KR20230089433A - Fuel cell system - Google Patents

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KR20230089433A
KR20230089433A KR1020210178053A KR20210178053A KR20230089433A KR 20230089433 A KR20230089433 A KR 20230089433A KR 1020210178053 A KR1020210178053 A KR 1020210178053A KR 20210178053 A KR20210178053 A KR 20210178053A KR 20230089433 A KR20230089433 A KR 20230089433A
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KR1020210178053A
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장희중
양동근
우형석
박혜리
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엘지전자 주식회사
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Abstract

The present invention relates to a fuel cell system. According to one embodiment of the present invention, the fuel cell system may comprise: a stack which produces electricity through an electrochemical reaction between reformed gas and air; a fuel processing device which supplies the reformed gas to the stack; a blower which supplies the air to the stack; a separator which condenses moisture contained in the reformed gas, unreacted hydrogen, or air; a water supply pipe which is branched from a water supply line through which cold water flows, is connected to the separator, and supplies cold water to the separator; a water discharge pipe which is connected to the water supply line, a drain line discharging cold water to the outside, and the separator, and through which cold water discharged from the separator flows; and a drain valve which is disposed in the water discharge pipe and supplies cold water discharged from the separator to the water supply line or the drain line. Other various embodiments are possible. According to the present invention, a separator for collecting moisture in reformed gas is disposed between a reformer and a stack, and thus, the power generation efficiency of the stack can be improved.

Description

연료전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}Fuel cell system {FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건물 등 급수처에 연결된 급수라인을 유동하는 냉수를 활용하여, 시스템의 에너지효율 향상 및 시스템 내 응축수 포집량이 증가된 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell system in which the energy efficiency of the system is improved and the amount of condensate collected in the system is increased by utilizing cold water flowing through a water supply line connected to a water supply point such as a building.

연료전지 시스템(Fuel cell system)은, 탄화수소 계열의 물질, 예컨대, 메탄올, 에탄올, 천연가스 등에 포함되어 있는 수소를, 산소와 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 발전 시스템이다. A fuel cell system is a power generation system that generates electrical energy by electrochemically reacting hydrogen contained in hydrocarbon-based materials, such as methanol, ethanol, and natural gas, with oxygen.

일반적인 연료전지 시스템은, 선행기술 1(한국공개특허공보 제10-2012-0071288호)와 유사하게, 수소 원자를 포함하는 연료를 수소 가스로 전환개질(reforming)하는 연료처리장치와, 연료처리장치로부터 공급되는 수소 가스를 이용하여 전기 에너지를 발생시키는 스택(stack)을 구비한다. 또한, 연료전지 시스템은, 스택을 냉각하고, 열을 회수하기 위한 열교환기 및 냉각수배관, 생산된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 전력변환장치 등을 더 구비할 수 있다.A general fuel cell system, similar to Prior Art 1 (Korean Patent Publication No. 10-2012-0071288), a fuel processing device for converting and reforming fuel containing hydrogen atoms into hydrogen gas, and a fuel processing device A stack is provided to generate electric energy using hydrogen gas supplied therefrom. In addition, the fuel cell system may further include a heat exchanger and a cooling water pipe for cooling the stack and recovering heat, a power conversion device for converting DC power generated into AC power, and the like.

한편, 연료처리장치에서 생성된 개질 가스는 일정량의 수분을 포함한 체 스택으로 공급되어 스택의 발전에 이용된다. 그러나, 개질 가스의 수분이 과다한 경우, 스택에서 일어나는 수소와 산소의 전기화학반응이 저감되는 문제점이 있다.Meanwhile, the reformed gas generated in the fuel processor is supplied to the sieve stack containing a certain amount of moisture and used for power generation of the stack. However, when the moisture content of the reformed gas is excessive, there is a problem in that the electrochemical reaction between hydrogen and oxygen occurring in the stack is reduced.

한편, 스택에서의 수소와 산소의 전기화학반응 이후 배출되는 미반응수소(후술하는 anode off gas, AOG)는 일정량의 수분을 포함한 체 연료처리장치의 버너로 공급되어 버너의 연소에 이용된다. 그러나, 미반응수소에 포함된 수분이 과다한 경우, 버너의 연소 반응이 저감되는 문제점이 있다.On the other hand, unreacted hydrogen (anode off gas, AOG) discharged after the electrochemical reaction of hydrogen and oxygen in the stack is supplied to the burner of the body fuel processing device containing a certain amount of moisture and used for combustion of the burner. However, when the moisture contained in the unreacted hydrogen is excessive, there is a problem in that the combustion reaction of the burner is reduced.

KRKR 10-2012-0071288 10-2012-0071288 AA

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 시스템 내 유동하는 기체에 함유된 수분을 포집하는 세퍼레이터의 상분리 효율을 향상시켜 시스템 내 응축수 포집량이 증가한 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.An object to be solved by the present invention is to provide a fuel cell system in which the amount of condensate collected in the system is increased by improving the phase separation efficiency of a separator that collects moisture contained in gas flowing in the system.

본 발명의 또 다른 과제는, 별도의 냉각장치의 구비없이 상분리 효율이 향상된 세퍼레이터를 구비한 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fuel cell system including a separator with improved phase separation efficiency without a separate cooling device.

본 발명의 또 다른 과제는, 스택에 공급되는 개질가스의 수분 함유량을 저감시켜 스택의 발전효율이 향상된 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fuel cell system in which the power generation efficiency of the stack is improved by reducing the moisture content of the reformed gas supplied to the stack.

본 발명의 또 다른 과제는, 연료장치에 공급되는 미반응수소의 수분 함유량을 저감시켜 스택의 발전효율이 향상된 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fuel cell system with improved power generation efficiency of a stack by reducing the moisture content of unreacted hydrogen supplied to a fuel device.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present invention are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 개질가스와 공기의 전기화학반응을 통해 전력을 생산하는 스택; 상기 스택에 상기 개질가스를 공급하는 연료처리장치; 상기 스택에 상기 공기를 공급하는 블로워; 개질가스, 미반응수소 또는 공기에 포함된 수분을 응축시키는 세퍼레이터; 냉수가 유동하는 급수라인에서 분기되어 상기 세퍼레이터에 연결되고, 상기 세퍼레이터에 냉수를 공급하는 급수관; 상기 급수라인, 외부로 냉수를 배출하는 배수라인 및 상기 세퍼레이터에 연결되고, 상기 세퍼레이터에서 배출된 냉수가 유동하는 배수관; 상기 배수관에 배치되고, 상기 세퍼레이터에서 배출된 냉수를 상기 급수라인 또는 상기 배수라인으로 공급하는 드레인밸브를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a stack for generating power through an electrochemical reaction between reformed gas and air; a fuel processing device supplying the reformed gas to the stack; a blower supplying the air to the stack; A separator for condensing reformed gas, unreacted hydrogen or moisture contained in the air; a water supply pipe branched from a water supply line through which cold water flows and connected to the separator, and supplying cold water to the separator; a drain pipe connected to the water supply line, a drain line for discharging cold water to the outside, and the separator, and through which the cold water discharged from the separator flows; A drain valve disposed in the drain pipe and supplying cold water discharged from the separator to the water supply line or the drain line may be included.

상기 드레인밸브는, 상기 급수라인에 연결되고, 상기 세퍼레이터에서 상기 급수라인으로의 냉수 유동을 단속하는 제1 드레인밸브; 및 상기 배수라인에 연결되고, 상기 세퍼레이터에서 상기 배수라인으로의 냉수 유동을 단속하는 제2 드레인밸브를 포함할 수 있다.The drain valve, a first drain valve connected to the water supply line and regulating the flow of cold water from the separator to the water supply line; and A second drain valve connected to the drain line and regulating the flow of cold water from the separator to the drain line may be included.

상기 급수라인에 배치되고, 상기 급수라인을 유동하는 냉수 유량을 감지하는 제1 유량계; 및 상기 배수관에 배치되고, 상기 배수관을 유동하는 냉수 유량을 감지하는 제2 유량계; 및 상기 제1 유량계 및 제2 유량계에서 산출된 냉수 유량을 바탕으로 상기 드레인밸브를 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.a first flowmeter disposed in the water supply line and sensing a flow rate of cold water flowing through the water supply line; and a second flowmeter disposed in the drain pipe and sensing a flow rate of cold water flowing through the drain pipe. and a control unit adjusting the drain valve based on the cold water flow rate calculated by the first flow meter and the second flow meter.

상기 제어부는, 상기 제1 유량계에서 감지된 냉수의 유량을 바탕으로 총 급수량을 산출하고, 상기 제2 유량계에서 감지된 냉수의 유량을 바탕으로 상기 세퍼레이터의 배수 유량을 산출하고, 총 급수량이 세퍼레이터의 배수 유량보다 클 때, 상기 세퍼레이터에서 배출된 냉수가 상기 급수라인으로 유입되도록 상기 제1 드레인밸브를 개방하고, 상기 제2 드레인밸브를 폐쇄할 수 있다.The control unit calculates the total water supply amount based on the flow rate of cold water detected by the first flow meter, calculates the discharge flow rate of the separator based on the flow rate of cold water detected by the second flow meter, and calculates the total water supply amount of the separator. When the flow rate is greater than the drain flow rate, the first drain valve may be opened and the second drain valve may be closed so that the cold water discharged from the separator flows into the water supply line.

상기 제어부는, 상기 제1 유량계에서 감지된 냉수의 유량을 바탕으로 총 급수량을 산출하고, 상기 제2 유량계에서 감지된 냉수의 유량을 바탕으로 상기 세퍼레이터의 배수 유량을 산출하고, 총 급수량이 세퍼레이터의 배수 유량보다 작거나 같을 때, 상기 세퍼레이터에서 배출된 냉수가 상기 배수라인으로 유입되도록 상기 제1 드레인밸브를 폐쇄하고, 상기 제2 드레인밸브를 개방할 수 있다.The control unit calculates the total water supply amount based on the flow rate of cold water detected by the first flow meter, calculates the discharge flow rate of the separator based on the flow rate of cold water detected by the second flow meter, and calculates the total water supply amount of the separator. When the flow rate is less than or equal to the drain flow rate, the first drain valve may be closed and the second drain valve may be opened so that the cold water discharged from the separator flows into the drain line.

상기 세퍼레이터에 공급되는 개질가스의 온도를 감지하는 제1 온도계; 및 상기 스택에 공급되는 개질가스의 온도를 감지하는 제2 온도계를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 온도계들에 의해 감지된 온도값의 차이에 기초하여 개질가스의 수분 함유량을 산출하고, 상기 개질가스의 수분 함유량에 따라 상기 제2 드레인밸브의 개도를 조절할 수 있다.a first thermometer for sensing the temperature of the reformed gas supplied to the separator; and a second thermometer for sensing a temperature of the reformed gas supplied to the stack, wherein the control unit calculates a moisture content of the reformed gas based on a difference between temperature values sensed by the thermometers, and calculates the moisture content of the reformed gas. It is possible to adjust the opening of the second drain valve according to the moisture content of the.

상기 제2 드레인밸브는, 개도 조절이 가능한 삼방밸브일 수 있다.The second drain valve may be a three-way valve capable of adjusting an opening.

상기 배수관과 상기 급수라인을 연결하고, 상기 세퍼레이터에서 배출된 냉수를 상기 급수라인으로 안내하는 가이드배관을 포함하고, 상기 제1 드레인밸브는, 상기 가이드배관에 배치될 수 있다.A guide pipe connecting the drain pipe and the water supply line and guiding cold water discharged from the separator to the water supply line may be included, and the first drain valve may be disposed in the guide pipe.

상기 가이드배관에 배치되고, 상기 가이드배관을 유동하는 냉수가 상기 급수라인으로 유입될 수 있도록 수압을 형성하는 급수펌프를 포함할 수 있다.It may include a water supply pump disposed in the guide pipe and forming water pressure so that cold water flowing through the guide pipe flows into the water supply line.

상기 세퍼레이터에 공급되는 개질가스의 온도를 감지하는 제1 온도계; 상기 스택에 공급되는 개질가스의 온도를 감지하는 제2 온도계; 및 상기 온도계들에 의해 감지된 온도값의 차이에 기초하여 개질가스의 수분 함유량을 산출하고, 상기 개질가스의 수분 함유량에 따라 상기 급수펌프를 조절하는 제어부를 포함할 수 있다.a first thermometer for sensing the temperature of the reformed gas supplied to the separator; a second thermometer for sensing the temperature of the reformed gas supplied to the stack; and a control unit that calculates the moisture content of the reformed gas based on the difference in temperature values detected by the thermometers and adjusts the water supply pump according to the moisture content of the reformed gas.

상기 연료처리장치와 상기 스택을 연결하고, 상기 연료처리장치에서 배출된 개질가스를 상기 스택으로 안내하는 제1 가스배관; 상기 연료처리장치와 상기 스택을 연결하고, 상기 스택에서 배출된 미반응수소를 상기 연료처리장치로 안내하는 제2 가스배관; 상기 스택에 연결되고, 상기 스택에서 배출된 공기가 유동하는 제3 가스배관을 포함할 수 있다.a first gas pipe connecting the fuel processing device and the stack and guiding the reformed gas discharged from the fuel processing device to the stack; a second gas pipe connecting the fuel processing device and the stack and guiding unreacted hydrogen discharged from the stack to the fuel processing device; It may include a third gas pipe connected to the stack and through which air discharged from the stack flows.

상기 세퍼레이터는, 상기 제1 가스배관에 배치되고, 상기 연료처리장치에서 배출된 개질가스와 상기 급수관에서 공급된 냉수의 열교환을 통해 생성된 응축수를 포집하는 제1 세퍼레이터; 상기 제2 가스배관에 배치되고, 상기 스택에서 배출된 미반응수소와 상기 급수관에서 공급된 냉수의 열교환을 통해 생성된 응축수를 포집하는 제2 세퍼레이터; 및 상기 제3 가스배관에 배치되고, 상기 스택에서 배출된 공기와 상기 급수관에서 공급된 냉수의 열교환을 통해 생성된 응축수를 포집하는 제3 세퍼레이터를 포함할 수 있다.The separator may include: a first separator disposed in the first gas pipe and collecting condensate generated through heat exchange between reformed gas discharged from the fuel processing device and cold water supplied from the water supply pipe; a second separator disposed in the second gas pipe and collecting condensed water generated through heat exchange between unreacted hydrogen discharged from the stack and cold water supplied from the water supply pipe; and a third separator disposed in the third gas pipe and collecting condensed water generated through heat exchange between air discharged from the stack and cold water supplied from the water supply pipe.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 연료전지 시스템에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.According to the fuel cell system of the present invention, one or more of the following effects are provided.

첫째, 건물 등 급수처에 냉수를 공급하는 급수라인으로부터 세퍼레이터로 냉수를 공급할 수 있으며, 세퍼레이터에 공급된 냉수에 의해 세퍼레이터를 유동하는 기체가 냉각되어 세퍼레이터의 상분리 효율이 향상될 수 있다. 이에 따라, 시스템 내 응축수의 포집량 또한 증가할 수 있다.First, cold water may be supplied to the separator from a water supply line supplying cold water to a water supply point such as a building, and gas flowing through the separator may be cooled by the cold water supplied to the separator, thereby improving phase separation efficiency of the separator. Accordingly, the collection amount of condensate in the system may also increase.

둘째, 건물 등 급수처에 일반적으로 매입된 급수라인을 활용해 상기 세퍼레이터에 냉수를 공급할 수 있고, 이에 따라 상기 세퍼레이터를 유동하는 기체 냉각을 위한 별도의 냉각장치를 구비할 필요가 없다.Second, cold water can be supplied to the separator using a water supply line generally embedded in a water supply point such as a building, and accordingly, there is no need to provide a separate cooling device for cooling gas flowing through the separator.

셋째, 개질기와 스택 사이에 개질가스의 수분을 포집하는 세퍼레이터가 배치되고, 이에 따라 개질가스에 함유된 수분이 저감되어 스택의 발전효율이 향상될 수 있다.Third, a separator for collecting moisture in the reformed gas is disposed between the reformer and the stack, and accordingly, the moisture contained in the reformed gas is reduced, thereby improving power generation efficiency of the stack.

