KR20220042014A - Ammonia-based reversible fuel cell system - Google Patents

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KR20220042014A KR1020200125051A KR20200125051A KR20220042014A KR 20220042014 A KR20220042014 A KR 20220042014A KR 1020200125051 A KR1020200125051 A KR 1020200125051A KR 20200125051 A KR20200125051 A KR 20200125051A KR 20220042014 A KR20220042014 A KR 20220042014A
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Abstract

The present invention relates to a fuel cell system including: a fuel cell that includes a fuel electrode, an air electrode, and an electrolyte interposed therebetween and can operate in a fuel cell mode; a gas storage unit for storing a gas containing nitrogen and hydrogen; and a heat exchanger for heating ammonia supplied to the fuel electrode of the fuel cell with an exhaust gas discharged from the fuel cell, wherein the exhaust gas passing through the heat exchanger is stored in the gas storage unit.

Description

암모니아 기반 양방향 연료전지 시스템 {Ammonia-based reversible fuel cell system} Ammonia-based reversible fuel cell system

본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 암모니아를 연료전지의 연료로 사용하여 연료전지 모드, 수전해 모드, 또는 연료전지 및 수전해 모드에서 동작할 수 있는 암모니아 기반 양방향 연료전지 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to an ammonia-based bidirectional fuel cell system that can be operated in a fuel cell mode, a water electrolysis mode, or a fuel cell and a water electrolysis mode using ammonia as a fuel for a fuel cell. it's about

최근 태양광이나 풍력과 같은 재생에너지를 이용한 발전 시스템에 대한 연구가 진행되고 있으며 특히 재생 에너지 발전설비로부터 전력수요량 이상의 여유전력이 발생하면 수전해 장치를 사용하여 수소를 생산하여 저장해 두었다가 발전량이 적을 경우 저장된 수소를 이용하여 연료전지에서 전력을 생산 및 공급할 수 있는 재생형(양방향) 연료전지 시스템이 연구되고 있다. Recently, research on power generation systems using renewable energy such as solar power or wind power is being conducted. In particular, when excess power is generated from renewable energy power generation facilities beyond the power demand, hydrogen is produced and stored using a water electrolysis device, and the amount of power generation is low. A regenerative (bidirectional) fuel cell system capable of producing and supplying electric power from a fuel cell using stored hydrogen is being researched.

종래 일반적인 양방향 연료전지 시스템은 수소를 이용하여 전기를 생산하거나 수소를 생성하여 저장한다. 수소는 무게대비 매우 높은 에너지 밀도를 가지고 있지만 부피대비 낮은 에너지 저장밀도를 갖기 때문에 적절한 방법으로 저장하여 부피대비 에너지 밀도를 높일 필요성이 제기된다. Conventional general bidirectional fuel cell systems generate electricity using hydrogen or generate and store hydrogen. Although hydrogen has a very high energy density to weight ratio, since it has a low energy storage density to volume ratio, it is necessary to store it in an appropriate way to increase the energy density to volume ratio.

이러한 이유로 최근 수소를 대신하여 암모니아를 사용하는 연료전지 시스템이 연구되고 있다. 암모니아는 액화가 용이하여 경제적인 수소 저장 및 공급 방법을 제공할 수 있다. 그러나 암모니아를 연료로 하여 연료전지를 구동할 경우 연료전지 배출가스에 질소가 포함되어 있는데 이 배출가스를 다시 재순환하여 연료전지에 넣을 경우 연료전지 구동이 원활하지 않게 되어 배출가스 재순환이 용이하지 않는 등 여러 문제가 있어 아직까지 효율적인 암모니아 기반의 연료전지 시스템이 제안되지 않고 있는 실정이다. For this reason, recently, a fuel cell system using ammonia instead of hydrogen has been studied. Ammonia can be easily liquefied, providing an economical method for storing and supplying hydrogen. However, when driving a fuel cell using ammonia as a fuel, nitrogen is contained in the fuel cell exhaust gas, and if this exhaust gas is recirculated and put into the fuel cell, the fuel cell operation is not smooth and the exhaust gas recirculation is not easy. Due to several problems, an efficient ammonia-based fuel cell system has not yet been proposed.

특허문헌1: 대한민국 등록특허 제10-1340492호 (2013년 12월 11일 공고)Patent Document 1: Republic of Korea Patent Registration No. 10-1340492 (December 11, 2013 Announcement)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 암모니아를 연료로 하며 연료전지 모드와 수전해 모드 중 적어도 하나의 모드에서 암모니아 기반 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to solve the above problems, and to provide an ammonia-based fuel cell system in at least one of a fuel cell mode and a water electrolysis mode using ammonia as a fuel.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지 시스템으로서, 연료극, 공기극 및 그 사이에 개재된 전해질로 구성되며 연료전지 모드에서 동작 가능한 연료전지; 질소와 수소를 함유한 가스를 저장하는 가스 저장부; 및 상기 연료전지의 연료극으로 공급하는 암모니아를 상기 연료극에서 배출되는 배출가스로 가열하는 열교환기;를 포함하고, 상기 열교환기를 통과한 배출가스를 상기 가스 저장부에 저장하도록 구성된 연료전지 시스템을 제공한다. According to one embodiment of the present invention, there is provided a fuel cell system, comprising: a fuel cell comprising an anode, an air electrode, and an electrolyte interposed therebetween and operable in a fuel cell mode; a gas storage unit for storing a gas containing nitrogen and hydrogen; and a heat exchanger for heating ammonia supplied to the anode of the fuel cell with exhaust gas discharged from the anode, wherein the exhaust gas passing through the heat exchanger is stored in the gas storage unit. .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지 시스템으로서, 연료극, 공기극 및 그 사이에 개재된 전해질로 구성되며 수전해 모드에서 동작 가능한 연료전지; 질소와 수소를 함유한 가스를 저장하는 가스 저장부; 및 상기 연료전지의 연료극에서 배출되는 배출가스 중의 수소 및 상기 가스 저장부로부터 공급받는 질소와 수소를 이용하여 암모니아를 생성하는 암모니아 합성장치;를 포함하는 연료전지 시스템을 제공한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a fuel cell system, comprising: a fuel cell comprising an anode, an air electrode, and an electrolyte interposed therebetween and operable in a water electrolysis mode; a gas storage unit for storing a gas containing nitrogen and hydrogen; and an ammonia synthesizing device for generating ammonia using hydrogen in exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell and nitrogen and hydrogen supplied from the gas storage unit.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 암모니아를 연료로 하며 연료전지 모드와 수전해 모드 중 적어도 하나의 모드에서 동작가능한 암모니아 기반 연료전지 시스템을 제공할 수 있다. 본 발명의 연료전지 시스템은 양방향 연료전지 시스템으로 사용될 수 있으며 연료전지 모드에서 암모니아를 연료로 사용하여 전기를 생산하고 수전해 모드에서는 암모니아를 다시 생성하여 암모니아 저장부에 저장할 수 있으므로 연료전지 모드와 수전해 모드에서 연속적으로 동작할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to provide an ammonia-based fuel cell system that uses ammonia as a fuel and is operable in at least one of a fuel cell mode and a water electrolysis mode. The fuel cell system of the present invention can be used as a bidirectional fuel cell system, and in the fuel cell mode, ammonia is used as a fuel to produce electricity, and in the water electrolysis mode, ammonia can be regenerated and stored in the ammonia storage unit. It can operate continuously in solution mode.

