KR100987175B1 - Fuel Cell System and Fuel Supply Method Thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소를 함유하는 발전원료가 일정한 공급량을 유지하면서 공급되도록 개선된 연료전지 시스템 및 그 연료 공급 방법에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명의 연료전지 시스템은 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 발전원료를 수소가 함유된 개질가스로 개질하여 연료전지 스택에 개질가스를 공급하는 연료처리장치, 연료처리장치에 발전원료를 공급하는 발전원료 공급부, 및 연료처리장치로부터 전달되는 제어 신호값을 판단하여 반응기 발전원료 유량을 기 설정된 비율로 변화시키는 시스템 제어기를 포함한다. 연료처리장치는 발전원료를 촉매 반응에 의해 개질가스로 변환시키는 반응기와, 연료전지 스택에서 배출되는 잔여 개질가스를 이용하여 반응기의 촉매 반응에 필요한 열 에너지를 발생시키는 버너를 포함한다. 시스템 제어기는 버너의 발열온도(TC)를 제어 신호값으로 제공 받는다.

Figure R1020070138974

연료전지, 발전원료, 공급, 도시가스, 버너온도, 유량변화, 압력

The present invention relates to an improved fuel cell system and a method for supplying fuel, wherein the power source containing hydrogen is supplied while maintaining a constant supply amount. To this end, the fuel cell system of the present invention is a fuel cell stack that generates electrical energy by electrochemically reacting hydrogen and oxygen, and a fuel treatment for reforming a power source with reformed gas containing hydrogen to supply reformed gas to the fuel cell stack. Apparatus, a power source feeder for supplying power to the fuel processing device, and a system controller for determining the control signal value transmitted from the fuel processing device to change the reactor power raw material flow rate in a predetermined ratio. The fuel processing apparatus includes a reactor for converting a power generation raw material into reformed gas by a catalytic reaction, and a burner for generating thermal energy required for catalytic reaction of the reactor by using the remaining reformed gas discharged from the fuel cell stack. The system controller receives the burner's exothermic temperature TC as a control signal value.

Figure R1020070138974

Fuel cell, power raw material, supply, city gas, burner temperature, flow rate change, pressure

Description

연료전지 시스템 및 그 연료 공급 방법{Fuel Cell System and Fuel Supply Method Thereof}Fuel Cell System and Fuel Supply Method Thereof}

본 발명은 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기 에너지를 생성하는 연료전지 시스템에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 수소를 함유하는 발전원료가 일정한 공급량을 유지하면서 공급되도록 개선된 연료전지 시스템 및 그 연료 공급 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system for generating electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and more particularly, to a fuel cell system and a fuel that is improved to be supplied while maintaining a constant supply amount of a hydrogen-containing power source. It relates to a supply method.

연료전지 시스템은 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 발전장치이다. 연료전지는 전해질의 종류에 따라 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell), 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell)와 같은 여러 종류의 연료전지로 구분된다.A fuel cell system is a power generation device that generates electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Fuel cells are various types of fuel cells such as polymer electrolyte membrane fuel cells, molten carbonate fuel cells, and solid oxide fuel cells, depending on the type of electrolyte. Are distinguished.

고분자 전해질 연료전지는 수소이온 교환특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로서, 수소를 함유하는 연료 가스와, 산소를 함유하는 산화제 가스를 전기화학적으로 반응시킴으로써 전기 에너지와 열을 연속적으로 발생시킨다. 이런 고분자 전해질 연료전지는 다른 연료전지에 비하여 출력특성이 탁월하며, 작 동온도가 낮고, 아울러 빠른 시동 및 응답특성을 갖는다. 이러한 고분자 전해질형 연료전지를 이용하여 구성한 연료전지 시스템은 이동용 전원 또는 배터리 대체전원과 같은 여러 분야에 이용되는데, 다음과 같은 구성요소들로 이루어진 구조를 갖는다.A polymer electrolyte fuel cell is a fuel cell using a polymer membrane having hydrogen ion exchange characteristics as an electrolyte. The polymer electrolyte fuel cell continuously generates electrical energy and heat by electrochemically reacting a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen. . The polymer electrolyte fuel cell has superior output characteristics than other fuel cells, has a low operating temperature, and has fast startup and response characteristics. The fuel cell system constructed using the polymer electrolyte fuel cell is used in various fields such as a mobile power source or a battery alternative power source, and has a structure composed of the following components.

연료전지 시스템은 산소를 함유한 공기를 연료전지 스택에 공급한다. 한편으로는 연료전지 시스템은 수소 공급원으로서 발전원료를 수소가 풍부한 개질가스로 개질하여 연료전지 스택에 공급한다. 그리고, 연료전지 시스템은 연료전지 스택 내에서 수소와 산소의 전기화학반응을 유도하여 직류(DC) 전력을 생산하고, 이렇게 생산된 직류 전력을 외부 부하의 전원으로 사용할 수 있도록 교류(AC) 전력으로 변환한다. 이 외에도 연료전지 시스템은 연료전지 스택의 발전과정에서 발생되는 폐열을 회수하여, 축열조와 같은 저장조에 온수 또는 난방수와 같은 열원으로 저장한다. The fuel cell system supplies oxygen containing air to the fuel cell stack. On the other hand, the fuel cell system reforms power generation raw materials into hydrogen-rich reformed gas as a hydrogen supply source and supplies the fuel cell stack. In addition, the fuel cell system generates direct current (DC) power by inducing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the fuel cell stack, and converts the generated direct current power into AC power so that it can be used as a power source for an external load. To convert. In addition, the fuel cell system recovers waste heat generated during the power generation of the fuel cell stack, and stores the waste heat as a heat source such as hot water or heating water in a storage tank such as a heat storage tank.

종래의 연료전지 시스템은 발전원료로서 LNG, LPG를 이용한다. 일례로 도시가스인 LNG를 들어 설명하면, 일반적인 도시가스의 공급압력은 1kpa ~ 2.5kpa 범위이다. 발전원료는 연료처리장치, 연료전지 스택, 및 각종 배관을 통과하는 과정에서 점진적으로 압력손실(pressure drop)이 발생하기 때문에, 종래의 연료전지 시스템은 발전원료 펌프를 이용하여 도시가스의 공급압력을 10kpa ~ 20kpa 범위로 상승시킨 후에 연료처리장치에 공급한다. 이때, 발전원료 펌프의 최고 부스팅(boosting) 압력과 발전원료 유량은 이와 같은 발전원료의 공급압력과 압력손실을 고려하여 설계된다.Conventional fuel cell systems use LNG and LPG as power generation materials. For example, when LNG is used as a city gas, the supply pressure of a general city gas is in a range of 1 kpa to 2.5 kpa. Since the power raw material gradually loses pressure as it passes through the fuel processing device, the fuel cell stack, and various pipes, the conventional fuel cell system uses a power raw material pump to reduce the supply pressure of the city gas. After raising to the range of 10kpa ~ 20kpa, supply to the fuel processor. At this time, the maximum boosting pressure and the flow rate of the power source material of the power source pump is designed in consideration of the supply pressure and the pressure loss of the power source.

