KR102634979B1

KR102634979B1 - 냉각기 일체형 연료전지시스템

Info

Publication number: KR102634979B1
Application number: KR1020230107670A
Authority: KR
Inventors: 이진협
Original assignee: (주)엘케이에너지
Priority date: 2023-08-17
Filing date: 2023-08-17
Publication date: 2024-02-08

Abstract

본 발명은 연료전지시스템의 상부에 냉각기를 일체로 설치하여 연료전지시스템의 설치 면적이 증가되지 않도록 하는 냉각기 일체형 연료전지시스템에 관한 것으로, 직육면체 형태의 케이스를 포함하고, 케이스의 외부로 노출되는 냉각수 공급관과 온수 배수관을 포함하는 연료전지시스템와; 상기 케이스의 상부에 고정수단을 통해 고정되고 상부가 개방된 직육면체 형태의 냉각기 케이스를 포함하고, 냉각기 케이스에는 외부로 노출되게 수 공급관과 수 배출관이 관통되게 구비되며, 냉각기 케이스 내부의 하부에는 상기 수 공급관과 수 배출관에 양단이 연결되어 전후 간격과 상하 간격을 두고 다단으로 절곡된 냉각관이 구비되고, 냉각기 케이스의 내부의 상부에는 냉각관에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 냉각팬이 구비된 냉각기와; 상기 수 배출관과 냉각수 공급관을 연결하는 제1 관과; 상기 냉각팬을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉각기 일체형 연료전지시스템{Cooler integrated fuel cell system}

본 발명은 냉각기 일체형 연료전지시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지시스템의 상부에 냉각기를 일체로 설치하여 연료전지시스템의 설치 면적이 증가되지 않도록 하는 냉각기 일체형 연료전지시스템에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지시스템은 연료(도시가스 등)를 이용하여 전기와 열에너지를 생성하는 장치로서, 전기화학반응을 이용하여 연료의 화학에너지를 전기에너지로 변환시킨다. 이러한 연료전지시스템은 연료를 원하는 상태의 수소가스로 개질하여 스택(발전부)에 보내고, 대기중의 산소를 유입시켜 전기화학반응에 의해 전력과 배열(Heat)을 생산한다.

이러한 연료전지시스템은 건물용과 발전용으로 구분되어 설치되고 있다. 건물용은 건물의 지하 기계실에 설치하는 경우가 대부분이다.

선행기술로는 대한민국 특허등록 제10-0807875호의 "연료전지 열병합 발전시스템"(이하, "종래의 연료전지시스템"이라 한다.)이 개시된 바 있다.

도 8은 종래 연료전지시스템의 제품 개념도로서, 선행기술인 제10-0807875호의 제품으로 구현한 경우를 보인 것이다.

여기서 참조번호 10은 연료전지시스템, 20은 개질부, 22는 공기공급장치, 24는 배기장치, 30은 스택부, 40은 물탱크, 42는 열교환기이다. 여기서 개질부(20), 스택부(30), 열교환기(40) 등은 연료전지시스템(10) 내부에 설치된다. 또한 참조번호 50은 보일러, 60은 온수저장탱크, 70은 방열기이다.

따라서, 종래의 연료전지 시스템은 도 8에 도시된 바와 같이, 연료전지시스템(10)의 케이스의 내부에 연료를 개질하는 개질부(20), 수소와 산소의 전기화학반응에 의하여 발전하는 스택부(30), 급기를 통해 산소를 연료전지시스템(10)에 공급하는 공기공급장치, 스택부(30)의 온도를 일정하게 유지시키도록 냉각기능을 수행하는 열교환기(42)를 구비한 물탱크(40), 시스템의 기동/정지/발전상태 유지 동작/제어기능을 수행하는 다수의 주변장치(Balance of Plants, BOP)(도면상에 미 도시) 등으로 구성된다.

그리고 상기 개질부(20), 스택부(30) 및 열교환기(40)를 구비한 물탱크(40)는 모두 연료전지시스템(10)의 내부에 설치된다.

그런데, 종래에는 연료전지시스템의 케이스와 냉각기의 케이스가 서로 분리되게 설치됨에 따라, 서로 쌍을 이루는 연료전지시스템과 냉각기 케이스의 설치 면적이 넓어지게 됨으로써, 면적이 제한된 건물의 기계실에 많은 수의 연료전지시스템을 설치할 수 없는 문제점을 가지고 있었다.

또한 종래에는 냉각기가 기계실의 바닥에 앵커볼트로 완전히 고정됨에 따라, 냉각기를 교체하거나 냉각기를 바닥에서 분리하여 수리할 경우에는 앵커볼트들에 체결된 모든 너트를 모두 풀은 다음, 교체 또는 수리후 앵커볼트들에 너트들 다시 체결해야 함으로써, 냉각기를 교체하거나 수리할 경우에 냉각기를 바닥에서 분리하고 다시 설치하는 시간이 오래 걸리는 문제점도 가지고 있었다.

