KR20110075538A - Appartatus for reducing an electric power consumption in the start of fuel cell system - Google Patents

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KR20110075538A KR1020090132017A KR20090132017A KR20110075538A KR 20110075538 A KR20110075538 A KR 20110075538A KR 1020090132017 A KR1020090132017 A KR 1020090132017A KR 20090132017 A KR20090132017 A KR 20090132017A KR 20110075538 A KR20110075538 A KR 20110075538A
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Abstract

PURPOSE: An apparatus for reducing electric power consumption in the start of a fuel cell system is provided to reduce electric power consumption used by an electronic heater through the temperature increase of a PROX reactor and a stack. CONSTITUTION: An apparatus for reducing electric power consumption in the start of a fuel cell system comprises: a heat exchanger(14) for heating a shift reactor(12) with the steam heated by a burner; a steam exhaustion pipe(19) of the heat exchanger for heating the shift reactor; and a heat exchanger for heating cooling water heated by the heat exchange of steam and cooling water, wherein the steam exhaustion pipe is connected to the heat exchanger and a stack cooling water pipe(30) is installed.

Description

연료전지 시스템의 시동시 전력소모량 저감장치{appartatus for reducing an electric power consumption in the start of fuel cell system}Apparatus for reducing an electric power consumption in the start of fuel cell system}

본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로, 특히 시스템 시동시 사용되는 전력소모량을 저감시킬 수 있게 됨으로써 시스템의 에너지 효율이 향상될 수 있도록 된 연료전지 시스템의 시동시 전력소모량 저감장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to an apparatus for reducing power consumption at start-up of a fuel cell system, which can reduce power consumption used at system startup, thereby improving energy efficiency of the system.

연료전지 시스템은 탄화수소계 연료를 수소농후가스로 변환하는 연료변환장치와, 상기 연료변환장치에서 공급된 연료가스와 공기를 전해질막을 통해 전기 화학 반응시켜 전기를 생산하는 스택과, 상기 스택에서 생산된 직류전류를 교류전류로 변환하는 전력변환장치와, 그 외 시스템의 시동과 운전유지 및 정지를 위한 각종 부속 장치들 및 스택의 폐열을 활용하여 급탕 및 난방을 할 수 있도록 하는 급탕 및 난방장치를 포함한다.The fuel cell system includes a fuel converter for converting hydrocarbon fuel into hydrogen rich gas, a stack for producing electricity by electrochemical reaction between fuel gas and air supplied from the fuel converter through an electrolyte membrane, Power conversion device for converting DC current into AC current, and other accessory devices for starting, maintaining and stopping the system, and hot water supply and heating device for hot water supply and heating using waste heat from the stack do.

상기 연료변환장치의 각 반응기들(개질기, 쉬프트반응기, 프록스반응기)과 스택의 각 셀에는 촉매 물질이 사용되어 원활한 반응을 유도하며, 이에 각 반응기들과 스택은 사용 촉매에 따라 최적의 작동 온도 조건이 있게 된다.Catalysts are used in each of the reactors (reformer, shift reactor, prox reactor) of the fuel converter and each cell of the stack to induce a smooth reaction. This will be.

따라서, 연료전지 시스템 시동시에는 각 반응기 및 스택을 최적 작동 온도 범위로 빠르게 승온시키는 것이 바람직하다.Therefore, it is desirable to rapidly warm up each reactor and stack to an optimum operating temperature range at the start of a fuel cell system.

한편, 상기 스택은 냉각수를 이용하여 냉각함으로써 작동 중의 과열을 방지하게 되는데, 시스템 시동시에는 상기 냉각수를 이용하여 스택의 온도를 빠르게 작동 온도로 승온시키게 된다. 이를 위해 냉각수 라인에 전열히터가 구비된다.On the other hand, the stack is cooled by using the cooling water to prevent overheating during operation, and when the system starts up, the temperature of the stack is rapidly increased to the operating temperature by using the cooling water. For this purpose, an electric heater is provided in the cooling water line.

또한, 상기 프록스반응기 역시 시동 초기의 신속한 승온을 위해 별도의 전열히터를 구비한다.In addition, the proxy reactor is also provided with a separate electric heater for rapid temperature rise at the start of the start.

