KR100675689B1

KR100675689B1 - 연료전지 구동형 냉장고

Info

Publication number: KR100675689B1
Application number: KR1020000085440A
Authority: KR
Inventors: 윤홍식; 김인규; 김혁덕; 박일권; 박명석; 이성환; 이명호; 황용준
Original assignee: 주식회사 엘지이아이
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2000-12-29
Publication date: 2007-02-01
Also published as: KR20020056132A

Abstract

본 발명은 연료전지 구동형 냉장고에 관한 것으로, 본 발명은 식품이 저장되는 식품저장실 및 숙성실이 구비된 냉장고 본체와 상기 냉장고 본체에 결합되어 상기 식품저장실 및 숙성실을 개폐하는 냉장고 도어와 상기 식품저장실에 장착되어 냉기를 형성하는 증발기와 상기 냉장고 본체에 구비된 기계실에 장착되어 상기 증발기와 함께 냉동사이클 장치를 구성하는 압축기와 상기 냉장고 본체에 설치되어 연료공급수단에서 공급되는 혼합 연료를 공급받아 수소가스 및 반응열을 발생시키는 연료 개질기와 상기 연료 개질기에서 공급되는 수소가스 및 별도로 공급되는 산소를 전기 화학 반응시켜 그 발생되는 전기로 상기 압축기를 포함한 구동부의 동력원을 이루는 스택과 상기 연료 개질기에서 발생되는 반응열을 상기 숙성실로 전달하여 그 숙성실에 놓여지는 김치를 숙성시키는 열 공급수단을 포함하도록 구성하여 공급되는 연료에 의해 자체적으로 전기에너지와 열을 발생시켜 그 전기에너지로 식품저장실을 적정 온도 상태로 유지시키면서 식품을 보관하게 되고 아울러 그 열로 김치를 숙성시키게 됨으로써 시스템의 에너지 효율이 매우 높고 아울러 환경 친화적이며 사용장소에 제약을 받지 않고 자유롭게 사용할 수 있도록 한 것이다.

Description

연료전지 구동형 냉장고{REFRIGERATOR BY DRIVING FUEL CELL}

도 1은 일반적인 냉장고를 개략적으로 도시한 측단면도,

도 2는 본 발명의 연료전지 구동형 냉장고의 일실시예를 도시한 측단면도,

도 3은 본 발명의 연료전지 구동형 냉장고를 구성하는 열 공급수단을 도시한 평면도.

(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)

10 ; 냉장고 본체 20 ; 도어

30 ; 압축기 40 ; 증발기

50 ; 송풍팬 70 ; 연료 개질기

80 ; 스택 110 ; 열펌핑관

111 ; 열회수부 112 ; 열전달부

120 ; 펌프 A ; 숙성실

B ; 식품저장실

본 발명은 연료전지 구동형 냉장고에 관한 것으로, 특히 식품을 신선하게 보관할 뿐만 아니라 김치를 숙성시키는데 사용되는 에너지의 소모를 적게 하고 환경 친화적이며 사용 장소가 자유로울 수 있도록 한 연료전지 구동형 냉장고에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고는 고내를 적정 온도상태로 유지하여 식품을 냉동이나 냉장 상태로 보관되도록 하여 보다 신선한 상태로 식품을 오래 보관할 수 있도록 하는 시스템이다. 이와 같은 냉장고는 압축기, 응축기, 팽창기구 그리고 증발기가 순차적인 순환사이클을 이루도록 연결관에 의해 연결된 냉동사이클장치가 내부에 장착되어 상기 증발기에서 형성되는 냉기를 고내에 순환시켜 고내를 적정 온도 상태로 유지시키게 된다. 그리고 상기 냉장고 중 식생활에서 주요 식품인 김치만을 저장할 수 있도록 한 김치냉장고가 사용되고 있으며, 이와 같은 김치냉장고는 상기 구성에서 김치를 수납하는 공간을 특화시킴과 아울러 온도를 김치의 보관온도에 적절하도록 제어하게 된다.

