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수소 및 산소의 반응에 의해 전기 에너지를 발생시켜 발생한 전기 에너지를 생성하는 연료전지 스택; 상기 연료전지 스택에 의해 상기 연료전지 스택과 연결 설치되어, 연료, 순수(pure water) 및 공기의 개질반응에 의해 상기 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키고, 그 개질 가스를 상기 연료전지 스택에 공급하는 연료 처리 장치; 상기 연료 처리 장치와 연결 설치되어, 상기 순수를 상기 연료 처리 장치에 공급하고, 내부에 해동을 위한 열교환기 구조를 가지는 순수 탱크; 상기 연료전지 스택과 연결 설치되어, 상기 연료전지 스택에 공기를 공급하기 위한 막가습기; 저온시 부동액을 저장하는 부동액 탱크를 승온하여 승온된 부동액을 순환시켜 전기 에너지를 충전하는 2차 전지 모듈을 승온하여 해동하고 상기 승온된 부동액을 상기 열교환기 구조로 순환시켜 상기 순수 탱크를 해동하여, 연료 처리 장치, 및 연료전지 스택을 해동하는 제 1 예열기; 및내부 찬공기를 이용하여 내부 온도를 승온시키는 제 2 예열기;를 포함하되,상기 제 2 예열기에 의한 배기 가스에 의해 해동되도록 상기 순수 탱크의 순수를 공급하는 순수공급 펌프와 응축수를 배출하는 응축수밸브가 덕트 구조내에 인접하게 배치되고, 상기 제 1 예열기에 의한 배기 가스에 의해 해동되도록 상기 연료 처리 장치와 연료전지 스택간 연결되는 다수의 밸브들이 덕트 구조내에 배치되고,상기 제 1 예열기 및 제 2 예열기는 저온환경에서 연소 가능한 예열장치로서 가솔린 연소 방식을 이용하여 배기 가스를 생성하는 것을 특징으로 하는 저온 시동성이 개선된 연료전지 시스템
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제 1 항에 있어서,상기 연료 처리 장치는, 연료, 공기를 공급받아 개질 반응을 수행하는 자열개질 반응(auto-thermal reforming, ATR) 유닛; 개질 반응에 따라 생성된 CO를 제거하는 수성가스전환반응(water-gas shift, WGS)유닛; CO가스와 공기중 산소와 반응시켜 연료전지 스택에 수소가 포함된 가스를 공급하는 선택적 산화 반응부 유닛; 미반응 산소를 연소 배출하는 연료극 오프가스 촉매연소기(ATO, anode tailgas oxidizer); 및 수성가스전환반응(water-gas shift, WGS)유닛; 선택적 산화 반응부 유닛 사이에 열을 교환하는 열교환기; 및 상기 유닛들을 센싱하는 온도 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 시동성이 개선된 연료전지 시스템
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제 2 항에 있어서,자열개질 반응 유닛 및 수성가스전환 반응 유닛을 위한 전기 히터가 설치되는 것을 특징으로 하는 저온 시동성이 개선된 연료전지 시스템
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제 1 항에 있어서,상기 제 1 예열기의 출구는 분기관과 연결되되, 상기 분기관은 상기 순수탱크를 해동하기 위한 제 1 배관과 상기 2차 전지 모듈을 해동하기 위한 제 2 배관을 갖는 것을 특징으로 하는 저온 시동성이 개선된 연료전지 시스템
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제 1 항에 있어서,상기 순수탱크는 순수 공급 펌프의 입구와 순수 탱크 연결배관을 부동액이 흐를 수 있는 이중관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온 시동성이 개선된 연료전지 시스템
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제 1 항에 있어서,상기 순수 탱크에는 스택 냉각수 펌프가 연결되고, 상기 제 1 예열기는 승온된 부동액을 스택 냉각 계통으로 순환하여 상기 연료전지스택의 연료극, 공기극의 결로수와 응축수를 해동하는 것을 특징으로 하는 저온 시동성이 개선된 연료전지 시스템
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제 1 항에 있어서,상기 제 1 예열기는 승온된 부동액이 제 1 배관을 통하여 상기 순수탱크를 해동하고 제 2 배관을 통하여 상기 2차 전지 모듈의 외함에 부동액이 순환하여 해동하는 것을 특징으로 하는 저온 시동성이 개선된 연료전지 시스템
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제 1 항에 있어서,상기 제 1 예열기의 내측에 순환펌프가 설치되고, 냉각수 입구, 냉각수 출구, 공기 흡입구, 및 배기출구를 가지는 것을 특징으로 하는 저온 시동성이 개선된 연료전지 시스템
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제 1 항에 있어서,상기 제 2 예열기의 내측에는 블로어가 설치되고, 공기입구, 공기출구, 공기흡입구, 및 배기출구를 가지는 것을 특징으로 하는 저온 시동성이 개선된 연료전지 시스템
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제 1 항에 있어서,상기 제 2 예열기는 연료전지 저온에서 내부의 주변기기와 배관 표면의 응축수를 건조하는 것을 특징으로 하는 저온 시동성이 개선된 연료전지 시스템
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제 1 항에 있어서,상기 제 2 예열기의 배기가스는 막가습기 외부를 해동하며 상기 배기 가스 덕트 내에 막가습기를 위치되며, 상기 순수펌프, 응축수 펌프, 막가습기는 순서에 관계없이 위치하고 해동되는 것을 특징으로 하는 저온 시동성이 개선된 연료전지 시스템