넷째, 버너와 스택 사이에 미반응수소의 수분을 포집하는 세퍼레이터가 배치되고, 이에 따라 미반응수소에 함유된 수분이 저감되어 버너의 연소효율이 향상될 수 있다.Fourth, a separator for collecting moisture of unreacted hydrogen is disposed between the burner and the stack, and thus the moisture contained in unreacted hydrogen is reduced, thereby improving combustion efficiency of the burner.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 연료처리장치의 구성에 대한 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 연료전지 시스템에 대한 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 연료처리장치, 스택, 세퍼레이터 및 물공급탱크의 연결관계를 도시한 계통도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 예열모드를 나타내는 동작도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 개질모드를 나타내는 동작도이다.
도 6는, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 발전모드 시, 건물 등 급수처에 급수 중인 경우, 드레인밸브의 작동을 나타내는 동작도이다.
도 7는, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 발전모드 시, 건물 등 급수처에 급수량이 낮거나 없는 경우, 드레인밸브의 작동을 나타내는 동작도이다.
도 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어방법을 나타내는 순서도이다.
1 is a schematic diagram of a configuration of a fuel processing apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
3 is a system diagram showing the connection relationship between a fuel processing device, a stack, a separator, and a water supply tank according to an embodiment of the present invention.
4 is an operation diagram illustrating a preheating mode of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
5 is an operation diagram illustrating a reforming mode of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
6 is an operation diagram illustrating the operation of a drain valve when water is being supplied to a water supply point such as a building in a power generation mode of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
7 is an operation diagram illustrating the operation of a drain valve when the amount of water supplied to a water supply point such as a building is low or absent in a power generation mode of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a control method of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, in order to clearly and concisely describe the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same reference numerals are used for the same or extremely similar parts throughout the specification.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.The suffixes "module" and "unit" for the components used in the following description are simply given in consideration of ease of writing this specification, and do not themselves give a particularly important meaning or role. Accordingly, the “module” and “unit” may be used interchangeably.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것들의 존재, 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용될 수 있다. Also, in this specification, terms such as first and second may be used to describe various elements, but these elements are not limited by these terms. These terms may only be used to distinguish one element from another.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 연료처리장치의 구성에 대한 개략도이다.1 is a schematic diagram of a configuration of a fuel processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 연료처리장치(10)는, 탈황기(110), 버너(120), 증기발생기(130), 개질기(140), 제1 반응기(150) 및/또는 제2 반응기(160)를 포함할 수 있다. 연료처리장치(10)는, 적어도 하나의 믹서(111, 112)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the fuel processing device 10 includes a desulfurizer 110, a burner 120, a steam generator 130, a reformer 140, a first reactor 150 and/or a second reactor 160. ) may be included. The fuel processing device 10 may further include at least one mixer 111 or 112.

탈황기(110)는, 연료 가스에 포함된 황 화합물을 제거하는 탈황공정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 탈황기(110)는 내부에 흡착제를 구비할 수 있다. 이때, 탈황기(110)의 내부를 통과하는 연료 가스에 포함된 황 화합물이 흡착제에 흡착될 수 있다. The desulfurizer 110 may perform a desulfurization process to remove sulfur compounds contained in fuel gas. For example, the desulfurizer 110 may have an adsorbent therein. At this time, the sulfur compound included in the fuel gas passing through the desulfurizer 110 may be adsorbed to the adsorbent.

흡착제는, 금속 산화물, 제올라이트(Zeolite), 활성탄소(activated carbon) 등으로 구성될 수 있다.The adsorbent may be composed of metal oxide, zeolite, activated carbon, or the like.

탈황기(110)는, 연료 가스에 포함된 이물질을 제거하는 필터를 더 포함할 수 있다. The desulfurizer 110 may further include a filter for removing foreign substances included in the fuel gas.

버너(120)는, 개질기(140)에서의 개질 반응이 촉진되도록, 개질기(140)에 열을 공급할 수 있다. 예를 들어, 탈황기(110)로부터 토출된 연료 가스와 외부에서 유입된 공기가 제1 믹서(111)에서 혼합되어 버너(120)에 공급될 수 있다. 이때, 버너(120)는, 연료 가스와 공기가 혼합된 혼합 가스를 연소시켜 연소열을 발생시킬 수 있다. 이때, 버너(120)에서 공급되는 열에 의해, 개질기(140)의 내부온도가 적정 온도(예: 800℃)로 유지될 수 있다. The burner 120 may supply heat to the reformer 140 to promote a reforming reaction in the reformer 140 . For example, fuel gas discharged from the desulfurizer 110 and air introduced from the outside may be mixed in the first mixer 111 and supplied to the burner 120 . At this time, the burner 120 may generate combustion heat by burning a mixed gas in which fuel gas and air are mixed. In this case, the internal temperature of the reformer 140 may be maintained at an appropriate temperature (eg, 800° C.) by heat supplied from the burner 120 .

한편, 혼합 가스의 연소에 의해 버너(120)에서 생성되는 배기가스는, 연료처리장치(10)의 외부로 배출될 수 있다. Meanwhile, exhaust gas generated in the burner 120 by combustion of the mixed gas may be discharged to the outside of the fuel processing device 10 .

증기발생기(130)는, 물을 기화시켜 수증기로 배출할 수 있다. 예를 들어, 증기발생기(130)는, 버너(120)에서 생성되는 배기가스, 제1 반응기(150) 및/또는 제2 반응기(160)로부터 열을 흡수하여, 물을 기화시킬 수 있다. The steam generator 130 may vaporize water and discharge it as water vapor. For example, the steam generator 130 may vaporize water by absorbing heat from the exhaust gas generated by the burner 120, the first reactor 150, and/or the second reactor 160.

증기발생기(130)는, 제1 반응기(150), 제2 반응기(160) 및/또는 버너(120)에서 배출되는 배기가스가 유동하는 배관에 인접하여 배치될 수 있다. The steam generator 130 may be disposed adjacent to a pipe through which exhaust gas discharged from the first reactor 150, the second reactor 160, and/or the burner 120 flows.

개질기(140)는, 촉매를 이용하여, 황 화합물이 제거된 연료 가스로부터 수소 가스를 생성하는 개질 공정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 탈황기(110)로부터 토출된 연료 가스와 증기발생기(130)로부터 토출된 수증기가 제2 믹서(112)에서 혼합되어 개질기(140)에 공급될 수 있다. 이때, 개질기(140)에 공급된 연료 가스와 수증기가 개질기(140) 내에서 개질 반응하는 경우, 수소 가스가 생성될 수 있다. The reformer 140 may perform a reforming process of generating hydrogen gas from fuel gas from which sulfur compounds are removed by using a catalyst. For example, fuel gas discharged from the desulfurizer 110 and steam discharged from the steam generator 130 may be mixed in the second mixer 112 and supplied to the reformer 140 . In this case, when the fuel gas supplied to the reformer 140 and the water vapor undergo a reforming reaction in the reformer 140, hydrogen gas may be generated.

제1 반응기(150)는, 개질기(140)에서 토출되는 가스에 포함된 성분 중, 개질 반응에 의해 생성되는 일산화탄소를 저감할 수 있다. 예를 들어, 개질기(140)에서 토출되는 가스에 포함된 일산화탄소가 제1 반응기(150) 내부에서 수증기와 반응하여, 이산화탄소와 수소가 생성될 수 있다. 이때, 제1 반응기(150)의 내부온도는, 개질기(140)의 내부온도보다 낮고, 상온보다 높은 온도(예: 200℃)일 수 있다.The first reactor 150 may reduce carbon monoxide generated by a reforming reaction among components included in the gas discharged from the reformer 140 . For example, carbon monoxide included in gas discharged from the reformer 140 may react with water vapor inside the first reactor 150 to generate carbon dioxide and hydrogen. At this time, the internal temperature of the first reactor 150 may be lower than the internal temperature of the reformer 140 and higher than room temperature (eg, 200° C.).

제1 반응기(150)는, 쉬프트 반응기(shift reactor)로 명명될 수 있다. The first reactor 150 may be referred to as a shift reactor.

제2 반응기(160)는, 제1 반응기(150)로부터 토출되는 가스에 포함된 성분 중, 잔존하는 일산화탄소를 저감할 수 있다. 예를 들어, 제1 반응기(150)에서 토출된 가스에 포함된 일산화탄소가 제2 반응기(160) 내부에서 산소와 반응하는 선택적 산화(preferential oxidation, PROX) 반응이 일어날 수 있다. The second reactor 160 can reduce carbon monoxide remaining among components included in the gas discharged from the first reactor 150 . For example, a selective oxidation (PROX) reaction in which carbon monoxide included in gas discharged from the first reactor 150 reacts with oxygen inside the second reactor 160 may occur.

한편, 선택적 산화 반응의 경우, 다량의 산소가 필요하므로 공기의 추가 공급이 요구되며, 추가 공급된 공기에 의해 수소가 희석되어 스택에 공급되는 수소의 농도가 감소하는 단점이 있다. 따라서, 이러한 단점을 극복하기 위해, 일산화탄소와 수소가 반응하는 선택적 메탄화(selective methanation) 반응이 활용될 수 있다. On the other hand, in the case of the selective oxidation reaction, since a large amount of oxygen is required, additional supply of air is required, and hydrogen is diluted by the additionally supplied air, which reduces the concentration of hydrogen supplied to the stack. Therefore, in order to overcome these disadvantages, a selective methanation reaction in which carbon monoxide and hydrogen react may be utilized.

한편, 개질기(140), 제1 반응기(150) 및/또는 제2 반응기(160)를 거쳐 연료처리장치(10)에서 토출되는 가스는, 개질가스로 명명될 수 있다. Meanwhile, gas discharged from the fuel processor 10 via the reformer 140, the first reactor 150, and/or the second reactor 160 may be referred to as a reformed gas.

스택(20)은, 연료처리장치(10)로부터 공급되는 개질가스에 전기화학반응을 일으켜 전기 에너지를 생성할 수 있다.The stack 20 may generate electrical energy by causing an electrochemical reaction to the reformed gas supplied from the fuel processing device 10 .

스택(20)은, 전기화학반응이 일어나는 단일 셀이 적층되어 구성될 수 있다. The stack 20 may be configured by stacking single cells in which an electrochemical reaction occurs.

단일 셀은, 전해질막을 중심으로 연료극과 공기극이 배치된 막-전극 접합체(membrane electrode assembly, MEA), 세퍼레이터(separator) 등으로 구성될 수 있다. 막-전극 접합체의 연료극에서는, 수소가 촉매에 의하여 수소이온과 전자로 분리되어 전기가 발생할 수 있고, 막-전극 접합체의 공기극에서는 수소이온과 전자가 산소와 결합하여 물이 생성될 수 있다.A single cell may include a membrane electrode assembly (MEA) in which an anode and an air electrode are disposed around an electrolyte membrane, a separator, and the like. At the fuel electrode of the membrane-electrode assembly, hydrogen can be separated into hydrogen ions and electrons by a catalyst to generate electricity, and at the air electrode of the membrane-electrode assembly, hydrogen ions and electrons combine with oxygen to generate water.

스택(20)은, 전기화학반응 과정에서 발생하는 열을 방열하는 스택 열교환기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 스택 열교환기는, 물을 냉매로 사용하는 열교환기일 수 있다 예를 들어, 스택 열교환기에 공급되는 냉각수가 전기화학반응 과정에서 발생하는 열을 흡수할 수 있고, 흡수된 열에 의해 온도가 상승한 냉각수가 스택 열교환기의 외부로 토출될 수 있다. The stack 20 may further include a stack heat exchanger (not shown) to dissipate heat generated during the electrochemical reaction. The stack heat exchanger may be a heat exchanger that uses water as a refrigerant. For example, the cooling water supplied to the stack heat exchanger may absorb heat generated in an electrochemical reaction process, and the cooling water whose temperature is raised by the absorbed heat exchanges the stack heat exchanger. It can be discharged to the outside of the group.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 연료처리장치를 포함하는 연료전지 시스템에 대한 구성도이다. 2 is a configuration diagram of a fuel cell system including a fuel processing device according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 연료전지 시스템(1)은, 연료처리부(I), 전력생성부(II), 냉각수순환부(III) 및/또는 열회수부(IV)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2 , the fuel cell system 1 may include a fuel processing unit (I), a power generation unit (II), a cooling water circulation unit (III), and/or a heat recovery unit (IV).

연료처리부(I)는, 연료처리장치(10), 연료처리장치(10)에 공급되는 연료 가스의 유동을 조절하는 연료밸브(30), 공기를 연료처리장치(10)로 유동시키는 제1 블로워(71) 등을 포함할 수 있다.The fuel processing unit (I) includes a fuel processing device 10, a fuel valve 30 for controlling the flow of fuel gas supplied to the fuel processing device 10, and a first blower for flowing air to the fuel processing device 10. (71) and the like.

전력생성부(II)는, 스택(20a, 20b), 연료처리장치(10)에서 토출된 개질가스의 열교환이 일어나는 개질가스열교환기(21), 스택(20a, 20b)에서 반응하지 않고 배출되는 가스의 열교환이 일어나는 AOG열교환기(22), 스택(20a, 20b)에 공급되는 공기에 수분을 공급하는 가습장치(23), 공기를 스택(20a, 20b)으로 유동시키는 제2 블로워(72) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 스택(20a, 20b)에서 반응하지 않고 배출되는 가스는, 미반응수소(anode off gas, AOG)로 명명될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 연료전지 시스템(1)이 두 개의 스택(20a. 20b)을 구비하는 것으로 설명하나, 이에 제한되지 않는다.The power generation unit (II) is discharged without reacting in the stacks 20a and 20b, the reformed gas heat exchanger 21 in which heat exchange of the reformed gas discharged from the fuel processing device 10 occurs, and the stacks 20a and 20b. AOG heat exchanger 22 where gas heat exchange occurs, a humidifier 23 which supplies moisture to the air supplied to the stacks 20a and 20b, and a second blower 72 which flows air into the stacks 20a and 20b etc. may be included. Here, the gas discharged from the stacks 20a and 20b without reacting may be referred to as anode off gas (AOG). In one embodiment of the present invention, the fuel cell system 1 is described as having two stacks 20a and 20b, but is not limited thereto.

냉각수순환부(III)는, 연료전지 시스템(1)에서 생성되는 물을 저장하는 물공급탱크(13), 연료처리장치(10)로 물을 유동시키는 물펌프(38), 연료처리장치(10)로 공급되는 물의 유동을 조절하는 물공급밸브(39), 개질가스열교환기(21)로 물을 유동시키는 냉각수펌프(43) 등을 포함할 수 있다. The cooling water circulation unit (III) includes a water supply tank (13) for storing water generated in the fuel cell system (1), a water pump (38) for flowing water to the fuel processing device (10), and a fuel processing device (10). ), a water supply valve 39 for controlling the flow of water supplied to the water supply, a cooling water pump 43 for flowing water to the reformed gas heat exchanger 21, and the like.

열회수부(IV)는, 열교환에 사용되는 물을 저장하는 열회수탱크(15), 열회수탱크(15)에 저장된 물을 열회수탱크(15) 외부로 유동시키는 온수펌프(48) 등을 포함할 수 있다. The heat recovery unit (IV) may include a heat recovery tank 15 for storing water used for heat exchange, a hot water pump 48 for flowing water stored in the heat recovery tank 15 to the outside of the heat recovery tank 15, and the like. .

연료밸브(30)는, 연료처리장치(10)에 공급되는 연료 가스가 유동하는 연료공급유로(101)에 배치될 수 있다. 연료밸브(30)의 개도 정도에 대응하여, 연료처리장치(10)에 공급되는 연료 가스의 유량이 조절될 수 있다. 예를 들어, 연료밸브(30)는, 연료처리장치(10)에 대한 연료 가스의 공급이 중단되도록, 연료공급유로(101)을 차단할 수 있다. The fuel valve 30 may be disposed in the fuel supply passage 101 through which fuel gas supplied to the fuel processing device 10 flows. Corresponding to the degree of opening of the fuel valve 30, the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel processing device 10 may be adjusted. For example, the fuel valve 30 may block the fuel supply passage 101 so that the supply of fuel gas to the fuel processing device 10 is stopped.

연료공급유로(101)에는, 연료공급유로(101) 내에 유동하는 연료 가스의 유량을 검출하는 제1 연료유량계(51)가 배치될 수 있다. A first fuel flow meter 51 that detects a flow rate of fuel gas flowing in the fuel supply passage 101 may be disposed in the fuel supply passage 101 .

제1 블로워(71)는, 제1 외부공기유입유로(201) 및 연료측 공기공급유로(202)에 연결될 수 있다. 제1 블로워(71)는, 제1 외부공기유입유로(201)를 통해 외부에서 유입되는 공기를, 연료측 공기공급유로(202)를 통해 연료처리장치(10)로 유동시킬 수 있다. The first blower 71 may be connected to the first external air inlet passage 201 and the fuel side air supply passage 202 . The first blower 71 may flow air introduced from the outside through the first external air inlet passage 201 to the fuel processing device 10 through the fuel side air supply passage 202 .

