KR20130055761A - Method for controlling fuel cell power generation system - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A control method of a fuel cell generation system is provided to prevent the inflow of external air and countercurrent of condensed water into a fuel conversion apparatus, thereby improving efficiency and durability of a fuel cell generation system. CONSTITUTION: A control method of a fuel cell generation system repeats continuity and discontinuity of fuel gas supply to the modification part, according to internal temperature and pressure of the modification part, to keep the internal pressure of the modification part equal or higher than atmospheric pressure, and makes the fuel gas supplied to the modification part bypass the burner when the fuel cell generation system is stopped. The fuel cell generation system comprises: a modification part for generating a modification gas by electrochemical reaction of a fuel gas and water; a burner which provides heat for a chemical reaction of the modification part; and a fuel cell stack which generates electricity by chemical reaction with air after receiving the modified gas. [Reference numerals] (AA) Start; (BB,DD,FF,HH) No; (CC,EE,GG,II) Yes; (S41) Block first and second opening and closing valves and open a block bypass valve; (S43) Stop first and second raw material supplying parts; (S45) Is a stop operation time elapsed?; (S47) Stop a water supplying part; (S53) Supply gas to a modification part by the first raw material supplying part; (S57) Stop the first raw material supplying part

Description

연료 전지 발전 시스템 제어 방법{Method for controlling fuel cell power generation system} Method for controlling fuel cell power generation system

본 발명은 연료 전지 발전 시스템 제어 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell power generation system control method.

일반적으로 연료 전지 발전 시스템은, 수소 및 공기가 연료 전지 스택의 내부에서 전기 화학 반응을 일으켜서 전기를 발생시킨다. 이를 위하여 연료 전지 발전 시스템은, 연료 가스로부터 수소를 생성하는 연료 변환 장치, 및 생성된 수소 및 공기를 전기 화학 반응에 의하여 전기를 발생시키는 연료 전지 스택을 포함한다. 상기 연료 변환 장치에서는, LNG, LPG, CH3OH와 같은 탄화 수소계 연료 가스와 물을 화학 반응시켜서 수소를 생성한다. 그리고 상기 연료 변환 장치로 공급되는 물의 일부는 수소의 생성에 필요한 화학 반응에 사용되고, 물의 다른 일부는 연료 변환 장치의 출구단에 위치한 응축수 배출부를 통하여 외부로 배출되며, 나머지 물은 기체 상태로 유동하면서 연료 변환 장치의 출구단을 통하여 개질 가스와 함께 연료 전지 스택으로 전달된다.Generally, fuel cell power generation systems generate electricity by hydrogen and air causing an electrochemical reaction inside the fuel cell stack. To this end, a fuel cell power generation system includes a fuel converter that generates hydrogen from fuel gas, and a fuel cell stack that generates electricity by electrochemical reaction of the generated hydrogen and air. In the fuel conversion device, hydrogen is generated by chemical reaction between hydrocarbon fuel gas such as LNG, LPG, and CH 3 OH and water. And part of the water supplied to the fuel converter is used for the chemical reaction required for the production of hydrogen, the other part of the water is discharged to the outside through the condensate outlet located at the outlet of the fuel converter, the remaining water flows in a gaseous state It is delivered to the fuel cell stack with the reformed gas through the outlet end of the fuel converter.

그러나 종래의 연료 전지 발전 시스템에는 다음과 같은 문제점이 발생하게 된다.However, the following problems occur in the conventional fuel cell power generation system.

연료 전지 발전 시스템이 종료되면, 상기 연료 변환 장치의 내부에 잔존하는 기체 상태의 물이 응축된다. 그리고 상기 연료 변환 장치의 내부에서의 물의 응축에 의하여, 상기 연료 변환 장치의 내부의 압력이 감소된다. 따라서 상기 응축수 배출부의 내부에 저장된 응축수가 상기 연료 변환 장치의 내부로 역류될 수 있다. When the fuel cell power generation system is terminated, gaseous water remaining inside the fuel converter is condensed. And by the condensation of water in the fuel conversion device, the pressure inside the fuel conversion device is reduced. Therefore, condensate stored in the condensate discharge part may be flowed back into the fuel conversion device.

또한 상기 연료 변환 장치에 존재하는 틈새 등을 통하여 외부로부터 공기가 상기 연료 변환 장치의 내부로 유입될 수 있다. 특히, 상기 연료 변환 장치의 내부로 유입되는 공기 중에 포함된 산소는, 상기 연료 변환 장치의 내부에서의 화학 반응을 위한 촉매를 산화시킬 수 있다.In addition, air may be introduced into the fuel conversion device from the outside through a gap existing in the fuel conversion device. In particular, oxygen contained in air introduced into the fuel converter may oxidize a catalyst for a chemical reaction in the fuel converter.

본 발명은, 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 시스템의 정지 상태에서, 연료 변환 장치의 내부로 응축수나 외부의 공기 등의 유입이 방지되도록 구성되는 연료 전지 발전 시스템 제어 방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and an object of the present invention is to provide a fuel cell power generation system configured to prevent inflow of condensed water, external air, or the like into the fuel conversion device in a stopped state of the system. It is to provide a control method.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 연료 전지 발전 시스템 제어 방법의 실시예의 일 양태는, 연료 가스 및 물을 공급받고 양자의 전기 화학 반응에 의하여 개질 가스를 생성하는 개질부, 연료 가스를 공급받고 이를 연소시켜서 상기 개질부에서의 화학 반응을 위한 열을 제공하는 버너를 포함하는 연료 변환 장치; 상기 연료 변환 장치에서 생성된 개질 가스를 전달받아서 공기와의 화학 반응에 의하여 전기를 생성하는 연료 전지 스택; 상기 연료 변환 장치에서 상기 연료 전지 스택으로 개질 가스가 전달되는 유로를 개폐하는 제1개폐 밸브; 상기 연료 전지 스택에서 상기 버너로 개질 가스가 회수되는 유로를 개폐하는 제2개폐 밸브; 및 상기 연료 변환 장치에서 상기 연료 전지 스택으로 전달되는 개질 가스를 상기 버너로 바이 패스시키는 바이 패스 유로를 개폐하는 바이 패스 밸브; 를 포함하는 연료 전지 발전 시스템에 있어서: (A) 상기 제1 및 제2개폐 밸브는 개방되고, 상기 바이 패스 밸브는 차단되며, 상기 연료 변환 장치 및 연료 전지 스택이 동작하여 발전이 수행되는 단계; (B) 발전을 종료하는 명령이 입력되는 단계; (C) 상기 제1 및 제2개폐 밸브가 차단되고, 상기 바이 패스 밸브는 개방되는 단계; (D) 상기 개질부 및 버너로의 연료 가스의 공급이 중단되는 단계; (E) 기설정된 정지 동작 시간이 경과되면, 상기 개질부로의 물의 공급이 중단되는 단계; (F) 상기 개질부의 내부 온도(T) 및 내부 압력(P)이 각각 기설정된 정지 기준 온도(T2) 및 제1정지 압력(Pb) 미만이면, 상기 개질부로 연료 가스가 공급되는 단계; 및 (G) 상기 개질부의 내부 압력(P)이 기설정된 제2정지 압력(Pc) 초과이면, 상기 개질부로의 연료 가스의 공급이 중단되는 단계; 를 포함하고, 상기 (C) 내지 (G) 단계는, 발전이 재개시되기 전까지 반복해서 수행된다.One aspect of an embodiment of a method for controlling a fuel cell power generation system according to the present invention for achieving the above object is a reforming unit for supplying fuel gas and water and generating a reformed gas by an electrochemical reaction of both, and supplying a fuel gas A fuel converter comprising a burner that receives and burns it to provide heat for a chemical reaction in the reforming unit; A fuel cell stack configured to receive reformed gas generated by the fuel conversion device and generate electricity by chemical reaction with air; A first opening / closing valve for opening and closing a flow path through which reformed gas is transferred from the fuel conversion device to the fuel cell stack; A second opening / closing valve for opening and closing a flow path through which reformed gas is recovered from the fuel cell stack to the burner; And a bypass valve for opening and closing a bypass flow path for bypassing reformed gas delivered from the fuel conversion device to the fuel cell stack to the burner. A fuel cell power generation system comprising: (A) the first and second opening and closing valves are opened, the bypass valve is shut off, and the fuel conversion device and the fuel cell stack are operated to perform power generation; (B) inputting a command to end power generation; (C) the first and second open / close valves are blocked, and the bypass valve is opened; (D) stopping supply of fuel gas to the reformer and burner; (E) stopping supply of water to the reforming unit when a predetermined stop operation time elapses; (F) supplying fuel gas to the reforming unit when the internal temperature T and the internal pressure P of the reforming unit are respectively less than a preset stop reference temperature T2 and the first stopping pressure Pb; And (G) stopping supply of fuel gas to the reforming unit when the internal pressure P of the reforming unit is greater than a second preset stop pressure Pc; It includes, and the (C) to (G) step is performed repeatedly until power generation is resumed.

