KR100992170B1 - 연료전지 운전장치 평가시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 연료전지에 부합되는 연료전지 운전장치를 설계시 미리 테스트하여 선택하는 연료전지 운전장치 평가시스템을 제안한다.
본 발명의 실시예에 따른 연료전지 운전장치 설계시스템은, 유체를 유입 및 유출하는 연료전지 운전장치를 수용한 테스트 챔버; 상기 테스트 챔버에 연결되어 상기 유체의 유입 및 유출 경로를 제공하는 유입배관 및 유출배관; 상기 테스트 챔버의 연료전지 본체에서 발생하는 역압력을 모사하는 역압력계 및 니들밸브; 상기 테스트 챔버의 온도와 상기 연료전지 운전장치 전후의 유입배관 및 유출배관의 온도를 감지하는 온도 감지부; 상기 유입배관 및 유출배관에 흐르는 유체의 양을 감지하는 유량 감지부; 상기 연료전지 운전장치에서의 유체의 누출을 감지하는 감지하는 압력 감지부; 및 상기 감지된 온도, 유체의 양 및 유체의 누출이 상기 연료전지 운전장치의 설계를 위해 설정된 온도, 유체의 양 및 유체의 누출에 부합되는지 여부를 확인하여 출력하는 제어부를 포함한다.
Figure R1020080019242
연료전지, 운전장치, 테스트, 신뢰성

Description

연료전지 운전장치 평가시스템{TEST SYSTEM FOR BALANCE OF PLANT IN FUEL CELL}
본 발명은 연료전지 운전장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 연료전지가 사용되는 환경에 맞도록 연료전지 운전장치를 평가하는 연료전지 운전장치 평가시스템에 관한 것이다.
연료전지는 메탄올이나 천연가스 등 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 공기 중의 산소를 연료로 하여 일어나는 전기화학 반응에 의하여 화학에너지를 전기 에너지로 변환시키는 장치이다.
이러한 연료전지는 연료공급장치, 공기공급장치 및 스택(stack)을 포함한 연료전지 본체, 전력변환장치, 열 회수장치, 온수저장장치, 보조 버너, 연료전지의 운전장치 등을 포함한다.
연료전지의 운전장치는 연료공급장치, 공기공급장치, 냉각장치, 전력변환장치, 열 회수장치, 온수저장장치 등의 운전에 필요한 장치이다. 이러한 연료전지의 운전장치에는 송풍기, 압축기, 필터, 열교환기, 펌프, 콘덴서, 가습기 등이 있다. 특히, 이러한 연료공급장치 및 공기공급장치의 운전에 필요한 운전장치에는 블라우 어, 공기펌프, 압축기 등이 대표적인 예이다.
이러한 연료전지의 운전장치는 기 생산된 블라우어, 공기펌프, 압축기 등의 제품을 사용하여 구성된다. 기 생산된 블라우어, 공기펌프, 압축기 등의 제품은 미리 연료전지 스택의 압력, 유량, 온도 등의 범위가 설정된 상태로 출시된다. 이에 따라, 연료전지 스택 설계시 요구하는 압력, 유량, 온도 등의 범위를 정확히 맞추기 어렵다. 따라서, 연료전지에서 원하는 에너지 효율을 얻을 수 없게 된다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 연료전지의 설계시 연료전지 운전장치에서 요구되는 압력, 유량, 온도 등의 범위를 제공하는 연료전지의 운전장치를 선택할 수 있도록 한 연료전지 운전장치 평가시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 연료전지 운전장치 평가시스템은, 유체를 유입 및 유출하는 연료전지 운전장치를 수용한 테스트 챔버; 상기 테스트 챔버에 연결되어 상기 유체의 유입 및 유출 경로를 제공하는 유입배관 및 유출배관; 상기 테스트 챔버의 연료전지 본체에서 발생하는 역압력을 모사하는 역압력계 및 니들밸브; 상기 테스트 챔버의 온도와 상기 유입배관 및 유출배관의 온도를 감지하는 온도 감지부; 상기 연료전지 운전장치 전후의 유입배관 및 유출배관에 흐르는 유체의 양을 감지하는 유량 감지부; 상기 연료전지 운전장치에서의 유 체의 누출을 감지하는 압력 감지부; 및 상기 감지된 온도, 유체의 양 및 유체의 누출이 상기 연료전지 운전장치의 설계를 위해 설정된 온도, 유체의 양 및 역압력에 부합되는지 여부를 확인하여 출력하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 테스트 챔버는, 외부판; 내부판; 및 상기 외부판과 내부판 사이에 형성된 절연재로 구성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 연료전지의 설계시 설계하는 연료전지의 사양에 부합되는 연료전지 운전장치를 테스트를 통해 선택함으로써, 신뢰성 있는 연료전지를 구성할 수 있다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 또한, 후술 되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 운전장치 평가시스템에 대한 구성을 나타낸 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 운전장치 평가시스템(1)은, 테스트 챔버(3), 제어부(4), 온도센서(12a, 12b, 12c)로 구성된 온도 감지부, 유량센서(13a, 13b)로 구성된 유량 감지부, 압력센서(14)로 구성된 압력감지부 및 역압력계 및 니들밸브(15)를 포함한다.
