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KR101617186B1 - Fuel cell system having dissimilar fuel cells - Google Patents

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KR101617186B1
KR101617186B1 KR1020150074916A KR20150074916A KR101617186B1 KR 101617186 B1 KR101617186 B1 KR 101617186B1 KR 1020150074916 A KR1020150074916 A KR 1020150074916A KR 20150074916 A KR20150074916 A KR 20150074916A KR 101617186 B1 KR101617186 B1 KR 101617186B1
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도현선
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삼성중공업 주식회사
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Abstract

이종의 연료전지들을 구비하는 연료전지 시스템이 개시된다. 연료전지 시스템은 제1 연료전지 스택; 상기 제1 연료전지 스택에 비해 상대적으로 고온에서 운전되는 제2 연료전지 스택; 상기 제1 연료전지 스택에서 배출되는 미반응 수소 가스를 공급받고, 공급받은 미반응 수소 가스 중 일부를 연료로 사용하는 버닝(burning) 동작을 수행하여 나머지 미반응 수소 가스를 가열한 후 가열된 미반응 수소 가스를 상기 제2 연료전지 스택에 연료 가스로 공급하는 연소기를 포함한다.A fuel cell system comprising different kinds of fuel cells is disclosed. The fuel cell system includes a first fuel cell stack; A second fuel cell stack operated at a relatively high temperature as compared with the first fuel cell stack; The unreacted hydrogen gas discharged from the first fuel cell stack is supplied and the remaining unreacted hydrogen gas is burned by using a part of the supplied unreacted hydrogen gas as a fuel to heat the remaining unreacted hydrogen gas, And a combustor for supplying reactive gas of hydrogen to the second fuel cell stack as fuel gas.

Figure R1020150074916
Figure R1020150074916

Description

이종의 연료전지들을 구비하는 연료전지 시스템{Fuel cell system having dissimilar fuel cells}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a fuel cell system having dissimilar fuel cells,

본 발명은 이종의 연료전지들을 구비하는 연료전지 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell system comprising different types of fuel cells.

일반적으로 인산형 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell) 등을 이용하는 연료전지 시스템은 반응 가스로서 연료 가스와 산화제 가스를 전극 촉매층을 구비한 연료 전극 및 산화제 전극에 연속적으로 공급하고 연료 가스가 가지는 에너지를 전기화학적 전기에너지로 변환한다.Generally, a fuel cell system using a phosphoric acid fuel cell (PAFC) or the like continuously supplies a fuel gas and an oxidant gas as reaction gases to a fuel electrode having an electrode catalyst layer and an oxidant electrode, To electrochemical and electrical energy.

최근에는, 원유의 정제 과정이나 가성소다 업계 등에서 부산물로 생산되는 부생수소를 연료전지 시스템의 연료가스로 하여 전기 에너지를 생산하는 방안도 연구되고 있다. Recently, a method of producing electric energy by using the byproduct hydrogen produced as a by-product in the refining process of the crude oil or caustic soda industry as the fuel gas of the fuel cell system is being studied.

그러나 종래기술에 따른 연료전지 시스템은 단일 유형의 연료전지를 구비하는 시스템으로서, 해당 연료전지에서 배출되는 미반응 연료가스나 산화제 가스를 효율적으로 재사용하는 방안이 제시되지 못하는 한계가 있었다.However, the fuel cell system according to the prior art has a limitation in that a system having a single type of fuel cell is not capable of efficiently reusing unreacted fuel gas or oxidant gas discharged from the fuel cell.

일본공개특허 특개2004-39524호(연료전지 발전장치)Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-39524 (fuel cell power generation device)

본 발명은 저온형 연료전지에서 배출되는 미반응 연료가스 및 산화제 가스를 이용하여 고온형 연료전지에 공급될 연료가스 및 산화제 가스를 승온시켜 공급함으로써 연료전지 시스템의 발전 효율을 증대시킬 수 있는 이종의 연료전지들을 구비하는 연료전지 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system and a fuel cell system which can increase the power generation efficiency of a fuel cell system by supplying a fuel gas and an oxidizer gas to be supplied to a high temperature type fuel cell using an unreacted fuel gas and an oxidizer gas, And to provide a fuel cell system having fuel cells.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.Other objects of the present invention will become readily apparent from the following description.

