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KR100405142B1 - Electric power system for Fuel Cell generation - Google Patents

Electric power system for Fuel Cell generation Download PDF

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Publication number
KR100405142B1
KR100405142B1 KR10-2000-0062336A KR20000062336A KR100405142B1 KR 100405142 B1 KR100405142 B1 KR 100405142B1 KR 20000062336 A KR20000062336 A KR 20000062336A KR 100405142 B1 KR100405142 B1 KR 100405142B1
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KR
South Korea
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fuel cell
cell stack
stack
solid oxide
molten carbonate
Prior art date
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KR10-2000-0062336A
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Korean (ko)
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KR20020031686A (en
Inventor
강병삼
안교상
임희천
Original Assignee
한국전력공사
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Publication date
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Abstract

본 발명은 고온형 연료전지인 용융탄산염 연료전지스택과 고체산화물 연료전지스택을 연계 구성하여 스택 전체의 연료 이용률을 증가시키고, 각 스택에 공통 연결된 부하인버터/전력 제어기를 이용하여 전체연료전지 발전시스템의 효율성을 증가시키는 연료전지 발전시스템에 관한 것이다.The present invention increases the fuel utilization of the entire stack by linking the molten carbonate fuel cell stack and the solid oxide fuel cell stack, which are high-temperature fuel cells, and using the load inverter / power controller commonly connected to each stack. It relates to a fuel cell power generation system that increases the efficiency of the.

본 발명은 용융탄산염 연료전지스택(105)과 고체산화물 연료전지스택(107)의 사이에 연료극/공기극 히터(106)가 연결되며, 상기 용융탄산염 연료전지스택(105)과 고체산화물 연료전지스택(107)의 부하와 연료극/공기극 히터(106)의 전력을 조절하도록 부하인버터/전력 제어기(108)가 구비되어, 상기 용융탄산염 연료전지스택(105)에서 미 반응된 가스와 공기를 상기 고체산화물 연료전지스택(107)의 공급연료로 사용되는 한편, 상기 고체산화물 연료전시스택(107)에서 배출되는 공기량 또는 폐열원량이 재순환조절수단을 통해 조절되도록 구성되어, 부가적인 공급 열량을 줄이고 연료 이용률을 증가시킴으로 연료전지 발전시스템 전체의 효율을 증가시키며, 또한 연료전지 시스템이 상용화될 경우 스택의 운전방식에 있어서 초기 기동 및 부하 변동에 따른 스택의 이용률 변화를 해결할 수 있으며, 연계형 연료전지 시스템의 사용으로 환경오염을 크게 줄일 수 있다.According to the present invention, the anode / air cathode heater 106 is connected between the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack 107, and the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack ( A load inverter / power controller 108 is provided to adjust the load of 107 and the power of the anode / air cathode heater 106 to supply unreacted gas and air from the molten carbonate fuel cell stack 105 to the solid oxide fuel. While used as a feed fuel for the cell stack 107, the amount of air or waste heat source discharged from the solid oxide fuel field stack 107 is configured to be regulated through recirculation control means, thereby reducing additional supply heat and increasing fuel utilization. By increasing the efficiency of the entire fuel cell power generation system, and also when the fuel cell system is commercialized, the operation of the stack can increase the efficiency of the stack. The use of can solve the utilization changes associated fuel cell system can significantly reduce the environmental pollution.

Description

연료전지 발전시스템{ Electric power system for Fuel Cell generation }Fuel cell power generation system {Electric power system for Fuel Cell generation}

본 발명은 연료전지 발전시스템에 관한 것으로 특히, 고온형 연료전지인 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell) 스택과 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell)의 스택을 연계 구성하여 스택 전체의 연료 이용률을 증가시키고, 각 스택에 공통 연결된 부하인버터/전력 제어기를 이용하여 전체연료전지 발전시스템의 효율성을 증가시키는 연료전지 발전시스템에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell power generation system, and in particular, a molten carbonate fuel cell stack, which is a high-temperature fuel cell, and a stack of a solid oxide fuel cell are linked to each other to form a fuel utilization rate of the entire stack. And increase the efficiency of the entire fuel cell power generation system by using a load inverter / power controller commonly connected to each stack.

일반적으로, 용융탄산염 연료전지 발전시스템은 천연가스, 석탄가스 등 다양한 연료의 사용이 가능하며 연소과정 없이 650℃의 고온에서 연료가 바로 전기로 바뀌는 전기화학 반응에 의하여 전기를 생산하며 고체산화물 연료전지인 경우 천연가스, 석탄가스, 메탄올 등 다양한 연료사용과 1000℃의 고온에서 작동하므로 연료 전지의 후단에서 발생하는 고온 고압의 스팀을 이용하여 복합발전이 가능하다. 또한 연소과정이 없고 연료에서 전기로 직접 발전인 관계로 소음 및 대기오염 물질 배출이 적어 차세대 발전 방식으로 주목받고 있다.In general, molten carbonate fuel cell power generation system can use various fuels such as natural gas and coal gas, and produce electricity by electrochemical reaction where fuel is directly converted into electricity at high temperature of 650 ℃ without combustion process. In the case of using a variety of fuels such as natural gas, coal gas, methanol and at a high temperature of 1000 ℃ it is possible to combine the power generation using high temperature and high pressure steam generated in the rear of the fuel cell. In addition, since there is no combustion process and direct generation from fuel to electricity, noise and air pollutant emissions are low, and it is attracting attention as a next generation power generation method.

종래의 연료전지 발전시스템은 연료전지 스택내에서 정해진 부하에 의하여 연료 및 공기의 이용률이 정해지며 반응하지 않고 남은 배가스를 효율적으로 처리하는 방법을 중심으로 시스템이 구성되었다.In the conventional fuel cell power generation system, a fuel and air utilization rate is determined by a predetermined load in a fuel cell stack, and a system is constructed around a method of efficiently treating the remaining exhaust gas without reacting.

