KR100941922B1 - 3유체 노즐을 포함하는 연료 개질기, 및 연료 개질 방법 - Google Patents

3유체 노즐을 포함하는 연료 개질기, 및 연료 개질 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100941922B1
KR100941922B1 KR1020080034587A KR20080034587A KR100941922B1 KR 100941922 B1 KR100941922 B1 KR 100941922B1 KR 1020080034587 A KR1020080034587 A KR 1020080034587A KR 20080034587 A KR20080034587 A KR 20080034587A KR 100941922 B1 KR100941922 B1 KR 100941922B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
fuel
fluid
water
air
reforming
Prior art date
Application number
KR1020080034587A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20090109243A (ko
Inventor
배중면
이상용
권화길
윤상호
이치영
Original Assignee
한국과학기술원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국과학기술원 filed Critical 한국과학기술원
Priority to KR1020080034587A priority Critical patent/KR100941922B1/ko
Publication of KR20090109243A publication Critical patent/KR20090109243A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100941922B1 publication Critical patent/KR100941922B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/22Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • C01B3/24Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
    • C01B3/26Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons using catalysts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/04Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge
    • B05B7/0408Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing two or more liquids
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/02Spray pistols; Apparatus for discharge
    • B05B7/04Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge
    • B05B7/0416Spray pistols; Apparatus for discharge with arrangements for mixing liquids or other fluent materials before discharge with arrangements for mixing one gas and one liquid
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/16Controlling the process
    • C01B2203/1614Controlling the temperature
    • C01B2203/1623Adjusting the temperature
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/80Aspect of integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas not covered by groups C01B2203/02 - C01B2203/1695
    • C01B2203/84Energy production
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

본 발명은 3유체 노즐, 상기 노즐을 포함하는 연료 개질기, 및 연료 개질 방법에 관한 것으로서, 연료, 공기, 및 물을 동시에 분사하는 3유체 노즐을 이용하여 연료개질에 필요한 반응물들을 단일 장치를 통해 공급함으로써 소형화가 가능하며, 연료뿐만 아니라 물 역시 공기에 의해 미립화가 가능하여 반응물들의 혼합도를 증진시킬 수 있고, 탄소침적 현상 억제 및 수소 생산 효율을 높일 수 있는 3유체 노즐, 상기 노즐을 포함하는 연료 개질기, 및 연료 개질 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 3유체 노즐은 3중관 형태로 형성되어 내측으로부터 독립적인 제1유로, 제2유로, 및 제3유로를 형성하고, 상기 제1유로, 제2유로, 및 제3유로는 각각 서로 다른 제1유체, 제2유체, 및 제3유체가 공급되며, 3중관의 단부에 분사부가 형성되어 상기 제1유체, 제2유체, 및 제3유체가 동시에 분사되도록 하는 것을 특징으로 한다.
연료 개질, 탄소 침적, 3유체