대한민국 특허등록 제10-0807875호

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,

본 발명의 목적은 건물에서 연료전지가 설치되는 기계실의 면적이 제한되어 있음에 따라, 연료전지시스템의 상부에 냉각기를 일체로 설치하여 연료전지시스템의 설치 면적이 증가되지 않도록 하는 냉각기 일체형 연료전지시스템을 제공함에 있다

또한 본 발명의 다른 목적은 연료전지시스템의 케이스의 상부에 냉각기를 전방에서 후방으로 또는 후방에서 전방으로 간단히 이동시키는 과정만으로 냉각기를 간단하면서 짧은 시간에 설치하거나 분리할 수 있도록 하는 냉각기 일체형 연료전지시스템을 제공함에 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 연료전지시스템의 상부에 냉각기를 상부에서 하부로 이동시킨 후 후방으로 짧은 거리를 이동시켜 간단하게 설치할 수 있도록 하는 냉각기 일체형 연료전지시스템을 제공함에 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 "냉각기 일체형 연료전지시스템"은 직육면체 형태의 케이스를 포함하고, 케이스의 외부로 노출되는 냉각수 공급관과 온수 배수관을 포함하는 연료전지시스템와; 상기 케이스의 상부에 고정수단을 통해 고정되고 상부가 개방된 직육면체 형태의 냉각기 케이스를 포함하고, 냉각기 케이스에는 외부로 노출되게 수 공급관과 수 배출관이 관통되게 구비되며, 냉각기 케이스 내부의 하부에는 상기 수 공급관과 수 배출관에 양단이 연결되어 전후 간격과 상하 간격을 두고 다단으로 절곡된 냉각관이 구비되고, 냉각기 케이스의 내부의 상부에는 냉각관에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 냉각팬이 구비된 냉각기와; 상기 수 배출관과 냉각수 공급관을 연결하는 제1 관과; 상기 냉각팬을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은 건물의 기계실의 면적이 제한되어 있음에 따라, 연료전지시스템의 상부에 냉각기를 일체로 설치하여 연료전지시스템의 설치 면적이 증가되지 않도록 함으로써, 기계실을 확장하지 않고도 제한된 면적의 기계실에 많은 수의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 설치할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 연료전지시스템의 케이스의 상부에 냉각기를 전방에서 후방으로 또는 후방에서 전방으로 간단히 이동시키는 과정만으로 냉각기를 간단하면서 짧은 시간에 설치하거나 분리할 수 있게 함으로써, 냉각기를 교체하거나 수리할 경우에 냉각기를 연료전지시스템에서 분리하고 설치하는 시간을 최소로 줄여 냉각기를 교체하거나 수리하는 시간을 최대로 단축할 수 있는 효과도 있다.

또한 본 발명은 연료전지시스템의 상부에 냉각기를 상부에서 하부로 이동시킨 후 후방으로 짧은 거리를 이동시켜 냉각기를 간단하게 설치함으로써, 연료전지시스템의 전방 공간이 협소하더라도 냉각기를 용이하게 설치할 수 있는 효과도 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시에의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 나타낸 것으로,
도 1a는 사시도이고,
도 1c는 도 1b의 분해 사시도이고,
도 1b는 둘레 사각 케이스를 설치한 상태를 사시도이며,
도 1d는 고정 수단을 확대 도시한 분해 사시도이고,
도 1e는 냉각기의 조립 상태를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1a의 A-A선 일부 절개 단면도.
도 3은 도 2의 B-B선 일부 절개 단면도로서 제1 실시에의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 포함하는 냉각기 일체형 연료전지시스템의 냉각시스템을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 제1 실시에의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 구성하는 연결 고정수단의 다른 실시예를 나타낸 것으로,
도 4a는 사시도이고,
도 4b는 분해 사시도이며,
도 4c는 요부 분해 사시도이고,
도 4d는 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 제1 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 구성하는 연결 고정수단의 또 다른 실시예를 나타낸 것으로,
도 5a는 사시도이고,
도 5b는 요부 일부 분해 사시도이며,
도 5c는 요부 분해 사시도이고,
도 5d는 전방 양측에 설치된 상태를 나타낸 정면도이고,
도 5e는 도 5d의 C-C선 일부 절개 단면 확대도이며,
도 5f는 도 5e의 D-D선 단면 확대도로서 록킹 상태를 나타내고,
도 5g는 도 5e의 E-E선 단면 확대도로서 록킹 상태를 나타내며,
도 5h는 도 5e의 D-D선 단면 확대도로서 록킹 해제 상태를 나타내고,
도 5i는 도 5e의 E-E선 단면 확대도로서 록킹 해제 상태를 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 제2 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 나타낸 것으로,
도 6a는 사시도이고,
도 6b는 둘레 사각 케이스를 설치한 상태를 사시도이며,
도 6c는 냉각기의 내부를 일부 나타낸 일부 절개 정면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 제2 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 포함하는 냉각기 일체형 연료전지시스템의 냉각시스템을 나타낸 도면.
도 8은 종래 연료전지시스템의 제품 개념도.

이하 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 다수의 상이한 형태로 구현될 수 있고, 기술된 실시예에 제한되지 않음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시에의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 나타낸 도면들이고, 도 2는 도 1a의 A-A선 일부 절개 단면도이며, 도 3은 도 2의 B-B선 일부 절개 단면도로서 제1 실시에의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 포함하는 냉각기 일체형 연료전지시스템의 냉각시스템을 나타낸 도면이다.

도면에 도시된 바와 같이, 먼저, 본 발명에 따른 제1 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템은 연료전지시스템의 상부에 냉각기를 일체로 설치하여 연료전지시스템의 설치 면적이 증가되지 않도록 하는 것으로, 연료전지시스템(1), 냉각기(2), 제1 관(P1), 제어부를 포함한다.

