KR102603066B1 - 연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템 - Google Patents

연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지 시스템이 적용된 공조 시스템에 관한 것으로, 본 발명에서는, 연료전지 가동을 위해 작동되는 연료전지블로어가 공조 작동에도 활용됨으로써, 공조 작동에 필요한 구동에너지 소비를 줄이는 것은 물론, 연료전지 가동에 따라 생산된 전기를 활용 가능하여 에너지를 절감할 수 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템이 소개된다.

Description

연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템{AIR CONDITIONING SYSTEM USING FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은 연료전지 시스템에 공기를 공급하는 구조를 공조 시스템에 적용하여 공조에 필요한 에너지 소비를 줄이고, 전기를 생산 및 활용이 가능하도록 한 연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템에 관한 것이다.
공조 시스템(공기조화 시스템)은 실내 또는 특정 장소에 공기의 온도, 습도, 기류 및 청정도를 그 사용 목적에 따라 가장 최적인 상태로 조정하는 시스템이다.
이를 위해, 건물의 공조 시스템은 실내에 공기를 공급하기 위해 팬 또는 블로어 등의 공기공급설비가 마련되고, 공기공급설비에 의해 발생된 공기가 공기필터를 통해 정화되어 건물의 실내로 유입되며, 실내의 오염된 공기는 실외로 배출이 된다.
이처럼, 실내에 공기를 공급하기 위해 소모되는 에너지의 대부분이 팬이나 블로워 등과 같이 전기에너지를 사용하는 기계설비를 통해 이루어지게 되는바, 공조에 필요한 에너지 소모량을 절감할 수 있는 방안이 요구되고 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-1687691 B1
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 연료전지 시스템에 공기를 공급하는 구조를 공조 시스템에 적용하여 공조에 필요한 에너지 소비를 줄이고, 전기를 생산 및 활용이 가능하도록 한 연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 공조가 필요한 건물의 실내와 실외 사이에 연결된 공조흡기라인; 상기 공조흡기라인 상에 마련되어, 상기 실내 공간에 외기를 공급하는 공조블로어; 상기 공조흡기라인을 개폐시키는 제1흡기개폐밸브; 연료전지블로어가 작동되어 상기 실내의 공기가 유입되고, 유입된 공기와 수소연료의 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생산하는 연료전지 시스템; 및 상기 연료전지 시스템의 가동시, 상기 공조흡기라인이 개방되어 실내에 외기가 공급되도록 제1흡기개폐밸브의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 공조흡기라인은 제1흡기라인과 제2흡기라인으로 구분하여 개별 설치하되, 상기 공조블로어는 상기 제1흡기라인 상에 설치되고; 상기 제1흡기개폐밸브는 상기 제2흡기라인 상에 설치될 수 있다.
상기 공조흡기라인은, 일단이 실외로 이어지는 공용라인과, 일단이 상기 공용라인의 타단에서 분기되어 타단이 실내로 이어지는 제1분기라인 및 제2분기라인을 포함하여 구성이 되고; 상기 제1흡기개폐밸브는 3웨이밸브로서, 상기 제1분기라인과 제2분기라인으로 분기되는 지점에 설치되며; 상기 공조블로어는 상기 제1분기라인 상에 설치될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 공조블로어의 작동에 따른 공조 시스템의 가동시, 상기 제1분기라인이 개방되도록 제1흡기개폐밸브의 작동을 제어하고; 상기 공조 시스템이 가동되지 않고 연료전지 시스템의 가동시, 상기 제2분기라인이 개방되도록 제1흡기개폐밸브의 작동을 제어할 수 있다.
본 발명의 구성은, 공조가 필요한 건물의 실내와 실외 사이에 연결된 공조흡기라인; 상기 공조흡기라인 상에 마련되어, 상기 실내 공간에 외기를 공급하는 공조블로어; 상기 공조흡기라인을 통과하는 공기유량을 검출 및 제어하는 유량제어수단; 연료전지블로어가 작동되어 상기 실내의 공기가 유입되고, 유입된 공기와 수소연료의 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생산하는 연료전지 시스템; 및 상기 연료전지 시스템의 가동시, 상기 공조흡기라인을 통해 실내에 유입되는 공기유량에 따라 연료전지 시스템과, 공조블로어 및 유량제어수단의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 유량제어수단은, 상기 공조흡기라인 상에 마련되어, 상기 공조흡기라인을 통과하는 공기유량을 검출하는 유량센서; 상기 공조흡기라인 상에 마련되어, 상기 공조흡기라인을 통과하는 공기유량을 조절하도록 작동되는 비례제어밸브;를 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 유량센서에 의해 검출된 공기유량이 설정값 만족시, 연료전지블로어의 풍량을 감소하도록 제어하고; 상기 유량센서에 의해 검출된 공기유량이 설정값 불만족시, 상기 비례제어밸브의 개도량을 최대로 제어하고, 공조블로어의 풍량을 증가하도록 제어할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 연료전지 시스템이 가동되지 않는 경우, 상기 비례제어밸브의 개도량을 최대로 제어하고, 공조블로어의 풍량을 증가하도록 제어할 수 있다.
