WO2013154353A1 - Anode off gas recirculation fuel battery system adopting turbocharger system - Google Patents

Anode off gas recirculation fuel battery system adopting turbocharger system Download PDF

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WO2013154353A1
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안국영
강상규
이영덕
박준영
박성호
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한국기계연구원
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Abstract

The present invention relates to an anode off gas recirculation fuel battery system, and more particularly, to an anode off gas recirculation fuel battery system adopting a turbocharger system. The present invention provides an anode off gas recirculation fuel battery system for improving efficiency of a fuel battery, comprising: a discharge channel (130) connected to an outlet side of an anode to discharge anode off gas; an anode off gas recirculation channel (140) branched from the discharge channel (130); a water supply unit (150) for supplying water to use water vapor as a driving fluid; a first heat exchanger (160) connected to the recirculation channel (140) and which converts the water supplied by the water supply unit (150) into high pressure water vapor using high temperature anode off gas; a turbine (201) driven by the high pressure water vapor serving as an energy source; and a compressor (202) coaxially connected to the turbine (201) for sending the anode off gas to a reformer (400). According to the present invention, the efficiency of a fuel battery can be improved without using a blower.

Description

터보차저 방식의 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템Turbocharged anode off-gas recirculation fuel cell system
본 발명은 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터보차저 방식의 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an anode off-gas recycled fuel cell system, and more particularly, to a turbocharged anode off-gas recycled fuel cell system.
일반적으로 연료전지는 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변화시키는 전기화학적 장치로서 수소와 산소를 양극과 음극에 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 시스템을 말한다.In general, a fuel cell is an electrochemical device that directly converts chemical energy of hydrogen and oxygen into electrical energy and refers to a system for continuously producing electricity by supplying hydrogen and oxygen to an anode and a cathode.
이러한 연료 전지의 일반적인 특성은, 연료가 전기화학적으로 반응하여 전기를 생산하는 과정에서 열이 발생하게 되므로 총 효율을 80%이상 높이는 고효율 발전이 가능하며, 기존의 화력 발전에 비해 효율이 높으므로 발전용 연료의 절감이 가능하고 열병합 발전도 가능하다. 또한, NOx와 CO2의 배출량이 석탄 화력 발전에 비하여 현저히 낮으며 소음도 매우 적어 공해 배출 요인이 거의 없는 무공해 에너지 기술이다.The general characteristics of such fuel cells are that the fuel is electrochemically reacted to generate heat in the process of producing electricity, so that high-efficiency power generation with a total efficiency of 80% or more is possible. It is possible to save fuel and cogeneration. In addition, the emissions of NOx and CO 2 are significantly lower than that of coal-fired power generation, and the noise level is very low.
이와 더불어 모듈화에 의한 건설 기간의 단축, 설비 용량의 증감이 가능하고 입지 선정이 용이하다. 따라서 도심지역 또는 건물 내 설치가 가능하여 경제적으로 에너지를 공급할 수 있으며, 천연가스, 도시가스, 메탄올, 폐기물 가스 등 다양한 연료를 사용할 수 있으므로 기존의 화력 발전을 대체하고, 분산 전원용 발전소, 열병합 발전소, 무공해 자동차 전원 등에 적용될 수 있다.In addition, it is possible to shorten the construction period and increase / decrease the capacity by modularization, and it is easy to select a location. Therefore, it is possible to install energy in downtown area or building, and can supply energy economically, and it can use various fuels such as natural gas, city gas, methanol, waste gas, and replace the existing thermal power plant, distributed power plant, cogeneration plant, It can be applied to a pollution-free automobile power supply.
연료전지에서 효율을 높이기 위한 방법으로는 애노드에서의 연료 이용률을 높이는 것이 있는데, 종래 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 재순환 블로워를 이용하여 애노드에서 반응하고 남은 가스(Anode off-gas)를 재순환시켜 연료 이용률을 높이고 있다. 그러나 이 경우 재순환되는 가스 온도가 800~900℃로 높아 블로워의 내구성에 문제가 있다.A method for increasing efficiency in a fuel cell includes increasing fuel utilization at the anode. In the conventional anode off-gas recirculation fuel cell system, as shown in FIG. 1, the remaining gas reacted at the anode using a recirculation blower (Anode The off-gas is recycled to increase fuel utilization. In this case, however, the recycled gas temperature is high at 800 to 900 ° C., which causes a problem in the durability of the blower.