하지만, 종래의 연료전지 시스템은 도시가스의 공급압력이 설치환경에 따라 실제로 변화되기 때문에, 일정한 발전원료 유량이 연료처리장치에 공급되기 어렵다. 더욱이 종래의 연료전지 시스템은 연료처리장치, 연료전지 스택, 및 각종 배관에서의 압력손실(pressure drop)도 설치환경 조건에 따라 변화되기 때문에, 발전원료 유량이 일정하게 공급되기 어렵다. 이와 같이 종래의 연료전지 시스템은 발전원료 공급량이 증가 또는 감소됨으로써, 연료처리장치가 안정적으로 동작되지 못하게 된다. 이로 인해 종래의 연료전지 시스템은 연료처리장치에서 일산화탄소가 발생하거나, 발전원료를 개질가스로 전환하는 수소 전환량이 저하 또는 증가되는 문제점이 있다. 뿐만 아니라 종래의 연료전지 시스템은 연료전지 스택의 연료 이용률이 변화됨에 따라 연료전지 스택의 내구성도 저하되는 문제점이 있다.However, in the conventional fuel cell system, since the supply pressure of the city gas is actually changed according to the installation environment, it is difficult to supply a constant flow rate of the raw material to the fuel processing apparatus. Moreover, in the conventional fuel cell system, the pressure drop in the fuel processor, the fuel cell stack, and the various pipes also varies according to the installation environment conditions, so that the flow rate of power generation raw materials is difficult to be supplied constantly. As described above, in the conventional fuel cell system, the amount of power supply supplied increases or decreases, thereby preventing the fuel processor from operating stably. For this reason, the conventional fuel cell system has a problem in that carbon monoxide is generated in the fuel processing device, or the hydrogen conversion amount for converting power generation materials to reformed gas is reduced or increased. In addition, the conventional fuel cell system has a problem that the durability of the fuel cell stack is also lowered as the fuel utilization rate of the fuel cell stack is changed.

본 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 발전원료의 공급압력과 연료전지 구성요소 내에서의 압력손실이 설치환경에 따라 변화되더라도 이에 영향을 받지 않으면서 발전원료 유량이 기 설정된 범위로 공급되게 제어할 수 있는 연료전지 시스템 및 그 연료 공급 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is proposed to solve the conventional problems as described above, even if the supply pressure of the power source and the pressure loss in the fuel cell component is changed depending on the installation environment, the power source flow rate is not affected It is an object of the present invention to provide a fuel cell system and a method for supplying a fuel that can be controlled to be supplied in a predetermined range.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템은 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택, 발전원료를 수소가 함유된 개질가스로 개질하여 상기 연료전지 스택에 상기 개질가스를 공급하는 연료처리장치, 상기 연료처리장치에 상기 발전원료를 공급하는 발전원료 공급부, 및 상기 연료처리장치로부터 전달되는 제어 신호값을 판단하여 상기 발전원료 공급부를 작동시켜 상기 연료처리장치 내의 반응기 발전원료 유량을 기 설정된 비율로 변화시키는 시스템 제어기를 포함한다. 상기 연료처리장치는 상기 발전원료를 촉매 반응에 의해 상기 개질가스로 변환시키는 반응기와, 상기 연료전지 스택에서 배출되는 잔여 개질가스를 이용하여 상기 반응기의 촉매 반응에 필요한 열 에너지를 발생시키는 버너를 포함한다. 상기 시스템 제어기는 상기 버너의 발열온도(TC)를 상기 제어 신호값으로 제공 받는다. A fuel cell system according to an embodiment of the present invention is a fuel cell stack that generates electrical energy by electrochemically reacting hydrogen and oxygen, and reforming a power generation material with reformed gas containing hydrogen to convert the reformed gas into the fuel cell stack. Reactor power generation in the fuel processing device by operating the power source feeder by determining a fuel processing device for supplying, a power source feeder for supplying the power raw material to the fuel processor, and a control signal value transmitted from the fuel processor It includes a system controller for changing the flow rate at a predetermined rate. The fuel processing apparatus includes a reactor for converting the power raw material into the reformed gas by a catalytic reaction, and a burner for generating thermal energy required for catalytic reaction of the reactor by using the remaining reformed gas discharged from the fuel cell stack. do. The system controller receives the heating temperature TC of the burner as the control signal value.

상기 발전원료 공급부는 상기 발전원료를 상기 반응기에 공급하여 반응기 발 전원료 유량을 조절하는 제1 발전원료 펌프, 및 상기 발전원료를 상기 버너에 공급하여 버너 발전원료 유량을 조절하는 제2 발전원료 펌프를 포함한다. 상기 시스템 제어기는 상기 버너의 발열온도와 상기 버너 발전원료 유량을 기초로 하여 상기 제1 발전원료 펌프의 작동을 제어한다. The power raw material supply unit supplies a first power raw material pump for supplying the power raw material to the reactor to regulate the flow rate of power from the reactor, and a second power raw material pump for supplying the power raw material to the burner to adjust the burner power raw material flow rate It includes. The system controller controls the operation of the first power raw material pump based on the heat generation temperature of the burner and the burner power raw material flow rate.

연료전지 시스템은 상기 연료처리장치와 상기 연료전지 스택 사이에 설치되어 상기 개질가스의 공급압력을 측정하는 압력 측정 수단을 더 포함한다. 그리고, 상기 시스템 제어기는 상기 개질가스의 공급압력을 기초로 하여 상기 제1 발전원료 펌프의 작동을 제어한다.The fuel cell system further includes pressure measuring means installed between the fuel processor and the fuel cell stack to measure a supply pressure of the reformed gas. The system controller controls the operation of the first power raw material pump based on the supply pressure of the reformed gas.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 연료 공급 방법은 연료전지 스택 내에서 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기 에너지를 발생시키도록 연료처리장치에서 발전원료를 수소가 함유된 개질가스로 개질하여 상기 연료전지 스택에 상기 개질가스를 공급한다. 이런 연료전지 시스템의 연료 공급 방법은 상기 연료전지 스택에서 배출되는 잔여 개질가스를 이용하여 상기 연료처리장치의 버너에서 개질 반응에 필요한 열 에너지를 발생시키고, 상기 버너의 발열온도(TC)가 기 설정된 온도범위(ΔT)에 포함되는지를 판단하는 버너의 발열온도 판단 단계를 포함한다. 그리고, 연료전지 시스템의 연료 공급 방법은 상기 발전원료를 상기 버너에 공급하는 버너 발전원료 유량(Fb)이 기 설정된 발전원료 범위(ΔF)에 포함되는지를 판단하는 버너 발전원료 유량 판단 단계를 포함한다. 그리고, 연료전지 시스템의 연료 공급 방법은 상기 버너의 발열온도(TC)와 상기 버너 발전원료 유량(Fb)을 기초 로 하여 상기 연료처리장치의 반응기로 공급되는 반응기 발전원료 유량을 기 설정된 비율로 증가시키거나 감소시키는 반응기 발전원료 유량 증감 단계를 포함한다.In a fuel supply method of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention, a power source is reformed to a reformed gas containing hydrogen in a fuel processing apparatus to generate electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in a fuel cell stack. To supply the reformed gas to the fuel cell stack. The fuel supply method of the fuel cell system generates heat energy for the reforming reaction in the burner of the fuel processor using the remaining reformed gas discharged from the fuel cell stack, and the exothermic temperature (TC) of the burner is preset. And determining an exothermic temperature of the burner to determine whether the temperature range is in the range ΔT. The fuel supply method of the fuel cell system includes a burner power generation material flow rate determining step of determining whether a burner power generation material flow rate F b for supplying the power generation material to the burner is included in a preset power source material range ΔF. do. In addition, the fuel supply method of the fuel cell system is based on the exothermic temperature (TC) of the burner and the burner power raw material flow rate (F b ) of the reactor power feed material flow rate supplied to the reactor of the fuel processing device at a predetermined ratio. Reactor feedstock flow rate ramping up or down is included.