본 발명의 실시예의 다른 양태는, 연료 가스 및 물을 공급받고, 양자의 화학 반응에 의하여 개질 가스를 생성하는 개질부; 연료 가스를 공급받고, 이를 연소시켜서 상기 개질부에서의 전기 화학 반응을 위한 열을 제공하는 버너; 상기 개질부에서 생성된 개질 가스를 전달받아서 공기와의 화학 반응에 의하여 전기를 생성하는 연료 전지 스택; 을 포함하는 연료 전지 발전 시스템이 정지되면, 상기 개질부의 내부 압력(P)의 내부 압력(P)이 대기압 이상을 유지하도록, 상기 개질부의 내부 온도 및 내부 압력(P)에 따라서 상기 개질부로의 연료 가스가 공급 및 연료 가스의 공급의 중지가 반복되고, 상기 개질부로 공급된 연료 가스는 상기 버너로 바이 패스된다.Another aspect of an embodiment of the present invention, the reforming unit is supplied with the fuel gas and water, and generates a reformed gas by the chemical reaction of both; A burner supplied with fuel gas and combusted to provide heat for the electrochemical reaction in the reforming unit; A fuel cell stack configured to receive electricity from the reforming unit and generate electricity by chemical reaction with air; When the fuel cell power generation system including a stop, the fuel to the reforming unit in accordance with the internal temperature and the internal pressure (P) of the reforming unit so that the internal pressure (P) of the internal pressure (P) of the reforming unit to maintain the atmospheric pressure or more. Gas is supplied and stop of supply of fuel gas is repeated, and the fuel gas supplied to the reforming part is bypassed to the burner.

본 발명에 의한 연료 전지 발전 시스템 제어 방법의 실시예에서는, 시스템의 종료 후 시스템의 재동작 전까지 연료 변환 장치의 내부 압력을 소정의 수준으로 유지한다. 또한 본 실시예에서는, 응축수 배출 밸브를 연료 변환 장치의 내부 압력과 연동하여 제어한다. 따라서 상기 연료 변환 장치의 내부로의 응축수의 역류 및 외부의 공기 등의 유입이 방지됨으로써, 연료 전지 발전 시스템의 효율 및 내구성이 증진될 수 있는 효과를 기대할 수 있다.In the embodiment of the fuel cell power generation system control method according to the present invention, the internal pressure of the fuel conversion device is maintained at a predetermined level after the end of the system and before the system is restarted. In this embodiment, the condensate discharge valve is controlled in cooperation with the internal pressure of the fuel conversion device. Therefore, the backflow of condensate into the fuel conversion device and the inflow of outside air, etc. can be prevented, so that the efficiency and durability of the fuel cell power generation system can be improved.

도 1은 본 발명에 의한 연료 전지 발전 시스템 제어 방법에 의하여 제어되는 시스템을 보인 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 연료 전지 발전 시스템 제어 방법의 실시예에 의한 시스템 시동을 보인 제어 흐름도.
도 3은 본 발명에 의한 연료 전지 발전 시스템 제어 방법의 실시예에 의한 시스템 정지를 보인 제어 흐름도.
도 4는 본 발명에 의한 연료 전지 발전 시스템 제어 방법의 실시예에 의한 응축수 배출부의 제어를 보인 제어 흐름도.1 is a block diagram showing a system controlled by a fuel cell power generation system control method according to the present invention.
2 is a control flowchart showing a system startup according to an embodiment of a method for controlling a fuel cell power generation system according to the present invention;
3 is a control flowchart showing a system stop according to an embodiment of a method for controlling a fuel cell power generation system according to the present invention;
4 is a control flowchart showing the control of the condensate discharge unit according to an embodiment of the fuel cell power generation system control method according to the present invention.

이하에서는 본 발명에 의한 연료 전지 발전 시스템의 제1실시예의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, a configuration of a first embodiment of a fuel cell power generation system according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 연료 전지 발전 시스템 제어 방법에 의하여 제어되는 시스템을 보인 구성도이다.1 is a block diagram showing a system controlled by a fuel cell power generation system control method according to the present invention.

도 1을 참조하면, 연료 전지 발전 시스템(100)은, 연료 가스를 변환하여 수소를 생성하고, 수소 및 공기를 전기 화학 반응시켜서 발전을 수행한다. 상기 연료 전지 발전 시스템(100)은, 물 공급부(110), 제1 및 제2연료 공급부(120)(130), 제1공기 공급부(140), 연료 변환 장치(150), 응축수 배출부(160), 제2공기 공급부(170), 및 연료 전지 스택(180)을 포함한다. Referring to FIG. 1, the fuel cell power generation system 100 generates hydrogen by converting fuel gas, and performs electricity generation by electrochemical reaction between hydrogen and air. The fuel cell power generation system 100 includes a water supply unit 110, first and second fuel supply units 120 and 130, a first air supply unit 140, a fuel converter 150, and a condensate discharge unit 160. ), A second air supply unit 170, and a fuel cell stack 180.

보다 상세하게는, 상기 물 공급부(110)는, 상기 연료 변환 장치(150)로 물을 공급한다. 그리고 상기 제1 및 제2연료 공급부(120)(130)는, 상기 연료 변환 장치(150)로 연료 가스를 공급한다. 또한 상기 제1공기 공급부(140)는, 상기 연료 변환 장치(150)로 공기를 공급한다. In more detail, the water supply unit 110 supplies water to the fuel conversion device 150. The first and second fuel supply units 120 and 130 supply fuel gas to the fuel conversion device 150. In addition, the first air supply unit 140 supplies air to the fuel conversion device 150.

상기 연료 변환 장치(150)는, 연료와 물을 화학 반응시켜서 상기 연료 전지 스택(180)에서의 발전에 사용되는 수소를 생성한다. 상기 연료 변환 장치(150)는, 개질부(151), 시프트부(152), 메탄화 반응부(153), 버너(154), 온도 센서(155) 및 압력 센서(156)를 포함한다.The fuel converter 150 chemically reacts fuel and water to generate hydrogen used for power generation in the fuel cell stack 180. The fuel converter 150 includes a reforming unit 151, a shift unit 152, a methanation reaction unit 153, a burner 154, a temperature sensor 155, and a pressure sensor 156.

상기 개질부(151)는, 상기 제1연료 공급부(120)로부터 공급받은 연료 가스 및 상기 물 공급부(110)로부터 공급받은 물을 화학 반응시켜서 수소를 포함하는 개질 가스를 생성한다. 도시되지는 않았으나, 상기 제1연료 공급부(120) 및 개질부(151) 사이에는, 연료 가스에 포함된 황을 제거하는 탈황기가 설치될 수 있다. 그리고 상기 개질부(151)는, 생성된 개질 가스를 상기 시프트부(152)로 전달한다.The reforming unit 151 chemically reacts the fuel gas supplied from the first fuel supply unit 120 and the water supplied from the water supply unit 110 to generate a reformed gas including hydrogen. Although not shown, a desulfurizer for removing sulfur contained in the fuel gas may be installed between the first fuel supply unit 120 and the reforming unit 151. The reformer 151 delivers the generated reformed gas to the shift unit 152.