또한, 고온에서도 문제없이 사용될 수 있도록 하기 위해서 블로어의 구조뿐만 아니라 재료의 선택에서도 상당한 제한이 존재하는 문제가 있어 이에 대한 개선이 필요한 실정이다.In addition, there is a problem that there is a significant limitation in the selection of the material as well as the structure of the blower in order to be able to be used without problems even at high temperatures, the situation needs to be improved.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 공급되는 물을 열교환에 의해 수증기로 전환한 후 터빈에 공급함으로서 터빈과 동일축으로 연결된 압축기에 의해서 애노드 오프 가스를 효과적으로 재활용할 수 있도록 하는 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to convert the supplied water into water vapor by heat exchange and then supply it to the turbine to effectively supply the anode off gas by a compressor connected coaxially with the turbine. It is to provide an anode off-gas recycled fuel cell system that can be recycled.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 연료전지의 효율을 높이기 위한 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템에 있어서, 애노드의 출구 측에 연결되어 애노드 오프 가스를 배출하는 배출유로(130); 상기 배출유로(130)에서 분기되는 애노드 오프 가스 재순환 유로(140); 구동 유체로 수증기를 사용하기 위해 물을 공급하는 물공급부(150); 상기 재순환 유로(140)와 연결되고, 고온의 애노드 오프 가스를 이용하여 상기 물공급부(150)로 공급되는 물을 고압의 수증기로 변환시켜주는 제 1 열교환기(160); 상기 고압의 수증기를 에너지원으로 하여 구동되는 터빈(201); 상기 터빈(201)과 동일축으로 연결되어 애노드 오프 가스를 개질기(400)로 보내주는 압축기(202);를 포함하는 것을 특징으로 하는 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an anode off-gas recirculation fuel cell system for improving the efficiency of a fuel cell, comprising: an exhaust passage (130) connected to an outlet side of an anode to discharge anode off gas; An anode off gas recycle passage 140 branching from the discharge passage 130; A water supply unit 150 supplying water for using water vapor as a driving fluid; A first heat exchanger (160) connected to the recirculation passage (140) and converting water supplied to the water supply unit (150) into high pressure steam by using a high temperature anode off gas; A turbine 201 driven by the high pressure steam as an energy source; It is connected to the turbine 201 coaxially and the compressor (202) for sending the anode off-gas to the reformer 400; provides an anode off-gas recirculation fuel cell system comprising a.
또한, 상기 압축기(202)를 통한 애노드 오프 가스와 천연가스 공급유로(20)에서 공급되는 천연가스를 혼합시켜주는 믹서기(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, it characterized in that it further comprises a mixer 600 for mixing the natural gas supplied from the anode off gas and the natural gas supply passage 20 through the compressor 202.
또한, 상기 제 1 열교환기(160)로 물을 공급해 주는 물공급부(150)에 유량을 조절할 수 있도록 하는 제 1 밸브(170)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the first valve 170 for controlling the flow rate is further provided to the water supply unit 150 for supplying water to the first heat exchanger (160).
또한, 상기 배출유로(130)로부터 분기되는 상기 재순환 유로(140)에 재순환되는 유량 및 압력을 조정하기 위한 제 2 밸브(180)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다. In addition, the second valve 180 for adjusting the flow rate and pressure is recycled to the recirculation flow path 140 branched from the discharge flow path 130 is characterized in that it is further provided.
또한, 상기 재순환 유로(140)를 통해 이동하지 않은 애노드 오프 가스를 이용하여 촉매 연소기(300)를 가동시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the catalytic combustor 300 is operated by using an anode off gas that does not move through the recirculation passage 140.
또한, 상기 촉매 연소기(300)의 연소후 배기 가스를 이용하여 개질기(200)로 공급되는 천연가스를 300℃로 승온시켜 주는 제 2 열교환기(310)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the second heat exchanger 310 for raising the natural gas supplied to the reformer 200 by using the exhaust gas after the combustion of the catalytic combustor 300 at 300 ° C. is further provided.
