KR101415496B1

KR101415496B1 - Mcfc 시스템용 환기 팬 제어장치 및 제어방법

Info

Publication number: KR101415496B1
Application number: KR1020120152769A
Authority: KR
Inventors: 최재성
Original assignee: 포스코에너지 주식회사
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-07

Abstract

본 발명은 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치에 관한 것으로, MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치는, MCFC 시스템 내부 공기 순환을 위한 환기 팬, MCFC 시스템용 재순환 블로워 베어링에 부착된 베어링 온도 측정장치, 베어링 온도 측정장치의 온도에 따라 환기 팬의 출력을 조절하는 제어부를 포함한다.

Description

MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치 및 제어방법{Control Device of Ventilation Fan For MCFC System and Control Method thereof}

본 발명은 MCFC 시스템(Molten Carbonate Fuel Cell System)용 환기 팬 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 MCFC 시스템의 재순환 블로워 베어링의 열 손상을 방지하기 위한 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치 및 제어방법에 관한 것이다.

용융 탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell; 이하, "MCFC")는 고온형 연료전지로 발전효율이 47%로 높고, 연료 사용량이나 탄소가스 배출량이 낮은 차세대 신재생에너지로 각광받고 있다. 전해질이 보통 LiK 또는 LiNa 탄산염인 MCFC는 수소와의 반응을 위한 탄산이온을 생성하기 위하여 전해질을 용융상태로 만들 필요가 있고, 이를 위해서 약 650℃ 정도의 높은 온도에서 운전한다.

이러한 MCFC 시스템은 발전 상태를 유지하기 위하여 MBOP(Mechanical balance of plant)와 EBOP(Electrical balance of plant)라는 주변 설비를 가진다. 재순환 블로워는 MCFC 시스템의 온도 유지에 필요한 대표적인 MBOP이다. 재순환 블로워는 MCFC 시스템의 전해질 스택(stack)에서 배출되는 고온의 가스를 재순환하여 다시 스택에 공급함으로써 운전 중 공기 히터의 부담을 줄여 용융 탄산염 연료전지의 발전 효율을 높이는 중요한 역할을 한다.

한편, MCFC 시스템 내부 온도를 최적의 상태로 유지하기 위하여 환기 팬이 구비되어 있다. 도 1의 흐름도에 도시된 바와 같이, 종래의 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치는 외기 온도에 따라 환기 팬의 출력을 제어할 수 있는 제어부를 구비하여, 외기 온도에 따라 환기 팬의 출력을 조절할 수 있었다. 즉, 여름철 외기 온도가 상승하면 환기 팬의 출력을 증가시키고 겨울철 외기 온도가 하강하면 환기 팬의 출력을 감소하는 형태로 운전되었다.

그러나 이러한 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치를 통해서는 재순환 블로워의 온도 변화에 탄력적으로 반응할 수 없는 문제점이 있다. 재순환 블로워는 기체를 유동시키는 블레이드와 블레이드를 회전시키는 모터 그리고 블레이드와 모터를 이어주는 베어링으로 구성된다. 특히, 베어링은 모터 회전 중에 발생하는 마찰열로 인해 가열되어 열에 의한 변형이나 마모로 인해 파손될 가능성이 있다. 베어링의 온도가 위험 수준으로 증가할 경우 MCFC 시스템을 정지시키고 베어링을 교체하거나 베어링 윤활제를 주입해야 하는 번거로움이 발생한다. 또한, 이러한 MCFC 시스템 정지는 MCFC 시스템의 이용률 및 가동률을 떨어뜨리는 심각한 문제를 야기하게 된다.

전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 재순환 블로워 베어링 온도 변화에 따른 환기 팬의 출력 조절이 가능한 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치를 구비함으로써 MCFC 시스템의 이용률 및 가동률을 증가시키는 것이다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치는, MCFC 시스템 내부 공기 순환을 위한 환기 팬, MCFC 시스템용 재순환 블로워 베어링에 부착된 베어링 온도 측정장치, 베어링 온도 측정장치의 온도에 따라 환기 팬의 출력을 조절하는 제어부를 포함한다.

