KR101589178B1 - Heating Apparatus using Fuel Cell - Google Patents

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    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems

Abstract

본 발명은 연료전지를 이용한 난방장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료를 개질처리하여 수소가스를 정제하는 연료개질기, 그 개질기에서 공급되는 수소가스와 외부에서 공급되는 공기의 전기화학적 반응에 의하여 전기와 열을 발생시키는 연료전지 스택을 포함하는 연료전지부, 연료전지부에서 생성되는 열을 단열하기 위하여 상기 핫박스의 외부를 감싸도록 설치되는 단열재 및 단열재와 열교환하기 위하여 내부에 열매체인 물이 흐르며 단열재 내부에 단열재의 면을 따르도록 설치되는 흡열배관을 포함하며, 흡열배관에서 열교환한 물을 난방에 이용하는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 난방장치를 제공한다.
이에 의하면 불필요한 열손실을 방지하여 효율적으로 연료전지에서 발생하는 열을 난방에 이용할 수 있고, 연료전지의 운전이 가능하도록 연료전지에서 발생하는 열을 제어함과 동시에 이에 의한 열을 난방에 효율적으로 이용하는 것이 가능하다.The present invention relates to a heating apparatus using a fuel cell, and more particularly, to a fuel reforming apparatus for reforming a hydrogen gas by reforming a fuel, an electrochemical reaction of hydrogen gas supplied from the reformer with air supplied from outside, And a fuel cell stack including a fuel cell stack for generating heat, a heat insulating material installed to surround the outside of the hot box to insulate heat generated in the fuel cell unit, and water as a heat medium for heat exchange with the heat insulating material And a heat absorbing pipe disposed inside the heat insulator so as to follow the surface of the heat insulator, wherein water heat-exchanged in the heat absorbing pipe is used for heating.
According to this, unnecessary heat loss can be prevented, heat generated in the fuel cell can be efficiently used for heating, heat generated in the fuel cell can be controlled to enable operation of the fuel cell, It is possible.

Description

연료전지를 이용한 난방장치{Heating Apparatus using Fuel Cell}[0001] Heating Apparatus using Fuel Cell [0002]

본 발명은 연료전지를 이용한 난방장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고체산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)가 가동하면서 발생시키는 열을 연료전지의 운전 온도에 따라 적절하게 난방에 활용하기 위하여 연료전지를 이용한 난방장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a heating apparatus using a fuel cell, and more particularly, to a system and method for heating a solid oxide fuel cell (SOFC) The present invention relates to a heating apparatus using a fuel cell.

지구 온난화 문제를 해결하기 위하여 다양한 신재생에너지(Renewable Energy)를 활용한 CO2 절감 및 에너지 효율향상 기술 개발을 통한 환경 보호가 범국가적으로 추진되고 있는 실정이다. 특히 2012년부터 시행된 신재생에너지 공급의무화제도(RPS)는 일정규모 이상의 발전사업자에게 총 발전량 중 일정량 이상을 신재생에너지 전력으로 공급하도록 의무화하는 제로도서, 연료전지 발전 시스템에 높은 가중치를 주어 보급의 활성화를 추진하고 있는 실정이다.In order to solve the global warming problem, the environment protection through the development of the energy saving technology and the CO 2 reduction using various renewable energy has been promoted nationwide. In particular, the RPS (Mandatory Renewable Energy System), which was enacted in 2012, will be applied to Zero Book and Fuel Cell Power Generation System, which are required to supply more than a certain amount of total generation power to power generators Of the total population.

연료전지란 연료가 가지고 있는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환하는 장치로서, 일반적으로 천연가스, 메탄올, 가솔린 등의 연료를 개질하여 얻은 개질가스 중의 수소와 공기 중의 산소를 스택(stack)의 연료극(anode)과 공기극(cathode)에서 전기화학 반응시켜 전기를 생산하는 발전시스템을 말한다.A fuel cell is a device that converts the chemical energy of a fuel into electrical energy. Generally, hydrogen in a reformed gas obtained by reforming a fuel such as natural gas, methanol, or gasoline, and oxygen in the air, ) And the cathode (electrochemical reaction at the cathode) to generate electricity.

이 때 각 극에서의 반응식과 총 반응식은 다음과 같다.Here, the reaction formula and the total reaction formula at each pole are as follows.

연료극(anode) : H2(g) → 2H+ + 2e- Anode: H 2 (g) - & gt ; 2H + + 2e -

공기극(cathode) : 1/2O2(g) + 2H+ + 2e- → H2OCathode: 1 / 2O 2 (g) + 2H + + 2e - → H 2 O

총 반응식 : H2 + 1/2O2 → H2OTotal reaction formula: H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O

연료전지에는 고분자 전해질 연료전지(PEMFC), 직접 메탄올 연료전지(DMFC), 인산형 연료전지(PAFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC), 알칼리형 연료전지(AFC) 등이 있으며, 특히 고체산화물 연료전지(SOFC)는 운전온도가 약 700 ℃로 다른 타입의 연료전지에 비하여 매우 고온상태로 가동된다. Fuel cells include a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC), direct methanol fuel cell (DMFC), phosphoric acid fuel cell (PAFC), molten carbonate fuel cell (MCFC), solid oxide fuel cell (SOFC), alkaline fuel cell (AFC) In particular, a solid oxide fuel cell (SOFC) is operated at a very high temperature compared to other types of fuel cells at an operating temperature of about 700 ° C.

