KR101287010B1 - Fuel processor for fuel cell system - Google Patents

Fuel processor for fuel cell system Download PDF

Info

Publication number
KR101287010B1
KR101287010B1 KR1020110056441A KR20110056441A KR101287010B1 KR 101287010 B1 KR101287010 B1 KR 101287010B1 KR 1020110056441 A KR1020110056441 A KR 1020110056441A KR 20110056441 A KR20110056441 A KR 20110056441A KR 101287010 B1 KR101287010 B1 KR 101287010B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
oxidant
supplied
amount
oxygen concentration
Prior art date
Application number
KR1020110056441A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20120137109A (en
Inventor
김동찬
정대식
문고영
Original Assignee
엘에스산전 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘에스산전 주식회사 filed Critical 엘에스산전 주식회사
Priority to KR1020110056441A priority Critical patent/KR101287010B1/en
Publication of KR20120137109A publication Critical patent/KR20120137109A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101287010B1 publication Critical patent/KR101287010B1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04694—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by variables to be controlled
    • H01M8/04746—Pressure; Flow
    • H01M8/04776—Pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformer, compressor, burner
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • H01M8/04022—Heating by combustion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0438—Pressure; Ambient pressure; Flow
    • H01M8/04425—Pressure; Ambient pressure; Flow at auxiliary devices, e.g. reformers, compressors, burners
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0444—Concentration; Density
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618—Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0283—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a CO-shift step, i.e. a water gas shift step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435—Catalytic purification
    • C01B2203/044—Selective oxidation of carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/047—Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16—Controlling the process
    • C01B2203/169—Controlling the feed
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/48—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents followed by reaction of water vapour with carbon monoxide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/56—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids
    • C01B3/58—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction
    • C01B3/583—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with solids; Regeneration of used solids including a catalytic reaction the reaction being the selective oxidation of carbon monoxide
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

본 발명은 연료전지용 연료처리장치에 있어서 배기가스에 포함된 산소 농도를 검출하여 산화제 공급기가 공급하는 산화제 량을 조절함으로써 버너의 불완전연소내지 소화 현상을 방지하고 산화제 유량측정기의 설치가 불필요하여 제조비용이 절감될 수 있는 연료전지용 연료처리장치를 제공하려는 것으로서, 본 발명에 따라서 배기가스의 배기구를 갖는 연료처리기; 전기적 산화제공급 제어신호에 따라서 연료처리기에 공급되는 산화제의 양을 조절하여 공급하는 산화제 공급기; 전기적 연료가스공급 제어신호에 따라서 연료처리기에 공급되는 연료가스의 양을 조절하여 공급하는 연료공급기; 연료공급기가 공급하는 연료가스의 유량을 측정하여 전기적 유량측정신호로서 제공하는 유량측정기; 배기가스에 포함되는 산소 농도를 검출하는 산소 센서; 및 산소 센서로부터 검출된 산소 농도에 근거하여 산화제 공급기가 공급하는 산화제 양을 조절하도록 산화제공급 제어신호를 상기 산화제 공급기에 출력하는 제어기;를 포함하는 연료전지용 연료처리장치가 개시된다.The present invention prevents incomplete combustion or extinguishing of burners by detecting the oxygen concentration contained in the exhaust gas and controlling the amount of oxidant supplied by the oxidant supply in the fuel processing device for a fuel cell. In order to provide a fuel cell fuel processing apparatus which can be reduced, a fuel processor having an exhaust port of exhaust gas according to the present invention; An oxidant supplier for controlling and supplying an amount of oxidant supplied to the fuel processor in accordance with the electrical oxidant supply control signal; A fuel supplier for controlling and supplying an amount of fuel gas supplied to the fuel processor according to the electrical fuel gas supply control signal; A flow rate meter for measuring a flow rate of the fuel gas supplied by the fuel supplier and providing the flow rate as an electrical flow rate measurement signal; An oxygen sensor detecting an oxygen concentration contained in the exhaust gas; And a controller for outputting an oxidant supply control signal to the oxidant supply to adjust the amount of the oxidant supplied by the oxidant supply based on the oxygen concentration detected from the oxygen sensor.

Description

연료전지용 연료처리장치{FUEL PROCESSOR FOR FUEL CELL SYSTEM}Fuel processor for fuel cell {FUEL PROCESSOR FOR FUEL CELL SYSTEM}

본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 특히 연료처리장치로부터 배기구를 통해 유출되는 배기가스에 포함된 산소농도에 따라서 산화제 공급장치에 공급되는 산화제 양을 조절하도록 제어하는 연료전지용 연료처리장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a fuel cell fuel processor for controlling the amount of oxidant supplied to an oxidant supply device according to the oxygen concentration contained in the exhaust gas flowing out through the exhaust port from the fuel processor.

도 1을 참조하여 종래기술에 따른 연료전지용 연료처리장치의 구성과 작용을 설명한다.Referring to Figure 1 will be described the configuration and operation of the fuel cell fuel processing apparatus according to the prior art.

종래기술에 따른 연료전지용 연료처리장치는 크게 구분하여 연료처리기(100), 연료처리기(100)에 도시가스 또는 천연가스와 같은 연료가스를 공급하는 연료공급기(40), 연료처리기(100)에 산화제 즉, 산소(O2)를 공급하는 산화제 공급기(20), 그리고 연료공급기(40)와 산화제 공급기(20)에 전기적으로 접속되어 연료공급기(40)와 산화제 공급기(20)가 공급하는 유량을 제어하는 제어기(10)를 포함하여 구성된다. The fuel processing apparatus for a fuel cell according to the related art is largely divided into a fuel processor 100 and a fuel supply unit 40 supplying a fuel gas such as city gas or natural gas to the fuel processor 100, and an oxidant to the fuel processor 100. That is, the oxidant supplier 20 for supplying oxygen (O 2 ) and the fuel supply 40 and the oxidant supply 20 are electrically connected to control the flow rate supplied by the fuel supply 40 and the oxidant supply 20. The controller 10 is configured to include.

또한, 연료처리기(100)의 유입구(100d)와 연료공급기(40)사이에는 제 1 유량측정기(50)이 설치되고, 연료처리기(100)의 유입구(100d)와 산화제 공급기(20)사이에는 제 2 유량측정기(30)이 설치된다.In addition, a first flow meter 50 is installed between the inlet 100d of the fuel processor 100 and the fuel supplier 40, and is formed between the inlet 100d of the fuel processor 100 and the oxidant supply 20. 2 flow meter 30 is installed.

