KR20220136520A - High efficiency liquefied hydrogen vaporization system using a heat pump - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지로부터 배기되는 산소와 열교환된 히트펌프의 냉매를 이용하여 연료전지에 공급될 액화수소를 기화시키는 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump, and more particularly, using a heat pump that vaporizes liquid hydrogen to be supplied to a fuel cell using the refrigerant of the heat pump heat-exchanged with oxygen exhausted from a fuel cell. It relates to a high-efficiency liquid hydrogen vaporization system.
수소는 연소 시 오염물질을 전혀 배출하지 않으며, 산소와 결합하면 최종적으로 물(H2O)이 생성되는 친환경에너지이다.Hydrogen does not emit any pollutants during combustion, and when combined with oxygen, water (H 2 O) is finally created as an eco-friendly energy.
수소에너지는 액화수소로 사용 시 지구상에서 중량대비 에너지밀도가 가장 높고, 기화수소 대비 1/770 이하의 부피로 저장 효율성을 확보할 수 있다.When hydrogen energy is used as liquid hydrogen, it has the highest energy density to weight on earth, and storage efficiency can be secured with a volume of less than 1/770 compared to vaporized hydrogen.
한편, 연료전지는 수소와 산소의 전기화학 반응에 의해 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 발전 시스템이다. 여기서, 수소 연료는 순수한 수소를 직접 공급할 수 있고, 메탄올, 에탄올, 천연가스 등과 같은 탄화수소계열 물질 내에 함유되어 있는 수소를 개질하여 공급할 수도 있다. 산소는 순수한 산소를 직접 공급할 수 있고, 공기 펌프 등을 이용하여 통상의 공기에 포함된 산소를 공급할 수 있다.Meanwhile, a fuel cell is a power generation system that converts chemical energy into electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Here, as the hydrogen fuel, pure hydrogen may be directly supplied, or hydrogen contained in hydrocarbon-based materials such as methanol, ethanol, and natural gas may be reformed and supplied. Oxygen may supply pure oxygen directly, and may supply oxygen contained in ordinary air using an air pump or the like.
상기와 같은 연료전지가 기본적인 시스템의 구성을 갖추기 위해서는 연료용기, 연료용기에 저장된 연료를 개질하여 수소 가스(이하, '기화 가스'라 함.)를 발생시키고 그 기화수소를 스택으로 공급하는 개질기(reformer) 및, 전기를 생산하는 스택(stack)이라 불리는 연료전지 본체가 필요로 한다.In order for the fuel cell as described above to have a basic system configuration, a fuel container and a reformer that reforms the fuel stored in the fuel container to generate hydrogen gas (hereinafter referred to as 'vaporized gas') and supplies the vaporized hydrogen to the stack ( It requires a reformer and a fuel cell body called a stack that produces electricity.
연료전지의 시스템 구성 중 하나인 개질기는 수소를 포함한 연료와 물을 개질 반응에 의해 스택의 전기 생성에 필요한 기화수소로 전환하는 장치이나, 연료의 개질을 위한 설계가 복잡하고 기화수소를 생성하는데 추가적인 비용이 발생된다는 문제점이 있었다.A reformer, one of the system components of a fuel cell, is a device that converts hydrogen-containing fuel and water into hydrogen vapor required for electricity generation of the stack through a reforming reaction. There was a problem with the cost.
이에, 기화수소 대비 에너지밀도가 높은 액화수소를 이용함과 동시에 연료전지의 시스템 구성에서 설계가 복잡하고 추가 비용이 발생되는 개질기를 제외하면서 연료전지 본체에 기화수소를 공급하여 전기를 생산할 수 있는 시스템의 필요성이 요구되었다.Therefore, while using liquefied hydrogen with a higher energy density than hydrogen vaporized hydrogen, the system configuration of the fuel cell system can produce electricity by supplying hydrogen vaporized to the fuel cell body while excluding the reformer, which is complicated in design and incurs additional costs. necessity was demanded.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 기화수소 대비 에너지밀도가 높은 액화수소를 히트펌프에 의한 열교환을 통해 기화수소로 기화시킨 후, 개질기가 미구성된 연료전지에 공급하여 전기생산이 이루어지도록 하는 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템을 제공하는데 목적이 있다.The present invention was devised to solve the above problems, and after vaporizing liquefied hydrogen having a higher energy density than vaporized hydrogen into vaporized hydrogen through heat exchange by a heat pump, the reformer is supplied to a fuel cell not configured to produce electricity An object of the present invention is to provide a high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump to make this happen.
또한, 본 발명은 연료전지의 전기생산 과정에서 배기되는 폐열 및/또는 외부로부터 투입되는 외기를 통해 액화수소를 기화시키기 위한 히트펌프의 냉매사이클이 이루어지도록 하는 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템을 제공하는데 목적이 있다.In addition, the present invention provides a high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump that performs a refrigerant cycle of the heat pump for vaporizing liquid hydrogen through waste heat exhausted during the electricity production process of the fuel cell and/or external air input from the outside. It is intended to provide
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. can be understood
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템에 있어서, 액화수소를 저장 및 배출하는 액화수소 탱크; 상기 액화수소의 기화를 통해 생성된 기화수소와 산소를 반응시키는동안 발생되는 폐열인 중온의 산소 또는 상기 중온보다 상대적으로 고온의 산소를 폐열 배기통로에 배기하는 연료전지; 상기 폐열 배기통로와 연결되는 폐열 투입구, 외기 투입통로와 연결되는 외기 투입구, 유체 배기통로와 연결되는 유체 배기구가 형성되며, 상기 폐열 투입구 및/또는 상기 외기 투입구와 상기 유체 배기구를 연통시키기 위한 댐퍼 날개를 구비하는 전동식 댐퍼; 및 상기 연료전지의 운전 상태에 따라 상기 유체 배기구와 연결된 유체 배기통로를 따라 배기되는 외기, 상기 외기와 상기 중온의 산소가 혼합된 공기, 상기 고온의 산소 중 적어도 하나인 유체와의 열교환에 기반하여 생성된 고온고압 냉매를 통해 상기 액화수소를 기화시키는 히트펌프;를 포함할 수 있다.In the high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump for achieving the above object, the liquid hydrogen tank for storing and discharging liquid hydrogen; a fuel cell for discharging medium temperature oxygen, which is waste heat generated during reaction of hydrogen vaporized through vaporization of the liquid hydrogen with oxygen, or oxygen having a relatively high temperature than the medium temperature, to a waste heat exhaust passage; A waste heat inlet connected to the waste heat exhaust passage, an outdoor air inlet connected to the outdoor air input passage, and a fluid exhaust port connected to the fluid exhaust passage are formed, and a damper blade for communicating the waste heat inlet and/or the outdoor air inlet and the fluid exhaust port An electric damper having a; and the external air exhausted along the fluid exhaust passage connected to the fluid exhaust port according to the operating state of the fuel cell, the air in which the outdoor air and the medium temperature oxygen are mixed, and the high temperature oxygen based on heat exchange with a fluid. It may include; a heat pump for vaporizing the liquid hydrogen through the generated high-temperature and high-pressure refrigerant.
