KR20210010313A - Convergence system comprising molten carbonate fuel cell and solid oxide electrolysis cell - Google Patents
Convergence system comprising molten carbonate fuel cell and solid oxide electrolysis cell Download PDFInfo
- Publication number
- KR20210010313A KR20210010313A KR1020200070655A KR20200070655A KR20210010313A KR 20210010313 A KR20210010313 A KR 20210010313A KR 1020200070655 A KR1020200070655 A KR 1020200070655A KR 20200070655 A KR20200070655 A KR 20200070655A KR 20210010313 A KR20210010313 A KR 20210010313A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- solid oxide
- molten carbonate
- fuel cell
- type fuel
- carbonate type
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
- H01M16/003—Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
- C25B13/04—Diaphragms; Spacing elements characterised by the material
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
- H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
- H01M8/04089—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants
- H01M8/04097—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of gaseous reactants with recycling of the reactants
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
- H01M8/0656—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by electrochemical means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
- H01M8/0662—Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
- H01M8/0687—Reactant purification by the use of membranes or filters
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/14—Fuel cells with fused electrolytes
- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02B90/10—Applications of fuel cells in buildings
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용융탄산염형 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)와 고체산화물 수전해전지(Solid Oxide Electrolysis Cell, SOEC)가 서로 유기적인 관계로 구동하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolysis cell, and more particularly, a molten carbonate type fuel cell (MCFC) and a solid oxide electrolysis cell. , SOEC) is related to a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell driven in an organic relationship.
일반적으로 연료전지는 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지를 말한다. 연료전지는 화학전지와 달리 반응물이 외부에서 연속적으로 공급되고 반응생산물이 외부에서 제거된다. 연료전지의 가장 대표적 형태에는 수소-산소 연료전지가 있고 이 연료전지는 동작온도에 따라 고온형 연료전지와 저온형 연료전지로 나뉜다.In general, a fuel cell refers to a battery that directly converts chemical energy generated by oxidation into electrical energy. Unlike chemical cells, in fuel cells, reactants are continuously supplied from the outside and reaction products are removed from the outside. The most representative type of fuel cell is a hydrogen-oxygen fuel cell, and this fuel cell is divided into a high-temperature fuel cell and a low-temperature fuel cell according to the operating temperature.
가정용 및 산업용 연료전지 시스템은 일반적으로 전력과 열을 동시에 생산하는 열병합 발전을 수행한다. 연료전지 시스템은 천연가스를 연료로 이용하며 개질기에서 천연가스에 포함된 수소를 추출하여 연료전지의 스택에 공급한다. 연료전지의 스택은 전기화학반응에 의해 수소로부터 전기를 생산하며 발전과정에서 발생하는 폐열은 열회수장치로 회수하여 축열조에 저장한 후 보조보일러 등을 통해 난방 또는 온수를 위한 열원으로 사용된다.Household and industrial fuel cell systems generally perform combined heat and power generation to simultaneously produce power and heat. The fuel cell system uses natural gas as fuel and extracts hydrogen contained in natural gas from a reformer and supplies it to the stack of fuel cells. The stack of fuel cells produces electricity from hydrogen through an electrochemical reaction, and waste heat generated in the power generation process is recovered by a heat recovery device and stored in a heat storage tank, and then used as a heat source for heating or hot water through an auxiliary boiler.
이하, 연료전지의 작동원리를 간략하게 설명한다.Hereinafter, the operating principle of the fuel cell will be briefly described.
천연가스로부터 추출된 수소는 연료전지의 애노드(Anode)를 통과하고 산소는 캐소드(Cathode)를 통과한다. 수소와 산소는 전기 화학적으로 반응하여 물과 열을 생산한다. 이때, 전자가 전해질을 통과하면서 전극에는 직류전기가 흐르게 되며, 직류전기는 직류 전동기의 동력으로 사용되거나 전력변환기에 의해 교류전기로 바꾸어 사용된다. 연료전지에서 발생된 열은 증기를 발생시키거나 냉난방 열로 사용될 수 있으며, 사용되지 않을 경우에는 배기열로 배출된다.Hydrogen extracted from natural gas passes through the anode of the fuel cell and oxygen passes through the cathode. Hydrogen and oxygen react electrochemically to produce water and heat. At this time, as electrons pass through the electrolyte, direct current electricity flows through the electrode, and the direct current electricity is used as power of a direct current motor or converted into an alternating current electricity by a power converter. The heat generated from the fuel cell can generate steam or be used as heating and cooling heat, and when not used, it is discharged as exhaust heat.
연료전지는 전해질의 종류에 따라 구분되는데, 전해질로 용융탄산염을 사용하고 통상 650℃의 고온에서 작동하는 연료전지를 용융탄산염형 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC)라 한다. Fuel cells are classified according to the type of electrolyte. A fuel cell that uses molten carbonate as an electrolyte and operates at a high temperature of 650°C is referred to as a molten carbonate fuel cell (MCFC).
용융탄산염형 연료전지는 가정용/건물용/차량용으로 사용하는 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)에 비해 효율이 높고, 장시간 운전 성능이 좋아 발전용으로 사용하고 있다. 또한, 용융탄산염형 연료전지는 설비규모 대비 대용량 출력이 가능하고, 수명도 다른 연료전지들에 비해 길기 때문에 선박의 구동원으로 사용하기 위한 연구가 다양하게 이루어지고 있다.The molten carbonate type fuel cell is used for power generation because of its high efficiency and good long-term operation performance compared to the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) used for home/building/vehicle. In addition, the molten carbonate type fuel cell is capable of large-capacity output compared to the facility scale and has a longer lifespan than other fuel cells, so various studies for use as a driving source of a ship are being conducted.
본 발명은 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지를 유기적으로 결합하여 구동시 필요한 연료와 구동 후 발생한 부산물을 순환하여 서로 사용할 수 있는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell that can be used by circulating fuel required for driving and by-products generated after driving by organically combining a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell Its purpose is to provide.
또한, 본 발명은 시스템 동작에 필요한 구성을 최적화하여 시스템의 효율을 높이는데 다른 목적이 있다. In addition, the present invention has another object to increase the efficiency of the system by optimizing the configuration required for the system operation.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problem of the present invention is not limited to those mentioned above, and other problems that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
위의 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 캐소드 입력단(CI1)으로 공급된 산소와 애노드 입력단(AI1)으로 공급된 수소의 화학반응에 의해 전기를 생산하는 용융탄산염형 연료전지, 상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스를 연소기와 고체산화물 수전해전지로 배분하는 제1 밸브 및 상기 제1 밸브에서 배분된 배출가스의 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지를 포함하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 일 실시예로 제안한다.In order to solve the above problems, the present invention is a molten carbonate type fuel cell that generates electricity by a chemical reaction of oxygen supplied to the cathode input terminal (CI1) and hydrogen supplied to the anode input terminal (AI1), the molten carbonate type fuel A first valve that distributes the exhaust gas of the anode output terminal (AO1) of the battery to the combustor and the solid oxide hydroelectrolysis battery, and a solid oxide hydroelectrolysis battery that produces oxygen and hydrogen by electrolyzing the moisture of the exhaust gas distributed from the first valve. A fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide water electrolytic cell comprising a is proposed as an embodiment.
상기 제1 밸브는 운전 조건에 따라 상기 연소기 및 상기 고체산화물 수전해전지로의 배분 비율을 조절한다.The first valve adjusts the distribution ratio to the combustor and the solid oxide electrolytic cell according to an operating condition.