연료측 공기공급유로(202)를 통해 연료처리장치(10)에 유입되는 공기는, 연료처리장치(10)의 버너(120)로 공급될 수 있다. 예를 들어, 연료처리장치(10)에 유입되는 공기는, 탈황기(110)에서 토출된 연료 가스와 제1 믹서(111)에서 혼합되어 버너(120)에 공급될 수 있다. Air introduced into the fuel processing device 10 through the fuel-side air supply passage 202 may be supplied to the burner 120 of the fuel processing device 10 . For example, air introduced into the fuel processor 10 may be mixed with fuel gas discharged from the desulfurizer 110 in the first mixer 111 and supplied to the burner 120 .

제1 외부공기유입유로(201)에는, 공기에 포함된 먼지 등의 이물질을 제거하는 공기필터(91) 및/또는 공기의 유동 방향을 제한하는 제1 공기측 체크밸브(81)가 배치될 수 있다.An air filter 91 that removes foreign substances such as dust contained in the air and/or a first air-side check valve 81 that restricts the flow direction of air may be disposed in the first external air inflow passage 201 . there is.

연료처리부(I)는, 탈황기(110)에서 토출된 연료 가스가 개질기(140)로 유동하는 제1 내부가스유로(102)를 포함할 수 있다. 제1 내부가스유로(102)에는, 비례제어밸브(31), 개질기(140)로 유입되는 연료 가스의 유동을 조절하는 내부연료밸브(32), 내부가스유로(102) 내에 유동하는 연료 가스의 유량을 검출하는 제2 연료유량계(52), 내부가스유로(102) 내에 유동하는 연료 가스의 유동 방향을 제한하는 연료측 체크밸브(83), 및/또는 황검출장치(94)가 배치될 수 있다. The fuel processing unit (I) may include a first internal gas flow path 102 through which the fuel gas discharged from the desulfurizer 110 flows to the reformer 140 . In the first internal gas passage 102, a proportional control valve 31, an internal fuel valve 32 for controlling the flow of fuel gas flowing into the reformer 140, and a control valve for fuel gas flowing in the internal gas passage 102 A second fuel flow meter 52 for detecting the flow rate, a fuel side check valve 83 for limiting the flow direction of the fuel gas flowing in the internal gas flow path 102, and/or a sulfur detection device 94 may be disposed. there is.

비례제어밸브(31)는, 탈황기(110)에서 토출되어 개질기(140)로 유동하는 연료 가스의 유량, 압력 등을, 전기제어 방식으로 내/외부 피드백을 통해 조절할 수 있다. The proportional control valve 31 can adjust the flow rate and pressure of the fuel gas discharged from the desulfurizer 110 and flowing into the reformer 140 through internal/external feedback in an electrically controlled manner.

황검출장치(94)는, 탈황기(110)에서 토출된 연료 가스에 포함된 황을 검출할 수 있다. 황검출장치(94)는, 탈황기(110)의 흡착제에 의해 제거되지 않은 황 화합물에 반응하여 색이 변하는 지시제를 포함할 수 있다. 여기서, 지시제는, 페놀프탈레인(phenolphthalein), 몰리브덴 화합물 등을 포함할 수 있다. The sulfur detection device 94 may detect sulfur included in the fuel gas discharged from the desulfurizer 110 . The sulfur detection device 94 may include an indicator that changes color in response to sulfur compounds not removed by the adsorbent of the desulfurizer 110 . Here, the indicator may include phenolphthalein, a molybdenum compound, and the like.

연료처리부(I)는, 탈황기(110)에서 토출된 연료 가스가 버너(120)로 유동하는 제2 내부가스유로(103)를 포함할 수 있다. 버너(120)는, 제2 내부가스유로(103)를 통해 유입되는 연료 가스를 연소에 사용할 수 있다. The fuel processing unit (I) may include a second internal gas flow path 103 through which the fuel gas discharged from the desulfurizer 110 flows to the burner 120 . The burner 120 may use fuel gas introduced through the second internal gas passage 103 for combustion.

제1 내부가스유로(102)와 제2 내부가스유로(103)는, 서로 연통될수 있다. The first internal gas passage 102 and the second internal gas passage 103 may communicate with each other.

연료처리장치(10)는, 물공급탱크(13)에서 토출된 물이 유동하는 물공급유로(303)에 연결될 수 있다. 물공급유로(303)에는, 물펌프(38), 물의 유동을 조절하는 물공급밸브(39) 및/또는 물공급유로(303) 내에 유동하는 물의 유량을 검출하는 물유량계(54)가 배치될 수 있다. The fuel processing device 10 may be connected to the water supply passage 303 through which water discharged from the water supply tank 13 flows. In the water supply passage 303, a water pump 38, a water supply valve 39 for controlling the flow of water, and/or a water flow meter 54 for detecting the flow rate of water flowing in the water supply passage 303 are disposed. can

연료처리장치(10)의 버너(120)에서 생성되는 배기가스는, 배기가스토출유로(210)를 통해 연료처리장치(10)에서 토출될 수 있다. Exhaust gas generated by the burner 120 of the fuel processing device 10 may be discharged from the fuel processing device 10 through the exhaust gas discharge passage 210 .

연료처리장치(10)는, 개질가스토출유로(104)에 연결될 수 있다. 연료처리장치(10)에서 토출된 개질가스는, 개질가스토출유로(104)를 통해 유동할 수 있다.The fuel processing device 10 may be connected to the reformed gas discharge passage 104 . The reformed gas discharged from the fuel processing device 10 may flow through the reformed gas discharge passage 104 .

개질가스토출유로(104)는, 개질가스의 열교환이 일어나는 개질가스열교환기(21)에 연결될 수 있다. 개질가스토출유로(104)에는, 개질가스열교환기(21)에 유입되는 개질가스의 유동을 조절하는 개질가스밸브(33)가 배치될 수 있다. The reformed gas discharge passage 104 may be connected to the reformed gas heat exchanger 21 in which heat exchange of reformed gas occurs. A reformed gas valve 33 may be disposed in the reformed gas discharge passage 104 to control the flow of the reformed gas flowing into the reformed gas heat exchanger 21 .

개질가스토출유로(104)는, 연료처리장치(10)에서 토출된 개질가스가 연료처리장치(10)로 유동하는 바이패스유로(105)와 연통될 수 있다. 바이패스유로(105)는, 연료처리장치(10)에 연결될 수 있다. 바이패스유로(105)를 통해 연료처리장치(10)에 유입되는 개질가스는, 버너(120)의 연소를 위한 연료로 사용될 수 있다. 바이패스유로(105)에는, 연료처리장치(10)에 유입되는 개질가스의 유동을 조절하는 바이패스밸브(34)가 배치될 수 있다. The reformed gas discharge passage 104 may communicate with the bypass passage 105 through which the reformed gas discharged from the fuel processor 10 flows to the fuel processor 10 . The bypass passage 105 may be connected to the fuel processing device 10 . The reformed gas introduced into the fuel processing device 10 through the bypass passage 105 may be used as fuel for combustion in the burner 120 . A bypass valve 34 may be disposed in the bypass passage 105 to control the flow of the reformed gas flowing into the fuel processing device 10 .

개질가스열교환기(21)는, 연료처리장치(10)에서 토출된 개질가스가 유동하는 개질가스토출유로(104)에 연결될 수 있다. 개질가스열교환기(21)는, 물공급탱크(13)에서 토출된 물이 유동하는 냉각수공급유로(304)에 연결될 수 있다. 개질가스열교환기(21)는, 개질가스토출유로(104)를 통해 유입되는 개질가스와, 냉각수공급유로(304)를 통해 공급되는 물을 열교환할 수 있다. The reformed gas heat exchanger 21 may be connected to the reformed gas discharge passage 104 through which the reformed gas discharged from the fuel processing device 10 flows. The reformed gas heat exchanger 21 may be connected to the cooling water supply passage 304 through which water discharged from the water supply tank 13 flows. The reformed gas heat exchanger 21 may heat-exchange the reformed gas introduced through the reformed gas discharge passage 104 and the water supplied through the cooling water supply passage 304 .

냉각수공급유로(304)에는, 물공급탱크(13)에 저장된 물을 개질가스열교환기(21)로 유동시키는 냉각수펌프(43), 및/또는 냉각수공급유로(304) 내에 유동하는 물의 유량을 검출하는 냉각수유량계(56)가 배치될 수 있다. In the cooling water supply passage 304, the cooling water pump 43 for flowing the water stored in the water supply tank 13 to the reformed gas heat exchanger 21 and/or detecting the flow rate of the water flowing in the cooling water supply passage 304 A cooling water flow meter 56 may be disposed.

개질가스열교환기(21)는, 스택가스공급유로(106)에 연결될 수 있다 개질가스열교환기(21)에서 토출된 개질가스는, 스택가스공급유로(106)를 통해 스택(20a, 20b)으로 유동할 수 있다.The reformed gas heat exchanger 21 may be connected to the stack gas supply passage 106. The reformed gas discharged from the reformed gas heat exchanger 21 passes through the stack gas supply passage 106 to the stacks 20a and 20b. can be fluid

스택가스공급유로(106)에는, 개질가스에 포함된 수분의 양을 조절하는 제1 세퍼레이터(401)가 배치될 수 있다. 제1 세퍼레이터(401)로 유입된 개질가스는, 수분이 제거된 후 제1 세퍼레이터(401)에서 토출될 수 있다. A first separator 401 may be disposed in the stack gas supply passage 106 to control the amount of moisture included in the reformed gas. The reformed gas introduced into the first separator 401 may be discharged from the first separator 401 after moisture is removed.

제1 세퍼레이터(401)에서 생성된 응축수는, 제1 세퍼레이터(401)에서 토출되어, 제1 응축수배관(461)로 유동할 수 있다. 제1 응축수배관(461)에는, 물의 유동을 조절하는 제1 응축수밸브(471)가 배치될 수 있다. Condensed water generated in the first separator 401 may be discharged from the first separator 401 and flow into the first condensate pipe 461 . A first condensate valve 471 for controlling the flow of water may be disposed in the first condensate pipe 461 .

스택(20a. 20b)은, 스택가스공급유로(106)를 통해 유입되는 개질가스에 전기화학반응을 일으켜 전기 에너지를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 연료전지 시스템(1)이 복수의 스택(20a. 20b)을 구비하는 경우, 제1 스택(20a)에서 반응하지 않고 토출되는 개질 가스는 제2 스택(20b)에서 추가적으로 전기화학반응을 일으킬 수 있다. The stacks 20a and 20b may generate electrical energy by causing an electrochemical reaction to the reformed gas introduced through the stack gas supply passage 106 . In one embodiment, when the fuel cell system 1 includes a plurality of stacks 20a and 20b, the reformed gas discharged without reacting in the first stack 20a is additionally electrochemically discharged from the second stack 20b. can cause a reaction.

제2 블로워(72)는, 제1 외부공기유입유로(201)와 연통된 제2 외부공기유입유로(203)와, 스택측 공기유입유로(204)에 연결될 수 있다. 제2 외부공기유입유로(203)는, 공기필터(91)의 후단에 연결될 수 있다. 제2 블로워(72)는, 제2 외부공기유입유로(203)를 통해 유입되는 공기를, 스택측 공기유입유로(204)를 통해 스택(20) 측으로 유동시킬 수 있다. The second blower 72 may be connected to the second external air introduction passage 203 communicating with the first external air introduction passage 201 and the stack-side air introduction passage 204 . The second external air introduction passage 203 may be connected to a rear end of the air filter 91 . The second blower 72 may flow air introduced through the second external air inlet passage 203 toward the stack 20 through the stack-side air inlet passage 204 .

제2 외부공기유입유로(203)에는, 공기의 유동 방향을 제한하는 제2 공기측 체크밸브(82)가 배치될 수 있다.A second air-side check valve 82 may be disposed in the second external air inlet passage 203 to restrict the flow direction of air.

스택측 공기유입유로(204)에는, 스택측 공기유입유로(204) 내에 유동하는 공기의 유량을 검출하는 공기유량계(53)가 배치될 수 있다. An air flow meter 53 for detecting a flow rate of air flowing in the stack-side air inlet passage 204 may be disposed in the stack-side air inlet passage 204 .

가습장치(23)는, 스택측 공기유입유로(204)를 통해 유입되는 공기에 수분을 공급할 수 있고, 수분이 포함된 공기를 스택측 공기공급유로(205)를 통해 토출할 수 있다. The humidifier 23 can supply moisture to the air introduced through the stack-side air inlet passage 204 and discharge air containing moisture through the stack-side air supply passage 205 .

스택측 공기공급유로(205)에는, 스택(20)으로 공급되는 공기의 유동을 조절하는 스택측 공기공급밸브(36)가 배치될 수 있다. A stack-side air supply valve 36 may be disposed in the stack-side air supply passage 205 to control the flow of air supplied to the stack 20 .

스택측 공기공급유로(205)는, 스택(20a. 20b)에 각각 대응하는 개별공급유로(206, 207)에 연결될 수 있다. 스택측 공기공급유로(205)를 통해 유동하는 공기는, 개별공급유로(206, 207)를 통해 스택(20a. 20b)으로 공급될 수 있다. The stack-side air supply passage 205 may be connected to individual supply passages 206 and 207 respectively corresponding to the stacks 20a and 20b. Air flowing through the stack-side air supply passage 205 may be supplied to the stacks 20a and 20b through the individual supply passages 206 and 207 .

복수의 스택(20a. 20b)은, 가스연결유로(107)에 의해 서로 연결될 수 있다. 제1 스택(20a)에서 반응하지 않고 토출되는 개질 가스는, 가스연결유로(107)를 통해 제2 스택(20b)으로 유입될 수 있다. The plurality of stacks 20a and 20b may be connected to each other by a gas connection passage 107 . The reformed gas discharged without reacting in the first stack 20a may flow into the second stack 20b through the gas connection passage 107 .

가스연결유로(107)에는, 개질가스가 제1 스택(20a)을 통과하는 동안 응축되어 생성된 물을 제거하는 추가수분제거장치(62)가 배치될 수 있다.An additional water removal device 62 may be disposed in the gas connection passage 107 to remove water produced by condensation while the reformed gas passes through the first stack 20a.

추가수분제거장치(62)에서 생성된 물은, 추가수분제거장치(62)에서 토출되어, 물회수유로(310)로 유동할 수 있다. 물회수유로(310)에는, 물의 유동을 조절하는 물회수밸브(45)가 배치될 수 있다. 물회수유로(310)는, 물저장유로(308)에 연결될 수 있다. Water generated in the additional water removal device 62 may be discharged from the additional water removal device 62 and flow into the water recovery passage 310 . A water recovery valve 45 for controlling the flow of water may be disposed in the water recovery passage 310 . The water recovery passage 310 may be connected to the water storage passage 308 .

스택(20a. 20b)에서 반응하지 않고 토출되는 미반응수소(AOG)는, 스택가스토출유로(108)를 통해 유동할 수 있다. Unreacted hydrogen (AOG) discharged without reacting in the stacks 20a and 20b may flow through the stack gas discharge passage 108 .

AOG열교환기(22)는, 스택(20a. 20b)에서 토출된 미반응수소(AOG)가 유동하는 스택가스토출유로(108)에 연결될 수 있다. AOG열교환기(22)는, 열회수탱크(15)에서 토출된 물이 유동하는 온수공급유로(313)에 연결될 수 있다. AOG열교환기(22)는, 스택가스토출유로(108)를 통해 유입되는 미반응수소(AOG)와, 온수공급유로(313)를 통해 공급되는 물을 열교환할 수 있다. The AOG heat exchanger 22 may be connected to the stack gas discharge passage 108 through which unreacted hydrogen (AOG) discharged from the stacks 20a and 20b flows. The AOG heat exchanger 22 may be connected to the hot water supply passage 313 through which water discharged from the heat recovery tank 15 flows. The AOG heat exchanger 22 may heat-exchange unreacted hydrogen (AOG) introduced through the stack gas discharge passage 108 and water supplied through the hot water supply passage 313 .

온수공급유로(313)에는, 열회수탱크(15)에 저장된 물을 AOG열교환기(22)로 유동시키는 온수펌프(48) 및/또는 온수공급유로(313) 내에 유동하는 물의 유량을 검출하는 온수유량계(55)가 배치될 수 있다. In the hot water supply passage 313, a hot water pump 48 for flowing the water stored in the heat recovery tank 15 to the AOG heat exchanger 22 and/or a hot water flow meter for detecting the flow rate of the water flowing in the hot water supply passage 313 (55) can be placed.