또한 본 발명의 연료전지 시스템은 연료전지 모드 동작시 연료극 배출가스의 수소와 질소를 가스 저장부에 저장하고 수전해 모드 동작시 연료극 배출가스의 수소를 추출하고 가스 저장부의 가스와 혼합하여 암모니아 합성에 사용하므로 연료전지 모드와 수전해 모드 중 어느 모드에서 동작하더라도 연료극 배출가스를 버리지 않고 재사용함으로써 효율적인 시스템 운전을 할 수 있다. In addition, the fuel cell system of the present invention stores hydrogen and nitrogen of the anode exhaust gas in the gas storage unit during the fuel cell mode operation, extracts hydrogen from the anode exhaust gas during the water electrolysis mode operation, and mixes it with the gas of the gas storage unit for ammonia synthesis Therefore, efficient system operation is possible by reusing the anode exhaust gas without discarding it, even if it operates in any of the fuel cell mode and the water electrolysis mode.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면,
도2는 일 실시예의 연료전지 시스템의 연료전지 모드를 설명하기 위한 도면,
도3은 일 실시예의 연료전지 시스템의 수전해 모드를 설명하기 위한 도면이다.
1 is a view for explaining a fuel cell system according to an embodiment of the present invention;
2 is a view for explaining a fuel cell mode of a fuel cell system according to an embodiment;
3 is a view for explaining a water electrolysis mode of a fuel cell system according to an embodiment.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.The above objects, other objects, features and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms. Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed subject matter may be thorough and complete, and that the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "~를 포함한다", "~로 구성된다", 및/또는 "~로 이루어진다"라는 표현은 이 표현에 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In this specification, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, the expressions “comprises”, “consists of”, and/or “consists of” do not exclude the presence or addition of one or more other components other than those recited in the expression. .

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예를 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In describing the specific embodiments below, various specific contents have been prepared to more specifically explain and help the understanding of the invention. However, readers with enough knowledge in this field to understand the present invention It can be recognized that it can be used without specific content. In some cases, it should be mentioned in advance that parts which are commonly known in describing the invention and which are not largely related to the invention are not described in order to avoid confusion in describing the present invention.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a view for explaining a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은 연료전지(10), 암모니아 저장부(20), 가스 저장부(30), 물 배출부(70), 암모니아 합성장치(80), 및 이 구성요소들 사이를 연결하는 다수의 유로, 블로워, 및 펌프 등으로 구성될 수 있다. Referring to the drawings, a fuel cell system according to an embodiment includes a fuel cell 10 , an ammonia storage unit 20 , a gas storage unit 30 , a water discharge unit 70 , an ammonia synthesis device 80 , and the It may be composed of a plurality of flow paths connecting between the components, a blower, a pump, and the like.

연료전지(10)는 연료극, 공기극 및 그 사이에 개재된 전해질로 구성되며 연료전지 모드와 수전해 모드 중 적어도 하나의 모드에서 동작할 수 있다. 연료전지(10)는 연료전지 모드에서 암모니아와 산소의 화학반응에 의해 전기와 물을 생성하고 수전해 모드에서 스팀과 전기에 의해 수소와 산소를 생성할 수 있다. 일 실시예에서 연료전지(10)는 연료전지 모드와 수전해 모드 모두에서 동작가능한 양방향 수전해 연료전지이다. 대안적 실시예에서 연료전지(10)는 양방향이 아닌 단방향 연료전지일 수 있고 이 경우 연료전지(10)는 연료전지 모드에서만 동작하거나 수전해 모드에서만 동작할 수 있다. The fuel cell 10 includes an anode, a cathode, and an electrolyte interposed therebetween, and may operate in at least one of a fuel cell mode and a water electrolysis mode. The fuel cell 10 may generate electricity and water by a chemical reaction between ammonia and oxygen in the fuel cell mode, and may generate hydrogen and oxygen by steam and electricity in the water electrolysis mode. In one embodiment, the fuel cell 10 is a bidirectional water electrolysis fuel cell operable in both the fuel cell mode and the water electrolysis mode. In an alternative embodiment, the fuel cell 10 may be a unidirectional fuel cell rather than a bidirectional fuel cell, in which case the fuel cell 10 may operate only in the fuel cell mode or only in the water electrolysis mode.

암모니아 저장부(20)는 연료전지(10)의 연료가 되는 암모니아(NH3)를 저장한다. 일 실시예에서 저장부(20)는 암모니아를 액체 상태로 저장할 수 있으며 예를 들어 10 bar 이상의 고압 상태로 암모니아 액체를 저장할 수 있다. The ammonia storage unit 20 stores ammonia (NH3), which is a fuel of the fuel cell 10 . In one embodiment, the storage unit 20 may store ammonia in a liquid state, for example, may store ammonia liquid in a high pressure state of 10 bar or more.

