KR100962383B1 - 연료 전지 패키지 시스템 - Google Patents

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KR100962383B1
KR100962383B1 KR1020090011919A KR20090011919A KR100962383B1 KR 100962383 B1 KR100962383 B1 KR 100962383B1 KR 1020090011919 A KR1020090011919 A KR 1020090011919A KR 20090011919 A KR20090011919 A KR 20090011919A KR 100962383 B1 KR100962383 B1 KR 100962383B1
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김호석
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박재현
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Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 패키지 시스템은 열을 효율적으로 이용할 수 있도록 연료와 산화제의 반응으로 전기를 생산하는 스택과, 상기 스택으로부터 전달된 열을 보관하는 축열조, 및 상기 축열조를 통해서 가열된 열수를 순환시켜서 연결 설치된 열 이용기기에 열을 제공하는 순환관을 포함한다.
연료 전지, 순환관, 분지 헤더, 열 이용기기

Description

연료 전지 패키지 시스템{FUEL CELL PACKAGE SYSTEM}
본 발명은 연료 전지 패키지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료 전지 스택에서 발생된 열을 이용하는 구조를 개선한 연료 전지 패키지 시스템에 관한 것이다.
연료 전지는 연료(수소 또는 개질 가스)와 산화제(산소 또는 공기)를 이용하여 전기 화학적으로 전력을 생산하는 장치로서, 외부에서 지속적으로 공급되는 연료와 산화제를 전기 화학 반응에 의하여 직접 전기에너지로 변환시키는 장치이다.
연료 전지의 산화제로는 순수 산소나 산소가 다량 함유되어 있는 공기를 이용하며, 연료로는 순수 수소 또는 탄화수소계 연료(LNG, LPG, CH3OH)또는 탄화수소계 연료를 개질하여 생성된 수소가 다량 함유된 개질 가스를 사용한다.
이러한 연료 전지는 크게, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC)와, 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxydation Fuel Cell)와 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)로 구분될 수 있다.
고분자 전해질형 연료 전지는 스택(stack)이라 불리는 연료 전지 본체를 포함하며, 개질기로부터 공급되는 수소 가스와, 공기펌프 또는 팬의 가동에 의해 공급되는 공기의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 구조로서 이루어진다. 여기서 개질기는 연료를 개질하여 이 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스를 스택으로 공급하는 연료처리장치로서의 기능을 한다.
직접 산화형 연료 전지는 고분자 전해질형 연료 전지와 달리, 수소 가스를 사용하지 않고 연료인 알코올류를 직접적으로 공급받아 이 연료 중에 함유된 수소와, 별도로 공급되는 공기의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 구조로서 이루어진다. 직접 메탄올형 연료 전지는 직접 산화형 연료 전지 중에서 메탄올을 연료로 사용하는 전지를 말한다.
이러한 연료 전지는 전력과 열을 동시에 발생시키는 바, 발전효율과 열효율의 합인 총효율이 80%가 넘는 고효율 에너지 생산기기로 각광받고 있다. 또한, 실제 건물용이나 주거용 주택에 연료 전지를 설치하여 사용자가 필요로 하는 전력과 열을 직접 생산하여 사용할 수 있는 장점이 있어서 사용자의 편의성이 향상될 뿐만 아니라 에너지 사용 비용을 대폭 감소시킬 수 있다.
연료 전지에서 생산된 전력을 외부로 공급함과 동시에 부수적으로 발생되는 열은 온수의 형태로 회수하여 난방과 급탕에 이용한다. 그러나 연료 전지 시스템은 운전 방식에 따라 정격용량의 20% 내지 100%까지 부분 부하 운전을 하며 이에 따라 폐열 발생량도 변하게 된다. 따라서 연료 전지 시스템에서 발생하는 폐열은 열을 지속적으로 소모하는 곳에 사용하는 것이 가장 효율적이다. 그러나 난방과 급탕의 경우는 시간적으로 사용이 집중되며 이에 따라 연료 전지에서 발생한 열을 효율적으로 활용하지 못하는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연료 전지 스택에서 발생한 열을 효율적으로 활용할 수 있는 연료 전지 패키지 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 패키지 시스템은 연료와 산화제의 반응으로 전기를 생산하는 스택과, 상기 스택으로부터 전달된 열을 보관하는 축열조, 및 상기 축열조를 통해서 가열된 열수를 순환시켜서 연결 설치된 열 이용기기에 열을 제공하는 순환관을 포함한다.
