KR101136859B1 - hydrocarbon reforming device using micro channel heater - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료의 연소열을 탄화수소의 개질에 필요한 에너지원으로 활용할 수 있는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치에 관한 것으로, 미세유로를 갖는 금속박판을 다층으로 적층하여, 중소형의 컴팩트한 수소 제조 장치에 적합하며, 특히, 분리막과 연계한 수소 정제공정에서 수소가 포함된 분리막 미 투과 가스를 연료로 활용할 수 있기 때문에 효율이 우수한 수소제조 시스템으로 활용할 수 있다.The present invention relates to a hydrocarbon reformer using a microfluidic heater that can utilize the heat of combustion of fuel as an energy source for hydrocarbon reforming. The present invention relates to a small-sized compact hydrogen production apparatus by stacking a thin metal plate having a microfluidic layer in multiple layers. In particular, in the hydrogen purification process in conjunction with the separator can be utilized as an efficient hydrogen production system because the non-permeable gas containing the hydrogen can be used as fuel.
Description
본 발명은 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 미세유로를 갖는 금속박판을 다층으로 적층해서, 연료를 연소한 고온의 배기가스와 개질 촉매층이 교차되는 공급 시스템 구성에서 촉매 플레이트 상하에 열전달 플레이트를 위치하여 탄화수소의 개질에 필요한 열전달 속도를 향상한 것으로 특징으로 하는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a hydrocarbon reformer using a microfluidic heater. More specifically, the heat transfer rate required for reforming hydrocarbons is provided by placing a heat transfer plate above and below the catalyst plate in a supply system configuration in which a thin metal sheet having a microchannel is laminated in multiple layers and the hot exhaust gas burning fuel and the reforming catalyst layer cross each other. It relates to a hydrocarbon reformer using a micro-channel heater characterized in that to improve.
각종 산업의 발전으로 온사이트(on-site) 또는 온보드(on-board)용 소형 수소제조장치 수요가 증가될 전망에 있다. 상용화된 대형 수소 제조공정은 도 1과 같다. 즉, 탄화수소류를 개질기(10)에서 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스로 전환시키고, 일산화탄소수성반응기(20)에서 수성전환(WGS, Water Gas Shift)시킨 후, 수소분리장치(30)에서 촉매 또는 분리막 등을 이용하여 개질가스로부터 일산화탄소를 제거하여 수소를 생성한다. 이 때, 개질기(10)에서 필요로 하는 반응열은, 수소분리장치(30)에서 생성된 수소의 일부를 연소기(40)에서 연소시켜 발생하는 연소열로 활용한다. The development of various industries is expected to increase the demand for on-site or on-board small hydrogen production equipment. Commercialized large-scale hydrogen production process is shown in FIG. That is, the hydrocarbons are converted to a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide in the
탄화수소를 이용한 수소의 생성 반응을 보면 반응식 1 내지 반응식 3과 같이 다양한 반응을 이용한 진행이 가능하다. Looking at the reaction of generating hydrogen using a hydrocarbon it is possible to proceed using a variety of reactions, such as Schemes 1 to 3.
[반응식 1]Scheme 1
CH4 + H2O → CO + 3H2, 반응열 : +206kJ/molCH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 , reaction heat: + 206kJ / mol
[반응식 2]Scheme 2
CO2 + CH4 → 2CO + 2H2, 반응열 : +247kJ/molCO 2 + CH 4 → 2CO + 2H 2 , Reaction heat: + 247kJ / mol
[반응식 3]Scheme 3
CH4 + 1/2O2 → CO + 2H2, 반응열 : -36kJ/molCH 4 + 1 / 2O 2 → CO + 2H 2 , heat of reaction: -36kJ / mol
이 중에서 생성물 중 수소 농도가 가장 높은 반응식 1에 따른 스팀개질(steam reforming)이 주목을 받고 있다.Of these, steam reforming according to Scheme 1, which has the highest hydrogen concentration in the product, is drawing attention.
이 과정에서 어려움은 반응식 1에 나타낸 바와 같이 반응에 필요한 열 공급이 관건으로 작용되고 있다. 스팀개질 반응의 경우 반응온도 750℃이상에서 탄화수소(메탄)의 전환율을 95%이상을 얻을 수 있기 때문에 고온의 유지와 함께 반응열을 공급하기 위하여 각고의 노력을 필요로 한다.The difficulty in this process is that the heat supply required for the reaction is acting as a key point in Scheme 1. In the case of the steam reforming reaction, since the conversion rate of hydrocarbon (methane) of 95% or more can be obtained at the reaction temperature of 750 ° C or higher, it is necessary to make an effort to supply the reaction heat with maintaining the high temperature.
상기 반응식 1에 필요한 반응열은 반응식 4와 같이 탄화수소의 연소(촉매산화 또는 연소)를 통하여 생성한다.Reaction heat required in Scheme 1 is generated through combustion (catalytic oxidation or combustion) of hydrocarbons as in Scheme 4.
[반응식 4]Scheme 4
CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O, 반응열 : -801kJ/molCH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O, heat of reaction: -801kJ / mol
반응식 4의 과정에서 열전달을 효과적으로 이루기 위하여 높은 온도차(△T), 넓은 접촉면적(A), 높은 열전달계수(k)를 갖는 물질을 필요로 한다. In order to effectively achieve heat transfer in Scheme 4, a material having a high temperature difference (ΔT), a large contact area (A), and a high heat transfer coefficient (k) is required.
그러나, 온도차를 얻기 위하여 가열에 필요한 화염의 온도를 무한정 올리는 것은 불가능 할 뿐더러 구성 재질의 문제점이 있고. 또한 열전달계수 역시 구성 재료의 고유한 값으로 결정되는 한계성이 있다. However, it is impossible to raise the temperature of the flame necessary for heating indefinitely in order to obtain the temperature difference, and there is a problem of the material of construction. In addition, the heat transfer coefficient is also limited by the inherent value of the constituent material.
따라서, 반응기 구성시 조절 가능한 항목으로서 열전달면적(A)의 확대 방향으로 귀결된다.Therefore, as an adjustable item in the reactor configuration, it results in an enlarged direction of the heat transfer area A.
이러한 용도에 반응기로, 금속 박판에 미세유로를 갖는 반응기를 이용하고자 하는 시도를 볼 수 있다. 특히, 본 발명의 출원인은 한국특허등록 제10-0719486호(마이크로 연소/개질반응기), 한국특허출원 제10-2009-0124091호 (미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치)를 개발하였고, 상기 발명에서는 가공된 금속 박판을 다층으로 적층함으로서 단위부피당 넓은 접촉면적을 확보할 수 있는 구체적인 모듈구성의 마이크로 연소/개질반응기를 개시하고 있다.Attempts have been made to use reactors for such applications, as well as reactors with microchannels in thin metal plates. In particular, the applicant of the present invention has developed Korean Patent Registration No. 10-0719486 (Micro Combustion / Reforming Reactor), Korean Patent Application No. 10-2009-0124091 (Hydrogen Reformer using a micro-flow heater), Disclosed is a micro-combustion / reforming reactor having a specific module structure in which a processed metal sheet is laminated in multiple layers to secure a large contact area per unit volume.
반응열 생성에 필요한 탄화수소(NG, LPG, 알콜류)의 연소반응은 매우 큰 발열량을 생성하는 격렬한 반응으로 촉매연소 또는 무촉매 연소를 통하여 진행할 수 있다. The combustion reaction of hydrocarbons (NG, LPG, alcohols) necessary to generate the heat of reaction may be carried out through catalytic combustion or non-catalytic combustion in a violent reaction that generates a very large calorific value.
상기 촉매산화는 산화반응을 시작할 수 있는 온도대역까지 촉매층의 예열과 함께, 미세유로 내부에 코팅시 장시간 고열에 노출될 때 이의 내구성에 문제가 있다. 즉, 산화촉매의 경우 연소장치가 운용되는 모든 시간에 고열에 노출될 때 이의 산화활성 유지가 어렵기 때문에 실용화에 한계점으로 작용되고 있다. 또한, 무촉매 연소에서는, 착화 불꽃이 확장될 수 있는 공간이 필요하기 때문에 컴팩트한 미세유로 반응기에 적용은 불가능하다.The catalytic oxidation has a problem in its durability when it is exposed to high heat for a long time when coating the inside of the micro flow path with the preheating of the catalyst layer up to a temperature range where the oxidation reaction can start. That is, in the case of an oxidation catalyst, it is difficult to maintain its oxidative activity when exposed to high heat at all times when a combustion apparatus is operated, which is a limitation in practical use. In addition, in non-catalytic combustion, it is not possible to apply to a compact microfluidic reactor because a space for ignition flame can be expanded.
탄화수소 개질 촉매는, 다양한 형태가 실용화 되어 있고, 여러 특허와 문헌에서 촉매제의 코팅 방법을 개시하고 있으나, 본 발명과 같이 미세유로 반응기에 적용하기 위해서 이의 특성과 잘 연계될 수 있도록 반응기 구성이 필요하다.
Although hydrocarbon reforming catalysts have been put into practical use in various forms, and various patents and literatures disclose coating methods for catalysts, a reactor configuration is required to be well connected with their properties for application to a microfluidic reactor as in the present invention. .
상기 문제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 미세유로를 갖는 금속박판을 다층으로 적층해서, 개질 촉매 플레이트에 연소열을 효과적으로 전달 할 수 있는 고효율의 탄화수소 개질장치 제공에 있다. An object of the present invention devised to solve the above problems is to provide a high-efficiency hydrocarbon reformer capable of effectively transferring combustion heat to a reforming catalyst plate by stacking a metal thin plate having a micro channel in multiple layers.
본 발명의 또 다른 목적은, 미세유로 반응기에 개질 촉매 적용방법의 제공에 있다.
Still another object of the present invention is to provide a method for applying a reforming catalyst to a reactor.
본 발명은 반응식 5와 같은 수소 산화반응은 귀금속 촉매표면에서 상온부터 개시될 수 있음에 착안하여 완성하였다. The present invention was completed in the light of the fact that the hydrogen oxidation reaction as in Scheme 5 can be started from room temperature on the surface of the noble metal catalyst.
