KR101411544B1 - Fuel cell emergency stop system and method - Google Patents

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Abstract

연료전지 시스템의 비상 정지 장치 및 방법이 개시된다. 연료전지 시스템의 비상 정지 장치는, 연료전지스택, 상기 연료전지스택에 전력 생산을 위한 산소 및 수소를 공급하는 MBOP와, 상기 연료전지스택에 연결되어 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 EBOP를 포함하는 연료전지 시스템의 비상 정지 장치에 있어서, EBOP의 작동 이상 여부를 감지하는 EBOP 작동 이상 감지기와, 연료전지스택과 MBOP 사이에 설치되어, EBOP 작동 이상 감지기의 이상 신호 발생시에, MBOP로부터 공급되는 산소 및 수소가 연료전지스택에 공급되지 않도록 우회 배출하는 제1 바이패스부와, 연료전지스택 후단의 배출 유로에 설치되어 EBOP 작동 이상 감지기의 이상 신호 발생시에 연료전지스택으로부터 배출되는 배출가스를 우회 배출하는 제2 바이패스부와, EBOP 작동 이상 감지기로부터 전송된 감지신호를 전송 받아 이상 작동 신호로 확인되면 제1 바이패스부 및 상기 제2 바이패스부를 작동 제어하는 컨트롤러를 포함한다.An emergency stop device and method for a fuel cell system are disclosed. An emergency stop device of a fuel cell system includes a fuel cell stack, an MBOP for supplying oxygen and hydrogen for power generation to the fuel cell stack, and an EBOP connected to the fuel cell stack for converting a DC power source to an AC power source An emergency stop device for a fuel cell system, comprising: an EBOP operation abnormality sensor for detecting whether an operation of an EBOP is abnormal; and an oxygen concentration sensor provided between the fuel cell stack and the MBOP, A first bypass unit for bypassing the fuel cell stack so that hydrogen is not supplied to the fuel cell stack; and a second bypass unit for bypassing the exhaust gas discharged from the fuel cell stack when an abnormal signal of the EBOP operation abnormality sensor is generated, And a second bypass unit for receiving the sensing signal transmitted from the EBOP operation abnormality detector, When a first bypass portion and a controller for controlling the second bypass portion operation.

Description

연료전지 시스템의 비상 정지 장치 및 방법{FUEL CELL EMERGENCY STOP SYSTEM AND METHOD}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an emergency stop device and method for a fuel cell system,

본 발명은 연료전지의 발전 시스템의 고장시에 연료 전지 발전 시스템의 비상 정지가 가능한 연료전지 시스템의 비상 정지 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an emergency stop apparatus for a fuel cell system capable of emergency stopping a fuel cell power generation system in the event of a failure of a power generation system of a fuel cell.

화석 연료가 고갈되어가고 지구 온난화가 현실적인 문제로 대두되면서 지속적이고 친환경적인 에너지 공급원에 대한 필요성이 높아지고 있다. 지금까지 개발되고 있는 대표적인 신재생 에너지원으로는, 무한한 태양 에너지를 이용한 태양광 발전, 바람을 동력으로 이용하는 풍력 발전, 그리고 수소와 산소의 화학 반응으로 전기와 열을 생산하는 연료 전지 등이 있다.As fossil fuels become depleted and global warming becomes a real problem, the need for sustainable and environmentally friendly energy sources is increasing. Typical renewable energy sources that have been developed so far include solar power using infinite solar energy, wind power using wind as a power source, and fuel cells that produce electricity and heat through the chemical reaction of hydrogen and oxygen.

연료전지를 이용한 발전은 환경에 친화적이면서 태양광 발전이나 풍력 발전과 비교해 환경 조건에 구애받지 않고 지속적인 전력 생산이 가능한 장점이 있다. Fuel cell power generation is environmentally friendly and has advantages in that it can generate electricity continuously regardless of environmental conditions compared with solar power or wind power generation.

이러한 연료전지를 이용한 발전 시스템은, 연료전지 스택과, MBOP(mechanical balance of plant)와, EBOP(ELECTRICAL BALANCE OF PLANT)를 포함한다. 여기서, MBOP는 연료전지스택에 전력 생산을 위한 산소 및 수소를 공급하는 장치이다. 그리고 EBOP는 연료전지스택에 연결되어 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 장치다.Such a fuel cell-based power generation system includes a fuel cell stack, a mechanical balance of plant (MBOP), and an electrical balance of plant (EBOP). Here, the MBOP is a device for supplying oxygen and hydrogen for power generation to the fuel cell stack. And EBOP is connected to the fuel cell stack and converts the DC power to AC power.

한편, 연료전지를 이용한 계속적인 발전 과정에서 설비의 노후화 등으로 인하여 EBOP의 인버터 등의 고장으로 작동 불능 상태가 되면, 연료전지스택과 MBOP 등의 설비 손상이 발생될 수 있는 문제점이 있다.On the other hand, if the EBOP inverter is disabled due to the deterioration of the equipment during the continuous power generation process using the fuel cell, there is a problem that equipment damage such as fuel cell stack and MBOP may occur.

