KR20020059037A

KR20020059037A - 전기제품의 전원 공급 장치

Info

Publication number: KR20020059037A
Application number: KR1020000087279A
Authority: KR
Inventors: 윤홍식; 김인규; 김혁덕; 박일권; 박명석; 이성환; 이명호; 황용준
Original assignee: 구자홍; 엘지전자주식회사
Priority date: 2000-12-30
Filing date: 2000-12-30
Publication date: 2002-07-12
Also published as: KR100652613B1

Abstract

본 발명은 전기제품의 전원 공급 장치에 관한 것으로, 본 발명은 전해질을 사이에 두고 한 쌍의 전극을 배치함과 아울러 그 중 한 쪽 전극에는 수소 또는 수소를 함유하는 연료물질을 접촉시키는 반면 다른 한 쪽 전극에는 산소를 함유하는 산화물질을 접촉시켜 이온화된 연료물질과 산화물질의 전기화학적 반응시 전기와 열을 함께 발생시키는 연료전지와, 상기 연료전지에 차별적으로 접속되어 그 연료전지와 함께 소정의 구동원에 전원을 인가하는 2차전지를 포함함으로써, 최대전력소비량 보다 작은 용량의 연료전지를 사용할 수 있게 되어 전력량의 낭비 및 연료량의 낭비가 미연에 방지되고, 심야전력 등 휴지기간동안 만들어지는 전력량 일부를 저장하였다가 재활용하므로 에너지 효율이 향상되며, 연료전지의 재기동시 일정시간동안 2차전지가 주전원으로 대체됨에 따라 연료전지의 신뢰성이 향상된다.

Description

전기제품의 전원 공급 장치{POWER SOURCE SUPPLY APPARATUS FOR ELECTRIC MACHINE}

본 발명은 전기제품의 전원 공급 장치에 관한 것으로, 특히 2차전지가 구비된 연료전지를 이용하여 각종 가전제품의 부하에 따라 전원을 차별적으로 공급하도록 한 전기제품의 전원 공급 장치에 관한 것이다.

알려진 바와 같이 대부분의 전기제품은 대규모 발전소에서 만들어진 전기를 송배전소를 거쳐 가정까지 공급되는 상용전기를 이용하여 직접 구동되거나 또는 각 가정이나 공장 등 현지에 마련된 소규모의 자가발전설비(自家發電設備)를 이용하여 만들어진 전기를 이용하여 직접 구동되는 것이나, 이러한 상용전기는 전기를 만들고 운반하는데 과도한 비용이 투여될 뿐만 아니라 환경을 파괴할 소지가 많고, 또 이를 이용하기 위하여는 건물의 벽면에 장착된 콘센트에 사용하고자 하는 전기제품의 플러그를 연결하여 사용하여야 하므로 진공청소기나 머리건조기와 같이 사용공간이 유동적인 제품에 이용하기에는 공간상의 제약 등 다소 불편함이 있었다.

이러한 점을 감안하여 각각의 전기제품에 내장 가능한 소용량의 자가발전시스템으로 연료전지에 대한 연구가 최근 활발하게 진행되고 있는 실정이다.

도 1은 종래 연료전지의 구성을 보인 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이 종래의 연료전지는, 수소를 함유한 연료가 저장되는 연료탱크(1)와, 상기 연료탱크(1)에 연결되어 공급되는 연료로부터 수소를 만들어 내는 개질기(2)와, 상기 개질기(2)에 연결되어 그 개질기(2)로부터 만들어진수소(H₂)와 이와 별도로 공급되는 산소(O₂)의 전기화학적 반응으로 전기와 열을 발생시키는 스택(3)을 포함하여 구성되어 있다.

상기 개질기(2)는 연료탱크(1)를 통해 공급되는 연료가 물과 공기와 함께 유입되어 탈황반응 및 개질반응 그리고 수소정제반응이 일어나면서 연료로부터 수소가 생성되는 반응로(2A)와, 상기 반응로(2A)에 접촉 결합되어 그 반응로(2A)에서 필요한 열을 공급하는 버너(2B)로 이루어져 있다.