또한, 상기 전동식 댐퍼는, 상기 연료전지가 운전되기 전인 경우, 상기 댐퍼 날개를 통해 상기 폐열 투입구를 폐쇄하되, 상기 외기 투입구와 상기 유체 배기구를 연통시켜 상기 외기가 상기 유체 배기구를 통해 상기 유체 배기통로에 배기되도록 할 수 있다.In addition, the electric damper closes the waste heat inlet through the damper blade before the fuel cell is operated, and communicates the outdoor air inlet and the fluid outlet to allow the outside air to communicate with the fluid outlet through the fluid exhaust passage can be exhausted to
그리고 상기 전동식 댐퍼는, 상기 연료전지가 상기 중온의 산소를 배기하는 초기운전 상태인 경우, 상기 댐퍼 날개를 통해 상기 폐열 투입구, 상기 외기 투입구 및 상기 유체 배기구를 연통시켜 상기 외기와 상기 중온의 산소가 혼합된 공기가 상기 유체 배기구를 통해 상기 유체 배기통로에 배기되도록 할 수 있다.And the electric damper, when the fuel cell is in an initial operation state to exhaust oxygen at the medium temperature, communicates the waste heat inlet, the outdoor air inlet, and the fluid exhaust port through the damper blade so that the outdoor air and the medium temperature oxygen are in communication. The mixed air may be exhausted to the fluid exhaust passage through the fluid exhaust port.
또한, 상기 중온의 산소는, 상기 연료전지가 상기 기화수소와 산소를 반응시키기 위한 기설정된 운전온도로 발열되기 전인 상기 초기운전 상태에서 배기하는 폐열일 수 있다.In addition, the medium temperature oxygen may be waste heat exhausted in the initial operating state before the fuel cell generates heat to a preset operating temperature for reacting the hydrogen vaporized with oxygen.
그리고 상기 전동식 댐퍼는, 상기 연료전지가 상기 고온의 산소를 배기하는 정격운전 상태인 경우, 상기 댐퍼 날개를 통해 상기 외기 투입구를 폐쇄하되, 상기 폐열 투입구와 상기 유체 배기구를 연통시켜 상기 고온의 산소가 상기 유체 배기구를 통해 상기 유체 배기통로에 배기되도록 할 수 있다.And the electric damper, when the fuel cell is in a rated operation state for exhausting the high-temperature oxygen, closes the outside air inlet through the damper blade, but communicates the waste heat inlet and the fluid exhaust port to release the high-temperature oxygen It may be exhausted to the fluid exhaust passage through the fluid exhaust port.
또한, 상기 고온의 산소는, 상기 연료전지가 상기 기화수소와 산소를 반응시키기 위한 기설정된 운전온도로 발열되는 상기 정격운전 상태에서 배기하는 폐열일 수 있다.In addition, the high-temperature oxygen may be waste heat exhausted in the rated operating state in which the fuel cell generates heat at a preset operating temperature for reacting the hydrogen vaporized with oxygen.
그리고 상기 히트펌프는, 상기 유체 배기통로를 따라 배기되는 상기 유체와 저온저압 냉매의 열교환을 통해 상기 유체를 냉각시키면서 상기 저온저압 냉매의 증발을 통해 중온저압 냉매를 생성하는 증발기; 상기 증발기로부터 생성된 상기 중온저압 냉매를 냉매증기와 냉매액으로 분리하는 액분리기; 상기 액분리기를 통해 분리된 냉매증기 또는 냉매액을 압축하여 상기 고온고압 냉매로 생성하는 압축기; 상기 압축기를 통해 생성된 상기 고온고압 냉매와 상기 액화수소의 열교환을 통해 상기 액화수소를 기화시키면서 상기 고온고압 냉매의 응축을 통해 중온고압 냉매를 생성하는 응축기; 및 상기 응축기를 통해 생성된 상기 중온고압 냉매를 팽창시켜 상기 저온저압 냉매를 생성하는 제1 팽창밸브;를 포함할 수 있다.The heat pump may include: an evaporator configured to generate a medium temperature and low pressure refrigerant through evaporation of the low temperature and low pressure refrigerant while cooling the fluid through heat exchange between the fluid and the low temperature and low pressure refrigerant discharged along the fluid exhaust passage; a liquid separator for separating the medium temperature and low pressure refrigerant generated from the evaporator into refrigerant vapor and refrigerant liquid; a compressor for compressing the refrigerant vapor or refrigerant liquid separated through the liquid separator to generate the high-temperature and high-pressure refrigerant; a condenser that vaporizes the liquid hydrogen through heat exchange between the high-temperature and high-pressure refrigerant generated through the compressor and the liquid hydrogen, and generates a medium-temperature and high-pressure refrigerant through condensation of the high-temperature and high-pressure refrigerant; and a first expansion valve configured to expand the medium-temperature and high-pressure refrigerant generated through the condenser to generate the low-temperature and low-pressure refrigerant.
또한, 상기 히트펌프는, 상기 증발기, 상기 액분리기, 상기 압축기, 상기 응축기 및 상기 제1 팽창밸브를 연결하여 냉매가 이동되도록 하기 위한 냉매 이동통로가 구비될 수 있다.In addition, the heat pump may be provided with a refrigerant moving passage through which the refrigerant moves by connecting the evaporator, the liquid separator, the compressor, the condenser, and the first expansion valve.
그리고 상기 히트펌프는, 상기 응축기와 상기 제1 팽창밸브를 연결하는 상기 냉매 이동통로의 일부와 연통되되 상기 압축기와 연결되는 냉매 투입통로에 설치되는 제2 팽창밸브;를 포함할 수 있다.The heat pump may include a second expansion valve that communicates with a part of the refrigerant passage connecting the condenser and the first expansion valve and is installed in the refrigerant input passage connected to the compressor.
또한, 상기 제2 팽창밸브는, 상기 압축기의 과열을 방지하면서 기화 효율을 높이기 위하여, 상기 냉매 이동통로의 일부를 따라 이동되는 상기 중온고압 냉매의 일부를 팽창시켜 생성한 저온저압 냉매가 상기 냉매 투입통로를 통해 상기 압축기에 투입되도록 할 수 있다.In addition, in the second expansion valve, in order to prevent overheating of the compressor and increase vaporization efficiency, the low-temperature and low-pressure refrigerant generated by expanding a part of the medium-temperature and high-pressure refrigerant that moves along a part of the refrigerant moving passage is injected into the refrigerant. It may be introduced into the compressor through the passage.
본 발명은 연료전지로부터 배기되는 폐열 및/또는 외기를 이용하여 히트펌프의 냉매사이클을 구현하여 액화수소를 효율적으로 기화시키는 효과가 있다.The present invention has an effect of efficiently vaporizing liquid hydrogen by implementing a refrigerant cycle of a heat pump using waste heat and/or outside air exhausted from a fuel cell.
또한, 본 발명은 연료전지의 운전상태에 따라 증발기와 열교환될 유체를 선택함으로써, 히트펌프의 냉매사이클이 효율적으로 운영되도록 하는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of efficiently operating the refrigerant cycle of the heat pump by selecting the fluid to be exchanged with the evaporator according to the operating state of the fuel cell.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description. will be able
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전동식 댐퍼의 사용상태도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템에 추가적으로 구비되는 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a state of use of an electric damper according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing a configuration additionally provided in the high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic diagram of a high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump according to another embodiment of the present invention.
