KR20190076665A - 연료전지 하이브리드 시스템 - Google Patents

연료전지 하이브리드 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 연료전지 하이브리드 시스템은, 공기를 주입받는 저온 공기극과, 개질된 연료를 주입받는 저온 연료극을 포함하는 저온형 연료전지 스택; 상기 저온 공기극의 배출가스를 주입받는 고온 공기극과, 상기 저온 연료극의 배출가스를 주입받는 고온 연료극을 포함하는 고온형 연료전지 스택; 및 연료를 주입받아 개질하여 생성한 상기 개질된 연료를 상기 저온 연료극으로 전달하는 개질기를 포함하여, 연료와 폐열을 효율적으로 활용할 수 있다.

Description

연료전지 하이브리드 시스템 {FUEL CELL HYBRID SYSTEM}
본 발명은 연료전지 하이브리드 시스템에 관한 것이다.
연료전지는 연료와 공기를 입력받아 화학반응을 통하여 전력을 생산하는 장치이다. 연료전지의 종류에는 상대적으로 낮은 온도에서 작동하는 저온형 연료전지와, 상대적으로 높은 온도에서 작동하는 고온형 연료전지가 있다.
연료전지는 반응이 완료된 후 가스를 배출하는데, 배출가스에는 미반응된 연료와 공기가 남아있다. 즉 연료전지의 연료 이용율은 100%가 되지 못하고, 반응하지 못한 연료가 일부 배출된다.
연료전지에 주입되는 연료는 개질되어 주입되어야 하는데, 개질반응을 위해서는 연료와 함께 다량의 열이 필요하다. 또한 연료전지의 각 극에 주입되는 연료와 공기는 상온보다 훨씬 높은, 작동에 적합한 온도까지 가열되어야 한다. 이러한 이유로, 별도의 연료 등을 이용하여 가스를 예열하기 위한 장치가 각 연료전지마다 배치된다.
본 발명은 이와 같은 문제들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 저온형 연료전지와 고온형 연료전지를 결합한 연료전지 하이브리드 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 하이브리드 시스템은, 공기를 주입받는 저온 공기극과, 개질된 연료를 주입받는 저온 연료극을 포함하는 저온형 연료전지 스택; 상기 저온 공기극의 배출가스를 주입받는 고온 공기극과, 상기 저온 연료극의 배출가스를 주입받는 고온 연료극을 포함하는 고온형 연료전지 스택; 및 연료를 주입받아 개질하여 생성한 상기 개질된 연료를 상기 저온 연료극으로 전달하는 개질기를 포함한다.
이에 따라, 폐열 및 연료전지 운전에 사용되는 연료와 공기를 보다 효율적으로 사용할 수 있다.
주입되는 연료량 대비 전력 발전량을 극대화 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 하이브리드 시스템의 개략적인 구성을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 하이브리드 시스템의 구체적인 구성을 나타낸 개념도이다.
유동 상황을 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 하이브리드 시스템(1)의 개략적인 구성을 나타낸 개념도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 하이브리드 시스템(1)의 구체적인 구성을 나타낸 개념도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 하이브리드 시스템(1)은, 저온형 연료전지 스택(10)과, 고온형 연료전지 스택(20)과, 개질기(23)를 포함한다.
저온형 연료전지 스택(10)
저온형 연료전지 스택(10)은 공기극과 연료극을 가져 화학반응을 통해 전력을 생산하는 구성요소로, 전해질로 고분자 이온 교환막을 이용하는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)일 수 있다. 저온형 연료전지 스택(10)은 복수로 구성되어 하나의 저온형 연료전지 스택(10) 그룹을 형성할 수 있다.
저온형 연료전지 스택(10)은, 공기를 주입받는 저온 공기극(12)과, 개질된 연료를 주입받는 저온 연료극(11)을 포함한다.
저온 공기극(12)에 공급되는 공기는 대기중의 공기이므로, 질소(N2), 산소(O2), 이산화탄소(CO2) 및 수증기(H2O)를 포함한다. 저온 공기극(12)에 공기를 공급하기 위해, 외부와 저온 공기극(12)을 연통하는 공기 공급배관(57)이 배치될 수 있다.
개질된 연료는 후술할 개질기(23)에서 개질되어 저온 연료극(11)에 공급된다. 개질된 연료는 수소(H2)를 포함한다. 개질된 연료는 후술할 개질 배관(53)에 의해서 저온 연료극(11)에 공급된다.