도시한 실시예에서 암모니아 저장부(20)는 공급유로(L1)를 통해 암모니아를 연료전지(10)로 공급한다. 연료전지(10)로 공급되는 암모니아는 제1 열교환기(61)에서 가열되고 기화되어 연료전지(10)의 연료극(11)으로 공급될 수 있다. 제1 열교환기(61)는 연료전지(10)의 연료극(11)에서 배출유로(L2)로 배출되는 배출가스와 연료전지(10)의 연료극(11)으로 공급되는 암모니아 사이에 열교환이 일어나도록 구성된다. In the illustrated embodiment, the ammonia storage unit 20 supplies ammonia to the fuel cell 10 through the supply passage L1. Ammonia supplied to the fuel cell 10 may be heated and vaporized in the first heat exchanger 61 to be supplied to the anode 11 of the fuel cell 10 . The first heat exchanger 61 allows heat exchange between the exhaust gas discharged from the anode 11 of the fuel cell 10 to the discharge passage L2 and ammonia supplied to the anode 11 of the fuel cell 10 to occur. is composed

대안적 실시예에서 연료전지 시스템은 제2 열교환기(62)를 더 포함할 수 있다. 제2 열교환기(62)는 암모니아를 연료전지(10)로 공급하는 공급경로(L1) 상에서 제1 열교환기(61)의 상류측에 배치되며 배출유로(L2)에서 분기된 제1 분기유로(L3)로 이송되는 연료극 배출가스로 암모니아를 가열할 수 있다. In an alternative embodiment, the fuel cell system may further include a second heat exchanger 62 . The second heat exchanger 62 is disposed on the upstream side of the first heat exchanger 61 on the supply path L1 for supplying ammonia to the fuel cell 10 and is a first branch flow path branched from the discharge flow path L2 ( Ammonia can be heated with the anode exhaust gas transferred to L3).

대안적 실시예에서 연료전지 시스템은 터빈(40)을 더 포함할 수 있다. 터빈(40)은 공급경로(L1) 상에서 제1 열교환기(61)와 제2 열교환기(62) 사이에 배치될 수 있고, 제2 열교환기(62)에서 기화된 고압의 암모니아 가스의 에너지를 이용하여 터빈(40)에서 역학적 에너지를 생성할 수 있다.In an alternative embodiment, the fuel cell system may further include a turbine 40 . The turbine 40 may be disposed between the first heat exchanger 61 and the second heat exchanger 62 on the supply path L1 , and converts the energy of the high-pressure ammonia gas vaporized in the second heat exchanger 62 . It can be used to generate mechanical energy in the turbine 40 .

수전해 모드에서 연료전지 시스템은 물 공급유로(L7)를 통해 스팀을 연료전지(10)에 공급할 수 있다. 예를 들어 펌프(91)에 의해 외부로부터 물을 공급받고 이 물을 가열하여 스팀을 생성한 후 공급유로(L7,L1)를 통해 스팀을 연료전지(10)로 공급할 수 있다. 도시한 실시예에서, 물을 가열하고 기화시키기 위해 암모니아 합성장치(80)에서 발생하는 열를 사용할 수 있다. 즉 물 공급유로(L7)를 통해 이송되는 물을 암모니아 합성장치(80)의 동작시 발생하는 고온의 열에너지를 이용하여 기화시키고 그 후 공급유로(L1)를 통해 스팀을 연료극(11)으로 공급할 수 있다. 대안적 실시예에서 연료전지 시스템(10)은 시스템 내 다른 열원을 이용하여 물을 스팀으로 기화시킬 수도 있다. In the water electrolysis mode, the fuel cell system may supply steam to the fuel cell 10 through the water supply passage L7 . For example, water may be supplied from the outside by the pump 91 , the water may be heated to generate steam, and then steam may be supplied to the fuel cell 10 through the supply passages L7 and L1 . In the illustrated embodiment, heat generated in the ammonia synthesizer 80 may be used to heat and vaporize water. That is, water transferred through the water supply passage (L7) is vaporized using high-temperature thermal energy generated during the operation of the ammonia synthesis device 80, and then steam is supplied to the anode 11 through the supply passage (L1). there is. In an alternative embodiment, the fuel cell system 10 may use other heat sources in the system to vaporize water into steam.

연료전지 시스템이 수전해 모드에서 동작할 경우 많은 양의 물(스팀)이 필요하기 때문에, 일 실시예에서 연료전지 시스템은 물 공급유로(L7) 외에 시스템 외부로부터 물이나 스팀을 공급받는 추가 공급유로를 더 포함할 수 있다. 도시한 실시예의 경우 연료전지 시스템은 제1 및 제2 추가 공급유로(L8, L9)를 더 포함하며 필요에 따라 제1 및 제2 추가 공급유로(L8,L9) 중 적어도 하나를 이용하여 스팀을 연료전지(10)로 추가로 공급할 수 있다. Since a large amount of water (steam) is required when the fuel cell system operates in the water electrolysis mode, in an exemplary embodiment, the fuel cell system has an additional supply passage through which water or steam is supplied from outside the system in addition to the water supply passage L7. may further include. In the case of the illustrated embodiment, the fuel cell system further includes first and second additional supply passages L8 and L9 and, if necessary, uses at least one of the first and second additional supply passages L8 and L9 to generate steam. It may be additionally supplied to the fuel cell 10 .

연료전지(10)의 연료극(11)에서 배출되는 연료극 배출가스는 배출유로(L2)를 따라 이송되어 제1 열교환기(61)를 통과하며, 제1 열교환기(61)에서 연료극 배출가스는 공급유로(L1)를 통해 연료극(11)으로 공급되는 암모니아에 열에너지를 전달하여 암모니아를 가열하거나 기화시킨다. 일 실시예에서 물을 공급하는 추가 공급유로(L8)가 설치된 경우 배출유로(L2)에 제3 열교환기(63)가 설치될 수 있고, 연료극 배출가스는 제3 열교환기(63)에서 추가 공급유로(L8)의 물을 가열할 수 있다. The anode exhaust gas discharged from the anode 11 of the fuel cell 10 is transferred along the discharge passage L2 and passes through the first heat exchanger 61 , and the anode exhaust gas is supplied from the first heat exchanger 61 . Heat energy is transferred to ammonia supplied to the anode 11 through the flow path L1 to heat or vaporize the ammonia. In one embodiment, when the additional supply passage L8 for supplying water is installed, the third heat exchanger 63 may be installed in the discharge passage L2 , and the anode exhaust gas is additionally supplied from the third heat exchanger 63 . The water in the flow path L8 can be heated.

일 실시예에서 연료전지 시스템은 공급유로(L1)와 배출유로(L2) 사이를 연결하는 재순환 유로(L21) 및 이에 설치된 블로워(93)를 더 포함할 수 있다. 도시한 실시예에서, 제1 열교환기(61)와 제3 열교환기(63)를 통과한 연료극 배출가스 중 일부를 재순환 유로(L21)를 통해 연료극(11)으로 재공급 할 수 있다. 예를 들어 연료전지 시스템이 수전해 모드에서 동작하는 경우 연료극(11)에서 수소와 물(스팀)이 연료극 배출가스로서 배출되며 이 배출가스 중 일부를 재순환 유로(L21)로 분기함으로써 배출가스 중의 수소를 연료극(11)으로 재공급 할 수 있다. In an embodiment, the fuel cell system may further include a recirculation passage L21 connecting between the supply passage L1 and the exhaust passage L2 and a blower 93 installed therein. In the illustrated embodiment, some of the anode exhaust gas that has passed through the first heat exchanger 61 and the third heat exchanger 63 may be re-supplied to the anode 11 through the recirculation passage L21. For example, when the fuel cell system operates in the water electrolysis mode, hydrogen and water (steam) are discharged from the anode 11 as an anode exhaust gas, and a part of the exhaust gas is branched into the recirculation flow path L21, so that hydrogen in the exhaust gas may be re-supplied to the anode 11 .

