KR101435394B1 - Fuel cell operation system system and method - Google Patents

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Abstract

연료전지 운영 시스템 및 그 방법이 개시된다.
본 발명의 실시 예에 따른, 선박의 전력계통 이상에 대응하는 연료전지 운영 시스템은, 연료와 공기의 전기 화학적 반응으로 전력을 생산하는 연료전지스택, 상기 연료전지스택의 작동조건에 따른 고온상태를 유지하기 위하여 열을 가하는 전기히터, 상기 연료전지스택의 발전을 위해 연료, 물 및 공기를 공급하는 MBOP(Mechanical Balance of Plant), 상기 연료전지스택에서 생산되는 직류 전력을 상용 교류 전원으로 변환하여 선박 내 전력 계통으로 공급하는 전력 변환부 및 상기 선박의 전력계통에 이상이 발생되면 상기 연료전지스택으로의 연료 공급을 중단하고, 연료전지의 정상 중단 프로세스를 가동하여 유로 내부의 질소 퍼징을 위한 팬(Fan) 및 상기 전기히터를 가동하는 제어부를 포함한다.A fuel cell operating system and method are disclosed.
A fuel cell operating system corresponding to an abnormality of a power system of a ship according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell stack for producing electric power by an electrochemical reaction between fuel and air, An MBOP (Mechanical Balance of Plant) that supplies fuel, water, and air for power generation of the fuel cell stack; a converter that converts DC power produced in the fuel cell stack to commercial AC power, When an abnormality occurs in the power system of the ship and the power conversion unit supplying the power system to the internal power system, the fuel supply to the fuel cell stack is stopped, the normal interruption process of the fuel cell is started, And a control unit for operating the electric heater.

Figure R1020120096607
Figure R1020120096607

Description

연료전지 운영 시스템 및 그 방법{FUEL CELL OPERATION SYSTEM SYSTEM AND METHOD}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a fuel cell operating system,

본 발명은 연료전지 운영 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 선박의 전력계통 이상에 대응하는 연료전지 운영 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a fuel cell operating system and a method thereof, and more particularly, to a fuel cell operating system and a method thereof corresponding to a power system abnormality of a ship.

일반적으로 화석에너지 고갈의 문제를 해결할 수 있는 대체에너지로서 수소에너지가 각광 받고 있으며 수소에너지의 이용 매체인 연료전지에 대한 연구 및 개발이 활발하게 이루어지고 있다. Generally, hydrogen energy is attracting attention as alternative energy to solve the problem of depletion of fossil energy, and research and development of fuel cell, which is a utilization medium of hydrogen energy, is actively being carried out.

연료전지는 수소와 산소가 가진 화학적 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 전기화학적 장치로서 수소와 산소를 양극과 음극에 공급하여 연속적으로 전기를 생산하는 새로운 발전 기술이다. 이러한 연료 전지는 작동 온도와 주연료의 형태에 따라 알카리형(AFC), 인산염형(PAGC), 용융 탄산염형(MCFC), 고체 전해질형(SOFC), 고분자 전해질형(PEMFC) 등으로 구분된다.Fuel cells are an electrochemical device that converts the chemical energy of hydrogen and oxygen directly into electric energy. It is a new generation technology that continuously produces electricity by supplying hydrogen and oxygen to the anode and cathode. These fuel cells are classified into alkaline type (AFC), phosphate type (PAGC), molten carbonate type (MCFC), solid electrolyte type (SOFC), and polymer electrolyte type (PEMFC) depending on operating temperature and main fuel type.

그 중에서도 용융탄산염연료전지(Molten Carbonate Fuel Cell, MCFC) 및 고체산화물연료전지(Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)와 같은 고온형 연료전지는 다른 연료전지와 비교하여 각종 탄화수소계 연료를 적용할 수 있어 선박용 연료전지로 주목 받고 있다. Among them, high temperature type fuel cells such as Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC) and Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) can apply various hydrocarbon fuels as compared with other fuel cells, It is attracting attention as a fuel cell.

반면, 고온형 연료전지(이하, 편의상 연료전지라 표기함)는 일반적으로 약 600도 내지 1000도의 고온상태에서만 전력을 발생시키기 때문에 연료전지를 선박에서 기동하기 위해서는 반드시 고온상태를 유지해야 한다. 이러한 작동조건은 연료전지의 운영을 쉽게 할 수 없는 제약조건으로 지적되고 있다.On the other hand, since a high-temperature type fuel cell (hereinafter referred to as a fuel cell for convenience) generally generates power only at a high temperature of about 600 to 1000 degrees Celsius, the fuel cell must be maintained at a high temperature state in order to start the fuel cell from a ship. This operating condition is pointed out as a constraint that the operation of the fuel cell is not easy.

한편, 연료전지는 작동 중 EBOP(Electrical Balance of Plant)에 패일(Fail)이 발생되거나 계통(grid)에 문제가 발생되어 전력을 원활히 소비하지 못하는 등의 전력계통에 이상이 발생될 수 있다. On the other hand, in a fuel cell, an error may occur in a power system such as failure in an electrical balance of plant (EBOP) during operation or a problem in a grid, which results in failure to consume power smoothly.

전력계통에 이상이 발생되면 연료전지의 전극에 열화가 발생되거나 MBOP(Mechanical Balance of Plant)의 각종 장비에 열손상을 일으킬 수 있으므로, 종래에는 연료전지의 작동을 긴급히 정지시켰다. If an abnormality occurs in the power system, deterioration of the electrode of the fuel cell may occur or heat damage may be caused to various equipment of the MBOP (Mechanical Balance of Plant), so that the operation of the fuel cell has been stopped in the past.

그러나, 연료전지스택(Fuel Cell Stack)은 그 작동이 정지되는 쿨 다운(Cool dawn) 횟수에 따라 그 수명이 단축되는 심각한 문제점이 있다. 실질적으로 고가인 연료전지스택이 10회 이상 쿨 다운되면 그 수명이 종료되어 교체해주어야 한다.However, there is a serious problem that the lifetime of the fuel cell stack is shortened according to the number of times of cool down in which the operation of the fuel cell stack is stopped. If a fuel cell stack that is substantially expensive is cooled down more than 10 times, its lifetime is terminated and replaced.

또한, 정지된 상태의 연료전지를 재가동하기 위해서는 스택의 온도를 작동조건(예; 600~700도)에 이르기까지 가열시켜야 하는데, 육상과는 달리 선박에서는 연료전지의 재가동을 위한 전력을 별도의 발전기에 의존해야만 하며, 그 전력의 공급량도 매우 한정적이므로 많은 시간이 소요되는 문제점이 있다.In order to reactivate the fuel cell in the stopped state, the temperature of the stack must be heated up to operating conditions (for example, 600 to 700 degrees). Unlike the land, the power for restarting the fuel cell is supplied to a separate generator And the supply amount of the electric power is very limited, so that it takes a lot of time.