저온 공기극(12)에 공급된 공기와 저온 연료극(11)에 공급된 연료의 발열반응인 화학반응에 의해 전력이 생산되고, 저온 연료극(11)의 배출가스와 저온 공기극(12)의 배출가스가 생성되어 배출된다.
저온 연료극(11)의 배출가스와 저온 공기극(12)의 배출가스는 저온형 연료전지 스택(10)으로 유입되는 공기에 비해 고온이다. 저온 연료극(11)의 배출가스는 미반응 연료를 포함하고, 미반응 연료는 수소를 포함한다. 저온 공기극(12)의 배출가스는 질소(N2), 산소(O2) 및 수증기(H2O)를 포함한다.
저온 연료극(11)의 배출가스는 저온 연료극(11)으로부터 배출되어 고온 연료극(21)으로 전달된다. 이러한 배출가스의 이동을 위해 저온 연료극(11)과 고온 연료극(21)을 연통하는 연료극 배관(51)을, 연료전지 하이브리드 시스템(1)이 포함할 수 있다.
저온 공기극(12)의 배출가스는 저온 공기극(12)으로부터 배출되어 고온 공기극(22)으로 전달된다. 이러한 배출가스의 이동을 위해 저온 공기극(12)과 고온 공기극(22)을 연통하는 공기극 배관(52)을, 연료전지 하이브리드 시스템(1)이 포함할 수 있다.
고온형 연료전지 스택(20)
고온형 연료전지 스택(20)은 공기극과 연료극을 가져 화학반응을 통해 전력을 생산하는 구성요소로, 전해질로 용융탄산염을 이용하는 용융탄산염연료전지(MCFC)형의 스택 또는 전해질로 산소 이온 또는 수소 이온을 통과시킬 수 있는 고체산화물을 이용하는 고체산화물 연료전지(SOFC)형의 스택일 수 있다.
하나의 고온형 연료전지 스택(20)이 복수개의 저온형 연료전지 스택(10)과 연결될 수 있다. 따라서 저온형 연료전지 스택(10)과 고온형 연료전지 스택(20)을 연결하는 연료극 배관(51) 및 공기극 배관(52)이 복수개의 저온형 연료전지 스택(10)에 연결될 수 있도록, 여러 갈래로 갈라질 수 있다.
고온형 연료전지 스택(20)은, 저온 공기극(12)의 배출가스를 주입받는 고온 공기극(22)과, 저온 연료극(11)의 배출가스를 주입받는 고온 연료극(21)을 포함한다.
고온 공기극(22)이 주입받는 저온 공기극(12)의 배출가스는, 질소, 산소 및 수증기를 포함하는데, 이를 전달하는 공기극 배관(52)에 이산화탄소 배관(55)이 연통되어 저온 공기극(12)의 배출가스에 이산화탄소를 혼합할 수 있다. 따라서 고온 공기극(22)은 저온 공기극(12)의 배출가스와 이산화탄소를 주입받을 수 있다.
고온 공기극(22)은, 저온 공기극(12)이 공급받는 공기를 더 주입받을 수 있다. 따라서 고온 공기극(22)으로 저온 공기극(12)의 배출가스를 유동시키는 공기극 배관(52)과 공기 공급배관(57)을 연통하는 공기 바이패스 배관(571)이 배치되어, 공기 공급배관(57)을 통해 외부로부터 유입되는 공기를 공기극 배관(52)으로 유동시킬 수 있다.
고온 연료극(21)이 주입받는 저온 연료극(11)의 배출가스는, 미반응 연료인 수소를 포함한다. 저온 연료극(11)의 배출가스는 연료극 배관(51)에 의해서 고온 연료극(21)으로 전달될 수 있다.
고온 연료극(21)은, 저온 연료극(11)이 공급받는 연료를 더 주입받을 수 있다. 따라서 고온 연료극(21)으로 저온 연료극(11)의 배출가스를 유동시키는 연료극 배관(51)과 연료 공급배관(58)을 연통하는 연료 바이패스 배관(581)이 배치되어, 연료 공급배관(58)을 통해 외부로부터 유입되는 연료를 연료극 배관(51)으로 유동시킬 수 있다. 다만 고온 연료극(21)에는 개질되고 가열된 연료가 사용되어야 하는 만큼, 외부로부터 유입된 연료가 그대로 사용될 수는 없으며, 추가 개질기가 배치되어 미개질 연료를 개질해 고온 연료극(21)에 공급할 수도 있다.
