KR100783412B1 - 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템은 복수 개의 가구들에 각각 설치되는 단위 연료 전지들과, 연료를 공급받아 상기 각 단위 연료 전지들에 각각 공급되는 수소를 발생시키는 공동 개질기와, 상기 공동 개질기에서 발생되는 수소를 각 가구에 설치된 단위 연료 전지들에 각각 공급하는 파이프 시스템과, 복수 개의 가구들에 각각 설치되어 단위 연료 전지에서 발생되는 열을 저장하여 가구에 온수로 사용하는 온수 저장탱크들과, 각 가구에 구비되어 단위 연료 전지에서 발생되는 전기를 상용전원으로 변환시켜 가구에 전기를 공급하는 변환 유닛을 포함하여 구성된다. 이로 인하여, 여러 개의 가구들에 연료전지를 이용하여 전기 에너지 및 열에너지를 공급하게 될 뿐만 아니라 그 시스템을 컴팩트화하여 각 가구에 시스템이 설치되는 공간을 최소화하고, 또한 수소의 사용 효율을 높일 뿐만 아니라 연료 전지 시스템의 운전 효율을 높여 연료 전지 시스템에 공급되는 연료의 사용량을 감소시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템{MULTI HOME ENERGY SUPPLYING SYSTEM USING FUEL CELL}

도 1은 본 발명의 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템의 일실시예를 도시한 배관도,

도 2는 본 발명의 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템의 연료 전지 시스템을 도시한 배관도,

도 3은 본 발명의 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템의 연료 전지 시스템의 다른 실시예를 도시한 배관도,

도 4는 본 발명의 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템의 다른 실시예를 도시한 배관도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

210; 수소 분리정제기 310; 메인 파이프

320; 분지 파이프 330; 제어 유닛

410; 변환 유닛 420; 외부 전기 공급선

510; 온수 저장탱크 610; 보조 가열유닛

FC; 단위 연료 전지 RF; 공동 개질기

본 발명은 다가구 에너지 공급 시스템에 관한 것으로, 특히 연료 전지 시스템을 설치하여 복수 개의 가구들에 동시에 전기 에너지 및 열에너지를 공급할 수 있도록 할 뿐만 아니라 그 복수 개의 가구들에 전기 에너지와 열에너지를 공급하는 연료 전지 시스템의 규모를 최소화하고 그 연료 전지 시스템의 효율을 극대화할 수 있도록 한 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템에 관한 것이다.

에너지원으로 주로 사용되고 있는 오일은 환경을 오염시키는 주요인이 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 연료 전지의 개발이 진행되고 있다.

연료 전지는 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 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 전기 에너지로 직접 변환시킨다. 이와 같이 연료 전지는 연료와 산소가 공급되면서 지속적으로 전기 에너지를 발생시키게 되며, 아울러 부산물로 반응열과 물이 생성된다.

상기 연료 전지의 종류는 인산형 연료 전지(Phosphoric Acid Fuel Cell), 알칼리형 연료 전지(Alkaline Fuel Cell), 고분자 전해질형 연료 전지(Proton Exchange Membrane Fuel Cell), 용융 탄산염형 연료 전지(Molten Carbonate Fuel Cell), 고체 산화물형 연료 전지(Solid Oxide Fuel Cell), 직접 메탈올 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell) 등 다양하다.

또한, 연료 전지는 적용 분야에 따라 가정에 전기를 공급하는 가정용 연료 전지와, 전기 자동차에 사용되는 자동차용 연료 전지와, 휴대용 단말기나 노트북 등에 사용되는 소형 연료 전지 등 다양하다.

특히, 가정용 연료 전지는 가정에서 사용하고 있는 가전 제품, 조명 기기 등에 안정적으로 전기에너지를 공급할 수 있도록 개발되고 있다. 가정이나 식당에서 가정용 연료 전지 시스템이 설치될 경우, 그 가정이나 식당에서 사용되는 전기기기에 안정적으로 전기를 공급하기 위하여 발전소 등에서 발전되어 가정으로 공급되는 외부 공급 전기와 연료 전지에서 발전된 전기를 동시에 가정으로 공급하게 된다.

