KR100582634B1 - A Complex heat exchanging method of reformmatted gas for fuel cell and It's heat exchanging device - Google Patents

A Complex heat exchanging method of reformmatted gas for fuel cell and It's heat exchanging device Download PDF

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Abstract

본 발명은 연료전지용 개질가스의 복합 열교환방법 및 열교환장치로, 본 발명의 열교환장치는 개질부(1)로 공급되는 반응물인 저온 상태의 물이 공급되어 예열되는 물 공급관(11); 이 물 공급관(11)이 내부에 설치되고 개질부(1)와 변성부(2)를 거친 반응물인 고온의 개질가스가 통과하여 냉각되면서 수분이 응축 제거되는 내부 개질가스관(12); 이 내부 개질가스관(12)의 외측에 설치되고 내부 개질가스관(12)을 통과한 수분이 제거된 개질가스가 통과하면서 선택적 산화반응부(3)로 공급되기 전에 상기 내부 개질가스관(12)의 개질가스와 열교환을 이루어 예열되는 외부 개질가스관(13);을 포함하여 이루어진 것으로, 개질가스의 폐열을 이용하여 개질반응물인 물과 선택적 산화반응부(3)로 들어갈 반응물(개질가스)을 예열함으로써 개질시스템의 효율을 높이고, 선택적 산화반응부(3)의 초기성능을 높이며, 별도의 냉각장치없이도 본 발명의 복합 열교환장치를 통해 개질가스에 포함된 수분을 응축 제거하여 선택적 산화반응부(3)에서의 촉매성능을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a complex heat exchange method and a heat exchange apparatus of a reformed gas for a fuel cell, the heat exchange apparatus of the present invention comprises: a water supply pipe (11) supplied with preheated water at a low temperature state as a reactant supplied to the reforming unit (1); An internal reformed gas pipe 12 having the water supply pipe 11 installed therein and condensing and removing moisture as the hot reformed gas, which is a reactant passed through the reforming unit 1 and the modifying unit 2, is cooled; The reforming of the inner reforming gas pipe 12 is provided on the outside of the inner reforming gas pipe 12 and before the reformed gas from which the water passing through the inner reforming gas pipe 12 is removed is supplied to the selective oxidation reaction unit 3 while passing therethrough. External reformed gas pipe 13 which is preheated by heat exchange with the gas, comprising preheating the reformed reactant (reformed gas) into the reformed reactant water and the selective oxidation reaction unit 3 by using the waste heat of the reformed gas. Increase the efficiency of the system, increase the initial performance of the selective oxidation reaction unit (3), and condensate and remove moisture contained in the reformed gas through the composite heat exchanger of the present invention without a separate cooling device in the selective oxidation reaction unit (3) Can improve the catalytic performance.

연료전지, 개질부, 변성부, 선택적 산화반응부, 열교환장치, 폐열, 효율상승Fuel cell, reforming part, modified part, selective oxidation reaction part, heat exchanger, waste heat, efficiency increase

Description

연료전지용 개질가스의 복합 열교환방법 및 열교환장치 {A Complex heat exchanging method of reformmatted gas for fuel cell and It's heat exchanging device}{A Complex heat exchanging method of reformmatted gas for fuel cell and It's heat exchanging device}

도 1은 본 발명에 의한 복합 열교환장치가 적용된 연료전지시스템의 구성도,1 is a configuration diagram of a fuel cell system to which a complex heat exchanger according to the present invention is applied;

도 2는 본 발명에 의한 복합 열교환장치의 내부구조를 도시한 단면도,2 is a cross-sectional view showing the internal structure of the composite heat exchanger according to the present invention;

도 3은 본 발명에 의한 복합 열교환장치의 내부에서 물과 개질가스의 흐름을 도시한 것이다.Figure 3 shows the flow of water and reformed gas in the interior of the composite heat exchanger according to the present invention.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1 : 개질부 2 : 변성부1: modified part 2: modified part

3 : 선택적 산화반응부 4 : 연료전지 본체3: selective oxidation reaction part 4: fuel cell body

10 : 복합 열교환장치 11 : 물 공급관10: complex heat exchanger 11: water supply pipe

12 : 내부 개질가스관 13 : 외부 개질가스관12: internal reformed gas pipe 13: external reformed gas pipe