연료전지 시스템에서 발생하는 이러한 고온의 열을 축열하여 활용하기 위하여 열교환기라는 별도의 장치를 이용하는 종래의 기술에 의하면, 연료전지 시스템에서 발생하는 배기가스 등의 열매체를 열교환기로 보내어 난방수나 온수와 열교환하게 하는 방식이 일반적이었다. 상기 방식에 의할 경우 열매체를 열교환기로 이송하는 과정이나 열교환기에서 열교환이 일어나는 과정 등에서 불필요한 열손실이 발생하게 되므로 효율적으로 난방수나 온수를 생성하지 못하는 문제가 있었다.According to a conventional technique using a separate device, such as a heat exchanger, for storing and utilizing such high-temperature heat generated in a fuel cell system, a heat medium such as exhaust gas generated in the fuel cell system is sent to a heat exchanger, It was a common practice. According to this method, since unnecessary heat loss occurs in the process of transferring the heat medium to the heat exchanger or the process of heat exchange in the heat exchanger, there is a problem in that heating water or hot water can not be efficiently generated.

또한 고체 산화물 연료전지의 경우 상기와 같이 고온상태를 유지하여야 운전 가능한 바, 고체 산화물 연료전지에서 발생하는 열을 제어하지 아니하고 난방에 이용하는 경우 고체 산화물 연료전지의 운전이 불가능하거나 연료전지 시스템에 무리를 주는 문제가 있었다.In addition, the solid oxide fuel cell can be operated at a high temperature as described above. When the solid oxide fuel cell is used for heating without controlling the heat generated from the solid oxide fuel cell, it is impossible to operate the solid oxide fuel cell, There was a problem.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 연료전지에서 발생하는 열을 난방에 이용함에 있어, 열의 손실을 최소화하여 보다 경제적으로 난방수를 공급하는 동시에 고체 산화물 연료전지의 적정한 운전온도를 유지할 수 있게 하는 연료전지를 이용한 난방장치를 제공하는 데에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a solid oxide fuel cell in which heat generated in a fuel cell is used for heating, And to provide a heating apparatus using a fuel cell that can maintain the temperature.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료와 공기를 공급받아 전기를 생성하는 고체산화물 연료전지에 있어서; 연료를 개질처리하여 수소가스를 정제하는 연료개질기, 그 개질기에서 공급되는 수소가스와 외부에서 공급되는 공기의 전기화학적 반응에 의하여 전기와 열을 발생시키는 연료전지 스택을 포함하는 연료전지부; 상기 연료전지부에서 생성되는 열을 단열하기 위하여 상기 핫박스의 외부를 감싸도록 설치되는 단열재 및; 상기 단열재와 열교환하기 위하여 내부에 열매체인 물이 흐르며, 상기 단열재 내부에 상기 단열재의 면을 따르도록 설치되는 흡열배관을 포함하며; 상기 흡열배관에서 열교환한 물을 난방에 이용하는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 난방장치가 제공될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a solid oxide fuel cell that receives electricity from fuel and air, A fuel reformer for reforming the fuel to reform the hydrogen gas, a fuel cell stack including a fuel cell stack for generating electricity and heat by electrochemical reaction between hydrogen gas supplied from the reformer and air supplied from the outside; A heat insulating material installed to surround the outside of the hot box to insulate heat generated in the fuel cell unit; And a heat absorbing pipe disposed inside the heat insulating material so as to follow the surface of the heat insulating material, wherein water as a heat medium flows through the heat insulating material for heat exchange therewith; And heat-exchanged water in the heat absorbing pipe is used for heating.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 난방장치에 의하면 연료전지에서 발생하는 열을 열매체에 의하여 열교환기로 이송하는 과정이나 열교환기에서 열교환이 일어나는 과정 등에서의 불필요한 열손실을 방지하여 효율적으로 연료전지에서 발생하는 열을 난방에 이용하는 효과가 있다.According to the heating apparatus using the fuel cell according to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent unnecessary heat loss in the process of transferring the heat generated in the fuel cell to the heat exchanger by the heating medium or the heat exchanging process in the heat exchanger, The heat generated in the battery is used for heating.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따른 배관시스템 및 온수공급모듈을 포함하는 연료전지를 이용한 난방장치에 의하면 고체 산화물 연료전지의 경우 고온상태를 유지하여야 운전 가능한 바, 고체 산화물 연료전지에서 발생하는 열을 제어함과 동시에 이에 의한 열을 난방에 효율적으로 이용 가능하다.Further, according to the heating apparatus using the fuel cell including the piping system and the hot water supply module according to another embodiment of the present invention, the solid oxide fuel cell can be operated at a high temperature to maintain the heat generated in the solid oxide fuel cell It is possible to efficiently use the heat generated by the control and the heating in the heating.

