KR101420087B1 - 연료전지 열병합 발전시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 연료전지 열병합 발전시스템은 전력을 생산하고, 냉각유체가 공급매니폴드(110)를 통해 내부로 공급되어 전력 생산 과정에서 발생하는 열을 흡열한 후 다시 배출매니폴드(120)를 통해 배출되는 연료전지스택(100); 상기 배출매니폴드(120)와 상기 공급매니폴드(110)와 연결하는 순환라인(200); 상기 순환라인(200) 상에 설치되어 상기 순환라인(200)을 순환하는 냉각유체의 열을 흡열하는 고온부(310)와, 외부에서 공급되는 저온의 유체 또는 대기 중의 공기에 접촉되는 저온부(320)를 포함하며, 상기 고온부(310)와 상기 저온부(320)의 온도 차이에 의해 전력을 생산하는 열전모듈(300); 상기 순환라인(200) 중 상기 열전모듈(300)과 상기 공급매니폴드(110) 사이에 설치되어 상기 순환라인(200)을 순환하는 냉각유체를 냉각하는 냉각모듈(400);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지 열병합 발전시스템{Combined Heat and Power Co-generation System for Fuel Cell}
본 발명은 전기화학반응에 의해 전력을 생산하여 전력수요지에 공급하며 전력생산과정에서 발생되는 열을 회수하여 전력수요지에 공급하는 연료전지 열병합 발전시스템에 관한 것이다.
고분자 전해질 연료전지는 수소이온 교환특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로서, 수소를 함유한 연료가스와 산소를 함유한 공기를 사용하여 전기화학반응을 일으켜 전기 및 열을 발생시킨다. 이런 고분자 전해질 연료전지는 빠른 시동능력이 있으며, 소형화할 수 있어 이동용 전원, 자동차용 전원, 가정용 열병합 발전 시스템 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있다.
이 때, 연료전지를 이용한 열병합 발전 시스템은 물 또는 메탄올, 에탄올, 천연 가스 등 탄화 수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산소를 포함하는 공기를 전기 화학반응을 통해서 분해하고, 이 과정에서 발생되는 전자들을 직접 전기 에너지로 변화시키는 발전 시스템이다.
연료전지를 이용한 발전 시스템은 기본적으로 연료를 저장하는 연료탱크, 상기 연료를 이송하는 연료펌핑기, 시스템 내의 열관리를 위한 냉각 모듈, 전기에너지의 관리를 위한 전력 모듈, 및 열과 전기 에너지를 발생시키는 연료전지스택을 구비한다.
위와 같은 연료전지 발전 시스템의 수소 연료는 시스템 외부에서 직접 공급되어 압축 용기에 저장하여 사용하거나 직접메탄올연료전지(DMFC) 스택을 사용하는 경우는 메탄올 연료를 직접 사용하게 된다. 또 다른 방법으로는 탄화수소 계열의 연료를 개질하여 사용하는 개질기를 활용하여 연료를 공급할 수 있다. 개질기는 연료펌핑기의 동작을 통해 연료 탱크에 저장된 연료 및 물을 공급받고, 상기 연료 및 물을 수증기 개질반응(Steam reforming), 부분 산화(Partial Oxidation), 자열 개질 반응(Autothermal Reforming), 직접분해법(Direct Cracking), 플라즈마 촉매개질법(Plasma Catalytic Reforming), 흡착부 과반응 개질법(Sorption Enhanced reaction Process)등의 방법을 통해 상기한 연료를 수소가 풍부한 개질 가스로 전환한다. 그리고, 개질기에서 생성된 개질가스에는 일산화탄소 등과 같은 유해물질이 포함되어 있는 바, 개질기는 유해물질을 정화하여 연료전지스택으로 공급한다.
한편, 연료전지스택은 애노드 전극과 캐소드 전극을 구비하며, 개질기로부터 공급받은 수소 기체가 애노드 전극으로 주입되고, 외부 공기로부터 공급받은 산소는 캐소드 전극으로 주입된다. 이에 따라, 애노드 전극에서는 수소 기체의 산화 반응이 일어나고, 캐소드 전극에서는 산소의 환원 반응이 일어난다. 결국, 스택에는 기체의 산화 및 환원반응으로 인해 소정의 물과 전자들이 발생하고, 상기 전자의 이동으로 전기에너지가 생성된다. 또한, 산화 및 환원반응으로 인해 스택에는 소정의 열 에너지가 발생되는데, 이러한 열 에너지는 화학반응으로 생성된 물 또는 스택 냉각유체에 인가된다.
