KR20120070725A - 대기전력 차단이 가능한 연료전지 시스템의 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

대기전력 차단이 가능한 연료전지 시스템의 제어장치 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 대기전력 차단이 가능한 연료전지 시스템의 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 외부의 AC 전원을 입력받아 DC 전원으로 변환하여 전원공급하는 전원공급부와; 상기 전원공급부로부터 전원을 공급받아 연료전지 시스템의 동작을 제어하되, 설정된 구동프로그램 또는 외부 입력에 의해 운전신호 및 운전정지신호 발생하는 중앙제어부와; 상기 중앙제어부의 운전신호 및 운전정지신호에 따라 상기 전원공급부로부터 공급되는 DC전원을 ON/OFF하는 메인스위치부와; 상기 연료전지 시스템의 연료개질기에 설정된 연료를 공급하는 연료펌프와, 상기 연료전지 시스템의 연료전지 스택의 공기극 부분에 공기를 공급하는 블로어가 구비되며, 상기 메인스위치부를 통하여 각각 전원을 공급받는 운전장치부를 포함한다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 연료전지 시스템이 운전 대기 상태일 때 운전장치부 등의 불필요한 대기 전력을 차단함으로써 전력소모를 최소화할 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있다. 한편, 대기 전력 차단에 의해 각 구성 부품의 수명을 연장시켜 교체주기를 연장시킬 수 있는 부수적인 효과를 발생시킨다.

Description

대기전력 차단이 가능한 연료전지 시스템의 제어장치 및 그 제어방법{Control Unit And Control Method for Fuel Cell System}
본 발명은 연료전지 시스템의 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 특히, 운전 대기상태에서의 낭비되는 전력량을 최소화하여 에너지 효율을 높일 수 있도록 대기전력 차단이 가능한 연료전지 시스템의 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지(fuel cell)란 연료와 산화제를 전기 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 장치이다. 이 때, 연료전지에 연료로 사용되는 물질은 수소, 탄화수소, 알코올 등이 있으며, 산화제로는 공기, 염소, 이산화연소 등이 사용된다. 이외에도 천연가스, 메탄올, LPG, 나프타, 등유, 가스화된 석탄 등의 다양한 연료를 사용할 수 있다.
또한, 일반적인 연료전지시스템은 크게 연료개질기, 연료전지 스택, 전력변환장치 및 열교환 장치로 구분될 수 있다. 여기서, 연료개질기는 화학적으로 수소를 함유한 일반적인 연료(LPG, LNG, 메탄, 석탄가스, 메탄올 등)를 공급받아 연료전지가 요구하는 수소로 변환하는 장치이다. 또한, 연료전지 스택은 연료개질기로부터 수소를 공급받고, 공기 중의 산소를 공급받아 직류 전기, 물 및 열에너지 등을 발생시키는 장치이다. 또한, 전력변환장치(예로써, 인버터)는 연료전지 스택에서 발생되는 직류전기를 일반적으로 사용하는 교류전기로 변환하는 장치이다. 또한, 열교환장치는 연료전지 스택으로부터 연료전지 반응에서 생기는 반응열 또는 연료개질기로부터 수소변환 과정에서 나오는 폐열 등을 이용하여 온수나 난방 등의 용도로 사용하는 장치이다.
한편, 도 5에 도시된 바와 같이, 종래에 따른 연료전지 시스템의 제어장치는 외부의 AC 전원을 입력받아 DC 전원으로 변환하여 전원공급하는 전원공급부(310)(예로써, SMPS)와; 전원공급부(310)로부터 전원을 공급받아 연료전지 시스템의 동작을 제어하는 제어부(320)와; 연료전지 시스템의 연료개질기에 연료를 공급하는 연료펌프와 연료전지 시스템의 연료전지 스택의 공기극부분에 공기를 공급하는 블로어가 구비되되, 전원공급부(310)를 통하여 각각 전원을 공급받으며 제어부(320)의 제어를 받는 운전장치부(340)를 포함하여 구성되었다.
