WO2014104610A1 - 연료전지를 이용한 보일러 시스템 - Google Patents

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WO2014104610A1
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boiler
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intake
line
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이정운
이덕권
이대녕
김인찬
김은정
손승길
신석재
김종민
김진형
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주식회사 경동나비엔
한국가스안전공사
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Definitions

  • the present invention relates to a boiler system using a fuel cell, and more particularly to a fuel cell and an exhaust port for discharging exhaust gas generated during operation of a boiler and a fuel having an efficient inlet structure for supplying oxygen required for operation.
  • a battery based boiler system A battery based boiler system.
  • a boiler system receives fuel from a boiler installed inside or outside a home or building to burn the fuel.
  • the water is heated by the combustion heat of the boiler, and the heated hot water is circulated with the boiler and circulated through a heat radiation circulation line embedded in the floor of the room.
  • Water is heated in the boiler, flows through the heat dissipation circulation line, and repeats the circulation flow, which is heated in the boiler, and heat is transferred to the indoor floor to heat the indoor floor.
  • a hot water line is connected to the boiler, and the hot water line is connected to a water line to which tap water is supplied, and the water line is connected to a washroom, a bathroom or a kitchen.
  • the boiler system burns gas or petroleum, heats the water with the heat of combustion, and heats the room, and also uses hot water, thereby increasing the use of gas or petroleum, thereby increasing the generation of pollutants harmful to the human body.
  • the economic burden on households is increasing due to the depletion of fossil fuels.
  • boilers are used together because the electricity generated from the fuel cell is supplied to the outside and the incident heat generated in the form of hot water is used for heating and hot water supply.
  • the present invention has been made to solve these problems, to solve the space, structure and installation inconvenience caused by installing the fuel cell intake and exhaust inlet for the boiler, respectively, and the exhaust gas according to the increase in the number of intake and exhaust It is to provide a boiler system using a fuel cell that can reduce the risk of leakage.
  • Boiler system using a fuel cell the boiler is installed in a home or building; A fuel cell which generates electricity and heat of reaction by electrochemical reaction of fuel and oxygen; A storage tank for recovering and storing the reaction heat generated by the fuel cell through a fluid; A heating line embedded in an indoor floor of a home or a building; A hot water line connected to supply hot water to a washroom or kitchen of a home or building through the boiler and the storage tank when water is supplied from the outside; At least one or more first exhaust lines of the boiler, at least one or more first intake lines, at least one or more second exhaust lines, or at least one or more second intake lines of the fuel cell are connected and commonly used. Characterized in that it comprises an intake and exhaust tube.
  • the first exhaust line and the first intake line of the boiler, the second exhaust line and the second intake line of the fuel cell is generated.
  • the intake and exhaust lines of the boiler and the fuel cell can be manufactured as a single intake and exhaust pipe integrated pipe consisting of a multi-pipe member or a pipe member having a partition wall is complicated.
  • the piping configuration can be simplified and the possibility of leakage of the intake and exhaust lines can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a boiler system using a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 to 4 are respectively a perspective view, another perspective view, and a cross-sectional view of an intake and exhaust pipe integration tube 190 of the boiler system 100 using a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
  • 5 to 13 are schematic views of a boiler system using a fuel cell according to a modified embodiment of the present invention.
  • a fuel cell and a boiler are installed in a home or a building, and the fluid is heated by the heat of reaction generated from the fuel cell and the combustion heat of the boiler, and thus, the interior of the indoor floor of the home or building, etc.
  • a boiler system using a fuel cell is provided, which heats the room while circulating and heats tap water by the heat of reaction of the fuel cell and the heat of combustion of the boiler to provide hot water to a washroom or kitchen of a home or building.
  • the boiler system 100 using a fuel cell generates electricity and heat of reaction by an electrochemical reaction between a boiler 110, fuel, and oxygen installed in a home or building.
  • Fuel cell 130 to generate, a storage tank 150 for recovering and storing the reaction heat generated by the fuel cell 130 through the fluid, the heating line 170 embedded in the indoor floor of the home or building, the outside
  • the hot water line 180 connected to supply hot water to a washroom or kitchen of a home or building via the boiler 110 or the storage tank 150, and the boiler 110 and the fuel cell 130.
  • the boiler 110 may be classified into various types according to the type of heat source, installation form, installation place, intake and exhaust method, water supply method, heat dissipation method, heat exchanger structure and the like.
  • the boiler 110 of the boiler system 100 using a fuel cell includes a fuel injection mechanism 111a for injecting fuel supplied from a first fuel supply line 111 and the fuel injection mechanism.
  • a burner 113 for mixing the injected fuel with air and the mixed gas are ejected through the salt hole 113a of the burner 113, so that combustion occurs during operation of the ignition device.
  • Combustion chamber 115 is included.
  • the boiler 110 is designed to suitably arrange the forced flow generating means 116 such as a blower and forcibly sucks indoor or outdoor air through the first intake line 118 while exhaust gas is discharged by the negative pressure.
  • the exhaust line 117 may be discharged to the outside.
  • the heat source of the storage tank 150 fluid may be configured to be supplied to the heating line 170 directly or via the boiler 110.