종래기술 한국등록특허 제0807875의 연료전지 열병합 발전시스템은, 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전력을 생산하는 연료전지스택, 연료전지스택에 발전원료를 개질하여 수소가 함유된 개질가스를 공급하는 연료전지스택에서 필요한 산소를 공급하는 공기공급장치, 연료전지스택을 일정 온도로 유지시키는 냉각장치, 연료전지스택에서 생산된 전력을 이용하여 시스템의 기동, 정지, 발전상태 유지 동작, 제어기능을 수행하는 다수의 주변장치(Balance of Plants), 및 냉각장치에 연결되면서 열교환을 통해 회수되는 열을 온수로 저장하는 물탱크를 포함하여 구성된다.
종래기술은 연료전지스택에서 발생하는 전력과 연료전지스택의 전력생산과정에서 발생하는 열을 난방용 온수로 저장하여 전력수요지로 공급할 수 있으나, 여름철에는 전력수요지로 난방용 온수를 공급할 필요가 없으므로 난방용 온수가 물탱크에 그대로 방치되어 식어버리게 되어 열원이 버려지게 되는 문제점이 있다. 또한 종래의 연료전지 열병합 발전시스템은 사용자 및 전력수요지의 용도 특성상 전력만 대부분 사용하는 경우, 시스템 효율이 낮은 문제점이 있다.
이에 따라, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 다양한 연료전지 열병합 발전시스템의 개발이 필요한 실정이다.
한국등록특허 제0807875호 (2008.02.20)
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 연료전지스택에서 발생하는 열을 전력으로 변환하여 전력수요지로 공급함으로써, 열이 버려지는 것을 방지할 수 있는 연료전지 열병합 발전시스템을 제공하려는 것이다. 또한, 시스템 효율을 극대화 할 수 있는 연료전지 열병합 발전시스템을 제공하고자 한다.
본 발명에 따른 연료전지 열병합 발전시스템은 전력을 생산하고, 냉각유체가 공급매니폴드(110)를 통해 내부로 공급되어 전력 생산 과정에서 발생하는 열을 흡열한 후 다시 배출매니폴드(120)를 통해 배출되는 연료전지스택(100); 상기 배출매니폴드(120)와 상기 공급매니폴드(110)와 연결하는 순환라인(200); 상기 순환라인(200) 상에 설치되어 상기 순환라인(200)을 순환하는 냉각유체의 열을 흡열하는 고온부(310)와, 외부에서 공급되는 저온의 유체 또는 대기 중의 공기에 접촉되는 저온부(320)를 포함하며, 상기 고온부(310)와 상기 저온부(320)의 온도 차이에 의해 전력을 생산하는 열전모듈(300); 및 상기 순환라인(200) 중 상기 열전모듈(300)과 상기 공급매니폴드(110) 사이에 설치되어 상기 순환라인(200)을 순환하는 냉각유체를 냉각하는 냉각모듈(400);을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료전지 열병합 발전시스템(1000`)은 외부로부터 공급되는 연료와 물을 개질반응을 통해 수소가스를 추출하여 상기 연료전지스택(100)으로 공급하고, 개질 과정에서 발생하는 개질가스와 고온의 열을 상기 고온부(310)로 공급하는 개질기(500);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료전지 열병합 발전시스템(1000``)은 상기 연료전지스택(100)과 상기 개질기(500) 이외에 기타 구성 요소들에서 발생하는 모든 열을 회수하여 상기 고온부(310)로 공급하는 열회수기(600);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열회수기(600)는 상기 기타 구성요소들의 내측 또는 외측에 설치된 열교환수단에 냉각유체가 유입되어 상기 기타 구성요소들에서 발생하는 열을 흡열한 후, 다시 상기 고온부(310)로 공급하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료전지 열병합 발전시스템(1000```)은 상기 순환라인(200) 상에 설치되어 상기 순환라인(200)을 순환하는 냉각유체를 펌핑하는 펌핑기(700);를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 열병합 발전시스템은 연료전지스택에서 발생하는 열을 흡열한 냉각유체의 열을 흡열하는 고온부와 외부공기와 접촉되는 저온부를 포함하여, 고온부와 저온부의 온도 차이에 의해 전력을 생산하는 열전모듈이 구성됨으로써, 연료전지스택에서 발생하는 열을 용이하게 냉각할 수 있고 연료전지스택에서 발생하는 열을 전력으로 변환하여 전력수요지에 최대한 공급할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 