상기 연료전지시스템(1)는 직육면체 형태의 케이스(11)를 포함한다. 그리고 상기 케이스(11)의 내부에는 개질부(미도시), 스택부(미도시) 및 열교환기(미도시)를 구비한 물탱크(미도시), 다수의 주변장치(BOP)가 설치되는 것이다. 아울러 상기 연료전지시스템(1)은 상기 케이스(11)을 관통하여 외부로 노출되는 냉각수 공급관(12)과 온수 배수관(13)을 포함한다. 또한 상기 냉각수 공급관(12)은 연료전지시스템(1)의 내부에 구비된 열교환기(42)의 냉각수 투입측에 연결되고, 상기 온수 배수관(13)은 연료전지시스템(1)의 내부에 구비된 열교환기(42)의 온수 배출측에 연결되는 것이다.

그리고, 상기 냉각기(2)는 연료전지시스템(1)를 구성하는 케이스(11)의 상부에 고정수단(3)을 통해 고정되고 상부가 개방된 직육면체 형태의 냉각기 케이스(21)를 포함한다.

상기 냉각기 케이스(21)에는 외부로 노출되게 수 공급관(22)과 수 배출관(23)이 관통되게 구비된다. 그리고 상기 냉각기 케이스(21) 내부의 하부에는 상기 수 공급관(22)과 수 배출관(23)에 양단이 연결되어 전후 간격과 상하 간격을 두고 다단으로 절곡된 냉각관(24)이 구비되고, 냉각기 케이스(21)의 내부의 상부에는 냉각관(24)에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 냉각팬(25)이 구비된다.

상기 고정수단(3)은 종형 수직판과 종형 수직판에서 직각으로 연결된 횡형 수직판 및 상,하판(41)(42)을 포함하고 상기 케이스(11) 상판의 전,후방의 양측에 각각이 분리 연결수단(43)을 통해 고정되는 다수의 수직대(4)와, 상기 다수의 수직대(31)의 상부와 상기 냉각기 케이스(11)의 사이에 설치되어 냉각기 케이스(21)를 수직대(4)들의 상부에 고정하는 연결 고정수단(5)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 분리 연결수단(43)은 각각의 수직대(4)를 연료전지시스템(1)의 상부에서 분리시킬 수 있도록, 상기 수직대(4)의 하판(42)에 형성된 조립홀과, 상기 케이스(11)의 상부에 상기 조립홀과 상응되는 위치에 형성된 탭홈(432)과, 상기 조립홀에 관통되어 탭홈(432)에 체결되고 상부에는 너트(434)가 체결되는 나사축(433)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 연결 고정수단(5)은 양측 각각 배치된 전,후방 수직대(4)의 상부 사이에 종방향으로 설치되고 상부에는 하부의 양측 폭이 넓고 상부의 양측 폭이 좁은 T형홈(521)이 형성된 종형레일(52)이 형성된 종형판(51)과, 상기 냉각기 케이스(21)의 하판(33) 양측에 하부로 돌출되게 종방향으로 형성되어 상기 종형레일(52)의 T형홈(521)에 전방에서 후방이나 후방에서 전방으로 상부로 이탈되지 않게 삽입되고 하부의 양측폭이 넓고 상부의 양측 폭이 좁은 T형 돌출부(53)를 포함하여 구성될 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 제1 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템는, 양측 각각 배치된 전,후방 수직대(4)의 상부 사이에 T형홈(521)이 형성된 종형레일(52)이 구비되고, 상기 냉각기 케이스(21)의 하판 양측에 상기 T형홈(521)에 삽입되는 T형 돌출부(53)를 형성함에 따라, 연료전지시스템(1)의 상부에 냉각기(2)를 전방에서 후방으로 또는 후방에서 전방으로 간단히 이동시키는 과정만으로 냉각기(2)를 간단하게 설치함으로써 냉각기(2)를 짧은 시간에 설치할 수 있는 장점이 있다.

아울러, 상기 제1 관(P1)은 냉각기(2)에 구비된 수 배출관(23)과 연료전지시스템(1)에 구비된 냉각수 공급관(12)을 연결하여 연료전지시스템(1)의 내부로 냉각수를 공급할 수 있도록 구비된 것이다.

상기 제어부는 냉각팬(25)과 연결되어 냉각팬(25)을 작동 제어하는 역할을 하는 것이다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 제1 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 구성하는 연료전지시스템의 케이스 상부에 냉각기를 설치하는 과정을 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 연료전지시스템(1)의 케이스(11) 상부에 냉각기(2)를 설치하는 과정은, 먼저, 하부의 양측에 T형 돌출부(53)가 구비된 냉각기(2)를 연료전지시스템(1)의 케이스(11)의 상부 양측에 설치된 종형레일(52)의 T형홈(521)의 전방 또는 후방에 위치시킨다.

다음 연료전지시스템(1)의 케이스(11)의 상부 양측에 설치된 종형레일(52)의 T형홈(521)의 전방 또는 후방에 위치된 냉각기(2)를 전방에서 후방으로 이동시키거나 후방에서 전방으로 이동시켜, 냉각기(2)의 하부의 양측에 구비된 T형 돌출부(53)를 연료전지시스템(1)의 케이스(11)의 상부 양측에 설치된 종형레일(52)의 T형홈(521)에 삽입한다.

다음 냉각기(2)에 구비된 수 배출관(23)과 연료전지시스템(1)에 구비된 냉각수 공급관(12)을 제1 관(P1)으로 연결하는 과정을 통해 연료전지시스템(1)의 상부에 냉각기(2)의 설치를 짧은 시간에 간단하게 완료하는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 제1 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템은 건물에서 연료전지가 설치되는 기계실의 면적이 제한되어 있음에 따라, 연료전지시스템의 상부에 냉각기를 일체로 설치하여 연료전지시스템(1)의 설치 면적이 증가되지 않도록 함으로써, 기계실을 확장하지 않고도 제한된 면적의 기계실에 냉각기(2)가 없는 연료전지시스템들과 동일한 수량으로 다수의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 설치할 수 있는 유용한 발명이다.