Description

3유체 노즐을 포함하는 연료 개질기, 및 연료 개질 방법{FUEL REFORMER EQUIPPED WITH 3-FLUID NOZZLE, AND REFORMING METHOD}
본 발명은 3유체 노즐, 상기 노즐을 포함하는 연료 개질기, 및 연료 개질 방법에 관한 것으로서, 연료, 공기, 및 물을 동시에 분사하는 3유체 노즐을 이용하여 연료개질에 필요한 반응물들을 단일 장치를 통해 공급함으로써 소형화가 가능하며, 연료뿐만 아니라 물 역시 공기에 의해 미립화가 가능하여 반응물들의 혼합도를 증진시킬 수 있고, 탄소침적 현상 억제 및 수소 생산 효율을 높일 수 있는 3유체 노즐, 상기 노즐을 포함하는 연료 개질기, 및 연료 개질 방법에 관한 것이다.
연료전지(Fuel Cell)는 산화에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 전지로, 수소, 산소와 같이 지구상에 풍부하게 존재하는 물질로부터 전기에너지를 발생시키는 새로운 친환경적 미래형 에너지 기술이다.
상기 연료전지는 지구온난화와 환경오염 문제를 야기하지 않으면서도, 에너지효율이 우수하여 내연기관을 대체할 것으로 예상되며 이에 따라 세계적으로 활발 히 연구되고 있다.
더욱 상세하게, 상기 연료전지는 공기극(Cathode)에 산소가 공급되고 연료극(Anode)에 연료가스인 수소가 공급되어 물의 전기분해 역반응 형태로 전기화학반응이 진행되어 전기, 열, 및 물이 발생되어 공해를 유발하지 않으면서도 고효율로 전기에너지를 생성한다.
이 때, 연료가스가 되는 수소의 안정적인 공급은 대단히 중요한 요소이며, 상기 연료전지에 수소를 공급하는 방법으로는 수소 자체를 보관하는 방법도 초기에 제안되었으나 안전상의 이유로 이용이 쉽지 않고, 최근에는 수소를 함유하는 연료를 개질하여 수소를 생산해 내는 연료개질법이 주로 이용되고 있다.
연료 개질법에 의한 수소 생산 방법으로는 자열개질(Autothermal Reforming, ATR), 부분산화개질(Partial Oxidation, POX) 및 수증기 개질(Steam Reforming, SR) 방법 등이 알려져 있고, 천연가스, 메탄올, 가솔린, 디젤과 같은 연료를 촉매층에서 수소로 생산하는 장치를 연료개질기(Fuel Reformer)라 한다.
종래의 연료 개질기를 도 1에 도시하였다. 상기 도 1에 도시한 연료 개질기(10)에서 연료주입구(14)로 유입되는 탄화수소 연료 가스는 1차 촉매(11)와 2차 촉매(12)를 순차적으로 통과하며 수증기 개질을 통해 수소 가스로 전환되고, 수소 출구(14')를 통해 빠져 나간다.
이 때, 상기 연료는 미립화되어야 개질 효율을 높일 수 있으므로, 상기 연료를 미립화하고 내부로 공급하기 위한 수단이 형성되어야 하고, 개질에 필요한 수증 기를 공급하는 수증기 공급수단이 별도로 형성되어야 하므로, 그 구성이 복잡하다.
특히, 높은 수소 함유량을 갖는 액체유는 천연가스, LPG 등에 비해 개질 대상 연료로서 부각되고 있으나, 상기 액체유는 높은 끓는점을 가지고 있어 액체유를 기화시키기 위해서는 많은 에너지가 필요하며, 높은 점도로 인해 액체유 공급 시 맥동 현상이 발생된다. 또한 서로 다른 물성을 가진 연료, 공기 및 물의 혼합이 어려워 개질 효율이 저하되는 문제점이 있다.
따라서 상기 액체유를 포함하는 연료 미립화 뿐만 아니라 개질기 내부로 함께 공급되는 물의 미립화를 동시에 이행하여 개질부 내부로 공급하기 위한 미립화수단의 시급한 개발이 요구되고 있다.
한편, 상기 도 1에서, 1차 촉매(11) 및 2차 촉매(12)에서 진행되는 개질 반응을 위한 반응열은 케이싱(15) 하부에 마련된 버너(13)를 통해 공급하며, 더욱 상세하게, 상기 버너(13)에서 생성된 고온의 반응 가스는 2차 촉매(12) 및 1차 촉매(11)측을 돌아 연소가스 출구(13')로 빠져 나가며 촉매를 지나는 개질 가스에 반응열을 공급한다.
그러나 상기 미립화수단이 피에조 효과를 이용한 초음파 분사 장치일 경우에, 상기 초음파 분사 장치는 내열성이 낮아 개질 반응부에 인접하여 형성되지 못한다. 이러한 현상은 초음파 분사 장치의 효과적인 연료 분사가 어렵게 되어 최종적으로 수소 생산 효율을 저하시키게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 개질 반응에 필요한 연료, 공기, 및 물을 단일 구성품인 3유체 노즐을 이용하여 동시에 공급함으로써 구성을 간소화하고 소형화가 가능한 3유체 노즐, 상기 노즐을 포함하는 연료 개질기, 및 연료 개질 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 연료를 효율적으로 미립화하여 탄소 침적에 의한 문제점을 미연에 방지하고 내열성을 갖는 3유체 노즐을 이용하여 반응부에 인접하여 미립화된 연료, 공기, 및 물을 분사함으로써 연료 개질 효율을 높일 수 있는 3유체 노즐, 상기 노즐을 포함하는 연료 개질기, 및 연료 개질 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 