따라서, 제어기(10)는, 제 1 유량측정기(50)가 송신하는 연료공급기(40)가 공급하는 연료량 측정신호와, 제 2 유량측정기(30)가 송신하는 산화제 공급기(20)가 공급하는 산화제량 측정신호를 수신하여 이들 측정신호에 따른 측정값을 근거로 연료공급기(40)와 산화제 공급기(20)를 감시하고 이들이 공급하는 유량을 조절(제어)한다.Accordingly, the controller 10 may supply the fuel amount measurement signal supplied by the fuel supply 40 transmitted by the first flow meter 50 and the oxidant supplied by the oxidant supply 20 transmitted by the second flow meter 30. Receiving the quantity measurement signal, the fuel supplier 40 and the oxidant supplier 20 are monitored based on the measured values according to these measurement signals, and the flow rate they supply is controlled (controlled).

연료처리기(100)는 연료공급기(40)가 공급하는 연료가스를 산화제 공급기(20)가 공급하는 산화제와 고온에서 반응시켜 수소를 후단의 연료전지에 공급하는 기기이다.The fuel processor 100 is a device for supplying hydrogen to a fuel cell at a later stage by reacting the fuel gas supplied by the fuel supplier 40 with the oxidant supplied by the oxidant supplier 20 at a high temperature.

연료처리기(100)는 이를 위해서 수증기 개질 반응기(일명, 개질기)(100a)와, 수성화 가스 반응기(Water-gas-Shift reactor)(100b) 및 일산화탄소 제거기(100c)를 포함한다.The fuel processor 100 includes a steam reforming reactor (also known as a reformer) 100a, a water-gas-shift reactor 100b, and a carbon monoxide remover 100c for this purpose.

수증기 개질 반응기(Steam Reforming Reactor 일명, 개질기)(100a)는 도시가스 또는 천연가스에 함유된 탄화수소(Hydro Carbon)를 고온 분위기하에서 산소와 반응시켜 수소로 개질시키는 기기로서, 연료처리기(100)의 주 기능부에 해당하는 기기이다. Steam Reforming Reactor (also referred to as a reformer) (100a) is a device for reforming hydrogen by reacting the hydrocarbon (Hydro Carbon) contained in the city gas or natural gas under high temperature atmosphere with hydrogen, the main of the fuel processor 100 The device corresponds to the functional unit.

이를 위해서 수증기 개질 반응기(100a)에는 고온 분위기 조성을 위해서 수증기 개질 반응기(100a)를 가열하는 버너(burner)(100a-1)가 부설된다.To this end, a burner 100a-1 for heating the steam reforming reactor 100a is installed in the steam reforming reactor 100a to form a high temperature atmosphere.

상기 수증기 개질 반응기(100a)가 수행한 개질반응의 부산물로 일산화탄소가 발생하는 바, 수성화 가스 반응기(100b)는 부산물 일산화탄소를 사람에게 무해한 이산화탄소로 전화(바꾸는) 기기이다.The carbon monoxide is generated as a byproduct of the reforming reaction performed by the steam reforming reactor 100a, and the aqueous gas reactor 100b is a device for converting the byproduct carbon monoxide to carbon dioxide, which is harmless to humans.

일산화탄소 제거기(100c)는 수성화 가스 반응기(100b)가 전화하지 못한 일산화탄소를 백만분율(Parts Per Million, PPM으로 통상 약칭됨)단위로 존재하도록 정화하는 기기이다.The carbon monoxide remover 100c is a device for purifying carbon monoxide that the aqueous gas reactor 100b does not convert to exist in units of parts per million (commonly abbreviated as PPM).

도 1에서 부호 100e는 연료처리기(100)의 배기구를 지시한다.Reference numeral 100e in FIG. 1 designates an exhaust port of the fuel processor 100.

상술한 바와 같이 구성되는 종래기술에 따른 연료전지용 연료처리장치의 작용을 간단히 설명한다.The operation of the fuel cell fuel processing apparatus according to the prior art configured as described above will be briefly described.

연료공급기(40)와 산화제 공급기(20)로부터 유입구(100d)를 통해 연료가스(천연가스 또는 도시가스)와 산화제(산소)를 공급받은 연료처리기(100)는, 버너(100a-1)의 가열에 의한 고온 분위기하에서 부설된 수증기 개질 반응기(100a)에 의해서 연료가스에 함유된 탄화수소를 고온 분위기하에서 산소와 반응시켜 수소로 개질시키고 개질된 수소를 연료전지시스템 중 후단의 미도시한 연료전지에 공급한다.The fuel processor 100 supplied with the fuel gas (natural gas or city gas) and the oxidant (oxygen) from the fuel supplier 40 and the oxidant supplier 20 through the inlet 100d is heated by the burner 100a-1. The steam reforming reactor (100a) installed in a high temperature atmosphere by reacting the hydrocarbon contained in the fuel gas with oxygen in a high temperature atmosphere to reform the hydrogen into hydrogen and supply the reformed hydrogen to the fuel cell not shown in the latter stage of the fuel cell system do.

이때, 수증기 개질 반응기(100a)가 수행한 개질반응의 부산물로 일산화탄소가 발생하는 바, 수성화 가스 반응기(100b)는 부산물 일산화탄소를 사람에게 무해한 이산화탄소로 전화시키고, 일산화탄소 제거기(100c)는 수성화 가스 반응기(100b)가 전화하지 못한 일산화탄소를 백만분율(Parts Per Million, PPM으로 통상 약칭됨)단위로 존재하도록 정화한다.At this time, carbon monoxide is generated as a by-product of the reforming reaction performed by the steam reforming reactor 100a, and the aqueous gas reactor 100b converts the byproduct carbon monoxide to carbon dioxide harmless to humans, and the carbon monoxide remover 100c is an aqueous gas. The carbon monoxide that reactor 100b failed to purify is present in units of parts per million (commonly abbreviated PPM).

또한 제어기(10)는, 제 1 유량측정기(50)가 송신하는 연료공급기(40)가 공급하는 연료량 측정신호와, 제 2 유량측정기(30)가 송신하는 산화제 공급기(20)가 공급하는 산화제량 측정신호를 수신하여 이들 측정신호에 따른 측정값을 근거로 연료공급기(40)와 산화제 공급기(20)를 감시하고 이들이 공급하는 유량을 조절(제어)한다.The controller 10 further includes a fuel amount measurement signal supplied by the fuel supply 40 transmitted by the first flow meter 50 and an oxidant amount supplied by the oxidant supply 20 transmitted by the second flow meter 30. The measurement signal is received and the fuel supply 40 and the oxidant supply 20 are monitored based on the measurement values according to the measurement signals, and the flow rate they supply is adjusted (controlled).