제1 및 제3 열교환기(61,63)를 통과하며 냉각된 연료극 배출가스는 물 배출부(70)로 이송된다. 물 배출부(70)는 배출가스 중의 물을 분리하여 배출하는 장치이며 예를 들어 응축기, 드레인, 및 응축기를 통과하며 순환하는 냉매의 순환 유로 상에 설치된 펌프, 냉각장치 등으로 구성될 수 있으며 이러한 물 배출부의 구체적 구성은 공지기술이므로 설명을 생략한다. The anode exhaust gas cooled while passing through the first and third heat exchangers 61 and 63 is transferred to the water discharge unit 70 . The water discharge unit 70 is a device that separates and discharges water in the exhaust gas, and may include, for example, a condenser, a drain, and a pump, a cooling device, etc. installed on the circulation path of the refrigerant circulating through the condenser. Since the specific configuration of the water discharge unit is known technology, a description thereof will be omitted.

물 배출부(70)의 하류측에서 배출유로(L2)는 제1 분기유로(L3)와 제2 분기유로(L4)로 분기된다. 본 발명의 연료전지 시스템이 양방향 시스템인 경우 연료전지 모드와 수전해 모드에 따라 연료극 배출가스가 제1 분기유로(L3)와 제2 분기유로(L4) 중 어느 한쪽으로 이송되도록 구성할 수 있다. 이러한 분기 동작을 위해, 도면에 도시하지 않았지만 예컨대 하나 이상의 개폐밸브나 3방밸브 등이 분기점이나 제1 및 제2 분기유로(L3,L4) 상에 설치될 수 있다. On the downstream side of the water discharge part 70 , the discharge flow path L2 branches into a first branch flow path L3 and a second branch flow path L4 . When the fuel cell system of the present invention is a bidirectional system, the anode exhaust gas may be transferred to either one of the first branch flow path L3 and the second branch flow path L4 according to the fuel cell mode and the water electrolysis mode. For this branching operation, although not shown in the drawings, for example, one or more on-off valves or three-way valves may be installed on the branch point or the first and second branch flow paths L3 and L4.

일 실시예에서, 연료전지 시스템이 연료전지 모드에서 동작하는 경우 제2 분기유로(L4)가 폐쇄되고 연료극 배출가스가 제1 분기유로(L3)를 통해 이송된다. 제1 분기유로(L3)에는 제2 열교환기(62)가 설치될 수 있고, 제2 열교환기(62)에서 연료극 배출가스는 암모니아 저장부(20)에서 이송되는 암모니아를 가열하여 기화시킬 수 있다. In an embodiment, when the fuel cell system operates in the fuel cell mode, the second branch passage L4 is closed and the anode exhaust gas is transferred through the first branch passage L3 . A second heat exchanger 62 may be installed in the first branch flow path L3 , and the anode exhaust gas in the second heat exchanger 62 may be vaporized by heating ammonia transferred from the ammonia storage unit 20 . .

제2 열교환기(62)를 통과한 연료극 배출가스는 제1 압축기(51)로 공급될 수 있다. 제1 압축기(51)는 연료극 배출가스를 예컨대 5 bar의 압력으로 압축한다. 일 실시예에서 연료전지 시스템이 터빈(40)을 포함하는 경우, 터빈(40)에서 생성한 역학적 에너지를 제1 압축기(51)의 구동에 사용할 수 있다. 대안적 실시예에서, 터빈(40)에서 생성한 역학적 에너지로 전기 에너지를 생산할 수 있으며, 생산된 전기로 연료전지 시스템의 주변보조기기(BOP)를 구동하거나 연료전지 시스템 외부로 전기를 공급할 수도 있다. The anode exhaust gas passing through the second heat exchanger 62 may be supplied to the first compressor 51 . The first compressor 51 compresses the anode exhaust gas to a pressure of, for example, 5 bar. In an embodiment, when the fuel cell system includes the turbine 40 , mechanical energy generated by the turbine 40 may be used to drive the first compressor 51 . In an alternative embodiment, the mechanical energy generated by the turbine 40 may produce electrical energy, and the generated electricity may drive a peripheral auxiliary device (BOP) of the fuel cell system or supply electricity to the outside of the fuel cell system. .

제1 압축기(51)에서 압축된 배출가스는 가스 저장부(30)로 공급되어 저장된다. 연료전지 모드에서 제1 분기유로(L3)로 이송되는 연료극 배출가스는 질소(N2)와 수소(H2)를 주성분으로 함유한 가스이며 따라서 가스 저장부(30)는 질소와 수소의 혼합가스를 저장할 수 있다. The exhaust gas compressed by the first compressor 51 is supplied to and stored in the gas storage unit 30 . In the fuel cell mode, the anode exhaust gas transferred to the first branch flow path L3 is a gas containing nitrogen (N2) and hydrogen (H2) as main components, and thus the gas storage unit 30 stores a mixed gas of nitrogen and hydrogen. can

일 실시예에서, 연료전지 시스템이 수전해 모드에서 동작하는 경우 제1 분기유로(L3)가 폐쇄되고 연료극 배출가스는 제2 분기유로(L4)를 통해 제2 압축기(52)와 암모니아 합성장치(80)로 순차적으로 공급된다. 제2 압축기(52)는 연료극 배출가스를 암모니아 합성장치(80)에서 요구하는 압력으로 압축할 수 있다. 예를 들어 암모니아 합성장치(80)는 10bar 내지 180bar 사이에서 동작하는 장치일 수 있고 제2 압축기(52)는 연료극 배출가스를 암모니아 합성에 필요한 압력까지 압축할 수 있다. In one embodiment, when the fuel cell system operates in the water electrolysis mode, the first branch passage L3 is closed and the anode exhaust gas passes through the second branch passage L4 to the second compressor 52 and the ammonia synthesis device ( 80) sequentially. The second compressor 52 may compress the anode exhaust gas to a pressure required by the ammonia synthesis device 80 . For example, the ammonia synthesis device 80 may be a device operating between 10 bar and 180 bar, and the second compressor 52 may compress the anode exhaust gas to a pressure required for ammonia synthesis.