3유체 노즐은 3중관 형태로 형성되어 내측으로부터 독립적인 제1유로, 제2유로, 및 제3유로를 형성하고, 상기 제1유로, 제2유로, 및 제3유로는 각각 서로 다른 제1유체, 제2유체, 및 제3유체가 공급되며, 3중관의 단부에 분사부가 형성되어 상기 제1유체, 제2유체, 및 제3유체가 동시에 분사되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1유체, 제2유체, 및 제3유체는 각각 연료, 공기, 및 물에서 선택되는 하나의 물질이되, 상기 제1유체, 제2유체, 및 제3유체는 서로 동일하지 않은 것을 특징으로 하고, 바람직하게 상기 제1유체는 공기, 제2유체는 물, 제3유체 는 연료인 것을 특징으로 한다.
또, 상기 제1유로, 제2유로, 및 제3유로와 연통되는 분사부는 단부의 폭이 각각의 유로보다 좁게 형성되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 연료 개질기는 연료를 공급하는 연료공급부; 공기를 공급하는 공기공급부; 물을 공급하는 물공급부; 상기 연료공급부, 공기공급부, 및 물공급부와 연결되어 연료, 공기, 및 물을 분사하는 3유체 노즐; 상기 3유체 노즐 단부를 통해 분사된 공기를 포함하는 무화된 연료 및 물을 개질하는 촉매반응부가 형성되는 개질부; 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 연료 개질기의 상기 3유체 노즐은 교체가능한 것을 특징으로 하고, 상기 연료 개질기는 상기 연료공급부, 공기공급부, 및 물공급부와 상기 3유체 노즐 각각의 유로가 서로 연통되도록 연결하기 위한 연결수단이 더 형성되되, 상기 연결수단과 상기 3유체 노즐의 상부는 서로 대응되는 고정부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료 개질기는 상기 개질부의 온도를 조절하는 온도조절수단이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 연료 개질 방법은 연료 개질 방법에 있어서, 3중관 형태의 3유체 노즐의 제1유로, 제2유로, 및 제3유로에 연료, 공기, 및 물에서 선택되는 서로 다른 하나의 물질을 각각 공급하는 연료, 공기, 및 물 공급 단계; 상기 공급된 연료, 공기, 및 물을 분사하여 연료 및 물을 무화하고 혼합하는 무화 및 혼합 단계; 및 상기 무화된 연료 및 물과, 공기 혼합물을 촉매반응시켜 개질하는 개질 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명의 3유체 노즐, 상기 노즐을 포함하는 연료 개질기, 및 연료 개질 방법은 내열성을 갖는 3유체 노즐을 이용하여 미립화된 연료 및 물과 함께 공기가 동시에 촉매반응부에 인접하여 공급되도록 함으로써 탄소 침적에 의한 개질기의 내구성 및 반응 저하의 문제점을 해결하고 연료 개질 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 3유체 노즐, 상기 노즐을 포함하는 연료 개질기, 및 연료 개질 방법은 공기에 의해 연료 및 물을 미립화하고 동시에 공급하여 물을 수증기화하기 위한 별도의 수단이 필요치 않아 구성을 간소화하고, 소형화가 가능하며, 에너지를 절약할 수 있는 장점이 있다.
이하, 상술한 바와 같은 특징을 가지는 본 발명의 3유체 노즐(100) 및 상기 노즐을 포함하는 연료 개질기(1000), 및 연료 개질 방법을 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 3유체 노즐(100)을 나타낸 사시도이고, 도 3은 상기 도 2에 도시한 3유체 노즐(100)의 단면도이며, 도 4는 상기 도 3의 AA' 단면도이다.
상기 도 2 내지 도 4까지 도시된 바와 같이, 본 발명의 3유체 노즐(100)은 3중관 형태로 형성되어 내측으로부터 독립적인 제1유로(110), 제2유로(120), 및 제3유로(130)를 형성하고, 상기 제1유로(110), 제2유로(120), 및 제3유로(130)는 각각 서로 다른 제1유체, 제2유체, 및 제3유체가 공급되며, 3중관의 단부에 분사부(140)가 형성되어 상기 제1유체, 제2유체, 및 제3유체가 동시에 분사되도록 한다.
상기 제1유로(110), 제2유로(120), 및 제3유로(130)는 상기 도 4 에 도시된 바와 같이, 3중관의 내측으로부터 독립적인 공간을 형성하는 부분을 의미하며, 상기 각각의 유로는 서로 다른 종류의 유체가 공급된다.
본 발명의 3유체 노즐(100)은 연료 개질기(1000) 이외에 3종류의 유체를 혼합하고 미립화하는 다양한 분야에 적용될 수 있으며, 본 발명의 3유체 노즐(100)이 연료 개질기(1000)에 이용되는 경우에, 상기 제1유체, 제2유체, 및 제3유체는 각각 연료, 공기, 및 물에서 선택되는 하나의 물질이되, 상기 제1유체, 제2유체, 및 제3유체는 서로 동일하지 않은 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 3유체 노즐(100)은 제1유체, 제2유체, 및 제3유체의 혼합 및 미립화 성능을 높이기 위해 상기 분사부(140) 단부의 폭이 각각의 유로보다 좁게 형성되도록 한다.
