KR101335505B1 - Air fuel ratio control apparatus and method of burner in reformer for fuel cell - Google Patents
Air fuel ratio control apparatus and method of burner in reformer for fuel cell Download PDFInfo
- Publication number
- KR101335505B1 KR101335505B1 KR1020110101971A KR20110101971A KR101335505B1 KR 101335505 B1 KR101335505 B1 KR 101335505B1 KR 1020110101971 A KR1020110101971 A KR 1020110101971A KR 20110101971 A KR20110101971 A KR 20110101971A KR 101335505 B1 KR101335505 B1 KR 101335505B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- burner
- reformer
- air
- amount
- gas
- Prior art date
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
- H01M8/06—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
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/18—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N5/00—Systems for controlling combustion
- F23N5/18—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel
- F23N2005/181—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to rate of flow of air or fuel using detectors sensitive to rate of flow of air
-
- 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
- H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
- H01M2008/1095—Fuel cells with polymeric electrolytes
-
- 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)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
본 발명은 개질기 내의 버너에서 연료가스와 잔여수소가 완전연소될 수 있도록, 버너에 투입되는 공기의 양을 적절히 조절하는 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일실시예에 의하면, 개질기로부터 배출되는 배기가스 중의 산소 농도를 검출하기 위해 배기관에 설치되는 산소센서; 및 상기 산소센서에 의해 검출된 산소 농도치를 기설정된 산소 농도치와 비교하여 상기 개질기에 공급되는 공기량을 조절하는 제어기를 포함하는 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치가 제공된다.The present invention relates to an apparatus and method for adjusting burner air-fuel ratio of a reformer for a fuel cell to appropriately adjust the amount of air introduced into the burner so that fuel gas and residual hydrogen are completely burned in the burner in the reformer. According to the present invention, the oxygen sensor is installed in the exhaust pipe for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the reformer; And a controller for adjusting the amount of air supplied to the reformer by comparing the oxygen concentration value detected by the oxygen sensor with a preset oxygen concentration value.
Description
본 발명은 연료전지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 개질기 내의 버너에서 연료가스와 잔여수소가 완전연소될 수 있도록, 버너에 투입되는 공기의 양을 적절히 조절하는 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치 및 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel cell, and more particularly, to a burner air-fuel ratio adjustment apparatus and method for properly adjusting the amount of air input to the burner so that fuel gas and residual hydrogen can be completely burned in the burner in the reformer. It is about.
연료전지(fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소를 이용, 산소와의 화학반응을 통해 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환시키는 발전시스템이다.A fuel cell is a power generation system that directly converts chemical energy into electrical energy through a chemical reaction with oxygen using hydrogen contained in hydrocarbon-based materials such as methanol, ethanol, and natural gas.
고분자 전해질막 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell; PEMFC) 시스템은 수소와 공기의 전기화학적 반응에 의하여 전기와 열을 생산하는 고효율 차세대 분산형 발전시스템이다. 이러한 연료전지 시스템은 연료전지 스택(stack)과 연료 처리장치를 주요부로 구비하고 연료탱크, 연료펌프 등을 부수적으로 구비한다.Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) system is a high efficiency next generation distributed power generation system that produces electricity and heat by electrochemical reaction of hydrogen and air. The fuel cell system includes a fuel cell stack and a fuel processor as a main part, and additionally includes a fuel tank, a fuel pump, and the like.
이때, 연료전지 스택은 막-전극 접합체(MEA ; membrane electrode assembly)와 세퍼레이터(separator)로 이루어진 단위 셀이 수 내지 수십 개가 적층된 구조이며, 연료 처리장치는 연료가스를 개질하여 수소가 풍부한 개질가스로 변환하는 개질기(reformer)와, 개질가스에 함유된 CO를 변성·제거하는 시프트 반응기(shift reactor), 및 프록스 반응기(prox reactor)를 구비한다.In this case, the fuel cell stack has a structure in which several to several tens of unit cells including a membrane electrode assembly (MEA) and a separator are stacked, and the fuel processing device reforms the fuel gas to reform the hydrogen-rich reformed gas. A reformer for converting to a gas, a shift reactor for modifying and removing CO contained in the reforming gas, and a prox reactor.
연료 처리장치에서 생성된 개질가스는 연료전지 스택의 애노드(anode) 전극에 공급되고, 개질가스에 함유된 수소가 캐소드(cathode) 전극에 공급된 산소와 만나 전기화학적 반응을 하여, 연료전지 스택에서 전기와 열을 생산하게 된다.The reformed gas generated in the fuel processor is supplied to the anode electrode of the fuel cell stack, and the hydrogen contained in the reformed gas meets with the oxygen supplied to the cathode electrode to perform an electrochemical reaction. It produces electricity and heat.
이때, 개질기와 시프트 반응기 및 프록스 반응기에서의 반응은 고온에서 이루어지기 때문에, 연료 처리장치에는 필요한 열을 공급하기 위한 수단으로서 버너(burner)를 구비한다.At this time, since the reaction in the reformer, the shift reactor and the proxy reactor is performed at a high temperature, the fuel processing apparatus is provided with a burner as a means for supplying necessary heat.
버너는 기본적으로 연료가스를 연소시켜 열을 생성하며, 이때 연료가스는 일반적으로 도시가스 등의 탄화수소 가스가 주를 이룬다. The burner basically burns fuel gas to generate heat, and the fuel gas is generally made up of hydrocarbon gas such as city gas.
한편, 연료전지 스택의 애노드로 공급된 개질가스는 연료전지 스택을 통과하는 동안 일어나는 발전 반응에서 모두 사용되는 것은 아니며 따라서, 애노드에서 배출된 가스 즉, 애노드 오프가스(anode-off gas)에는 잔여 수소가스가 포함되어 있다.Meanwhile, the reformed gas supplied to the anode of the fuel cell stack is not used in all of the power generation reactions occurring while passing through the fuel cell stack, and thus, residual hydrogen is not included in the gas discharged from the anode, that is, the anode off-gas. Gas is included.
