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KR101303392B1 - 연료전지 시스템의 기체연료 공급장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 - Google Patents

연료전지 시스템의 기체연료 공급장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 Download PDF

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KR101303392B1
KR101303392B1 KR1020110139524A KR20110139524A KR101303392B1 KR 101303392 B1 KR101303392 B1 KR 101303392B1 KR 1020110139524 A KR1020110139524 A KR 1020110139524A KR 20110139524 A KR20110139524 A KR 20110139524A KR 101303392 B1 KR101303392 B1 KR 101303392B1
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Abstract

본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일체형의 단일유닛으로 구성되어 연료전지 시스템의 각 부에 공기 및 가스를 포함하는 기체연료를 공급하는 기체연료 공급장치와, 이를 포함하여 구성되는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 기체연료를 공급하기 위한 블로어, 블로어의 후단에 위치하여 기체연료의 맥동을 방지하기 위한 버퍼탱크, 버퍼탱크의 후단에 위치하여 토출되는 기체연료를 다수의 유로로 분배하는 유량 분배부, 유량 분배부의 유로에 각각 구비되어 유로의 개도율을 조절하는 다수의 비례제어밸브를 포함하는 비례제어밸브부, 버퍼탱크와 비례제어밸브부의 후단에 각각 구비되어 버퍼탱크로부터 유입되는 기체연료의 압력과 비례제어밸브부의 후단으로부터 적어도 하나 이상의 유로를 경유하여 토출되는 다수의 기체연료의 압력을 감지하기 위한 압력센서부, 및 압력센서부의 압력정보에 따라 다수의 비례제어밸브의 개도율을 기 설정된개도율로 보정하는 보정 제어부를 포함한다.

Description

연료전지 시스템의 기체연료 공급장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템{GASEOUS FUEL SUPPLY DEVICE OF FUEL CELL SYSTEM AND FUEL CELL SYSTEMINCLUDING THE SAME}
본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일체형의 단일유닛으로 구성되어 연료전지 시스템의 각 부에 공기 및 가스를 포함하는 기체연료를 공급하는 기체연료 공급장치와, 이를 포함하여 구성되는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
최근 들어 ““저탄소 녹색성장””의 정책하에서 폐기물에너지화 정책과 관련하여, 바이오 에너지에 대한 관심이 높아지고 있다. 이중, 유기성 폐자원의 혐기성 처리를 통해 얻어지는 바이오가스가 연료전지의 원료로 사용될 수 있으며, 이에 대한 다양한 실용화 연구가 활발히 진행되고 있다.
바이오가스란 약 65%의 메탄(CH4)과 약 35%의 이산화탄소(CO2)를 주성분으로 하는 기체이며, 혐기성 박테리아의 활동으로 인해 동식물의 유기물질이 자연 분해되어 생성되고, 메탄 가스의 주된 원천은 모든 동물 배설물, 폐기물 매립지, 처리하지 않고 버려진 기타 유기물질등이다.
일반적으로 열병합발전기(Combined Heat and Power; CHP)는 바이오가스로 전기와 열을 생산한다. 여기서 열병합발전기를 대체해서 연료전지를 사용할 경우, 열병합발전기에 비해 최고 10% 이상의 발전효율을 향상시킬 수 있다. 국내에서는 열병합발전기를 이용해서 전기를 생산할 경우와 연료전지를 이용할 경우, 정부에서 주어지는 발전차액이 3배 가량의 차이를 보인다.
특히, 연료전지들 중에서 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC)는, 고체인 고분자를 전해질로 사용하기 때문에 전해질 관리가 용이하고, 전해질에 의한 부식이나 전해질이 증발되는 문제가 없으며, 단위 면적당 전류밀도가 높아 타 연료전지에 비하여 출력 특성이 월등히 높은 동시에 작동 온도가 낮다. 또한, 설비 유지 및 보수가 간편하고 빠른 시동 및 응답 특성을 가지고 있어 자동차용 등과 같은 이동용 전원이나, 주택과 공공 건물 등의 분산용 전원 및 전자기기용 소형 전원으로 이용하기 위하여 개발이 활발히 추진되고 있다.
도 1은 종래의 고분자 전해질 연료전지 시스템의 개략도이다.
