KR101060283B1 - 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 구동 방법 - Google Patents

연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 구동 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101060283B1
KR101060283B1 KR1020090011918A KR20090011918A KR101060283B1 KR 101060283 B1 KR101060283 B1 KR 101060283B1 KR 1020090011918 A KR1020090011918 A KR 1020090011918A KR 20090011918 A KR20090011918 A KR 20090011918A KR 101060283 B1 KR101060283 B1 KR 101060283B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pipe
heating
fuel cell
pressure
hot water
Prior art date
Application number
KR1020090011918A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20100092672A (ko
Inventor
이성훈
김호석
홍병선
신미남
박재현
이정기
최윤신
Original Assignee
주식회사 동양건설산업
(주)퓨얼셀 파워
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 동양건설산업, (주)퓨얼셀 파워 filed Critical 주식회사 동양건설산업
Priority to KR1020090011918A priority Critical patent/KR101060283B1/ko
Publication of KR20100092672A publication Critical patent/KR20100092672A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101060283B1 publication Critical patent/KR101060283B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04052—Storage of heat in the fuel cell system
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04425—Pressure; Ambient pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04776—Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00—Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/40—Combination of fuel cells with other energy production systems
    • H01M2250/405—Cogeneration of heat or hot water
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02B90/10—Applications of fuel cells in buildings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은 열 효율을 최대화할 수 있도록, 연료와 산화제의 반응으로 전기를 생산하는 연료전지스택과, 상기 연료전지스택을 냉각시킨 냉각수로부터 열을 전달 받으며, 난방을 수행하는 난방 배관과 열 이용기기에 열을 전달하는 가열 배관, 및 상기 가열 배관에 연결 설치되고 관의 압력에 따라 개폐가 조절되는 밸브부를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구동 방법은 상기 연료전지스택에서 방출된 열에 의하여 가열된 난방수를 가열 배관으로 공급하는 난방수 공급 단계와, 열 이용기기와 연결된 가열 배관의 압력을 측정하는 압력 측정 단계와, 상기 가열 배관의 압력을 기준 압력과 비교하는 압력 비교 단계, 및 상기 가열 배관의 압력이 기준 압력보다 높으면 상기 가열 배관에 설치된 밸브를 닫고, 기준 압력보다 낮으면 상기 밸브를 개방하는 밸브 제어 단계를 포함할 수 있다.
Figure R1020090011918
연료 전지, 가열 배관, 장치공급 배관, 밸브부, 난방, 급탕

Description

연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 구동 방법{FUEL CELL SYSTEM AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 구동 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주변 장치에 열 공급하는 구조와 온수를 공급하는 구조를 개선한 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 구동 방법에 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.
도 4는 종래의 연료 전지 시스템을 도시한 개략적인 구성도이다.
도 4는 연료 전지 시스템을 이용하여 발전을 수행하면서 발생한 열을 이용하 여 급탕 및 온돌 난방을 수행하는 것을 나타낸다. 도 4에 도시된 바와 같이 연료전지스택(110)에서 발생된 열은 연료전지스택(110)을 냉각하는 냉각 장치(120)와 냉각 장치(120)에 전달된 열을 보관하는 축열조(140)를 통해서 가정 등에 온수 라인(170)과 온돌 난방을 수행하는 난방 라인(180)으로 전달된다.
온수 라인(170)과 난방 라인(180)은 축열조(140)와의 열교환을 통해서 일차적으로 가열되며 보조 버너(150)를 통해서 2차적으로 가열된다. 이렇게 가열된 물은 난방 또는 급탕에 이용된다.
그러나 온돌 난 방 및 목욕 등과 같은 열을 필요로 하는 수요는 계절적, 시간적으로 편중이 심하여 연료 전지 시스템의 열을 효율적으로 이용하기에는 어려운 문제가 있다.
