KR101263551B1 - Shut down method of reforming system for fuel cell using auxiliary heat exchanger - Google Patents
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Abstract
가정용 연료전지 시스템과 같이 질소(N2) 인프라가 구축되지 않은 경우라도 개질기 내부 퍼지가 가능한 연료전지용 개질 시스템 종료 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 연료전지용 개질 시스템 종료 방법은 탄화수소계 연료와 반응 물(Process H2O)이 투입되어 수소를 생성하는 개질부와, 상기 개질부에서 생성되는 CO를 변성시키는 CO변성부와, 상기 CO변성 후 잔류하는 CO를 제거하는 CO제거부를 구비하는 개질기를 포함하는 연료전지용 개질 시스템의 종료 방법으로서, 상기 반응 물과 별도로, 퍼지용 물(Purge H2O)을 기화시키는 보조 열교환기를 이용하되, 상기 개질기의 운전 종료 후, 상기 보조 열교환기에서 기화된 퍼지용 물을 상기 개질기 내부에 제공하여, 상기 개질기 내부에 잔류하는 가스를 제거하는 것을 특징으로 한다. A method for ending a reforming system for a fuel cell capable of purging inside a reformer even when a nitrogen (N 2 ) infrastructure is not constructed, such as a domestic fuel cell system, is disclosed.
A reforming method for a fuel cell reforming system according to the present invention includes a reforming unit in which a hydrocarbon-based fuel and a reactant (Process H 2 O) are introduced to generate hydrogen, a CO modifying unit for modifying CO generated in the reforming unit, and A method of terminating a reforming system for a fuel cell including a reformer having a CO removal unit for removing residual CO after CO denaturation, using an auxiliary heat exchanger for vaporizing purge water (Purge H 2 O) separately from the reaction product. After the operation of the reformer, the purge water vaporized in the auxiliary heat exchanger is provided in the reformer to remove the gas remaining in the reformer.
Description
본 발명은 연료전지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 질소(N2) 가스 인프라가 구축되지 않는 가정용 연료전지 시스템에서도 수증기를 이용하여 개질기 내부를 쉽게 퍼지(purge)할 수 있는 보조 열교환기를 이용한 연료전지용 개질 시스템 종료 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, for a fuel cell using an auxiliary heat exchanger that can easily purge the inside of the reformer using water vapor even in a domestic fuel cell system in which a nitrogen (N 2 ) gas infrastructure is not established. A method of shutting down a reforming system.
연료전지에 수소를 공급하기 위한 개질기는 탄화수소계(hydrocarbon) 연료를 수소(H2)로 개질(reforming)한다. 이를 위하여, 개질기는 개질부, CO변성부 및 CO제거부를 포함한다. The reformer for supplying hydrogen to the fuel cell reforms the hydrocarbon fuel to hydrogen (H 2 ). For this purpose, the reformer includes a reforming unit, a CO denaturing unit and a CO removing unit.
개질부에서는 탈황을 거친 탄화수소계 원료(천연가스)가 공급되어, 반응 물(process H2O)과 혼합된 상태에서 고온개질 촉매와 반응하여 H2가 생성된다. The reforming unit is supplied with desulfurized hydrocarbon-based raw material (natural gas), and reacts with a high temperature reforming catalyst in a state of being mixed with a reaction product (process H 2 O) to generate H 2 .
CO변성부에서는 상기 개질부에서의 개질에 의하여 불가피하게 생성되는 일산화탄소(CO)가 변성된다. In the CO modifying unit, carbon monoxide (CO) inevitably generated by the reforming in the reforming unit is modified.
CO제거부에서는 CO변성부에서의 CO변성 후, 잔류하는 CO를 수 ppm 내외로 제거한다.
In the CO removal unit, residual CO is removed to about several ppm after CO modification in the CO modification unit.
개질기 운전 종료 후에는 이후의 개질기 운전에 대비하기 위하여, 퍼지(purge)를 통하여 개질기 내부에 잔류하는 가스를 제거한다. 개질기 내부에 잔류하는 가스가 제거되지 않을 경우, 코킹(coking) 현상으로 촉매의 성능을 저하시켜 개질기 효율이 저하되므로, 이러한 개질기 운전 종료 후에 실시되는 퍼지는 필수적이라 할 수 있다. After the reformer operation is completed, gas remaining in the reformer is removed through a purge to prepare for the subsequent reformer operation. If the gas remaining in the reformer is not removed, the performance of the catalyst is reduced due to the coking phenomenon and the reformer efficiency is lowered. Therefore, purge performed after the reformer operation ends is essential.
