JP2011501356A - 燃料電池システムの熱回収装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、燃料電池スタックをはじめとする多様な発電構成要素で発生する熱を効果的に回収して、温水または暖房循環水に供給する燃料電池システムの熱回収装置に関する。燃料電池システムの熱回収装置は、燃料電池スタックで発生する廃熱を回収する第１熱交換器、第１熱交換器と別途に設置されて、燃料処理装置またはシステム配管で発生する廃熱を回収する第２熱交換器、および第１熱交換器および第２熱交換器に各々熱交換物質を供給し、熱交換物質を回収して、熱交換物質に含まれた廃熱を外部の熱需要によって外部に供給する蓄熱槽を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、水素および酸素の電気化学反応によって電気エネルギーを生産する燃料電池システムに関するものであって、より詳しくは、燃料電池スタックをはじめとする多様な発電構成要素で発生する熱を効果的に回収して、温水または暖房循環水に供給する燃料電池システムの熱回収装置に関する。

燃料電池（Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）は、水素の酸化反応および酸素の還元反応によって電気エネルギーを発生させる発電装置である。この燃料電池は、高分子電解質型燃料電池（Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）、直接酸化型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｏｘｉｄａｔｉｏｎ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）などの種類がある。

この中でも、高分子電解質型燃料電池は、水素イオン交換特性を有する高分子膜を電解質として使用する燃料電池であって、水素を含む燃料および酸素を含む空気を利用して電気化学反応を誘発させることによって電気エネルギーを発生させる。このような高分子電解質型燃料電池を利用した燃料電池システムは、概略的に次のような構造からなる。
つまり、燃料電池システムは、その構成要素を大きく区分すれば、電気エネルギーを発生させるための燃料電池発電部と、このような燃料電池発電部で発生する廃熱を回収して、熱需要がある所に供給する熱回収装置とに区分することができる。

燃料電池発電部は、水素および酸素の電気化学反応によって直流（ＤＣ）電力を発生させる燃料電池スタックと、天然ガス（ＬＮＧ）または液化石油ガス（ＬＰＧ）などの炭化水素系の発電原料を改質して燃料電池スタックに水素が豊富な改質ガスを供給する燃料処理装置と、燃料電池スタックで必要とする酸素を供給する空気供給装置と、燃料電池スタックで発生する直流電力を交流電力に変換する電力変換器と、前記構成要素の起動、停止、発電状態維持に必要な各種周辺装置（ＢＯＰ；Ｂａｌａｎｃｅ ｏｆ Ｐｌａｎｔｓ）と、制御器とを備える。

そして、燃料電池システムの熱回収装置は、大韓民国特許登録第０４１８４５９号および第０７４０５４２号に公知された事項を参考にすれば、大まかに次のような構成をからなる。つまり、従来の技術による燃料電池システムの熱回収装置は、燃料電池発電部から回収した廃熱を保存する蓄熱槽、このような蓄熱槽に保存された廃熱を温水または暖房循環水に供給する手段を備える。

特に、燃料電池システムの熱回収装置は、燃料電池発電部の中でも燃料電池スタックおよび燃料処理装置などの多様なシステム構成要素から発生する廃熱を回収するように構成される。この時、燃料電池発電部のうちの燃料電池スタックは、電気エネルギーをより安定的に発生させるために一定の温度に維持されなければならず、燃料処理装置も、熱的不均衡が発生しないように効率的に熱回収が行われなければならない。つまり、燃料電池スタックおよび燃料処理装置などの構成要素は、各々の熱の発生程度に対応して熱回収が行われるのが望ましい。

しかし、従来の技術による燃料電池システムの熱回収装置は、燃料電池スタックおよび燃料処理装置などの燃料電池発電部の構成要素を順次に通過しながら熱回収するように構成されるため、各々の構成要素に適して熱交換が行われない問題点がある。これによって、従来の技術による燃料電池システムの熱回収装置は、場合によっては燃料電池スタックの温度不均一または燃料処理装置の熱的不均衡によって燃料電池システムの発電効率および耐久性が低下する。