상기 공조흡기라인은, 일단이 실외로 이어지는 공용라인과, 일단이 상기 공용라인의 타단에서 분기되어 타단이 실내로 이어지는 제1분기라인 및 제2분기라인을 포함하여 구성이 되고; 상기 제1흡기개폐밸브는 3웨이밸브로서, 상기 제1분기라인과 제2분기라인으로 분기되는 지점에 설치되며; 상기 공조블로어는 상기 제1분기라인 상에 설치될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 공조블로어의 작동에 따른 공조 시스템의 가동시, 상기 제1분기라인이 개방되도록 제1흡기개폐밸브의 작동을 제어하고; 상기 공조 시스템이 가동되지 않고 연료전지 시스템의 가동시, 상기 제2분기라인이 개방되도록 제1흡기개폐밸브의 작동을 제어할 수 있다.
실내와 연료전지 시스템 사이에 연결되어 실내 공기를 연료전지 시스템에 배기하는 보조배기라인; 상기 보조배기라인에 연결되어 외기를 공급하는 연료전지흡기라인; 3웨이밸브로서, 상기 연료전지흡기라인과 보조배기라인이 합쳐지는 부분에 구비된 제2흡기개폐밸브;를 더 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 공조블로어가 작동되지 않는 상태에서 연료전지 시스템의 가동 요구시, 상기 연료전지흡기라인을 통해 연료전지 시스템에 외기가 공급되도록 상기 제2흡기개폐밸브를 제어할 수 있다.
상기 보조배기라인에 유입되는 실내 공기의 습도 및 산소농도를 측정하도록 상기 제2흡기개폐밸브의 전단에 습도센서 및 산소센서가 설치되고; 상기 컨트롤러는, 상기 습도센서 및 산소센서에서 검출된 값이 설정값 불만족시, 상기 연료전지흡기라인을 통해 연료전지 시스템에 외기가 공급되도록 상기 제2흡기개폐밸브를 제어할 수 있다.
상기 공조흡기라인은, 일단이 실외로 이어지는 공용라인과, 일단이 상기 공용라인의 타단에서 분기되어 타단이 실내로 이어지는 제1분기라인 및 제2분기라인을 포함하여 구성이 되고; 상기 제1흡기개폐밸브는 3웨이밸브로서, 상기 제1분기라인과 제2분기라인으로 분기되는 지점에 설치되며; 상기 공조블로어는 상기 제1분기라인 상에 설치될 수 있다.
상기 컨트롤러는, 상기 공조블로어의 작동에 따른 공조 시스템의 가동시, 상기 제1분기라인이 개방되도록 제1흡기개폐밸브의 작동을 제어하고; 상기 공조 시스템이 가동되지 않고 연료전지 시스템의 가동시, 상기 제2분기라인이 개방되도록 제1흡기개폐밸브의 작동을 제어할 수 있다.
상기한 과제 해결수단을 통해 본 발명은, 연료전지 가동을 위해 작동되는 연료전지블로어가 공조 작동에도 활용됨으로써, 공조 작동에 필요한 구동에너지 소비를 줄이는 것은 물론, 연료전지 가동에 따라 생산된 전기를 활용 가능하여 에너지를 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공조 시스템의 제1실시예 구성을 예시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 공조 시스템의 제2실시예 구성을 예시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 공조 시스템의 제3실시예 구성을 예시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 공조 시스템의 제4실시예 구성을 예시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 공조 시스템의 제5실시예 구성을 예시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 공조 시스템의 제6실시예 구성을 예시한 도면.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템은, 건물(1) 특히 단열과 기밀 성능이 강화된 패시브하우스 등과 같은 건물(1)의 공조 시스템에 연료전지 시스템(23)을 적용하여 연료전지를 통한 전기 생산은 물론, 건물(1) 공조에 필요한 에너지 및 설비 비용을 절감하도록 한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 공조 시스템의 제1실시예 구성을 예시한 것으로, 크게 공조흡기라인(5)과, 공조블로어(7)와, 제1흡기개폐밸브(9)와, 연료전지 시스템(23) 및 컨트롤러(CLR)를 포함하여 구성이 된다.
도면을 참조하여 구체적으로 설명하면, 먼저 공조흡기라인(5)은 공조가 필요한 건물(1)의 실내와 실외 사이에 연결되는 배관으로, 일단이 건물(1)의 실내 공간(3)과 이어지고, 타단이 건물(1)의 실외로 이어진다.
공조블로어(7)는 상기 공조흡기라인(5) 상에 마련되어, 상기 실내 공간(3)에 외기를 공급한다.
제1흡기개폐밸브(9)는 상기 공조흡기라인(5)을 개폐시키는 역할을 하는 것으로, 액추에이터의 작동을 통해 상기 공조흡기라인(5)을 개방 또는 폐쇄시키게 된다.
