KR101157140B1 - 연료 전지 시스템의 전동 밸브 컨트롤러, 정전 발생 구역의 연료 공급을 차단하는 시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료 전지 시스템의 전동 밸브 컨트롤러에 관한 것으로, 본 발명의 전동 밸브 컨트롤러에 의하면 외부로부터 전원이 공급될 시 전동 밸브를 개방시키되 외부 전원 공급을 축전기에 저장해 두고, 정전이 발생할 경우 축전기의 전원을 이용하여 전동 밸브를 폐쇄시킴으로써, 정전 상황에서 지속적으로 연료가 유입되어 누출이나 폭발이 일어날 위험성을 없앨 수가 있다.

Description

연료 전지 시스템의 전동 밸브 컨트롤러, 정전 발생 구역의 연료 공급을 차단하는 시스템 및 방법{Electric valve controller of fuel cell system, system and method for blocking fuel supply into power cut zone}
본 발명은 연료 전지 시스템의 전동 밸브 컨트롤러에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 외부 전원의 공급이 중단되면 자동으로 전동 밸브를 폐쇄시킬 수 있고, 더불어 전동 밸브가 개방된 상태에서는 전력 소모를 최소화할 수 있는 연료 전지 시스템의 전동 밸브 컨트롤러에 관한 것이다.
연료 전지 시스템이란 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전기 화학적 장치로서 수소와 산소를 양극과 음극에 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 새로운 발전 기술이다.
이러한 연료 전지 시스템은 수소를 함유한 일반 연료(LPG, LNG, 메탄, 석탄가스 메탄올 등)로부터 연료 전지가 요구하는 수소를 많이 포함하는 가스로 변환하는 연료 개질 장치, 연료 개질 장치에서 들어오는 수소와 공기 중의 산소로 직류 전기와 물 및 부산물인 열을 발생시키는 연료 전지 본체, 그리고 연료 전지에서 나오는 직류를 교류로 변환시키는 전력 변화 장치 등으로 구성된다.
여기서 연료 전지 시스템에서 필요한 연료는 관을 통해 공급되는데, 이러한 관 내에서의 연료의 흐름은 전동 밸브의 개폐에 의해 단속된다. 즉, 전동 밸브 내에 모터가 구비되어, 입력되는 전원의 극성에 따라 모터의 회전 방향을 바꿔줌으로써 관을 개폐시키도록 하는 것이다.
이러한 전동 밸브는 사용자가 수동으로 전원을 공급하거나 차단함으로써 개폐가 가능하게 하거나 별도의 제어부에서 프로그래밍 된 바에 따라 개폐가 이루어지도록 할 수도 있다.
그러나 밸브가 열려 있는 상태에서 정전 또는 전원공급장치에 고장이 발생하게 되면 전동 밸브의 모터가 작동이 중지되고, 이 상태에서도 연료는 계속하여 흐르게 된다. 따라서 다른 전자 장치들(전원공급장치, 센서, 유량카운터 등)의 동작이 멈춘 상태에서 계속하여 연료가 공급되면, 누출이나 폭발의 위험성이 뒤따르게 된다.
물론 이러한 문제점을 개선하기 위하여 전원이 공급된 상태에서는 밸브를 계속하여 열어둔 상태를 유지하고 전원 공급이 차단되면 밸브가 닫히도록 하는 기술이 개발된 바 있다. 하지만 이러한 밸브에서는 연료를 통과시키기 위해 밸브를 열어 두는 시간동안 계속하여 많은 전력이 소모되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 외부로부터 전원이 공급되면 전동 밸브가 개방되도록 하되 입력되는 전원을 축전기에 저장하여 외부 전원의 공급이 차단되었을 시, 축전기에 저장된 전원으로 전동 밸브를 자동으로 폐쇄시킬 수 있도록 하는 연료 전지 시스템의 전동 밸브 컨트롤러를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 전동 밸브가 완전히 개방된 이후에는 소모 전력을 최소화시킬 수 있는 연료 전지 시스템의 전동 밸브 컨트롤러를 제공하는 데 다른 목적이 있다.
또 전동 밸브 컨트롤러를 구비하지 않은 건물이나 가정에서도 정전 상황일 때 연료 공급을 중단시킴으로써 위험 요소를 제거해줄 수 있는 시스템과 방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템의 전동 밸브 컨트롤러는, 전동 밸브의 제1 단자, 제2 단자 및 제3 단자와 연결되어 외부로부터 전원을 공급받아 상기 전동 밸브를 제어하는 전동 밸브 컨트롤러이며, 외부로부터 전원을 공급 받으면 상기 전동 밸브의 제1 단자에 (+) 전원을 공급하고 상기 제2 단자에 (-) 전원을 공급하여 상기 전동 밸브가 개방되도록 하되, 상기 외부 공급 전원을 축전기에 저장함으로써 상기 외부 전원 공급이 차단되면 상기 축전기에 저장된 전원으로 상기 제2단자에 (+) 전원을 공급하고 상기 제1 단자에 (-) 전원을 공급하여 상기 전동 밸브가 폐쇄되도록 하는 개폐 회로; 및 상기 전동 밸브의 제3 단자로부터 전원이 입력되는지의 여부에 따라 소모 전력을 제어하는 전원 절약 회로;를 포함한다.
