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양방향 수전해 시스템으로서, 수소극, 공기극 및 그 사이에 개재된 전해질로 구성되며 수전해 모드와 연료전지 모드 중 어느 하나의 모드에서 동작 가능한 양방향 수전해 연료전지(30);상기 수소극에서 배출되는 제1 배출가스를 이송하는 제1 배출경로(L41); 상기 공기극에서 배출되는 제2 배출가스를 이송하는 제2 배출경로(L61); 상기 제2 배출경로에 설치되고, 상기 제1 배출가스의 일부를 공급받아 상기 제2 배출가스를 가열하는 촉매 연소기(57); 상기 촉매 연소기의 하류측에 설치되고 상기 공기극으로 공급하는 공기와 상기 제2 배출가스를 열교환하는 공기-배출가스간 열교환기(53); 및 상기 열교환기(53)를 통과한 공기를 가열하는 히터(62);를 포함하고,연료전지 모드에서 동작할 때, 상기 열교환기에서, 상기 촉매연소기에 의해 가열된 제2 배출가스로 상기 공기극으로 공급할 공기를 가열함으로써 상기 히터의 소비전력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 양방향 수전해 시스템
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제 1 항에 있어서, 상기 촉매 연소기가 수전해 모드에서 동작하지 않고 연료전지 모드에서 동작하도록 구성된 것을 특징으로 하는 양방향 수전해 시스템
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제 2 항에 있어서, 상기 히터는 수전해 모드에서 동작하고 연료전지 모드에서 동작하지 않도록 구성된 것을 특징으로 하는 양방향 수전해 시스템
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제 2 항에 있어서, 공기를 상기 열교환기(53)로 공급하는 공기 공급 유로(L53)에 병렬로 연결된 제1 블로워(51) 및 제2 블로워(52);를 더 포함하고, 상기 제2 블로워의 공기 공급량이 제1 블로워의 공기 공급량보다 5 내지 15배 크고,상기 제1 및 제2 블로워 중 수전해 모드에서 상기 제1 블로워를 구동하고 연료전지 모드에서 상기 제2 블로워를 구동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 양방향 수전해 시스템
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제 1 항에 있어서, 상기 수소극으로 공급되는 수소와 상기 제1 배출가스를 열교환하는 제1 열교환기(41); 스팀을 수소극에 공급하는 스팀 공급 유로(L21); 상기 제1 배출가스에서 물을 제거하는 물 배출부; 및 상기 물 배출부의 물 배출유로(L43)에 설치되어 물을 외부로 펌핑하는 펌프(77);를 더 포함하고, 상기 펌프(77)의 동작을 제어하여 상기 수소극의 입구와 공기극의 입구 사이의 압력 차이를 소정 범위 내로 유지시키는 것을 특징으로 하는 양방향 수전해 시스템
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제 5 항에 있어서, 상기 물 배출부를 통과한 가스 중 적어도 일부를 재순환 가스로서 상기 수소극으로 재공급하는 재순환 유로(L44);를 더 포함하고,수전해 모드에서 상기 물 배출부를 통과한 가스 중 일부가 재순환 가스로 공급되고 연료전지 모드에서 상기 물 배출부를 통과한 가스의 전부가 재순환 가스로 공급되는 것을 특징으로 하는 양방향 수전해 시스템
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제 6 항에 있어서, 외부에서 공급되는 외부공급 물과 상기 제1 배출가스를 열교환하는 제2 열교환기(42);를 더 포함하고, 상기 제2 열교환기(42)에서 스팀으로 기화된 외부공급 물을 상기 스팀 공급 유로(L21)에 합류시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 양방향 수전해 시스템
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제 7 항에 있어서, 상기 재순환 유로에 설치되며 상기 재순환 가스와 제1 배출가스 사이를 열교환하는 제3 열교환기(43); 및 상기 재순환 유로에서 상기 제3 열교환기(43)의 하류에 배치되는 블로워(45);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 수전해 시스템
