KR101328584B1 - Tri-gen system - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 연료극, 고분자 전해질막, 공기극 및 냉각부를 구비한 연료전지 스택; 상기 연료극으로 연료를 공급하는 연료공급부; 상기 냉각부와 물 순환관으로 연결된 물탱크;를 포함하는 연료전지 발전기와, 실내에서 유입된 실내 공기가 건조 냉각되어 실내로 다시 배출되는 내기존과 외부로부터 유입된 공기가 고온다습한 공기가 되어 배출되는 외기존으로 분할되고; 상기 내기존을 따라 유동하는 실내 공기 중의 습기를 포획하여 상기 외기존으로 운반하는 습기운반체; 상기 외기존에 설치되고 상기 냉각부와 물 순환관으로 연결되어 상기 냉각부를 거치면서 열을 흡수한 물을 외기와 열교환시켜 외기를 가열하는 열교환부를 포함하며; 외기는 상기 외기존에서 상기 열교환부에 의해 가열되고 상기 습기운반체로부터 습기를 탈착 분리하여 상기 습기운반체를 재생하고 고온 다습 공기가 되어 배출되는 재생식 냉방기와, 상기 재생식 냉방기의 외기존에서 배출된 고온다습 공기를 상기 연료전지 스택의 공기극으로 공급하는 공기공급관을 포함하는 삼중열병합 발전시스템을 제공한다. The present invention provides a fuel cell stack including a fuel electrode, a polymer electrolyte membrane, an air electrode, and a cooling unit; A fuel supply unit supplying fuel to the anode; A fuel cell generator comprising: a water tank connected to the cooling unit and a water circulation pipe; and the air introduced from the outside and the air introduced from the outside are dried and cooled by the indoor air introduced from the room to be high temperature and high humidity air. Divided into discharged outside air; A moisture carrier which captures moisture in the indoor air flowing along the interior air and transports it to the outside air; A heat exchanger installed in the outside air and connected to the cooling unit and a water circulation pipe to heat the outside air by heat-exchanging water absorbing heat while passing through the cooling unit; The outside air is heated by the heat exchanger in the outside zone, and desorbs and separates moisture from the moisture carrier to regenerate the moisture carrier and discharged as high temperature and high humidity air, and is discharged from the outside air of the regenerative air conditioner. It provides a triple cogeneration system including an air supply pipe for supplying hot and humid air to the cathode of the fuel cell stack.
Description
본 발명은 한 가지 에너지원을 이용하여 전기, 난방, 냉방 세 가지 종류의 에너지를 동시에 생산할 수 있는 삼중열병합 발전시스템(TRI-GEN SYSTEM)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지를 이용하여 전기와 열을 생산하고 생산된 열을 난방 외에 냉방에도 이용할 수 있는 삼중열병합 발전시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a tri-generation system (TRI-GEN SYSTEM) that can simultaneously produce three types of energy, electricity, heating, cooling using one energy source, more specifically, using a fuel cell The present invention relates to a triple cogeneration system that produces heat and can use the generated heat for cooling as well as heating.
1970년대 석유 파동이 일어난 이후로 세계 각국에서는 열병합 발전시스템(Combined Heat and Power Generation system; CHP)의 보급이 확대되었다. 열병합 발전시스템은 하나의 에너지원으로부터 전력과 열을 동시에 생산하는 시스템으로 종합에너지 시스템(Total Energy System)이라 부른다. 발전에 수반해 발생하는 폐열을 회수해 난방 및 온수를 생산하므로 에너지의 종합 열이용 효율을 높이는 것이 가능하다. 근래에는 열병합 발전시스템에 관한 관심이 증대되어 지역 단위 기반의 중소형 열병합 발전시스템과 함께 가정용 초소형 열병합발전시스템이 도입되고 있는바, 가정용 보일러 대신 스털링 엔진과 콘덴싱 보일러를 통합해 온수와 난방은 물론 전기 에너지를 공급한다. Since the oil surge of the 1970s, the combined heat and power generation system (CHP) has expanded in countries around the world. The cogeneration system is a system that produces power and heat simultaneously from a single energy source and is called a total energy system. By recovering the waste heat generated by power generation to produce heating and hot water, it is possible to increase the overall heat efficiency of energy. In recent years, interest in cogeneration systems has increased, and home-based micro-generation cogeneration systems have been introduced along with regional-based small and medium-sized cogeneration systems. To supply.
이러한 열병합 발전시스템은 근래에 에너지 이용 효율의 측면에서도 뿐만 아니라 전력수급안정화 측면에서도 주목받고 있다. The cogeneration system has recently attracted attention not only in terms of energy use efficiency but also in terms of power supply and demand stabilization.
한국의 전력사용량 추이를 살펴보면, 에어컨 사용량이 많은 무더운 8월에 전력사용량이 피크를 이루는데, 근래에는 전열기의 사용이 증가함에 따라 12월에도 8월 전력 사용량과 유사하거나 조금 못 미친 전력수요가 발생하고 있다. 안정적인 전력 공급을 위해서는 전력 생산량이 최대 전력사용 피크 대비 안정적인 전력 예비율을 유지할 수 있어야 한다. 그러나 근래에 전력 사용량이 증가하면서 최대 전력사용 피크가 전력 생산량에 근접하는 경우가 발생하고 있어, 안정적인 전력 수급을 위해 발전소를 추가적으로 건설하고자 하는 논의가 진행되고 있다. 그러나 발전소의 건설은 많은 비용이 발생하고 환경문제 유발 우려가 있어 발전소 건설이 쉽지 않은 실정이다. Looking at the trend of electricity consumption in Korea, the peak of electricity usage peaks in August, when the air conditioner usage is high. Recently, as the use of electric heaters increases, power demand similar to or slightly lower than that of August occurs. Doing. For stable power supply, the power output must be able to maintain a stable power reserve relative to the peak of peak power usage. However, in recent years, as the amount of power used increases, the peak peak of power usage is approaching the amount of electricity produced, and discussions are underway to build additional power plants for stable power supply. However, the construction of power plants is expensive, and there is a risk of causing environmental problems.
전력수급의 안정화 측면에서 열병합 발전시스템이 주목받고 있는바, 지역 단위 또는 가정용 초소형 열병합발전시스템을 도입함으로써 전력 공급의 분산화를 이루고, 전기 수요처에서 고효율로 수요량에 맞는 전기를 생산함으로써 국가 단위의 전기 공급의 안정성을 이룰 수 있다.In terms of stabilization of power supply and demand, cogeneration systems are attracting attention. The introduction of micro-generation cogeneration systems for regional or home use leads to decentralization of power supply, and to provide electricity at national level by producing electricity that meets the demand with high efficiency Stability can be achieved.
