KR101225647B1 - 연료 전지 폐열발전 시스템 - Google Patents

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Abstract

간단한 구성으로 유지관리시의 안전성이 확보되고, 신뢰성이 높은 연료 전지 폐열발전 시스템을 제공한다. 제1 개폐 밸브(16)와, 연료 전지(7)의 발전시의 폐열을 회수하는 열회수용 열교환기(4)와, 제2 개폐 밸브(17)와, 저탕 탱크(1)를 열회수 배관(3)에 의해 차례로 환상 연접한 열회수 경로(8)를 구비한 연료 전지 폐열발전 시스템에 있어서, 제1 개폐 밸브(16), 제2 개폐 밸브(17)과 열회수용 열교환기(4)를 연결하는 열회수 배관(3)에는, 제1 개폐 밸브(16) 및 제2 개폐 밸브(17)보다도 열회수용 열교환기(4) 측의 열회수배관(3) 내의 압력이 소정 압력을 초과하는 경우에 개방되는 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)를 설치한 구성을 가진다.

Description

연료 전지 폐열발전 시스템{FUEL CELL COGENERATION SYSTEM}
본 발명은, 연료 전지의 폐열(exhaust heat)을 회수 이용하여 온수를 생성하는 연료 전지 폐열발전 시스템에 관한 것이다.
근래 들어, 수소와 산소의 직접 반응에 의해 전기 에너지를 생성하는 연료 전지는, 발전 효율이 높고, 대기오염 물질도 거의 배출하지 않기 때문에, 클린(crean) 발전 장치로서 기대되고 있다. 특히, 연료 전지의 발전시 발생하는 폐열도 회수 이용하는 연료 전지 폐열발전 시스템은 종합적인 에너지 효율이 높아, 에너지 절약 기기로서의 보급이 기대되고 있다. 그리고, 연료 전지의 폐열을 회수 이용하는 방법으로서는, 열회수용의 열교환기를 이용하여 저탕 탱크의 물을 가열해 온수로서 이용하는 것이 일반적이다.
도 3과 같이, 종래의 연료 전지 폐열발전 시스템은, 예를 들면 연료 전지(7) 및 열회수용 열교환기(4)를 수납하는 연료 전지 유니트(21)와, 저탕 탱크(1)를 수납하는 저탕 유니트(22)로 구성된다(예를 들면, 일본특개 2002-280031호 공보 참조).
또한, 도 3과 같이, 저탕 탱크(1)와, 저탕 순환 펌프(2)와, 열회수용 열교환기(4)를 열회수 배관(3)으로 차례로 환상(環狀; 고리형상) 연접하여 열회수 경로(8)가 형성된다. 한편, 연료 전지(7)와, 냉각수 순환 펌프(5)와, 열회수용 열교환기(4)를 냉각수 배관(6)으로 차례로 환상 연접하여 냉각수 경로(20)가 형성된다.
그리고, 연료 전지(7)가 발전할 때 발생하는 폐열은 냉각수로 회수된다. 이 냉각수는, 냉각수 순환 펌프(5)에 의해 열회수용 열교환기(4)로 반송되고, 여기서 저탕 탱크(1)로부터의 물이 가열된다. 이때, 저탕 탱크(1) 내의 물은 저탕 순환 펌프(2)에 의해 열회수 경로(8)를 순환하고, 열회수용 열교환기(4)로 연료 전지(7)의 냉각수 등에 의해 가열되어 다시 저탕 탱크(1)에 저장된다.
또한, 연료 전지 폐열발전 시스템은, 저탕 탱크(1)로의 급수와 저탕 탱크(1)로부터 외부로의 급탕을 행하기 위해, 급수 입구관(9), 감압 밸브(10), 제1 급수관(11) 및 제2 급수관(12), 급탕관(13), 혼합밸브(14), 급탕 출구관(15)을 구비한다.
그리고, 저탕 탱크(1)로의 급수는, 일반의 상수관에 연결된 급수 입구관 (9)으로부터, 감압 밸브(10), 제1 급수관(11)을 통해 행해진다. 또한, 저탕 탱크(1)로부터의 급탕은, 급수 입구관(9), 감압 밸브(10), 제2 급수관(12)을 통해 공급되는 물과, 저탕 탱크(1)의 상부로부터 급탕관(13)을 통해 데워진 뜨거운 물이 혼합밸브(14)에서 적당한 온도로 혼합되어 급탕 출구관(15)을 통해 외부로 공급된다.
