KR101143867B1 - 에너지 공급 방법 - Google Patents
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Abstract
연료 전지에 의한 전기 본관의 에너지 공급, 특히 잠수함의 에너지 공급 방법, 및 장치는 적어도 하나의 개질기에 의해 공급되는, 적어도 하나의 에너지 공급용 연료 전지를 사용한다. 전기 저장 수단은 연료 전지의 전력이 본관 부하를 초과할 때 연료 전지로부터 전력을 흡수하고 연료 전지의 전력이 본관 부하보다 부족할 때 전력을 송달한다. 개질기에 대한 개질기 연료 공급은 저장 수단으로부터 또는 저장 수단 내로의 전력 송달 및 흡수에 의존하여 제어된다.
에너지 공급, 잠수함
Description
본발명은 연료 전지에 의한 전기 본관의 에너지 공급, 특히 잠수함의 에너지 공급 방법, 및 이 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
잠수함에 있어서, 수많은 추가적 응용에서도, 내장 본관과 같은 전기 본관에 연료 전지 장치를 통해 전기 에너지를 공급하는 것은 본 업계에서 공지 기술에 속한다. 예를 들면, 수소는 그러한 연료 전지 장치에서 물 내로 산소와 함께 촉매적으로 연소되고, 여기서 발생하는 연소 에너지는 전기 에너지로 전환된다. 이러한 이유로, 따라서 연료 전지 장치의 작동을 위해, 연료 전지에 연료 전지 연료, 예를 들면 수소를 공급할 필요가 있다. 수소를 저장하는데 필요한 수소화 금속 저장 수단은 무겁고 비싸다. 또한, 저장 수단의 충전 및 방전은 시간-소모적이고 비싸다.
연료 전지 또는 연료 전지의 하나 이상의 배터리에 개질기(reformer)에 의해 연료 전지 연료를 공급하는 것은 본업계의 공지기술에 속한다. 그렇지만, 개질기는 공급받는 전기 본관에서 부하 변동 및 부하 점프에 반응할 수 있을 뿐이어서 연료 생산시 몇 초의 지연이 있다. 그렇지만, 연료 전지의 초과공급 또는 공급부족은 안정적인 동작을 위해 회피되어야만 하고, 대표적으로 연료 전지의 연료 공급에 있어서 중간 저장을 위해 큰 부피가 공급될 필요가 있다. 그렇지만, 수많은 응용 용도에서, 예를 들면, 잠수함 내 내장 전기 본관의 에너지 공급에 대해, 에너지 공급 장치에 대해 공급될 수 있는 부피는 매우 한정적이다. 또한, 연료 전지 연료의 중간 저장에 있어서 개질기는 부하에서 큰 점프가 생기기 쉽다. 이는 개질지의 내부 폐쇄 루프 제어 능력을 손상시키고, 안정적이고 신뢰성 있는 동작을 더욱 어렵게 만든다. 또한, 큰 중간 저장 수단은 특히 연료 전지 연료로서의 수소의 사용에 있어서 안전성 위험을 나타낸다.
연료 전지 또는 연료 전지의 하나 이상의 배터리에 개질기(reformer)에 의해 연료 전지 연료를 공급하는 것은 본업계의 공지기술에 속한다. 그렇지만, 개질기는 공급받는 전기 본관에서 부하 변동 및 부하 점프에 반응할 수 있을 뿐이어서 연료 생산시 몇 초의 지연이 있다. 그렇지만, 연료 전지의 초과공급 또는 공급부족은 안정적인 동작을 위해 회피되어야만 하고, 대표적으로 연료 전지의 연료 공급에 있어서 중간 저장을 위해 큰 부피가 공급될 필요가 있다. 그렇지만, 수많은 응용 용도에서, 예를 들면, 잠수함 내 내장 전기 본관의 에너지 공급에 대해, 에너지 공급 장치에 대해 공급될 수 있는 부피는 매우 한정적이다. 또한, 연료 전지 연료의 중간 저장에 있어서 개질기는 부하에서 큰 점프가 생기기 쉽다. 이는 개질지의 내부 폐쇄 루프 제어 능력을 손상시키고, 안정적이고 신뢰성 있는 동작을 더욱 어렵게 만든다. 또한, 큰 중간 저장 수단은 특히 연료 전지 연료로서의 수소의 사용에 있어서 안전성 위험을 나타낸다.
이러한 배경 하에서, 본발명의 목적은 연료 전지에 의한 전기 본관의 에너지 공급, 특히 잠수함의 에너지 공급에 대한 향상된 방법을 제공하는 것인데, 이 방법은 전기 본관으로부터 요구되는 전력의 변동 및/또는 점프에도 불구하고 낮은 중량 조건 및 낮은 공간 조건에 적용될 수 있다. 본발명의 또다른 목적은 이 방법을 수행하기 위한 장치를 제공하는 것이다.
본발명에 따르면, 이 목적은 청구항 제 1항에서 특정된 특징들을 갖는 방법, 및 청구항 제 13항에서 특정된 특징들을 갖는 장치에 의해 달성된다. 바람직한 설계는 종속항들, 아래의 기술 및 도면에 특정된다.
본발명에 따른 방법에 있어서, 적어도 하나의 연료 전지가 에너지 공급용으로 사용된다. 이에 의해, 본발명의 문맥 내에서 연료 전지는 또한 다수의 연료 전지 또는 연료 전지의 그룹으로서도 이해된다. 연료 전지에 연료 전지 연료, 예를 들면 수소화 금속 저장 수단으로부터의 수소 또는 그의 보충물 대신, 적어도 하나의 개질기로부터 연료 전지 연료가 적어도 하나의 연료 전지에 공급된다. 이에 의해, 개질기는 액체 개질기 연료, 일반적으로 예를 들면 디젤, 메탄올 또는 에탄올과 같은 탄화수소를 사용하여 작동된다. 이에 의해, 시간-소모적이고 노동집약적인 무거운 수소화 금속 저장 수단 내에서의 수소 가스의 저장, 및 그의 충전 및 방전이 필요 없다. 오히려, 액체 개질기 연료를 저장하고 이를 개질기에 공급하는 것만이 필요하다. 개질기 연료의 상당히 간편해진 저장 및 취급 및 낮은 제작 중량의 장치를 사용하는 방법을 응용할 가능성은 따라서 상당한 장점을 제공한다. 따라서, 개질기에 의해, 개질기 연료로부터 연료 전지 연료, 예를 들면 가스 수소를 얻을 수 있고, 이 연료 전지 연료는 유체 도관을 통해 연료 전지에 접속되는 개질기에 의해 연료 전지에 이용될 수 있다. 이에 의해, 전기 본관은 본질적으로 연료 전지에 의해 유리하게 공급받는다.
이를 보장하기 위해, 본발명에 따르면 연료 전지의 전력이 본관 부하를 초과할 때는 연료 전지로부터 전력을 흡수하고 연료 전지의 전력이 본관 부하보다 부족할 때는 전력을 송달하는 적어도 하나의 전기 저장 수단을 고안한다. 결과적으로 상기한 전기 저장 수단은 본관 부하의 불규칙적 변화를 보상한다. 따라서 전기 저장 수단은 연료 전지 전력이 본관 부하를 초과하면 충전되고, 따라서 연료 전지 전력이 본관 부하보다 부족하면 방전된다. 여기서, 본관에 의해 요구되는 부하 변화의 매우 빠른 보상이 전기 저장 수단에 의해 실행될 수 있어서, 전력에 적응된 전기 본관의 공급은 수초간 지연되는 개질기의 연료 전지 연료의 적응에도 불구하고 보장될 수 있다.
본관 부하의 빠른 변화 보상과는 별도로, 본발명에 따르면 개질기의 연료 전지 연료 생산은 폐쇄-루프 제어(조절)에 의해 본관 부하에 맞게 적응된다. 이를 위해, 저장 수단으로부터 또는 저장 수단 내로의 전력 흡수 또는 전력 송달이 결정되고, 개질기에 대한 개질기 연료의 공급은 이러한 전력 균형에 따라 제어된다. 개질기에 대한 개질기 연료의 공급은 따라서 각각 저장 수단으로부터 및 저장 수단으로의 전력의 흡수 또는 송달에 의존하여 제어된다. 이런 식으로, 개질기의 연료 전지 연료 생산은 구조물에 고유한 지연 범위 내에서 본관 부하에 맞게 적절히 적응되어, 큰 부피의 가스 수소의 중간 저장이 반드시 필요하지 않다.
이러한 이유로, 본발명에 따른 방법을 사용하여, 심지어 본관에 필요한 전력이 빠른 변동 또는 점프를 하는 경우에도, 전기 본관의 에너지 공급은 개질기에 의해 공급되는 연료 전지를 사용하여 제공될 수 있다. 이에 의해 개질기는 개질기 연료를 복잡하지 않게 저장하고 낮은 제작 공간 및 제작 중량을 갖는 장치를 사용하여 이 장치를 응용하는 것을 가능하게 한다.
유리하게는, 본방법에 관하여, 전료 전지는 입구측에 대해 일정한 압력이 가해진다. 이런 식으로 개질기가 연료 전지 연료를 송달하는 속도와 같은 속도에서 연료 전지가 에너지 생산을 위해 연료 전지 연료를 수용하는 것을 보장한다. 따라서, 시간 단위당, 개질기에 의해 생산된 전체 양의 연료 전지 연료가 직접 연료 전지 내로 들어간다. 여기서 연료 전지의 연료 전지 연료 흡수는 개질기의 연료 전지 연료 생산 이후에 일어난다. 따라서, 개질기에 의해 생산 중인 연료 전지 연료와 연료 전지에 의해 흡수되는 연료 전지 연료의 등등한 균형이 가능하게 된다. 이러한 동등한 균형은 연료 전지의 안정한 작동을 가능하게 한다. 예를 들어 만약 높은 연료 전지 전력을 사용하여 연료 전지에 대한 입구측 압력이 감소되면, 예를 들면 수소 연료를 사용하여, 생성물인 물이 연료 전지의 채널 내에 모일 수 있고, 연료 전지는 일정한 입구측 압력 부가와 함께, 전지로부터의 산소 흐름에 의해 구동된다. 연료 전지의 일정 압력 부가는 연료 전지 동작의 악화를 방지한다. 연료 전지로부터 전기 본관 내로 공급되는 전력은 따라서 개질기의 물질 전환에 의해 결정된다.
