KR20120015073A - Prediction method of replacement time of catalyst in reformer for fuel cell and apparatus for the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for predicting replacement time is provided to easily and reliably measure the replacement time of refiner by finding whether the operation reduction of a fuel cell is induced by the abnormality of an endoergic reaction or an exothermic reaction. CONSTITUTION: A method for predicting replacement time comprises: a step of arranging a first and a second temperature sensors(415a,415b), in the end of an endoergic reaction part and an exothermic reaction part respectively, and arranging a voltage sensor in a fuel cell(420); a step of detecting whether or not the voltage of the fuel cell is abnormal by using voltage transferred from the voltage sensor; a step of detecting whether or not the endothermic reaction or the exothermic reaction is abnormal by using the temperature information transferred from the first and the second temperature sensors, in case the voltage of the fuel cell is abnormal; and a step of outputting catalyst replacement alarm signals in an alarming part(440), in case the endothermic reaction or the exothermic reaction is abnormal.

Description

개질기 촉매의 교환시기 측정 방법 {PREDICTION METHOD OF REPLACEMENT TIME OF CATALYST IN REFORMER FOR FUEL CELL AND APPARATUS FOR THE SAME}How to measure the exchange time of reformer catalyst {PREDICTION METHOD OF REPLACEMENT TIME OF CATALYST IN REFORMER FOR FUEL CELL AND APPARATUS FOR THE SAME}

본 발명은 연료전지의 개질기 촉매의 교환시기 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지의 성능 저하가 개질기 내의 흡열 반응 및 발열 반응의 이상에 기인하는 것인지를 파악하여 개질기 촉매의 교환시기를 쉽게 측정할 수 있는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for measuring the replacement time of a reformer catalyst of a fuel cell, and more particularly, to determine whether the performance degradation of the fuel cell is caused by abnormalities in endothermic reaction and exothermic reaction in the reformer. It is about a method which can measure.

연료전지에 수소를 공급하기 위하여 연료전지 입측에 배치되는 개질기는 탄화수소계(hydrocarbon) 연료를 수소(H2)로 개질(reforming)한다. 이를 위하여, 개질기는 메탄(CH4) 등과 같은 탄화수소계 연료를 다량의 수소로 개질하는 고온개질부와, 고온개질에 의하여 불가피하게 생성되는 일산화탄소를 변성시키는 CO변성부를 포함한다. A reformer disposed at the fuel cell inlet side to supply hydrogen to the fuel cell reforms the hydrocarbon fuel to hydrogen (H 2 ). To this end, the reformer includes a high temperature reforming unit for reforming a hydrocarbon fuel such as methane (CH 4 ) into a large amount of hydrogen, and a CO denaturing unit for modifying carbon monoxide inevitably generated by the high temperature reforming.

여기서, 고온개질부에서는 반응시 열을 흡수하는 흡열 반응(endothermic reaction)이 이루어지고, CO변성부에서는 반응시 열을 방출하는 발열 반응(exothermic reaction)이 이루어진다. 이러한 흡열 반응과 발열 반응은 개질기 내에 배치되는 촉매(catalyst)에 의하여 이루어진다. Here, in the high temperature reforming unit, an endothermic reaction is performed to absorb heat during the reaction, and in the CO denaturation unit, an exothermic reaction is performed to release heat during the reaction. This endothermic reaction and exothermic reaction are carried out by a catalyst disposed in the reformer.

개질부에 배치되는 촉매 혹은 CO변성부에 배치되는 촉매와 같은 개질기 촉매의 성능이 저하될 경우, 연료전지 성능의 저하를 가져온다. When the performance of a reformer catalyst, such as a catalyst disposed in the reforming unit or a catalyst disposed in the CO modifying unit, is degraded, the fuel cell performance is reduced.

따라서, 이러한 개질기 촉매의 교환시기를 쉽게 예측할 수 있는 방법이 요구된다.
Therefore, there is a need for a method that can easily predict the exchange time of such a reformer catalyst.

본 발명의 목적은 연료전지의 전압 감소 등의 성능 저하가 개질기 내의 흡열 반응 및 발열 반응의 이상에 기인하는 것인지를 파악하여 개질기 촉매의 교환시기를 쉽게, 그리고 신뢰성 있도록 측정할 수 있는 개질기 촉매 교환시기 측정 방법을 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to identify whether the performance degradation such as a decrease in the voltage of a fuel cell is caused by an abnormal endothermic reaction and an exothermic reaction in the reformer, so that the reformer catalyst exchange time can be measured easily and reliably. It is to provide a measuring method.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 개질기 촉매 교환시기 측정 방법은 흡열 반응부 및 발열 반응부를 구비하는 연료전지용 개질기 내부의 상기 흡열 반응부 말단에 제1온도센서를 배치하고, 발열 반응부 말단에 제2온도센서를 배치하며, 연료전지에 전압감지센서를 배치하는 단계; 상기 제1온도센서, 제2온도센서 및 전압감지센서와 연결되는 제어부에서 상기 전압감지센서로부터 전송되는 전압을 이용하여 연료전지 전압 이상 유무를 판단하는 단계; 상기 제어부에서 연료전지 전압 이상'으로 판단되는 경우, 상기 제1온도센서 및 제2온도센서로부터 전송되는 온도를 이용하여 흡열 반응 이상유무 또는 발열 반응 이상유무를 판단하는 단계; 및 상기 제어부에서 '흡열 반응 이상' 또는 '발열 반응 이상'으로 판단되는 경우, 상기 제어부와 연결되는 알람부에서 촉매 교환 알람신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. Reformer catalyst exchange time measurement method according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is arranged a first temperature sensor at the end of the endothermic reaction unit inside the reformer for a fuel cell having an endothermic reaction unit and an exothermic reaction, exothermic reaction Disposing a second temperature sensor at a distal end and disposing a voltage sensor in the fuel cell; Determining whether a fuel cell voltage is abnormal by using a voltage transmitted from the voltage sensor by a controller connected to the first temperature sensor, the second temperature sensor, and the voltage sensor; Determining whether there is an endothermic reaction abnormality or an exothermic reaction abnormality by using the temperature transmitted from the first temperature sensor and the second temperature sensor when it is determined that the controller is equal to or greater than the fuel cell voltage; And outputting a catalyst exchange alarm signal from an alarm unit connected to the controller when it is determined that the controller is in an 'endothermic reaction abnormality' or 'exothermic reaction abnormality'.