본 발명의 일 측면에 따르면, 제1 연료전지 스택; 상기 제1 연료전지 스택에 비해 상대적으로 고온에서 운전되는 제2 연료전지 스택; 상기 제1 연료전지 스택에서 배출되는 미반응한 제1 가스를 공급받고, 공급받은 미반응한 제1 가스 중 일부를 연료로 사용하는 버닝(burning) 동작을 수행하여 나머지 미반응한 제1 가스를 가열한 후 가열된 미반응한 제1 가스를 상기 제2 연료전지 스택에 연료 가스로 공급하는 연소기를 포함하는 이종의 연료전지들을 구비하는 연료전지 시스템이 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell stack comprising: a first fuel cell stack; A second fuel cell stack operated at a relatively high temperature as compared with the first fuel cell stack; The first unreacted first gas discharged from the first fuel cell stack is supplied and a burning operation is performed to use a part of the supplied unreacted first gas as a fuel, And a combustor for supplying heated unreacted first gas to the second fuel cell stack as a fuel gas after heating.

상기 연소기는 제2 가스를 더 공급받고, 상기 버닝 동작에 의해 발생된 열에 의해 가열된 제2 가스를 상기 제2 연료전지 스택에 연료 가스로 더 공급할 수 있다.The combustor is further supplied with the second gas and can further supply the second gas heated by the heat generated by the burning operation to the second fuel cell stack as the fuel gas.

상기 연소기의 버닝 동작에 의해 발생되는 스팀은 제3 열교환기에서 제2 연료전지 스택에 공급될 공기를 승온하기 위해 이용될 수 있다.The steam generated by the burning operation of the combustor may be used to raise the air to be supplied to the second fuel cell stack in the third heat exchanger.

상기 제2 연료전지 스택은, 가열된 미반응한 제1 가스를 공급받기 위한 애노드 유입구 및 상기 제2 연료전지 스택에서의 미반응한 제1 가스를 배출하기 위한 애노드 배출구를 각각 구비하고, 상기 애노드 배출구는 배출되는 미반응한 제1 가스를 상기 제2 연료전지 스택으로 다시 공급하기 위해 분기관을 통해 상기 애노드 유입구에 연결될 수 있다.The second fuel cell stack has an anode inlet for receiving heated unreacted first gas and an anode outlet for discharging unreacted first gas in the second fuel cell stack, The outlet may be connected to the anode inlet via a branch to feed the unreacted first gas to be discharged back into the second fuel cell stack.

연료전지 시스템은, 냉매를 냉각시키기 위한 냉각기; 상기 제1 연료전지 스택의 운전시 발생되는 열을 냉각하기 위한 제1 쿨러부; 및 상기 제2 연료전지 스택의 운전시 발생되는 열을 냉각하기 위한 제2 쿨러부를 더 포함할 수 있고, 상기 냉매는 상기 냉각기, 상기 제1 쿨러부 및 상기 제2 쿨러부로 이루어진 경로를 순환할 수 있다.The fuel cell system includes: a cooler for cooling the refrigerant; A first cooler for cooling the heat generated during operation of the first fuel cell stack; And a second cooler for cooling the heat generated during operation of the second fuel cell stack. The coolant may circulate through the cooler, the first cooler, and the second cooler, have.

상기 순환하는 냉매가 상기 냉각기로 유입되기 전단에 상기 제1 연료전지 스택으로 공급될 제1 가스를 승온하기 위한 제1 열교환기 및 상기 제1 연료전지 스택으로 공급될 공기를 승온하기 위한 제2 열교환기가 각각 배치될 수 있다.A first heat exchanger for raising a first gas to be supplied to the first fuel cell stack before the circulating refrigerant flows into the cooler and a second heat exchanger for raising the temperature of air to be supplied to the first fuel cell stack Respectively.

