KR102214024B1 - 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템 - Google Patents

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KR102214024B1 KR1020190101950A KR20190101950A KR102214024B1 KR 102214024 B1 KR102214024 B1 KR 102214024B1 KR 1020190101950 A KR1020190101950 A KR 1020190101950A KR 20190101950 A KR20190101950 A KR 20190101950A KR 102214024 B1 KR102214024 B1 KR 102214024B1
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황영구
차광석
황승태
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넥셀시스템(주)
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Abstract

본 발명은, 스택을 냉각시키고 나온 냉각수의 열을 건물의 난방 또는 온수 수요처에 제공하여 에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 스택으로 다시 공급되는 냉각수의 온도를 일정하게 유지할 수 있으므로 상기 스택의 안정화를 확보할 수 있다. 또한, 수열원 열교환기에서 냉각수와 온수가 서로 혼합되지 않으므로, 스택을 냉각시키는 냉각수의 유량도 일정하게 유지될 수 있는 이점이 있다. 또한, 온수 수요처에서 나온 온수를 수열원 열교환기에서 예열한 후 지역난방열원 열교환기에서 가열하도록 구성됨으로써, 지역난방열원 열교환기에서 열교환량이 감소되므로, 지역난방열원 이용 비용이 절감될 수 있다.

Description

연료전지를 이용한 열원 공급 시스템{Heat source supply system using fuel cell}
본 발명은 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 스택에서 생성된 폐열을 건물의 온풍 열원으로 이용함과 아울러, 지역난방으로부터 열원을 공급받는 온수를 예열하는 데도 이용함으로써, 에너지 이용 효율이 향상될 수 있을 뿐만 아니라 연료전지 스택의 온도를 안정화시킬 수 있는 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템에 관한 것이다.
연료전지는 스택에서 발생하는 열을 효과적으로 제거하는 것이 연료전지의 성능 확보에 있어서 필수적이다.
종래에는 연료전지의 스택의 열을 제거하기 위해서는 물 또는 부동액 등의 냉각 유체를 스택으로 유입시켜 스택의 열을 흡수한 후, 스택에서 나온 냉각 유체를 방열 열교환기에서 공기와 열교환시켜, 냉각 유체의 열을 대기중으로 방출하였다.
그러나, 연료전지 스택의 작동 온도는 60 내지 80℃이기 때문에, 냉각유체의 열을 대기 중으로 방출하는 것이 용이하지 않으며, 방열 열교환기의 열교환 면적이 증대되어야 하는 문제점이 있다. 또한, 대기의 온도가 높은 경우 열교환이 충분히 이루어지지 않는 문제점이 있다.
한국등록특허 제10-0634606호
본 발명의 목적은, 연료전지의 스택의 열을 효과적으로 방출하여 스택의 온도를 안정화시킬 수 있는 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템은, 외부의 공기를 도입하여 실내로 공급하기 위한 난방 덕트의 내부에 설치되어, 연료전지의 스택에서 나온 냉각수 중 적어도 일부의 열원을 상기 난방 덕트를 통과하는 공기에 전달하는 공기열원 열교환기와; 상기 공기열원 열교환기와 별도로 설치되고, 상기 공기열원 열교환기에서 열교환되고 나온 냉각수 또는 상기 스택에서 나온 냉각수의 열원을 온수 수요처에서 나온 온수에 전달하는 수열원 열교환기와; 상기 수열원 열교환기와 별도로 설치되고, 지역난방시스템에서 제공하는 고온수의 열원을 상기 수열원 열교환기에서 예열되고 나온 온수 또는 상기 온수 수요처에서 나온 온수에 전달하는 지역난방열원 열교환기와; 상기 스택의 출구와 상기 공기열원 열교환기의 입구를 연결하여, 상기 스택에서 나온 냉각수를 상기 공기열원 열교환기로 안내하는 스택 배출유로와; 상기 공기열원 열교환기의 출구와 상기 스택의 입구를 연결하여, 상기 공기열원 열교환기에서 나온 냉각수를 상기 스택으로 안내하는 스택 공급유로와; 상기 스택 공급유로에서 분기되어, 상기 공기열원 열교환기에서 공기와 1차 열교환되고 나온 냉각수를 상기 수열원 열교환기로 안내하는 수열원 공급유로와; 상기 수열원 열교환기의 출구와 상기 스택 공급유로를 연결하여, 상기 수열원 열교환기에서 열교환되어 나온 냉각수를 상기 스택으로 안내하는 수열원 배출유로와; 상기 스택 공급유로에서 상기 수열원 공급유로가 분기된 지점에 설치되어, 상기 수열원 공급유로의 개폐를 단속하는 제1밸브와; 상기 스택 배출유로에서 분기되어, 상기 스택에서 나온 냉각수가 상기 공기열원 열교환기를 바이패스하고 상기 수열원 열교환기로 공급되도록 안내하는 공기열원 바이패스 유로와; 상기 스택 배출유로에서 상기 공기열원 바이패스 유로가 분기된 지점에 설치되어 상기 공기열원 바이패스 유로의 개폐를 단속하는 제2밸브와; 상기 공기열원 열교환기에서 열교환되고 나온 냉각수의 온도를 측정하는 제1온도센서와; 상기 스택의 입구로 유입되기 이전의 냉각수의 온도를 측정하는 제2온도센서와; 상기 스택 공급유로에서 상기 수열원 배출유로가 연결된 지점보다 후류측에 설치되어, 상기 스택으로 유입되는 냉각수의 열을 방출하기 위한 방열기와; 상기 온수 수요처의 출구와 상기 지역난방열원 열교환기의 입구를 연결하여, 상기 온수 수요처에서 나온 온수를 상기 지역난방열원 열교환기로 안내하는 온수 배출유로와; 상기 지역난방열원 열교환기의 출구와 상기 온수 수요처의 입구를 연결하여, 상기 지역난방열원 열교환기에서 가열되고 나온 온수를 상기 온수 수요처로 안내하는 온수 공급유로와; 상기 온수 배출유로에서 분기되어 상기 수열원 열교환기를 통과하도록 형성되어, 상기 온수 수요처에서 나온 온수 중 적어도 일부가 상기 수열원 열교환기에서 예열되도록 안내하는 온수 예열유로와; 상기 온수 배출유로에서 상기 온수 예열유로가 분기된 지점에 설치되어 상기 온수 예열유로의 개폐를 단속하는 제3밸브와; 상기 온수 배출유로에서 상기 온수 예열유로가 연결된 지점보다 후류측에서 분기되어 상기 온수 공급유로로 연결되어, 상기 온수가 상기 지역난방열원 열교환기를 바이패스하도록 안내하는 지역난방열원 바이패스유로와; 상기 온수 배출유로에서 상기 지역난방열원 바이패스유로가 분기된 지점에 설치되어 상기 지역난방열원 바이패스유로의 개폐를 단속하는 제4밸브와; 상기 제1온도센서와 상기 제2온도센서에서 각각 감지된 온도에 따라 상기 제1밸브, 상기 제2밸브, 상기 제3밸브, 상기 제4밸브 및 상기 방열기의 작동을 제어하여, 상기 스택으로 공급되는 냉각수의 온도가 미리 설정된 스택 공급 온도 범위에 들도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명은, 스택을 냉각시키고 나온 냉각수의 열을 건물의 난방 또는 온수 수요처에 제공하여 에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 상기 스택으로 다시 공급되는 냉각수의 온도를 일정하게 유지할 수 있으므로 상기 스택의 안정화를 확보할 수 있다.