도 1은 현재 사용되고 있는 냉장고의 일예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 상기 냉장고는 소정 형상을 갖는 냉장고 본체(10)의 내부에 냉장실(R)과 냉동실(F)이 구비됨과 아울러 그 하측에 기계실(M)이 구비되어 되며 그 냉장고 본체(10)의 일측에 상기 냉동실(F)과 냉장실(R)을 개폐하는 도어(20)가 결합된다. 그리고 상기 기계실(M)에 소음 및 열을 발생시키는 압축기(30)가 설치되고 상기 냉장고 본체(10)의 일측에 응축기(미도시) 및 팽창수단(미도시)이 장착되며 상기 냉동실(F)에 증발기(40)가 장착된다. 상기 증발기(40)는 냉장고에 따라 냉동실(F)에만 설치되거나 냉동실(F)과 냉장실(R)에 각각 설치되는 형태가 있다.

그리고 상기 증발기(40)의 측부에 그 증발기(40)에서 형성되는 냉기를 유동시키는 송풍팬(50) 및 모터(51)가 장착되며 상기 송풍팬(50)에 의해 유동하는 냉기가 상기 냉동실(F) 및 냉장실(R)로 순환 유동하도록 상기 냉장고 본체(10)의 내측에 냉기 순환유로(C)가 형성된다.

그리고 상기 기계실(M)의 측부에 김치 등을 숙성시키는 숙성실(A)이 형성되며 그 숙성실(A)의 저면에 히터(60)가 장착되고 그 히터(60)는 전원부에 연결된다.

상기한 바와 같은 냉장고의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 냉장고의 전원을 인가하게 되면 건물로 공급되는 전원, 즉 전기에너지가 냉장고로 공급되면서 상기 압축기(30)가 운전되며 그 압축기(30)의 운전에 의해 압축기(30)에서 압축되어 고온 고압 상태로 토출된 냉매가 응축기와 팽창수단과 증발기(40)를 거치면서 다시 상기 압축기(30)로 유입되는 순환사이클을 이루게 되고, 이때 상기 증발기(40)에서 외부의 열을 흡수함에 의해 냉기가 형성된다. 이와 동시에 상기 송풍팬(50)의 회전에 의해 상기 증발기(40)에서 형성되는 냉기가 냉기 순환유로(C)를 통해 순환되면서 냉동실(F)과 냉장실(R)을 설정 온도 상태로 유지시키게 된다.

그리고 김치를 만들어 익히게 될 경우, 즉 숙성시키게 될 경우 김치를 김치 저장통 에 넣은 후 그 김치 저장통을 상기 숙성실(A)에 위치시키게 된다. 그리고 상기 히터(60)에 전원을 공급하여 그 히터(60)를 적정 온도로 가열시키게 되면 그 숙성실(A)의 온도에 의해 김치 저장통에 담긴 김치가 숙성된다.

그러나 상기한 바와 같이 현재 사용되고 있는 냉장고는 발전소에서 건물로 공급되는 전기에너지가 그 발전소에서 기름이나 석탄 등을 연소시켜 발생되는 열에너지를 변환시켜 발생되는 것이어서 에너지 효율이 낮을 뿐만 아니라 그 전기에너지를 송전선을 통해 각 건물로 공급되는 과정에서 발생되는 손실이 크게 되어 냉장고를 운전시키는데 사용되는 에너지 효율이 매우 낮다. 특히, 히터(60)를 가열하여 김치를 숙성시키는데 별도의 전기에너지가 사용되므로 에너지 측면에서 비효율적이다.

또한, 상기 기름 또는 석탄을 연소시키면서 발생되는 오염 물질로 인하여 환경 문제를 유발시키게 되는 단점이 있다. 그리고 발전소에서 발전된 전기에너지가 공급되지 않는 건물이나 지역에서는 사용할 수 없게 됨은 물론 정전 상황이 발생하게 될 경우 보관되던 식품이 손상되는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 식품을 신선하게 보관할 뿐만 아니라 김치를 숙성시키는데 사용되는 에너지의 소모를 적게 하고 환경 친화적이며 사용 장소가 자유로울 수 있도록 한 연료전지 구동형 냉장고를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 식품이 저장되는 식품저장실 및 숙성실이 구비된 냉장고 본체와, 상기 냉장고 본체에 결합되어 상기 식품저장실 및 숙성실을 개폐하는 냉장고 도어와, 상기 식품저장실에 장착되어 냉기를 형성하는 증발기와, 상기 냉장고 본체에 구비된 기계실에 장착되어 상기 증발기와 함께 냉동사이클 장치를 구성하는 압축기와, 상기 냉장고 본체에 설치되어 연료공급수단에서 공급되는 혼합 연료를 공급받아 수소가스 및 반응열을 발생시키는 연료 개질기와, 상기 연료 개질기에서 공급되는 수소가스 및 별도로 공급되는 산소를 전기 화학 반응시켜 그 발생되는 전기로 상기 압축기를 포함한 구동부의 동력원을 이루는 스택과, 상기 연료 개질기에서 발생되는 반응열을 상기 숙성실로 전달하여 그 숙성실에 놓여지는 김치를 숙성시키는 열 공급수단을 포함하여 구성함을 특징으로 하는 연료전지 구동형 냉장고가 제공된다.

