KR100820144B1

KR100820144B1 - 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템

Info

Publication number: KR100820144B1
Application number: KR1020050093588A
Authority: KR
Inventors: 류성남; 박명석
Original assignee: 엘지전자 주식회사; 주식회사 엘지화학
Priority date: 2005-10-05
Filing date: 2005-10-05
Publication date: 2008-04-10
Also published as: CN1945131A; RU2331818C2; KR20070038354A; EP1772682A2; US20070079769A1; RU2006135180A

Abstract

본 발명의 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템은 가정이나 식당 등에 설치되는 보일러 및 연료 전지와, 상기 연료 전지에 공급되는 연료와 산소의 전기 화학적 반응에서 생성되는 반응열을 유체를 통해 회수하여 저장하는 저장 탱크와, 가정이나 식당 등의 실내 바닥에 매설되는 방열 라인과, 외부에서 물이 공급되며 상기 보일러 및 저장 탱크를 거쳐 가정이나 식당의 세면실이나 주방 등에 온수가 공급되도록 연결되는 온수 라인과, 상기 저장 탱크의 유체가 상기 보일러를 거쳐 방열 라인으로 공급되도록 상기 저장 탱크와 보일러 그리고 방열 라인을 연결하는 가열 유체 공급라인과, 상기 방열 라인을 거친 유체가 상기 저장 탱크로 유입되도록 상기 방열 라인과 저장 탱크를 연결하는 회수 라인과, 상기 가열 유체 공급라인의 유체 유동을 조절하는 유량 조절유닛을 포함하여 구성된다. 이로 인하여, 본 발명은 연료 전지와 보일러를 이용하여 가정이나 식당 등의 실내를 난방시키고 온수를 공급하게 됨으로써 가스나 석유의 사용량을 감소시키게 되어 가계의 경제적 부담을 줄이고 오염 물질의 발생을 줄일 수 있도록 한 것이다.

Description

연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템{HOT WATER HEATING AND HOT WATER SUPPLYING SYSTEM USING FUEL CELL}

도 1은 가정용 보일러 시스템을 도시한 배관도,

도 2는 본 발명의 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템의 제1 실시예를 도시한 배관도,

도 3은 본 발명의 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템의 제2 실시예를 도시한 배관도,

도 4는 본 발명의 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템의 제2 실시예를 구성하는 보조 탱크를 도시한 배관도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

100; 보일러 200; 연료 전지

300; 저장 탱크 400; 방열 라인

500; 온수 라인 600; 가열 유체 공급라인

700; 회수 라인 800; 유량 조절유닛

910; 제1 열 공급라인 920; 순환 회수 라인

930; 개폐 유닛 940; 보조 탱크

본 발명은 난방 및 온수 공급 시스템에 관한 것으로, 특히 가스나 석유의 사용량을 감소시키면서 가정이나 식당 등의 실내를 난방시킴과 아울러 온수를 공급할 수 있도록 한 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템에 관한 것이다.

에너지원으로 주로 사용되고 있는 오일은 환경을 오염시키는 주요인이 될 뿐만 아니라 폭발적인 수요의 증가로 인하여 매장량의 한계성을 드러내고 있다. 이와 같은 화석 연료를 대체하기 위한 대안으로 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 같은 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, 상기 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 등을 충분히 작동시킬 수 있도록 개발되고 있다.

한편, 사계절의 변화가 있거나 추운 지방의 나라에서는 가정이나 식당 등의 실내 난방을 위하여 에너지원으로 석유, 가스, 석탄 등이 사용되고 있다. 특히 우리나라의 경우 가정이나 식당 등의 실내 난방을 위하여 보일러 시스템이 적용되고 있고 그 보일러의 연료로 가스나 석유 등이 사용된다.

일반적인 보일러 시스템을 개략적으로 설명하면, 도 1에 도시한 바와 같이, 가정이나 식당 등의 실외에 설치된 보일러(10)에서 연료를 공급받아 그 연료를 연소시키게 된다. 그 보일러(10)의 연소열에 의해 물이 가열되고 그 가열된 온수는 그 보일러(10)와 순환 연결되어 실내의 바닥에 매설된 방열용 순환 라인(20)을 통해 순환하게 된다. 물이 보일러(10)에서 가열되어 방열용 순환 라인(20)을 통해 유동하고 다시 보일러(10)에서 가열되는 순환 유동을 반복하면서 열이 실내 바닥으로 방출되어 실내의 바닥을 가열시키게 된다.

