KR100776317B1 - 연료전지시스템의 이상검출장치 - Google Patents
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Abstract
Description
문헌 US 5,441,821에는 유체연료 스트림(stream)을 재순환시키는 조절식 진공이젝터를 구비한 전력발생시스템이 개시되어 있다. 상기 시스템은 연료전지스택, 연료공급부의 압력을 조절하는 압력제어밸브를 구비한 가압연료 공급부, 상기 연료 공급부와 스택연료 유입구 사이에 개재된 진공이젝터, 이젝터 배출구와 스택연료 유입구 사이에 개재된 압력변환기(pressure transducer), 및 압력변환기를 구비한 가압산화제(oxidant) 공급부를 포함한다. 이젝터 흡입구는 연료전지스택의 연료유출구에 유동적으로 연결된다. 연료 스트림 압력변환기는 신호를 압력제어밸브에 전송하여, 연료스트림의 검출된 압력이 소정의 값에서 벗어날 때에 연료 공급부의 압력을 조절하게 한다. 산화제 스트림 압력변환기는 신호를 압력제어밸브로 전송하여, 산화제 스트림의 검출된 압력이 변할 때에 상기 연료공급부의 압력을 조절하게 한다.
또한, 문헌 JP 09-209810에는 ECU에 구동수단제어부와 고장판정부를 구성하고 흡기제어밸브기구의 고장상태를 디스플레이 상에 외부적으로 디스플레이함으로써, 구성 및 제어의 복잡성을 수반하지 않으면서도 흡기제어밸브기구의 고장상태를 쉽게 검출하고, 고장상태를 신속하면서도 확실하게 외부적으로 디스플레이하기 위한 엔진의 흡기제어밸브기구용 고장검출기가 개시되어 있다. 이 검출기에는, 엔진운전상태가 정상상태에 있는지 여부를 판정하는 엔진운전상태 검출수단이 배치되어 있다. 또한, 압력센서는 흡기제어밸브가 개폐될 때에 통과하는 흡기의 압력을 검출한다. 개폐 주기별로 검출된 압력 간의 압력차가 소정 값 이상이면, ECU 내의 고장판정수단은 엔진운전상태가 정상이라고 판정하고, 압력차가 소정 값보다 작으면, 엔진운전상태가 고장상태에 있다고 판정한다. 디스플레이수단은 이들 판정을 토대로 엔진운전상태가 고장상태에 있는지 여부를 외부적으로 디스플레이한다.
잠수정의 연료전지시스템이 문헌 US 3,748,180에 추가로 개시되어 있다. 이러한 연료전지시스템은 상기 차량에 전력을 공급하기 위한 하나 이상의 연료전지모듈을 구비한다. 수소를 함유하고 있는 제1탱크가 연료전지모듈의 한 반응챔버에 연결되고, 산소를 함유하고 있는 제2탱크는 연료전지모듈의 다른 반응챔버에 연결되어 있다. 수소 반응챔버로부터 출력되는 수소 생성수(hydrogen product water)는 응축 및 분리되어 생성된 물이 수소를 함유하고 있는 제1탱크에 저장된다. 연료전지모듈은 질소로 가압되는 격납용기 내에 위치한다. 촉매반응장치가 격납용기 내에 제공되어 수소 및 산소 고압공급라인에서 동시에 누설되는 경우에 물을 형성하게 한다. 압력변환기가 또한 격납용기 내에 제공되어, 수소 또는 산소라인의 고압누설이 있는 경우 상기 시스템을 중지시킨다.
또한, 문헌 EP 1,223,631 A2에는 냉각제를 사이에 두고 전압을 측정하기 위한 전압계를 사용하여, 연료전지스택과 그라운드 스택 섀시(grounded stack chassis) 사이의 연료전지스택의 냉각제에서의 누설전류를 검출하는 방법 및 장치가 개시되어 있다. 만일 냉각전압이 소정의 레벨 이하라면, 냉각제에는 과도한 레벨의 전도도가 존재하고, 누설전류의 존재가 보고된다.
또한, 문헌 US 2003/077487 A1에는 전기화학적 연료전지의 냉간시동능력을 개선하기 위한 방법들이 개시되어 있는데, 여기서는 연료전지 전력발생시스템들의 냉간시동능력을 개선하기 위해 온도의존 방법들이 사용될 수 있다. 전력발생시스템의 작동을 중지하는 방법은, 스택의 통로들 내에 남아 있는 물의 양을 감소시킴으로써 연료전지스택의 냉간시동능력 및 내동성(freeze tolerance)을 향상시킨다. 상기 방법은 연료전지스택이 물의 어는점 아래의 온도로 떨어지도록 하기 전에 운전중지상태에서 하나 이상의 연료전지스택 산화제 및 연료 통로들을 퍼징(purging)하는 단계를 포함한다. 운전중지상태에서의 퍼징은 스택작동온도 이하의 온도에서 행해지는 것이 바람직하다. 시동에 사용되는 또 다른 방법은, 물의 어는점 온도보다 높은 소정 온도를 초과한 후에만 냉각유체 스트림을 연료전지스택으로 안내하는 단계를 포함한다. 연료전지스택이 얼어버린 후에는, 운전개시 전에 연료전지스택을 정상작동온도보다 높은 온도까지 가열하는 것이 바람직하다.
