KR100764784B1 - 단위 홈 연료전지시스템 - Google Patents

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KR100764784B1
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황용준
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박정규
허성근
김기동
김태원
류성남
김선회
구본관
육형규
이현재
이길용
박준성
권선구
박병탁
이상헌
진근호
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Abstract

본 발명에 따른 단위 홈 연료전지시스템은, 복수개의 가구(家口)들에 각각 설치되는 단위 홈 연료전지시스템들과, 상기 단위 홈 연료전지시스템들에 공통적으로 수소를 공급하는 공동개질기를 포함하는 멀티홈 에너지 공급시스템에 있어서, 상기 단위 홈 연료전지시스템은, 상기 공동개질기로부터 공급받은 수소와 공급받은 공기의 전기 화학적 반응에 의해 전기를 생성하는 스택유닛; 상기 스택유닛에 공기를 공급하는 공기공급유닛; 상기 스택유닛에서 열을 회수하여 상기 스택유닛을 냉각시키며, 회수된 열을 저장하는 통합열교환유닛; 상기 통합열교환유닛에 저장된 열을 공급받아 난방 및 온수를 공급하는 온수공급유닛; 상기 공동개질기로부터 직접 공급되는 수소 또는 상기 스택유닛으로부터 반응 후 배출되는 수소와, 상기 공기공급유닛으로부터 공기를 공급받아 열을 생성하여, 상기 온수공급유닛에 선택적으로 열을 공급하는 보조열공급유닛; 및 상기 스택유닛에서 발생되는 전기를 상용전원으로 변환시켜 가구에 전기를 제공하는 전기출력유닛;을 포함한다.
단위 홈 연료전지시스템, 통합열교환유닛, 온수공급유닛, 보조열공급유닛

Description

단위 홈 연료전지시스템{FUEL CELL UNIT SYSTEM}
도 1은 본 발명에 따른 복수개의 가구(家口)들에 각각 설치되는 단위 홈 연료전지시스템들과, 상기 단위 홈 연료전지시스템들에 공통적으로 수소를 공급하는 공동개질기를 포함하는 멀티홈 에너지 공급시스템를 나타낸 도면,
도 2는 도 1의 단위 홈 연료전지시스템들 중 어느 하나의 구성을 상세하게 나타낸 도면,
도 3은 도 2의 단위 홈 연료전지시스템들과 분배유닛을 연결하는 분배공급관들 상에 보조분배유닛이 설치된 도면,
도 4는 도 2의 통합열교환유닛과 스택유닛을 연결하는 냉각수라인상에 이온필터가 설치된 도면,
도 5는 도 2의 통합열교환유닛의 열교환모듈몸체내에 보조히터가 설치된 도면이다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
10 : 공동개질기 20 : 분배유닛
30 : 보조분배유닛 40 : 단위 홈 연료전지시스템
100 : 공기공급유닛 200 : 온수공급유닛
300 : 스택유닛 350 : 재순환유닛
400 : 보조열공급유닛 450 : 승온유닛
500 : 통합열교환유닛 600 : 전기출력유닛
본 발명은 복수개의 가구(家口)들에 각각 설치되는 단위 홈 연료전지시스템들과 상기 단위 홈 연료전지시스템들에 공통적으로 수소를 공급하는 공동개질기를 포함하는 멀티홈 에너지 공급시스템에 있어서, 특히 각 가구에 설치되는 공간을 최소화할 수 있고 가구에 전기에너지 및 열에너지를 사시사철 안정적으로 공급할 수 있는 단위 홈 연료전지시스템에 관한 것이다.
에너지원으로 주로 사용되고 있는 오일은 환경을 오염시키는 주요원인이 되고 있다. 산업 규모의 증가와 자동차의 증가 등으로 인하여 오일의 수요가 폭발적으로 증가하여 오일 가격이 급격히 상승하고 있고, 이와 함께 오일 매장량이 한정되어 있어 에너지원으로서 오일을 대체하기 위한 많은 연구 개발이 진행되고 있으며, 그 대안 중의 하나로 연료전지의 개발이 진행되고 있다.
연료전지는 화학적 에너지를 직접 전기에너지로 전환시키는 발전 장치로서, 수소를 포함하는 연료가 지속적으로 공급됨과 동시에 산소가 포함된 공기가 지속적으로 공급되고 그 공급되는 수소와 산소의 전기 화학적 반응을 거쳐 반응 전후의 에너지 차를 전기에너지로 직접 변환시킨다. 이와 같이 연료전지는 연료와 산소가 공급되면서 지속적으로 전기에너지를 발생시키게 되며, 아울러 부산물로 반응열과 물이 생성된다.
상기 연료전지의 종류는 인산형 연료전지(Phosphoric Acid Fuel Cell), 알칼리형 연료전지(Alkaline Fuel Cell), 고분자 전해질형 연료전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell), 용융 탄산염형 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell), 고체 산화물형 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell), 직접 메탈올 연료전지(Direct Methanol Fuel Cell) 등 다양하다.
또한, 연료전지는 적용 분야에 따라 가정에 전기를 공급하는 가정용 연료전지와, 전기 자동차에 사용되는 자동차용 연료전지와, 휴대용 단말기나 노트북 등에 사용되는 소형 연료전지 등 다양하다.
특히, 가정용 연료전지는 가정에서 사용하고 있는 가전 제품, 조명 기기 등에 안정적으로 전기에너지를 공급할 수 있도록 개발되고 있다. 가정이나 식당에서 가정용 연료전지시스템이 설치될 경우, 그 가정이나 식당에서 사용되는 전기기기에 안정적으로 전기를 공급하기 위하여 발전소 등에서 발전되어 가정으로 공급되는 외부 공급 전기와 연료전지에서 발전된 전기를 동시에 가정으로 공급하게 된다.
우리나라와 같이 사계절이 뚜렷한 지역의 경우, 겨울철에는 난방을 위한 에너지의 소모가 크고 여름철의 경우 냉방을 위한 에너지의 소모가 크다. 특히 난방을 위하여 LNG등의 가스를 사용하게 될 경우 겨울철에는 난방을 하기 위한 가스 에너지의 소모가 크게 되고 여름철에는 에어컨, 냉장고 등의 사용 증가로 전기에너지의 소모가 증가하게 된다. 이로 인하여 여름철에는 전기에너지의 공급 부족을 초래하게 될 뿐만 아니라 겨울철에는 가스의 과잉 사용으로 인하여 가스 가격을 상승을 초래하게 된다. 이와 같은 문제점은 중요한 해결 과제 중의 하나이다.