상술한 바와 같이 구성되고 동작하는 종래기술에 따른 연료전지용 연료처리장치는 다음과 같은 2가지의 문제점이 있다.The fuel processing apparatus for a fuel cell according to the related art, which is constructed and operated as described above, has two problems as follows.

첫째로, 종래기술에 따른 연료전지용 연료처리장치를 포함하는 연료전지 시스템에 있어서 효율을 증가시키기 위해서 연료전지에서 사용하고 남은 연료가스(산소와 수소의 혼합가스)를 연료처리기(100)내로 재공급하게 된다. 이때 연료처리기(100)내로 재공급되는 연료가스량은 연료전지의 부하나 운전조건에 따라서 변동이 심하게 되며, 이러한 연료가스량의 변동은 버너(100a-1)의 연소에 영향을 미쳐 버너(100a-1)가 불완전 연소하거나 소화되는 현상이 빈번히 발생하는 문제점이 있었다.First, in a fuel cell system including a fuel cell fuel processor according to the related art, the fuel gas (mixed gas of oxygen and hydrogen) used in a fuel cell is re-supplied into the fuel processor 100 to increase efficiency. do. At this time, the amount of fuel gas re-supplied into the fuel processor 100 fluctuates depending on the load and operating conditions of the fuel cell, and the fluctuation of the amount of fuel gas affects the combustion of the burner 100a-1, and thus the burner 100a-1. ), There is a problem that frequently occurs incomplete combustion or digestion phenomenon.

둘째로, 종래기술에 따른 연료전지용 연료처리장치는 고가의 유량측정기를 2개 구성함으로써 전체 연료전지 시스템의 제조원가를 상승시키는 문제점이 있었다.Second, the fuel processing apparatus for a fuel cell according to the prior art has a problem of increasing the manufacturing cost of the entire fuel cell system by configuring two expensive flowmeters.

따라서, 본 발명의 목적은 연료처리기의 배기가스에 함유된 산소농도에 따라서 버너의 연소 상태를 결정하여 효과적인 버너의 제어를 수행할 수 있고 연료처리기의 배기구에 설치하는 산소센서에 의해서 산소농도를 검출함으로써 산화제 공급 유량측정기의 설치가 불필요한 연료전지용 연료처리장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to determine the combustion state of the burner according to the oxygen concentration contained in the exhaust gas of the fuel processor, to perform effective burner control, and to detect the oxygen concentration by an oxygen sensor installed in the exhaust port of the fuel processor. The present invention provides a fuel cell fuel processor for which an oxidant supply flow meter is not required.

상기 본 발명의 목적은, 연료전지용 연료처리장치에 있어서,The object of the present invention is to provide a fuel processing apparatus for a fuel cell,

유입구를 통해 유입한 산화제와 연료가스를 버너에 의해 가열하여 고온에서 반응시켜 수소가스를 연료전지에 공급하며, 배기가스의 배기구를 갖는 연료처리기;A fuel processor which supplies hydrogen gas to the fuel cell by heating the oxidant and the fuel gas introduced through the inlet by a burner to react at a high temperature, and having an exhaust port of the exhaust gas;

전기적 산화제공급 제어신호에 따라서 상기 연료처리기에 공급되는 산화제의 양을 조절하여 상기 연료처리기에 공급하는 산화제 공급기;An oxidant supplier for controlling the amount of oxidant supplied to the fuel processor according to an electrical oxidant supply control signal and supplying the oxidant to the fuel processor;

전기적 연료가스공급 제어신호에 따라서 상기 연료처리기에 공급되는 연료가스의 양을 조절하여 상기 연료처리기에 공급하는 연료공급기;A fuel supplier for controlling the amount of fuel gas supplied to the fuel processor according to an electrical fuel gas supply control signal and supplying the fuel gas to the fuel processor;

상기 연료공급기와 상기 연료처리기 사이에 설치되어 상기 연료공급기가 공급하는 연료가스의 유량을 측정하여 전기적 유량측정신호로서 제공하는 유량측정기;A flow rate meter installed between the fuel supply and the fuel processor to measure a flow rate of the fuel gas supplied by the fuel supply and to provide the flow rate as an electrical flow measurement signal;

상기 연료처리기의 배기구에 설치되어, 상기 배기가스에 포함되는 산소 농도를 검출하는 산소 센서; 및An oxygen sensor installed at an exhaust port of the fuel processor to detect an oxygen concentration included in the exhaust gas; And

상기 산소 센서에 전기적으로 접속되어 상기 산소 센서로부터 검출된 산소 농도에 근거하여 상기 산화제 공급기가 공급하는 산화제 양을 조절하도록 상기 산화제공급 제어신호를 상기 산화제 공급기에 출력하고, 상기 유량측정기에 전기적으로 접속되어 상기 유량측정기로부터의 유량측정신호에 근거하여 상기 연료공급기가 공급하는 연료가스의 양을 조절하도록 상기 연료가스공급 제어신호를 상기 연료공급기에 출력하는 제어기;를 포함하는 본 발명에 따른 연료전지용 연료처리장치를 제공함으로써 달성될 수 있다.Outputting the oxidant supply control signal to the oxidant supply to be electrically connected to the oxygen sensor to adjust the amount of oxidant supplied by the oxidant supply based on the oxygen concentration detected from the oxygen sensor and electrically connected to the flow meter. And a controller for outputting the fuel gas supply control signal to the fuel supplier to adjust the amount of fuel gas supplied by the fuel supplier based on the flow rate measurement signal from the flow meter. By providing a processing apparatus.

본 발명에 따른 연료전지용 연료처리장치는 연료처리기의 배기구에 산소센서를 설치하여 배기가스에 포함된 산소농도를 측정하고 이를 근거로 산화제 공급량을 제어함으로써 버너의 불완전연소나 소화 현상 발생을 방지할 수 있고, 산소센서에 의한 배기가스의 산소농도 입수가 가능하므로 산화제 공급기와 연료처리기 사이에 고가의 유량측정기 설치가 불요하여 그 만큼 전체 연료전지 시스템의 제작원가를 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.In the fuel cell fuel processing apparatus according to the present invention, by installing an oxygen sensor in the exhaust port of the fuel processor, the oxygen concentration contained in the exhaust gas is measured and the amount of oxidant supplied is controlled based on this to prevent incomplete combustion or extinguishing of the burner. In addition, since the oxygen concentration of the exhaust gas can be obtained by the oxygen sensor, it is not necessary to install an expensive flow rate meter between the oxidant supply and the fuel processor, thereby reducing the manufacturing cost of the entire fuel cell system.