용융탄산염 연료전지 시스템은 고온의 연료전지 발전방식으로 온도에 따라성능의 변화는 있지만 공급 연료의 열원은 580℃로 가열되며, 고체산화물 연료전지 시스템은 900℃로 가열된다. 그러므로 고온 연료전지 발전시스템의 전체 효율은 시스템 내의 연료의 승온 및 배열처리 방식에 따라 변화되었으며 종래의 연료전지 연계 방식은 같은 방식의 연료전지를 직렬로 연결하여 다단계 연료 이용에 의해 전체 이용률을 늘이거나 연료전지 스택에서의 미 반응 연료를 연소기를 이용하여 연료 및 배열을 회수하였다.The molten carbonate fuel cell system is a high-temperature fuel cell power generation method. The performance varies depending on temperature, but the heat source of the feed fuel is heated to 580 ° C, and the solid oxide fuel cell system is heated to 900 ° C. Therefore, the overall efficiency of the high-temperature fuel cell power generation system is changed according to the temperature raising and arrangement method of the fuel in the system, and the conventional fuel cell linkage method increases the overall utilization rate by multi-stage fuel use by connecting the same type of fuel cells in series. Unreacted fuel in the fuel cell stack was recovered using a combustor to recover fuel and heat.

용융탄산염 연료전지는 공기극(Cathode)의 이산화탄소 공급원으로 사용하며 또한 연소 반응열을 이용하여 고온의 스팀을 연료극의 연료 공급원, 개질기 또는 배열회수(HRSG) 시스템으로 사용하였다. 또한 고체산화물 연료전지 시스템은 1000℃를 넘는 고온의 배가스는 가스 터빈 및 스팀 터빈과의 연계 발전 구성이 가능하였으나 환경 오염물질의 배출과 소음 등의 문제점이 있다.Molten carbonate fuel cells are used as sources of carbon dioxide in cathodes, and hot steam is used as fuel sources, reformers or heat recovery (HRSG) systems for anodes using combustion reaction heat. In addition, in the solid oxide fuel cell system, a high temperature exhaust gas of more than 1000 ° C. can be configured in conjunction with a gas turbine and a steam turbine, but there are problems such as emission of environmental pollutants and noise.

한편, 선행특허(US6033794)는 400~1000℃까지의 연료전지 스택을 한개의 단위 기기내에 설치하여 평판형으로 구성된 용융탄산염 연료전지와 고체산화물 연료전지를 사용하며, 선행특허(US5712055, US5518828, US5413878, US4080487, JP4188567)에서는 같은 종류의 연료전지 시스템에 대한 직렬 연결을 통하여 반응 후의 고온 가스를 다음 단계로 이동하기 전에 냉각하는 방식을 취한다.On the other hand, the prior patent (US6033794) uses a molten carbonate fuel cell and a solid oxide fuel cell composed of a flat plate by installing a fuel cell stack up to 400 ~ 1000 ℃ in one unit device, the prior patent (US5712055, US5518828, US5413878) , US4080487, JP4188567, employ a method of cooling the hot gas after the reaction before moving to the next stage through a series connection to the same type of fuel cell system.

또한, 선행된 특허(JP60227363)에서는 인산형 연료전지 스택과 용융탄산염 연료전지 스택을 연계하여 구성하고 있으나 인산염 연료전지의 공기극에는 이산화탄소가 공급되지 않아서 공기극 라인이 분리되어야 하며 고온형 연료전지(MCFC)에서 저온형 연료전지(PAFC)로 이동하지 못하며, 다른 선행특허(US6033794)에서는 여러가지 연료전지 바로 인접하게 연결 구성하여 용융탄산염 연료전지의 분리판이 고온에서 작동되기 위하여 Ni 합금 사용 방안을 제시하였으나 경제적으로 많은 비용을 수반하는 발전시스템으로 볼 수 있다.In addition, in the preceding patent (JP60227363), the phosphate fuel cell stack and the molten carbonate fuel cell stack are configured in connection with the cathode, but the cathode line must be separated because carbon dioxide is not supplied to the cathode of the phosphate fuel cell and the high temperature fuel cell (MCFC) It is not possible to move to a low temperature fuel cell (PAFC), and another prior patent (US6033794) has been proposed to use a Ni alloy in order to operate the separator plate of the molten carbonate fuel cell by connecting the various fuel cells directly adjacent to each other, but economically It can be seen as a costly power generation system.

선행특허(US5541014)는 용융탄산염 연료전지와 고체산화물 연료전지를 연계하여 가스 터빈과 함께 사용되고 있으나 고온의 연소기로 인하여 환경 오염물을 발생시키며, 고체산화물 연료전지 스택과 용융탄산염 연료전지 스택의 압력조건을 다르게 운전하고 있다. 이러한 이유는 고체산화물 연료전지와는 다르게 용융탄산염 연료전지인 경우 운전조건 에서 전해질이 용융된 상태로 존재하여 가압 시에 스택에 크로스 오버(cross over)가 생성될 수 있기 때문이다.Prior patent (US5541014) is used with a gas turbine in conjunction with a molten carbonate fuel cell and a solid oxide fuel cell, but generates environmental pollutants due to the high temperature combustor, and the pressure condition of the solid oxide fuel cell stack and the molten carbonate fuel cell stack I'm driving differently. This is because, unlike a solid oxide fuel cell, in the case of a molten carbonate fuel cell, the electrolyte may exist in a molten state under operating conditions, and crossover may be generated in the stack when pressurized.

이상과 같이, 종래의 연료전지 발전 시스템 중 용융탄산염 연료전지와 고체산화물 연료전지 스택을 직접적으로 연결시키지 못한 것은 운전온도 범위가 650℃와 1000℃이어서 350℃라는 큰 온도의 차이와 운전 압력이 문제점이다.As described above, in the conventional fuel cell power generation system, the molten carbonate fuel cell and the solid oxide fuel cell stack are not directly connected, and the operating temperature range is 650 ° C and 1000 ° C, resulting in a large temperature difference and 350 ° C. to be.

또한, 고체산화물 연료전지 시스템은 1000℃를 넘는 고온의 배가스는 가스 터빈 및 스팀 터빈과의 연계 발전 구성이 가능하였으나 환경 오염물질의 배출과 소음 등의 문제점이 있다.In addition, the solid oxide fuel cell system has a high temperature exhaust gas of more than 1000 ℃ can be configured in conjunction with the gas turbine and steam turbine, but there are problems such as the emission of environmental pollutants and noise.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 고온형 연료전지 발전시스템인 용융탄산염 연료전지 스택과 고체산화물 연료전지 스택을 직접 연계 구성함으로써 연료공급 시에 사용되는 공급 열원을 줄이고, 각 스택에 부하인버터/전력 제어기를 설치하여 스택에 부하량을 변화시킴으로써 스택 후단에서 사용되는 부가 발전의 가스 조건을 일정하게 맞추어 전체 연료전지 발전시스템의 효율을 높일 수 있는 연료전지 발전시스템를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems described above, by directly connecting the molten carbonate fuel cell stack and the solid oxide fuel cell stack which is a high-temperature fuel cell power generation system to reduce the supply heat source used for fuel supply, The purpose is to provide a fuel cell power generation system that can increase the efficiency of the entire fuel cell power generation system by consistently adjusting the gas conditions of additional power generation used at the rear stage by varying the load on the stack by installing a load inverter / power controller in each stack. There is this.