또한, 가정에 설치되는 연료전지시스템은 그 크기가 최소화되어야 한다. 만일 가정에서 설치되는 연료전지시스템의 크기가 크게 될 경우 그 연료전지시스템의 설치 공간이 크게 되므로 상대적으로 주거 공간이 작아지게 되어 가족 구성원의 불편을 초래하게 되고, 또한, 그 연료전지시스템의 설치 공간의 제약을 받게 된다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로,
첫째, 복수개의 가구들에 효율적으로 전기에너지 및 열에너지를 공급하여, 특히 여름철과 겨울철에 그 가구들에 안정적으로 에너지를 공급할 수 있는 단위 홈 연료전지시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
둘째, 주거공간확보를 위해 크기가 최소화된 단위 홈 연료전지시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
셋째, 각 방(Room)의 바닥, 벽면 또는 천장의 내부 구석구석을 지나도록 설치된 히팅라인에 열을 전달하여 효과적으로 방을 난방시킬 수 있는 단위 홈 연료전지시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
넷째, 보조열공급유닛의 촉매반응 후에 배출되는 고온의 폐가스(discharged gas)를 재활용할 수 있는 단위 홈 연료전지시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
다섯째, 스택유닛으로부터 전기 생성 후 남아 배출되는 수소를 다시 스택유닛으로 투입하여 재순환시킬 수 있는 단위 홈 연료전지시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
여섯째, 많은 열교환기 없이도 스택유닛을 냉각시키고, 스택유닛의 연료극에 공급되는 수소를 승온시키고, 스택유닛의 공기극에 공급되는 공기를 승온시키고, 온수저장탱크내 저장된 온수를 가열시키는 것이 한꺼번에 가능한 단위 홈 연료전지시스템을 제공하는 데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 단위 홈 연료전지시스템은, 복수개의 가구(家口)들에 각각 설치되는 단위 홈 연료전지시스템들과, 상기 단위 홈 연료전지시스템들에 공통적으로 수소를 공급하는 공동개질기를 포함하는 멀티홈 에너지 공급시스템에 있어서, 상기 단위 홈 연료전지시스템은, 상기 공동개질기로부터 공급받은 수소와 공급받은 공기의 전기 화학적 반응에 의해 전기를 생성하는 스택유닛; 상기 스택유닛에 공기를 공급하는 공기공급유닛; 상기 스택유닛에서 열을 회수하여 상기 스택유닛을 냉각시키며, 회수된 열을 저장하는 통합열교환유닛; 상기 통합열교환유닛에 저장된 열을 공급받아 난방 및 온수를 공급하는 온수공급유닛; 상기 공동개질기로부터 직접 공급되는 수소 또는 상기 스택유닛으로부터 반응 후 배출되는 수소와, 상기 공기공급유닛으로부터 공기를 공급받아 열을 생성하여, 상기 온수공급유닛에 선택적으로 열을 공급하는 보조열공급유닛; 및 상기 스택유닛에서 발생되는 전기를 상용전원으로 변환시켜 가구에 전기를 제공하는 전기출력유닛;를 포함한다. 이러한 단위 홈 연료전지시스템에는 수소를 생산하기 위한 별도의 개질기가 필요없어, 단위 홈 연료전지시스템의 크기가 줄어들 수 있어 단위 홈 연료전지시스템의 설치 공간 크기의 제약이 줄어든다. 또한, 보조열공급유닛으로 인해, 복수개의 가구들에 효율적으로 전기에너지 및 열에너지를 공급하게 될 뿐만 아니라 특히 여름철과 겨울철에 그 가구들에 안정적으로 에너지를 공급하게 됨으로써 에너지 공급의 신뢰성을 높일 수 있게 될 뿐만 아니라 전기에너지를 생산하기 위한 오일 사용량을 줄여 환경 오염을 줄일 수 있다.
상기 공기공급유닛은, 상기 보조열공급유닛에 공기를 공급하는 송풍기를 포함하는 제1공기공급유닛; 및 상기 스택유닛에 공기를 공급하는 송풍기와 공급되는 공기를 가습시키는 가습기를 포함하는 제2공기공급유닛;을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 통합열교환유닛은, 상기 스택유닛으로 유입되는 공기 및 수소를 저장된 열을 이용하여 승온시키는 기능을 더 구비하는 것이 바람직하며, 이를 위해 상기 통합열교환유닛은 냉각수가 저장되는 열교환모듈몸체; 및 상기 열교환모듈몸체내에 설치된 보조히터;를 포함하며, 상기 열교환모듈몸체의 내부를, 상기 온수공급유닛의 온수저장탱크에서 상기 전기출력유닛의 내부를 통과하여 다시 상기 온수저장탱크로 연결된 제2온수라인과, 온수저장탱크에서 다시 상기 온수저장탱크로 연결된 제1온수라인과, 상기 공동개질기와 상기 스택유닛을 연결하여 수소를 공급하는 제1라인과, 상기 공기공급유닛과 상기 스택유닛을 연결하여 공기를 공급하는 공기공급라인과, 상기 스택유닛을 냉각시키기 위해 냉각수가 순환하는 냉각수라인이 통과하는 것이 바람직하다. 여기서, 냉각수의 이온화를 방지하기 위해 상기 냉각수라인에는 이온필터가 더 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 통합열교환유닛에 의해, 열교환기가 많이 필요없어도 스택유닛을 냉각시키고, 스택유닛의 연료극에 공급되는 수 소를 승온시키고, 스택유닛의 공기극에 공급되는 공기를 승온시키고, 온수저장탱크내 저장된 온수를 가열시키는 것이 한꺼번에 가능하게 된다.
