KR20070058887A - Apparatus for preventing heat loss in fuel cell system - Google Patents

Apparatus for preventing heat loss in fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
KR20070058887A
KR20070058887A KR1020050117703A KR20050117703A KR20070058887A KR 20070058887 A KR20070058887 A KR 20070058887A KR 1020050117703 A KR1020050117703 A KR 1020050117703A KR 20050117703 A KR20050117703 A KR 20050117703A KR 20070058887 A KR20070058887 A KR 20070058887A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
stack
fuel cell
heat
unit
cell system
Prior art date
Application number
KR1020050117703A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100774465B1 (en
Inventor
류성남
허성근
Original Assignee
엘지전자 주식회사
주식회사 엘지화학
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지전자 주식회사, 주식회사 엘지화학 filed Critical 엘지전자 주식회사
Priority to KR1020050117703A priority Critical patent/KR100774465B1/en
Publication of KR20070058887A publication Critical patent/KR20070058887A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100774465B1 publication Critical patent/KR100774465B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

Provided is an apparatus for preventing a heat loss in a fuel cell system, which allows heat transfer between linking pipes connected to a stack, prevents the heat from being discharged out of the linking pipes, and minimizes a variation in the temperature of the stack. The apparatus for preventing a heat loss in a fuel cell system comprises: a stack(210) to which oxygen and hydrogen are supplied in order to occur an electrochemical reaction; linking pipes connected to the stack; and a heat insulation module(280) surrounding the linking pipes together. The linking pipes disposed in the heat insulation module are in contact with each other. The heat insulation module surrounds the whole linking pipes to a predetermined length.

Description

연료 전지 시스템의 열손실 방지장치{APPARATUS FOR PREVENTING HEAT LOSS IN FUEL CELL SYSTEM}Heat loss prevention device of fuel cell system {APPARATUS FOR PREVENTING HEAT LOSS IN FUEL CELL SYSTEM}

도 1은 본 발명의 출원인이 연구 개발 중인 연료 전지 시스템의 배관도,1 is a piping diagram of a fuel cell system under investigation by the applicant of the present invention;

도 2는 본 발명의 연료 전지 시스템의 연손실 방지장치의 일실시예가 구비된 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치를 도시한 배관도,FIG. 2 is a piping diagram illustrating a heat loss preventing apparatus of a fuel cell system having an embodiment of the apparatus for preventing annual loss of a fuel cell system of the present invention; FIG.

도 3은 본 발명의 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치를 도시한 정면도,3 is a front view showing a heat loss preventing apparatus of the fuel cell system of the present invention;

도 4는 본 발명의 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치를 도시한 측단면도,Figure 4 is a side cross-sectional view showing a heat loss prevention apparatus of the fuel cell system of the present invention,

도 5,6은 본 발명의 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치의 다른 실시예를 각각 도시한 정면도.5 and 6 are front views each showing another embodiment of the heat loss prevention apparatus of the fuel cell system of the present invention.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **** Description of symbols for the main parts of the drawing **

210; 스택부 280; 단열 모듈210; Stack 280; Insulation module

281; 단열 부재 282; 케이스281; Insulation member 282; case

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게 연료 전지의 스택부에서 발생되는 열손실을 최소화할 뿐만 아니라 그 스택부의 열 제어를 쉽게 할 수 있도록 한 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to an apparatus for preventing heat loss of a fuel cell system that not only minimizes heat loss generated in a fuel cell stack but also facilitates thermal control of the fuel cell stack. .

에너지원으로 주로 사용되고 있는 오일은 환경을 오염시키는 주요인이 될 뿐만 아니라 폭발적인 수요의 증가로 인하여 매장량의 한계성을 드러내고 있다. 이와 같은 화석 연료를 대체하기 위한 대안으로 연료 전지의 개발이 진행되고 있다.Oil, which is mainly used as an energy source, is not only a major contaminant in the environment, but also shows a limit of reserves due to the explosive increase in demand. Development of a fuel cell as an alternative to replace such fossil fuel is in progress.

연료 전지는 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 전환시키는 발전 장치로서, 수소를 포함하는 연료가 지속적으로 공급됨과 동시에 산소가 포함된 공기가 지속적으로 공급되고 그 공급되는 수소와 산소의 전기 화학적 반응을 거쳐 반응 전후의 에너지 차를 전기 에너지로 직접 변환시킨다. 이와 같은 연료 전지는 연료와 산소가 공급되면서 지속적으로 전기 에너지를 발생시키게 되며, 아울러 부산물로 반응열과 물이 생성된다.A fuel cell is a power generation device that converts chemical energy directly into electrical energy. A fuel containing hydrogen is continuously supplied and an oxygen-containing air is continuously supplied and reacted through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Directly converts the energy difference before and after to electrical energy. Such fuel cells continuously generate electrical energy as fuel and oxygen are supplied, and heat and water are generated as by-products.

이와 같은 연료 전지는 적용 분야에 따라 가정에 전기를 공급하는 가정용 연료 전지와, 전기 자동차에 사용되는 자동차용 연료 전지와, 휴대용 단말기나 노트북 등에 사용되는 소형 연료 전지 등 다양하다.Such fuel cells are various, such as domestic fuel cells for supplying electricity to homes, automotive fuel cells used for electric vehicles, and small fuel cells used for portable terminals or notebook computers, depending on the field of application.