本発明は、前記説明したように、従来の技術の問題点を解決するために提案されたものであって、本発明の実施例による燃料電池システムの熱回収装置は、燃料電池システムの構成要素で発生する廃熱を各々個別に回収するように構成することによって、燃料電池システムの周辺環境の変化および蓄熱槽の内部温度の変化に影響を受けずに廃熱を効果的に回収することができる燃料電池システムの熱回収装置を提供することにある。

また、本発明の実施例による燃料電池システムの熱回収装置は、蓄熱槽での熱回収循環構造および排出構造を改善することによって、蓄熱槽での廃熱利用率を向上させることができる燃料電池システムの熱回収装置を提供することにある。

本発明の実施例による燃料電池システムの熱回収装置は、燃料電池スタックで発生する廃熱を回収する第１熱交換器、前記第１熱交換器と別途に設置されて、燃料処理装置またはシステム配管で発生する廃熱を回収する第２熱交換器、および前記第１熱交換器および前記第２熱交換器に各々熱交換物質を供給し、前記熱交換物質を回収して、前記熱交換物質に含まれている廃熱を外部の熱需要によって外部に供給する蓄熱槽を含む。

前記蓄熱槽から一つの第１配管貫通路が連結されて、前記第１熱交換器および前記第２熱交換器に先立って前記第１配管通路が第２配管通路および第３配管通路に各々分岐された後に各々連結される。

前記第１配管通路には前記熱交換物質が他の経路を経由して合流するように第４配管通路が連結される。前記第４配管通路には空冷式放熱器が設置され、前記第４配管通路に分岐される地点の前記第１配管通路には前記熱交換物質の進行方向を選択的に変更する第１三方向バルブが設置される。

前記第２配管通路には前記熱交換物質を一方向に流動させる第１チェックバルブおよび第１ポンプが各々設置される。前記第３配管通路には前記熱交換物質を一方向に流動させる第２チェックバルブおよび第２ポンプが各々設置される。

前記蓄熱槽は、外部から前記熱交換物質の供給を受けて、前記熱交換物質を前記第１熱交換器および前記第２熱交換器に循環させた後に廃熱を含む廃熱含有物質として保存する。

前記蓄熱槽の内部には第１熱交換通路が設置され、前記第１熱交換通路に流入する水は、前記廃熱含有物質との熱交換を通して温水に昇温されて、前記蓄熱槽の外部に供給される。

前記蓄熱槽の内部には第２熱交換通路が設置され、前記第２熱交換通路における水は、前記廃熱含有物質との熱交換を通して暖房水に昇温されて、前記蓄熱槽の外部に供給される。

燃料電池システムの熱回収装置は、前記蓄熱槽から排出される前記廃熱含有物質が通過しながら熱交換される第３熱交換器、および外部の制御信号によって発熱作動して、前記第３熱交換器に熱を供給する第１補助バーナーをさらに含む。

燃料電池システムの熱回収装置は、前記第３熱交換器を通過した前記温水および外部から供給される冷水が各々流入して混合される温度調節バルブをさらに含む。

前記温度調節バルブは、温度感知作動素子合金を利用して前記温水および前記冷水を混合させるテンパリングバルブタイプである。

燃料電池システムの熱回収装置は、前記第３熱交換器を通過した前記暖房水が暖房の役割を果たすように外部に供給され、前記暖房水が再び前記蓄熱槽に回収される配管構造からなる。前記暖房水が前記蓄熱槽に回収される配管経路上には第２三方向バルブが設置されて、前記暖房水が前記第２三方向バルブの選択的な作動によって前記蓄熱槽に流入したり、バイパス（ｂｙ-ｐａｓｓ）経路を通じて外部に再び供給される。

燃料電池システムの熱回収装置は、前記蓄熱槽から排出される前記温水が通過しながら熱交換される第４熱交換器、および外部の制御信号によって発熱作動して、前記第４熱交換器に熱を供給する第２補助バーナーをさらに含むことができる。そして、燃料電池システムの熱回収装置は、前記第４熱交換器と別途に設置されて、前記蓄熱槽から排出される前記暖房水が通過しながら熱交換される第５熱交換器、および外部の制御信号によって発熱作動して、前記第５熱交換器に熱を供給する第３補助バーナーをさらに含むことができる。

