KR20130117318A - Fuel cell system and method for operating the same - Google Patents

Fuel cell system and method for operating the same Download PDF

Info

Publication number
KR20130117318A
KR20130117318A KR1020120040611A KR20120040611A KR20130117318A KR 20130117318 A KR20130117318 A KR 20130117318A KR 1020120040611 A KR1020120040611 A KR 1020120040611A KR 20120040611 A KR20120040611 A KR 20120040611A KR 20130117318 A KR20130117318 A KR 20130117318A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel cell
fuel
temperature
cell system
reformer
Prior art date
Application number
KR1020120040611A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR101325143B1 (en
Inventor
이상현
최청훈
전희권
Original Assignee
지에스칼텍스 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지에스칼텍스 주식회사 filed Critical 지에스칼텍스 주식회사
Priority to KR1020120040611A priority Critical patent/KR101325143B1/en
Publication of KR20130117318A publication Critical patent/KR20130117318A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101325143B1 publication Critical patent/KR101325143B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04992—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the implementation of mathematical or computational algorithms, e.g. feedback control loops, fuzzy logic, neural networks or artificial intelligence
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H01M8/04373—Temperature; Ambient temperature of auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04201—Reactant storage and supply, e.g. means for feeding, pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Fuzzy Systems (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)

Abstract

PURPOSE: A fuel system and an operation method thereof are provided to prevent main inner parts from being damaged by preventing malfunction of motor valves upon floating by controlling opening and closing of motor valves in power recovery after power outage. CONSTITUTION: A fuel system comprises a fuel supply part (110) which supplies hydrocarbon fuel; a reformer (130) which reforms fuel into hydrogen; a fuel cell stack (140) which produces electricity by a chemical reaction of air and hydrogen; a switch part (170) which switches power supplied to multiple motor valves equipped in the fuel cell system in power recovery after power outage; and a control unit (180) which supplies power supplied to the multiple motor valves at once by controlling the switch part in the power recovery and initializes system by controlling the multiple motor valves to be closed. [Reference numerals] (110) Fuel supply part; (120) Desulfurizer; (130) Reformer; (140) Fuel cell stack; (160) Switching unit; (170) Switch part; (180') Control unit; (e) Bend box

Description

연료전지 시스템 및 그 운전방법{FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING THE SAME} FUEL CELL SYSTEM AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}

본 발명은 연료전지에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 정전 후 복전 시 연료전지 시스템에 구비되는 모터밸브들의 개폐를 제어하여 플로팅 시 오동작을 방지함으로써 내부의 주요 부품들의 손상을 방지하기 위한 연료전지 시스템 및 그 운전방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell system for preventing damage to major internal parts by controlling the opening and closing of motor valves provided in the fuel cell system during power recovery after a power failure, thereby preventing a malfunction during floating. It relates to a driving method.

연료전지 시스템은 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 발전장치이다. 연료전지는 전해질의 종류에 따라 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 용융탄산염 연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell), 고체 산화물 연료전지(Solid Oxide Fuel Cell)와 같은 여러 종류의 연료전지로 구분된다.A fuel cell system is a power generation device that generates electrical energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Fuel cells are various types of fuel cells such as polymer electrolyte membrane fuel cells, molten carbonate fuel cells, and solid oxide fuel cells, depending on the type of electrolyte. Are distinguished.

고분자 전해질 연료전지는 수소이온 교환특성을 갖는 고분자막을 전해질로 사용하는 연료전지로서, 수소를 함유하는 연료 가스와, 산소를 함유하는 산화제 가스를 전기화학적으로 반응시킴으로써 전기 에너지와 열을 연속적으로 발생시킨다. 이런 고분자 전해질 연료전지는 다른 연료전지에 비하여 출력특성이 탁월하며, 작동온도가 낮고, 아울러 빠른 시동 및 응답특성을 갖는다. 이러한 고분자 전해질형 연료전지를 이용하여 구성한 연료전지 시스템은 이동용 전원 또는 배터리 대체전원과 같은 여러 분야에 이용되는데, 다음과 같은 구성요소들로 이루어진 구조를 갖는다.A polymer electrolyte fuel cell is a fuel cell using a polymer membrane having hydrogen ion exchange characteristics as an electrolyte. The polymer electrolyte fuel cell continuously generates electrical energy and heat by electrochemically reacting a fuel gas containing hydrogen and an oxidant gas containing oxygen. . The polymer electrolyte fuel cell has superior output characteristics than other fuel cells, has a low operating temperature, and has a fast starting and response characteristic. The fuel cell system constructed using the polymer electrolyte fuel cell is used in various fields such as a mobile power source or a battery alternative power source, and has a structure composed of the following components.

연료전지 시스템은 산소를 함유한 공기를 연료전지 스택에 공급한다. 한편으로는 연료전지 시스템은 수소 공급원으로서 발전원료를 수소가 풍부한 개질가스로 개질하여 연료전지 스택에 공급한다. 그리고, 연료전지 시스템은 연료전지 스택 내에서 수소와 산소의 전기화학반응을 유도하여 직류(DC) 전력을 생산하고, 이렇게 생산된 직류 전력을 외부 부하의 전원으로 사용할 수 있도록 교류(AC) 전력으로 변환한다. 이 외에도 연료전지 시스템은 연료전지 스택의 발전과정에서 발생되는 폐열을 회수하여, 축열조와 같은 저장조에 온수 또는 난방수와 같은 열원으로 저장한다.The fuel cell system supplies oxygen containing air to the fuel cell stack. On the other hand, the fuel cell system reforms power generation raw materials into hydrogen-rich reformed gas as a hydrogen supply source and supplies the fuel cell stack. In addition, the fuel cell system generates direct current (DC) power by inducing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the fuel cell stack, and converts the generated direct current power into AC power so that it can be used as a power source for an external load. To convert. In addition, the fuel cell system recovers waste heat generated during the power generation of the fuel cell stack, and stores the waste heat as a heat source such as hot water or heating water in a storage tank such as a heat storage tank.

도 4는 종래의 가정용 연료전지 시스템을 보여주는 블록도이다.4 is a block diagram showing a conventional domestic fuel cell system.

도 4를 참조하면 종래의 연료전지 시스템은 연료 공급부(41), 탈황기(42), 개질기(43), 연료전지 스택(44), 스위칭모드 파워서플라이(45, SMPS), 계통(46) 및 다수의 밸브(a~d, V2)를 포함한다.Referring to FIG. 4, a conventional fuel cell system includes a fuel supply unit 41, a desulfurizer 42, a reformer 43, a fuel cell stack 44, a switch mode power supply 45 (SMPS), a system 46, and the like. It includes a plurality of valves (a to d, V2).

도 4와 같이 구성된 종래의 연료전지 시스템(40)의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation of the conventional fuel cell system 40 configured as shown in FIG. 4 will now be described in detail.

우선, 연료 공급부(41)는 연료를 개질기(43)로 공급한다.First, the fuel supply part 41 supplies fuel to the reformer 43.

여기서 연료로는 주로 탄화수소계 연료(LNG, LPG, 등유 등)가 사용된다.As fuel, hydrocarbon fuels (LNG, LPG, kerosene, etc.) are mainly used.

그리고 이러한 연료는 탈황기(42)를 거쳐 황화수소나 아황산가스와 같은 황성분을 제거된다.The fuel is then desulfurized to remove sulfur components such as hydrogen sulfide and sulfur dioxide.

그러면 개질기(43)는 탈황기(42)를 거쳐 황성분이 제거된 연료를 개질하여 수소를 생성한다.The reformer 43 then reforms the fuel from which sulfur is removed via the desulfurizer 42 to produce hydrogen.