연료전지 시스템의 연료 공급 방법은 상기 연료처리장치에서 상기 연료전지 스택으로 공급되는 상기 개질가스의 공급압력(P2)이 기 설정된 압력범위(ΔP)에 포함되는지를 판단하는 개질가스 공급압력 판단 단계를 더 포함한다. 이때, 상기 반응기 발전원료 유량 증감 단계는 상기 버너의 발열온도(TC), 상기 버너 발전원료 유량(Fb), 및 상기 개질가스의 공급압력(P2)을 기초로 하여 상기 연료처리장치의 반응기로 공급되는 반응기 발전원료 유량을 기 설정된 비율로 증가시키거나 감소시킨다. In a fuel supply method of a fuel cell system, a reformed gas supply pressure determining step of determining whether a supply pressure P 2 of the reformed gas supplied from the fuel processor to the fuel cell stack is included in a preset pressure range ΔP It further includes. In this case, the step of increasing or decreasing the reactor power source material flow rate is based on the exothermic temperature (TC) of the burner, the burner power source material flow rate (F b ), and the supply pressure (P 2 ) of the reforming gas. Increase or decrease the reactor feedstock flow rate to the pre-set ratio.

상기 반응기 발전원료 유량 증감 단계는 상기 연료전지 스택의 정격 발전량에 필요한 정격 발전원료 유량을 기준으로 설정된 상기 반응기 발전원료 유량의 범위 내에서 기 설정된 비율로 증가시키거나 감소시키는 것이 바람직하다.The step of increasing or decreasing the reactor power source material flow rate is preferably increased or decreased at a predetermined rate within the range of the reactor power source material flow rate set based on the rated power source material flow rate required for the rated power generation amount of the fuel cell stack.

본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템 및 그 연료 공급 방법은 발전원료의 공급압력과 연료전지 구성요소 내에서의 압력손실이 설치환경에 따라 변화되더라도 이런 요소에 의해 영향을 받지 않는 연료처리장치의 버너 발열온도를 기준으로 발전원료 유량을 판단한다. 이로 인해, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템 및 그 연료 공급 방법은 기 설정된 범위로 발전원료 유량을 일정하게 유지할 수 있어서, 연료처리장치의 수소 전환량과 연료전지 스택의 내구성이 종래에 비해 향상되는 장점이 있다.A fuel cell system and a method for supplying the fuel according to an embodiment of the present invention are used in a fuel processing apparatus that is not affected by such factors even if the supply pressure of the power source and the pressure loss in the fuel cell component are changed according to the installation environment. Judging the power source raw material flow rate based on the burner heating temperature. As a result, the fuel cell system and the fuel supply method according to the embodiment of the present invention can maintain a constant power flow rate in the preset range, the hydrogen conversion amount of the fuel processing device and the durability of the fuel cell stack compared to the conventional There is an advantage to be improved.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 연료전지 시스템의 각 구성요소들을 나타낸 개략도이다. 1 is a schematic diagram illustrating each component of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템(100)은 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기 에너지를 생성하는 발전장치이다. 연료전지 시스템(100)은 연료처리장치(120)에서의 버너(122) 발열온도(TC)를 제어 신호값으로 판단하고, 발전원료 유량이 기 설정된 범위로 공급되도록 다음과 같이 구성된다. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 100 according to an exemplary embodiment of the present invention is a power generation device that generates electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell system 100 is configured as follows so as to determine the burner 122 heat generation temperature TC in the fuel processing apparatus 120 as a control signal value, and to supply the power generation material flow rate to a preset range.

연료전지 스택(110)은 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시켜서, 전기 에너지가 생산한다. 연료처리장치(120)는 탄화수소계열(LNG, LPG)의 발전원료를 수소를 함유하는 개질가스로 개질하여 연료전지 스택(110)에 공급한다. 이런 연료처리장치(120)는 발전원료를 촉매 반응시킴으로써 개질가스로 변화시키는 반응기(121)와, 이런 반응기(121)의 촉매 반응에 필요한 열 에너지를 발생시키는 연소기로서 버너(122)를 구비한다. 공기 공급부(130)는 공기펌프와 가습기로 이루어지며, 산소를 함유하는 공기를 연료전지 스택(110)에 공급한다.The fuel cell stack 110 electrochemically reacts hydrogen and oxygen to produce electrical energy. The fuel processing device 120 reforms the power generation materials of the hydrocarbon series (LNG, LPG) into a reforming gas containing hydrogen and supplies them to the fuel cell stack 110. The fuel processing apparatus 120 includes a reactor 121 for converting a power generation material into a reformed gas by catalytic reaction and a burner 122 as a combustor for generating thermal energy required for the catalytic reaction of the reactor 121. The air supply unit 130 includes an air pump and a humidifier, and supplies air containing oxygen to the fuel cell stack 110.

그리고, 연료전지 시스템(100)은 연료전지 스택(110) 또는 연료처리장치(120)를 비롯한 여러 구성요소들의 시동, 운전, 정지를 제어하는 시스템 제어기(140)를 더 구비한다. 특히, 시스템 제어기(140)는 버너(122)의 발열온도(TC)를 제어 신호값으로 판단하여, 반응기(121)로 공급되는 발전원료 유량을 기 설정된 비율로 증가시키거나 감소시킨다.In addition, the fuel cell system 100 further includes a system controller 140 for controlling start, operation, and stop of various components including the fuel cell stack 110 or the fuel processor 120. In particular, the system controller 140 determines the exothermic temperature TC of the burner 122 as a control signal value, and increases or decreases the flow rate of power generation material supplied to the reactor 121 at a predetermined ratio.