상기 시프트부(152)는, 상기 개질부(151)로부터 전달받은 개질 가스 중에 포함된 일산화탄소 및 상기 물 공급부(110)로부터 공급받은 물을 화학 반응시켜서 수소로 변환시킨다. 그리고 상기 시프트부(152)는, 일산화탄소가 제거된 개질 가스를 상기 메탄화 반응부(153)로 전달한다.The shift unit 152 converts carbon monoxide contained in the reformed gas delivered from the reforming unit 151 and water supplied from the water supply unit 110 into chemical reactions. The shift unit 152 transfers the reformed gas from which carbon monoxide has been removed to the methanation reaction unit 153.

상기 메탄화 반응부(153)는, 상기 시프트부(152)로부터 전달받은 개질 가스 중에 잔존하는 일산화탄소를 제거한다. 예를 들면, 상기 메탄화 반응부(153)는, 개질 가스 중에 잔존하는 일산화탄소를 수소와 선택적으로 화학 반응시켜서 메탄과 물을 생성할 수 있다. 그리고 상기 메탄화 반응부(153)는 잔존하는 일산화탄소가 제거된 개질 가스를 상기 연료 전지 스택(180)으로 전달한다.The methanation reaction unit 153 removes carbon monoxide remaining in the reformed gas received from the shift unit 152. For example, the methanation reaction unit 153 may selectively react the carbon monoxide remaining in the reformed gas with hydrogen to generate methane and water. The methanation reaction unit 153 transfers the reformed gas from which carbon monoxide is removed to the fuel cell stack 180.

상기 버너(154)는, 상기 개질부(151)에서의 연료 가스와 물의 화학 반응을 위한 열을 제공하는 역할을 한다. 이를 위하여 상기 버너(154)로는 상기 제2연료 공급부(130) 및 제1공기 공급부(140)로부터 연료 가스 및 공기가 공급된다.The burner 154 serves to provide heat for chemical reaction of fuel gas and water in the reforming unit 151. To this end, the burner 154 is supplied with fuel gas and air from the second fuel supply unit 130 and the first air supply unit 140.

상기 온도 센서(155) 및 압력 센서(156)는, 상기 연료 변환 장치(150)의 내부 온도 및 내부 압력을 각각 감지한다. 도 1에는, 상기 온도 센서(155) 및 압력 센서(156)가 각각 상기 개질부(151)의 내부 온도 및 내부 압력을 감지하는 것으로 도시되어 있으나, 상기 온도 센서(155) 및 압력 센서(156)는 상기 연료 변환 장치(150)를 구성하는 다른 구성 요소의 내부 온도 및 내부 압력을 감지할 수도 있다.The temperature sensor 155 and the pressure sensor 156 detect the internal temperature and the internal pressure of the fuel conversion device 150, respectively. In FIG. 1, although the temperature sensor 155 and the pressure sensor 156 detect the internal temperature and the internal pressure of the reforming unit 151, respectively, the temperature sensor 155 and the pressure sensor 156 are illustrated. Detects the internal temperature and the internal pressure of other components constituting the fuel conversion device 150.

그리고 상기 응축수 배출부(160)는, 상기 연료 변환 장치(150)에서 상기 연료 전지 스택(180)으로 전달되는 개질 가스 중에 포함된 기체 상태의 수분을 응축하여 외부로 배출한다. 상기 응축수 배출부(160)는, 응축수 저장부(161), 수위 센서(162) 및 응축수 배출 밸브(163)를 포함한다.The condensate discharge unit 160 condenses and discharges moisture in a gaseous state included in the reformed gas transferred from the fuel conversion device 150 to the fuel cell stack 180. The condensate discharge unit 160 includes a condensate storage unit 161, a water level sensor 162, and a condensate discharge valve 163.

보다 상세하게는, 상기 응축수 저장부(161)에는, 상기 연료 변환 장치(150), 실질적으로 상기 메탄화 반응부(153)에서 상기 연료 전지 스택(180)으로 전달되는 개질 가스 중에 포함된 기체 상태의 수분이 응축된 물, 즉 응축수가 저장된다. 이를 위하여 상기 응축수 저장부(161)은, 상기 메탄화 반응부(153) 및 연료 전지 스택(180) 사이에 위치된다. In more detail, the condensate storage unit 161 includes a gas state included in the reformed gas delivered from the fuel conversion device 150 and substantially from the methanation reaction unit 153 to the fuel cell stack 180. Condensed water is stored. To this end, the condensate storage unit 161 is positioned between the methanation reaction unit 153 and the fuel cell stack 180.

상기 수위 센서(162)는, 상기 응축수 저장부(161)에 저장된 응축수의 수위를 감지한다. 예를 들면, 상기 수위 센서(162)는, 최고 수위를 감지하는 상부 센서(미도시) 및 최저 수위를 감지하는 하부 센서(미도시)를 포함할 수 있다. The water level sensor 162 detects the level of the condensate stored in the condensate storage unit 161. For example, the water level sensor 162 may include an upper sensor (not shown) that detects the highest water level and a lower sensor (not shown) that senses the lowest water level.

상기 응축수 배출 밸브(163)는, 상기 응축수 저장부(161)에 저장된 응축수의 배출을 제어한다. 실질적으로 상기 응축수 배출 밸브(163)는, 상기 응축수 저장부(161)에 저장된 응축수가 외부로 배출되는 배출 유로를 선택적으로 개폐한다고 할 수 있다. 예를 들면, 상기 응축수 배출 밸브(163)는, 상기 수위 센서(162)가 감지한 상기 응축수 저장부(161)에 저장된 응축수의 수위가 상기 최고 수위에 도달하면 상기 배출 유로를 개방한다. 그리고 상기 응축수 배출 밸브(163)는, 상기 수위 센서(162)가 감지한 상기 응축수 저장부(161)에 저장된 응축수의 수위가 상기 최저 수위에 도달하면 상기 배출 유로를 차단한다.The condensate discharge valve 163 controls the discharge of the condensate stored in the condensate storage unit 161. Substantially, the condensate discharge valve 163 may be said to selectively open and close the discharge passage through which the condensed water stored in the condensate storage unit 161 is discharged to the outside. For example, the condensate discharge valve 163 opens the discharge passage when the level of the condensate stored in the condensate storage unit 161 detected by the level sensor 162 reaches the maximum level. The condensate discharge valve 163 blocks the discharge flow path when the level of the condensate stored in the condensate storage unit 161 detected by the level sensor 162 reaches the minimum level.

상기 제2공기 공급부(170)는, 상기 연료 전지 스택(180)으로 공기를 공급한다. 상기 제2공기 공급부(170)에 의하여 상기 연료 전지 스택(180)으로 공급된 공기는, 상기 연료 변환 장치(150)로부터 상기 연료 전지 스택(180)으로 전달된 수소와 전기 화학 반응하여 전기를 생성한다.The second air supply unit 170 supplies air to the fuel cell stack 180. Air supplied to the fuel cell stack 180 by the second air supply unit 170 generates electricity by electrochemical reaction with hydrogen transferred from the fuel conversion device 150 to the fuel cell stack 180. do.

한편 상기 연료 전지 스택(180)은, 상기 응축수 배출부(160)를 경유하여 응축수가 제거된 개질 가스 중에 포함된 수소와 물의 전기 화학 반응에 의하여 발전을 수행한다. 상기 연료 전지 스택(180)은, 애노드(181) 및 캐소드(182)를 포함한다.Meanwhile, the fuel cell stack 180 generates electricity by an electrochemical reaction between hydrogen and water included in the reformed gas from which the condensed water is removed via the condensed water discharge unit 160. The fuel cell stack 180 includes an anode 181 and a cathode 182.

상기 애노드(181)는, 각각 상기 연료 변환 장치(150)로부터 수소를 공급받는다. 그리고 상기 캐소드(182)는 상기 제2공기 공급부(170)로부터 공기를 전달받는다. 상기 애노드(181)에서는 수소의 전기 화학적 산화가 이루어지고, 상기 캐소드(182)에서는 산소의 전기 화학적 환원이 이루어진다. 상기 애노드(181)의 수소의 산화 및 상기 캐소드(182)에서의 산소의 환원 반응시, 양자 사이에서의 전자의 이동에 의하여 발전이 이루어진다. 그리고 상기 애노드(181)를 통과한 개질 가스는, 상기 버너(154)로 회수된다.The anode 181 receives hydrogen from the fuel converter 150, respectively. The cathode 182 receives air from the second air supply unit 170. The anode 181 performs electrochemical oxidation of hydrogen, and the cathode 182 performs electrochemical reduction of oxygen. In the oxidation of hydrogen of the anode 181 and the reduction reaction of oxygen in the cathode 182, power generation is caused by the movement of electrons between both. The reformed gas passing through the anode 181 is recovered to the burner 154.

