KR101197438B1 - Combined Reformer of High pressure internal engine-Plasma reactor and Method for producting Hydrogen or Syngas using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치는, 액체상 및 기체상의 탄화수소 연료, 메탄과 이산화탄소를 포함하는 혐기성 발효조의 바이오가스, 바이오디젤, 폐기물 열분해 시 발생하는 가스 및 오일연료를 포함하는 개질연료 중의 적어도 하나의 개질연료를 공급하는 연료공급장치와, 연료공급장치로부터 인입되는 상기 개질연료를 착화시켜 개질하여 수소 혹은 합성가스를 포함하는 고온의 개질가스로 배출하며. 피스톤을 동작시켜 동력을 출력하는 고압축 내연기관, 및 고압축 내연기관에서 배출되는 상기 개질가스 중 그을음과 미반응 연료를 플라즈마 반응을 이용하여 제거하는 플라즈마 반응기를 포함한다.The integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reformer according to the present invention is a liquid and gaseous hydrocarbon fuel, a reforming comprising biogas, biodiesel, gas and oil fuel generated during the anaerobic fermentation tank containing methane and carbon dioxide, waste pyrolysis A fuel supply device for supplying at least one reformed fuel in the fuel and the reformed fuel introduced from the fuel supply device are ignited to be reformed and discharged into a high temperature reformed gas containing hydrogen or syngas. A high pressure internal combustion engine for outputting power by operating a piston, and a plasma reactor for removing soot and unreacted fuel from the reformed gas discharged from the high compression internal combustion engine using a plasma reaction.

고압축내연기관, 플라즈마 반응기, 일체형 개질장치, 열교환기, 발전기 High pressure internal combustion engine, plasma reactor, integrated reformer, heat exchanger, generator

Description

고압축 내연기관-플라즈마 반응기 일체형 개질장치 및 이를 이용한 수소 또는 합성가스 생산방법{Combined Reformer of High pressure internal engine-Plasma reactor and Method for producting Hydrogen or Syngas using the same}Combined Reformer of High pressure internal engine-Plasma reactor and Method for producting Hydrogen or Syngas using the same

본 발명은 각종 바이오연료를 개질하여 수소 또는 합성가스를 생산하는 개질장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치와 이를 사용하여 수소 또는 합성가스를 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a reforming apparatus for producing hydrogen or syngas by reforming various biofuels, and more particularly, to an integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reforming apparatus and a method for producing hydrogen or syngas using the same. .

산업의 발전과 과학기술 문명의 발달로 인하여 에너지 소비가 급증하고 있다. 더 많은 에너지의 생산을 위해 화석연료를 이용한 발전으로 대기오염물질의 증가와 함께 이산화탄소를 비롯한 지구온난화 가스가 발생되고 있다. 그러나, 더 큰 문제는 화석연료의 매장량의 한계로 인해 에너지가 고갈될 수 있으며, 이를 방지하기 위해 대체 에너지의 개발이 시급하다는 것이다. 이러한 시대의 요구에 맞추어 현재 국내뿐만 아니라 세계 각국은 다양한 대체 에너지에 대한 연구를 진행하고 있다. 그 중 매립지가스(LFG, land fill gas), 하수종말 처리장, 음식물 쓰레기 처리장, 가축분뇨 처리장 등의 메탄생성 혐기성 발효조 등에서 발생되는 바이오가스를 대체 에너지로 이용하는 기술에 대해 점차 관심이 증가하고 있다. 하지만 이러한 바이오가스의 경우 직접 연소시 발열량이 낮아 연소성이 떨어지고, 암모니아(NH3) 등의 불순물이 포함되어 다량의 대기오염물이 발생되는 문제점이 있다. 또한, 바이오가스를 단순 소각하여 처리하는 경우에는 유용한 자원인 메탄을 낭비한다는 문제도 있다.Due to the development of industry and the development of scientific and civilization, energy consumption is increasing rapidly. Power generation using fossil fuels for the production of more energy is increasing global pollutants, including carbon dioxide and global warming gases. The bigger problem, however, is that energy reserves can be depleted due to the limited reserves of fossil fuels, and the development of alternative energy is urgent to prevent this. In order to meet the needs of this era, not only domestic but also countries around the world are conducting research on various alternative energies. Among them, interest in technologies using biogas generated from methane-producing anaerobic fermenters, such as land fill gas (LFG), sewage treatment plants, food waste treatment plants, and livestock manure treatment plants, is gradually increasing. However, in the case of such biogas, there is a problem that a low amount of heat generated during direct combustion, resulting in low combustibility, and a large amount of air pollutants are generated by including impurities such as ammonia (NH 3 ). In addition, in the case of simple incineration of biogas, there is a problem that wastes methane, a useful resource.