그러나 이러한 종래의 열병합발전시스템에서는 전기 에너지와 함께 생산된 열을 난방기에 이용하여 난방 열효율을 상승시키는 방안은 다양하게 연구되어 있으나, 폐열을 냉방기의 구동원으로 직접 이용하여 냉방 용량을 만드는 실용화된 방안이 아직 마련되어 있지 않다. 예컨대, 한국공개특허 제2006-0066436호는 연료전지의 폐열을 이용하는 냉난방 장치에 대해 개시하고 있는데, 연료전지와 수소 개질기에서 회수된 폐열을 냉난방 장치의 압축기의 흡입 쪽 냉매라인에 제공하여 냉매의 온도를 높임으로써 난방 운전시 난방 성능 및 효율을 높이는 방안을 제공하고 있을 뿐이다. 따라서 종래의 열병합 발전시스템은 여름철에 효율적 사용이 불가능하고, 이로 인해 여름철에는 열병합 발전시스템이 가동되지 않는 경우가 일반적이다.However, in the conventional cogeneration system, various methods for increasing heating efficiency by using heat generated together with electric energy in a heater have been studied. However, a practical method of making cooling capacity by directly using waste heat as a driving source of a cooler has been studied. It is not ready yet. For example, Korean Patent Laid-Open Publication No. 2006-0066436 discloses a cooling and heating apparatus using waste heat of a fuel cell. The waste heat recovered from the fuel cell and the hydrogen reformer is provided to the suction line of the compressor of the cooling and heating unit to provide a refrigerant temperature. It only provides a way to increase the heating performance and efficiency during heating operation. Therefore, the conventional cogeneration system is impossible to use efficiently in summer, and therefore, the cogeneration system is not normally operated in summer.
근래에는 한 가지 에너지원을 이용하여 전기, 난방 에너지를 동시에 생산하는 종래의 Co-Generation 시스템 한계를 해결하고, 전기 에너지 생산시 발생된 열을 직접 냉방에 이용함으로써 에너지 종합 이용 효율을 높일 수 있는 삼중열병합 발전시스템(TRI-GEN SYSTEM)에 대한 요구가 증대되고 있는바, 이를 달성하기 위한 방안이 절실히 요구된다.
In recent years, it solves the limitations of the conventional Co-Generation system that simultaneously produces electricity and heating energy using one energy source, and triples the efficiency of comprehensive energy utilization by directly using the heat generated when producing electricity. The demand for a cogeneration system (TRI-GEN SYSTEM) is increasing, there is an urgent need for measures to achieve this.
본 발명은 연료전지를 이용한 전기 에너지 생산 과정에서 발생하는 열원이 냉방기의 구동에 직접 사용되고, 냉방기에서 버려지는 고온다습 공기가 연료전지에 이용됨으로써 에너지 종합 이용 효율을 향상시키는 것이 가능한 삼중열병합 발전시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
The present invention provides a triple cogeneration system in which a heat source generated in an electric energy production process using a fuel cell is directly used to drive a cooler, and high temperature and high humidity air discarded from the cooler is used in a fuel cell to improve energy use efficiency. It aims to provide.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해, 연료극, 고분자 전해질막, 공기극 및 냉각부를 구비한 연료전지 스택; 상기 연료극으로 연료를 공급하는 연료공급부; 상기 냉각부와 물 순환관으로 연결된 물탱크를 포함하는 연료전지 발전기와, 실내에서 유입된 실내 공기가 건조 냉각되어 실내로 다시 배출되는 내기존과 외부로부터 유입된 공기가 고온다습한 공기가 되어 배출되는 외기존으로 분할되고; 상기 내기존을 따라 유동하는 실내 공기 중의 습기를 포획하여 상기 외기존으로 운반하는 습기운반체; 상기 외기존에 설치되고 상기 냉각부와 물 순환관으로 연결되어 상기 냉각부를 거치면서 열을 흡수한 물을 외기와 열교환시켜 외기를 가열하는 열교환부를 포함하며; 외기는 상기 외기존에서 상기 열교환부에 의해 가열되고 상기 습기운반체로부터 습기를 탈착 분리하여 상기 습기운반체를 재생하고 고온 다습 공기가 되어 배출되는 재생식 냉방기와, 상기 재생식 냉방기의 외기존에서 배출된 고온다습 공기를 상기 연료전지 스택의 공기극으로 공급하는 공기공급관을 포함하는 삼중열병합 발전시스템을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a fuel cell stack including a fuel electrode, a polymer electrolyte membrane, an air electrode, and a cooling unit; A fuel supply unit supplying fuel to the anode; The fuel cell generator including the water tank connected to the cooling unit and the water circulation pipe, and the indoor air introduced from the inside of the room is dried and cooled and discharged back into the room and the air introduced from the outside becomes high temperature and humid air. Divided into outer air being; A moisture carrier which captures moisture in the indoor air flowing along the interior air and transports it to the outside air; A heat exchanger installed in the outside air and connected to the cooling unit and a water circulation pipe to heat the outside air by heat-exchanging water absorbing heat while passing through the cooling unit; The outside air is heated by the heat exchanger in the outside zone, and desorbs and separates moisture from the moisture carrier to regenerate the moisture carrier and discharged as high temperature and high humidity air, and is discharged from the outside air of the regenerative air conditioner. It provides a triple cogeneration system including an air supply pipe for supplying hot and humid air to the cathode of the fuel cell stack.
본 발명에 의하면, 상기 공기공급관에는 상기 외기존을 거치면서 고온다습하게 된 공기와 외부에서 유입된 공기의 혼합을 제어하는 공기혼합밸브를 더 포함하고, 상기 공기극에는 상기 공기혼합밸브에서 혼합된 공기가 공기공급관을 통해 공급된다. According to the present invention, the air supply pipe further includes an air mixing valve for controlling the mixing of the air introduced from the outside and the high temperature and high humidity while passing through the outside air, the air cathode mixed air from the air mixing valve Is fed through the air supply line.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 재생식 냉방기는 내부를 내기존과 외기존으로 분할하는 칸막이판을 구비하고, 상기 열교환부는, 상기 냉각부로부터 열을 흡수하여 물 순환관을 통해 유입된 물이 외기와 열교환을 하는 열교환기로 이루어지고, 상기 습기운반체는 상기 칸막이판을 통과하여 상기 내기존 및 상기 외기존 양쪽에 모두 위치하여 회전축을 따라 회전하면서, 상기 내기존에서 습기를 포획한 부분이 상기 외기존에서 재생되는 제습로터로 이루어진다.According to an embodiment of the present invention, the regenerative air conditioner includes a partition plate for dividing an interior into an internal air and an external air, and the heat exchange part absorbs heat from the cooling part and flows into the water circulation pipe. The moisture carrier consists of a heat exchanger that exchanges heat with the outside air, and the moisture carrier passes through the partition plate and is located in both the inner air zone and the outer air zone and rotates along the rotation axis, thereby trapping moisture in the inner air. It is composed of a dehumidifying rotor that is regenerated in an outside air.
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 재생식 냉방기에서, 상기 습기운반체는 공기와 접촉하면서 공기 중의 습기를 포획하거나 포획된 습기를 공기에 빼앗겨 재생되는 것이 가능한 습기운반용액으로 이루어지고, 상기 내기존에는 열교환을 위한 냉수가 공급되고, 실내 공기가 냉수와의 열교환을 통해 냉각되면서 상기 습기운반용액과 접촉하면서 실내 공기 중의 습기가 상기 습기운반용액에 포획되는 제습기를 포함하며, 상기 열교환부는 상기 제습기와 연통되어 상기 습기운반용액이 순환되며, 상기 냉각부로부터 열을 흡수한 물이 물 순환관을 통해 공급되어 지나면서 유입된 외기와 열교환하여 외기를 가열하고, 가열되는 외기가 상기 제습기로부터 공급된 습기운반용액과 접촉하면서 습기운반용액으로부터 습기를 빼앗아 습기운반용액을 재생시키면서, 외기는 고온다습 공기가 되도록 하는 재생기로 이루어진다. According to another embodiment of the present invention, in the regenerative air conditioner, the moisture carrier is made of a moisture carrier solution that can be recovered by trapping the moisture in the air while being in contact with air or the captured moisture in the air, It includes a dehumidifier is supplied with cold water for heat exchange, the indoor air is cooled by heat exchange with the cold water and the moisture in the indoor air is trapped in the moisture carrier solution while contacting the moisture carrier solution, the heat exchange unit and the dehumidifier The moisture transport solution is circulated to circulate, and water absorbed heat from the cooling unit is supplied through a water circulation pipe to heat and exchange heat with outside air introduced therein, and the outside air supplied from the dehumidifier is heated. When regenerating moisture transport solution by taking moisture away from moisture transport solution while in contact with transport solution While, the outside consists of a player that is so hot and humid air.