일반적으로 연료 전지 시스템은 작동 후 정상 상태로 운전되기까지 일정 시간이 요구되므로 가정에서 전기를 사용하지 않는 시간의 주기(회수)가 많게 될 경우 연료 전지 시스템의 운전 효율이 떨어지게 되며, 이에 대한 해결이 요구된다. 또한, 가정에 설치되는 연료 전지 시스템은 그 크기가 최소화되어야 한다. 만일 가정에서 설치되는 연료 전지 시스템의 크기가 크게 될 경우 그 연료 전지 시스템의 설치 공간이 크게 되므로 상대적으로 주거 공간이 작아지게 되어 가족 구성원의 불편을 초래하게 되고, 또한, 그 연료 전지 시스템의 설치 공간의 제약을 받게 된다.

상기한 바와 같은 점들을 감안하여 고안한 본 발명의 목적은 연료 전지 시스 템을 설치하여 복수 개의 가구들에 동시에 전기 에너지 및 열에너지를 공급할 수 있도록 할 뿐만 아니라 그 복수 개의 가구들에 전기 에너지와 열에너지를 공급하는 연료 전지 시스템의 규모를 최소화하고 그 연료 전지 시스템의 효율을 극대화할 수 있도록 한 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 복수 개의 가구들에 각각 설치되는 단위 연료 전지들과, 연료를 공급받아 상기 각 단위 연료 전지들에 각각 공급되는 수소를 발생시키는 공동 개질기와, 상기 공동 개질기에서 발생되는 수소를 각 가구에 설치된 단위 연료 전지들에 각각 공급하는 파이프 시스템과, 각 가구에 구비되어 단위 연료 전지에서 발생되는 전기를 상용전원으로 변환시켜 가구에 전기를 공급하는 변환 유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템이 제공된다.

또한, 복수 개의 가구들에 각각 설치되는 단위 연료 전지들과, 연료를 공급받아 상기 각 단위 연료 전지들에 각각 공급되는 수소를 발생시키는 공동 개질기와, 상기 공동 개질기에서 발생되는 수소를 각 가구에 설치된 단위 연료 전지들에 각각 공급하는 파이프 시스템과, 복수 개의 가구들에 각각 설치되어 단위 연료 전지에서 발생되는 열을 저장하여 가구에 온수로 사용하는 온수 저장탱크들과, 각 가구에 구비되어 단위 연료 전지에서 발생되는 전기를 상용전원으로 변환시켜 가구에 전기를 공급하는 변환 유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템이 제공된다.

이하, 본 발명의 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템을 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템의 제1 실시예를 도시한 것이다. 이를 참조하여, 상기 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템을 설명하면 다음과 같다.

복수 개의 가구들에 단위 연료 전지(FC)가 각각 설치된다. 상기 복수 개의 가구들은 한 개의 건물내에 다수 개의 가구가 배치되는 아파트 건물의 각 가구일 수 있고 또한, 몇십 가구 정도를 하나의 단위 구역으로 나누고 그 단위 구역내에 위치하는 가구들일 수 있다.

먼저, 아파트 건물(B)을 기준으로 설명하면, 각 아파트 건물(B)의 각 가구(H)에 단위 연료 전지(FC)가 설치된다. 상기 단위 연료 전지(FC)는 아파트 건물(B)의 각 가구(H)의 베란다 또는 보일러실 등에 설치됨이 바람직하다.

그리고 아파트 건물(B)의 각 가구(H)에 설치된 단위 연료 전지(FC)에 수소를 공급할 수 있도록 수소를 발생시키는 공동 개질기가 그 아파트 건물(B)에 설치된다. 그 공동 개질기는 아파트 건물(B)의 지하실 등에 설치되는 것이 바람직하다.