[반응식 5]Scheme 5
H2 + 1/2O2 → H2O + 생성열 : 56kJ/molH 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O + Generated heat: 56kJ / mol
즉, 반응기 기동초기에 수소를 사용하여 일정온도까지 가열하고 메탄을 공급하여 주 열원을 생산하도록 운용할 수 있다. 또는, 반응기 기동 초기부터 수소와 기타 탄화수소의 혼합가스를 사용하여 상온부터 착화될 수 있도록 할 수 있다. That is, the reactor can be operated to produce a main heat source by heating to a certain temperature using hydrogen and supplying methane at the beginning of the reactor. Alternatively, it can be complexed from room temperature using a mixed gas of hydrogen and other hydrocarbons from the start of the reactor.
이와 같이 착화성이 좋은 수소를 단독사용 또는 탄화수소와 혼합사용할 때 반응기 가열시스템을 단순화 할 수 있기 때문에, 미세유로 반응기 같이 컴팩트형 반응기의 경쟁력을 강화할 수 있다.Thus, since the reactor heating system can be simplified when using hydrogen having good ignition alone or mixed with hydrocarbons, the competitiveness of a compact reactor like a microfluidic reactor can be enhanced.
또한, 본 발명에서는 니켈계 촉매를 이용하여 탄화수소로부터 합성가스를 제조한다. 니켈계 촉매의 탄화수소 개질 특성은 공지의 사실이다. 특히, 본 발명에서는 니켈계 플레이트형 촉매를 미세유로형 반응기와 연계한 탄화수소 개질기를 제공한다.In the present invention, a synthesis gas is produced from a hydrocarbon using a nickel-based catalyst. Hydrocarbon reforming properties of nickel-based catalysts are well known. In particular, the present invention provides a hydrocarbon reformer in which a nickel-based plate catalyst is linked with a microflow reactor.
그리고, 가열시스템에서 착화를 위하여 공기 및 연료의 최초 혼합포인트 영역에 산화촉매 코팅 물질을 위치시킨다. 기동시 수소 또는 수소를 포함하는 탄화수소와 공기의 혼합가스가 착화촉매에 접촉하여 착화되는 것을 특징으로 하다.The oxidation catalyst coating material is then placed in the region of the initial mixing point of air and fuel for ignition in the heating system. It is characterized in that at start-up, a mixed gas of hydrogen or a hydrocarbon containing hydrogen and air is contacted with the ignition catalyst to be ignited.
상기의 개질용 촉매는 금속 파우더 플레이트인 것을 특징으로 한다. 또한, 탄화수소는 촉매 플레이트의 상하 부분에 3차원 믹싱 플레이트를 위치하여 탄화수소 및 수분은 수직방향으로 촉매층을 통과됨을 특징으로 한다. 이때, 3차원 믹싱 플레이트의 사용으로 촉매플레이트와 연결된 촉매 홀더플레이트의 결합력 부여하고, 반응물의 흐름 공간 부여 및 가열플레이트로부터 촉매플레이트로 열에너지 전달체 역할을 하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.The reforming catalyst is characterized in that the metal powder plate. In addition, the hydrocarbon is located in the upper and lower portions of the catalyst plate is characterized in that the three-dimensional mixing plate and the hydrocarbon and water passes through the catalyst bed in the vertical direction. At this time, the use of the three-dimensional mixing plate is characterized in that it is configured to impart a bonding force of the catalyst holder plate connected to the catalyst plate, to provide a flow space of the reactants and to act as a heat energy carrier from the heating plate to the catalyst plate.
따라서, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 공기공급원과 연결되어 공기가 공급되는 공기공급관과, 연료공급원과 연결되어 연료가 공급되고 내부에 착화촉매가 배치되는 연료공급관과, 발생된 개질가스 배출관이 형성되는 상부플레이트; 원료공급원과 연결되어 원료가스가 공급되는 원료공급관과, 발생된 배기가스 배출관이 형성되는 하부플레이트; 상기 상부플레이트의 하부에 설치되어서, 상기 공기공급관으로부터 공급된 공기를 개질가스의 잔열에 의해 예열시켜 착화된 연료에 혼합 연소시키는 가열플레이트와 개질플레이트가 교호적으로 적층된 공기예열부; 상기 공기예열부의 하측에 설치되어서 연소된 배기가스와 개질가스 만을 통과시키는 상측유로 격리플레이트; 상기 상측유로 격리플레이트의 하부에 설치되어서, 상기 배기가스의 연소열을 전도하는 가열플레이트와, 상기 가열플레이트의 하측에 설치되고 상부 개질가스 유통플레이트와 하부 개질가스 유통플레이트의 사이에 배치되서 개질촉매가 상하측으로 노출되도록 설치되는 것에 의해 원료가스가 상기 개질촉매의 수직한 방향으로 이동하며 접촉되는 개질플레이트를 가지는 개질반응부; 상기 개질반응부의 하측에 설치되어서 개질반응부를 통과한 배기가스와 예열된 원료가스만을 통과시키는 상측유로 격리플레이트; 및 상기 상측유로 격리플레이트의 하부 및 상기 하부플레이트의 상부 사이에 설치되어서, 상기 원료가스를 상기 개질반응부를 통과한 배기가스로 예열시키는 폐열회수 플레이트와 개질예열플레이트가 교차적으로 배치되는 개질예열부를 포함하고, 상기 가열플레이트의 상면과, 상기 개질플레이트의 상면과, 상기 상부 개질가스 유통플레이트의 하면과, 상기 하부 개질가스 유통플레이트의 상면에는 각각 미세유로가 형성되는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치이다.Accordingly, the present invention for achieving the above object, the air supply pipe connected to the air supply source is supplied with air, the fuel supply pipe connected to the fuel supply source is supplied with fuel and the ignition catalyst is disposed therein, the generated reformed gas An upper plate on which discharge pipes are formed; A lower plate connected to a raw material supply source and configured to supply a raw material gas and a generated exhaust gas discharge pipe; An air preheating unit installed at a lower portion of the upper plate and alternately stacking a heating plate and a reforming plate for pre-heating the air supplied from the air supply pipe by residual heat of the reforming gas and mixing and combusting the complexed fuel; An upper flow passage isolation plate installed below the air preheating unit and passing only the exhaust gas and the reformed gas; The reforming catalyst is disposed under the upper flow path isolation plate and disposed between the heating plate conducting combustion heat of the exhaust gas and the lower reforming gas distribution plate and disposed between the upper reforming gas distribution plate and the lower reformation gas distribution plate. A reforming reaction part having a reforming plate which is installed so as to be exposed upward and downward and is in contact with the source gas in a vertical direction of the reforming catalyst; An upper flow path separation plate installed below the reforming reaction unit and configured to pass only the exhaust gas and the preheated raw material gas passing through the reforming reaction unit; And a reforming preheating unit disposed between a lower portion of the upper flow passage isolation plate and an upper portion of the lower plate, wherein a waste heat recovery plate and a reforming preheating plate are arranged alternately to preheat the raw material gas to exhaust gas passing through the reforming reaction unit. And a hydrocarbon reformer using a microfluidic heater having a microchannel formed on an upper surface of the heating plate, an upper surface of the reforming plate, a lower surface of the upper reformed gas distribution plate, and an upper surface of the lower reformed gas distribution plate. to be.
상기 상부플레이트에서, 상기 공기공급관과 상기 연료공급관이 상호 대향되게 배치되고, 상기 개질가스 배출관은 상기 공기공급관 및 상기 연료공급관에 대하여 거리를 두고 배치되며, 상기 하부플레이트는 상기 상부플레이트와 동일한 단면 형상 및 단면적을 가지고, 상기 원료공급관은 상기 상부플레이트의 연료공급관과 동일한 위치에 배치되는 것이 바람직하다.In the upper plate, the air supply pipe and the fuel supply pipe are disposed to face each other, the reformed gas discharge pipe is disposed at a distance from the air supply pipe and the fuel supply pipe, the lower plate has the same cross-sectional shape as the upper plate And it has a cross-sectional area, it is preferable that the raw material supply pipe is disposed at the same position as the fuel supply pipe of the upper plate.
또, 상기 가열플레이트는 4개의 관통홀이 서로 거리를 두고 형성되고, 이 중 2개의 관통홀이 상기 미세유로에 의해 연통되도록 형성되며, 상기 미세유로가 나머지 2개의 관통홀의 사이를 가로지르도록 배치되고, 상기 개질플레이트 및 상기 하부 개질가스 유통플레이트는 상기 가열플레이트를 수평면 상에서 180도 회전시킨 것과 동일하도록 4개의 관통홀 및 미세유로가 배치되며, 상기 상부 개질가스 유통플레이트는 상기 하부 개질가스 유통플레이트와 미세유로가 대향되도록 상기 가열플레이트를 뒤짚은 것과 동일한 것을 특징으로 한다.In addition, the heating plate is formed so that the four through holes are spaced from each other, two of the through holes are formed to communicate by the micro channel, the micro channel is arranged so as to cross between the remaining two through holes. The through reforming plate and the lower reformed gas distribution plate are provided with four through-holes and microchannels so that the heating plate is rotated 180 degrees on a horizontal plane, and the upper reformed gas distribution plate is the lower reformed gas distribution plate. It is characterized in that the same as flipping the heating plate so that the micro-channel and the opposite.