그리고 연료 공급부(41)는 연료의 개질에 필요한 물을 개질기(43)로 공급한다. 여기서 물은 일반적인 수돗물이나 직수를 사용한다.The fuel supply unit 41 supplies water for reforming the fuel to the reformer 43. The water here uses regular tap water or direct water.

수소는 개질가스(수소) 공급라인을 경유하여 연료전지 스택(44)의 애노드(Anode)로 공급되고, 외부의 블로어(미도시)로부터 유입된 공기는 캐쏘드(Cathode)로 공급된다.Hydrogen is supplied to an anode of the fuel cell stack 44 via a reformed gas (hydrogen) supply line, and air introduced from an external blower (not shown) is supplied to a cathode.

이 때 개질가스 공급라인 상에는 릴리프 밸브(V2)와 제1 밸브(c)가 구비되어 있다. 릴리프 밸브(V2)는 연료전지 스택(44)으로 공급되는 개질가스의 압력이 과도하게 상승될 경우에 상승된 압력을 조절한다. 그리고 제1 밸브(c)는 개질기(43)에서 연료전지 스택(44)으로 공급되는 개질가스의 유량을 조절한다.At this time, the relief valve V2 and the first valve c are provided on the reformed gas supply line. The relief valve V2 adjusts the increased pressure when the pressure of the reformed gas supplied to the fuel cell stack 44 is excessively increased. The first valve c controls the flow rate of the reformed gas supplied from the reformer 43 to the fuel cell stack 44.

연료전지 스택(44)에서 화학반응 후 남은 잔여 개질가스는 잔여 개질가스 회수라인을 경유하여 다시 개질기(43)로 공급된다.The remaining reformed gas remaining after the chemical reaction in the fuel cell stack 44 is supplied to the reformer 43 via the residual reformed gas recovery line.

이때에도 잔여 개질가스 배출라인 상에는 제2 밸브(d)가 구비되어 잔여 개질가스의 유량을 조절한다. 그리고 바이패스 라인 상에 제3 밸브(b)를 구비하여 개질가스의 유동흐름을 제어할 수 있다.In this case, a second valve d is provided on the residual reformed gas discharge line to adjust the flow rate of the residual reformed gas. In addition, a third valve b may be provided on the bypass line to control the flow of reformed gas.

마지막으로 개질기(43)에서 생성된 고온의 폐가스는 벤트박스(Vent Box)(e)를 경유하여 외부로 배출된다. 여기서 벤트박스(e)는 제1 내지 제4 밸브들(a~d) 중 어느 하나의 밸브가 오픈되는 경우 오픈되는 환기박스이다.Finally, the hot waste gas generated in the reformer 43 is discharged to the outside via the vent box (e). Here, the vent box e is a ventilation box that is opened when any one of the first to fourth valves a to d is opened.

그리고 제4 밸브(a)는 개질가스 공급라인과 벤트박스(e) 사이에 위치하며, 벤트박스(e)로 입력되는 개질가스의 유동흐름을 제어할 수 있다.And the fourth valve (a) is located between the reformed gas supply line and the vent box (e), it is possible to control the flow flow of the reformed gas input to the vent box (e).

그러나 스위칭모드 파워서플라이(45)는 계통(46)을 통해 공급된 전원을 밸브들(a~d)의 기동전압으로 변환 또는 변압하여 공급하기 때문에 계통(46)이 정전되는 경우, 스위칭모드 파워서플라이(45)로 공급되는 전원이 차단되어 밸브들(a~d)로 기동전원을 공급할 수 없다. 그러면 전원이 차단된 밸브들(a~d)은 플로팅(Floating) 상태로 된다는 문제점이 있었다.However, since the switching mode power supply 45 converts or transforms the power supplied through the system 46 into the starting voltages of the valves a to d, the switching mode power supply 45 when the system 46 is out of power. The power supplied to 45 is cut off so that starting power cannot be supplied to the valves a to d. Then, there was a problem that the valves (a to d) in which the power is cut off are in a floating state.

또한 이 경우, 정전 상황이 해제되어 복전되면, 플로팅 상태의 밸브들(a~d)로 전원이 재공급되어 오동작을 일으킨다는 문제점도 있었다.In this case, when the power failure situation is released and restored, there is also a problem that power is supplied to the valves a to d in the floating state again to cause a malfunction.

특히 일부 밸브의 오동작으로 인해 개질기(43)의 고온 폐가스가 배출되지 않는 상황이 발생하면, 개질기(43)의 내부가 크게 손상된다.In particular, when a situation in which the hot waste gas of the reformer 43 is not discharged due to a malfunction of some valves, the inside of the reformer 43 is greatly damaged.

따라서 종래의 연료전지 시스템은 시스템의 정전 후, 복전 시 플로팅 상태의 밸브들의 오동작으로 인해 연료전지 시스템을 구성하는 주요핵심 구성요소들이 손상될 수 있다는 문제점이 있었다.Therefore, the conventional fuel cell system has a problem that the core components constituting the fuel cell system may be damaged due to malfunction of the valves in the floating state after power failure of the system.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 특히 정전 후 복전 시, 모터밸브의 개폐를 제어하여 플로팅 시 발생하는 부품들의 손상을 방지하기 위한 연료전지 시스템 및 그 운전방법을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention, in particular, during the recovery after the power failure to control the opening and closing of the motor valve fuel to prevent damage to the components generated during floating A battery system and its operation method are provided.

이를 위해 본 발명에 따르는 연료전지 시스템은 탄화수소계 연료를 공급하는 연료공급부, 연료를 수소로 개질하는 개질기, 수소와 공기의 화학반응을 이용하여 전력을 생산하는 연료전지 스택을 포함하는 연료전지 시스템에 있어서, 정전 후 복전 발생시, 연료전지 시스템에 구비되는 복수의 모터밸브에 공급되는 전원을 스위칭하는 스위치부 및 복전 발생시, 스위치부를 제어하여 복수의 모터밸브에 공급되는 전원을 일시적으로 공급하고, 복수의 모터밸브 모두 닫도록 제어하여 초기화시키는 제어부를 포함한다.To this end, the fuel cell system according to the present invention includes a fuel supply unit for supplying a hydrocarbon-based fuel, a reformer for reforming fuel to hydrogen, and a fuel cell system including a fuel cell stack for generating power using a chemical reaction between hydrogen and air. A switch unit for switching the power supplied to the plurality of motor valves provided in the fuel cell system when power failure occurs after a power failure, and when the power failure occurs, the switch unit is controlled to temporarily supply power supplied to the plurality of motor valves. It includes a control unit for controlling and initializing the motor valve to close all.

또한 이를 위해 본 발명에 따르는 연료전지 시스템은 탄화수소계 연료를 공급하는 연료공급부, 연료를 수소로 개질하는 개질기, 수소와 공기의 화학반응을 이용하여 전력을 생산하는 연료전지 스택을 포함하는 연료전지 시스템에 있어서, 정전 후 복전 발생시, 연료전지 시스템에 구비되는 복수의 모터밸브에 공급되는 전원을 스위칭하는 스위치부, 개질기의 온도를 감지하는 제1 온도센서, 연료전지 스택의 온도를 감지하는 제2 온도센서, 복수의 모터밸브에 각각 구비되어 각각의 모터밸브 개폐와 플로팅을 감지하는 복수의 감지센서, 상기 복전 발생시, 상기 제1 온도센서와 상기 제2 온도센서에서 제공되는 온도정보, 및 상기 복수의 감지센서에서 제공되는 각 모터밸브의 개폐상태와 플로팅 상태를 기반으로 상기 스위치부를 제어하는 제어부를 포함한다.In addition, the fuel cell system according to the present invention for this purpose is a fuel cell system including a fuel supply unit for supplying a hydrocarbon-based fuel, a reformer for reforming the fuel to hydrogen, a fuel cell stack for producing power using a chemical reaction of hydrogen and air In the power recovery after the power failure, the switch unit for switching the power supplied to the plurality of motor valves provided in the fuel cell system, the first temperature sensor for sensing the temperature of the reformer, the second temperature for sensing the temperature of the fuel cell stack Sensors, a plurality of sensors provided in each of the plurality of motor valves to detect the opening and closing of each motor valve, the temperature information provided by the first temperature sensor and the second temperature sensor when the power recovery occurs, and the plurality of It includes a control unit for controlling the switch based on the opening and closing state and floating state of each motor valve provided by the sensor do.

