KR20070059779A - Fuel cell system having stack preheating function - Google Patents

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KR20070059779A
KR20070059779A KR1020050119045A KR20050119045A KR20070059779A KR 20070059779 A KR20070059779 A KR 20070059779A KR 1020050119045 A KR1020050119045 A KR 1020050119045A KR 20050119045 A KR20050119045 A KR 20050119045A KR 20070059779 A KR20070059779 A KR 20070059779A
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Abstract

Provided is a fuel cell system having a stack preheating function, which reduces initial operation time to enhance an efficiency of the system, improve the user's convenience, and give hot water to a user using combustion heat of a reformer in a normal operation state. The fuel cell system having a stack preheating function comprises: a reformer(220) which purifies hydrogen in fuel; a stack(210) that is provided with oxygen and the hydrogen of the reformer(220) and generates electricity; a first storage tank(260) in which fluid is stored; a first heat exchange unit(270) which recovers heat generated from the stack(210) and stores the heat in the first storage tank(260); a second storage tank(280) in which fluid is stored; a second heat exchange unit(290) which recovers the heat to be recovered into the first storage tank(260) and stores the heat in the second storage tank(280); and a selective stack heat supply unit which selectively heat the stack(210) using heat generated from the reformer(220).

Description

스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM HAVING STACK PREHEATING FUNCTION}FUEL CELL SYSTEM HAVING STACK PREHEATING FUNCTION}

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 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템의 제1 실시예를 도시한 배관도,2 is a piping diagram showing a first embodiment of a fuel cell system having a stack preheating function of the present invention;

도 3은 본 발명의 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템의 제2 실시예를 도시한 배관도,3 is a piping diagram showing a second embodiment of a fuel cell system with a stack preheating function of the present invention;

도 4는 본 발명의 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템의 제3 실시예를 도시한 배관도.4 is a piping diagram showing a third embodiment of a fuel cell system with a stack preheating function of the present invention;

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

210; 스택 220; 개질기210; Stack 220; Reformer

260; 제1 저장 탱크 270; 제1 열교환 유닛260; First storage tank 270; First heat exchange unit

280; 제2 저장 탱크 311,331; 제3 열교환부280; Second storage tanks 311,331; Third heat exchanger

312; 제1 가스 연결관 313; 제1 배출관312; First gas connector 313; First discharge pipe

314; 제2 배출관 315,336; 제1 개폐 밸브314; Second discharge pipe 315,336; First opening / closing valve

316,338; 제2 개폐 밸브 325; 제2 가스 연결관316,338; Second on-off valve 325; 2nd gas connector

326,332; 제4 열교환부 328; 제3 배출관326,332; Fourth heat exchanger 328; 3rd discharge pipe

333; 제1 연결관 334; 제2 연결관333; First connector 334; 2nd connector

335; 제3 연결관 337; 제4 연결관335; Third connector 337; 4th connector

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게 초기 운전시 개질기에서 발생되는 열을 이용하여 스택을 가열하여 초기 운전시간을 단축시킬 수 있도록 한 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell system having a stack preheating function for shortening an initial operation time by heating a stack using heat generated in a reformer during initial operation.

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.

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 수소와 산소의 전기 화학적 반응에 의해 전기 에너지와 부산물을 생성시키는 스택(110)과, 연료를 공급받아 수소를 정제하여 상기 스택(110)에 수소를 공급하는 개질기(120)와, 상기 개질기(120)에 연료를 공급하는 연료 공급유닛(130)과, 상기 개질기(120) 및 스택(110)에 각각 공기를 공급하는 공기 공급 유닛(140)과, 상기 스택(110)에서 발생되는 전기 에너지를 상용 전원으로 변환시키는 변환 출력유닛(150)을 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 stack 110 that generates electrical energy and by-products by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and receives fuel to purify hydrogen to supply hydrogen to the stack 110. A reformer 120, a fuel supply unit 130 supplying fuel to the reformer 120, an air supply unit 140 supplying air to the reformer 120 and the stack 110, respectively, It comprises a conversion output unit 150 for converting the electrical energy generated in the stack 110 to a commercial power source.

그리고 운전 중 스택(110)에서 발생되는 열을 회수하여 저장함과 동시에 그 스택(110)을 냉각시키는 제1 열교환 유닛(160) 및 제1 저장 탱크(170)가 상기 스택(110)과 연결되고, 그 제1 저장 탱크(170)에 저장되는 열과 상기 스택(110)에서 발생되는 열을 회수하여 온수로 사용하는 제2 열교환 유닛(180) 및 제2 저장 탱크(190)가 구비된다.In addition, a first heat exchange unit 160 and a first storage tank 170 for recovering and storing heat generated from the stack 110 during operation and cooling the stack 110 are connected to the stack 110. A second heat exchange unit 180 and a second storage tank 190 are provided to recover the heat stored in the first storage tank 170 and the heat generated from the stack 110 to use hot water.

상기 제1 열교환 유닛(160)은 스택(110)내부에 구비되는 제1 열교환부(161)와 상기 제1 열교환부(161)와 제1 저장 탱크(170)를 연결하는 유출관(162)과, 상기 제1 열교환부(161)와 제1 저장 탱크(170)를 연결하는 유입관(163)을 포함하여 구성된다. 그리고 상기 제1 저장 탱크(170)에 디아이 워터(DI; deionized water)가 채워져 있다.The first heat exchange unit 160 may include a first heat exchanger 161 provided in the stack 110, an outlet pipe 162 connecting the first heat exchanger 161, and the first storage tank 170. , An inlet pipe 163 connecting the first heat exchange part 161 and the first storage tank 170. Deionized water (DI) is filled in the first storage tank 170.

상기 제2 열교환 유닛(180)은 상기 제1 열교환 유닛(160)의 유입관(163) 또는 제1 저장 탱크(170)에 연결되어 그 스택(110)에서 회수 저장되는 열과 열교환되는 제2 열교환부(181)와, 그 제2 열교환부(181)와 제2 저장 탱크(190)를 연결하는 유출관(182)과, 상기 제2 열교환부(181)와 제2 저장 탱크(190)를 연결하는 유입관(183)을 포함하여 구성된다. The second heat exchange unit 180 is connected to the inlet pipe 163 or the first storage tank 170 of the first heat exchange unit 160, the second heat exchanger heat exchanged with the heat recovered and stored in the stack 110 181, an outlet pipe 182 connecting the second heat exchange part 181 and the second storage tank 190, and a connection between the second heat exchange part 181 and the second storage tank 190. It is configured to include an inlet pipe 183.