특히, 가정용 연료 전지는 가정에서 사용하고 있는 가전 제품, 조명 기기 등을 충분히 작동시킬 수 있도록 개발되고 있다.In particular, household fuel cells are being developed to fully operate home appliances, lighting equipment, and the like used in homes.

도 1은 본 발명의 출원인이 연구 개발 중인 연료 전지 시스템의 일예를 도시한 배관도이다. 이에 도시한 바와 같이, 상기 연료 전지 시스템은 연료극(111)과 공기극(112)을 포함하여 구성되며 그 연료극(111)에 공급되는 수소와 공기극(112)에 공급되는 산소의 전기 화학적 반응에 의해 전기 에너지와 부산물을 생성시키는 스택부(110)와, 연료를 공급받아 수소를 정제하여 상기 스택부(110)의 연료극(111) 측에 수소를 공급하는 개질부(120)와, 상기 개질부(120)에 연료를 공급하는 연료 공급부(130)와, 상기 개질부(120) 및 스택부(110)의 공기극(112)에 각각 공기를 공급하는 공기 공급부(140)와, 상기 스택부(110)에서 발생되는 전기 에너지를 상용 전원으로 변환시키는 변환 출력부(150)와, 상기 스택부(110)에서 발생되는 열을 유체를 통해 회수 저장하는 저장 탱크(160)를 포함하여 구성된다. 1 is a piping diagram showing an example of a fuel cell system under investigation by the applicant of the present invention. As shown in the drawing, the fuel cell system includes a fuel electrode 111 and an air electrode 112. The fuel cell system includes an electrochemical reaction between hydrogen supplied to the fuel electrode 111 and oxygen supplied to the air electrode 112. A stack unit 110 for generating energy and by-products, a reforming unit 120 for supplying hydrogen to the anode 111 side of the stack unit 110 by purifying hydrogen, and the reforming unit 120. In the fuel supply unit 130 for supplying fuel to the air, the air supply unit 140 for supplying air to the cathode 112 of the reforming unit 120 and the stack 110, respectively, and in the stack 110 It includes a conversion output unit 150 for converting the generated electrical energy into a commercial power source, and a storage tank 160 for recovering and storing the heat generated by the stack 110 through a fluid.

상기 연료 공급부(130)는 연료 공급관(171)에 의해 상기 개질부(120)와 연결되고, 상기 공기 공급부(140)는 제1 공기 공급관(172)에 의해 상기 개질부(120)와 연결된다. The fuel supply unit 130 is connected to the reforming unit 120 by a fuel supply pipe 171, and the air supply unit 140 is connected to the reforming unit 120 by a first air supply pipe 172.

상기 연료는 LNG, LPG, CH3OH 등의 탄화수소계(CH계열) 연료이고, 상기 개질부(120)에서는 그 연료를 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H2)를 정제하여 스택부(110)의 연료극(111)에 공급하게 된다. The fuel is a hydrocarbon-based (CH-based) fuel such as LNG, LPG, or CH 3 OH, and the reformer 120 purifies hydrogen (H 2 ) through the desulfurization process → reforming reaction → hydrogen purification process. It is supplied to the fuel electrode 111 of the stack 110.

상기 개질부(120)에서 정제된 수도는 수소 공급관(173)에 의해 상기 스택부(110)에 공급되고, 상기 스택부(110)에서 반응 후 잔류하는 수소는 수소 회수관(174)을 통해 개질부(120)로 공급된다.The purified water in the reforming unit 120 is supplied to the stack unit 110 by a hydrogen supply pipe 173, and the hydrogen remaining after the reaction in the stack unit 110 is reformed through the hydrogen recovery tube 174. Supplied to the unit 120.

상기 공기 공급부(140)의 공기가 제2 공기 공급관(175)을 통해 상기 스택부(110)에 공급되고, 그 스택부(110)에서 반응 후 남은 공기는 공기 배출관(176)을 통해 배출된다.The air of the air supply unit 140 is supplied to the stack unit 110 through the second air supply pipe 175, and the air remaining after the reaction in the stack unit 110 is discharged through the air discharge pipe 176.

상기 저장 탱크(300)에서 유체가 유출되는 유체 유출관(177)이 연결되고, 그 유체 유출관(177)은 스택부(110)의 내부에 구비된 열교환 유닛(178)과 연결되며, 그 열교환 유닛(178)을 거친 유체는 그 열교환 유닛(178)과 저장 탱크(160)를 연결하는 유체 유입관(179)을 통해 저장 탱크(160)로 유입된다. A fluid outlet pipe 177 through which fluid flows out of the storage tank 300 is connected, and the fluid outlet pipe 177 is connected to a heat exchange unit 178 provided in the stack 110, and the heat exchanger Fluid passing through the unit 178 is introduced into the storage tank 160 through the fluid inlet pipe 179 connecting the heat exchange unit 178 and the storage tank 160.

상기한 바와 같은 연료 전지 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.The operation of the fuel cell system as described above is as follows.