발전원료 공급부는 LNG 또는 LPG와 같은 발전원료를 연료처리장치(120)의 반응기(121)로 공급하는데, 이를 위해 다음과 같은 구성요소들을 구비한다. 발전원료 공급부는 발전원료의 공급압력을 측정하는 제1 압력센서(161), 및 제1 압력센서(161)의 후방에서 발전원료를 기 설정된 유량만큼 일방향으로 유동시키는 제1 발전원료 펌프(162)를 구비한다. 그리고, 발전원료 공급부는 제1 발전원료 펌프(162)의 맥동을 감소시키도록 제1 발전원료 펌프(162)의 후방에서 일정한 크기 이상의 공간 내에 발전원료를 수용하는 버퍼 탱크(163), 및 버퍼 탱크(163)의 후방에서 발전원료의 유량을 측정하는 유량센서(164)를 구비한다. 그리고, 발전원료 공급부는 유량센서(164)의 후방에 설치되는 제1 솔레노이드 밸브(165), 및 제1 압력센서(161)와 제1 발전원료 펌프(162) 사이에서 설치되어 정전(停電)과 같은 비상조건에서 발전원료의 공급이 차단되게 작동되는 NC(normal close)타입의 제2 솔레노이드 밸브(166)를 구비한다. The power generation raw material supply unit supplies power generation materials such as LNG or LPG to the reactor 121 of the fuel processing apparatus 120, and includes the following components. The power generation raw material supply unit includes a first pressure sensor 161 measuring a supply pressure of the power generating raw material, and a first power raw material pump 162 flowing the power raw material in one direction by a predetermined flow rate from the rear of the first pressure sensor 161. It is provided. In addition, the power generation raw material supply unit includes a buffer tank 163 for accommodating the power generation raw material in a space of a predetermined size or more at the rear of the first power raw material pump 162 so as to reduce pulsation of the first power raw material pump 162, and a buffer tank. A flow rate sensor 164 for measuring the flow rate of the power generation material at the rear of the 163 is provided. In addition, the power generation raw material supply unit is installed between the first solenoid valve 165 and the first pressure sensor 161 and the first power raw material pump 162 installed at the rear of the flow sensor 164, A second solenoid valve 166 of the NC (normal close) type is operated to cut off the supply of power raw materials under the same emergency condition.

연료처리장치(120)의 버너(122)는 연료전지 스택(110)에서 전기화학반응된 후에 배출되는 잔여 개질가스(off-gas)를 연소시킴으로써 열 에너지를 발생시키지만, 이런 잔여 개질가스 이외에 부족한 열 에너지를 발생시키기 위해 발전원료를 별도로 공급 받는다. 발전원료 공급부는 연료처리장치(120)의 반응기(121)로 발전원료를 공급하는 제1 공급라인과는 별도로 배치되면서, 연료처리장치(120)의 버너(122)로 발전원료를 공급하는 제2 공급라인을 구비한다. 제2 공급라인은 제2 솔레노이드 밸브(166)와 제1 발전원료 펌프(162) 사이의 지점으로부터 분기되어, 연료처리장치(120)의 버너(122)로 연결된다. 발전원료 공급부는 이런 제2 공급라인에 발전원료를 기 설정된 유량만큼 일방향으로 유동시키는 제2 발전원료 펌프(167), 및 제2 발전원료 펌프(167)의 후방에서 버너(122)에 공급되는 버너 발전원료 유량을 조절할 수 있는 별개의 유량조절수단(168)을 더 구비한다.The burner 122 of the fuel processing device 120 generates heat energy by burning residual off-gas discharged after the electrochemical reaction in the fuel cell stack 110, but heat generated in addition to the remaining reformed gas is insufficient. Power source is supplied separately to generate energy. The power generation raw material supply unit is disposed separately from the first supply line for supplying the power generation raw materials to the reactor 121 of the fuel processing device 120, and the second power supplying power supply to the burner 122 of the fuel processing device 120. A supply line is provided. The second supply line branches from the point between the second solenoid valve 166 and the first power feed pump 162 and is connected to the burner 122 of the fuel processor 120. The power generation raw material supply unit supplies a second power raw material pump 167 for flowing the power raw material in one direction by a predetermined flow rate to the second supply line, and a burner supplied to the burner 122 behind the second power raw material pump 167. It is further provided with a separate flow rate control means 168 that can adjust the flow rate of the power source.

이때, 연료처리장치(120)의 버너(122)는 연소 작용을 위해 잔여 개질가스, 발전원료 뿐만 아니라 외부로부터 공기를 공급 받는다. 연료전지 시스템(100)은 도 1에 도시된 바와 같이 공기 공급부(130)와 별도의 구성으로서 연료처리장치(120)의 버너(122)에 공기를 공급하는 공기 공급부의 구성으로 도시되지만, 하나의 구성으로서 공기 공급부(130)가 연료전지 스택(110) 뿐만 아니라 연료처리장치(120)의 버너(122)에도 공기를 공급하는 구성도 가능하다. 다만, 연료처리장치(120)의 버너(122)에 공기를 공급하는 공기 공급부는 공기 펌프(172), 공기 펌프(172)의 후방에서 공기의 맥동을 감소시키도록 설치되는 버퍼 탱크(173), 및 버퍼 탱크(173)의 후방에서 공기의 유량을 측정하는 유량센서(174)를 구비한다.At this time, the burner 122 of the fuel processing apparatus 120 is supplied with air from the outside as well as the remaining reformed gas and power generation materials for the combustion action. The fuel cell system 100 is illustrated as a configuration of an air supply unit supplying air to the burner 122 of the fuel processing device 120 as a separate configuration from the air supply unit 130 as shown in FIG. As a configuration, the air supply unit 130 may supply air to the burner 122 of the fuel processing device 120 as well as the fuel cell stack 110. However, the air supply unit for supplying air to the burner 122 of the fuel processing device 120, the air pump 172, the buffer tank 173 is installed to reduce the pulsation of air in the rear of the air pump 172, And a flow rate sensor 174 that measures the flow rate of air at the rear of the buffer tank 173.

온도 센서(180)는 버너(122)의 발열온도(TC)를 측정하기 위해 버너(122)에 연결된 상태로 설치된다.The temperature sensor 180 is installed while connected to the burner 122 to measure the heating temperature TC of the burner 122.

연료전지 시스템(100)은 연료처리장치(120)에서 생성된 개질가스를 연료전지 스택(110)으로 공급하는 개질가스 공급라인, 연료전지 스택(110)에서 소비되지 않은 잔여 개질가스(off-gas)를 연료처리장치(120)의 버너(122)로 다시 도입하는 잔여 개질가스 배출라인이 설치된다. 그리고, 연료전지 시스템(100)은 초기 기동 조건에서 개질가스를 연료전지 스택(110)으로 공급하지 않고 잔여 개질가스 배출라인으로 유입되도록 개질가스 공급라인과 잔여 개질가스 배출라인 사이에 바이패스 라인이 설치된다. 개질가스 순환부는 이러한 연료전지 스택(110)과 연료처리장치(120) 사이에 다음과 같이 구성된다. 개질가스 순환부는 개질가스 공급라인에 위치하면서, 연료처리장치(120)의 반응기(121)를 빠져 나온 개질가스의 공급압력을 측정하는 압력 측정 수단으로 제2 압력센서(191)를 구비한다. 그리고, 개질가스 순환부는 제2 압력센서(191)의 후방에 위치하면서 개질가스 공급라인에서 개질가스의 유동 흐름을 제어하는 제3 솔레노이드 밸브(192), 잔여 개질가스 배출라인에서 잔여 개질가스의 유동 흐름을 제어하는 제4 솔레노이드 밸브(193), 및 바이패스 라인에서 개질가스의 유동 흐름을 제어하는 제5 솔레노이드 밸브(194)를 포함한다. The fuel cell system 100 includes a reformed gas supply line for supplying reformed gas generated in the fuel processing apparatus 120 to the fuel cell stack 110, and residual off-gas not consumed in the fuel cell stack 110. ) Is provided with a residual reformed gas discharge line for introducing back to the burner 122 of the fuel processing device 120. In addition, the fuel cell system 100 has a bypass line between the reformed gas supply line and the remaining reformed gas discharge line such that the reformed gas is supplied to the remaining reformed gas discharge line without supplying the reformed gas to the fuel cell stack 110 in an initial startup condition. Is installed. The reformed gas circulation unit is configured as follows between the fuel cell stack 110 and the fuel processor 120. The reformed gas circulation unit includes a second pressure sensor 191 as a pressure measuring means for measuring the supply pressure of the reformed gas exiting the reactor 121 of the fuel processing device 120 while being positioned in the reformed gas supply line. In addition, the reformed gas circulation unit is located behind the second pressure sensor 191 and the third solenoid valve 192 for controlling the flow of reformed gas in the reformed gas supply line and the remaining reformed gas flow in the remaining reformed gas discharge line A fourth solenoid valve 193 for controlling the flow, and a fifth solenoid valve 194 for controlling the flow flow of the reformed gas in the bypass line.

