KR100748534B1

KR100748534B1 - 전력 공급 장치 및 전력 공급 방법

Info

Publication number: KR100748534B1
Application number: KR1020050112560A
Authority: KR
Inventors: 황용준; 박정규
Original assignee: 엘지전자 주식회사; 주식회사 엘지화학
Priority date: 2005-11-23
Filing date: 2005-11-23
Publication date: 2007-08-13
Also published as: KR20070054496A

Abstract

본 발명에 의한 전력 공급 장치 및 전력 공급 방법은, 상용전원의 정전시 연료전지의 용량을 초과하는 전기제품군에 대해서는 전기의 공급을 중단하고 연료전지의 용량을 초과하지 않는 전기제품군에 대해서만 연료전지로부터 전기를 지속적으로 공급함으로써, 상용전원의 정전시 연료전지가 단독으로 모든 전기제품군에 전기를 공급하는 것을 차단할 수 있고 이를 통해 연료전지가 과부하로 인해 손상되는 것을 미연에 방지하여 신뢰성을 높일 수 있다.

Description

전력 공급 장치 및 전력 공급 방법{ELECTRIC POWER SUPPLY DEVICE AND ELECTRIC POWER SUPPLY METHOD}

도 1은 종래 연료전지의 구성을 개략적으로 보인 계통도,

도 2는 종래 연료전지에서 일상적 운전 방법을 설명하기 위해 보인 개략도,

도 3 및 도 4는 종래 연료전지에서 정전시 각각의 운전 방법을 설명하기 위해 보인 개략도,

도 5는 본 발명 연료전지의 운전 방법을 설명하기 위해 보인 개략도,

도 6은 본 발명 연료전지의 운전 방법을 보인 블록도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 연료전지 11 : 개질유닛

12 : 스택유닛 13 : 전기변환유닛

20 : 상용전원공급장치 30 : 전력공급계통
40 : 분전유닛 50 : 제어유닛

51 : 감시부 52 : 지령부

53 : 설정부 54 : 표시부

S1~S4 : 스위치

본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 특히 정전시 연료전지에서 발생되는 전기를 적정용량만큼 사용할 수 있도록 하여 연료전지의 손상을 방지하고 신뢰성을 유지할 수 있는 전력 공급 장치 및 전력 공급 방법에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지(FUEL CELL SYSTEM)는 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전기화학적 장치이다. 연료전지는 작동온도와 주연료의 형태에 따라 알카리형(AFC), 인산염형(PAGC), 용융탄산염형(MCFC), 고체전해질형(SOFC), 고분자전해질형(PEMFC) 등으로 구분된다. 이 중에서 고분자전해질형 연료전지의 전해질은 액체가 아닌 고체 고분자 중합체(Membrane)로써 다른 연료전지와 구별된다. 이러한 고분자전해질형 연료전지는 통상 LNG, LPG 등의 탄화수소계(CH계열) 연료를 개질유닛에서 탈황공정→개질반응→수소정제공정을 거쳐 수소(H₂)만을 정제하고, 이 정제된 수소를 스택유닛의 연료극으로 공급하여 연료로 사용하고 있다.

도 1은 종래 PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell)방식의 연료전지를 보인 계통도이고, 도 2은 종래 연료전지에서 일상적 운전 방법을 설명하기 위해 보인 개략도이며, 도 3 및 도 4는 종래 연료전지에서 정전시 각각의 운전 방법을 설명하기 위해 보인 개략도이다.

이에 도시한 바와 같이 종래의 연료전지(10)는, 탄화수소계의 연료에서 수소를 정제하는 개질유닛(11)과, 상기 개질유닛(11)에 연결하여 정제된 수소를 공급받는 연료극(미도시)과 공기를 공급받는 공기극(미도시)을 구비하여 수소와 공기의 전기화학적 반응으로 전기와 열을 생산하는 스택유닛(12)과, 상기 스택유닛(12)의 출력측에 연결하여 전기를 부하에 공급하는 전기변환유닛(13)을 포함하고 있다.

상기 전기변환유닛(13)은 상기 스택유닛(12)의 용량에 따라 부하에 단독으로 연결될 수도 있으나 통상 연료전지 시스템의 초기운전이나 부하량의 변화에 대응할 수 있도록 기존의 상용전원공급장치(Grid)(20)와 연결되어 있다.

상기와 같은 종래 연료전지는 다음과 같이 동작한다.