前記蓄熱槽には前記熱交換物質の水位を測定する水位センサーが設置される。前記蓄熱槽には前記熱交換物質として水が供給されるように水供給配管が連結され、前記水供給配管には前記水位センサーの測定データによって連動して、前記水の供給量を調節するソレノイドバルブが設置される。

前記蓄熱槽の上部には前記熱交換物質による前記蓄熱槽の内部圧力を設定された過圧条件以下に降下させる安全バルブが設置される。

前記蓄熱槽の下部には前記熱交換物質を必要に応じて外部に排出させるためのドレインバルブが設置される。

燃料電池システムは、周辺環境の変化（大部分は周辺温度の変化）およびシステムを起動運転停止する過程によって熱の発生程度が異なる。この時、本発明の実施例による燃料電池システムの熱回収装置は、燃料電池スタックで発生する廃熱と、燃料処理装置などのその他の構成要素で発生する廃熱とを各々個別に回収するように構成する。つまり、本発明の実施例による燃料電池システムの熱回収装置は、各々の構成要素に個別に対応して熱回収が可能であるため、熱回収効率が高まる長所がある。それによって、燃料電池システムは、内部構成要素の熱的不均衡が解消されて、従来の技術に比べて高い発電効率で電力を安定的に生産することができる。

また、本発明の実施例による燃料電池システムの熱回収装置は、蓄熱槽での熱回収循環構造および排出構造を改善することによって、蓄熱槽での廃熱利用率が向上する長所がある。

また、本発明の実施例による燃料電池システムの熱回収装置は、追加的に熱源を提供する補助バーナーなどの補助熱源器を最適な状態で使用することによって、従来の技術に比べて相対的に燃料消耗量も減少して、経済的効用性も高まる長所がある。

本発明の第１実施例による燃料電池システムの熱回収装置の概略図である。 本発明の第２実施例による燃料電池システムの熱回収装置の概略図である。 本発明の第３実施例による燃料電池システムの熱回収装置の概略図である。 本発明の第４実施例による燃料電池システムの熱回収装置の概略図である。 本発明の第５実施例による燃料電池システムの熱回収装置の概略図である。

以下、添付した図面を参考にして、本発明の実施例に対して、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。本発明は多様な相異した形態に具現されることができ、ここで説明する実施例に限られない。

図１は本発明の第１実施例による燃料電池システムの熱回収装置の概略図である。

図１に示されているように、燃料電池システムの熱回収装置１００は、燃料電池スタックで発生する廃熱と、燃料処理装置またはシステム配管などの他の構成要素で発生する他の廃熱とを個別に追加回収して、蓄熱槽１３０に回収された廃熱を保存する構成からなる。

燃料電池システムの内部で発生する熱は大きく２つに分類される。つまり、燃料電池スタック１１０は、水素および酸素が電気化学反応して電力を生産し、それと共に熱も発生させる。このような燃料電池スタック１１０の熱は、主に８０℃未満の熱で、回収される廃熱全体の７０％〜８０％程度を占める。そして、燃料処理装置１２０またはシステム配管などの他の構成要素も、その作動過程で熱を発生させるが、回収される廃熱全体の２０％〜３０％を占める。

したがって、燃料電池システムの熱回収装置１００は、燃料電池スタック１１０または燃料処理装置１２０などの構成要素での熱の発生程度によって最も適した条件に該当する熱交換物質の循環供給量を調節したり、熱交換器の処理容量を選択使用することができる。これによって、燃料電池スタック１１０は、設定された温度に維持されて、発電効率が向上することができ、燃料処理装置１２０も、熱的不均衡なく安定的に作動することができる。

蓄熱槽１３０は、燃料電池スタック１１０または燃料処理装置１２０で発生した廃熱を回収して、温水または暖房水として保存する。そして、蓄熱槽１３０は、外部の熱需要によって温水または暖房水を外部に供給する。この時、蓄熱槽１３０は、廃熱を回収するために熱交換物質として水の供給を受け、このような熱交換物質を再び第１熱交換器１４０および第２熱交換器１５０に各々供給する。