이때, 애노드 오프가스를 개질기의 버너로 유도하여 연소시킴으로써, 버너의 연소효율을 향상시킬 수 있는데, 도 1은 이러한 예를 도시한 것으로, 한국공개특허공보 제10-2011-0051054호 "고분자 전해질형 연료전지 시스템"에서 개시되었다.At this time, by inducing the anode off-gas to the burner of the reformer, the combustion efficiency of the burner can be improved, Figure 1 shows such an example, Korean Patent Publication No. 10-2011-0051054 "polymer electrolyte type Fuel cell system ".
여기서, 개질기(10)를 나온 개질가스는 선택적 산화 반응기(prox reactor)(20)를 거쳐 연료전지 스택(30)으로 유입되며, 연료전지 스택(30)에서 배출되는 잔여 수소가스가 다시 개질기(10)의 버너(40)로 유입된다.
Here, the reformed gas exiting the
그런데, 전술한 바와 같이 잔여 수소가스를 버너로 유도하여 연소시키는 경우, 잔여 수소가스와 버너가스가 함께 연소되며, 이때 공연비가 맞지 않으면 반응성이 좋은 수소가스가 우선 연소되고, 버너가스의 일부가 배기가스로 배출됨으로써 버너의 효율이 떨어지게 되는 문제가 있다.However, as described above, when the residual hydrogen gas is led to the burner and combusted, the residual hydrogen gas and the burner gas are combusted together. At this time, if the air-fuel ratio is not correct, the reactive hydrogen gas is first combusted, and a part of the burner gas is exhausted. There is a problem that the efficiency of the burner is lowered by being discharged to the gas.
즉, 공연비가 부적절하여 산소가 적게 공급되는 경우에는 불완전 연소에 의한 유해가스 배출 우려가 있고, 산소가 과다 공급되는 경우에는 공랭효과에 의한 개질기의 온도 저하에 따라 개질반응이 일어나지 않게 되는 문제가 있다.In other words, when the oxygen is supplied due to the improper air-fuel ratio, there is a risk of harmful gas emission due to incomplete combustion, and when oxygen is excessively supplied, there is a problem that the reforming reaction does not occur due to the temperature decrease of the reformer due to the air cooling effect. .
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 버너로 공급되는 버너가스와 잔여 수소가스의 양을 측정하고, 완전연소가 일어날 수 있도록 버너에 투입되는 공기량을 제어하는 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
Accordingly, in order to solve the above problems, the present invention measures the amount of burner gas and residual hydrogen gas supplied to the burner, and adjusts the burner air-fuel ratio of the reformer for a fuel cell to control the amount of air input to the burner so that complete combustion can occur. It is an object to provide an apparatus and method.
본 발명의 바람직한 일실시예에 의하면, 개질기로부터 배출되는 배기가스 중의 산소 농도를 검출하기 위해 배기관에 설치되는 산소센서; 및 상기 산소센서에 의해 검출된 산소 농도치를 기설정된 산소 농도치와 비교하여 상기 개질기에 공급되는 공기량을 조절하는 제어기를 포함하는 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치가 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention, the oxygen sensor is installed in the exhaust pipe for detecting the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the reformer; And a controller for adjusting the amount of air supplied to the reformer by comparing the oxygen concentration value detected by the oxygen sensor with a preset oxygen concentration value.
여기서, 상기 개질기는, 공급되는 연료가스를 수증기와 반응시켜 수소가 주성분인 개질가스로 개질하는 개질장치와, 공기와 버너가스를 공급받아 개질처리에 필요한 열원을 상기 개질장치에 공급하는 버너를 포함한다.Here, the reformer includes a reforming apparatus for reacting the fuel gas supplied with steam to reform the hydrogen gas into a reforming gas containing a main component, and a burner for supplying air and burner gas to supply the heat source required for the reforming process to the reforming apparatus. do.
이때, 상기 개질가스를 공급받아 전기화학반응에 의해 전기를 생성하는 연료전지 스택과, 상기 연료전지 스택의 미반응 수소를 상기 버너로 재순환시키는 수소재순환 라인을 더 포함할 수 있다.The fuel cell stack may further include a fuel cell stack configured to receive the reformed gas and generate electricity by an electrochemical reaction, and a hydrogen recycling line configured to recycle unreacted hydrogen of the fuel cell stack to the burner.
그리고, 상기 개질장치로 공급되는 연료가스와 상기 버너로 공급되는 버너가스의 양을 측정하기 위해 유량계가 각각 설치되고, 상기 버너에 공급되는 공기의 양을 측정하기 위해 공기량 측정수단이 구비된다.Then, a flow meter is installed to measure the amount of fuel gas supplied to the reformer and the burner gas supplied to the burner, and the air amount measuring means is provided to measure the amount of air supplied to the burner.
이때, 상기 버너로 재순환되는 미반응 수소의 양을 측정하기 위해 상기 수소재순환 라인에 유량계가 설치될 수 있고, 상기 공기량 측정수단은 유량계 또는 압력센서로 이루어질 수 있다.In this case, a flow meter may be installed in the hydrogen recycle line to measure the amount of unreacted hydrogen recycled to the burner, and the air amount measuring means may be a flow meter or a pressure sensor.
한편, 본 발명의 일실시예에 의하면, 개질기의 버너로 투입되는 버너가스의 양을 측정하는 단계; 상기 버너로부터 배출되는 배기가스의 산소 농도치를 검출수단에 의해 검출하는 단계; 및 상기 검출수단에 의해 검출된 산소 농도치를 미리 설정된 산소 농도치와 비교하여 상기 버너로 공급되는 공기의 양을 조절하는 단계를 포함하는 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 방법이 제공된다.On the other hand, according to an embodiment of the present invention, the step of measuring the amount of burner gas introduced into the burner of the reformer; Detecting an oxygen concentration value of the exhaust gas discharged from the burner by means of detection means; And adjusting the amount of air supplied to the burner by comparing the oxygen concentration value detected by the detection means with a preset oxygen concentration value.
이때, 연료전지 스택으로부터 상기 버너로 연결되는 수소재순환 라인에서, 상기 버너로 투입되는 잔여 수소량이 유량계에 의해 측정될 수 있다.At this time, in the hydrogen recycle line connected from the fuel cell stack to the burner, the amount of residual hydrogen introduced into the burner may be measured by a flow meter.
또한, 미리 설정된 공연비에 따라 버너 공급 공기량을 판단하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method may further include determining a burner supply air amount according to a preset air-fuel ratio.