고온 연료극(21)에 유입된 미반응 연료와 고온 공기극(22)에 유입된 저온 공기극(12)의 배출가스의 화학반응에 의해, 고온형 연료전지 스택(20)에서는 발열반응과 함께 전력이 생산된다. 고온 연료극(21)에서는 반응에 의해 생성된 고온 연료극(21)의 배출가스가 배출되고, 고온 공기극(22)에서는 반응에 의해 생성된 고온 공기극(22)의 배출가스가 배출된다. 고온 연료극(21)의 배출가스는 미반응 연료인 수소를 포함한다. 후술할 개질 배관(53)과 고온 연료극(21)을 연통하는 고온 연료극 배출 배관(54)이 더 배치되어, 개질 배관(53)으로 고온 연료극(21)의 배출가스를 개질기(23)의 배출가스와 혼합될 수 있다.
고온 공기극(22)의 배출가스는 질소, 산소 및 수증기를 포함한다. 고온 공기극(22)의 배출가스는 고온 공기극(22)과 각 열교환부를 연통하는 열교환 배관(56)을 통해 후술할 각 열교환부에 전달되어, 저온 공기극(12)의 배출가스, 저온 연료극(11)의 배출가스 및 연료에 열을 전달하고, 외부로 배출될 수 있다.
개질기(23)
개질기(23)는 연료를 개질하는 구성요소이다. 따라서 개질기(23)는 연료를 주입받아 개질하여 생성한 개질된 연료를 배출하여 저온 연료극(11)으로 전달한다.
개질기(23)가 주입받은 연료를 개질하기 위해, 개질기(23)는 고온형 연료전지 스택(20)의 내부에 위치하여 고온형 연료전지 스택(20)에서 발생하는 발열반응으로부터 열을 얻는다. 개질기(23)로 연료 공급배관(58)에 의해 유입된 연료는 주로 메탄(CH4)과 수증기를 포함하는데, 개질기(23)에서는 이 연료에 열을 가하여 수소와 이산화탄소를 포함하는 개질된 연료를 생산한다. 개질반응 중 메탄과 수증기를 반응시키는 반응이 흡열반응이므로, 개질기(23)로 열이 공급되어야 하는 것이다. 그러나 개질기(23)는 고온형 연료전지 스택(20)의 외부에 위치하여, 별도의 열원에 의해 열을 흡수하여 연료를 개질할 수도 있다.
개질된 연료는 개질 배관(53)을 통해서 저온 연료극(11)으로 전달된다. 개질 배관(53)은 개질기(23)와 저온 연료극(11)을 연통하여, 개질된 연료를 저온 연료극(11)으로 전달하는 역할을 하는 구성요소이다. 개질 배관(53)의 중도에는 후술할 이산화탄소 분리부(30)가 배치될 수 있는데, 개질 배관(53)은 개질기(23)와 이산화탄소 분리부(30)를 연통하여, 개질된 연료를 개질기(23)로부터 이산화탄소 분리부(30)로 전달하는 제1 개질 배관(531)과, 이산화탄소 분리부(30)와 저온 연료극(11)을 연통하여, 이산화탄소 분리부(30)로부터 이산화탄소가 분리되고 수소를 포함하는 개질된 연료를 이산화탄소 분리부(30)로부터 저온 연료극(11)으로 전달하는 제2 개질 배관(532)을 포함할 수 있다. 따라서 개질된 연료가 개질 배관(53)을 통해 이산화탄소 분리부(30)를 통과하여 저온 연료극(11)으로 전달될 수 있다.
개질 배관(53)으로 고온 연료극 배출 배관(54)을 통해, 고온 연료극(21)으로부터 배출된 고온 연료극(21) 배출가스가 유입될 수 있다. 따라서 미반응 연료인 수소를 포함하는 고온 연료극(21) 배출가스가 개질기(23)의 배출가스와 개질 배관(53)에서 혼합되어 저온 연료극(11)에 전달되거나, 이산화탄소 분리부(30)를 거친 후 저온 연료극(11)에 전달될 수 있다.