그런데, 이와 같은 연료전지 시스템의 제어장치는 연료전지 시스템이 운전 정지 즉, 대기 상태일 때에도 운전장치부(340)(BOP; Balance Of Plant)가 전원공급부(310)에 연결되어 있으므로 불필요한 대기 전력이 소모되며, 특정 이유에 의해 대기 상태가 장기화되는 경우에는 원치않는 전력손실이 많아지게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 연료전지 시스템이 운전 대기 상태일 때에 제어장치의 불필요한 대기 전력을 차단함으로써 전력소모를 최소화할 수 있는 대기전력 차단이 가능한 연료전지 시스템의 제어장치 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 대기전력 차단이 가능한 연료전지 시스템의 제어장치는, 외부의 AC 전원을 입력받아 DC 전원으로 변환하여 전원공급하는 전원공급부와; 상기 전원공급부로부터 전원을 공급받아 연료전지 시스템의 동작을 제어하되, 설정된 구동프로그램 또는 외부 입력에 의해 운전신호 및 운전정지신호 발생하는 중앙제어부와; 상기 중앙제어부의 운전신호 및 운전정지신호에 따라 상기 전원공급부로부터 공급되는 DC전원을 ON/OFF하는 메인스위치부와; 상기 연료전지 시스템의 연료개질기에 설정된 연료를 공급하는 연료펌프와, 상기 연료전지 시스템의 연료전지 스택의 공기극 부분에 공기를 공급하는 블로어가 구비되며, 상기 메인스위치부를 통하여 각각 전원을 공급받는 운전장치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 연료전지 시스템은, 수소를 함유한 연료로부터 수소를 추출하는 연료개질기와; 연료극, 전해질, 공기극 및 분리판으로 이루어진 단위전지가 복수층으로 형성되되, 상기 연료개질기로부터 수소를 공급받고 또한 공기 중의 산소를 공급받아, 직류전기 및 열에너지를 발생시키는 연료전지 스택과; 상기 연료전지 스택에서 발생되는 직류전기를 교류전기로 변환시키는 전력변환장치와; 상기 연료전지 스택에서 발생되는 열에너지를 온수 및 난방용으로 사용가능하도록 열교환하는 열교환장치로 구성된다.
또한, 상기 제어장치는 상기 전원공급부로부터 전원을 공급받으며, 온도센서를 이용하여 설정된 측정위치에서 온도를 측정하는 온도측정부를 더 포함하되, 상기 중앙 제어부는, 상기 연료전지 시스템이 운전정지 상태일 때, 상기 온도측정부로부터 측정된 온도가 설정된 동파방지온도보다 낮은 경우 상기 운전신호를 자동 발생시킬 수 있다.
또한, 상기 제어장치는, 상기 메인스위치부를 통하여 전원을 공급받되, 상기 중앙제어부의 제어에 따라 상기 연료전지 스택의 각 단위전지의 전압을 측정가능한 스택전압 측정부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 운전장치부는, 상기 열교환 장치의 온수 및 난방용 배관에 장착되어 중앙제어부의 제어에 따라 가열된 물을 순환가능한 열순환 펌프와, 상기 열교환 장치의 온수 및 난방용 배관에 장착되어 중앙제어부의 제어에 따라 냉각용 냉각수를 순환가능한 냉각수 펌프와, 상기 열교환 장치의 온수 및 난방용 배관에 장착되어 중앙제어부의 제어에 따라 유량조절이 가능한 밸브 중 하나 이상을 더 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어장치는 유량계를 이용하여 상기 온수 및 난방용 배관의 유량을 측정가능한 유량측정부, 압력센서를 이용하여 상기 온수 및 난방용 배관의 유압을 측정가능한 유압측정부 및, 레벨센서를 이용하여 상기 온수 및 난방용 배관의 수위를 측정가능한 수위측정부 중 어느 하나 이상을 구비하되, 상기 메인스위치부를 통하여 각각 전원을 공급받으며, 상기 중앙제어부에 의해 각각 제어되는 데이터수집부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 운전장치부는, 상기 메인스위치부로부터 공급되는 전원의 DC전압을 구동전압으로 변환가능한 DC-DC컨버터부와, 상기 DC-DC컨버터부로부터 공급되는 구동전압을 상기 중앙 제어부의 개별구동신호에 따라 ON/OFF 가능한 릴레이부를 더 구비하고, 상기 스택전압 측정부 및 데이터수집부는, 상기 메인스위치부로부터 공급되는 전원의 DC전압을 구동전압으로 변환가능한 DC-DC컨버터부를 더 구비한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 대기전력 차단이 가능한 연료전지 시스템의 제어방법은, 