상기 구성의 연료 전지 폐열발전 시스템에는, 일반적으로 저탕 탱크(1)와 연통되도록 저탕 탱크용 압력 릴리프 밸브(19)가 설치된다.
이 저탕 탱크용 압력 릴리프 밸브(19)의 작용으로, 일본특개 2002-280031호 공보를 참조하면 밀폐 구조를 갖는 저탕 탱크(1) 내에 저탕된 물이 연료 전지(7)의 폐열로 가열되어 팽창하고, 물의 가열 팽창에 의해 저탕 탱크(1)의 내압이 상승한다. 따라서, 저탕 탱크용 압력 릴리프 밸브(19)가 소정의 압력으로 개방됨으로써, 팽창한 물의 일부가 외부로 개방한다. 그 결과, 저탕 탱크(1)의 압력상승이 억제되어 저탕 탱크(1)를 보호할 수 있다.
또한, 연료 전지 유니트(21)와 저탕 유니트(22) 사이의 열회수 배관(3)에는,유지관리용의 개폐 밸브(미도시)가 설치되는 것이 일반적이다. 그리고, 연료 전지 유니트(21) 또는 저탕 유니트(22)를 유지관리하는 경우, 이 개폐 밸브를 닫아 열회수 경로(8)를 분리하여 불필요한 물의 누설을 방지하고 있다.
특허 문헌 1: 일본특개 2002-280031호 공보
그러나, 상기한 종래의 구성에서는, 연료 전지 유니트(21) 또는 저탕 유니트(22)의 유지관리를 종료한 뒤에, 개폐밸브를 개방하는 것을 잊는 경우가 있다. 그리고, 개폐 밸브를 닫은 상태로 방치한 경우, 연료 전지 유니트(21) 내의 열회수 경로(8)가 폐쇄 공간이 되기 때문에, 연료 전지(7)의 운전과 동시에, 물의 팽창에 의해 열회수 경로(8) 내부가 비정상적으로 고압이 된다. 그 결과, 열회수 경로(8) 내의 배관, 펌프, 열교환기 등의 부품이 손상되는 문제가 있었다.
본 발명은, 상기 종래의 문제를 해결하는 것으로, 간단한 구성으로 유지관리로 인한 결함을 회피하여 안전성을 확보하고, 신뢰성이 높은 연료 전지 폐열발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 종래의 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 연료 전지 폐열발전 시스템은, 제1 개폐 밸브와, 연료 전지의 폐열을 회수하는 열회수용 열교환기와, 제2 개폐 밸브와, 저탕 탱크를 열회수 배관에 의해 차례로 환상 연접한 열회수 경로를 구비하고, 제1 개폐 밸브, 제2 개폐밸브와 열회수용 열교환기를 연결하는 열회수 배관에는, 제1 개폐 밸브 및 제2 개폐 밸브보다 열회수용 열교환기측의 열회수 배관 내의 압력이 소정 압력을 초과할 경우에 개방되는 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브를 설치한 구성을 가진다.
이에 따라, 연료 전지 유니트 또는 저탕 유니트의 유지관리 종료 후에, 개폐 밸브가 닫힌 상태로 방치된 경우에도, 소정의 압력으로 열회수 경로를 개방할 수 있다. 이 때문에 연료 전지의 운전시 열회수 배관 내의 가열에 의한 열회수 배관 내의 압력 상승을 억제할 수 있다. 그 결과, 열회수 경로 내의 배관, 펌프, 열교환기 등의 부품의 손상을 방지할 수 있는 안전성이 확보되고 신뢰성이 높은 연료전지 폐열발전 시스템을 실현할 수 있다.
본 발명에 의하면, 간단한 구성으로 안전성과 신뢰성이 향상된 연료 전지 폐열발전 시스템을 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 폐열발전 시스템의 구성도이고,
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 폐열발전 시스템의 구성도이며,
도 3은 종래의 연료 전지 폐열발전 시스템의 구성도이다.
