KR102580540B1 - Fuel cell system - Google Patents

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KR102580540B1
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장희중
박혜리
우형석
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은, 연료전지 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 전기를 생성하는 스택; 상기 스택에 공기를 공급하는 블로워; 상기 스택과 상기 블로워 사이에 배치되고, 상기 블로워에서 토출된 공기에 수분을 공급하고 상기 스택에서 토출된 공기를 외부로 토출하는 가습장치; 상기 블로워 전단에 배치되고, 외부 공기 또는 상기 스택에서 토출된 공기를 상기 블로워로 공급하는 제1 절환밸브; 상기 스택 토출단과 상기 제1 절환밸브를 연결하고, 상기 스택에서 토출되는 공기를 상기 제1 절환밸브로 안내하는 제1 퍼지유로; 상기 가습장치 후단에 배치되고, 상기 가습장치에서 토출된 공기를 상기 스택으로 공급하거나 상기 가습장치로 재공급하는 제2 절환밸브; 상기 제2 절환밸브와 상기 스택 토출단을 연결하고, 상기 가습장치에서 토출된 공기를 상기 가습장치로 안내하는 제2 퍼지유로; 및 상기 스택 토출단에 배치되고, 상기 스택에서 토출되는 공기를 상기 제1 퍼지유로로 안내하는 퍼지밸브를 포함할 수 있다.The present invention relates to fuel cell systems. A fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a stack that generates electricity; A blower that supplies air to the stack; a humidifier disposed between the stack and the blower, supplying moisture to the air discharged from the blower and discharging the air discharged from the stack to the outside; a first switching valve disposed at the front of the blower and supplying external air or air discharged from the stack to the blower; a first purge passage connecting the stack discharge end and the first switching valve and guiding air discharged from the stack to the first switching valve; a second switching valve disposed at a rear end of the humidifying device and supplying air discharged from the humidifying device to the stack or re-supplying the air discharged from the humidifying device to the humidifying device; a second purge passage connecting the second switching valve and the stack discharge end and guiding the air discharged from the humidifying device to the humidifying device; and a purge valve disposed at the discharge end of the stack and guiding air discharged from the stack to the first purge passage.

Description

연료전지 시스템{FUEL CELL SYSTEM}Fuel cell system{FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 발전운전 종료 후 스택에 잔존하는 산소를 제거하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, and more specifically, to a fuel cell system that removes oxygen remaining in the stack after termination of power generation operation.

연료전지 시스템(Fuel cell system)은, 탄화수소 계열의 물질, 예컨대, 메탄올, 에탄올, 천연가스 등에 포함되어 있는 수소를, 산소와 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 발전 시스템이다. A fuel cell system is a power generation system that generates electrical energy by electrochemically reacting hydrogen contained in hydrocarbon-based materials, such as methanol, ethanol, and natural gas, with oxygen.

일반적인 연료전지 시스템은, 선행기술 1(한국공개특허공보 제10-2012-0071288호)와 유사하게, 수소 원자를 포함하는 연료를 수소 가스로 전환개질(reforming)하는 연료처리장치와, 연료처리장치로부터 공급되는 수소 가스를 이용하여 전기 에너지를 발생시키는 스택(stack)을 구비한다. 또한, 연료전지 시스템은, 스택을 냉각하고, 열을 회수하기 위한 열교환기 및 냉각수배관, 생산된 직류전원을 교류전원으로 변환하는 전력변환장치 등을 더 구비할 수 있다.A general fuel cell system, similar to Prior Art 1 (Korean Patent Publication No. 10-2012-0071288), includes a fuel processing device for reforming fuel containing hydrogen atoms into hydrogen gas, and a fuel processing device. It is provided with a stack that generates electrical energy using hydrogen gas supplied from. In addition, the fuel cell system may be further equipped with a heat exchanger and cooling water piping for cooling the stack and recovering heat, and a power conversion device for converting the produced direct current power into alternating current power.

선행기술 1(한국공개특허공보 제10-2012-0071288호)의 경우, 발전운전 종료 이후 스택 내 캐소드(Cathode) 전극부에 잔존하는 산소가 반응함에 따라 스택의 수명이 감소되는 문제점이 있다. In the case of prior art 1 (Korean Patent Publication No. 10-2012-0071288), there is a problem that the lifespan of the stack is reduced as oxygen remaining in the cathode electrode part of the stack reacts after the power generation operation ends.

한편, 발전운전 종료 후 스택 내 잔존하는 산소를 제거하기 위해, 선행기술 2 (한국공개특허공보 제10-2011-0019274호)는, 스택에 연료를 공급하는 연료공급시스템의 수소퍼지라인에 수소퍼지밸브와 분기되는 별도의 분기밸브를 장착하여, 발전운전 종료 시 상기 분기밸브를 통과하는 수소가 공기공급라인을 경유하여 스택 내 캐소드(Cathode) 전극부를 퍼지하는 방안을 개시하고 있으나, 상기 캐소드(Cathode) 전극부에 공급하기 위한 애노드 오프 가스(Anode Off Gas : AOG)를 추가로 생성하여 공급하여야 하며, 상기 캐소드(Cathode) 전극부에 잔존 산소와 수소 간의 화학반응에 따른 발열에 의해 스택 수명이 오히려 감소되는 문제점이 있다.Meanwhile, in order to remove oxygen remaining in the stack after the end of power generation operation, prior art 2 (Korean Patent Publication No. 10-2011-0019274) uses hydrogen purge in the hydrogen purge line of the fuel supply system that supplies fuel to the stack. A separate branch valve is installed that branches off from the valve, and the hydrogen passing through the branch valve at the end of power generation operation is disclosed to purge the cathode electrode part of the stack through the air supply line. However, the cathode ) Anode off gas (AOG) must be additionally generated and supplied to supply to the electrode part, and the life of the stack may be shortened due to heat generation due to the chemical reaction between residual oxygen and hydrogen in the cathode electrode part. There is a problem that is being reduced.

따라서, 발전운전 종료 후 스택 내 캐소드(Cathode) 전극부에 잔존하는 산소를 제거하여 스택의 수명 감소를 방지하기 위한 연구가 필요한 실정이다.Therefore, there is a need for research to prevent a decrease in the lifespan of the stack by removing oxygen remaining in the cathode electrode part of the stack after the power generation operation ends.

KRKR 10-2012-0071288 10-2012-0071288 AA KRKR 10-2011-0019274 10-2011-0019274 AA

본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to solve the above-mentioned problems and other problems.

본 발명의 또 다른 목적은, 발전운전 종료 후 스택 내 캐소드(Cahotde) 전극부에 잔존하는 산소를 제거하는 퍼지운전을 수행하는 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fuel cell system that performs a purge operation to remove oxygen remaining in the cathode electrode part of the stack after the power generation operation is completed.

본 발명의 또 다른 목적은, 시스템의 유지보수 비용을 절감할 수 있는 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a fuel cell system that can reduce system maintenance costs.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템은, 전기를 생성하는 스택; 상기 스택에 공기를 공급하는 블로워; 상기 스택과 상기 블로워 사이에 배치되고, 상기 블로워에서 토출된 공기에 수분을 공급하고 상기 스택에서 토출된 공기를 외부로 토출하는 가습장치; 상기 블로워 전단에 배치되고, 외부 공기 또는 상기 스택에서 토출된 공기를 상기 블로워로 공급하는 제1 절환밸브; 상기 스택 토출단과 상기 제1 절환밸브를 연결하고, 상기 스택에서 토출되는 공기를 상기 제1 절환밸브로 안내하는 제1 퍼지유로; 상기 가습장치 후단에 배치되고, 상기 가습장치에서 토출된 공기를 상기 스택으로 공급하거나 상기 가습장치로 재공급하는 제2 절환밸브; 상기 제2 절환밸브와 상기 스택 토출단을 연결하고, 상기 가습장치에서 토출된 공기를 상기 가습장치로 안내하는 제2 퍼지유로; 및 상기 스택 토출단에 배치되고, 상기 스택에서 토출되는 공기를 상기 제1 퍼지유로로 안내하는 퍼지밸브를 포함할 수 있다.In order to achieve the above object, a fuel cell system according to an embodiment of the present invention includes a stack that generates electricity; A blower that supplies air to the stack; a humidifier disposed between the stack and the blower, supplying moisture to the air discharged from the blower and discharging the air discharged from the stack to the outside; a first switching valve disposed at the front of the blower and supplying external air or air discharged from the stack to the blower; a first purge passage connecting the stack discharge end and the first switching valve and guiding air discharged from the stack to the first switching valve; a second switching valve disposed at a rear end of the humidifying device and supplying air discharged from the humidifying device to the stack or re-supplying the air discharged from the humidifying device to the humidifying device; a second purge passage connecting the second switching valve and the stack discharge end and guiding the air discharged from the humidifying device to the humidifying device; and a purge valve disposed at the discharge end of the stack and guiding air discharged from the stack to the first purge passage.

운전모드에 따라 상기 제1 절환밸브 및 제2 절환밸브의 절환, 상기 퍼지밸브의 개폐 및 상기 블로워의 작동을 조절하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 퍼지운전 시, 상기 제1 퍼지유로와 상기 블로워가 연결되도록 상기 제1 절환밸브를 조절하고, 상기 가습장치와 상기 제2 퍼지유로가 연결되도록 상기 제2 절환밸브를 조절하고, 상기 스택에서 토출되는 공기가 상기 제1 퍼지유로로 유동하도록 상기 퍼지밸브를 폐쇄하고, 상기 블로워를 작동시켜 상기 스택에 잔류하는 공기를 제거할 수 있다.It includes a control unit that controls switching of the first switching valve and the second switching valve, opening and closing of the purge valve, and operation of the blower according to the operation mode, and the control unit controls the first purge flow path and the The first switching valve is adjusted so that the blower is connected, the second switching valve is adjusted so that the humidifier and the second purge passage are connected, and the air discharged from the stack flows into the first purge passage. The purge valve may be closed and the blower may be operated to remove air remaining in the stack.

상기 제1 퍼지유로에 배치되고, 상기 제1 퍼지유로의 압력을 측정하는 압력계를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 압력계에서 감지된 상기 제1 퍼지유로의 압력이 설정값 이하일 때, 외부 공기가 상기 블로워로 공급되도록 상기 제1 절환밸브를 조절할 수 있다.It is disposed in the first purge passage and includes a pressure gauge that measures the pressure of the first purge passage, and the control unit is configured to allow external air to flow into the first purge passage when the pressure of the first purge passage detected by the pressure gauge is below a set value. The first switching valve can be adjusted so that supply is supplied to the blower.

상기 설정값은, 대기압이거나 대기압보다 음압일 수 있다.The set value may be atmospheric pressure or a pressure more negative than atmospheric pressure.

상기 퍼지밸브는, 상기 제1 퍼지유로의 분지점과, 상기 제2 퍼지유로의 분지점 사이에 위치할 수 있다.The purge valve may be located between a branch point of the first purge passage and a branch point of the second purge passage.

상기 제1 퍼지유로의 분지점은 상기 제2 퍼지유로의 분지점보다 상기 스택에 더 가깝게 위치할 수 있다.A branch point of the first purge passage may be located closer to the stack than a branch point of the second purge passage.

운전모드에 따라 상기 제1 절환밸브 및 제2 절환밸브를 조절하고, 상기 퍼지밸브의 개폐 및 상기 블로워의 작동을 조절하는 제어부를 포함하고,상기 제어부는, 발전운전 시, 외부 공기가 상기 블로워로 공급되도록 상기 제1 절환밸브를 조절하고, 상기 가습장치와 상기 스택이 연결되도록 상기 제2 절환밸브를 절환하고, 상기 블로워를 작동시켜 외부 공기를 상기 스택으로 공급할 수 있다.It includes a control unit that controls the first switching valve and the second switching valve according to the operation mode, and controls opening and closing of the purge valve and operation of the blower, wherein the control unit directs external air to the blower during power generation operation. The first switching valve can be adjusted to supply air, the second switching valve can be switched to connect the humidifier and the stack, and the blower can be operated to supply external air to the stack.

상기 블로워의 후단에 배치되고, 상기 스택으로 공급되는 공기 유량을 측정하는 공기유량계를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 공기유량계에서 측정된 공기 유량이 설정값보다 작을 때, 상기 제1 퍼지유로와 상기 블로워가 연결되도록 상기 제1 절환밸브를 조절하고, 상기 가습장치와 상기 제2 퍼지유로가 연결되도록 상기 제2 절환밸브를 조절하고, 상기 스택에서 토출되는 공기가 상기 제1 퍼지유로로 유동하도록 상기 퍼지밸브를 폐쇄하여 퍼지운전에 진입할 수 있다.It is disposed at the rear end of the blower and includes an air flow meter that measures the air flow rate supplied to the stack, and the control unit, when the air flow rate measured by the air flow meter is less than a set value, the first purge flow path and the The first switching valve is adjusted so that the blower is connected, the second switching valve is adjusted so that the humidifier and the second purge passage are connected, and the air discharged from the stack flows into the first purge passage. You can enter purge operation by closing the purge valve.