20 : 필터 P1 : 물 공급포트20: filter P1: water supply port

P2 : 물 배출포트 P3 : 가스 공급포트P2: water discharge port P3: gas supply port

P4 : 가스 배출포트 P5 : 공급포트P4: Gas discharge port P5: Supply port

P6 : 배출포트 P7 : 배수포트P6: discharge port P7: drain port

본 발명은 연료전지용 개질가스의 복합 열교환방법 및 열교환장치로, 상세히는 흡열반응인 개질반응과 발열반응인 변성반응을 거친 개질가스의 폐열을 이용하여 개질반응물인 물과 선택적 산화반응부로 들어갈 반응물(개질가스)을 예열함으로써 개질시스템의 효율을 높이고, 선택적 산화반응부의 초기성능을 높이며, 별도의 냉각장치 없이도 개질가스에 포함된 수분을 제거하여 선택적 산화반응부의 촉매성능을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.The present invention relates to a complex heat exchange method and a heat exchange apparatus of a reformed gas for a fuel cell, and in detail, a reactant to enter the reformed reactant water and a selective oxidation reaction unit using waste heat of the reformed gas that has undergone the endothermic reforming reaction and the exothermic modification. By preheating the reformed gas), the efficiency of the reforming system is increased, the initial performance of the selective oxidation reaction unit is increased, and the water contained in the reforming gas is removed without a separate cooling device to improve the catalytic performance of the selective oxidation reaction unit.

연료전지(fuel cell)는 화학적 산화-환원반응을 통해 전기를 제공하며, 청결함과 효율성 측면에서 다른 형태의 동력발생보다 잇점이 있고 발전시에 발생된 열을 효과적으로 이용할 수 있기 때문에 발전 및 난방 또는 온수급탕을 동시에 필요로 하는 가정용 복합발전시스템으로 바람직하다.Fuel cells provide electricity through chemical oxidation-reduction reactions, and have advantages over other forms of power generation in terms of cleanliness and efficiency, and because they can effectively use the heat generated during power generation. It is preferable as a combined cycle power generation system for homes that requires hot water supply.

한편, 상기한 연료전지의 연료원은 수소(H2)인데, 이러한 수소는 비교적 낮은 부피 에너지 밀도를 가지며, 현재 대부분 동력발생시스템에서 사용되고 있는 탄화수소연료에 비하여 저장 및 수송이 곤란하므로, 이 탄화수소를 연료전지의 공급원료로 사용할 수 있도록 개질하는 장치가 필요하다.On the other hand, the fuel source of the fuel cell is hydrogen (H 2 ), which has a relatively low volumetric energy density and is difficult to store and transport compared to hydrocarbon fuels currently used in most power generation systems. There is a need for a reformer that can be used as a feedstock for fuel cells.

이러한 개질장치는 천연가스, LPG, 가솔린, 디젤 등과 같은 탄화수소계 연료를 전화시키기 위한 것으로, 초기 전화공정과 다수의 정제공정이 결합된 다단계 공정을 사용하고 있다. 초기 공정은 대부분 증기 개질(steam reforming;SR), 자연 개질(autothermal reforming;ATR), 촉매적 부분산화(catalytic partial oxidation;CPOX) 또는 비촉매적 부분산화(POX)이며, 정제공정은 일반적으로 탈황, 고온 물-가스 전환, 저온 물-가스 전환, 선택적 CO산화, 또는 선택적 CO메탄화로 구성된다.This reformer is for converting hydrocarbon fuels such as natural gas, LPG, gasoline, diesel, etc., and uses a multistage process in which an initial conversion process and a plurality of purification processes are combined. The initial process is mostly steam reforming (SR), autothermal reforming (ATR), catalytic partial oxidation (CPOX) or noncatalytic partial oxidation (POX), and the purification process is generally desulfurization. , High temperature water-gas conversion, low temperature water-gas conversion, selective CO oxidation, or selective CO methanation.

