KR20100076799A - 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법, 장치 및 상기 장치를 구비한 연료 전지 시스템 - Google Patents

연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법, 장치 및 상기 장치를 구비한 연료 전지 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20100076799A
KR20100076799A KR1020080134968A KR20080134968A KR20100076799A KR 20100076799 A KR20100076799 A KR 20100076799A KR 1020080134968 A KR1020080134968 A KR 1020080134968A KR 20080134968 A KR20080134968 A KR 20080134968A KR 20100076799 A KR20100076799 A KR 20100076799A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat exchanger
heat
water
fuel cell
stack
Prior art date
Application number
KR1020080134968A
Other languages
English (en)
Inventor
허진석
다카미 히가시
김동관
Original Assignee
삼성전자주식회사
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 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
Priority to KR1020080134968A priority Critical patent/KR20100076799A/ko
Priority to US12/579,564 priority patent/US20100167097A1/en
Publication of KR20100076799A publication Critical patent/KR20100076799A/ko

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
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • 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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/02—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic
    • F16K31/06—Actuating devices; Operating means; Releasing devices electric; magnetic using a magnet, e.g. diaphragm valves, cutting off by means of a liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/02—Tubular elements of cross-section which is non-circular
    • 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
    • H01M8/04037—Electrical heating
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04343—Temperature; Ambient temperature of anode exhausts
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/0435—Temperature; Ambient temperature of cathode exhausts
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04373—Temperature; Ambient temperature of auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04768—Pressure; Flow of the coolant
    • 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
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04776—Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • 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
    • 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
    • H01M8/04059—Evaporative processes for the cooling of a fuel cell
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

개시된 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법은 연료 전지 시스테의 기동이 완료되면, 연료 전지 시스템의 잉여 전력을 소비하는 전기 히터로부터 열을 회수하기 위한 제 2 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 제어하기 위한 비례 밸브를 폐쇄하고, 연료 전지 시스템의 스택으로부터 배출된 냉각수로부터 열을 회수하기 위한 제 1 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 제어하기 위한 전자 밸브를 개방시킨 후, 미리 설정된 양의 물을 제 1 열 교환기로 공급한다.