상기 연료 전지 패키지 시스템은 상기 순환관에 연결 설치된 열 이용기기를 포함할 수 있으며, 상기 연료 전지부의 정격 출력이 T[kW]인 경우, 단수 또는 복수 개의 열 이용기기의 시간당 소모 열량의 총합은 1,000*T[kcal/hr] 내지 1,500*T[kcal/hr]일 수 있다. 또한, 상기 연료 전지부의 정격 출력이 T[kW]인 경우, 단수 또는 복수 개의 열 이용기기의 시간당 소모 열량의 합은 1,200*T[kcal/hr] 내지 1,500*T[kcal/hr]일 수 있다.
상기 순환관은 상기 열 이용기기에 열을 전달하는 열 교환부를 구비할 수 있으며 상기 순환관은 열수를 상기 열 이용기기에 유입시킬 수 있도록 상기 열 이용 기기와 연결된 입구단과 열수를 상기 열 이용기기에서 배출시킬 수 있도록 상기 열 이용기기와 연결된 출구단을 구비할 수 있다.
상기 열 이용기기는 상기 순환관과 연결되어 열수를 유통시켜서 내부로 열을 전달하는 내부 가열부를 구비할 수 있으며, 상기 열 이용기기는 상기 내부 가열부에 의하여 가열된 공기를 가열 대상 물체로 이송시키는 송풍팬을 더 포함할 수 있다.
상기 연료 전지 패키지 시스템은 상기 순환관과 연결 설치되어 상기 축열조를 통해서 가열된 열수를 더 가열하는 보조 열원을 포함할 수 있으며, 온수를 소모하는 온수 이용기기에 온수를 공급하며, 상기 축열조 및 상기 보조 열원을 통해서 열을 전달받는 온수 공급관을 더 포함할 수 있다. 또한, 건물에 난방 열을 제공하는 난방수를 순환시키며, 상기 축열조 및 상기 보조 열원을 통해서 열을 전달 받는 난방관을 포함 할 수 있다.
상기 연료 전지 패키지 시스템은 상기 순환관을 통해서 열수가 배출되는 열수 출구단과 상기 순환관을 통해서 열수가 회수되는 열수 입구단을 구비할 수 있으며, 복수 개의 상기 열수 입구단과 복수 개의 상기 열수 출구단을 구비할 수 있다. 또한, 상기 순환관에는 상기 열수를 가압하여 유동시키는 펌프가 연결 설치될 수 있다.
상기 순환관에는 상기 열 이용기기가 직렬로 연결 설치될 수 있으며, 상기 순환관에는 상기 열 이용기기가 병렬로 연결 설치될 수 있다. 연료 전지 패키지 시스템은 상기 열 이용기기들 사이에서 상기 순환관에 설치되어 열수에 열을 공급 하는 추가 열원을 포함할 수 있다.
연료 전지 패키지 시스템은 상기 순환관에 연결되어 열수를 공급 받으며, 복수 개의 출구에 순환관이 연결 설치되어 순환관들로 열수를 분배하여 공급하는 분지 헤더를 포함할 수 있으며, 상기 분지 헤더는 열수가 유입되는 복수 개의 입구를 구비할 수 있다.
상기 열 이용기기는 열을 지속적으로 소모하는 기기일 수 있으며, 또한 상기 열 이용기기는 내부에 수납된 물체를 가열하는 기기일 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따르면 연료 전지부에서 발생한 열로 열 이용기기를 가열하여 연료 전지부에서 발생된 열을 효율적으로 이용할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 당업자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
상기한 도면을 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연료 전지 패키지 시스템(100)은 연료와 산소의 반응으로 전기를 생산하는 연료 전지부(110)와 연료 전지부(110)에서 발생한 열을 저장하여 공급하는 열 공급부(120), 및 열 공급부(120)와 연결되어 열 공급부(120)에서 가열된 열수를 순환시켜서 열 이용기기(130)에 열을 제공하는 순환관(140)을 포함한다.