상기 온수공급유닛은, 온수가 저장되는 온수저장탱크; 상기 온수저장탱크에서 상기 보조열공급유닛의 내부를 통과하여 다시 상기 온수저장탱크로 연결된 제1온수라인; 상기 제1온수라인에 설치되며, 상기 온수를 순환시키는 제1온수펌프; 상기 온수저장탱크에서 상기 전기출력유닛과 상기 통합열교환유닛의 내부를 차례로 통과하여 다시 상기 온수저장탱크로 연결된 제2온수라인; 상기 제2온수라인에 설치되며, 상기 온수를 순환시키는 제2온수펌프; 및 난방을 위해 방의 바닥 또는 벽면등에 설치된 히팅라인 내부를 흐르는 온수에, 상기 제1온수라인의 내부를 흐르는 온수의 열을 전달하기 위한 열교환기;를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 온수공급유닛에 의해, 온수저장탱크내 저장된 온수의 열을 각 방(R)의 바닥, 벽면 또는 천장의 내부 구석구석을 지나도록 설치된 히팅라인의 내부를 흐르는 온수에 전달함으로 효과적으로 방을 난방시킬 수 있다.
여기서, 상기 단위 홈 연료전지시스템은 상기 보조열공급유닛으로부터 배출되는 고온의 폐가스를 이용하여, 상기 공동개질기에서 상기 보조열공급유닛으로 공급되는 수소 및 상기 공기공급유닛에서 상기 보조열공급유닛으로 공급되는 공기를 승온시키는 승온유닛;을 더 포함하며, 상기 승온유닛은, 승온몸체; 상기 보조열공급유닛으로부터 배출된 폐가스가 상기 승온몸체 내부로 유입되기 위한 폐가스유입라인; 상기 승온몸체 내부로 유입된 폐가스가 배출되기 위한 폐가스배출라인; 상기 승온몸체의 내부를 통과하며, 상기 공기공급유닛으로부터 상기 보조열공급유닛으로 공기가 유입되기 위한 촉매공기라인; 및 상기 승온몸체의 내부를 통과하며, 상기 공동개질기로부터 상기 보조열공급유닛으로 수소가 유입되기 위한 촉매연료라인;을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 승온유닛에 의해, 보조열공급유닛의 촉매반응 후에 배출되는 고온의 폐가스(discharged gas)를 재활용할 수 있다.
또한, 상기 단위 홈 연료전지시스템은, 상기 스택유닛에서 전기 생성 후 남아서 배출되는 수소를 다시 상기 스택유닛으로 투입시키는 재순환유닛;을 더 포함하며, 상기 재순환유닛은, 상기 스택유닛에서 배출되는 수소에서 수분을 제거하는 수분제거기; 상기 수분제거기에서 수분이 제거된 수소를 상기 스택유닛으로 송풍하기 위한 송풍기; 상기 공동개질기와 상기 스택유닛을 연결하는 제1라인과, 상기 스택유닛과 상기 수분제거기를 연결하는 제2라인과, 상기 수분제거기와 상기 송풍기를 연결하는 제3라인과, 상기 송풍기와 상기 제1라인을 연결하는 제4라인을 구비한 순환라인; 상기 제4라인상에 설치되며, 상기 스택유닛에서 배출된 수소를 상기 스택유닛 또는 상기 보조열공급유닛으로 선택적으로 공급하기 위한 3방밸브; 및 상기 3방밸브와 상기 보조열공급유닛을 연결하는 제5라인;을 더 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 송풍기의 회전수는, 상기 스택유닛이 최대로 생성해 낼 수 있는 전기량에 필요한 수소의 공급을 위한 최대 회전수로 미리 고정 세팅된 것이 바람직하다.
이러한 재순환유닛에 의해, 스택유닛으로부터 전기 생성 후 남아 배출되는 수소를 다시 스택유닛(300)으로 투입하여 재순환시킬 수 있어 연료 이용효율이 향상된다.
이하, 본 발명인 단위 홈 연료전지시스템을 구비한 멀티홈 에너지 공급시스템을 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명에 따른 복수개의 가구(家口)들에 각각 설치되는 단위 홈 연료전지시스템들과, 상기 단위 홈 연료전지시스템들에 공통적으로 수소를 공급하는 공동개질기를 포함하는 멀티홈 에너지 공급시스템를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 단위 홈 연료전지시스템들 중 어느 하나의 구성을 상세하게 나타낸 도면이고, 도 3은 도 2의 단위 홈 연료전지시스템들과 분배유닛 사이에 보조분배유닛이 설치된 도면이고, 도 4는 도 2의 통합열교환유닛과 스택유닛을 연결하는 냉각수라인상에 이온필터가 설치된 도면이고, 도 5는 도 2의 통합열교환유닛의 열교환모듈몸체내에 보조히터가 설치된 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 멀티홈 에너지 공급시스템은, 가스공급관(11)으로부터 공급되는 가스를 공급받아 수소를 발생시키는 공동개질기(10); 각 가구(H)마다 설치된 단위 홈 연료전지시스템(40)들; 공동개질기(10)에서 발생되는 수소를 단위 홈 연료전지시스템(40)들에 분배공급관(21)들을 통해 각각 공급하는 분배유닛(20);을 포함한다.
상기 공동개질기(10)는 가스공급관(11)을 통해 연료를 공급받아 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H2)를 정제시키게 된다.이때 연료로는 LNG, LPG, CH3OH 등의 탄화수소계(CH계열)이 사용된다. 이러한 공동개질기(10)는 장소의 제약상 아파트 건물(B)의 지하실 등에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 공동개질기(10)와 분배유닛(20)사이에는 공동개질기(10)에서 생산된 수소가 분배유닛(20)으로 유입되도록 하는 수소공급관(12)이 설치되며, 분배유닛(20)과 보조분배유닛(30)사이에는 분배유닛(20)에서 각 가구로 수소가 분배되어 공급되도록 하는 복수개의 분배공급관(21)들이 설치된다.
여기서, 상기 분배유닛(20)은 고층에 위치한 가구(H)에 수소가 공급되는 과정에서 압력이 저하되는 것을 막기 위하여 각 가구(H)에 설치된 단위 홈 연료전지시스템(40)에 고압(高壓)으로 수소를 공급한다. 이렇게 고압에 의해 수소가 공급되므로 분배공급관(21)의 별도의 연료펌프를 설치할 필요가 없게 된다.
한편, 공동개질기(10)에서 단위 홈 연료전지시스템(40)들에 공급되는 수소가 공통적으로 생산됨으로서 단위 홈 연료전지시스템(40)들이 각자 수소를 생산해 내는 경우보다 효율적으로 수소를 대량으로 생산해 낼 수 있다. 또한, 단위 홈 연료전지시스템(40)들에 수소를 생산하기 위한 별도의 개질기가 필요없게 되어, 단위 홈 연료전지시스템(40)의 크기가 줄어들 수 있어 단위 홈 연료전지시스템(40)의 설치 공간 크기의 제약이 줄어든다.