전기를 생성하는 스택; 상기 스택에 공기를 공급하는 블로워; 상기 블로워에서 토출된 공기에 수분을 공급하고 상기 스택에서 토출된 공기를 외부로 토출하는 가습장치; 상기 스택에서 토출되는 공기를 상기 블로워로 유도하는 퍼지밸브; 외부 공기 또는 상기 스택에서 토출된 공기를 상기 블로워로 공급하는 제1 절환밸브; 및 상기 가습장치에서 토출된 공기를 상기 스택으로 공급하거나 상기 가습장치로 재공급하는 제2 절환밸브를 포함하는 연료전지 시스템의 제어방법에 있어서, 상기 블로워를 통해 상기 스택에 공기를 공급하여 상기 스택에서 전기를 생성하는 발전운전을 수행하는 단계; 및 발전운전 종료 시, 상기 제1 절환밸브, 상기 제2 절환밸브 및 상기 퍼지밸브를 조절하여 상기 스택에 잔류하는 공기를 제거하는 퍼지운전을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.Stacks that generate electricity; A blower that supplies air to the stack; a humidifier that supplies moisture to the air discharged from the blower and discharges the air discharged from the stack to the outside; a purge valve that guides air discharged from the stack to the blower; a first switching valve that supplies external air or air discharged from the stack to the blower; and a second switching valve for supplying air discharged from the humidifying device to the stack or re-supplying the air discharged from the humidifying device, wherein air is supplied to the stack through the blower to performing a power generation operation to generate electricity; And at the end of the power generation operation, it may include performing a purge operation to remove air remaining in the stack by adjusting the first switching valve, the second switching valve, and the purge valve.

상기 발전운전을 수행하는 단계는, 공기 유입유로와 상기 블로워가 연결되도록 상기 제1 절환밸브를 절환하고, 상기 가습장치와 상기 스택이 연결되도록 상기 제2 절환밸브를 절환하고, 상기 블로워를 작동시켜 외부 공기를 상기 스택으로 공급할 수 있다.The step of performing the power generation operation includes switching the first switching valve so that the air inflow path and the blower are connected, switching the second switching valve so that the humidifier and the stack are connected, and operating the blower. External air can be supplied to the stack.

상기 블로워의 후단에 배치되고, 상기 스택으로 공급되는 공기 유량을 측정하는 공기유량계를 포함하고, 입력부로부터 발전운전 종료신호를 전달받거나, 상기 공기유량계에서 측정된 공기 유량이 설정값보다 작은 경우, 발전운전을 종료하고 퍼지운전을 수행할 수 있다.It is disposed at the rear end of the blower and includes an air flow meter that measures the air flow rate supplied to the stack, and when a power generation operation end signal is received from the input unit or the air flow rate measured by the air flow meter is less than the set value, power generation is performed. You can end operation and perform purge operation.

상기 퍼지운전을 수행하는 단계는, 제1 퍼지유로와 상기 블로워가 연결되도록 상기 제1 절환밸브를 조절하고, 상기 가습장치와 제2 퍼지유로가 연결되도록 상기 제2 절환밸브를 조절하고, 상기 스택에서 토출되는 공기가 상기 제1 퍼지유로로 유동하도록 상기 퍼지밸브를 폐쇄할 수 있다.The step of performing the purge operation includes adjusting the first switching valve so that the first purge flow path and the blower are connected, adjusting the second switching valve so that the humidifier and the second purge flow path are connected, and controlling the stack. The purge valve can be closed so that the air discharged from flows into the first purge passage.

압력계에서 감지된 상기 제1 퍼지유로의 압력이 설정값 이하인 경우, 공기 유입유로와 상기 블로워가 연결되도록 상기 제1 절환밸브를 조절하여 외부 공기를 상기 블로워로 공급할 수 있다.When the pressure of the first purge passage detected by the pressure gauge is below the set value, external air can be supplied to the blower by adjusting the first switching valve so that the air inlet passage is connected to the blower.

상기 설정값은, 대기압이거나 대기압보다 음압일 수 있다.The set value may be atmospheric pressure or a pressure more negative than atmospheric pressure.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Specific details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 발전운전 종료 후 퍼지운전을 수행하여, 스택으로의 공기 유입을 차단하고, 스택 내 잔존하는 산소를 블로워를 통해 외부로 배출하여, 캐소드(Cathode) 전극부의 산화에 의한 스택의 수명 감소를 방지할 수 있다. According to various embodiments of the present invention, a purge operation is performed after the power generation operation is completed to block air inflow into the stack, and oxygen remaining in the stack is discharged to the outside through a blower to prevent oxidation of the cathode electrode portion. This can prevent a decrease in the lifespan of the stack due to

또한, 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 상기 퍼지운전에 의해 스택의 사용연한 등이 증가함에 따라 시스템 유지 보수 비용이 절감되어 경제성이 확보되는 장점이 있다.In addition, according to various embodiments of the present invention, as the service life of the stack increases due to the purge operation, system maintenance costs are reduced, thereby securing economic efficiency.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 연료처리장치의 구성에 대한 개략도이다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 연료전지 시스템에 대한 구성도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 연료전지 시스템의 퍼지운전을 수행하기 위한 구성들에 관한 도면이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 연료전지 시스템의 발전운전을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 연료전지 시스템의 퍼지운전을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 연료전지 시스템의 제어블록도이다.
도 7 및 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 연료전지 시스템의 제어방법에 관한 순서도이다.
1 is a schematic diagram of the configuration of a fuel processing device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram of configurations for performing a purge operation of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a diagram for explaining the power generation operation of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a diagram for explaining a purge operation of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a control block diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
7 and 8 are flowcharts of a control method of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도면에서는 본 발명을 명확하고 간략하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 극히 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 참조부호를 사용한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, parts not related to the description are omitted in order to clearly and briefly explain the present invention, and identical or extremely similar parts are denoted by the same drawing reference numerals throughout the specification.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 단순히 본 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되는 것으로서, 그 자체로 특별히 중요한 의미 또는 역할을 부여하는 것은 아니다. 따라서, 상기 "모듈" 및 "부"는 서로 혼용되어 사용될 수도 있다.The suffixes “module” and “part” for components used in the following description are simply given in consideration of the ease of writing this specification, and do not in themselves give any particularly important meaning or role. Accordingly, the terms “module” and “unit” may be used interchangeably.

본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품, 또는 이들을 조합한 것들의 존재, 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.In this application, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate the presence of features, numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof described in the specification, but are not intended to indicate the presence of one or more other features. It should be understood that this does not exclude in advance the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

또한, 본 명세서에서, 다양한 요소들을 설명하기 위해 제1, 제2 등의 용어가 이용될 수 있으나, 이러한 요소들은 이러한 용어들에 의해 제한되지 아니한다. 이러한 용어들은 한 요소를 다른 요소로부터 구별하기 위해서만 이용될 수 있다. Additionally, in this specification, terms such as first and second may be used to describe various elements, but these elements are not limited by these terms. These terms may be used only to distinguish one element from another.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 연료처리장치의 구성에 대한 개략도이다.1 is a schematic diagram of the configuration of a fuel processing device according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 연료처리장치(10)는, 탈황기(110), 버너(120), 증기발생기(130), 개질기(140), 제1 반응기(150) 및/또는 제2 반응기(160)를 포함할 수 있다. 연료처리장치(10)는, 적어도 하나의 믹서(111, 112)를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, the fuel processing device 10 includes a desulfurizer 110, a burner 120, a steam generator 130, a reformer 140, a first reactor 150, and/or a second reactor 160. ) may include. The fuel processing device 10 may further include at least one mixer 111 and 112.

탈황기(110)는, 연료 가스에 포함된 황 화합물을 제거하는 탈황공정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 탈황기(110)는 내부에 흡착제를 구비할 수 있다. 이때, 탈황기(110)의 내부를 통과하는 연료 가스에 포함된 황 화합물이 흡착제에 흡착될 수 있다. The desulfurizer 110 may perform a desulfurization process to remove sulfur compounds contained in fuel gas. For example, the desulfurizer 110 may have an adsorbent therein. At this time, sulfur compounds contained in the fuel gas passing through the desulfurizer 110 may be adsorbed on the adsorbent.

흡착제는, 금속 산화물, 제올라이트(Zeolite), 활성탄소(activated carbon) 등으로 구성될 수 있다.The adsorbent may be composed of metal oxide, zeolite, activated carbon, etc.

탈황기(110)는, 연료 가스에 포함된 이물질을 제거하는 필터를 더 포함할 수 있다. The desulfurizer 110 may further include a filter that removes foreign substances contained in the fuel gas.

버너(120)는, 개질기(140)에서의 개질 반응이 촉진되도록, 개질기(140)에 열을 공급할 수 있다. 예를 들어, 탈황기(110)로부터 토출된 연료 가스와 외부에서 유입된 공기가 제1 믹서(111)에서 혼합되어 버너(120)에 공급될 수 있다. 이때, 버너(120)는, 연료 가스와 공기가 혼합된 혼합 가스를 연소시켜 연소열을 발생시킬 수 있다. 이때, 버너(120)에서 공급되는 열에 의해, 개질기(140)의 내부온도가 적정 온도(예: 800℃)로 유지될 수 있다. The burner 120 may supply heat to the reformer 140 to promote the reforming reaction in the reformer 140. For example, the fuel gas discharged from the desulfurizer 110 and the air introduced from the outside may be mixed in the first mixer 111 and supplied to the burner 120. At this time, the burner 120 may generate combustion heat by burning a mixed gas of fuel gas and air. At this time, the internal temperature of the reformer 140 can be maintained at an appropriate temperature (e.g., 800°C) by the heat supplied from the burner 120.

한편, 혼합 가스의 연소에 의해 버너(120)에서 생성되는 배기가스는, 연료처리장치(10)의 외부로 배출될 수 있다. Meanwhile, the exhaust gas generated in the burner 120 by combustion of the mixed gas may be discharged to the outside of the fuel processing device 10.

증기발생기(130)는, 물을 기화시켜 수증기로 배출할 수 있다. 예를 들어, 증기발생기(130)는, 버너(120)에서 생성되는 배기가스, 제1 반응기(150) 및/또는 제2 반응기(160)로부터 열을 흡수하여, 물을 기화시킬 수 있다. The steam generator 130 can vaporize water and discharge it as steam. For example, the steam generator 130 may vaporize water by absorbing heat from the exhaust gas generated by the burner 120, the first reactor 150, and/or the second reactor 160.

증기발생기(130)는, 제1 반응기(150), 제2 반응기(160) 및/또는 버너(120)에서 배출되는 배기가스가 유동하는 배관에 인접하여 배치될 수 있다. The steam generator 130 may be placed adjacent to a pipe through which exhaust gas discharged from the first reactor 150, the second reactor 160, and/or the burner 120 flows.

개질기(140)는, 촉매를 이용하여, 황 화합물이 제거된 연료 가스로부터 수소 가스를 생성하는 개질 공정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 탈황기(110)로부터 토출된 연료 가스와 증기발생기(130)로부터 토출된 수증기가 제2 믹서(112)에서 혼합되어 개질기(140)에 공급될 수 있다. 이때, 개질기(140)에 공급된 연료 가스와 수증기가 개질기(140) 내에서 개질 반응하는 경우, 수소 가스가 생성될 수 있다. The reformer 140 may perform a reforming process to generate hydrogen gas from fuel gas from which sulfur compounds have been removed, using a catalyst. For example, the fuel gas discharged from the desulfurizer 110 and the water vapor discharged from the steam generator 130 may be mixed in the second mixer 112 and supplied to the reformer 140. At this time, when the fuel gas and water vapor supplied to the reformer 140 undergo a reforming reaction within the reformer 140, hydrogen gas may be generated.

제1 반응기(150)는, 개질기(140)에서 토출되는 가스에 포함된 성분 중, 개질 반응에 의해 생성되는 일산화탄소를 저감할 수 있다. 예를 들어, 개질기(140)에서 토출되는 가스에 포함된 일산화탄소가 제1 반응기(150) 내부에서 수증기와 반응하여, 이산화탄소와 수소가 생성될 수 있다. 이때, 제1 반응기(150)의 내부온도는, 개질기(140)의 내부온도보다 낮고, 상온보다 높은 온도(예: 200℃)일 수 있다.The first reactor 150 can reduce carbon monoxide generated by the reforming reaction among the components contained in the gas discharged from the reformer 140. For example, carbon monoxide contained in the gas discharged from the reformer 140 may react with water vapor inside the first reactor 150 to generate carbon dioxide and hydrogen. At this time, the internal temperature of the first reactor 150 may be lower than the internal temperature of the reformer 140 and higher than room temperature (e.g., 200°C).

제1 반응기(150)는, 쉬프트 반응기(shift reactor)로 명명될 수 있다. The first reactor 150 may be called a shift reactor.

제2 반응기(160)는, 제1 반응기(150)로부터 토출되는 가스에 포함된 성분 중, 잔존하는 일산화탄소를 저감할 수 있다. 예를 들어, 제1 반응기(150)에서 토출된 가스에 포함된 일산화탄소가 제2 반응기(160) 내부에서 산소와 반응하는 선택적 산화(preferential oxidation, PROX) 반응이 일어날 수 있다. The second reactor 160 can reduce carbon monoxide remaining among the components contained in the gas discharged from the first reactor 150. For example, a preferential oxidation (PROX) reaction may occur in which carbon monoxide contained in the gas discharged from the first reactor 150 reacts with oxygen inside the second reactor 160.

