1kW급 연료전지 평가시스템 개발에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 연료전지 중 발전효율이 50% 이상으로 가장 높고 가정용(1~10kW급) 시스템으로 필요성이 높아지고 있는 고체산화 물 연료전지(SOFC, Solid Oxide Fuel Cell)에 대한 평가시스템을 설계하여 최적의 평가성능을 구현코자 하였다. 최적의 연료전지 평가시스템을 구현하기 위하여 전처리 및 반응조건 제어를 위한 온도제어모듈, 반응물에 대한 유량제어모듈, 전자부하기 등을 구현 하였다. 온도제어모듈은 K형 서머커플을 사용하여 운전온도인 750℃에서 1℃이내의 정밀도 구현이 가능토록 설계하였고, 가스의 양이 일정하게 유지하기 위한 가습기 구조를 설계하였으며, 송풍기 및 히터의 정밀제어가 가능하도록 위상제어보드를 설계하여 적 용함으로서 목표성능을 구현하였으며, 전자부하기는 방전방식으로 정전압, 정전류, 정저항 모드와 아날로그 입력과 출력모듈에 별도 의 DC-DC 컨버터를 사용하여 오류를 최소화하였다. 구현한 평가시스템의 성능을 측정한 결과 스택전압은 80V에서 0.15%, 스택전 류는 100A에서 0.1%의 정밀제어가 가능함을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

In this study, a 1kW Solid Oxide Fuel Cell(SOFC) test system was developed. A SOFC is the most promising power system to provide the higher efficient(over 50%) for house application area(1~10kW). To develop the optimized test system, the temperature control module that controls the preprocess and reaction condition, the flow control module that controls of the mass of reactants, and the electric loader that tests the discharge performance condition, etc. The temperature control module was designed to provide the high control resolution(under 1℃ at 750℃ of operating temperature) using K-type thermal couple. The flow control module was designed control blower and heater precisely using the phase control method. And the electric loader is designed that provide CV, CC, CR discharge mode and minimized the operating error adopting the independent DC-DC converter on analog input and output module. The performance of the developed SOFC test system showed that the accuracy of stack voltage was 0.15% at 80V and stack current was 0.1% at 100A.

목차 (Table of Contents)

• 요약
• ABSTRACT
• Ⅰ. 서론
• Ⅱ. 실험 및 고찰
• 1. 히터 온도제어 및 송풍기 유량제어 모듈
• 2. 1kW 전자부하기 개발
• Ⅲ. 결론
• 참고문헌

참고문헌 (Reference)

1 소대섭, "차세대 연료전지 기술에 관한 연구개발동향 및 정보분석" 9 (9): 51-59, 2006

2 문봉화, "유기 용매 혼합비에 따른 고체산화물 연료전지 전해질 지지체용 세라믹 그린 시트성형 및 소결 특성" 한국전기전자재료학회 25 (25): 426-430, 2012

3 김완제, "원통형 고체산화물 연료전지 스택 제작 및 성능평가" 한국수소및신에너지학회 24 (24): 467-471, 2013

4 임석연, "연료 다변화에 따른 용융 탄산염 연료전지 시스템 운전 특성" 한국수소및신에너지학회 26 (26): 156-163, 2015

5 박노언, "수소･연료전지 연구개발 투자현황 분석" 한국수소및신에너지학회 21 (21): 143-148, 2010

6 박찬엄, "가정용 연료전지 시스템의 단독운전 시 부하설비의 전압 및전력품질 평가" 대한전기학회 62 (62): 1792-1797, 2013

7 이율호, "10kW급 건물용 고체산화물연료전지(SOFC) 시스템 모델을 이용한 운전조건 최적화 연구" 한국수소및신에너지학회 27 (27): 49-62, 2016