상기 스택(3)은 전해질막(3A)을 사이에 두고 그 양쪽에는 각각 수소 또는 수소를 함유한 연료물질이 공급되는 연료극(또는, 양극)(anode)(3B)과 산소를 함유하는 산화제가 공급되는 공기극(또는, 음극)(cathode)(3C)이 배치되어 단일셀을 형성하고, 이러한 단일셀이 다수개 겹쳐져 이루어져 있다.

상기와 같은 종래 연료전지는 다음과 같이 동작된다.

즉, 상기 연료탱크(1)로부터 공급되는 연료액이 물과 공기와 혼합되면서 개질기(2)로 유입되고, 이 연료액의 일부는 개질기(2)의 버너(2B)로 유입되어 연소되고 나머지는 반응로(2A)로 유입되어 탈황반응 및 개질반응 그리고 수소정제반응을 거치면서 수소를 발생시키게 되며, 이 수소는 스택(3)의 연료극(3B)으로 공급되어 공기극(3C)으로 공급되는 산소와 함께 전기화학적 반응을 거치면서 전기와 열을 발생시키게 되고, 이 중 전기는 각각의 전기제품에 인가되면서 전원으로 사용되는 반면 열은 별도의 열회수장치를 거쳐 열원으로 이용되는 것이었다.

그러나, 상기와 같은 종래 연료전지를 이용한 전원 공급 장치에 있어서는, 실제 전력소비량이 시간 또는 계절 등에 따라 다름에도 불구하고 각 가정에서는 최대 전력소비량에 맞게 구비되어야 하므로 불필요하게 낭비되는 전력량과 이에 따른 연료량이 증가되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 연료전지를 이용한 전기제품의 전원 공급 장치가 가지는 문제점을 감안하여 안출한 것으로, 시간 또는 계절에 따라 변동되는 필요전력량에 맞게 전원을 공급할 수 있도록 하여 전력낭비와 연료낭비를 최소화하는데 적합한 전기제품의 전원 공급 장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

도 1은 종래 연료전지의 일례를 보인 개략도.

도 2는 본 발명 연료전지의 구성을 보인 개략도.

도 3은 본 발명 연료전지의 일례를 보인 회로도.

도 4는 본 발명 연료전지의 일례에 대한 순서도.

도 5는 본 발명 연료전지의 변형예를 보인 회로도.

도 6은 본 발명 연료전지의 변형예에 대한 순서도.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10 : 연료전지11 : 연료탱크

12 : 개질기13 : 스택

20 : 2차전지30 : 전력부하 감지센서

40 : 마이콤M : 모터

S1,S2,S3,S4 : 제1,제2,제3,제4 스위치

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 전해질을 사이에 두고 한 쌍의 전극을 배치함과 아울러 그 중 한 쪽 전극에는 수소 또는 수소를 함유하는 연료물질을 접촉시키는 반면 다른 한 쪽 전극에는 산소를 함유하는 산화물질을 접촉시켜 이온화된 연료물질과 산화물질의 전기화학적 반응시 전기와 열을 함께 발생시키는 연료전지와, 상기 연료전지에 차별적으로 접속되어 그 연료전지와 함께 소정의 구동원에 전원을 인가하는 2차전지를 포함한 전기제품의 전원 공급 장치가 제공된다.

이하, 본 발명에 의한 전기제품의 전원 공급 장치를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명 연료전지의 구성을 보인 개략도이고, 도 3은 본 발명 연료전지의 일례를 보인 회로도이며, 도 4는 본 발명 연료전지의 일례에 대한 순서도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 전기제품의 전원 공급 장치는, 통상적인 연료전지(10)와, 상기 연료전지(10)에 차별적으로 연결되어 함께 전원을 공급하는 2차전지(20)로 구성된다.

상기 연료전지는 수소를 함유한 연료가 저장되는 연료탱크(11)와, 상기 연료탱크(11)에 연결되어 공급되는 연료로부터 수소를 만들어 내는 개질기(12)와, 상기 개질기(12)에 연결되어 그 개질기(12)로부터 만들어진 수소(H₂)와 이와 별도로 공급되는 산소(O₂)의 전기화학적 반응으로 전기와 열을 발생시키는 스택(13)으로 이루어진다.

