KR20130137786A - 연료전지 폐열을 이용한 냉난방 시스템 - Google Patents

연료전지 폐열을 이용한 냉난방 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20130137786A
KR20130137786A KR1020120061318A KR20120061318A KR20130137786A KR 20130137786 A KR20130137786 A KR 20130137786A KR 1020120061318 A KR1020120061318 A KR 1020120061318A KR 20120061318 A KR20120061318 A KR 20120061318A KR 20130137786 A KR20130137786 A KR 20130137786A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
heat
heating
power generation
cooling
Prior art date
Application number
KR1020120061318A
Other languages
English (en)
Inventor
황우정
Original Assignee
(주) 씨테크놀로지시스템
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 (주) 씨테크놀로지시스템 filed Critical (주) 씨테크놀로지시스템
Priority to KR1020120061318A priority Critical patent/KR20130137786A/ko
Publication of KR20130137786A publication Critical patent/KR20130137786A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00—Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F25B27/02—Machines, plants or systems, using particular sources of energy using waste heat, e.g. from internal-combustion engines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24D—DOMESTIC- OR SPACE-HEATING SYSTEMS, e.g. CENTRAL HEATING SYSTEMS; DOMESTIC HOT-WATER SUPPLY SYSTEMS; ELEMENTS OR COMPONENTS THEREFOR
    • F24D3/00—Hot-water central heating systems
    • F24D3/18—Hot-water central heating systems using heat pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B15/00—Sorption machines, plants or systems, operating continuously, e.g. absorption type
    • 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
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A30/00—Adapting or protecting infrastructure or their operation
    • Y02A30/27—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y02A30/274—Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine
    • 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
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/62—Absorption based systems
    • Y02B30/625—Absorption based systems combined with heat or power generation [CHP], e.g. trigeneration
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P80/00—Climate change mitigation technologies for sector-wide applications
    • Y02P80/10—Efficient use of energy, e.g. using compressed air or pressurized fluid as energy carrier
    • Y02P80/15—On-site combined power, heat or cool generation or distribution, e.g. combined heat and power [CHP] supply

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

지구 온난화 문제를 해결하기 위하여 다양한 신재생에너지(Renewable Energy)를 활용한 CO2 절감 및 에너지 효율 향상 기술 개발을 통한 환경 보호가 범국가적으로 추진되고 있는 실정이다. 특히 신재생에너지공급의무화제도(RPS)는 신재생에너지의 의무적인 사용을 법규로 제정하고 연차별로 신재생에너지의 사용 비율을 증대시키는 법안을 2012년부터 시행하도록 규정하였다. 또한 연료전지발전시스템은 높은 가중치를 주어 보급의 활성화를 추진하고 있는 실정이다. 본 발명은 연료전지발전시스템에서 발생하는 폐열을 활용한 발전효율 향상 및 열에너지 회수를 통한 에너지 효율 향상을 달성함으로써 신재생에너지의 경제성 향상을 통한 보급 확대를 통한 하절기의 전력 피크 문제를 경감 시킬 수 있다. 또한 태양열과 같은 신재생에너지 시스템과 연계하여 축열탱크에 저장된 온수를 재승온 시킨 다음 난방에 직접 사용함으로써 연료전지 발전시스템과 연계된 흡수식 냉/난방 시스템의 효율 향상 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

연료전지 폐열을 이용한 냉난방 시스템 {Heating/Cooling System by Waste Heat of Fuel Cell : Trigeneration}
본 발명은 연료전지를 사용한 발전 싸이클 과정에서 발생하는 폐열을 이용하여 냉/난방을 공급하는 방법 및 시스템에 관한 것이다. 이는 연료전지의 발전효율을 높임으로써 기존의 연료전지 발전을 위하여 사용했던 화석연료(석탄, LNG등) 및 신재생 연료(바이오매스, 도시형 재활용 쓰레기:RDF)등의 사용량을 감소시킬 수 있다. 또한 연료전지의 냉각방식에 따라 냉각수(Cooling Water)를 사용하는 수냉식 또는 공냉식 타입을 흡수식 냉동기의 열원으로 사용함으로써 연료전지의 냉각효율을 향상시켜 연료전지의 발전효율 향상 및 연료전지의 수명을 연장할 수 있다.
