KR20060086975A - 연료전지 시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

연료전지 시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료극과 공기극이 전해질막을 사이에 두고 배열되는 연료전지스택과; 상기 연료전지스택의 연료극과 연료 공급라인으로 연결되어 상기 연료극에 수소가 포함된 연료를 공급하는 연료 탱크와; 상기 연료전지스택의 공기극과 공기 공급라인으로 연결되어 상기 공기극에 산소가 포함된 공기를 공급하는 공기 공급유닛과; 상기 연료전지스택으로 공급되는 공기 및 연료를 가열하는 가열유닛과; 시스템의 구동이 정지될 때 각 계통에 남아 있는 연료를 상기 연료탱크로 리턴시키는 퍼지유닛으로 구성되어, 시스템 구동시 연료를 가열하여 연료전지스택의 온도를 최단시간 내에 목표온도로 높일 수 있고, 시스템이 정지되면 연료전지스택 및 각 계통에 남아 있는 연료를 연료탱크로 리턴시켜 연료전지 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

연료전지 시스템 및 그 제어방법 { FUEL SELL SYSTEM AND CONTROL METHOD THEREOF }
본 발명은 연료전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지 스택의 온도를 최단시간 내에 목표온도에 도달되도록 하여 연료전지의 신뢰성을 향상시킬 수 있고 연료전지 정지시 빠른 시간 내에 연료전지 스택의 온도를 떨어뜨려 연료전지의 안정성을 높일 수 있는 연료전지 시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지 시스템은 화석 연료의 대안으로 제시하는 것으로 통상의 전지(2차 전지)와는 달리 연료극(anode)에 연료(수소가스나 탄화수소 등)를 공급하고 공기극(cathode)에 산소를 공급하여 연료의 연소(산화)반응을 거치지 않고 수소와 산소의 전기화학적 반응을 거쳐 반응 전후의 에너지 차를 전기에너지로 직접 변환하는 시스템이다.
종래 기술에 따른 연료전지 시스템은 도 1에서와 같이, 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 생성하도록 전해질막(미도시)을 사이에 둔 연료극(anode:102)과 공기극(cathode:104)이 다수로 적층되는 연료전지스택(106)과, 수소를 포함한 연료를 상기 연료극(anode:102)에 공급하는 연료가 저장되는 연료 탱 크(108)와, 산소를 포함한 공기를 상기 공기극(cathode:104)에 공급하는 공기 공급부(110) 등으로 구성된다.
상기 연료 탱크(108)와 상기 연료전지스택(106)의 연료극(anode:102) 사이에는 상기 연료 탱크(108)에 저장된 연료를 펌핑하는 연료펌프(112)가 설치된다.
그리고, 상기 공기 공급부(110)는 대기 중의 공기를 연료전지스택(106)의 공기극(cathode:104)으로 공급하는 에어 컴프레셔(114)와, 상기 연료전지스택(106)으로 공급되는 공기를 정화시키는 에어 필터(116)와, 상기 연료전지스택(106)으로 공급되는 공기를 적정하게 습윤하도록 가습하는 가습기(humidifier:118)로 구성된다. 여기에서, 상기 가습기(118)에는 상기 가습기(118)로 수분을 공급하는 물탱크(120)가 설치된다.
상기와 같은 종래 기술의 연료전지에 연료를 공급하여 전기에너지가 발생하는 과정을 다음에서 설명한다.
제어부(미도시)의 제어신호에 따라 연료펌프(Fuel Pump:112)가 구동되면 연료 탱크(108)에 저장된 연료가 펌핑되어 연료전지스택(106)의 연료극(102)에 공급된다. 그리고, 에어 컴프레셔(114)가 작동되면 에어 필터(116)에 의해 정화된 공기가 가습기(118)를 통과하면서 습윤되어 상기 연료전지스택(106)의 공기극(104)으로 공급된다.