본 발명에 따른 연료전지용 연료처리장치는 배기가스에 포함된 산소농도에 대해서 버너의 최적 연소를 위해서 산화제 공급기가 공급하는 산화제 량(산소량)을 증가시키거나 감소시키는 기준값을 미리 설정하여 저장해둠으로써, 버너의 불완전연소 또는 소화 현상을 방지하고 최적 제어할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The fuel processing apparatus for a fuel cell according to the present invention sets and stores a reference value for increasing or decreasing the amount of oxidant (oxygen amount) supplied by the oxidant supplier for optimum combustion of the burner with respect to the oxygen concentration contained in the exhaust gas. It is possible to prevent the incomplete combustion or extinguishing of burner and to obtain the optimum control effect.

도 1은 종래기술에 따른 연료전지용 연료처리장치의 구성을 보여주는 블록도이고,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지용 연료처리장치의 구성을 보여주는 블록도이며,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지용 연료처리장치에 있어서 배기가스에 포함된 산소농도에 따라서 제어기가 산화제 공급기를 제어하는 방법 및 동작을 보여주는 흐름도이다.1 is a block diagram showing the configuration of a fuel cell fuel processing apparatus according to the prior art,
2 is a block diagram showing a configuration of a fuel processing device for a fuel cell according to a preferred embodiment of the present invention.
3 is a flowchart illustrating a method and operation of a controller controlling an oxidant feeder according to an oxygen concentration included in exhaust gas in a fuel processing apparatus for a fuel cell according to an exemplary embodiment of the present invention.

상술한 본 발명의 목적과 이를 달성하는 본 발명의 구성 및 작용효과는 첨부한 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 이하의 설명에 의해서 좀 더 명확히 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention described above and the constitution and effects of the present invention to achieve the same will be more clearly understood by the following description of the preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 바람직한 실시예에에 따른 연료전지용 연료처리장치의 구성 설명에 앞서서 종래기술과의 비교 이해를 돕기 위해서 종래기술과 동일한 구성과 기능을 갖는 구성요소들은 동일한 도면부호로 지시하였음을 밝혀둔다.Prior to the description of the configuration of the fuel processing device for a fuel cell according to a preferred embodiment of the present invention, it is clarified that the components having the same configuration and function as the prior art are indicated by the same reference numerals.

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지용 연료처리장치의 구성을 설명한다.First, a configuration of a fuel cell fuel processor according to a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 2.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료전지용 연료처리장치는 크게 구분하여 연료처리기(100), 산화제 공급기(20), 연료공급기(40), 유량측정기(50a), 산소 센서(60) 및 제어기(10a)를 포함하여 구성된다.The fuel processing device for a fuel cell according to the preferred embodiment of the present invention is largely divided into a fuel processor 100, an oxidant supply unit 20, a fuel supply unit 40, a flow meter 50a, an oxygen sensor 60, and a controller 10a. It is configured to include).

연료처리기(100)는 유입구를 통해 유입한 산화제와 연료가스를 버너(100a-1)에 의해 가열하여 고온에서 반응시켜 수소가스를 연료전지(미도시)에 공급하며, 배기가스의 배기구(100e)를 갖는 수단이다. 여기서, 배기구(100e)는 연료처리기(100)의 산출물인 수소가스를 연료전지에 공급하는 공급관로(미도시)와는 별개의 것으로서 버너(100a-1)의 연소후 배출되는 배기가스의 배출구를 의미한다.The fuel processor 100 reacts the oxidant and the fuel gas introduced through the inlet by the burner 100a-1 to react at a high temperature to supply hydrogen gas to the fuel cell (not shown), and the exhaust port 100e of the exhaust gas. Means to have. Here, the exhaust port 100e refers to an exhaust port of exhaust gas discharged after combustion of the burner 100a-1, which is separate from a supply line (not shown) for supplying hydrogen gas, which is the output of the fuel processor 100, to the fuel cell. do.

연료처리기(100)는 수증기 개질 반응기(100a), 버너(100a-1), 수성화 가스 반응기(100b) 및 일산화탄소 제거기(100c)를 포함한다.The fuel processor 100 includes a steam reforming reactor 100a, a burner 100a-1, a water gas reactor 100b, and a carbon monoxide remover 100c.

수증기 개질 반응기(Steam Reforming Reactor 일명, 개질기)(100a)는 앞서 기술한 종래기술에 따른 수증기 개질 반응기(100a)와 동일한 구성으로서 잘 알려진 바와 같이, 도시가스 또는 천연가스에 함유된 탄화수소(Hydro Carbon)를 고온 분위기하에서 산소와 반응시켜 수소로 개질시킨다. Steam reforming reactor (Steam Reforming Reactor, also known as a reformer) (100a) is the same configuration as the steam reforming reactor (100a) according to the prior art described above, as well known, hydrocarbons contained in the city gas or natural gas (Hydro Carbon) Is reacted with oxygen in a high temperature atmosphere to reform with hydrogen.

이를 위해서 수증기 개질 반응기(100a)에는 앞서 기술한 종래기술과 마찬가지로 고온 분위기 조성을 위해서 수증기 개질 반응기(100a)를 가열하는 버너(burner)(100a-1)가 부설된다.To this end, a burner 100a-1 for heating the steam reforming reactor 100a is installed in the steam reforming reactor 100a to form a high temperature atmosphere as in the prior art described above.

상기 수증기 개질 반응기(100a)가 수행한 개질반응의 부산물로 일산화탄소가 발생하는 바, 앞서 기술한 종래기술과 동일한 구성이며 잘 알려진 바와 같이 수성화 가스 반응기(100b)는 부산물 일산화탄소를 사람에게 무해한 이산화탄소로 전화(바꿈)한다.The carbon monoxide is generated as a by-product of the reforming reaction performed by the steam reforming reactor 100a, and the same configuration as in the prior art described above. Call (change).

일산화탄소 제거기(100c)는 앞서 기술한 종래기술과 동일한 구성이며 잘 알려진 바와 같이 수성화 가스 반응기(100b)가 전화하지 못한 일산화탄소를 백만분율(Parts Per Million, PPM으로 통상 약칭됨)단위로 존재하도록 정화한다.The carbon monoxide remover 100c has the same configuration as the prior art described above, and as is well known, purifies carbon monoxide that the aqueous gas reactor 100b does not convert to exist in parts per million (usually abbreviated as PPM) units. do.