따라서, 연료전지를 운영함에 있어서 이상 상황 발생으로 인한 쿨 다운을 최소화하는 방안이 절실히 요구되고 있다.Accordingly, there is an urgent need to minimize the cooldown caused by abnormal conditions in operating the fuel cell.

본 발명의 실시 예는 연료전지 선박의 전력 계통에 이상이 발생됨 따른 복구시간을 확보할 수 있도록 쿨 다운 발생을 지연시키는 연료전지 운영 시스템 및 그 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An embodiment of the present invention is to provide a fuel cell operating system and method for delaying cooldown occurrence so as to secure a recovery time due to an abnormality in a power system of a fuel cell ship.

또한, 본 발명의 다른 목적은 연료전지 선박의 전력 계통의 이상으로 쿨 다운 시 안정적으로 연료전지스택의 쿨링(cooling) 속도를 조절하는 연료전지 운영 시스템 및 그 방법을 제공하고자 한다.It is another object of the present invention to provide a fuel cell operating system and method for controlling the cooling speed of the fuel cell stack stably during cool-down abnormality of a power system of a fuel cell ship.

본 발명의 일 측면에 따른 연료전지 운영 시스템은, 연료와 공기의 전기 화학적 반응으로 전력을 생산하는 연료전지스택; 상기 연료전지스택에 열을 가하는 전기히터; 상기 연료전지스택에 연료, 물 및 공기를 공급하는 MBOP(Mechanical Balance of Plant); 상기 연료전지스택에서 생산되는 전력을 전력 계통으로 공급하는 전력 변환부; 및 상기 전력계통에 이상이 발생되면 상기 연료전지스택으로의 연료 공급을 중단시키고, 상기 연료전지스택에서 생산되는 상기 전력의 일부를 질소 퍼징을 위한 팬(Fan) 및 상기 전기히터에 공급하여 가동시키는 제어부를 포함한다.A fuel cell operating system according to an aspect of the present invention includes: a fuel cell stack for generating electric power by an electrochemical reaction between fuel and air; An electric heater for applying heat to the fuel cell stack; An MBOP (Mechanical Balance of Plant) for supplying fuel, water, and air to the fuel cell stack; A power converter for supplying power generated in the fuel cell stack to a power system; And stopping supply of fuel to the fuel cell stack when an abnormality occurs in the power system, and supplying a part of the electric power produced in the fuel cell stack to a fan for purging nitrogen and to the electric heater And a control unit.

상기 전력 변환부는, 상기 연료전지스택의 출력단에 연결되고, 상기 연료전지스택에서 생산되는 상기 전력을 저장 모듈에 충전하는 에너지 저장부; 및 상기 전력계통의 이상 발생시 상기 에너지 저장부에 저장하고 남은 전력을 소모시키는 로드 뱅크를 포함한다.Wherein the power conversion unit includes: an energy storage unit connected to an output terminal of the fuel cell stack and charging the storage module with the power generated in the fuel cell stack; And a load bank that consumes power remaining in the energy storage unit when the power system is abnormally generated.

상기 제어부는, 상기 연료전지스택이 전력을 생산하지 않으면, 상기 에너지 저장부의 방전 전력을 상기 팬 및 상기 전기히터에 공급한다.The control unit supplies the discharge electric power of the energy storage unit to the fan and the electric heater when the fuel cell stack does not produce electric power.

상기 제어부는, 상기 연료전지스택의 쿨링 기울기를 설정하고 상기 쿨링 기울기를 기준으로 쿨링 속도를 조절한다. 상기 제어부는, 외부 공기를 상기 연료전지스택에 통과시켜 상기 쿨링 속도를 가속시킨다.The controller sets the cooling gradient of the fuel cell stack and adjusts the cooling rate based on the cooling gradient. The control unit passes external air through the fuel cell stack to accelerate the cooling rate.

상기 제어부는, 질소 가스를 가열하고 상기 연료전지스택에 통과시켜 쿨링 속도를 감속시킨다.The control unit heats the nitrogen gas and passes through the fuel cell stack to decelerate the cooling rate.

본 발명의 다른 측면에 따른 전력계통 이상에 대응하는 연료전지 운영 방법은, a) 전력계통에 이상이 발생된 것을 감지하면 연료전지스택에서 생산된 전력을 로드 뱅크를 통해 소모하는 단계; b) 상기 연료전지스택으로의 연료 공급을 차단하고, 상기 전력의 일부를 이용하여 질소 퍼징을 위한 팬(Fan)을 가동하는 단계; c) 상기 전력의 일부를 이용하여 전기히터를 작동시켜 상기 연료전지스택을 가열하는 단계; 및 d) 상기 전력계통이 복구되면 상기 연료를 공급하여 상기 연료전지스택의 전력 생산을 재개하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a fuel cell operating method corresponding to a power system abnormality, comprising the steps of: a) consuming power generated in a fuel cell stack through a load bank when an abnormality is detected in the power system; b) shutting off the fuel supply to the fuel cell stack and operating a fan for nitrogen purging using a part of the power; c) heating the fuel cell stack by operating an electric heater using a portion of the power; And d) resuming power generation of the fuel cell stack by supplying the fuel when the power system is restored.

상기 a) 단계는, 상기 전력의 일부를 저장하는 단계를 포함한다.The step a) includes the step of storing a part of the power.

상기 c) 단계는, 상기 저장된 전력을 이용하여 상기 팬 및 상기 전기히터를 구동하는 단계를 포함한다.The step c) includes driving the fan and the electric heater using the stored electric power.

상기 d) 단계는, 상기 전력계통의 복구가 불가능하면, 상기 전기히터의 작동을 중단하고 상기 연료전지스택의 쿨링 속도를 조절하는 단계를 포함한다.The step d) includes stopping the operation of the electric heater and regulating the cooling rate of the fuel cell stack when the power system can not be restored.

상기 연료전지스택의 쿨링 속도를 조절하는 단계는, 외부 공기를 상기 연료전지스택에 통과시켜 상기 쿨링 속도를 가속시키는 단계를 포함한다.Wherein adjusting the cooling rate of the fuel cell stack includes passing the external air through the fuel cell stack to accelerate the cooling rate.

상기 연료전지스택의 쿨링 속도를 조절하는 단계는, 질소 가스를 가열하고 상기 연료전지스택에 통과시켜 쿨링 속도를 감속시키는 단계를 포함한다.Regulating the cooling rate of the fuel cell stack includes heating the nitrogen gas and passing the nitrogen gas through the fuel cell stack to reduce the cooling rate.