상기 연료전지스택(106)으로 연료와 공기가 공급되면 전해질 막(미도시)을 사이에 두고 연료극(102)에서는 수소의 전기화학적 산화가 진행되고, 공기극(104)에서는 산소의 전기화학적 환원이 일어나며, 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기가 발생되어 부하(126)로 공급된다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 연료전지 시스템은 연료 전지스택의 온도를 연료전지스택의 온도가 목표온도에 도달하기까지 많은 시간이 걸리기 때문에 연료전지의 신뢰성 및 성능이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 연료전지를 정지시킨 후에도 연료전지스택의 온도가 높게 유지되기 때문에 안정성을 저하시키는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 연료 파우더가 물과 혼합될 때 발생되는 열과 연료전기스택의 연료극에서 생성되는 수소를 연소시킬 때 발생되는 열을 이용하여 연료를 가열하여 연료전지스택의 온도를 최단시간 내에 목표온도를 승온시킬 수 있어 연료전지의 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 연료전지 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
다른 목적은 연료전지 시스템의 구동이 정지되면 연료전지스택의 온도를 빠른 시간 내에 떨어뜨려 연료전지의 안정성을 향상시키고, 각 계통에 남아 있는 연료를 연료탱크로 리턴시켜 성능을 향상시킬 수 있는 연료전지 시스템 및 그 제어방법을 제공하는 데 있다.
상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명에 따른 연료전지 시스템은 연료극과 공기극이 전해질막을 사이에 두고 배열되는 연료전지스택과; 상기 연료전지스택의 연료극과 연료 공급라인으로 연결되어 상기 연료극에 수소가 포함된 연료를 공급하는 연료 탱크와; 상기 연료전지스택의 공기극과 공기 공급라인으로 연결되어 상기 공기극에 산소가 포함된 공기를 공급하는 공기 공급유닛과; 상기 연료전지스택으로 공급되는 공기 및 연료를 가열하는 가열유닛과; 시스템의 구동이 정지될 때 각 계통에 남아 있는 연료를 상기 연료탱크로 리턴시키는 퍼지유닛을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 연료전지스택에는 시스템 정지시 연료전지스택을 냉각시키는 냉각팬이 설치되는 것을 특징으로 한다.
상기 가열유닛은 상기 연료 공급라인과 공기 공급라인에 설치되어 상기 연료전지스택에서 생성되는 수소를 열원으로 사용하여 상기 연료전지스택으로 공급되는 연료와 공기를 가열하는 수소 연소기로 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 퍼지유닛은 상기 연료전지스택과 연료탱크 사이에 연결되어 연료탱크에서 배출되는 연료가 연료탱크로 회수되는 연료 회수라인과, 상기 연료 회수라인에 설치되어 시스템이 정지되면 구동되어 시스템의 각 계통에 남아 있는 연료를 상기 연료 회수라인을 통해 연료탱크로 리턴시키는 리사이클 펌프로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 연료전지 시스템의 제어방법은 연료를 가열하는 가열단계와; 상기 단계에서, 가열된 연료와 공기를 상기 연료전지스택으로 공급하여 전기 에너지를 생성시키는 발전단계와; 상기 가열단계 및 발전단계를 수행하는 중에 시스템이 정지되면 각 계통에 남아 있는 연료를 연료탱크로 리턴시키는 퍼지단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 가열단계는 연료를 가열한 후 배터리의 전원을 이용하여 시스템을 구동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가열단계는 연료와 물을 혼합할 때 발생되는 열을 이용하여 연료를 가열하는 것을 특징으로 한다.