본 발명과 관련된 기존의 증기 개질공정(SR)에 있어서는 반응물인 상온 액체상태인 물을 사용하고 있으므로 이를 증기화하기 위하여 개질기 전체의 열량소모가 많았으며, 선택적 산화반응촉매의 성능을 향상시키기 위해 선택적 산화반응부의 전단에 추가의 냉각장치를 구비하여 개질가스 중에 함유된 물을 제거해주어야 했었고, 선택적 산화반응부의 빠른 반응성 즉, 초기구동성을 향상시키기 위해 별도의 예열장치를 구비해야 했었으므로 시스템 전체가 복잡해지게 되는 문제점은 물론, 시스템 자체의 소모전력이 크게 되는 단점이 있었다.In the conventional steam reforming process (SR) related to the present invention, since the reactant uses water in a room temperature liquid state, the calorie consumption of the reformer was large in order to vaporize it, and it was selective to improve the performance of the selective oxidation catalyst. An additional cooling device at the front of the oxidation reactor had to be removed to remove the water contained in the reformed gas, and the whole system had to be equipped with a separate preheater to improve the rapid reactivity of the selective oxidation reactor, ie the initial driveability. As well as the problem of being complicated, there was a disadvantage that the power consumption of the system itself is large.

한편, 고온의 개질가스 내에 포함된 증기상태의 물이 제거되지 않고 선택적산화반응기에 함께 유입될 경우, 유입경로에 따른 각 라인의 히팅이 필요하고 상온인 선택적 산화반응기에서 개질가스에 포함된 물이 응축되므로 이를 막기 위하여 히터를 이용하여 100℃이상 가열해야 한다. 또한 보통의 선택적 산화반응기는 개질 가스에 포함된 물에 의해 활성온도영역이 높아지며 성능은 저하되는 것으로 알려져 있다.On the other hand, if the water in the steam state contained in the reformed hot gas flows into the selective oxidation reactor without being removed, the heating of each line according to the inflow path is required and the water contained in the reformed gas in the selective oxidation reactor at room temperature Since it is condensed, it should be heated over 100 ℃ by using heater. In addition, it is known that an ordinary selective oxidation reactor increases the active temperature range due to water contained in the reforming gas and degrades its performance.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 개질가스의 폐열을 효과적으로 이용하여 개질부로 공급되는 반응물인 물을 예열시킬 수 있도록 함과 아울러 선택적 산화반응부로 들어갈 반응물(개질가스)을 예열함으로써 개질시스템의 효율을 높일 수 있도록 하고, 동시에 선택적 산화반응부의 초기구동성을 높이며, 별도의 냉각장치 없이도 개질가스에 포함된 수분을 제거하여 선택적 산화반응부에 공급함으로써 선택적 산화반응부의 촉매성능을 향상시킬 수 있고, 이 수분중에 함유된 이물질은 필터에 의해 여과한 후 정화된 물은 개질반응의 반응물로 사용될 수 있도록 하며, 선택적 산화반응부에서는 추가의 가열장치 없이도 개질가스의 폐열과 열교환된 개질가스로만으로도 충분히 열원을 공급하여 초기활성을 증가시킬 수 있도록 하는데 있다.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to effectively use the waste heat of the reformed gas to preheat water, which is a reactant supplied to the reforming unit, and to enter the selective oxidation reaction unit (reformation gas) ) To increase the efficiency of the reforming system, at the same time to improve the initial operation of the selective oxidation reaction unit, and to remove the water contained in the reformed gas without supplying a separate cooling unit to the selective oxidation reaction unit by Catalytic performance can be improved, and foreign matters contained in this water can be filtered and filtered to be used as a reactant for reforming reaction. In the selective oxidation unit, waste heat of reformed gas can be removed without additional heating. Only the heat exchanged reformed gas can supply enough heat source to increase initial activity. There to help.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 개질부로 공급되는 반응물인 저온 상태의 물이 공급되어 예열되는 물 공급관과; 이 물 공급관이 내부에 설치되고 개질부와 변성부를 거쳐 생성된 고온의 개질가스가 통과하여 냉각되면서 수분이 응축 제거되는 내부 개질가스관과; 이 내부 개질가스관의 외측에 설치되고 내부 개질가스관을 통과한 수분이 제거된 개질가스가 통과하면서 선택적 산화반응부로 공급되기 전에 상기 내부 개질가스관의 개질가스와 열교환을 이루어 예열되는 외부 개질가스관;을 포함하여 이루어지는 연료전지용 개질가스의 복합 열교환장치를 제공한다.
In order to achieve the above object, the present invention provides a water supply pipe which is preheated by supplying water of a low temperature state that is a reactant supplied to a reforming unit; An internal reformed gas pipe installed inside the water supply pipe, the internal reformed gas pipe condensing and removing moisture as the hot reformed gas generated through the reforming part and the modifying part passes through and is cooled; An external reforming gas pipe installed outside the inner reforming gas pipe and preheated by performing heat exchange with the reforming gas of the inner reforming gas pipe before being supplied to the selective oxidation reaction unit while the reformed gas from which the moisture having passed through the inner reforming gas pipe is removed passes through the inner reforming gas pipe; A composite heat exchanger for reforming gas for fuel cells is provided.

