KR100689336B1 - 보일러 연결구조를 갖는 가정용 발전장치 - Google Patents

Abstract

본 발명 보일러 연결구조를 갖는 가정용 발전장치는 개질기(1)로 탄화수소계 연료가 공급이되는 연료공급라인(41)과 보일러(3)를 연결하는 연결라인(42)을 설치하고, 그 연료공급라인(41)과 연결라인(42)의 연결부위에 연료공급을 조절하는 삼방밸브(43)를 설치하여, 가정에서 난방을 주로 하는 경우에는 삼방밸브(43)에서 연료의 일부를 보일러(3)로 공급하고, 보일러(3)에서 발생되는 열에 의하여 난방이 이루어지도록 하여, 스택(2)에서 발생되는 열과 보일러(3)에서 발생되는 열에 의하여 집중적인 난방이 이루어지게 된다.

Description

보일러 연결구조를 갖는 가정용 발전장치 {GENERATOR FOR HOME HAVING STRUCTURE OF CONNECTING BOILER}

도 1은 본 발명의 보일러 연결구조를 갖는 가정용 발전장치의 개략구성도.

도 2는 스택의 단일셀 구조를 보인 단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 개질기 2 : 스택

3 : 보일러 4 : 보일러 연료공급수단

41 : 연료공급라인 42 : 연결라인

43 : 삼방밸브

본 발명은 보일러 연결구조를 갖는 가정용발전장치에 관한 것으로, 특히 난방이 집중적으로 이루어지는 경우에는 개질기로 공급되는 연료의 일부를 보일러로 공급되도록 하여 스택에서 공급되는 열과 보일러에서 발생되는 열에 의하여 난방이 집중적으로 이루어지도록 하여 난방효율을 향상시키도록 하는데 적합한 보일러 연결구조를 갖는 가정용발전장치에 관한 것이다.

일반적으로, 연료가 가지고 있는 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환하는 장치로서 연료전지에 관한 기술이 공지되어 있으며, 이러한 연료전지는 통상 고분자 전해질을 중심으로 양쪽에 다공질의 양극(ANODE)과 음극(CATHODE)이 부착되어 있으며, 양극(산화전극 또는 연료극)에서는 연료인 수소의 전기화학적 산화가, 그리고 음극(환원전극 또는 공기극)에서는 산화제인 산소의 전기화학적 환원이 일어나며 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기에너지가 발생된다.

이와 같은 연료전지에 공급되는 수소는 LNG, LPG, CH₃OH, 가솔린 등의 탄화수소계(CH계열) 연료를 개질기에서 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H₂)만을 정제하여 가스형태로 사용되거나 액체 상태의 메탄올을 직접 연료로 사용하는 직접 메탄올 연료전지(DMFC; DIRECT METHANOL FUEL CELL)방식으로 사용되어진다.

그리고, 상기와 같이 발전이 이루어지는 연료전지는 발생되는 전기에너지와 열에너지가 각각 40%에 달하므로, 전체적인 효율이 상당히 높은 특징을 가진다.

그러나, 상기와 같은 종래의 연료전지는 가정에서 주로 난방을 하는 경우에도 전체 발전을 하여 불필요한 전기를 발전하게 되고, 따라서 연료도 불필요하게 소모되어 전체의 효율을 저하시키는 문제점을 가지고 있는 것이었다.

상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 가정에서 난방을 주로 하는 경우에 연료의 일부를 보일러로 공급하여 난방이 이루어지도록 함으로써 난방이 집중적으로 이루어지도록 하는데 적합한 보일러 연결구조를 갖는 가정용 발전장치를 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 탄화수소계 연료를 개질처리하는 개질기와, 그 개질기에서 정제된 수소와 외부의 공기에 의한 전기화학적인 반응에 의하여 전기와 열을 발생시키는 스택과, 연료를 공급받아 연소에 의한 열에너지를 발생시키는 보일러와, 난방을 주로하는 경우에 상기 개질기로 공급되는 연료의 일부를 보일러로 공급하기 위한 보일러 연료공급수단 및 각 종류의 제어를 하는 제어부를 포함하여서 구성되는 것을 특징으로 하는 보일러 연결구조를 갖는 가정용발전장치가 제공된다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 보일러 연결구조를 갖는 가정용발전장치를 첨부된 도면의 실시예를 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 보일러 연결구조를 갖는 가정용발전장치의 개략구성도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명은 탄화수소계 연료를 개질처리하여 수소가스를 정제하는 개질기(1)와, 그 개질기(1)에서 공급되는 수소가스와 외부에서 공급되는 공기의 전기화학적인 반응으로 전기와 열을 발생시키는 스택(2)과, 연료를 공급받아 연소에 의한 열에너지를 발생시키는 보일러(3)와, 난방을 주로하는 경우에 상기 개질기(1)로 공급되는 연료의 일부를 보일러(3)로 공급하기 위한 보일러 연료공급수단(4) 및 각 종류의 제어를 하는 제어부(5)를 구비한다.

상기 스택(2)은 도 2에 도시된 바와 같이, 전기화학반응이 일어나는 단일셀(SINGLE CELL) 또는 여러개의 단일셀을 연속적으로 적층하여 볼트로 조립한 형태가 가능한데, 단일셀구조를 설명하면, 전해질 막(21)의 양측에 가스를 확산시키기 위한 양극(22)과 음극(23)이 접합되어 이루어진 막-전극 접합체(MEA:MEMBRANE-ELECTRODE ASSEMBLY)(24)와, 그 막-전극 접합체(24)의 양측에 밀착되도록 조립되어 양극(22)과 음극(23)에서 연료가스 및 산소함유가스의 유로를 형성하는 분리판(SEPARATOR)(25)과, 그 분리판(25)의 양측에 배치되어 양극(22)과 음극(23)의 집전극이 되는 집전판(26)(27)으로 구성되어 있다.

