해 배출되는 순산소를 상기 전기생성부(110)로 재공급한다. 상기 재순환부(160)는 일측이 상기 배기부(150)에 연결되고, 타측이 상기 공급부(140)에 연결된다. 상기 재순환부(160)는 상기 배기부(150)에서 상기 공급부(140)로 순산소를 이동시킴으로써 상기 전기생성부(110)에 상기 순산소를 재공급할 수 있다. 예컨대, 상기 재순환부(160)는 임펠러, 송풍기, 압축기 중에서 적어도 하나를 설치함으로써 상기 순산소를 상기 공급부(140)로 이동시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 재순환부(160)는 상기 순산소공급부(130)에서 배출되어 상기 전기생성부(110)로 공급되는 순산소에 상기 배기부(150)로부터 배출되는 순산소를 혼합시킬 수 있다. 상기 전기생성부(110)로 공급되는 순산소는 전해질 및 연료와 전기화학 반응을 일으켜 전기를 생성하는데 사용될 수 있다. 상기 재순환부(160)는 파이프와 같은 관로 또는 덕트로 형성됨으로써 상기 배기부(150)를 통해 배출되는 순산소를 상기 공급부(140)로 가이드 할 수 있다.
본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 상기 전기생성부(110)를 거치면서 전기화학 반응에 미반응된 순산소를 상기 재순환부(160)를 통해 상기 전기생성부(110)로 다시 공급할 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(1)은 상기 미반응된 순산소를 상기 전기생성부(110)에서 다시 전기화학 반응하도록 재공급함으로써 미반응된 순산소를 그냥 배출시켰을 경우에 비해 발전에 소모되는 운영비용을 절감할 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 연결부(170) 및 압축부(180)를 포함할 수 있다.
상기 연결부(170)는 상기 공급부(140)와 상기 재순환부(160)가 연결되는 부분이다. 상기 연결부(170)는 상기 공급부(140) 및 상기 재순환부(160)가 용접 또는 볼트결합 등의 방법으로 결합됨으로써 형성될 수 있다. 이에 따라, 상기 재순환부(160)를 통해 이동하는 순산소는 상기 연결부(170)를 거쳐 상기 공급부(140)로 이동될 수 있다. 상기 연결부(170)는 상기 압축부(180)보다 상기 순산소공급부(130)에 더 가깝게 위치될 수 있다.
상기 압축부(180)는 상기 순산소공급부(130)에서 상기 전기생성부(110)로 순산소를 공급하기 위해 상기 순산소를 압축한다. 예컨대, 상기 압축부(180)는 컴프레셔(Compressor)일 수 있다. 상기 압축부(180)는 상기 순산소공급부(130)가 생성한 순산소를 가압함으로써 상기 순산소를 압축시킬 수 있다. 상기 압축부(180)에 의해 압축된 순산소는 밀도가 커짐과 동시에 압력이 높아진다. 이에 따라, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 상기 전기생성부(110)에 공급되는 순산소의 양을 증가시킴에 따라 압축되지 않은 순산소를 공급할 경우에 비해 발전 효율을 더 향상시킬 수 있다. 상기 압축부(180)는 상기 연결부(170)보다 상기 전기생성부(110)에 더 가깝게 상기 공급부(140)에 설치된다. 상기 압축부(180)를 통해 상기 전기생성부(110)로 공급되는 압축된 순산소의 압력은 상기 전기생성부(110)를 거쳐 상기 배기부(150)로 배출되는 순산소의 압력보다 높다. 상기 배기부(150)로 배출되는 순산소의 압력은 상기 순산소공급부(130)에서 상기 압축부(180) 사이에 위치하는 순산소 압력보다 높다. 이 경우, 상기 연결부(170)는 상기 순산소공급부(130)와 상기 압축부(180) 사이에 위치된다. 이에 따라, 상기 전기생성부(110)를 거쳐 상기 배기부(150)로 배출되는 순산소는 상기 배기부(150)와 상기 공급부(140)의 압력 차이로 상기 재순환부(160)를 통해 상기 공급부(140)로 이동될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 상기 재순환부(160)에 임펠러, 압축기 등을 설치하지 않아도 되므로 발전에 소모되는 설치비용을 더 절감할 수 있다.
