KR100741651B1 - 연료 개질장치 - Google Patents

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Abstract

진공단열 용기(9)의 내통(9a)내에 배치한 노통(11)과 내통(9a) 사이의 유로(12)에 개질관(13)이 수납된 연료 개질장치로서, 노통(11)과 노통(11)내에 수납된 안내통(21)과의 사이에는, 연소기(10)에서 생성된 연소가스(28)가 상승하는 틈이 형성되고, 유로(12)내에는 나선판(22)이 설치되고, 유로(12)내를 하강하는 연소가스(28)가 개질관(13)을 가로지르도록 흐르게 한다.
이 때문에, 노통의 적열을 충분하게 할 수 있고, 개질관을 방사전열에 의해 충분하게 가열할 수 있고, 따라서, 개질관의 전열 면적을 작게 하여 개질관의 소형화가 가능하게 되고, 또한, 개질관의 상단이 고온에 노출되지 않으며, 또한, 진공단열 용기의 내통과 노통 사이를 하방으로 흐르는 연소가스에 편류가 생기지 않기 때문에, 개질관마다의 유입열량이 균등하게 되고, 개질기의 성능 향상 및 소형화를 도모할 수 있다.
연료개질장치, 개질기, 노통, 연소기, 나선판.

Description

연료 개질장치{Fuel reformer}
본 발명은 연료 개질장치에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지는 물의 전기분해와는 반대로 수소와 산소를 결합시키고, 그 때에 발생하는 전기와 열을 추출하는 것이며, 그 발전 효율의 높이나 환경에 대한 적합성으로부터, 가정용 연료 전지 열병합(cogeneration) 시스템이나 연료전지 자동차로서의 개발이 성황리에 행하여지고 있지만, 그러한 연료전지의 연료가 되는 수소는, 나프타(naphtha), 등유 등의 석유계 연료나 도시가스 등을 개질기에서 개질하여 제조된다.
도 1은 개질기가 설치되는 설비의 하나의 예로서, 고정식(定置式)의 고체 고분자형 연료전지(PEFC: Polymer Electrolyte Fuel Cell)의 전체 계통을 도시하는 것이며, 부호 1은 개질기이고, 2는 개질기(1)로부터 배출되는 배기 가스의 열에 의해 물을 증발시켜 수증기를 발생시키는 물 증발기이고, 3은 상기 배기 가스의 열에 의해 나프타 등의 원연료를 기화시키는 원연료·기화기이고, 4는 개질기(1)로 공급하는 원료가스의 탈황을 하는 탈황기이고, 5는 개질기(1)에서 개질한 개질가스를 냉각수로 소요 온도(약 200 내지 250℃ 전후)로 온도 강하시켜서 CO와 H2O를 CO2와 H2로 변환하는 저온 시프트 컨버터(shift converter)이고, 6은 저온 시프트 컨버터(5)를 통과한 개질가스를 냉각수로 냉각하여 산화반응에 의해서 CO를 제거하는 선택 산화 CO 제거기이고, 7은 선택 산화 CO 제거기(6)를 통과한 개질가스를 가습하는 가습기이고, 8은 캐소드(cathode: 8a)와 애노드(anode: 8b)를 갖는 고체 고분자형 연료전지이다.
도 1에 도시되는 설비에 있어서는 물이 물 증발기(2)에서 수증기로 되고, 또한 나프타 등의 원연료가 원연료 기화기(3)에서 기화되어 원료가스로 되고, 상기 수증기를 혼합한 원료가스가 탈황기(4)로 유도되고, 상기 탈황기(4)에서 탈황된 원료가스가 개질기(1)로 유도되고, 상기 개질기(1)에서 개질된 개질가스가 저온 시프트 컨버터(5)와 선택 산화 CO 제거기(6)와 가습기(7)를 통하여 고체 고분자형 연료전지(8)의 애노드(8b)로 유도되는 동시에, 공기가 가습기(7)를 통하여 고체 고분자형 연료전지(8)의 캐소드(8a)로 유도되어, 발전이 행하여지도록 되어 있고, 또한, 상기 애노드(8b)로부터 배출되는 애노드 오프 가스(anode off-gas)는 개질기(1)에 있어서의 연료가스로서 재이용되는 한편, 상기 캐소드(8a)로부터 배출되는 물은, 고체 고분자형 연료전지(8)와 선택 산화 CO 제거기(6)와 저온 시프트 컨버터(5) 각각의 냉각수, 및 원료가스에 혼합되는 수증기의 일부로서 사용되도록 되어 있다.