또한, 수열원 열교환기에서 냉각수와 온수가 서로 혼합되지 않으므로, 스택을 냉각시키는 냉각수의 유량도 일정하게 유지될 수 있는 이점이 있다.
또한, 온수 수요처에서 나온 온수를 수열원 열교환기에서 예열한 후 지역난방열원 열교환기에서 가열하도록 구성됨으로써, 지역난방열원 열교환기에서 열교환량이 감소되므로, 지역난방열원 이용 비용이 절감될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템에서 공기열원 열교환기, 수열원 열교환기 및 지역난방열원 열교환기를 모두 사용하는 작동 모드를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템에서 수열원 열교환기만 사용하는 작동 모드를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템에서 연료전지의 점검시 지역난방열원 열교환기만 사용하는 작동 모드가 도시된 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템은, 연료전지의 스택(10), 공기열원 열교환기(20), 수열원 열교환기(30), 스택 배출유로(11), 스택 공급유로(12), 수열원 공급유로(13), 수열원 배출유로(14), 공기열원 바이패스 유로(15), 방열기(40), 제1밸브(51), 제2밸브(52), 제1온도센서(61), 제2온도센서(62), 제3온도센서(63), 제4온도센서(64), 제5온도센서(65), 지역난방열원 열교환기(100), 온수 수요처(110), 온수 배출유로(111), 온수 공급유로(112), 온수 예열유로(115), 지역난방열원 바이패스유로(116), 제3밸브(53), 제4밸브(54), 제6온도센서(66), 제7온도센서(67), 제8온도센서(68), 제9온도센서(69) 및 제어부(미도시)를 포함한다.
상기 공기열원 열교환기(20)는, 외부의 공기를 도입하여 실내로 공급하기 위한 난방 덕트(2)의 내부에 설치된다. 상기 공기열원 열교환기(20)는, 상기 스택(10)에서 나온 냉각수 중 적어도 일부와 상기 난방 덕트(2)를 통과하는 공기를 서로 열교환시키는 열교환기이다.
상기 난방 덕트(2)의 내부에는 외부의 공기를 도입하기 위한 송풍팬(4)이 설치된다.
상기 수열원 열교환기(30)는, 상기 공기열원 열교환기(20)와 별도로 설치된다. 상기 수열원 열교환기(30)는, 상기 공기열원 열교환기(20)에서 열교환되고 나온 냉각수 또는 상기 스택(10)에서 나온 냉각수를 상기 온수 수요처(110)에서 나온 온수와 열교환시키는 열교환기이다. 상기 수열원 열교환기(30)는, 상기 냉각수가 통과하는 유로와 상기 온수가 통과하는 유로가 교차하게 형성되어, 상기 냉각수와 상기 온수가 섞이지 않는 구조이다. 상기 수열원 열교환기(30)는 판형 열교환기인 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 스택 배출유로(11)는, 상기 스택(10)의 출구와 상기 공기열원 열교환기(20)의 입구를 연결하는 유로이다. 상기 스택 배출유로(11)는, 상기 스택(10)에서 나온 냉각수를 상기 공기열원 열교환기로 안내한다.
상기 스택 공급유로(12)는, 상기 공기열원 열교환기(20)의 출구와 상기 스택(10)의 입구를 연결하는 유로이다. 상기 스택 공급유로(12)는, 상기 공기열원 열교환기(20)에서 열교환되어 나온 냉각수를 상기 스택(10)으로 안내하는 유로이다.
상기 수열원 공급유로(13)는, 상기 스택 공급유로(12)에서 분기되어 상기 수열원 열교환기(30)의 입구로 연결된 유로이다. 상기 수열원 공급유로(13)는, 상기 공기열원 열교환기(10)에서 열교환되어 1차 냉각된 냉각수를 상기 수열원 열교환기(30)로 안내하는 유로이다.
상기 수열원 배출유로(14)는, 상기 수열원 열교환기(30)의 출구와 상기 스택 공급유로(12)를 연결하는 유로이다. 상기 수열원 배출유로(14)는, 상기 수열원 열교환기(30)에서 열교환되어 나온 냉각수를 상기 스택으로 안내하는 유로이다. 상기 수열원 배출유로(14)는, 상기 스택 공급유로(12)에서 상기 수열원 공급유로(13)가 분기된 지점과 상기 방열기(40)가 설치된 지점 사이에 연결된다.
상기 공기열원 바이패스 유로(15)는, 상기 스택(10)에서 나온 냉각수가 상기 공기열원 열교환기(20)를 바이패스하여 상기 수열원 공급유로(13)로 유입되도록 형성된 유로이다. 상기 공기열원 바이패스 유로(15)는, 상기 스택 배출유로(11)에서 분기되어 상기 수열원 공급유로(13)로 연결된 유로이다.
상기 방열기(40)는, 상기 스택 공급유로(12)에 설치되어, 상기 스택(10)으로 유입되기 전의 냉각수의 온도에 따라 냉각수의 열을 선택적으로 방열하기 위한 장치이다. 상기 방열기(40)는, 상기 스택 공급유로(12)에서 상기 수열원 배출유로(14)가 연결된 지점보다 후류측에 설치된다. 상기 방열기(40)는 방열팬(41)을 포함한다.
상기 제1밸브(51)는, 상기 스택 공급유로(12)에서 상기 수열원 공급유로(13)가 분기된 지점에 설치되어, 상기 수열원 공급유로(13)의 개폐를 단속하는 밸브이다. 상기 제1밸브(51)는, 삼방밸브인 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 제2밸브(52)는, 상기 스택 배출유로(11)에서 상기 공기열원 바이패스 유로(15)가 분기된 지점에 설치되어, 상기 공기열원 바이패스 유로(15)의 개폐를 단속하는 밸브이다. 상기 제2밸브(52)는 삼방밸브인 것으로 예를 들어 설명한다.
상기 제1온도센서(61)는, 상기 공기열원 열교환기(20)에서 열교환되고 나온 냉각수의 온도를 측정한다.