즉, 상기 개질유닛(11)에서 탄화수소계열의 연료를 개질하여 수소를 정제하고, 이 수소를 스택유닛(12)의 연료극(미도시)으로 공급하는 한편 공기를 상기 스택유닛(12)의 공기극(미도시)으로 공급함으로써 상기 연료극에서는 산화반응이, 상기 공기극에서는 환원반응이 일어나게 한다. 이 과정에서 생성되는 전자가 상기 연료극에서 공기극으로 이동하면서 전기가 발생하게 되고, 이 전기는 전기변환유닛(13)에서 교류전기로 전환시켜 상용전원공급장치(20)와 연계하여 각종 전기제품에 공급하게 된다.

이때, 상기 상용전원공급장치(20)로부터 전기가 정상적으로 공급되는 경우에는 도 2에서와 같이 상기 연료전지(10)가 상용전원공급장치(20)와 연계되어 각각의 부하에 적정하게 전기를 공급하게 되나, 정전시에는 상기 상용전원공급장치(20)로부터 전기가 정상적으로 공급되지 않음에 따라 도 3에서와 같이 상용전원공급장치(20)쪽만 끊기고 연료전지(10)쪽에서만 단독으로 전기가 공급되거나 또는 도 4에서와 같이 상기 연료전지(10)가 상용전원공급장치(20)와 함께 끊겨 각종 전기제품으로의 전기공급이 모두 중단되도록 하는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 연료전지에 있어서 상용전원의 정전시의 연료전지의 운전 방법은 다음과 같은 문제점이 있었다.

첫째, 상기 연료전지(10)가 계속하여 단독으로 모든 부하에 전기를 공급하는 경우에는 그 연료전지(10)의 용량을 크게 초과하여 운전을 하게 되므로 상기 연료전지가 손상될 수 있다.

둘째, 상기 연료전지(10)가 상용전원의 정전과 함께 오프(off)되는 경우에는 가정용 발전기로서의 본래 목적을 가지지 못할 뿐만 아니라 냉장고나 컴퓨터와 같은 중요 전기제품군에 대한 보호장치가 없어 큰 손실이 야기될 수 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 연료전지가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 상용전원의 정전시 연료전지의 과부하로 인한 손상을 방지함과 아울러 중요 전기제품군의 보호장치를 제공할 수 있는 전력 공급 장치 및 전력 공급 방법을 제공하려는데 본 발명 목적이 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 연료극과 공기극을 구비하여 수소와 산소를 반응시켜 전기를 발생하는 연료전지; 상기 연료전지에서 발생되는 전력과 상용전원에서 공급되는 전력을 함께 복수의 전기제품에 각각 공급하는 복수의 전력공급계통; 상기 복수의 전력공급계통의 중간에 각각 설치되어 각 전력공급계통을 필요에 따라 온/오프 시키는 복수의 스위치를 갖는 분전유닛; 및 상용전원에 연결되어 그 상용전원의 정전여부를 감시하는 감시부와, 상기 감시부에 연결되고 상기 복수의 스위치를 독립적으로 제어할 수 있도록 연결되어 상용전원의 정전시에는 상기 연료전지의 용량을 초과하는 전기제품군에 대한 전원을 차단하도록 명령하는 지령부를 가지는 제어유닛;을 포함한 전력 공급 장치가 제공된다.

또, 상용전원이 정전인지를 감시하는 단계와, 상기 상용전원이 정전인 경우에는 일부 스위치만 온(ON)상태를 유지하고 다른 스위치는 오프(OFF)시키는 단계와, 상기 상용전원이 정전이 아니거나 복구되었으면 모든 스위치가 온(ON)상태로 전환되도록 하는 단계로 수행되는 전력 공급 방법이 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 전력 공급 장치 및 전력 공급 방법을 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명 연료전지의 운전 방법을 설명하기 위해 보인 개략도고, 도 6은 본 발명 연료전지의 운전 방법을 보인 블록도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 전력 공급 장치는, 연료전지(10)와, 그 연료전지(10)에서 발생되는 전력과 상용전원공급장치(20)를 통해 공급되는 전력을 가정용 전원의 각 전기제품군에 각각 공급하는 복수의 전력공급계통(30)과, 상기 각 전력공급계통(30)의 중간에 설치되어 그 각각의 전력공급계통(30)을 필요에 따라 독립적으로 온/오프시키도록 복수의 스위치를 갖는 분전유닛(40)과, 상기 분전유닛(40)의 각 스위치(S1~S4)를 독립적으로 제어할 수 있도록 연결되어 상용전원의 정전시 연료전지의 용량을 초과하는 전기제품군은 상기 연료전지(10)와 연결되는 전력공급계통을 차단하도록 제어하는 제어유닛(50)이 포함된다.
상기 연료전지(10)는 탄화수소계의 연료에서 수소를 정제하는 개질유닛(11)과, 상기 개질유닛(11)에 연결하여 정제된 수소를 공급받는 연료극(미도시)과 공기를 공급받는 공기극(미도시)을 구비하여 수소와 공기의 전기화학적 반응으로 전기와 열을 생산하는 스택유닛(12)과, 상기 스택유닛(12)의 출력측에 연결하여 그 스택유닛(12)에서 생산되는 전기를 각종 전기제품에 공급하기 위한 전기변환유닛(13)으로 이루어진다.