한편, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 냉각기(2)와 고정수단(3)의 외측 둘레에는 다수의 통기공(71)이 형성된 둘레 사각 케이스(7)가 더 구비될 수 있다.

상기 둘레 사각 케이스(7)는 냉각기(2)와 고정수단(3)의 외측 둘레를 감싸 냉각기 케이스(21)의 외부 노출을 방지하는 역할을 함은 물론, 둘레에 형성된 다수의 통기공(71)을 통해 외부 공기가 상기 냉각기 케이스(21)에 접촉되도록 하는 역할을 하는 것이다.

또한, 도 4는 본 발명에 따른 제1 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 구성하는 연결 고정수단의 다른 실시예를 나타낸 도면들이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1 실시에의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 구성하는 다른 실시예의 연결 고정수단(5)은 각각의 상기 수직대(4)의 상부에 설치되고 상부에는 하부의 양측폭이 넓고 상부의 양측폭이 좁은 T형홈(542)이 형성된 종형레일(541)이 구비되며 종형레일(541)의 상부 전방에는 T형홈(542)의 하부까지 연통되게 개방된 삽입 개방부(543)가 형성된 고정판(54)과, 상기 케이스(11)의 하판(33)의 모서리 부분의 각각에 하부로 돌출되게 형성되어 상기 삽입 개방부(543)에 삽입되어 T형홈(542)의 후방으로 상부로 이탈되지 않게 삽입되는 하부의 양측폭이 넓고 상부의 양측 폭이 좁은 T형 돌출부(55)를 포함하여 구성될 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 제1 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템는, 연료전지시스템(1)의 상부에 냉각기(2)를 상부에서 하부로 이동시킨 후방으로 짧은 거리를 이동시켜 냉각기(2)를 간단하게 설치함으로써, 연료전지시스템(1)의 전방 공간이 협소하더라도 냉각기(2)를 용이하게 설치할 수 있는 효과도 있다.

그리고 상기 다른 실시예의 연결 고정수단(5)은 상기 삽입 개방부(543)의 측벽과 T형 돌출부(55)의 양측 폭이 좁은 측벽의 사이에 삽입되는 탄성력을 가지고 종방향으로 긴 진동 흡수부재(64)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 제1 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템는, 상기 삽입 개방부(543)의 측벽과 T형 돌출부(55)의 양측 폭이 좁은 측벽의 사이에 두 개의 진동 흡수부재(64)를 설치함에 따라, 냉각기(2)의 작동시 발생되는 좌우 방향의 진동을 상기 두 개의 진동 흡수부재(64)로 흡수함으로써 냉각기(2)의 작동시 진동 소음이 방지되는 장점도 있다.

아울러 상기 다른 실시예의 연결 고정수단(5)은 상기 고정판(54)과 상판(32)에 수직으로 형성된 탭홀(56)과, 상기 탭홀(56)에 하부에서 상부로 관통 체결되어 상단이 상기 T형 돌출부(55)의 하면에 밀착되어 T형 돌출부(55)의 전후 이동을 방지하는 세트스크류(59)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 제1 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템는, 상기 고정판(54)과 상판(32)에 수직으로 탭홀(56)을 형성하고 상기 탭홀(56)에는 T형 돌출부(55)의 전후 이동을 방지하는 세트스크류(59)를 관통 체결함에 따라, 연료전지시스템(1)의 상부에 냉각기(2)를 설치한 후 냉각기(2)가 전,후방으로 미세하게 유동되는 것을 방지함으로써 연료전지시스템(1)와 냉각기(2)의 작동시 냉각기(2)의 유동 소음을 방지하는 장점도 있다.

도 5는 본 발명에 따른 제1 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 구성하는 연결 고정수단의 또 다른 실시예를 나타낸 도면들이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 또 다른 실시예의 연결 고정수단은, 각각의 상기 수직대(4)의 상부에 설치되고 상부에는 하부의 양측폭이 넓고 상부의 양측폭이 좁은 T형홈(652)이 형성된 종형레일(651)이 형성된 고정판(65)과, 상기 케이스(11)의 하판의 모서리 부분의 각각에 하부로 돌출되게 형성되어 상기 T형홈(652)에 전방에서 후방으로 이탈되지 않게 삽입되는 하부의 양측폭이 넓고 상부의 양측 폭이 좁은 T형 돌출부(66)와, 전방 양측에 각각 결합되게 배치된 T형 돌출부(66)와 T형홈(652)에 구비되어 외부 조작을 통해 T형홈(652)에 삽입된 T형 돌출부(66)가 전후 방향과 상하 방향으로 유동되는 것을 방지하는 조작 록킹수단(67)을 포함하여 구성될 수 있다.

그리고 상기 조작 록킹수단(67)은 외부 조작을 통해 T형홈(652)에 삽입된 T형 돌출부(66)가 전후 방향과 상하 방향으로 유동되는 것을 방지할 수 있도록, 탭홈(671), 수직홀(672), 수평홀(673), 조작 나사축(674), 록킹부재(678), 록킹홈(680)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 탭홈(671)은 T형 돌출부(66)의 하부에 형성된 양측 확장부(661)의 내부 전방에 전방이 개방되게 형성되는 것이다.