암모니아 합성장치(80)는 연료극 배출가스를 이용하여 암모니아를 생성한다. 일 실시예에서 암모니아 합성장치(80)는 수소(H2)와 질소(N2)를 공급받아 이로부터 암모니아(NH3)를 생성하는 하버-보쉬 반응기(Haber-Bosch reactor)이다. 그러나 암모니아 합성장치(80)는 이러한 하버-보쉬 반응기에 한정되지 않으며 연료극 배출가스를 이용하여 암모니아를 합성할 수 있는 임의의 합성장치일 수 있다. 암모니아 합성장치(80)에서 생성된 암모니아는 제2 분기유로(L4)를 따라 암모니아 저장부(20)로 이송되어 저장된다.The ammonia synthesizing device 80 generates ammonia by using the anode exhaust gas. In one embodiment, the ammonia synthesis apparatus 80 is a Haber-Bosch reactor that receives hydrogen (H2) and nitrogen (N2) and generates ammonia (NH3) therefrom. However, the ammonia synthesizing device 80 is not limited to such a Haber-Bosch reactor and may be any synthesizing device capable of synthesizing ammonia using the anode exhaust gas. Ammonia generated in the ammonia synthesizing device 80 is transferred to and stored in the ammonia storage unit 20 along the second branch flow path L4.

암모니아 합성장치(80)에서 암모니아를 합성하기 위해 수소와 질소가 필요한데 수전해 모드에서 배출유로(L2)와 제2 분기유로(L4)를 통해 이송되는 연료극 배출가스는 질소를 함유하고 있지 않으며, 본 발명의 일 실시예에서는 가스 저장부(30)에 저장된 질소 및 수소의 혼합 가스를 암모니아 합성장치(80)로 추가로 공급할 수 있다. 즉, 도면에 도시한 것처럼 가스 저장부(30)와 제2 분기유로(L4)를 가스 공급유로(L10)로 연결하여 질소와 수소의 혼합가스를 제2 분기유로(L4)로 이송한다. 이 때 가스 공급유로(L10) 상에 제3 압축기(53)를 설치하고 제3 압축기(53)에서 질소와 수소 혼합가스를 암모니아 합성에 필요한 압력으로 압축할 수 있다. Hydrogen and nitrogen are required to synthesize ammonia in the ammonia synthesizing device 80. In the water electrolysis mode, the anode exhaust gas transported through the discharge flow path L2 and the second branch flow path L4 does not contain nitrogen. In an embodiment of the present invention, a mixed gas of nitrogen and hydrogen stored in the gas storage unit 30 may be additionally supplied to the ammonia synthesis device 80 . That is, as shown in the drawing, the gas storage unit 30 and the second branch passage L4 are connected to the gas supply passage L10 to transfer a mixed gas of nitrogen and hydrogen to the second branch passage L4. At this time, the third compressor 53 may be installed on the gas supply passage L10 and the nitrogen and hydrogen mixed gas may be compressed to a pressure required for ammonia synthesis in the third compressor 53 .

일 실시예에서 연료전지 시스템은 외부의 공기를 연료전지의 공기극(12)으로 공급하는 공기 공급유로(L5) 및 이 유로에 설치된 하나 이상의 블로워(92) 및 제4 열교환기(64)를 포함한다. 연료전지(10)의 공기극(12)에서 배출되는 공기극 배출가스는 제4 열교환기(64)를 통과하여 배출유로(L6)를 통해 외부로 배출되며, 이 때 제4 열교환기(64)는 공기 공급유로(L5)를 따라 공기극(12)으로 이송되는 공기와 공기극(12)에서 배출되어 배출유로(L6)를 따라 이송되는 공기극 배출가스 사이를 열교환한다. In one embodiment, the fuel cell system includes an air supply passage L5 for supplying external air to the cathode 12 of the fuel cell, and at least one blower 92 and a fourth heat exchanger 64 installed in this passage. . The cathode exhaust gas discharged from the cathode 12 of the fuel cell 10 passes through the fourth heat exchanger 64 and is discharged to the outside through the discharge passage L6, in which case the fourth heat exchanger 64 is air Heat exchanges between the air transferred to the cathode 12 along the supply passage L5 and the cathode exhaust gas discharged from the cathode 12 and transferred along the discharge passage L6 .

일 실시예에서 배출유로(L6) 상에서 제4 열교환기(64)의 하류측에 제5 열교환기(65)가 더 설치될 수 있고, 제5 열교환기(65)에서 공기극 배출가스는 제2 추가 공급유로(L9)를 따라 공급되는 물을 가열하여 기화시킬 수 있다. 그 외에도 대안적 실시예에서 제4 열교환기(64)를 통과한 공기극 배출가스의 열을 추가로 이용할 수 있다. 예컨대, 제4 열교환기(64)를 통과한 공기극 배출가스는 제5 열교환기(65) 또는 다른 추가의 열교환기를 통해 연료 공급유로(L1)나 물 공급유로(L7)의 연료나 물을 기화하는데 추가로 사용할 수 있다. In an embodiment, a fifth heat exchanger 65 may be further installed on the downstream side of the fourth heat exchanger 64 on the discharge flow path L6 , and the cathode exhaust gas in the fifth heat exchanger 65 is a second addition Water supplied along the supply passage L9 may be heated and vaporized. In addition, in an alternative embodiment, the heat of the cathode exhaust gas that has passed through the fourth heat exchanger 64 may be additionally used. For example, the cathode exhaust gas that has passed through the fourth heat exchanger 64 vaporizes fuel or water in the fuel supply passage L1 or the water supply passage L7 through the fifth heat exchanger 65 or another additional heat exchanger. can be used additionally.

이제 도2와 도3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 연료전지 모드와 수전해 모드에서의 동작을 각각 설명하기로 한다. Now, an operation in the fuel cell mode and the water electrolysis mode of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 and 3 , respectively.

도2는 일 실시예의 연료전지 시스템의 연료전지 모드의 동작 상태를 나타낸다. 도2에서 연료전지 모드에서 사용되는 유로를 굵은 선으로 표시하였다. 2 shows an operation state in a fuel cell mode of a fuel cell system according to an exemplary embodiment. In FIG. 2, a flow path used in the fuel cell mode is indicated by a thick line.