그리고, 상기 버너가스의 양은 유량계에 의해 측정되고, 상기 배기가스의 산소 농도치는 산소센서에 의해 검출되며, 상기 버너로 공급되는 공기의 양이 유량계 또는 압력센서에 의해 측정될 수 있다.
The amount of burner gas may be measured by a flow meter, the oxygen concentration of the exhaust gas may be detected by an oxygen sensor, and the amount of air supplied to the burner may be measured by a flow meter or a pressure sensor.
본 발명의 일실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치 및 방법에 의하면, 연료전지 스택의 미반응 수소가스를 개질기의 버너로 재순환시켜 연소시킴으로써, 연료전지 시스템의 효율이 향상되는 효과가 있다.According to the burner air-fuel ratio control apparatus and method of the fuel cell reformer according to an embodiment of the present invention, by recycling the unreacted hydrogen gas of the fuel cell stack to the burner of the reformer, there is an effect that the efficiency of the fuel cell system is improved. .
또한, 개질기로 공급되는 상온의 연료 및 물에 비하여 상대적으로 예열된 미반응 수소가스가 개질기의 버너로 공급되므로, 개질반응에 필요로 하는 열량이 감소되어 개질기 및 연료전지 시스템의 효율이 향상되는 효과가 있다.In addition, since unreacted hydrogen gas, which is relatively preheated, is supplied to the burner of the reformer, compared to the fuel and water at room temperature supplied to the reformer, the amount of heat required for the reforming reaction is reduced, thereby improving the efficiency of the reformer and the fuel cell system. There is.
아울러, 버너에서 버너가스와 미반응 잔여 수소가스가 혼합 연소될 때, 적절한 공연비가 유지되게끔 버너에 투입되는 공기의 양을 조절함으로써, 유해가스의 배출 또는 개질기의 성능 저하를 방지할 수 있다.
In addition, when the burner gas and the unreacted residual hydrogen gas are mixed and burned in the burner, by controlling the amount of air introduced into the burner so as to maintain an appropriate air-fuel ratio, it is possible to prevent the emission of harmful gas or the performance of the reformer.
도 1은 미반응 잔여 수소를 버너로 재순환시켜 연소시키는 예를 도시한 개략도.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 방법의 순서도.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치의 구성도.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치의 구성도.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 방법의 순서도.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 방법의 순서도.1 is a schematic diagram showing an example of burning unreacted residual hydrogen by recirculation to a burner;
2 is a block diagram of a burner air-fuel ratio adjusting device for a reformer for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
3 is a flow chart of a method for adjusting the burner air-fuel ratio of the reformer for a fuel cell according to the first embodiment of the present invention.
Figure 4 is a block diagram of a burner air-fuel ratio control device of the reformer for a fuel cell according to a second embodiment of the present invention.
5 is a configuration diagram of a burner air-fuel ratio adjusting apparatus of a reformer for a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
Figure 6 is a flow chart of the burner air-fuel ratio control method of the reformer for a fuel cell according to a third embodiment of the present invention.
7 is a flow chart of a method for adjusting the burner air-fuel ratio of the reformer for a fuel cell according to a fourth embodiment of the present invention.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.Hereinafter, a burner air-fuel ratio adjusting apparatus and method of a reformer for a fuel cell according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.In addition, the terms described below are defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.
아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
In addition, the following embodiments are not intended to limit the scope of the present invention, but merely as exemplifications of the constituent elements set forth in the claims of the present invention, and are included in technical ideas throughout the specification of the present invention, Embodiments that include components replaceable as equivalents in the elements may be included within the scope of the present invention.
제1실시예First Embodiment
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치의 구성도이다.2 is a block diagram of a burner air-fuel ratio control apparatus of a reformer for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치(100)는, 개질기(200)로부터 배출되는 배기가스의 산소 농도를 검출하는 산소센서(500), 및 개질기(200)의 버너(220)에 공급되는 연소용 공기의 공기량을 조절하는 제어기(600)를 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 2, the burner air-fuel
또한, 개질기(200)에서 개질가스를 공급받아 전기를 생성하는 연료전지 스택(300)과, 연료전지 스택(300)에서 미반응되고 남은 수소를 개질기(200)의 버너(220)로 재순환시키는 수소재순환 라인(400)을 더 포함할 수 있다.In addition, the
여기서, 개질기(200)는 개질장치(210) 및 버너(220)를 포함하여 이루어지는데, 개질장치(210)는 연료가스를 수증기와 반응시켜 수소가 주성분인 개질가스(수소리치 가스)로 개질하게 되며, 연료가스는 LNG, LPG, 등유 등의 탄화수소계 연료로서 제1펌프(211)에 의해 공급된다.Here, the