본 발명은 연료전지 시스템 시동시 전열히터를 사용하지 않고 프록스반응기와 스택을 승온시킬 수 있게 됨으로써 전열히터에 의한 전력소비량을 저감하여 연료전지 시스템의 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 된 연료전지 시스템의 시동시 전력소모량 저감장치를 제공함에 그 목적이 있다.According to the present invention, it is possible to increase the temperature of a proxy reactor and a stack without using an electric heater at the start of a fuel cell system, thereby reducing the power consumption by the electric heater and improving the energy efficiency of the fuel cell system. The purpose is to provide a city power consumption reduction device.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,The present invention for achieving the above object,

버너열로 생성된 스팀으로 쉬프트반응기를 가열하는 쉬프트반응기 가열용 열교환기와;A shift reactor heating heat exchanger for heating the shift reactor with steam generated by burner heat;

상기 쉬프트반응기 가열용 열교환기의 스팀 배출관과;A steam discharge pipe of the heat exchanger for heating the shift reactor;

상기 스팀 배출관이 연결되고, 스택 냉각수가 순환하는 스택냉각수배관에 설치되며, 상기 스팀과 냉각수의 열교환에 의해 냉각수의 승온이 이루어지는 냉각수 가열용 열교환기;A cooling water heating heat exchanger connected to the steam discharge pipe and installed in a stack cooling water pipe through which the stack cooling water circulates, wherein the temperature of the cooling water is increased by heat exchange between the steam and the cooling water;

를 포함한다.It includes.

또한, 본 발명은 버너열로 생성된 스팀으로 쉬프트반응기를 가열하는 쉬프트반응기 가열용 열교환기와;In addition, the present invention provides a shift reactor heating heat exchanger for heating the shift reactor with steam generated by burner heat;

상기 쉬프트반응기 가열용 열교환기의 스팀 배출관과;A steam discharge pipe of the heat exchanger for heating the shift reactor;

상기 스팀 배출관이 연결되고, 스택 냉각수가 순환하는 스택냉각수배관에 설치되며, 상기 스팀의 열에 의해 냉각수의 승온이 이루어지고, 상기 스팀은 응축되 어 냉각수에 혼합이 이루어지는 냉각수 탱크;A cooling water tank connected to the steam discharge pipe and installed in a stack cooling water pipe through which the stack cooling water circulates, the temperature of the cooling water is increased by heat of the steam, and the steam is condensed to be mixed with the cooling water;

를 포함한다.It includes.

또한, 본 발명은 버너열로 생성된 스팀으로 쉬프트반응기를 가열하는 쉬프트반응기 가열용 열교환기와;In addition, the present invention provides a shift reactor heating heat exchanger for heating the shift reactor with steam generated by burner heat;

상기 쉬프트반응기 가열용 열교환기의 스팀 배출관과;A steam discharge pipe of the heat exchanger for heating the shift reactor;

상기 스팀 배출관이 연결되고, 프록스반응기에 설치되며, 상기 스팀의 열에 의해 상기 프록스반응기의 승온이 이루어지도록 된 프록스반응기 가열용 열교환기;A heat exchanger for connecting the steam discharge pipe and installed in the proxy reactor, wherein the temperature of the proxy reactor is increased by the heat of the steam;

를 포함한다.It includes.

또한, 상기 프록스반응기 가열용 열교환기의 스팀 배출관이 스택냉각수배관에 설치된 냉각수탱크에 연결되고, 상기 스팀의 열에 의해 냉각수의 승온이 이루어지고, 상기 스팀이 응축되어 냉각수에 혼합이 이루어지는 것을 특징으로 한다.In addition, the steam discharge pipe of the heat exchanger for heating the proximal reactor is connected to the cooling water tank installed in the stack cooling water pipe, the temperature of the cooling water is achieved by the heat of the steam, the steam is condensed and mixed with the cooling water is characterized in that the mixing. .

또한, 상기 프록스반응기 가열용 열교환기에는 스택냉각수배관으로부터 분지된 프록스반응기가열배관이 경유되고, 상기 프록스반응기가열배관의 입구측과 출구측에 각각 개폐밸브가 구비된 것을 특징으로 한다.In addition, the proximal reactor heat exchanger is characterized in that the proximal reactor branched from the stack cooling water pipe is passed through a heat pipe, and the proximal reactor is provided with an on-off valve at the inlet side and the outlet side of the heat pipe.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따르면,According to the present invention as described above,

쉬프트반응기를 가열하고 배출된 스팀을 이용하여 스택 냉각수를 가열함으로써 프록스반응기나 스택을 가열할 수 있게 된다.By heating the shift reactor and using the discharged steam to heat the stack cooling water, it is possible to heat the proxy reactor or the stack.

또한, 상기 스팀으로 프록스반응기를 직접 가열할 수 있게 된다.In addition, it is possible to directly heat the proxy reactor with the steam.

