KR20230071971A - 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템 - Google Patents
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Abstract
수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템은, 수소연료전지시스템; 상기 수소연료전지시스템으로부터 발생되는 수소를 완전 연소시키는 수소촉매버너; 상기 수소연료전지시스템에서 발생된 열에너지와, 상기 수소촉매버너에서 상기 수소가 완전 연소되어 발생된 열에너지가 저장되는 열저장장치; 누출되는 수소를 감지하는 수소센서; 상기 수소센서가 수소를 감지 시 자동으로 오픈되는 자동문;을 포함한다. 본 발명에 의하면, 수소와 공기를 사용하는 수소촉매버너의 연소열을 다양하게 적용하여, PEMFC의 폐열을 활용하여 발전하는, 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템이 제공된다.
Description
본 발명은 가정용 발전 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 수소와 공기를 사용하는 수소촉매버너의 연소열을 다양하게 적용하여, PEMFC의 폐열을 활용하여 발전하는, 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템에 관한 것이다.
종래의 보일러 연결구조를 갖는 가정용 발전장치는, 개질기로 탄화수소계 연료가 공급되는 연료공급라인과 보일러를 연결하는 연결라인을 설치하고, 연료공급라인과 연결라인의 연결부위에 연료공급을 조절하는 삼방밸브를 설치한다.
이 때 가정에서 난방을 주로 하는 경우에는 삼방밸브에서 연료의 일부를 보일러로 공급하고, 보일러에서 발생되는 열에 의하여 난방이 이루어지도록 하여, 스택에서 발생되는 열과 보일러에서 발생되는 열에 의하여 집중적인 난방이 이루어지게 된다.
연료전지시스템은 초기 시동 시 저온 영역에서 효율이 떨어지는 단점이 있고 연료전지에서 소비된 수소 가스 중 미연소 가스에 대한 처리 부분이 미흡하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템은, 수소연료전지시스템에서 발생되는 전기와 폐열을 사용하고, 수소촉매버너의 연소열을 사용하는, 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템은, 열저장장치에 보관된 열에너지를 이용하여 온수와 난방수를 가열하는 것을 기본으로 하고 불충분할 때 수소촉매버너로 온수와 난방수를 가열하여 원하는 온도와 유량을 공급하도록 함으로써 회수된 폐열의 충분한 활용과 수소촉매버너의 연료사용 절감할 수 있는, 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템은, 수소연료전지시스템; 상기 수소연료전지시스템으로부터 발생되는 수소를 완전 연소시키는 수소촉매버너; 상기 수소연료전지시스템에서 발생된 열에너지와, 상기 수소촉매버너에서 상기 수소가 완전 연소되어 발생된 열에너지가 저장되는 열저장장치; 누출되는 수소를 감지하는 수소센서; 상기 수소센서가 수소를 감지 시 자동으로 오픈되는 자동문;을 포함한다.
여기서, 연소된 수소와 물 사이의 열교환을 통해 상기 열저장장치의 내부온도를 조절하는 제1열교환기; 난방수의 온도를 조절하는 제2열교환기; 온수의 온도를 조절하는 제3열교환기;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 적어도 다음과 같은 효과가 있다.
수소연료전지시스템에서 생성된 물과 배기의 열에너지를 회수하고, 수소연료전지시스템에서 나오는 냉각수의 열에너지를 회수하여 열저장장치에 저장함으로써 에너지 절약을 할 수 있다.
또한, 열저장장치에 보관된 열에너지를 이용하여 온수와 난방수를 가열하는 것을 기본으로 하고 불충분할 때 수소촉매버너로 온수와 난방수를 가열하여 원하는 온도와 유량을 공급하도록 함으로써 회수된 폐열의 충분한 활용과 수소촉매버너의 연료사용 절감을 통한 적절한 에너지 이용 효과가 있다.
또한, 수소연료전지시스템의 높은 효율로 전기를 가정에서 직접 생산하여 사용할 수 있으며, 점화원이 없이 전화되는 수소촉매버너에 의해 수소연료전지시스템에서 낭비될 수 있는 잔류가스인 수소를 이용할 수 있는 에너지로 전환할 수 있다.
또한, 연료전지에 공급되는 수소와 공기의 온도가 영하일 때 전기히터로 수소와 공기를 데워서 영상의 온도로 공급하여 연료전지의 성능 저하가 방지될 수 있다.