상기 운전 조건은, 상기 고체산화물 수전해전지가 최대로 가동되도록 상기 애노드 출력단(AO1) 배출가스를 상기 고체산화물 수전해전지로 배분하고, 잔여 배출가스를 상기 연소기로 배분한다.The operating conditions include the exhaust gas of the anode output terminal AO1 so that the solid oxide electrolytic cell is operated to the maximum. The solid oxide electrolytic cell is distributed, and the remaining exhaust gas is distributed to the combustor.
상기 애노드 출력단(AO1)과 상기 제1 밸브 사이에 배치되며, 상기 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 전해질을 제거하는 제1 필터를 더 포함할 수 있다.A first filter disposed between the anode output terminal AO1 and the first valve may further include a first filter for removing an electrolyte contained in the exhaust gas of the anode output terminal AO1.
상기 연소기는 상기 제1 밸브의 배출가스에 포함된 미반응 연료를 이용하여 외부 공기를 가열하고, 가열된 외부 공기는 상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 입력단으로 공급된다.The combustor heats external air by using unreacted fuel included in the exhaust gas of the first valve, and the heated external air is supplied to the cathode input terminal of the molten carbonate type fuel cell.
상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 출력단(AO2) 배출가스는 상기 외부 공기에 합류되어 상기 연소기로 공급된다.The exhaust gas of the anode output terminal AO2 of the solid oxide electrolytic battery is supplied to the combustor after being joined to the external air.
본 발명은, 캐소드 입력단(CI1)으로 공급된 산소와 애노드 입력단(AI1)으로 공급된 수소의 화학반응에 의해 전기를 생산하는 용융탄산염형 연료전지, 상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지 및 상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 입력단(AI2)과 상기 고체산화물 수전해전지의 핫박스로 배분하는 제2 밸브를 포함하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 다른 일 실시예로 제안한다.The present invention is a molten carbonate type fuel cell that generates electricity by a chemical reaction of oxygen supplied to the cathode input terminal (CI1) and hydrogen supplied to the anode input terminal (AI1), and the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate type fuel cell The solid oxide hydroelectrolyte cell that electrolyzes moisture contained in the exhaust gas to produce oxygen and hydrogen, and the cathode output terminal (CO1) of the molten carbonate type fuel cell, and the discharge gas to the anode input terminal (AI2) of the solid oxide water electrolysis battery Another embodiment proposes a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell including a second valve for distributing the solid oxide electrolytic cell to a hot box.
다른 일 실시예의 상기 제2 밸브는 운전 조건에 따라 상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 입력단(AI2)과 상기 고체산화물 수전해전지의 핫박스로의 배분 비율을 조절한다.In another embodiment, the second valve adjusts the distribution ratio between the anode input terminal AI2 of the solid oxide electrolytic cell and the solid oxide electrolytic cell to a hot box according to an operating condition.
상기 고체산화물 수전해전지의 핫박스의 폐열은 열교환기에 공급되어 외부 연료의 가열에 이용된다.Waste heat from the hot box of the solid oxide electrolytic cell is supplied to a heat exchanger and used for heating external fuel.
상기 캐소드 출력단(CO1)과 상기 제2 밸브 사이에 배치되며, 상기 캐소드 출력단(CO1) 배출가스에 포함된 전해질을 제거하는 제2 필터를 더 포함할 수 있다.A second filter disposed between the cathode output terminal CO1 and the second valve and configured to remove electrolyte contained in the exhaust gas of the cathode output terminal CO1 may be further included.
본 발명은, 캐소드 입력단(CI1)으로 공급된 산소와 애노드 입력단(AI1)으로 공급된 수소의 화학반응에 의해 전기를 생산하는 용융탄산염형 연료전지와, 상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지 및 상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 상기 고체산화물 수전해전지와, 외부 연료를 가열하는 열교환기로 배분하는 제2 밸브를 포함하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 다른 일 실시예로 제안한다.The present invention relates to a molten carbonate type fuel cell that generates electricity by a chemical reaction of oxygen supplied to the cathode input terminal (CI1) and hydrogen supplied to the anode input terminal (AI1), and the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate type fuel cell. ) The solid oxide electrolytic cell that produces oxygen and hydrogen by electrolyzing moisture contained in the exhaust gas, and the cathode output terminal (CO1) of the molten carbonate type fuel cell, heats the solid oxide electrolytic cell and external fuel. Another embodiment proposes a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell including a second valve distributed to a heat exchanger.
상기 제2 밸브는 운전 조건에 따라 상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 입력단(AI2)과 상기 열교환기로의 배분 비율을 조절한다.The second valve adjusts the distribution ratio between the anode input terminal AI2 of the solid oxide electrolytic cell and the heat exchanger according to an operating condition.
상기 제2 밸브는 운전 조건에 따라 상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 입력단(AI2), 상기 고체산화물 수전해전지의 핫박스, 및 상기 열교환기로 배분한다.According to operating conditions, the second valve transfers the exhaust gas from the cathode output terminal (CO1) of the molten carbonate type fuel cell to the anode input terminal (AI2) of the solid oxide electrolytic cell, a hot box of the solid oxide electrolytic cell, and the heat exchange. Allocate by period.
상기 캐소드 출력단(CO1)과 상기 제2 밸브 사이에 배치되며, 상기 캐소드 출력단(CO1) 배출가스에 포함된 전해질을 제거하는 제2 필터를 더 포함한다.It is disposed between the cathode output terminal (CO1) and the second valve, and further includes a second filter to remove the electrolyte contained in the discharge gas of the cathode output terminal (CO1).
본 발명은, 캐소드 입력단(CI1)으로 공급된 산소와 애노드 입력단(AI1)으로 공급된 수소의 화학반응에 의해 전기를 생산하는 용융탄산염형 연료전지, 상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 미반응 연료를 이용하여 외부 공기를 가열하는 연소기, 상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 열을 이용하여 외부 공기를 가열하는 공용히터, 상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스를 상기 연소기와 상기 공용히터로 배분하는 제1 밸브 및 상기 공용히터를 경유한 상기 애노드 출력단(AO1) 배출가스의 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지를 포함하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 다른 일 실시예로 제안한다.The present invention is a molten carbonate type fuel cell that generates electricity by a chemical reaction of oxygen supplied to the cathode input terminal (CI1) and hydrogen supplied to the anode input terminal (AI1), and the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate type fuel cell A combustor that heats the outside air using unreacted fuel contained in the exhaust gas, the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate type fuel cell, a common heater that heats the outside air by using the heat contained in the exhaust gas, the molten carbonate A first valve that distributes the exhaust gas of the anode output terminal (AO1) of the fuel cell to the combustor and the common heater, and the anode output terminal (AO1) through the common heater electrolyzes moisture in the exhaust gas to produce oxygen and hydrogen Another embodiment proposes a fusion system of a molten carbonate type fuel cell including a solid oxide electrolytic cell and a solid oxide electrolytic cell.
상기 제1 밸브는 운전 조건에 따라 상기 연소기 및 상기 고체산화물 수전해전지로의 배분 비율을 조절한다.The first valve adjusts the distribution ratio to the combustor and the solid oxide electrolytic cell according to an operating condition.
외부 공기를 상기 연소기와 상기 공용히터로 배분하는 제3 밸브를 더 포함할 수 있다.It may further include a third valve for distributing external air to the combustor and the common heater.
상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 출력단(AO2) 배출가스는 상기 제3 밸브에서 배분된 외부 공기에 합류되어 상기 연소기로 공급된다.The exhaust gas of the anode output terminal AO2 of the solid oxide electrolytic cell is supplied to the combustor after being joined with the external air distributed from the third valve.