여기서, 상기 개폐 회로는, 상기 외부로부터 공급되는 전원을 저장하는 축전기; 상기 전동 밸브의 제1단자를 상기 외부 공급 전원 또는 접지 연결시키는 제1 릴레이 스위치; 상기 전동 밸브의 제2단자를 상기 축전기 또는 접지 연결시키는 제2 릴레이 스위치; 및 상기 외부로부터 전원을 공급 받으면 상기 제1 릴레이 스위치 및 제2 릴레이 스위치를 제어하여 상기 전동 밸브의 제1단자를 상기 외부 공급 전원에 연결시키고 상기 제2단자는 접지 연결시키도록 하며, 상기 외부로부터 공급되는 전원이 차단되면 상기 제1 릴레이 스위치 및 제2 릴레이 스위치를 제어하여 상기 전동 밸브의 제1단자를 접지 연결시키고 상기 제2단자는 상기 축전기에 연결시키도록 하는 릴레이;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전원 절약 회로는, 상기 개폐 회로의 릴레이를 구동시키는 전류가 통과하는 제1 경로 및 제2 경로;를 포함하며, 상기 제1 경로 상에는 상기 전동 밸브를 개방시키는 동안 전류가 통과하는 제1 저항 및 제1 트랜지스터가 연결되어 있고, 상기 제2 경로 상에는 상기 전동 밸브가 완전히 개방된 이후 전류가 통과하는 제2 저항 및 제2 트랜지스터가 연결되어 있으며, 상기 제1 저항의 크기는 상기 제2 저항의 크기보다 작고, 상기 제1 트랜지스터의 베이스단은 상기 제2 트랜지스터의 컬렉터단에 연결되며, 상기 제2 트랜지스터는 상기 전동 밸브가 완전히 개방되었을 시 신호를 출력하는 상기 전동 밸브의 제3 단자와 연결됨으로써, 상기 전동 밸브를 개방시키는 동안에는 상기 제1 트랜지스터의 베이스단에 전원이 공급되어 상기 제1 트랜지스터의 구동으로 상기 릴레이를 구동시키는 전류가 상기 제1 경로 상의 상기 제1 저항 및 제1 트랜지스터를 통과하고, 상기 전동 밸브가 완전히 개방된 이후에는 상기 제2 트랜지스터의 베이스단에 전원이 공급되어 상기 제2 트랜지스터의 구동으로 상기 릴레이를 구동시키는 전류가 상기 제2 경로 상의 상기 제2 저항 및 제2 트랜지스터를 통과하여, 상기 전동 밸브가 완전히 개방된 이후에는 상기 전동 밸브가 개방되는 동안보다 상기 릴레이를 구동시키는 소모 전력이 감소될 수 있다.
또, 상기 전동 밸브의 제2 단자가 상기 축전기와 연결되어 상기 축전기의 전원이 출력되는 것을 감지하고, 상기 축전기의 전원이 출력되는 것을 감지한 정전 정보를 유무선 통신망을 통해 원격으로 송출하는 정전 감지부;를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전 발생 구역의 연료 공급을 차단하는 시스템은, 상기 전동 밸브 컨트롤러의 상기 정전 감지부로부터 정전 정보를 수신하는 정보 수신부; 상기 정보 수신부에서 정전 정보를 수신하면, 상기 정전 정보를 전송한 건물(또는 가정)이 위치한 일정 구역에 실제 정전이 발생하였는지 판단하는 정전 판단부; 및 상기 정전 판단부에서 상기 정전 정보를 전송한 건물(또는 가정)이 위치한 일정 구역에 실제 정전이 발생하였는지 판단하면 상기 일정 구역의 연료 공급을 차단시키는 연료 공급 제어부;를 포함한다.
여기서, 상기 정전 판단부는, 상기 정전 정보를 전송한 건물(또는 가정)이 위치한 일정 구역 내에서 일정 시간 이내에 적어도 3회 이상의 정전 정보가 전송되는 것이 확인되었을 경우 상기 일정 구역에 실제 정전이 발생하였다고 판단할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 정전 발생 구역의 연료 공급을 차단하는 방법은, 상기 전동 밸브 컨트롤러의 상기 정전 감지부로부터 정전 정보를 수신하는 단계; 상기 정전 정보를 수신하면, 상기 정전 정보를 전송한 건물(또는 가정)이 위치한 일정 구역에 실제 정전이 발생하였는지 확인하는 단계; 및 상기 정전 정보를 전송한 건물(또는 가정)이 위치한 일정 구역에 실제 정전이 발생한 것으로 확인되면, 상기 일정 구역의 연료 공급을 차단시키는 단계;를 포함한다.
본 발명에 따르면 외부 전원이 공급되면 전동 밸브를 개방 시키도록 하되, 공급되는 외부 전원을 축전기에 저장해 두고, 전원공급수단이 고장이거나 정전으로 인해 전원이 공급되지 않을 시에는 축전기의 전원을 통해 전동 밸브를 차단시킴으로써, 다른 전자 장치들(센서, 유량카운터 등)의 동작이 멈춘 상태에서 지속적으로 연료가 유입되어 누출이나 폭발이 일어날 가능성을 없애줄 수가 있다.