연료 전지부(110)는 연료와 산화제의 반응으로 전기를 생산하며, 부수적으로 발생된 열은 외부로 공급하여 활용한다. 본 실시예에 따른 연료 전지부(110)는 연료를 수소가 풍부한 개질가스로 개질하여 사용하는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC)로 이루어질 수 있다.
다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 연료 전지부(110)는 메탄올과 산소의 직접적인 반응에 의하여 전기 에너지를 발생시키는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell)로 이루어질 수 있다.
또한, 연료 전지부(110)는 600℃ 이상의 고온에서 작동하는 용융 탄산염형 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cells), 또는 고체산화물형 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cells), 또는 200℃ 이하의 비교적 저온에서 작동하는 인산형 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cells)로 이루어질 수 있다.
연료 전지부(110)는 연료를 이용하여 개질가스를 발생시키는 개질기(115)와 개질기(115)와 연결되어 개질가스와 산화제를 이용하여 전력을 발생시키는 스택(112)을 포함한다.
상술한 바 있는 개질기(115)는 개질 반응에 의해 탄화수소계열의 연료를 스택(112)의 전기 생성에 필요한 수소가 풍부한 개질 가스로 전환할 뿐만 아니라, 상기한 개질 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 장치이다.
통상적으로 상기한 개질기(115)는 탄화수소계열의 연료를 개질하여 수소가 풍부한 개질 가스를 발생시키는 개질부(117)와, 그 수소 가스로부터 일산화탄소의 농도를 저감시키는 정제부(116)를 포함한다. 개질부(117)는 수증기 개질 등의 촉매 반응을 통해 상기한 연료를 수소가 풍부한 개질 가스로 전환한다.
그리고 정제부(116)는 수성가스 전환 방법, 선택적 산화 방법 등과 같은 촉매 반응 또는 분리막을 이용한 수소의 정제 등과 같은 방법으로 개질 가스로부터 일산화탄소의 농도를 저감시킨다.
한편, 스택(112)은 개질기(115)로부터 전달된 개질가스와 산화를 이용하여 전기를 발생시키며, 전기 에너지를 발생시키는 최소 단위의 전지 셀을 구비하는 바, 이 전지 셀은 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly; MEA)를 중심에 두고 이의 양면에 세퍼레이터를 밀착 배치하여 구성될 수 있다.
열 공급부(120)는 스택(112)에서 발생된 열을 전달 받아 저장하는 축열조(121)와 연결되어 축열조(121)에서 가열된 열수에 더욱 열을 공급하는 보조 열원(123)을 포함한다.
축열조(121)는 스택(112)을 냉각하면서 전달받은 열을 온수 형태로 저장하는 물탱크로 이루어진다. 이와 같이 축열조(121)를 설치하면 열의 사용량이 적은 경우에 축열조(121)에 열을 저장하였다가 이용할 수 있으므로 열의 이용 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
보조 열원(123)은 축열조(121)를 통해서 가열된 열수를 더욱 가열할 필요가 있을 때, 열수에 열을 전달하는 역할을 하며, 보일러 등으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 보조 열원(123)을 설치하면 열의 사용량이 많아서 연료 전지부(110)에서 발생한 열이 부족할 경우에도 열 이용기기(130)에 충분한 열을 전달할 수 있다.
본 실시예에 따른 연료 전지 패키지 시스템(100)은 열 공급부(120)와 연결되어 열 공급부(120)에서 가열된 열수를 순환시켜서 열 이용기기(130)에 열을 제공하는 순환관(140)과 순환관을 통해서 열수가 배출되는 열수 출구단(124)과 순환관을 통해서 열수가 회수되는 열수 입구단(126)을 갖는다.
순환관(140)은 열 공급부(120)에서 열을 전달받아 외부에 열을 공급할 수 있도록 외부로 이어져 있는데, 순환관(140)에는 순환관(140)을 흐르는 열수로부터 열을 공급받는 열 이용기기들(130)이 연결 설치된다.
열 이용기기(130)는 순환관(140)과 연결되어 열수를 유통시켜서 내부로 열을 전달하는 내부 가열부와, 내부 가열부에 의하여 가열된 공기를 가열 대상 물체로 이송시키는 송풍팬을 포함할 수 있다.