고분자 전해질 연료전지(PEMFC)는 도 1에 도시된 바와 같이, 기본적으로 시스템을 구성하기 위해 스택(stack)(1), 개질기(reformer)(2), 연료 탱크(3) 및 물 탱크(4) 등을 구비한다. 스택(1)은 연료 전지의 본체를 형성하며, 연료 탱크(3) 내의 연료는 연료 펌프(미도시)에 의해 개질기(2)로 공급된다. 개질기(2)는 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고 그 수소 가스를 스택(1)으로 공급한다. 고분자 전해질 연료전지는 스택(1)에서 수소 가스와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시킨다.
이때, 개질기(2)에는 개질촉매반응을 위해 열을 공급하는 버너(5)가 구비되고, 개질가스 내의 CO(일산화탄소) 농도를 낮추기 위해 CO제거기(6)가 구비되는데, 버너(5)의 연소와 CO제거기(6)에서의 선택적 산화반응(PROX; Preferential Oxidation reaction)을 위해, 버너(5)와 CO제거기(6)에 공기가 공급된다. 또한, 스택(1)에도 공기가 공급되어 공기에 포함된 산소가 수소 가스와 전기화학적으로 반응하게 된다.
그런데 종래의 경우에는 도 1에 도시된 바와 같이, 버너(5)와 CO제거기(6) 및 스택(1)에 공기를 공급하기 위한 공기공급장치(7)가 각각 별도로 구비됨에 따라 전력소비가 많고, 각각의 공기공급장치(7)는 블로어(7a)와 버퍼(7b), 유량센서(7c) 및 밸브(7d)로 구성되어, 부품수 증가에 따른 제작 기간 증가와 원가 상승의 한 요인이 됨과 동시에, 공기의 누설 가능성이 높아지게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 특히 하나의 단일유닛으로 기체연료 공급장치를 구성하여 제작 기간을 단축시키고 원가를 절감하는 한편 정확한 유량을 공급하기 위한 연료전지 시스템의 기체연료 공급장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템을 제공하는 것이다.
이를 위해 본 발명에 따르는 연료전지 시스템의 기체연료 공급장치는, 기체연료를 공급하기 위한 블로어, 블로어의 후단에 위치하여 기체연료의 맥동을 방지하기 위한 버퍼탱크, 버퍼탱크의 후단에 위치하여 토출되는 기체연료를 다수의 유로로 분배하는 유량 분배부, 유량 분배부의 유로에 각각 구비되어 유로의 개도율을 조절하는 다수의 비례제어밸브를 포함하는 비례제어밸브부, 버퍼탱크와 비례제어밸브부의 후단에 각각 구비되어 버퍼탱크로부터 유입되는 기체연료의 압력과 비례제어밸브부의 후단으로부터 적어도 하나 이상의 유로를 경유하여 토출되는 다수의 기체연료의 압력을 감지하기 위한 압력센서부, 및 압력센서부의 압력정보에 따라 다수의 비례제어밸브의 개도율을 기 설정된개도율로 보정하는 보정 제어부를 포함한다.
다수의 비례제어밸브는 서로 연동하여 개도율이 조절된다.
압력정보는 유입되는 기체연료의 압력과 토출되는 다수의 기체연료의 압력의 차압을 이용하여 비례제어밸브부의 후단에서 토출되는 기체연료의 압력을 각각 연산한 정보이다.
또한, 이를 위해 본 발명에 따르는 연료전지 시스템은, 버너와 CO제거기를 구비하고 개질 가스를 생성하는 연료처리장치와, 연료처리장치에서 발생된 개질 가스를 공급받아 전기에너지를 발생하는 스택과, 버너와 CO제거기 및 스택에 공기 및 가스를 포함하는 기체연료를 공급하는 기체연료 공급장치를 포함하는 연료전지 시스템에 있어서, 기체연료 공급장치는, 기체연료를 공급하기 위한 블로어, 블로어의 후단에 위치하여 기체연료의 맥동을 방지하기 위한 버퍼탱크, 버퍼탱크의 후단에 위치하여 토출되는 기체연료를 다수의 유로로 분배하는 유량 분배부, 유량 분배부의 유로에 각각 구비되어 유로의 개도율을 조절하는 다수의 비례제어밸브를 포함하는 비례제어밸브부, 버퍼탱크와 비례제어밸브부의 후단에 각각 구비되어 버퍼탱크로부터 유입되는 기체연료의 압력과 비례제어밸브부의 후단으로부터 적어도 하나 이상의 유로를 경유하여 토출되는 다수의 기체연료의 압력을 감지하기 위한 압력센서부, 및 압력센서부의 압력정보에 따라 다수의 비례제어밸브의 개도율을 기 설정된개도율로 보정하는 보정 제어부를 포함한다.