상기 분사부(140)에 각도가 형성됨에 따라 상기 제1유체, 제2유체, 및 제3유 체는 상기 3중관의 중심축 방향으로의 흐름을 가지며, 단부에서 폭이 좁아짐에 따라 유속이 증가되어 충돌에 의해 연료 및 물의 미립화가 더욱 원활히 진행되도록 한다.
상기 3유체 노즐(100)이 연료 개질기(1000)에 이용되는 경우에 상기 제1유체, 제2유체, 및 제3유체는 순차적으로 공기, 물, 연료인 것이 바람직하며, 아래에서 더욱 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명에 따른 3유체 노즐(100)을 나타낸 다른 단면도로, 본 발명의 3유체 노즐(100)은 상기 제1유체, 제2유체, 및 제3유체를 공급하는 수단(연료공급부(300), 공기공급부(400), 물공급부(500))과의 연결을 위해 연결수단(200)이 이용될 수 있다.
상기 연결수단(200)은 상기 3유체 노즐(100)의 제1유로(110) 내지 제3유로(130)가 각각 연통되는 독립적인 유로를 형성하도록 3중관 형태로 형성되되, 상기 연결수단(200)의 단부와 3유체 노즐(100)의 상부는 서로 대응되는 고정부(201)가 형성되어 상기 3유체 노즐(100)의 회전에 의해 교체가 가능하도록 할 수 있다.
상기 3유체 노즐(100)이 교체가 가능한 경우에, 상기 노즐(100) 내부의 점검 및 청소가 용이하며, 3유체 노즐(100)이 사용되는 환경에 따라 그 길이를 조절할 수 있는 장점이 있다.
이 때, 상기 3유체 노즐(100)은 3중관 내부의 이격되는 거리를 조절(내부의 관들의 위치 조절)하기 위하여 각각의 관이 하나의 구성품으로서 연결되도록 체결 부(미도시)가 형성되어야 한다. 상기 체결부는 각 유체의 흐름을 방해하지 않는 범위 내에서 형성되어야 함은 당연하다.
상기 도 5에 도시한 3유체 노즐(100)은 상기 연결수단(200)의 내부 관 내측이 일정 영역 함입되고, 상기 함입된 영역에, 상기 3중관의 내측 2개의 관 상부가 밀착되도록 형성된 예를 도시하였다.
도 6은 본 발명에 따른 연료 개질기(1000)를 나타낸 개략도로, 본 발명의 연료 개질기(1000)는 연료를 공급하는 연료공급부(300); 공기를 공급하는 공기공급부(400); 물을 공급하는 물공급부(500); 상기 연료공급부(300), 공기공급부(400), 및 물공급부(500)와 연결되어 연료, 공기, 및 물을 분사하는 상술한 바와 같은 3유체 노즐(100); 및 상기 3유체 노즐(100) 단부를 통해 분사된 공기를 포함하는 무화된 연료 및 물을 개질하는 촉매반응부(610)가 형성되는 개질부(600); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 연료공급부(300)는 연료가 저장되는 연료저장부, 연료가 이송되는 연료이송라인, 연료의 공급량을 제어하는 연료공급제어부를 포함하여 형성되고, 상기 연료공급제어부는 연료펌프 또는 밸브와 같은 수단이 이용될 수 있다.
상기 공기공급부(400)는 공기가 이송되는 공기이송라인, 공기의 공급량을 제어하는 공기공급제어부를 포함하여 형성되며, 상기 공기이송라인에는 공기의 공급 압력을 조절하는 레귤레이터가 더 구비될 수 있다.
상기 물공급부(500)는 물이 저장되는 물저장부, 물의 공급량을 제어하는 물 제어부를 포함하여 형성된다.
상기 3유체 노즐(100)은 분사와 동시에 3가지의 유체(연료, 공기, 물)가 혼합되어 별도의 혼합과정 없이 개질 반응에 필요한 물질을 개질부(600) 내부로 공급할 수 있으며, 공기를 통해 연료뿐만 아니라 물도 효율적으로 미립화시켜 개질 성능을 높일 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 연료 개질기(1000)는 상기 3유체 노즐(100)을 이용하여 공급되는 물이 공기에 의해 미립화됨에 따라 물을 수증기화하기 위한 별도의 수단이 필요치 않으므로, 연료 개질기(1000) 구성의 소형화가 가능하고, 개질기 구동에 소요되는 에너지를 줄일 수 있는 장점이 있다.
상기 도 6에 도시한 본 발명의 연료 개질기(1000)는 상기 연결수단(200)의 상부(노즐(100)이 구비되는 측의 반대측)에 공기공급부(400)가 형성되고, 좌ㆍ우측에 각각 물공급부(500) 및 연료공급부(300)가 형성된 예를 도시한 것으로서, 상기 공기공급부(400), 물공급부(500) 및 연료공급부(300)는 다양한 형태로 형성될 수 있으며, 상기 3유체 노즐(100)의 각 유로와 다양하게 연통되어 상기 제1유로(110) 내지 제3유로(130)로 공급되는 유체의 종류를 조절할 수 있다.
아래는 본 발명에 따른 상기 3유체 노즐(100)의 각 유로에 공급되는 유체의 종류에 따른 연료 및 물의 미립화 성능을 알아보기 위하여 아래와 같은 실험을 실시하였다.
도 7 표시 제1유로 제2유로 제3유로
