KR100818592B1 - Module type compact hydrogen reformer including both exothermic reaction and endothermic reaction using catalytic combustion - Google Patents

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KR100818592B1 KR1020060119537A KR20060119537A KR100818592B1 KR 100818592 B1 KR100818592 B1 KR 100818592B1 KR 1020060119537 A KR1020060119537 A KR 1020060119537A KR 20060119537 A KR20060119537 A KR 20060119537A KR 100818592 B1 KR100818592 B1 KR 100818592B1
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정남조
서용석
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정학근
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한국에너지기술연구원
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Abstract

A module type hydrogen reformer is provided to maximize thermal efficiency of the system by direct use of heat generated by catalytic combustion or by supplying heat in a short distance within the reformer and to minimize the size of the hydrogen reformer at the same heat rate. A hydrogen reformer extracting hydrogen gas includes an exothermic device(1) for supplying a mixture of air and fuel for exothermic reaction of catalyst, an endothermic device(3) for supplying a gas mixture for endothermic reaction of catalyst to reform hydrogen, and a device(2) for generating both exothermic reaction as a secondary reaction and endothermic reaction as a primary reaction of hydrogen reforming by utilizing gas mixtures supplied from both the exothermic and endothermic devices.

Description

촉매연소를 이용한 열 공급용 발열반응과 수소생산용 흡열반응이 동시에 가능한 모듈타입 일체형 수소 리포머 장치{Module type Compact Hydrogen Reformer Including both Exothermic Reaction and Endothermic Reaction Using Catalytic Combustion}Modular type Compact Hydrogen Reformer Including both Exothermic Reaction and Endothermic Reaction Using Catalytic Combustion that enables simultaneous exothermic reaction for heat supply using catalytic combustion and endothermic reaction for hydrogen production

도 1은 본 발명에서 제시하는 모듈 타입의 촉매연소를 이용하는 발열과 흡열이 동시에 발생할 수 있는 일체형 수소 리포머 장치에 대한 전체 개략도이고,1 is an overall schematic diagram of an integrated hydrogen reformer device in which exothermic and endothermic events can occur simultaneously using the catalytic combustion of the module type proposed in the present invention.

도 2는 도 1에서 도시된 본 발명 기본 연소장치에서 부분 A-A'의 촉매연소 발열 반응을 위해 공급되는 공기와 연료의 분사노즐 및 홉합기 구조를 나타내는 개략도이고,Figure 2 is a schematic diagram showing the structure of the injection nozzle and the hop mixer of the air and fuel supplied for the catalytic combustion exothermic reaction of the part A-A 'in the basic combustion apparatus of the present invention shown in FIG.

도 3a는 도 1에서 도시된 본 발명 기본 연소장치에서 발열과 흡열이 동시에 발생할 수 있는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 타입 I에 대한 개략도이고,3A is a schematic diagram of an exothermic / endothermic integrated reformer module type I in which heat generation and endotherm may simultaneously occur in the basic combustion apparatus of the present invention shown in FIG. 1,

도 3b는 도 3a에서 도시된 모듈 타입 I에서 단면 B-B'에 대한 단면도이고,FIG. 3B is a cross sectional view taken along the line B-B 'of the module type I shown in FIG. 3A;

도 3c는 도 3a에서 도시된 모듈 타입 I에서 단면 C-C'에 대한 단면도이고,FIG. 3C is a cross sectional view taken along the line C-C ′ in the module type I shown in FIG. 3A;

도 3D는 도 3a에서 도시된 모듈 타입 I에서 단면 D-D'에 대한 단면도이고,3D is a cross sectional view taken along the section D-D ′ in the module type I shown in FIG. 3A;

도 4a는 도 1에서 도시된 본 발명 기본 연소장치에서 발열과 흡열이 동시에 발생할 수 있는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 타입 II에 대한 개략도이고,4A is a schematic diagram of an exothermic / endothermic integrated reformer module type II in which heat generation and endotherm may simultaneously occur in the basic combustion apparatus of the present invention shown in FIG. 1;

도 4b는 도 4a에서 도시된 모듈 타입 II에서 단면 E-E'에 대한 단면도이고,FIG. 4B is a cross sectional view taken along the line E-E 'in the module type II shown in FIG. 4A;

도 5a는 도 1에서 도시된 본 발명 기본 연소장치에서 발열과 흡열이 동시에 발생할 수 있는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 타입 III에 대한 개략도이고,FIG. 5A is a schematic diagram of an exothermic / endothermic integrated reformer module type III in which heat generation and endothermic may occur simultaneously in the basic combustion apparatus of the present invention shown in FIG. 1;

도 5b는 도 5a에서 도시된 모듈 타입 III에서 단면 F-F'에 대한 단면도이고,FIG. 5B is a cross sectional view taken along the line F-F 'of the module type III shown in FIG. 5A;

도 6a는 도 1에서 도시된 본 발명 기본 연소장치에서 발열과 흡열이 동시에 발생할 수 있는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 타입 IV에 대한 개략도이고,6A is a schematic diagram of an exothermic / endothermic integrated reformer module type IV in which heat generation and endotherm may simultaneously occur in the basic combustion apparatus of the present invention shown in FIG. 1;

도 6b는 도 6a에서 도시된 모듈 타입 IV에서 단면 G-G'에 대한 단면도이고,FIG. 6B is a cross sectional view taken along the line G-G ′ in the module type IV shown in FIG. 6A;

도 6c는 도 6a에서 도시된 모듈 타입 IV에서 단면 H-H'에 대한 단면도이고,FIG. 6C is a cross sectional view taken along the line H-H ′ in the module type IV shown in FIG. 6A;

도 6d는 도 6a에서 도시된 모듈 타입 IV에서 단면 I-I'에 대한 단면도이고,FIG. 6D is a cross sectional view taken along the line II ′ of the module type IV shown in FIG. 6A;

도 7a는 도 1에서 도시된 본 발명 기본 연소장치에서 발열과 흡열이 동시에 발생할 수 있는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 타입 V에 대한 개략도이고,FIG. 7A is a schematic diagram of an exothermic / endothermic integrated reformer module type V in which heat generation and endotherm may simultaneously occur in the basic combustion device of the present invention shown in FIG. 1;

도 7b는 도7a에서 도시된 모듈 타입 V에서 단면 J-J'에 대한 단면도이다.FIG. 7B is a cross sectional view taken along the section J-J ′ in the module type V shown in FIG. 7A.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

(1) : 촉매발열반응용 혼합가스 공급부 (2) : 발열/흡열 동시 반응부(1): mixed gas supply unit for catalytic exothermic reaction (2): exothermic / endothermic simultaneous reaction unit

(3) : 촉매흡열반응용 혼합가스 공급부 (4) : 일체형 모듈 조합부 (3): Mixed gas supply part for catalytic endothermic reaction (4): Integrated module combination part

(5) : 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 (6) : 촉매발열반응용 공기(5): exothermic / endothermic integrated reformer module (6): catalyst exothermic reaction air

(7) : 촉매발열반응용 연료 (8) : 촉매발열반응 배기가스(7): fuel for catalytic exothermic reaction (8): exhaust gas for catalytic exothermic reaction

(9) : 촉매흡열반응용 혼합가스 (10) : 촉매흡열반응 배기가스(9): mixed gas for catalytic endothermic reaction (10): exhaust gas of catalytic endothermic reaction

(11) : 촉매발열반응용 연료 분사노즐 (11): fuel injection nozzle for catalytic heating reaction

(12) : 촉매발열반응용 공기/연료 혼합장치 (12): air / fuel mixing device for catalytic heating reaction

(13) : 혼합기 날개 (14) : 혼합장치 구동 축(13) Mixer vanes 14 Mixer drive shaft

(15) : 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스(15): air / fuel mixture gas for catalytic heating reaction

(16) : 연료분사노즐 다공 (16): fuel injection nozzle porous

(17) : 혼합장치 구동 축 지지대 (21) : 단열 외관 (17): Mixer drive shaft support (21): Insulated appearance

(22) : 단열재 (22): insulation

(23) : 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관 (23): appearance of heat generation / absorption integrated reformer module

(24) : 발열반응용 촉매(24): catalyst for exothermic reaction

(25) : 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관 (25): Inner tube of heating / absorption integrated reformer module

(26) : 흡열반응용 촉매(26): catalyst for endothermic reaction

(27) : 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 연결 프랜지 (27): heating / absorption integrated reformer module connection flange

(28) : 촉매흡열반응 배기가스 출구 (28): catalytic endothermic exhaust gas outlet

(29) : 촉매발열반응 배기가스 출구 (31) : 핀(29): catalyst exothermic exhaust gas outlet (31): fin

(32) : 주름판 (32): corrugated board

(33) : 촉매발열반응용 혼합가스 통로 (33): mixed gas passage for catalytic heating reaction

(34) : 촉매흡열반응용 혼합가스 통로 (34): Mixed gas passage for catalytic endothermic reaction

(41) : 촉매발열반응 배가스 최종출구(41): final exit of catalyst exothermic reaction exhaust gas

(42) : 촉매흡열반응 배가스 최종출구 (42): final exit of catalytic endothermic reaction exhaust gas

(43) : 일체형 모듈 조합부 연결 조인트43: integrated module combination connection joint

(44) : 일체형 모듈 조합부 잠금 장치 (44): integrated module combination lock

(45) : 일체형 모듈 조합부 실링 페이퍼45: integrated module combination sealing paper

(46) : 촉매발열반응 배가스 통로부 (46): catalytic exothermic exhaust gas passage section

(47) : 일체형 모듈 조합부 연소부47: integral module combination section combustion section

(48) : 촉매흡열반응 배가스 통로부(48): catalytic endothermic reaction exhaust gas passage section

본 발명은 촉매연소를 이용한 열 공급용 발열반응과 수소생산용 흡열반응이 동시에 가능한 모듈타입 일체형 수소 리포머 장치에 관한 것으로, 특히 장치의 소형화 및 열효율을 극대화 시킬수 있는 장치의 구조 및 시스템의 조합 기술에 관한 것이다. The present invention relates to a modular integrated hydrogen reformer device capable of simultaneously performing an exothermic reaction for heat supply and an endothermic reaction for hydrogen production using catalytic combustion, and in particular, a combination technology of a device structure and system that can maximize the miniaturization and thermal efficiency of the device. It is about.