막-전극 접합체(24)의 전해질 막(21)은 고분자재료로 이루어진 이온교환막으로서 대표적으로 상품화된 전해질막(21)으로는 듀폰사의 Nafion막이 있으며 수소이온의 전달체 역할을 하는 동시에 산소와 수소의 접촉을 막는 역할을 하게 되고, 양극(22)과 음극(23)은 백금(Pt) 촉매층을 지지하는 지지체로서 다공성 탄소지(CARBON PAPER) 혹은 탄소천(CARBON CLOTH)이 전해질 막(21)의 양측에 접합 된 구조로 되어 있다.

분리판(25)은 치밀질의 카본 플레이트에 의해 형성되어 있고, 복수개의 리브가 형성되어 있어서 조립시 양극(22)의 표면에서 연료가스 유로홈(31)을 형성하고, 음극(23)의 표면에서는 산소함유가스 유로홈(32)을 형성한다.

집전판(26)(27)은 전기전도성이 우수하고, 내식성이 우수하며, 수소취성이 발생되지 않는 것이 바람직 할 것이며, 구체적으로는 티타늄, 스테인레스, 동 등 상기 요구성능이 만족되는 것이라면 어느 것이라도 좋다.

상기 연료공급수단(4)은 상기 연료공급라인(41)과 보일러(3)가 연결되도록 연결라인(42)을 설치하고, 상기 연료공급라인(41)과 연결라인(42)의 연결부위에 삼방밸브(3-WAY VALVE)(43)를 설치하여 구성된다.

상기와 같이 구성되어 있는 본 발명의 보일러 연결구조를 갖는 가정용발전장치는 조작자가 동작 스위치를 조작하면 제어부(미도시)에서 미리 설정된 제어 프로그램에 따라 밸브를 동작시켜서 개질기(1)로 탄화수소계 연료와 물을 공급하여 수소가스를 정제하고, 그와 같이 정제된 수소가스를 스택(2)의 양극(22)에 공급되도록 하며, 외부의 공기를 음극(23)에 공급되도록 한다.

상기와 같이 스택(2)에 공급되는 수소가스는 연료 유로홈(31)을 따라 흐르며 막-전극 접합체(24)의 양극(22) 전면에 확산이 되어 수소의 전기화학적 산화가 진행되고, 공기는 산소함유가스 유로홈(32)을 따라 흐르며 막-전극 접합체(24)의 음극(23) 전면에 확산되어 산소의 전기화학적 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기가 발생되는데, 이때 발생되는 전기를 집전판(26)(27)에서 집전하여 조명기기 또는 가정기기의 에너지원으로 사용하게 된다.

이때 각극에서의 반응식과 총 반응식은 다음과 같다.

양극(ANODE): H₂(g) → 2H⁺ + 2e^-

음극(CATHODE): 1/2O₂(g) + 2H⁺ + 2e^_ → H₂O

총반응식 : H₂ + 1/2O₂ → H₂O

그리고, 상기의 가정용발전장치가 설치된 가정에서 난방을 주로 하는 경우에는 제어부(5)의 제어처리에 의하여 삼방밸브(43)의 개도를 조절하여 연결라인(42)을 통하여 보일러(3)로 연료의 일부가 공급되도록 하고, 그와 같이 공급되는 연료를 이용하여 보일러(3)를 가동하여 난방이 되도록 함으로써, 스택(2)에서 발생되는 열과 보일러(3)에서 발생되는 열에 의하여 집중적인 난방이 이루어지며, 개질기(1)에도 일부의 연료가 공급되어 필요한 만큼의 전기발전이 이루어지게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명 보일러 연결구조를 갖는 가정용발전장치는 연료가 공급되는 연료공급라인과 보일러를 연결하는 연결라인을 설치하고, 그 연료공급라인과 연결라인의 연결부위에 연료를 공급을 조절하는 삼방밸브를 설치하여, 가정에서 난방을 주로 하는 경우에는 삼방밸브에서 연료의 일부를 보일러로 공급하고, 보일러에서 발생되는 열에너지에 의하여 난방이 이루어지도록 하여, 스택에서 발생되는 열과 보일러에서 발생되는 열에 의하여 집중적인 난방이 이루어짐으로써, 전체 에너지효율이 향상되는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 탄화수소계 연료를 개질처리하는 개질기와, 그 개질기에서 정제된 수소와 외부의 공기에 의한 전기화학적인 반응에 의하여 전기와 열을 발생시키는 스택과, 연료를 공급받아 연소에 의한 열에너지를 발생시키는 보일러와, 난방을 주로하는 경우에 상기 개질기로 공급되는 연료의 일부를 보일러로 공급하기 위한 보일러 연료공급수단 및 각 종류의 제어를 하는 제어부를 포함하여서 구성되는 것을 특징으로 하는 보일러 연결구조를 갖는 가정용 발전장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 보일러 연료공급수단은 개질기로 연료를 공급하는 연료공급라인과 보일러를 연결하는 연결라인을 설치하고, 그 연결라인과 연료공급라인의 연결부위체 삼방밸브를 설치하여, 난방이 집중적으로 이루어질때는 연료의 일부를 보일러고 공급되도록 한 것을 특징으로 하는 보일러 연결구조를 갖는 가정용 발전장치.

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