또한 상기 보일러(10)에 온수 라인(30)이 연결되며 그 온수 라인(30)은 수도물이 공급되는 수도 라인(40)과 연결되고 그 수도 라인(40)은 세면실 또는 욕실 또는 주방 등에 연결되도록 설치된다. 상기 수도 라인(40)을 통해 공급되는 수도물이 보일러(10)를 통해 가열되어 온수 라인(30)을 통해 세면실이나 욕실 또는 주방에 공급된다.

미설명 부호 50은 발전소에서 송전되는 외부 전력 공급선이다.

그러나 상기한 바와 같은 보일러 시스템은 가스나 석유를 연소시키고 그 연소열로 물을 가열하여 실내를 난방하고 또한 온수를 사용하게 되므로 가스나 석유의 사용량이 많게 되어 인체에 유해한 오염 물질의 발생을 가중시키게 될 뿐만 아니라 가계의 경제적 부담이 되고 있다. 특히, 현재 석유와 가스의 폭발적인 수요의 증가로 석유와 가스의 가격이 매우 비싸져 가계의 경제적 부담을 가중시키고 있다.

상기한 바와 같은 점들을 감안하여 고안한 본 발명의 목적은 연료 전지를 이용하여 가정이나 식당 등에 전기 에너지를 공급할 뿐만 아니라 그 연료 전지와 보일러를 이용하여 가스나 석유의 사용량을 감소시키면서 가정이나 식당 등의 실내 난방 및 온수 공급을 할 수 있도록 한 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 가정이나 식당 등에 연료 전지 및 보일러를 설치하고, 그 연료 전지에서 발생되는 반응열과 보일러의 연소열에 의해 유체가 가열되어 가정이나 식당 등의 실내 바닥 내부를 순환하면서 그 실내를 난방시키며, 그 연료 전지의 반응열과 보일러의 연소열에 의해 수도물을 가열하여 가정이나 식당의 세면실이나 주방 등에 온수를 제공하는 것을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템이 제공된다.

이하, 본 발명의 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템을 첨부도면 에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템의 제1 실시예를 도시한 것이다.

이에 도시한 바와 같이, 상기 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템은 가정이나 식당 등에 설치되는 보일러(100) 및 연료 전지(200)와, 상기 연료 전지(200)에 공급되는 연료와 산소의 전기 화학적 반응에서 생성되는 반응열을 유체를 통해 회수하여 저장하는 저장 탱크(300)와, 가정이나 식당 등의 실내 바닥에 매설되는 방열 라인(400)과, 외부에서 물이 공급되며 상기 보일러(100) 및 저장 탱크(300)를 거쳐 가정이나 식당의 세면실이나 주방 등에 온수가 공급되도록 연결되는 온수 라인(500)과, 상기 저장 탱크(300)의 유체가 상기 보일러(100)를 거쳐 방열 라인(400)으로 공급되도록 상기 저장 탱크(300)와 보일러(100) 그리고 방열 라인(400)을 연결하는 가열 유체 공급라인(600)과, 상기 방열 라인(400)을 거친 유체가 상기 저장 탱크(300)로 유입되도록 상기 방열 라인(400)과 저장 탱크(300)를 연결하는 회수 라인(700)과, 상기 가열 유체 공급라인(600)의 유체 유동을 조절하는 유량 조절유닛(800)을 포함하여 구성된다.

상기 보일러(100)는 일반적으로 가정이나 식당 등에서 사용되는 보일러이다.

상기 연료 전지(200)는 수소를 포함하는 연료와 산소를 포함하는 공기를 지속적으로 공급하면서 그 수소와 산소의 전기 화학적 반응에 의해 전기 에너지와 부산물을 발생시키게 된다. 상기 연료 전지(200)는 그 다양한 종류의 연료 전지가 해당될 수 있다.

도 2에 도시된 연료 전지(200)는 다양한 연료 전지 중 일예가 도시된 것이다. 상기 연료 전지(200)는 연료극(211)과 공기극(212)을 포함하여 구성되며 그 연료극(211)에 공급되는 수소와 공기극(212)에 공급되는 산소의 전기 화학적 반응에 의해 전기 에너지와 부산물을 생성시키는 스택부(210)와, 수소를 포함하는 연료를 공급받아 수소를 정제하여 상기 스택부(210)의 연료극(211)측에 수소를 공급하는 개질부(220)와, 상기 개질부(220)에 수소를 포함하는 연료를 공급하는 연료 공급부(230)와, 상기 개질부(220) 및 스택부(210)의 공기극(212)에 공기를 공급하는 공기 공급부(240)와, 상기 스택부(110)에서 발생되는 전기 에너지를 상용 전원으로 변환시키는 변환 출력부(250)를 포함하여 구성된다.

