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KR101544479B1 - 연료전지시스템 및 그 운용방법 - Google Patents

연료전지시스템 및 그 운용방법 Download PDF

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KR101544479B1
KR101544479B1 KR1020090005754A KR20090005754A KR101544479B1 KR 101544479 B1 KR101544479 B1 KR 101544479B1 KR 1020090005754 A KR1020090005754 A KR 1020090005754A KR 20090005754 A KR20090005754 A KR 20090005754A KR 101544479 B1 KR101544479 B1 KR 101544479B1
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송태원
선희영
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Abstract

기동 모드 및 정지 모드에서 개회로전압(open circuit voltage)을 낮게 유지시킬 수 있는 연료전지시스템 및 그 운용방법이 개시된다. 이를 위하여, 기동 모드시 OCV 상태에서 캐소드에 공기와 함께 연료가스를 공급하고, 정상운전 모드시 캐소드에 대한 연료가스 공급을 차단시킨다. 정지 모드시 OCV 상태에서 캐소드에 공기와 함께 연료가스를 공급하고, 부하가 차단되면 애노드와 캐소드를 퍼지시킨다.

Description

연료전지시스템 및 그 운용방법{Fuel cell system and method of managing the same}
본 발명의 실시예들은 연료전지시스템 및 그 운용방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 기동 모드 및 정지 모드에서 개회로전압(open circuit voltage)을 낮게 유지시킬 수 있는 연료전지시스템 및 그 운용방법에 관한 것이다.
연료전지는 연료가 가진 화학에너지를 화학반응에 의해 직접 전기에너지로 바꾸는 장치로서, 연료가 공급되는 한 계속해서 전기를 만들어낼 수 있는 일종의 발전장치이다. 이러한 연료전지는 하나의 단위 셀에서 발생되는 전기가 유용하게 사용될 만큼 그 전압이 높지 않기 때문에, 여러 개의 단위 셀을 직렬로 연결한 스택(stack)의 형태로 사용된다. 단위 셀은 전해질 멤브레인의 양면에 각각 형성된 애노드 및 캐소드와, 애노드 및 캐소드에 각각 산소를 포함한 공기와 수소를 함유한 연료를 공급하는 유로가 형성된 플레이트를 구비한다. 캐소드에 산소를 포함한 공기가, 애노드에 수소를 함유한 연료 가스가 공급되면, 전해질 멤브레인을 통해 물 전기분해의 역반응이 진행되면서 전기가 발생하게 된다.
연료전지에서 생성된 DC 전력은 부하에 제공될 소정의 AC 전력을 생성하기 위하여 PCS(Power Conditioning System)로 제공된다. PCS는 대개 DC/DC 컨버터 및/또는 DC/AC 인버터로 구성된다. DC/DC 컨버터는 부하에서 요구하는 전압에 맞추기 위하여 연료 전지에 의해 생성된 DC 전력의 전압을 승압한다. DC/AC 인버터는 DC/DC 컨버터에 의해 승압된 DC 전력을 AC 전력으로 변환한다.
일반적으로, 연료전지시스템이 정격부하 이하로 운전하는 경우 단위 셀의 전압이 상승하고, 그 결과 PCS의 입력 전압이 변화하게 되고 이에 대응하여 PCS의 운전조건이 바뀌게 된다. 이와 같이 PCS의 입력 전압이 높아지면, 폐회로(closed circuit)의 이득을 증가시킴으로써, 위상 마진(phase margin)이 악화되어 PCS의 안정화를 저해시킨다.