  • heating line 170 and the storage tank 150 may be connected to the fluid passing through the heating line 170 to the storage tank 150.
  • the fuel cell 130 continuously supplies air including fuel and oxygen such as hydrogen to generate heat as electrical energy and by-products by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.
  • the fuel cell 130 may be a molten carbonate fuel cell (MCFC, Molten Carbonate Fuel Cells), or a solid oxide fuel cell (SOFC), or 200? Phosphoric Acid Fuel Cells (PAFC), and Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) that operate at relatively low temperatures.
  • MCFC molten carbonate fuel cell
  • SOFC solid oxide fuel cell
  • PAFC Phosphoric Acid Fuel Cells
  • PEMFC Proton Exchange Membrane Fuel Cells
  • the fuel cell 130 includes a fuel electrode 131a and an air electrode 131b.
  • the fuel cell 130 includes an electrochemical reaction between reformed gas or hydrogen supplied to the fuel electrode 131a and oxygen supplied to the air electrode 131b.
  • the stack unit 131 for generating energy and byproduct heat, a reforming unit 133 for supplying hydrogen to the fuel electrode 131a side of the stack unit 131, and the reforming unit 133.
  • the second fuel supply line 134 for supplying fuel to the second
  • the second intake line 135 for supplying air to the cathode 131b of the reforming unit 133 and the stack 131
  • the stack 131 Power conversion unit 137 for converting the electrical energy generated from the power to commercial power
  • a second exhaust line 139 for sending the gas discharged from the reforming unit 133 and the stack 131 to the outside.
  • the fuel may be fuel such as LNG, LPG, hydrocarbon-based (CH-based) fuel, and hydrogen.
  • the first exhaust line 117 and the first intake line 118 of the boiler 110 and the fuel cell 130 of The second exhaust line 139 and the second intake line 135 may communicate with the atmosphere through the intake and exhaust inlet 190a through one intake and exhaust tube 190.
  • the first exhaust line 117 and the first intake line 118 of the boiler 110 and the second exhaust line 139 and the second intake line 135 of the fuel cell 130 are respectively installed.
  • the inconvenience of space, structure, and installation of the boiler system 100 such as the problem of space restrictions caused by, for example, the problem of having to drill a plurality of holes in the inner and outer walls of the boiler room can be solved.
  • FIGS. 2 to 4 an intake and exhaust pipe integration tube 190 of the boiler system 100 using a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described.
  • FIGS. 2 to 4 are respectively a perspective view, another perspective view, and a sectional view of the intake and exhaust pipe integration tube 190 of the boiler system 100 using a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
  • the intake and exhaust pipe integration tube 190 of the boiler system 100 using a fuel cell is the first exhaust line 117 of the boiler 110 and A first pipe part 191, a second pipe part 192, and a first pipe part 191 and a second pipe part 191 connected to the first intake line 118 and the second exhaust line 139 and the second intake line 135 of the fuel cell 130, respectively.
  • the third pipe portion 193 and the fourth pipe portion 194 may be formed of a quadruple tube which is disposed overlapping about the concentric axis.
  • An intake and exhaust pipe integration tube 190 of the boiler system 100 using a fuel cell is the first exhaust line 117 of the boiler 110 and the second exhaust line of the fuel cell 130.
  • 139 may be commonly used as the first pipe member 191
  • the first intake line 118 and the second intake line 135 of the fuel cell 130 may be commonly used as the second pipe part 192.
  • the first pipe part 191 and the second pipe part 192 may be formed of a double pipe overlapping with respect to the concentric axis.
  • the second intake line 135 and the second exhaust line 139 of the fuel cell 130 as shown in FIG. 3 may be arranged in the form of branch pipes in the first pipe part 191.
  • first pipe part 191 and a second pipe part 192 connected to the first exhaust line 117 and the first intake line 118 of the boiler 110 are respectively connected to the second of the fuel cell 130.
  • the intake line 135 and the second exhaust line 139 may be connected in the form of a plurality of branch pipes.
  • the intake and exhaust pipe integration tube 190 of the boiler system 100 using the fuel cell according to an embodiment of the present invention may have at least two or more multiple pipes or branch pipes, as shown in FIG.
  • the partition wall 191a is formed in one first pipe part 191 so that the cross-sectional area of the first pipe part 191 is formed in the intake area A of the boiler 110 and the fuel cell 130 according to the exhaust flow or the intake amount.
  • the boiler 110 and the fuel cell 130 may be partitioned into an exhaust zone B.
  • the intake and exhaust lines of the boiler 110 and the fuel cell 130 can be manufactured with a single intake and exhaust tube 190, the complicated pipe configuration can be simplified and the possibility of leakage of the pipe can be reduced.
  • 5 to 12 are schematic diagrams of a boiler system using a fuel cell according to a modified embodiment of the present invention.
  • the intake and exhaust integration tube 190 of the boiler system 100 using the fuel cell is connected to one intake and exhaust integration port 190a and one partition wall 191a. Outdoor air introduced through the first pipe member 191 divided through the first through the first intake line 118 of the boiler 110 and the second intake line 135 of the fuel cell 130 In addition, gas exhausted through the first exhaust line 117 and the second exhaust line 139 of the fuel cell 130 may be exhausted through one integrated pipe 190a through the first pipe member 191. Can be configured.