상기 제1 연료전지 스택으로 공급되는 제1 가스는 필터링 수단에 의해 불순물 제거 처리가 수행될 수 있다.The first gas supplied to the first fuel cell stack may be subjected to the impurity removal treatment by the filtering means.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.Other aspects, features, and advantages will become apparent from the following drawings, claims, and detailed description of the invention.

본 발명의 실시예에 따르면, 저온형 연료전지에서 배출되는 미반응 연료가스 및 산화제 가스를 이용하여 고온형 연료전지에 공급될 연료가스 및 산화제 가스를 승온시켜 공급함으로써 연료전지 시스템의 발전 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.According to the embodiment of the present invention, by increasing the temperature of the fuel gas and the oxidizer gas to be supplied to the high temperature type fuel cell using the unreacted fuel gas and the oxidizer gas discharged from the low temperature type fuel cell, There is an effect that can be made.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종의 연료전지들을 구비하는 연료전지 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of a fuel cell system having heterogeneous fuel cells according to an embodiment of the present invention; FIG.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 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.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈", "…기" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, the terms "part," "unit," "module," "device," and the like described in the specification mean units for processing at least one function or operation, Lt; / RTI >

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.It is to be understood that the components of the embodiments described with reference to the drawings are not limited to the embodiments and may be embodied in other embodiments without departing from the spirit of the invention. It is to be understood that although the description is omitted, multiple embodiments may be implemented again in one integrated embodiment.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Reference will now be made in detail to the embodiments of the present invention, examples of which are illustrated in the accompanying drawings, wherein like reference numerals refer to the like elements throughout. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이종의 연료전지들을 구비하는 연료전지 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of a fuel cell system having heterogeneous fuel cells according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 1을 참조하면, 이종의 연료전지들을 구비하는 연료전지 시스템은 저온형 연료전지 스택(110), 고온형 연료전지 스택(140), 복수의 열교환기(172, 174, 176), 냉각기(180) 및 연소기(185)를 포함할 수 있다.1, a fuel cell system including heterogeneous fuel cells includes a low temperature type fuel cell stack 110, a high temperature type fuel cell stack 140, a plurality of heat exchangers 172, 174, 176, a cooler 180 And a combustor 185 as shown in FIG.

저온형 연료전지 스택(110)은 예를 들어 섭씨 200℃에서 운전되는 인산형 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell)일 수 있다. 이에 비해 고온형 연료전지 스택(140)은 저온형 연료전지 스택(110)에 비해 상대적으로 고온에서 운전되는 예를 들어 약 650℃에서 운전되는 용융탄산염 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell)이거나 고체산화물형 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell) 등일 수 있다.The low temperature type fuel cell stack 110 may be, for example, a phosphoric acid fuel cell (PAFC) operated at 200 ° C. The high temperature type fuel cell stack 140 may be a Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) operated at a relatively high temperature, for example, about 650 ° C., as compared with the low temperature type fuel cell stack 110, An oxide fuel cell (SOFC), or the like.

저온형 연료전지 스택(110)과 고온형 연료전지 스택(140) 각각은 연료 가스를 공급받기 위한 애노드 유입구(120, 150)와 산화제 가스를 공급받기 위한 캐소드 유입구(125, 155)를 구비한다.Each of the low temperature type fuel cell stack 110 and the high temperature type fuel cell stack 140 includes anode inlet ports 120 and 150 for receiving fuel gas and cathode inlet ports 125 and 155 for receiving oxidant gas.

또한 저온형 연료전지 스택(110)과 고온형 연료전지 스택(140) 각각은 운전시 캐소드 전극에서의 산소 환원 반응을 통해 생성된 물과 미반응 공기를 배출하기 위한 캐소드 배출구(135, 165)와 미반응 수소 가스를 포함하는 고온의 배가스를 배출하기 위한 애노드 배출구(130, 160)를 구비한다.Each of the low temperature type fuel cell stack 110 and the high temperature type fuel cell stack 140 includes cathode outlets 135 and 165 for discharging water and unreacted air generated through the oxygen reduction reaction at the cathode electrode during operation And anode discharge ports (130, 160) for discharging a high temperature exhaust gas containing unreacted hydrogen gas.