상기 연료는 LNG, LPG, CH₃OH 등의 탄화수소계(CH계열) 연료(도면은 LNG)이고, 상기 개질부(220)에서는 그 연료를 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H₂)만을 정제하여 스택부(210)의 연료극(211)에 공급하게 된다.

상기 저장 탱크(300)에 유체가 채워지며 그 유체는 물인 것이 바람직하다. 상기 저장 탱크(300)는 단열재로 복개됨이 바람직하다.

상기 연료 전지(200)의 스택부(210)에서 발생되는 열을 상기 저장 탱크(300)에 저장하는 구성 중의 하나로, 상기 저장 탱크(300)에 채워진 유체가 상기 연료 전지(200)의 스택부(210)에서 연교환되어 그 저장 탱크(300)로 유입되는 과정을 반복하도록 상기 연료 전지(200)의 스택부(210)에 제1 열교환부(310)가 위치하고 그 제1 열교환부(310)의 일측과 저장 탱크(300)가 유입 라인(320)에 의해 연결되고 그 제1 열교환부(310)의 타측과 저장 탱크(300)가 유출 라인(330)에 의해 연결된다.

상기 방열 라인(400)은 가정의 실내 바닥 또는 식당의 실내 바닥 전체에 걸쳐 배치되도록 지그재그 형태로 절곡 형성된다.

상기 온수 라인(500)은 일정 길이를 가지며 그 일측이 가정이나 식당으로 수도물을 공급하는 수도관과 연결되고 타측이 가정이나 식당의 세면실이나 주방 등에 온수가 공급되도록 위치하게 된다. 상기 온수 라인(500)의 일부에 제2 열교환부(510)가 구비되어 상기 저장 탱크(300)의 내부에 위치하고, 그 온수 라인(500)의 다른 일부에 제3 열교환부(520)가 구비되어 상기 보일러(100)를 구성하는 버너(미도시) 연소열에 노출되도록 그 보일러(100)내에 위치하게 된다. 한편, 상기 온수 라인(500)은 가정이나 식당에 연결되는 별도의 수도관으로 공급되는 수도물과 섞어서 공급될 수 있다.

상기 가열 유체 공급라인(600)은 일정 길이를 가지며 그 일측이 상기 저장 탱크(300)와 연결되고 그 타측이 상기 방열 라인(400)과 연결된다. 상기 가열 유체 공급라인(600)의 일측에 제4 열교환부가 구비되며 그 제4 열교환부(610)는 상기 보일러(100)를 구성하는 버너(미도시)의 연소열에 노출되도록 그 보일러(100)내에 위치하게 된다.

상기 회수 라인(700)은 일정 길이를 가지며 그 일측이 상기 방열 라인(400)과 연결되고 그 타측이 상기 저장 탱크(300)와 연결된다.

상기 유량 조절유닛(800)은 저장 탱크(300)와 보일러(100)사이에 위치하도록 상기 가열 유체 공급라인(600)에 장착됨이 바람직하다. 상기 유량 조절유닛(800)은 가정이나 식당 등에 구비되는 제어 유닛(900)과 연결되며 그 제어 유닛(900)에 의해 그 유량 조절유닛(800)이 제어된다. 또한 상기 제어 유닛(900)은 보일러(100)와 연결된다.

상기 가열 유체 공급라인(600)에 유체를 강제로 유동시키는 펌프(미도시)가 구비될 수 있다. 만일, 펌프가 설치된다면 제4 열교환부(610)와 방열 라인(400)사이에 장착됨이 바람직하다.

상기 보일러(100)는 그 보일러(100)내에 위치하는 제3 열교환부(520)와 제4 열교환부(610)를 선택적으로 가열하게 될 뿐만 아니라 그 제3,4 열교환부(520)(610)를 동시에 가열하게 된다.

한편, 상기 연료 전지(200)에서 발생되는 전기 에너지는 변환 출력부(250)를 통해 상용 전원으로 변환되어 가정이나 식당 등의 가전 제품, 즉 냉장고, 에어컨, 세탁기, 텔레비젼 등에 공급될 뿐만 아니라 조명 기기 등에 공급된다.