열병합 발전시스템은 외부로부터 공급되는 연료와 물을 개질반응을 통해 수소가스를 추출하여 연료전지스택으로 공급하고, 개질 과정에서 발생하는 고온의 폐가스를 열전모듈의 고온부로 공급하는 개질기와 압축수소와 메탄올을 연료전지스택으로 공급하고, 연료 공급 과정에서 발생하는 고온의 열을 상기 고온부로 공급하는 연료공급기가 구성됨으로써, 열전모듈의 고온부와 저온부의 온도 차이가 증가되어 열전모듈의 전력 생산량이 증가되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지 열병합 발전시스템은 연료전지스택과 개질기와 연료공급기 이외에 기타 요소들에서 발생하는 모든 열을 회수하여 고온부로 공급하는 열회수기가 구성됨으로써, 열전모듈의 고온부와 저온부의 온도 차이가 더욱 증가되어 열전모듈의 전력 생산량이 더욱 증가되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 열병합 시스템의 개략도
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 열병합 시스템에 구성된 순환라인의 실시예를 나타낸 개략도
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 연료전지 열병합 시스템의 개략도
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 연료전지 열병합 시스템의 개략도
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 연료전지 열병합 시스템의 개략도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 연료전지 열병합 시스템의 개략도이다. 도 2는 본 발명에 따른 연료전지 열병합 시스템에 구성된 순환라인의 실시예를 나타낸 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 열병합 시스템(1000)은 연료전지스택(100), 순환라인(200), 열전모듈(300), 냉각모듈(400)을 포함하여 구성된다.
연료전지스택(100)은 산소가 공급되는 캐소드(Cathode)와 수소가 공급되는 애노드(Anode)의 전기화학반응에 의해 전력을 생산하는 연료전지가 적층된 구성으로서, 연료전지가 생산한 전력을 전력수요지(50)로 공급한다. 여기에서 전력수요지(50)란, 가정용 건물, 사업용 건물, 공장, 발전소, 통신 중계기 등과 같이 전력이 필요한 수요지를 말하며, 이들 중에는 가정용 건물, 사업용 건물 등과 같이 열이 필요한 곳도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 연료전지스택(100)은 전기화학반응에 의해 전력을 생산하는 과정에서 열이 발생한다.
여기에서, 연료전지가 전력 및 열이 발생하는 원리에 대해 하기 반응식 1을 참고하여 설명하기로 한다.
<반응식 1>
애노드 반응 : H2 -> 2H+ + 2e-
캐소드 반응 : 1/2O2 + 2H+ + 2e- -> H20
전체반응 : H2 + 1/2O2 -> H2O + 전력 + 열
반응식 1을 참고하면, 애노드 전극으로 수소가스가 공급되고, 캐소드 전극으로 공기가 공급된다. 애노드 전극으로 유입된 수소가스는 촉매층에서 전자(e-)와 수소이온(H+)으로 변환된다. 그리고 애노드 전극에서도 역시 촉매로 인해 캐소드 전극에서 전자(e-)와 산소이온(O2)으로 변환된다. 이 때, 수소이온(H+)이 전해질 막을 통하여 애노드 전극으로 이동되면 산소이온(O2)과 반응하여 물(H2O)로 변환된다. 애노드 전극에서 생성된 전자(e-)는 전해질 막을 통해 이동되지 못하고, 외부회로를 통해 캐소드 전극으로 이동함으로써, 소정의 전력을 형성한다. 이때, 애노드 전극에서 수소이온(H+)과 산소(O2)가 물(H2O)로 변하는 전기화학 반응을 통해 열이 생성된다.
상술한 바와 같이, 연료전지스택(100)은 전력을 생산하는 과정에서 발생하는 열을 냉각하기 위하여, 냉각유체가 공급매니폴드(110)를 통해 내부로 공급되어 전력을 생산하는 과정에서 발생하는 열을 흡열하여 다시 배출매니폴드(120)를 통해 배출된다. 공급매니폴드(110)와 배출매니폴드(120)는 연료전지스택(100)의 외부에 형성될 수 있고, 연료전지스택(100)의 내부에 통로를 형성하여 구비될 수 있다.
순환라인(200)은 배출매니폴드(120)와 공급매니폴드(110)를 연결하는 형태로 형성된다. 즉, 순환라인(200`)을 순환하는 열이 폐열로 버려지는 것을 방지하고, 전력수요지(50)에 최대한 전력을 공급하려는 것이다.