Description

연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법, 장치 및 상기 장치를 구비한 연료 전지 시스템{Heat Recovery method, apparatus in fuel cell system and fuel cell system having the same appratus}
본 발명의 실시예들은 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법, 장치 및 상기 장치를 구비한 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지는 연료가 가진 화학에너지를 화학반응에 의해 직접 전기에너지로 바꾸는 장치로서, 연료가 공급되는 한 계속해서 전기를 생성할 수 있는 일종의 발전장치이다. 연료 전지 시스템에서는 연료가스, 연료가스가 개질된 개질가스, 공기 등이 배관을 통해 연료 전지 시스템 내부의 구성 요소들 사이에서 이동하고, 개질기의 개질반응, 스택의 화학반응에 의해 열이 발생한다. 연료 전지 시스템 내부에서 발생하는 열은 저탕조에 저장된 물을 공급을 통해 회수될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 연료 전지 시스템의 스택을 효율적으로 냉각시키고, 연료 전지의 운전 중 발생하는 잉여 전력을 소비하는 전기 히터로부터 열을 효율적으로 회수하여 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 효율을 향상시킨 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법 및 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 장치를 구비한 연료 전지 시스템을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 개질기, 스택 및 전력 변환기를 포함하는 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 장치는 가열된 물을 저장하는 저탕조; 상기 저탕조에 저장된 물을 상기 저탕조의 외부로 배출하는 펌프 냉각수를 공급하여 상기 스택을 냉각시키고, 상기 스택으로부터 배출된 상기 냉각수로부터 열을 회수하기 위한 제 1 열 교환기; 상기 연료 전지 시스템의 운전 중 발생하는 잉여 전력을 소비하는 전기 히터로부터 열을 회수하기 위한 제 2 열 교환기; 상기 스택으로부터 배출되는 애노드 오프 가스의 기액 분리를 위해 상기 애노드 오프 가스로부터 열을 회수하기 위한 제 3 열 교환기; 상기 스택으로부터 배출되는 공기로부터 열을 회수하기 위한 제 4 열 교환기; 상기 개질기로부터 배출되는 배기 가스로부터 열을 회수하기 위한 제 5 열 교환기; 상기 제 1 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 제어하기 위한 전자 밸브; 상기 제 2 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 제어하기 위한 비례 밸브; 상 기 제 1 열 교환기에서 출력되는 물의 온도를 측정하기 위한 제 1 열전대; 상기 제 2 열 교환기에서 출력되는 물의 온도를 측정하기 위한 제 2 열전대; 및 상기 제 3 열 교환기의 온도를 측정하기 위한 제 3 열전대를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 펌프는 상기 저탕조에 저장된 물을 상기 제 3 열교환기로 공급시키고, 상기 제 3 열 교환기로 공급되는 물은 상기 제 4 열 교환기로 출력되고, 상기 제 4 열 교환기로 공급되는 물은 상기 제 5 열 교환기로 출력되고, 상기 제 5 열 교환기로 공급되는 물은 상기 비례 밸브 및 상기 전자 밸브를 통해 분기되어 출력되고, 상기 전자 밸브를 통해 출력되는 물은 상기 제 1 열 교환기로 공급되고, 상기 제 1 열 교환기에서 출력되는 물과 상기 비례 밸브를 통해 출력되는 물은 합성되어 상기 제 2 열 교환기로 공급된다.
본 발명의 다른 일실시예에 따른 연료 전지 시스템은 입력된 가스를 수소가스로 개질하는 개질기; 상기 개질기로부터 개질된 개질가스를 공급 받고, 상기 개질가스를 이용하여 발전하는 스택; 상기 스택에서 생성된 직류 전기를 교류 전기로 변환하는 전력 변환기; 및 발생되는 열을 회수하기 위한 열 회수부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일 실시예에 따르는 개질기, 스택 및 전력 변환기를 포함하는 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법은 상기 연료 전지 시스템의 기동의 완료 여부를 판단하는 단계
상기 판단 결과, 상기 연료 전지 시스테의 기동이 완료되면, 상기 연료 전지 시스템의 운전 중 발생하는 잉여 전력을 소비하는 전기 히터로부터 열을 회수하기 위한 제 2 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 제어하기 위한 비례 밸브를 폐쇄하는 단계; 상기 스택을 냉각시키고, 상기 스택으로부터 배출된 상기 냉각수로부터 열을 회수하기 위한 제 1 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 제어하기 위한 전자 밸브를 개방하는 단계; 및 미리 설정된 양의 물을 상기 제 1 열 교환기로 공급하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 장치는 연료 전지 시스템의 스택을 효율적으로 냉각시키고, 연료 전지의 운전 중 발생하는 잉여 전력을 소비하는 전기 히터로부터 열을 효율적으로 회수하여 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 효율을 전체적으로 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법, 장치 및 상기 장치를 구비한 연료 전지 시스템에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 장치(100)는 저탕조(105), 펌프(110), 제 1 열 교환기(115), 제 2 열 교환기(120), 제 3 열 교환기(125), 제 4 열 교환기(130), 제 5 열 교환기(135), 전자 밸브(140), 비례 밸브(145), 제 1 열전대(150), 제 2 열전대(155) 및 제 3 열전대(160)를 포함한다.
