KR100778207B1 - 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템 - Google Patents

전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR100778207B1
KR100778207B1 KR1020060109855A KR20060109855A KR100778207B1 KR 100778207 B1 KR100778207 B1 KR 100778207B1 KR 1020060109855 A KR1020060109855 A KR 1020060109855A KR 20060109855 A KR20060109855 A KR 20060109855A KR 100778207 B1 KR100778207 B1 KR 100778207B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power converter
supply line
stack
fuel
fuel cell
Prior art date
Application number
KR1020060109855A
Other languages
English (en)
Inventor
서석호
이호준
신범수
이정민
Original Assignee
주식회사 효성
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 주식회사 효성 filed Critical 주식회사 효성
Priority to KR1020060109855A priority Critical patent/KR100778207B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100778207B1 publication Critical patent/KR100778207B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029—Heat exchange using liquids
    • 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
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)

Abstract

본 발명은 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템에 관한 것으로, 연료전지 시스템 내로 공급되는 연료공급라인, 공기공급라인 및 물공급라인(스택냉각수라인 포함)이 스택(10)의 출력을 용도에 맞는 상태로 변환하는 전력변환장치(20)를 경유함으로써 예열이 이루어지도록 구성된다.
따라서, 시스템 운전시 발생되는 폐열을 자신의 운전에 소모되는 에너지로 재활용함으로써 시스템의 효율을 향상시킬 수 있게 되고, 종래의 히터와 같은 별도의 예열장치를 필요로 하지 않기 때문에 구성이 단순해지고 설치공간이 축소되며 비용이 절감될 수 있게 되는 효과가 있다.