내부 가열부는 열 이용기기의 내부에 설치되며 열 교환이 활발하게 발생할 수 있도록 지그재그 형태로 이어진 관으로 이루어질 수 있다. 또한, 송풍팬은 내부 가열부에 의해 가열된 공기를 가압하여 가열 대상 물체로 전달하는 통상적인 팬으로 이루어진다.
열 이용기기(130)는 지속적으로 대상물을 가열하여 열을 소모하는 다양한 기기로 이루어질 수 있는데, 예를 들면 음식물 건조기, 온장고, 식기 건조기, 수저건조기 등이 될 수 있다. 특히, 열 이용기기는 내부에 수납된 물체를 가열하는 기기로 이루어질 수 있으며, 이때, 순환관의 열수를 소모하지 않고 열수로부터 열만을 공급받는다.
열 이용기기(130)는 순환관(140)과의 열교환을 통해서 가열될 수 있는 바, 이를 위해서는 순환관(140)은 열 이용기기(130)에 열을 전달할 수 있도록 열 교환부를 구비할 수 있다. 이때, 열 교환부는 열 이용기기의 외부에 설치될 수 있으며, 열 이용기기의 내부에 삽입되도록 설치될 수 있다.
한편, 열 이용기기(130)에 직접 열수를 유입시켜서 열 이용기기(130)를 가열할 수 있는 바, 이를 위해서는 순환관(140)은 열수를 열 이용기기(130)에 유입시킬 수 있도록 열 이용기기(130)와 연결되는 입구단과 열수를 열 이용기기(130)에서 배출시킬 수 있도록 열 이용기기(130)와 연결된 출구단을 구비할 수 있다.
순환관(140)에는 제1 열 이용기기(131)와 제2 열 이용기기(132), 및 제3 열 이용기기(133)가 직렬로 연결 설치되는데, 이에 따라 열 이용기기들(130)은 순환관(140)을 통해서 순차적으로 열을 공급받는다. 앞쪽에 설치된 제1 열 이용기기(131)는 상대적으로 높은 열을 이용하는 기기로 이루어지는 것이 바람직하며, 뒤쪽에 설치된 제3 열 이용기기(133)는 낮은 열을 지속적으로 이용하는 기기로 이루어지는 것이 바람직하다. 이와 같이 열 이용기기(130)를 배치하면 하나의 관을 통해서 다수 개의 열 이용기기(130)에 열을 공급할 수 있으며, 적은 유량으로 많은 수의 열 이용기기들(130)을 가열할 수 있다.
본 실시예와 같이 연료 전지 패키지 시스템(100)이 순환관(140)을 포함하고, 순환관(140)에 열 이용기기들(130)이 설치되면 연료 전지부(110)에서 발생된 열을 온수 형태로 이용할 수 있을 뿐만 아니라, 주변 전열 기기에 직접 열을 전달할 수도 있다. 이에 따라 연료 전지부(110)에서 발생된 열을 효율적으로 이용할 수 있다.
표 1 은 일반 주거용 열 이용기기에서 필요한 열원을 공급하기 위하여 도 1 과 같이 연결한 상태에서 60℃의 열수를 공급하고 50℃의 열수를 환수 하였을 때 각 열 이용기기에 공급된 열량을 나타내고 있다. 소모 열원은 종래 열 이용기기에서 필요로 하는 열량에 ±15% 이내의 범위에 들도록 구성한 예를 나타내고 있으며, 이송에 따른 열손실은 총 공급 열량의 15% 이하가 바람직하다. 열수 펌프의 정격 유량은 3LPM으로 이루어질 수 있다.
아래 표와 같이 열 이용기기들을 구성할 경우 세 개의 열 이용기기가 소모하는 열량은 1,500kcal/hr 정도이며, 배관 및 설비에 의한 열손실을 고려할 때, 필요한 총 공급 열량은 1,800kcal/hr이 된다.