저탕조(105)에는 가열된 물이 저장되어 있고, 펌프(110)는 저탕조(105)에 저 장된 물을 제 3 열교환기(125)로 공급한다. 이 때, 제 3 열 교환기(125)에는 제 3 열 교환기(125)의 온도를 측정할 수 있는 제 3 열전대(160)를 장착한다. 제 3 교환기(125), 제 4 열 교환기(130), 제 5 열 교환기(135)는 순차적으로 연결되어 있으므로, 제 3 열 교환기(125)로 공급되는 물은 제 4 열 교환기(130) 및 제 5 열 교환기(135)를 통해 배출된다. 제 5 교환기(135)에서 배출되는 물은 2개의 배관으로 분기되어 출력된다. 제 1 배관에는 비례 밸브(145)가 장착되어 있고, 전자 밸브(140)가 장착된 제 2 배관에는 제 1 열 교환기(115) 및 제 1 열전대(150)가 연결되어 있다. 따라서, 전자 밸브(140)의 개폐 여부로 제 1 열 교환기(115)로 공급되는 물의 유량을 제어할 수 있으며, 비례 밸브(145)의 개방 정도를 통해 제 2 열 교환기(120)로 공급되는 물의 유량을 제어할 수 있다. 또한, 제 1 열전대(150)는 제 1 열 교환기(115)의 배출구에 위치하므로, 제 1 열 교환기(115)에서 출력되는 물의 온도를 측정할 수 있다. 제 1 배관과 제 2 배관은 하나로 합성되고, 제 2 열 교환기(120)와 연결된다. 또한, 제 2 열 교환기(120)의 배출구에는 제 2 열전대(155)가 장착된다. 따라서, 제 2 열전대(155)는 제 2 열 교환기(120)에서 출력되는 물의 온도를 측정할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 제 1 열 교환기 내지 제 5 열 교환기가 도 1에 도시된 순서로 배치되었으나, 반드시 이에 한정되지 않고, 제 1 열 교환기 내지 제 5 열 교환기는 다른 순서로 배치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열 회수 장치를 구비한 연료 전지 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
이하, 도 1의 열 회수 장치의 구성 성분을 참조하여, 연료 전지 시스템의 구 성을 살펴본다.
본 발명의 일 실시예에 따른 열 회수 장치를 구비한 연료 전지 시스템(200)은 도 1의 열 회수 장치의 구성 성분뿐만 아니라, 개질기(210), 스택(220), 전력 변환기(230)를 더 포함한다. 도 2에 도시된 연료 전지 시스템에서, 전기 생성을 위한 가스 및 물의 흐름은 단선으로 표시하고, 연료 전지 시스템 내부에서 발생하는 열 회수를 위한 물의 흐름은 이중선으로 표시하였다.
도 2에 도시된 연료 전지 시스템(200)에서 연료 펌프(240) 및 제 1 물 펌프(250)를 통해 탄화수소계 연료가스와 물이 개질기(210)에 공급되면, 개질기는 공급되는 연료가스를 개질한다. 이 때, 개질기(210)에는 버너(212)가 부착되어 있고, 버너(212)는 연료 펌프(240) 및 제 1 공기 펌프(260)를 통해 공급되는 연료가스 및 공기와 스택(220)으로부터 회수되는 가스를 이용하여 개질기를 가열한다. 개질기(210)의 개질 반응 후, 생성된 수소가스가 스택(220)으로 공급되면, 스택(220)은 공급되는 수소가스를 이용하여 발전한다. 스택(220)에서 발생한 직류 전기가 전력 변환기(230)로 공급되면, 전력 변환기(230)는 직류 전기를 교류 전기로 변환한다. 또한, 물탱크(290)에 저장된 물은 스택을 냉각시키기 위해 제 2 물 펌프(270)를 통해 스택으로 공급된 후, 다시 물탱크(290)로 회수된다. 하지만, 스택의 냉각 방식으로 써모사이펀(thermosiphon) 을 이용한 자연 대류 현상을 사용할 경우, 제 2 물 펌프(270) 없이 물 탱크(290)로 열을 회수할 수 있다. 또한, 제 2 공기 펌프(280)는 공기 중의 산소가스를 스택(220)에 공급한다. 이와 같이, 연료 전지 시스템(200)이 동작하게 되면, 연료 전지 시스템(200)의 내부에서는 지속적으로 열이 발생하게 되므로, 연료 전지 시스템(200)은 발생되는 열을 냉각하고, 회수하기 위한 열 교환기를 다수 개 포함한다. 도 2의 연료 전지 시스템(200)에 포함된 열 교환기는 도 1에 도시된 열 교환기와 대응된다. 이러한 열 교환기는 연료 전지 시스템(200) 내부에서 발생하는 열을 회수하기 위해 사용된다.
제 1 열 교환기(115)는 물탱크(290)의 냉각수를 공급하여 스택(220)을 냉각시키고, 스택(220)으로부터 배출된 가열된 냉각수로부터 열을 회수한다. 제 2 열 교환기(120)는 연료 전지 시스템의 운전 중 발생하는 잉여 전력을 소비하는 전기 히터로부터 열을 회수한다. 제 3 열 교환기(125)는 스택(220)으로부터 배출되는 애노드 오프 가스의 기액 분리를 위해 상기 애노드 오프 가스로부터 열을 회수한다. 제 4 열 교환기(130)는 스택(220)으로부터 배출되는 가열된 공기로부터 열을 회수한다. 제 5 열 교환기(135)는 개질기(210)로부터 배출되는 배기가스로부터 열을 회수한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열 회수 방법을 나타낸 흐름도이다.