도 5는 연료 전지 시스템에서 발생된 열을 각종 주변 기기에서 활용하는 것을 나타내고 있다. 도 5는 주변 기기와의 연결에서 발생하는 문제점을 설명하기 위한 것으로서 도 5에 도시된 내용과 이하에서 설명하는 내용이 반드시 종래 기술에 해당하는 것은 아니다.
온수 라인(170)과 난방 라인(180)으로 공급된 온수는 각각 연료 전지 시스템(100)에서 단일 출구로 인출되어 온수 라인(170)은 급탕 라인과 이용기기에 공급되는 라인으로 분기되며, 난방 라인(180)은 바닥 난방 라인과 이용기기에 공급되는 라인으로 분기된다.
연료 전지 시스템(100)의 설치 위치와 제1 기기(192)와 제2 기기(191)가 설치된 위치 사이에는 일정한 거리가 있을 수 밖에 없고, 난방 또는 급탕을 이용하면 분기되기 전까지는 배관에 난방수 또는 온수가 지속적으로 유동하게 된다.
예를 들어 제1 기기(192)가 난방수를 공급하는 배관에 연결 설치되는 경우에는 난방수가 제1 기기(192)로 이동하기 위해서는 난방수 공급관을 통해서 긴 경로를 거치되므로 열 에너지가 누출되는 문제가 있다. 물론 난방 장치의 연결된 분기부에서는 난방수가 이동하지 않지만 이에 이르기까지 난방수가 이동하므로 열 에너지의 손실이 크게 된다.
특히 제1 기기(192) 또는 제2 기기(191)는 짧은 시간 동안 사용될 수 있으나, 바닥 난방 등은 동절기 야근의 경우 오랜 시간 사용되므로 사용 시간 차이에 따른 열 에너지의 손실이 큰 문제가 있다.
또한 제1 기기(192) 또는 제2 기기(191)의 사용 여부에 따라 소모되는 유량에 변동이 발생하고, 배관 지름이 변경됨으로 인하여 유동에 저항이 발생하여 온수 또는 난방수를 공급하는데 필요한 에너지가 낭비되는 문제가 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열손실을 최소화함에 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템은 연료와 산화제의 반응으로 전기를 생산하는 연료전지스택과, 상기 연료전지스택을 냉각시킨 냉각수로부터 열을 전달 받으며, 난방을 수행하는 난방 배관과 열 이용기기에 열을 전달하는 가열 배관, 및 상기 가열 배관에 연결 설치되고 관의 압력에 따라 개폐가 조절되는 밸브부를 포함한다.
상기 밸브부는 관의 압력이 높아질 때, 닫혀지고, 관의 압력이 낮아질 때, 개방될 수 있으며, 상기 밸브부는 관의 압력을 측정하는 압력계와 밸브, 및 상기 압력계로 측정된 압력을 바탕으로 상기 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 가열 배관을 흐르는 유체는 가압하는 펌프를 더 포함할 수 있으며, 상기 연료전지스택을 냉각시킨 냉각수로부터 열을 전달 받으며, 외부로 온수를 제공하는 급탕 배관과 온수 이용기기에 온수를 전달하는 장치공급 배관을 더 포함할 수 있다.
상기 장치공급 배관에는 관의 압력에 따라 개폐가 조절되는 밸브부가 연결 설치될 수 있으며, 상기 밸브부는 관의 압력을 측정하는 압력계와 밸브, 및 상기 압력계의 압력을 바탕으로 상기 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다. 상기 장치공급 배관은 직수 배관과 연결 설치되며, 상기 장치공급 배관을 유동하는 유체는 외부에서 유입되는 직수에 의하여 가압될 수 있다.
또한, 상기 연료 전지 시스템은 상기 연료전지스택에 연결 설치되어 상기 연료전지스택에서 발생한 열을 회수하여 냉각시키는 냉각 장치와, 상기 냉각 장치와 연결되어 회수된 열을 온수로 저장하는 축열조와, 상기 축열조와의 열 교환을 통해서 열을 전달 받는 온수 배관과 난방수 배관, 및 상기 난방수 배관과 상기 온수 배관을 가열하는 보조 버너를 더 포함할 수 있다.