상기 제2 저장 탱크(190)에 수도물이 저장되며, 그 제2 저장 탱크(190)에 수 도물이 유입되는 수도물 유입관(191)과 그 제2 저장 탱크(190)에 저장된 물이 유출되는 수도물 유출관(192)이 구비된다.The tap water is stored in the second storage tank 190, and the tap water inflow pipe 191 through which the tap water flows into the second storage tank 190 and the tap water from which the water stored in the second storage tank 190 flows out. Outlet pipe 192 is provided.

상기 연료는 LNG, LPG, CH3OH 등의 탄화수소계(CH계열) 연료이고, 상기 개질기(120)에서는 그 연료를 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H2)를 정제하여 스택(110)에 공급하게 된다. 상기 개질기(120)는 버너가 구비되며 그 버너의 연소에 의해 진행된다. The fuel is a hydrocarbon-based (CH-based) fuel such as LNG, LPG, or CH 3 OH. In the reformer 120, the fuel is purified by stacking the hydrogen (H 2 ) through a desulfurization process → reforming reaction → hydrogen purification process. It is supplied to (110). The reformer 120 is provided with a burner and proceeds by combustion of the burner.

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

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

상기 스택(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.

그리고 상기 스택(110)에서 발생되는 열은 제1 저장 탱크(170)의 디아이 워터가 제1 열교환 유닛(160)을 순환 유동하면서 회수하여 제1 저장 탱크(170)에 저장하게 되고, 그 제1 저장 탱크(170)에 저장되는 열은 제2 저장 탱크(190)의 수도 물이 제2 열교환 유닛(180)을 순환 유동하면서 회수하여 제2 저장 탱크(190)에 저장하게 된다. 상기 스택(110)에서 발생되는 열을 제1 저장 탱크(170)에 저장하면서 동시에 그 스택(110)을 냉각시키게 된다.In addition, the heat generated in the stack 110 is recovered while the DI water of the first storage tank 170 circulates through the first heat exchange unit 160 to be stored in the first storage tank 170. Heat stored in the storage tank 170 is recovered while the tap water of the second storage tank 190 circulates through the second heat exchange unit 180 to be stored in the second storage tank 190. The heat generated by the stack 110 is stored in the first storage tank 170 while cooling the stack 110.

또한 개질기(120)에서 연료를 정제하여 수소를 발생시키는 과정에서 버너의 작동에 의해 연소열이 발생된다.In addition, the heat of combustion is generated by the operation of the burner in the process of generating hydrogen by purifying the fuel in the reformer 120.

상기 제2 저장 탱크(190)에 저장되는 수도물은 스택(110)에서 회수한 열에 의해 가열되어 온수 상태이며, 사용자는 그 온수를 이용할 수 있게 된다.The tap water stored in the second storage tank 190 is heated by the heat recovered from the stack 110 to be in a hot water state, and the user can use the hot water.

한편, 상기 연료 전지 시스템 중 스택(110)은 온도에 매우 민감한 반응을 나타낸다. 즉, 스택(110)의 온도에 따라 전기화학적 반응의 속도가 달라지게 되며 그 스택(110)의 내구성 등을 고려하여 스택(110)의 종류에 따라 적정한 온도로 유지된 채 시스템이 가동된다. 예를 들어, PEMFC의 경우 50도 ~ 80도를 유지하는 것이 전기화학적 반응이 잘 일어나게 된다.Meanwhile, the stack 110 of the fuel cell system exhibits a very sensitive reaction to temperature. That is, the speed of the electrochemical reaction varies according to the temperature of the stack 110, and the system is operated while maintaining the proper temperature according to the type of the stack 110 in consideration of the durability of the stack 110. For example, in the case of PEMFC, maintaining a temperature of 50 to 80 degrees is a good electrochemical reaction.

그러나 상기한 바와 같은 연료 전지 시스템은 초기 운전시 스택(110)의 온도가 낮기 때문에 그 스택(110)의 온도가 스택(110)의 운전 조건에 맞는 온도에 이를 때까지 스택(110)에서 발전이 이루어지지 않는 상태로 일정 시간 공회전하게 되며, 이로 인하여 시스템이 정상 운전시까지 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다. However, in the fuel cell system as described above, since the temperature of the stack 110 is low during initial operation, power generation in the stack 110 is generated until the temperature of the stack 110 reaches a temperature suitable for the operating conditions of the stack 110. There is a problem that the idle time is not made for a certain time, and thus the system takes a lot of time until the normal operation.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 스택(110)을 순환 유동하는 제1 저장 탱크(170)의 디아이 워터를 전기 히터로 가열시키는 방법도 강구되고 있으나, 이는 전기 히터를 가열하기 위하여 소비전력이 많이 소모되는 단점이 있다.In order to solve such a problem, a method of heating the DI water of the first storage tank 170 circulating through the stack 110 with an electric heater has been devised, which consumes a lot of power to heat the electric heater. There are disadvantages.

상기한 바와 같은 점들을 감안하여 고안한 본 발명의 목적은 초기 운전시 개질기에서 발생되는 열을 이용하여 스택을 가열하여 초기 운전시간을 단축시킬 수 있도록 한 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템을 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention devised in view of the above points is to provide a fuel cell system having a stack preheating function to shorten an initial operation time by heating a stack using heat generated in a reformer during initial operation. Is in.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 연료에서 수소를 정제시키는 개질기와; 산소와 상기 개질기의 수소를 공급받아 전기를 발생시키는 스택과; 유체가 저장되는 제1 저장 탱크와; 상기 스택에서 발생되는 열을 회수하여 상기 제1 저장 탱크에 저장시키는 제1 열교환 유닛과; 유체가 저장되는 제2 저장 탱크와; 상기 제1 저장 탱크로 회수되는 열을 회수하여 제2 저장 탱크에 저장시키는 제2 열교환 유닛과; 상기 개질기에서 발생되는 열을 이용하여 선택적으로 상기 스택이 가열되도록 하는 선택적 스택 열 공급유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템이 제공된다. A reformer for purifying hydrogen in the fuel to achieve the object of the present invention as described above; A stack for generating electricity by receiving oxygen and hydrogen of the reformer; A first storage tank in which the fluid is stored; A first heat exchange unit for recovering heat generated in the stack and storing the heat in the first storage tank; A second storage tank in which the fluid is stored; A second heat exchange unit for recovering heat recovered to the first storage tank and storing the heat in the second storage tank; Provided is a fuel cell system with a stack preheating function comprising an optional stack heat supply unit for selectively heating the stack using heat generated by the reformer.

이하, 본 발명의 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템을 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a fuel cell system having a stack preheating function of the present invention will be described according to the embodiment shown in the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템의 제1 실시예를 도시한 배관도이다.2 is a piping diagram showing a first embodiment of a fuel cell system with a stack preheating function of the present invention.