AOG열교환기(22)는, AOG공급유로(109)에 연결될 수 있고, AOG공급유로(109)를 통해 열교환된 미반응수소(AOG)를 토출할 수 있다. AOG열교환기(22)에서 토출된 미반응수소(AOG)는, AOG공급유로(109)를 통해 연료처리장치(10)로 유동할 수 있다. AOG공급유로(109)를 통해 연료처리장치(10)에 공급된 미반응수소(AOG)는, 버너(120)의 연소를 위한 연료로 사용될 수 있다. The AOG heat exchanger 22 may be connected to the AOG supply passage 109 and may discharge unreacted hydrogen (AOG) heat-exchanged through the AOG supply passage 109 . Unreacted hydrogen (AOG) discharged from the AOG heat exchanger 22 may flow to the fuel processing device 10 through the AOG supply passage 109 . Unreacted hydrogen (AOG) supplied to the fuel processing device 10 through the AOG supply passage 109 may be used as fuel for combustion of the burner 120 .

AOG공급유로(109)에는, 미반응수소(AOG)에 포함된 수분의 양을 조절하는 제2 세퍼레이터(402) 및/또는 연료처리장치(10)로 공급되는 미반응수소(AOG)의 유동을 조절하는 AOG밸브(35)가 배치될 수 있다. 제2 세퍼레이터(402)로 유입된 미반응수소(AOG)는, 수분이 제거된 후 제2 세퍼레이터(402)에서 토출될 수 있다. In the AOG supply passage 109, the flow of unreacted hydrogen (AOG) supplied to the second separator 402 and/or the fuel processing device 10 for controlling the amount of moisture contained in the unreacted hydrogen (AOG) An AOG valve 35 for adjusting may be disposed. Unreacted hydrogen (AOG) flowing into the second separator 402 may be discharged from the second separator 402 after moisture is removed.

제2 세퍼레이터(402)에서 생성된 응축수는, 제2 세퍼레이터(402)에서 토출되어, 제2 응축수배관(462)를 통해 유동할 수 있다. 제2 응축수배관(462)에는, 물의 유동을 조절하는 제2 응축수밸브(472)가 배치될 수 있다. 제2 응축수배관(462)은, 물공급탱크(13)에 연결될 수 있다. Condensate generated in the second separator 402 may be discharged from the second separator 402 and flow through the second condensate pipe 462 . A second condensate valve 472 for controlling the flow of water may be disposed in the second condensate pipe 462 . The second condensate pipe 462 may be connected to the water supply tank 13 .

스택측 공기토출유로(211)는, 스택(20a. 20b)에 각각 대응하는 개별토출유로(208, 209)에 연결될 수 있다. 스택(20a, 20b)에서 토출된 공기는, 개별토출유로(208, 209)를 통해 스택측 공기토출유로(211)로 유동할 수 있다. 이때, 스택측 공기토출유로(211)를 통해 유동하는 공기는, 스택(20a, 20b)에서 일어나는 전기화학반응에 의해 생성되는 수분을 포함할 수 있다. The stack-side air discharge passage 211 may be connected to individual discharge passages 208 and 209 respectively corresponding to the stacks 20a and 20b. Air discharged from the stacks 20a and 20b may flow to the stack-side air discharge passage 211 through the individual discharge passages 208 and 209 . At this time, air flowing through the stack-side air discharge passage 211 may include moisture generated by an electrochemical reaction occurring in the stacks 20a and 20b.

스택측 공기토출유로(211)에는, 스택(20)에서 배출되는 공기의 유동을 조절하는 스택측 공기토출밸브(37)가 배치될 수 있다. A stack-side air discharge valve 37 may be disposed in the stack-side air discharge passage 211 to control the flow of air discharged from the stack 20 .

스택측 공기토출유로(211)는, 가습장치(23)에 연결될 수 있다. 가습장치(23)는, 스택측 공기토출유로(211)를 통해 공급되는 공기에 포함된 수분을 이용하여, 스택(20)으로 유동하는 공기에 수분을 공급할 수 있다. 스택측 공기토출유로(211)를 통해 가습장치(23)에 공급된 공기는, 가습장치(23)를 거쳐 가습장치토출유로(212)로 토출될 수 있다. The stack-side air discharge passage 211 may be connected to the humidifier 23 . The humidifier 23 may supply moisture to air flowing into the stack 20 by using moisture included in air supplied through the stack-side air discharge passage 211 . Air supplied to the humidifier 23 through the stack-side air discharge passage 211 may pass through the humidifier 23 and be discharged to the humidifier discharge passage 212 .

물공급탱크(13)는, 물유입유로(301)에 연결될 수 있고, 물유입유로(301)를 통해 공급되는 물을 저장할 수 있다. 물유입유로(301)에는, 외부에서 공급되는 물에 포함된 이물질을 제거하는 제1 액체필터(92) 및/또는 물공급탱크(13)에 유입되는 물의 유동을 조절하는 물유입밸브(41)가 배치될 수 있다. The water supply tank 13 may be connected to the water inflow passage 301 and may store water supplied through the water inflow passage 301 . In the water inlet passage 301, a first liquid filter 92 for removing foreign substances contained in water supplied from the outside and/or a water inlet valve 41 for controlling the flow of water flowing into the water supply tank 13 can be placed.

물공급탱크(13)는, 물배출유로(302)에 연결될 수 있고, 물배출유로(302)를 통해 물공급탱크(13)에 저장된 물 중 적어도 일부를 외부로 배출할 수 있다. 물배출유로(302)에는, 물공급탱크(13)에서 배출되는 물의 유동을 조절하는 물배출밸브(42)가 배치될 수 있다. The water supply tank 13 may be connected to the water discharge passage 302 and may discharge at least a part of the water stored in the water supply tank 13 to the outside through the water discharge passage 302 . A water discharge valve 42 may be disposed in the water discharge passage 302 to control the flow of water discharged from the water supply tank 13 .

물공급탱크(13)는, 물저장유로(308)에 연결될 수 있고, 물저장유로(308)를 통해 유동하는 물을 저장할 수 있다. 예를 들어, 추가수분제거장치(62) 및/또는 제3 세퍼레이터(403)에서 토출된 물은 물저장유로(308)를 거쳐 물공급탱크(13)로 유입될 수 있다. 물저장유로(308)에는, 물공급탱크(13)로 회수되는 물에 포함된 이물질을 제거하는 제2 액체필터(93)가 배치될 수 있다. The water supply tank 13 may be connected to the water storage passage 308 and may store water flowing through the water storage passage 308 . For example, water discharged from the additional water removing device 62 and/or the third separator 403 may flow into the water supply tank 13 via the water storage passage 308 . A second liquid filter 93 may be disposed in the water storage passage 308 to remove foreign substances included in the water returned to the water supply tank 13 .

물공급탱크(13)에 저장된 물 중 적어도 일부는, 냉각수펌프(43)에 의해 개질가스열교환기(21)로 유동할 수 있고, 개질가스열교환기(21)에서 개질가스와 열교환될 수 있다. 개질가스열교환기(21)에서 토출된 물은, 스택물공급유로(305)를 통해 스택(20a, 20b)으로 유입될 수 있다. At least some of the water stored in the water supply tank 13 may flow to the reformed gas heat exchanger 21 by the cooling water pump 43 and may exchange heat with the reformed gas in the reformed gas heat exchanger 21 . Water discharged from the reformed gas heat exchanger 21 may flow into the stacks 20a and 20b through the stack water supply passage 305 .

스택물공급유로(305)를 통해 스택(20a, 20b)으로 유입된 물은, 스택(20a, 20b)을 냉각할 수 있다. 스택(20a, 20b)으로 유입된 물은, 스택(20a, 20b)에 포함된 스택 열교환기(미도시)를 따라 유동할 수 있고, 스택(20a, 20b)에서 일어나는 전기화학반응에 의해 발생하는 열을 흡수할 수 있다. Water introduced into the stacks 20a and 20b through the stack water supply passage 305 may cool the stacks 20a and 20b. Water introduced into the stacks 20a and 20b may flow along a stack heat exchanger (not shown) included in the stacks 20a and 20b, and the water generated by the electrochemical reaction occurring in the stacks 20a and 20b can absorb heat.

복수의 스택(20a. 20b)은, 물연결유로(306)에 의해 연결될 수 있다. 제1 스택(20a)에서 토출되는 물은, 물연결유로(306)를 통해 제2 스택(20b)으로 유입될 수 있다. The plurality of stacks 20a and 20b may be connected by a water connection passage 306 . Water discharged from the first stack 20a may flow into the second stack 20b through the water connection passage 306 .

스택(20a, 20b)에서 토출되는 물은, 스택물토출유로(307)를 통해 냉각수열교환기(24)로 유입될 수 있다. 냉각수열교환기(24)는, 스택(20a, 20b)에서 토출된 물과, 열회수탱크(15)에서 토출된 물을 열교환할 수 있다. 스택(20a, 20b)에서 토출된 물은, 냉각수열교환기(24)를 거쳐 물저장유로(308)로 유동할 수 있다. Water discharged from the stacks 20a and 20b may flow into the cooling water heat exchanger 24 through the stack water discharge passage 307 . The cooling water heat exchanger 24 may perform heat exchange between the water discharged from the stacks 20a and 20b and the water discharged from the heat recovery tank 15 . Water discharged from the stacks 20a and 20b may flow to the water storage passage 308 via the cooling water heat exchanger 24 .

온수펌프(48)에 의해 열회수탱크(15)에서 토출된 물은, 온수공급유로(313)를 거쳐 AOG열교환기(22)로 유입될 수 있다. AOG열교환기(22)에서 미반응수소(AOG)와 열교환된 물은, 제1 온수순환회로(314)로 토출될 수 있다. Water discharged from the heat recovery tank 15 by the hot water pump 48 may flow into the AOG heat exchanger 22 via the hot water supply passage 313 . The water heat-exchanged with unreacted hydrogen (AOG) in the AOG heat exchanger 22 may be discharged to the first hot water circulation circuit 314 .

공기열교환기(25)는, 가습장치(23)에서 토출된 공기가 유동하는 가습장치토출유로(212)에 연결될 수 있다. 공기열교환기(25)는, AOG열교환기(22)에서 토출된 물이 유동하는 제1 온수순환회로(314)에 연결될 수 있다. 공기열교환기(25)는, 가습장치토출유로(212)을 통해 유입되는 공기와 제1 온수순환회로(314)를 통해 유입되는 물을 열교환할 수 있다.The air heat exchanger 25 may be connected to the humidifier discharge passage 212 through which air discharged from the humidifier 23 flows. The air heat exchanger 25 may be connected to the first hot water circulation circuit 314 through which water discharged from the AOG heat exchanger 22 flows. The air heat exchanger 25 may heat exchange air introduced through the humidifier discharge passage 212 and water introduced through the first hot water circulation circuit 314 .

공기열교환기(25)에서 열교환된 공기는, 공기배출유로(213)를 통해 공기열교환기(25)에서 토출될 수 있다. 공기배출유로(213)는 배기가스토출유로(210)와 연통될 수 있고, 배기가스토출유로(210)에 유동하는 배기가스와 공기배출유로(213)에 유동하는 공기가 혼합될 수 있다. Air heat-exchanged in the air heat exchanger 25 may be discharged from the air heat exchanger 25 through the air discharge passage 213 . The air discharge passage 213 may communicate with the exhaust gas discharge passage 210 , and the exhaust gas flowing in the exhaust gas discharge passage 210 and the air flowing in the air discharge passage 213 may be mixed.

공기배출유로(213)에는, 제3 세퍼레이터(403)가 배치될 수 있다. 제3 세퍼레이터(403)는, 외부로 배출되는 공기에 포함된 수분의 양을 조절할 수 있다. 제3 세퍼레이터(403)로 유입된 공기는, 수분이 제거된 후 공기 제3 세퍼레이터(403)에서 토출될 수 있다. A third separator 403 may be disposed in the air discharge passage 213 . The third separator 403 may control the amount of moisture contained in the air discharged to the outside. Air introduced into the third separator 403 may be discharged from the third separator 403 after moisture is removed.

제3 세퍼레이터(403)에서 생성된 응축수는, 제3 세퍼레이터(403)에서 토출되어 제3 응축수배관(463)을 통해 유동할 수 있다. 제3 응축수배관(463)에는, 물의 유동을 조절하는 제3 응축수밸브(473)가 배치될 수 있다. 제3 응축수배관(463)은, 물저장유로(308)에 연결될 수 있다. Condensed water generated in the third separator 403 may be discharged from the third separator 403 and flow through the third condensate pipe 463 . A third condensate valve 473 for controlling the flow of water may be disposed in the third condensate pipe 463 . The third condensate pipe 463 may be connected to the water storage passage 308 .

공기열교환기(25)에서 열교환된 물은, 제2 온수순환유로(315)을 통해 공기열교환기(25)에서 토출될 수 있다. 공기열교환기(25)에서 토출된 물은, 제2 온수순환유로(315)을 통해 냉각수열교환기(24)로 유입될 수 있다. Water heat-exchanged in the air heat exchanger 25 may be discharged from the air heat exchanger 25 through the second hot water circulation passage 315 . Water discharged from the air heat exchanger 25 may flow into the cooling water heat exchanger 24 through the second hot water circulation passage 315 .

냉각수열교환기(24)는, 스택물토출유로(307)를 통해 유입되는 물과, 제2 온수순환유로(315)를 통해 유입되는 물을 열교환할 수 있다. The cooling water heat exchanger 24 may heat exchange water introduced through the stack water discharge passage 307 and water introduced through the second hot water circulation passage 315 .

배기열교환기(26)는, 배기가스가 유동하는 배기가스토출유로(210)에 연결될 수 있다. 배기열교환기(26)는, 냉각수열교환기(24)에서 토출된 물이 유동하는 제3 온수순환유로(316)에 연결될 수 있다. 배기열교환기(26)는, 배기가스토출유로(210)를 통해 유입되는 배기가스와, 제3 온수순환유로(316)를 통해 유입되는 물을 열교환할 수 있다. The exhaust heat exchanger 26 may be connected to the exhaust gas discharge passage 210 through which exhaust gas flows. The exhaust heat exchanger 26 may be connected to the third hot water circulation passage 316 through which the water discharged from the cooling water heat exchanger 24 flows. The exhaust heat exchanger 26 may heat-exchange the exhaust gas introduced through the exhaust gas outlet passage 210 and the water introduced through the third hot water circulation passage 316 .

배기열교환기(26)에서 열교환된 배기가스는 배기유로(214)로 토출될 수 있고, 배기유로(214)에 유동하는 배기가스는 외부로 배출될 수 있다.Exhaust gas heat-exchanged in the exhaust heat exchanger 26 may be discharged to the exhaust passage 214 , and exhaust gas flowing in the exhaust passage 214 may be discharged to the outside.

배기열교환기(26)에서 열교환된 물은, 온수회수유로(317)로 토출될 수 있고, 온수회수유로(317)에 유동하는 물은 열회수탱크(15)로 유입될 수 있다. Water heat-exchanged in the exhaust heat exchanger 26 may be discharged to the hot water recovery passage 317 , and water flowing in the hot water recovery passage 317 may flow into the heat recovery tank 15 .

연료전지 시스템(1)은, 온도를 감지하는 온도계(또는 온도센서)를 더 포함할 수 있다. The fuel cell system 1 may further include a thermometer (or temperature sensor) for sensing temperature.

예를 들어, 연료전지 시스템(1)은, 개질가스토출유로(104)에 배치되고, 개질가스토출유로(104) 내를 유동하는 개질가스의 온도를 감지하는 제1 온도계(482); 및 스택가스공급유로(106)에 배치되고, 스택가스공급유로(106) 내를 유동하는 개질가스의 온도를 감지하는 제2 온도계(484)를 포함할 수 있다.For example, the fuel cell system 1 includes a first thermometer 482 disposed in the reformed gas discharge passage 104 and sensing the temperature of the reformed gas flowing in the reformed gas discharge passage 104; and a second thermometer 484 disposed in the stack gas supply passage 106 and detecting a temperature of the reformed gas flowing in the stack gas supply passage 106 .

제1 온도계(482)는 제1 세퍼레이터(401)에 공급되는 개질가스의 온도를 감지하고, 제2 온도계(484)는 제1 세퍼레이터(401)에서 배출되어 스택(20)에 공급되는 개질가스의 온도를 감지할 수 있다. 이에 따라, 제어부는 온도계들(482, 484)에 의해 감지된 온도 값의 차이에 기초하여 제1 세퍼레이터(401)를 유동하는 개질가스의 수분 함유량을 산출할 수 있다. The first thermometer 482 detects the temperature of the reformed gas supplied to the first separator 401, and the second thermometer 484 measures the temperature of the reformed gas discharged from the first separator 401 and supplied to the stack 20. temperature can be sensed. Accordingly, the control unit may calculate the moisture content of the reformed gas flowing through the first separator 401 based on the difference between the temperature values sensed by the thermometers 482 and 484 .