그리고, 연료전지 시스템(23)은 연료전지블로어(25)가 작동되어 상기 실내의 공기가 유입되고, 유입된 공기와 수소연료의 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생산하는 것으로, 다수의 스택모듈이 합쳐져서 구성이 될 수 있다. 다만, 이들 스택모듈에서 전기화학적 반응을 일으키는 연료전지의 구성은 일반적인 기술에 해당하는바, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
아울러, 컨트롤러(CLR)는 상기 연료전지 시스템(23)의 가동시, 상기 공조흡기라인(5)이 개방되어 실내에 외기가 공급되도록 제1흡기개폐밸브(9)의 작동을 제어하게 된다.
특히, 상기 제1실시예의 구성에서는, 상기 공조흡기라인(5)이 제1흡기라인(5a)과 제2흡기라인(5b)으로 구분되어 설치되며, 이는 건물(1)의 공조작동 주체에 따라 해당 흡기라인으로 외기가 적절히 유입되도록 하기 위함이다.
이를 위해, 상기 제1흡기라인(5a)과 제2흡기라인(5b)이 개별적으로 설치되고, 상기 제1흡기라인(5a) 상에 공조블로어(7)가 설치됨으로써, 상기 공조블로어(7)가 작동되는 경우, 제1흡기라인(5a)을 통해 외기가 실내에 유입될 수 있게 된다.
그리고, 상기 제2흡기라인(5b) 상에 제1흡기개폐밸브(9)가 설치됨으로써, 연료전지 시스템(23)의 가동을 위해 연료전지블로어(25)의 가동시 상기 제1흡기개폐밸브(9)의 작동에 의해 상기 제2흡기라인(5b)이 개방되어 상기 제2흡기라인(5b)을 통해 외기가 실내에 유입될 수 있게 된다.
참고로, 상기 제1흡기라인(5a)과 제2흡기라인(5b)의 입구에는 공기필터(11)가 각각 설치되어, 상기 흡기라인들에 유입되는 공기를 정화시켜 실내에 유입되도록 구성하게 된다.
또한, 상기 실내와 실외 사이에는 공조배기라인(13)이 연결되고, 상기 공조배기라인(13) 상에는 개폐 작동이 가능한 배기개폐밸브(15)가 설치됨으로써, 실내의 공기를 실외로 배출할 수 있게 구성이 된다. 물론, 상기 배기개폐밸브(15) 역시 제1흡기개폐밸브(9)와 같이 액추에이터를 통해 작동이 되고, 상기 액추에이터는 컨트롤러(CLR)의 작동신호를 제공받아 작동되는 구조가 된다.
그리고, 상기 공조흡기라인(5)과 공조배기라인(13)에는 열교환기(17)가 연결되어, 공조흡기라인(5)을 통해 실내에 유입되는 공기와 공조배기라인(13)을 통해 실외로 배출되는 공기가 열교환되도록 구성할 수 있다.
더불어, 건물(1)의 실내와 연료전지 시스템(23) 사이에는 실내 공기를 연료전지 시스템(23)에 배기하는 보조배기라인(27)의 배관이 설치되는데, 상기 보조배기라인(27) 상에 연료전지블로어(25)가 마련되어 상기 연료전지블로어(25)의 작동에 따라 실내 공기를 연료전지 시스템(23)에 공급할 수 있게 된다.
즉, 상기 제1실시예 구성에 따르면, 연료전지 시스템(23)에 공기를 공급하는 배관을 실내와 연결하고, 공조블로어(7) 작동시 외기가 공급되는 제1흡기라인(5a) 외에 별도의 제2흡기라인(5b)을 설치함으로써, 공조블로어(7) 작동에 따른 공조 작동을 연료전지 시스템(23)을 통해 보조할 수 있게 된다.
따라서, 연료전지 가동을 위해 작동되는 연료전지블로어(25)가 공조 작동에도 활용됨으로써, 공조 작동에 필요한 구동에너지 소비를 줄이는 것은 물론, 연료전지 가동에 따라 생산된 전기를 활용 가능하여 에너지를 절감할 수 있게 된다.
한편, 도 2는 본 발명에 따른 공조 시스템의 제2실시예 구성을 예시한 것으로, 상기 제1실시예 구성 대비 공조흡기라인(5)의 구성이 변경된 구조가 된다.
도면을 참조하면, 상기 제2실시예에서는, 상기 공조흡기라인(5)이 공용라인(5c)과, 제1분기라인(5d) 및 제2분기라인(5e)을 포함하여 구성이 되는 것으로, 공용라인(5c)의 일단이 실외로 이어진다.
그리고, 상기 공용라인(5c)의 타단은 제1분기라인(5d)의 일단 및 제2분기라인(5e)의 일단과 이어지게 되는데, 상기 공용라인(5c)의 타단에서 제1분기라인(5d)과 제2분기라인(5e)으로 분기되고, 분기된 제1분기라인(5d)의 타단 및 제2분기라인(5e)의 타단이 각각 실내로 이어지는 구조가 된다.
