KR20200114095A - 고체산화물 연료전지의 스택 모듈 - Google Patents

고체산화물 연료전지의 스택 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예인 고체산화물 연료전지 스택은 평판형 고체 연료를 갖는 복수의 연료전지 스택과; 상기 연료전지 스택의 하부에 결합하는 고온시스템주변부; 상기 연료전지 스택과 상기 고온시스템주변부 사이를 절연시키기 위한 절연판; 상기 복수의 연료전지 스택과 상기 고온시스템주변부를 에워싸는 고온박스를 포함하고, 상기 하나의 고온시스템주변부가 상기 복수의 연료전지 스택과 결합할 수 있다.

Description

고체산화물 연료전지의 스택 모듈{stack module of solid oxide fuel cell}
본 발명은 고체 산화물 연료전지의 스택 모듈에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은 복수의 스택 간, 복수의 스택을 포함하는 모듈 간의 조합이 용이한 구조를 갖는 고체산화물 연료전지의 스택 모듈에 관한 것이다.
연료전지는 연료의 전기화학적 산화반응을 통해 연료의 화학에너지를 전기에너지로 직접 전환시키는 에너지 변환장치로서, 전지와 달리 연료의 공급에 의해 연속적인 발전이 가능하며, 기존의 발전장치들과 비교할 때 이론적으로 높은 발전효율을 얻을 수 있다. 또한 모듈화가 용이하여 다양한 용량을 얻을 수 있으며, 수소를 연료로 사용할 경우 물 이외의 오염물질을 배출하지 않는 환경 친화적인 발전방식이다.
연료전지는 구성 소재에 따라 운전조건과 특성이 달라지는데, 특히 사용되는 전해질에 따라 알칼리형(AFC, alkaline fuel cell), 인산형(PAFC, phosphoric acid fuel cell), 고분자형(PEMFC, polymer electrolyte membrane fuel cell), 용융탄산염형(MCFC, molten carbonate fuel cell), 고체산화물형 연료전지(SOFC, solid oxide fuel cell) 등으로 나눌 수 있다. 이 가운데 SOFC는 셀을 구성하는 기본 요소인 전해질 및 전극이 모두 세라믹으로 구성되어 있으며, 작동온도(500-1000℃)가 높아 발전효율이 높고 배기가스의 배열을 이용할 수 있는 장점이 있다. 특히 고온 작동으로 인해 수소 뿐만 아니라 일산화탄소, 메탄, 가솔린, 디젤 등 다양한 연료의 사용이 가능하며, 비귀금속계의 전극을 이용하므로 SOFC를 이용한 발전시스템이 기존의 발전소와 지역난방 시스템을 대체할 수 있을 것으로 전망되고 있다.
SOFC는 산소 이온 전도성 전해질과 그 양면에 자리한 공기극과 연료극으로 이루어져 있다. 기하학적인 모양에 따라 원통형, 평판형, 일체형 등으로 구분된다.
원통형 고체산화물 연료전지는 기체 밀봉이 불필요하고, 기계적 강도가 우수하지만, 전류의 이동 경로가 길고 내부저항이 높고 출력밀도가 낮은 단점이 있다.
한국특허등록 10-1245626호에 개시된 원통형 고체산화물 연료전지 모듈은 스택을 모듈화하여 대용량으로 사용하는 방법을 나타내고 있다. 원통형 고체산화물 연료전지는 전극의 형상이 달라 번들로 묶을 수 있다. 이때, 집전은 주로 와이어로 가능하며, 와이어의 연결에 따라 직렬 또는 병렬로 구성이 가능하다. 그러나, 와이어의 연결 구성이 어렵고, 부피에 비해 용량이 상대적으로 낮기 때문에, 대형으로 구성하는데 여전히 구조적인 어려움이 있다.
평판형 고체산화물 연료전지는 전력밀도와 생산성이 높고 전해질 박막화가 가능하다.