특히, 부하가 걸리기 전에 생성되는 높은 개회로전압(open circuit voltage; 이하 OCV라 약함)은 PCS에 대하여 가장 불안정한 운전조건을 제공한다. 또한, 각 단위셀의 OCV의 합으로 얻어지는 연료전지 스택의 OCV가 PCS의 최대전압을 결정하는 기준이 되기 때문에, 연료전지 스택의 OCV가 높아지면 PCS를 구성하는 부품의 허용전압이 상승하게 되고, 그 결과 PCS의 전체 구성 및 제어 알고리즘이 복잡해진다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 기동 모드 및 정지 모드에서 개회로전압(Open Circuit Voltage; OCV)을 낮게 유지시킬 수 있는 저 OCV 운전장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 기동 모드 및 정지 모드에서 OCV를 낮게 유지시킬 수 있는 저 OCV 운전장치를 구비한 연료전지시스템을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 기동 모드 및 정지 모드에서 OCV를 낮게 유지시킬 수 있는 연료전지시스템의 운용방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 저 OCV 운전장치는 캐소드와 애노드를 구비한 복수의 단위 셀이 적층되어 형성된 스택을 포함하는 연료전지시스템에 있어서, 상기 애노드의 출구에 설치되며, 상기 애노드로부터 나오는 연료 가스를 상기 캐소드의 입구와 연료전지시스템 내부의 버너 중 어느 하나로 제공하는 제1 밸브; 상기 제1 밸브의 출구와 상기 캐소드의 입구 사이에 설치되며, 상기 애노드로부터 나오는 연료 가스를 공기와 함께 상기 캐소드로 제공하는 제2 밸브; 및 기동 모드와 정지 모드시 각 OCV 상태에서 상기 캐소드에 상기 공기와 함께 상기 연료가스를 제공하고, 정상운전 모드에서 상기 캐소드에 대한 상기 연료가스 공급을 차단하도록 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브 중 적어도 하나를 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 저 OCV 운전장치는 캐소드와 애노드를 구비한 복수의 단위 셀이 적층되어 형성된 스택을 포함하는 연료전지시스템에 있어서, 상기 애노드의 출구에 설치되며, 상기 애노드로부터 나오는 연료 가스를 상기 애노드의 입구로 공급하거나 차단하는 제1 밸브; 상기 애노드의 입구와 상기 캐소드의 입구 사이에 직렬로 연결되어 설치되며, 연료 가스를 공기와 함께 상기 캐소드로 제공하기 위한 역류방지용 제2 밸브 및 유체개폐용 제3 밸브; 및 기동 모드와 정지 모드시 각 OCV 상태에서 상기 캐소드에 상기 공기와 함께 상기 연료가스를 제공하고, 정상운전 모드에서 상기 캐소드에 대한 상기 연료가스 공급을 차단하도록 상기 제1 밸브와 제3 밸브를 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 연료전지시스템은 캐소드와 애노드를 구비한 복수의 단위 셀이 적층되어 형성되며, DC 전력을 생성하는 스택; 상기 애노드의 입구 및 출구 중 어느 하나와 상기 캐소드의 입구 사이에 설치되는 적어도 하나의 밸브를 포함하며, 상기 적어도 하나의 밸브를 이용하여 기동 모드와 정지 모드시 각 OCV 상태에서 상기 캐소드에 상기 공기와 함께 상기 연료가스를 제공하고, 정상운전 모드에서 상기 캐소드에 대한 상기 연료가스 공급을 차단하는 저 OCV 운전모듈; 및 상기 스택으로부터 제공되는 DC 전력으로부터 AC 전력을 생성하는 전력 변환기를 포함한다.
본 발명의 또 다른 측면에 따른 연료전지시스템의 운용방법은 캐소드와 애노드를 구비한 복수의 단위 셀이 적층되어 형성된 스택을 포함하는 연료전지시스템에 있어서, 기동 모드시 OCV 상태에서 상기 캐소드에 공기와 함께 연료가스를 공급하고, 정상운전 모드시 상기 캐소드에 대한 연료가스 공급을 차단하는 단계; 및 정지 모드시 부하 차단 직전에 상기 캐소드에 공기와 함께 연료가스를 공급하고, 부하가 차단되어 OCV 상태가 되면 상기 캐소드와 상기 애노드를 퍼지(purge)시켜주는 단계를 포함한다.
기동 모드 및 정지 모드시 OCV를 낮게 유지시킬 수 있고, 낮은 OCV를 유지하면서 부하운전이 가능함으로써 전체 모드에 걸쳐 스택에서 출력되는 전압의 가변 범위가 축소되고, 그 결과 스택의 출력 DC 전력을 입력으로 하는 전력변환기(PCS)의 안정적인 동작을 보장할 수 있다.