Claims (14)
- 연료전지시스템의 이상검출장치(10)에 있어서,연료전지로(20)부터 배출되는 수소 오프-가스를 상기 연료전지의 애노드(22)로 다시 유동시키는 수소 오프-가스 순환통로(32);상기 수소 오프-가스 순환통로(32)를 통해 순환되는 상기 수소 오프-가스의 일부를 상기 수소 오프-가스 순환통로로부터 배출시키는 배출통로(33);상기 배출통로 내에 제공되는 수소배출밸브(A3); 및상기 수소배출밸브의 개폐 시에 이상이 발생하였는지를 판정하는 이상판정수단(90)을 포함하여 이루어지고,상기 수소 오프-가스의 가스상태량을 검출하는 가스상태량 검출수단(S1)을 더 포함하며, 상기 가스상태량 검출수단은 상기 수소배출밸브의 하류에 위치하는 상기 배출통로 내에 제공되고, 상기 이상판정수단(90)은 상기 수소 오프-가스의 가스상태량을 토대로 상기 수소배출밸브의 개폐 시에 이상이 발생하였는지의 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 이상검출장치.
- 제1항에 있어서,상기 배출통로로부터 배출되는 수소 오프-가스를 외부가스와 혼합시키는 혼합챔버(50)를 더 포함하고, 상기 가스상태량 검출수단은 상기 혼합챔버에서 상기 외부가스와 혼합되는 수소-오프-가스의 가스상태량을 검출하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 이상검출장치.
- 제2항에 있어서,상기 외부가스는, 상기 연료전지의 캐소드에 공급될 산화가스의 일부인 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 이상검출장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 수소배출밸브는 전자기밸브이고, 상기 이상판정수단은 상기 가스상태량 검출수단에 의해 검출된 가스상태량을 토대로 상기 수소배출밸브의 개폐 시에 이상이 발생하였는지를 판정하여, 상기 전자기밸브에 대한 개폐제어신호의 입력 시의 변화에 대처하도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 이상검출장치.
- 제4항에 있어서,상기 이상판정수단은, 상기 가스상태량 검출수단에 의해 검출된 가스상태량의 시간에 따른 변화를 토대로 상기 전자기밸브의 개폐 시에 이상이 발생하였는지를 판정하여, 상기 전자기밸브에 대한 상기 개폐제어신호의 입력 시의 변화에 대처하도록 하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 이상검출장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 가스상태량은, 수소 오프-가스의 수소농도, 유속, 압력, 각각의 성분비, 온도 및 유전상수 중 어느 하나에 관련된 물리량인 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 이상검출장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 수소 오프-가스의 가스상태량을 검출하는 가스상태량 검출수단을 더 포함하고, 상기 가스상태량 검출수단은 상기 수소배출밸브의 상류에 위치하는 상기 배출통로 내에 제공되며, 상기 이상판정수단은 상기 수소배출밸브의 상류측과 하류측 각각에 제공된 가스상태량 검출수단에 의해 검출된 가스상태량을 토대로 상기 수소배출밸브의 개폐 시의 이상을 검출하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 이상검출장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 수소 오프-가스를 가스와 액체로 분리하기 위한 가스-액체분리수단(60)을 더 포함하고, 상기 가스상태량 검출수단은 상기 가스-액체분리수단에 의하여 가스와 액체로 분리된 수소 오프-가스의 가스상태량을 검출하는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 이상검출장치.
- 제6항에 있어서,상기 수소배출밸브의 하류에 위치하는 상기 배출통로 내에 제공되고 상기 수소 오프-가스의 압력을 검출하는 압력센서(S2)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 이상검출장치.
- 제6항에 있어서,상기 수소배출밸브의 하류에 위치하는 상기 배출통로 내에 제공되고 상기 수소 오프-가스의 온도를 검출하는 온도센서(S4)를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 이상검출장치.
- 제6항에 있어서,상기 혼합챔버 내에 제공되고 상기 수소 오프-가스의 유전상수를 검출하기 위해 서로 대향하고 있는 쌍 전극(S5, S6)들을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 이상검출장치.
- 제6항에 있어서,상기 혼합챔버 내에 제공되고 상기 수소 오프-가스의 열전도도를 검출하는 열선저항을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 이상검출장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 이상판정수단이 상기 수소배출밸브의 개폐 시의 이상을 검출하는 경우의 고장에 대처하기 위한 수단을 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 이상검출장치.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,상기 가스상태량 검출수단은, 상기 수소 오프-가스 순환통로의 외부에 위치하는 상기 배출통로 내에 제공되는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템의 이상검출장치.
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