본 발명의 일 실시예는 연료전지 시스템의 고장 상태에서 전력 생산을 비상 정지하여 관련 설비 손상이 발생되지 않도록 하는 연료전지 시스템의 비상 정지 장치를 제공하고자 한다. An embodiment of the present invention is to provide an emergency stop device for a fuel cell system that prevents generation of related equipment damage by emergency stopping of power generation in a fault state of the fuel cell system.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 비상 정지 장치는, 연료전지스택과, 연료전지스택에 전력 생산을 위한 산소 및 수소를 공급하는 MBOP와 연료전지스택에 연결되어 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 EBOP를 포함하는 연료전지 시스템의 비상 정지 장치에 있어서, EBOP의 작동 이상 여부를 감지하는 EBOP 작동 이상 감지기와, 연료전지스택과 MBOP 사이에 설치되어, EBOP 작동 이상 감지기의 이상 신호 발생시에, MBOP로부터 공급되는 산소 및 수소가 연료전지스택에 공급되지 않도록 우회 배출하는 제1 바이패스부와, 연료전지스택 후단의 배출 유로에 설치되어 EBOP 작동 이상 감지기의 이상 신호 발생시에 연료전지스택으로부터 배출되는 배출가스를 우회 배출하는 제2 바이패스부와, EBOP 작동 이상 감지기로부터 전송된 감지신호를 전송 받아 이상 작동 신호로 확인되면 제1 바이패스부 및 상기 제2 바이패스부를 작동 제어하는 컨트롤러를 포함한다. An emergency stop device of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell stack, an MBOP for supplying oxygen and hydrogen for power generation to the fuel cell stack, and an MBOP connected to the fuel cell stack, An EBOP operation abnormality sensor for detecting whether an operation error of the EBOP is abnormal; an abnormality detection unit for detecting an abnormality of the EBOP operation abnormality detector installed between the fuel cell stack and the MBOP, A first bypass unit for bypassing and discharging oxygen and hydrogen supplied from the MBOP so as not to be supplied to the fuel cell stack, and a second bypass unit disposed in a discharge passage at the rear end of the fuel cell stack for discharging the fuel cell stack A second bypass unit for bypassing and discharging the exhaust gas, and a second bypass unit for receiving the sensing signal transmitted from the EBOP operation abnormality detector If confirmed by the operation signal includes a first bypass portion and a controller for controlling the second bypass portion operation.

제1 바이패스부는, 연료연지스택과 MBOP 사이의 연결 유로에 일단이 연결되고, 타단은 연료전지스택을 우회하도록 연장되어 산소 및 수소를 우회 배출하는 제1 우회라인과, 제1 우회라인에 설치되어 EBOP 작동 이상 감지기의 작동 신호에 따라 제1 우회라인을 개방하는 제1 개폐밸브를 포함할 수 있다. The first bypass unit includes a first bypass line having one end connected to a connection path between the fuel pudding stack and the MBOP and the other end extending to bypass the fuel cell stack and bypassing oxygen and hydrogen, And a first open / close valve for opening the first bypass line according to an operation signal of the EBOP operation abnormality detector.

제2 바이패스부는, 연료전지스택의 후단에서 배출가스가 이동되는 배출 유로에 일단이 연결되고 타단은 대기중으로 개방되는 제2 우회라인과, 제2 우회라인에 설치되어 EBOP 작동 이상 감지기의 작동 신호에 따라 제2 우회라인을 개방하는 제2 개폐밸브를 포함할 수 있다. The second bypass unit includes a second bypass line, one end of which is connected to a discharge channel through which the exhaust gas is moved at the rear end of the fuel cell stack and the other end is open to the atmosphere, and a second bypass line provided at the second bypass line, And a second open / close valve for opening the second bypass line according to the second bypass line.

EBOP 작동 이상 감지기의 작동 이상 감지 신호 발생시에, 산소와 수소 및 배출가스가 배출된 후 제1 바이패스부 및 제2 바이패스부를 폐쇄한 상태에서 연결 유로 및 상기 배출 유로에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부를 더 포함할 수 있다. And an inert gas supply unit for supplying an inert gas to the connection flow path and the discharge flow path in a state where the first bypass unit and the second bypass unit are closed after oxygen, hydrogen, and exhaust gas are discharged when an operation abnormality detection signal of the EBOP operation abnormality detector is generated, And a gas supply unit.

불활성 가스 공급부는, 연결 유로 또는 상기 배출 유로에 일단이 연결되는 공급 라인과, 공급 라인을 개폐하는 제3 개폐밸브와, 공급 라인에 불활성 가스를 공급하는 질소 가스 공급부를 포함할 수 있다. The inert gas supply unit may include a supply line connected at one end to the connection passage or the discharge passage, a third opening / closing valve for opening / closing the supply line, and a nitrogen gas supply unit supplying the inert gas to the supply line.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 비상 정지 방법은, (a) 연료전지 시스템의 EBOP의 고장 여부를 확인하는 단계와, (b) 상기 (a) 단계의 EBOP가 고장 상태로 확인되면, 연료전지스택에 유입되는 산소 및 수소를 우회 경로로 바이패스하는 단계와, (c) 상기 (a) 단계의 EBOP가 고장 상태로 확인되면 연료전지스택에서 배출되는 배출 가스를 우회 경로로 배출하도록 바이패스하는 단계를 포함한다. The method includes the steps of: (a) confirming whether the EBOP of the fuel cell system has failed; (b) if the EBOP of the step (a) is confirmed to be in a failure state Bypassing the oxygen and hydrogen flowing into the fuel cell stack by a bypass path; and (c) if the EBOP in the step (a) is determined to be in a failure state, discharging the exhaust gas from the fuel cell stack to the bypass path And bypassing.