상기 제2온도센서(62)는, 상기 스택(10)의 입구로 유입되기 이전의 냉각수의 온도를 측정한다. 상기 제2온도센서(62)는 상기 스택 공급유로(12)에서 상기 방열기(40)보다 상류측에 설치되어, 상기 방열기(40)를 통과하기 전의 냉각수의 온도를 측정하여, 상기 제어부(미도시)는 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도에 따라 상기 방열기(40)의 작동을 제어한다.
상기 제3온도센서(63)는, 상기 수열원 열교환기(30)로 공급되는 냉각수의 온도를 측정한다. 상기 제3온도센서(63)는 상기 수열원 공급유로(13)에 설치된다.
상기 제4온도센서(64)는, 상기 수열원 열교환기(30)에서 배출되는 냉각수의 온도를 측정한다. 상기 제4온도센서(64)는 상기 수열원 배출유로(14)에 설치된다. 상기 제3온도센서(63)에서 측정한 온도와 상기 제4온도센서(64)에서 측정한 온도의 차이에 따라 상기 수열원 열교환기(30)에서의 열교환율을 알 수 있다.
상기 제5온도센서(65)는, 상기 난방 덕트(2)의 내부에 설치되어, 상기 공기열원 열교환기(20)를 통과한 공기의 온도를 측정한다.
상기 지역난방열원 열교환기(100)는, 아파트 단지 등의 중앙 설비실에 설치되어, 열병합 발전소 등과 같은 지역난방시스템으로부터 제공되는 고온수와 각 세대로 공급되는 온수를 열교환시키는 공동주택 열교환기이다. 상기 지역난방열원 열교환기(100)는, 상기 지역난방시스템에서 공급되는 고온수의 열원을 상기 온수에 전달한다. 상기 지역난방열원 열교환기(100)에는 상기 고온수가 통과하는 고온수 유로(101)가 연결된다.
상기 온수 수요처(110)는, 상기 온수를 필요로 하는 수요처이다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 온수 수요처(110)는 급탕 용수를 필요로 하는 수요처도 포함할 수 있으며, 상기 수열원 열교환기(30) 또는 상기 지역난방열원 열교환기(110)에서 열원을 공급받은 온수는 난방 용수 뿐만 아니라 상기 급탕 용수로도 사용가능하다. 상기 온수 수요처(110)는 각 세대인 것도 가능하고, 상기 온수를 일시 저장한 후 각 세대로 공급하기 위한 온수 탱크인 것도 가능하다.
상기 온수 배출유로(111)는, 상기 온수 수요처(110)의 출구와 상기 지역난방열원 열교환기(100)의 입구를 연결하는 유로이다. 상기 온수 배출유로(111)는, 상기 온수 수요처(110)에서 배출된 온수를 상기 지역난방열원 열교환기(100)로 안내하는 유로이다.
상기 온수 공급유로(112)는, 상기 지역난방열원 열교환기(100)의 출구와 상기 온수 수요처(110)의 입구를 연결하는 유로이다. 상기 온수 공급유로(112)는, 상기 지역난방열원 열교환기(100)에서 가열되고 나온 온수를 상기 온수 수요처(110)로 안내하는 유로이다.
상기 온수 예열유로(115)는, 상기 온수 배출유로(111)에서 분기되어, 상기 수열원 열교환기(30)를 통과하도록 형성된 유로이다. 상기 온수 예열유로(115)는, 상기 온수 수요처(110)에서 나온 온수 중 적어도 일부가 상기 수열원 열교환기(30)에서 열교환되어 예열되도록 안내하는 유로이다.
상기 제3밸브(53)는, 상기 온수 배출유로(111)에서 상기 온수 예열유로(115)가 분기된 지점에 설치되어 상기 온수 예열유로(115)의 개폐를 단속하는 밸브이다. 상기 제3밸브(53)는, 삼방밸브인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 제3밸브(53)는 개도가 제어되어, 상기 온수 예열유로(115)로 유입되는 온수의 유량을 제어할 수도 있다.
상기 지역난방열원 바이패스유로(116)는, 상기 온수 배출유로(111)에서 상기 온수 예열유로(115)의 토출단이 연결된 지점보다 후류측에서 분기되어 상기 온수 공급유로(112)로 연결된 유로이다. 상기 지역난방열원 바이패스유로(116)는, 상기 온수가 상기 지역난방열원 열교환기를 바이패스하도록 안내한다.
상기 제4밸브(54)는, 상기 온수 배출유로(111)에서 상기 지역난방열원 바이패스유로(116)가 분기된 지점에 설치되어 상기 지역난방열원 바이패스유로(116)의 개폐를 단속하는 밸브이다.
상기 제6온도센서(66)는, 상기 온수 공급유로(112)에 설치되어 상기 온수 수요처(110)로 공급되는 온수의 온도를 측정한다.
상기 제7온도센서(67)는, 상기 온수 배출유로(111)에 설치되어 상기 온수 수요처(110)에서 나오는 온수의 온도를 측정한다.
상기 제8온도센서(68)는, 상기 고온수 유로(101)에 설치되어, 상기 지여난방열원 열교환기(100)로 유입되는 고온수의 온도를 측정한다.
상기 제9온도센서(69)는 상기 고온수 유로(101)에 설치되어, 상기 지역난방열원 열교환기(100)에서 열교환 후 배출되는 고온수의 온도를 측정한다. 상기 제8온도센서(68)에서 측정한 온도와 상기 제9온도센서(69)에서 측정한 온도의 차이는 난방비 계산에 이용된다.
상기 제어부(미도시)는, 상기 제1온도센서(61) 내지 상기 제7온도센서(67)에서 각각 감지된 온도를 입력받고, 이에 따라 상기 제1밸브(51), 상기 제2밸브(52), 상기 제3밸브(53) 및 상기 방열기(40)의 방열팬(41)의 회전속도, 상기 송풍팬(4)의 회전속도 등을 제어한다. 따라서, 상기 제어부(미도시)는, 상기 스택(10)으로 공급되는 냉각수의 온도가 미리 설정된 스택 공급 온도 범위에 들도록 제어한다.
또한, 상기 열원 공급 시스템은, 실외 온도를 입력받는 입력부(미도시)를 더 포함한다. 상기 입력부(미도시)는 외부 기상청 등으로부터 실외 온도를 전송받는 것도 가능하고, 건물의 외부에 실외 온도 감지 센서를 설치하여 실외 온도를 측정하는 것도 가능하다. 상기 실외 온도가 상기 설정 실외온도보다 낮으면, 상기 난방 덕트(2)에서 가열된 공기를 실내에 공급하고, 상기 지역난방열원 열교환기(100)나 상기 수열원 열교환기(30)를 이용해 가열된 온수를 각 세대에 난방 용수나 급탕 용수로 공급하는 겨울철 난방 운전 모드를 수행하는 것으로 예를 들어 설명한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 연료전지를 이용한 열원 공급시스템의 작동을 설명하면, 다음과 같다.