전원공급부와, 온도측정부 및 중앙제어부로 구성된 항시가동부와, 메인스위치부와, 운전장치부, 스택전압측정부 및 데이터수집부로 구성된 운전시가동부를 포함하는 제어장치가 구비된 연료전지시스템의 제어방법으로서, 상기 전원공급부가 AC 전원을 공급받는 제1 단계와; 상기 전원공급부가 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 상기 항시가동부로 공급하는 제2 단계와; 운전정지 상태의 연료전지 시스템에 대하여, 상기 중앙제어부는 설정된 구동프로그램 또는 외부 입력에 의해 연료전지 시스템을 구동하기 위한 운전신호 또는 운전정지신호를 발생하는 제3 단계와; 상기 중앙제어부는 운전신호가 발생된 경우, 상기 연료전지 시스템이 운전상태로 변경되도록 상기 메인스위치부를 제어하여 상기 운전시가동부로 전원을 공급하며, 운전정지신호가 발생된 경우에는 상기 연료전지 시스템이 운전정지 상태를 유지하도록 상기 메인스위치부를 제어하여 상기 운전시가동부로의 전원을 차단하는 제4 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제3 단계는, 상기 운전정지 상태의 연료전지 시스템에 대하여, 상기 중앙제어부는 온도측정부로부터 측정된 온도를 설정된 동파방지온도와 비교판단하는 비교판단 단계와; 상기 중앙제어부는 측정된 온도가 설정된 동파방지온도보다 낮은 경우, 운전신호를 발생하여 상기 운전시 가동부로 전원이 공급되도록 하며, 상기 운전시가동부의 동작에 의해 측정된 온도가 설정된 동파방지온도보다 높아지는 경우, 운전정지신호를 발생하여 상기 운전시가동부로 공급되는 전원을 차단하는 동파방지 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 연료전지 시스템이 운전 대기 상태일 때 운전장치부 등의 불필요한 대기 전력을 차단함으로써 전력소모를 최소화할 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있다.
한편, 대기 전력 차단에 의해 각 구성 부품의 수명을 연장시켜 교체주기를 연장시킬 수 있는 부수적인 효과를 발생시킨다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어장치를 나타내는 블록도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 시스템을 나타내는 블록도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 운전장치부를 나타내는 블록도.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 연료전지 시스템의 제어방법을 나타내는 순서도.
도 5는 종래에 따른 연료전지 시스템의 제어장치를 나타내는 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 공지 구성에 대한 구체적인 설명 또는 당업자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 대기전력 차단이 가능한 연료전지 시스템의 제어장치는, 외부의 AC 전원(예로써, AC 220V의 상용 전원)을 입력받아 DC 전원으로 변환하여 전원공급하는 전원공급부(10)(예로써, SMPS)와; 전원공급부(10)로부터 전원을 공급받아 연료전지 시스템의 동작을 제어하되, 설정된 구동프로그램(예로써, 설정된 시간에 따라 운전과 정지를 반복하는 프로그램) 또는 외부 입력(리모컨(예로써, 룸콘)을 통한 직접적인 입력)에 의해 운전신호 및 운전정지신호 발생하는 중앙제어부(20)와; 중앙제어부(20)의 운전신호 및 운전정지신호에 따라 전원공급부(10)로부터 공급되는 DC전원을 ON/OFF하는 메인스위치부(30)와; 연료전지 시스템의 연료개질기(110)에 설정된 연료를 공급하는 연료펌프(42a)와, 연료전지 시스템의 연료전지 스택(120)의 공기극 부분에 공기를 공급하는 블로어(Blower)(42b)가 구비되며, 메인스위치부(30)를 통하여 각각 전원을 공급받는 운전장치부(40)(BOP; Balance Of Plant)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 예로써, 상기 메인스위치부(30)는 릴레이를 이용하여 구현될 수 있으며, 운전신호인 경우 전원공급부(10)로부터 공급되는 DC 전원을 ON 동작시키고, 운전정지 신호인 경우 전원공급부(10)로부터 공급되는 DC 전원을 OFF 동작시킨다.