상기 난방수 배관은 상기 난방 배관과 상기 가열 배관으로 분기되고, 상기 온수 배관은 외부게 온수를 제공하는 급탕 배관과 온수 이용기기에 온수를 전달하는 장치공급 배관으로 분기될 수 있으며, 상기 장치공급 배관과 연결된 제1 온수출구와, 상기 급탕 배관과 연결된 제2 온수출구와 상기 난방 배관과 연결된 제1 난방수 출구, 및 상기 가열 배관과 연결된 제2 난방수 출구를 구비할 수 있다. 또한, 상기 연료 전지 시스템은 가열 배관에 연결 설치된 복수 개의 열 이용기기와, 상기 장치공급 배관에는 연결 설치된 복수 개의 온수 이용기기를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구동 방법은 연료전지스택에서 발생된 열을 이용하여 난방과 주변 기기를 가열함에 있어서, 상기 연료전지스택에서 방출된 열에 의하여 가열된 난방수를 가열 배관으로 공급하는 난방수 공급 단계와, 열 이용기기와 연결된 가열 배관의 압력을 측정하는 압력 측정 단계와, 상기 가열 배관의 압력을 기준 압력과 비교하는 압력 비교 단계, 및 상기 가열 배관의 압력이 기준 압력보다 높으면 상기 가열 배관에 설치된 밸브를 닫고, 기준 압력보다 낮으면 상기 밸브를 개방하는 밸브 제어 단계를 포함할 수 있다.
상기 난방수 공급 단계는 펌프를 이용하여 상기 가열 배관을 통해서 유동하는 유체를 가압하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 연료 전지 시스템의 구동 방법은 온수 이용기기로 온수를 전달하는 장치공급 배관의 압력을 측정하는 단계와 상기 장치공급 배관의 압력을 기준 압력과 비교하는 단계, 및 상기 장치공급 배관의 압력이 기준 압력보다 높으면 상기 장치공급 배관에 설치된 밸브를 닫고, 기준 압력보다 낮으면 밸브를 개방하는 단계 를 더 포함할 수 있다.
또한, 연료 전지 시스템의 구동 방법은 직수관을 통해서 상기 장치공급 배관으로 유동하는 유체를 가압하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따르면 온수 또는 난방수를 통해서 주변 기기를 이용함에 있어서 열손실을 최소화할 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 시스템(300)은 전기를 생산하는 연료전지스택(310)과 연료전지스택(310)을 냉각하는 냉각 장치(320), 냉각 장치(320)와 연결된 축열조(340), 축열조(340)와의 열교환을 통해서 열을 공급받는 난방수 배관(343)과 온수 배관(341)을 포함한다.
연료전지스택(310)은 연료와 산화제의 반응으로 전기를 생산하며, 부수적으로 발생된 열은 외부로 공급하여 활용한다. 본 실시예에 따른 연료 전지 시스템(300)은 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 전지 시스템(300)은 메탄올과 산소의 직접적인 반응에 의하여 전기 에너지를 발생시키는 직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell)로 이루어질 수 있다.
또한, 연료 전지 시스템(300)은 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.
냉각 장치(320)는 냉각 매체를 유동시키는 펌프를 포함하며, 연료전지스택(310)의 냉각매체 유로를 통해서 냉각수를 공급하여 냉각수를 통해서 연료전지스택(310)에서 발생된 열을 회수한다.