이산화탄소 분리부(30)
이산화탄소 분리부(30)는 개질된 연료로부터 이산화탄소와 수소를 분리시키는 구성요소이다. 이산화탄소 분리부(30)는 따라서 기수분리기 또는 이산화탄소 분리막이 사용될 수 있으나, 종류가 이에 제한되는 것은 아니다.
이산화탄소 분리부(30)는 개질된 연료로부터 이산화탄소를 분리하고, 이산화탄소가 분리되고 수소를 포함하는 개질된 연료를 저온 연료극(11)으로 전달한다. 따라서 개질된 연료를 전달받기 위해 개질기(23)와 제1 개질 배관(531)을 통해 연통되어 있으며, 이산화탄소가 분리된 개질된 연료를 저온 연료극(11)으로 전달하기 위해 제2 개질 배관(532)을 통해 저온 연료극(11)과 연통되어 있다.
이산화탄소 분리부(30)는, 개질된 연료로부터 분리한 이산화탄소를 고온 공기극(22)에 주입할 수 있다. 따라서 이산화탄소 분리부(30)는 이산화탄소 배관(55)을 통해서 공기극 배관(52)과 연통될 수 있는데, 이산화탄소 배관(55)은 이산화탄소 분리부(30)와 공기극 배관(52)을 연통하여, 분리된 이산화탄소를 공기극 배관(52)에 유입시켜 저온 공기극(12)의 배출가스와 분리된 이산화탄소를 혼합할 수 있다. 이산화탄소가 혼합되므로, 고온 공기극(22)에 전달되는 기체는 고온형 연료전지 스택(20)에서 산화제로 사용될 수 있는 이산화탄소를 포함할 수 있다.
이산화탄소 분리부(30)는 본 발명의 고온형 연료전지 스택(20)이 MCFC형 연료전지 스택인 경우 배치되는 것이 바람직하다.
열교환부
열교환부는 저온 공기극(12)의 배출가스와, 저온 연료극(11)의 배출가스와, 개질기(23)로 유입되는 연료에 열을 전달하여 예열하기 위한 구성요소이다. 따라서 각각의 기체가 유동하는 배관이 상이하므로, 각각의 배관에 배치되는 별도의 열교환부들을 포함한다.
열교환부는 고온 공기극(22)의 배출가스를 저온 공기극(12)의 배출가스와 열교환시키는 공기극 열교환부(42)를 포함할 수 있다. 따라서 공기극 열교환부(42)는 공기극 배관(52)에 배치되고, 열교환 배관(56)을 통해 고온 공기극(22)과 연통된다. 고온 공기극(22)으로부터 배출된 고온 공기극(22)의 배출가스가 공기극 열교환부(42)에 도달하고, 공기극 배관(52)을 따라 유동하는 저온 공기극(12)의 배출가스를 가열한다. 저온 공기극(12)의 배출가스에 열을 전달한 고온 공기극(22)의 배출가스는, 외부로 배출되거나, 공기극 배관(52)으로 주입되어 저온 공기극(12)의 배출가스와 혼합될 수 있다.
열교환부는 고온 공기극(22)의 배출가스를 저온 연료극(11)의 배출가스와 열교환시키는 연료극 열교환부(41)를 포함할 수 있다. 따라서 연료극 열교환부(41)는 연료극 배관(51)에 배치되고, 열교환 배관(56)을 통해 고온 공기극(22)과 연통된다. 고온 공기극(22)으로부터 배출된 고온 공기극(22)의 배출가스가 연료극 열교환부(41)에 도달하고, 연료극 배관(51)을 따라 유동하는 저온 연료극(11)의 배출가스를 가열한다. 저온 연료극(11)의 배출가스에 열을 전달한 고온 공기극(22)의 배출가스는, 외부로 배출되거나, 공기극 배관(52)으로 주입되어 저온 공기극(12)의 배출가스와 혼합될 수 있다.
열교환부는 고온 공기극(22)의 배출가스를 개질기(23)로 유입되는 연료와 열교환시키는 개질기 열교환부(43)를 포함할 수 있다. 따라서 개질기 열교환부(43)는 연료 공급배관(58)에 배치되고, 열교환 배관(56)을 통해 고온 공기극(22)과 연통된다. 고온 공기극(22)으로부터 배출된 고온 공기극(22)의 배출가스가 개질기 열교환부(43)에 도달하고, 연료 공급배관(58)을 따라 유동하는 연료를 가열한다. 개질기(23)로 유입되는 연료에 열을 전달한 고온 공기극(22)의 배출가스는, 외부로 배출되거나, 공기극 배관(52)으로 주입되어 저온 공기극(12)의 배출가스와 혼합될 수 있다.