또한, 전동 밸브가 완전히 개방되고 나면 전동 밸브의 개방을 지속적으로 유지시키는데 필요한 전력의 소모를 최소화 시키도록 함으로써 에너지 효율이 증진된다.
또, 전동 밸브의 개방이 이루어진 후 전력 소모를 감소시키기 위한 시점을 전동 밸브가 완전히 개방되면 출력되는 신호를 이용하기 때문에 오동작의 우려가 없다. 즉, 전동 밸브 컨트롤러의 소모 전력을 감소시키는 시점을 카운터 등을 통해 제어하도록 할 수도 있으나, 이 경우 전동 밸브가 완전히 개방되지 않은 시점에서 전력 소모를 감소시키는 동작이 일어날 가능성을 수반한다. 따라서 전동 밸브의 모터가 회전하는 중간에 전동 밸브에 공급되는 전력이 줄어들어 오동작이 일어날 수 있는 것인 반면, 본원에서는 전원 절약 회로에서 전력 소모를 감소시키는 동작이 전동 밸브의 제3 단자에서 신호가 출력될 때 시작되기 때문에, 전동 밸브가 완전히 개방되지 않은 상황에서 전력 공급이 줄어들어 오동작이 발생할 우려가 전혀 없게 되는 것이다.
또, 본원에 따른 전동 밸브 컨트롤러에 통신 기능을 갖는 정전 감지부를 더 구비한다면, 연료를 공급하는 중앙 관리 시스템 측으로 정전 사실을 알려 정전이 일어난 구역의 연료 공급을 원천적으로 차단시킬 수가 있어서, 전동 밸브 컨트롤러가 장착되지 않은 건물에서도 누출이나 폭발 사고의 위험에서 벗어날 수가 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전동 밸브 컨트롤러와 전동 밸브 및 전원공급수단의 연결 관계를 설명하기 위한 도면.
도2 및 도3은 도1에 도시된 전동 밸브 컨트롤러의 구성과 동작을 설명하기 위한 회로도.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 정전 발생 구역의 연료 공급을 차단하는 시스템을 설명하기 위한 도면.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 정전 발생 구역의 연료 공급을 차단하는 방법을 설명하기 위한 도면.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하되, 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전동 밸브 컨트롤러(100)와 전동 밸브(10) 및 전원공급수단(20)의 연결 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도1에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전동 밸브 컨트롤러(100)는 전동 밸브(10)와 전원공급수단(20) 사이에 마련된다.
전원공급수단(20)은 전동 밸브 컨트롤러(100)로 직류 전원을 공급하는 수단으로, 건물 내로 들어오는 교류 전원을 직류 전원으로 변환하여 출력하는 수단을 포함한다. 또한 전원공급수단(20)은 사용자가 수동으로 전동 밸브(10)를 열고 닫을 수 있도록 하는 스위치를 구비하고 있을 수 있으며, 프로그래밍 된 신호에 따라 자동으로 전동 밸브(10)를 열고 닫는 신호를 출력하는 제어 수단을 포함할 수도 있다. 즉 본원의 실시예에 따른 전동 밸브 컨트롤러(100) 없이 전원공급수단(20)을 전동 밸브(10)에 직접 연결시키더라도 전동 밸브(10)의 구동은 가능하다. 다만 정전 등의 비상 상황에 대비하기 위해 전동 밸브 컨트롤러(100)가 구비되는 것이다.
전동 밸브(10)는 내부에 구비된 모터의 동작에 의해 연료가 흐르는 관을 개폐시킬 수 있는데, 이러한 전동 밸브(10)에 전원을 공급하기 위해 전동 밸브(10)에는 제1 단자(R), 제2 단자(B) 및 제3 단자(Y)가 구비되어 있다.
전동 밸브 컨트롤러(100)가 전동 밸브(10)와 연결되어 동작하는 과정에 대해서는 도2 및 도3에 도시된 회로도를 통해 설명하도록 한다. 먼저 도2에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전동 밸브 컨트롤러(100)는 크게 개폐 회로(110)와 전원 절약 회로(120)로 구분될 수 있다.
개폐 회로(110)는 외부로부터 전원을 공급 받아(즉 전원공급수단(20)으로부터 직류 전원을 공급 받음)전동 밸브(10)의 제1 단자(R) 및 제2 단자(B) 측으로 각각 밸브의 개방 또는 폐쇄를 위한 전원을 공급하기 위한 회로이다.
먼저 외부 공급 전원(Vcc)은 제1 릴레이 스위치(S1)를 통해 전동 밸브(10)의 제1 단자(R)와 연결 가능한 상태로 구성되며, 또한 외부 공급 전원은 축전기(112)와 릴레이(111) 측으로도 전원을 공급할 수 있도록 연결된다.
또한 축전기(112)에 저장된 전원은 제2 릴레이 스위치(S2)를 통해 전동 밸브(10)의 제2 단자(B)와 연결 가능한 상태로 구성된다. 이때 축전기(112)에 저장된 전원은 외부 공급 전원이 차단되었을 경우에만 사용이 가능하도록 해야 한다. 따라서 다이오드(D1)와 저항(R3)을 통해 축전기(112)의 전원이 회로의 다른 구성으로 공급되는 것이 차단되도록 한다.