또한, 순환라인(200`)은 배출매니폴드(120)와 전력수요지를 연결하는 일단부, 전력수요지(50)와 공급매니폴드(110)를 연결하는 타단부와, 일단부와 타단부를 연결하며 전력수요지(50)의 내부에 설치되는 중심부로 이루어질 수 있다. 즉, 순환라인(200)은 배출매니폴드(120)로부터 이송된 냉각유체가 내부로 유입 및 순환된 후, 전력수요지(50)를 경유하면서 전력수요지(50)에 열을 공급한 후, 다시 공급매니폴드(110)로 귀환되도록 하여 전력수요지(50)에 열도 공급하는 것이다.
열전모듈(300)은 순환라인(200)의 일단부에 설치되어, 순환라인(200)의 일단부를 순환하는 냉각유체의 열을 흡열하여 냉각하는 고온부(310)와, 외부에서 공급되는 저온의 유체 또는 대기 중의 공기와 접촉되는 저온부(320), 고온부(310)와 저온부(320)의 사이에 설치되는 열전소자를 포함하여 구성되며, 열전소자가 고온부(310)와 저온부(320)의 온도 차이에 의해 전력을 생산하여 전력수요지(50)로 공급하는 역할을 한다. 이 때, 저온부(320)로 공급되는 저온의 유체는 열전모듈(300)의 외부에 별도로 설치된 냉동사이클장치에서 공급될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 연료전지 발전시스템에 있어서, 연료전지스택(100)의 전력 생산 과정에서 발생하는 열은 온수로 저장하여 전력수요지(50)로 공급할 수 있으나, 온수가 크게 필요하지 않은 여름철에는 냉각모듈(400)을 통해 폐열로 버려지는 것이 일반적이었다.
그러나 본 발명에 따른 연료전지 열병합 발전시스템(1000)은 열전모듈(300)을 이용하여 연료전지스택(100)에서 발생하는 열을 전기에너지로 저장할 수 있다. 그러므로 본 발명에 따른 연료전지 열병합 발전시스템(1000)은 온수가 크게 필요하지 않은 여름철에도 연료전지스택(100)에서 발생하는 열이 폐열로 버려지는 것을 방지할 수 있다. 즉, 열 및 전기에 대한 수요의 불균형 상황에서도 시스템 효율을 극대화 할 수 있게 된다.
이에 따라, 본 발명에 따른 연료전지 열병합 발전시스템(1000)은 연료전지스택(100)에서 발생하는 열을 흡열한 냉각유체의 열을 흡열하는 고온부(310)와 외부공기에서 공급되는 저온의 유체 또는 대기 중의 공기와 접촉되는 저온부(320)를 포함하여, 고온부(310)와 저온부(320)의 온도 차이에 의해 전력을 생산하여 전력수요지로 공급하는 열전모듈(300)이 구성됨으로써, 연료전지스택(100)에서 발생하는 열을 용이하게 냉각할 수 있고 연료전지스택(100)에서 발생하는 열을 전력으로 변환하여 전력수요지에 최대한 공급할 수 있는 효과가 있다.
냉각모듈(400)은 순환라인(200)의 타단부에 설치되어 순환라인(200)의 타단부를 순환하는 냉각유체를 냉각한다. 한편, 순환라인(200)의 타단부를 순환하는 냉각유체는 냉각모듈(400)에 의해 냉각된후, 연료전지스택(100)의 공급매니폴드(110)로 공급된다.
이 때, 냉각모듈(400)은 외부공기와 맞닿는 면적을 증가시키기 위한 다수개의 냉각핀(미도시)이 형성될 수 있으며, 주위의 공기를 강제로 송풍하는 방열팬(미도시)이 형성될 수 있다. 또한, 냉각모듈(400)은 공기를 통한 냉각이 아닌 저온의 냉각유체와의 열교환을 통한 냉각 구조가 형성될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 따른 연료전지 열병합 시스템의 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1에 따른 연료전지 열병합 시스템(1000`)은 연료전지스택(100), 순환라인(200`), 열전모듈(300), 냉각모듈(400), 개질기(500), 연료공급기를 포함하여 구성된다.
연료전지스택(100), 순환라인(200`), 열전모듈(300), 냉각모듈(400)은 상기에 설명하였으므로 자세한 설명은 생략한다.