본 발명의 실시 예에 따르면, EBOP나 계통에 이상 발생시 연료전지스택의 고온상태를 유지시켜 즉각적인 쿨 다운을 지연시키고, 쿨 다운 지연시간 동안 복구를 수행함으로써 연료전지스택의 수명이 단축되는 것을 예방할 수 있다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to prevent the shortening of the lifetime of the fuel cell stack by performing the recovery during the cooldown delay time by maintaining the high temperature state of the fuel cell stack when the abnormality occurs in the EBOP or the system, have.

또한, 연료전지스택의 작동 중단으로 계통의 전원공급이 불가능한 상황에서도 연료전지스택에서 생산되는 직류 전력을 직접 혹은 간접적으로 활용함으로써 고온상태 유지 및 질소 퍼징을 수행할 수 있다.In addition, even when the power supply of the system is impossible due to the interruption of the fuel cell stack, direct current power generated from the fuel cell stack can be directly or indirectly used to maintain the high temperature state and purge nitrogen.

또한, 쿨 다운을 수행해야만 하는 이상 상황에서도 연료전지스택에 무리가 가지 않도록 안전한 쿨링 속도를 조절함으로써 연료전지스택의 정상적인 종료가 가능하다.In addition, it is possible to shut down the fuel cell stack normally by adjusting the safe cooling rate so that the fuel cell stack does not get burdened even in a situation where it is necessary to perform cooldown.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 운영 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 전력계통의 이상 발생시 쿨 다운 지연을 위한 전력 공급 방법을 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지스택의 쿨링 속도 가속 방법을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지스택의 쿨링 속도 감속 방법을 나타낸다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 전력계통 이상에 대응하는 연료전지 운영 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 쿨 다운 지연을 위한 전력 공급 방법을 나타낸다.1 is a block diagram schematically showing a fuel cell operating system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows a power supply method for a cool-down delay when an abnormality occurs in a power system of a ship according to an embodiment of the present invention.
3 shows a method of accelerating the cooling rate of the fuel cell stack according to the embodiment of the present invention.
4 illustrates a cooling rate deceleration method of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of operating a fuel cell corresponding to an abnormality of a power system of a ship according to an embodiment of the present invention.
6 shows a power supply method for a cooldown delay according to another embodiment of the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부", "…기", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise. Also, the terms " part, "" module," and " module ", etc. in the specification mean a unit for processing at least one function or operation and may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software have.

명세서 전체에서, "선박"이라는 용어는 수상을 항해하는 구조물을 의미하는 것으로 한정되지 않으며, 수상을 항해하는 구조물뿐만 아니라, 수상에서 부유하며 작업을 수행하는 FLNG와 같은 해상 구조물을 포함하는 것으로 사용된다. 본 실시형태의 선박은 예를 들어, LNGC 또는 FLNG일 수 있으나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.Throughout the specification, the term "ship" is not to be construed as referring to a structure that navigates an aquifer, but is used to include a structure that navigates an aquifer, as well as a marine structure, such as FLNG, . The ship of this embodiment may be, for example, LNGC or FLNG, but the present invention is not limited thereto.

이제 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 운영 시스템 및 그 방법에 대하여 도면을 참조로 하여 상세하게 설명한다.Now, a fuel cell operating system and a method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 운영 시스템을 개략적으로 나타낸 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing a fuel cell operating system according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 운영 시스템은 크게 연료전지스택(100), MBOP(Mechanical Balance of Plant)(200), EBOP(Electrical Balance of Plant)(300) 및 시스템 제어부(400)를 포함하여 이루어진다.1, a fuel cell operating system according to an embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 100, a Mechanical Balance of Plant (MBOP) 200, an Electrical Balance of Plant (EBOP) 300, And a system control unit 400.

연료전지스택(Fuel Cell Stack)(100)은 전극과 전해질 및 분리판으로 이루어진 연료전지 셀(cell)이 적층되어, 연료(수소)와 공기(산소)의 전기 화학적 반응으로 전력을 생산한다.A fuel cell stack 100 is formed by stacking fuel cell cells made up of an electrode, an electrolyte and a separator to produce electric power by electrochemical reaction between fuel (hydrogen) and air (oxygen).

그리고, 연료전지스택(100)은 초기 시동 또는 운전 중 작동조건의 고온상태를 유지하기 위해 열을 가하는 전기히터(110)를 포함한다.And, the fuel cell stack 100 includes an electric heater 110 that applies heat to maintain a high-temperature state of an operating condition during an initial startup or operation.

MBOP(200)는 연료전지스택(100)의 발전을 위해 연료, 물 및 공기를 공급하기 위한 주변 장비를 통칭하며, 공기 공급부(210), 수처리부(220), 연료 공급부(230), 가습기(240), 예비 개질기(250), 촉매 연소기(260), 질소탱크(270) 및 팬(280)을 포함한다.The MBOP 200 collectively refers to peripheral equipment for supplying fuel, water and air for power generation of the fuel cell stack 100 and includes an air supply unit 210, a water treatment unit 220, a fuel supply unit 230, a humidifier 240, a pre-reformer 250, a catalytic combustor 260, a nitrogen tank 270, and a fan 280.

공기 공급부(210)는 연료전지스택(100)에 전력생산을 위한 공기를 공급하며 이를 위한 블로어(Blower) 또는 공기압축기(Compressor)를 포함할 수 있다.The air supply unit 210 may include a blower or an air compressor for supplying air to the fuel cell stack 100 for generating electric power.

수처리부(220)는 해수를 이용하여 청수(Fresh water)를 생성하고, 상기 청수를 정수화 필터(Rehardening filter)를 거쳐 탈이온화(deionizing)하여 연료전지에 적합한 초순수를 생성한다. 이를 위해 수처리부(220)는 펌프, 조수기 및 워터 탱크를 포함할 수 있다.The water treatment unit 220 generates fresh water by using seawater and deionizes the fresh water through a rehardening filter to produce ultra pure water suitable for the fuel cell. For this, the water treatment unit 220 may include a pump, a water generator, and a water tank.

연료 공급부(230)는 액체상태로 저장된 연료(LNG)를 기화시고, 탈황기(미도시)를 통해 황성분을 제거하여 예비 개질기(250)로 전달한다. 이하, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어서 편의상 LNG 연료를 이용하는 것으로 가정하여 설명하나 연료가 LNG에 한정되지는 않는다The fuel supply unit 230 vaporizes the fuel LNG stored in the liquid state, removes the sulfur components through a desulfurizer (not shown), and transfers the sulfur components to the preliminary reformer 250. Hereinafter, in describing the embodiments of the present invention, it is assumed that LNG fuel is used for convenience, but the fuel is not limited to LNG

가습기(Humidifier)(240)는 수처리부(220)에서 공급되는 초순수와 연료 공급부(230)에서 공급되는 연료를 가습 한 상태로 조절하여 예비 개질기(250)로 전달한다.The humidifier 240 controls humidification of the ultrapure water supplied from the water treatment unit 220 and the fuel supplied from the fuel supply unit 230 to the preliminary reformer 250.

