KR102076982B1 - 연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템 및 그 운전 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 전지 작동시 발생하는 열을 기상 조건과 상관없이 주야로 지중열 축열조(BTES)에 저장하여 사용할 수 있도록 하는, 연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템 및 그 운전 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르는 연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템은, 연료 전지 난방부; 지열 냉난방부; 태양열 난방부; 연료 전지 난방부와 지열 냉난방부와 태양열 난방부로부터 수집되는 열을 저장하거나, 연료 전지 난방부와 지열 냉난방부와 태양열 난방부에 열을 공급하는 지중열 축열조(BTES); 연료 전지 난방부, 지열 냉난반부, 태양열 난방부, 지중열 축열조와 연결되어, 난방 또는 냉방시 순환 매체의 순환 경로를 전환하는 순환 배관부; 및 연료 전지 난방부, 지열 냉난방부, 태양열 난방부에 연결되는 각각의 순환 배관의 순환 매체와 열 교환함으로써 난방 또는 냉방을 수행하는 부하를 포함하는 것을 구성적 특징으로 한다.

Description

연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템 및 그 운전 방법{HEAT SUPPLYING SYSTEM UTILIZING HEAT PRODUCED BY FUEL CELL AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템 및 그 운전 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료 전지 작동시 발생하는 열을 기상 조건과 상관없이 주야로 지중열 축열조(BTES)에 저장하여 사용할 수 있도록 하는, 연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템 및 그 운전 방법에 관한 것이다.
석유나 석탄 등의 화석 연료의 고갈에 따라 개발중인 신 재생 에너지 중 연료 전지(FUEL CELL)는 전기 화학반응에 의해 연료의 화학적 에너지를 전기로 변환하는 장치이다.
연료 전지는 화학적 반응에 의해 전기를 발생시킨다는 점에서 배터리와 비슷하지만, 화학 반응물질인 수소와 산소를 외부에서 공급받기 때문에 배터리와 달리 충전이 필요 없어, 연료가 공급되는 한 전기를 계속 생산할 수 있다는 장점이 있다.
연료 전지는 전해질의 종류에 따라 인산형 연료 전지, 용융탄산염 연료 전지, 고체 산화 연료 전지 등으로 분류될 수 있으며, 이중 인산형 연료 전지는 인산을 전해질로서 사용하여 약 200℃에서 운전되며, 용융탄산염 연료 전지는 액체상태로 용융된 탄산염을 전해질로서 사용하여 약 650℃에서 운전되어, 발전연료 공급에 의한 직접 발전으로 발전 효율이 높고 환경 친화적이라는 장점을 갖는다.
이러한 용융탄산염 연료 전지는 반응에 필요한 수소를 스택 내부에서 개질하는 내부 개질형과 스택 외부에서 개질하는 외부 개질형으로 구분될 수 있는데, 내부 개질형 용융탄산염 연료 전지는 개질 반응에 전극에서 발생하는 열을 이용함으로써 이용 효율이 높다. 구체적으로, 전극에서 수소가 반응하면서 발생시키는 열이 연료극에 인접하게 설치된 개질기에 공급되고, 이 열은 메탄이 수소로 개질되는 반응에 이용될 수 있다. 따라서, 개질 반응에 필요한 열을 별도로 공급하지 않아도 되지만, 용융탄산염 연료 전지는 정상 작동 상태가 되면 부하를 조절하기가 어려워서, 지속적으로 전력을 생산할 필요가 없는 곳에서 사용하기 어렵다는 문제를 갖고 있으며, 연료 전지의 부하를 조절하기 위해 연료 전지의 연료극에서 발생하는 배기가스를 개질 반응의 열원으로 활용하는 방법이 안출된 바 있다(대한민국 공개특허 제2012-0133273).