이하, 도 1 및 2를 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따라 수행되는 열 회수 방법을 살펴본다.
제 300 단계에서는 제 3 열 교환기의 온도가 특정 온도(T1) 이상인지를 확인한다. 제 3 열 교환기에 부착된 제 3 열전대를 통해, 제 3 열 교환기의 온도가 특정 온도(T1)이상인지를 확인하고, 확인 결과 제 3 열 교환기의 온도가 특정 온도 이상이면, 제 310 단계를 진행한다. 제 300 단계는 제 3 열 교환기의 온도가 특정 온도(T1) 이상인지를 확인할 때까지 반복적으로 수행한다.
제 310 단계에서는 비례 밸브를 전부 개방한다. 도 1 및 2에 도시된 비례 밸브를 개방하고, 저탕조에 저장된 물을 펌프를 통해 제 3 열 교환기로 공급하여, 제 3 열 교환기, 제 4 열 교환기 및 제 5 열 교환기로 유출되는 물이 제 2 열 교환기로 공급될 수 있도록 한다.
제 320 단계에서는 스택의 온도가 미리 설정된 특정 온도(T2)이상인지를 확인한다. 여기서, 특정 온도(T2)는 스택의 온도 제어를 위해 기준이 되는 온도를 의미하고, 연료 전지 시스템의 운전 부하에 따라 설정되는 온도가 다르게 설정할 수 있으며, 연료 전시 시스템에 따라 다르게 설정될 수 있다. 스택의 온도가 미리 설정된 특정 온도(T2) 이상이면, 제 330 단계를 진행하고, 그렇지 않으면, 제 325 단계를 진행한다.
제 325 단계에서는 전자 밸브를 폐쇄하고, 비례 밸브를 개방한 후, 일정량의 유량이 흐르도록 펌프를 동작시킨다. 비례 밸브는 전부 개방한 상태를 유지하고, 펌프의 전원을 공급하여 설정된 유량의 물이 저탕조로부터 제 3 열 교환기로 공급되도록 한다. 도 1 및 2에 도시된 전자 밸브를 폐쇄하고 비례 밸브를 개방하면, 제 5 열 교환기로 유출되는 물이 제 2 열 교환기를 거쳐 저탕조로 공급될 수 있도록 한다.
제 330 단계에서는 전자 밸브를 개방하고, 비례 밸브를 전부 폐쇄 한 후, 펌프의 전원을 공급하여 설정된 유량의 물이 저탕조로부터 제 3 열 교환기로 공급되도록 한다. 도 1 및 2에 도시된 전자 밸브를 개방하고 비례 밸브를 폐쇄하면, 제 5 열 교환기로 유출되는 물이 제 1 열 교환기를 거쳐 제 2 열교환기로 공급될 수 있 도록 한다.
제 340 단계에서는 제 1 열 교환기에서 유출되는 물의 온도 즉, 제 1 열전대의 값(T/C 1)과 미리 설정된 제 1 열전대의 설정 값(T/C 1 설정 값)을 비교한다. 제 1 열전대의 값(T/C 1)이 제 1 열전대의 설정 값(T/C 1 설정 값) 이상이면, 제 350 단계를 진행하고, 그렇지 않으면, 제 360 단계를 진행한다.
제 350 단계에서는 펌프의 전원 공급을 증가시킨다. 펌프의 전원 공급을 증가시켜, 제 1 열 교환기로 공급되는 유량을 증가시킨다. 이와 같이, 제 1 열 교환기로 공급되는 유량을 증가시킴으로서, 스택의 배열 회수 효율을 향상시킬 수 있다.
제 360 단계에서는 펌프의 전원 공급을 감소시킨다. 펌프의 전원 공급을 감소시켜, 제 1 열 교환기로 공급되는 유량을 감소시킨다.
제 370 단계에서는 제 1 열 교환기로부터 유출되는 물과 제 2 열 교환기로부터 유출되는 물의 온도 차이가 설정된 온도 차이 이상인지를 확인한다. 이 때, 제 1 열전대와 제 2 열전대 값의 차이와 설정된 온도 차이 값을 비교하여, 제 1 열 교환기에서 유출되는 물과 제 2 열 교환기에서 유출되는 물의 온도 차이가 미리 설정된 온도 차이인지를 확인할 수 있다. 여기서, 설정된 온도 차이는 제 2 열 교환기로부터 추가적인 열 회수가 필요한 값을 의미하고, 이는 연료 전지 시스템의 운전 중 발생하는 잉여 전력이 전기 히터에서 소비 될 때, 전기 히터에서 발생하는 열을 회수하는데 활용된다. 제 2 열전대의 값(T/C 2)과 제 1 열전대의 값(T/C 1)의 차이(T/C 2 T/C 1)가 설정된 차이 값(T/C 2 - T/C 1 설정 값) 이상이면, 제 380 단 계를 진행하고, 그렇지 않으면, 제 390 단계를 진행한다.
제 380 단계에서는 비례 밸브의 개방도를 증가시킨다. 비례 밸브의 개방도를 증가시켜, 제 2 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 증가시킨다.
제 390 단계에서는 비례 밸브의 개방도를 감소시킨다. 비례 밸브의 개방도를 감소시켜, 제 2 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 감소시킨다.
한편, 상술한 본 발명의 실시예들은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 구동시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다.
또한 상술한 본 발명의 실시예에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다.
상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 씨디롬, 디브이디 등) 및 캐리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)와 같은 저장매체를 포함한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으 로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열 회수 장치를 구비한 연료 전지 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열 회수 방법을 나타낸 흐름도이다.