이에 도시한 바와 같이, 상기 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템은 수소와 산소의 전기 화학적 반응에 의해 전기 에너지와 부산물을 발생시키는 스택(210)과, 연료를 공급받아 수소를 정제하여 상기 스택(210)에 수소를 공급하는 개질기(220)와, 상기 개질기(220)에 연료를 공급하는 연료 공급유닛(230)과, 상기 개 질기(220) 및 스택(210)에 각각 공기를 공급하는 공기 공급 유닛(240)과, 상기 스택(210)에서 발생되는 전기 에너지를 상용 전원으로 변환시키는 변환 출력유닛(250)과, 유체가 저장되는 제1 저장 탱크(260)와, 상기 스택(210)과 제1 저장 탱크(260)에 열교환이 이루어지도록 하는 제1 열교환 유닛(270)과, 유체가 저장되는 제2 저장 탱크(280)와, 상기 제1 저장 탱크(260)와 제2 저장 탱크(280)를 열교환시키는 제2 열교환 유닛(290)과, 상기 개질기(220)에서 발생되는 열을 이용하여 선택적으로 상기 스택(210)이 가열되도록 하는 선택적 스택 열 공급유닛을 포함하여 구성된다.As shown in the drawing, the fuel cell system having the stack preheating function includes a stack 210 generating electrical energy and by-products by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and purifying hydrogen by receiving fuel. A reformer 220 for supplying hydrogen to 210, a fuel supply unit 230 for supplying fuel to the reformer 220, and an air supply for supplying air to the reformer 220 and the stack 210, respectively. A unit 240, a conversion output unit 250 for converting electrical energy generated in the stack 210 into commercial power, a first storage tank 260 in which a fluid is stored, a stack 210, The first heat exchange unit 270 for heat exchange to the first storage tank 260, the second storage tank 280 for storing the fluid, and the first storage tank 260 and the second storage tank 280. Generated in the reformer 220 and the second heat exchange unit 290 for exchanging heat. Is configured to include an optional stack heat supply unit to selectively heat the stack 210 using heat.

상기 스택(210)은 수소가 공급되어 산화 반응이 일어나는 연료극(211)과 공기가 공급되어 환원 반응이 일어나는 공기극(212)을 포함하여 구성된다. 상기 두 개의 바이폴라 플레이트(미도시)와 그 바이폴라 플레이트사이에 위치하는 엠이에이(미도시)를 포함하여 구성되는 단위 스택이 하나 또는 하나 이상으로 구성되며, 그 단위 스택(213)에 상기 연료극(211)과 공기극(212)이 구비된다.The stack 210 includes a fuel electrode 211 in which hydrogen is supplied and an oxidation reaction occurs, and a cathode 212 in which air is supplied and a reduction reaction occurs. One or more unit stacks including the two bipolar plates (not shown) and an MGA (not shown) positioned between the bipolar plates are configured in the unit stack 213. ) And the air electrode 212 is provided.

상기 개질기(220)는 버너(미도시)를 포함하여 구성되며, 그 개질기(220)에 공급되는 연료는 LNG, LPG, CH3OH 등의 탄화수소계(CH계열) 연료이고, 그 개질기(220)에서 연료를 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H2)를 정제하게 된다. The reformer 220 is configured to include a burner (not shown), the fuel supplied to the reformer 220 is a hydrocarbon-based (CH-based) fuel, such as LNG, LPG, CH 3 OH, the reformer 220 In the fuel, hydrogen (H 2 ) is purified through desulfurization process → reforming reaction → hydrogen purification process.

상기 제1 저장 탱크(260)에 저장되는 유체는 디아이 워터인 것이 바람직하다.The fluid stored in the first storage tank 260 is preferably DI water.

상기 제1 열교환 유닛(270)은 스택(210)내부에 구비되는 제1 열교환부(271)와 상기 제1 열교환부(271)와 제1 저장 탱크(260)를 연결하는 유출관(272)과, 상기 제1 열교환부(271)와 제1 저장 탱크(260)를 연결하는 유입관(273)을 포함하여 구성된다.The first heat exchange unit 270 may include a first heat exchange unit 271 provided in the stack 210, an outlet pipe 272 connecting the first heat exchange unit 271, and the first storage tank 260. , An inlet pipe 273 connecting the first heat exchange part 271 and the first storage tank 260.

상기 제2 저장 탱크(280)에 저장되는 유체는 수도물인 것이 바람직하다. 그 제2 저장 탱크(280)에 수도물이 유입되는 수도물 유입관(281)과 그 제2 저장 탱크(280)에 저장된 물이 유출되는 수도물 유출관(282)이 구비된다.The fluid stored in the second storage tank 280 is preferably tap water. A tap water inlet pipe 281 into which tap water flows into the second storage tank 280 and a tap water outlet pipe 282 through which water stored in the second storage tank 280 flows are provided.

상기 제2 열교환 유닛(290)은 상기 제1 열교환 유닛(270)의 유입관(273) 또는 제1 저장 탱크(260)에 연결되어 그 스택(210)측의 열과 열교환되는 제2 열교환부(291)와, 그 제2 열교환부(291)와 제2 저장 탱크(280)를 연결하는 유출관(292)과, 상기 제2 열교환부(291)와 제2 저장 탱크(280)를 연결하는 유입관(293)을 포함하여 구성된다. The second heat exchange unit 290 is connected to the inlet pipe 273 or the first storage tank 260 of the first heat exchange unit 270 to exchange heat with the heat of the stack 210 side 291 ), An outlet pipe 292 connecting the second heat exchange part 291 and the second storage tank 280, and an inlet pipe connecting the second heat exchange part 291 and the second storage tank 280. 293 is configured.

상기 선택적 스택 열 공급유닛은 상기 제1 저장 탱크(260)에 구비되는 제3 열교환부(311)와, 상기 개질기(220)와 제3 열교환부(311)를 연결시켜 개질기(220)의 버너에서 발생되는 연소 가스를 상기 제3 열교환부(311)로 안내하는 제1 가스 연결관(312)과, 상기 제3 열교환부(312)에 연결되어 그 제3 열교환부(312)를 거친 가스를 외부로 배출시키는 제1 배출관(313)과, 상기 제1 가스 연결관(312)에 연결되는 제2 배출관(314)과, 상기 제1 가스 연결관(312)에 장착되는 제1 개폐 밸브(315)와, 상기 제2 배출관(314)에 장착되는 제2 개폐 밸브(316)를 포함하여 구성된다. 상기 제2 배출관(314)은 상기 개질기(220)와 제1 저장 탱크(260)사이에 위치하 도록 상기 제1 가스 연결관(312)에 장착된다.The optional stack heat supply unit connects the third heat exchanger 311 and the reformer 220 and the third heat exchanger 311 provided in the first storage tank 260 in the burner of the reformer 220. The first gas connecting pipe 312 for guiding the generated combustion gas to the third heat exchanger 311 and the gas connected to the third heat exchanger 312 and passing through the third heat exchanger 312 are externally provided. A first discharge pipe 313 for discharging the gas, a second discharge pipe 314 connected to the first gas connection pipe 312, and a first opening / closing valve 315 mounted to the first gas connection pipe 312. And a second opening / closing valve 316 mounted to the second discharge pipe 314. The second discharge pipe 314 is mounted to the first gas connecting pipe 312 to be located between the reformer 220 and the first storage tank 260.