그런데, 연료전지를 사용하는 발전시스템의 개질기 및 스택에서 열이 발생하며, 특히 이러한 열로 인해 스택의 효율이 저하되므로, 일정 온도를 유지하기 위해 냉각수를 공급받게 되는데, 전극에서 발생한 열 중 개질 반응에 사용한 열을 제외한 나머지 열은 냉각수를 온도를 높이게 되며, 이러한 고온의 냉각수는 냉각팬을 통해 대기로 방출되어, 에너지 손실과 함께 연료의 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 연료 전지를 이용한 발전 시스템에서 전기를 생산할 때 스택에서 발생한 열을 기상 조건과 상관없이 주야로 지중열 축열조(BTES)에 저장하여 냉/난방에 사용할 수 있도록 하는 열 공급 시스템 및 그 운전 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따르는 연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템은
연료 전지 난방부;
지열 냉난방부;
태양열 난방부;
연료 전지 난방부와 지열 냉난방부와 태양열 난방부로부터 수집되는 열을 저장하거나, 연료 전지 난방부와 지열 냉난방부와 태양열 난방부에 열을 공급하는 지중열 축열조(BTES);
연료 전지 난방부, 지열 냉난반부, 태양열 난방부, 지중열 축열조와 연결되어, 난방 또는 냉방시 순환 매체의 순환 경로를 전환하는 순환 배관부; 및
연료 전지 난방부, 지열 냉난방부, 태양열 난방부에 연결되는 각각의 순환 배관의 순환 매체와 열 교환함으로써 난방 또는 냉방을 수행하는 부하를 포함하는 것을 구성적 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템의 운전 방법은 태양열 물 탱크(HWT2)의 온도(Tst.top)가 지중열 축열조(BTES)의 중심의 온도(Tbtes.c)보다 낮고, 지중열 축열조(BTES)의 중심의 온도(Tbtes.c)가 50℃보다 높은 경우, 순환 매체는 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 중심으로부터 태양열 물 탱크(HWT2), 연료 전지 물 탱크(HWT1)를 순차적으로 거쳐 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 가장자리까지 순환함으로써, 지중열 축열조(BTES)의 열을 태양열 물 탱크(HWT2)에 공급한다.
본 발명에 따르는 연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템은 연료 전지를 이용한 발전 시스템에서 전기를 생산할 때 스택에서 발생한 열을 기상 조건과 상관없이 주야로 지중열 축열조(BTES)에 저장하여 효율적으로 사용할 수 있도록 한다.
본 발명에 따르는 연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템은 연료 전지를 이용한 발전 시스템에서 전기를 생산할 때 스택에서 발생한 열을 기상 조건과 상관없이 주야로 지중열 축열조(BTES)에 저장하여 열 공급 시스템의 옥외 구조물의 동파를 방지할 수 있다.
본 발명에 따르는 연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템은 연료 전지를 이용한 발전 시스템에서 전기를 생산할 때 스택에서 발생한 열을 기상 조건과 상관없이 주야로 지중열 축열조(BTES)에 저장하여, 태양열 축열조의 상/하부의 온도 역전 현상을 방지할 수 있다.
도1은 본 발명에 따르는 연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템의 구성을 개략적으로 나타내는 블록도이다.
이하 본 발명에 따르는 연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템의 구성을 도면을 참고로 설명한다.
본 발명에 따르는 열 공급 시스템은
연료 전지 난방부(100);
지열 냉난방부(200);
태양열 난방부(300);
연료 전지 난방부와 지열 냉난방부와 태양열 난방부로부터 수집되는 열을 저장하거나, 연료 전지 난방부와 지열 냉난방부와 태양열 난방부에 열을 공급하는 지중열 축열조(BTES, 400);
연료 전지 난방부, 지열 냉난반부, 태양열 난방부, 지중열 축열조와 연결되어 난방 또는 냉방시 순환 매체의 순환 경로를 전환하는 순환 배관부(500); 및
연료 전지 난방부, 지열 냉난방부, 태양열 난방부에 연결되는 각각의 순환 배관의 순환 매체와 열 교환함으로써 난방 또는 냉방을 수행하는 부하를 포함한다.
연료 전지 난방부(100)는 연료 공급원에서 공급되는 연료를 개질반응시켜 수소가스를 생성하는 개질기(도시되지 않음), 외부로부터 공급되는 산소와 개질기에서 생성된 수소를 전극에 노출시켜 전기 에너지를 생성하는 스택(도시되지 않음), 스택에서 발생한 열을 흡수한 냉각수를 저장하는 연료 전지 물 탱크(HWT1), 연료 전지 물 탱크(HWT1)와 제1 열교환기(HX1) 사이에 구성되어 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 온수가 원활하게 순환하도록 하는 제1 순환 펌프(P1), 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 냉각수와 열 교환시키는 제1 열교환기(HX1), 및 연료 전지 물 탱크(HWT1)와 제1 열교환기(HX1) 사이에 구성되는 밸브(V101)를 포함하여, 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 냉각수의 온도가 일정 온도 이상인 경우, 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 냉각수와 열 교환되는 제 1 열교환기(HX1)에 연결된 부하측 순환배관의 순환 매체가 부하의 난방 또는 온수 공급을 직접 수행할 수 있도록 한다.