도 4를 참고하면, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)에 있어서, 상기 순산소공급부(130)는 연소부(190), 터빈부(200) 및 엔진부(210) 중에서 적어도 하나에 순산소를 공급한다. 이 경우, 상기 순산소공급부(130)는 상기 연소부(190), 상기 터빈부(200) 및 상기 엔진부(210)보다 상기 전기생성부(110)에 먼저 순산소를 공급할 수 있다.
상기 연소부(190)는 고온의 가스를 생성한다. 상기 연소부(190)는 상기 전기생성부(110)로부터 배출되는 연료 및 순산소를 연소시킴으로써 고온의 가스를 생성할 수 있다. 상기 순산소는 전기를 생성하기 위해 상기 순산소공급부(130)가 상기 전기생성부(110)에 공급한 순산소 중에서 전기화학 반응에 미반응된 순산소일 수 있다. 상기 연소부(190)에 의해 생성된 고온의 가스는 상기 터빈부(200)를 작동시키는 동력으로 사용될 수 있다. 상기 연소부(190)에 의해 생성된 고온의 가스는 상기 엔진부(210)가 발생시키는 구동력의 연료로 사용될 수도 있다.
상기 터빈부(200)는 상기 연소부(190)로부터 배출되는 고온의 가스로 발전한다. 예컨대, 상기 연소부(190)에서 배출되는 고온의 가스는 상기 터빈부(200)에 설치된 터빈 날개를 회전시킴으로써 상기 터빈부(200)를 작동시킬 수 있다. 상기 터빈부(200)는 발전기(미도시)에 연결된다. 이에 따라, 상기 발전기는 상기 터빈부(200)가 작동함에 따라 전기를 생산할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 상기 전기생성부(110)에서 생산되는 전기에 추가로 전기를 더 생산할 수 있으므로 전기 생산량을 증가시킬 수 있다.
상기 엔진부(210)는 상기 연소부(190)로부터 배출되는 고온의 가스로 구동력을 발생시킨다. 상기 엔진부(210)는 상기 연소부(190)로부터 공급되는 가스와 상기 순산소공급부(130)로부터 공급되는 순산소를 실린더에서 연소시킴으로써 구동력을 발생시킬 수 있다. 예컨대, 상기 엔진부(210)는 가스 엔진일 수 있다. 이에 따라, 본 발명에 따른 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템(100)은 상기 전기생성부(110)에서 전기를 생산하는 것에 추가하여 상기 연소부(190)에서 배출되는 고온의 가스 및 상기 전기생성부(110)를 거친 순산소를 이용함으로써 자동차, 선박 등을 이동시킬 수 있는 구동력을 발생시킬 수 있다.
100 : 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템
110 : 전기생성부 120 : 연료공급부
130 : 순산소공급부 140 : 공급부
150 : 배기부 160 : 재순환부
170 : 연결부 180 : 압축부
190 : 연소부 200 : 터빈부
210 : 엔진부

Claims (4)

  1. 전기를 생성하기 위한 전기생성부;
    상기 전기생성부에 연료를 공급하기 위한 연료공급부; 및
    상기 연료공급부가 공급한 연료와 전기화학 반응을 통해 전기가 생성되도록 상기 전기생성부에 순산소를 공급하기 위한 순산소공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 순산소공급부에서 상기 전기생성부로 순산소를 공급하기 위한 유로를 제공하는 공급부, 상기 전기생성부를 거친 순산소를 배출하기 위한 유로를 제공하는 배기부, 및 상기 배기부를 통해 배출되는 순산소를 상기 전기생성부로 재공급하기 위한 재순환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공급부와 상기 재순환부가 연결되는 연결부보다 상기 전기생성부에 더 가깝게 설치되고 상기 순산소공급부에서 상기 전기생성부로 순산소를 공급하기 위한 압축부를 포함하고,
    상기 압축부는 상기 배기부를 통해 배출되는 순산소가 상기 배기부와 상기 공급부의 압력 차이로 인해 상기 전기생성부로 재공급되도록 상기 순산소를 압축하는 것을 특징으로 하는 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 순산소공급부는 상기 전기생성부로부터 배출되는 연료를 이용하여 고온의 가스를 생성하는 연소부, 상기 연소부로부터 배출되는 고온의 가스로 발전하는 터빈부, 및 상기 연소부로부터 배출되는 고온의 가스로 구동력을 발생시키는 엔진부 중에서 적어도 하나에 순산소를 공급하는 것을 특징으로 하는 순산소 공정이 부가된 연료전지시스템.
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