따라서 이러한 바이오가스를 청정에너지인 수소를 포함한 합성가스(SynGas)로 자원화하여 환경친화적이며 미래의 지속적인 에너지 공급원으로 활용하는 것이 바람직하다. Therefore, it is desirable to use this biogas as a synthetic gas (SynGas) containing hydrogen, which is clean energy, and use it as an environmentally friendly and future energy supply source.

바이오가스 개질에 의한 수소 또는 합성가스의 생산방법으로는 부분산화 개질법(Partial oxidation reforming), 이산화탄소 개질법(CO2 reforming), 수증기 개질법(Steam reforming) 등 여러 방법이 있다. 그러나, 바이오가스의 전환율, 수소 혹은 합성가스의 생성률을 높일 수 있는 개질장치 및 개질방법의 개발이 계속적으로 요구되고 있다.There are various methods of producing hydrogen or syngas by biogas reforming, such as partial oxidation reforming, CO 2 reforming, and steam reforming. However, there is a continuous need to develop reformers and reforming methods capable of increasing the conversion rate of biogas and the production rate of hydrogen or syngas.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 창안된 것으로서, 개질가스 중의 연료의 전환율, 수소 혹은 합성가스 생성률을 높일 수 있는 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치 및 이를 이용한 수소 또는 합성가스 생산방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made in view of the above problems, and provides an integrated high-compression combustion engine-plasma reactor reforming apparatus and a method of producing hydrogen or syngas using the same, which can increase the conversion rate of fuel in reformed gas, hydrogen or syngas production rate. It aims to do it.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 액체상 및 기체상의 탄화수소 연료, 메탄과 이산화탄소를 포함하는 혐기성 발효조의 바이오가스, 바이오디젤, 폐기물 열분해 시 발생하는 가스 및 오일연료를 포함하는 개질연료 중의 적어도 하나의 개질연료를 공급하는 연료공급장치; 상기 연료공급장치로부터 인입되는 상기 개질연료를 착화시켜 개질하여 수소 혹은 합성가스를 포함하는 고온의 개질가스로 배출하며. 피스톤을 동작시켜 동력을 출력하는 고압축 내연기관; 및 상기 고압축 내연기관에서 배출되는 상기 개질가스 중 그을음과 미반응 연료를 플라즈마 반응을 이용하여 제거하는 플라즈마 반응기;를 포함하는 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치에 의해 달성된다.An object of the present invention as described above, the reforming of at least one of the reformed fuel, including liquid and gaseous hydrocarbon fuels, biogas of anaerobic fermentation tanks containing methane and carbon dioxide, biodiesel, gas and oil fuel generated during waste pyrolysis. A fuel supply device for supplying fuel; The reformed fuel introduced from the fuel supply device is ignited to be reformed and discharged into a high temperature reformed gas including hydrogen or syngas. A high compression internal combustion engine that outputs power by operating a piston; And a plasma reactor for removing soot and unreacted fuel in the reformed gas discharged from the high-compression internal combustion engine by using a plasma reaction.