바람직하게는 연료 전지 연료의 연료 전지로의 전환은 중간 저장 수단으로서 저장 부피를 사용하여 제공된다. 이는 개질기의 물질 전환의 변동에도 불구하고 신뢰성 있는 연료 전지의 동작을 가능하게 한다. 통상의 개질기는 공지된 바와 같이 예를 들면 시동 조작 도중, 안정한 작동 조건이 설정되기 이전에 불규칙한 생산을 갖는 상(phase)을 갖는다. 이러한 이유로, 개질기의 비-연속적 연료 전지 연료 생산은 이러한 저장 부피에 의해 보상될 수 있어서, 연료 전지의 안정한 연료 전지 연료 공급 및 그리하여 전기 본관으로의 안정한 에너지 공급이 보장된다. 기체 연료에 대한 중간 저장 수단과 대조적으로, 본관 부하 내 변화의 보상을 위해, 저장 부피는 본발명에 따른 방법을 사용하여 상당히 더 작게 설계될 수 있다.
유리하게는, 본발명에 따른 방법에 관하여, 연료 전지의 전력 송달은 입구 측 상의 연료 전지의 압력 부가의 폐쇄-루프 제어에 대해 교정 변수로서 사용된다. 만약 연료 전지의 전력 송달이 증가된 전기 부하에 의해 증가되면, 연료 전지는 증가된 속도로 연료 전지 연료를 흡수한다. 따라서, 연료 전지의 감소된 전력 부하는 연료 전지 연료의 흡수 감소를 유발한다. 연료 전지의 입구측 압력 부가는 개질기에 의해 계속적으로 생성되는 연료와 연료 전지에 의해 소모되는 연료 전지 연료의 균형으로 인해 생기기 때문에, 연료 전지의 입구측 압력 부가는 연료 전지에 의한 연료 전지 연료 흡수를 개질기의 연료 전지 연료 생산에 맞게 적응시킴으로써 수행될 수 있다. 따라서, 연료 전지의 입구측 압력은 이러한 적응에 대한 교정 변수로서 연료 전지의 전력 송달에 의해 폐쇄 루프를 사용하여 제어될 수 있다. 이러한 폐쇄-루프 제어는 매우 신뢰성 있는 것으로 발견되었는데, 왜냐하면 연료 전지의 물질 전환은 통상의 개질기 변화의 연료 전지 연료 생산보다도 상당히 더욱 신속하게 적응될 수 있기 때문이다. 그 결과, 공칭 압력으로부터의 이탈은 매우 신속하게 보상될 수 있다. 특히, 입구측에 대한 연료 전지의 압력 부가는 일정한 압력값으로 폐쇄-루프 제어될 수 있고, 이 수단에 의해 상기한 바와 같이 연료 전지의 안정한 작동이 보장된다.
독립적으로도 적용될 수 있는 본발명에 따른 방법의 바람직한 설계에서, 연료 전지의 전력은 연료 전지와 본관 사이의 적어도 하나의 직류 초퍼 변환기에 의해 제어된다. 직류 초퍼 변환기는 출구 직류 전압의 제어를 통해, 연료 전지의 전력 송달을 제어한다. 직류 초퍼 변환기의 조절 기능은 본발명에 따른 방법에서 적절한 방법으로 연료 전지 및 전기 저장 수단 상에서 전형적으로 변동 및 점프하기 쉬운 전기 본관에 의해 요구되는 전력을 분할하기 위해 이용된다. 만약 직류 초퍼 변환기가 연료 전지와 전기 본관 사이에서 스위칭하면, 직류 초퍼 변환기를 통해 연료 전지의 로딩이 수행된다. 이에 의해, 연료 전지에 의한 전력의 송달은 직류 초퍼 변환기의 적절한 세팅을 통해 제어될 수 있다. 따라서, 직류 초퍼 변환기의 세팅은 연료 전지로부터 전기 본관에 공급되는 전력의 부분을 결정한다. 전기 본관에 의해 요구되는 전력과 연료 전지에 의해 송달된 전력의 차이는 전기 저장 수단으로부터 보충되고, 잠수함의 에너지 공급의 경우, 바람직하게는 잠수함의 주요 배터리로부터 보충된다. 바람직하게는 직류 초퍼 변환기는 연료 전지의 전력 송달이 개질기 전환에 의해 결정되고 이것은 개질기의 물질 전환이 안정적인 동작으로 변경되는 것보다 더욱 신속하게 변경하지는 않도록 하는 식으로 작동한다. 한편, 요구되는 본관 전력의 변동 및 점프는 전기 저장 수단에 의해 상당히 더욱 신속하게 보상될 수 있다. 바람직하게는 그러한 회로를 사용하여, 전기 본관의 전압 수단과 동일한 식으로 연료 전지의 전압 수준을 설계할 필요는 없는데, 전압 수준의 적응은 직류 초퍼 변환기를 통해 수행되기 때문이다.
택일적으로, 직류 초퍼 변환기는 연료 전지의 전력의 제어를 위해, 전기 저장 수단과 전기 본관 사이에 접속될 수 있다. 잠수함의 에너지 공급의 경우, 전기 저장 수단으로서는, 주요 배터리에 대해 부가적인 배터리가 바람직하다. 이와 관련하여, 전기 저장 수단은 연료 전지에 의해 과도하게 제공되는 전력을 흡수하고, 연료 전지 전력이 부족할 때 본관에 공급한다. 여기서, 연료 전지의 로딩은 직류 초퍼 변환기를 통해 간접적으로 제어되는데, 왜냐하면 전기 저장 수단의 로딩은 연료 전지의 부하 경감을 유발하거나, 또는 전기 저장 수단의 부하 경감은 연료 전지의 부하를 유발하기 때문이다. 이와 관련하여, 전기 본관은 바람직하게는 연료 전지에 의해 직접 공급된다. 여기서, 연료 전지에 의해 충족되는 기본적인 부하는 직류 초퍼 변환기을 통해 분배될 필요가 없어서, 연료 전지 전력은 직류 초퍼 변환기의 효율에 의해 감소되지 않는다. 단지 공급된 전력의 동적 성분만이 직류 초퍼 변환기에 의한 분배, 및 효율성으로 인한 상응하는 전력 손실을 받는다.
또한, 직류 초퍼 변환기의 두 개의 이전에 기술된 배치를 사용하여, 연료 전지의 전력은 연료 전지가 개질기 이외의 공급원으로부터 연료 전지 연료, 예를 들면 수소를 공급받을 때, 또한 제어될 수 있다.
개질기에 대한 연료 공급의 제어를 통해 연료 전지의 전력과 본관 부하의 차이가 폐쇄-루프 제어를 사용하여 제로 또는 미리 정의된 값으로 제어되는 것이 더욱 바람직하다. 만약 연료 전지의 전력이 본관에 의해 요구되는 전력과 다르다면, 개질기에 대한 연료 공급은 따라서 변경된다. 개질기의 변경된 물질 처리량에 의해, 결과적으로, 연료 전지에 의한 연료 흡수, 및 그리하여 연료 전지의 전력도 변화한다. 만약 연료 전지 전력과 본관 부하의 차이가 폐쇄 루프를 사용하여 제로로 제어된다면, 연료 전지의 전력은 이상적으로는 본관에 의해 요구되는 전력으로 적응된다. 이러한 상황에서, 전기 저장 수단은 전기 본관에 의해 요구되는 전력의 단기 변동 및/또는 점프를 보상할 필요가 있을 뿐이다. 결과적으로, 전기 저장 수단은 장시간에 걸쳐 충전 조건을 유지한다.
그렇지만, 특히 전기 저장 수단과 전기 본관 사이에 접속되는 직류 초퍼 변환기, 및 전기 본관에 직접 접속되는 연료 전지를 사용하는 구성으로는, 전기 저장 수단의 충전 조건을 변경시키는 것이 또한 필요하거나 유용할 수 있다. 예를 들면, 전력 송달 및 전력 흡수를 위해, 연료 전지 전력의 보상을 사용하여 균일하게 높은 허용 오차를 갖기 위해, 전기 저장 수단을 최대 용량의 반만큼만 충전하는 것이 바람직할 수 있다. 작동 수명을 최대화하기 위해, 전기 저장 수단의 특정 충전 조건을 영구적으로 유지하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 또한 예를 들면 직류 초퍼 변환기의 실패시, 전기 저장 수단이 완전히 충전될 때까지, 전기 본관 내로 오로지 저장 수단으로부터만 전력을 연이어 공급하기 위해, 오랫동안 공칭 부하로 연료 전지를 작동시키는 것이 필요할 수 있다. 전기 저장 수단은 그러한 원하는 방전 조건을 달성하기 위해, 적절히 충전 또는 방전되어야만 한다.
전기 저장 수단의 충전 또는 방전은 연료 전지의 전력과 본관 부하의 차이가 개질기에 대한 연료 공급 제어를 통해, 제로가 아닌 미리 설정된 값으로 폐쇄 루프 제어를 사용하여 제어됨에 의해 달성될 수 있다. 연료 전지의 과도한 또는 부족한 전력은 전기 저장 수단의 충전 또는 방전을 유발한다. 또한, 미리 설정된 값으로 폐쇄 루프에 의해 연료 전지 전력과 본관에 의해 송달되는 전력의 차이가 제어되는 미리 설정된 값은 또한 표적 방식으로 임시적인 변동을 받기 쉬울 수 있다. 예를 들면, 일정 시간 동안, 이 차이는 전기 저장 수단의 특정 충전 조건이 설정되도록 하는 방식으로 폐쇄 루프를 사용하여 제어될 수 있다. 일단 이러한 충전 조건에 도달하면, 이 차이 값은 제로로, 또는 충전 조건을 유지하기에 적합한 시간-의존적인 차이로 변경될 수 있다. 또한, 수명을 연장시키기 위해, 두 개의 충전 조건들 사이에서 전기 저장 수단의 충전 조건을 변경시키는 것도 또한 유용할 수 있다.