그러나, 대면적 셀의 제조가 어려울 뿐만 아니라 대용량 스택(stack)의 제작도 쉽지 않은 문제점이 있다. 특히, 셀이 대형화될 경우 내부 가스의 공급 불균형, 상/하 온도차이로 인한 성능의 한계가 발생한다.
한국특허등록 10-1237735호에 개시된 평판형 고체산화물 연료전지 스택은 단위 셀 단위로 직 병렬로 연결하여 하나의 스택을 구성하고 있다. 스택의 대형화가 가능하면서도 내부에 개질기를 내장하여 대형화의 단점인 온도차이를 개선하고자 하였다.
그러나, 평판의 크기를 축소하여 단위 셀을 만들고, 단위 셀을 복수개 연결하여 스택을 구성하고, 각각의 단위 셀마다 개질기를 구비하는 점은 복수의 연료 및 공기 라인을 구성해야 하기 때문에 구조가 복잡하므로 스택의 결합 시 대형화에 구조적인 한계가 명확하다.
대한민국 특허 등록 10-1245626호 (2013. 03. 14) 대한민국 특허 등록 10-1237735호 (2013. 02. 19)
본 발명의 목적은 평판형 고체산화물 연료전지의 양산성, 안정성이 확보된 기본 스택을 활용하여 직렬/병렬 구성의 변형이 용이하고, 구성요소의 간소화하여 복수의 모듈을 결합할 수 있는 고체산화물 연료전지의 스택 모듈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예인 고체산화물 연료전지 스택은 평판형 고체 연료를 갖는 복수의 연료전지 스택과; 상기 연료전지 스택의 하부에 결합하는 고온시스템주변부; 상기 연료전지 스택과 상기 고온시스템주변부 사이를 절연시키기 위한 절연판; 상기 복수의 연료전지 스택과 상기 고온시스템주변부를 에워싸는 고온박스를 포함할 수 있다.
상기 하나의 고온시스템주변부가 상기 복수의 연료전지 스택과 결합할 수 있다.
상기 복수의 연료전지 스택은 상기 스택의 양끝에 위치한 플레이트 형태의 양극 및 음극과, 상기 양극 플레이트 및 음극 플레이트와 연결되며 고온박스 외부로 이어져 있는 집전부스바를 직렬과 병렬로 조합할 수 있는 조작부를 포함하고, 상기 조작부는 원하는 출력에 따라 모두 직렬, 모두 병렬, 직렬과 병렬의 혼합 중 적어도 하나를 선택할 수 있다.
상기 고온시스템주변부는 스택 배기가스의 연소를 위한 촉매 연소기와, 연소 후 배기가스의 폐열회수를 위한 원통다관형 공기예열기와, 물을 스팀으로 상변환하는 스팀발생기와, 연료를 예열하는 연료예열기와, 수소가 다량 함유된 가스로 변환시키는 연료개질기와, 생산된 직류전기의 전압을 조절해 주고 교류전기로 변환시키는 전력변환부와, 상기 연료가 상기 연료예열기를 지나고, 상기 연료개질기로 공급되기 위해 이동하는 연료라인과, 상기 공기가 열을 흡수할 수 있도록 상기 공기예열기 및 상기 연료전지 스택을 지나가고, 상기 가열된 공기의 열이 회수될 수 있도록 상기 연료개질기를 지나가는 공기라인과, 상기 물을 스팀으로 변환하는 스팀발생기를 지나고, 상기 스팀을 연료개질기로 공급하는 스팀라인과, 상기 연료전지 스택 내의 배기가스를 내보내는 배기라인과, 상기 연료개질기에서 생성된 수소가 다량 함유된 가스를 상기 연료전지 스택 내로 공급하는 연료공급라인과, 상기 연료라인, 상기 공기라인, 상기 배기라인이 상기 고온시스템주변부와 상기 연료전지 스택사이를 이동할 수 있도록, 상기 연료전지 스택와 상기 고온시스템주변부가 결합한 부분을 관통하는 라인관통부를 포함할 수 있다.