또, 본 발명은 상기 개질장치를 사용하여 개질부와 변성부를 거쳐 생성된 고온의 개질가스와 상기 개질부로 공급되는 반응물인 물을 열교환시켜 개질가스에 포함된 수분을 응축 제거함과 아울러 물을 예열하고, 동시에 수분이 제거된 개질가스를 다시 상기 고온의 개질가스와 열교환시킨 후 선택적 산화반응부로 공급하는 연료전지용 개질가스의 복합 열교환방법을 제공한다.
In addition, the present invention heat exchanges the hot reformed gas generated through the reforming unit and the modifying unit with water which is a reactant supplied to the reforming unit by using the reforming unit to condense and remove the water contained in the reforming gas and preheat the water. In addition, the present invention provides a complex heat exchange method of a reformed gas for a fuel cell, wherein the reformed gas from which moisture has been removed is again exchanged with the high temperature reformed gas and then supplied to a selective oxidation reaction unit.

이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments that do not limit the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명에 의한 복합 열교환장치가 적용된 연료전지 시스템의 구성을 도시한 것이고, 도 2는 본 발명에 의한 복합 열교환장치의 내부구조를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명에 의한 복합 열교환장치의 내부에서 물과 개질가스의 흐름을 도시한 것이다.1 illustrates a configuration of a fuel cell system to which a complex heat exchanger according to the present invention is applied, FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an internal structure of a complex heat exchanger according to the present invention, and FIG. 3 illustrates a complex heat exchanger according to the present invention. The flow of water and reformed gas inside the device is shown.

상기 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 복합 열교환장치(10)는 개질부(1)로 공급되는 반응물인 저온 상태의 물(W)이 공급되어 예열되는 물 공급관(11)과; 이 물 공급관(11)이 내부에 설치되고 개질부(1)와 변성부(2)를 거쳐 생성 된 고온의 개질가스(G)가 통과하여 냉각되면서 수분이 응축 제거되는 내부 개질가스관(12)과; 이 내부 개질가스관(12)의 외측에 설치되고 내부 개질가스관(12)을 통과한 수분이 제거된 개질가스(G)가 통과하면서 선택적 산화반응부(3)로 공급되기 전에 상기 내부 개질가스관(12)의 개질가스와 열교환을 이루어 예열되는 외부 개질가스관(13);을 포함하여 이루어져 있다.1 to 3, the composite heat exchanger 10 of the present invention includes a water supply pipe 11 for preheating the water (W) of a low temperature state, which is a reactant supplied to the reforming unit 1; This water supply pipe 11 is installed therein and the internal reformed gas pipe 12 in which moisture is condensed and removed as the hot reformed gas G generated through the reforming unit 1 and the modifying unit 2 passes through and is cooled. ; The reformed gas pipe 12 installed outside the inner reformed gas pipe 12 and before being supplied to the selective oxidation reaction unit 3 while passing the reformed gas G from which moisture passed through the inner reformed gas pipe 12 is removed passes through the inner reformed gas pipe 12. It consists of; external reformed gas pipe 13 which is preheated by heat exchange with the reformed gas.

도 1 내지 도 3에 도시된 본 발명의 복합 열교환장치(10)는 하나의 몸통 내부에 그 내부로부터 물 공급관(11), 내부 개질가스관(12) 및 외부 개질가스관(13)이 구비된 구조를 이루고 있는데, 내부 개질가스관(12)과 외부 개질가스관(13)은 외벽이 원통형태로 이루어진 이중챔버구조이고, 물 공급관(11)은 열교환에 유리하도록 열교환면적을 최대화하기 위해 나선상으로 꼬인 상태로 이루어져 상기 내부 개질가스관(12)안에 위치한다.The composite heat exchanger 10 of the present invention shown in FIGS. 1 to 3 has a structure in which a water supply pipe 11, an internal reformed gas pipe 12, and an external reformed gas pipe 13 are provided from the inside of one body. The inner reformed gas pipe 12 and the outer reformed gas pipe 13 have a double chamber structure having a cylindrical outer wall, and the water supply pipe 11 is twisted in a spiral shape to maximize the heat exchange area to favor heat exchange. It is located in the inner reformed gas pipe (12).