특히, 전기 저장 수단과 전기 본관 사이에 접속되는 직류 초퍼 변환기, 및 전기 본관에 직접 접속되는 연료 전지의 구성에 있어서, 적어도 하나의 충전가능한 배터리가 전기 저장 수단으로서 유리하게 사용될 수 있다. 택일적으로, 적어도 하나의 슈퍼 커패시터가 전기 저장 수단으로서 사용될 수 있다. 이에 의해 전기 저장 수단은 특히 신속한 방식으로 충전 및 방전될 수 있는 장점을 갖고, 매우 큰 주기 수명을 갖는다. 따라서, 신속하게 제어가능한 직류 초퍼 변환기와 함께, 본관 부하의 점프-형 변화는 거의 동시에 보상될 수 있어서, 연료 전지는 부하의 점프-형 변화에 걸리지 않는다. 따라서, 연료 전지의 안정한 작동이 보장될 수 있다.
바람직하게는 본방법에 관하여, 연료 전지 전력과 본관 부하의 차이는 전기저장 수단의 충전 전류 또는 방전 전류를 측정함으로써 결정된다. 전기저장 수단의 충전 전류 또는 방전 전류는 따라서 연료 전지 전력과 본관 부하의 차이에 대한 파라미터를 나타내고, 매우 결정하기 간편한데, 왜냐하면 전기저장 수단의 충전 또는 방전에 의해 이 차이가 보상되기 때문이다. 본발명에 따른 방법의 간편한 구체예에서, 교정 변수로서, 전기저장 수단으로부터 또는 전기저장 수단 내로의 전류의 방향을 단지 결정하는 것만으로 이미 충분할 수 있다. 택일적으로, 연료 전지 전력과 본관 부하의 차이는 직류 초퍼 변환기의 적어도 하나의 작동 파라미터의 측정에 의해 결정될 수 있는데, 왜냐하면 직류 초퍼 변환기는 이 전력 차이를 정확하게 전기저장 수단으로 할당하기 때문이다. 예를 들면, 직류 초퍼 변환기의 입력 전류 또는 출력 전류는 소비에 따라 측정될 수 있다.
바람직하게는 본방법에 관하여, 개질기에 대한 개질기 연료의 공급은 연료 전지의 최대 가능 부하 아래의 최대값까지로 제한된다. 이에 의해, 연료 전지가 한편으로는 총 부하로 작동하고 동시에 본관 부하가 연료 전지의 전력 용량보다 더 큰 경우, 제어불가한 방식으로 연료 전지에 가해지는 압력이 상승하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 이유로, 공급 제한을 사용하여, 개질기는 연료 전지에 의해 소모된 것보다 더 많은 수소를 생성하지 않을 수 있다. 개질기에 대한 개질기 연료의 공급 제한은 예를 들면 개질기로부터 연료 전지로 연료 전지 연료를 송달하는 도관 내 압력이 모니터링되고, 개질기에 대한 개질기 연료 공급이 예를 들면 역치값에 도달함에 의해, 이 압력에 의존하여 감소되도록 하는 방식으로 수행될 수 있다.
바람직하게는 본방법에 관하여 개질기로부터 연료 전지로의 연료 전지 연료의 공급은 연료 전지의 최대 가능 부하 이하인 최대값까지로 제한된다. 여기서, 예를 들면 연료 전지 또는 직류 초퍼 변환기의 일부의 고장으로 인해 발생할 수 있는, 개질기 부하에 대한 부하 변동은 부하 제한에 의해 검출될 수 있다.
상기한 방법과는 별도로, 본발명은 연료 전지에 의한 전기 본관의 에너지 공급, 특히 잠수함의 에너지 공급에 대한 상기에서 기술된 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 본발명에 따른 장치는 전기 본관에 공급하는 적어도 하나의 연료 전지, 연료 전지를 공급하는 개질기 및 전기저장 수단을 포함한다. 전기저장 수단은 본관 부하가 연료 전지 전력이 부족하면 전기저장 수단이 연료 전지를 로딩하고, 본관 부하가 연료 전지 전력을 초과하면 전기 본관 내로 들어가는 방식으로 접속된다. 본장치는 전기 저장 장치의 충전 전력에 의존하여 개질기에 대한 개질기 연료의 공급을 제어하는 폐쇄-루프 제어부를 추가로 포함한다.
바람직하게는 본장치는 적어도 하나의 직류 초퍼 변환기를 포함하는데, 직류 초퍼 변환기를 통해 연료 전지 또는 전기 저장 수단이 전기 본관으로 접속된다. 전기 본관에 의해 요구되는 전력은 본발명에 따른 방법에 관하여 상기에서 이미 설명한 바와 같이, 직류 초퍼 변환기에 의해 연료 전지 및 전기저장 수단으로 적절한 방법으로 분할될 수 있다.
본발명에 따른 방법에 있어서, 적어도 하나의 연료 전지가 에너지 공급용으로 사용된다. 이에 의해, 본발명의 문맥 내에서 연료 전지는 또한 다수의 연료 전지 또는 연료 전지의 그룹으로서도 이해된다. 연료 전지에 연료 전지 연료, 예를 들면 수소화 금속 저장 수단으로부터의 수소 또는 그의 보충물 대신, 적어도 하나의 개질기로부터 연료 전지 연료가 적어도 하나의 연료 전지에 공급된다. 이에 의해, 개질기는 액체 개질기 연료, 일반적으로 예를 들면 디젤, 메탄올 또는 에탄올과 같은 탄화수소를 사용하여 작동된다. 이에 의해, 시간-소모적이고 노동집약적인 무거운 수소화 금속 저장 수단 내에서의 수소 가스의 저장, 및 그의 충전 및 방전이 필요 없다. 오히려, 액체 개질기 연료를 저장하고 이를 개질기에 공급하는 것만이 필요하다. 개질기 연료의 상당히 간편해진 저장 및 취급 및 낮은 제작 중량의 장치를 사용하는 방법을 응용할 가능성은 따라서 상당한 장점을 제공한다. 따라서, 개질기에 의해, 개질기 연료로부터 연료 전지 연료, 예를 들면 가스 수소를 얻을 수 있고, 이 연료 전지 연료는 유체 도관을 통해 연료 전지에 접속되는 개질기에 의해 연료 전지에 이용될 수 있다. 이에 의해, 전기 본관은 본질적으로 연료 전지에 의해 유리하게 공급받는다.
이를 보장하기 위해, 본발명에 따르면 연료 전지의 전력이 본관 부하를 초과할 때는 연료 전지로부터 전력을 흡수하고 연료 전지의 전력이 본관 부하보다 부족할 때는 전력을 송달하는 적어도 하나의 전기 저장 수단을 고안한다. 결과적으로 상기한 전기 저장 수단은 본관 부하의 불규칙적 변화를 보상한다. 따라서 전기 저장 수단은 연료 전지 전력이 본관 부하를 초과하면 충전되고, 따라서 연료 전지 전력이 본관 부하보다 부족하면 방전된다. 여기서, 본관에 의해 요구되는 부하 변화의 매우 빠른 보상이 전기 저장 수단에 의해 실행될 수 있어서, 전력에 적응된 전기 본관의 공급은 수초간 지연되는 개질기의 연료 전지 연료의 적응에도 불구하고 보장될 수 있다.
본관 부하의 빠른 변화 보상과는 별도로, 본발명에 따르면 개질기의 연료 전지 연료 생산은 폐쇄-루프 제어(조절)에 의해 본관 부하에 맞게 적응된다. 이를 위해, 저장 수단으로부터 또는 저장 수단 내로의 전력 흡수 또는 전력 송달이 결정되고, 개질기에 대한 개질기 연료의 공급은 이러한 전력 균형에 따라 제어된다. 개질기에 대한 개질기 연료의 공급은 따라서 각각 저장 수단으로부터 및 저장 수단으로의 전력의 흡수 또는 송달에 의존하여 제어된다. 이런 식으로, 개질기의 연료 전지 연료 생산은 구조물에 고유한 지연 범위 내에서 본관 부하에 맞게 적절히 적응되어, 큰 부피의 가스 수소의 중간 저장이 반드시 필요하지 않다.
이러한 이유로, 본발명에 따른 방법을 사용하여, 심지어 본관에 필요한 전력이 빠른 변동 또는 점프를 하는 경우에도, 전기 본관의 에너지 공급은 개질기에 의해 공급되는 연료 전지를 사용하여 제공될 수 있다. 이에 의해 개질기는 개질기 연료를 복잡하지 않게 저장하고 낮은 제작 공간 및 제작 중량을 갖는 장치를 사용하여 이 장치를 응용하는 것을 가능하게 한다.
유리하게는, 본방법에 관하여, 전료 전지는 입구측에 대해 일정한 압력이 가해진다. 이런 식으로 개질기가 연료 전지 연료를 송달하는 속도와 같은 속도에서 연료 전지가 에너지 생산을 위해 연료 전지 연료를 수용하는 것을 보장한다. 따라서, 시간 단위당, 개질기에 의해 생산된 전체 양의 연료 전지 연료가 직접 연료 전지 내로 들어간다. 여기서 연료 전지의 연료 전지 연료 흡수는 개질기의 연료 전지 연료 생산 이후에 일어난다. 따라서, 개질기에 의해 생산 중인 연료 전지 연료와 연료 전지에 의해 흡수되는 연료 전지 연료의 등등한 균형이 가능하게 된다. 이러한 동등한 균형은 연료 전지의 안정한 작동을 가능하게 한다. 예를 들어 만약 높은 연료 전지 전력을 사용하여 연료 전지에 대한 입구측 압력이 감소되면, 예를 들면 수소 연료를 사용하여, 생성물인 물이 연료 전지의 채널 내에 모일 수 있고, 연료 전지는 일정한 입구측 압력 부가와 함께, 전지로부터의 산소 흐름에 의해 구동된다. 연료 전지의 일정 압력 부가는 연료 전지 동작의 악화를 방지한다. 연료 전지로부터 전기 본관 내로 공급되는 전력은 따라서 개질기의 물질 전환에 의해 결정된다.