(c) 단계 이후에, (d) 상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계의 산소와 수소 및 배출 가스의 배출을 완료한 상태에서 우회 경로를 폐쇄한 상태에서 연료전지 시스템의 유로에 불활성 가스를 충진하는 단계를 더 포함할 수 있다. (c), and (d) the oxygen and hydrogen and the exhaust gas are exhausted in the steps (b) and (c) As shown in FIG.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료 전지 시스템의 고장 상태에서 발전을 위한 산소, 수소 또는 배출 가스 등이 연료 전지 스택으로 유입되지 않도록 신속한 비상 정지가 가능하도록 함으로써, 연료 전지 시스템의 설비 손상이 발생되지 않도록 할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, it is possible to perform a rapid emergency stop so that oxygen, hydrogen, or exhaust gas for power generation in a fault state of the fuel cell system is prevented from flowing into the fuel cell stack, .

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료전지 시스템의 비상 정지 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 시스템의 비상 정지 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 비상 정지 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.1 is a schematic view of an emergency stop device of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
2 is a schematic view of an emergency stop device of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.
3 is a flowchart schematically showing a method of emergency stop of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

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. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, which will be readily apparent to those skilled in the art to which the present invention pertains. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 비상 정지 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a schematic view of an emergency stop device of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 비상 정지 장치(100)는, 연료전지스택(10)과, 연료전지스택(10)에 전력 생산을 위한 산소 및 수소를 공급하는 MBOP(Mechanical Balance Of Plant, 20)와, 연료전지스택(10)에 연결되어 직류 전력을 교류 전원으로 변환하는 EBOP(Electrical Balance Of Plant, 30)와, EBOP(30)의 작동 이상 여부를 감지하는 EBOP 작동 이상 감지기(40)와, 연료전지스택(10)과 MBOP(20) 사이에 설치되어 산소 및 수소가 상기 연료전지스택에 공급되지 않도록 하는 제1 바이패스부(50)와, 연료전지스택(10)의 후단의 배출 유로에 설치되어 연료전지스택(10)으로부터 배출되는 배출가스를 우회 배출하는 제2 바이패스부(60) 및 컨트롤러(70)를 포함한다. 참조번호 27은 연료 공급부이고, 29는 열교환기이다.1, an emergency stop apparatus 100 of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 10, a fuel cell stack 10, And an EBOP (Electrical Balance of Plant) 30 connected to the fuel cell stack 10 to convert DC power to AC power, A first bypass unit 50 installed between the fuel cell stack 10 and the MBOP 20 to prevent oxygen and hydrogen from being supplied to the fuel cell stack, And a second bypass unit 60 and a controller 70 installed in the exhaust passage at the rear end of the fuel cell stack 10 to bypass the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10. Reference numeral 27 denotes a fuel supply unit, and 29 denotes a heat exchanger.

연료전지스택(10)은 선박에 설치되어, 선박 구동을 위한 전력 공급원으로 사용된다. 이러한 연료전지스택(10)의 전단에는 MBOP(20)가 설치된다.The fuel cell stack 10 is installed in the ship and is used as a power source for driving the ship. A MBOP (20) is installed at the front end of the fuel cell stack (10).

MBOP(20)는 연료전지스택(10)의 전단에서 연결 유로(21)를 통래 연료전지스택(10)에 연결되는 것으로서 연료전지스택(10)의 발전을 위한 산소 및 수소를 공급한다.The MBOP 20 is connected to the outflow fuel cell stack 10 at the front end of the fuel cell stack 10 and supplies oxygen and hydrogen for power generation of the fuel cell stack 10.

그리고 연료전지스택(10)에는 EBOP(30)가 설치된다.In the fuel cell stack 10, an EBOP 30 is installed.

EBOP(30)는 연료전지스택(10)에서 발전된 전력을 공급받도록 연결된다. 이러한 EBOP(30)는 연료전지스택(10)으로부터 발전된 직류 형태의 전력을 공급받아, 계통전원과 같은 주파수를 갖는 교류의 발전 전원으로 변환하여 공급한다.The EBOP 30 is connected to receive power generated from the fuel cell stack 10. The EBOP 30 receives the DC power generated from the fuel cell stack 10 and converts it into AC power having the same frequency as that of the grid power.

한편, EBOP(30)에는 EBOP(30)의 정상 작동 상태 여부를 확인하는 EBOP 작동 이상 감지기(40)가 설치된다.On the other hand, the EBOP 30 is provided with an EBOP operation abnormality detector 40 for checking whether the EBOP 30 is operating normally.

EBOP 작동 이상 감지기(40)는, EBOP(30)에 연결되어 EBOP(30)의 작동 신호를 센싱한다. EBOP 작동 이상 감지기(40)로부터 센싱된 EBOP(30)의 작동 센싱 신호는 컨트롤러(70)로 전달한다.The EBOP operation abnormality detector 40 is connected to the EBOP 30 to sense an operation signal of the EBOP 30. [ The operation sensing signal of the EBOP 30 sensed by the EBOP operation abnormality detector 40 is transmitted to the controller 70.