전원 절약 회로(120)는 개폐 회로(110)의 릴레이(111)와 제1 경로 및 제2 경로로 연결되며, 전동 밸브(10)가 완전히 개방된 상태일 때 신호를 출력하는 제3 단자(Y)와도 연결된다.
전원 절약 회로(120)의 제1 경로 상에는 제1 트랜지스터(T1)와 제1 저항(R1)이 연결되어 있고, 제2 경로 상에는 제2 트랜지스터(T2)와 제2 저항(R2)이 연결되어 있다. 이때 제1 저항(R1)의 크기는 제2 저항(R2)의 크기보다 작다. 또한 제1 트랜지스터(T1)의 베이스단은 제2 트랜지스터(T2)의 콜렉터단에 연결되어 있고, 제2 트랜지스터(T2)의 베이스단은 다이오드(D2)와 저항(R4)을 통해 전동 밸브(10)의 제3 단자(Y)와 연결되어 있다.
이러한 개폐 회로(110)와 전원 절약 회로(120)로 구성된 전동 밸브 컨트롤러(100)의 기능을 도2 및 도3을 통해 이하에서 상세히 설명하도록 한다.
먼저 도2의 회로는 전동 밸브(10)가 폐쇄된 상태이다. 즉, 외부 공급 전원이 없는 상태로, 제1 릴레이 스위치(S1)와 제2 릴레이 스위치(S2)가 각각 B1 접점과 B2 접점과 연결되어 있는 상태이다.
이때 외부 전원이 공급(예컨대 Vcc=24V)되면, 도3에 도시된 바와 같이 릴레이(111)에 전원이 공급되어 제1 릴레이 스위치(S1) 및 제2 릴레이 스위치(S2)를 각각 A1 접점과 A2 접점으로 연결시킨다. 따라서 전동 밸브(10)의 제1 단자(R)는 제1 릴레이 스위치(S1)와 A1 접점을 통해 외부로부터 전원을 공급 받는다(즉 + 전원). 또한 전동 밸브(10)의 제2 단자(B)는 제2 릴레이 스위치(S2)와 A2 접점을 통해 접지와 연결 된다(즉 - 전원). 따라서 전동 밸브(10)는 관을 개방시키는 방향으로 모터를 회전시키기 시작한다.
여기서 아직 전동 밸브(10)가 완전히 개방된 상태는 아니기 때문에 제3 단자(Y)로 신호가 출력되지는 않는다. 따라서 전원 절약 회로(120)의 제1 경로 및 제2 경로가 릴레이(111)와 연결되어 있지만, 제2 트랜지스터(T2)의 베이스단으로는 전원이 공급되지 않기 때문에 제2 트랜지스터(T2)는 구동되지 않는다. 반면 제1 트랜지스터(T1)의 베이스단에는 전원이 공급되기 때문에 제1 트랜지스터(T1)는 구동이 가능하며, 릴레이(111)를 통과한 전류는 제1 저항(R1)과 제1 트랜지스터(T1)를 통과하게 된다.
즉 제1 저항(R1)의 크기는 제2 저항(R2)의 크기보다 작기 때문에 상대적으로 많은 전류가 흘러 소모 전력도 상대적으로 커지게 된다. 따라서 상대적으로 많은 전력을 소모하여 전동 밸브(10)가 원활하게 개방되도록 할 수 있다.
만약 전동 밸브(10)가 개방을 시작하여 완전히 개방되면 전동 밸브(10)의 제3 단자(Y)를 통해 전원 신호가 출력된다. 물론 전동 밸브(10)가 완전히 개방되거나 완전히 폐쇄되는 시점을 인지하기 위해 전동 밸브(10)는 리미티 스위치(미도시)를 더 구비함으로써 더 이상 모터를 회전시키지 않도록 할 수 있다.
전동 밸브(10)의 제3 단자(Y)를 통해 출력되는 신호는 본래 전동 밸브(10)가 현재 개방된 상태임을 램프의 발광으로 알려주는 용도로 사용되는 것이나, 본원에서는 전동 밸브(10)가 완전히 개방된 상태에서 소모 전력을 감소시키기 위한 용도로 사용한다. 물론 전동 밸브(10)에는 제4 단자(미도시)가 더 구비되어 전동 밸브(10)의 상태를 알리는 신호를 출력하도록 할 수도 있다.
전동 밸브(10)가 완전히 개방되면 제3 단자(Y)의 출력 전원이 다이오드(D2)와 저항(R4)을 통해 제2 트랜지스터(T2)의 베이스단으로 입력된다. 따라서 제2 트랜지스터(T2)는 작동이 가능한 상태가 되어 릴레이(111)를 통과한 전류는 제2 저항(R2) 및 제2 트랜지스터(T2)를 통과할 수가 있다. 이때 제2 트랜지스터(T2)의 컬렉터 전류가 흐름으로써 제2 트랜지스터(T2)의 컬렉터단에 연결된 제1 트랜지스터(T1)의 베이스단으로는 전류 공급이 차단된다. 즉 전동 밸브(10)가 완전히 개방된 이후에는 제1 경로 상으로는 전류가 흐르지 않고 제2 경로 상으로만 전류가 흐르게 된다. 이때 제2 저항(R2)의 크기는 제1 저항(R1)의 크기보다 크다. 따라서 제2 경로 상의 제2 저항(R2) 및 제2 트랜지스터(T2)를 통과하는 전류는 상대적으로 작아 전력 소모가 작아지게 되는 것이다.