第１熱交換器１４０は、燃料電池スタック１１０に連結されるように設置され、燃料電池スタック１１０で発生する廃熱が熱交換物質と熱交換されるように構成される。そうすると、燃料電池スタック１１０で発生する廃熱は、熱交換物質に含まれて、このような熱交換物質は蓄熱槽１３０に回収される。

第２熱交換器１５０は、第１熱交換器１４０と別途の構成で設置される。第２熱交換器１５０は、燃料処理装置１２０などの燃料電池システムの他の構成要素に連結されるように設置され、燃料処理装置１２０で発生する廃熱が熱交換物質と熱交換されるように構成される。そうすると、燃料処理装置１２０で発生する廃熱は熱交換物質に含まれて、このような熱交換物質は蓄熱槽１３０に回収される。

この時、燃料電池システムの熱回収装置１００は、熱交換物質を蓄熱槽１３０から第１熱交換器１４０または第２熱交換器１５０に流動させるための配管通路を次の通り備える。

つまり、燃料電池システムの熱回収装置１００は、蓄熱槽１３０の入口ポート１３１から一つの第１配管通路１６４が連結されるが、第１熱交換器１４０および第２熱交換器１５０に先立って第１配管通路１６４が第２配管通路１４４および第３配管通路１５４に各々分岐される。第２配管通路１４４は第１熱交換器１４０に連結され、第３配管通路１５４は第２熱交換器１５０に連結される。そして、第２配管通路１４４には熱交換物質が設定された流動量で供給されるように第１ポンプ１４１が設置され、第３配管通路１５４にも熱交換物質が設定された流動量で供給されるように第２ポンプ１５１が設置される。

燃料電池システムの熱回収装置１００は、熱交換物質を蓄熱槽１３０に回収する配管通路に各々温度センサー２４２、２５２を設置する。このような温度センサー２４２、２５２は、熱交換物質の温度を測定し、このように測定された温度は、第１ポンプ１４１および第２ポンプ１５１で各々独立的に熱交換物質の流動量を決定する制御資料として活用される。

熱交換物質を第２熱交換器１５０から蓄熱槽１３０に回収する経路は、図１に示されているように、第２配管通路１４４に連結されて、第２熱交換器１５０を通過した熱交換物質が第１熱交換器１４０の内部に流入するようにすることができる。熱交換物質を第２熱交換器１５０から蓄熱槽１３０に回収する経路は、また他の構造として、第１熱交換器１４０から蓄熱槽１３０に回収する経路と別個に形成することもできる。

第１配管通路１６４には熱交換物質が他の経路を経由して合流するように第４配管通路１６５が連結される。このような第４配管通路１６５には空冷式放熱器１６０が設置され、第４配管通路１６５に分岐される地点の第１配管通路１６４には熱交換物質の進行方向を選択的に変更する第１三方向バルブ１６１が設置される。つまり、夏季のように外部熱需要（温水または暖房水の使用）が低い場合には熱交換物質の流動経路が第１三方向バルブ１６１に変更されて、空冷式放熱器１６０で熱交換物質に含まれた熱が発散されるようにする。

それ以外に、蓄熱槽１３０には熱交換物質を流入させたり排出させるための複数個のポートが形成される。複数個のポートは、第１熱交換器１４０または第２熱交換器１５０に熱交換物質である水を流入させる入口ポート１３１、および第１熱交換器１４０または第２熱交換器１５０で廃熱を回収した熱交換物質を蓄熱槽１３０に流入させる出口ポート１３２を含む。入口ポート１３１は大体は蓄熱槽１３０の下部に位置し、出口ポート１３２は相対的に入口ポート１３１に比べて上部側に該当する地点に位置する。そして、複数個のポートは、外部から熱交換物質として水の供給を受ける水供給ポート、および外部の熱需要によって温水または暖房水を排出する温水排出ポート、暖房水排出ポートをさらに含む。水供給ポートは大体は蓄熱槽１３０の下部に位置し、温水排出ポートおよび暖房水排出ポートは相対的に水供給ポートに比べて上部側に該当する地点に位置する。