또한, 아파트 건물의 각 가구에 단위 홈 연료전지시스템(40)을 각각 설치하고 그 단위 홈 연료전지시스템(40)들에 공급하는 수소를 하나의 공동개질기(10)에서 공급하게 되므로 아파트 건물의 전 가구들이 전기를 사용하지 않는 경우를 제외하고 항상 전기가 사용된다. 따라서, 단위 홈 연료전지시스템(40)에 항상 부하가 작용하게 되어 전체 에너지 공급시스템이 정지되는 경우가 드물어 에너지 공급시스템의 효율이 높아지게 된다. 즉, 에너지 공급시스템의 정지와 재가동의 회수가 적 어, 에너지 공급시스템의 효율이 향상되는 효과가 있다.
도 3을 참조하면, 분배유닛(20)에서 공급되는 수소가 일정한 압력을 유지한 채로 단위 홈 연료전지시스템(40)로 유입되기 위해, 단위 홈 연료전지시스템(40)들과 분배유닛(20)을 연결하는 분배공급관(21)들에는 보조분배유닛(30)이 추가로 설치될 수 있다.
상기 보조분배유닛(30)은 수소가 일정한 압력을 유지한 채로 단위 홈 연료전지시스템(40)들의 스택유닛(300) 또는 보조열공급유닛(400)으로 공급되도록 한다. 이를 위해 보조분배유닛(30)은, 레귤레이터(31)와 조절밸브(32)와 압력측정기(33)가 차례대로 분배공급관(21)상에 설치되어 구성된다.
도 2를 참조하면, 상기 단위 홈 연료전지시스템(40)는 스택유닛(300)에 공기를 공급하는 공기공급유닛(100); 통합열교환유닛(500)에 저장된 열을 공급받아 난방 및 온수를 위해 온수를 공급하는 온수공급유닛(200); 공동개질기(10)로부터 공급받은 수소와 공기공급유닛(100)으로부터 공급받은 공기의 전기 화학적 반응에 의해 전기를 생성하는 스택유닛(300); 스택유닛(300)에서 전기 생성 후 남아서 배출되는 수소를 다시 스택유닛(300)으로 투입시키는 재순환유닛(350); 공동개질기(10)로부터 직접 공급되는 수소 또는 스택유닛(300)으로부터 반응 후 배출되는 수소와, 공기공급유닛(100)으로부터 공기를 공급받아 촉매반응에 의해 열을 생성하여, 온수공급유닛(200)에 선택적으로 열을 공급하는 보조열공급유닛(400); 보조열공급유닛(400)으로부터 배출되는 고온의 폐가스(Exhaust)를 이용하여, 공동개질기(10)에서 보조열공급유닛(400)으로 공급되는 수소 및 공기공급유닛(100)에서 보 조열공급유닛(400)으로 공급되는 공기를 승온시키는 승온유닛(450); 스택유닛(300)에서 열을 회수하여 스택유닛(300)을 냉각시키고, 회수된 열을 저장하며, 스택유닛(300)으로 유입되는 공기 및 수소를 승온시키는 통합열교환유닛(500); 및 스택유닛(300)에서 발생되는 전기를 상용전원으로 변환시켜 가구에 전기를 제공하는 전기출력유닛(600);을 포함한다.
상기 공기공급유닛(100)은, 보조열공급유닛(400)에 공기를 공급하도록 송풍기(111)를 포함하는 제1공기공급유닛(110); 및 스택유닛(300)에 공기를 공급하도록 송풍기(121)와 공급되는 공기를 가습하기 위한 가습기(123)를 포함하는 제2공기공급유닛(120);을 포함한다.
상기 온수공급유닛(200)은, 온수저장탱크(210); 온수저장탱크(210)에서 보조열공급유닛(400)의 내부를 통과하여 다시 상기 온수저장탱크(210)로 연결된 제1온수라인(211); 제1온수라인(211)상에 설치되며, 온수를 순환시키는 제1온수펌프(213); 온수저장탱크(210)에서 전기출력유닛(600)과 통합열교환유닛(500)의 내부를 차례로 통과하여 다시 온수저장탱크(210)로 연결된 제2온수라인(215); 및 제2온수라인(215)상에 설치되며, 온수를 순환시키는 제2온수펌프(217);를 포함한다. 상기 온수저장탱크(210)에는 수돗물이 공급될 수 있도록 수도라인(231)이 연결되며, 사용자가 온수저장탱크(210)에 저장된 온수를 사용할 수 있는 온수사용라인(232)이 설치된다. 이러한 온수사용라인(232)에는 별도의 펌프가 설치되지 않는데, 이는 사용자가 온수사용라인(232)상에 설치된 밸브(233)를 열면 온수저장탱크(210)에 저장된 온수가 자체수압에 의해 자연적으로 흘러나오기 때문이다. 한편, 온수저장탱 크(210)의 하측에는 라디에이터(234)가 설치되는데 이는 여름철에 온수저장탱크(210)내 온수의 온도가 지나치게 상승되지 못하게 온수의 온도를 낮추는 역할을 한다.
온수공급유닛(200)은 제1온수라인(211)을 통해 보조열공급유닛(400)의 열을 온수저장탱크(210)에 저장된 온수에 전달하고, 제2온수라인(215)을 통해 전기출력유닛(600)을 냉각시키며 전기출력유닛(600)의 열을 온수저장탱크(210)에 저장된 온수에 전달한다.
또한, 온수공급유닛(200)은 제1온수라인(211)을 흐르는 온수의 열을 이용하여 방(R)을 난방시킨다. 이를 위해, 온수공급유닛(200)은, 각 방(R)의 바닥, 벽면 또는 천장의 내부에 구석구석을 지나도록 설치된 히팅라인(219)과 제1온수라인(211)이 일정간격을 두고 관통하는 열교환기(220)를 더 포함한다. 이러한 열교환기(220)에 의해 제1온수라인(211)을 흐르는 온수의 열이 히팅라인(219)의 내부를 흐르는 온수에 전달된다. 히티라인(219)에는 별도의 온수펌프(222)가 설치되어 있어, 히팅라인(219) 내부를 흐르는 온수의 열을 각 방(R)의 바닥, 벽면 또는 천장의 내부 구석구석으로 순환시켜 방을 난방한다.