테스트 챔버(3)는 연료전지 운전장치(3a)의 가동 환경을 제공하는 테스트 룸이며, 내부에 X-Y 방향의 진동 측정을 위한 연료전지 운전장치(3a)의 받침대(3b)를 구비할 수 있다. 이러한 연료전지 운전장치(3a)는 공기공급장치에 사용되는 경우에 블라우어, 공기펌프, 압축기 등이고, 연료공급장치에 사용되는 경우에 부스터 등이고, 냉각장치에 사용되는 경우에 물펌프 등일 수 있다.
테스트 챔버(3)는 공기가 흐를 수 있는 배관(8a, 8b, 11a, 11b)과, 물이 흐를 수 있는 배관(9a, 9b, 10a, 10b)과 연결되어 있다. 즉, 테스트 챔버(3)에는 테스트 챔버(3)의 내부에 있는 연료전지 운전장치(3a)의 종류에 따라 물 또는 공기가 흐를 수 있다.
이러한 테스트 챔버(3)는 외부의 온도변화로부터 내부의 온도 변화를 최소화하기 위한 구조를 갖는다. 이 구조는 도 2에 예시되어 있다. 도 2는 테스트 챔버(3)의 사시도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 테스트 챔버(3)는 내부판(33)과 외부판(31) 사이에 절연재(32)를 형성한 구조일 수 있다. 이때, 내부판(33)과 외부판(31)은 스텐레스(stainless) 금속재질일 수 있다.
온도센서(12a, 12b, 12c)는 테스트 챔버(3)에 공기 또는 물이 유입되는 유입배관(8a, 9a, 10a, 11a)의 온도, 테스트 챔버(3)로부터 공기 또는 물이 유출되는 유출배관(8b, 9b, 10b, 11b)의 온도 및 테스트 챔버(3)의 온도를 감지하여 제어부(4)에 전송한다.
유량센서(13a, 13b)는 테스트 챔버(3)에 흐르는 공기 또는 물의 양(이하, "유량"이라 한다)을 감지하여 제어부(4)에 전송한다.
역압력계 및 니들밸브(15)는 테스트 챔버(3)에서 공기 또는 물이 배출되는 유출배관(8b, 9b, 10b, 11b)에 공기 또는 물이 역유입되어 발생하는 압력(이하, "역압력"이라 한다)을 발생시킨다. 연료전지 운전장치의 설계자는 역압력계 및 니들밸브(15)를 조절하여 원하는 역압력을 모사할 수 있다.
압력센서(14)는 테스트 챔버(3)에서 공기 또는 물이 배출되는 유출배관(8b, 9b, 10b, 11b)에서의 압력변화를 감지하여 제어부(4)에 전송한다.
제어부(4)는 온도센서(12a, 12b, 12c), 유량센서(13a, 13b) 및 압력센서(14)로부터 각각 수신된 온도, 유량 및 유체누출이 연료전지 운전장치 설계자에 의해 설정된 온도, 유량 및 유체의 누출 정보에 부합되는지 확인하고, 확인결과를 디스플레이 장치(6)를 통해 출력한다. 나아가, 연료전지 운전장치의 설계자는 역압력계 및 니들밸브(15)를 통해 역압력을 변경시키면서 설계하고자 하는 연료전지의 운전에 필요한 운전장치를 선택할 수 있다.
즉, 연료전지 운전장치의 설계자는 설계하고자 하는 연료전지에 부합되도록 연료전지 운전장치를 선택할 수 있다. 이때, 연료전지 운전장치 설계자에 의해 설정된 온도, 유량 및 유체의 누출 정보는 저장부(5)에 저장되어 있다. 제어부(4)는 상기 부합 여부에 대한 확인 결과를 저장부(5)에 저장할 수 있다.
나아가, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 운전장치 평가시스템(1)은 필터(2), 저장부(5), 디스플레이 장치(6) 및 히터/쿨러(7)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
필터(2)는 연료전지 운전장치(3a)에 의해 테스트 챔버(3) 내로 유입되는 물 또는 공기에 포함된 이물질을 제거한다.
저장부(5)는 연료전지 운전장치 설계자에 의해 설정된 온도, 유량 및 역압력 정보를 저장한다. 이에 더하여, 저장부(5)는 제어부(4)로부터 수신된 온도, 유량 및 유체누출의 부합 여부에 대한 결과를 저장할 수 있다.
디스플레이 장치(6)는 제어부(4)로부터 수신된 온도, 유량 및 유체누출의 부합 여부에 대한 결과를 출력한다. 이를 통해 연료전지 운전장치의 설계자는 연료전지 운전장치의 가동환경에 따른 연료전지 운전장치의 신뢰성을 평가할 수 있다.
