KR100761266B1 - Fuel cell system - Google Patents

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KR100761266B1 KR1020050118403A KR20050118403A KR100761266B1 KR 100761266 B1 KR100761266 B1 KR 100761266B1 KR 1020050118403 A KR1020050118403 A KR 1020050118403A KR 20050118403 A KR20050118403 A KR 20050118403A KR 100761266 B1 KR100761266 B1 KR 100761266B1
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Abstract

본 발명은, 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 공급받은 연료를 화학반응시켜 수소부유가스를 발생시키는 개질유닛과; 상기 수소부유가스와 공기의 전기화학적인 반응에 의하여 전기에너지를 발생시키는 스택유닛과; 상기 스택유닛을 냉각시키는 냉각수를 저장하는 제1물탱크와, 일단이 상기 스택유닛과 연결되고 타단이 상기 제1물탱크와 연결되며 냉각수가 유동하는 제1열회수관으로 이루어지는 스택냉각유닛과; 상기 개질유닛에서 발생되는 열을 회수하는 냉각수를 저장하는 제2물탱크와, 일단이 상기 개질유닛과 연결되고 타단이 상기 제2물탱크와 연결되며 냉각수가 유동하는 제2열회수관과, 상기 제1열회수관을 따라 유동하는 냉각수와 상호 열교환되는 제3열회수관을 구비한 열회수유닛과; 상기 제3열회수관을 따라 유동하는 냉각수와 상기 제1열회수관을 따라 유동하는 냉각수를 상호 열교환시키는 열교환유닛을; 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 물탱크 내부의 물을 가열시키는 개질유닛에서 발생되는 열과 스택유닛에서 발생되는 열을 열교환시킨 후 물탱크의 내부로 회수함으로써 가열된 물이 물탱크의 내부로 회수될 때 발생되는 케비테이션 현상을 방지할 수 있는 연료전지 시스템이 제공된다. The present invention relates to a fuel cell system, comprising: a reforming unit for generating a hydrogen floating gas by chemically reacting a supplied fuel; A stack unit generating electric energy by an electrochemical reaction between the hydrogen floating gas and air; A stack cooling unit comprising a first water tank configured to store the coolant for cooling the stack unit, and a first heat recovery tube having one end connected to the stack unit and the other end connected to the first water tank and through which coolant flows; A second water tank configured to store cooling water for recovering heat generated from the reforming unit, a second heat recovery tube having one end connected to the reforming unit and the other end connected to the second water tank, and the coolant flowing; A heat recovery unit having a third heat recovery pipe that is heat-exchanged with the cooling water flowing along the one heat recovery pipe; A heat exchange unit configured to mutually heat-exchange the cooling water flowing along the third heat recovery pipe and the cooling water flowing along the first heat recovery pipe; It is characterized by including. Accordingly, the cavitation phenomenon generated when the heated water is recovered into the water tank by heat-exchanging the heat generated from the reforming unit that heats the water inside the water tank and the heat generated by the stack unit, and then recovering it into the water tank. There is provided a fuel cell system capable of preventing the damage.

Description

연료전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}Fuel Cell System {FUEL CELL SYSTEM}

도 1은 종래의 연료전지 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 개략도,1 is a schematic diagram schematically showing the structure of a conventional fuel cell system;

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 개략도,2 is a schematic diagram schematically showing a structure of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention;

도 3은 도 2의 열교환유닛의 구조를 도시한 사시도,Figure 3 is a perspective view showing the structure of the heat exchange unit of Figure 2,

도 4는 도 2의 다른 실시예에 따른 열교환유닛의 구조를 도시한 사시도이다. Figure 4 is a perspective view showing the structure of a heat exchange unit according to another embodiment of FIG.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **

100 : 연료공급유닛 200 : 개질유닛100: fuel supply unit 200: reforming unit

300 : 스택유닛 400 : 전력변환유닛300: stack unit 400: power conversion unit

500 : 제1물탱크 510 : 제1열회수관500: first water tank 510: first heat recovery pipe

600 : 제2물탱크 610 : 제3열회수관600: second water tank 610: third heat recovery pipe

620 : 제3열회수관 700 : 열교환유닛620: third heat recovery pipe 700: heat exchange unit

710 : 케이싱 720 : 열교환관710: casing 720: heat exchanger tube

본 발명은, 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 물탱크 내 부의 물을 가열시키는 개질유닛에서 발생되는 열과 스택유닛에서 발생되는 열을 열교환시킨 후 물탱크의 내부로 회수함으로써 가열된 물이 물탱크의 내부로 회수될 때 발생되는 케비테이션 현상을 방지할 수 있는 연료전지 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, water heated by heat-exchanging heat generated in a reforming unit for heating water in a water tank and heat generated in a stack unit, and then recovered into the water tank. The present invention relates to a fuel cell system capable of preventing cavitation phenomenon generated when the water tank is recovered into the water tank.