또한, 상기 터빈(201)을 통과한 고압의 수증기를 이용하여 공기와 천연가스를 승온시키기 위한 제 4 열교환기(320)가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, a fourth heat exchanger 320 is further provided to increase the temperature of air and natural gas by using the high pressure water vapor passed through the turbine 201.
본 발명에 따른 터보차저 방식의 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템에 따르면 블로워를 생략할 수 있어서 구조가 간단하며 고장이 거의 없는 이점이 있다.According to the turbocharged anode off-gas recirculation fuel cell system according to the present invention, a blower can be omitted, which has a simple structure and almost no failure.
또한, 애노드 오프 가스 재순환에 필요한 별도의 동력원이 불필요함으로 여기에 소요되는 비용과 별도의 장치 및 공간을 절약할 수 있다는 이점이 있다.In addition, since there is no need for a separate power source required for anode off gas recirculation, there is an advantage that it can save costs and separate devices and space.
도 1은 종래의 블로워를 이용한 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템의 사이클을 도시한 도면이다.1 is a view illustrating a cycle of an anode off-gas recirculation fuel cell system using a conventional blower.
도 2는 본 발명에 따른 터보차저 방식의 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템의 사이클을 도시한 도면이다.2 is a view illustrating a cycle of a turbocharged anode off gas recirculation fuel cell system according to the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 터보차저 방식의 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템의 바람직한 실시예들을 자세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail preferred embodiments of the turbocharged anode off-gas recirculation fuel cell system according to the present invention. First of all, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same reference numerals are used as much as possible even if displayed on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 종래의 블로워를 이용한 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템의 사이클을 도시하고 있다. 도 1을 참조하면, 블로워를 이용한 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템은 크게, 연료전지(100), 애노드 오프 가스 재순환 유로(140), 고온의 애노드 오프 가스를 온도 강하시켜주는 열교환기(210), 블로워(220), 개질기(400) 및 촉매연소기(300)로 구성된다. 1 shows a cycle of an anode off gas recirculation fuel cell system using a conventional blower. Referring to FIG. 1, an anode off gas recirculation fuel cell system using a blower includes a fuel cell 100, an anode off gas recirculation flow path 140, and a heat exchanger 210 for lowering a temperature of a high temperature of the anode off gas. The blower 220, the reformer 400 and the catalytic burner (300).
우선, 공기(Air)의 순환 과정을 살펴보면, 공기는 공기 공급유로(10)를 따라서 이동하다가 제 3 열교환기(122)를 거쳐서 연료전지(100)의 캐소드(120)로 공급된다. 반응되고 남은 캐소드 오프 가스는 다시 제 3 열교환기(122)를 통과하는데 이때 공기 공급유로(10)를 따라서 이동하는 공기를 승온 시키는 역할을 하고 촉매연소기(300)로 공급된다.First, referring to the circulation process of air, the air moves along the air supply passage 10 and is supplied to the cathode 120 of the fuel cell 100 through the third heat exchanger 122. The reacted cathode off gas passes through the third heat exchanger 122 to increase the temperature of the air moving along the air supply passage 10 and is supplied to the catalytic combustor 300.