이때, 상기 제어부는 상기 제1 온도센서와 상기 제2 온도센서에서 제공되는 온도정보와 기 저장된 온도정보를 비교하여 상기 연료전지 시스템의 재운전과 정격운전 여부를 판단하는 것이 바람직하다.In this case, the controller may compare the temperature information provided from the first temperature sensor and the second temperature sensor with previously stored temperature information to determine whether the fuel cell system is re-operated and rated.

또한, 상기 제어부는 상기 복수의 감지센서에서 제공되는 각 모터밸브의 개폐상태와 기 저장된 개폐정보를 비교하여 상기 연료전지 시스템의 상기 정전 전의 상태를 판단하도록 이루어질 수 있다.The controller may be configured to determine the state before the power failure of the fuel cell system by comparing the opening / closing state of each motor valve provided in the plurality of sensing sensors with previously stored opening / closing information.

한편, 기 저장된 온도정보는 개질기가 연료를 개질하여 수소를 생성할 수 있는 온도와 연료전지 스택이 정격운전을 할 때 발생하는 최소온도이다.On the other hand, the pre-stored temperature information is the temperature at which the reformer reforms the fuel to generate hydrogen and the minimum temperature generated when the fuel cell stack is rated.

또한, 기 저장된 개폐정보는 복수의 모터밸브가 연료전지 시스템의 각각의 상태에 따라 개폐여부를 보여주는 정보이다.In addition, the pre-stored opening and closing information is information showing whether the plurality of motor valves are opened or closed according to each state of the fuel cell system.

또한 이를 위해 본 발명에 따르는 연료전지 시스템의 운전방법은 정전 후, 복전이 발생하는 단계, 복전이 발생한 후, 개질기의 온도와 운전이 가능한 기 저장된 온도를 비교하는 단계, 개질기의 온도가 기 저장된 온도 이상이라면, 정전 직전에 연료전지 시스템이 운전중이였는지 여부를 확인하는 단계, 연료전지 시스템이 운전중이였다면, 복수의 모터밸브로 전원을 공급하는 단계, 연료전지 스택이 정격으로 운전이 가능한지의 여부를 판단하는 단계, 및 상기 연료전지 스택의 정격운전이 가능한 경우, 전력을 정상적으로 공급하는 단계를 포함한다.In addition, the operation method of the fuel cell system according to the present invention for this purpose after the power failure, after the recovery occurs, after the recovery occurs, comparing the temperature of the reformer and the pre-stored temperature that can be operated, the temperature of the reformer pre-stored If abnormal, the step of checking whether the fuel cell system was in operation immediately before the power failure, if the fuel cell system was in operation, supplying power to the plurality of motor valves, whether the fuel cell stack can be operated at rated Determining whether or not, and if the rated operation of the fuel cell stack is possible, supplying power normally.

이때, 상기 연료전지 스택의 정격운전이 불가능한 경우, 상기 복수의 모터밸브의 개방치를 점차적으로 올려서 상기 연료전지 스택의 발전량을 늘려주는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.At this time, when the rated operation of the fuel cell stack is impossible, it is preferable to include increasing the generation amount of the fuel cell stack by gradually raising the opening values of the plurality of motor valves.

한편, 개질기의 온도가 기 저장된 온도 미만이라면, 복수의 모터밸브를 순차적으로 닫는 단계를 더 포함할 수 있다.On the other hand, if the temperature of the reformer is less than the pre-stored temperature, may further comprise the step of closing the plurality of motor valves in sequence.

또한, 연료전지 시스템이 운전중이 아니였다면, 복수의 모터밸브를 순차적으로 닫는 단계를 더 포함하도록 이루어질 수 있다.In addition, if the fuel cell system was not in operation, the method may further include sequentially closing the plurality of motor valves.

이때, 운전이 가능한 기 저장된 온도는 개질기가 연료를 개질하여 수소를 생성할 수 있는 최소 온도로 설정한다.At this time, the pre-stored temperature at which the operation is possible is set to a minimum temperature at which the reformer can generate hydrogen by reforming fuel.

또한, 연료전지 스택이 정격운전 시 발생하는 최소 온도를 기준으로 판단하도록 할 수 있다.In addition, the fuel cell stack may be determined based on the minimum temperature generated during the rated operation.

본 발명의 일 실시 예에 따르면, 정전 후 복전 시, 연료전지 시스템의 동작을 초기화함으로써 내부 부품들의 손상을 방지하는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, when the power recovery after the power failure, there is an effect of preventing damage to the internal components by initializing the operation of the fuel cell system.

또한 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 정전 후 복전 시, 연료전지 시스템의 모터밸브를 제어하여 내부 부품의 손상없이 연료전지 시스템을 자동으로 재가동하는 효과도 있다.In addition, according to another embodiment of the present invention, when restoring after a power failure, there is an effect of automatically restarting the fuel cell system without damaging internal components by controlling the motor valve of the fuel cell system.

따라서 궁극적으로 본 발명에 따르면, 연료전지 시스템의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.Therefore, ultimately, according to the present invention, there is an effect of improving the durability of the fuel cell system.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연료전지 시스템을 보여주기 위한 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연료전지 시스템에 구비된 제어부가 스위치부를 제어하는 일 예를 보여주는 예시도.
도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따르는 연료전지 시스템을 보여주기 위한 블록도.
도 4는 종래의 가정용 연료전지 시스템을 보여주는 블록도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르는 연료전지 시스템의 제어 방법을 보여주는 순서도.1 is a block diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
2 is an exemplary view illustrating an example in which a controller provided in a fuel cell system controls a switch unit according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a block diagram for showing a fuel cell system according to another embodiment of the present invention.
Figure 4 is a block diagram showing a conventional domestic fuel cell system.
5 is a flow chart showing a control method of a fuel cell system according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 시스템 및 그 운전방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a fuel cell system and an operating method thereof according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 내지 도 3 및 도 5의 동일 부재에 대해서는 동일한 도면 번호를 기재하였다.The same reference numerals are used for the same members in FIGS. 1 to 3 and 5.

본 발명의 기본 원리는 정전 후 복전 시, 연료전지 시스템에 구비된 복수의 모터밸브의 개폐를 제어하여 연료전지 시스템을 안전하게 운전하는 것이다.The basic principle of the present invention is to safely operate the fuel cell system by controlling the opening and closing of a plurality of motor valves provided in the fuel cell system during power recovery after a power failure.

본 발명을 설명함에 있어 연료전지 스택과 스택은 동일한 의미로 사용된다.In describing the present invention, the fuel cell stack and the stack are used in the same sense.

아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연료전지 시스템을 보여주기 위한 블록도이다.1 is a block diagram illustrating a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연료전지 시스템(100)는 연료 공급부(110), 탈황기(120), 개질기(130), 연료전지 스택(140), 스위칭모드 파워서플라이(150), 계통(160), 스위치부(170), 제어부(180)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a fuel cell system 100 according to an exemplary embodiment includes a fuel supply unit 110, a desulfurizer 120, a reformer 130, a fuel cell stack 140, and a switching mode power supply 150. ), The system 160, the switch unit 170, and the controller 180.

도 1과 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연료전지 시스템(100)의 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the fuel cell system 100 according to an embodiment of the present invention configured as shown in Figure 1 in detail as follows.