도 1은 종래의 연료전시 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 개략도이다. 1 is a schematic diagram schematically showing the structure of a conventional fuel display system.

도면에 도시한 바와 같이, 상기 연료전지 시스템은 일정량의 연료를 공급하는 연료공급유닛(10)과, 연료공급유닛(10)의 연료를 공급받아 수소가스와 열을 포함하는 수소부유가스를 발생시키는 개질유닛(20)과, 개질유닛(20)에서 발생되는 수소가스와 별도로 공급되는 산소의 전기화학반응으로 전기와 열을 발생시키는 스택유닛(30)과, 스택유닛(30)에서 발생된 전기를 변환시키는 전력변환기(40)와, 개질유닛(20)과 스택유닛(30)에서 발생되는 열을 회수하여 개질유닛(20)과 스택유닛(30)을 냉각시킴과 동시에 내부에 저장된 물을 데울 수 있는 제1물탱크(50)와 제2물탱크(60)를 포함하여 구성되어 있다. As shown in the figure, the fuel cell system receives a fuel supply unit 10 for supplying a certain amount of fuel, and generates a hydrogen-rich gas including hydrogen gas and heat by receiving fuel from the fuel supply unit 10. The reforming unit 20, the stack unit 30 for generating electricity and heat by the electrochemical reaction of oxygen supplied separately from the hydrogen gas generated in the reforming unit 20, and the electricity generated in the stack unit 30 By recovering the heat generated by the power converter 40, the reforming unit 20 and the stack unit 30 to convert the cooling unit 20 and the stack unit 30 and at the same time can be heated to the water stored therein It is configured to include a first water tank 50 and the second water tank (60).

개질유닛(20)는 연료공급유닛(10)을 통해 공급되는 연료가 물과 공기와 함께 유입되어 상기 연료에 함유된 황을 제거하는 탈황반응기(21)와, 연료와 수증기가 반응하는 수증기 개질반응기(22)와, 일산화탄소와 수증기가 반응하도록 하는 고온수반응기(23)와, 일산화탄소를 이산화탄소로 변환시키는 저온수반응기(24)와, 산화되지 않은 일산화탄소를 이산화탄소로 변환시키는 부분산화반응기(25) 및 개질반응 그리고 수소정제반응이 일어나면서 연료로부터 수소가 생성되는 반응로(26)와, 반응로(26)에 접촉 결합되어 반응로(26)에서 필요한 열을 공급하는 버너(27)로 이루어진다.The reforming unit 20 includes a desulfurization reactor 21 in which fuel supplied through the fuel supply unit 10 is introduced together with water and air to remove sulfur contained in the fuel, and a steam reforming reactor in which fuel and steam react. (22), a high temperature water reactor (23) for reacting carbon monoxide and steam, a low temperature water reactor (24) for converting carbon monoxide to carbon dioxide, a partial oxidation reactor (25) for converting unoxidized carbon monoxide to carbon dioxide, and A reforming reaction and a hydrogen purifying reaction occur in a reactor 26 in which hydrogen is generated from the fuel, and a burner 27 which is in contact with the reactor 26 to supply the necessary heat in the reactor 26.

스택유닛(30)는 단위 전지가 하나 또는 하나 이상이 적층되어 이루어지며 상기 단위전지는 두개의 바이폴라 플레이트와 그 바이폴라 플레이트 사이에 위치하는 엠이에이(MEA : Membrane Electrode Assembly, 32)를 포함하여 구성되며 상기 바이폴라 플레이트와 엠이에이의 일면에 의해 형성되며 연료가 유동하는 유로가 형성되고 그 엠이에이의 다른 일면과 그 일면에 대면되는 바이폴라 플레이트 사이에 공기가 유동하는 유로가 형성되며, 그 연료가 유동하는 측이 연료극(31)이 되고 공기가 유동하는 측이 공기극(32)이 된다.The stack unit 30 is formed by stacking one or more unit cells and the unit cell includes two bipolar plates and a Membrane Electrode Assembly (MEA) 32 disposed between the bipolar plates. A flow path is formed by the bipolar plate and one side of the MB and a flow path for fuel flow is formed, and an air flow path is formed between the other side of the MB and the bipolar plate facing the one side, and the fuel flows. The side becomes the anode 31 and the side through which air flows becomes the cathode 32.