다음으로, 천연가스(CH4)는 천연가스 공급유로(20)를 따라서 이동하다 제 2 열교환기(310)에서 촉매연소기(300)에서 배출되는 배기가스와 열교환을 하여 가스의 온도를 300℃로 승온시킨다. 승온된 가스는 개질기(400)로 공급되고, 개질기에서 개질된 연료가스를 다시 연료전지(100)의 애노드(110)에 공급한다. 공급된 연료가스는 애노드(110)에서 반응하고, 미반응된 애노드 오프 가스는 배출유로(130)로 배출된다. 여기서 배출된 애노드 오프 가스의 일부는 촉매연소기(300)로 이동하고, 일부는 재순환 유로(140)를 따라서 이동하게 된다. 재순환 유로(140)는 고온의 애노드 오프 가스를 1차로 온도 강하를 시켜주는 열교환기(210)를 통과하고, 다시 블로워(220)를 통해서 개질기(400)로 강제적으로 순환을 시키게 된다. 순환된 애노드 오프 가스를 다시 개질기에서 순수한 연료가스로 개질하여 연료전지(100)로 공급시켜서 효율을 상승시키는 시스템이다.Next, the natural gas (CH 4 ) is moved along the natural gas supply passage (20) to heat exchange with the exhaust gas discharged from the catalytic burner (300) in the second heat exchanger (310) to bring the temperature of the gas to 300 ℃ Increase the temperature. The heated gas is supplied to the reformer 400, and the reformed fuel gas is supplied to the anode 110 of the fuel cell 100 again. The supplied fuel gas reacts at the anode 110, and the unreacted anode off gas is discharged to the discharge passage 130. Here, a part of the anode off gas discharged moves to the catalytic combustor 300, and a part of the anode off gas moves along the recycle passage 140. The recirculation flow path 140 passes through the heat exchanger 210 for causing the high temperature of the anode off gas to be primarily lowered, and then circulates forcibly to the reformer 400 through the blower 220. The circulated anode off gas is reformed into pure fuel gas in a reformer and supplied to the fuel cell 100 to increase efficiency.
상술한 바와 같이, 상기 블로워를 이용하는 시스템은 고온의 애노드 오프 가스를 1차로 온도 강하시키는 열교환기(210)가 별도로 필요하게 되고, 고온으로 인해서 블로워의 내구성 및 블로워의 강제 구동을 위해서 별도의 동력원을 소모하게 되는 문제점이 발생된다. As described above, the system using the blower requires a heat exchanger 210 for firstly lowering the high temperature of the anode off-gas, and using a separate power source for the durability of the blower and the forced driving of the blower due to the high temperature. A problem that is consumed occurs.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 도 2는 터보차저 방식의 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템의 사이클을 나타낸 것이다. Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems, Figure 2 shows the cycle of the turbocharged anode off-gas recirculation fuel cell system.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 애노드의 출구 측에 연결되어 애노드 오프 가스를 배출하는 배출유로(130)와, 배출유로(130)에서 분기되는 애노드 오프 가스 재순환 유로(140)와, 구동 유체로 수증기를 사용하기 위해 물을 공급하는 물공급부(150)와, 재순환 유로(140)와 연결되고, 고온의 애노드 오프 가스를 이용하여 물공급부(150)로 공급되는 물을 고압의 수증기로 변환시켜주는 제 1 열교환기(160);와 고압의 수증기를 에너지원으로 하여 구동되는 터빈(201);과 터빈(201)과 동일축으로 연결되어 애노드 오프 가스를 개질기(400)로 보내주는 압축기(202);를 포함하는 것을 특징으로 하는 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템을 제공한다.As shown in FIG. 2, in the present embodiment, a discharge passage 130 connected to an outlet side of the anode to discharge the anode off gas, an anode off gas recirculation passage 140 branched from the discharge passage 130, and The water supply unit 150 for supplying water to use water vapor as a driving fluid and the recirculation path 140 are connected to the water supply unit 150 by using a high temperature anode off gas. A first heat exchanger (160) for converting; and a turbine (201) driven by high pressure steam as an energy source; and a compressor connected to the same axis as the turbine (201) to send anode off gas to the reformer (400). It provides an anode off-gas recirculation fuel cell system comprising a (202).
우선, 공기(Air)의 순환 과정을 살펴보면, 공기는 공기 공급유로(10)를 따라서 이동하다가 제 3 열교환기(122)를 거쳐서 연료전지(100)의 캐소드(120)로 공급된다. 반응되고 남은 캐소드 오프 가스는 캐소드 오프 가스 배출유로(121)를 따라 이동하다 제 3 열교환기(122)를 통과하는데 이때 공기 공급유로(10)를 따라서 이동하는 공기를 승온 시키는 역할을 하고 촉매연소기(300)로 공급된다.First, referring to the circulation process of air, the air moves along the air supply passage 10 and is supplied to the cathode 120 of the fuel cell 100 through the third heat exchanger 122. The reacted cathode off gas moves along the cathode off gas discharge passage 121 and passes through a third heat exchanger 122, which serves to raise the temperature of the air moving along the air supply passage 10, and the catalytic combustor ( 300).