또한, 스택에서 출력되는 최대 전압을 결정하는 OCV를 낮게 유지시킴으로써 전력변환기의 용량을 줄일 수 있어 소형화가 가능할 뿐 아니라, 캐소드의 촉매 손상을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 따른 연료전지시스템 및 그 운용방법에 대하여 좀 더 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템의 운용방법이 적용되는 연료전지시스템의 구조의 일예를 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 연료전지시스템(100)은 탄화수소계 연료가스를 개질하는 개질기(110), 개질기(110)를 가열하는 버너(112), 개질기(110)로부터 공급되는 수소가스(H2)를 이용하여 발전하는 스택(120), 스택(120)에서 발생한 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 전력 변환기(PCS:130), 스택(120)에서 발생한 열을 회수하여 저장하는 온수 탱크(140), 개질기(110)로 물을 공급하는 제 1 물 펌프(150), 도시가스, LPG, 등유와 같은 연료를 개질기(110) 및 버너(112)에 공급하는 연료 펌프(160), 연료를 연소하기 위한 공기를 버너(112)에 공급하는 제 1 공기 펌프(170), 온수 탱크(140)에 저장된 물을 스택(120)에 공급하는 제 2 물 펌프(180), 및 공기 중의 산소가스(O2)를 스택(120)에 공급하는 제 2 공기 펌프(190)를 포함한다. 한편, 도시되지 않았으나, 개질기(110)에서 생성되는 수소가스에 존재하는 일산화탄소의 함량을 조절하는 CO 제거기와 연료에 함유된 유황 성분을 제거하는 탈황기 등을 더 구비할 수 있다. 마찬가지로, 도시되지 않았으나, 연료전지시스템(100)의 전반적인 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저 OCV 운전장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 저 OCV 운전장치(200)는 캐소드(210)와 애노드(220)를 구비한 복수의 단위 셀이 적층되어 형성된 스택(230), 제1 밸브(240), 제2 밸브(250) 및 제어부(270)을 포함할 수 있다.
스택(230)은 캐소드(210)에 공급되는 공기와 애노드(220)에 공급되는 연료 가스의 전기화학반응에 의하여 전기를 생성하고, 생성된 전기는 전력 변환기(도 1의 130)를 거쳐 부하(미도시)로 제공된다. 여기서, 연료가스는 수소 혹은 개질가스일 수 있다.
제1 밸브(240)는 애노드(220)의 출구에 설치되며, 애노드(220)로부터 나오는 재순환가스 즉, 연료가스를 캐소드(210)의 입구와 연료전지시스템부의 버너(도 1의 112) 중 어느 하나로 제공한다. 여기서, 제1 밸브(240)는 바람직하게는 하나의 입구와 두개의 출구를 갖는 3-웨이 밸브일 수 있다.
제2 밸브(250)는 제1 밸브(240)의 출구와 캐소드(210)의 입구 사이에 설치되며, 애노드(220)로부터 나오는 재순환가스 즉, 연료가스를 공기와 함께 캐소드(210)로 제공한다. 여기서, 제2 밸브(250)는 바람직하게는 공기의 역류를 방지하는 한편, 일정한 공기압 이상이 인가되면 자동으로 개방되는 체크밸브일 수 있다.
제어부(270)는 기동(start-up) 모드와 정지(shut-down) 모드시 각 OCV 상태에서 캐소드(210)에 공기와 함께 연료가스를 공급하고, 정상운전 모드 예를 들어 초기부하가 형성된 상태에서는 캐소드(210)에 대한 연료가스 공급을 차단하도록 제1 밸브(240)와 제2 밸브(250) 중 적어도 하나를 제어한다. 이어 요구부하로의 운전은 통상적인 부하운전에 따라 실시된다. 여기서, 초기부하 및 요구부하의 각 조건은 미리 설정될 수 있다.
