KR100675692B1 - 연료전지를 이용한 냉/온수 공급 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연료전지를 이용한 냉/온수 공급 장치에 관한 것으로, 본 발명은 음용수를 취출할 수 있도록 취출부가 구비된 냉장고와, 전해질을 사이에 두고 한 쌍의 전극을 배치함과 아울러 그 중 한 쪽 전극에는 수소 또는 수소를 함유하는 연료물질을 접촉시키는 반면 다른 한 쪽 전극에는 산소를 함유하는 산화물질을 접촉시켜 이온화된 연료물질과 산화물질의 전기화학적 반응시 발생되는 폐열을 저장하는 축열수단과, 상기 축열수단에 열교환되도록 설치되어 그 타단이 축열수단에 의해 데펴진 온수를 상기 냉장고의 취출부로 유도하는 온수공급수단과, 상기 연료물질과 산화물질의 전기화학적 반응시 생성되는 전기를 이용하여 냉동사이클을 구동시키고 그 냉동사이클의 구동시 발생되는 찬기운으로 냉수를 만들어 상기 냉장고의 취출부로 유도하는 냉수공급수단으로 구성함으로써, 냉/온수 공급을 위한 거대한 발전시설이나 송배전시설 등의 추가적인 신설을 줄이거나 억제할 수 있고, 이를 통해 설비건설에 투여되는 비용의 절감은 물론 이로 인한 환경의 파괴를 미연에 방지할 수 있다.

Description

연료전지를 이용한 냉/온수 공급 장치{FUEL CELL HOT AND CHILLED WATER GENERATOR}

도 1은 본 발명 연료전지를 이용한 냉/온수 공급 장치가 구비된 냉장고의 개략도.

도 2는 본 발명 연료전지를 보인 개략도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 연료전지 시스템 12 : 개질기

12A : 반응로 12B : 버너

13 : 스택 13A : 전해질막

13B : 연료극 13C : 공기극

20 : 냉장고 본체 21 : 냉/온수 디스펜서

21A : 냉수부 21B : 온수부

21C : 취출부 21a : 냉수공급관

21b : 냉수저장통 21c : 냉수취출관

21d : 온수취출관 22 : 얼음 디스펜서

22a : 얼음공급관 23 : 압축기

P : 온수펌프 V : 솔레노이드 밸브

본 발명은 연료전지를 이용한 냉/온수 공급 장치에 관한 것으로, 본 발명은 연료전지에서 발생되는 열을 이용하여 만들어진 온수를 냉장고의 냉/온수 디스펜서 또는 냉온수기의 온수측에 전달함과 아울러 그 연료전지에서 발생되는 전기를 이용하여 냉동사이클장치를 구동시켜 냉수를 공급하도록 한 연료전지를 이용한 냉/온수 공급 장치에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고의 냉/온수 디스펜서 또는 냉온수기 등은 냉동사이클 장치의 증발용 열교환기 및 응축용 열교환기에 결합되어 그 각 열교환기와 열교환된 냉/온수를 제공하도록 구성되는 것으로, 냉수는 증발용 열교환기에 열을 빼앗기면서 차가워져 제공되는 반면 온수는 응축용 열교환기로부터 전달받는 열에 가열되면서 데펴져 제공되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래의 냉온수 공급장치는 발전소에서 송배전된 상용전기에 의해 압축기에서 냉매가스를 압축하고 이 압축된 냉매가스를 응축용 열교환기와 증발용 열교환기로 순환시키면서 발생되는 냉매가스의 상변화를 이용하여 냉수 및 온수를 만드는 것으로, 이를 위하여는 전술한 바와 같이 발전소로부터 송배전된 상용전기를 이용하여야 하므로 이에 필요한 발전설비는 물론 송배전 설비 등 냉온수 공급장치를 구동시키기 위한 기본적인 설비투자가 과다하게 소요되고 환경 파괴 시설이 증축되어야 하는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 냉온수 공급장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 냉온수 공급장치를 구동시키는데 필요한 설비투자 및 환경 파괴 시설을 획기적으로 줄일 수 있는 연료전지를 이용한 냉온수 공급장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 음용수를 취출할 수 있도록 취출부가 구비된 냉장고와, 전해질을 사이에 두고 한 쌍의 전극을 배치함과 아울러 그 중 한 쪽 전극에는 수소 또는 수소를 함유하는 연료물질을 접촉시키는 반면 다른 한 쪽 전극에는 산소를 함유하는 산화물질을 접촉시켜 이온화된 연료물질과 산화물질의 전기화학적 반응시 발생되는 폐열을 저장하는 축열수단과, 상기 축열수단에 열교환되도록 설치되어 그 타단이 축열수단에 의해 데펴진 온수를 상기 냉장고의 취출부로 유도하는 온수공급수단과, 상기 연료물질과 산화물질의 전기화학적 반응시 생성되는 전기를 이용하여 냉동사이클을 구동시키고 그 냉동사이클의 구동시 발생되는 찬기운으로 냉수를 만들어 상기 냉장고의 취출부로 유도하는 냉수공급수단으로 된 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 냉/온수 공급 장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 연료전지를 이용한 냉온수 공급장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 연료전지를 이용한 냉/온수 공급 장치가 구비된 냉장고의 개략도이고, 도 2는 본 발명 연료전지를 보인 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 연료전지를 이용한 냉온수 공급장치가 구비된 냉장고는, 통상적인 연료전지 시스템(10)과, 상기 연료전지 시스템(10)에 연결되어 그 연료전지 시스템(10)으로부터 발생되는 폐열을 이용하여 냉온수를 공급하는 냉장고 본체(20)로 구성된다.