도 2는 상기 단위 연료 전지와 공동 개질기를 중심으로 도시한 것으로, 이에 도시한 바와 같이, 상기 다수개의 단위 연료 전지(FC)들과 그 단위 연료 전지(FC)들과 연결되는 하나의 공동 개질기(RF)는 하나의 연료 전지 시스템을 구성하게 된다.

상기 단위 연료 전지(FC)는 수소가 공급되는 연료극(110)과 공기가 공급되는 공기극(120)을 포함하여 구성되며, 그 연료극(110)에 공급되는 수소와 공기극(120)에 공급되는 산소의 전기 화학적 반응에 의해 전기에너지를 발생시키게 된다. 보통 상기 연료극(110)과 공기극(120)은 스택으로 구현되며, 그 스택은 두 개의 바이폴라 플레이트들과 그 두 개의 바이폴라 플레이트사이에 위치하는 엠이에이를 포함하여 구성되는 단위 스택이 복수 개 적층 체결되어 이루어진다.

상기 공동 개질기(RF)는 연료를 공급받아 수소를 발생시키는 것으로, 그 연료는 LNG, LPG, CH₃OH 등의 탄화수소계(CH계열)이고, 상기 공동 개질기(RF)는 그 연료를 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H₂)를 정제하게 된다.

상기 공동 개질기(RF)에 수소의 순도를 높이는 수소 분리정제기(PSA; Pressure Swing Adsorption)(210)가 구비됨이 바람직하다. 개질기는 보통 수소의 순도가 낮으므로 그 공동 개질기(RF)에서 정제되는 수소의 순도를 높이도록 수소 분리정제기(210)가 구비됨이 바람직하다.

상기 공동 개질기(RF)에서 발생되는 수소를 각 가구(H)에 설치된 단위 연료 전지(FC)들에 각각 공급하는 파이프 시스템이 구비된다. 상기 파이프 시스템은 상기 공동 개질기(RF)와 연결되는 메인 파이프(310)와, 상기 메인 파이프(310)와 각 가구(H)에 설치된 단위 연료 전지(FC)들에 각각 연결되는 분지 파이프(320)들을 포함하여 구성된다. 상기 분지 파이프(320)는 각각 단위 연료 전지(FC)를 구성하는 연료극(110)에 연결된다.

상기 파이프 시스템에 각 가구(H)의 단위 연료 전지(FC)에 공급되는 수소의 양을 제어하는 제어 유닛(330)을 포함한다. 상기 제어 유닛(330)은 파이프 시스템을 구성하는 분지 파이프(320)들에 각각 장착되는 유량조절밸브들로 구성된다.

그리고 아파트 건물(B)의 각 가구(H)에 설치된 단위 연료 전지(FC)에서 발생되는 전기에너지를 그 가구(H)에서 사용할 수 있도록 상용 전원으로 변환시켜 가구(H)에 전기를 공급하는 변환 유닛(410)이 구비된다. 상기 변환 유닛(410)을 통해 공급되는 전기는 가구(H)에서 사용하는 텔레비전, 냉장고, 에어컨 등에 공급된다.

또한 상기 변환 유닛(410)에 발전소에서 공급되는 외부 전기가 공급되도록 외부 전기 공급선(420)이 연결된다. 각 가구(H)에 설치된 단위 연료 전지(FC)에서 공급되는 전기가 불안정할 경우 외부에서 공급되는 전기를 가정에 공급하게 됨으로써 가구(H)에 항상 안정된 전기를 공급하게 된다.

미설명 부호 430은 외부의 전기가 공급되는 메인 외부 전기 공급선이다.

도 3은 본 발명의 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템의 제2 실시예를 도시한 것이다.