본 발명에 따른 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치의 제어부는, 베어링 온도 측정장치에서 측정된 재순환 블로워 베어링의 온도가 베어링 임계 온도를 초과할 때 환기 팬의 출력을 증가시키는 것을 특징으로 한다. 구체적으로 베어링 임계 온도는 120℃인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치는, 재순환 블로워 베어링의 열 손상 가능성을 운영자에게 통지하는 알림 장치를 더 포함하여, 제어부는, 베어링 온도 측정장치에서 측정된 재순환 블로워 베어링의 온도가 베어링 임계 온도를 초과할 때, 알림 장치로 경고를 보내는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치는, MCFC 시스템의 외기 온도를 측정하는 외기 온도 측정장치를 더 포함하여, 제어부는 외기 온도 측정장치의 온도에 따라 환기 팬의 출력을 조절하는 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 MCFC 시스템용 환기 팬 제어방법은, MCFC 시스템의 외기 온도를 측정하는 외기 온도 측정장치에서 외기 온도를 측정하는 외기 온도 측정단계, MCFC 시스템용 재순환 블로워 베어링에 부착된 베어링 온도 측정장치에서 베어링 온도를 측정하는 베어링 온도 측정단계, 제어부가 외기 온도와 베어링 온도에 따라 환기 팬의 출력을 조절하는 환기 팬 출력 조절단계를 포함한다.

본 발명에 따른 MCFC 시스템용 환기 팬 제어방법의 환기 팬 출력 조절단계에서, 베어링 온도가 베어링 임계 온도를 초과할 때 환기 팬의 출력을 최대로 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 MCFC 시스템용 환기 팬 제어방법은, 베어링 온도가 베어링 임계 온도를 초과할 때, 제어부가 알림 장치로 경고를 보내는 경고 발송 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치 및 제어방법은 재순환 블로워 베어링의 내구성을 향상시켜 MCFC 시스템의 성능을 향상시킬 수 있고, 나아가 불필요한 MCFC 시스템의 정지 시간을 줄일 수 있음으로써 MCFC 시스템의 이용률 및 가동률을 향상시킬 수 있다.

도 1은 종래기술에 따른 MCFC 시스템용 환기 팬 제어방법 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 MCFC 시스템용 환기 팬 제어방법 흐름도이다.
도 4는 본 발명에 따른 MCFC 시스템용 환기 팬 제어방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

도 2는 본 발명에 따른 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치를 도시한다. 본 발명에 따른 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치는 MCFC 시스템 내부 공기 순환을 위한 환기 팬(10), MCFC 시스템용 재순환 블로워 베어링(26)에 부착된 베어링 온도 측정장치(28), 베어링 온도 측정장치(28)의 온도에 따라 환기 팬(10)의 출력을 조절하는 제어부(30)를 포함한다.

환기 팬(10)은 MCFC 시스템 내부에 구비되어 MCFC 시스템 내부 공기를 순환시키는 역할을 한다. 환기 팬(10)은 MBOP내부 공기를 밖으로 뽑아내는 형태로 동작한다. 이러한 환기 팬(10)의 출력(환기량)에 따라 MCFC 시스템 내부의 온도가 유지된다. 일반적으로 MCFC 시스템의 외기 온도가 증가하면(여름철) 환기 팬(10)의 출력을 증가시키고, 외기 온도가 감소하면(겨울철) 환기 팬(10)의 출력을 감소시키거나 환기 팬(10)을 정지시킨다.

MCFC 시스템용 재순환 블로워(20)는 MCFC 시스템의 전해질 스택(stack)에서 배출되는 고온의 가스를 재순환하여 다시 스택에 공급함으로써 운전 중 공기 히터의 부담을 줄여 용융 탄산염 연료전지의 발전 효율을 높이는 역할을 한다. 이러한 MCFC 시스템용 재순환 블로워는 기체를 유동시키는 블레이드(22), 블레이드(22)를 회전시키는 모터(24), 및 블레이드(22)와 모터(24)를 이어주는 재순환 블로워 베어링(26)으로 구성된다. 재순환 블로워 베어링(26)에는 베어링 온도 측정장치(28)가 부착된다. 베어링 온도 측정장치(28)는 일반적인 온도 센서가 사용될 수 있으며, 온도 측정이 가능한 어떠한 장치도 사용될 수 있다.