가) 연료전지 :
도 1 에서 보는 바와 같이 연료 전지(Fuel Cell)는 도시가스 등을 개질해 얻을 수 있는 수소 가스(H2)와 공기중의 산소(O2)의 결합반응에 의해 발전을 행하는 시스템이다 . 양극에서는 음극으로부터 용액 중을 이동해 온 수소이온(H+)과 양극에서 생성된 수산 이온(OH-)이 반응해 물(H2O)이 생성됨과 동시에 반응열이 발생한다. 연료전지의 주연료인 수소는 개질기(Reformer)를 통해서 공급되며, 연료전지의 핵심 연료인 수소는 부분 산화(POX:Partial Oxidation)반응, 자열 개질(ATR: Auto-Thermal Reforming)반응 및 메탄의 수증기 개질 반응(Methane Steam Reforming) 등에 의해서 생산되고 있다.이 방식은 전술한 두 가지 공정에 비하여 수증기 개질 반응이 수소의 생산량이 많고 개질 효율이 높은 것으로 알려져 있다. 그러나 수증기 개질법은 반응 평형(정상)상태에 도달하는 속도가 느리며 촉매를 피독시키는 CO가 발생하고, 강력한 흡열 반응이기 때문에 외부에서 많은 열을 공급해주어야 한다. 이렇듯 수증기 개질법을 이용하여 수소를 생산 할 경우, 흡열반응에 필요한 열공급 문제에 관한 연구사례들이 많이 발표되었다. 연료전지는 수소와 산소의 화학반응을 일으키는 스택(Stack)의 화학물질 조성에 따라 고체고분자형(PEFC), 인산형(PAFC), 용융탄산염형(MCFC), 고체산화물형(SOFC)등의 다양한 형태의 연료전지가 있다.
연료전지의 발전 효율은 일반 화력 발전소보다 훨씬 높은40~60% 정도이며, 반응과정에서 나오는 배출열을 회수하면, 최대 80% 정도까지 에너지 효율을 높일 수 있고 열병합(CHP:Combined Heat Power) 발전도 가능하다. 게다가 액화천연가스(LNG)와 메탄올, 액화석유가스(LPG), 나프타, 등유, 석탄 가스화 등 다양한 연료를 사용할 수 있기 때문에 에너지 자원을 확보하기 쉽고, 연료를 연소시키지 않기 때문에 친환경적인 미래의 에너지원의 하나이다.
또한 연료전지의 모듈화를 이용하면 발전소 건설 기간의 단축, 설비 용량의 증감이 용이하고 발전소 입지 선정을 쉽게 할 수 있기 때문에 도심 지역 또는 건물내 설치가 가능함으로써 경제적인 에너지 공급 및 소형 지역 열병합 발전을 통한 냉/난방수의 공급이 가능하다. 향후 차세대 에너지로 주목을 받게 될 연료전지를 이용한 분산 전원용 발전소의 공급 및 도심 건물의 비상용 발전기 및 에너지 공급원의 분산을 활용하여 계절별 전력 부하 피크 문제를 해결할 수 있을 뿐만 아니라 신재생에너지의무할당제도(RPS:Renewable Portfolio Standard) 확산에 따른 대체에너지로써 연료전지의 공급 확대가 예상된다.
나) 흡수식 히트펌프/흡수식 냉동기 :
도 3 에서 보는 바와 같이, 4개의 열교환기로 구성되어 열역학적인 싸이클에 의해 동작이 되는 흡수식 시스템의 특징은 가정용이 아닌 경우 각 설치장소마다 상이한 폐열 사용 조건을 가지기 때문에 사용조건을 면밀히 검토한 다음 흡수식 열평형 싸이클을(Heat Balance) 고려하여 시스템의 설계 및 제작을 해야 한다. 이때 흡수식 싸이클을 구성하는 재생기(Generator), 흡수기(Absorber), 응축기(Condenser), 증발기(Evaporator)에서의 압력, 온도를 고려한 저온부(증발기)에서의 회수열량(Chilled Water Capacity), 고온부(응축기)에서의 공급 열량(Hot Water Capacity) 및 흡수식 히트펌프를 구동할 수 있는 에너지(Heat Source)의 열평형 및 냉매의 유량 및 농도가 흡수식 시스템의 적용 여부를 결정하게 된다.