제1의 발명은, 제1 개폐 밸브와, 연료 전지의 발전시의 폐열을 회수하는 열회수용 열교환기와, 제2 개폐 밸브와, 저탕 탱크를 열회수 배관에 의해 차례로 환상 연접한 열회수 경로를 구비한 연료 전지 폐열발전 시스템이고, 제1 개폐 밸브, 제2 개폐 밸브, 및 열회수용 열교환기를 연결하는 열회수 배관에는, 제1 개폐 밸브 및 제2 개폐 밸브보다 열회수용 열교환기 측의 열회수 배관 내의 압력이 소정 압력을 초과할 경우에 개방되는 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브를 설치한 구성을 가진다.
이에 따라, 연료 전지 유니트 또는 저탕 유니트의 유지관리 종료 후에, 개폐 밸브가 닫힌 상태로 방치된 경우에도, 소정의 압력으로 열회수 경로를 개방할 수 있다. 그 때문에, 연료 전지의 운전시 열회수 배관 내의 가열에 의한 열회수 배관 내의 압력 상승을 억제할 수 있다. 그 결과, 열회수 경로 내의 배관, 펌프, 열교환기 등의 부품의 손상을 방지할 수 있는 안전성을 확보한 신뢰성이 높은 연료전지 폐열발전 시스템을 실현할 수 있다.
제2의 발명은, 제1의 발명에 있어서, 저탕 탱크 내의 압력이 소정 압력을 초과할 경우에 개방되는 저탕 탱크용 압력 릴리프 밸브를 구비하고, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브가 열림 동작하는 소정 압력을 저탕 탱크용 압력 릴리프 밸브가 열림 동작하는 소정 압력보다 높게 하였다. 이에 따라, 만일, 저탕 탱크용 압력 릴리프 밸브가 고장난 경우에도, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브가 이중 안전 장치로 작용하여, 비정상적인 압력 상승을 회피할 수 있는 연료 전지 폐열발전 시스템을 실현할 수 있다.
제3의 발명은, 제1 또는 제2의 발명에 있어서, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브를 열회수 경로 내의 물을 배출하는 배수밸브로 작용하도록 구성한다. 이를 통해, 유지관리시의 배수와, 유지관리시의 결함에 의해 발생하는 압력 해제를 극히 간단한 구성으로 실현할 수 있다.
제4의 발명은, 제3의 발명에 있어서, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브는, 열회수용 열교환기의 상류측에서 열회수 배관의 비교적 낮은 영역에 설치된다. 이를 통해, 유지관리시 물의 자중을 이용하여 열회수 배관 및 열회수용 열교환기의 배수를 용이하게 할 수 있다.
제5의 발명은, 제1 또는 제2의 발명에 있어서, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브를 열회수 경로 내의 공기를 배출하는 배기밸브로 작용하도록 구성한다. 이를 통해, 물의 가열시 발생하는 공기 배출과, 유지관리시 결함에 의해 발생한 압력 릴리프를 극히 간단한 구성으로 실현할 수 있다.
제6의 발명은, 제5의 발명에 있어서, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브는 열회수용 열교환기의 하류측에서 열회수 배관의 비교적 높은 영역에 설치된다. 이렇게 하면, 물의 가열시 발생하는 공기의 밀도가 작은 것을 이용하여, 열회수 배관 및 열회수용 열교환기의 배기를 용이하게 할 수 있다.
제7의 발명은, 제1의 발명에 있어서, 연료 전지 및 열회수용 열교환기를 수납하는 연료 전지 유니트와, 저탕 탱크를 수납하는 저탕 유니트를 적어도 구비하고, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브는, 연료 전지 유니트와 저탕 유니트를 연결하는 열회수 배관에 배치된다. 이렇게 하면, 열회수 배관 내의 압력을 해제했을 때 유출되는 물이나 공기를 각 유니트의 외부로 용이하게 방출하여 불필요한 물의 저장을 방지할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명하고, 앞에서 설명한 종래의 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 폐열발전 시스템의 구성도이다. 도 1과 같이, 본 실시예의 연료 전지 폐열발전 시스템은, 연료 전지(7) 및 열회수용 열교환기(4)를 수납한 연료 전지 유니트(21)와, 저탕 탱크(1)를 수납한 저탕 유니트(22)를 구비하고, 연료 전지 유니트(21)와 저탕 유니트(22)를 연결하는 열회수 배관(3)에 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)를 배치하여 구성된다.