상기 공용히터 및 상기 연소기에 의해 가열된 외부 공기는 상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 입력단으로 공급된다.External air heated by the common heater and the combustor is supplied to a cathode input terminal of the molten carbonate type fuel cell.
본 발명의 실시예에 의하면 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지가 구동할 때 필요한 연료와 구동 후 발생한 부산물을 순환하여 사용함으로써 수소 및 전력 생산량 대비 필요로 하는 연료를 최소화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the fuel required when the molten carbonate type fuel cell and the solid oxide electrolytic cell are driven and by-products generated after the drive are circulated and used, thereby minimizing the required fuel compared to the amount of hydrogen and power production.
본 발명의 실시예에 의하면 용융탄산염형 연료전지의 배출가스에 포함된 미반응 수소를 수전해전지에 공급함으로써 수소 생산 효율을 증대할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the hydrogen production efficiency can be increased by supplying unreacted hydrogen contained in the exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell to the water electrolytic cell.
본 발명의 실시예에 의하면 용융탄산염형 연료전지의 배출가스에 포함된 폐열을 고체산화물 수전해전지의 핫박스에 공급함으로써 핫박스의 가동 조건을 유지하기 위한 에너지 소모를 최소화할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, waste heat included in the exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is supplied to the hot box of the solid oxide electrolytic cell, thereby minimizing energy consumption for maintaining the operating conditions of the hot box.
본 발명의 실시예에 의하면 용융탄산염형 연료전지의 배출가스를 운전조건에 따라 제어 밸브를 이용하여 연소기와 고체산화물 수전해전지에 적절히 배분함으로써 운전자가 원하는 가동 목적 또는 가동 효율을 용이하게 달성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by appropriately distributing the exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell to the combustor and the solid oxide electrolytic cell using a control valve according to the operating conditions, it is possible to easily achieve the operation purpose or operation efficiency desired by the driver. have.
본 발명의 실시예에 의하면 용융탄산염형 연료전지의 배출가스에 포함된 폐열을 외부 연료의 가열을 위한 열교환기에 공급함으로써 시스템의 효율을 높일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the efficiency of the system can be improved by supplying waste heat contained in exhaust gas of a molten carbonate type fuel cell to a heat exchanger for heating external fuel.
본 발명의 실시예에 의하면 용융탄산염형 연료전지의 배출가스에 포함된 폐열을 운전조건에 따라 제어 밸브를 이용하여 고체산화물 수전해전지의 핫박스와 열교환기에 적절히 배분함으로써 운전자가 원하는 가동 목적 또는 가동 효율을 용이하게 달성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, waste heat contained in the exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is appropriately distributed to the hot box and heat exchanger of the solid oxide electrolytic cell by using a control valve according to the operating conditions, Efficiency can be achieved easily.
본 발명의 실시예에 의하면 용융탄산염형 연료전지의 배출가스를 운전조건에 따라 제어 밸브를 이용하여 고체산화물 수전해전지, 고체산화물 수전해전지의 핫박스 및 열교환기에 적절히 배분함으로써 운전자가 원하는 가동 목적 또는 가동 효율을 용이하게 달성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is appropriately distributed to the solid oxide electrolytic cell, the hot box of the solid oxide electrolytic cell, and the heat exchanger using a control valve according to the operating conditions, so that the desired operation purpose Alternatively, operation efficiency can be easily achieved.
본 발명의 실시예에 의하면 용융탄산염형 연료전지의 배출가스를 운전조건에 따라 제어 밸브를 이용하여 연소기와 외부 공기를 가열하기 위한 공용히터에 적절히 배분함으로써 운전자가 원하는 가동 목적 또는 가동 효율을 용이하게 달성할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by appropriately distributing the exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell to a common heater for heating the combustor and outside air using a control valve according to the operating conditions, the operation purpose or operation efficiency desired by the driver can be easily achieved. Can be achieved.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other effects that are not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.
도 6은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.1 is a block diagram showing a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell according to another embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell according to another embodiment of the present invention.
4 is a block diagram showing a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell according to another embodiment of the present invention.
5 is a block diagram showing a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell according to another embodiment of the present invention.
6 is a block diagram showing a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell according to another embodiment of the present invention.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Since the description of the present invention is merely an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiments described in the text. That is, since the embodiments can be variously changed and have various forms, the scope of the present invention should be understood to include equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only those effects, the scope of the present invention should not be understood as being limited thereto.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.Meanwhile, the meaning of terms described in the present application should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Terms such as "first" and "second" are used to distinguish one component from other components, and the scope of rights is not limited by these terms. For example, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may be referred to as a first component.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" to another component, it should be understood that although it may be directly connected to the other component, another component may exist in the middle. On the other hand, when it is mentioned that a certain component is "directly connected" to another component, it should be understood that no other component exists in the middle. On the other hand, other expressions describing the relationship between the constituent elements, that is, "between" and "just between" or "neighboring to" and "directly neighboring to" should be interpreted as well.
단수의 표현은 문맥상 명백히 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Singular expressions are to be understood as including plural expressions unless the context clearly indicates otherwise, and terms such as “comprise” or “have” refer to implemented features, numbers, steps, actions, components, parts, or It is to be understood that it is intended to designate that a combination exists and does not preclude the presence or addition of one or more other features or numbers, steps, actions, components, parts, or combinations thereof.
각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.In each step, the identification code (for example, a, b, c, etc.) is used for convenience of explanation, and the identification code does not describe the order of each step, and each step has a specific sequence clearly in context. Unless otherwise stated, it may occur differently from the stated order. That is, each of the steps may occur in the same order as specified, may be performed substantially simultaneously, or may be performed in the reverse order.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the field to which the present invention belongs, unless otherwise defined. Terms defined in commonly used dictionaries should be construed as having meanings in the context of related technologies, and cannot be construed as having an ideal or excessive formal meaning unless explicitly defined in the present application.
<제1 실시예><First Example>
도 1은 제1 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.1 is a block diagram showing a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell according to a first embodiment.
제1 실시예의 융복합 시스템은 용융탄산염형 연료전지(MCFC)(10), 밸브 시스템(valve system)(20), 고체산화물 수전해전지(SOEC)(30), 연소기(oxidizer)(40)를 포함하며, 압축기(compressor)(50) 및 개질 시스템(reforming system)(60)을 더 포함할 수 있다.The convergence system of the first embodiment includes a molten carbonate type fuel cell (MCFC) 10, a
용융탄산염형 연료전지(10)는 캐소드 입력단(Cathode In, CI1)에 공급된 산소와 애노드 입력단(Anode In, AI1)에 공급된 수소와의 화학반응을 통해 전기를 생산한다.The molten carbonate
용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(Anode Out, AO1)에는 [표 1]과 같은 조성의 가스(이하 '애노드 배출가스'라 함)(anode off gas)가 배출된다. A gas having the composition as shown in [Table 1] (hereinafter referred to as'anode exhaust gas') (anode off gas) is discharged to the anode output (AO1) of the molten carbonate type fuel cell.
또한 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1)에는 [표 2]과 같은 조성의 가스(이하 '캐소드 배출가스'라 함)(cathode off gas)가 배출된다.In addition, a gas having the composition shown in Table 2 (hereinafter referred to as'cathode exhaust gas') (cathode off gas) is discharged to the cathode output terminal (CO1) of the molten carbonate type fuel cell.