최근 수소 연료는 화석연료를 대체할 수 있는 신에너지로서, 연소 반응시에 환경오염 물질을 발생하지 않는 청정연료로서 큰 관심을 모으고 있다. 수소를 사용하는 가장 대표적인 기술인 연료전지 기술이 2010-2020년을 기점으로 상용화될 것으로 전망되고 있기 때문에, 수소를 생산하고, 저장하고, 공급하는 시스템에 대한 중요성이 더욱 증가되고 있는 실정이다. 특히 수소를 생산, 저장, 공급하는 수소스테이션에 대한 수요가 미래에는 기하급수적으로 증가할 것으로 보여, 기존 정유회사 등에서는 이에 대한 기술 확보를 위해 많은 인력 및 자금을 투자하고 있으며, 미국에서는 이미 다량의 수소스테이션 기지를 보유하고, 친환경 자동차 등에 공급 하는 시스템을 구축했다. Recently, hydrogen fuel is a new energy that can replace fossil fuels, and has attracted great attention as a clean fuel that does not generate environmental pollutants in the combustion reaction. Since fuel cell technology, which is the most representative technology using hydrogen, is expected to be commercialized starting from 2010-2020, the importance of hydrogen producing, storing, and supplying systems is increasing. In particular, the demand for hydrogen stations that produce, store and supply hydrogen is expected to grow exponentially in the future. Existing oil companies have invested a lot of manpower and money to secure the technology. It has a hydrogen station base and built a system to supply eco-friendly cars.

수소를 생산하는 리포밍 시스템의 기본적인 원리는 프로판이나 메탄, 일산화탄소 등과 같은 탄화수소계 물질과 수증기를 동시에 공급하면서 열을 공급하여 수소를 얻어내는 방식이다. 그러므로 이와 같은 리포밍 반응을 완성하기 위해서는 다량의 열을 공급해야 한다. The basic principle of a reforming system that produces hydrogen is to obtain hydrogen by supplying heat while simultaneously supplying water and steam with hydrocarbon-based materials such as propane, methane and carbon monoxide. Therefore, a large amount of heat must be supplied to complete such a reforming reaction.

상기와 같이 반응에 필요한 열을 공급하는 가장 일반적인 방법은 화염버너를 이용하여 간접적으로 그 반응열을 공급하는 것이다. As described above, the most common method of supplying the heat required for the reaction is to supply the reaction heat indirectly using a flame burner.

상기와 같이 일반 화염 버너를 사용하여 리포밍 시스템을 완성한 특허는 여러 가지가 있는데, "미국특허 US-5,229,102호"에서는 리포머에 필요한 열을 중심부에 위치한 화염버너에 의해 공급하고, 그 버너는 세라믹 튜브에 싸여 있도록 구성하였으며, 고온의 연소 배기가스는 버너튜브와, 이것과 동일 축에 배치되는 제 2 리포밍 스페이스와의 사이의 환상 스페이스 사이로 흐르도록 하였다. As described above, there are a number of patents that complete the reforming system by using a general flame burner. In US Patent US-5,229,102, the heat required for the reformer is supplied by a flame burner located at the center, and the burner is a ceramic tube. The high temperature combustion exhaust gas was allowed to flow between the burner tube and the annular space between the burner tube and the second reforming space arranged on the same axis.

"일본특허 P2005-525984A"에서도 리포밍 반응을 위한 열원 공급용으로 화염 버너를 사용하였으며, "일본특허 P2002-362901A"에서도 역시 열원 공급용으로 화염 버너를 사용하였으며, 장치의 내부 구조가 스크류 구조로 구성되어 열전달 표면적을 넓게 할 수 있음을 제안했다. Flame burner was also used as a heat source for reforming reaction in "Japanese Patent P2005-525984A", and flame burner was also used as a heat source supply in "Japanese Patent P2002-362901A". It has been proposed to be able to increase the heat transfer surface area.

이와 같이 화염버너를 사용할 경우 제어가 간편하고, 필요한 열량을 공급하기 위한 버너의 제어 가능 범위가 넓은 장점이 있다. As such, when the flame burner is used, it is easy to control and has a wide range of controllable range of the burner for supplying necessary heat amount.

그러나 화염이 발생하기 때문에 장치를 소형화하기가 어렵고, 화염온도가 높아 직접적으로 리포밍 반응 부분에 열을 공급하기가 쉽지 않기 때문에 간접 가열 방식을 이용하는 것이 일반적이다. However, it is common to use an indirect heating method because it is difficult to miniaturize the device due to the flame, and it is not easy to directly supply heat to the reforming reaction part due to the high flame temperature.

최근에는 이러한 화염버너의 단점을 보완하기 위해 촉매버너를 이용하여 그 연소열을 리포밍 장치에 공급하는 기술에 대한 연구가 진행되고 있다. Recently, researches on a technology for supplying the combustion heat to the reforming apparatus using a catalyst burner to compensate for the disadvantage of the flame burner have been conducted.

촉매연소 방식을 이용하여 반응열을 공급하는 시스템의 경우, 일반 화염버너 방식보다 고온에서 발생되는 NOx의 양을 저감할 수 있을 뿐 아니라, 화염이 발생하지 않기 때문에 장치를 소형화하기에 유리하다. In the case of a system for supplying reaction heat by using a catalytic combustion method, the amount of NOx generated at a high temperature can be reduced as compared with a general flame burner method, and it is advantageous to miniaturize the device because no flame is generated.

또한 촉매연소와 화염연소를 동시에 발생시킬 수 있는 2단 하이브리드 촉매-화염 복합연소 방식을 사용할 경우에는 화염에 대한 의존도를 줄이면서도 고온의 열을 공급할 수 있는 장점을 갖는다. In addition, when using a two-stage hybrid catalyst-flame complex combustion method that can simultaneously generate catalytic combustion and flame combustion, it has the advantage of supplying high-temperature heat while reducing dependence on flame.

그러나 촉매연소 방식의 경우 화염버너에 비해 제어가 쉽지 않은 단점도 내포하고 있다. However, the catalytic combustion method has a disadvantage in that it is not easy to control compared to the flame burner.

상기에서 언급한 기존의 화염버너 및 촉매연소 방식의 대부분은 간접 가열 방식으로 장치의 소형화에는 한계가 있으며, 열효율을 극대화하기 위한 시스템을 구축하기에도 어려움이 많은 문제점이 있다. Most of the above-mentioned flame burners and catalytic combustion methods are indirect heating methods, which limits the miniaturization of the apparatus, and there are many problems in establishing a system for maximizing thermal efficiency.

이에 일부 연구 그룹에서는 가장 열효율을 향상시키면서도 소형화된 장치를 구성할 수 있는 시스템을 개발하기 위한 노력을 진행 중이며, 이에 대한 방안으로 발열과 흡열(리포밍)반응이 동시에 발생될 수 있는 일체형 수소 리포머 장치에 대 한 연구를 수행하고 있으나, 사용화하기에는 아직 기술적 완성도가 높지 않은 것으로 보인다. Therefore, some research groups are trying to develop a system capable of constructing a miniaturized device while improving the most thermal efficiency.A solution for this is an integrated hydrogen reformer device in which exothermic and endothermic (reforming) reactions can occur simultaneously. Although the research is being conducted, it seems that the technical perfection is not yet high enough to be used.

결론적으로 상기 설명한 바와 같이 수소 리포머 시스템에 대한 종전 기술의 대부분은 상기에서와 같이 별도의 버너 시스템에서 얻은 열을 공급해야 하기 때문에 열효율 향상에 한계가 있으며, 비록 내부에 열 공급용 버너 장치를 설치한다 하더라도 동일 열량 대비 시스템을 소형화에도 한계가 있다는 문제점이 있다. In conclusion, as described above, most of the prior art technologies for the hydrogen reformer system have a limitation in improving thermal efficiency because they need to supply heat obtained from a separate burner system as described above, although a burner device for heat supply is installed inside. Even if there is a problem in miniaturizing the system compared to the same calories.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 하나의 장치 내에서 촉매발열반응을 발생하여 직접 열을 이용하거나 최단 거리에서 열을 공급할 수 있기 때문에 시스템의 열효율을 극대화할 수 있고, 장치의 크기도 동일 열량에 대비하여 획기적으로 소형화할 수 있는 기술을 제공하는 데 있다. An object of the present invention for solving the above problems is to generate a catalyst exothermic reaction in one device to directly use the heat or to supply heat at the shortest distance can maximize the thermal efficiency of the system, the size of the device Another object of the present invention is to provide a technology that can be miniaturized significantly in preparation for the same amount of heat.

또한 본 발명의 다른 목적은 상기한 발열/흡열 일체형 수소 리포머 장치를 모듈 타입으로 발명하여 응용 분야에 따라 한 개에서부터 다수 개의 모듈을 조합하여 사용할 수 있도록 하여 시스템을 손쉽게 스케일 업/다운(Scale-up/down) 할 수 있는 조합 시스템 기술을 제공하는데 있다.In addition, another object of the present invention is to invent the above-described heat generating / endothermic integral hydrogen reformer device in a modular type, so that the system can be easily scaled up / down by using a combination of modules from one according to an application field. / down) to provide a combination system technology.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수 행하는 본 발명은 수소를 생산하는 수소 리포머 장치에 있어서,The present invention, which achieves the object as described above and the problem for removing the conventional drawbacks, in the hydrogen reformer device for producing hydrogen,

촉매의 발열반응을 위해 공급되는 공기 및 연료를 분사 또는 혼합하여 공급하는 촉매발열반응용 혼합가스 공급부와; A mixed gas supply unit for a catalyst exothermic reaction, which injects or mixes air and fuel supplied for an exothermic reaction of the catalyst;

수소리포밍반응(촉매흡열반응)을 위해 공급되는 촉매흡열반응용 혼합가스 공급부와;A mixed gas supply unit for catalytic endothermic reaction which is supplied for the Susori forming reaction (catalyst endothermic reaction);

상기에서 공급되는 혼합가스들을 이용하여 주 반응인 수소리포밍반응(촉매흡열반응)과 부 반응인 촉매발열반응이 발생하는 발열/흡열 동시 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 한다. And an exothermic / endothermic simultaneous generating unit for generating a main reaction, a soris forming reaction (catalyst endothermic reaction) and a side reaction, a catalytic exothermic reaction, using the mixed gases supplied from the above.

상기 촉매흡열반응용 혼합가스의 공급부는, Supply unit of the mixed gas for the catalytic endothermic reaction,

촉매발열반응용 연료의 분사를 위한 촉매발열반응용 연료 분사노즐과;A fuel injection nozzle for catalyst heating reaction for injection of fuel for catalyst heating reaction;

연료/공기의 혼합을 위한 회전식 혼합기 날개를 갖는 촉매발열반응용 공기/연료 혼합장치;로 구성된다.And an air / fuel mixing device for catalytic exothermic reaction having a rotary mixer blade for mixing fuel / air.

상기 촉매발열반응용 연료를 분사하는 촉매발열반응용 연료분사노즐은 도우넛 모양의 원형 구조로 되어 있으며, 원형 구조의 내측에는 다공이 동일 간격으로 다수개 뚫려 있고, 이 각 다공의 하부 끝에 일정 분사각도를 가져 연료의 확산이 원활하게 이루어지도록 구성한다.The catalyst exothermic fuel injection nozzle for injecting the catalyst exothermic reaction has a donut-shaped circular structure, and a plurality of pores are drilled at equal intervals inside the circular structure, and a predetermined injection angle is provided at the lower end of each of the pores. It is configured to smoothly spread the fuel.