또 다른 발명은, 공기공급원과 연결되어 공기가 공급되는 공기공급관과, 연료공급원과 연결되어 연료가 공급되고 내부에 착화촉매가 배치되는 연료공급관과, 발생된 개질가스 배출관이 형성되는 상부플레이트; 상기 상부플레이트의 하부에 설치되고, 각각의 상부면에 미세유로가 형성되며, 교호적으로 한쌍 이상이 적층되어서 상기 공기공급관과 연결되는 공기유입관과, 상기 연료공급관과 연결되는 연소관과, 상기 개질가스 배출관과 연결되는 개질가스 유출관과, 상기 공기유입관과 상기 연소관과 상기 개질가스 유출관에 대해 거리를 두는 개질가스 유통관을 형성하는 공기예열 플레이트 및 개질가스 냉각플레이트를 가지고, 상기 공기예열플레이트는 상기 미세유로에 의해 상기 공기공급관과 상기 연소관이 연결되며, 상기 개질가스 냉각플레이트는 상기 미세유로에 의해 상기 개질가스 배출관과 상기 개질가스 유통관을 연결시키는 공기예열부; 상기 공기예열부의 하측에 배치되어, 상기 개질가스 유출관과 상기 공기유입관의 하측을 폐쇄하는 상측유로 격리플레이트; 상기 상측유로 격리플레이트의 하부에 설치되고 상기 연소관과 상기 개질가스 유통관과 연통되며 상부면에 배기가스 유통관과 상기 연소관과 연결하는 미세유로가 형성되는 하나 이상의 연소열교환플레이트와, 상기 연소열교환플레이트의 하부에 설치되고 상기 배기가스 유통관과 연통되고 상기 배기가스 유통관과 격리되면서 상기 개질가스유통관과 연통하는 미세유로가 형성되는 상부개질가스 유통플레이트와, 상기 상부개질가스 유통플레이트의 하측에 배치되고 중심에 개질촉매가 설치되며 상기 배기가스 유통관과 연통되는 촉매홀더 플레이트와, 상기 촉매홀더 플레이트의 하측에 설치되고 상기 배기가스 유통관과 연통되며 상기 배기가스 유통관과 격리되면서 원료가스 유통관과 연통되는 미세유로가 형성된 하부개질가스 유통플레이트를 가지는 개질반응부; 상기 개질반응부의 하측에 배치되어서, 원료가스 유입관과 배기가스 유출관의 상측을 폐쇄하는 하측유로 격리플레이트; 상기 하측유로 격리플레이트의 하부에 설치되고, 각각의 상부면에 미세유로가 형성되며, 교호적으로 한쌍 이상이 적층되어서 상기 배기가스 유통관과 상기 배기가스 유출관과 상기 원료가스 유입관과 상기 원료가스 유통관을 형성하는 폐열회수플레이트와 개질예열 플레이트를 가지고, 상기 폐열회수플레이트는 상기 미세유로에 의해 상기 배기가스 유통관과 상기 배기가스유출관을 연결하며, 상기 개질예열플레이트는 상기 미세유로에 의해 상기 원료가스 유입관과 상기 원료가스 유통관을 연결시키는 개질예열부; 및 성가 개질예열부의 하측에 배치되고, 원료공급원과 연결되어 원료가 공급되고 상기 원료가스 유통관과 연통되는 원료공급관과, 상기 배기가스 유출관과 연통되는 배기가스 배출관이 형성되는 하부플레이트를 포함하는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치이다.Another invention includes an air supply pipe connected to an air supply source to supply air, a fuel supply pipe connected to a fuel supply source to supply fuel and an ignition catalyst is disposed therein, and an upper reformed gas discharge pipe formed thereon; An air inlet pipe installed at a lower portion of the upper plate, each having a fine flow path formed thereon, and having a pair of alternating air stacks connected to the air supply pipe, a combustion pipe connected to the fuel supply pipe, and the reforming The air preheating plate has a reformed gas outlet pipe connected to a gas discharge pipe, an air preheating plate and a reformed gas cooling plate forming a reformed gas distribution pipe spaced from the air inlet pipe, the combustion pipe, and the reformed gas outlet pipe. The air supply pipe is connected to the combustion pipe by the micro channel, and the reformed gas cooling plate comprises: an air preheating unit connecting the reformed gas discharge pipe and the reformed gas distribution pipe by the micro channel; An upper flow path isolation plate disposed below the air preheater and closing the lower side of the reformed gas outlet pipe and the air inlet pipe; At least one combustion heat exchange plate installed at a lower portion of the upper flow path isolation plate and in communication with the combustion pipe and the reformed gas distribution pipe, and having a fine flow path formed at an upper surface thereof to connect the exhaust gas distribution pipe and the combustion pipe, and a lower portion of the combustion heat exchange plate. An upper reformed gas distribution plate which is installed at and connected to the exhaust gas distribution pipe and separated from the exhaust gas distribution pipe, and has a fine flow path communicating with the reformed gas distribution pipe, and disposed below the upper reformed gas distribution plate and reformed at the center. A catalyst holder plate having a catalyst installed therein and communicating with the exhaust gas distribution pipe, and a lower portion having a micro flow path installed under the catalyst holder plate, communicating with the exhaust gas distribution pipe, and isolated from the exhaust gas distribution pipe, communicating with the source gas distribution pipe. Reforming gas distribution plate Which is a reforming reaction unit; A lower flow path isolation plate disposed below the reforming reaction unit and closing an upper side of the source gas inlet pipe and the exhaust gas outlet pipe; It is installed at the lower side of the lower flow path isolation plate, and a fine flow path is formed on each upper surface, and one or more pairs are alternately stacked so that the exhaust gas distribution pipe, the exhaust gas outlet pipe, the source gas inlet pipe, and the source gas are alternately stacked. A waste heat recovery plate and a reforming preheating plate forming a distribution pipe, wherein the waste heat recovery plate connects the exhaust gas distribution pipe and the exhaust gas outlet pipe by the micro channel, and the reforming preheating plate is the raw material by the micro channel. A reforming preheating unit connecting a gas inlet pipe and the source gas distribution pipe; And a lower plate disposed below the chant reforming preheating unit, the lower plate having a raw material supply pipe connected to a raw material supply source and supplied with a raw material and communicating with the source gas distribution pipe, and an exhaust gas discharge pipe communicating with the exhaust gas outlet pipe. Hydrocarbon reformer using flow path heater.
상기 상부플레이트에는 상기 개질가스 유통관과 연통되는 개질가스 온도측정관이 설치되고, 상기 하부플레이트에는 상기 원료가스 유통관과 연통되는 원료가스 온도측정관이 설치되며, 상기 개질가스 온도측정관과 상기 원료가스 온도측정관에는 열전대가 배치되는 것을 특징으로 한다.The upper plate is provided with a reformed gas temperature measuring tube communicating with the reformed gas distribution pipe, and the lower plate is provided with a source gas temperature measuring tube communicating with the raw material gas distribution pipe, and the reformed gas temperature measuring tube and the raw material gas. The thermocouple is characterized in that the thermocouple is arranged.
또, 상기 개질촉매의 저면은 상기 촉매홀더 플레이트의 저면과 동일평면을 이루도록 설치되고, 상기 개질촉매의 두께는 상기 촉매홀더 플레이트의 두께보다 얇으며, 상기 개질촉매의 상측으로 상부 3차원 믹싱유로가 설치되서 상기 촉매홀더 플레이트의 상면과 동일높이를 이루며, 상기 촉매홀더 플레이트의 저면에는 중심부에 하부 3차원믹싱유로가 보조플레이트에 의해 설치되는 것이 바람직하다.In addition, the bottom of the reforming catalyst is installed to be coplanar with the bottom of the catalyst holder plate, the thickness of the reforming catalyst is thinner than the thickness of the catalyst holder plate, the upper three-dimensional mixing flow path to the upper side of the reforming catalyst It is installed to form the same height as the upper surface of the catalyst holder plate, it is preferable that the lower three-dimensional mixing passage in the center of the lower surface of the catalyst holder plate is installed by the auxiliary plate.
또, 상기 상부 3차원 믹싱유로는 접합 전에는 상기 촉매홀더 플레이트보다 돌출되며, 접합시 압축력에 의하여 압축되어 상기 촉매홀더 플레이트의 상면과 동일높이를 이루어는 것이, 상기 촉매홀더 플레이트의 접촉효율을 높일 수 있어서 바람직하다.In addition, the upper three-dimensional mixing channel protrudes from the catalyst holder plate before bonding, and is compressed by a compressive force during bonding to achieve the same height as the upper surface of the catalyst holder plate, thereby increasing the contact efficiency of the catalyst holder plate. It is preferable.
또, 상기 하부 3차원 믹싱유로의 단면적은 상기 개질촉매의 단면적보다 작은 것이 상기 개질촉매를 지지하는 데에 유리하다.
Further, the cross-sectional area of the lower three-dimensional mixing flow passage is smaller than the cross-sectional area of the reforming catalyst, which is advantageous for supporting the reforming catalyst.
본 발명을 통하여 미세유로 탄화수소 개질기의 제공으로 중소형의 컴팩트한 수소 제조장치의 활용성이 기대된다. 특히, 수소 정제공정을 분리막과 연계한 수소 제조 장치로 활용시 수소가 포함된 분리막 미투과 가스를 연료로 활용할 수 있기 때문에 효율이 우수한 수소제조 시스템으로 활용할 수 있다.Through the present invention, it is expected that the utility of a small and medium-sized compact hydrogen production apparatus is provided by providing a microchannel hydrocarbon reformer. In particular, when the hydrogen purification process is used as a hydrogen production apparatus in conjunction with the separator, the membrane can be used as a fuel because it can utilize the non-permeable gas containing the hydrogen as a fuel.
또한, 본 시스템은 오프가스(off gas)중 수소가 포함된 폐가스가 존재하는 각종 연료전지와 연계시 좋은 효과를 얻을 수 있다.
In addition, the present system can achieve a good effect in connection with various fuel cells in which off-gas waste gas containing hydrogen is present.
도 1은 종래기술에 따른 수소제조의 블럭공정도이다.
도 2는 본 발명에 따른 탄화수소 개질장치의 분해사시도이다.
도 3은 도 2의 탄화수소 개질장치 중 상부개질가스 유통플레이트의 저면사시동도이다.
도 4a는 도 2의 탄화수소 개질장치 중 촉매홀더플레이트와, 촉매홀더플레이트의 상하로 결합되는 개질반응플레이트의 접합전 단면도이다.
도 4b는 도 2의 탄화수소 개질장치 중 촉매홀더플레이트와, 촉매홀더플레이트의 상하로 결합되는 개질반응플레이트의 접합후 단면도이다.
도 5는 도2의 탄화수소 개질장치의 조립된 모습의 사시도이다.1 is a block process diagram of the hydrogen production according to the prior art.