이와 달리, 연료전지 시스템(1)은, 수분 센서(미도시)를 구비하여 제1 세퍼레이터(401)를 유동하는 개질가스의 수분 함유량을 감지하는 수분 센서(미도시)를 포함할 수 있다. 일례로, 수분센서는 적외선 수분 센서나 2색 적외선 수분계를 이용한 적외선 흡수법, 마이크로파식 수분 측정 방법, 전기 저항식 수분 측정 방법, 도전율 등을 이용할 수 있다.Alternatively, the fuel cell system 1 may include a moisture sensor (not shown) to detect the moisture content of the reformed gas flowing through the first separator 401 . For example, the moisture sensor may use an infrared moisture sensor or an infrared absorption method using a two-color infrared moisture meter, a microwave moisture measurement method, an electrical resistance moisture measurement method, conductivity, and the like.

한편, 연료전지 시스템(1)은, 적어도 하나의 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어부는, 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서는 CPU(central processing unit)과 같은 일반적인 프로세서일 수 있다. 물론, 프로세서는 ASIC과 같은 전용 장치(dedicated device)이거나 다른 하드웨어 기반의 프로세서일 수 있다.Meanwhile, the fuel cell system 1 may further include at least one controller (not shown). The controller may include at least one processor. Here, the processor may be a general processor such as a central processing unit (CPU). Of course, the processor may be a dedicated device such as an ASIC or other hardware-based processor.

제어부는, 연료전지 시스템(1)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부는, 연료전지 시스템(1)에 구비된 각 구성과 연결될 수 있고, 각 구성과 상호 간에 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 예를 들어, 제어부는, 연료전지 시스템(1)에 구비된 각 구성으로부터 수신되는 신호를 처리할 수 있고, 신호를 처리한 결과에 따른 제어 신호를 연료전지 시스템(1)에 구비된 각 구성에 송신할 수 있다.The controller may control overall operations of the fuel cell system 1 . The control unit may be connected to each component provided in the fuel cell system 1 and may transmit and/or receive signals between each component. For example, the controller may process a signal received from each component included in the fuel cell system 1, and send a control signal according to a result of processing the signal to each component included in the fuel cell system 1. can be sent

이하, 도 3을 참고하여 연료전지 시스템(1)의 세퍼레이터(400)의 배치 및 세퍼레이터(400)와 급수라인(410) 및 배수라인(420)의 연결관계를 설명한다.Hereinafter, the arrangement of the separator 400 of the fuel cell system 1 and the connection relationship between the separator 400 and the water supply line 410 and the drain line 420 will be described with reference to FIG. 3 .

도 3을 참고하면, 연료전지 시스템(1)은, 냉수와 시스템 내 유동하는 기체의 열교환을 통해 기체의 수분을 포집하는 세퍼레이터(400)를 포함할 수 있다. 세퍼레이터(400)에서 포집된 수분은 응축수의 형태로 응축수배관(461, 462, 463)을 거쳐 물공급탱크(13)에 저장되어 시스템 내 재활용될 수 있다(도 2 참고). 이 때, 세퍼레이터에 유입되는 기체는, 개질가스, 미반응수소(AOG) 및/또는 공기에 해당할 수 있다.Referring to FIG. 3 , the fuel cell system 1 may include a separator 400 that collects gas moisture through heat exchange between cold water and gas flowing in the system. Moisture collected in the separator 400 is stored in the water supply tank 13 through the condensate pipes 461, 462, and 463 in the form of condensed water, and can be recycled in the system (see FIG. 2). At this time, the gas flowing into the separator may correspond to reformed gas, unreacted hydrogen (AOG), and/or air.

연료전지 시스템(1)은, 냉수가 유동하는 급수라인(410)에서 분기되어 세퍼레이터(400)에 연결되고, 세퍼레이터(400)에 냉수를 공급하는 급수관(411, 412, 413)을 포함할 수 있다. 여기서, 급수라인(410)은, 건물 등 냉수의 사용이 이루어지는 급수처(미도시)에 연결될 수 있고, 사용자의 요구에 따라 급수원(미도시)으로부터 급수처로 냉수를 공급할 수 있다.The fuel cell system 1 may include water supply pipes 411 , 412 , and 413 branched from a water supply line 410 through which cold water flows, connected to the separator 400 , and supplying cold water to the separator 400 . . Here, the water supply line 410 may be connected to a water supply point (not shown) where cold water is used, such as a building, and may supply cold water from a water supply source (not shown) to the water supply point according to a user's request.

연료전지 시스템(1)은, 급수라인(410), 외부로 냉수를 배출하는 배수라인(420) 및 세퍼레이터(400)에 연결되고, 세퍼레이터(410)에 배출된 냉수가 유동하는 배수관(421, 422, 423)을 포함할 수 있다. The fuel cell system 1 includes a water supply line 410, a drain line 420 for discharging cold water to the outside, and drain pipes 421 and 422 connected to the separator 400 and through which the cold water discharged to the separator 410 flows. , 423).

연료전지 시스템(1)은, 시스템 내 기체가 유동하는 가스배관을 포함할 수 있다. 가스배관은, 연료처리장치(10, 구체적으로 개질기)와 스택(20)을 연결하고, 연료처리장치(10)에서 배출된 개질가스를 스택(20)으로 안내하는 제1 가스배관(104, 106); 연료처리장치(10, 구체적으로 버너)와 스택(20)을 연결하고, 스택(20)에서 배출된 미반응수소(AOG)를 연료처리장치(10)로 안내하는 제2 가스배관(108, 109); 및 스택(20)에 연결되고, 스택(20)에서 배출된 공기가 유동하는 제3 가스배관(208, 209, 211, 212, 213)을 포함할 수 있다.The fuel cell system 1 may include a gas pipe through which gas flows in the system. The gas pipe connects the fuel processing device 10 (specifically, a reformer) and the stack 20, and guides the reformed gas discharged from the fuel processing device 10 to the stack 20. First gas pipes 104 and 106 ); Second gas pipes 108 and 109 connecting the fuel processing device 10 (specifically, a burner) and the stack 20 and guiding unreacted hydrogen (AOG) discharged from the stack 20 to the fuel processing device 10 ); and third gas pipes 208 , 209 , 211 , 212 , and 213 connected to the stack 20 and through which air discharged from the stack 20 flows.

세퍼레이터(400)는, 제1 가스배관(106)에 배치되고, 연료처리장치(10)에서 배출된 개질가스와 급수관(411)에서 공급된 냉수의 열교환을 통해 생성된 응축수를 포집하는 제1 세퍼레이터(401); 제2 가스배관(108)에 배치되고, 스택(20)에서 배출된 미반응수소(AOG)와 급수관(412)에서 공급된 냉수의 열교환을 통해 생성된 응축수를 포집하는 제2 세퍼레이터(402); 및 제3 가스배관(213)에 배치되고, 스택(20)에서 배출된 공기와 급수관(413)에서 공급된 냉수의 열교환을 통해 생성된 응축수를 포집하는 제3 세퍼레이터(403)를 포함할 수 있다. The separator 400 is disposed in the first gas pipe 106 and collects condensate generated through heat exchange between reformed gas discharged from the fuel processing device 10 and cold water supplied from the water supply pipe 411. (401); A second separator 402 disposed in the second gas pipe 108 and collecting condensate generated through heat exchange between unreacted hydrogen (AOG) discharged from the stack 20 and cold water supplied from the water supply pipe 412; and a third separator 403 disposed in the third gas pipe 213 and collecting condensed water generated through heat exchange between air discharged from the stack 20 and cold water supplied from the water supply pipe 413. .

제1 세퍼레이터(401)는, 스택가스공급유로(106)에 배치될 수 있고, 연료처리장치(10)로부터 개질가스를 공급받을 수 있다. The first separator 401 may be disposed in the stack gas supply passage 106 and may receive reformed gas from the fuel processing device 10 .

제1 세퍼레이터(401)는, 제1 급수관(411)에 연결될 수 있고, 급수라인(410)을 통해 냉수를 공급받을 수 있다. 여기서, 제1 급수관(411)은 급수라인(410)의 상류 측에서 급수라인(410)으로부터 분기될 수 있고, 일례로 제1 급수관(411)의 입구단과 급수라인(410)의 상류 부분은 Y자관(Y-tube)으로 구성될 수 있다. The first separator 401 may be connected to the first water supply pipe 411 and may receive cold water through the water supply line 410 . Here, the first water supply pipe 411 may branch from the water supply line 410 at the upstream side of the water supply line 410, and for example, the inlet end of the first water pipe 411 and the upstream portion of the water supply line 410 are Y It can be composed of a Y-tube.

제1 세퍼레이터(401)는, 제1 배수관(421)에 연결될 수 있고, 배수라인(420)을 통해 제1 세퍼레이터(401)에서 개질가스와 열교환된 냉수를 외부로 배출할 수 있다. 여기서, 제1 배수관(421)은 배수라인(420)에 합류할 수 있고, 일례로, 배수관(421)의 출구단과 배수라인(420)은 Y자관(Y-tube)으로 구성될 수 있다.The first separator 401 may be connected to the first drain pipe 421 and may discharge cold water heat-exchanged with the reformed gas in the first separator 401 to the outside through the drain line 420 . Here, the first drain pipe 421 may join the drain line 420, and for example, the outlet end of the drain pipe 421 and the drain line 420 may be configured as a Y-tube.

제1 세퍼레이터(401)는, 제1 응축수배관(461)에 연결될 수 있고, 제1 세퍼레이터(401)에서 포집된 응축수를 물공급탱크(13)로 공급할 수 있다.The first separator 401 may be connected to the first condensate pipe 461 and supply the condensed water collected in the first separator 401 to the water supply tank 13 .

제2 세퍼레이터(402)는, 스택가스토출유로(108)에 배치될 수 있고, 스택(20)으로부터 미반응후 배출된 미반응수소(A0G)를 공급받을 수 있다. The second separator 402 may be disposed in the stack gas discharge passage 108 and may receive unreacted hydrogen (A0G) discharged after unreacting from the stack 20 .

제2 세퍼레이터(402)는, 제2 급수관(412)에 연결될 수 있고, 급수라인(410)을 통해 냉수를 공급받을 수 있다. 여기서, 제2 급수관(412)은 제1 급수관(411)에서 분기될 수 있고, 일례로 제1 급수관(411)과 제2 급수관(412)은 Y자관(Y-tube)로 구성될 수 있다. The second separator 402 may be connected to the second water supply pipe 412 and may receive cold water through the water supply line 410 . Here, the second water supply pipe 412 may be branched from the first water supply pipe 411, and for example, the first water supply pipe 411 and the second water supply pipe 412 may be configured as a Y-tube.

제2 세퍼레이터(402)은, 제2 배수관(422)에 연결될 수 있고, 배수라인(420)을 통해 제2 세퍼레이터(402)에서 미반응수소(AOG)와 열교환된 냉수를 외부로 배출할 수 있다. 여기서, 제2 배수관(422)은 제1 배수관(421)에 합류할 수 있고, 일례로 제1 배수관(421)과 제2 배수관(422)은 Y자관(Y-tube)로 구성될 수 있다. The second separator 402 may be connected to the second drain pipe 422 and may discharge cold water heat-exchanged with unreacted hydrogen (AOG) in the second separator 402 through the drain line 420 to the outside. . Here, the second drain pipe 422 may join the first drain pipe 421, and for example, the first drain pipe 421 and the second drain pipe 422 may be configured as a Y-tube.

제2 세퍼레이터(402)는, 제2 응축수배관(462)에 연결될 수 있고, 제2 세퍼레이터(402)에서 포집된 응축수를 물공급탱크(13)로 공급할 수 있다.The second separator 402 may be connected to the second condensate pipe 462 and supply the condensed water collected in the second separator 402 to the water supply tank 13 .

제3 세퍼레이터(403)는, 공기배출유로(213)에 배치될 수 있고, 스택(20)에서 배출되어 가습장치(23) 및/또는 공기열교환기(25)를 통과한 공기가 공급될 수 있다. The third separator 403 may be disposed in the air discharge passage 213, and air discharged from the stack 20 and passed through the humidifier 23 and/or the air heat exchanger 25 may be supplied.

제3 세퍼레이터(403)는, 제3 급수관(413)에 연결될 수 있고, 급수라인(410)을 통해 냉수를 공급받을 수 있다. 여기서, 제3 급수관(413)은 제1 급수관(411)에서 분기될 수 있다. The third separator 403 may be connected to the third water supply pipe 413 and may receive cold water through the water supply line 410 . Here, the third water supply pipe 413 may branch from the first water supply pipe 411 .

제3 세퍼레이터(403)는, 제3 배수관(423)에 연결될 수 있고, 배수라인(420)을 통해 제3 세퍼레이터(403)에서 공기와 열교환된 냉수를 외부로 배출할 수 있다. 여기서, 제3 배수관(423)은 제1 배수관(421)에 합류할 수 있다. The third separator 403 may be connected to the third drain pipe 423 and discharge cold water heat exchanged with air in the third separator 403 to the outside through the drain line 420 . Here, the third drain pipe 423 may join the first drain pipe 421 .

제3 세퍼레이터(403)는, 제3 응축수배관(463)에 연결될 수 있고, 물저장유로(308)을 통해 제3 세퍼레이터(403)에서 포집된 응축수를 물공급탱크(13)로 공급할 수 있다.The third separator 403 may be connected to the third condensate pipe 463, and may supply the condensed water collected in the third separator 403 to the water supply tank 13 through the water storage passage 308.

연료전지 시스템(1)은, 배수관에 배치되고, 세퍼레이터(400)에서 배출된 냉수를 급수라인(410) 도는 배수라인(420)으로 공급하는 드레인밸브(431, 432)를 포함할 수 있다.The fuel cell system 1 may include drain valves 431 and 432 disposed in a drain pipe and supplying cold water discharged from the separator 400 to a water supply line 410 or a drain line 420 .

드레인밸브(431, 432)는, 급수라인(410)에 연결되고, 세퍼레이터(400)에서 급수라인(410)으로의 냉수 유동을 단속하는 제1 드레인밸브(431)과, 배수라인(420)에 연결되고, 세퍼레이터(400)에서 배수라인(420)으로의 냉수 유동을 단속하는 제2 드레인밸브(432)를 포함할 수 있다. 여기서, 제2 드레인밸브(432)는 개도 조절이 가능한 삼방밸브일 수 있다.The drain valves 431 and 432 are connected to the water supply line 410 and control the flow of cold water from the separator 400 to the water supply line 410. The first drain valve 431 and the drain line 420 It may include a second drain valve 432 that is connected and controls the flow of cold water from the separator 400 to the drain line 420 . Here, the second drain valve 432 may be a three-way valve capable of adjusting its opening.

제1 드레인밸브(431)는, 제1 배수관(421)에서 분기되어 급수라인(410)의 하류 측에 연결된 가이드배관(424)에 배치될 수 있다. 여기서, 가이드배관(424)의 일단은 제1 배수관(421)에서 분기되어 연장되고, 타단은 Y자관(Y-tube) 형태로 급수라인(410)에 연결될 수 있다. 제1 드레인밸브(431)는, 건물 등 급수처(미도시)에 급수 중인 경우, 세퍼레이터(400)에서 열교환된 냉수가 급수라인(410)으로 공급되도록 개방될 수 있다. 따라서, 급수처에 급수 중인 경우에도 급수처의 급수사용량을 원활하게 유지할 수 있다.The first drain valve 431 may be disposed in a guide pipe 424 branched from the first drain pipe 421 and connected to a downstream side of the water supply line 410 . Here, one end of the guide pipe 424 branches off from the first drain pipe 421 and extends, and the other end may be connected to the water supply line 410 in the form of a Y-tube. The first drain valve 431 may be opened so that cold water heat-exchanged in the separator 400 is supplied to the water supply line 410 when water is being supplied to a water supply point (not shown) such as a building. Therefore, even when water is being supplied to the water supply point, it is possible to smoothly maintain the amount of water used by the water supply point.

제2 드레인밸브(432)는, 제1 배수관(421)에 배치될 수 있다. 제2 드레인밸브(432)는, 건물 등 급수처(미도시)에 급수 사용량이 없는 경우, 세퍼레이터(400)에서 열교환된 냉수가 배수라인(420)으로 공급되도록 조절될 수 있다. 이에 따라, 세퍼레이터(400)에서 열교환된 냉수가 급수라인(410)으로 공급되어 세퍼레이터(400)로 재공급되는 것을 방지하여 세퍼레이터(400)에서의 상분리효율을 유지할 수 있다.The second drain valve 432 may be disposed in the first drain pipe 421 . The second drain valve 432 may be adjusted so that cold water heat-exchanged in the separator 400 is supplied to the drain line 420 when there is no amount of water supplied to a water supply point (not shown) such as a building. Accordingly, it is possible to maintain phase separation efficiency in the separator 400 by preventing cold water heat-exchanged in the separator 400 from being supplied to the water supply line 410 and being re-supplied to the separator 400 .