다음으로, 천연가스(CH4)는 천연가스 공급유로(20)를 따라서 이동하다 제 2 열교환기(310)에서 촉매연소기(300)에서 배출되는 배기가스와 열교환을 하여 가스의 온도를 300℃로 승온시킨다. 승온된 가스는 개질기(400)로 공급되고, 개질기에서 개질된 연료가스를 다시 연료전지(100)의 애노드(110)에 공급한다. 공급된 연료가스는 애노드(110)에서 반응하고, 미반응된 애노드 오프 가스는 배출유로(130)로 배출된다. 여기서 배출된 애노드 오프 가스의 일부는 촉매연소기(300)로 이동하고, 일부는 재순환 유로(140)를 따라서 이동하게 된다. 재순환 유로(140)는 고온의 애노드 오프 가스를 이용하여 물공급부(150)를 통해서 공급되는 물을 제 1 열교환기(160)를 통과시켜 수증기로 전환한 후 이를 에너지원으로 하여 터빈(201)을 구동하고, 터빈(201)과 동일축에 연결되는 압축기(202)를 구동시켜서 애노드 오프 가스를 재순환 할 수 있게 된다. Next, the natural gas (CH 4 ) is moved along the natural gas supply passage (20) to heat exchange with the exhaust gas discharged from the catalytic burner (300) in the second heat exchanger (310) to bring the temperature of the gas to 300 ℃ Increase the temperature. The heated gas is supplied to the reformer 400, and the reformed fuel gas is supplied to the anode 110 of the fuel cell 100 again. The supplied fuel gas reacts at the anode 110, and the unreacted anode off gas is discharged to the discharge passage 130. Here, a part of the anode off gas discharged moves to the catalytic combustor 300, and a part of the anode off gas moves along the recycle passage 140. The recirculation flow path 140 converts the water supplied through the water supply unit 150 through the first heat exchanger 160 into water vapor using the high temperature of the anode off gas, and converts the water into steam and then uses the turbine 201 as an energy source. It is possible to drive the compressor 202 connected to the same axis as the turbine 201 to recycle the anode off-gas.
터빈(201)을 구동시킨 후 수증기는 공기와 연료가스를 승온 시키기 위한 제 4 열교환기(320)를 통과시킬 수도 있고, 다른 용도로 사용될 수도 있다. 개질기로 공급되는 연료가스의 온도가 통상 300℃인 것을 고려해 볼 때, 열교환기를 통해서 별도의 에너지원 없이도 이와 같은 온도에 쉽게 도달할 수 있게 되는 이점이 있다. 따라서, 열교환기를 통과시키게 되면 기존의 시스템에 비해서 고온의 공기 및 연료가스를 공급할 수 있게 되어서 전체적으로 시스템 효율을 상승시킬 수 있게 된다.After driving the turbine 201, the water vapor may pass through the fourth heat exchanger 320 for raising the air and fuel gas, or may be used for other purposes. Considering that the temperature of the fuel gas supplied to the reformer is generally 300 ° C., there is an advantage that such a temperature can be easily reached without a separate energy source through the heat exchanger. Therefore, when passing through the heat exchanger, it is possible to supply hot air and fuel gas as compared to the existing system to increase the overall system efficiency.
전술한 바와 같이, 종래의 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템은 재순환되는 가스 온도가 800~900℃로 높아 블로워의 내구성에 문제가 있었으나, 블로워 대신 터보차저 방식을 이용함으로서 블로워를 가동시키기 위한 동력을 절약할 수 있다. 또한, 고온의 애노드 오프 가스를 열교환하여 터빈의 구동유체로 고압의 수증기를 자체적으로 만들어 낼 수 있어 전체 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다. 그리고, 고압의 수증기를 애노드 오프 가스와 분리시켜서 공급함으로써 연료효율을 높일 수 있는 이점도 있다.As described above, the conventional anode off-gas recirculation fuel cell system has a problem in the durability of the blower due to the high gas temperature to be recycled 800 ~ 900 ℃, but by using a turbocharger instead of the blower to save power to operate the blower can do. In addition, it is possible to heat the high-temperature anode off gas to generate high-pressure steam by itself as a driving fluid of the turbine, thereby improving the efficiency of the entire system. In addition, there is also an advantage that the fuel efficiency can be improved by supplying the high pressure steam separated from the anode off gas.