2 is an exploded perspective view of a hydrocarbon reformer according to the present invention.
3 is a bottom perspective view of the upper reformed gas distribution plate of the hydrocarbon reformer of FIG. 2.
FIG. 4A is a cross-sectional view before bonding of a catalyst holder plate and a reforming reaction plate coupled up and down of the catalyst holder plate in the hydrocarbon reformer of FIG. 2.
FIG. 4B is a cross-sectional view of the catalyst holder plate in the hydrocarbon reformer of FIG. 2 after the bonding reaction plate is bonded to the catalyst holder plate.
5 is a perspective view of the assembled state of the hydrocarbon reformer of FIG.
이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described. In the drawings, the same reference numerals are used to designate the same or similar components, and the same reference numerals will be used to designate the same or similar components. Detailed descriptions of known functions and configurations are omitted.
본 발명의 실시예에 따른 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치(2000)는 도 2에 도시된 바와 같이 다수의 플레이트를 적층하여 구성되고, 이를 확산접합, 전기용접 또는 아크용접 등의 방법으로 접합시켜 도 4에 도시된 바와 같은 컴팩트한 형태로 된다.
상기 탄화수소 개질장치(2000)는 상부플레이트(100)와 하부플레이트(260)가 최상측과 최하측에 배치된다. In the
그리고, 상부플레이트(100)와 하부플레이트(260) 사이에 공기 또는 연료를 가열하기 위한 공기예열플레이트(110,130)와 개질가스의 배출온도를 강하시키는 개질가스 냉각플레이트(120,140)가 교대로 적층되는 공기예열부와, 상기 예열된 연료 및 공기를 연소시키는 연소열교환플레이트(160,170)와 개질가스 유통플레이트(180,200)와 상기 개질가스 유통플레이트(180,200)의 사이에서 원료가스를 개질시켜 개질가스를 발생시키는 촉매 홀더플레이트(190)를 가지는 개질반응부와, 원료가스를 예열하기 위한 개질예열플레이트(230,250)와 연소배기가스의 잔열을 회수하는 폐열회수플레이트(220,240)가 교대로 적층되는 개질예열부가 순서대로 위치하는 것을 주요한 특징으로 한다. 그리고, 공기, 연료, 개질가스, 및 원료가스의 흐름 제어를 위해 상기 공기예열부와 상기 개질반응부 사이에 상측유로 격리플레이트(150)가 배치되고, 상기 개질반응부와 상기 개질예열부 사이에 하측유로 격리플레이트(210)가 배치된다.In addition, the
상기 탄화수소 개질장치(2000)는 단면형상이 기본적으로 직사각형으로 형성시켜서 유로의 형성을 대각선방향으로 하는 것이 제작의 용이성 및 단위면적당 효율을 고려할 때 용이하다.In the
상기 상부플레이트(100)의 외측으로는 공기 공급관(101), 개질가스 배출관(102), 연료공급관(103), 및 개질가스 온도측정관(104)이 배치된다. 상기 공기공급관(101)과 상기 연료공급관(103)은 대각선방향으로 대향되고, 상기 개질가스 배출관(102)과 상기 개질가스 온도측정관(104)은 대각선 방향으로 대향된다.An
그리고, 상기 연료공급관(103)의 내벽면에는 유입되는 연료가스를 착화시키기 위한 착화촉매(105)가 코팅된다. 상기 착화촉매(105)에 대해서는 후술(後述)한다. 상기 착화촉매(105)는 FeCrAlloy 섬유 직조울의 표면에 ZrO2를 졸겔 방법으로 언더코팅하고, 900℃에서 10시간 소성하여 촉매 성분의 지지체를 형성하고, 이의 상부에 백금 0.1중량%를 담지, 건조, 소성(공기분위기 800℃, 10시간)하여 제조하였다. 이러한 착화촉매(105)를 연료공급관(103) 내벽면에 위치시켜 연료 중에 수소가 미량 포함된 가스를 사용할 때, 하기(下記)하는 연소열교환플레이트(160,170)의 제6 및 제7 미세유로(165,175)의 표면에 산화촉매 코팅 과정을 생략할 수 있다.In addition, an
특히, 본 발명에 따른 착화촉매를 연료공급관(103)에 배치시키는 효과, 즉 착화포인트의 위치설정에 대한 효과는 착화 촉매를 배기가스 배출구(263)에 위치하는 구성과는 전혀 다른 결과를 보인다. 즉, 배기가스 배출구(263) 내에 착화촉매가 위치할 때 착화포인트가 연료와 공기의 최초 혼합지점으로 이동하기 위해서는 착화프레임의 냉각을 방지하기 위하여 플레이트(160, 170, 220, 240) 표면에 단일 미세유로의 크기가 일정수준(quenching distance) 이상이 되어야 하기 때문에 열전달 면적의 감소는 불가피하다. 따라서, 열전달 효율의 극대화를 위해서 착화포인트를 본 발명과 같이 연료공급관(103)에 위치시키고, 미세유로의 홈 관경을 더욱 작게 유지하는 것이 바람직하다.In particular, the effect of arranging the ignition catalyst according to the present invention in the
상기 착화 촉매의 지지체는 입자, 튜브, 막대 형태의 세라믹을 사용하여 제조되어도 무방하다. The support of the complexing catalyst may be prepared using ceramics in the form of particles, tubes, rods.
상기 상부플레이트(100)의 하측에는 공기예열부에 해당하는, 공기예열플레이트(110,130)과 개질가스 냉각플레이트(120,140)가 교차적으로 배치된다. 상기 공기예열플레이트(110,130)는 유입되는 공기를 연소에 용이하도록 예열시키며, 예열에 필요한 열량은 배출되는 개질가스로부터 흡수한다. 또, 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)는 개질가스에 포함된 열을 회수하여 에너지효율을 높일 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기 공기예열플레이트(110,130)와 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)가 각각 2개씩 사용되었으나, 그 개수를 증가시키는 것도 가능하다. 다만, 전체적인 두께 증가 및 제조비용 등을 고려하여야 한다.Below the
상기 공기예열플레이트(110,130)와 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)는, 각각 상기 공기공급관(101)과 연통되는 제1 내지 제4 공기공급홀(111,121,131,141)과, 상기 개질가스 배출관(102)에 연통되는 제1 내지 제4 개질가스 배출홀(112,122,132,142)과, 상기 연료공급관(103)과 연통되는 제1 내지 제4 연소홀(113,123,133,143)과, 상기 개질가스 온도측정관(104)에 연통되는 제1 내지 제4 개질가스 유통홀(114,124,134,144)이 형성된다.The
그리고, 상기 공기예열플레이트(110,130)와 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)의 상부에는 각각 제1 내지 제4 미세유로(115,125,135,145)가 오목하게 형성된다. 상기 제1 미세유로(115)는 상기 제1공기공급홀(111)과 상기 제1연소홀(113)을 서로 연통하며, 상기 제1 개질가스 배출홀(112)과 상기 제1 개질가스 유통홀(114)을 서로 격리시킨다. 상기 제2 미세유로(125)는 상기 제2 개질가스 배출홀(122)과 상기 제2 개질가스 유통홀(124)을 서로 연통시키고, 상기 제1공기공급홀(121)과 상기 제2연소홀(123)을 서로 격리시킨다. 상기 제3 미세유로(135)는 상기 제3공기공급홀(131)과 상기 제1연소홀(133)을 서로 연통하며, 상기 제3 개질가스 배출홀(132)과 상기 제3 개질가스 유통홀(134)을 서로 격리시킨다. 상기 제4 미세유로(145)는 상기 제4 개질가스 배출홀(142)과 상기 제4 개질가스 유통홀(144)을 서로 연통시키고, 상기 제1공기공급홀(141)과 상기 제2연소홀(143)을 서로 격리시킨다.In addition, first to
상기 공기예열부의 하측에는 상기 공기공급관(101)과 상기 개질가스 배출관(102)과의 연통을 차단하도록 상측유로 격리플레이트(150)가 배치된다. 상기 상측유로 격리플레이트(150)에는 상기 개질가스 온도측정관(104)과 상기 연료공급관(103)에 각각 연통되도록 제5 개질가스 유통홀(154)과 제5 연소홀(153)이 형성된다.An upper flow
상기 상측유로 격리플레이트(150)의 하측에는 개질반응부가 배치되며, 상기 개질반응부에는 연소열교환플레이트(160,170)와, 촉매홀더 플레이트(190)와, 한쌍의 개질가스 유통플레이트(180,200)가 포함된다. 상기 촉매홀더 플레이트(190)는 상기 상부개질가스 유통플레이트(180)와 하부개질가스 유통플레이트(200)의 사이에 개재된다.A reforming reaction part is disposed below the upper flow
상기 상측유로 격리플레이트(150)의 하측에 접하여 상기 연소열교환플레이트(160,170)가 배치된다. 상기 연소열교환플레이트(160,170)의 개수는 필요에 따라 증감될 수 있다. 상기 연소열교환플레이트(160,170)의 형상은 대략 상기 예열플레이트(110,130)와 유사하다. 즉, 상기 연소열교환플레이트(160,170)는 상기 제1 내지 제4 공기공급홀(111,121,131,141)에 대응되는 위치에 제6 및 제7 배기가스유통홀(161,171)과, 상기 제1 내지 제4 개질가스 배출홀(112,122,132,142)에 대응되는 위치에 제6 및 제7 아이들홀(162,172)과, 상기 제1 내지 제5 연소홀(113,123,133,143,153)과 연통되는 제6 및 제7 연소홀(163,173)과, 상기 제1 내지 제5 개질가스 유통홀(114,124,124,134,144)과 연통되는 제6 및 제7 개질가스 유통홀(164,174)이 형성된다.The combustion
그리고, 상기 연소열교환플레이트(160,170)의 상부에는 각각 제6 및 제7 미세유로(165,175)가 오목하게 형성된다. 상기 제6 및 제7 미세유로(165,175)는 상기 제6 및 제7 배기가스유통홀(161,171)과 상기 제6 및 제7 연소홀(163,173)을 서로 연통하며, 상기 제6 및 제7 아이들홀(162,172)과 상기 제6 및 제7 개질가스 유통홀(164,174)을 서로 격리시킨다.In addition, sixth and