먼저, 도 1을 참조하면, 상기 스택(10)에서 나온 냉각수의 열을 공기열원으로만 이용하고, 상기 온수 수요처(110)에서 나온 온수는 상기 지역난방열원만을 이용하여 가열하는 작동모드를 나타낸다. 즉, 상기 공기열원 열교환기(20)와 상기 지역난방열원 열교환기(100)는 사용하고, 상기 수열원 열교환기(30)는 사용하지 않는다.
상기 공기열원 열교환기(20)와 상기 지역난방열원 열교환기(100)를 사용하는 경우, 실외 온도가 미리 설정된 설정 실외온도보다 낮아서 난방 수요가 있고, 온수 수요도 있는 경우이고, 상기 제1온도센서(61)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위 이내인 경우이다.
상기 제어부(미도시)는, 상기 실외 온도가 상기 설정 실외온도보다 낮아서 난방 수요가 있고, 상기 제1온도센서(61)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위 이내이면, 상기 제1밸브(51)가 상기 수열원 공급유로(13)를 차폐하고, 상기 제2밸브(52)가 상기 공기열원 바이패스 유로(15)를 차폐하고, 상기 제3밸브(53)가 상기 온수 예열유로(115)를 차폐하고, 상기 제4밸브(54)가 상기 지역난방열원 바이패스유로(116)를 차폐하도록 제어한다.
먼저, 난방 수요 및 온수 수요가 있고, 상기 제1온도센서(61)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위 이내인 경우, 상기 스택(10)에서 나온 냉각수의 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
상기 제1밸브(51)가 상기 수열원 공급유로(13)를 차폐하고, 상기 제2밸브(52)가 상기 공기열원 바이패스 유로(15)를 차폐하면, 상기 스택(10)을 냉각시키고 나온 냉각수는 상기 스택 배출유로(11)를 통해 상기 공기열원 열교환기(20)로 공급된다.
상기 공기열원 열교환기(20)로 공급된 냉각수는 상기 난방 덕트(2)의 내부로 유입된 외부의 공기와 열교환한다. 상기 냉각수는 상기 공기에 열원을 제공하여 냉각되고, 상기 공기는 상기 냉각수의 열을 흡수하여 온도가 상승하게 된다.
상기 공기열원 열교환기(20)에서 온도가 상승된 공기는 실내로 직접 공급되거나 실내 난방을 위한 난방장치로 공급될 수 있다.
이 때, 상기 제5온도센서(65)는, 상기 공기열원 열교환기(20)에서 열교환되어 가열된 공기의 온도를 측정한다. 상기 제어부(미도시)는 상기 제5온도센서(65)에서 감지된 온도를 상기 난방 장치로 전송하여, 상기 난방장치의 작동시 참고될 수 있다.
상기 공기열원 열교환기(20)에서 냉각되어 배출된 냉각수는 상기 수열원 공급유로(13)로 유입되지 않고, 상기 스택 공급유로(12)를 통해 상기 스택(10)으로 다시 순환된다.
이 때, 상기 제어부(미도시)는, 상기 스택 공급유로(12)를 통과하는 냉각수의 온도에 따라 상기 방열기(40)의 작동을 제어한다.
상기 제어부(미도시)는, 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 높으면, 상기 방열기(40)를 작동시킨다.
상기 방열기(40)를 작동시키면 상기 스택 공급유로(12)를 통해 상기 스택(10)으로 유입되는 냉각수의 온도가 낮아질 수 있다. 상기 방열기(40)의 작동시 상기 방열팬(41)의 회전속도를 제어하여, 상기 냉각수의 온도가 낮아지는 정도를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 수열원 공급유로(13)가 차폐된 상태에서 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 낮으면, 상기 방열기(40)의 작동은 정지시키고, 상기 난방 덕트(2)에 설치된 상기 송풍팬(4)의 회전속도를 감소시켜, 상기 공기열원 열교환기(20)로 공급되는 공기의 유량을 감소시킨다. 즉, 상기 공기열원 열교환기(20)에서 열교환율을 감소시켜, 상기 공기열원 열교환기(20)에서 나온 냉각수의 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위이내이면, 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도에 따라 상기 방열팬(41)의 회전속도를 비례 제어할 수 있다.
따라서, 상기 스택(10)에서 나온 냉각수의 열을 난방 또는 온수 수요처에 제공하여 에너지 이용 효율을 향상시키면서도, 상기 스택(10)으로 다시 공급되는 냉각수의 온도를 일정하게 유지할 수 있으므로 상기 스택(10)의 안정화를 확보할 수 있다. 또한, 상기 스택(10)으로 공급되는 냉각수의 유량도 일정하게 유지될 수 있다.
한편, 난방 수요 및 온수 수요가 있고, 상기 제1온도센서(61)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위 이내인 경우, 상기 온수 수요처(110)에서 나온 온수의 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
상기 제어부(미도시)가 상기 제3밸브(53)가 상기 온수 예열유로(115)를 차폐하고, 상기 제4밸브(54)가 상기 지역난방열원 바이패스유로(116)를 차폐하도록 제어하면, 상기 온수 수요처(110)에서 나온 온수는 상기 수열원 열교환기(30)를 바이패스한 후 상기 지역난방열원 열교환기(100)로 공급된다.
상기 지역난방열원 열교환기(100)로 공급된 온수는 상기 지역난방열원 열교환기(100)에서 열교환되어 가열된 후, 상기 온수 수요처(110)로 다시 순환된다.
상기 온수 수요처(110)로 공급된 온수는 난방 용수나 급탕 용수로 사용될 수 있다.
상기와 같이, 겨울철 난방 수요가 있더라도 상기 공기열원 열교환기(20)에서 나온 냉각수의 온도가 상기 스택 공급 온도 범위이면, 상기 수열원 열교환기(30)를 사용하지 않음으로써, 상기 공기열원 열교환기(20)에서 나온 냉각수의 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 상기 수열원 열교환기(30)를 사용하지 않더라도 상기 온수는 상기 지역난방열원 열교환기(100)를 통해 가열될 수 있다.
한편, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템에서 공기열원 열교환기, 수열원 열교환기 및 지역난방열원 열교환기를 모두 사용하는 작동 모드를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 상기 스택(10)에서 나온 냉각수의 열을 공기열원과 수열원으로 모두 이용하고, 상기 온수 수요처(110)에서 나온 온수는 상기 수열원과 상기 지역난방열원을 모두 이용하여 가열하는 작동모드를 나타낸다.