예를들면 흡수식 히트펌프의 경우 구동할 수 있는 에너지원인(Heat Source) 증기나 고온수가 부족할 경우 별도의 열공급 시설(보일러의 추가설치)을 설치해야 하고 흡수식 냉동기의 경우도 유사한 상황이 발생할 수 있고 냉동기에서는 더 중요한 요소는 공급 냉방 온도가 흡수식 싸이클의 적용여부를 결정하게 된다.
다) 열역학적 기반의 열평형(Heat Balance) 시뮬레이션 기술 :
연료전지발전시스템과 흡수식 냉동기의 최적화된 운영 조건을 파악하기 위하여 도 4 에서 보는 바와 같이 열역학 이론에 근거한 열평형 시뮬레이션을 수행한다. 연료전지발전시스템은 계절별, 온도별, 발전용량별 요구조건에 따라 운영 조건이 상이하기 때문에 다양한 운전조건에 따른 흡수식 냉/난방 시스템의 최적화 변수를 시뮬레이션하여 적용하여야 한다.
대한민국 등록특허 제 10-1052776, 발명의 명칭 "열교환기를 포함하는 고효율 흡수식 히트펌프를 이용한 지역난방수 가열시스템" 대한민국 등록특허 제 10-0976314, 발명의 명칭 "연료전지 폐열회수 시스템" 대한민국 등록특허 제 10-0113197, 발명의 명칭 "연료전지 발전시스템의 폐열을 이용한 흡수식 냉난방시스템 및 방법" 대한민국 등록특허 제 10-0087427, 발명의 명칭 "연료전지용 전기발생장치의 폐열을 이용한 냉동시스템" 일본 등록특허 JP06101932, "배열을 이용한 흡수식 히트펌프 및 코제너레이션 시스템(Cogeneration)"
Dieter Boer, Marc Medrano, Miquel Nogues, Exergy and Structural Analysis of an Absorption Cooling Cycle and the Effect of Efficiency Parameters, Vol. 8 (No. 4), pp. 191-198, December 2005 RYAN P. O'HAYRE, SUK-WON CHA, WHITNEY G. COLELLA, FRITZ B. PRINZ, Fuel Cell Fundaementals, JOHN WILEY & SONS, INC.
기존의 연료전지발전시스템은 도 1 에서 보는 바와 같은 비율로 에너지가 생산되는데 이는 연료전지 소재특성, 구동조건(온도, 압력등), 발전 싸이클 구성에 따라 약간씩 차이가 있다. 일반적으로 연료전지 구동을 위해 연료를 100% 입력하였을 경우, 50% 는 연료전지 발전에 의해 전기로 생산이 되고 30% 는 연료전지 스택(Stack)에서 반응열 또는 배가스(Flue Gas) 형태의 열에너지를 생산하게 된다.
본 발명에서는 상기 설명한 바와 같이, 연료전지에서 발생한 열에너지 및 태양열과 같은 신재생에너지를 보조열원으로 사용함으로써 흡수식 냉동기 시스템을 이용한 연료전지발전시스템의 에너지 효율 향상을 달성하고자 한다.