모터(24) 회전 중에 발생하는 마찰열로 인하여 재순환 블로워 베어링(26)의 온도는 상승된다. 특히, 계절에 따른 MCFC 시스템 내부 온도의 증가는 재순환 블로워 베어링(26)의 온도 상승을 더욱 가속화시킬 수 있다. 베어링 온도 측정장치(28)는 상승된 재순환 블로워 베어링(26)의 온도를 측정하여 제어부(30)로 베어링 온도 정보를 보낸다.

제어부(30)는 베어링 온도 측정장치(28)로부터 수신된 베어링 온도 정보에 따라 환기 팬(10)의 출력을 조절한다. 수신된 베어링 온도가 재순환 블로워 베어링(26)의 열 손상이 발생할 수 있는 베어링 임계 온도를 초과하는 경우에는, 환기 팬(10)의 출력을 최대로 하여 재순환 블로워 베어링(26)을 냉각시킬 수 있다. 이때 베어링 임계 온도는 약 110℃ 내지 130℃ 사이가 될 수 있다. 본 실시예에서는 120℃를 기준으로 삼았다. 단, 베어링 임계 온도는 MCFC 시스템용 재순환 블로워(20)에 사용되는 베어링 종류에 따라 변경될 수 있는 온도이다. 한편, 수신된 베어링 온도가 베어링 임계 온도를 초과하는 경우, 환기 팬(10)의 출력은 100%가 될 수 있다.

또한, MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치는 재순환 블로워 베어링(26)의 열 손상 가능성을 MCFC 시스템 운영자에게 통지하는 알림 장치(50)를 더 포함할 수 있다. 수신된 베어링 온도가 베어링 임계 온도를 초과하는 경우, 제어부(30)는 알림 장치(50)로 재순환 블로워 베어링(26)의 열 손상 가능성을 통지한다. 알림 장치(50)에서 경고가 발생할 경우, 운영자는 재순환 블로워 베어링(26)에 윤활제 주입 등을 통하여 MCFC 시스템을 중단하지 않고 재순환 블로워 베어링(26)을 관리할 수 있도록 할 수 있다. 따라서 불필요한 MCFC 시스템 정지 시간을 줄임으로써, MCFC 시스템의 이용률 및 가동률을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치는, MCFC 시스템의 외기 온도를 측정하는 외기 온도 측정장치(40)를 더 포함할 수 있다. 외기 온도 측정장치(40)는 외기 온도를 측정하여 제어부(30)로 외기 온도 정보를 보낸다. 제어부(30)는 외기 온도 측정장치(40)의 온도에 따라 환기 팬(10)의 출력을 조절한다. 따라서 계절 변화에 따라 탄력적으로 MCFC 시스템의 내부 온도를 유지할 수 있다. 외기 온도 측정만 가능하다면 외기 온도 측정장치(40)의 장착 위치는 제한되지 않는다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 MCFC 시스템용 환기 팬 제어방법은 MCFC 시스템의 외기 온도를 측정하는 외기 온도 측정장치(40)에서 외기 온도를 측정하는 외기 온도 측정단계(S100), MCFC 시스템용 재순환 블로워 베어링(26)에 부착된 베어링 온도 측정장치(28)에서 베어링 온도를 측정하는 베어링 온도 측정단계(S200), 및 제어부(30)가 외기 온도와 베어링 온도에 따라 환기 팬(10)의 출력을 조절하는 환기 팬 출력 조절단계(S300)를 포함한다.

환기 팬 출력 조절단계(S300)에서, 베어링 온도가 베어링 임계 온도를 초과할 때 환기 팬(10)의 출력을 최대로 한다. 또한, 외기 온도에 따라 환기 팬의 출력이 변경될 수 있다.

나아가, MCFC 시스템용 환기 팬 제어방법은, 베어링 온도가 베어링 임계 온도를 초과할 때, 제어부(30)가 알림 장치(50)로 경고를 보내는 경고 발송 단계(S400)를 더 포함할 수 있다.

