KR101630717B1 - 수소 제조 장치의 제어 방법 - Google Patents
수소 제조 장치의 제어 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR101630717B1 KR101630717B1 KR1020140054057A KR20140054057A KR101630717B1 KR 101630717 B1 KR101630717 B1 KR 101630717B1 KR 1020140054057 A KR1020140054057 A KR 1020140054057A KR 20140054057 A KR20140054057 A KR 20140054057A KR 101630717 B1 KR101630717 B1 KR 101630717B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- pressure
- controlling
- burner
- raw material
- compressor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J19/24—Stationary reactors without moving elements inside
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
- C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
- C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
- C01B3/382—Multi-step processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/50—Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
- F23N1/00—Regulating fuel supply
- F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
-
- 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
-
- 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
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
수소 제조 장치의 탈황기로 공급되는 원료가스가 고압으로 압축되도록 압축기를 제어하되, 수소 제조 장치의 분배기를 통해 분배되는 수소 분배량에 따라 가변적으로 제어하는 단계; 상기 압축기에서 압축된 원료가스의 압력에 따라 개질기에 설치된 다수개의 버너에 대한 작동 상태를 가변적으로 제어하는 단계; 및 상기 개질기에서 합성된 고압의 합성가스가 원료가스와 서로 간에 열교환이 이루어지는 열교환기의 압력 변동 상태에 따라 열교환기의 작동 상태를 제어하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 수소 제조 장치에 대한 것으로서, 보다 상세하게는 수소를 구동원으로 하는 차량 또는 수소를 생산하는 설비에 적용 가능한 수소 제조 장치의 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 지구환경에 대한 위기감 고조로 인하여 친화적인 에너지 공급 시스템의 개발 요구에 부응하여 에너지 효율이 높고, 배출 가스가 적다는 점에서 수소연료전지자동차 등의 수소를 연료로 하는 시스템이 각광을 받고 있다.
그 중에서도 수소연료전지자동차의 수소 공급 방법으로는 압축 또는 액화와 같은 형태로 직접 수소를 공급하는 방법 외에, 천연가스 등의 탄화수소계 원료의 개질에 의한 수소의 생성은 기존의 연료공급 인프라를 이용할 수 있고, 종합적인 에너지 효율이 높다는 점 등에 있어서 많이 이용되고 있다.
또한 전기, 전자 기술을 비롯한 과학 기술의 발달에 따라 많은 종류의 에너지원이 개발되고 있으며 화석연료, 원자력, 수력, 풍력과 같은 에너지를 대체하기 위한 대체에너지로서 수소 연료의 사용은 무공해 대체에너지로서 지구상에 존재하는 무한한 자원의 활용으로서 그 의미가 있으며, 수소연료를 사용하는 연료전지는 수소에너지 응용기술의 핵심으로 수소 연료로부터 전기를 직접 생산하는 개념으로서 전기자동차, 가정용, 발전용등에 사용될 수 있는 대체 발전수단으로, 수소 가스와 공기를 연료로 공급하고, 한 쌍의 전극 사이에서 전기화학반응에 의하여 발전하는 수단이다.
상기 연료전지의 원료가 되는 수소 가스를 얻는 방법으로는 우선적으로 전기자동차용, 가정용 등에서 연료전지를 사용할 경우에 대비하여 현재 쉽게 공급되고 있는 메탄이 주성분인 도시가스, 천연가스로부터 개질기를 이용한 방법을 사용하여 순수한 수소를 효율적으로 생산할 수 있다.
통상의 수소 제조 장치는 원료가스에 함유된 황을 흡착하기 위한 탈황기와, 탈황기를 거친 원료가스를 개질시켜 풍부한 수소가스가 함유된 합성가스를 생성하기 위한 개질기와, 수소가 풍부한 가스로의 개질에 필요한 수증기를 얻기 위한 증기 발생기, 배기가스에서 물을 분리하는 기액분리기를 포함한다.
이와 같이 사용되는 수소 제조 장치는 수소를 원료로 하는 산업 분야에서 급속 수소 충전을 위한 다양한 방법이 제안되고 있는 실정이다.
