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재순환수증기 연료개질형 SOFC시스템의 효용성 평가
Availability of SOFC systems equipped with a recycled steam reforming fuel processor 원문보기

한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, v.40 no.7, 2016년, pp.569 - 573  

오진숙 (Department of Environmental Energy, Korea Environment Corporation) ,  정창식 (Department of Marine Engineering, Graduate School, Korea Maritime and Ocean University) ,  박상균 (Division of Marine Information Technology, Korea Maritime and Ocean University) ,  김명환 (Division of Marine Engineering, Korea Maritime and Ocean University)

초록
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온실가스 및 대기오염물질 배출 규제는 고효율 및 친환경에 적합한 새로운 선박용 동력장치의 필요성을 제기하고 있다. 최근 이와 같은 문제들을 근본적으로 해결하기 위한 지속가능한 방법으로서 연료전지를 선박의 동력발생장치로 도입하고자 하는 검토가 진행되고 있다. 본 논문은 중대형 선박 적용으로 메탄 개질용 수증기를 내부에서 재순환시키는 고체산화물형 연료전지시스템의 효용성을 외부수증기 공급 방식과 비교하여 분석한 것이다. 그 결과로 재순환수증기 연료개질방식이 셀 전압은 약간 낮게 유기되나 시스템의 전기적 효율은 다소 높아진다는 것을 알 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Strengthened regulations for atmospheric emissions from ships have created a need for new and alternative power systems that offer low emissions and high energy efficiency. Recently, new types of propulsion power systems, such as fuel cell systems that use hydrogen as an energy source, have gained s...

주제어

#선박동력시스템   #고체산화물형 연료전지   #수증기개질   #시스템 효용성  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문은 메탄을 공급연료로 하는 SOFC시스템에서 재순환수증기 연료개질방식의 효용성을 평가하기 위하여 별도의 외부수증기 연료개질방식과 함께 두 시스템의 성능 특성을 시뮬레이션 모델링을 통하여 비교, 검토하였다.
  • 본 논문은 메탄을 공급연료로 하는 SOFC시스템에서 재순환수증기 연료개질방식의 효용성을 평가하기 위하여 별도의 외부수증기 연료개질방식과 함께 두 시스템의 성능 특성을 시뮬레이션 모델링을 통하여 비교, 검토한 것으로 본 시스템 그리고 계산 조건과 범위 내에서 다음과 같은 결론을 얻었다.

가설 설정

  • 주어진 반응온도와 반응압력 하에서 수증기 개질에 의한 개질 혼합가스의 조성은 주반응들이 평형에 도달할 때까지 진행되는 것으로 가정하여 평형정수(K)와 깁스 자유에너지(G)의 관계인 다음의 화학평형식으로부터 계산하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
수증기개질방식은 고온형 연료전지의 경우 어떤 시스템이 가능한가? 상기와 같은 수소운반체를 연료로 사용하는 경우 수소화를 위한 개질과정이 연료전지시스템에 추가되어야 하며 일반적으로는 수소화 효율이 높은 수증기개질방식이 널리 채용되고 있다[5]. 그러나수증기개질방식은 다량의 수증기를 외부에서 공급해야 하나 고온형 연료전지의 경우 연료극에서 발생되는 수증기를재순환하여 활용할 수 있는 시스템이 가능하다.
시스템 모델링에서 수행된 성능해석은? ①    정상상태 ②    방열손실 무시 ③    반응은 이론평형 상태 ④    유체 흐름방향으로 온도 및 조성은 1차원 ⑤    스택 출구가스 온도는 작동온도와 동일
연료전지란? 연료전지는 연료의 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환하는 장치로 친환경적이면서도 효율이 높아 최근 많은 관심을 받고 있다. 연료전지는 기본적으로 수소를 연료로 하는 시스템이나 저장성, 안전성을 고려한다면 수소를 극저온 또는 초고압으로 직접 저장하는 것보다 수소를 쉽게 발생시킬 수 있는 운반체로서 메탄, 메탄올, DME 같은 연료의 형태로 저장하는 것이 중대형 선박에 더욱 적합하다 하겠다[3][4].
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참고문헌 (9)

  1. M. H. Kim, "Analysis on the technology R&D of the fuel cell systems for power generation in ships," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 31, no. 8, pp. 924-931, 2007 (in Korean). 

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  2. M. H. Kim, "Performance and Safety Analysis of Marine Solid Oxide Fuel Cell Power System," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 33, no. 2, pp. 233-243, 2009 (in Korean). 

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  3. Gunther Kolb, Fuel Processing for Fuel Cells, WILEY-VCH, 2003. 

  4. J. S. Oh, K. J. Lee, S. H. Kim, S. G. Oh, T. W. Lim, J. S. Kim, S. K. Park, M. E. Kim, and M. H. Kim, "Thermodynamic analysis on steam reforming of hydrocarbons and alcohols for fuel cell system," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol. 35, no. 4, pp. 388-396, 2011 (in Korean). 

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  5. D. Shekhawat, J. J. Spivey, and D. A. Berry, Fuel cells: Technologies for Fuel Processing, ELSEVIER, 2011. 

  6. F. Mueller, F. Jabbari, R. Gaynor, and J. Brouwer, "Novel solid oxide fuel cell system controller for rapid load following," Journal of Power Sources, vol. 172, no. 1, pp. 308-323, 2007. 

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  7. A. F. Massardo and F. Lubelli, "Internal reforming solid oxide fuel cell-gas turbine combined cycles : Part A-Cell model and cycle thermodynamic analysis," Journal of Engineering for Gas Turbines and Power, vol. 122, pp. 27-35, 2000. 

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  8. E. Achenbach, "Three-dimensional and time-dependent simulation of a planar solid oxide fuel cell stack," Journal of Power Sources, vol. 49, no. 1-3, pp. 333-348, 1994. 

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  9. F. Calise, A. Palombo, and L. Vanoli, "Design and partial load exergy analysis of hybrid SOFC-GT power plant," Journal of Power Sources, vol. 158, no. 1, pp. 225-244, 2006. 

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