미설명 부호 260은 연료 전지에서 발생되는 전기 에너지를 가전 제품 및 조명 기기 등에 공급하는 전원 공급라인이다.

이하, 본 발명의 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.

상기 연료 전지(200)는 가정이나 식당 등의 가전 제품 및 조명 기기에 전원을 공급하기 위하여 작동하게 되며, 상기 보일러(100)는 그 가정이나 식당 등의 난방을 위하여 작동하게 될 뿐만 아니라 온수 공급을 위하여 선택적으로 작동하게 되고, 상기 연료 전지(200)의 작동 중 발생되는 반응열은 난방 및 온수 공급에 사용 된다. 이와 같은 과정을 상세하게 설명한다.

먼저, 연료 공급부(230)를 통해 개질부(220)에 연료가 공급되어 그 개질부(220)에서 수소를 정제하여 스택부(210)의 연료극(211)에 수소를 공급하게 되며, 이와 동시에 공기 공급부(240)를 통해 개질부(220)에 공기가 공급됨과 동시에 스택부(210)의 공기극(212)에 공기가 공급된다. 상기 스택부(210)의 연료극(211)에 공급되는 수소와 공기극(212)에 공급되는 산소가 그 스택부(210)에서 전기 화학적 반응을 일으키면서 전기 에너지와 부산물로 반응열과 물을 생성시키게 된다.

연료 전지(200)의 스택부(210)에서 발생되는 전기 에너지는 변환 출력부(250)를 통해 가정이나 식당 등의 가전 제품 및 조명 기기에 공급된다. 또한 연료 전지(200)에서 발생되는 열은 저장 탱크(300)의 유체가 유입 라인(320)과 제1 열교환부(310) 그리고 유출 라인(330)을 통해 순환 유동하면서 저장 탱크(300)에 저장된다.

한편, 가정이나 식당 등의 실내를 난방할 때 상기 제어 유닛(900)의 제어에 따라 상기 유량 조절유닛(800)이 조절되어 저장 탱크(300)의 유체가 가열 유체 공급라인(600)을 통하여 방열 라인(400)으로 유동하게 되며 그 유체가 방열 라인(400)을 통해 유동하면서 외부로 열을 방출하게 된다. 이때, 상기 가열 유체 공급라인(600)을 통해 유동하는 유체의 온도가 설정된 온도보다 낮게 될 경우 상기 보일러(100)를 가동시켜 제4 열교환부(610)를 유동하는 유체를 가열시켜 그 유체의 온도를 조절하게 된다. 상기 저장 탱크(300)의 유체 온도 이하에서는 유량 조절유닛(800)의 조절에 따른 유체의 유량 조절에 의해 방열 라인(400)에서 방출되는 열 을 조절하게 된다.

상기 방열 라인(400)을 통해 유동하면서 외부에 열을 방출한 유체는 회수 라인(700)을 통하여 저장 탱크(300)로 유입된다. 이와 같은 과정이 반복되면서 상기 방열 라인(400)을 통해 유동하는 유체가 외부로 방출하는 열에 의해 실내의 바닥이 가열되어 실내의 바닥을 따뜻하게 할 뿐만 아니라 실내의 공기를 가열시키게 된다.

가정이나 식당 등의 실내를 난방하지 않을 경우 보일러(100)에 의해 제4 열교환부(610)가 가열되는 것을 정지시킬 뿐만 아니라 유량 조절유닛(800)을 조절하여 저장 탱크(300)의 유체가 가열 유체 공급라인(600)으로 유동하는 것을 차단시키게 된다.

한편, 가정이나 식당 등의 세면실이나 주방 등에서 온수를 사용하게 될 경우 수도관에서 공급되는 수도물이 온수 라인(500)을 통해 공급되며, 이때 상기 수도물이 온수 라인(500)을 통해 유동하면서 저장 탱크(300)내에 위치하는 제2 열교환부(510)와 보일러(100)내에 위치하는 제3 열교환부(520)를 거치면서 가열되어 세면실이나 주방 등에 공급된다. 상기 온수 라인(500)을 통해 유동하는 수도물은 먼저 제2 열교환부(510)에 의해 가열되며, 그 가열된 수도물의 온도가 설정된 온도 이하일 경우 보일러(100)의 작동에 제3 열교환부(520)에서 가열되어 설정된 온도로 공급된다. 특히, 급탕의 경우 보일러(100)의 작동에 온수 라인(500)의 제3 열교환부(520)에서 수도물이 고온으로 가열된다.