이하에서는, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, since the description of the present invention is merely an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiment described in the text. That is, since the embodiment is capable of various changes and may have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such effects, it should not be understood that the scope of the present invention is limited thereby.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of the terms described in the present invention should be understood as follows.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.Terms such as “first” and “second” are for distinguishing one component from another, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first component may be termed a second component, and similarly, a second component may also be termed a first component. When a component is referred to as being “connected to” another component, it may be directly connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between. On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle. On the other hand, other expressions describing the relationship between elements, that is, "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to", etc., should be interpreted similarly.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expression is to be understood as including the plural expression unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as "comprises" or "have" refer to the specified feature, number, step, action, component, part or these It is intended to indicate that a combination exists, and it should be understood that it does not preclude the possibility of the existence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Terms defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having the meaning consistent with the context of the related art, and cannot be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present invention.
이하에서는, 첨부된 도 1 내지 3을 참조하여, 일 실시예의 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템에 대해 자세히 설명하겠다.Hereinafter, with reference to the accompanying FIGS. 1 to 3, a high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump of an embodiment will be described in detail.
도 1을 참조하면, 일 실시예의 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템은 액화수소 탱크(10), 연료전지(20), 압력조절밸브(30), 전동식 댐퍼(40), 히트펌프(50) 및 연료 회수기(60)가 구비된다.Referring to FIG. 1 , a high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump of an embodiment includes a
액화수소 탱크(10)는 연료전지(20)의 연료로 사용되는 기화수소로 기화될 액화수소를 저장한다. 이때, 액화수소 탱크(10)는 극저온 상태의 액화수소를 저장하기 위해 수소가 액화상태가 되도록 하는 영하 253 ℃로 내부 온도가 유지되는 것이 바람직하며, 액화수소는 기화수소 대비 에너지밀도가 높은 특징이 있다.The
또한, 액화수소 탱크(10)는 액화수소의 저장 뿐만 아니라 액화수소를 배출하기 위해 액화수소 배출경로(100)와 연결되어 액화수소가 액화수소 배출경로(100)를 따라 배출되도록 한다.In addition, the
연료전지(20)는 액화수소 배출경로(100)를 따라 배출되는 액화수소의 기화에 의해 생성된 기화수소와 산소의 전기화학반응으로 생기는 화학에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전하는 장치이며, 본 발명의 연료전지(20)는 철도차량(기차, 열차, 지하철 등)에 적용되는 수소연료전지일 수 있다.The
이러한 연료전지(20)는 알칼리형 연료전지(AFC), 용융탄산염형 연료전지(MCFC), 인산형 연료전지(PAFC), 고체산화물형 연료전지(SOFC), 고분자전해질형 연료전지(PEMFC, PEFC) 및 직접메탄올 연료전지(DMFC) 중 적어도 하나일 수 있다.The
알칼리형 연료전지는 전해질로서 수산화칼륨과 같은 알칼리를 사용하면서 연료로 수소를 이용하며, 산화제로서 산소를 이용한다. 또한, 수소와 산소의 반응을 위한 운전온도는 60~120 ℃(이하에서는, 120 ℃)이며, 연료극(양극, Anode)의 촉매는 니켈망에 은을 입힌 것 위에 백금-납을 사용하고, 공기극(음극, Cathode)은 니켈망에 금을 입힌 것 위에 금-백금을 사용한다.An alkali fuel cell uses an alkali such as potassium hydroxide as an electrolyte, hydrogen as a fuel, and oxygen as an oxidizing agent. In addition, the operating temperature for the reaction of hydrogen and oxygen is 60 ~ 120 ℃ (hereinafter, 120 ℃), the catalyst of the anode (anode, anode) uses platinum-lead on a nickel mesh coated with silver, and the cathode (Anode, Cathode) uses gold-platinum on top of gold-plated nickel mesh.
용융탄산염형 연료전지는 전해질이 낮은 용융점을 갖는 탄화리튬과 탄화포타슘의 혼합물(Li-K)이며, 전극은 다공성 니켈로 이루어진다. 또한, 운전온도는 600~700 ℃이고, 전지 스택의 열로 전지 내부의 탄화수소 기체의 개질을 허용한다.In a molten carbonate fuel cell, the electrolyte is a mixture of lithium carbide and potassium carbide (Li-K) having a low melting point, and the electrode is made of porous nickel. In addition, the operating temperature is 600 ~ 700 ℃, allowing the reforming of the hydrocarbon gas inside the battery by the heat of the battery stack.
인산형 연료전지는 전극이 탄소 지지체의 표면적 위에 촉매로써 백금이나 백금 혼합물을 포함하며, 수소와 산소의 반응을 위하면서 인산 전해질의 안정도를 위하여 허용되는 운전온도는 200~250 ℃이다.In the phosphoric acid fuel cell, the electrode contains platinum or a platinum mixture as a catalyst on the surface area of the carbon support, and the allowable operating temperature for the reaction of hydrogen and oxygen and the stability of the phosphoric acid electrolyte is 200 to 250 °C.
고체산화물형 연료전지는 최소단위가 단전지이며, 단전지는 연료극, 공기극 전해질의 산화물 세라믹으로 구성된다. 또한, 연료인 도시가스(CH4)는 연료극 상에서 수증기와 반응하여 수소(H2)와 일산화탄소(CO)로 개질되며, 운전온도는 700~1000 ℃이다. 그리고 연료극의 성분인 Ni 촉매작용에 의해 전지내에서 수증기 개질을 수행하는 것이 가능하며, 공기극에 도입된 공기 중의 산소는 전해질과의 계면에서 해리되어 산소이온(O2-)으로 되고, 전해질증을 확산하여 연료극으로 이동된다. 더 나아가, 산소이온은 전해질/연료극 계면에서 개질반응에 의해 생성된 수소 혹은 일산화탄소와 전기화학적 반응을 통해 물 혹은 이산화탄소를 생성하고, 이때 방출된 전자에 의해 발전이 이루어진다.The minimum unit of a solid oxide fuel cell is a single cell, and the single cell is composed of oxide ceramics of anode and cathode electrolytes. In addition, city gas (CH 4 ), which is a fuel, reacts with water vapor on the anode to be reformed into hydrogen (H 2 ) and carbon monoxide (CO), and the operating temperature is 700 ~ 1000 ℃. And it is possible to perform steam reforming in the battery by the catalytic action of Ni, a component of the anode, and oxygen in the air introduced into the cathode is dissociated at the interface with the electrolyte to become oxygen ions (O 2 -), It diffuses and moves to the anode. Furthermore, oxygen ions generate water or carbon dioxide through an electrochemical reaction with hydrogen or carbon monoxide generated by the reforming reaction at the electrolyte/anode interface, and electricity is generated by the emitted electrons.
고분자전해질형 연료전지는 전해질이 액체가 아닌 고체 고분자 중합체(Membrane)로서, 알칼리형 및 인산형 연료전지와 유사하게 멤브레인을 이용하는 연료전지이며, 촉매로서 백금을 사용한다. 또한, 인산형 연료전지에 비해 저온인 25~100 ℃에서 운전되는 특징이 있어 출력 밀도가 크며 소형화가 가능하다.Polyelectrolyte fuel cells are solid polymer polymers (membrane) rather than liquid electrolytes, and are fuel cells using a membrane similar to alkali-type and phosphoric acid-type fuel cells, and use platinum as a catalyst. In addition, compared to phosphoric acid fuel cells, they are operated at a low temperature of 25 to 100 °C, so the output density is large and miniaturization is possible.