미설명 부호 261은 온도 센서이고, P는 펌프이다.Reference numeral 261 is a temperature sensor, and P is a pump.

상기한 바와 같은, 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템의 작동을 설명하면 다음과 같다.The operation of the fuel cell system having the stack preheating function as described above is as follows.

먼저, 초기 운전시 제1 개폐 밸브(315)가 열리고 제2 개폐 밸브(316)가 닫힌 상태에서 연료 공급부(230)를 통해 개질기(220)에 연료가 공급되고 그 개질기(220)에서 수소를 정제하여 스택(210)의 연료극(211)에 수소를 공급하게 된다. 이와 동시에 공기 공급부(240)를 통해 개질기(220)에 공기가 공급됨과 동시에 스택(210)의 공기극(212)에 공기가 공급된다. 그리고 상기 개질기(220)의 버너에서 발생되는 연소 가스가 제1 가스 연결관(312)를 통해 제3 열교환부(311)로 유입되며, 그 제3 열교환부(311)에서 그 연소 가스의 열이 제1 저장 탱크(260)에 저장된 유체와 열교환되면서 그 제1 저장 탱크(260)에 저장된 유체를 가열시킨 후 제1 배출관(313)을 통해 외부로 배출된다. First, fuel is supplied to the reformer 220 through the fuel supply unit 230 in a state where the first on-off valve 315 is opened and the second on-off valve 316 is closed during initial operation, and the hydrogen is purified in the reformer 220. Thus, hydrogen is supplied to the anode 211 of the stack 210. At the same time, air is supplied to the reformer 220 through the air supply unit 240, and at the same time, air is supplied to the cathode 212 of the stack 210. The combustion gas generated from the burner of the reformer 220 is introduced into the third heat exchange part 311 through the first gas connection pipe 312, and the heat of the combustion gas is transferred from the third heat exchange part 311. Heated with the fluid stored in the first storage tank 260 while heating the fluid stored in the first storage tank 260 is discharged to the outside through the first discharge pipe 313.

상기 제1 저장 탱크(260)에 저장되는 열은 제1 열교환 유닛(270)을 통해 스택(210)에 전달되어 그 스택(210)을 가열시키게 된다.The heat stored in the first storage tank 260 is transferred to the stack 210 through the first heat exchange unit 270 to heat the stack 210.

상기 스택(210)이 가열되면서 그 스택(210)의 연료극(211)에 공급되는 수소와 공기극(212)에 공급되는 산소가 그 스택(210)에서 전기 화학적 반응을 일으키면서 전기 에너지와 부산물로 반응열과 물을 생성시키게 된다.As the stack 210 is heated, hydrogen supplied to the anode 211 of the stack 210 and oxygen supplied to the cathode 212 cause an electrochemical reaction in the stack 210, and react with heat as electrical energy and by-products. And water.

이와 같이 상기 스택(210)이 가열되어 정상적인 상태로 운전되면 상기 제1 개폐 밸브(315)가 닫히고 제2 개폐 밸브(316)가 열리면서 상기 개질기(220)의 버너 에서 발생되는 연소 가스가 제1 가스 연결관(312)과 제2 배출관(314)을 통해 배출되며, 이로 인하여 개질기(220)의 버너 연소열이 제1 저장 탱크(260)로 전달되는 것이 차단된다.As such, when the stack 210 is heated and operated in a normal state, the first open / close valve 315 is closed and the second open / close valve 316 is opened to generate combustion gas generated from the burner of the reformer 220. It is discharged through the connection pipe 312 and the second discharge pipe 314, thereby preventing the burner combustion heat of the reformer 220 is transferred to the first storage tank 260.

그리고 상기 스택(210)에서 발생되는 열은 제1 열교환 유닛(270)과 제2 열교환 유닛(290)을 통해 제2 저장 탱크(280)의 유체를 가열시키면서 그 제2 저장 탱크(280)내에 저장된다.The heat generated in the stack 210 is stored in the second storage tank 280 while heating the fluid of the second storage tank 280 through the first heat exchange unit 270 and the second heat exchange unit 290. do.

상기 스택(210)에서 발생되는 전기에너지는 변환 출력부(250)에서 변환되어 전원이 필요한 곳에 공급되며, 그 제2 저장 탱크(280)에 저장된 온수는 사용자에게 공급된다. 만일, 가정용으로 사용될 경우 그 전원은 가전 제품 및 조명 기기에 공급된다.The electric energy generated in the stack 210 is converted by the conversion output unit 250 and supplied to a place where power is required, and the hot water stored in the second storage tank 280 is supplied to the user. If used for home use, the power is supplied to household appliances and lighting equipment.

본 발명은 상기 개질기(220)의 버너에서 연소되는 연소 가스를 이용하여 스택(210)이 가열되도록 구성된다.The present invention is configured such that the stack 210 is heated using combustion gas combusted in the burner of the reformer 220.

이와 같이, 상기 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템은 초기 운전시 개질기(220)에서 발생되는 열을 이용하여 스택(210)을 가열하게 되어 시스템의 초기 운전 시간을 단축시키게 된다.As such, the fuel cell system having the stack preheating function heats the stack 210 using heat generated from the reformer 220 during initial operation, thereby shortening the initial operation time of the system.

도 3은 본 발명의 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템의 제2 실시예를 도시한 배관도이다.3 is a piping diagram showing a second embodiment of a fuel cell system with a stack preheating function of the present invention.