これによって、燃料電池システムの熱回収装置１００は、蓄熱槽１３０の上部および下部で熱交換物質の温度差が設定された範囲内に維持されて、廃熱を含む熱交換物質が温水または暖房水として活用されることができる。

図２は本発明の第２実施例による燃料電池システムの熱回収装置の概略図である。

図２に示されているように、第２実施例による燃料電池システムの熱回収装置２００は、図１に示された燃料電池システムの熱回収装置１００と比べて第１チェックバルブ２４３および第２チェックバルブ２５３をさらに含む特徴がある。つまり、第１チェックバルブ２４３および第２チェックバルブ２５３は、熱交換物質が流動する過程で蓄熱槽１３０に再び逆流しないように防止する構成要素である。

第１チェックバルブ２４３は、第２配管通路２４４で熱交換物質の流動方向を基準にする時に第１ポンプ２４１の下流に位置するので、熱交換物質が蓄熱槽１３０に逆流せずに第１熱交換器２４０方向にだけ流動する。そして、第２チェックバルブ２５３も、第３配管通路２５４で熱交換物質の流動方向を基準にする時に第２ポンプ２５１の下流に位置するので、熱交換物質が蓄熱槽１３０に逆流せずに第２熱交換器２５０方向にだけ流動する。

ただし、図２で第１チェックバルブ２４３および第２チェックバルブ２５３は共に示されているが、必要に応じていずれか一つだけが設置されてもよい。それ以外の燃料電池システムの熱回収装置２００の構成要素は、図１に示された燃料電池システムの熱回収装置１００の構成要素に各々対応して同一な機能を行うので、それに対する反復説明は省略する。

図３は本発明の第３実施例による燃料電池システムの熱回収装置の概略図である。

図３に示されているように、第３実施例による燃料電池システムの熱回収装置３００は、図２に示された燃料電池システムの熱回収装置２００に比べて外部の熱需要によって温水または暖房水を外部に供給したり、これを再び回収する構成要素をさらに含む。

蓄熱槽３３０は、外部から熱交換物質として水の供給を受けて、熱交換物質を第１熱交換器３４０および第２熱交換器３５０に循環させた後に、廃熱含有物質として保存する。つまり、廃熱含有物質は、熱交換物質である水が第１熱交換器３４０および第２熱交換器３５０を循環して廃熱を含む状態で蓄熱槽３３０の内部に保存されたものである。

温水は、人々が洗面用または洗浄用に使用するために、衛生管理のために廃熱含有物質と混ざらないように閉回路に構成される。つまり、温水は、蓄熱槽３３０の内部で閉回路構成の第１熱交換通路３３３を通じて熱の供給を受ける。第１水供給ポート３３４を通じて流入した水は、第１熱交換通路３３３を通過しながら蓄熱槽３３０に保存された廃熱含有物質と熱交換される。このように第１熱交換通路３３３を通過する水は、一定の温度以上の温水に変換されて、温水排出ポート３３５を通じて熱需要がある外部に供給される。

暖房水は、蓄熱槽３３０の上部に位置する暖房水排出ポート３３７を通じて排出され、蓄熱槽３３０の下部に位置する暖房水流入ポート３３８を通じて再び蓄熱槽３３０に流入する。この時、暖房水は、燃料電池システムに設置されるユーティリティー環境によって外部の暖房水配管を循環する過程で汚染物質を含むことがあるので、温水と同様に蓄熱槽３３０の廃熱含有物質と混ざらないようにまた他の閉回路に構成されてもよい。つまり、暖房水も、蓄熱槽３３０の内部で閉回路構成の第２熱交換通路３３９を通じて熱の供給を受ける。このように、燃料電池システムの熱回収装置３００は、暖房水が再循環されるように構成される。

燃料電池システムの熱回収装置３００は、必要に応じて第２熱交換通路３３９を別途に備えずに廃熱含有物質を暖房水として活用する。そうすると、第２水供給ポート３３６を通じて流入した水は、熱交換物質として第１熱交換器３４０および第２熱交換器３５０で熱交換を通して廃熱を含むようになり、このような廃熱含有物質が暖房水として暖房水排出ポート３３７および暖房水流入ポート３３８を通じて循環する。