본 발명에 의하면, 상기 제습기 또는 상기 재생기는, 열교환을 위한 물이 통과하는 다수의 통로를 구비한 복수의 플랫 튜브와, 상기 복수의 플랫 튜브 사이에 설치되고, 접혀져 주름진 상태로 연장되며, 공기 및 습기운반용액이 지나면서 서로 접촉하여 습기가 교환되는 주름판을 포함한다. According to the present invention, the dehumidifier or the regenerator is provided between a plurality of flat tubes having a plurality of passages through which water for heat exchange, and the plurality of flat tubes, are folded and extended in a corrugated state, and It includes a corrugated plate that moisture is exchanged in contact with each other as the moisture carrier solution passes.
본 발명에 의하면, 상기 연료전지 발전기의 상기 물탱크와의 열교환을 통해 상기 냉각부에서 흡수된 열을 제공받는 난방용 열교환기를 포함하는 난방기를 포함한다.
According to the present invention, the fuel cell generator includes a heater including a heat exchanger for receiving heat absorbed by the cooling unit through heat exchange with the water tank.
본 발명에 따른 삼중열병합 발전시스템에 의하면, 연료전지 스택 시스템에서 발생하는 폐열을 냉방기의 구동원으로 활용하고, 냉방기에서 버려지는 고온다습한 공기를 재활용하여 연료전지 스택의 효율을 향상시키는 것이 가능하므로 에너지 종합 이용 효율이 향상되는 장점이 있다. According to the triple cogeneration system according to the present invention, it is possible to use the waste heat generated in the fuel cell stack system as a driving source of the cooler, and to improve the efficiency of the fuel cell stack by recycling the high temperature and high humidity air discarded from the cooler. There is an advantage that the overall utilization efficiency is improved.
본 발명에 의하면, 연료전지 스택 시스템에서 발생하는 폐열을 냉방기의 구동원으로 직접 이용하여 냉방 용량을 만드는 것이 가능하므로, 종래의 열병합발전 시스템이 가지는 단점 즉, 발전 후 부수적으로 발생하는 열을 난방 및 온수로 사용함으로써 에너지를 효율적으로 관리할 수 있으나 여름철, 난방 및 온수의 수요가 거의 없는 상황에서 열병합발전 시스템의 가동률이 급격히 떨어짐으로 인하여 여름철에 급격히 증가하는 전력수요를 해소 못하는 운용상의 단점을 극복함과 동시에 열병합발전 시스템을 가동률을 여름철에도 높임으로써 여름철 전력난을 해소할 수 있어 전력난 해소를 위하여 추가적인 발전소 건설이 필요하지 않게 된다. 따라서 범국가적 에너지 관리적인 면에서 대단히 커다란 장점을 가지고 있다.
According to the present invention, since it is possible to make a cooling capacity by directly using the waste heat generated in the fuel cell stack system as a driving source of the air conditioner, the disadvantage of the conventional cogeneration system, that is, heat generated incidentally after the generation of heating and hot water Energy efficiency can be managed efficiently, but the operation rate of the cogeneration system drops sharply during summer, when there is almost no demand for heating and hot water. At the same time, the cogeneration system can increase the operation rate even in summer, which can solve the power shortage in summer so that no additional power plant construction is needed to solve the power shortage. Therefore, it has a huge advantage in terms of national energy management.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼중열병합 발전시스템의 구성도이다.
도 2 에 도시된 재생식 냉방기인 흡착식 냉방기의 구성도이다.
도 3 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 삼중열병합 발전시스템의 구성도이다.
도 4 는 도 3 에 도시된 재생식 냉방기인 흡수식 냉방기에서 제습기 및 재생기의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 은 본 발명에 따른 삼중열병합 발전시스템의 발전기, 냉방기, 난방기 간의 에너지 이용관계를 간략히 한 도면이다.
도 6 는 본 발명에 따른 삼중열병합 발전시스템의 전원 운영 방법을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a block diagram of a triple cogeneration system according to an embodiment of the present invention.
It is a block diagram of the adsorption type air conditioner which is a regenerative air conditioner shown in FIG.
3 is a block diagram of a triple cogeneration system according to another embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the structure of the dehumidifier and the regenerator in the absorption type air conditioner of the regenerative air conditioner shown in FIG.
5 is a view briefly illustrating the energy utilization relationship between the generator, the air conditioner, and the heater of the triple cogeneration system according to the present invention.
6 is a view for explaining a power operation method of the triple cogeneration system according to the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 삼중열병합 발전시스템의 구성도로서, 연료전지 발전기(100)와, 재생식 냉방기(200), 및 난방기(300)를 포함하는 삼중열병합 발전시스템을 도시하고 있다. 1 is a block diagram of a trigeneration cogeneration system according to an embodiment of the present invention, and shows a trigeneration cogeneration system including a