밸브 시스템(20)은 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스를 연소기(40)와 고체산화물 수전해전지(30)로 배분하는 제1 밸브(22)를 포함한다. 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스는 제1 밸브(22)에 의해 고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 입력단(CI2)으로 배분된다. The
제1 밸브(22)는 운전 조건에 따라 고체산화물 수전해전지(30) 및 연소기(40)로의 배분 비율을 조절한다. 운전 조건은 운전자에 의해 입력되거나, 각종 센서에 의해 수집된 정보를 미리 정해진 알고리즘에 의해 분석 및 가공됨으로써 자동으로 생성될 수 있다. The
운전 조건의 일례로, 고체산화물 수전해전지(30)에서 생산할 수소량을 들 수 있다. 즉, 고체산화물 수전해전지(30)의 가동을 최우선으로 하는 운전 조건이라면, 제1 밸브(22)는 고체산화물 수전해전지(30)가 최대로 가동되도록 애노드 출력단(AO1) 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30)로 배분하고, 잔여 배출가스를 연소기(40)로 배분한다.As an example of the operating conditions, the amount of hydrogen to be produced in the solid oxide
운전 조건의 다른 일례로, 고체산화물 수전해전지(30)의 가동을 멈추는 운전 조건을 설정할 수 있다. 고체산화물 수전해전지(30)에 일시적 문제가 발생했거나 소모적 구성에 기능적 열화가 발생하여 관리(maintenance)를 위해 가동을 멈추어야 할 경우가 발생할 수 있기 때문이다. 이 경우, 제1 밸브(22)는 고체산화물 수전해전지(30)로의 배분을 제로로 만들고 애노드 출력단(AO1) 배출가스 전부를 연소기(40)로 배분한다.As another example of the operating conditions, the operating conditions for stopping the operation of the solid oxide
밸브 시스템(20)은 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1)과 제1 밸브(22) 사이에 배치되는 제1 필터(21)를 더 포함할 수 있다. 제1 필터(21)는 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 전해질을 제거한다. 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 점성을 가진 전해질이 후단의 제1 밸브(22) 및 고체산화물 수전해전지에 지속적으로 누적되면서 기능의 저하를 초래할 수 있기 때문이다. 제1 필터(21)로 세라믹 또는 금속 소재의 정전 방식 필터가 사용될 수 있다. 또한 헤파(HEPA), 울파(ULPA), 염화, 매체(Medium), 포켓(Porket) 중 하나의 필터가 사용될 수도 있다.The
고체산화물 수전해전지(30)는 제1 밸브(22)에서 배분된 배출가스의 수분(H2O)을 전기분해하여 산소와 수소를 생산한다. The solid oxide
고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 입력단(CI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스가 공급되고, 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스가 공급된다. 보다 상세하게는, 고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 입력단(CI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스 중 주로 수분(H2O)이 공급되고, 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스 중 산소(O2)가 공급된다.The anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is supplied to the cathode input terminal (CI2) of the solid oxide
고체산화물 수전해전지(30)의 전기분해 작용에 의해 애노드 출력단(AO2)으로는 산소(O2)가 포함된 가스가 배출되고, 캐소드 출력단(CO2)으로는 수소(H2)가 포함된 가스가 배출된다.The gas containing oxygen (O2) is discharged to the anode output terminal (AO2) and the gas containing hydrogen (H2) is discharged to the cathode output terminal (CO2) by the electrolysis of the solid oxide
연소기(40)는 제1 밸브(22)에 의해 배분된 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스에 포함된 미반응 연료를 이용하여 외부 공기(outer air, OA)를 가열한다. 미반응 연료에는 수소(H2)가 포함될 수 있다. 연소기(40)에 의해 가열된 외부 공기는 용융탄산염형 연료전지(10)의 캐소드 입력단(CI1)으로 공급된다.The combustor 40 heats outer air (OA) using unreacted fuel included in the anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell distributed by the
고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 출력단(AO2) 배출가스는 상기 외부 공기에 합류되어 연소기(40)로 공급될 수 있다. 연소기(40)는 애노드 출력단(AO2) 배출가스에 포함된 산소(O2)를 이용하여 연소 효율을 높일 수 있다.The exhaust gas of the anode output terminal AO2 of the solid oxide
압축기(50)는 고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 출력단(CO2) 배출가스를 압축한다. 압축된 배출가스(Compressed Gas, CG)에는 수소가 다량으로 포함되어 있으며 추후 용융탄산염형 연료전지(10)의 연료로 사용되거나 후단에 마련된 수소탱크(도면에 미도시)에 저장될 수 있다.The
개질 시스템(60)은 천연가스(Natural Gas, NG), 프로판가스(Propane Gas) 등의 외부 연료를 승온시키기 위한 열교환기(exchanger)(62), 승온된 외부 연료를 개질하여 수소(H2)를 생산하기 위한 개질기(reformer)(63), 및 생산된 수소를 적정 온도로 예열하기 위한 과열기(super heater)(61)를 포함한다. 개질 시스템(60)에 의해 생산된 수소 연료는 용융탄산염형 연료전지(10)의 애노드 입력단(AI1)으로 공급된다.The reforming
선택적인 실시예(optional embodiment 1, OE1)로서, 용융탄산염형 연료전지(10)의 캐소드 배출가스 중 일부는 분기되어 개질 시스템(60)의 과열기(61)로 공급될 수 있다. 과열기(61)는 용융탄산염형 연료전지(10)의 캐소드 배출가스에 포함된 열을 이용하여 개질기에서 애노드 입력단(AI1)으로 공급되는 가스의 온도를 높인다.As an optional embodiment (OE1), some of the cathode exhaust gas of the molten carbonate
선택적인 다른 실시예(optional embodiment 2, OE2)로서, 과열기(61)에서 생성된 열의 일부는 열교환기(62)에 배분되어 열교환기(62)로 유입된 외부 연료(NG+H2O 혼합가스)의 온도를 높일 수 있다.As an optional embodiment 2 (OE2), a part of the heat generated by the
선택적인 다른 실시예(optional embodiment 3, OE3)로서, 고체산화물 수전해전지의 핫박스(31)의 폐열은 개질 시스템(60)의 열교환기(62)에 공급되어 외부 연료의 가열에 이용될 수 있다.As an optional embodiment 3 (OE3), waste heat from the
<제2 실시예><Second Example>
도 2는 제2 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.2 is a block diagram showing a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell according to a second embodiment.