예비 개질기(pre-reformer)(250)는 연료 공급부(230)로부터 연료 공급받아 수소가 풍부한 연료가스를 생성한다. 여기서, 연료의 개질(Fuel reforming)은 원료로 제공되는 연료를 연료전지스택(100)에서 요구되는 연료로 전환하는 것을 의미한다.The pre-reformer 250 receives fuel from the fuel supply unit 230 and generates hydrogen-rich fuel gas. Here, the fuel reforming means converting the fuel provided as the raw material into the fuel required in the fuel cell stack 100.

촉매 연소기(260)는 연료전지스택(100)에서 배출된 배기가스를 회수하고, 상기 배기가스를 연소시켜 발생되는 열을 이용하여 가열된 산소를 연료전지스택(100)으로 공급한다. 이 때, 상기 배기가스는 연료전지스택(100)내에서 전기화학적 반응이 수행된 연료가스 및 전기화학적 반응이 수행되지 않은 미반응 연료가스를 포함할 수 있다.The catalytic combustor 260 recovers the exhaust gas discharged from the fuel cell stack 100 and supplies the heated oxygen to the fuel cell stack 100 using heat generated by burning the exhaust gas. At this time, the exhaust gas may include a fuel gas in which the electrochemical reaction is performed in the fuel cell stack 100 and an unreacted fuel gas in which the electrochemical reaction is not performed.

질소탱크(270)는 불활성 기체인 질소 가스를 저장하여 평상시에는 밸브(미도시)를 차단하고 있다가, 본 발명의 실시 예에 따라 계통에 이상이 발생되면 질소 퍼징을 위한 제어신호에 따라 밸브를 개방하여 질소를 방출한다.The nitrogen tank 270 stores a nitrogen gas, which is an inert gas, to shut off a valve (not shown) at normal times. When an abnormality occurs in the system according to an embodiment of the present invention, And releases nitrogen.

팬(280)은 질소 퍼징용 팬(N2 Purging FAN)으로 질소탱크(270)에서 방출되는 질소 가스가 유로를 따라 흐를 수 있도록 압력을 가하며, 연료전지스택(100)에서 생산되는 전력을 직접 이용하므로 직류모터로 구성될 수 있다.The fan 280 pressurizes the nitrogen gas discharged from the nitrogen tank 270 through the N2 purging fan to flow along the flow path and directly uses the electric power generated in the fuel cell stack 100 And a DC motor.

즉, 팬(280)은 계통에 이상이 발생하는 경우 유로에 압력을 가하여 질소 가스가 유로에 남아 있는 연료 가스 및 미 반응 가스를 외부로 배출할 수 있도록 밀어내는 압력을 제공 한다.That is, when an anomaly occurs in the system, the fan 280 applies pressure to the flow path, thereby providing a pressure to push out the fuel gas and the unreacted gas remaining in the flow path so that the nitrogen gas can be discharged to the outside.

여기서, 상기 유로는 수소 및 매탄과 같이 폭발위험성이 있는 연료 가스를 공급하는 연료 공급 유로, 연료전지스택(100) 내에서 연료 가스와 산화물이 매니폴드(Manifold)를 통해 각 셀로 분배되는 내부 유로 및 연료전지스택(100)외부로 밀어낸 연료 가스를 공기 중으로 배출하기 위한 배출 유로를 포함한다.Here, the flow path includes a fuel supply flow path for supplying a fuel gas having a risk of explosion, such as hydrogen and methane, an internal flow path for distributing the fuel gas and the oxide in the fuel cell stack 100 to each cell through a manifold, And a discharge passage for discharging the fuel gas pushed out of the fuel cell stack 100 into the air.

EBOP(300)는 전력 변환부(310), 에너지 저장부(320) 및 로드 뱅크(Load Bank)(330)를 포함한다.The EBOP 300 includes a power conversion unit 310, an energy storage unit 320, and a load bank 330.

전력 변환부(310)는 일종의 인버터로 연료전지스택(100)에서 생산된 직류 전력을 상용 교류 전원으로 변환하여 선박 내 전력 계통에 연계시킨다.The power conversion unit 310 converts the DC power produced in the fuel cell stack 100 into a commercial AC power source and links it to a power system in the ship.

선박의 전력망 제어 특성상 연료전지스택(100)에서 생산되는 전력은 바로 전력부하 장치에서 소모하지는 않고 전력 변환부(310)를 통해 계통에 연결되어 재분배된다. 여기서, 선박 내 전력부하장치는 선박 내에서 전기력으로 동작하는 각종장치와 조명 등의 파워로드(Power Load)를 들 수 있다.The power generated by the fuel cell stack 100 is not directly consumed in the power load device but connected to the grid through the power conversion unit 310 and redistributed. Here, the power load device in a ship may be a power load such as a lighting device and various devices operating in the ship by an electric force.

한편, 도 2를 통하여 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장부(320)와 로드 뱅크(330)를 설명한다. The energy storage unit 320 and the load bank 330 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 전력계통의 이상 발생시 쿨 다운 지연을 위한 전력 공급 방법을 나타낸다.FIG. 2 shows a power supply method for a cool-down delay when an abnormality occurs in a power system of a ship according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 저장부(320)는 충전 모듈(321) 및 저장 모듈(322)을 포함한다.Referring to FIG. 2, an energy storage unit 320 according to an embodiment of the present invention includes a charging module 321 and a storage module 322.

충전 모듈(321)은 연료전지스택(100)의 출력단의 DC 링크에 연결되어 상시 연료전지스택(100)에서 생산되는 직류 전력(①)을 저장하기 위한 소정 레벨의 직류 전압으로 변환하여 저장 모듈(322)에 충전한다. 이 때, 충전 모듈(321)은 선박 내 수요 전력량을 초과하여 생산되는 여유전력이 발생시 충전을 하여 부하추종성을 향상시킬 수 있다.The charging module 321 is connected to the DC link of the output stage of the fuel cell stack 100 and converts the DC voltage generated by the normal fuel cell stack 100 into a DC voltage of a predetermined level for storing the DC power, 322). At this time, the charging module 321 can improve the load follow-up by charging when excess power generated in excess of the demanded power amount in the ship is generated.

한편, 전력 변환부(310)는 도 2에서와 같이 자체 패일 또는 계통의 고장 등으로 인한 전력계통의 이상이 발생되는 경우 연료전지 시스템의 안전을 위하여 스위치(SW3)를 통해 연료전지스택(100)과의 연결이 차단될 수 있다. 2, the power conversion unit 310 may be connected to the fuel cell stack 100 via the switch SW3 for the safety of the fuel cell system when an abnormality of the power system due to failure of the self- May be blocked.