따라서, 스택 냉각수와 프록스반응기를 가열하기 위해 설치된 전열히터의 작 동량을 감소시킬 수 있게 됨으로써 전력소비량이 감소하여 시스템의 효율이 향상되는 효과가 있다.Therefore, it is possible to reduce the operation amount of the heat transfer heater installed to heat the stack cooling water and the proxy reactor, thereby reducing the power consumption and improving the efficiency of the system.

또한, 상기 스팀을 냉각수탱크로 유입시켜 냉각수에 응축, 혼합시킴으로써 냉각수 소비량이 감소하여 냉각수 보충을 위해 설치된 탈이온장치의 작동량이 감소되고, 이로써 탈이온장치에 의한 전력소비량이 감소하여 시스템의 효율이 향상된다.In addition, by introducing the steam into the cooling water tank to condense and mix the cooling water, the cooling water consumption is reduced, the operation amount of the deionizer installed to replenish the cooling water is reduced, thereby reducing the power consumption by the deionizer to improve the efficiency of the system. Is improved.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a fuel cell system according to the present invention.

연료변환장치(10)는 개질기(11)와, 쉬프트반응기(12)와, 버너(13) 및 쉬프트반응기 가열용 열교환기(14)를 포함한다.The fuel converter 10 includes a reformer 11, a shift reactor 12, a burner 13, and a heat exchanger 14 for heating the shift reactor.

프록스반응기(15)는 연료변환장치(10)의 내부에 설치될 수도 있으나, 도시된 예에서는 연료변환장치(10)와 스택(20)의 사이에 별개로 설치된다.The proxy reactor 15 may be installed inside the fuel converter 10, but is separately installed between the fuel converter 10 and the stack 20 in the illustrated example.

스택(20)의 과열 방지를 위해 스택 냉각수가 순환하는 스택냉각수배관(30)이 설치되고, 상기 스택냉각수배관(30)에 열 방출을 위한 열교환기(31)가 설치된다.In order to prevent overheating of the stack 20, a stack cooling water pipe 30 through which the stack cooling water is circulated is installed, and a heat exchanger 31 for dissipating heat is installed in the stack cooling water pipe 30.

상기 열교환기(31)에는 급탕 및 난방용 배관(40)이 경유하도록 되어 있어 스택 냉각수와 시수(수돗물)의 열교환이 이루어진다.The heat exchanger 31 is configured to pass through a hot water supply and heating pipe 40 so that heat exchange between the stack cooling water and the tap water (tap water) is performed.

상기 열교환기(31)에서 스택 냉각수는 열을 빼앗겨 냉각되고 시수는 그 열을 받아 승온되어 급탕 및 난방용수로 사용된다.In the heat exchanger 31, the stack cooling water is cooled by depriving heat, and the time water is heated to receive the heat and used as hot water and heating water.

또한 상기 스택냉각수배관(30)에는 냉각수탱크(32)와, 순환펌프(33)와, 쉬프 트반응기(12)에서 배출된 연료가스를 냉각하는 열교환기(34)가 구비된다.In addition, the stack cooling water pipe 30 includes a cooling water tank 32, a circulation pump 33, and a heat exchanger 34 for cooling fuel gas discharged from the shift reactor 12.

상기 스택 냉각수로는 탈이온수(Deionized water)가 사용되는데 상기 냉각수탱크(32)에 연결된 탈이온장치(50)에서 시수를 처리하여 탈이온수를 생산하고 냉각수탱크(32)를 통해 공급이 이루어진다.(상기 냉각수탱크(32)가 설치되지 않고 상기 스택냉각수배관(30)이 완전한 폐루프로 구성될 수 있음은 물론이다.)Deionized water is used as the stack cooling water, and deionized water is processed by the deionizer 50 connected to the cooling water tank 32 to produce deionized water and supplied through the cooling water tank 32. Of course, the stack cooling water pipe 30 may be configured as a complete closed loop without the cooling water tank 32 installed.)

또한, 상기 냉각수탱크(32)의 냉각수는 물공급펌프(60)에 의해 연료변환장치(10)로 공급되어 버너(13)의해 스팀으로 변환되고, 상기 스팀은 개질기(11)로 공급되어 개질반응에 사용되거나 또는 상기 쉬프트반응기 가열용 열교환기(14)로 공급되어 쉬프트반응기(12)의 승온에 이용된다.In addition, the cooling water of the cooling water tank 32 is supplied to the fuel converter 10 by the water supply pump 60 is converted into steam by the burner 13, the steam is supplied to the reformer 11 reforming reaction Or is supplied to the shift reactor heating heat exchanger 14 to increase the temperature of the shift reactor 12.