도 1a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지부 및 그 외부를 감싸는 단열재와 단열재 내부를 통과하는 흡열배관의 사시도이다.
도 1b 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지부 및 그 외부를 감싸는 단열재와 단열재 내부를 통과하는 흡열배관의 정면도이다.
도 1c 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지부 및 그 외부를 감싸는 단열재와 단열재 내부를 통과하는 흡열배관의 평면도이다.
도 1d 는 상기 도 1c 의 A-A 선을 따라 취한 부분 단면도이다.
도 2a 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지부 및 단열재를 이용한 난방장치의 작동 개요도이다.
도 2b 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지부의 온도가 설정 기준치를 초과할 때의 난방장치의 작동 상태도이다.
도 2c 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지부의 온도가 설정 기준치와 동일할 때의 난방장치의 작동 상태도이다.
도 2d 는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지부의 온도가 설정 기준치 미만일 때의 난방장치의 작동 상태도이다.
도 2e 는 본 발명의 일 실시예에 따른 난방장치에 의한 난방을 사용하는 경우가 아닌 때의 난방장치의 작동 상태도이다.1A is a perspective view of a fuel cell unit according to an embodiment of the present invention, a heat insulating material surrounding the fuel cell unit, and a heat absorbing pipe passing through a heat insulating material.
1B is a front view of a fuel cell unit according to an embodiment of the present invention, a heat insulating material surrounding the fuel cell unit, and a heat absorbing pipe passing through the inside of the heat insulating material.
1C is a plan view of a fuel cell unit according to an embodiment of the present invention, a heat insulating material surrounding the fuel cell unit, and a heat absorbing pipe passing through the inside of the heat insulating material.
1D is a partial cross-sectional view taken along line AA of FIG. 1C.
FIG. 2A is an operational schematic diagram of a heating apparatus using a fuel cell unit and a heat insulating material according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2B is an operational state diagram of the heating apparatus when the temperature of the fuel cell unit according to the embodiment of the present invention exceeds the set reference value.
FIG. 2C is an operational state diagram of the heating apparatus when the temperature of the fuel cell unit according to the embodiment of the present invention is equal to the set reference value. FIG.
FIG. 2D is an operational state diagram of the heating apparatus when the temperature of the fuel cell unit according to the embodiment of the present invention is less than the set reference value.
FIG. 2E is an operational state diagram of a heating apparatus when heating by a heating apparatus according to an embodiment of the present invention is not used. FIG.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments.

도 1a, 1b 및 1c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지부 및 그 외부를 감싸는 단열재와 단열재 내부를 통과하는 흡열배관을 도시한 사시도, 정면도 및 평면도이고, 도 1d 는 상기 도 1c 의 A-A을 따라 취한 부분 단면도이다.FIGS. 1A, 1B, and 1C are a perspective view, a front view, and a plan view, respectively, of a fuel cell unit according to an embodiment of the present invention and a heat insulating material surrounding the exterior thereof and a heat absorbing pipe passing through the inside of the heat insulating material. Sectional view taken along line AA of FIG.

우선 도 1a, 1b 및 1c를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 산화물 연료전지는 연료전지부(100)와 상기 연료전지부(100)에서 발생하는 열을 단열하기 위하여 상기 연료전지부(100)의 외부를 감싸는 단열재(110)로 구성된다. 또한 상기 단열재(110)의 내부에는 연료전지에서 발생하는 열을 흡열하기 위하여 열매체인 물이 흐르는 흡열배관(p1)이 설치된다. 상기 흡열배관(p1)은 단열재의 면을 따라 직선 또는 곡선의 형태로 설치될 수 있으나, 단열재(110)와 흡열배관의 접촉면적을 넓혀 단열재(110)의 열을 충분히 흡수하고 시공상의 편의를 위하여 상기 도 1b 에 도시한 바와 같이 'ㄹ' 자 의 형상으로 설치되는 것이 바람직하다. 한편 연료전지부(100)는 연료를 개질처리하여 수소가스를 정제하는 연료개질기 및 개질기에서 공급되는 수소가스와 외부에서 공급되는 공기의 전기화학적 반응에 의하여 전기와 열을 발생시키는 연료전지 스택 등으로 구성되어 있으나 도시를 생략하였다. 1A, 1B and 1C, a solid oxide fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell 100 and a fuel cell 100, And a heat insulating material 110 surrounding the outside of the heat exchanger 100. In addition, a heat absorbing pipe p1 through which water as a heating medium flows is installed in the heat insulating material 110 to absorb heat generated in the fuel cell. The heat absorbing pipe p1 may be installed in the form of a straight line or a curved line along the surface of the heat insulating material. However, since the contact area between the heat insulating material 110 and the heat absorbing pipe is widened to sufficiently absorb the heat of the heat insulating material 110, As shown in FIG. 1B. Meanwhile, the fuel cell unit 100 includes a fuel reformer for reforming the fuel to refine the hydrogen gas and a fuel cell stack for generating electricity and heat by the electrochemical reaction between the hydrogen gas supplied from the reformer and the air supplied from the outside , But the illustration is omitted.

한편 단열재는 총 3 개의 층으로 구성되며, 다수개의 층으로 구성되는 단열재를 설치하기 위하여 단열재에 열처리를 하는 경우 각 층의 단열재의 종류가 다르면 각 층간의 단열재가 서로 다른 모양으로 성형되어 사용하기에 적합하지 않으므로 각 층의 단열재는 같은 종류의 단열재를 사용하여야 한다. 단열재(110)의 각층의 도시는 생략하였다. On the other hand, when the heat insulating material is heat treated in order to install the heat insulating material composed of a total of three layers, the heat insulating materials between the respective layers are formed into different shapes when the kinds of the heat insulating materials in the respective layers are different, Insulation of each layer shall be the same type of insulation. The illustration of each layer of the heat insulating material 110 is omitted.