한편 상기 연료 전지 스택(180)에는, 상기 연료 전지 스택(180)을 냉각시키기 위한 냉각수 공급부(183) 및 열교환기(184)를 포함한다. 상기 냉각수 공급부(183)는 상기 연료 전지 스택(180)를 순환하는 냉각수를 공급한다. 그리고 상기 열교환기(184)는 상기 냉각수 공급부(183)에 의하여 상기 연료 전지 스택(180)을 순환하는 냉각수를 다른 유체와 열교환시킨다.Meanwhile, the fuel cell stack 180 includes a coolant supply unit 183 and a heat exchanger 184 for cooling the fuel cell stack 180. The cooling water supply unit 183 supplies cooling water circulating in the fuel cell stack 180. The heat exchanger 184 heats the coolant circulating through the fuel cell stack 180 by the coolant supply unit 183 with other fluids.

한편 상기 연료 변환 장치(150) 및 연료 전지 스택(180) 사이에는 제1 및 제2개폐 밸브(191)(192)가 설치된다. 상기 제1개폐 밸브(191)는, 실질적으로 상기 메탄화 반응부(153) 및 애노드(181) 사이의 유로 상에 위치된다. 그리고 상기 제2개폐 밸브(192)는, 상기 애노드(181) 및 버너(154) 사이의 유로 상에 위치된다. 상기 제1개폐 밸브(191)는 상기 메탄화 반응부(153)에서 상기 애노드(181)로 개질 가스가 전달되는 유로를 개폐하는 역할을 한다. 그리고 상기 제2개폐 밸브(192)는, 상기 애노드(181)에서 상기 버너(154)로 개질 가스가 회수되는 유로를 개폐한다.Meanwhile, first and second opening / closing valves 191 and 192 are installed between the fuel conversion device 150 and the fuel cell stack 180. The first opening / closing valve 191 is substantially positioned on the flow path between the methanation reaction unit 153 and the anode 181. The second opening / closing valve 192 is positioned on a flow path between the anode 181 and the burner 154. The first opening / closing valve 191 opens and closes a flow path through which the reformed gas is transferred from the methanation reaction unit 153 to the anode 181. The second opening / closing valve 192 opens and closes a flow path through which the reformed gas is recovered from the anode 181 to the burner 154.

또한 본 실시예에서는, 상기 연료 변환 장치(150)에서 상기 연료 전지 스택(180)으로 전달되는 개질 가스의 일부가 상기 연료 변환 장치(150)로 바이 패스된다. 이를 위하여 상기 메탄화 반응부(153) 및 애노드(181)를 연결하는 유로, 및 상기 애노드(181) 및 버너(154)를 연결하는 유로 사이에 바이 패스 유로가 구비된다. 또한 상기 바이 패스 유로에는 바이 패스 밸브(193)가 구비된다. 실질적으로 상기 바이 패스 유로의 일단은, 상기 제1 및 제2개폐 밸브(191)(192)를 중심으로, 상기 애노드(181)에 비하여 상대적으로 상기 메탄화 반응부(153) 및 버너(154)에 인접되게 위치된다. 다시 말하면, 상기 바이 패스 유로의 일단은, 상기 메탄화 반응부(153) 및 제1개폐 밸브(191) 사이에 위치되고, 상기 바이 패스 유로의 타단은 상기 제2개폐 밸브(192) 및 버너(154) 사이에 위치된다.In addition, in the present embodiment, a part of the reformed gas transferred from the fuel converter 150 to the fuel cell stack 180 is bypassed to the fuel converter 150. To this end, a bypass flow path is provided between the flow path connecting the methanation reaction unit 153 and the anode 181, and the flow path connecting the anode 181 and the burner 154. In addition, the bypass flow path is provided with a bypass valve 193. Substantially one end of the bypass flow passage, the methanation reaction unit 153 and the burner 154 relative to the anode 181 with respect to the first and second opening / closing valves 191 and 192. It is located adjacent to. In other words, one end of the bypass passage is located between the methanation reaction unit 153 and the first opening / closing valve 191, and the other end of the bypass passage is the second opening / closing valve 192 and the burner ( 154).

그리고 상기 바이 패스 유로 상에는 바이 패스 밸브(193)가 위치된다. 상기 바이 패스 밸브(193)는, 상기 바이 패스 유로를 선택적으로 개폐한다. 실질적으로 상기 바이 패스 밸브(193)는, 상기 연료 전지 발전 시스템(100)의 시동 단계, 및 정지 후 재동작 전까지는 소정의 조건하에 상기 바이 패스 유로를 개방시킨다. 그리고 상기 바이 패스 밸브(193)는, 상기 연료 전지 발전 시스템(100)의 동작 단계에서는 상기 바이 패스 유로를 차단한다.In addition, a bypass valve 193 is positioned on the bypass flow path. The bypass valve 193 selectively opens and closes the bypass flow path. Substantially, the bypass valve 193 opens the bypass flow path under a predetermined condition until a start-up step of the fuel cell power generation system 100 and a reoperation after stopping. The bypass valve 193 cuts off the bypass flow path in the operation stage of the fuel cell power generation system 100.

이하에서는 본 발명에 의한 연료 전지 발전 시스템 제어 방법의 실시예에 의한 연료 전지 발전 시스템의 제어를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the control of the fuel cell power generation system according to the embodiment of the fuel cell power generation system control method according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명에 의한 연료 전지 발전 시스템 제어 방법의 실시예에 의한 시스템 시동을 보인 제어 흐름도이고, 도 3은 본 발명에 의한 연료 전지 발전 시스템 제어 방법의 실시예에 의한 시스템 정지를 보인 제어 흐름도이며, 도 4는 본 발명에 의한 연료 전지 발전 시스템 제어 방법의 실시예에 의한 응축수 배출부의 제어를 보인 제어 흐름도이다.2 is a control flowchart showing a system startup according to an embodiment of a fuel cell power generation system control method according to the present invention, and FIG. 3 is a control flowchart showing a system stop according to an embodiment of a fuel cell power generation system control method according to the present invention. 4 is a control flowchart showing the control of the condensate discharge unit according to the embodiment of the fuel cell power generation system control method according to the present invention.

도 2를 참조하면, 연료 전지 발전 시스템(100)의 동작 개시 단계에서는, 제1 및 제2개폐 밸브(191)(192) 및 바이 패스 밸브(193)가 차단된다.(S11) 그리고 제2연료 공급부(130) 및 제1공기 공급부(140)가 버너(154)에 연료 가스 및 공기를 공급한다.(S13) 이때 제1연료 공급부(120) 및 물 공급부(110)는 동작되지 않는다. 즉 상기 버너(154)로는 연료 가스 및 공기가 공급되지만, 개질부(151)로는 연료 가스 및 물이 공급되지 않는다. 따라서 실질적으로 상기 버너(154)가 동작하여 상기 개질부(151)의 내부에 잔존하는 개질 가스가 가열된다고 할 수 있다. Referring to FIG. 2, in the operation start stage of the fuel cell power generation system 100, the first and second opening / closing valves 191 and 192 and the bypass valve 193 are shut off (S11) and the second fuel. The supply unit 130 and the first air supply unit 140 supply fuel gas and air to the burner 154. (S13) At this time, the first fuel supply unit 120 and the water supply unit 110 are not operated. That is, the fuel gas and the air are supplied to the burner 154, but the fuel gas and the water are not supplied to the reformer 151. Therefore, it can be said that the burner 154 operates substantially so that the reformed gas remaining inside the reforming unit 151 is heated.