상기 가열단계는 연료 파우더(NaOH와 BH4 분말)가 저장된 연료키트를 물이 저장된 연료탱크에 장착하여 연료 파우더와 물이 혼합되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기 퍼지단계는 시스템이 정지되면 리사이클 펌프를 구동시켜 연료전지스택 및 각 라인에 남아 있는 연료를 회수라인을 통해 연료탱크로 회수시키는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 연료전지 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 연료탱크의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어수단을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>(번역시 생략)
10 : 연료극 12 : 공기극
14 : 연료전지스택 16 : 연료탱크
18 : 공기 공급장치 22 : 수소 연소기
20 : 냉각팬
26 : 연료 공급라인 28 : 연료펌프
30 : 연료 키트 32 : 회전날개
34 : 공기 공급라인 36 : 에어 필터
38 : 가습기 40 : 물탱크
42 : 에어 컴프레셔 44 : 기액분리기
46 : 연료 재순환펌프 48 : 재순환라인
[발명의 실시를 위한 최선의 형태]
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 제어방법의 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 연료전지 시스템의 제어방법의 실시 예로서는 다수개가 존재할 수 있으며, 이하에서는 가장 바람직한 실시 예에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 구성도이다.
본 발명에 의한 연료전지 시스템은 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 생성하도록 전해질막(미도시)을 사이에 둔 연료극(10)과 공기극(12)이 다수로 적층되는 연료전지스택(14)과, 상기 연료극(10)으로 공급되는 연료가 저 장되는 연료 탱크(16)와, 산소가 포함되어 있는 공기를 상기 공기극(12)에 공급하는 공기 공급장치(18)와, 상기 연료극(10)에서 반응 후 발생된 수소를 이용하여 연료전지스택(14)으로 공급되는 연료 및 공기를 가열하는 수소 연소기(22)와, 시스템의 구동이 정지되면 각 계통에 남아 있는 연료를 연료 탱크(16)로 회수하는 퍼지유닛과, 상기 각 구성요소들을 제어하는 제어수단으로 구성된다.
상기 연료전지스택(14)에는 상기 연료전지스택(14)의 냉각 작용을 하는 냉각팬(20)이 설치된다.
상기 연료탱크(16)는 상기 연료전지스택(14)의 연료극(10)과 연료 공급라인(26)으로 연결되고, 상기 연료 공급라인(26)의 일측에는 상기 연료탱크(16)에 저장된 연료를 펌핑하는 연료펌프(28)가 설치된다.
그리고, 상기 연료탱크(16)에는 도 3에 도시된 바와 같이, 연료 가열장치가 설치되는 데, 상기 연료 가열장치는 상기 연료전지 시스템을 가동시키기 전에 상기 연료탱크(16)에 저장된 물에 연료 파우더를 혼합하여 물과 연료 파우더가 혼합될 때 발생되는 반응열을 이용하여 연료를 적정 수준으로 승온시키는 연료키트(30)와, 상기 연료키트(30)로부터 연료 파우더가 저장탱크(16) 내부로 공급될 때 연료 파우더가 물에 잘 혼합되도록 도와주는 회전날개(32)로 구성된다.
상기 연료키트(30)에 저장되는 연료 파우더는 NaOH와 BH4 가 적절하게 혼합된 분말로서, 상기 NaOH가 물과 혼합되면, 아래의 반응식과 같이 반응하면서 발열된다.
반응식: NaOH + H2O →NaOH(H2O) + 9∼13 Kcal/mol
상기 공기 공급장치(18)는 대기 중의 공기를 연료전지스택(14)의 공기극(12)으로 유도하는 공기 공급라인(34)과, 상기 공기 공급라인(34)의 입구측에 설치되어 상기 공기 공급라인(34)으로 흡입되는 공기를 정화시키는 에어 필터(36)와, 상기 공기 공급라인(34)의 일측에 설치되어 외부공기를 흡입하는 흡입력을 발생시키는 에어 펌프(42)와, 상기 에어 펌프(42)에 의해 흡입된 공기를 가습하는 가습기(38)로 구성된다. 그리고, 상기 가습기(38)에는 물을 공급하는 물탱크(40)가 설치된다.
그리고, 상기 퍼지 유닛은 다양한 방법으로 구현될 수 있는 데, 아래에서 퍼지 유닛의 다양한 실시예를 설명한다.