이때, 상기 제어부는 상기 제1온도센서로부터 전송되는 온도(T1)가 상기 흡열 반응부에서의 반응온도(Tendo)보다 일정값(α) 이상 높은 경우(T ≥ Tendo + α), '흡열 반응 이상'으로 판단하고, 상기 제2온도센서로부터 전송되는 온도(T2)가 상기 발열 반응부에서의 반응온도(Texo)보다 일정값(β) 이상 낮은 경우(T ≤ Texo - β), '발열 반응 이상'으로 판단할 수 있다. At this time, the control unit is a temperature (T ≥ T endo + α) higher than a predetermined value (α) higher than the reaction temperature (T endo ) in the endothermic reaction unit (T1) transmitted from the first temperature sensor, 'endotherm When the temperature T2 transmitted from the second temperature sensor is lower than the reaction temperature T exo in the exothermic reaction unit by a predetermined value β or more (T ≦ T exo -β ), It can be judged as 'exothermic reaction abnormality'.

또한, 상기 제어부는 상기 전압감지센서로부터 전송되는 전압(V)이 초기 연료전지 전압(V0)보다 일정값(γ) 이상 낮을 경우(V ≤ V0 - γ), '연료전지 전압 이상'으로 판단할 수 있으며, 상기 전압감지센서로부터 전송되는 전압(V)을 이용하여 연료전지 전압 감소율(-ΔV)을 측정하고, 상기 측정된 연료전지 감소율(-ΔV)이 초기 연료전지 전압 감소율(-ΔV0)보다 일정값(- δ) 이상 큰 경우(-ΔV ≥ -ΔV0 - δ), '연료전지 전압 이상'으로 판단할 수 있다 .
In addition, when the voltage (V) transmitted from the voltage sensor is lower than the initial fuel cell voltage (V 0 ) by a predetermined value (γ) or more (V ≤ V 0 -γ), to the "fuel cell voltage or more" The fuel cell voltage reduction rate (-ΔV) may be determined by using the voltage V transmitted from the voltage sensor, and the measured fuel cell reduction rate (-ΔV) is determined by the initial fuel cell voltage reduction rate (−ΔV). If greater than a certain value (-δ) greater than ( 0 ) (-ΔV ≥ -ΔV 0 -δ), it can be determined that the fuel cell voltage.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 개질기 촉매 교환시기 측정 방법은 흡열 반응부를 구비하는 연료전지용 개질기 내부의 상기 흡열 반응부의 말단에 제1온도센서를 배치하고, 연료전지에 전압감지센서를 배치하는 단계; 상기 제1온도센서 및 전압감지센서와 연결되는 제어부에서 상기 전압감지센서로부터 전송되는 전압을 이용하여 연료전지 전압 이상 유무를 판단하고, 상기 제1온도센서로부터 전송되는 온도를 이용하여 흡열 반응 이상유무를 판단하는 단계; 및 상기 제어부에서 '연료전지 전압 이상' 및 '흡열 반응 이상'으로 판단되는 경우, 상기 제어부와 연결되는 알람부에서 촉매 교환 알람신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Reformer catalyst exchange time measurement method according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is arranged a first temperature sensor at the end of the endothermic reaction unit inside the reformer for a fuel cell having an endothermic reaction portion, the voltage sensing in the fuel cell Placing a sensor; The controller connected to the first temperature sensor and the voltage sensor determines whether the fuel cell voltage is abnormal using the voltage transmitted from the voltage sensor, and the endothermic reaction is abnormal using the temperature transmitted from the first temperature sensor. Determining; And outputting a catalyst exchange alarm signal from an alarm unit connected to the control unit when the controller determines that the fuel cell voltage is abnormal and the endothermic reaction is abnormal.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 개질기 촉매 교환시기 측정 방법은 발열 반응부를 구비하는 연료전지용 개질기 내부의 상기 발열 반응부의 말단에 제2온도센서를 배치하고, 연료전지에 전압감지센서를 배치하는 단계; 상기 제2온도센서 및 전압감지센서와 연결되는 제어부에서 상기 전압감지센서로부터 전송되는 전압을 이용하여 연료전지 전압 이상 유무를 판단하고, 상기 제2온도센서로부터 전송되는 온도를 이용하여 발열 반응 이상유무를 판단하는 단계; 및 상기 제어부에서 '연료전지 전압 이상' 및 '발열 반응 이상'으로 판단되는 경우, 상기 제어부와 연결되는 알람부에서 촉매 교환 알람신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Reformer catalyst exchange time measuring method according to another embodiment of the present invention for achieving the above object is disposed a second temperature sensor at the end of the exothermic reaction unit inside the reformer for a fuel cell having an exothermic reaction unit, the voltage in the fuel cell Disposing a detection sensor; The controller connected to the second temperature sensor and the voltage sensor determines whether there is an abnormality in the fuel cell voltage using the voltage transmitted from the voltage sensor, and whether there is an abnormal heat generation reaction using the temperature transmitted from the second temperature sensor. Determining; And outputting a catalyst exchange alarm signal from an alarm unit connected to the control unit when it is determined that the control unit is “over fuel cell voltage abnormality” and “over heating reaction abnormality”.