  • the intake and exhaust ports of the boiler 110 and the fuel cell 130 are integrated into one and commonly used.
  • the intake air inlet tube 191 of the boiler system 100 using a fuel cell As shown in Figure 6, the intake air inlet tube 191 of the boiler system 100 using a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the first pipe member 191 connected to one intake air inlet 190a ) Is introduced into the outdoor air through the first intake line 118 of the boiler 110 and the second intake line 135 of the fuel cell 130, and the first exhaust line 117 and the The gas exhausted through the second exhaust line 139 of the fuel cell 130 may be exhausted through another intake and exhaust inlet port 191a through another first pipe member 191.
  • intake and exhaust ports of the boiler 110 and the fuel cell 130 are commonly used.
  • the first intake line 118 of the boiler 110 and the second intake line 135 of the fuel cell 130 share the first pipe member 191. Intake flow between the control panel and the exhaust flow between the first exhaust line 117 of the boiler 110 and the second exhaust line 139 of the fuel cell 130 so as to prevent the backflow occurs.
  • Electronic control means 160 such as a damper means or a solenoid ball may be used at the intersection of the two lines.
  • the intake and exhaust integration tube 190 of the boiler system 100 using the fuel cell according to an embodiment of the present invention may be a double pipe connected to one intake and exhaust integration port 190a.
  • the double pipe communicates with the first exhaust pipe 117 of the boiler 110 and the second exhaust line 135 of the fuel cell 130 by communicating with the first pipe member 191.
  • 130 uses a single pipe member 191 as an exhaust line, and separates the second pipe member 192 surrounding the first pipe member 191 using the partition wall 192a.
  • the first intake line 118 of the boiler 110 and the second intake line 139 of the fuel cell 130 are in communication with each other so that the first intake line 118 and the fuel cell 130 of the boiler 110. Each characteristic may be maintained by preventing mixing of the intake gas of the second intake line 139.
  • the first exhaust line 117 of the boiler 110 and the second exhaust line 139 of the fuel cell 130 share the first pipe member 191.
  • Electronic control means 160 such as a damper means or a solenoid ball, may be used at the intersection of the two lines to control the exhaust flow between the two lines to prevent backflow from occurring.
  • the intake and exhaust tube of the boiler system 100 using a fuel cell according to an embodiment of the present invention 190 is connected to one intake and exhaust inlet 190a and the inner and outer pipe members It may be a double pipe formed with a partition.
  • the first pipe member 191 is separated using the partition wall 191a, and the first exhaust line 117 of the boiler 110 and the second exhaust line 139 of the fuel cell 130 are connected to each other.
  • the boiler 110 and the fuel cell 130 share the area of one first pipe member 191 as a common exhaust line, so that the first exhaust line 117 and the fuel cell of the boiler 110 are used.
  • Each characteristic may be maintained by preventing the exhaust gases of the second exhaust line 139 of 130 from being mixed.
  • the second pipe member 192 surrounding the first pipe member 191 is also separated using the partition wall 192a, and the first intake line 118 of the boiler 110 and the first fuel cell 130 are separated. 2 to communicate with the intake line 135 so as not to mix the intake gas of the first intake line 118 of the boiler 110 and the second intake line 135 of the fuel cell 130 to maintain their respective characteristics. Can be.
  • the intake and exhaust tube of the boiler system 100 using the fuel cell according to an embodiment of the present invention 190 may be a triple pipe connected to one intake and exhaust inlet 190a. .
  • the triple pipe communicates with the boiler 110 and the fuel by communicating with the first exhaust line 118 of the boiler 110 and the second exhaust line 135 of the fuel cell 130 to the first pipe member 191.
  • the battery 130 commonly uses one first pipe member 191 as an exhaust line, and the second pipe member 192 and the third pipe member 193 sequentially surrounding the first pipe member 191.
  • the second intake line 139 of the fuel cell 130 and the first intake line 117 of the boiler 110 communicate with each other so that the first intake line 117 of the boiler 110 and the fuel are respectively connected to each other.
  • the intake gas of the second intake line 139 of the battery 130 may not be mixed to maintain respective characteristics.
  • the triple pipe structure, the partition wall 191a is installed in the first pipe member 191 to be separated into two regions, and the first exhaust line of the boiler 110 ( 118 and the second exhaust line 135 of the fuel cell 130 communicate with each other, the boiler 110 and the fuel cell 130 divide the area of one first pipe member 191 as a common exhaust line. Accordingly, the characteristics of each of the first exhaust line 118 of the boiler 110 and the exhaust gas of the second exhaust line 135 of the fuel cell 130 may not be mixed.
  • Electronic control means 160 such as a damper means or a solenoid ball, may be used at the intersection of the two lines to control the exhaust flow between the 135 to prevent backflow from occurring.
  • the first exhaust line and the first intake line of the boiler, the second exhaust line and the second intake line of the fuel cell is generated.