여기서, 상기 연료전지 시스템은, 수소를 함유한 연료로부터 수소를 추출하는 연료개질기(110)와; 연료극(Anode), 전해질, 공기극(Cathode) 및 분리판으로 이루어진 단위전지가 복수층으로 형성되되, 연료개질기(110)로부터 수소를 공급받고 또한 공기 중의 산소를 공급받아 직류전기 및 열에너지를 발생시키는 연료전지 스택(120)과; 연료전지 스택(120)에서 발생되는 직류전기를 교류전기로 변환시키는 전력변환장치(130)와; 연료전지 스택(120)에서 발생되는 열에너지를 온수 및 난방용으로 사용가능하도록 열교환하는 열교환장치(140)로 구성된다.
또한, 상기 제어장치는 전원공급부(10)로부터 전원을 공급받으며, 온도센서를 이용하여 설정된 측정위치에서 온도를 측정하는 온도측정부(50)를 더 포함하되, 중앙 제어부(20)는, 연료전지 시스템이 운전정지 상태일 때 온도측정부(50)로부터 측정된 온도가 설정된 동파방지온도보다 낮으면 상기 운전신호를 자동 발생시킬 수 있다. 또는 중앙 제어부(20)는 연료전지 시스템이 운전 상태일 때 온도측정부(50)로부터 측정된 온도가 설정된 과열온도보다 높으면 상기 운전정지 신호를 자동 발생시킬 수도 있다.
또한, 상기 제어장치는, 메인스위치부(30)를 통하여 전원을 공급받되, 중앙제어부(20)의 제어에 따라 연료전지 스택(120)의 각 단위전지의 전압을 측정가능한 스택전압 측정부(예로써, CVM보드; Cell Voltage Monitoring Board)(60)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 스택전압 측정부(60)는 측정된 단위전지별 전압값을 받아들여 이를 485통신을 통해 중앙제어부(20)로 넘겨주는 역할을 함으로써, 중앙제어부(20)는 측정된 값들을 토대로 운전상태 파악 및 동작 판단을 할 수 있다. 이에 따라, 연료전지 스택(120)의 이상동작 감지와 함께 전체 시스템을 보호할 수 있다.
또한, 상기 운전장치부(40)는, 열교환 장치(140)의 온수 및 난방용 배관에 장착되어 중앙제어부(20)의 제어에 따라 가열된 물을 순환가능한 열순환 펌프(42c)와, 열교환 장치(140)의 온수 및 난방용 배관에 장착되어 중앙제어부(20)의 제어에 따라 냉각용 냉각수를 순환가능한 냉각수 펌프(42d)와, 열교환 장치(140)의 온수 및 난방용 배관에 장착되어 중앙제어부(20)의 제어에 따라 유량조절이 가능한 밸브(42e) 중 하나 이상을 더 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 온도상승을 위한 히터나 냉각용 팬(fan) 등을 더 구비할 수도 있다. 한편, 일예로써, 상기 연료펌프(42a)는 NG(Natural Gas) 펌프, PrOx(Preferential OXidation; 선택적 산화반응)펌프 등이 있으며, 상기 블로어(42b)는 Cair(Cathode air)펌프 등이 있으며, 상기 열순환 펌프(42c)는 CG(Cogeneration; 축열조)펌프 등이 있다.