개질기(500)는 외부로부터 공급되는 탄화수소 계열의 연료(메탄올, 에탄올, LPG, 또는 천연가스 등)와 물을 산화촉매반응과 개질촉매반응을 통해 수소가스를 추출하여 연료전지스택(100)으로 공급한다. 이때, 개질기(500)에는 미량의 이산화탄소, 메탄가스, 및 일산화탄소를 포함하는 고온의 폐가스가 발생한다.
이때, 개질기(500)에서 발생된 고온의 폐가스는 별도의 유통로를 통해 열전모듈(300)의 고온부(310)로 공급된다.
연료공급기는 압축수소와 메탄올을 연료전지스택(100)으로 공급한다.
이에 따라, 본 발명의 실시예 1에 따른 연료전지 열병합 시스템(1000`)에 구성된 열전모듈(300)은 고온부(310)가 연료전지스택(100)에서 발생한 열과 개질기(500)로부터 공급된 고온의 폐가스의 열과 연료공급기로부터 공급된 고온의 열을 동시에 흡열함으로써, 고온부(310)와 저온부(320)의 온도차이가 증가되어 전력생산량이 증가된다.
즉, 본 발명의 실시예 1에 따른 연료전지 열병합 발전시스템(1000`)는 외부로부터 공급되는 연료와 물을 개질반응을 통해 수소가스를 추출하여 연료전지스택(100)으로 공급하고, 개질 과정에서 발생하는 고온의 폐가스를 열전모듈(300)의 고온부(310)로 공급하는 개질기(500)와 압축수소와 메탄올을 연료전지스택(100)으로 공급하고, 연료 공급 과정에서 발생하는 고온의 열을 상기 고온부(310)로 공급하는 연료공급기가 구성됨으로써, 열전모듈(300)의 고온부(310)와 저온부(320)의 온도 차이가 증가되어 열전모듈(300)의 전력 생산량이 증가되는 효과가 있다.
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 연료전지 열병합 시스템의 개략도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 2에 따른 연료전지 열병합 시스템(1000``)은 연료전지스택(100), 순환라인(200`), 열전모듈(300), 냉각모듈(400), 개질기(500), 열회수기(600)를 포함하여 구성된다.
연료전지스택(100), 순환라인(200`), 열전모듈(300), 냉각모듈(400), 개질기(500)는 상기에 설명하였으므로 자세한 설명은 생략한다.
열회수기(600)는 연료전지스택(100)과 상기 개질기(500)와 상기 연료공급기 이외에 기타 요소들에서 발생하는 모든 열을 회수하여 고온부로 공급하며, 기타 구성요소들의 내측 또는 외측에 설치된 열교환수단에 냉각유체가 유입되어 기타 구성요소들의 작동과정에서 발생하는 열을 흡열한 후 다시 고온부(310)로 공급한다.
예를 들면, 열회수기(600)는 DC/AC인버터 및 DC/DC컨버터의 내측 또는 외측에 설치되는 열교환수단에 냉각유체가 유입되어 DC/AC인버터와 DC/DC컨버터에서 발생하는 열을 흡열한 후, 열회수기(600)에 저장되었다가 다시 상기 고온부(310)로 공급될 수 있다.
여기에서 DC/AC인버터는 연료전지스택(100)에서 생산하는 전력(직류전력)을 전력수요지에서 사용할 수 있도록 교류전력으로 변환하는 과정에서 열이 발생한다.
또한, DC/DC컨버터는 DC/AC인버터에서 변환된 교류전력의 전압을 전력수요지에서 사용할 수 있도록 220V나 110V로 변압하는 과정에서 열이 발생한다.
단, 열회수기(600)는 DC/AC인버터와 DC/DC컨버터 이외에도 연료전지 열병합 시스템(1000)에 추가적으로 구성될 수 있는 기타 구성요소들(모터, 에어블로워 등)의 열을 회수하여 고온부(310)로 공급할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예 2에 따른 연료전지 열병합 발전시스템(1000)은 연료전지스택(100)에서 생산하는 전력을 교류전력으로 변환하는 DC/AC인버터, DC/AC인버터에서 변환된 교류전력을 승압하는 DC/DC컨버터, 및 DC/AC인버터와 DC/DC컨버터에서 발생하는 열을 회수하여 고온부(310)로 공급하는 열회수기(600)가 구성됨으로써, 열전모듈(300)의 고온부(310)와 저온부(320)의 온도 차이가 더욱 증가되어 열전모듈(300)의 전력 생산량이 더욱 증가되는 효과가 있다.