종래, 상기 개질기(1)와, 그 관련기기로서의 물 증발기(2), 원연료 기화기(3), 탈황기(4), 저온 시프트 컨버터(5), 및 선택 산화 CO 제거기(6)는 연료 개질장치로서 하나의 유닛에 합쳐져 있고, 이러한 연료 개질장치로서는 예를 들면 일본 공개특허공보 2003-327405호에서 개시한 버너 연소 타입의 장치가 제안되어 있다.
이러한 연료 개질장치는 도 2, 도 3에 도시되고, 도면 중, 도 1에 도시하는 것과 동일한 부호를 붙인 부분은 동일한 것을 도시한다. 도 2, 도 3에 도시하는 연료 개질장치에서는 개질기(1)와 그 관련기기{물 증발기(2), 원연료 기화기(3), 탈황기(4), 저온 시프트 컨버터(5), 및 선택 산화 CO 제거기(6)}로 이루어지는 유닛에 대하여, 내통(9a)과 외통(9b) 사이에 진공의 단열층(9c)이 형성되는 진공단열 용기(9)를 씌워 덮음으로써, 연료 개질장치를 구성하도록 하고 있다.
상기 버너 연소 타입의 장치의 경우, 진공단열 용기(9)의 내통(9a) 자체를 개질기(1)의 일부로서 이용하도록 하고, 상기 내통(9a)의 내부에서 중심부에, 연소기(10)로부터 분사되는 연소가스가 유통되는 노통(爐筒; 11)을 배치하는 동시에, 상기 노통(11)과 상기 내통(9a) 사이에 연소가스의 유로(12)를 형성하고, 상기 유로(12)내에, 내부에 개질 촉매(도시하지 않음)가 장전되어 원료가스를 유통시키며 그 개질을 행하기 위한 복수(도 3의 예에서는 6개)의 개질관(13)을 나란히 설치하여 개질기(1)를 구성하도록 하고 있다. 또, 상기 개질관(13)은 내관(13a)과 외관(13b)으로 이루어지는 2중 관(管) 구조로 되어 있고, 원료가스를 내관(13a)과 외관(13b) 사이에 형성되는 공간 내를 상승시켜 상기 연소가스와 열교환시킨 후, 그 상단에서 되돌아와서 내관(13a)내의 공간을 하강시키도록 하고 있다.
상기 개질기(1)의 노통(11)은 베이스판(14)으로부터 세워 설치된 베이스 내통(16)의 상단부에 연결되어 배치되어 있고, 베이스판(14)의 외주단부 가장자리로부터 상승되는 길이가 짧은 베이스 외통(15)의 상단부에 대하여, 상기 진공단열 용 기(9)의 하단부를 도시하지 않는 볼트·너트 등의 체결수단에 의해 착탈 자유롭게 되도록 기밀하게 접속하고, 상기 베이스판(14)과 베이스 내통(16)과 베이스 외통(15)과 진공단열 용기(9)의 내통(9a)으로 구획형성(劃成)되고 또한 상기 연소가스의 유로(12)에 연통하는 통상의 공간(17)내에, 상기 개질기(1)의 관련기기로서의 물 증발기(2), 원연료 기화기(3), 탈황기(4), 저온 시프트 컨버터(5), 및 선택 산화 CO 제거기(6)를 배치하도록 하고 있다.