다수의 비례제어밸브는 버너의 전단에 연결되는 제1 비례제어밸브, CO제거기의 전단에 연결되는 제2 비례제어밸브, 및 스택의 전단에 연결되는 제3 비례제어밸브로 이루어진다.
다수의 비례제어밸브는 서로 연동하여 개도율이 조절된다.
압력센서부는 버퍼탱크에서 토출되는 기체연료의 압력을 감지하는 메인 압력센서, 버너로 유입되는 기체연료의 압력을 감지하는 제1 압력센서, CO제거기로 유입되는 기체연료의 압력을 감지하는 제2 압력센서, 및 스택으로 유입되는 기체연료의 압력을 감지하는 제3 압력센서로 이루어지며, 압력정보는 메인 압력센서와 제1 압력센서, 제2 압력센서, 및 제3 압력센서와의 차압을 이용하여 연산된다.
기체연료 공급장치는 일체형의 단일 유닛으로 이루어진다.
본 발명에 따르면, 연료전지의 기체연료 공급장치를 일체형의 단일유닛으로 구성함으로써, 소비전력이 절감되고 부품수의 감소에 따라 제작기간이 단축되며 원가가 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 블로어 후단에 차례로 버퍼탱크와 압력센서를 삽입하고, 각 비례제어밸브 후단에 각각 압력센서를 삽입함으로써, 맥동현상을 방지하고 개도율이 보정되어 정확한 유량을 얻을 수 있는 효과도 있다.
도 1은 종래의 고분자 전해질 연료전지 시스템의 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연료전지 시스템의 기체연료 공급장치를 보여주기 위한 블록도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기체연료 공급장치가 적용된 연료전지 시스템의 개략도.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 연료전지 시스템의 기체연료 공급장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템을 상세히 설명한다.
도 2와 도 3의 동일 부재에 대해서는 동일한 도면 번호를 기재하였다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 2는 에 따르는 연료전지시스템의 기체연료 공급장치를 보여주기 위한 블록도이다.
도 2를 참조하면 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연료전지 시스템의 기체연료 공급장치(100)는 기체연료를 공급하기 위한 블로어(110), 블로어(110)의 후단에 위치하여 기체연료의 맥동을 방지하기 위한 버퍼탱크(120), 버퍼탱크(120)의 후단에 위치하여 토출되는 기체연료를 다수의 유로로 분배하는 유량 분배부(130), 유량 분배부(130)의 유로에 각각 구비되어 유로의 개도율을 조절하는 다수의 비례제어밸브(141, 142, 143)를 포함하는 비례제어밸브부(140), 버퍼탱크(120)와 비례제어밸브부(140)의 후단에 각각 구비되어 버퍼탱크(120)로부터 유입되는 기체연료의 압력과 비례제어밸브부(140)의 후단으로부터 적어도 하나 이상의 유로를 경유하여 토출되는 다수의 기체연료의 압력을 감지하기 위한 압력센서부(150), 및 압력센서부(150)의 압력정보에 따라 다수의 비례제어밸브(141, 142, 143)의 개도율을 기 설정된 개도율로 보정하는 보정 제어부(160)를 포함한다.
도 2와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 따르는 연료전지 시스템의 기체연료 공급장치(100)를 자세히 설명하면 다음과 같다.
우선 본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 시스템의 기체연료 공급장치 (100)는 하나의 단일유닛으로 구성되며, 블로어(110)를 통해 외부로부터 유입되는 공기 및 가스를 포함하는 기체연료를 연료전지 시스템의 각 부로 각각 분배하여 공급하는 역할을 한다.