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템은, 가정이나 건물 등에 설치되는 보일러; 연료와 산소의 전기화학적 반응에 의해서 전기와 반응열을 발생시키는 연료전지; 상기 연료전지에서 생성되는 반응열을 유체를 통해 회수하여 저장하는 저장 탱크; 가정이나 건물 등의 실내 바닥에 매설되는 난방 라인; 외부에서 물이 공급되면 상기 보일러 및 상기 저장 탱크를 거쳐 가정이나 건물의 세면실이나 주방 등에 온수가 공급되도록 연결되는 온수 라인; 상기 보일러의 적어도 1 이상의 제 1 배기라인, 적어도 1 이상의 제 1 흡기라인, 상기 연료전지의 적어도 1 이상의 제 2 배기라인, 적어도 1 이상의 제 2 흡기라인 중 적어도 2 이상이 연결되어 공통 사용되는 하나의 흡배기통합관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연료전지를 이용한 보일러 시스템
본 발명은 연료전지를 이용한 보일러 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지와 보일러의 운전 중 발생된 배기가스를 배출하기 위한 배기구 및 운전에 필요한 산소의 공급을 위한 흡기구의 구조를 효율적으로 구성한 연료전지 기반 보일러 시스템에 관한 것이다.
사계절의 변화가 있거나 추운 지방의 나라에서는 가정이나 건물 등의 실내 난방을 위하여 에너지원으로 석유, 가스, 석탄 등을 사용하는 보일러 시스템이 적용되고 있다.
일반적인 보일러 시스템은 가정이나 건물 등의 실내외에 설치된 보일러에서 연료를 공급받아 그 연료를 연소시키게 된다. 그 보일러의 연소열에 의해 물이 가열되고 그 가열된 온수는 그 보일러와 순환 연결되어 실내의 바닥에 매설된 방열용 순환 라인을 통해 순환하게 된다. 물이 보일러에서 가열되어 방열용 순환 라인을 통해 유동하고 다시 보일러에서 가열되는 순환 유동을 반복하면서 열이 실내 바닥으로 전달되어 실내의 바닥을 가열시키게 된다.
또한 상기 보일러에 온수 라인이 연결되며 그 온수 라인은 수도물이 공급되는 수도 라인과 연결되고 그 수도 라인은 세면실, 욕실 또는 주방 등에 연결되도록 설치된다.
그러나 상기한 바와 같은 보일러 시스템은 가스나 석유를 연소시키고 그 연소열로 물을 가열하여 실내를 난방하고 또한 온수를 사용하게 되므로 가스나 석유의 사용량이 많게 되어 인체에 유해한 오염 물질의 발생을 가중시키게 될 뿐만 아니라 화석연료의 고갈에 따라 가계의 경제적 부담이 점점 증가되고 있다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여, 최근에는 전기와 열을 동시에 발생시키면서 환경공해 물질의 배출량을 줄일 수 있고, 전기 및 난방요금을 감소시킬 수 있는 연료전지를 주택 또는 건물에 설치하여 사용자가 필요로 하는 전기와 열을 직접 생산하여 사용하는 방안이 연구되고 있다.
그러나, 연료전지에서 생산된 전기를 외부로 공급함과 동시에 부수적으로 발생되는 열을 온수의 형태로 회수하여 난방과 급탕에 이용하기 때문에 보일러가 같이 사용되고 있다.
따라서, 연료전지용 흡배기구와 보일러용 흡배기구가 각각 필요하여 공간 구조 및 설치상의 불편함을 초래하는 문제점이 있다.
또한, 흡배기구의 개수가 많아짐에 따라, 배출가스의 외부 누출 위험이 높아지는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 연료전지용 흡배기구와 보일러용 흡배기구를 각각 설치하느라 발생되는 공간, 구조 및 설치상의 불편함을 해소하고, 흡배기구의 개수 증가에 따른 배출가스의 누출 위험을 감소시킬 수 있는 연료전지를 이용한 보일러 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템은, 가정이나 건물 등에 설치되는 보일러; 연료와 산소의 전기화학적 반응에 의해서 전기와 반응열을 발생시키는 연료전지; 상기 연료전지에서 생성되는 반응열을 유체를 통해 회수하여 저장하는 저장 탱크; 가정이나 건물 등의 실내 바닥에 매설되는 난방 라인; 외부에서 물이 공급되면 상기 보일러 및 상기 저장 탱크를 거쳐 가정이나 건물의 세면실이나 주방 등에 온수가 공급되도록 연결되는 온수 라인; 상기 보일러의 적어도 1 이상의 제 1 배기라인, 적어도 1 이상의 제 1 흡기라인, 상기 연료전지의 적어도 1 이상의 제 2 배기라인, 적어도 1 이상의 제 2 흡기라인 중 적어도 2 이상이 연결되어 공통 사용되는 하나의 흡배기통합관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템에 의하면, 상기 보일러의 제 1 배기라인 및 제 1 흡기라인과, 상기 연료전지의 제 2 배기라인과 제 2 흡기라인을 각각 설치하느라 발생되는 공간상 제약, 예를 들어 보일러실 내외벽에 여러 개의 구멍을 뚫어야 하는 문제점 등, 연료전지를 이용하는 보일러시스템의 공간, 구조, 설치상의 불편함을 해소할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템에 의하면, 보일러와 연료전지의 흡배기라인들이 다중관부재 또는 격벽을 갖는 관부재로 이루어진 하나의 흡배기통합관으로 제조될 수 있기 때문에 복잡한 배관구성을 단순화시킬 수 있고, 흡배기라인의 누출 가능성을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템에 의하면, 보일러와 연료전지의 흡배기라인들의 교차지점에 댐퍼수단 또는 전자기적 밸브수단을 구비하여 역류를 구조적으로 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템의 개략도이다.