상기 공기열원 열교환기(20), 상기 수열원 열교환기(30) 및 상기 지역난방열원 열교환기(100)를 모두 사용하는 경우는, 상기 실외 온도가 상기 설정 실외온도보다 낮아서 난방 수요 및 온수 수요가 있고, 상기 제1온도센서(61)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 높은 경우이다.
먼저, 난방 수요 및 온수 수요가 있고, 상기 제1온도센서(61)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 높은 경우, 상기 스택(10)에서 나온 냉각수의 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
상기 제어부(미도시)는, 상기 제1밸브(51)가 상기 수열원 공급유로(13)를 개방하고, 상기 제2밸브(52)가 상기 공기열원 바이패스 유로(15)를 차폐하고, 상기 제3밸브(53)가 상기 온수 예열유로(115)를 개방하고, 상기 제4밸브(54)가 상기 지역난방열원 바이패스유로(116)를 차폐하도록 제어한다.
상기 제1밸브(51)가 상기 수열원 공급유로(13)를 개방하고, 상기 제2밸브(52)가 상기 공기열원 바이패스 유로(15)를 차폐하면, 상기 스택(10)을 냉각시키고 나온 냉각수는 상기 스택 배출유로(11)를 통해 배출 후, 상기 공기열원 열교환기(20)로 유입된다.
상기 공기열원 열교환기(20)로 공급된 냉각수는 상기 난방 덕트(2)의 내부로 유입된 외부의 공기와 열교환한다. 상기 냉각수는 상기 공기에 열원을 제공하여 냉각되고, 상기 공기는 상기 냉각수의 열을 흡수하여 온도가 상승하게 된다.
상기 공기열원 열교환기(20)에서 온도가 상승된 공기는 실내로 직접 공급되거나 실내 난방을 위한 난방장치로 공급될 수 있다.
이 때, 상기 제5온도센서(65)는, 상기 공기열원 열교환기(20)에서 열교환되어 가열된 공기의 온도를 측정한다. 상기 제어부(미도시)는 상기 제5온도센서(65)에서 감지된 온도를 상기 난방 장치로 전송하여, 상기 난방장치의 작동시 참고될 수 있다.
상기 공기열원 열교환기(20)에서 1차로 냉각되어 배출된 냉각수는 상기 수열원 공급유로(13)를 통해 상기 수열원 열교환기(30)로 공급된다.
상기 수열원 열교환기(30)에서는 상기 냉각수와 상기 온수 수요처(110)에서 나온 온수가 서로 열교환한다. 상기 수열원 열교환기(30)의 내부는 상기 냉각수가 흐르는 유로와 상기 온수가 흐르는 유로가 서로 별도로 형성되어, 상기 냉각수와 상기 온수가 서로 혼합되지 않은 상태에서 열교환만 이루어질 수 있다.
상기 수열원 열교환기(30)에서 상기 냉각수는 상기 온수에 열을 공급하여 2차로 냉각되고, 상기 온수는 상기 냉각수의 열을 흡수하여 예열된다.
상기 수열원 열교환기(20)에서 2차로 냉각된 냉각수는 상기 수열원 배출유로(14)를 통해 배출된다. 상기 수열원 배출유로(14)를 통과한 냉각수는 상기 스택 공급유로(12)를 통해 상기 스택(10)으로 다시 순환된다.
따라서, 상기 스택(10)에서 나온 냉각수는, 상기 공기열원 열교환기(20)에서 1차로 냉각된 후, 상기 수열원 열교환기(30)에서 2차로 냉각될 수 있다.
또한, 상기 제어부(미도시)는 상기 제3온도센서(63)에서 감지된 온도와 상기 제4온도센서(64)에서 감지된 온도의 차이에 따라 상기 제3밸브(53)의 개도를 제어하여, 상기 수열원 열교환기(20)에서 열교환되는 유량을 제어함으로써, 상기 수열원 열교환기(20)에서 배출되는 냉각수의 온도를 제어할 수 있다.
또한, 상기와 같은 작동 중, 상기 제어부(미도시)는 상기 제1온도센서(61)에서 감지된 온도가 미리 설정된 스택 공급 온도 범위 이내가 되면, 상기 제1밸브(51)가 상기 수열원 공급유로(13)를 다시 차폐하도록 제어할 수 있다.
상기 스택 공급 온도 범위는 30 내지 40℃인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 스택(10)으로 공급되는 냉각수의 온도가 일정해야 상기 스택(10)이 안정화될 수 있다.
상기 제1온도센서(61)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위 이내이면, 상기 공기열원 열교환기(20)에서 상기 냉각수의 냉각이 충분히 이루어졌다고 판단하여, 상기 수열원 열교환기(30)의 사용을 중단할 수 있다.
또한, 상기 제어부(미도시)는 상기 제1온도센서(61)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 높으면, 상기 제1밸브(51)가 상기 수열원 공급유로(13)를 개방한 상태를 유지시킨다. 따라서, 상기 공기열원 열교환기(20)에서 열교환되어 1차로 냉각된 냉각수는 상기 수열원 열교환기(30)에서 열교환되어 2차 냉각될 수 있다.
또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도에 따라 상기 방열기(40)의 작동을 제어한다.
상기 제어부(미도시)는, 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 높으면, 상기 방열기(40)를 작동시킨다.
상기 방열기(40)를 작동시키면 상기 스택 공급유로(12)를 통해 상기 스택(10)으로 유입되는 냉각수의 온도가 낮아질 수 있다. 상기 방열기(40)의 작동시 상기 방열팬(41)의 회전속도를 제어하여, 상기 냉각수의 온도가 낮아지는 정도를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 낮고, 상기 수열원 공급유로(13)가 차폐된 상태이면, 상기 방열기(40)의 작동은 정지시키고, 상기 난방 덕트(2)에 설치된 상기 송풍팬(4)의 회전속도를 감소시켜, 상기 공기열원 열교환기(20)로 공급되는 공기의 유량을 감소시킨다. 즉, 상기 공기열원 열교환기(20)에서 열교환율을 감소시켜, 상기 공기열원 열교환기(20)에서 나온 냉각수의 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 낮아지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 낮고, 상기 수열원 공급유로(13)가 개방된 상태이면, 상기 방열기(40)의 작동은 정지시키고, 상기 제3밸브(53)의 개도를 감소시켜 상기 수열원 열교환기(30)로 공급되는 온수의 유량을 감소시킨다. 즉, 상기 수열원 열교환기(30)에서 열교환율을 감소시켜, 상기 수열원 열교환기(30)에서 나온 냉각수의 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 이후, 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위 이내로 상승하지 않으면, 상기 수열원 공급유로(13)를 차폐할 수 있다.