이와 같이 본 발명은 연료 전지(200)에서 발생되는 전기 에너지를 이용하여 가정이나 식당 등의 가전 제품 및 조명 기기를 작동시키게 될 뿐만 아니라 그 연료 전지(200)의 작동 중 부산물로 생성되는 반응열을 이용하여 가정이나 식당에 설치된 보일러(100)와 함께 실내를 난방시키고 온수를 공급하게 된다. 즉, 낮은 온도 상태(낮은 열량이 필요한 상태)로 실내를 난방하거나 낮은 온도의 온수를 사용할 경우 연료 전지(200)에서 발생되는 반응열을 이용하여 실내를 난방시키거나 온수를 공급하게 되고, 높은 온도 상태(많은 열량이 필요한 상태)로 실내를 난방하거나 높은 온도의 온도를 사용할 경우 연료 전지(200)의 반응열과 기존 보일러(100)의 작동에 의한 연소열을 이용하여 실내를 난방시키거나 뜨거운 물을 공급하게 된다.

또한, 연료 전지(200)의 측면에서 스택부(210)에서 발생되는 열을 저장 탱크(300)로 회수하게 되므로 그 스택부(210)의 작동이 원활하게 된다.

상기 연료 전지(200)에서 수소와 산소가 전기 화학적 반응이 일어나면서 전기 에너지와 반응열 그리고 물 등을 생성시키게 되므로 환경 오염물질의 배출이 방지된다.

도 3은 본 발명의 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템의 제2 실시예를 도시한 것이다. 본 발명의 제1 실시예와 동일한 부분에 대하여 동일한 부호를 부여하였다.

이에 도시한 바와 같이, 상기 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템은 가정이나 식당 등에 설치되는 보일러(100) 및 연료 전지(200)와, 상기 연료 전지(200)에 공급되는 연료와 산소의 전기 화학적 반응에서 생성되는 반응열을 유체를 통해 회수하여 저장하는 저장 탱크(300)와, 상기 가정이나 식당의 바닥에 매설되는 방열 라인(400)과, 외부에서 물이 공급되며 상기 보일러(100) 및 저장 탱크 (300)를 거쳐 가정이나 식당의 세면실이나 주방 등에 온수가 공급되도록 연결되는 온수 라인(500)과, 상기 온수 라인(500)을 통해 유동하는 물의 일부분이 상기 보일러(100)를 거쳐 방열 라인(400)으로 공급되도록 안내하는 제1 열 공급 라인(910)과, 상기 방열 라인(400)을 거친 유체가 상기 보일러(100)를 거쳐 순환 유동하도록 상기 방열 라인(400)과 제1 열 공급 라인(910)을 연결하는 순환 회수 라인(920)과, 상기 온수 라인(500)의 물이 상기 제1 열 공급 라인(910)으로 공급되는 것을 온/오프시키는 개폐 유닛(930)을 포함하여 구성된다.

상기 보일러(100), 연료 전지(200), 저장 탱크(300) 그리고 온수 라인(500)은 제1 실시예에서 설명한 바와 같다.

상기 제1 열 공급 라인(910)은 일정 길이를 가지며 그 일측이 상기 온수 라인(500)과 연결되고 타측이 상기 과 연결된다. 그리고 그 제1 열 공급 라인(910)의 일측에 제5 열교환부(911)가 구비되어 그 제5 열교환부(911)가 상기 보일러(100)내에 위치하게 된다.

상기 순환 회수 라인(920)은 일정 길이를 가지며 그 일측이 방열 라인(400)과 연결되고 타측이 상기 제1 열 공급 라인(910)과 연결된다. 이로 인하여 상기 제1 열 공급 라인(910)과 그리고 순환 회수 라인(920)은 하나의 순환 유로를 형성하게 된다.