본 발명에 따르면 연료전지 발전기(100)는 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 스택(110)을 포함한다. According to the present invention, the
상기 연료전지 스택(110)은 수소이온이 이동하는 고분자 전해질막(115)을 중심으로 연료극(anode, 112)과 공기극(cathode, 118)을 구비하며, 연료인 수소는 연료극(112)으로 공급되고, 공기는 공기극(118)으로 공급된다. 연료극(112)으로 공급된 수소는 전극촉매상에 수소이온(H+)과 전자(e-)로 분해되고, 이 중 수소이온만이 선택적으로 전해질막(115)을 통과하여, 공기극(118)으로 전달된다. 동시에 전자는 외부도선을 통해서 공기극(118)으로 이동하는데, 이들이 공기극(118)에 공급된 공기 중의 산소와 만나서 물을 생성하는 반응을 일으킨다. 이때에 일어난 전자의 흐름으로 인해 전류가 생성되고, 물 생성 반응에서 열이 발생한다.The
연료전지 발전기(100)는 상기와 같은 고분자 전해질막 연료전지 스택(110)과, 연료극(112)에 연료를 공급하는 연료공급부(120), 공기극(118)에 공기를 공급하는 공기공급부, 연료전지 스택에 발생한 열을 흡수하는 냉각부(130)를 포함한다. The
연료공급부(120)는 연료전지의 연료극(112)으로 연료인 수소를 공급한다. 연료공급부(120)는 순수한 수소를 공급하도록 구성되거나 개질기(미도시)를 구비하여 외부로부터 공급되는 연료(메탄올, 에탄올, LPG, 또는 도시가스)를 이용하여 개질을 통해 수소를 생산 공급하도록 구성된다. The
냉각부(130)는 순환하는 물을 통해 연료전지 스택(110)에서 전력 생산시에 발생하는 열을 흡수하여 냉각시키는 기능을 한다. 냉각부(130)는 물 순환관(135)을 통해 재생식 냉방기(200)의 열교환기(270)와 연결된다. 재생식 냉방기(200)의 열교환기(270)는 연료전지 스택(110)의 폐열을 재생식 냉방기(200)가 재활용하게 하는 열교환부이다. 물 순환관(135)은 연료전지 스택(110)의 냉각부(130), 재생식 냉방기(200)의 열교환기(270), 연료전지 발전기(100)의 물탱크(150)를 서로 연결하여 내부로 물이 순환하면서 열을 운반한다. The
공기공급부는 연료전지 스택(110)의 공기극(118)에 고온다습 공기를 공급하기 위해 구비된다. 고분자 전해질막 연료전지의 경우 고효율 운전을 위해서는 고온 다습한 공기를 필요로 한다. 특히 수분은 연료전지에서 수소이온(H+)의 전달매개체 역할을 하기 때문에 수분이 부족하면 수소 이온의 전도도가 감소되는 것을 물론 전해질막의 수축으로 인해 전극과 전해질막의 사이의 접촉저항을 증가시켜 연료전지의 성능을 저하시키는 요인이 된다. 반대로 수분이 너무 많으면 전극에 수분이 응결되어 맺히는 현상(flooding)이 발생하여 반응가스의 확산을 방해하고 연료전지의 성능을 저하시킨다. 따라서 고분자 전해질막 연료전지의 고효율 운전을 위해서는 연료전지 스택(110)의 공기극(118)으로 공급되는 공기는 적절히 가습되어야 한다. The air supply unit is provided to supply high temperature and high humidity air to the
본 발명에 따르면 고분자 전해질막 연료전지 스택(110)의 공기극(118)으로 공급되는 고온다습한 공기는 재생식 냉방기(200)에서 공급된다. 고온다습한 공기는 재생식 냉방기(200)에서 버려지는 것으로 연료전지 스택(110)에서 공기극(118) 공급 공기로 재활용되는 것이다. According to the present invention, the hot and humid air supplied to the
본 발명에 따른 삼중열병합 발전시스템은 냉방기로서, 재생식 냉방기(200)를 포함한다. 재생식 냉방기(200)는 실내의 공기 중에 포함된 습기를 포획한 습기제거부가 재생되면서 제습이 일어나는 냉방기이다. Triple cogeneration system according to the present invention as a cooler, and includes a regenerative cooler (200). The
도 1 에 도시된 본 발명의 일 실시예에 삼중열병합 발전시스템은, 재생식 냉방기(200)의 일예인 흡착식 냉방기를 포함하며, 도 2 는 그 구성도를 도시하고 있다. The trigeneration cogeneration system according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 includes an adsorptive air conditioner which is an example of a
도 2 에 도시된 재생식 냉방기(200)는 외기와 관련된 구성을 제외하고는 공지의 흡착식 냉방기와 동일하다. 따라서 본 발명에 관련된 부분 외의 나머지 부분에 대한 설명은 생략되거나 간략히 설명한다. The
본 발명에 따른 재생식 냉방기(200)는 칸막이판(230)판을 경계로 내기존(210)과 외기존(220)으로 분할되며, 연료전지 스택(110)의 폐열을 이용하여 외기를 가열하는 열교환부와, 내기존(210)을 따라 유동하는 실내공기의 습기를 빼앗아 외기존으로 운반하고 외기존에서 재생되는 습기운반체를 포함한다. The
내기존(210)은 실내에서 유입된 습공기 상태의 실내공기가 건조 냉각되어 저온저습 상태의 공급공기가 되어 실내로 다시 배출되는 공간이며, 외기존(220)은 외기가 내기존(210)에서 포획된 습기를 탈착 분리하여 고온다습의 공기가 되어 배출되는 공간이다. Inside
도 1 및 도 2 에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따르면 습기운반체로서 제습로터(240)를 포함한다. 제습로터(240)는 내기존(210)에서 실내공기 중의 습기를 포획하여 외기존으로 운반하며, 외기존(220)으로 유입된 외기 공기는 열교환기(270)에서 고온공기된 후 제습로터(240)의 습기를 빼앗아 제습로터(240)를 재생한 후 고온다습 공기가 되어 배출된다. 본 명세서 재생이란 습기운반체에서 흡수한 습기가 탈착되어 분리되면서, 습기운반체가 다시 습기를 포획 운반할 수 있는 상태로 되는 것을 말한다. 즉, 내기존(210)에서 흡착한 제습로터(240)는 외기존(220)에서 재생되어 건조 상태가 되고 이에 따라 내기존(210)에서 다시 습기를 포획할 수 있게 된다. According to an embodiment of the present invention shown in Figures 1 and 2 includes a
도 1 및 도 2 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 재생식 냉방기(200)는 제습로터(240)와 현열로터(250), 증발냉방기(260), 열교환기(270)를 포함한다. 1 and 2, the
제습로터(240)와 현열로터(250)는 칸막이판(230)에 중심축이 위치하여 모터(미도시)에 의해 연속적으로 회전 구동하도록 설치된다. The
칸막이판(230)에 의해 제습로터(240)는 흡착구역(242)과 탈착구역(244)으로 구분되며, 흡착구역(242)에서 습기를 흡착하는 작용이 일어나고 탈착구역(244)에서 습기가 탈착되고 재생되는 작용이 일어난다. 흡착구역(242)은 내기존(210)에 위치한 부분이며, 탈착구역(244)은 외기존(220)에 위치한 부분이다. 제습로터(240)는 일반적으로 하니컴으로 형성된 세라믹지에 실리카켈이나 제오라이트 등의 흡습제가 구비되어 형성된다. The
