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액체형 연료전지의 운전 조건하에서 희석연료농도의 변화에 따른 스택 전체의 출력 전압진폭(Vamp) 및 스택의 운전 온도(T)를 측정하여, 상기 희석연료농도와 상기 전압진폭(Vamp)의 상관관계를 구축하는 제1단계;상기 희석연료농도와 상기 전압진폭(Vamp)사이의 상관관계를 기반으로 연료전지 스택 전체의 목표 전압진폭(Vst-amp) 및 연료전지 스택의 목표 스택온도(Tst)를 포함하는 실제 운전조건을 설정하는 제 2단계; 및상기 실제 운전조건을 기준으로 하여 연료전지를 운전하되, 전압진폭 측정 구간(tst)에 따라 연료전지의 스택 전체의 출력 전압(Vi)이 요동하는 전압진폭(Vamp)을 측정하고, 상기 측정된 전압진폭(Vamp) 값이 상기 목표 전압진폭(Vst-amp)에 도달하도록 연료원액의 공급량(PMeOH)을 결정하여 연료혼합기에 공급하는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 농도 센서를 사용하지 않는 전압진폭 제어 기반의 피드백 제어 방식에 의한 액체형 연료전지의 연료농도 제어방법
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제1항에 있어서,상기 실제 운전 조건은 출력 전류(Ist)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 농도 센서를 사용하지 않는 전압진폭 제어 기반의 피드백 제어 방식에 의한 액체형 연료전지의 연료농도 제어방법
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제1항에 있어서,상기 제3단계는 연료전지가 초기구동 구간(start-up period)을 지나서 목표운전조건에 도달하거나 또는 목표운전 조건에 진입 후 정상상태에 도달되었을 때부터 작동되기 시작하며, 상기 제3단계가 작동하기 시작할 때 최초의 연료원액 공급량(PMeOH)은 초기구동 구간의 최후의 연료원액 공급량(PMeOH)과 동일한 것을 특징으로 하는 농도 센서를 사용하지 않는 전압진폭 제어 기반의 피드백 제어 방식에 의한 액체형 연료전지의 연료농도 제어방법
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제3항에 있어서, 상기 연료원액 공급량(PMeOH)은, 연료전지 구동에 따른 출력 전류(Ist)와 패러데이 상수를 이용하여 계산된 값에 일정한 배수를 곱하여 결정하되, 상기 배수는 P, PI, 또는 PID 방식 중의 어느 하나를 단독으로 또는 교대로 사용하여 결정하는 것을 특징으로 하는 농도 센서를 사용하지 않는 전압진폭 제어 기반의 피드백 제어 방식에 의한 액체형 연료전지의 연료농도 제어방법
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제1항에 있어서, 상기 전압진폭(Vamp)은 상기 전압진폭 측정구간(tst)동안 측정된 전압의 최대값(Vmax)과 최저값(Vmin)의 차이로부터 계산하거나, 혹은 상기 전압진폭 측정구간 (tst) 내 전체 전압값들의 평균값보다 큰 값들을 포함하는 제1 그룹 및 상기 전체 전압값들의 평균값보다 작은 값들을 포함하는 제2그룹으로 구분하고, 상기 제1 및 제2 그룹들의 각각의 평균값을 구한 다음 이들의 평균값들의 차이로부터 계산하고,상기 전압진폭 측정 구간(tst)은 1 내지 30초이며,상기 측정된 전압진폭(Vamp)이 상기 목표 전압진폭(Vst-amp)보다 크면 상기 연료원액의 공급량(PMeOH)을 줄이고, 상기 측정된 전압진폭(Vamp)이 상기 목표 전압진폭(Vst-amp)보다 작으면 상기 연료원액의 공급량(PMeOH)을 늘리는 것을 특징으로 하는 농도 센서를 사용하지 않는 전압진폭 제어 기반의 피드백 제어 방식에 의한 액체형 연료전지의 연료농도 제어방법
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제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,상기 제3 단계에서, 상기 전압진폭(Vamp)을 기반으로 하여 상기 연료원액의 공급량(PMeOH)을 제어하는 공정은 상기 전압진폭(Vamp)을 기반으로 한 피드백 제어기를 사용하며, 상기 피드백 제어기는 P, PI, 또는 PID 방식 중의 어느 하나를 단독으로 또는 교대로 사용하여 구현하는 것을 특징으로 하는 농도 센서를 사용하지 않는 전압진폭 제어 기반의 피드백 제어 방식에 의한 액체형 연료전지의 연료농도 제어방법