또한, 상기 제1분기라인(5d)과 제2분기라인(5e)으로 분기되는 지점에 상기 제1흡기개폐밸브(9)가 설치되는데, 상기 제1흡기개폐밸브(9)는 3웨이밸브로서 상기 제1분기라인(5d) 및 제2분기라인(5e)을 선택적으로 개방 또는 폐쇄하도록 작동하게 된다.
아울러, 상기 제1분기라인(5d) 상에 공조블로어(7)가 설치됨으로써, 상기 공조블로어(7)가 작동되는 경우, 제1분기라인(5d)을 통해 외기가 실내에 유입될 수 있게 된다.
참고로, 제2실시예에서는 상기 공조흡기라인(5)의 전단이 공용라인(5c)으로 구성됨으로써, 상기 공용라인(5c)의 입구에 공기필터(11)가 설치되어, 상기 공용라인(5c)을 통해 제1분기라인(5d) 및 제2분기라인(5e)에 유입되는 공기를 정화시켜 실내에 유입되도록 구성하게 된다.
그리고, 제1실시예와 마찬가지로 공조배기라인(13)와 배기개폐밸브(15) 및 열교환기(17), 그리고 보조배기라인(27)이 설치되는데, 이는 앞선 제1실시예의 구성과 동일한 구성에 해당되므로 이에 대한 설명은 생략하기로 하고, 이하 후술하는 실시예에서도 생략한다.
더불어, 상기 제2실시예에서는 상기 컨트롤러(CLR)가, 상기 공조블로어(7)의 작동에 따른 공조 시스템의 가동시, 상기 제1분기라인(5d)이 개방되도록 제1흡기개폐밸브(9)의 작동을 제어하여, 상기 제1분기라인(5d)을 통해 실내에 외기가 유입될 수 있게 구성하게 된다.
반면, 상기 공조 시스템이 가동되지 않고 연료전지 시스템(23)의 가동을 위해 연료전지블로어(25)가 가동시, 상기 제2분기라인(5e)이 개방되도록 제1흡기개폐밸브(9)의 작동을 제어하여, 상기 제2분기라인(5e)을 통해 실내에 외기가 유입될 수 있게 구성하게 되고, 이로 인해 연료전지 시스템(23) 내에 공기가 공급될 수 있게 된다.
즉, 상기 제2실시예 구성에 따르면, 공조흡기라인(5)에 3웨이밸브를 적용하여 공조블로어(7)를 통해 공조 작동을 실시하거나, 연료전지 시스템(23)을 가동하여 공조 작동을 실시하도록 제어할 수 있게 된다.
따라서, 연료전지 가동을 위해 작동되는 연료전지블로어(25)가 공조 작동에도 활용됨으로써, 공조 작동에 필요한 구동에너지 소비를 줄이는 것은 물론, 연료전지 가동에 따라 생산된 전기를 활용 가능하여 에너지를 절감할 수 있게 된다.
한편, 도 3은 본 발명에 따른 공조 시스템의 제3실시예 구성을 예시한 것으로, 크게 공조흡기라인(5)과, 공조블로어(7)와, 유량제어수단과, 연료전지 시스템(23) 및 컨트롤러(CLR)를 포함하여 구성이 된다.
도면을 참조하여 구체적으로 설명하면, 먼저 공조흡기라인(5)은 공조가 필요한 건물(1)의 실내와 실외 사이에 연결되는 배관으로, 일단이 건물(1)의 실내 공간(3)과 이어지고, 타단이 건물(1)의 실외로 이어진다.
공조블로어(7)는 상기 공조흡기라인(5) 상에 마련되어, 상기 실내 공간(3)에 외기를 공급한다.
유량제어수단은 상기 공조흡기라인(5)을 통과하는 공기유량을 검출 및 제어하는 역할을 하는 것으로, 유량센서(19) 및 비례제어밸브(21)를 포함하여 구성이 된다.
예컨대, 상기 유량센서(19)는 상기 공조흡기라인(5) 상에 마련되어, 상기 공조흡기라인(5)을 통과하는 공기유량을 검출한다.
그리고, 상기 비례제어밸브(21)는 상기 유량센서(19)의 후단에 위치한 공조흡기라인(5) 상에 마련되어, 상기 공조흡기라인(5)을 통과하는 공기유량을 조절하도록 작동이 된다.
이때에, 상기 유량센서(19)는 컨트롤러(CLR)에 연결되어, 유량센서(19)의 측정값이 컨트롤러(CLR)에 입력되고, 또한 상기 비례제어밸브(21)는 액추에이터를 통해 작동이 되며 상기 액추에이터는 컨트롤러(CLR)의 작동신호를 제공받아 작동되는 구조가 된다.