상기 2차전지(20)는 연료전지(10)의 스택(13)과 전기제품(미부호) 사이에 연결되고, 상기 2차전지(20)와 전기제품의 사이에는 현재 사용되고 있는 전력량을 검출하는 전력부하 감지센서(30)가 연결되며, 상기 전력부하 감지센서(30)에는 후술할 각 스위치의 스위칭 동작을 제어하여 2차전지(20)의 충/방전을 조절하는 마이콤(40)이 연결되어 이루어진다.

상기 연료전지(10)와 2차전지(20)는 도 3에서와 같이 연료전지(10)의 일측 전압단과 2차전지(20)의 일측 전압단 사이에서 접속되는 제1 스위치(S1)와, 상기 2차전지(S1)의 타측 전압단과 전기제품(미부호)의 구동원인 모터(M)의 일측 입력단 사이에서 접속되는 제2 스위치(S2)와, 상기 연료전지(10)와 제1 스위치(S1) 사이 그리고 2차전지(20)와 제2 스위치(S2) 사이에서 접속되는 제3 스위치(S3)와, 상기 제1 스위치(S1)와 2차전지(20) 사이 그리고 연료전지(10)의 타측 전압단과 상기한 모터(M)의 타측 입력단 사이에서 접속되는 제4 스위치(S4)가 각각 구비되어 연결된다.

상기 마이콤(40)에는 적정 전력부하량과 그 적정 전력부하량과 현재의 전력부하량을 비료하여 각각의 스위치를 제어할 수 있도록 자료가 저장된 롬(ROM ; Read Only Memory)이 구비된다.

도면중 미설명 부호인 12A는 반응로, 12B는 버너, 13A는 전해질막, 13B는 연료극, 13C는 공기극이다.

상기와 같은 본 발명에 의한 전기제품의 전원 공급 장치는 다음과 같은 작용효과를 갖는다.

즉, 상기 연료탱크(11)로부터 공급되는 연료액이 물과 공기와 혼합되면서 개질기(12)로 유입되고, 이 연료액의 일부는 개질기(12)의 버너(12B)로 유입되어 연소되고 나머지는 반응로(12A)로 유입되어 수소(H₂)를 발생시키게 되며, 이 수소(H₂)는 스택(13)의 연료극(13B)으로 공급되어 공기극(13C)으로 공급되는 산소(O₂)와 함께 전기화학적 반응을 거치면서 전기와 열을 발생시키게 되고, 이 중 전기는 각각의 전기제품에 인가된다.

이때, 도 4에서와 같이 상기 전력부하 감지센서(30)가 각 전기제품의 총 부하를 검출하여 마이콤(40)에 전달하게 되고, 이 마이콤(40)에서는 부하량과 적정부하량을 비교하여 강(强)모드 운전이 필요하다고 판단되면 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)를 온(ON)시키는 반면 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4)를 오프(OFF)시켜 연료전지(10)와 2차전지(20)의 전압이 합쳐져 모터(M)에 공급되도록 한다.

또한, 상기 마이콤(40)에서 약(弱)모드 운전이 필요하다고 판단되면 제2 스위치(S2)와 제3 스위치(S3)를 온(ON)시키는 반면 제1 스위치(S1)와 제4 스위치(S4)를 오프(OFF)시켜 2차전지(20)는 배제하고 연료전지(10)의 전압만 모터에 공급되도록 한다.

또한, 상기 전기제품을 사용하지 않고 대기하는 중에는 마이콤(40)에서 충전(充電)모드로 인식하여 제3 스위치(S3)와 제4 스위치(S4)를 온(ON)시키는 반면 제1 스위치(S1)와 제2 스위치(S2)를 오프(OFF)시켜 연료전지(10)로부터 만들어지는 전압이 2차전지(20)로 공급되어 그 2차전지(20)를 미리 충전시키도록 한다.

한편, 본 발명에 의한 전원 공급 장치에서 연료전지와 2차전지를 변형예로 연결시키는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 일례에서는 연료전지(10)와 2차전지(20)가 직렬로 연결되도록 하는 것이나, 본 변형예는 도 5에 도시된 바와 같이 연료전지(10)와 2차전지(20)가 병렬로 연결되도록 상기 연료전지(10)의 일측 전압단과 모터(M) 사이에서 제1 스위치(S1)를 접속시키고, 상기 연료전지(10)의 일측 전압단과 제1 스위치(S1) 사이 그리고 2차전지(20) 사이에서 제2 스위치(S2)를 접속시키며, 상기 제1 스위치(S1)와 모터(M) 사이 그리고 2차전지(20) 사이에서 제3 스위치(S3)를 접속시켜 구성한다.