상기 촉매발열반응용 연료를 분사하는 촉매발열반응용 연료분사노즐은 도우 넛 모양의 원형 구조로 되어 있으며, 원형 구조의 내측에는 직경 1mm의 다공이 원주 방향을 따라 동일 간격으로 뚫려 있으며, 다공의 개수는 모듈에 공급되는 유량의 총량에 따라 달라질수 있다. 즉 실제 장치제작시 개수는 리포머 장치의 용량에 따라 분사속도가 달라질 수 있으므로 특정 숫자의 개수로 한정되지 않는다.The catalyst exothermic fuel injection nozzle for injecting the catalyst exothermic reaction fuel has a donut-shaped circular structure, and a pore having a diameter of 1 mm is drilled at equal intervals along the circumferential direction inside the circular structure, and the number of pores. Depends on the total amount of flow rate supplied to the module. That is, the number of actual device manufacturing is not limited to a specific number because the injection speed may vary depending on the capacity of the reformer device.

또한 각 다공의 하부 끝에 분사각도를 15도로 하였다. 이와 같이 분사각을 준이유는 공기와의 원활한 혼합을 위해 확산이 잘되도록 하기 위함이며, 일반적인 경우 30도 이내로 하지만, 다공의 지름이 워낙 작다 보니 분사각도가 커지면 자칫 확산이 너무 많이 이루어져 분사 선속도가 지나치게 감소하여 중심 부분까지 혼합이 이루어지지 않을 수 있기 때문에 본 발명에서는 15도로 한정하였다.In addition, the spray angle was 15 degrees at the lower end of each pore. The reason why the spray angle is given is to make the diffusion well for smooth mixing with air, and it is generally within 30 degrees. However, since the diameter of the pore is so small, the spray angle increases too much and thus the spray linear velocity Is limited to 15 degrees in the present invention because it may be excessively reduced so that the mixing may not be performed up to the center portion.

상기 촉매발열반응용 공기/연료 혼합장치는 촉매발열반응용 연료와 촉매발열반응용 공기의 완전 균일 혼합을 위한 회전식 혼합기 날개와;The catalyst exothermic air / fuel mixing device includes a rotary mixer blade for complete uniform mixing of the fuel for the catalytic exothermic reaction and the air for the catalytic exothermic reaction;

상기 혼합기 날개가 자유롭게 공급 유량에 따라 회전할 수 있도록 지지하는 구동 축으로 구성된다.It consists of a drive shaft for supporting the mixer blades to be free to rotate in accordance with the flow rate.

상기 발열/흡열 동시 발생부는 2개 이상의 케이스가 결합되어 이루어진 일체형 모듈 조합부와; 상기 일체형 모듈 조합부 내부에 필요에 따라 하나 또는 두개 이상 여러 형태로 조합되어 설치되는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈;로 구성되는데,The heating / absorption simultaneous generating unit includes an integrated module combination unit formed by combining two or more cases; It is composed of; heat generating / heat absorbing integrated reformer module that is installed in one or two or more combinations as needed in the integrated module combination unit,

상기 일체형 모듈 조합부는, The integrated module combination portion,

외부는 일측 케이스 하단 어느 일지점에 관통 형성된 발열반응 배기가스의 최종출구와; 타측 케이스 상단 어느 일지점에 관통 형성된 흡열반응 배기가스의 최종출구와; 상부의 촉매발열반응용혼합가스공급부와 하부의 촉매흡열반응용혼합가스공급부와 각각 연결되도록 상하부에 각각 형성된 일체형 모듈 조합부 연결 조인트와; 배기가스가 누출되지 않도록 적어도 2개 이상의 케이스로 이루어진 일체형 모듈 조합부의 케이스간 경계부에 장착된 실링 페이퍼와; 이웃하는 케이스간을 연결하는 일체형 모듈 조합부 잠금장치;로 구성되고,The outside is the final outlet of the exothermic reaction exhaust gas formed through one point of the lower case; A final outlet of the endothermic reaction exhaust gas formed through one of the upper ends of the other case; An integral module combination connecting joint formed on the upper and lower portions so as to be respectively connected to the upper portion of the catalyst exothermic reaction mixture gas supply portion and the lower portion of the catalyst endothermic reaction gas supply portion; Sealing paper mounted on the boundary between the casings of the integrated module assembly including at least two casings to prevent the exhaust gas from leaking; Composed of; integral module combination locking device for connecting between neighboring cases,

내부는 상부로부터 발열/흡열 일체형 리포머 모듈의 촉매흡열반응 배기가스가 배출되도록 공간부로 형성된 촉매발열반응 배가스 통로부와; 그 하부에 위치하는 일체형 모듈 조합부 연소부와; 그 하부에 촉매발열반응 배기가스가 배출되도록 공간부로 형성된 촉매흡열반응 배가스 통로부로 구성된다.An inside of the catalyst exothermic reaction exhaust gas passage portion formed as a space so that the catalyst endothermic reaction exhaust gas of the exothermic / endothermic integrated reformer module is discharged from the upper portion; An integrated module combination combustion unit located below the unit; It is composed of a catalytic endothermic reaction exhaust gas passage portion formed in the space portion so that the catalyst exothermic reaction exhaust gas is discharged below.

상기 모듈 타입의 발열/흡열 일체형 리포머 모듈은 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관과 그 내부에 일정간격 이격되어 설치된 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관으로 이루어진 단면형상이 원형인 이중의 원통관 구조로 이루어지고, 그 양측단에는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 연결 프랜지가 형성되되,The module type heat / absorption integrated reformer module has a circular cylindrical structure having a circular cross-section consisting of the heat / absorption integrated reformer module exterior and the heat / absorption integrated reformer module inner tube installed at a predetermined interval therein, and having a circular cross section. On both sides of the heating / absorption integrated reformer module connection flange is formed,

상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관의 외측과 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관의 내측에는 발열반응용 촉매가 코팅되어 있고, 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관의 안쪽에는 흡열반응용 촉매체가 적어도 하나이상 설치되고,An exothermic reaction catalyst is coated on the outside of the inner tube of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module and an inner side of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module. ,

상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관과 그 내부에 일정간격 이격되어 설치된 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관은 서로 다른 방향에서 일측단이 막힌 구조를 가져 개방된 곳을 통해 발열반응 또는 흡열반응을 위한 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스나 촉매발열반응용 혼합가스가 유입되는 구조를 갖되, 일측단이 막힌 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관 쪽 둘레에는 바깥방향으로 관통되게 형성된 적어도 하나이상의 촉매흡열반응 배기가스 출구가 형성되고, 일측단이 막힌 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관 쪽 둘레에는 바깥방향으로 관통되게 형성된 적어도 하나이상의 촉매발열반응 배기가스 출구가 형성되고,The exothermic / heat absorbing integrated reformer module exterior and the heat generating / heat absorbing integrated reformer module inner tube installed at a predetermined distance apart therein have a structure in which one end is blocked in different directions and thus exothermic or exothermic reaction At least one catalyst endothermic reaction exhaust gas outlet having a structure in which a reaction air / fuel mixed gas or a catalyst exothermic reaction gas flows in, but one end of the exothermic / endothermic integrated reformer module is formed to penetrate outwardly Is formed, at least one catalyst exothermic reaction exhaust gas outlet is formed around the exterior side of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module with one end blocked outward,

상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관의 둘레에는 단열재가 충전된 단열외관이 형성되어 구성된다.A heat insulating exterior filled with a heat insulating material is formed around the exterior of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module.

상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관의 외측둘레방향 및 길이방향으로 발열 반응 표면적을 넓히기 위해 적어도 하나이상의 핀이 외경방향으로 돌출되고, 이 돌출된 핀에 발열반응용 촉매가 코팅되어 구성된다.At least one fin is protruded in the outer diameter direction in order to widen the exothermic reaction surface area in the outer circumferential direction and the longitudinal direction of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module inner tube, and the extruded fin is coated with an exothermic catalyst.

상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관의 내측둘레방향 및 길이방향으로 발열 반응 표면적을 넓히기 위해 적어도 하나이상의 핀이 내경방향으로 돌출되고, 이 돌출된 핀에 발열반응용 촉매가 코팅되어 구성된다.At least one fin is protruded in the inner diameter direction to extend the exothermic reaction surface area in the inner circumferential direction and the longitudinal direction of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module exterior, and the extruded fin is coated with an exothermic catalyst.

상기 모듈 타입의 발열/흡열 일체형 리포머 모듈은 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관과 그 내부에 일정간격 이격되어 설치된 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관으로 이루어진 단면형상이 사각형인 이중의 사각통관 구조로 이루어지고, 그 양측단에는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 연결 프랜지가 형성되되,The module type heat / absorption integrated reformer module is formed of a double rectangular clearance structure having a rectangular cross-section consisting of the heat / absorption integrated reformer module exterior and the heat / absorption integrated reformer module inner tube installed at a predetermined interval therebetween. On both sides of the heating / absorption integrated reformer module connection flange is formed,

상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관의 외측과 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관의 내측에는 발열반응용 촉매가 코팅되어 있고, 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관의 안쪽에는 흡열반응용 촉매체가 적어도 하나이상 설치되고,An exothermic reaction catalyst is coated on the outside of the inner tube of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module and an inner side of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module, and at least one catalyst body for the endothermic reaction is installed inside the inner tube of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module. ,

상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관과 그 내부에 일정간격 이격되어 설치된 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관은 서로 다른 방향에서 일측단이 막힌 구조를 가져 개방된 곳을 통해 발열반응 또는 흡열반응을 위한 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스나 촉매발열반응용 혼합가스가 유입되는 구조를 갖되, 일측단이 막힌 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관 쪽 둘레에는 바깥방향으로 관통되게 형성된 적어도 하나이상의 촉매흡열반응 배기가스 출구가 형성되고, 일측단이 막힌 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관 쪽 둘레에는 바깥방향으로 관통되게 형성된 적어도 하나이상의 촉매발열반응 배기가스 출구가 형성되고,The exothermic / heat absorbing integrated reformer module exterior and the heat generating / heat absorbing integrated reformer module inner tube installed at a predetermined distance apart therein have a structure in which one end is blocked in different directions and thus exothermic or exothermic reaction At least one catalyst endothermic reaction exhaust gas outlet having a structure in which a reaction air / fuel mixed gas or a catalyst exothermic reaction gas flows in, but one end of the exothermic / endothermic integrated reformer module is formed to penetrate outwardly Is formed, at least one catalyst exothermic reaction exhaust gas outlet is formed around the exterior side of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module with one end blocked outward,

상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관의 둘레에는 단열재가 충전된 단열외관이 형성되어 구성되고,A heat insulating exterior filled with a heat insulating material is formed around the exterior of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module,

상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관의 외측에 발열 반응 표면적을 넓히고, 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스의 난류 유동을 유도하기 위한 주름판이 형성되고, 이 돌출된 주름판에 발열반응용 촉매가 코팅되어 구성된다.The exothermic / exothermic integrated reformer module expands the exothermic reaction surface area outside the inner tube and forms a corrugated plate for inducing turbulent flow of the air / fuel mixture gas for the catalytic exothermic reaction, and the extruded corrugated plate is coated with the exothermic catalyst. It is configured.