Claims (12)

  1. 개질기, 스택 및 전력 변환기를 포함하는 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 장치에 있어서,
    가열된 물을 저장하는 저탕조;
    상기 저탕조에 저장된 물을 상기 저탕조의 외부로 배출하는 펌프;
    냉각수를 공급하여 상기 스택을 냉각시키고, 상기 스택으로부터 배출된 상기 냉각수로부터 열을 회수하기 위한 제 1 열 교환기;
    상기 연료 전지 시스템의 운전 중 발생하는 잉여 전력을 소비하는 전기 히터로부터 열을 회수하기 위한 제 2 열 교환기;
    상기 스택으로부터 배출되는 애노드 오프 가스의 기액 분리를 위해 상기 애노드 오프 가스로부터 열을 회수하기 위한 제 3 열 교환기;
    상기 스택으로부터 배출되는 공기로부터 열을 회수하기 위한 제 4 열 교환기;
    상기 개질기로부터 배출되는 배기 가스로부터 열을 회수하기 위한 제 5 열 교환기;
    상기 제 1 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 제어하기 위한 전자 밸브;
    상기 제 2 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 제어하기 위한 비례 밸브;
    상기 제 1 열 교환기에서 출력되는 물의 온도를 측정하기 위한 제 1 열전대;
    상기 제 2 열 교환기에서 출력되는 물의 온도를 측정하기 위한 제 2 열전대; 및
    상기 제 3 열 교환기의 온도를 측정하기 위한 제 3 열전대를 포함하는 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 펌프는
    상기 저탕조에 저장된 물을 상기 제 3 열교환기로 공급시키고,
    상기 제 3 열 교환기로 공급되는 물은 상기 제 4 열 교환기로 출력되고,
    상기 제 4 열 교환기로 공급되는 물은 상기 제 5 열 교환기로 출력되고,
    상기 제 5 열 교환기로 공급되는 물은 상기 비례 밸브 및 상기 전자 밸브를 통해 분기되어 출력되고,
    상기 전자 밸브를 통해 출력되는 물은 상기 제 1 열 교환기로 공급되고,
    상기 제 1 열 교환기에서 출력되는 물과 상기 비례 밸브를 통해 출력되는 물은 합성되어 상기 제 2 열 교환기로 공급되는 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 3 열전대의 값이 특정 값 이상이면,
    상기 전자 밸브를 폐쇄하고,
    상기 비례 밸브를 전부 개방하는 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 스택의 온도가 미리 설정된 특정 온도보다 크면, 상 기 전자 밸브를 개방하는 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 열전대의 값이 미리 설정된 제 1 열전대의 설정 값보다 크면, 상기 펌프의 전원 공급을 증가시켜, 상기 제 1 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 증가시키고,
    상기 제 1 열전대의 값이 상기 미리 설정된 제 1 열전대의 설정 값보다 작으면, 상기 펌프의 전원 공급을 감소시켜, 상기 제 1 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 감소시키는 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 열전대의 값과 상기 제 1 열전대의 값의 차이가 미리 설정된 차이 값보다 크면, 상기 비례 밸브의 개방도를 증가시켜, 상기 제 2 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 증가시키고,
    상기 제 2 열전대의 값과 상기 제 1 열전대의 값의 차이가 상기 차이가 미리 설정된 차이 값보다 작으면, 상기 비례 밸브의 개방도를 감소시켜, 상기 제 2 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 감소시키는 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 장치.
  7. 입력된 가스를 수소가스로 개질하는 개질기;
    상기 개질기로부터 개질된 개질가스를 공급 받고, 상기 개질가스를 이용하여 발전하는 스택;
    상기 스택에서 생성된 직류 전기를 교류 전기로 변환하는 전력 변환기; 및
    발생되는 열을 회수하기 위한 열 회수부를 포함하는 연료 전지 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 열 회수부는
    가열된 물을 저장하는 저탕조;
    상기 저탕조에 저장된 물을 상기 저탕조의 외부로 배출하는 펌프;
    냉각수를 공급하여 상기 스택을 냉각시키고, 상기 스택으로부터 배출된 상기 냉각수로부터 열을 회수하기 위한 제 1 열 교환기;
    상기 연료 전지 시스템의 운전 중 발생하는 잉여 전력을 소비하는 전기 히터로부터 열을 회수하기 위한 제 2 열 교환기;
    상기 스택으로부터 배출되는 애노드 오프 가스의 기액 분리를 위해 상기 애노드 오프 가스로부터 열을 회수하기 위한 제 3 열 교환기;
    상기 스택으로부터 배출되는 공기로부터 열을 회수하기 위한 제 4 열 교환기;
