• 제목/요약/키워드: 용융탄산연료전지

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연료전지 발전을 위한 바이오가스정제 (Biogas Purifying for Fuel cell Power Plant)

  • 이종규;전재호
    • 상하수도학회지
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    • 제21권4호
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    • pp.439-444
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    • 2007
  • Using the anaerobic digester gas as a fuel, fuel cells have the potential to provide significant environmental and economic benefits. A molten carbonate fuel cell power plant was installed in the municipal sewage works of Tancheon in Seoul. The fuel cell unit operates on anaerobic digester gas and provides power and heat for the sewage works. This is the first project of its kind in Korea. This article outlines the experiences of gas purification process with planning, installation and operation. The engineering and installation phase is described regarding to the special features of digester gas, for example impurities in gas composition. Such impurities would be harmful to fuel cells. Operational results from the field test with a gas purification process plant are presented in this paper.

용융탄산염 연료전지용 평판형 개질기의 성능 평가 (The performance test of plate reformer for Molten Carbonate Fuel Cell)

  • 황인철;이상득;이병권;서인석;임태훈;홍성안
    • 한국에너지공학회:학술대회논문집
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    • 한국에너지공학회 1999년도 춘계 학술발표회 논문집
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    • pp.229-232
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    • 1999
  • 외부개질형 MCFC 시스템에서 개질기는 시스템을 구성하는 주요장치 중의 하나이다. MCFC용 개질기는 연료전지 스택의 Anode와 Cathode에 수소 및 $CO_2$를 공급하는 역할을 담당해야 할 뿐 아니라 저발열량(500Kcal/N㎥)의 Anode 배가스를 개질반응의 열원으로 사용해야 하기 때문에 스택의 부하변화에 빠르게 대응할 수 있는 우수한 동적 응답특성이 요구되며, 열전달이 잘 이루어지는 소형이면서 간단한 구조를 가지고 있어야 한다. 이런 특징들이 MCFC용 개질기가 화학공업에 사용되는 통상의 개질기 즉, 정상상태에서 운전되는 단순한 수소공급 장치와 구별되는 중요한 차이점이며 설계시 고려해야할 제약조건이 된다.(중략)

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kW급 MCFC 스택에서의 기체 유동 압력 및 열 분포 해석 (Analysis of gas pressure and heat distribution in a kW-scale MCFC stack)

  • 고준호;강병삼;서혜경;임희천
    • 한국에너지공학회:학술대회논문집
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    • 한국에너지공학회 1999년도 춘계 학술발표회 논문집
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    • pp.213-218
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    • 1999
  • 용융탄산염 연료전지 (MCFC) 스택의 운전시에 가장 문제가 되는 사항들 중의 하나는 전지 반응에 의해 생성되는 많은 열량으로서, 이로 인해 내부 온도가 상승하고 심한 온도 분포가 존재하게 되며 이는 출력 전압 또는 전류의 불균일을 초래하는 동시에 전지 성능 열화(degradation)를 가속시켜 장기 운전에 큰 장애 요인이 된다. 현재 국내에서 개발중인 100kW급 MCFC 발전 시스템의 스택은 전극 면적이 6,000 $ extrm{cm}^2$ 혹은 그 이상에 이르며 25 kW 모듈당 적층되는 전지는 40장으로서 운전시의 발열량 조절이 매우 큰 문제로 등장한다.(중략)

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75kW 용융탄산염 연료전지 시스템의 MBOP 개발 (The Ejector Design and Test for 5kW Molten Carbonate Fuel Cell)

  • 김범주;김도형;이정현;강승원;임희천
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2009년도 춘계학술대회 논문집
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    • pp.353-356
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    • 2009
  • A pivotal mechanical balance of plant for 75kW class molten carbonate fuel cells comprise of a catalytic burner and an ejector which has been designed and tested in KEPRI(Korea Electric Power Research Institute). The catalytic burner, which oxidizes residual fuel in the anode tail gas, was operated at several conditions. Some problems arose due to local overheating or auto-ignition, which could limit the catalyst life. The catalytic burner was designed by considering both gas mixing and gas velocity. Test results showed that the temperature distribution is very uniform. In addition, an ejector is a fluid machinery to be utilized for mixing fluids, maintaining vacuum, and transporting them. The ejector is placed at mixing point between the anode off gas and the cathode off gas or the fresh air Several ejectors were designed and tested to form a suction on the fuel tail gas and balance the differential pressures between anode and cathode over a range of operating conditions. The tests showed that the design of the nozzle and throat played an important role in balancing the anode tail and cathode inlet gas pressures. The 75kW MCFC system built in our ejector and catalytic burner was successfully operated from Novembe, 2008 to April, 2009. It recorded the voltage of 104V at the current of 754A and reached the maximum generating power of 78.5kW DC. The results for both stand-alone and integration into another balance of plant are discussed.