또한, 용융탄산염 연료전지 스택을 운전 시에 연료 이용률을 낮춤으로써 연료극(Anode) 공급가스에 의한 스택의 냉각효과 뿐만아니라 연료극 공급가스의 증가로 연료극과 공기극간의 차압을 일정범위 내로 유지시키며, 부하인버터/전력 제어기를 연결하여 연료전지 발전시스템의 초기 운전 및 부하 변동에 따른 연료 이용률의 변화에 대응하도록 연료 이용률, 스택의 출구 온도, 중간 히터의 출력을 조절할 수 있는 연료전지 발전시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.상술기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 천연가스를 압축하는 가스압축기와, 이 가스압축기에서 열교환기를 거친 천연가스와 스팀을 수소와 탄소가스로 만드는 개질기, 이 개질기로부터 생성된 연료가스를 받아서 전기를 발생시키는 1쌍의 용융탄산염 또는 1쌍의 고체산화물 연료전지스택, 이 연료전지스택에서 전기화학 반응 후 미반응 된 가스를 재연소시키는 촉매연소기 및, 이 촉매연소기쪽으로 압축공기를 공급하는 압축기를 포함한 연료전지 발전시스템에 있어서, 상기 용융탄산염 연료전지스택과 고체산화물 연료전지스택의 사이에 연료극/공기극 히터가 연결되며, 상기 용융탄산염 연료전지스택과 고체산화물 연료전지스택의 부하와 연료극/공기극 히터의 전력을 조절하도록 부하인버터/전력 제어기가 구비되어, 상기 용융탄산염 연료전지스택에서 미 반응된 가스와 공기를 상기 고체산화물 연료전지스택의 공급연료로 사용되는 한편, 상기 고체산화물 연료전시스택에서 배출되는 공기량 또는 폐열원량이 재순환조절수단을 통해 조절되도록 구성되어 있다.In addition, by lowering fuel utilization during operation of the molten carbonate fuel cell stack, the differential pressure between the anode and the cathode is maintained within a certain range by increasing the anode supply gas as well as the cooling effect of the stack by the anode supply gas. To provide a fuel cell power generation system that can control fuel utilization, stack exit temperature, and output of intermediate heater to cope with the change of fuel utilization according to the initial operation and load fluctuation of fuel cell power generation system by connecting / power controller. In order to achieve the above object, the present invention relates to a gas compressor for compressing natural gas, a reformer for converting natural gas and steam through heat exchanger into hydrogen and carbon gas, and a fuel produced from the reformer. A pair of molten carbonates or a pair of solid oxide fuel cells that receive gas and generate electricity A fuel cell power generation system comprising a stack, a catalytic combustor for reburning unreacted gas after an electrochemical reaction in the fuel cell stack, and a compressor for supplying compressed air to the catalytic combustor, wherein the molten carbonate fuel cell stack and the solid A cathode / air heater is connected between an oxide fuel cell stack, and a load inverter / power controller is provided to adjust the load of the molten carbonate fuel cell stack and the solid oxide fuel cell stack and the power of the anode / air heater. The unreacted gas and air in the carbonate fuel cell stack are used as a feed fuel for the solid oxide fuel cell stack, and the amount of air or waste heat source discharged from the solid oxide fuel cell stack is controlled through a recycling control means. .

도1은 연료전지 발전시스템의 전체 개략도.1 is an overall schematic diagram of a fuel cell power generation system.

도2는 도1의 연계구성 스택 및 부하 제어기의 상세 도면.FIG. 2 is a detailed view of the linkage stack and load controller of FIG.

도3은 연료전지 발전시스템의 용량에 따른 효율 비교 그래프.3 is a graph comparing efficiency with capacity of a fuel cell power generation system.

<도면의 주요 부분에 대한 설명>Description of the main parts of the drawing

100 : 가스압축기100: gas compressor

101, 102, 103 : 열교환기101, 102, 103: heat exchanger

104 : 개질기 105 : 용융탄산염 연료전지스택104: reformer 105: molten carbonate fuel cell stack

106 : 연료극/공기극 히터 107 : 고체산화물 연료전지스택108 : 부하인버터/전력 제어기 109 : 촉매연소기110 : 고온블로어 111 : 압축기112 : 공기조절밸브 113 : 열교환밸브106: anode / air cathode heater 107: solid oxide fuel cell stack 108: load inverter / power controller 109: catalytic burner 110: high temperature blower 111: compressor 112: air control valve 113: heat exchange valve

114 : 열교환기 115 : 터빈36, 37, 38, 39 : 전류라인 35 : 히터 전력 공급 라인114 heat exchanger 115 turbine 36, 37, 38, 39 current line 35 heater power supply line

15, 16, 17 : 연료극 공급라인 23, 24, 25 : 공기극 공급라인15, 16, 17: anode supply line 23, 24, 25: cathode supply line

이하, 본 발명에 따른 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명에서 용융탄산염 연료전지스택(105)과 고체산화물 연료전지스택(107)을 연계 구성하고, 부하인버터/전력 제어기(108)로 제어하는 발전시스템은 첨부한 도면 도 1과 같다. 이 때, 용융탄산염 연료전지스택(105) 및 고체산화물 연료전지스택(107) 모두 연료극, 공기극이 따로 연결될 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present invention, the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack 107 are configured in conjunction with the power generation system controlled by the load inverter / power controller 108 as shown in FIG. 1. At this time, both the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack 107 may be separately connected to the anode and the cathode.

구성은 가스압축기(100), 열교환기(101, 102, 103, 114), 개질기(104), 용융탄산염 연료전지스택(105), 연료극/공기극 히터(106), 고체산화물 연료전지스택 (107), 부하인버터/전력 제어기(108), 고온블로어(110), 압축기(111), 재순환조절수단, 터빈(115) 등으로 이루어진다.The configuration includes gas compressor 100, heat exchanger 101, 102, 103, 114, reformer 104, molten carbonate fuel cell stack 105, anode / air cathode heater 106, solid oxide fuel cell stack 107 , A load inverter / power controller 108, a high temperature blower 110, a compressor 111, a recirculation control means, a turbine 115, and the like.