먼저, 일 실시예에 따른 퍼지 유닛은 연료전지스택(14)의 연료극(10)에서 반응하고 난 후 배출되는 연료를 기체와 액체로 분리하는 기액 분리기(44)와, 상기 기액 분리기(44)에서 배출되는 액체 상태의 연료를 상기 연료탱크(16)로 회수시키는 재순환 라인(recycle line:48)과, 상기 재순환 라인(48)에 설치되어 재순환되는 액체 연료를 연료탱크(16)로 펌핑하는 재순환펌프(46)로 구성된다.
이러한 일 실시예에 따른 퍼지 유닛은 시스템이 정지된 후 일정 시간동안 상기 재순환 펌프(46)를 구동시켜 연료전지스택(14)에 남아 있는 연료를 재순환 라인(48)을 통해 연료탱크(16)로 회수시킨다.
그리고, 기액 분리기(44)에서는 상기 연료전지스택(14)의 연료극(10)에서 반응 후 발생된 NaB02와 4H2가 액체와 기체로 분리되고 그 중 액체인 물과 NaB02는 연 료재순환라인(48)을 통해 연료탱크(16)로 회수되는 반면 기체인 수소가스는 외부로 배출된다.
상기 수소 연소기(22)는 상기 연료 공급라인(26) 및 공기 공급라인(34)과 연결되고, 상기 기액 분리기(44)와 수소 공급라인(50)으로 연결되어, 상기 기액 분리기(44)로부터 공급되는 수소가 연소되면서 발생되는 열을 이용하여 상기 연료 공급라인(26) 및 공기 공급라인(34)을 통과하는 연료 및 공기를 가열하는 작용을 한다.
제2실시예에 따른 퍼지 유닛은 시스템의 구동이 정지되면 연료펌프(28)를 역방향으로 구동시켜 연료전지스택(14) 및 각 라인 등에 남아 있는 연료를 연료탱크(16)로 리턴시킨다. 즉, 시스템의 구동이 정지되면 컨트롤 유닛(80)의 제어에 의해 연료펌프(28)를 역방향으로 일정 시간동안 구동시킨다.
제3실시예에 따른 퍼지 유닛은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 연료 공급라인과 공기 공급라인 사이에 연결되는 퍼지라인과, 상기 퍼지라인과 연료 공급라인이 연결되는 부위에 설치된 삼방밸브(three-way Valve)로 구성된다.
이와 같은 제3실시예에 따른 퍼지 유닛은 시스템 정지시 삼방밸브가 작동되어 상기 공기 공급라인과 연료극을 서로 연결시킨다. 그리고, 에어 펌프()를 작동시키면 연료극으로 공기가 공급되어 연료극에 남아 있는 연료가 재순환 라인을 통해 연료탱크로 리턴된다.
도 5는 본 발명에 따른 연료전지 시스템을 제어하는 제어수단을 나타낸 블록도이다.
상기 제어수단은 상기 연료전지스택(14) 설치되어 연료전지스택(14)의 온도 를 검출하는 온도센서(64)와, 사용자가 연료전지의 작동을 온/오프시키는 온/오프 스위치(66)와, 상기 온도센서(64) 및 온/오프 스위치(66)로부터 인가되는 신호에 따라 각 구성요소의 작동을 제어하는 컨트롤 유닛(80)으로 구성된다.
상기한 바와 같이 구성되는 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 제어방법을 다음에서 설명한다.