실시예 1
Figure 112008026688473-pat00001
공기 연료
실시예 2
Figure 112008026688473-pat00002
공기 연료
실시예 3
Figure 112008026688473-pat00003
연료 공기
<표 1. 본 발명에 따른 실시예들의 제1유로, 제2유로, 및 제3유로에 공급되는 유체의 종류>
상기 표 1은 본 발명에 따른 실시예1 내지 3의 각 유로에 공급되는 유체의 종류를 정리한 것이며, 도 7은 본 발명에 따른 무화된 연료 및 물의 평균입경(SMD)을 나타낸 그래프로, 16℃에서 밀도 816 kg/m3 인 디젤 연료 40 ml/min를 공급하고, 물 공급량 및 공기 공급량을 변화시키면서 Helos Vario 장치를 이용하여 평균 입경을 측정하였다.
상기 표 1 및 도 7에서 속이 찬 모형 "
Figure 112008026688473-pat00004
"은 물 공급량이 40 ml/min, 속이 빈 모형 "
Figure 112008026688473-pat00005
"은 물 공급량이 70 ml/min 인 경우를 나타낸다.
도 7에서, 공기 공급량이 증가할수록 연료 및 물 평균입경은 이에 반비례하여 감소하는 경향을 확인할 수 있었으며, 이는 공기 양이 많을수록 연료 및 물과의 충돌이 강해져 미립화가 더욱 원활히 이루어짐을 알 수 있다.
또, 본 발명의 연료 개질기(1000)는 상기 도 7에서 확인된 바와 같이, 적은 공기 공급량으로도 물과 연료의 미립화 성능이 가장 큰 실시예 1인 상기 제1유체로서 공기가, 제2유체로서 물이, 제3유체로서 연료가 공급되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 연료 개질기(1000)는 상기 개질부(600)의 반응 온도를 조절하는 온도조절수단(700)이 더 구비되는 것이 바람직하며, 본 발명의 3유체 노즐(100)은 SUS316L과 같이 고온에 강한 재질로 형성되고, 교체가능하도록 형성되어 상기 3유체 노즐(100)이 상기 개질부(600)에 인접하여 혼합 및 미립화된 연료, 물, 및 공기가 공급되도록 함으로써 탄소침적현상을 방지하고, 연료를 효과적으로 무화할 수 있으며, 내구성을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 8은 본 발명에 따른 연료 개질 방법의 단계도로, 본 발명의 연료 개질 방법은 연료 개질 방법에 있어서, 연료, 공기, 및 물 공급 단계(Sa); 무화 및 혼합 단계(Sb); 및 개질 단계(Sc) 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 연료, 공기, 및 물 공급 단계(Sa)는 상기 연료공급부(300), 공기공급부(400), 및 물공급부(500)를 통해 각각 상기 3유체 노즐(100)로 연료, 공기, 및 물을 공급하는 단계이다.
상기 무화 및 혼합 단계(Sb)는 상기 3유체 노즐(100)로 공급된 연료, 공기, 및 물을 분사하여 상기 3종류의 유체가 서로 혼합되고, 연료 및 물을 무화하는 단계로서, 상기 무화 및 혼합 단계(Sb)는 별도의 단계가 아닌 상기 3유체 노즐(100)의 분사에 의해 무화 및 혼합이 동시에 진행되는 단계로서, 본 발명의 연료 개질 방법은 3유체 노즐(100)을 이용하여 하나의 구성으로 한 번의 단계를 통해 무화 및 혼합이 이루어지도록 하여 장치를 간소화하고 개질 반응이 효율적으로 이루어질 수 있도록 한다.
상기 개질 단계(Sc)는 상기 무화된 연료 및 물과, 공기 혼합물을 촉매반응시켜 개질하는 단계로서, 개질부(600) 내부의 촉매반응부(610)에 의해 수행된다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
도 1은 종래의 연료 개질기를 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 3유체 노즐을 나타낸 사시도.
도 3은 상기 도 2에 도시한 3유체 노즐의 단면도.
도 4는 상기 도 3의 AA' 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 3유체 노즐을 나타낸 다른 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 연료 개질기를 나타낸 개략도.
도 7은 본 발명에 따른 무화된 연료 및 물의 평균입경(SMD)을 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 연료 개질 방법의 단계도.
**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**
1000 : 본 발명에 따른 연료 개질기
100 : 3유체 노즐
110 : 제1유로 120 : 제2유로
130 : 제3유로 140 : 분사부
200 : 연결수단 201 : 고정부
300 : 연료공급부
400 : 공기공급부
500 : 물공급부
600 : 개질부 610 : 촉매반응부
700 : 온도조절수단
Sa ~ Sc : 본 발명에 따른 연료 개질 방법의 각 단계