이때, 상기 고압축 내연기관은 실린더 헤드에 설치된 점화플러그를 포함하며, 상기 연료공급장치는, 상기 개질연료를 공급하는 연료 공급라인; 산화제를 공급하는 산화제 공급라인; 및 상기 개질연료와 산화제를 혼합하여 상기 고압축 내연기관으로 공급하는 혼합기;를 포함할 수 있다. In this case, the high-compression internal combustion engine includes a spark plug installed in the cylinder head, the fuel supply device, a fuel supply line for supplying the reformed fuel; An oxidant supply line for supplying an oxidant; And a mixer for mixing the reformed fuel and an oxidant and supplying the reformed fuel to the high compression internal combustion engine.

또한, 상기 고압축 내연기관은 산소-메탄비가 0.4 내지 0.8인 부분산화영역 및 공급되는 개질연료 중의 이산화탄소에 의한 이상연소를 제어할 수 있도록 상기 개질연료의 성상 및 종류에 따라 상기 점화플러그의 점화시기를 조절하는 전자제어유닛(ECU; Electronic Control Unit)을 더 포함할 수 있다. In addition, the high-compression internal combustion engine determines the ignition timing of the spark plug according to the characteristics and type of the reformed fuel so as to control abnormal combustion by carbon dioxide in the reformed fuel and the partial oxidation region having an oxygen-methane ratio of 0.4 to 0.8. It may further include an electronic control unit (ECU) for adjusting.

또한, 상기 고압축 내연기관에는 발전기가 연결되며, 상기 개질연료를 개질할 때 발생한 동력은 상기 발전기를 동작시켜 전기를 발생시키며, 상기 발생된 전기는 상기 플라즈마 반응기의 전원공급장치로 공급하는 것이 바람직하다. In addition, a generator is connected to the high-compression internal combustion engine, the power generated when reforming the reformed fuel generates electricity by operating the generator, the generated electricity is preferably supplied to the power supply of the plasma reactor. .

또한, 상기 연료공급장치는, 상기 개질연료를 공급하는 연료 공급라인; 산화제를 공급하는 산화제 공급라인; 산화제 공급라인을 통해 공급되는 산화제를 가열하는 히터; 상기 개질연료와 산화제를 혼합하여 상기 고압축 내연기관으로 공급하는 혼합기; 및 산소-메탄비가 0.4 내지 0.8인 부분산화영역 및 공급되는 개질연료 중의 이산화탄소에 의한 이상연소를 제어할 수 있도록 상기 개질연료의 성상 및 종류에 따라 상기 히터를 제어하여 상기 혼합기로 공급되는 상기 산화제의 온도를 조절하는 컨트롤러;를 포함할 수 있다. In addition, the fuel supply device, a fuel supply line for supplying the reformed fuel; An oxidant supply line for supplying an oxidant; A heater for heating the oxidant supplied through the oxidant supply line; A mixer for mixing the reformed fuel and an oxidant and supplying the reformed fuel to the high compression internal combustion engine; And controlling the heater according to the properties and types of the reformed fuel so as to control abnormal combustion caused by carbon dioxide in the reformed fuel and the partial oxidation zone having an oxygen-methane ratio of 0.4 to 0.8. It may include a controller for adjusting the temperature.

또한, 상기 고압축 내연기관에는 발전기가 연결되며, 상기 개질연료를 개질할 때 발생한 동력은 상기 발전기를 동작시켜 전기를 발생시키며, 상기 발생된 전기는 상기 히터 및 상기 플라즈마 반응기의 전원공급장치로 공급하는 것이 바람직하다. In addition, a generator is connected to the high-compression internal combustion engine, the power generated when reforming the reformed fuel generates electricity by operating the generator, the generated electricity is supplied to the power supply of the heater and the plasma reactor It is preferable.

