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1 kW급 가정용 연료개질기 성능 최적화
Performance optimization of 1 kW class residential fuel processor 원문보기

한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집, 2009 June 25, 2009년, pp.731 - 734  

정운호 (한국에너지기술연구원) ,  구기영 (한국에너지기술연구원) ,  윤왕래 (한국에너지기술연구원)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

KIER has been developed a compact and highly efficient fuel processor which is one of the key component of the residential PEM fuel cells system. The fuel processor uses methane steam reforming to convert natural gas to a mixture of water, hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and unreacted meth...

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제안 방법

  • Figure 2에는 실제 제작된 fuel processor의 사진을 나타내었다. SMR 반응기와 WGS반응기는 일체화 설계하였으며 외부에 PrOx반응기를 설치하였다. 전체 반응기의 부피의 합은 16.
  • Fuel processor의 온도 조절이 반응용 공급수로만 이루어지기 때문에 40% 부하일 때 물공급이 줄어들어 WGS 부분의 온도가 상승하였다. 따라서 WGS 반응기의 입구온도 조절을 위하여 S/C 비를 3에서 4로 조절하였다. 100% 부하에서의 WGS의 입구 온도를 약간 낮게 조절함으로써 개선될 수 있을 것으로 판단된다.
  • Fuel processor의 중요한 운전 변수중의 하나로 S/C ratio는 3으로 고정하였으며 이에 따라 개질 반응용 물의 양은 약 11g/min으로 공급하였다. 이러한 공급물의 유량에 대해 각 촉매층은 table 1에 나타낸 GHSV값에 해당하도록 그 양을 충진하였으며 각 단위공정에 사용된 촉매는 SMR 반응의 경우 Ru, WGS 반응에서는 Pt, 그리고 PrOx 반응기에는 Pt-Ru 촉매를 충진하였다.
  • KIER의 1kW급 fuel processor는 고분자 전해질 연료전지 시스템용으로 개발되었다. 전체 부피는 단열을 포함하여 16.5L로 컴팩트한 구조를 이루었으며 개질효율이 LHV 기준으로 80%에 이르는 고효율 내부 열교환망을 구축하였다. 연료전지의 운전 특성에 부합할 수 있는 안정적인 부하 변동 운전 특성을 나타내었으며 넓은 온도 영역에서 안정적인 운전 결과를 나타내었다.

대상 데이터

  • 각 단위공정의 반응기에는 온도센서가 설치되어 있어 반응이 진행되는 과정에서 각 반응기의 온도를 측정할 수 있다. 반응기의 단열은 고온 부위인 SMR 반응기 부분은 Microtherm(R)을 사용하였으며 나머지 부분의 경우 세라믹울 단열재를 사용 하였다.
  • 또한 WGS 반응기의 경우 역시 반응에 적절한 입출구 온도를 유지하기 위해 온도 조절이 필요하다. 특히 PrOx 반응기의 경우 외부 냉각수를 사용하여 냉각하는 경우가 많지만 본 실험에 사용된 fuel processor는 반응용 공급수를 이용하여 PrOx 반응기의 온도를 조절하였다. PrOx 반응기에서 발생하는 열량은 fuel processor의 운전에 필요한 열량의 5~10%에 이르기 때문에 외부 냉각수를 사용하지 않고 회수할 경우 열효율 측면에서 큰 장점이 있다.
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