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 연료를 공급하는 연료공급부(300); 공기를 공급하는 공기공급부(400); 물을 공급하는 물공급부(500); 3중관 형태로 형성되고, 상기 연료공급부(300), 공기공급부(400), 및 물공급부(500)와 각각 연결되어 내측으로부터 독립적인 제1유로(110), 제2유로(120), 및 제3유로(130)를 형성하며, 상기 3중관의 단부에 상기 3중관의 중심축 방향으로 일정각도 경사지게 형성되고 단부의 폭이 각각의 유로보다 좁게 형성되는 분사부(140)가 형성되어 공기, 물, 및 연료를 동시에 분사하는 3유체 노즐(100); 상기 3유체 노즐(100) 단부를 통해 분사된 공기를 포함하는 무화된 연료 및 물을 개질하는 촉매반응부(610)가 형성되는 개질부(600); 및 상기 개질부(600)를 감싸도록 형성되어 상기 개질부(600)의 온도를 조절하는 온도조절수단(700); 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연료 개질기(1000)의 상기 3유체 노즐(100)은 교체가능한 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연료 개질기(1000)는 상기 연료공급부(300), 공기공급부(400), 및 물공급부(500)와 상기 3유체 노즐(100) 각각의 유로가 서로 연통되도록 연결하기 위한 연결수단(200)이 더 형성되되, 상기 연결수단(200)과 상기 3유체 노즐(100)의 상부는 서로 대응되는 고정부(201)가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
  8. 삭제
  9. 제5항 내지 제7항 중 한 항에 의한 연료 개질기(1000)를 이용하여 연료를 개질 방법에 있어서,
    3중관 형태의 3유체 노즐(100)의 제1유로(110), 제2유로(120), 및 제3유로(130)에 연료, 공기, 및 물에서 선택되는 서로 다른 하나의 물질을 각각 공급하는 연료, 공기, 및 물 공급 단계(Sa);
    상기 공급된 연료, 공기, 및 물을 분사하여 연료 및 물을 무화하고 혼합하는 무화 및 혼합 단계(Sb); 및
    상기 무화된 연료 및 물과, 공기 혼합물을 촉매반응시켜 개질하는 개질 단계(Sc); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 개질 방법.
KR1020080034587A 2008-04-15 2008-04-15 3유체 노즐을 포함하는 연료 개질기, 및 연료 개질 방법 KR100941922B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080034587A KR100941922B1 (ko) 2008-04-15 2008-04-15 3유체 노즐을 포함하는 연료 개질기, 및 연료 개질 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020080034587A KR100941922B1 (ko) 2008-04-15 2008-04-15 3유체 노즐을 포함하는 연료 개질기, 및 연료 개질 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090109243A KR20090109243A (ko) 2009-10-20
KR100941922B1 true KR100941922B1 (ko) 2010-02-11