직접메탄올 연료전지는 메탄올을 직접, 전기화학 반응시켜 발전하는 시스템으로서, 전해질은 이온 교환막에 인산을 담지시킨 것이며, 운전온도는 25~100 ℃로 비교적 저온이다. 고분자전해질형 연료전지와 비교하여 개질기를 생략할 수 있고, 시스템의 간소화와 부하 응답성의 향상이 가능하다.The direct methanol fuel cell is a system that generates electricity through direct and electrochemical reaction of methanol. The electrolyte is phosphoric acid supported on an ion exchange membrane, and the operating temperature is relatively low at 25 to 100 °C. Compared with the polyelectrolyte fuel cell, the reformer can be omitted, and the system can be simplified and load responsiveness can be improved.
이와 같이, 연료전지(20)로 구현가능한 연료전지들은 전기에너지의 생산을 위해 화석연료로부터 수소(기화수소)를 발생시키는 개질기가 구비되어야 하나, 일 실시예의 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템에는 히트펌프(50)를 통해 기화수소가 생성됨에 따라, 개질기는 구성에서 생략될 수 있다.As such, the fuel cells that can be implemented as the
이에, 본 발명의 연료전지(20)는 연료전지의 시스템 구성에서 전기를 생산하는 스택(stack)인 연료전지 본체인 것이 바람직하다.Accordingly, the
또한, 연료전지(20)는 전기에너지의 생산 뿐만 아니라 기화수소와 산소를 반응시키는동안 발생되는 폐열을 배출하기 위해 폐열 배기통로(200)와 연결되며, 사용된 연료의 회수를 위해 연료 회수통로(600)와 연결된다.In addition, the
이때, 연료전지(20)로부터 발생되는 폐열은 중온의 산소 또는 상기 중온의 산소보다 상대적으로 고온의 산소일 수 있다.In this case, the waste heat generated from the
구체적인 일례로, 중온의 산소는 연료전지(20)가 발열될 때부터 기화수소와 산소를 반응시키기 위한 기설정된 운전온도로 발열되기 전인 초기운전 상태에서 배기하는 폐열일 수 있으며, 고온의 산소는 연료전지(20)가 기화수소와 산소를 반응시키기 위한 기설정된 운전온도로 발열되는 정격운전 상에서 배기하는 폐열일 수 있다.As a specific example, the medium-temperature oxygen may be waste heat that is exhausted from the
이에, 구체적인 일례에서 연료전지(20)가 알칼리형 연료전지인 경우, 연료전지(20)는 발열될 때부터 기설정된 운전온도인 120 ℃로 발열되기 전까지 중온의 산소를 배기하게 되며, 기설정된 운전온도로 발열되기 시작할 때 고온의 산소를 배기하게 된다.Accordingly, in a specific example, when the
구체적인 다른예로, 중온의 산소는 연료전지(20)가 발열될 때부터 기화수소와 산소를 반응시키기 위한 기설정된 운전온도의 절반 온도로 발열될 때까지 배기하는 폐열일 수 있으며, 고온의 산소는 기설정된 운전온도의 절반 온도를 초과할 때부터 기설정된 운전온도로 발열되는 정격운전 상에서 배기하는 폐열일 수 있다.As another specific example, medium temperature oxygen may be waste heat that is exhausted from when the
이에, 구체적인 다른예에서 연료전지(20)가 알칼리형 연료전지인 경우, 연료전지(20)는 발열될 때부터 기설정된 운전온도인 120 ℃의 절반인 온도인 60 ℃까지 중온의 산소를 배기하게 되며, 61 ℃부터 120 ℃까지 발열되는동안 고온의 산소를 배기하게 된다.Accordingly, in another specific example, when the
이와 같이, 연료전지(20)로부터 배기되는 폐열인 중온의 산소와 고온의 산소는 다양하게 이루어질 수 있으나, 이하에서는 구체적인 일례의 중온의 산소와 고온의 산소로 설명하도록 하겠다.As described above, the medium-temperature oxygen and high-temperature oxygen, which are waste heat exhausted from the
그리고 연료전지(20)에 투입되는 산소는 순수 산소 또는 공기 펌프를 통해 투입되는 통상의 공기에 포함된 산소일 수 있다.In addition, oxygen input to the
압력조절밸브(30)는 액화수소 배출통로(100) 상에서 연료전지(20)보다 전단에 설치되어 연료전지(20)에 투입되기 전의 기화수소 압력을 조절한다.The
이러한 압력조절밸브(30)는 액화수소 배출통로(100)와 연결된 기화수소 투입구를 통해 투입되는 기화수소의 압력을 조절나사 및 디스크로 조절하여 사용자가 원하는 압력으로 감압하는 감압밸브일 수 있다.Such a
이와 같이, 압력조절밸브(30)가 기화수소의 압력을 조절하고, 감압된 기화수소가 기화수소 배기구에서 배기되도록 하면, 연료전지(20)에는 감압된 기화수소가 투입된다.In this way, when the
더 나아가, 압력조절밸브(30)는 감압밸브 뿐만 아니라 기화수소의 압력 조절이 가능한 릴리프 밸브, 시퀸스 밸브, 카운터 밸런스 밸브 및 압력 스위치 중 적어도 하나로 대체될 수 있다.Furthermore, the
전동식 댐퍼(40)는 후술될 히트펌프(50)의 증발기(51)에 투입되는 저온저압 냉매와 열교환이 이루어질 유체의 이동을 제어한다.The
도 2를 참조하면, 전동식 댐퍼(40)는 댐퍼 본체(41), 폐열 투입구(42), 외기 투입구(43), 유체 배기구(44), 댐퍼 날개(45) 및 모터(46)가 구비된다.Referring to FIG. 2 , the
댐퍼 본체(41)는 폐열 투입구(42), 외기 투입구(43) 및 유체 배기구(44)가 형성되는 3웨이(3way) 댐퍼의 형태로 이루어지며, 유체의 이동이 이루어지는 내부공간을 구비한다.The
폐열 투입구(42)는 폐열 배기통로(200)와 연결되어 댐퍼 본체(41)의 내부공간에 중온의 산소 또는 고온의 산소가 투입되도록 한다.The
외기 투입구(43)는 외기 투입통로(300)와 연결되어 댐퍼 본체(41)의 내부공간에 외기가 투입되도록 한다.The
유체 배기구(44)는 댐퍼 본체(41)의 내부에 투입되는 유체가 유체 배기통로(400)를 따라 배기되도록 한다. 이때, 유체 배기구(44)를 통해 배기되는 유체는 외기, 상기 외기와 중온의 산소가 혼합된 공기, 고온의 산소 중 적어도 하나일 수 있다.The
댐퍼 날개(45)는 댐퍼 본체(41)의 내부공간에 배치되며, 모터(46)의 구동에 따라 회전된다.The
이러한 댐퍼 날개(45)는 연료전지(20)가 운전되기 전 상태임에 따라 폐열의 배기가 발생되지 않는 경우, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 폐열 투입구(42)를 폐쇄하면서 외기 투입구(43)와 유체 배기구(44)가 연통되도록 회전되어 유체 배기구(44)로부터 외기가 배기되도록 한다.The
또한. 댐퍼 날개(45)는 연료전지(20)가 초기운전 상태에서 중온의 산소를 배기하는 경우, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 폐열 투입구(42), 외기 투입구(43) 및 유체 배기구(44)가 연통되도록 회전되어 유체 배기구(44)로부터 외기와 중온의 산소가 혼합된 공기가 배기되도록 한다.In addition. When the
그리고 댐퍼 날개(45)는 연료전지(20)가 정격운전 상태에서 고온의 산소를 배기하는 경우, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 외기 투입구(43)를 폐쇄하면서 폐열 투입구(42)와 유체 배기구(44)가 연통되도록 회전되어 유체 배기구(44)로부터 고온의 산소가 배기되도록 한다.And when the
더 나아가, 댐퍼 날개(45)는 외기에 포함될 수 있는 이물질을 여과하는 필터가 구비될 수 있다. 이러한 필터는 외기의 이물질을 여과하기 위해 구비되나, 중온의 산소 또는 고온의 산소와 함께 이동하게 되는 폐열 배기통로(200)의 이물질과 외기와 함께 이동하게 되는 외기 투입통로(300)의 이물질을 여과하기 위해 사용될 수 있다.Furthermore, the
모터(46)는 구동될 때 댐퍼 날개(45)에 회전력을 전달하여 댐퍼 날개(45)가 댐퍼 본체(41)의 내부공간에서 회전되도록 한다.When the
다시 도 1을 참조하면, 히트펌프(50)는 액화수소 탱크(10)로부터 액화수소 배출통로(100)를 따라 배출되는 액화수소의 기화와 유체 배기통로(400)를 따라 외부로 배기되는 유체의 냉각을 위해 증발기(51), 액분리기(52), 압축기(53), 응축기(54), 제1 팽창밸브(55) 및 냉매 이동통로(500)가 구비된다.Referring back to FIG. 1 , the
증발기(51)는 유체 배기통로(400)와 연결되어 유체 배기통로(400)를 따라 배기되는 유체와 제1 팽창밸브(55)로부터 생성된 후 냉매 이동통로(500)를 따라 이동되는 저온저압 냉매의 열교환을 통해 유체를 냉각시키면서 저온저압 냉매의 증발을 통해 중온저압 냉매를 생성한다.The
여기서, 중온저압 냉매는 저온저압 냉매보다 상대적으로 온도가 높아진 냉매를 의미한다.Here, the medium temperature and low pressure refrigerant means a refrigerant whose temperature is relatively higher than that of the low temperature and low pressure refrigerant.