[표 1]
장비1
(음식물건조기)		 장비2
(식기건조기)		 장비3
(온장고)		 열손실
(배관 및 설비)
입구온도(℃) 60 56.5 54.5 51.5
출구온도(℃) 56.5 54.5 51.5 50
소모열원 (kcal/hr) 630 360 540 270
연료 전지부(110)의 정격 출력이 T[kW]인 경우, 1,000*T[kcal/hr 내지 1,500*T[kcal/hr]의 열을 생산하므로 순환관(140)에 연결된 열 이용기기들(130)이 사용하는 시간당 소모 열량의 총합은 1,000*T[kcal/hr] 내지 1,500*T[kcal/hr]의 범위 내에 있어야 연료 전지부에(110)서 발생한 열의 이용 효율을 극대화할 수 있다.
소모 열량의 총합이 1,000*T[kcal/hr] 보다 더 작으면 연료 전지부(110)에서 발생한 열이 남는 문제가 있으며, 소모 열량의 총합이 1,500*T[kcal/hr] 보다 더 크면, 열 이용기기(130)를 안정적으로 가열하지 못하는 문제가 있다.
상기한 범위는 배관 및 설비에서 현저히 우수한 단열을 수행하여 열의 손실이 거의 없는 경우에 적용되는 것이다. 다만, 이러한 단열 효과를 얻기 위해서는 배관 및 설비 비용이 과도하게 증가하는 문제가 있을 수 있다. 연료 전지부(110)의 효과적인 폐열 이용을 고려하고 배관 및 설비에서 통상적인 수준의 열손실이 발생한다고 가정하면, 순환관(140)에 연결 설치된 열 이용기기들(130)이 사용하는 소모 열량의 총합은 1,200*T[kcal/hr] 내지 1,500*T[kcal/hr]로 이루어질 수 있다. 여기서 소모 열량의 총합이 1,200*T[kcal/hr] 보다 더 작으면 연료 전지부(110)에서 발생한 열이 남는 문제가 있으며, 소모 열량의 총합이 1,500*T[kcal/hr] 보다 더 크면, 열 이용기기(130)를 안정적으로 가열하지 못하는 문제가 있다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 패키지 시스템을 도시한 개략적인 구성도이다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 제2 실시예에 따른 연료 전지 패키지 시스템(200)은 연료와 산소의 반응으로 전기를 생산하는 연료 전지부(210)와 연료 전지부(210)에서 발생한 열을 저장하여 공급하는 열 공급부(230)를 포함한다.
연료 전지부(210)는 연료를 개질하여 개질가스를 생성하는 개질기(215)와 개질가스와 산화제를 이용하여 전기를 생산하는 스택(112)을 포함한다. 여기서 개질기(215)는 액상의 연료를 이용하여 수소가 풍부한 개질 가스를 생성하는 개질부(217)와 개질 가스에 포함된 일산화탄소를 저감시키는 정제부(216)를 포함한다.
한편, 열 공급부(230)는 스택(212)에서 발생된 열을 전달 받아 저장하는 축열조(231)와 축열조(231)에 연결되어 축열조(231)에서 가열된 물에 더욱 열을 공급 하는 보조 열원(232)을 포함한다.
본 실시예에 따른 연료 전지 패키지 시스템(200)은 열 이용기기(미도시)에 열을 제공하는 순환관(245)과, 온수 이용기기에 온수를 제공하는 온수 공급관(241), 및 바닥 난방 등을 위한 난방수를 제공하는 난방관(248)을 포함한다. 본 기재에서 열수, 온수, 및 난방수는 모두 열 공급부(230)를 통해서 열을 공급받아 가열된 물을 의미하며, 사용되는 용도는 상이하지만, 그 성분이 상이한 것은 아니다.
순환관(245)은 열 공급부(230)와 연결되어 열 공급부(230)에서 가열된 열수를 순환시켜서 열 이용기기에 열을 제공한다. 온수 공급관(241)은 열 공급부와 연결되어 열 공급부(230)에서 가열된 온수를 온수 이용기기에 제공한다. 온수 이용기기는 미스트사우나, 욕조 등이 될 수 있으며, 온수 공급관(241)을 통해서 제공된 온수는 순환되지 않고 소비된다.