Description

전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템{fuel cell system using waste heat of power conditioning system}
도 1은 연료전지 시스템의 개략 구성도,
도 2는 고분자전해질막형 연료전지 시스템의 구성도,
도 3은 고분자전해질막형 연료전지 시스템에서 스택 냉각수를 예열하는 실시예,
도 4는 도 3의 변형 실시예,
도 5는 고분자전해질막형 연료전지 시스템에서 개질 및 가습용 물을 예열하는 실시예,
도 6은 고분자전해질막형 연료전지 시스템에서 스택에 공급되는 공기를 예열하는 실시예,
도 7은 용융탄산염형 연료전지 시스템의 구성도,
도 8은 용융탄산염형 연료전지 시스템에서 연료를 예열하는 실시예,
도 9는 용융탄산염형 연료전지 시스템에서 증기발생기용 물을 예열하는 실시예,
도 10은 용융탄산염형 연료전지 시스템에서 스택에 공급되는 공기를 예열하는 실시예,
도 11은 고체산화물형 연료전지 시스템의 구성도,
도 12는 고체산화물형 연료전지 시스템에서 스택에 공급되는 공기를 예열하는 실시예,
도 13은 고체산화물형 연료전지 시스템에서 급탕 및 난방용 물을 예열하는 실시예이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10 : 스택 20 : 전력변환장치
30 : 개질기 41,42 : 가습기
50 : 냉각수순환라인 60 : 열교환기
70 : 쓰리웨이밸브 71 : 바이패스라인
80 : 물공급라인 90,100 : 공기공급라인
110 : 연료공급라인
200 : 개질기 210 : 버너
220 : 증기발생기 230 : 연료공급라인
240 : 탈황기 250 : 물공급라인
260 : 공기공급라인 270,271 : 폐가스배출라인
280 : 열교환기 290 : 연소가스배출라인
300 : 개질기 310 : 탈황기
320 : 복열장치 330 : 열방출장치
340 : 연료공급라인 350 : 공기공급라인
360 : 폐가스배출라인 370 : 물공급라인
본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로, 특히 전력변환장치에서 발생되는 열로 연료전지 시스템에 공급되는 연료와 공기 및 물을 예열할 수 있도록 된 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지는 에탄올, 메탄올, 천연가스, 가솔린 등 탄화수소계 물질 내에 함유되어 있는 수소를 공기 중의 산소와 반응시켜 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
이러한 연료전지는 사용하는 전해질의 종류에 따라, 150~200℃ 온도에서 작동하는 인산형 연료전지(PAFC; Phosphoric Acid Fuel Cell), 600~700℃의 온도에서 작동하는 용융탄산염형 연료전지(MCFC; Molten Carbonate Fuel Cell), 1000℃ 이상의 온도에서 작동하는 고체산화물형 연료전지(SOFC; Solid Oxide Fuel Cell), 상온 내지 100℃ 이하의 온도에서 작동하는 고분자전해질막형 연료전지(PEMFC; Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)와 알칼리형 연료전지(AFC; Alkaline Fuel Cell) 및 직접메탄올형 연료전지(DMFC; Direct Methanol Fuel Cell) 등으로 분류되며, 상기와 같이 전해질의 종류, 작동온도, 스택 작동을 위한 주변 장치들에 차이가 있으나 발전의 기본 원리는 거의 동일하다.
연료전지 시스템은 대략 도 1에 도시된 바와 같이, 연료극(11)과 공기극(12)을 갖춘 스택(10)에 연료와 공기 및 물이 공급되어 직류를 생산하고, 이 직류는 사용처에서 사용가능하도록 전력변환장치(PCS;Power Conditioning System : 20)에서 적절한 상태로 변환되는 구성으로 이루어진다.