이 때, 계통과의 연결이 차단되어 소비 전력이 급감하는 반면, 연료전지스택(100)은 계속해서 전력을 생산하게 되므로 시스템 전체가 위험상태에 이를 수 있으며, 그렇다고 기존과 같이 연료전지스택(100)을 쿨 다운 시켜버리면 그 수명이 단축되는 문제점이 있었다.At this time, the connection with the system is cut off, and the power consumption is reduced. On the other hand, since the fuel cell stack 100 continues to produce electric power, the entire system can be in danger, ) Is cooldowned, the lifetime thereof is shortened.

이에, 본 발명의 실시 예에 따른 충전 모듈(321)은 전력계통의 이상으로 부하가 급감하여 계통측의 스위치(SW3)가 차단되더라도 연료전지스택(100)의 생산되는 직류 전력(①)을 직접 받아 저장함으로써 비상시 추가 가능한 소비 부하로서의 역할을 할 수 있다.Accordingly, the charging module 321 according to the embodiment of the present invention can directly generate the direct current power (1) produced by the fuel cell stack 100 even if the load is suddenly reduced due to abnormality of the power system and the switch SW3 on the system side is shut off It can serve as a consumption load that can be added in an emergency.

저장 모듈(322)은 적어도 하나의 배터리 및 수퍼 캐패시터(Super capacitor)와 같은 에너지 저장 장치로 구성될 수 있다. The storage module 322 may be comprised of at least one battery and an energy storage device such as a super capacitor.

여기서, 수퍼 캐패시터는 울트라 캐패시터라고도 하며 최근 수퍼 캐패시터는 용량 대비 가격이 하락하고 있고 신뢰성이 우수한 것으로 평가되고 있으므로 수퍼 캐패시터를 사용하는 것이 바람직하다.Here, the supercapacitor is also referred to as an ultracapacitor. In recent years, the supercapacitor has been evaluated as being inferior in price to capacity and excellent in reliability, so it is preferable to use a supercapacitor.

로드 뱅크(330)는 충전 모듈(321)과 마찬가지로 연료전지스택(100)의 출력단의 DC 링크에 연결되어 상기한 전력계통의 이상 시 시스템의 안전을 위하여 연료전지스택(100)에서 생산되는 직류 전력(①)을 저항 부하를 통해 소모시킨다.Like the charging module 321, the load bank 330 is connected to the DC link at the output terminal of the fuel cell stack 100 to supply the DC power generated in the fuel cell stack 100 for the safety of the system (1) through resistive load.

이 때, 로드 뱅크(330)는 에너지 저장부(320)에서 저장하고 남은 직류 전력(①)을 소모시킬 수 있다.At this time, the load bank 330 may consume the remaining DC power (1) stored in the energy storage unit 320.

한편, 시스템 제어부(400)(이하, 편의 상 제어부라 명명함)는 연료전지 시스템의 운용을 위한 상기 각 구성의 전반적인 동작을 제어한다.On the other hand, the system control unit 400 (hereinafter referred to as a control unit for convenience) controls the overall operation of each of the components for operating the fuel cell system.

제어부(400)는 도면에서는 생략되었으나 각종 센서 네트워크를 통하여 연료전지 시스템의 동작 상태 및 선박 계통에서의 고장 발생에 따른 이상 상황을 파악한다.Although not shown in the figure, the control unit 400 detects an operation state of the fuel cell system and an abnormal situation due to a failure in the ship system through various sensor networks.

제어부(400)는 선박의 전력계통에 이상이 발생된 것을 감지하면, 연료전지의 정상 중단 프로세스를 가동하여 계통과의 연결 차단 및 유로 내 질소 퍼징을 위한 팬(280)을 가동시킨다. When the control unit 400 detects that an abnormality has occurred in the power system of the ship, it activates the normal stopping process of the fuel cell to operate the fan 280 for shutting off the connection with the system and purging the nitrogen in the flow path.

여기서, 상기 정상 중단 프로세스는 전력계통의 이상 발생을 진단하고 복구될 때까지 연료전지스택(100)의 전력 생산을 중단하되 연료전지스택(100)이 쿨 다운되는 것을 방지하는 것을 제1 목적으로 한다. 그리고, 연료전지스택(100)을 쿨 다운을 할 수 밖에 없는 경우 연료전지스택(100)에 무리가 가지 않도록 안전한 쿨링 속도를 조절하여 정상 종료시키는 것을 제2 목적으로 한다.Here, the normal interruption process is intended to diagnose an abnormality of the power system and to stop the power generation of the fuel cell stack 100 until it is recovered, but to prevent the fuel cell stack 100 from being cooled down. . A second object of the present invention is to control the cooling speed of the fuel cell stack 100 so that the fuel cell stack 100 is not overloaded when the fuel cell stack 100 can not cool down.

따라서, 제어부(400)는 전기히터(110)의 작동으로 연료전지스택(100)의 온도가 600도 내지 700도 사이를 유지하도록 제어하여, MBOP(200)의 가동 중지에 따른 연료전지스택(100)의 쿨 다운을 방지한다.The control unit 400 controls the temperature of the fuel cell stack 100 to be maintained between 600 and 700 degrees by the operation of the electric heater 110 to control the temperature of the fuel cell stack 100 ) To prevent cooldown.

구체적으로, 상기 도 2를 참조하면, 제어부(400)는 제1 스위치(SW1)를 연결하여 연료전지스택(100)에서 생산되는 직류 전력(①)을 팬(280) 및 전기히터(110)로 직접 공급할 수 있다. 2, the controller 400 connects the first switch SW1 to the DC power (①) generated by the fuel cell stack 100 to the fan 280 and the electric heater 110 Can be supplied directly.

또한, 제어부(400)는 MBOP(200)의 가동 중단으로 연료전지스택(100)이 전력을 생산하지 않으면, 제2 스위치(SW2)를 연결하여 저장 모듈(322)의 방전 전력(②)을 팬(280) 및 전기히터(110)에 공급할 수 있다.If the fuel cell stack 100 does not generate electric power due to the shutdown of the MBOP 200, the control unit 400 connects the second switch SW2 to discharge the discharge power (2) of the storage module 322 (280) and the electric heater (110).

한편, 제어부(400)는 전기히터(110)의 가동으로 쿨 다운의 개시를 지연시킨 가운데 상기 이상 발생에 대한 복구를 시행하고, 그 복구 정도에 따라 쿨 다운 여부를 최종 결정한다. On the other hand, the control unit 400 performs the recovery of the abnormality while delaying the start of the cooldown due to the operation of the electric heater 110, and finally determines whether or not to cooldown according to the degree of recovery.

이 때, 제어부(400)에서 전기히터(110)의 가동을 종료(OFF)하면 쿨 다운이 진행되는데 연료전지스택(100)이 외부 온도 등의 환경적 요인으로 급격히 쿨 다운되는 경우 장비손상을 초래할 수 있다.At this time, when the operation of the electric heater 110 is terminated (OFF) in the control unit 400, the cooldown progresses. If the fuel cell stack 100 suddenly cools down due to environmental factors such as external temperature, .