또한, 일체형 상자에 전지에 공급되는 수소와 공기버너, 열저장장치 및 부대 설비를 넣음으로써 발열된 모든 에너지를 활용하여 수소연료전지스택의 동파를 방지하고 열에너지 손실을 최대한 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템의 장치도
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템의 수소촉매버너의 장치도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템의 수소촉매버너의 장치도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 도면에 예시하고 이에 대해 상세한 설명에 상세하게 설명한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
설명에 앞서 상세한 설명에 기재된 용어에 대해 설명한다. 이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다. 또한, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
또한, 도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성요소는 동일한 도면 부호를 부여하고 이에 대해 중복되는 설명은 생략한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템은, 수소와 공기를 사용하는 수소촉매버너의 연소열을 다양하게 적용하여, PEMFC의 폐열을 활용하여 발전하는, 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템은, 수소연료전지시스템과 수소촉매버너와, 열저장장치와, 안전밸브와, 밸브와, 온도센서와, 전기히터와, 열교환기와, 자동문을 포함한다.
수소연료전지로 공급되는 수소 및 공기의 온도는 전기히터 전단의 온도센서(T1, T3)에서 센싱되고, 센싱 결과 영하의 온도이면 가변 전기히터로 수소와 공기를 가열하여 영상이 되도록 한다. 이는 전기히터 후단의 온도센서(T2, T4)에 의해 확인될 때까지 가열된다.
수소연료전지 시스템에서 나오는 여분의 수소는 수소촉매버너에서 완전히 연소시켜 발생된 열에너지를 저장시키거나 열교환시켜 효율을 향상시키고, 열에너지를 가진 공기와 물을 열저장장치에 통과시켜 그 열에너지를 열저장장치에 저장하여 에너지 이용 효율을 향상시킨다.
수소연료전지시스템에서 발생된 열에너지를 열저장장치에 저장된다.
열저장장치의 열용량 한계에 도달에 저장하여 에너시스템 냉각을 어렵게 할 때를 대비에 냉각장치는 열저장장치를 임의로 냉각한다. 이 때 열저장장치의 열매체 온도가 일정 온도 이하로 내려가는 것을 방지하기 위해 수소촉매버너에서 연소된 수소와 물 사이의 제1열교환기(B1)를 통해 열저장장치의 내부온도를 조절한다.
난방을 위한 열 교환 회로 시스템에서는 열저장장치에서 열을 획득하여 난방한다.
온수회로시스템에서는 공급되는 수돗물의 온도가 대기온도 수준으로 낮으므로 열저장장치에서 일차적으로 열을 획득하여 온도를 올린 다음에 더욱 고온의 온수가 필요하면 연소가스와 물 사이의 열교환기(B3)를 통하여 가열한 후 온수 및 급탕으로 사용한다.
여기서, 본 실시예는 일체형으로 이루어지는 바, 에너지 보존 효율이 좋으나 수소가 누출되면 위험한 문제점이 있다. 이에 수소센서를 장착한 후 미소의 수소를 감지할 경우 환기를 위한 자동문(D1, D2, D3, D4)을 열어 환기시키며 수소 및 공기를 자동으로 차단시키고 경고신호를 보내어 수리할 수 있도록 한다. 만일 단열용기내의 열저장장치의 열매체가 증발하여 압력이 상승하면 일정압력에서 자동으로 안전밸브가 열리도록 한다.
수소촉매버너에서 연소된 가스를 연소된 가스의 흐름을 차단하거나 조절할 수 있는 문(G1,G2,G3,G4,G5,G6)을 통하여 흐르게 함으로써 연소된 가스와 물 사이의 열교환기(B1,B2,B3)를 통한 열교환을 선택적 및 효율적으로 하도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 수소와 공기를 사용하는 수소촉매버너의 연소열을 다양하게 적용하여, PEMFC의 폐열을 활용하여 발전하는, 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템이 제공된다.