연료 공급부(130)를 통해 개질부(120)에 연료가 공급되고 그 개질부(120)에서 수소를 정제하여 스택부(110)의 연료극(111)에 수소를 공급하게 된다. 이와 동시에 공기 공급부(140)를 통해 개질부(120)에 공기가 공급됨과 동시에 스택부(110)의 공기극(112)에 공기가 공급된다. 상기 스택부(110)의 연료극(111)에 공급되는 수소와 공기극(112)에 공급되는 산소가 그 스택부(110)에서 전기 화학적 반응을 일으키면서 전기 에너지와 부산물로 반응열과 물을 생성시키게 된다.Fuel is supplied to the reforming unit 120 through the fuel supply unit 130, and the hydrogen is purified from the reforming unit 120 to supply hydrogen to the fuel electrode 111 of the stack unit 110. At the same time, air is supplied to the reforming unit 120 through the air supply unit 140, and at the same time, air is supplied to the cathode 112 of the stack unit 110. Hydrogen supplied to the anode 111 of the stack 110 and oxygen supplied to the cathode 112 generate an electrochemical reaction at the stack 110 to generate reaction heat and water as electrical energy and by-products. .

상기 스택부(110)에서 발생되는 전기에너지는 변환 출력부(150)에서 변환되어 전원이 필요한 곳에 공급된다. 만일, 가정용으로 사용될 경우 그 전원은 가전 제품 및 조명 기기에 공급된다.The electrical energy generated by the stack 110 is converted by the conversion output unit 150 and supplied to a place where power is needed. If used for home use, the power is supplied to household appliances and lighting equipment.

상기 스택부(110)에서 발생되는 열은 저장 탱크(160)에 저장된 유체가 유체 유출관(177)과 연교환 유닛(178) 그리고 유체 유입관(179)을 순환 유동하면서 저장 탱크(160)의 유체에 저장된다. 스택부(110)의 열을 회수하여 저장 탱크(160)에 저장되는 유체는 온수로 사용된다.The heat generated in the stack 110 is the fluid stored in the storage tank 160 is circulated through the fluid outlet pipe 177 and the fluid exchange unit 178 and the fluid inlet pipe 179 of the storage tank 160 Stored in the fluid. The fluid that is recovered from the stack 110 and stored in the storage tank 160 is used as hot water.

한편, 상기 연료 전지 시스템 중 스택부(110)는 온도에 매우 민감한 반응을 나타낸다. 즉, 스택부(110)의 온도에 따라 전기화학적 반응의 속도가 달라지게 되며 그 스택부(110)를 구성하는 단위 스택(단위 셀)의 내구성 등을 고려하여 스택의 종류에 따라 적정한 온도로 유지된 채 시스템이 가동된다. 예를 들어, PEMFC의 경 우 50도 ~ 80도를 유지하는 것이 전기화학적 반응이 잘 일어나게 된다.On the other hand, the stack 110 of the fuel cell system exhibits a very sensitive reaction to temperature. That is, the speed of the electrochemical reaction is changed according to the temperature of the stack 110 and is maintained at an appropriate temperature according to the type of stack in consideration of the durability of the unit stack (unit cell) constituting the stack 110. System is running. For example, in the case of PEMFC, maintaining 50 to 80 degrees will lead to an electrochemical reaction.

이와 같이, 상기 연료 전지 시스템에서 특히 스택부(110)의 온도 제어에 따라 전기화학적 반응 속도가 변하게 되어 그 스택부(110)에서 출력되는 전기 에너지를 좌우하게 되므로 스택부(110)가 설정된 온도 상태로 유지되는 것은 중요한 과제이다.As such, in the fuel cell system, the temperature of the stack unit 110 is set because the electrochemical reaction rate is changed according to temperature control of the stack unit 110 and thus influences the electrical energy output from the stack unit 110. Maintaining is an important task.

그러나 상기한 바와 같은 연료 전지 시스템은 스택부(110)에 연결되는 연결관들이 많고 그 연결관들에 의해 열 손실이 발생하게 될 뿐만 아니라 그 연결관들을 통해 열이 손실되어 그 스택부(110)의 열 제어(온도 제어)가 어려운 문제점이 있다. 상기 스택부(110)와 연결되는 연결관들은 수소가 유입되는 수소 공급관(173), 반응 후 잔류되는 수소가 개질부(120)로 유입되는 수소 회수관(174), 공기가 유입되고 유출되는 제2 공기 공급관(175) 및 공기 배출관(176), 그리고 열교환을 위하여 유체가 유입되고 유출되는 유체 유입관(177) 및 유체 유출관(179)이 있다. 상기 개질부(120)에서 정제된 고온 상태의 수소가 수소 공급관(173)을 통해 스택부(110)로 유입되면서 열손실이 발생되고, 상기 스택부(110)의 공기극(112)을 거친 가열된 공기가 공기 배출관(176)을 통해 외부로 배출되면서 열손실이 발생되며, 상기 저장 탱크(160)의 유체가 유체 유입관(177)과 유체 배출관(179)을 통해 스택부(110)에서 발생되는 열을 저장 탱크(160)로 회수하는 과정에서 열손실이 발생된다. 이와 같은 열손실은 스택부의 열 제어(온도 제어)가 수월하지 않게 된다.However, the fuel cell system as described above has many connectors connected to the stack 110, and heat losses are generated by the connectors, and heat is lost through the connectors so that the stack 110 is connected. Thermal control (temperature control) is difficult. The connection pipes connected to the stack part 110 include a hydrogen supply pipe 173 through which hydrogen is introduced, a hydrogen recovery pipe 174 through which hydrogen remaining after the reaction flows into the reforming part 120, and an air flowing in and out 2, there is an air supply pipe 175 and an air discharge pipe 176, and a fluid inlet pipe 177 and a fluid outlet pipe 179 through which fluid is introduced and discharged for heat exchange. The high temperature hydrogen purified by the reforming unit 120 is introduced into the stack unit 110 through the hydrogen supply pipe 173 and heat loss is generated, and the heat is passed through the cathode 112 of the stack unit 110. Heat is generated as air is discharged to the outside through the air discharge pipe 176, the fluid of the storage tank 160 is generated in the stack 110 through the fluid inlet pipe 177 and the fluid discharge pipe 179 Heat loss occurs in the process of recovering heat to the storage tank 160. This heat loss does not facilitate the thermal control (temperature control) of the stack portion.