상기 수직홀(672)은 탭홈(671)의 후방 둘레의 상,하부와 양측에 상,하부가 개방되고 탭홈(671)과 연통되게 형성되는 것이다.

상기 수평홀(673)은 탭홈(671)의 후방에 양측이 개방되고 탭홈(671)과 연통되게 형성되는 것이다.

상기 조작 나사축(674)은 탭홈(671)에 체결되는 것으로, 전방에는 양측으로 돌출된 손잡이봉(675)이 형성되며, 후방에는 상기 수평홀(673)의 내부에 위치되게 후방으로 돌출된 기어(676)가 형성되고, 후방의 외측 둘레의 상,하부에는 상기 T형홈(652)의 하부에 형성된 양측 확장홈(653)의 상,하면에 밀착이 가능하게 돌출 밀착축(677)이 상기 수직홀(672)의 내부에 위치되게 형성되는 것이다.

상기 록킹부재(678)는 수평홀(673)의 내부 양측에 두 개가 배치되는 것으로, 각각에는 상기 기어(676)와 맞물리는 레크(679)가 형성되어 상기 조작 나사축(674)의 록킹 회전시 수평홀(673)의 양측으로 돌출되게 설치되는 것이다.

상기 록킹홈(680)은 T홈부(652)의 하부에 형성된 양측 확장홈(653)의 양측면에 두 개가 형성되는 것으로, 각각의 록킹부재(678)의 외측이 삽입 가능하게 형성되는 것이다.

이하 상기와 같이 구성된 또 다른 실시예의 연결 고정수단(5)을 작동을 설명하면, 먼저, 손잡이봉(675)를 도 5h와 도 5i에 도시된 바와 같이 경사진 상태로 유지시켜 돌출 밀착축(677)을 거의 수평 상태로 유지시키고, 양측의 록킹부재(678)를 수평홀(673)의 내부에 위치되게 한다.

다음 연료전지시스템(1)의 상부에 냉각기(2)를 위치시킨후 냉각기(2)를 전방에서 후방으로 이동시키는 과정을 통해, 냉각기 케이스(21)의 하부 모서리 부분에 구비된 다수의 T형 돌출부(66)을 케이스(11)의 상부 양측의 전,후방에 배치된 고정판(54)들의 T형홈(652)에 삽입하여 냉각기(2)를 연료전지시스템(1)의 상부에 설치한다.

다음 상기와 같이 냉각기(2)를 연료전지시스템(1)의 상부에 설치한 후에는, 도 5f와 도 5g에 도시된 바와 같이 손잡이봉(675)을 정면에서 볼 때 반시계 방향으로 회전시켜 상부에 위치된 돌출 밀착축(677)의 끝단을 상기 T형홈(652)의 하부에 형성된 양측 확장홈(653)의 상면에 밀착되게 하고, 하부에 위치된 돌출 밀착축(677)을 끝단을 상기 T형홈(652)의 하부에 형성된 양측 확장홈(653)의 하면에 밀착되게 함과 동시에, 조작 나사축(674) 후방의 기어(676)가 회전되어 양측의 록킹부재(678)가 수평홀(673)의 양측으로 돌출됨에 따라, 양측의 록킹부재(678)의 외측 단부가 T홈부(652)의 하부에 형성된 양측 확장홈(653)의 양측면에 형성된 록킹홈(680)에 삽입됨으로써, T형홈(652)에 T형 돌출부(66)가 전후 방향과 상하 방향으로 유동되지 않게 고정되는 것이다.

반대로 냉각기 케이스(21)를 연료전지시스템(1)의 상부에서 분리 할 경우에는, 도 5h와 도 5i에 도시된 바와 같이, 상기 손잡이봉(675)을 정면에서 볼 때 시계 방향으로 회전시켜 상,하부에 위치된 돌출 밀착축(677)을 거의 수평으로 회전시키고, 조작 나사축(674)의 후방의 기어(676)의 역회전시켜 양측의 록킹부재(678)를 수평홀(673)의 내부로 삽입되게 함으로써, T형홈(652)에 삽입된 T형 돌출부(66)의 록킹 상태를 간단히 해제한다.

다음 작업자가 손잡이봉(675)들을 잡은 상태에서 냉각기 케이스(21)을 후방에서 전방으로 이동시키는 과정을 통해 냉각기 케이스(21)를 연료전지시스템(1)의 상부에서 간단히 분리할 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 따른 제1 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템는, 상기 다른 실시예 연결 고정수단을 통해, 연료전지시스템(1)의 상부에 냉각기(2)를 설치한 후 냉각기(2)가 전,후 방향 및 상,하 방향으로 미세하게 유동되는 것을 방지함으로써 연료전지시스템(1)와 냉각기(2)의 작동시 냉각기(2)의 유동 소음을 최대로 방지하는 장점도 있다.

또한, 도 6은 본 발명에 따른 제2 실시에의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 나타낸 도면들이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제2 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템(1)는 기계실의 높이가 낮을 경우에는 연료전지시스템(1)의 상부에 설치된 냉각기(2)를 분리하여 연료전지시스템(1)의 측부의 바닥에 설치할 수 있도록 하는 것으로, 연료전지시스템(1), 냉각기(2), 제1 관(P1), 제어부를 포함한다.

상기 연료전지시스템(1)는 상술한 제1 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 구성하는 연료전지시스템(1)와 동일한 것으로, 직육면체 형태의 케이스(11)를 포함하고, 케이스(11)의 외부로 노출되는 냉각수 공급관(12)과 온수 배수관(13)을 포함하게 구성되는데, 이러한 연료전지시스템(1)는 공지된 것이다.