우선, 연료 공급부(110)는 탄화수소계(LNG, LPG, 등유 등) 연료를 개질기(130)로 공급한다.First, the fuel supply unit 110 supplies hydrocarbon (LNG, LPG, kerosene, etc.) fuel to the reformer 130.

연료가 개질기(130)에 유입되기 전에 연료는 탈황기(120)를 경유하는데 이는 연료에 포함되어 있는 황화수소나 아황산가스와 같은 황성분을 제거하기 위함이다.Before the fuel enters the reformer 130, the fuel passes through the desulfurizer 120 to remove sulfur components such as hydrogen sulfide or sulfurous acid gas contained in the fuel.

이와 같이 연료는 탈황기(120)에서 황성분이 제거된 후, 개질기(130)에 유입되어 수소로 개질된다.As such, after the sulfur component is removed from the desulfurizer 120, the fuel is introduced into the reformer 130 and reformed into hydrogen.

그리고 연료 공급부(110)는 연료의 개질을 위해 물을 개질기(130)기로 공급한다.In addition, the fuel supply unit 110 supplies water to the reformer 130 for reforming the fuel.

여기서 물은 일반적인 수돗물이나 직수를 사용한다. 이와 같이 개질기(130)로 연료와 물이 공급되면 내부의 버너(미도시)에 의해 연료가 개질되어 수소가 생성된다.The water here uses regular tap water or direct water. As such, when fuel and water are supplied to the reformer 130, the fuel is reformed by an internal burner (not shown) to generate hydrogen.

그러면 수소는 개질가스(수소) 공급라인을 경유하여 연료전지 스택(140)의 애노드(Anode)로 공급되고, 외부의 공기는 블로어(미도시)에 의해 캐쏘드(Cathode)로 공급된다.Hydrogen is then supplied to the anode of the fuel cell stack 140 via a reforming gas (hydrogen) supply line, and external air is supplied to the cathode by a blower (not shown).

이 때 개질가스 공급라인 상에는 릴리프 밸브(f)와 제3 모터밸브(c)가 구비되어 있다. 릴리프 밸브(f)는 연료전지 스택(140)으로 공급되는 개질가스의 압력이 과도하게 상승될 경우에 상승된 압력을 조절한다. 그리고 제3 모터밸브(c)는 개질기(130)에서 연료전지 스택(140)으로 공급되는 개질가스의 유량을 조절한다.At this time, a relief valve f and a third motor valve c are provided on the reformed gas supply line. The relief valve f adjusts the increased pressure when the pressure of the reformed gas supplied to the fuel cell stack 140 is excessively increased. In addition, the third motor valve (c) controls the flow rate of the reformed gas supplied from the reformer 130 to the fuel cell stack 140.

연료전지 스택(140)에서 화학반응 후 남은 잔여 개질가스는 잔여 개질가스 회수라인을 경유하여 다시 개질기(130)로 회수된다.The remaining reformed gas remaining after the chemical reaction in the fuel cell stack 140 is recovered to the reformer 130 via the remaining reformed gas recovery line.

이때에도 잔여 개질가스 회수라인 상에는 제4 모터밸브(d)가 구비되어 잔여 개질가스의 유량을 조절한다. 그리고 바이패스 라인 상에 제2 모터밸브(b)를 구비하여 개질가스의 유동흐름을 제어할 수 있다.At this time, the fourth motor valve (d) is provided on the residual reformed gas recovery line to adjust the flow rate of the residual reformed gas. The second motor valve b may be provided on the bypass line to control the flow of reformed gas.

마지막으로 개질기(130)에서 생성된 고온의 폐가스는 벤트박스(Vent Box)(e)를 경유하여 외부로 배출된다.Finally, the hot waste gas generated in the reformer 130 is discharged to the outside via the vent box (e).

여기서 벤트박스(e)는 제1 내지 제4 모터밸브들(a~d) 중 어느 하나의 밸브가 오픈되는 경우 오픈되는 환기박스이다.Here, the vent box e is a ventilation box that is opened when any one of the first to fourth motor valves a to d is opened.

그리고 제1 모터밸브(a)는 개질가스 공급라인과 벤트박스(e) 사이에 위치하며, 벤트박스(e)로 입력되는 개질가스의 유동흐름을 제어할 수 있다.In addition, the first motor valve (a) is located between the reformed gas supply line and the vent box (e), and may control the flow of reformed gas inputted into the vent box (e).

만약, 계통(160)에서 정전이 발생하는 경우, 스위칭모드 파워서플라이(150)는 제1 내지 제4 모터밸브들(a~d)로 전원을 공급하지 못한다. 따라서 모터밸브들(a~d)은 플로팅 상태로 유지될 수 있다. 그러나 이 상태에서 계통(160)이 복전되면, 스위칭모드 파워서플라이(150)가 플로팅 상태로 될 가능성이 높은 모터밸브들(a~d)로 전원을 공급한다. 따라서 이러한 오동작을 방지하기 위하여 스위치부(170)가 구비되어 각각의 밸브들(a~d)로 입력되는 전원을 제어부(180)의 제어에 의해 각각 스위칭한다.If a power failure occurs in the system 160, the switching mode power supply 150 may not supply power to the first to fourth motor valves a to d. Therefore, the motor valves a to d may be maintained in a floating state. However, when the system 160 is restored in this state, the switching mode power supply 150 supplies power to the motor valves a to d which are more likely to be in the floating state. Therefore, in order to prevent such a malfunction, the switch unit 170 is provided to switch the power input to the respective valves a to d under the control of the controller 180.

이와 같은 제어는 다음의 도 2에서 상세히 설명한다.This control is described in detail in the following FIG. 2.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연료전지 시스템(100)에 구비된 제어부(180)가 스위치부(170)를 제어하는 일 예를 보여주는 예시도이다.2 is an exemplary view illustrating an example in which the controller 180 provided in the fuel cell system 100 according to an exemplary embodiment controls the switch unit 170.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따르는 스위치부(170)는 제1 스위치(SW1) 내지 제4 스위치(SW4)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the switch unit 170 according to an embodiment of the present invention includes the first switch SW1 to the fourth switch SW4.

각각의 스위치의 일단은 각각의 모터밸브와 전기적으로 연결되어 있고, 각각의 스위치의 다른 일단은 스위치모드 파워서플라이(150)과 각각 전기적으로 연결되어 있다.One end of each switch is electrically connected to each motor valve, and the other end of each switch is electrically connected to the switch mode power supply 150, respectively.

만약, 정전되는 경우에 제어부(180)는 다음과 같이 스위치부(170)를 제어한다. 우선 제어부(180)는 기 설정된 시간 이상 스위치부(170)의 전류나 전압이 감지되지 않으면 정전이라고 판단할 수 있다. 이를 위해 스위치부(170)에는 전류계나 전압계가 구비되어 제어부(180)로 정보제공을 할 수 있다.In case of power failure, the controller 180 controls the switch unit 170 as follows. First, if the current or voltage of the switch unit 170 is not detected for more than a predetermined time, the controller 180 may determine that the power failure. To this end, the switch unit 170 may be provided with an ammeter or a voltmeter to provide information to the controller 180.

정전 후 복전되면, 제어부(180)는 모든 스위치(SW1 ~ SW4)를 모두 전기적으로 오픈시키도록 스위치부(170)를 제어한다. 그리고 순차적으로 SW1을 도통시켜 제1 모터밸브(a)를 리셋하도록 제어하고, 제2 모터밸브(b)를 리셋하도록 제어한다. 나머지 모터밸브들(c~d)도 이와 마찬가지로 제어된다.When the power is restored after the power failure, the controller 180 controls the switch unit 170 to electrically open all the switches SW1 to SW4. Then, SW1 is sequentially turned on to control the first motor valve a to be reset, and the second motor valve b is reset. The remaining motor valves c to d are likewise controlled.