도면을 참조하면, 연료전지 모드에서 연료 공급유로(L1)를 통해 암모니아 가스가 연료전지(10)로 공급된다. 예를 들어 대략 11bar 상태로 암모니아 저장부(20)에 저장된 액체 암모니아가 공급유로(L1)를 따라 이송되어 제2 열교환기(62)와 제1 열교환기(61)를 순차적으로 거치며 기화될 수 있다. 이 때 제2 열교환기(62)에서 가열 또는 기화된 고압의 암모니아 가스는 터빈(40)에서 소정의 역학적 에너지를 생성하는데 사용될 수 있고, 터빈(40)을 통과한 암모니아 가스는 제1 열교환기(61)에서 추가 가열된 후 연료전지(10)의 연료극(11)으로 공급될 수 있다. 대안적 실시예에서 터빈(40)과 제2 열교환기(62)가 생략될 수 있고, 이 경우 액체 암모니아는 제1 열교환기(61)에서 기화된 후 연료전지(10)로 공급된다. Referring to the drawings, ammonia gas is supplied to the fuel cell 10 through the fuel supply passage L1 in the fuel cell mode. For example, liquid ammonia stored in the ammonia storage unit 20 at approximately 11 bar is transferred along the supply passage L1 and sequentially passes through the second heat exchanger 62 and the first heat exchanger 61 to be vaporized. . At this time, the high-pressure ammonia gas heated or vaporized in the second heat exchanger 62 may be used to generate a predetermined mechanical energy in the turbine 40, and the ammonia gas passing through the turbine 40 is transferred to the first heat exchanger ( 61 ), and then it may be supplied to the anode 11 of the fuel cell 10 . In an alternative embodiment, the turbine 40 and the second heat exchanger 62 may be omitted, in which case the liquid ammonia is vaporized in the first heat exchanger 61 and then supplied to the fuel cell 10 .

한편 공기 공급유로(L5)의 블로워(92)가 동작하여 외부 공기를 연료전지(10)의 공기극(12)으로 공급한다. 공기 공급유로(L5)로 이송되는 공기는 제4 열교환기(64)에서 가열된 후 공기극(12)으로 주입될 수 있다. Meanwhile, the blower 92 of the air supply passage L5 operates to supply external air to the cathode 12 of the fuel cell 10 . The air transferred to the air supply passage L5 may be heated in the fourth heat exchanger 64 and then injected into the cathode 12 .

연료전지 모드에서 연료전지(10)의 연료극(11)은 암모니아 가스와 공기(산소)의 화학반응에 의해 수소, 질소, 및 물(스팀)을 생성하고 이를 배출유로(L2)를 통해 연료극 배출가스로서 배출하며, 공기극(12)에서는 질소 및 반응하지 않은 공기를 배출유로(L6)를 통해 공기극 배출가스로서 배출한다. In the fuel cell mode, the anode 11 of the fuel cell 10 generates hydrogen, nitrogen, and water (steam) by a chemical reaction between ammonia gas and air (oxygen), and the anode exhaust gas through the exhaust passage L2 The cathode 12 discharges nitrogen and unreacted air as cathode exhaust gas through the discharge passage L6.

연료극(11)에서 배출유로(L2)를 따라 배출되는 연료극 배출가스는 제1 열교환기(61)를 통과하며 공급유로(L1)의 암모니아를 가열하여 기화시키고, 그 후 물 배출부(70)에서 물이 제거되며 이에 따라 연료극 배출가스는 수소와 질소가 주성분이 된다. 연료극 배출가스는 제1 분기유로(L3)를 따라 제2 열교환기(62)로 공급되고, 제2 열교환기(62)에서 암모니아를 가열 또는 기화시킨다. 그 후 연료극 배출가스는 제1 압축기(51)에서 고압으로 압축된 후 가스 저장부(30)로 이송되어 저장될 수 있다. The anode exhaust gas discharged from the anode 11 along the discharge passage L2 passes through the first heat exchanger 61 to heat and vaporize ammonia in the supply passage L1, and then in the water discharge unit 70 As water is removed, the anode exhaust gas is mainly composed of hydrogen and nitrogen. The anode exhaust gas is supplied to the second heat exchanger 62 along the first branch flow path L3 , and the second heat exchanger 62 heats or vaporizes ammonia. Thereafter, the anode exhaust gas may be compressed by the first compressor 51 to a high pressure and then transferred to and stored in the gas storage unit 30 .

도3은 일 실시예의 연료전지 시스템의 수전해 모드의 동작 상태를 나타낸다. 수전해 모드에서 사용되는 유로를 도3에 굵은 선으로 표시하였다. 3 shows an operation state of a water electrolysis mode of a fuel cell system according to an exemplary embodiment. The flow path used in the water electrolysis mode is indicated by a thick line in FIG. 3 .

도면을 참조하면, 수전해 모드에서 물 공급유로(L7)를 통해 물을 시스템 내로 이송한다. 이송된 물을 암모니아 합성장치(80)의 동작시 발생하는 고온의 열을 이용하여 스팀으로 기화시킨다. 기화된 스팀은 물 공급유로(L7)를 따라 공급유로(L1)에 합류한 뒤 연료전지(10)의 연료극(11)으로 공급된다. 이 때 암모니아 저장부(20)와 공급유로(L1) 사이는 밸브 등의 수단에 의해 폐쇄되어 있으므로 연료극(11)으로는 스팀만 공급할 수 있다. 수전해 모드에서는 스팀이 많이 필요하므로, 상황에 따라 제1 및 제2 추가 공급유로(L8,L9)를 통해 스팀을 받을 수도 있다. 또한 공기 공급유로(L5)를 통해 공기를 공기극(12)으로 공급한다. Referring to the drawings, water is transferred into the system through the water supply passage L7 in the water electrolysis mode. The transferred water is vaporized into steam using high-temperature heat generated during the operation of the ammonia synthesis device 80 . The vaporized steam joins the supply passage L1 along the water supply passage L7 and is then supplied to the anode 11 of the fuel cell 10 . At this time, since the ammonia storage unit 20 and the supply passage L1 are closed by means such as a valve, only steam can be supplied to the anode 11 . Since a lot of steam is required in the water electrolysis mode, steam may be received through the first and second additional supply passages L8 and L9 depending on circumstances. In addition, air is supplied to the cathode 12 through the air supply passage L5.