본 발명에 따른 개질기 촉매 교환시기 측정 방법은 연료전지 전압 성능에 이상이 발생한 경우에 흡열 반응 혹은 발열 반응이 이루어진 후의 온도를 측정하여 온도가 정상상태에서 벗어나는 경우 개질기 촉매 교환시기로 쉽게 예측할 수 있는 장점이 있다.The reformer catalyst exchange time measurement method according to the present invention is an advantage that can be easily predicted by the reformer catalyst exchange time when the temperature is out of the normal state by measuring the temperature after the endothermic reaction or the exothermic reaction when the abnormality in the fuel cell voltage performance occurs There is this.

따라서, 본 발명에 따른 개질기 촉매 교환시기 측정 방법은 연료전지 성능저하의 원인이 개질기의 성능저하인지 아니면 다른 원인에 기인하는지에 대한 바로미터(barometer)를 제공할 수 있다.
Therefore, the reformer catalyst exchange timing measuring method according to the present invention can provide a barometer for determining whether the cause of deterioration of the fuel cell is due to the deterioration of the reformer or other causes.

도 1은 시간에 따른 연료전지의 전압 변화를 나타낸 것이다.
도 2는 개질기 내 흡열 반응 및 발열 반응이 정상적으로 이루어지고 있을 경우의 시간에 따른 온도 변화를 나타낸다.
도 3은 개질기 내 흡열 반응 및 발열 반응이 비정상적으로 이루어지는 경우 시간에 따른 온도 변화를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 개질기 촉매 교환시기 측정 방법의 실시예를 나타내는 블럭도이다. 1 illustrates a change in voltage of a fuel cell over time.
2 shows the temperature change with time when the endothermic reaction and the exothermic reaction in the reformer are normally performed.
Figure 3 shows the temperature change with time when the endothermic reaction and exothermic reaction in the reformer is abnormal.
Figure 4 is a block diagram showing an embodiment of a reformer catalyst exchange time measurement method according to the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments and drawings described in detail below.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.However, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed embodiments, but may be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. It is intended that the disclosure of the present invention be limited only by the terms of the appended claims.

이하에서는, 본 발명에 따른 연료전지용 개질기 촉매 교환시기 측정 방법에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of measuring a reformer catalyst exchange time for a fuel cell according to the present invention will be described in detail.

도 1은 시간에 따른 연료전지의 전압 변화를 나타낸 것이다. 1 illustrates a change in voltage of a fuel cell over time.

도 1을 참조하면, 시간이 경과함에 따라 정상적인 경우라도 연료전지의 전압은 점차 감소한다.(110a)Referring to FIG. 1, as time passes, the voltage of the fuel cell gradually decreases even in normal cases.

예를 들어 연료전지의 초기 전압이 0.75V(도 1의 a)이었다면, 대략 10% 정도 감소한 0.68V(도 1의 b)에서는 내구성 저하로 판단하여 연료전지의 스택(stack)을 교체한다. For example, if the initial voltage of the fuel cell was 0.75V (a in FIG. 1), at 0.68V (b in FIG. 1), which is reduced by approximately 10%, it is determined that durability is reduced, and the stack of the fuel cell is replaced.

한편, 연료전지가 정상적인 성능을 발휘하지 못하는 경우, 전압 감소율이 정상의 경우(110a)보다 커지거나(110b), 0.68V(도 1의 b)보다도 낮은 전압(도 1의 c)으로 연료전지 전압이 급격히 감소할 수 있다.(110c)On the other hand, when the fuel cell does not exhibit normal performance, the voltage decrease rate is greater than normal (110a) (110b), or lower than 0.68V (b in FIG. 1) (fuel cell voltage at a voltage of FIG. 1). This may decrease sharply (110c).

이러한 연료전지의 성능 저하는 여러 원인이 있을 수 있으며, 만약 개질기로부터 공급되는 수소(H2)의 양이 감소하거나, 일산화탄소(CO) 농도가 증가하는 경우 개질기의 흡열 반응(endothermic reaction) 혹은 발열 반응(exothermic reaction)이 정상적으로 이루어지지 못하는 것이므로, 개질기 촉매 성능 저하를 의심해볼 수 있다.
The degradation of the fuel cell may have various causes. If the amount of hydrogen (H 2 ) supplied from the reformer decreases or the carbon monoxide (CO) concentration increases, the endothermic reaction or exothermic reaction of the reformer may occur. Since the exothermic reaction does not occur normally, the performance of the reformer catalyst may be suspected.

도 2는 개질기 내 흡열 반응 및 발열 반응이 정상적으로 이루어지고 있을 경우의 시간에 따른 온도 변화를 나타내고, 도 3은 개질기 내 흡열 반응 및 발열 반응이 비정상적으로 이루어지는 경우 시간에 따른 온도 변화를 나타낸다. 2 shows the temperature change with time when the endothermic reaction and the exothermic reaction in the reformer are normally performed, and FIG. 3 shows the temperature change with time when the endothermic reaction and the exothermic reaction in the reformer are abnormal.

도 2를 참조하면, 연료전지의 성능이 감소하는 경우라도 탈황 성능 저하로 인한 개질기 촉매의 급격한 내구성 저하가 없거나 또는 유틸리티 오작동으로 인한 액상의 물 공급으로 촉매 침수 현상, 물 공급이 되지 않아 촉매의 열화 현상이 발생하지 않는 경우 시간에 따른 흡열 반응 후의 온도 변화(210) 혹은 발열 반응 후의 온도 변화(220)가 적다. Referring to FIG. 2, even when the performance of the fuel cell is reduced, there is no sudden drop in durability of the reformer catalyst due to desulfurization deterioration, or the catalyst is not immersed due to water supply of liquid phase due to utility malfunction, and deterioration of the catalyst due to no water supply. If the phenomenon does not occur, the temperature change 210 after the endothermic reaction with time or the temperature change 220 after the exothermic reaction is small.

