연료전지차량용 연료개질기에 대한 최적연료비교연구 (A Comparative Study of Various Fuel for Newly Optimized Onboard Fuel Processor System under the Simple Heat Exchanger Network)

서지정보

· 발행기관 : 한국화학공학회
· 수록지 정보 : Korean Chemical Engineering Research(HWAHAK KONGHAK) / 52권 / 6호 / 720 ~ 726페이지
· 저자명 : 정익환, 한종훈, 박찬샘, 박성호, 나종걸

초록

PEMFC(Proton Exchange Membrane Fuel Cell) 차량은 미래 청정수송기관으로 각광받고 있지만 수소스테이션의 인프라부족으로 현재는 수소를 공급해주는 연료개질기를 함께 장착하여 구동하여야 한다. 탄화수소연료로부터 수소를 생산하는 연료개질기를 대상으로 다양한 연구가 진행되어왔는데 기존연구에서는 열적중립 조건의 ATR(Auto-Thermal Reformer)반응기에 대해 집중적으로 분석하거나 공정최적화부문에서 최대수소생산을 목표로 주로 열효율을 목적함수로 설정하여평가해 왔다. 본 연구에서는 100 kW PEMFC용 연료개질기를 대상으로 간단한 소형시스템을 얻기 위해 외부 유틸리티가필요없는 단열열교환망으로 구성된 조건에서 기존 열효율이 아닌 수소효율을 새로이 정의하여 가솔린, LPG, 디젤 각 연료에 대해 최적운전조건을 도출하였다. 가솔린의 경우 기존 비교문헌보다 9.43% 연료절감효과를 얻음으로써 제안한 목적함수의 타당성을 입증하였고, 추가적으로 수소효율 및 열교환량, 열교환면적에 대한 민감도 분석을 실시하였다. 마지막으로 제안한 시스템을 한국시장에 적용할 경우 LPG 연료를 사용하는 연료개질기가 가장 경제적임을 알 수 있었다.

영어초록

PEM fuel cell vehicles have been getting much attraction due to a sort of highly clean and effective transportation.
The onboard fuel processor, however, is inevitably required to supply the hydrogen by conversion from somefuels since there are not enough available hydrogen stations nearby. A lot of studies have been focused on analyses ofATR reactor under the assumption of thermo-neutral condition and those of the optimized process for the minimizationof energy consumption using thermal efficiency as an objective function, which doesn’t guarantee the maximum hydrogenproduction. In this study, the analysis of optimization for 100 kW PEMFC onboard fuel processor was conductedtargeting various fuels such as gasoline, LPG, diesel using newly defined hydrogen efficiency and keeping simply synthesizedheat exchanger network regardless of external utilities leading to compactness and integration. Optimal result ofgasoline case shows 9.43% reduction compared to previous study, which shows the newly defined objective functionleads to better performance than thermal efficiency in terms of hydrogen production. The sensitivity analysis was alsodone for hydrogen efficiency, heat recovery of each heat exchanger, and the cost of each fuel. Finally, LPG was estimatedas the most economical fuel in Korean market.

참고자료

· 없음