따라서 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연료전지 시스템은 초기화(stand-by)된다.Therefore, the fuel cell system according to the exemplary embodiment of the present invention is stand-by.

또한, 도 2를 설명함에 있어서, 2극 스위치를 사용하는 예시를 기술하였지만, 여기서 스위치부(170)는 NMOS 나 PMOS와 같은 트랜지스터 스위치가 사용될 수 있다.In addition, in the description of FIG. 2, an example of using a two-pole switch has been described. Here, the switch unit 170 may be a transistor switch such as an NMOS or a PMOS.

이와 같이 제어부(180)는 모든 모터밸브들(a~d)을 차단시킨 후, 연료전지 시스템이 초기화되었다고 판단하면, 다시 스위치부(170)를 제어하여 모터밸브(a~d)를 순차적으로 기동시킨다.As such, when the controller 180 shuts off all the motor valves a to d and determines that the fuel cell system is initialized, the controller 180 controls the switch unit 170 to start the motor valves a to d sequentially. Let's do it.

따라서 본 발명에 따르면 제어부(180)가 스위치부(170)를 제어하여 순차적으로 각각의 모터밸브들(a~d)을 차단하여 리셋시킴으로써, 연료전지 시스템에서 모터밸브들(a~d)의 오동작없이 정상 재가동될 수 있다.Accordingly, according to the present invention, the controller 180 controls the switch unit 170 to sequentially block and reset the respective motor valves a to d, thereby causing malfunction of the motor valves a to d in the fuel cell system. Can be restarted normally.

도 3은 본 발명의 다른 실시 예에 따르는 연료전지 시스템을 보여주기 위한 블록도이다.3 is a block diagram illustrating a fuel cell system according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면 본 발명의 다른 실시 예에 따르는 연료전지 시스템(200)는 탄화수소계 연료와 직수(물)의 공급을 위한 연료 공급부(110), 탄화수소계 연료로부터 황성분의 제거를 위한 탈황기(120), 황성분이 제거된 탄화수소계 연료로부터 수소의 개질을 위한 개질기(130), 수소와 공기를 공급받아 전력을 생성하는 연료전지 스택(140), 계통(160)으로부터 공급받은 전원을 변환 또는 변압하여 복수의 모터밸브(a~d)로 전력을 공급하는 스위칭모드 파워서플라이(150), 스위칭모드 파워서플라이(150)의 전력을 스위칭하는 스위치부(170), 정전 후 복전 시 각각의 모터밸브(a~d)의 개폐상태, 플로팅 상태 및 개질기(130) 내부의 온도정보를 제공받아 스위치부(170)를 제어하는 제어부(180)를 포함한다.Referring to FIG. 3, a fuel cell system 200 according to another embodiment of the present invention includes a fuel supply unit 110 for supplying hydrocarbon-based fuel and direct water (water), and a desulfurizer for removing sulfur components from a hydrocarbon-based fuel ( 120), a reformer 130 for reforming hydrogen from a hydrocarbon-based fuel in which sulfur is removed, a fuel cell stack 140 generating power by receiving hydrogen and air, and converting or transforming power supplied from a system 160. Switching mode power supply 150 for supplying power to the plurality of motor valves (a ~ d), the switch unit 170 for switching the power of the switching mode power supply 150, each motor valve at power recovery after power failure ( and a control unit 180 for controlling the switch unit 170 by receiving the open / closed state, the floating state, and the temperature information of the reformer 130.

도 3과 같이 구성된 본 발명의 다른 실시 예에 따르는 연료전지 시스템(200)의 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the fuel cell system 200 according to another embodiment of the present invention configured as shown in Figure 3 in detail as follows.

우선, 연료 공급부(110)는 탄화수소계(LNG, LPG, 등유 등) 연료를 개질기(130)로 공급한다.First, the fuel supply unit 110 supplies hydrocarbon (LNG, LPG, kerosene, etc.) fuel to the reformer 130.

연료가 개질기(130)에 유입되기 전에 연료는 탈황기(120)를 경유하는데 이는 연료에 포함되어 있는 황화수소나 아황산가스와 같은 황성분을 제거하기 위함이다.Before the fuel enters the reformer 130, the fuel passes through the desulfurizer 120 to remove sulfur components such as hydrogen sulfide or sulfurous acid gas contained in the fuel.

이와 같이 탈황된 연료는 개질기(130)에 유입되어 수소로 개질된다.The desulfurized fuel is introduced into the reformer 130 and reformed into hydrogen.

그리고 연료 공급부(110)는 연료의 개질과 연료전지 스택(140)의 전력생산에 필요한 물을 개질기(130)기로 공급한다.The fuel supply unit 110 supplies water for reforming the fuel and generating power of the fuel cell stack 140 to the reformer 130.

여기서 물은 일반적인 수돗물이나 직수를 사용한다. 이와 같이 개질기(130)로 공급된 연료와 물은 수소로 개질된다. 그러면 수소는 개질가스(수소) 공급라인을 경유하여 연료전지 스택(140)의 애노드(Anode)로 공급되고, 외부에서 유입된 공기는 캐쏘드(Cathode)로 공급된다.The water here uses regular tap water or direct water. As such, the fuel and water supplied to the reformer 130 are reformed into hydrogen. The hydrogen is then supplied to the anode of the fuel cell stack 140 via the reformed gas (hydrogen) supply line, and the air introduced from the outside is supplied to the cathode.

바람직하게 개질기(130)와 연료전지 스택(140)에는 내부온도의 감지가 가능한 제1 온도센서(131)와 제2 온도센서(141)를 각각 구비한다.Preferably, the reformer 130 and the fuel cell stack 140 are provided with a first temperature sensor 131 and a second temperature sensor 141 capable of sensing an internal temperature, respectively.

이 때 개질가스 공급라인 상에는 릴리프 밸브(f)와 제3 모터밸브(c)가 구비되어 있다. 릴리프 밸브(f)는 연료전지 스택(140)으로 공급되는 개질가스의 압력이 과도하게 상승될 경우에 상승된 압력을 조절한다. 그리고 제3 모터밸브(c)는 개질기(130)에서 연료전지 스택(140)으로 공급되는 개질가스의 유량을 조절한다.At this time, a relief valve f and a third motor valve c are provided on the reformed gas supply line. The relief valve f adjusts the increased pressure when the pressure of the reformed gas supplied to the fuel cell stack 140 is excessively increased. In addition, the third motor valve (c) controls the flow rate of the reformed gas supplied from the reformer 130 to the fuel cell stack 140.

여기서 제3 모터밸브(c)도 개폐상태의 감지가 가능한 제3 센서(c')포함한다.Here, the third motor valve (c) also includes a third sensor (c ') capable of detecting the opening and closing state.

연료전지 스택(140)에서 화학반응 후 남은 잔여 개질가스는 잔여 개질가스 회수라인을 경유하여 다시 개질기(130)로 공급된다.The remaining reformed gas remaining after the chemical reaction in the fuel cell stack 140 is supplied to the reformer 130 via the remaining reformed gas recovery line.

이때에도 잔여 개질가스 회수라인 상에는 제4 모터밸브(d)가 구비되어 잔여 개질가스의 유량을 조절한다. 그리고 바이패스 라인 상에 제2 모터밸브(b)를 구비하여 개질가스의 유동흐름을 제어할 수 있다.At this time, the fourth motor valve (d) is provided on the residual reformed gas recovery line to adjust the flow rate of the residual reformed gas. The second motor valve b may be provided on the bypass line to control the flow of reformed gas.

마찬가지로 제2 모터밸브(b) 및 제4 모터밸브(d)도 개폐상태의 감지가 가능한 제2, 제4 센서(b',d')를 포함한다.Similarly, the second motor valve b and the fourth motor valve d also include second and fourth sensors b 'and d' capable of detecting an open / closed state.