연료 전지 난방부(100)의 동작은 일반적으로 다음과 같으나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
연료공급원은 공급관을 통하여 개질기에 연결되며, 연료를 공급한다. 공급관의 도중에는 공급밸브와 공급 펌프(도시되지 않음)가 설치될 수 있다.
개질기는 외부의 연료공급원으로부터 공급되는 연료(메탄올, 에탄올, LPG, 또는 천연가스 등)와 물의 개질 반응을 통해 연료를 수소가 풍부한 개질 가스로 전환한다. 개질기는 수소를 생산하는 개질 반응 및 생산된 수소 가스를 정제하는 수소정제공정을 수행하게 된다. 개질기에서 생성된 수소 가스는 스택으로 공급된다.
스택은 개질기로부터 공급받은 수소 가스와 외부로부터 공급되는 산소를 이용하여, 전기 화학반응에 의해 전기 및 열을 발생시킨다. 이때 발생하는 열로 인해 스택의 효율이 저하되므로 스택을 일정 온도로 유지하기 위해 냉각수가 공급된다. 이 냉각수는 스택을 냉각하는 과정에서 열을 흡수하게 되고 연료 전지 물 탱크(HWT1)에 저장된다.
연료 전지 물 탱크(HWT1)에 저장되는 물은 제 1 열교환기(HX1)에 의해 제 1 열교환기(HX1)에 연결된 부하측 순환배관의 순환 매체와 열 교환되어, 부하의 난방 또는 온수 공급을 직접 수행할 수 있다.
지열 냉난방부(200)의 동작은 일반적으로 다음과 같으나, 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
지열을 이용한 냉난방 시스템은 10-20℃ 정도의 일정한 온도를 유지하는 지중의 열을 이용하는 것으로, 지열 냉난방부(200)는 지중에 설치되어 지열과 순환 매체의 열을 교환하는 지중 열교환기(ground source), 난방 또는 냉방시 지중 열 교환기에 대해 순환 매체의 순환 경로를 전환하는 히트 펌프(HP), 및 히트 펌프(HP)와 지중 열교환기 사이에 구성되는 제4 순환 펌프(P4)를 포함하여, 히트펌프에 연결된 부하측 순환배관의 순환 매체가 부하의 난방 또는 냉방을 직접 수행할 수 있도록 한다.
태양열 난방부(300)는 지상에 설치되는 태양열 집열기, 태양열 집열기로부터 얻어진 태양열을 저장하는 태양열 물 탱크(HWT2); 태양열 집열기와 태양열 물 탱크(HWT2) 사이에 구성되어 태양열 물 탱크(HWT2)의 온수가 원활하게 순환하도록 하는 순환 펌프를 포함하여, 태양열 물 탱크(HWT2)에 연결된 부하측 순환배관의 순환 매체가 부하의 난방을 직접 수행할 수 있도록 한다.
지중열 축열조(BTES, 400)와 순환 배관부(500) 사이에는 열 교환 여부를 제어할 수 있는 한 쌍의 제4 밸브(V3, V6) 및 한 쌍의 바이패스 밸브(V4, V5)가 구성된다.
지중열 축열조(BTES, 400)는 원형 또는 정사각형의 구조로서, 순환 매체는 열 저장시 순환 배관부(500)로부터 지중열 축열조(400)의 중심(center)으로 유입되고 가장자리(edge)로 유출되며, 열 공급시에는 저장시와 반대 방향으로 흐른다.
순환 배관부(500)는 다음과 같이 구성된다.
순환 배관부(500)는 연료 전지 난방부(100)의 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 냉각수와 순환 배관부(500) 사이에서 순환되는 순환 매체를 열 교환시키는 제2 열교환기(HX2), 및 연료 전지 물 탱크(HWT1)와 제2 열교환기(HX2) 사이에 구성되는 밸브(V102)를 포함하는데, 밸브(V102)는 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 냉각수의 온도가 일정 온도 이하로 떨어질 경우 닫힌다.