다음으로, 압력 센서(156)가 감지한 상기 개질부(151)의 내부 압력(P)이 기설정된 시동 압력(Pa) 이상인지 여부를 판단한다.(S15) 여기서 상기 시동 압력(Pa)은 상기 개질부(151)의 내부에 잔존하는 개질 가스가 상기 개질부(151)의 외부로 배출될 수 있는 압력을 의미한다. 예를 들면, 상기 시동 압력(Pa)은 50 내지 100mbar 이상으로 설정될 수 있다.Next, it is determined whether the internal pressure P of the reforming unit 151 sensed by the pressure sensor 156 is greater than or equal to a preset starting pressure Pa. (S15) Wherein the starting pressure Pa is The reformed gas remaining in the reforming unit 151 means a pressure that can be discharged to the outside of the reforming unit 151. For example, the starting pressure Pa may be set to 50 to 100 mbar or more.

그리고 상기 제15단계에서 상기 개질부(151)의 내부 압력(P)이 상기 시동 압력(Pa) 초과인 것으로 판단되면, 상기 바이 패스 밸브(183)이 개방된다.(S17) 그런데 상기 제1 및 제2개폐 밸브(191)(192)는 차단된 상태이다. 따라서 상기 개질부(151)의 내부에 잔존하는 개질 가스는, 연료 전지 스택(180)으로 전달되지 못하고, 바이 패스 유로를 유동하여 상기 버너(154)로 전달된다. 그리고 상기 개질부(151)의 내부의 압력은 감소되기 시작할 것이다.When the internal pressure P of the reforming unit 151 is determined to be greater than the starting pressure Pa in the fifteenth step, the bypass valve 183 is opened (S17). The second opening / closing valves 191 and 192 are blocked. Therefore, the reformed gas remaining inside the reforming unit 151 is not delivered to the fuel cell stack 180, but flows through the bypass flow path to the burner 154. And the pressure inside the reforming unit 151 will begin to decrease.

한편 상기 바이 패스 밸브(193)이 개방되면, 상기 압력 센서(156)가 감지한 상기 개질부(151)의 내부 압력(P)이 기설정된 시동 압력(Pa) 미만인지 여부를 판단한다.(S19) 이는 상기 개질부(151)의 내부에 잔존하는 개질 가스가 충분하게 배출되었는지 여부를 판단하기 위함이다.On the other hand, when the bypass valve 193 is opened, it is determined whether the internal pressure P of the reforming unit 151 sensed by the pressure sensor 156 is less than a preset starting pressure Pa. (S19 This is to determine whether the reformed gas remaining inside the reforming unit 151 is sufficiently discharged.

상기 제19단계에서 상기 개질부(151)의 내부 압력(P)이 상기 시동 압력(Pa) 미만인 것으로 판단되면, 상기 바이 패스 밸브(193)가 차단된다.(S21) 따라서 상기 개질부(151)의 내부에 잔존하는 가스가 상기 버너(154)에 의하여 가열됨으로써, 상기 개질부(151)의 내부 온도(T)가 증가된다.If it is determined in step 19 that the internal pressure P of the reforming unit 151 is less than the starting pressure Pa, the bypass valve 193 is blocked. (S21) Accordingly, the reforming unit 151 The gas remaining in the inside is heated by the burner 154, thereby increasing the internal temperature T of the reforming unit 151.

그리고 온도 센서(155)가 감지한 상기 개질부(151)의 내부 온도(T)가 설정된 시동 기준 온도(T1)를 초과하는지 여부를 판단한다.(S23) 여기서 상기 시동 기준 온도(T1)는, 상기 개질부(151)로 연료 가스와 물이 공급되었을때 촉매 반응에 의하여 연료와 물이 반응하여 개질 가스의 생성이 가능한 온도이다. 또한 상기 시동 기준 온도(T1)는 상기 개질부(151)의 내부에서의 연료 가스의 코킹이 방지될 수 있는 온도이다. 예를 들면, 상기 시동 기준 온도,(T1)는, 300 내지 350℃의 온도로 설정될 수 있다.Then, it is determined whether the internal temperature T of the reforming unit 151 sensed by the temperature sensor 155 exceeds the set starting reference temperature T1. (S23) Here, the starting reference temperature T1 is When fuel gas and water are supplied to the reforming unit 151, the fuel and water react with each other by a catalytic reaction to generate a reformed gas. In addition, the start reference temperature T1 is a temperature at which coking of fuel gas inside the reforming unit 151 can be prevented. For example, the starting reference temperature T1 may be set to a temperature of 300 to 350 ° C.

다음으로 상기 제23단계에서 상기 개질부(151)의 내부 온도(T)가 상기 시동 기준 온도(T1)를 초과하는 것으로 판단되면, 물 공급부(110)가 상기 개질부(151)로 물을 공급한다.(S25) 상기 개질부(151)로 공급되는 물은 고온 하에서 기화될 것이다.Next, when it is determined in step 23 that the internal temperature T of the reforming unit 151 exceeds the starting reference temperature T1, the water supply unit 110 supplies water to the reforming unit 151. (S25) The water supplied to the reforming unit 151 will be vaporized under high temperature.

한편 상기 개질부(151)로 물이 공급되면, 설정된 개시 시간이 경과되었는지 여부를 판단한다.(S27) 여기서 상기 개시 시간이란, 상기 개질부(151)의 내부에서 개질 반응, 즉 개질 가스의 생성에 필요한 수분이 충분하게 공급될 수 있는 시간을 의미한다. 그리고 상기 제27단계에서 개시 시간이 경과된 것으로 판단되면, 상기 제1연료 공급부(120)가 상기 개질부(151)에 연료 가스를 공급한다. (S29) 따라서 상기 개질부(151)의 내부로 공급된 연료 가스 및 물이 화학 반응을 일으켜서 개질 가스가 형성된다. On the other hand, if water is supplied to the reforming unit 151, it is determined whether or not a set start time has elapsed. (S27) Here, the start time is a reforming reaction, that is, generation of reformed gas inside the reforming unit 151. It means the time that enough water can be supplied. If it is determined in step 27 that the start time has elapsed, the first fuel supply unit 120 supplies fuel gas to the reforming unit 151. (S29) Accordingly, the fuel gas and the water supplied into the reforming unit 151 cause a chemical reaction to form a reformed gas.

마지막으로 상기 제1 및 제2개폐 밸브(191)(192)는 개방되고, 상기 바이 패스 밸브(193)가 차폐된다.(S31) 따라서 상기 개질부(151)에서 생성된 개질 가스가 상기 연료 전지 스택(180)으로 전달된다. 그리고 상기 연료 전지 스택(180)에서 개질 가스 및 (제2공기 공급부(170)로부터 공급받은) 공기 사이의 전기 화학 반응에 의하여 발전이 수행된다.Finally, the first and second open / close valves 191 and 192 are opened, and the bypass valve 193 is shielded. (S31) Therefore, the reformed gas generated in the reforming unit 151 is the fuel cell. Delivered to stack 180. In the fuel cell stack 180, power generation is performed by an electrochemical reaction between reformed gas and air (supplied from the second air supply unit 170).

이때 상기 제31단계는, 상기 제1연료 공급부(120)가 상기 개질부(151)로 연료 가스를 공급하고, 기설정된 시간이 경과된 후 이루어질 수도 있다. 따라서 상기 연료 전지 발전 시스템(100)의 동작 초기에 생성되는 상대적으로 낮은 품질의 개질 가스는, 발전에 사용되지 않고, 바이 패스 유로를 유동하여 상기 버너(154)로 전달될 것이다. In this case, the thirty-first step may be performed after the first fuel supply unit 120 supplies fuel gas to the reforming unit 151 and a predetermined time elapses. Therefore, the relatively low quality reformed gas generated early in the operation of the fuel cell power generation system 100 will not be used for power generation, but will flow through the bypass flow path to the burner 154.