Family

ID=41552572

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020080034587A KR100941922B1 (ko) 2008-04-15 2008-04-15 3유체 노즐을 포함하는 연료 개질기, 및 연료 개질 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100941922B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020105811A1 (ko) * 2018-11-19 2020-05-28 고등기술연구원연구조합 냉각 및 증기 발생 기능을 가진 플레이트를 구비한 연소버너

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100328794B1 (ko) * 1993-09-22 2002-08-24 텍사코 디벨롭프먼트 코퍼레이션 부분산화방법및다공성팁을갖는버너
KR200402452Y1 (ko) 2005-09-09 2005-11-30 박석호 저 질소 산화물 발생용 연료분사노즐
KR20060135391A (ko) * 2005-06-24 2006-12-29 삼성에스디아이 주식회사 분무부를 구비한 개질 장치 및 이를 채용한 연료전지시스템
KR100684737B1 (ko) * 2005-10-06 2007-02-20 삼성에스디아이 주식회사 연료 개질장치 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100328794B1 (ko) * 1993-09-22 2002-08-24 텍사코 디벨롭프먼트 코퍼레이션 부분산화방법및다공성팁을갖는버너
KR20060135391A (ko) * 2005-06-24 2006-12-29 삼성에스디아이 주식회사 분무부를 구비한 개질 장치 및 이를 채용한 연료전지시스템
KR200402452Y1 (ko) 2005-09-09 2005-11-30 박석호 저 질소 산화물 발생용 연료분사노즐
KR100684737B1 (ko) * 2005-10-06 2007-02-20 삼성에스디아이 주식회사 연료 개질장치 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020105811A1 (ko) * 2018-11-19 2020-05-28 고등기술연구원연구조합 냉각 및 증기 발생 기능을 가진 플레이트를 구비한 연소버너

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090109243A (ko) 2009-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5264069B2 (ja) 燃料噴射・混合装置およびその使用方法
US7985506B2 (en) Fuel cell system and reformer
CN1330034C (zh) 重整器和具有该重整器的燃料电池系统
US20060042565A1 (en) Integrated fuel injection system for on-board fuel reformer
CN105517701A (zh) 用于混合可重整燃料和含氧气体和/或蒸汽的装置和方法
US6776809B2 (en) Fuel reforming apparatus
US8003269B2 (en) Fuel reforming apparatus and its method of driving and fuel cell system including the apparatus
CN102619624A (zh) 经重整的多种燃料预混合式低排放燃烧器和有关方法
US20080141590A1 (en) Method and apparatus for vaporizing fuel for a catalytic hydrocarbon fuel reformer
US20210126271A1 (en) Multi-fuel fuel cell system and operation method thereof
US20070151152A1 (en) Hydrogen generating apparatus
EP3022791B1 (en) Fuel cell module
KR100941922B1 (ko) 3유체 노즐을 포함하는 연료 개질기, 및 연료 개질 방법
CN100388549C (zh) 重整器和具有这种重整器的燃料电池系统
JP2006504523A (ja) 調量装置
KR102315289B1 (ko) 다중 개질 반응기 구성이 가능한 수증기 개질장치
US20050160671A1 (en) Fuel reforming apparatus
KR101180645B1 (ko) 연료 개질 가시화가 가능한 연료개질장치
KR100952606B1 (ko) 연료개질기 및 개질방법
KR20080085387A (ko) 액체연료 분무노즐 및 이를 이용한 부분산화 개질기
US9162203B1 (en) Hydrogen generator
CN108060955B (zh) 废热重组产氢装置
TWI609130B (zh) Waste heat recombination hydrogen production device
KR20170001262A (ko) 액체연료 연료처리기를 위한 액체연료와 개질산화제 혼합기, 및 연료 개질 방법
TWI397631B (zh) 動力總成及其應用

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130130

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140127

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160128

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170125

Year of fee payment: 8

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180129

Year of fee payment: 9

LAPS Lapse due to unpaid annual fee