상기 모듈 타입의 발열/흡열 일체형 리포머 모듈은 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관과 그 내부에 일정간격 이격되어 설치된 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관으로 이루어진 단면형상이 사각형인 이중의 사각통관 구조로 이루어지고, 그 양측단에는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 연결 프랜지가 형성되되,The module type heat / absorption integrated reformer module is formed of a double rectangular clearance structure having a rectangular cross-section consisting of the heat / absorption integrated reformer module exterior and the heat / absorption integrated reformer module inner tube installed at a predetermined interval therebetween. On both sides of the heating / absorption integrated reformer module connection flange is formed,

상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관의 외측과 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관의 내측에는 발열반응용 촉매가 코팅되어 있고, 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관의 안쪽에는 흡열반응용 촉매체가 적어도 하나이상 설치되고,An exothermic reaction catalyst is coated on the outside of the inner tube of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module and an inner side of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module. ,

상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관과 그 내부에 일정간격 이격되어 설치된 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관은 서로 다른 방향에서 일측단이 막힌 구조를 가져 개방된 곳을 통해 발열반응 또는 흡열반응을 위한 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스나 촉매발열반응용 혼합가스가 유입되는 구조를 갖되, 일측단이 막힌 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관 쪽 둘레에는 바깥방향으로 관통되게 형성된 적어도 하나이상의 촉매흡열반응 배기가스 출구가 형성되고, 일측단이 막힌 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관 쪽 둘레에는 바깥방향으로 관통되게 형성된 적어도 하나이상의 촉매발열반응 배기가스 출구가 형성되고,The exothermic / heat absorbing integrated reformer module exterior and the heat generating / heat absorbing integrated reformer module inner tube installed at a predetermined distance apart therein have a structure in which one end is blocked in different directions and thus exothermic or exothermic reaction At least one catalyst endothermic reaction exhaust gas outlet having a structure in which a reaction air / fuel mixed gas or a catalyst exothermic reaction gas flows in, but one end of the exothermic / endothermic integrated reformer module is formed to penetrate outwardly Is formed, at least one catalyst exothermic reaction exhaust gas outlet is formed around the exterior side of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module with one end blocked outward,

상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관의 둘레에는 단열재가 충전된 단열외관이 형성되어 구성되고,A heat insulating exterior filled with a heat insulating material is formed around the exterior of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module,

상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관의 내측에 발열 반응 표면적을 넓히고, 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스의 난류 유동을 유도하기 위한 주름판이 형성되고, 이 돌출된 주름판에 발열반응용 촉매가 코팅되어 구성된다.The inner surface of the exothermic / endothermic integrated reformer module expands the exothermic reaction surface area and forms a corrugated plate for inducing turbulent flow of the air / fuel mixture gas for the catalytic exothermic reaction, and the extruded corrugated plate is coated with an exothermic catalyst. It is configured.

이하 본 발명의 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration and operation of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에서 제시하는 모듈 타입의 촉매연소를 이용하는 발열과 흡열이 동시에 발생할 수 있는 일체형 수소 리포머 장치에 대한 전체 개략도를 나타낸다. FIG. 1 shows an overall schematic diagram of an integrated hydrogen reformer device in which exothermic and endothermic events can occur at the same time using the catalytic combustion of the module type proposed in the present invention.

본 발명의 장치는 촉매발열반응용 혼합가스 공급부(1)와 촉매흡열반응용 혼합가스 공급부(3), 그리고 촉매발열반응용 혼합가스 공급부(1)와 촉매흡열반응용 혼합가스 공급부(3) 사이에 위치하여 촉매발열반응과 촉매흡열반응이 동시에 발생하는 발열/흡열 동시 발생부(2)로 구성된다. 촉매발열반응용 혼합가스 공급부(1)는 발열부에 공급되는 공기와 연료를 분사하고 혼합하는 촉매발열반응용 연료 분사노즐(11)과 촉매발열반응용 공기/연료 혼합장치(12)로 구성되는데 이에 대한 내용은 도 2에 도시하였다. The apparatus of the present invention comprises a mixed gas supply unit (1) for a catalytic exothermic reaction, a mixed gas supply unit (3) for a catalytic endothermic reaction, and a mixed gas supply unit (1) for a catalytic exothermic reaction and a mixed gas supply unit (3) for a catalytic endothermic reaction It is located at is composed of a simultaneous exothermic / endothermic generating unit (2) that generates a catalytic exothermic reaction and a catalytic endothermic reaction at the same time. The catalyst exothermic reaction mixture gas supply unit 1 includes a catalyst exothermic reaction fuel injection nozzle 11 for injecting and mixing air and fuel supplied to the exothermic unit and an air / fuel mixture device 12 for the catalytic exothermic reaction. This is illustrated in FIG. 2.

상기 촉매발열반응용 혼합가스 공급부(1)에서 촉매발열반응용 연료 분사노즐(11)은 원형 구조로 되어 있으며, 안쪽 부분에는 동일 간격으로 연료분사노즐 다공(16)이 공급관의 중심을 향하여 연료가 분사될 수 있도록 뚫려 있는 것을 특징으로 한다. 이러한 촉매발열반응용 연료 분사노즐(11)을 통해 분사된 촉매발열반응용 연료(7)로는 주로 메탄이나 프로판, 일산화탄소와 같은 연료가 사용되며, 상부에서 공급되는 촉매발열반응용 공기(6)와 동 구조에서 1차 혼합이 이루어진다. 이때 공급되는 촉매발열반응용 공기(6)는 발열반응에 사용되는 연료에 따라 상온으로 공급하거나, 전기히터와 같은 장비로 미리 예열시키거나, 공정에서 사용된 폐열을 이용해 열교환 시켜 발열개시 온도에 필요한 만큼 온도를 상승시킬 필요가 있다. 촉매발열반응용 연료 분사노즐(11) 하단에는 1차 혼합된 촉매발열반응용 공기(6)와 촉매발열반응용 연료(7)가 최종 균일 혼합될 수 있도록 촉매발열반응용 공기/연료 혼합장치(12)가 설치된다. 상기 촉매발열반응용 공기/연료 혼합장치(12)는 혼합장치 구동축(14)에 회전이 가능한 혼합기 날개(13)가 붙어있는 구조로 되어 있으며, 혼합기 날개(13)는 촉매발열반응용 공기/연료 혼합장치(12)의 상단에 위치하며, 혼합장치 구동축(14)은 촉매발열반응용 공기/연료 혼합장치(12)의 하단에서 4개의 얇은 막대인 혼합장치 구동 축 지지대(17)에 의해 촉매발열반응용 공기/연료 혼합장치(12)의 내벽에 고정되는 구조를 갖는다. 선회날개인 혼합기 날개(13)는 유입되는 촉매발열반응용 공기(6)와 촉매발열반응용 연료(7)의 총 유량에 따라 혼합장치 구동축(14)을 중심으로 자동 회전되는 원리로 1차 혼합된 촉매발열반응용 공기(6)와 촉매발열반응용 연료(7)를 균일하게 완전 혼합된 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스(15)로 만든다.In the catalyst exothermic reaction mixture gas supply unit 1, the catalyst exothermic reaction fuel injection nozzle 11 has a circular structure, and the fuel injection nozzle pores 16 are disposed at the same interval in the inner portion toward the center of the supply pipe. It is characterized in that the drilled to be injected. As the catalyst exothermic fuel 7 injected through the catalyst exothermic fuel injection nozzle 11, a fuel such as methane, propane or carbon monoxide is mainly used, and the catalyst exothermic air 6 supplied from the upper side is used. Primary mixing takes place in the same structure. At this time, the catalyst exothermic reaction air (6) supplied is supplied at room temperature according to the fuel used for the exothermic reaction, preheated with equipment such as an electric heater, or heat-exchanged using waste heat used in the process, which is necessary for the exothermic initiation temperature. It is necessary to raise the temperature as much as possible. The catalyst exothermic reaction air / fuel mixture device for the final uniform mixing of the catalyst exothermic reaction air (6) and the catalyst exothermic reaction (7) at the bottom of the catalyst exothermic reaction fuel injection nozzle (11) ( 12) is installed. The catalyst exothermic reaction air / fuel mixing device 12 has a structure in which a mixer blade 13 rotatable is attached to the mixer drive shaft 14, and the mixer blade 13 has an air / fuel for catalyst exothermic reaction. Located at the top of the mixing device 12, the mixing device drive shaft 14 is the catalyst heating by the mixing device drive shaft support 17, which is four thin rods at the bottom of the air / fuel mixing device 12 for the catalytic heating reaction It has a structure fixed to the inner wall of the reaction air / fuel mixing device 12. Swivel blade mixer 13 is the primary mixing based on the principle of automatically rotating around the mixer drive shaft 14 according to the total flow rate of the incoming catalyst exothermic reaction air (6) and the catalyst exothermic reaction fuel (7) The catalytic exothermic reaction air (6) and the catalytic exothermic reaction fuel (7) are made into the catalyst exothermic reaction air / fuel mixture gas (15) uniformly completely mixed.

상기 촉매흡열반응용 혼합가스 공급부(3)에는 리포밍반응인 촉매흡열반응을 위한 촉매발열반응용 연료(7)가 공급되며 촉매발열반응용 공기(6)가 공급되지 않으므로 별도의 혼합장치는 필요하지 않다. 단지 saturated vapor 상태의 수증기 등이 공급될 때는 별도의 기화장치 및 공급펌프 등의 부대 장비가 요구된다.The catalyst endothermic reaction mixture gas supply unit 3 is supplied with a catalyst exothermic reaction fuel 7 for the catalytic endothermic reaction, which is a reforming reaction, and the catalyst exothermic reaction air 6 is not supplied, so a separate mixing device is required. Not. When saturated vapor is supplied, additional equipment such as a vaporizer and a supply pump are required.


상기 발열/흡열 동시 발생부(2)는 2개 이상의 케이스가 결합되어 이루어진 일체형 모듈 조합부(4)와; 상기 일체형 모듈 조합부(4) 내부에 필요에 따라 하나 또는 두개 이상 여러 형태로 조합되어 설치되는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5);로 구성되는데, 촉매발열반응용 혼합가스 공급부(1)와 촉매흡열반응용 혼합가스 공급부(3)에서 공급된 혼합가스들인 촉매흡열반응용 혼합가스(9) 및 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스(15)는 일체형 모듈 조합부(4)에서 발열반응과 흡열반응을 수행하게 되며, 반응 후 발생된 배기가스들인 촉매발열반응 배기가스(8) 및 촉매흡열반응 배기가스(10)는 촉매발열반응 배기가스 최종출구(41)와 촉매흡열반응 배기가스 최종출구(42)로 배출된다.

The simultaneous heating / absorption unit 2 includes an integrated module combination unit 4 formed by combining two or more cases; An exothermic / absorption integrated reformer module (5) installed in one or two or more forms as necessary in the integrated module combination unit (4) is installed in combination; The endothermic reaction and endothermic reaction of the mixed gas 9 for the catalytic endothermic reaction and the air / fuel mixed gas for the catalyst exothermic reaction 15, which are the mixed gases supplied from the endothermic reaction mixed gas supply unit 3, After the reaction, the catalyst exothermic reaction exhaust gas 8 and the catalyst endothermic reaction exhaust gas 10, which are the exhaust gases generated after the reaction, are catalyzed exothermic reaction exhaust gas final outlet 41 and the catalyst endothermic reaction exhaust gas final outlet ( 42).