또한, 증발기(51)는 건식 증발기(dry expansion evaporator), 만액식 증발기(flooded evaporator), 반만액식 증발기 (semi-flooded evaporator) 및 냉매액 강제 순환식 증발기(liquid recirculation type evaporator) 중 적어도 하나일 수 있다.In addition, the
액분리기(52)는 증발기(51)로부터 생성된 후 냉매 이동통로(500)를 따라 이동되는 중온저압 냉매를 냉매증기와 냉매액으로 분리하며, 냉매증기 및 냉매액 중 적어도 하나가 냉매 이동통로(500)를 따라 증발기(51)에 투입되도록 하며, 나머지 하나가 냉매 이동통로(500) 압축기(53)에 투입되도록 한다.The
압축기(53)는 액분리기(52)에서 분리된 후 냉매 이동통로(500)를 따라 이동되는 중온저압의 냉매증기 또는 냉매액을 압축하여 고온고압 냉매를 생성한다.After being separated from the
여기서, 고온고압 냉매는 중온저압 냉매보다 상대적으로 온도와 압력이 높아진 냉매를 의미한다.Here, the high-temperature and high-pressure refrigerant means a refrigerant having a relatively higher temperature and pressure than that of the medium-temperature and low-pressure refrigerant.
응축기(54)는 액화수소 배출통로(100)와 연결되어 액화수소 배출통로(100)를 배출되는 액화수소와 압축기(53)에서 생성된 후 냉매 이동통로(500)를 따라 이동되는 고온고압 냉매의 열교환을 통해 액화수소를 기화시키면서 고온고압 냉매의 응축을 통해 중온고압 냉매를 생성한다.The
여기서, 중온고압 냉매는 고온고압 냉매보다 상대적으로 온도가 낮아진 냉매를 의미한다.Here, the medium-temperature and high-pressure refrigerant means a refrigerant whose temperature is relatively lower than that of the high-temperature and high-pressure refrigerant.
또한, 응축기(54)는 응축 과정을 수행하기 위해 냉각수를 이용하는 수냉식 응축기, 공기를 이용하여 열을 발산하는 공랭식 응축기 및 물이 증발하면서 흡수하는 열을 이용하는 증발식 응축기 중 적어도 하나일 수 있다.In addition, the
제1 팽창밸브(55)는 응축기(54)에서 응축된 후 냉매 이동통로(500)를 따라 이동되는 중온고압 냉매를 팽창시켜 저온저압 냉매를 생성하며, 저온저압 냉매가 냉매 이동통로(500)를 따라 이동되어 증발기(51)에 투입되도록 한다.The
이때, 제1 팽창밸브(55)로부터 생성되는 저온저압 냉매는 액분리기(52)에서 압축기(53)로 투입되는 중온저압 냉매의 종류에 따라 달라질 수 있다.In this case, the low-temperature and low-pressure refrigerant generated from the
구체적인 일례로, 액분리기(52)에서 압축기(53)에 투입되는 중온저압 냉매가 냉매증기인 경우, 제1 팽창밸브(55)는 저온저압의 냉매증기를 생성할 수 있다.As a specific example, when the medium temperature and low pressure refrigerant input from the
구체적인 다른예로, 액분리기(52)에서 압축기(53)에 투입되는 중온저압 냉매가 냉매액인 경우, 제1 팽창밸브(55)는 저온저압의 냉매액을 생성할 수 있다.As another specific example, when the medium-temperature and low-pressure refrigerant input to the
한편, 본 발명에서 냉매의 온도가 고온이라는 것은 40~100 ℃를 의미하며, 중온은 0~40 ℃를 의미하고, 저온은 -40~10 ℃를 의미한다.Meanwhile, in the present invention, the high temperature of the refrigerant means 40 to 100 ℃, the intermediate temperature means 0 to 40 ℃, and the low temperature means -40 to 10 ℃.
또한, 본 발명에서 냉매의 온도가 고압이라는 것은 25 bar 이상을 의미하고, 저압은 15 bar을 의미한다.In addition, in the present invention, the high pressure of the refrigerant means 25 bar or more, and the low pressure means 15 bar.
더 나아가, 본 발명에서 냉매는 염화불화탄소(CFC), 수소화염화불화탄소(HCFC), 수소화불화탄소(HFC), 하이드로플루올레핀(HFO), 탄화수소, 이산화탄소, 암모니아 및 물 중 적어도 하나일 수 있다.Furthermore, the refrigerant in the present invention may be at least one of chlorofluorocarbon (CFC), hydrochlorofluorocarbon (HCFC), hydrofluorocarbon (HFC), hydrofluoroolefin (HFO), hydrocarbon, carbon dioxide, ammonia and water. .