제1물탱크(50)의 일측에는 스택유닛(30)과 연결되어 스택유닛(30)에서 발생되는 열을 회수하고, 그 회수된 열을 이용하여 스택유닛(30)을 냉각시키는 제1열회수관(51)이 구비되어 있다. One side of the first water tank 50 is connected to the stack unit 30 to recover the heat generated in the stack unit 30, the first heat recovery pipe for cooling the stack unit 30 by using the recovered heat 51 is provided.

제2물탱크(60)의 일측에는 개질유닛(20)과 연결되어 개질유닛(20)에서 발생되는 열을 회수하고, 그 회수된 열을 이용하여 제2물탱크(60) 내부에 저장된 물을 가열시키는 제1열회수관(61)이 구비되어 있으며 타측에는 제1물탱크(50)와 상호 열교환되도록 하는 제3열회수관(62)이 연결되어 있다. 그리고, 제2물탱크(60)의 소정의 위치에는 제2물탱크(60)로 수도물을 공급하는 냉수유입관(63)과 가열된 온수를 사용자에게 공급하는 온수유출관(64)이 구비되어 있다. One side of the second water tank 60 is connected to the reforming unit 20 to recover the heat generated from the reforming unit 20, and the water stored in the second water tank 60 by using the recovered heat A first heat recovery tube 61 for heating is provided, and a third heat recovery tube 62 for heat exchange with the first water tank 50 is connected to the other side. In addition, a predetermined position of the second water tank 60 is provided with a cold water inlet pipe 63 for supplying tap water to the second water tank 60 and a hot water outlet pipe 64 for supplying heated hot water to a user. have.

도면 중 미설명 부분인 11, 13은 압축기이고 12는 공기공급유닛이다. 11 and 13, which are not described in the drawings, are compressors and 12 are air supply units.

이러한 구성에 의하여, 연료공급유닛(10)에서 메탄올이나 천연액화가스(일명; LNG) 또는 가솔린 등의 연료와 물을 개질유닛(20)에 공급하게 되면 개질유닛(20)에서 수증기 개질 반응(Steam Reforming) 및 부분 산화 반응(Partial Oxidation)이 복합적으로 일어나면서 수소가스와 반응열과 그리고 물을 포함하는 수소부유가스를 발생시키게 된다.By such a configuration, when the fuel supply unit 10 supplies fuel and water such as methanol, natural liquefied gas (aka LNG) or gasoline to the reforming unit 20, steam reforming reaction in the reforming unit 20 (Steam). Reforming) and Partial Oxidation are combined to generate hydrogen gas, heat of reaction and hydrogen rich gas containing water.

상기 수소부유가스를 공급받은 스택유닛(30)에서는 수소가스(H2)가 연료극(Anode; 일명, 산화전극)(31)측에 공급되어 전기 화학적 산화 반응이 일어나면서 수소이온 H+ 과 전자 e- 로 이온화되면서 산화된다. 이온화된 수소 이온은 전해질막(32)을 통해 공기극(Cathode; 일명, 환원전극)(33)측으로 이동하게 되고 아울러 전자는 연료극(31)을 통해 이동하게 되어 전기와 열과 물을 발생시키게 된다. 스택유닛(30)에서 발생된 전기는 전력변환기(40)에 의해 변환되면서 전기 제품을 가동시키게 된다. In the stack unit 30 supplied with the hydrogen floating gas, hydrogen gas (H 2 ) is supplied to an anode (aka, anode) 31, and an electrochemical oxidation reaction occurs to generate hydrogen ions H + and electrons e. - is oxidized to ionize. Ionized hydrogen ions are moved to the cathode (cathede) (electrode 33) side through the electrolyte membrane 32 and the electrons are moved through the anode 31 to generate electricity, heat and water. The electricity generated by the stack unit 30 is converted by the power converter 40 to operate the electric product.