통상의 퍼지는 질소(N2) 가스를 이용하는데, 가정용 연료전지 시스템의 경우 질소 가스 인프라가 구축되어 있지 않다. Conventional purge uses nitrogen (N 2 ) gas, but for domestic fuel cell systems no nitrogen gas infrastructure is in place.
따라서, 현재 가정용 연료전지 시스템의 경우 반응 물(process H2O)을 이용하여 퍼지를 실시하고 있다. Therefore, the current fuel cell system is purged using the reaction (process H 2 O).
그러나, 반응 물을 이용한 개질기 내부 퍼지의 경우, 기화되지 못한 액상의 반응 물이 개질부, CO변성부 및 CO제거부의 촉매에 접촉하게 될 경우, 이는 촉매 성능을 저하시키며, 이에 따라 개질 효율을 저하시키는 문제점이 있다.
However, in the case of purge inside the reformer using the reactant, when the unrevaporated liquid reactant comes into contact with the catalyst of the reforming unit, the CO denaturing unit, and the CO removing unit, this lowers the catalytic performance, thereby improving the reforming efficiency. There is a problem of deterioration.
본 발명의 목적은 가정용 연료전지 시스템 등과 같이 질소 가스 인프라가 구축되지 않은 경우에도 개질기 내부 퍼지가 가능하도록 하며, 퍼지 시 개질부, CO변성부 및 CO제거부의 촉매 성능을 그대로 유지할 수 있는 연료전지용 개질 시스템 종료 방법을 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to enable a purge inside the reformer even when a nitrogen gas infrastructure is not built, such as a domestic fuel cell system, and during the purge, a fuel cell capable of maintaining the catalytic performance of the reformer, the CO denaturation unit, and the CO removal unit as it is. To provide a way to shut down a reforming system.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 보조 열교환기를 이용한 연료전지용 개질 시스템 종료 방법은 탄화수소계 연료와 반응 물(Process H2O)이 투입되어 수소를 생성하는 개질부와, 상기 개질부에서 생성되는 CO를 변성시키는 CO변성부와, 상기 CO변성 후 잔류하는 CO를 제거하는 CO제거부를 구비하는 개질기를 포함하는 연료전지용 개질 시스템의 종료 방법으로서, 상기 반응 물과 별도로, 퍼지용 물(Purge H2O)을 기화시키는 보조 열교환기를 이용하되, 상기 개질기의 운전 종료 후, 상기 보조 열교환기에서 기화된 퍼지용 물을 상기 개질기 내부에 제공하여, 상기 개질기 내부에 잔류하는 가스를 제거하는 것을 특징으로 한다.Reforming method of a fuel cell reforming system using an auxiliary heat exchanger according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is a reforming unit for generating hydrogen by the introduction of hydrocarbon-based fuel and reactants (Process H 2 O), and the reforming unit A method of terminating a reforming system for a fuel cell, including a reformer having a CO modifying unit for modifying CO generated in the CO and a CO removing unit for removing CO remaining after the CO modification, wherein the water for purging is separated from the reactant. Purge H 2 O) using an auxiliary heat exchanger, and after completion of the operation of the reformer, by providing the purge water vaporized in the auxiliary heat exchanger in the reformer, to remove the gas remaining in the reformer. It features.
이때, 상기 보조 열교환기로부터 공급되는 퍼지용 물이 기화되지 않을 경우, 상기 퍼지용 물을 상기 개질부와 열교환하는 열교환부에 통과시켜 상기 퍼지용 물을 기화시킨 후, 상기 개질부로 공급할 수 있다. In this case, when the purge water supplied from the auxiliary heat exchanger is not vaporized, the purge water may be passed through a heat exchange part that exchanges heat with the reforming part to vaporize the purge water, and then may be supplied to the reforming part.