본 발명은 연료전지발전시스템에서 발생하는 폐열의 효율적인 활용을 통한 발전효율 향상 및 흡수식 냉/난방 시스템과의 연계를 통한 열에너지 회수를 위해 고안된 것으로서, 연료전지 발전 시스템을 이용하여 전기를 생산할 때 연료전지 스택(Stack) 및 개질기(Reformer)에서 발생되는 반응열을 단계적으로 회수하여 흡수식 냉/난방 시스템의 열원으로 사용한다. 또한 태양열과 같은 신재생에너지 시스템과 연계하여 축열탱크에 저장된 온수를 재승온 시킨 다음 난방에 직접 사용함으로써 연료전지 발전시스템과 연계된 흡수식 냉/난방 시스템의 효율 향상 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
지구 온난화 문제를 해결하기 위하여 다양한 신재생에너지(Renewable Energy)를 활용한 CO2 절감 및 에너지 효율 향상 기술 개발을 통한 환경 보호가 범국가적으로 추진되고 있는 실정이다. 특히 신재생에너지공급의무화제도(RPS)는 신재생에너지의 의무적인 사용을 법규로 제정하고 연차별로 신재생에너지의 사용 비율을 증대시키는 법안을 2012년부터 시행하도록 규정하였다. 또한 연료전지발전시스템은 높은 가중치를 주어 보급의 활성화를 추진하고 있는 실정이다. 본 발명은 연료전지발전시스템에서 발생하는 폐열을 활용한 발전효율 향상 및 열에너지 회수를 통한 에너지 효율 향상을 달성함으로써 신재생에너지의 경제성 향상을 통한 보급 확대를 통한 하절기의 전력 피크 문제를 경감 시킬 수 있다. 또한 태양열과 같은 신재생에너지 시스템과 연계하여 축열탱크에 저장된 온수를 재승온 시킨 다음 난방에 직접 사용함으로써 연료전지 발전시스템과 연계된 흡수식 냉/난방 시스템의 효율 향상 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
도 1 기존의 연료전지 발전 시스템의 공정 및 효율(괄호안의 숫자는 에너지 비율)
도 2 연료전지에서 에너지 변환 열역학 법칙
도 3 흡수식 싸이클의 구성 및 공정
도 4 연료전지발전시스템과 흡수식 냉/난방기의 최적화 조건 시뮬레이션 모델
도 5 연료전지 폐열을 이용한 냉/난방 시스템
예시 도 4.에 첨부된 것처럼 연료전지발전시스템의 본체(Stack)내에는 전기분해액 사이에 양극과 음극의 기판이 직렬로 다수 배열되어 있다. 연료 중의 수소(H2)와 공기중의 산소(O2)가 화학반응하면서 직류발전을 수행한다. 직류발전에 의해 생성된 전기는 배선에 의해서 직교류변환기(Inverter)를 거치면서 교류로 변환되어 출력된다. 이런 과정을 거치는 연료전지발전시스템에서 연료전지 본체(Stack)는 발전과 함께 전기화학 반응에 의해 배가스(Flue Gas)를 배출하게 된다. 연료전지발전시스템에서 발생한 열은 2가지 형태로 나뉘는데, 배가스를 직접 발생하는 고온열원과 고온수를 냉각하기 위하여 냉각수 펌프(Cooling Water Circulation Pump)를 사용해서 고온수를 냉각해서 순환시키는 열회수 시스템(Heat Recovery System)에서 열교환을 해서 저온열원으로 나뉘게 된다. 저온열원부에서 사용하는 냉각수는 연료전지 내부에서 반응열에 의해서 가열된 다음 고온의 고압수로 되어 저장되는 열교환 과정을 거치게 된다. 상기 과정에서 냉각수는 비등해 수증기가 분리되어 그 일부는 증기 배관을 거쳐 천연가스(Natural Gas)에서 수소(H2)를 주성분으로 하는 가스로 변환하는 Inter-Reforming 스택의 개질 장치(2)로 들어간다. 여기서 발생한 배가스(Flue Gas)는 배열 열교환기(Heat Exchanger)에 의해 온수로 배열 회수된다.
한편 도 4.에 보는 바와 같이 연료전지발전시스템에서 배열 열교환기에 의해 배열회수 되는 열(100)에 의해 구동되는 흡수식 싸이클은 4개의 기본요소로 구성이 된다. 연료전지발전시스템의 형태에 따라 수냉식 냉각방식을 사용하지 않는 경우는 저온 열원부를 사용할 수 없기 때문에 일종타입(Single Effect) 흡수식 시스템을 사용하고 저온 열원부를 사용할 수 있는 경우는 고온/저온 재생기를 가진 이종타입(Double Type)의 흡수식 시스템을 사용한다. 도 2.에서 보는 바와 같이 흡수식 싸이클을 구동하기 위한 기본 요소로는 재생기(Generator:10/12),응축기(Condenser:20), 흡수기(Absorber:40)로 구성되어 있고 필요에 따라 싸이클 과정에 리시버(Receiver:16), 용액열교환기(Solution Heat Exchanger:20)등을 추가하여 싸이클을 구성한다. 흡수식 싸이클의 진행 과정을 살펴보면 용액이 흡수기(Absorber:40)와 재생기(Generator:10/12) 사이를 순환하는데 흡수기에서는 냉매(Refrigerant)가 저압에서 흡수가 되고 재생기에서는 고압에서 냉매(Refrigerant)가 탈착(Desorb)이 된다. 진한 용액(Strong Solution)이 흡수기를 떠나면서 용액열교환기(20)에서 예비가열이 되어 재생기(10/12)로 들어간다. 재생기(Generator:10/12) 사이를 순환하는데 흡수기에서는 냉매(Refrigerant)가 저압에서 흡수가 되고 재생기에서는 고압에서 냉매(Refrigerant)가 탈착(Desorb)이 된다. 진한 용액(Strong Solution)이 흡수기를 떠나면서 용액열교환기(20)에서 예비가열이 되어 재생기(10/12)로 들어간다. 재생기(10/12)는 고온의 구동에너지(스팀)에 의해 2차 가열을 시키는 보일러 같은 역할을 하며 묽은 용액(Weak Solution)은 감압밸브(73)을 거쳐 흡수기(40)로 돌아간다.