흡열배관의 단열재의 두께상에서의 적정한 위치를 확인하기 위하여 인화 H&C에서 제작한 Morgan BTU-Block 단열재로 실험한 결과, 스택의 온도가 750 ℃일 때 상기 Morgan BTU-Block단열재 외부의 온도가 60 ℃가 되기 위해서는 단열재의 총 두께는 약 150 mm가 되어야 하고, 단열재의 내부로부터 140 mm 지점의 온도가 약 100 ℃인 것으로 나타났다. 이러한 실험결과에 의거할 경우 상기 흡열배관(p1)의 단열재의 두께상에서의 적정한 위치는 흡열배관(p1)은 끓는점이 1 기압에서100 ℃ 물이 통과하는 배관이므로 단열재의 내부로부터 140mm 지점에 설치되는 것이 가장 바람직하며, 다른 종류의 단열재를 사용하더라도 그 종류의 단열재 두께상에서 온도 변화율은 일정할 것인 바, 단열재의 내부로부터 약 14/15 지점에 상기 흡열배관(p1)을 설치하는 것이 바람직하다. 따라서 도 1d 에 도시한 바와 같이 흡열배관(p1)은 단열재(110) 외부 측에 치우친 상태로 설치된다.In order to confirm the proper position of the heat absorbing pipe on the thickness of the heat insulating material, the Morgan BTU-Block thermal insulation material manufactured by H & C was tested. When the temperature of the stack was 750 ° C, the temperature outside the Morgan BTU- The total thickness of the insulation should be about 150 mm, and the temperature at 140 mm from the inside of the insulation is about 100 ° C. Based on these experimental results, the proper position of the heat absorbing pipe (p1) on the thickness of the heat insulating material is that the heat absorbing pipe (p1) is located at a position 140 mm from the inside of the heat insulating material because the boiling point is the pipe through which water passes at 1 atm And even if other kinds of heat insulating materials are used, the rate of temperature change on the type of the heat insulating material is constant. It is preferable to install the heat absorbing pipe p1 at about 14/15 point from the inside of the heat insulating material. Therefore, as shown in FIG. 1D, the heat absorbing pipe p1 is installed in a state of being positioned on the outer side of the heat insulating material 110. [

도 2a 상기 연료전지부(100) 및 단열재(110)를 이용한 난방장치의 작동 개요도이며, 도 2b 내지 도 2e 는 상기 연료전지부(100)의 온도상태에 따른 난방장치의 작동 상태도이다.2A is a schematic view illustrating the operation of the heating device using the fuel cell unit 100 and the heat insulating material 110. FIGS. 2B to 2E are views showing the operation of the heating device according to the temperature state of the fuel cell unit 100. FIG.