연료 회수기(60)는 연료전지(20)의 반응을 통해 생성된 후 연료 회수통로(600)를 따라 배출되는 연료를 회수한다.The
여기서, 연료 회수기(60)로부터 회수되는 연료라 함은 연료전지(20)를 통해 생성되는 전기 및 물과 폐열 배기통로(200)를 통해 배기되지 않는 열을 의미한다. Here, the fuel recovered from the
이러한 연료 회수기(60)로부터 회수되는 전기는 가정집, 건물, 산업시설, 교통수단 등에 공급될 수 있고, 물은 가정집, 건물, 산업시설, 교통수단 등에 온수로 공급될 수 있으며, 열은 가정집, 건물, 산업시설, 교통수단의 난방을 위해 공급될 수 있다.The electricity recovered from the
도 3을 참조하면, 일 실시예의 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템은 온도측정센서(70) 및 제어모듈(80)이 더 구비될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump according to an embodiment may further include a
온도측정센서(70)는 제어모듈(80)이 연료전지(20)의 운전상태에 따라 댐퍼 날개(45)의 회전을 제어하도록, 연료전지(20)의 온도 또는 상기 연료전지(20)로부터 배기되는 폐열의 온도를 측정한다.The
이러한 온도측정센서(70)는 온도 측정방식에 따라 설치 방식이 달라질 수 있는데, 구체적으로는 연료전지(20)의 온도를 직접 측정하기 위해 연료전지(20)의 내부 또는 연료전지(20)와 인접하게 설치될 수 있고, 연료전지(20)로부터 배기되는 폐열의 온도를 측정하기 위해 폐열 배기통로(200) 상에 설치될 수 있다.The installation method of the
더 나아가, 온도측정센서(70)는 측정한 연료전지(20)의 온도 또는 상기 연료전지(20)로부터 배기되는 폐열의 온도에 대한 정보를 제어모듈(80)로 송신한다.Furthermore, the
제어모듈(80)은 온도측정센서(70)로부터 수신한 온도 정보에 기반하여 댐퍼 날개(45)의 회전이 이루어지도록 모터(46)를 제어한다.The
이러한 제어모듈(80)은 온도측정센서(70)가 연료전지(20)의 온도를 직접적으로 측정하는 경우, 온도측정센서(70)로부터 수신하는 연료전지(20)의 온도 정보에 기반하여 모터(46)를 제어할 수 있다.This
이에, 제어모듈(80)은 온도측정센서(70)가 측정한 연료전지(20)의 온도 정보를 통해 연료전지(20)가 운전되기 전이라고 판단되면 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 댐퍼 날개(45)가 회전되도록 모터(46)를 제어할 수 있고, 연료전지(20)가 초기운전 상태라고 판단되면 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 댐퍼 날개(45)가 회전되도록 모터(46)를 제어할 수 있으며, 연료전지(20)가 정격운전 상태라고 판단되면 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 댐퍼 날개(45)가 회전되도록 모터(46)를 제어할 수 있다.Accordingly, if the
이와 달리, 제어모듈(80)은 온도측정센서(70)가 연료전지(20)로부터 배기되는 폐열의 온도를 측정하는 경우, 온도측정센서(70)로부터 수신하는 폐열의 온도 정보를 통해 연료전지(20)의 온도를 계산하여 모터(46)를 제어할 수 있다.In contrast, when the
이에, 제어모둘(80)은 폐열의 온도 정보를 통해 연료전지(20)의 온도를 계산하는 알고리즘이 구성되는 것이 바람직하며, 계산한 연료전지(20)의 온도에 따라 모터(46)를 제어하는 것은 연료전지(20)의 온도 정보에 기반하여 모터(46)를 제어하는 과정과 동일하므로, 모터(46)의 제어 과정에 대한 자세한 설명은 생략하도록 하겠다.Accordingly, the
이하에서는, 첨부된 도 4를 참조하여 히트펌프(50)가 변형된 다른 실시예의 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템에 대해 자세히 설명하겠다.Hereinafter, a high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump of another embodiment in which the
더 나아가, 다른 실시예의 히트펌프를 이용한 효율 액화수소 기화 시스템은 일 실시예와 비교하여 히트펌프(50), 온도측정센서(70) 및 제어모듈(80)을 제외한 나머지 구성요소가 동일하므로, 이하에서는 히트펌프(50), 온도측정센서(70) 및 제어모듈(80)을 제외한 나머지 구성에 대해서는 자세한 설명을 생략하도록 하겠다.Furthermore, in the efficiency liquefied hydrogen vaporization system using a heat pump of another embodiment, the remaining components except the
히트펌프(50)는 일 실시예와 동일하게 증발기(51), 액분리기(52), 압축기(53), 응축기(54) 및 제1 팽창밸브(55)가 구비되며, 압축기(53)의 과열을 방지하고 기화 효율을 높이기 위한 제2 팽창밸브(56)가 더 구비될 수 있다.The
제2 팽창밸브(56)는 응축기(54)와 제1 팽창밸브(55)를 연결하는 냉매 이동통로의 일부(500a)와 연통되면서 압축기(53)와 연결되는 냉매 투입통로(560)에 설치될 수 있다.The
이러한 제2 팽창밸브(56)는 냉매 이동통로의 일부(500a)를 따라 이동되는 중온고압 냉매의 일부를 팽창시켜 저온저압 냉매를 생성할 수 있고, 저온저압 냉매가 냉매 투입통로(560)를 따라 압축기(53)에 투입되도록 하여 냉매증기 또는 냉매액의 과정을 반복함에 따른 압축기(53)의 과열을 방지할 수 있다.The
또한, 전체 냉매 유량 중 냉매 투입통로(560)를 따라 압축기(53)를 통과하여 증발기(51)로 공급되는 냉매 유량이 증가하므로 기화 효율이 증가할 수 있다.In addition, since the refrigerant flow rate supplied to the
이때, 제2 팽창밸브(56)로부터 생성된 저온저압 냉매는 액분리기(52)에서 압축기(53)에 투입되는 중온저압 냉매의 종류에 따라 달라질 수 있다.In this case, the low-temperature and low-pressure refrigerant generated by the
구체적인 일례로, 액분리기(52)에서 압축기(53)에 투입되는 중온저압 냉매가 냉매증기인 경우, 제2 팽창밸브(56)는 저온저압의 냉매증기를 생성할 수 있다.As a specific example, when the medium temperature and low pressure refrigerant input to the
구체적인 다른예로, 액분리기(52)에서 압축기(53)에 투입되는 중온저압 냉매가 냉매액인 경우, 제2 팽창밸브(56)는 저온저압의 냉매액을 생성할 수 있다.As another specific example, when the medium-temperature and low-pressure refrigerant input to the
온도측정센서(70)는 연료전지(20)의 온도 또는 폐열의 온도를 측정할 뿐만 아니라 압축기(53)의 온도를 측정하며, 압축기(53)의 온도 정보를 제어모듈(80)로 송신할 수 있다.The
이에, 온도측정센서(70)는 연료전지(20)의 온도 또는 폐열의 온도와 압축기(53)의 온도를 측정하는 하나의 온도측정센서이거나, 연료전지(20)의 온도 또는 폐열의 온도를 측정하는 제1 온도측정센서와 압축기(53)의 온도를 측정하는 제2 온도측정센서로 이루어질 수 있다.Accordingly, the
제어모듈(80)은 응축기(54)에서 생성되는 중온고압 냉매가 일 실시예와 달리 냉매 이동통로(500)와 냉매 투입통로(560)를 따라 이동하게 되므로, 온도측정센서(70)로부터 수신하는 압축기(53)의 온도 정보에 따라 제1 팽창밸브(55) 및 제2 팽창밸브(56)를 제어할 수 있다.In the
구체적인 일례로, 제어모듈(80)은 온도측정센서(70)로부터 수신하는 압축기(53)의 온도 정보를 기반으로 압축기(53)의 과열이 발생되지 않은 것으로 판단하는 경우, 제1 팽창밸브(55)를 개방하면서 제2 팽창밸브(56)를 폐쇄하여 응축기(54)에서 생성되는 중온고압의 냉매가 냉매 이동통로(500)를 따라 제1 팽창밸브(55)에 투입되도록 할 수 있다.As a specific example, when the
구체적인 다른예로, 제어모듈(80)은 온도측정센서(70)로부터 수신하는 압축기(53)의 온도 정보를 기반으로 압축기(53)의 과열이 발생된 것으로 판단하는 경우, 제1 팽창밸브(55)와 제2 팽창밸브(56)를 개방하여 응축기(54)에서 생성된후 냉매 이동통로의 일부(500a)를 따라 이동되는 중온고압의 냉매가 냉매 이동통로(500)를 따라 이동되도록 하면서, 중온고압 냉매의 일부가 냉매 주입통로(560)를 따라 이동되도록 하여 중온고압 냉매가 제1 팽창밸브(55)와 제2 팽창밸브(56)에 각각 투입되도록 할 수 있다.As another specific example, when the
이러한 구체적인 다른예에서는 액화수소의 기화와 유체의 냉각이 이루어지면서 압축기(53)의 냉각이 이루어지는데, 제어모듈(80)은 제1 팽창밸브(55)와 제2 팽창밸브(56)의 개폐 제어를 통해 중온고압 냉매의 투입률을 설정할 수 있다.In this specific example, the
또한, 히트펌프(50)에서 액화수소의 기화 및 유체의 냉각을 위해 필요로 하는 냉매량이 압축기(53)의 냉각을 위해 필요로 하는 냉매량보다 상대적으로 크므로, 제어모듈(80)은 제1 팽창밸브(55)로 투입되는 중온고압의 냉매 투입률이 제2 팽창밸브(56)로 투입되는 중온고압의 냉매 투입률보다 크도록 제어할 수 있으며, 바람직하게는 제1 팽창밸브(55)로 투입되는 중온고압의 냉매 투입률과 제2 팽창밸브(56)로 투입되는 중온고압의 냉매 투입률은 6:4, 7:3, 8:2, 9:1 중 적어도 하나일 수 있다.In addition, since the amount of refrigerant required for vaporization of liquid hydrogen and cooling of the fluid in the