그러나, 도 3을 참조하면, 개질기 촉매의 성능이 저하되어 흡열 반응 혹은 발열 반응이 정상적으로 이루어지지 못하는 경우, 흡열 반응 후의 온도가 일정치 이상 증가하거나 혹은 발열 반응 후의 온도가 일정치 이상 감소할 수 있다. However, referring to FIG. 3, when the endothermic reaction or the exothermic reaction is not performed normally due to the deterioration of the performance of the reformer catalyst, the temperature after the endothermic reaction may increase by a certain value or the temperature after the exothermic reaction may decrease by a certain value or more. .

이러한, 도 3의 현상을 반대로 해석하면, 흡열 반응 후의 온도가 일정치 이상 증가하거나 혹은 발열 반응 후의 온도가 일정치 이상 감소할 경우, 개질기 촉매의 성능이 저하된 것으로 의심해 볼 수 있다. When the phenomenon of FIG. 3 is reversely analyzed, when the temperature after endothermic reaction increases more than a fixed value or the temperature after exothermic reaction decreases by a certain value or more, it can be suspected that the performance of a reformer catalyst fell.

또한, 이러한 결과가 연료전지 성능 저하로 이어질 경우, 연료전지 성능 저하는 다른 원인보다 개질기 촉매 성능 저하의 원인이 높다고 볼 수 있다. 따라서, 원할한 흡열 반응 혹은 발열 반응을 위하여 개질기 촉매를 교환하여야 할 시기로 예측할 수 있다.
In addition, when such a result leads to a decrease in fuel cell performance, it can be said that the cause of the reformer catalyst degradation is higher than that of other causes. Therefore, it can be predicted that it is time to replace the reformer catalyst for the desired endothermic or exothermic reaction.

도 4는 본 발명에 따른 개질기 촉매 교환시기 측정 방법의 실시예를 나타내는 블럭도이다. Figure 4 is a block diagram showing an embodiment of a reformer catalyst exchange time measurement method according to the present invention.

도 4을 참조하면, 개질기(410)는 탄화수소계 연료(401)를 수소(H2)로 개질하여 연료전지(420)로 공급한다. Referring to FIG. 4, the reformer 410 reforms the hydrocarbon-based fuel 401 into hydrogen (H 2 ) and supplies it to the fuel cell 420.

개질기(410)는 흡열 반응부 및 발열 반응부를 구비한다. The reformer 410 includes an endothermic reaction part and an exothermic reaction part.

개질기(410) 내 흡열 반응부에서는 CH4 등과 같은 탄화수소계(hydrocarbon) 연료가 H2O(402)와 혼합되어 촉매와 반응하여 수소(H2)로 개질되는 흡열 반응이 이루어질 수 있다. In the endothermic reaction unit in the reformer 410, a hydrocarbon fuel such as CH 4 may be mixed with H 2 O 402 to react with a catalyst to reform an endothermic reaction with hydrogen (H 2 ).

이때, 흡열 반응 결과 수소(H2)뿐만 아니라 대략 10% 정도의 일산화탄소(CO)도 함께 생성된다. 연료전지의 성능을 유지하기 위해서는 일산화탄소(CO)가 최소량으로 저감되는 것이 바람직하다. At this time, as a result of the endothermic reaction, not only hydrogen (H 2 ) but also carbon monoxide (CO) of about 10% is generated together. In order to maintain the performance of the fuel cell, it is desirable to reduce the carbon monoxide (CO) to a minimum amount.

발열 반응부에서는 흡열 반응에 의하여 생성된 일산화탄소(CO)를 변성시키는 다음의 예와 같은 발열 반응이 이루어질 수 있다. In the exothermic reaction unit, an exothermic reaction may be performed as in the following example of denaturing carbon monoxide (CO) generated by the endothermic reaction.

CO + H2O → H2 +CO2
CO + H 2 O → H 2 + CO 2

흡열 반응부 말단에는 제1온도센서(415a)가 배치되고, 발열 반응부 말단에는 제2온도센서(415b)가 배치된다. 그리고, 연료전지(420)에는 전압감지센서(미도시)가 배치된다. The first temperature sensor 415a is disposed at the end of the endothermic reaction part, and the second temperature sensor 415b is disposed at the end of the exothermic reaction part. In addition, a voltage sensor (not shown) is disposed in the fuel cell 420.

상기의 제1온도센서(415a), 제2온도센서(415b) 및 전압감지센서는 제어부(430)와 전기적으로 연결된다. The first temperature sensor 415a, the second temperature sensor 415b, and the voltage sensor are electrically connected to the controller 430.

제어부(430)에서는 전압감지센서로부터 전송되는 전압(V)을 이용하여 연료전지 전압 이상 유무를 판단한다. The controller 430 determines whether the fuel cell voltage is abnormal using the voltage V transmitted from the voltage sensor.

일 예로, 제어부(430)는 전압감지센서로부터 전송되는 전압(V)과 저장된 혹은 설정된 초기 연료전지 전압(V0)을 비교하여, 전압감지센서로부터 전송되는 전압(V)이 초기 연료전지 전압(V0) 보다 일정값(γ) 이상 낮을 경우(V ≤ V0 - γ), '연료전지 전압 이상'으로 판단할 수 있다. 여기서 γ는 도 1의 예를 들면, 대략 0.1 정도가 될 수 있다. For example, the controller 430 compares the voltage V transmitted from the voltage sensor with the stored or set initial fuel cell voltage V 0 , so that the voltage V transmitted from the voltage sensor is equal to the initial fuel cell voltage (V). When V 0 ) is lower than the predetermined value (γ) or more (V ≦ V 0 −γ), it may be determined as 'the fuel cell voltage or more'. Γ may be about 0.1, for example in FIG. 1.