축열조(340)는 냉각수에 저장된 열을 전달받아 온수 형태로 열을 저장하는 물탱크로 이루어진다. 온수 배관(341)은 외부로부터 직수를 공급받을 수 있도록 직수관(345)과 연결 설치된다. 직수관(345)은 수도관 등으로 이루어질 수 있으며, 일정한 압력으로 가압된 물을 온수 배관(341)으로 전달한다. 난방수 배관(343)은 온수 배관(341)과 달리 외부로부터 물을 공급받지 않으며 난방 및 기기의 가열에 사용된 물이 회수되어 유동한다.
난방수 배관(343) 및 온수 배관(341)은 보조 버너(350)를 통과하데, 축열조(340)로부터 전달된 열의 양이 부족할 경우 보조 버너(350)를 통해서 더 많은 열을 공급받는다. 보조 버너(350)에는 난방수 배관(343)과 연결된 펌프(360)가 설치되는데, 펌프(360)는 난방수 배관(343)을 통해서 유동하는 물을 가압하여 공급한 다. 본 실시예에서는 보조 버너(350) 내에 펌프(360)가 설치된 것으로 예시하고 있으나 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 펌프는 보조 버너와 분리되어 설치될 수 있다
한편, 온수 배관(341)은 연료 전지 시스템(300) 내부에서 급탕 배관(377)과 장치공급 배관(379)으로 분기되며, 이에 따라 연료 전지 시스템(300)에는 장치공급 배관(379)과 연결된 제1 온수출구(331)와 급탕 배관(377)과 연결된 제2 온수출구(332)가 형성된다. 급탕 배관(377)은 외부에 온수를 공급하는 역할을 하며, 장치공급 배관(379)은 온수 이용기기(371)에 온수를 전달하는 역할을 한다.
또한, 난방수 배관(343)은 연료 전지 시스템(300) 내부에서 난방 배관(387)과 가열 배관(389)으로 분기되며, 이에 따라 연료 전지 시스템(300)에는 난방 배관(387)과 연결된 제1 난방수 출구(334)와 가열 배관(389)과 연결된 제2 난방수 출구(335)가 형성된다. 난방 배관(387)은 바닥 난방 장치 등으로 난방수를 전달하는 역할을 하며, 가열 배관(389)은 열 이용기기(381)에 난방수를 전달하는 역할을 한다. 온수 이용기기(371)와 열 이용기기(381)는 연료전지스택(310)에서 발생된 열을 이용하는 주변 장치이다.
이와 같이 연료 전지 시스템(300) 내부에서 급탕 배관(377)과 장치공급 배관(379)이 분기되고, 난방 배관(387)과 가열 배관(389)이 분기되면 각 배관 중 하나의 배관 사용으로 인한 열의 손실을 최소화할 수 있다. 또한, 연료 전지 시스템(300) 내에서 물의 양을 조절하여 공급하므로 주변 장치의 사용 중에도 급탕 배관 및 난방 배관으로 안정으로 물을 공급할 수 있다.
장치공급 배관(379)에는 온수 이용기기(371)가 설치되는 바, 온수 이용기기(371)는 온수를 소비하면서 이용하는 기기를 뜻하는 것으로서 미스트 사우나, 또는 스팀 훈증기 등이 될 수 있다.
장치공급 배관(379)에는 밸브부(370)가 설치되며, 밸브부(370)는 연통을 제어하는 밸브(373)와 장치공급 배관(379) 내부의 압력을 측정하는 압력계(374), 및 압력계(374)에서 측정된 압력 정보를 바탕으로 밸브(373)의 개폐를 제어하는 제어부(375)를 포함한다.
압력계(374)와 제어부(375)는 밸브(373)의 몸체 내부에 설치되어 밸브(373)가 자동으로 개폐되도록 제어되는 자동제어 밸브로 이루어질 수 있으며, 압력계(374)와 제어부(375)가 밸브(373)와 별개로 설치되어 하나의 모듈을 형성할 수도 있다.
제어부(375)는 기준 압력과 압력계(374)로 측정된 압력을 비교하여 측정된 압력이 기준 압력보다 낮은 경우에는 밸브(373)를 개방하고 측정된 압력이 기분 압력보다 높은 경우에는 밸브(373)를 폐쇄한다.