구체적으로는, 제어부(270)는 기동 모드시 스택(230)의 온도를 소정 온도까지 상승시킨 후, OCV 상태에서 제1 밸브(240)를 제어하여 애노드(220)에서 나오는 재순환가스 즉, 연료가스를 제2 밸브(250)를 통하여 캐소드(210)로 인가함으로써, 공기와 혼합되어 캐소드(210)로 공급되도록 한다. 한편, 정상운전 모드, 예를 들어 초기부하가 형성된 상태에서는 제1 밸브(240)를 제어하여 애노드(220)에서 나오는 재순환가스가 연료전지시스템 내부의 버너(도 1의 112)의 입구로 공급되도록 한다. 또한, 정지 모드에서는 제1 밸브(240)를 제어하여 애노드(220)에서 나오는 재 순환가스 즉, 연료가스를 제2 밸브(250)를 통하여 캐소드(210)로 인가함으로써, 공기와 혼합되어 캐소드(210)로 공급되도록 한다. 이후 부하가 차단되면 OCV 상태에서 캐소드(210)와 애노드(220)를 퍼지시켜준다. 퍼지에 사용되는 유체로는 일예로 질소를 들 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 여기서, 제어부(270)는 외부로부터 인가되는 특정신호 예를 들면, 연료가스 공급신호 혹은 연료가스 차단신호 등에 의거하거나, 연료전지시스템(도 1의 100)과 부하(미도시)를 연결하는 복수개의 스위치(미도시)의 온/오프 동작신호와 미리 설정된 공급시간 등에 의거하여, 캐소드(210)로의 연료가스 공급 및 차단이 이루어지도록 제1 밸브(240)를 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저 OCV 운전장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 저 OCV 운전장치(300)는 캐소드(310)와 애노드(320)를 구비한 복수의 단위 셀이 적층되어 형성된 스택(330), 제3 밸브(340), 제4 밸브(350), 제5 밸브(360) 및 제어부(370)을 포함할 수 있다.
스택(330)은 캐소드(310)에 공급되는 공기와 애노드(320)에 공급되는 연료 가스의 전기화학반응에 의하여 전기를 생성하고, 생성된 전기는 전력 변환기(도 1의 130)를 거쳐 부하(미도시)로 제공된다.
제3 밸브(340)는 애노드(320)의 출구에 설치되며, 유체 흐름 방향의 단면적을 줄여주어 애노드(320)로부터 나오는 재순환가스의 내압을 상승시켜준다. 여기서, 제3 밸브(340)는 바람직하게는 비례밸브일 수 있다.
제4 밸브(350) 및 제5 밸브(360)는 애노드(320)의 입구와 캐소드(310)의 입구 사이에 직렬로 연결되어 설치되며, 연료 가스를 공기와 함께 캐소드(310)로 제공한다. 여기서, 바람직하게는 제4 밸브(350)는 유체개폐용으로서 온/오프 밸브일 수 있고, 제5 밸브(360)는 역류방지용으로서, 일정한 공기압 이상이 인가되면 자동으로 개방되는 체크밸브일 수 있다.
제어부(370)는 기동 모드와 정지 모드시 각 OCV 상태에서 캐소드(310)에 공기와 함께 연료가스를 공급하고, 정상운전 모드 예를 들어 초기부하가 형성된 상태에서는 캐소드(310)에 대한 연료가스 공급을 차단하도록 제3 밸브(340) 및 제4 밸브(350)를 제어한다. 이어 요구 부하로의 운전은 통상적인 부하운전에 따라 실시된다.
구체적으로는, 제어부(370)는 기동 모드시 OCV 상태에서 제3 밸브(340)의 유체 흐름 방향의 단면적을 줄여주어 애노드(220)의 내압을 증가시키는 한편, 제4 밸브(350)를 개방시켜 제5 밸브(360)를 통하여 연료가스를 캐소드(310)로 인가함으로써, 연료가스가 공기와 혼합되어 캐소드(310)로 공급되도록 제어한다. 한편, 정상운전 모드에서는 제4 밸브(350)를 차단하고, 제3 밸브(340)를 완전히 개방시켜 애노드(320)에서 나오는 재순환가스가 연료전지시스템의 버너(도1의 112)의 입구로 공급되도록 제어한다. 또한, 정지 모드에서는 제3 밸브(340)의 유체 흐름 방향의 단면적을 줄여주어 애노드(220)의 내압을 증가시키는 한편, 제4 밸브(350)를 개방시켜 제5 밸브(360)를 통하여 연료가스를 캐소드(310)로 인가함으로써, 연료가스가 공기와 혼합되어 캐소드(310)로 공급되도록 제어한다. 이후 부하가 차단되면, OCV 상태에서 캐소드(310)와 애노드(320)를 퍼지시킨다. 여기서, 제어부(370)는 외부로부터 인가되는 특정신호 예를 들면, 연료가스 공급신호 혹은 연료가스 차단신호 등에 의거하거나, 연료전지시스템(도 1의 100)과 부하(미도시)를 연결하는 복수개의 스위치(미도시)의 온/오프 동작신호와 미리 설정된 공급시간 등에 의거하여, 캐소드(310)로의 연료가스 공급 및 차단이 이루어지도록 제3 밸브(340) 및 제4 밸브(350)를 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템의 각 모드에서 애노드 및 캐소드에 공급되는 유체의 종류를 설명하는 테이블이다.