상기 라인관통부는 상기 고온시스템주변부에 형성된 위치와 동일하게, 상기 연료전지 스택과 상기 절연판 상에 구비되고, 상기 배기라인, 상기 공기라인 및 연료공급라인이 지나갈 수 있다.
상기 고온시스템주변부는 연료전지 스택, 절연판 및 고온시스템주변부 사이의 틈과 상기 연료라인, 상기 공기라인, 상기 배기라인 및 상기 라인관통부 사이의 틈을 밀봉시키는 밀봉재를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예인 고체산화물 연료전지 스택은 복수의 고체산화물 연료전지의 스택 모듈을 원하는 출력에 따라 병렬, 직렬, 병렬과 직렬의 혼합 중 적어도 하나를 선택하여 연결할 수 있는 모듈조작부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예인 고체산화물 연료전지 스택은 평판형 고체 연료를 갖는 복수의 연료전지 스택과; 상기 복수의 연료전지 스택 중 일부의 음극과 음극플레이트 없이 직접 결합하는 고온시스템주변부; 상기 고온시스템주변부와 결합하지 않은 연료전지 스택의 음극 플레이트와 상기 고온시스템주변부 사이를 절연시키는 절연판; 상기 복수의 연료전지 스택과 상기 고온시스템주변부를 에워싸는 고온박스를 포함하고, 상기 하나의 고온시스템주변부가 상기 복수의 연료전지 스택과 결합할 수 있다.
상기 고온시스템주변부와 직접 결합한 연료전지 스택은 상기 절연판에 의해 상기 고온시스템주변부와 절연된 상기 연료전지 스택과 직렬로 연결되고, 상기 절연판에 의해 상기 고온시스템주변부와 절연된 상기 연료전지 스택들은 병렬로 연결될 수 있다.
상기 고온시스템주변부는 스택 배기가스의 연소를 위한 촉매 연소기와, 연소 후 배기가스의 폐열회수를 위한 원통다관형 공기예열기와, 물을 스팀으로 상변환하는 스팀발생기와, 연료를 예열하는 연료예열기와, 수소가 다량 함유된 가스로 변환시키는 연료개질기와, 생산된 직류전기의 전압을 조절해 주고 교류전기로 변환시키는 전력변환부와, 상기 연료가 상기 연료예열기를 지나고, 상기 연료개질기로 공급되기 위해 이동하는 연료라인과, 상기 공기가 열을 흡수할 수 있도록 상기 공기예열기 및 상기 연료전지 스택을 지나가고, 상기 가열된 공기의 열이 회수될 수 있도록 상기 연료개질기를 지나가는 공기라인과, 상기 물을 스팀으로 변환하는 스팀발생기를 지나고, 상기 스팀을 연료개질기로 공급하는 스팀라인과, 상기 연료전지 스택 내의 배기가스를 내보내는 배기라인과, 상기 연료개질기에서 생성된 수소가 다량 함유된 가스를 상기 연료전지 스택 내로 공급하는 연료공급라인과, 상기 연료라인, 상기 공기라인, 상기 배기라인이 상기 고온시스템주변부와 상기 연료전지 스택사이를 이동할 수 있도록, 상기 연료전지 스택와 상기 고온시스템주변부가 결합한 부분을 관통하는 라인관통부를 포함할 수 있다.
상기 라인관통부는 상기 고온시스템주변부에 형성된 위치와 동일하게, 상기 연료전지 스택과 상기 절연판 상에 구비되고, 상기 배기라인, 상기 공기라인 및 연료공급라인이 지나갈 수 있다.