そして、暖房水は、蓄熱槽３３０に再び流入した場合に温度が低下した状態であるが、第１熱交換器３４０および第２熱交換器３５０における熱交換を通して再び設定された温度に上昇する。

そして、燃料電池システムの熱回収装置３００は、蓄熱槽３３０から排出される温水および暖房水が設定された温度以上に再上昇することができるように補助熱源器３７０を備えた特徴がある。補助熱源器３７０は、第３熱交換器３７１および第１補助バーナー３７２からなる。第３熱交換器３７１は、温水および暖房水の各排出経路上に設置され、温水または暖房水と各々熱交換されるように構成される。第１補助バーナー３７２は、外部の制御信号によって発熱作動して、第３熱交換器３７１で必要とする熱を提供する。

そして、燃料電池システムの熱回収装置３００は、人々が使用するのに適するように温水および冷水を混合させる温度調節バルブ３７３をさらに含む。温度調節バルブ３７３は、第３熱交換器３７１を通過した温水および外部から供給される冷水が各々流入し、温水および冷水が相互混合された状態で排出される。このような温度調節バルブ３７３は、温度感知作動素子合金を利用するテンパリング（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）バルブタイプで、消費電力が必要なく常に一定の温度範囲の温水を供給することができる。

燃料電池システムの熱回収装置３００は、前記で言及した通り、暖房水が蓄熱槽３３０に回収される配管構造である。この時、暖房水を蓄熱槽３３０から第３熱交換器３７１に供給する配管経路には第３ポンプ３７４が設置されて、設定された流量の暖房水が流動する。そして、暖房水が蓄熱槽３３０に回収される配管経路には第２三方向バルブ３７５が設置される。第２三方向バルブ３７５は、蓄熱槽３３０の暖房水温度を基準に判断して、回収される暖房水を蓄熱槽３３０に流入させたり、蓄熱槽３３０を通さずにバイパス（ｂｙ-ｐａｓｓ）経路を通じて再び循環させる。

このように、燃料電池システムの熱回収装置３００は、燃料電池スタック３１０または燃料処理装置３２０で発生する廃熱を回収する場合に、熱交換物質が蓄熱槽３３０の下部から排出されて蓄熱槽３３０の上部に流入するように構成する。そして、燃料電池システムの熱回収装置３００は、暖房水を循環させる場合に、暖房水が蓄熱槽３３０の上部から排出されて蓄熱槽３３０の下部に流入するように構成する。これによって、熱交換物質（または暖房水）は、蓄熱槽３３０の上部および下部における温度差が設定された範囲内で一定に維持されて、廃熱の利用率が向上する。

ただし、燃料電池システムの熱回収装置３００は、蓄熱槽３３０で耐えられる限界以上に廃熱が保存された状態でなければ、蓄熱槽３３０における熱交換物質（または暖房水）の温度差が次の通り維持されるのが望ましい。つまり、熱交換物質の温度差は、蓄熱槽３３０の入口ポート３３１および出口ポート３３２の間で８℃-１２℃の範囲内に維持されるのが望ましく、それに基づいて第１熱交換器３４０および第２熱交換器３５０の各処理容量が決定される。そして、熱交換物質（または暖房水）の温度差は、蓄熱槽３３０における上下温度が８℃-４０℃の範囲に維持されるのが好ましく、それに基づいて第１熱交換器３４０および第２熱交換器３５０の熱交換物質の流動量が決定される。

それ以外の燃料電池システムの熱回収装置３００の構成要素は、図２に示された燃料電池システムの熱回収装置２００の構成要素に各々対応して同一な機能を行うので、それに対する反復説明は省略する。

図４は本発明の第４実施例による燃料電池システムの熱回収装置の概略図である。

図４に示されているように、燃料電池システムの熱回収装置４００は、図３に示された燃料電池システムの熱回収装置２００に比べて安全バルブ４８０、ドレイン（ｄｒａｉｎ）バルブ４８１、水位センサー４８２、ソレノイドバルブ４８３をさらに含む特徴がある。

つまり、安全バルブ４８０は、蓄熱槽４３０の上部で熱交換物質による蓄熱槽４３０の内部圧力が設定された過圧条件以上である場合に作動して、蓄熱槽４３０の内部圧力を降下させる構成である。