산화제 공급기(20)는 일명 송풍기(blower)로도 불리는 수단으로서 종래기술과 동일한 구성이며 잘 알려진 바와 같이 제어기(10a)로부터의 전기적 산화제공급 제어신호에 따라서 연료처리기(100)에 공급되는 산화제 즉 산소(O2)의 양을 조절하여 유입구(100d)를 통해 연료처리기(100)에 공급한다.The oxidant feeder 20 is also called a blower and is of the same construction as the prior art and, as is well known, the oxidant, that is, oxygen supplied to the fuel processor 100 in accordance with an electrical oxidant supply control signal from the controller 10a. The amount of O 2 ) is adjusted and supplied to the fuel processor 100 through the inlet 100d.

연료공급기(40)는 일명 송풍기(blower)로도 불리는 수단으로서 종래기술과 동일한 구성이며 잘 알려진 바와 같이 제어기(10a)로부터의 전기적 연료가스공급 제어신호에 따라서 상기 연료처리기(100)에 공급되는 연료가스 예컨대, 천연가스 또는 도시가스의 양을 조절하여 연료처리기(100)에 공급한다. The fuel supplier 40 is also called a blower, which is the same configuration as in the prior art and, as is well known, the fuel gas supplied to the fuel processor 100 in accordance with an electrical fuel gas supply control signal from the controller 10a. For example, the amount of natural gas or city gas is controlled and supplied to the fuel processor 100.

유량측정기(50a)는 앞서 기술한 종래기술의 제 1 유량측정기(50)와 동일한 구성이며 잘 알려진 바와 같이 연료공급기(40)와 연료처리기(100)사이에 설치되어 연료공급기(40)가 공급하는 연료가스의 유량을 측정하여 전기적 유량측정신호(GAM)로서 제공한다.The flow meter 50a has the same configuration as the first flow meter 50 of the prior art described above, and is installed between the fuel supplier 40 and the fuel processor 100 as well known and supplied by the fuel supplier 40. The flow rate of the fuel gas is measured and provided as an electrical flow measurement signal (GAM).

본 발명의 특징적 구성요소로서 산소 센서(60)는 연료처리기(100)의 배기구(100e)에 설치되어, 배기구(100e)통해 배출되는 상기 배기가스에 포함되는 산소 농도를 검출한다. 산소 센서(60)에 의해서 검출된 산소 농도는 예컨대 산소 농도에 따라 대응되는 전압값을 가진 전기적 신호로서 제어기(10a)에 제공된다. As a characteristic component of the present invention, the oxygen sensor 60 is installed in the exhaust port 100e of the fuel processor 100 to detect the oxygen concentration contained in the exhaust gas discharged through the exhaust port 100e. The oxygen concentration detected by the oxygen sensor 60 is provided to the controller 10a as an electrical signal having a voltage value corresponding to the oxygen concentration, for example.

제어기(10a)는 예컨대 도선에 의해 산소 센서(60)에 전기적으로 접속되어 산소 센서(60)로부터 검출된 산소 농도에 근거하여 산화제 공급기(20)가 공급하는 산화제 양을 조절하도록 산화제공급 제어신호(OCON)를 산화제 공급기(20)에 출력한다.The controller 10a is electrically connected to the oxygen sensor 60 by, for example, a conducting wire, and adjusts the amount of the oxidant supplied by the oxidant supplier 20 based on the oxygen concentration detected from the oxygen sensor 60. OCON) is output to the oxidant feeder 20.

또한, 제어기(10a)는 유량측정기(50a)에 전기적으로 접속되어 유량측정기(50a)로부터의 유량측정신호(GAM)에 근거하여 연료공급기(100)가 공급하는 연료가스의 양을 조절하도록 연료가스공급 제어신호(GCON)를 연료공급기(40)에 출력한다.In addition, the controller 10a is electrically connected to the flow meter 50a to adjust the amount of fuel gas supplied by the fuel supplier 100 based on the flow rate measurement signal GAM from the flow meter 50a. The supply control signal GCON is output to the fuel supplier 40.

또한, 산소 센서(60)가 검출한 상기 배기가스내 산소 농도가 미리 결정된 제 1 백분율의 산소농도보다 작거나 같을 때 공급하는 산소 량을 증가시키도록 상기 산화제 공급기(20)에 산화제공급 제어신호(OCON)를 출력하고, 산소 센서(60)가 검출한 산소 농도가 상기 제 1 백분율보다 큰 미리 결정된 제 2 백분율의 산소농도보다 크거나 같을 때 공급하는 산화제 양을 감소시키도록 산화제 공급기(20)에 산화제공급 제어신호(OCON)를 출력할 수 있도록, 제어기(10a)는 상기 제 1 백분율의 데이터와 상기 제 2 백분율의 데이터를 저장하는 메모리(미 도시)를 포함한다. 실시예에에 따라서 제어기(10a)는 처리프로그램을 저장하는 롬(ROM)과 중앙처리장치(Central Processing Unit) 및 램(RAM)을 갖는 마이크로프로세서로 구성될 수 있다.In addition, an oxidant supply control signal to the oxidant supplier 20 to increase the amount of oxygen supplied when the oxygen concentration in the exhaust gas detected by the oxygen sensor 60 is less than or equal to a predetermined first percentage oxygen concentration. OCON) and reduce the amount of oxidant supplied when the oxygen concentration detected by the oxygen sensor 60 is greater than or equal to the oxygen concentration of the second predetermined percentage greater than the first percentage. In order to output the oxidant supply control signal OCON, the controller 10a includes a memory (not shown) for storing the first percentage of data and the second percentage of data. According to an exemplary embodiment, the controller 10a may include a microprocessor having a ROM storing a processing program, a central processing unit, and a RAM.

여기서, 상기 제 1 백분율은 2.5퍼센트(PERCENT)이고, 상기 제 2 백분율은 7.5퍼센트로 바람직하게 미리 결정될 수 있다.Wherein the first percentage is 2.5 percent (PERCENT) and the second percentage is preferably predetermined as 7.5 percent.

상술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 바람직한 실시예에 따른 연료전지용 연료처리장치의 동작을 도 2 내지 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.The operation of the fuel cell fuel processing apparatus according to the preferred embodiment of the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS.