한편, 선택적 산화 반응의 경우, 다량의 산소가 필요하므로 공기의 추가 공급이 요구되며, 추가 공급된 공기에 의해 수소가 희석되어 스택에 공급되는 수소의 농도가 감소하는 단점이 있다. 따라서, 이러한 단점을 극복하기 위해, 일산화탄소와 수소가 반응하는 선택적 메탄화(selective methanation) 반응이 활용될 수 있다. Meanwhile, in the case of a selective oxidation reaction, a large amount of oxygen is required, so additional supply of air is required, and the hydrogen is diluted by the additionally supplied air, which has the disadvantage of reducing the concentration of hydrogen supplied to the stack. Therefore, to overcome these disadvantages, a selective methanation reaction in which carbon monoxide and hydrogen react can be utilized.

한편, 개질기(140), 제1 반응기(150) 및/또는 제2 반응기(160)를 거쳐 연료처리장치(10)에서 토출되는 가스는, 개질가스로 명명될 수 있다. Meanwhile, the gas discharged from the fuel processing device 10 through the reformer 140, the first reactor 150, and/or the second reactor 160 may be called reformed gas.

스택(20)은, 연료처리장치(10)로부터 공급되는 개질가스에 전기화학반응을 일으켜 전기 에너지를 생성할 수 있다.The stack 20 can generate electrical energy by causing an electrochemical reaction in the reformed gas supplied from the fuel processing device 10.

스택(20)은, 전기화학반응이 일어나는 단일 셀이 적층되어 구성될 수 있다. The stack 20 may be constructed by stacking single cells in which an electrochemical reaction occurs.

단일 셀은, 전해질막을 중심으로 연료극과 공기극이 배치된 막-전극 접합체(membrane electrode assembly, MEA), 세퍼레이터(separator) 등으로 구성될 수 있다. 막-전극 접합체의 연료극에서는, 수소가 촉매에 의하여 수소이온과 전자로 분리되어 전기가 발생할 수 있고, 막-전극 접합체의 공기극에서는 수소이온과 전자가 산소와 결합하여 물이 생성될 수 있다.A single cell may be composed of a membrane-electrode assembly (MEA) in which a fuel electrode and an air electrode are arranged around an electrolyte membrane, a separator, etc. At the fuel electrode of the membrane-electrode assembly, hydrogen can be separated into hydrogen ions and electrons by a catalyst to generate electricity, and at the air electrode of the membrane-electrode assembly, hydrogen ions and electrons can combine with oxygen to generate water.

스택(20)은, 전기화학반응 과정에서 발생하는 열을 방열하는 스택 열교환기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 스택 열교환기는, 물을 냉매로 사용하는 열교환기일 수 있다 예를 들어, 스택 열교환기에 공급되는 냉각수가 전기화학반응 과정에서 발생하는 열을 흡수할 수 있고, 흡수된 열에 의해 온도가 상승한 냉각수가 스택 열교환기의 외부로 토출될 수 있다. The stack 20 may further include a stack heat exchanger (not shown) that dissipates heat generated during the electrochemical reaction. A stack heat exchanger may be a heat exchanger that uses water as a refrigerant. For example, the coolant supplied to the stack heat exchanger can absorb heat generated during the electrochemical reaction, and the coolant whose temperature rises due to the absorbed heat is used in the stack heat exchanger. It may be discharged to the outside of the body.

도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 연료처리장치를 포함하는 연료전지 시스템에 대한 구성도이다. 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 퍼지운전을 수행하기 위한 구성들에 관한 도면이다.Figure 2 is a configuration diagram of a fuel cell system including a fuel processing device according to an embodiment of the present invention. Figure 3 is a diagram of configurations for performing a purge operation according to an embodiment of the present invention.

도 2 및 3을 참조하면, 연료전지 시스템(1)은, 연료처리부(I), 전력생성부(II), 냉각수순환부(III) 및/또는 열회수부(IV)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 2 and 3, the fuel cell system 1 may include a fuel processing unit (I), a power generation unit (II), a coolant circulation unit (III), and/or a heat recovery unit (IV).

연료처리부(I)는, 연료처리장치(10), 연료처리장치(10)에 공급되는 연료 가스의 유동을 조절하는 연료밸브(30), 공기를 연료처리장치(10)로 유동시키는 제1 블로워(71) 등을 포함할 수 있다.The fuel processing unit (I) includes a fuel processing device 10, a fuel valve 30 that regulates the flow of fuel gas supplied to the fuel processing device 10, and a first blower that flows air into the fuel processing device 10. (71), etc. may be included.

전력생성부(II)는, 스택(20a, 20b), 연료처리장치(10)에서 토출된 개질가스의 열교환이 일어나는 개질가스열교환기(21), 스택(20a, 20b)에서 반응하지 않고 배출되는 가스의 열교환이 일어나는 AOG열교환기(22), 스택(20a, 20b)에 공급되는 공기에 수분을 공급하는 가습장치(23), 공기를 스택(20a, 20b)으로 유동시키는 제2 블로워(72) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 스택(20a, 20b)에서 반응하지 않고 배출되는 가스는, 양극배출가스(anode off gas, AOG)로 명명될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 연료전지 시스템(1)이 두 개의 스택(20a. 20b)을 구비하는 것으로 설명하나, 이에 제한되지 않는다.The power generation unit (II) is a stack (20a, 20b), a reformed gas heat exchanger (21) in which heat exchange of the reformed gas discharged from the fuel processing device (10) occurs, and a reformed gas heat exchanger (21) in which heat exchange of the reformed gas discharged from the fuel processing device (10) occurs, and the stack (20a, 20b) discharges unreacted gas. AOG heat exchanger (22) in which gas heat exchange occurs, a humidifier (23) that supplies moisture to the air supplied to the stacks (20a, 20b), and a second blower (72) that flows air to the stacks (20a, 20b) It may include etc. Here, the gas discharged from the stacks 20a and 20b without reacting may be referred to as anode off gas (AOG). In one embodiment of the present invention, the fuel cell system 1 is described as having two stacks 20a and 20b, but is not limited thereto.

냉각수순환부(III)는, 연료전지 시스템(1)에서 생성되는 물을 저장하는 물공급탱크(13), 연료처리장치(10)로 물을 유동시키는 물펌프(38), 연료처리장치(10)로 공급되는 물의 유동을 조절하는 물공급밸브(39), 개질가스열교환기(21)로 물을 유동시키는 냉각수펌프(43) 등을 포함할 수 있다. The cooling water circulation unit (III) includes a water supply tank (13) for storing water generated in the fuel cell system (1), a water pump (38) for flowing water to the fuel processing device (10), and a fuel processing device (10). ) may include a water supply valve (39) that controls the flow of water supplied to the water supply valve (39), a cooling water pump (43) that flows water to the reforming gas heat exchanger (21), etc.

열회수부(IV)는, 열교환에 사용되는 물을 저장하는 열회수탱크(15), 열회수탱크(15)에 저장된 물을 열회수탱크(15) 외부로 유동시키는 온수펌프(48) 등을 포함할 수 있다. The heat recovery unit (IV) may include a heat recovery tank 15 that stores water used for heat exchange, a hot water pump 48 that flows water stored in the heat recovery tank 15 to the outside of the heat recovery tank 15, etc. .

연료밸브(30)는, 연료처리장치(10)에 공급되는 연료 가스가 유동하는 연료공급유로(101)에 배치될 수 있다. 연료밸브(30)의 개도 정도에 대응하여, 연료처리장치(10)에 공급되는 연료 가스의 유량이 조절될 수 있다. 예를 들어, 연료밸브(30)는, 연료처리장치(10)에 대한 연료 가스의 공급이 중단되도록, 연료공급유로(101)을 차단할 수 있다. The fuel valve 30 may be disposed in the fuel supply passage 101 through which fuel gas supplied to the fuel processing device 10 flows. Corresponding to the degree of opening of the fuel valve 30, the flow rate of fuel gas supplied to the fuel processing device 10 may be adjusted. For example, the fuel valve 30 may block the fuel supply passage 101 so that the supply of fuel gas to the fuel processing device 10 is stopped.

연료공급유로(101)에는, 연료공급유로(101) 내에 유동하는 연료 가스의 유량을 검출하는 제1 연료유량계(51)가 배치될 수 있다. A first fuel flow meter 51 that detects the flow rate of fuel gas flowing in the fuel supply passage 101 may be disposed in the fuel supply passage 101.

제1 블로워(71)는, 제1 외부공기유입유로(201) 및 연료측 공기공급유로(202)에 연결될 수 있다. 제1 블로워(71)는, 제1 외부공기유입유로(201)를 통해 외부에서 유입되는 공기를, 연료측 공기공급유로(202)를 통해 연료처리장치(10)로 유동시킬 수 있다. The first blower 71 may be connected to the first external air inflow passage 201 and the fuel-side air supply passage 202. The first blower 71 can flow air introduced from the outside through the first external air inlet passage 201 to the fuel processing device 10 through the fuel-side air supply passage 202.

연료측 공기공급유로(202)를 통해 연료처리장치(10)에 유입되는 공기는, 연료처리장치(10)의 버너(120)로 공급될 수 있다. 예를 들어, 연료처리장치(10)에 유입되는 공기는, 탈황기(110)에서 토출된 연료 가스와 제1 믹서(111)에서 혼합되어 버너(120)에 공급될 수 있다. Air flowing into the fuel processing device 10 through the fuel-side air supply passage 202 may be supplied to the burner 120 of the fuel processing device 10. For example, the air flowing into the fuel processing device 10 may be mixed with the fuel gas discharged from the desulfurizer 110 in the first mixer 111 and then supplied to the burner 120.

제1 외부공기유입유로(201)에는, 공기에 포함된 먼지 등의 이물질을 제거하는 공기필터(91) 및/또는 공기의 유동 방향을 제한하는 제1 공기측 체크밸브(81)가 배치될 수 있다.In the first external air inflow passage 201, an air filter 91 that removes foreign substances such as dust contained in the air and/or a first air side check valve 81 that limits the flow direction of air may be disposed. there is.

연료처리부(I)는, 탈황기(110)에서 토출된 연료 가스가 개질기(140)로 유동하는 제1 내부가스유로(102)를 포함할 수 있다. 제1 내부가스유로(102)에는, 비례제어밸브(31), 개질기(140)로 유입되는 연료 가스의 유동을 조절하는 내부연료밸브(32), 내부가스유로(102) 내에 유동하는 연료 가스의 유량을 검출하는 제2 연료유량계(52), 내부가스유로(102) 내에 유동하는 연료 가스의 유동 방향을 제한하는 연료측 체크밸브(83), 및/또는 황검출장치(94)가 배치될 수 있다. The fuel processing unit (I) may include a first internal gas flow path 102 through which the fuel gas discharged from the desulfurizer 110 flows to the reformer 140. The first internal gas passage 102 includes a proportional control valve 31, an internal fuel valve 32 that regulates the flow of fuel gas flowing into the reformer 140, and a proportional control valve 32 that controls the flow of fuel gas flowing into the internal gas passage 102. A second fuel flow meter 52 that detects the flow rate, a fuel side check valve 83 that limits the flow direction of the fuel gas flowing in the internal gas passage 102, and/or a sulfur detection device 94 may be disposed. there is.

비례제어밸브(31)는, 탈황기(110)에서 토출되어 개질기(140)로 유동하는 연료 가스의 유량, 압력 등을, 전기제어 방식으로 내/외부 피드백을 통해 조절할 수 있다. The proportional control valve 31 can control the flow rate and pressure of the fuel gas discharged from the desulfurizer 110 and flowing into the reformer 140 through internal/external feedback in an electrical control manner.

황검출장치(94)는, 탈황기(110)에서 토출된 연료 가스에 포함된 황을 검출할 수 있다. 황검출장치(94)는, 탈황기(110)의 흡착제에 의해 제거되지 않은 황 화합물에 반응하여 색이 변하는 지시제를 포함할 수 있다. 여기서, 지시제는, 페놀프탈레인(phenolphthalein), 몰리브덴 화합물 등을 포함할 수 있다. The sulfur detection device 94 can detect sulfur contained in the fuel gas discharged from the desulfurizer 110. The sulfur detection device 94 may include an indicator that changes color in response to sulfur compounds not removed by the adsorbent of the desulfurizer 110. Here, the indicator may include phenolphthalein, a molybdenum compound, etc.

연료처리부(I)는, 탈황기(110)에서 토출된 연료 가스가 버너(120)로 유동하는 제2 내부가스유로(103)를 포함할 수 있다. 버너(120)는, 제2 내부가스유로(103)를 통해 유입되는 연료 가스를 연소에 사용할 수 있다. The fuel processing unit (I) may include a second internal gas flow path 103 through which the fuel gas discharged from the desulfurizer 110 flows to the burner 120. The burner 120 can use the fuel gas flowing in through the second internal gas passage 103 for combustion.