또한, 상기 제어장치는 유량계(MFM; Mass Flow Meter)를 이용하여 온수 및 난방용 배관의 유량을 측정가능한 유량측정부, 압력센서(Pressure Sensor)를 이용하여 온수 및 난방용 배관의 유압을 측정가능한 유압측정부 및, 레벨센서(Level Sensor)를 이용하여 온수 및 난방용 배관의 수위를 측정가능한 수위측정부 중 어느 하나 이상을 구비하되, 메인스위치부(30)를 통하여 각각 전원을 공급받으며 중앙제어부(20)에 의해 각각 제어되는 데이터수집부(예로써, DAQ 보드; Data Acquisition Board)(70)를 더 포함할 수 있다. 또한, 데이터수집부(70)는 중앙제어부(20)의 제어에 따라 운전장치부(40)의 각 구성의 동작신호를 개별적으로 송신할 수도 있다. 이에 따라, 데이터수집부(70)는 특정부위의 압력이나 액체의 양 등을 측정할 수 있으며, 이러한 측정값들은 485 통신을 통하여 중앙제어부(20)에 전송함으로써, 연료전지 시스템의 운전상태를 파악할 수 있다거나 다음 동작을 위한 판단근거로 사용될 수 있다.
또한, 상기 운전장치부(40)는, 메인스위치부(30)로부터 공급되는 전원의 DC전압을 구동전압으로 변환가능한 DC-DC컨버터부(44)와, DC-DC컨버터부(44)로부터 공급되는 구동전압을 중앙 제어부(20)의 개별구동신호에 따라 ON/OFF 가능한 릴레이부(46)를 더 구비하고, 또한, 스택전압 측정부(60)는 메인스위치부(30)로부터 공급되는 전원의 DC전압을 구동전압으로 변환가능한 DC-DC컨버터부(미도시)를 더 구비하며, 또한, 데이터수집부(70)도, 메인스위치부(30)로부터 공급되는 전원의 DC전압을 구동전압으로 변환가능한 DC-DC컨버터부(미도시)를 더 구비한다. 이 때, 릴레이부(46)는 전기적으로 연결된 부품의 ON/OFF 를 제어할 수 있는 스위치 역할의 소자이므로, 릴레이들은 중앙제어부(20)의 명령을 받아 자신과 연결되는 부품(각 펌프, 블로어, 밸브, 히터류, 팬 등)을 켜고 끌 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 중앙제어부(20)는 시스템의 주요부품에 통신 또는 직접 신호로 지령을 주거나 응답을 받아서 시스템을 운전시키는 장치로서, 설정된 구동프로그램이 내장되어 시스템의 전반적인 사항을 제어(시스템의 상태 정보를 수집하여 명령을 내리는 모든 기능을 포함하며, 운전 프로그램이나 룸콘 등의 외부명령을 받아서 해당하는 기능을 작동하게 하는 기능을 포함한다.)한다. 특히, 중앙제어부(20)는 데이터수집부(70), 온도측정부(50) 또는, 스택전압측정부(60) 등으로부터 운전에 필요한 데이터를 받아서 시스템 내의 모든 부분의 동작에 관여한다. 예를 들면, 온도측정부(50)는 연료개질기(110), 연료전지 스택(120) 및 열교환장치(130) 부분에서 온도를 수집하여 중앙제어부(20)로 넘겨준다. 또한, 스택전압측정부(60)는 연료전지 스택(120)의 각 단위전지 전압을 측정하여 중앙제어부(20)로 넘겨주며, 데이터수집부(70)는 각 펌프에 의해 실제 흐르는 유량계, 압력센서 또는, 특정위치의 레벨센서(액체의 양을 측정하기 위함)등으로부터 값을 입력받아 중앙제어부(20)로 넘겨준다. 이런 값들을 바탕으로 중앙제어부(20)는 특정 펌프나 블로어를 구동하기 위해 데이터수집부(70)에 신호를 주고, 데이터수집부(70)는 해당 펌프를 원하는 출력으로 동작하도록 지령을 내릴수 있다. 또한 중앙제어부(20)는 설치된 각종 히터나 밸브류(특정 배관을 여닫기 위한 스위치)나 팬(fan) 등에 동작 명령을 내리기 위해 운전장치부(40)의 릴레이부(46)에 신호를 주면 해당 장치가 켜지거나 꺼질 수 있도록 제어될 수도 있다. 또한, 중앙제어부(20)는 전력변환장치(130)(예로써, 인버터)와 직접 통신하여, 인버터가 주는 정보들을 받아들이며, 인버터가 스택에서 뽑아야 하는 전력량을 지시하기도 한다.