바람직하게는 연료 전지 연료의 연료 전지로의 전환은 중간 저장 수단으로서 저장 부피를 사용하여 제공된다. 이는 개질기의 물질 전환의 변동에도 불구하고 신뢰성 있는 연료 전지의 동작을 가능하게 한다. 통상의 개질기는 공지된 바와 같이 예를 들면 시동 조작 도중, 안정한 작동 조건이 설정되기 이전에 불규칙한 생산을 갖는 상(phase)을 갖는다. 이러한 이유로, 개질기의 비-연속적 연료 전지 연료 생산은 이러한 저장 부피에 의해 보상될 수 있어서, 연료 전지의 안정한 연료 전지 연료 공급 및 그리하여 전기 본관으로의 안정한 에너지 공급이 보장된다. 기체 연료에 대한 중간 저장 수단과 대조적으로, 본관 부하 내 변화의 보상을 위해, 저장 부피는 본발명에 따른 방법을 사용하여 상당히 더 작게 설계될 수 있다.
유리하게는, 본발명에 따른 방법에 관하여, 연료 전지의 전력 송달은 입구 측 상의 연료 전지의 압력 부가의 폐쇄-루프 제어에 대해 교정 변수로서 사용된다. 만약 연료 전지의 전력 송달이 증가된 전기 부하에 의해 증가되면, 연료 전지는 증가된 속도로 연료 전지 연료를 흡수한다. 따라서, 연료 전지의 감소된 전력 부하는 연료 전지 연료의 흡수 감소를 유발한다. 연료 전지의 입구측 압력 부가는 개질기에 의해 계속적으로 생성되는 연료와 연료 전지에 의해 소모되는 연료 전지 연료의 균형으로 인해 생기기 때문에, 연료 전지의 입구측 압력 부가는 연료 전지에 의한 연료 전지 연료 흡수를 개질기의 연료 전지 연료 생산에 맞게 적응시킴으로써 수행될 수 있다. 따라서, 연료 전지의 입구측 압력은 이러한 적응에 대한 교정 변수로서 연료 전지의 전력 송달에 의해 폐쇄 루프를 사용하여 제어될 수 있다. 이러한 폐쇄-루프 제어는 매우 신뢰성 있는 것으로 발견되었는데, 왜냐하면 연료 전지의 물질 전환은 통상의 개질기 변화의 연료 전지 연료 생산보다도 상당히 더욱 신속하게 적응될 수 있기 때문이다. 그 결과, 공칭 압력으로부터의 이탈은 매우 신속하게 보상될 수 있다. 특히, 입구측에 대한 연료 전지의 압력 부가는 일정한 압력값으로 폐쇄-루프 제어될 수 있고, 이 수단에 의해 상기한 바와 같이 연료 전지의 안정한 작동이 보장된다.
독립적으로도 적용될 수 있는 본발명에 따른 방법의 바람직한 설계에서, 연료 전지의 전력은 연료 전지와 본관 사이의 적어도 하나의 직류 초퍼 변환기에 의해 제어된다. 직류 초퍼 변환기는 출구 직류 전압의 제어를 통해, 연료 전지의 전력 송달을 제어한다. 직류 초퍼 변환기의 조절 기능은 본발명에 따른 방법에서 적절한 방법으로 연료 전지 및 전기 저장 수단 상에서 전형적으로 변동 및 점프하기 쉬운 전기 본관에 의해 요구되는 전력을 분할하기 위해 이용된다. 만약 직류 초퍼 변환기가 연료 전지와 전기 본관 사이에서 스위칭하면, 직류 초퍼 변환기를 통해 연료 전지의 로딩이 수행된다. 이에 의해, 연료 전지에 의한 전력의 송달은 직류 초퍼 변환기의 적절한 세팅을 통해 제어될 수 있다. 따라서, 직류 초퍼 변환기의 세팅은 연료 전지로부터 전기 본관에 공급되는 전력의 부분을 결정한다. 전기 본관에 의해 요구되는 전력과 연료 전지에 의해 송달된 전력의 차이는 전기 저장 수단으로부터 보충되고, 잠수함의 에너지 공급의 경우, 바람직하게는 잠수함의 주요 배터리로부터 보충된다. 바람직하게는 직류 초퍼 변환기는 연료 전지의 전력 송달이 개질기 전환에 의해 결정되고 이것은 개질기의 물질 전환이 안정적인 동작으로 변경되는 것보다 더욱 신속하게 변경하지는 않도록 하는 식으로 작동한다. 한편, 요구되는 본관 전력의 변동 및 점프는 전기 저장 수단에 의해 상당히 더욱 신속하게 보상될 수 있다. 바람직하게는 그러한 회로를 사용하여, 전기 본관의 전압 수단과 동일한 식으로 연료 전지의 전압 수준을 설계할 필요는 없는데, 전압 수준의 적응은 직류 초퍼 변환기를 통해 수행되기 때문이다.
택일적으로, 직류 초퍼 변환기는 연료 전지의 전력의 제어를 위해, 전기 저장 수단과 전기 본관 사이에 접속될 수 있다. 잠수함의 에너지 공급의 경우, 전기 저장 수단으로서는, 주요 배터리에 대해 부가적인 배터리가 바람직하다. 이와 관련하여, 전기 저장 수단은 연료 전지에 의해 과도하게 제공되는 전력을 흡수하고, 연료 전지 전력이 부족할 때 본관에 공급한다. 여기서, 연료 전지의 로딩은 직류 초퍼 변환기를 통해 간접적으로 제어되는데, 왜냐하면 전기 저장 수단의 로딩은 연료 전지의 부하 경감을 유발하거나, 또는 전기 저장 수단의 부하 경감은 연료 전지의 부하를 유발하기 때문이다. 이와 관련하여, 전기 본관은 바람직하게는 연료 전지에 의해 직접 공급된다. 여기서, 연료 전지에 의해 충족되는 기본적인 부하는 직류 초퍼 변환기을 통해 분배될 필요가 없어서, 연료 전지 전력은 직류 초퍼 변환기의 효율에 의해 감소되지 않는다. 단지 공급된 전력의 동적 성분만이 직류 초퍼 변환기에 의한 분배, 및 효율성으로 인한 상응하는 전력 손실을 받는다.
또한, 직류 초퍼 변환기의 두 개의 이전에 기술된 배치를 사용하여, 연료 전지의 전력은 연료 전지가 개질기 이외의 공급원으로부터 연료 전지 연료, 예를 들면 수소를 공급받을 때, 또한 제어될 수 있다.
개질기에 대한 연료 공급의 제어를 통해 연료 전지의 전력과 본관 부하의 차이가 폐쇄-루프 제어를 사용하여 제로 또는 미리 정의된 값으로 제어되는 것이 더욱 바람직하다. 만약 연료 전지의 전력이 본관에 의해 요구되는 전력과 다르다면, 개질기에 대한 연료 공급은 따라서 변경된다. 개질기의 변경된 물질 처리량에 의해, 결과적으로, 연료 전지에 의한 연료 흡수, 및 그리하여 연료 전지의 전력도 변화한다. 만약 연료 전지 전력과 본관 부하의 차이가 폐쇄 루프를 사용하여 제로로 제어된다면, 연료 전지의 전력은 이상적으로는 본관에 의해 요구되는 전력으로 적응된다. 이러한 상황에서, 전기 저장 수단은 전기 본관에 의해 요구되는 전력의 단기 변동 및/또는 점프를 보상할 필요가 있을 뿐이다. 결과적으로, 전기 저장 수단은 장시간에 걸쳐 충전 조건을 유지한다.
그렇지만, 특히 전기 저장 수단과 전기 본관 사이에 접속되는 직류 초퍼 변환기, 및 전기 본관에 직접 접속되는 연료 전지를 사용하는 구성으로는, 전기 저장 수단의 충전 조건을 변경시키는 것이 또한 필요하거나 유용할 수 있다. 예를 들면, 전력 송달 및 전력 흡수를 위해, 연료 전지 전력의 보상을 사용하여 균일하게 높은 허용 오차를 갖기 위해, 전기 저장 수단을 최대 용량의 반만큼만 충전하는 것이 바람직할 수 있다. 작동 수명을 최대화하기 위해, 전기 저장 수단의 특정 충전 조건을 영구적으로 유지하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 또한 예를 들면 직류 초퍼 변환기의 실패시, 전기 저장 수단이 완전히 충전될 때까지, 전기 본관 내로 오로지 저장 수단으로부터만 전력을 연이어 공급하기 위해, 오랫동안 공칭 부하로 연료 전지를 작동시키는 것이 필요할 수 있다. 전기 저장 수단은 그러한 원하는 방전 조건을 달성하기 위해, 적절히 충전 또는 방전되어야만 한다.
전기 저장 수단의 충전 또는 방전은 연료 전지의 전력과 본관 부하의 차이가 개질기에 대한 연료 공급 제어를 통해, 제로가 아닌 미리 설정된 값으로 폐쇄 루프 제어를 사용하여 제어됨에 의해 달성될 수 있다. 연료 전지의 과도한 또는 부족한 전력은 전기 저장 수단의 충전 또는 방전을 유발한다. 또한, 미리 설정된 값으로 폐쇄 루프에 의해 연료 전지 전력과 본관에 의해 송달되는 전력의 차이가 제어되는 미리 설정된 값은 또한 표적 방식으로 임시적인 변동을 받기 쉬울 수 있다. 예를 들면, 일정 시간 동안, 이 차이는 전기 저장 수단의 특정 충전 조건이 설정되도록 하는 방식으로 폐쇄 루프를 사용하여 제어될 수 있다. 일단 이러한 충전 조건에 도달하면, 이 차이 값은 제로로, 또는 충전 조건을 유지하기에 적합한 시간-의존적인 차이로 변경될 수 있다. 또한, 수명을 연장시키기 위해, 두 개의 충전 조건들 사이에서 전기 저장 수단의 충전 조건을 변경시키는 것도 또한 유용할 수 있다.