나아가 본 실시예에 의하면, 수소연료전지시스템에서 생성된 물과 배기의 열에너지를 회수하고, 수소연료전지시스템에서 나오는 냉각수의 열에너지를 회수하여 열저장장치에 저장함으로써 에너지 절약을 할 수 있다. 또한, 열저장장치에 보관된 열에너지를 이용하여 온수와 난방수를 가열하는 것을 기본으로 하고 불충분할 때 수소촉매버너로 온수와 난방수를 가열하여 원하는 온도와 유량을 공급하도록 함으로써 회수된 폐열의 충분한 활용과 수소촉매버너의 연료사용 절감을 통한 적절한 에너지 이용 효과가 있다. 또한, 수소연료전지시스템의 높은 효율로 전기를 가정에서 직접 생산하여 사용할 수 있으며, 점화원이 없이 전화되는 수소촉매버너에 의해 수소연료전지시스템에서 낭비될 수 있는 잔류가스인 수소를 이용할 수 있는 에너지로 전환할 수 있다. 또한, 연료전지에 공급되는 수소와 공기의 온도가 영하일 때 전기히터로 수소와 공기를 데워서 영상의 온도로 공급하여 연료전지의 성능 저하가 방지될 수 있다. 또한, 일체형 상자에 전지에 공급되는 수소와 공기버너, 열저장장치 및 부대 설비를 넣음으로써 발열된 모든 에너지를 활용하여 수소연료전지스택의 동파를 방지하고 열에너지 손실을 최대한 줄일 수 있다.
본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한 해당 기술 분야의 통상의 기술자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터(factor)에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위 뿐만 아니라, 이 특허청구범위와 균등한 또는 이로부터 등가적으로 변경된 모든 범위는 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1000 : 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템
H1, H2 : 전기히터 B1 : 제1열교환기
B2 : 제2열교환기 B3 : 제3열교환기
H1, H2 : 전기히터 B1 : 제1열교환기
B2 : 제2열교환기 B3 : 제3열교환기
Claims (2)
- 수소연료전지시스템;
상기 수소연료전지시스템으로부터 발생되는 수소를 완전 연소시키는 수소촉매버너;
상기 수소연료전지시스템에서 발생된 열에너지와, 상기 수소촉매버너에서 상기 수소가 완전 연소되어 발생된 열에너지가 저장되는 열저장장치;
누출되는 수소를 감지하는 수소센서;
상기 수소센서가 수소를 감지 시 자동으로 오픈되는 자동문;
을 포함하는 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템.
- 제1항에 있어서,
연소된 수소와 물 사이의 열교환을 통해 상기 열저장장치의 내부온도를 조절하는 제1열교환기;
난방수의 온도를 조절하는 제2열교환기;
온수의 온도를 조절하는 제3열교환기;
를 더 포함하는 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템.
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| KR1020210158163A Ceased KR20230071971A (ko) | 2021-11-17 | 2021-11-17 | 수소연료전지시스템의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 가정용 발전 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20230071971A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117096374A (zh) * | 2023-10-17 | 2023-11-21 | 国家电投集团氢能科技发展有限公司 | 一种燃料电池热电联供换热系统及运行方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100686714B1 (ko) | 2005-11-22 | 2007-02-26 | 대구도시가스 주식회사 | 코제너레이션 연료전지 시스템의 폭발방지형 열회수장치 |
| KR20090086655A (ko) | 2008-02-11 | 2009-08-14 | 전남대학교산학협력단 | Pemfc의 폐열과 수소촉매버너를 이용한 고효율 일체형 가정용 발전 시스템 |
-
2021
- 2021-11-17 KR KR1020210158163A patent/KR20230071971A/ko not_active Ceased
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100686714B1 (ko) | 2005-11-22 | 2007-02-26 | 대구도시가스 주식회사 | 코제너레이션 연료전지 시스템의 폭발방지형 열회수장치 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN117096374A (zh) * | 2023-10-17 | 2023-11-21 | 国家电投集团氢能科技发展有限公司 | 一种燃料电池热电联供换热系统及运行方法 |
| CN117096374B (zh) * | 2023-10-17 | 2024-02-09 | 国家电投集团氢能科技发展有限公司 | 一种燃料电池热电联供换热系统及运行方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PA0109 | Patent application |
Patent event code: PA01091R01D Comment text: Patent Application Patent event date: 20211117 |
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| PE0902 | Notice of grounds for rejection |
Comment text: Notification of reason for refusal Patent event date: 20240409 Patent event code: PE09021S01D |
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| E601 | Decision to refuse application | ||
| PE0601 | Decision on rejection of patent |
Patent event date: 20241212 Comment text: Decision to Refuse Application Patent event code: PE06012S01D |