이에 도시한 바와 같이, 상기 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템은 수소와 산소의 전기 화학적 반응에 의해 전기 에너지와 부산물을 발생시키는 스택(210)과, 연료를 공급받아 수소를 정제하여 상기 스택(210)에 수소를 공급하는 개 질기(220)와, 상기 개질기(220)에 연료를 공급하는 연료 공급유닛(230)과, 상기 개질기(220) 및 스택(210)에 각각 공기를 공급하는 공기 공급 유닛(240)과, 상기 스택(210)에서 발생되는 전기 에너지를 상용 전원으로 변환시키는 변환 출력유닛(250)과, 유체가 저장되는 제1 저장 탱크(260)와, 상기 스택(210)과 제1 저장 탱크(260)에 열교환이 이루어지도록 하는 제1 열교환 유닛(270)과, 유체가 저장되는 제2 저장 탱크(280)와, 상기 제1 저장 탱크(260)와 제2 저장 탱크(280)를 열교환시키는 제2 열교환 유닛(290)과, 상기 개질기(220)에서 발생되는 열을 이용하여 선택적으로 상기 스택(210)이 가열되도록 하는 선택적 스택 열 공급유닛을 포함하여 구성된다.As shown in the drawing, the fuel cell system having the stack preheating function includes a stack 210 generating electrical energy and by-products by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and purifying hydrogen by receiving fuel. A reformer 220 for supplying hydrogen to 210, a fuel supply unit 230 for supplying fuel to the reformer 220, and an air supply for supplying air to the reformer 220 and the stack 210, respectively. A unit 240, a conversion output unit 250 for converting electrical energy generated in the stack 210 into commercial power, a first storage tank 260 in which a fluid is stored, a stack 210, The first heat exchange unit 270 for heat exchange to the first storage tank 260, the second storage tank 280 for storing the fluid, and the first storage tank 260 and the second storage tank 280. Generated in the reformer 220 and the second heat exchange unit 290 for exchanging heat. Is configured to include an optional stack heat supply unit to selectively heat the stack 210 using heat.

상기 선택적 스택 열 공급유닛을 제외한 구성은 위에서 설명한 바와 같은 제1 실시예와 동일한 구성이며, 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The configuration except for the optional stack heat supply unit is the same as the first embodiment as described above, and a detailed description thereof will be omitted.

그리고 상기 선택적 스택 열 공급유닛은 상기 제1 저장 탱크(260)에 구비되는 제3 열교환부(321)와, 상기 개질기(220)와 제3 열교환부(321)를 연결시켜 개질기(220)의 버너(미도시)에서 발생되는 연소 가스를 상기 제3 열교환부(321)로 안내하는 제1 가스 연결관(322)과, 상기 제3 열교환부(321)에 연결되어 그 제3 열교환부(321)를 거친 가스를 외부로 배출시키는 제1 배출관(323)과, 상기 제1 가스 연결관(322)에 장착되는 제1 개폐 밸브(324)와, 상기 제1 개폐 밸브(324)와 개질기(220)사이에 위치하도록 상기 제1 가스 연결관(322)에 연결되는 제2 가스 연결관(325)과, 상기 제2 가스 연결관(325)에 연결되며 제2 저장 탱크(280)에 구비되는 제2 열교환부(326)와, 상기 제2 가스 연결관(325)에 장착되는 제2 개폐 밸브(327)와, 그 제2 열교환부(326)에 연결되어 가스를 외부로 배출시키는 제3 배출관(328)을 포함하여 구성된다.The selective stack heat supply unit connects the third heat exchanger 321 provided in the first storage tank 260, the reformer 220, and the third heat exchanger 321 to burner of the reformer 220. The third gas heat exchanger 321 is connected to the first gas connection pipe 322 and the third heat exchanger 321 for guiding the combustion gas generated in (not shown) to the third heat exchanger 321. The first discharge pipe 323 for discharging the gas passed through the outside, the first on-off valve 324 mounted on the first gas connection pipe 322, the first on-off valve 324 and the reformer 220 A second gas connecting pipe 325 connected to the first gas connecting pipe 322 to be positioned between the second gas connecting pipe 325 and a second storage tank 280 provided in the storage tank 280; The third heat exchanger 326, the second open / close valve 327 mounted on the second gas connecting pipe 325, and the third heat exchanger connected to the second heat exchanger 326 to discharge the gas to the outside. It is comprised including the exit 328.

이와 같은 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템의 작동을 설명하면 다음과 같다.The operation of the fuel cell system having the stack preheating function will be described below.

먼저, 초기 운전시 제1 개폐 밸브(324)가 열리고 제2 개폐 밸브(327)가 닫힌 상태에서 연료 공급부(230)를 통해 개질기(220)에 연료가 공급되고 그 개질기(220)에서 수소를 정제하여 스택(210)의 연료극(211)에 수소를 공급하게 된다. 이와 동시에 공기 공급부(240)를 통해 개질기(220)에 공기가 공급됨과 동시에 스택(210)의 공기극(212)에 공기가 공급된다. 그리고 상기 개질기(220)의 버너에서 발생되는 연소 가스가 제1 가스 연결관(322)를 통해 제3 열교환부(321)로 유입되며, 그 제3 열교환부(321)에서 그 연소 가스의 열이 제1 저장 탱크(260)에 저장된 유체와 열교환되면서 그 제1 저장 탱크(260)에 저장된 유체를 가열시킨 후 제1 배출관(323)을 통해 외부로 배출된다. First, fuel is supplied to the reformer 220 through the fuel supply unit 230 in a state where the first on-off valve 324 is opened and the second on-off valve 327 is closed during initial operation, and the hydrogen is purified in the reformer 220. Thus, hydrogen is supplied to the anode 211 of the stack 210. At the same time, air is supplied to the reformer 220 through the air supply unit 240, and at the same time, air is supplied to the cathode 212 of the stack 210. In addition, the combustion gas generated in the burner of the reformer 220 is introduced into the third heat exchange part 321 through the first gas connection pipe 322, and heat of the combustion gas is transferred from the third heat exchange part 321. Heated with the fluid stored in the first storage tank 260 while heating the fluid stored in the first storage tank 260 is discharged to the outside through the first discharge pipe 323.

상기 제1 저장 탱크(260)에 저장되는 열은 제1 열교환 유닛(270)을 통해 스택(210)에 전달되어 그 스택(210)을 가열시키게 된다.The heat stored in the first storage tank 260 is transferred to the stack 210 through the first heat exchange unit 270 to heat the stack 210.

상기 스택(210)이 가열되면서 그 스택(210)의 연료극(211)에 공급되는 수소와 공기극(212)에 공급되는 산소가 그 스택(210)에서 전기 화학적 반응을 일으키면서 전기 에너지와 부산물로 반응열과 물을 생성시키게 된다.As the stack 210 is heated, hydrogen supplied to the anode 211 of the stack 210 and oxygen supplied to the cathode 212 cause an electrochemical reaction in the stack 210, and react with heat as electrical energy and by-products. And water.