또한, 상기 개질기의 운전 초기 또는 운전 중에 에러 발생시, 상기 보조 열교환기에서 기화된 물이 제공되어 상기 개질기 내부가 퍼지될 수 있다. In addition, when an error occurs during the initial operation or during operation of the reformer, water vaporized in the auxiliary heat exchanger may be provided to purge the inside of the reformer.
또한, 상기 보조 열교환기에서 기화된 물은 상기 개질기 운전 초기에 상기 개질부로 공급되어, 상기 개질기 내부 온도를 목표 온도로 승온시키는 것에 활용될 수 있다.
In addition, the water vaporized in the auxiliary heat exchanger may be supplied to the reforming unit at the beginning of the reformer operation, and may be used to raise the temperature inside the reformer to a target temperature.
본 발명에 따른 연료전지용 개질 시스템 종료 방법은 개질기 운전 종료 후, 보조 열교환기에서 기화된 물을 이용하여 개질기 내부를 퍼지함으로써, 가정용 연료전지 시스템과 같은 질소 가스 인프라가 구축되지 않은 경우에도 개질기 내부의 퍼지가 가능한 장점이 있다. The reforming method of the fuel cell reforming system according to the present invention purges the reformer by using vaporized water in an auxiliary heat exchanger after the reformer operation is terminated, so that even if a nitrogen gas infrastructure such as a domestic fuel cell system is not established, There is an advantage to purging.
아울러 본 발명에 따른 연료전지용 개질 시스템 종료 방법은 기화된 물을 이용함으로써, 개질기 내부 퍼지시에 고온개질 촉매 등의 촉매 성능을 그대로 유지할 수 있는 장점이 있다. In addition, the method for ending a reforming system for a fuel cell according to the present invention has the advantage of maintaining catalytic performance, such as a high temperature reforming catalyst, during purge inside the reformer by using vaporized water.
또한, 본 발명에 따른 연료전지용 개질 시스템은 보조 열교환기에서 기화된 물을 개질기 운전 초기에 CO변성부 및 CO제거부의 승온 용도로 활용할 수 있어, 개질기 시동시간 단축에 기여할 수 있다.
In addition, the reforming system for a fuel cell according to the present invention can utilize the water vaporized in the auxiliary heat exchanger for the purpose of raising the temperature of the CO modifying unit and the CO removing unit at the initial stage of the reformer operation, thereby contributing to shortening the reformer start-up time.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 보조 열교환기를 이용한 연료전지용 개질 시스템의 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 보조 열교환기를 이용한 연료전지용 개질 시스템의 다른 예를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 퍼지(Purge)용 물 공급에 따른 개질부의 온도 변화를 나타낸 것이다. Figure 1 schematically shows an example of a reforming system for a fuel cell using an auxiliary heat exchanger that can be applied to the present invention.
Figure 2 schematically shows another example of a reforming system for a fuel cell using an auxiliary heat exchanger that can be applied to the present invention.
Figure 3 shows the temperature change of the reforming unit according to the purge (purge) water supply according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments and drawings described in detail below.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.However, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is intended that the disclosure of the present invention be limited only by the terms of the appended claims.
이하에서는, 본 발명에 따른 보조 열교환기를 이용한 연료전지용 개질 시스템 종료 방법에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method for terminating a reforming system for a fuel cell using an auxiliary heat exchanger according to the present invention will be described in detail.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 보조 열교환기를 이용한 연료전지용 개질 시스템의 예를 개략적으로 나타낸 것이다. Figure 1 schematically shows an example of a reforming system for a fuel cell using an auxiliary heat exchanger that can be applied to the present invention.
도 1을 참조하면, 도시된 연료전지용 개질 시스템은 개질기 및 보조 열교환기(170)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the illustrated reforming system for a fuel cell includes a reformer and an
탄화수소계 원료(천연가스)와 반응 물(process H2O)이 제공되어 수소(H2)를 생성하여 연료전지 스택(150)으로 공급하는 개질기는 개질부(120), CO변성부(130) 및 CO제거부(140)를 구비한다. The reformer for supplying a hydrocarbon-based raw material (natural gas) and a reactant (process H 2 O) to generate hydrogen (H 2 ) and supplying it to the
개질부(120)에서는 탈황부(110)에서 탈황을 거친 탄화수소계 원료(천연가스)와 반응 물(process H2O)이 대략 700℃에서 반응하여 수소(H2)로의 고온개질 촉매 반응이 이루어진다. In the reforming
예를 들어, 탄화수소계 원료가 메탄(CH4)이라고 하면, 메탄이 촉매(catalyst)를 통하여 과량의 물(H2O(g))과 반응하여, 부피%로 대략 70% 정도의 수소(H2)를 생성한다. 이때, 대략 10% 정도의 CO가 함께 생성된다. For example, if the hydrocarbon-based feedstock is methane (CH 4 ), the methane reacts with excess water (H 2 O (g)) through a catalyst (catalyst), about 70% by volume of hydrogen (H 2 ) At this time, approximately 10% of CO is generated together.