이에 도시한 바와 같이, 상기 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템은 아파트 건물(B)의 각 가구(H)에 단위 연료 전지(FC)가 설치된다. 상기 단위 연료 전지(FC)는 아파트 건물의 각 가구(H)의 보일러실 등에 설치됨이 바람직하다.

그리고 그 아파트 건물(B)의 각 가구(H)에 설치된 단위 연료 전지(FC)에 수소를 공급할 수 있도록 수소를 발생시키는 공동 개질기(RF)가 그 아파트 건물(B)에 설치된다. 그 공동 개질기(RF)는 아파트 건물(B)의 지하실 등에 설치되는 것이 바람직하다.

다수개의 단위 연료 전지(FC)들과 그 단위 연료 전지(FC)들과 연결되는 하나의 공동 개질기(RF)는 하나의 연료 전지 시스템을 구성하게 된다.

상기 단위 연료 전지(FC)는 수소가 공급되는 연료극(110)과 공기가 공급되는 공기극(120)을 포함하여 구성되며, 그 연료극(110)에 공급되는 수소와 공기극(120)에 공급되는 산소의 전기 화학적 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키게 된다. 보통 상기 연료극(110)과 공기극(120)은 스택으로 구현되며, 그 스택은 두 개의 바이폴라 플레이트들과 그 두 개의 바이폴라 플레이트사이에 위치하는 엠이에이를 포함하여 구성되는 단위 스택이 복수 개 적층 체결되어 이루어진다.

상기 공동 개질기(RF)는 연료를 공급받아 수소를 발생시키는 것으로, 그 연료는 LNG, LPG, CH₃OH 등의 탄화수소계(CH계열)이고, 상기 공동 개질기(RF)는 그 연료를 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H₂)를 정제하게 된다.

상기 공동 개질기(RF)에 수소의 순도를 높이는 수소 분리정제기(PSA; Pressure Swing Adsorption)(210)가 구비된다. 개질기는 보통 수소의 순도가 낮으므로 그 공동 개질기(RF)에서 정제되는 수소의 순도를 높이도록 수소 분리정제기(210)가 구비된다. 상기 수소 분리정제기(210)를 거친 수소는 그 순도가 95% 이상인 것이 바람직하다.

상기 공동 개질기(RF)에서 발생되는 수소를 각 가구(H)에 설치된 단위 연료 전지(FC)들에 각각 공급하는 파이프 시스템이 구비된다. 상기 파이프 시스템은 상기 공동 개질기(RF)와 연결되는 메인 파이프(310)와, 상기 메인 파이프(310)와 각 가구(H)에 설치된 단위 연료 전지(FC)들에 각각 연결되는 분지 파이프(320)들을 포함하여 구성된다. 상기 분지 파이프(320)는 각각 단위 연료 전지(FC)를 구성하는 연료극(110)에 연결된다.

상기 파이프 시스템에 각 가구(H)의 단위 연료 전지(FC)에 공급되는 수소의 양을 제어하는 제어 유닛(330)을 포함한다. 상기 제어 유닛(330)은 파이프 시스템을 구성하는 분지 파이프(320)들에 각각 장착되는 유량조절밸브들로 구성된다.

그리고 아파트 건물(B)의 각 가구(H)에 설치된 단위 연료 전지(FC)에서 발생되는 전기 에너지를 그 가구(H)에서 사용할 수 있도록 상용 전원으로 변환시켜 가구(H)에 전기를 공급하는 변환 유닛(410)이 구비된다. 상기 변환 유닛(410)을 통해 공급되는 전기는 가구(H)에서 사용하는 텔레비전, 냉장고, 에어컨 등에 공급된다.

또한 상기 변환 유닛(410)에 발전소에서 공급되는 외부 전기가 공급되도록 외부 전기 공급선(420)이 연결된다. 각 가구(H)에 설치된 단위 연료 전지(FC)에서 공급되는 전기가 불안정할 경우 외부에서 공급되는 전기를 가정에 공급하게 됨으로써 가구(H)에 항상 안정된 전기를 공급하게 된다.