도 4를 참조하면, 기동 모드시 부하가 연결되기 전인 OCV 상태에서 캐소드에는 공기와 연료가스가 혼합된 상태로 공급되고, 정지 모드시 캐소드에는 공기와 연료가스가 혼합된 상태로 공급된 후 부하를 차단시켜 OCV 상태로 만들어준다. 한편, 기동 모드시 초기 부하가 형성된 후에는 캐소드로의 연료가스 공급을 차단시킨다. 이와 같이 기동 모드 및 정지 모드시 OCV 상태와 기동 모드시 초기부하가 형성되기 이전 상태와 정지 모드시 부하가 차단되기 이전 상태에서 캐소드에 공기와 연료가스가 혼합된 상태로 존재함으로써, 혼합전위(mixed potential)가 형성됨에 따라서 OCV가 낮아지게 된다. 이때, 공급되는 연료가스, 예를 들면 수소의 농도가 높아질수록 혼합전위가 낮아지고, 따라서 OCV도 낮아진다. 이에 따르면, 기동 모드시 형성된 낮은 OCV를 유지하면서 요구 부하로의 운전이 가능해진다.
도 5a는 일반적인 연료전지시스템에 있어서 OCV를 나타낸 그래프이고, 도 5b는 공기 및 연료가스 즉, 수소의 공급량을 나타낸다. 도 5a에 도시된 단위 셀의 전류-전압 그래프를 살펴보면, 통상적인 절차에 따라서 공기와 연료가스를 스택에 공급할 경우 OCV가 0.9 V를 형성함을 보여준다.
도 6a 내지 도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템에 공급되는 연료가스의 농도에 따른 OCV를 나타낸 그래프를 나타내고, 도 6b 내지 도 8b는 각각의 경우 공기 및 연료가스 즉, 수소의 공급량을 보여준다. 도 5a 및 도 5b에 적용된 일반적인 연료전지시스템과, 도 6a 내지 도 8a에 적용된 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템에 있어서, 사용된 스택의 면적과 캐소드에 제공되는 공기 공급량은 동일하다. 다만, 도 6b 내지 도 8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템에서는 연료가스의 공급량을 조절한 것이다. 도 6a를 살펴보면, 기동시 OCV가 0.9 V를 넘지 않고 대략 0.8 V를 유지함을 보여주며, 소정의 부하로 일정 시간동안 운전한 후 캐소드 입구에 대한 연료가스의 공급을 차단시키더라도 스택이 일정한 전압(즉, 대략 0.7V)을 유지함을 보여준다. 도 7a는 도 6a와 비교해 볼때 연료가스의 농도를 2배로 증가시킨 경우로서, 이로 인하여 OCV가 0.76 V로 다소 낮아짐을 알 수 있다. 도 8a는 도 6a와 비교해 볼때 연료가스의 농도를 4배로 증가시킨 경우로서, 이로 인하여 OCV가 0.7 V로 더욱 낮아짐을 알 수 있다. 특히, 도 8a는 도 5a와 스택의 면적, 연료가스 농도, 공기 농도 및 평균 작동온도를 동일하게 설정한 경우로서, 정지 모드의 OCV 상태에서도 0.7 V를 형성함을 알 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본 질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템의 운용방법이 적용되는 연료전지시스템의 구조의 일예를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저 OCV 운전장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 저 OCV 운전장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라서 연료전지시스템의 각 모드에서 애노드 및 캐소드에 공급되는 유체의 종류를 설명하는 테이블이다.
도 5a 및 도 5b는 일반적인 연료전지시스템에 있어서 OCV 및 공기 및 연료가스의 공급량을 나타낸 그래프이다.
도 6a 내지 도 8a와 도 6b 내지 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템에 공급되는 연료가스의 농도에 따른 OCV 및 각 경우에서의 공기 및 연료가스의 공급량을 나타낸 그래프이다.

