KR100422660B1 - System for withdrawing energy in fuel reformer for fuel cell car - Google Patents

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KR100422660B1
KR100422660B1 KR10-2001-0055886A KR20010055886A KR100422660B1 KR 100422660 B1 KR100422660 B1 KR 100422660B1 KR 20010055886 A KR20010055886 A KR 20010055886A KR 100422660 B1 KR100422660 B1 KR 100422660B1
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Abstract

본 발명의 목적은 반응기에서 연소실로 공급되는 라피네이트가 갖고 있는 에너지를 회수하여 이 에너지를 연소실에 필요한 공기를 공급하는 압축기의 동력원으로 이용함으로써, 에너지 효율을 높일 수 있도록 된 연료전지 자동차용 연료 변환기의 에너지 회수 시스템을 제공함에 있다.An object of the present invention is to recover the energy of the raffinate supplied from the reactor to the combustion chamber and to use this energy as a power source of the compressor for supplying the air required for the combustion chamber, thereby increasing the energy efficiency of the fuel cell vehicle fuel converter To provide an energy recovery system.

이에 본 발명은 연료가 유입되어 개질반응이 이루어지는 반응기와, 반응기에 구비되어 개질가스 중 수소가스만을 선택적으로 통과시키는 분리막, 반응기 외측에 설치되어 반응기에 필요한 열을 제공하기 위한 연소촉매가 내장된 연소실을 포함하는 연료 변환기에 있어서, 상기 반응기에서 연소실로 연결되는 라피네이트 이송라인 상에 설치되어 라피네이트의 이동에 따른 에너지를 회전에너지로 전환시켜 공기를 연소실로 공급하기 위한 공기 공급수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 연료 변환기의 에너지 회수 시스템을 제공한다.Accordingly, the present invention provides a reactor in which a reforming reaction is performed through fuel, a separator provided in the reactor for selectively passing only hydrogen gas in the reforming gas, and a combustion chamber in which a combustion catalyst is installed outside the reactor to provide heat required for the reactor. A fuel converter comprising: a air supply means for supplying air to the combustion chamber by converting the energy according to the movement of the raffinate is installed on the raffinate transfer line connected to the combustion chamber in the reactor to the rotational energy; It provides an energy recovery system of a fuel converter for a fuel cell vehicle, characterized in that.

Description

연료전지 자동차용 연료 변환기의 에너지 회수 시스템{SYSTEM FOR WITHDRAWING ENERGY IN FUEL REFORMER FOR FUEL CELL CAR}Energy recovery system of fuel converter for fuel cell vehicle {SYSTEM FOR WITHDRAWING ENERGY IN FUEL REFORMER FOR FUEL CELL CAR}

본 발명은 메탄올, 에탄올, 알코올 등을 연료로 사용하는 연료전지 자동차에 수소를 제공하기 위한 금속박막을 이용한 연료전지 자동차용 소형 연료 변환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료 변환기에서 낭비되는 에너지를 회수하여 시스템의 효율을 높일 수 있도록 된 연료전지 자동차용 연료 변환기의 에너지 회수 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a small fuel converter for a fuel cell vehicle using a metal thin film for providing hydrogen to a fuel cell vehicle using methanol, ethanol, alcohol, etc., more specifically, to recover the energy wasted in the fuel converter The present invention relates to an energy recovery system of a fuel converter for a fuel cell vehicle, which can improve the efficiency of the system.

수소가 혼합된 개질가스중에서 수소만을 선택적으로 투과시키는 금속막의 특성과 비평형 상태에서 반응 속도가 증가하는 원리를 이용하여 수소발생을 위한 수증기 개질반응과 수소분리를 위한 분리반응이 동일 반응기 내에서 동시에 수행되는 반응/분리 일체형 연료 변환기를 채용하여 전체 장치의 크기를 줄일 수 있도록 한 금속박막을 이용한 연료전지 자동차용 소형 연료 변환기 및 그 시스템에 관한 것이다.The steam reforming reaction for hydrogen generation and the separation reaction for hydrogen separation are simultaneously performed in the same reactor using the characteristics of the metal membrane that selectively permeates only hydrogen in the reformed gas mixed with hydrogen and the reaction rate in the unbalanced state. The present invention relates to a compact fuel converter for a fuel cell vehicle and a system using a metal thin film to reduce the size of the entire apparatus by employing a reaction / separation integrated fuel converter.

