KR101339672B1 - Heating and cooling system using heat from fuel cell - Google Patents
Heating and cooling system using heat from fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- KR101339672B1 KR101339672B1 KR1020120006947A KR20120006947A KR101339672B1 KR 101339672 B1 KR101339672 B1 KR 101339672B1 KR 1020120006947 A KR1020120006947 A KR 1020120006947A KR 20120006947 A KR20120006947 A KR 20120006947A KR 101339672 B1 KR101339672 B1 KR 101339672B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- heat
- supplied
- cooling
- heat exchanger
- circulating water
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
- A63H27/00—Toy aircraft; Other flying toys
- A63H27/10—Balloons
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A63—SPORTS; GAMES; AMUSEMENTS
- A63H—TOYS, e.g. TOPS, DOLLS, HOOPS OR BUILDING BLOCKS
- A63H33/00—Other toys
- A63H33/22—Optical, colour, or shadow toys
-
- G—PHYSICS
- G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
- G09F—DISPLAYING; ADVERTISING; SIGNS; LABELS OR NAME-PLATES; SEALS
- G09F21/00—Mobile visual advertising
- G09F21/06—Mobile visual advertising by aeroplanes, airships, balloons, or kites
-
- 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
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
- Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
- Y02A30/274—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine
-
- 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
- Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
- Y02B30/62—Absorption based systems
- Y02B30/625—Absorption based systems combined with heat or power generation [CHP], e.g. trigeneration
Landscapes
- Business, Economics & Management (AREA)
- Accounting & Taxation (AREA)
- Marketing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
본 발명은 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템에 관한 것으로, 이는 연료공급원에서 공급되는 연료를 개질반응시켜 수소 가스를 생성하는 개질기; 외부로부터 공급되는 산소가 포함된 가스와 개질기로부터 공급된 수소 가스를 전극에 노출시켜 전기 에너지를 발생시키는 스택; 이 스택을 냉각한 후 배출되는 냉각수를 열교환하는 적어도 하나의 열교환기; 이 열교환기에서 열교환된 유체에 의해 공급된 열을 이용하여 순환수를 승온시키도록 된 히트펌프; 및 이 히트펌프를 통과하는 순환수를 순환시키도록 구비된 순환배관을 포함하여서, 연료전지의 효율 향상은 물론, 순환수를 재가열하기 위한 다른 발전시스템의 연료 투입량을 대폭 줄일 수 있으며, 연료 투입량의 감소에 따라 온실가스가 현저히 저감되는 효과가 있게 된다. The present invention relates to a cooling and heating supply system using heat of a fuel cell, which includes: a reformer for reforming a fuel supplied from a fuel supply source to generate hydrogen gas; A stack for generating electrical energy by exposing a gas containing oxygen supplied from the outside and hydrogen gas supplied from the reformer to the electrode; At least one heat exchanger for heat-exchanging cooling water discharged after cooling the stack; A heat pump configured to heat up the circulating water using heat supplied by the heat exchanged fluid in the heat exchanger; And a circulation pipe provided to circulate the circulating water passing through the heat pump, thereby improving fuel cell efficiency and significantly reducing fuel input of other power generation systems for reheating the circulating water. As the reduction, the greenhouse gas is significantly reduced.
Description
본 발명은 연료전지를 사용하는 발전시스템의 폐열을 이용한 냉난방 공급시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 연료전지를 사용하는 발전시스템에서 발생하는 폐열을 히트펌프에 의해 효율적으로 회수하여 냉난방 공급시스템의 열원으로 재사용할 수 있게 함으로써, 열을 생산하기 위한 다른 발전시스템의 연료 투입량을 대폭 줄일 수 있으며, 연료 투입량의 감소에 따른 온실가스 저감의 효과가 지대한 냉난방 공급시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling and heating supply system using waste heat of a power generation system using a fuel cell, and more particularly, a heat source of a cooling and heating supply system by efficiently recovering waste heat generated from a power generation system using a fuel cell by a heat pump. By reducing the fuel input of the other power generation system to produce heat, and the reduction of the fuel input to the greenhouse gas supply system has a significant effect of reducing the fuel input.
일반적으로, 연료전지를 사용하는 발전시스템은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등 탄화 수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 공기 중에 포함된 산소를 전기 화학반응에 의해서 분해하고, 이 과정에서 발생하는 전자들을 직접 전기 에너지로 변화시키는 발전시스템이다. 이러한 연료전지를 사용하는 발전시스템은 연소과정이 없고 연료에서 전기를 직접 생산하기 때문에 소음 및 대기오염 물질의 배출이 적어 차세대 발전 방식으로 주목받고 있다.In general, a power generation system using a fuel cell decomposes hydrogen contained in a hydrocarbon-based material such as methanol, ethanol, or natural gas, and oxygen contained in air by an electrochemical reaction. It is a power generation system that directly converts them into electrical energy. The power generation system using such a fuel cell is attracting attention as a next-generation power generation method because there is no combustion process and directly produces electricity from fuel, resulting in low noise and air pollutant emission.