컨트롤러(70)는 EBOP 작동 이상 감지기(40)로부터 센싱 신호를 전송받아 EBOP(30)의 정상 작동 여부를 확인한다. 만약 컨트롤러(70)는 EBOP 작동 이상 감지기(40)로부터 전송된 신호가 정상 신호 범위를 벗어난 것으로 판단되면, 제1 바이패스부(50) 및 제2 바이패스부(60)가 개방되도록 작동 제어한다. 이와 같이, 컨트롤러(70)를 이용하여 제1 바이패스부(50) 및 제2 바이패스부(60)의 개방 작동 제어를 하는 것은, EBOP(30)의 작동 이상시에 MBOP(20) 및 연료전지스택(10)의 설비 손상 없이 비상 정지 작동이 가능하도록 하기 위한 것이다. 이에 대해서는 이하에서 제1 바이패스부(50) 및 제2 바이패스부(60)를 설명하면서 보다 구체적으로 설명한다.The controller 70 receives the sensing signal from the EBOP operation abnormality detector 40 and confirms whether the EBOP 30 is operating normally. If the controller 70 determines that the signal transmitted from the EBOP operation abnormality detector 40 is out of the normal signal range, the controller 70 controls the first bypass unit 50 and the second bypass unit 60 to be opened . The control of the open operation of the first bypass unit 50 and the second bypass unit 60 by using the controller 70 as described above is performed when the operation of the MBOP 20 and the fuel cell So that the emergency stop operation can be performed without damaging the equipment of the stack 10. Hereinafter, the first bypass unit 50 and the second bypass unit 60 will be described in more detail.

제1 바이패스부(50)는, 산소 및 수소를 우회 배출하는 제1 우회라인(51) 및 제1 우회라인(51)을 선택적으로 개폐하는 제1 개폐밸브(53)를 포함한다.The first bypass unit 50 includes a first bypass line 51 for bypassing and discharging oxygen and hydrogen, and a first on-off valve 53 for selectively opening and closing the first bypass line 51.

제1 우회라인(51)은 일단은 연료전지스택(10)과 MBOP(20)의 사이에서 연결 유로(21)에 연결되고, 타단은 연료전지스택(10)을 우회하도록 연장된다. 따라서, 연결 유로(21)를 따라 연료전지스택(10) 방향으로 이동되는 산소 및 수소는 EBOP(30)의 작동 이상시에 연료전지스택(10)으로 공급되지 않고 제1 우회라인(51)을 따라 우회하여 배출될 수 있다. 제1 우회라인(51)에는 제1 개폐밸브(53)가 설치되어 산소 및 수소의 선택적인 배출이 가능하도록 한다.The first bypass line 51 is connected at one end to the connection flow path 21 between the fuel cell stack 10 and the MBOP 20 and at the other end to extend to bypass the fuel cell stack 10. [ Therefore, oxygen and hydrogen which are moved in the direction of the fuel cell stack 10 along the connection flow path 21 are not supplied to the fuel cell stack 10 at the time of operation failure of the EBOP 30 but are supplied along the first bypass line 51 Can be bypassed and discharged. The first bypass line (51) is provided with a first on-off valve (53) to selectively discharge oxygen and hydrogen.

제1 개폐밸브(53)는 제1 우회라인(51)을 선택적으로 개폐 가능하게 설치되는 것으로서, 컨트롤러(70)의 제어로 작동되는 비례제어 솔레노이드 밸브 등으로 설치될 수 있다. 제1 개폐밸브(53)의 개방 작동은 컨트롤러(70)가 EBOP 작동 이상 감지기(40)로부터 신호를 전송받아 EBOP(30)의 고장 상태로 확인하면 개방된다.The first on-off valve 53 is provided to selectively open and close the first bypass line 51, and may be provided with a proportional control solenoid valve or the like operated under the control of the controller 70. The opening operation of the first opening and closing valve 53 is opened when the controller 70 receives a signal from the EBOP operation abnormality detector 40 and confirms that the EBOP 30 is in a failure state.

이와 같은 구성에 의해 제1 바이패스부(50)는 연료전지스택(10)으로 산소 및 수소가 공급되지 않도록 함으로써, 고장 상태에서 산소 및 수소의 공급에 의해 설비 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.With such a configuration, the first bypass unit 50 can prevent oxygen and hydrogen from being supplied to the fuel cell stack 10, thereby preventing equipment damage from being caused by supply of oxygen and hydrogen in a failed state .

그리고 연료전지스택(10)의 후단에는 제2 바이패스부(60)가 설치된다.A second bypass unit 60 is installed at the rear end of the fuel cell stack 10.

제2 바이패스부(60)는 연료전지스택(10)의 후단의 배출 유로(23)에 설치되어, EBOP 작동 이상 감지기(40)의 이상 신호 발생시에 연료전지스택(10)으로부터 배출되는 배출가스를 우회 배출한다.The second bypass unit 60 is installed in the discharge passage 23 at the rear end of the fuel cell stack 10 and detects an exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 when an abnormal signal of the EBOP operation abnormality detector 40 is generated. .

이어한 제2 바이패스부(60)는, 배출 가스를 우회 배출하는 제2 우회라인(61)과, 제2 우회라인(61)을 선택적으로 개폐하는 제2 개폐밸브(63)를 포함한다.The second bypass unit 60 includes a second bypass line 61 for bypassing the exhaust gas and a second on-off valve 63 for selectively opening and closing the second bypass line 61.