상기 개폐 유닛(930)은 상기 제1 열 공급 라인(910)과 온수 라인(500)이 연 결되는 연결 부분과 상기 순환 회수 라인(920)과 상기 제1 열 공급 라인(910)이 연결되는 연결 부분사이에 위치하도록 상기 제1 열 공급 라인(910)에 장착된다. 상기 개폐 유닛(930)은 개폐 밸브임이 바람직하다. 상기 개폐 유닛(930)이 온(on)되면 그 온수 라인(500)을 통해 유동하는 유체, 즉 온수의 일부분이 제1 열 공급 라인(910)과 방열 라인(400) 그리고 순환 회수 라인(920)에 채워지게 되며 그 라인들에 온수가 채워지게 되면 그 개폐 유닛(930)이 오프(off)되어 그 온수 라인(500)은 통해 유동하는 유체가 제1 열 공급 라인(910)측으로 유입되는 것을 차단시키게 된다. 그리고 만인 제1 열 공급 라인(910)과 방열 라인(400) 그리고 순환 회수 라인(920)에 채워진 물이 부족하게 되면 다시 개폐 유닛(930)이 온되어 그 제1 열 공급 라인(910)으로 물을 공급하게 된다.

한편, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 제1 열 공급 라인(910)과 순환 회수 라인(920)의 연결부분에 상기 온수 라인(500)에서 공급되는 온수를 저장하는 보조 탱크(940)가 구비될 수 있다. 상기 보조 탱크(940)의 내부에 항상 설정된 양의 물이 채워지며 그 보조 탱크(940) 내부에 채워진 물의 양이 설정된 양 이하가 될 경우 상기 개폐 유닛(930)이 온되어 온수 라인(500)을 유동하는 물 일부분이 보조 탱크(940) 내로 유입된다. 상기 보조 탱크(940) 내부에 채워지는 물이 설정된 양 이상이 되면 그 개폐 유닛(930)이 오프되어 온수 라인(500)의 물이 보조 탱크(940) 내부로 유입되는 것을 차단시키게 된다. 상기 보조 탱크(940)는 상기 보일러(100) 내부에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 보일러(100)의 내부에 위치하는 온수 라인(500)의 제3 열교환부(520)와 제1 열 공급 라인(910)의 제5 열교환부(911)는 보일러(100)의 내부에 구비된 버너 또는 버너들에 의해 선택적으로 가열됨이 바람직하다. 그리고 상기 제1 열 공급 라인(910)의 제5 열교환부(911)는 가정이나 식당의 실내 설정 온도에 따라 가열된다.

상기한 바와 같은 본 발명의 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템의 제2 실시예의 작동을 설명하면 다음과 같다.

상기 연료 전지(200)는 가정이나 식당 등의 가전 제품 및 조명 기기에 전원을 공급하기 위하여 작동하게 되며, 상기 보일러(100)는 그 가정이나 식당 등의 난방을 위하여 작동하게 될 뿐만 아니라 온수 공급을 위하여 선택적으로 작동하게 되고, 상기 연료 전지(200)의 작동 중 발생되는 반응열은 온수 공급에 사용된다. 이와 같은 과정을 상세하게 설명한다.

상기 연료 전지(200)의 작동 및 그 연료 전지(200)에서 발생되는 전기 에너지가 공급되는 과정과 그 연료 전지(200)에서 발생되는 반응열이 저장 탱크(300)에 저장되는 과정은 제1 실시예에서 설명한 바와 같다. 그리고 가정이나 식당 등의 세면실이나 주방 등으로 온수를 공급하는 과정도 같다.

상기 가정이나 식당의 실내를 난방할 경우 상기 보일러(100)에 의해 제1 열 공급 라인(910)의 제5 열교환부(911)가 가열되며 그 제1 열 공급 라인(910)의 제5 열교환부(911)가 가열됨에 따라 그 제5 열교환부(911)를 통해 유동하는 물이 가열되고 그 가열된 물은 그 제1 열 공급 라인(910)을 통해 방열 라인(400)으로 유동하게 된다.

상기 방열 라인(400)을 통해 가열된 물이 유동하면서 외부로 열을 방출하게 되며 그 방출된 열에 의해 실내를 난방시키게 된다. 상기 방열 라인(400)을 거친 물은 순환 회수 라인(920)을 통해 제1 열 공급 라인(910)의 제5 열교환부(911)로 유동하게 되며, 이와 같은 과정이 반복되면서 가정이나 식당 등의 실내를 난방시키게 된다.

한편, 상기 실내의 온도가 설정된 온도가 되면 상기 제5 열교환부(911)를 가열시키는 것을 정지시키게 되고, 그 실내의 온도가 설정된 온도 이하가 되면 그 제5 열교환부(911)가 보일러(100)에 의해 가열된다.