또한, 버너(220)는 개질장치(210) 내에서 흡열반응인 개질반응이 원활히 이루어지도록 적절한 온도를 유지시키기 위한 것으로, 제2펌프(221)를 통해 연료전지 시스템 내부 또는 외부의 상온(10℃~40℃)의 공기를 공급받고, 제3펌프(222)를 통해 버너가스를 공급받아 연소시킨다. 이때, 버너가스는 연료가스와 동일한 종류의 탄화수소계 연료이며, 여기서 펌프 대신에 통상의 유체이송기구 예를 들어 블로워(blower)가 사용되는 것도 물론 가능하다.In addition, the
통상적으로, 연료가스를 수증기와 반응시켜 수소를 생성하는 개질기(reformer)와, 생성된 수소가스가 연료전지 스택(300)의 촉매에 피독을 일으키지 않도록 일산화탄소를 제거하는 쉬프트 반응기(shift converter) 및 선택적 산화반응기(Prox reactor)를 포함하여 개질기로 통칭하기도 하며, 이후 언급되는 개질기(200)는 이러한 통칭적 의미의 개질기를 개질장치(210)로 지칭하고, 개질반응에 필요한 열원을 공급하는 버너(burner)(220)를 포함하여 개질기(200)로 지칭하고 있음을 미리 밝혀 둔다.Typically, a reformer for producing hydrogen by reacting fuel gas with steam, a shift converter for removing carbon monoxide so that the generated hydrogen gas does not poison the catalyst of the
연료전지 스택(300)은 각각의 셀에 연료극(anode)과 공기극(cathode)을 구비하며, 연료극에는 개질기(200)에서 배출된 개질가스가 공급되고, 공기극에는 외부로부터 공기가 공급되며, 전해질막을 매개로 전기화학반응이 진행되어 전류가 생성된다.The
이때, 개질가스가 연료전지 스택(300)을 통과하는 동안, 모든 개질가스가 전기 생성을 위한 반응에 이용되는 것은 아니며, 반응에 이용되고 남은 잔여 수소가스는 연료전지 시스템의 전체 효율 향상을 위해, 개질되지 않은 미량의 연료가스와 혼합되어 애노드 오프가스(anode-off gas)로서 수소재순환 라인(400)을 통해 개질기(200)의 버너(220)로 재공급된다.At this time, while the reformed gas passes through the
이때, 애노드 오프가스는 연료전지 스택(300)에서 배출될 때 연료전지 스택(300)의 발열에 의해 예열된 상태이므로, 버너(220)에 공급되는 버너가스의 양을 줄일 수 있으며 이에 따라 결국 버너(220)의 연료 소비량이 감소되어 개질기(200)를 포함한 연료전지 시스템의 효율이 증가하는 효과를 낳게 된다.At this time, since the anode off-gas is preheated by the heat of the
애노드 오프가스가 수소재순환 라인(400)을 통해 버너(220)에 공급되면, 애노드 오프가스와 버너가스가 혼합된 상태에서 연소가 이루어지며, 이때 적절한 공연비로 공기의 공급이 이루어지지 않으면, 개질기(200)로부터 유해한 배기가스가 배출되거나 개질기(200)의 성능이 저하되는 현상이 발생한다.When the anode off gas is supplied to the
즉, 적절한 공연비보다 적은 양의 공기가 공급되면, 반응성이 좋은 수소가 우선 연소되고 버너가스의 일부가 배기가스로 배출되면서 버너(220)의 효율이 저하되거나 불완전 연소에 따른 유해가스가 배출되며, 공기가 과다공급되면 개질기(200)의 온도가 떨어져서 개질반응이 일어나지 않을 수도 있다.That is, when a smaller amount of air is supplied than the appropriate air-fuel ratio, hydrogen with high reactivity is first combusted, and a part of the burner gas is discharged to the exhaust gas, thereby lowering the efficiency of the
따라서, 버너(220)의 공연비를 적절히 조절해야 할 필요가 있으며, 이를 위해 개질기(200)의 배기관(230)에 산소센서(500)를 설치하여 개질기(200)로부터 배출되는 배기가스 중의 산소 농도를 검출하고, 검출된 산소 농도를 기설정된 산소 농도치와 비교하여, 제어기(600)를 통해 제2펌프(221)의 작동을 제어함으로써 버너(220)에 공급되는 공기량을 조절한다.Therefore, it is necessary to appropriately adjust the air-fuel ratio of the
이때, 목표 산소 농도치는 적절한 범위의 값(예를 들어, 4% 내지 6%)으로 설정되는 것이 바람직한데, 이는 산소 농도치가 너무 낮으면 유해가스 발생의 우려가 있고, 산소 농도치가 너무 높으면 개질기(200)의 성능이 저하될 우려가 있기 때문이다.At this time, the target oxygen concentration value is preferably set to an appropriate range of values (for example, 4% to 6%). If the oxygen concentration value is too low, there is a risk of generation of harmful gases, and if the oxygen concentration value is too high, the reformer ( This is because there is a possibility that the performance of 200) may be degraded.
또한, 연료가스 공급라인(212)과 버너가스 공급라인(223)에는 각각 유량계(700)가 설치되어, 개질장치(210)로 공급되는 연료가스와 버너(220)로 공급되는 버너가스의 양을 측정하게 된다.In addition, a
따라서, 버너(220)에 공급되는 버너가스의 측정값에 따라, 미리 설정된 공연비에 맞는 공기 공급량을 판단하여 제2펌프(221)의 작동을 제어할 수 있다.Therefore, the operation of the
이때, 버너(220)에 공급되는 공기의 양을 측정하기 위해, 버너(220)의 공기 공급라인(224)에 공기량 측정수단이 설치되는데, 이 공기량 측정수단으로는 유량계(700) 또는, 유량계(700) 보다 가격이 저렴한 압력센서(미도시)를 설치하여 사용할 수도 있다. 이때, 압력센서에 의해 측정되는 값은 기체의 습도에 따라 변할 수 있으므로, 습도센서(미도시)를 추가하여 더욱 정밀한 보정값을 구하는 것도 가능하다.
At this time, in order to measure the amount of air supplied to the
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 방법의 순서도이다. 이하, 도 3을 참고하여 본 발명의 제1실시예에 따른 연료전지용 버너 공연비 조절 방법을 설명하기로 한다.3 is a flow chart of a method for adjusting the burner air-fuel ratio of the reformer for a fuel cell according to the first embodiment of the present invention. Hereinafter, a method of controlling an air fuel ratio of a burner for a fuel cell according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.
기준 공연비 설정 단계(Base air fuel ratio setting step ( S10S10 ):):
완전연소를 위한 이론 공연비를 기준 공연비로 설정한다. 이때, 기준 공연비는 디폴트(default)값으로 제어기(600)에 미리 저장되어 있거나, 사용자에 의해 새로 설정될 수 있으며, 필요한 경우에는 이론 공연비를 적절히 보정한 값을 기준 공연비로 설정할 수 있다.
The theoretical air-fuel ratio for complete combustion is set as the reference air-fuel ratio. In this case, the reference air-fuel ratio may be previously stored in the
버너가스량 측정 단계(Burner gas volume measurement step ( S20S20 ):):
제3펌프(222)에 의해 버너가스 공급라인(223)을 따라 버너(220)로 공급되는 버너가스의 양을 유량계(700)로 측정하며, 측정된 값은 제어기(600)로 전송된다.
The amount of burner gas supplied to the
공기 공급량 판단 단계(Air Supply Determination Step ( S30S30 ):):
측정된 버너가스량에 대하여, 기준 공연비에 따른 공기 공급량을 제어기(600)에서 판단하고, 제2펌프(221)의 작동을 제어하여 공기 공급량을 조절한다(S40). 이때, 공기 공급량은 공기 공급라인(224)에 설치된 유량계(700) 또는 압력센서에 의해 측정된다.