따라서, 제어부(400)는 연료전지스택(100)이 안전하게 쿨 다운될 수 있도록 시간에 따른 쿨링 기울기를 설정하고 이를 기준으로 쿨링 속도가 일정한 기울기를 갖도록 조절할 수 있다.Accordingly, the control unit 400 may set the cooling slope with respect to time so that the fuel cell stack 100 can be safely cooled down, and adjust the cooling slope so that the cooling rate has a constant slope.

한편, 다음의 도 3 및 도 4를 통하여 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지스택(100)의 쿨링 속도 조절방법을 설명한다.3 and 4, a method of adjusting the cooling rate of the fuel cell stack 100 according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지스택의 쿨링 속도 가속 방법을 나타낸다. 3 illustrates a method of accelerating a cooling rate of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 공기 공급부(210)에서 유입되는 외부 공기를 연료전지스택(100)의 캐소드(Cathode)에 통과시켜 배출 라인을 통해 외부로 배출한다. Referring to FIG. 3, external air introduced from an air supply unit 210 according to an embodiment of the present invention is passed through a cathode of a fuel cell stack 100 and discharged to the outside through a discharge line.

도 3에서는 굵은 라인으로 공기의 이동 라인을 표시하였으며, 공기는 캐소드를 지나 배출라인을 따라 그대로 배출되므로 연료전지스택(100)의 쿨링 속도를 가속하는 것 이외에 다른 영향을 주지 않는다.In FIG. 3, a thick line indicates a movement line of air, and since air is discharged along the discharge line through the cathode, it has no influence other than accelerating the cooling speed of the fuel cell stack 100.

그리고, 유입되는 외부 공기는 계절적 요인 또는 선박의 위치적 요인으로 인해 차이가 있을 수 있으나 별도의 가열 처리를 하지 않아 연료전지스택(100)의 온도에 비해 매우 낮아 쿨링 속도를 가속시킬 수 있다.In addition, the incoming external air may be different due to seasonal factors or positional factors of the ship, but is not much different from the temperature of the fuel cell stack 100 because no additional heat treatment is performed, so that the cooling speed can be accelerated.

다음, 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지스택의 쿨링 속도 감속 방법을 나타낸다.Next, FIG. 4 illustrates a cooling rate deceleration method of a fuel cell stack according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 재순환 브로워(Recycle blower)(112)와 공기 히터를 가동하여 질소 퍼징시 유로를 순환하는 질소 가스를 공기 히터(111)로 일부 가열하면서 연료전지스택(100)의 쿨링 속도를 감속한다.Referring to FIG. 4, a recycle blower 112 according to an embodiment of the present invention and an air heater are operated to partially heat a nitrogen gas circulating through a flow path during nitrogen purging with an air heater 111, The cooling rate of the battery stack 100 is reduced.

도 4에서는 굵은 라인으로 질소의 이동 라인을 표시하였으며, 질소 가스는 연료전지스택(100)의 애노드로 들어가 믹서(Mixer)를 지나 캐소드를 통해 외부로 방출되거나, 또는 재순환 브로워(112)를 통해 재순환 된다.In FIG. 4, a nitrogen line is indicated by a thick line, and the nitrogen gas enters the anode of the fuel cell stack 100, passes through the mixer, is discharged to the outside through the cathode, or is recirculated through the recirculating blower 112 do.

한편, 다음의 도 5를 통하여 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 전력계통 이상에 대응하는 연료전지 운영 방법을 설명하되, 앞서 설명한 연료전지 운영 시스템의 구성을 바탕으로 하는 제어부(400)를 위주로 설명한다.5, a description will be made of a method of operating a fuel cell corresponding to an abnormality of a power system of a ship according to an embodiment of the present invention, with reference to a control unit 400 based on the configuration of the fuel cell operating system described above do.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 선박의 전력계통 이상에 대응하는 연료전지 운영 방법을 나타낸 흐름도이다.5 is a flowchart illustrating a method of operating a fuel cell corresponding to an abnormality of a power system of a ship according to an embodiment of the present invention.

첨부된 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 운영 시스템의 제어부(400)는 선박의 모니터링을 통해 전력계통에 이상이 발생된 것을 감지한다(S101).Referring to FIG. 5, the control unit 400 of the fuel cell operating system according to the embodiment of the present invention detects occurrence of an abnormality in the power system through monitoring of the vessel (S101).

제어부(400)는 연료전지스택(100)에서 생산된 직류전력을 로드 뱅크(330)를 통해 소모시킨다(S102). 이 때, 제어부(400)는 연료전지스택(100)에서 생산되는 직류전력의 일부를 에너지 저장부(320)로 전달하여 소모성 전류를 저장할 수 있다.The control unit 400 consumes the DC power generated in the fuel cell stack 100 through the load bank 330 (S102). At this time, the control unit 400 may transmit a part of the DC power generated in the fuel cell stack 100 to the energy storage unit 320 to store the consumable current.

제어부(400)는 연료전지의 정상 중단 프로세스에 따라 연료전지스택(100)에서 생산된 직류 전력의 일부를 이용하여 질소 퍼징을 위한 팬(280)을 가동시킨다(S103). 또한, 제어부(400)는 연료전지스택(100)에서 생산된 직류 전력의 일부를 이용하여 전기히터(110)를 작동시켜 연료전지스택(100)의 온도가 작동조건(예; 600~700도)을 유지하도록 가열한다(S104).The control unit 400 activates the fan 280 for nitrogen purging using a part of the DC power generated in the fuel cell stack 100 according to the normal interruption process of the fuel cell (S103). The control unit 400 operates the electric heater 110 using a part of the direct current power generated in the fuel cell stack 100 to control the temperature of the fuel cell stack 100 to a predetermined operating condition (for example, 600 to 700 degrees) (S104).

이 때, 상기 도 2를 참조하면, 제1 스위치(SW1)를 연결(ON)하여 연료전지스택(100)에서 생산되는 직류 전력(①)을 팬(280) 및 전기히터(110)로 직접 공급함으로써 가동시킬 수 있다. 2, the first switch SW1 is turned on to directly supply the DC power (①) produced in the fuel cell stack 100 to the fan 280 and the electric heater 110 .

제어부(400)는 MBOP(200)의 가동을 중단하여 연료전지스택(100)으로 공급되는 연료를 차단하고, 상기 차단에 따른 연료전지스택(100)의 전력 생산이 최종적으로 중단된 것을 확인한다(S105). The control unit 400 interrupts the operation of the MBOP 200 to shut off the fuel supplied to the fuel cell stack 100 and confirms that the power generation of the fuel cell stack 100 due to the shutdown is finally stopped S105).