상기 베이스 내통(16)의 내부에는 상기 연소기(10)로 공기를 공급하기 위한 공기유로(18)를 형성하는 동시에, 그 축심부에, 상기 연소기(10)로의 애노드 오프가스 등의 연료가스를 공급하기 위한 연료가스 공급관(19)을 배치하고, 또한, 기동 시에는 연소용 연료공급관(20)으로부터 상기 연소기(10)로 연소용 연료를 공급하도록 하고 있다.
도 2의 연료 개질장치에서는 진공단열 용기(9)를 유닛에 씌우는 것만으로 단열층(9c)의 시공이 행하여지기 때문에, 단열층(9c)의 시공 시간이 대폭 경감되고, 게다가, 개질기(1) 내의 촉매 교환이나 점검 등의 보수관리 시에는 진공단열 용기(9)를 개방하는 것만으로 충분하여, 작업을 신속하게 할 수 있다.
또한, 용기로서 내통(9a)과 외통(9b) 사이에 진공의 단열층(9c)이 형성되는 진공단열 용기(9)를 채용하고 있기 때문에, 단열 성능이 극히 높아지고, 단열층(9c)의 용적이 저감되어, 장치를 소형화하는 것이 가능해지는 한편, 방산 열량이 억제되어, 열 효율의 향상에도 도움이 된다.
또한, 진공단열 용기(9)의 내통(9a) 내부를 개질기(1)의 연소가스의 유로 (12)로 하고 있기 때문에, 장치 전체의 구조가 단순하고, 비용 절감으로 연결되고, 또한, 상기 개질기(1)를, 연소기(10)로부터 분사되는 연소가스가 유통하는 노통(11)과, 상기 노통(11)과 진공단열 용기(9)의 내통(9a) 사이에 형성되는 연소가스의 유로(12)에 나란히 설치되고 또한 내부에 개질 촉매가 장전되어 원료가스를 유통시켜 그 개질을 행하기 위한 복수의 개질관(13)으로 구성하고 있기 때문에, 개질관(13)의 다관화와 연소기(10)에서의 고온 연소에 의한 방사전열 이용에 의해 개질기(1)의 전체 길이를 짧게 하는 것이 가능해지고, 이에 동반하여, 물 증발기(2), 원연료 기화기(3), 탈황기(4), 저온 시프트 컨버터(5), 선택 산화 CO 제거기(6) 등의 관련기기를 개질기(1)의 하측에 배치할 수 있고, 연료 개질장치의 높이를 낮게 할 수 있다.
또, 통상 운전 시에는 개질기(1)에는 원연료가 공급되고, 연료가스를 연소시킨 연소가스는 개질기(1)와, 물 증발기(2) 및 원연료 기화기(3)에서의 원연료와 열교환하여, 약 200℃ 정도로 온도가 내려가고, 저온 시프트 컨버터(5)나 선택 산화 CO 제거기(6)에서의 반응의 온도 레벨이 되기 때문에, 상기 연소가스의 유로가 되는 통형상의 공간(17)내에 저온 시프트 컨버터(5)나 선택 산화 CO 제거기(6) 등의 반응기를 드러내어 배치하더라도 불필요한 열교환이 발생할 우려는 없다.
이렇게 하여, 장치의 소형화 및 열효율 향상을 도모할 수 있고, 또한, 단열층(9c)의 시공 시간을 대폭 저감시킬 수 있으며, 보수관리도 용이하게 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 2, 도 3에 도시하는 버너 연소식의 연소 개질장치는 여러 가지 우수한 이점을 갖는다. 그러나, 연소가스는 단면적이 큰 노통(11) 내를 상승하고 있기 때문에, 노통(11)을 대류전열에 의해 충분히 적열(赤熱)시킬 수 없고, 개질관(13)으로 효율 좋게 방사전열을 할 수 없다. 따라서, 개질관(13)의 표면적(전열 면적)을 크게 할 필요가 있어, 개질관(13)을 충분하게 소형화할 수 없다.