도 2는 도 1에 도시된 연료전지 시스템을 이용하여 제1 실시예의 연료 공급 방법을 각 단계별로 나타낸 흐름도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a fuel supplying method of the first embodiment in each step by using the fuel cell system shown in FIG. 1.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 연료전지 시스템(100)은 연료전지 스택(110) 내에서 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기 에너지를 발생시키도록 연료처리장치(120)에서 발전원료를 수소가 함유된 개질가스로 개질하고, 이런 개질가스를 연료전지 스택(110)에 공급한다. 특히, 제1 실시예에 따른 연료전지 시스템(100)의 연료 공급 방법은 연료처리장치(120)의 버너(122) 발열온도(TC)를 기준 으로 발전원료 유량을 판단하고서, 기 설정된 범위로 발전원료 유량을 일정하게 유지한다. As shown in FIGS. 1 and 2, the fuel cell system 100 generates power from the fuel processing device 120 to generate electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the fuel cell stack 110. Is reformed to a reformed gas containing hydrogen, and the reformed gas is supplied to the fuel cell stack 110. In particular, the fuel supply method of the fuel cell system 100 according to the first embodiment determines the flow rate of the power source raw material based on the heat generation temperature (TC) of the burner 122 of the fuel processing apparatus 120, and generates power in a preset range. Maintain a constant flow rate of raw materials.

연료전지 스택(110)은 대략적으로 70% ~ 80% 사이의 연료 이용률을 갖는데, 연료전지 스택(110)에서 사용된 후에 배출되는 잔여 개질가스는 다시 연료처리장치(120)의 버너(122)로 공급되어 연소작동에 소비된다. 연료전지 스택(110)이 1kW의 정격발전을 한다면, 이러한 1kW 정격발전에 적합한 발전원료 유량(수소 소비량)은 사전에 설정되어 있다. 따라서, 실제 공급되는 발전원료 유량이 정격발전에 필요한 발전원료 유량보다 증가한다면, 연료전지 스택(110)으로부터 배출되는 잔여 개질가스도 증가한다. 그와 반대로 실제 공급되는 발전원료 유량이 정격발전에 필요한 발전원료 유량보다 감소한다면, 연료전지 스택(110)으로부터 배출되는 잔여 개질가스도 감소한다. 이로 인해 버너(122) 발열온도(TC)는 잔여 개질가스의 증감에 따라 변화되며, 본 발명의 연료전지 시스템(100)은 이러한 버너(122) 발열온도(TC)를 기준으로 하여 실제 공급되는 발전원료 유량을 도출한다.The fuel cell stack 110 has a fuel utilization of approximately 70% to 80%, and residual reformed gas discharged after being used in the fuel cell stack 110 is returned to the burner 122 of the fuel processor 120. Supplied and consumed for combustion operations. If the fuel cell stack 110 generates a rated power of 1 kW, the power source material flow rate (hydrogen consumption) suitable for such a 1 kW rated power is set in advance. Therefore, if the actual feedstock flow rate actually supplied is higher than the feedstock flow rate required for rated power generation, the remaining reformed gas discharged from the fuel cell stack 110 also increases. On the contrary, if the actual feedstock flow rate actually supplied is lower than the power feedstock flow rate required for the rated power generation, the remaining reformed gas discharged from the fuel cell stack 110 is also reduced. As a result, the burner 122 exothermic temperature TC is changed according to the increase or decrease of the remaining reformed gas, and the fuel cell system 100 of the present invention is actually generated based on the exothermic temperature TC of the burner 122. Derived raw material flow rate.

연료전지 시스템(100)은 유량센서(164)으로도 발전원료 유량을 측정하지만, 유량센서(164)는 일반적으로 기계적 측정 오차(Full scale : ± 3%)가 있다. 더욱이 실제 공급되는 발전원료 유량은 발전원료의 공급압력과 연료전지 구성요소 내에서의 압력손실에 의해 수시로 변화되기 때문에, 연료전지 시스템(100)은 유량센서(164)로 측정한 값을 피드백 제어하는 것으로는 발전원료 유량을 기 설정된 범위로 제어하기 어렵다. 하지만, 연료 전지 시스템(100) 및 그 연료 공급 방법은 버너(122) 발열온도(TC)를 기준으로 발전원료 유량을 보다 정확하게 도출함으로써, 보다 용이하게 기 설정된 범위로 발전원료 유량을 일정하게 유지할 수 있다.Although the fuel cell system 100 measures the flow rate of power generation raw materials with the flow sensor 164, the flow sensor 164 generally has a mechanical measurement error (full scale: ± 3%). Furthermore, since the actual feedstock flow rate actually changes due to the supply pressure of the feedstock and the pressure loss in the fuel cell component, the fuel cell system 100 provides feedback control to the value measured by the flow sensor 164. It is difficult to control the feedstock flow rate in the preset range. However, the fuel cell system 100 and its fuel supply method can more accurately derive the flow rate of the power generation material based on the heat generation temperature TC of the burner 122, so that the flow rate of the power generation material can be maintained more easily in the preset range. have.

먼저, 제1 실시예에 따른 연료전지 시스템(100)의 연료 공급 방법은 버너(122)의 발열온도(TC)가 기 설정된 온도범위(ΔT)에 포함되는지를 판단하는 버너의 발열온도 판단 단계를 수행한다. 버너(122)의 발열온도(TC)가 기 설정된 정상적인 온도범위(ΔT)라면, 현재 상태를 그대로 유지한다. 버너(122)의 발열온도(TC)가 기 설정된 온도범위(ΔT)보다 낮거나 높다면, 그 다음 단계로서 버너 발전원료 유량 판단 단계를 실시한다.First, the fuel supply method of the fuel cell system 100 according to the first embodiment is a step of determining the exothermic temperature of the burner to determine whether the exothermic temperature TC of the burner 122 is included in the preset temperature range ΔT. To perform. If the heat generation temperature TC of the burner 122 is a preset normal temperature range ΔT, the current state is maintained. If the heat generation temperature TC of the burner 122 is lower or higher than the preset temperature range ΔT, the burner power generation material flow rate determination step is performed as a next step.