상기한 바와 같은 점들을 감안하여 고안한 본 발명의 목적은 연료 전지의 스 택부에서 발생되는 열손실을 최소화할 뿐만 아니라 그 스택부의 열 제어를 쉽게 할 수 있도록 한 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치를 제공함에 있다.The object of the present invention devised in view of the above points is to provide a heat loss preventing device of a fuel cell system which not only minimizes heat loss generated in the stack portion of the fuel cell but also facilitates thermal control of the stack portion. In providing.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 산소와 수소가 공급되어 전기 화학적 반응이 일어나는 스택부와, 상기 스택부와 연결되는 연결관들과, 상기 연결관들을 함께 감싸는 단열 모듈을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention as described above is configured to include a stack portion that is supplied with oxygen and hydrogen electrochemical reaction, the connection pipes connected to the stack and the insulation module surrounding the connection pipes together An apparatus for preventing heat loss of a fuel cell system is provided.

이하, 본 발명의 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the heat loss prevention apparatus of the fuel cell system of the present invention will be described according to the embodiment shown in the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치의 일실시예가 구비된 연료 전지 시스템을 도시한 배관도이다.Figure 2 is a piping diagram showing a fuel cell system with one embodiment of the heat loss prevention apparatus of the fuel cell system of the present invention.

이에 도시한 바와 같이, 먼저 상기 연료 전지 시스템은 산소와 수소의 전기 화학적 반응에 의해 전기 에너지와 부산물을 생성시키는 스택부(210)와, 연료를 공급받아 수소를 정제하여 상기 스택부(210)에 공급하는 개질부(220)와, 상기 개질부(220)에 연료를 공급하는 연료 공급부(230)와, 상기 개질부(220) 및 스택부(210)에 각각 공기를 공급하는 공기 공급부(240)와, 상기 스택부(110)에서 발생되는 전기 에너지를 상용 전원으로 변환시키는 변환 출력부(250)와, 상기 스택부(210)에서 발생되는 열을 유체를 통해 회수 저장하는 저장 탱크(270)와, 상기 스택부(210)와 연결되는 연결관들을 함께 감싸는 단열 모듈(280)을 포함하여 구성된다. As shown in the drawing, first, the fuel cell system includes a stack unit 210 that generates electric energy and by-products by an electrochemical reaction between oxygen and hydrogen, and receives fuel to purify hydrogen to supply the stack unit 210. A reforming unit 220 for supplying the fuel, a fuel supply unit 230 for supplying fuel to the reforming unit 220, and an air supply unit 240 for supplying air to the reforming unit 220 and the stack unit 210, respectively. And, the conversion output unit 250 for converting the electrical energy generated in the stack 110 to a commercial power source, and the storage tank 270 for recovering and storing the heat generated by the stack 210 through a fluid and It is configured to include a heat insulation module 280 surrounding the connecting pipes connected to the stack 210 together.

상기 스택부(210)는 수소가 공급되어 산화 반응이 일어나는 연료극(211)과 공기가 공급되어 환원 반응이 일어나는 공기극(212)을 포함하여 구성된다. 상기 두 개의 바이폴라 플레이트와 그 바이폴라 플레이트사이에 위치하는 엠이에이를 포함하여 구성되는 단위 스택(213)이 하나 또는 하나 이상으로 구성되며, 그 단위 스택(213)에 연료극(211)과 공기극(212)이 구비된다.The stack 210 includes a fuel electrode 211 in which hydrogen is supplied to cause an oxidation reaction and a cathode 212 in which air is supplied to cause a reduction reaction. One or more unit stacks 213 including an MPA positioned between the two bipolar plates and the bipolar plates are configured, and the anode 211 and the cathode 212 are disposed on the unit stack 213. Is provided.

상기 개질부(220)에 공급되는 연료는 LNG, LPG, CH3OH 등의 탄화수소계(CH계열) 연료이고, 그 개질부(220)에서 연료를 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H2)를 정제하게 된다. The fuel supplied to the reforming unit 220 is a hydrocarbon-based (CH-based) fuel such as LNG, LPG, or CH 3 OH. (H 2 ) will be purified.

상기 개질부(220)와 상기 스택부(210)는 수소 공급관(291)이 연결되고 그 수소 공급관(291)을 통해 상기 개질부(220)에서 정제된 수소가 스택부(210)의 연료극으로 공급된다. 그리고 상기 개질부(220)와 스택부(210)는 수소 회수관(292)이 연결되어 그 스택부(210)의 연료극(211)에서 반응되고 남은 수소가 개질부(220)로 공급된다.The reforming unit 220 and the stack unit 210 are connected to a hydrogen supply pipe 291, and the hydrogen purified from the reformer 220 is supplied to the fuel electrode of the stack unit 210 through the hydrogen supply pipe 291. do. The reformer 220 and the stack 210 are connected to a hydrogen recovery pipe 292, and the remaining hydrogen is reacted at the anode 211 of the stack 210 and supplied to the reformer 220.