아울러, 상기 연료전지 시스템(23)은 연료전지블로어(25)가 작동되어 상기 실내의 공기가 유입되고, 유입된 공기와 수소연료의 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생산하는 것으로, 다수의 스택모듈이 합쳐져서 구성이 될 수 있다.
그리고, 컨트롤러(CLR)는 상기 연료전지 시스템(23)의 가동시, 상기 공조흡기라인(5)을 통해 실내에 유입되는 공기유량에 따라 연료전지 시스템(23)과, 공조블로어(7) 및 유량제어수단의 작동을 제어하도록 구성이 된다.
이에, 상기한 제어구성을 구체적으로 살펴보면, 상기 컨트롤러(CLR)는, 상기 유량센서(19)에 의해 검출된 공기유량이 설정값 만족시, 연료전지블로어(25)의 풍량을 감소하도록 제어하게 된다.
반면, 상기 유량센서(19)에 의해 검출된 공기유량이 설정값 불만족시, 상기 비례제어밸브(21)의 개도량을 최대로 제어하고, 공조블로어(7)의 풍량을 증가하도록 제어하게 된다.
즉, 제3실시예의 경우, 연료전지 시스템(23)을 통해 메인 공조작동이 이루어지도록 구성이 가능한 것으로, 연료전지 시스템(23)을 통해 공조 작동되는 상황에서 유량센서(19)를 통해 측정된 공기유량(공조유량)이 충분한 경우, 연료전지의 출력을 제어하여 연료전지블로어(25)의 풍량을 감소시키게 되는바, 실내에 유입되는 공기유량이 감소되어 공조유량이 적절하게 조절될 수 있게 된다.
다만, 연료전지 시스템(23)을 통한 메인 공조 작동시, 유량센서(19)를 통해 측정된 공기유량(공조유량)이 부족한 경우, 비례제어밸브(21)의 개도량을 최대로 제어하면서 공조블로어(7)의 풍량을 증가시키게 되는바, 실내에 유입되는 공기유량이 증가되어 공조유량이 적절하게 조절될 수 있게 된다.
더불어, 상기 컨트롤러(CLR)는, 상기 연료전지 시스템(23)이 가동되지 않는 경우, 상기 비례제어밸브(21)의 개도량을 최대로 제어하고, 공조블로어(7)의 풍량을 증가하도록 제어하게 된다.
즉, 연료전지 시스템(23)이 오프되어 가동되지 않는 경우, 비례제어밸브(21)의 개도량을 최대로 제어하면서 공조블로어(7)의 풍량을 증가시키게 되는바, 실내에 유입되는 공기유량이 증가되어 공조유량이 적절하게 조절될 수 있게 되고, 이에 공조블로어(7)의 작동에 따라 실내 공조작동을 실시할 수 있게 된다.,
한편, 도 4는 본 발명에 따른 공조 시스템의 제4실시예 구성을 예시한 것으로, 상기 제3실시예 구성 대비 공조흡기라인(5)에 제1흡기개폐밸브(9)가 더 구비된 구조가 된다.
도면을 참조하면, 상기 제3실시예와 제4실시예 모두에서는, 상기 공조흡기라인(5)이 공용라인(5c)과, 제1분기라인(5d) 및 제2분기라인(5e)을 포함하여 구성이 되는 것으로, 공용라인(5c)의 일단이 실외로 이어진다.
그리고, 상기 공용라인(5c)의 타단은 제1분기라인(5d)의 일단 및 제2분기라인(5e)의 일단과 이어지게 되는데, 상기 공용라인(5c)의 타단에서 제1분기라인(5d)과 제2분기라인(5e)으로 분기되고, 분기된 제1분기라인(5d)의 타단 및 제2분기라인(5e)의 타단이 각각 실내로 이어지는 구조가 된다.
또한, 상기 제1분기라인(5d)과 제2분기라인(5e)으로 분기되는 지점에 상기 제1흡기개폐밸브(9)가 설치되는데, 상기 제1흡기개폐밸브(9)는 3웨이밸브로서 상기 제1분기라인(5d) 및 제2분기라인(5e)을 선택적으로 개방 또는 폐쇄하도록 작동하게 된다.
아울러, 상기 제1분기라인(5d) 상에 공조블로어(7)가 설치됨으로써, 상기 공조블로어(7)가 작동되는 경우, 제1분기라인(5d)을 통해 외기가 실내에 유입될 수 있게 된다.
더불어, 상기 제4실시예에서는 상기 컨트롤러(CLR)가, 상기 공조블로어(7)의 작동에 따른 공조 시스템의 가동시, 상기 제1분기라인(5d)이 개방되도록 제1흡기개폐밸브(9)의 작동을 제어하여, 상기 제1분기라인(5d)을 통해 실내에 외기가 유입될 수 있게 구성하게 된다.
반면, 상기 공조 시스템이 가동되지 않고 연료전지 시스템(23)의 가동을 위해 연료전지블로어(25)가 가동시, 상기 제2분기라인(5e)이 개방되도록 제1흡기개폐밸브(9)의 작동을 제어하여, 상기 제2분기라인(5e)을 통해 실내에 외기가 유입될 수 있게 구성하게 되고, 이로 인해 연료전지 시스템(23) 내에 공기가 공급될 수 있게 된다.