그런데, 상기 스택(10)은 전술한 바와 같이 종류에 따라 적절한 정상작동 온도범위가 존재한다. 따라서, 외부로부터 공급되는 저온의 연료와 공기 및 물이 상기 스택(10)의 온도 유지에 지장을 주지 않도록 예열될 것이 필요한데, 이를 위해 종래에는 히터(heater)를 이용하여 소정의 온도로 예열을 실시하였다.
즉, 개질용 연료와 공기, 개질 및 가습용의 물, 발전용 공기, 그리고 스택(10)을 냉각하기 위한 냉각수 등 작동중인 스택(10)의 온도를 적정범위 이하로 떨어뜨릴 수 있는 요소들의 각 공급라인에 히터(heater)를 설치하여 예열을 실시하였다.
따라서, 상기와 같이 스택에 공급하는 연료와 공기 및 물을 예열하는 것에 의하여 연료전지 시스템의 에너지 소모량이 증가되며, 이는 결국 연료전지 시스템의 효율을 저하시키는 원인이 되었다.
또한, 상기 히터와 같은 예열을 위해 필요한 장치들을 설치해야 하므로 공간 소모가 증가하고 장치 구성이 복잡해지며, 이로 인해 비용이 증가되는 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 연 료전지 시스템에 공급되는 연료와 공기 및 물의 예열이 연료전지 시스템 자체에서 발생되는 열에 의해 이루어지도록 함으로써 별도의 예열장치를 구비할 필요가 없게 되어 시스템의 효율이 향상됨은 물론, 구성이 단순해지고 설치공간이 축소되며 비용이 절감될 수 있도록 된 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
연료, 공기, 물을 공급받아 발전 및 냉각하는 스택과, 상기 스택의 출력을 용도에 맞게 변환하는 전력변환장치를 포함하는 연료전지 시스템에 있어서,
상기 전력변환장치에 상기 연료와 공기 및 물의 공급라인이 통과되어 예열이 이루어지도록 된 것을 특징으로 한다.
즉, 시스템에서 발생하는 폐열을 자신의 운전에 소모되는 에너지로 재활용함으로써 시스템의 효율을 향상시킬 수 있도록 된 것이다.
또한, 종래의 히터와 같은 별도의 예열장치를 필요로 하지 않기 때문에 구성이 단순해지고 설치공간이 축소되며 비용이 절감될 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 고분자전해질막형 연료전지(PEMFC; Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) 시스템의 구성도로서, 연료극(11)과 공기극(12)을 갖춘 스택(10)과, 상기 스택(10)에서 생산된 전력을 용도에 맞는 적절한 상태로 변환하는 전력변환장치 (20)와, 상기 연료극(11)으로 공급되는 연료를 개질(reforming)하는 개질기(30)와, 개질된 연료와 상기 공기극(12)으로 공급되는 공기를 가습하는 연료가습기(41)와 공기가습기(42), 상기 스택(10)을 냉각하기 위한 냉각수순환라인(50) 및 상기 냉각수순환라인(50)의 고온 냉각수와 외부로부터 유입되는 냉수를 열교환시키는 열교환기(60)를 구비한다.
따라서, 연료와 공기를 각각 스택(10)의 연료극(11)과 공기극(12)으로 공급하여 각각의 전극에서 발생하는 산화 및 환원반응에 의해 전기를 발생시키고, 발생된 직류는 상기 전력변환장치(20)에 의해 용도에 적절한 상태로 변환되며, 발전시 스택(10)에서 발생된 열을 상기 냉각수순환라인(50)의 냉각수와 외부로부터 유입되는 냉수를 상기 열교환기(60)에서 열교환시킴으로써 스택(10)의 적정 온도를 유지함과 더불어 급탕 및 난방에 사용되는 온수를 얻고 있다.
상기와 같은 고분자전해질막형 연료전지 시스템에서 본 발명은 도 3과 같이, 상기 냉각수순환라인(50)의 열교환기(60) 이후 부분이 상기 전력변환장치(20)를 통과한 후 상기 스택(10)에 연결되도록 구성할 수 있다.
즉, 전력변환장치(20)를 통과하는 상기 냉각수순환라인(50)의 부분은 전력변환장치(20)내 방열부(전력변환장치의 열원과 연결되어 전력변환장치에서 발생되는 열이 잘 전도될 수 있도록 형성된 부분)에 접촉하도록 구성된다.
예를 들어, 상기 전력변환장치(20)를 통과하는 냉각수순환라인(50)의 부분을 다수의 직경이 작은 관로로 분할 형성하고, 상기 다수의 작은 관로들이 상기 방열부를 관통하도록 구성하게 되는데, 이와 같은 구성은 냉각유체를 이용한 열교환기 의 일반적인 구성에 해당되므로 상세한 설명과 도시는 생략한다. 이는 이하 설명될 실시예들에 있어서도 동일하다.
또한, 상기 냉각수순환라인(50)의 상기 열교환기(60)와 전력변환장치(20) 사이 부분에는 쓰리웨이밸브(70)를 설치하고, 이 쓰리웨이밸브(70)로부터 상기 전력변환장치(20)와 스택(10)의 사이 부분으로 관로를 연결하는 바이패스라인(71)이 형성된다.
따라서, 상기 실시예에서는 전력변환장치(20)에서 발생된 열을 이용하여 스택(10)으로 유입되는 냉각수를 예열할 수 있게 된다. 그리고, 이때 상기 냉각수순환라인(50)에서 상기 열교환기(60)를 통과한 부분의 온도가 충분히 높은 상태일 때는 상기 쓰리웨이밸브(70)가 작동되어 냉각수가 상기 전력변환장치(20)를 통과하지 않고 바이패스라인(71)을 거쳐 스택(10)으로 유입될 수 있도록 되어 있다.
즉, 연료전지 시동 초기에는 냉각수를 전력변환장치(20)를 통과시켜 예열할 수 있도록 하고, 운전이 지속되어 냉각수온이 일정값 이상으로 상승하면 전력변환장치(20)를 바이패스할 수 있도록 구성된 것이다.
이 경우, 냉각수순환라인(50)의 열교환기(60) 이후 부분에 수온센서가 설치되고 상기 쓰리웨이밸브(70)가 전자제어밸브로 구성되며 상기 수온센서로부터 수온정보를 입력받아 일정 온도 이상에서 전자제어유니트에 의해 상기 쓰리웨이밸브(70)의 경로가 전환되도록 구성됨은 물론이다.
상기 실시예는 전력변환장치(20)에서 많은 양의 열이 발생하여 전력변환장치(20)를 수냉식으로 냉각하고자 할 때 활용 가능한 것이다.
한편, 도 4에 도시된 실시예는 스택(10)으로부터 빠져나온 냉각수순환라인(50)이 열교환기(60)를 거치기 전에 먼저 전력변환장치(20)를 통과하도록 되어 있으며, 상기 전력변환장치(20)의 이후 라인에 상기 열교환기(60)가 설치되고, 열교환기(60) 이후의 라인이 스택(10)으로 연결되는 구성으로 이루어져 있다.
이 실시예는 전력변환장치(20)를 통과한 후의 냉각수 온도가 스택(10)을 통과하고 나온 냉각수 온도보다 높을 경우에 유용한 것으로, 즉, 스택(10)에서 일차로 열교환하여 가열된 냉각수를 상기 전력변환장치(20)로 재차 가열함으로써 높은 온도의 냉각수로 변하게 한 뒤, 상기 열교환기(60)에서 냉수와 열교환시킴으로써 보다 높은 온도의 온수를 얻을 수 있도록 된 것이다.
한편, 도 5에 도시된 실시예는, 고분자전해질막형 연료전지 시스템에서 상기 개질기(30)와 연료가습기(41)와 공기가습기(42)로 물을 공급하는 개질 및 가습용 물공급라인(80)이 전력변환장치(20)를 통과하도록 구성된 것이다.
따라서, 종래의 물 예열용 히터를 설치하지 않고, 전력변환장치(20)에서 발생하는 열을 이용하여 개질과 가습에 사용되는 물을 예열할 수 있게 된다.
도 6에 도시된 실시예는, 전력변환장치(20)에서 적은 양의 열이 발생하여 공랭식으로 냉각이 가능할 때 활용할 수 있는 것으로, 스택(10)의 공기극(12)에 공기를 공급하는 공기공급라인(90)이 상기 전력변환장치(20)를 통과한 후 공기가습기(42)로 연결되는 구성으로 이루어진다.
따라서, 종래와 같이 공기를 예열하기 위한 별도의 히터가 필요하지 않으며, 전력변환장치(20)의 발생열로 스택(10)으로 공급되는 공기를 적정 온도로 예열할 수 있게 된다.
한편, 상기 개질기(30)에도 개질반응에 사용되는 외부 공기가 공급되는데, 상기 개질기(30)에 공기를 공급하는 공기공급라인(100)도 상기와 같이 전력변환장치(20)를 통과하여 열교환시킴으로써 예열할 수 있으며, 또한, 상기 개질기(30)로 연결되는 연료공급라인(110)을 상기 전력변환장치(20)를 통과시킨 뒤 개질기(30)로 연결함으로써 개질기(30)로 공급되는 연료를 미리 가열하여 보다 원활한 개질작용이 이루어질 수 있도록 할 수 있다.(별도 도시하지 않음.)
도 7은 용융탄산염형 연료전지(MCFC; Molten Carbonate Fuel Cell) 시스템의 구성도로서, 스택(10), 전력변환장치(20), 개질기(200), 개질반응에 필요한 열을 공급하는 버너(210), 발전반응에 필요한 수증기를 생성하기 위한 증기발생기(220)를 포함하여 구성되며, 개질기(200)를 통해 연료극(11)으로 연결되는 연료공급라인(230)에는 탈황기(240)가 설치된다.
또한, 물공급라인(250)은 상기 증기발생기(220)을 경유하여 공기극(12)으로 연결되고, 공기공급라인(260)은 상기 공기극(12)과 버너(210)로 연결된다.
한편, 용융탄산염형 연료전지 시스템의 스택(10)은 운전온도가 600~700℃ 정도로 높기 때문에 고열의 폐가스가 발생하게 되는데, 이 폐가스의 열을 상기 증기발생기(220)의 열원으로 사용하기 위하여 연료극(11)과 공기극(12)의 폐가스배출라인(270,271)이 상기 증기발생기(220)를 경유하도록 되어 있다.
상기 증기발생기(220)를 경유한 연료극(11)의 폐가스배출라인(270)은 상기 버너(210)로 연결되고, 공기극(12)의 폐가스배출라인(271)은 대기중으로 개방된다. 이때, 공기극(12)의 폐가스배출라인(271)에 열교환기(280)를 설치하여 이 열교환기(280)에 상기 공기공급라인(260)을 경유토록 함으로써 공기극(12)으로 공급되는 공기를 예열한다.
또한, 용융탄산염형 연료전지에서는 공기극(12)에 이산화탄소를 공급해야만 하므로 이를 위해 상기 버너(210)의 연소가스를 연소가스배출라인(290)을 통해 공기극(12)으로 공급한다.
따라서, 상기 연료극(11)으로 탈황 및 개질된 연료가 공급되고, 상기 공기극(12)으로 수증기와 공기 및 이산화탄소가 공급되어 발전반응을 통해 직류가 생성되며, 이 직류는 전력변환장치(20)에서 용도에 맞는 상태로 변환되어 사용되게 된다.
상기와 같은 구성의 용융탄산염형 연료전지 시스템에서 본 발명은 도 8 내지 도 10과 같이 실시될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 탈황기(240)와 개질기(200) 사이의 연료공급라인(230)이 상기 전력변환장치(20)를 경유하도록 구성된다.
따라서, 연료공급라인(230)의 연료는 상기 전력변환장치(20)에서 예열된 후, 버너(210)에서 추가로 가열되어 개질기(200)로 공급되므로 개질반응에 필요한 충분한 온도를 확보하게 되며, 이 경우 버너(210)로 유입되기 전에 전력변환장치(20)에서 일차 예열된 상태이므로 버너(210)에서 재차 가열시 소모되는 에너지량을 감소시킬 수 있게 되므로 시스템의 효율이 향상된다.
도 9에 도시된 실시예는 상기 물공급라인(250)이 상기 전력변환장치(20)를 경유한 후 증기발생기(220)로 연결되도록 구성된다.
따라서, 증기발생기(220)로 공급되는 물이 상기 전력변환장치(20)에서 예열되어 온도가 상승되어 있으므로, 증기발생기(220)에서 물을 수증기로 전환하기 위해 소모되는 에너지의 양이 줄어들게 된다. 이에 증기발생기(220)를 경유하여 버너(210)로 공급되는 연료극(11)의 폐가스배출라인(270)의 폐가스가 열을 덜 손실하게 되어 버너(210)에서 연소되기 용이해지므로 연소에 소비되는 에너지량을 줄일 수 있게 되어 시스템이 효율이 향상된다.
도 10에 나타낸 실시예는 상기 공기공급라인(260)이 상기 전력변환장치(20)를 경유하도록 구성된 것을 특징으로 한다.
이 경우 역시, 버려지는 전력변환장치(20)의 폐열을 이용하여 공기를 예열하므로 시스템의 효율이 향상된다. 또한, 상기 전력변환장치(20)에 의한 예열로 인해 공기극(12)의 폐가스배출라인(271)에 설치된 상기 열교환기(280)에서 폐가스로부터 공기로 전달되는 열량이 감소하므로 증기발생기(220)에 보다 많은 열량을 공급하여 수증기 생성에 유리하게 사용되는 바, 이 역시 시스템의 효율 향상에 기여한다.
도 11은 고체산화물형 연료전지(SOFC; Solid Oxide Fuel Cell) 시스템의 구성도로서, 스택(10), 전력변환장치(20), 개질기(300), 탈황기(310), 복열장치(recuperator; 320)와 열방출장치(heat export system; 330)를 포함하여 구성된다.
연료공급라인(340)의 연료는 탈황기(310)에서 탈황된 후 개질기(300)로 공급되거나 일부는 직접 스택(10)으로 공급된다. 별도의 라인으로 물과 공기를 공급받 은 개질기(300)는 상기 탈황기(310)로부터 공급받은 연료를 개질하여 스택(10)으로 공급한다. 스택(10)은 개질된 연료와 공기공급라인(350)을 통해 공급된 공기를 반응시켜 직류를 생산하고, 이 직류는 전력변환장치(20)에서 용도에 맞는 상태로 변환되어 사용처로 공급된다.
고체산화물형 연료전지 시스템의 스택(10)은 1000℃ 이상의 온도에서 작동하므로 그만큼 고열의 폐가스가 발생하게 되며, 이러한 폐가스를 배출하는 폐가스배출라인(360)에는 상기 복열장치(320)와 열방출장치(330)가 순차적으로 설치된다.
따라서, 상기 공기공급라인(350)을 상기 복열장치(320)로 경유시켜 스택(10)에 공급되는 공기를 예열하고, 물공급라인(370)을 상기 열방출장치(330)로 경유시켜 가열함으로써 급탕 및 지역난방용의 온수를 얻고 있다.
상기와 같은 고체산화물형 연료전지 시스템에서 본 발명의 적용은 다음과 같이 이루어진다.
도 12에서와 같이, 상기 스택(10)으로 발전반응용 공기를 공급하는 공기공급라인(350)이 상기 복열장치(320) 이전에 상기 전력변환장치(20)를 경유하도록 구성된다.
따라서, 전력변환장치(20)에서 발생하는 열에 의해 스택(10)으로 공급되는 공기가 1차 예열되고 이어 복열장치(320)를 통과하면서 재차 가열되어 충분히 예열된 공기가 스택(10)으로 공급됨으로써 원활한 발전반응이 이루어지게 된다.
이와 같이, 버려지는 전력변환장치(20)의 폐열을 이용하게 됨으로써 시스템의 효율이 향상된다.
한편, 도 13에 도시된 바와 같이, 급탕 및 지역난방용의 온수를 공급하기 위한 상기 물공급라인(370)을 열방출장치(330) 통과 전에 상기 전력변환장치(20)를 경유하도록 구성할 수 있다.
이와 같이 구성할 경우, 열방출장치(330)로 공급되기 전에 물이 미리 예열됨으로써 상기 열방출장치(330)를 통과하면서 보다 고온의 온수로 생성되기 용이해지게 되며, 대기중으로 방출되는 전력변환장치(20)의 폐열을 이용하는 것이므로 시스템의 효율이 향상된다.
또한, 상기와 같이, 급탕 및 지역난방용 물공급라인(370)을 전력변환장치(20)로 통과시키면 이때 발생하는 열교환에 의해 전력변환장치(20)의 냉각이 이루어지므로 기 설치되어 있는 냉각설비와 더불어 작용하여 전력변환장치(20)의 냉각이 보다 원활히 이루어지게 되고, 경우에 따라서는 별도의 냉각설비를 구비할 필요가 없게 되는 장점이 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 외부로부터 연료전지 시스템에 연결되는 연료와 공기 및 물의 공급라인을 전력변환장치(20)를 통과시켜 열교환시킴으로써 연료전지 시스템에서 사용되는 연료, 공기, 물을 용이하게 예열할 수 있게 되며, 이는 연료전지 시스템의 종류, 사용 환경, 사용 목적 등에 따라 다양하게 변형 실시될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 연료전지시스템에 공급되는 공기 와 물 및 연료를 전력변환장치에서 발생하는 열로 예열할 수 있게 된다.
즉, 연료전지 시스템에서 운전시 발생하는 폐열을 이용하여 운전에 필요한 에너지로 사용함으로써 에너지 손실을 감소시켜 시스템 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
따라서, 종래에 연료와 공기 및 물의 예열을 위해 설치하던 별도의 히터가 필요 없게 됨으로써 시스템의 구성이 단순해지고, 이들의 설치를 위한 공간이 필요치 않으므로 시스템의 크기가 작아지며, 이에 따라 소요 비용도 감소하게 되는 효과가 있다.

Claims (13)

  1. 연료, 공기, 물을 공급받아 발전 및 냉각하는 스택과, 상기 스택의 출력을 용도에 맞게 변환하는 전력변환장치를 포함하는 연료전지 시스템에 있어서,
    상기 전력변환장치에 상기 연료와 공기 및 물의 공급라인이 통과되어 예열이 이루어지도록 된 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스택의 연료공급라인과 공기공급라인에 각각 개질기와 연료가습기, 공기가습기가 설치되고, 상기 개질기와 연료가습기와 공기가습기에 물공급라인이 연결되며, 상기 개질기에 개질용 공기공급라인이 연결되고, 상기 스택에 냉각수순환라인이 연결되며, 상기 냉각수순환라인에 냉각수 냉각 및 온수 생성용 열교환기가 설치되고,
    상기 냉각수순환라인의 열교환기 이후 부분이 상기 전력변환장치를 통과한 후 상기 스택에 연결된 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 냉각수순환라인에서 상기 전력변환장치와 열교환기의 사이에 쓰리웨이밸브가 설치되고, 이 쓰리웨이밸브와 상기 전력변환장치의 뒤쪽 냉각수순환라인을 연결하는 바이패스라인이 형성된 것을 특징으로 하는 전력변환장치 의 폐열을 이용한 연료전지 시스템.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 냉각수순환라인에서 상기 전력변환장치가 상기 열교환기 이전 부분에 설치된 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템.
  5. 제 2항에 있어서, 상기 물공급라인이 상기 전력변환장치를 통과하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 스택의 공기공급라인이 상기 전력변환장치를 통과하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 개질기에 연결되는 공기공급라인이 상기 전력변환장치를 통과하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템.
  8. 제 2항에 있어서, 상기 스택의 연료공급라인이 상기 전력변환장치를 통과하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 스택의 연료공급라인에 탈황기와 개질기가 설치되고, 상기 개질기는 열원으로서 버너를 구비하며, 상기 스택의 물공급라인에 증기발생기가 설치되고, 이 증기발생기에 상기 스택의 폐가스배출라인이 통과되어 열원으로 작용하며, 상기 스택의 공기극으로 공기공급라인이 연결되고, 상기 버너와 상기 스택의 공기극 사이에 연소가스배출라인이 연결되는 한편,
    상기 연료공급라인이 상기 전력변환장치를 경유하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 물공급라인이 상기 전력변환장치를 경유하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 공기공급라인이 상기 전력변환장치를 경유하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 스택의 연료공급라인에 탈황기와 개질기가 설치되고, 상기 스택의 폐가스배출라인에 복열장치와 열방출장치가 설치되며, 상기 스택의 공기공급라인이 상기 복열장치를 경유하고, 급탕 및 지역난방용의 물공급라인이 상기 열방출장치를 경유하도록 설치되며,
    상기 공기공급라인이 상기 전력변환장치를 경유한 후 상기 복열장치로 연결된 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 물공급라인이 상기 전력변환장치를 경유한 후 상기 열방출장치로 연결된 것을 특징으로 하는 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템.
KR1020060109855A 2006-11-08 2006-11-08 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템 KR100778207B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060109855A KR100778207B1 (ko) 2006-11-08 2006-11-08 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060109855A KR100778207B1 (ko) 2006-11-08 2006-11-08 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100778207B1 true KR100778207B1 (ko) 2007-11-29

Family

ID=39080359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060109855A KR100778207B1 (ko) 2006-11-08 2006-11-08 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100778207B1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100958991B1 (ko) * 2007-12-21 2010-05-20 주식회사 포스코 용융탄산염 연료전지의 배 가스 수분제거 장치 및 그 방법
KR101057329B1 (ko) 2009-09-22 2011-08-17 주식회사 효성 연료전지용 전력변환장치의 냉각장치
CN114068997A (zh) * 2021-10-18 2022-02-18 上海神力科技有限公司 一种高效节能型燃料电池电堆测试***

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030073679A (ko) * 2002-03-12 2003-09-19 주식회사 엘지이아이 연료전지 시스템의 냉각수 재활용 장치
JP2005294116A (ja) 2004-04-01 2005-10-20 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2006156251A (ja) 2004-11-30 2006-06-15 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池システム

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20030073679A (ko) * 2002-03-12 2003-09-19 주식회사 엘지이아이 연료전지 시스템의 냉각수 재활용 장치
JP2005294116A (ja) 2004-04-01 2005-10-20 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池システム
JP2006156251A (ja) 2004-11-30 2006-06-15 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池システム

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100958991B1 (ko) * 2007-12-21 2010-05-20 주식회사 포스코 용융탄산염 연료전지의 배 가스 수분제거 장치 및 그 방법
KR101057329B1 (ko) 2009-09-22 2011-08-17 주식회사 효성 연료전지용 전력변환장치의 냉각장치
CN114068997A (zh) * 2021-10-18 2022-02-18 上海神力科技有限公司 一种高效节能型燃料电池电堆测试***
CN114068997B (zh) * 2021-10-18 2024-03-29 上海神力科技有限公司 一种高效节能型燃料电池电堆测试***

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA3049509C (en) Method and system for producing hydrogen, electricity and co-production
Lanzini et al. Experimental investigation of direct internal reforming of biogas in solid oxide fuel cells
WO2013100490A1 (ko) 연료전지 하이브리드 시스템
JP7050117B2 (ja) 高温燃料電池システムのための再循環を利用する方法及び配置
JP2000510637A (ja) 低温型燃料電池の排ガス中に含有されたエンタルピーを利用する方法および該方法を実施する装置
JP2013219034A (ja) Ｍｃｆｃ発電システムとその運転方法
KR20090020687A (ko) 연료 전지 시스템 및 연료 전지 시스템의 온도 관리 방법
WO2009113305A1 (ja) 燃料電池システム及びその運転方法
US11688863B2 (en) Fuel cell system
KR100778207B1 (ko) 전력변환장치의 폐열을 이용한 연료전지 시스템
KR20180128288A (ko) 연료전지 시스템
JP2003017097A (ja) ガス加湿装置及び燃料電池システム
KR101080311B1 (ko) 분리형 보조 버너를 갖는 연료전지시스템 및 이의 운전 방법
KR101439671B1 (ko) 가열통합형 연료전지 모듈
JP2006179346A (ja) 燃料電池発電システム及びその運転方法
KR102548739B1 (ko) 열효율이 우수한 연료전지 시스템
KR20140081123A (ko) 고효율 연료전지 모듈
KR102457726B1 (ko) 연료전지의 오프가스 연소 시스템
KR101295237B1 (ko) 연료전지 시스템
JP2002008697A (ja) 燃料電池システムの運転起動方法およびその装置
KR20110037324A (ko) 연료전지용 수증기 발생장치
JP3939333B2 (ja) 給湯システム
JP2010044960A (ja) 燃料電池発電システムおよび燃料電池発電方法
JP4281529B2 (ja) 固体高分子形燃料電池発電装置
KR101589176B1 (ko) 열효율이 증가된 연료전지를 이용한 난방장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20120716

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130708

Year of fee payment: 7

LAPS Lapse due to unpaid annual fee