상기 제6 및 제7 아이들홀(162,172)은 상기 연소열교환플레이트(160,170)에 형성되지 않아도 된다. 다만, 제작의 편리성을 위해 공기예열플레이트(110,130)과 동일하게 형성된다.The sixth and seventh
또, 상기 제6 및 제7 미세유로(165,175)에는 연소를 보조하기 위하여, 백금 등의 연소촉매를 도포하는 것도 가능하다.In addition, a combustion catalyst such as platinum may be applied to the sixth and
상기 연소열교환플레이트(160,170)의 하측에는 상기 상부개질가스 유통플레이트(180)가 배치된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 상부개질가스 유통플레이트(180)는 다른 플레이트와 달리 제8 미세유로(185)가 저면에 형성된다. 상기 상부개질가스 유통플레이트(180)는 제8 개질가스 유통홀(184)이 형성되며, 상기 제8 개질가스 유통홀(184)은 상기 제1 및 제7 개질가스 유통홀(114,124,134,144,154,164,174)을 통해 개질가스 온도측정관(104)과 연통된다. 또, 제8 배기가스 유통홀(181)이 상기 상기 제6 및 제7 배기가스유통홀(161,171)과 연통된다. The upper reformed
또, 상기 개질가스 유통플레이트(180)는 제8 아이들홀(182,183)이 형성된다. 상기 제8 아이들홀(182,183)은 상기 상부개질가스 유통플레이트(180)에 형성되지 않아도 된다. 다만, 제작의 편리성을 위해 공기예열플레이트(110,130)과 동일하게 형성된다.In addition, the reformed
상기 제8 미세유로(185)는 상기 제8 아이들홀(182)과 상기 제8 개질가스 유통홀(184)을 연통하도록 형성되며, 상기 제8 미세유로(185)에 의해 상기 제8 배기가스 유통홀(181)과 상기 제8 아이들홀(183)은 격리된다.The eighth
상기 상부개질가스 유통플레이트(180)의 하측으로는 상기 촉매홀더 플레이트(190)가 배치되고, 상기 촉매홀더 플레이트(190)의 하측으로는 상기 상부개질가스 유통플레이트(180)의 제8 미세유로(185)와 마주보도록 제10 미세유로(205)가 형성된 하부개질가스 유통플레이트(200)가 배치된다.The
따라서, 상기 하부개질가스 유통플레이트(200)는 상기 제10 미세유로(205)가 상기 하부개질가스 유통플레이트(200)의 상면에 형성된 것 이외에는 상기 상부개질가스 유통플레이트(180)와 동일한 구조를 가진다.Accordingly, the lower reformed
상기 하부개질가스 유통플레이트(200)의 형상은 대략 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)와 유사하다. 즉, 상기 하부개질가스 유통플레이트(200)는 상기 제1 내지 제4 공기공급홀(111,121,131,141)에 대응되는 위치에 제10 배기가스유통홀(201)과, 상기 제1 내지 제4 개질가스 배출홀(112,122,132,142)에 대응되는 위치에 제10 원료가스 유통홀(202)과, 상기 제1 내지 제5 연소홀(113,123,133,143,153)에 대응되는 위치에 제10 아이들홀(203)과, 상기 제1 내지 제5 개질가스 유통홀(114,124,124,134,144)에 대응되는 위치에 제10 개질가스 유통홀(204)이 형성된다.The shape of the bottom reformed
그리고, 상기 하부개질가스 유통플레이트(200)의 상부에는 제10 미세유로(205)가 오목하게 형성된다. 상기 제10 미세유로(205)는 상기 제10 원료가스 유통홀(202)과 상기 제10 개질가스 유통홀(184)을 서로 연통시키고, 상기 제10 배기가스유통홀(201)과 상기 제10 아이들홀(203)을 서로 격리시킨다.In addition, a tenth
상기 제10 아이들홀(203)은 상기 하부개질가스 유통플레이트(200)에 형성되지 않아도 된다. 다만, 제작의 편리성을 위해 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)과 동일하게 형성된다.The tenth
또, 상기 제8 미세유로(185) 및 상기 제10 미세유로(205)에는 개질반응을 보조하기 위하여, 니켈 등의 개질촉매를 도포하는 것도 가능하다.In addition, a reforming catalyst such as nickel may be applied to the
상기 상부개질가스 유통플레이트(180)와 상기 하부개질가스 유통플레이트(200) 사이에 개재되는 상기 촉매홀더 플레이트(190)는 도 4a와 같이 구성된다.The
즉, 상기 촉매홀더 플레이트(190)에는 관통홀이 형성되고, 상기 관통홀에 상기 촉매홀더플레이트(190)의 두께보다 작은 두께의 개질촉매(195)가 설치된다. 이 때, 상기 개질촉매(195)의 바닥면은 상기 촉매홀더 플레이트(190)의 바닥면과 같은 평면을 이루도록 설치된다. 그리고, 상기 관통홀에는 다시 상부 3차원 믹싱유로(197)가 설치되며, 상기 상부 3차원 믹싱유로(197)는 최초상태, 즉 압축접합 전에는 도 4a에 도시된 바와 같이, 상기 촉매홀더 플레이트(190)의 상면보다 돌출된다. 그리고, 컴팩트한 반응기로의 접합을 하게 되면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 상부 3차원 믹싱유로(197) 및 상기 개질촉매(195)를 누르는 힘으로 상기 촉매 홀더 플레이트(190)와 상기 보조플레이트(196)의 접촉 효율을 극대화 할 수 있다.That is, a through hole is formed in the
상기 개질촉매(195)는 니켈파우더(평균입경1.0㎛)를 압력 618 kgf/cm2에서 가압하여 두께 1.2 mm로 성형하였다. 성형체는 수소 가스분위기에서 700℃에서 2시간 소결하여 원형의 디스크를 제작하고, 이를 사각형 형태로 절단하여 제작한다.The reforming
상기 개질촉매(195)는 개질원료에 따라서 변화될 수 있다. 메탄, 경유, 휘발유의 경우 니켈 파우더를 사용하여 제조될 수 있고, 에탄올 또는 메탄올을 원료로 사용하여 합성가스 제조를 목표로 할 경우 구리를 주성분으로 하는 미세금속 파우더를 사용하여 제조할 수 있다.The reforming
또, 상기 촉매홀더 플레이트(190)의 저면에는 하부 3차원 믹싱유로(198)를 부착시키기 위한 보조플레이트(196)가 설치된다. 상기 보조플레이트(196)는 상기 하부개질가스 유통플레이트(200)에서 수직으로 공급되는 가스의 누출을 방지하는 역할을 한다.In addition, an
상기 보조플레이트(196)의 중심에 형성된 관통홀에 상기 하부 3차원 믹싱유로(198)가 삽입고정되며, 상기 하부3차원 믹싱유로(198)의 두께는 상기 보조플레이트(196)의 두께와 동일하다. 또, 상기 하부 3차원 믹싱유로(198)는 상기 개질촉매(195)의 단면적보다 작게 해서, 상기 보조플레이트(196)의 상면이 상기 개질촉매(195)를 지지할 수 있도록 한다.The lower three-
따라서, 상기 상부개질가스 유통플레이트(180)의 제8 미세유로(185)와 상기 상부 3차원 믹싱유로(197)가 대향하며 맞닿게 되고, 상기 하부개질가스 유통플레이트(200)의 제10 미세유로(205)와 상기 하부 3차원 믹싱유로(198)이 대향하며 맞닿게 된다. 또, 상기 개질촉매(195)의 상면은 상기 상부 3차원 믹싱유로(197)와 접촉하고, 상기 개질촉매(195)의 하면은 상기 하부 3차원 믹싱유로(198)와 접촉하게 된다.Accordingly, the
그러므로, 상기 개질촉매(195)는 개질가스 유통 플레이트(180)의 하면과, 상기 상부 개질가스 유통 플레이트(180)의 하부에서 상기 상부3차원 믹싱 유로(197)의 하면과 상기 하부3차원 믹싱유로 플레이트(198)의 상면 사이에서 지지되므로, 고압에도 견딜 수 있다.Therefore, the reforming
상기 상부3차원 믹싱 유로(197) 및 상기 하부3차원 믹싱유로 플레이트(198)는 금속메쉬부재 또는 다공성 금속판으로 이루어질 수 있다.The upper
또, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명인이 특허출원한 대한민국 특허 출원 (10-2009-0124091)과 같이 개질가스와 평행한 방향으로 접촉되는 방법보다 많은 개질가스와의 접촉 면적이 크기 때문에 개질성능에서 보다 큰 활성을 나타낸다. 또, 상기 개질촉매(195)의 면적은 제10 미세유로(205)를 커버할 수 있도록 상기 제10 미세유로(205)보다 큰 것이 개질반응을 위해 효과적이다. In addition, as shown in Figure 2, the present invention is reformed because the contact area with more reformed gas than the method of contacting in the direction parallel to the reformed gas, such as the Republic of Korea Patent Application (10-2009-0124091) Greater activity in performance. In addition, it is effective for the reforming reaction to have a larger area of the reforming
위와 같은 구성으로 인하여, 상기 개질촉매(195)와 제10 미세유로(205) 사이의 공간에서 원료가스가 상기 개질촉매(195)의 평면과 수직한 방향으로 이동이 가능하다.Due to the above configuration, the source gas is movable in a direction perpendicular to the plane of the reforming
그리고, 상기 촉매홀더플레이트(190) 및 상기 보조플레이트(196)에는 상기 제1 내지 제4 공기공급홀(111,121,131,141)에 대응되는 위치에 제9 배기가스 배출홀(191)이 형성된다. In addition, a ninth exhaust
또한, 상기 촉매홀더플레이트(190) 및 상기 보조플레이트(196)에서 상기 제1 내지 제4 개질가스 배출홀(112,122,132,142)과 대응되는 위치와 상기 제1 내지 제5 연소홀(113,123,133,143,153)과 대응되는 위치와 상기 제1 내지 제4 개질가스 유통홀(114,124,134,144)과 대응되는 위치는 폐쇄되어 기체의 유통이 이루어지지 않는다.In addition, a position corresponding to the first to fourth reformed gas discharge holes 112, 122, 132, and 142 in the
상기 개질반응부의 하측에는 상기 하부 개질가스 유통플레이트(200)의 제10 아이들홀(203,204)과의 연통을 차단하도록 하측유로 격리플레이트(210)가 배치된다. 상기 하측유로 격리플레이트(210)에는 제10 배기가스 유통홀(201)과 제10 원료가스 유통홀(202)이 각각 연통되도록 제11 배기가스 유통홀(211)과 제11 원료가스 유통홀(212)이 형성된다.A lower flow