연료전지를 사용하는 발전시스템은 기본적으로 수소 가스를 발생시키는 개질기 및 전자를 발생시켜 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택(Stack; 이하 스택이라 함)을 구비한다.A power generation system using a fuel cell basically includes a reformer for generating hydrogen gas and a fuel cell stack (hereinafter referred to as a stack) for generating electrons to generate electrical energy.
개질기는 연료 및 물을 공급받고, 수증기 개질반응(Steam Reforming), 부분 산화(Partial Oxidation), 자열 개질반응(Autothermal Reforming), 직접 분해법(Direct Cracking), 플라즈마 촉매 개질법(Plasma Catalytic Reforming), 흡착부 과반응 개질법(Sorption Enhanced Reaction Process) 등의 방법을 통해 연료를 수소가 풍부한 개질 가스로 전환한다. 그리고 개질기에서 생성된 개질 가스에는 일산화탄소 등과 같은 유해물질이 포함되어 있는바, 개질기는 유해 물질을 정화하여 스택으로 공급한다.The reformer is supplied with fuel and water, steam reforming, partial oxidation, autothermal reforming, direct cracking, plasma catalytic reforming, adsorption Conversion of the fuel to hydrogen-rich reforming gas is carried out, for example, by the Enhanced Enhanced Reaction Process. In addition, the reformed gas generated in the reformer contains harmful substances such as carbon monoxide. The reformer purifies the hazardous substances and supplies them to the stack.
스택은 애노드(Anode) 전극과 캐소드(Cathode) 전극을 구비하며, 개질기로부터 공급받은 수소 가스가 애노드 전극으로 주입되고, 외부 공기로부터 공급받은 산소는 캐소드 전극으로 주입된다. 이에 따라, 애노드 전극에서는 수소 가스의 산화반응이 일어나고, 캐소드 전극에서는 산소의 환원반응이 일어난다. 결국, 스택에는 가스의 산화 및 환원반응으로 인해 전자들이 발생하고, 이러한 전자들의 이동으로 전기 에너지가 생성된다. 또한, 산화 및 환원반응으로 인해 스택에는 소정의 열 에너지가 발생한다.The stack includes an anode electrode and a cathode electrode, and hydrogen gas supplied from a reformer is injected into the anode electrode, and oxygen supplied from outside air is injected into the cathode electrode. Accordingly, the oxidation reaction of hydrogen gas occurs at the anode electrode, and the reduction reaction of oxygen occurs at the cathode electrode. As a result, electrons are generated in the stack due to oxidation and reduction of gases, and electrical energy is generated by the movement of these electrons. In addition, some thermal energy is generated in the stack due to oxidation and reduction reactions.
이와 같이 구성된 연료전지를 사용하는 발전시스템에서는 개질기 및 스택에서 열 에너지가 발생하는데, 특히 스택에서는 이러한 열로 인하여 스택의 효율이 저하되므로, 일정 온도를 유지하기 위해 냉각수를 공급받게 된다. 하지만, 스택을 냉각하고 배출되는 고온의 냉각수가 가진 열 에너지는 적당한 활용처가 없어 냉각팬을 통해 대기로 방출되면서 에너지의 손실과 더불어, 연료의 전환 효율이 떨어지는 문제점이 있다. In the power generation system using the fuel cell configured as described above, heat energy is generated in the reformer and the stack. In particular, the stack reduces the efficiency of the stack due to the heat, and thus the coolant is supplied to maintain a constant temperature. However, the heat energy having the high temperature coolant discharged to cool the stack is not properly utilized and is released into the atmosphere through the cooling fan, resulting in a loss of energy and a decrease in fuel conversion efficiency.
이에 본 발명은 연료전지를 사용하는 발전시스템에서 전기를 생산할 때 스택에서 발생하는 폐열을 회수하여 냉난방 공급시스템의 열원으로 사용함으로써, 연료전지의 효율 향상은 물론, 수용가로 공급된 순환수를 재가열하기 위한 열원을 제공하는 다른 발전시스템의 연료 투입량을 대폭 줄일 수 있으며, 이러한 연료 투입량의 감소에 따른 온실가스 저감의 효과가 지대한 냉난방 공급시스템을 제공하는 데에 그 목적이 있다.Therefore, the present invention recovers the waste heat generated from the stack when producing electricity in the power generation system using the fuel cell and use it as a heat source of the cooling and heating supply system, thereby improving the efficiency of the fuel cell, as well as reheating the circulation water supplied to the consumer. It is possible to drastically reduce the fuel input of other power generation systems that provide a heat source for the purpose, and to provide a cooling and heating supply system with the effect of reducing the greenhouse gas caused by the reduction of such fuel input.