한편 다른 증기(Vapour)는 응축기(20)에서 완전히 응축되어 리시버(16)를 지나 팽창밸브(Expansion Valve:75)에서 팽창되어 증발기(30)로 들어간다. 이때 혼합물의 수분함량에 따라 증발이 온도구배(Temperature Glide)에 의해 발생하고 증발과정에서 온도가 상승한다. 흡수식 싸이클은 증발기(30)를 지나(30) 낮은 비율의 액체 상태의 증기로 될 때 흡수기(40)로 들어 가면서 종료된다. 이때 냉방 기능을 하는 중요한 요소는 증발기(30)인데, 재생기로 공급되는 구동열원(고온수/스팀)에 의하여 흡수식 싸이클이 작동하게 된다.
상기 설명한 것과 같이 연료전지발전시스템에서 발생한 폐열을 구동에너지로 하여
흡수식 싸이클을 작동시키기 위한 열평형(Heat balance)해석은 다양한 조건에서 수행을 한다.
특히 도 5.에서 보는 바와 같이 흡수식 냉/난방 시스템의 사용에 의한 냉/난방 효율을 최적화 하기 위하여 연료전지 본체(Stack)에서 나오는 폐열 및 태양열(기타 고온수)을 동시에 사용하는 하이브리드(Hybrid) 시스템을 사용함으로써 에너지 효율의 향상 및 연료전지발전시스템의 연료 사용량도 절감 시킬 수 있다.
연료전지발전시스템에서 전기 일(Electrical Work) 은 도 1. 에서 보는 바와 같이 전압(Voltage), 전류(I : Current), 시간(Time)의 곱으로 나타난다.
연료전지 화학반응에서 전자가 양극(Anode)에서 음극(Cathode)으로 전달 되면서 전기를 생성하기 때문에 정해진 시간동안에 발생하는 전기량은 N*F 가 된다.
N : 전달된 전자의 개수, F : 패러데이 상수(96,493 Coloums)
위의 수식에 의해 전기일(W) 은 W = N * F * E 가 되고, 이것은 열역학 제1법칙에 의해 DH = Q -NFE 가 된다.
여기에 열역학 제 2법칙을 적용하면, DH = TDS - NFE 로 표시된다.
H : 엔탈피, T : 온도, S : 엔트로피
상기 수식에 Gibb's Free Energy 수식을 적용하면, dG = -FEdN
dH = Tds - Fedn 으로 표시된다.
예를들면 Gibb's Free Energy 수식에 의해 가역개회로 전압(Reversible Open Circuit Voltage)는
E = 237,000(2 mol H2)/(4 electrons)(96,493) = 1.23 volts 가 된다.
상기 수식에 의해 연료전지의 발전효율을 계산하면,
η = W / Qin
여기서 W : 연료전지에 의해 주어진 일이 되는데 ΔG(NFE) 에 의해 결정된다.
Qin : 화학반응에 의한 엔탈피량(Enthalpy)
η = DG / HHV = NFE / HHV
여기서 HHV(Higher Heating Value) 로 정의된다.
상기 수식에 의해 연료전지발전시스템과 연계된 흡수식 냉난방시스템에서 발전효율과 흡수식 시스템에서의 성적계수(COP : Coefficient of Performance)를 가중 조절(Trade-Off)하여 최적화된 에너지 효율시스템을 결정한다.