이하, 외부에서 유입되는 연료와 공기의 흐름의 측면에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 하이브리드 시스템(1) 내에서 연료와 공기가 유동하는 경로를 순서대로 설명한다.
외부에서 유입되는 연료는 메탄과 수증기를 포함하고, 연료 공급배관(58)을 통해 개질기(23)로 유입된다. 연료가 개질기(23)로 유입되기 전에, 개질기 열교환부(43)를 통해 고온 공기극(22)의 배기가스로부터 열을 전달받아 가열될 수 있다.
개질기(23)는 고온형 연료전지 스택(20)에서 발생하는 열을 받아, 외부에서 유입된 연료를 개질해 수소와 이산화탄소를 포함하는 개질된 연료를 생성한다. 개질된 연료는 제1 개질 배관(531)을 통해 이산화탄소 분리부(30)로 전달된다. 이 과정에서 고온 연료극(21)의 배출가스가 개질된 연료와 혼합될 수 있다.
이산화탄소 연소부는 개질된 연료로부터 수소와 이산화탄소를 분리해서, 수소는 제2 개질 배관(532)을 통해 저온형 연료전지 스택(10)의 저온 연료극(11)으로, 이산화탄소는 이산화탄소 배관(55)을 통해 공기극 배관(52)으로 전달한다.
저온 공기극(12)으로는 외부에서 공기 공급배관(57)을 통해 공기가 유입된다. 저온형 연료전지 스택(10)에서 전력의 생산과 함께 저온 공기극(12)의 배출가스 및 저온 연료극(11)의 배출가스가 생산된다.
저온 공기극(12)의 배출가스는 공기극 배관(52)을 통해 고온 공기극(22)으로 전달된다. 이 과정에서 이산화탄소 배관(55)을 통해 전달된 이산화탄소가 저온 공기극(12)의 배출가스와 혼합될 수 있다. 또한 공기 공급배관(57)으로부터 추기된 공기 바이패스 배관(571)이 연통되어 외부로부터 유입된 공기를 저온 공기극(12)의 배출가스와 혼합할 수도 있다. 공기극 열교환부(42)를 통해 고온 공기극(22)의 배출가스로부터 열을 전달받아 저온 공기극(12)의 배출가스가 가열될 수 있다.
저온 연료극(11)의 배출가스는 연료극 배관(51)을 통해 고온 연료극(21)으로 전달된다. 이 과정에서 연료 공급배관(58)으로부터 연료 바이패스 배관(581)을 통해 연료를 추기해 전달된 연료가 저온 연료극(11)의 배출가스와 혼합될 수 있다. 연료극 열교환부(41)를 통해 고온 공기극(22)의 배출가스로부터 열을 전달받아 가열될 수 있다.
고온형 연료전지 스택(20)에서 전력의 생산과 함께 고온 공기극(22)의 배출가스 및 고온 연료극(21)의 배출가스가 생산된다. 고온 연료극(21)의 배출가스는 고온 연료극 배출 배관(54)을 통해 제1 개질 배관(531)으로 전달되어 개질된 연료와 혼합되고, 고온 공기극(22)의 배출가스는 열교환 배관(56)을 통해 각 열교환부로 배출되어 열에너지를 전달한다.