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125 kW급 용융탄산염 연료전지 시스템의 이젝터 설계 및 시험 (The Ejector Design and Test for 125 kW Class Molten Carbonate Fuel Cell System)

  • 김범주;박수만;송오섭
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제29권2호
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    • pp.139-147
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    • 2018
  • Korea Electric Power Research Institute (KEPCO RI) had developed molten carbonate fuel cell (MCFC) system since 1993. Finally, KEPCO RI developed and operated a 125 kW MCFC system in 2010. To make MCFC system compact, it is indispensable to install an ejector in this system where the anode off gas, the cathode off gas, and fresh air are mixed before flowing to the catalytic burner. KEPCO RI had developed various ejectors for MCFC system since 2006. The 125 kW MCFC system built with the developed ejector was operated successfully in Boryeong Thermal Power Plant in 2010. This 125 kW MCFC ejector was designed on the basis of the experimental results of 5 kW and 75 kW MCFC ejectors. The main goal of ejector design in our MCFC system is to maintain the entrainment ratio and the pressure between fuel cell stack and catalytic burner within the operating range. In this paper, the design results of the ejector are presented based on the 125 kW MCFC system operating conditions. In addition, a designed ejector was manufactured and installed in the MCFC system. As the fuel cell is under load operation, the pressure surrounding the ejector was measured to ensure that the fuel cell system is operating smoothly.

5kW 용융탄산염 연료전지(MCFC) 이젝터 설계 및 시험 (The Ejector Design and Test for 5kW MCFC System)

  • 김범주;김도형;이정현;이성윤;김진열;강승원;임희천
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제20권1호
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    • pp.31-37
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    • 2009
  • An ejector is a machine utilized for mixing fluid, maintaining a vacuum, and transporting fluid. The Ejector enhances system efficiency, are easily operated, have a mechnically simple structure, and do not require a power supply. Because of these advantages, the ejector has been applied to a variety of industrial fields such as refrigerators, power plants and oil plants. In this work, an ejector was used to safely recycle anode tail gas in a 5 kW Molten Carbonate Fuel Cell system at KEPRI(Korea Electric Power Research Institute). In this system, the ejector is placed at mixing point between the anode tail gas and the cathode tail gas or the fresh air. Commercial ejectors are not designed for the actual operating conditions for our fuel cell system. A new ejector was therefore designed for use beyond conventional operating limits. In this study, the entrainment ratio is measured according to the diametrical ratio of nozzle to throat in the designed ejector. This helps to define important criteria of ejectors for MCFC recycling.

75 kW 용융탄산염 연료전지 (MCFC) 스택 내 압력 손실 해석 (Pressure Loss Analysis of the 75 kW MCFC Stack with Internal Manifold Separator)

  • 김범주;이정현;김도형;강승원;임희천
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제19권5호
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    • pp.367-376
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    • 2008
  • To obtain the data of the pressure loss and differential pressure at the inside of the stack that was composed of 126 cells with 7,500 cm2 electrode area, 75kW molten carbonate fuel cell system has been operated. Computational fluid dynamics was applied to estimate reactions and thermal fluid behavior inside of the stack that was adopted with internal manifold type separator. The pressure loss coefficient K showed 72.29 to 84.01 in anode and 6.34 to 8.75 in cathode at low part of cells at the inside of 75 kW MCFC stack respectively. Meanwhile, the pressure loss coefficient of the higher part of cells at the interior of the stack showed 15.36 and 56.44 in anode and cathode respectively. These results mean that there is no big total pressure difference between anode and cathode at the inner part of 75 kW MCFC stack. This result will be reflected in 250kW MCFC system design.