일반적으로, 연료전지는 경유나 공업용 연료의 기체와 전해질 사이의 화학반응의 일부로 전력을 발생시켜 연료가 가진 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 에너지 전환 시스템으로, 일반 배터리와는 달리, 연료 전지는 재충전이 필요 없이 연료가 공급되는 한 계속해서 전기를 만들어 낼 수 있는 발전 시스템이다.In general, a fuel cell is an energy conversion system that generates electric power as part of a chemical reaction between gas and electrolyte of diesel or industrial fuel and converts chemical energy of the fuel directly into electrical energy. It is a power generation system that can continue to generate electricity as long as fuel is supplied without the need for recharging.

연료전지는 전해질(electrolyte)과 두개의 전극(electrode)이 샌드위치처럼 포개어져 있는 형태로 산소와 수소가 각각의 전극으로 흘러갈 때, 전기와 열 그리고 물이 만들어지게 되며, 우주선과 같이 내연기관이 실질적으로 활용되지 못하는 분야 또는 전기자동차 등에 전력을 공급하기 위한 시스템으로 사용되고 있다.A fuel cell is a sandwich of an electrolyte and two electrodes stacked together like a sandwich. When oxygen and hydrogen flow into each electrode, electricity, heat and water are produced. It is used as a system for supplying electric power to fields or electric vehicles that are not practically used.

연료전지에는 천연가스, 메탄올, 가솔린 등의 다양한 연료가 사용되어질 수 있는데, 연료 변환기를 이용해 상기 연료를 수소로 개질(reformer)하여 사용하게 된다.Various fuels such as natural gas, methanol, gasoline, and the like may be used in the fuel cell, and the fuel may be reformed into hydrogen using a fuel converter.

최근 에너지 효율과 환경오염 문제에 대한 관심이 날로 커지면서 연료전지를 이용한 전기자동차가 내연기관 자동차를 실질적으로 대체할 수 있을 것으로 예상되고 있으며, 이러한 추세에 맞춰 메탄올, 에탄올 및 가솔린 등의 액체연료를 개질하여 수소를 발생시키고, 이중 수소만을 분리하여 연료전지의 연료로 활용하는 연료전지 자동차용 연료 변환기의 개발이 진행되고 있다.As interest in energy efficiency and environmental pollution has increased recently, electric vehicles using fuel cells are expected to replace internal combustion engine vehicles, and reformed liquid fuels such as methanol, ethanol and gasoline according to this trend. Therefore, the development of a fuel converter for a fuel cell vehicle, which generates hydrogen and separates only hydrogen, is used as a fuel of a fuel cell.

도 2는 종래기술에 따른 연료 변환기를 도시한 개념도로써, 연료 변환기(10)는 연료가 유입되어 개질반응이 이루어지는 반응기(11)와, 반응기에 구비되어 개질가스 중 수소가스만을 선택적으로 통과시키는 분리막(12), 반응기 외측에 설치되어 반응기와 공기 공급기(14)로부터 제공되는 개질가스와 공기에 의해 반응기에 필요한 열을 제공하기 위한 연소촉매가 내장된 연소실(13)을 포함하여 이루어진다.2 is a conceptual view illustrating a fuel converter according to the prior art, the fuel converter 10 includes a reactor 11 through which fuel is introduced to perform a reforming reaction, and a separator provided in the reactor to selectively pass only hydrogen gas in the reformed gas. (12), a combustion chamber (13) installed outside the reactor and containing a combustion catalyst for providing heat required for the reactor by the reformed gas and air provided from the reactor and the air supply (14).

따라서 외부에서 반응기 내로 공급되는 연료(feed;물과 메탄올 혼합물)는 연소실(13)로부터 열원을 공급받아 증발되어 증기상태를 이루고 촉매에 의해 반응하여 수소와 이산화탄소로 바뀌게 되며, 반응기(11)에서 발생한 수소와 이산화탄소 중 수소만이 분리막(12)을 통과하여 사용처로 보내지게 되고, 반응기의 수소 분리막을 통과하지 못한 라피네이트(raffinate;수소와 이산화탄소의 혼합가스)는 연소실(13)과의 이송라인(14)에 설치된 유로전환밸브(15)를 통해 연소실(13)로 보내져 연료로 활용되어 열을 반응기에 공급하고 대기로 방출된다.Therefore, the fuel (feed; water and methanol mixture) supplied from the outside into the reactor receives the heat source from the combustion chamber 13 to evaporate to form a vapor state and reacts with the catalyst to be converted into hydrogen and carbon dioxide, generated in the reactor 11 Only hydrogen among the hydrogen and carbon dioxide passes through the separator 12 to the place of use, and the raffinate (mixed gas of hydrogen and carbon dioxide) that has not passed through the hydrogen separator of the reactor is transferred to the combustion chamber 13 ( It is sent to the combustion chamber 13 through the flow path switching valve 15 installed in 14) is used as fuel to supply heat to the reactor and is discharged to the atmosphere.