상기 일체형 모듈 조합부(4)의 핵심 부분은 발열/흡열이 동시에 발생하는 반응장치인 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5)로서 필요한 용량에 따라 한개에서부터 다수개의 모듈을 결합할 수 있는 구조를 이룬다. The core part of the integrated module combination unit 4 is a heating / absorption integrated reformer module 5 which is a reaction device that generates heat / absorption at the same time, and forms a structure capable of combining a plurality of modules from one according to a required capacity.

또한 일체형 모듈 조합부(4)는 내부가 촉매발열반응 배가스 통로부(46)와, 일체형 모듈 조합부 연소부(47)와, 촉매흡열반응 배가스 통로부(48)로 구성된 3개의 케이스가 이웃하는 케이스와 일체형 모듈 조합부 잠금 장치(44)에 의해 결합되는 구조로 그 사이에는 일체형 모듈 조합부 실링 페이퍼(45)를 넣어 배기가스들이 누출되지 않도록 하는 구조를 갖는다. In addition, the integrated module combination unit 4 has three casings composed of a catalyst exothermic reaction exhaust gas passage 46, an integrated module combination combustion unit 47, and a catalytic endothermic reaction exhaust gas passage 48. The structure is coupled to the case by the integrated module combination locking device 44, and the integrated module combination sealing paper 45 is inserted therebetween to prevent the exhaust gases from leaking.

발열/흡열이 동시에 발생하는 반응장치인 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5)의 타입은 열전달 특성 및 모듈의 형상에 따라 도 3에서 7까지와 같이 다양한 실시예로 구조로 변형될 수 있다.The type of exothermic / endothermic integrated reformer module 5, which is a reaction device in which exothermic / absorption occurs simultaneously, may be modified in various embodiments as shown in FIGS. 3 to 7 according to heat transfer characteristics and the shape of the module.

도 3a는 도1에서 도시된 본 발명 기본 연소장치에서 발열과 흡열이 동시에 발생할 수 있는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5)의 타입 I에 대한 개략도이고, 도 3b는 상기 도 3a에서 도시된 모듈 타입 I에서 단면 B-B'에 대한 단면도이고, 도 3c는 상기 도 3a에서 도시된 모듈 타입 I에서 단면 C-C'에 대한 단면도이고, 도 3d는 상기 도 3a에서 도시된 모듈 타입 I에서 단면 D-D'에 대한 단면도를 나타낸다. FIG. 3A is a schematic diagram of a type I of a heat / absorption integrated reformer module 5 in which heat and endotherm may simultaneously occur in the basic combustion apparatus of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. 3B is a module type shown in FIG. 3A. FIG. 3C is a cross-sectional view of the cross-section B-B 'in the module type I shown in FIG. 3A, and FIG. 3D is a cross-sectional view of the cross-section D in the module type I shown in FIG. -It shows sectional drawing about D '.

발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5)의 촉매발열반응을 위해 공급되는 촉매발열반응용 공기(6)와 촉매발열반응용 연료(7)의 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스(15)는 촉매발열반응용 혼합가스 통로(33)를 통해 유입된다. The catalyst exothermic reaction air / fuel mixture gas 15 of the catalyst exothermic reaction air 6 and the catalyst exothermic reaction fuel 7 supplied for the catalytic exothermic reaction of the exothermic / endothermic integrated reformer module 5 is catalytically exothermic. It is introduced through the reaction mixture gas passage 33.

발열반응용 촉매(24)는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)의 안쪽 부분과 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)의 내측 부분에 코팅된다. 발열반응용 촉매(24)로는 귀금속 촉매인 백금(Pt)과 팔라듐(Pd)을 사용한다. 촉매발열반응용 연료(7)로서 수소나 프로판을 사용할 경우에는 백금과 팔라듐이 1:1의 구성비를 갖도록 코팅하고, 메탄을 연료로 사용할 경우에는 팔라듐만을 발열반응용 촉매(24)로 사용한다. The exothermic reaction catalyst 24 is coated on the inner part of the exothermic / endothermic integrated reformer module exterior 23 and the inner part of the exothermic / endothermic integrated reformer module inner tube 25. As the catalyst for the exothermic reaction, platinum (Pt) and palladium (Pd), which are noble metal catalysts, are used. When hydrogen or propane is used as the catalyst exothermic reaction fuel 7, platinum and palladium are coated in a ratio of 1: 1, and when methane is used as the fuel, only palladium is used as the exothermic catalyst 24.

발열반응용 촉매(24)를 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5) 관의 금속 표면에 균일하게 코팅하기 위해 일단 ZrO2를 금속 표면에 먼저 워시코팅(washcoating)하고 그 위에 코팅하는 방식을 사용한다. 코팅 후 120℃에서 12시간 소성하고, 질소와 수소의 총량에 수소가 5vol% 이내로 포함된 환원가스를 이용하여 550℃에서 6시간 환원하여 발열반응용 촉매(24) 코팅을 마무리 한다. 이와 같은 단일 수치를 한정한 이유는 이와 같은 수치에서 본원 발명의 효과가 나타나기 때문이다.In order to uniformly coat the exothermic reaction catalyst 24 on the metal surface of the exothermic / endothermic integrated reformer module 5 tube, ZrO 2 is first washed and coated on the metal surface. After the coating was fired at 120 ° C. for 12 hours, and reduced to 6 hours at 550 ° C. using a reducing gas containing hydrogen within 5 vol% of the total amount of nitrogen and hydrogen to finish coating the catalyst for the exothermic reaction 24. The reason for limiting such a single value is that the effect of the present invention appears in such a value.

흡열반응을 위한 촉매흡열반응용 혼합가스(9)로는 주로 프로판이나 메탄을 사용한다. 스팀 리포밍과 같이 수증기가 필요한 공정에서는 물을 포화증기(saturated vapor) 상태로 기회시켜 공급한다.Propane or methane is mainly used as the mixed gas 9 for the endothermic reaction for the endothermic reaction. In processes where steam is required, such as steam reforming, water is supplied in the form of saturated vapor.

흡열반응용 촉매(26)로는 일반적인 세라믹 하니컴이나 금속 하니컴에 우선 Al2O3를 워시코팅(washcoating)하고 그 위에 ZnO나 CuO와 같은 리포밍 촉매를 코팅하는 방식으로 준비한다. As the endothermic catalyst 26, Al 2 O 3 is first washed with a general ceramic honeycomb or a metal honeycomb, and then a reforming catalyst such as ZnO or CuO is prepared thereon.

촉매지지체로 사용되는 세라믹 하니컴이나 금속 하니컴의 모양은 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5)의 구조에 따라 원형이나 사각형을 선택하면 되고, 크기는 리포밍 용량과 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5)의 크기에 맞춰 SV(공간속도)를 고려하여 선택적으로 결정하면 된다. The shape of the ceramic honeycomb or the metal honeycomb used as the catalyst support may be selected from a circle or a quadrangle according to the structure of the heating / absorption integrated reformer module 5, and the size of the reforming capacity and the heating / absorption integrated reformer module 5 may be selected. It can be decided selectively considering the SV (space velocity) according to the size.

도 3의 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5)은 기본 구조가 원형이며, 상기에서 준비된 발열반응용 촉매(24)에서 표면 반응에 의해 열이 발생하고, 이 열을 흡열반응용 촉매(26)의 반응으로 사용되게 되며, 주 열전달 원리는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5)의 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)을 통한 전도에 의해 이루어진다. The exothermic / endothermic integrated reformer module 5 of FIG. 3 has a circular basic structure, and heat is generated by surface reaction in the exothermic reaction catalyst 24 prepared above, and the heat is generated by the endothermic reaction catalyst 26. The main heat transfer principle is achieved by conduction through the exothermic / endothermic integrated reformer module inner tube 25 of the exothermic / endothermic integrated reformer module 5.

흡열반응용 촉매(26)의 흡열반응에 의해 발생한 촉매흡열반응 배기가스(10)는 도 3b에서 나타내는 것과 같이 발열반응을 위해 공급되는 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스(15)쪽 촉매발열반응용 혼합가스 통로(33)에 설치된 촉매흡열반응 배기가스 출구(28)를 통해 외부로 배출되며, 발열반응용 촉매(24)의 발열반응에 의해 발생한 촉매발열반응 배기가스(8)는 도 3d에서 나타내는 것과 같이 흡열반응을 위해 공급되는 촉매흡열반응용 혼합가스(9)쪽 촉매발열반응용 혼합가스 통로(33)에 설치된 발열반응 배기가스 출구(29)를 통해 외부로 배출된다. The catalyst endothermic reaction exhaust gas 10 generated by the endothermic reaction of the endothermic reaction catalyst 26 is the catalyst exothermic reaction toward the air / fuel mixture gas 15 for the catalytic exothermic reaction which is supplied for the exothermic reaction as shown in FIG. 3B. The catalyst exothermic reaction exhaust gas 8 generated by the exothermic reaction of the catalyst endothermic reaction exhaust gas outlet 28 installed in the mixed gas passage 33 for the exothermic reaction is shown in FIG. As shown, it is discharged to the outside through the exothermic reaction exhaust gas outlet 29 provided in the catalyst endothermic reaction gas mixture 33 for the catalytic endothermic reaction gas 9 which is supplied for the endothermic reaction.

본 발명의 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5)의 흡열과 발열 반응이 발생하는 부분에는 도 3c에서와 같이 단열층이 설치되어 있는데, 단열층은 단열재(22)와 단열외관(21)으로 구성되는 것을 특징으로 하며, 본 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5) 타입은 일체형 모듈 조합부(4)와의 연결을 위해 양쪽에는 발열/흡열 일체형 리포머 연결 프랜지(27) 타입으로 구성되었다. Wherein the endothermic and exothermic reaction of the heat generating / endothermic integrated reformer module 5 of the present invention is provided with a heat insulating layer as shown in Figure 3c, the heat insulating layer is characterized by consisting of the heat insulating material 22 and the heat insulating exterior 21. The heat / absorption integrated reformer module 5 type is configured as a heat / absorption integrated reformer connection flange 27 type on both sides for connection with the integrated module combination unit 4.

도 4a는 도1에서 도시된 본 발명 기본 연소장치에서 발열과 흡열이 동시에 발생할 수 있는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 타입 II에 대한 개략도이고, 도 4b는 상기 도 4a에서 도시된 모듈 타입 II에서 단면 E-E'에 대한 단면도이다. 타입 II는 타입 I의 장치에서 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)에 핀(31) 구조를 형성하여 촉매 발열반응을 위한 표면적을 늘려 열량을 높일 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다. FIG. 4A is a schematic diagram of an exothermic / endothermic integrated reformer module type II in which heat generation and endotherm may simultaneously occur in the basic combustion apparatus of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. 4B is a cross-sectional view of the module type II shown in FIG. 4A. A cross-sectional view of 'E'. Type II is characterized in that the structure of the fin (31) in the exothermic / endothermic integrated reformer module exterior 23 in the type I device is configured to increase the amount of heat by increasing the surface area for the catalytic exothermic reaction.