결과적으로, 본 발명의 복합 열교환장치는 물 공급관(11)이 내부 개질가스관(12)으로 감싸여지고, 내부 개질가스관(12)은 다시 외부 개질가스관(13)으로 감싸여진 3중 구조로 이루어져 있다.As a result, the composite heat exchanger of the present invention has a triple structure in which the water supply pipe 11 is wrapped with the inner reformed gas pipe 12, and the inner reformed gas pipe 12 is again wrapped with the outer reformed gas pipe 13. .

상기 열교환장치를 이루는 각 관(11,12,13)은 내식성의 금속 또는 비금속재로서 열전도성이 우수한 소재로 제작하는 것이 바람직하다.Each tube 11, 12, 13 constituting the heat exchanger is preferably made of a material having excellent thermal conductivity as a corrosion-resistant metal or nonmetallic material.

상기 물 공급관(11)은 그 일단에 공급포트(P1)와 배출포트(P2)가 열교환장치 의 외부 즉, 열교환장치(10)의 표면을 이루는 외부 개질가스관(13)의 외측으로 노출되어 상온의 물(W)이 물 공급포트(P1)로 주입되어 복합 열교환장치(10)의 내부를 거쳐 개질가스(G)와 열교환을 이루어 예열된 후 배출포트(P2)에서 나와 개질부(1)로 공급된다.At one end of the water supply pipe 11, the supply port P1 and the discharge port P2 are exposed to the outside of the heat exchanger, that is, to the outside of the external reformed gas pipe 13 forming the surface of the heat exchanger 10. Water (W) is injected into the water supply port (P1) through the inside of the composite heat exchange device 10, the heat exchange with the reforming gas (G) is preheated and then exited from the discharge port (P2) and supplied to the reforming unit (1) do.

또, 상기 내부 개질가스관(12)은 그 일단과 타단에 개질부(1)와 변성부(2)를 거친 고온의 개질가스(G)가 공급되는 가스 공급포트(P3)와 가스 배출포트(P4)가 열교환장치(10)의 외부, 즉, 열교환장치(10)의 표면을 이루는 외부 개질가스관(13)의 외측으로 노출되어 고온상태의 개질가스(G)가 복합 열교환장치(10)의 내부를 거쳐 냉각되면서 개질가스(G)중에 함유된 수분이 응축 제거된 후 다시 외부 개질가스관(13)으로 공급되도록 되어 있다.In addition, the internal reformed gas pipe 12 has a gas supply port P3 and a gas discharge port P4 to which high-temperature reformed gas G, which has passed through the reforming unit 1 and the modifying unit 2, is supplied at one end and the other end thereof. ) Is exposed to the outside of the heat exchanger 10, that is, the outside of the external reformed gas pipe 13 forming the surface of the heat exchanger 10 so that the reformed gas G in a high temperature state is opened inside the composite heat exchanger 10. After cooling, the water contained in the reformed gas G is condensed and removed, and then supplied to the external reformed gas pipe 13 again.

또한, 상기 외부 개질가스관(13)은 그 내부에 내부 개질가스관(12)과 물 공급관(11)을 수용하고 있으며, 상기 내부 개질가스관(12)을 통과한 수분이 제거된 개질가스(G)가 일측 공급포트(P5)를 통해 내부로 주입되어 상기 내부 개질가스관(12)내부를 통과하는 고온의 개질가스(G)와 열교환을 이루면서 다시 가열된 후 타측의 배출포트(P6)를 통해 선택적 산화반응부(3)로 공급되도록 되어 있다.In addition, the external reformed gas pipe 13 accommodates the internal reformed gas pipe 12 and the water supply pipe 11 therein, and the reformed gas G from which water passed through the internal reformed gas pipe 12 is removed is Injected into one of the internal feed gas (P5) and heated again while forming a heat exchange with the high temperature reformed gas (G) passing through the internal reformed gas pipe (12), and then selective oxidation reaction through the other discharge port (P6) It is supposed to be supplied to the part 3.