상기 고온시스템주변부는 연료전지 스택, 절연판 및 고온시스템주변부 사이의 틈과 상기 연료라인, 상기 공기라인, 상기 배기라인 및 상기 라인관통부 사이의 틈을 밀봉시키는 밀봉재를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예인 고체산화물 연료전지 스택은 복수의 고체산화물 연료전지의 스택 모듈을 원하는 출력에 따라 병렬, 직렬, 병렬과 직렬의 혼합 중 적어도 하나를 선택하여 연결할 수 있는 모듈조작부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 평판형 고체산화물 연료전지의 양산성, 안정성이 확보된 복수의 기본 스택을 모듈화하고, 직렬/병렬의 조합을 용이하게 하여 출력을 변경할 있다.
또한 본 발명의 실시예들에 의하면 고체산화물 연료전지 스택 모듈의 구조를 간단하게 하여, 복수의 모듈을 결합 시 구조적인 문제없이 대용량화가 가능하다.
도 1은 일 실시예의 고체산화물 연료전지 스택 모듈의 정면도이다.
도 2는 일 실시예의 고체산화물 연료전지 스택 모듈의 블록도이다.
도 3은 일 실시예의 고체산화물 연료전지 스택 모듈의 사시도이다.
도 4은 다른 실시예의 고체산화물 연료전지 스택 모듈의 정면도이다.
도 5는 또 다른 실시예의 고체산화물 연료전지 스택 모듈의 블록도이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 등의 용어는 발명상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시예에 따른 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 실시예에 따라 제시된 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 발명 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 상세한 설명을 하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 고체산화물 연료전지의 스택 모듈(1)은 도 1에 도시된 바와 같이 평판형 연료를 갖는 복수의 연료전지 스택(100), 연료전지 스택(100)의 하부에 결합하는 고온시스템주변부(200), 연료전지 스택(100)과 고온시스템주변부(200) 사이를 절연시키기 위한 절연판(300) 및 복수의 연료전지 스택(100)과 고온시스템주변부(200)를 둘러싸는 고온박스(400)를 포함한다.
연료전지 스택(100)은 하나의 고체산화물 연료 전지의 스택 모듈(1)에 복수개 포함될 수 있다. 따라서, 하나의 모듈(1)은 연료전지 스택(100)의 조합에 따라 다양한 출력을 생산할 수 있다.
연료전지 스택(100)의 구성은 다음과 같다. 연료전지 스택(100)의 양 끝에 위치한 양극 플레이트(101) 및 음극 플레이트(102)가 존재할 수 있다. 양극(101) 플레이트 및 음극(102) 플레이트는 집전부스바(103) 또는 집전부스바(103)의 역할을 할 수 있는 전도체에 의해 고온박스(400)의 외부에 있는 조작부(104)로 연결된다. 조작부(104)는 복수의 연료전지 스택(100)을 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합의 형태로 사용자가 필요한 전력에 알맞게 변경할 수 있다.
또한, 모듈(1) 내에 복수의 연료전지 스택(100) 중 출력이 떨어지는 스택(100)은 조작부(104)에 의해 제외되고, 출력이 부족할 경우, 나머지 연료전지 스택(100)을 직렬로 변경하여 출력을 유지할 수 있다.
대용량의 출력을 필요로 하는 경우는 모듈조작부(500)를 구비하여, 복수의 모듈(1)을 결합할 수 있다. 즉, 모듈 조작부(500)는 각각의 모듈(1)에 존재하는 조작부(104)를 결합하여 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합의 형태로 사용자가 필요한 대용량 전력에 맞게 변경할 수 있다.
도2에 도시된 바와 같이, 고온시스템주변부(200)는 촉매연소기(201), 공기예열기(202), 스팀발생기(203), 연료예열기(204), 연료개질기(205), 전력변환부(206), 송풍기(207) 및 펌프(208), 연료라인(209), 공기라인(210), 스팀라인(211), 배기라인(212), 연료공급라인(213) 및 라인관통부(214)를 포함할 수 있다.