또한, 연소가스의 온도는 노통(11)의 상단에 도달할 때까지 충분하게 하강하고 있지 않기 때문에, 노통(11) 상단에서 반전하여 진공단열 용기(9)의 내통(9a)과 노통(11) 사이의 유로에 도입되는 연소가스의 온도는 높고, 따라서, 내통(9a)과 노통(11) 사이의 유로에 배치된 개질관(13)의 상단측은 고온에 노출되기 때문에, 개질관의 재료를 내열 합금으로 해야 하므로, 가격이 비싸진다.
또한, 진공단열 용기(9)의 내통(9a)과 노통(11) 사이의 유로를 하방으로 흐르는 연소가스는 개질관(13)을 따라서 바로 아래로 흐르기 때문에 전열 효율이 작고, 더구나 편류가 생기기 때문에, 개질관(13)마다의 유입열량(入熱量)이 불균등하게 되고, 개질기(1)의 성능은 낮고 게다가 개질관(13)을 충분하게 소형화하는 것이 곤란하다.
본 발명은 상술한 실정을 감안하여, 노통 내를 흐르는 연소가스에 의한 대류전열이 촉진되도록 하여 노통의 적열을 충분하게 할 수 있도록 하는 동시에, 개질관을 방사전열에 의해 충분하게 가열할 수 있도록 하고, 이로써, 개질관의 전열 면적을 작게 하여 개질관의 소형화를 더욱 도모하고, 또한, 개질관의 상단이 고온에 노출되지 않도록 하여 개질관으로서 내열 합금 이외의 재료를 사용할 수 있도록 하고, 또한 진공단열 용기의 내통과 노통 사이의 유로를 하방으로 흐르는 연소가스에 편류가 생기지 않도록 하는 동시에, 개질관마다의 유입열량이 균등하게 되도록 하여, 개질기의 성능 향상 및 보다 한층의 소형화를 가능하게 한 연소 개질장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
본 발명의 연료 개질장치는, 용기의 내통 내에 배치한 방사전열 가능한 노통과 상기 내통 사이에 형성된 유로에 노통을 포위하도록 복수의 개질관이 수납되고, 또한 연소기에서 생성되어 개질관내의 내관 외측을 흐르는 원료가스에 대하여 병행류가 되도록 상기 노통 내를 상승한 연소가스는 노통 상부에서 반전하며 상기 유로를 하강하여 개질기 내를 흐르는 원료가스를 개질하고, 내통 및 노통과 개질관에 의해 구획된 공간인 유로를 거쳐 내통의 하단에서부터 하방으로 배출할 수 있도록 한 연료 개질장치로서, 상기 노통과 노통 내에 수납된 안내통과의 사이에는 연소기에서 생성되어 노통의 상단에서부터 상기 유로의 상단측으로 도입되는 연소가스가 상승하는 틈이 형성된 것이다.
또한, 본 발명의 연료 개질장치는, 용기의 내통 내에 배치한 방사전열 가능한 노통과 상기 내통 사이에 형성된 유로에 노통을 포위하도록 복수의 개질관이 수납되고, 또한 연소기에서 생성되어 개질관내의 내관 외측을 흐르는 원료가스에 대하여 병행류가 되도록 상기 노통 내를 상승한 연소가스는 노통 상부에서 반전하며 상기 유로를 하강하여 개질기 내를 흐르는 원료가스를 개질하고, 내통 및 노통과 개질관에 의해 구획된 공간인 유로를 거쳐 내통의 하단에서부터 하방으로 배출할 수 있도록 한 연료 개질장치로서, 상기 유로 내에는 복수조의 나선판을 설치하여 상기 노통 상단에서 반전하여 상기 유로를 하강하는 연소가스가 상기 개질관을 가로지르는 것처럼 흐르게 함으로써, 상기 개질관을 대류전열에 의해 가열할 수 있도록 구성한 것이다.