연료공급기(40)와 산화제 공급기(20)로부터 유입구(100d)를 통해 연료가스(천연가스 또는 도시가스)와 산화제(산소)를 공급받은 연료처리기(100)는, 버너(100a-1)의 가열에 의한 고온 분위기하에서 부설된 수증기 개질 반응기(100a)에 의해서 연료가스에 함유된 탄화수소를 고온 분위기하에서 산소와 반응시켜 수소로 개질시키고 개질된 수소를 연료전지시스템 중 후단의 미도시한 연료전지에 공급한다.The fuel processor 100 supplied with the fuel gas (natural gas or city gas) and the oxidant (oxygen) from the fuel supplier 40 and the oxidant supplier 20 through the inlet 100d is heated by the burner 100a-1. The steam reforming reactor (100a) installed in a high temperature atmosphere by reacting the hydrocarbon contained in the fuel gas with oxygen in a high temperature atmosphere to reform the hydrogen into hydrogen and supply the reformed hydrogen to the fuel cell not shown in the latter stage of the fuel cell system do.

이때, 수증기 개질 반응기(100a)가 수행한 개질반응의 부산물로 일산화탄소가 발생하는 바, 수성화 가스 반응기(100b)는 부산물 일산화탄소를 사람에게 무해한 이산화탄소로 전화시키고(바꾸고), 일산화탄소 제거기(100c)는 수성화 가스 반응기(100b)가 전화하지 못한 일산화탄소를 백만분율(Parts Per Million, PPM으로 통상 약칭됨)단위로 존재하도록 정화한다.At this time, carbon monoxide is generated as a by-product of the reforming reaction performed by the steam reforming reactor 100a, and the aqueous gas reactor 100b converts the byproduct carbon monoxide to carbon dioxide harmless to humans (replaces it), and the carbon monoxide remover 100c The carbon monoxide, which the aqueous gas reactor 100b did not convert, is purged to exist in parts per million (commonly abbreviated as PPM) units.

또한 제어기(10a)는, 유량측정기(50a)가 송신하는 연료공급기(40)가 공급하는 연료량을 나타내는 유량측정신호(GAM)에 근거하여 연료공급기(100)가 공급하는 연료가스의 양을 조절하도록 연료가스공급 제어신호(GCON)를 연료공급기(40)에 출력한다. In addition, the controller 10a adjusts the amount of fuel gas supplied by the fuel supplier 100 based on the flow rate measurement signal GAM indicating the amount of fuel supplied by the fuel supplier 40 transmitted by the flow meter 50a. The fuel gas supply control signal GCON is output to the fuel supplier 40.

그리고, 본 발명의 특징적 동작으로서, 제어기(10a)는, 산소 센서(60)가 송신하는 검출된 상기 배기가스내 산소 농도에 근거하여 산화제 공급기(20)가 공급하는 산화제 양을 조절하도록 산화제공급 제어신호(OCON)를 산화제 공급기(20)에 출력한다.And, as a characteristic operation of the present invention, the controller 10a controls the oxidant supply to adjust the amount of oxidant supplied by the oxidant supplier 20 based on the detected oxygen concentration in the exhaust gas transmitted by the oxygen sensor 60. The signal OCON is output to the oxidant supply 20.

해당 본 발명의 특징적 동작을 도 3을 참조하여 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.A characteristic operation of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 3 as follows.

먼저, 단계 1(ST1)에서 제어기(10a)는 산소 센서(60)로부터 수신한 검출된 상기 배기가스내 산소 농도가 미리 결정된 제 1 백분율 즉, 2.5 퍼센트(%)와 같거나 큰지 비교한다.First, in step 1 (ST1), the controller 10a compares whether the detected oxygen concentration in the exhaust gas received from the oxygen sensor 60 is equal to or greater than a predetermined first percentage, that is, 2.5 percent (%).

비교결과, 상기 배기가스내 산소 농도가 미리 결정된 제 1 백분율 즉, 2.5 퍼센트(%)보다 작거나 같으면, 단계 2(ST2)로 진행하여 산화제 공급기(20)가 공급하는 산화제 양을 증가시키도록 산화제공급 제어신호(OCON)를 산화제 공급기(20)에 출력한다. 이때 산화제 양을 증가시키는 것을 나타내는 산화제공급 제어신호(OCON)는 예컨대 양(+)의 0.01볼트(Volt) 전압신호로 출력될 수 있다.As a result of the comparison, if the oxygen concentration in the exhaust gas is less than or equal to the first predetermined percentage, i.e., 2.5 percent (%), proceed to step 2 (ST2) to increase the amount of oxidant supplied by the oxidant feeder 20. The supply control signal OCON is output to the oxidant feeder 20. In this case, the oxidant supply control signal OCON indicating increasing the amount of the oxidant may be output as, for example, a positive 0.01 Volt voltage signal.

비교결과, 상기 배기가스내 산소 농도가 미리 결정된 제 1 백분율 즉, 2.5 퍼센트(%)보다 크면, 단계 3(ST3)로 진행하여 상기 배기가스내 산소 농도가 미리 결정된 제 2 백분율 즉 7.5퍼센트(%)와 같거나 큰지 비교한다.As a result of the comparison, if the oxygen concentration in the exhaust gas is greater than the first predetermined percentage, i.e., 2.5 percent (%), the flow proceeds to step 3 (ST3), where the oxygen concentration in the exhaust gas is the second predetermined percentage, i.e. 7.5 percent (%). Equal to or greater than).

비교결과, 상기 배기가스내 산소 농도가 미리 결정된 제 2 백분율 즉, 7.5 퍼센트(%)보다 크거나 같으면, 단계 4(ST4)로 진행하여 산화제 공급기(20)가 공급하는 산화제 양을 감소시키도록 산화제공급 제어신호(OCON)를 산화제 공급기(20)에 출력한다. 이때 산화제 양을 감소시키는 것을 나타내는 산화제공급 제어신호(OCON)는 예컨대 음(-)의 0.01볼트 전압신호로 출력될 수 있다.As a result of the comparison, if the oxygen concentration in the exhaust gas is greater than or equal to a second predetermined percentage, i.e., 7.5 percent (%), proceed to step 4 (ST4) to reduce the amount of oxidant supplied by the oxidant feeder 20. The supply control signal OCON is output to the oxidant feeder 20. In this case, the oxidant supply control signal OCON indicating reducing the amount of oxidant may be output as, for example, a negative 0.01-volt voltage signal.

비교결과, 상기 배기가스내 산소 농도가 미리 결정된 제 2 백분율 즉, 7.5 퍼센트(%)보다 작으면, 단계 5(ST5)로 진행하여 상기 배기가스내 산소 농도가 미리 결정된 제 1 백분율 즉 2.5퍼센트(%)와 작거나 같은지 비교한다.As a result of the comparison, if the oxygen concentration in the exhaust gas is less than the second predetermined percentage, i.e., 7.5 percent (%), the flow proceeds to step 5 (ST5), where the oxygen concentration in the exhaust gas is the first predetermined percentage, i.e. 2.5 percent ( Is less than or equal to%).