저온형 연료전지 스택(110)과 고온형 연료전지 스택(140) 각각은 그 운전 과정에서 발생되는 열을 냉각시키기 위한 쿨러부(115, 145)를 구비할 수 있고, 제1 쿨러부(115)에서 배출되는 냉매는 제2 쿨러부(145), 제2 열교환기(174), 제1 열교환기(172) 및 냉각기(180)를 거쳐 순환되도록 구성될 수 있다.Each of the low temperature type fuel cell stack 110 and the high temperature type fuel cell stack 140 may have cooler portions 115 and 145 for cooling the heat generated during the operation thereof, The second heat exchanger 174, the first heat exchanger 172, and the cooler 180. The refrigerant discharged from the second cooler 145 may be circulated through the second cooler 145, the second heat exchanger 174, the first heat exchanger 172,

즉, 제1 쿨러부(115)의 냉각 처리에 의해 승온된 냉매는 상대적으로 고온에서 운전되는 고온형 연료전지 스택(140)으로 공급되어 냉매로서 기능하며, 제1 쿨러부(115) 및/또는 제2 쿨러부(145)의 열교환에 의해 승온된 냉매는 제1 열교환기(172) 및 제2 열교환기(174) 각각에서 저온형 연료전지 스택(110)의 애노드 유입구(120)와 캐소드 유입구(125)로 각각 유입될 수소 가스와 공기의 온도를 승온시키기 위해 이용되고, 냉각기(180)에 의해 냉각된 후 제1 쿨러부(115)로 다시 공급된다. 저온형 연료전지 스택(110)으로 상대적으로 승온된 수소 가스와 공기를 공급함으로써 저온형 연료전지 스택(110)의 효율이 증대될 수 있다.That is, the coolant heated by the cooling process of the first cooler unit 115 is supplied to the high temperature type fuel cell stack 140 operated at a relatively high temperature to function as a coolant, and the first cooler unit 115 and / The coolant heated by the heat exchange of the second cooler section 145 is supplied to the anode inlet 120 and the cathode inlet port 120 of the low temperature type fuel cell stack 110 in the first heat exchanger 172 and the second heat exchanger 174, 125, respectively, is cooled by the cooler 180, and then supplied to the first cooler 115 again. The efficiency of the low temperature type fuel cell stack 110 can be increased by supplying the relatively heated hydrogen gas and air to the low temperature type fuel cell stack 110.

저온형 연료전지 스택(110)으로 공급되는 수소는 불순물의 제거를 위해 예를 들어 세정 집진기(scrubber), 가스 필터 등에 의해 필터링 처리될 수도 있다.The hydrogen supplied to the low temperature type fuel cell stack 110 may be subjected to filtering treatment by, for example, a scrubber, a gas filter, or the like to remove impurities.

저온형 연료전지 스택(110)에는 애노드 유입구(120) 및 캐소드 유입구(125)를 통해 유입되는 수소 가스와 공기의 산화/환원 반응을 유도하여 전기 에너지를 발생시키는 복수의 전기 생성부가 구비된다. The low temperature type fuel cell stack 110 is provided with a plurality of electricity generating units for generating electric energy by inducing an oxidation / reduction reaction of hydrogen gas and air flowing through the anode inlet 120 and the cathode inlet 125.

각각의 전기 생성부는 예를 들어 전기를 발생시키는 단위 셀일 수 있고, 수소 가스와 공기 중의 산소를 산화/환원시키는 막-전극 어셈블리(MEA, Membrane Electrode Assembly) 및, 수소 가스와 공기를 막-전극 어셈블리로 공급하기 위한 세퍼레이터(separator)(또는 바이폴라 플레이트)를 포함할 수 있다.Each electricity generating unit may be a unit cell generating electricity, for example, and may include a membrane-electrode assembly (MEA) for oxidizing / reducing hydrogen gas and oxygen in the air, and a membrane- (Or a bipolar plate) for supplying the gas to the reaction chamber.