다음으로 도 3을 참조하면, 연료 전지 발전 시스템(100)의 종료를 위한 명령이 입력되면, 제1 및 제2개폐 밸브(191)(192)가 차단되고, 바이 패스 밸브(193)가 개방된다.(S41) 그리고 제1 및 제2연료 공급부(130)가 정지된다.(S43) 따라서 개질부(151) 및 버너(154)로의 가스의 공급이 중단된다. 그러나 물 공급부(110)는 정지되지 않으므로, 상기 개질부(151)로의 물의 공급은 계속적으로 이루어진다. Next, referring to FIG. 3, when a command for terminating the fuel cell power generation system 100 is input, the first and second opening / closing valves 191 and 192 are blocked, and the bypass valve 193 is opened. (S41) And the first and second fuel supply unit 130 is stopped. (S43) Therefore, the supply of gas to the reforming unit 151 and the burner 154 is stopped. However, since the water supply unit 110 is not stopped, the water supply to the reforming unit 151 is continuously performed.

그리고 상기 제1 및 제2연료 공급부(130)가 정지된 후 기설정된 종료 동작 시간이 경과되었는지 여부를 판단한다.(S45) 여기서 상기 종료 동작 시간은, 상기 개질부(151)의 내부에 잔존하는 개질 가스가 외부로 배출될 수 있는 시간으로 설정된다.Then, it is determined whether a predetermined end operation time has elapsed after the first and second fuel supply units 130 are stopped. (S45) Here, the end operation time remains inside the reforming unit 151. The time for which the reformed gas can be discharged to the outside is set.

한편 상기 제35단계에서 상기 종료 동작 시간이 경과된 것으로 판단되면, 상기 물 공급부(110)가 정지된다.(S47) 따라서 상기 개질부(151)로의 물의 공급이 중단된다.On the other hand, if it is determined in step 35 that the end operation time has elapsed, the water supply unit 110 is stopped (S47). Therefore, the supply of water to the reforming unit 151 is stopped.

또한 상기 제37단계에서 상기 물 공급부(110)가 정지되면, 온도 센서(155)가 감지한 상기 개질부(151)의 내부 온도(T)가 기설정된 정지 기준 온도(T2) 미만인지 여부를 판단한다.(S49) 여기서 상기 정지 기준 온도(T2)는, 상기 개질부(151)의 내부에서 개질 반응이 이루어질 수 있는 최저 온도로 설정될 수 있다. 즉, 상기 정지 기준 온도(T2) 미만의 온도 조건하에서는, 상기 개질부(151)의 내부에서 개질 반응 및 연료 가스의 코킹 현상에 의한 촉매 저하 현상이 이루어지지 않게 된다. 예를 들면, 상기 정지 기준 온도(T2)는 상기 시동 기준 온도(T1)와 동일한 값으로 설정될 수 있다. 그리고 상기 개질부(151)의 내부 온도(T)가 상기 정지 기준 온도(T2) 미만으로 저하되면, 상기 개질부(151)의 내부에 잔존하는 기체 상태의 물이 응축되면서, 상기 개질부(151)의 내부 압력(P)이 저하된다.In addition, when the water supply unit 110 is stopped in step 37, it is determined whether the internal temperature T of the reforming unit 151 sensed by the temperature sensor 155 is less than a preset stop reference temperature T2. Here, the stop reference temperature T2 may be set to the lowest temperature at which the reforming reaction may occur in the reforming unit 151. That is, under the temperature condition less than the stop reference temperature T2, the catalyst degradation phenomenon due to the reforming reaction and the coking phenomenon of the fuel gas is not performed in the reforming unit 151. For example, the stop reference temperature T2 may be set to the same value as the start reference temperature T1. When the internal temperature T of the reforming unit 151 falls below the stop reference temperature T2, the gaseous water remaining in the reforming unit 151 is condensed, and the reforming unit 151 ), The internal pressure P decreases.

따라서 상기 제39단계에서 상기 개질부(151)의 내부 온도(T)가 상기 정지 기준 온도(T2) 미만으로 판단되면, 상기 개질부(151)의 내부 압력(P)이 기설정된 제1정지 압력(Pb) 미만인지 여부를 판단한다.(S51) 여기서 상기 제1정지 압력(Pb)이란, 상기 개질부(151)의 내부로의 응축수의 역류 또는 외부의 공기의 유입 등이 유입되는 상기 개질부(151)의 내부 압력을 의미한다. 예를 들면, 상기 제2기준 압력은, 5mbar 이하, 바람직하게는 0mbar, 즉 대기압으로 설정될 수 있다.Therefore, when it is determined in step 39 that the internal temperature T of the reforming unit 151 is less than the stop reference temperature T2, the internal pressure P of the reforming unit 151 is the first predetermined stop pressure. (S51) Here, the first stop pressure (Pb) is the reforming portion to which the reverse flow of condensed water into the reforming unit 151 or the inflow of outside air flows in. It means the internal pressure of 151. For example, the second reference pressure may be set to 5 mbar or less, preferably 0 mbar, that is, atmospheric pressure.

그리고 상기 제41단계에서 상기 개질부(151)의 내부 압력(P)이 상기 제1정지 압력(Pb) 미만으로 판단되면, 상기 제1연료 공급부(120)가 동작한다.(S53) 따라서 상기 개질부(151)로 연료 가스가 공급되어 상기 개질부(151)의 내부 압력(P)이 증가된다.When the internal pressure P of the reforming unit 151 is determined to be less than the first stop pressure Pb in step 41, the first fuel supply unit 120 operates. The fuel gas is supplied to the unit 151 to increase the internal pressure P of the reforming unit 151.

상기 제43단계에서 상기 개질부(151)로 연료 가스가 공급되면, 다시 상기 개질부(151)의 내부 압력(P)이 기설정된 제2정지 압력(Pc) 초과인지 여부를 판단한다.(S55) 여기서 상기 제2정지 압력(Pc)은, 예를 들면, 5 내지 10mbar 이하 설정될 수 있다. 다만, 상기 제2정지 압력(Pc)은, 상기 제1정지 압력(Pb) 초과의 압력으로 설정된다.When the fuel gas is supplied to the reforming unit 151 in the 43rd step, it is again determined whether the internal pressure P of the reforming unit 151 is greater than the preset second stop pressure Pc. Here, the second stop pressure Pc may be set, for example, 5 to 10 mbar or less. However, the second stop pressure Pc is set to a pressure above the first stop pressure Pb.

한편 상기 제45단계에서 상기 개질부(151)의 내부 압력(P)이 상기 제2정지 압력(Pc) 초과로 판단되면, 상기 제1연료 공급부(120)가 정지된다.(S57) 따라서 상기 개질부(151)로의 연료 가스의 공급이 중단된다.On the other hand, if it is determined in step 45 that the internal pressure P of the reforming unit 151 is greater than the second stop pressure Pc, the first fuel supply unit 120 is stopped (S57). Supply of fuel gas to the unit 151 is stopped.

그리고 상기 개질부(151)로의 연료 가스의 공급이 중단되면, 상기 개질부(151)의 내부에 잔존하는 물의 응축에 의하여 상기 개질부(151)의 내부 압력(P)이 저하된다. 즉 상기 개질부(151)의 내부 압력(P)의 저하에 따른 응축수의 역류 및 외부 공기의 유입 등이 발생할 수 있다. 따라서 상기 제47단계에서 상기 제1연료 공급부(120)가 정지되면, 상기 제41 내지 제47단계를 반복적으로 수행하여, 상기 개질부(151)의 내부로 응축수가 역류하거나 외부의 공기가 유입되는 현상이 방지되도록 한다. 그리고 상기 제41 내지 제47단계는, 상기 연료 전지 발전 시스템(100)의 동작이 다시 개시되기 전까지 계속적으로 수행된다.When the supply of fuel gas to the reforming unit 151 is stopped, the internal pressure P of the reforming unit 151 is lowered due to condensation of water remaining in the reforming unit 151. That is, backflow of condensate and inflow of external air may occur due to a decrease in the internal pressure P of the reforming unit 151. Therefore, when the first fuel supply unit 120 is stopped in the forty-seventh step, the steps 41 to 47 are repeatedly performed so that condensate flows back into the reformer 151 or outside air flows in. Prevent the phenomenon. The steps 41 to 47 are continuously performed until the operation of the fuel cell power generation system 100 is started again.