상기 하측유로 격리플레이트(210)의 하측으로는 개질예열부가 배치된다. 상기 개질예열부는 폐열회수플레이트(220,240)와 개질예열플레이트(230,250)가 교차적으로 배치된다. 상기 개질예열플레이트(230,250)는 유입되는 원료가스를 개질반응에 용이하도록 예열시키며, 예열에 필요한 열량은 배출되는 배기가스로부터 흡수한다. 또, 상기 폐열회수플레이트(220,240)는 배기가스에 포함된 열을 회수하여 에너지효율을 높일 수 있다. 본 발명의 실시예 에서는 상기 폐열회수플레이트(220,240)와 상기 개질예열플레이트(230,250)가 각각 2개씩 사용되었으나, 그 개수를 증가시키는 것도 가능하다. 다만, 전체적인 두께 증가 및 제조비용 등을 고려하여야 한다.A reforming preheating unit is disposed below the lower flow
상기 폐열회수플레이트(220,240)와 상기 개질예열플레이트(230,250)는, 각각 상기 제11 배기가스 유통홀(211)과 연통되는 제12 내지 제15 배기가스 유통홀(221,231,241,251)과, 상기 제11 원료가스 유통홀(212)에 연통되는 제12 내지 제15 원료가스 유통홀(222,232,242,252)과, 상기 제1 내지 제7 연소홀(113,123,133,143,153,163,173)에 대응되는 위치에 제12 내지 제15 배기가스 배출홀(223,233,243,253)과, 상기 제1 내지 제4 개질가스 유통홀(114,124,134,144)에 대응되는 위치에 제12 내지 제15 원료가스 공급홀(224,234,244,254)이 형성된다.The waste
그리고, 상기 폐열회수플레이트(220,240)와 상기 개질예열플레이트(230,250)의 상부에는 각각 제12 내지 제15 미세유로(225,235,245,255)가 오목하게 형성된다. 상기 제12 미세유로(225)는 상기 제12 배기가스 유통홀(221)과 상기 제12 배기가스 배출홀(223)을 서로 연통하며, 상기 제12 원료가스 유통홀(222)과 상기 제12 원료가스 공급홀(224)을 서로 격리시킨다. 상기 제13 미세유로(235)는 상기 제13 원료가스 유통홀(232)과 상기 제13 원료가스 공급홀(234)을 서로 연통시키고, 상기 제13 배기가스 유통홀(231)과 상기 제13 배기가스 배출홀(233)을 서로 격리시킨다. 상기 제14 미세유로(245)는 상기 제14 배기가스 유통홀(241)과 상기 제14 배기가스 배출홀(243)을 서로 연통하며, 상기 제14 원료가스 유통홀(242)과 상기 제14 원료가스 공급홀(244)을 서로 격리시킨다. 상기 제15 미세유로(255)는 상기 제15 원료가스 유통홀(252)과 상기 제15 원료가스 공급홀(254)을 서로 연통시키고, 상기 제15 배기가스 유통홀(251)과 상기 제15 배기가스 배출홀(253)을 서로 격리시킨다.In addition, twelfth to
상기 개질예열부의 하측에는 상기 하부플레이트(260)가 배치된다. 상기 하부플레이트에는 상기 제11 내지 제15 원료가스 유통홀(222,232,242,252)과 연통하는 원료가스 온도측정관(262)과, 상기 제12 내지 제15 배기가스 배출홀(223,233,243,253)과 연통하는 배기가스 배출관(263)과, 상기 제12 내지 제15 원료가스 공급홀(224,234,244,254)와 연통하는 원료가스 공급관(264)이 일체로 형성된다.The
그리고, 상기 상부플레이트(100)의 개질가스 온도측정관(104)과 상기 하부플레이트의 원료가스 온도측정관(262)에는 각각 도시되지 않은 열전대가 설치되어, 배출되는 개질가스와 공급되는 원료가스의 온도를 측정할 수 있다.The reformed gas
또, 상기 미세유로(115,125,135,145,165,175,185,205,225,235,245,255)는 바로 위에 존재하는 플레이트의 저면과의 사이에서 밀폐된 유로를 형성하게 된다. 또한, 상기 미세유로(115,125,135,145,165,175,185,205,225,235,245,255)는 주위의 홀들에 비해 단면적이 커서 공기, 원료가스, 배기가스, 및 개질가스의 유동속도를 저하시켜 열전달효율을 증가시키는 역할을 한다. 그리고, 상기 상부3차원 믹싱 유로(197)과 상기 하부3차원 믹싱유로(198)는 단면적이 커서 열전달 효율의 증가로 인해 반응물과 접촉효율을 극대화 할 수 있다.In addition, the
그리고, 상기 공기예열플레이트(110,130)와 연소열교환플레이트(160,170)와 상기 폐열회수플레이트(220,240)는 동일한 가열플레이트에 해당한다. 그리고, 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)와 상기 개질반응플레이트(200)와 상기 개질예열플레이트(230,250)는 동일한 개질플레이트에 해당한다. 그리고, 상기 가열플레이트를 180도 위상변화시키면(180도 회전시키면) 상기 개질플레이트와 동일하다. 따라서, 본 발명은 동일한 부품을 사용할 수 있어서 제조원가를 크게 감소시킬 수 있다.
The
본 발명의 실시예에 따른 상기 탄화수소 개질장치(2000)는 기본적으로 상술한 바와 같이 구성된다. 이하, 상기 탄화수소 개질장치(2000)의 작동모습에 대해 설명한다.The
상기 탄화수소 개질장치(2000)에 연료가스 공급원과, 원료가스 공급원, 공기공급원을 연료공급관(103), 원료공급관(264), 및 공기공급관(101)에 각각 연결하고, 상기 개질가스 온도측정관(104) 및 상기 원료가스 온도측정관(262)에 열전대(미도시)를 설치하여 반응기 가열 및 개질반응을 진행하였다.A fuel gas supply source, a source gas supply source, and an air supply source are respectively connected to the
먼저, 공기의 이동경로는 다음과 같다. 상기 공기공급관(101)로 유입된 공기는 상기 제1 내지 제4 공기공급홀(111,121,131,141)이 형성하는 공기유입관 내로 공급된다. 그리고, 상기 공기유입관 내의 공기는 상기 공기예열플레이트(110,130)의 제1 및 제3 미세유로(115,135)를 지나 제1 내지 제7 연소홀(113,123,133,143,153,163,173)이 형성하는 연소관으로 공급되어서 연료와 혼합된다. 이 때, 상기 공기유입관의 하부는 상기 상측유로 격리플레이트(150)에 의해 폐쇄된다. 특히, 공기는 상기 제1 및 제3 미세유로(115,135)를 지나는 동안, 상기 공기예열플레이트(110,130)와 교차적으로 적층된 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)로부터 전도되는 열에 의해 예열된다.First, the movement path of air is as follows. The air introduced into the
다음으로, 연료의 이동경로는 다음과 같다. 상기 연료공급관(103)으로 공급된 기체상태의 연료는 상기 연료공급관(103) 내에 코팅된 착화촉매(105)에 의해 착화된 상태에서 상기 연소관을 통해 연소되면서 통과하여 결과물인 배기가스 상태로 상기 연소열교환플레이트(160,170)까지 도달한다. 연소에 의해 연소열을 포함하고 있는 고온의 배기가스는 상기 연소열교환플레이트(160,170)의 제6 및 제7 미세유로(165,175)를 통해 상기 제6 내지 제15 배기가스 유통홀(161,171,181,191,201,211,221,231,241,251)이 형성하는 배기가스 공급관을 통과하여, 상기 폐열회수플레이트(220,240)의 제12 및 제14 미세유로(225,245)를 지나서 상기 제12 내지 제15 배기가스 배출홀(223,233,243,253)이 형성하는 배기가스 유통관을 지나 상기 하부플레이트(260)의 배기가스 배출관(263)으로 배출된다. 상기 배기가스 공급관은 상기 상부유로 격리플레이트(150)에 의해 상부가 폐쇄되고, 상기 하부플레이트(260)의 상면에 의해 하부가 폐쇄된다.Next, the fuel path is as follows. The gaseous fuel supplied to the
그리고, 원료가스 및 개질가스의 이동경로는 다음과 같다. 먼저, 상기 원료공급관(264)을 통해 원료가스가 공급되고, 상기 원료가스는 상기 제12 내지 제15 원료가스 공급홀(224,234,244,254)가 형성하는 원료가스 유입관을 통해 상기 개질예열플레이트(230,250)의 제13 및 제15 미세유로(235,255)를 지나면서 예열된다. 이 때, 원료가스의 예열은 상기 폐열회수플레이트(220,240)의 제12 및 제14 미세유로(225,245)를 지나는 배기가스의 잔열을 열전도를 통해 공급받아 이루어진다. 상기 지나 상기 제10 내지 제15 원료가스 유통홀(202,212,222,232,242,252)이 형성하는 원료가스 유통관을 통해 상기 제10 미세유로(205)로 공급된다. 상기 원료가스 유입관은 상기 하측유로 격리플레이트(210)에 의해 상측이 폐쇄되고, 상기 원료가스 유통관은 상기 촉매홀더플레이트(190) 및 상기 보조플레이트(196)에 의해 상측이 폐쇄된다.In addition, the movement paths of the source gas and the reformed gas are as follows. First, raw material gas is supplied through the raw
상기 제10 미세유로(205)는 상기 개질촉매(195)와 접하여 있기 때문에, 상기 제10 미세유로(205)와 상기 개질촉매(195)가 형성하는 공간에서 개질반응을 통한 개질가스가 형성된다. 발생된 개질가스는 상기 제1 내지 제8 개질가스 유통홀(114,124,134,144,154,164,174,184)가 형성하는 개질가스 유통관을 통해 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)의 제2 및 제4 미세유로(125,145)를 지난다. 상기 제2 및 제4 미세유로(125,145)를 지나면서 냉각된 개질가스는 상기 제1 내지 제4 개질가스 배출홀(112,122,132,142)이 형성하는 개질가스 유출홀을 지나 상기 상부플레이트(100)의 개질가스 배출관(102)으로 배출된다. 상기 개질가스 유통관의 하측은 상기 하측유로 격리플레이트(210)에 의해 폐쇄되고, 상기 개질가스 유출관의 하측은 상기 상측유로 격리플레이트(150)에 의해 폐쇄된다.Since the
그리고, 상기 개질가스 온도측정관(104)은 상기 개질가스 유통관과 연통되므로 내부에 도시되지 않은 열전대에 의해 냉각되기 전의 개질가스의 온도를 측정할 수 있다. 상기 개질가스 온도 측정관(104)은 폐쇄되어 있으므로, 상기 개질가스 온도측정관(104)을 통한 개질가스의 누출은 없다.In addition, since the reformed gas
또, 상기 원료가스 온도측정관(262)은 상기 원료가스 유통관과 연통되므로 내부에 도시되지 않은 열전대에 의해 예열된 후의 원료가스의 온도를 측정할 수 있다. 상기 원료가스 온도측정관(262)은 폐쇄되어 있으므로, 상기 원료가스 온도 측정관(262)을 통한 개질가스의 누출은 없다.