또한, 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위이내이면, 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도에 따라 상기 방열팬(41)의 회전속도를 비례 제어할 수 있다.
따라서, 상기 스택(10)에서 나온 냉각수의 열을 난방 또는 온수 수요처에 제공하여 에너지 이용 효율을 향상시키면서도, 상기 스택(10)으로 다시 공급되는 냉각수의 온도를 일정하게 유지할 수 있으므로 상기 스택(10)의 안정화를 확보할 수 있다. 또한, 상기 스택(10)으로 공급되는 냉각수의 유량도 일정하게 유지될 수 있다.
한편, 난방 수요 및 온수 수요가 있고, 상기 제1온도센서(61)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 높은 경우, 상기 온수 수요처(110)에서 나온 온수의 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
상기 제어부(미도시)가 상기 제3밸브(53)가 상기 온수 예열유로(115)를 개방하고, 상기 제4밸브(54)가 상기 지역난방열원 바이패스유로(116)를 차폐하도록 제어하면, 상기 온수 수요처(110)에서 나온 온수는 상기 수열원 열교환기(30)를 통과한 후 상기 지역난방열원 열교환기(100)로 공급된다.
상기 수열원 열교환기(30)에서는, 상기 공기열원 열교환기(20)에서 1차 냉각된 냉각수와 상기 온수 수요처(110)에서 나온 온수가 서로 열교환한다.
상기 지역난방열원 열교환기(100)에서는, 상기 수열원 열교환기(30)에서 예열된 온수와 상기 지역난방시스템에서 제공되는 고온수가 서로 열교환된다. 상기 온수는 상기 고온수에 의해 가열된 후, 상기 온수 수요처(110)로 다시 순환된다.
여기서, 상기 온수는 상기 수열원 열교환기(30)에서 미리 예열된 후, 상기 지역난방열원 열교환기(100)에서 2차로 가열됨으로써, 상기 지역난방 열교환기(100)에서 열교환량이 감소될 수 있다. 즉, 상기 온수가 상기 수열원 열교환기(30)에서 예열된 후 상기 지역난방열원 열교환기(100)로 공급됨으로써, 상기 지역난방열원 열교환기(100)의 열손실이 줄어들기 때문에, 상기 지역난방열원 열교환기(100)에서 토출되는 고온수의 토출온도가 높아진다. 상기 제8온도센서(68)에서 감지된 고온수의 유입온도와 상기 제9온도센서(69)에서 감지된 고온수의 토출온도의 차이에 따라 난방비가 계산되는 바, 상기 고온수의 토출온도가 높아지므로, 난방비가 절감될 수 있다.
따라서, 겨울철 난방 수요가 있을 때 상기 공기열원 열교환기(20)에서 나오는 냉각수의 온도에 따라 상기 수열원 열교환기(30)를 선택적으로 사용함으로써, 상기 스택(10)으로 공급되는 냉각수의 온도 및 유량을 일정하게 유지하여 상기 스택(10)의 안정화를 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 상기 온수 수요처(110)로 공급되는 온수를 예열함으로써 에너지 이용효율이 향상되고, 지역난방열원 이용 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템에서 수열원 열교환기만 사용하는 작동 모드가 도시된 도면이다.
도 3을 참조하면, 상기 스택(10)에서 나온 냉각수의 열을 수열원으로만 이용하고, 상기 온수 수요처(110)에서 나온 온수는 상기 수열원만을 이용하여 가열하는 작동모드를 나타낸다. 즉, 상기 공기열원 열교환기(20)와 상기 지역난방열원 열교환기(100)는 사용하지 않고, 상기 수열원 열교환기(30)만을 사용한다.
상기 공기열원 열교환기(20)와 상기 지역난방열원 열교환기(100)는 사용하지 않고, 상기 수열원 열교환기(30)만을 사용하는 경우는, 실외 온도가 상기 설정 실외온도보다 높아서 난방 수요가 없는 여름철이나 간절기이거나, 겨울철에 난방 수요가 없는 경우이며, 이하 간절기 운전이라고 예를 들어 설명한다.
상기 간절기 운전시 상기 제어부(미도시)는, 상기 제1밸브(51)가 상기 공기열원 바이패스유로(15)를 개방하고, 상기 제3밸브(53)는 상기 온수 예열유로(115)를 개방하고, 상기 제4밸브(54)는 상기 지역난방열원 바이패스유로(116)는 개방하도록 제어한다.
먼저, 상기 간절기 운전시 상기 스택(10)에서 나온 냉각수의 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
상기 제1밸브(51)가 상기 공기열원 바이패스유로(15)를 개방하면, 상기 스택(10)을 냉각시키고 나온 냉각수는 상기 스택 배출유로(11)를 통해 배출된 후, 상기 공기열원 바이패스유로(15)를 통해 상기 수열원 열교환기(30)로 바로 공급된다. 즉, 상기 냉각수는 상기 공기열원 열교환기(20)로 유입되지 않는다.
상기 수열원 열교환기(30)에서는 상기 냉각수와 상기 온수 수요처(110)에서 나온 온수가 서로 열교환한다. 상기 수열원 열교환기(30)의 내부는 상기 냉각수가 흐르는 유로와 상기 온수가 흐르는 유로가 서로 별도로 형성되어, 상기 냉각수와 상기 온수가 서로 혼합되지 않은 상태에서 열교환만 이루어질 수 있다.
상기 수열원 열교환기(20)에서 냉각된 냉각수는 상기 수열원 배출유로(14)를 통과한 후, 상기 스택 공급유로(12)를 통해 상기 스택(10)으로 다시 공급된다.
이 때, 상기 제어부(미도시)는 상기 제3온도센서(63)에서 감지된 온도와 상기 제4온도센서(64)에서 감지된 온도의 차이에 따라 상기 제3밸브(53)의 개도를 제어하여, 상기 수열원 열교환기(20)에서 열교환되는 유량을 제어함으로써, 상기 수열원 열교환기(20)에서 배출되는 냉각수의 온도를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 높으면, 상기 방열기(40)를 추가적으로 작동시킨다.
상기 방열기(40)를 작동시키면 상기 스택 공급유로(12)를 통해 상기 스택(10)으로 유입되는 냉각수의 온도가 낮아질 수 있다. 상기 방열기(40)의 작동시 상기 방열팬(41)의 회전속도를 제어하여, 상기 냉각수의 온도가 낮아지는 정도를 제어할 수 있다.
또한, 상기 제어부(미도시)는, 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 낮으면, 상기 방열기(40)의 작동은 정지시키고, 상기 제3밸브(53)의 개도를 감소시켜 상기 수열원 열교환기(30)로 공급되는 온수의 유량을 감소시킨다. 즉, 상기 수열원 열교환기(30)에서 열교환율을 감소시켜, 상기 수열원 열교환기(30)에서 나온 냉각수의 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 이후, 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위 이내로 상승하지 않으면, 상기 수열원 공급유로(13)를 일시적으로 차폐할 수 있다.