상기 전기변환유닛(13)은 상기 스택유닛(12)의 용량에 따라 복수의 전기제품군 중에서 특정 전기제품군에 단독으로 연결될 수도 있으나 통상 연료전지(10)의 초기운전이나 부하량의 변화에 대응할 수 있도록 기존의 상용전원공급장치(Grid)(20)와 연결된다.
상기 분전유닛(40)의 각 스위치(S1~S4)는 후술할 제어유닛(50)의 지령부(52)에 의해 상기 전력공급계통(30)을 선택적으로 온/오프시키도록 상기 제어유닛(50)의 지령부(52)에 전기적으로 연결된다. 예컨대, 상용전원이 정상적으로 공급되는 경우에는 모두 온(on)되어 상기 연료전지(10)에서 생산되는 전기와 상용전원공급장치(20)를 통해 공급되는 전기가 모든 전기제품군에 공급되도록 하는 반면, 상용전원의 정전시에는 상기 연료전지(10)의 용량을 초과하지 않는 전기제품군에 대해서만 온(on)되어 계속 작동될 수 있도록 제어된다.
상기 제어유닛(50)은 상용전원의 정전 여부를 감시하는 감시부(51)와, 그 감시부(51)의 결과에 따라 상기 분전유닛(40)의 각 스위치(S1~S4)를 선택적으로 온/오프시키도록 지령을 내리는 지령부(52)로 이루어진다.
또, 상기 제어유닛(50)에는 연료전지(10)의 설치시 사용자가 상용전원의 정전시에도 상기 연료전지(10)로부터 단독으로 전기를 공급받을 수 있는 전기제품군과 오프시켜도 될 전기제품군을 선택할 수 있도록 하는 설정부(53)가 더 구비된다.

삭제

상기 설정부(53)는 설치시 전기제품군에 대한 전원차단의 우선순위가 미리 설정될 수도 있고 또는 설치후 사용자가 임의로 우선순위를 설정할 수도 있다.

상기 분전유닛(40) 또는 제어유닛(50)에는 상용전원이 정전상태임을 알려주는 표시부(54)가 더 구비된다.

한편, 상기 제어유닛(50)은 정전시 연료전지(10)로부터 전원을 지속적으로 공급받을 수 있는 전기제품군과 일정 시간 동안만 공급받을 수 있도록 제어하여 상기 연료전지(10)의 성능을 최대한 활용하면서도 과부하로 인해 연료전지(10)가 손상되는 것을 방지할 수도 있다.

이 경우 상기 표시부(54)는 정전상태를 표시할 뿐만 아니라 일부 전기제품군과 연결된 스위치(S1~S4)에 대하여는 연결상태지속시간을 미리 사용자에게 알려 준비할 수 있도록 하는 기능을 구비하는 것이 사용상의 편리성을 높일 수 있어 바람직하다.

도면중 종래와 동일한 부분에 대하여는 동일한 부호를 부여하였다.

상기와 같은 본 발명 전력 공급 장치는 다음과 같은 작용효과가 있다.

즉, 상기 개질유닛(11)에서 탄화수소계열의 연료를 개질하여 수소를 정제하고, 이 수소를 상기 스택유닛(12)의 연료극으로 공급하는 한편 공기를 상기 스택유닛(12)의 공기극으로 공급함으로써 연료극에서는 산화반응이, 공기극에서는 환원반응이 일어나게 한다. 이 과정에서 생성되는 전자가 상기 연료극에서 공기극으로 이동하면서 전기를 발생시키고, 그 전기는 상기 전기변환유닛(13)에서 교류전기로 전환시켜 각종 전기제품에 공급한다.