여기서 분리막을 통해 수소를 이동시키는 동력(driving force)는 분리막 양쪽의 압력 및 농도차이며, 통상 약 10 bar의 차이가 나며 반응기에서 발생된 수소 약 1/3과 수소 이외의 가스를 연소실로 보내 산화시키게 된다.Here, the driving force for moving hydrogen through the separator is the pressure and concentration difference between both sides of the separator, and is usually about 10 bar, and about 1/3 of hydrogen generated in the reactor and gas other than hydrogen are sent to the combustion chamber for oxidation. Let's go.

그러나, 상기한 종래의 구조는 반응기 내부에서 상당한 에너지(유량 25Nm3/hr, 압력 10 bar, 온도 300℃ 내외)를 갖고 있는 라피네이트를 유로전환밸브 또는 트로틀링(throttling) 등을 이용하여 10 bar에서 상압 근처로 압력을 저하시켜 연소실로 공급함에 따라 라피네이트가 갖고 있던 에너지의 손실이 발생되어 시스템의 효율을 저하시키는 문제점이 있다.However, the conventional structure described above uses a raffinate having significant energy (flow rate 25 Nm 3 / hr, pressure 10 bar, temperature 300 ° C.) to 10 bar using a flow path switching valve or throttling. As a result of lowering the pressure near the atmospheric pressure and supplying it to the combustion chamber, energy loss of the raffinate is generated, thereby reducing the efficiency of the system.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 반응기에서 연소실로 공급되는 라피네이트가 갖고 있는 에너지를 회수하여 이 에너지를 연소실에 필요한 공기를 공급하는 압축기의 동력원으로 이용함으로써, 에너지 효율을 높일 수 있도록 된 연료전지 자동차용 연료 변환기의 에너지 회수 시스템을 제공함에 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the above problems, by recovering the energy of the raffinate supplied from the reactor to the combustion chamber and using this energy as a power source of the compressor for supplying the air required for the combustion chamber, energy efficiency It is an object of the present invention to provide an energy recovery system of a fuel converter for a fuel cell vehicle that can be increased.

도 1은 본 발명에 따른 연료 변환기의 에너지 회수 시스템을 도시한 개략적인 도면,1 is a schematic view showing an energy recovery system of a fuel converter according to the present invention;

도 2는 종래기술에 따른 연료 변환기의 개념을 도시한 개략적인 도면이다.2 is a schematic diagram illustrating the concept of a fuel converter according to the prior art.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10 : 연료 변환기 11 : 반응기10 fuel converter 11 reactor

12 : 분리막 13 : 연소실12 Separation membrane 13 Combustion chamber

14 : 공기 공급기 15 : 이송라인14: air supply 15: transfer line

20 : 터빈 21 : 모터 제너레이터20 turbine 21 motor generator

22 : 압축기 30 : 유량제어밸브22: compressor 30: flow control valve

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 연료가 유입되어 개질반응이 이루어지는 반응기와, 반응기에 구비되어 개질가스 중 수소가스만을 선택적으로 통과시키는 분리막, 반응기 외측에 설치되어 반응기에 필요한 열을 제공하기 위한 연소촉매가 내장된 연소실을 포함하는 연료 변환기에 있어서, 상기 반응기에서 연소실로 연결되는 라피네이트 이송라인 상에 설치되어 라피네이트의 이동에 따른 에너지를 회전에너지로 전환시켜 공기를 연소실로 공급하기 위한 공기 공급수단을 더욱 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the object as described above, the present invention, the reactor in which the fuel is introduced to the reforming reaction, and the separator provided in the reactor to selectively pass only hydrogen gas in the reforming gas, installed outside the reactor to provide the heat required for the reactor In a fuel converter including a combustion chamber with a combustion catalyst for providing, the fuel converter is installed on the raffinate transfer line connected to the combustion chamber in the reactor to convert the energy of the movement of the raffinate into rotational energy to supply air to the combustion chamber It characterized in that it further comprises an air supply means for.