난방관(248)에는 난방수를 가압하여 공급하기 위한 펌프(239)가 설치되며 열 공급부와 연결되어 열 공급부(230)에서 가열된 난방수를 난방에 제공한다. 난방수는 바닥 또는 난방기기에 열을 제공한 후에 난방관(248)을 통해서 회수된다.
순환관(245)과 온수 공급관(241), 및 난방관(248)은 열 공급부(230)에서 열을 전달받아 외부에 열을 공급할 수 있도록 외부로 이어져 설치된다.
본 실시예에 따른 연료 전지 패키지 시스템(200)은 순환관(245)을 통해서 열수가 배출되는 열수 출구단(234)과 순환관(245)을 통해서 열수가 회수되는 열수 입구단(235)을 구비하며, 온수 공급관(241)을 통해서 온수가 배출되는 온수 출구 단(236)을 갖는다.
또한, 연료 전지 패키지 시스템(200)은 난방관(248)을 통해서 난방수가 배출되는 난방수 출구단(237)과 난방관(248)을 통해서 난방수가 회수되는 난방수 입구단(238)을 갖는다.
이와 같이 순환관(245)을 통해서 열 이용기기에 열을 제공할 뿐만 아니라, 온수 공급관을 통해서 온수를 제공하며, 난방관을 통해서 난방열을 제공하면, 연료 전지부(210)에서 발생된 열을 보다 더 효율적으로 이용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지 패키지 시스템을 도시한 개략적인 구성도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 본 제3 실시예에 따른 연료 전지 패키지 시스템(300)은 연료와 산소의 반응으로 전기를 생산하는 연료 전지부(310)와 연료 전지부(310)에서 발생한 열을 저장하여 공급하는 열 공급부(320)를 포함한다.
연료 전지부(310)는 연료를 개질하여 개질가스를 생성하는 개질기(315)와 개질가스와 산화제를 이용하여 전기를 생산하는 스택(312)을 포함한다. 여기서 개질기(315)는 액상의 연료를 이용하여 수소가 풍부한 개질 가스를 생성하는 개질부(317)와 개질 가스에 포함된 일산화탄소를 저감시키는 정제부(316)를 포함한다.
한편, 열 공급부(320)는 스택(312)에서 발생된 열을 전달 받아 저장하는 축열조(321)와 축열조(321)에 연결되어 축열조(321)에서 가열된 물에 더욱 열을 공급하는 보조 열원(323)을 포함한다.
본 실시예에 따른 연료 전지 패키지 시스템(300)은 열 공급부(320)와 연결되 어 열 공급부(320)로부터 열을 공급받아 열 이용기기들(342, 343, 344, 345, 346, 348)에 열을 전달하는 순환관들(351)을 포함한다.
또한, 연료 전지 패키지 시스템(300)은 순환관(351)을 통해서 열수가 배출되는 열수 출구단들(324, 325)과 순환관(351)을 통해서 열수가 회수되는 열수 입구단들(327, 326)을 갖는다. 순환관(351)에서 출구 쪽에는 열수를 가압하여 공급할 수 있도록 펌프(328)가 설치된다.
이와 같이 순환관(351)이 복수 개로 이루어지면 열 이용기기들에 개별적으로 순환관(351)을 연결하여 열 이용기기들을 병렬로 연결할 수 있다. 열 이용기기들을 열을 공급할 수 있으며, 열 이용기기들이 직렬로 연결된 경우에 비하여 보다 높은 온도의 열수를 통해서 충분한 열을 공급할 수 있다.
또한, 순환관(351)에는 두 개의 출구를 갖는 제1 분지 헤드(341)가 설치되는 바, 제1 분지 헤드(341)는 하나의 입구에 연결된 순환관(351)을 통해서 열수를 공급받으며, 두 개의 출구에 각각 순환관(351)이 연결되어 이들을 통해서 열수를 각각 제1 열 이용기기(342)와 제2 열 이용기기(343)에 공급한다. 제1 열 이용기기(342)와 제2 열 이용기기(343)는 제1 분지 헤드(341)를 통해서 병렬로 연결되며, 각각 높은 온도의 열수를 공급받을 수 있다. 열 이용기기들이 직렬로 연결될 경우 앞쪽에 연결된 열 이용기기에 의하여 냉각된 열수가 전달되지만, 병렬로 연결하면 냉각되지 않은 열수를 직접 공급할 수 있다. 다만 병렬로 연결할 경우에는 동시에 열수를 공급해야 하므로 충분한 양의 열수를 공급할 필요가 있다.