상기 가스압축기(100)는 공급되는 가스의 압력을 올리는 역할을 한다. 상기 열교환기(heat exchanger)(101, 102, 103, 114)는 뜨거운 물과 차가운 물의 열교환이 잘 되도록 여러개의 튜브를 구성하고 있다.상기 개질기(reformer)(104)는 천연가스를 개질하여 수소와 탄산가스로 만드는 역할을 한다. 상기 연료극/공기극 히터(106)는 초기 운전 시와 부하 변동 시에 용융탄산염 연료전지스택(105)과 고체산화물 연료전지스택(107)의 출구온도 및 전력 생산량 조절하는 역할을 한다.상기 고온블로어(110)는 공기극 가스를 재사용하기 위해 설치되며, 고온에서 사용되고 압축기보다 입출구 압력차가 작은 기기이다.상기 압축기(111)는 가스의 압력을 올리는데 사용되며, 터빈(115)은 고온 고압의 가스가 터빈을 돌리면서 일을 하고 저온저압의 가스로 밖으로 배출시키는 역할을 한다. 재순환조절수단은 고체산화물 연료전지스택(107)의 출구에서 재순환시키는 공기량을 조절하는 공기조절밸브(112)와 재순환시키는 폐열원량을 조절하는 열교환밸브(113)로 구성되어 있다.The gas compressor 100 serves to raise the pressure of the gas to be supplied. The heat exchanger (101, 102, 103, 114) is composed of a plurality of tubes to exchange heat between hot and cold water well. The reformer (104) is reformed (natural gas) by reforming the natural gas and hydrogen It is made of carbon dioxide. The anode / air heater 106 controls the outlet temperature and power output of the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack 107 during initial operation and load variation. 110 is a device that is installed to reuse the cathode gas, is a device used at high temperatures and smaller inlet and outlet pressure difference than the compressor. The compressor 111 is used to increase the pressure of the gas, the turbine 115 is a high-temperature, high-pressure gas to the turbine It works by turning and venting out with low-temperature, low-pressure gas. The recirculation control means is composed of an air control valve 112 for adjusting the amount of air to be recycled at the outlet of the solid oxide fuel cell stack 107 and a heat exchange valve 113 for adjusting the amount of waste heat source to be recycled.

도 1 및 도 2를 참조하여 용융탄산염 연료전지스택(105)과 고체산화물 연료전지스택(107)을 연계한 발전시스템의 동작을 설명하면 다음과 같다.Referring to FIGS. 1 and 2, the operation of the power generation system in which the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack 107 are described as follows.

천연가스(11)가 전송되면 가스압축기(100)에서 압축되어 열교환기(101,102)를 순차적으로 거쳐서 열교환기(103)를 거친 스팀(33)과 합류되어 개질기(104)에서 수소와 탄소가스가 주성분인 공급가스로 바뀐다. 그 후 연료가스(15)가 용융탄산염 연료전지스택(105)으로 공급되어 전기 화학 반응이 일어난 후 연료극/공기극 히터(106)를 거쳐서 고체산화물 연료전지스택(107)으로 공급된다.이때, 상기 고체산화물 연료전지스택(107)에서 반응하고 미반응된 가스(18)는 열교환기(114)를 통하여 촉매연소기(109)로 공급됨과 아울러 외부의 공기(19)가 압축기(111)와 열교환기(114)를 거쳐서 상기 촉매연소기(109)에서 상기 미 반응된 가스(18)와 합쳐져 고온블로어(110)를 거치면서 용융탄산염 연료전지스택(105)으로 재공급된다. 상기 고체산화물 연료전지스택(107)에서 배출되는 공기는 공기조절밸브(112)에서 양이 조절되어 열교환밸브(113), 촉매연소기(109), 고온블로어(110)를 차례로 거치면서 재순환하게 되는 한편, 고체산화물 연료전지스택(107)에서 배출되는 폐열원은 열교환밸브(113)에서 양이 조절되어 열교환기(102,103,101)쪽으로 들어가서 물을 데우게 된다.여기서, 부하인버터/전력 제어기(108)를 통하여 상기 공기조절밸브(112)와 열교환밸브(113)를 이용함으로써 고체산화물 연료전지스택(107)의 출구 가스의 온도와 압력이 조절되게 된다.When the natural gas 11 is transmitted, it is compressed in the gas compressor 100 and sequentially combined with the steam 33 through the heat exchanger 103 through the heat exchangers 101 and 102 so that hydrogen and carbon gas are the main components of the reformer 104. To phosphorus feed gas. Thereafter, the fuel gas 15 is supplied to the molten carbonate fuel cell stack 105 and then supplied to the solid oxide fuel cell stack 107 through the anode / air cathode heater 106 after the electrochemical reaction takes place. The unreacted gas 18 reacted in the oxide fuel cell stack 107 is supplied to the catalytic combustor 109 through the heat exchanger 114, and the external air 19 is supplied to the compressor 111 and the heat exchanger 114. ) Is combined with the unreacted gas (18) in the catalytic combustion (109) and fed back to the molten carbonate fuel cell stack (105) through the high temperature blower (110). The air discharged from the solid oxide fuel cell stack 107 is recycled while passing through the heat control valve 113, the catalytic combustion 109, and the high temperature blower 110 by controlling the amount of the air from the air control valve 112. The waste heat source discharged from the solid oxide fuel cell stack 107 is adjusted in the heat exchange valve 113 to enter the heat exchanger 102, 103, and 101 to heat the water. Here, through the load inverter / power controller 108. The temperature and pressure of the outlet gas of the solid oxide fuel cell stack 107 are controlled by using the air control valve 112 and the heat exchange valve 113.

용융탄산염 연료전지스택(105)과 고체산화물 연료전지스택(107)에서 생산되는 전기는 전류선(36 : SOFC, 37 : MCFC)을 거쳐서 부하인버터/전력 제어기(108)로 공급되도록 되어 있고, 이 부하인버터/전력 제어기(108)에서 부하와 히터의 전력을 제어하는 전력량의 조절(35)을 통하여 초기 운전 시와 부하 변화시에 연료극/공기극 히터(106)의 조절이 이루어지게 된다.The electricity produced in the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack 107 is supplied to the load inverter / power controller 108 via a current line 36 (SOFC, 37: MCFC). Through the adjustment of the amount of power 35 that controls the power of the load and the heater in the load inverter / power controller 108, the control of the anode / air heater 106 is performed at the time of initial operation and at the load change.