도 2 내지 도 4는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템(100)의 흡배기통합관(190)의 사시도, 또 다른 사시도, 및 단면도이다.
도 5 내지 도 13는 본 발명의 변형실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템의 개략도이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 가정이나 건물 등에 연료전지 및 보일러를 설치하고, 그 연료전지에서 발생되는 반응열과 보일러의 연소열에 의해 유체가 가열되어 가정이나 건물 등의 실내 바닥 내부를 순환하면서 그 실내를 난방시키며, 그 연료전지의 반응열과 보일러의 연소열에 의해 수도물을 가열하여 가정이나 건물의 세면실이나 주방 등에 온수를 제공하는 것을 특징으로 하는 연료전지를 이용한 보일러 시스템이 제공된다.
이하, 본 발명의 연료전지를 이용한 보일러 시스템을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템(100)은 가정이나 건물 등에 설치되는 보일러(110), 연료와 산소의 전기화학적 반응에 의해서 전기와 반응열을 발생시키는 연료전지(130), 상기 연료전지(130)에서 생성되는 반응열을 유체를 통해 회수하여 저장하는 저장 탱크(150), 가정이나 건물 등의 실내 바닥에 매설되는 난방 라인(170), 외부에서 물이 공급되면 상기 보일러(110) 또는 상기 저장 탱크(150)를 거쳐 가정이나 건물의 세면실이나 주방 등에 온수가 공급되도록 연결되는 온수 라인(180), 및 상기 보일러(110) 및 연료전지(130)에서 연소 또는 전기화학적 반응이 일어나도록 산소를 공급하고, 상기 보일러(110) 및 연료전지(130)의 연소 또는 캐소드 공기극에서 발생된 가스를 배출하기 위한 흡배기통합관(190)을 포함한다.
일반적으로, 상기 보일러(110)는 열원의 종류, 설치형태, 설치장소, 흡배기방식, 급수방식, 방열방식, 열교환기 구조 등에 따라서 다양한 종류로 구분될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템(100)의 보일러(110)는 제 1 연료공급라인(111)으로부터 공급된 연료를 분사하는 연료분사기구(111a)와, 상기 연료분사기구(111a)를 통해서 연료가 분사되면, 분사된 연료를 공기와 혼합하는 버너(113)와, 상기 혼합 가스가 상기 버너(113)의 염공(113a)을 통해서 분출되어 점화장치의 작동시 연소가 일어나는 연소실(115)를 포함한다.
상기 보일러(110)는 블로워 등의 강제유동발생수단(116)을 적합하게 어레이 설계하여 실내 혹은 실외공기를 강제로 상기 제 1 흡기라인(118)을 통해서 흡입하면서, 부압에 의해서 배기가스가 제 1 배기라인(117)을 통해서 실외로 배출되도록 할 수 있다.
상기 저장 탱크(150)유체의 열원이 직접 또는 상기 보일러(110)를 거쳐 난방 라인(170)으로 공급되도록 구성될 수도 있다.
또한, 상기 난방라인(170)을 거친 유체가 상기 저장 탱크(150)로 유입되도록 상기 난방라인(170)과 저장 탱크(150)를 연결할 수도 있다.
상기 연료전지(130)는 수소 등의 연료와 산소를 포함하는 공기를 지속적으로 공급하여 수소와 산소의 전기 화학적 반응에 의해 전기 에너지와 부산물로써 열을 발생시키게 된다.
상기 연료전지(130)는 600?이상의 고온에서 작동하는 용융 탄산염형 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cells), 또는 고체산화물형연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cells), 또는 200? 이하의 비교적 저온에서 작동하는 인산형 연료전지(PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cells), 및 고분자전해질연료전지(PEMFC, Proton Exchange Membrane Fuel Cells)로 이루어질 수 있다.
상기 연료전지(130)는 연료극(131a)과 공기극(131b)을 포함하여 구성되며 상기 연료극(131a)에 공급되는 개질가스 또는 수소와 상기 공기극(131b)에 공급되는 산소의 전기 화학적 반응에 의해 전기 에너지와 부산물인 열을 생성시키는 스택부(131), 연료를 공급받아 수소로 개질하여 상기 스택부(131)의 연료극(131a)측에 수소를 공급하는 개질부(133), 상기 개질부(133)에 연료를 공급하는 제 2 연료공급라인(134), 상기 개질부(133) 및 스택부(131)의 공기극(131b)에 공기를 공급하는 제 2 흡기라인(135), 상기 스택부(131)에서 발생되는 전기 에너지를 상용 전원으로 변환시키는 전력변환부(137), 및 상기 개질부(133) 및 스택부(131)로부터 배출되는 가스를 외부로 보내기 위한 제 2 배기라인(139)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 연료는 LNG, LPG, 탄화수소계(CH계열) 연료 및 수소 등의 연료일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템(100)에 있어서, 상기 보일러(110)의 제 1 배기라인(117) 및 제 1 흡기라인(118)과, 상기 연료전지(130)의 제 2 배기라인(139)및 제 2 흡기라인(135)은 하나의 흡배기통합관(190)을 통해서 흡배기통합구(190a)를 통해 대기와 연통할 수 있다.