한편, 시스템이 정상적으로 작동되기 위해서는 상기 개질기(13), 쉬프트반응기(12), 프록스반응기(15) 및 스택(20)의 온도가 모두 적정 작동온도범위에 있어야 한다. 따라서, 시스템 시동시 가능한 빨리 상기 반응기들 및 스택이 적정 작동온도범위로 승온되는 것이 바람직하다.Meanwhile, in order for the system to operate normally, the temperatures of the reformer 13, the shift reactor 12, the proxy reactor 15, and the stack 20 must all be within an appropriate operating temperature range. Therefore, it is desirable that the reactors and stack be warmed up to an appropriate operating temperature range as soon as possible at system startup.

따라서, 전술한 바와 같이, 상기 연료변환장치(10)는 버너(13)의 연소열로 직접 개질기(11)를 가열하고, 또한 냉각수탱크(32)로부터 공급받은 물을 버너(13)로 가열하여 스팀으로 만든 후, 상기 쉬프트반응기 가열용 열교환기(14)에 투입함으로써 쉬프트반응기(12)를 승온시킨다.Therefore, as described above, the fuel converter 10 directly heats the reformer 11 by the heat of combustion of the burner 13, and also heats the water supplied from the cooling water tank 32 by the burner 13 to steam. After the heating, the shift reactor 12 is heated by introducing the heat exchanger 14 for heating the shift reactor.

또한, 스택(20)은 냉각수에 의해 승온되도록 하고 있는데, 이를 위해 냉각수탱크(32)의 내부 또는 스택냉각수배관(30)에 전열히터(35,36)를 설치하여 전기저항열에 의해 냉각수를 가열하고, 그 냉각수가 스택(20)을 경유하면서 열교환하여 스 택(20)을 승온시키도록 되어 있다.In addition, the stack 20 is to be heated by the cooling water, for this purpose, by installing the heat transfer heaters 35 and 36 in the cooling water tank 32 or the stack cooling water pipe 30 to heat the cooling water by electric resistance heat. The coolant is heat-exchanged via the stack 20 to heat up the stack 20.

한편, 상기 스택냉각수배관(30)에 상기 프록스반응기(15)를 경유하여 복귀하는 프록스반응기가열배관(16)을 설치하여 냉각수에 의해 프록스반응기(15)를 승온시킬 수 있도록 되어 있다. 상기 프록스반응기(15)에는 연료가스가 경유하면서 프록스반응(선택적산화반응)을 일으키는 내부 경로와는 차단되고 상기 프록스반응기가열배관(16)을 통해 냉각수가 유입, 배출되면서 상기 연료가스가 경유하는 내부경로에 열을 전달하는 열교환기(17)가 마련된다. 즉, 상기 스택냉각수배관(30)으로부터 분지된 프록스반응기가열배관(16)은 상기 프록스반응기(15)의 열교환기(17)에 연결된다.On the other hand, in the stack cooling water pipe 30, the proxy reactor returning via the proxy reactor 15 is provided with a heat pipe 16 so that the proxy reactor 15 can be heated by the cooling water. The proximal reactor 15 is cut off from an internal path that causes a proximal reaction (selective oxidation reaction) while passing through the fuel gas, and the proximal reactor internally passes through the fuel gas while the coolant is introduced and discharged through the heat pipe 16. A heat exchanger 17 is provided for transferring heat to the path. That is, the proxy reactor branched from the stack cooling water pipe 30 is heat pipe 16 is connected to the heat exchanger 17 of the proxy reactor 15.

또한, 상기 프록스반응기(15)에는 별도의 전열히터(18)가 구비되어 보다 신속하고 정교하게 온도를 상승시킬 수 있도록 되어 있다.In addition, the proxy reactor 15 is provided with a separate electric heater 18 so that the temperature can be raised more quickly and precisely.

본 발명은 상기 쉬프트반응기(12)의 승온에 이용된 스팀을 대기중으로 배출하지 않고, 스택 냉각수를 가열하거나 프록스반응기(15)를 가열하는데 재이용하는 것을 특징으로 한다.The present invention is characterized in that it is reused to heat the stack cooling water or to heat the proxy reactor 15 without discharging the steam used for the temperature increase of the shift reactor 12 to the atmosphere.