제어부(400)는 연료전지스택(100)의 전력 생산 중단에 따라 팬(280) 및 전기히터(110)의 구동을 위한 전원을 에너지 저장부(320)의 방전 전력으로 전환한다(S106). The control unit 400 switches the power for driving the fan 280 and the electric heater 110 to the discharge power of the energy storage unit 320 in accordance with the discontinuation of the electric power production of the fuel cell stack 100 at step S106.

이 때, 제어부(400)는 상기 도 2에서의 제1 스위치(SW1)를 차단(OFF)하고, 제2 스위치(SW2)를 연결(ON)하여 에너지 저장부(320)의 방전 전력(②)을 공급함으로써 팬(280) 및 전기히터(110)를 계속 가동시킬 수 있다.At this time, the control unit 400 turns off the first switch SW1 in FIG. 2 and connects the second switch SW2 to turn on the discharge power (2) of the energy storage unit 320, The fan 280 and the electric heater 110 can be continuously operated.

한편, 제어부(400)는 전기히터(110)의 가동으로 쿨 다운의 개시를 지연시킨 가운데 상기 이상 발생에 대한 복구를 시행하고(S107), 제어부(400)는 복구 정도에 따라 쿨 다운 여부를 최종 판단한다(S108).Meanwhile, when the controller 400 delays the start of the cooldown due to the operation of the electric heater 110, the controller 400 performs the recovery of the abnormality (S107), and the controller 400 determines whether the cooldown (S108).

이 때, 부품의 교체 등으로 간단하게 복구가 가능한 경우(S108; 예), 쿨 다운이 지연되는 동안 복구를 수행 후 다음, 복구에 성공하면 MBOP(200)를 재가동하여 연료를 공급하고 연료전지스택(100)의 전력 생산을 재개할 수 있다(S109).In this case, if it is possible to easily recover by replacing the parts (S108; Yes), the recovery is performed while the cooldown is delayed, and then, when the recovery is successful, the MBOP 200 is restarted to supply the fuel, The power generation of the battery 100 can be resumed (S109).

반면, 제어부(400)는 상기 S109 단계의 판단 결과 간단한 복구가 불가능하여 연료전지스택(100)을 쿨 다운 하기로 결정되면(S108; 아니오), 전기히터(110)의 작동을 중단하고 연료전지스택(100)이 안전하게 쿨 다운될 수 있도록 쿨링 속도를 일정한 기울기로 조절한다(S110). 즉, 제어부(400)는 연료전지스택(100)의 내부 온도를 실시간으로 측정하면서 쿨링 속도를 가속 또는 감속할 수 있다.If it is determined that the fuel cell stack 100 is to be cooled down (S108: NO), the control unit 400 stops the operation of the electric heater 110, The cooling speed is adjusted to a predetermined slope so that the cooling system 100 can be safely cooled down (S110). That is, the controller 400 may accelerate or decelerate the cooling rate while measuring the internal temperature of the fuel cell stack 100 in real time.

이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, EBOP나 계통에 이상 발생시 연료전지스택(100)의 고온상태를 유지시켜 즉각적인 쿨 다운을 방지하고, 그 복구를 수행함으로써 연료전지스택(100)의 수명이 단축되는 것을 예방하는 효과가 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, when the abnormality occurs in the EBOP or the system, the high temperature state of the fuel cell stack 100 is maintained to prevent instantaneous cooldown, It is effective to prevent shortening.

또한, 연료전지스택(100)의 작동 중단으로 계통의 전원공급이 불가능한 상황에서도 연료전지스택(100)에서 생산되는 전력을 직접 혹은 간접적으로 활용하여 고온상태 유지 및 질소 퍼징을 수행할 수 있는 효과가 있다.In addition, even when the power supply of the system is impossible due to the interruption of the operation of the fuel cell stack 100, the power generated in the fuel cell stack 100 can be directly or indirectly used to maintain the high temperature state and perform the nitrogen purge have.

또한, 쿨 다운을 수행해야만 하는 이상 상황에서도 연료전지스택(100)에 무리가 가지 않도록 안전한 쿨링 속도를 조절함으로써 정상적인 종료가 가능한 효과가 있다.In addition, it is possible to perform a normal shutdown by adjusting the safe cooling rate so that the fuel cell stack 100 is not overloaded even in a situation where it is necessary to perform cooldown.

이상에서는 본 발명의 실시 예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예에만 한정되는 것은 아니며 그 외의 다양한 변경이 가능하다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible.

예컨대, 도 2에 도시한 본 발명의 실시 예에서는 연료전지스택(100)에서 생산되는 직류 전력을 전기히터(110) 및 팬(280)에 직접적으로 공급하거나, 에너지 저장부(320)를 통해 간접적으로 공급하는 것을 기재하고 있으나 이에 한정되지 않으며, 계통측에 이상이 없는 경우 계통측의 전력을 공급할 수 있다.For example, in the embodiment of the present invention shown in FIG. 2, DC power produced in the fuel cell stack 100 may be supplied directly to the electric heater 110 and the fan 280, or indirectly through the energy storage unit 320 However, the present invention is not limited to this, and power can be supplied to the system side if there is no abnormality in the system side.

도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 쿨 다운 지연을 위한 전력 공급 방법을 나타낸다.6 shows a power supply method for a cooldown delay according to another embodiment of the present invention.

첨부된 도 6을 참조하면, 상기 도 2에서 설명에 불필요한 부분은 생략하였으며, EBOP(300) 측에 이상이 발생된 상태에서 계통에 문제가 없다면 별도의 발전기에서 생산된 계통 전력(③)을 전기히터(110) 및 팬(280)으로 공급할 수 있다.Referring to FIG. 6, an unnecessary portion of FIG. 2 is omitted. If there is no problem in the system in a state where an abnormality occurs in the EBOP 300 side, the system power (3) To the heater 110 and the fan 280.

이 때, 계통 전력은 교류 전원으로 공급되므로, 직류 전원을 사용하는 팬(280)에는 전력 변환 모듈(281)을 통해 변환하여 공급할 수 있다. 또한, 반대로 교류 전원을 사용하는 팬(280)으로 구비할 경우 전력 변환 모듈(281)을 생략할 수 있다.At this time, since the grid power is supplied as the AC power, the fan 280 using the DC power can be converted and supplied through the power conversion module 281. Conversely, when the fan 280 is provided with an AC power source, the power conversion module 281 can be omitted.