또한, 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위이내이면, 상기 제2온도센서(62)에서 감지된 온도에 따라 상기 방열팬(41)의 회전속도를 비례 제어할 수 있다.
따라서, 상기 스택(10)에서 나온 냉각수의 열을 난방 또는 온수 수요처에 제공하여 에너지 이용 효율을 향상시키면서도, 상기 스택(10)으로 다시 공급되는 냉각수의 온도를 일정하게 유지할 수 있으므로 상기 스택(10)의 안정화를 확보할 수 있다. 또한, 상기 스택(10)으로 공급되는 냉각수의 유량도 일정하게 유지될 수 있다.
한편, 상기 간절기 운전시 상기 온수 수요처(110)에서 나온 온수의 흐름을 살펴보면 다음과 같다.
상기 제3밸브(53)가 상기 온수 예열유로(115)를 개방하고, 상기 제4밸브(54)가 상기 지역난방열원 바이패스유로(116)는 개방하도록 제어하면, 상기 온수 수요처(110)에서 나온 온수는 상기 수열원 열교환기(30)를 통과한 후 상기 지역난방열원 바이패스유로(116)를 통해 상기 온수 수요처(110)로 다시 순환한다.
상기 수열원 열교환기(30)에서는, 상기 공기열원 열교환기(20)에서 1차 냉각된 냉각수와 상기 온수 수요처(110)에서 나온 온수가 서로 열교환한다.
상기 수열원 열교환기(30)에서 가열된 온수는 상기 지역난방열원 바이패스유로(116)를 통과하고, 상기 지역난방열원 열교환기(100)는 통과하지 않는다.
상기 간절기 운전시, 상기 온수 수요처(110)에서는 온수를 난방용수가 아닌 급탕용수로만 사용하기 때문에, 상기 온수 수요처(110)에서 요구하는 온수 온도는 난방 운전시 요구하는 온수 온도보다 낮다. 따라서, 상기 간절기 운전시 상기 온수를 가열하는 데 상기 수열원 열교환기(30)만을 사용하여도 충분하며, 상기 지역난방열원 열교환기(100)를 사용하지 않아도 되므로, 비용이 절감될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템에서 연료전지의 점검시 지역난방열원 열교환기만 사용하는 작동 모드가 도시된 도면이다.
도 4를 참조하면, 연료전지의 점검 등으로 인해 연료전지의 작동 정지시 상기 공기열원 열교환기(20)와 상기 수열원 열교환기(30)는 모두 사용하지 않으나, 상기 지역난방열원 열교환기(100)는 사용하여 상기 온수 수요처(110)의 온수 수요에 대응할 수 있다.
상기 실외 온도가 상기 설정 실외온도보다 낮아서 난방 수요가 있거나, 상기 실외 온도가 상기 설정 실외온도보다 높아서 난방 수요는 없으나 온수 수요만 있는 경우, 상기 연료전지의 점검 등으로 인해 연료전지의 작동이 정지되면, 상기 스택(10)으로부터 냉각수가 나오지 않는다.
이 때, 상기 제어부(미도시)는, 상기 제3밸브(53)가 상기 온수 예열유로(115)를 차폐하고, 상기 제4밸브(54)가 상기 지역난방열원 바이패스유로(116)는 차폐하도록 제어한다.
상기 온수 수요처(110)에서 나온 온수는 상기 수열원 열교환기(30)를 바이패스한 후 상기 지역난방열원 열교환기(100)로 공급된다.
상기 지역난방열원 열교환기(100)로 공급된 온수는 상기 지역난방열원 열교환기(100)에서 열교환되어 가열된 후, 상기 온수 수요처(110)로 다시 순환된다.
상기 온수 수요처(110)로 공급된 온수는 난방 용수나 급탕 용수로 사용될 수 있다.
상기와 같이, 겨울철 난방 수요가 있는 경우, 상기 연료전지가 점검 등으로 인해 작동이 정지되더라도, 상기 지역난방열원 열교환기(100)를 사용하여 난방 용수를 공급할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 스택 11: 스택 배출유로
12: 스택 공급유로 15: 공기열원 바이패스 유로
20: 공기열원 열교환기 30: 수열원 열교환기
40: 방열기 51: 제1밸브
52: 제2밸브 53: 제3밸브
54: 제4밸브 100: 지역난방열원 열교환기
110: 온수 수요처 115: 온수 예열유로
116: 지역난방열원 바이패스유로

Claims (8)

  1. 외부의 공기를 도입하여 실내로 공급하기 위한 난방 덕트의 내부에 설치되어, 연료전지의 스택에서 나온 냉각수 중 적어도 일부의 열원을 상기 난방 덕트를 통과하는 공기에 전달하는 공기열원 열교환기와;
    상기 공기열원 열교환기와 별도로 설치되고, 상기 공기열원 열교환기에서 열교환되고 나온 냉각수 또는 상기 스택에서 나온 냉각수의 열원을 온수 수요처에서 나온 온수에 전달하는 수열원 열교환기와;
    상기 수열원 열교환기와 별도로 설치되고, 지역난방시스템에서 제공하는 고온수의 열원을 상기 수열원 열교환기에서 예열되고 나온 온수 또는 상기 온수 수요처에서 나온 온수에 전달하는 지역난방열원 열교환기와;
    상기 스택의 출구와 상기 공기열원 열교환기의 입구를 연결하여, 상기 스택에서 나온 냉각수를 상기 공기열원 열교환기로 안내하는 스택 배출유로와;
    상기 공기열원 열교환기의 출구와 상기 스택의 입구를 연결하여, 상기 공기열원 열교환기에서 나온 냉각수를 상기 스택으로 안내하는 스택 공급유로와;
    상기 스택 공급유로에서 분기되어, 상기 공기열원 열교환기에서 공기와 1차 열교환되고 나온 냉각수를 상기 수열원 열교환기로 안내하는 수열원 공급유로와;
    상기 수열원 열교환기의 출구와 상기 스택 공급유로를 연결하여, 상기 수열원 열교환기에서 열교환되어 나온 냉각수를 상기 스택으로 안내하는 수열원 배출유로와;
    상기 스택 공급유로에서 상기 수열원 공급유로가 분기된 지점에 설치되어, 상기 수열원 공급유로의 개폐를 단속하는 제1밸브와;
    상기 스택 배출유로에서 분기되어, 상기 스택에서 나온 냉각수가 상기 공기열원 열교환기를 바이패스하고 상기 수열원 열교환기로 공급되도록 안내하는 공기열원 바이패스 유로와;
    상기 스택 배출유로에서 상기 공기열원 바이패스 유로가 분기된 지점에 설치되어 상기 공기열원 바이패스 유로의 개폐를 단속하는 제2밸브와;
    상기 공기열원 열교환기에서 열교환되고 나온 냉각수의 온도를 측정하는 제1온도센서와;
    상기 스택의 입구로 유입되기 이전의 냉각수의 온도를 측정하는 제2온도센서와;
    상기 스택 공급유로에서 상기 수열원 배출유로가 연결된 지점보다 후류측에 설치되어, 상기 스택으로 유입되는 냉각수의 열을 방출하기 위한 방열기와;
    상기 온수 수요처의 출구와 상기 지역난방열원 열교환기의 입구를 연결하여, 상기 온수 수요처에서 나온 온수를 상기 지역난방열원 열교환기로 안내하는 온수 배출유로와;