갈탄과 무연탄으로부터의 초청정석탄 제조 및 용융탄산염형 연료전지에서의 산화거동연구 (Oxidation of Ash Free Coal from Lignite and Anthracite Coals in a Molten Carbonate Fuel Cell)

  • 이상우;김유정;김태균;이기정;이충곤
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제27권1호
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    • pp.63-70
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    • 2016
  • In this study, ash free coals(AFCs) were produced with lignite and anthracite coals in a microwave. The AFCs were analyzed with proximate analysis, fourier transform infrared spectrometry (FTIR), X-ray diffraction analysis, and thermogravimetric analysis (TGA). The extraction yields of the AFCs were 16.4 wt%, 7.6 wt% at lignite and anthracite coal, respectively. The chemical and physical properties of the AFCs were similar regardless of the original coal types. Oxidation behavior of the AFCs was investigated by supplying a mixture of 3g of AFC and 3g of electrolyte into the coin-type molten carbonate fuel cell (MCFC). For the evaluation of AFC fuel performance, electrochemical analysis of the steady-state polarization and step-chronopotentiometry were conducted based on the standard hydrogen fuel (69 mol% $H_2$, 17 mol% $CO_2$, 14 mol% $H_2O$). The AFCs showed similar electrochemical oxidation behaviors regardless of the original coal types. The overvoltage of the AFCs was larger than the hydrogen fuel, although OCV of the AFCs was higher.

소규모 현장 생산 방식에 의한 수소 제조용 천연가스 수증기 개질기 개발 (Development of Natural Gas Steam Reformier for Small Scale On-Site Production of Hydrogen)

  • 서동주;서유택;서용석;박상호;정진혁;윤왕래
    • 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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    • 한국신재생에너지학회 2005년도 춘계학술대회
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    • pp.264-267
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    • 2005
  • 수소의 소규모 분산 생산 기술은 본격적 인 수소 인프라가 도입되기 전에 연료전지 자동차의 수소 충 전용이나 분산 발전형 연료전지의 수소 공급을 위해 필요하다. 생산 용량은 수소 기준으로 $10\~100 Nm^3/hr$ 정도로 현재로선 천연가스의 수증기 개질법이 가장 경제적인 공정으로 알려져 있다. 소규모 생산에 따른 열효율 저하를 줄이 기 위해 단위 공정들이 통합된 컴팩트 개질 시스템의 개발이 필요하다. 핵심 기술인 컴팩트 리포머의 국산화 기술 확보를 위하여 $20 Nm^3/hr$용량의 동심관형 리포머를 설계, 제작하였다. 내부구조는 제작의 단순화를 고려하여 중첩된 동심관이 배열되었고 압력 손실과 열웅력 발생을 억제하도록 유로를 배치하였다. 수증기개질 반응에 필요한 반응열은 리포머 본체에 부착된 버너를 이용하여 공급하였다. 성능 측정을 위한 부속 기기로 상온 흡착식 탈황기, 폐열 회수형 수증기 발생기, 반응물 예열을 위한 열교환기, 생성 가스 응축기를 설계 제작하여 전체 리포밍 시스템을 구성하였다. 반응 온도 $680\~720^{\circ}C$, 탄소 대 수중기 비(S/C ratio) $2.7\~3.2$ 조건에서 수증기 개질 반응을 수행하였다. 해당 반응 조건에서 메탄 전환율 $89\%$ 이상, 저위 발열량 기준 개질 열효율 $70\%$ 이상을 달성하였고 개질 생성가스 내 수소의 최대 유량은 $23.4Nm^3/h$였다. 개발된 리포밍 시스템은 고순도 수소 생산이 필요한 경우, 수소 수율 향상을 위한 고온 수성 가스 전화 반응기를 통합 가능하도록 열교환기 구성을 조정할 수 있으며 용융 탄산염 연료전지와 같이 고온형 연료전지의 경우 $550^{\circ}C$ 이상으로 개질 생성 가스를 공급하도록 구성할 수도 있다. 향후 리포머 본체의 개질 효율 향상 및 장치 소형화, 부속 기기의 최적화를 통한 전체 리포밍 시스템 개선, 스케일 업 설계를 위한 엔지니어링 설계 패키지 구성을 계획하고 있다.

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