Development of Temperature Control System to use in Building Heating of low Temperature Heat of PEMFC

고분자전해질 연료전지의 중저온 열원을 건물난방에 이용하기 위한 온도 제어장치 개발

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 but just went to waste. The present safety system is installed in the current underfloor heating system. At first we used the CFD technique to develop a new heat exchanger. The fuel cell must satisfy the thermal conditions of the inlet temperature being $55^{\circ}C$ and the outlet temperature being $60^{\circ}C$. But variations in weather cause fluctuations in the heating water temperature. The experimental results show our new system capable of maintaining the temperature difference within a ${\pm}0.5^{\circ}C$ range. So we believe that our new PFMFC fuel cell stack array is a good candidate for being used in residential heating systems.

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.