그리고, 저탕 탱크(1)와, 저탕 순환 펌프(2)와, 연료 전지(7)의 발전시 폐열을 회수하는 열회수용 열교환기(4)를 열회수 배관(3)으로 차례로 환상 연접하여 열회수 경로(8)가 형성된다. 여기서, 연료 전지 유니트(21)와 저탕 유니트(22) 사이의 열회수 배관(3)에, 유지관리용의 제1 개폐 밸브(16)와 제2 개폐 밸브(17)가 설치된다. 한편, 연료 전지(7)와, 냉각수 순환 펌프(5)와, 열회수용 열교환기(4)를 냉각수 배관(6)으로 차례로 환상 연접하여 냉각수 경로(20)가 형성된다.
그리고, 연료 전지(7)의 발전시 발생하는 폐열은 냉각수 경로(20) 중의 냉각수에 회수되고, 냉각수 순환 펌프(5)에 의해 열회수용 열교환기(4)로 이송되어 저탕 탱크(1)로부터의 물을 가열한다. 또한, 저탕 탱크(1) 내의 물은 저탕 순환 펌프(2)에 의해 열회수 경로(8)를 순환하고, 열회수용 열교환기(4)로 연료 전지(7)의 폐열을 흡수한 냉각수 등에 의해 가열되어, 다시 저탕 탱크(1)에 저장된다.
또한, 열회수 배관(3)에는, 제1 개폐 밸브(16) 및 제2 개폐 밸브(17)보다 열회수용 열교환기측에, 열회수 배관(3)의 압력이 소정 압력을 초과하는 경우에 개방되는 열회수 배관(3) 내의 압력을 소정 압력 이하로 유지하는 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)가 설치되어 있다. 또한, 저탕 탱크(1)에는, 저탕 탱크(1) 내의 압력이 소정 압력을 초과하는 경우에 개방되어, 저탕 탱크(1) 내의 압력을 소정 압력 이하로 유지하는 저탕 탱크용 압력 릴리프 밸브(19)가 연결되어 있다.
이때, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)가 열림 동작하는 소정 압력은, 저탕 탱크용 압력 릴리프 밸브(19)가 열림 동작하는 소정 압력보다 높게 설정된다.
또한, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)에 열회수 경로(8) 내의 물을 배출하는 배수밸브도 겸용할 수 있는 기능을 가져도 좋다.
이러한 기능을 가지는 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)와 저탕 탱크용 압력 릴리프 밸브(19)로는, 예를 들면 양단을 개방한 중공의 실린더 형상을 가지고, 그 내부에 밸브 본체를 스프링력에 의해 부세(付勢; 가압)하는 구조의 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이때, 내압의 상승으로 스프링력에 저항해 자동적으로 밸브 본체가 이동하고 열회수 경로(8)의 일부를 개방하여 실린더를 통해 외부로 내압이 개방된다. 이때, 이하에서 설명하는 것과 같이, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)의 외주를, 예를 들면 나사 결합 가능한 형상으로 형성하여, 수동으로 열회수 경로(8)의 일부를 개방할 수 있도록 해도 좋다. 이렇게 하면, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)를 제거하고 열회수 배관(3)의 배수를 하는 배수밸브로 사용할 수도 있다.
그리고, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)를 배수밸브로 사용하는 경우는, 도 1과 같이 열회수용 열교환기(4)의 상류측에서 열회수 배관(3)의 비교적 낮은 영역(18A)에 설치하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 연료 전지 유니트(21) 외부의 열회수 배관(3)을 연료 전지 유니트(21)에 연결하는 배관 조인트(미도시)에 직접 설치하거나, 배관 조인트와 연료 전지 유니트(21) 내부의 열회수용 열교환기(4)를 연결하는 배관의 최하부에 설치하면 좋다. 여기서, 비교적 낮은 영역(18A)이란, 저탕 유니트(22)나 연료 전지 유니트(21)가 고정설치된 상태에서, 제1 개폐 밸브(16)와 저탕 순환 펌프(2) 사이의 열회수 배관(3)의 하측 영역이다. 이때, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)를 비교적 낮은 영역(18A)의 최하부에 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)로 배수함으로써, 비교적 낮은 영역(18A)의 열회수 배관(3) 내를 순환하는 물이 만수 상태가 되지 않는 한, 특별히 최하부에 설치할 필요는 없다. 이렇게 하면, 열회수 경로(8), 특히 열회수용 열교환기(4) 내부의 물이 자중에 의해 낙하하기 때문에, 내부에 잔류하는 물의 양을 최대한 적게 할 수 있다. 또한, 특별히 연료 전지 폐열발전 시스템을 한랭지에서 사용하는 경우, 물의 동결에 의한 열회수 배관(3)의 파손을 미연에 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예의 연료 전지 폐열발전 시스템은, 저탕 탱크(1)에의 급수나 저탕 탱크(1)로부터 외부에의 급탕을 하기 위해, 급수 입구관(9), 감압 밸브(10), 제1 급수관(11) 및 제2 급수관(12), 급탕관(13), 혼합밸브(14), 급탕 출구관(15)을 구비한다.