우선, 블로어(Blower)(110)는 기체연료를 버퍼탱크(120)로 유입시킨다.
블로어(110)는 날개차 또는 로터의 회전 운동에 의해 기체를 압송하여 압력비가 1.1 이상 2.0 미만 또는 1000mmAq~1kg/cm2의 토출 압력을 가진 송풍기를 말한다.
여기서 블로어(110)가 연료전지 시스템의 기체연료 공급장치(100)의 내부로 직접 기체연료를 유입시키지 않는 이유는 다음과 같다.
우선 블로어(110)에 의해 기체연료가 직접 연료전지 시스템의 기체연료 공급장치(100)로 유입되는 경우에, 유량 분배부(130)에 의하여 맥동현상(Surging)이 발생한다. 따라서 맥동현상의 발생을 방지하기 위해 완충역활을 하는 버퍼탱크(120)가 필요하게 된다. 이런 이유로, 블로어(110)는 기체연료를 버퍼탱크(120)로 우선 유입시킨다.
버퍼탱크(120)로 유입된 기체연료는 내부의 압력에 의해 유량 분배부(130)로 토출된다. 이때 버퍼탱크(120)와 유량 분배부(130) 사이에 구비된 메인 압력센서(151)는 연료전지 시스템의 기체연료 공급장치(100)의 내부로 유입되는 기체연료의 총 압력을 감지하여, 감지된 기체연료의 총압력 정보를 보정 제어부(160)에 제공한다.
한편, 유량 분배부(130)는 유입되는 기체연료를 분배하여 제1 비례제어밸브(141), 제2 비례제어밸브(142), 및 제3 비례제어밸브(143)로 각각 유입시킨다.
여기서 각각의 비례제어밸브들(141, 142, 143)은 해당 유로의 개도율을 조절하게 된다. 이때 개도율은 각각의 비례제어밸브들(141, 142, 143)이 연동되어 서로 다르게 설정될 수 있다.
예를 들면, 초기 상태에서, 블로어(110)는 분당 45L의 기체연료를 기체연료 공급장치(100)로 공급하며, 이때, 제1 비례제어밸브(141)는 개도율이 30%로 제어되면서 분당 30L의 기체연료가 해당 유로로 토출되고, 제2 비례제어밸브(142)는 개도율이 10%로 제어되면서 분당 10L의 기체연료가 해당 유로로 토출되며, 제3 비례제어밸브(143)는 개도율이 5%로 제어됨에 따라 분당 5L의 기체연료가 토출된다.
이때, 필요에 의해 제1 비례제어밸브(141)를 제어하여 개도율을 20%로 내리면 해당 유로는 분당 20L의 기체연료가 토출된다. 그러면, 블로어(110)는 분당 35L의 기체연료를 공급하도록 제어되며 이에 따라, 제2 비례제어밸브(142), 제3 비례제어밸브(143)의 개도율을 변경하지 않는다면 기체연료의 유량이 변하게 된다.
이 경우, 제2 비례제어밸브(142), 제3 비례제어밸브(143)의 개도율이 변경되지 않기 때문에, 제2 비례제어밸브(142), 제3 비례제어밸브(143)를 통해 기체연료를 공급받는 연료전지 시스템의 각 부는 유량의 부족으로 인해 정상적인 작동을 하지 못하게 될 가능성이 있다.
이를 방지하기 위해, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기체연료 공급장치(100)는 각각의 비례제어밸브들(141, 142, 143)의 개도율이 연동하여 비례제어된다.
즉, 상술한 바와 같이 제1 비례제어밸브(141)의 개도율이 30%에서 20%로 저하되고, 이에 따라 블로어(110)를 통한 기체연료 공급량이 감소하는 경우, 제2 비례제어밸브(142)의 개도율은 10%에서 15%로 증가하고, 제3 비례제어밸브(143)의 개도율은 5%에서 10%로 증가함으로써, 각각의 유로로 토출되는 기체연료의 유량이 일정하게 유지될 수 있는 것이다. 이때, 제2 비례제어밸브(142), 제3 비례제어밸브(143)를 통해 유입되는 유량이 증가 또는 감소하도록, 각각의 비례제어밸브들(141, 142, 143)의 개도율이 조절될 수 있음은 물론이다.