한편, 개질유닛(20)에서 발생되는 열은 개질유닛(20)과 연결되어 있는 제2열회수관(61)을 통하여 회수되어 제2물탱크(60)에 저장되고 또한, 스택유닛(30)에서 발생되는 열은 제1열회수관(51)을 통해 제1물탱크(50)에 회수되어 저장되면서 스택유닛(30)를 냉각시키게 되며, 개질유닛(20)과 스택유닛(30)에서 발생되는 열이 회수되어 제2물탱크(60) 내부의 물은 데워지고 이 물은 온수유출관(64)을 통하여 사용자에게 공급된다. On the other hand, the heat generated in the reforming unit 20 is recovered through the second heat recovery pipe 61 connected to the reforming unit 20 and stored in the second water tank 60, and also in the stack unit 30 The generated heat is recovered and stored in the first water tank 50 through the first heat recovery pipe 51 to cool the stack unit 30, and heat generated from the reforming unit 20 and the stack unit 30. The water is recovered and the water inside the second water tank 60 is heated, and the water is supplied to the user through the hot water outlet pipe 64.

그런데, 이러한 종래의 연료전지 시스템에 있어서는, 제2물탱크(60) 내부의 냉각수가 제2열회수관(61)을 따라 스택유닛(30)과 열교환된 후 다시 제2물탱크(60)의 내부로 유입될 때 냉각수가 과도하게 가열되어 캐비테이션(Cavitation) 현상이 발생되므로 제2열회수관(61)을 유동시에 소음과 진동이 발생한다는 문제점이 있다. However, in the conventional fuel cell system, the coolant inside the second water tank 60 is heat-exchanged with the stack unit 30 along the second heat recovery pipe 61 and then again inside the second water tank 60. When the coolant is excessively heated to generate a cavitation phenomenon, a noise and vibration are generated when the second heat recovery pipe 61 flows.

따라서, 본 발명의 목적은, 물탱크 내부의 물을 가열시키는 개질유닛에서 발생되는 열과 스택유닛에서 발생되는 열을 열교환시킨 후 물탱크의 내부로 회수함으로써 가열된 물이 물탱크의 내부로 회수될 때 발생되는 케비테이션 현상을 방지할 수 있는 연료전지 시스템을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to heat the water generated in the reforming unit that heats the water in the water tank and the heat generated in the stack unit after the heat exchange to recover the inside of the water tank to recover the heated water into the water tank. It is to provide a fuel cell system that can prevent the cavitation phenomenon that occurs when.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 공급받은 연료를 화학반응시켜 수소부유가스를 발생시키는 개질유닛과; 상기 수소부유가스와 공기의 전기화학적인 반응에 의하여 전기에너지를 발생시키는 스택유닛과; 상기 스택유닛을 냉각시키는 냉각수를 저장하는 제1물탱크와, 일단이 상기 스택유닛과 연결되고 타단이 상기 제1물탱크와 연결되며 냉각수가 유동하는 제1열회수관으로 이루어지는 스택냉각유닛과; 상기 개질유닛에서 발생되는 열을 회수하는 냉각수를 저장하는 제2물탱크와, 일단이 상기 개질유닛과 연결되고 타단이 상기 제2물탱크와 연결되며 냉각수가 유동하는 제2열회수관과, 상기 제1열회수관을 따라 유동하는 냉각수와 상호 열교환되는 제3열회수관을 구비한 열회수유닛과; 상기 제3열회수관을 따라 유동하는 냉각수와 상기 제1열회수관을 따라 유동하는 냉각수를 상호 열교환시키는 열교환유닛을; 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템에 의해 달성된다.The object is, according to the present invention, a reforming unit for generating a hydrogen floating gas by chemically reacting the supplied fuel; A stack unit generating electric energy by an electrochemical reaction between the hydrogen floating gas and air; A stack cooling unit comprising a first water tank configured to store the coolant for cooling the stack unit, and a first heat recovery tube having one end connected to the stack unit and the other end connected to the first water tank and through which coolant flows; A second water tank configured to store cooling water for recovering heat generated from the reforming unit, a second heat recovery tube having one end connected to the reforming unit and the other end connected to the second water tank, and the coolant flowing; A heat recovery unit having a third heat recovery pipe that is heat-exchanged with the cooling water flowing along the one heat recovery pipe; A heat exchange unit configured to mutually heat-exchange the cooling water flowing along the third heat recovery pipe and the cooling water flowing along the first heat recovery pipe; It is achieved by a fuel cell system comprising a.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.