제2 실시예의 융복합 시스템은 용융탄산염형 연료전지(10), 밸브 시스템(20-1), 고체산화물 수전해전지(30), 연소기(40)를 포함하며, 압축기(50) 및 개질 시스템(60)을 더 포함할 수 있다.The fusion system of the second embodiment includes a molten carbonate
용융탄산염형 연료전지(10)는 제1 실시예의 설명으로 대신한다.The molten carbonate
밸브 시스템(20-1)은 용융탄산염형 연료전지(10)의 캐소드 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30)와 고체산화물 수전해전지의 핫박스(31)로 배분하는 제2 밸브(24-1)를 포함한다. 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스 중 일부는 제2 밸브(24-1)에 의해 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)으로 배분된다. 보다 상세하게는, 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스 중 산소가 공급되고, 고체산화물 수전해전지의 핫박스(31)에는 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스 중 주로 열이 전달된다.The valve system 20-1 is a second valve 24- for distributing the cathode exhaust gas of the molten carbonate
제2 밸브(24-1)는 운전 조건에 따라 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2) 및 고체산화물 수전해전지의 핫박스(31)로의 배분 비율을 조절한다.The second valve 24-1 adjusts the distribution ratio of the anode input terminal AI2 of the solid oxide
운전 조건의 일례로, 고체산화물 수전해전지(30)에서 생산할 수소량을 들 수 있다. 즉, 고체산화물 수전해전지(30)의 가동을 최우선으로 하는 운전 조건이라면, 제2 밸브(24-1)는 고체산화물 수전해전지(30)가 최대로 가동되도록 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)으로 배분하고, 잔여 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30)의 핫박스(31)로 배분한다.As an example of the operating conditions, the amount of hydrogen to be produced in the solid oxide
밸브 시스템(20)은 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1)과 제2 밸브(24-1) 사이에 배치되는 제2 필터(23)을 더 포함할 수 있다. 제2 필터(23)는 캐소드 출력단(CO1) 배출가스에 포함된 전해질을 제거한다. 캐소드 출력단(CO1) 배출가스에 포함된 점성을 가진 전해질이 후단의 제2 밸브(24-1) 및 고체산화물 수전해전지(30)에 지속적으로 누적되면서 기능의 저하를 초래할 수 있기 때문이다. 제2 필터(23)로 세라믹 또는 금속 소재의 정전 방식 필터가 사용될 수 있다. 또한 헤파(HEPA), 울파(ULPA), 염화, 매체(Medium), 포켓(Porket) 중 하나의 필터가 사용될 수도 있다.The
고체산화물 수전해전지(30)는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스에 포함된 수분(H2O)을 전기분해하여 산소와 수소를 생산한다. The solid oxide
고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 입력단(CI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스가 직접 공급될 수도 있고, 제1 밸브(31)를 경유하여 공급될 수도 있다. The anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell may be directly supplied to the cathode input terminal CI2 of the solid oxide
그 외에 고체산화물 수전해전지(30)의 다른 상세한 설명들과, 연소기(40), 압축기(50), 및 개질 시스템(60)의 상세한 설명은 실시예 1과 동일하다.In addition, other detailed descriptions of the solid oxide
또한, OE1 내지 OE3의 선택적 실시예 역시 실시예 1 과 동일하게 적용될 수 있다. In addition, optional embodiments of OE1 to OE3 may be applied in the same manner as in Example 1.
<제3 실시예><Third Example>
도 3은 제3 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.3 is a block diagram showing a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell according to a third embodiment.
제3 실시예의 융복합 시스템은 용융탄산염형 연료전지(10), 밸브 시스템(20-2), 고체산화물 수전해전지(30), 연소기(40)를 포함하며, 압축기(50) 및 개질 시스템(60)을 더 포함할 수 있다.The fusion system of the third embodiment includes a molten carbonate
용융탄산염형 연료전지(10)는 제1 실시예의 설명으로 대신한다.The molten carbonate
밸브 시스템(20-2)은 용융탄산염형 연료전지(10)의 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30)와 개질 시스템(60)의 열교환기(62)로 배분하는 제2 밸브(24-2)를 포함한다. 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스 중 일부는 제2 밸브(24-2)에 의해 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)으로 배분된다. 보다 상세하게는, 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스 중 산소가 공급되고, 개질 시스템(60)의 열교환기(62)에는 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스를 통해 주로 열이 전달된다.The valve system 20-2 distributes the exhaust gas of the cathode output terminal (CO1) of the molten carbonate
제2 밸브(24-2)는 운전 조건에 따라 고체산화물 수전해전지(30) 및 개질 시스템(60)의 열교환기(62)로의 배분 비율을 조절한다. The second valve 24-2 adjusts the distribution ratio of the solid oxide
운전 조건의 일례로, 고체산화물 수전해전지(30)에서 생산할 수소량을 들 수 있다. 즉, 고체산화물 수전해전지(30)의 가동을 최우선으로 하는 운전 조건이라면, 제2 밸브(24-2)는 고체산화물 수전해전지(30)가 최대로 가동되도록 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)으로 배분하고, 잔여 배출가스를 개질 시스템(60)의 열교환기(62)로 배분한다.As an example of the operating conditions, the amount of hydrogen to be produced in the solid oxide
운전 조건의 다른 일례로, 고체산화물 수전해전지(30)의 가동을 멈추는 운전 조건을 설정할 수 있다. 즉, 제1 밸브(24-2)는 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)으로의 배분을 제로로 만들고 애노드 출력단(AO1) 배출가스 전부를 열교환기(62)로 배분한다.As another example of the operating conditions, the operating conditions for stopping the operation of the solid oxide
밸브 시스템(20-2)은 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1)과 제2 밸브(24-2) 사이에 배치되는 제2 필터(23)을 더 포함할 수 있다. 제2 필터(23)의 역할은 제2 실시예의 설명과 동일하다.The valve system 20-2 may further include a
고체산화물 수전해전지(30)는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스에 포함된 수분(H2O)을 전기분해하여 산소와 수소를 생산한다. The solid oxide
고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 입력단(CI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스가 직접 공급될 수도 있고, 제1 밸브(31)를 경유하여 공급될 수도 있다. 그 외에 고체산화물 수전해전지(30)의 다른 상세한 설명들은 실시예 1 또는 실시예 2와 동일하다. The anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell may be directly supplied to the cathode input terminal CI2 of the solid oxide
연소기(40), 압축기(50), 및 개질 시스템(60) 역시 실시예 1 또는 실시예 2와 동일하다.The
또한, OE1 내지 OE3의 선택적 실시예 역시 실시예 1 과 동일하게 적용될 수 있다. In addition, optional embodiments of OE1 to OE3 may be applied in the same manner as in Example 1.
<제4 실시예><Fourth Example>
도 4는 제4 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.4 is a block diagram showing a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell according to a fourth embodiment.
제4 실시예의 융복합 시스템은 용융탄산염형 연료전지(10), 밸브 시스템(20-3), 고체산화물 수전해전지(30), 연소기(40)를 포함하며, 압축기(50) 및 개질 시스템(60)을 더 포함할 수 있다.The fusion system of the fourth embodiment includes a molten carbonate
용융탄산염형 연료전지(10)는 제1 실시예의 설명으로 대신한다.The molten carbonate
밸브 시스템(20-3)은 용융탄산염형 연료전지(10)의 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30), 고체산화물 수전해전지(30)의 핫박스(31), 및 개질 시스템(60)의 열교환기(62)로 배분하는 제2 밸브(24-3)를 포함한다. The valve system 20-3 converts the exhaust gas from the cathode output terminal (CO1) of the molten carbonate
제2 밸브(24-3)는 운전 조건에 따라 고체산화물 수전해전지(30), 고체산화물 수전해전지(30)의 핫박스(31), 및 개질 시스템(60)의 열교환기(62)로의 배분 비율을 조절한다. The second valve 24-3 is applied to the solid oxide
운전 조건의 일례로, 고체산화물 수전해전지(30)에서 생산할 수소량을 들 수 있다. 즉, 고체산화물 수전해전지(30)의 가동을 최우선으로 하는 운전 조건이라면, 제2 밸브(24-2)는 고체산화물 수전해전지(30)가 최대로 가동되도록 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)으로 배분하고, 잔여 배출가스를 고체산화물 수전해전지(30)의 핫박스(31)와 개질 시스템(60)의 열교환기(62)로 배분한다. 여기서, 잔여 배출가스의 핫박스(31) 및 열교환기(62) 배분 비율 역시 다양한 서브 운전 조건에 따라 조절될 수 있다.As an example of the operating conditions, the amount of hydrogen to be produced in the solid oxide
운전 조건의 다른 일례로, 고체산화물 수전해전지(30)의 가동을 멈추는 운전 조건을 설정할 수 있다. 즉, 제1 밸브(24-2)는 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)과 핫박스(31)로의 배분을 제로로 만들고, 애노드 출력단(AO1) 배출가스 전부를 열교환기(62)로 배분한다.As another example of the operating conditions, the operating conditions for stopping the operation of the solid oxide
제2 밸브(24-3)를 제외한 나머지 기술 구성들의 설명은 제2 실시예 또는 제3 실시예와 동일하다. The description of the technical components other than the second valve 24-3 is the same as in the second or third embodiment.
