Operational Characteristics of Methanol Reformer for the Phosphoric Acid Fuel Cell System

인산형 연료전지용 메탄올 연료개질기의 운전 특성

A methanol reformer was designed and fabricated using a CuO-ZnO low temperature shift catalyst, and its operation characteristics have been studied for the phosphoric acid fuel cell (PAFC) power generation system. The type of reactor was annular Methanol was consumed both for heating and for reforming fuel. Contents of carbon monoxide produced from the reformer increased as the reaction temperatures increased, but decreased as the mole ratios of water to methanol(H$_2$O/CH$_3$OH) increased. At steady state operating conditional, temperature profile of the catalytic reactor of the reformer was well coincide with the model equation, and it took 50 minutes from start to the rated condition of the reformer. When the system was operated at 4/4 and 1/4 of load, thermal efficiencies of the system were 72.3% and 77%, respectively. When the PAFC system was operated with reformed gas in the range of 62 V-37.6 V and 0-147 A, the trend of I-V curve showed a typical fuel tell characteristic. At steady state condition, the flow rates of reforming and combustion methanol were 88.1 mol/h and 50.1 mol/h, respectively.

본 논문은 5.9kW급 인산형 연료전지 발전시스템의 운전에 필요한 메탄올 연료개질기의 설계와 이의 운전 특성에 관한 것이다. 연료개질장치는 메탄올을 연소용 및 개질용연료로 사용하며, 개 질 반응 촉매는 CuO-ZnO계를 사용하고, 개질 반응기는 단일 환형 반응기 형태로 설계하였다. 개질 장치의 일산화탄소 생성 특성은 전체적으로 이론적인 평형값에는 도달하지 못하였으나, 반응온도가 증가할수록 농도가 증가하였으며, 개질 연료의 물/메탄올 몰비가 증가하면 감소하였다. 정격운전에서 촉매반응기의 축방향 온도분포는 이론적인 값과 잘 일치하였으며, 운전 개시후 50분 훈에 정상 운전이 가능하였다. 개질 시스템의 효율은 정격운전에서는 72.3%, 1/4 부하에서는 77%로 부하가 증가할수록 효율은 감소하였다. 개질기를 연료전지 본체와 연계운전시 개질기에 개질용 메탄올 및 연소용 메탄올의 공급유량이 각각 88.1 mol/h, 50.0mol/h 인 경우 정격전압인 37.6V의 전안에서 안정적인 5.5 kWh의 전력을 생산 할 수 있었다.