상기와 같은 일 실시예와 다른 실시예의 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템은 연료전지(20)로부터 배기되는 폐열 및/또는 외기를 이용하여 히트펌프(50)의 냉매사이클을 구현하여 액화수소를 효율적으로 기화시키는 효과가 있다.The high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump of one embodiment and another embodiment as described above uses waste heat and/or outside air exhausted from the
또한, 일 실시예와 다른 실시예의 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템은 연료전지(20)의 운전상태에 따라 증발기(51)와 열교환될 유체를 선택함으로써, 히트펌프(50)의 냉매사이클이 효율적으로 운영되도록 하는 효과가 있다.In addition, the high-efficiency liquefied hydrogen vaporization system using the heat pump of one embodiment and another embodiment selects a fluid to be heat-exchanged with the
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.The detailed description of the preferred embodiments of the present invention disclosed as described above is provided to enable any person skilled in the art to make and practice the present invention. Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes can be made to the present invention without departing from the scope of the present invention. For example, those skilled in the art can use each configuration described in the above-described embodiments in a way in combination with each other. Accordingly, the present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.The present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit and essential characteristics of the present invention. Accordingly, the above detailed description should not be construed as restrictive in all respects but as exemplary. The scope of the present invention should be determined by a reasonable interpretation of the appended claims, and all modifications within the equivalent scope of the present invention are included in the scope of the present invention. The present invention is not intended to be limited to the embodiments shown herein but is to be accorded the widest scope consistent with the principles and novel features disclosed herein. In addition, claims that are not explicitly cited in the claims may be combined to form an embodiment or may be included as a new claim by amendment after filing.
10: 액화수소 탱크,
20: 연료전지,
30: 압력조절밸브,
40: 전동식 댐퍼,
41: 댐퍼 본체,
42: 폐열 투입구,
43: 외기 투입구,
44: 유체 배기구,
45: 댐퍼 날개,
46: 모터,
50: 히트펌프,
51: 증발기,
52: 액분리기,
53: 압축기,
54: 응축기,
55: 제1 팽창밸브,
56: 제2 팽창밸브,
60: 연료 회수기,
70: 온도측정센서,
80: 제어모듈,
100: 액화수소 배출통로,
200: 폐열 배기통로,
300: 외기 투입통로,
400: 유체 배기통로,
500: 냉매 이동통로,
560: 냉매 투입통로,
600: 연료 회수통로.10: liquid hydrogen tank, 20: fuel cell,
30: pressure control valve, 40: electric damper,
41: damper body, 42: waste heat inlet,
43: fresh air inlet, 44: fluid exhaust port,
45: damper wing, 46: motor,
50: heat pump, 51: evaporator,
52: liquid separator, 53: compressor,
54: condenser, 55: first expansion valve,
56: a second expansion valve, 60: a fuel recoverer;
70: temperature sensor, 80: control module,
100: liquid hydrogen exhaust passage, 200: waste heat exhaust passage,
300: outside air input passage, 400: fluid exhaust passage,
500: refrigerant moving passage, 560: refrigerant input passage,
600: fuel recovery passage.
Claims (10)
액화수소를 저장 및 배출하는 액화수소 탱크;
상기 액화수소의 기화를 통해 생성된 기화수소와 산소를 반응시키는동안 발생되는 폐열인 중온의 산소 또는 상기 중온보다 상대적으로 고온의 산소를 폐열 배기통로에 배기하는 연료전지;
상기 폐열 배기통로와 연결되는 폐열 투입구, 외기 투입통로와 연결되는 외기 투입구, 유체 배기통로와 연결되는 유체 배기구가 형성되며, 상기 폐열 투입구 및/또는 상기 외기 투입구와 상기 유체 배기구를 연통시키기 위한 댐퍼 날개를 구비하는 전동식 댐퍼; 및
상기 연료전지의 운전 상태에 따라 상기 유체 배기구와 연결된 유체 배기통로를 따라 배기되는 외기, 상기 외기와 상기 중온의 산소가 혼합된 공기, 상기 고온의 산소 중 적어도 하나인 유체와의 열교환에 기반하여 생성된 고온고압 냉매를 통해 상기 액화수소를 기화시키는 히트펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템.In a high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump,
liquid hydrogen tank for storing and discharging liquid hydrogen;
a fuel cell for discharging medium temperature oxygen, which is waste heat generated during reaction of hydrogen vaporized through vaporization of the liquid hydrogen with oxygen, or oxygen having a relatively high temperature than the medium temperature, to a waste heat exhaust passage;
A waste heat inlet connected to the waste heat exhaust passage, an outdoor air inlet connected to the outdoor air input passage, and a fluid exhaust port connected to the fluid exhaust passage are formed, and a damper blade for communicating the waste heat inlet and/or the outdoor air inlet and the fluid exhaust port An electric damper having a; and
Produced based on heat exchange with a fluid that is at least one of external air exhausted along a fluid exhaust passage connected to the fluid exhaust port according to the operating state of the fuel cell, air in which the outdoor air and the medium temperature oxygen are mixed, and the high temperature oxygen A high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump comprising a; a heat pump for vaporizing the liquid hydrogen through the high-temperature and high-pressure refrigerant.