즉 전동 밸브(10)가 개방이 되었다 하더라도, 개방된 상태를 유지하기 위해서는 제1 릴레이 스위치(S1) 및 제2 릴레이 스위치(S2)를 도3에서와 같이 각각 A1 접점 및 A2 접점에 연결된 상태로 유지시키고 전동 밸브(10)에도 일정 전원이 공급되어야 한다. 이를 위해서는 릴레이(111)에 계속하여 전원을 공급해주어야 하나 전동 밸브(10)가 완전히 개방된 후에는 전동 밸브(10)가 초기 구동될 때, 즉 모터를 회전시키는 만큼의 전원 공급은 필요치 않다. 따라서 릴레이(111)를 통과한 전류가 상대적으로 큰 저항을 통과하도록 함으로써 전력 소모를 줄여주는 것이다.
여기서 전원 절약 회로(120)에서 전력을 감소시키는 동작은 전동 밸브(10)의 제3 단자(Y)에서 출력되는 신호를 이용한다는 점에 주목을 해야한다. 즉, 전동 밸브 컨트롤러(100)의 소모 전력을 감소시키는 시점을 카운터 등을 통해 제어하도록 할 수도 있으나, 이 경우 전동 밸브(10)가 완전히 개방되지 않은 시점에서 전력 소모를 감소시키는 동작이 일어날 가능성을 수반한다. 따라서 전동 밸브(10)의 모터가 회전하는 중간에 전동 밸브(10)에 공급되는 전력이 줄어들어 오동작이 일어날 수 있는 것이다.
반면 본원의 실시예에 따른 전동 밸브 컨트롤러(100)에서는 전원 절약 회로(120)에서 전력 소모를 감소시키는 동작은 전동 밸브(10)의 제3 단자(Y)에서 출력되는 신호를 이용하게 된다. 따라서 전력 소모를 감소시키는 동작은 전동 밸브(10)가 완전히 개방되어 제3 단자(Y)를 통해 신호가 출력될 때에만 일어나게 된다. 따라서 전동 밸브(10)가 완전히 개방되지 않은 상황에서 전력 공급이 줄어들어 오동작이 발생할 우려가 전혀 없게 되는 것이다.
하나의 예시로, 제1 저항(R1)의 크기를 1KΩ, 제2 저항(R2)의 크기를 4.7KΩ으로 구현하고 외부 공급 전원(Vcc)으로 24V를 가한다면, 전동 밸브(10)를 개방시킬 때에 소모되는 전력은 4W이지만, 전동 밸브(10)가 완전히 개방된 후에 개방 상태를 유지할 때 소모되는 전력은 82.56mW로 급감하게 된다.
한편 건물 내로 들어오는 전원이 차단되면, 즉 정전이 발생하게 되면 전동 밸브 컨트롤러(100)에 공급되는 전원도 차단된다. 이러한 상황에서 전동 밸브 컨트롤러(100)의 동작을 설명하도록 한다.
먼저, 정전이 발생하여 외부 공급 전원이 차단되면 개폐 회로(110)의 릴레이(111)에 공급되는 전원이 차단된다. 따라서 릴레이(111)의 구동이 멈추면서 제1 릴레이 스위치(S1) 및 제2 릴레이 스위치(S2)는 도2에 도시된 바와 같이 각각 B1 접점 및 B2 접점과 연결된다.
이때 B2 접점은 축전기(112)와 연결되어 있고, B1 접점은 접지와 연결된 상태이다. 축전기(112)는 병렬로 연결된 3개의 커패시터로 구현되는데, 이러한 축전기(112)는 전동 밸브(10)가 개방되어 있던 도3의 회로 구성을 유지하는 동안 외부 전원을 지속적으로 공급 받아 충전된 상태이다.
따라서 전동 밸브(10)의 제2 단자(B)는 제2 릴레이 스위치(S2)와 B2 접점을 통해 축전기(112)로부터 전원을 공급 받게 된다(즉 + 전원). 또한 전동 밸브(10)의 제1 단자(R)는 제1 릴레이 스위치(S1)와 B1 접점을 통해 접지와 연결된다(즉 - 전원). 따라서 전동 밸브(10)는 관을 폐쇄시키는 방향으로 모터를 회전시킨다.
즉, 본원의 실시예에 따르면 전동 밸브(10)가 개방된 상태를 유지하는 동안 축전기(112)를 충전시키기고, 정전에 의해서나 인위적으로나 외부에서 전원 공급이 차단될 시에는 축전기(112)에 저장된 전원을 이용하여 전동 밸브(10)의 모터를 회전시켜 밸브가 폐쇄되도록 할 수 있는 것이다.