도 2a 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 난방장치는 상기 연료전지부(100)와 단열재(110) 및 흡열배관(p1)으로 구성되는 흡열 시스템; 상기 흡열배관(p1)에 유입된 물이 상기 단열재(110)의 내부에서 열교환한 온수가 저장되는 온수탱크(200); 상기 단열재(110) 내부에서 열교환하여 온수로 변화된 물을 온수탱크(200)에 공급하는 온수공급배관(p2), 상기 온수탱크(200)에 저장된 온수를 난방부(300)로 배급하는 제 1 온수배급배관(p3), 단열재(110)의 내부에서 열교환한 온수를 상기 온수탱크(200)를 거치지 않고 직접 난방부(300)로 배급하는 제 2 온수배급배관(p4), 난방부(300)에서 열교환한 물을 단열재(110) 내부 또는 상기 온수탱크(200)로 환수하기 위한 제 1 환수배관(p5), 상기 제 1 환수배관(p5)과 이어지며 제 1 환수배관(p5)에서 배출된 물을 단열재(110) 내부의 흡열배관(p1)으로 유입시키기 위한 제 2 환수배관(p6), 상기 제 1 환수배관(p5) 및 상기 제 2 환수배관(p6)과 이어지며 제 1환수배관(p5)에서 배출된 물을 온수탱크(200)로 환수시키거나 온수탱크(200)의 물을 상기 제 2 환수배관(p6)을 통하여 상기 흡열배관(p1)으로 환수시키기 위한 제 3 환수배관(p7)으로 이루어진 배관시스템; 온수공급배관(p2)에 설치되며 온수공급배관(p2)과 제 2 온수배급배관(p4)의 연결지점을 기준으로 온수탱크(200) 측에 설치되는 제 1 밸브(v1), 제 2 온수배급배관(p4)에 설치되는 제 2 밸브(v2), 제 1 환수배관(p5)에 설치되는 제 3 밸브(v3), 제 2 환수배관(p6)에 설치되는 제 4 밸브(v4), 연료전지부(100)의 내부에 설치되는 온도센서(120), 온수공급배관(p2)에 설치되며 온수공급배관(p2)과 제 2 온수 배급배관(p4)의 연결지점을 기준으로 연료전지부(100) 측에 설치되는 온수공급펌프(310), 제 1 온수배급배관(p3)에 설치되는 온수배급펌프(320), 제 3 환수배관(p7)에 설치되는 양방향펌프(330)로 구성되어, 상기 온도센서(120)의 온도가 설정 기준치를 초과할 때에는 단열재(110) 내부의 흡열배관(p1)에서 공급되는 온수가 온수공급배관(p2)과 온수탱크(200)를 거쳐 난방부(300)에 공급된 후 제 1 환수배관(p5)과 제 2 환수배관(p6)을 통하여 단열재(110) 내부의 흡열배관(p1)으로 환수되고, 상기 온도센서(120)의 온도가 설정 기준치와 동일한 때에는 단열재(110) 내부의 흡열배관(p1)에서 공급되는 온수가 제 2 온수배급배관(p4)을 통하여 직접 난방부(300)에 공급된 후 제 1 환수배관(p5)과 제 2 환수배관(p6)을 통하여 단열재(110) 내부의 흡열배관(p1)으로 환수되며, 상기 온도센서(120)의 온도가 설정 기준치 미만일 때에는 온수탱크(200)에서 공급되는 온수가 제 1 온수배급배관(p3)을 통하여 난방부(300)에 공급된 후 제 1 환수배관(p5)과 제 3 환수배관(p7)을 통하여 온수탱크(200)로 환수되고, 상기의 경우와 달리 난방을 사용하는 경우가 아닌 때에는 온수탱크(200)에 저장된 온수의 가온을 위하여 단열재(110) 내부의 흡열배관(p1)에서 공급되는 온수가 온수공급배관(p2)을 거쳐 온수탱크(200)에 공급된 후 제 3 환수배관(p7)과 제 2 환수배관(p6)을 통하여 단열재(110) 내부의 흡열배관(p1)으로 환수되도록 하는 온수공급모듈로 구성된다. 이상의 흡열시스템, 온수탱크, 배관시스템, 온수공급모듈에 의한 난방장치는 도 2b 내지 도 2e 와 함께 상세히 설명한다.Referring to FIG. 2A, a heating apparatus according to an embodiment of the present invention includes a heat absorbing system including the fuel cell 100, a heat insulating material 110, and a heat absorbing pipe p1. A hot water tank 200 in which water introduced into the heat absorbing pipe p1 stores hot water heat-exchanged within the heat insulating material 110; A hot water supply pipe p2 for supplying hot water to the hot water tank 200 by exchanging heat in the heat insulating material 110 to the hot water tank 200 and for supplying hot water stored in the hot water tank 200 to the heating unit 300, A second hot water delivery pipe p4 for distributing hot water heat-exchanged inside the heat insulating material 110 to the heating part 300 without passing through the hot water tank 200, A first water return pipe p5 for returning heat-exchanged water to the inside of the heat insulating material 110 or the hot water tank 200, a water discharge pipe p5 connected to the first water return pipe p5, A second return pipe p6 for introducing the refrigerant to the heat absorbing pipe p1 in the heat insulating material 110 and a second water return pipe p6 connected to the first water return pipe p5 and the second water return pipe p6, The water discharged from the hot water tank 200 is returned to the hot water tank 200 or the water in the hot water tank 200 is discharged to the heat absorbing pipe p1 through the second water return pipe p6, And a third water return pipe (p7) for returning the water to the second water supply pipe; A first valve v1 provided on the hot water supply pipe p2 and based on a connection point between the hot water supply pipe p2 and the second hot water supply pipe p4, A second valve v2 installed in the pipe p4, a third valve v3 provided in the first water return pipe p5, a fourth valve v4 provided in the second water return pipe p6, A temperature sensor 120 installed in the interior of the paper part 100 and a water heater 100 installed on the hot water supply pipe p2 and based on the connection point between the hot water supply pipe p2 and the second hot water supply pipe p4, A hot water supply pump 320 installed on the first hot water supply pipe p3 and a bidirectional pump 330 installed on the third hot water supply pipe p7, When the temperature of the temperature sensor 120 exceeds the set reference value, the hot water supplied from the heat absorbing pipe p1 inside the heat insulating material 110 flows through the hot water supply pipe p2 and the hot water tank 200 to the heating portion 300 After being supplied Is returned to the heat absorbing pipe p1 inside the heat insulating material 110 through the first water return pipe p5 and the second water return pipe p6 and when the temperature of the temperature sensor 120 is equal to the set reference value, The hot water supplied from the internal heat pipe p1 is directly supplied to the heating part 300 through the second hot water supply pipe p4 and then is discharged through the first water return pipe p5 and the second water return pipe p6, When the temperature of the temperature sensor 120 is lower than a preset reference value, the hot water supplied from the hot water tank 200 is supplied to the heating part (p1) through the first hot water supply pipe p3 The hot water tank 200 is returned to the hot water tank 200 through the first water return pipe p5 and the third water return pipe p7 and unlike the case described above, The hot water supplied from the heat absorbing pipe p1 inside the heat insulating material 110 for warming the hot water stored in the hot water supplying pipe p And a hot water supply module for supplying the hot water to the hot water tank 200 and then returning the heat to the heat absorbing pipe p1 inside the heat insulating material 110 through the third water return pipe p7 and the second water return pipe p6 do. The heat absorbing system, the hot water tank, the piping system, and the heating system by the hot water supply module will be described in detail with reference to FIG. 2B to FIG. 2E.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지부(100)의 스택에서 발생하는 고온의 가스를 온수탱크 안을 통과하여 다시 연료전지부(100)의 버너로 연결되도록 하는 가스배관(p8)을 더 포함하는 난방장치는 상기 고온의 가스를 온수탱크(200)에 저장된 온수를 가온하는 데에 이용하여 보다 고온의 온수를 얻기 위한 것이다. 상기 가스배관(p8)은 온수탱크(200) 내의 온수와의 접촉면적을 넓히기 위하여 온수탱크(200) 내에서 코일 형상으로 꼬여서 설치되는 것이 바람직하다. 다만 이에 한정되지 않고 상기 접촉면적을 넓히기 위한 다양한 형상으로 제작될 수 있다.The apparatus further includes a gas pipe (p8) for connecting the hot gas generated in the stack of the fuel cell unit 100 according to another embodiment of the present invention to the burner of the fuel cell unit 100 through the hot water tank The heating device is used to warm the hot water stored in the hot water tank 200 to obtain hot water of a higher temperature. The gas pipe p8 is preferably twisted in a coil shape in the hot water tank 200 to widen the contact area with the hot water in the hot water tank 200. [ However, the present invention is not limited thereto and various shapes for widening the contact area can be manufactured.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 응축기(340)는 상기 가스배관에서 수증기를 포함한 고온의 가스가 온수탱크 안에서 냉각되어 가스에 포함된 기체인 수증기가 액체인 물로 상변화하는 경우 상기 액체인 물을 상기 고온의 가스에 포함된 다른 기체와 분리하여 배출되도록 한다. 상기 고온의 가스에서 수증기를 분리해주는 이유는 수증기를 포함한 상기 고온의 가스가 연료전지부(100) 내부의 버너로 들어가 연소의 연료로 사용되는 경우 수증기가 있으면 버너의 온도 증가가 한정적이며, 특히 버너를 촉매버너로 사용할 경우 수증기가 촉매에 심각한 손상을 줄 수 있기 때문이다. 따라서 상기 응축기(340)을 포함하는 난방장치는 버너의 연소에 적합한 연료를 공급하기 위하여 온수탱크(200)의 내부를 지나 연료전지부(100)의 버너로 연결되기 전의 가스배관(p8) 상에 설치될 수 있다.In the condenser 340 according to another embodiment of the present invention, when the high-temperature gas including water vapor in the gas pipe is cooled in the hot water tank and the water vapor, which is a gas contained in the gas, is phase-changed into liquid water, And is discharged separately from other gases contained in the high-temperature gas. The reason why the steam is separated from the high-temperature gas is that the temperature of the burner is limited if the high-temperature gas including water vapor enters the burner inside the fuel cell unit 100 and is used as fuel for combustion, Is used as a catalyst burner, water vapor may seriously damage the catalyst. Therefore, the heating device including the condenser 340 is disposed on the gas pipe p8 before being connected to the burner of the fuel cell unit 100 through the inside of the hot water tank 200 to supply fuel suitable for burning the burner Can be installed.