상기 연료 공급부(130)는 연료 공급관(293)에 의해 상기 개질부(220)와 연결되고, 상기 공기 공급부(240)는 제1 공기 공급관(294)에 의해 상기 개질부(220)와 연결된다. The fuel supply unit 130 is connected to the reforming unit 220 by a fuel supply pipe 293, and the air supply unit 240 is connected to the reforming unit 220 by a first air supply pipe 294.

상기 스택부(210)와 상기 공기 공급부(240)는 제2 공기 공급관(295)으로 연결되며, 그 제2 공기 공급관(295)을 통해 공기 공급부(240)로 통해 공급되는 공기가 스택부(210)의 공기극(212)으로 공급된다. 그리고 상기 스택부(210)에 공기 배출관(296)이 연결되어 그 공기극(212)에서 반응 후 남은 공기가 그 공기 배출관 (296)을 통해 배출된다.The stack unit 210 and the air supply unit 240 are connected to the second air supply pipe 295, and the air supplied through the second air supply pipe 295 to the air supply unit 240 is stacked. Is supplied to the cathode 212. In addition, an air discharge pipe 296 is connected to the stack 210, and the air remaining after the reaction at the cathode 212 is discharged through the air discharge pipe 296.

상기 저장 탱크(270)에서 유체가 유출되는 유체 유출관(297)이 연결되고, 그 유체 유출관(297)은 스택부(210)의 내부에 구비된 열교환 유닛(298)과 연결되며, 그 열교환 유닛(298)을 거친 유체는 그 열교환 유닛(298)과 저장 탱크(270)를 연결하는 유체 유입관(299)을 통해 저장 탱크(270)로 유입된다. A fluid outlet tube 297 through which the fluid flows out of the storage tank 270 is connected, and the fluid outlet tube 297 is connected to a heat exchange unit 298 provided in the stack 210, and the heat exchange Fluid passing through the unit 298 is introduced into the storage tank 270 through a fluid inlet pipe 299 connecting the heat exchange unit 298 and the storage tank 270.

상기 스택부(210)와 연결되는 연결관들인 수소 공급관(291)과 수소 회수관(292)과, 제2 공기 공급관(295)과, 공기 배출관(296)과 유체 유입관(299) 그리고 유체 유출관(297)은 서로 접촉되게 배열된다. The hydrogen supply pipe 291 and the hydrogen recovery pipe 292, the second air supply pipe 295, the air discharge pipe 296, the fluid inlet pipe 299, and the fluid outlet, which are connection pipes connected to the stack 210, are connected. The tubes 297 are arranged in contact with each other.

상기 단열 모듈(280)은, 도 3, 4에 도시한 바와 같이, 상기 스택부(210)와 연결되는 수소 공급관(291)과 수소 회수관(292)과, 제2 공기 공급관(295)과, 공기 배출관(296)과 유체 유입관(299) 그리고 유체 유출관(297)을 감싸도록 그 연결관들에 설치된다.As shown in FIGS. 3 and 4, the heat insulation module 280 includes a hydrogen supply pipe 291 and a hydrogen recovery pipe 292 connected to the stack 210, a second air supply pipe 295, It is installed in the connecting pipes to surround the air discharge pipe 296, the fluid inlet pipe 299 and the fluid outlet pipe (297).

상기 단열 모듈(280)은 상기 스택부(210)와 접촉되도록 위치하는 것이 바람직하고, 그 단열 모듈(280)이 스택부(210)와 접촉되지 못할 경우 그 스택부(210)와 최대한 인접하게 배치되는 것이 바람직하다.The insulation module 280 is preferably positioned to be in contact with the stack 210, and when the insulation module 280 is not in contact with the stack 210, the insulation module 280 is disposed as close as possible to the stack 210. It is desirable to be.

상기 단열 모듈(280)은 일정 길이를 가지며 단면이 사각 형태로 형성되어 연결관들을 감싸는 단열 부재(281)와, 상기 단열 부재(281)의 외곽을 감싸는 케이스(282)를 포함하여 구성된다.The insulation module 280 has a predetermined length and is formed in a square shape to include a heat insulation member 281 surrounding the connecting pipes, and a case 282 surrounding the outer portion of the heat insulation member 281.

본 발명의 다른 실시예로, 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 스택부(210)와 연결되는 연결관들, 즉 수소 공급관(291)과 수소 회수관(292)과, 제2 공기 공급관 (295)과, 공기 배출관(296)과 유체 유입관(299) 그리고 유체 유출관(297)이 각각 일부분만 접촉된다. 그리고 상기 연결관들이 서로 접촉되는 부분만 감싸도록 단열 모듈(280)이 구비된다. 상기 연결관들이 접촉되는 부분은 최대한 스택부(210)와 근접한 것이 바람직하다. 상기 단열 모듈(280)은 위에서 설명한 바와 같이, 일정 길이를 가지며 단면이 사각 형태로 형성되어 연결관들을 감싸는 단열 부재(281)와, 상기 단열 부재(281)의 외곽을 감싸는 케이스(282)를 포함하여 구성된다.In another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, connecting pipes connected to the stack unit 210, that is, a hydrogen supply pipe 291 and a hydrogen recovery pipe 292, and a second air supply pipe 295. ), And the air outlet pipe 296, the fluid inlet pipe 299 and the fluid outlet pipe 297 are respectively in contact with each other. And the insulation module 280 is provided so as to surround only the portion in which the connection pipes contact each other. The portion where the connecting tubes are in contact is preferably as close to the stack 210 as possible. As described above, the insulation module 280 includes a heat insulation member 281 having a predetermined length and formed in a square shape to surround the connection tubes, and a case 282 surrounding the outer portion of the heat insulation member 281. It is configured by.