마지막으로 도 4를 참조하면, 수위 센서(162)가 감지한 응축수 저장부(161)에 저장된 응축수 수위(L)가 기설정된 최대 수위(Lhigh) 초과인지 여부를 판단한다.(S61) 상기 최대 수위(Lhigh)란, 상기 응축수 저장부(161)의 저수 용량을 고려하여 응축수가 상기 응축수 저장부(161)의 외부로 넘쳐 흐르지 않을 수 있는 값으로 설정된다.Finally, referring to FIG. 4, it is determined whether the condensate level L stored in the condensate storage unit 161 sensed by the water level sensor 162 is greater than a predetermined maximum level L high . The water level L high is set to a value such that condensate may not overflow to the outside of the condensate storage unit 161 in consideration of the storage capacity of the condensate storage unit 161.

그리고 상기 제51단계에서 상기 응축수 수위(L)가 상기 최대 수위(Lhigh) 초과로 판단되면, 개질부(151)의 내부 압력(P)이 기설정된 응축수 배출 압력(Pd) 초과 인지 여부를 판단한다. 여기서 상기 응축수 배출 압력(Pd)이란, 상기 개질부(151)의 내부로 응축수가 역류되지 않는 압력의 의미한다. 따라서 상기 응축수 배출 압력(Pd)은 상기 제1정지 압력(Pb) 이상의 압력으로 설정될 수 있을 것이다.When the condensed water level L is determined to be greater than the maximum water level L high in step 51, it is determined whether the internal pressure P of the reforming unit 151 is greater than a preset condensed water discharge pressure Pd. do. Herein, the condensate discharge pressure Pd means a pressure at which the condensate does not flow back into the reforming unit 151. Therefore, the condensate discharge pressure Pd may be set to a pressure equal to or greater than the first stop pressure Pb.

상기 제53단계에서 상기 개질부(151)의 내부 압력(P)이 상기 응축수 배출 압력(Pd) 초과인 것으로 판단되면, 상기 응축수 배출 밸브(163)가 개방된다.(S65) 따라서 상기 응축수 저장부(161)에 저장된 응축수가 상기 응축수 저장부(161)의 외부로 배출된다.If it is determined in step 53 that the internal pressure P of the reforming unit 151 is greater than the condensate discharge pressure Pd, the condensate discharge valve 163 is opened. (S65) Accordingly, the condensate storage unit The condensed water stored in the 161 is discharged to the outside of the condensate storage unit 161.

한편 상기 응축수 배출 밸브(163)가 개방되면, 상기 수위 센서(162)가 감지한 상기 응축수 수위(L)가 기설정된 최소 수위(Llow) 미만인지 여부를 판단한다.(S67) 여기서 상기 최소 수위(Llow)란, 상기 수위 센서(162)가 수위를 감지할 수 있는 최소값으로 설정될 수 있다.On the other hand, when the condensate discharge valve 163 is opened, it is determined whether the condensate level L detected by the water level sensor 162 is less than a predetermined minimum level L low (S67). L low may be set to a minimum value at which the water level sensor 162 may detect the water level.

그리고 상기 제57단계에서 상기 응축수 수위(L)가 상기 최소 수위(Llow) 미만으로 감지되면, 상기 응축수 배출 밸브(163)가 차단된다.(S69) 따라서 상기 응축수 저장부(161)에 저장된 응축수의 배출이 중단된다.When the condensate level L is sensed below the minimum level L low in step 57, the condensate discharge valve 163 is blocked. (S69) Therefore, the condensate stored in the condensate storage unit 161 is blocked. Discharge is stopped.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다. 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 present invention as defined by the appended claims and their equivalents. .

Claims (15)