도 6은 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
먼저, 연료탱크(16)에 연료키드(30)를 장착하여 상기 연료탱크(16)에 저장된 물과 상기 연료키트(30)에 저장된 연료 파우더를 혼합하여 연료 수용액을 제조한다. 이때, 연료탱크(16) 내부에서 물과 연료 파우더가 혼합되면서 열이 발생된다.(S10)
그리고, 상기 연료 수용액의 온도가 적정 수준에 도달되면 배터리(미도시)의 전원에 의해 연료전지 시스템이 구동된다.(S20)
즉, 배터리의 전원에 의해 상기 연료펌프(28)가 작동되어 연료탱크(16)에서 연료의 혼합에 의해 승온된 연료가 연료전지스택(14)의 연료극(10)으로 공급되고, 동시에 배터리의 전원에 의해 에어 컴프레셔(42)가 작동되어 공기 공급장치(18)로부터 상기 공기극(12)으로 공기가 공급된다. 그러면, 연료와 공기가 전해질막과 반응하면서 이온을 형성한다. 상기 이온은 전기화학반응을 일으켜 물을 형성하는 과정에서 연료극(10)에서 전자가 생성하여 공기극(12)으로 이동하면서 전기를 발생시킨다.
그리고, 연료전지스택(14)의 연료극(10)에서 반응 후 생성된 수소가 상기 기 액 분리기(44)를 통해 취출되어 수소 공급라인(50)으로 공급된다.
상기 기액 분리기(30)에서 배출되는 수소는 수소 공급라인(50)을 통해 수소 연소기(22)로 공급된다. 그러면, 상기 수소 연소기(22)에서 수소가 연소되면서 발열되고, 상기 연료전지스택(14)으로 공급되는 연료 및 공기가 상기 수소 연소기(22)를 통과하면서 가열된다.(S30)
이와 같이, 초기에는 상기 연료탱크(16)에서 연료와 물의 혼합에 의해 발생되는 열을 이용하여 연료를 가열하고, 연료전지 시스템이 구동된 후에는 상기 수소 연소기(22)에서 연료를 가열하기 때문에 상기 연료전지스택(14)의 온도를 최단시간 내에 목표온도까지 높일 수 있다.
이와 같은 연료전지 시스템의 동작 중 상기 연료전지스택(14)의 온도가 설정온도(α)보다 높은가를 판단한다.(S40)
즉, 연료전지스택(14)에 장착된 온도센서(64)에서 상기 연료전지스택(14)의 온도를 검출하여 컨트롤 유닛(80)으로 인가하면, 상기 컨트롤 유닛(80)은 상기 연료전지스택(14)의 온도와 설정온도(α)를 비교하여 상기 연료전지스택(14)의 온도가 설정온도 이상인가를 판단한다. 여기에서, 상기 설정온도(α)는 60℃로 설정됨이 바람직하다.
상기에서, 연료전지스택(14)의 온도가 설정온도(α) 이상인 것으로 판단되면 상기 배터리를 충전하고 상기 연료전지스택(14)에서 발생되는 전류를 이용하여 시스템의 각 계통을 작동시킴과 아울러 부하로 전류를 공급한다.(S50)
이와 같은 연료전지 시스템의 작동 중 현재 퍼지 모드인가를 판단한다.(S60) 즉, 사용자가 연료전지 시스템의 사용을 중지하기 위해 ON/OFF 스위치(66)를 조작하여 시스템을 정지시키는 지 여부를 파악한다.
여기에서, 퍼지 모드가 아닌 것으로 판단되면, 연료전지스택(14)의 온도가 설정온도(β)보다 높은 가를 판단한다.(S70) 즉, 온도센서(64)가 상기 연료전지스택(14)의 온도를 검출하여 컨트롤 유닛(80)으로 인가하면, 상기 컨트롤 유닛(80)은 연료전지스택(14)의 온도와 설정온도(β)를 비교한다. 여기에서, 상기 설정온도(β)는 약 80℃로 설정됨이 바람직하다.