그러나 이와 같이 개도율이 연동되어 비례제어됨에도 불구하고 오차가 발생하는 상황이 발생한다. 따라서 기체연료 공급장치(100)는 제1 비례제어밸브들(141) 의 후단에 제1 압력센서(152), 제2 비례제어밸브들(142) 의 후단에 제2 압력센서(153) 및 제3 비례제어밸브들(143) 의 후단에 제3 압력센서(154)를 구비한다.
이는 각각의 비례제어밸브들(141,142,143)에서 토출되는 기체연료의 압력을 감지함으로써 실제로 토출되는 유량을 파악하여 개도율을 파악하기 위함이다.
이를 위해 각각의 압력센서들(152, 153, 154)은 각각의 유로로 토출되는 기체연료의 압력을 감지하여 보정 제어부(160)로 제공한다.
그러면 보정 제어부(160)는 각각의 압력센서들(152, 153, 154)에서 제공받은 기체연료의 압력과 상술한 메인 압력센서(151)에서 제공받은 기체연료의 총압력의 차압을 이용하여 각각의 비례제어밸브들(141,142,143)이 토출하는 유량을 베르누이 방정식과 연속방정식을 이용하여 계산한다. 만약 비례제어밸브들(141,142,143)이 토출하는 유량이 설정된 유량과 차이가 나는 경우, 보정 제어부(160)는 이를 보정하기 위해 개도율을 제어한다.
따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기체연료 공급장치(100)에 의하면, 종래와 같이 연료전지 시스템의 각 부에 각각 별도의 공급장치를 설치할 필요없이, 하나의 단일유닛에서 연료전지 시스템의 각 부에 기체연료를 분배하여 공급할 수 있으므로 전력소비량을 낮출 수 있다. 또한, 종래와 비교하여 유량센서 등 값비싼 부품을 사용하지 않음과 동시에 제작에 필요한 부품 개수가 감소하므로, 제작 기간 단축과 원가 절감 및 리크 포인트(leak point) 수가 감소되어 유지··보수가 용이한 효과가 있다. 그리고 맥동현상을 방지하고, 개도율을 보정하여 유량을 정확히 제어할 수 있는 효과도 있다.
상술한 바와 같이 구성된 공급장치는 도시가스 공급부에도 적용될 수 있고, 가스연소기기와 물/공기(air) 및 알코올을 포함하는 액체연료 등 유체의 정밀 분배기 분야에도 적용 가능하다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 기체연료 공급장치가 적용된 연료전지 시스템의 개략도이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 연료전지 시스템(200)은, 전기를 발생하는 스택(210)과, 스택(210)에 공급할 수소를 생성하는 연료처리장치(250)와, 스택(210)과 연료처리장치(250)에 기체연료를 공급하는 기체연료 공급장치(100)와, 스택(210)을 냉각시키는 냉각장치(240)와, 그 외 물 탱크(241)와 연료 탱크(242) 및 열교환기(243) 등 주변장치를 포함한다.
여기서, 스택(210)은 막/전극 접합체(Membrane Electrode Assembly: MEA)와 이의 양면에 밀착하는 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)로 이루어진 단위 셀(211)이 수 개 내지 수십 개로 적층된 구조를 가지며, 고분자 전해질막을 사이에 두고 애노드 전극과 캐소드 전극이 부착된 구조로 형성된다.
이러한 바이폴라 플레이트는 각각의 막/전극 접합체를 분리하고 연료 전지의 반응에 필요한 수소 가스와 산소를 막/전극 접합체의 애노드 전극과 캐소드 전극으로 공급하는 통로의 역할, 그리고 각각의 막/전극 접합체의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 역할을 동시에 수행한다.
이때, 스택(210)은 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소 계열의 연료에 함유되어 있는 수소와, 공기 내에 포함되어 있는 산소의 화학에너지를 전기화학반응에 의해 직접 전기에너지로 변환시키게 되며, 따라서 스택(210)은 산소를 포함한 공기의 공급을 필요로 한다.