CO변성부(130)에서는 상기 고온 개질에 의하여 불가피하게 생성되는 일산화탄소(CO)가 변성된다. In the
CO변성부(130)에서는 촉매를 통하여 다음과 같이, 일산화탄소(CO)와 물이 대략 160 ~ 250℃에서 반응하여 CO를 CO2로 변성시킨다. In the
CO + H2O → H2 +CO2 CO + H 2 O → H 2 + CO 2
CO제거부(140)에서는 CO변성 후, 잔류하는 CO를 제거한다. The
CO변성에 의하여 대부분의 CO가 변성되나, 여전히 부피%로 0.5% 정도의 CO가 잔류한다. 이에, CO제거부(140)에서는 대략 100℃ 정도에서 잔류하는 CO의 선택적 산화(preferential oxidation)반응을 통하여 CO의 농도를 수 ppm 단위까지 낮춘다. Most of the CO is denatured by CO denaturation, but there is still about 0.5% of CO in volume%. Accordingly, the
CO + 1/2O2 → CO2
CO + 1 / 2O 2 → CO 2
보조 열교환기(170)는 개질기 외부에 위치하며, 반응 물과 별도로 액상의 물을 기화시킨다. 이 물은 본 발명에서 개질기 운전 종료 후, 개질기 내부에 잔류하는 가스를 제거하기 위한 퍼지용 물(purge H2O)로 사용된다. The
보조 열교환기(170)에서 퍼지용 물의 기화는 열교환(Count-current) 방식 또는 히터 방식으로 물을 기화시킬 수 있다. The vaporization of the purge water in the
아울러, 보조 열교환기(170)로, 일측에 반응 물을 제공하기 위한 열교환부(101)가 배치된 버너(160)의 타측에 배치되는 열교환부를 이용할 수 있다. 이 경우, 보조 열교환기(170)는 버너(160)의 연소 가스를 이용하여 퍼지용 물의 온도를 상승 및 기화시킬 수 있다. In addition, as the
보조 열교환기(170)에서 기화된 퍼지용 물은 개질기의 운전 종료 후, 개질기 내부에 퍼지(purge) 가스로서 제공되며, 이를 통하여 개질기 내부에 잔류하는 가스가 제거된다. The purge water vaporized in the
개질기의 운전이 종료되면 반응 물의 공급을 제어하는 제2밸브(V/V2)가 닫히고, 퍼지를 위하여 보조 열교환기(170)에 물의 공급을 제어하는 제1밸브(V/V1)가 개방된다. When the operation of the reformer is completed, the second valve V / V2 for controlling the supply of the reactant water is closed, and the first valve V / V1 for controlling the supply of water to the
이와 같이, 보조 열교환기(170)는 퍼지용 물을 기화시킴으로써, 질소 가스 인프라가 구축되지 않은 가정용 연료전지 시스템의 개질기 내부 퍼지에 유용하게 적용될 수 있다. 아울러, 보조 열교환기(170)에서 기화된 물이 제공됨으로써 종래에 문제시되었던 액상의 물(H2O(l))과 고온개질 촉매와 같은 개질기 내부 각각의 촉매가 접촉하는 것을 피할 수 있어, 개질기 내부 촉매 성능 저하를 방지할 수 있다. As such, the
이때, 상기 개질기 운전 종료 후, 퍼지 초기시에 CO변성부(130) 및 CO제거부(140) 온도가 상승하는 경우, CO변성부(130) 및 CO제거부(140)에 포함되는 각각의 촉매의 열화 현상을 방지하기 위하여 퍼지용 물의 공급량을 증가시켜 CO변성부(130) 및 CO제거부(140)의 온도를 낮출 수 있다. 또한, 퍼지용 물의 기화를 원활히 하기 위하여, 퍼지용 물은 반응 물에 비하여 소량으로 하는 것이 바람직하다.