연료전지 스택(100)에서 배출되는 배기가스는 배기라인(212)을 통해 촉매를 연소시키는 촉매연소기(201), 연료전지 스택(100) 내로 공급되는 공기를 예열시키는 공기예열기(202), 물을 스팀으로 상변화시키는 스팀발생기(203) 및 연료를 예열시키는 연료예열기(204)를 지나면서 열을 전달할 수 있다.
이때, 배기라인(212)은 모듈(1) 내에 연료전지 스택(100)의 수와 동일하며, 다발의 형태로 열을 전달함으로써, 열을 전달시킬 수 있는 표면적을 최대화 할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 이 분야의 통상의 기술자에 의해 필요에 따라 결합 또는 더욱 분기시켜 열을 전달할 수 있다.
연료전지 스택(100)으로 공급되는 수소가 다량 함유된 가스는 연료예열기(204)를 통과하는 연료라인(209)과 스팀발생기(203)를 통과하는 스팀라인(211)이 각각 연료와 스팀을 연료개질기(205)로 전달하고, 연료개질기(205)에 의하여, 수소가 다량 함유된 가스로 변환되고, 최종적으로 연료공급라인(213)을 통해 연료전지 스택(100)으로 공급된다.
이때, 연료개질기(205)에서 혼합되는 연료는 고온에서 진행이 되기 때문에,공기예열기(204)를 지나고, 추가적인 가열을 위해 연료전지 스택(100) 내를 통과한 고온의 공기를 포함하는, 공기라인(210)에 의해서 열을 공급받을 수 있다.
또한, 연료공급라인(213)은 모듈(1) 내에 존재하는 연료전지 스택(100)의 수만큼 분기되어 각 연료전지 스택(100)에 수소가 다량 함유된 가스를 공급할 수 있다.
도 3을 참조하면, 공기라인(210), 배기라인(212) 및 연료공급라인(213)은 연료전지 스택(100)과 고온시스템주변부(200)를 이동해야 한다. 이때, 라인이 길어지면 열의 손실이 커지므로, 열손실을 최소화하기 위해 가장 짧은 거리인 연료전지 스택(100), 절연판(300) 및 고온시스템주변부(200)가 맞닿는 부분에 라인관통부(214)를 구비하여, 공기라인(210), 배기라인(212) 및 연료공급라인(213)이 통과하도록 할 수 있다.
또한, 라인관통부(214)는 연료전지 스택(100), 절연판(300) 및 고온시스템주변부(200)를 가로지르는 홈이므로, 연료전지 스택(100), 절연판(300) 및 고온시스템주변부(200) 사이의 틈과 각 라인(210, 212, 213) 및 라인관통부(214) 사이의 틈이 존재하기 때문에, 이를 밀봉시키는 밀봉재(215)를 포함할 수 있다. 밀봉재(215)는 유리 재질일 수 있다.
도1 내지 도2에 도시된 바와 같이, 고온박스(400)는 복수의 연료전지 스택(100)과 고온시스템주변부(200)를 에워싸는 형태일 수 있다.
고온박스(400) 내에 연료전지 스택(100)과 고온시스템주변부(200)가 함께 존재하므로, 상기 언급된 공기라인(210), 배기라인(212)에 의한 교환열 뿐만 아니라, 연료전지 스택(100)에서 생성되는 반응열이 직접 고온시스템주변부(200)로 전달되는 전도열 및 고온박스(400)에 내의 열을 붙잡아두는 대류열 등 3중으로 열을 활용함으로써, 고체 연료전지 스택(100)의 작동온도(500-1000℃)를 효율적으로 유지할 수 있다.
도면에 도시되지 않았으나, EBOP(ekectrucak balace of plat)는 전체적인 시스템을 제어하고 및 전력변환부(206)와 연결되어 전력변환을 제어하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, EBOP는 조작부(104) 및 모듈조작부(500)와 연결되어, 출력을 제어할 수 있다.
