5kW급 고온 연료전지용 일체형 개질기의 효율 향상을 위한 운전 조건에 관한 연구

Abstract

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.