즉, 상기 제4실시예 구성에 따르면, 제1흡기개폐밸브(9)에 3웨이밸브를 적용하여 공조블로어(7)를 통해 공조 작동을 실시하거나, 연료전지 시스템(23)을 가동하여 공조 작동을 실시하도록 제어할 수 있게 된다.
따라서, 연료전지 가동을 위해 작동되는 연료전지블로어(25)가 공조 작동에도 활용됨으로써, 공조 작동에 필요한 구동에너지 소비를 줄이는 것은 물론, 연료전지 가동에 따라 생산된 전기를 활용 가능하여 에너지를 절감할 수 있게 된다.
한편, 도 5는 본 발명에 따른 공조 시스템의 제5실시예 구성을 예시한 것으로, 상기 제3실시예 구성 대비 연료전지 시스템(23)에 외기를 공급하는 흡기라인을 추가한 구조로 이루어지게 된다.
도면을 참조하면, 건물(1)의 실내와 연료전지 시스템(23) 사이에 보조배기라인(27)이 연결되어 실내 공기를 연료전지 시스템(23)에 배기한다.
그리고, 상기 보조배기라인(27)에 연료전지흡기라인(31)의 일단이 연결되고, 상기 연료전지흡기라인(31)의 타단이 건물(1) 외부로 이어져 상기 연료전지흡기라인(31)을 통해 보조배기라인(27)에 외기를 공급할 수 있게 된다.
또한, 상기 연료전지흡기라인(31)과 보조배기라인(27)이 합쳐지는 부분에는 3웨이밸브로서 제2흡기개폐밸브(33)가 구비됨으로써, 상기 제2흡기개폐밸브(33)의 작동에 따라 상기 연료전지 시스템(23)에 실내 공기를 공급하거나, 연료전지흡기라인(31)으로부터 외기를 공급할 수 있게 된다.
참고로, 상기 연료전지 시스템(23)에서 반응이 된 배기를 실외로 배출하기 위해 연료전지배기라인(29)이 구비되고, 상기 연료전지배기라인(29)에는 개폐 작동이 가능한 배기개폐밸브(미도시)가 더 구비될 수 있다.
아울러, 상기 제2흡기개폐밸브(33) 역시 상기한 제1흡기개폐밸브(9)와 같이 액추에이터를 통해 작동이 되고, 상기 액추에이터는 컨트롤러(CLR)의 작동신호를 제공받아 작동되는 구조가 된다.
이에, 상기 컨트롤러(CLR)는, 상기 공조블로어(7)가 작동되지 않는 상태에서 연료전지 시스템(23)의 가동 요구시, 상기 연료전지흡기라인(31)을 통해 연료전지 시스템(23)에 외기가 공급되도록 상기 제2흡기개폐밸브(33)를 제어할 수 있다.
즉, 제2흡기개폐밸브(33)를 통해 연료전지흡기라인(31) 측을 개방하여 외기를 공급받는 경우, 공조블로어(7)에 의한 실내 공조 작동과 무관하게 연료전지 시스템(23)을 가동할 수 있다. 물론, 이때에 실내 공조 작동은 공조블로어(7)의 작동을 통해 가능할 수 있고, 또한 연료전지흡기라인(31)에서 공급되는 외기와 보조배기라인(27)을 통해 공급되는 실내 공기의 적절한 비율 조절을 통해 공조블로어(7)의 동력을 최소화하면서 공조 풍량을 제어할 수 있다.
더불어, 상기 제5실시예의 경우, 상기 보조배기라인(27)에 유입되는 실내 공기의 습도 및 산소농도를 측정하도록 상기 제2흡기개폐밸브(33)의 전단에 습도센서(35) 및 산소센서(37)가 설치될 수 있고, 상기 습도센서(35) 및 산소센서(37)의 측정값이 컨트롤러(CLR)에 입력되어 제2흡기개폐밸브(33)를 제어할 수도 있다.
이를 위해, 상기 컨트롤러(CLR)는, 상기 습도센서(35) 및 산소센서(37)에서 검출된 값이 설정값 불만족시, 상기 연료전지흡기라인(31)을 통해 연료전지 시스템(23)에 외기가 공급되도록 상기 제2흡기개폐밸브(33)를 제어할 수 있다.
즉, 실내에서 보조배기라인(27)을 통해 배기되는 공기의 습도 및 산소농도 등을 측정하여, 상기 습도 및 산소농도가 연료전지 가동에 적합하지 않은 것으로 판단시, 연료전지흡기라인(31)을 통해 외기를 공급받아 연료전지 시스템(23) 가동에 활용할 수 있다.
한편, 도 6은 본 발명에 따른 공조 시스템의 제6실시예 구성을 예시한 것으로, 상기 제5실시예 구성 대비 공조흡기라인(5)에 제1흡기개폐밸브(9)가 더 구비된 구조가 된다.