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제1항에 있어서, 상기 농도 센서를 사용하지 않는 연료 농도 제어 방법은 상기 스택의 운전온도(T)에 따라 목표 전압진폭(Vst-amp)을 변화시키는 오토튜닝 공정을 포함하며, 상기 스택의 운전온도(T)가 스택온도의 최고값(Tmax) 이상의 값을 가지면 상기 목표 전압진폭(Vst-amp)을 낮추고, 상기 스택의 운전 온도(T)가 스택온도의 최저값(Tmin) 이하의 값을 가지면 상기 목표 전압진폭(Vst-amp)을 높이되, 상기 목표 전압진폭(Vst-amp)을 변화시키는 비율은 현재 목표 전압진폭(Vst-amp) 대비 1 내지 30%인 것을 특징으로 하는 농도 센서를 사용하지 않는 전압진폭 제어 기반의 피드백 제어 방식에 의한 액체형 연료전지의 연료농도 제어방법
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제7항에 있어서, 상기 스택온도의 최고값(Tmax) 및 최저값(Tmin)은 각각 수학식 1에 따라 계산되며, 스택온도의 허용 오차범위(eT)는 0
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제7항에 있어서,상기 제3단계에서 최초로 측정된 전압진폭(Vamp)값을 상기 목표 전압진폭(Vst-amp)값으로 설정하고, 상기 오토튜닝 공정을 수행하여 상기 전압진폭(Vamp)값을 조정함으로써, 상기 전압진폭(Vamp)과 상기 희석연료농도의 상관관계를 구축하는 제1단계를 수행하지 않고도 목표 전압진폭(Vst-amp)을 자동으로 결정하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 오토튜닝 기능이 포함된 농도 센서를 사용하지 않는 전압진폭 제어 기반의 피드백 제어 방식에 의한 액체형 연료전지의 연료농도 제어방법
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제1항에 있어서, 상기 연료전지 구동 시, 상기 연료전지 스택의 단위전지당 평균 출력전압이 0
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제1항에 있어서, 상기 연료전지에 사용하는 연료는 메탄올, 에탄올 포름산, 이소프로판올, 프로판올, 에틸렌글리콜, 디메틸에테르, 부탄올, 수소, 디메틸에테르, 부탄, 에탄, 프로판, 글리세롤, 보론수소화합물, 이산화탄소, 물, 및 바이오연료로 이루어지는 군에서 선택되는 반응물을 하나 이상 포함하는 혼합연료인 것을 특징으로 하는 농도 센서를 사용하지 않는 전압진폭 제어 기반의 피드백 제어 방식에 의한 액체형 연료전지의 연료농도 제어방법
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액체형 연료전지의 출력 전류, 출력 전압, 연료전지 스택 내부의 온도 및 압력을 측정하는 측정 장치에 연결 되며, 액체형 연료전지의 운전 조건에 따른 연료전지 스택 전체의 출력 전압진폭(Vamp) 및 스택의 온도(T)를 측정하여, 상기 운전조건하에서 희석연료의 소비속도와 상기 전압진폭(Vamp)의 데이터베이스를 구축하는 제1처리부; 상기 희석연료의 소비속도와 상기 전압진폭(Vamp)의 상관관계를 기반으로 목표 전압진폭(Vst-amp) 및 목표 스택온도(Tst)를 설정하는 제 2 처리부; 및 전압진폭 측정구간(tst)에서 상기 연료전지 스택의 전압 진폭(Vamp) 및 온도(T)를 측정하여, 이를 각각 상기 목표 전압진폭(Vst-amp) 및 목표 스택온도(Tst)와 비교하여 오차를 계산하고, 상기 오차값을 이용하여, 상기 측정된 전압진폭(Vamp)이 상기 목표 전압진폭(Vst-amp)에 도달하도록 피드백 제어에 따른 연료원액의 공급량(PMeOH)의 신호를 결정하고, 상기 신호를 연료공급부로 송출하는 제3 처리부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 농도 센서를 사용하지 않는 전압진폭 제어 기반의 피드백 제어 방식에 의한 액체형 연료전지의 연료농도를 제어하는 장치