따라서, 상기 보일러(110)의 제 1 배기라인(117) 및 제 1 흡기라인(118)과, 상기 연료전지(130)의 제 2 배기라인(139)과 제 2 흡기라인(135)을 각각 설치하느라 발생되는 공간상 제약, 예를 들어 보일러실 내외벽에 여러 개의 구멍을 뚫어야 하는 문제점 등, 보일러시스템(100)의 공간, 구조 및 설치상의 불편함을 해소할 수 있다.
이하 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템(100)의 흡배기통합관(190)에 대해서 설명한다.
도 2 내지 도 4는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템(100)의 흡배기통합관(190)의 사시도, 또 다른 사시도, 단면도이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템(100)의 흡배기통합관(190)은 상기 보일러(110)의 제 1 배기라인(117) 및 제 1 흡기라인(118)과, 상기 연료전지(130)의 제 2 배기라인(139)과 제 2 흡기라인(135)이 각각 연결되는 제 1 관부(191), 제 2 관부(192), 제 3관부(193), 제 4 관부(194)가 동심축을 중심으로 중첩 배치되는 4중관으로 이루어질 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템(100)의 흡배기통합관(190)은 상기 보일러(110)의 제 1 배기라인(117)과 상기 연료전지(130)의 제 2 배기라인(139)를 제 1 관부재(191)로 공통 사용할 수도 있고, 제 1 흡기라인(118)과 상기 연료전지(130)의 제 2 흡기라인(135)을 제 2 관부(192)로 공통 사용할 수도 있다. 이 경우 제 1 관부(191)와 제 2 관부(192)가 동심축을 중심으로 중첩 배치되는 2중관으로 이루어질 수도 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같은 상기 연료전지(130)의 제 2 흡기라인(135)과 제 2 배기라인(139)이 제 1 관부(191)내에 분기관의 형태로 배치될 수도 있다.
또한, 상기 보일러(110)의 제 1 배기라인(117) 및 제 1 흡기라인(118)에 각각 연결되는 제 1 관부(191), 제 2 관부(192)에 상기 연료전지(130)의 제 2 흡기라인(135)와 제 2 배기라인(139)이 복수개 분기관의 형태로 연결될 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템(100)의 흡배기통합관(190)은 적어도 2 이상의 다중관 또는 분기관을 가질 수 있을 뿐만 아니라, 도 4에 도시된 바와 같이, 하나의 제 1 관부(191)내에 격벽(191a)을 형성하여 배기흐름 또는 흡기량에 따라 제 1 관부(191)의 단면 영역을 보일러(110) 및 연료전지(130)의 흡기영역(A)과,보일러(110) 및 연료전지(130)의 배기영역(B)로 구획할 수 있다.
따라서, 보일러(110)와 연료전지(130)의 흡배기라인들이 하나의 흡배기통합관(190)으로 제조될 수 있기 때문에 복잡한 배관구성을 단순화 할 수 있고 배관의 누출 가능성이 줄어들 수 있다.
이제 도 5 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 변형 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템에 대해 설명한다.
도 5 내지 도 12는 본 발명의 변형 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템의 개략도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템(100)의 흡배기통합관(190)은, 하나의 흡배기통합구(190a)에 연결되고 하나의 격벽(191a)을 통해서 나눠진 제 1 관부재(191)를 통해서 유입된 실외 공기가 상기 보일러(110)의 제 1 흡기라인(118)과 상기 연료전지(130)의 제 2 흡기라인(135)을 통해 유입되고, 제 1 배기라인(117)과 상기 연료전지(130)의 제 2 배기라인(139)을 통해 배기되는 가스가 상기 제 1 관부재(191)를 통해서 하나의 통합관구(190a)를 통해서 배기되도록 구성될 수 있다.
즉, 보일러(110)와 연료전지(130)의 흡기구와 배기구가 하나로 통합되어 공통 사용되었다.
도 6에 도시된 바와 같이,본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템(100)의 흡기통합관(191)은, 하나의 흡기통합구(190a)에 연결된 제 1 관부재(191)를 통해서 유입된 실외 공기가 상기 보일러(110)의 제 1 흡기라인(118)과 상기 연료전지(130)의 제 2 흡기라인(135)을 통해 유입되고, 제 1 배기라인(117)과 상기 연료전지(130)의 제 2 배기라인(139)을 통해 배기되는 가스가 또 다른 제 1 관부재(191)를 통해서 또 다른 하나의 흡배기통합구(191a)를 통해서 배기되도록 구성될 수 있다.
즉, 보일러(110)와 연료전지(130)의 흡기구와 배기구가 각각 공통 사용되었다.