도 2는 도 1에서 용융탄산염 연료전지스택(105)과 고체산화물 연료전지스택 (107)의 연계 구성과 부하인버터/전력 제어기의 상세 도면으로 연료전지 스택에서 생산되는 전기 인출 전류선(36, 37)과 부하인버터/전력 제어기에서 제어하여 생산된 전력을 기준으로 초기 운전 및 부하 변동에 따른 연료극/공기극 히터(106)에 전력을 공급하는 라인(35)으로 구성된다.FIG. 2 is a detailed diagram of a linkage configuration of a molten carbonate fuel cell stack 105 and a solid oxide fuel cell stack 107 and a load inverter / power controller in FIG. 1. ) And a line 35 for supplying power to the anode / air cathode heater 106 according to the initial operation and load variation based on the power produced by the control of the load inverter / power controller.

표 1은 각 연료전지의 구성 및 운전 특성을 나타내고 있다.Table 1 shows the configuration and operation characteristics of each fuel cell.

타입type 상태condition 이온ion 작동온도(℃)Operating temperature (℃) 연료fuel 적용apply 알카리Alkali 액체Liquid OH- OH - < 120<120 H2 H 2 우주선spaceship 고체고분자Solid polymer 고체solid H+ H + < 120<120 H2 H 2 자동차car 인산형Phosphate 액체Liquid H+ H + 150-220150-220 H2 H 2 복합발전Combined cycle 용융탄산염Molten carbonate 액체Liquid CO2- 3 CO 3 2- 600-700600-700 H2COH 2 CO 복합발전Combined cycle 고체산화물Solid oxide 고체solid O2- O 2- 10001000 H2COH 2 CO 복합발전Combined cycle

표 1에서와 같이 발전시스템에 사용가능한 연료전지 중에서 용융탄산염 연료전지스택(105)과 고체산화물 연료전지스택(107)의 운전 온도는 약 300℃ 정도의 차이를 보이고 있다.As shown in Table 1, the operating temperatures of the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack 107 among the fuel cells usable in the power generation system show a difference of about 300 ° C.

고체산화물 연료전지스택(107)의 높은 작동 온도로 밀봉재의 안정성 및 고온 분리판의 제작이 어려우며, 전해질(Ce 및 Bi계)과 박막형 연료전지의 제조기술의 발전으로 중온형 고체산화물 연료전지가 가능해져 전해질의 두께를 30 ㎛ 이하로 조절한 지지체 구조의 고체산화물 연료전지는 작동 온도를 800℃로 낮출 수 있게 되었다.Due to the high operating temperature of the solid oxide fuel cell stack 107, it is difficult to manufacture the sealant and the high temperature separation plate, and the development of the manufacturing technology of the electrolyte (Ce and Bi) and the thin film fuel cell enables the medium temperature solid oxide fuel cell. As a result, the solid oxide fuel cell having a support structure in which the thickness of the electrolyte is adjusted to 30 μm or less can be lowered to 800 ° C.

따라서, 용융탄산염 연료전지스택(105)의 출구온도가 바로 고체산화물 연료전지스택(107)의 입구온도로 직접 연계가 가능하며 즉, 작동온도가 서로 다른 연료전지 스택의 직접 연계로 발열 반응인 전기화학 반응에 의하여 용융탄산염 연료전지스택(105)후단의 배가스(약 700℃)가 바로 고체산화물 연료전지스택(107)의 공급 가스로 사용될 수 있다.Accordingly, the outlet temperature of the molten carbonate fuel cell stack 105 may be directly linked to the inlet temperature of the solid oxide fuel cell stack 107, that is, the electricity generated by the exothermic reaction by the direct linkage of fuel cell stacks having different operating temperatures. By a chemical reaction, the exhaust gas (about 700 ° C.) after the molten carbonate fuel cell stack 105 may be directly used as a supply gas of the solid oxide fuel cell stack 107.

또한, 용융탄산염 연료전지스택(105)과 고체산화물 연료전지스택(107)인 경우 천연가스, 메탄올, 수소 등을 직접 사용할 수 있고, 석탄 가스화 가스를 직접 사용할 수 있는 공통점이 있다.In addition, in the case of the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack 107, natural gas, methanol, hydrogen, and the like may be directly used, and coal gasification gas may be directly used.

표 2는 용융탄탄염 연료전지스택(105) 및 고체산화물 연료전지스택(107)의 연계 구성에 따른 발전시스템 전체의 효율을 125 MW를 기준으로 표시한 것이다.Table 2 shows the efficiency of the entire power generation system according to the combined configuration of the molten carbon fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack 107 based on 125 MW.

항목Item 사례1Case 1 사례2Case 2 사례3Case 3 Absorbed Power(MW)①Absorbed Power (MW) ① 225.6225.6 259.4259.4 206.4206.4 Delivered gross power(MW)②Delivered gross power (MW) ② 149.4149.4 173.2173.2 154.6154.6 Aux. power consumption(MW)③Aux. power consumption (MW) ③ 23.923.9 20.720.7 27.427.4 Delivered net power(MW)(②-③)Delivered net power (MW) (②-③) 125.4125.4 152.5152.5 127.3127.3 Gross Efficiency(%)(②/①)×100Gross Efficiency (%) (② / ①) × 100 66.266.2 66.766.7 74.974.9 Net Efficiency(%)((②-③)/①)×100Net Efficiency (%) ((②-③) / ①) × 100 55.655.6 58.858.8 61.761.7

일반적으로 효율은 공급된 연료에 비해 생산된 전기가 얼마나 되는지를 나타내며 이것을 gross efficiency 라고 하며, 공급된 파워는 공급된 연료가 일로 바뀌었을 때의 파워를 나타낸다. Absorbed power는 공급되는 천연가스의 열량에 대한파워의 표시를 나타난다.In general, the efficiency is how much electricity is produced compared to the fuel supplied, which is called the gross efficiency, and the power supplied is the power when the fuel supplied is converted to work. Absorbed power gives an indication of the power of the heat of natural gas supplied.

사례 1은 용융탄산염 연료전지스택(105)을 2단계로 구성한 것이며, 사례2는 고체산화물 연료전지스택(107)을 2단계로 구성한 것이며, 사례3은 용융탄산염 연료전지스택(105)과 고체산화물 연료전지스택(107)을 2단계로 구성한 것이다.Case 1 consists of a molten carbonate fuel cell stack 105 in two stages, Case 2 consists of a solid oxide fuel cell stack 107 in two stages, and Case 3 is a molten carbonate fuel cell stack 105 and a solid oxide. The fuel cell stack 107 is configured in two stages.