이하, 본 발명의 연료전지 구동형 냉장고를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 연료전지 구동형 냉장고의 일실시예를 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 상기 연료전지 구동형 냉장고는 소정 형상을 갖는 냉장고 본체(10)의 내부에 식품저장실(B) 및 숙성실(A)이 구비되고 그 식품저장실(B)은 냉장실(R)과 냉동실(F)로 이루어진다. 또한 상기 냉장고 본체(10)의 하측에 기계실(M)이 구비되며 그 기계실(M)은 상기 숙성실(A)의 측부에 위치하게 됨이 바람직하다. 그리고 상기 냉장고 본체(10)의 일측에 식품저장실(B) 및 숙성실(A)을 개폐하는 도어(20)가 결합되고 상기 기계실(M)에 소음 및 열을 발생시키는 압축기(30)가 설치되며 상기 냉장고 본체(10)의 일측에 응축기(미도시) 및 팽창수단(미도시)이 장 착되며 상기 식품저장실(B)에 증발기(40)가 장착된다.

그리고 상기 증발기(40)의 측부에 그 증발기(40)에서 형성되는 냉기를 유동시키는 송풍팬(50) 및 모터(51)가 장착됨이 바람직하고 상기 송풍팬(50)에 의해 유동하는 냉기가 상기 식품저장실(B), 즉 냉동실(F) 및 냉장실(R)로 순환 유동하도록 상기 냉장고 본체(10)의 내측에 냉기 순환유로(C)가 형성된다.

그리고 혼합 연료를 공급받아 수소가스를 발생시키는 연료 개질기(70)가 상기 냉장고 본체(10)의 일측에 설치되고 상기 연료 개질기(70)와 연결되어 그 연료 개질기(70)에서 발생되는 수소가스와 별도로 공급되는 산소가 전기화학반응을 일으키는 스택(80)이 설치된다. 상기 연료 개질기(70)는 반응로(71)와 버너(72)를 포함하여 구성되며, 상기 스택(80)은 연료극(81)과 전해질막(82) 그리고 공기극(83)을 포함하여 구성되는 단위 전지가 다수개 적층되어 이루어진다. 그리고 상기 스택(80)에서 발생되는 전기를 상기 압축기(30)와 송풍팬의 모터(51) 그리고 기타 전원부에 공급되도록 전기 공급라인(100)이 연결된다.

그리고 상기 연료 개질기(70)에서 발생되는 반응열을 상기 숙성실(A)로 전달하여 그 숙성실(A)에 놓여지는 김치를 숙성시키는 열 공급수단(E)이 구비된다. 상기 열 공급수단(E)은, 도 3에 도시한 바와 같이, 폐곡선을 이루며 그 내부에 유체가 채워지는 관으로 형성되되 그 일측이 상기 연료 개질기(70)에서 발생되는 반응열이 유출되는 배기관(73)에 다수회 권선되어 상기 연료 개질기(70)에서 발생되는 열을 전달받는 열회수부(111)와 타측에 다수회 절곡 형성되어 상기 숙성실(A)에 위치하면서 상기 열회수부(111)에서 회수된 열을 숙성실(A)에 전달하는 열전달부(112)가 구 비된 열펌핑관(110)과, 상기 열펌핑관(110)에 결합되어 그 열펌핑관(110)에 채워진 유체의 순환을 촉진시키는 펌프(120)로 구성된다. 상기 펌프(120)는 상기 스택(80)에서 발생되는 전기에너지를 공급받도록 연결된다.