연료전지 시스템(1)은, 냉수의 유량을 감지하는 유량계(451, 452)를 포함할 수 있다.The fuel cell system 1 may include flow meters 451 and 452 that detect the flow rate of cold water.

유량계(451, 452)는, 급수라인(410)에 배치되고, 급수라인(410)을 유동하는 냉수 유량을 감지하는 제1 유량계(451)와, 배수관(421)에 배치되고, 배수관(421)을 유동하는 냉수 유량을 감지하는 제2 유량계(452)를 포함할 수 있다. The flowmeters 451 and 452 are disposed in the water supply line 410, the first flowmeter 451 detects the flow rate of cold water flowing through the water supply line 410, and disposed in the drain pipe 421 and It may include a second flow meter 452 for detecting the flow rate of cold water flowing through.

제1 유량계(451)는, 급수라인(410)의 입구단에 배치될 수 있다. 따라서, 제1 유량계(451)는, 건물 등 급수처(미도시)와 세퍼레이터(400)에 공급되는 냉수의 총 급수량을 감지할 수 있다.The first flow meter 451 may be disposed at an inlet end of the water supply line 410 . Accordingly, the first flowmeter 451 may detect the total water supply amount of cold water supplied to a water supply source (not shown) such as a building and to the separator 400 .

제2 유량계(452)는, 제1 배수관(421)에 배치될 수 있다. 따라서, 제2 유량계(452)는, 세퍼레이터(400)에서 열교환 후 배출되는 냉수의 배수 유량을 감지할 수 있다.The second flow meter 452 may be disposed in the first drain pipe 421 . Accordingly, the second flow meter 452 may detect the discharge flow rate of cold water discharged after heat exchange in the separator 400 .

연료전지 시스템(1)은, 가이드배관(424)에 배치되는 급수펌프(440)를 더 포함할 수 있다. 급수펌프(440)는, 가이드배관(424)을 유동하는 냉수가 급수라인(410)으로 유입되도록 일정 수압을 형성할 수 있다.The fuel cell system 1 may further include a water supply pump 440 disposed in the guide pipe 424 . The water supply pump 440 may form a certain water pressure so that the cold water flowing through the guide pipe 424 flows into the water supply line 410 .

이하, 도 4 및 도 5를 참고하여 연료전지 시스템(1)의 예열운전(WM) 또는 개질운전(RM) 시 시스템 각 구성의 동작을 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 4 and 5 , the operation of each component of the system during the preheating operation (WM) or reforming operation (RM) of the fuel cell system 1 will be described.

연료전지 시스템(1)은, 개질에 적합한 온도에 도달하도록 개질기(140)를 버너(120)로 예열하는 예열모드(WM)로 운전할 수 있다. 이때, 개질기(140)의 내부온도는, 개질 반응이 촉진되는 적정 온도(예: 800℃)까지 점차 증가할 수 있다.The fuel cell system 1 may operate in a preheating mode (WM) in which the reformer 140 is preheated with the burner 120 to reach a temperature suitable for reforming. At this time, the internal temperature of the reformer 140 may gradually increase to an appropriate temperature (eg, 800° C.) at which the reforming reaction is promoted.

예열모드(WM)에서 연료전지 시스템(1)은, 개질기(140)에 대한 연료 가스의 공급을 차단할 수 있다. 예를 들어, 연료전지 시스템(1)은, 탈황기(110)에서 토출되는 연료 가스가 모두 버너(120)에 공급되도록 비례제어밸브(31)를 조절하여, 개질기(140)에 대한 연료 가스의 공급을 차단할 수 있다(도 2 참고). In the preheating mode (WM), the fuel cell system 1 may cut off the supply of fuel gas to the reformer 140 . For example, in the fuel cell system 1, the proportional control valve 31 is adjusted so that all of the fuel gas discharged from the desulfurizer 110 is supplied to the burner 120, so that the amount of fuel gas for the reformer 140 is reduced. Supply can be cut off (see Fig. 2).

도 4를 참고하면, 예열모드(WM)에서 연료전지 시스템(1)은, 개질가스밸브(33), 바이패스밸브(34) 및 AOG밸브(35)를 모두 폐쇄할 수 있다. 이때, 개질기(140)에 대한 연료 가스의 공급이 차단되므로, 개질기(140)에서 개질가스가 생성되지 않는다. 또한, 개질가스토출유로(104), 바이패스유로(105) 및 AOG공급유로(109)에서, 개질가스나 애노드 오프 가스(AOG)가 유동하지 않는다. Referring to FIG. 4 , in the preheating mode (WM), the fuel cell system 1 may close all of the reformed gas valve 33 , the bypass valve 34 , and the AOG valve 35 . At this time, since the supply of fuel gas to the reformer 140 is cut off, reformed gas is not generated in the reformer 140 . In the reformed gas discharge passage 104, the bypass passage 105, and the AOG supply passage 109, the reformed gas or anode-off gas (AOG) does not flow.

연료전지 시스템(1)은, 예열모드(WM) 이후 개질가스의 수소 및 일산화탄소의 농도가 발전에 적합한 농도에 도달하도록 개질가스를 버너로 재순환시키고 개질을 반복하는 개질모드(RM)로 운전할 수 있다. After the preheating mode (WM), the fuel cell system 1 may be operated in a reforming mode (RM) in which the reformed gas is recycled to the burner and reforming is repeated so that the concentrations of hydrogen and carbon monoxide in the reformed gas reach concentrations suitable for power generation. .

개질모드(RM)에서 연료전지 시스템(1)은, 탈황기(110)에서 토출되는 연료 가스가 중 일부가 개질기(140)에 공급되고, 나머지 일부가 버너(120)에 공급되도록 비례제어밸브(31)를 조절할 수 있다. In the reforming mode (RM), the fuel cell system 1 has a proportional control valve ( 31) can be adjusted.

한편, 연료전지 시스템(1)은, 개질 반응에 사용되는 수증기가 개질기(140)에 공급되도록, 물펌프(38)를 구동하여 연료처리장치(10)의 증기발생기(130)에 물을 공급할 수 있다. 이때, 연료전지 시스템(1)은, 개질기(140)에 공급된 수증기의 압력이 개질 반응을 위한 최소 압력 이상으로 유지되는 경우, 예컨대, 물펌프(38)가 구동된 후 소정 시간이 경과되면, 탈황기(110)에서 토출되는 연료 가스 중 일부를 개질기(140)에 공급할 수 있다(도 1 및 2 참고). Meanwhile, the fuel cell system 1 may supply water to the steam generator 130 of the fuel processing device 10 by driving the water pump 38 so that steam used in the reforming reaction is supplied to the reformer 140. there is. At this time, in the fuel cell system 1, when the pressure of steam supplied to the reformer 140 is maintained above the minimum pressure for the reforming reaction, for example, when a predetermined time elapses after the water pump 38 is driven, Some of the fuel gas discharged from the desulfurizer 110 may be supplied to the reformer 140 (see FIGS. 1 and 2).

도 5를 참고하면, 개질모드(RM)에서 연료전지 시스템(1)은, 개질가스밸브(33) 및 AOG밸브(35)를 폐쇄하고, 바이패스밸브(34)를 개방할 수 있다. 이때, 연료처리장치(10)에서 토출된 개질가스는, 개질가스토출유로(104) 및 바이패스유로(105)를 통해 연료처리장치(10)에 다시 유입될 수 있고, 버너(120)의 연소를 위한 연료로 사용될 수 있다.Referring to FIG. 5 , in the reforming mode (RM), the fuel cell system 1 may close the reformed gas valve 33 and the AOG valve 35 and open the bypass valve 34 . At this time, the reformed gas discharged from the fuel processing device 10 may be introduced into the fuel processing device 10 again through the reformed gas discharge flow path 104 and the bypass flow path 105, and the burner 120 may burn. can be used as a fuel for

다만, 예열모드(WM)와 개질모드(RM)는, 발전모드(PM)를 위한 준비단계에 해당하는 운전모드로서, 예열모드(WM)와 개질모드(RM)에서는, 세퍼레이터(400)로 개질가스, 미반응수소(AOG) 및/또는 공기가 공급되지 않는다. 따라서, 세퍼레이터(400)로 불필요한 냉수의 공급을 차단하기 위해 제1 드레인밸브(431)와 제2 드레인밸브(432)는 폐쇄되도록 조절될 수 있다. 또한, 급수펌프(440)는 작동하지 않고 정지 상태를 유지할 수 있다.However, the preheating mode (WM) and the reforming mode (RM) are operation modes corresponding to preparation steps for the power generation mode (PM), and in the preheating mode (WM) and the reforming mode (RM), the separator 400 reforms No gas, unreacted hydrogen (AOG) and/or air is supplied. Therefore, in order to cut off unnecessary cold water supply to the separator 400, the first drain valve 431 and the second drain valve 432 may be adjusted to be closed. In addition, the water pump 440 may maintain a stopped state without operating.

연료전지 시스템(1)은, 개질모드(RM) 이후 공기와 개질가스의 전기화학반응을 통해 스택(20a, 20b)에서 전기를 생성하는 발전모드(PM)로 운전할 수 있다. After the reforming mode (RM), the fuel cell system 1 may be operated in the power generation mode (PM) in which electricity is generated in the stacks 20a and 20b through an electrochemical reaction between air and reformed gas.

발전모드(PM)에서, 연료전지 시스템(1)은, 연료처리장치(10)에서 배출되는 개질가스가 스택(20)에 공급되도록, 개질가스밸브(33)를 개방하고, 바이패스밸브(34)를 폐쇄할 수 있다. 또한, 연료전지 시스템(1)은, 스택(20)에서 토출된 미반응수소(AOG)가 연료처리장치(10)에 유입되도록 AOG밸브(35)를 개방할 수 있다. 연료처리장치(10)에 유입되는 미반응수소(AOG)는, 버너(20)의 연소를 위한 연료로 사용될 수 있다.In the power generation mode (PM), the fuel cell system 1 opens the reformed gas valve 33 so that the reformed gas discharged from the fuel processing device 10 is supplied to the stack 20, and the bypass valve 34 ) can be closed. In addition, the fuel cell system 1 may open the AOG valve 35 so that unreacted hydrogen (AOG) discharged from the stack 20 flows into the fuel processing device 10 . Unreacted hydrogen (AOG) flowing into the fuel processing device 10 may be used as fuel for combustion of the burner 20 .

한편, 연료전지 시스템(1)은, 제2 블로워(72)를 구동하여, 전기를 발생시키는 전기화학반응에 사용되는 공기를 스택(20)에 공급할 수 있다. 또한, 연료전지 시스템(1)은 가습장치(23)에서 가습된 공기가 스택(20)에 공급되도록 스택측 공기공급밸브(36)를 개방할 수 있다. 또한, 연료전지 시스템(1)은 스택(20)에서 토출된 공기가 가습장치(23)를 지나 외부로 배출되도록 스택측 공기토출밸브(37)를 개방할 수 있다.Meanwhile, the fuel cell system 1 may supply air used in an electrochemical reaction generating electricity to the stack 20 by driving the second blower 72 . Also, the fuel cell system 1 may open the stack-side air supply valve 36 so that air humidified by the humidifier 23 is supplied to the stack 20 . In addition, the fuel cell system 1 may open the stack-side air discharge valve 37 so that air discharged from the stack 20 passes through the humidifier 23 and is discharged to the outside.

이하, 도 6를 참고하여, 연료전지 시스템(1)의 발전운전(PM) 시 건물 등 급수처에 급수 사용 중인 경우, 시스템 각 구성들의 동작을 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 6 , operations of each component of the system when water is supplied to a water supply point such as a building during PM operation of the fuel cell system 1 will be described.

도 6을 참고하면, 세퍼레이터(400)는, 급수관(411, 412, 413)을 통해 급수라인(410)으로부터 냉수를 공급받을 수 있다. 이때, 세퍼레이터 내를 유동하는 기체와, 급수라인(410)으로 부터 공급된 냉수는 서로 열교환 될 수 있고, 이에 따라, 세퍼레이터 내를 유동하는 기체에 함유된 수분이 응축되어 물공급탱크(13)로 공급될 수 있다.Referring to FIG. 6 , the separator 400 may receive cold water from the water supply line 410 through the water supply pipes 411 , 412 , and 413 . At this time, the gas flowing in the separator and the cold water supplied from the water supply line 410 may exchange heat with each other, and accordingly, the moisture contained in the gas flowing in the separator is condensed and returned to the water supply tank 13. can be supplied.

구체적으로, 제1 세퍼레이터(401)의 경우, 제1 급수관(411)을 통해 급수라인(410)으로부터 냉수를 공급받을 수 있다. 이때, 연료처리장치(10)에서 배출되어 제1 세퍼레이터(401) 내를 유동하는 개질가스는, 급수라인(410)으로부터 공급된 냉수에 의해 냉각될 수 있고, 개질가스에 함유된 수분은 응축되어 개질가스의 수분 함유량이 저감될 수 있다. Specifically, in the case of the first separator 401 , cold water may be supplied from the water supply line 410 through the first water supply pipe 411 . At this time, the reformed gas discharged from the fuel processing device 10 and flowing in the first separator 401 can be cooled by the cold water supplied from the water supply line 410, and the moisture contained in the reformed gas is condensed. The moisture content of the reformed gas can be reduced.

제2 세퍼레이터(402)의 경우, 제2 급수관(412)을 통해 급수라인(410)으로부터 냉수를 공급받을 수 있다. 이때, 스택(20)에서 배출되어 제2 세퍼레이터(402) 내를 유동하는 미반응수소(AOG)는, 급수라인(410)으로부터 공급된 냉수에 의해 냉각될 수 있고, 미반응수소(AOG)에 함유된 수분은 응축되어 미반응수소(AOG)의 수분 함유량이 저감될 수 있다.In the case of the second separator 402 , cold water may be supplied from the water supply line 410 through the second water supply pipe 412 . At this time, the unreacted hydrogen (AOG) discharged from the stack 20 and flowing in the second separator 402 can be cooled by the cold water supplied from the water supply line 410, and the unreacted hydrogen (AOG) The contained moisture can be condensed and the moisture content of unreacted hydrogen (AOG) can be reduced.

제3 세퍼레이터(403)의 경우, 제3 급수관(413)을 통해 급수라인(410)으로부터 냉수를 공급받을 수 있고, 스택(20)에서 배출되어 제3 세퍼레이터(403) 내를 유동하는 공기는, 급수라인(410)으로부터 공급된 냉수에 의해 냉각되어 공기에 함유된 수분 함유량이 저감될 수 있다.In the case of the third separator 403, cold water can be supplied from the water supply line 410 through the third water supply pipe 413, and air discharged from the stack 20 and flowing in the third separator 403, It is cooled by the cold water supplied from the water supply line 410 and the moisture content contained in the air can be reduced.

이후, 각각의 세퍼레이터(401, 402, 403)에서 열교환된 냉수는, 각각의 세퍼레이터(401, 402, 403)에서 배출되어 각각의 배수관(421, 422, 423) 내를 유동할 수 있다.Thereafter, the cold water heat-exchanged in the respective separators 401 , 402 , and 403 may be discharged from the respective separators 401 , 402 , and 403 and flow in the respective drain pipes 421 , 422 , and 423 .

이 때, 연료전지 시스템(1)은, 제1 유량계(451)를 통해 급수관(411, 412, 413)과 급수라인(410)을 유동하는 냉수의 총 급수량을 감지할 수 있다. 또한, 연료전지 시스템(1)은, 제2 유량계(452)를 통해 각각의 세퍼레이터(400)에서 배출되어 배수관(421, 422, 423)을 유동하는 냉수의 총 배수량을 감지할 수 있다.At this time, the fuel cell system 1 may detect the total water supply amount of cold water flowing through the water supply pipes 411 , 412 , and 413 and the water supply line 410 through the first flow meter 451 . In addition, the fuel cell system 1 may detect the total discharge amount of cold water discharged from each separator 400 and flowing through the drain pipes 421 , 422 , and 423 through the second flow meter 452 .