도면을 참조하면, 상기 제5실시예와 제6실시예 모두에서는, 상기 공조흡기라인(5)이 공용라인(5c)과, 제1분기라인(5d) 및 제2분기라인(5e)을 포함하여 구성이 되는 것으로, 공용라인(5c)의 일단이 실외로 이어진다.
그리고, 상기 공용라인(5c)의 타단은 제1분기라인(5d)의 일단 및 제2분기라인(5e)의 일단과 이어지게 되는데, 상기 공용라인(5c)의 타단에서 제1분기라인(5d)과 제2분기라인(5e)으로 분기되고, 분기된 제1분기라인(5d)의 타단 및 제2분기라인(5e)의 타단이 각각 실내로 이어지는 구조가 된다.
또한, 상기 제1분기라인(5d)과 제2분기라인(5e)으로 분기되는 지점에 상기 제1흡기개폐밸브(9)가 설치되는데, 상기 제1흡기개폐밸브(9)는 3웨이밸브로서 상기 제1분기라인(5d) 및 제2분기라인(5e)을 선택적으로 개방 또는 폐쇄하도록 작동하게 된다.
아울러, 상기 제1분기라인(5d) 상에 공조블로어(7)가 설치됨으로써, 상기 공조블로어(7)가 작동되는 경우, 제1분기라인(5d)을 통해 외기가 실내에 유입될 수 있게 된다.
더불어, 상기 제6실시예에서는 상기 컨트롤러(CLR)가, 상기 공조블로어(7)의 작동에 따른 공조 시스템의 가동시, 상기 제1분기라인(5d)이 개방되도록 제1흡기개폐밸브(9)의 작동을 제어하여, 상기 제1분기라인(5d)을 통해 실내에 외기가 유입될 수 있게 구성하게 된다.
반면, 상기 공조 시스템이 가동되지 않고 연료전지 시스템(23)의 가동을 위해 연료전지블로어(25)가 가동시, 상기 제2분기라인(5e)이 개방되도록 제1흡기개폐밸브(9)의 작동을 제어하여, 상기 제2분기라인(5e)을 통해 실내에 외기가 유입될 수 있게 구성하게 되고, 이로 인해 연료전지 시스템(23) 내에 공기가 공급될 수 있게 된다.
즉, 상기 제6실시예 구성에 따르면, 공조흡기라인(5)에 3웨이밸브를 적용하여 공조블로어(7)를 통해 공조 작동을 실시하거나, 연료전지 시스템(23)을 가동하여 공조 작동을 실시하도록 제어할 수 있게 된다.
따라서, 연료전지 가동을 위해 작동되는 연료전지블로어(25)가 공조 작동에도 활용됨으로써, 공조 작동에 필요한 구동에너지 소비를 줄이는 것은 물론, 연료전지 가동에 따라 생산된 전기를 활용 가능하여 에너지를 절감할 수 있게 된다.
한편, 본 발명은 상기한 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
1 : 건물
3 : 실내 공간
5 : 공조흡기라인
5a : 제1흡기라인
5b : 제2흡기라인
5c : 공용라인
5d : 제1분기라인
5e : 제2분기라인
7 : 공조블로어
9 : 제1흡기개폐밸브
11 : 공기필터
13 : 공조배기라인
15 : 배기개폐밸브
17 : 열교환기
19 : 유량센서
21 : 비례제어밸브
23 : 연료전지 시스템
25 : 연료전지블로어
27 : 보조배기라인
29 : 연료전지배기라인
31 : 연료전지흡기라인
33 : 제2흡기개폐밸브
35 : 습도센서
37 : 산소센서
CLR : 컨트롤러

Claims (15)

  1. 공조가 필요한 건물의 실내와 실외 사이에 연결된 공조흡기라인;
    상기 공조흡기라인 상에 마련되어, 상기 실내 공간에 외기를 공급하는 공조블로어;
    상기 공조흡기라인을 개폐시키는 제1흡기개폐밸브;
    연료전지블로어가 작동되어 상기 실내의 공기가 유입되고, 유입된 공기와 수소연료의 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생산하는 연료전지 시스템; 및
    상기 연료전지 시스템의 가동시, 상기 공조흡기라인이 개방되어 실내에 외기가 공급되도록 제1흡기개폐밸브의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하고,
    상기 공조흡기라인은 제1흡기라인과 제2흡기라인으로 구분하여 개별 설치하되,
    상기 공조블로어는 상기 제1흡기라인 상에 설치되고;
    상기 제1흡기개폐밸브는 상기 제2흡기라인 상에 설치된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템.