세가지 시스템에 천연가스는 5 Kg/s를 공급하며, 첫번째 스택의 연료 이용률은 40%로 하고 두번째 스택의 연료 이용률은 80%로 설정하였으며 이 값은 각 스택을 단독 운전한 경우 80%의 이용률이다.Natural gas is supplied to all three systems at 5 Kg / s, the fuel utilization of the first stack is 40% and the fuel utilization of the second stack is 80%, which is 80% utilization of each stack alone. .

연료 이용률이 80%라함은 공급된 연료중에서 20%는 반응하지 않은 것을 의미한다. 따라서, 용융탄산염 연료전지스택(105)에 낮은 연료 이용율로 가동시켜서 반응하지않은 연료로 연료극을 냉각시킬 수 있으며, 발전시스템을 운전중에는 연료량이 공기량보다 적어서 압력이 낮으므로 낮은 이용률에 의한 미반응 연료로 인한 공기극과 연료극의 차압을 감소시킬 수 있다.A fuel utilization rate of 80% means that 20% of the fuel supplied has not reacted. Therefore, it is possible to cool the anode with the unreacted fuel by operating the molten carbonate fuel cell stack 105 at a low fuel utilization rate. During operation of the power generation system, the amount of fuel is lower than the amount of air, so the pressure is low. It is possible to reduce the pressure difference between the cathode and the anode.

표 2와 같이 용융탄산염 연료전지스택(105)과 고체산화물 연료전지스택(107) 이 직접 연계된 사례3이 가장 높은 효율을 나타내며, 사례1은 용융탄산염 연료전지스택(105)만이 구성되어 있어서 부가적인 발전량이 사례2에 비하여 상대적으로 적으며, 사례2는 생산된 전력량(152.5MW)은 가장 많으나 고온에서 작동되는 관계로 예열에 필요한 전력량(259.4MW)이 많아 전체적인 효율은 58.8%를 나타낸다.As shown in Table 2, Case 3, in which the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack 107 are directly connected, shows the highest efficiency. The amount of electricity generated is relatively smaller than that of Case 2, while Case 2 has the largest amount of electricity produced (152.5MW), but it is operated at high temperature, so the amount of power required for preheating (259.4MW) is high, resulting in an overall efficiency of 58.8%.

사례 3의 효율이 높은 이유는 용융탄산염 연료전지스택(105)과 고체산화물 연료전지스택(107)의 연계한 발전시스템에 의하여 용융탄산염 연료전지스택(105)의 배가스를 고체산화물 연료전지스택(107)에서 배가스를 그대로 사용하여 연료공급에 필요한 전력량이 가장 적으며 동시에 고체산화물 연료전지스택(107)의 배가스에 의한 터빈 등 부가발전량이 있기 때문이다.The reason why the efficiency of case 3 is high is that the exhaust gas of the molten carbonate fuel cell stack 105 is transferred to the solid oxide fuel cell stack 107 by a power generation system in which the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack 107 are connected. This is because the amount of power required for fuel supply is the smallest using exhaust gas as it is, and at the same time, there is additional generation amount such as a turbine by the exhaust gas of the solid oxide fuel cell stack 107.

도 3은 연료전지 발전시스템의 용량에 따른 효율 비교 그래프로, 용량이 커짐에 따라 연료전지 스택 내부의 전력 및 열량의 증가로 전체 발전시스템의 효율은 상승되고 용융탄산염 연료전지연계스틱(MC-MCFC)보다 고체산화물 연료전지연계스택 (SO-SOFC)의 효율이 크게 나타나는 것은 고온의 스택 출구 가스 조건에 의하여 터빈 등 부가발전이 가능하기 때문이다.3 is a graph comparing efficiency according to the capacity of a fuel cell power generation system. As the capacity increases, the efficiency of the entire power generation system is increased due to the increase in power and heat in the fuel cell stack, and the molten carbonate fuel cell connection stick (MC-MCFC). The efficiency of the solid oxide fuel cell stack (SO-SOFC) is higher than that due to the additional power generation, such as turbines, under high temperature stack exit gas conditions.

본 발명에서는 용융탄산염 연료전지스택(105)과 고체산화물 연료전지스택 (107)을 연계하여 발전시스템을 구성하였을 때 두 가지 연료전지 스택의 부하를 하나의 부하인버터/전력 제어기(108)로 제어함으로써 두번째 스택인 고체산화물 연료전지스택(107)후단의 가스 온도 및 압력 조건을 부하 변화에 따라 변화시킬 수 있으며 스택의 초기 운전 시와 부하 변동 시에 스택의 온도 및 압력을 제어할 수 있다.In the present invention, when the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack 107 are configured in a power generation system, the loads of two fuel cell stacks are controlled by one load inverter / power controller 108. The gas temperature and pressure conditions of the second stack behind the solid oxide fuel cell stack 107 may be changed according to the load change, and the temperature and pressure of the stack may be controlled during the initial operation of the stack and the load variation.

부하변화량Load change 전력량(kW)(MCFC|SOFC)Power (kW) (MCFC | SOFC) 출구 온도(℃)Outlet temperature (℃) 효율(Gross)Gross 효율(Net)Efficiency (Net) 50 mA/㎠50 mA / ㎠ 145.56145.56 985.4985.4 71.771.7 55.855.8 37.48 | 108.0837.48 | 108.08 75 mA/㎠75 mA / ㎠ 148.62148.62 963.6963.6 72.872.8 56.656.6 44.05 | 104.8144.05 | 104.81 100 mA/㎠100 mA / ㎠ 150.85150.85 947.7947.7 73.873.8 58.358.3 52.86 | 97.9952.86 | 97.99 125 mA/㎠125 mA / ㎠ 152.78152.78 931.3931.3 74.874.8 60.060.0 61.67 | 91.1061.67 | 91.10 150 mA/㎠150 mA / ㎠ 154.62154.62 914.3914.3 75.975.9 61.761.7 70.48 | 84.1470.48 | 84.14

표 3은 100kW급 연료전지 발전시스템을 기준으로 계산되었으며 공급된 연료는 0.005kg/s의 천연가스가 공급되었다. 표3에서 주어진 부하 변화량은 두가지 연료전지 스택중 첫번째 용융탄산염 연료전지스택(105)에 가해지는 부하 변화량이며 고체산화물 연료전지스택(107)에 공급된 연료에 따라 80%의 이용률을 기준으로 계산되었다.Table 3 is calculated based on the 100kW fuel cell power generation system and supplied 0.005kg / s of natural gas. The load variation given in Table 3 is the load variation applied to the first molten carbonate fuel cell stack 105 of the two fuel cell stacks and is calculated based on 80% utilization depending on the fuel supplied to the solid oxide fuel cell stack 107. .