전기 생성부는 막-전극 어셈블리를 중심에 두고 그 양측에 세퍼레이터가 각각 배치된 구조를 가지도록 형성될 수 있고, 막-전극 어셈블리는 중앙에 배치된 전해질막과 전해질막의 일측에 배치된 캐소드 전극과 전해질막의 타측에 배치된 애노드 전극을 포함하여 구성될 수 있다. The electricity generating portion may be formed so as to have a structure in which the membrane electrode assembly is centered and separators are disposed on both sides of the membrane electrode assembly. The membrane electrode assembly includes an electrolyte membrane disposed at the center, a cathode electrode disposed at one side of the electrolyte membrane, And an anode electrode disposed on the other side of the film.

이와 같은 복수의 전기 생성부가 연속적으로 배치됨으로써 저온형 연료전지 스택(110)이 구성될 수 있고, 저온형 연료전지 스택(110)의 최외각에 각각 배치된 세퍼레이터는 엔드 플레이트로 기능할 수 있다.The low-temperature-type fuel cell stack 110 can be constructed by continuously arranging the plurality of electricity generating portions, and the separator disposed at the outermost periphery of the low-temperature-type fuel cell stack 110 can function as an end plate.

저온형 연료전지 스택(110)의 애노드 배출구(130)로부터 배출되는 미반응 수소는 2개의 경로로 분기되어 하나는 연료용으로 연소기(185)에 공급되고, 다른 하나는 고온형 연료전지 스택(140)의 연료 가스로 이용되도록 하기 위해 연소기(185)로 공급된다.Unreacted hydrogen discharged from the anode outlet 130 of the low temperature type fuel cell stack 110 is branched into two paths, one of which is supplied to the combustor 185 for fuel and the other is supplied to the high temperature type fuel cell stack 140 To be used as the fuel gas of the combustor 185.

또한 저온형 연료전지 스택(110)의 캐소드 배출구(135)로부터 배출되는 미반응 공기도 연소기(185)의 연료 가스로 이용되기 위해 연소기(185)로 공급될 수 있다. 물론 연소기(185)의 연료 가스로 이용되기 위한 공기는 저온형 연료전지 스택(110)의 배출 가스가 아닌 별도의 공급 라인을 통해 공급될 수도 있음은 당연하다. Unreacted air discharged from the cathode outlet 135 of the low temperature type fuel cell stack 110 may also be supplied to the combustor 185 to be used as the fuel gas of the combustor 185. It goes without saying that the air to be used as the fuel gas of the combustor 185 may be supplied through a separate supply line rather than the exhaust gas of the low temperature type fuel cell stack 110.

연소기(185)는 저온형 연료전지 스택(110)으로부터 공급되는 미반응 수소와 미반응 공기(공기는 별도의 공급 라인을 통해 공급될 수도 있음)를 연료로 버닝(burning) 동작을 수행함으로써, 저온형 연료전지 스택(110)으로부터 공급되는 미반응 수소와 별도의 경로를 통해 공급되는 이산화탄소 가스를 승온시켜 고온형 연료전지 스택(140)의 연료 가스로 공급한다.The combustor 185 performs a burning operation with the unreacted hydrogen supplied from the low temperature type fuel cell stack 110 and the unreacted air (the air may be supplied through a separate supply line) to fuel, Type fuel cell stack 110 to the fuel gas of the high-temperature-type fuel cell stack 140. The temperature of the untreated hydrogen gas supplied from the fuel cell stack 110 is supplied to the high-temperature-type fuel cell stack 140.

또한 연소기(185)의 버닝 동작에 의해 발생되는 스팀(steam) 등의 고온 가스는 제3 열교환기(176)로 공급되어 고온형 연료전지 스택(140)의 캐소드 유입구(155)로 유입되는 공기를 가열한다.The high temperature gas such as steam generated by the burning operation of the combustor 185 is supplied to the third heat exchanger 176 and supplied to the cathode inlet 155 of the high temperature type fuel cell stack 140 Heat it.