이러한 배출가스를 재활용하는 순환 사이클을 포함하는 연료전지 하이브리드 시스템(1)을 이용해, 투입한 연료와 공기의 양 대비 전력 생산량을 극대화 할 수 있고, 버려지는 폐열을 효과적으로 활용할 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 연료전지 하이브리드 시스템 10 : 저온형 연료전지 스택
11 : 저온 연료극 12 : 저온 공기극
20 : 고온형 연료전지 스택 21 : 고온 연료극
22 : 고온 공기극 23 : 개질기
30 : 이산화탄소 분리부 41 : 연료극 열교환부
42 : 공기극 열교환부 43 : 개질기 열교환부
51 : 연료극 배관 52 : 공기극 배관
53 : 개질 배관 54 : 고온 연료극 배출 배관
55 : 이산화탄소 배관 56 : 열교환 배관
57 : 공기 공급배관 58 : 연료 공급배관
531 : 제1 개질 배관 532 : 제2 개질 배관
571 : 공기 바이패스 배관 581 : 연료 바이패스 배관

Claims (12)

  1. 공기를 주입받는 저온 공기극과, 개질된 연료를 주입받는 저온 연료극을 포함하는 저온형 연료전지 스택;
    상기 저온 공기극의 배출가스를 주입받는 고온 공기극과, 상기 저온 연료극의 배출가스를 주입받는 고온 연료극을 포함하는 고온형 연료전지 스택; 및
    연료를 주입받아 개질하여 생성한 상기 개질된 연료를 상기 저온 연료극으로 전달하는 개질기를 포함하는, 연료전지 하이브리드 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고온 공기극의 배출가스를 상기 저온 공기극의 배출가스와 열교환시키는 공기극 열교환부;
    상기 고온 공기극의 배출가스를 상기 저온 연료극의 배출가스와 열교환시키는 연료극 열교환부; 및
    상기 고온 공기극의 배출가스를 상기 개질기로 유입되는 연료와 열교환시키는 개질기 열교환부를 더 포함하는, 연료전지 하이브리드 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 개질된 연료로부터 이산화탄소를 분리하고, 이산화탄소가 분리된 상기 개질된 연료를 상기 저온 연료극으로 전달하는 이산화탄소 분리부를 더 포함하는, 연료전지 하이브리드 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 이산화탄소 분리부는, 상기 개질된 연료로부터 분리한 이산화탄소를, 상기 고온 공기극에 주입하는, 연료전지 하이브리드 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고온 공기극은, 상기 공기를 더 주입받고,
    상기 고온 연료극은, 상기 연료를 더 주입받는, 연료전지 하이브리드 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 저온형 연료전지 스택은, 전해질로 고분자 이온 교환막을 이용하는 고분자전해질 연료전지(PEMFC)형의 스택이고,
    상기 고온형 연료전지 스택은, 전해질로 용융탄산염을 이용하는 용융탄산염연료전지(MCFC)형의 스택 또는 전해질로 산소 이온 또는 수소 이온을 통과시킬 수 있는 고체산화물을 이용하는 고체산화물 연료전지(SOFC)형의 스택인, 연료전지 하이브리드 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 저온 연료극은, 상기 개질된 연료와 함께 상기 고온 연료극의 배기가스를 주입받는, 연료전지 하이브리드 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 저온 연료극과 상기 고온 연료극을 연통하여, 상기 저온 연료극의 배출가스를 상기 고온 연료극으로 전달하는 연료극 배관; 및
    상기 저온 공기극과 상기 고온 공기극을 연통하여, 상기 저온 공기극의 배출가스를 상기 고온 공기극으로 전달하는 공기극 배관을 더 포함하는, 연료전지 하이브리드 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 개질기와 상기 저온 연료극을 연통하여, 상기 개질된 연료를 상기 저온 연료극으로 전달하는 개질 배관을 더 포함하는, 연료전지 하이브리드 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 고온 연료극과 상기 개질 배관을 연통하여, 상기 고온 연료극의 배출가스를 상기 개질 배관에 유입시키는 고온 연료극 배출 배관을 더 포함하는, 연료전지 하이브리드 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 개질된 연료로부터 이산화탄소를 분리하고, 이산화탄소가 분리된 개질된 연료를 상기 저온 연료극으로 전달하는 이산화탄소 분리부를 더 포함하고,
    상기 개질 배관은,
    상기 개질기와 상기 이산화탄소 분리부를 연통하여, 상기 개질된 연료를 상기 개질기로부터 상기 이산화탄소 분리부로 전달하는 제1 개질 배관; 및
    상기 이산화탄소 분리부와 상기 저온 연료극을 연통하여, 이산화탄소가 분리된 상기 개질된 연료를 상기 이산화탄소 분리부로부터 상기 저온 연료극으로 전달하는 제2 개질 배관을 포함하는, 연료전지 하이브리드 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 이산화탄소 분리부와 상기 공기극 배관을 연통하여, 상기 분리된 이산화탄소를 상기 공기극 배관에 유입시키는 이산화탄소 배관을 더 포함하는, 연료전지 하이브리드 시스템.
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