또한, 상기 온도측정부(50)는 연료개질기(110), 연료전지스택(120), 열교환장치부(140)에 설치된 온도센서로부터 운전에 필요한 온도값을 수집한다. 이 때, 수집된 미가공 데이터(Raw data)는 전압이나, 저항값의 형태이므로 이를 섭씨온도로 환산(보정)하여 485통신을 통해 중앙제어부(20)로 전달하게 된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 연료전지 시스템의 제어장치에 있어서, 상기 중앙제어부(20) 및 온도측정부(50)는 항시 전원공급부(10)로부터 전원을 공급받아 항시 가동되어야 하는 항시가동부로 구분될 수 있으며, 상기 운정장치부(40), 스택전압 측정부(60) 및 데이터수집부(70)는 운전시에만 전원공급부(10)로부터 전원을 공급받는 운전시 가동부로 구분될 수 있다. 이로써, 상기 제어장치는 메인스위치부(30)을 ON/OFF 제어함으로써 운전시 가동부의 전원공급을 제어할 수 있다. 이에 따라, 운전시 가동부의 전력을 대기상태에서만 차단할 수 있도록 함으로써, 종래 대비 30% 미만의 전력만으로 대기 상태를 유지할 수 있게 되었다.
바람직한 실시예로써, 도 4를 이용하여 연료전지 시스템의 제어방법의 흐름을 설명하면, 전원공급부(10)가 AC 전원을 공급받는다(S10). 이어서, 상기 항시가동부가 전원공급부(10)로부터 DC 전원을 공급받는다(S20). 한편, 연료전지 시스템은 운전 정지 즉, 대기상태에 있다(S30). 중앙제어부(20)는 온도측정부(50)에 의해 측정된 온도를 판단(S40)하여, 설정된 동파방지 온도보다 낮으면 운전시 가동부에 전원이 공급되도록 제어(S50)하고, 설정된 동파방지 온도보다 높으면 운전시 가동부에 전원이 차단되도록 제어(S80)한다. 여기서, 운전시 가동부에 전원이 공급되면 시스템 및 각 구성의 온도가 상승하여 동파 방지 기능(S60)을 하게 되고, 이어서 중앙 제어부(20)는 온도측정부(50)에 의해 측정된 온도를 판단(S70)하여, 설정된 동파방지 온도보다 낮으면 동파 방지 기능(S60)이 유지되도록 하고, 설정된 동파방지 온도보다 높으면 운전시 가동부에 전원이 차단되도록 제어(S80)한다. 이어서, 중앙제어부(20)는 설정된 구동프로그램 또는 외부 입력에 의해 운전신호 또는 운전정지 신호를 판단(S90)하여, 운전신호인 경우에는 운전시 가동부에 전원이 공급되도록 제어(S100)하고, 운전정지 신호인 경우에는 시스템 대기상태(S30)을 유지하게 된다. 이어서, 운전시 가동부에 전원이 공급되면 연료전지 시스템의 운전이 시작된다(S110). 여기서, 동파 방지 기능(S60)이란 시스템이 저온 상태에 노출되어 시스템 내부의 물이 얼거나 이로 인하여 2차적인 파손이 일어남을 감지하고 방지하는 것을 목적으로 한다. 연료전지 시스템은 연료전지 스택(120)의 적정 온도를 유지하기 위한 냉각계통과 열회수를 위한 열교환 장치 등에 내부적으로 순환하는 물이 있으며, 이는 필연적으로 동파 될 위험성을 내포하고 있다. 따라서 온도측정부(50)에서 수집된 냉각계통 및 열교환 장치부분의 온도가 특정 온도(설정된 동파방지 온도) 이하로 내려가는 경우, 펌프를 이용하여 물순환을 시키던가 필요한 경우 히터를 켜서 동파를 방지하는 기능을 하게 된다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 연료전지 시스템이 운전 대기 상태일 때 운전장치부 등의 불필요한 대기 전력을 차단함으로써 전력소모를 최소화할 수 있어 에너지 효율을 높일 수 있다. 한편, 대기 전력 차단에 의해 각 구성 부품의 수명을 연장시켜 교체주기를 연장시킬 수 있는 부수적인 효과를 발생시킨다.