제1 내부가스유로(102)와 제2 내부가스유로(103)는, 서로 연통될수 있다. The first internal gas passage 102 and the second internal gas passage 103 may be in communication with each other.

연료처리장치(10)는, 물공급탱크(13)에서 토출된 물이 유동하는 물공급유로(303)에 연결될 수 있다. 물공급유로(303)에는, 물펌프(38), 물의 유동을 조절하는 물공급밸브(39) 및/또는 물공급유로(303) 내에 유동하는 물의 유량을 검출하는 물유량계(54)가 배치될 수 있다. The fuel processing device 10 may be connected to the water supply passage 303 through which water discharged from the water supply tank 13 flows. In the water supply passage 303, a water pump 38, a water supply valve 39 that regulates the flow of water, and/or a water flow meter 54 that detects the flow rate of water flowing in the water supply passage 303 will be disposed. You can.

연료처리장치(10)의 버너(120)에서 생성되는 배기가스는, 배기가스토출유로(210)를 통해 연료처리장치(10)에서 토출될 수 있다. The exhaust gas generated in the burner 120 of the fuel processing device 10 may be discharged from the fuel processing device 10 through the exhaust gas discharge passage 210.

연료처리장치(10)는, 개질가스토출유로(104)에 연결될 수 있다. 연료처리장치(10)에서 토출된 개질가스는, 개질가스토출유로(104)를 통해 유동할 수 있다.The fuel processing device 10 may be connected to the reformed gas discharge passage 104. The reformed gas discharged from the fuel processing device 10 may flow through the reformed gas discharge passage 104.

개질가스토출유로(104)는, 개질가스의 열교환이 일어나는 개질가스열교환기(21)에 연결될 수 있다. 개질가스토출유로(104)에는, 개질가스열교환기(21)에 유입되는 개질가스의 유동을 조절하는 개질가스밸브(33)가 배치될 수 있다. The reformed gas discharge passage 104 may be connected to the reformed gas heat exchanger 21 in which heat exchange of the reformed gas occurs. A reformed gas valve 33 that regulates the flow of reformed gas flowing into the reformed gas heat exchanger 21 may be disposed in the reformed gas discharge passage 104.

개질가스토출유로(104)는, 연료처리장치(10)에서 토출된 개질가스가 연료처리장치(10)로 유동하는 바이패스유로(105)와 연통될 수 있다. 바이패스유로(105)는, 연료처리장치(10)에 연결될 수 있다. 바이패스유로(105)를 통해 연료처리장치(10)에 유입되는 개질가스는, 버너(120)의 연소를 위한 연료로 사용될 수 있다. 바이패스유로(105)에는, 연료처리장치(10)에 유입되는 개질가스의 유동을 조절하는 바이패스밸브(34)가 배치될 수 있다. The reformed gas discharge passage 104 may communicate with a bypass passage 105 through which the reformed gas discharged from the fuel processing device 10 flows to the fuel processing device 10. The bypass passage 105 may be connected to the fuel processing device 10. The reformed gas flowing into the fuel processing device 10 through the bypass passage 105 may be used as fuel for combustion in the burner 120. A bypass valve 34 that regulates the flow of reformed gas flowing into the fuel processing device 10 may be disposed in the bypass passage 105.

개질가스열교환기(21)는, 연료처리장치(10)에서 토출된 개질가스가 유동하는 개질가스토출유로(104)에 연결될 수 있다. 개질가스열교환기(21)는, 물공급탱크(13)에서 토출된 물이 유동하는 냉각수공급유로(304)에 연결될 수 있다. 개질가스열교환기(21)는, 개질가스토출유로(104)를 통해 유입되는 개질가스와, 냉각수공급유로(304)를 통해 공급되는 물을 열교환할 수 있다. The reformed gas heat exchanger 21 may be connected to the reformed gas discharge passage 104 through which the reformed gas discharged from the fuel processing device 10 flows. The reforming gas heat exchanger 21 may be connected to the cooling water supply passage 304 through which water discharged from the water supply tank 13 flows. The reformed gas heat exchanger 21 can exchange heat between the reformed gas flowing in through the reformed gas discharge passage 104 and the water supplied through the cooling water supply passage 304.

냉각수공급유로(304)에는, 물공급탱크(13)에 저장된 물을 개질가스열교환기(21)로 유동시키는 냉각수펌프(43), 및/또는 냉각수공급유로(304) 내에 유동하는 물의 유량을 검출하는 냉각수유량계(56)가 배치될 수 있다. The cooling water supply passage 304 includes a cooling water pump 43 that flows water stored in the water supply tank 13 to the reforming gas heat exchanger 21, and/or detects the flow rate of water flowing in the cooling water supply passage 304. A coolant flow meter 56 may be disposed.

개질가스열교환기(21)는, 스택가스공급유로(106)에 연결될 수 있다 개질가스열교환기(21)에서 토출된 개질가스는, 스택가스공급유로(106)를 통해 스택(20a, 20b)으로 유동할 수 있다.The reformed gas heat exchanger 21 may be connected to the stack gas supply passage 106. The reformed gas discharged from the reformed gas heat exchanger 21 is sent to the stacks 20a and 20b through the stack gas supply passage 106. It can be fluid.

스택가스공급유로(106)에는, 개질가스에 포함된 수분의 양을 조절하는 개질가스 수분제거장치(61)가 배치될 수 있다. 개질가스 수분제거장치(61)로 유입된 개질가스는, 수분이 제거된 후 개질가스 수분제거장치(61)에서 토출될 수 있다. A reformed gas moisture removal device 61 that adjusts the amount of moisture contained in the reformed gas may be disposed in the stack gas supply passage 106. The reformed gas flowing into the reformed gas moisture removal device 61 may be discharged from the reformed gas moisture removal device 61 after the moisture is removed.

개질가스 수분제거장치(61)에서 생성된 응축수는, 개질가스 수분제거장치(61)에서 토출되어, 제1 물회수유로(309)로 유동할 수 있다. 제1 물회수유로(309)에는, 물의 유동을 조절하는 제1 물회수밸브(44)가 배치될 수 있다. Condensed water generated in the reformed gas moisture removal device 61 may be discharged from the reformed gas moisture removal device 61 and flow into the first water recovery passage 309. A first water recovery valve 44 that regulates the flow of water may be disposed in the first water recovery passage 309.

스택(20a. 20b)은, 스택가스공급유로(106)를 통해 유입되는 개질가스에 전기화학반응을 일으켜 전기 에너지를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 연료전지 시스템(1)이 복수의 스택(20a. 20b)을 구비하는 경우, 제1 스택(20a)에서 반응하지 않고 토출되는 개질 가스는 제2 스택(20b)에서 추가적으로 전기화학반응을 일으킬 수 있다. The stacks 20a and 20b can generate electrical energy by causing an electrochemical reaction in the reformed gas flowing in through the stack gas supply passage 106. In one embodiment, when the fuel cell system 1 is provided with a plurality of stacks 20a and 20b, the reformed gas discharged without reacting from the first stack 20a is additionally electrochemically processed in the second stack 20b. may cause a reaction.

제2 블로워(72)는, 제1 외부공기유입유로(201)와 연통된 제2 외부공기유입유로(203)와, 스택측 공기공급유로(204)에 연결될 수 있다. 제2 외부공기유입유로(203)는, 공기필터(91)의 후단에 연결될 수 있다. 제2 블로워(72)는, 제2 외부공기유입유로(203)를 통해 유입되는 공기를, 스택측 공기공급유로(204)를 통해 스택(20) 측으로 유동시킬 수 있다. The second blower 72 may be connected to the second external air inflow passage 203 connected to the first external air inflow passage 201 and the stack-side air supply passage 204. The second external air inflow passage 203 may be connected to the rear end of the air filter 91. The second blower 72 can cause air flowing in through the second external air inflow passage 203 to flow toward the stack 20 through the stack-side air supply passage 204.

제2 블로워(72)는, 회전함에 따라 공기를 가압하는 임펠러(73)와, 임펠러(73)와 연결되는 회전축을 통해 회전력을 전달하는 모터(74)를 포함할 수 있다.The second blower 72 may include an impeller 73 that pressurizes air as it rotates, and a motor 74 that transmits rotational force through a rotation shaft connected to the impeller 73.

제2 외부공기유입유로(203)에는, 공기의 유동 방향을 제한하는 제2 공기측 체크밸브(82)가 배치될 수 있다.A second air-side check valve 82 that limits the flow direction of air may be disposed in the second external air inflow passage 203.

제2 외부공기유입유로(203)에는, 운전모드에 따라 공기유로를 절환하는 제1 절환밸브(223)가 배치될 수 있다. 예를 들면, 제1 절환밸브(223)는, 삼방밸브일 수 있다.A first switching valve 223 that switches the air flow path according to the operation mode may be disposed in the second external air inflow path 203. For example, the first switching valve 223 may be a three-way valve.

제1 절환밸브(223)는, 공기유로를 절환하여, 제2 외부 공기유입유로(203)를 통해 유입되는 공기를 제2 블로워(72)로 공급하거나, 스택(20)에서 토출된 공기를 제2 블로워(72)로 공급할 수 있다. 예를 들면, 제1 절환밸브(223)의 제1 유입단은, 제2 외부공기유입유로(203)에 연결되고, 제1 절환밸브(223)의 제2 유입단은, 제1 퍼지유로(221)에 연결될 수 있다.The first switching valve 223 switches the air flow path to supply air introduced through the second external air inlet flow path 203 to the second blower 72 or to control air discharged from the stack 20. 2 Can be supplied with blower (72). For example, the first inlet end of the first switching valve 223 is connected to the second external air inlet flow path 203, and the second inlet end of the first switching valve 223 is connected to the first purge flow path ( 221).

제1 퍼지유로(221)에는, 제 퍼지유로(221)를 유동하는 공기의 압력을 검출하는 압력계(57)가 배치될 수 있다. A pressure gauge 57 that detects the pressure of air flowing through the first purge passage 221 may be disposed in the first purge passage 221.

스택측 공기공급유로(204)에는, 스택측 공기공급유로(204) 내에 유동하는 공기의 유량을 검출하는 공기유량계(53)가 배치될 수 있다. An air flow meter 53 that detects the flow rate of air flowing in the stack-side air supply passage 204 may be disposed in the stack-side air supply passage 204.

가습장치(23)는, 스택측 공기유입유로(204)를 통해 유입되는 공기에 수분을 공급할 수 있고, 수분이 포함된 공기를 스택측 공기공급유로(205)를 통해 토출할 수 있다. The humidifier 23 can supply moisture to the air flowing in through the stack-side air inlet passage 204 and discharge air containing moisture through the stack-side air supply passage 205.

스택측 공기공급유로(205)에는, 스택(20)으로 공급되는 공기의 유동을 조절하는 스택측 공기공급밸브(36)가 배치될 수 있다. A stack-side air supply valve 36 that regulates the flow of air supplied to the stack 20 may be disposed in the stack-side air supply passage 205.

스택측 공기공급유로(205)에는, 운전모드에 따라 공기유로를 절환하는 제2 절환밸브(224)가 배치될 수 있다. 예를 들면, 제2 절환밸브(224)는, 삼방밸브일 수 있다.A second switching valve 224 that switches the air flow path according to the operation mode may be disposed in the stack-side air supply passage 205. For example, the second switching valve 224 may be a three-way valve.

제2 절환밸브(224)는, 공기유로를 절환하여 가습장치(23)에서 토출된 공기를, 스택(20)으로 공급하거나, 다시 가습장치(23)로 공급할 수 있다. 제2 절환밸브(224)의 제1 토출단은, 스택측 공기공급유로(205)에 연결되고, 제2 절환밸브(224)의 제2 토출단은, 제2 퍼지유로(222)에 연결될 수 있다.The second switching valve 224 can switch the air flow path to supply the air discharged from the humidifying device 23 to the stack 20 or supply it back to the humidifying device 23. The first discharge end of the second switching valve 224 may be connected to the stack-side air supply passage 205, and the second discharge end of the second switching valve 224 may be connected to the second purge passage 222. there is.

스택측 공기공급유로(205)는, 스택(20a. 20b)에 각각 대응하는 개별공급유로(206, 207)에 연결될 수 있다. 스택측 공기공급유로(205)를 통해 유동하는 공기는, 개별공급유로(206, 207)를 통해 스택(20a. 20b)으로 공급될 수 있다. The stack-side air supply passage 205 may be connected to the individual supply passages 206 and 207 corresponding to the stacks 20a and 20b, respectively. Air flowing through the stack-side air supply passage 205 may be supplied to the stacks 20a and 20b through the individual supply passages 206 and 207.

복수의 스택(20a. 20b)은, 가스연결유로(107)에 의해 서로 연결될 수 있다. 제1 스택(20a)에서 반응하지 않고 토출되는 개질 가스는, 가스연결유로(107)를 통해 제2 스택(20b)으로 유입될 수 있다. A plurality of stacks 20a and 20b may be connected to each other by a gas connection passage 107. The reformed gas discharged from the first stack 20a without reacting may flow into the second stack 20b through the gas connection passage 107.