    상기 개질기로부터 배출되는 배기 가스로부터 열을 회수하기 위한 제 5 열 교환기;
    상기 제 1 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 제어하기 위한 전자 밸브;
    상기 제 2 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 제어하기 위한 비례 밸브;
    상기 제 1 열 교환기에서 출력되는 물의 온도를 측정하기 위한 제 1 열전대;
    상기 제 2 열 교환기에서 출력되는 물의 온도를 측정하기 위한 제 2 열전대; 및
    상기 제 3 열 교환기의 온도를 측정하기 위한 제 3 열전대를 포함하는 연료 전지 시스템.
  9. 개질기, 스택, 전력 변환기를 포함하는 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법에 있어서,
    상기 연료 전지 시스템의 기동의 완료 여부를 판단하는 단계;
    상기 판단 결과, 상기 연료 전지 시스템의 기동이 완료되면, 상기 연료 전지 시스템의 운전 중 발생하는 잉여 전력을 소비하는 전기 히터로부터 열을 회수하기 위한 제 2 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 제어하기 위하여 전자 밸브를 폐쇄하고, 비례 밸브를 전부 개방하는 단계;
    상기 스택을 냉각시키고, 상기 스택으로부터 배출된 상기 냉각수로부터 열을 회수하기 위한 제 1 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 제어하기 위한 전자 밸브를 개방하는 단계; 및
    미리 설정된 양의 물을 상기 제 1 열 교환기로 공급하는 단계를 포함하는 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 스택의 온도가 특정 온도 이상인지 확인하는 단계; 및
    상기 스택의 온도가 특정 온도 이상이면, 상기 제 1 열교환기로 공급되는 물의 유량을 제어하기 위한 전자 밸브를 개방시키는 단계를 더 포함하는 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 열 교환기로부터 유출되는 물의 온도를 측정하는 단계;
    상기 측정된 온도가 미리 설정된 온도보다 크면, 상기 펌프에 전원 공급을 증가시켜, 상기 제 1 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 증가시키는 단계; 및
    상기 측정된 온도가 미리 설정된 온도보다 작으면, 상기 펌프에 전원 공급을 감소시켜, 상기 제 1 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 감소시키는 단계를 더 포함하는 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 연료 전지 시스템의 운전 중 발생하는 잉여 전력을 소비하는 전기 히터로부터 열을 회수하기 위한 제 2 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 제어하기 위해, 상기 제 2 열 교환기로부터 유출되는 물의 온도와 상기 제 1 열 교환기로부터 유출되는 물의 온도 차이를 측정하는 단계;
    상기 측정된 온도 차이가 미리 설정된 온도 차이보다 크면, 상기 비례 밸브의 개방도를 증가시켜 상기 제 2 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 증가시키는 단 계; 및
    상기 측정된 온도 차이가 가 미리 설정된 온도 차이보다 작으면, 상기 비례 밸브의 개방도를 증가 시켜 상기 제 2 열 교환기로 공급되는 물의 유량을 감소시키는 단계를 더 포함하는 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법.
KR1020080134968A 2008-12-26 2008-12-26 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법, 장치 및 상기 장치를 구비한 연료 전지 시스템 KR20100076799A (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080134968A KR20100076799A (ko) 2008-12-26 2008-12-26 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법, 장치 및 상기 장치를 구비한 연료 전지 시스템
US12/579,564 US20100167097A1 (en) 2008-12-26 2009-10-15 Heat recovery method and apparatus in fuel cell system, and fuel cell system including the apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080134968A KR20100076799A (ko) 2008-12-26 2008-12-26 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법, 장치 및 상기 장치를 구비한 연료 전지 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20100076799A true KR20100076799A (ko) 2010-07-06