히터/쿨러(7)는 테스트 챔버(3) 내의 온도를 높이거나 낮춘다. 이는 연료전지 운전장치의 설계자에 의해서 직접 이루어지거나, 제어부(4)로부터 수신된 히터구동신호 또는 쿨러구동신호에 따라 각각 테스트 챔버(3) 내의 온도를 높이거나 낮춘다. 이때, 제어부(4)는 온도센서(12c)로부터 수신된 온도와 설정된 온도의 비교결과에 따라 히터구동신호 또는 쿨러구동신호를 발생한다. 즉, 제어부(4)는 수신된 온도가 설정된 온도보다 낮으면 히터구동신호를 발생하고, 수신된 온도가 설정된 온도보다 높으면 쿨러구동신호를 발생한다.
이하에서, 연료전지 운전장치 설계시스템의 동작에 대해서 살펴보기로 한다.
연료전지 운전장치의 설계자는 테스트하고자 하는 연료전지 운전장치(3a)를 테스트 챔버(3) 내에 설치한다. 이후, 연료전지 운전장치의 설계자는 연료전지 운전장치(3a)에 전원을 인가하여 구동시킨다. 이에, 연료전지 운전장치(3a)는 물 또 는 공기를 필터(2)를 통해 테스트 챔버(3)로 유입하고, 유입된 물 또는 공기를 테스트 챔버(3)로부터 배출한다. 이때, 필터(2)는 테스트 챔버(3)로 유입되는 물 또는 공기에 포함된 이물질을 제거한다.
이렇게 배출된 물 또는 공기는 유출배관(8b, 9b, 10b, 11b)을 거쳐 역압력계 및 니들밸브(15)를 통해 외부로 배출된다. 일정한 압력에 다다르면, 유입밸브와 유출밸브를 잠근 상태에서 압력의 변화로 운전장치에서의 유체 누출여부를 판단할 수 있으며, 이러한 압력의 변화는 압력센서(14)에 의해서 감지되어 제어부(4)로 전송된다.
한편, 온도센서(12a, 12b, 12c)는 배관 및 테스트 챔버의 온도를 감지하여 제어부(4)에 전송한다.
그리고, 유량센서(13a, 13b)는 테스트 챔버(3)에 흐르는 유량을 감지하여 제어부(4)에 전송한다. 즉, 유량센서(13a, 13b)는 유입배관(8a, 9a, 10a, 11a)의 유량 및 유출배관(8b, 9b, 10b, 11b)의 유량을 감지하여 제어부(4)에 전송한다.
제어부(4)는 온도센서(12a, 12b, 12c), 유량센서(13a, 13b) 및 압력센서(14)로부터 각각 수신된 온도, 유량 및 역압력이 연료전지 운전장치 설계자에 의해 설정된 온도, 유량 및 유체의 누출 정보에 부합되는지 확인하고, 확인결과를 디스플레이 장치(6)를 통해 출력한다. 또는 제어부(4)는 온도센서(12a, 12b, 12c), 유량센서(13a, 13b) 및 압력센서(14)로부터 각각 수신된 온도, 유량 및 압력변화를 디스플레이 장치(6)를 통해 출력할 수 있다. 나아가, 연료전지 운전장치의 설계자는 역압력계 및 니들밸브(15)를 통해 역압력을 변경시키면서 설계하고자 하는 연료전 지 운전장치를 선택할 수 있다. 즉, 연료전지 운전장치의 설계자는 설계하고자 하는 연료전지에 부합되도록 연료전지 운전장치를 선택할 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 운전장치 평가시스템에 대한 구성을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 테스트 챔버의 사시도.

Claims (2)

  1. 유체를 유입 및 유출하는 연료전지 운전장치를 수용한 테스트 챔버;
    상기 테스트 챔버에 연결되어 상기 유체의 유입 및 유출 경로를 제공하는 유입배관 및 유출배관;
    상기 유출배관에 상기 유체가 역유입되어 발생하는 역압력을 모사하는 역압력계 및 니들밸브;
    상기 테스트 챔버의 온도와 상기 연료전지 운전장치 전후의 유입배관 및 유출배관의 온도를 감지하는 온도 감지부;
    상기 유입배관 및 유출배관에 흐르는 유체의 양을 감지하는 유량 감지부;
    상기 연료전지 운전장치에서의 유체의 누출을 감지하는 압력 감지부; 및
    상기 감지된 온도, 유체의 양 및 유체의 누출이 상기 연료전지 운전장치의 설계를 위해 설정된 온도, 유체의 양 및 유체의 누출에 부합되는지 여부를 확인하여 출력하는 제어부를 포함하는 연료전지 운전장치 평가시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 테스트 챔버는,
    외부판;
    내부판; 및
    상기 외부판과 내부판 사이에 형성된 절연재로 구성된 연료전지 운전장치 평 가시스템.
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