본 발명의 또다른 실시예로, 도 6에 도시한 바와 같이, 상기 스택부(210)와 연결되는 연결관들, 즉 수소 공급관(291)과 수소 회수관(292)과 제2 공기 공급관(295)과 공기 배출관(296)과 유체 유입관(299) 그리고 유체 유출관(297)이 서로 접촉되게 배열된다. 상기 연결관들은 일부분만 서로 접촉되게 배열될 수 있다. 이와 같은 경우 단열 모듈(280)이 배제되어 열손실이 발생될 수 있으나, 그 연결관들이 서로 접촉되므로 그 연결관들끼리 열전달이 이루어져 열손실을 감소시키게 된다.In another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6, connecting pipes connected to the stack 210, that is, a hydrogen supply pipe 291, a hydrogen recovery pipe 292, and a second air supply pipe 295. ) And the air outlet pipe 296, the fluid inlet pipe 299 and the fluid outlet pipe 297 are arranged in contact with each other. The connecting tubes may be arranged in contact with each other only in part. In this case, the heat dissipation module 280 may be excluded and heat loss may be generated. However, since the connection tubes are in contact with each other, heat transfer is performed between the connection tubes to reduce heat loss.

이하, 본 발명의 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치의 작용 효과를 설명한다.Hereinafter, the effect of the heat loss prevention apparatus of the fuel cell system of the present invention will be described.

먼저 상기 본 발명의 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치가 구비된 연료 전지 시스템의 작동을 설명하면 다음과 같다.First, the operation of the fuel cell system equipped with the heat loss preventing device of the fuel cell system of the present invention will be described.

상기 연료 공급부(230)와 공기 공급부(240)를 통해 개질부(220)에 연료와 산소가 공급되고 그 개질부(220)에서 수소를 정제하여 스택부(210)의 연료극(211)에 수소를 공급하게 된다. 이와 동시에 공기 공급부(240)를 통해 스택부(210)의 공기극(212)에 공기가 공급된다. 상기 연료 공급부(230)의 연료는 연료 공급관(293)을 통해 개질부(220)로 유입되고, 상기 공기 공급부(240)의 공기는 제1 공기 공급관(294)을 통해 개질부(220)로 유입된다. 그리고 공기 공급부(240)의 공기는 제2 공기 공급관(295)을 통해 스택부(210)로 공급되며, 상기 개질부(220)에서 정제된 수소는 수소 공급관(291)을 통해 스택부(210)로 유입되고 그 개질부(220)에서 정제된 수소는 고온 상태이다. Fuel and oxygen are supplied to the reforming unit 220 through the fuel supply unit 230 and the air supply unit 240, and hydrogen is purified from the reforming unit 220 to supply hydrogen to the fuel electrode 211 of the stack unit 210. Will be supplied. At the same time, air is supplied to the cathode 212 of the stack 210 through the air supply 240. The fuel of the fuel supply unit 230 flows into the reforming unit 220 through the fuel supply pipe 293, and the air of the air supply unit 240 flows into the reforming unit 220 through the first air supply pipe 294. do. The air of the air supply unit 240 is supplied to the stack unit 210 through the second air supply pipe 295, and the hydrogen purified in the reforming unit 220 is stacked in the stack unit 210 through the hydrogen supply pipe 291. Hydrogen introduced into and purified in the reforming unit 220 is at a high temperature.

상기 스택부(210)의 연료극(211)에 공급되는 수소와 공기극(212)에 공급되는 공기 중의 산소가 그 스택부(210)에서 전기 화학적 반응을 일으키면서 전기 에너지와 부산물로 반응열과 물을 생성시키게 된다. 상기 스택부(210)의 연료극(211)에서 반응되고 남은 수소는 수소 회수관(292)을 통해 스택부(210)로 유입되며, 그 스택부(210)에서 반응되고 남은 수소는 반응열에 의해 고온 상태가 된다. 또한 스택부(210)의 공기극(212)에서 반응하고 남은 공기는 공기 배출관(296)을 통해 외부로 배출되며, 그 공기극(212)에서 반응하고 남은 공기는 고온상태이다.Hydrogen supplied to the anode 211 of the stack 210 and oxygen in the air supplied to the cathode 212 generate an electrochemical reaction at the stack 210 to generate reaction heat and water as electrical energy and by-products. Let's go. The remaining hydrogen reacted at the anode 211 of the stack 210 is introduced into the stack 210 through a hydrogen recovery pipe 292, and the remaining hydrogen is reacted at a high temperature by the heat of reaction. It becomes a state. In addition, the remaining air reacted at the cathode 212 of the stack 210 is discharged to the outside through the air discharge pipe 296, and the remaining air reacted at the cathode 212 is in a high temperature state.