현열로터(250)는 칸막이판(230)에 의해 냉각구역(252)과 가열구역(254)로 구분되며, 냉각구역(252)을 통과하면서 공기는 냉각되고, 가열구역(254)을 통과하는 공기는 가열된다. 냉각구역(252)은 내기존(210)에 위치한 부분이며, 가열구역(254)은 외기존(220)에 위치한 부분이다. 현열로터(250)는 알루미늄 박판을 하니컴 형상으로 형성한 것으로 디스크 형상이며, 내기존(210)과 외기존(220) 사이를 회전하면서 열교환을 한다. The
증발냉각기(260)는 현열로터(250)를 통과한 공기의 잠열을 빼앗아 온도를 급격히 저하시켜 냉기를 만들고, 이 냉기는 실내로 공급된다. 증발냉각기(260)는 증발냉각기용 물탱크(261)와 연결되어 냉각수가 순환한다. The
실내에서 유입된 실내공기는 하단 실내연결부(211)를 통해 유입되어 내기존(210)에서 재생로터(240), 현열로터(250), 증발냉각기(260)를 거친 후 저온저습 상태의 공급공기가 되어 상단 실내연결부(212)를 통해 실내로 공급된다. The indoor air introduced from the room is introduced through the lower
외기는 외기 흡입구(221)를 통해 외기존(220)으로 흡입되고, 외기존(220)에서 현열로터(250), 열교환기(270), 재생로터(240)를 거친 후 고온 다습한 공기가 되어 외기배출구(222)를 거쳐 배출된다. 외기존(220)에서 배출되는 고온다습한 공기는 고분자 전해질막 연료전지 스택(110)의 공기극(118)으로 공급되는 공급공기로 재활용된다. The outside air is sucked into the
본 발명의 일 실시예에 따른 재생식 냉방기(200)는 열교환부로서 외기존(220)에 열교환기(270)를 포함하고 있다. 열교환기(270)는 연료전지 스택(110)의 냉각부(130)와 물 순환관(135)을 통해 연결되어 냉각부(130)에서 열을 흡수한 물이 열교환기(270)로 유입되어 열교환기(270)를 지나는 외기와 열교환을 한다. 외기존(220)으로 유입된 외기는 열교환기(270) 이전에 현열로터(250)를 통과하면서 일부 가열된 상태로 열교환기(270)로 유동된다. 한편, 열교환기(270)를 거치면서 고온 공기가 된 외기는 재생로터(240)를 향해 유동하고 재생로터(240)를 통과하면서 제습로터(240)의 습기를 빼앗으면서 고온 다습의 공기가 되고, 이 과정에서 제습로터(240)는 습기가 탈착되어 재생된다. The
물 순환관(135)을 통해 유동하는 물은 열교환기(270)를 통과하면서 열을 배출하여 외기를 고온의 공기로 만든 후 물 순환관(135)을 통해 물탱크(150)로 복귀하며, 물탱크(150)에서 다시 연료전지 스택(110)의 냉각부(130)로 유동한다. Water flowing through the
열교환기(270) 및 제습로터(240)를 거치면서 고온다습 공기로 변환된 외기는 공기공급관(117)을 통해 연료전지 스택(110)의 공기극(118)으로 공급된다. The outside air converted into high temperature and high humidity air through the
본 발명에 따르면 공기공급관(117)에는 공기혼합밸브(116)가 구비되고, 공기혼합밸브(116)에는 외기가 공급되는 외기공급관(114)이 연결된다. 외기공급관(114)은 외기흡입구(221)에 인접하여 설치된 외기제어밸브(225)와 연결된다. 외기제어밸브(225)는 외기의 유입량을 제어하며, 공기혼합밸브(116)는 외기와 재생식 냉방기(200)에 생산된 고온다습한 공기의 혼합을 제어한다. 상술한 바와 같이 공기극(118)으로 공급되는 공기는 적절한 가습이 필요하다. 공기혼합밸브(116)는 공기공급관(117)에 설치된 온도센서(미도시)와 습도센서(미도시)의 감지에 따라 콘트롤러(미도시)의 의해 제어되면서 외기와 고온다습 공기를 적절히 혼합하여 소정의 온도 및 습도의 공기로 변환한 후 공기가 공기극(118)으로 공급될 수 있도록 한다. According to the present invention, the
본 발명에 따르면 재생식 냉방기(200)의 외기존(220)의 열교환기(270) 및 재생로터(240)는 재생식 냉방기(200)의 일부를 구성함과 아울러 기능적으로 연료전지 스택(110)의 공기극(118)으로 공급되는 고온다습한 공기를 생산하는 기능을 하므로, 기능적으로 연료전지 발전기(100)의 공기공급부를 이룬다. According to the present invention, the
도 3 은 본 발명의 다른 실시예에 따른 삼중열병합 발전시스템의 구성도로서 재생식 냉방기로서 흡수식 냉방기가 사용된 예를 설명하고 있다. 도 3 에 도시된 흡수식 냉방기 타입의 재생식 냉방기(200)는 외기와 관련된 구성을 제외하고는 공지의 흡수식 냉방기와 동일하다. 따라서 본 발명에 관련된 부분 외의 나머지 부분에 대한 설명은 생략되거나 간략히 설명한다. 또한 도 1 및 도 2 에 도시된 실시예와 동일한 부분에 대해서는 동일한 부호를 설명하며 상세한 설명은 생략한다. 3 illustrates an example in which an absorption air conditioner is used as a regenerative air conditioner as a schematic diagram of a triple cogeneration system according to another exemplary embodiment of the present invention. The
도 3 을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 재생식 냉방기(200)는 본 발명의 일 실시예의 재생식 냉방기와 동일하게 실내에서 유입된 습공기 상태의 실내공기가 건조 냉각되어 저온저습 상태의 공급공기가 되어 실내로 다시 배출되는 내기존(210)과, 유입된 외기 공기가 실내 공기로부터 포획된 습기를 탈착 분리하여 고온다습 공기가 되어 배출되는 외기존(220)으로 분할된다. Referring to Figure 3, the
내기존(210) 관련 구성을 살펴보면, 실내에서 유입되는 습공기 상태의 실내공기는 제습기(281)를 거치면서 습기가 분리되어 건공기가 된 후 증발냉각기(260)를 거치면서 냉각되어 저온저습 상태의 공기가 되어 실내로 다시 공급된다. 증발냉각기(260)는 증발냉각기용 물탱크(261)와 연결되어 냉각수가 순환한다. Looking at the configuration related to the existing air (210), the indoor air in the humid air state introduced from the room through the dehumidifier (281), the moisture is separated and becomes a dry air, and then cooled through the evaporative cooler (260) in a low temperature and low humidity state It becomes air and is supplied back to the room. The
외기존(220) 관련 구성을 살펴보면, 외기가 외부로부터 유입되어 재생기(283)를 거치면서 고온 다습한 공기가 되어 공기혼합밸브(116)로 공급된다. Looking at the configuration related to the
본 발명의 다른 실시예에 따른 재생식 냉방기(200)는 습기운반체로서, 제습기(281)와 재생기(283) 사이를 순환하면서 습기를 운반하는 습기운반용액을 포함한다. 습기운반용액은 염화리튬(LiCl) 용액을 포함한다. 본 명세서에서는 습기를 흡수하여 묽어진 염화리튬 용액을 염화리튬(LiCl) 희용액 또는 희용액 상태의 염화리튬 용액이라 칭하고 습기가 분리되면서 다시 진해진 염화리튬 용액을 염화리튬(LiCl) 농용액 또는 농용액 상태의 염화리튬 용액이라 칭한다. The