제2 우회라인(61)은 일단은 배출 유로(23)에 연결되고 타단은 대기중으로 개방된다. 따라서, 배출 유로(23)를 따라 이동되는 배출 가스가 연료전지스택(10)으로 재순환되지 않고 대기로 배출되도록 한다. 보다 구체적으로 설명하면 배출 유로(23)에는 촉매 연소기(25)가 설치될 수 있다. 따라서, 배출 유로(23)를 따라 이동되는 배출 가스는 촉매 연소기(25)에 의해 배출 가스에 포함된 연료가 제거되고, 연료가 제거된 배출 가스는 다시 연료전지스택(10)으로 회수하여 사용할 수 있도록 한다. 그러나 EBOP(30)의 고장에 의한 전력 생산이 불가능한 상태에서 배출 가스를 연료전지스택(10)에 다시 공급하게 되면 연료전지스택(10)의 고장이 발생될 수 있다. 따라서, 본 실시예에서와 같이 제2 우회라인(61)을 배출 유로(23) 상에 설치하여 EBOP(30)의 고장시 배출 가스를 대기중으로 배출하고 연료전지스택(10)에 재공급되지 않도록 하여 설비 손상을 방지하는 것이 가능하다. 제2 우회라인(61)에는 제2 개폐밸브(63)가 설치되어 배출 가스의 선택적인 배출이 가능하도록 한다.The second bypass line (61) is connected to the discharge flow passage (23) at one end and opened to the atmosphere at the other end. Thus, the exhaust gas traveling along the discharge flow passage 23 is discharged to the atmosphere without being recirculated to the fuel cell stack 10. [ More specifically, a catalyst combustor 25 may be installed in the discharge flow passage 23. Therefore, the exhaust gas that is moved along the discharge flow passage 23 is exhausted by the catalytic combustor 25, and the exhaust gas from which the fuel is removed is returned to the fuel cell stack 10 to be used . However, if the exhaust gas is supplied again to the fuel cell stack 10 in a state in which power generation due to the failure of the EBOP 30 is impossible, the failure of the fuel cell stack 10 may occur. Therefore, as in the present embodiment, the second bypass line 61 is provided on the discharge passage 23 to discharge the exhaust gas into the atmosphere when the EBOP 30 fails and to prevent the supply of the exhaust gas to the fuel cell stack 10 It is possible to prevent equipment damage. The second bypass line (61) is provided with a second opening / closing valve (63) so that exhaust gas can be selectively discharged.

제2 개폐밸브(63)는 제2 우회라인(61)을 선택적으로 개폐 가능하게 설치되는 것으로서, 컨트롤러(70)의 제어로 작동되는 비례제어 솔레노이드 밸브 등으로 설치될 수 있다. 제2 개폐밸브(63)의 개방 작동은 컨트롤러(70)가 EBOP 작동 이상 감지기(40)로부터 신호를 전송받아 EBOP(30)의 고장 상태로 확인하면 개방된다. The second on-off valve 63 is provided to selectively open and close the second bypass line 61, and may be provided with a proportional control solenoid valve operated under the control of the controller 70. The opening operation of the second opening and closing valve 63 is opened when the controller 70 receives a signal from the EBOP operation abnormality detector 40 and confirms that the EBOP 30 is in a failure state.

이와 같은 구성에 의해 제2 바이패스부(60)는 연료전지스택(10)으로 회수된 연료가 공급되지 않도록 함으로써, 고장 상태에서 연료 공급에 의해 연료전지스택(10) 등의 설비 손상이 발생되는 것을 방지할 수 있다.With such a configuration, the second bypass unit 60 prevents the fuel recovered in the fuel cell stack 10 from being supplied, thereby causing damage to the equipment, such as the fuel cell stack 10, Can be prevented.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 시스템의 비상 정지 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 1과 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재를 말한다. 이하에서 도 1과 동일 참조번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다.2 is a schematic view of an emergency stop device of a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention. The same reference numerals as in Fig. 1 refer to the same members having the same function. Hereinafter, the same reference numerals as in FIG. 1 will not be described in detail.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료전지 시스템의 비상 정지 장치(200)는, EBOP 작동 이상 감지기(40)의 작동 이상 감지 신호 발생시에 연결 유로(21) 및 배출 유로(23)에 불황성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부(110)가 설치된다.As shown in FIG. 2, the emergency stop device 200 of the fuel cell system according to the second embodiment of the present invention includes a connection path 21 and a discharge port An inert gas supply unit 110 for supplying a depressurizing gas to the flow path 23 is provided.

불활성 가스 공급부(110)는 연결 유로(21) 또는 배출 유로(23)에 일단이 연결되는 공급 라인(111)과, 공급 라인(111)을 개폐 가능하게 설치되는 제3 개폐밸브(113) 및 공급 라인(111)에 불활성 가스를 공급하는 질소 가스 공급부(115)를 포함한다. The inert gas supply unit 110 includes a supply line 111 having one end connected to the connection passage 21 or the discharge passage 23, a third open / close valve 113 provided to open / close the supply line 111, And a nitrogen gas supply unit 115 for supplying an inert gas to the line 111.

공급 라인(111)은 연결 유로(21) 및 배출 유로(23)에 각각 연결되는 것도 가능하고, 연결 유로(21) 또는 배출 유로(23)의 어느 하나에 연결되는 것도 가능하다. 본 실시예에서는 공급 라인(111)이 연결 유로(21)에 연결되는 것을 예시적으로 설명한다. 공급 라인(111)에는 제3 개폐밸브(113)가 설치된다.The supply line 111 may be connected to the connection passage 21 and the discharge passage 23 and may be connected to either the connection passage 21 or the discharge passage 23. In the present embodiment, the supply line 111 is connected to the connection channel 21 by way of example. A third open / close valve 113 is provided in the supply line 111.