또한, 현재 사용되고 있는 전력부하를 검출하는 전력부하 감지센서(30)를 구동원인 모터(M)에 전기적으로 연결시키고, 상기 전력부하 감지센서(30)에는 상기한 전력부하 감지센서(30)로부터 전달받은 전력부하에 따라 각 스위치(S1,S2,S3)의 스위칭 동작을 제어하는 마이콤(40)을 연결 설치하여 이루어진다.

상기와 같은 전원 공급 장치에서의 작용효과는 다음과 같다.

먼저, 전술한 바와 같이 상기 마이콤(40)에서 강(强)모드가 필요하다고 판단되는 경우에는 제1 스위치(S1)를 오프(OFF)시키는 반면 제2 스위치(S2)와 제3 스위치(S3)를 온(ON)시켜 연료전지(10)와 2차전지(20)가 병렬로 연결되어 보다 많은 전류가 공급되도록 하고, 또 약(弱)모드가 필요하다고 판단되는 경우에는 제1 스위치(S1)와 제3 스위치(S3)를 오프(OFF)시키는 반면 제2 스위치(S2)를 온(ON)시켜 연료전지(10)로만 전기를 공급하도록 하며, 또 충전(充電)모드로 전환되는 경우에는 제1 스위치(S1)를 온(ON)시키는 반면 제2 스위치(S2)와 제3 스위치(S3)를 오프(OFF)시켜 연료전지(10)로부터 만들어지는 전기가 2차전지(20)로 유도되어 그 2차전지(20)를 충전시키게 된다.

이렇게 하여, 전기제품을 모두 사용할 때와 같이 강모드 운전이 필요한 경우에는 연료전지로부터 발생되는 전기와 2차전지에 축전되어 있던 전기가 함께 공급되어 각종 전기제품을 원활하게 동작시킬 수 있게 되는 한편 일부 전기제품을 오프시키거나 어느 특정 제품을 약하게 사용하는 경우에는 2차전지는 제외시킨 상태에서 연료전지에서 나오는 전기만을 사용하게 되고, 또 심야 등 운전 휴지시에는 연료전지에서 만들어지는 전기를 2차전지로 유도하여 그 2차전지를 미리 충전시킬 수 있게 되므로 연료전지에서 생산되는 전력의 불필요하게 누수되는 것을 최대한 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에서와 같이 2차전지를 구비하는 전원 공급 장치의 경우 연료전지의 특성상 정지시켰다가 재기동시킬 때에는 일정시간이 지난 다음에야 전기가만들어지게 되므로 이 시간동안에 2차전지가 주전원을 전기를 공급하게 각종 전기제품을 원활하게 사용할 수 있게 된다.

참고로, 상기한 전원 공급 장치가 청소기나 머리건조기와 같이 단품에 개별적으로 내장되는 경우에도 전술한 강모드, 약모드, 충전모드 등을 그 각 단품의 운전조건에 따라 원활하게 수행할 수 있다.

본 발명에 의한 전기제품의 전원 공급 장치는, 주전원인 연료전지에 보조전원인 2차전지를 전력소비량에 맞게 차별적으로 연결되도록 구성함으로써, 최대전력소비량 보다 작은 용량의 연료전지를 사용할 수 있게 되어 전력량의 낭비 및 연료량의 낭비가 미연에 방지되고, 심야전력 등 휴지기간동안 만들어지는 전력량 일부를 저장하였다가 재활용하므로 에너지 효율이 향상되며, 연료전지의 재기동시 일정시간동안 2차전지가 주전원으로 대체됨에 따라 연료전지의 신뢰성이 향상된다.