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제 6 항에 있어서, 스팀 공급 유로(L21)에 배치된 이젝터(20); 및 스팀 공급 유로(L21)에 형성되며 상기 이젝터를 우회하는 분기유로(L22);를 포함하고,상기 이젝터의 구동노즐이 상기 스팀 공급 유로의 상류측에 연결되고, 상기 이젝터의 분사노즐이 상기 스팀 공급 유로의 하류측에 연결되고, 상기 이젝터의 흡입구가 상기 제1 배출가스의 배출 유로에서 분기된 피드백 유로(L47)에 연결된 것을 특징으로 하는 양방향 수전해 시스템
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제 9 항에 있어서, 수전해 모드에서 스팀이 상기 이젝터를 통과하여 수소극으로 공급되고 상기 재순환 유로가 폐쇄되고, 연료전지 모드에서 스팀이 상기 분기유로(L22)를 통해 수소극에 공급되고 상기 재순환 유로가 개방되는 것을 특징으로 하는 양방향 수전해 시스템
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수소극과 공기극을 구비한 양방향 수전해 연료전지를 이용하여 수전해 모드와 연료전지 모드에서 동작 가능한 양방향 수전해 시스템의 동작 방법으로서, 수소극으로 공급할 수소를 상기 수소극에서 배출되는 제1 배출가스와 열교환하는 단계; 공기극으로 공급하는 공기를 상기 공기극에서 배출되는 제2 배출가스와 열교환하는 단계;상기 제1 배출가스 중 일부를 분기유로를 통해 분기하여 제2 배출가스의 배출경로에 설치된 촉매연소기로 공급하는 단계; 및 상기 촉매연소기에서 제1 배출가스를 연료로 하여 제2 배출가스를 가열하는 단계;를 포함하고,연료전지 모드에서 동작할 때, 상기 촉매연소기에서 제2 배출가스를 가열하고 이 가열된 제2 배출가스로 상기 공기극으로 공급할 공기를 가열함으로써, 상기 공기를 가열하기 위해 사용되는 히터의 소비전력을 감소시키는 것을 특징으로 하는 양방향 수전해 시스템의 동작 방법
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제 11 항에 있어서, 상기 분기유로를 수전해 모드에서 폐쇄하고 연료전지 모드에서 개방하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 양방향 수전해 시스템의 동작 방법
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제 11 항에 있어서, 수소와 열교환된 제1 배출가스에서 물을 분리하는 단계; 제1 배출가스에서 분리된 물을 배수 펌프를 이용하여 외부로 배출하는 단계; 및 물이 제거된 제1 배출가스의 적어도 일부를 재순환 가스로서 상기 수소극 측을 향해 재순환시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 수전해 시스템의 동작 방법
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제 13 항에 있어서, 물을 배출하는 상기 단계에서, 상기 배수 펌프의 동작을 제어하여 수소극의 입구와 공기극의 입구 사이의 압력 차이를 소정 범위 내로 유지시키는 것을 특징으로 하는 양방향 수전해 시스템의 동작 방법
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제 13 항에 있어서, 수전해 모드에서, 외부에서 공급되는 외부공급 물을 상기 수소와 열교환된 제1 배출가스와 열교환하여 외부공급 물을 스팀으로 기화시키는 단계; 및 스팀으로 기화된 외부공급 물을 상기 수소극으로 공급하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 양방향 수전해 시스템의 동작 방법
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제 15 항에 있어서, 양방향 수전해 시스템이 상기 재순환 가스를 재순환시키는 경로 상에 순차적으로 설치된 열교환기 및 블로워를 포함하고,상기 열교환기에서, 상기 외부공급 물과 열교환된 제1 배출가스와 상기 재순환 가스를 열교환하여 재순환 가스를 가열시키도록 구성된 것을 특징으로 하는, 양방향 수전해 시스템의 동작 방법
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제 16 항에 있어서, 양방향 수전해 시스템이, 스팀을 수소극으로 이송하는 스팀 공급 유로(L21)에 배치된 이젝터(20); 및 스팀 공급 유로(L21)에 형성되며 상기 이젝터를 우회하는 분기유로(L22);를 더 포함하고, 수전해 모드에서 스팀을 상기 이젝터를 통과하여 수소극으로 공급하고 상기 재순환 가스를 수소극으로 재순환시키는 재순환 유로를 폐쇄하고, 연료전지 모드에서 스팀을 상기 이젝터를 우회하여 분기유로(L22)를 통해 수소극에 공급하고 상기 재순환 유로를 개방하는 것을 특징으로 하는 양방향 수전해 시스템의 동작 방법
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