그리고 제1 모터밸브(a)는 개질가스 공급라인과 벤트박스(e) 사이에 위치하며, 벤트박스(e)로 입력되는 개질가스의 유동흐름을 제어할 수 있다. 제1 모터밸브(a)도 다른 밸브와 마찬가지로 개폐상태의 감지가 가능한 제1 센서(a')를 포함한다.In addition, the first motor valve (a) is located between the reformed gas supply line and the vent box (e), and may control the flow of reformed gas inputted into the vent box (e). Like other valves, the first motor valve a also includes a first sensor a 'capable of detecting an open / close state.

마지막으로 개질기(130)에서 생성된 고온의 폐가스는 벤트박스(Vent Box)(e)를 경유하여 배출구로 배출된다. 마찬가지로 벤트박스(e)는 모터밸브들 중 어느 하나의 밸브 이상이 오픈되는 경우, 오픈된다.Finally, the hot waste gas generated in the reformer 130 is discharged to the outlet via the vent box (e). Similarly, the vent box e is opened when more than one valve of the motor valves is opened.

만약 계통(160)에서 정전이 발생하는 경우, 스위칭모드 파워서플라이(150)는 모터밸브들(a~d)로 전원을 공급하지 못한다. 따라서 모터밸브들(a~d)은 플로팅 상태로 유지될 수 있다. 따라서 만약 계통(160)이 복전되면, 플로팅 상태의 모터밸브들(a~d)로 전원이 공급되어 오동작을 하는 것을 방지하기 위하여 제어부(180)에 의해 제어되는 스위치부(170)가 구비되어 각각의 밸브들(a~d)로 입력되는 전원을 스위칭한다.If a power failure occurs in the system 160, the switching mode power supply 150 may not supply power to the motor valves a to d. Therefore, the motor valves a to d may be maintained in a floating state. Therefore, if the system 160 is restored, switch units 170 controlled by the controller 180 are provided to prevent power supply to the motor valves a to d in the floating state. Switch the power input to the valves (a to d) of the.

여기서 제어부(180)의 제어동작을 자세하게 설명하면 다음과 같다.Herein, the control operation of the controller 180 will be described in detail.

우선, 제어부(180)는 제1 내지 제4 센서들(a'~ d')로부터 제1 내지 제4 모터밸브(a ~ d)의 개폐상태 및 플로팅 상태 정보를 실시간으로 제공받는다.First, the controller 180 receives in real time the open state and the floating state information of the first to fourth motor valves (a to d) from the first to fourth sensors (a 'to d').

그리고 제1 온도센서(131)와 제2 온도센서(141)로부터 개질기(130) 및 연료전지 스택(140) 내부의 온도정보를 실시간으로 제공받는다.The temperature information of the reformer 130 and the fuel cell stack 140 may be provided in real time from the first temperature sensor 131 and the second temperature sensor 141.

만약 계통(160)의 정전이 발생하면, 스위칭모드 파워서플라이(150)로의 전원공급이 중단되어 각각의 모터밸브(a~d)로의 전원공급도 중단된다. If a power failure of the system 160 occurs, the power supply to the switching mode power supply 150 is stopped, and the power supply to each of the motor valves a to d is also stopped.

제어부(180)는 스위칭모드 파워서플라이(150)와 스위치부(170)가 입출력되는 전류나 전압을 감지하기 위해 전류와 전압이 입출력되는 단에 구비된 전류계(미도시) 또는 전압계(미도시)를 통해 기 설정된 시간 이상 전류나 전압이 감지되지 않으면 현재 상태를 정전이라고 판단하고, 상술한 실시간으로 제공받은 개폐상태 정보와 온도정보를 토대로 현재상태를 저장한다.The controller 180 may include an ammeter (not shown) or a voltmeter (not shown) provided at a stage through which the current and the voltage are input / output in order to detect the current or the voltage at which the switching mode power supply 150 and the switch unit 170 are input / output. If a current or voltage is not detected for more than a predetermined time, the current state is determined to be a power failure, and the current state is stored based on the open / closed state information and temperature information provided in real time.

따라서 복전이 되는 경우에도, 제어부(180)는 현재 상태를 판별할 수 있다.Therefore, even in the case of power recovery, the controller 180 can determine the current state.

이러한 판별의 일 예를 다음의 [표 1]을 참조하여 설명한다.An example of such determination will be described with reference to the following [Table 1].


Stage
Stage 모터밸브의 상태(O: open, X: close)
Motor valve status (O: open, X: close)
제1 모터밸브
(a)1st motor valve
(a) 제2 모터밸브
(b)2nd motor valve
(b) 제3 모터밸브 (c)3rd motor valve (c) 제4 모터밸브
(d)4th motor valve
(d) 벤트박스
(e)Vent Box
(e) AA XX XX XX XX XX BB OO XX XX XX OO CC XX OO XX XX OO DD XX XX OO OO OO EE XX XX OO OO OO FF OO XX XX XX OO GG OO XX XX XX OO

[표 1]에 기재된 Stage의 A는 '대기'상태, B는 '운전준비'상태, C는 '제1운전'상태, D는 '제2운전'상태, E는 '제3운전'상태, F는 '제1냉각'상태, 및 G는 '제2냉각'상태를 나타낸다.The stage A described in [Table 1] is 'standby' state, B is 'operation ready' state, C is 'first operation' state, D is 'second operation' state, E is 'third operation' state, F represents a 'first cooling' state, and G represents a 'second cooling' state.

따라서, [표 1]을 참조하면, 정전 후 복전이 된 경우 제어부(180)는 상기 저장된 정보를 기반으로 모터밸브들(a~d) 및 벤트박스(e)를 이전 운전조건에 부합하도록 스위치부(170)를 제어하여 연료시스템을 정상으로 기동할 수 있다.Therefore, referring to [Table 1], in case of restoration after power failure, the controller 180 switches the motor valves a to d and the vent box e to meet the previous operating conditions based on the stored information. By controlling 170, the fuel system can be started normally.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르는 연료전지 시스템의 운전방법을 보여주는 순서도이다.5 is a flowchart illustrating a method of operating a fuel cell system according to another exemplary embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르는 연료전지 시스템의 운전방법(500)은 정전 후 복전이 발생하는 단계(S510), 개질부의 온도가 운전가능한지 판단하는 단계(S520), 운전 가능한 경우, 정전직전 운전중이였는지 판단하는 단계(S530), 정전직전 운전중이였다면, 전원을 공급하는 단계(S540), 스택의 정격운전이 가능한지 판단하는 단계(S550), 가능하다면 정격운전을 수행하는 단계(S560)을 포함한다.Referring to FIG. 5, the operation method 500 of a fuel cell system according to another exemplary embodiment of the present invention may include a step of generating a recovery after a power failure (S510), determining whether a temperature of a reforming unit is operable (S520), and driving. If possible, step S530 of determining whether the operation was performed just before the blackout, step S61 of supplying power if the operation was performed immediately before the power failure, determining whether the rated operation of the stack is possible (S550), and performing the rated operation if possible. Performing step (S560).

도 5와 같이 이루어지는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따르는 연료전지 시스템의 운전방법의 절차를 자세하게 설명하면 다음과 같다.Referring to the procedure of the operation method of the fuel cell system according to another embodiment of the present invention as shown in Figure 5 in detail as follows.

우선 정전이 된 이후, 일정 시간 이후에 복전이 발생한다(S510).First, after the power failure, the recovery occurs after a certain time (S510).

그러면 제어부(180)는 개질기(130)의 내부에 구비된 온도센서(131)로부터 제공받은 온도와 운전이 가능한 기 저장된 온도를 비교한다(S520).Then, the controller 180 compares the temperature provided from the temperature sensor 131 provided in the reformer 130 with the pre-stored temperature at which the operation is possible (S520).