본 발명에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템은, 연료공급원에서 공급되는 연료를 개질반응시켜 수소 가스를 생성하는 개질기; 외부로부터 공급되는 산소가 포함된 가스와 상기 개질기로부터 공급된 수소 가스를 전극에 노출시켜 전기 에너지를 발생시키는 스택; 상기 스택을 냉각한 후 배출되는 냉각수를 열교환하는 적어도 하나의 열교환기; 상기 열교환기에서 열교환된 유체에 의해 공급된 열을 이용하여 순환수를 승온시키도록 된 히트펌프; 및 상기 히트펌프를 통과하는 상기 순환수를 순환시키도록 구비된 순환배관을 포함하고 있다. A heating and cooling supply system using heat of a fuel cell according to the present invention includes: a reformer for reforming a fuel supplied from a fuel supply source to generate hydrogen gas; A stack for generating electrical energy by exposing a gas containing oxygen supplied from the outside and a hydrogen gas supplied from the reformer to an electrode; At least one heat exchanger for exchanging coolant discharged after cooling the stack; A heat pump configured to heat up the circulating water using heat supplied by the heat exchanged fluid in the heat exchanger; And a circulation pipe provided to circulate the circulation water passing through the heat pump.
본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템은, 상기 히트펌프가 전기식 히트펌프인 것을 특징으로 한다. In a cooling and heating supply system using heat of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention, the heat pump is an electric heat pump.
본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템은, 상기 히트펌프가 흡수식 히트펌프인 것을 특징으로 한다. In a cooling and heating supply system using heat of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention, the heat pump is an absorption type heat pump.
본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템은, 상기 히트펌프가 흡수식 히트펌프이고, 상기 히트펌프의 재생기는 가열기를 구비하는 것을 특징으로 한다.In a cooling and heating supply system using heat of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention, the heat pump is an absorption heat pump, and the regenerator of the heat pump includes a heater.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 연료전지를 사용하는 발전시스템에서 발생하는 폐열을 회수하여 냉난방 공급시스템의 열원으로 사용함으로써, 연료전지의 효율 향상은 물론, 수용가로 공급된 순환수를 재가열하기 위한 열원을 제공하는 다른 발전시스템의 연료 투입량을 대폭 줄일 수 있으며, 이러한 연료 투입량의 감소에 따라 온실가스가 현저히 저감되는 효과가 있게 된다. As described above, according to the present invention, by recovering the waste heat generated in the power generation system using the fuel cell and using it as a heat source of the cooling and heating supply system, the heat source for improving the efficiency of the fuel cell as well as reheating the circulating water supplied to the consumer. The fuel inputs of other power generation systems that provide fuel consumption can be greatly reduced, and the reduction of such fuel inputs has the effect of significantly reducing greenhouse gases.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing a configuration of a cooling and heating supply system using heat of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a cooling and heating supply system using heat of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
3 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a cooling and heating supply system using heat of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components throughout the drawings. In describing the present invention, when it is determined that the detailed description of the related well-known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