도 4 는 도 3 에 도시된 제습기(281) 및 재생기(283)의 구조를 도시한 도면이다. 제습기(281) 및 재생기(283)는 그 기능에 따라 구분되며 동일한 구조를 구비한다. 도 4 에 도시된 구조를 재생기(283)로 하여 그 구조를 설명한다. 4 is a diagram showing the structure of the
도 4 에 도시된 바와 같이 재생기(283)는 내부에 물이 통과하는 다수의 통로가 구비된 복수의 플랫 튜브(287)와, 플랫 튜브(287) 사이에 구비되며 접혀져 주름진 상태로 연장된 주름판(288)을 포함한다. As shown in FIG. 4, the
플랫 튜브(287)는 내부 통로를 따라 물이 통과하면서 외부와의 열교환을 통해 열을 제공하거나 흡수한다. 주름판(287)에는 상부로부터 염화리튬 용액이 공급되어 위에서 아래로 흐르고, 측면 방향으로 공기가 유입되어 주름판(287) 사이를 통과하면서 염화리튬 용액과 접촉하여 습기를 염화리튬 용액에 빼앗기거나 흡수한다. 재생기(282)로 사용될 때 플랫튜브(287)에는 온수가 공급되어 열을 제공하며 염화리튬 용액과 접촉하면서 주름판(288)을 통과하는 외기가 열을 제공받아 고온이 되면서 염화리튬 용액 중의 습기를 빼앗아 고온 다습한 공기가 된다. The
도 3 을 다시 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 다른 재생식 냉방기(200)의 습기운반체의 작용을 자세히 설명한다. Referring again to Figure 3, another action of the moisture carrier of the
먼저, 제습기(281)의 동작을 살펴보면, 제습기(281) 내부의 플랫튜브에 냉수관이 연결되어 냉수가 공급되어 실내공기를 냉각한다. 냉수관은 제습기용 물탱크(282)와 연결되고 제습기용 물탱크(282)에서의 열교환을 통해 냉수가 제습기(281)로 공급된다. 내기존(210)으로 유입된 실내 공기는 제습기(281)의 주름판의 측면 방향으로 공급되어 염화리튬 용액과 접촉하면서 흐름 사이를 통과하는 데, 이 과정에서 냉각되는 실내 공기 중의 습기가 염화리튬 용액에 흡수된다. 이에 따라 제습기(281)로 유입된 염화리튬 농용액은 습기를 흡수하면서 염화리튬 희용액이 된다. 이러한 과정을 통해 실내공기 중의 습기를 제거하는 제습동작이 수행된다. First, referring to the operation of the
이어서 재생기(283)의 동작을 살펴보면, 재생기(283)의 플랫튜브에는 물 순환관(135)이 연결되어 연료전지 스택(110)의 냉각부(130)로부터 온수가 공급된다. 냉각부(130)로부터 제공된 온수는 재생기(283)에서 열교환을 통해 공급된 외기를 고온 상태의 공기로 만든다. 이때 재생기(283)의 주름판에는 제습기(281)에서 습기를 흡수하여 희용액 상태가 된 염화리튬 용액이 공급되어 위에서 아래로 흘러간다. 외기는 주름판 사이를 염화리튬 용액과 접촉하면서 지나가고 물 순환관(135)을 통해 공급된 온수와의 열교환을 통해 고온 상태가 되면서 염화리튬 용액 중의 습기를 빼앗아 다습한 상태가 된다. 즉, 외기는 재생기(283)를 거치면서 고온 다습 공기가 되어 배출되고, 염화리튬 용액은 습기를 흡수할 수 있는 농용액 상태로 재생되어 배출된다. 고온 다습 공기가 된 외기는 공기혼합밸브(116)를 거쳐 연료전지 스택(110)의 공기극(118)으로 공급된다. 재생기(283)는 연료전지 스택(110)으로 공급된 폐열을 이용하여 외기를 가열하는 열교환부이다. Next, referring to the operation of the
염화리튬 용액의 순환 경로 상에는 용액 열교환기(284)가 설치되어, 제습기(281)를 향해 유동하는 염화리튬 농용액과 재생기(283)를 향해 유동하는 염화리튬 희용액 사이의 열교환이 일어나도록 구성되며, 외부로부터 유입된 외기와 재생기(283)를 거치면서 고온 다습한 공기가 되어 공기혼합밸브(116)로 유동하는 공기 사이의 열교환을 위한 외기 열교환기(285)가 설치되어 효율 향상이 이루어지도록 할 수 있다. A
본 발명의 다른 실시예에 따른 흡수식 냉방기 타입의 재생식 냉방기(200)는 제습기(281)에서 습기를 포획하는 과정이 일어나고 재생기(283)에서 습기를 탈착 분리하는 과정이 수행되는데, 이러한 과정에서 제습기(821)를 통과하는 실내 공기는 건공기가 되고, 재생기(283)를 통과하는 외기는 고온 다습한 공기가 된다. 본 발명의 다른 실시예는, 외기가 고온다습 상태가 되어 재생식 냉방기(200)로부터 배출되고, 이러한 버려지는 고온다습한 공기가 연료전지 스택(110)의 공기극(118)에 공급되는 공기로 재활용된다는 점에서 본 발명의 일 실시예와 동일하다. In the
본 발명에 따른 삼중열병합 발전시스템은 난방기(300)를 더 포함한다. 난방기(300)는 물탱크(150)와의 열교환을 통해 연료전지 스택(110)에서 냉각부(130)에서 발생된 폐열을 흡수하는 난방용 열교환기(310)를 포함하여, 난방용 열교환기는 난방수 및 온수를 생산하여 공급한다. 열병합 발전시스템에서 난방기 시스템은 다양하게 공지되어 있으므로 상세한 설명을 생략한다. 본 발명에 따른 삼중열병합 발전시스템은 공지의 열병합발전시스템의 난방기를 포함한다. 도면에서 미설명된 부호 320은 팬이다. Triple cogeneration system according to the present invention further comprises a heater (300). The
도 5 은 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 병합 발전시스템에서 연료전지 발전기(100)와 재생식 냉방기(200), 난방기(300) 사이의 에너지 이용 관계를 간략히 설명하기 위한 도면이다. 5 is a view for briefly explaining the energy utilization relationship between the
도 5 에 도시된 바와 같이, 연료전지 발전기(100)는 전기 에너지와 온수(hot water) 형태의 열에너지를 재생식 냉방기(200)에 공급한다. 온수는 연료전지 발전기(100)의 전기 에너지 생산시 연료전지 스택(110)의 냉각 과정에서 발생하는 폐열원이다. 폐열이 버려지지 않고 재생식 냉방기(200)에 공급되어 구동원으로 사용되므로 에너지 이용효율이 향상된다. 재생식 냉방기(200)는 연료전지 발전기(100)의 폐열을 습기운반체의 재생을 위해 사용하고 그 과정에서 외기를 고온다습한 공기로 만들어 배출한다. 재생식 냉방기(200)에서 버려지는 고온다습한 공기는 재활용되어 연료전지 발전기(100)의 연료전지 스택(110)의 공기극(118)으로 공급된다. 이 과정에서 연료전지 발전기(100)는 연료전지 스택(110)의 공기극(118)에 필요한 고온다습한 공기를 얻게 되므로 별도의 가습원 및 에너지를 절감할 수 있다. 이로 인해 종합에너지 이용효율이 향상된다. As shown in FIG. 5, the
연료전지 발전기(100)와 난방기(300)와의 에너지 이용관계를 살펴보면, 연료전지 발전기(100)는 난방기(300)로 온수와 전기 에너지를 공급하고, 온수는 난방기(300)에서 열을 빼앗긴 상태(cooled water)로 복귀하여 연료전지 스택(110)의 냉각부(130)에서 다시 온수가 되어 공급된다. Looking at the energy utilization relationship between the
도 6 는 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 병합 발전시스템의 전원 제어방법을 설명하기 위한 도면을 전원 시스템의 구성 및 그 동작을 상태별로 도시하고 있다. FIG. 6 is a view illustrating a power control method of a combined power generation system using a fuel cell according to the present invention.
