5kW급 고온 연료전지용 일체형 개질기의 효율 향상을 위한 운전 조건에 관한 연구 (A study on operating conditions to improve the efficiency of reformer for 5kW HT-PEMFC)

서지정보

· 발행기관 : 한국에너지학회
· 수록지 정보 : 에너지공학 / 29권 / 4호 / 77 ~ 85페이지
· 저자명 : 박상현, 이현규, 김철민, 이상용

초록

고온고분자연료전지 시스템의 운용에 있어 구성품인 개질기의 운전조건은 스택의 성능, 열회수공정, 시스템의효율에 영향을 미친다. 개질기의 운전조건인 반응부의 온도와 S/C(Steam to Carbon ratio)에 따른 열량과 생산가스조성을 열역학적으로 계산하였으며, 실험결과와 함께 효율을 향상시키기 위한 운전조건을 연구하였다. 수증기 개질기는 온도와 S/C가 증가할수록 수소생산량은 증가하지만, 증가폭은 감소하며, 수소생산시의 반응열보다반응기 온도 증가에 필요로 하는 열량이 상회하여 열효율이 감소하였음을 관찰하였다. 반응 온도와 S/C의 상승이, 연료를 가열하는데 필요한 열량의 증가로 실제 개질기에서는 효율이 떨어지는 원인이 된다. 이는 개질기의구조적 특성에 따라 달라지며, 개질기에 따른 최적의 온도와 S/C 설정이 필요로 한다. 본논문의 개질기는 670℃, S/C 4에서 최고효율을 보여주었다. HTS와 LTS는 촉매가 작동되는 최소 온도인 HTS 350℃ 그리고 LTS 200℃ 로 유지를 하고 발열반응으로 온도가 증가하지 않도록 냉각스트림을 설정해야 한다. 또한 개질기 효율이 떨어지지 않는 범위내에서 S/C를 최대로 하는 것이 중요하다.

영어초록

In the operation of a high-temperature polymer electrolyte membrane fuel cell system (HT-PEMFC), the operating conditions of the reformer affect the performance of the stack, the heat recovery process, and the efficiency of the system. The heat quantity and product gas composition according to the reactor temperature and the steam to carbon ratio (S/C) were calculated thermodynamically, and the operating conditions for improving the efficiency were studied together with the experimental results. In the steam reformer, as the temperature and S/C increased, the hydrogen production increased, but the heat required for increasing the reactor temperature was higher than the reaction heat during hydrogen production, and thus the thermal efficiency decreased. The increase in the reaction temperature and the S/C causes the efficiency to decrease in the actual reformer due to the increase in the amount of heat required to heat the fuel. This depends on the structural characteristics of the reformer, and the optimum temperature and S/C settings are required according to the reformer. The reformer of this study showed the highest efficiency at 670℃ and S/C at 4. HTS and LTS should be kept at the minimum temperature where the catalyst operates, 350℃for HTS and 200℃ for LTS by the cooling system so that the temperature does not increase because of the heat released from exothermic reaction. In addition, it is important to maximize the S/C ratio within the range where the reformer efficiency does not decrease.

참고자료

· 없음