제3 개폐밸브(113)는 공급 라인(111)을 선택적으로 개폐 가능하게 설치되는 것으로서, 컨트롤러(70)의 제어로 작동되는 비례제어 솔레노이드 밸브 등으로 설치될 수 있다. 제3 개폐밸브(113)의 개방 작동은 컨트롤러(70)가 EBOP 작동 이상 감지기(40)로부터 신호를 전송받아 EBOP(30)의 고장 상태로 확인하면 개방된다.The third on-off valve 113 is installed to selectively open and close the supply line 111, and may be installed as a proportional control solenoid valve operated under the control of the controller 70. The opening operation of the third opening / closing valve 113 is opened when the controller 70 receives a signal from the EBOP operation abnormality detector 40 and confirms that the EBOP 30 is in a failure state.

질소 가스 공급부(115)는 공급 라인(111)에 연결되어 연료전지발전 시스템의 전체 유로에 질소 가스를 공급한다. 이에 따라, 연료전지 시스템의 고장에 의한 2차적인 손상이 발생되는 것을 방지하는 것이 가능하다.The nitrogen gas supply unit 115 is connected to the supply line 111 to supply nitrogen gas to the entire flow path of the fuel cell power generation system. This makes it possible to prevent secondary damage caused by a failure of the fuel cell system.

질소 가스 공급부(115)의 작동은 컨트롤러(70)의 제어 작동에 의해 제3 개폐밸브(113)의 개방 작동과 함께 이루어지는 것으로서, 컨트롤러(70)가 EBOP 작동 이상 감지기(40)로부터 신호를 전송받아 EBOP(30)의 고장 상태로 확인하면 작동된다. 보다 구체적으로 설명하면, 컨트롤러(70)는 EBOP(30)의 고장 신호를 확인하고 제1 개폐밸브(53) 및 제2 개폐밸브(63)를 개방하여 연료전지 시스템 내부를 흐르는 산소 및 연료를 대기중으로 배출한다. 그리고, 컨트롤러(70)는 제1 개폐밸브(53) 및 제2 개폐밸브(63)를 폐쇄한 상태에서 제3 개폐밸브(113)의 개방 제어하고 질소 가스 공급부(115)를 작동하여 불활성 가스인 질소 가스가 연료전지 시스템의 유로 내에 충진되도록 한다. 이와 같이 질소 가스를 연료전지 시스템의 내부에 충진되도록 함으로써, 설비 손상이 발생되는 것을 방지하는 것이 가능하다.The operation of the nitrogen gas supply unit 115 is performed together with the opening operation of the third on-off valve 113 by the control operation of the controller 70. When the controller 70 receives a signal from the EBOP operation abnormality detector 40 It is activated when the EBOP (30) is confirmed as faulty. More specifically, the controller 70 confirms the failure signal of the EBOP 30 and opens the first on-off valve 53 and the second on-off valve 63 to open the oxygen and fuel flowing in the fuel cell system Lt; / RTI > The controller 70 controls the opening and closing of the third on-off valve 113 while the first on-off valve 53 and the second on-off valve 63 are closed and operates the nitrogen gas supply unit 115 to supply inert gas So that the nitrogen gas is filled in the flow path of the fuel cell system. By filling the inside of the fuel cell system with the nitrogen gas in this way, it is possible to prevent the occurrence of damage to the equipment.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 비상 정지 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다. 도 1 및 도 2와 동일 참조 번호는 동일 기능의 동일 부재를 말한다. 이하에서, 도 1 및 도 2와 동일 참조번호에 대해서는 그 자세한 설명을 생략한다. 3 is a flowchart schematically showing a method of emergency stop of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 1 and 2 denote the same members having the same function. Hereinafter, the detailed description of the same reference numerals as in Figs. 1 and 2 will be omitted.

먼저, 연료전지 시스템을 구성하는 EBOP(30)의 고장 여부를 확인한다(S10). EBOP(30)의 고장 여부는 EBOP(30)에 EBOP 작동 이상 감지기(40)를 이용하여 EBOP(30)의 출력 신호를 센싱하여 고장 여부를 확인한다.First, it is checked whether the EBOP 30 constituting the fuel cell system is malfunctioning (S10). The failure of the EBOP 30 can be detected by sensing the output signal of the EBOP 30 using the EBOP operation abnormality detector 40 in the EBOP 30.

다음, S10 단계에서 EBOP(30)의 고장 상태로 확인되면 연료전지스택(10)에 유입되는 산소 및 수소를 우회 경로로 바이패스한다(S20). 연료전지스택(10)의 전단에는 MBOP(20)가 설치되어 연료전지스택(10)에 발전을 위한 산소 및 수소를 공급한다. 따라서, MBOP(20)와 연료전지스택(10)의 사이에 우회경로인 제1 바이패스부(50)를 설치하여 산소 및 수소를 연료전지스택(10)에 공급되지 않고 대기로 우회 배출할 수 있어, EBOP(30)의 고장시에 설비 손상이 발생되지 않도록 한다.Next, if it is confirmed that the EBOP 30 is in a failure state in step S10, oxygen and hydrogen flowing into the fuel cell stack 10 are bypassed by a bypass path (S20). A MBOP (20) is installed at the front end of the fuel cell stack (10) to supply oxygen and hydrogen for power generation to the fuel cell stack (10). Therefore, the first bypass portion 50, which is a bypass path, is provided between the MBOP 20 and the fuel cell stack 10 to allow oxygen and hydrogen to be bypassed to the atmosphere without being supplied to the fuel cell stack 10 So that equipment damage will not occur when the EBOP 30 fails.