장치공급 배관(379)을 따라 흐르는 온수는 직수관(345)에서 가압되어 유동하는데, 온수 이용기기(371)가 사용 중인 경우에는 장치공급 배관(379)에서 온수 이용기기(371)로 물이 이동하므로 장치공급 배관(379)의 압력이 상대적으로 낮아진다. 그러나 온수 이용기기(371)가 사용 중이지 않은 경우에는 물이 장치공급 배관에서 온수 이용기기(371)로 이동하지 못하므로 장치공급 배관(379)의 압력이 상대적 높아진다.
한편, 가열 배관(389)에는 열 이용기기(381)가 설치되는 바, 열 이용기기(381)는 난방수로부터 열만 공급받고, 물은 다시 회수시키는 기기를 뜻하는 것으로서 온장고, 방열기, 건조기, 발열기 등이 될 수 있다.
또한, 가열 배관(389)에는 밸브부(380)가 설치되며, 밸브부(380)는 연통을 제어하는 밸브(383)와 장치공급 배관(379) 내부의 압력을 측정하는 압력계(384), 및 압력계(384)에서 측정된 압력 정보를 바탕으로 밸브의 개폐를 제어하는 제어부(385)를 포함한다. 밸브부(380)는 자동제어 밸브로 이루어질 수 있으며, 시스템적으로 연결된 모듈로 이루어질 수도 있다.
제어부(385)는 기준 압력과 밸브 압력계(384)로 측정된 압력을 비교하여 측정된 압력이 기준 압력보다 낮은 경우에는 밸브(383)를 개방하고 측정된 압력이 기분 압력보다 높은 경우에는 밸브(383)를 폐쇄한다.
가열 배관(389)을 따라 흐르는 난방수는 펌프(360)에 의하여 가압되어 유동하는데, 열 이용기기(381)가 사용 중인 경우에는 가열 배관(389)에서 열 이용기기(381)를 통과하여 물이 이동하므로 가열 배관(389)의 압력이 상대적으로 낮아진다. 그러나 가열 이용기기(381)가 사용 중이지 않은 경우에는 물이 열 이용기기(381)를 통과하지 못하므로 가열 배관(389)의 압력이 상대적 높아진다.
이와 같이 압력의 변화에 따라 밸브(383)가 자동으로 개폐되도록 하면 온수 이용기기(371) 또는 열 이용기기(381)의 작동 시에만 물이 순환되도록 하여 열이 낭비되는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구동 방법을 도시 한 흐름도이다.
도 2를 참고하여 설명하면, 본 실시예에 따른 연료 전지 시스템(300)의 구동 방법은 연료전지스택(310)의 발전을 시작하는 발전 개시 단계(S101)와 연료전지스택(310)에서 방출된 열에 의하여 가열된 난방수를 가열 배관(389)으로 공급하는 난방수 공급 단계(S102)와, 열 이용기기(381)와 연결된 가열 배관(389)의 압력을 측정하는 압력 측정 단계(S103)와, 가열 배관(389)의 압력을 기준 압력과 비교하는 압력 비교 단계(S104), 및 가열 배관(389)의 압력이 기준 압력보다 높으면 밸브(383)를 닫은 단계(S105)와 가열 배관(389)의 압력이 기준 압력보다 낮으면 밸브(383)를 개방하는 단계(S106)를 포함한다.
여기서 기준 압력은 난방수 배관(343)이 막혔을 때의 수압으로 설정할 수 있다. 또한, 주변 장치는 열 이용기기로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서는 연료전지스택(310)이 발전하는 단계를 포함하고 있지만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 연료전지스택(310)이 발전을 하지 않는 경우에도 축열조(340)에 열이 저장되어 있으면 축열조(340)에 저장된 열을 이용하여 난방수를 가열하고 난방수를 공급할 수 있다.