본 발명에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템은, 연료공급원에서 공급되는 연료를 개질반응시켜 수소 가스를 생성하는 개질기; 외부로부터 공급되는 산소가 포함된 가스와 개질기로부터 공급된 수소 가스를 전극에 노출시켜 전기 에너지를 발생시키는 스택; 이 스택을 냉각한 후 배출되는 냉각수를 열교환하는 적어도 하나의 열교환기; 이 열교환기에서 열교환된 유체에 의해 공급된 열을 이용하여 순환수를 승온시키도록 된 히트펌프; 및 이 히트펌프를 통과하는 순환수를 순환시키도록 구비된 순환배관을 포함하고 있다. A heating and cooling supply system using heat of a fuel cell according to the present invention includes: a reformer for reforming a fuel supplied from a fuel supply source to generate hydrogen gas; A stack for generating electrical energy by exposing a gas containing oxygen supplied from the outside and hydrogen gas supplied from the reformer to the electrode; At least one heat exchanger for heat-exchanging cooling water discharged after cooling the stack; A heat pump configured to heat up the circulating water using heat supplied by the heat exchanged fluid in the heat exchanger; And a circulation pipe provided to circulate the circulating water passing through the heat pump.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 이에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템은, 연료공급원(미도시)에서 공급되는 연료를 개질반응시켜 수소 가스를 생성하는 개질기(110); 외부로부터 공급되는 산소가 포함된 가스와 개질기(110)로부터 공급된 수소 가스를 전극에 노출시켜 전기 에너지를 발생시키는 스택(120); 이 스택(120)을 냉각한 후 배출되는 냉각수를 열교환하는 적어도 하나의 열교환기(130); 이 열교환기(130)에서 열교환된 유체에 의해 공급된 열을 이용하여 순환수를 승온시키도록 된 히트펌프(210); 및 이 히트펌프(210)를 통과하는 순환수를 순환시키도록 구비되어 냉난방 또는 급탕을 위한 열원을 제공하는 순환배관(300)을 포함하고 있는데, 여기서 히트펌프(210)가 전기식 히트펌프인 것을 특징으로 한다. 1 is a block diagram schematically showing a configuration of a cooling and heating supply system using heat of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention. As shown in the drawing, a cooling and heating supply system using heat of a fuel cell according to a first embodiment of the present invention includes: a
연료공급원은 공급관을 통하여 개질기(110)에 연결되며, 연료를 공급한다. 공급관의 도중에는 공급밸브와 공급펌프가 설치될 수 있다.The fuel supply source is connected to the
개질기(110)는 외부의 연료공급원으로부터 공급되는 연료(메탄올, 에탄올, LPG, 또는 천연가스 등)와 물의 개질반응을 통해 연료를 수소가 풍부한 개질 가스로 전환한다. 개질기(110)는 수소를 생산하는 개질반응 및 생산된 수소 가스를 정제하는 수소정제공정을 수행하게 된다. 생성된 수소 가스는 스택(120)으로 공급된다. The
개질반응은 고온의 열원이 필요하며, 이러한 열원은 버너 등과 같은 가열수단에서 연소반응으로 얻게 된다. 또한, 개질기(110)에서는 개질반응으로 미량의 이산화탄소, 메탄가스, 일산화탄소 등의 가스가 함께 발생한다. The reforming reaction requires a high temperature heat source, which is obtained by combustion in a heating means such as a burner. In addition, in the
수소정제공정에서는 이산화탄소, 메탄가스, 일산화탄소, 질소, 물 등을 수소와 분리하여 순수한 수소를 스택(120)에 공급할 수 있도록 처리하는 것이다.In the hydrogen purification process, carbon dioxide, methane gas, carbon monoxide, nitrogen, water, and the like are separated from hydrogen to process pure hydrogen to be supplied to the
개질기(110)의 개질과정에서 발생하는 가스상의 부산물은 필터를 거쳐 정화된 후 배출되는 것이 바람직하다. Gaseous by-products generated in the reforming process of the
도시되지는 않았지만, 개질기(110)는 공급관을 매개로 물공급원과 연결되고, 공급관에는 공급밸브가 설치될 수 있다.Although not shown, the
스택(120)은 개질기(110)로부터 공급받은 수소 가스와 외부로부터 공급되는 공기를 이용하여, 전기 화학반응에 의해 전기 및 열을 발생시킨다.The
애노드 전극에는 수소 가스가 공급되고 캐소드 전극에는 공기가 공급된다. 애노드 전극으로 공급된 수소 가스는 촉매층에서 전자(e-)와 수소 이온(H+)으로 변환된다. 그리고 캐소드 전극으로 공급된 공기 역시 촉매로 인해 전자(e-)와 산소 이온(O2 -)이 변환된다. 이때, 수소 이온(H+)이 전해질 막을 통하여 캐소드 전극으로 이동되면 산소 이온(O2 -)과 반응하여 물(H2O)로 변환된다. 여기서, 애노드 전극에서 생성된 전자(e-)는 전해질 막을 통해 이동하지 않고, 외부 회로를 통해 캐소드 전극으로 이동함으로써, 전류를 형성하게 된다. 이러한 전류는 집전기(미도시)를 통하여 출력되고, 이 집전기에서 출력되는 전류는 부하로 공급된다.Hydrogen gas is supplied to the anode electrode and air is supplied to the cathode electrode. The hydrogen gas supplied to the anode electrode is converted into electrons (e − ) and hydrogen ions (H + ) in the catalyst layer. And supplied to the cathode air also electron (e -) because of the catalyst is converted and the oxygen ions (O 2). At this time, through the membrane when the hydrogen ion (H +) move to the cathode electrolyte oxygen ions are converted to and reacts with water (H 2 O) (O 2 ). Here, electrons (e − ) generated at the anode electrode do not move through the electrolyte membrane, but move to the cathode through an external circuit, thereby forming a current. This current is output through a current collector (not shown), and the current output from the current collector is supplied to a load.
전술한 전기 화학반응에는 발열반응을 포함하여 열이 발생하게 되는데, 이러한 열로 인하여 스택(120)의 효율이 저하되므로, 스택(120)의 일정 온도를 유지하기 위해 냉각수를 공급하게 된다.In the above-described electrochemical reaction, heat is generated including an exothermic reaction. Due to the heat, the efficiency of the