그리고 상기 아파트 건물(B)의 각 가구(H)에 단위 연료 전지(FC)에서 발생되는 열을 저장하여 그 가구(H)에 온수 및 난방을 제공하는 온수 저장탱크(510)가 설치된다. 상기 온수 저장탱크(510)는 외부에서 공급되는 수도 파이프(520)와 연결된다. 상기 온수 저장탱크(510)에 온수를 가구(H)에 전달하는 온수 공급 파이프(530)가 연결되고 또한 그 온수 저장탱크(510)에 실내의 바닥을 난방시키는 난방용 온수 공급 파이프(540)가 연결된다.

상기 온수 저장탱크(510)는 그 온수 저장탱크(510) 내에 저장된 물을 급속 가열시키는 보조 가열유닛(610)이 구비된다. 상기 보조 가열유닛(610)은 액화천연가스(LNG)나 수소가 공급되어 연소되는 촉매 연소버너인 것이 바람직하고, 그 촉매 연소버너는 상기 단위 연료 전지(FC)와 제1 연결 파이프(340)에 의해 연결되어 그 단위 연료 전지(FC)에서 반응하고 남은 수소가 그 제1 연결 파이프(340)를 통해 공급된다. 또한, 상기 제1 연결 파이프(340)는 제2 연결 파이프(350)에 의해 상기 분지 파이프(320)와 연결된다. 상기 제2 연결 파이프(350)의 한쪽은 메인 파이프(310)와 분지 파이프(320)가 연결되는 부분과 그 분지 파이프(320)에 장착된 제어 유닛(330)의 유량조절밸브사이에 위치하도록 그 분지 파이프(320)에 연결된다. 상기 제1 연결 파이프(340)에 제1 개폐 밸브(360)가 장착되고, 제2 연결 파이프(350)에 제2 개폐 밸브(370)가 장착된다.

상기 보조 가열유닛(610)인 촉매 연소버너를 작동시킬 경우 제1 개폐 밸브(360)를 열고 제2 개폐 밸브(370)를 닫게 되면 단위 연료 전지(FC)에서 반응하고 남은 수소가 촉매 연소버너로 공급되어 그 촉매 연소버너가 온수 저장탱크(510)에 저장된 물을 급속 가열시키게 된다. 그리고 상기 촉매 연소버너를 작동시키지 않을 경우 제1 개폐 밸브(360)를 닫고 제2 개폐 밸브(370)를 열어 그 단위 연료 전지(FC)에서 반응하고 남은 수소를 회수하여 단위 연료 전지(FC)가 작동하는 가구(H)의 단위 연료 전지(FC)에 공급하게 된다.

또한, 단위 연료 전지(FC)를 작동시키지 않은 상태에서 촉매 연소버너의 작동이 가능하게 된다. 이때 상기 분지 파이프(320)로 공급되는 수소가 단위 연료 전 지(FC)를 통해 바로 촉매 연소버너로 유입되거나, 또는 제2 연결 파이프(350)를 통해 촉매 연소버너로 유입될 수 있다. 상기 단위 연료 전지(FC)는 부하가 작용하지 않은 경우 수소가 사용되지 않는다.

이하, 본 발명의 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 공동 개질기(RF)에 연료가 공급되어 그 공동 개질기(RF)에서 수소를 발생시키게 되며 그 공동 개질기(RF)에서 발생된 수소는 수소 분리정제기(210)를 거치면서 그 순도가 높아지게 된다. 상기 수소 분리정제기(210)에서 정제된 수소는 파이프 시스템의 메인 파이프(310)를 거쳐 각 가구(H)로 연결되는 분지 파이프(320)를 통해 각 가구(H)에 설치된 단위 연료 전지(FC)에 공급된다.