또한, 상기 고압축 내연기관과 상기 플라즈마 반응기 사이에는 상기 고온의 개질가스를 냉각시키는 열교환기가 더 설치될 수 있다. In addition, a heat exchanger for cooling the high temperature reformed gas may be further installed between the high compression internal combustion engine and the plasma reactor.

또한, 상기 열교환기는 상기 고온의 개질가스를 이용하여 외부에서 공급되는 물을 수증기로 변환하고, 수증기를 상기 플라즈마 반응기로 공급하여 상기 고온의 개질가스에 포함된 그을음과 미반응 연료를 제거할 수 있도록 형성될 수 있다. In addition, the heat exchanger converts water supplied from the outside into water vapor using the hot reformed gas, and supplies steam to the plasma reactor to remove soot and unreacted fuel included in the hot reformed gas. Can be formed.

또한, 상기 피스톤의 상면에는 축열제가 설치될 수 있다. In addition, a heat storage agent may be installed on an upper surface of the piston.

또한, 상기 플라즈마 반응기는 글라이드 아크, 코로나 와이어, 유전체 방전 방식의 플라즈마 반응기를 포함할 수 있다. In addition, the plasma reactor may include a glide arc, corona wire, dielectric discharge plasma reactor.

본 발명의 다른 측면에서, 상기와 같은 본 발명의 목적은, 액체상 및 기체상의 탄화수소 연료, 메탄과 이산화탄소를 포함하는 혐기성 발효조의 바이오가스, 바이오디젤, 폐기물 열분해 시 발생하는 가스 및 오일연료를 포함하는 개질연료 중의 적어도 하나의 개질연료를 공급하는 단계; 상기 개질연료와 산화제를 혼합하여 고압축 내연기관으로 공급하는 단계; 상기 고압축 내연기관 내에서 상기 개질연료와 산화제를 점화 또는 착화시켜 수소 혹은 합성가스를 포함하는 고온의 개질가스를 생성하는 단계; 상기 고온의 개질가스를 열교환기를 통해 플라즈마 반응기로 공급하고, 상기 고온의 개질가스가 통과하는 동안 상기 열교환기에서 생성된 수증기를 플라즈마 반응기로 공급하는 단계; 및 플라즈마 반응과 상기 수증기를 이용하여 개질가스에 포함된 그을음과 미반응 연료를 제거하여 수소 혹은 합성가스를 생산하는 단계;를 포함하는 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치를 이용한 수소 또는 합성가스 생산방법에 의해 달성될 수 있다.In another aspect of the present invention, an object of the present invention as described above comprises liquid and gaseous hydrocarbon fuels, biogas of an anaerobic fermentation tank containing methane and carbon dioxide, biodiesel, gas and oil fuel generated during waste pyrolysis. Supplying at least one reformed fuel of the reformed fuel; Supplying the reformed fuel and an oxidant to a high compression internal combustion engine; Igniting or igniting the reformed fuel and an oxidant in the high-compression internal combustion engine to produce a hot reformed gas containing hydrogen or syngas; Supplying the hot reformed gas to a plasma reactor through a heat exchanger, and supplying steam generated in the heat exchanger to a plasma reactor while the hot reformed gas passes therethrough; Producing hydrogen or syngas by removing the soot and unreacted fuel included in the reformed gas using a plasma reaction and the steam; hydrogen or syngas production using an integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reformer It can be achieved by the method.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 의한 일체형 고압축 내연기 관-플라즈마 반응기 개질장치 및 이를 이용한 수소 또는 합성가스 생산방법에 의하면, 개질가스 중의 연료의 전환율, 수소 혹은 합성가스 생성률을 높일 수 있으므로, 메탄과 이산화탄소의 구성비가 5:5 이하의 비율에서도 합성가스를 생산할 수 있으며, 이산화탄소는 일산화탄소로 전환되고 이를 액체연료 및 화성품의 원료인 합성가스로 사용할 수 있으므로 지구온실가스를 줄일 수 있다.According to the integrated high-compression internal combustion tube-plasma reactor reforming apparatus and the hydrogen or syngas production method using the same according to an embodiment of the present invention having the structure as described above, it is possible to increase the conversion rate of the fuel in the reformed gas, hydrogen or syngas production rate Therefore, the composition ratio of methane and carbon dioxide can be produced at a ratio of 5: 5 or less, and carbon dioxide can be converted into carbon monoxide and used as a synthesis gas as a raw material for liquid fuel and chemical products, thereby reducing global greenhouse gas. .