특히, 전기 저장 수단과 전기 본관 사이에 접속되는 직류 초퍼 변환기, 및 전기 본관에 직접 접속되는 연료 전지의 구성에 있어서, 적어도 하나의 충전가능한 배터리가 전기 저장 수단으로서 유리하게 사용될 수 있다. 택일적으로, 적어도 하나의 슈퍼 커패시터가 전기 저장 수단으로서 사용될 수 있다. 이에 의해 전기 저장 수단은 특히 신속한 방식으로 충전 및 방전될 수 있는 장점을 갖고, 매우 큰 주기 수명을 갖는다. 따라서, 신속하게 제어가능한 직류 초퍼 변환기와 함께, 본관 부하의 점프-형 변화는 거의 동시에 보상될 수 있어서, 연료 전지는 부하의 점프-형 변화에 걸리지 않는다. 따라서, 연료 전지의 안정한 작동이 보장될 수 있다.
바람직하게는 본방법에 관하여, 연료 전지 전력과 본관 부하의 차이는 전기저장 수단의 충전 전류 또는 방전 전류를 측정함으로써 결정된다. 전기저장 수단의 충전 전류 또는 방전 전류는 따라서 연료 전지 전력과 본관 부하의 차이에 대한 파라미터를 나타내고, 매우 결정하기 간편한데, 왜냐하면 전기저장 수단의 충전 또는 방전에 의해 이 차이가 보상되기 때문이다. 본발명에 따른 방법의 간편한 구체예에서, 교정 변수로서, 전기저장 수단으로부터 또는 전기저장 수단 내로의 전류의 방향을 단지 결정하는 것만으로 이미 충분할 수 있다. 택일적으로, 연료 전지 전력과 본관 부하의 차이는 직류 초퍼 변환기의 적어도 하나의 작동 파라미터의 측정에 의해 결정될 수 있는데, 왜냐하면 직류 초퍼 변환기는 이 전력 차이를 정확하게 전기저장 수단으로 할당하기 때문이다. 예를 들면, 직류 초퍼 변환기의 입력 전류 또는 출력 전류는 소비에 따라 측정될 수 있다.
바람직하게는 본방법에 관하여, 개질기에 대한 개질기 연료의 공급은 연료 전지의 최대 가능 부하 아래의 최대값까지로 제한된다. 이에 의해, 연료 전지가 한편으로는 총 부하로 작동하고 동시에 본관 부하가 연료 전지의 전력 용량보다 더 큰 경우, 제어불가한 방식으로 연료 전지에 가해지는 압력이 상승하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 이유로, 공급 제한을 사용하여, 개질기는 연료 전지에 의해 소모된 것보다 더 많은 수소를 생성하지 않을 수 있다. 개질기에 대한 개질기 연료의 공급 제한은 예를 들면 개질기로부터 연료 전지로 연료 전지 연료를 송달하는 도관 내 압력이 모니터링되고, 개질기에 대한 개질기 연료 공급이 예를 들면 역치값에 도달함에 의해, 이 압력에 의존하여 감소되도록 하는 방식으로 수행될 수 있다.
바람직하게는 본방법에 관하여 개질기로부터 연료 전지로의 연료 전지 연료의 공급은 연료 전지의 최대 가능 부하 이하인 최대값까지로 제한된다. 여기서, 예를 들면 연료 전지 또는 직류 초퍼 변환기의 일부의 고장으로 인해 발생할 수 있는, 개질기 부하에 대한 부하 변동은 부하 제한에 의해 검출될 수 있다.
상기한 방법과는 별도로, 본발명은 연료 전지에 의한 전기 본관의 에너지 공급, 특히 잠수함의 에너지 공급에 대한 상기에서 기술된 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다. 본발명에 따른 장치는 전기 본관에 공급하는 적어도 하나의 연료 전지, 연료 전지를 공급하는 개질기 및 전기저장 수단을 포함한다. 전기저장 수단은 본관 부하가 연료 전지 전력이 부족하면 전기저장 수단이 연료 전지를 로딩하고, 본관 부하가 연료 전지 전력을 초과하면 전기 본관 내로 들어가는 방식으로 접속된다. 본장치는 전기 저장 장치의 충전 전력에 의존하여 개질기에 대한 개질기 연료의 공급을 제어하는 폐쇄-루프 제어부를 추가로 포함한다.
바람직하게는 본장치는 적어도 하나의 직류 초퍼 변환기를 포함하는데, 직류 초퍼 변환기를 통해 연료 전지 또는 전기 저장 수단이 전기 본관으로 접속된다. 전기 본관에 의해 요구되는 전력은 본발명에 따른 방법에 관하여 상기에서 이미 설명한 바와 같이, 직류 초퍼 변환기에 의해 연료 전지 및 전기저장 수단으로 적절한 방법으로 분할될 수 있다.
본발명은 도면에 나타낸 구체예의 예시에 의해 더욱 상세히 이하에서 설명한다. 도면에서:
도 1은 적어도 하나의 연료 전지에 의한 잠수함의 전기 본관의 에너지 공급용 장치의 기본 회로 도면이고,
도 2는 적어도 하나의 연료 전지에 의한 잠수함의 전기 본관의 에너지 공급용 또다른 장치의 기본 회로 도면이다.
예시로서 도 1에 의해 단순하게 나타낸, 연료 전지에 의한 잠수함의 전기 본관의 에너지 공급에 대한 장치의 기본 회로 도면은 다수의 연료 전지 또는 연료 전지 그룹을 나타내고, 잠수함의 내장 본관(10)을 통해 접속되는 소모기(15)에 전기 에너지를 공급하는 연료 전지(5)를 나타낸다. 연료 전지(5)는 이에 의해 개질기(20)에 접속되고, 개질기(20)는 도관(25)을 통해 연료 전지(5)를 수소로 충전한다. 도관(25) 내 압력은 압력 감소기(30)에 의해 감소되고 따라서 연료 전지(5)의 작동 조건에 맞게 적응된다. 수소 생산을 위해, 개질기(20)는 연료 탱크(35)로부터 개질기 연료, 여기서는 디젤을 공급받는다. 그렇지만, 에탄올 또는 메탄올과 같은 기타 연료도 적용될 수 있다.
이런 식으로 생산된 전력은 내장 본관(10) 내로 공급되고, 이에 의해 소모기(15)의 진행 중인 전력 요구와는 다를 수 있다. 이들 전력 요구에서의 변동 및/또는 점프는 전기저장 수단으로서 충전가능 배터리(40)에 의해 보상된다. 이러한 구체예에서, 잠수함의 주요 배터리(40)는 전기저장 수단으로서 작용한다. 이에 대한 배터리(40)는 내장 본관(10)으로부터의 전력을 흡수하고, 이 전력은 연료 전지(5)의 전력이 소모기(15)의 전력 요구를 초과할 때, 연료 전지(5)에 의해 과도하게 송달된다. 배터리(40)는 이에 의해 따라서 충전된다. 만약 연료 전지(5)의 전력이 소모기(15)의 공급에 대해 지속적으로 불충분하면, 배터리(40)는 내장 본관(10) 내로 전력을 송달한다. 본관 부하의 변화에 대한 이러한 보장은 직류 초퍼 변환기(45)에 의해 제어되는데, 직류 초퍼 변환기(45)을 통해, 연료 전지(5)가 내장 본관(10)에 접속된다. 여기서, 접속된 소모기(15)를 갖는 전기 본관(10)은 연료 전지(5)를 직접 로딩하지 않고, 직류 초퍼 변환기(45)을 통한다. 이에 의해, 직류 초퍼 변환기(45)는 이하에 상술하는 바와 같이, 도관(25) 내 압력이 일정하게 유지되고, 이에 따라 연료 전지(5)는 개질기(20)가 연료 전지 연료를 생산하는 속도와 같은 속도에서 연료 전지 연료를 흡수하도록 하는 식으로 제어된다. 이런 이유로, 연료 전지(5)는 개질기(20)에 의한 연료 전지 연료의 공급에 상응하는 정도만큼만 직류 초퍼 변환기에 의해 로딩되고, 반면 부하의 신속한 변화는 배터리(40)에 의해 보상된다.
에너지 공급 장치의 전력을 소모기(15)에 의해 요구되는 본관 부하에 적응시키기 위해, 연료 전지(5)의 전력은 본관 부하와 비교된다. 이 비교는 전류계(50)를 사용하여 내장 본관(10)과 배터리(40) 사이의 전류 흐름을 측정함으로써 실행된다. 측정된 전류는 전류 공칭값(55)과 비교되고, 연료 흐름 공급을 위해 폐쇄-루프 제어부(60) 내로 교정 변수로서 입력된다. 펌프(65)를 통한 이러한 폐쇄-루프 제어부(60)는 연료 탱크(35)로부터 개질기(20)의 개질기 연료 공급을 제어한다. 따라서, 개질기(20)에 대한 개질기 연료 공급 및 결과로서 연료 전지(5)의 전력은 연료 전지 전력과 본관 부하의 차이에 의존하여 설정된다.
개질기(20)와 연료 전지(5)의 안정한 동작을 보장하기 위해, 에너지 공급 장치가 압력 폐쇄-루프 제어부 내로 일체화되어, 도관(25) 내 압력을 유지하여 수소를 일정하게 한다. 이를 위해, 도관(25) 내 실제 압력은 압력 측정기(70)를 사용하여 결정되고, 공칭 압력(75)과 비교된다. 측정된니 압력 이탈은 압력 조절기(80)에 대한 교정 변수를 형성하고, 이 압력 이탈에 의존하여 직류 초퍼 변환기(45)를 제어한다. 연료 전지(5) 및 직류 초퍼 변환기(45)는 거의 지연 없이 제어될 수 있기 때문에, 수소를 유도하는 도관(25) 내 압력은 매우 신뢰성 있는 방식으로, 공칭 압력으로 폐쇄 루프를 사용하여 제어될 수 있는데, 왜냐하면 공칭 압력으로부터의 이탈치는 신속한 대응 제어를 통해 제어될 수 있기 때문이다. 도관(25) 내 공칭 압력은 수소 압력의 이러한 신뢰성 있는 폐쇄-루프 제어에 의해 감소될 수 있어서, 개질기(20)의 효율이 증가된다. 또한, 충분히 큰 저장 부피가 도관(25)(도면에 도시되지 않음) 상에 배치되어서, 서지(serge) 시에만 초기에 또는 간헐적으로 작동하는 개질기(20)만을 사용하여서도 연료 전지(5)의 일정한 입구측 압력 부가가 가능하다. 이에 의해, 이 저장 부피는 본관 부하 변화의 보상을 위한 기체 가스용 저장 부피에 필요한 것보다도 상당히 작게 설계된다.