본 발명의 실시 예들은 압축기를 통해 고압의 압력으로 개질기로 공급되는 원료가스를 가변적으로 제어하고, 열교환기의 압력 변동 상태에 따른 작동 상태를 안정적으로 제어하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수소 제조 장치의 탈황기로 공급되는 원료가스가 고압으로 압축되도록 압축기를 제어하는 단계; 및 상기 압축기에서 압축된 원료가스의 압력에 따라 개질기 내부에 설치된 버너의 작동 상태를 제어하는 단계를 포함한다.
상기 압축기를 제어하는 단계는 9bar ~ 20bar 이내의 압력으로 원료가스의 압력을 제어하는 것을 특징으로 한다.
버너의 작동 상태를 제어하는 단계는 고압의 원료가스의 압력에 따라 버너의 공연비를 서로 다르게 제어하는 것을 특징으로 한다.
버너는 개질기의 내측 상부에 다수개가 등 간격으로 배치된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법은 수소제조 장치의 탈황기로 공급되는 원료가스가 고압으로 압축되도록 압축기를 제어하되, 수소 제조 장치의 분배기를 통해 분배되는 수소 분배량에 따라 가변적으로 제어하는 단계; 상기 압축기에서 압축된 원료가스의 압력에 따라 개질기에 설치된 다수개의 버너에 대한 작동 상태를 가변적으로 제어하는 단계; 및 상기 개질기에서 합성된 고압의 합성가스가 원료가스와 서로 간에 열교환이 이루어지는 열교환기의 압력 변동 상태에 따라 열교환기의 작동 상태를 제어하는 단계를 포함한다.
압축기를 제어하는 단계는 9bar ~ 20bar 이내의 압력으로 원료가스의 압력을 제어하는 것을 특징으로 한다.
버너의 작동 상태를 가변적으로 제어하는 단계는 고압의 원료가스의 압력에 따라 버너의 공연비를 서로 다르게 제어하는 단계를 포함한다.
버너의 작동 상태를 가변적으로 제어하는 단계는 고압의 원료가스의 압력에 따라 버너에 대한 온 오프 제어를 실시하는 것을 특징으로 한다.
버너의 작동 상태를 가변적으로 제어하는 단계는 압축기의 압력과 비례하여 버너의 온도를 선형 제어하는 것을 특징으로 한다.
버너의 작동 상태를 가변적으로 제어하는 단계는 다수개의 버너 중 어느 하나의 버너에서 에러가 발생될 경우 다른 버너로 공급되는 공기량에 에러가 발생된 버너에 공급되는 공기량을 더하여 제어하는 제1 공기량 제어 단계를 포함한다.
버너의 작동 상태를 가변적으로 제어하는 단계는 다수개의 버너 중 복수개의 버너에서 에러가 발생될 경우 정상 상태로 작동되는 최종 버너에 공급되는 공기량에 에러가 발생된 버너로 공급되는 공기량을 모두 더하여 제어하는 제2 공기량 제어 단계를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법은 수소 제조 장치의 탈황기로 공급되는 원료가스가 고압으로 압축되도록 압축기를 제어하되, 수소 제조 장치의 분배기를 통해 분배되는 수소 분배량에 따라 가변적으로 제어하는 단계; 상기 압축기에서 압축된 원료가스의 압력에 따라 개질기에 설치된 다수개의 버너로 공급되는 공기량을 가변적으로 제어하는 단계; 및 상기 개질기에서 합성된 고압의 합성가스가 원료가스와 서로 간에 열교환이 이루어지는 열교환기의 압력 변동 상태를 감지하여 열교환기의 작동 상태를 제어하는 단계를 포함한다.
상기 열교환기의 작동 상태를 제어하는 단계는 열교환기의 내부에 설치되고, 공급된 합성가스의 압력에 의해 내부 체적을 가변 시키는 체적 가변부의 내측과 외측에 설치된 압력 감지부에서 감지된 압력 데이터에 따라 현재 열교환기의 정상 유무를 판단하는 단계; 상기 체적 가변부의 내측 압력과 외측 압력의 차이를 P라 할 때 상기 P가 기 설정된 기준 P보다 상대적으로 감소될 경우 에러 발생 상태로 판단하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시 예들은 고압으로 압축이 이루어지는 압축기의 압력 변동 상태에 따라 개질기와 열교환기에서 안정적인 작동이 가능하도록 제어하여 수소 발생 효율을 향상시키고 다량의 수소가 필요한 경우에도 안정적으로 수소를 공급할 수 있다.