또한, 본 발명에 의한 개질장치 및 생산방법에 의하면, 플라즈마 반응기에서 필요한 수증기를 고압축 내연기관에서 발생되는 개질가스의 열을 이용하여 생성하므로 열효율을 높일 수 있다. 또한, 이를 통해 개질가스의 온도가 낮아지므로, 고온에서 수소가 미반응 산화제와 반응하여 수소 수율이 줄어드는 현상을 방지할 수 있다.In addition, according to the reforming apparatus and production method according to the present invention, since the steam required in the plasma reactor is generated using the heat of the reformed gas generated in the high-compression internal combustion engine, the thermal efficiency can be improved. In addition, since the temperature of the reformed gas is lowered through this, it is possible to prevent the hydrogen from reacting with the unreacted oxidant at a high temperature to reduce the hydrogen yield.

또한, 본 발명에 의한 개질장치 및 생산방법에 의하면, 고압축 내연기관에서 개질반응시에 발생하는 동력을 이용하여 전기를 생산하고 이를 플라즈마 반응기와 히터에 공급할 수 있으므로, 개질장치에 요구되는 전기를 줄일 수 있으며, 시스템 전체의 효율을 높일 수 있다. In addition, according to the reforming apparatus and the production method according to the present invention, by using the power generated during the reforming reaction in the high-compression internal combustion engine can be produced and supplied to the plasma reactor and the heater, to reduce the electricity required for the reforming apparatus It can increase the efficiency of the whole system.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치 및 이를 이용한 수소 또는 합성가스 생산방법의 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described an embodiment of an integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reforming apparatus and a method for producing hydrogen or syngas using the same according to the present invention.

다만, 이하에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성요 소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다.However, in the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known functions or elements may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description and specific illustration thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치를 나타내는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing an integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reforming apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치(1)는 개질연료(2)의 1차 개질이 일어나는 고압축 내연기관(10)과 2차 개질이 일어나는 플라즈마 반응기(20)를 포함하는 일체형 개질장치로 구성된다.1, the integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reformer 1 according to an embodiment of the present invention is a high-compression internal combustion engine 10 in which primary reforming of the reforming fuel 2 occurs and secondary reforming occurs. It is composed of an integrated reformer including a plasma reactor (20).

이와 같은 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치(1)는 다양한 개질대상 연료(2)를 사용하여 고순도 수소 혹은 합성가스(100)를 생산할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치(1)에 사용할 수 있는 개질연료(2)는 액체상 및 기체상의 화석연료(탄화수소연료)와 액체상 및 기체상의 폐기물연료를 포함할 수 있다. 액체상의 화석연료는 휘발유, 경유, 중유, 등유 등을 포함하며, 기체상의 화석연료는 천연가스(CNG; Compressed Natural Gas), 액화석유가스(LPG; Liquefied petroleum Gas), 석탄열분해가스(IGCC; Integrated Gasification Combined Cycle) 등을 포함한다. 또한, 액체상의 폐기물연료로는 바이오디젤, 열분해 오일 등을 포함하며, 기체상의 폐기물연료로는 혐기성소화조가스, 발효조 및 폐수처리장의 바이오가스(Biogas), 매립지가스(LFG; Land Fill Gas), 열분해가스 등을 포함한다.Such an integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reformer 1 can produce high purity hydrogen or syngas 100 using various reforming fuels 2. The reformed fuel 2 usable in the integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reformer 1 according to one embodiment of the present invention includes liquid and gaseous fossil fuels (hydrocarbon fuel) and liquid and gaseous waste fuels. Can be. Liquid fossil fuels include gasoline, diesel, heavy oil, kerosene, etc., and gaseous fossil fuels include compressed natural gas (CNG), liquefied petroleum gas (LPG), and coal pyrolysis gas (IGCC). Gasification Combined Cycle). In addition, liquid waste fuels include biodiesel and pyrolysis oil, and gaseous waste fuels include anaerobic digester gas, biogas from fermentation tanks and wastewater treatment plants, landfill gas (LFG), and pyrolysis. Gas and the like.