상기 냉각기(2)는 연료전지시스템(1)를 구성하는 케이스(11)의 일측 바닥에 고정수단(3)을 통해 설치되고 상부가 개방된 직육면체 형태의 냉각기 케이스(21)를 포함한다. 그리고 상기 냉각기 케이스(21)에는 외부로 노출되게 수 공급관(22)과 수 배출관(23)이 관통되게 구비되며, 냉각기 케이스(21) 내부의 하부에는 상기 수 공급관(22)과 수 배출관(23)에 양단이 연결되어 전후 간격과 상하 간격을 두고 다단으로 절곡된 냉각관(24)이 구비되고, 냉각기 케이스(21)의 내부의 상부에는 냉각관(24)에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 냉각팬(25)이 구비된 것이다.

상기 고정수단(3)은 종형 수직판과 종형 수직판에서 직각으로 연결된 횡형 수직판 및 상,하판(41)(42)을 포함하고 상기 케이스(11)의 일측 바닥의 전,후방의 양측에 각각이 분리 연결수단(4)을 통해 고정되는 다수의 수직대(4)와, 상기 다수의 수직대(4)의 상부와 상기 냉각케이스(11)의 사이에 설치되어 냉각기 케이스(21)를 수직대(4)들의 상부에 고정하는 연결 고정수단(5)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 분리 연결수단(43)은 각각의 상기 수직대(4)의 하판(42)에 형성된 조립홀과, 상기 케이스(11)의 일측 바닥에 상기 조립홀과 상응되는 위치에 형성된 탭홈(432)과, 상기 조립홀에 관통되어 탭홈(432)에 체결되고 상부에는 너트(434)가 체결되는 나사축(433)을 포함하여 구성될 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 제2 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템는, 양측 각각 배치된 전,후방 수직대(4)의 상부 사이에 T형홈(521)이 형성된 종형레일(52)이 구비되고, 상기 냉각기 케이스(21)의 하판 양측에 상기 T형홈(521)에 삽입되는 T형 돌출부(53)를 형성함에 따라, 연료전지시스템(1)의 상부에 냉각기(2)를 전방에서 후방으로 또는 후방에서 전방으로 간단히 이동시키는 과정만으로 냉각기(2)를 간단하게 설치함으로써 냉각기(2)를 짧은 시간에 설치할 수 있는 장점이 있다.

상기 제1 관(P1)은 냉각기(2)에 구비된 수 배출관(23)과 연료전지장치에 구비된 냉각수 공급관(12)을 연결하여 연료전지장치의 내부로 냉각수를 공급할 수 있도록 구비된 것이다.

따라서, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 제2 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템은 연료전지시스템(1)가 설치되는 기계실의 높이가 낮을 경우에는 연료전지시스템(1)의 상부에 설치된 냉각기(2)를 분리하여 연료전지시스템(1)의 측부의 바닥에 설치함으로써, 기계실의 높이가 낮은 경우에도 기계실에 설치가 가능한 냉각기 일체형 연료전지시스템을 제공하는 장점이 있다.

한편 상기 냉각기(2)와 고정수단(3)의 외측 둘레에는 다수의 통기공(71)이 형성된 둘레 사각 케이스(7)가 더 구비될 수 있는데, 상기 사각 케이스(11)는 냉각기(2)와 고정수단(3)의 외측 둘레를 감싸 냉각기 케이스(21)의 외부 노출을 방지하는 역할을 함은 물론, 둘레에 형성된 다수의 통기공(71)을 통해 외부 공기가 상기 냉각기 케이스(21)에 접촉되도록 하는 역할을 하는 것이다.

도 3은 도 2의 B-B선 일부 절개 단면도로서 제1 실시에의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 포함하는 냉각기 일체형 연료전지시스템의 냉각시스템을 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 제2 실시예의 냉각기 일체형 연료전지시스템을 포함하는 냉각기 일체형 연료전지시스템의 냉각시스템을 나타낸 도면이다.

도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각기 일체형 연료전지시스템을 포함하는 냉각기 일체형 연료전지시스템의 냉각시스템(이하. "냉각시스템"이라 한다.)은 물탱크(8)에 저장된 온수의 온도가 연료전지시스템 내부의 냉각수로 사용할 수 없는 온도로 상승될 경우에 온수를 냉각시켜 냉각수로 사용할 수 있게 하는 것으로, 상술한 제1 실시예의 연료전지시스템(1) 또는 제2 실시예의 연료전지시스템(1)를 포함하고, 물탱크(8), 제2 온도센서(T2), 제3 온도센서(T3), 제1 펌프(C1), 제1 실시예의 연료전지시스템(1) 또는 제2 실시예의 연료전지시스템(1)를 제어하면서 본 발명에 따른 냉각기 일체형 연료전지시스템의 냉각시스템을 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 물탱크(8)는 연료전지시스템(1)와 분리되게 별도로 설치되어 시수와 온수를 저장하는 것으로, 하부의 측부와 상술한 제1 실시예의 연료전지시스템(1) 또는 제2 실시예의 연료전지시스템(1)를 구성하는 냉각기(2)에 구비된 수 공급관(22)의 사이에 제2 관(P2)으로 연결되고, 상부의 측부와 상술한 제1 실시예의 연료전지시스템(1) 또는 제2 실시예의 연료전지시스템(1)를 구성하는 연료전지시스템(1)의 온수 배수관(13)의 사이에 제3 관(P3)으로 연결되는 것이다.