    상기 지역난방열원 열교환기의 출구와 상기 온수 수요처의 입구를 연결하여, 상기 지역난방열원 열교환기에서 가열되고 나온 온수를 상기 온수 수요처로 안내하는 온수 공급유로와;
    상기 온수 배출유로에서 분기되어 상기 수열원 열교환기를 통과하도록 형성되어, 상기 온수 수요처에서 나온 온수 중 적어도 일부가 상기 수열원 열교환기에서 예열되도록 안내하는 온수 예열유로와;
    상기 온수 배출유로에서 상기 온수 예열유로가 분기된 지점에 설치되어 상기 온수 예열유로의 개폐를 단속하는 제3밸브와;
    상기 온수 배출유로에서 상기 온수 예열유로가 연결된 지점보다 후류측에서 분기되어 상기 온수 공급유로로 연결되어, 상기 온수가 상기 지역난방열원 열교환기를 바이패스하도록 안내하는 지역난방열원 바이패스유로와;
    상기 온수 배출유로에서 상기 지역난방열원 바이패스유로가 분기된 지점에 설치되어 상기 지역난방열원 바이패스유로의 개폐를 단속하는 제4밸브와;
    상기 제1온도센서와 상기 제2온도센서에서 각각 감지된 온도에 따라 상기 제1밸브, 상기 제2밸브, 상기 제3밸브, 상기 제4밸브 및 상기 방열기의 작동을 제어하여, 상기 스택으로 공급되는 냉각수의 온도가 미리 설정된 스택 공급 온도 범위에 들도록 제어하는 제어부를 포함하는 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    실외 온도를 입력받는 입력부를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 입력부에 입력된 실외 온도가 미리 설정된 설정 실외온도보다 낮고, 상기 제1온도센서에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위 이내이면,
    상기 제1밸브가 상기 수열원 공급유로를 차폐하고 상기 제2밸브가 상기 공기열원 바이패스유로를 차폐하여, 상기 스택에서 나온 냉각수는 상기 공기열원 열교환기에서 냉각된 후 상기 스택으로 공급되고,
    상기 제3밸브가 상기 온수 예열유로를 차폐하고, 상기 제4밸브가 상기 지역난방열원 바이패스유로를 차폐하여, 상기 온수 수요처에서 나온 온수는 상기 수열원 열교환기를 바이패스한 후 상기 지역난방열원 열교환기에서 가열되어 상기 온수 수요처로 공급되도록 제어하는 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 입력부에 입력된 실외 온도가 상기 설정 실외온도보다 낮고, 상기 제1온도센서에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 높으면,
    상기 제1밸브가 상기 수열원 공급유로를 개방하여, 상기 공기열원 열교환기에서 열교환되고 나온 냉각수가 상기 수열원 열교환기로 공급되어 냉각되고,
    상기 제3밸브가 상기 온수 예열유로를 개방하고, 상기 제4밸브가 상기 지역난방열원 바이패스유로를 차폐하여, 상기 온수 수요처에서 나온 온수는 상기 수열원 열교환기에서 예열된 후 상기 지역난방열원 열교환기에서 가열되어 상기 온수 수요처로 공급되도록 제어하는 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 입력부에 입력된 실외 온도가 상기 설정 실외온도보다 높으면,
    상기 제1밸브가 상기 공기열원 바이패스 유로를 개방하여 상기 스택에서 나온 냉각수가 상기 공기 열원 열교환기를 바이패스하고 상기 수열원 열교환기로만 공급되고,
    상기 제3밸브가 상기 온수 예열유로를 개방하여 상기 온수 수요처에서 나온 온수는 상기 수열원 열교환기에서 예열되고,
    상기 제4밸브가 상기 지역난방열원 바이패스유로를 개방하여, 상기 수열원 열교환기에서 예열된 온수는 상기 지역난방열원 열교환기를 바이패스하여 상기 온수 수요처로 공급되도록 제어하는 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2온도센서에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 높으면, 상기 방열기를 작동시키고,
    상기 제2온도센서에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 낮고, 상기 수열원 공급유로가 차폐된 상태이면, 상기 방열기의 작동은 정지시키고, 상기 난방 덕트에 설치된 팬의 회전속도를 감소시켜 상기 공기열원 열교환기로 공급되는 공기의 유량을 감소시키고,
    상기 제2온도센서에서 감지된 온도가 상기 스택 공급 온도 범위보다 낮고, 상기 수열원 공급유로가 개방된 상태이면, 상기 방열기의 작동은 정지시키고, 상기 제3밸브가 상기 온수 예열유로를 차폐시키도록 제어하는 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 수열원 열교환기로 공급되는 냉각수의 온도를 측정하는 제3온도센서와;
    상기 수열원 열교환기에서 배출되는 냉각수의 온도를 측정하는 제4온도센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제3온도센서에서 감지된 온도와 상기 제4온도센서에서 감지된 온도의 차이에 따라 상기 제3밸브의 개도를 제어하여 상기 온수 예열유로로 유입되는 유량을 제어하는 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 연료전지의 작동 정지시, 상기 제3밸브가 상기 온수 예열유로를 차폐시키도록 제어하는 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 온수 공급유로에 설치되어 상기 온수 수요처로 공급되는 온수의 온도를 측정하는 제6온도센서를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제2밸브가 상기 수열원 공급유로를 개방하고, 상기 제3밸브가 상기 온수 예열유로를 개방한 상태일 때,
    상기 제6온도센서의 온도가 미리 설정된 온수 공급 온도 범위보다 높으면, 상기 제4밸브가 상기 지역난방열원 바이패스 유로를 개방시켜, 상기 수열원 열교환기에서 예열된 온수가 상기 지역난방열원 열교환기를 바이패스한 후 상기 온수 수요처로 공급되도록 제어하는 연료전지를 이용한 열원 공급 시스템.
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