본 발명의 실시 예들은 개질기에 설치된 버너에서 에러가 발생되는 경우에도 공기량을 제어하여 고압의 조건에서 안정적인 수소 발생을 실시하고자 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법에 따른 수소 제조 장치를 간략히 도시한 도면.
도 3은 발명의 본 일 다른 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법을 도시한 순서도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법에서 개질기의 버너를 가변 제어하는 제어 방법을 도시한 순서도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법을 도시한 순서도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법에서 열교환기의 작동 상태를 제어하는 방법을 도시한 순서도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법의 제어 상태를 도시한 순서도.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법을 도시한 순서도.
도 3은 발명의 본 일 다른 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법을 도시한 순서도.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법에서 개질기의 버너를 가변 제어하는 제어 방법을 도시한 순서도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법을 도시한 순서도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법에서 열교환기의 작동 상태를 제어하는 방법을 도시한 순서도.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법의 제어 상태를 도시한 순서도.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법을 도시한 순서도.
본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 제조 장치의 제어 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 1을 참조하면, 수소 제조 장치의 제어 방법의 설명에 앞서 수소 제조 장치의 주요 구성에 대해 먼저 설명한다. 수소 제조 장치(1)는 고압의 압력으로 원료가스를 압축하는 압축기(100)와, 상기 압축기(100)를 경유한 천연 가스가 탈황기(200)와 개질기(400)를 경유하여 고압의 합성가스 상태로 입력될 경우 상기 합성가스의 압력 변동 상태에 따라 내부 체적이 가변되면서 개질기(400)로 공급되는 원료가스와 열교환이 이루어지는 열교환부(500)를 포함한다.
압축기(100)는 탈황기(200)에 9bar 이상의 압력으로 천연 가스를 압축하여 공급하는데, 최대 20bar 이내의 압력으로 천연 가스를 압축하여 공급하는 것이 바람직하며, 상기 압력 범위는 탈황기(200) 및 개질기(400)의 안정적인 작동을 위해 위에서 제시된 압력 범위에서 사용된다.
이와 같이 압축기(100)가 고압으로 탈황기(200)로 원료가스를 공급할 경우 원료가스에 포함된 황 성분에 대한 제거가 보다 잘 이루어져 탈황기의 효율이 향상되고, 이로 인해 수소 회수율이 상대적으로 증가된다. 또한 수소 제조 장치(1)의 배관 사이즈가 전술한 압축기(100)의 압력 범위 이하의 압력 상태일 때 보다 상대적으로 관경이 작아지면서 전체 설비의 크기가 상대적으로 작아지면서 수소 제조 장치(1)의 전체적인 장비 구성이 컴팩트해지고 설계 및 배치의 자유도 향상될 수 있다.
또한 수소 제조 장치(1)에서 생산된 수소를 공급받는 수소 충전소에 보다 빠른 시간에 다량의 수소가 공급될 수 있으므로 충전 시간이 단축될 수 있다.
즉 원료가스의 압력이 고압 상태로 탈황기(200)로 공급될 경우 보다 많은 량의 황 성분이 제거되어 개질기(400)에 충진된 개질 촉매 또는 스택과 수소 제조 장치(1)를 연결하여 사용할 경우 스택에 배치된 전극의 내구성과 성능 저하 없이 장기간 안정적으로 사용할 수 있다.
또한 수소 제조 장치(1)는 전술한 압축기(100)와 탈황기(200) 및 개질기(400) 이외에 수성전환반응기(60)와, PSA기(61)와, CO분석기(65)와, 수소용기(67) 및 디스펜서(68)를 포함하여 구성된다.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
본 발명의 일 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 3 내지 도 4를 참조하면, 수소 제조 장치의 탈황기로 공급되는 원료가스가 고압으로 압축되도록 압축기를 제어하되, 수소 제조 장치의 분배기를 통해 분배되는 수소 분배량에 따라 가변적으로 제어하는 단계(ST100)와, 상기 압축기에서 압축된 원료가스의 압력에 따라 개질기에 설치된 다수개의 버너에 대한 작동 상태를 가변적으로 제어하는 단계(ST200); 및 상기 개질기에서 합성된 고압의 합성가스가 원료가스와 서로 간에 열교환이 이루어지는 열교환기의 압력 변동 상태에 따라 열교환기의 작동 상태를 제어하는 단계(ST300)를 포함한다.