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제12항에 있어서, 상기 농도 센서를 사용하지 않는 연료 농도 제어 장치는 스택의 운전온도(T)에 따라 목표 전압진폭(Vst-amp)을 변화시키는 오토튜닝부를 포함하며, 상기 전압진폭 측정구간(tst)에서 상기 연료전지 스택의 운전 온도(T)를 측정하여, 이를 각각 상기 목표 전압진폭(Vst-amp) 및 목표 스택온도(Tst)와 비교하여 오차를 계산하되,상기 스택의 운전온도(T)가 상기 목표 스택온도(Tst)의 오차범위인 최고온도값(Tmax) 이상의 값을 가지면 상기 목표 전압진폭(Vst-amp)을 낮추고, 상기 스택의 운전 온도(T) 가 상기 목표 스택온도(Tst)의 오차범위인 최저온도값(Tmin) 이하의 값을 가지면 상기 목표 전압진폭(Vst-amp)을 높이되, 상기 목표 전압진폭(Vst-amp)을 변화시키는 비율은 현재 목표 전압진폭(Vst-amp) 대비 1 내지 30%인 것을 특징으로 하는 농도 센서를 사용하지 않는 전압진폭 제어 기반의 피드백 제어 방식에 의한 액체형 연료전지의 연료농도를 제어하는 장치
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제13항에 있어서, 상기 제1 처리부를 구동하는 것은 상기 오토튜닝부를 구동하는 것으로 대체되는 것을 특징으로 하는 농도 센서를 사용하지 않는 전압진폭 제어 기반의 피드백 제어 방식에 의한 액체형 연료전지의 연료농도를 제어하는 장치
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제12항에 있어서,상기 제1처리부를 구동하는 것은 연료전지가 초기구동구간을 지나 목표운전조건에 도달하거나 또는 목표운전조건에 도달 후 정상상태에 진입하였을 때 최초로 측정된 전압진폭(Vamp)을 목표 전압진폭(Vst-amp)으로 사용함으로써 대체되는 것을 특징으로 하는 액체형 연료전지의 연료농도를 제어하는 장치
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액체형 연료전지 장치에 있어서,연료전지 스택;상기 연료전지 스택에 연결된 열교환부; 상기 연료전지 스택에 희석 연료를 제공하는 연료 공급부; 상기 연료 전지 스택의 온도 측정 장치; 상기 연료 전지 스택의 출력 전압 및 전류 중 하나 이상을 측정하는 출력 측정 장치; 및제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 제어 장치를 포함하고,상기 열교환부는 연료전지 스택에 연결된 열교환기 및 상기 열교환기의 열 제거 정도를 제어하는 열 제거 정도 제어 수단을 포함하고,상기 연료 공급부는 연료전지 스택에 희석 연료를 제공하는 연료혼합기; 및 상기 연료혼합기에 연료원액을 공급하는 연료원액 공급 수단을 포함하며,상기 제어 장치는 상기 온도 측정 장치, 상기 열 제거 정도 제어 수단, 상기 연료원액 공급 수단 및 상기 출력 측정 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 액체형 연료전지 장치
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제16항에 있어서,상기 연료 공급부는, 연료혼합기; 상기 연료혼합기에 연결된 연료원액통; 상기 연료원액통으로부터 상기 연료혼합기에 연료원액을 제공하는 연료원액 공급 수단인 펌프;를 포함하고, 상기 펌프에 상기 제어 장치가 연결되고, 상기 열교환부는, 연료전지 스택의 애노드 출구에 연결되어 미반응 혼합 용액을 공급받고 열교환 후 온도가 낮아진 혼합용액을 연료혼합기로 공급하는 애노드 열 교환기; 연료전지 스택의 캐소드 출구에 연결되어 가습된 혼합 가스를 공급받고 열교환 후 응축된 물을 물 저장고로 공급하는 캐소드 열 교환기; 상기 열 교환기에 연결되는 열 제거 정도 제어 수단인 송풍기를 포함하고, 상기 송풍기에 상기 제어 장치가 연결되는 것을 특징으로 하는 액체형 연료전지 장치
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제16항에 있어서,상기 액체형 연료전지에 사용하는 액체 연료는 메탄올, 에탄올, 포름산, 이소프로판올, 프로판올, 에틸렌글리콜, 디메틸에테르, 부탄올, 수소, 부탄, 에탄, 프로판, 보론수소화합물, 이산화탄소, 물 및 바이오연료의 반응물 중에서 하나 이상이 포함된 단독 또는 혼합연료인 것을 특징으로 하는 액체형 연료전지 장치
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