쉬프트반응기 가열용 열교환기(14)의 스팀 배출관(19)은 연료변환장치(10)의 외부로 연장되어 상기 스택냉각수배관(30)에 설치된 냉각수가열용 열교환기(70)의 스팀 유입구에 연결된다. 또한, 상기 스팀 배출관(19)에는 개폐밸브(19a)가 설치된다.The steam discharge pipe 19 of the shift reactor heating heat exchanger 14 extends to the outside of the fuel converter 10 and is connected to the steam inlet of the heat exchanger 70 for cooling water installed in the stack cooling water pipe 30. . In addition, the steam discharge pipe 19 is provided with an on-off valve 19a.

상기 열교환기(70)는 스택냉각수배관(30)을 흐르는 스택 냉각수와 쉬프트반응기 가열용 열교환기(14)로부터 배출된 스팀이 열교환되는 열교환기로서, 스팀의 고열이 냉각수로 전달되어 배관내의 냉각수 온도가 상승되고, 이와 같이 상승된 온도의 냉각수에 의해 스택(20)의 온도가 증가된다.The heat exchanger 70 is a heat exchanger in which the stack cooling water flowing through the stack cooling water pipe 30 and the steam discharged from the shift reactor heating heat exchanger 14 are heat-exchanged. Is raised, and the temperature of the stack 20 is increased by the cooling water at this elevated temperature.

스팀으로 스택 냉각수를 승온시키지 않을때 상기 개폐밸브(19a)는 닫힌다.The on-off valve 19a is closed when the stack cooling water is not heated up with steam.

상기와 같이 시동 초기에 스택 냉각수의 온도를 증가시키는데 쉬프트반응기(12)를 승온시키고 배출되는 스팀을 이용함으로써 스택 냉각수 가열을 위해 설치되었던 전열히터(35,36)를 작동시킬 필요가 없거나 또는 작동량을 감소시킬 수 있게 된다.By increasing the temperature of the stack coolant at the start of the start as described above, it is not necessary to operate the electrothermal heaters 35 and 36 installed for heating the stack coolant by using the steam discharged by the temperature of the shift reactor 12 and discharged. Can be reduced.

따라서, 상기 전열히터(35,36)에 의한 전력소비량이 감소됨으로써 시스템의 효율이 향상된다.Therefore, the power consumption by the electrothermal heaters 35 and 36 is reduced, thereby improving the efficiency of the system.

도 2에는 상기 쉬프트반응기 가열용 열교환기(14)에서 배출되는 스팀을 이용하여 스택 냉각수의 온도를 증가시키기 위한 또 다른 실시예가 도시되어 있다.FIG. 2 illustrates another embodiment for increasing the temperature of the stack cooling water by using steam discharged from the shift reactor heating heat exchanger 14.

도 2의 실시예는 쉬프트반응기 가열용 열교환기(14)의 스팀 배출관(19)이 연료변환장치(10)의 외부로 연장되어 상기 스택냉각수배관(30)에 설치된 냉각수탱크(32)에 연결된 것을 특징으로 한다.2 shows that the steam discharge pipe 19 of the shift reactor heating heat exchanger 14 extends to the outside of the fuel converter 10 and is connected to the cooling water tank 32 installed in the stack cooling water pipe 30. It features.

따라서, 고온의 스팀에 의해 냉각수가 데워져서 냉각수의 온도가 상승하여 스택(20)의 온도를 상승시킬 수 있게 된다.Therefore, the cooling water is warmed by the high temperature steam, so that the temperature of the cooling water is increased, thereby increasing the temperature of the stack 20.

따라서, 시동시 전열히터(35,36)의 전력소비량이 감소됨으로써 시스템 효율이 향상된다.Therefore, the power consumption of the electrothermal heaters 35 and 36 at start-up is reduced, thereby improving system efficiency.

또한, 상기 스팀은 냉각수로 열을 빼앗겨 응축되게 되는데, 이때 발생한 응축수는 냉각수탱크(32)내의 냉각수와 혼합된다.In addition, the steam is condensed by losing heat to the cooling water, the condensate is generated is mixed with the cooling water in the cooling water tank (32).

상기 냉각수탱크(32)로 유입된 스팀은 본래 냉각수탱크(32) 내의 탈이온수가 연료변환장치(10)로 공급되어 버너(13)에 의해 가열되어 스팀으로 상변화한 것이다.The steam introduced into the coolant tank 32 is originally deionized water in the coolant tank 32 is supplied to the fuel converter 10 and heated by the burner 13 to change phase into steam.

즉, 종래에는 상기 스팀을 대기중으로 배출함으로써 스팀의 배출량만큼 냉각수량이 감소하기 때문에 상기 탈이온장치(50)를 작동시켜 추가로 탈이온수를 생산하여 냉각수탱크(32)에 보충해야만 했다.That is, in the related art, since the amount of cooling water is reduced by the discharge of steam by discharging the steam into the atmosphere, the deionizer 50 must be operated to produce additional deionized water to replenish the cooling water tank 32.