이와 같이 본 발명의 제2 실시예는 연료 전지(200)에서 발생되는 전기 에너지를 이용하여 가정이나 식당 등의 가전 제품 및 조명 기기를 작동시키게 될 뿐만 아니라 그 연료 전지(200)의 작동 중 부산물로 생성되는 반응열을 이용하여 가정이나 식당에 설치된 보일러(100)와 함께 실내를 난방시키고 온수를 공급하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템은 연료 전지에서 발생되는 전기 에너지를 이용하여 가정이나 식당 등의 가전 제품 및 조명 기기를 작동시키게 될 뿐만 아니라 그 연료 전지에서 생성되는 반응열과 보일러의 연소열에 의해 실내를 난방시키고 온수를 공급하게 됨으로써 보일러의 작동 시간을 줄이게 되어 보일러에 사용되는 석유나 가스의 사용량을 감소시키게 된다. 이로 인하여, 가정이나 식당 등의 실내 난방이나 온수 공급을 위한 가계의 경제적 부담을 줄이고 또한 인체에 유해한 오염 물질의 발생을 줄이게 된다.

Claims

가정이나 식당 등에 설치되는 보일러 및 연료 전지와;

유체가 채워진 저장 탱크와;

상기 연료 전지에 구비되어 그 연료전지에서 발생되는 반응열을 회수하는 제1 열교환부와;

상기 저장 탱크의 유체가 상기 제1 열교환부를 순환하면서 그 제1 열교환부의 열을 흡수하여 저장 탱크에 저장되도록 그 저장 탱크와 제1 열교환부를 연결하는 유입 라인 및 유출라인과;

상기 가정이나 식당의 바닥에 매설되는 방열 라인과;

상기 저장 탱크의 유체가 상기 보일러를 거쳐 상기 방열 라인으로 공급되도록 상기 저장 탱크와 보일러 그리고 방열 라인을 연결하는 가열 유체 공급라인과;

상기 방열 라인을 거친 유체가 상기 저장 탱크로 유입되도록 상기 방열 라인과 저장 탱크를 연결하는 회수 라인과;

상기 가열 유체 공급라인의 유체의 유동을 조절하는 유량 조절유닛과;

외부에서 물이 공급되어 상기 보일러 및 저장 탱크를 거쳐 가정이나 식당의 세면실이나 주방 등에 온수가 공급되도록 연결되며, 그 일부가 상기 저장 탱크의 유체와 직접 접촉되어 내부를 유동하는 물이 저장 탱크의 유체와 열교환되는 온수 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템.
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제 1 항에 있어서, 상기 온수 라인의 일부는 상기 보일러를 구성하는 버너의 연소열에 노출되어 그 온수 라인을 통해 유동하는 유체가 가열되는 것을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템.
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제 1 항에 있어서, 상기 유량 조절유닛은 상기 저장 탱크와 보일러사이에 위치하도록 상기 가열 유체 공급라인에 장착되는 것을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템.
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가정이나 식당 등에 설치되는 보일러 및 연료 전지와;

유체가 채워진 저장 탱크와;

상기 연료 전지에 구비되어 그 연료전지에서 발생되는 반응열을 회수하는 제1 열교환부와;

상기 저장 탱크의 유체가 제1 열교환부에서 열교환되는 열을 흡수하여 그 저장 탱크에 저장되도록 그 저장 탱크와 제1 열교환부를 연결하는 유입 라인 및 유출라인과;

상기 가정이나 식당의 바닥에 매설되는 방열 라인과;

외부에서 물이 공급되며 상기 보일러 및 저장 탱크를 거쳐 가정이나 식당의 세면실이나 주방 등에 온수가 공급되도록 연결되는 온수 라인과;

상기 온수 라인을 통해 유동하는 유체의 일부분이 상기 보일러를 거쳐 방열 라인으로 공급되도록 안내하는 제1 열 공급 라인과;

상기 방열 라인을 거친 유체가 상기 보일러를 거쳐 순환 유동하도록 상기 방열 라인과 제1 열 공급 라인을 연결하는 순환 회수 라인과;

상기 온수 라인의 유체가 상기 제1 열 공급 라인으로 공급되는 것을 온/오프시키는 개폐 유닛과;

상기 제1 열 공급 라인과 순환 회수 라인의 연결부분에 상기 온수 라인에서 공급되는 온수를 저장하는 보조 탱크를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료 전지를 이용한 난방 및 온수 공급 시스템.
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