상기 내부 개질가스관(12)의 배출포트(P4)와 외부 개질가스관(13)의 공급포트(P5)사이에는 내부 개질가스관(12)에서 응축된 수분을 빼내기 위한 배수포트(P7) 가 형성되어 있고, 이 배수포트(P7)에는 응축된 수분 중에서 이물질을 여과하기 위한 필터(20)가 접속되어 있으며, 이 필터(20)에서 정제된 물은 복합 열교환장치(10)를 거쳐 예열된 후 개질부(1)로 공급되도록 되어 있다.A drain port P7 is formed between the discharge port P4 of the internal reformed gas pipe 12 and the supply port P5 of the external reformed gas pipe 13 to extract moisture condensed in the internal reformed gas pipe 12. The drain port P7 is connected to a filter 20 for filtering foreign matter in the condensed water, and the purified water in the filter 20 is preheated through the composite heat exchanger 10 and then reformed ( It is supplied to 1).

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 복합 열교환장치(10)에서 물 공급관(11)과 내부 개질가스관(12)에서의 물(W)과 개질가스(G)의 흐름은 서로 상반되도록 즉, 물(W)은 물 공급관(11)의 하부에서 상부를 향하여 공급되도록 물 공급포트(P1)는 하부에 위치하고, 물 배출포트(P2)는 상부에 위치하며, 개질가스(G)는 내부 개질가스관(12)의 상부에서 하부를 향하여 공급되도록 가스 공급포트(P3)는 상부에 위치하고 가스 배출포트(P4)는 하부에 위치하며, 외부 개질가스관(13)에서의 개질가스의 흐름 또한 내부 개질가스관(12)에서의 그것과 상반되는 방향으로 흐르도록 가스 공급포트(P5)는 하부에 위치하고 가스 배출포트(P6)는 상부에 위치하여 고온상태의 개질가스(G)에 대하여 물(W)과 1차로 냉각된 개질가스(G)와의 열교환효율을 최대화 할 수 있도록 한다.As shown in FIG. 3, the water (W) and the reformed gas (G) flows in the water supply pipe 11 and the internal reformed gas pipe 12 in the complex heat exchanger 10 of the present invention are opposite to each other, that is, the water. (W) is the water supply port (P1) is located at the bottom, the water discharge port (P2) is located at the top, and the reformed gas (G) is the internal reformed gas pipe so that it is supplied from the bottom of the water supply pipe 11 toward the top. The gas supply port P3 is located at the upper portion and the gas discharge port P4 is located at the lower portion so that the gas is supplied from the upper portion to the lower portion of the upper portion 12, and the flow of the reformed gas in the outer reformed gas pipe 13 is also reduced. The gas supply port P5 is located at the bottom and the gas discharge port P6 is located at the top so as to flow in a direction opposite to that of), and is primarily cooled with water (W) for the reformed gas (G) at high temperature. To maximize the heat exchange efficiency with the reformed gas (G).

본 발명에 의한 복합 열교환장치는 도면상으로는 도시되어 있지 아니하나 열손실을 방지하기 위한 단열층을 형성하는 것이 바람직하며, 이와 같은 단열층의 형성 및 단열재료 등은 본 발명이 속한 분야에서 자명하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.Although the composite heat exchanger according to the present invention is not shown in the drawings, it is preferable to form a heat insulating layer for preventing heat loss, and the formation of such a heat insulating layer and heat insulating materials are obvious in the field to which the present invention belongs. Description is omitted.

이하에서는 본 발명에 의한 복합 열교환장치의 작용 효과에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.Hereinafter will be described in detail the effect of the composite heat exchanger according to the present invention.