각 가구(H)의 단위 연료 전지(FC)에 공급된 수소는 그 단위 연료 전지(FC)의 연료극(110)에 공급되고, 이와 동시에 공기 공급부를 통해 공기극(120)에 공기가 공급된다. 상기 연료극(110)에 공급되는 수소와 공기극(120)에 공급되는 공기 중의 산소가 전기 화학적 반응을 일으키면서 전기 에너지와 부산물로 반응열과 물을 생성시키게 된다.

상기 단위 연료 전지(FC)에서 발생되는 전기 에너지는 변환 유닛(410)을 통해 그 가구(H)에서 사용되는 조명기기, 텔레비전, 냉장고, 에어컨 등에 공급된다. 상기 변환 유닛(410)에 발전소에서 공급되는 외부 전원 공급선(420)이 연결되어 상기 단위 연료 전지(FC)에서 발생되는 전기 에너지가 불안정할 때 그 외부 전원 공급선(420)을 통해 그 가구(H)에 전기가 공급되어 그 가구(H)에 안정적인 전기 공급 이 이루어지게 된다.

그리고 상기 단위 연료 전지(FC)에서 발생되는 열 에너지는 그 가구(H)에 설치된 온수 저장탱크(510)의 물을 가열시키면서 저장된다.

상기 온수 저장탱크(510)에 저장된 온수는 그 가구(H)에 공급될 뿐만 아니라 그 가구(H)의 실내를 난방시키게 된다. 가구(H)에서 사용하는 온수의 온도는 외부에서 공급되는 수도물의 혼합을 통해 조절 가능하게 되며, 실내의 난방은 난방용 온수 공급파이프(540)에 의해 이루어지며 그 난방 온도는 제어기(미도시)를 통해 조절 가능하게 된다.

한편, 상기 온수 저장탱크(510)에 저장된 물을 빠른 시간내에 가열하여 고온의 물이 필요할 때, 즉 급탕으로 사용하게 될 경우 보조 가열유닛(610)을 작동시켜 그 온수 저장탱크(510)에 저장된 물을 급속으로 가열시키게 된다.

이와 같이, 본 발명은 아파트 건물(B)의 각 가구(H)에 단위 연료 전지(FC)를 각각 설치하고 그 각 가구(H)에 설치되는 단위 연료 전지(FC)들에 수소를 공급하는 공동 개질기(RF)를 별도로 아파트 건물(B)의 지하 등에 설치하게 됨으로써 아파트 건물(B)의 각 가구(H)에 설치되는 단위 연료 전지(FC)의 설치 공간을 최소화시키게 된다. 만일, 아파트 건물(B)의 각 가구(H)에 단위 연료 전지(FC)를 설치하고 그 단위 연료 전지(FC)에 수소를 공급하는 개질기를 아파트 건물(B)의 각 가구(H)에 설치하게 될 경우 그 아파트 건물(B)의 각 가구(H)에 설치되는 단위 연료 전지(FC)와 개질기의 설치 공간이 커지게 되어 상대적으로 각 가구(H)의 주거 공간이 작게 된다. 일반적으로 연료 전지 시스템의 크기에서 연료 전지의 크기와 개질기의 크기가 가장 큰 비율을 차지하게 되며 그 중 개질기의 크기가 연료 전지 시스템 크기의 2/5 정도 차지하게 된다. 본 발명은 이와 같이 아파트 건물(B)의 각 가구(H)에 설치되는 개질기들을 하나의 공동 개질기(RF)로 구성하게 됨으로써 각 가구(H)의 주거 공간을 극대화할 수 있다.

또한, 아파트 건물(B)의 각 가구(H)에 단위 연료 전지(FC)를 각각 설치하고 그 각 가구(H)에 설치되는 단위 연료 전지(FC)들에 수소를 공급하는 개질기를 하나의 공동 개질기(RF)로 구성하게 됨으로써 각 가구(H)에 단위 연료 전지(FC)와 개질기를 각각 설치할 때보다 전체 시스템이 컴팩트하게 되어 제작 및 설치 비용이 절감되고 또한 그 시스템의 유지 관리가 편리하게 된다.