상기 스택유닛(300)은 수소가 공급되는 연료극(310)과 공기가 공급되는 공기극(320)을 포함하여 구성된다. 상기 연료극(310)에는 공동개질기(10)된 생성된 수소가, 수소공급관(12), 분배유닛(20), 분배공급관(21), 보조분배유닛(30), 제1라인(355)을 거쳐 공급된다. 상기 공기극(320)에는 공기공급유닛(100)의 제2공기공급유닛(120)에서 공급되는 공기가, 가습기(123), 공기공급라인(125)를 거쳐 공급된 다.
이렇게, 연료극(310)에 공급되는 수소와 공기극(320)에 공급되는 공기의 전기 화학적 반응에 의해 전기에너지를 발생시키게 된다. 보통 상기 연료극(310)과 공기극(320)은 스택(미도시)으로 구현되며, 그 스택은 두 개의 바이폴라 플레이트들과 그 두 개의 바이폴라 플레이트사이에 위치하는 엠이에이를 포함하여 구성되는 단위 스택이 복수개 적층 체결되어 이루어진다.
상기 보조열공급유닛(400)은 스택유닛(300)에서 배출되는 잔여수소속의 불순물을 제거한다. 한편, 온수 및 난방을 위해 급하게 열이 필요할 경우에는 공동개질기(10)로 직접 공급받은 수소와 제1공기공급유닛(110)으로부터 공기를 공급받아 촉매와 반응시켜 열을 생성한다. 보다 구체적으로, 온수저장탱크(210)에 저장된 물을 빠른 시간내에 가열하여 고온의 물이 필요할 때, 즉 급탕으로 사용하게 될 경우에는 보조열공급유닛(400)에 공동개질기(10)의 수소를 직접 공급시킨다. 이렇게 공급된 수소와 제1공기공급유닛(110)으로부터 공급받은 공기와 촉매의 반응으로 인해 발생된 반응열로 제1온수라인(211)내를 흐르는 온수를 가열하여, 온수저장탱크(210)에 저장된 물이 급속하게 가열된다. 물론, 보조열공급유닛(400)을 촉매를 사용하지 않고 열을 발생시킬 수 있는 다른 열원인 전기버너, 가스버너등을 사용하여 얼마든지 다르게 구성할 수도 있을 것이다.
이러한 보조열공급유닛(400)으로 인해, 열에너지의 사용량이 많고 상대적으로 전기에너지의 사용량이 적은 겨울철의 경우에는 보조열공급유닛(400)을 작동시켜 충분한 열 에너지를 온수공급유닛(200)에 저장된 온수로 전달하여 가정에 공급 할 수 있다. 반면, 전기에너지의 사용량이 많고 상대적으로 열 에너지의 사용량이 적은 여름철의 경우에는 보조열공급유닛(400)의 작동을 정지하여 보조열공급유닛(400)으로 공급되는 수소를 모두 스택유닛(300)으로 공급하여 스택유닛(300)의 발전량을 늘려 가정에 충분한 전기에너지를 공급하게 된다.
결론적으로, 복수개의 가구들에 효율적으로 전기에너지 및 열에너지를 공급하게 될 뿐만 아니라 특히 여름철과 겨울철에 그 가구들에 안정적으로 전기 및 열에너지를 공급하게 됨으로써 에너지 공급의 신뢰성을 높일 수 있게 될 뿐만 아니라 전기에너지를 생산하기 위한 오일 사용량을 줄여 환경 오염을 줄일 수 있다.
상기 승온유닛(450)은, 승온몸체(451); 보조열공급유닛(400)으로부터 배출된 폐가스(Exhaust)가 승온몸체(451) 내부로 유입되기 위한 폐가스유입라인(452); 승온몸체(451) 내부로 유입된 폐가스가 배출되기 위한 폐가스배출라인(454); 승온몸체(451)의 내부를 통과하며, 공기공급유닛(100)으로부터 보조열공급유닛(400)으로 공기가 유입되기 위한 촉매공기라인(455); 및 승온몸체(451)의 내부를 통과하며, 공동개질기(10)로부터 보조열공급유닛(400)으로 수소가 유입되기 위한 촉매연료라인(457);을 포함한다. 이러한 승온유닛(450)에 의해, 촉매반응 후에 배출되는 고온의 폐가스(discharged gas)가 보조열공급유닛(400)으로 유입되는 수소와 공기의 승온을 위해 재활용될 수 있다.
상기 재순환유닛(350)은, 스택유닛(300)에서 배출되는 수소에서 수분을 제거하는 수분제거기(351); 수분제거기(351)에서 수분이 제거된 수소를 스택유닛(300)으로 송풍하기 위한 송풍기(353); 및 공동개질기(10)와 스택유닛(300)을 연결하는 제1라인(355)과, 스택유닛(300)과 수분제거기(351)를 연결하는 제2라인(357)과, 수분제거기(351)와 송풍기(353)를 연결하는 제3라인(359)과, 송풍기(353)와 제1라인(355)을 연결하는 제4라인(361)을 구비한 순환라인;을 포함한다. 또한, 재순환유닛(350)은 제4라인(361)상에 설치되며, 스택유닛(300)에서 배출된 수소를 스택유닛(300) 또는 보조열공급유닛(400)으로 선택적으로 공급하기 위한 3방밸브(363); 및 3방밸브(363)와 보조열공급유닛(400)을 연결하는 제5라인(365)을 포함한다.
여기서, 송풍기(353)의 회전수는, 스택유닛(300)이 최대로 생성해 낼 수 있는 전기량에 필요한 수소의 공급을 위한 최대 회전수로 미리 고정 세팅된다.
보다 구체적으로 설명하면, 스택유닛(300)이 최대로 생성해 낼 수 있는 전기량에 대응하기 위한 투입 수소량을 미리 설정한 후, 이러한 투입 수소량에 대응하는 송풍기(353)의 최대 회전수를 설정한다. 이렇게 설정된 송풍기(353)의 최대 회전수는 스택유닛(300)이 실제로 생성하는 전기량에 관계없이 일정하다. 즉, 스택유닛(300)이 실제로 전기를 소량으로 생성하여 송풍기(353)의 회전수가 작아질 수 있음에도 불구하고, 송풍기(353)는 설정된 최대 회전수로 그대로 회전한다.