본 발명의 복합 열교환장치로 공급되는 개질가스는 흡열반응인 개질부(1)와 발열반응인 변성부(2)를 거친 상태이므로 개질가스(G)의 온도는 약 200℃이고, 그 성분은 CH4, CO, CO2, H2O(증기상태), H2가 혼합된 상태이며, 내부 개질가스관(12)으로 유입된 고온상태의 개질가스(G)는 내부 개질가스관(12)의 내부에 나선상태로 설치된 물 공급관(11)내부의 물(W)과 열교환을 이루면서 물(W)은 약 80℃정도로 예열되고 반대로 고온의 개질가스(G)는 30℃정도로 냉각되게 되는데, 이 개질가스가 물과의 간접 열교환에 의해 개질가스중에 포함된 증기상태의 수분은 내부 개질가스관(12)에서 응축되어 액체상태의 물로 변화되어 하부의 배수포트(P7)로 배출되므로 개질가스중의 수분이 제거된다.Since the reformed gas supplied to the complex heat exchanger of the present invention has undergone the endothermic reforming portion 1 and the exothermic reforming portion 2, the temperature of the reforming gas G is about 200 ° C., and its component is CH 4 , CO, CO 2 , H 2 O (steam state), H 2 is a mixed state, the reformed gas (G) in the high temperature state introduced into the internal reformed gas pipe 12 is inside the internal reformed gas pipe 12 The heat (W) is preheated to about 80 ℃ while the heat (W) inside the water supply pipe (11) installed in a spiral state, the hot reformed gas (G) is cooled to about 30 ℃, this reformed gas is Water in the steam state contained in the reformed gas by indirect heat exchange with water is condensed in the internal reformed gas pipe 12 to be converted into liquid water and discharged to the lower drain port P7, thereby removing moisture in the reformed gas. .

상기한 물 공급관(11)을 거쳐 80℃이상으로 상승된 예열된 물(W)은 개질부(1)로 공급되므로 그간 탄화수소계 연료와의 개질반응물인 액상의 물을 증기화시키기 위하여 필요로 했던 열량을 발생시키기 위한 개질부(1)내부의 버너의 연료소비량을 절감할 수 있게 된다.Since the preheated water (W), which has been raised to 80 ° C. or more through the water supply pipe 11, is supplied to the reforming unit 1, it has been necessary to vaporize the liquid water, which is a reforming reaction product with the hydrocarbon-based fuel. It is possible to reduce the fuel consumption of the burner inside the reforming unit 1 for generating heat.

한편, 내부 개질가스관(12)의 외측으로는 외부 개질가스관(13)이 둘러싸고 있으며, 이 외부 개질가스관(13)으로는 내부 개질가스관(12)을 통과하여 냉각되고 탈수가 이루어진 개질가스인 CH4, CO, CO2, H2가 공급되므로 내부 개질가스관(12)을 따라 흐르는 고온의 개질가스와 열교환을 이루어 다시 70~80℃정도로 예열되어 선택적 산화반응부(3)로 공급되므로 선택적 산화반응부(3)로 들어가는 반응물을 예열시키기 위한 히팅장치 등이 별도로 필요치 않게 되며, 이에 따라 선택적 산화반응부(3)의 초기구동성을 향상시킬 수 있게 된다.On the other hand, the outer reformed gas pipe 13 is surrounded by an outer reformed gas pipe 13 outside the inner reformed gas pipe 12, CH 4 which is a reformed gas that is cooled by passing through the inner reformed gas pipe 12 and dehydrated. , CO, CO 2 , H 2 is supplied, so that heat exchange with the high temperature reformed gas flowing along the internal reformed gas pipe 12 is preheated to about 70-80 ° C. and supplied to the selective oxidation reaction part 3, thereby providing selective oxidation reaction part. The heating device for preheating the reactant entering (3) is not required separately, thereby improving the initial driveability of the selective oxidation reaction unit (3).

또, 상기 배수포트(P7)로 배출된 수분은 필터(20)를 거쳐 정제되고 복합 열교환기(10)를 거쳐 예열된 후 개질부(1)로 공급된다.In addition, the water discharged to the drain port (P7) is purified through the filter 20, preheated through the composite heat exchanger 10 is supplied to the reforming unit (1).

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 하나의 복합 열교환장치에서 개질부와 변성부를 거친 고온의 개질가스와 개질부로 공급되는 상온 상태의 물이 열교환을 이루어 개질부로 공급되는 물의 예열로 인한 개질부에서의 소비열량을 절감함과 아울러 개질가스에 함유된 증기상태의 수분을 응축시켜 제거함으로써 선택적 산화반응부에서의 촉매의 성능을 향상시킬 수 있으며, 또한, 탈수를 위해 냉각된 개질가스를 다시 외부 개질가스관을 통해 상기 내부 개질가스관을 통과하는 고온의 개질가스와 열교환시켜 예열함으로써 선택적 산화반응부에서의 초기구동성을 높여줄 수 있으므로 연료전지 개질시스템을 비교적 단순하게 구성할 수 있음과 아울러 이와 같은 단순한 구성으로도 개질시스템의 성능을 향상시킬 수 있는 등의 잇점을 갖는 다.As described above, according to the present invention, the heat consumption of the reformed portion due to the preheating of the reformed and modified portions of the high temperature reformed gas and the normal temperature water supplied to the reformed portion is preheated to the reformed portion. In addition, the performance of the catalyst in the selective oxidation reaction unit can be improved by condensing and removing the moisture in the vapor state contained in the reformed gas. By preheating by heat exchange with the high temperature reformed gas passing through the internal reforming gas pipe, it is possible to increase the initial operability in the selective oxidation reaction unit, so that the fuel cell reforming system can be configured relatively simply and also with such a simple configuration. It has the advantage of improving the performance of the reforming system.