또 다른 실시예로, 도 4을 참조하면, 고체산화물 연료전지의 스택 모듈(2)은 평판형 고체 연료를 갖는 복수의 연료전지 스택(100); 복수의 연료전지 스택(100) 중 일부와 음극 플레이트(102) 없이 직접 결합하는 고온시스템주변부(200); 상기 고온시스템주변부(200)와 결합하지 않은 연료전지 스택(100)과 고온시스템주변부(200) 사이를 절연시키는 절연판(300); 복수의 연료전지 스택(100)과 고온시스템주변부(200)를 에워싸는 고온박스(400)를 포함할 수 있다.
고온시스템주변부(200)와 직접 결합한 연료전지 스택(100)은 절연판(300)에 의해 고온시스템주변부와 절연된 연료전지 스택(100)과 직렬로 연결되며, 이때, 절연판(300)에 의해 고온시스템주변부(200)와 절연되는 연료전지 스택(100)은 음극 플레이트(201)를 구비할 수 있다. 절연판(300)에 의해 고온시스템주변부(200)와 절연된 연료전지 스택(100)들은 병렬로 연결될 수 있다. 그러므로, 하나의 모듈(1) 내에 복수의 연료전지 스택(100)은 직렬과 병렬을 혼합하여 출력을 변화시킬 수 있다.
또한, 하나의 고온시스템주변부(200)가 복수의 연료전지 스택(100)과 결합할 수 있다.
고온시스템주변부(200)의 구성요소들은 전술된 일 실시예의 촉매연소기(201), 공기예열기(202), 스팀발생기(203), 연료예열기(204), 연료개질기(205), 전력변환부(206), 송풍기(207) 및 펌프(208), 연료라인(209), 공기라인(210), 스팀라인(211), 배기라인(212), 연료공급라인(213), 라인관통부(214) 및 밀봉재(215)와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
대용량의 출력을 필요로 하는 경우는 모듈조작부(500)를 구비하여, 복수의 모듈(1)을 결합할 수 있다. 즉, 모듈 조작부(500)는 각각의 모듈(1)을 직렬, 병렬 또는 직병렬 혼합의 형태로 사용자가 필요한 대용량 전력에 맞게 변경할 수 있다.
또 다른 실시예로, 본 발명의 고체산화물 연료전지의 스택 모듈(3)은 도 5에 도시된 바와 같이 평판형 연료를 갖는 복수의 연료전지 스택(100), 연료전지 스택(100)의 하부에 결합하는 고온시스템주변부(200), 연료전지 스택(100)과 고온시스템주변부(200) 사이를 절연시키기 위한 절연판(300) 및 복수의 연료전지 스택(100)과 고온시스템주변부(200)를 둘러싸는 고온박스(400)를 포함할 수 있다.
연료전지 스택(100)의 구성요소는 일 실시예의 양극(101), 음극(102), 집전부전부스바(103) 및 조작부(104)와 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
고온시스템주변부(200)의 구성요소들은 하나의 고온시스템주변부(200) 내에복수개 구비된 연료전지 스택(100)의 수와 동일하게 구성될 수 있다.
전술된 일 실시예의 촉매연소기(201), 공기예열기(202), 스팀발생기(203), 연료예열기(204), 연료개질기(205), 전력변환부(206), 송풍기(207) 및 펌프(208), 연료라인(209), 스팀라인(211), 라인관통부(213) 및 밀봉재(215)는 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
공기라인(210), 배기라인(212), 연료공급라인(213)은 도 5에 도시된 바와 같이 분기 또는 결합하는 점 없이 해당하는 연료전지 스택(100)에 하나의 라인으로 개별적으로 연결될 수 있다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예들은, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항에 의해서만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 및 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경이 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한, 본 발명의 권리범위에 속하게 될 것이다.