또한, 다른 예로, 제어부(430)는 전압감지센서로부터 전송되는 전압(V)을 이용하여 연료전지 전압 감소율(-ΔV)을 측정하고, 측정된 연료전지 감소율(-ΔV)이 도 1의 예(110b, 110c)와 같이 초기 연료전지 전압 감소율(-ΔV0)보다 일정값(- δ) 이상 큰 경우(-ΔV ≥ -ΔV0 - δ), '연료전지 전압 이상'으로 판단할 수 있다.
As another example, the controller 430 measures the fuel cell voltage reduction rate (-ΔV) using the voltage V transmitted from the voltage sensor, and the measured fuel cell reduction rate (-ΔV) is shown in the example of FIG. When the initial fuel cell voltage reduction rate (-ΔV 0 ) is greater than a predetermined value (−δ), such as 110b and 110c (−ΔV ≥ −ΔV 0 −δ), it may be determined that the fuel cell voltage is higher.

또한, 제어부(430)에서는 제1온도센서(415a) 및 제2온도센서(415b)로부터 전송되는 온도(T1, T2)를 이용하여 흡열 반응 이상유무 또는 발열 반응 이상유무를 판단한다. In addition, the controller 430 determines whether there is an endothermic reaction abnormality or an exothermic reaction abnormality by using the temperatures T1 and T2 transmitted from the first temperature sensor 415a and the second temperature sensor 415b.

제어부(430)는 제1온도센서(415a)로부터 전송되는 온도(T1)가 개질기(410) 내의 흡열 반응부에서의 반응온도(Tendo)보다 일정값(α) 이상 높은 경우(T ≥ Tendo + α), '흡열 반응 이상'으로 판단할 수 있다. 여기서 α는, 예를 들면 50℃ 정도를 제시할 수 있다. When the temperature T1 transmitted from the first temperature sensor 415a is higher than the reaction temperature T endo at the endothermic reaction part in the reformer 410 by a predetermined value α or more (T ≥ T endo) + α), 'endothermic reaction abnormal' can be judged. (Alpha) can show about 50 degreeC here, for example.

이는, 개질기(410) 내 흡열 반응부에서 흡열 반응이 제대로 이루어지지 못할 경우, 흡열 반응부에서의 열의 흡수가 이루어지지 않으므로, 흡열 반응부 말단의 온도가 상승하는 것을 고려한 것이다. This is because when the endothermic reaction is not properly performed in the endothermic reaction unit in the reformer 410, since the absorption of heat in the endothermic reaction unit is not made, the temperature at the end of the endothermic reaction unit is considered to be increased.

반대로, 제어부(430)는 제2온도센서(415b)로부터 전송되는 온도(T2)가 개질기(410) 내의 발열 반응부에서의 반응온도(Texo)보다 일정값(β) 이상 낮은 경우(T ≤ Texo - β), '발열 반응 이상'으로 판단할 수 있다. 여기서 β는, 예를 들면 30℃ 정도를 제시할 수 있다. On the contrary, the control unit 430 determines that the temperature T2 transmitted from the second temperature sensor 415b is lower than the reaction temperature T exo in the exothermic reaction unit in the reformer 410 by a predetermined value β or more (T ≦). T exo -β), can be judged as 'exothermic reaction abnormality'. (Beta) can show about 30 degreeC here, for example.

이는, 흡열 반응부와 반대로, 개질기(410) 내에서 발열 반응부에서 발열 반응이 제대로 이루어지지 못할 경우 온도가 하강하는 것을 고려한 것이다.
This, in contrast to the endothermic reaction part, takes into account that the temperature decreases when the exothermic reaction is not properly performed in the exothermic reaction part in the reformer 410.

제어부(430)에서 연료전지 전압 이상 유무를 판단한 결과, '연료전지 전압 이상'으로 판단되는 경우, 제어부(430)에서는 이러한 '연료전지 전압 이상'이 개질기 내 흡열 반응 혹은 발열 반응의 이상에 기인하는 것인지를 판단하기 위하여, 제1온도센서(415a) 및 제2온도센서(415b)로부터 전송되는 온도를 이용하여 흡열 반응 이상유무 또는 발열 반응 이상유무를 판단한다. When it is determined that the fuel cell voltage is abnormal, the controller 430 determines that the fuel cell voltage is abnormal. In the controller 430, the fuel cell voltage is abnormal due to an endothermic reaction or an exothermic reaction in the reformer. In order to determine whether the temperature is transmitted from the first temperature sensor 415a and the second temperature sensor 415b, it is determined whether the endothermic reaction is abnormal or the exothermic reaction is abnormal.

상기에서는 연료전지 전압 이상 유무를 먼저 판단하고, 흡열 반응 등의 이상유무를 나중에 판단하는 것을 제시하였으나, 그 반대로 흡열 반응 등의 이상유무를 먼저 판단하고, 연료전지 전압 이상 유무를 판단할 수 있다.
In the above, it is suggested that the fuel cell voltage abnormality is determined first, and the abnormality of the endothermic reaction is later determined. On the contrary, the abnormality of the endothermic reaction can be determined first, and the fuel cell voltage abnormality can be determined.

제어부(430)에서 '흡열 반응 이상' 또는 '발열 반응 이상'으로 판단되는 경우, 제어부(430)와 전기적으로 연결되는 알람부(440)에서 제어부(430) 출력신호에 응답하여 촉매 교환 알람신호를 출력한다. When the controller 430 determines that the endothermic reaction abnormality or the exothermic reaction abnormality occurs, the alarm unit 440 electrically connected to the controller 430 generates a catalyst exchange alarm signal in response to the output signal of the controller 430. Output

알람부(440)는 벨, 음성신호 등과 같은 청각 신호를 출력할 수 있고, 또한 싸이키 신호, 점등 신호, 디스플레이 깜빡임 등과 같은 시각 신호를 출력할 수 있다. 알람부(440)는 이러한 청각 신호 및 시각 신호들을 단독으로 혹은 동시에 출력할 수 있다. The alarm unit 440 may output an audio signal such as a bell or a voice signal, and may also output a visual signal such as a psych signal, a lighting signal, or a display flickering. The alarm unit 440 may output these auditory signals and visual signals alone or simultaneously.