압력 조절기(80)와는 별도로, 에너지 공급 장치는 수소를 유도하는 도관(25) 내 압력을 위쪽으로 제한하는 압력 제한 수단(85)을 또한 포함한다. 압력 제한 수단(85)은 본관 부하가 최대 연료 수소 전지를 초과하는 경우, 개질기(20)가 연료 전지(5)가 소모할 수 있는 수소보다 더 많은 수소를 제공하는 것을 방지한다. 이에 의해 도관(25) 내 제어불가한 압력 상승이 회피된다. 이 때문에, 연료 펌프(65)를 통한 압력 제한(85)은 개질기 연료 탱크(35)로부터 개질기(20)로의 개질기 연료 공급을 감소시켜, 개질기(20)의 물질 전환이 감소된다. 여기서, 압력 제한 수단(85)은 도관(25) 내 압력이 다시 공칭 압력(75)에 도달할 때까지 도관(25) 내 압력을 감소시킨다.
또한, 에너지 공급 장치는 연료 전지(5) 및 직류 초퍼 변환기(45)에 의해 공급될 수 있는 달성가능한 전력을 측정하고, 이들 값에 기초하여 연료 펌프(65)를 활성화시키는 전력 제한 수단(90)을 포함한다. 여기서, 개질기(20)에 대한 개질기 연료 공급은 에너지 공급 장치의 최대 달성가능한 전력이 감소하는 경우 제한될 수 있다. 그러한 감소는 예를 들면 연료 전지(5) 또는 직류 초퍼 변환기(45)의 일부의 고장에 의해 발생될 수 있다. 이 경우, 전력 제한 수단(90)은 비록 부분 고장으로 인해 전기 본관(10) 내로 어떠한 증가된 전력도 공급되지 않을 지라도, 개질기 연료 공급기(60)에 대한 조절 단위가 연료 전지(5)의 전력을 증가시키기 위해 개질기 연료 공급을 증가시키는 것을 방지한다.
연료 전지(5)에 의한 잠수함의 전기 본관(10)의 에너지 공급용 장치의 또다른 기본 회로 도면을 도 2에 나타낸다. 이에 의해 전기 본관(10)은 잠수함의 주요 배터리(40)의 내장 전기 본관(10)으로서 설계되는데, 여기에 적어도 하나의 발생기(105) 및 소모기(15)가 접속된다. 수소를 유도하는 도관(25)을 통해 개질기(20)로부터 수소가 공급되는 연료 전지(5)에 의해 에너지 공급이 실행된다. 개질기(20)는 연료 탱크(35)로부터 연료가 공급된다. 또한, 에너지 공급 장치는 연료 전지(5) 및 개질기(20)에 대해 산소 도관(110)을 포함하고, 산소 도관(110)을 통해 각각의 화학적 반응에 필요한 산소가 공급된다. 연료 전지(5)는 다이오드(115)를 통해 전기 본관(10)에 직접 접속되는데, 왜냐하면 이 디자인에서 연료 전지의 손상을 초래할 수 있는 연료 전지 내로의 역류가 회피될 수 있기 때문이다. 충전가능 배터리(42) 형태인 추가적인 전기 저장 수단이 연료 전지(5)와 평행하게, 내장 전기 본관(10)에 접속된다. 이에 의해, 배터리(42)는 직접 방식이 아닌 직류 초퍼 변환기(45)를 통해서 전기 본관(10)에 접속된다. 직류 초퍼 변환기는 연료 전지(5)의 전력이 개질기(20)의 연료 전지 연료 생산을 뒤따르고, 반면 본관 부하의 신속한 변화가 버퍼로서 작용하는 배터리(42)에 의해 보상되는 방식으로, 소모기(15)에 의해 내장 본관(10)의 부하를 연료 전지(5) 및 전기 저장 수단(42)으로 분배된다.
배터리(42)는 전기 본관(10)에 의해 전력 요구조건에서의 변동 및/또는 점프를 보상한다. 만약 내장 전기 본관(10)에 의해 요구되는 전력이 연료 전지(5)에 의해 제공되는 전력보다 부족하면, 연료 전지(5)는 배터리(42)를 충전시키기 위해, 다이오드(115)를 통해 흐르는 상응하는 충전 전류에 의해 배터리(42)에 과도한 전력을 송달한다. 마찬가지로, 만약 전력 제한 수단(90)의 전력 요구가 연료 전지(5)의 송달되는 흐르는 전력을 초과하면, 전기 본관(10) 내로 배터리(42)가 방전될 수 있다. 본 구체예에서 직류 초퍼 변환기(45)는 이방향 작동용으로 설계되는데, 왜냐하면 전력 전달은 직류 초퍼 변환기(45)를 통해 양 방향으로 수행될 수 있기 때문이다. 만약 연료 전지(5)가 본관 부하를 초과하는 전력으로 배터리(42)를 충전시키면, 직류 초퍼 변환기(45)는 배터리(42)의 방향으로 전력을 전달하여야만 한다. 반대로, 만약 연료 전지가 본관 부하보다 부족하면, 직류 초퍼 변환기(45)는 배터리(42)의 전력을 또한 본관에 전송한다. 본관(10)의 전력 요건 및 연료 전지(5)의 전력 이용가능성은 개질기(20)를 전기 본관(10)을 통해 소모기(15)의 의해 요구되는 전력으로 적응시키기 위해 서로 비교된다.
이러한 목적으로, 전류계(50)는 전기 본관과, 직류 초퍼 변환기(45)에 평행하게 접속되는 배터리(42)와의 사이에 접속되고, 이 전류계는 연료 전지(5)와 직류 초퍼 변환기(45) 사이의 전류 흐름을 측정하고, 따라서 연료 전지(5)와 배터리(42) 사이의 전류, 또는 전기 본관(10)과 직류 초퍼 변환기(45) 사이의 전류, 그리하여 전기 본관(10)과 배터리(42) 사이의 전류를 측정한다. 이런 식으로 얻어진 비교치는 개질기 연료 공급기(60)에 대한 폐쇄-루프 제어부로 전달되고, 이는 개질기 연료 탱크(35)로부터의 공급을 적응시키기 위해, 개질기 연료 펌프(65)를 활성화시킨다. 이에 의해, 연료 전지(5)의 전력 출력은 개질기(20)의 물질 전환을 뒤따른다. 이를 위해 연료 전지(5) 및 개질기(20)는 일정한 값으로 제어되는 도관(25) 내 압력에 의해 동기화된다. 이를 위해, 압력 조절기(70)는 진행 중인 압력값을 압력 조절기(80)로 전달한다. 이것은 도관(25) 내 압력이 일정한 공칭 값으로 조절되도록 하는 방식으로, 연료 전지(5)의 전력을 설정하는 직류 초퍼 변환기(45)를 제어한다. 도관(25)의 일정 압력 부가로 인해, 연료 전지(5)에 의한 연료 흡수 속도는 개질기(20)에 의한 연료 생산 속도에 상응한다. 여기서, 연료 전지(5)의 전력은 연료 펌프(65)를 통해 제어될 수 있다. 만약 본관 부하가 연료 전지의 공칭 전력의 영역을 초과하면, 주요 배터리(40)의 전압에 의존하여 주요 배터리 다이오드(120)를 통해 부가적으로 필요한 전력이 보충된다.
이 예시에서도, 전기 저장 수단(42)은 본관 부하의 단기 변동 및/또는 변화를 보상하고, 반면 기본 부하의 장기적 변화는 개질기 생산 및 그리하여 연료 전지 전력을 적응시킴으로써 보상된다. 이 구체예의 한 장점은 내장 전기 본관(10)의 기본 부하가 연료 전지(5)에 의해 직접 제공될 수 있다는 사실에 있다. 여기서, 기본 부하는 직류 초퍼 변환기(45)를 통해 분배될 필요가 없다. 따라서, 내장 전기 본관(10)으로 들어가기 이전에, 직류 초퍼 변환기(45)의 효율을 통해 감소된 연료 전지(5)의 전력을 회피할 수 있다.
이 설계는 만약 직류 초퍼 변환기(45)가 고장 난 경우 긴급 모드에서도 또한 작동될 수 있다. 이를 위해, 적어도 하나의 주요 배터리(40)가 사용가능한 것이 필요할 뿐이다. 그러한 긴급 상황인 경우, 개질기(20) 및 연료 전지(5)는 주요 배터리(40)가 완전히 충전될 때까지 공칭 부하에서 작동된다. 주요 배터리 다이오드(120)는 따라서 스위치(130)에 의해 연결되어야만 한다. 이후, 개질기(20)는 작동 준비 상태가 될 수 있고, 연료 전지(5)는 본관(10)으로부터 접속해제된다. 여기서, 전체 내장 전기 본관(10)은 주요 배터리(100)에 의해 공급된다. 주요 배터리(40)의 미리 정의된 방출 조건에 도달하면, 개질기(20)는 다시 공칭 부하까지 작동되고, 연료 전지(5)는 다시 한번 접속된다.
도 1은 적어도 하나의 연료 전지에 의한 잠수함의 전기 본관의 에너지 공급용 장치의 기본 회로 도면이고,
도 2는 적어도 하나의 연료 전지에 의한 잠수함의 전기 본관의 에너지 공급용 또다른 장치의 기본 회로 도면이다.
예시로서 도 1에 의해 단순하게 나타낸, 연료 전지에 의한 잠수함의 전기 본관의 에너지 공급에 대한 장치의 기본 회로 도면은 다수의 연료 전지 또는 연료 전지 그룹을 나타내고, 잠수함의 내장 본관(10)을 통해 접속되는 소모기(15)에 전기 에너지를 공급하는 연료 전지(5)를 나타낸다. 연료 전지(5)는 이에 의해 개질기(20)에 접속되고, 개질기(20)는 도관(25)을 통해 연료 전지(5)를 수소로 충전한다. 도관(25) 내 압력은 압력 감소기(30)에 의해 감소되고 따라서 연료 전지(5)의 작동 조건에 맞게 적응된다. 수소 생산을 위해, 개질기(20)는 연료 탱크(35)로부터 개질기 연료, 여기서는 디젤을 공급받는다. 그렇지만, 에탄올 또는 메탄올과 같은 기타 연료도 적용될 수 있다.