이와 같이 상기 스택(210)이 가열되어 정상적인 상태로 운전되면 상기 제1 개폐 밸브(324)가 닫히고 제2 개폐 밸브(327)가 열리면서 상기 개질기(220)의 버너 에서 발생되는 연소 가스가 제1 가스 연결관(322)과 제2 가스 연결관(325)을 통해 제4 열교환부(326)로 유입되고 그 제4 열교환부(326)에서 그 연소 가스의 열이 제2 저장 탱크(280)에 저장된 유체와 열교환되면서 그 제2 저장 탱크(280)에 저장된 유체를 가열시킨 후 제3 배출관(328)을 통해 외부로 배출된다. 그리고 상기 스택(210)에서 발생되는 열은 제1 열교환 유닛(270)과 제2 열교환 유닛(290)을 통해 제2 저장 탱크(280)의 유체에 저장된다.As such, when the stack 210 is heated and operated in a normal state, the first open / close valve 324 is closed and the second open / close valve 327 is opened to generate combustion gas generated from the burner of the reformer 220. The fourth heat exchange part 326 is introduced into the fourth heat exchange part 326 through the connection pipe 322 and the second gas connection pipe 325, and heat of the combustion gas is stored in the second storage tank 280 in the fourth heat exchange part 326. The heat stored in the second storage tank 280 while being heat-exchanged with the fluid and is discharged to the outside through the third discharge pipe 328. Heat generated in the stack 210 is stored in the fluid of the second storage tank 280 through the first heat exchange unit 270 and the second heat exchange unit 290.

상기 스택(210)에서 발생되는 전기에너지는 변환 출력부(250)에서 변환되어 전원이 필요한 곳에 공급되며, 그 제2 저장 탱크(280)에 저장된 온수는 사용자에게 공급된다. 만일, 가정용으로 사용될 경우 그 전원은 가전 제품 및 조명 기기에 공급된다.The electric energy generated in the stack 210 is converted by the conversion output unit 250 and supplied to a place where power is required, and the hot water stored in the second storage tank 280 is supplied to the user. If used for home use, the power is supplied to household appliances and lighting equipment.

본 발명은 상기 개질기(220)의 버너에서 연소되는 연소 가스를 이용하여 스택(210)이 가열되도록 구성된다.The present invention is configured such that the stack 210 is heated using combustion gas combusted in the burner of the reformer 220.

이와 같이, 상기 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템은 초기 운전시 개질기(220)에서 발생되는 열을 이용하여 스택(210)을 가열하게 되어 시스템의 초기 운전 시간을 단축시키게 되며, 또한 그 개질기(220)에서 발생되는 연소열을 이용하여 제2 저장 탱크(280)의 물을 가열시키게 된다. As such, the fuel cell system having the stack preheating function heats the stack 210 by using heat generated from the reformer 220 during initial operation, thereby shortening the initial operation time of the system, and further improving the reformer ( The water in the second storage tank 280 is heated using the combustion heat generated by the 220.

도 4는 본 발명의 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템의 제3 실시예를 도시한 배관도이다.4 is a piping diagram showing a third embodiment of a fuel cell system with a stack preheating function of the present invention.

이에 도시한 바와 같이, 상기 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템은 수소와 산소의 전기 화학적 반응에 의해 전기 에너지와 부산물을 발생시키는 스택 (210)과, 연료를 공급받아 수소를 정제하여 상기 스택(210)에 수소를 공급하는 개질기(220)와, 상기 개질기(220)에 연료를 공급하는 연료 공급유닛(230)과, 상기 개질기(220) 및 스택(210)에 각각 공기를 공급하는 공기 공급 유닛(240)과, 상기 스택(210)에서 발생되는 전기 에너지를 상용 전원으로 변환시키는 변환 출력유닛(250)과, 유체가 저장되는 제1 저장 탱크(260)와, 상기 스택(210)과 제1 저장 탱크(260)에 열교환이 이루어지도록 하는 제1 열교환 유닛(270)과, 유체가 저장되는 제2 저장 탱크(280)와, 상기 제1 저장 탱크(260)와 제2 저장 탱크(280)를 열교환시키는 제2 열교환 유닛(290)과, 상기 개질기(220)에서 발생되는 열을 이용하여 선택적으로 상기 스택(210)이 가열되도록 하는 선택적 스택 열 공급유닛을 포함하여 구성된다.As shown in the drawing, the fuel cell system having the stack preheating function includes a stack 210 for generating electrical energy and by-products by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and a fuel supplied thereto to purify hydrogen. A reformer 220 for supplying hydrogen to 210, a fuel supply unit 230 for supplying fuel to the reformer 220, and an air supply unit for supplying air to the reformer 220 and the stack 210, respectively. 240, a conversion output unit 250 for converting electrical energy generated by the stack 210 into commercial power, a first storage tank 260 in which fluid is stored, and the stack 210 and the first The first heat exchange unit 270 for heat exchange to the storage tank 260, the second storage tank 280 for storing the fluid, and the first storage tank 260 and the second storage tank 280 The second heat exchange unit 290 for heat exchange and the reformer 220 is generated Is configured to include an optional stack heat supply unit to selectively heat the stack 210 using heat.

상기 선택적 스택 열 공급유닛을 제외한 구성은 위에서 설명한 바와 같은 제1 실시예와 동일한 구성이며, 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.The configuration except for the optional stack heat supply unit is the same as the first embodiment as described above, and a detailed description thereof will be omitted.

그리고 상기 선택적 스택 열 공급유닛은 개질기(220)에 구비되는 제3 열교환부(331)와, 제1 저장 탱크(260)에 구비되는 제4 열교환부(332)와, 상기 제2 저장 탱크(280)의 유체가 제3 열교환부(331)로 유입되도록 제2 저장 탱크(280)와 제3 열교환부(331)를 연결시키는 제1 연결관(333)과, 상기 제3 열교환부(331)와 제4 열교환부(332)를 연결시키는 제2 연결관(334)과, 상기 제4 열교환부(332)에서 상기 제2 저장 탱크(280)로 유체가 유입되게 그 제4 열교환부(332)와 제2 저장 탱크(280)를 연결하는 제3 연결관(335)과, 상기 제2 연결관(334)에 장착되는 제1 개폐 밸브(336)와, 상기 제1 개폐 밸브(336)와 제3 열교환부(331)사이에 위치하는 제2 연결관(334)과 상기 제2 저장 탱크(280)를 연결하는 제4 연결관(337)과, 그 제4 연결관(337)에 장착되는 제2 개폐 밸브(338)를 포함하여 구성된다. 상기 제1 연결관(333)에 펌프(P)가 장착됨이 바람직하다.The optional stack heat supply unit includes a third heat exchanger 331 provided in the reformer 220, a fourth heat exchanger 332 provided in the first storage tank 260, and the second storage tank 280. And a first connecting pipe 333 connecting the second storage tank 280 and the third heat exchange part 331 so that the fluid of the heat inlet flows into the third heat exchange part 331, and the third heat exchange part 331. A second connection pipe 334 connecting the fourth heat exchange part 332, and a fourth heat exchange part 332 so that fluid flows from the fourth heat exchange part 332 to the second storage tank 280; A third connecting pipe 335 connecting the second storage tank 280, a first opening / closing valve 336 mounted to the second connecting pipe 334, the first opening / closing valve 336 and a third The second connecting pipe 334 positioned between the heat exchange unit 331 and the fourth connecting pipe 337 connecting the second storage tank 280, and the second mounting pipe 337 On-off valve 338 is configured. Preferably, the pump P is mounted to the first connection pipe 333.