이때, 상기 상용전원공급장치(20)를 통해 전기가 정상적으로 공급되는 경우에는 상기 연료전지(10)가 상용전원공급장치(20)와 연계되어 가정용 전원의 각 전기제품군에 적정하게 전기를 공급하게 되나, 정전시에는 상기 상용전원공급장치(20)를 통해 전기가 정상적으로 공급되지 않음에 따라 도 5에서와 같이 상기 제어유닛(50)에 의해 상기 분전유닛(40)의 스위치(S1~S4) 중에서 전기를 지속적으로 공급되도록 설정된 스위치는 온(on)상태를 유지하는 반면 상기 스택유닛(12)의 과부하를 고려하여 전기 공급이 중단되도록 설정된 스위치는 오프(off)상태로 전환되도록 한다.

한편, 상기 상용전원공급장치(20)가 복구되면 상기 제어유닛(50)에 의해 분전유닛(40)의 스위치(S1~S4)가 모두 온(on)상태로 회복되어 사용하는 전기제품군에 상용전원공급장치(20)와 연료전지(10)로부터 전기가 연계되어 공급되도록 한다.

이 과정을 보다 상세히 살펴보면 도 6과 같다.

먼저, 상기 제어유닛(50)의 감시부(51)에서 상용전원이 정전인지를 감시하고, 만약 정전인 경우에는 상기 표시부(54)에서 정전임을 표시하는 동시에 상기 지령부(52)에 의해 각 스위치(S1~S4)를 설정부(53)에서 설정된 대로 일부 스위치는 온(ON)시키고 다른 스위치는 오프(OFF)시키라는 지령을 내리며, 그 지령에 따라 각 스위치(S1~S4)가 선택적으로 온/오프되고, 상기 스위치가 온(ON)된 전기제품군에만 연료전지(10)로부터 전기를 공급받아 작동을 하도록 한다.

이후, 상기 제어유닛(50)에서는 상용전원이 정전인지를 지속적으로 감시하여 상용전원이 복구되었으면, 상기 표시부(54)에서 정전해소를 표시하면서 모든 스위치가 온(ON)되도록 지령을 내려 모든 전기제품군이 상기 연료전지(10)와 상용전원공급장치(20)을 통해 전기를 받아 작동하도록 하는 것이다.

이렇게 하여, 상용전원의 정전시 냉장고와 같은 전기제품군의 경우에는 연료전지를 통해 전기가 지속적으로 공급되도록 하여 수납된 식품이 신선하게 보관되도록 하는 반면, 에어콘과 같은 전기제품군의 경우에는 연료전지와의 전력공급계통을 차단하여 연료전지가 과부하로 인해 손상되는 것을 미연에 방지할 수 있다.

Claims

연료극과 공기극을 구비하여 수소와 산소를 반응시켜 전기를 발생하는 연료전지;

상기 연료전지에서 발생되는 전력과 상용전원에서 공급되는 전력을 함께 복수의 전기제품에 각각 공급하는 복수의 전력공급계통;

상기 복수의 전력공급계통의 중간에 각각 설치되어 각 전력공급계통을 필요에 따라 온/오프 시키는 복수의 스위치를 갖는 분전유닛; 및

상용전원에 연결되어 그 상용전원의 정전여부를 감시하는 감시부와, 상기 감시부에 연결되고 상기 복수의 스위치를 독립적으로 제어할 수 있도록 연결되어 상용전원의 정전시에는 상기 연료전지의 용량을 초과하는 전기제품군에 대한 전원을 차단하도록 명령하는 지령부를 가지는 제어유닛;을 포함한 전력 공급 장치.
제1항에 있어서,

상기 제어유닛은 사용자가 임의로 전원차단에 대한 우선순위를 지정할 수 있도록 설정부가 구비되는 전력 공급 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 분전유닛 또는 제어유닛에는 상용전원이 정전상태임을 알려주는 표시부가 구비되는 전력 공급 장치.
상용전원이 정전인지를 감시하는 단계와,

상기 상용전원이 정전인 경우에는 일부 스위치만 온(ON)상태를 유지하고 다른 스위치는 오프(OFF)시키는 단계와,

상기 상용전원이 정전이 아니거나 복구되었으면 모든 스위치가 온(ON)상태로 전환되도록 하는 단계로 수행되는 전력 공급 방법.
제4항에 있어서,

상기 스위치를 온/오프 전환하기 전에 상기 상용전원의 정전여부를 표시하는 단계가 더 수행되는 전력 공급 방법.