이런 식으로 생산된 전력은 내장 본관(10) 내로 공급되고, 이에 의해 소모기(15)의 진행 중인 전력 요구와는 다를 수 있다. 이들 전력 요구에서의 변동 및/또는 점프는 전기저장 수단으로서 충전가능 배터리(40)에 의해 보상된다. 이러한 구체예에서, 잠수함의 주요 배터리(40)는 전기저장 수단으로서 작용한다. 이에 대한 배터리(40)는 내장 본관(10)으로부터의 전력을 흡수하고, 이 전력은 연료 전지(5)의 전력이 소모기(15)의 전력 요구를 초과할 때, 연료 전지(5)에 의해 과도하게 송달된다. 배터리(40)는 이에 의해 따라서 충전된다. 만약 연료 전지(5)의 전력이 소모기(15)의 공급에 대해 지속적으로 불충분하면, 배터리(40)는 내장 본관(10) 내로 전력을 송달한다. 본관 부하의 변화에 대한 이러한 보장은 직류 초퍼 변환기(45)에 의해 제어되는데, 직류 초퍼 변환기(45)을 통해, 연료 전지(5)가 내장 본관(10)에 접속된다. 여기서, 접속된 소모기(15)를 갖는 전기 본관(10)은 연료 전지(5)를 직접 로딩하지 않고, 직류 초퍼 변환기(45)을 통한다. 이에 의해, 직류 초퍼 변환기(45)는 이하에 상술하는 바와 같이, 도관(25) 내 압력이 일정하게 유지되고, 이에 따라 연료 전지(5)는 개질기(20)가 연료 전지 연료를 생산하는 속도와 같은 속도에서 연료 전지 연료를 흡수하도록 하는 식으로 제어된다. 이런 이유로, 연료 전지(5)는 개질기(20)에 의한 연료 전지 연료의 공급에 상응하는 정도만큼만 직류 초퍼 변환기에 의해 로딩되고, 반면 부하의 신속한 변화는 배터리(40)에 의해 보상된다.
에너지 공급 장치의 전력을 소모기(15)에 의해 요구되는 본관 부하에 적응시키기 위해, 연료 전지(5)의 전력은 본관 부하와 비교된다. 이 비교는 전류계(50)를 사용하여 내장 본관(10)과 배터리(40) 사이의 전류 흐름을 측정함으로써 실행된다. 측정된 전류는 전류 공칭값(55)과 비교되고, 연료 흐름 공급을 위해 폐쇄-루프 제어부(60) 내로 교정 변수로서 입력된다. 펌프(65)를 통한 이러한 폐쇄-루프 제어부(60)는 연료 탱크(35)로부터 개질기(20)의 개질기 연료 공급을 제어한다. 따라서, 개질기(20)에 대한 개질기 연료 공급 및 결과로서 연료 전지(5)의 전력은 연료 전지 전력과 본관 부하의 차이에 의존하여 설정된다.
개질기(20)와 연료 전지(5)의 안정한 동작을 보장하기 위해, 에너지 공급 장치가 압력 폐쇄-루프 제어부 내로 일체화되어, 도관(25) 내 압력을 유지하여 수소를 일정하게 한다. 이를 위해, 도관(25) 내 실제 압력은 압력 측정기(70)를 사용하여 결정되고, 공칭 압력(75)과 비교된다. 측정된니 압력 이탈은 압력 조절기(80)에 대한 교정 변수를 형성하고, 이 압력 이탈에 의존하여 직류 초퍼 변환기(45)를 제어한다. 연료 전지(5) 및 직류 초퍼 변환기(45)는 거의 지연 없이 제어될 수 있기 때문에, 수소를 유도하는 도관(25) 내 압력은 매우 신뢰성 있는 방식으로, 공칭 압력으로 폐쇄 루프를 사용하여 제어될 수 있는데, 왜냐하면 공칭 압력으로부터의 이탈치는 신속한 대응 제어를 통해 제어될 수 있기 때문이다. 도관(25) 내 공칭 압력은 수소 압력의 이러한 신뢰성 있는 폐쇄-루프 제어에 의해 감소될 수 있어서, 개질기(20)의 효율이 증가된다. 또한, 충분히 큰 저장 부피가 도관(25)(도면에 도시되지 않음) 상에 배치되어서, 서지(serge) 시에만 초기에 또는 간헐적으로 작동하는 개질기(20)만을 사용하여서도 연료 전지(5)의 일정한 입구측 압력 부가가 가능하다. 이에 의해, 이 저장 부피는 본관 부하 변화의 보상을 위한 기체 가스용 저장 부피에 필요한 것보다도 상당히 작게 설계된다.
압력 조절기(80)와는 별도로, 에너지 공급 장치는 수소를 유도하는 도관(25) 내 압력을 위쪽으로 제한하는 압력 제한 수단(85)을 또한 포함한다. 압력 제한 수단(85)은 본관 부하가 최대 연료 수소 전지를 초과하는 경우, 개질기(20)가 연료 전지(5)가 소모할 수 있는 수소보다 더 많은 수소를 제공하는 것을 방지한다. 이에 의해 도관(25) 내 제어불가한 압력 상승이 회피된다. 이 때문에, 연료 펌프(65)를 통한 압력 제한(85)은 개질기 연료 탱크(35)로부터 개질기(20)로의 개질기 연료 공급을 감소시켜, 개질기(20)의 물질 전환이 감소된다. 여기서, 압력 제한 수단(85)은 도관(25) 내 압력이 다시 공칭 압력(75)에 도달할 때까지 도관(25) 내 압력을 감소시킨다.
또한, 에너지 공급 장치는 연료 전지(5) 및 직류 초퍼 변환기(45)에 의해 공급될 수 있는 달성가능한 전력을 측정하고, 이들 값에 기초하여 연료 펌프(65)를 활성화시키는 전력 제한 수단(90)을 포함한다. 여기서, 개질기(20)에 대한 개질기 연료 공급은 에너지 공급 장치의 최대 달성가능한 전력이 감소하는 경우 제한될 수 있다. 그러한 감소는 예를 들면 연료 전지(5) 또는 직류 초퍼 변환기(45)의 일부의 고장에 의해 발생될 수 있다. 이 경우, 전력 제한 수단(90)은 비록 부분 고장으로 인해 전기 본관(10) 내로 어떠한 증가된 전력도 공급되지 않을 지라도, 개질기 연료 공급기(60)에 대한 조절 단위가 연료 전지(5)의 전력을 증가시키기 위해 개질기 연료 공급을 증가시키는 것을 방지한다.
연료 전지(5)에 의한 잠수함의 전기 본관(10)의 에너지 공급용 장치의 또다른 기본 회로 도면을 도 2에 나타낸다. 이에 의해 전기 본관(10)은 잠수함의 주요 배터리(40)의 내장 전기 본관(10)으로서 설계되는데, 여기에 적어도 하나의 발생기(105) 및 소모기(15)가 접속된다. 수소를 유도하는 도관(25)을 통해 개질기(20)로부터 수소가 공급되는 연료 전지(5)에 의해 에너지 공급이 실행된다. 개질기(20)는 연료 탱크(35)로부터 연료가 공급된다. 또한, 에너지 공급 장치는 연료 전지(5) 및 개질기(20)에 대해 산소 도관(110)을 포함하고, 산소 도관(110)을 통해 각각의 화학적 반응에 필요한 산소가 공급된다. 연료 전지(5)는 다이오드(115)를 통해 전기 본관(10)에 직접 접속되는데, 왜냐하면 이 디자인에서 연료 전지의 손상을 초래할 수 있는 연료 전지 내로의 역류가 회피될 수 있기 때문이다. 충전가능 배터리(42) 형태인 추가적인 전기 저장 수단이 연료 전지(5)와 평행하게, 내장 전기 본관(10)에 접속된다. 이에 의해, 배터리(42)는 직접 방식이 아닌 직류 초퍼 변환기(45)를 통해서 전기 본관(10)에 접속된다. 직류 초퍼 변환기는 연료 전지(5)의 전력이 개질기(20)의 연료 전지 연료 생산을 뒤따르고, 반면 본관 부하의 신속한 변화가 버퍼로서 작용하는 배터리(42)에 의해 보상되는 방식으로, 소모기(15)에 의해 내장 본관(10)의 부하를 연료 전지(5) 및 전기 저장 수단(42)으로 분배된다.
배터리(42)는 전기 본관(10)에 의해 전력 요구조건에서의 변동 및/또는 점프를 보상한다. 만약 내장 전기 본관(10)에 의해 요구되는 전력이 연료 전지(5)에 의해 제공되는 전력보다 부족하면, 연료 전지(5)는 배터리(42)를 충전시키기 위해, 다이오드(115)를 통해 흐르는 상응하는 충전 전류에 의해 배터리(42)에 과도한 전력을 송달한다. 마찬가지로, 만약 전력 제한 수단(90)의 전력 요구가 연료 전지(5)의 송달되는 흐르는 전력을 초과하면, 전기 본관(10) 내로 배터리(42)가 방전될 수 있다. 본 구체예에서 직류 초퍼 변환기(45)는 이방향 작동용으로 설계되는데, 왜냐하면 전력 전달은 직류 초퍼 변환기(45)를 통해 양 방향으로 수행될 수 있기 때문이다. 만약 연료 전지(5)가 본관 부하를 초과하는 전력으로 배터리(42)를 충전시키면, 직류 초퍼 변환기(45)는 배터리(42)의 방향으로 전력을 전달하여야만 한다. 반대로, 만약 연료 전지가 본관 부하보다 부족하면, 직류 초퍼 변환기(45)는 배터리(42)의 전력을 또한 본관에 전송한다. 본관(10)의 전력 요건 및 연료 전지(5)의 전력 이용가능성은 개질기(20)를 전기 본관(10)을 통해 소모기(15)의 의해 요구되는 전력으로 적응시키기 위해 서로 비교된다.