상기 스택부(210)에서 발생되는 전기에너지는 변환 출력부(250)에서 변환되어 전원이 필요한 곳에 공급된다. 만일, 가정용으로 사용될 경우 그 전원은 가전 제품 및 조명 기기에 공급된다.The electrical energy generated by the stack 210 is converted by the conversion output unit 250 and supplied to a place where power is needed. If used for home use, the power is supplied to household appliances and lighting equipment.

상기 스택부(210)에서 발생되는 열은 저장 탱크(270)에 저장된 유체가 유체 유출관(297)과 연교환 유닛(298) 그리고 유체 유입관(299)을 순환 유동하면서 저장 탱크(270)의 유체에 저장된다. 스택부(210)의 열을 회수하여 저장 탱크(270)에 저장되는 유체는 온수로 사용된다.The heat generated in the stack 210 is the fluid stored in the storage tank 270 is circulated through the fluid outlet pipe 297 and the soft exchange unit 298 and the fluid inlet pipe 299 of the storage tank 270 Stored in the fluid. The fluid stored in the stack 210 and stored in the storage tank 270 is used as hot water.

이와 같은 과정에서, 상기 스택부(210)와 연결되는 연결관들, 즉 수소 공급 관(291)과 수소 회수관(292)과, 제2 공기 공급관(295)과, 공기 배출관(296)과 유체 유입관(299) 그리고 유체 유출관(297)이 단열 모듈(280)에 의해 감싸져 있으므로 고온 상태의 연결관들과 저온 상태의 연결관들사이에 열전달이 이루어지게 될 뿐만 아니라 그 고온 상태의 연결관들이 단열되어 외부로 열이 방열되는 것을 감소시키게 된다.In this process, the connecting pipes connected to the stack 210, that is, the hydrogen supply pipe 291 and the hydrogen recovery pipe 292, the second air supply pipe 295, the air discharge pipe 296 and the fluid Since the inlet pipe 299 and the fluid outlet pipe 297 are surrounded by the insulation module 280, not only heat transfer is performed between the high temperature connectors and the low temperature connectors, but also the high temperature connections. The tubes are insulated to reduce heat dissipation to the outside.

예를 들면, 상기 공기 배출관(296)을 통해 배기되는 공기는 고온 상태이므로 그 고온 상태의 열이 제2 공기 공급관(295)으로 통해 스택부(210)로 유입되는 공기에 전달되어 그 스택부(210)로 가열된 공기가 유입되므로 스택부(210)의 온도가 급격히 저하되는 것을 방지할 뿐만 아니라 스택부(210)의 온도를 적정 상태로 유지시키게 된다. 상기 제2 공기 공급관(295)의 경우 수소 공급관(291)이나 수소 회수관(292)을 통해 유출되는 수소의 열이 전달될 수 있다. For example, since the air exhausted through the air discharge pipe 296 is in a high temperature state, heat of the high temperature state is transferred to the air introduced into the stack 210 through the second air supply pipe 295, and the stack portion ( Since the heated air is introduced into the 210, not only the temperature of the stack 210 is rapidly lowered, but also the temperature of the stack 210 is maintained in a proper state. In the case of the second air supply pipe 295, heat of hydrogen flowing out through the hydrogen supply pipe 291 or the hydrogen recovery pipe 292 may be transferred.

또한 상기 스택부(210)에서 발생되는 열을 저장 탱크(270)에 저장시키는 유체 유입관(299)과 유체 유출관(297)의 경우 수소 공급관(291)과 수소 회수관(292) 그리고 공기 배출관(296)에서 방출되는 열이 그 유체 유출관(297)의 유체에 전달되어 저장 탱크(270)에 저장될 수 있다.In addition, in the case of the fluid inlet pipe 299 and the fluid outlet pipe 297 storing the heat generated by the stack 210 in the storage tank 270, the hydrogen supply pipe 291, the hydrogen recovery pipe 292, and the air discharge pipe Heat released from 296 may be transferred to the fluid in its fluid outlet tube 297 and stored in storage tank 270.

한편, 본 발명의 다른 실시예로, 스택부(210)에 연결되는 연결관들이 서로 접촉되고 단열 모듈(280)이 배제된 경우 연결관들사이에 열전달이 이루어지게 되며, 이때 단열 모듈(280)을 구비할 때보다 효율이 다소 떨어지게 된다. On the other hand, in another embodiment of the present invention, when the connection pipes connected to the stack 210 are in contact with each other and the insulation module 280 is excluded, heat transfer is made between the connection pipes, wherein the insulation module 280 The efficiency is somewhat lower than when provided with.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치 는 스택부에 연결되는 연결관들사이에 열전달이 이루어질 뿐만 아니라 그 고온 상태의 연결관들이 단열되어 외부로 방출되는 것을 방지하게 됨으로써 열손실을 감소시키고 아울러 그 스택부의 온도 변화를 최소화시켜 스택부의 제어가 용이하게 되며, 이로 인하여 시스템의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다. As described above, the heat loss prevention apparatus of the fuel cell system of the present invention is not only heat transfer between the connection pipes connected to the stack portion, but also prevents the high-temperature connection pipes from being insulated and released to the outside. By reducing the heat loss and minimizing the temperature change of the stack portion, it is easy to control the stack portion, thereby increasing the efficiency of the system.