With respect to the burner gas amount measured, the air supply amount according to the reference air-fuel ratio is determined by the
배기가스 산소 Exhaust gas oxygen 농도치Concentration 검출 단계( Detection step ( S50S50 ):):
개질기(200)의 배기관(230)을 통해 배출되는 배기가스의 산소 농도치가 산소센서(500)에 의해 검출되며, 검출된 값은 제어기(600)로 전송된다.The oxygen concentration value of the exhaust gas discharged through the
이때, 제어기(600)에서는 검출된 산소 농도치가 기설정된 범위 내에 있는지 판단하고(S60), 범위 밖이면 제2펌프(221)의 작동을 제어하여 공기 공급량을 조절하며, 범위 내이면 다음 단계로 진행된다.
At this time, the
공연비 산출 및 재설정 단계(Air-fuel ratio calculation and reset phase ( S70S70 ):):
측정된 버너가스량 및 공기 공급량에 의해 현재의 공연비를 산출하고 이를 기준 공연비로 재설정하며, 다시 버너가스량 측정 단계(S20)로 돌아가서 전술한 과정을 되풀이한다.
The current air-fuel ratio is calculated based on the measured burner gas amount and the air supply amount, and is reset to the reference air-fuel ratio, and the flow returns to the burner gas amount measuring step S20 and the above-described process is repeated.
제2실시예Second Embodiment
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 방법의 순서도이다.4 is a flow chart of a method for adjusting the burner air-fuel ratio of the reformer for a fuel cell according to the second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 방법은, 전술한 도 3의 제1실시예와 전체적으로 유사하며 다만, 개질반응에 적절한 온도를 개질기(200)가 유지할 수 있도록, 개질기(200) 내에 온도센서(미도시)를 설치하고, 측정된 온도값에 따라 제어기(600)가 제3펌프(222)를 제어함으로써 버너가스 공급라인(223)을 통해 공급되는 버너가스량을 조절하며, 이때 제2펌프(221)는 적절한 공연비에 따른 공기를 공급하도록 제어된다는 점에서 차이가 있다.The burner air-fuel ratio adjustment method of the reformer for a fuel cell according to the second embodiment of the present invention is similar to the first embodiment of FIG. 3 described above, except that the
즉, 개질기(200) 내에 설치된 온도센서를 통해 개질기(200)의 온도를 측정하고(S80), 측정된 값이 개질반응에 필요한 온도범위 내이면 정상으로 판단하여(S90) 제2펌프(221)의 작동을 제어하고, 측정된 온도값이 개질반응에 필요한 온도범위 밖이면 제3펌프(222)의 작동을 제어하여(S100) 버너(220)에 공급되는 버너가스의 양을 줄이거나 늘리게 되는 것이다. 물론, 이후에는 도 3을 참고하여 전술한 바와 같이 적절한 공연비로 공기 공급량이 조절되는 과정을 거치게 된다.
That is, the temperature of the
제3실시예Third Embodiment
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치의 구성도이고, 도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 방법의 순서도이다. 5 is a configuration diagram of a burner air-fuel ratio adjusting apparatus for a fuel cell reformer according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a flowchart of a method for adjusting burner air-fuel ratio of a reformer for fuel cells according to a third embodiment of the present invention.
본 발명의 제3실시예는 전술한 제1실시예와 전체적으로 유사하며, 다만 수소재순환 라인(400)에 유량계(700)를 설치하여, 연료전지 스택(300)에서 미반응되고 남은 수소의 버너(220) 투입량을 측정한다는 점에서 차이가 있다.The third embodiment of the present invention is generally similar to the first embodiment described above, except that the
이하, 도 5와 도 6을 참고하여 본 발명의 제3실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.
도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치(100)는, 개질기(200)로부터 배출되는 배기가스의 산소 농도를 검출하는 산소센서(500), 및 개질기(200)의 버너(220)에 공급되는 연소용 공기의 공기량을 조절하는 제어기(600)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 5, the burner air-fuel
또한, 개질기(200)에서 개질가스를 공급받아 전기를 생성하는 연료전지 스택(300)과, 연료전지 스택(300)에서 미반응되고 남은 수소를 개질기(200)의 버너(220)로 재순환시키는 수소재순환 라인(400)을 더 포함할 수 있다.In addition, the
여기서, 개질기(200)는 개질장치(210) 및 버너(220)를 포함하여 이루어지는데, 개질장치(210)는 연료가스를 수증기와 반응시켜 수소가 주성분인 개질가스(수소리치 가스)로 개질하게 되며, 연료가스는 LNG, LPG, 등유 등의 탄화수소계 연료로서 제1펌프(211)에 의해 공급된다.Here, the
또한, 버너(220)는 개질장치(210) 내에서 흡열반응인 개질반응이 원활히 이루어지도록 적절한 온도를 유지시키기 위한 것으로, 제2펌프(221)를 통해 연료전지 시스템 내부 또는 외부의 상온(10℃~40℃)의 공기를 공급받고, 제3펌프(222)를 통해 버너가스를 공급받아 연소시킨다. 이때, 버너가스는 연료가스와 동일한 종류의 탄화수소계 연료이며, 여기서 펌프 대신에 통상의 유체이송기구 예를 들어 블로워(blower)가 사용되는 것도 물론 가능하다.In addition, the
통상적으로, 연료가스를 수증기와 반응시켜 수소를 생성하는 개질기(reformer)와, 생성된 수소가스가 연료전지 스택(300)의 촉매에 피독을 일으키지 않도록 일산화탄소를 제거하는 쉬프트 반응기(shift converter) 및 선택적 산화반응기(Prox reactor)를 포함하여 개질기로 통칭하기도 하며, 이후 언급되는 개질기(200)는 이러한 통칭적 의미의 개질기를 개질장치(210)로 지칭하고, 개질반응에 필요한 열원을 공급하는 버너(burner)(220)를 포함하여 개질기(200)로 지칭하고 있음은 전술한 바와 같다.Typically, a reformer for producing hydrogen by reacting fuel gas with steam, a shift converter for removing carbon monoxide so that the generated hydrogen gas does not poison the catalyst of the