버너 발전원료 유량 판단 단계는 버너(122)에 공급하는 버너 발전원료 유량(Fb)이 기 설정된 발전원료 범위(ΔF)에 포함되는지를 판단한다. 버너(122)의 발열온도는 잔여 개질가스 뿐만 아니라 버너(122)에 공급되는 발전원료에 의해서도 영향을 받는다. 따라서, 연료전지 시스템(100)의 연료 공급 방법은 버너 발전원료 유량(Fb)이 기 설정된 발전원료 범위(ΔF)에 존재하는지를 판단할 필요성이 있다.The burner power generation material flow rate determination step determines whether the burner power generation material flow rate F b supplied to the burner 122 is included in the preset power generation material range ΔF. The exothermic temperature of the burner 122 is influenced not only by the residual reformed gas but also by the raw material supplied to the burner 122. Therefore, the fuel supply method of the fuel cell system 100 needs to determine whether the burner power generation material flow rate F b exists in the preset power generation material range ΔF.

버너(122)의 발열온도(TC)가 기 설정된 온도범위(ΔT)보다 낮은 조건이라면, 발전원료 유량이 감소하여 연료전지 스택(110)으로 유입되는 개질가스가 적다는 것을 의미한다. 이때, 버너의 발전원료 유량 판단 단계는 제2 발전원료 펌프(167)와 유량조절수단(168)에서 버너(122)로 공급되는 버너 발전원료 유량(Fb)을 측정하고서, 시스템 제어기(140)에서 버너 발전원료 유량(Fb)이 기 설정된 발전원료 범위(ΔF)에 포함되는지를 판단한다. 버너 발전원료 유량(Fb)이 기 설정된 발전원료 범위 (ΔF)보다 크다면, 버너(122)의 발열온도(TC)는 버너(122)에서 발전원료가 부족함이 없이 공급되고 있음을 의미한다. 따라서, 연료전지 시스템(100)의 연료 공급 방법은 그 다음 단계로서 반응기(121)에 공급되는 발전원료 유량을 증가시키는 반응기 발전원료 유량 증감 단계를 실시함으로써, 발전원료 유량을 기 설정된 범위로 제어한다.If the exothermic temperature TC of the burner 122 is lower than the preset temperature range ΔT, this means that the flow rate of power generation raw material is reduced to reduce the amount of reformed gas flowing into the fuel cell stack 110. At this time, the power source raw material flow rate determination step of the burner measures the burner power raw material flow rate (F b ) supplied from the second power raw material pump 167 and the flow rate adjusting means 168 to the burner 122, the system controller 140 It is determined whether the burner power raw material flow rate (F b ) is included in the preset power raw material range (ΔF). If the burner power generation material flow rate F b is greater than the preset power generation material range ΔF, it means that the heat generation temperature TC of the burner 122 is supplied without a shortage of power generation material in the burner 122. Accordingly, the fuel supply method of the fuel cell system 100 controls the power generation material flow rate to a predetermined range by performing a step of increasing or decreasing the power generation material flow rate of the reactor to increase the flow rate of power generation material supplied to the reactor 121 as the next step. .

상기와 반대로 버너(122)의 발열온도(TC)가 기 설정된 온도범위(ΔT)보다 높은 조건이라면, 발전원료 유량이 증가하여 연료전지 스택(110)으로 유입되는 개질가스가 많다는 것을 의미한다. 이때, 버너 발전원료 유량 판단 단계는 시스템 제어기(140)에서 버너 발전원료 유량(Fb)이 기 설정된 발전원료 범위(ΔF)에 포함되는지를 판단한다. 버너 발전원료 유량(Fb)이 기 설정된 발전원료 범위(ΔF)보다 작다면, 버너(122)의 발열온도(TC)는 버너(122)에서 발전원료가 과도하게 공급된 것이 아님을 의미한다. 따라서, 연료전지 시스템(100)의 연료 공급 방법은 그 다음 단계로서 반응기(121)에 공급되는 발전원료 유량을 감소시키는 반응기 발전원료 유량 증감 단계를 실시함으로써, 반응기(121)로 공급되는 발전원료 유량을 기 설정된 범위로 제어한다.Contrary to the above, if the exothermic temperature TC of the burner 122 is higher than the preset temperature range ΔT, it means that the amount of reformed gas flowing into the fuel cell stack 110 is increased due to the increase in the flow rate of the power source. In this case, the burner power generation material flow rate determination step determines whether the burner power generation material flow rate F b is included in the preset power generation material range ΔF in the system controller 140. If the burner power generation material flow rate F b is smaller than the preset power generation material range ΔF, it means that the heat generation temperature TC of the burner 122 is not excessively supplied with the power generation material from the burner 122. Therefore, the fuel supply method of the fuel cell system 100 as a next step by performing a reactor power source material flow rate increase and decrease step of reducing the power source material flow rate supplied to the reactor 121, the power source material flow rate supplied to the reactor 121 Control to the preset range.

이와 같이 연료전지 시스템(100)의 연료 공급 방법은 버너(122)의 발열온도(TC)와 버너 발전원료 유량(Fb)을 기초로 하여 연료처리장치(120)의 반응기(121)로 공급되는 반응기 발전원료 유량을 기 설정된 비율로 증가시키거나 감소시킨다. As such, the fuel supply method of the fuel cell system 100 is supplied to the reactor 121 of the fuel processor 120 based on the heat generation temperature TC of the burner 122 and the burner power generation material flow rate F b . Increase or decrease the reactor feedstock flow rate at a preset rate.

도 3은 도 2에 도시된 연료전지 시스템의 연료 공급 방법에서 발전량에 따른 발전원료 유량을 변화시키는 관계를 나타낸 그래프이다.3 is a graph illustrating a relationship of changing a flow rate of power generation raw materials according to power generation in the fuel supply method of the fuel cell system illustrated in FIG. 2.

도 3에 도시된 바와 같이, 발전원료 유량은 연료전지 스택(110)에서의 전력 발전량에 따라 선형적으로 증가하거나 감소하도록 제어된다. 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 시스템의 연료 공급 방법은 발전원료 유량을 일정량 획일적으로 증가시키거나 감소시키지 않고, 정격 발전량을 기준으로 하여 일정비율 만큼의 정격유량 증가비율과 감소비율을 사전에 설정한다. 이러한 정격 발전량에 대한 발전원료 유량은 정격유량의 3% ~ 8% 범위 이내로 설정하는 것이 바람직하다. 이러한 발전원료 유량은 동일한 원점으로부터 스케일링(scaling)하여, 정격 발전량의 기준에서 정상 스케일 값, 일정비율 증가된 스케일 값, 일정비율 감소된 스케일 값과 같은 3종류의 선형 증감폭으로 설정될 수 있다. 이와 같이 연료전지 시스템의 연료 공급 방법은 연료처리장치에 공급되는 스팀공급량, Prox 공기량과 같은 다른 변수에 영향을 주지 않으며, 정격발전 뿐만 아니라 부분발전에서도 연료전지 운전시 연료처리장치의 반응기에 안정적으로 발전원료를 공급할 수 있다. As shown in FIG. 3, the power generation raw material flow rate is controlled to increase or decrease linearly according to the amount of power generation in the fuel cell stack 110. The fuel supply method of the fuel cell system according to the embodiment of the present invention does not increase or decrease the amount of power generated uniformly by a predetermined amount, and sets the rated flow rate increase rate and the decrease rate by a predetermined rate based on the rated power generation amount in advance. do. The raw material flow rate for the rated power generation amount is preferably set within the range of 3% to 8% of the rated flow rate. The power source raw material flow rate may be scaled from the same origin, and may be set to three types of linear increase and decrease, such as a normal scale value, a constant ratio increased scale value, and a constant ratio reduced scale value, based on the rated power generation amount. In this way, the fuel supply method of the fuel cell system does not affect other variables such as the amount of steam supplied to the fuel processor and the amount of air supplied to the fuel processor. Power raw materials can be supplied.