그런데 상기와 같이 스팀이 냉각수탱크(32)내로 재유입되는 경우에는 응축수에 의한 보충량 만큼 스팀 사용으로 인한 냉각수 감소량이 줄어들게 된다.(일부는 응축되지 않고 대기중으로 배출되나 전량이 배출되는 것이 아니므로 스팀에서 냉각수로 회수되는 양이 존재한다.)However, when the steam is re-introduced into the cooling water tank 32 as described above, the amount of cooling water decrease due to the use of steam is reduced by the replenishment amount by the condensed water. Amount is recovered from the steam to cooling water.)

따라서, 냉각수 보충을 위해 상기 탈이온장치(50)를 작동시킴으로써 소모되는 전력량을 감소시킬 수 있게 되므로 시스템 효율 향상에 일조할 수 있게 된다. 이때 탈이온수 제조를 위해 사용되는 시수의 사용량도 감소하게 된다.Therefore, it is possible to reduce the amount of power consumed by operating the deionizer 50 for cooling water replenishment, thereby contributing to improved system efficiency. In this case, the amount of time water used for preparing deionized water is also reduced.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한 것으로, 상기 쉬프트반응기 가열용 열교환기(14)의 스팀 배출관(19)이 상기 프록스반응기(15)의 열교환기(17)에 연결된 것을 특징으로 한다.Figure 3 shows another embodiment of the present invention, characterized in that the steam discharge pipe 19 of the shift reactor heating heat exchanger 14 is connected to the heat exchanger 17 of the proxy reactor 15. .

상기 프록스반응기(15)의 열교환기(17)에 연결된 상기 스팀 배출관(19)에는 전술한 바와 같이 개폐밸브(19a)가 구비된다.The steam discharge pipe 19 connected to the heat exchanger 17 of the proxy reactor 15 is provided with an on / off valve 19a as described above.

또한 상기 프록스반응기가열배관(16)의 입구측 배관과 출구측 배관(스택냉각수배관(30)에 연결됨)에도 각각 개폐밸브(16a,16b)가 구비된다.In addition, the inlet-side pipe and the outlet-side pipe (connected to the stack cooling water pipe 30) of the proxy reactor 16 are provided with open / close valves 16a and 16b, respectively.

또한 상기 프록스반응기 열교환기(17)에 연결된 스팀 배출관(17a)에도 개폐밸브(17b)가 구비된다.In addition, an on / off valve 17b is also provided at the steam discharge pipe 17a connected to the proxy reactor heat exchanger 17.

따라서, 상기 프록스반응기의 열교환기(17)로 스팀을 공급할 때는 상기 프록스반응기가열배관(16)의 입구측과 출구측의 밸브(16a,16b)를 모두 닫고 쉬프트반응기 가열용 열교환기(14)의 스팀 배출관(19)과 프록스반응기 열교환기(17)의 스팀 배출관(17a)의 밸브(19a,17b)를 모두 열어 준다.(이렇게 해야 스팀이 냉각수배관의 내부로 직접 유입되는 것이 방지된다. 스팀은 전술한 바와 같이 냉각수탱크의 내부로 유입, 응축되어 냉각수에 액체 형태로 혼합되는 것이 바람직하다.)Therefore, when steam is supplied to the heat exchanger 17 of the proxy reactor, the proxy reactor closes both the inlet and the outlet valves 16a and 16b of the heat pipe 16 and the heat exchanger 14 for heating the shift reactor. Open both the valves 19a and 17b of the steam discharge pipe 17a of the steam discharge pipe 19 and the proxy reactor heat exchanger 17. This prevents steam from flowing directly into the cooling water pipe. As described above, it is preferable that the liquid is introduced into the cooling water tank, condensed, and mixed with the cooling water in a liquid form.)

따라서, 상기 열교환기(17)의 내부로 유입된 스팀으로부터 프록스반응기(15) 내부로 열이 전달되어 프록스반응기(15)가 신속하게 승온된다.Therefore, heat is transferred from the steam introduced into the heat exchanger 17 into the proxy reactor 15, and the proxy reactor 15 is rapidly heated.