이 경우, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 관부재(191)를 공통 사용하는 상기 보일러(110)의 제 1 흡기라인(118)과 상기 연료전지(130)의 제 2 흡기라인(135) 사이의 흡기흐름 및 상기 보일러(110)의 제 1 배기라인(117)과 상기 연료전지(130)의 제 2 배기라인(139) 사이의 배기흐름을 제어하여 역류가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 두 라인의 교차지점에 댐퍼수단 또는 솔레노이드밸드 등 전자적 제어수단(160)이 이용될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템(100)의 흡배기통합관(190)은 하나의 흡배통합구(190a)에 연결되는 이중관일 수 있다.
상기 이중관은 제 1 관부재(191)에 상기 보일러(110)의 제 1 배기라인(117)과 상기 연료전지(130)의 제 2 배기라인(135)이 연통하여 상기 보일러(110) 및 연료전지(130)가 하나의 제 1 관부재(191)를 배기라인으로 공통사용하고, 상기 제 1 관부재(191)를 둘러싸는 제 2 관부재(192)를 격벽(192a)을 이용하여 분리하고 상기 보일러(110)의 제 1 흡기라인(118)과 상기 연료전지(130)의 제 2 흡기라인(139)과 연통하도록 하여 상기 보일러(110)의 제 1 흡기라인(118)과 상기 연료전지(130)의 제 2 흡기라인(139)의 흡기가스가 섞이지 않도록 하여 각각의 특성을 유지할 수 있다.
이 경우, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 관부재(191)를 공통 사용하는 상기 보일러(110)의 제 1 배기라인(117)과 상기 연료전지(130)의 제 2 배기라인(139) 사이의 배기흐름을 제어하여 역류가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 두 라인의 교차지점에댐퍼수단 또는 솔레노이드밸드 등 전자적 제어수단(160)이 이용될 수 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템(100)의 흡배기통합관(190)은 하나의 흡배기통합구(190a)에 연결되며 내외부관부재에격벽이 형성된 이중관일 수 있다.
상기 이중관은 제 1 관부재(191)가 격벽(191a)을 이용하여 분리되고 상기 보일러(110)의 제 1 배기라인(117)과 상기 연료전지(130)의 제 2 배기라인(139)이 연통하여 상기 보일러(110) 및 연료전지(130)가 하나의 제 1 관부재(191)의 영역을 나누어 배기라인으로 공통사용하여, 상기 보일러(110)의 제 1 배기라인(117)과 상기 연료전지(130)의 제 2 배기라인(139)의 배기가스가 섞이지 않도록 하여 각각의 특성을 유지할 수 있다.
상기 제 1 관부재(191)를 둘러싸는 제 2 관부재(192)도 격벽(192a)을 이용하여 분리하고 상기 보일러(110)의 제 1 흡기라인(118)과 상기 연료전지(130)의 제 2 흡기라인(135)과 연통하도록 하여 상기 보일러(110)의 제 1 흡기라인(118)과 상기 연료전지(130)의 제 2 흡기라인(135)의 흡기가스가 섞이지 않도록 하여 각각의 특성을 유지할 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템(100)의 흡배기통합관(190)은 하나의 흡배기통합구(190a)에 연결되는 삼중관일 수 있다.
상기 삼중관은 제 1 관부재(191)에 상기 보일러(110)의 제 1 배기라인(118)과 상기 연료전지(130)의 제 2 배기라인(135)이 연통하여 상기 보일러(110) 및 연료전지(130)가 하나의 제 1 관부재(191)를 배기라인으로 공통사용하고, 상기 제 1 관부재(191)를 순차적으로 둘러싸는 제 2 관부재(192)와 제 3 관부재(193)에 각각 상기 연료전지(130)의 제 2 흡기라인(139)과 상기 보일러(110)의 제 1 흡기라인(117)이 연통하도록 하여 상기 보일러(110)의 제 1 흡기라인(117)과 상기 연료전지(130)의 제 2 흡기라인(139)의 흡기가스가 섞이지 않도록 하여 각각의 특성을 유지하게 할 수 있다.
이 경우, 도 12에 도시된 바와 같이, 삼중관 구조이면서, 상기 제 1 관부재(191)에 격벽(191a)을 설치하여 2개의 영역으로 분리하고, 상기 보일러(110)의 제 1 배기라인(118)과 상기 연료전지(130)의 제 2 배기라인(135)이 연통하여 상기 보일러(110) 및 연료전지(130)가 하나의 제 1 관부재(191)의 영역을 나누어 배기라인으로 공통사용하여, 상기 보일러(110)의 제 1 배기라인(118)과 상기 연료전지(130)의 제 2 배기라인(135)의 배기가스가 섞이지 않도록 하여 각각의 특성을 유지할 수 있다.
또한 이 경우에, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 관부재(191)를 공통 사용하는 상기 보일러(110)의 제 1 배기라인(118)과 상기 연료전지(130)의 제 2 배기라인(135) 사이의 배기흐름을 제어하여 역류가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 두 라인의 교차지점에댐퍼수단 또는 솔레노이드밸드 등 전자적 제어수단(160)이 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지를 이용한 보일러 시스템에 의하면, 상기 보일러의 제 1 배기라인 및 제 1 흡기라인과, 상기 연료전지의 제 2 배기라인과 제 2 흡기라인을 각각 설치하느라 발생되는 공간상 제약, 예를 들어 보일러실 내외벽에 여러 개의 구멍을 뚫어야 하는 문제점 등, 연료전지를 이용하는 보일러시스템의 공간, 구조, 설치상의 불편함을 해소할 수 있다.