가스연결유로(107)에는, 개질가스가 제1 스택(20a)을 통과하는 동안 응축되어 생성된 물을 제거하는 추가수분제거장치(62)가 배치될 수 있다.An additional moisture removal device 62 may be disposed in the gas connection passage 107 to remove water generated by condensation of the reformed gas while passing through the first stack 20a.

추가수분제거장치(62)에서 생성된 물은, 추가수분제거장치(62)에서 토출되어, 제2 물회수유로(310)로 유동할 수 있다. 제2 물회수유로(310)에는, 물의 유동을 조절하는 제2 물회수밸브(45)가 배치될 수 있다. 제2 물회수유로(310)는, 제1 물회수유로(309)에 연결될 수 있다. The water generated in the additional moisture removal device 62 may be discharged from the additional moisture removal device 62 and flow into the second water recovery passage 310. A second water recovery valve 45 that regulates the flow of water may be disposed in the second water recovery passage 310. The second water recovery passage 310 may be connected to the first water recovery passage 309.

스택(20a. 20b)에서 반응하지 않고 토출되는 양극배출가스(AOG)는, 스택가스토출유로(108)를 통해 유동할 수 있다. The anode exhaust gas (AOG) discharged without reacting from the stacks 20a and 20b may flow through the stack gas discharge passage 108.

AOG열교환기(22)는, 스택(20a. 20b)에서 토출된 양극배출가스(AOG)가 유동하는 스택가스토출유로(108)에 연결될 수 있다. AOG열교환기(22)는, 열회수탱크(15)에서 토출된 물이 유동하는 온수공급유로(313)에 연결될 수 있다. AOG열교환기(22)는, 스택가스토출유로(108)를 통해 유입되는 양극배출가스(AOG)와, 온수공급유로(313)를 통해 공급되는 물을 열교환할 수 있다. The AOG heat exchanger 22 may be connected to the stack gas discharge passage 108 through which the anode exhaust gas (AOG) discharged from the stacks 20a and 20b flows. The AOG heat exchanger 22 may be connected to the hot water supply passage 313 through which water discharged from the heat recovery tank 15 flows. The AOG heat exchanger 22 can exchange heat between anode exhaust gas (AOG) flowing in through the stack gas discharge passage 108 and water supplied through the hot water supply passage 313.

온수공급유로(313)에는, 열회수탱크(15)에 저장된 물을 AOG열교환기(22)로 유동시키는 온수펌프(48) 및/또는 온수공급유로(313) 내에 유동하는 물의 유량을 검출하는 온수유량계(55)가 배치될 수 있다. In the hot water supply passage 313, there is a hot water pump 48 that flows the water stored in the heat recovery tank 15 to the AOG heat exchanger 22 and/or a hot water flow meter that detects the flow rate of water flowing in the hot water supply passage 313. (55) can be placed.

AOG열교환기(22)는, AOG공급유로(109)에 연결될 수 있고, AOG공급유로(109)를 통해 열교환된 양극배출가스(AOG)를 토출할 수 있다. AOG열교환기(22)에서 토출된 양극배출가스(AOG)는, AOG공급유로(109)를 통해 연료처리장치(10)로 유동할 수 있다. AOG공급유로(109)를 통해 연료처리장치(10)에 공급된 양극배출가스(AOG)는, 버너(120)의 연소를 위한 연료로 사용될 수 있다. The AOG heat exchanger 22 may be connected to the AOG supply passage 109 and may discharge heat-exchanged anode exhaust gas (AOG) through the AOG supply passage 109. The anode exhaust gas (AOG) discharged from the AOG heat exchanger 22 may flow to the fuel processing device 10 through the AOG supply passage 109. The anode exhaust gas (AOG) supplied to the fuel processing device 10 through the AOG supply passage 109 can be used as fuel for combustion in the burner 120.

AOG공급유로(109)에는, 양극배출가스(AOG)에 포함된 수분의 양을 조절하는 AOG 수분제거장치(63) 및/또는 연료처리장치(10)로 공급되는 양극배출가스(AOG)의 유동을 조절하는 AOG밸브(35)가 배치될 수 있다. AOG 수분제거장치(63)로 유입된 양극배출가스(AOG)는, 수분이 제거된 후 AOG 수분제거장치(63)에서 토출될 수 있다. In the AOG supply passage 109, the flow of anode exhaust gas (AOG) supplied to the AOG moisture removal device 63 and/or the fuel processing device 10 controls the amount of moisture contained in the anode exhaust gas (AOG). An AOG valve 35 that regulates may be disposed. The anode exhaust gas (AOG) flowing into the AOG moisture removal device 63 may be discharged from the AOG moisture removal device 63 after the moisture is removed.

AOG 수분제거장치(63)에서 생성된 응축수는, AOG 수분제거장치(63)에서 토출되어, 제3 물회수유로(311)를 통해 유동할 수 있다. 제3 물회수유로(311)에는, 물의 유동을 조절하는 제3 물회수밸브(46)가 배치될 수 있다. 제3 물회수유로(311)는, 제1 물회수유로(309)에 연결될 수 있다. Condensed water generated in the AOG moisture removal device 63 may be discharged from the AOG moisture removal device 63 and flow through the third water recovery passage 311. A third water recovery valve 46 that regulates the flow of water may be disposed in the third water recovery passage 311. The third water recovery passage 311 may be connected to the first water recovery passage 309.

스택측 공기토출유로(211)는, 스택(20a. 20b)에 각각 대응하는 개별토출유로(208, 209)에 연결될 수 있다. 스택(20a, 20b)에서 토출된 공기는, 개별토출유로(208, 209)를 통해 스택측 공기토출유로(211)로 유동할 수 있다. 이때, 스택측 공기토출유로(211)를 통해 유동하는 공기는, 스택(20a, 20b)에서 일어나는 전기화학반응에 의해 생성되는 수분을 포함할 수 있다. The stack-side air discharge passage 211 may be connected to the individual discharge passages 208 and 209 corresponding to the stacks 20a and 20b, respectively. Air discharged from the stacks 20a and 20b may flow into the stack-side air discharge passage 211 through the individual discharge passages 208 and 209. At this time, the air flowing through the stack-side air discharge passage 211 may contain moisture generated by the electrochemical reaction occurring in the stacks 20a and 20b.

스택측 공기토출유로(211)에는, 스택(20)에서 배출되는 공기의 유동을 조절하는 스택측 공기토출밸브(37)가 배치될 수 있다.A stack-side air discharge valve 37 that regulates the flow of air discharged from the stack 20 may be disposed in the stack-side air discharge passage 211.

스택측 공기토출유로(211)에는, 운전모드에 따라 개폐되어 스택(20)에서 토출되는 공기의 유동 방향을 가습장치(23) 방향으로 제한하거나 또는 제2 퍼지유로(222)를 통해 스택측 공기토출유로(211)로 유동하는 공기의 유동 방향을 제1 퍼지유로(221) 방향으로 제한하는 퍼지밸브(225)가 배치될 수 있다.The stack-side air discharge passage 211 is opened and closed depending on the operation mode to limit the flow direction of the air discharged from the stack 20 to the direction of the humidifier 23 or to discharge the stack-side air through the second purge passage 222. A purge valve 225 may be disposed to limit the flow direction of air flowing in the discharge passage 211 to the direction of the first purge passage 221.

퍼지밸브(225)는, 제1 퍼지유로(221)의 분기점(P1)과 제2 퍼지유로(222)의 합지점(P2) 사이에 위치할 수 있다. 여기서, 제1 퍼지유로(221)의 분기점(P1)은, 제2 퍼지유로(222)의 합지점(P2) 보다 공기 유동 방향을 기준으로 상류에 위치할 수 있다.The purge valve 225 may be located between the branch point (P1) of the first purge passage 221 and the junction point (P2) of the second purge passage 222. Here, the branch point P1 of the first purge passage 221 may be located upstream from the junction point P2 of the second purge passage 222 based on the air flow direction.

스택측 공기토출유로(211)는, 가습장치(23)에 연결될 수 있다. 가습장치(23)는, 스택측 공기토출유로(211)를 통해 공급되는 공기에 포함된 수분을 이용하여, 스택(20)으로 유동하는 공기에 수분을 공급할 수 있다. 스택측 공기토출유로(211)를 통해 가습장치(23)에 공급된 공기는, 가습장치(23)를 거쳐 가습장치토출유로(212)로 토출될 수 있다. The stack side air discharge passage 211 may be connected to the humidifier 23. The humidifier 23 can supply moisture to the air flowing into the stack 20 using moisture contained in the air supplied through the stack-side air discharge passage 211. The air supplied to the humidifier 23 through the stack-side air discharge passage 211 may be discharged to the humidifier discharge passage 212 through the humidifier 23.

물공급탱크(13)는, 물유입유로(301)에 연결될 수 있고, 물유입유로(301)를 통해 공급되는 물을 저장할 수 있다. 물유입유로(301)에는, 외부에서 공급되는 물에 포함된 이물질을 제거하는 제1 액체필터(92) 및/또는 물공급탱크(13)에 유입되는 물의 유동을 조절하는 물유입밸브(41)가 배치될 수 있다. The water supply tank 13 may be connected to the water inflow passage 301 and may store water supplied through the water inflow passage 301. The water inflow passage 301 includes a first liquid filter 92 that removes foreign substances contained in water supplied from the outside and/or a water inlet valve 41 that regulates the flow of water flowing into the water supply tank 13. can be placed.

물공급탱크(13)는, 물배출유로(302)에 연결될 수 있고, 물배출유로(302)를 통해 물공급탱크(13)에 저장된 물 중 적어도 일부를 외부로 배출할 수 있다. 물배출유로(302)에는, 물공급탱크(13)에서 배출되는 물의 유동을 조절하는 물배출밸브(42)가 배치될 수 있다. The water supply tank 13 may be connected to the water discharge passage 302, and may discharge at least a portion of the water stored in the water supply tank 13 to the outside through the water discharge passage 302. A water discharge valve 42 that regulates the flow of water discharged from the water supply tank 13 may be disposed in the water discharge passage 302.

물공급탱크(13)는, 물저장유로(308)에 연결될 수 있고, 물저장유로(308)를 통해 유동하는 물을 저장할 수 있다. 예를 들어, 개질가스 수분제거장치(61), 추가수분제거장치(62), AOG 수분제거장치(63) 및/또는 공기 수분제거장치(64)에서 토출되어 제3 물회수유로(311)를 통해 유동하는 물이, 물저장유로(308)를 거쳐 물공급탱크(13)로 유입될 수 있다. 물저장유로(308)에는, 물공급탱크(13)로 회수되는 물에 포함된 이물질을 제거하는 제2 액체필터(93)가 배치될 수 있다. The water supply tank 13 may be connected to the water storage passage 308 and may store water flowing through the water storage passage 308. For example, it is discharged from the reformed gas moisture removal device 61, the additional moisture removal device 62, the AOG moisture removal device 63, and/or the air moisture removal device 64 and passes through the third water recovery passage 311. Water flowing through the water may flow into the water supply tank 13 through the water storage passage 308. A second liquid filter 93 may be disposed in the water storage passage 308 to remove foreign substances contained in the water returned to the water supply tank 13.

물공급탱크(13)에 저장된 물 중 적어도 일부는, 냉각수펌프(43)에 의해 개질가스열교환기(21)로 유동할 수 있고, 개질가스열교환기(21)에서 개질가스와 열교환될 수 있다. 개질가스열교환기(21)에서 토출된 물은, 스택물공급유로(305)를 통해 스택(20a, 20b)으로 유입될 수 있다. At least some of the water stored in the water supply tank 13 may flow into the reforming gas heat exchanger 21 by the cooling water pump 43 and exchange heat with the reforming gas in the reforming gas heat exchanger 21. Water discharged from the reforming gas heat exchanger 21 may flow into the stacks 20a and 20b through the stack water supply passage 305.

스택물공급유로(305)를 통해 스택(20a, 20b)으로 유입된 물은, 스택(20a, 20b)을 냉각할 수 있다. 스택(20a, 20b)으로 유입된 물은, 스택(20a, 20b)에 포함된 스택 열교환기(미도시)를 따라 유동할 수 있고, 스택(20a, 20b)에서 일어나는 전기화학반응에 의해 발생하는 열을 흡수할 수 있다. Water flowing into the stacks 20a and 20b through the stack water supply passage 305 can cool the stacks 20a and 20b. The water flowing into the stacks 20a and 20b may flow along the stack heat exchanger (not shown) included in the stacks 20a and 20b, and may cause electrochemical reactions occurring in the stacks 20a and 20b. Can absorb heat.

복수의 스택(20a. 20b)은, 물연결유로(306)에 의해 연결될 수 있다. 제1 스택(20a)에서 토출되는 물은, 물연결유로(306)를 통해 제2 스택(20b)으로 유입될 수 있다. A plurality of stacks 20a and 20b may be connected by a water connection passage 306. Water discharged from the first stack 20a may flow into the second stack 20b through the water connection passage 306.