  2. 삭제
  3. 공조가 필요한 건물의 실내와 실외 사이에 연결된 공조흡기라인;
    상기 공조흡기라인 상에 마련되어, 상기 실내 공간에 외기를 공급하는 공조블로어;
    상기 공조흡기라인을 개폐시키는 제1흡기개폐밸브;
    연료전지블로어가 작동되어 상기 실내의 공기가 유입되고, 유입된 공기와 수소연료의 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생산하는 연료전지 시스템; 및
    상기 연료전지 시스템의 가동시, 상기 공조흡기라인이 개방되어 실내에 외기가 공급되도록 제1흡기개폐밸브의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하고,
    상기 공조흡기라인은, 일단이 실외로 이어지는 공용라인과, 일단이 상기 공용라인의 타단에서 분기되어 타단이 실내로 이어지는 제1분기라인 및 제2분기라인을 포함하여 구성이 되고;
    상기 제1흡기개폐밸브는 3웨이밸브로서, 상기 제1분기라인과 제2분기라인으로 분기되는 지점에 설치되며;
    상기 공조블로어는 상기 제1분기라인 상에 설치된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 공조블로어의 작동에 따른 공조 시스템의 가동시, 상기 제1분기라인이 개방되도록 제1흡기개폐밸브의 작동을 제어하고;
    상기 공조 시스템이 가동되지 않고 연료전지 시스템의 가동시, 상기 제2분기라인이 개방되도록 제1흡기개폐밸브의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템.
  5. 공조가 필요한 건물의 실내와 실외 사이에 연결된 공조흡기라인;
    상기 공조흡기라인 상에 마련되어, 상기 실내 공간에 외기를 공급하는 공조블로어;
    상기 공조흡기라인을 통과하는 공기유량을 검출 및 제어하는 유량제어수단;
    연료전지블로어가 작동되어 상기 실내의 공기가 유입되고, 유입된 공기와 수소연료의 화학적 반응을 통해 전기에너지를 생산하는 연료전지 시스템; 및
    상기 연료전지 시스템의 가동시, 상기 공조흡기라인을 통해 실내에 유입되는 공기유량에 따라 연료전지 시스템과, 공조블로어 및 유량제어수단의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하고,
    실내와 연료전지 시스템 사이에 연결되어 실내 공기를 연료전지 시스템에 배기하는 보조배기라인;
    상기 보조배기라인에 연결되어 외기를 공급하는 연료전지흡기라인;
    3웨이밸브로서, 상기 연료전지흡기라인과 보조배기라인이 합쳐지는 부분에 구비된 제2흡기개폐밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 유량제어수단은,
    상기 공조흡기라인 상에 마련되어, 상기 공조흡기라인을 통과하는 공기유량을 검출하는 유량센서;
    상기 공조흡기라인 상에 마련되어, 상기 공조흡기라인을 통과하는 공기유량을 조절하도록 작동되는 비례제어밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 유량센서에 의해 검출된 공기유량이 설정값 만족시, 연료전지블로어의 풍량을 감소하도록 제어하고;
    상기 유량센서에 의해 검출된 공기유량이 설정값 불만족시, 상기 비례제어밸브의 개도량을 최대로 제어하고, 공조블로어의 풍량을 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 연료전지 시스템이 가동되지 않는 경우, 상기 비례제어밸브의 개도량을 최대로 제어하고, 공조블로어의 풍량을 증가하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템.
  9. 청구항 5에 있어서,
    상기 공조흡기라인을 개폐시키는 제1흡기개폐밸브;를 더 포함하며,
    상기 공조흡기라인은, 일단이 실외로 이어지는 공용라인과, 일단이 상기 공용라인의 타단에서 분기되어 타단이 실내로 이어지는 제1분기라인 및 제2분기라인을 포함하여 구성이 되고;
    상기 제1흡기개폐밸브는 3웨이밸브로서, 상기 제1분기라인과 제2분기라인으로 분기되는 지점에 설치되며;
    상기 공조블로어는 상기 제1분기라인 상에 설치된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 공조블로어의 작동에 따른 공조 시스템의 가동시, 상기 제1분기라인이 개방되도록 제1흡기개폐밸브의 작동을 제어하고;
    상기 공조 시스템이 가동되지 않고 연료전지 시스템의 가동시, 상기 제2분기라인이 개방되도록 제1흡기개폐밸브의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템.
  11. 삭제
  12. 청구항 5에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 공조블로어가 작동되지 않는 상태에서 연료전지 시스템의 가동 요구시, 상기 연료전지흡기라인을 통해 연료전지 시스템에 외기가 공급되도록 상기 제2흡기개폐밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템.
  13. 청구항 5에 있어서,
    상기 보조배기라인에 유입되는 실내 공기의 습도 및 산소농도를 측정하도록 상기 제2흡기개폐밸브의 전단에 습도센서 및 산소센서가 설치되고;
    상기 컨트롤러는,
    상기 습도센서 및 산소센서에서 검출된 값이 설정값 불만족시, 상기 연료전지흡기라인을 통해 연료전지 시스템에 외기가 공급되도록 상기 제2흡기개폐밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템을 이용한 공조 시스템.
  14. 삭제
  15. 삭제
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