연료전지 시스템(1)은, 제1 유량계(451)에서 감지된 냉수의 총 급수량이 제2 유량계(452)에서 감지된 냉수의 총 배수량보다 큰 경우, 세퍼레이터(400)에서 배출된 냉수가 가이드배관(424)을 통해 급수라인(410)으로 공급되도록 제1 드레인밸브(431)를 개방하고, 제2 드레인밸브(432)를 폐쇄할 수 있다. 또한, 연료전지 시스템(1)은, 가이드배관(424)을 유동하는 냉수가 급수라인(410)으로 유입되도록 일정 수압을 형성하기 위해 급수펌프(440)을 작동시킬 수 있다. 이에 따라, 급수 사용량이 많은 급수처(미도시)에 급수 중인 경우에도 세퍼레이터(400)에 공급된 냉수를 급수라인(410)으로 재차 회수하여 급수처의 급수사용량을 원활하게 유지할 수 있다.In the fuel cell system 1, when the total amount of cold water supplied by the first flow meter 451 is greater than the total displacement amount of cold water detected by the second flow meter 452, the cold water discharged from the separator 400 is connected to the guide pipe. The first drain valve 431 may be opened and the second drain valve 432 may be closed so that water is supplied to the water supply line 410 through the water supply line 424 . In addition, the fuel cell system 1 may operate the feed water pump 440 to form a certain water pressure so that cold water flowing through the guide pipe 424 flows into the feed water line 410 . Accordingly, even when water is being supplied to a water supply point (not shown) with a large amount of water supply, the cold water supplied to the separator 400 is recovered through the water supply line 410 to smoothly maintain the water supply amount at the water supply point.

이하, 도 7를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)의 발전운전 시 건물 등 급수처에 급수 사용량이 낮거나 급수 사용이 없는 경우, 시스템 각 구성들의 동작을 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 7 , the operation of each component of the system when the amount of water used in a water supply source such as a building is low or there is no use of water during power generation operation of the fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention will be described. .

도 7을 참고하면, 세퍼레이터(400)는, 급수관(411, 412, 413)을 통해 급수라인(410)으로부터 냉수를 공급받을 수 있다. 이때, 세퍼레이터 내를 유동하는 기체와, 급수라인(410)으로 부터 공급된 냉수는 서로 열교환 될 수 있고, 이에 따라, 세퍼레이터 내를 유동하는 기체에 함유된 수분이 응축되어 물공급탱크(13)로 공급될 수 있다. 각각의 세퍼레이터(400)로 공급되는 냉수의 유동 및 기체와 냉수의 열교환 과정은 도 6에서 상술한 바 자세한 설명은 이에 갈음하도록 한다.Referring to FIG. 7 , the separator 400 may receive cold water from the water supply line 410 through the water supply pipes 411 , 412 , and 413 . At this time, the gas flowing in the separator and the cold water supplied from the water supply line 410 may exchange heat with each other, and accordingly, the moisture contained in the gas flowing in the separator is condensed and returned to the water supply tank 13. can be supplied. The flow of cold water supplied to each separator 400 and the process of heat exchange between gas and cold water have been described in detail with reference to FIG.

이후, 각각의 세퍼레이터(401, 402, 403)에서 열교환된 냉수는, 각각의 세퍼레이터(401, 402, 403)에서 배출되어 각각의 배수관(421, 422, 423) 내를 유동할 수 있다.Thereafter, the cold water heat-exchanged in the respective separators 401 , 402 , and 403 may be discharged from the respective separators 401 , 402 , and 403 and flow in the respective drain pipes 421 , 422 , and 423 .

이 때, 연료전지 시스템(1)은, 제1 유량계(451)를 통해 급수관(411, 412, 413)과 급수라인(410)을 유동하는 냉수의 총 급수량을 감지할 수 있다. 또한, 연료전지 시스템(1)은, 제2 유량계(452)를 통해 각각의 세퍼레이터(400)에서 배출되어 배수관(421, 422, 423)을 유동하는 냉수의 총 배수량을 감지할 수 있다.At this time, the fuel cell system 1 may detect the total water supply amount of cold water flowing through the water supply pipes 411 , 412 , and 413 and the water supply line 410 through the first flow meter 451 . In addition, the fuel cell system 1 may detect the total discharge amount of cold water discharged from each separator 400 and flowing through the drain pipes 421 , 422 , and 423 through the second flow meter 452 .

연료전지 시스템(1)은, 제1 유량계(451)에서 감지된 냉수의 총 급수량이 제2 유량계(452)에서 감지된 냉수의 총 배수량보다 같거나 작은 경우, 세퍼레이터(400)에서 배출된 냉수가 배수라인(420)을 통해 외부로 배출되도록 제1 드레인밸브(431)를 폐쇄하고, 제2 드레인밸브(432)를 개방할 수 있다. 이에 따라, 급수처(미도시)에 급수 사용량이 적거나 없는 경우, 세퍼레이터(400)에서 열교환된 냉수가 급수라인(410)으로 유입되어 미온의 냉수가 세퍼레이터(400)로 재공급되는 것을 방지하여 세퍼레이터(400)의 상분리효율을 유지할 수 있다.In the fuel cell system 1, when the total amount of cold water supplied by the first flow meter 451 is equal to or smaller than the total amount of cold water discharged by the second flow meter 452, the cold water discharged from the separator 400 is The first drain valve 431 may be closed and the second drain valve 432 may be opened so that the water is discharged to the outside through the drain line 420 . Accordingly, when there is little or no water used at the water supply point (not shown), cold water heat-exchanged in the separator 400 flows into the water supply line 410 to prevent tepid cold water from being supplied to the separator 400 again. The phase separation efficiency of the separator 400 can be maintained.

이하, 도 8를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템(1)의 제어방법을 설명한다.Hereinafter, a control method of the fuel cell system 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8 .

도 8을 참고하면, 제어부는 연료전지 시스템(1)의 운전을 개시할 수 있다(S100).Referring to FIG. 8 , the controller may start the operation of the fuel cell system 1 (S100).

S100 이후, 제어부는 연료전지 시스템(1)의 현재 운전모드를 판단할 수 있다(S110).After S100, the controller may determine the current operation mode of the fuel cell system 1 (S110).

현재 연료전지 시스템(1)의 운전모드가 예열모드(WM)인 경우(S200), 제어부는 연료처리장치(10)의 개질기(140)가 개질에 적합한 온도로 예열되도록 예열모드(WM)로 시스템을 정상운전 할 수 있다(도 4 참고).When the current operation mode of the fuel cell system 1 is the preheating mode (WM) (S200), the control unit sets the system to the preheating mode (WM) so that the reformer 140 of the fuel processor 10 is preheated to a temperature suitable for reforming. can be operated normally (see FIG. 4).

S200 이후, 제어부는 세퍼레이터(400)로 냉수가 공급되는 것을 방지하기 위해, 급수펌프(440)를 정지시킬 수 있으며, 제1 드레인밸브(431)와 제2 드레인밸브(432)를 폐쇄할 수 있다(S210).After S200, the control unit may stop the water supply pump 440 and close the first drain valve 431 and the second drain valve 432 to prevent cold water from being supplied to the separator 400. (S210).

현재 연료전지 시스템(1)의 운전모드가 개질모드(RM)인 경우(S300), 제어부는 연료처리장치(10)에서 배출되는 개질가스의 수소 및 일산화탄소의 농도가 발전에 적합한 농도에 도달하도록 개질모드(RM)로 시스템을 정상운전 할 수 있다(도 5 참고).When the current operation mode of the fuel cell system 1 is the reforming mode (RM) (S300), the control unit reforms the reformed gas discharged from the fuel processing device 10 so that the concentrations of hydrogen and carbon monoxide reach concentrations suitable for power generation. The system can be operated normally in the mode (RM) (refer to FIG. 5).

S300 이후, 제어부는 연료처리장치(10)에서 토출된 개질가스가 버너(120)로 공급되도록 바이패스밸브(34)를 개방할 수 있다(S310). 이 때, 제어부는 개질가스밸브(33)를 폐쇄할 수 있다.After S300, the controller may open the bypass valve 34 so that the reformed gas discharged from the fuel processing device 10 is supplied to the burner 120 (S310). At this time, the controller may close the reformed gas valve 33.

S310 이후, 제어부는 세퍼레이터(400)로 냉수가 공급되는 것을 방지하기 위해, 급수펌프(440)를 정지시킬 수 있으며, 제1 드레인밸브(431)와 제2 드레인밸브(432)를 폐쇄할 수 있다(S210).After S310, the control unit may stop the water supply pump 440 and close the first drain valve 431 and the second drain valve 432 in order to prevent cold water from being supplied to the separator 400. (S210).

현재 연료전지 시스템(1)의 운전모드가 발전모드(PM)인 경우(S400), 제어부는 스택(20)에서 전력이 생성되도록 발전모드(PM)로 시스템을 정상운전 할 수 있다.When the current operation mode of the fuel cell system 1 is the power generation mode (PM) (S400), the controller may normally operate the system in the power generation mode (PM) so that power is generated in the stack 20.

S400 이후, 제어부는 공기가 스택(20)으로 공급 또는 배출되도록 스택측 공기공급밸브(36)와 스택측 공기토출밸브(37)를 개방할 수 있다(S405)After S400, the controller may open the stack-side air supply valve 36 and the stack-side air discharge valve 37 so that air is supplied or discharged from the stack 20 (S405).

S405 이후, 제어부는 개질가스가 스택(20)으로 공급되도록 바이패스밸브(34)를 폐쇄할 수 있으며(S410), 개질가스밸브(33)를 개방할 수 있다(S415). 또한, 제어부는 스택(20)에서 배출된 미반응수소(AOG)가 연료처리장치(10)로 공급되도록 AOG밸브(35)를 개방할 수 있다(S420).After S405, the control unit may close the bypass valve 34 so that reformed gas is supplied to the stack 20 (S410) and open the reformed gas valve 33 (S415). In addition, the control unit may open the AOG valve 35 so that unreacted hydrogen (AOG) discharged from the stack 20 is supplied to the fuel processing device 10 (S420).

S420 이후, 제어부는 총 급수량 및 총 배수량을 감지할 수 있다(S430). 구체적으로, 제어부는 제1 유량계(451)를 통해 급수관 또는 급수라인으로 유입되는 냉수의 총 급수량을 감지할 수 있고, 제2 유량계(452)를 통해 배수관 내를 유동하는 냉수의 총 배수량을 감지할 수 있다. 여기서, 총 배수량은 드레인 유량으로 지칭될 수 있다.After S420, the control unit may detect the total amount of water supplied and the total amount of displacement (S430). Specifically, the control unit may detect the total amount of cold water flowing into the water supply pipe or the water supply line through the first flow meter 451, and detect the total amount of discharge of cold water flowing through the drain pipe through the second flow meter 452. can Here, the total displacement may be referred to as the drain flow rate.

S430 이후, 제어부는 S420에서 감지된 총 급수량과 총 배수량을 비교하여 건물 등 급수처에 급수 여부를 판단할 수 있다(S440). 구체적으로, 제어부는 총 급수량이 총 배수량보다 많은 경우, 건물 등 급수처에 급수 중이라 판단할 수 있으며, 총 급수량이 총 배수량과 동일하거나 적은 경우, 건물 등 급수처에 급수가 이뤄지지 않다고 판단할 수 있다.After S430, the control unit may compare the total water supply amount detected in S420 with the total displacement amount to determine whether water is supplied to a water supply point such as a building (S440). Specifically, the control unit may determine that water is being supplied to a water supply point such as a building when the total water supply amount is greater than the total displacement amount, and may determine that water is not supplied to a water supply point such as a building when the total water supply amount is equal to or less than the total displacement amount. there is.

총 급수량이 총 배수량보다 많은 경우(S440에서 Yes), 제어부는 제1 드레인밸브(431)를 개방할 수 있으며, 제2 드레인밸브(432)를 폐쇄할 수 있다(S450). 이에 따라, 세퍼레이터(400)에서 배출된 냉수는 가이드배관(424) 내를 유동하며 급수라인(410)과 연통될 수 있다.If the total water supply amount is greater than the total displacement amount (Yes in S440), the controller may open the first drain valve 431 and close the second drain valve 432 (S450). Accordingly, the cold water discharged from the separator 400 may flow in the guide pipe 424 and communicate with the water supply line 410 .

S450 이후, 제어부는 급수펌프(440)를 작동시킬 수 있다(S460). 이때, 제어부는 스택(20)에 공급되는 개질가스의 수분함량에 따라 세퍼레이터(400)에 공급되는 냉수 유량이 달라지도록 급수펌프(440)를 조절할 수 있다. 예를 들면, 제어부는 제1 온도계(482) 및 제2 온도계(484)에 의해 감지된 온도값의 차(T)를 바탕으로 개질가스의 수분함유량을 추산할 수 있고, 개질가스의 수분함유량에 따라 급수펌프(440)의 회전속도 등을 조절할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 제1 온도계(482)와 제2 온도계(484)의 온도차(△T)가 설정값보다 높은 경우, 개질가스의 수분함량이 높다 판단하며, 세퍼레이터(400)에 공급되는 냉수 유량이 증가하도록 급수펌프(440)를 조절할 수 있다. 또한, 제어부는 제1 온도계(482)와 제2 온도계(484)의 온도차(△T)가 설정값보다 낮은 경우, 개질가스의 수분함량이 낮다 판단하며, 세퍼레이터(400)에 공급되는 냉수 유량이 감소하도록 급수펌프(440)를 조절할 수 있다. 여기서, 설정값이란 스택(20)에서 공기와의 전기화학반응에 적합하도록 설정된 개질가스의 수분함량에 대응하는 온도차를 의미할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 제어부는 수분센서(미도시)를 통해 개질가스의 수분함량을 감지하여 급수펌프(440)를 조절할 수 있다.After S450, the control unit may operate the water supply pump 440 (S460). At this time, the control unit may adjust the feed water pump 440 so that the flow rate of cold water supplied to the separator 400 varies according to the moisture content of the reformed gas supplied to the stack 20 . For example, the control unit may estimate the moisture content of the reformed gas based on the difference T between the temperature values detected by the first thermometer 482 and the second thermometer 484, and determine the moisture content of the reformed gas. Accordingly, the rotational speed of the water supply pump 440 may be adjusted. Specifically, when the temperature difference (ΔT) between the first thermometer 482 and the second thermometer 484 is higher than the set value, the control unit determines that the water content of the reformed gas is high, and the flow rate of cold water supplied to the separator 400 The water supply pump 440 may be adjusted to increase. In addition, when the temperature difference (ΔT) between the first thermometer 482 and the second thermometer 484 is lower than the set value, the control unit determines that the water content of the reformed gas is low, and the flow rate of cold water supplied to the separator 400 is reduced. The water supply pump 440 may be adjusted to decrease. Here, the set value may mean a temperature difference corresponding to the moisture content of the reformed gas set to be suitable for an electrochemical reaction with air in the stack 20 . For another example, the control unit may adjust the water supply pump 440 by detecting the moisture content of the reformed gas through a moisture sensor (not shown).

총 급수량이 총 배수량과 동일하거나 적은 경우(S440에서 No), 제어부는 급수펌프(440)를 정지할 수 있으며, 제1 드레인밸브(431)를 폐쇄할 수 있다(S470). 이에 따라, 세퍼레이터(400)에서 배출된 냉수는 가이드배관(424)으로의 유입이 차단되며, 배수라인(420)과 연통될 수 있다.When the total water supply amount is equal to or less than the total displacement amount (No in S440), the control unit may stop the water supply pump 440 and close the first drain valve 431 (S470). Accordingly, the cold water discharged from the separator 400 is blocked from entering the guide pipe 424 and can communicate with the drain line 420 .

S470 이후, 제어부는 제2 드레인밸브(432)를 개방할 수 있다(S480). 이때, 제어부는 스택(20)에 공급되는 개질가스의 수분함량에 따라 배수라인(420)으로 배출되는 냉수 유량이 달라지도록 제2 드레인밸브(432)를 조절할 수 있다. 예를 들면, 제어부는 제1 온도계(482) 및 제2 온도계(484)에 의해 감지된 온도값의 차(T)를 바탕으로 개질가스의 수분함유량을 추산할 수 있고, 개질가스의 수분함유량에 따라 제2 드레인밸브(432)의 개도량을 조절할 수 있다. 구체적으로, 제어부는 제1 온도계(482)와 제2 온도계(484)의 온도차(△T)가 설정값보다 높은 경우, 개질가스의 수분함량이 높다 판단하며, 배수라인(420)으로 배출되는 냉수 유량이 증가하도록 제2 드레인밸브(432)의 개도량을 증가시킬 수 있다. 또한, 제어부는 제1 온도계(482)와 제2 온도계(484)의 온도차(△T)가 설정값보다 낮은 경우, 개질가스의 수분함량이 낮다 판단하며, 세퍼레이터(400)에 공급되는 냉수 유량이 감소하도록 제2 드레인밸브(432)의 개도량을 감소시킬 수 있다. 여기서, 설정값이란 스택(20)에서 공기와의 전기화학반응에 적합하도록 설정된 개질가스의 수분함량에 대응하는 온도차를 의미할 수 있다. 또 다른 예를 들면, 제어부는 수분센서(미도시)를 통해 개질가스의 수분함량을 감지하여 제2 드레인밸브(432)를 조절할 수 있다.After S470, the controller may open the second drain valve 432 (S480). At this time, the control unit may adjust the second drain valve 432 so that the flow rate of cold water discharged to the drain line 420 varies according to the moisture content of the reformed gas supplied to the stack 20 . For example, the control unit may estimate the moisture content of the reformed gas based on the difference T between the temperature values detected by the first thermometer 482 and the second thermometer 484, and determine the moisture content of the reformed gas. Accordingly, the opening amount of the second drain valve 432 may be adjusted. Specifically, when the temperature difference (ΔT) between the first thermometer 482 and the second thermometer 484 is higher than the set value, the control unit determines that the water content of the reformed gas is high, and the cold water discharged through the drain line 420. The opening amount of the second drain valve 432 may be increased to increase the flow rate. In addition, when the temperature difference (ΔT) between the first thermometer 482 and the second thermometer 484 is lower than the set value, the control unit determines that the water content of the reformed gas is low, and the flow rate of cold water supplied to the separator 400 is reduced. The opening amount of the second drain valve 432 may be reduced so as to decrease. Here, the set value may mean a temperature difference corresponding to the moisture content of the reformed gas set to be suitable for an electrochemical reaction with air in the stack 20 . For another example, the control unit may sense the moisture content of the reformed gas through a moisture sensor (not shown) and adjust the second drain valve 432 .