다만, 종래의 구성과 동일한 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다. However, detailed description of the same parts as the conventional configuration will be omitted.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 구조를 개략적으로 도시한 개략도이고, 도 3은 도 2의 열교환기의 구조를 도시한 사시도이며, 도 4는 다른 실시예에 따른 열교환기의 구조를 도시한 사시도이다. 2 is a schematic view schematically showing the structure of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a perspective view showing the structure of the heat exchanger of FIG. 2, and FIG. 4 is a heat exchanger according to another embodiment. It is a perspective view showing the structure of the.

이들 도면에 도시한 바와 같이, 본 발명의 연료전지 시스템은, 공급받은 연료를 화학반응시켜 수소부유가스를 발생시키는 개질유닛(200)과, 상기 수소부유가스와 공기의 전기화학적인 반응에 의하여 전기에너지를 발생시키는 스택유닛(300)과, 스택유닛(300)을 냉각시키는 냉각수를 저장하는 제1물탱크(500)와, 일단이 스택유닛(300)과 연결되고 타단이 제1물탱크(500)와 연결되며 냉각수가 유동하는 제1열회수관(510)으로 이루어지는 스택냉각유닛과, 개질유닛(200)에서 발생되는 열을 회수하는 냉각수를 저장하는 제2물탱크(600)와, 일단이 개질유닛(200)과 연결되고 타단이 제2물탱크(600)와 연결되며 냉각수가 유동하는 제2열회수관(610)과, 제1열회수관(510)을 따라 유동하는 냉각수와 상호 열교환되는 제3열회수관(620)을 구비한 열회수유닛과, 제3열회수관(620)을 따라 유동하는 냉각수와 제1열회수관(510)을 따라 유동하는 냉각수를 상호 열교환시키는 열교환유닛(700)을 포함하여 구성되어 있다. As shown in these figures, the fuel cell system of the present invention comprises a reforming unit 200 that generates a hydrogen-rich gas by chemically reacting the supplied fuel, and the electrochemical reaction of the hydrogen-rich gas with air. The stack unit 300 for generating energy, the first water tank 500 for storing the coolant for cooling the stack unit 300, and one end of the stack unit 300 and the other end of the first water tank 500. Stack cooling unit is connected to the first heat recovery pipe 510 and the cooling water to recover the heat generated from the reforming unit 200, one end is reformed A third heat exchange pipe 610 connected to the unit 200 and the other end connected to the second water tank 600, and heat exchanged with the coolant flowing along the first heat recovery pipe 510, and the second heat recovery pipe 610 through which the coolant flows. A heat recovery unit having a heat recovery pipe 620 and a third heat recovery pipe 620. It is configured to include a heat exchange unit 700 for cross-flow heat exchanger for cooling water in the first heat recovery pipe cooling water flowing along the 510.

제1물탱크(500)의 일측에는 스택유닛(300)과 연결되어 스택유닛(300)에서 발생되는 열을 회수하고, 그 회수된 열을 이용하여 스택유닛(300)을 냉각시키는 제1열회수관(510)이 구비되어 있다. One side of the first water tank 500 is connected to the stack unit 300 to recover the heat generated from the stack unit 300, the first heat recovery pipe for cooling the stack unit 300 by using the recovered heat 510 is provided.

제2물탱크(600)의 일측에는 개질유닛(200)과 연결되어 개질유닛(200)에서 발생되는 열을 회수하고, 그 회수된 열을 이용하여 제2물탱크(600) 내부에 저장된 물을 가열시키는 제2열회수관(610)이 구비되어 있으며, 타측에는 제1물탱크(100)와 상호 열교환되도록 하는 제3열회수관(620)이 연결되어 있다. 그리고, 제2물탱크(600)의 소정의 위치에는 제2물탱크(600)로 수도물을 공급하는 냉수유입관(630)과 가열된 온수를 사용자에게 공급하는 온수유출관(640)이 구비되어 있다. One side of the second water tank 600 is connected to the reforming unit 200 to recover the heat generated from the reforming unit 200, and the water stored in the second water tank 600 by using the recovered heat A second heat recovery tube 610 for heating is provided, and a third heat recovery tube 620 for mutual heat exchange with the first water tank 100 is connected to the other side. In addition, a predetermined position of the second water tank 600 is provided with a cold water inlet pipe 630 for supplying tap water to the second water tank 600 and a hot water outlet pipe 640 for supplying heated hot water to a user. have.