연료전지 스택(300)은 각각의 셀에 연료극(anode)과 공기극(cathode)을 구비하며, 연료극에는 개질기(200)에서 배출된 개질가스가 공급되고, 공기극에는 외부로부터 공기가 공급되며, 전해질막을 매개로 전기화학반응이 진행되어 전류가 생성된다.The
이때, 개질가스가 연료전지 스택(300)을 통과하는 동안, 모든 개질가스가 전기 생성을 위한 반응에 이용되는 것은 아니며, 반응에 이용되고 남은 잔여 수소가스는 연료전지 시스템의 전체 효율 향상을 위해, 개질되지 않은 미량의 연료가스와 혼합되어 애노드 오프가스(anode-off gas)로서 수소재순환 라인(400)을 통해 개질기(200)의 버너(220)로 재공급된다.At this time, while the reformed gas passes through the
이때, 애노드 오프가스는 연료전지 스택(300)에서 배출될 때 연료전지 스택(300)의 발열에 의해 예열된 상태이므로, 버너(220)에 공급되는 버너가스의 양을 줄일 수 있으며 이에 따라 결국 버너(220)의 연료 소비량이 감소되어 개질기(200)를 포함한 연료전지 시스템의 효율이 증가하는 효과를 낳게 된다.At this time, since the anode off-gas is preheated by the heat of the
애노드 오프가스가 수소재순환 라인(400)을 통해 버너(220)에 공급되면, 애노드 오프가스와 버너가스가 혼합된 상태에서 연소가 이루어지며, 이때 적절한 공연비로 공기의 공급이 이루어지지 않으면, 개질기(200)로부터 유해한 배기가스가 배출되거나 개질기(200)의 성능이 저하되는 현상이 발생한다.When the anode off gas is supplied to the
즉, 적절한 공연비보다 적은 양의 공기가 공급되면, 반응성이 좋은 수소가 우선 연소되고 버너가스의 일부가 배기가스로 배출되면서 버너(220)의 효율이 저하되거나 불완전 연소에 따른 유해가스가 배출되며, 공기가 과다공급되면 개질기(200)의 온도가 떨어져서 개질반응이 일어나지 않을 수도 있다.That is, when a smaller amount of air is supplied than the appropriate air-fuel ratio, hydrogen with high reactivity is first combusted, and a part of the burner gas is discharged to the exhaust gas, thereby lowering the efficiency of the
따라서, 버너(220)의 공연비를 적절히 조절해야 할 필요가 있으며, 이를 위해 개질기(200)의 배기관(230)에 산소센서(500)를 설치하여 개질기(200)로부터 배출되는 배기가스 중의 산소 농도를 검출하고, 검출된 산소 농도를 기설정된 산소 농도치와 비교하여, 제어기(600)를 통해 제2펌프(221)의 작동을 제어함으로써 버너(220)에 공급되는 공기량을 조절한다.Therefore, it is necessary to appropriately adjust the air-fuel ratio of the
이때, 목표 산소 농도치는 적절한 범위의 값(예를 들어, 4% 내지 6%)으로 설정되는 것이 바람직한데, 이는 산소 농도치가 너무 낮으면 유해가스 발생의 우려가 있고, 산소 농도치가 너무 높으면 개질기(200)의 성능이 저하될 우려가 있기 때문이다.At this time, the target oxygen concentration value is preferably set to an appropriate range of values (for example, 4% to 6%). If the oxygen concentration value is too low, there is a risk of generation of harmful gases, and if the oxygen concentration value is too high, the reformer ( This is because there is a possibility that the performance of 200) may be degraded.
또한, 연료가스 공급라인(212)과 버너가스 공급라인(223) 및 수소재순환 라인(400)에는 각각 유량계(700)가 설치되어, 개질장치(210)로 공급되는 연료가스와 버너(220)로 공급되는 버너가스, 및 버너(220)로 재순환되는 미반응 수소가스의 양을 측정하게 된다.In addition, a
따라서, 버너(220)에 공급되는 버너가스와 미반응 수소가스의 측정값에 따라, 미리 설정된 공연비에 맞는 공기 공급량을 판단하여 제2펌프(221)의 작동을 제어할 수 있다.Therefore, the operation of the
이때, 버너(220)에 공급되는 공기의 양을 측정하기 위해, 버너(220)의 공기 공급라인(224)에 공기량 측정수단이 설치되는데, 이 공기량 측정수단으로는 유량계(700) 또는, 유량계(700) 보다 가격이 저렴한 압력센서(미도시)를 설치하여 사용할 수도 있다. 이때, 압력센서에 의해 측정되는 값은 기체의 습도에 따라 변할 수 있으므로, 습도센서(미도시)를 추가하여 더욱 정밀한 보정값을 구하는 것도 가능하다.
At this time, in order to measure the amount of air supplied to the
이하, 도 6을 참고하여 본 발명의 제3실시예에 따른 연료전지용 버너 공연비 조절 방법을 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of controlling an air fuel ratio of a burner for a fuel cell according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6.
기준 공연비 설정 단계(Base air fuel ratio setting step ( S10S10 ):):
완전연소를 위한 이론 공연비를 기준 공연비로 설정한다. 이때, 기준 공연비는 디폴트(default)값으로 제어기(600)에 미리 저장되어 있거나, 사용자에 의해 새로 설정될 수 있으며, 필요한 경우에는 이론 공연비를 적절히 보정한 값을 기준 공연비로 설정할 수 있다.
The theoretical air-fuel ratio for complete combustion is set as the reference air-fuel ratio. In this case, the reference air-fuel ratio may be previously stored in the
버너가스량 측정 단계(Burner gas volume measurement step ( S20S20 ):):
제3펌프(222)에 의해 버너가스 공급라인(223)을 따라 버너(220)로 공급되는 버너가스의 양을 유량계(700)로 측정하며, 측정된 값은 제어기(600)로 전송된다.
The amount of burner gas supplied to the
잔여수소량 측정 단계(Residual hydrogen measurement step ( S25S25 ):):
연료전지 스택(300)의 연료극으로부터 수소재순환 라인(400)을 따라 버너(220)로 공급되는 잔여수소량을 유량계(700)로 측정하며, 측정된 값은 제어기(600)로 전송된다.