연료 가스 및 물을 공급받고 양자의 화학 반응에 의하여 개질 가스를 생성하는 개질부, 연료 가스를 공급받고 이를 연소시켜서 상기 개질부에서의 화학 반응을 위한 열을 제공하는 버너를 포함하는 연료 변환 장치; 상기 연료 변환 장치에서 생성된 개질 가스를 전달받아서 공기와의 화학 반응에 의하여 전기를 생성하는 연료 전지 스택; 상기 연료 변환 장치에서 상기 연료 전지 스택으로 개질 가스가 전달되는 유로를 개폐하는 제1개폐 밸브; 상기 연료 전지 스택에서 상기 버너로 개질 가스가 회수되는 유로를 개폐하는 제2개폐 밸브; 및 상기 연료 변환 장치에서 상기 연료 전지 스택으로 전달되는 개질 가스를 상기 버너로 바이 패스시키는 바이 패스 유로를 개폐하는 바이 패스 밸브; 를 포함하는 연료 전지 발전 시스템에 있어서:
(A) 상기 제1 및 제2개폐 밸브는 개방되고, 상기 바이 패스 밸브는 차단되며, 상기 연료 변환 장치 및 연료 전지 스택이 동작하여 발전이 수행되는 단계;
(B) 발전을 종료하는 명령이 입력되는 단계;
(C) 상기 제1 및 제2개폐 밸브가 차단되고, 상기 바이 패스 밸브는 개방되는 단계;
(D) 상기 개질부 및 버너로의 연료 가스의 공급이 중단되는 단계;
(E) 기설정된 정지 동작 시간이 경과되면, 상기 개질부로의 물의 공급이 중단되는 단계;
(F) 상기 개질부의 내부 온도(T) 및 내부 압력(P)이 각각 기설정된 정지 기준 온도(T2) 및 제1정지 압력(Pb) 미만이면, 상기 개질부로 연료 가스가 공급되는 단계; 및
(G) 상기 개질부의 내부 압력(P)이 기설정된 제2정지 압력(Pc) 이상이면, 상기 개질부로의 연료 가스의 공급이 중단되는 단계; 를 포함하고,
상기 (C) 내지 (G) 단계는, 발전이 재개시되기 전까지 반복해서 수행되는 연료 전지 발전 시스템 제어 방법.
A fuel conversion device including a reformer supplied with fuel gas and water and generating a reformed gas by both chemical reactions, and a burner supplied with the fuel gas and combusted to provide heat for chemical reaction in the reformed portion; A fuel cell stack configured to receive reformed gas generated by the fuel conversion device and generate electricity by chemical reaction with air; A first opening / closing valve for opening and closing a flow path through which reformed gas is transferred from the fuel conversion device to the fuel cell stack; A second opening / closing valve for opening and closing a flow path through which reformed gas is recovered from the fuel cell stack to the burner; And a bypass valve for opening and closing a bypass flow path for bypassing reformed gas delivered from the fuel conversion device to the fuel cell stack to the burner. In a fuel cell power generation system comprising:
(A) the first and second open / close valves are opened, the bypass valve is blocked, and the fuel conversion device and the fuel cell stack are operated to perform power generation;
(B) inputting a command to end power generation;
(C) the first and second open / close valves are blocked, and the bypass valve is opened;
(D) stopping supply of fuel gas to the reformer and burner;
(E) stopping supply of water to the reforming unit when a predetermined stop operation time elapses;
(F) supplying fuel gas to the reforming unit when the internal temperature T and the internal pressure P of the reforming unit are respectively less than a preset stop reference temperature T2 and the first stopping pressure Pb; And
(G) stopping supply of fuel gas to the reforming unit when the internal pressure P of the reforming unit is greater than or equal to a preset second stop pressure Pc; Lt; / RTI >
The steps (C) to (G) are repeatedly performed before power generation is resumed.
제 1 항에 있어서,
상기 (F) 단계의 상기 제1정지 압력(Pb)은, 5mbar 이하로 설정되는 연료 전지 발전 시스템 제어 방법.
The method of claim 1,
The first stop pressure (Pb) in the step (F) is set to 5 mbar or less.
제 1 항에 있어서,
상기 (F) 단계의 상기 제1정지 압력(Pb)은, 대기압으로 설정되는 연료 전지 발전 시스템 제어 방법.
The method of claim 1,
The first stop pressure (Pb) in the step (F) is set to atmospheric pressure.
제 1 항에 있어서,
상기 (G) 단계의 상기 제2정지 압력(Pc)은, 상기 제1정지 압력(Pb) 초과의 압력으로 설정되는 연료 전지 발전 시스템 제어 방법.
The method of claim 1,
And the second stop pressure (Pc) in the step (G) is set to a pressure above the first stop pressure (Pb).
제 4 항에 있어서,
상기 (F) 단계의 상기 제1정지 압력(Pb)은, 5mbar 이하로 설정되고,
상기 (G) 단계의 상기 제2정지 압력(Pc)은, 5 내지 10mbar 이하로 설정되는 연료 전지 발전 시스템 제어 방법.
The method of claim 4, wherein
The first stop pressure Pb of the step (F) is set to 5 mbar or less,
The second stop pressure (Pc) of the step (G) is set to 5 to 10 mbar or less.
제 1 항에 있어서,
상기 (A) 단계는,
(A1) 상기 제1 및 제2개폐 밸브, 및 바이 패스 밸브가 차단되는 단계;
(A2) 상기 버너로 연료 가스 및 공기가 공급되는 단계;
(A3) 상기 개질부의 내부 압력(P)이 기설정된 시동 압력(Pa) 이상으로 증가되면, 상기 바이 패스 밸브가 개방되는 단계;
(A4) 상기 개질부의 내부 압력(P)이 기설정된 시동 압력(Pa) 미만으로 감소되면, 상기 바이 패스 밸브가 차단되는 단계;
(A5) 상기 개질부의 내부 온도(T)가 기설정된 시동 기준 온도(T1) 이상으로 증가되면, 상기 개질부로 물이 공급되는 단계;
(A6) 기설정된 개시 시간이 경과되면, 상기 개질부로 연료 가스가 공급되는 단계; 및
(A4) 상기 제1 및 제2개폐 밸브가 개방되고, 상기 바이 패스 밸브가 차단되는 단계; 를 포함하는 연료 전지 발전 시스템 제어 방법.
The method of claim 1,
The step (A)
(A1) the first and second opening and closing valves and the bypass valve are blocked;
(A2) supplying fuel gas and air to the burner;
(A3) opening the bypass valve when the internal pressure P of the reforming unit is increased above a predetermined starting pressure Pa;
(A4) blocking the bypass valve when the internal pressure P of the reforming portion is lowered below a preset starting pressure Pa;
(A5) supplying water to the reforming unit when the internal temperature T of the reforming unit is increased above a preset starting reference temperature T1;
(A6) supplying fuel gas to the reforming unit when a predetermined start time elapses; And
(A4) opening the first and second opening / closing valves and blocking the bypass valve; Fuel cell power generation system control method comprising a.
제 6 항에 있어서,
상기 (A3) 및 (A4) 단계에서의 상기 시동 압력(Pa)은, 상기 제1 및 제2정지 압력(Pb)(Pc) 초과의 압력으로 설정되는 연료 전지 발전 시스템 제어 방법.
The method according to claim 6,
The starting pressure Pa in the steps (A3) and (A4) is set to a pressure above the first and second stop pressures (Pb) (Pc).
제 6 항에 있어서,
상기 (A3) 단계에서의 상기 시동 압력(Pa)은, 50 내지 100mbar로 설정되는 연료 전지 발전 시스템 제어 방법.
The method according to claim 6,
The starting pressure Pa in the step (A3) is set to 50 to 100 mbar.
제 1 항에 있어서,
(H) 응축수 배출부가, 상기 연료 변환 시스템에서 생성된 개질 가스에 포함된 기체 상태의 물이 응축되어 형성되는 응축수를 응축수 수위(L) 및 상기 개질부의 내부 압력(P)에 따라서 선택적으로 배출하는 단계를 더 포함하는 연료 전지 발전 시스템 제어 방법.
The method of claim 1,
(H) The condensate discharge unit selectively discharges the condensate formed by condensation of the gaseous water contained in the reformed gas generated by the fuel conversion system according to the condensate level (L) and the internal pressure (P) of the reforming unit. The fuel cell power generation system control method further comprising the step.
제 9 항에 있어서,
상기 (H) 단계는,
(H1) 응축수 저장부에 응축수가 저수되는 단계;
(H2) 응축수 수위(L)가 기설정된 최대 수위(Lhigh) 초과이고, 상기 개질부의 내부 압력(P)이 기설정된 응축수 배출 압력(Pd) 초과이면, 응축수 배출 밸브가 개방되는 단계; 및
(H3) 응축수 수위(L)가 기설정된 최소 수위(Llow) 미만이면, 상기 응축수 배출 밸브가 차단되는 단계; 를 포함하는 연료 전지 발전 시스템 제어 방법.
The method of claim 9,
(H) step,
(H1) condensate is stored in the condensate reservoir;
(H2) when the condensate level L is greater than a preset maximum level L high and the internal pressure P of the reforming part is greater than a preset condensate discharge pressure Pd, opening the condensate discharge valve; And
(H3) if the condensate level L is less than a predetermined minimum level L low , blocking the condensate discharge valve; Fuel cell power generation system control method comprising a.
제 10 항에 있어서,
상기 (H2) 단계에서의 상기 응축수 배출 압력(Pd)은 상기 제1정지 압력(Pb) 이상의 압력으로 설정되는 연료 전지 발전 시스템.
11. The method of claim 10,
The condensate discharge pressure Pd in the step (H2) is set to a pressure equal to or greater than the first stop pressure (Pb).
연료 가스 및 물을 공급받고, 양자의 화학 반응에 의하여 개질 가스를 생성하는 개질부; 연료 가스를 공급받고, 이를 연소시켜서 상기 개질부에서의 화학 반응을 위한 열을 제공하는 버너; 상기 개질부에서 생성된 개질 가스를 전달받아서 공기와의 전기 화학 반응에 의하여 전기를 생성하는 연료 전지 스택; 을 포함하는 연료 전지 발전 시스템이 정지되면, 상기 개질부의 내부 압력(P)이 대기압 이상을 유지하도록, 상기 개질부의 내부 온도(T) 및 내부 압력(P)에 따라서 상기 개질부로의 연료 가스의 공급 및 연료 가스의 공급의 중지가 반복되고, 상기 개질부로 공급된 연료 가스는 상기 버너로 바이 패스되는 연료 전지 발전 시스템 제어 방법.
A reforming unit receiving fuel gas and water and generating a reforming gas by a chemical reaction of both; A burner supplied with fuel gas and combusted to provide heat for a chemical reaction in the reforming unit; A fuel cell stack configured to receive electricity from the reforming unit and generate electricity by electrochemical reaction with air; When the fuel cell power generation system including a stop, the supply of fuel gas to the reforming unit in accordance with the internal temperature (T) and the internal pressure (P) of the reforming unit so that the internal pressure (P) of the reforming unit to maintain the atmospheric pressure or more. And stopping the supply of fuel gas, and the fuel gas supplied to the reforming unit is bypassed to the burner.
제 12 항에 있어서,
상기 개질부로의 연료 가스의 공급 및 연료 가스의 공급의 중지는, 상기 개질부로의 물 공급이 중지된 후 수행되는 연료 전지 발전 시스템 제어 방법.
13. The method of claim 12,
The supply of fuel gas to the reformer and the supply of fuel gas are stopped after the supply of water to the reformer is stopped.
제 12 항에 있어서,
상기 개질부의 내부 압력(P)이 기설정된 제1정지 압력(Pb) 미만으로 저하되면 상기 개질부로 연료 가스가 공급되고,
상기 개질부의 내부 압력(P)이 기설정된 제2정지 압력(Pc) 초과로 증가되면 상기 개질부로의 연료 가스의 공급이 중지되는 연료 전지 발전 시스템 제어 방법.
13. The method of claim 12,
When the internal pressure P of the reforming portion is lowered below the predetermined first stop pressure Pb, fuel gas is supplied to the reforming portion.
And the supply of fuel gas to the reforming unit is stopped when the internal pressure P of the reforming unit is increased above the second preset stop pressure Pc.
제 14 항에 있어서,
상기 제1정지 압력(Pb)에 비하여 상기 제2정지 압력(Pc)이 큰 압력으로 설정되는 연료 전지 발전 시스템 제어 방법.15. The method of claim 14,
And the second stop pressure (Pc) is set to a greater pressure than the first stop pressure (Pb).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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