도 4는 도 1에 도시된 연료전지 시스템을 이용하여 제2 실시예의 연료 공급 방법을 각 단계별로 나타낸 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a fuel supplying method of the second embodiment in each step using the fuel cell system shown in FIG. 1.

도 1 및 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 실시예에 따른 연료전지 시스템(100)의 연료 공급 방법은 도 2에 도시된 제1 실시예와 동일하게 버너(122)의 발열온도(TC)와 버너 발전원료 유량(Fb)을 기초로 하여 연료처리장치(120)의 반응기(121)로 공급되는 반응기 발전원료 유량을 기 설정된 범위로 일정하게 유지한다. 그리 고, 제2 실시예에 따른 연료전지 시스템(100)의 연료 공급 방법은 제1 실시예와 비교할 때 연료처리장치(120)에서 연료전지 스택(110)으로 공급되는 개질가스의 공급압력(P2)이 기 설정된 압력범위(ΔP)에 포함되는지를 판단하는 개질가스 공급압력 판단 단계를 더 수행하는 특징이 있다. 즉, 연료전지 스택(110)으로부터 배출되는 잔여 개질가스는 연료전지 스택(110)으로 공급되는 개질가스의 공급압력(P2)에 의해서 결정될 수 있으며, 이로 인해 버너(122)의 발열온도(TC)에도 영향을 줄 수 있다. As shown in FIG. 1 and FIG. 4, the fuel supply method of the fuel cell system 100 according to the second embodiment is the same as the first embodiment shown in FIG. 2. The exothermic temperature TC of the burner 122. Based on the burner power generation material flow rate (F b ) and maintain the reactor power generation material flow rate supplied to the reactor 121 of the fuel processing device 120 in a predetermined range. In addition, in the fuel supply method of the fuel cell system 100 according to the second embodiment, the supply pressure P of the reformed gas supplied from the fuel processor 120 to the fuel cell stack 110 is compared with that of the first embodiment. 2 ) is characterized by further performing a reformed gas supply pressure determining step of determining whether it is included in the predetermined pressure range (ΔP). That is, the remaining reformed gas discharged from the fuel cell stack 110 may be determined by the supply pressure P 2 of the reformed gas supplied to the fuel cell stack 110, and thus, the exothermic temperature TC of the burner 122. ) Can also be affected.

버너 발전원료 유량(Fb)이 기 설정된 발전원료 범위(ΔF)보다 크다면, 버너(122)의 발열온도(TC)는 버너(122)에서 발전원료가 부족함이 없이 공급되고 있음을 의미한다. 이때, 개질가스 공급압력 판단 단계는 개질가스 공급압력(P2)이 기 설정된 압력범위(ΔP)보다 작은 경우에 연료전지 스택(110)으로 개질가스가 적게 유입되고 있는 것으로 판단하고, 그 다음 단계로서 반응기(121)에 공급되는 발전원료 유량을 증가시킨다.If the burner power generation material flow rate F b is greater than the preset power generation material range ΔF, it means that the heat generation temperature TC of the burner 122 is supplied from the burner 122 without shortage of power generation material. In this case, the reformed gas supply pressure determining step determines that less reformed gas is introduced into the fuel cell stack 110 when the reformed gas supply pressure P 2 is smaller than the preset pressure range ΔP. As it increases the flow rate of power generation raw material supplied to the reactor 121.

상기와 반대로 버너 발전원료 유량(Fb)이 기 설정된 발전원료 범위(ΔF)보다 작다면, 버너(122)의 발열온도(TC)는 버너(122)에서 발전원료가 과도하게 공급된 것이 아니라고 판단한다. 이때, 개질가스 공급압력 판단 단계는 개질가스 공급압력(P2)이 기 설정된 압력범위(ΔP)보다 크다면, 결국 반응기(121)로 공급되는 발전원료 유량이 증가하여 연료전지 스택(110)으로 유입되는 개질가스가 많은 것으로 확인할 수 있다. 그러면, 연료전지 시스템(100)의 연료 공급 방법은 그 다음 단계로서 반응기(121)에 공급되는 발전원료 유량을 감소시킴으로써, 반응기(121)에 공급되는 발전원료 유량을 기 설정된 범위로 제어할 수 있다. Contrary to the above, if the burner power raw material flow rate F b is smaller than the preset power raw material range ΔF, it is determined that the heat generation temperature TC of the burner 122 is not excessively supplied with the power raw material from the burner 122. do. At this time, the reformed gas supply pressure determining step, if the reformed gas supply pressure (P 2 ) is greater than the preset pressure range (ΔP), eventually the power flow rate of the power supply to the reactor 121 is increased to the fuel cell stack 110 It can be confirmed that a lot of reformed gas is introduced. Then, the fuel supply method of the fuel cell system 100 may control the power generation material flow rate supplied to the reactor 121 to a predetermined range by reducing the flow rate of power generation material supplied to the reactor 121 as a next step. .

즉, 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이 당연하다.That is, the preferred embodiments of the present invention have been described, but the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims, the detailed description of the invention, and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 연료전지 시스템의 각 구성요소들을 나타낸 개략도이다. 1 is a schematic diagram illustrating each component of a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 연료전지 시스템을 이용하여 제1 실시예의 연료 공급 방법을 각 단계별로 나타낸 흐름도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a fuel supplying method of the first embodiment in each step by using the fuel cell system shown in FIG. 1.

도 3은 도 2에 도시된 연료전지 시스템의 연료 공급 방법에서 발전량에 따른 발전원료 유량을 변화시키는 관계를 나타낸 그래프이다.3 is a graph illustrating a relationship of changing a flow rate of power generation raw materials according to power generation in the fuel supply method of the fuel cell system illustrated in FIG. 2.