열교환기(130)는 스택(120)을 냉각하고 배출되는 냉각수를 유체와 열교환시키고, 냉각수와 열교환이 이루어진 유체는 히트펌프(210)의 증발기(211)로 공급된다. 이때, 예를 들어 대략 200 ℃인 고온의 냉각수에 대해 제1열교환기(131)에서 열교환이 이루어져 100 ℃ 정도의 중온수가 된 제1유체를 제2열교환기(132)에서 제2유체와 열교환이 이루어지게 할 수도 있다.The
전술한 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템은 전기식 히트펌프(210)를 포함한다. 히트펌프(210)는 증발기(211), 압축기(212), 응축기(213), 및 팽창밸브(214)로 구성되며, 이들 부재로 이루어진 사이클 내에는 냉매가 들어 있어, 이 냉매가 증발, 압축, 응축, 팽창의 과정을 거치면서 열을 흡수 또는 방출하게 된다. As described above, the air-conditioning supply system using heat of the fuel cell according to the first embodiment of the present invention includes an
또한, 열교환기(130)에서 열교환된 유체, 즉 가열매체를 이송하기 위한 펌프 및 관로가 설치되어, 열교환기(130)와 히트펌프(210)를 연계시킬 수 있다. In addition, a pump and a conduit for transferring the heat exchanged fluid, that is, the heating medium, in the
히트펌프(210)에서, 증발기(211)는 예컨대 60 ~ 100 ℃ 정도로 열교환된 가열매체를 이송하는 관로로부터 열을 흡수하여 냉매를 증발시킴으로써 저온 저압의 냉매증기를 만든다. 이때, 상변화가 일어나므로 냉매의 증발잠열이 가열매체로 방출된다. In the
압축기(212)는 증발기(211)로부터 저온 저압의 냉매증기를 흡입하고 압축하여 고온 고압의 냉매증기로 만든다. 냉매는 가스상태이고 압축과정 중에 상변화는 없으나, 냉매에 압축력이 가해지므로 저온 저압에서 고온 고압의 상태로 변화한다. 이 압축기(212)의 구동에는 전기 에너지가 사용된다.The
응축기(213)는 압축기(212)에서 압축되어 들어온 고온 고압의 냉매증기를 냉각시켜, 열병합발전 열교환기(140) 또는 축열조로 공급되는 순환수에 열을 방출하고 냉매증기를 액체상태로 응축시킨다. 이때, 냉매는 고온 고압의 가스에서 고온 고압의 액체로 변화하며 상변화가 일어나므로 냉매의 응축잠열이 순환수로 방출된다. The
이어서, 팽창밸브(214)는 응축기(213)로부터 전달받은 고온 고압의 액체상태인 냉매를 팽창시켜 저온 저압의 가스와 액체가 혼합된 상태의 냉매를 만드는데, 이는 다시 순환되는 증발기(211)에서 냉매의 증발이 용이하게 하기 위한 것으로, 상변화는 일어나지만 기계적 팽창이므로 열의 흡수나 방출은 없다. Subsequently, the
냉매로는 HFC, 탄화수소, 이산화탄소, 암모니아, 기타 혼합냉매 등에서 선택되어 사용될 수 있다. The refrigerant may be selected from HFC, hydrocarbons, carbon dioxide, ammonia, and other mixed refrigerants.
이러한 히트펌프(210)에 의해, 예를 들면 대략 50 ~ 55 ℃의 순환수가 약 70 ℃로 가열되어 열병합발전 열교환기(140)로 공급되게 된다. 이 열병합발전 열교환기(140)에서는 다른 발전시스템 또는 소각장 등에서 배출되는 고온의 증기에 의해 순환수를 수용가가 요구하는 온도까지 승온되도록 열교환하게 된다. 이어서, 승온된 순환수는 순환배관(300)을 통해 수용가로 공급되게 된다. By the
한편, 연료전지에서 발생한 폐열을 흡수한 순환수 중 일부는 축열에 이용될 수 있으며, 그 후에 고온의 순환수는 펌프를 통해 수용가로 공급될 수 있다. On the other hand, some of the circulating water absorbing the waste heat generated in the fuel cell can be used for the heat storage, after which the high temperature circulating water can be supplied to the customer through the pump.
결국, 열교환기(130)를 통해 회수된 연료전지의 폐열을 히트펌프(210)로 통과시켜 냉매로 재회수한 다음에 냉매의 압축 및 응축 과정을 거쳐 순환수를 가열함으로써, 열병합발전 열교환기(140)에서 재가열되어 수용가로 공급될 순환수를 미리 가열하게 되기 때문에, 순환수에 투입되는 열량을 감소시킬 수 있게 되고, 그 결과 사용되는 연료 투입량도 절감할 수 있으며, 시스템 전체가 공급가능한 열출력을 증대시킬 수 있게 된다. As a result, the waste heat of the fuel cell recovered through the
물론, 제1열교환기(131)에서 열교환이 이루어져 예컨대 100 ℃ 정도의 중온수가 된 제1유체를 이용하는 경우에는, 열병합발전 열교환기(140)에서의 재가열 없이 히트펌프(210)를 매개로 하여 가열된 순환수가 직접 수용가에 공급되어 냉난방용 또는 급탕용 열원으로 사용될 수 있다.Of course, when the first heat exchange is performed in the
선택적으로, 제1열교환기(131)와 제2열교환기(132) 사이에, 온도제어를 위한 열교환기(미도시)가 더 개재될 수 있다. Optionally, a heat exchanger (not shown) for temperature control may be further interposed between the
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다. 2 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a cooling and heating supply system using heat of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템은 히트펌프(220)가 흡수식 히트펌프인 것을 특징으로 한다. 따라서 히트펌프의 구성만 제외하고 개질기(110), 스택(120), 열교환기(130)의 구성 및 작용이 제1실시예에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템과 동일하기 때문에, 본 발명의 제2실시예를 설명함에 있어, 제1실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하면서 그 구성 및 기능의 상세한 설명을 생략하기로 한다.In a cooling and heating supply system using heat of a fuel cell according to a second embodiment of the present invention, the
본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템에 적용되는 히트펌프(220)는 증발기(221), 흡수기(223), 재생기(226), 응축기(228), 및 용액 열교환기(225)로 구성되며, 이들 부재로 이루어진 사이클 내에는 냉매가 들어 있어, 이 냉매가 증발, 흡수, 재생, 응축의 과정을 거치면서 열을 흡수 또는 방출하게 된다.