밸브(383)를 닫은 단계와 밸브(383)를 개방하는 단계는 밸브(383)를 제어하는 단계로 통합될 수 있다. 한편, 난방수 공급 단계(S102)는 펌프(360)를 이용하여 가열 배관(389)을 통해서 유동하는 유체를 가압하는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같이 밸브(383)를 제어하면 주변 기기가 작동 중일 때에만 가열 배관(389)을 통해서 난방수를 유동시킴으로써 열 효율을 극대화할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 연료 전지 시스템(300)의 구동 방법은 온수 이용기기로 온수를 전달하는 장치공급 배관(379)의 압력을 측정하는 단계와 장치공급 배관(379)의 압력을 기준 압력과 비교하는 단계, 및 장치공급 배관(379)의 압력이 기준 압력보다 높으면 연결을 차단하고, 기준 압력보다 낮으면 밸브(383)를 개방하는 단계를 더 포함한다. 또한, 직수관(345)을 통해서 장치공급 배관(379)으로 유동하는 유체를 가압하는 단계를 더 포함한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 도시한 구성도이다.
도 3을 참조하여 설명하면 본 실시예에 따른 연료 전지 시스템은 온수 이용기기(391)와 열 이용기기(392)가 설치된 구조를 제외하고는 상기한 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템과 동일한 구조로 이루어지므로 동일한 구조에 대한 중복된 설명은 생략한다.
본 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 장치공급 배관(379)에는 복수개의 온수 이용기기(391)가 연결 설치되고, 가열 배관(389)에는 복수개의 열 이용기기(392)가 연결 설치된다. 이에 따라 장치공급 배관(379)을 통해서 복수 개의 온수 이용기기(391)에 온수를 공급할 수 있으며, 가열 배관(389)을 통해서 복수 개의 열 이용기기(392)를 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 범 위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 구동 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 4는 종래 기술에 따른 연료 전지 시스템을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 5는 종래 기술에 따른 연료 전지 시스템에 주변 기기가 연결된 것을 나타낸 개략적인 구성도이다.
- 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 -
300: 연료 전지 시스템 310: 연료전지스택
320: 냉각 장치 331: 제1 온수출구
332: 제2 온수출구 334: 제1 난방수 출구
335: 제2 난방수 출구 340: 축열조
341: 온수 배관 343: 난방수 배관
345: 직수관 350: 보조 버너
360: 펌프 370, 380: 밸브부
373, 383: 밸브 374, 384: 압력계
375, 385: 제어부 371: 온수 이용기기
377: 급탕 배관 379: 장치공급 배관
381: 열 이용기기 387: 난방 배관
389: 가열 배관

Claims (16)

  1. 연료와 산화제의 반응으로 전기를 생산하는 연료전지스택;
    상기 연료전지스택에서 발생된 열을 전달 받은 물을 유통시키며, 난방을 수행하는 난방 배관;
    상기 연료전지스택에서 발생된 열을 전달 받은 물을 유통시키며, 열 이용기기에 열을 전달하는 가열 배관; 및
    상기 가열 배관에 연결 설치되고 관의 압력에 따라 개폐가 조절되는 밸브부;
    를 포함하고,
    상기 밸브부는 관의 압력을 측정하는 압력계와 밸브, 및 상기 압력계로 측정된 압력을 바탕으로 상기 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 연료 전지 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 밸브부는 관의 압력이 높아질 때 닫혀지고, 관의 압력이 낮아질 때 개방되는 연료 전지 시스템.
  3. 삭제
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 가열 배관을 통해서 흐르는 유체를 가압하는 펌프를 더 포함하는 연료 전지 시스템.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 연료전지스택을 냉각시킨 냉각수로부터 열을 전달 받으며, 외부로 온수를 제공하는 급탕 배관과 온수 이용기기에 온수를 전달하는 장치공급 배관을 더 포함하는 연료 전지 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 장치공급 배관에는 관의 압력에 따라 개폐가 조절되는 밸브부가 연결 설치된 연료 전지 시스템.