도 2b 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 난방장치의 온도센서(120)의 온도가 설정 기준치를 초과할 때에는 단열재(110) 내부의 흡열배관(p1)에서 공급되는 온수가 온수공급배관(p2)과 온수탱크(200)를 거쳐 난방부(300)에 공급된 후 제 1 환수배관(p5)과 제 2 환수배관(p6)을 통하여 단열재(110) 내부의 흡열배관(p1)으로 환수된다. 이는 연료전지부(100)의 온도가 비교적 고온이므로 이에 의한 열을 온수탱크(200)에 저장함과 동시에 난방부(300)로 보내어 난방에 이용하기 위함이다.2B, when the temperature of the temperature sensor 120 of the heating device according to the embodiment of the present invention exceeds the set reference value, hot water supplied from the heat absorbing pipe p1 inside the heat insulating material 110 flows into the hot water supply pipe the refrigerant is supplied to the heating unit 300 via the hot water tank 200 and the hot water tank 200 and is then returned to the heat absorbing pipe p1 inside the heat insulating material 110 through the first water return pipe p5 and the second water return pipe p6, do. This is because the temperature of the fuel cell unit 100 is relatively high, so heat generated by the fuel cell unit 100 is stored in the hot water tank 200 and sent to the heating unit 300 for heating.

도 2c 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 난방장치의 온도센서(120)의 온도가 설정 기준치와 동일한 때에는 단열재(110) 내부의 흡열배관(p1)에서 공급되는 온수가 제 2 온수배급배관(p4)을 통하여 직접 난방부(300)에 공급된 후 제 1 환수배관(p5)과 제 2 환수배관(p6)을 통하여 단열재(110) 내부의 흡열배관(p1)으로 환수된다. 이는 연료전지부(100)의 열을 온수탱크(200)에 저장함 없이 바로 난방에 이용하여 난방부(300)의 온도를 올리기 위함이다.2C, when the temperature of the temperature sensor 120 of the heating apparatus according to the embodiment of the present invention is equal to the set reference value, the hot water supplied from the heat absorbing pipe p1 inside the heat insulating material 110 flows into the second hot water distribution Is directly supplied to the heating unit 300 through the pipe p4 and then returned to the heat absorbing pipe p1 inside the heat insulating material 110 through the first water return pipe p5 and the second water return pipe p6. This is to increase the temperature of the heating unit 300 by directly using the heat of the fuel cell unit 100 for heating without storing it in the hot water tank 200.

도 2d 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 난방장치의 온도센서(120)의 온도가 설정 기준치 미만일 때에는 온수탱크(200)에서 공급되는 온수가 제 1 온수배급배관(p3)을 통하여 난방부(300)에 공급된 후 제 1 환수배관(p5)과 제 3 환수배관(p7)을 통하여 온수탱크(200)로 환수된다. 이는 상기 배관시스템 및 상기 온수공급모듈의 운전을 중지하여 연료전지부(100)의 열을 난방부에 사용하지 않음으로써 연료전지부(100)의 전기를 발생시키기 위함 운전이 원활하게 이루어지게 함과 동시에 온수탱크(200)에 저장된 열만을 이용하여 난방에 이용하기 위함이다.Referring to FIG. 2D, when the temperature of the temperature sensor 120 of the heating apparatus according to the embodiment of the present invention is lower than the set reference value, hot water supplied from the hot water tank 200 is heated through the first hot water supply pipe p3 And then is returned to the hot water tank 200 through the first water return pipe p5 and the third water return pipe p7. This stops the operation of the piping system and the hot water supply module so that the heat of the fuel cell unit 100 is not used in the heating unit, thereby smoothly driving the fuel cell unit 100 to generate electricity At the same time, only the heat stored in the hot water tank 200 is used for heating.