이와 같은 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템의 작동을 설명하면 다음과 같다.The operation of the fuel cell system having the stack preheating function will be described below.

먼저, 초기 운전시 제1 개폐 밸브(336)가 열리고 제2 개폐 밸브(338)가 닫힌 상태에서 연료 공급부(230)를 통해 개질기(220)에 연료가 공급되고 그 개질기(220)에서 수소를 정제하여 스택(210)의 연료극(211)에 수소를 공급하게 된다. 이와 동시에 공기 공급부(240)를 통해 개질기(220)에 공기가 공급됨과 동시에 스택(210)의 공기극(212)에 공기가 공급된다. 그리고 상기 제2 저장 탱크(280)의 유체가 제1 연결관(333)을 통해 개질기(220)내에 위치하는 제3 열교환부(331)로 유입되어 그 제3 열교환부(331)에서 열교환되며 그 열교환된 유체는 제2 연결관(334)을 통해 제1 저장 탱크(260)내에 위치하는 제4 열교환부(332)로 유입된다. 그 제4 열교환부(332)로 유입된 유체는 제1 저장 탱크(260)내의 유체와 열교환되면서 그 제1 저장 탱크(260)의 유체를 가열시키게 된다. 그 제4 열교환부(332)를 거친 유체는 제2 저장 탱크(280)로 유입되며, 이와 같은 과정을 반복하면서 개질기(220)에서 발생되는 연소열을 제1 저장 탱크(260)로 전달하여 그 제1 저장 탱크(260)에 저장시키게 된다.First, fuel is supplied to the reformer 220 through the fuel supply unit 230 while the first on-off valve 336 is opened and the second on-off valve 338 is closed during initial operation, and the hydrogen is purified in the reformer 220. Thus, hydrogen is supplied to the anode 211 of the stack 210. At the same time, air is supplied to the reformer 220 through the air supply unit 240, and at the same time, air is supplied to the cathode 212 of the stack 210. In addition, the fluid of the second storage tank 280 flows into the third heat exchange part 331 located in the reformer 220 through the first connection pipe 333, and heat exchanges in the third heat exchange part 331. The heat exchanged fluid flows into the fourth heat exchange part 332 located in the first storage tank 260 through the second connection pipe 334. The fluid introduced into the fourth heat exchange part 332 heats the fluid in the first storage tank 260 while heat-exchanging with the fluid in the first storage tank 260. The fluid passing through the fourth heat exchange part 332 flows into the second storage tank 280, and transfers the combustion heat generated from the reformer 220 to the first storage tank 260 while repeating the above process. 1 is stored in the storage tank 260.

상기 제1 저장 탱크(260)에 저장되는 열은 제1 열교환 유닛(270)을 통해 스택(210)에 전달되어 그 스택(210)을 가열시키게 된다.The heat stored in the first storage tank 260 is transferred to the stack 210 through the first heat exchange unit 270 to heat the stack 210.

상기 스택(210)이 가열되면서 그 스택(210)의 연료극(211)에 공급되는 수소 와 공기극(212)에 공급되는 산소가 그 스택(210)에서 전기 화학적 반응을 일으키면서 전기 에너지와 부산물로 반응열과 물을 생성시키게 된다.As the stack 210 is heated, hydrogen supplied to the anode 211 of the stack 210 and oxygen supplied to the cathode 212 cause an electrochemical reaction in the stack 210, and react with heat and energy as electrical energy and by-products. And water.

이와 같이 상기 스택(210)이 가열되어 정상적인 상태로 운전되면 상기 제1 개폐 밸브(336)가 닫히고 제2 개폐 밸브(338)가 열리면서 제2 저장 탱크(280)의 유체가 제1 연결관(333)을 통해 개질기(220)내부에 위치한 제3 열교환부(331)로 유입되고 그 제3 열교환부(331)에서 열교환된 유체는 제2 연결관(334)과 제4 연결관(337)을 통해 상기 제2 저장 탱크(280)로 유입되며, 이와 같은 과정을 반복하면서 개질기(220)의 버너 연소열을 제2 저장 탱크(280)에 저장시키게 된다. As such, when the stack 210 is heated and operated in a normal state, the first opening / closing valve 336 is closed and the second opening / closing valve 338 is opened so that the fluid in the second storage tank 280 is connected to the first connection pipe 333. Into the third heat exchanger 331 located inside the reformer 220 and the heat exchanged heat from the third heat exchanger 331 through the second connecting pipe 334 and the fourth connecting pipe 337 The second storage tank 280 flows into the second storage tank 280, and the burner combustion heat of the reformer 220 is stored in the second storage tank 280 while repeating the above process.

그리고 상기 스택(210)에서 발생되는 열은 제1 열교환 유닛(270)과 제2 열교환 유닛(290)을 통해 제2 저장 탱크(280)의 유체에 저장된다.Heat generated in the stack 210 is stored in the fluid of the second storage tank 280 through the first heat exchange unit 270 and the second heat exchange unit 290.

상기 스택(210)에서 발생되는 전기에너지는 변환 출력부(250)에서 변환되어 전원이 필요한 곳에 공급되며, 그 제2 저장 탱크(280)에 저장된 온수는 사용자에게 공급된다. 만일, 가정용으로 사용될 경우 그 전원은 가전 제품 및 조명 기기에 공급된다.The electric energy generated in the stack 210 is converted by the conversion output unit 250 and supplied to a place where power is required, and the hot water stored in the second storage tank 280 is supplied to the user. If used for home use, the power is supplied to household appliances and lighting equipment.

본 발명은 상기 개질기(220)에서 발생되는 열을 유체를 통해 회수하여 상기 스택(210)을 가열시키도록 구성된다.The present invention is configured to recover the heat generated by the reformer 220 through a fluid to heat the stack 210.