열교환유닛(700)은 제2열회수관(610)을 따라 유동하는 냉각수가 유입되는 케이싱(710)과, 제3열회수관(620) 상에 설치되며 케이싱(710)의 내부에 배치되는 열교환관(720)으로 구성되어 있다. The heat exchange unit 700 is a casing 710 into which the coolant flowing along the second heat recovery pipe 610 flows, and a heat exchange pipe installed on the third heat recovery pipe 620 and disposed inside the casing 710 ( 720).

케이싱(710)을 통과한 제2열회수관(610)은 제3열회수관(620)과 합관되도록 구성되어 있으며, 케이싱(710)의 내부에 설치되는 열교환관(720)은 열교환 면적을 넓힐 수 있도록 나선 형태로 형성되거나, 혹은 그 외면에 복수의 방열핀(721)을 구비하여 구성할 수도 있다. The second heat recovery pipe 610 passed through the casing 710 is configured to be combined with the third heat recovery pipe 620, and the heat exchange tube 720 installed in the casing 710 may expand the heat exchange area. It may be formed in a spiral form or may be provided with a plurality of heat dissipation fins 721 on its outer surface.

이러한 구성에 의하여, 연료공급유닛(100)에서 메탄올이나 천연액화가스(일명; LNG) 또는 가솔린 등의 연료와 물을 개질유닛(200)에 공급하게 되면 개질유닛(200)에서 수증기 개질 반응(Steam Reforming) 및 부분 산화 반응(Partial Oxidation)이 복합적으로 일어나면서 수소가스와 반응열과 그리고 물을 포함하는 수소부유가스를 발생시키게 된다.By such a configuration, when the fuel supply unit 100 supplies fuel and water such as methanol, natural liquefied gas (aka LNG) or gasoline to the reforming unit 200, steam reforming reaction in the reforming unit 200 (Steam). Reforming) and Partial Oxidation are combined to generate hydrogen gas, heat of reaction and hydrogen rich gas containing water.

상기 수소부유가스를 공급받은 스택유닛(300)에서는 수소가스(H2)가 연료극(Anode; 일명, 산화전극)(310)측에 공급되어 전기 화학적 산화 반응이 일어나면서 수소이온 H+ 과 전자 e- 로 이온화되면서 산화된다. 이온화된 수소 이온은 전해질막(320)을 통해 공기극(Cathode; 일명, 환원전극)(330)측으로 이동하게 되고 아울러 전자는 연료극(310)을 통해 이동하게 되어 전기와 열과 물을 발생시키게 된다. 스택유닛(300)에서 발생된 전기는 전력변환기(400)에 의해 변환되면서 전기 제품을 가동시키게 된다. In the stack unit 300 supplied with the hydrogen-rich gas, hydrogen gas (H 2 ) is supplied to the anode (Anode; also known as an anode) 310 so that an electrochemical oxidation reaction occurs and hydrogen ions H + and electrons e. - is oxidized to ionize. Ionized hydrogen ions are moved to the cathode (aka, cathode electrode) 330 side through the electrolyte membrane 320 and the electrons are moved through the anode 310 to generate electricity, heat and water. The electricity generated by the stack unit 300 is converted by the power converter 400 to operate the electric product.

한편, 제1물탱크(500) 내부에 저장된 냉각수는 제1열회수관(510)을 통하여 제1물탱크(500)의 외부로 유출되어 스택유닛(300)을 경유하면서 스택유닛(300)에서 발생되는 열을 회수하고, 제2물탱크(600) 내부에 저장된 냉각수는 제2열회수관(610)을 통하여 외부로 유출되어 개질유닛(200)을 경유하면서 개질유닛(300)에서 발생되는 열을 회수하고 열교환유닛(700)의 케이싱(710)을 통과하여 다시 제2물탱크(600)로 유입된다. Meanwhile, the coolant stored in the first water tank 500 is discharged to the outside of the first water tank 500 through the first heat recovery pipe 510 and generated in the stack unit 300 via the stack unit 300. Recover the heat to be recovered, the cooling water stored in the second water tank 600 is discharged to the outside through the second heat recovery pipe 610 to recover the heat generated from the reforming unit 300 via the reforming unit 200 Then, it passes through the casing 710 of the heat exchange unit 700 and flows back into the second water tank 600.