이하, 본 발명의 연료전지 구동형 냉장고의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 메탄올이나 천연액화가스(일명; LNG) 또는 가솔린 등의 연료와 물이 혼합된 혼합 연료가 상기 연료 개질기(70)에 공급되면 그 연료 개질기(70)에서 수증기 개질 반응 및 부분 산화 반응이 복합적으로 일어나면서 수소가스와 반응열을 발생시키게 된다. 상기 연료 개질기(70)에서 발생되는 수소가스는 상기 스택(80)으로 공급됨과 아울러 별도로 산소가 상기 스택(80)으로 공급된다. 그리고 상기 스택(80)에서는 공급되는 수소가스와 산소가 전기화학반응을 일으켜 전기와 열과 물을 발생시키게 된다. 즉, 상기 스택(80)을 구성하는 단위 전지의 연료극(81)에서 수소가스가 전기 화학적 산화 반응이 일어나고 동시에 상기 공기극(83)에서 공급되는 산소에 의해 전기 화학적 환원 반응이 일어나면서 이때 생성되는 전자의 이동으로 전기에너지가 발생됨과 아울러 그 반응과정에서 반응열과 물이 생성된다.

상기 스택(80)에서 발생되는 전기에너지는 전기 공급라인(100)을 통해 상기 압축기(30)와 송풍팬의 모터(51) 그리고 펌프를 포함하는 전원부에 공급된다. 상기 스택(80)에서 공급되는 전기에너지에 의해 압축기(30)가 운전되며 그 압축기(30)의 운전에 의해 압축기(30)에서 냉매가 고온 고압 상태로 토출되어 응축기와 팽창수단과 증발기(40)를 거치면서 다시 상기 압축기(30)로 유입되는 순환사이클을 이루게 되고, 이때 상기 증발기(40)에서 외부의 열을 흡수함에 의해 냉기가 형성되며 그 냉기가 식품저장실(B)에 공급되어 그 식품저장실(B)을 설정 온도 상태로 유지시키게 된다.

한편, 상기 송풍팬(50) 및 팬 모터(51)가 장착된 경우 상기 증발기(40)에서 냉기를 형성시킴과 동시에 상기 스택(80)에서 공급되는 전기에너지에 의해 상기 송풍팬(50)이 회전하면서 상기 증발기(40)에서 형성되는 냉기를 상기 냉기 순환유로(C)를 통해 순환시키게 된다. 상기 냉기가 냉기 순환유로(C)를 통해 순환 유동되면서 식품저장실, 즉 냉동실(F)과 냉장실(R)을 설정 온도 상태로 유지시키게 된다.

이와 같이 상기 식품저장실(B)만을 적정 온도상태로 유지하는 운전 중에는 상기 열 공급수단(E)을 구성하는 펌프(120)를 정지상태로 하여 상기 연료 개질기(70)에서 발생되는 열을 상기 배기관(73)을 통해 유동되도록 한다. 그리고 상기 식품저장실(B)을 설정 온도로 유지하는 운전 중 동시에 김치를 숙성시키는 경우 김치를 김치 저장통에 넣어 상기 숙성실(A)에 위치시킨 상태에서 상기 스택(80)에서 발생되는 전기에너지를 상기 펌프(120)로 전달하여 그 펌프(120)를 작동시키게 되면 그 펌프(120)의 작동에 의해 상기 열펌핑관(110)에 채워진 유체가 순환 유동하면서 상기 배기관(73)으로 유동하는 열을 상기 숙성실(A)로 전달하여 그 숙성실(A)에 놓여진 김치를 숙성시키게 된다. 즉, 상기 열펌핑관(110)의 열회수부(111)에서 상기 배기관(73)으로 유동하는 열, 즉 상기 연료 개질기(70)에서 발생되어 유동하는 열을 회수하게 되고 그 회수된 열이 상기 열펌핑관(110)을 통해 유동하면서 그 열펌핑관(110)의 열전달부(112)에서 방출하게 되어 상기 연료 개질기(70)에서 발생되는 열을 상기 숙성실(A)로 공급하게 된다. 상기 숙성실(A)의 온도는 상기 펌프(120)의 작동을 제어함에 의해 조절하게 된다.