여기서 본 발명은 상기 공기 공급수단이 라피네이트 이동라인 상에 설치되는 터빈과, 터빈의 동력축에 연결되는 공기 공급용 압축기를 포함할 수 있다.Here, the present invention may include a turbine in which the air supply means is installed on the raffinate moving line, and an air supply compressor connected to the power shaft of the turbine.

또한 본 발명은 상기 공기 공급수단이 상기 터빈과, 공기 공급용 압축기 사이에 연결 설치되는 모터를 더욱 포함할 수 있다.In another aspect, the present invention may further include a motor that the air supply means is connected between the turbine and the compressor for air supply.

이하 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 연료 변환기의 에너지 회수 시스템을 도시한 개략적인 도면이다.1 is a schematic diagram illustrating an energy recovery system of a fuel converter according to the present invention.

상기한 도면에 의하면, 연료 변환기(10)는 연료 유입구를 통해 메탄올, 에탄올 또는 알코올과 같은 액체연료가 유입되고, 내부에는 연료유입구를 통해 유입된 연료를 개질시키기 위한 개질촉매가 충진되어 연료의 개질반응 이루어지는 반응기(11)와, 개질가스에서 수소만을 선택적으로 분리 투과시켜 반응기(11)로 연결되는 별도의 배출관을 통해 연료전지의 스택으로 공급하기 위한 분리막(12), 상기 반응기(11) 외주면에 설치되고 수소분리반응에 필요한 열을 반응기(11)에 제공하기 위한 연소촉매가 내장된 연소실(13)을 포함하여 이루어진다.According to the above drawings, the fuel converter 10 has a fuel inlet through which liquid fuel such as methanol, ethanol or alcohol is introduced, and a reforming catalyst for reforming fuel introduced through the fuel inlet is filled therein to reform the fuel. Reaction membrane 11 for selectively reacting with the reactor 11 and the reformed gas is selectively separated and permeated and supplied to a stack of fuel cells through a separate discharge pipe connected to the reactor 11, on the outer peripheral surface of the reactor 11. It comprises a combustion chamber 13 installed and a combustion catalyst for providing heat to the reactor 11 for the hydrogen separation reaction.

또한, 연소실(13) 일측에 공기 공급기(14)가 연결 설치되어 연소에 필요한 공기를 공급하게 되며, 반응기(11)와 연소실(13) 사이에는 라피네이트 이송라인 (15)이 연결 설치되어 분리막(12)을 통과하지 못한 개질가스인 라피네이트가 연소실(13)로 이송되어 연소 원료로 사용되는 구조로 되어 있다.In addition, the air supply 14 is connected to one side of the combustion chamber 13 to supply air for combustion, and the raffinate transfer line 15 is connected between the reactor 11 and the combustion chamber 13 to separate the membrane ( Raffinate, which is a reformed gas that does not pass 12), is transferred to the combustion chamber 13 and is used as a combustion raw material.

여기서 본 발명은 상기한 구조의 연료 변환기(10)에 있어서, 상기 반응기(11)에서 연소실(13)로 연결되는 라피네이트 이송라인(15) 상에 설치되어 라피네이트의 이동에 따른 에너지를 회전에너지로 전환시키기 위한 터빈(20)과, 터빈(20)의 구동축에 연결되어 터빈(20)으로부터 구동력을 전달받아 공기를 연소실(13)로 공급하기 위한 공기 공급용 압축기(22) 및 터빈(20)과 압축기(22)의 동력축선상에 연결 설치되어 터빈(20)의 구동력에 따라 동력을 압축기(22)에 전달하거나 동력을 회수하여 전력을 생산하기 위한 모터 제너레이터(21)를 더욱 포함한다.The present invention is the fuel converter 10 of the above-described structure, is installed on the raffinate transfer line 15 is connected to the combustion chamber 13 in the reactor 11 to rotate the energy according to the movement of the raffinate A compressor 20 and a turbine 20 for supplying air for supplying air to the combustion chamber 13 by receiving a driving force from the turbine 20 connected to the turbine 20 and the drive shaft of the turbine 20 for converting the gas into the combustion chamber 13. And a motor generator 21 connected to the power axis of the compressor 22 to transmit power to the compressor 22 or recover power to generate power according to the driving force of the turbine 20.