연료처리장치(250)는 연료를 개질 및 정화하여 수소를 생성시키고 그 수소를 스택(210)의 연료극에 공급하는 역할을 하며, 탄화수소 계열의 연료를 수증기와 반응시켜 수소를 생성하는 개질기(reformer)(231)와, 생성된 개질가스가 스택(210)으로 공급되었을 때 연료극 촉매에 피독을 일으키지 않도록 일산화탄소(CO)의 함량을 낮추는 CO쉬프트기(shift converter)(221)와, CO쉬프트기(221)에서 배출된 연료가스를 선택적 산화반응(PROX; Preferential Oxidation reaction)을 통해 재차 정화하여 일산화탄소를 제거하는 CO제거기(Prox reactor or remover)(220)를 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 열교환기(243)는, 펌프(미도시)에 의해 공급되는 물을 열교환을 통해 가열하여, 수증기 상태로 개질기(231)에 공급하는 역할을 한다.
이때, 개질기(231)에서 이루어지는 개질 반응은 흡열반응이며, 이에 따라 버너(230)의 연소열을 필요로 하고, 버너(230)의 연소를 위해 산소를 포함한 공기의 공급을 필요로 한다. 또한, CO제거기(220)에서의 선택적 산화반응 역시 산소를 포함한 공기의 공급을 필요로 한다.
이러한 공기의 공급은, 본 발명의 일 실시 예에 따라 하나의 단일유닛으로 구성되는 기체연료 공급장치(100)에 의해 이루어진다.
즉, 종래에는 버너(230)에 공기를 공급하는 공기공급장치와, CO제거기(220)에 공기를 공급하는 공기공급장치와, 스택(210)에 공기를 공급하는 공기공급장치가 각각 별도로 마련되어야 했지만, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기체연료 공급장치(100)는 하나의 단일유닛에서 블로어(110)로부터 공기 및 가스를 포함하는 기체연료를 공급받아, 이를 필요로 하는 연료전지 시스템(200)의 각 부에 분배하여 공급할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시 예에 따른 기체연료 공급장치(100)는 블로어(Blower)(110)를 구비하고, 블로어(110)는 기체연료를 버퍼탱크(120)로 유입시킨다.
버퍼탱크(120)로 유입된 기체연료는 내부의 압력에 의해 유량 분배부(130)로 토출된다. 이때 버퍼탱크(120)와 유량 분배부(130) 사이에 구비된 메인 압력센서(151)는 연료전지 시스템의 기체연료 공급장치(100)의 내부로 유입되는 기체연료의 총 압력을 감지하여, 감지된 기체연료의 압력정보를 보정 제어부(160)에 제공한다.
한편, 유량 분배부(130)는 유입되는 기체연료를 분배하여 제1 비례제어밸브(141), 제2 비례제어밸브(142), 및 제3 비례제어밸브(143)로 각각 유입시킨다.
여기서 각각의 비례제어밸브들(141, 142, 143)은 해당 유로의 개도율을 조절하게 된다. 이때 개도율은 상술한 바와 같이 각각의 비례제어밸브들(141, 142, 143)이 연동되어 서로 다르게 설정될 수 있다.
기체연료 공급장치(100)는 제1 비례제어밸브들(141) 의 후단에 제1 압력센서(152), 제2 비례제어밸브들(142) 의 후단에 제2 압력센서(153) 및 제3 비례제어밸브들(143)의 후단에 제3 압력센서(154)를 구비한다.
각각의 압력센서들(152, 153, 154)은 각각의 유로로 토출되는 기체연료의 압력을 감지하여 보정 제어부(160)로 제공한다.
그러면 보정 제어부(160)는 각각의 압력센서들(152, 153, 154)에서 제공받은 기체연료의 압력과 상술한 메인 압력센서(151)에서 제공받은 기체연료의 총압력의 차압을 이용하여 각각의 비례제어밸브들(141,142,143)이 토출하는 유량을 베르누이 방정식과 연속방정식을 이용하여 계산한다. 만약 비례제어밸브들(141,142,143)이 토출하는 유량이 설정된 유량과 차이가 나는 경우, 보정 제어부(160)는 이를 보정하기 위해 개도율을 제어하게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.