상기에서, 연료전지스택(14)의 온도가 설정온도보다 높은 것으로 판단되면 냉각팬(20)을 구동시켜 상기 연료전지스택(14)의 온도가 설정온도(β) 이상으로 높아지는 것을 방지한다.(S80)
그리고, 다시 퍼지 모드인가를 판단한다.(S90)
상기에서 퍼지 모드가 아닌 것으로 판단되면 다시 연료전지스택(14)의 온도가 설정온도(α) 이하로 내려갔는지 여부를 판단한다.(S100)
그리고, 연료전지스택(14)의 온도가 설정온도(α) 이하인 것으로 판단되면 상기 컨트롤 유닛(80)은 냉각팬(20)의 구동을 정지시킨다.(S110)
상기 단계(S60) 및 단계(S90)에서 만일 시스템이 구동되는 과정에서 퍼지 모드인 것으로 판단되면, 즉 사용자가 ON/OFF 스위치(66)를 OFF로 조작했을 경우에는 컨트롤 유닛(80)은 상기 ON/OFF 스위치(66)로부터 인가되는 전기 신호에 따라 냉각팬(20)을 동작시켜 연료전지스택(14)의 냉각 작용을 수행하고 시스템의 각 계통의 퍼지 동작을 실행시킨다.(S120,S130)
여기에서, 상기 퍼지동작이란 시스템을 정지시키기 전에 시스템의 각 라인들 및 연료전지스택(14) 등에 남아 있는 연료를 연료탱크(16)로 회수시키기 위한 동작을 말한다.
상기 퍼지 동작에 대한 다양한 실시예를 다음에서 설명한다.
일 실시예에 따른 퍼지 동작은 시스템이 정지되면 컨트롤 유닛(80)이 상기 리사이클 펌프(46)를 일정 시간동안 구동시켜 연료전지스택(14) 및 각 라인에 남아 있는 연료를 리사이클 라인(48)을 통해 연료탱크(16)로 회수시킨다.
제2실시예에 따른 퍼지 동작은 시스템이 정지되면 상기 컨트롤 유닛(80)이 상기 연료펌프(28)를 역구동시켜 연료 공급라인(26) 및 연료전지스택(14)에 남아 있는 연료를 연료탱크(16)로 리턴시킨다.
제3실시예에 따른 퍼지 동작은 시스템이 정지되면 컨트롤 유닛(80)이 삼방향 밸브를 작동시켜 공기 공급라인과 연료전지스택의 연료극을 서로 연결시키고 에어펌프를 구동시켜 연료극으로 공기를 불어 넣으면 상기 연료극에 남아 있는 연료가 리싸이클 라인(48)을 통해 연료탱크(16)로 리턴시킨다.
그리고, 상기 퍼지 동작이 완료되면 시스템을 정지시킨다.(S140)
이와 같은 퍼지 모드는 시스템이 동작되는 과정 중 필요에 의해 사용자가 연료전지 시스템을 정지시킬 수 있기 때문에 어느 단계에도 적용될 수 있다. 그리고, 시스템이 정지된 후 사용자가 시스템을 재작동시키기 위해 온/오프 스위치(66)를 온으로 조작하면 배터리의 전원이 시스템의 각 계통으로 전달되어 상기에서 설명한 바와 같은 과정을 반복하여 수행한다.(S150)
상기한 바와 같은 연료전지 시스템 및 그 제어방법은 초기단계에서 연료 파우더와 물이 혼합할 때 발생되는 열을 이용하여 연료를 가열하고, 시스템이 구동된 후에는 연료극에서 생성되는 수소가스를 이용하여 연료를 가열하도록 제어함으로써, 연료전지스택의 온도를 최단시간 내에 목표온도로 높일 수 있어 연료전지의 성능 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 연료전지 시스템을 사용하는 도중에 일시 정지되거나 또는 정지시킬 때 냉각팬을 구동시켜 연료전지스택의 온도를 빠른 시간 내에 냉각시킴으로써, 시스템의 안정성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 시스템이 정지되면 연료전지스택 및 각 계통에 남아 있는 연료를 연료탱크로 리턴시켜 성능을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (17)

  1. 연료극과 공기극이 전해질막을 사이에 두고 배열되는 연료전지스택과;
    상기 연료전지스택의 연료극과 연료 공급라인으로 연결되어 상기 연료극에 수소가 포함된 연료를 공급하는 연료 탱크와;
    상기 연료전지스택의 공기극과 공기 공급라인으로 연결되어 상기 공기극에 산소가 포함된 공기를 공급하는 공기 공급유닛과;
    상기 연료전지스택으로 공급되는 공기 및 연료를 가열하는 가열유닛과;
    시스템의 구동이 정지될 때 각 계통에 남아 있는 연료를 상기 연료탱크로 리턴시키는 퍼지유닛을 포함하는 연료전지 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료전지스택에는 시스템 정지시 연료전지스택을 냉각시키는 냉각팬이 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템