연소기(185)에 의해 승온된 고온의 연료 가스와 제3 열교환기(176)에 의해 승온된 공기가 고온형 연료전지 스택(140)으로 공급됨으로써 상대적으로 고온에서 운전되는 고온형 연료전지 스택(140)의 효율이 증진될 수 있다.The high temperature fuel cell stack 140 operating at a relatively high temperature by supplying the high temperature fuel gas heated by the combustor 185 and the air heated by the third heat exchanger 176 to the high temperature type fuel cell stack 140 ) Can be enhanced.

고온형 연료전지 스택(140)에서 애노드 배출구(160) 및 캐소드 배출구(165)를 통해 배출되는 미반응 연료 가스(예를 들어, 수소 가스, 이산화탄소 가스 등) 및/또는 미반응 공기는 연료용으로 연소기(185)에 공급될 수 있다.Unreacted fuel gas (for example, hydrogen gas, carbon dioxide gas, etc.) and / or unreacted air discharged through the anode outlet 160 and the cathode outlet 165 in the HFCK 140 and / And then supplied to the combustor 185.

물론, 미반응 연료 가스 및 미반응 공기 중 하나 이상은 애노드 유입구(150) 및 캐소드 유입구(155)와 연결된 분기관을 통해 고온형 연료전지 스택(140)으로 재유입될 수도 있다. 또한, 필요에 따라서는 미반응 연료 가스의 일부는 고온형 연료전지 스택(140)으로의 재공급을 위해 연소기(185)로 제공될 수도 있다.Of course, one or more of the unreacted fuel gas and the unreacted air may be reintroduced into the hot-formed fuel cell stack 140 through the branch inlet connected to the anode inlet 150 and the cathode inlet 155. Also, if necessary, a portion of the unreacted fuel gas may be provided to the combustor 185 for re-supply to the hot-formed fuel cell stack 140.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the following claims And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

110 : 저온형 연료전지 스택 115 : 제1 쿨러부
120, 150 : 애노드 유입구 125, 155 : 캐소드 유입구
130, 160 : 애노드 배출구 135, 165 : 캐소드 배출구
140 : 고온형 연료전지 스택 172, 174, 176 : 열교환기
180 : 냉각기 185 : 연소기110: Low temperature type fuel cell stack 115: First cooler part
120, 150: anode inlet 125, 155: cathode inlet
130, 160: anode outlet 135, 165: cathode outlet
140: High temperature type fuel cell stack 172, 174, 176: Heat exchanger
180: Cooler 185: Combustor

Claims (7)