스택(120)을 냉각하고 배출된 냉각수와 열교환기(130)에서 열교환이 이루어진 유체, 즉 가열매체는 히트펌프(220)의 증발기(221)로 공급된다.Cooling the
히트펌프(220)에서, 증발기(221)는 예컨대 60 ~ 100 ℃ 정도로 열교환된 가열매체를 이송하는 관로로부터 열을 흡수하여 냉매를 증발시킴으로써 저온의 냉매증기를 만든다. In the
증발기(221)에서 증발한 냉매증기는 증발기(221)로부터 증기공급관(222)을 통해 흡수기(223)로 유입되고 이 흡수기(223) 내에서 물과 리튬브로마이드로 조성된 용액에 흡수된다. The refrigerant vapor evaporated in the
흡수기(223)와 재생기(226) 사이에는 용액 열교환기(225)가 설치되어 있는데, 냉매증기가 공급된 흡수기(223)에서 나오는 저온의 묽은 용액이 펌프(229)에 의해 배관(224)을 거쳐 용액 열교환기(225)를 지나 재생기(226)로 공급된 다음, 다시 예컨대 150 ℃ 정도의 열원을 이송하는 열병합발전 배관(240)으로부터 열교환됨으로써 열을 공급받아 고온의 냉매증기가 분리된 진한 용액이 배관(224)을 통해 용액 열교환기(225)를 거쳐서 흡수기(223)로 이동하도록 되어 있다. A
열병합발전 배관(240)으로는 다른 발전시스템 또는 소각장 등에서 배출되는 고온의 증기가 유입되게 되고, 이는 재생기(226) 내에서 열교환한 후에 다른 시스템의 급수저장조로 나아가게 된다.
재생기(226)에서 열병합발전 배관(240)으로 유입되는 열원에 의해 용액과 분리된 고온의 냉매증기는 증기공급관(222)을 통해 응축기(228)로 보내어진다.The high-temperature refrigerant vapor separated from the solution by the heat source flowing into the
예컨대 55 ℃ 정도의 순환수는, 순환배관(300)을 통해 흡수기(223)를 거치면서 증발기(221)로부터 공급된 냉매증기와 열교환되어 1차 가열되고, 1차 승온된 순환수는 응축기(228)를 거치면서 재생기(226)로부터 발생한 고온의 냉매증기에 의해 2차 가열되어 예컨대 85 ℃ 정도인 고온의 순환수로 수용가에 공급된다.For example, the circulating water of about 55 ° C. is heat-exchanged with the refrigerant vapor supplied from the
한편, 발생한 고온의 냉매증기는 응축기(228)에서 응축된 후 배관(227)을 거쳐 다시 증발기(221)로 보내어져 증발기(221)에서 열교환기(130)로부터 열을 빼앗아 증발한다.On the other hand, the generated high-temperature refrigerant vapor is condensed in the
이러한 히트펌프(220)에 의해, 예를 들면 대략 50 ~ 55 ℃의 순환수가 약 85 ℃로 가열되어 열병합발전 열교환기(140)로 공급되거나 그 일부가 축열에 이용될 수 있다. 열병합발전 열교환기(140)에서는 다른 발전시스템 또는 소각장 등에서 배출되는 고온의 증기에 의해 순환수를 수용가가 요구하는 온도까지 승온되도록 열교환하게 된다. 이어서, 승온된 순환수는 순환배관(300)을 통해 수용가로 공급되게 된다. By such a
결국, 열교환기(130)를 통해 회수된 연료전지의 폐열을 히트펌프(220)로 통과시켜 냉매로 재회수한 다음에 냉매의 가열 및 응축, 그리고 용액과의 흡수 및 분리 과정을 거쳐 순환수를 가열함으로써, 열병합발전 열교환기(140)에서 재가열되어 수용가로 공급될 순환수를 미리 가열하게 되기 때문에, 순환수에 투입되는 열량을 감소시킬 수 있게 되고, 그 결과 사용되는 연료 투입량도 절감할 수 있으며, 시스템 전체가 공급가능한 열출력을 증대시킬 수 있게 된다. As a result, the waste heat of the fuel cell recovered through the
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.3 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a cooling and heating supply system using heat of a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템은 히트펌프(220)가 흡수식 히트펌프이되, 히트펌프(220)의 재생기(226)에 공급되는 열원이 재생기(226)에 구비된 가열기(250)로부터 공급되는 것을 특징으로 한다. 따라서 재생기(226)에 가열기(250)가 구비된 것만 제외하고 개질기(110), 스택(120), 열교환기(130), 히트펌프(220)의 구성 및 작용이 제2실시예에 따른 연료전지의 열을 이용한 냉난방 공급시스템과 동일하기 때문에, 본 발명의 제3실시예를 설명함에 있어, 제1실시예 또는 제2실시예와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하면서 그 구성 및 기능의 상세한 설명을 생략하기로 한다.In the cooling and heating supply system using the heat of the fuel cell according to the third embodiment of the present invention, the
가열기(250)는 LPG 또는 천연가스 등과 같은 연료를 사용하는 가스 버너가 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 용액 열교환기(225)를 거쳐 재생기(226)로 공급된 저온의 묽은 용액이 가열기(250)에 의해 직접 가열됨으로써 열을 공급받아 고온의 냉매증기가 분리된 진한 용액이 배관(224)을 통해 용액 열교환기(225)를 거쳐서 흡수기(223)로 이동하게 된다. The
이상의 설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예는 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동일한 범위 내에 있는 모든 기술사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the present invention, and those skilled in the art will appreciate that various modifications and variations can be made without departing from the essential features of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed herein are not intended to limit the present invention but to describe the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the same scope should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