또한, 본 발명의 연료 개질장치는, 용기의 내통 내에 배치한 방사전열 가능한 노통과 상기 내통 사이에 형성된 유로에 노통을 포위하도록 복수의 개질관이 수납되고, 또한 연소기에서 생성되어 개질관내의 내관 외측을 흐르는 원료가스에 대하여 병행류가 되도록 상기 노통 내를 상승한 연소가스는 노통 상부에서 반전하며 상기 유로를 하강하여 개질기 내를 흐르는 원료가스를 개질하고, 내통 및 노통과 개질관에 의해 구획된 공간인 유로를 거쳐 내통의 하단에서부터 하방으로 배출할 수 있도록 한 연료 개질장치로서, 상기 노통과 노통 내에 수납된 안내통과의 사이에는, 연소기에서 생성되어 노통의 상단에서부터 상기 유로의 상단측으로 도입되는 연소가스가 상승하는 틈이 형성되고, 상기 유로 내에는 복수조의 나선판을 설치하여 상기 노통 상단에서 반전하여 상기 유로를 하강하는 연소가스가 상기 개질관을 가로지르는 것처럼 흐르게 함으로써, 상기 개질관을 대류전열에 의해 가열할 수 있도록 구성한 것이다.
본 발명에서는, 연소가스는 노통과 노통 내에 수납된 안내통과의 사이의 틈을 통하여 상승하면서 노통을 대류전열에 의해 가열시켜 적열시키고, 노통의 상단에서 반전하여 내통과 노통에 의한 유로 내에 설치된 나선판에 안내되면서 하강한다. 따라서, 개질관은 노통의 방사전열에 의해 가열되는 동시에, 나선판에 안내되어 개질관을 가로지르도록 흐르면서 하강하는 연소가스에 의한 대류전열에 의해 가열된다.
본 발명의 연료 개질장치에 의하면, 연소가스를, 노통과 안내통 사이의 좁은 틈에 상방을 향하고 또한 개질관을 흐르는 원료가스와 병행류가 되도록 흘려 노통을 적열시키도록 하고 있기 때문에, 노통으로부터 개질관으로 효율 좋게 방사전열을 할 수 있다. 따라서, 개질관의 표면적(전열 면적)을 삭감할 수 있어, 개질관의 소형화가 가능해진다.
또한, 개질관은 고온에 노출되지 않기 때문에, 개질관의 재료를 일반의 스테인리스강을 사용할 수 있어, 비용을 염가로 할 수 있다.
또한 진공단열 용기의 내통과 노통 사이의 공간을 하방으로 흐르는 연소가스는 나선판에 의해 안내되어 모든 개질관을 직경 방향으로 가로지르도록 흐르기 때문에, 연소가스의 유속은 나선판이 없어도 아래로 흐르는 경우보다 빠르게 되어 약 4배의 큰 전열 효율을 얻을 수 있다. 이 때문에, 대류전열이 촉진되고, 또한, 모든 개질관에 대하여 균등한 가스 유량으로 전열되는 결과, 개질관마다의 유입열량이 균등하게 되어 가열 불균일함이 없어지고, 개질기는 높은 개질 성능을 얻을 수 있는 동시에 개질관의 소형화가 가능해진다.
도 1은 개질기가 설치되는 설비의 일 예를 도시하는 전체 계통도.
도 2는 버너 연소 타입의 연료 개질장치의 일 예의 종단면도.
도 3은 도 2의 III-III 방향 화살표도.
도 4는 본 발명의 연료 개질장치의 실시예의 종단면도.
도 5는 도 4의 V-V 방향 화살표도.
이하, 본 발명의 실시예를 도면에 기초하여 설명한다.
도 4, 도 5는 본 발명의 실시예이고, 도면 중, 도 2와 동일한 부호를 붙인 부분은 동일한 것을 도시하고 있다. 따라서 본 실시예의 연소 개질장치의 기본적인 구성은 도 2에 도시하는 종래의 것과 거의 동일하지만, 본 실시예의 특징으로 하는 것은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 노통(11) 내를 삽입하여 노통(11) 상단의 상방까지 연장하는 안내통(21)을 노통(11)에 대하여 동심형으로 설치하는 동시에, 진공단열 용기(9)의 내통(9a)과 노통(11)에서 형성되는 유로(12)에 개질관(13)을 둘러싸도록 나선판(22)을 설치한 점에 있다.