본 발명 구조는 흡열반응에 직접적으로 열전달하는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)의 외측에서 발생하는 촉매 발열반응 열에 대류 연전달을 통해 추가로 공급하는 외관의 발열반응 열을 증가시키는 역할을 할 수 있도록 하였으며, 핀(31)이 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)에 설치되어 흡열반응에 직접적으로 열을 빼앗기지 않기 때문에 핀(31)에서의 촉매발열반응이 더욱 안정적으로 발생할 수 있다는 장점이 있다.The structure of the present invention serves to increase the exothermic heat of the externally supplied through the convective transfer to the catalytic exothermic heat generated outside the exothermic / endothermic integrated reformer module inner tube 25 which directly transfers heat to the endothermic reaction. Since the fin 31 is installed in the exothermic / endothermic integrated reformer module exterior 23 and does not directly take heat away from the endothermic reaction, the catalyst exothermic reaction in the pin 31 may occur more stably. have.

도 5a는 도 1에서 도시된 본 발명 기본 연소장치에서 발열과 흡열이 동시에 발생할 수 있는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 타입 III에 대한 개략도이고, 도 5b는 상기 도 5a에서 도시된 모듈 타입 III에서 단면 F-F'에 대한 단면도이다. 타입 III는 타입 I의 장치에서 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)에 핀(31) 구조를 형성하여 촉매 발열반응을 위한 표면적을 늘려 열량을 높일 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다. FIG. 5A is a schematic diagram of an exothermic / endothermic integrated reformer module type III in which heat generation and endotherm may simultaneously occur in the basic combustion apparatus of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the module type III shown in FIG. 5A. A cross-sectional view of -F '. Type III is characterized in that the heat generation by increasing the surface area for the catalytic exothermic reaction by forming the fin 31 structure in the heat generating / endothermic integrated reformer module inner tube 25 in the type I device.

본 발명의 구조는 핀이 흡열반응이 발생하는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)에 설치되어 보다 많은 열을 직접적으로 흡열반응용 열로 공급할 수 있는 장점이 있으나, 반면 흡열반응의 반응 열량의 변화에 따라 핀(31)에서의 발열반응이 직접적으로 영향을 받는 정도가 도 4의 타입 II에 비해 많아질 수 있어 운전 제어가 어려워질 가능성이 있다. The structure of the present invention has the advantage that the fin is installed in the exothermic / endothermic integrated reformer module inner tube 25 in which the endothermic reaction occurs, and can supply more heat directly to the endothermic reaction heat, whereas the change in the amount of reaction heat of the endothermic reaction Accordingly, the degree to which the exothermic reaction at the fin 31 is directly affected may increase as compared with Type II of FIG. 4, which may make operation control difficult.

도 6a는 도1에서 도시된 본 발명 기본 연소장치에서 발열과 흡열이 동시에 발생할 수 있는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 타입 IV에 대한 개략도이고, 도 6b는 상기 도 6a에서 도시된 모듈 타입 IV에서 단면 G-G'에 대한 단면도이고, 도 6c는 상기 도 6a에서 도시된 모듈 타입 IV에서 단면 H-H'에 대한 단면도이고, 도 6d는 상기 도 6a에서 도시된 모듈 타입 IV에서 단면 I-I'에 대한 단면도이다. FIG. 6A is a schematic diagram of an exothermic / endothermic integrated reformer module type IV in which heat generation and endotherm may simultaneously occur in the basic combustion apparatus of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. 6B is a cross-sectional view G in the module type IV shown in FIG. 6A. -C 'is a cross sectional view, and FIG. 6C is a cross sectional view of section H-H' in module type IV shown in FIG. 6A, and FIG. 6D is a cross sectional view of section I-I 'in module type IV shown in FIG. This is a cross section.

본 발명 구조의 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5) 타입은 전체 외형을 사각형 구조로 구성했다. The exothermic / heat absorbing integrated reformer module 5 type of the structure of the present invention constituted an overall appearance in a rectangular structure.

내부 구조의 특징은 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5)의 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23) 내측에 주름판(32)을 설치하여 발열반응을 위한 표면적을 넓힘과 동시에, 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스(15)의 난류 유동을 이끌어 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)과 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)의 주름판(32)에 코팅된 발열반응용 촉매(24)에 접촉시간을 늘려 표면반응에 의한 연소 전환율이 향상될 수 있도록 한 구조를 특징으로 한다. The internal structure of the exothermic / endothermic integrated reformer module 5 is provided with a corrugated plate 32 inside the exothermic / endothermic integrated reformer module exterior 23 to increase the surface area for the exothermic reaction and to generate air for the catalytic heating reaction. To the turbulent flow of the fuel mixture gas (15) to the exothermic / exothermic integrated reformer module inner tube (25) and the exothermic reaction catalyst (24) coated on the corrugated plate (32) of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module exterior (23). It is characterized by a structure in which the combustion conversion rate due to the surface reaction can be improved by increasing the contact time.

본 발명 구조의 촉매발열반응용 혼합가스 통로(33), 촉매흡열반응용 혼합가스 통로(34)의 모양도 사각형으로 제작하고, 흡열반응용 촉매도 사각형 하니컴 구조를 갖는 촉매지지체 위에 코팅되어 준비한다. The catalyst exothermic reaction mixture gas passage 33 and the catalyst endothermic reaction gas mixture 34 having the structure of the present invention are also formed in a square shape, and the endothermic catalyst is also coated on the catalyst support having a rectangular honeycomb structure. .

전체적인 발열반응과 흡열반응 그리고 이러한 반응열의 열전달 등에 관련된 공정은 상기에서 언급한 원형 구조의 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5)과 유사하다. The processes related to the overall exothermic reaction and endothermic reaction and heat transfer of the reaction heat are similar to the above-mentioned exothermic / endothermic integrated reformer module 5 of circular structure.

도 7a는 상기 도 1에서 도시된 본 발명 기본 연소장치에서 발열과 흡열이 동시에 발생할 수 있는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 타입 V에 대한 개략도이고, 도 7b는 상기 도 7a에서 도시된 모듈 타입 V에서 단면 J-J'에 대한 단면도를 나타낸다. FIG. 7A is a schematic diagram of an exothermic / endothermic integrated reformer module type V in which heat generation and endotherm may simultaneously occur in the basic combustion apparatus of the present invention shown in FIG. 1, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the module type V shown in FIG. 7A. The cross section for J-J 'is shown.

본 발명 타입은 주름판(32)이 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5)의 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25) 외측에 구성되는 것을 특징으로 하며, 모든 원리 및 공정 특성은 도 6에 도시한 타입 IV와 유사하다. The present invention is characterized in that the corrugated plate 32 is configured outside the heat generating / heat absorbing integrated reformer module inner tube 25 of the heat generating / heat absorbing integrated reformer module 5, and all principles and process characteristics are shown in FIG. Similar to type IV.

상기와 같은 장치구성을 가진 본 발명은 그 열전달 방식에 있어서, 촉매발열반응용 연료(7)와 촉매발열반응용 공기(6)는 다공 구조를 갖는 촉매발열반응용 연료 분사노즐(11)과 회전식 선회날개가 장착된 촉매발열반응용 공기/연료 혼합장치(12)에서 각각 분사, 혼합되는 원리를 갖으며, 상기의 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스(15)가 촉매발열반응용 혼합가스 통로(33)에 코팅된 발열반응용 촉매(24)와 접촉하면서 촉매발열반응을 발생시키며, 이렇게 얻은 반응열은 일체형 리포머 장치의 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)을 통해 전도 열전달 되어 촉매흡열반응용 열로 사용되는데, 촉매흡열반응용 혼합가스 통로(34)로 유입되는 촉매흡열반응용 혼합가스(9)가 흡열반응용 촉매(26)와 접촉하면서 흡열반응이 본격적으로 이루어지게 된다.In the heat transfer method of the present invention, the catalyst exothermic reaction fuel 7 and the catalyst exothermic reaction air 6 have a porous structure in which the fuel exothermic reaction fuel injection nozzle 11 has a porous structure and a rotary type. It has the principle of spraying and mixing in the air / fuel mixture device 12 for the catalyst exothermic reaction equipped with the swing wing, wherein the air / fuel mixture gas 15 for the catalytic exothermic reaction is the mixed gas passage for the catalytic exothermic reaction A catalytic exothermic reaction occurs in contact with the exothermic reaction catalyst (24) coated on (33), and the reaction heat thus obtained is conducted by conduction heat transfer through the exothermic / endothermic integral reformer module inner tube 25 of the integrated reformer device for catalytic endothermic reaction. Although used as heat, the endothermic reaction is carried out in earnest while the mixed gas for catalytic endothermic reaction 9 flowing into the mixed gas passage 34 for the endothermic catalytic contact with the endothermic catalyst 26.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다. The present invention is not limited to the above-described specific preferred embodiments, and various modifications can be made by any person having ordinary skill in the art without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Of course, such changes will fall within the scope of the claims.

상기와 같은 본 발명은 발열부의 발생열을 흡열부의 반응열로 바로 사용할 수 있다는 것으로, 하나의 장치 내에서 촉매발열반응을 발생하여 직접 열을 이용하거나 최단 거리에서 열을 공급할 수 있기 때문에 시스템의 열효율을 극대화할 수 있고, 장치의 크기도 동일 열량에 대비하여 획기적으로 소형화할 수 있다는 장점과,The present invention as described above is that the heat generated in the exothermic portion can be used directly as the heat of reaction of the endothermic portion, by generating a catalytic exothermic reaction in one device can be directly used to heat or supply heat at the shortest distance to maximize the thermal efficiency of the system And the size of the device can be significantly reduced in preparation for the same amount of heat,

또한 모듈 타입으로 구성되어 응용 분야에 따라 한 개에서부터 다수 개의 모듈을 조합하여 사용할 수 있도록 하여 시스템을 손쉽게 스케일 업/다운(Scale-up/down) 할 수 있는 조합 시스템이라는 장점과,In addition, it is composed of module type, and it is a combination system that can easily scale up / down the system by using a combination of modules from one according to the application field.

또한 이러한 본 발명의 일체형 시스템은 수소를 생산하는 리포밍 시스템 이외에도 기존의 전통 산업인 열교환기 산업과 같이 kW급 이상의 시스템에 적극적으로 활용이 가능한 기술로, 특히 최근 나노/마이크로 기술이 급속도로 관심을 모으고 있는 상황에서, 시스템의 소형화 또는 초소형화에 대한 요구가 증가할 것으로 예상되기 때문에, 본 발명과 같은 일체형 열 시스템은 마이크로 반응기, 마이크로 연료전지 등과 같은 50W급 미만의 시스템에서도 응용이 가능한 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.In addition, the integrated system of the present invention is not only a reforming system for producing hydrogen, but also a technology that can be actively used in a system of kW or more, such as the heat exchanger industry, which is a traditional industry, and in particular, the nano / micro technology has recently been rapidly interested. In the gathering situation, since the demand for miniaturization or miniaturization of the system is expected to increase, the integrated thermal system such as the present invention is a useful invention that can be applied to a system of less than 50W, such as a micro reactor, a micro fuel cell, and the like. It is an invention that is expected to be greatly used in the industry.