S210, S320, S460 및 S480 이후, 제어부는 S110 동작으로 복귀하여 시스템의 운전모드에 따라 상술한 동작들을 다시 수행할 수 있다.After S210, S320, S460, and S480, the control unit may return to operation S110 and perform the above-described operations again according to the operation mode of the system.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The accompanying drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in this specification, and the technical idea disclosed in this specification is not limited by the accompanying drawings, and all changes and equivalents included in the spirit and technical scope of the present invention It should be understood to include water or substitutes.

마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나, 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 될 수 있다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다.Similarly, while operations are depicted in the drawings in a particular order, it should not be understood that all illustrated operations must be performed, or that those operations must be performed in the specific order shown or in sequential order to obtain desired results. can In certain cases, multitasking and parallel processing can be advantageous.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.In addition, although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, various modifications are possible by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.

10: 연료처리장치 13: 물공급탱크
20: 스택 401: 제1 세퍼레이터
402: 제2 세퍼레이터 403: 제3 세퍼레이터
410: 급수라인 411: 제1 급수관
412: 제2 급수관 413: 제3 급수관
420: 배수라인 421: 제1 배수관
422: 제2 배수관 423: 제3 배수관
424: 가이드배관 431: 제1 드레인밸브
432: 제2 드레인밸브 440: 급수펌프
451: 제1 유량계 452: 제2 유량계
10: fuel processing device 13: water supply tank
20: stack 401: first separator
402: second separator 403: third separator
410: water supply line 411: first water supply pipe
412: second water supply pipe 413: third water supply pipe
420: drain line 421: first drain pipe
422: second drain pipe 423: third drain pipe
424: guide pipe 431: first drain valve
432: second drain valve 440: water pump
451: first flow meter 452: second flow meter

Claims (15)

개질가스와 공기의 전기화학반응을 통해 전력을 생산하는 스택;
상기 스택에 상기 개질가스를 공급하는 연료처리장치;
상기 스택에 상기 공기를 공급하는 블로워;
개질가스, 미반응수소 또는 공기에 포함된 수분을 응축시키는 세퍼레이터;
냉수가 유동하는 급수라인에서 분기되어 상기 세퍼레이터에 연결되고, 상기 세퍼레이터에 냉수를 공급하는 급수관;
상기 급수라인, 외부로 냉수를 배출하는 배수라인 및 상기 세퍼레이터에 연결되고, 상기 세퍼레이터에서 배출된 냉수가 유동하는 배수관;
상기 배수관에 배치되고, 상기 세퍼레이터에서 배출된 냉수를 상기 급수라인 또는 상기 배수라인으로 공급하는 드레인밸브를 포함하는 연료전지 시스템.
A stack that generates power through an electrochemical reaction between reformed gas and air;
a fuel processing device supplying the reformed gas to the stack;
a blower supplying the air to the stack;
A separator for condensing reformed gas, unreacted hydrogen or moisture contained in the air;
a water supply pipe branched from a water supply line through which cold water flows and connected to the separator, and supplying cold water to the separator;
a drain pipe connected to the water supply line, a drain line for discharging cold water to the outside, and the separator, and through which the cold water discharged from the separator flows;
and a drain valve disposed in the drain pipe and supplying cold water discharged from the separator to the water supply line or the drain line.
제1항에 있어서,
상기 드레인밸브는,
상기 급수라인에 연결되고, 상기 세퍼레이터에서 상기 급수라인으로의 냉수 유동을 단속하는 제1 드레인밸브; 및
상기 배수라인에 연결되고, 상기 세퍼레이터에서 상기 배수라인으로의 냉수 유동을 단속하는 제2 드레인밸브를 포함하는 연료전지 시스템.
According to claim 1,
The drain valve,
a first drain valve connected to the water supply line and regulating the flow of cold water from the separator to the water supply line; and
and a second drain valve connected to the drain line and controlling flow of cold water from the separator to the drain line.
제2항에 있어서,
상기 급수라인에 배치되고, 상기 급수라인을 유동하는 냉수 유량을 감지하는 제1 유량계; 및
상기 배수관에 배치되고, 상기 배수관을 유동하는 냉수 유량을 감지하는 제2 유량계; 및
상기 제1 유량계 및 제2 유량계에서 산출된 냉수 유량을 바탕으로 상기 드레인밸브를 조절하는 제어부를 포함하는 연료전지 시스템.
According to claim 2,
a first flowmeter disposed in the water supply line and sensing a flow rate of cold water flowing through the water supply line; and
a second flowmeter disposed in the drain pipe and sensing a flow rate of cold water flowing through the drain pipe; and
and a control unit adjusting the drain valve based on the cold water flow rate calculated by the first flow meter and the second flow meter.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 유량계에서 감지된 냉수의 유량을 바탕으로 총 급수량을 산출하고, 상기 제2 유량계에서 감지된 냉수의 유량을 바탕으로 상기 세퍼레이터의 배수 유량을 산출하고,
총 급수량이 세퍼레이터의 배수 유량보다 클 때, 상기 세퍼레이터에서 배출된 냉수가 상기 급수라인으로 유입되도록 상기 제1 드레인밸브를 개방하고, 상기 제2 드레인밸브를 폐쇄하는 연료전지 시스템.
According to claim 3,
The control unit,
Calculate the total water supply amount based on the flow rate of cold water detected by the first flow meter, and calculate the drainage flow rate of the separator based on the flow rate of cold water detected by the second flow meter,
and opening the first drain valve and closing the second drain valve so that the cold water discharged from the separator flows into the water supply line when the total water supply amount is greater than the drain flow rate of the separator.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 제1 유량계에서 감지된 냉수의 유량을 바탕으로 총 급수량을 산출하고, 상기 제2 유량계에서 감지된 냉수의 유량을 바탕으로 상기 세퍼레이터의 배수 유량을 산출하고,
총 급수량이 세퍼레이터의 배수 유량보다 작거나 같을 때, 상기 세퍼레이터에서 배출된 냉수가 상기 배수라인으로 유입되도록 상기 제1 드레인밸브를 폐쇄하고, 상기 제2 드레인밸브를 개방하는 연료전지 시스템.
According to claim 3,
The control unit,
Calculate the total water supply amount based on the flow rate of cold water detected by the first flow meter, and calculate the drainage flow rate of the separator based on the flow rate of cold water detected by the second flow meter,
and closing the first drain valve and opening the second drain valve so that the cold water discharged from the separator flows into the drain line when the total amount of supplied water is less than or equal to the drain flow rate of the separator.
제5항에 있어서,
상기 세퍼레이터에 공급되는 개질가스의 온도를 감지하는 제1 온도계; 및
상기 스택에 공급되는 개질가스의 온도를 감지하는 제2 온도계를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 온도계들에 의해 감지된 온도값의 차이에 기초하여 개질가스의 수분 함유량을 산출하고, 상기 개질가스의 수분 함유량에 따라 상기 제2 드레인밸브의 개도를 조절하는 연료전지 시스템.
According to claim 5,
a first thermometer for sensing the temperature of the reformed gas supplied to the separator; and
A second thermometer for sensing the temperature of the reformed gas supplied to the stack,
The control unit,
The fuel cell system for calculating the moisture content of the reformed gas based on the difference between the temperature values detected by the thermometers, and adjusting the opening of the second drain valve according to the moisture content of the reformed gas.
제5항에 있어서,
상기 제2 드레인밸브는, 개도 조절이 가능한 삼방밸브인 연료전지 시스템.
According to claim 5,
The second drain valve is a fuel cell system that is a three-way valve capable of adjusting the opening.
제2항에 있어서,
상기 배수관과 상기 급수라인을 연결하고, 상기 세퍼레이터에서 배출된 냉수를 상기 급수라인으로 안내하는 가이드배관을 포함하고,
상기 제1 드레인밸브는, 상기 가이드배관에 배치되는 연료전지 시스템.
According to claim 2,
A guide pipe connecting the drain pipe and the water supply line and guiding the cold water discharged from the separator to the water supply line,
The first drain valve is disposed in the guide pipe.
제8항에 있어서,
상기 가이드배관에 배치되고, 상기 가이드배관을 유동하는 냉수가 상기 급수라인으로 유입될 수 있도록 수압을 형성하는 급수펌프를 포함하는 연료전지 시스템.
According to claim 8,
and a water supply pump disposed in the guide pipe and generating water pressure so that cold water flowing through the guide pipe flows into the water supply line.
제9항에 있어서,
상기 세퍼레이터에 공급되는 개질가스의 온도를 감지하는 제1 온도계;
상기 스택에 공급되는 개질가스의 온도를 감지하는 제2 온도계; 및
상기 온도계들에 의해 감지된 온도값의 차이에 기초하여 개질가스의 수분 함유량을 산출하고, 상기 개질가스의 수분 함유량에 따라 상기 급수펌프를 조절하는 제어부를 포함하는 연료전지 시스템.
According to claim 9,
a first thermometer for sensing the temperature of the reformed gas supplied to the separator;
a second thermometer for sensing the temperature of the reformed gas supplied to the stack; and
and a control unit that calculates a moisture content of the reformed gas based on a difference in temperature values detected by the thermometers and adjusts the water supply pump according to the moisture content of the reformed gas.
제1항에 있어서,
상기 연료처리장치와 상기 스택을 연결하고, 상기 연료처리장치에서 배출된 개질가스를 상기 스택으로 안내하는 제1 가스배관;
상기 연료처리장치와 상기 스택을 연결하고, 상기 스택에서 배출된 미반응수소를 상기 연료처리장치로 안내하는 제2 가스배관;
상기 스택에 연결되고, 상기 스택에서 배출된 공기가 유동하는 제3 가스배관을 포함하는 연료전지 시스템.
According to claim 1,
a first gas pipe connecting the fuel processing device and the stack and guiding the reformed gas discharged from the fuel processing device to the stack;
a second gas pipe connecting the fuel processing device and the stack and guiding unreacted hydrogen discharged from the stack to the fuel processing device;
and a third gas pipe connected to the stack and through which air discharged from the stack flows.
제11항에 있어서,
상기 세퍼레이터는,
상기 제1 가스배관에 배치되고, 상기 연료처리장치에서 배출된 개질가스와 상기 급수관에서 공급된 냉수의 열교환을 통해 생성된 응축수를 포집하는 제1 세퍼레이터;
상기 제2 가스배관에 배치되고, 상기 스택에서 배출된 미반응수소와 상기 급수관에서 공급된 냉수의 열교환을 통해 생성된 응축수를 포집하는 제2 세퍼레이터; 및
상기 제3 가스배관에 배치되고, 상기 스택에서 배출된 공기와 상기 급수관에서 공급된 냉수의 열교환을 통해 생성된 응축수를 포집하는 제3 세퍼레이터를 포함하는 연료전지 시스템.
According to claim 11,
The separator,
a first separator disposed in the first gas pipe and collecting condensate generated through heat exchange between reformed gas discharged from the fuel processing device and cold water supplied from the water supply pipe;
a second separator disposed in the second gas pipe and collecting condensed water generated through heat exchange between unreacted hydrogen discharged from the stack and cold water supplied from the water supply pipe; and
and a third separator disposed in the third gas pipe and collecting condensed water generated through heat exchange between air discharged from the stack and cold water supplied from the water supply pipe.
개질가스와 공기의 전기화학반응을 통해 전력을 생산하는 스택; 상기 스택에 상기 개질가스를 공급하는 연료처리장치; 상기 스택에 상기 공기를 공급하는 블로워; 급수라인으로부터 냉수를 공급받아 개질가스, 미반응수소 또는 공기에 포함된 수분을 응축시키는 세퍼레이터; 및 상기 세퍼레이터에서 배출된 냉수를 급수라인 또는 배수라인으로 공급하는 드레인밸브를 포함하는 연료전지 시스템에 있어서,
유량계에서 감지된 유량값을 기초로 급수라인을 유동하는 냉수의 총 급수량과 상기 세퍼레이터에서 배출되는 배수량을 산출하는 단계; 및
상기 세퍼레이터에서 배출된 냉수가 상기 급수라인 또는 상기 배수라인으로 유입되도록 상기 총 급수량과 배수량을 비교하여 상기 드레인밸브를 조절하는 단계를 포함하는 연료전지 시스템의 제어방법.
A stack that generates power through an electrochemical reaction between reformed gas and air; a fuel processing device supplying the reformed gas to the stack; a blower supplying the air to the stack; A separator that receives cold water from the water supply line and condenses reformed gas, unreacted hydrogen or moisture contained in the air; and a drain valve supplying cold water discharged from the separator to a water supply line or a drain line,
Calculating a total water supply amount of cold water flowing through the water supply line and a discharged water discharged from the separator based on the flow rate value sensed by the flow meter; and
and adjusting the drain valve by comparing the total amount of water supplied with the amount of water discharged so that cold water discharged from the separator flows into the water supply line or the drain line.
제13항에 있어서,
상기 드레인밸브는,
상기 급수라인에 연결되고, 상기 세퍼레이터에서 상기 급수라인으로의 냉수 유동을 단속하는 제1 드레인밸브; 및
상기 배수라인에 연결되고, 상기 세퍼레이터에서 상기 배수라인으로의 냉수 유동을 단속하는 제2 드레인밸브를 포함하고,
상기 드레인밸브를 조절하는 단계는, 총 급수량이 세퍼레이터의 배수 유량보다 큰 경우, 상기 세퍼레이터에서 배출된 냉수가 상기 급수라인으로 유입되도록 상기 제1 드레인밸브를 개방하고, 상기 제2 드레인밸브를 폐쇄하는 단계를 포함하는 연료전지 시스템의 제어방법.
According to claim 13,
The drain valve,
a first drain valve connected to the water supply line and regulating the flow of cold water from the separator to the water supply line; and
A second drain valve connected to the drain line and regulating the flow of cold water from the separator to the drain line;
The adjusting of the drain valve may include opening the first drain valve and closing the second drain valve so that cold water discharged from the separator flows into the water supply line when the total water supply amount is greater than the drain flow rate of the separator. A control method of a fuel cell system comprising steps.
제13항에 있어서,
상기 드레인밸브는,
상기 급수라인에 연결되고, 상기 세퍼레이터에서 상기 급수라인으로의 냉수 유동을 단속하는 제1 드레인밸브; 및
상기 배수라인에 연결되고, 상기 세퍼레이터에서 상기 배수라인으로의 냉수 유동을 단속하는 제2 드레인밸브를 포함하고,
상기 드레인밸브를 조절하는 단계는, 총 급수량이 세퍼레이터의 배수 유량보다 작거나 같은 경우, 상기 세퍼레이터에서 배출된 냉수가 상기 배수라인으로 유입되도록 상기 제1 드레인밸브를 폐쇄하고, 상기 제2 드레인밸브를 개방하는 단계를 포함하는 연료전지 시스템의 제어방법.

According to claim 13,
The drain valve,
a first drain valve connected to the water supply line and regulating the flow of cold water from the separator to the water supply line; and
A second drain valve connected to the drain line and regulating the flow of cold water from the separator to the drain line;
The adjusting of the drain valve may include closing the first drain valve so that cold water discharged from the separator flows into the drain line when the total amount of supplied water is equal to or less than the drain flow rate of the separator, and closing the second drain valve. A control method of a fuel cell system comprising the step of opening.

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