이어서, S10 단계에서 EBOP(30)의 고장 상태로 확인되면 연료전지스택(10)에서 배출되는 배출 가스를 대기로 배출하도록 바이패스한다(S30). 여기서 연료전지스택(10)의 후단에는 촉매 연소기(25)가 설치된다. 촉매 연소기(25)는 배출 유로(23)를 따라 이동되는 배출 가스에 포함된 연료를 제거하고, 연료가 제거된 배출 가스를 다시 연료전지스택(10)으로 재공급하여 발전을 위해 사용할 수 있도록 한다. 이러한 촉매 연소기(25)와 연료전지스택(10)의 사이에는 우회경로인 제2 바이패스부(60)가 설치됨으로써 연료전지스택(10)에 배출 가스가 재공급되지 않도록 하여 EBOP(30) 등의 고장시에 설비 손상이 발생되지 않도록 한다. Subsequently, if it is determined in step S10 that the EBOP 30 is in a failure state, the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 10 is bypassed to the atmosphere (S30). Here, a catalytic combustor 25 is installed at the rear end of the fuel cell stack 10. The catalytic combustor 25 removes the fuel contained in the exhaust gas traveling along the discharge passage 23 and re-supplies the fuel-removed exhaust gas to the fuel cell stack 10 so as to be used for power generation . The second bypass unit 60 is provided between the catalytic combustor 25 and the fuel cell stack 10 to prevent the exhaust gas from being supplied to the fuel cell stack 10, In order to prevent damage to the equipment.

한편, S20 단계 및 S30 단계에서 우회경로인 제1 바이패스부(50) 및 제2 바이패스부(60)를 통해서 산소와 수소 및 배출 가스의 배출을 완료한 상태에서 연료전지 시스템의 유로에 불활성 가스를 충진한다(S40). 불활성 가스의 충진은 질소 가스를 공급하는 질소 가스 공급부(115)를 포함하는 불활성 가스 공급부(110)를 통해 이루어진다. On the other hand, in the steps S20 and S30, when the discharge of oxygen, hydrogen, and exhaust gas is completed through the first bypass unit 50 and the second bypass unit 60, which are bypass routes, Filling the gas (S40). The filling of the inert gas is performed through the inert gas supply unit 110 including the nitrogen gas supply unit 115 for supplying the nitrogen gas.

이와 같이, EBOP(30)의 고장시에 질소 가스를 연료전지 시스템의 내부에 충진되도록 함으로써, 설비 손상이 발생되는 것을 방지하는 것이 가능하다.As described above, when the EBOP 30 fails, the nitrogen gas is filled in the fuel cell system, thereby preventing damage to the equipment.

이상, 본 발명을 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명과 균등한 범위에 속하는 다양한 변형예 또는 다른 실시예가 가능하다.The present invention has been described above with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the present invention is not limited thereto, and various modifications or other embodiments falling within the scope of the present invention are possible by those skilled in the art.

10...연료전지스택 20...MBOP
30...EBOP 40...EBOP 작동 이상 감지기
50...제1 바이패스부 51...제1 우회라인
53...제1 개폐밸브 60...제2 바이패스부
61...제2 우회라인 63...제2 개폐밸브
70...컨트롤러 110..불활성 가스 공급부
111..공급 라인 113..제3 개폐밸브
115..질소 가스 공급부10 ... Fuel cell stack 20 ... MBOP
30 ... EBOP 40 ... EBOP operation abnormal detector
50 ... first bypass section 51 ... first bypass line
53 ... first open / close valve 60 ... second bypass section
61 ... second bypass line 63 ... second open / close valve
70 ... controller 110 .. inert gas supply
111 .. Supply line 113 .. Third open / close valve
115. Nitrogen gas supply

Claims (7)