Claims (11)

수소를 생산하는 수소 리포머 장치에 있어서,In the hydrogen reformer apparatus for producing hydrogen, 촉매의 발열반응을 위해 공급되는 공기 및 연료를 분사 또는 혼합하여 공급하는 촉매발열반응용 혼합가스 공급부(1)와; A mixed gas supply unit (1) for catalytic exothermic reaction, which injects or mixes air and fuel supplied for exothermic reaction of the catalyst; 수소리포밍반응(촉매흡열반응)을 위해 공급되는 촉매흡열반응용 혼합가스 공급부(3)와;A mixed gas supply unit (3) for catalytic endothermic reaction which is supplied for a Susori forming reaction (catalyst endothermic reaction); 상기 촉매발열반응용 혼합가스 공급부(1)과 촉매흡열반응용 혼합가스 공급부(3)에서 공급되는 혼합가스들을 이용하여 주 반응인 수소리포밍반응(촉매흡열반응)과 부 반응인 촉매발열반응이 발생하는 발열/흡열 동시 발생부(2);를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매연소를 이용한 열 공급용 발열반응과 수소생산용 흡열반응이 동시에 가능한 모듈타입 일체형 수소 리포머 장치. By using the mixed gases supplied from the mixed gas supply unit (1) and the catalytic endothermic reaction mixture gas supply unit (3) for the catalytic exothermic reaction, the main reaction of the Susori forming reaction (catalyst endothermic reaction) and the catalytic exothermic reaction A modular type integral hydrogen reformer device capable of simultaneously generating exothermic reaction for heat supply and endothermic reaction for producing hydrogen using catalytic combustion, characterized in that it comprises an exothermic / endothermic simultaneous generating unit (2). 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 촉매발열반응용 혼합가스의 공급부(1)는, The supply unit 1 of the mixed gas for the catalytic exothermic reaction, 촉매발열반응용 연료(7)의 분사를 위한 촉매발열반응용 연료 분사노즐(11)과;A catalyst exothermic fuel injection nozzle 11 for injecting the catalyst exothermic fuel 7; 연료/공기의 혼합을 위한 회전식 혼합기 날개(13)를 갖는 촉매발열반응용 공기/연료 혼합장치(12);로 구성된 것을 특징으로 하는 촉매연소를 이용한 열 공급용 발열반응과 수소생산용 흡열반응이 동시에 가능한 모듈타입 일체형 수소 리포머 장치.An exothermic reaction for heat supply and an endothermic reaction for hydrogen production using a catalytic combustion comprising: an air / fuel mixing device for a catalyst exothermic reaction having a rotary mixer blade 13 for mixing fuel / air; Modular all-in-one hydrogen reformer unit available at the same time. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 촉매발열반응용 연료(7)를 분사하는 촉매발열반응용 연료분사노즐(11)은 도우넛 모양의 원형 구조로 되어 있으며, 원형 구조의 내측에는 연료분사노즐 다공(16)이 동일 간격으로 다수개 뚫려 있고, 이 각 다공의 하부 끝에 일정 분사각도를 가져 연료의 확산이 원활하게 이루어지도록 구성한 것을 특징으로 하는 촉매연소를 이용한 열 공급용 발열반응과 수소생산용 흡열반응이 동시에 가능한 모듈타입 일체형 수소 리포머 장치The catalyst exothermic fuel injection nozzle 11 for injecting the catalyst exothermic fuel 7 has a donut-shaped circular structure, and a plurality of fuel injection nozzle pores 16 are arranged at the same interval inside the circular structure. A modular type integral hydrogen reformer capable of simultaneously performing exothermic reaction for heat supply and endothermic reaction for hydrogen production using catalytic combustion, characterized by having a predetermined injection angle at the lower end of each porous hole to facilitate fuel diffusion. Device 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 촉매발열반응용 연료(7)를 분사하는 촉매발열반응용 연료분사노즐(11)은 도우넛 모양의 원형 구조로 되어 있으며, 원형 구조의 내측에는 직경 1mm의 연료분사노즐 다공(16)이 원주 방향을 따라 동일 간격으로 모듈에 공급되는 유량의 총 량에 따른 개수만큼 뚫려 있고, 이 각 다공의 하부 끝에 분사각도를 15도로 하여 연료의 확산이 원활하게 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 촉매연소를 이용한 열 공급용 발열반응과 수소생산용 흡열반응이 동시에 가능한 모듈타입 일체형 수소 리포머 장치.The catalyst exothermic reaction fuel injection nozzle 11 for injecting the catalyst exothermic reaction 7 has a donut-shaped circular structure, and the fuel injection nozzle pore 16 having a diameter of 1 mm is circumferentially inside the circular structure. The number of perforations according to the total amount of flow rate supplied to the module at equal intervals along the heat, using the catalytic combustion, characterized in that the fuel diffusion is smoothly achieved by the injection angle of 15 degrees to the lower end of each pore Modular integrated hydrogen reformer device capable of exothermic reaction for supply and endothermic reaction for hydrogen production. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 촉매발열반응용 공기/연료 혼합장치(12)는 촉매발열반응용 연료(7)와 촉매발열반응용 공기(6)의 완전 균일 혼합을 위한 회전식 혼합기 날개(13)와;The catalyst exothermic reaction air / fuel mixing device 12 includes a rotary mixer blade 13 for complete uniform mixing of the catalyst exothermic reaction fuel 7 and the catalyst exothermic reaction air 6; 상기 혼합기 날개(13)가 자유롭게 공급 유량에 따라 회전할 수 있도록 지지하는 혼합장치 구동 축(14)으로 구성된 것을 특징으로 하는 촉매연소를 이용한 열 공급용 발열반응과 수소생산용 흡열반응이 동시에 가능한 모듈타입 일체형 수소 리포머 장치.A module capable of simultaneously performing exothermic reaction for heat supply and endothermic reaction for hydrogen production using a catalytic combustion, characterized in that the mixer blade 13 is composed of a mixer drive shaft 14 supporting the mixer blade 13 to rotate freely according to the supply flow rate. Type integral hydrogen reformer device. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 발열/흡열 동시 발생부(2)는, The heat generation / endothermic simultaneous generation unit 2, 2개 이상의 케이스가 결합되어 이루어진 일체형 모듈 조합부(4)와;An integrated module combination part 4 formed by combining two or more cases; 상기 일체형 모듈 조합부(4) 내부에 필요에 따라 하나 또는 두개 이상 여러 형태로 조합되어 설치되는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5);로 구성하되,Heat-absorbing / heat absorption integrated reformer module (5) that is installed in combination in one or more than two forms as needed in the integrated module combination unit (4); 상기 일체형 모듈 조합부(4)는, The integrated module combination part 4, 외부는 일측 케이스 하단 어느 일지점에 관통 형성된 발열반응 배기가스의 최종출구(41)와; 타측 케이스 상단 어느 일지점에 관통 형성된 흡열반응 배기가스의 최종출구(42)와; 상부의 촉매발열반응용혼합가스공급부와 하부의 촉매흡열반응용혼합가스공급부와 각각 연결되도록 상하부에 각각 형성된 일체형 모듈 조합부 연결 조인트(43)와; 배기가스가 누출되지 않도록 적어도 2개 이상의 케이스로 이루어진 일체형 모듈 조합부(4)의 케이스간 경계부에 장착된 일체형 모듈 조합부 실링 페이퍼(45)와; 이웃하는 케이스간을 연결하는 일체형 모듈 조합부 잠금장치(44);로 구성되고,The outside is the final outlet 41 of the exothermic reaction exhaust gas formed through one point of the bottom of one side case; A final outlet 42 of the endothermic reaction exhaust gas formed through one of the upper ends of the other case; An integrated module combining part connecting joint 43 formed respectively at the upper and lower ends thereof so as to be connected to the upper portion of the catalyst exothermic reaction mixture gas supply portion and the lower portion of the catalyst endothermic reaction gas supply portion; An integrated module combination sealing paper 45 mounted on the inter-case boundary of the integrated module combination 4 composed of at least two cases to prevent the exhaust gas from leaking; Composed of an integrated module combination locking unit 44 for connecting between neighboring cases, 내부는 상부로부터 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5)의 촉매흡열반응 배기가스가 배출되도록 공간부로 형성된 촉매발열반응 배가스 통로부(46)와; 그 하부에 위치하는 일체형 모듈 조합부 연소부(47)와; 그 하부에 촉매발열반응 배기가스가 배출되도록 공간부로 형성된 촉매흡열반응 배가스 통로부(48)로 구성된 것을 특징으로 하는 촉매연소를 이용한 열 공급용 발열반응과 수소생산용 흡열반응이 동시에 가능한 모듈타입 일체형 수소 리포머 장치.An inner portion of the catalyst exothermic reaction exhaust gas passage portion 46 formed as a space for discharging the catalytic endothermic reaction exhaust gas of the exothermic / endothermic integrated reformer module 5 from the upper portion; An integrated module combination part combustion unit 47 located below the unit; A modular type integral type capable of simultaneously performing exothermic reaction for heat supply and endothermic reaction for hydrogen production using catalyst combustion, characterized in that the catalyst endothermic reaction exhaust gas passage portion 48 formed as a space portion to discharge the catalyst exothermic reaction exhaust gas at the lower portion thereof. Hydrogen reformer device. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 모듈 타입의 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5)은 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)과 그 내부에 일정간격 이격되어 설치된 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)으로 이루어진 단면형상이 원형인 이중의 원통관 구조로 이루어지고, 그 양측단에는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 연결 프랜지(27)가 형성되되,The module type heat / absorption integrated reformer module 5 has a circular cross-section consisting of the heat / absorption integrated reformer module exterior 23 and the heat / absorption integrated reformer module inner tube 25 installed at a predetermined interval therein. Consists of a double cylindrical tube structure, the both ends of the heating / heat absorbing integrated reformer module connection flange 27 is formed, 상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)의 외측과 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)의 내측에는 발열반응용 촉매(24)가 코팅되어 있고, 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)의 안쪽에는 흡열반응용 촉매(26)체가 적어도 하나 이상 설치되고,An exothermic reaction catalyst 24 is coated on the outside of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module inner tube 25 and the inside of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module exterior 23, and the exothermic / heat absorbing integrated reformer module inner tube 25 At least one end catalyst for the endothermic reaction is installed inside, 상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)과 그 내부에 일정간격 이격되어 설치된 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)은 서로 다른 방향에서 일측단이 막힌 구조를 가져 개방된 곳을 통해 발열반응 또는 흡열반응을 위한 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스나 촉매발열반응용 혼합가스가 유입되는 구조를 갖되, 일측단이 막힌 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25) 쪽 둘레에는 바깥방향으로 관통되게 형성된 적어도 하나이상의 촉매흡열반응 배기가스 출구(28)가 형성되고, 일측단이 막힌 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23) 쪽 둘레에는 바깥방향으로 관통되게 형성된 적어도 하나이상의 촉매발열반응 배기가스 출구(29)가 형성되고,The exothermic / absorption integrated reformer module exterior 23 and the exothermic / absorption integrated reformer module inner tube 25 installed at a predetermined interval apart therefrom have a structure in which one end is blocked in different directions, thereby exothermic reaction or It has a structure in which the air / fuel mixed gas for the catalytic endothermic reaction or the mixed gas for the catalytic exothermic reaction flows in for the endothermic reaction, but is formed to penetrate outwardly around the inner tube 25 side of the exothermic / endothermic integrated reformer module with one end blocked. At least one catalytic endothermic exhaust gas outlet 28 is formed, and at least one catalytic endothermic exhaust gas outlet 29 is formed so as to penetrate outwardly around the exterior 23 of the exothermic / endothermic integrated reformer module with one end blocked. ) Is formed, 상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)의 둘레에는 단열재(22)가 충전된 단열외관(21)이 형성되어 구성된 것을 특징으로 하는 촉매연소를 이용한 열 공급용 발열반응과 수소생산용 흡열반응이 동시에 가능한 모듈타입 일체형 수소 리포머 장치.An exothermic reaction for heat supply and an endothermic reaction for hydrogen production using catalytic combustion, characterized in that the heat insulation / exterior heat absorber 22 is filled with a heat insulating exterior 21 is formed around the outer module 23 of the reforming integrated module module Modular all-in-one hydrogen reformer unit available at the same time. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)의 외측둘레방향 및 길이방향으로 발열 반응 표면적을 넓히기 위해 적어도 하나이상의 핀(31)이 외경방향으로 돌 출되고, 이 돌출된 핀(31)에 발열반응용 촉매(24)가 코팅되어 구성된 것을 특징으로 하는 촉매연소를 이용한 열 공급용 발열반응과 수소생산용 흡열반응이 동시에 가능한 모듈타입 일체형 수소 리포머 장치.At least one fin 31 protrudes in the outer diameter direction to expand the exothermic reaction surface area in the outer circumferential direction and the longitudinal direction of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module inner tube 25, and exothermic reaction to the protruding fin 31. Modular integrated hydrogen reformer device capable of simultaneously exothermic reaction for heat supply and endothermic reaction for hydrogen production using a catalytic combustion, characterized in that the catalyst 24 is coated. 제 7항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)의 내측둘레방향 및 길이방향으로 발열 반응 표면적을 넓히기 위해 적어도 하나이상의 핀(31)이 내경방향으로 돌출되고, 이 돌출된 핀(31)에 발열반응용 촉매(24)가 코팅되어 구성된 것을 특징으로 하는 촉매연소를 이용한 열 공급용 발열반응과 수소생산용 흡열반응이 동시에 가능한 모듈타입 일체형 수소 리포머 장치.At least one fin 31 protrudes in the inner diameter direction to widen the exothermic reaction surface area in the inner circumferential direction and the longitudinal direction of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module exterior 23, and the exothermic reaction to the protruding fin 31. Modular integral hydrogen reformer device capable of simultaneously performing an exothermic reaction for heat supply and an endothermic reaction for hydrogen production using a catalyst combustion, characterized in that the catalyst 24 is coated. 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 모듈 타입의 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5)은 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)과 그 내부에 일정간격 이격되어 설치된 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)으로 이루어진 단면형상이 사각형인 이중의 사각통관 구조로 이루어지고, 그 양측단에는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 연결 프랜지(27)가 형성되되,The module type heat / absorption integrated reformer module 5 has a rectangular cross-section consisting of the heat / absorption integrated reformer module exterior 23 and the heat / absorption integrated reformer module inner tube 25 installed to be spaced apart at a predetermined interval therein. It is made of a double rectangular clearance structure, the both ends of the heating / heat absorbing integrated reformer module connection flange 27 is formed, 상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)의 외측과 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)의 내측에는 발열반응용 촉매(24)가 코팅되어 있고, 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)의 안쪽에는 흡열반응용 촉매(26)체가 적어도 하나이상 설치되고,An exothermic reaction catalyst 24 is coated on the outside of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module inner tube 25 and the inside of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module exterior 23, and the exothermic / heat absorbing integrated reformer module inner tube 25 At least one endothermic reaction catalyst 26 is installed therein, 상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)과 그 내부에 일정간격 이격되어 설치된 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)은 서로 다른 방향에서 일측단이 막힌 구조를 가져 개방된 곳을 통해 발열반응 또는 흡열반응을 위한 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스나 촉매발열반응용 혼합가스가 유입되는 구조를 갖되, 일측단이 막힌 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25) 쪽 둘레에는 바깥방향으로 관통되게 형성된 적어도 하나이상의 촉매흡열반응 배기가스 출구(28)가 형성되고, 일측단이 막힌 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23) 쪽 둘레에는 바깥방향으로 관통되게 형성된 적어도 하나이상의 촉매발열반응 배기가스 출구(29)가 형성되고,The exothermic / absorption integrated reformer module exterior 23 and the exothermic / absorption integrated reformer module inner tube 25 installed at a predetermined interval apart therefrom have a structure in which one end is blocked in different directions, thereby exothermic reaction or It has a structure in which the air / fuel mixed gas for the catalytic endothermic reaction or the mixed gas for the catalytic exothermic reaction flows in for the endothermic reaction, but is formed to penetrate outwardly around the inner tube 25 side of the exothermic / endothermic integrated reformer module with one end blocked. At least one catalytic endothermic exhaust gas outlet 28 is formed, and at least one catalytic endothermic exhaust gas outlet 29 is formed so as to penetrate outwardly around the exterior 23 of the exothermic / endothermic integrated reformer module with one end blocked. ) Is formed, 상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)의 둘레에는 단열재(22)가 충전된 단열외관(21)이 형성되어 구성되고,A heat insulation exterior 21 filled with a heat insulating material 22 is formed around the exothermic / heat absorption integrated reformer module exterior 23, 상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)의 외측에 발열 반응 표면적을 넓히고, 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스(15)의 난류 유동을 유도하기 위한 주름판(32)이 형성되고, 이 돌출된 주름판(32)에 발열반응용 촉매(24)가 코팅되어 구성된 것을 특징으로 하는 촉매연소를 이용한 열 공급용 발열반응과 수소생산용 흡열반응이 동시에 가능한 모듈타입 일체형 수소 리포머 장치.On the outside of the exothermic / heat absorption integrated reformer module inner tube 25, a corrugated plate 32 is formed to widen the exothermic reaction surface area and induce turbulent flow of the air / fuel mixture gas 15 for the catalytic exothermic reaction, and the protrusion Modular integral hydrogen reformer device capable of simultaneously performing exothermic reaction for heat supply and endothermic reaction for hydrogen production using catalytic combustion, characterized in that the corrugated plate (32) is coated with an exothermic reaction catalyst (24). 제 6항에 있어서,The method of claim 6, 상기 모듈 타입의 발열/흡열 일체형 리포머 모듈(5)은 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)과 그 내부에 일정간격 이격되어 설치된 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)으로 이루어진 단면형상이 사각형인 이중의 사각통관 구조로 이루어지고, 그 양측단에는 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 연결 프랜지(27)가 형성되되,The module type heat / absorption integrated reformer module 5 has a rectangular cross-section consisting of the heat / absorption integrated reformer module exterior 23 and the heat / absorption integrated reformer module inner tube 25 installed to be spaced apart at a predetermined interval therein. It is made of a double rectangular clearance structure, the both ends of the heating / heat absorbing integrated reformer module connection flange 27 is formed, 상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)의 외측과 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)의 내측에는 발열반응용 촉매(24)가 코팅되어 있고, 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)의 안쪽에는 흡열반응용 촉매(26)체가 적어도 하나이상 설치되고,An exothermic reaction catalyst 24 is coated on the outside of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module inner tube 25 and the inside of the exothermic / heat absorbing integrated reformer module exterior 23, and the exothermic / heat absorbing integrated reformer module inner tube 25 At least one endothermic reaction catalyst 26 is installed therein, 상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)과 그 내부에 일정간격 이격되어 설치된 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25)은 서로 다른 방향에서 일측단이 막힌 구조를 가져 개방된 곳을 통해 발열반응 또는 흡열반응을 위한 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스나 촉매발열반응용 혼합가스가 유입되는 구조를 갖되, 일측단이 막힌 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 내관(25) 쪽 둘레에는 바깥방향으로 관통되게 형성된 적어도 하나이상의 촉매흡열반응 배기가스 출구(28)가 형성되고, 일측단이 막힌 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23) 쪽 둘레에는 바깥방향으로 관통되게 형성된 적어도 하나이상의 촉매발열반응 배기가스 출구(29)가 형성되고,The exothermic / absorption integrated reformer module exterior 23 and the exothermic / absorption integrated reformer module inner tube 25 installed at a predetermined interval apart therefrom have a structure in which one end is blocked in different directions, thereby exothermic reaction or It has a structure in which the air / fuel mixed gas for the catalytic endothermic reaction or the mixed gas for the catalytic exothermic reaction flows in for the endothermic reaction, but is formed to penetrate outwardly around the inner tube 25 side of the exothermic / endothermic integrated reformer module with one end blocked. At least one catalytic endothermic exhaust gas outlet 28 is formed, and at least one catalytic endothermic exhaust gas outlet 29 is formed so as to penetrate outwardly around the exterior 23 of the exothermic / endothermic integrated reformer module with one end blocked. ) Is formed, 상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)의 둘레에는 단열재(22)가 충전된 단열외관(21)이 형성되어 구성되고,A heat insulation exterior 21 filled with a heat insulating material 22 is formed around the exothermic / heat absorption integrated reformer module exterior 23, 상기 발열/흡열 일체형 리포머 모듈 외관(23)의 내측에 발열 반응 표면적을 넓히고, 촉매발열반응용 공기/연료 혼합가스(15)의 난류 유동을 유도하기 위한 주름판(32)이 형성되고, 이 돌출된 주름판(32)에 발열반응용 촉매(24)가 코팅되어 구성된 것을 특징으로 하는 촉매연소를 이용한 열 공급용 발열반응과 수소생산용 흡열반응이 동시에 가능한 모듈타입 일체형 수소 리포머 장치.The inner surface of the exothermic / heat absorption integrated reformer module exterior 23 expands the exothermic reaction surface area, and a corrugated plate 32 is formed to induce turbulent flow of the air / fuel mixture gas 15 for the catalytic exothermic reaction. Modular integral hydrogen reformer device capable of simultaneously performing exothermic reaction for heat supply and endothermic reaction for hydrogen production using catalytic combustion, characterized in that the corrugated plate (32) is coated with an exothermic reaction catalyst (24).
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