또한, 제2 열교환기(HX2)와 순환 배관부(500) 사이에는 열 교환 여부를 제어할 수 있는 한 쌍의 제1 밸브(V12, V14) 및 한 쌍의 바이패스 밸브(V11, V12)를 포함한다.
또한, 지열 냉난방부(200)의 지중에 설치되는 지중 열교환기(ground source)를 통해 흡수되는 지열을 순환 배관부(500)에서 순환되는 순환 매체와 열 교환하는 제4 열 교환기(HX4)와, 제4 열 교환기(HX4)와 순환 배관부(500) 배관 사이에서 열 교환 여부를 제어할 수 있는 한 쌍의 제2 밸브(V19, V22) 및 한 쌍의 바이패스 밸브(V20, V21)를 포함한다.
또한, 태양열 난방부(300)의 태양열 물 탱크(HWT2)의 온수와 순환 배관부(500)에서 순환되는 열 매체를 열 교환시키는 제3 열 교환기(HX3)와, 제3 열 교환기(HX3)와 제1 순환 배관 사이에서 열 교환 여부를 제어할 수 있는 한 쌍의 제3 밸브(V8, V10) 및 한 쌍의 바이패스 밸브(V7, V9)와, 제3 열 교환기(HX3)와 한 쌍의 제3 밸브(V8, V10) 및 한 쌍의 바이패스 밸브(V7, V9) 사이에 구성되어 지중열 축열조의 순환 매체가 원활하게 순환하도록 하는 제2 순환 펌프(P2) 및 태양열 물 탱크(HWT2)와 제3 열 교환기(HX3) 사이에 구성되는 제3 순환 펌프(P3)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 연료 전지 난방부(100), 지열 냉난방부(200), 태양열 난방부(300), 지중열 축열조(BTES, 400), 및 이들 사이에 구성되는 순환 배관부(500)를 포함하는 본 발명에 따르는 열 공급 시스템의 동작은 다음과 같이 이뤄질 수 있다.
연료 전지(FC)에서 전기를 생산하는 과정에서 발생한 열 중 개질 반응에 사용한 열을 제외한 나머지 열(여열)은 필요에 따라 제1 열 교환기(HX1)를 통해 부하에 열을 공급하거나, 제2 열 교환기(HX2)를 통해 순환 배관부(500)의 순환 매체를 가열하여 결과적으로 지중 열 축열조(BTES)에 저장된다. 제2 열 교환기(HX2)를 통해 지중 열 축열조(BTES)에 저장하는 경우는 연료 전지 물 탱크(HWT1)에 저장된 온수 온도(THWT)가 설정 온도 이상인 경우로, 바람직하게는 60℃이나, 이에 한정되는 것은 아니다.
태양열 집열부(300)의 집열기에서 획득한 열은 태양열 물 탱크(HWT2)에 저장되어 부하에 직접 공급되거나, 제3 열 교환기(HX3)를 통해 순환 배관부(500)에서 순환되는 순환 매체의 순환 매체를 가열하여 결과적으로 지중 열 축열조(BTES)에 열이 저장된다. 제3 열 교환기(HX3)를 통해 지중 열 축열조(BTES)에 저장하는 경우는 태양열 물 탱크(HWT2)에 저장된 온수 온도는 일사량에 따라 90℃ 이상일 수도 있으나, 바람직하게는 60℃로 설정할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
지열 수집부(200)의 지중 열 교환기(ground source)를 통해 흡수되는 지열은 제4 순환 펌프(P4) 및 히트 펌프(HP)에 의해 부하를 직접 난방 또는 냉방한다.
바람직하게는, 본 발명에 따르는 열 공급 시스템에서 순환되는 순환 매체로는 부동액 또는 물을 사용한다.
본 발명에 따르는 열 공급 시스템의 운전은 계절에 따라 난방 및 냉방을 위해 그 동작이 달라진다.