연료전지(20)에서 수전해 반응이 일어남에 따라 연료극(11)으로부터 수소와 스팀으로 이루어진 연료극 배출가스가 배출유로(L2)를 통해 배출되고 공기극(12)으로부터도 공기극 배출가스가 배출 유로(L6)를 통해 배출된다. As the water electrolysis reaction occurs in the fuel cell 20 , the anode exhaust gas composed of hydrogen and steam is discharged from the anode 11 through the discharge passage L2 , and the cathode exhaust gas is also discharged from the cathode 12 through the discharge passage L6 . ) is released through

배출유로(L2)로 배출되는 연료극 배출가스는 제1 열교환기(61)와 제3 열교환기(63)를 순차적으로 통과하며 연료전지로 공급될 물 또는 스팀을 가열하고 그 후 물 배출부(70)로 이송된다. 물 배출부(70)로 이송되기 전 연료극 배출가스의 일부가 재순환 유로(L21)로 분기될 수 있다. 수전해 모드에서도 연료극(11)에 소량의 수소를 공급할 필요가 있는데, 재순환 유로(L21)를 통해 배출가스 중 일부를 분기하여 재순환함으로써 배출가스 중의 수소를 연료극(11)으로 공급할 수 있으므로 별도의 수소 공급을 하지 않아도 되는 이점이 있다. 일 실시예에서 재순환 유로(L21)는 제1 열교환기(61)와 제3 열교환기(63) 사이에 연결될 수도 있고 물 배출부(70) 하류측에 연결될 수도 있다. The anode exhaust gas discharged to the discharge passage L2 sequentially passes through the first heat exchanger 61 and the third heat exchanger 63 to heat water or steam to be supplied to the fuel cell, and then to the water discharge unit 70 ) is transferred to A portion of the anode exhaust gas may be branched into the recirculation passage L21 before being transferred to the water discharge unit 70 . Even in the water electrolysis mode, it is necessary to supply a small amount of hydrogen to the anode 11. Since hydrogen in the exhaust gas can be supplied to the anode 11 by branching and recirculating some of the exhaust gas through the recirculation passage L21, separate hydrogen The advantage is that there is no need to supply. In an embodiment, the recirculation passage L21 may be connected between the first heat exchanger 61 and the third heat exchanger 63 or may be connected to the downstream side of the water discharge unit 70 .

수전해 모드에서 연료극 배출가스는 수소와 스팀이 주성분이므로 물 배출부(70)에서 스팀이 응축되어 제거되면 연료극 배출가스는 수소가 주성분인 가스가 되며 그 후 제2 분기유로(L4)를 따라 제2 압축기(52)로 공급된다. 한편 가스 저장부(30)에 저장된 질소 및 수소의 혼합 가스를 제3 압축기(53)에서 압축한 후 가스 공급유로(L10)를 통해 제2 분기유로(L4)로 공급할 수 있고, 따라서 수소와 질소를 주성분으로 하는 고압의 혼합 가스를 제2 분기유로(L4)를 통해 암모니아 합성장치(80)로 공급할 수 있다. In the water electrolysis mode, since the main components of the anode exhaust gas are hydrogen and steam, when the steam is condensed and removed in the water discharge unit 70, the anode exhaust gas becomes a hydrogen-based gas, and then is discharged along the second branch flow path L4. 2 is supplied to the compressor (52). Meanwhile, the mixed gas of nitrogen and hydrogen stored in the gas storage unit 30 may be compressed in the third compressor 53 and then supplied to the second branch passage L4 through the gas supply passage L10, and thus hydrogen and nitrogen A high-pressure mixed gas containing as a main component may be supplied to the ammonia synthesis device 80 through the second branch passage L4.

암모니아 합성장치(80)는 공급받은 고압의 수소와 질소의 혼합 가스를 이용하여 암모니아를 생성하고, 생성된 암모니아는 제2 분기유로(L4)를 따라 암모니아 저장부(20)로 공급되어 저장된다.The ammonia synthesizing device 80 generates ammonia using the supplied high-pressure hydrogen and nitrogen mixed gas, and the generated ammonia is supplied to and stored in the ammonia storage unit 20 along the second branch flow path L4.

이와 같이 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 수전해 모드에서는 연료전지(10)에서 배출되는 연료극 배출가스 중 일부를 재순환시켜 수소를 연료전지로 공급할 수 있어 수소 공급을 위한 별도의 경로를 마련하지 않아도 되는 이점이 있고 연료극 배출가스에서 추출한 수소에 가스 저장부(30)의 질소와 수소 가스를 혼합한 후 암모니아 합성장치(80)에서 암모니아를 생성하고 이를 암모니아 저장부(20)에 저장할 수 있다.As described above, in the water electrolysis mode of the fuel cell system according to the present invention, hydrogen can be supplied to the fuel cell by recirculating some of the anode exhaust gas discharged from the fuel cell 10, so that there is no need to provide a separate path for hydrogen supply. There is an advantage, and after mixing nitrogen and hydrogen gas in the gas storage unit 30 with hydrogen extracted from the anode exhaust gas, ammonia may be generated in the ammonia synthesis device 80 and stored in the ammonia storage unit 20 .

따라서 본 발명의 연료전지 시스템이 양방향 연료전지 시스템으로 사용되는 경우 연료전지 모드에서 암모니아 저장부(20)의 암모니아를 연료로 사용하여 전기를 생산하고 수소와 질소의 혼합가스를 가스 저장부(30)에 저장하며 수전해 모드에서는 가스 저장부(30)의 가스를 사용하여 암모니아를 생성하고 암모니아 저장부(10)에 저장할 수 있으므로 연료전지 모드와 수전해 모드를 번갈아가며 연속적으로 동작할 수 있는 양방향 연료전지 시스템을 구현할 수 있다. Therefore, when the fuel cell system of the present invention is used as a bidirectional fuel cell system, in the fuel cell mode, ammonia in the ammonia storage unit 20 is used as a fuel to produce electricity and a mixed gas of hydrogen and nitrogen is used in the gas storage unit 30 . In the water electrolysis mode, ammonia can be generated using the gas of the gas storage unit 30 and stored in the ammonia storage unit 10, so bidirectional fuel that can continuously operate alternately between the fuel cell mode and the water electrolysis mode A battery system can be implemented.

또한 수소 재순환 관점에서 볼 때 연료전지 모드 동작시 연료극 배출가스의 수소를 추출하여 가스 저장부(30)에 저장하며 수전해 모드 동작시 연료극 배출가스의 수소를 추출하여 암모니아 합성에 사용하므로 연료전지 모드와 수전해 모드 중 어느 모드에서 동작하더라도 배출가스 중의 수소를 버리지 않고 재사용함으로써 효율적인 시스템 운전을 할 수 있다. In addition, from the viewpoint of hydrogen recirculation, when operating in the fuel cell mode, hydrogen from the anode exhaust gas is extracted and stored in the gas storage unit 30, and when operating in the water electrolysis mode, hydrogen from the anode exhaust gas is extracted and used for ammonia synthesis. Efficient system operation is possible by reusing the hydrogen in the exhaust gas without throwing away even if it operates in either mode or water electrolysis mode.