스택(20a, 20b)에서 토출되는 물은, 스택물토출유로(307)를 통해 냉각수열교환기(24)로 유입될 수 있다. 냉각수열교환기(24)는, 스택(20a, 20b)에서 토출된 물과, 열회수탱크(15)에서 토출된 물을 열교환할 수 있다. 스택(20a, 20b)에서 토출된 물은, 냉각수열교환기(24)를 거쳐 물저장유로(308)로 유동할 수 있다. Water discharged from the stacks 20a and 20b may flow into the coolant heat exchanger 24 through the stack water discharge passage 307. The cooling water heat exchanger 24 can exchange heat between water discharged from the stacks 20a and 20b and water discharged from the heat recovery tank 15. The water discharged from the stacks 20a and 20b may flow into the water storage passage 308 through the cooling water heat exchanger 24.

온수펌프(48)에 의해 열회수탱크(15)에서 토출된 물은, 온수공급유로(313)를 거쳐 AOG열교환기(22)로 유입될 수 있다. AOG열교환기(22)에서 양극배출가스(AOG)와 열교환된 물은, 제1 온수순환회로(314)로 토출될 수 있다. Water discharged from the heat recovery tank 15 by the hot water pump 48 may flow into the AOG heat exchanger 22 through the hot water supply passage 313. The water heat-exchanged with the anode exhaust gas (AOG) in the AOG heat exchanger 22 may be discharged to the first hot water circulation circuit 314.

공기열교환기(25)는, 가습장치(23)에서 토출된 공기가 유동하는 가습장치토출유로(212)에 연결될 수 있다. 공기열교환기(25)는, AOG열교환기(22)에서 토출된 물이 유동하는 제1 온수순환회로(314)에 연결될 수 있다. 공기열교환기(25)는, 가습장치토출유로(212)을 통해 유입되는 공기와 제1 온수순환회로(314)를 통해 유입되는 물을 열교환할 수 있다.The air heat exchanger 25 may be connected to the humidifier discharge passage 212 through which air discharged from the humidifier 23 flows. The air heat exchanger 25 may be connected to the first hot water circulation circuit 314 through which water discharged from the AOG heat exchanger 22 flows. The air heat exchanger 25 can heat exchange the air flowing in through the humidifier discharge passage 212 and the water flowing in through the first hot water circulation circuit 314.

공기열교환기(25)에서 열교환된 공기는, 공기배출유로(213)를 통해 공기열교환기(25)에서 토출될 수 있다. 공기배출유로(213)는 배기가스토출유로(210)와 연통될 수 있고, 배기가스토출유로(210)에 유동하는 배기가스와 공기배출유로(213)에 유동하는 공기가 혼합될 수 있다. The air heat-exchanged in the air heat exchanger 25 may be discharged from the air heat exchanger 25 through the air discharge passage 213. The air discharge passage 213 may be in communication with the exhaust gas discharge passage 210, and the exhaust gas flowing in the exhaust gas discharge passage 210 and the air flowing in the air discharge passage 213 may be mixed.

공기배출유로(213)에는, 공기 수분제거장치(64)가 배치될 수 있다. 공기 수분제거장치(64)는, 외부로 배출되는 공기에 포함된 수분의 양을 조절할 수 있다. 공기 수분제거장치(64)로 유입된 공기는, 수분이 제거된 후 공기 수분제거장치(64)에서 토출될 수 있다. An air moisture removal device 64 may be disposed in the air discharge passage 213. The air moisture removal device 64 can control the amount of moisture contained in the air discharged to the outside. The air introduced into the air moisture removal device 64 may be discharged from the air moisture removal device 64 after the moisture is removed.

공기 수분제거장치(64)에서 생성된 응축수는, 공기 수분제거장치(64)에서 토출되어 제4 물회수유로(312)를 통해 유동할 수 있다. 제4 물회수유로(312)에는, 물의 유동을 조절하는 제4 물회수밸브(47)가 배치될 수 있다. 제4 물회수유로(312)는, 물저장유로(308)에 연결될 수 있다. Condensed water generated in the air moisture removal device 64 may be discharged from the air moisture removal device 64 and flow through the fourth water recovery passage 312. A fourth water recovery valve 47 that regulates the flow of water may be disposed in the fourth water recovery passage 312. The fourth water recovery passage 312 may be connected to the water storage passage 308.

공기열교환기(25)에서 열교환된 물은, 제2 온수순환유로(315)을 통해 공기열교환기(25)에서 토출될 수 있다. 공기열교환기(25)에서 토출된 물은, 제2 온수순환유로(315)을 통해 냉각수열교환기(24)로 유입될 수 있다. Water heat-exchanged in the air heat exchanger 25 may be discharged from the air heat exchanger 25 through the second hot water circulation passage 315. Water discharged from the air heat exchanger (25) may flow into the coolant heat exchanger (24) through the second hot water circulation passage (315).

냉각수열교환기(24)는, 스택물토출유로(307)를 통해 유입되는 물과, 제2 온수순환유로(315)를 통해 유입되는 물을 열교환할 수 있다. The cooling water heat exchanger 24 can exchange heat between water flowing in through the stack water discharge passage 307 and water flowing in through the second hot water circulation passage 315.

배기열교환기(26)는, 배기가스가 유동하는 배기가스토출유로(210)에 연결될 수 있다. 배기열교환기(26)는, 냉각수열교환기(24)에서 토출된 물이 유동하는 제3 온수순환유로(316)에 연결될 수 있다. 배기열교환기(26)는, 배기가스토출유로(210)를 통해 유입되는 배기가스와, 제3 온수순환유로(316)를 통해 유입되는 물을 열교환할 수 있다. The exhaust heat exchanger 26 may be connected to the exhaust gas discharge passage 210 through which exhaust gas flows. The exhaust heat exchanger 26 may be connected to the third hot water circulation passage 316 through which water discharged from the coolant heat exchanger 24 flows. The exhaust heat exchanger 26 can exchange heat between the exhaust gas flowing in through the exhaust gas discharge passage 210 and the water flowing in through the third hot water circulation passage 316.

배기열교환기(26)에서 열교환된 배기가스는 배기유로(214)로 토출될 수 있고, 배기유로(214)에 유동하는 배기가스는 외부로 배출될 수 있다.The exhaust gas heat-exchanged in the exhaust heat exchanger 26 may be discharged to the exhaust passage 214, and the exhaust gas flowing in the exhaust passage 214 may be discharged to the outside.

배기열교환기(26)에서 열교환된 물은, 온수회수유로(317)로 토출될 수 있고, 온수회수유로(317)에 유동하는 물은 열회수탱크(15)로 유입될 수 있다. Water heat exchanged in the exhaust heat exchanger 26 may be discharged to the hot water recovery passage 317, and water flowing in the hot water recovery passage 317 may flow into the heat recovery tank 15.

<발전운전><Generation operation>

도 4은, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 발전운전을 설명하기 위한 도면이다. Figure 4 is a diagram for explaining the power generation operation of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention .

이하, 도 4를 참조하여, 연료전지 시스템(1)의 발전운전 시 공기 유동을 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 4, air flow during power generation operation of the fuel cell system 1 will be described.

연료전지 시스템(1)의 발전운전 시, 제2 블로워(72)의 작동에 따라 스택(20)을 향하는 공기 유동이 형성될 수 있다. 구체적으로, 제2 외부공기유입유로(203)로 유입된 공기는, 제1 퍼지유로(221)와 제2 블로워(72)의 흡입단(203)이 연결되도록 절환된 제1 절환밸브(223)를 지나 제2 블로워(72)로 유입될 수 있다. 제2 블로워(72)로 유입된 공기는, 회전하는 임펠러(73)에 의해 가압되어 가습장치(23)로 공급될 수 있다. 가습장치(23)로 공급된 공기는, 스택(20)에서 화학반응에 의해 생성된 수분을 포함하는 공기로부터 수분을 공급받은 뒤, 스택측 공기가습유로(205)와 스택 입구단(205)이 연결되도록 절환된 제2 절환밸브(224)를 지나 스택(20)으로 공급될 수 있다. 스택(20)으로 공급된 공기는, 개질기(140)로부터 공급된 개질가스와 화학반응을 통해 전기를 생산한 뒤, 스택측 공기토출유로(211)로 토출될 수 있다. 스택측 공기토출유로(211)로 토출된 공기는, 개방된 퍼지밸브(225)를 지나 다시 가습장치(23)로 공급되고, 스택(20)으로 공급되는 공기에 수분을 공급한 뒤, 외부로 배출될 수 있다. During power generation operation of the fuel cell system 1, an air flow toward the stack 20 may be formed according to the operation of the second blower 72. Specifically, the air flowing into the second external air inflow passage 203 is connected to the first switching valve 223 so that the first purge passage 221 and the suction end 203 of the second blower 72 are connected. It may flow into the second blower 72. The air introduced into the second blower 72 may be pressurized by the rotating impeller 73 and supplied to the humidifying device 23. The air supplied to the humidifier 23 receives moisture from air containing moisture generated by a chemical reaction in the stack 20, and then the stack side air humidification passage 205 and the stack inlet end 205 It may be supplied to the stack 20 through the second switching valve 224 that is switched to be connected. The air supplied to the stack 20 may produce electricity through a chemical reaction with the reformed gas supplied from the reformer 140 and then be discharged into the stack-side air discharge passage 211. The air discharged through the stack-side air discharge passage 211 passes through the open purge valve 225 and is supplied back to the humidifier 23. After supplying moisture to the air supplied to the stack 20, it is discharged to the outside. may be discharged.

<퍼지 운전><Fuzzy operation>

도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 퍼지운전(정지운전)을 설명하기 위한 도면이다.Figure 5 is a diagram for explaining a purge operation (stop operation) of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

이하, 도 5를 참조하여, 연료전지 시스템(1)의 퍼지운전 시 공기 유동을 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 5, air flow during purge operation of the fuel cell system 1 will be described.

도 5a를 참조하면, 연료전지 시스템(1)의 발전운전 종료 후, 제2 블로워(72)의 작동에 따라 제2 블로워(72)로 향하는 공기유동이 형성될 수 있다. 구체적으로, 스택(20)에 잔존하는 공기는, 폐쇄된 퍼지밸브(225)에 의해 가습장치(23)로의 유동이 차단되어 제1 퍼지유로(221)로 유입될 수 있다. 제1 퍼지유로(221)로 유입된 공기는, 제1 퍼지유로(221)와 제2 블로워의 흡입단(203)이 연결되도록 절환된 제1 절환밸브(223)을 지나 제2 블로워(72)로 공급될 수 있다. 제2 블로워(72)로 공급된 공기는, 회전하는 임펠러(73)에 의해 가압되어 가습장치(23)로 공급될 수 있다. 가습장치(23)로 공급된 공기는, 스택측 공기가습유로(205)와 제2 퍼지유로(222)가 연결되도록 절환된 제2 절환밸브(224)를 지나 제2 퍼지유로(222)로 유입될 수 있다. 제2 퍼지유로(222)로 유입된 공기는, 폐쇄된 퍼지밸브(225)에 의해 스택 출구단(211)으로의 유동이 차단되어 가습장치(23)로 다시 공급되어 외부로 배출될 수 있다. Referring to FIG. 5A, after the power generation operation of the fuel cell system 1 ends, an air flow toward the second blower 72 may be formed according to the operation of the second blower 72. Specifically, the air remaining in the stack 20 may be blocked from flowing to the humidifier 23 by the closed purge valve 225 and may flow into the first purge passage 221. The air flowing into the first purge passage 221 passes through the first switching valve 223, which is switched to connect the first purge passage 221 and the suction end 203 of the second blower, to the second blower 72. can be supplied. The air supplied to the second blower 72 may be pressurized by the rotating impeller 73 and supplied to the humidifying device 23. The air supplied to the humidifier 23 flows into the second purge passage 222 through the second switching valve 224, which is switched to connect the stack side air humidification passage 205 and the second purge passage 222. It can be. The air flowing into the second purge passage 222 may be blocked from flowing to the stack outlet end 211 by the closed purge valve 225, and may be supplied back to the humidifier 23 and discharged to the outside.

상술한 연료전지 시스템의 퍼지운전에 의해 스택(20)으로 유입되는 외부 공기가 차단되고, 스택(20) 내에 잔존하는 공기가 외부로 배출되어, 스택(20)의 캐소드(Cathode) 전극부의 산화에 의한 스택(20) 수명 감소를 방지할 수 있다.By the purge operation of the fuel cell system described above, external air flowing into the stack 20 is blocked, and the air remaining in the stack 20 is discharged to the outside, thereby preventing oxidation of the cathode electrode part of the stack 20. It is possible to prevent a decrease in the lifespan of the stack 20 due to this.