따라서 비상 상황이 발생하면 전동 밸브(10)가 자동으로 폐쇄되기 때문에, 연료가 지속적으로 유입하여 누출이나 폭발 사고가 일어날 가능성을 원천적으로 차단할 수가 있는 것이다.
한편 이상에서 설명한 전동 밸브 컨트롤러(100)를 건물에 장착하면, 정전 발생시 자동으로 연료의 유입을 차단할 수 있기 때문에 안전해질 수가 있다. 하지만 정전은 반드시 한 건물(또는 가정)에서만 발생하는 것은 아니다. 일반적으로 정전은 일정 구역에서 동시에 발생하게 된다. 즉, 본원의 실시예에 따른 전동 밸브 컨트롤러(100)를 장착한 건물은 정전시에 자동으로 밸브를 차단시켜 안전해질 수 있지만, 그렇지 않은 건물에서는 여전히 위험에 노출되어 있는 것이다.
따라서 도4 내지 도5에 도시된 시스템 및 방법을 통해 정전이 발생하면 정전 발생 구역의 연료 공급을 차단하도록 함으로써, 정전이 발생한 구역을 위험으로부터 보호해줄 수가 있다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 정전 발생 구역의 연료 공급을 차단하는 시스템을 설명하기 위한 도면이다. 먼저 전력사로부터 전원을 공급받는 단위 구역 내의 건물들(491,492,493) 중 일부 건물(491)에는 전동 밸브 컨트롤러(100')가 설치되어 있다.
도4에 도시된 전동 밸브 컨트롤러(100')는 도1 내지 도3에 도시된 전동 밸브 컨트롤러(100)의 모든 구성을 포함하고 있으며, 다만 정전 감지부(131')를 더 포함하고 있다. 정전 감지부(131')는 전동 밸브 컨트롤러(100')의 축전기(112)의 전원이 전동 밸브(10)의 제2 단자(B)에 공급되는 것을 감지하고, 축전기(112)의 전원이 사용되는 것이 감지되면 정전 정보를 유무선 통신망을 통해 중앙 관리 시스템(400)에 전송하는 기능을 수행한다. 즉 해당 건물(491)에 정전이 발생하게 되면 정전 감지부(131')가 정전 사실을 감지하여 정전 정보를 유무선 통신망을 통해 원격의 중앙 관리 시스템(400)으로 전송하는 것이다.
중앙 관리 시스템(400)이란 각 건물(또는 가정)의 연료 전지 시스템으로 연료를 공급하는 기관에서 운용하는 시스템으로, 각 건물(491,492,493)의 연료 공급을 통제한다. 이러한 중앙 관리 시스템(400)은 정전이 발생하면 해당 구역의 연료 공급을 원천적으로 차단할 수 있도록 하기 위해 도4에서와 같은 구성을 포함한다. 즉 중앙 관리 시스템(400)은 인터페이스부(410) 정보 수신부(420), 정전 판단부(430), 연료 공급 제어부(440) 및 비상 통지부(450)를 포함한다.
인터페이스부(410)는 건물(491)에 설치된 전동 밸브 컨트롤러(100')의 정전 감지부(131')로부터 정전 정보를 수신하기 위해 통신망과 통신 채널을 연결하기 위해 마련된다.
정보 수신부(420)는 인터페이스부(410)와 연계하여 정전 감지부(131')로부터 정전 정보를 수신하기 위해 마련된다. 여기서 정전 감지부(131')는 문자 메시지 형태 또는 기 지정된 통신 방식으로 정전 정보를 중앙 관리 시스템(400) 측으로 전송할 수 있다.
정전 판단부(430)는 정보 수신부(420)에서 정전 정보를 수신하면, 해당 정전 정보를 전송한 건물(491)이 위치하는 일정 구역에 정전이 발생했는지 여부를 판단한다. 정전 판단부(430)는 일정 구역 내에 위치한 건물 중 적어도 3개 이상의 건물로부터 일정 시간 내(예컨대 5초)에 정전 정보를 수신하였을 경우 해당 구역이 실제 정전된 것으로 판단한다. 즉 전동 밸브 컨트롤러(100')에서 축전기(112)의 전원이 사용되면 정전 감지부(131')가 정전 정보를 전송하게 되는데, 정전 정보가 전송되는 경우는 실제 정전이 발생하였을 경우도 있지만, 사용자에 의해 임의로 밸브(10)가 잠길 때이거나, 해당 건물(491)(또는 가정)의 전원공급수단(20)이 고장이거나, 해당 건물(491)(또는 가정)에서만 차단기가 내려가는 경우일 수도 있다. 하지만, 사용자에 의한 임의 동작이나 해당 건물(491)에서의 차단기 작동에 의해 정전 정보가 발생할 경우에는, 중앙 관리 시스템(400)으로 한꺼번에 정전 정보가 송출되지 않는다. 즉 사용자에 의한 밸브 폐쇄나 차단기 작동은 꽤 오랜 시간의 차이를 두고 발생하게 된다. 따라서 정전 판단부(430)는 짧은 시간(5초) 이내로 단위 구역 내의 3개 이상의 건물(더욱 구체적으로는 3개 이상의 정전 감지부)로부터 정전 정보를 받았을 경우에만 정전이 발생한 것으로 판단하는 것이다.