또한, 본 발명은 아파트 건물(B)의 각 가구(H)에 단위 연료 전지(FC)를 각각 설치하고 그 각 가구(H)에 설치된 단위 연료 전지(FC)들에 수소를 공급하는 개질기를 하나의 공동 개질기(RF)로 구성하게 됨으로써 전체 연료 전지 시스템의 효율을 높이게 된다. 일반적인 연료 전지 시스템은 하나의 단위 연료 전지(FC)와 그 단위 연료 전지(FC)에 수소를 공급하는 하나의 개질기로 구성된다. 이와 같은 경우 단위 연료 전지(FC)에 부하가 작용하지 않을 때 연료 전지 시스템의 작동을 중지하게 되고 그 단위 연료 전지(FC)에 부하가 작용하게 될 때 다시 시스템이 작동하게 된다. 그러나 연료 전지 시스템은 정지 후 재작동시 정상 상태로 운전되는 시간이 많이 소요되므로 연료 전지 시스템의 정지와 재가동의 회수가 많아질수록 연료 전지 시스템의 효율을 저하된다. 그러나 본 발명은 아파트 건물(B)의 각 가구(H)에 단위 연료 전지(FC)를 각각 설치하고 그 단위 연료 전지(FC)들에 공급하는 수소를 하나 의 공동 개질기(RF)에서 공급하게 되므로 아파트 건물(B)의 전 가구(H)들이 전기를 사용하지 않는 경우를 제외하고 항상 전기가 사용되므로 단위 연료 전지(FC)에 항상 부하가 작용하게 되어 전체 연료 전지 시스템이 정지되는 경우가 드물어 연료 전지 시스템의 효율이 높아지게 된다.

또한, 본 발명의 제2 실시예의 경우 공동 개질기(RF)에서 발생되는 수소의 순도를 높이게 됨으로써 단위 연료 전지(FC)에서 사용되고 남은 수소를 회수하여 수소를 필요로 하는 다른 단위 연료 전지(FC)에 공급하거나 그 단위 연료 전지(FC)에서 사용하고 남은 수소를 촉매연소버너로 공급하여 온수 저장탱크(510)의 물을 가열하게 되므로 수소의 사용 효율을 극대화시키게 된다.

한편, 본 발명의 다른 실시예로, 도 4에 도시한 바와 같이, 여러 가구가 아파트 건물에 배치되지 않고 일정 지역에 다수개의 가구(HB)가 모여있는 가구(HB)들에도 적용될 수 있다. 즉, 일정 지역에 모여있는 다수개의 가구(HB)에 각각 단위 연료 전지(FC)를 설치하고 그 지역의 한 곳에 공동 개질기(RF)를 설치하며 그 공동 개질기(RF)와 각 가구들을 파이프 시스템으로 연결하여 그 공동 개질기(RF)에서 발생되는 수소를 각 가구에 설치된 단위 연료 전지(FC)에 공급하게 된다. 또한 상기 단위 연료 전지에서 공급되는 열에너지를 저장하는 온수 저장탱크를 구비하여 그 온수 저장탱크의 물을 온수 또는 난방으로 사용할 수 있다. 각 가구에 설치되는 단위 연료 전지(FC)와 공동 개질기(RF)와 온수 저장탱크 그리고 파이프 시스템은 위에서 설명한 바와 같이 구성할 수 있으며, 이에 대한 효과도 위에서 설명한 바와 같이 발생될 수 있다..

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템은 여러 개의 가구들에 연료전지를 이용하여 전기 에너지 및 열에너지를 공급하게 될 뿐만 아니라 그 각 가구에 시스템이 설치되는 공간을 최소화하게 되고 또한 설치 비용을 절감시키고 유지 관리를 수월하게 하게 됨으로써 오일 사용량을 줄여 환경 오염을 줄일 수 있고 또한 전체 시스템의 경쟁력을 높일 수 있는 효과가 있다.