안내통(21)은 일반적인 스테인리스강제이고, 내부는 중공형상이며 그 하단은 폐색되어 있다. 또한, 안내통(21)의 상단에는 노통(11)보다도 대직경인 안내판(23)이 설치되어 있고, 노통(11)과 안내통(21) 사이의 틈을 상승한 연소가스는 안내판(23)에 의해 안내되어 반전하고, 내통(9a)과 노통(11) 사이의 유로(12)에 도입되도록 되어 있다.
도면 중, 부호 15a는 베이스 외통(15)의 측부에 접속한 배기구이고, 24는 공기공급관이고, 25는 애노드 오프 가스인 연료가스이고, 26은 나프타 등의 연소용 연료이고, 27은 공기이고, 28은 연소가스이고, 29는 개질되어 있는 원료가스이고, 30은 배기가스이고, 도시하지 않지만 나프타 등의 원연료는 원연료 기화기(3)에 도입되도록 되어 있으며, 물은 물 증발기(2)에 도입되도록 되어 있고, 개질가스는 선택 산화 CO 제거기(6)를 거쳐서 도 1에 도시하는 가습기(7)로부터 고체 고분자형 연료전지(8)의 애노드(8b)에 도입되도록 되어 있다.
다음에, 상기 실시예의 작동을 도 1을 참조하면서 설명한다.
도 1에 도시하는 고체 고분자형 연료전지(8)에서 발전을 하는 경우에는, 원연료를 개질기(1)에서 개질할 필요가 있다. 이 때문에, 도 4에 도시하는 연료 개질장치에 있어서는, 물이 물 증발기(2)에서 수증기로 되고, 또한 나프타 등의 원연료는 원연료 기화기(3)에서 기화되어 원료가스로 되고, 상기 수증기를 혼합한 원료가스는 탈황기(4)로 유도되고, 상기 탈황기(4)에서 탈황된 후, 원료가스(29)는 개질기(1)에 있어서의 개질관(13)의 외관(13b)과 내관(13a) 사이에 유도되어 상승하고, 개질관(13)의 상단에서 반전하여 내관(13a) 내부를 하강하고, 이 상승 및 하강의 사이에 이하에서 상술하게 기술하는 바와 같이, 연소가스(28)에 의해 가열되어 개질된다.
한편, 연료가스(25) 및 연소용 연료(26) 및 공기공급관(24)으로부터 송급된 공기는 연소기(10)에서 연소되어 고온(약 1200℃)의 연소가스(28)가 생성되고, 연소가스(28)는 노통(11)과 안내통(21) 사이의 좁은 틈을 편류하지 않도록 균일하고 또한 고속으로 상승한다. 상승 시의 연소가스(28)의 흐름은 개질관(13)을 상승하거나 또는 하강하는 원료가스(29)에 대하여 병행류가 된다. 그러나, 연소가스(28)를 노통(11)과 안내통(21) 사이의 좁은 틈에 상방으로 향하고 또한 개질관(13)을 흐르는 원료가스(29)와 병행류가 되도록 흘리면, 연소가스(28)에 의한 대류전열이 촉진되어 노통(11)이 적열되고, 노통(11)의 방사전열에 의해 개질관(13)이 가열된다.