표 3에 보이듯이 부하의 변화에 따라 연계 스택의 후단인 고체산화물 연료전지스택(107)후단의 온도는 조절이 가능하며 즉, 부하가 많아질수록 출구온도는 감소한다. 이러한 연계 스택을 사용한 경우 부하 변동에 따른 스택 출구의 온도 조절 및 히터의 출력 제어를 할 수 있으며 최적의 시스템 효율에 맞는 운전 조건을 설정할 수 있다.As shown in Table 3, the temperature of the rear end of the solid oxide fuel cell stack 107, which is the rear end of the associated stack, can be adjusted according to the load change, that is, the outlet temperature decreases as the load increases. In case of using such a stack, it is possible to control the temperature of the stack outlet and the output of the heater according to the load variation, and to set the operating conditions for optimal system efficiency.

또한, 이 두가지 연료전지 시스템은 공통된 연료극 가스 외에도 공기극에 환원제로 산소대신 공기를 사용함으로써 상대적으로 연료극에 비하여 높은 압력의 공기극 압력을 유지하고 있으며 용융탄산염 연료전지스택(105)의 이용률을 낮춤으로써 연료극의 상대적인 차압의 증가에 의해 용융점 상태의 전해질을 보호할 수 있는 효과가 있다.In addition, the two fuel cell systems maintain a higher pressure of the cathode than the anode by using air instead of oxygen as a reducing agent in the cathode in addition to the common anode gas, and lower the utilization rate of the molten carbonate fuel cell stack 105. There is an effect that can protect the electrolyte in the melting point state by increasing the relative differential pressure of.

한편, 용융탄산염 연료전지스택(105)에서 미 반응된 연료 및 공기는 고체산화물 연료전지스택(107)으로 공급되어 용융탄산염 연료전지스택(105)에서 발생되는 전기화학 반응열을 고체산화물 연료전지스택(107)의 연료 공급 열원으로 사용하므로써 각각의 연료전지로 구성된 2단계 스택보다 높은 효율을 얻는다.On the other hand, the unreacted fuel and air from the molten carbonate fuel cell stack 105 is supplied to the solid oxide fuel cell stack 107 to transfer the heat of electrochemical reaction generated from the molten carbonate fuel cell stack 105 to the solid oxide fuel cell stack ( By using it as a fuel supply heat source in 107, higher efficiency is achieved than a two-stage stack consisting of each fuel cell.

연계된 2단계 스택은 연료의 2단계 산화에 따른 높은 연료 이용률뿐만 아니라 용융탄산염 연료전지스택(105)에 연료량이 과잉 공급되어 스택 내의 연료극의 압력을 증가시켜 극간 차압 보호와 연료극 가스를 이용한 스택의 냉각 효과가 있고, 공통으로 부하인버터/전력 제어기(108)를 통하여 공기량과 폐열원량을 조절하는 공기조절밸브(112)와 열교환밸브(113)를 이용하여 스택 출구 가스의 온도 및 압력을 제어할 수 있어 스택의 후단 배가스를 부가발전에 적합하도록 가스의 온도 및 압력을 조절한다.The associated two-stage stack is not only high fuel utilization due to two-stage oxidation of the fuel, but also an excessive amount of fuel is supplied to the molten carbonate fuel cell stack 105 to increase the pressure of the anode in the stack, thereby protecting the gap between the stack and the anode gas. There is a cooling effect, and the temperature and pressure of the stack outlet gas can be controlled using the air control valve 112 and the heat exchange valve 113 which control the air amount and the waste heat source through the load inverter / power controller 108 in common. To regulate the temperature and pressure of the gas so that it is suitable for additional power generation.

부하인버터/전력 제어기(108)는 초기 운전 및 부하 변동 시에도 용융탄산염 연료전지스택(105)과 고체화합물 연료전지스택(107)에 적당한 부하량을 선택 조절하여 연계된 스택의 최대 출력시 연료 이용률, 성능이 저하된 스택 보호에 필요한 연료 이용률 등 어떤 운전 조건에서도 연료전지 발전시스템 전체의 최적의 운전 조건으로 높은 효율의 발전과 연소과정에서 발생하는 SOX,NOX등 환경오염 물질이 없어 환경 친화적인 발전 방식이다.The load inverter / power controller 108 selects and adjusts an appropriate load amount for the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid compound fuel cell stack 107 even during initial operation and load variation, so as to maximize the fuel utilization rate at the maximum output of the associated stack, It does not have any operating conditions SO X, NO X, such as environmental pollution arising from the development of the combustion process, high efficiency, optimum operating conditions for the entire fuel cell power generation system in such fuel usage required for degraded stack protection, environmentally friendly It's a way of development.

상술한 바와 같이, 용융탄산염 연료전지스택(105) 및 고체산화물 연료전지스택(107)을 직렬로 연계하여 발전시스템을 구성하고 연계된 발전시스템의 온도 및 압력 조건을 공통된 하나의 부하인버터/전력 제어기(108)를 사용하여 연료극/공기극 히터(106)를 제어하여 고체산화물 연료전지스택(107)의 후단 가스 조성과, 연계 스택 구성으로 발전시스템의 효율 증가와 고압의 조건에서 용융탄산염 연료전지스택(105)의 연료극에 과잉으로 연료를 공급하여 차압 보호 및 연료가스를 이용한 스택의 냉각을 이룰 수 있다. As described above, the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack 107 are connected in series to form a power generation system, and one load inverter / power controller having a common temperature and pressure condition of the associated power generation system is used. A fuel cell stack (108) is used to control the anode / air cathode heater (106) to form a tail gas composition of the solid oxide fuel cell stack (107), and an associated stack configuration to increase the efficiency of the power generation system and to melt molten carbonate fuel cell stack under high pressure conditions. Excessive fuel is supplied to the anode of 105 to achieve differential pressure protection and cooling of the stack using fuel gas.