또한, 순환관(351)에는 제2 분지 헤드(345)가 설치되는 바, 제2 분지 헤 드(345)는 두 개의 입구와 두 개의 출구를 갖고 각각의 입구와 출구에는 순환관이 연결된다. 이와 같이 분지 헤드는 복수 개의 출구를 구비할 수 있을 뿐만 아니라, 복수 개의 입구를 구비할 수도 있다.
제2 분지 헤드(345)는 병렬로 연결된 제1 열 이용기기(342)와 제2 열 이용기기(343)를 거친 순환관과 연결되고, 직렬로 연결된 제3 열 이용기기(344)와 제4 열 이용기기(346)를 거친 순환관과 연결되어 열수를 공급받는다.
또한, 제2 분지 헤드(345)는 제5 열 이용기기(347)와 제6 열 이용기기(348)로 각각 열수를 공급하며, 제5 열 이용기기(347)와 제6 열 이용기기(348)는 제2 분지 헤드(345)를 통해서 병렬로 연결된다. 제5 열 이용기기(347)는 앞쪽에 설치된 열 이용기기들에 열을 공급한 열수를 통해서 가열되므로 낮은 열을 지속적으로 공급받아야 하는 온장고 등으로 이루어질 수 있다.
한편, 제6 열 이용기기(348)에서 열수가 유입되는 측에는 추가 열원(353)이 설치되는 데, 추가 열원(353)은 열수가 열 이용기기들을 가열하면서 냉각되어 제6 열 이용기기(348)를 가열하기 충분한 열을 공급하지 못하는 경우, 열수에 추가적으로 열을 전달하는 역할을 한다. 이와 같이 추가 열원(353)을 설치하면 열 이용기기들을 보다 안정적으로 가열할 수 있다. 추가 열원(353)은 전기를 이용하여 열을 제공하는 장치로 이루어질 수 있다. 여기서 제6 열 이용기기(348)는 기본적으로 열수를 통해서 열을 전달받기 때문에 추가 열원(353)이 소모하는 전력은 열수를 통하지 않고 전기를 이용하는 직접 가열하는 경우에 비하여 더 작다.
본 실시예와 같이 분지 헤드들(341, 345)을 구비하면 복수 개의 열 이용기기 들을 효율적으로 가열할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 패키지 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 패키지 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료 전지 패키지 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -
100: 열 공급 시스템 110: 연료 전지부
112: 스택 115: 개질기
116: 정제부 117: 개질부
120: 열 공급부 121: 축열조
123: 보조 열원 124: 열수 출구단
126: 열수 입구단 130: 열 이용기기
140: 순환관 341: 제1 분지 헤드
345: 제2 분지 헤드

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  17. 연료와 산화제의 반응으로 전기를 생산하는 연료 전지부;
    상기 연료 전지부로부터 전달된 열을 보관하는 축열조;
    상기 축열조를 통해서 가열된 열수를 순환시키는 순환관;
    상기 순환관에 연결 설치된 열 이용기기;
    상기 순환관과 연결 설치되어 상기 축열조를 통해서 가열된 열수를 더 가열하는 보조 열원;
    온수를 소모하는 온수 이용기기에 온수를 공급하며, 상기 축열조 및 상기 보조 열원을 통해서 열을 전달받는 온수 공급관; 및
    건물에 난방 열을 제공하는 난방수를 순환시키며, 상기 축열조 및 상기 보조 열원을 통해서 열을 전달 받는 난방관;
    을 포함하고,
    상기 열 이용기기는 상기 순환관과 연결되어 열수를 상기 열 이용기기의 내부로 유통시켜서 상기 열 이용기기의 내부로 열을 전달하는 내부 가열부와, 상기 내부 가열부에 의하여 가열된 공기를 가열 대상 물체로 이송시키는 송풍팬을 포함하며,
    상기 열 이용기기는 내부에 수납된 물체를 가열하는 기기인 연료 전지 패키지 시스템.
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