도 2e 를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 난방장치에 의한 난방을 사용하는 경우가 아닌 때에는 온수탱크(200)에 저장된 온수의 가온을 위하여 단열재(110) 내부의 흡열배관(p1)에서 공급되는 온수가 온수공급배관(p2)을 거쳐 온수탱크(200)에 공급된 후 제 3 환수배관(p7)과 제 2 환수배관(p6)을 통하여 단열재(110) 내부의 흡열배관(p1)으로 환수된다. 이는 난방을 사용하지 않는 동안에 연료전지부(100)에서 발생하는 열을 온수탱크(200)에 저장하여 추후 난방에 대비하기 위함이다.Referring to FIG. 2E, when the heating by the heating device according to an embodiment of the present invention is not used, the hot water stored in the hot water tank 200 is heated by the heat absorbing pipe p1 inside the heat insulating material 110 The supplied hot water is supplied to the hot water tank 200 through the hot water supply pipe p2 and then supplied to the heat absorbing pipe p1 inside the heat insulating material 110 through the third water return pipe p7 and the second water return pipe p6 It is returned. This is to store the heat generated in the fuel cell unit 100 in the hot water tank 200 while the heating is not being used, so as to prepare for future heating.

한편 상기 도들에 도시하지는 않았으나, 연료전지부(100)의 운전에 의한 전기의 발생과 이에 의한 열의 난방에의 이용의 적절한 조화를 위하여 여분의 전기를 저장할 수 있는 축전기가 설치될 수 있다.Although not shown in the drawings, a condenser capable of storing extra electricity may be installed in order to appropriately balance the use of electricity generated by the operation of the fuel cell unit 100 and the heat generated by the operation of the fuel cell unit 100.

100 : 연료전지부
110 : 단열재
120 : 온도센서
200 : 온수탱크
300 : 난방부100: fuel cell unit
110: Insulation
120: Temperature sensor
200: Hot water tank
300: Heating

Claims (6)