노통(11)과 안내통(21) 사이의 좁은 틈을 상단까지 상승한 연소가스(28)는, 안내판(23)에 의해 반전되어 내통(9a)과 노통(11) 사이의 유로(12)를 나선판(22)을 따라서 나선형으로 개질관(13)을 직경 방향으로 가로지르도록 흐르면서 하강하고, 개질관(13)을 대류전열에 의해 가열하고, 그 후, 물 증발기(2), 탈황기(4), 저온 시프트 컨버터(5), 원연료 기화기(3), 선택 산화 CO 제거기(6)가 수납되어 있는 통형상의 공간(17)을 통하여 베이스 외통(15) 하단부에 설치되어 있는 연소가스 배출구(15a)로부터 배기(30)로서 외부로 배출된다.
개질관(13)내를 상방 및 하방으로 흐르는 원료가스(29)는 연소가스(28)에 의해 가열된 노통(11)의 방사전열에 의해 가열되는 동시에, 내통(9a)과 노통(11) 사이의 유로(12)를 나선판(22)을 따라서 나선형으로 개질관(13)을 직경 방향으로 가 로지르도록 흐르면서 하강하는 연소가스(28)에 의한 대류전열에 의해 가열되고, 개질된다.
본 실시예에서는 연소가스(28)를, 노통(11)과 안내통(21) 사이의 좁은 틈에 상방으로 향하고 또한 개질관(13)을 흐르는 원료가스(29)와 병행류가 되도록 흘려 노통(11)을 대류전열에 의해 적열시키도록 하고 있기 때문에, 노통(11)으로부터 개질관(13)으로 효율 좋게 방사전열을 할 수 있다. 따라서, 개질관(13)의 표면적(전열 면적)을 삭감시킬 수 있고, 도 2에 도시하는 연료 개질장치보다도 한층 개질관(13)의 소형화가 가능해진다.
또한, 연소가스(28)는 대류전열에 의해 노통(11)을 가열하고, 노통(11)은 노통(11) 하단보다도 하방의 개질기(1)의 유입측 부근에 있는, 저온에서 유입열량이 큰 영역을 방사전열에 의해 가열하고 있기 때문에, 노통(11)과 안내통(21) 사이의 틈의 상단부에서의 연소가스(28)의 온도는 하강하여 연소기(10)의 연소 온도(1200℃)보다도 저하하고, 또한 개질에 충분한 800℃ 정도가 된다. 따라서, 개질관(13)에 고가의 내열 합금을 사용할 필요가 없고, 일반적인 스테인리스강을 사용할 수 있기 때문에, 연료 개질장치의 비용 절감을 도모할 수 있다.
진공단열 용기(9)의 내통(9a)과 노통(11) 사이의 유로(12)를 하방으로 흐르는 연소가스(28)는 나선판(22)에 의해 안내되어 모든 개질관(13)을 직경 방향으로 가로지르도록 흐르기 때문에, 연소가스(28)의 유속은 나선판(22)이 없어서 바로 아래로 흐르는 경우보다 빠르게 되어 약 4배의 큰 전열 효율을 얻을 수 있다. 이 때문에, 대류전열이 촉진되고, 또한, 모든 개질관(13)에 대하여 균등한 가스 유량으 로 전열되는 결과, 개질관(13)마다의 유입열량이 균등하게 되고 가열 불균일함이 없어진다. 그 결과, 개질기(1)는 높은 개질 성능을 얻을 수 있다. 또한, 개질관(13)의 전열 효율이 크기 때문에, 이 점에서도 개질관(13)의 소형화가 가능해진다.
개질기(1)에서 개질된 개질가스는 저온 시프트 컨버터(5)와 선택 산화 CO 제거기(6)를 거쳐서 베이스 외통(15)의 하단부로부터 연료 개질장치의 외부로 송급되어 도 1에 도시하는 가습기(7)에 도입되고, 가습기(7)로부터 고체 고분자형 연료전지(8)의 애노드(8b)로 유도되는 동시에, 공기가 가습기(7)를 통하여 고체 고분자형 연료전지(8)의 캐소드(8a)로 유도되고, 발전이 행하여진다.
또, 본 발명의 연료 개질장치에 있어서는 선택 산화 CO 제거기 대신에 소위 메탄화 반응을 이용한 메타네이터(methanator)를 사용할 수도 있는 것과, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위 내에서 여러가지 변경을 가할 수 있는 것은 물론이다.