이렇게, 최대 회전수로 회전되어 스택유닛(130)에 과도하게 수소가 공급되더라도, 스택유닛(300)에서 배출된 수소는 순환라인(355,357,359,361)을 거쳐 다시 스택유닛(300)으로 투입되므로 수소의 낭비는 없게 된다.
또한, 송풍기(353)가 최대 회전수로 회전할 경우, 재순환되는 수소와 스택유닛(130)에 공급되는 수소가 잘 합쳐지게 된다.
또한, 송풍기(353)의 회전수를 조절하기 위한 별도의 제어장치가 불필요하게 된다. 또한, 송풍기(353)의 회전수가 최대 회전수로 세팅되어 있으므로, 수분제거기(351)내 수분을 최대한 빨리 배출시킬 수 있으므로 스택유닛(300)의 전기생성효율이 향상된다.
상기 통합열교환유닛(500)은, 이온화되지 않은 냉각수(Deionized Water)가 저장되는 열교환모듈몸체(510)와 열교환모듈몸체(510)내에 설치된 보조히터(520)를 포함한다.
상기 열교환모듈몸체(510)의 내부는 온수저장탱크(210)에서 전기출력유닛(600)의 내부를 통과하여 다시 온수저장탱크(210)로 연결된 제2온수라인(215)과, 공동개질기(10)와 스택유닛(300)을 연결하여 수소를 공급하는 제1라인(355)과, 공기공급유닛(100)과 스택유닛(300)을 연결하여 공기를 공급하는 공기공급라인(125)이 통과하고, 상기 열교환모듈몸체(510)에는 스택유닛(300)의 냉각을 위해 냉각수가 스택유닛(300)의 내부를 통과하도록 하는 냉각수라인(330)이 순환가능하게 연결된다. 이러한 냉각수라인(330)에는 냉각수를 순환시키는 냉각수펌프(354)가 설치된다.
도 4를 참조하면, 냉각수의 낮은 전도도를 유지시키기 위한 냉각수라인(330)에는 적어도 하나의 이온필터(530)를 설치할 수 있다.
도 5를 참조하면, 스택유닛(300)의 초기운전시 스택유닛(300)의 승온을 위해서 냉각수를 급하게 가열할 필요가 있으므로 열교환모듈몸체(510)내에 적어도 하나의 보조히터(520)를 설치할 수 있다.
이러한 보조히터(520)는 일단 스택유닛(300)이 적정한 온도를 승온된 경우에 는, 스택유닛(300)의 자체 발열에 의해 더 이상 외부의 열에 의존하여 스택유닛(300)을 승온시킬 필요가 없으므로 작동이 중단된다.
이러한, 통합열교환유닛(500)에 의해, 열교환기가 많이 필요없어도 스택유닛(300)을 냉각시키고, 스택유닛(300)의 연료극(310)에 공급되는 수소를 승온시키고, 스택유닛(300)의 공기극(320)에 공급되는 공기를 승온시키고, 온수저장탱크(210)내 저장된 온수를 가열시키는 것이 한꺼번에 가능하게 된다.
상기 전기출력유닛(600)은, 스택유닛(300)에서 발생되는 전기를 상용전원으로 변환시켜 가구(H, 도 1참조)에서 사용하는 조명기기, 텔레비전, 냉장고, 에어컨 등에 공급된다. 또한 전기출력유닛(600))에는 발전소에서 공급되는 외부 전기가 가구에 공급되도록 하는 외부 전기 공급선(미도시)이 연결될 수 있다. 즉, 각 가구에 설치된 단위 홈 연료전지시스템(40)에서 공급되는 전기가 불안정할 경우, 외부에서 공급되는 전기를 가정에 공급하게 됨으로써 가구(H)에 항상 안정된 전기를 공급하게 된다.
상술한 바와 같이 단위 홈 연료전지시스템(40)은 개질기 없이 구성된다 즉, 아파트(B, 도 1참조) 건물의 각 가구에 단위 홈 연료전지시스템(40)이 각각 설치하고 각 가구에 설치되는 단위 홈 연료전지시스템(40)들에 수소를 공급하는 공동개질기(10)를 별도로 아파트 건물의 지하실 등에 설치하게 됨으로써 아파트 건물의 각 가구에 설치되는 단위 홈 연료전지시스템(40)의 설치 공간을 최소화시킬 수 있다. 이로 인해, 각 가구당 주거 공간이 넓어지게 될 뿐만 아니라 그 단위 홈 연료전지시스템의 설치가 자유롭게 되며 전체 시스템을 아파트 건물 등에 적용하기가 수월하게 되는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 단위 홈 연료전지시스템들을 구비한 연료전지시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참조하면, 가스공급관(11)을 통해 연료인 액화천연가스 등이 공동개질기(10)에 공급된다. 공동개질기(10)에서 수소를 발생되면 발생된 수소는 수소공급관(12)을 통해 분배유닛(20)으로 유입된다 분배유닛(20)은 고압으로 분배공급관(21)을 통해 수소를 각 가구(H)마다 설치된 보조분배유닛(30)들로 분배한다. 보조분배유닛(30)은 수소를 일정한 압력으로 제1라인(355, 도 2참조)를 통해 단위 홈 연료전지시스템(40)의 스택유닛(300)에 공급된다.
도 2를 참조하면, 공급된 수소는 스택유닛(300)의 연료극(310)으로 유입되고, 제2공기공급유닛(120)은 공기를 가습기(123)와 공기공급라인(125)을 통해 스택유닛(300)의 공기극(320)에 공급한다. 이렇게 연료극(310)에 공급된 수소와 공기극(320)에 공급된 공기가 전기 화학적 반응을 일으키면서 전기에너지와 열에너지와 물이 생성된다.
스택유닛(300)에서 발생 된 전기에너지는 전기출력유닛(600)을 통해 조명기기, 텔레비전, 냉장고, 에어컨 등 전기기기에 공급된다. 스택유닛(300)에서 발생 된 전기에너지가 불안정할 때 경우에는 외부 전원 공급선(620)을 통해 전기가 공급되므로 안정적인 전기 공급이 이루어지게 된다.
통합열교환유닛(500)는 스택유닛(300)을 냉각시키는 동시에 열을 빼앗아 냉각수를 가열한다. 즉, 스택유닛(300)에서 발생 된 열 에너지가 냉각수라인(330)을 흐르는 냉각수에 전달되어 냉각수가 가열된다.