상기 모터 제너레이터(21)는 동력을 발생시키거나 전력을 생산할 수 있도록 된 것으로, 터빈(20)의 구동력 즉, 라피네이트의 유량에 따라 터빈(20)의 동력을 그대로 압축기(22)에 전달하여 압축기(22)를 구동하고 이 과정에서 전력을 생산시키거나, 터빈(20)의 구동력이 모자란 경우 자체적으로 가동되어 압축기(22)에 동력을 추가로 공급하게 된다.The motor generator 21 is capable of generating power or producing electric power. The motor generator 21 transmits the power of the turbine 20 to the compressor 22 as it is, according to the driving force of the turbine 20, that is, the flow rate of the raffinate. Drive 22 and produce power in this process, or if the drive force of the turbine 20 is insufficient to operate itself to supply additional power to the compressor 22.

미설명된 도면 부호 (30)은 라피네이트 이송라인(15) 상에 설치되는 유량제어밸브이다.Unexplained reference numeral 30 is a flow control valve installed on the raffinate transfer line 15.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 시스템의 작용을 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the system of the present invention having such a configuration as follows.

도 1에서 이점쇄선 화살표는 연료의 이송라인을 나타내고, 점선 화살표는 퍼미에이트의 이송라인을 나타내며, 일점쇄선 화살표는 라피네이트 이송라인(15)을 나타낸다.In FIG. 1, the dashed line arrow indicates the fuel transfer line, the dashed line arrow indicates the transfer line of permeate, and the dashed line arrow indicates the raffinate transfer line 15.

외부에 설치된 연료예열기(미도시)에 의해 미리 기화된 메탄올, 에탄올 등의 알코올 등의 연료가 반응기(11)에 설치된 연료 유입구로부터 유입되고, 이렇게 유입된 연료는 연소실(13)로부터 공급되는 연소열로 인해 수소 분리반응에서 필요로하는 온도인 150 내지 600℃까지 가열된다.Fuels such as alcohol, such as methanol and ethanol, vaporized in advance by an external fuel preheater (not shown) are introduced from the fuel inlet provided in the reactor 11, and the fuel thus introduced is the combustion heat supplied from the combustion chamber 13. It is heated to 150 to 600 ℃, which is the temperature required for the hydrogen separation reaction.

상기와 같이 가열된 연료는 개질촉매와 접촉되면서 하기의 반응식 1과 같이 개질반응을 수행하여 수소와 이산화탄소, 그리고 소량의 일산화탄소 및 여분의 물로 구성된 개질가스로 전환된다.The fuel heated as described above is converted into a reforming gas composed of hydrogen and carbon dioxide, a small amount of carbon monoxide and excess water by performing a reforming reaction as shown in Scheme 1 below in contact with the reforming catalyst.

반응식 1Scheme 1

CH3OH(메탄올) + H2O + Q ⇔ 3H2+ CO2 CH 3 OH (methanol) + H 2 O + Q ⇔ 3H 2 + CO 2

상기 개질가스는 분리막(12)을 거치면서 수소만이 선택적으로 투과되고, 이렇게 개질가스의 나머지 성분으로부터 분리된 수소는 배출구를 통해 전지의 스택으로 공급된다. 또한, 상기 분리막(12)을 투과하지 못한 개질가스인 라피네이트는 반응기(11)와 연소실(13)을 연결하는 이송라인(15)을 따라 연소실(13)로 공급된다.Only the hydrogen is selectively permeated while the reformed gas passes through the separator 12, and the hydrogen separated from the remaining components of the reformed gas is supplied to the stack of the battery through the outlet. In addition, the raffinate, which is a reformed gas that does not penetrate the separation membrane 12, is supplied to the combustion chamber 13 along a transfer line 15 connecting the reactor 11 and the combustion chamber 13.

그리고, 상기 반응식 1과 같은 개질반응은 많은 열을 필요로 하는 흡열반응이며, 여기에 필요한 열은 연소실(13)에서 발생되는 연소열과의 열교환에 의해서 이루어지게 되며, 이러한 연소열은 라피네이트가 이송라인(15)을 통해 연소실(13)로 공급되어 연료로 사용됨으로써 얻어진다.In addition, the reforming reaction as in Scheme 1 is an endothermic reaction that requires a lot of heat, the heat required for this is made by heat exchange with the heat of combustion generated in the combustion chamber 13, this heat of combustion is the raffinate transfer line It is obtained by being supplied to the combustion chamber 13 through 15 and used as a fuel.