압축기를 제어하는 단계(ST100)는 9bar ~ 20bar 이내의 압력으로 원료가스의 압력을 제어하는데, 압축기에 대한 제어 압력은 수소 분배량에 따라 가변될 수 있으며 본 실시 예에서는 20bar의 압력으로 제어되는 것으로 한정하여 설명한다.
압축기에서 고압 상태로 원료가스가 압축되어 개질기로 공급될 경우 개질기의 내부에 설치된 버너의 작동 상태가 가변적으로 제어되는데(ST200) 상기 버너는 개질기의 내측 상부에 다수개가 등간격으로 배치되며 본 실시 예에서는 3개가 동일 간격으로 이격된다. 바람직하게는 3개가 설치되나 상기 개수로 한정하지 않는다.
압축기를 제어하는 단계는 9bar ~ 20bar 이내의 압력으로 원료가스의 압력을 제어하는데, 압축기에 대한 제어 압력은 수소 분배량에 따라 가변될 수 있으며 본 실시 예에서는 20bar의 압력으로 제어되는 것으로 한정하여 설명한다.
압축기에서 고압 상태로 원료가스가 압축되어 개질기로 공급될 경우 개질기의 내부에 설치된 버너 또한 고압의 원료가스에 비례하여 고온의 화염이 발생되도록 제어된다. 버너는 개질기의 내측 상부에 다수개가 등간격으로 배치되며 본 실시 예에서는 3개가 동일 간격으로 이격된다.
버너에 대한 제어(ST200)는 원료가스의 압력에 따라 공연비를 서로 다르게 제어할 수 있는데, 버너로 공급되는 연료량은 고정되고 공기량을 제어하여 다수개의 버너에 대한 온도 제어를 실시한다.
예를 들어 개질기가 N1 내지 N3의 버너로 구성되고, N1 버너에는 제1 공기량만 공급되도록 제어하고, N2와 N3는 각각 제2 공기량과 제3 공기량을 공급한다고 가정할 때 N1의 버너에 공급되는 공기량은 N2와 N3에 공급되는 공기량 대비 N%증가된 비율로 제어할 경우 압축기에서 공급된 고압의 원료가스의 압력에 따라 버너에 대한 작동 상태를 서로 다르게 제어할 수 있다.
이와 같이 버너의 공연비를 제어할 경우 압축기에서 20bar의 압력으로 개질기로 원료가스가 공급될 경우와 10bar의 압력으로 원료가스가 공급될 경우에 버너의 공연비가 서로 상이해지므로 원료가스의 서로 다른 압력에 따른 최적의 연소 상태를 유지시켜 개질기의 개질 효율을 향상시킬 수 있다.
본 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법은 전술한 구성과 일부 유사하므로 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.
압축기에 대한 제어(ST100)는 수소 제조 장치의 분배기(디스펜서)에서 다수의 연료전지 차량에 의해 수소 분배량이 증가될 경우 압축기의 압력이 증가되도록 제어하고, 수소 분배량이 감소될 경우 상대적으로 낮은 압력으로 압축기가 작동되도록 제어한다.
이를 통해 압축기가 항시 고압으로 작동되지 않아 압축에 따른 전력 소모량을 최소화하여 불필요한 전력 낭비를 방지함으로써 전력 소모율을 최소화할 수 있다. 예를 들어 수소 제조 장치의 설비 규모가 대형화 될 경우 압축기는 적어도 N개 이상 설치되는데 모든 압축기가 고압으로 작동되는 것에 비해 상대적으로 전력 소모율이 감소되어 연간 운용 비용이 감소된다.
버너의 작동 상태를 가변적으로 제어(ST200)하기 위해서는 고압의 원료가스의 압력에 따라 버너의 공연비를 서로 다르게 제어하거나(ST202), 고압의 원료가스의 압력에 따라 버너에 대한 온 오프 제어(ST204)를 실시할 수 있다.
버너의 공연비를 서로 다르게 제어하는 방식은 전술한 바와 유사하므로 생략하고 압축기의 압력 상태에 따라 버너에 대한 온 또는 오프 제어를 실시하는데, 이 경우 압축기가 고압 상태로 작동될 경우 모든 버너를 온 상태로 제어하고, 저압 상태일 경우 어느 하나의 버너를 오프 시키거나, 온 오프 상태를 일정 시간 동안 반복적으로 실시하여 압축기의 변동된 압력 상태에 따른 가변 제어를 실시한다(ST202).