만약, 온도가 기 저장된 온도 이상이라면, 제어부(180)는 정전 직전에 연료전지 시스템이 운전중이였는지 여부를 확인한다(S530).If the temperature is greater than or equal to the pre-stored temperature, the controller 180 checks whether the fuel cell system was operating immediately before the power failure (S530).

예를 들어, 개질기(130)와 연료전지 스택(140)은 운전시 일정온도 이상으로 상승하기 때문에, 만약 개질기(130)와 연료전지 스택(140)에 구비된 제1 온도센서(131)와 제2 온도센서(141)의 온도를 제어부(180)에 기 저장된 운전시 발생되는 최소온도와 각각 비교함으로써 운전여부를 확인할 수 있다.For example, since the reformer 130 and the fuel cell stack 140 rise above a predetermined temperature during operation, if the reformer 130 and the fuel cell stack 140 are provided with the first temperature sensor 131 and the first temperature sensor. 2 by comparing the temperature of the temperature sensor 141 with the minimum temperature generated during operation pre-stored in the controller 180 can determine whether the operation.

만약, 연료전지 시스템이 운전중이였다면, 제어부(180)는 스위치부(170)를 전기적으로 쇼트되도록 제어하여 복수의 모터밸브로 전원을 재공급한다(S540).If the fuel cell system is in operation, the controller 180 controls the switch unit 170 to be electrically shorted to supply power to the plurality of motor valves (S540).

그 후, 제어부(180)는 연료전지 스택(140)에 구비된 제2 온도센서(141)로부터 제공받은 온도정보로 연료전지 스택(140)이 정격으로 운전이 가능한지의 여부를 다시 한번 판단한다(S550).Thereafter, the controller 180 once again determines whether the fuel cell stack 140 can be operated at a rated value based on the temperature information provided from the second temperature sensor 141 provided in the fuel cell stack 140 ( S550).

만약, 정격운전이 가능한 경우, 제어부(180)는 전력을 정상적으로 공급하도록 스위치부(170)를 제어하고, 그렇지 않다면 각각의 모터밸브(a~d)의 개방치를 점차적으로 올려서 연료전지 시스템이 정격으로 운전하도록 연료전지 스택(140)의 발전량을 늘려준 후 정격운전 단계로 전환한다(S590).If the rated operation is possible, the controller 180 controls the switch unit 170 to supply power normally. Otherwise, the control unit 180 gradually raises the opening value of each motor valve a to d so that the fuel cell system is rated. After increasing the power generation amount of the fuel cell stack 140 to operate (S590).

한편 S520 단계에서, 개질기(130)의 온도가 재운전이 가능하지 않다면, 스위치부(170)를 제어하여 각각의 모터밸브(a~d)를 일시적으로 활성화시킨 후(S570), 각각의 모터밸브(a~d)를 닫는다(S580)On the other hand, in step S520, if the temperature of the reformer 130 is not possible to restart, by controlling the switch unit 170 to temporarily activate each motor valve (a ~ d) (S570), each motor valve Close (a ~ d) (S580)

마찬가지로, S530 단계에서 정전 직전 운전중이 아닌 경우에도, 스위치부(170)를 제어하여 각각의 모터밸브(a~d)를 일시적으로 활성화시킨 후(S570), 각각의 모터밸브(a~d)를 닫는다(S580)Similarly, even when not in operation immediately before the power failure in step S530, by controlling the switch unit 170 to temporarily activate each motor valve (a ~ d) (S570), each motor valve (a ~ d) (S580)

따라서, 본 발명에 따르는 연료전지 시스템 및 그 운전방법에 따르면, 정전 후 복전 시에도 플로팅될 가능성이 있는 모터밸브로 인한 내부 주요부품의 손실을 방지할 수 있다.Therefore, according to the fuel cell system and its operation method according to the present invention, it is possible to prevent the loss of the internal main parts due to the motor valve, which may float even during power recovery after the power failure.

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 이해되어져서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the invention as defined by the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

110: 연료 공급부 120: 탈황기
130: 개질기 140: 연료전지 스택
150: SMPS 160: 계통
170: 스위치부 180: 제어부110: fuel supply unit 120: desulfurizer
130: reformer 140: fuel cell stack
150: SMPS 160: system
170: switch unit 180: control unit

Claims (12)