At this time, after the reformer operation, when the temperature of the
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 보조 열교환기를 이용한 연료전지용 개질 시스템의 다른 예를 개략적으로 나타낸 것이다. Figure 2 schematically shows another example of a reforming system for a fuel cell using an auxiliary heat exchanger that can be applied to the present invention.
도 1에 도시된 예에서는 보조 열교환기(170)에서 퍼지용 물이 완전히 기화되는 것을 전제로 하였으나, 개질기의 저부하 운전시 버너(160) 연소가스 유량 감소로 인하여, 보조 열교환기(170)를 거친 퍼지용 물이 100℃ 미만으로 기화되지 않고 액상일 수 있다. In the example shown in FIG. 1, the purge water is completely vaporized in the
이 경우에는 보조 열교환기(170)를 거친 퍼지용 물을 개질부(120)로 바로 투입하면, 촉매 성능이 저하될 수 있다. In this case, if the purge water passed through the
따라서, 보조 열교환기(170)에 의하여 퍼지용 물이 기화되지 않을 경우, 도 2에 도시된 예와 같이, 이동상 물을 개질부(120)와 열교환하는 열교환부(210)에 공급하여 100℃ 이상으로 완전히 기화시킨 후, 개질기 내부로 공급하여 개질기 내부를 퍼지할 수 있다.
Therefore, when the purge water is not vaporized by the
본 발명에서 보조 열교환기(170)는 계속해서 물을 기화시키는 것이 아니라, 개질기 운전 종료시에만 물을 기화시켜도 된다. 따라서, 보조 열교환기(170)에서 기화된 물은, 반응 물(Process H2O)과 별도의 경로를 통하여 개질기로 제공될 수 있다. In the present invention, the
보조 열교환기(170)에서 기화되는 퍼지용 물은 개질기의 운전 초기 또는 운전 중에 시스템 에러 발생시에 연료전지용 개질 시스템을 종료하여야 할 경우, 개질기 내부를 퍼지하기 위하여 제공될 수도 있다.
The purge water vaporized in the
한편, 보조 열교환기(170)에서 기화된 물은 개질기 운전 초기에 개질부(120)로 공급되어, 개질기 내부 온도를 목표 온도로 승온시키는 이동상 물(Carrier H2O)로 활용할 수 있다. On the other hand, the water vaporized in the
개질기 구동 초기에는 반응 물이 고온 기화되기 어렵다. 만약, 반응 물이 액체 상태로 개질부(120)로 직접 공급되면 개질기 운전 초기에 고온개질 촉매와 액체 상태의 물이 접촉하게 된다. 이 경우 개질기 운전 초기 불가피한 반응 물의 기화 소요 시간에 따른 개질기 시동 시간이 늦추어진다.At the beginning of the reformer drive, the reactants are unlikely to vaporize at high temperatures. If the reactant is directly supplied to the
그러나, 보조 열교환기(170)에서 기화된 물을 활용하면, 개질기 운전 초기에 보조 열교환기(170)에서 기화된 물을 이동상 물로 이용하여 CO변성부(130) 및 CO제거부(140)의 온도를 빠른 시간 안에 목표 온도, 즉 촉매가 활성화되는 온도로 승온시킬 수 있다. However, when the vaporized water is used in the
이때, 개질기 내부 온도가 목표 온도로 승온되었을 때, 제1밸브(V/V1)가 닫히면서 보조 열교환기(170)에 상기 이동상 물의 공급이 중단되고, 아울러 제2밸브(V/V2)가 열리면서 반응 물이 정상적으로 공급된다. At this time, when the temperature inside the reformer is raised to the target temperature, the supply of the mobile phase water to the
반응 물이 고온 기화된 상태로 개질부(120)에 공급될 수 있도록, 반응 물은 액상의 물이 CO제거부(140), CO변성부(130) 및 개질부(120)와 순차적인 열교환을 통하여 고온 기화될 수 있다. The reaction water undergoes sequential heat exchange with the liquid CO in the
한편, CO제거부의 온도가 대략 100℃임을 감안할 때, 반응 물은 낮은 온도부터 열교환되어 고온 기화될 수 있도록, CO제거부, CO변성부 및 개질부와 순차적으로 열교환하는 것이 바람직하다. On the other hand, considering that the temperature of the CO removal unit is approximately 100 ℃, it is preferable to heat exchange sequentially with the CO removal unit, CO modification unit and reforming unit, so that the reactant can be heat-exchanged from a low temperature to high temperature vaporization.