상기 연료전지 시스템(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 수소를 함유한 연료가 저장되는 연료탱크(11)와, 상기 연료탱크(11)에 연결되어 공급되는 연료로부터 수소를 만들어 내는 개질기(12)와, 상기 개질기(12)에 연결되어 그 개질기(12)로부터 만들어진 수소(H₂)와 이와 별도로 공급되는 산소(O₂)의 전기화학적 반응으로 전기와 열을 발생시키는 스택(13)과, 상기 스택(13)에 연결되어 그 스택(13)에서 얻어진 직류전기를 교류전기로 변환시키는 전력변환기(14)와, 상기 개질기(12) 및 스택(13)에서 발생되는 폐열(廢熱)을 저장하는 축열탱크(15)로 이루어진다.

상기 개질기(12)는 연료탱크(11)를 통해 공급되는 연료가 물과 공기와 함께 유입되어 탈황반응 및 개질반응 그리고 수소정제반응이 일어나면서 연료로부터 수소가 생성되는 반응로(12A)와, 상기 반응로(12A)에 접촉 결합되어 그 반응로(12A)에서 필요한 열을 공급하는 버너(12B)로 이루어진다.

상기 스택(13)은 전해질막(13A)을 사이에 두고 그 양쪽에는 각각 수소 또는 수소를 함유한 연료물질이 공급되는 연료극(또는, 양극)(anode)(13B)과 산소를 함유하는 산화제가 공급되는 공기극(또는, 음극)(cathode)(13C)이 배치되어 단일셀을 형성하고, 이러한 단일셀이 다수개 겹쳐져 이루어진다.

한편, 상기 냉장고 본체(20)는 도어 전면(前面)에 냉/온수 디스펜서(21)가 배치되고, 냉동실측에는 제빙기 또는 얼음 디스펜서(22)가 구비되어 이루어진다.

상기 냉/온수 디스펜서(21)는 외부급수원에서 공급되어 냉장실 내부에 냉각되었다가 필요시 공급되는 냉수부(21A)와, 상기 연료전지 시스템(10)의 개질기(12) 및 스택(13)으로부터 발생되는 폐열에 의해 가열되었다가 필요시 공급되는 온수부(21B)와, 상기 냉수부(21A)와 온수부(21B)가 함께 배치되어 사용자가 온수 및 냉수를 선택할 수 있도록 하는 취출부(21C)로 이루어진다.

상기 냉수부(21A)는 외부급수원에 연결되는 냉수공급관(21a)과, 그 냉수공급관(21a)에 연결되어 냉장실 내부에 마련되는 냉수저장통(21b)과, 그 냉수저장통(21b)에서 냉수측 취출부로 연결되는 냉수취출관(21c)으로 이루어진다.

상기 온수부(21B)는 연료전지 시스템(10)의 개질기(12) 및 스택(13)(또는 축열탱크)에서 온수측 취출부로 연결되는 온수취출관(21d)으로 이루어진다.

또한, 상기 연료전지 시스템(10)의 스택(13)으로부터 발생되는 전기는 냉장고의 냉동사이클을 운전하기 위하여 그 냉동사이클의 압축기(23)에 전기적으로 연결된다.

도면중 미설명 부호인 22a는 얼음공급관, P는 온수펌프, V는 솔레노이드 밸브이다.

상기와 같이 본 발명 연료전지를 이용한 냉온수 공급 장치는 다음과 같은 작용효과를 갖는다.

즉, 상기 연료탱크(11)로부터 공급되는 연료액이 물과 공기와 혼합되면서 개질기(12)로 유입되고, 이 연료액의 일부는 개질기(12)의 버너(12B)로 유입되어 연소되고 나머지는 반응로(12A)로 유입되어 탈황반응 및 개질반응 그리고 수소정제반응을 거치면서 수소를 발생시키게 되며, 이 수소는 스택(13)의 연료극(13B)으로 공급되어 공기극(13C)으로 공급되는 산소와 함께 전기화학적 반응을 거치면서 전기와 열을 발생시키게 되고, 이 중 전기는 전력변환기(14)를 거쳐 각각의 전기제품에 인가되면서 전원으로 사용되는 반면 열은 별도의 열회수장치인 축열탱크(15)에 저장되어 온수의 열원으로 이용된다.