Claims (13)

  1. 삭제
  2. 캐소드와 애노드를 구비한 복수의 단위 셀이 적층되어 형성된 스택을 포함하는 연료전지시스템에 있어서,
    상기 애노드의 출구에 설치되며, 상기 애노드로부터 나오는 연료 가스의 내압을 조절하는 제1 밸브;
    상기 애노드의 입구와 상기 캐소드의 입구 사이에 직렬로 연결되어 설치되며, 연료 가스를 공기와 함께 상기 캐소드로 제공하기 위한 역류방지용 제2 밸브 및 유체개폐용 제3 밸브; 및
    기동 모드와 정지 모드시 각 OCV 상태에서 상기 캐소드에 상기 공기와 함께 상기 연료가스를 제공하고, 정상 운전모드에서는 상기 캐소드에 대한 상기 연료가스 공급을 차단하도록 상기 제1 밸브와 상기 제3 밸브를 제어하는 제어부를 포함하고,
    기동 모드와 정지 모드시 각 OCV 상태에서 상기 제어부는 제1 밸브의 유체 흐름 방향의 단면적을 줄여주어 애노드의 내압을 증가시키는 한편, 제3 밸브를 개방시켜 제2 밸브를 통하여 연료가스가 캐소드로 공급되도록 제어하며,
    정상운전 모드에서 상기 제어부는 상기 캐소드에 대한 상기 연료가스 공급을 차단하는 저 OCV 운전장치.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 연료가스는 수소 혹은 개질가스인 저 OCV 운전장치.
  4. 제2 항에 있어서, 상기 제2 밸브는 일정한 공기압 이상이 인가되면 자동으로 개방되는 체크밸브인 저 OCV 운전장치.
  5. 삭제
  6. 제2 항에 있어서, 상기 제어부는 상기 기동 모드와 정지 모드시 각 OCV 상태에서 상기 캐소드에 공급되는 연료가스와 공기의 유량이 조절되도록 상기 제1 밸브 내지 제3 밸브 중 적어도 하나를 제어하는 저 OCV 운전장치.
  7. 캐소드와 애노드를 구비한 복수의 단위 셀이 적층되어 형성되며, DC 전력을 생성하는 스택;
    상기 애노드의 입구 및 출구 중 어느 하나와 상기 캐소드의 입구 사이에 설치되는 적어도 하나의 밸브를 포함하며, 상기 적어도 하나의 밸브를 이용하여 기동 모드와 정지 모드시 각 OCV 상태에서 상기 캐소드에 공기와 함께 연료가스를 제공하고, 정상운전 모드에서는 상기 캐소드에 대한 상기 연료가스 공급을 차단하는 저 OCV 운전모듈; 및
    상기 스택으로부터 제공되는 DC 전력으로부터 AC 전력을 생성하는 전력 변환기를 포함하고,
    상기 저 OCV 운전모듈은
    상기 애노드의 출구에 설치되며, 상기 애노드로부터 나오는 연료 가스의 내압을 조절하는 제1 밸브;
    상기 애노드의 입구와 상기 캐소드의 입구 사이에 직렬로 연결되어 설치되며, 연료 가스를 공기와 함께 상기 캐소드로 제공하는 역류방지용 제2 밸브 및 유체개폐용 제3 밸브; 및
    기동 모드와 정지 모드시 각 OCV 상태에서 상기 캐소드에 상기 공기와 함께 상기 연료가스를 제공하고, 정상운전 모드에서는 상기 캐소드에 대한 상기 연료가스 공급을 차단하도록 상기 제1 밸브 및 상기 제3 밸브를 제어하는 제어부를 포함하며,
    기동 모드와 정지 모드시 각 OCV 상태에서 상기 제어부는 제1 밸브의 유체 흐름 방향의 단면적을 줄여주어 애노드의 내압을 증가시키는 한편, 제3 밸브를 개방시켜 제2 밸브를 통하여 연료가스가 캐소드로 공급되도록 제어하는 연료전지시스템.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 저 OCV 운전모듈은 각 모드에서 상기 전력 변환기에 제공되는 DC 전력의 범위를 감소시키는 방향으로 동작하는 연료전지시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제7 항에 있어서, 상기 연료가스의 농도를 조절함으로써 상기 기동 모드 및 정지 모드의 각 OCV 상태에서 상기 OCV를 가변시키는 연료전지시스템.
  12. 삭제
  13. 삭제
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