즉, 상기 반응기(11)에서 발생되어 분리막(12)을 통과하지 못한 라피네이트에는 반응기(11)의 운전조건에 따라 1∼70%정도의 수소가 함유되어 있어 연소실(13)의 연료로 사용할 수 있는 것이다.That is, the raffinate generated in the reactor 11 and not passing through the separator 12 contains about 1 to 70% of hydrogen depending on the operating conditions of the reactor 11, and thus may be used as fuel in the combustion chamber 13. It is.

한편, 이송라인(15)을 따라 연소실(13)로 유입되는 라피네이트는 유량 25Nm3/hr, 압력 10 bar, 온도 300℃ 내외의 에너지를 가지고 있어서, 이송라인(15)에 설치된 터빈(20)을 통과하면서 고온고압상태에서 저압 상태로 바뀌게 되며 이때 라피네이트가 가지고 있는 에너지는 터빈(20)의 회전에너지로 전환되어 터빈(20)은 고속으로 회전하게 된다.Meanwhile, the raffinate introduced into the combustion chamber 13 along the transfer line 15 has energy of about 25 Nm 3 / hr, a pressure of 10 bar, and a temperature of about 300 ° C., and thus the turbine 20 installed in the transfer line 15. While passing through the high temperature and high pressure state is changed to the low pressure state at this time the energy of the raffinate is converted into the rotational energy of the turbine 20 is to rotate the turbine 20 at high speed.

터빈(20)의 회전력은 터빈(20) 구동축에 연결 설치된 모터 제너레이터(21)를 거쳐 압축기(22)에 전달되어 압축기(22)를 작동시키게 되고, 압축기(22) 작동에 의해 공기를 연소실(13) 또는 전지의 스택으로 공급할 수 있게 되는 것이다.The rotational force of the turbine 20 is transmitted to the compressor 22 via the motor generator 21 connected to the drive shaft of the turbine 20 to operate the compressor 22, and the air is driven by the compressor 22 to operate the combustion chamber 13. Or can be supplied as a stack of batteries.

또한, 터빈(20)의 작동에 따라 모터 제너레이터(21)가 회전하여 전력을 생산하게 되고, 생산된 전력은 공기 공급기(14)로 공급되어 공급기(14)의 블로워 (blower)를 작동시키게 된다. 따라서 블로워 작동을 위해 외부에서 별도의 전력을 공급하지 않아도 되는 것이다.In addition, according to the operation of the turbine 20, the motor generator 21 rotates to produce electric power, and the generated electric power is supplied to the air supply 14 to operate a blower of the supply 14. This eliminates the need for an external power supply for blower operation.

여기서 이송라인(15)을 통해 연소실(13)로 유입되는 라피네이트의 양이 적은 경우에는 압축기(22)를 작동시키는 터빈(20)의 구동력이 충분치 않게 되므로, 이때는 모터 제너레이터(21)에 전원을 인가하여 동력을 발생시키고, 터빈(20)의 구동력에 이 동력을 더하여 압축기(22)를 가동할 수 있게 된다.In this case, when the amount of raffinate introduced into the combustion chamber 13 through the transfer line 15 is small, the driving force of the turbine 20 for operating the compressor 22 is not sufficient. In this case, power is supplied to the motor generator 21. When the power is applied to generate power, the power is added to the driving force of the turbine 20 so that the compressor 22 can be operated.

상기 언급된 시스템은 압축기(22)와 공기 공급기(14)가 모두 구비된 경우로, 압축기(22)에서 토출되는 공기는 연료 변환기(10)의 연소실(13)로 공급하고 공기 공급기(14)로부터 나오는 공기는 전지의 스택에 공급하거나, 이와 반대로 압축기 (22)의 공기는 전지의 스택에 공급하고 공기 공급기(14)의 공기는 연소실(13)로 공급할 수 있다.The above-mentioned system is provided with both the compressor 22 and the air supply 14, wherein the air discharged from the compressor 22 is supplied to the combustion chamber 13 of the fuel converter 10 and from the air supply 14. Outgoing air may be supplied to the stack of cells or, conversely, air of the compressor 22 may be supplied to the stack of cells and air of the air supply 14 may be supplied to the combustion chamber 13.

이와는 달리, 공기 공급기(14)를 구비하지 않고 압축기(22)만으로 연소실(13)과 스택 모두에 공기를 공급하는 시스템으로 구축할 수도 있다.Alternatively, it may be constructed as a system for supplying air to both the combustion chamber 13 and the stack by the compressor 22 alone without the air supply 14.