또한, 본 발명에 따른 실시예는 상술한 것으로 한정하지 않고, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자라면 자명한 범위 내에서 본 발명을 여러가지로 수정 및 변경하여 실시할 수 있을 것이며, 이와같은 수정 및 변경은 본 발명의 기술적 범주에 해당함을 밝혀 둔다.In addition, embodiments according to the present invention is not limited to the above, and those skilled in the art will be able to carry out various modifications and changes to the present invention within the obvious scope, such modifications, And changes are intended to fall within the technical scope of the present invention.

이상과 같이, 본 발명은 용융탄산염 연료전지와 고체산화물 연료전지를 연계한 발전시스템을 구성하여 부가적인 공급 열량을 줄이고 연료 이용률을 증가시켜 연료전지 발전시스템 전체의 효율을 증가시키며, 석탄가스화 복합 발전이 이루어질 경우 생산된 석탄가스는 연계용 스택을 통하여 전기를 생산하게 되고 고온 고압의 배가스는 가스 터빈 및 배열회수 시스템을 통하여 부가 발전을 할 수 있다.As described above, the present invention constitutes a power generation system in which a molten carbonate fuel cell and a solid oxide fuel cell are connected to each other, thereby reducing additional supply calories and increasing fuel utilization to increase the efficiency of the entire fuel cell power generation system. When produced, the produced coal gas produces electricity through the stack for linkage, and the high temperature and high pressure flue gas may generate additional power through a gas turbine and a heat recovery system.

또한, 연료전지 발전시스템이 상용화되면 스택의 운전방식에 있어서 초기 기동 및 부하 변동에 따른 스택의 이용률 변화를 해결할 수 있으며, 연계형 연료전지 발전시스템의 사용으로 환경오염을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, when the fuel cell power generation system is commercialized, it is possible to solve the change in the utilization rate of the stack due to the initial start-up and the load variation in the operation method of the stack, and to reduce the environmental pollution by using the linked fuel cell power generation system. .

Claims (4)

가스압축기(100)에서 압축되어 열교환기(101,102,103)를 거치면서 스팀(23)과 합류된 천연가스를 수소와 탄소가스로 만드는 개질기(104), 이 개질기(104)에서 생성된 연료가스(15)를 공급받아 전기화학반응을 통해 전기를 발생시키는 용융탄산염연료전지스택(105)과 고체산화물연료전지스택(107), 이 고체산화물연료전지스택(107)의 전기화학반응 후 미반응된 가스(18)를 공급받아 재연소시키는 촉매연소기(109) 및, 이 촉매연소기(109)쪽으로 압축공기를 공급하는 압축기(111)를 포함한 연료전지 발전시스템에 있어서,A reformer 104 compressed by the gas compressor 100 and passing through the heat exchangers 101, 102, 103 to form hydrogen and carbon gas into natural gas joined with the steam 23, and the fuel gas 15 generated by the reformer 104. Molten carbonate fuel cell stack 105, a solid oxide fuel cell stack 107, which generate electricity through an electrochemical reaction, and an unreacted gas after the electrochemical reaction of the solid oxide fuel cell stack 107. In the fuel cell power generation system including a catalytic combustion unit 109 for receiving and re-burning) and a compressor 111 for supplying compressed air to the catalytic combustion unit 109, 상기 용융탄산염연료전지스택(105)과 고체산화물연료전지스택(107)의 사이에 용융탄산염연료전지스택(105)으로부터 전기화학반응된 가스를 고체산화물연료전지스택(107)으로 공급하는 연료극/공기극 히터(106)가 연결되면서, 이 연료극/공기극 히터(106)에 용융탄산염 연료전지스택(105)과 고체산화물 연료전지스택(107)의 부하와 연료극/공기극 히터(106)의 전력을 제어하는 부하인버터/전력 제어기(108)가 연결되어, 상기 용융탄산염 연료전지스택(105)의 미반응된 가스와 공기를 상기 고체산화물 연료전지스택(107)의 공급연료로 사용되는 한편, 상기 고체산화물 연료전시스택(107)에서 배출되는 공기량 또는 폐열원량이 재순환조절수단을 통해 조절되어 스택출구의 가스의 온도 및 압력을 제어할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지 발전시스템.A fuel electrode / air electrode for supplying an electrochemical reaction gas from the molten carbonate fuel cell stack 105 to the solid oxide fuel cell stack 107 between the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack 107. The heater 106 is connected to the anode / air heater 106 to control the load of the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack 107 and the power of the anode / air cathode heater 106. An inverter / power controller 108 is connected to use unreacted gas and air of the molten carbonate fuel cell stack 105 as a feed fuel for the solid oxide fuel cell stack 107, while the solid oxide fuel display A fuel cell power generation system, characterized in that the amount of air discharged from the stack 107 or the waste heat source is controlled by recirculation control means to control the temperature and pressure of the gas at the stack outlet. 제 1 항에 있어서, 상기 부하인버터/전력 제어기(108)는,The method of claim 1, wherein the load inverter / power controller 108, 상기 연료극/공기극 히터(106)에 공급되는 전력을 제어하여, 부하량의 변화에 따라 상기 용융탄산염 연료전지스택(105)과 상기 고체산화물 연료전지스택(107)의 출구온도와 전력 생산량을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 발전시스템.By controlling the electric power supplied to the anode / air electrode heater 106, controlling the outlet temperature and the power production amount of the molten carbonate fuel cell stack 105 and the solid oxide fuel cell stack 107 in accordance with the change of load amount A fuel cell power generation system characterized by the above. 제 1 항에 있어서, 상기 재순환조절수단은,According to claim 1, wherein the recirculation control means, 상기 부하인버터/전력 제어기(108)를 통해 고체산화물 연료전지스택(107)의 출구에서 재순환시키는 공기량을 조절하는 공기조절밸브(112)와 재순환시키는 폐열원량을 조절하는 열교환밸브(113)로 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 발전시스템.It consists of an air control valve 112 for regulating the amount of air to be recycled at the outlet of the solid oxide fuel cell stack 107 through the load inverter / power controller 108 and a heat exchange valve 113 for regulating the waste heat source to be recycled. A fuel cell power generation system characterized by the above. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 장시간의 운전으로 냉각이 필요할 때, 상기 용융탄산염 연료전지스택(105)에 연료량을 과잉공급하여 연료극의 압력을 증가시킴으로써 극간의 차압을 감소시키도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지 발전시스템.When cooling is required by a long time operation, the fuel cell power generation system, characterized in that to reduce the differential pressure between the poles by supplying an excessive amount of fuel to the molten carbonate fuel cell stack 105 to increase the pressure of the anode.
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