퍼지용 물이 이동상 물로 이용될 경우, 이동상 물은 삼방밸브 등을 이용하여 재순환시킬 수 있으며, 또한 온수탱크에 저장하여 온수 혹은 난방 등의 용도로 활용할 수 있다.
When the purge water is used as the mobile phase water, the mobile phase water can be recycled using a three-way valve or the like, and can also be stored in a hot water tank to be used for hot water or heating.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 퍼지(Purge)용 물 공급에 따른 개질부의 온도 변화를 나타낸 것이다. Figure 3 shows the temperature change of the reforming unit according to the purge (purge) water supply according to an embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 개질기 운전 종료 후 퍼지 초기시에, 개질기 운전시의 부하와 동일한 양의 반응 물을 개질기에 공급할 경우 개질기 내부 온도가 빠르게 하강하는 것을 볼 수 있다. Referring to FIG. 3, it can be seen that the internal temperature of the reformer drops rapidly when the purge initial stage after the reformer operation is supplied to the reformer with the same amount of reactant as the load of the reformer operation.
따라서, 개질기 운전 종료 및 퍼지 초기시에는 반응 물을 개질부 내부 혹은 개질부와 열교환하는 열교환부에 공급하여 개질기 내부온도를 대략 400℃ 정도까지 빠르게 감소시키며, 그 이후에 퍼지용 물을 공급하여 개질기 내부의 잔류 가스를 퍼지하여, 퍼지 시간을 단축하는 것이 바람직하다.Therefore, at the end of the reformer operation and the initial purge, the reactant is supplied to the inside of the reformer or to a heat exchanger that exchanges heat with the reformer, thereby rapidly reducing the temperature of the reformer to about 400 ° C., and then supplying purge water to the reformer. It is preferable to purge the residual gas inside and shorten a purge time.
이때, 퍼지용 물은 개질기 내부에서 응축되지 않을 시기까지 공급되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 열교환 후의 퍼지용 물의 온도를 모니터링하여, 퍼지용 물의 온도가 100℃ 미만일 경우 퍼지용 물 공급을 중단할 수 있다. At this time, it is preferable that the purge water is supplied until it is not condensed in the reformer. To this end, by monitoring the temperature of the purge water after heat exchange, if the temperature of the purge water is less than 100 ℃ can be stopped supplying the purge water.
상기와 같이, 개질기의 온도에 따라 반응 물과 퍼지용 물의 사용 구간을 달리할 수 있다.
As described above, the use section of the reaction water and the purge water may vary depending on the temperature of the reformer.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 개질 시스템은 가정용 연료전지 시스템과 같이 질소 가스 인프라가 구축되지 않은 경우에도 보조 열교환기를 통하여 기화된 물을 이용하여 촉매 성능 저하 없이 개질기 내부의 퍼지가 가능하다. As described above, the reforming system for a fuel cell according to the present invention can purge inside the reformer without degrading catalyst performance by using vaporized water through an auxiliary heat exchanger even when a nitrogen gas infrastructure is not constructed like a domestic fuel cell system. .
아울러, 본 발명에 따른 연료전지용 개질 시스템은 보조 열교환기에서 기화된 물을 개질기 운전 초기에 CO변성부 및 CO제거부의 승온 용도로 활용할 수 있어서, 개질기 시동시간을 단축할 수 있는 장점이 있다.