10 : 저온재생기(Low Temp Generator)
12 : 고온재생기(High Temp Generator)
20 : 응축기(Condenser)
30 : 증발기(Evaporator)
40 : 흡수기(Absorber)
70 : 제어밸브
73 : 감압밸브
75 : 팽창밸브
85 : 트랩(Trap)
100 : 연료전지 본체(Stack)
110 : 연료전지 열회수 시스템(Heat Recovery System)
120 : 축열탱크

Claims (6)

  1. 연료전지발전시스템에서 고온의 열원을 발생하는 본체(Stack:100) 및 열회수시스템(Heat Recovery System:발전시스템에 따라 없는 경우도 있음)을 포함하고 있으며,
    상기 시스템에서 발생한 고온/저온열원이 고온/저온재생기(10/12)를 통과하면서 냉각되어 환류되도록 되어 있고 상기 공급된 순환수(Circulating Water)는 흡수기(40)와 응축기(20)를 통과하면서 가열되어 축열탱크에 저장되어 난방을 제공하며, 증발기(30)에서 냉매의 증발열에 의한 냉방 기능을 제공하는 것을 특징으로 하는 연료전지발전시스템의 폐열을 이용한 흡수식 냉난방 시스템
  2. 제 1항에 있어
    고온의 난방기능을 제공하기 위하여 태양열(기타 고온 기능을 제공하는 열원)집열시스템 등과 같이 연계된 보조열원 시스템을 특징으로 하는 연료전지발전시스템의 폐열을 이용한 흡수식 냉난방 시스템
  3. 제 1항에 있어
    리튬브로마이드 냉매로 구동되는 흡수식 시스템을 구성하는 것을 특징으로 하는 연료전지발전시스템의 폐열을 이용한 흡수식 냉난방 시스템
  4. 제 1항에 있어
    연료전지의 효율을 높이기 위한 냉각기능을 통한 연료전지발전시스템의 효율을 높이기 위하여 고온/저온재생기(10/12)로부터 연료전지 본체(Stack:100) 및 열회수시스템(Heat Recovery System)으로 환류하는 것을 특징으로 하는 연료전지발전시스템의 폐열을 이용한 흡수식 냉난방 시스템
  5. 제 1항에 있어
    냉난방 운전시, 냉방부하 및 난방부하를 검출하는 검출기를 설치하여, 검출기 출력에 의해서 제어 밸브에 의한 냉매 배출량을 제어하는 것을 특징으로 하는 연료전지발전시스템의 폐열을 이용한 흡수식 냉난방 시스템
  6. 제 1항에 있어
    흡수식 냉난방시스템의 증발기(30)를 이용하여 만들어진 저온수를 증발기(30)의 다음 단계에 축열탱크(Thermal Energy Storage)를 설치하여 냉방능력을 높이기 것을 특징으로 하는 연료전지발전시스템의 폐열을 이용한 흡수식 냉난방 시스템
KR1020120061318A 2012-06-08 2012-06-08 연료전지 폐열을 이용한 냉난방 시스템 KR20130137786A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120061318A KR20130137786A (ko) 2012-06-08 2012-06-08 연료전지 폐열을 이용한 냉난방 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120061318A KR20130137786A (ko) 2012-06-08 2012-06-08 연료전지 폐열을 이용한 냉난방 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20130137786A true KR20130137786A (ko) 2013-12-18

Family

ID=49983814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120061318A KR20130137786A (ko) 2012-06-08 2012-06-08 연료전지 폐열을 이용한 냉난방 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20130137786A (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103640492A (zh) * 2013-12-30 2014-03-19 哈尔滨理工大学 电动汽车动力电池低温保护系统装置的方法
KR20160128899A (ko) * 2014-02-28 2016-11-08 칭화 유니버시티 전기 피크 열병합 발전 폐열회수 장치 및 그의 작동 방법
CN108590779A (zh) * 2018-04-26 2018-09-28 东莞理工学院 基于Kalina循环及溴化锂制冷的地热能冷热电联产系统
CN108800272A (zh) * 2018-06-06 2018-11-13 天津大学 一种多能互补供冷和供热机组的运行方法
KR101949679B1 (ko) * 2018-06-25 2019-02-19 김태형 폐열흡수 타입 냉동 시스템
CN113124582A (zh) * 2020-01-15 2021-07-16 Lg电子株式会社 冷却机
CN114992902A (zh) * 2022-06-08 2022-09-02 国网新疆电力有限公司电力科学研究院 多能互补的分布式冷热电供能装置及运行方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103640492A (zh) * 2013-12-30 2014-03-19 哈尔滨理工大学 电动汽车动力电池低温保护系统装置的方法
KR20160128899A (ko) * 2014-02-28 2016-11-08 칭화 유니버시티 전기 피크 열병합 발전 폐열회수 장치 및 그의 작동 방법
CN108590779A (zh) * 2018-04-26 2018-09-28 东莞理工学院 基于Kalina循环及溴化锂制冷的地热能冷热电联产系统
CN108800272A (zh) * 2018-06-06 2018-11-13 天津大学 一种多能互补供冷和供热机组的运行方法
KR101949679B1 (ko) * 2018-06-25 2019-02-19 김태형 폐열흡수 타입 냉동 시스템
CN113124582A (zh) * 2020-01-15 2021-07-16 Lg电子株式会社 冷却机
KR20210092030A (ko) * 2020-01-15 2021-07-23 엘지전자 주식회사 냉동기
US11940184B2 (en) 2020-01-15 2024-03-26 Lg Electronics Inc. Cooling machine