즉, 본 발명의 실시예 2에 따른 연료전지 열병합 시스템(1000``)은 전력수요지에 열원보다 전력을 더 많이 공급하는 효과가 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 열회수기(600)로부터 열전모듈(300)의 고온부(310)로 공급된후 배출된 냉각유체는 다시 열회수기(600)로 귀환하거나 폐기될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따른 연료전지 열병합 시스템의 개략도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 3에 따른 연료전지 열병합 시스템(1000)은 연료전지스택(100), 순환라인(200`), 열전모듈(300), 냉각모듈(400), 펌핑기(700)를 포함하여 구성된다.
연료전지스택(100), 순환라인(200`), 열전모듈(300), 냉각모듈(400)은 상기에 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.
펌핑기(700)는 순환라인(200) 상에 설치되어 순환라인(200)을 순환하는 냉각유체가 순차적으로 연료전지스택(100)의 배출매니폴드(120), 순환라인(200), 연료전지스택(100)의 공급매니폴드(110), 다시 연료전지스택(100)의 배출매니폴드(120)로 순환되도록 한다.
즉, 펌핑기(700)는 냉각유체가 일방향으로만 순환되게 하고, 냉각유체의 순환유속을 제어할 수 있다.
물론, 펌핑기(700)는 본 발명에 따른 연료전지 열병합 시스템(1000)과 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 2에 따른 연료전지 열병합 시스템(1000`, 1000``)에도 적용이 가능하다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1000, 1000`, 1000``, 1000``` : 본 발명에 따른 연료전지 열병합 시스템
50 : 전력수요지
100 : 연료전지스택
110 : 공급매니폴드 120 : 배출매니폴드
200 : 순환라인
300 : 열전모듈
310 : 고온부 320 : 저온부
400 : 냉각모듈
500 : 개질기
600 : 열회수기
700 : 펌핑기

Claims (5)

  1. 전력을 생산하여 전력수요지(50)로 공급하고, 냉각유체가 공급매니폴드(110)를 통해 내부로 공급되어 전력 생산 과정에서 발생하는 열을 흡열한 후 다시 배출매니폴드(120)를 통해 배출되는 연료전지스택(100);
    상기 배출매니폴드(120)와 전력수요지(50)를 연결하는 일단부, 전력수요지(50)와 공급매니폴드(110)를 연결하는 타단부와, 일단부와 타단부를 연결하며 전력수요지(50)의 내부에 설치되는 중심부로 이루어지는 순환라인(200);
    상기 순환라인(200)의 일단부에 설치되어 냉각유체의 열을 흡열하는 고온부(310)와, 외부에서 공급되는 저온의 유체 또는 대기 중의 공기에 접촉되는 저온부(320)를 포함하며, 상기 고온부(310)와 상기 저온부(320)의 온도 차이에 의해 상기 연료전지스택(100)에서 발생하는 열을 전력으로 생산함으로서 시스템 효율을 극대화하여 전력수요지(50)로 공급하는 열전모듈(300); 및
    상기 순환라인(200) 중 상기 열전모듈(300)과 상기 공급매니폴드(110) 사이에 설치되어 상기 순환라인(200)을 순환하는 냉각유체를 냉각하는 냉각모듈(400); 및
    외부로부터 공급되는 연료와 물을 개질반응을 통해 수소가스를 추출하여 상기 연료전지스택(100)으로 공급하고, 상기 고온부(310)와 저온부(320)의 온도 차이가 증가되도록 개질 과정에서 발생하는 고온의 열을 상기 고온부(310)로 공급하는 개질기(500);를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 열병합 발전시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 연료전지 열병합 발전시스템(1000``)은
    상기 연료전지스택(100)과 상기 개질기(500) 이외에 기타 구성 요소들에서 발생하는 모든 열을 회수하여 상기 고온부(310)로 공급하는 열회수기(600);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 열병합 발전시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 열회수기(600)는
    상기 기타 구성요소들의 내측 또는 외측에 설치된 열교환수단에 냉각유체가 유입되어 상기 기타 구성요소들에서 발생하는 열을 흡열한 후, 다시 상기 고온부(310)로 공급하는 것을 특징으로 하는 연료전지 열병합 발전시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 연료전지 열병합 발전시스템(1000```)은
    상기 순환라인(200) 상에 설치되어 상기 순환라인(200)을 순환하는 냉각유체를 펌핑하는 펌핑기(700);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 열병합 발전시스템.
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