또한, 제2물탱크(600) 내부에 저장된 냉각수는 제3열회수관(620)을 통하여서도 제2물탱크(600)의 외부로 유출되는데, 이 냉각수는 제1열회수관(510)을 따라 유동하는 제1물탱크(500) 내부에 저장된 냉각수와 열교환하여 소정 온도로 냉각된 후에 열교환유닛(700)의 열교환관(720)을 통과하면서 제2열회수관(610)을 따라 유동하는 가열된 물을 냉각시킴으로서 제2물탱크(600)의 내부로 다시 유입되는 물의 온도를 낮출 수 있게 된다.In addition, the coolant stored in the second water tank 600 flows out of the second water tank 600 through the third heat recovery pipe 620, and the coolant flows along the first heat recovery pipe 510. Heated water flowing along the second heat recovery pipe 610 while passing through the heat exchange tube 720 of the heat exchange unit 700 after being cooled to a predetermined temperature by heat exchange with the cooling water stored in the first water tank 500 By cooling, the temperature of the water flowing back into the second water tank 600 may be lowered.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 열교환유닛을 통하여 제1물탱크 내부의 물을 가열시키는 스택유닛에서 발생되는 열과 제2물탱크 내부의 물을 가열시키는 개질유닛에서 발생되는 열을 열교환시킨 후 제2물탱크의 내부로 회수함으로써 가열된 물이 제2물탱크의 내부로 회수될 때 발생되는 케비테이션 현상을 방지할 수 있는 연료전지 시스템이 제공된다.As described above, according to the present invention, after heat-exchanging heat generated in the stack unit for heating the water in the first water tank and heat generated in the reforming unit for heating the water in the second water tank through the heat exchange unit There is provided a fuel cell system capable of preventing cavitation phenomena generated when heated water is recovered into the second water tank by recovering it into the second water tank.

Claims (5)

공급받은 연료를 화학반응시켜 수소부유가스를 발생시키는 개질유닛과;A reforming unit for generating a hydrogen floating gas by chemically reacting the supplied fuel; 상기 수소부유가스와 공기의 전기화학적인 반응에 의하여 전기에너지를 발생시키는 스택유닛과;A stack unit generating electric energy by an electrochemical reaction between the hydrogen floating gas and air; 상기 스택유닛을 냉각시키는 냉각수를 저장하는 제1물탱크와, 일단이 상기 스택유닛과 연결되고 타단이 상기 제1물탱크와 연결되며 냉각수가 유동하는 제1열회수관으로 이루어지는 스택냉각유닛과;A stack cooling unit comprising a first water tank configured to store the coolant for cooling the stack unit, and a first heat recovery tube having one end connected to the stack unit and the other end connected to the first water tank and through which coolant flows; 상기 개질유닛에서 발생되는 열을 회수하는 냉각수를 저장하는 제2물탱크와, 일단이 상기 개질유닛과 연결되고 타단이 상기 제2물탱크와 연결되며 냉각수가 유동하는 제2열회수관과, 상기 제1열회수관을 따라 유동하는 냉각수와 상호 열교환되는 제3열회수관을 구비한 열회수유닛과;A second water tank configured to store cooling water for recovering heat generated from the reforming unit, a second heat recovery tube having one end connected to the reforming unit and the other end connected to the second water tank, and the coolant flowing; A heat recovery unit having a third heat recovery pipe that is heat-exchanged with the cooling water flowing along the one heat recovery pipe; 상기 제3열회수관을 따라 유동하는 냉각수와 상기 제1열회수관을 따라 유동하는 냉각수를 상호 열교환시키는 열교환유닛을; 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.A heat exchange unit configured to mutually heat-exchange the cooling water flowing along the third heat recovery pipe and the cooling water flowing along the first heat recovery pipe; Fuel cell system comprising a. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열교환유닛은 상기 제2열회수관을 따라 유동하는 냉각수가 유입되는 케이싱과, 상기 제3열회수관 상에 설치되며 상기 케이싱의 내부에 배치되는 열교환관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The heat exchange unit comprises a casing into which the coolant flowing along the second heat recovery pipe is introduced, and a heat exchange tube installed on the third heat recovery pipe and disposed inside the casing. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 케이싱을 통과한 상기 제2열회수관은 상기 제3열회수관과 합관되는 것을 특징으로 연료전지 시스템.And the second heat recovery pipe passing through the casing is combined with the third heat recovery pipe. 제2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 열교환관은 나선 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The heat exchange tube is a fuel cell system, characterized in that formed in the form of a spiral. 삭제delete
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