상기와 같이 프록스반응기(15)를 승온시키는데 쉬프트반응기(12)의 승온에 이용됐던 스팀을 이용함으로써 냉각수를 이용하여 프록스반응기(15)를 승온시킬 때에 비하여 냉각수 승온을 위한 전열히터(35,36)를 작동시킬 필요가 없거나 또는 그 작동량을 줄일 수 있게 된다.By using the steam used for the temperature increase of the shift reactor 12 to increase the temperature of the proxy reactor 15 as described above, the electric heaters 35 and 36 for raising the temperature of the cooling water compared to when the temperature of the proxy reactor 15 is increased by using the cooling water. It is not necessary to operate or reduce the amount of operation.

또한, 프록스반응기 전용의 전열히터(18)을 사용할 때와 비교할 때도, 상기 프록스반응기 전용의 전열히터(18)를 작동시킬 필요가 없거나 또는 그 작동량을 줄일 수 있게 된다.In addition, compared with the case where the electrothermal heater 18 dedicated to the proxy reactor is used, it is not necessary to operate the electrothermal heater 18 dedicated to the proxy reactor or the amount of operation thereof can be reduced.

따라서, 전열히터(35,36,18)의 전력소비량이 감소되므로 시스템 효율이 향상된다.Therefore, the power consumption of the electrothermal heaters 35, 36, 18 is reduced, so the system efficiency is improved.

한편, 상기 프록스반응기 열교환기(17)의 배출관(17a)은 대기중으로 단순 개 방되거나 상기 냉각수탱크(32)에 연결된다.On the other hand, the discharge pipe (17a) of the proxy reactor heat exchanger 17 is simply opened to the atmosphere or connected to the cooling water tank (32).

따라서, 상기 프록스반응기(15)의 열교환기(17)로 공급된 스팀은 상기 배출관(17a)의 설치 상태에 따라 대기중으로 단순 배출되거나 또는 상기 냉각수탱크(32)로 유입될 수 있다.Therefore, the steam supplied to the heat exchanger 17 of the proxy reactor 15 may be simply discharged into the atmosphere or introduced into the cooling water tank 32 according to the installation state of the discharge pipe 17a.

상기 배출관(17a)이 냉각수탱크(32)에 연결되어 스팀이 냉각수탱크(32)로 유입되는 경우에는 상기 쉬프트반응기 열교환기의 스팀 배출관(19)이 냉각수탱크(32)에 연결된 경우와 마찬가지로 냉각수탱크(32)로 재유입된 스팀이 냉각수에 응축, 혼합되므로 냉각수 소모량이 감소되어 냉각수 보충을 위한 탈이온장치(50)의 작동량이 감소된다.When the discharge pipe (17a) is connected to the cooling water tank 32, the steam flows into the cooling water tank 32, as in the case where the steam discharge pipe (19) of the shift reactor heat exchanger is connected to the cooling water tank (32) Since the steam re-introduced into 32 is condensed and mixed in the cooling water, the cooling water consumption is reduced, thereby reducing the operation amount of the deionizer 50 for cooling water replenishment.

따라서, 탈이온장치(50)의 전력소비량이 감소되어 시스템 효율이 향상된다.Therefore, the power consumption of the deionizer 50 is reduced, thereby improving system efficiency.

또한, 냉각수(탈이온수) 제조를 위한 시수의 사용량도 감소된다.In addition, the amount of time water used for cooling water (deionized water) production is also reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예로서 스팀과 냉각수가 열교환하는 열교환기가 포함된 연료전지 시스템의 구성도,1 is a configuration diagram of a fuel cell system including a heat exchanger for exchanging steam and cooling water as one embodiment of the present invention;

도 2는 본 발명의 일 실시예로서 스팀이 유입되는 냉각수탱크가 포함된 연료전지 시스템의 구성도,2 is a configuration diagram of a fuel cell system including a coolant tank into which steam is introduced as an embodiment of the present invention;

도 3은 본 발명의 일 실시예로서 스팀이 유입되는 프록스반응기 열교환기가 포함된 연료전지 시스템이 구성도이다.3 is a configuration diagram of a fuel cell system including a proxy reactor heat exchanger into which steam is introduced as an embodiment of the present invention.