그리고 상기 물탱크(8)의 내부에는 온수의 온도를 센싱하고 상술한 제1 실시예의 연료전지시스템(1) 또는 제2 실시예의 연료전지시스템(1)를 구성하는 제어부(미도시)와 연결된 제1 온도센서(T1)가 구비된다. 또한 상기 물탱크(8)의 상부에는 상기 제어부와 연결된 제2 펌프(C2)가 중간에 설치된 온수 배출관(23)이 설치되며, 물탱크(8)의 하부에는 상기 제어부와 연결된 제3 펌프(C3)가 중간에 설치된 시수 공급관(22)이 설치되고, 내부의 상부에는 수위센서(미도시)가 구비되는 것이다.

상기 제2 온도센서(T2)는 제1 관(P1)에 설치되어 제1 관(P1)을 통과하는 물의 온도를 센싱하고 상기 제어부와 연결되는 것이다. 상기 제3 온도센서(T3)는 상기 제3 관(P3)에 설치되어 제3 관(P3)을 통과하는 물의 온도를 센싱하고 상기 제어부와 연결되는 것이다.

상기 제1 펌프(C1)는 제2 관(P2)의 중간에 상기 제어부와 연결되게 구비되어 물탱크(8)내의 온수를 상기 수 공급관(22)으로 이송시키는 역할을 한다.

상기 제어부는 상기 제1,2,3 온도센서(T1)(T2)(T3)에서 실시간으로 온도데이터를 입력받아 상기 냉각팬(25)의 작동을 온/오프 제어하거나 또는 냉각팬(25)과 제1 펌프(C1)의 작동을 온/오프 제어하여 제1 관(P1)에서 통과되는 물이 냉각수로 사용이 가능한 설정 온도(섭씨 40도) 이하로 유지하게 구성되는 것이다.

그리고 상기 제어부는 건물 내에서 온수의 사용시 상기 제2 펌프(C2)를 작동시켜 저장 탱크내에 온수를 온수 배출관(23)으로 배출하게 구성되고, 상기 수위센서에서 실시간으로 수위데이터를 입력받아 수위가 설정된 수위 이하로 낮아지면 상기 제3 펌프(C3)를 제어하여 시수를 설정된 수위까지 공급하게 구성될 수도 있다.

이하, 상기와 같은 냉각시스템을 통해 온수를 냉각시키는 과정을 설명하면, 도 3 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 내지 제3 온도센서(T1)(T2)(T3)에서 실시간으로 센싱되는 온도데이터를 제어부에서 실시간으로 입력받아 제2 관(P2)을 통과하는 온수가 냉각수로 사용이 가능한 설정 온도(섭씨 40도)를 초과하는 온도데이터가 제어부로 입력되면, 제어부에서는 상기 냉각기(2)의 냉각팬(25)을 작동시켜 냉각기(2)의 냉각관(24)으로 통과하는 온수의 열을 냉각기(2)의 외부로 방출시켜 제1 관(P1)을 통해 연료전지시스템(1)의 내부로 입력되는 온수의 온도를 냉각수로 사용이 가능한 설정 온도(섭씨 40도)의 이하로 낮출 수 있는 것이다.

상기 제어부에서는 냉각기(2)의 냉각팬(25)을 작동시키면서 제1 펌프(C1)를 제어하면서 온수의 공급량도 조절하여 상기 냉각팬(25)의 냉각 효율을 향상시킬 수도 있는 것이다.

따라서, 상기 냉각시스템은, 물탱크(8)에 저장된 온수의 온도가 연료전지시스템 내부의 냉각수로 사용할 수 없는 온도로 상승될 경우에 상술한 과정을 통해 온수를 냉각시켜 냉각수로 사용할 수 있게 함으로써, 온수의 온도를 낮추기 위해 온수를 방수하는 것을 방지하여 온수의 낭비를 방지함은 물론, 온수의 낭비로 발생되는 물탱크(8)의 내부로 공급되는 시수의 사용량도 줄일 수 있는 유지 비용을 최소로 줄일 수 있는 유용한 발명이다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.

한편, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함을 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.

1 : 연료전지시스템
11 : 케이스
12 : 냉각수 공급관
13 : 온수 배수관
2 : 냉각기
21 : 냉각기 케이스
22 : 수 공급관
23 : 수 배출관
24 : 냉각관
25 : 냉각팬
3 : 고정수단
4 : 수직대
41 : 상판
42 : 하판
43 : 분리 연결수단
5 : 연결 고정수단
51 : 종형판
52 : 종형레일
53 : T형 돌출부
54 : 고정판
55 : T형 돌출부
56 : 탭홀
59 : 세트스크류
61 : 탭홈
62 : 이동 방지판
63 : 볼트
64 : 진동 흡수부재
65 : 고정판
66 : T형 돌출부
67 : 조작 록킹수단
7 : 둘레 사각 케이스
71 : 통기공
8 : 물탱크