이상, 본 발명에 대하여 도면과 실시예를 가지고 설명하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되지 않으며, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서 많은 수정과 변형이 가능함을 이해할 것이다. 또한, 상기 도면은 발명의 이해를 돕기 위해 도시된 것으로서, 청구범위를 한정하도록 이해해서는 아니될 것이다.
10, 310 : 전원공급부 20 : 중앙제어부
30 : 메인스위치부 40, 340 : 운전장치부
50 : 온도측정부 60 : 스택전압측정부
70 : 데이터수집부 320 : 제어부
110 : 연료개질기 120 : 연료전지스택
130 : 전력변환장치 140 : 열교환장치

Claims (10)

  1. 외부의 AC 전원을 입력받아 DC 전원으로 변환하여 전원공급하는 전원공급부와;
    상기 전원공급부로부터 전원을 공급받아 연료전지 시스템의 동작을 제어하되, 설정된 구동프로그램 또는 외부 입력에 의해 운전신호 및 운전정지신호 발생하는 중앙제어부와;
    상기 중앙제어부의 운전신호 및 운전정지신호에 따라 상기 전원공급부로부터 공급되는 DC전원을 ON/OFF하는 메인스위치부와;
    상기 연료전지 시스템의 연료개질기에 설정된 연료를 공급하는 연료펌프와, 상기 연료전지 시스템의 연료전지 스택의 공기극 부분에 공기를 공급하는 블로어가 구비되며, 상기 메인스위치부를 통하여 각각 전원을 공급받는 운전장치부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기전력 차단이 가능한 연료전지 시스템의 제어장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연료전지 시스템은,
    수소를 함유한 연료로부터 수소를 추출하는 연료개질기와;
    연료극, 전해질, 공기극 및 분리판으로 이루어진 단위전지가 복수층으로 형성되되, 상기 연료개질기로부터 수소를 공급받고 또한 공기 중의 산소를 공급받아, 직류전기 및 열에너지를 발생시키는 연료전지 스택과;
    상기 연료전지 스택에서 발생되는 직류전기를 교류전기로 변환시키는 전력변환장치와;
    상기 연료전지 스택에서 발생되는 열에너지를 온수 및 난방용으로 사용가능하도록 열교환하는 열교환장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 대기전력 차단이 가능한 연료전지 시스템의 제어장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전원공급부로부터 전원을 공급받으며, 온도센서를 이용하여 설정된 측정위치에서 온도를 측정하는 온도측정부를 더 포함하되,
    상기 중앙 제어부는,
    상기 연료전지 시스템이 운전정지 상태일 때, 상기 온도측정부로부터 측정된 온도가 설정된 동파방지온도보다 낮으면 상기 운전신호를 자동 발생하는 것을 특징으로 하는 대기전력 차단이 가능한 연료전지 시스템의 제어장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 메인스위치부를 통하여 전원을 공급받되, 상기 중앙제어부의 제어에 따라 상기 연료전지 스택의 각 단위전지의 전압을 측정가능한 스택전압 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기전력 차단이 가능한 연료전지 시스템의 제어장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 운전장치부는,
    상기 열교환 장치의 온수 및 난방용 배관에 장착되어 중앙제어부의 제어에 따라 가열된 물을 순환가능한 열순환 펌프와, 상기 열교환 장치의 온수 및 난방용 배관에 장착되어 중앙제어부의 제어에 따라 냉각용 냉각수를 순환가능한 냉각수 펌프와, 상기 열교환 장치의 온수 및 난방용 배관에 장착되어 중앙제어부의 제어에 따라 유량조절이 가능한 밸브 중 하나 이상을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 대기전력 차단이 가능한 연료전지 시스템의 제어장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    