110: 개질기
120: 스택
130: 열교환기
140: 열병합발전 열교환기
210, 220: 히트펌프
240: 열병합발전 배관
250: 가열기
300: 순환배관
110: reformer
120: stack
130: heat exchanger
140: cogeneration heat exchanger
210, 220: heat pump
240: cogeneration pipe
250: burner
300: circulation pipe
Claims (13)
외부로부터 공급되는 산소가 포함된 가스와 상기 개질기로부터 공급된 수소 가스를 전극에 노출시켜 전기 에너지를 발생시키는 스택;
상기 스택을 냉각한 후 배출되는 냉각수를 제1유체와 열교환시키는 제1열교환기;
상기 제1유체를 제2유체와 열교환시키는 제2열교환기;
상기 제2유체에 의해 공급된 열을 이용하여 순환수를 승온시키도록 된 히트펌프; 및
상기 히트펌프를 통과하는 상기 순환수를 순환시키도록 구비된 순환배관
을 포함하는 냉난방 공급시스템. A reformer for reforming the fuel supplied from the fuel supply source to generate hydrogen gas;
A stack for generating electrical energy by exposing a gas containing oxygen supplied from the outside and a hydrogen gas supplied from the reformer to an electrode;
A first heat exchanger configured to heat-exchange the cooling water discharged after cooling the stack with a first fluid;
A second heat exchanger for exchanging the first fluid with a second fluid;
A heat pump configured to heat up the circulating water by using the heat supplied by the second fluid; And
Circulation piping provided to circulate the circulating water passing through the heat pump
Heating and cooling supply system comprising a.
상기 제1열교환기와 상기 제2열교환기의 사이에는 온도제어를 위한 열교환기가 추가로 개재되는 냉난방 공급시스템. The method of claim 1,
And a heat exchanger for controlling temperature between the first heat exchanger and the second heat exchanger.
상기 순환배관에는, 상기 히트펌프를 통과한 상기 순환수를 승온시키는 열병합발전 열교환기가 추가로 설치되는 냉난방 공급시스템. The method of claim 1,
And a cogeneration heat exchanger for heating up the circulating water passing through the heat pump.
상기 열병합발전 열교환기에서는 별개의 시스템에서 배출되는 고온의 열매체를 상기 순환수와 열교환시키는 냉난방 공급시스템. 5. The method of claim 4,
The cogeneration heat exchanger is a heating and cooling supply system for heat-exchanging the high temperature heat medium discharged from a separate system with the circulating water.
상기 히트펌프는 증발기, 압축기, 응축기, 및 팽창밸브를 구비하는 전기식 히트펌프인 냉난방 공급시스템. The method of claim 1,
The heat pump is an electric heat pump having an evaporator, a compressor, a condenser, and an expansion valve.
상기 제2유체는 상기 히트펌프의 증발기로 공급되는 냉난방 공급시스템. The method according to claim 6,
And the second fluid is supplied to the evaporator of the heat pump.
상기 응축기에서는 냉매의 응축잠열이 상기 순환수로 방출되는 냉난방 공급시스템. The method according to claim 6,
The condenser is a cooling and heating supply system in which the latent heat of condensation of the refrigerant is discharged to the circulating water.
상기 히트펌프는 증발기, 흡수기, 재생기, 응축기, 및 용액 열교환기를 구비하는 흡수식 히트펌프인 냉난방 공급시스템. The method of claim 1,
And the heat pump is an absorption heat pump including an evaporator, an absorber, a regenerator, a condenser, and a solution heat exchanger.
상기 제2유체는 상기 히트펌프의 증발기로 공급되는 냉난방 공급시스템. 10. The method of claim 9,
And the second fluid is supplied to the evaporator of the heat pump.
상기 재생기는, 별개의 시스템에서 배출되는 고온의 열매체를 이송하는 열병합발전 배관으로부터 열교환됨으로써 열을 공급받는 냉난방 공급시스템. 10. The method of claim 9,
The regenerator is a cooling and heating supply system that receives heat by heat exchange from a cogeneration pipe for transporting a high temperature heat medium discharged from a separate system.
상기 재생기는 가열기를 구비하여, 상기 가열기에 의한 직접 가열에 의해 열을 공급받는 냉난방 공급시스템.10. The method of claim 9,
And the regenerator is provided with a heater to receive heat by direct heating by the heater.
상기 순환수는, 상기 순환배관을 통해 상기 흡수기를 거치면서 상기 증발기로부터 공급된 냉매증기와 열교환되어 1차 가열되고,
상기 응축기를 거치면서 상기 재생기로부터 발생한 고온의 냉매증기에 의해 2차 가열되는 냉난방 공급시스템.