한편, 전술한 단계를 포함하는 MCFC 시스템용 환기 팬 제어방법을 도 4의 일 예를 들어서 설명한다.

재순환 블로워 베어링(26)에 부착된 베어링 온도 측정장치(28)에서 재순환 블로워 베어링(26)의 온도를 측정한다. 베어링 온도가 120℃를 초과할 때 제어부(30)는 환기 팬(10)의 출력을 100%로 한다. 또한, 외기 온도 측정장치(40)에서 외기 온도를 측정하여 외기 온도가 30℃를 초과할 때 제어부(30)는 환기 팬(10)의 출력을 70%로 한다. 또한, 외기 온도가 20℃를 초과할 때 제어부(30)는 환기 팬(10)의 출력을 50%로 한다. 또한, 외기 온도가 10℃를 초과할 때 제어부(30)는 환기 팬(10)의 출력을 30%로 한다. 또한, 외기 온도가 10℃ 미만일 때 제어부(30)는 환기 팬(10)의 중지시킨다. 여기 개시된 외기 온도 및 환기 팬 출력 %는 필요에 따라 변경될 수 있고 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

나아가 베어링 온도가 120℃를 초과할 때 제어부(30)는 알림 장치(50)로 경고를 보내어 운영자가 재순환 블로워 베어링(26)의 열 손상 가능성을 인지할 수 있도록 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 환기 팬 20: 재순환 블로워
22: 블레이드 24: 모터
26: 재순환 블로워 베어링 28: 베어링 온도 측정장치
30: 제어부 40: 외기 온도 측정장치
50: 알림 장치

Claims

MCFC 시스템 내부 공기 순환을 위한 환기 팬;
MCFC 시스템용 재순환 블로워 베어링에 부착된 베어링 온도 측정장치; 및
상기 베어링 온도 측정장치의 온도에 따라 상기 환기 팬의 출력을 조절하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제어부는, 상기 베어링 온도 측정장치에서 측정된 상기 재순환 블로워 베어링의 온도가 베어링 임계 온도를 초과할 때 상기 환기 팬의 출력을 증가시키는 것을 특징으로 하는 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치.
청구항 2에 있어서,
상기 베어링 임계 온도는 120℃인 것을 특징으로 하는 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치.
청구항 1에 있어서,
상기 재순환 블로워 베어링의 열 손상 가능성을 운영자에게 통지하는 알림 장치를 더 포함하여,
상기 제어부는, 상기 베어링 온도 측정장치에서 측정된 상기 재순환 블로워 베어링의 온도가 베어링 임계 온도를 초과할 때, 상기 알림 장치로 경고를 보내는 것을 특징으로 하는 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치.
청구항 1에 있어서,
MCFC 시스템의 외기 온도를 측정하는 외기 온도 측정장치를 더 포함하여, 상기 제어부는 상기 외기 온도 측정장치의 온도에 따라 상기 환기 팬의 출력을 조절하는 하는 것을 특징으로 하는 MCFC 시스템용 환기 팬 제어장치.
MCFC 시스템의 외기 온도를 측정하는 외기 온도 측정장치에서 외기 온도를 측정하는 외기 온도 측정단계;
MCFC 시스템용 재순환 블로워 베어링에 부착된 베어링 온도 측정장치에서 베어링 온도를 측정하는 베어링 온도 측정단계; 및
제어부가 상기 외기 온도와 상기 베어링 온도에 따라 환기 팬의 출력을 조절하는 환기 팬 출력 조절단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 MCFC 시스템용 환기 팬 제어방법.
청구항 6에 있어서,
상기 환기 팬 출력 조절단계에서, 상기 베어링 온도가 베어링 임계 온도를 초과할 때 상기 환기 팬의 출력을 최대로 하는 것을 특징으로 하는 MCFC 시스템용 환기 팬 제어방법.
청구항 6에 있어서,
상기 베어링 온도가 베어링 임계 온도를 초과할 때, 상기 제어부가 알림 장치로 경고를 보내는 경고 발송 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 MCFC 시스템용 환기 팬 제어방법.