ドレインバルブ４８１は、蓄熱槽４３０の下部に設置される。このようなドレインバルブ４８１は、自動制御または手動操作によって蓄熱槽４３０の内部に収容された熱交換物質を必要に応じて排出することができるようにする。

水位センサー４８２は、蓄熱槽４３０に満たされた熱交換物質の水位を測定するように、蓄熱槽４３０の内部または外部に設置される。

ソレノイドバルブ４８３は、水位センサー４８２の測定データによって連動して、蓄熱槽４３０の内部に供給される水の供給量を調節する。つまり、第１水供給ポート４３５には外部から熱交換物質である水が供給されるように水供給配管が連結され、このような水供給配管にはソレノイドバルブ４８３が設置されることによって、水の供給量を必要に応じて随時に調節することができる。

それ以外の燃料電池システムの熱回収装置４００の構成要素は、図３に示された燃料電池システムの熱回収装置３００の構成要素に各々対応して同一な機能を行うので、それに対する反復説明は省略する。

図５は本発明の第５実施例による燃料電池システムの熱回収装置の概略図である。

図５に示されているように、燃料電池システムの熱回収装置５００は、図４に示された燃料電池システムの熱回収装置４００に比べて補助熱源器５７０が温水および暖房水に各々対応して２つに分離設置される特徴がある。

補助熱源器５７０は、蓄熱槽５３０から排出される温水が通過しながら熱交換される第４熱交換器５７１、および外部の制御信号によって発熱作動して、第４熱交換器５７１に熱を供給する第２補助バーナー５７２を備える。そして、補助熱源器５７０は、第４熱交換器５７１と別途に設置されて、蓄熱槽５３０から排出される暖房水が通過しながら熱交換される第５熱交換器５７６、および外部の制御信号によって発熱作動して、第５熱交換器５７６に熱を供給する第３補助バーナー５７７をさらに備える。

燃料電池システムの熱回収装置５００は、このように補助熱源器５７０が二重に構成されることによって、温水または暖房水を選択的に追加加熱することができる。つまり、補助熱源器５７０は、夏季のように熱需要が少ない場合には温水加熱のために第４熱交換器５７１および第２補助バーナー５７２が利用され、冬季のように熱需要が多い場合には暖房水加熱のために第５熱交換器５７６および第３補助バーナー５７７が共に利用される。これによって、第２補助バーナー５７２および第３補助バーナー５７７が温水および暖房水に対応して選択的に利用されるので、補助熱源器５７０の燃料消耗量が節約される。

それ以外の燃料電池システムの熱回収装置５００の構成要素は、図４に示された燃料電池システムの熱回収装置４００の構成要素に各々対応して同一な機能を行うので、それに対する反復説明は省略する。

つまり、本発明の望ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、および添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することができ、これも本発明の範囲に属する。

１１０、２１０、３１０、４１０、５１０：燃料電池スタック
１２０、２２０、３２０、４２０、５２０：燃料処理装置
１３０、２３０、３３０、４３０、５３０：蓄熱槽
１４０、２４０、３４０、４４０、５４０：第１熱交換器
１５０、２５０、３５０、４５０、５５０：第２熱交換器
１６０、２６０、３６０、４６０、５６０：空冷式放熱器
１７０、２７０、３７０、４７０、５７０：補助熱源器

Claims (15)