탄화수소계 연료를 공급하는 연료공급부, 상기 연료를 수소로 개질하는 개질기, 상기 수소와 공기의 화학반응을 이용하여 전력을 생산하는 연료전지 스택을 포함하는 연료전지 시스템에 있어서,
정전 후 복전 발생시, 상기 연료전지 시스템에 구비되는 복수의 모터밸브에 공급되는 전원을 스위칭하는 스위치부; 및
상기 복전 발생시, 상기 스위치부를 제어하여 상기 복수의 모터밸브에 공급되는 전원을 일시적으로 공급하고, 상기 복수의 모터밸브를 모두 닫도록 제어하여 초기화시키는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.A fuel cell system including a fuel supply unit for supplying a hydrocarbon-based fuel, a reformer for reforming the fuel with hydrogen, and a fuel cell stack for generating power using a chemical reaction between hydrogen and air,
A switch unit for switching power supplied to a plurality of motor valves provided in the fuel cell system when a recovery occurs after a power failure; And
And a control unit which controls the switch unit to temporarily supply power supplied to the plurality of motor valves and controls the switch to close all of the plurality of motor valves when the restoration occurs. 탄화수소계 연료를 공급하는 연료공급부, 상기 연료를 수소로 개질하는 개질기, 상기 수소와 공기의 화학반응을 이용하여 전력을 생산하는 연료전지 스택을 포함하는 연료전지 시스템에 있어서,
정전 후 복전 발생시, 연료전지 시스템에 구비되는 복수의 모터밸브에 공급되는 전원을 스위칭하는 스위치부;
상기 개질기의 온도를 감지하는 제1 온도센서;
상기 연료전지 스택의 온도를 감지하는 제2 온도센서;
상기 복수의 모터밸브에 각각 구비되어 각각의 모터밸브 개폐와 플로팅을 감지하는 복수의 감지센서; 및
상기 복전 발생시, 상기 제1 온도센서와 상기 제2 온도센서에서 제공되는 온도정보, 및 상기 복수의 감지센서에서 제공되는 각 모터밸브의 개폐상태와 플로팅 상태를 기반으로 상기 스위치부를 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.A fuel cell system including a fuel supply unit for supplying a hydrocarbon-based fuel, a reformer for reforming the fuel with hydrogen, and a fuel cell stack for generating power using a chemical reaction between hydrogen and air,
A switch unit for switching power supplied to a plurality of motor valves provided in the fuel cell system when a power recovery occurs after a power failure;
A first temperature sensor for sensing a temperature of the reformer;
A second temperature sensor for sensing a temperature of the fuel cell stack;
A plurality of detection sensors provided in the plurality of motor valves respectively to detect opening and floating of each motor valve; And
And a controller configured to control the switch unit based on temperature information provided by the first temperature sensor and the second temperature sensor, and an open / close state and a floating state of each motor valve provided by the plurality of detection sensors when the restoration occurs. A fuel cell system, characterized in that. 제 2항에 있어서, 상기 제어부는
상기 제1 온도센서와 상기 제2 온도센서에서 제공되는 온도정보와 기 저장된 온도정보를 비교하여 상기 연료전지 시스템의 재운전과 정격운전 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.3. The apparatus of claim 2, wherein the control unit
And comparing the temperature information provided from the first temperature sensor and the second temperature sensor with previously stored temperature information to determine whether the fuel cell system is restarted or rated. 제 2항에 있어서, 상기 제어부는
상기 복수의 감지센서에서 제공되는 각 모터밸브의 개폐상태와 기 저장된 개폐정보를 비교하여 상기 연료전지 시스템의 상기 정전 전의 상태를 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.3. The apparatus of claim 2, wherein the control unit
And comparing the opening / closing state of each motor valve provided with the plurality of sensing sensors with previously stored opening / closing information to determine a state before the power failure of the fuel cell system. 제 3항에 있어서, 상기 기 저장된 온도정보는
상기 개질기가 상기 연료를 개질하여 수소를 생성할 수 있는 온도와 상기 연료전지 스택이 정격운전을 할 때 발생하는 최소온도인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 3, wherein the pre-stored temperature information
And a temperature at which the reformer reforms the fuel to produce hydrogen and a minimum temperature generated when the fuel cell stack is rated. 제 4항에 있어서, 상기 기 저장된 개폐정보는
상기 복수의 모터밸브가 상기 연료전지 시스템의 각각의 상태에 따라 개폐여부를 보여주는 정보인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.The method of claim 4, wherein the previously stored opening and closing information is
And a plurality of motor valves are information which shows whether the plurality of motor valves are opened or closed according to respective states of the fuel cell system. 정전 후, 복전이 발생하는 단계;
상기 복전이 발생한 후, 개질기의 온도와 운전이 가능한 기 저장된 온도를 비교하는 단계;
상기 개질기의 온도가 상기 기 저장된 온도 이상이라면, 상기 정전 직전에 연료전지 시스템이 운전중이였는지 여부를 확인하는 단계;
연료전지 시스템이 운전중이였다면, 복수의 모터밸브로 전원을 공급하는 단계;
연료전지 스택이 정격으로 운전이 가능한지의 여부를 판단하는 단계; 및
상기 연료전지 스택의 정격운전이 가능한 경우, 전력을 정상적으로 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전방법.After the power failure, stepping occurs;
After the restoration occurs, comparing the temperature of the reformer with a pre-stored temperature at which the operation is possible;
If the temperature of the reformer is greater than or equal to the stored temperature, checking whether a fuel cell system was in operation immediately before the power failure;
If the fuel cell system was in operation, supplying power to the plurality of motor valves;
Determining whether the fuel cell stack is capable of operating at rated rating; And
And when the rated operation of the fuel cell stack is possible, supplying power normally. 제 7항에 있어서, 상기 연료전지 스택의 정격운전이 불가능한 경우,
상기 복수의 모터밸브의 개방치를 점차적으로 올려서 상기 연료전지 스택의 발전량을 늘려주는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전방법.The method of claim 7, wherein the rated operation of the fuel cell stack is impossible,
And gradually increasing the opening values of the plurality of motor valves to increase the amount of power generated by the fuel cell stack. 제 7항에 있어서,
상기 개질기의 온도가 상기 기 저장된 온도 미만이라면, 상기 복수의 모터밸브를 순차적으로 닫는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전방법.8. The method of claim 7,
And if the temperature of the reformer is less than the pre-stored temperature, closing the motor valves sequentially. 제 7항에 있어서,
상기 연료전지 시스템이 운전중이 아니였다면, 상기 복수의 모터밸브를 순차적으로 닫는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전방법.8. The method of claim 7,
And if the fuel cell system is not in operation, closing the plurality of motor valves sequentially. 제 7항에 있어서, 상기 운전이 가능한 기 저장된 온도는
상기 개질기가 연료를 개질하여 수소를 생성할 수 있는 최소 온도인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전방법.The method of claim 7, wherein the pre-stored temperature at which the operation is possible
And the reformer is a minimum temperature at which the reformer can generate hydrogen by reforming the fuel. 제 7항에 있어서, 상기 연료전지 스택의 정격 운전 가능여부는
상기 연료전지 스택의 정격운전 시 발생하는 최소 온도를 기준으로 판단하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전방법.The method of claim 7, wherein the rated operation of the fuel cell stack
And operating the fuel cell stack based on the minimum temperature generated during the rated operation of the fuel cell stack.
KR1020120040611A 2012-04-18 2012-04-18 Fuel cell system and method for operating the same KR101325143B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120040611A KR101325143B1 (en) 2012-04-18 2012-04-18 Fuel cell system and method for operating the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020120040611A KR101325143B1 (en) 2012-04-18 2012-04-18 Fuel cell system and method for operating the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130117318A true KR20130117318A (en) 2013-10-25
KR101325143B1 KR101325143B1 (en) 2013-11-06

Family

ID=49636122

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020120040611A KR101325143B1 (en) 2012-04-18 2012-04-18 Fuel cell system and method for operating the same

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101325143B1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112038665A (en) * 2020-09-17 2020-12-04 广州鼎奥科技有限公司 Fuel cell group for unmanned aerial vehicle of steerable voltage
KR20210081620A (en) 2019-12-24 2021-07-02 한국과학기술연구원 Direct liquid hydrogen carrier fuel cell system

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3889553B2 (en) 2000-06-23 2007-03-07 三洋電機株式会社 Method and apparatus for controlling fuel cell system
JP5373256B2 (en) 2005-08-01 2013-12-18 カシオ計算機株式会社 Power supply system, control method for power supply system, and electronic device including power supply system
JP2009283278A (en) 2008-05-22 2009-12-03 Ebara Ballard Corp Fuel cell system
KR101157140B1 (en) * 2010-09-29 2012-06-22 (주)오선텍 Electric valve controller of fuel cell system, system and method for blocking fuel supply into power cut zone

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210081620A (en) 2019-12-24 2021-07-02 한국과학기술연구원 Direct liquid hydrogen carrier fuel cell system
CN112038665A (en) * 2020-09-17 2020-12-04 广州鼎奥科技有限公司 Fuel cell group for unmanned aerial vehicle of steerable voltage
CN112038665B (en) * 2020-09-17 2021-07-13 广州鼎奥科技有限公司 Fuel cell group for unmanned aerial vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
KR101325143B1 (en) 2013-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100856016B1 (en) A method for retaining a power generation-suspended state of a fuel cell power generation system, a computer-readable medium recorded with a program for retaining a power generation-suspended state of a fuel cell power generation system, and a fuel cell power generation system
EP1883129B1 (en) Fuel cell system operation method and fuel cell system
US20050170228A1 (en) Solid polymer electrolyte fuel cell system and operation method therefor
JP2000512069A (en) Operating method of polymer electrolyte membrane fuel cell power generator
JP5372313B2 (en) Power supply system having fuel cell device
JP6788778B2 (en) Fuel cell system and its operation method
JP2002063927A (en) Control method of fuel cell system and its device
US7205058B2 (en) Residual stack shutdown energy storage and usage for a fuel cell power system
JP2007059120A (en) Fuel battery system
KR100639017B1 (en) System for starting a fuel cell stack
KR101325143B1 (en) Fuel cell system and method for operating the same
US7090943B2 (en) Regulating the communication of power to components of a fuel cell system
JP6699566B2 (en) Fuel cell system
KR101544479B1 (en) Fuel cell system and method of managing the same
JP4956226B2 (en) Method and program for stopping storage of fuel cell power generation system and fuel cell power generation system
US6528192B2 (en) Residual fuel dissipation for a fuel cell stack
JP4332101B2 (en) Fuel cell system and control method thereof
KR101913809B1 (en) Fuel cell system and driving method thereof
US20050136296A1 (en) Controlling a fuel cell system
JP5122726B2 (en) Solid polymer fuel cell method, fuel cell system, and recording medium
JP2017162655A (en) Fuel cell system
KR20090014769A (en) Method and apparatus for eliminating fuel cell stack ocv and preventing over-voltage
JP2006179389A (en) Fuel cell power generating device, stopping method and stopped-state keeping method of the same
JP2017188472A (en) Fuel battery system and method for operating the same
KR101435394B1 (en) Fuel cell operation system system and method

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20161028

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171023

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20181029

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20191028

Year of fee payment: 7