10. The method of claim 9,
The circulating water is first heated by heat exchange with refrigerant vapor supplied from the evaporator while passing through the absorber through the circulation pipe,
Cooling and heating supply system that is heated second by the high temperature refrigerant vapor generated from the regenerator while passing through the condenser.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120006947A KR101339672B1 (en) | 2012-01-20 | 2012-01-20 | Heating and cooling system using heat from fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020120006947A KR101339672B1 (en) | 2012-01-20 | 2012-01-20 | Heating and cooling system using heat from fuel cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20130085839A KR20130085839A (en) | 2013-07-30 |
KR101339672B1 true KR101339672B1 (en) | 2013-12-10 |
Family
ID=48995922
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020120006947A KR101339672B1 (en) | 2012-01-20 | 2012-01-20 | Heating and cooling system using heat from fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101339672B1 (en) |
Families Citing this family (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101589176B1 (en) * | 2014-06-26 | 2016-01-27 | 주식회사 경동나비엔 | Heating Apparatus using Fuel Cell with Improved Thermal Efficiency |
CN104879864B (en) * | 2015-04-22 | 2017-06-27 | 南京理工大学 | Attract to obtain the absorbing type refrigeration air-conditioning system of concentrated solution based on alternately ion |
KR102364086B1 (en) * | 2015-10-13 | 2022-02-17 | 엘지전자 주식회사 | Cooling apparatus using electrochemical reaction |
CN107166480A (en) * | 2017-06-08 | 2017-09-15 | 中广核工程有限公司 | Nuclear power plant's heating plant heat-exchange system |
CN108518890A (en) * | 2018-05-11 | 2018-09-11 | 宋世海 | A kind of direct fired absorption air source heat pump circulating heating system |
CN108963298B (en) * | 2018-09-10 | 2024-03-19 | 中氢新能技术有限公司 | Thermal control system for galvanic pile |
CN114583231B (en) * | 2022-03-09 | 2024-01-23 | 一汽解放汽车有限公司 | Cold, heat and electricity triple supply system of fuel cell and working method |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003083634A (en) * | 2001-09-06 | 2003-03-19 | Sekisui Chem Co Ltd | Heat pump system |
JP2009168348A (en) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Toyota Motor Corp | Cogeneration apparatus and its control method |
JP4810786B2 (en) * | 2003-07-18 | 2011-11-09 | パナソニック株式会社 | Fuel cell cogeneration system |
-
2012
- 2012-01-20 KR KR1020120006947A patent/KR101339672B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003083634A (en) * | 2001-09-06 | 2003-03-19 | Sekisui Chem Co Ltd | Heat pump system |
JP4810786B2 (en) * | 2003-07-18 | 2011-11-09 | パナソニック株式会社 | Fuel cell cogeneration system |
JP2009168348A (en) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Toyota Motor Corp | Cogeneration apparatus and its control method |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20130085839A (en) | 2013-07-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101339672B1 (en) | Heating and cooling system using heat from fuel cell | |
Authayanun et al. | Energy and exergy analyses of a stand-alone HT-PEMFC based trigeneration system for residential applications | |
KR100910429B1 (en) | Absorptive type airconditioner system using waste heat of fuel cell generation system and method thereof | |
KR101978330B1 (en) | Fuel Supply System For Fuel Cell | |
JP2015503830A (en) | Fuel cell hybrid system | |
JP5625368B2 (en) | Refrigerator combined fuel cell system | |
WO2013035312A1 (en) | Cogeneration system | |
CN102456897B (en) | Fuel cell electric heating cold supply system | |
CN112922740B (en) | Engine waste heat driven cold-heat electricity-hydrogen combined supply system and working method | |
JP6692394B2 (en) | Carbon recovery fuel cell power generation system | |
JP2013229203A (en) | Solid oxide fuel cell system | |
US20120315562A1 (en) | Complex power generation system and method for supplying heated water thereof | |
CN112820915A (en) | Combined CO2Trapped molten carbonate fuel cell system and method of operating same | |
JP2009036473A (en) | Fuel cell system | |
JP2018524465A (en) | System and related method for producing dihydrogen | |
JP7148320B2 (en) | Carbon dioxide capture fuel cell power generation system | |
JP2011210685A (en) | Fuel cell cogeneration device | |
CN113782767A (en) | Reforming hydrogen-oxygen production fuel cell ship waste heat comprehensive utilization system | |
JP2013239404A (en) | Solid oxide fuel cell system | |
JP6698763B2 (en) | Liquefied carbon dioxide recovery fuel cell power generation system | |
JP2014182923A (en) | Fuel cell system and operation method thereof | |
JP6405538B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2009170189A (en) | Fuel cell system and method of recovering flocculated water in the fuel cell system | |
JP2010181063A (en) | Cogeneration system | |
KR101828937B1 (en) | Combined power generation system of high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell with a rankine cycle system |
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: 20161006 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171127 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181116 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191104 Year of fee payment: 7 |