1, 2, 3 : 고체산화물 연료전지의 스택 모듈
100 : 연료전지 스택 101 : 양극 플레이트
102 : 음극 플레이트 103 : 집전부스바
104 : 조작부 200 : 고온시스템주변부
201 : 촉매연소기 202 : 공기예열기
203 : 스팀발생기 204 : 연료예열기
205 : 연료개질기 206 : 전력변환부
207 : 송풍기 208 : 펌프
209 : 연료라인 210 : 공기라인
211 : 스팀라인 212 : 배기라인
213 : 연료공급라인 214 : 라인관통부
215 : 밀봉재 300 : 절연판
400 : 고온박스 500 : 모듈조작부

Claims (12)

  1. 평판형 고체 연료를 갖는 복수의 연료전지 스택과;
    상기 연료전지 스택의 하부에 결합하는 고온시스템주변부;
    상기 연료전지 스택과 상기 고온시스템주변부 사이를 절연시키기 위한 절연판;
    상기 복수의 연료전지 스택과 상기 고온시스템주변부를 에워싸는 고온박스를 포함하고
    상기 하나의 고온시스템주변부가 상기 복수의 연료전지 스택과 결합하는 것을 특징으로하는 고체산화물 연료전지의 스택 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 연료전지 스택은
    상기 스택의 양끝에 위치한 양극 플레이트 및 음극 플레이트와, 상기 양극 플레이트 및 음극 플레이트와 연결되며 고온박스 외부로 이어져 있는 집전부스바를 직렬과 병렬로 조합할 수 있는 조작부를 포함하고,
    상기 조작부는 필요로하는 출력에 따라 모두 직렬, 모두 병렬, 직렬과 병렬의 혼합 중 적어도 하나를 선택할 수 있는 것을 특징으로하는 고체산화물 연료전지의 스택 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 고온시스템주변부는,
    스택 배기가스의 연소를 위한 촉매 연소기와,
    연소 후 배기가스의 폐열회수를 위한 원통다관형 공기예열기와,
    물을 스팀으로 상변환하는 스팀발생기와, 연료를 예열하는 연료예열기와,
    수소가 다량 함유된 가스로 변환시키는 연료개질기와,
    생산된 직류전기의 전압을 조절해 주고 교류전기로 변환시키는 전력변환부와,
    상기 연료가 상기 연료예열기를 지나고, 상기 연료개질기로 공급되기 위해 이동하는 연료라인과,
    상기 공기가 열을 흡수할 수 있도록 상기 공기예열기 및 상기 연료전지 스택을 지나가고, 상기 가열된 공기의 열이 회수될 수 있도록 상기 연료개질기를 지나가는 공기라인과,
    상기 물을 스팀으로 변환하는 스팀발생기를 지나고, 상기 스팀을 연료개질기로 공급하는 스팀라인과,
    상기 연료전지 스택 내의 배기가스를 내보내는 배기라인과,
    상기 연료개질기에서 생성된 수소가 다량 함유된 가스를 상기 연료전지 스택 내로 공급하는 연료공급라인과,
    상기 연료라인, 상기 공기라인, 상기 배기라인이 상기 고온시스템주변부와 상기 연료전지 스택사이를 이동할 수 있도록, 상기 연료전지 스택와 상기 고온시스템주변부가 결합한 부분을 관통하는 라인관통부
    를 포함하는 것을 특징으로하는 고체산화물 연료전지의 스택 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 라인관통부는
    상기 고온시스템주변부에 형성된 위치와 동일하게, 상기 연료전지 스택과 상기 절연판 상에 구비되고, 상기 배기라인, 상기 공기라인 및 연료공급라인이 지나가는 것을 특징으로하는 고체산화물 연료전지의 스택 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고온시스템주변부는,
    연료전지 스택, 절연판 및 고온시스템주변부 사이의 틈과 상기 연료라인, 상기 공기라인, 상기 배기라인 및 상기 라인관통부 사이의 틈을 밀봉시키는 밀봉재를 포함하는 것을 특징으로하는 고체산화물 연료전지의 스택 모듈.