  7. 연료와 산화제의 반응으로 전기를 생산하는 연료전지스택;
    상기 연료전지스택에서 발생된 열을 전달 받은 물을 유통시키며, 난방을 수행하는 난방 배관;
    상기 연료전지스택에서 발생된 열을 전달 받은 물을 유통시키며, 열 이용기기에 열을 전달하는 가열 배관; 및
    상기 가열 배관에 연결 설치되고 관의 압력에 따라 개폐가 조절되는 밸브부;
    를 포함하고,
    상기 연료전지스택을 냉각시킨 냉각수로부터 열을 전달 받으며, 외부로 온수를 제공하는 급탕 배관과 온수 이용기기에 온수를 전달하는 장치공급 배관을 더 포함하며,
    상기 장치공급 배관에는 관의 압력에 따라 개폐가 조절되는 밸브부가 연결 설치고, 상기 밸브부는 관의 압력을 측정하는 압력계와 밸브, 및 상기 압력계의 압력을 바탕으로 상기 밸브의 개폐를 제어하는 제어부를 포함하는 연료 전지 시스템.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 장치공급 배관은 직수 배관과 연결 설치되며, 상기 장치공급 배관을 유동하는 유체는 외부에서 유입되는 직수에 의하여 가압된 연료 전지 시스템.
  9. 연료와 산화제의 반응으로 전기를 생산하는 연료전지스택;
    상기 연료전지스택에서 발생된 열을 전달 받은 물을 유통시키며, 난방을 수행하는 난방 배관;
    상기 연료전지스택에서 발생된 열을 전달 받은 물을 유통시키며, 열 이용기기에 열을 전달하는 가열 배관;
    상기 가열 배관에 연결 설치되고 관의 압력에 따라 개폐가 조절되는 밸브부;
    상기 연료전지스택에 연결 설치되어 상기 연료전지스택에서 발생한 열을 회수하여 냉각시키는 냉각 장치;
    상기 냉각 장치와 연결되어 회수된 열을 온수로 저장하는 축열조;
    상기 축열조와의 열 교환을 통해서 열을 전달 받는 온수 배관과 난방수 배관; 및
    상기 난방수 배관과 상기 온수 배관을 가열하는 보조 버너;
    를 더 포함하는 연료 전지 시스템.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 난방수 배관은 상기 난방 배관과 상기 가열 배관으로 분기되고, 상기 온수 배관은 외부에 온수를 제공하는 급탕 배관과 온수 이용기기에 온수를 전달하는 장치공급 배관으로 분기되는 연료 전지 시스템.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 장치공급 배관과 연결된 제1 온수출구와, 상기 급탕 배관과 연결된 제2 온수출구와 상기 난방 배관과 연결된 제1 난방수 출구, 및 상기 가열 배관과 연결된 제2 난방수 출구를 갖는 연료 전지 시스템.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 가열 배관에 연결 설치된 복수 개의 열 이용기기와, 상기 장치공급 배관 에 연결 설치된 복수 개의 온수 이용기기를 포함하는 연료 전지 시스템.
  13. 연료전지스택에서 발생된 열을 이용하여 난방과 주변 기기를 가열함에 있어서,
    상기 연료전지스택에서 방출된 열에 의하여 가열된 난방수를 가열 배관으로 공급하는 난방수 공급 단계;
    열 이용기기와 연결된 가열 배관의 압력을 측정하는 압력 측정 단계;
    상기 가열 배관의 압력을 기 설정된 기준 압력과 비교하는 압력 비교 단계; 및
    상기 가열 배관의 압력이 기준 압력보다 높으면 상기 가열 배관에 설치된 밸브를 닫고, 기준 압력보다 낮으면 상기 밸브를 개방하는 밸브 제어 단계;
    를 포함하는 연료 전지 시스템의 구동 방법.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 난방수 공급 단계는 펌프를 이용하여 상기 가열 배관을 통해서 유동하는 유체를 가압하는 단계를 포함하는 연료 전지 시스템의 구동 방법.