연료와 공기를 공급받아 전기를 생성하는 고체산화물 연료전지에 있어서,
연료를 개질처리하여 수소가스를 정제하는 개질기, 그 개질기에서 공급되는 수소가스와 외부에서 공급되는 공기의 전기화학적 반응에 의하여 전기와 열을 발생시키는 연료전지 스택을 포함하는 연료전지부;
상기 연료전지부에서 생성되는 열을 단열하기 위하여 상기 연료전지부의 외부를 감싸도록 설치되는 단열재;
상기 단열재와 열교환하기 위하여 내부에 열매체인 물이 흐르며, 상기 단열재 내부에 상기 단열재의 면을 따르도록 설치되는 흡열배관;
상기 흡열배관에 유입된 물이 상기 단열재의 내부에서 열교환한 온수가 저장되는 온수탱크; 및
상기 연료전지의 단열재 내부에서 열교환하여 온수로 변화된 물을 온수탱크에 공급하는 온수공급배관, 상기 온수탱크에 저장된 온수를 난방부로 배급하는 제 1 온수배급배관, 단열재의 내부에서 열교환한 온수를 상기 온수탱크를 거치지 않고 직접 난방부로 배급하는 제 2 온수배급배관, 난방부에서 열교환한 물을 연료전지 단열재 내부 또는 상기 온수탱크로 환수하기 위한 제 1 환수배관, 상기 제 1 환수배관과 이어지며 제 1 환수배관에서 배출된 물을 연료전지 단열재 내부의 흡열배관으로 유입시키기 위한 제 2 환수배관, 상기 제 1 환수배관 및 상기 제 2 환수배관과 이어지며 제 1환수배관에서 배출된 물을 온수탱크로 환수시키거나 온수탱크의 물을 상기 제 2 환수배관을 통하여 상기 흡열배관으로 환수시키기 위한 제 3 환수배관으로 이루어진 배관시스템;
을 포함하며,
상기 흡열배관에서 열교환한 물을 난방에 이용하는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 난방장치.1. A solid oxide fuel cell that receives electricity from fuel and air,
A fuel cell stack including a reformer for reforming a fuel to purify hydrogen gas, and a fuel cell stack for generating electricity and heat by electrochemical reaction between hydrogen gas supplied from the reformer and air supplied from the outside;
A heat insulating material installed to surround the outside of the fuel cell unit to heat the heat generated in the fuel cell unit;
A heat absorbing pipe installed inside the heat insulating material so as to follow the surface of the heat insulating material, the heat absorbing material flowing in the heat absorbing material for heat exchange with the heat insulating material;
A hot water tank in which water introduced into the heat absorbing pipe stores hot water heat-exchanged within the heat insulating material; And
A first hot water distribution pipe for distributing the hot water stored in the hot water tank to the heating section, hot water heat-exchanged in the heat insulating material, the hot water supplied from the hot water tank to the hot water tank, A second hot water distribution pipe for directly distributing the heat-exchanged water in the heating part to the inside of the fuel cell thermal insulator or the hot water tank, a first water return pipe connected to the first water return pipe, A second water return pipe for allowing the water discharged from the pipe to flow into the heat absorbing pipe inside the fuel cell thermal insulating material, water discharged from the first water return pipe connected to the first water return pipe and the second water return pipe, Or a third water return pipe for returning the water in the hot water tank to the heat absorbing pipe through the second water return pipe System;
/ RTI >
And heat-exchanged water in the heat absorbing pipe is used for heating. 제 1 항에 있어서,
상기 흡열배관이 상기 단열재 내부와의 접촉면적을 넓히기 위하여 상기 단열재의 측면을 따라 'ㄹ' 자 형상으로 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 난방장치.The method according to claim 1,
Wherein the heat absorbing pipe is installed in a shape of 'r' along the side surface of the heat insulating material so as to widen the contact area with the inside of the heat insulating material. 제 1 항에 있어서,
온수공급배관에 설치되며 온수공급배관과 제 2 온수배급배관의 연결지점을 기준으로 온수탱크 측에 설치되는 제 1 밸브, 제 2 온수배급배관에 설치되는 제 2 밸브, 제 1 환수배관에 설치되는 제 3 밸브, 제 2 환수배관에 설치되는 제 4 밸브, 연료전지부의 내부에 설치되는 온도센서, 온수공급배관에 설치되며 온수공급배관과 제 2 온수 배급배관의 연결지점을 기준으로 연료전지부 측에 설치되는 온수공급펌프, 제 1 온수배급배관에 설치되는 온수배급펌프, 제 3 환수배관에 설치되는 양방향펌프로 구성되어, 상기 온도센서의 온도가 설정 기준치를 초과할 때에는 단열재 내부의 흡열배관에서 공급되는 온수가 온수공급배관과 온수탱크를 거쳐 난방부에 공급된 후 제 1 환수배관과 제 2 환수배관을 통하여 단열재 내부의 흡열배관으로 환수되고, 상기 온도센서의 온도가 설정 기준치와 동일한 때에는 단열재 내부의 흡열배관에서 공급되는 온수가 제 2 온수배급배관을 통하여 직접 난방부에 공급된 후 제 1 환수배관과 제 2 환수배관을 통하여 단열재 내부의 흡열배관으로 환수되며, 상기 온도센서의 온도가 설정 기준치 미만일 때에는 온수탱크에서 공급되는 온수가 제 1 온수배급배관을 통하여 난방부에 공급된 후 제 1 환수배관과 제 3 환수배관을 통하여 온수탱크로 환수되고, 상기의 경우와 달리 난방을 사용하는 경우가 아닌 때에는 온수탱크에 저장된 온수의 가온을 위하여 단열재 내부의 흡열배관에서 공급되는 온수가 온수공급배관을 거쳐 온수탱크에 공급된 후 제 3 환수배관과 제 2 환수배관을 통하여 단열재 내부의 흡열배관으로 환수되도록 하는 온수공급모듈;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 난방장치.The method according to claim 1,
A first valve installed in the hot water supply pipe and installed on the hot water tank side based on a connection point between the hot water supply pipe and the second hot water supply pipe, a second valve installed in the second hot water supply pipe, A third valve, a fourth valve installed in the second water return pipe, a temperature sensor provided inside the fuel cell unit, and a second water supply pipe provided on the hot water supply pipe. The connection point between the hot water supply pipe and the second hot water supply pipe, A hot water supply pump installed in the first hot water distribution pipe, and a bidirectional pump installed in the third water return pipe. When the temperature of the temperature sensor exceeds the set reference value, the hot water supply pipe in the heat insulating pipe Is supplied to the heating unit through the hot water supply pipe and the hot water tank, and then is returned to the heat absorbing pipe inside the heat insulating material through the first water return pipe and the second water return pipe, The hot water supplied from the heat absorbing pipe in the heat insulating material is directly supplied to the heating part through the second hot water supplying pipe and then the hot water is supplied to the heat absorbing pipe inside the heat insulating material through the first return pipe and the second return pipe The hot water supplied from the hot water tank is supplied to the heating unit through the first hot water supply pipe and then returned to the hot water tank through the first water return pipe and the third water return pipe, The hot water supplied from the heat absorbing pipe in the heat insulating material is supplied to the hot water tank through the hot water supply pipe and then the third water return pipe and the second hot water tank And a hot water supply module for returning the heat to the heat absorbing pipe inside the heat insulating material through the water return pipe Heating apparatus using a battery. 제 1 항에 있어서,
상기 연료전지부의 스택에서 발생하는 고온의 가스를 온수탱크 안을 통과하여 다시 연료전지부의 버너로 연결되도록 하는 가스배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 난방장치.The method according to claim 1,
Further comprising a gas piping for connecting the hot gas generated in the stack of the fuel cell unit to the burner of the fuel cell unit through the hot water tank. 제 4 항에 있어서,
상기 가스배관은 온수탱크의 내부에서 코일 형상으로 꼬여있는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 난방장치.5. The method of claim 4,
Wherein the gas pipe is twisted in a coil shape inside the hot water tank. 제 4 항에 있어서,
상기 가스배관에서 수증기를 포함한 고온의 가스가 온수탱크 안에서 냉각되어 가스에 포함된 기체인 수증기가 액체인 물로 상변화하는 경우 상기 액체인 물을 가스에 포함된 다른 기체와 분리하여 배출되도록 하는 응축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 난방장치.5. The method of claim 4,
A high-temperature gas including water vapor in the gas pipe is cooled in the hot water tank, and when the water vapor, which is a gas included in the gas, is phase-changed into liquid water, the condenser is separated from other gases contained in the gas, Further comprising: a fuel cell for heating the fuel cell.
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