제1 연료전지 스택;
상기 제1 연료전지 스택에 비해 상대적으로 고온에서 운전되는 제2 연료전지 스택;
상기 제1 연료전지 스택에서 배출되는 미반응한 제1 가스를 공급받고, 공급받은 미반응한 제1 가스 중 일부를 연료로 사용하는 버닝(burning) 동작을 수행하여 나머지 미반응한 제1 가스를 가열한 후 가열된 미반응한 제1 가스를 상기 제2 연료전지 스택에 연료 가스로 공급하는 연소기를 포함하되,
상기 제1 연료전지 스택에서 배출되는 미반응한 제1 가스는 일부가 상기 버닝 동작의 연료로 이용되고, 나머지가 상기 제2 연료전지 스택에 연료 가스로 공급되도록 하기 위해 미리 구비된 분기 경로를 통해 이송되는, 이종의 연료전지들을 구비하는 연료전지 시스템.A first fuel cell stack;
A second fuel cell stack operated at a relatively high temperature as compared with the first fuel cell stack;
The first unreacted first gas discharged from the first fuel cell stack is supplied and a burning operation is performed to use a part of the supplied unreacted first gas as a fuel, And a combustor for supplying the unreacted first gas heated and then heated to the second fuel cell stack as a fuel gas,
The first unreacted first gas discharged from the first fuel cell stack is partially used as fuel for the burning operation and the remaining unreacted first gas is supplied to the second fuel cell stack through the pre- A fuel cell system comprising a plurality of different types of fuel cells. 제1항에 있어서
상기 연소기는 상기 제1 가스와 상이한 가스인 제2 가스를 더 공급받고, 상기 버닝 동작에 의해 발생된 열에 의해 가열된 제2 가스를 상기 제2 연료전지 스택에 연료 가스로 더 공급하는, 이종의 연료전지들을 구비하는 연료전지 시스템.The method of claim 1, wherein
Wherein the combustor is further supplied with a second gas which is a gas different from the first gas and further supplies a second gas heated by the heat generated by the burning operation to the second fuel cell stack as fuel gas, A fuel cell system comprising fuel cells. 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 연소기의 버닝 동작에 의해 발생되는 스팀은 제3 열교환기에서 제2 연료전지 스택에 공급될 공기를 승온하기 위해 이용되는, 이종의 연료전지들을 구비하는 연료전지 시스템.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the steam generated by the burning operation of the combustor is used for raising the air to be supplied to the second fuel cell stack in the third heat exchanger. 제1항에 있어서,
상기 제2 연료전지 스택은, 가열된 미반응한 제1 가스를 공급받기 위한 애노드 유입구 및 상기 제2 연료전지 스택에서의 미반응한 제1 가스를 배출하기 위한 애노드 배출구를 각각 구비하고,
상기 애노드 배출구는 배출되는 미반응한 제1 가스를 상기 제2 연료전지 스택으로 다시 공급하기 위해 분기관을 통해 상기 애노드 유입구에 연결되는, 이종의 연료전지들을 구비하는 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the second fuel cell stack has an anode inlet for receiving the heated unreacted first gas and an anode outlet for discharging unreacted first gas in the second fuel cell stack,
Wherein the anode outlet is connected to the anode inlet via a branch for feeding back the unreacted first gas to be discharged to the second fuel cell stack. 제1항에 있어서,
냉매를 냉각시키기 위한 냉각기;
상기 제1 연료전지 스택의 운전시 발생되는 열을 냉각하기 위한 제1 쿨러부; 및
상기 제2 연료전지 스택의 운전시 발생되는 열을 냉각하기 위한 제2 쿨러부를 더 포함하되,
상기 냉매는 상기 냉각기, 상기 제1 쿨러부 및 상기 제2 쿨러부로 이루어진 경로를 순환하는, 이종의 연료전지들을 구비하는 연료전지 시스템.The method according to claim 1,
A cooler for cooling the refrigerant;
A first cooler for cooling the heat generated during operation of the first fuel cell stack; And
Further comprising a second cooler for cooling the heat generated during operation of the second fuel cell stack,
Wherein the coolant circulates through the cooler, the first cooler, and the second cooler. 제5항에 있어서,
상기 순환하는 냉매가 상기 냉각기로 유입되기 전단에 상기 제1 연료전지 스택으로 공급될 제1 가스를 승온하기 위한 제1 열교환기 및 상기 제1 연료전지 스택으로 공급될 공기를 승온하기 위한 제2 열교환기가 각각 배치되는, 이종의 연료전지들을 구비하는 연료전지 시스템.6. The method of claim 5,
A first heat exchanger for raising a first gas to be supplied to the first fuel cell stack before the circulating refrigerant flows into the cooler and a second heat exchanger for raising the temperature of air to be supplied to the first fuel cell stack And a plurality of fuel cells are arranged in each of the plurality of fuel cells. 제6항에 있어서,
상기 제1 연료전지 스택으로 공급되는 제1 가스는 필터링 수단에 의해 불순물 제거 처리가 수행되는, 이종의 연료전지들을 구비하는 연료전지 시스템.The method according to claim 6,
Wherein the first gas supplied to the first fuel cell stack is subjected to the impurity removing treatment by the filtering means.
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