실시예Example

30Kw급 시스템을 기준으로 할 때, 터빈(20)은 고온고압의 라피네이트로부터 에너지를 회수하게 되는 데 회수되는 에너지는 약 2.4kw 정도가 된다.Based on the 30 Kw class system, the turbine 20 recovers energy from the high temperature and high pressure raffinate, which is about 2.4 kw.

라피네이트의 기체상수 계산Calculation of gas constant of raffinate

성분ingredient 체적(%)volume(%) 몰분(分)Mole fraction 분자량Molecular Weight 혼합물1kmol 당 질량Mass per kmol 질량기준 분석치Mass-based analysis value H2 H 2 5050 0.50.5 2.02.0 1.01.0 0.0430.043 CO2 CO 2 5050 0.50.5 44.044.0 22.022.0 0.9570.957

식 : w = -k ×R ×T1/(k ×1) ×{(P2/P1)((k-1)/k)-1}Formula: w = -k × R × T 1 / (k × 1) × {(P 2 / P 1 ) ((k-1) / k) -1}

(여기서, k = 1.3, P1= 10 bar, P2= 1 bar 로 가정함)(Assuming k = 1.3, P 1 = 10 bar, P 2 = 1 bar)

라피네이트 기체상수 R = 8.3144/23 0.3615 kJ/kgKRaffinate Gas Constant R = 8.3144 / 23 0.3615 kJ / kgK

라피네이트 유량 25 Nm3/hr 0.006638 kg/secRaffinate Flow Rate 25 Nm 3 / hr 0.006638 kg / sec

가역 단열과정에서 w = 370.0 kw/kgW = 370.0 kw / kg during reversible insulation

라피네이트의 팽창일 W = 2.456 kw/(25Nm3/hr)Expansion Date of Raffinate W = 2.456 kw / (25 Nm 3 / hr)

통상 반응기(11)나 스택으로 공기를 공급하는 공기 공급기(14)의 브로워(blower) 최대요구 출력은 약 1.2kw 정도임을 감안할 때, 터빈(20)의 효율이 50% 정도만 되어도 외부에서 공급하는 동력없이 공기 공급이 가능하게 된다.Considering that the blower maximum demand output of the air supply 14 that supplies air to the reactor 11 or stack is about 1.2 kw, the power supplied from the outside even if the efficiency of the turbine 20 is about 50%. Air supply is possible without.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 연료전지 자동차용 연료 변환기(10)의 에너지 회수 시스템에 의하면, 버려지는 라피네이트의 에너지를 활용할 수 있게 되어 시스템의 효율을 증대시킬 수 있게 된다.According to the energy recovery system of the fuel cell vehicle fuel converter 10 according to the present invention as described above, the energy of the discarded raffinate can be utilized to increase the efficiency of the system.

Claims (3)

삭제delete 삭제delete 연료가 유입되어 개질반응이 이루어지는 반응기와, 반응기에 구비되어 개질가스 중 수소가스만을 선택적으로 통과시키는 분리막, 반응기 외측에 설치되어 반응기에 필요한 열을 제공하기 위한 연소촉매가 내장된 연소실을 포함하는 연료 변환기의 에너지 회수 시스템에서,Fuel including a reactor into which the fuel is introduced to undergo a reforming reaction, a separator provided in the reactor to selectively pass only hydrogen gas from the reforming gas, and a combustion chamber installed outside the reactor to provide heat required for the reactor. In the energy recovery system of the converter, 라피네이트 이송라인 상에 설치되어 라피네이트의 이동에 의해 구동되는 터빈;A turbine installed on the raffinate transfer line and driven by the movement of the raffinate; 상기 터빈의 동력축에 연결되어 터빈에서 생성되는 운동에너지에 의해 구동되는 공기 공급용 압축기; 및A compressor for supplying air connected to a power shaft of the turbine and driven by kinetic energy generated by the turbine; And 상기 터빈과 상기 공기 공급용 압축기 사이에 설치되며 상기 터빈의 회전에 의해 구동되어 생산된 전력을 공기 공급기로 전송하는 모터 제너레이터를 포함하는 연료 전지 자동차용 연료 변환기의 에너지 회수 시스템.And a motor generator installed between the turbine and the compressor for supplying air and transmitting power generated by the rotation of the turbine to an air supply.
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