Claims (5)

개질부(1)로 공급되는 반응물인 저온 상태의 물이 공급되어 예열되는 물 공급관(11);A water supply pipe 11 which is preheated by supplying water of a low temperature state, which is a reactant supplied to the reforming unit 1; 상기 물 공급관(11)이 내부에 설치되고 개질부(1)와 변성부(2)를 거쳐 생성된 고온의 개질가스가 통과하여 냉각되면서 수분이 응축 제거되는 내부 개질가스관(12);An internal reformed gas pipe (12) in which the water supply pipe (11) is installed inside and the water is condensed and removed while the high temperature reformed gas generated through the reforming unit (1) and the modifying unit (2) is passed through and cooled; 상기 내부 개질가스관(12)의 외측에 설치되고 내부 개질가스관(12)을 통과한 수분이 제거된 개질가스가 통과하면서 선택적 산화반응부(3)로 공급되기 전에 상기 내부 개질가스관(12)의 개질가스와 열교환을 이루어 예열되는 외부 개질가스관(13);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질가스의 복합 열교환장치.The reforming of the inner reforming gas pipe 12 is provided outside the inner reforming gas pipe 12 and before the reformed gas from which moisture passing through the inner reforming gas pipe 12 is removed is supplied to the selective oxidation reaction unit 3 while passing therethrough. External reformed gas pipe (13) which is preheated by making a heat exchange with the gas; 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 물 공급관(11)은 내부 개질가스관(12)내부에서 나선상으로 꼬인 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질가스의 복합 열교환장치.The water supply pipe (11) is a complex heat exchanger of the reformed gas for a fuel cell, characterized in that formed in the form of twisted spirally in the inner reformed gas pipe (12). 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 물 공급관(11)과 내부 개질가스관(12)에서의 물과 개질가스의 흐름은 서로 상반되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질가스의 복합 열교환장치.Water and reformed gas flow in the water supply pipe (11) and the internal reformed gas pipe (12) is a composite heat exchanger of the reformed gas for fuel cells, characterized in that the opposite. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 내부 개질가스관(12)에서의 개질가스는 상부에서 하부를 향하여 흐르고, 내부 개질가스관(12)의 하부에는 개질가스에서 응축된 물을 배수시키기 위한 배수포트(P7)가 구비되고, 이 배수포트(P7)에는 필터(20)가 접속되어 이 필터(20)에서 이물질이 제거된 물이 상기 물 공급관(11)으로 공급되도록 된 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질가스의 복합 열교환장치.The reformed gas in the internal reformed gas pipe 12 flows from the upper side to the lower side, and a drain port P7 is provided at the lower portion of the internal reformed gas pipe 12 for draining the water condensed in the reformed gas. A filter (20) is connected to (P7) is a composite heat exchanger of a reformed gas for a fuel cell, characterized in that the water is removed from the filter 20 is supplied to the water supply pipe (11). 개질부와 변성부를 거쳐 생성된 고온의 개질가스와 상기 개질부로 공급되는 반응물인 물을 열교환시켜 개질가스에 포함된 수분을 응축 제거함과 아울러 물을 예열하고, 동시에 수분이 제거된 개질가스를 다시 상기 고온의 개질가스와 열교환시킨 후 선택적 산화반응부로 공급함을 특징으로 하는 연료전지용 개질가스의 복합 열교환방법.By heat-exchanging the hot reformed gas generated through the reforming part and the reforming part and water which is a reactant supplied to the reforming part, condensing and removing the water contained in the reforming gas and preheating the water, at the same time, the reformed gas from which the moisture is removed is again A composite heat exchange method of a reformed gas for a fuel cell, characterized in that the heat exchange with a high temperature reformed gas and then supplied to the selective oxidation reaction unit.
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