이상과 같이, 본 발명의 연료 개질장치는 연료전지에 공급되는 메탄올, 도시가스, 나프타, 등유 등의 원연료를 개질하기 위한 연료 개질장치로서 유용하고, 특히, 개질관의 표면적(전열 면적)을 삭감시킬 수 있기 때문에, 소형화가 가능한 연료 개질장치로서, 또한, 비용이 염가인 연료 개질장치로서, 대류전열이 더욱 촉진되어 모든 개질관에 대하여 균등한 가스 유량으로 전열되는 결과, 개질관마다의 유입열량이 균등하게 되어 가열 불균일함이 없어지고, 높은 개질 성능을 얻을 수 있는 연료 개질장치로서 유용하다.

Claims (3)

  1. 용기의 내통 내에 배치한 방사전열 가능한 노통과 상기 내통 사이에 형성된 유로에 상기 노통을 포위하도록 복수의 개질관이 수납되고, 또한 연소기에서 생성되어 개질관내의 내관 외측을 흐르는 원료가스에 대하여 병행류가 되도록 상기 노통 내를 상승한 연소가스는 노통 상부에서 반전하고 상기 유로를 하강하여 개질기 내를 흐르는 원료가스를 개질하고, 내통 및 노통과 개질관에 의해 구획된 공간인 유로를 거쳐 내통의 하단에서부터 하방으로 배출할 수 있도록 한 연료 개질장치로서,
    상기 노통과 노통 내에 수납된 안내통과의 사이에는, 연소기에서 생성되어 상기 노통의 상단에서부터 상기 유로의 상단측으로 도입되는 연소가스가 상승하는 틈이 형성된 것을 특징으로 하는 연료 개질장치.
  2. 용기의 내통 내에 배치한 방사전열 가능한 노통과 상기 내통 사이에 형성된 유로에 상기 노통을 포위하도록 복수의 개질관이 수납되고, 또한 연소기에서 생성되어 개질관내의 내관 외측을 흐르는 원료가스에 대하여 병행류가 되도록 상기 노통 내를 상승한 연소가스는 노통 상부에서 반전하고 상기 유로를 하강하여 개질기 내를 흐르는 원료가스를 개질하고, 내통 및 노통과 개질관에 의해 구획된 공간인 유로를 거쳐 내통의 하단에서부터 하방으로 배출할 수 있도록 한 연료 개질장치로서,
    상기 유로 내에는 복수조의 나선판을 설치하여 상기 노통 상단에서 반전하여 상기 유로를 하강하는 연소가스가 상기 개질관을 가로지르도록 흐르게 함으로써 상기 개질관을 대류전열에 의해 가열할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 연료 개질장치.
  3. 용기의 내통 내에 배치한 방사전열 가능한 노통과 상기 내통 사이에 형성된 유로에 상기 노통을 포위하도록 복수의 개질관이 수납되고, 또한 연소기에서 생성되어 개질관내의 내관 외측을 흐르는 원료가스에 대하여 병행류가 되도록 상기 노통 내를 상승한 연소가스는 노통 상부에서 반전하고 상기 유로를 하강하여 개질기 내를 흐르는 원료가스를 개질하고, 내통 및 노통과 개질관에 의해 구획된 공간인 유로를 거쳐 내통의 하단에서부터 하방으로 배출할 수 있도록 한 연료 개질장치로서,
    상기 노통과 노통 내에 수납된 안내통과의 사이에는, 연소기에서 생성되어 상기 노통의 상단에서부터 상기 유로의 상단측으로 도입되는 연소가스가 상승하는 틈이 형성되고, 상기 유로 내에는 복수조의 나선판을 설치하여 상기 노통 상단에서 반전하여 상기 유로를 하강하는 연소가스가 상기 개질관을 가로지르도록 흐르게 함으로써 대류전열에 의해 가열할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 연료 개질장치.
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