이상에서는 하나의 개질기(410) 내에 흡열 반응부 및 발열 반응부가 모두 존재하는 예를 제시하였으나, 하나의 개질기 내에 흡열 반응부가 단독으로 존재하고, 다른 개질기 내에 발열 반응부가 단독으로 존재할 수 있다.
In the above, an example in which both the endothermic reaction part and the exothermic reaction part exist in one reformer 410 is provided. However, the endothermic reaction part may exist alone in one reformer and the exothermic reaction part may exist alone in the other reformer.

하나의 개질기 내에 흡열 반응부가 단독으로 존재하는 경우, 개질기 촉매의 교환시기 측정 방법은 다음과 같은 과정으로 이루어질 수 있다. When the endothermic reaction unit alone is present in one reformer, the method for measuring the exchange time of the reformer catalyst may be performed by the following process.

여기서 흡열 반응부에서는 탄화수소계 연료를 수소(H2)로 개질하는 흡열 반응이 이루어질 수 있다. In the endothermic reaction unit, an endothermic reaction for reforming a hydrocarbon-based fuel into hydrogen (H 2 ) may be performed.

우선, 연료전지용 개질기(410)의 흡열 반응부의 말단에 제1온도센서(415a)를 배치하고, 연료전지(420)에 전압감지센서를 배치한다. First, the first temperature sensor 415a is disposed at the end of the endothermic reaction portion of the fuel cell reformer 410, and the voltage sensor is disposed in the fuel cell 420.

다음으로, 제1온도센서(415a) 및 전압감지센서와 전기적으로 연결되는 제어부(430)에서 전압감지센서로부터 전송되는 전압을 이용하여 연료전지 전압 이상 유무를 판단하고, 제1온도센서(415a)로부터 전송되는 온도를 이용하여 흡열 반응 이상유무를 판단한다. Next, the controller 430 electrically connected to the first temperature sensor 415a and the voltage detection sensor determines whether the fuel cell voltage is abnormal using the voltage transmitted from the voltage detection sensor, and the first temperature sensor 415a. Judgment of the endothermic reaction abnormality is determined by using the temperature transmitted from.

제어부(430)는 제1온도센서(415a)로부터 전송되는 온도(T1)가 흡열 반응부에서의 반응온도(Tendo)보다 일정값(α) 이상 높은 경우(T ≥ Tendo + α), '흡열 반응 이상'으로 판단할 수 있다. When the temperature T1 transmitted from the first temperature sensor 415a is higher than the reaction temperature T endo in the endothermic reaction part by a predetermined value α or more (T ≥ T endo + α), Abnormal endothermic reaction '.

이후, 제어부(430)에서 '연료전지 전압 이상' 및 '흡열 반응 이상'으로 판단되는 경우, 제어부(430)와 전기적으로 연결되는 알람부(440)에서 시각 신호 혹은 청각 신호와 같은 촉매 교환 알람신호를 출력한다.
Subsequently, when the controller 430 determines that the fuel cell voltage is abnormal and the endothermic reaction is abnormal, a catalyst exchange alarm signal such as a visual signal or an audio signal is generated by the alarm unit 440 electrically connected to the controller 430. Outputs

또한, 하나의 개질기 내에 발열 반응부가 단독으로 존재하는 경우, 개질기 촉매의 교환시기 측정 방법은 다음과 같은 과정으로 이루어질 수 있다. In addition, when the exothermic reaction unit alone is present in one reformer, the method for measuring the exchange time of the reformer catalyst may be performed by the following process.

여기서 개질기 내 발열 반응부에서는 일산화탄소(CO)를 변성시키는 발열 반응이 이루어질 수 있다. Here, in the exothermic reaction unit in the reformer, an exothermic reaction for denaturing carbon monoxide (CO) may be performed.

우선, 연료전지용 개질기(410)의 발열 반응부의 말단에 제2온도센서(415b)를 배치하고, 연료전지(420)에 전압감지센서를 배치한다. First, the second temperature sensor 415b is disposed at the end of the exothermic reaction part of the reformer 410 for the fuel cell, and the voltage sensor is disposed in the fuel cell 420.

다음으로, 제2온도센서(415b) 및 전압감지센서와 연결되는 제어부(430)에서 전압감지센서로부터 전송되는 전압을 이용하여 연료전지 전압 이상 유무를 판단하고, 제2온도센서(415b)로부터 전송되는 온도를 이용하여 발열 반응 이상유무를 판단한다. Next, the controller 430 connected to the second temperature sensor 415b and the voltage detection sensor determines whether the fuel cell voltage is abnormal using the voltage transmitted from the voltage detection sensor, and transmits it from the second temperature sensor 415b. Determine the exothermic reaction abnormality by using the temperature.

제어부(430)는 제2온도센서로부터 전송되는 온도(T2)가 발열 반응부에서의 반응온도(Texo)보다 일정값(β) 이상 낮은 경우(T ≤ Texo - β), '발열 반응 이상'으로 판단할 수 있다. When the temperature T2 transmitted from the second temperature sensor is lower than the reaction temperature T exo in the exothermic reaction unit by a predetermined value β or more (T ≦ T exo − β), the controller generates an abnormal heat generation reaction. 'Can be judged.

이후, 제어부(430)에서 '연료전지 전압 이상' 및 '발열 반응 이상'으로 판단되는 경우, 제어부(430)와 전기적으로 연결되는 알람부(440)에서 촉매 교환 알람신호를 출력한다.
Subsequently, when it is determined that the control unit 430 is 'over fuel cell voltage' and 'over heating reaction', the alarm unit 440 electrically connected to the control unit 430 outputs a catalyst exchange alarm signal.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 개질부 내 흡열 반응부 혹은 발열 반응부 말단의 온도 변화 및 연료 전지의 성능 저하를 함께 고려하여, 연료전지 성능 저하가 흡열 반응 이상 등으로 이어질 경우, 개질기의 문제로 판단하고, 개질기 촉매 교체를 적극적으로 검토할 수 있도록 시각적으로 혹은 청각적으로 알람 기능을 제공한다.As described above, in the present invention, considering the temperature change at the end of the endothermic reaction part or the exothermic reaction part in the reformer and the deterioration of the fuel cell performance, if the fuel cell performance deterioration leads to an endothermic reaction or the like, a problem with the reformer is caused. Provide visual or audio alarms for judgment and active review of reformer catalyst replacement.