Family

ID=42285334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080134968A KR20100076799A (ko) 2008-12-26 2008-12-26 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법, 장치 및 상기 장치를 구비한 연료 전지 시스템

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20100167097A1 (ko)
KR (1) KR20100076799A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101116991B1 (ko) * 2010-08-27 2012-03-14 현대하이스코 주식회사 구동 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지용 개질기의 물 공급 방법 및 그 장치
US9911990B2 (en) 2013-10-01 2018-03-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Fuel cell stack including end plate having insertion hole

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3300943B1 (en) * 2016-09-30 2022-06-01 ALSTOM Transport Technologies Vehicle comprising an electricity supply system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3451142B2 (ja) * 1994-11-18 2003-09-29 本田技研工業株式会社 温度制御機構を備えたバッテリ組立体
JP4053289B2 (ja) * 2001-12-12 2008-02-27 本田技研工業株式会社 蓄電池の温度制御装置、及びそれを用いた車両装置
US7494731B2 (en) * 2001-12-27 2009-02-24 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Fuel cell power generation system
JP2005100873A (ja) * 2003-09-26 2005-04-14 Hitachi Home & Life Solutions Inc 燃料電池システム

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101116991B1 (ko) * 2010-08-27 2012-03-14 현대하이스코 주식회사 구동 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지용 개질기의 물 공급 방법 및 그 장치
US9911990B2 (en) 2013-10-01 2018-03-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Fuel cell stack including end plate having insertion hole

Also Published As

Publication number Publication date
US20100167097A1 (en) 2010-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Li et al. Performance study of a solid oxide fuel cell and gas turbine hybrid system designed for methane operating with non-designed fuels
Mohamed et al. Hydrogen preheating through waste heat recovery of an open-cathode PEM fuel cell leading to power output improvement
JP5442009B2 (ja) 直列接続された２つの燃料電池スタックを有する燃料電池システム
Ameri et al. Simulation of an atmospheric SOFC and gas turbine hybrid system using Aspen Plus software
CN106910912A (zh) 燃料电池系统及其操作方法及燃料电池发电厂
JPWO2012091096A1 (ja) 燃料電池システム
Aicart et al. Transition cycles during operation of a reversible solid oxide electrolyzer/fuel cell (rSOC) system
JPWO2017017734A1 (ja) 電力供給システムおよびその制御方法
KR100742302B1 (ko) 연료전지 시스템 및 그 작동방법
Fan et al. A novel gas supply configuration for hydrogen utilization improvement in a multi-stack air-cooling PEMFC system with dead-ended anode
KR20100076799A (ko) 연료 전지 시스템 내부의 열 회수 방법, 장치 및 상기 장치를 구비한 연료 전지 시스템
KR101910126B1 (ko) 연료전지 시스템
JP4296741B2 (ja) コージェネレーションシステム
KR100664073B1 (ko) 연료전지 시스템의 운전 제어 방법
JP4677023B2 (ja) 燃料電池システム
JP4133628B2 (ja) コージェネレーションシステム
JP5502521B2 (ja) 燃料電池システム
JP2018067469A (ja) 燃料電池システム、制御装置、及びプログラム
KR20170114232A (ko) 연료 전지 시스템 및 그 구동 방법
JP2006120421A (ja) 燃料電池発電システム
JP3846180B2 (ja) コージェネレーションシステム
JP2005206413A (ja) 水素生成装置および燃料電池システム
WO2008016217A1 (en) Fuel cell system
KR20110069497A (ko) 연료 전지 시스템의 제어 방법
Lee et al. Experimental analysis for optimization of PEM fuel cell dead-end operation

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application