<제5 실시예><Fifth Example>
도 5는 제5 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.5 is a block diagram showing a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell according to a fifth embodiment.
제5 실시예의 융복합 시스템은 용융탄산염형 연료전지(10), 밸브 시스템(20-4), 고체산화물 수전해전지(30), 연소기(40), 공용히터(70)를 포함하며, 압축기(50) 및 개질 시스템(60)을 더 포함할 수 있다.The convergence system of the fifth embodiment includes a molten carbonate
용융탄산염형 연료전지(10)는 제1 실시예의 설명으로 대신한다.The molten carbonate
밸브 시스템(20-4)은 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스를 연소기(40)와 공용히터(70)으로 배분하는 제1 밸브(22-4)를 포함한다. 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스는 제1 밸브(22-4)와 공용히터(70)를 경유하여 고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 입력단(CI2)으로 공급된다.The valve system 20-4 includes a first valve 22-4 for distributing the anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell to the
제1 밸브(22-4)는 운전 조건에 따라 공용히터(70) 및 연소기(40)로의 배분 비율을 조절한다. 운전 조건의 실시예는 애노드 배출가스(AO1)이 공용히터(70)를 경유하여 고체산화물 수전해전지(30)로 공급되는 것을 제외하고 제1 실시예와 동일하게 적용될 수 있다. The first valve 22-4 adjusts the distribution ratio to the
밸브 시스템(20-4)은 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1)과 제1 밸브(22) 사이에 배치되는 제1 필터(21)를 더 포함할 수 있다.The valve system 20-4 may further include a
고체산화물 수전해전지(30)는 공용히터(70)에 의해 가열된 용융탄산염형 연료전지 애노드 배출가스의 수분(H2O)을 전기분해하여 산소와 수소를 생산한다.The solid oxide
고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 입력단(CI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스가 공급되고, 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스가 공급된다. The anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is supplied to the cathode input terminal (CI2) of the solid oxide
보다 상세하게는, 고체산화물 수전해전지(30)의 캐소드 입력단(CI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스 중 주로 수분(H2O)이 공급되고, 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)에는 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스 중 산소(O2)가 공급된다. More specifically, moisture (H2O) is mainly supplied to the cathode input terminal (CI2) of the solid oxide
또한 실시예 2 내지 실시예 4에서 설명한 바와 같이 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 배출가스는 제2 필터(23) 및/또는 제2 밸브(24, 24-1, 24-2, 24-3 중 어느 하나)를 경유하여 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 입력단(AI2)에 공급될 수도 있다.In addition, as described in Examples 2 to 4, the cathode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell is the
고체산화물 수전해전지(30)의 전기분해 작용에 의해 애노드 출력단(AO2)으로는 산소(O2)가 포함된 가스가 배출되고, 캐소드 출력단(CO2)으로는 수소(H2)가 포함된 가스가 배출된다.The gas containing oxygen (O2) is discharged to the anode output terminal (AO2) and the gas containing hydrogen (H2) is discharged to the cathode output terminal (CO2) by the electrolysis of the solid oxide
연소기(40)는 제1 밸브(22)에 의해 배분된 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스에 포함된 미반응 연료를 이용하여 외부 공기(outer air, OA)를 가열한다. 미반응 연료에는 수소(H2)가 포함될 수 있다. 외부 공기(OA)는 공용히터(70)에 의해 1차 승온된 후 연소기(40)에 입력될 수 있다. 또한 고체산화물 수전해전지(30)의 애노드 출력단(AO2) 배출가스는 외부 공기에 합류되어 연소기(40)로 공급될 수 있다. 연소기(40)는 애노드 출력단(AO2) 배출가스에 포함된 산소(O2)를 이용하여 연소 효율을 높인다.The combustor 40 heats outer air (OA) using unreacted fuel included in the anode exhaust gas of the molten carbonate type fuel cell distributed by the
연소기(40)에 의해 가열된 외부 공기는 용융탄산염형 연료전지(10)의 캐소드 입력단(CI1)으로 공급된다.External air heated by the
압축기(50) 및 개질 시스템(60)은 실시예 1 내지 실시예 4의 설명과 동일하다.The
공용히터(70)는 적어도 2가지 기능을 담당한다. 첫째로, 공용히터(70)는 제1 밸브(22-4)로부터 제공받은 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스를 가열한다. 가열된 용융탄산염형 연료전지 애노드 배출가스는 고체산화물 수전해전지의 캐소드 입력단(CI2)로 이동된다. 둘째로, 공용히터(70)는 외부 공기를 1차로 예열한다. 예열된 외부 공기는 연소기(40)로 이동된다.The
공용히터(70)는 하나의 히터일 수 있지만, 제1 히터(71)와 제2 히터(72)로 구분될 수도 있다. 제1 히터(71)는 제1 밸브(22-4)로부터 제공받은 용융탄산염형 연료전지의 애노드 배출가스를 가열하고, 제2 히터(72)는 외부 공기를 1차로 예열한다. The
제1 히터(71)와 제2 히터(72) 공용 열원을 사용할 수 있다. 공용 열원을 사용할 경우, 열 효율을 높이기 위해 제1 히터(71)와 제2 히터(72)는 서로 인접하게 배치되거나 격벽에 의하여 서로 구획되는 구조를 가질 수 있다.A common heat source for the
<제6 실시예><Sixth Example>
도 6은 제6 실시예에 따른 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템을 도시하는 블록 구성도이다.6 is a block diagram showing a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell according to a sixth embodiment.