또한 압축기의 압력과 비례하여 버너의 온도를 선형 제어(ST204)하여 연소 효율을 항시 최적 상태로 유지시킬 수 있다.
개질기에 대한 가변 제어(ST200)는 압축기에서 토출되는 원료가스의 압력에 따라 다수개의 버너에 대한 공연비와 온 오프 제어를 통해 개질기 내부에서 생성되는 합성가스의 안정적인 생산과 고압의 원료가스에 따른 최적화된 제어를 통해 개질기의 효율을 상승시킬 수 있다.
버너의 작동 상태를 가변적으로 제어하는 단계(ST200)는 다수개의 버너 중 어느 하나의 버너에서 에러가 발생될 경우 다른 버너로 공급되는 공기량에 에러가 발생된 버너에 공급되는 공기량을 더하여 제어하는 제1 공기량 제어 단계를 포함한다(ST210).
버너는 개질기 내부에 설치되므로 장기간 사용시 오작동되거나 고장으로 인해 정상상태로 작동되지 않을 수 있으며 본 실시 예에서는 비상 상황에 따른 버너 제어를 위해 에러가 발생된 버너로 공급되는 공기량을 차단하고 정상 상태로 작동되는 다른 버너에 에러가 발생된 버너로 공급되는 공기량을 각각 분배시켜 버너에 대한 제어를 실시한다.
이로 인해 에러가 발생된 버너의 작동 불능으로 인한 개질기 내부의 연소 온도를 압축기의 압력과 비례하여 항시 일정하게 유지시킬 수 있으므로 수소 발생을 항시 일정하게 유지시킬 수 있으며 버너에서 고장이 발생된 상태에서 수소 분배량이 현저하게 증가되는 경우에도 안정적으로 다량의 수소를 공급시킬 수 있다.
버너의 작동 상태를 가변적으로 제어하는 단계(ST200)는 다수개의 버너 중 복수개의 버너에서 에러가 발생될 경우 정상 상태로 작동되는 최종 버너에 공급되는 공기량에 에러가 발생된 버너로 공급되는 공기량을 모두 더하여 제어하는 제2 공기량 제어 단계(ST220)를 포함한다.
제2 공기량 제어는 개질기에 설치된 다수개의 버너 중 1개만 정상 상태로 작동되고 나머지 모두 에러 상태일 경우 1개의 버너만을 이용하여 개질기를 정상 상태로 제어하기 위해 에러가 발생된 버너로 공급되는 공기량을 정상 상태로 작동되는 버너로 공급되도록 제어하여 1개의 버너만으로도 수소 생산을 안정적으로 실시할 수 있다.
따라서 버너가 고장 나는 경우에도 수소 제조 장치가 중지되지 않고 분배기에 안정적으로 수소를 공급할 수 있으며 이로 인해 수소 제조 장치의 가동이 안정적으로 유지된다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 제어 방법에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 5 내지 도 6을 참조하면, 수소 제조 장치의 탈황기로 공급되는 원료가스가 고압으로 압축되도록 압축기를 제어하되, 수소 제조 장치의 분배기를 통해 분배되는 수소 분배량에 따라 가변적으로 제어하는 단계(ST1000)와, 상기 압축기에서 압축된 원료가스의 압력에 따라 개질기에 설치된 다수개의 버너로 공급되는 공기량을 가변적으로 제어하는 단계(ST2000); 및 상기 개질기에서 합성된 고압의 합성가스가 원료가스와 서로 간에 열교환이 이루어지는 열교환기의 압력 변동 상태를 감지하여 열교환기의 작동 상태를 제어하는 단계(ST3000)를 포함한다.
압축기를 가변적으로 제어하는 단계(ST1000)는 전술한 실시 예에서 이미 설명하였으므로 상세한 설명은 생략한다.
버너로 공급되는 공기량을 가변적으로 제어하는 단계(ST2000)는 정상 상태일 경우 N개의 버너에 각각 동일 비율로 공기를 공급하되, 예를 들어 개질기에 3개의 버너가 설치된 것으로 가정할 때 각각의 버너에는 공기가 33%의 비율로 각각 공급된다.