여름철에는 연료 전지의 열 생산용량은 태양열 생산용량보다 상대적으로 작고, FC의 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 온도는 60℃를 넘기지 않는 반면, 태양열 물 탱크(HWT2)의 온도는 많은 일사량에 의해 90℃ 이상으로 상승할 수 있으나, 기상 여건에 따라 온도 변화가 유동적이다. 여름철에는 지중열 축열조(BTES)의 가장자리(Edge)로부터 연료전지(FC), 태양열 물 탱크(HWT2)를 순차적으로 거쳐 지중열 축열조(BTES)의 중심(Center)까지 순환하여 지중열 축열조(BTES)에 열을 저장하는데, 태양열 난방부(300)의 제3 펌프(P3) 또는 연료 전지 난방부(100)의 제1 펌프(P1)이 작동하지 않을 경우, 열손실 최소화를 위해 바이패스하거나 전동밸브를 이용하여 방향 전환할 수도 있다.
겨울철에는 태양열 물 탱크(HWT2)의 온도(Tst.top)가 지중열 축열조(BTES)의 중심의 온도(Tbtes.c)보다 낮고 지중열 축열조(BTES)의 중심의 온도(Tbtes.c)가 50℃보다 높은 경우, 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 중심으로부터 태양열 물 탱크(HWT2), 연료 전지 물 탱크(HWT1)를 순차적으로 거쳐 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 가장자리까지 순환함으로써, 지중열 축열조(BTES)의 열을 태양열 물 탱크(HWT2)에 공급한다.
또한, 겨울철에는 태양열 물 탱크(HWT2)의 온도(Tst.top)가 지중열 축열조(BTES)의 중심의 온도(Tbtes.c)보다 높거나 지중열 축열조(BTES)의 중심의 온도(Tbtes.c)가 40℃보다 낮은 경우, 지중열 축열조(BTES)의 가장자리로부터 연료 전지 물 탱크(HWT1), 제2 순환 펌프(P2), 밸브(V16)를 순차적으로 거쳐, 지중열 축열조(BTES)의 중심까지 순환함으로써, 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 열만 지중열 축열조(BTES)로 공급한다.
또한, 겨울철에는 지중열 축열조(BTES)의 중심으로부터 연료 전지 물 탱크(HWT1), 지중 열교환기를 순차적으로 거쳐 지중열 축열조(BTES)의 가장자리까지 순환하여 부하의 지열 냉난방에 사용된다.
또한, 겨울철에는 태양열 물 탱크(HWT2)의 온도(Tst.top)가 60℃ 이상이고 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 온도(THWT)가 60℃ 이상인 경우, 지중열 축열조(BTES)의 가장자리로부터 연료 전지 물 탱크(HWT1), 태양열 물 탱크(HWT2)를 순차적으로 거쳐, 지중열 축열조(BTES)의 중심까지 순환함으로써, 열을 지중열 축열조(BTES)로 공급한다.
또한, 겨울철에는 태양열 물 탱크(HWT2)의 온도(Tst.top)가 60℃ 이상이고 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 온도(THWT)가 60℃ 이하인 경우, 지중열 축열조(BTES)의 가장자리로부터, 연료 전지 물 탱크(HWT1)를 바이패스하고, 태양열 물 탱크(HWT2)를 거쳐 지중열 축열조(BTES)의 중심까지 순환함으로써, 열을 지중열 축열조(BTES)로 공급한다.
또한, 겨울철에는 태양열 물 탱크(HWT2)의 온도(Tst.top)가 60℃ 이하이고 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 온도(THWT)가 60℃ 이상인 경우, 지중열 축열조(BTES)의 가장자리로부터, 연료 전지 물 탱크(HWT1)를 거쳐 태양열 물 탱크(HWT2)를 바이패스하고, 지중열 축열조(BTES)의 중심까지 순환함으로써, 열을 지중열 축열조(BTES)로 공급한다.
또한, 겨울철에는 지열 히트 펌프(HP)가 설정시간 이상 운전되거나 설정 온도 이하인 경우, 지중열 축열조(BTES)의 가장자리로부터, 제4 열 교환기(HX4), 연료 전지 물 탱크(HWT1), 태양열 물 탱크(HWT2)를 거쳐 지중열 축열조(BTES)의 중심까지 순환함으로써, 열을 지중열 축열조(BTES)로 공급한다.
