[发明专利]燃料电池系统的热回收设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过氢和氧的电化学反应产生电能的燃料电池系统，并且更具体地涉及一种燃料电池系统的热回收设备，其通过有效地回收热而向热水或供热循环水供应从包括燃料电池组的各种发电元件所产生的热。

背景技术

燃料电池是一种通过氢的氧化反应和氧的还原反应产生电能的发电设备。燃料电池分为诸如聚合物电解质膜燃料电池和直接甲醇燃料电池的类型。

聚合物电解质膜燃料电池是一种使用具有氢离子交换特性的聚合物膜作为电解质的燃料电池并通过借助于含氢燃料和含氧空气引发电化学反应而产生电能。使用聚合物电解质燃料电池的燃料电池系统具有下述示意性结构。

也就是说，作为组成部件，燃料电池系统可包括用于产生电能的燃料电池发电设备以及用于通过回收废热来将燃料电池发电设备所产生的废热供应给需要热量的场所的热回收设备。

燃料电池发电设备包括：燃料电池组，其用于通过氢和氧的电化学反应产生直流(DC)电；重整器，其用于通过重整烃基发电材料如液化天然气(LNG)或液化石油气(LPG)向燃料电池组供应富含氢的重整气体；空气供应装置，其用于供应燃料电池组中所需的氧；电力变换器，其将燃料电池组所产生的DC电变换成交流(AC)电；以及各种BOP(辅助设备)和控制器，其为起动和停止组成部件并保持发电所需要。

参看韩国专利No.0418459和No.0740542中所公开的信息，燃料电池系统的热回收设备具有下述示意性构造。也就是说，根据相关技术的燃料电池系统的热回收设备包括用于储存从燃料电池发电设备回收的废热的储热罐(tank)和用于向热水或供热循环水供应储存在储热罐中的废热的装置。

具体而言，该燃料电池系统的热回收设备构造成用以回收从燃料电池发电设备中的各种系统组成部件如燃料电池组和燃料处理装置所产生的废热。此时，在该燃料电池发电设备中，燃料电池组应当保持在预定温度用以更稳定地产生电能，并且应当对燃料处理装置进行有效的热回收以防止出现热失衡。也就是说，优选的是根据各个热产生量对组成部件如燃料电池组和燃料处理装置进行热回收。

然而，由于根据相关技术的燃料电池系统的热回收设备在热有序地经过燃料电池发电设备的组成部件如燃料电池组和燃料处理装置时回收热，故难以适当地对各个组成部件进行热交换。结果，视情况而定，根据相关技术的燃料电池系统的热回收设备导致燃料电池系统的发电效率和耐用性由于燃料电池组的温度不均匀或燃料处理装置的热失衡而恶化。

发明内容

技术问题

本发明旨在解决常规技术的上述问题。根据本发明的一个示例性实施例，本发明的一个目的是提供一种燃料电池系统的热回收设备，其能够通过单独回收废热来有效地回收从燃料电池系统的组成部件所产生的废热，而不受燃料电池系统的周围环境的变化和储热罐内部温度的变化的影响。

根据本发明的另一示例性实施例，本发明的另一目的是提供一种燃料电池系统的热回收设备，其通过增强储热罐中的热回收循环结构和排出结构而提高储热罐中的废热的利用率。

技术方案

根据本发明的一个示例性实施例，燃料电池系统的热回收设备包括：第一热交换器，其回收从燃料电池组所产生的废热；独立于第一热交换器安装的第二热交换器，其回收从燃料处理装置或系统管路所产生的废热；以及储热罐，其向第一热交换器和第二热交换器供应热交换材料，并回收热交换材料以根据外部热需求向外部供应包含在热交换材料中的废热。

一个第一管路通道连接自储热罐，该第一管路通道在第一热交换器和第二热交换器之前分支成第二管路通道和第三管路通道，并且第二管路通道和第三管路通道分别连接在第一热交换器和第二热交换器上。

第四管路通道连接在第一管路通道上使得热交换材料可经由另一通路连结第一管路通道。空气冷却式散热器安装在第四管路通道中，并且用于有选择地改变热交换材料的流动方向的第一三通阀安装在第一管路通道的一部分中，该部分分支到第四管路通道。

允许热交换材料沿一个方向流动的第一止回阀和第一泵安装在第二管路通道中。允许热交换材料沿一个方向流动的第二止回阀和第二泵安装在第三管路通道中。

储热罐从外部接收热交换材料，使热交换材料在第一热交换器和第二热交换器中循环，并储存该热交换材料作为含有废热的材料。

第一热交换通道安装在储热罐中，并且被引入第一热交换通道中的水通过与含有废热的材料进行热交换而转换成热水并供应到储热罐外部。