만약 버너 중 1개가 고장날 경우 2개의 버너에도 공기가 50%의 비율로 각각 공급되어 개질기에서의 안정적인 수소 합성을 가능하게 한다. 참고로 버너에 공급되는 연료량은 특정 비율로 각각의 버너에 고정되고 에러가 발생될 버너로 공급되는 연료량은 중지된다.
열교환기의 작동 상태를 제어하는 단계(ST3000)는 열교환기의 내부에 설치되고, 공급된 합성가스의 압력에 의해 내부 체적을 가변 시키는 체적 가변부의 내측과 외측에 설치된 압력 감지부에서 감지된 압력 데이터에 따라 현재 열교환기의 정상 유무를 판단하는 단계(ST3100)와, 상기 체적 가변부의 내측 압력과 외측 압력의 차이를 P라 할 때 상기 P가 기 설정된 기준 P보다 상대적으로 감소될 경우 에러 발생 상태로 판단하는 단계(ST3200)를 포함한다.
압력 감지부는 열교환기의 내부에 설치된 체적 가변부에 의해 변화되는 압력 상태를 감지하는데, 체적 가변부는 열교환기 내부의 영역을 각각 독립적으로 구획하고 열교환기의 내부에서 길이 방향으로 이동되면서 내부 체적을 가변시키는 체적 가변부를 통해 배출되는 합성가스의 압력을 감지하는 제1 압력센서(미도시)와, 체적 가변부에 의해 구획된 외측의 압력을 감지하는 제2 압력센서(미도시)로 구성된다.
열교환기가 정상 상태로 작동될 경우에는 제1 압력센서에 의해 체적 가변부의 내측 압력이 고압 상태로 감지되고, 제2 압력센서에 의해서는 일반적인 대기압 상태로 감지된다.
따라서 열교환기의 정상 상태 유무는 감지된 압력 데이터의 P가 기 설정된 압력 차이로 감지될 경우 정상 상태인 것으로 판단(ST3100)한다.
만약 P가 기 설정된 P에 비해 상대적으로 감소될 경우 열교환기 내부에 누설 또는 에러가 발생된 것으로 판단한다(ST3200).
이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 의한 수소 제어 장치의 제어 방법에 따른 제어 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 7을 참조하면, 압축기는 탈황기로 공급된 원료가스를 20bar로 압축하여 탈황기로 공급하고(ST10), 탈황기에서 원료가스 중에 포함된 특정 성분을 제거한 후에 개질기로 공급된다.
버너의 상태가 정상일 경우(ST15) 버너에 공급되는 공기량이 고압 상태로 개질기로 공급된 원료가스의 압력과 비례하여 증가된 상태로 공급되며(ST20) 개질기에서 안정적으로 연소가 이루어진 뒤에 합성가스가 생산된다.
본 발명의 다른 실시 예에 의한 수소 제어 장치의 제어 방법에 따른 제어 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
첨부된 도 8을 참조하면, 압축기는 탈황기로 공급된 원료가스를 20bar로 압축하여 탈황기로 공급하되(ST100) 분배기로 분배되는 수소 분배량에 따라 압축기의 작동 상태를 가변 제어한다.
예를 들면 분배기를 통해 다수대의 수소 작동 차량의 대수가 증가될 경우 압축기의 압력을 고압으로 제어하고, 상대적으로 분배기를 통해 분배되는 수소 분배량이 감소될 경우 압축기의 작동 압력은 상대적으로 저하된 상태로 제어된다.
개질기에 설치된 버너는 모두 정상 상태로 작동될 경우 각각의 버너로 공급되는 연료량은 고정된 상태로 공기량이 가변 되는데, 만약 특정 버너가 비정상 상태일 경우(ST105) 에러가 발생된 버너로 공급되는 공기량을 정상적으로 작동되는 나머지 버너로 공급되는 공기량에 더하여 제어를 실시한다(ST210).
만약 정상 작동 중이던 버너에서 추가로 에러가 발생되어 1대의 버너만 정상 작동될 경우 에러가 발생된 버너로 공급되는 공기량 모두를 정상 작동되는 버너로 공급하여 개질기의 안정적인 작동을 실시한다(ST220).