이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. As described above, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can understand that various modifications and variations are possible from the description of this specification. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments and should be defined by the claims described below as well as the claims and equivalents.

10: 연료전지 20: 암모니아 저장부
30: 가스 저장부 40: 터빈
51~53: 압축기 61~65: 열교환기
70: 물 배출부 80: 암모니아 합성장치
10: fuel cell 20: ammonia storage unit
30: gas storage unit 40: turbine
51-53: compressor 61-65: heat exchanger
70: water discharge unit 80: ammonia synthesis device

Claims (11)

연료전지 시스템으로서,
연료극, 공기극 및 그 사이에 개재된 전해질로 구성되며 연료전지 모드에서 동작 가능한 연료전지;
질소와 수소를 함유한 가스를 저장하는 가스 저장부; 및
상기 연료전지의 연료극으로 공급하는 암모니아를 상기 연료극에서 배출되는 배출가스로 가열하는 열교환기;를 포함하고,
상기 열교환기를 통과한 배출가스를 상기 가스 저장부에 저장하도록 구성된 것인, 연료전지 시스템.
A fuel cell system comprising:
a fuel cell comprising an anode, a cathode, and an electrolyte interposed therebetween and capable of operating in a fuel cell mode;
a gas storage unit for storing a gas containing nitrogen and hydrogen; and
a heat exchanger for heating ammonia supplied to the anode of the fuel cell with exhaust gas discharged from the anode; and
and to store the exhaust gas passing through the heat exchanger in the gas storage unit.
제 1 항에 있어서,
상기 열교환기를 통과한 배출가스에서 물을 분리하는 물 배출부를 더 포함하고,
상기 물 배출부를 통과한 배출가스를 상기 가스 저장부로 이송하도록 구성된 것인, 연료전지 시스템.
The method of claim 1,
Further comprising a water discharge unit for separating water from the exhaust gas that has passed through the heat exchanger,
The fuel cell system is configured to transfer the exhaust gas that has passed through the water discharge unit to the gas storage unit.
제 2 항에 있어서,
상기 물 배출부와 상기 가스 저장부 사이에 배치된 압축기를 더 포함하고,
상기 압축기에서 상기 배출가스를 압축한 후 가스 저장부로 이송하도록 구성된 것인, 연료전지 시스템.
3. The method of claim 2,
Further comprising a compressor disposed between the water discharge unit and the gas storage unit,
The fuel cell system is configured to compress the exhaust gas in the compressor and then transfer it to a gas storage unit.
제 3 항에 있어서,
상기 연료극으로 암모니아를 공급하는 공급유로 상에 배치되어 암모니아를 이용하여 역학적 에너지를 생성하는 터빈을 더 포함하고,
상기 터빈에서 생성된 역학적 에너지로 상기 압축기를 구동하거나 또는 전기 에너지를 생산하도록 구성된 것인, 연료전지 시스템.
4. The method of claim 3,
Further comprising a turbine disposed on a supply passage for supplying ammonia to the anode to generate mechanical energy using ammonia,
and to drive the compressor with mechanical energy generated in the turbine or to produce electrical energy.
연료전지 시스템으로서,
연료극, 공기극 및 그 사이에 개재된 전해질로 구성되며 수전해 모드에서 동작 가능한 연료전지;
질소와 수소를 함유한 가스를 저장하는 가스 저장부; 및
상기 연료전지의 연료극에서 배출되는 배출가스 중의 수소 및 상기 가스 저장부로부터 공급받는 질소와 수소를 이용하여 암모니아를 생성하는 암모니아 합성장치;를 포함하는 것인, 연료전지 시스템.
A fuel cell system comprising:
a fuel cell comprising an anode, a cathode, and an electrolyte interposed therebetween and capable of operating in a water electrolysis mode;
a gas storage unit for storing a gas containing nitrogen and hydrogen; and
and an ammonia synthesizing device for generating ammonia using hydrogen in exhaust gas discharged from the anode of the fuel cell and nitrogen and hydrogen supplied from the gas storage unit.
제 5 항에 있어서,
상기 연료전지의 연료극으로 공급하는 물을 상기 연료극에서 배출되는 배출가스로 가열하는 열교환기를 더 포함하는 것인, 연료전지 시스템.
6. The method of claim 5,
The fuel cell system, further comprising a heat exchanger for heating the water supplied to the anode of the fuel cell to exhaust gas discharged from the anode.
제 6 항에 있어서,
상기 열교환기를 통과한 배출가스에서 물을 분리하는 물 배출부를 더 포함하는 것인, 연료전지 시스템.
7. The method of claim 6,
The fuel cell system, further comprising a water discharge unit for separating water from the exhaust gas that has passed through the heat exchanger.
제 7 항에 있어서,
상기 물 배출부와 상기 암모니아 합성장치 사이에 배치된 압축기를 더 포함하고,
상기 압축기에서 상기 배출가스를 압축한 후 상기 암모니아 합성장치로 이송하도록 구성된 것인, 연료전지 시스템.
8. The method of claim 7,
Further comprising a compressor disposed between the water discharge unit and the ammonia synthesis device,
The fuel cell system is configured to compress the exhaust gas in the compressor and then transfer it to the ammonia synthesis device.
제 7 항에 있어서,
상기 암모니아 합성장치에서 생성된 암모니아를 저장하는 암모니아 저장부를 더 포함하는 것인, 연료전지 시스템.
8. The method of claim 7,
The fuel cell system, further comprising an ammonia storage unit for storing the ammonia generated in the ammonia synthesis device.
제 9 항에 있어서,
상기 연료전지가 연료전지 모드에서도 동작 가능하도록 구성되고,
상기 연료전지 시스템이 연료전지 모드에서 동작하는 경우, 상기 암모니아 저장부에 저장된 암모니아를 상기 연료전지의 연료극으로 공급하도록 구성된 것인, 연료전지 시스템.
10. The method of claim 9,
The fuel cell is configured to be operable even in a fuel cell mode,
The fuel cell system is configured to supply ammonia stored in the ammonia storage unit to the anode of the fuel cell when the fuel cell system operates in the fuel cell mode.
제 10 항에 있어서,
상기 연료전지 시스템이 연료전지 모드에서 동작하는 경우, 상기 물 배출부를 통과한 배출가스를 상기 가스 저장부로 이송하도록 구성된 것인, 연료전지 시스템.
11. The method of claim 10,
and transferring the exhaust gas passing through the water discharge unit to the gas storage unit when the fuel cell system operates in the fuel cell mode.
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