이러한 목적으로, 전류계(50)는 전기 본관과, 직류 초퍼 변환기(45)에 평행하게 접속되는 배터리(42)와의 사이에 접속되고, 이 전류계는 연료 전지(5)와 직류 초퍼 변환기(45) 사이의 전류 흐름을 측정하고, 따라서 연료 전지(5)와 배터리(42) 사이의 전류, 또는 전기 본관(10)과 직류 초퍼 변환기(45) 사이의 전류, 그리하여 전기 본관(10)과 배터리(42) 사이의 전류를 측정한다. 이런 식으로 얻어진 비교치는 개질기 연료 공급기(60)에 대한 폐쇄-루프 제어부로 전달되고, 이는 개질기 연료 탱크(35)로부터의 공급을 적응시키기 위해, 개질기 연료 펌프(65)를 활성화시킨다. 이에 의해, 연료 전지(5)의 전력 출력은 개질기(20)의 물질 전환을 뒤따른다. 이를 위해 연료 전지(5) 및 개질기(20)는 일정한 값으로 제어되는 도관(25) 내 압력에 의해 동기화된다. 이를 위해, 압력 조절기(70)는 진행 중인 압력값을 압력 조절기(80)로 전달한다. 이것은 도관(25) 내 압력이 일정한 공칭 값으로 조절되도록 하는 방식으로, 연료 전지(5)의 전력을 설정하는 직류 초퍼 변환기(45)를 제어한다. 도관(25)의 일정 압력 부가로 인해, 연료 전지(5)에 의한 연료 흡수 속도는 개질기(20)에 의한 연료 생산 속도에 상응한다. 여기서, 연료 전지(5)의 전력은 연료 펌프(65)를 통해 제어될 수 있다. 만약 본관 부하가 연료 전지의 공칭 전력의 영역을 초과하면, 주요 배터리(40)의 전압에 의존하여 주요 배터리 다이오드(120)를 통해 부가적으로 필요한 전력이 보충된다.
이 예시에서도, 전기 저장 수단(42)은 본관 부하의 단기 변동 및/또는 변화를 보상하고, 반면 기본 부하의 장기적 변화는 개질기 생산 및 그리하여 연료 전지 전력을 적응시킴으로써 보상된다. 이 구체예의 한 장점은 내장 전기 본관(10)의 기본 부하가 연료 전지(5)에 의해 직접 제공될 수 있다는 사실에 있다. 여기서, 기본 부하는 직류 초퍼 변환기(45)를 통해 분배될 필요가 없다. 따라서, 내장 전기 본관(10)으로 들어가기 이전에, 직류 초퍼 변환기(45)의 효율을 통해 감소된 연료 전지(5)의 전력을 회피할 수 있다.
이 설계는 만약 직류 초퍼 변환기(45)가 고장 난 경우 긴급 모드에서도 또한 작동될 수 있다. 이를 위해, 적어도 하나의 주요 배터리(40)가 사용가능한 것이 필요할 뿐이다. 그러한 긴급 상황인 경우, 개질기(20) 및 연료 전지(5)는 주요 배터리(40)가 완전히 충전될 때까지 공칭 부하에서 작동된다. 주요 배터리 다이오드(120)는 따라서 스위치(130)에 의해 연결되어야만 한다. 이후, 개질기(20)는 작동 준비 상태가 될 수 있고, 연료 전지(5)는 본관(10)으로부터 접속해제된다. 여기서, 전체 내장 전기 본관(10)은 주요 배터리(100)에 의해 공급된다. 주요 배터리(40)의 미리 정의된 방출 조건에 도달하면, 개질기(20)는 다시 공칭 부하까지 작동되고, 연료 전지(5)는 다시 한번 접속된다.
도 1은 적어도 하나의 연료 전지에 의해 잠수함의 전기 본관의 에너지 공급용 장치의 기본 회로 도면이고,
도 2는 적어도 하나의 연료 전지에 의해 잠수함의 전기 본관의 에너지 공급용 또다른 장치의 기본 회로 도면이다.
도면 부호 목록
5 연료 전지
10 전기 본관으로서 잠수함의 내장 전기 본관
15 소모기
20 개질기
25 도관
30 압력 감소 수단
35 개질기 연료 탱크
40 주요 배터리
42 부가적 전기 저장 수단으로서의 배터리
45 직류 초퍼 변환기
50 전류계
55 전류 참조부
60 연료 공급에 대한 폐쇄-루프 제어부
65 제어가능 모터를 갖는 개질기 연료 펌프
70 압력 측정기
75 압력 참조부
80 압력 조절기
85 압력 제한 수단
90 전력 제한 수단
105 발생기
110 산소 도관
115 다이오드
120 주요 배터리 다이오드
130 스위치
도 2는 적어도 하나의 연료 전지에 의해 잠수함의 전기 본관의 에너지 공급용 또다른 장치의 기본 회로 도면이다.
도면 부호 목록
5 연료 전지
10 전기 본관으로서 잠수함의 내장 전기 본관
15 소모기
20 개질기
25 도관
30 압력 감소 수단
35 개질기 연료 탱크
40 주요 배터리
42 부가적 전기 저장 수단으로서의 배터리
45 직류 초퍼 변환기
50 전류계
55 전류 참조부
60 연료 공급에 대한 폐쇄-루프 제어부
65 제어가능 모터를 갖는 개질기 연료 펌프
70 압력 측정기
75 압력 참조부
80 압력 조절기
85 압력 제한 수단
90 전력 제한 수단
105 발생기
110 산소 도관
115 다이오드
120 주요 배터리 다이오드
130 스위치
Claims (14)
- 삭제
- 삭제
- 적어도 하나의 연료 전지(5)에 의한 전기 본관(10)의 에너지 공급, 특히 잠수함의 에너지 공급에 관한 방법에 있어서, 적어도 하나의 연료 전지(5)가 에너지 공급을 위해 적용되고, 상기 연료 전지는 적어도 하나의 개질기(20)에 의해 공급되고, 여기서 적어도 하나의 전기 저장 수단(40, 42)은 연료 전지(5)의 전력이 본관 부하를 초과할 때 적어도 하나의 연료 전지(5)로부터 전력을 흡수하고, 연료 전지(5)의 전력이 본관 부하보다 부족할 때 전력을 송달하고, 여기서 개질기(20)에 대한 개질기 연료 공급은 저장 수단(40, 42)으로부터 및 저장 수단(40, 42) 내로의 전력의 송달 및 흡수에 의존하여 제어되고,입구측 상의 연료 전지(5)에 일정한 압력이 부가되며,연료 전지(5)의 입구측 압력 부가의 폐쇄-루프 제어를 위해, 연료 전지의 전력 송달이 교정 변수로서 사용되는 방법.
- 제 3항에 있어서, 연료 전지(5)의 전력은 연료 전지(5)와 본관(10) 사이의 적어도 하나의 직류 초퍼 변환기(45)에 의해 제어되는 방법.
- 제 3항에 있어서, 연료 전지(5)의 전력은 전기 저장 수단(40, 42)과 본관(10) 사이의 적어도 하나의 직류 초퍼 변환기(45)에 의해 결정되는 방법.
- 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 연료 전지(5)의 전력과 본관 부하 사이의 차이는 개질기(20)로의 개질기 연료의 공급 제어를 통해, 제로 또는 미리 정의된 값으로 폐쇄 루프를 사용하여 제어되는 방법.
- 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 충전가능 전기 배터리가 전기 저장 수단(40, 42)으로서 사용되는 방법.
- 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 하나의 슈퍼 커패시터가 전기 저장 수단(40, 42)으로서 사용되는 방법.
- 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 연료 전지(5)의 전력과 본관 부하 사이의 차이는 전기 저장 수단(40, 42)의 충전 전류 및 방전 전류를 측정하여 평가되는 방법.
- 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 연료 전지(5)의 전력과 본관 부하 사이의 차이는 직류 초퍼 변환기(45)의 전류를 측정함에 의해 결정되는 방법.
- 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 연료 전지(5)의 전력은 최대 가능 부하 아래의 최대값까지 제한되는 방법.
- 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 개질기(20)로부터 연료 전지(5)로의 연료 전지 연료의 공급은 연료 전지(5)의 최대 가능 부하 아래의 최대값까지 제한되는 방법.
- 삭제
- 전기 본관(10)을 공급하는 적어도 하나의 연료 전지(5), 연료 전지를 공급하는 개질기(20), 본관 부하가 연료 전지 전력보다 부족하면 연료 전지(5)를 로딩하고, 본관 부하가 연료 전지 전력을 초과하면 전기 본관(10) 내로 들어가는 방식으로 접속되는 전기 저장 수단(40, 42), 및 전기 저장 수단(40, 42)의 충전 전력에 의존하여 개질기 연료의 공급을 제어하는 폐쇄-루프 제어부를 포함하고,적어도 하나의 직류 초퍼 변환기(45)를 포함하여, 이 직류 초퍼 변환기(45)를 통해 연료 전지(5) 또는 전기 저장 수단(40, 42)이 전기 본관(10)에 접속되는, 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하기 위한 장치.
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Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2005276628A (ja) | 2004-03-25 | 2005-10-06 | Hitachi Ltd | 固体高分子形燃料電池発電システムおよび家庭用定置分散電源システム |
| JP2007066724A (ja) | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Kasuga Electric Works Ltd | 燃料電池発電システム |
| JP2007511891A (ja) | 2003-11-19 | 2007-05-10 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | 燃料電池システム過渡的応答の蓄電拡張 |
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2009
- 2009-04-14 KR KR1020090032084A patent/KR101143867B1/ko active IP Right Grant
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|---|---|---|---|---|
| JP2007511891A (ja) | 2003-11-19 | 2007-05-10 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | 燃料電池システム過渡的応答の蓄電拡張 |
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| JP2007066724A (ja) | 2005-08-31 | 2007-03-15 | Kasuga Electric Works Ltd | 燃料電池発電システム |
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| Publication number | Publication date |
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| KR20090112563A (ko) | 2009-10-28 |
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