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고분자전해질 연료전지의 중저온 열원을 건물난방에 이용하기 위한 온도 제어장치 개발
Development of Temperature Control System to use in Building Heating of low Temperature Heat of PEMFC 원문보기

플랜트 저널 = Plant journal, v.10 no.3, 2014년, pp.45 - 51  

차광석 (단국대학교 건축공학과) ,  김회서 (단국대학교 건축공학과)

초록
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본 연구에서는 기존 가정용연료전지에서 활용이 미약한 중저온의 배열을 건물난방부하에 적용할 수 있도록 온도 안정화 장치를 개발하였으며 이 장치가 기존 난방설비와 연계가 가능하도록 제어시스템을 구축하였다. 연료전지 시스템의 정상작동을 위해서는 연료전지로부터 배출되는 온수의 공급온도가 $60^{\circ}C$이어야 하고 다시 연료전지로 회수되는 작동 유체의 환수온도는 항상 $55^{\circ}C$로 유지하여야 한다. 본고에서는 먼저 스택배열 활용을 극대화하기 위해 CFD 분석을 통해 소형열교환기와 기존 난방설비배관과의 최적 연계장치시스템을 구성하였다. 또한 계절별 난방 수온의 불규칙한 온도변화에 대응하기 위해서 연료전지 스택의 열원과 아파트세대 난방용 환수관을 연결한 온도자동조절 밸브를 사용하여 온도안정화 장치를 개발하였다. 소형열교환기와 통합 활용할 수 있도록 설정된 온수의 온도가 편차 ${\pm}0.5^{\circ}C$ 이내에서 유지되도록 하였다. 이 연구결과를 통해 연료전지인 PEMFC의 배열을 건물난방부하에 활용이 추후 가능할 것으로 예상된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This study performs several experiments on a newly developed temperature safety system that can be used for residential building heating systems, the heat source of which is derived from a conventional fuel cell. Prior to this, the hot water made from a fuel cell was not used in residential housing ...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러므로 도심지 건축물 에너지수급에 대한 에너지패러다임의 변화 대응과 건축물에 적용이 용이하고 차별화된 신재생에너지 아이템 개발이 요구된다. 따라서 24시간 건물부하 대응이 용이하고 생산된 열과 전기를 동시에 사용가능한 수소연료전지 시스템의 가장 필요한 기술 중의 하나인 배열 활용 기술을 연구하고자 하였다. 즉 연료전지의 효율성 및 경제성을 높이기 위한 기존 건물난방 설비와 연계된 배열을 활용할 수 있는 설비시스템을 구축하여 소비자 요구에 만족하는 유지관리 편리성을 확보할 수 있도록 하였다.
  • 중앙공급식 난방배관 설비와 연계할 경우 PEMFC의 생성 열원 활용성을 증가시킬 수 있는 열교환기와 온도안정화 장치를 개발함으로서 불필요한 방열로 사용되는 팬 동력 및 기존 가정용 연료전지 배열 활용성을 높일 수 있음을 확인하였다. 또한 중저온의 PEMFC 배열을 건물의 전기와 열부하에 유용하게 사용할 수 있어 유지관리비용 저감과 연료전지의 경제성 향상을 위한 기초자료로 확보할 수 있었다. PEMFC의 배열 활용을 위한 열교환기와 온도 안정화 장치 개발에 대한 연구결과를 다음과 같이 나타내었다.
  • 적은 소요면적에 열교환이 용이한 열교환기를 개발하기 위해서는 핀튜브가 내장된 열교환기의 설계가 필요하다. 즉 기존 난방 설비배관과 연계할 수 있으며 연료전지의 스택 온도안정화를 위한 다양한 검토를 통하여 열교환기의 개발을 검토하고자 하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
배열 활용 기술을 통해 확보할 수 있는 것은? 따라서 24시간 건물부하 대응이 용이하고 생산된 열과 전기를 동시에 사용가능한 수소연료전지 시스템의 가장 필요한 기술 중의 하나인 배열 활용 기술을 연구하고자 하였다. 즉 연료전지의 효율성 및 경제성을 높이기 위한 기존 건물난방 설비와 연계된 배열을 활용할 수 있는 설비시스템을 구축하여 소비자 요구에 만족하는 유지관리 편리성을 확보할 수 있도록 하였다.
핀튜브가 내장된 열교환기의 설계가 필요한 이유는? 적은 소요면적에 열교환이 용이한 열교환기를 개발하기 위해서는 핀튜브가 내장된 열교환기의 설계가 필요하다. 즉 기존 난방 설비배관과 연계할 수 있으며 연료전지의 스택 온도안정화를 위한 다양한 검토를 통하여 열교환기의 개발을 검토하고자 하였다.
①단순관형 열교환기, ②코일형 열교환기, ③핀튜브형 열교환기 중 가장 연료전지에 활용이 가능한 시스템은? ①단순관형 열교환기, ②코일형 열교환기, ③핀튜브형 열교환기에 대한 압력 및 방열 효율을 비교 검토한 결과 가장 연료전지에 활용이 가능한 시스템은 핀튜브가 내장된 열교환기로 분석되었다. 검토 결과는 아래와 같다.
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