CN114992902A (zh) * 2022-06-08 2022-09-02 国网新疆电力有限公司电力科学研究院 多能互补的分布式冷热电供能装置及运行方法
CN114992902B (zh) * 2022-06-08 2023-08-11 国网新疆电力有限公司电力科学研究院 多能互补的分布式冷热电供能装置及运行方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Thermodynamic and economic assessment of a PEMFC-based micro-CCHP system integrated with geothermal-assisted methanol reforming
Sadeghi et al. Thermoeconomic optimization using an evolutionary algorithm of a trigeneration system driven by a solid oxide fuel cell
Mehrpooya et al. Technical performance analysis of a combined cooling heating and power (CCHP) system based on solid oxide fuel cell (SOFC) technology–A building application
Authayanun et al. Energy and exergy analyses of a stand-alone HT-PEMFC based trigeneration system for residential applications
Chen et al. Performance study of a dual power source residential CCHP system based on PEMFC and PTSC
Chang et al. Technical performance analysis of a micro-combined cooling, heating and power system based on solar energy and high temperature PEMFC
Chen et al. Performance analysis of 5 kW PEMFC-based residential micro-CCHP with absorption chiller
CN108005742B (zh) 可部分回收利用的固体氧化物燃料电池驱动冷热电联供系统
Baniasadi et al. Exergetic and exergoeconomic evaluation of a trigeneration system based on natural gas-PEM fuel cell
Pilatowsky et al. Cogeneration Fuel Cells–Air Conditioning Systems
KR20130137786A (ko) 연료전지 폐열을 이용한 냉난방 시스템
Hassan et al. Integrated adsorption-based multigeneration systems: A critical review and future trends
CN105576269A (zh) 一种固定式的微型燃料电池热电联产装置的热控制系统
Xie et al. Thermodynamic and exergoeconomic analysis of a proton exchange membrane fuel cell/absorption chiller CCHP system based on biomass gasification
Tan et al. Diverse system layouts promising fine performance demonstration: A comprehensive review on present designs of SOFC-based energy systems for building applications
KR20130139007A (ko) 흡수식 히트펌프를 이용한 연료전지 구동 시스템
Xu et al. 4E analysis of a SOFC-CCHP system with a LiBr absorption chiller
Fan et al. Comparison and evaluation of mega watts proton exchange membrane fuel cell combined heat and power system under different waste heat recovery methods
US8445155B2 (en) Complex power generation system and method for supplying heated water thereof
Ge et al. A combined cooling, heating and power system with energy storage of waste heat to hydrogen
Yang et al. Energetic and exergetic analysis of a biomass-fueled CCHP system integrated with proton exchange membrane fuel cell
Nondy 4E analyses of a micro-CCHP system with a polymer exchange membrane fuel cell and an absorption cooling system in summer and winter modes
Ma et al. Thermodynamics and 3E analyses of a high-temperature proton exchange membrane fuel cell-based CCHP system with cascade utilization of waste heat
Singh et al. Thermodynamic study of integrated proton exchange membrane fuel cell with vapour adsorption refrigeration system
Cai et al. Performance and sustainability assessment of PEMFC/solar-driven CCP systems with different energy storage devices

Legal Events

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