비교결과, 상기 배기가스내 산소 농도가 미리 결정된 제 1 백분율 즉, 2.5 퍼센트(%)보다 작거나 같으면, 단계 6(ST6)로 진행하여 산화제 공급기(20)가 공급하는 산화제 양을 증가시키도록 산화제공급 제어신호(OCON)를 산화제 공급기(20)에 출력한다. 이때 산화제 양을 증가시키는 것을 나타내는 산화제공급 제어신호(OCON)는 예컨대 양(+)의 0.01볼트 전압신호로 출력될 수 있다.As a result of the comparison, if the oxygen concentration in the exhaust gas is less than or equal to the first predetermined percentage, that is, 2.5 percent (%), go to step 6 (ST6) to increase the amount of oxidant supplied by the oxidant feeder 20. The supply control signal OCON is output to the oxidant feeder 20. In this case, the oxidant supply control signal OCON indicating increasing the amount of the oxidant may be output as, for example, a positive 0.01 volt voltage signal.

또한, 비교결과, 상기 배기가스내 산소 농도가 미리 결정된 제 1 백분율 즉, 2.5 퍼센트(%)보다 크면, 단계 7(ST7)로 진행하여 산화제 공급기(20)가 공급하는 산화제 양 증가 공급을 정지시키도록 산화제공급 제어신호(OCON)를 산화제 공급기(20)에 출력한다.Also, as a result of the comparison, if the oxygen concentration in the exhaust gas is greater than the first predetermined percentage, that is, 2.5 percent (%), the flow proceeds to step 7 (ST7) to stop supplying the increased amount of oxidant supplied by the oxidant supplier 20. The oxidant supply control signal OCON is output to the oxidant supply unit 20 so as to be supplied.

이와같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따라서 상기 배기가스내 산소 농도가 미리 결정된 제 1 백분율 즉 2.5퍼센트(%)와 제 2 분율 즉, 7.5퍼센트(%)사이의 값을 갖도록 제어기(10a)는 미리 저장된 처리프로그램과 산소 농도 기준값을 저장하는 메모리를 이용해서 산화제 공급기(20)가 연료처리기(100)에 공급하는 산화제 양을 조절한다.Thus, according to a preferred embodiment of the present invention, the controller 10a is pre-stored such that the oxygen concentration in the exhaust gas has a value between a predetermined first percentage, that is, 2.5 percent (%) and second fraction, that is, 7.5 percent (%). The amount of oxidant supplied by the oxidant supplier 20 to the fuel processor 100 is adjusted by using a memory for storing a treatment program and an oxygen concentration reference value.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 바람직한 실시예에 따른 연료전지용 연료처리장치는 연료처리기(100)의 배기구(100e)에 산소센서(60)를 설치하여 배기가스에 포함된 산소농도를 측정하고 이를 근거로 산화제 공급량을 제어함으로써 버너(100a-1)의 불완전연소나 소화 현상 발생을 방지할 수 있고, 산소센서(60)에 의한 배기가스의 산소농도 입수가 가능하므로 산화제 공급기(20)와 연료처리기(100) 사이에 고가의 유량측정기 설치가 불요하여 그 만큼 전체 연료전지 시스템의 제작원가를 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.As described above, in the fuel cell fuel processing apparatus according to the preferred embodiment of the present invention, the oxygen sensor 60 is installed in the exhaust port 100e of the fuel processor 100 to measure the oxygen concentration contained in the exhaust gas, and By controlling the amount of oxidant supplied on the basis of this, it is possible to prevent incomplete combustion or digestion of burner 100a-1 and to obtain oxygen concentration of exhaust gas by oxygen sensor 60, so that oxidant supply 20 and fuel processor It is not necessary to install an expensive flowmeter between the 100, so that the production cost of the entire fuel cell system can be reduced.

본 발명에 따른 연료전지용 연료처리장치는 배기가스에 포함된 산소농도에 대해서 버너(100a-1)의 최적 연소를 위해서 산화제 공급기(20)가 공급하는 산화제 량(산소량)을 증가시키거나 감소시키는 기준값(즉 제 1 백분율과 제 2 백분율)을 미리 설정하여 저장해둠으로써, 버너(100a-1)의 불완전연소 또는 소화 현상을 방지하고 최적 제어할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.The fuel processing device for a fuel cell according to the present invention is a reference value for increasing or decreasing the amount of oxidant (oxygen amount) supplied by the oxidant supplier 20 for optimum combustion of the burner 100a-1 with respect to the oxygen concentration contained in the exhaust gas. By setting and storing the first and second percentages in advance, it is possible to prevent the incomplete combustion or the digestion of the burner 100a-1 and to obtain the optimum control.

10, 10a: 제어기 20: 산화제 공급기
30: 제 2 유량측정기 40: 연료공급기 50: 제 1 유량측정기 60: 산소 센서
100: 연료처리기
100a: 수증기 개질 반응기 100b: 수성화 가스 반응기
100c: 일산화탄소 제거기 100d: 유입구
100e: 배기구10, 10a: controller 20: oxidant feeder
30: second flow meter 40: fuel supply 50: first flow meter 60: oxygen sensor
100: fuel processor
100a: steam reforming reactor 100b: aqueous gas reactor
100c: carbon monoxide remover 100d: inlet
100e: air vent

Claims (3)

