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선박용 고체산화물형 연료전지 시스템의 스택 공급 가스 온도 제어기 성능 검증을 위한 HIL 시뮬레이터 개발
Development of HIL simulator for performance validation of stack inlet gases temperature controller of marine solid oxide fuel cell system 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.37 no.6, 2013년, pp.582 - 588  

안종우 (Korean Register of Shipping) ,  박상균 (Department of Power System Engineering, College of Ocean Science & Technology, Kunsan National University)

초록
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고체산화물형 연료전지는 높은 효율과 친환경적 특성을 가지고 있어 선박에 의한 대기 오염의 주 원인인 디젤 엔진을 대체할 수 있는 동력원으로 주목 받고 있다. 고체산화물형 연료전지의 높은 작동 온도는 고효율과 다양한 연료를 사용할 수 있고 고가의 촉매를 사용하지 않아도 되지만 고열에 의한 시스템의 손상이 발생할 수 있다. 따라서 고성능과 신뢰성을 확보하기 위해 온도제어기가 설계되어야 하고 시스템에 적용하기 전 제어기의 성능이 검증되어야 한다. 본 연구에서는 많은 비용과 시간을 필요로하는 전통적인 제어기 성능 검증 방식 대신에 Hardware-In-the-Loop Simulation 방식을 활용한 성능 검증 시스템을 개발하였고 고체산화물형 연료전지 시스템에 대한 온도제어기의 성능을 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) has been focused as a promising power source, which can replace a diesel engine regarding as major source of air pollution by the ship, due to high efficiency and eco-friendly. High operating temperature of SOFC is enable to secure of high efficiency, use various fuels a...

주제어

#선박   #고체산화물형 연료전지   #온도제어   #하드웨어 인 더 루프 시뮬레이션  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 연구에서는 고체산화물형 연료전지 시스템의 열관리를 위한 가스 온도 제어기의 성능평가를 위한 하드웨어 연동 성능 평가 시뮬레이터를 개발하였다. 시뮬레이션 모델이 실제 제어기 개발에 적용이 될 수 있도록 실험을 통해 얻어진 전류-전압 곡선을 스택 모델에 적용하였고, 개발된 연료전지 시스템 모델을 실제 제어기의 역할을 하는 하드웨어와 연동시켜 계측 및 제어할 수 있도록 프로그램을 개발하였다.
  • 본 연구의 목적은 선박 전원용 고체산화물형 연료전지 시스템의 열관리를 위한 제어기 개발과 성능 평가를 위하여 고체산화물형 연료전지 시스템 모델을 개발하고 개발된 시스템의 열관리를 위한 제어 시스템을 개발하여 검증하기 위한 HIL 시뮬레이터를 개발하는 것이다.

가설 설정

  • SOFC 시스템의 연료로 사용되는 메탄은 펌프에 의해 공급되는 물과 혼합기에서 혼합되어 가습이 된 후 3 Way 밸브에 의해 열교환기에 공급되는 배출가스에 의해 온도가 상승된 후 SOFC 스택에 공급되고, 공기는 송풍기에 의해 외기에서 흡입되고 스택의 배출가스에 의해 고온으로 가열 된 후 연료전지 스택에 공급된다. 본 연구에서는 열관리 시스템의 가스 온도 제어기 개발 및 성능 평가에 집중하므로 연료전지 스택의 온도와 스택에 공급되는 공기와 연료의 유량 및 압력은 일정하다고 가정하였고 유일하게 스택에 공급되는 공기와 연료의 온도만이 변화한다. 스택에서 전력을 생산하는데 사용되지 못한 가스는 연소기에서 태워지고 터빈을 통해 부가적인 전력을 생산하고 3 Way 밸브로 흘러간다.
  • 스택 모델은 스택에 공급된 공기와 연료가 섞이는 혼합기와 공기와 연료가 반응하는 동시에 수소의 변화에 의한 열 발생을 고려한 화학적 반응기로 구성된다. 연료전지의 전기 발생량은 공급된 수소의 반응비에 의해 결정된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
조선 및 해운업계에서 선박에 의해 배출되는 대기오염물질 저감 방범은 어떤 것들이 있는가? 이에 조선 및 해운업계에서는 선박에 의해 배출되는 대기오염물질 저감을 위한 대응책 마련에 고심하고 있다. 단기적으로는 선박 항로 최적화나 운항 속도를 줄이는 방법이 있지만 근본적인 해결책이 될 수 없다. 장기적인 방법은 장치개선, 에너지 효율 향상과 친환경적인 에너지원을 활용하는 방법이 있다. 그중에 연료전지 기술은 친환경성, 고효율, 무소음 등의 장점으로 인해 기존의 디젤 엔진을 대체할 가능성이 높다.
고체산화물형 연료전지가 디젤 엔진을 대체할 동력원으로 주목받는 이유는 무엇인가? 고체산화물형 연료전지는 높은 효율과 친환경적 특성을 가지고 있어 선박에 의한 대기 오염의 주 원인인 디젤 엔진을 대체할 수 있는 동력원으로 주목 받고 있다. 고체산화물형 연료전지의 높은 작동 온도는 고효율과 다양한 연료를 사용할 수 있고 고가의 촉매를 사용하지 않아도 되지만 고열에 의한 시스템의 손상이 발생할 수 있다.
고체산화물형 연료전지의 특징은 무엇인가? 고체산화물형 연료전지는 높은 효율과 친환경적 특성을 가지고 있어 선박에 의한 대기 오염의 주 원인인 디젤 엔진을 대체할 수 있는 동력원으로 주목 받고 있다. 고체산화물형 연료전지의 높은 작동 온도는 고효율과 다양한 연료를 사용할 수 있고 고가의 촉매를 사용하지 않아도 되지만 고열에 의한 시스템의 손상이 발생할 수 있다. 따라서 고성능과 신뢰성을 확보하기 위해 온도제어기가 설계되어야 하고 시스템에 적용하기 전 제어기의 성능이 검증되어야 한다.
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참고문헌 (14)

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  14. National Instruments, PXI platform, http://www.ni.com/pxi/ko/, Accessed April 1, 2013 

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