또한, 스택유닛(300)의 연료극(310)에 수소를 공급하는 제1라인(355)이 통합열교환유닛(500) 내부를 통과하면서 연료극(310)에 공급되는 수소가 승온된다.
또한, 스택유닛(300)의 공기극(320)에 산소를 공급하는 공기공급라인(125)이 통합열교환유닛(500) 내부를 통과하면서 공기극(320)에 공급되는 공기가 승온된다.
또한, 온수공급유닛(200)의 제2온수라인(215)이 통합열교환유닛(500) 내부를 통과하면서, 온수저장탱크(210)내 저장된 온수가 가열된다.
이렇게 가열된 온수저장탱크(210)에 저장된 온수는 필요시 온수사용라인(232)을 통해 사용가능하며, 또한, 제1온수라인(211)과 열교환기(220)와 히팅라인(219)을 통해 방(R)을 난방시킬 수 있다. 이때, 사용되는 온수의 온도는 외부에서 공급되는 수도물의 혼합을 통해 조절 가능하게 되며, 난방 온도는 제어기(미도시)를 통해 조절 가능하게 된다.
한편, 온수저장탱크(210)에 저장된 물을 빠른 시간내에 가열하여 고온의 물이 필요할 때, 즉 온수저장탱크(210)에 저장된 물을 급탕으로 사용하게 될 경우에는 공동개질기(10)의 수소를 촉매연료라인(457)을 통해 보조열공급유닛(400)에 직접 공급시킨다.
이렇게 공급된 수소 및 제1공기공급유닛(110)으로부터 공급받은 공기와 촉매의 반응으로 인해 발생된 열로, 제1온수라인(211)내를 흐르는 온수가 가열되어, 온수저장탱크(210)내에 저장된 물이 급속도로 가열된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 단위 홈 연료전지시스템에 따르면,
첫째, 단위 홈 연료전지시스템이 아파트 건물의 각 가구에 각각 설치되고, 각 가구에 설치되는 단위 홈 연료전지시스템들에 수소를 공급하는 공동개질기가 별도로 아파트 건물의 지하실 등에 설치됨으로써 아파트 건물의 각 가구에 설치되는 단위 홈 연료전지시스템의 설치 공간을 최소화시킬 수 있다. 이로 인해, 각 가구당 주거 공간이 넓어지게 될 뿐만 아니라 그 단위 홈 연료전지시스템의 설치가 자유롭게 되며 전체 시스템을 아파트 건물 등에 적용하기가 수월하게 되는 효과가 있다.
둘째, 단위 홈 연료전지시스템이 아파트 건물의 각 가구에 각각 설치되고, 각 가구에 설치되는 단위 홈 연료전지시스템들에 수소가 하나의 공동개질기에서 공급하게 되므로 아파트 건물의 전 가구들이 전기를 사용하지 않는 경우를 제외하고 항상 전기가 사용된다. 따라서, 단위 홈 연료전지시스템에 항상 부하가 작용하게 되어 전체 에너지 공급시스템이 정지되는 경우가 드물어 에너지 공급시스템의 효율이 높아지게 된다. 즉, 에너지 공급시스템의 정지와 재가동의 회수가 적어, 전체 에너지 공급시스템의 효율이 향상된다.
셋째, 단위 홈 연료전지시스템이 온수공급유닛을 구비하고 있어, 제1온수라인을 통해 보조열공급유닛의 열이 온수저장탱크에 저장된 온수에 전달되고, 제2온수라인을 통해 전기출력유닛의 열이 온수저장탱크에 저장된 온수에 전달될 수 있다. 따라서, 이러한 온수에 저장된 열을 각 방(R)의 바닥, 벽면 또는 천장의 내부 구석구석을 지나도록 설치된 히팅라인의 내부를 흐르는 온수에 전달함으로 효과적 으로 방을 난방시킬 수 있다.
넷째, 단위 홈 연료전지시스템이 보조열공급유닛을 구비하고 있어, 열에너지의 사용량이 많고 상대적으로 전기에너지의 사용량이 적은 겨울철의 경우에는 보조열공급유닛을 작동시켜 충분한 열 에너지를 온수저장탱크에 저장된 온수에 전달하여 가정에 공급할 수 있다.
반면, 전기에너지의 사용량이 많고 상대적으로 열 에너지의 사용량이 적은 여름철의 경우에는 보조열공급유닛의 작동을 정지하여 보조열공급유닛으로 공급되는 수소를 모두 스택유닛으로 공급하여 스택유닛의 발전량을 늘려 가정에 충분한 전기에너지를 공급하게 된다.
결론적으로, 복수개의 가구들에 효율적으로 전기에너지 및 열에너지를 공급하게 될 뿐만 아니라 특히 여름철과 겨울철에 그 가구들에 안정적으로 전기 및 열에너지를 공급하게 됨으로써 에너지 공급의 신뢰성을 높일 수 있게 될 뿐만 아니라 전기에너지를 생산하기 위한 오일 사용량을 줄여 환경 오염을 줄일 수 있다.
다섯째, 단위 홈 연료전지시스템이 승온유닛을 구비하고 있어, 촉매반응 후에 배출되는 고온의 폐가스(discharged gas)를 보조열공급유닛으로 유입되는 수소와 공기의 승온을 위해 재활용할 수 있다.
여섯째, 단위 홈 연료전지시스템이 재순환유닛을 구비하고 있어, 스택유닛으로부터 전기 생성 후 남아 배출되는 수소를 다시 스택유닛으로 투입하여 재순환시킬 수 있어 연료 이용효율이 향상된다.
또한, 재순환유닛의 송풍기가 최대 회전수로 고정 세팅되어 있어, 송풍기의 회전수를 가변하기 위한 별도의 제어장치가 필요 없게 되어, 구성이 간단하고 비용이 저렴해 진다.
또한, 재순환유닛의 송풍기가 최대 회전수로 고정 세팅되어 있어, 재순환유닛의 수분제거기내 수분을 최대한 빨리 배출시킬 수 있으므로 스택유닛의 전기생성 효율이 향상된다.
일곱째, 단위 홈 연료전지시스템이 통합열교환유닛을 구비하고 있어, 많은 열교가 필요없어도 스택유닛을 냉각시키고, 스택유닛의 연료극에 공급되는 수소를 승온시키고, 스택유닛의 공기극에 공급되는 공기를 승온시키고, 온수저장탱크내 저장된 온수를 가열시키는 것이 한꺼번에 가능하게 된다.