그리고 개질기에서 생산된 합성가스는 열교환기로 공급되는데, 열교환기에 설치된 체적 가변부에 의해 고압의 압력 변동 상태가 안정적으로 유지되도록 제어된 후에 분배기로 공급된다(ST300).
이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
1 : 수소 제조 장치
100 : 압축기
200 : 탈황기
400 : 개질기
500 : 열교환기
60 : 수성전환반응기
61 : PSA기
65 : CO분석기
100 : 압축기
200 : 탈황기
400 : 개질기
500 : 열교환기
60 : 수성전환반응기
61 : PSA기
65 : CO분석기
Claims (13)
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 수소 제조 장치의 탈황기로 공급되는 원료가스가 고압으로 압축되도록 압축기를 제어하되, 수소 제조 장치의 분배기를 통해 분배되는 수소 분배량에 따라 가변적으로 제어하는 단계;
상기 압축기에서 압축된 원료가스의 압력에 따라 개질기에 설치된 다수개의 버너에 대한 작동 상태를 가변적으로 제어하는 단계; 및
상기 개질기에서 합성된 고압의 합성가스가 원료가스와 서로 간에 열교환이 이루어지는 열교환기의 압력 변동 상태에 따라 열교환기의 작동 상태를 제어하는 단계를 포함하는 수소 제조 장치의 제어 방법. - 제5 항에 있어서,
상기 압축기를 제어하는 단계는,
9bar ~ 20bar 이내의 압력으로 원료가스의 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치의 제어 방법. - 제5 항에 있어서,
상기 버너의 작동 상태를 가변적으로 제어하는 단계는,
고압의 원료가스의 압력에 따라 버너의 공연비를 서로 다르게 제어하는 단계를 포함하는 수소 제조 장치의 제어 방법. - 제5 항에 있어서,
상기 버너의 작동 상태를 가변적으로 제어하는 단계는,
고압의 원료가스의 압력에 따라 버너에 대한 온 오프 제어를 실시하는 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치의 제어 방법. - 제5 항에 있어서,
상기 버너의 작동 상태를 가변적으로 제어하는 단계는,
압축기의 압력과 비례하여 버너의 온도를 선형 제어하는 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치의 제어 방법. - 제5 항에 있어서,
상기 버너의 작동 상태를 가변적으로 제어하는 단계는,
다수개의 버너 중 어느 하나의 버너에서 에러가 발생될 경우 다른 버너로 공급되는 공기량에 에러가 발생된 버너에 공급되는 공기량을 더하여 제어하는 제1 공기량 제어 단계를 포함하는 수소 제조 장치의 제어 방법. - 제5 항에 있어서,
상기 버너의 작동 상태를 가변적으로 제어하는 단계는,
다수개의 버너 중 복수개의 버너에서 에러가 발생될 경우 정상 상태로 작동되는 최종 버너에 공급되는 공기량에 에러가 발생된 버너로 공급되는 공기량을 모두 더하여 제어하는 제2 공기량 제어 단계를 포함하는 수소 제조 장치의 제어 방법. - 수소 제조 장치의 탈황기로 공급되는 원료가스가 고압으로 압축되도록 압축기를 제어하되, 수소 제조 장치의 분배기를 통해 분배되는 수소 분배량에 따라 가변적으로 제어하는 단계;
상기 압축기에서 압축된 원료가스의 압력에 따라 개질기에 설치된 다수개의 버너로 공급되는 공기량을 가변적으로 제어하는 단계; 및
상기 개질기에서 합성된 고압의 합성가스가 원료가스와 서로 간에 열교환이 이루어지는 열교환기의 압력 변동 상태를 감지하여 열교환기의 작동 상태를 제어하는 단계를 포함하는 수소 제조 장치의 제어 방법. - 제12 항에 있어서,
상기 열교환기의 작동 상태를 제어하는 단계는,
열교환기의 내부에 설치되고, 공급된 합성가스의 압력에 의해 내부 체적을 가변 시키는 체적 가변부의 내측과 외측에 설치된 압력 감지부에서 감지된 압력 데이터에 따라 현재 열교환기의 정상 유무를 판단하는 단계;
상기 체적 가변부의 내측 압력과 외측 압력의 차이를 P라 할 때 상기 P가 기 설정된 기준 P보다 상대적으로 감소될 경우 에러 발생 상태로 판단하는 단계를 포함하는 수소 제조 장치의 제어 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140054057A KR101630717B1 (ko) | 2014-05-07 | 2014-05-07 | 수소 제조 장치의 제어 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140054057A KR101630717B1 (ko) | 2014-05-07 | 2014-05-07 | 수소 제조 장치의 제어 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20150127892A KR20150127892A (ko) | 2015-11-18 |
| KR101630717B1 true KR101630717B1 (ko) | 2016-06-17 |
Family
ID=54838594