도 5b 및 5c를 참조하면, 압력계(57)를 통해 측정된 압력값을 기초로 스택(20) 내 잔존하는 산소가 제거되었다고 판단된 경우, 외부 공기는, 제2 외부공기유입유로(203)와 제2 블로워(72) 흡입단(203)이 연결되도록 절환된 제1 절환밸브(223)을 지나 제2 블로워(72)로 공급될 수 있다. 제2 블로워(72)로 공급된 공기는, 회전하는 임펠러(73)에 의해 가압되어 가습장치(23)로 공급될 수 있다. 가습장치(23)로 공급된 공기는, 스택측 공기가습유로(205)와 제2 퍼지유로(222)가 연결되도록 절환된 제2 절환밸브(224)를 지나 제2 퍼지유로(222)로 유입될 수 있다. 제2 퍼지유로(222)로 유입된 공기는, 폐쇄된 퍼지밸브(225)에 의해 스택 출구단(211)으로의 유동이 차단되어 가습장치(23)로 다시 공급되어 외부로 배출될 수 있다.Referring to FIGS. 5B and 5C, when it is determined that the remaining oxygen in the stack 20 has been removed based on the pressure value measured through the pressure gauge 57, the outside air is supplied to the second outside air inflow passage 203 and It may be supplied to the second blower 72 through the first switching valve 223, which is switched to connect the suction end 203 of the second blower 72. The air supplied to the second blower 72 may be pressurized by the rotating impeller 73 and supplied to the humidifying device 23. The air supplied to the humidifier 23 flows into the second purge passage 222 through the second switching valve 224, which is switched to connect the stack side air humidification passage 205 and the second purge passage 222. It can be. The air flowing into the second purge passage 222 may be blocked from flowing to the stack outlet end 211 by the closed purge valve 225, and may be supplied back to the humidifier 23 and discharged to the outside.

이후, 소정의 시간이 경과한 경우, 제2 블로워(72)의 작동이 정지되고, 연료전지 시스템(1)은, 발전운전을 위한 대기상태를 유지할 수 있다.Thereafter, when a predetermined time has elapsed, the operation of the second blower 72 is stopped, and the fuel cell system 1 can maintain a standby state for power generation operation.

도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어블록도이다.Figure 6 is a control block diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 연료전지 시스템(1)은, 적어도 하나의 제어부(M)를 더 포함할 수 있다. 제어부(M)는, 적어도 하나의 프로세서를 포함할 수 있다. 여기서, 프로세서는 CPU(central processing unit)과 같은 일반적인 프로세서일 수 있다. 물론, 프로세서는 ASIC과 같은 전용 장치(dedicated device)이거나 다른 하드웨어 기반의 프로세서일 수 있다.Referring to FIG. 6, the fuel cell system 1 may further include at least one control unit (M). The control unit M may include at least one processor. Here, the processor may be a general processor such as a central processing unit (CPU). Of course, the processor may be a dedicated device such as an ASIC or another hardware-based processor.

제어부(M)는, 연료전지 시스템(1)의 동작 전반을 제어할 수 있다. 제어부는, 연료전지 시스템(1)에 구비된 각 구성과 연결될 수 있고, 각 구성과 상호 간에 신호를 송신 및/또는 수신할 수 있다. 예를 들어, 제어부는, 연료전지 시스템(1)에 구비된 각 구성으로부터 수신되는 신호를 처리할 수 있고, 신호를 처리한 결과에 따른 제어 신호를 연료전지 시스템(1)에 구비된 각 구성에 송신할 수 있다.The control unit M can control the overall operation of the fuel cell system 1. The control unit may be connected to each component provided in the fuel cell system 1 and may transmit and/or receive signals to and from each component. For example, the control unit may process signals received from each component provided in the fuel cell system 1, and send a control signal according to the result of signal processing to each component provided in the fuel cell system 1. Can be sent.

예를 들면, 제어부(M)는, 운전모드에 따라 제1 절환밸브(223)와, 제2 절환밸브(224)이 절환을 조절하여 공기유로를 가변할 수 있다. 또한, 제어부(M)는, 운전모드에 따라 퍼지밸브(225)의 개폐를 조절하여 공기 유동을 차단할 수 있다.For example, the control unit M may vary the air flow path by adjusting the switching of the first switching valve 223 and the second switching valve 224 according to the operation mode. Additionally, the control unit M may block air flow by controlling the opening and closing of the purge valve 225 according to the operation mode.

도 7 및 8은, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어방법에 관한 순서도이다.7 and 8 are flowcharts of a control method of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 제어부(M)는, 입력부(미도시)를 통해 사용자로부터 입력된 발전량을 목표 발전량으로 설정할 수 있다(S11).Referring to FIG. 7, the control unit M may set the power generation amount input from the user through the input unit (not shown) as the target power generation amount (S11).

S11 이후, 제어부(M)는, 제2 외부공기유입유로(203)와 블로워 흡입단(203)이 연결되도록 제1 절환밸브(223)을 조절하여 공기유로를 절환시킬 수 있다(S12). 이에 따라, 외부 공기가, 제2 외부공기유입유로(203)를 따라 제2 블로워(72)로 공급될 수 있다.After S11, the control unit (M) may switch the air flow path by adjusting the first switching valve 223 so that the second external air inlet flow path 203 and the blower suction end 203 are connected (S12). Accordingly, outside air can be supplied to the second blower 72 along the second outside air inflow passage 203.

S12 이후, 제어부(M)는, 스택측 공기가습유로(205)와 스택 입구단(205)이 연결되도록 제2 절환밸브(224)를 조절하여 공기유로를 절환시킬 수 있다(S13). 이에 따라, 가습장치(23)에서 가습된 공기가, 스택측 공기가습유로(205)를 따라 스택(20)으로 공급될 수 있다.After S12, the control unit (M) may switch the air flow path by adjusting the second switching valve 224 so that the stack side air humidifying flow path 205 and the stack inlet end 205 are connected (S13). Accordingly, the air humidified in the humidifier 23 can be supplied to the stack 20 along the stack-side air humidification passage 205.

S13 이후, 제어부(M)는, 스택측 공기토출유로(211)가 개방되도록 퍼지밸브(225)를 개방시킬 수 있다(S14). 이에 따라, 스택(20)에서 화학반응 후 수분을 포함하는 공기가, 공기토출유로(211)를 따라 가습장치(23)에 공급되어, 스택(20)으로 공급되는 공기에 수분을 공급할 수 있다.After S13, the control unit (M) may open the purge valve 225 so that the stack-side air discharge passage 211 is opened (S14). Accordingly, air containing moisture after a chemical reaction in the stack 20 is supplied to the humidifier 23 along the air discharge passage 211, thereby supplying moisture to the air supplied to the stack 20.

S14 이후, 제어부(M)는, 사용자 목표 발전량에 따른 유량을 만족하도록 제2 블로워(72)의 회전수를 조절하여 발전운전을 수행할 수 있다(S15).After S14, the control unit M may perform a power generation operation by adjusting the rotation speed of the second blower 72 to satisfy the flow rate according to the user target power generation amount (S15).

S15 이후, 제어부(M)는, 발전운전 종료 여부를 판단할 수 있다(S16). 예를 들면, 제어부(M)는, 입력부(미도시)를 통해 사용자로부터 발전운전 종료신호를 전달받은 경우, 발전운전을 종료할 수 있다. 또한, 제어부(M)는, 시스템 내 에러가 발생한 경우, 발전운전을 종료할 수 있다. 시스템 내 에러가 발생한 경우란, 제2 블로워(72)에서 스택(20)으로 발전량 대비 충분한 공기유량이 공급되지 않은 경우를 예로 들 수 있다. 구체적으로, 제어부(M)는, 공기유량계(53)에서 측정된 유량이 설정값보다 작은 경우, 발전운전을 종료할 수 있다. 여기서, 설정값이란, 사용자 목표 발전량에 따른 유량값을 의미할 수 있다.After S15, the control unit (M) can determine whether the power generation operation is finished (S16). For example, the control unit M may end the power generation operation when receiving a power generation operation termination signal from the user through an input unit (not shown). Additionally, the control unit (M) can end the power generation operation when an error occurs in the system. An example of an error occurring in the system may be a case where a sufficient air flow rate is not supplied from the second blower 72 to the stack 20 compared to the power generation amount. Specifically, the control unit M may end the power generation operation when the flow rate measured by the air flow meter 53 is less than the set value. Here, the set value may mean a flow rate value according to the user's target power generation amount.

발전운전이 종료된 경우(S16에서 Yes), 제어부(M)는, 퍼지운전에 진입할 수 있다(S17). 반면, 발전운전이 종료되지 않은 경우(S16에서 No), 제어부(M)는, S15로 복귀하여 발전운전을 수행할 수 있다.When the power generation operation is terminated (Yes in S16), the control unit (M) can enter the purge operation (S17). On the other hand, if the power generation operation has not ended (No in S16), the control unit (M) can return to S15 and perform the power generation operation.

도 8을 참조하면, S17 이후, 제어부(M)는, 퍼지운전을 수행할 수 있다. 구체적으로, 제어부(M)는, 제1 퍼지유로(221)와 제2 블로워 흡입단(203)이 연결되도록 제1 절환밸브(223)를 조절하여 공기유로를 절환시킬 수 있다(S21). 이에 따라, 스택(20)으로 공급되는 외부 공기의 유동은 차단되고, 스택(20)에서 잔존하는 공기는 제1 퍼지유로(221)를 따라 제2 블로워(72)로 공급될 수 있다.Referring to FIG. 8, after S17, the control unit M may perform a purge operation. Specifically, the control unit (M) may switch the air flow path by adjusting the first switching valve 223 so that the first purge flow path 221 and the second blower suction end 203 are connected (S21). Accordingly, the flow of external air supplied to the stack 20 is blocked, and the air remaining in the stack 20 can be supplied to the second blower 72 along the first purge passage 221.

S21 이후, 제어부(M)는, 스택측 공기가습유로(205)와 제2 퍼지유로(222)가 연결되도록 제2 절환밸브(224)를 조절하여 공기유로를 절환시킬 수 있다(S22). 이에 따라, 가습장치(23)에서 토출된 공기는 제2 퍼지유로(222)를 따라 다시 가습장치(23)로 공급되어 외부로 배출될 수 있다.After S21, the control unit (M) may switch the air flow path by adjusting the second switching valve 224 so that the stack side air humidifying flow path 205 and the second purge flow path 222 are connected (S22). Accordingly, the air discharged from the humidifier 23 may be supplied back to the humidifier 23 along the second purge passage 222 and discharged to the outside.

S22 이후, 제어부(M)는, 퍼지밸브(225)를 폐쇄시킬 수 있다(S23). 이에 따라, 가습장치(23)에서 토출된 공기는 제2 퍼지유로(222)를 따라 가습장치(23)로 다시 공급되고, 스택(20)에서 토출된 공기는 제1 퍼지(221)를 따라 제2 블로워(72)로 공급될 수 있다.After S22, the control unit M may close the purge valve 225 (S23). Accordingly, the air discharged from the humidifier 23 is supplied back to the humidifier 23 along the second purge passage 222, and the air discharged from the stack 20 is supplied to the first purge 221. 2 Can be supplied to the blower (72).

S23 이후, 제어부(M)는, 소정 시간 동안 퍼지운전을 수행하여 스택 내 잔존하는 공기를 제거할 수 있다(S24).After S23, the control unit M may perform a purge operation for a predetermined time to remove air remaining in the stack (S24).

S24 이후, 제어부(M)는, 압력계(57)에서 측정된 제1 퍼지유로(221)의 압력을 설정값과 비교하여 퍼지운전 완료 여부를 판단할 수 있다(S25). 예를 들면, 제어부(M)는, 제1 퍼지유로(221)의 압력이 설정값을 초과하는 경우, 퍼지운전이 완료되지 않았다고 판단하고, 제1 퍼지유로(221)의 압력이 설정값 이하인 경우, 퍼지운전이 완료되었다고 판단할 수 있다. 여기서, 설정값이란, 스택 내 잔존하는 공기가 모두 제거되었다고 판단되는 값으로, 대기압이거나 대기압 대비 음압인 값을 의미할 수 있다.After S24, the control unit M may determine whether the purge operation is complete by comparing the pressure of the first purge passage 221 measured by the pressure gauge 57 with the set value (S25). For example, the control unit (M) determines that the purge operation is not completed when the pressure of the first purge passage 221 exceeds the set value, and when the pressure of the first purge passage 221 is less than the set value. , it can be determined that the purge operation has been completed. Here, the set value is a value at which it is determined that all remaining air in the stack has been removed, and may mean a value that is atmospheric pressure or negative pressure compared to atmospheric pressure.

퍼지운전이 완료되지 않은 경우(S25에서 No), 제어부(M)는, S24로 복귀하여 퍼지운전을 계속 수행할 수 있다.If the purge operation is not completed (No in S25), the control unit M can return to S24 and continue performing the purge operation.

퍼지운전이 완료된 경우(S25에서 Yes), 제어부(M)는, 제2 외부공기유입유로(203)와 제2 블로워 입구단(203)이 연결되도록 제1 절환밸브(223)를 조절하여 공기유로를 절환시킬 수 있다(S26).When the purge operation is completed (Yes in S25), the control unit (M) adjusts the first switching valve 223 so that the second external air inlet flow path 203 and the second blower inlet end 203 are connected to the air flow path. can be switched (S26).

S26 이후, 제어부(M)는, 소정 시간 경과 후, 제2 블로워(72)의 작동을 정지시킬 수 있다(S27). 이에 따라, 퍼지운전이 완전 종료되고, 연료전지 시스템(1)은 발전운전 수행을 위한 대기상태를 유지할 수 있다.After S26, the control unit M may stop the operation of the second blower 72 after a predetermined time has elapsed (S27). Accordingly, the purge operation is completely terminated, and the fuel cell system 1 can maintain a standby state for performing the power generation operation.

첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The attached drawings are only for easy understanding of the embodiments disclosed in the present specification, and the technical idea disclosed in the present specification is not limited by the attached drawings, and all changes and equivalents included in the spirit and technical scope of the present invention are not limited to the attached drawings. It should be understood to include water or substitutes.

마찬가지로, 특정한 순서로 도면에서 동작들을 묘사하고 있지만, 이는 바람직한 결과를 얻기 위하여 도시된 그 특정한 순서나 순차적인 순서대로 그러한 동작들을 수행하여야 한다거나, 모든 도시된 동작들이 수행되어야 하는 것으로 이해되어서는 안 될 수 있다. 특정한 경우, 멀티태스킹과 병렬 프로세싱이 유리할 수 있다.Likewise, although operations are depicted in the drawings in a particular order, this should not be construed to mean that those operations must be performed in the specific order or sequential order shown or that all of the depicted operations must be performed to obtain desirable results. You can. In certain cases, multitasking and parallel processing may be advantageous.

또한, 이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.In addition, although preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and the technical field to which the invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be understood individually from the technical idea or perspective of the present invention.

10: 연료처리장치 20: 스택
53: 공기유량계 57: 압력계
72: 제2 블로워 203: 제2 외부공기유입유로
204: 스택측 공기공급유로 205: 스택측 공기가습유로
211: 스택측 공기토출유로 221: 제1 퍼지유로
222: 제2 퍼지유로 223: 제1 절환밸브
224: 제2 절환밸브 225: 퍼지밸브
10: fuel processing device 20: stack
53: air flow meter 57: pressure gauge
72: Second blower 203: Second external air inflow path
204: Stack side air supply passage 205: Stack side air humidification passage
211: Stack side air discharge passage 221: First purge passage
222: Second purge flow path 223: First switching valve
224: second switching valve 225: purge valve

Claims (14)

전기를 생성하는 스택;
상기 스택에 공기를 공급하는 블로워;
상기 스택과 상기 블로워 사이에 배치되고, 상기 블로워에서 토출된 공기에 수분을 공급하고 상기 스택에서 토출된 공기를 외부로 토출하는 가습장치;
상기 블로워 전단에 배치되고, 외부 공기 또는 상기 스택에서 토출된 공기를 상기 블로워로 공급하는 제1 절환밸브;
스택 토출단과 상기 제1 절환밸브를 연결하고, 상기 스택에서 토출되는 공기를 상기 제1 절환밸브로 안내하는 제1 퍼지유로;
상기 가습장치 후단에 배치되고, 상기 가습장치에서 토출된 공기를 상기 스택으로 공급하거나 상기 가습장치로 재공급하는 제2 절환밸브;
상기 제2 절환밸브와 상기 스택 토출단을 연결하고, 상기 가습장치에서 토출된 공기를 상기 가습장치로 안내하는 제2 퍼지유로; 및
상기 스택 토출단에 배치되고, 상기 스택에서 토출되는 공기를 상기 제1 퍼지유로로 안내하는 퍼지밸브;를 포함하는 연료전지 시스템.
Stacks that generate electricity;
A blower that supplies air to the stack;
a humidifier disposed between the stack and the blower, supplying moisture to the air discharged from the blower and discharging the air discharged from the stack to the outside;
a first switching valve disposed at the front of the blower and supplying external air or air discharged from the stack to the blower;
a first purge passage connecting the stack discharge end and the first switching valve and guiding air discharged from the stack to the first switching valve;
a second switching valve disposed at a rear end of the humidifying device and supplying air discharged from the humidifying device to the stack or re-supplying the air discharged from the humidifying device to the humidifying device;
a second purge passage connecting the second switching valve and the stack discharge end and guiding the air discharged from the humidifying device to the humidifying device; and
A purge valve disposed at the discharge end of the stack and guiding air discharged from the stack to the first purge passage.
제1항에 있어서,
운전모드에 따라 상기 제1 절환밸브 및 제2 절환밸브의 절환, 상기 퍼지밸브의 개폐 및 상기 블로워의 작동을 조절하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
퍼지운전 시, 상기 제1 퍼지유로와 상기 블로워가 연결되도록 상기 제1 절환밸브를 조절하고, 상기 가습장치와 상기 제2 퍼지유로가 연결되도록 상기 제2 절환밸브를 조절하고, 상기 스택에서 토출되는 공기가 상기 제1 퍼지유로로 유동하도록 상기 퍼지밸브를 폐쇄하고, 상기 블로워를 작동시켜 상기 스택에 잔류하는 공기를 제거하는 연료전지 시스템.
According to paragraph 1,
It includes a control unit that controls switching of the first and second switching valves, opening and closing of the purge valve, and operation of the blower according to the operation mode,
The control unit,
During purge operation, the first switching valve is adjusted so that the first purge flow path and the blower are connected, the second switching valve is adjusted so that the humidifier and the second purge flow path are connected, and the water discharged from the stack is adjusted. A fuel cell system in which the purge valve is closed to allow air to flow into the first purge passage, and the blower is operated to remove air remaining in the stack.
제2항에 있어서,
상기 제1 퍼지유로에 배치되고, 상기 제1 퍼지유로의 압력을 측정하는 압력계를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 압력계에서 감지된 상기 제1 퍼지유로의 압력이 설정값 이하일 때, 외부 공기가 상기 블로워로 공급되도록 상기 제1 절환밸브를 조절하는 연료전지 시스템.
According to paragraph 2,
A pressure gauge disposed in the first purge passage and measuring the pressure of the first purge passage,
The control unit,
A fuel cell system that adjusts the first switching valve so that external air is supplied to the blower when the pressure of the first purge passage detected by the pressure gauge is below a set value.
제3항에 있어서,
상기 설정값은, 대기압이거나 대기압보다 음압인 연료전지 시스템.
According to paragraph 3,
The set value is a fuel cell system that is atmospheric pressure or a pressure more negative than atmospheric pressure.
제1항에 있어서,
상기 퍼지밸브는,
상기 제1 퍼지유로의 분지점과, 상기 제2 퍼지유로의 분지점 사이에 위치하는 연료전지 시스템.
According to paragraph 1,
The purge valve is,
A fuel cell system located between a branch point of the first purge flow path and a branch point of the second purge flow path.
제5항에 있어서,
상기 제1 퍼지유로의 분지점은 상기 제2 퍼지유로의 분지점보다 상기 스택에 더 가깝게 위치하는 연료전지 시스템.
According to clause 5,
A fuel cell system in which a branch point of the first purge flow path is located closer to the stack than a branch point of the second purge flow path.
제1항에 있어서,
운전모드에 따라 상기 제1 절환밸브 및 제2 절환밸브를 조절하고, 상기 퍼지밸브의 개폐 및 상기 블로워의 작동을 조절하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는,
발전운전 시, 외부 공기가 상기 블로워로 공급되도록 상기 제1 절환밸브를 조절하고, 상기 가습장치와 상기 스택이 연결되도록 상기 제2 절환밸브를 절환하고, 상기 블로워를 작동시켜 외부 공기를 상기 스택으로 공급하는 연료전지 시스템.
According to paragraph 1,
It includes a control unit that controls the first switching valve and the second switching valve according to the operation mode, and controls opening and closing of the purge valve and operation of the blower,
The control unit,
During power generation operation, the first switching valve is adjusted so that external air is supplied to the blower, the second switching valve is switched so that the humidifier and the stack are connected, and the blower is operated to supply external air to the stack. Fuel cell system supplied.
제7항에 있어서,
상기 블로워의 후단에 배치되고, 상기 스택으로 공급되는 공기 유량을 측정하는 공기유량계를 포함하고,
상기 제어부는,
상기 공기유량계에서 측정된 공기 유량이 설정값보다 작을 때, 상기 제1 퍼지유로와 상기 블로워가 연결되도록 상기 제1 절환밸브를 조절하고, 상기 가습장치와 상기 제2 퍼지유로가 연결되도록 상기 제2 절환밸브를 조절하고, 상기 스택에서 토출되는 공기가 상기 제1 퍼지유로로 유동하도록 상기 퍼지밸브를 폐쇄하여 퍼지운전에 진입하는 연료전지 시스템.
In clause 7,
It is disposed at the rear end of the blower and includes an air flow meter that measures the air flow rate supplied to the stack,
The control unit,
When the air flow rate measured by the air flow meter is less than the set value, the first switching valve is adjusted so that the first purge flow path and the blower are connected, and the second switching valve is adjusted so that the humidifier and the second purge flow path are connected. A fuel cell system that enters a purge operation by adjusting a switching valve and closing the purge valve so that air discharged from the stack flows into the first purge passage.
전기를 생성하는 스택; 상기 스택에 공기를 공급하는 블로워; 상기 블로워에서 토출된 공기에 수분을 공급하고 상기 스택에서 토출된 공기를 외부로 토출하는 가습장치; 상기 스택에서 토출되는 공기를 상기 블로워로 유도하는 퍼지밸브; 외부 공기 또는 상기 스택에서 토출된 공기를 상기 블로워로 공급하는 제1 절환밸브; 및 상기 가습장치에서 토출된 공기를 상기 스택으로 공급하거나 상기 가습장치로 재공급하는 제2 절환밸브를 포함하는 연료전지 시스템의 제어방법에 있어서,
상기 블로워를 통해 상기 스택에 공기를 공급하여 상기 스택에서 전기를 생성하는 발전운전을 수행하는 단계; 및
발전운전 종료 시, 상기 제1 절환밸브, 상기 제2 절환밸브 및 상기 퍼지밸브를 조절하여 상기 스택에 잔류하는 공기를 제거하는 퍼지운전을 수행하는 단계를 포함하는 연료전지 시스템의 제어방법.
Stacks that generate electricity; A blower that supplies air to the stack; a humidifier that supplies moisture to the air discharged from the blower and discharges the air discharged from the stack to the outside; a purge valve that guides air discharged from the stack to the blower; a first switching valve that supplies external air or air discharged from the stack to the blower; and a second switching valve that supplies air discharged from the humidifier to the stack or re-supplies the air discharged from the humidifier to the humidifier,
performing a power generation operation to generate electricity in the stack by supplying air to the stack through the blower; and
A control method of a fuel cell system comprising performing a purge operation to remove air remaining in the stack by adjusting the first switching valve, the second switching valve, and the purge valve at the end of the power generation operation.
제9항에 있어서,
상기 발전운전을 수행하는 단계는,
공기 유입유로와 상기 블로워가 연결되도록 상기 제1 절환밸브를 절환하고, 상기 가습장치와 상기 스택이 연결되도록 상기 제2 절환밸브를 절환하고, 상기 블로워를 작동시켜 외부 공기를 상기 스택으로 공급하는 연료전지 시스템의 제어방법.
According to clause 9,
The step of performing the power generation operation is,
Fuel that switches the first switching valve to connect the air inlet flow path and the blower, switches the second switching valve to connect the humidifier and the stack, and operates the blower to supply external air to the stack. Control method of battery system.
제9항에 있어서,
상기 블로워의 후단에 배치되고, 상기 스택으로 공급되는 공기 유량을 측정하는 공기유량계를 포함하고,
입력부로부터 발전운전 종료신호를 전달받거나, 상기 공기유량계에서 측정된 공기 유량이 설정값보다 작은 경우, 발전운전을 종료하고 퍼지운전을 수행하는 연료전지 시스템의 제어방법.
According to clause 9,
It is disposed at the rear end of the blower and includes an air flow meter that measures the air flow rate supplied to the stack,
A control method for a fuel cell system that terminates the power generation operation and performs a purge operation when a power generation operation termination signal is received from an input unit or the air flow rate measured by the air flow meter is less than the set value.
제9항에 있어서,
상기 퍼지운전을 수행하는 단계는,
제1 퍼지유로와 상기 블로워가 연결되도록 상기 제1 절환밸브를 조절하고, 상기 가습장치와 제2 퍼지유로가 연결되도록 상기 제2 절환밸브를 조절하고, 상기 스택에서 토출되는 공기가 상기 제1 퍼지유로로 유동하도록 상기 퍼지밸브를 폐쇄하는 연료전지 시스템의 제어방법.
According to clause 9,
The step of performing the purge operation is,
The first switching valve is adjusted so that the first purge passage and the blower are connected, the second switching valve is adjusted so that the humidifier and the second purge passage are connected, and the air discharged from the stack is connected to the first purge. A control method of a fuel cell system that closes the purge valve to allow flow to flow.
제12항에 있어서,
압력계에서 감지된 상기 제1 퍼지유로의 압력이 설정값 이하인 경우, 공기 유입유로와 상기 블로워가 연결되도록 상기 제1 절환밸브를 조절하여 외부 공기를 상기 블로워로 공급하는 연료전지 시스템의 제어방법.
According to clause 12,
A control method for a fuel cell system that supplies external air to the blower by adjusting the first switching valve so that the air inlet flow path and the blower are connected when the pressure of the first purge passage detected by the pressure gauge is below the set value.
제13항에 있어서,
상기 설정값은, 대기압이거나 대기압보다 음압인 연료전지 시스템의 제어방법.

According to clause 13,
The set value is atmospheric pressure or a negative pressure than atmospheric pressure.

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