이로써, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 한정된 에너지를 저장하는 에너지 저장부(320)를 이용하여 전력을 공급하는 것보다 쿨 다운 지연시간을 늘릴 수 있는 이점이 있다.Thus, according to another embodiment of the present invention, there is an advantage that the cooldown delay time can be increased more than that using the energy storage unit 320 for storing limited energy.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시 예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시 예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention are not limited to the above-described apparatuses and / or methods, but may be implemented through a program for realizing functions corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium on which the program is recorded And such an embodiment can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

100: 연료전지스택 110: 전기히터
20: MBOP 210: 공기 공급부
220: 수처리부 230: 연료 공급부
240: 가습기 250: 예비 개질기
260: 촉매 연소기 270: 질소 탱크
280: 팬(fan) 300: EBOP
310: 전력 변환기 320: 에너지 저장부
330: 로드 뱅크 400: 시스템 제어부100: Fuel cell stack 110: Electric heater
20: MBOP 210: air supply
220: water treatment section 230: fuel supply section
240: humidifier 250: preliminary reformer
260: Catalytic combustor 270: Nitrogen tank
280: fan 300: EBOP
310: power converter 320: energy storage unit
330: load bank 400: system controller

Claims (12)

연료와 공기의 전기 화학적 반응으로 전력을 생산하는 연료전지스택;
상기 연료전지스택에 열을 가하는 전기히터;
상기 연료전지스택에 연료, 물 및 공기를 공급하는 MBOP(Mechanical Balance of Plant);
상기 연료전지스택에서 생산되는 전력을 전력 계통으로 공급하는 전력 변환부; 및
상기 전력계통에 이상이 발생되면 상기 연료전지스택으로의 연료 공급을 중단시키고, 상기 연료전지스택에서 생산되는 상기 전력의 일부를 질소 퍼징을 위한 팬(Fan) 및 상기 전기히터에 공급하여 가동시키는 제어부를 포함하되,
상기 제어부는, 상기 연료전지스택의 쿨링 기울기를 설정하고 상기 쿨링 기울기를 기준으로 쿨링 속도를 조절하는 연료전지 운영 시스템.A fuel cell stack for producing electric power by an electrochemical reaction between fuel and air;
An electric heater for applying heat to the fuel cell stack;
An MBOP (Mechanical Balance of Plant) for supplying fuel, water, and air to the fuel cell stack;
A power converter for supplying power generated in the fuel cell stack to a power system; And
And a controller for stopping supply of fuel to the fuel cell stack when a malfunction occurs in the power system, a fan for purging nitrogen and a part for supplying electricity to the electric heater, , ≪ / RTI &
Wherein the control unit sets a cooling slope of the fuel cell stack and controls a cooling rate based on the cooling slope. 제 1 항에 있어서,
상기 전력 변환부는,
상기 연료전지스택의 출력단에 연결되고, 상기 연료전지스택에서 생산되는 상기 전력을 저장 모듈에 충전하는 에너지 저장부; 및
상기 전력계통의 이상 발생시 상기 에너지 저장부에 저장하고 남은 전력을 소모시키는 로드 뱅크를 포함하는 연료전지 운영 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the power conversion unit comprises:
An energy storage unit connected to an output terminal of the fuel cell stack and charging the power generated by the fuel cell stack to the storage module; And
And a load bank for storing power remaining in the energy storage unit when the power system is abnormally generated. 제 2 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 연료전지스택이 전력을 생산하지 않으면, 상기 에너지 저장부의 방전 전력을 상기 팬 및 상기 전기히터에 공급하는 연료전지 운영 시스템.3. The method of claim 2,
Wherein the control unit supplies the discharge electric power of the energy storage unit to the fan and the electric heater when the fuel cell stack does not produce electric power. 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 제어부는, 외부 공기를 상기 연료전지스택에 통과시켜 상기 쿨링 속도를 가속시키는 연료전지 운영 시스템.The method according to claim 1,
Wherein the control unit passes external air through the fuel cell stack to accelerate the cooling rate. 제 1 항 또는 제 5 항에 있어서,
상기 제어부는, 질소 가스를 가열하고 상기 연료전지스택에 통과시켜 쿨링 속도를 감속시키는 연료전지 운영 시스템.6. The method according to claim 1 or 5,
Wherein the control unit heats the nitrogen gas and passes through the fuel cell stack to decelerate the cooling rate. 전력계통 이상에 대응하는 연료전지 운영 방법에 있어서,
a) 전력계통에 이상이 발생된 것을 감지하면 연료전지스택에서 생산된 전력을 로드 뱅크를 통해 소모하는 단계;
b) 상기 연료전지스택으로의 연료 공급을 차단하고, 상기 전력의 일부를 이용하여 질소 퍼징을 위한 팬(Fan)을 가동하는 단계;
c) 상기 전력의 일부를 이용하여 전기히터를 작동시켜 상기 연료전지스택을 가열하는 단계; 및
d) 상기 전력계통이 복구되면 상기 연료를 공급하여 상기 연료전지스택의 전력 생산을 재개하는 단계를 포함하되,
상기 d) 단계는, 상기 전력계통의 복구가 불가능하면, 상기 전기히터의 작동을 중단하고 상기 연료전지스택의 쿨링 속도를 조절하는 단계를 포함하는 연료전지 운영방법.1. A fuel cell operating method corresponding to an abnormality in a power system,
a) consuming power generated by the fuel cell stack through the load bank when it detects that an abnormality has occurred in the power system;
b) shutting off the fuel supply to the fuel cell stack and operating a fan for nitrogen purging using a part of the power;
c) heating the fuel cell stack by operating an electric heater using a portion of the power; And
d) resuming power generation of the fuel cell stack by supplying the fuel when the power system is restored,
And d) stopping the operation of the electric heater and adjusting the cooling rate of the fuel cell stack when the power system is not recoverable. 제 7 항에 있어서,
상기 a) 단계는, 상기 전력의 일부를 저장하는 단계를 포함하는 연료전지 운영 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the step a) includes storing a portion of the power. 제 8 항에 있어서,
상기 c) 단계는, 상기 저장된 전력을 이용하여 상기 팬 및 상기 전기히터를 구동하는 단계를 포함하는 연료전지 운영 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the step c) includes driving the fan and the electric heater using the stored electric power. 삭제delete 제 7 항에 있어서,
상기 연료전지스택의 쿨링 속도를 조절하는 단계는, 외부 공기를 상기 연료전지스택에 통과시켜 상기 쿨링 속도를 가속시키는 단계를 포함하는 연료전지 운영방법.8. The method of claim 7,
Wherein adjusting the cooling rate of the fuel cell stack comprises passing external air through the fuel cell stack to accelerate the cooling rate. 제 7 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 연료전지스택의 쿨링 속도를 조절하는 단계는, 질소 가스를 가열하고 상기 연료전지스택에 통과시켜 쿨링 속도를 감속시키는 단계를 포함하는 연료전지 운영방법.The method according to claim 7 or 11,
Wherein regulating the cooling rate of the fuel cell stack comprises heating the nitrogen gas and passing it through the fuel cell stack to slow down the cooling rate.
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