고압축 내연기관(10)은 연료공급장치(9,9', 도 2 및 도 3 참조)로부터 공급 되는 개질연료(2)를 착화 또는 점화시켜 개질하여 수소 혹은 합성가스를 포함하는 고온의 개질가스로 배출하며. 피스톤(102, 도 5 참조)을 동작시켜 동력을 출력하는 것으로서, 스파크 점화 방식과 고온압축착화 방식의 고압축 내연기관(11,12)을 포함할수 있다. 스파크 점화 방식과 고온압축착화 방식은 개질연료를 점화시키는 방식이 서로 상이하므로, 고압축 내연기관(10)으로 개질연료(2)를 공급하는 연료공급장치(9,9')가 상이하다. 따라서, 이하에서는 스파크 점화 방식과 고온압축착화 방식의 고압축 내연기관(11.12)을 갖는 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치(1,1')에 대해 차례로 설명한다.The high-compression internal combustion engine 10 ignites or ignites the reformed fuel 2 supplied from the fuel supply device 9, 9 '(see FIGS. 2 and 3), and reforms it into a high-temperature reformed gas containing hydrogen or syngas. Exhausting. As outputting power by operating the piston 102 (refer to FIG. 5), it may include the high-compression internal combustion engines 11 and 12 of the spark ignition type and the high temperature compression type compression type. Since the spark ignition method and the high temperature compression ignition method are different from each other in the method of igniting the reformed fuel, the fuel supply devices 9 and 9 'that supply the reformed fuel 2 to the high-compression internal combustion engine 10 are different. Therefore, hereinafter, the integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reformer 1, 1 'having the spark ignition system and the high-pressure compression combustion system 11.12 has been described.

도 2는 스파크 점화 방식 고압축 내연기관(11)을 사용한 본 발명의 일 실시예에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치(1)(이하, 스파크 점화 방식의 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치이라 한다)를 나타내는 구성도이다.2 is an integrated high compression internal combustion engine-plasma reactor reformer 1 according to an embodiment of the present invention using a spark ignition high compression internal combustion engine 11 (hereinafter, an integrated high compression internal combustion engine-plasma reactor reformer of a spark ignition system). It is a block diagram which shows.

도 2를 참조하면, 스파크 점화 방식의 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치(1)는 연료공급장치(9), 스파크 점화 방식 고압축 내연기관(11), 열교환기(30), 및 플라즈마 반응기(20)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the spark ignition integrated high compression internal combustion engine-plasma reactor reformer 1 includes a fuel supply device 9, a spark ignition high compression internal combustion engine 11, a heat exchanger 30, and a plasma reactor ( 20).

연료공급장치(9)는 상술한 개질연료(2) 중의 어느 하나를 공급할 수 있도록 구성되며, 개질연료(2)를 공급하는 연료 공급라인과, 산화제(3)를 공급하는 산화제 공급라인 및 개질연료(2)와 산화제(3)를 혼합하여 고압축 내연기관(11)으로 공급하는 혼합기(4)를 포함한다. The fuel supply device 9 is configured to supply any one of the reformed fuels 2 described above, a fuel supply line for supplying the reformed fuel 2, an oxidant supply line for supplying the oxidant 3, and reformed fuel. And a mixer 4 which mixes (2) and the oxidizing agent 3 and supplies it to the high-compression internal combustion engine 11.