본 발명에 따른 연료전지를 이용한 병합 발전시스템은 2차 전지(battery)를 포함하고, 연료전지의 구동에 필요한 다수의 주변장치(BOP; Balance of Plants)를 E-BOP와, M-BOP로 구분하여 제어한다. E-BOP는 시스템의 감시 및 작동 제어를 위한 것으로 연료전지 또는 2차 전지를 상태를 감지하는 센서와 이를 모니터링하는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD) 및 작동 버튼으로 구성된 사용자 조작부(user interface)와 인쇄회로기판(Printed-Circuit Board, PCB)을 포함하며, M-BOP는 연료전지 스택(110)의 구동 주변장치로서 연료공급부, 공기공급부 등의 펌프, 팬, 밸브 등을 포함한다. The combined power generation system using a fuel cell according to the present invention includes a secondary battery, and a plurality of BOPs (Balance of Balances) required for driving the fuel cell are divided into an E-BOP and an M-BOP. To control. The E-BOP is for monitoring and operating control of the system. The user interface consists of a sensor that detects the state of a fuel cell or a secondary cell, a liquid crystal display (LCD), and an operation button. And a printed-circuit board (PCB), and the M-BOP is a driving peripheral device of the
연료전지는 자기 시동(self starting)이 불가능하며 급격한 부하변동에 취약한 단점이 있다. 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 병합 발전시스템은 시동 시 주변 장치에 필요한 전원을 공급하고 급격한 부하변동에 안정적으로 대응하기 위하여 2차 전지(battery)를 포함하여 하이브리드 시스템으로 구성된다. Fuel cells have the disadvantage of not being self starting and vulnerable to sudden load changes. The combined power generation system using the fuel cell according to the present invention is configured as a hybrid system including a secondary battery (battery) in order to supply the power required for the peripheral device at start-up and to stably respond to sudden load changes.
본 발명은 연료전지와 2차 전지의 하이브리드 운용 전략 중, 2차 전지가 부하를 담당하고 연료전지는 2차 전지 충전잔량(State of Charge, SOC)이 기준치보다 낮은 경우 전지를 충전하기 위해 가동되는 자동 충전기(automatic battery charger) 개념의 하이브리드 운전 방식을 채택한다. 실시간으로 시스템의 상태를 입력받아 적절한 제어를 수행하기 위해서는 시스템의 작동을 감시 제어하는 E-BOP는 시스템의 작동 모드와 관계없이 항상 전력을 공급받아야 한다. 이를 위해 E-BOP는 2차 전지로부터 전력을 공급받을 수 있도록 설계된다. The present invention is a hybrid operation strategy of the fuel cell and the secondary battery, the secondary battery is responsible for the load and the fuel cell is operated to charge the battery when the secondary battery charge (State of Charge, SOC) is lower than the reference value It adopts hybrid driving method of automatic battery charger concept. In order to receive the system status in real time and perform proper control, the E-BOP, which monitors and controls the operation of the system, must be powered at all times regardless of the operation mode of the system. To this end, the E-BOP is designed to be powered from a secondary battery.
한편, 연료전지는 2차 전지의 전위가 일정수준 이하로 내려가 충전이 필요한 경우에만 가동되며 시동 시 주변장치에 필요한 전력은 2차 전지로부터 공급받게 된다. On the other hand, the fuel cell operates only when the potential of the secondary battery falls below a predetermined level and needs to be charged, and power required for the peripheral device at startup is supplied from the secondary battery.
연료전지로부터 안정적인 전원이 확보되면 2차 전지의 충전과 주변장치로의 전력 공급을 연료전지가 담당하게 되며 2차 전지가 완충되었을 경우 연료전지의 가동은 정지된다. 그러나 재생식 냉방기가 작동하는 경우와 같이 연료전지에서 발생한 열에너지를 이용하는 경우 2차 전지로의 충전은 멈추지만 연료전지가 계속 작동하여 E-BOP, M-BOP, 부하(load) 쪽으로 계속 전기를 공급한다.When a stable power source is secured from the fuel cell, the fuel cell is in charge of charging the secondary battery and supplying power to the peripheral device. When the secondary battery is fully charged, the fuel cell is stopped. However, when using the thermal energy generated by the fuel cell, such as when a regenerative air conditioner is operating, charging to the secondary cell stops, but the fuel cell continues to operate to supply electricity to the E-BOP, M-BOP, and load. do.
도 6 을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지를 이용한 병합 발전시스템의 전력 운영을 설명한다. Referring to Figure 6 describes the power operation of the combined cycle power system using a fuel cell according to the present invention.
먼저, 부하가 없는 상태(load off)를 설명하면, 시동 모드(start-up)시 연료전지 스택(stack)이 전기를 생산할 수 있도록 2차 전지(battery)가 E-BOP와 M-BOP에 전기를 동시 공급한다. 충전 모드(charging)에서는, 연료전지 스택에서 발생한 전기가 배터리에 충전됨과 동시에 E-BOP와 M-BOP에도 전기를 공급한다. 2차 전지의 전위가 일정 수위에 도달하면 연료전지 스택은 멈춘다. 2차 전지의 전위가 일정수준 이상으로 올라가 2차 전지가 전기를 공급하는 방전 모드(discharging)에서는 2차 전지에서 E-BOP에 전기를 공급되고 상태가 모티터링 된다. First, the description of the load-off state, the secondary battery to the E-BOP and M-BOP so that the fuel cell stack can produce electricity during start-up Feed at the same time. In charging mode, the electricity generated from the fuel cell stack is charged to the battery and also supplies electricity to the E-BOP and the M-BOP. When the potential of the secondary cell reaches a certain level, the fuel cell stack stops. In the discharging mode in which the potential of the secondary battery rises above a certain level and the secondary battery supplies electricity, electricity is supplied to the E-BOP in the secondary battery and the state is monitored.
부하가 있는 상태(load on) 상태를 설명하면, 시동모드(start-up)시 연료전지 스택(stack)이 전기를 생산할 수 있도록 2차 전지가 E-BOP와 M-BOP에 전기를 공급하면서 부하(load) 쪽으로도 동시에 전기를 공급한다. 연료전지 스택이 시동되고 나면 충전 모드(charging)가 수행되는 데, 연료전지 스택(stack)에서 발생한 전기가 2차 전지에 충전됨과 동시에 E-BOP, M-BOP, 부하(load) 쪽으로도 전기를 공급한다. 재생식 냉방기의 구동과 같이 연료전지 스택이 전력 외에 열원을 공급해야할 필요가 있는 경우 2차 전지로의 충전은 멈추지만 E-BOP, M-BOP, 재생식 냉방기를 포함하는 부하(load) 쪽으로 계속 전기를 공급한다. 2차 전지에 충전된 전기 에너지만을 이용하는 방전 모드(discharging)에서는2차 전지가 E-BOP에 전기를 공급하여 상태를 모니터링함과 동시에 부하(load)쪽으로도 전기를 공급한다. 방전 모드의 부하(load)는 충전 모드의 부하와 달리 전기만을 필요로 하는 부하이다. In the description of the load on condition, the secondary cell supplies electricity to the E-BOP and the M-BOP so that the fuel cell stack can produce electricity during start-up. It also supplies electricity to the load side at the same time. Charging mode is performed after the fuel cell stack is started, and the electricity generated from the fuel cell stack is charged to the secondary cell, and also to the E-BOP, M-BOP, and load. Supply. If the fuel cell stack needs to supply a heat source other than power, such as driving a regenerative air conditioner, charging to the secondary cell stops but continues toward the load containing the E-BOP, M-BOP, and regenerative air conditioner. Supply electricity. In the discharging mode using only the electric energy charged in the secondary battery, the secondary battery supplies electricity to the E-BOP to monitor the condition and also supply electricity to the load. The load in the discharge mode is a load requiring only electricity, unlike the load in the charge mode.