그리고, 저탕 탱크(1)로의 급수는, 일반의 상수관에 연결되는 급수 입구관 (9)으로부터, 감압 밸브(10), 제1 급수관(11)을 통해 행해진다. 또한, 저탕 탱크(1)로부터의 급탕은, 급수 입구관(9), 감압 밸브(10), 제2 급수관(12)을 통해 공급된 물과, 저탕 탱크(1)의 상부로부터 급탕관(13)을 통해 가열된 온수가 혼합밸브(14)를 통해 적정 온도로 혼합되고, 급탕 출구관(15)을 이용하여 외부로 공급된다.
본 실시예에 있어서도, 종래와 마찬가지로, 저탕 탱크(1)와 연통하도록 저탕 탱크용 압력 릴리프 밸브(19)가 설치된다. 그리고, 밀폐 구조를 가지는 저탕 탱크(1) 내의 물이 연료 전지(7)의 폐열로 가열되어 팽창하여 상승한 내압을, 저탕 탱크용 압력 릴리프 밸브(19)가 소정 압력으로 개방함에 따라 개방한다. 이에 따라, 팽창한 물의 일부를 외부로 개방하여, 저탕탱크(1)의 압력 상승을 억제함으로써 저탕 탱크(1)를 보호할 수 있다.
또한, 종래와 마찬가지로, 연료 전지 유니트(21)와 저탕 유니트(22)와의 사이의 열회수 배관(3)에 유지관리용의 제1 개폐 밸브(16) 및 제2 개폐 밸브(17)가 설치된다. 그리고, 연료 전지 유니트(21)를 유지관리하는 경우, 제1 개폐 밸브(16) 및 제2 개폐 밸브(17)를 닫아 열회수 경로(8)를 저탕 유니트(22)로부터 분리하여 불필요한 물의 누설을 방지할 수 있다.
본 실시예의 연료 전지 폐열발전 시스템에 의하면, 연료 전지 유니트(21) 또는 저탕 유니트(22)의 유지관리 종료 후에, 제1 개폐 밸브(16) 및 제2 개폐 밸브(17)를 개방하는 것을 잊고 닫힌 상태로 방치된 경우에도, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)가 소정 압력으로 개방되어 열회수 경로(8)를 개방한다. 이로 인해 연료 전지(7)의 운전시 열회수 배관(3) 내부가 가열되고, 비정상적으로 고압이 되어도 열회수 배관(3) 내의 압력 상승을 억제하여 열회수 경로(8) 내의 배관, 펌프, 열교환기 등의 부품의 손상을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예의 연료 전지 폐열발전 시스템에 의하면, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)가 열림 동작하는 소정 압력을 저탕 탱크용 압력 릴리프 밸브(19)가 열림 동작하는 소정 압력보다 높게 한다. 이에 따라, 만일 저탕 탱크용 압력 릴리프 밸브(19)가 고장나도, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)가 이중 안전 장치로 작용하여, 저탕 탱크(1) 내의 비정상적인 압력 상승을 회피할 수 있다.
또한, 본 실시예의 연료 전지 폐열발전 시스템에 의하면, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)가 열회수 경로(8) 내의 물을 배출하는 배수밸브의 기능을 갖게 하고 있다. 이를 통해, 유지관리시의 배수와, 유지관리 결함시의 압력 해제를 극히 간단한 구성으로 할 수 있다. 또한, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)는 열회수용 열교환기(4)의 상류측에서 열회수 배관(3)의 비교적 낮은 영역(18A)에 설치한다. 이를 통해, 유지관리시 물의 자중에 의해 열회수 배관(3) 및 열회수용 열교환기(4)의 배수를 용이하게 할 수 있다.