In addition, the reforming system for a fuel cell according to the present invention can utilize the water vaporized in the auxiliary heat exchanger for the purpose of raising the temperature of the CO modifying unit and the CO removing unit at the initial stage of the reformer operation, thereby reducing the reformer start-up time.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
101 : 반응 물 열교환부 110 : 탈황부
120 : 개질부 130 : CO변성부
140 : CO제거부 150 : 연료전지 스택
160 : 버너 170 : 보조 열교환기
210 : 개질부 외측 열교환부 V/V1 : 제1밸브
V/V2 : 제2밸브 101: reaction water heat exchanger 110: desulfurization unit
120: reforming unit 130: CO modified portion
140: CO removal unit 150: fuel cell stack
160: burner 170: auxiliary heat exchanger
210: reformer outer heat exchanger V / V1: first valve
V / V2: Second Valve
Claims (14)
상기 반응 물과 별도로, 퍼지용 물(Purge H2O)을 상승시키는 보조 열교환기를 이용하되,
상기 개질기의 운전 종료 후, 상기 보조 열교환기에서 상승된 퍼지용 물을 상기 반응 물과 별도의 경로를 통하여 상기 개질기 내부에 제공하여, 상기 개질기 내부에 잔류하는 가스를 제거하되, 상기 퍼지용 물의 기화를 원활하게 하기 위하여, 상기 퍼지용 물은 상기 반응 물에 비하여 소량이며,
상기 보조 열교환기는 일측에 상기 반응 물을 제공하기 위한 열교환부가 배치된 버너의 타측에 배치되어, 상기 버너의 연소 가스를 이용하여 상기 보조 열교환기에 공급되는 퍼지용 물의 온도를 상승시키고, 상기 온도가 상승된 퍼지용 물을 상기 개질부와 열교환하는 열교환부에 통과시켜 상기 퍼지용 물을 기화시킨 후 상기 개질부로 공급하며,
퍼지 시간 단축을 위하여, 상기 개질기 운전 종료 및 퍼지 초기시에, 상기 반응 물을 상기 개질부 내부 또는 상기 개질부와 열교환하는 열교환부에 흐르도록 하여 상기 개질기 내부 온도를 하강시킨 후에 상기 퍼지용 물을 공급하며,
상기 개질기 운전 종료 및 퍼지 초기시에, 상기 CO변성부 및 CO제거부 온도가 상승하는 경우, 상기 CO변성부 및 CO제거부에 포함되는 각각의 촉매의 열화 현상을 방지하기 위하여 상기 퍼지용 물의 공급량을 증가시켜 상기 CO변성부 및 CO 제거부의 온도를 낮추는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질 시스템 종료 방법.
Hydrocarbon-based fuel and reactant (Process H 2 O) is introduced into the reforming unit to generate hydrogen, CO modification unit to modify the CO generated in the reforming unit, CO removal to remove the CO remaining after the CO modification In the method of terminating a reforming system for a fuel cell comprising a reformer having a portion,
Apart from the reaction water, using an auxiliary heat exchanger to raise the purge water (Purge H 2 O),
After the operation of the reformer, the purge water raised in the auxiliary heat exchanger is provided in the reformer through a path separate from the reactant to remove the gas remaining in the reformer, but the vaporization of the purge water In order to smoothly, the purge water is a small amount compared to the reaction water,
The auxiliary heat exchanger is disposed on the other side of the burner in which a heat exchanger for providing the reactant is disposed on one side, and raises the temperature of the purge water supplied to the auxiliary heat exchanger using the combustion gas of the burner, and the temperature is increased. Passing the purified purge water through a heat exchange part for exchanging heat with the reforming part to vaporize the purge water, and then supplying it to the reforming part,
In order to shorten the purge time, at the end of the reformer operation and the initial purge, the reaction water flows into the reformer or a heat exchanger that exchanges heat with the reformer, and the temperature of the reformer is lowered to reduce the purge water. Supply,
At the end of the reformer operation and the purge initial stage, when the temperature of the CO-modifying unit and CO-removing unit rises, the supply amount of the purge water to prevent deterioration of each catalyst included in the CO-modifying unit and the CO-removing unit. Method for terminating the reforming system for a fuel cell, characterized in that to lower the temperature of the CO denaturation unit and CO removal unit by increasing.
상기 개질기의 운전 초기 또는 운전 중에 에러 발생시,
상기 퍼지용 물을 기화된 상태로 제공하여 상기 개질기 내부를 퍼지하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질 시스템 종료 방법.
The method of claim 2,
When an error occurs during the initial operation of the reformer or during operation,
The method for ending a reforming system for a fuel cell, wherein the purge water is provided in a vaporized state to purge the reformer.