  6. 제2항에 있어서,
    복수의 고체산화물 연료전지의 스택 모듈을 원하는 출력에 따라 병렬, 직렬, 병렬과 직렬의 혼합 중 적어도 하나를 선택하여 연결할 수 있는 모듈조작부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 스택 모듈.
  7. 평판형 고체 연료를 갖는 복수의 연료전지 스택과;
    상기 복수의 연료전지 스택 중 일부의 음극과 음극플레이트 없이 직접 결합하는 고온시스템주변부;
    상기 고온시스템주변부와 결합하지 않은 연료전지 스택의 음극 플레이트와 상기 고온시스템주변부 사이를 절연시키는 절연판;
    상기 복수의 연료전지 스택과 상기 고온시스템주변부를 에워싸는 고온박스를 포함하고
    상기 하나의 고온시스템주변부가 상기 복수의 연료전지 스택과 결합하는 것을 특징으로하는 고체산화물 연료전지의 스택 모듈.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 고온시스템주변부와 직접 결합한 연료전지 스택은
    상기 절연판에 의해 상기 고온시스템주변부와 절연된 상기 연료전지 스택과 직렬로 연결되고,
    상기 절연판에 의해 상기 고온시스템주변부와 절연된 상기 연료전지 스택들은 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 스택 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 고온시스템주변부는,
    스택 배기가스의 연소를 위한 촉매 연소기와,
    연소 후 배기가스의 폐열회수를 위한 원통다관형 공기예열기와,
    물을 스팀으로 상변환하는 스팀발생기와, 연료를 예열하는 연료예열기와,
    수소가 다량 함유된 가스로 변환시키는 연료개질기와,
    생산된 직류전기의 전압을 조절해 주고 교류전기로 변환시키는 전력변환부와,
    상기 연료가 상기 연료예열기를 지나고, 상기 연료개질기로 공급되기 위해 이동하는 연료라인과,
    상기 공기가 열을 흡수할 수 있도록 상기 공기예열기 및 상기 연료전지 스택을 지나가고, 상기 가열된 공기의 열이 회수될 수 있도록 상기 연료개질기를 지나가는 공기라인과,
    상기 물을 스팀으로 변환하는 스팀발생기를 지나고, 상기 스팀을 연료개질기로 공급하는 스팀라인과,
    상기 연료전지 스택 내의 배기가스를 내보내는 배기라인과,
    상기 연료개질기에서 생성된 수소가 다량 함유된 가스를 상기 연료전지 스택 내로 공급하는 연료공급라인과,
    상기 연료라인, 상기 공기라인, 상기 배기라인이 상기 고온시스템주변부와 상기 연료전지 스택사이를 이동할 수 있도록, 상기 연료전지 스택와 상기 고온시스템주변부가 결합한 부분을 관통하는 라인관통부
    를 포함하는 것을 특징으로하는 고체산화물 연료전지의 스택 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 라인관통부는
    상기 고온시스템주변부에 형성된 위치와 동일하게, 상기 연료전지 스택과 상기 절연판 상에 구비되고, 상기 배기라인, 상기 공기라인 및 연료공급라인이 지나가는 것을 특징으로하는 고체산화물 연료전지의 스택 모듈.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 고온시스템주변부는,
    연료전지 스택, 절연판 및 고온시스템주변부 사이의 틈과 상기 연료라인, 상기 공기라인, 상기 배기라인 및 상기 라인관통부 사이의 틈을 밀봉시키는 밀봉재를 포함하는 것을 특징으로하는 고체산화물 연료전지의 스택 모듈.
  12. 제8항에 있어서,
    복수의 고체산화물 연료전지의 스택 모듈을 원하는 출력에 따라 병렬, 직렬, 병렬과 직렬의 혼합 중 적어도 하나를 선택하여 연결할 수 있는 모듈조작부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지의 스택 모듈.





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