이와 같이, 상기 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템은 초기 운전시 개질기(220)에서 발생되는 열을 이용하여 스택(210)을 가열하게 되어 시스템의 초기 운전 시간을 단축시키게 되며, 또한 그 개질기(220)에서 발생되는 연소열을 이용하여 제2 저장 탱크(280)의 물을 가열시키게 된다. As such, the fuel cell system having the stack preheating function heats the stack 210 by using heat generated from the reformer 220 during initial operation, thereby shortening the initial operation time of the system, and further improving the reformer ( The water in the second storage tank 280 is heated using the combustion heat generated by the 220.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템은 초기 운전시 개질기에서 발생되는 열을 이용하여 스택을 가열하게 됨으로써 초기 운전시간을 단축시키게 되어 시스템의 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 사용자의 편리성을 도모할 수 있는 효과가 있다. 아울러, 정상 운전상태에서는 개질기의 연소열을 이용하여 사용자에게 온수를 제공하게 되므로 열효율을 높일 수 있다.As described above, the fuel cell system having the stack preheating function of the present invention heats the stack by using heat generated from the reformer during initial operation, thereby shortening the initial operation time, thereby increasing the efficiency of the system. Rather, the user's convenience can be achieved. In addition, in the normal operating state to provide hot water to the user by using the heat of combustion of the reformer can increase the thermal efficiency.

Claims (7)

연료에서 수소를 정제시키는 개질기와;A reformer for purifying hydrogen in the fuel; 산소와 상기 개질기의 수소를 공급받아 전기를 발생시키는 스택과;A stack for generating electricity by receiving oxygen and hydrogen of the reformer; 유체가 저장되는 제1 저장 탱크와;A first storage tank in which the fluid is stored; 상기 스택에서 발생되는 열을 회수하여 상기 제1 저장 탱크에 저장시키는 제1 열교환 유닛과;A first heat exchange unit for recovering heat generated in the stack and storing the heat in the first storage tank; 유체가 저장되는 제2 저장 탱크와;A second storage tank in which the fluid is stored; 상기 제1 저장 탱크로 회수되는 열을 회수하여 제2 저장 탱크에 저장시키는 제2 열교환 유닛과;A second heat exchange unit for recovering heat recovered to the first storage tank and storing the heat in the second storage tank; 상기 개질기에서 발생되는 열을 이용하여 선택적으로 상기 스택이 가열되도록 하는 선택적 스택 열 공급유닛을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템. And an optional stack heat supply unit configured to selectively heat the stack by using heat generated by the reformer. 제 1 항에 있어서, 상기 개질기의 버너에서 연소되는 연소 가스를 이용하여 스택이 가열되도록 하는 것을 특징으로 하는 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템.The fuel cell system of claim 1, wherein the stack is heated using combustion gas combusted in the burner of the reformer. 제 1 항에 있어서, 상기 개질기에서 발생되는 열을 유체를 통해 회수하여 상기 스택을 가열시키는 것을 특징으로 하는 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시 스템. The fuel cell system of claim 1, wherein the heat generated by the reformer is recovered through a fluid to heat the stack. 제 1 항에 있어서, 상기 선택적 스택 열 공급유닛은 상기 제1 저장 탱크에 구비되는 제3 열교환부와, 상기 개질기와 제3 열교환부를 연결시켜 개질기의 버너에서 발생되는 연소 가스를 상기 제3 열교환부로 안내하는 제1 가스 연결관과, 상기 제3 열교환부에 연결되어 그 제3 열교환부를 거친 가스를 외부로 배출시키는 제1 배출관과, 상기 제1 가스 연결관에 연결되는 제2 배출관과, 상기 제1 가스 연결관에 장착되는 제1 개폐 밸브와, 상기 제2 배출관에 장착되는 제2 개폐 밸브를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템.The method of claim 1, wherein the optional stack heat supply unit is connected to the third heat exchanger provided in the first storage tank, the reformer and the third heat exchanger to convert the combustion gas generated from the burner of the reformer to the third heat exchanger. A first gas connecting pipe to be guided, a first discharge pipe connected to the third heat exchanger to discharge the gas passing through the third heat exchanger to the outside, a second discharge pipe connected to the first gas connecting pipe, and the first 1. A fuel cell system having a stack preheating function comprising a first on-off valve mounted on a gas connection pipe and a second on-off valve mounted on the second discharge pipe. 제 4 항에 있어서, 상기 제1 개폐 밸브와 개질기사이에 위치하도록 상기 제1 가스 연결관에 연결되는 제2 가스 연결관과, 상기 제2 가스 연결관에 연결되며 제2 저장 탱크에 구비되는 제4 열교환부와, 그 제4 열교환부에 연결되어 가스를 외부로 배출시키는 제3 배출관을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템.According to claim 4, A second gas connecting pipe connected to the first gas connecting pipe so as to be located between the first on-off valve and the reformer, and a second storage tank connected to the second gas connecting pipe provided in the second storage tank And a third discharge pipe connected to the fourth heat exchange part and discharging the gas to the outside, wherein the fuel cell system has a stack preheating function. 제 1 항에 있어서, 상기 선택적 스택 열 공급유닛은 개질기에 구비되는 제3 열교환부와, 제1 저장 탱크에 구비되는 제4 열교환부와, 상기 제2 저장 탱크의 유체가 제3 열교환부로 유입되도록 제2 저장 탱크와 제3 열교환부를 연결시키는 제1 연결관과, 상기 제3 열교환부와 제4 열교환부를 연결시키는 제2 연결관과, 상기 제 4 열교환부에서 상기 제2 저장 탱크로 유체가 유입되게 그 제4 열교환부와 제2 저장 탱크를 연결하는 제3 연결관과, 상기 제2 연결관에 장착되는 제1 개폐 밸브와, 상기 제1 개폐 밸브와 제3 열교환부사이에 위치하는 제2 연결관과 상기 제2 저장 탱크를 연결하는 제4 연결관과, 그 제4 연결관에 장착되는 제2 개폐 밸브를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템.The method of claim 1, wherein the optional stack heat supply unit is a third heat exchanger provided in the reformer, a fourth heat exchanger provided in the first storage tank, and the fluid of the second storage tank to flow into the third heat exchanger A first connection pipe connecting the second storage tank and the third heat exchanger, a second connection pipe connecting the third heat exchanger and the fourth heat exchanger, and fluid flows into the second storage tank from the fourth heat exchanger A third connection pipe connecting the fourth heat exchange part and the second storage tank, a first on-off valve mounted on the second connection pipe, and a second connection located between the first on-off valve and the third heat exchange part. And a fourth connecting pipe connecting the pipe and the second storage tank, and a second opening / closing valve mounted to the fourth connecting pipe. 제 6 항에 있어서, 상기 제1 연결관에 펌프가 장착된 것을 특징으로 하는 스택 예열 기능을 구비한 연료 전지 시스템.7. The fuel cell system according to claim 6, wherein a pump is mounted on the first connection pipe.
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