1. 燃料電池スタックで発生する廃熱を回収する第１熱交換器；
   前記第１熱交換器と別途に設置されて、燃料処理装置またはシステム配管で発生する廃熱を回収する第２熱交換器；および
   前記第１熱交換器および前記第２熱交換器に各々熱交換物質を供給し、前記熱交換物質を回収して、前記熱交換物質に含まれている廃熱を外部の熱需要によって外部に供給する蓄熱槽；を含む、燃料電池システムの熱回収装置。
2. 前記蓄熱槽から一つの第１配管通路が連結されて、前記第１熱交換器および前記第２熱交換器に先立って前記第１配管通路が第２配管通路および第３配管通路に各々分岐された後に各々連結される、請求項１に記載の燃料電池システムの熱回収装置。
3. 前記第１配管通路には前記熱交換物質が他の経路を経由して合流するように第４配管通路が連結され、前記第４配管通路には空冷式放熱器が設置され、前記第４配管通路に分岐される地点の前記第１配管通路には前記熱交換物質の進行方向を選択的に変更する第１三方向バルブが設置される、請求項２に記載の燃料電池システムの熱回収装置。
4. 前記第２配管通路には前記熱交換物質を一方向に流動させる第１チェックバルブおよび第１ポンプが各々設置され、前記第３配管通路には前記熱交換物質を一方向に流動させる第２チェックバルブおよび第２ポンプが各々設置される、請求項２に記載の燃料電池システムの熱回収装置。
5. 前記蓄熱槽は、外部から前記熱交換物質の供給を受けて、前記熱交換物質を前記第１熱交換器および前記第２熱交換器に循環させた後に廃熱を含む廃熱含有物質として保存する、請求項１に記載の燃料電池システムの熱回収装置。
6. 前記蓄熱槽の内部には第１熱交換通路が設置され、前記第１熱交換通路に流入する水は、前記廃熱含有物質との熱交換を通して温水に昇温されて、前記蓄熱槽の内部に保存される、請求項５に記載の燃料電池システムの熱回収装置。
7. 前記蓄熱槽の内部には第２熱交換通路が設置され、前記第２熱交換通路における水は、前記廃熱含有物質との熱交換を通して暖房水に昇温されて、前記蓄熱槽の内部に保存される、請求項６に記載の燃料電池システムの熱回収装置。
8. 前記蓄熱槽から排出される前記温水または前記暖房水が通過しながら熱交換される第３熱交換器；および
   外部の制御信号によって発熱作動して、前記第３熱交換器に熱を供給する第１補助バーナー；をさらに含む、請求項７に記載の燃料電池システムの熱回収装置。
9. 前記第３熱交換器を通過した前記温水および外部から供給される冷水が各々流入して混合される温度調節バルブ；をさらに含む、請求項８に記載の燃料電池システムの熱回収装置。
10. 前記温度調節バルブは、温度感知作動素子合金を利用して前記温水および前記冷水を混合させるテンパリングバルブタイプである、請求項９に記載の燃料電池システムの熱回収装置。
11. 前記第３熱交換器を通過した前記暖房水が暖房の役割を果たすように外部に供給され、前記暖房水が再び前記蓄熱槽に回収される配管構造であり、
    前記暖房水が前記蓄熱槽に回収される配管経路上には第２三方向バルブが設置されて、前記暖房水が前記第２三方向バルブの選択的な作動によって前記蓄熱槽に流入したり、バイパス（ｂｙ-ｐａｓｓ）経路を通じて外部に再び供給される、請求項８に記載の燃料電池システムの熱回収装置。
12. 前記蓄熱槽から排出される前記温水が通過しながら熱交換される第４熱交換器；および外部の制御信号によって発熱作動して、前記第４熱交換器に熱を供給する第２補助バーナー；をさらに含み、
    前記第４熱交換器と別途に設置されて、前記蓄熱槽から排出される前記暖房水が通過しながら熱交換される第５熱交換器；および外部の制御信号によって発熱作動して、前記第５熱交換器に熱を供給する第３補助バーナー；をさらに含む、請求項７に記載の燃料電池システムの熱回収装置。
13. 前記蓄熱槽には前記熱交換物質の水位を測定する水位センサーが設置され、前記蓄熱槽には前記熱交換物質として水が供給されるように水供給配管が連結され、前記水供給配管には前記水位センサーの測定データによって連動して、前記水の供給量を調節するソレノイドバルブが設置される、請求項１に記載の燃料電池システムの熱回収装置。
14. 前記蓄熱槽の上部には前記熱交換物質による前記蓄熱槽の内部圧力を設定された過圧条件以下に降下させる安全バルブが設置される、請求項１に記載の燃料電池システムの熱回収装置。
15. 前記蓄熱槽の下部には前記熱交換物質を必要に応じて外部に排出させるためのドレインバルブが設置される、請求項１に記載の燃料電池システムの熱回収装置。

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