또한, 애노드(110)에서는 연료가스가 반응하고 남은 애노드 오프 가스를 배출유로(130)로 배출시킨다. 배출된 애노드 오프 가스는 제 2 밸브(180)에서 일부는 촉매연소기(300)로 공급되고, 촉매연소기(300)는 이를 이용하여 동력을 발생시키도록 구성함으로써 전체 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다. 제 2 밸브(180)에서 재순환 유로(140)로 순환되는 애노드 오프 가스는 제 1 열교환기(160)를 거치고, 제 1 열교환기(160)에서는 물공급부(150)에서 공급되는 물을 수증기로 변환시킨다. 변환된 고압의 수증기가 터빈(201)을 구동시키고, 터빈(201)과 동일축에 위치하는 압축기(202)가 구동하면서 애노드 오프 가스를 재순환시키게 된다. 제 2 밸브(180)는 체크밸브기능을 구비하도록 형성됨으로써 애노드 오프 가스가 배출유로(130)로 역류하지 않도록 하는 작용을 한다. 제 2 밸브(180)는 촉매연소기(300)로 공급되는 애노드 오프 가스의 유량을 조절하는 기능 및 재순환 유로(140)로 순환되는 애노드 오프 가스의 유량을 조절하는 기능을 가진다.In addition, the anode 110 discharges the remaining anode off gas to the discharge passage 130 after the fuel gas reacts. The discharged anode off gas may be partially supplied from the second valve 180 to the catalytic combustor 300, and the catalytic combustor 300 may be configured to generate power using the exhaust gas, thereby improving efficiency of the entire system. The anode off gas circulated from the second valve 180 to the recycle passage 140 passes through the first heat exchanger 160, and the first heat exchanger 160 converts the water supplied from the water supply unit 150 into steam. Let it be. The converted high pressure steam drives the turbine 201, and the compressor 202 located on the same axis as the turbine 201 drives to recycle the anode off gas. The second valve 180 is formed to have a check valve function so that the anode off gas does not flow back into the discharge passage 130. The second valve 180 has a function of adjusting the flow rate of the anode off gas supplied to the catalytic combustor 300 and a function of adjusting the flow rate of the anode off gas circulated to the recycle passage 140.
물공급부(150)의 일단에 제 1 밸브(170)를 달아서 유량을 조절 할 수도 있다. 제 1 밸브(170)는 물공급부(150)와 제 1 열교환기(160)사이에 배치되어 유량 조절을 통해서 본 시스템의 효율을 조절할 수 있는 기능이 있다.The flow rate may be adjusted by attaching the first valve 170 to one end of the water supply unit 150. The first valve 170 is disposed between the water supply unit 150 and the first heat exchanger 160 has a function to adjust the efficiency of the system by adjusting the flow rate.
또한, 압축기(202)를 통과한 애노드 오프 가스는 개질기(400)로 직접 공급될 수도 있고, 믹서기(600)로 공급되어 기존의 연료가스 공급유로(20)에서 공급되는 연료가스와 혼합되어서 개질기(400)로 공급될 수도 있다. 믹서기(600)는 고온의 애노드 오프 가스와 기존의 연료가스를 혼합시켜서 개질기(400)로 공급되는 연료가스의 공급온도를 조절할 수 있는 기능도 포함하고 있다. 연료가스의 공급온도 조절로 전체적인 시스템 효율의 상승을 기대할 수 있다.In addition, the anode off gas passing through the compressor 202 may be directly supplied to the reformer 400, may be supplied to the mixer 600, and may be mixed with fuel gas supplied from the existing fuel gas supply passage 20 to reformate ( 400). The mixer 600 includes a function of controlling the supply temperature of the fuel gas supplied to the reformer 400 by mixing the high temperature anode off gas and the existing fuel gas. By adjusting the supply temperature of fuel gas, it is expected to increase the overall system efficiency.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and those skilled in the art to which the present invention pertains may make various modifications and changes without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are not intended to limit the technical idea of the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.
