8kW급 SOFC 스택 오프가스 이용 열분배시스템 최적 설계

Optimal Design of Thermal Distribution System using Stack Off Gas in 8kW class SOFC

고체산화물연료전지(SOFC)는 높은 전기 생산 효율과 비귀금속계의 전극 사용 및 다양한 연료의 적용이 가능한 이점이 있다. 그러나 SOFC 시스템은 약 700℃ 내외의 운전 특성으로 오프가스의 폐열을 활용하기 위한 열분배시스템의 최적화가 필요하다. 본 연구에는 8 kW급 SOFC 시스템의 성능을 안정적으로 유지하기 위하여 스택에서 배출되는 고온에 오프가스의 폐열을 활용하는 열분배시스템을 최적 설계하고자 하였다. 특히, SOFC 스택에서 배출된 AOG(anode off gas)를 완전 산화시켜 발생하는 산화열과 AOG와 COG(cathode off gas)가 보유한 현열을 이용하고자 열교환기를 통해 열에너지를 회수하여 시스템내 재 이용함으로 에너지 효율 최적화를 도모하였다. 또한 2kW급 단위스택의 열분배시스템을 통해 얻어진 운전데이타를 기반으로 8kW급 시스템으로 용량을 스케일업하기 위하여 설계 영향인자를 도출하였다. 그리고 다중 스택 배열 및 매니폴드를 설계 제안하고 열유동 해석을 통해 스택 및 단열박스내에 열분배 특성을 파악하였다. 또한 열분배시스템의 공정 해석을 통해 물질 및 에너지 수지를 산출하고, 이를 기반으로 구성 요소의 설계 및 열적성능을 평가하였다.