  15. 제13 항에 있어서,
    온수 이용기기로 온수를 전달하는 장치공급 배관의 압력을 측정하는 단계와 상기 장치공급 배관의 압력을 기준 압력과 비교하는 단계, 및 상기 장치공급 배관의 압력이 기준 압력보다 높으면 상기 장치공급 배관에 설치된 밸브를 닫고, 기준 압력보다 낮으면 밸브를 개방하는 단계를 더 포함하는 연료 전지 시스템의 구동 방 법.
  16. 제15 항에 있어서,
    직수관을 통해서 상기 장치공급 배관으로 유동하는 유체를 가압하는 단계를 더 포함하는 연료 전지 시스템의 구동 방법.
KR1020090011918A 2009-02-13 2009-02-13 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 구동 방법 KR101060283B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090011918A KR101060283B1 (ko) 2009-02-13 2009-02-13 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 구동 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020090011918A KR101060283B1 (ko) 2009-02-13 2009-02-13 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 구동 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20100092672A KR20100092672A (ko) 2010-08-23
KR101060283B1 true KR101060283B1 (ko) 2011-08-29

Family

ID=42757413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020090011918A KR101060283B1 (ko) 2009-02-13 2009-02-13 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 구동 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101060283B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6654684B2 (ja) * 2018-12-07 2020-02-26 大阪瓦斯株式会社 浴室用純水活用装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002081743A (ja) * 2000-09-06 2002-03-22 Toto Ltd 排熱利用システム
JP2003106704A (ja) 2001-09-28 2003-04-09 Tokyo Gas Co Ltd 空調装置及びその制御方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002081743A (ja) * 2000-09-06 2002-03-22 Toto Ltd 排熱利用システム
JP2003106704A (ja) 2001-09-28 2003-04-09 Tokyo Gas Co Ltd 空調装置及びその制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR20100092672A (ko) 2010-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20020086641A (ko) 고체 고분자형 연료 전지 발전 장치
WO2007137068A1 (en) Fuel cell system and operting method thereof
KR20100091022A (ko) 연료전지 시스템
US20070042249A1 (en) System for preventing freezing of fuel cell
CN101356681B (zh) 燃料电池系统及操作方法
KR20180068159A (ko) 연료전지 시스템
WO2009113305A1 (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
KR101110320B1 (ko) 연료전지 시스템
KR101958250B1 (ko) 연료전지 시스템
JP2016515190A (ja) 加熱設備および加熱設備の動作方法
KR102587217B1 (ko) 연료전지 시스템
KR101101049B1 (ko) 연료전지의 스택 예열 시스템
KR101060283B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 구동 방법
KR101362445B1 (ko) 연료 변환기의 폐열을 이용하는 연료전지 시스템 및 그 운전방법
KR100700548B1 (ko) 연료전지의 난방/온수 제어 장치 및 그 방법
KR100778207B1 (ko) 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템
KR101080311B1 (ko) 분리형 보조 버너를 갖는 연료전지시스템 및 이의 운전 방법
KR20090081542A (ko) 연료전지 폐열회수 시스템
JP2008186791A (ja) 燃料電池発電システム
JP2006179346A (ja) 燃料電池発電システム及びその運転方法
JP3679792B2 (ja) 固体高分子形燃料電池発電装置
KR100962383B1 (ko) 연료 전지 패키지 시스템
KR101114389B1 (ko) 연료 전지용 가습 장치
JP5501750B2 (ja) 燃料電池システム
KR101589178B1 (ko) 연료전지를 이용한 난방장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140707

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150821

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160823

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170823

Year of fee payment: 7