연료전지용 연료처리장치에 있어서,
유입구를 통해 유입한 산화제와 연료가스를 버너에 의해 가열하여 고온에서 반응시켜 수소가스를 연료전지에 공급하며, 배기가스의 배기구를 갖는 연료처리기;
전기적 산화제공급 제어신호에 따라서 상기 연료처리기에 공급되는 산화제의 양을 조절하여 상기 연료처리기에 공급하는 산화제 공급기;
전기적 연료가스공급 제어신호에 따라서 상기 연료처리기에 공급되는 연료가스의 양을 조절하여 상기 연료처리기에 공급하는 연료공급기;
상기 연료공급기와 상기 연료처리기 사이에 설치되어 상기 연료공급기가 공급하는 연료가스의 유량을 측정하여 전기적 유량측정신호로서 제공하는 유량측정기;
상기 연료처리기의 배기구에 설치되어, 상기 배기가스에 포함되는 산소 농도를 검출하는 산소 센서; 및
상기 산소 센서에 전기적으로 접속되어 상기 산소 센서로부터 검출된 산소 농도에 근거하여 상기 산화제 공급기가 공급하는 산화제 양을 조절하도록 상기 산화제공급 제어신호를 상기 산화제 공급기에 출력하고, 상기 유량측정기에 전기적으로 접속되어 상기 유량측정기로부터의 유량측정신호에 근거하여 상기 연료공급기가 공급하는 연료가스의 양을 조절하도록 상기 연료가스공급 제어신호를 상기 연료공급기에 출력하는 제어기;를 포함하고,
상기 제어기는,
상기 산소 센서가 검출한 상기 배기가스내 산소 농도가 미리 결정된 제 1 백분율의 산소농도보다 작거나 같을 때 공급하는 산소 량을 증가시키도록 상기 산화제 공급기에 상기 제어신호를 출력하고, 상기 산소 센서가 검출한 산소 농도가 상기 제 1 백분율보다 큰 미리 결정된 제 2 백분율의 산소농도보다 크거나 같을 때 공급하는 산화제 양을 감소시키도록 상기 산화제 공급기에 상기 제어신호를 출력하며, 상기 산소 센서가 검출한 산소 농도가 상기 제 2 백분율의 산소농도보다 작고 상기 제 1 백분율보다 크면 공급하는 산소 량 증가를 중지할 수 있도록, 상기 제 1 백분율의 데이터와 상기 제 2 백분율의 데이터를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료처리장치.In a fuel processing device for a fuel cell,
A fuel processor which supplies hydrogen gas to the fuel cell by heating the oxidant and the fuel gas introduced through the inlet by a burner to react at a high temperature, and having an exhaust port of the exhaust gas;
An oxidant supplier for controlling the amount of oxidant supplied to the fuel processor according to an electrical oxidant supply control signal and supplying the oxidant to the fuel processor;
A fuel supplier for controlling the amount of fuel gas supplied to the fuel processor according to an electrical fuel gas supply control signal and supplying the fuel gas to the fuel processor;
A flow rate meter installed between the fuel supply and the fuel processor to measure a flow rate of the fuel gas supplied by the fuel supply and to provide the flow rate as an electrical flow measurement signal;
An oxygen sensor installed at an exhaust port of the fuel processor to detect an oxygen concentration included in the exhaust gas; And
Outputting the oxidant supply control signal to the oxidant supply to be electrically connected to the oxygen sensor to adjust the amount of oxidant supplied by the oxidant supply based on the oxygen concentration detected from the oxygen sensor and electrically connected to the flow meter. And a controller for outputting the fuel gas supply control signal to the fuel supplier to adjust the amount of fuel gas supplied by the fuel supplier based on the flow rate measurement signal from the flow meter.
The controller,
Outputting the control signal to the oxidant feeder to increase the amount of oxygen supplied when the oxygen concentration in the exhaust gas detected by the oxygen sensor is less than or equal to a predetermined first percentage oxygen concentration, and the oxygen sensor detects Outputting the control signal to the oxidant feeder to reduce the amount of oxidant supplied when one oxygen concentration is greater than or equal to an oxygen concentration of a second predetermined percentage greater than the first percentage, the oxygen concentration detected by the oxygen sensor And a memory for storing the first percentage of data and the second percentage of data so that if the oxygen concentration of the second percentage is less than the first percentage and greater than the first percentage, the increase in the amount of oxygen to be supplied can be stopped. A fuel processing device for a fuel cell. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제 1 백분율은 2.5퍼센트(PERCENT)이고,
상기 제 2 백분율은 7.5퍼센트인 것을 특징으로 하는 연료전지용 연료처리장치.The method of claim 1,
The first percentage is 2.5 percent (PERCENT),
And said second percentage is 7.5 percent.
KR1020110056441A 2011-06-10 2011-06-10 Fuel processor for fuel cell system KR101287010B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110056441A KR101287010B1 (en) 2011-06-10 2011-06-10 Fuel processor for fuel cell system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110056441A KR101287010B1 (en) 2011-06-10 2011-06-10 Fuel processor for fuel cell system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20120137109A KR20120137109A (en) 2012-12-20
KR101287010B1 true KR101287010B1 (en) 2013-07-17

Family

ID=47904355

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110056441A KR101287010B1 (en) 2011-06-10 2011-06-10 Fuel processor for fuel cell system

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101287010B1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002099551A1 (en) 2001-06-04 2002-12-12 Micro Motion, Inc. Steam to carbon ratio control in steam reforming of hydrocarbons
JP2005026059A (en) 2003-07-02 2005-01-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system and manufacturing method of oxygen sensor for same, or heating driving method

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002099551A1 (en) 2001-06-04 2002-12-12 Micro Motion, Inc. Steam to carbon ratio control in steam reforming of hydrocarbons
JP2005026059A (en) 2003-07-02 2005-01-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd Fuel cell system and manufacturing method of oxygen sensor for same, or heating driving method

Also Published As

Publication number Publication date
KR20120137109A (en) 2012-12-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2808298B1 (en) Method for operating hydrogen generation device and method for operating a fuel cell system
JP2007254252A (en) Reforming device
US7931870B2 (en) Reformer that determines a combustion state of an included combustion section and a fuel cell system incorporating the same
EP2011185B1 (en) Fuel cell system with fuel flow control assembly including a low flow bypass
CN110649288A (en) Air supply system and method for proton exchange membrane fuel cell
JP2007220343A (en) Fuel cell system
JP5906423B2 (en) Hydrogen generator and fuel cell system
WO2014097622A1 (en) Fuel cell system and method for operating fuel cell system
KR101287010B1 (en) Fuel processor for fuel cell system
JP4471678B2 (en) Steam reformer
JP2007323972A (en) Fuel treating device and fuel cell system
JP2014002924A (en) Fuel cell system
JPWO2018221471A1 (en) POWER GENERATOR, CONTROL DEVICE, AND CONTROL PROGRAM
JPS5918577A (en) Control system of fuel cell power generating plant
JP5026009B2 (en) Fuel cell system
JP7259654B2 (en) Hydrogen utilization system
EP2963718A1 (en) Fuel cell system
JP5606117B2 (en) Fuel cell power generation system and operation method thereof
JP2017027668A (en) Fuel battery system and operation method for the same
JP6931793B2 (en) Fuel cell system
JP2011040259A (en) Hydrotreating system
JP2007095446A (en) Gas supply control device and gas supply control method
JP2016023127A (en) Hydrogen generator and fuel cell system
US10411276B2 (en) Device and method for supplying a fuel cell battery
JP2010267575A (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
LAPS Lapse due to unpaid annual fee