The amount of residual hydrogen supplied to the
공기 공급량 판단 단계(Air supply judging step ( S30S30 ):):
측정된 버너가스량과 잔여수소량에 대하여, 기준 공연비에 따른 공기 공급량을 제어기(600)에서 판단하고, 제2펌프(221)의 작동을 제어하여 공기 공급량을 조절한다(S40). 이때, 공기 공급량은 공기 공급라인(224)에 설치된 유량계(700) 또는 압력센서에 의해 측정된다.
With respect to the burner gas amount and the residual hydrogen amount, the air supply amount according to the reference air-fuel ratio is determined by the
배기가스 산소 Exhaust gas oxygen 농도치Concentration 검출 단계( Detection step ( S50S50 ):):
개질기(200)의 배기관(230)을 통해 배출되는 배기가스의 산소 농도치가 산소센서(500)에 의해 검출되며, 검출된 값은 제어기(600)로 전송된다.The oxygen concentration value of the exhaust gas discharged through the
이때, 제어기(600)에서는 검출된 산소 농도치가 기설정된 범위 내에 있는지 판단하고(S60), 범위 밖이면 제2펌프(221)의 작동을 제어하여 공기 공급량을 조절하며, 범위 내이면 다음 단계로 진행된다.
At this time, the
공연비 산출 및 재설정 단계(Air-fuel ratio calculation and reset phase ( S70S70 ):):
측정된 버너가스량과 잔여수소량 및 공기 공급량에 의해 현재의 공연비를 산출하고 이를 기준 공연비로 재설정하며, 다시 버너가스량 측정 단계(S20)로 돌아가서 전술한 과정을 되풀이한다.
The current air-fuel ratio is calculated based on the measured burner gas amount, the residual hydrogen amount, and the air supply amount, and is reset to the reference air-fuel ratio, and the flow returns to the burner gas amount measuring step S20 and the above-described process is repeated.
제4실시예Fourth Embodiment
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 방법의 순서도이다.7 is a flowchart of a method for adjusting the burner air-fuel ratio of the reformer for a fuel cell according to the fourth embodiment of the present invention.
본 발명의 제4실시예에 따른 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 방법은, 전술한 제3실시예와 전체적으로 유사하며 다만, 개질반응에 적절한 온도를 개질기(200)가 유지할 수 있도록, 개질기(200) 내에 온도센서(미도시)를 설치하고, 측정된 온도값에 따라 제어기(600)가 제3펌프(222)를 제어함으로써 버너가스 공급라인(223)을 통해 공급되는 버너가스량을 조절하며, 이때 제2펌프(221)는 적절한 공연비에 따른 공기를 공급하도록 제어된다는 점에서 차이가 있다.The burner air-fuel ratio adjustment method of the reformer for a fuel cell according to the fourth embodiment of the present invention is similar to the above-described third embodiment, except that the
즉, 개질기(200) 내에 설치된 온도센서를 통해 개질기(200)의 온도를 측정하고(S90), 측정된 값이 개질반응에 필요한 온도범위 내이면 정상으로 판단하여(S100) 제2펌프(221)의 작동을 제어하고, 측정된 온도값이 개질반응에 필요한 온도범위 밖이면 제3펌프(222)의 작동을 제어하여(S110) 버너(220)에 공급되는 버너가스의 양을 줄이거나 늘리게 되는 것이다. 물론, 이후에는 제3실시예에서 전술한 바와 같이, 적절한 공연비로 공기 공급량이 조절되는 과정을 거치게 된다.
That is, the temperature of the
100 : 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치
200 : 개질기
210 : 개질장치
220 : 버너
230 : 배기관
300 : 연료전지 스택
400 : 수소재순환 라인
500 : 산소센서
600 : 제어기
700 : 유량계100: burner air-fuel ratio control device of the fuel cell reformer
200: reformer
210: reformer
220: Burner
230: exhaust pipe
300: fuel cell stack
400: hydrogen recycle line
500: oxygen sensor
600: controller
700: Flow Meter
Claims (11)
상기 개질기로부터 배출되는 배기가스 중의 산소 농도를 검출하기 위해 배기관에 설치되는 산소센서;
상기 개질장치로부터 개질가스를 공급받아 전기 화학반응에 의해 전기를 생성하는 연료전지 스택의 미반응 수소를, 상기 버너로 재순환시키는 수소재순환 라인;
상기 버너에 공급되는 상기 버너가스의 양 및 상기 버너로 재순환되는 미반응 수소의 양의 측정값에 따라, 미리 설정된 공연비에 맞도록 상기 버너에 공급되는 공기량을 조절하고, 상기 산소센서에 의해 검출된 산소 농도치를 기설정된 산소 농도치와 비교하여 상기 버너에 공급되는 공기량을 조절하는 제어기를 포함하는 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치.
A reformer including a reformer for reacting the supplied fuel gas with steam to reform the hydrogen into a reforming gas mainly composed of hydrogen, and a burner for receiving air and burner gas and supplying a heat source for reforming to the reformer;
An oxygen sensor installed in the exhaust pipe to detect the oxygen concentration in the exhaust gas discharged from the reformer;
A hydrogen recycling line for recycling unreacted hydrogen of the fuel cell stack receiving the reformed gas from the reformer to generate electricity by an electrochemical reaction, to the burner;
According to the measured value of the amount of burner gas supplied to the burner and the amount of unreacted hydrogen recycled to the burner, the amount of air supplied to the burner is adjusted to match a preset air-fuel ratio, And a controller for adjusting the amount of air supplied to the burner by comparing the oxygen concentration value detected by the oxygen sensor with a preset oxygen concentration value.
상기 개질장치로 공급되는 연료가스와 상기 버너로 공급되는 버너가스의 양을 측정하기 위해 유량계가 각각 설치되고, 상기 버너에 공급되는 공기의 양을 측정하기 위해 공기량 측정수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치.
The method according to claim 1,
Flow meters are respectively installed to measure the amount of fuel gas supplied to the reformer and burner gas supplied to the burner, and air amount measuring means is provided to measure the amount of air supplied to the burner. Burner air-fuel ratio control device for fuel cell reformer.