100: 기체연료 공급장치 110: 블로어
120: 버퍼탱크 130: 유량 분배부
140: 비례제어밸브부 150 압력센서부
160: 보정 제어부

Claims (8)

  1. 연료전지 시스템의 기체연료 공급장치에 있어서,
    기체연료를 공급하기 위한 블로어;
    상기 블로어의 후단에 위치하여 상기 기체연료의 맥동을 방지하기 위한 버퍼탱크;
    상기 버퍼탱크의 후단에 위치하여 토출되는 기체연료를 다수의 유로로 분배하는 유량 분배부;
    상기 유량 분배부의 유로에 각각 구비되어 상기 유로의 개도율을 조절하는 다수의 비례제어밸브를 포함하는 비례제어밸브부;
    상기 버퍼탱크와 상기 비례제어밸브부의 후단에 각각 구비되어 상기 버퍼탱크로부터 유입되는 기체연료의 압력과 상기 비례제어밸브부의 후단으로부터 적어도 하나 이상의 유로를 경유하여 토출되는 다수의 기체연료의 압력을 감지하기 위한 압력센서부; 및
    상기 압력센서부의 압력정보에 따라 상기 다수의 비례제어밸브의 개도율을 기 설정된 개도율로 보정하는 보정 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 기체연료 공급장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 비례제어밸브는
    서로 연동하여 개도율이 조절되는 것을 특징으로 하는 기체연료 공급장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 압력정보는
    상기 유입되는 기체연료의 압력과 상기 토출되는 다수의 기체연료의 압력의 차압을 이용하여 상기 비례제어밸브부의 후단에서 토출되는 기체연료의 압력을 각각 연산한 정보인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 기체연료 공급장치.
  4. 버너와 CO제거기를 구비하고 개질 가스를 생성하는 연료처리장치와, 상기 연료처리장치에서 발생된 상기 개질 가스를 공급받아 전기에너지를 발생하는 스택과, 상기 버너와 상기 CO제거기 및 상기 스택에 공기 및 가스를 포함하는 기체연료를 공급하는 기체연료 공급장치를 포함하는 연료전지 시스템에 있어서,
    상기 기체연료 공급장치는,
    기체연료를 공급하기 위한 블로어;
    상기 블로어의 후단에 위치하여 상기 기체연료의 맥동을 방지하기 위한 버퍼탱크
    상기 버퍼탱크의 후단에 위치하여 토출되는 기체연료를 다수의 유로로 분배하는 유량 분배부;
    상기 유량 분배부의 유로에 각각 구비되어 상기 유로의 개도율을 조절하는 다수의 비례제어밸브를 포함하는 비례제어밸브부;
    상기 버퍼탱크와 상기 비례제어밸브부의 후단에 각각 구비되어 상기 버퍼탱크로부터 유입되는 기체연료의 압력과 상기 비례제어밸브부의 후단으로부터 적어도 하나 이상의 유로를 경유하여 토출되는 다수의 기체연료의 압력을 감지하기 위한 압력센서부; 및
    상기 압력센서부의 압력정보에 따라 상기 다수의 비례제어밸브의 개도율을 기 설정된 개도율로 보정하는 보정 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 다수의 비례제어밸브는
    상기 버너의 전단에 연결되는 제1 비례제어밸브;
    상기 CO제거기의 전단에 연결되는 제2 비례제어밸브; 및
    상기 스택의 전단에 연결되는 제3 비례제어밸브로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  6. 제 4항에 있어서, 상기 다수의 비례제어밸브는
    서로 연동하여 개도율이 조절되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  7. 제 4항에 있어서, 상기 압력센서부는
    상기 버퍼탱크에서 토출되는 상기 기체연료의 압력을 감지하는 메인 압력센서;
    상기 버너로 유입되는 기체연료의 압력을 감지하는 제1 압력센서;
    상기 CO제거기로 유입되는 기체연료의 압력을 감지하는 제2 압력센서; 및
    상기 스택으로 유입되는 기체연료의 압력을 감지하는 제3 압력센서로 이루어지며,
    상기 압력정보는
    상기 메인 압력센서와 상기 제1 압력센서, 상기 제2 압력센서, 및 상기 제3 압력센서와의 차압을 이용하여 연산되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 기체연료공급장치는
    일체형의 단일 유닛으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
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