또한, 본 실시예의 연료 전지 폐열발전 시스템에 의하면, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)를, 연료 전지 유니트(21)와 저탕 유니트(22)를 연결하는 열회수 배관(3)에 배치한다. 이에 따라, 열회수 배관(3) 내를 소정 압력으로 개방했을 때에 유출되는 물이나 공기를, 연료 전지 유니트(21) 및 저탕 유니트(22)의 외부로 방출하여 불필요한 물이 저장되는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면, 간단한 구성으로 유지관리시의 안전성을 확보하고, 신뢰성이 높은 연료 전지 폐열발전 시스템을 제공할 수 있다.
(실시예 2)
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 폐열발전 시스템의 구성도이다. 도 2와 같이, 본 실시예의 연료 전지 폐열발전 시스템은, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)를 열회수 경로(8) 내의 공기를 배출하는 배기밸브로 작용하도록 구성한 점에서 실시예 1과는 다르다. 또한, 본 실시예의 연료 전지 폐열발전 시스템의 구성과 그 작용은, 실시예 1에서 설명한 것과 거의 동일하기 때문에 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.
즉, 도 2와 같이, 본 실시예의 연료 전지 폐열발전 시스템은, 연료 전지(7) 및 열회수용 열교환기(4)를 수납하는 연료 전지 유니트(21)와, 저탕 탱크(1)를 수납하는 저탕 유니트(22)를 구비하며, 연료 전지 유니트(21)와 저탕 유니트(22)를 연결하는 열회수 배관(3)에 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)를 배치하여 구성된다. 이때, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)를 열회수용 열교환기(4)의 하류측에서 열회수 배관(3)의 비교적 높은 영역(18B)에 설치한다. 구체적으로는, 예를 들면, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)는, 저탕 탱크(1)로부터 보내진 물이 연직(鉛直) 방향의 아래에서 위로 흐르도록 연료 전지 유니트(21) 내에 배치된 열회수용 열교환기(4)의 출구에 연결하는 배관 부근에 설치된다. 여기서, 비교적 높은 영역(18B)이란, 저탕 유니트(22)나 연료 전지 유니트(21)가 고정설치된 상태에서, 제2 개폐 밸브(17)와 열회수용 열교환기(4) 사이의 열회수 배관(3)의 상측 영역이다. 이때, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)를 비교적 높은 영역(18B)의 최상부에 설치하는 것이 바람직하지만, 비교적 높은 영역(18B) 내라면 특별히 최상부에 설치할 필요는 없다. 이렇게 하면, 열회수 경로(8) 내의 공기를 배출하는 배기밸브로서의 기능을 부여할 수 있다.
이러한 기능을 가지는 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)로서는, 실시예 1과 마찬가지로, 예를 들면 양단이 개방된 중공의 실린더 형상을 가지고, 그 내부에서 밸브를 스프링력에 의해 가세하는 구조의 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이때, 내압의 상승으로 스프링력에 저항하여 자동적으로 밸브가 이동하는 것에 의해, 열회수 경로(8)의 일부를 개방하여 실린더를 통해 외부로 내압이 개방된다.
이하에서는 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)를 배기밸브로서 겸용하는 효과에 대해서 설명한다.
통상, 저탕 탱크(1)로부터 보내진 비교적 저온의 물에는 약간의 공기가 용존(溶存)한다. 이 때문에 이 물을 열회수용 열교환기(4)로 가열하면, 용존 공기가 미세기포로 발생하는 경우가 있다. 그리고, 열회수 경로(8) 내에 잔류하는 공기는 물의 흐름을 저해하거나, 열회수용 열교환기(4)의 전열면에 부착되어 열교환 성능을 저하 시키는 경우가 있다. 따라서, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)를 배기밸브로 사용하여 상기 문제를 해소할 수 있는 것이다.