100: 연료전지 발전부 110: 연료전지 스택
112: 연료극 115: 전해질막
116: 공기혼합밸브 117: 공기공급관
118: 공기극 120: 연료공급부
130: 냉각부 135: 물 순환관
200: 재생식 냉방기 210: 내기존
220: 외기존 230: 칸막이판
240: 제습로터 270: 열교환기
281: 제습기 283: 재생기
300: 난방기 310: 난방용 열교환기 100: fuel cell power generation unit 110: fuel cell stack
112: anode 115: electrolyte membrane
116: air mixing valve 117: air supply pipe
118: air electrode 120: fuel supply unit
130: cooling unit 135: water circulation tube
200: regenerative air conditioner 210: existing air
220: outside 230: partition plate
240: dehumidification rotor 270: heat exchanger
281: dehumidifier 283: player
300: heater 310: heat exchanger for heating
Claims (6)
실내에서 유입된 실내 공기가 건조 냉각되어 실내로 다시 배출되는 내기존과 외부로부터 유입된 공기가 고온다습한 공기가 되어 배출되는 외기존으로 분할되고; 상기 내기존을 따라 유동하는 실내 공기 중의 습기를 포획하여 상기 외기존으로 운반하는 습기운반체; 및 상기 외기존에 설치되고 상기 냉각부와 물 순환관으로 연결되어 상기 냉각부를 거치면서 열을 흡수한 물을 외기와 열교환시켜 외기를 가열하는 열교환부를 포함하며; 외기는 상기 외기존에서 상기 열교환부에 의해 가열되고 상기 습기운반체로부터 습기를 탈착 분리하면서 상기 습기운반체를 재생하고 고온 다습 공기가 되어 배출되는 재생식 냉방기와,
상기 재생식 냉방기의 외기존에서 배출된 고온다습 공기를 상기 연료전지 스택의 공기극으로 공급하는 공기공급관을 포함하되,
상기 공기공급관에는 상기 외기존을 거치면서 고온다습하게 된 공기와 외부에서 유입된 공기의 혼합을 제어하여 공기극으로 공급되는 공기의 온도 및 습도를 조절할 수 있게 하는 공기혼합밸브를 더 포함하며,
상기 공기극에는 상기 공기혼합밸브에서 혼합된 공기가 상기 공기공급관을 통해 공급되는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 병합 발전시스템.A fuel cell stack including a fuel electrode, a polymer electrolyte membrane, an air electrode, and a cooling unit; A fuel supply unit supplying fuel to the anode; A fuel cell generator including a water tank connected to the cooling unit and a water circulation pipe;
The indoor air introduced from the room is divided into an internal air that is cooled by drying and discharged back into the room and an outdoor air that is discharged as the high temperature and high humidity air is discharged from the outside; A moisture carrier which captures moisture in the indoor air flowing along the interior air and transports it to the outside air; And a heat exchanger installed in the outside air and connected to the cooling unit and the water circulation pipe to heat the outside air by exchanging heat absorbed water with the outside while passing through the cooling unit. The outside air is heated by the heat exchange unit in the outside air and regenerates the moisture carrier from the moisture carrier, while regenerating the moisture carrier and discharged to become a high temperature and high humidity air, and
It includes an air supply pipe for supplying the hot and humid air discharged from the outside air of the regenerative air conditioner to the cathode of the fuel cell stack,
The air supply pipe further includes an air mixing valve for controlling the temperature and humidity of the air supplied to the cathode by controlling the mixing of the air heated from the high temperature and high humidity while passing through the outside air,
And the air mixed in the air mixing valve is supplied to the cathode through the air supply pipe.
상기 재생식 냉방기는 내부를 내기존과 외기존으로 분할하는 칸막이판을 구비하고;
상기 열교환부는, 상기 냉각부로부터 열을 흡수하여 물 순환관을 통해 유입된 물이 외기와 열교환을 하는 열교환기로 이루어지고;
상기 습기운반체는 상기 칸막이판을 통과하여 상기 내기존 및 상기 외기존 양쪽에 모두 위치하여 회전축을 따라 회전하면서, 상기 내기존에서 습기를 포획한 부분이 상기 외기존에서 재생되는 제습로터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼중열병합 발전시스템.The method of claim 1,
The regenerative air conditioner includes a partition plate for dividing an interior into an internal air and an external air;
The heat exchanger is a heat exchanger that absorbs heat from the cooling unit and the water introduced through the water circulation pipe exchanges heat with the outside;
The moisture carrier is located in both the inner zone and the outer zone through the partition plate and rotates along the axis of rotation, wherein the portion trapping moisture in the inner zone consists of a dehumidifying rotor that is regenerated in the outer zone. Triple cogeneration system.
상기 재생식 냉방기에서,
상기 습기운반체는 공기와 접촉하면서 공기 중의 습기를 포획하거나 포획된 습기를 공기에 빼앗겨 재생되는 것이 가능한 습기운반용액으로 이루어지고,
상기 내기존에는 열교환을 위한 냉수가 공급되고, 실내 공기가 냉수와의 열교환을 통해 냉각되면서 상기 습기운반용액과 접촉하면서 실내 공기 중의 습기가 상기 습기운반용액에 포획되는 제습기를 포함하며,
상기 열교환부는 상기 제습기와 연통되어 상기 습기운반용액이 순환되며, 상기 냉각부로부터 열을 흡수한 물이 물 순환관을 통해 공급되어 지나면서 유입된 외기와 열교환하여 외기를 가열하고, 가열되는 외기가 상기 제습기로부터 공급된 습기운반용액과 접촉하면서 습기운반용액으로부터 습기를 빼앗아 습기운반용액을 재생시키면서, 외기는 고온다습 공기가 되도록 하는 재생기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 삼중열병합 발전시스템.The method of claim 1,
In the regenerative air conditioner,
The moisture carrier is made of a moisture carrier solution that can be recycled by capturing moisture in the air while being in contact with the air or deprived of the trapped moisture in the air,
The internal air includes a dehumidifier in which cold water for heat exchange is supplied, and indoor air is cooled through heat exchange with cold water, and the moisture in the indoor air is captured in the moisture transport solution while being in contact with the moisture transport solution.
The heat exchange part communicates with the dehumidifier, and the moisture transport solution is circulated, and the water absorbed heat from the cooling part is supplied through a water circulation tube to heat the outside air by introducing heat, and the outside air is heated. The trigeneration cogeneration system comprising a regenerator which draws moisture from the moisture transport solution while contacting the moisture transport solution supplied from the dehumidifier, and regenerates the moisture transport solution while allowing the outside air to be hot and humid air.
상기 제습기 또는 상기 재생기는
열교환을 위한 물이 통과하는 다수의 통로를 구비한 복수의 플랫 튜브; 및
상기 복수의 플랫 튜브 사이에 설치되고, 접혀져 주름진 상태로 연장되며, 공기 및 습기운반용액이 지나면서 서로 접촉하여 습기가 교환되는 주름판을 포함하는 것을 특징으로 삼중열병합 발전시스템.5. The method of claim 4,
The dehumidifier or the regenerator
A plurality of flat tubes having a plurality of passages through which water for heat exchange passes; And
And a corrugated plate installed between the plurality of flat tubes and folded and extending in a corrugated state, wherein the corrugated plates are contacted with each other as the air and the moisture transport solution pass.
상기 연료전지 발전기의 상기 물탱크와의 열교환을 통해 상기 냉각부에서 흡수된 열을 제공받는 난방용 열교환기를 포함하는 난방기를 포함하는 것을 특징으로 하는 삼중열병합 발전시스템.The method of claim 1,
And a heater including a heat exchanger for receiving heat absorbed by the cooling unit through heat exchange with the water tank of the fuel cell generator.
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