연료 공급 제어부(440)는 정전 판단부(430)에서 해당 일정 구역이 실제 정전된 것으로 판단하였을 경우 연료의 공급을 차단시키기 위해 마련된다. 즉 일정 구역 내에 정전이 발생하면 전동 밸브 컨트롤러(100')를 장착한 건물(491)은 안전해지지만, 그렇지 않은 건물(492,493)에는 여전히 위험 요소가 자리잡고 있다. 따라서 연료 공급 제어부(440)는 해당 구역이 실제 정전인지 여부를 확인하였기 때문에 해당 구역의 연료 공급을 원천적으로 차단함으로써, 지속적인 연료 공급에 의한 사고 가능성을 방지해 주는 것이다.
비상 통지부(450)는 정전이 확인된 일정 구역의 연료 공급이 중단되었음을 기 지정된 연락처로 알리기 위해 마련된다. 즉 연료를 공급하는 기관의 관리자나 연료 공급이 중단된 건물(491,492,493)의 가입자 측으로 문자 메시지 또는 기 지정된 통신 방식으로 정전으로 인해 연료 공급이 중단되었음을 알려줌으로써 대비를 할 수 있게 하는 것이다.
도5는 도4에 도시된 정전 발생 구역의 연료 공급을 차단하는 시스템을 통해 중앙 관리 시스템(400)에서 정전 발생 구역의 연료 공급을 차단하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 정전 감지부(131')를 구비한 전동 밸브 컨트롤러(100')가 설치된 건물(491)에서 정전이 발생하면, 전동 밸브 컨트롤러(100')는 축전기(112)의 전원으로 전동 밸브(10)를 폐쇄시키고, 정전 감지부(131')는 축전기(112)의 전원이 사용되는 것을 감지하여 중앙 관리 시스템(400)으로 정전 정보를 전송<S505>한다.
이후 중앙 관리 시스템(400)에서는 정전 정보를 수신하여 정전 정보를 전송한 건물(491)이 위치한 일정 구역에 실제 정전이 발생한 것인지 판단<S510>한다. 이때 중앙 관리 시스템(400)은 일정 구역 내에 위치한 건물 중 적어도 3개 이상의 건물로부터 일정 시간 내(예컨대 5초)에 정전 정보를 수신하였을 경우 해당 구역이 실제 정전인 것으로 판단한다.
만약 해당 일정 구역이 실제 정전이 아닌 것으로 판단<S515>되면 별다른 조치를 취하지 않는다. 즉 5초 이내에 3개 이상의 건물에 설치된 정전 감지부(131')로부터 정전 정보를 수신하였으나 3개 이상의 건물이 서로 다른 구역에 위치한 건물인 경우, 또는 같은 단위 구역 내에 위치한 건물 3 곳으로부터 정전 정보를 수신하였으나 서로 5초 이상의 시간 차이를 두고 수신하였을 경우는 정전 정보를 전송한 건물이 포함된 단위 구역에 공통으로 정전이 발생한 것이 아니라고 판단하는 것이며, 정전 정보를 전송한 건물(491) 내에서만 전원 공급에 문제가 발생한 것이기 때문에 연료의 공급이 원천적으로 차단되어 다른 건물(492,493)에 연료 공급이 중단되는 것을 방지하는 것이다.
반면 해당 일정 구역이 실제 정전인 것으로 판단<S515>되면, 중앙 관리 시스템(400)은 해당 구역의 연료 공급을 모두 차단<S520>한다. 따라서 전동 밸브 컨트롤러(100')가 장착되지 않은 건물(492,493)에서도 정전 상태에서 지속적으로 연료가 유입되어 위험할 수 있는 상황을 없애주는 것이다.