즉, 연료전지의 성능 저하의 원인이 연료전지 자체 문제 등이 아닌 개질기의 성능 저하인 것인지에 대한 바로미터를 제공한다.
That is, a barometer is provided to determine whether the cause of the deterioration of the fuel cell is the deterioration of the reformer rather than the problem of the fuel cell itself.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Therefore, it should be understood that the embodiments described above are exemplary in all respects and not restrictive.

110a : 정상 전압 감소율 110b, 110c : 이상 전압 감소율
210 : 흡열 반응부 온도 220 : 발열 반응부 온도
401 : 탄화수소 402 : H2O
410 : 개질기 415a : 제1온도센서
415b : 제2온도센서 420 : 연료전지
430 : 제어부 440 : 알람부110a: Normal voltage reduction rate 110b, 110c: Abnormal voltage reduction rate
210: endothermic reaction part temperature 220: exothermic reaction part temperature
401: hydrocarbon 402: H 2 O
410: reformer 415a: the first temperature sensor
415b: second temperature sensor 420: fuel cell
430: control unit 440: alarm unit

Claims (12)

흡열 반응부 및 발열 반응부를 구비하는 연료전지용 개질기의 상기 흡열 반응부 말단에 제1온도센서를 배치하고, 발열 반응부 말단에 제2온도센서를 배치하며, 연료전지에 전압감지센서를 배치하는 단계;
상기 제1온도센서, 제2온도센서 및 전압감지센서와 연결되는 제어부에서 상기 전압감지센서로부터 전송되는 전압을 이용하여 연료전지 전압 이상 유무를 판단하는 단계;
상기 제어부에서 '연료전지 전압 이상'으로 판단되는 경우, 상기 제1온도센서 및 제2온도센서로부터 전송되는 온도를 이용하여 흡열 반응 이상유무 또는 발열 반응 이상유무를 판단하는 단계;
상기 제어부에서 '흡열 반응 이상' 또는 '발열 반응 이상'으로 판단되는 경우, 상기 제어부와 연결되는 알람부에서 촉매 교환 알람신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질기 촉매의 교환시기 측정 방법.
Arranging a first temperature sensor at an end of the endothermic reaction part of the reformer for a fuel cell having an endothermic reaction part and an exothermic reaction part, a second temperature sensor at an end of the exothermic reaction part, and disposing a voltage sensor in the fuel cell ;
Determining whether a fuel cell voltage is abnormal by using a voltage transmitted from the voltage sensor by a controller connected to the first temperature sensor, the second temperature sensor, and the voltage sensor;
Determining whether the endothermic reaction is abnormal or the exothermic reaction is abnormal using the temperature transmitted from the first temperature sensor and the second temperature sensor when the controller determines that the fuel cell voltage is abnormal;
Outputting a catalyst exchange alarm signal from an alarm unit connected to the controller when it is determined that the controller is in an 'endothermic reaction abnormality' or 'exothermic reaction abnormality'; .
제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 제1온도센서로부터 전송되는 온도(T1)가 상기 흡열 반응부에서의 반응온도(Tendo)보다 일정값(α) 이상 높은 경우(T ≥ Tendo + α), '흡열 반응 이상'으로 판단하고,
상기 제2온도센서로부터 전송되는 온도(T2)가 상기 발열 반응부에서의 반응온도(Texo)보다 일정값(β) 이상 낮은 경우(T ≤ Texo - β), '발열 반응 이상'으로 판단하는 것을 특징으로 하는 개질기 촉매의 교환시기 측정 방법.
The method of claim 1,
The control unit
When the temperature T1 transmitted from the first temperature sensor is higher than the reaction temperature T endo in the endothermic reaction unit by a predetermined value α or more (T ≥ T endo + α), it is determined that the endothermic reaction is abnormal. and,
When the temperature T2 transmitted from the second temperature sensor is lower than the reaction temperature T exo in the exothermic reaction part by a predetermined value β or more (T ≦ T exo − β), it is determined that the exothermic reaction is abnormal. Method for measuring the exchange time of the reformer catalyst, characterized in that.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 전압감지센서로부터 전송되는 전압(V)이 초기 연료전지 전압(V0)보다 일정값(γ) 이상 낮을 경우(V ≤ V0 - γ), '연료전지 전압 이상'으로 판단하는 것을 특징으로 하는 개질기 촉매의 교환시기 측정 방법.
The method of claim 1,
The control unit
When the voltage (V) transmitted from the voltage sensor is lower than the initial fuel cell voltage (V 0 ) by a predetermined value (γ) or more (V ≤ V 0 -γ), it is determined that the fuel cell voltage or more Method for measuring the exchange time of the reformer catalyst to be.
제1항에 있어서,
상기 제어부는
상기 전압감지센서로부터 전송되는 전압(V)을 이용하여 연료전지 전압 감소율(-ΔV)을 측정하고, 상기 측정된 연료전지 감소율(-ΔV)이 초기 연료전지 전압 감소율(-ΔV0)보다 일정값(- δ) 이상 큰 경우(-ΔV ≥ -ΔV0 - δ), '연료전지 전압 이상'으로 판단하는 것을 특징으로 하는 개질기 촉매의 교환시기 측정 방법.
The method of claim 1,
The control unit
The fuel cell voltage reduction rate (-ΔV) is measured using the voltage (V) transmitted from the voltage sensor, and the measured fuel cell reduction rate (-ΔV) is a constant value than the initial fuel cell voltage reduction rate (-ΔV 0 ). When (-δ) or greater (-ΔV ≥ -ΔV 0 -δ), it is determined that the fuel cell voltage or more, the replacement time of the reformer catalyst.
제1항에 있어서,
상기 알람부는
청각 신호 및 시각 신호 중 하나 이상의 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 개질기 촉매의 교환시기 측정 방법.