이상 설명한 본 발명에 따르는 연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템은 연료 전지를 이용한 발전 시스템에서 전기를 생산할 때 스택에서 발생한 열을 기상 조건과 상관없이 주야로 지중열 축열조(BTES)에 저장하여, 효율적으로 사용하고, 열 공급 시스템의 옥외 구조물의 동파를 방지하고, 태양열 축열조의 상/하부의 온도 역전 현상을 방지할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 냉각수를 저장하는 연료 전지 물 탱크(HWT1)를 포함하는 연료 전지 난방부;
    지중에 설치되는 지중 열교환기(ground source)를 포함하는 지열 냉난방부;
    태양열 물 탱크(HWT2)를 포함하는 태양열 난방부;
    연료 전지 난방부와 지열 냉난방부와 태양열 난방부로부터 수집되는 열을 저장하거나, 연료 전지 난방부와 지열 냉난방부와 태양열 난방부에 열을 공급하는 지중열 축열조(BTES);
    연료 전지 난방부, 지열 냉난반부, 태양열 난방부, 지중열 축열조와 연결되어, 난방 또는 냉방시 순환 매체의 순환 경로를 전환하는 순환 배관부; 및
    연료 전지 난방부, 지열 냉난방부, 태양열 난방부에 연결되는 각각의 순환 배관의 순환 매체와 열 교환함으로써 난방 또는 냉방을 수행하는 부하를 포함하고,
    상기 순환 배관부는
    상기 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 냉각수와 열 교환시키는 제2 열교환기(HX2);
    상기 연료 전지 물 탱크(HWT1)와 제2 열교환기(HX2) 사이에 구성되는 밸브(V102);
    상기 제2 열교환기(HX2)와의 열 교환 여부를 제어할 수 있는 한 쌍의 제1 밸브(V12, V14) 및 한 쌍의 바이패스 밸브(V11, V12);
    상기 지중 열교환기(ground source)를 통해 흡수되는 지열을 순환 매체와 열 교환하는 제4 열 교환기(HX4);
    상기 제4 열 교환기(HX4)와 순환 배관부(500)와의 열 교환 여부를 제어할 수 있는 한 쌍의 제2 밸브(V19, V22) 및 한 쌍의 바이패스 밸브(V20, V21);
    상기 태양열 물 탱크(HWT2)의 온수와 열 교환시키는 제3 열 교환기(HX3);
    상기 제3 열 교환기(HX3)와의 열 교환 여부를 제어할 수 있는 한 쌍의 제3 밸브(V8, V10) 및 한 쌍의 바이패스 밸브(V7, V9);
    상기 제3 열 교환기(HX3)와 한 쌍의 제3 밸브(V8, V10) 및 한 쌍의 바이패스 밸브(V7, V9) 사이에 구성되는 제2 순환 펌프(P2); 및
    상기 태양열 물 탱크(HWT2)와 제3 열 교환기(HX3) 사이에 구성되는 제3 순환 펌프(P3)를 포함하는 것을 특징으로 하는
    연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료 전지 난방부는
    연료 공급원에서 공급되는 연료를 개질반응시켜 수소가스를 생성하는 개질기;
    외부로부터 공급되는 산소와 상기 개질기에서 생성된 수소를 전극에 노출시켜 전기 에너지를 생성하는 스택;
    상기 연료 전지 물 탱크(HWT1)와 제1 열교환기(HX1) 사이에 구성되어 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 온수가 원활하게 순환하도록 하는 제1 순환 펌프(P1);
    상기 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 냉각수를 열 교환시키는 제1 열교환기(HX1); 및
    상기 연료 전지 물 탱크(HWT1)와 제1 열교환기(HX1) 사이에 구성되는 밸브(V101)를 포함하며, 상기 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 냉각수는 상기 스택에서 발생한 열을 흡수하여, 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 냉각수의 온도가 일정 온도 이상인 경우, 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 냉각수와 열 교환되는 제 1 열교환기(HX1)에 연결된 부하측 순환배관의 순환 매체가 부하의 난방 또는 온수 공급을 직접 수행하는 것을 특징으로 하는
    연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지열 냉난방부는
    난방 또는 냉방시 지중 열 교환기에 대해 순환 매체의 순환 경로를 전환하는 히트 펌프(HP); 및
    상기 히트 펌프(HP)와 지중 열교환기 사이에 구성되는 제4 순환 펌프(P4)를 포함하고,
    상기 지중 열교환기는 지열과 순환 매체의 열을 교환하며, 히트 펌프에 연결된 부하측 순환배관의 순환 매체가 부하의 난방 또는 냉방을 직접 수행하는 것을 특징으로 하는
    연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 태양열 난방부는
    지상에 설치되는 태양열 집열기;
    상기 태양열 집열기로부터 얻어진 태양열을 저장하는 태양열 물 탱크(HWT2)와 상기 태양열 집열기 사이에 구성되어 태양열 물 탱크(HWT2)의 온수가 원활하게 순환하도록 하는 순환 펌프를 포함하여, 태양열 물 탱크(HWT2)에 연결된 부하측 순환배관의 순환 매체가 부하의 난방을 직접 수행하는 것을 특징으로 하는
    연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템.