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

10 : 연료변환장치 11 : 개질기10: fuel converter 11: reformer

12 : 쉬프트반응기 13 : 버너12: shift reactor 13: burner

14, 17, 31, 70 : 열교환기 15 : 프록스반응기14, 17, 31, 70: heat exchanger 15: proxy reactor

16 : 프록스반응기가열배관 18, 35, 36 : 전열히터16: proxy reactor heat pipe 18, 35, 36: electric heater

17a, 19 : 스팀 배출관 20 : 스택17a, 19: steam discharge pipe 20: stack

30 : 스택냉각수배관 32 : 냉각수탱크30: stack cooling water pipe 32: cooling water tank

33 : 순환펌프 40 : 급탕 및 난방용 배관33: circulating pump 40: piping for hot water and heating

50 : 탈이온장치 60 : 공급펌프50: deionizer 60: supply pump

Claims (5)

버너열로 생성된 스팀으로 쉬프트반응기를 가열하는 쉬프트반응기 가열용 열교환기와;A shift reactor heating heat exchanger for heating the shift reactor with steam generated by burner heat; 상기 쉬프트반응기 가열용 열교환기의 스팀 배출관과;A steam discharge pipe of the heat exchanger for heating the shift reactor; 상기 스팀 배출관이 연결되고, 스택 냉각수가 순환하는 스택냉각수배관에 설치되며, 상기 스팀과 냉각수의 열교환에 의해 냉각수의 승온이 이루어지는 냉각수 가열용 열교환기;A cooling water heating heat exchanger connected to the steam discharge pipe and installed in a stack cooling water pipe through which the stack cooling water circulates, wherein the temperature of the cooling water is increased by heat exchange between the steam and the cooling water; 를 포함하는 연료전지 시스템의 시동시 전력소모량 저감장치.Apparatus for reducing power consumption at startup of a fuel cell system comprising a. 버너열로 생성된 스팀으로 쉬프트반응기를 가열하는 쉬프트반응기 가열용 열교환기와;A shift reactor heating heat exchanger for heating the shift reactor with steam generated by burner heat; 상기 쉬프트반응기 가열용 열교환기의 스팀 배출관과;A steam discharge pipe of the heat exchanger for heating the shift reactor; 상기 스팀 배출관이 연결되고, 스택 냉각수가 순환하는 스택냉각수배관에 설치되며, 상기 스팀의 열에 의해 냉각수의 승온이 이루어지고, 상기 스팀은 응축되어 냉각수에 혼합이 이루어지는 냉각수 탱크;A cooling water tank connected to the steam discharge pipe and installed in a stack cooling water pipe through which the stack cooling water circulates, the temperature of the cooling water is increased by the heat of the steam, and the steam is condensed and mixed with the cooling water; 를 포함하는 연료전지 시스템의 시동시 전력소모량 저감장치.Apparatus for reducing power consumption at startup of a fuel cell system comprising a. 버너열로 생성된 스팀으로 쉬프트반응기를 가열하는 쉬프트반응기 가열용 열교환기와;A shift reactor heating heat exchanger for heating the shift reactor with steam generated by burner heat; 상기 쉬프트반응기 가열용 열교환기의 스팀 배출관과;A steam discharge pipe of the heat exchanger for heating the shift reactor; 상기 스팀 배출관이 연결되고, 프록스반응기에 설치되며, 상기 스팀의 열에 의해 상기 프록스반응기의 승온이 이루어지도록 된 프록스반응기 가열용 열교환기;A heat exchanger for connecting the steam discharge pipe and installed in the proxy reactor, wherein the temperature of the proxy reactor is increased by the heat of the steam; 를 포함하는 연료전지 시스템의 시동시 전력소모량 저감장치.Apparatus for reducing power consumption at startup of a fuel cell system comprising a. 청구항 3에 있어서,The method of claim 3, 상기 프록스반응기 가열용 열교환기의 스팀 배출관이 스택냉각수배관에 설치된 냉각수탱크에 연결되고, 상기 스팀의 열에 의해 냉각수의 승온이 이루어지고, 상기 스팀이 응축되어 냉각수에 혼합이 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 시동시 전력소모량 저감장치.A fuel cell characterized in that the steam discharge pipe of the heat exchanger for heating the heat reactor is connected to the cooling water tank installed in the stack cooling water pipe, the temperature of the cooling water is achieved by the heat of the steam, the steam is condensed and mixed in the cooling water Power consumption reduction device at system start-up. 청구항 3에 있어서,The method of claim 3, 상기 프록스반응기 가열용 열교환기에는 스택냉각수배관으로부터 분지된 프록스반응기가열배관이 경유되고, 상기 프록스반응기가열배관의 입구측과 출구측에 각각 개폐밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 시동시 전력소모량 저감장치.The proximal reactor heat exchanger is supplied with a proximal reactor heat pipe branched from a stack cooling water pipe, and the proximal reactor is provided with an opening and closing valve at an inlet side and an outlet side of the heat pipe, respectively. Power consumption reduction device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101330691B1 (en) * 2011-12-19 2013-11-19 자동차부품연구원 hydrogen recycling system for fuelcell

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