상기 버너로 재순환되는 미반응 수소의 양을 측정하기 위해 상기 수소재순환 라인에 유량계가 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치.
The method according to claim 1,
Burner air-fuel ratio control apparatus of the reformer for a fuel cell, characterized in that the flow meter is installed in the hydrogen recycle line to measure the amount of unreacted hydrogen recycled to the burner.
유량계 또는 압력센서인 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치.
The method according to claim 4, The air amount measuring means,
Burner air-fuel ratio regulating device of a reformer for a fuel cell, characterized in that the flow meter or pressure sensor.
연료전지 스택으로부터 상기 버너로 연결되는 수소재순환 라인에서, 상기 버너로 투입되는 잔여 수소량이 유량계에 의해 측정되는 단계;
상기 측정된 상기 버너가스의 양 및 상기 잔여 수소량에 대하여, 미리 설정된 공연비에 따라 상기 버너로 공급되는 공기의 양을 조절하는 단계;
상기 버너로부터 배출되는 배기가스의 산소 농도치를 검출수단에 의해 검출하는 단계; 및
상기 검출수단에 의해 검출된 산소 농도치를 미리 설정된 산소 농도치와 비교하여 상기 버너로 공급되는 공기의 양을 조절하는 단계를 포함하는 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 방법.
Measuring the amount of burner gas introduced into the burner of the reformer;
In the hydrogen recycle line from the fuel cell stack to the burner, the amount of residual hydrogen introduced into the burner is measured by a flow meter;
Adjusting an amount of air supplied to the burner according to a predetermined air-fuel ratio with respect to the measured amount of burner gas and the remaining amount of hydrogen;
Detecting an oxygen concentration value of the exhaust gas discharged from the burner by means of detection means; And
And adjusting the amount of air supplied to the burner by comparing the oxygen concentration value detected by the detecting means with a preset oxygen concentration value.
상기 버너가스의 양은 유량계에 의해 측정되고, 상기 배기가스의 산소 농도치는 산소센서에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 방법.
The method of claim 7,
The amount of burner gas is measured by a flow meter, and the oxygen concentration value of the exhaust gas is detected by an oxygen sensor.
상기 버너로 공급되는 공기의 양이 유량계 또는 압력센서에 의해 측정되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 방법.The method of claim 7,
Method of adjusting the burner air-fuel ratio of the reformer for a fuel cell, characterized in that the amount of air supplied to the burner is measured by a flow meter or a pressure sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110101971A KR101335505B1 (en) | 2011-10-06 | 2011-10-06 | Air fuel ratio control apparatus and method of burner in reformer for fuel cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020110101971A KR101335505B1 (en) | 2011-10-06 | 2011-10-06 | Air fuel ratio control apparatus and method of burner in reformer for fuel cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20130037524A KR20130037524A (en) | 2013-04-16 |
KR101335505B1 true KR101335505B1 (en) | 2013-12-02 |
Family
ID=48438494
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020110101971A KR101335505B1 (en) | 2011-10-06 | 2011-10-06 | Air fuel ratio control apparatus and method of burner in reformer for fuel cell |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101335505B1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101630717B1 (en) * | 2014-05-07 | 2016-06-17 | 한국가스공사 | Method for controlling Hydrogen manufacturing apparatus |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004039420A (en) * | 2002-07-03 | 2004-02-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel cell power generation system |
JP2007258039A (en) | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Aisin Seiki Co Ltd | Control method of fuel cell system, and fuel cell system |
JP2009007222A (en) | 2007-06-29 | 2009-01-15 | Honda Motor Co Ltd | Control unit of reformer for fuel cell |
KR20110016151A (en) * | 2009-08-11 | 2011-02-17 | 주식회사 효성 | Controlling method for reformer burner for fuel cell |
-
2011
- 2011-10-06 KR KR1020110101971A patent/KR101335505B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2004039420A (en) * | 2002-07-03 | 2004-02-05 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Fuel cell power generation system |
JP2007258039A (en) | 2006-03-24 | 2007-10-04 | Aisin Seiki Co Ltd | Control method of fuel cell system, and fuel cell system |
JP2009007222A (en) | 2007-06-29 | 2009-01-15 | Honda Motor Co Ltd | Control unit of reformer for fuel cell |
KR20110016151A (en) * | 2009-08-11 | 2011-02-17 | 주식회사 효성 | Controlling method for reformer burner for fuel cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR20130037524A (en) | 2013-04-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9653742B2 (en) | Fuel cell system | |
JP6096402B2 (en) | Fuel cell system | |
US8927166B2 (en) | Indirect internal reforming solid oxide fuel cell and method for shutting down the same | |
JP4619753B2 (en) | Fuel cell operation control method and system therefor | |
JP2009266541A (en) | Method for operating indirect internal reforming solid oxide fuel cell system | |
JP6264125B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5078698B2 (en) | Load following operation method of fuel cell system | |
JP6857846B2 (en) | Fuel cell system and how to operate it | |
US9640819B2 (en) | Fuel cell system | |
EP2267827A1 (en) | Fuel cell system and method of load following operation of the same | |
WO2013150722A1 (en) | Hydrogen generating device and operation method for same, and fuel cell system | |
JP5078697B2 (en) | Load following operation method of fuel cell system | |
KR101335505B1 (en) | Air fuel ratio control apparatus and method of burner in reformer for fuel cell | |
JP2008084571A (en) | Indirect internal modifying type solid oxide fuel cell system | |
JP2005235583A (en) | Fuel cell system and its control method | |
US9362575B2 (en) | Fuel cell module | |
JP2007200771A (en) | Reforming catalyst temperature control system and control method of fuel cell power generator | |
WO2013160522A1 (en) | Method and arrangement for determining enthalpy change of a fuel cell system | |
KR100987175B1 (en) | Fuel Cell System and Fuel Supply Method Thereof | |
JP6483359B2 (en) | Fuel cell system | |
JP2016012528A (en) | Fuel cell system | |
KR101358688B1 (en) | Fuel-cell system and operation method thereof | |
JP5687052B2 (en) | Fuel cell system | |
JP5203570B2 (en) | Output control method for fuel cell device | |
KR101358132B1 (en) | Fuel exhausting system for ship |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20161125 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171127 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181126 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191126 Year of fee payment: 7 |