In addition, since the source gas
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
As described above, it has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art various modifications and changes of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention described in the claims below I can understand that you can.
10: 개질기 20: 일산화탄소수성반응기
30: 수소분리장치 40: 연소기
100: 상부플레이트 101: 공기공급관
102: 개질가스 배출관 103: 연료공급관
104: 개질가스 온도측정관 105: 착화촉매
110,130: 공기예열플레이트 111: 제1 공기공급홀
112: 제1 개질가스 배출홀 113: 제1 연소홀
114: 제1 개질가스 유통홀 115: 제1 미세유로
120,140: 개질가스 냉각플레이트 121: 제2 공기공급홀
122: 제2 개질가스 배출홀 123: 제2 연소홀
124: 제2 개질가스 유통홀 125: 제2 미세유로
131: 제3 공기공급홀 132: 제3 개질가스 배출홀
133: 제3 연소홀 134: 제3 개질가스 유통홀
135: 제3 미세유로 141: 제4 공기공급홀
142: 제4 개질가스 배출홀 143: 제4 연소홀
144: 제4 개질가스 유통홀 145: 제4 미세유로
150: 상측유로 격리플레이트 153: 제5 연소홀
154: 제5 개질가스 유통홀 160,170: 연소열교환플레이트
161: 제6 배기가스유통홀 162: 제6 아이들홀
163: 제6 연소홀 164: 제 6 개질가스 유통홀
165: 제6 미세유로 171: 제7 배기가스유통홀
172: 제7 아이들홀 173: 제7 연소홀
174: 제7 개질가스 유통홀 175: 제7 미세유로
180: 상부개질가스 유통플레이트 181: 제8 배기가스유통홀
182: 제8 아이들 홀 183: 제9 아이들 홀
184: 제8 개질가스 유통홀 185: 제8 미세유로
190: 촉매홀더 플레이트 191: 제9 배기가스유통홀
195: 개질촉매 196: 보조플레이트
197: 상부3차원 믹싱유로 198: 하부3차원 믹싱유로
200: 개질반응 플레이트 201: 제10 배기가스유통홀
202: 제10 원료가스 유통홀 203: 제10 이이들 홀
204: 제11 아이들 홀 205: 제10 미세유로
210: 하측유로 격리플레이트 211: 제11 배기가스유통홀
212: 제11 원료가스 유통홀 220,240: 폐열회수플레이트
221: 제12 배기가스유통홀 222: 제12 원료가스 유통홀
223: 제12 배기가스 배출홀 224: 제12 아이들 홀
225: 제12 미세유로 230,250: 개질예열플레이트
231: 제13 배기가스유통홀 232: 제13 원료가스 유통홀
233: 제13 배기가스 배출홀 234: 제13 원료가스 공급홀
235: 제13 미세유로 241: 제14 배기가스유통홀
242: 제14 원료가스 유통홀 243: 제14 배기가스 배출홀
244: 제14 원료가스 공급홀 245: 제14 미세유로
251: 제15 배기가스유통홀 252: 제15 원료가스 유통홀
253: 제15 배기가스 배출홀 254: 제15 원료가스 공급홀
255: 제15 미세유로 260: 하부플레이트
262: 원료가스 온도측정관 263: 배기가스 배출관
264: 원료가스 공급관10: reformer 20: carbon monoxide aqueous reactor
30: hydrogen separation device 40: combustor
100: upper plate 101: air supply pipe
102: reforming gas discharge pipe 103: fuel supply pipe
104: reforming gas temperature measuring tube 105: ignition catalyst
110,130: air preheating plate 111: first air supply hole
112: first reformed gas discharge hole 113: first combustion hole
114: first reformed gas distribution hall 115: first micro-channel
120, 140: reforming gas cooling plate 121: second air supply hole
122: second reformed gas discharge hole 123: second combustion hole
124: second reformed gas distribution hole 125: the second micro-channel
131: third air supply hole 132: third reformed gas discharge hole
133: third combustion hole 134: third reformed gas distribution hole
135: third fine flow path 141: fourth air supply hole
142: fourth reformed gas discharge hole 143: fourth combustion hole
144: fourth reformed gas distribution hall 145: fourth micro-channel
150: upper flow path isolation plate 153: fifth combustion hole
154: fifth reformed
161: sixth exhaust gas distribution hole 162: sixth idle hole
163: sixth combustion hole 164: sixth reforming gas distribution hole
165: sixth minute flow path 171: seventh exhaust gas distribution hole
172: seventh idle hole 173: seventh combustion hole
174: seventh reformed gas distribution hall 175: seventh minute flow path
180: upper reformed gas distribution plate 181: eighth exhaust gas distribution hole
182: 8th Children Hall 183: 9th Children Hall
184: eighth reforming gas distribution hall 185: eighth microfluidic channel
190: catalyst holder plate 191: ninth exhaust gas distribution hole
195: Reforming Catalyst 196: Auxiliary Plate
197: upper 3D mixing channel 198: lower 3D mixing channel
200: reforming reaction plate 201: 10th exhaust gas distribution hole
202: 10th source gas distribution hole 203: 10th idle hole
204: Eleventh idle hole 205: Tenth microchannel
210: lower flow path isolation plate 211: 11th exhaust gas distribution hole
212: 11th source gas distribution hole 220,240: waste heat recovery plate
221: 12th exhaust gas distribution hole 222: 12th source gas distribution hole
223: 12th exhaust gas discharge hole 224: 12th idle hole
225: 12th micro-channel 230,250: reforming preheating plate
231: 13th exhaust gas distribution hole 232: 13th source gas distribution hole
233: thirteenth exhaust gas discharge hole 234: thirteenth raw material gas supply hole
235: thirteenth minute flow path 241: fourteenth exhaust gas distribution hole
242: 14th source gas distribution hole 243: 14th exhaust gas discharge hole
244: 14th source gas supply hole 245: 14th fine flow path
251: 15th exhaust gas distribution hole 252: 15th source gas distribution hole
253: 15th exhaust gas discharge hole 254: 15th raw material gas supply hole
255: fifteenth fine flow path 260: lower plate
262: source gas temperature measuring tube 263: exhaust gas discharge pipe
264 raw material gas supply pipe
Claims (8)
원료공급원과 연결되어 원료가스가 공급되는 원료공급관과, 발생된 배기가스 배출관이 형성되는 하부플레이트;
상기 상부플레이트의 하부에 설치되어서, 상기 공기공급관으로부터 공급된 공기를 개질가스의 잔열에 의해 예열시켜 착화된 연료에 혼합 연소시키는 가열플레이트와 개질플레이트가 교호적으로 적층된 공기예열부;
상기 공기예열부의 하측에 설치되어서 연소된 배기가스와 개질가스 만을 통과시키는 상측유로 격리플레이트;
상기 상측유로 격리플레이트의 하부에 설치되어서, 상기 배기가스의 연소열을 전도하는 가열플레이트와, 상기 가열플레이트의 하측에 설치되고 상부 개질가스 유통플레이트와 하부 개질가스 유통플레이트의 사이에 배치되서 개질촉매가 상하측으로 노출되도록 설치되는 것에 의해 원료가스가 상기 개질촉매의 수직한 방향으로 이동하며 접촉되는 개질플레이트를 가지는 개질반응부;
상기 개질반응부의 하측에 설치되어서 개질반응부를 통과한 배기가스와 예열된 원료가스만을 통과시키는 상측유로 격리플레이트; 및
상기 상측유로 격리플레이트의 하부 및 상기 하부플레이트의 상부 사이에 설치되어서, 상기 원료가스를 상기 개질반응부를 통과한 배기가스로 예열시키는 폐열회수 플레이트와 개질예열플레이트가 교차적으로 배치되는 개질예열부를 포함하고,
상기 가열플레이트의 상면과, 상기 개질플레이트의 상면과, 상기 상부 개질가스 유통플레이트의 하면과, 상기 하부 개질가스 유통플레이트의 상면에는 각각 미세유로가 형성되는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치.