  3. 상기 가열유닛은 상기 연료 공급라인과 공기 공급라인에 설치되어 상기 연료전지스택에서 생성되는 수소를 열원으로 사용하여 상기 연료전지스택으로 공급되는 연료와 공기를 가열하는 수소 연소기로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열유닛은 상기 연료 탱크에 설치되어 상기 연료탱크에 저장된 물에 연료 파우더를 혼합할 때 발생되는 열을 이용하여 연료를 가열하는 연료 키트로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼지유닛은 상기 연료전지스택과 연료탱크 사이에 연결되어 연료전지스택에서 배출되는 연료가 연료탱크로 회수되는 연료 회수라인과, 상기 연료 회수라인에 설치되어 시스템이 정지되면 구동되어 시스템의 각 계통에 남아 있는 연료를 상기 연료 회수라인을 통해 연료탱크로 리턴시키는 리사이클 펌프로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼지유닛은 상기 연료 공급라인에 설치되어 연료를 펌핑하는 연료펌프와, 시스템 정지시 상기 연료펌프를 역구동시켜 시스템의 각 계통에 남아 있는 연료를 상기 연료탱크로 리턴시키는 컨트롤러로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 퍼지유닛은 상기 연료 공급라인과 공기 공급라인 사이에 연결되는 퍼지 라인과, 상기 퍼지라인과 연료 공급라인이 연결되는 부위에 설치된 삼방밸브(three-way Valve)로 구성되어, 시스템 정지시 연료극 내부로 공기를 불어 넣어 남은 연료를 연료탱크로 리턴시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  8. 연료를 가열하는 가열단계와;
    상기 단계에서, 가열된 연료와 공기를 상기 연료전지스택으로 공급하여 전기 에너지를 생성시키는 발전단계와;
    상기 제1단계 및 제2단계를 수행하는 중에 시스템이 정지되면 각 계통에 남아 있는 연료를 연료탱크로 리턴시키는 퍼지단계를 포함하는 연료전지 시스템의 제어방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 가열단계는 연료를 가열한 후 배터리의 전원을 이용하여 시스템을 구동시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 가열단계는 연료와 물을 혼합할 때 발생되는 열을 이용하여 연료를 가열하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 가열단계는 연료 파우더(NaOH와 BH4 분말)가 저장된 연료키트를 물이 저장된 연료탱크에 장착하여 연료 파우더와 물이 혼합되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 가열단계는 연료전지스택의 연료극에서 생성된 수소를 열원으로 이용하여 연료를 가열하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    상기 발전단계에서, 연료전지스택의 온도가 설정온도보다 높으면 배터리를 충전시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    상기 퍼지단계는 시스템이 정지되면 리사이클 펌프를 구동시켜 연료전지스택 및 각 라인에 남아 있는 연료를 회수라인을 통해 연료탱크로 회수시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 퍼지단계는 냉각팬을 구동시켜 상기 연료전지스택을 냉각하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어방법.
  16. 제 8 항에 있어서,
    상기 퍼지단계는 연료펌프를 역구동시켜 연료 공급라인 및 연료전지스택에 남아 있는 연료를 연료탱크로 리턴시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어방법.
  17. 제 8 항에 있어서,
    상기 퍼지단계는 시스템 정지시 연료전지스택의 연료극으로 공기를 불어 넣어 연료전지스택에 남아 있는 연료를 연료탱크로 리턴시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 제어방법.
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