Claims (7)

산소와 수소가 공급되어 전기 화학적 반응이 일어나는 스택부와;A stack portion in which oxygen and hydrogen are supplied to cause an electrochemical reaction; 상기 스택부와 연결되는 연결관들과;Connecting tubes connected to the stack; 상기 연결관들을 함께 감싸는 단열 모듈을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치.And a heat insulation module surrounding the connection tubes together. 제 1 항에 있어서, 상기 단열 모듈내에 위치하는 연결관들은 서로 접촉되는 것을 특징을 하는 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치.2. The apparatus of claim 1, wherein the connectors located in the insulation module are in contact with each other. 제 1 항에 있어서, 상기 단열 모듈은 상기 스택부와 연결되는 연결관들을 모두 감싸되 그 연결관들의 일정 길이를 감싸는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치. The method of claim 1, wherein the insulation module wraps all the connection pipes connected to the stack portion, the heat loss prevention apparatus of the fuel cell system, characterized in that to wrap a predetermined length of the connection pipes. 제 1 항에 있어서, 상기 단열 모듈은 상기 스택부와 접촉되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치.The apparatus of claim 1, wherein the insulation module is in contact with the stack. 제 1 항에 있어서, 상기 단열 모듈은 일정 길이를 가지며 단면이 사각 형태로 형성되어 연결관들을 감싸는 단열 부재와, 상기 단열 부재의 외곽을 감싸는 케이스를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 열손실 방지장 치.The fuel cell system of claim 1, wherein the heat insulation module includes a heat insulation member having a predetermined length and formed in a square shape to surround the connection tubes, and a case surrounding the outer portion of the heat insulation member. Loss prevention device. 연료 전지의 스택부와 연결되는 모든 연결관들의 일부분이 서로 접촉되는 접촉부와, 그 접촉부를 감싸는 단열재로 형성된 단열 모듈을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치. And a heat insulating module formed of a heat insulating material surrounding a portion of all the connection pipes connected to the stack portion of the fuel cell and in contact with each other. 연료 전지의 스택부와 연결되는 모든 연결관들의 일부분을 서로 접촉되도록 하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 열손실 방지장치.A device for preventing heat loss of a fuel cell system, characterized in that a portion of all connectors connected to the stack of the fuel cell are brought into contact with each other.
KR1020050117703A 2005-12-05 2005-12-05 Apparatus for preventing heat loss in fuel cell system KR100774465B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050117703A KR100774465B1 (en) 2005-12-05 2005-12-05 Apparatus for preventing heat loss in fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050117703A KR100774465B1 (en) 2005-12-05 2005-12-05 Apparatus for preventing heat loss in fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20070058887A true KR20070058887A (en) 2007-06-11
KR100774465B1 KR100774465B1 (en) 2007-11-08

Family

ID=38355460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020050117703A KR100774465B1 (en) 2005-12-05 2005-12-05 Apparatus for preventing heat loss in fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100774465B1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101589178B1 (en) * 2014-06-26 2016-01-27 주식회사 경동나비엔 Heating Apparatus using Fuel Cell
KR102227608B1 (en) * 2017-09-04 2021-03-12 주식회사 엘지화학 Fuel cell stack

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6830840B1 (en) * 1999-04-26 2004-12-14 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Operation method for polymer electrolytic fuel cell
US6558831B1 (en) * 2000-08-18 2003-05-06 Hybrid Power Generation Systems, Llc Integrated SOFC

Also Published As

Publication number Publication date
KR100774465B1 (en) 2007-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100961838B1 (en) External reforming type molten carbonate fuel cell system
CN107819141B (en) Integrated fuel cell system
JP2007080760A (en) Fuel cell
KR102587217B1 (en) Fuel-cell system
KR100774465B1 (en) Apparatus for preventing heat loss in fuel cell system
KR100783412B1 (en) Multi home energy supplying system using fuel cell
JP5048870B2 (en) Fuel cell system and operation method thereof
RU2325011C1 (en) Fuel elements system
KR100774466B1 (en) Fuel cell system having stack preheating function
JP2005327513A (en) Hot standby method for solid oxide fuel cell and system for the same
US20070122677A1 (en) Fuel cell system
JP2003217623A (en) Solid polymer electrolyte fuel cell generator
JP5396421B2 (en) Fuel cell system
JP3789706B2 (en) CO conversion unit and polymer electrolyte fuel cell power generation system
JP2001185187A (en) Power generating system for solid polymeric fuel cell
JP2003217620A (en) Solid polymer electrolyte fuel cell generator
JP5145313B2 (en) Fuel cell system
JP2001185178A (en) Co removing unit and solid polymeric fuel cell power generation system
KR101335504B1 (en) Fuel cell apparatus with single discharge port
KR20120074401A (en) Fuel processor of fuel cell
KR100757443B1 (en) Fuel cell system
JP4479361B2 (en) Hybrid fuel cell power generator
KR20080023499A (en) Fuel sell system of apartment house and control method thereof
KR101589176B1 (en) Heating Apparatus using Fuel Cell with Improved Thermal Efficiency
JP2001185180A (en) Co treatment device and solid polymeric fuel cell power generation system

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20121011

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20131018

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150923

Year of fee payment: 9

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160928

Year of fee payment: 10

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170919

Year of fee payment: 11

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181016

Year of fee payment: 12