Claims (12)

  1. 가정이나 건물 등에 설치되는 보일러;
    연료와 산소의 전기화학적 반응에 의해서 전기와 반응열을 발생시키는 연료전지;
    상기 연료전지에서 생성되는 반응열을 유체를 통해 회수하여 저장하는 저장 탱크;
    가정이나 건물 등의 실내 바닥에 매설되는 난방 라인;
    외부에서 물이 공급되면 상기 보일러 및 상기 저장 탱크를 거쳐 가정이나 건물의 세면실이나 주방 등에 온수가 공급되도록 연결되는 온수 라인; 및
    상기 보일러의 적어도 1 이상의 제 1 배기라인, 적어도 1 이상의 제 1 흡기라인, 상기 연료전지의 적어도 1 이상의 제 2 배기라인, 적어도 1 이상의 제 2 흡기라인 중 적어도 2 이상이 연결되어 공통 사용되는 하나의 흡배기통합관을 포함하는 연료전지를 이용한 보일러 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 흡기라인은, 수소와산소의 전기 화학적 반응에 의해 전기 에너지와 열을 생성시키는 스택부 및 연료를 공급받아 개질된 수소를 상기 스택부에 공급하는 개질부가 연결되는 연료전지를 이용한 보일러 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 흡배기통합관은 동축을 중심으로 배치되는 적어도 2 이상의 관부재를 포함하는 다중관인 연료전지를 이용한 보일러 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 적어도 2 이상의 관부재는 단면 영역을 적어도 2 이상의 영역으로 분리하는 격벽을 포함하는 연료전지를 이용한 보일러 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 흡배기통합관은, 상기 보일러의 제 1 흡기라인과 상기 연료전지의 제 2 흡기라인이 공통사용하는 하나의 제 1 관부재와, 상기 보일러의 제 1 배기라인과 상기 연료전지의 제 2 배기라인이 공통사용하는 다른 하나의 제 1 관부재로 이루어지는 연료전지를 이용한 보일러 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 보일러의 제 1 흡기라인과 상기 연료전지의 제 2 흡기라인이 교차하는 지점 및 상기 보일러의 제 1 배기라인과 상기 연료전지의 제 2 배기라인이 교차하는 지점에 댐퍼수단 또는 전자제어밸브수단이 사용되는 연료전지를 이용한 보일러 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 흡배기통합관은 하나의 흡배기통합구를 갖는 이중관으로 이루어지며,
    상기 이중관의 제 1 관부재를 상기 보일러의 제 1 배기라인과 상기 연료전지의 제 2 배기라인이 연통하여 공통사용하고, 상기 제 1 관부재를 둘러싸는 제 2 관부재를 격벽을 매개로 상기 보일러의 제 1 흡기라인과 상기 연료전지의 제 2 흡기라인이 연통하여 분리 사용하는 연료전지를 이용한 보일러 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제 1 관부재를 공통 사용하는 상기 보일러의 제 1 배기라인과 상기 연료전지의 제 2 배기라인의 교차지점에 댐퍼수단 또는 전자적 밸브수단이 구비된 연료전지를 이용한 보일러 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 흡배기통합관은 하나의 흡배기통합구를 갖는 내외부 관부재에 격벽이 형성된 이중관으로,
    상기 이중관은 제 1 관부재가 격벽을 이용하여 제 1 및 제 2 영역으로 분리되고 각각 상기 보일러의 제 1 배기라인과 상기 연료전지의 제 2 배기라인이 연통하며, 상기 제 1 관부재를 둘러싸는 제 2 관부재도 격벽을 이용하여 제 3 및 제 4 영역으로 분리되고 각각 상기 보일러의 제 1 흡기라인과 상기 연료전지의 제 2 흡기라인과 연통하는 연료전지를 이용한 보일러 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 흡배기통합관은 하나의 흡배기통합구를 갖는 삼중관으로, 상기 삼중관은 제 1 관부재를 상기 보일러의 제 1 배기라인과 상기 연료전지의 제 2 배기라인이 공통 사용하도록 연통하고, 상기 제 1 관부재를 순차적으로 둘러싸는 제 2 관부재와 제 3 관부재에 각각 상기 연료전지의 제 2 흡기라인과 상기 보일러의 제 1 흡기라인이 연통되는 연료전지를 이용한 보일러 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제 1 관부재에 격벽을 설치하여 2개의 영역으로 분리하고, 상기 보일러의 제 1 배기라인과 상기 연료전지의 제 2 배기라인이 각각 분리 연통시키는 연료전지를 이용한 보일러 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제 1 관부재를 공통 사용하는 상기 보일러의 제 1 배기라인과 상기 연료전지의 제 2 배기라인의 교차지점에 댐퍼수단 또는 전자적 밸브수단이 구비된 연료전지를 이용한 보일러 시스템.
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