이때, 상기 연료전지 시스템(10)의 스택(13)에서 만들어진 전기는 냉장고 본체(20)에 장착되어 있는 압축기(23)를 가동시켜 그 압축기(23)가 포함된 냉동사이클 장치를 동작시키게 되고, 이 냉동사이클 장치가 동작됨에 따라 증발기(미도시)에서 찬 공기가 생성되어 일부는 냉동실로 공급되는 반면 나머지는 냉장실로 공급되어 냉동실에서는 얼음이 만들어지는 한편 냉장실에서는 냉수저장통(21b)에 담긴 물을 냉각시키게 된다.

이후, 상기 냉/온수 디스펜서(21)에서 온수가 선택되면 개질기(12)와 스택(13)으로부터 발생되는 열에 의해 데펴진 물이 온수취출관(21d)을 통해 취출부(21C)쪽으로 펌핑되어 더운 물을 제공하게 되는 반면, 상기 냉/온수 디스펜서(21)에서 냉수가 선택되면 상기한 온수취출관(21d)은 닫히고 대신 냉수공급관(21a)에 장착된 솔레노이드 밸브(V)가 냉수취출관(21c)쪽으로 열려 급수원으로부터 물이 냉장실에 마련된 냉수저장통(21b)에 유입되며 동시에 그 냉수저장통(21b)에 채워져 있던 찬 물이 취출부(21C)쪽으로 펌핑되어 제공된다.

또, 상기 얼음 디스펜서(22)에서 얼음이 선택되면 온수취출관(21d)과 냉수취출관(21c)이 모두 닫히는 반면 얼음공급관(22a)이 열리면서 급수원으로부터 물이 냉동실에 마련된 얼음 디스펜서(22)쪽으로 공급되어 이 얼음 디스펜서(22)에서 얼음이 만들어지는 한편 그 얼음 디스펜서(22)에 이미 만들어져 있던 얼음이 제공된 다.

이렇게 하여, 냉장고를 구동시키는데 필요한 전기를 연료전지를 이용하여 각 가정마다 개별적으로 얻을 수 있게 됨과 아울러 전기를 얻는 중에 발생되는 폐열을 재활용하여 온수를 공급할 수 있게 됨에 따라 냉/온수 공급을 위한 거대한 발전시설이나 송배전시설 등의 추가적인 신설을 줄이거나 억제할 수 있고, 이를 통해 설비건설에 투여되는 비용의 절감은 물론 이로 인한 환경의 파괴를 미연에 방지할 수 있다.

본 발명에 의한 연료전지를 이용한 냉/온수 공급 장치는, 연료전지에서 발생되는 열을 이용하여 만들어진 온수를 공급함과 아울러 그 연료전지에서 발생되는 전기를 이용하여 냉동사이클장치를 구동시켜 냉수를 공급하도록 구성함으로써, 냉/온수 공급을 위한 거대한 발전시설이나 송배전시설 등의 추가적인 신설을 줄이거나 억제할 수 있고, 이를 통해 설비건설에 투여되는 비용의 절감은 물론 이로 인한 환경의 파괴를 미연에 방지할 수 있다.

Claims (3)

1. 음용수를 취출할 수 있도록 취출부가 구비된 냉장고와,

   전해질을 사이에 두고 한 쌍의 전극을 배치함과 아울러 그 중 한 쪽 전극에는 수소 또는 수소를 함유하는 연료물질을 접촉시키는 반면 다른 한 쪽 전극에는 산소를 함유하는 산화물질을 접촉시켜 이온화된 연료물질과 산화물질의 전기화학적 반응시 발생되는 폐열을 저장하는 축열수단과,

   상기 축열수단에 열교환되도록 설치되어 그 타단이 축열수단에 의해 데펴진 온수를 상기 냉장고의 취출부로 유도하는 온수공급수단과,

   상기 연료물질과 산화물질의 전기화학적 반응시 생성되는 전기를 이용하여 냉동사이클을 구동시키고 그 냉동사이클의 구동시 발생되는 찬기운으로 냉수를 만들어 상기 냉장고의 취출부로 유도하는 냉수공급수단으로 된 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 냉/온수 공급 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 축열수단은 한 쪽 전극에 공급될 수소를 연료물질로부터 분리 생성시키는 개질 과정에서의 폐열도 함께 저장되도록 그 축열수단이 개질반응기와 전열매체로 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 냉/온수 공급 장치.

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