제6 실시예의 융복합 시스템은 용융탄산염형 연료전지(10), 밸브 시스템(20-4), 고체산화물 수전해전지(30), 연소기(40), 공용히터(70), 제3밸브(80)를 포함하며, 압축기(50) 및 개질 시스템(60)을 더 포함할 수 있다.The fusion system of the sixth embodiment includes a molten carbonate
용융탄산염형 연료전지(10), 밸브 시스템(20-4), 고체산화물 수전해전지(30), 연소기(40), 공용히터(70), 제3밸브(80), 압축기(50) 및 개질 시스템(60)의 설명은 제5 실시예의 설명과 동일하므로, 제3 밸브(80)에 대하여만 설명한다.Molten carbonate type fuel cell (10), valve system (20-4), solid oxide electrolytic cell (30), combustor (40), common heater (70), third valve (80), compressor (50) and reforming Since the description of the
제3 밸브(80)는 외부 공기 인렛(inlet)과 공용히터(70) 사이에 배치된다. 외부 공기는 제3 밸브(80)에 의해 연소기(40)와 공용히터(70)로 배분된다. 외부 공기의 일부는 제3 밸브(80)에 의해 분기되고, 고체산화물 수전해전지의 애노드 출력단(AO2) 배출가스과 합류된 후, 연소기(40)로 입력된다. 또한 외부 공기의 다른 일부는 공용히터(70)에 의해 예열된 후, 연소기(40)로 입력된다.The
제3 밸브(80)는 운전 조건에 따라 연소기(40)와 공용히터(70)로의 배분 비율을 조절할 수 있다.The
운전 조건의 예로, 연소기(40)의 출구 온도가 미리 설정된 값으로 일정하게 유지되는 조건을 들 수 있다. 즉, 제3 밸브(80)는 연소기(40)의 출력단에 설치된 온도 센서(미도시)를 모니터링하면서 출구 온도가 기준값에 비해 높아지면 연소기(40)로 유입되는 외부 공기의 배분 비율을 높이고, 출구 온도가 기준값에 비해 낮아지면 공용히터(70)로의 배분 비율을 높인다.An example of the driving condition is a condition in which the outlet temperature of the
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments described in the present specification and the accompanying drawings are merely illustrative of some of the technical ideas included in the present invention. Accordingly, it is obvious that the embodiments disclosed in the present specification are not intended to limit the technical idea of the present disclosure, but to explain the technical idea, and thus the scope of the technical idea of the present disclosure is not limited by these embodiments. Modification examples and specific embodiments that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the present invention should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
10 : 용융탄산염형 연료전지
20 : 밸브 시스템
30 : 고체산화물 수전해전지
40 : 연소기
50 : 압축기
60 : 개질 시스템
70 : 공용히터
80 : 제3밸브10: molten carbonate type fuel cell 20: valve system
30: solid oxide electrolytic cell 40: combustor
50: compressor 60: reforming system
70: common heater 80: third valve
Claims (19)
상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스를 연소기와 고체산화물 수전해전지로 배분하는 제1 밸브; 및
상기 제1 밸브에서 배분된 배출가스의 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지
를 포함하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.A molten carbonate type fuel cell that generates electricity by a chemical reaction of oxygen supplied to the cathode input terminal CI1 and hydrogen supplied to the anode input terminal AI1;
A first valve for distributing the exhaust gas of the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate type fuel cell to a combustor and a solid oxide electrolytic cell; And
A solid oxide electrolytic battery producing oxygen and hydrogen by electrolyzing the moisture of the exhaust gas distributed from the first valve
Convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell comprising a.
상기 제1 밸브는 운전 조건에 따라 상기 연소기 및 상기 고체산화물 수전해전지로의 배분 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.The method of claim 1,
The first valve is a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell, characterized in that controlling the distribution ratio to the combustor and the solid oxide electrolytic cell according to operating conditions.
상기 운전 조건은, 상기 고체산화물 수전해전지가 최대로 가동되도록 상기 애노드 출력단(AO1) 배출가스를 상기 고체산화물 수전해전지로 배분하고, 잔여 배출가스를 상기 연소기로 배분하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.The method of claim 2,
The operating conditions include the exhaust gas of the anode output terminal AO1 so that the solid oxide electrolytic cell is operated to the maximum. A fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell, characterized in that distribution to the solid oxide electrolytic cell and residual exhaust gas to the combustor.
상기 애노드 출력단(AO1)과 상기 제1 밸브 사이에 배치되며, 상기 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 전해질을 제거하는 제1 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.The method of claim 1,
A molten carbonate type fuel cell and solid oxide, further comprising a first filter disposed between the anode output terminal AO1 and the first valve, and for removing the electrolyte contained in the exhaust gas of the anode output terminal AO1. Convergence system of water electrolysis battery.
상기 연소기는 상기 제1 밸브의 배출가스에 포함된 미반응 연료를 이용하여 외부 공기를 가열하고,
가열된 외부 공기는 상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 입력단으로 공급되는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.The method of claim 1,
The combustor heats external air using unreacted fuel included in the exhaust gas of the first valve,
The heated external air is supplied to the cathode input terminal of the molten carbonate type fuel cell. A fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell.
상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 출력단(AO2) 배출가스는 상기 외부 공기에 합류되어 상기 연소기로 공급되는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.The method of claim 5,
A fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell, characterized in that the exhaust gas of the anode output terminal (AO2) of the solid oxide electrolytic cell is supplied to the combustor after being joined to the external air.
상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지; 및
상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 입력단(AI2)과 상기 고체산화물 수전해전지의 핫박스로 배분하는 제2 밸브
를 포함하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.A molten carbonate type fuel cell that generates electricity by a chemical reaction of oxygen supplied to the cathode input terminal CI1 and hydrogen supplied to the anode input terminal AI1;
A solid oxide electrolytic cell for producing oxygen and hydrogen by electrolyzing moisture contained in the exhaust gas of the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate type fuel cell; And
A second valve for distributing the exhaust gas from the cathode output terminal (CO1) of the molten carbonate type fuel cell to the anode input terminal (AI2) of the solid oxide electrolytic cell and the hot box of the solid oxide electrolytic cell
Convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell comprising a.
상기 제2 밸브는 운전 조건에 따라 상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 입력단(AI2)과 상기 고체산화물 수전해전지의 핫박스로의 배분 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.The method of claim 7,
The second valve is a molten carbonate type fuel cell and solid oxide, characterized in that it controls the distribution ratio of the anode input terminal (AI2) of the solid oxide electrolytic cell to the hot box and the solid oxide electrolytic cell according to operating conditions. Convergence system of water electrolysis battery.
상기 고체산화물 수전해전지의 핫박스의 폐열은 열교환기에 공급되어 외부 연료의 가열에 이용되는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.The method of claim 7,
The waste heat of the hot box of the solid oxide electrolytic cell is supplied to a heat exchanger and used for heating external fuel.
상기 캐소드 출력단(CO1)과 상기 제2 밸브 사이에 배치되며, 상기 캐소드 출력단(CO1) 배출가스에 포함된 전해질을 제거하는 제2 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.The method of claim 7,
A molten carbonate type fuel cell and solid oxide, further comprising a second filter disposed between the cathode output terminal CO1 and the second valve, and for removing the electrolyte contained in the exhaust gas of the cathode output terminal CO1. Convergence system of water electrolysis battery.
상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지; 및
상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 상기 고체산화물 수전해전지와, 외부 연료를 가열하는 열교환기로 배분하는 제2 밸브
를 포함하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.A molten carbonate type fuel cell that generates electricity by a chemical reaction of oxygen supplied to the cathode input terminal CI1 and hydrogen supplied to the anode input terminal AI1;
A solid oxide electrolytic cell for producing oxygen and hydrogen by electrolyzing moisture contained in the exhaust gas of the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate type fuel cell; And
A second valve for distributing the exhaust gas of the cathode output terminal (CO1) of the molten carbonate type fuel cell to the solid oxide electrolytic cell and a heat exchanger for heating external fuel
Convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell comprising a.
상기 제2 밸브는 운전 조건에 따라 상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 입력단(AI2)과 상기 열교환기로의 배분 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.The method of claim 11,
The second valve is a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell, characterized in that the distribution ratio between the anode input terminal (AI2) of the solid oxide electrolytic cell and the heat exchanger is adjusted according to operating conditions. .
상기 제2 밸브는 운전 조건에 따라 상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 출력단(CO1) 배출가스를 상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 입력단(AI2), 상기 고체산화물 수전해전지의 핫박스, 및 상기 열교환기로 배분하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.The method of claim 11,
According to operating conditions, the second valve transfers the exhaust gas from the cathode output terminal (CO1) of the molten carbonate type fuel cell to the anode input terminal (AI2) of the solid oxide electrolytic cell, a hot box of the solid oxide electrolytic cell, and the heat exchange. Convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell, characterized in that distribution by group.