The method of claim 1,
The alarm unit
A method for measuring the exchange time of a reformer catalyst, characterized in that for outputting at least one of an audio signal and a visual signal.
제1항에 있어서,
상기 흡열 반응부에서는 탄화수소계 연료를 수소(H2)로 개질하는 흡열 반응이 이루어지고,
상기 발열 반응부에서는 상기 흡열 반응에 의하여 생성된 일산화탄소(CO)를 변성시키는 발열 반응이 이루어지는 것을 특징으로 하는 개질기 촉매의 교환시기 측정 방법.
The method of claim 1,
In the endothermic reaction unit, an endothermic reaction for reforming a hydrocarbon fuel into hydrogen (H 2 ) is performed.
In the exothermic reaction unit, an exothermic reaction for modifying carbon monoxide (CO) generated by the endothermic reaction is carried out.
흡열 반응부를 구비하는 연료전지용 개질기의 상기 흡열 반응부의 말단에 제1온도센서를 배치하고, 연료전지에 전압감지센서를 배치하는 단계;
상기 제1온도센서 및 전압감지센서와 연결되는 제어부에서 상기 전압감지센서로부터 전송되는 전압을 이용하여 연료전지 전압 이상 유무를 판단하고, 상기 제1온도센서로부터 전송되는 온도를 이용하여 흡열 반응 이상유무를 판단하는 단계;
상기 제어부에서 '연료전지 전압 이상' 및 '흡열 반응 이상'으로 판단되는 경우, 상기 제어부와 연결되는 알람부에서 촉매 교환 알람신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질기 촉매의 교환시기 측정 방법.
Disposing a first temperature sensor at an end of the endothermic reaction part of the reformer for a fuel cell having an endothermic reaction part, and disposing a voltage sensor in the fuel cell;
The controller connected to the first temperature sensor and the voltage sensor determines whether the fuel cell voltage is abnormal using the voltage transmitted from the voltage sensor, and the endothermic reaction is abnormal using the temperature transmitted from the first temperature sensor. Determining;
When the control unit determines that the fuel cell voltage is abnormal and the endothermic reaction is abnormal, outputting a catalyst replacement alarm signal from an alarm unit connected to the control unit; Way.
제7항에 있어서,
상기 제어부는
상기 제1온도센서로부터 전송되는 온도(T1)가 상기 흡열 반응부에서의 반응온도(Tendo)보다 일정값(α) 이상 높은 경우(T ≥ Tendo + α), '흡열 반응 이상'으로 판단하는 것을 특징으로 하는 개질기 촉매의 교환시기 측정 방법.
The method of claim 7, wherein
The control unit
When the temperature T1 transmitted from the first temperature sensor is higher than the reaction temperature T endo in the endothermic reaction unit by a predetermined value α or more (T ≥ T endo + α), it is determined that the endothermic reaction is abnormal. Method for measuring the exchange time of the reformer catalyst, characterized in that.
제7항에 있어서,
상기 흡열 반응부에서는
탄화수소계 연료를 수소(H2)로 개질하는 흡열 반응이 이루어지는 것을 특징으로 하는 개질기 촉매의 교환시기 측정 방법.
The method of claim 7, wherein
In the endothermic reaction section
An endothermic reaction for reforming a hydrocarbon fuel to hydrogen (H 2 ) is carried out.
발열 반응부를 구비하는 연료전지용 개질기의 상기 발열 반응부 말단에 제2온도센서를 배치하고, 연료전지에 전압감지센서를 배치하는 단계;
상기 제2온도센서 및 전압감지센서와 연결되는 제어부에서 상기 전압감지센서로부터 전송되는 전압을 이용하여 연료전지 전압 이상 유무를 판단하고, 상기 제2온도센서로부터 전송되는 온도를 이용하여 발열 반응 이상유무를 판단하는 단계;
상기 제어부에서 '연료전지 전압 이상' 및 '발열 반응 이상'으로 판단되는 경우, 상기 제어부와 연결되는 알람부에서 촉매 교환 알람신호를 출력하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 개질기 촉매의 교환시기 측정 방법.
Disposing a second temperature sensor at an end of the exothermic reaction part of the reformer for a fuel cell having an exothermic reaction part, and disposing a voltage sensor on the fuel cell;
The controller connected to the second temperature sensor and the voltage sensor determines whether there is an abnormality in the fuel cell voltage using the voltage transmitted from the voltage sensor, and whether there is an abnormal heat generation reaction using the temperature transmitted from the second temperature sensor. Determining;
If it is determined that the fuel cell voltage abnormality and the exothermic reaction abnormality in the control unit, outputting a catalyst exchange alarm signal from the alarm unit connected to the control unit; measuring the exchange time of the reformer catalyst comprising a Way.
제10항에 있어서,
상기 제어부는
상기 제2온도센서로부터 전송되는 온도(T2)가 상기 발열 반응부에서의 반응온도(Texo)보다 일정값(β) 이상 낮은 경우(T ≤ Texo - β), '발열 반응 이상'으로 판단하는 것을 특징으로 하는 개질기 촉매의 교환시기 측정 방법.
The method of claim 10,
The control unit
When the temperature T2 transmitted from the second temperature sensor is lower than the reaction temperature T exo in the exothermic reaction part by a predetermined value β or more (T ≦ T exo − β), it is determined that the exothermic reaction is abnormal. Method for measuring the exchange time of the reformer catalyst, characterized in that.
제10항에 있어서,
상기 발열 반응부에서는
일산화탄소(CO)를 변성시키는 발열 반응이 이루어지는 것을 특징으로 하는 개질기 촉매의 교환시기 측정 방법. The method of claim 10,
In the exothermic reaction section
An exothermic reaction for modifying carbon monoxide (CO) is carried out.
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