Claims (11)

  1. 복수개의 가구(家口)들에 각각 설치되는 단위 홈 연료전지시스템들과, 상기 단위 홈 연료전지시스템들에 공통적으로 수소를 공급하는 공동개질기를 포함하는 멀티홈 에너지 공급시스템에 있어서, 상기 단위 홈 연료전지시스템은,
    상기 공동개질기로부터 공급받은 수소와 공급받은 공기의 전기 화학적 반응에 의해 전기를 생성하는 스택유닛;
    상기 스택유닛에 공기를 공급하는 공기공급유닛;
    상기 스택유닛에서 열을 회수하여 상기 스택유닛을 냉각시키며, 회수된 열을 저장하는 통합열교환유닛;
    상기 통합열교환유닛에 저장된 열을 공급받아 난방 및 온수를 공급하는 온수공급유닛;
    상기 공동개질기로부터 직접 공급되는 수소 또는 상기 스택유닛으로부터 반응 후 배출되는 수소와, 상기 공기공급유닛으로부터 공기를 공급받아 열을 생성하여, 상기 온수공급유닛에 선택적으로 열을 공급하는 보조열공급유닛; 및
    상기 스택유닛에서 발생되는 전기를 상용전원으로 변환시켜 가구에 전기를 제공하는 전기출력유닛;를 포함하는 단위 홈 연료전지시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 공기공급유닛은,
    상기 보조열공급유닛에 공기를 공급하는 송풍기를 포함하는 제1공기공급유 닛; 및
    상기 스택유닛에 공기를 공급하는 송풍기와 공급되는 공기를 가습시키는 가습기를 포함하는 제2공기공급유닛;을 포함하는 단위 홈 연료전지시스템.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 통합열교환유닛은,
    상기 스택유닛으로 유입되는 공기 및 수소를 저장된 열을 이용하여 승온시키는 기능을 더 구비한 단위 홈 연료전지시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 통합열교환유닛은,
    냉각수가 저장되며, 상기 온수공급유닛의 온수저장탱크에서 상기 전기출력유닛의 내부를 통과하여 다시 상기 온수저장탱크로 연결된 제2온수라인과, 상기 공동개질기와 상기 스택유닛을 연결하여 수소를 공급하는 제1라인과, 상기 공기공급유닛과 상기 스택유닛을 연결하여 공기를 공급하는 공기공급라인이 내부를 통과하며, 상기 스택유닛의 냉각을 위해 냉각수가 상기 스택유닛의 내부를 통과하도록 하는 냉각수라인이 순환가능하게 연결된 열교환모듈몸체; 및
    상기 열교환모듈몸체내에 설치된 보조히터;를 포함하는 단위 홈 연료전지시스템.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 냉각수라인에는 이온필터가 더 설치된 단위 홈 연료전지시스템.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 온수공급유닛은,
    온수가 저장되는 온수저장탱크;
    상기 온수저장탱크에서 상기 보조열공급유닛의 내부를 통과하여 다시 상기 온수저장탱크로 연결된 제1온수라인;
    상기 제1온수라인에 설치되며, 상기 온수를 순환시키는 제1온수펌프;
    상기 온수저장탱크에서 상기 전기출력유닛과 상기 통합열교환유닛의 내부를 통과하여 다시 상기 온수저장탱크로 연결된 제2온수라인; 및
    상기 제2온수라인에 설치되며, 상기 온수를 순환시키는 제2온수펌프;를 포함하는 단위 홈 연료전지시스템.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 온수공급유닛은,
    난방을 위해 방의 바닥 또는 벽면등에 설치된 히팅라인 내부를 흐르는 온수에, 상기 제1온수라인의 내부를 흐르는 온수의 열을 전달하기 위한 열교환기;를 더 포함하는 단위 홈 연료전지시스템.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 보조열공급유닛으로부터 배출되는 고온의 폐가스를 이용하여, 상기 공동개질기에서 상기 보조열공급유닛으로 공급되는 수소 및 상기 공기공급유닛에서 상기 보조열공급유닛으로 공급되는 공기를 승온시키는 승온유닛;을 더 포함하며,
    상기 승온유닛은,
    승온몸체;
    상기 보조열공급유닛으로부터 배출된 폐가스가 상기 승온몸체 내부로 유입되기 위한 폐가스유입라인;
    상기 승온몸체 내부로 유입된 폐가스가 배출되기 위한 폐가스배출라인;
    상기 승온몸체의 내부를 통과하며, 상기 공기공급유닛으로부터 상기 보조열공급유닛으로 공기가 유입되기 위한 촉매공기라인; 및
    상기 승온몸체의 내부를 통과하며, 상기 공동개질기로부터 상기 보조열공급유닛으로 수소가 유입되기 위한 촉매연료라인;을 포함하는 단위 홈 연료전지시스템.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 스택유닛에서 전기 생성 후 남아서 배출되는 수소를 다시 상기 스택유닛으로 투입시키는 재순환유닛;을 더 포함하며,
    상기 재순환유닛은,
    상기 스택유닛에서 배출되는 수소에서 수분을 제거하는 수분제거기;
    상기 수분제거기에서 수분이 제거된 수소를 상기 스택유닛으로 송풍하기 위한 송풍기; 및
    상기 공동개질기와 상기 스택유닛을 연결하는 제1라인과, 상기 스택유닛과 상기 수분제거기를 연결하는 제2라인과, 상기 수분제거기와 상기 송풍기를 연결하는 제3라인과, 상기 송풍기와 상기 제1라인을 연결하는 제4라인을 구비한 순환라 인;을 포함하는 단위 홈 연료전지시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 재순환유닛은,
    상기 제4라인상에 설치되며, 상기 스택유닛에서 배출된 수소를 상기 스택유닛 또는 상기 보조열공급유닛으로 선택적으로 공급하기 위한 3방밸브; 및
    상기 3방밸브와 상기 보조열공급유닛을 연결하는 제5라인;을 더 포함하는 단위 홈 연료전지시스템.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 송풍기의 회전수는, 상기 스택유닛이 최대로 생성해 낼 수 있는 전기량에 필요한 수소의 공급을 위한 최대 회전수로 미리 고정 세팅된 단위 홈 연료전지시스템.
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