연료전지스택, 상기 연료전지스택에 전력 생산을 위한 산소 및 수소를 공급하는 MBOP와, 상기 연료전지스택에 연결되어 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 EBOP를 포함하는 연료전지 시스템의 비상 정지 장치에 있어서,
상기 EBOP의 작동 이상 여부를 감지하는 EBOP 작동 이상 감지기;
상기 연료전지스택과 상기 MBOP 사이의 연결 유로에 설치되어, 상기 EBOP 작동 이상 감지기의 이상 신호 발생시에, 상기 MBOP로부터 공급되는 산소 및 수소가 상기 연료전지스택에 공급되지 않도록 우회 배출하는 제1 바이패스부;
상기 연료전지스택 후단의 배출 유로에 설치되어, 상기 EBOP 작동 이상 감지기의 이상 신호 발생시에 상기 연료전지스택으로부터 배출되는 배출가스를 우회 배출하는 제2 바이패스부;
상기 EBOP 작동 이상 감지기로부터 전송된 감지신호를 전송 받아 이상 작동 신호로 확인되면, 상기 제1 바이패스부 및 상기 제2 바이패스부를 작동 제어하는 컨트롤러; 및
상기 EBOP 작동 이상 감지기의 작동 이상 감지 신호 발생시에, 상기 산소와 상기 수소 및 상기 배출가스가 배출된 후 상기 제1 바이패스부 및 상기 제2 바이패스부를 폐쇄한 상태에서 상기 연결 유로 및 상기 배출 유로에 불활성 가스를 공급하는 불활성 가스 공급부;
를 포함하는 연료전지 시스템의 비상 정지 장치.1. An emergency stop apparatus for a fuel cell system including a fuel cell stack, an MBOP for supplying oxygen and hydrogen for power generation to the fuel cell stack, and an EBOP connected to the fuel cell stack for converting a DC power source to an AC power source ,
An EBOP operation abnormality detector for detecting whether the operation of the EBOP is abnormal;
A first bypass disposed in a connection path between the fuel cell stack and the MBOP for bypassing and discharging oxygen and hydrogen supplied from the MBOP to the fuel cell stack when an abnormal signal of the EBOP operation abnormality sensor is generated, part;
A second bypass unit installed in an exhaust passage downstream of the fuel cell stack for bypassing exhaust gas discharged from the fuel cell stack when an abnormal signal of the EBOP operation abnormality sensor is generated;
A controller for controlling operation of the first bypass unit and the second bypass unit when the sensing signal transmitted from the EBOP operation abnormality detector is received and the abnormality is confirmed as an abnormal operation signal; And
Wherein the first bypass unit and the second bypass unit are closed after the oxygen, the hydrogen, and the exhaust gas are discharged when an operation abnormality detection signal of the EBOP operation abnormality detector is generated, An inert gas supply unit for supplying an inert gas to the reaction chamber;
And an emergency stop device for the fuel cell system. 제1항에 있어서,
상기 제1 바이패스부는,
상기 연료연지스택과 상기 MBOP 사이의 연결 유로에 일단이 연결되고, 타단은 상기 연료전지스택을 우회하도록 연장되어 상기 산소 및 수소를 우회 배출하는 제1 우회라인; 및
상기 제1 우회라인에 설치되어 상기 EBOP 작동 이상 감지기의 작동 신호에 따라 상기 제1 우회라인을 개방하는 제1 개폐밸브;
를 포함하는 연료전지 시스템의 비상 정지 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first bypass unit includes:
A first bypass line having one end connected to a connection path between the fuel purging stack and the MBOP and the other end extending to bypass the fuel cell stack to bypass the oxygen and hydrogen; And
A first opening / closing valve installed at the first bypass line for opening the first bypass line in accordance with an operation signal of the EBOP operation abnormality detector;
And an emergency stop device for the fuel cell system. 제2항에 있어서,
상기 제2 바이패스부는,
상기 연료전지스택의 후단에서 상기 배출가스가 이동되는 배출 유로에 일단이 연결되고, 타단은 대기중으로 개방되는 제2 우회라인; 및
상기 제2 우회라인에 설치되어 상기 EBOP 작동 이상 감지기의 작동 신호에 따라 상기 제2 우회라인을 개방하는 제2 개폐밸브;
를 포함하는 연료전지 시스템의 비상 정지 장치.3. The method of claim 2,
Wherein the second bypass unit comprises:
A second bypass line having one end connected to an exhaust flow path through which the exhaust gas is moved at the rear end of the fuel cell stack and the other end opened to the atmosphere; And
A second on-off valve installed on the second bypass line for opening the second bypass line in accordance with an operation signal of the EBOP operation abnormality detector;
And an emergency stop device for the fuel cell system. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 불활성 가스 공급부는,
상기 연결 유로 또는 상기 배출 유로에 일단이 연결되는 공급 라인;
상기 공급 라인을 개폐하는 제3 개폐밸브; 및
상기 공급 라인에 불활성 가스를 공급하는 질소 가스 공급부;
를 포함하는 연료전지 시스템의 비상 정지 장치.The method according to claim 1,
The inert gas supply unit includes:
A supply line having one end connected to the connection passage or the discharge passage;
A third open / close valve for opening / closing the supply line; And
A nitrogen gas supply unit for supplying an inert gas to the supply line;
And an emergency stop device for the fuel cell system. (a) 연료전지 시스템의 EBOP의 고장 여부를 확인하는 단계;
(b) 상기 (a) 단계의 EBOP가 고장 상태로 확인되면, 연료전지스택에 유입되는 산소 및 수소를 우회 경로로 바이패스하는 단계;
(c) 상기 (a) 단계의 EBOP가 고장 상태로 확인되면, 연료전지스택에서 배출되는 배출 가스를 우회 경로로 배출하도록 바이패스하는 단계; 및
(d) 상기 (b) 단계 및 상기 (c) 단계의 산소와 수소 및 배출 가스의 배출을 완료한 상태에서 상기 우회 경로를 폐쇄한 상태에서 상기 연료전지 시스템의 유로에 불활성 가스를 충진하는 단계;
를 포함하는 연료전지 시스템의 비상 정지 방법.(a) checking whether the EBOP of the fuel cell system is faulty;
(b) if the EBOP in the step (a) is determined to be in a failure state, bypassing oxygen and hydrogen flowing into the fuel cell stack to a bypass path;
(c) bypassing the exhaust gas discharged from the fuel cell stack to the bypass path when the EBOP in the step (a) is determined to be in a failure state; And
(d) filling the flow path of the fuel cell system with the inert gas in a state where the bypass route is closed with the completion of the discharge of the oxygen, hydrogen, and exhaust gas in the steps (b) and (c);
The method comprising the steps of: 삭제delete
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