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제 2 항에 있어서,상기 열교환기에서 발생한 열을 상기 부동액 탱크에 공급하는 방열기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 시동성이 개선된 연료전지 시스템
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제 1 항 내지 제 3항, 제 5 항, 제 7 항, 제 9 항 내지 제 10 항, 제 12 항 내지 제 14 항, 제 16 항, 및 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 저온 시동성이 개선된 연료전지 시스템의 운전 방법에 있어서,a) 상기 연료전지시스템을 저온 기동하는 단계;b) 상기 제 1 예열기 및 제 2 예열기를 동작하여 예열 및 해동하는 단계;c) 예열 및 해동이 이루어짐에 따라 연료처지장치 및 연료전지 스택이 동작함에 따라 연료전지 스택이 발전하는 단계; 및 d) 상기 연료전지 시스템을 상온으로 유지하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 방법
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제 18 항에 있어서,상기 b) 단계는, b-1) 제 1 예열기를 동작하여 부동액 탱크, 2차 전지 모듈의 승온과 순수탱크 해동하는 단계;b-2) 제 3 예열기를 동작하여 연료전지 시스템 내부 온도를 승온하는 단계;b-3) 연료처리장치 냉각수 펌프를 동작하여 연료처리장치를 해동하는 단계;b-4) 스택 냉각수 펌프를 동작하여 연료전지 스택을 해동하는 단계; 및 b-5) 설정된 온도를 체크하여 해동을 판단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 방법
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제 19 항에 있어서,상기 b-1)단계 및 b-2) 단계는 동시에 진행된 후, 상기 b-3) 단계 및 b-4) 단계를 동시에 진행하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 방법
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제 19 항에 있어서,상기 b-5) 단계는,연료전지 시스템이 기동되면 제 1 예열기 및 제 2 예열기를 기동하는 단계;상기 부동액 탱크의 온도 상승을 감지하고, 설정 온도가 되는 지를 판단하는 단계;연료처리장치 냉각수 펌프 및 스택 냉각수 펌프를 동작하여 연료처리장치의 순수 공급 이중관과 연료처리장치, 연료전지 스택을 해동하는 단계; 및 순수탱크 온도, 스택 냉각수 출구온도, 연료전지 시스템 내부 온도가 소정의 값 이상이면 해동이 되었다고 판단하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 방법
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제 18 항에 있어서, 상기 c) 단계는, c-1) 연료처리 장치를 동작시키는 단계; 및 c-2)연료전지 스택에 따라 발전하여 2차 전지 모듈에 충전하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 방법
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제 19 항에 있어서,상기 b-5) )단계는, 연료처리 장치의 전기 히터를 동작하는 단계;상기 전기 히터를 on/off 제어를 하고 반응 유닛들의 온도가 설정 온도까지 승온하는지 대기하는 단계;상기 설정 온도가 되면 바이패스 밸브를 열고, 연료공급, 순수공급, 공기공급하는 단계;자열개질 반응(ATR) 유닛의 온도, 성가스전환반응(WGS) 유닛의 온도, 선택적 산화 반응부 유닛의 온도가 설정 온도가 되면 수소공급 안정화를 위한 일정 시간 대기하는 단계;스택 수소 공급용 입구밸브와 출구 밸브를 열고, 바이패스 밸브를 닫는 단계;연료전지 스택에 초기 전류를 인가하는 단계; 스택 공기 입구 온도 상승을 확인하는 단계 및 목표 전류값으로 발전하고 2차 전지 모듈을 충전을 하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 방법
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제 18 항에 있어서, 상기 d)단계는, 스택 냉각수 출구 온도가 미리 설정된 제 1 소정 온도 이상이 되면 예열기를 정지하고, 제 1 소정 온도 이하가 되면 재 기동하여 상온으로 유지하는 단계; 및상기 제 2 예열기가 승온되면 연료전지 시스템 내부 온도를 감지하고 미리 설정된 상온의 제 2 소정 온도가 되면 제 2 예열기를 정지하고, 내부온도가 미리 설정된 제 3 소정 온도 이하가 되면 제 2 예열기를 기동하여 내부 온도를 상온으로 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 방법
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제 24 항에 있어서, 상기 제 1 소정 온도는 45℃이고, 상기 제 3 소정 온도는 5℃인 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템의 운전 방법
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