<부호의 설명><Description of the code>
100: 연료전지 110: 애노드100: fuel cell 110: anode
120: 캐소드 130: 배출유로120: cathode 130: discharge flow path
140: 재순환 유로 150: 물공급부140: recirculation euro 150: water supply
160: 제 1 열교환기 170: 제 1 밸브160: first heat exchanger 170: first valve
180: 제 2 밸브 201: 터빈180: second valve 201: turbine
202: 압축기 300: 촉매연소기202: compressor 300: catalytic combustion
320: 제 4 열교환기 400: 개질기320: fourth heat exchanger 400: reformer
500: 탈황기 600: 믹서기500: desulfurizer 600: blender

Claims (7)

  1. 연료전지의 효율을 높이기 위한 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템에 있어서,In the anode off-gas recirculation fuel cell system for improving the efficiency of the fuel cell,
    애노드의 출구 측에 연결되어 애노드 오프 가스를 배출하는 배출유로(130);A discharge passage 130 connected to an outlet side of the anode to discharge the anode off gas;
    상기 배출유로(130)에서 분기되는 애노드 오프 가스 재순환 유로(140);An anode off gas recycle passage 140 branching from the discharge passage 130;
    구동 유체로 수증기를 사용하기 위해 물을 공급하는 물공급부(150);A water supply unit 150 supplying water for using water vapor as a driving fluid;
    상기 재순환 유로(140)와 연결되고, 고온의 애노드 오프 가스를 이용하여 상기 물공급부(150)로 공급되는 물을 고압의 수증기로 변환시켜주는 제 1 열교환기(160);A first heat exchanger (160) connected to the recirculation passage (140) and converting water supplied to the water supply unit (150) into high pressure steam by using a high temperature anode off gas;
    상기 고압의 수증기를 에너지원으로 하여 구동되는 터빈(201);A turbine 201 driven by the high pressure steam as an energy source;
    상기 터빈(201)과 동일축으로 연결되어 상기 애노드 오프 가스를 개질기(400)로 보내주는 압축기(202);를 포함하는 것을 특징으로 하는 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템.And a compressor (202) connected coaxially with the turbine (201) to send the anode off gas to the reformer (400).
  2. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 압축기(202)를 통한 애노드 오프 가스와 천연가스 공급유로(20)에서 공급되는 천연가스를 혼합시켜주는 믹서기(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템.And a mixer (600) for mixing the anode off gas through the compressor (202) and the natural gas supplied from the natural gas supply passage (20).
  3. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 제 1 열교환기(160)로 물을 공급해 주는 물공급부(150)에 유량을 조절할 수 있도록 하는 제 1 밸브(170)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템.An anode off-gas recirculation fuel cell system, characterized in that the first valve 170 is further provided to adjust the flow rate in the water supply unit 150 for supplying water to the first heat exchanger (160).
  4. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 배출유로(130)로부터 분기되는 상기 재순환 유로(140)에 재순환되는 유량 및 압력을 조정하기 위한 제 2 밸브(180)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템.And a second valve (180) for adjusting a flow rate and a pressure recycled to the recirculation flow passage (140) branched from the discharge flow passage (130).
  5. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein
    상기 재순환 유로(140)를 통해 이동하지 않은 애노드 오프 가스를 이용하여 촉매 연소기(300)를 가동시키는 것을 특징으로 하는 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템.An anode off-gas recirculation fuel cell system, characterized in that for operating a catalytic combustor (300) using the anode off-gas not moved through the recycle passage (140).
  6. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5,
    상기 촉매 연소기(300)의 연소후 배기 가스를 이용하여 개질기(200)로 공급되는 천연가스를 300℃로 승온시켜 주는 제 2 열교환기(310)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템.An anode off gas recycle fuel further comprises a second heat exchanger 310 for raising the natural gas supplied to the reformer 200 to 300 ° C by using exhaust gas after combustion of the catalytic combustor 300. Battery system.
  7. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 터빈(201)을 통과한 고압의 수증기를 이용하여 공기와 천연가스를 승온시키기 위한 제 4 열교환기(320)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 애노드 오프 가스 재순환 연료전지 시스템.And a fourth heat exchanger (320) for raising the temperature of air and natural gas using the high pressure steam passed through the turbine (201).
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