본 발명은 상기 연료 개질기(70)와 스택(80)으로 구성되는 연료전지에서 발생되는 전기에너지로 식품저장실(B)을 적정 온도 상태로 유지하게 될 뿐만 아니라 그 연료전지에서 발생되는 반응열을 이용하여 숙성실(A)에 놓여지는 김치를 숙성시키게 되므로 에너지 효율이 매우 높게 된다. 즉, 연료에너지를 공급하여 그 연료에너지의 전기 화학반응에 의해 전기에너지로 변환되는 에너지 효율이 기존 연료에너지를 연소시켜 전기에너지를 변환시키는 에너지 효율보다 훨씬 높게 될 뿐만 아니라 전기 화학반응 과정에서 발생되는 반응열을 이용하여 김치를 숙성시키게 되므로 에너지 효율이 매우 높게 된다(기존 전력 효율;40%, 열-전력 복합 효율;70%이상임). 또한, 본 발명은 운전 중 환경 오염 물질이 배출되지 않으므로 환경 친화적이다.

그리고 외부에서 공급되는 별도의 전원이 없이 시스템을 구성하는 연료 개질기(70)와 스택(80), 즉 연료전지에서 발생되는 전기가 상기 압축기(30)와 송풍팬의 모터(51) 등을 포함하는 구동부에 공급되어 운전되면서 식품저장실, 즉 냉동실(F)과 냉장실(R)을 설정 온도 상태로 유지하게 되므로 전기에너지, 즉 전력이 공급되지 않는 곳에서도 사용이 가능하게 된다. 뿐만 아니라, 정전에 의해 시스템이 정지되어 식품이 손상되는 것을 근본적으로 배제하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 연료전지 구동형 냉장고는 공급되는 연료에 의해 자체적으로 전기에너지와 열을 발생시켜 그 전기에너지로 식품저장실을 적정 온도 상태로 유지시키면서 식품을 보관하게 되고 아울러 그 열로 김치를 숙성시키게 되어 시스템의 에너지 효율이 매우 높고 아울러 환경 친화적이므로써 에너지 사용량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 환경을 보호할 수 있고, 또한 사용장소에 제약을 받지 않고 자유롭게 사용할 수 있게 됨으로써 세계 어느 지역에서나 사용할 수 있을 뿐만 아니라 사용의 편리성을 도모할 수 있는 효과가 있다.

Claims

식품이 저장되는 식품저장실 및 숙성실이 구비된 냉장고 본체와, 상기 냉장고 본체에 결합되어 상기 식품저장실 및 숙성실을 개폐하는 냉장고 도어와, 상기 식품저장실에 장착되어 냉기를 형성하는 증발기와, 상기 냉장고 본체에 구비된 기계실에 장착되어 상기 증발기와 함께 냉동사이클 장치를 구성하는 압축기와, 상기 냉장고 본체에 설치되어 연료공급수단에서 공급되는 혼합 연료를 공급받아 수소가스 및 반응열을 발생시키는 연료 개질기와, 상기 연료 개질기에서 공급되는 수소가스 및 별도로 공급되는 산소를 전기 화학 반응시켜 그 발생되는 전기로 상기 압축기를 포함한 구동부의 동력원을 이루는 스택과, 상기 연료 개질기에서 발생되는 반응열을 상기 숙성실로 전달하여 그 숙성실에 놓여지는 김치를 숙성시키는 열 공급수단을 포함하여 구성되며,

상기 열 공급수단은 폐곡선을 이루며 그 내부에 유체가 채워지는 관으로 형성되되 그 일측이 상기 연료 개질기에서 발생되는 반응열이 유출되는 배기관에 다수회 권선되어 상기 연료 개질기에서 발생되는 열을 전달받는 열회수부와 타측에 다수회 절곡 형성되어 상기 숙성실에 위치하면서 상기 열회수부에서 회수된 열을 숙성실에 전달하는 열전달부가 구비된 열펌핑관과, 상기 열펌핑관에 결합되어 그 열펌핑관에 채워진 유체의 순환을 촉진시키는 펌프로 구성됨을 특징으로 하는 연료전지 구동형 냉장고.
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