Claims

직육면체 형태의 케이스를 포함하고, 케이스의 외부로 노출되는 냉각수 공급관과 온수 배수관을 포함하는 연료전지시스템과;
상기 케이스의 상부에 고정수단을 통해 고정되고 상부가 개방된 직육면체 형태의 냉각기 케이스를 포함하고, 냉각기 케이스에는 외부로 노출되게 수 공급관과 수 배출관이 관통되게 구비되며, 냉각기 케이스 내부의 하부에는 상기 수 공급관과 수 배출관에 양단이 연결되어 전후 간격과 상하 간격을 두고 다단으로 절곡된 냉각관이 구비되고, 냉각기 케이스의 내부의 상부에는 냉각관에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 냉각팬이 구비된 냉각기와;
상기 수 배출관과 냉각수 공급관을 연결하는 제1 관과;
상기 냉각팬을 제어하는 제어부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각기 일체형 연료전지시스템.
제1항에 있어서,
상기 고정수단은
종형 수직판과 종형 수직판에 직각으로 연결된 횡형 수직판 및 상,하판을 포함하고 상기 케이스 상부의 전,후방의 양측에 각각이 분리 연결수단을 통해 고정되는 다수의 수직대와,
상기 다수의 수직대의 상부와 상기 냉각기 케이스의 사이에 설치되어 냉각기 케이스를 수직대들의 상부에 고정하는 연결 고정수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각기 일체형 연료전지시스템.
제2항에 있어서,
상기 분리 연결수단은
상기 수직대의 하판에 형성된 조립홀과,
상기 케이스의 상부에 상기 조립홀과 상응되는 위치에 형성된 탭홈과,
상기 조립홀에 관통되어 탭홈에 체결되고 상부에는 너트가 체결되는 나사축을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각기 일체형 연료전지시스템.
제2항에 있어서,
상기 냉각기와 고정수단의 외측 둘레에는 다수의 통기공이 형성된 둘레 사각 케이스가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 냉각기 일체형 연료전지시스템.
제2항에 있어서,
상기 연결 고정수단은
양측 각각 배치된 전,후방 수직대의 상부 사이에 종방향으로 설치되고 상부에는 하부의 양측 폭이 넓고 상부의 양측 폭이 좁은 T형홈이 형성된 종형레일이 형성된 종형판과,
상기 냉각기 케이스의 하판 양측에 하부로 돌출되게 종방향으로 형성되어 상기 종형레일의 T형홈에 전방에서 후방이나 후방에서 전방으로 상부로 이탈되지 않게 삽입되고 하부의 양측폭이 넓고 상부의 양측 폭이 좁은 T형 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각기 일체형 연료전지시스템.
제2항에 있어서,
상기 연결 고정수단은
각각의 상기 수직대의 상부에 설치되고 상부에는 하부의 양측폭이 넓고 상부의 양측폭이 좁은 T형홈이 형성된 종형레일이 형성되며 종형레일의 상부 전방에는 T형홈의 하부까지 연통되게 개방된 삽입 개방부가 형성된 고정판과,
상기 냉각기 케이스의 하판의 모서리 부분의 각각에 하부로 돌출되게 형성되어 상기 삽입 개방부에 상부에서 하부로 삽입되어 T형홈의 후방으로 상부로 이탈되지 않게 삽입되는 하부의 양측폭이 넓고 상부의 양측 폭이 좁은 T형 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각기 일체형 연료전지시스템.
제6항에 있어서,
상기 연결 고정수단은
상기 고정판과 상판에 수직으로 형성된 탭홀과,
상기 탭홀에 관통 체결되어 상단이 상기 T형 돌출부의 하면에 밀착되어 T형 돌출부의 전후 이동을 방지하는 세트스크류와,
상기 삽입 개방부의 측벽과 T형 돌출부의 양측 폭이 좁은 측벽의 사이에 삽입되는 탄성력을 가지고 종방향으로 긴 진동 흡수부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각기 일체형 연료전지시스템.
제2항에 있어서,
상기 연결 고정수단은
각각의 상기 수직대의 상부에 설치되고 상부에는 하부의 양측폭이 넓고 상부의 양측폭이 좁은 T형홈이 형성된 종형레일이 형성된 고정판과,
상기 냉각기 케이스의 하판의 모서리 부분의 각각에 하부로 돌출되게 형성되어 상기 T형홈에 전방에서 후방으로 이탈되지 않게 삽입되는 하부의 양측폭이 넓고 상부의 양측 폭이 좁은 T형 돌출부와,
전방 양측에 각각 결합되게 배치된 T형 돌출부와 T형홈에 구비되어 외부 조작을 통해 T형홈에 삽입된 T형 돌출부가 전후 방향과 상하 방향으로 유동되는 것을 방지하는 조작 록킹수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각기 일체형 연료전지시스템.
제8항에 있어서,
상기 조작 록킹수단은
상기 T형 돌출부의 하부에 형성된 양측 확장부의 내부 전방에 전방이 개방되게 형성된 탭홈과;
상기 탭홈의 후방 둘레의 상,하부와 양측에 상,하부가 개방되고 탭홈과 연통되게 형성된 수직홀과;
상기 탭홈의 후방에 양측이 개방되고 탭홈과 연통되게 형성된 수평홀과;
상기 탭홈에 체결되고, 전방에는 양측으로 돌출된 손잡이봉이 형성되며, 후방에는 상기 수평홀의 내부에 위치되게 후방으로 돌출된 기어가 형성되며, 후방의 외측 둘레의 상,하부에는 상기 T형홈의 하부에 형성된 양측 확장홈의 상,하면에 밀착이 가능하게 돌출 밀착축이 상기 수직홀의 내부에 위치되게 형성된 조작 나사축과;
상기 수평홀의 내부 양측에 배치되고, 각각에는 상기 기어와 맞물리는 레크가 형성되어 상기 조작 나사축의 록킹 회전시 수평홀의 양측으로 돌출되게 설치되는 양측 두 개의 록킹부재와;
상기 T형홈의 하부에 형성된 양측 확장홈의 양측면에 상기 록킹부재의 외측이 삽입 가능하게 형성된 두 개의 록킹홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각기 일체형 연료전지시스템.
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