  5. 삭제
  6. 제1항에 따르는 연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템을 운전하는 방법으로서,
    a) 태양열 물 탱크(HWT2)의 온도(Tst.top)가 지중열 축열조(BTES)의 중심의 온도(Tbtes.c)보다 낮고, 지중열 축열조(BTES)의 중심의 온도(Tbtes.c)가 50℃보다 높은 경우, 순환 매체는 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 중심으로부터 태양열 물 탱크(HWT2), 연료 전지 물 탱크(HWT1)를 순차적으로 거쳐 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 가장자리까지 순환함으로써, 지중열 축열조(BTES)의 열을 태양열 물 탱크(HWT2)에 공급하고,
    b) 태양열 물 탱크(HWT2)의 온도(Tst.top)가 지중열 축열조(BTES)의 중심의 온도(Tbtes.c)보다 높거나 지중열 축열조(BTES)의 중심의 온도(Tbtes.c)가 40℃보다 낮은 경우, 순환 매체는 지중열 축열조(BTES)의 가장자리로부터 연료 전지 물 탱크(HWT1), 제2 순환 펌프(P2), 밸브(V16)를 순차적으로 거쳐, 지중열 축열조(BTES)의 중심까지 순환함으로써, 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 열만 지중열 축열조(BTES)로 공급하고,
    c) 부하의 지열 냉난방에 사용되는 경우, 순환 매체는 지중열 축열조(BTES)의 중심으로부터 연료 전지 물 탱크(HWT1), 지중 열교환기를 순차적으로 거쳐 지중열 축열조(BTES)의 가장자리까지 순환하고,
    d) 태양열 물 탱크(HWT2)의 온도(Tst.top)가 60℃ 이상이고 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 온도(THWT)가 60℃ 이상일 경우, 순환 매체는 지중열 축열조(BTES)의 가장자리로부터 연료 전지 물 탱크(HWT1), 태양열 물 탱크(HWT2)를 순차적으로 거쳐, 지중열 축열조(BTES)의 중심까지 순환함으로써, 열을 지중열 축열조(BTES)로 공급하고,
    e) 태양열 물 탱크(HWT2)의 온도(Tst.top)가 60℃ 이상이고 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 온도(THWT)가 60℃ 이하일 경우, 순환 매체는 지중열 축열조(BTES)의 가장자리로부터, 연료 전지 물 탱크(HWT1)를 바이패스하고, 태양열 물 탱크(HWT2)를 거쳐 지중열 축열조(BTES)의 중심까지 순환함으로써, 열을 지중열 축열조(BTES)로 공급하고,
    f) 태양열 물 탱크(HWT2)의 온도(Tst.top)가 60℃ 이하이고 연료 전지 물 탱크(HWT1)의 온도(THWT)가 60℃ 이상일 경우, 순환 매체는 지중열 축열조(BTES)의 가장자리로부터, 연료 전지 물 탱크(HWT1)를 거쳐 태양열 물 탱크(HWT2)를 바이패스하고, 지중열 축열조(BTES)의 중심까지 순환함으로써, 열을 지중열 축열조(BTES)로 공급하고,
    g) 지열 히트 펌프(HP)가 설정시간 이상 운전되거나 설정 온도 이하일 경우, 순환 매체는 지중열 축열조(BTES)의 가장자리로부터, 제4 열 교환기(HX4), 연료 전지 물 탱크(HWT1), 태양열 물 탱크(HWT2)를 거쳐 지중열 축열조(BTES)의 중심까지 순환함으로써, 열을 지중열 축열조(BTES)로 공급하는 것을 특징으로 하는
    연료 전지에 의해 발생한 열을 활용하는 열 공급 시스템의 운전 방법.
  7. 삭제
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