또한, 수소의 사용 효율을 높이게 될 뿐만 아니라 연료 전지 시스템의 운전 효율을 높이게 됨으로써 연료 전지 시스템에 공급되는 연료의 사용량을 감소시켜 유비 비용을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Claims (14)

1. 복수 개의 가구들에 각각 설치되는 단위 연료 전지들과;

   액화천연가스(LNG), 액화석유가스(LPG) 등의 탄화수소계 연료를 공급받아 상기 각 단위 연료 전지들에 각각 공급되는 수소를 발생시키며 가구들의 공동영역에 설치되는 공동 개질기와;

   상기 공동 개질기에서 발생되는 수소를 각 가구에 설치된 단위 연료 전지들에 각각 공급하는 파이프 시스템과;

   각 가구에 구비되어 단위 연료 전지에서 발생되는 전기를 상용전원으로 변환시켜 가구에 전기를 공급하는 변환 유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 공동 개질기에서 발생되는 수소의 순도를 높이는 수소 분리정제기(PSA; Pressure Swing Adsorption)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 파이프 시스템은 상기 공동 개질기와 연결되는 메인 파이프와, 상기 메인 파이프와 각 가구에 설치된 단위 연료 전지들에 각각 연결되는 분지 파이프들을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 파이프 시스템에 각 가구의 단위 연료 전지에 공급되는 수소의 양을 제어하는 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 변환 유닛에 발전소에서 공급되는 외부 전기가 공급되도록 외부 전기 공급선이 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템.
6. 복수 개의 가구들에 각각 설치되는 단위 연료 전지들과;

   액화천연가스(LNG), 액화석유가스(LPG) 등의 탄화수소계 연료를 공급받아 상기 각 단위 연료 전지들에 각각 공급되는 수소를 발생시키며 가구들의 공동영역에 설치되는 공동 개질기와;

   상기 공동 개질기에서 발생되는 수소를 각 가구에 설치된 단위 연료 전지들에 각각 공급하는 파이프 시스템과;

   복수 개의 가구들에 각각 설치되어 단위 연료 전지에서 발생되는 열을 저장하여 가구에 온수로 사용하는 온수 저장탱크들과;

   각 가구에 구비되어 단위 연료 전지에서 발생되는 전기를 상용전원으로 변환시켜 가구에 전기를 공급하는 변환 유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 공동 개질기에서 발생되는 수소의 순도를 높이는 수 소 분리 정제기(PSA; Pressure Swing Adsorption)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템.
8. 제 6 항에 있어서, 상기 파이프 시스템은 상기 공동 개질기와 연결되는 메인 파이프와, 상기 메인 파이프와 각 가구에 설치된 단위 연료 전지들에 각각 연결되는 분지 파이프들을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템.
9. 제 6 항에 있어서, 상기 파이프 시스템에 각 가구의 단위 연료 전지에 공급되는 수소의 양을 제어하는 제어 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템.
10. 제 6 항에 있어서, 상기 변환 유닛에 발전소에서 공급되는 외부 전기가 공급되도록 외부 전기 공급선이 연결되는 것을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템.
11. 제 6 항에 있어서, 상기 온수 저장탱크내에 저장된 물을 급속 가열시키는 보조 가열유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템.
12. 제 11 항에 있어서, 상기 보조 가열유닛은 수소를 공급받아 열을 발생시키는 촉매 연소버너인 것을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템.
13. 제 7 항에 있어서, 상기 수소 정제 분리기를 거쳐 나가는 수소는 순도가 95% 이상인 것을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템.
14. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 복수 개의 가구들은 한 개의 아파트 건물내에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 다가구 에너지 공급 시스템.

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