상기 개질기 내부를 통과한 퍼지용 물의 온도가 100℃ 미만으로 액상일 경우, 상기 퍼지용 물이 상기 보조 열교환기에 공급되는 것을 중단하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질 시스템 종료 방법.
The method of claim 2,
When the temperature of the purge water passing through the reformer is less than 100 ℃ liquid phase, the reforming system for a fuel cell, characterized in that the supply to the auxiliary heat exchanger to stop the reforming system.
상기 반응 물과 별도로, 퍼지용 물(Purge H2O)의 온도를 상승시키는 보조 열교환기;를 포함하고,
상기 보조 열교환기는 일측에 상기 반응 물을 제공하기 위한 열교환부가 배치된 버너의 타측에 배치되어, 상기 버너의 연소 가스에 의하여 퍼지용 물의 온도가 상승되고, 상기 보조 열교환기에서 온도가 상승된 퍼지용 물이 상기 개질부와 열교환하는 열교환부를 통과하여 기화되어 상기 반응 물과 별도의 경로를 통하여 상기 개질부로 공급되어 상기 개질기의 운전 종료 후, 상기 개질기 내부에 퍼지용 가스로 제공되되, 상기 퍼지용 물의 기화를 원활하게 하기 위하여, 상기 퍼지용 물은 상기 반응 물에 비하여 소량이며,
퍼지 시간 단축을 위하여, 상기 개질기 운전 종료 및 퍼지 초기시에, 상기 반응 물이 상기 개질부 내부 또는 상기 개질부와 열교환하는 열교환부에 흐르도록 하여 상기 개질기 내부 온도가 하강된 후에 상기 퍼지용 물이 공급되며,
상기 개질기 운전 종료 및 퍼지 초기시에, 상기 CO변성부 및 CO제거부 온도가 상승하는 경우, 상기 CO변성부 및 CO제거부에 포함되는 각각의 촉매의 열화 현상을 방지하기 위하여 상기 퍼지용 물의 공급량이 증가되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질 시스템.
The reforming unit that is introduced into the hydrocarbon-based fuel and reactant (Process H 2 O) to generate hydrogen (H 2 ), the CO modification unit to modify the CO generated in the reforming unit, and the CO remaining after the CO modification A reformer having a CO removal unit for removing; And
And an auxiliary heat exchanger that increases the temperature of the purge water (Purge H 2 O) separately from the reaction water.
The auxiliary heat exchanger is disposed on the other side of the burner in which a heat exchanger for providing the reactant is disposed on one side, and the temperature of the purge water is increased by the combustion gas of the burner, and the temperature is increased in the auxiliary heat exchanger. Water is evaporated through a heat exchanger that exchanges heat with the reformer and is supplied to the reformer through a separate path from the reactant to provide a purge gas inside the reformer after the operation of the reformer is completed. In order to facilitate vaporization, the purge water is a small amount compared to the reaction water,
In order to shorten the purge time, at the end of the reformer operation and the initial purge time, the reaction water flows into the reforming unit or a heat exchanger that exchanges heat with the reforming unit, and the purge water is lowered after the temperature of the reformer is lowered. Supplied,
At the end of the reformer operation and the purge initial stage, when the temperature of the CO-modifying unit and CO-removing unit rises, the supply amount of the purge water to prevent deterioration of each catalyst included in the CO-modifying unit and the CO-removing unit. The reforming system for a fuel cell, characterized in that the increase.
상기 퍼지용 물은
상기 개질기 운전 초기에 기화된 상태로 상기 개질부로 공급되어, 상기 개질기 내부 온도를 승온시키는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질 시스템.
The method of claim 10,
The purge water is
The reformer for a fuel cell, characterized in that supplied to the reforming unit in the vaporized state at the beginning of the reformer operation to increase the internal temperature of the reformer.
상기 반응 물은
상기 CO제거부, CO변성부 및 개질부와 순차적인 열교환을 통하여 기화되어 상기 개질부로 제공되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질 시스템. The method of claim 10,
The reactant is
A reforming system for a fuel cell, wherein the CO removal unit, the CO modifying unit, and the reforming unit are vaporized through sequential heat exchange to provide the reforming unit.
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