도 4는 도 1에 도시된 연료전지 시스템을 이용하여 제2 실시예의 연료 공급 방법을 각 단계별로 나타낸 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a fuel supplying method of the second embodiment in each step using the fuel cell system shown in FIG. 1.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

100 : 연료전지 시스템 110 : 연료전지 스택100: fuel cell system 110: fuel cell stack

120 : 연료처리장치 130 : 공기 공급부120: fuel processor 130: air supply unit

140 : 시스템 제어기140: system controller

Claims (6)

수소와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 연료전지 스택;A fuel cell stack configured to generate electrical energy by electrochemically reacting hydrogen and oxygen; 발전원료를 촉매 반응에 의해 개질가스로 변환시켜 상기 연료전지 스택에 개질가스를 공급하는 반응기와, 발전원료 및 상기 연료전지 스택에서 배출되는 잔여 개질가스를 이용하여 상기 반응기의 촉매 반응에 필요한 열 에너지를 생성하는 버너와, 상기 버너의 발열온도(TC)를 측정하는 온도 센서를 포함하는 연료처리장치; Thermal energy required for catalytic reaction of the reactor by using a reactor for converting a power generation raw material into a reformed gas by a catalytic reaction to supply reformed gas to the fuel cell stack, and a remaining raw gas discharged from the power raw material and the fuel cell stack. A fuel processor comprising a burner for generating a temperature sensor and a temperature sensor for measuring an exothermic temperature of the burner; 발전원료를 상기 반응기에 공급하여 반응기 발전원료 유량을 조절하는 제1 발전원료 펌프를 포함하는 발전원료 공급부; 및 A power raw material supply unit including a first power raw material pump for supplying power raw material to the reactor to control a flow rate of power generation power of the reactor; And 상기 온도 센서 및 상기 제1 발전원료 펌프와 연결되어 상기 온도 센서로부터 전달되는 상기 버너의 발열온도(TC)를 제어 신호값으로 제공받고, 상기 제어 신호값을 판단하여 상기 제1 발전원료 펌프를 작동시켜 상기 반응기 발전원료 유량을 기 설정된 비율로 변화시키는 시스템 제어기The heat generating temperature TC of the burner connected to the temperature sensor and the first power raw material pump is provided as a control signal value, and the control signal value is determined to operate the first power raw material pump. System controller to change the reactor power raw material flow rate by a predetermined ratio 를 포함하는 연료전지 시스템.Fuel cell system comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 발전원료 공급부는 발전원료를 상기 버너에 공급하여 버너 발전원료 유량을 조절하는 제2 발전원료 펌프를 더 포함하고,The power raw material supply unit further includes a second power raw material pump for supplying power raw material to the burner to adjust the burner power raw material flow rate, 상기 시스템 제어기는 상기 제2 발전원료 펌프와 연결되어 상기 버너의 발열온도 및 상기 버너 발전원료 유량을 기초로 하여 상기 제1 발전원료 펌프의 작동을 제어하는 연료전지 시스템.The system controller is connected to the second power raw material pump to control the operation of the first power raw material pump based on the heat generation temperature of the burner and the burner power raw material flow rate. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 연료처리장치와 상기 연료전지 스택 사이에 설치되어 상기 개질가스의 공급압력을 측정하는 압력 측정 수단을 더 포함하고,And a pressure measuring means installed between the fuel processor and the fuel cell stack to measure a supply pressure of the reformed gas. 상기 시스템 제어기는 상기 압력 측정 수단과 연결되어 상기 버너의 발열온도와 상기 버너 발전원료 유량 및 상기 개질가스의 공급압력을 기초로 하여 상기 제1 발전원료 펌프의 작동을 제어하는 연료전지 시스템.The system controller is connected to the pressure measuring means to control the operation of the first power raw material pump on the basis of the exothermic temperature of the burner, the burner power raw material flow rate and the supply pressure of the reforming gas. 연료전지 스택 내에서 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기 에너지를 발생시키도록 연료처리장치에서 발전원료를 수소가 함유된 개질가스로 개질하여 상기 연료전지 스택에 상기 개질가스를 공급하는 연료전지 시스템의 연료 공급 방법에 있어서,A fuel cell system for supplying the reformed gas to the fuel cell stack by reforming a power source with a reformed gas containing hydrogen so as to generate electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the fuel cell stack. In the fuel supply method of, 상기 연료전지 스택에서 배출되는 잔여 개질가스를 이용하여 상기 연료처리장치의 버너에서 개질 반응에 필요한 열 에너지를 발생시키고, 상기 버너의 발열온도(TC)가 기 설정된 온도범위(ΔT)에 포함되는지를 판단하는 버너의 발열온도 판단 단계;Using the remaining reformed gas discharged from the fuel cell stack to generate heat energy for the reforming reaction in the burner of the fuel processing device, and whether the burner's exothermic temperature (TC) is included in the preset temperature range (ΔT) Determining an exothermic temperature of the burner to determine; 상기 발전원료를 상기 버너에 공급하는 버너 발전원료 유량(Fb)이 기 설정된 발전원료 범위(ΔF)에 포함되는지를 판단하는 버너 발전원료 유량 판단 단계; 및A burner power generation material flow rate determining step of determining whether a burner power generation material flow rate F b for supplying the power generation material to the burner is included in a preset power source material range ΔF; And 상기 버너의 발열온도(TC)와 상기 버너 발전원료 유량(Fb)을 기초로 하여 상기 연료처리장치의 반응기로 공급되는 반응기 발전원료 유량을 기 설정된 비율로 증가시키거나 감소시키는 반응기 발전원료 유량 증감 단계Reactor power generation flow rate increase or decrease based on the exothermic temperature (TC) of the burner and the burner power generation material flow rate (F b ) to increase or decrease the reactor power generation material flow rate supplied to the reactor of the fuel processing device at a predetermined ratio step 를 포함하는 연료전지 시스템의 연료 공급 방법.Fuel supply method of a fuel cell system comprising a. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 연료처리장치에서 상기 연료전지 스택으로 공급되는 상기 개질가스의 공급압력(P2)이 기 설정된 압력범위(ΔP)에 포함되는지를 판단하는 개질가스 공급압력 판단 단계를 더 포함하고,And a reformed gas supply pressure determining step of determining whether a supply pressure P 2 of the reformed gas supplied from the fuel processing device to the fuel cell stack is included in a preset pressure range ΔP, 상기 반응기 발전원료 유량 증감 단계는 상기 버너의 발열온도(TC), 상기 버너 발전원료 유량(Fb), 및 상기 개질가스의 공급압력(P2)을 기초로 하여 상기 연료처리장치의 반응기로 공급되는 반응기 발전원료 유량을 기 설정된 비율로 증가시키거나 감소시키는 연료전지 시스템의 연료 공급 방법.The step of increasing or decreasing the reactor feedstock flow rate is supplied to the reactor of the fuel processor based on the exothermic temperature (TC) of the burner, the burner feedstock flow rate (F b ), and the supply pressure (P 2 ) of the reforming gas. A method of supplying fuel to a fuel cell system that increases or decreases a reactor power generation material flow rate at a predetermined rate. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 반응기 발전원료 유량 증감 단계는 상기 연료전지 스택의 정격 발전량에 필요한 정격 발전원료 유량을 기준으로 설정된 상기 반응기 발전원료 유량의 범위 내에서 기 설정된 비율로 증가시키거나 감소시키는 연료전지 시스템의 연료 공급 방법.The reactor feedstock flow rate increase and decrease step is a fuel supply method of the fuel cell system to increase or decrease at a predetermined rate within the range of the reactor feedstock flow rate set based on the rated power feedstock flow rate required for the rated power generation of the fuel cell stack. .
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