유량계를 이용하여 상기 온수 및 난방용 배관의 유량을 측정가능한 유량측정부, 압력센서를 이용하여 상기 온수 및 난방용 배관의 유압을 측정가능한 유압측정부 및, 레벨센서를 이용하여 상기 온수 및 난방용 배관의 수위를 측정가능한 수위측정부 중 어느 하나 이상을 구비하되, 상기 메인스위치부를 통하여 각각 전원을 공급받으며, 상기 중앙제어부에 의해 각각 제어되는 데이터수집부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기전력 차단이 가능한 연료전지 시스템의 제어장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 운전장치부는, 상기 메인스위치부로부터 공급되는 전원의 DC전압을 구동전압으로 변환가능한 DC-DC컨버터부와, 상기 DC-DC컨버터부로부터 공급되는 구동전압을 상기 중앙 제어부의 개별구동신호에 따라 ON/OFF 가능한 릴레이부를 더 구비하고,
    상기 스택전압 측정부 및 데이터수집부는, 상기 메인스위치부로부터 공급되는 전원의 DC전압을 구동전압으로 변환가능한 DC-DC컨버터부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 대기전력 차단이 가능한 연료전지 시스템의 제어장치.
  8. 전원공급부와, 온도측정부 및 중앙제어부로 구성된 항시가동부와, 메인스위치부와, 운전장치부, 스택전압측정부 및 데이터수집부로 구성된 운전시가동부를 포함하는 제어장치가 구비된 연료전지시스템의 제어방법으로서,
    상기 전원공급부가 AC 전원을 공급받는 제1 단계와;
    상기 전원공급부가 AC 전원을 DC 전원으로 변환하여 상기 항시가동부로 공급하는 제2 단계와;
    운전정지 상태의 연료전지 시스템에 대하여, 상기 중앙제어부는 설정된 구동프로그램 또는 외부 입력에 의해 연료전지 시스템을 구동하기 위한 운전신호 또는 운전정지신호를 발생하는 제3 단계와;
    상기 중앙제어부는 운전신호가 발생된 경우, 상기 연료전지 시스템이 운전상태로 변경되도록 상기 메인스위치부를 제어하여 상기 운전시가동부로 전원을 공급하며, 운전정지신호가 발생된 경우에는 상기 연료전지 시스템이 운전정지 상태를 유지하도록 상기 메인스위치부를 제어하여 상기 운전시가동부로의 전원을 차단하는 제4 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 대기전력 차단이 가능한 연료전지시스템의 제어방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제3 단계는,
    상기 운전정지 상태의 연료전지 시스템에 대하여, 상기 중앙제어부는 온도측정부로부터 측정된 온도를 설정된 동파방지온도와 비교판단하는 비교판단 단계와;
    상기 중앙제어부는 측정된 온도가 설정된 동파방지온도보다 낮은 경우, 운전신호를 발생하여 상기 운전시 가동부로 전원이 공급되도록 하며, 상기 운전시가동부의 동작에 의해 측정된 온도가 설정된 동파방지온도보다 높아지는 경우, 운전정지신호를 발생하여 상기 운전시가동부로 공급되는 전원을 차단하는 동파방지 단계;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대기전력 차단이 가능한 연료전지시스템의 제어방법.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 연료전지 시스템은,
    수소를 함유한 연료로부터 수소를 추출하는 연료개질기와;
    연료극, 전해질, 공기극 및 분리판으로 이루어진 단위전지가 복수층으로 형성되되, 상기 연료개질기로부터 수소를 공급받고 또한 공기 중의 산소를 공급받아, 직류전기 및 열에너지를 발생시키는 연료전지 스택과;
    상기 연료전지 스택에서 발생되는 직류전기를 교류전기로 변환시키는 전력변환장치와;
    상기 연료전지 스택에서 발생되는 열에너지를 온수 및 난방용으로 사용가능하도록 열교환하는 열교환장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 대기전력 차단이 가능한 연료전지시스템의 제어방법.
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