본 실시예의 연료 전지 폐열발전 시스템에 의하면, 물의 가열시 발생하는 공기의 배출과, 유지관리 결함시의 압력 해제를 매우 간단한 구성으로 실현할 수 있다. 또한, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)를 열회수 배관의 높은 위치에 배치하여, 열회수 배관(3) 및 열회수용 열교환기(4)의 배기를 용이하게 할 수 있다. 왜냐하면, 물의 가열시 발생하는 공기는 그 밀도가 물보다 작기 때문에, 열회수 배관 내를 상승하여 상방에 쌓이기 쉬운데 따른 것이다. 그 결과, 신뢰성이 높은 연료 전지 폐열발전 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 상기한 실시예에서는, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)를 배수밸브 또는 배기밸브를 겸용하는 구성 및 설치하는 예로 설명했지만, 이것에 한정되지 않다. 예를 들면, 단순히 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)로서 이용해도 좋다. 그 경우, 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브(18)는, 제1 개폐 밸브(16) 및 제2 개폐 밸브(17)의 열회수용 열교환기(4) 측의 열회수 경로(8)에서라면, 연료 전지 유니트(21) 내부, 저탕 유니트(22) 내부, 또는 이것들을 연결하는 열회수 배관(3) 내의 어느 위치에 설치해도 상관없다.
또한, 각 실시예에서는, 열회수용 열교환기(4)가 연료 전지(7)의 폐열을 회수하는 예로 설명했지만 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 연료 전지 폐열발전 시스템 내에 설치된 수소 제조 장치(미도시)의 배기가스의 폐열이나, 연료 전지(7)의 양극(anode)이나 음극(cathode)의 폐열을 회수하는 구성으로서도 좋다.
본 발명을 상세하고 특정한 실시예를 참조하여 설명했지만, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경이나 수정을 더 할 수 있다는 것은 당업자에게 있어서 분명하다.
본 출원은, 2009년 3월 24일자 출원의 일본 특허 출원(특원2009-071322)에 근거하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.
본 발명에 의하면, 간단한 구성으로 유지관리시의 안전성을 확보하고, 높은 신뢰성이 요구되는 연료 전지 폐열발전 시스템 등의 기술 분야에 유용하다.
1 저탕 탱크
2 저탕 순환 펌프
3 열회수 배관
4 열회수용 열교환기
5 냉각수 순환 펌프
6 냉각수 배관
7 연료 전지
8 열회수 경로
9 급수 입구관
10 감압 밸브
11 제1 급수관
12 제2 급수관
13 급탕관
14 혼합밸브
15 급탕 출구관
16 제1 개폐 밸브
17 제2 개폐 밸브
18 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브
18A,18B 영역
19 저탕 탱크용 압력 릴리프 밸브
20 냉각수 경로
21 연료 전지 유니트
22 저탕 유니트

Claims (7)

  1. 제1 개폐 밸브와, 연료 전지의 폐열을 회수하는 열회수용 열교환기와, 제2 개폐 밸브와, 저탕 탱크를 열회수 배관에 의해 차례로 환상 연접한 열회수 경로를 구비한 연료 전지 폐열발전 시스템에 있어서,
    상기 제1 개폐 밸브, 상기 제2 개폐 밸브, 및 상기 열회수용 열교환기를 연결하는 상기 열회수 배관에는, 상기 제1 개폐 밸브 및 상기 제2 개폐 밸브보다 상기 열회수용 열교환기 측의 상기 열회수 배관 내의 압력이 소정 압력을 초과할 경우에 개방되는 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브를 설치한 것을 특징으로 하는 연료 전지 폐열발전 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저탕 탱크 내의 압력이 소정 압력을 초과할 경우에 개방되는 저탕 탱크용 압력 릴리프 밸브를 구비하고, 상기 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브가 열림 동작하는 소정 압력을 상기 저탕 탱크용 압력 릴리프 밸브가 열림 동작하는 소정 압력보다 높게 한 것을 특징으로 하는 연료 전지 폐열발전 시스템.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브는, 상기 열회수 경로 내의 물을 배출하는 배수밸브로 작용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연료 전지 폐열발전 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브는, 상기 열회수 배관의 하측 영역에 설치된 것을 특징으로 하는 연료 전지 폐열발전 시스템.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브는, 상기 열회수 경로 내의 공기를 배출하는 배기밸브로 작용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 연료 전지 폐열발전 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브는, 상기 열회수 배관의 상측 영역에 설치된 것을 특징으로 하는 연료 전지 폐열발전 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 연료 전지 및 상기 열회수용 열교환기를 수납하는 연료 전지 유니트와, 상기 저탕 탱크를 수납하는 저탕 유니트를 적어도 구비하고,
    상기 열회수 경로용 압력 릴리프 밸브는, 상기 연료 전지 유니트와 상기 저탕 유니트를 연결하는 상기 열회수 배관에 배치된 것을 특징으로 하는 연료 전지 폐열발전 시스템.
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