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020140054057A KR101630717B1 (ko) | 2014-05-07 | 2014-05-07 | 수소 제조 장치의 제어 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101630717B1 (ko) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102071265B1 (ko) * | 2016-10-19 | 2020-01-30 | 세종공업 주식회사 | 발전용 연료개질기 및 그 운전방법 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000281306A (ja) * | 1999-03-30 | 2000-10-10 | Nhk Spring Co Ltd | メタノールの水蒸気改質装置 |
| JP2001165431A (ja) * | 1999-12-02 | 2001-06-22 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料電池用改質器の空燃比制御装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100286620B1 (ko) * | 1998-11-30 | 2001-04-16 | 전성범 | 수증기개질형 수소생산방법 및 수소생산장치 |
| KR100572061B1 (ko) | 2004-10-12 | 2006-04-17 | 피엔피에너지텍 주식회사 | 연료전지용 개질기 |
| KR101335505B1 (ko) * | 2011-10-06 | 2013-12-02 | 지에스칼텍스 주식회사 | 연료전지용 개질기의 버너 공연비 조절 장치 및 방법 |
-
2014
- 2014-05-07 KR KR1020140054057A patent/KR101630717B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000281306A (ja) * | 1999-03-30 | 2000-10-10 | Nhk Spring Co Ltd | メタノールの水蒸気改質装置 |
| JP2001165431A (ja) * | 1999-12-02 | 2001-06-22 | Osaka Gas Co Ltd | 燃料電池用改質器の空燃比制御装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20150127892A (ko) | 2015-11-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4098167B2 (ja) | 燃料ガス発生方法及び装置 | |
| JP2004525488A (ja) | 貯蔵した水素を使用した燃料電池システム | |
| WO2013031502A1 (ja) | 再生可能エネルギ貯蔵システム | |
| US11214746B2 (en) | Power generation system | |
| CN107851821B (zh) | 水蒸气发生装置及含其的燃料电池*** | |
| US20120129064A1 (en) | Hydrogen production by an autothermal heat exchanger packed-bed membrane gas reformer | |
| US20230287583A1 (en) | Small modular nuclear reactor integrated energy systems for energy production and green industrial applications | |
| US11834334B1 (en) | Systems and methods of processing ammonia | |
| KR101630717B1 (ko) | 수소 제조 장치의 제어 방법 | |
| JP5548032B2 (ja) | 有機ハイドライド脱水素システム | |
| US10340537B2 (en) | Fuel cell system and control method for the same | |
| KR101660104B1 (ko) | 수소 제조 장치 | |
| JP4612322B2 (ja) | 燃料ガス製造システム及びその運転方法 | |
| JP5899231B2 (ja) | 液体水素および電気の生成方法 | |
| JP2008074674A (ja) | 水素生成装置および燃料電池システム | |
| CN219308384U (zh) | 基于合金吸附的富氢气体连续分离纯化*** | |
| KR101660105B1 (ko) | 수소 제조 장치 | |
| US20220404846A1 (en) | Multiple output header | |
| Song et al. | Small Scale Skid-Mounted Natural Gas to Hydrogen Production System Provides Competitive Hydrogen for China | |
| JP2005251703A (ja) | 燃料ガス製造発電システムにおける停電時の運転方法 | |
| JP2005293959A (ja) | 水素ガス製造発電システム及びその運転方法 | |
| Kwon et al. | PERFORMANCE CHARACTERITICS OF HYDROGEN GENERATOR USING SODIUM BOROHYDRIDE STORAGE FOR UNINTERRUPTED POWER SYSTEM | |
| TW202337556A (zh) | 多個輸出的集管 | |
| JP2007305601A (ja) | 燃料電池発電装置の運転方法 | |
| Corbo et al. | Fuel Cell Propulsion System for Urban Bus Application |
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: 20190326 Year of fee payment: 4 |