Claims

전해질을 사이에 두고 한 쌍의 전극을 배치함과 아울러 그 중 한 쪽 전극에는 수소 또는 수소를 함유하는 연료물질을 접촉시키는 반면 다른 한 쪽 전극에는 산소를 함유하는 산화물질을 접촉시켜 이온화된 연료물질과 산화물질의 전기화학적 반응시 전기와 열을 함께 발생시키는 연료전지와,

상기 연료전지에 차별적으로 접속되어 그 연료전지와 함께 소정의 구동원에 전원을 인가하는 2차전지를 포함한 전기제품의 전원 공급 장치.
제1항에 있어서, 상기 연료전지의 일측 전압단과 2차전지의 일측 전압단 사이에서 접속되는 제1 스위치와, 상기 2차전지의 타측 전압단과 구동원의 일측 입력단 사이에서 접속되는 제2 스위치와, 상기 연료전지와 제1 스위치 사이 그리고 2차전지와 제2 스위치 사이에서 접속되는 제3 스위치와, 상기 제1 스위치와 2차전지 사이 그리고 연료전지의 타측 전압단과 구동원의 타측 입력단 사이에서 접속되는 제4 스위치가 각각 구비되어 이루어진 전기제품의 전원 공급 장치.
제2항에 있어서, 상기 구동원에 전기적으로 연결되어 현재 사용되고 있는 전력부하를 검출하는 전력부하 감지센서와,

상기 전력부하 감지센서에 연결 설치되어 상기한 전력부하 감지센서로부터 전달받은 전력부하에 따라 각 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 마이콤으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기제품의 전원 공급 장치.
제3항에 있어서, 상기 마이콤은 전력부하 감지센서로부터 전달받은 전력부하가 일정전압 이상인 경우에는 강(强)모드로 전환되어 제1 스위치와 제2 스위치를 온(ON)시키는 반면 제3 스위치와 제4 스위치를 오프(OFF)시키도록 하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 전원 공급 장치.
제3항에 있어서, 상기 마이콤은 전력부하 감지센서로부터 전달받은 전력부하가 일정전압 이하인 경우에는 약(弱)모드로 전환되어 제2 스위치와 제3 스위치를 온(ON)시키는 반면 제1 스위치와 제4 스위치를 오프(OFF)시키도록 하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 전원 공급 장치.
제3항에 있어서, 상기 마이콤은 전력부하 감지센서로부터 전달받은 전력부하가 제로(zero)인 경우에는 충전(充電)모드로 전환되어 제3 스위치와 제4 스위치를 온(ON)시키는 반면 제1 스위치와 제2 스위치를 오프(OFF)시키도록 하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 전원 공급 장치.
제1항에 있어서, 상기 연료전지의 일측 전압단과 구동원 사이에서 접속되는 제1 스위치와,

상기 연료전지의 일측 전압단과 제1 스위치 사이 그리고 2차전지 사이에서접속되는 제2 스위치와,

상기 제1 스위치와 구동원 사이 그리고 2차전지 사이에서 접속되는 제3 스위치로 구성한 것을 특징으로 하는 전기제품의 전원 공급 장치.
제7항에 있어서, 상기 구동원에 전기적으로 연결되어 현재 사용되고 있는 전력부하를 검출하는 전력부하 감지센서와,

상기 전력부하 감지센서에 연결 설치되어 상기한 전력부하 감지센서로부터 전달받은 전력부하에 따라 각 스위치의 스위칭 동작을 제어하는 마이콤으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전기제품의 전원 공급 장치.
제8항에 있어서, 상기 마이콤은 전력부하 감지센서로부터 전달받은 전력부하가 일정전류 이상인 경우에는 강(强)모드로 전환되어 제1 스위치를 오프(OFF)시키는 반면 제2 스위치와 제3 스위치를 온(ON)시키도록 하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 전원 공급 장치.
제8항에 있어서, 상기 마이콤은 전력부하 감지센서로부터 전달받은 전력부하가 일정전류 이하인 경우에는 약(弱)모드로 전환되어 제1 스위치와 제3 스위치를 오프(OFF)시키는 반면 제2 스위치를 온(ON)시키도록 하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 전원 공급 장치.
제8항에 있어서, 상기 마이콤은 전력부하 감지센서로부터 전달받은 전력부하가 일정전류 제로(zero)인 경우에는 충전(充電)모드로 전환되어 제1 스위치를 온(ON)시키는 반면 제2 스위치와 제3 스위치를 오프(OFF)시키도록 하는 것을 특징으로 하는 전기제품의 전원 공급 장치.