상기 캐소드 출력단(CO1)과 상기 제2 밸브 사이에 배치되며, 상기 캐소드 출력단(CO1) 배출가스에 포함된 전해질을 제거하는 제2 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.The method of claim 11,
A molten carbonate type fuel cell and solid oxide, further comprising a second filter disposed between the cathode output terminal CO1 and the second valve, and for removing the electrolyte contained in the exhaust gas of the cathode output terminal CO1. Convergence system of water electrolysis battery.
상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 미반응 연료를 이용하여 외부 공기를 가열하는 연소기;
상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스에 포함된 열을 이용하여 외부 공기를 가열하는 공용히터;
상기 용융탄산염형 연료전지의 애노드 출력단(AO1) 배출가스를 상기 연소기와 상기 공용히터로 배분하는 제1 밸브; 및
상기 공용히터를 경유한 상기 애노드 출력단(AO1) 배출가스의 수분을 전기분해하여 산소와 수소를 생산하는 고체산화물 수전해전지
를 포함하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.A molten carbonate type fuel cell that generates electricity by a chemical reaction of oxygen supplied to the cathode input terminal CI1 and hydrogen supplied to the anode input terminal AI1;
A combustor for heating external air using unreacted fuel contained in exhaust gas of the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate type fuel cell;
A common heater for heating external air using heat included in the exhaust gas of the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate type fuel cell;
A first valve for distributing exhaust gas from the anode output terminal (AO1) of the molten carbonate type fuel cell to the combustor and the common heater; And
A solid oxide electrolytic battery producing oxygen and hydrogen by electrolyzing moisture in the exhaust gas of the anode output terminal (AO1) via the common heater
Convergence system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell comprising a.
상기 제1 밸브는 운전 조건에 따라 상기 연소기 및 상기 고체산화물 수전해전지로의 배분 비율을 조절하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.The method of claim 15,
The first valve is a fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell, characterized in that controlling the distribution ratio to the combustor and the solid oxide electrolytic cell according to operating conditions.
외부 공기를 상기 연소기와 상기 공용히터로 배분하는 제3 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.The method of claim 15,
A fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell, further comprising a third valve for distributing external air to the combustor and the common heater.
상기 고체산화물 수전해전지의 애노드 출력단(AO2) 배출가스는 상기 제3 밸브에서 배분된 외부 공기에 합류되어 상기 연소기로 공급되는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.The method of claim 17,
Convergence of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell, characterized in that the exhaust gas from the anode output terminal (AO2) of the solid oxide electrolytic cell is supplied to the combustor by being joined to the external air distributed from the third valve system.
상기 공용히터 및 상기 연소기에 의해 가열된 외부 공기는 상기 용융탄산염형 연료전지의 캐소드 입력단으로 공급되는 것을 특징으로 하는 용융탄산염형 연료전지와 고체산화물 수전해전지의 융복합 시스템.The method of claim 17,
A fusion system of a molten carbonate type fuel cell and a solid oxide electrolytic cell, characterized in that external air heated by the common heater and the combustor is supplied to a cathode input terminal of the molten carbonate type fuel cell.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR20190087585 | 2019-07-19 | ||
KR1020190087585 | 2019-07-19 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20210010313A true KR20210010313A (en) | 2021-01-27 |
KR102483560B1 KR102483560B1 (en) | 2023-01-02 |
Family
ID=72293348
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190116493A KR102148377B1 (en) | 2019-07-19 | 2019-09-23 | A convergence system including molten carbonate fuel cell and solid oxide electrolysis cell |
KR1020200070655A KR102483560B1 (en) | 2019-07-19 | 2020-06-11 | Convergence system comprising molten carbonate fuel cell and solid oxide electrolysis cell |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020190116493A KR102148377B1 (en) | 2019-07-19 | 2019-09-23 | A convergence system including molten carbonate fuel cell and solid oxide electrolysis cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (2) | KR102148377B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR102439950B1 (en) * | 2020-10-08 | 2022-09-05 | (주)원익머트리얼즈 | Ammonia based complex fuel cell system |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3256563B2 (en) * | 1991-11-25 | 2002-02-12 | 株式会社東芝 | Molten carbonate fuel cell power generation system |
KR101911873B1 (en) * | 2017-10-26 | 2018-10-31 | 아크로랩스 주식회사 | Integrated hydrogen power system |
KR101925290B1 (en) * | 2017-09-15 | 2018-12-06 | 한국기계연구원 | Reversible solid oxide electrolysis system using heat recovery |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100405142B1 (en) * | 2000-10-23 | 2003-11-12 | 한국전력공사 | Electric power system for Fuel Cell generation |
-
2019
- 2019-09-23 KR KR1020190116493A patent/KR102148377B1/en active IP Right Grant
-
2020
- 2020-06-11 KR KR1020200070655A patent/KR102483560B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3256563B2 (en) * | 1991-11-25 | 2002-02-12 | 株式会社東芝 | Molten carbonate fuel cell power generation system |
KR101925290B1 (en) * | 2017-09-15 | 2018-12-06 | 한국기계연구원 | Reversible solid oxide electrolysis system using heat recovery |
KR101911873B1 (en) * | 2017-10-26 | 2018-10-31 | 아크로랩스 주식회사 | Integrated hydrogen power system |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JOURNAL OF POWER TECHNOLOGIES 96(1) (2016) 8_14 (2016.12.31.) * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR102148377B1 (en) | 2020-08-26 |
KR102483560B1 (en) | 2023-01-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lanzini et al. | Experimental investigation of direct internal reforming of biogas in solid oxide fuel cells | |
US6277508B1 (en) | Fuel cell power supply with exhaust recycling for improved water management | |
JP6124923B2 (en) | High-temperature steam electrolysis equipment (HTSE) with externally heated hydrogen production | |
US10763527B2 (en) | Fuel cell device | |
US8445155B2 (en) | Complex power generation system and method for supplying heated water thereof | |
JP7364831B2 (en) | Power generation system using cascaded fuel cells and related methods | |
CN115939469A (en) | Integrated renewable fuel cell system for cogeneration | |
JP2007059359A (en) | Operation control method of solid oxide fuel cell system | |
KR102483560B1 (en) | Convergence system comprising molten carbonate fuel cell and solid oxide electrolysis cell | |
KR100405142B1 (en) | Electric power system for Fuel Cell generation | |
CN103415949A (en) | Method and arrangement for improved operability of a high temperature fuel cell system | |
WO2005091411A3 (en) | Fuel-cell installation, method for activating and deactivating said installation | |
KR102153551B1 (en) | Multi-stage fuel cell system | |
JP2003031249A (en) | Fuel cell power generating system | |
KR101747067B1 (en) | Transition arrangement and process of a fuel cell system operation state | |
KR20210083030A (en) | Fuel cell system for building | |
KR200489607Y1 (en) | Circulation system for supplying a fuel cell with water | |
JP2020017338A (en) | Fuel cell system and power generation method | |
KR102258808B1 (en) | An electric power generating system | |
JP2006134767A (en) | Solid oxide fuel cell system | |
WO2023126625A1 (en) | Fuel cell system | |
CN117832556A (en) | SOFC power generation system for methanol-water combustion reforming | |
KR20230077060A (en) | Ammonia-based solid oxide fuel cell (SOFC) system with heating element, and operating method thereof | |
KR101617186B1 (en) | Fuel cell system having dissimilar fuel cells | |
US20070259223A1 (en) | Capturing heat from a fuel cell stack |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |