WO2025193037A1

WO2025193037A1 - 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템

Info

Publication number: WO2025193037A1
Application number: PCT/KR2025/099604
Authority: WO
Inventors: 이성욱; 강병철; 이신구
Original assignee: Mico Power Ltd
Current assignee: Mico Power Ltd
Priority date: 2024-03-11
Filing date: 2025-03-06
Publication date: 2025-09-18
Anticipated expiration: 2026-09-11
Also published as: KR102769111B1

Abstract

본 발명은 배기가스 열교환기를 구비한 연료전지모듈; 상기 연료전지모듈에 구비된 배기가스 열교환기와, 유체의 유동을 안내하는 제1 순환라인으로 연결되어, 상기 배기가스 열교환기에서 배기가스와의 열교환으로 가열된 온수를 유입하여 저장하는 온수저장탱크; 상기 온수저장탱크와 유체의 유동을 안내하는 제2 순환라인으로 연결되어, 상기 온수저장탱크에서 유출되는 온수를 유입하여, 그 온수의 열을 방열시켜 냉각시켜 냉각온수로 유출하는 방열기; 상기 방열기와 유체의 유동을 안내하는 제3 순환라인으로 연결되어, 상기 방열기에서 유출된 냉각온수를 상기 연료전지의 배기가스 열교환기로 반송하는 순환펌프; 및 상기 순환펌프와 배기가스 열교환기를 연결하는 제3 순환라인 상에 구비되어, 상기 배기가스 열교환기에서 유출되는 온수의 온도에 따라 개도 정도가 조절되어, 상기 배기가스 열교환기로 유입되는 냉각온수의 유량을 조절하는 비례제어밸브를 포함하는 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템을 제공한다.

Description

연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템

본 발명은 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개질된 연료와 산소를 반응시켜 전기 에너지를 생산하는 연료전지의 운전 시 발생하는 열을 온수로 회수하여 그 온수를 사용처에 공급하는 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템에 관한 것이다.

일반적으로 수소와 산소가 물이 되는 전기화학적 반응의 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시켜주는 장치인 연료전지는 친환경적인 특성 및 고효율의 발전이 가능하여 최근 연구가 활발히 진행되고 있다.

연료전지는 전해질 및 작동온도에 따라 알카라인 연료전지(AFC), 인산형 연료전지(PAFC), 고분자전해질 연료전지(PEMFC), 용융탄산염 연료전지(MCFC), 고체산화물 연료전지(SOFC) 등의 다양한 형태로 개발되고 있다.

이들 중에서 고체산화물 연료전지(SOFC)는 이온 전도성을 가지는 세라믹을 전해질로 사용하며, 약 500~1000℃ 정도의 고온의 환경에서 작동되는 연료전지로써, 상기의 연료전지 중 가장 높은 효율을 가지는 장점을 나타낸다.

상기 고체산화물 연료전지(SOFC)에 사용되는 연료는 수소뿐만 아니라, CH 계열 가스도 고체산화물 연료전지(SOFC) 시스템 내부에 설치되는 개질기의 수소화 개질로 사용될 수 있다.

이러한 연료전지는 전기를 생산함과 동시에 스택의 폐열을 회수하여 온수를 생산할 수 있다. 그리고 전기와 온수를 동시에 활용하여 에너지 효율을 높여야 보급확대를 기대할 수 있다.

그러나 현실적으로 연료전지의 온수활용이 잘 되고 있지 않다.

그 이유로서는 고가의 온수활용 시스템은 다수의 연료전지와 열교환기, 증발기, 응축기, 온도계, 다수의 밸브 등으로 구성되어 있어 구조가 복잡하며, 배관 구성의 과다로 설치 공간이 많이 필요하며 전반적으로 온수제어 시스템이 확립되어 있지 않다.

또한, 생성된 온수를 연료전지로 냉각 후 재순환을 할 경우, 급격한 온도차가 발생하여, 온도 조절에 따른 경제성 운전 및 사용처 맞춤 온수 활용이 불가한 문제점이 있었다.

종래기술로는 공개특허 제10-2013-0041436호(2013.04.25)를 참조할 수 있다.

본 발명은 연료전지 운전 시 발생하는 배기가스의 열을 배기가스 열교환기를 통해 온수로 회수함과 동시에, 그 배기가스를 냉각하여 연료전지가 원활하게 운전(발전)될 수 있도록 하고, 온수의 온도를 사용처에서 요구하는 온도(설정 온도)에 맞게 조절하여 공급할 수 있는 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명에 따른 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템은 배기가스 열교환기를 구비한 적어도 둘 이상 복수 개의 연료전지모듈; 상기 연료전지모듈들에 각각 구비된 배기가스 열교환기와, 유체의 유동을 안내하는 제1 순환라인으로 연결되어, 상기 배기가스 열교환기에서 배기가스와의 열교환으로 가열된 온수를 유입하여 저장하는 온수저장탱크; 상기 온수저장탱크와 유체의 유동을 안내하는 제2 순환라인으로 연결되어, 상기 온수저장탱크에서 유출되는 온수를 유입하여, 그 온수의 열을 방열시켜 냉각시켜 냉각온수로 유출하는 방열기; 및 상기 방열기와 유체의 유동을 안내하는 제3 순환라인으로 연결되어, 상기 방열기에서 유출된 냉각온수를 상기 연료전지의 배기가스 열교환기로 반송하는 순환펌프를 포함하고, 상기 연료전지의 배기가스 열교환기와 순환펌프를 연결하는 제3 순환라인은 상기 연료전지모듈 개수에 대응하는 개수로 분기되고, 분기된 각각의 제3 순환라인 상에 상기 배기가스 열교환기에서 유출되는 온수의 온도에 따라 상기 배기가스 열교환기로 유입되는 냉각온수의 유량을 조절하는 비례제어밸브를 각각 구비한다.

이때 본 발명에 따른 상기 제3 순환라인 중 상기 배기가스 열교환기의 유입단측에는, 상기 배기가스 열교환기로 유입되는 냉각온수의 온도를 측정하는 제1 온도센서를 구비할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 상기 방열기는 배기가스가 유동하는 방열코어로 공기를 송풍하는 방열팬을 포함하는 공냉식 방열기로, 상기 방열기의 방열팬은 상기 제1 온도센서에 의해 측정된 상기 배기가스 열교환기로 유입되는 냉각온수의 온도를 기반으로 RPM이 조절될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 상기 제1 순환라인 중 상기 배기가스 열교환기의 유출단측에는 상기 배기가스 열교환기에서 유출되는 온수의 온도를 측정하는 제2 온도센서를 구비할 수 있다.

이때 본 발명에 따른 상기 비례제어밸브는 상기 순환펌프와 배기가스 열교환기를 연결하는 제3 순환라인 상에 구비되어, 상기 배기가스 열교환기에서 유출되는 온수의 온도에 따라 개도 정도가 조절되어, 상기 배기가스 열교환기로 유입되는 냉각온수의 유량을 조절한다.

여기서 본 발명에 따른 상기 비례제어밸브는 상기 제2 온도센서에 의해 측정된 상기 배기가스 열교환기에서 유출되는 온수의 온도를 기반으로 개방 정도가 조절될 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 상기 제1 순환라인에는 상기 온수저장탱크로 유입되는 온수의 부피 팽창에 따른 압력 상승을 해소하는 팽창탱크를 더 구비할 수 있다.

더불어 본 발명에 따른 상기 온수저장탱크는 그 내부에 저장된 온수를 사용처로 공급하는 배수라인과, 그 내부에 저장된 온수의 수위에 대응하여 급수가 이루어지는 급수라인을 포함하고, 상기 급수라인에서 분기되어, 상기 제3 순환라인과 제1 삼방밸브로 연결되는 비상급수라인과, 상기 제1 순환라인과 제2 삼방밸브로 연결되로 연결되는 비상배수라인을 포함하여, 상기 방열기 및 비례제어밸브의 이상 시, 상기 배기가스 열교환기로의 급수 및 배수가 바이패스될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 연료전지모듈은 개질된 연료와 산소를 반응시켜 전기 에너지를 생산하는 연료전지 스택과, 외부에서 공급된 연료를 수증기로 개질하고, 개질된 연료를 상기 연료전지 스택으로 공급하는 개질기와, 상기 연료전지 스택에서 배출되는 배기가스를 유입하고, 외부에서 유입된 냉각온수를 배기가스와의 열교환으로 가열하여 온수로 유출하는 배기가스 열교환기를 포함한다.

이때 본 발명에 따른 상기 배기가스는 상기 연료전지 스택에서 배출되는 애노드 오프 가스인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.

배기가스 열교환기로 냉각온수가 유입되는 유입단측 순환라인에 배기가스 열교환기로 유입되는 냉각온수의 유량을 조절하는 비례제어 밸브를 구비하고, 냉각온수의 유량 조절을 통해 연료전지의 발전 간 경제적인 운전을 실현할 수 있다.

폐회로 구성을 통한 열교환 방식을 채용하여, 폐열 최소화 및 추가 냉수 공급 불필요로 사용처의 운전 비용을 저감할 수 있다.

배기가스 열교환기 유입단 측의 냉각온수의 온도를 측정하고, 측정된 냉각온수의 온도를 기반으로 방열기의 방열팬 RPM 제어를 통해 방열기 열부하 개선 및 연료전지의 열효율이 상승하는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지모듈을 간략하게 보인 예시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템을 간략하게 보인 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 공냉식 방열기에 의해 방열로 냉각된 냉각온수가 배기가스 열교환기로 공급될 온수를 방열로 냉각하여 냉각온수로 공급하고, 배기가스 열교환기로 재 열교환 시, 상기 배기가스 열교환기는 온수의 온도를 사용처에서 요구하는 온도로 유지할 수 있는 연료전지모듈 및 이를 이용한 온수 공급시스템에 관한 것으로 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.

<연료전지모듈>

도 1을 참조한 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지모듈(100)은 연료전지 스택(110), 개질기(120), 배기가스 열교환기(130)를 포함한다.

먼저, 상기 연료전지 스택(110)은 공기 중의 산소 및 개질된 연료 가스의 수소를 이용하여 전기 에너지를 생성하는 것으로, 상기 산소와 수소의 반응은 발열 반응으로써, 상기 연료전지 스택(110)은 전기 에너지를 생성하는 동안 배기가스를 통해 열을 방출할 수 있다.

이때 상기 배기가스는 상기 연료전지 스택(110)에서 배출되는 애노드 오프 가스이다.

그리고 상기 연료전지 스택(110)은 하나 이상의 연료전지 스택을 하나 이상 복수 개로 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 연료전지 스택(110)은 약 500℃ 이상의 온도에서 작동하는 고체산화물 연료전지(SOFC) 스택을 하나 이상 복수 개로 포함할 수 있고, 이때 복수 개의 연료전지 스택(110)은 서로 직렬 또는 병렬 중 어느 하나의 방식으로 연결될 수 있다.

한편, 상기 연료전지 스택(110)은 평판형 단전지들의 스택일 수도 있고, 원통형 또는 평관형 단전지들의 번들일 수도 있다.

그리고 상기 개질기(120)는 외부 연료공급장치를 통해 외부 연료공급부에서 공급된 탄화수소 연료 중 적어도 일부를 수소로 변환할 수 있다.

상기 개질기(120)로는 수증기를 산화제로 이용하여 상기 탄화수소 연료를 수소로 변환시키는 수증기 개질기(Steam Reformer), 산소를 산화제로 이용하여 상기 탄화수소 연료를 수소로 변환시키는 부분산화 개질기(Partial Oxidation Reformer), 산화제로 수증기와 산소를 모두 이용하여 상기 탄화수소 연료를 수소로 변환시키는 자열 개질기(Auto-thermal Reforming), 촉매를 이용한 부분산화 통해 상기 탄화수소 연료를 수소로 변환시키는 촉매 부분산화 개질기(Catalytic Partial oxidation Reformer) 등으로부터 선택된 하나가 사용될 수 있다.

상기 수증기 개질기 내부에서의 수증기 개질 반응은 흡열 반응임에 반하여, 상기 부분산화 개질기 및 촉매 부분산화 개질기 내부에서의 부분산화 개질 반응 및 촉매 부분산화 개질 반응은 발열 반응이고, 상기 자열 개질기 내부에서의 자열 개질 반응은 균형 반응이다.

그리고 상기 배기가스 열교환기(130)는 연료전지 스택(110)과 인접하게 배치되고, 상기 연료전지 스택(110)으로부터 배출된 배기가스와 외부에서 공급된 냉각온수(방열기에 의해 방열 냉각된 온수)의 열교환을 유도할 수 있다.

이때 상기 배기가스는 상기 연료전지 스택(110)에서 배출되는 고온의 애노드 오프 가스이고, 상기 배기가스 열교환기(130)로 유입된 배기가스는 냉각온수와의 열교환으로 냉각되어 배출되며, 상기 배기가스와 열교환한 냉각온수는 가열되어 온수로 유출된다.

<연료전지를 이용한 온수 공급시스템>

도 2를 참조한 본 발명의 실시 예 따른 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템은 연료전지모듈(100), 온수저장탱크(200), 방열기(300), 순환펌프(400)를 포함한다.

상기 연료전지모듈(100)은 개질된 연료와 산소를 반응시켜 전기 에너지를 생산하는 것으로, 배기가스와 냉각온수의 열교환을 유도하는 배기가스 열교환기(130)를 포함한다. 상기 연료전지모듈(100)은 도 1을 참조하여 설명한 연료전지모듈(100)이 적용될 수 있으므로 이에 대한 중복된 상세한 설명은 생략한다.

그리고 상기 온수저장탱크(200)는 상기 연료전지모듈(100)의 배기가스 열교환기(130)와 유체의 유동을 안내하는 제1 순환라인(10)으로 연결되어, 상기 제1 순환라인(10)을 통해 상기 연료전지모듈(100)에서 배수된 온수를 유입하여 저장한다.

이때 상기 제1 순환라인(10)은 상기 배기가스 열교환기(130)의 유출단과, 상기 온수저장탱크(200)의 유입단을 연결하여, 상기 배기가스 열교환기(130)에서 유출된 온수가 상기 온수저장탱크(200)로 유입된다.

여기서 상기 온수저장탱크(200)로 유입되는 온수는 상기 연료전지모듈(100)의 배기가스 열교환기(130)에서 배기가스와의 열교환으로 가열된 온수이다.

그리고 상기 온수저장탱크(200)는 온수의 사용처와 연결된 배수라인(40)이 연결되어, 사용처의 요구에 따라 상기 온수저장탱크(200)에 수용된 온수를 배수라인(40)을 통해 공급할 수 있다.

또한, 상기 온수저장탱크(200)에는 급수라인(50)이 연결되어, 상기 온수저장탱크(200)에 저장된 냉각온수의 수위에 따라 급수가 이루어질 수 있다.

더불어 상기 온수저장탱크(200)의 유입단과 상기 연료전지(100)의 배기가스 열교환기(130)의 유출단을 연결한 상기 제1 순환라인(10)에는 팽창탱크(210)를 구비할 수 있는데, 상기 팽창탱크(210)는 상기 배기가스 열교환기(130)에서 배기가스와의 열교환으로 가열된 온수를 유입하여, 가열됨에 따라 부피 팽창에 따른 온수의 압력 상승을 해소한다.

또한, 상기 제1 순환라인(10)에는 유량계(220)를 더 구비할 수 있는데, 상기 유량계(220)는 상기 제1 순환라인(10)을 따라 상기 온수저장탱크(200)로 유입되는 온수의 유량을 파악할 수 있도록 한다.

그리고 상기 방열기(300)는 상기 온수저장탱크(200)와 유체의 유동을 안내하는 제2 순환라인(20)으로 연결되어, 상기 제2순환라인(20)을 통해 상기 온수저장탱크(200)에서 유출되는 온수를 유입하여, 그 온수를 방열로 냉각시켜 냉각온수로 유출한다.

이때 상기 제2 순환라인(20)은 상기 온수저장탱크(200)의 유출단과, 상기 방열기(300)의 유입단을 연결하여, 상기 온수저장탱크(200)에서 유출된 온수가 상기 방열기(300)로 유입된다.

상기 방열기(300)는 공냉식 방열기로, 상기 온수가 유동하는 방열코어 및 상기 방열코어(미도시)로 외기를 송풍하는 방열팬(미도시)을 포함하고, 상기 방열기(300)로 유입된 온수의 열을 외기로 방열시켜 상기 온수를 해당 온도로 냉각하여 냉각온수(방열되어 냉각된 온수)로 전환 시킨다.

여기서 상기 방열기(300)의 방열팬은 상기 배기가스 열교환기(130)의 유입단 측에 구비된 제1 온도센서(TC-1)에서 측정한 냉각온수의 온도로 그 RPM이 제어될 수 있다.

일례로, 상기 배기가스 열교환기(130)로 유입된 냉각온수의 온도가 기준온도 이상이면, 상기 방열팬의 RPM을 증가시켜 상기 방열기(300)의 방열 성능을 향상시킬 수 있다.

이는 하절기 및 동절기에서의 외기 온도에 따른 방열기(300)의 성능부하를 개선하고, 낮과 밤에 따른 배기가스 열교환기(130)로 유입되는 냉각온수 온도의 편차를 줄여, 연료전지모듈(100)의 경제성 운전을 실현할 수 있다.

그리고 상기 순환펌프(400)는 상기 방열기(300)와 유체의 유동을 안내하는 제3 순환라인(30)으로 연결되고, 상기 방열기(300)에서 유출된 냉각온수를 반송한다.

이때 상기 제3 순환라인(30)은 상기 방열기(300)의 유출단과, 상기 순환펌프(400)의 유입단을 연결하여, 상기 방열기(300)에서 유출된 냉각 온수가 상기 순환펌프(400)로 유입되고, 상기 순환펌프(400)로 유입된 냉각 온수는 상기 순환펌프(400)와 상기 연료전지(100)의 배기가스 열교환기(130)를 연결한 제3 순환라인(30)을 통해 상기 배기가스 열교환기(130)로 반송된다.

여기서 상기 순환펌프(400)와 상기 배기가스 열교환기(130)를 연결하는 제3 순환라인(30) 상에는 비례제어밸브(500)를 구비하는데, 상기 비례제어밸브(500)는 상기 배기가스 열교환기(130)에서 유출되는 온수의 온도에 따라 개방 정도가 조절되어, 상기 배기가스 열교환기(130)로 유입되는 냉각온수의 유량을 조절한다.

이때 상기 비례제어밸브(500)는 상기 배기가스 열교환기(130)의 유출단측에 구비된 제2 온도센서(TC-2)에서 측정한 온수의 온도로 상기 비례제어밸브(500)의 개방 정도가 조절될 수 있다.

상기 연료전지모듈(100)의 운전조건에서 상기 방열기(300)를 통해 온수의 잉여 열을 외기에 충분히 방열할 수 없는 경우라도 연료전지모듈(100)의 배기가스의 온도에 비해서는 낮다.

따라서 상기 배기가스 열교환기(130)로 유입되는 냉각온수의 유량을 증가시키게 되면, 열교환율이 상승하여 상기 배기가스 열교환기(130)의 온도가 내려가게 되어 응축하는 배기가스 중의 수증기 양이 증가할 수 있다.

또한, 상기 온수저장탱크(200)로 유입되는 온수의 온도를 일정하게 유지하기 위해 상기 배기가스 열교환기(130)의 유출단에 구비된 제2 온도센서(TC-2)를 통해 상기 배기가스 열교환기(130)에서 유출되는 온수의 온도를 인지하여 PLC 제어를 통해 상기 비례제어밸브(500)의 개방 정도를 미세 제어하면, 상기 배기가스 열교환기(130)로 유입되는 냉각온수의 유량을 조절함에 따라 사용처에서 요구하는 온수의 온도 조건을 유지할 수 있다.

여기서 본 발명은 실시 예에 따른 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템은 상기 연료전지모듈(100)과 온수저장탱크(200)를 연결하는 제1 순환라인(10)과, 상기 온수저장탱크(200)와 방열기(300)를 연결하는 제2 순환라인(20)과, 상기 방열기(300)와 순환펌프(400) 및 연료전지모듈(100)을 연결하는 제3순환라인(30)에 의해 온수가 상기 온수저장탱크(200), 방열기(300), 순환펌프(400), 연료전지(100)에서 다시 상기 온수저장탱크(200)로 순환하게 되는 폐회로를 이루는 것이 바람직하다.

또한, 상기 방열기(300)와 순환펌프(400) 및 연료전지모듈(100)을 연결하는 제3 순환라인(30)은 상기 순환펌프(400)의 후방에서 복수 개의 제3 순환라인(30)으로 분기하여, 상기 연료전지모듈(100)을 하나 이상 복수 개로 구비할 수 있다.

이때 상기 순환펌프(400)와 상기 배기가스 열교환기(130)를 연결하는 제3 순환라인(30) 상에 구비되는 비례제어밸브(500) 역시, 분기된 각각의 제3 순환라인(30) 상에 구비되도록 하나 이상 복수 개로 구비할 수 있다.

또한, 본 발명은 실시 예에 따른 연료전지를 이용한 온수 공급시스템은 상기 급수라인에서 분기되어, 상기 배기가스 열교환기(130) 유입단 측, 제3 순환라인(30)과 연결되는 비상급수라인(51)를 포함할 수 있다.

상기 비상급수라인(51)은 제3 순환라인(30)과 제1 삼방밸브(52)로 연결되어, 상기 제1 삼방밸브(52)의 개방방향에 따라 선택적으로 상기 비상급수라인(51)과 제3 순환라인(30)의 유로가 연통할 수 있다.

그리고 상기 제1 순환라인(10)에는 비상배수라인(11)이 분기될 수 있는데, 상기 비상배수라인(11) 역시, 상기 제1 순환라인(10)과 제2 삼방밸브(12)로 연결되어, 상기 제2 삼방밸브(12)의 개방방향에 따라 선택적으로 상기 제1 순환라인(10)과 비상배수라인(11)의 유로가 연통할 수 있다.

따라서 상기 방열기(300)나 비례제어밸브(500) 등의 구동요소가 이상이 발생하여, 상기 연료전지모듈(100)의 정상 운전이 불가능한 경우, 제1 및 제2 삼방밸브(52, 12)를 이용하여, 상기 비상급수라인(51) 및 비상배수라인(11)을 개방시켜, 상기 배기가스 열교환기(130)로의 급수 및 배수가 바이패스될 수 있다.

이때 상기 배기가스 열교환기(130)의 유입단측은 급수라인(시설라인 직수)과 연결되어, 특정 온도 이상으로 시스템 비상정지 발생시 개회로 전환될 수 있고, 출구 측은 시설라인 드레인 라인과 연결되어 외부로 긴급 배수가 이루어진다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims

배기가스 열교환기를 구비한 적어도 둘 이상 복수 개의 연료전지모듈;

상기 연료전지모듈들에 각각 구비된 배기가스 열교환기와, 유체의 유동을 안내하는 제1 순환라인으로 연결되어, 상기 배기가스 열교환기에서 배기가스와의 열교환으로 가열된 온수를 유입하여 저장하는 온수저장탱크;

상기 온수저장탱크와 유체의 유동을 안내하는 제2 순환라인으로 연결되어, 상기 온수저장탱크에서 유출되는 온수를 유입하여, 그 온수의 열을 방열시켜 냉각시켜 냉각온수로 유출하는 방열기; 및

상기 방열기와 유체의 유동을 안내하는 제3 순환라인으로 연결되어, 상기 방열기에서 유출된 냉각온수를 상기 연료전지의 배기가스 열교환기로 반송하는 순환펌프;를 포함하고,

상기 연료전지의 배기가스 열교환기와 순환펌프를 연결하는 제3 순환라인은,

상기 연료전지모듈 개수에 대응하는 개수로 분기되고, 분기된 각각의 제3 순환라인 상에 상기 배기가스 열교환기에서 유출되는 온수의 온도에 따라 상기 배기가스 열교환기로 유입되는 냉각온수의 유량을 조절하는 비례제어밸브를 각각 구비한 것을 특징으로 하는 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 제3 순환라인 중 상기 배기가스 열교환기의 유입단측에는,

상기 배기가스 열교환기로 유입되는 냉각온수의 온도를 측정하는 제1 온도센서를 구비한 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 방열기는

배기가스가 유동하는 방열코어로 공기를 송풍하는 방열팬을 포함하는 공냉식 방열기인, 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템.
청구항 3에 있어서,

상기 방열기의 방열팬은,

상기 제1 온도센서에 의해 측정된 상기 배기가스 열교환기로 유입되는 냉각온수의 온도를 기반으로 RPM이 조절되는, 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 제1 순환라인 중 상기 배기가스 열교환기의 유출단측에는,

상기 배기가스 열교환기에서 유출되는 온수의 온도를 측정하는 제2 온도센서를 구비한, 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템.
청구항 5에 있어서,

상기 비례제어밸브는,

상기 순환펌프와 배기가스 열교환기를 연결하는 제3 순환라인 상에 구비되어, 상기 배기가스 열교환기에서 유출되는 온수의 온도에 따라 개도 정도가 조절되어, 상기 배기가스 열교환기로 유입되는 냉각온수의 유량을 조절하는 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템.
청구항 6에 있어서,

상기 비례제어밸브는,

상기 제2 온도센서에 의해 측정된 상기 배기가스 열교환기에서 유출되는 온수의 온도를 기반으로 개방 정도가 조절되는, 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 제1 순환라인에는,

상기 온수저장탱크로 유입되는 온수의 부피 팽창에 따른 압력 상승을 해소하는 팽창탱크를 더 구비하는, 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 온수저장탱크는

그 내부에 저장된 온수를 사용처로 공급하는 배수라인과,

그 내부에 저장된 온수의 수위에 대응하여 급수가 이루어지는 급수라인을 포함하는, 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템.
청구항 9에 있어서,

상기 급수라인에서 분기되어, 상기 제3 순환라인과 제1 삼방밸브로 연결되는 비상급수라인과,

상기 제1 순환라인과 제2 삼방밸브로 연결되로 연결되는 비상배수라인을 포함하여, 상기 방열기 및 비례제어밸브의 이상 시, 상기 배기가스 열교환기로의 급수 및 배수가 바이패스되는, 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 연료전지모듈은

개질된 연료와 산소를 반응시켜 전기 에너지를 생산하는 연료전지 스택과,

외부에서 공급된 연료를 수증기로 개질하고, 개질된 연료를 상기 연료전지 스택으로 공급하는 개질기와,

상기 연료전지 스택에서 배출되는 배기가스를 유입하고, 외부에서 유입된 냉각온수를 배기가스와의 열교환으로 가열하여 온수로 유출하는 배기가스 열교환기를 포함하는, 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템.
청구항 11에 있어서,

상기 배기가스는,

상기 연료전지 스택에서 배출되는 애노드 오프 가스인 연료전지모듈을 이용한 온수 공급시스템.