상기 전동식 댐퍼는,
상기 연료전지가 운전되기 전인 경우, 상기 댐퍼 날개를 통해 상기 폐열 투입구를 폐쇄하되, 상기 외기 투입구와 상기 유체 배기구를 연통시켜 상기 외기가 상기 유체 배기구를 통해 상기 유체 배기통로에 배기되도록 하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템.The method of claim 1,
The electric damper is
Before the fuel cell is operated, the waste heat inlet is closed through the damper blade, and the outdoor air inlet and the fluid exhaust port are communicated so that the outside air is exhausted to the fluid exhaust passage through the fluid exhaust port. A high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump.
상기 전동식 댐퍼는,
상기 연료전지가 상기 중온의 산소를 배기하는 초기운전 상태인 경우, 상기 댐퍼 날개를 통해 상기 폐열 투입구, 상기 외기 투입구 및 상기 유체 배기구를 연통시켜 상기 외기와 상기 중온의 산소가 혼합된 공기가 상기 유체 배기구를 통해 상기 유체 배기통로에 배기되도록 하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템.The method of claim 1,
The electric damper is
When the fuel cell is in an initial operation state in which the medium temperature oxygen is exhausted, the waste heat inlet, the outdoor air inlet, and the fluid exhaust port are communicated through the damper blade to allow the air in which the outdoor air and the medium temperature oxygen are mixed to be converted into the fluid A high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump, characterized in that it is exhausted to the fluid exhaust passage through the exhaust port.
상기 중온의 산소는,
상기 연료전지가 상기 기화수소와 산소를 반응시키기 위한 기설정된 운전온도로 발열되기 전인 상기 초기운전 상태에서 배기하는 폐열인 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템.4. The method of claim 3,
The medium temperature oxygen,
High-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump, characterized in that the fuel cell is waste heat exhausted in the initial operation state before the fuel cell generates heat to a preset operation temperature for reacting the hydrogen vaporized with oxygen.
상기 전동식 댐퍼는,
상기 연료전지가 상기 고온의 산소를 배기하는 정격운전 상태인 경우, 상기 댐퍼 날개를 통해 상기 외기 투입구를 폐쇄하되, 상기 폐열 투입구와 상기 유체 배기구를 연통시켜 상기 고온의 산소가 상기 유체 배기구를 통해 상기 유체 배기통로에 배기되도록 하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템.The method of claim 1,
The electric damper is
When the fuel cell is in a rated operation state in which the high-temperature oxygen is exhausted, the outside air inlet is closed through the damper blade, and the waste heat inlet and the fluid exhaust port are in communication with each other so that the high-temperature oxygen is supplied through the fluid exhaust port. A high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump, characterized in that it is exhausted to the fluid exhaust passage.
상기 고온의 산소는,
상기 연료전지가 상기 기화수소와 산소를 반응시키기 위한 기설정된 운전온도로 발열되는 상기 정격운전 상태에서 배기하는 폐열인 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템.6. The method of claim 5,
The high-temperature oxygen is
A high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump, characterized in that the fuel cell is waste heat exhausted in the rated operation state in which heat is generated at a preset operation temperature for reacting the hydrogen vaporized with oxygen.
상기 히트펌프는,
상기 유체 배기통로를 따라 배기되는 상기 유체와 저온저압 냉매의 열교환을 통해 상기 유체를 냉각시키면서 상기 저온저압 냉매의 증발을 통해 중온저압 냉매를 생성하는 증발기;
상기 증발기로부터 생성된 상기 중온저압 냉매를 냉매증기와 냉매액으로 분리하는 액분리기;
상기 액분리기를 통해 분리된 냉매증기 또는 냉매액을 압축하여 상기 고온고압 냉매로 생성하는 압축기;
상기 압축기를 통해 생성된 상기 고온고압 냉매와 상기 액화수소의 열교환을 통해 상기 액화수소를 기화시키면서 상기 고온고압 냉매의 응축을 통해 중온고압 냉매를 생성하는 응축기; 및
상기 응축기를 통해 생성된 상기 중온고압 냉매를 팽창시켜 상기 저온저압 냉매를 생성하는 제1 팽창밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템.The method of claim 1,
The heat pump is
an evaporator which cools the fluid through heat exchange between the fluid discharged along the fluid exhaust passage and the low-temperature and low-pressure refrigerant and generates a medium-temperature and low-pressure refrigerant through evaporation of the low-temperature and low-pressure refrigerant;
a liquid separator for separating the medium temperature and low pressure refrigerant generated from the evaporator into refrigerant vapor and refrigerant liquid;
a compressor for compressing the refrigerant vapor or refrigerant liquid separated through the liquid separator to generate the high-temperature and high-pressure refrigerant;
a condenser that vaporizes the liquid hydrogen through heat exchange between the high-temperature and high-pressure refrigerant generated through the compressor and the liquid hydrogen, and generates a medium-temperature and high-pressure refrigerant through condensation of the high-temperature and high-pressure refrigerant; and
A high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump, comprising a; a first expansion valve that expands the medium-temperature and high-pressure refrigerant generated through the condenser to generate the low-temperature and low-pressure refrigerant.
상기 히트펌프는,
상기 증발기, 상기 액분리기, 상기 압축기, 상기 응축기 및 상기 제1 팽창밸브를 연결하여 냉매가 이동되도록 하기 위한 냉매 이동통로가 구비되는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템.8. The method of claim 7,
The heat pump is
A high-efficiency liquefied hydrogen vaporization system using a heat pump, characterized in that a refrigerant moving passage is provided for moving the refrigerant by connecting the evaporator, the liquid separator, the compressor, the condenser and the first expansion valve.
상기 히트펌프는,
상기 응축기와 상기 제1 팽창밸브를 연결하는 상기 냉매 이동통로의 일부와 연통되되 상기 압축기와 연결되는 냉매 투입통로에 설치되는 제2 팽창밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템.9. The method of claim 8,
The heat pump is
High-efficiency liquefied hydrogen using a heat pump characterized in that it communicates with a part of the refrigerant passage connecting the condenser and the first expansion valve, and a second expansion valve is installed in the refrigerant input passage connected to the compressor. vaporization system.
상기 제2 팽창밸브는,
상기 압축기의 과열을 방지하면서 기화 효율을 높이기 위하여, 상기 냉매 이동통로의 일부를 따라 이동되는 상기 중온고압 냉매의 일부를 팽창시켜 생성한 저온저압 냉매가 상기 냉매 투입통로를 통해 상기 압축기에 투입되도록 하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 고효율 액화수소 기화 시스템.10. The method of claim 9,
The second expansion valve,
In order to prevent overheating of the compressor and increase vaporization efficiency, the low-temperature and low-pressure refrigerant generated by expanding a part of the medium-temperature and high-pressure refrigerant moving along a part of the refrigerant passage is introduced into the compressor through the refrigerant input passage. A high-efficiency liquid hydrogen vaporization system using a heat pump, characterized in that.
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KR101984122B1 (en) | 2018-01-04 | 2019-05-30 | 고등기술연구원연구조합 | Complex generation system with multi-supercritical carbon dioxide generationand and fuel cell |
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- 2021-03-29 KR KR1020210040580A patent/KR20220136520A/en unknown
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---|---|---|---|---|
KR101813231B1 (en) | 2017-03-20 | 2018-01-30 | 주식회사 팝스 | Fuel cell system for charging electric vehicle batteries |
KR101984122B1 (en) | 2018-01-04 | 2019-05-30 | 고등기술연구원연구조합 | Complex generation system with multi-supercritical carbon dioxide generationand and fuel cell |
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