또한 중앙 관리 시스템(400)은 미리 지정된 관리자와 가입자들에게도 비상 상황을 통지<S525>함으로써 상황에 대처할 수 있도록 한다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
10 : 전동 밸브
20 : 전원공급수단
100,100' : 전동 밸브 컨트롤러
110 : 개폐 회로
111 : 릴레이
S1 : 제1 릴레이 스위치
S2 : 제2 릴레이 스위치
112 : 축전기
120 : 전원 절약 회로
131' : 정전 감지부
400 : 중앙 관리 시스템
410 : 인터페이스부
420 : 정보 수신부
430 : 정전 판단부
440 : 연료 공급 제어부
450 : 비상 통지부

Claims (7)

  1. 전동 밸브의 제1 단자, 제2 단자 및 제3 단자와 연결되어 외부로부터 전원을 공급받아 상기 전동 밸브를 제어하는 전동 밸브 컨트롤러이며,
    외부로부터 전원을 공급 받으면 상기 전동 밸브의 제1 단자에 (+) 전원을 공급하고 상기 제2 단자에 (-) 전원을 공급하여 상기 전동 밸브가 개방되도록 하되, 상기 외부 공급 전원을 축전기에 저장함으로써 상기 외부 전원 공급이 차단되면 상기 축전기에 저장된 전원으로 상기 제2단자에 (+) 전원을 공급하고 상기 제1 단자에 (-) 전원을 공급하여 상기 전동 밸브가 폐쇄되도록 하는 개폐 회로; 및
    상기 전동 밸브의 제3 단자로부터 전원이 입력되는지의 여부에 따라 소모 전력을 제어하는 전원 절약 회로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 전동 밸브 컨트롤러.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 개폐 회로는,
    상기 외부로부터 공급되는 전원을 저장하는 축전기;
    상기 전동 밸브의 제1단자를 상기 외부 공급 전원 또는 접지 연결시키는 제1 릴레이 스위치;
    상기 전동 밸브의 제2단자를 상기 축전기 또는 접지 연결시키는 제2 릴레이 스위치; 및
    상기 외부로부터 전원을 공급 받으면 상기 제1 릴레이 스위치 및 제2 릴레이 스위치를 제어하여 상기 전동 밸브의 제1단자를 상기 외부 공급 전원에 연결시키고 상기 제2단자는 접지 연결시키도록 하며, 상기 외부로부터 공급되는 전원이 차단되면 상기 제1 릴레이 스위치 및 제2 릴레이 스위치를 제어하여 상기 전동 밸브의 제1단자를 접지 연결시키고 상기 제2단자는 상기 축전기에 연결시키도록 하는 릴레이;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 전동 밸브 컨트롤러.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 전원 절약 회로는, 상기 개폐 회로의 릴레이를 구동시키는 전류가 통과하는 제1 경로 및 제2 경로;를 포함하며,
    상기 제1 경로 상에는 상기 전동 밸브를 개방시키는 동안 전류가 통과하는 제1 저항 및 제1 트랜지스터가 연결되어 있고, 상기 제2 경로 상에는 상기 전동 밸브가 완전히 개방된 이후 전류가 통과하는 제2 저항 및 제2 트랜지스터가 연결되어 있으며, 상기 제1 저항의 크기는 상기 제2 저항의 크기보다 작고, 상기 제1 트랜지스터의 베이스단은 상기 제2 트랜지스터의 컬렉터단에 연결되며, 상기 제2 트랜지스터는 상기 전동 밸브가 완전히 개방되었을 시 신호를 출력하는 상기 전동 밸브의 제3 단자와 연결됨으로써,
    상기 전동 밸브를 개방시키는 동안에는 상기 제1 트랜지스터의 베이스단에 전원이 공급되어 상기 제1 트랜지스터의 구동으로 상기 릴레이를 구동시키는 전류가 상기 제1 경로 상의 상기 제1 저항 및 제1 트랜지스터를 통과하고,
    상기 전동 밸브가 완전히 개방된 이후에는 상기 제2 트랜지스터의 베이스단에 전원이 공급되어 상기 제2 트랜지스터의 구동으로 상기 릴레이를 구동시키는 전류가 상기 제2 경로 상의 상기 제2 저항 및 제2 트랜지스터를 통과하여,
    상기 전동 밸브가 완전히 개방된 이후에는 상기 전동 밸브가 개방되는 동안보다 상기 릴레이를 구동시키는 소모 전력이 감소되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템의 전동 밸브 컨트롤러.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 전동 밸브의 제2 단자가 상기 축전기와 연결되어 상기 축전기의 전원이 출력되는 것을 감지하고, 상기 축전기의 전원이 출력되는 것을 감지한 정전 정보를 유무선 통신망을 통해 원격으로 송출하는 정전 감지부;를 더 포함하는 것을 특징으로 연료 전지 시스템의 전동 밸브 컨트롤러.
  5. 제4항에 따른 전동 밸브 컨트롤러의 상기 정전 감지부로부터 정전 정보를 수신하는 정보 수신부;
    상기 정보 수신부에서 정전 정보를 수신하면, 상기 정전 정보를 전송한 건물(또는 가정)이 위치한 일정 구역에 실제 정전이 발생하였는지 판단하는 정전 판단부; 및
    상기 정전 판단부에서 상기 정전 정보를 전송한 건물(또는 가정)이 위치한 일정 구역에 실제 정전이 발생하였는지 판단하면 상기 일정 구역의 연료 공급을 차단시키는 연료 공급 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 발생 구역의 연료 공급을 차단하는 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 정전 판단부는, 상기 정전 정보를 전송한 건물(또는 가정)이 위치한 일정 구역 내에서 일정 시간 이내에 적어도 3회 이상의 정전 정보가 전송되는 것이 확인되었을 경우 상기 일정 구역에 실제 정전이 발생하였다고 판단하는 것을 특징으로 하는 정전 발생 구역의 연료 공급을 차단하는 시스템.
  7. 제4항에 따른 전동 밸브 컨트롤러의 상기 정전 감지부로부터 정전 정보를 수신하는 단계;
    상기 정전 정보를 수신하면, 상기 정전 정보를 전송한 건물(또는 가정)이 위치한 일정 구역에 실제 정전이 발생하였는지 확인하는 단계; 및
    상기 정전 정보를 전송한 건물(또는 가정)이 위치한 일정 구역에 실제 정전이 발생한 것으로 확인되면, 상기 일정 구역의 연료 공급을 차단시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전 발생 구역의 연료 공급을 차단하는 방법.
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