An upper plate formed with an air supply pipe connected to an air supply source for supplying air, a fuel supply pipe connected with a fuel supply source for supplying fuel, and an ignition catalyst disposed therein, and a generated reformed gas discharge pipe;
A lower plate connected to a raw material supply source and configured to supply a raw material gas and a generated exhaust gas discharge pipe;
An air preheating unit installed at a lower portion of the upper plate and alternately stacking a heating plate and a reforming plate for pre-heating the air supplied from the air supply pipe by residual heat of the reforming gas and mixing and combusting the complexed fuel;
An upper flow passage isolation plate installed below the air preheating unit and passing only the exhaust gas and the reformed gas;
The reforming catalyst is disposed under the upper flow path isolation plate and disposed between the heating plate conducting combustion heat of the exhaust gas and the lower reforming gas distribution plate and disposed between the upper reforming gas distribution plate and the lower reformation gas distribution plate. A reforming reaction part having a reforming plate which is installed so as to be exposed upward and downward and is in contact with the raw material gas in a vertical direction of the reforming catalyst;
An upper flow path separation plate installed below the reforming reaction unit and configured to pass only the exhaust gas and the preheated raw material gas passing through the reforming reaction unit; And
A reforming preheating unit disposed between a lower portion of the upper flow passage isolation plate and an upper portion of the lower plate, wherein a waste heat recovery plate and a reforming preheating plate for preheating the raw material gas to the exhaust gas passing through the reforming reaction part are disposed alternately. and,
A hydrocarbon reformer using a microfluidic heater having a fine flow path formed on an upper surface of the heating plate, an upper surface of the reforming plate, a lower surface of the upper reformed gas distribution plate, and an upper surface of the lower reformed gas distribution plate.
상기 하부플레이트는 상기 상부플레이트와 동일한 단면 형상 및 단면적을 가지고, 상기 원료공급관은 상기 상부플레이트의 연료공급관과 동일한 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치.
According to claim 1, In the upper plate, the air supply pipe and the fuel supply pipe is disposed to face each other, the reformed gas discharge pipe is disposed at a distance to the air supply pipe and the fuel supply pipe,
The lower plate has the same cross-sectional shape and cross-sectional area as the upper plate, wherein the raw material supply pipe is disposed in the same position as the fuel supply pipe of the upper plate.
상기 개질플레이트 및 상기 하부 개질가스 유통플레이트는 상기 가열플레이트를 수평면 상에서 180도 회전시킨 것과 동일하도록 4개의 관통홀 및 미세유로가 배치되며,
상기 상부 개질가스 유통플레이트는 상기 하부 개질가스 유통플레이트와 미세유로가 대향되도록 상기 가열플레이트를 뒤짚은 것과 동일한 것을 특징으로 하는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치.
The heating plate of claim 1, wherein four through holes are formed at a distance from each other, and two through holes are formed to communicate with each other by the micro channel, and the micro channel is disposed between the other two through holes. Placed across,
The reforming plate and the lower reformed gas distribution plate are provided with four through-holes and microchannels so that the heating plate is rotated 180 degrees on a horizontal plane.
The upper reformed gas distribution plate is a hydrocarbon reformer using a microfluidic heater, characterized in that the lower reformed gas distribution plate and the microfluidic channel facing the heating plate.
상기 상부플레이트의 하부에 설치되고, 각각의 상부면에 미세유로가 형성되며, 교호적으로 한쌍 이상이 적층되어서 상기 공기공급관과 연결되는 공기유입관과, 상기 연료공급관과 연결되는 연소관과, 상기 개질가스 배출관과 연결되는 개질가스 유출관과, 상기 공기유입관과 상기 연소관과 상기 개질가스 유출관에 대해 거리를 두는 개질가스 유통관을 형성하는 공기예열 플레이트 및 개질가스 냉각플레이트를 가지고, 상기 공기예열플레이트는 상기 미세유로에 의해 상기 공기공급관과 상기 연소관이 연결되며, 상기 개질가스 냉각플레이트는 상기 미세유로에 의해 상기 개질가스 배출관과 상기 개질가스 유통관을 연결시키는 공기예열부;
상기 공기예열부의 하측에 배치되어, 상기 개질가스 유출관과 상기 공기유입관의 하측을 폐쇄하는 상측유로 격리플레이트;
상기 상측유로 격리플레이트의 하부에 설치되고 상기 연소관과 상기 개질가스 유통관과 연통되며 상부면에 배기가스 유통관과 상기 연소관과 연결하는 미세유로가 형성되는 하나 이상의 연소열교환플레이트와, 상기 연소열교환플레이트의 하부에 설치되고 상기 배기가스 유통관과 연통되고 상기 배기가스 유통관과 격리되면서 상기 개질가스유통관과 연통하는 미세유로가 형성되는 상부개질가스 유통플레이트와, 상기 상부개질가스 유통플레이트의 하측에 배치되고 중심에 개질촉매가 설치되며 상기 배기가스 유통관과 연통되는 촉매홀더 플레이트와, 상기 촉매홀더 플레이트의 하측에 설치되고 상기 배기가스 유통관과 연통되며 상기 배기가스 유통관과 격리되면서 원료가스 유통관과 연통되는 미세유로가 형성된 하부개질가스 유통플레이트를 가지는 개질반응부;
상기 개질반응부의 하측에 배치되어서, 원료가스 유입관과 배기가스 유출관의 상측을 폐쇄하는 하측유로 격리플레이트;
상기 하측유로 격리플레이트의 하부에 설치되고, 각각의 상부면에 미세유로가 형성되며, 교호적으로 한쌍 이상이 적층되어서 상기 배기가스 유통관과 상기 배기가스 유출관과 상기 원료가스 유입관과 상기 원료가스 유통관을 형성하는 폐열회수플레이트와 개질예열 플레이트를 가지고, 상기 폐열회수플레이트는 상기 미세유로에 의해 상기 배기가스 유통관과 상기 배기가스유출관을 연결하며, 상기 개질예열플레이트는 상기 미세유로에 의해 상기 원료가스 유입관과 상기 원료가스 유통관을 연결시키는 개질예열부; 및
성가 개질예열부의 하측에 배치되고, 원료공급원과 연결되어 원료가 공급되고 상기 원료가스 유통관과 연통되는 원료공급관과, 상기 배기가스 유출관과 연통되는 배기가스 배출관이 형성되는 하부플레이트를 포함하는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치.
An upper plate formed with an air supply pipe connected to an air supply source for supplying air, a fuel supply pipe connected with a fuel supply source for supplying fuel, and an ignition catalyst disposed therein, and a generated reformed gas discharge pipe;
An air inlet pipe installed at a lower portion of the upper plate, each having a fine flow path formed thereon, and having a pair of alternating air stacks connected to the air supply pipe, a combustion pipe connected to the fuel supply pipe, and the reforming The air preheating plate has a reformed gas outlet pipe connected to a gas discharge pipe, an air preheating plate and a reformed gas cooling plate forming a reformed gas distribution pipe spaced from the air inlet pipe, the combustion pipe, and the reformed gas outlet pipe. The air supply pipe is connected to the combustion pipe by the micro channel, and the reformed gas cooling plate comprises: an air preheating unit connecting the reformed gas discharge pipe and the reformed gas distribution pipe by the micro channel;
An upper flow path isolation plate disposed below the air preheater and closing the lower side of the reformed gas outlet pipe and the air inlet pipe;
At least one combustion heat exchange plate installed at a lower portion of the upper flow path isolation plate and in communication with the combustion pipe and the reformed gas distribution pipe, and having a fine flow path formed at an upper surface thereof to connect the exhaust gas distribution pipe and the combustion pipe, and a lower portion of the combustion heat exchange plate. An upper reformed gas distribution plate which is installed at and connected to the exhaust gas distribution pipe and separated from the exhaust gas distribution pipe, and has a fine flow path communicating with the reformed gas distribution pipe, and disposed below the upper reformed gas distribution plate and reformed at the center. A catalyst holder plate having a catalyst installed therein and communicating with the exhaust gas distribution pipe, and a lower portion having a micro flow path installed under the catalyst holder plate, communicating with the exhaust gas distribution pipe, and isolated from the exhaust gas distribution pipe, communicating with the source gas distribution pipe. Reforming gas distribution plate Which is a reforming reaction unit;
A lower flow path isolation plate disposed below the reforming reaction unit and closing an upper side of the source gas inlet pipe and the exhaust gas outlet pipe;
It is installed at the lower side of the lower flow path isolation plate, and a fine flow path is formed on each upper surface, and one or more pairs are alternately stacked so that the exhaust gas distribution pipe, the exhaust gas outlet pipe, the source gas inlet pipe, and the source gas are alternately stacked. A waste heat recovery plate and a reforming preheating plate forming a distribution pipe, wherein the waste heat recovery plate connects the exhaust gas distribution pipe and the exhaust gas outlet pipe by the micro channel, and the reforming preheating plate is the raw material by the micro channel. A reforming preheating unit connecting a gas inlet pipe and the source gas distribution pipe; And
The micro channel is disposed below the chant reforming preheating unit, and includes a lower plate which is connected to a raw material supply source, is provided with a raw material supply pipe and communicates with the raw material gas distribution pipe, and an exhaust gas discharge pipe communicating with the exhaust gas outlet pipe. Hydrocarbon reformer using a heater.
According to claim 4, The upper plate is provided with a reforming gas temperature measuring tube in communication with the reformed gas distribution pipe, The lower plate is provided with a source gas temperature measuring tube in communication with the source gas distribution pipe, the reformed gas temperature Hydrocarbon reformer using a micro-channel heater, characterized in that the thermocouple is disposed in the measuring tube and the raw material gas temperature measuring tube.
The reforming catalyst according to claim 1 or 4, wherein the bottom of the reforming catalyst is formed to be flush with the bottom of the catalyst holder plate, and the thickness of the reforming catalyst is thinner than that of the catalyst holder plate. The upper three-dimensional mixing flow passage is installed upward to form the same height as the upper surface of the catalyst holder plate, the lower three-dimensional mixing flow channel is characterized in that the lower three-dimensional mixing flow passage is installed in the center by the auxiliary plate Hydrocarbon reformer using a gas.
7. The micro-channel heater of claim 6, wherein the upper three-dimensional mixing passage protrudes from the catalyst holder plate before bonding, and is compressed by a compressive force during bonding to form the same height as the upper surface of the catalyst holder plate. Used hydrocarbon reformer.
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