스파크 점화 방식의 고압축 내연기관(11)은 실린더 헤드(101, 도 5 참조)에 점화플러그(미도시)가 설치되며, 실린더 헤드(101)의 내부에는 피스톤(102)이 상하로 이동할 수 있도록 설치되어 있다. 피스톤(102) 상측의 실린더 헤드(101)의 내부는 개질연료(2)가 연소반응을 일으키는 연소실을 형성한다. 따라서, 인입밸브(104)가 열리면, 연료공급장치(9)로부터 산화제(3)와 혼합된 개질연료(2)가 연소실로 인입된다. 점화플러그가 스파크를 발생하면, 혼합된 개질연료(2)와 산화제(3)는 화염전파시간을 거쳐 폭발력을 만들고 압력이 상승한다. 상승된 압력에 의해 피스톤(102)이 동작하여 동력이 생성된다. 고압축 내연기관(11)에서 연소실에서 연료가 연소되면 피스톤(102)에 의해 동력이 생산되는 것은 공지 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.The spark ignition type high-compression internal combustion engine 11 is provided with a spark plug (not shown) in the cylinder head 101 (see FIG. 5), and installed in the cylinder head 101 so that the piston 102 can move up and down. It is. The interior of the cylinder head 101 above the piston 102 forms a combustion chamber in which the reformed fuel 2 causes a combustion reaction. Therefore, when the intake valve 104 is opened, the reformed fuel 2 mixed with the oxidant 3 is introduced into the combustion chamber from the fuel supply device 9. When the spark plug generates a spark, the mixed reformed fuel 2 and the oxidant 3 create an explosive force through the flame propagation time and the pressure rises. The piston 102 acts by the elevated pressure to generate power. When fuel is combusted in the combustion chamber in the high-compression internal combustion engine 11, power is produced by the piston 102, and thus a detailed description thereof will be omitted.

개질연료(2)로 사용되는 메탄 및 이산화탄소의 비율이 5:5 이하 또는 이상으로 이루어진 바이오가스 중 이산화탄소는 가연성분을 희석하여 연소조건을 열악하게 만들게 되므로 산소부화를 통해 제한된 실린더 헤드(101)의 연소실 내에서 개질연료(2)와 산화제(3)인 산소의 효율적인 반응을 유도한다. Carbon dioxide in the biogas composed of the methane and carbon dioxide used as the reforming fuel (2) is 5: 5 or less, or more, dilutes the combustible components and makes combustion conditions worse. Efficient reaction of reformed fuel (2) and oxygen as oxidant (3) is induced in the combustion chamber.

또한, 스파크 점화 방식의 고압축 내연기관(11)에는 점화플러그의 점화시기를 제어하는 전자제어유닛(ECU; Electronic Control Unit), 즉 점화시기 컨트롤러(11a)가 설치될 수 있다. 이는 산소와 탄소의 비율이 0.5이하(공기비는 0.25이하)이고 이산화탄소가 포함된 개질연료(2)를 부분산화시킬 경우 연소상태가 불안정해지는 것을 해결하기 위한 것이다. 즉, 고압축 내연기관(11)에서 안정적인 연소가 일어날 수 있도록 개질연료(2)의 조성 및 출력에 따라 전자제어유닛(11a)이 점화시기를 조절한다. 그러면, 고압축 내연기관(11)의 연소성이 향상되어 정속운전이 가 능해지며, 수소 혹은 합성가스 생성율이 향상된다. In addition, the spark ignition type high-compression internal combustion engine 11 may be provided with an electronic control unit (ECU), that is, an ignition timing controller 11a, for controlling the ignition timing of the spark plug. This is to solve the problem that the combustion state becomes unstable when the ratio of oxygen and carbon is 0.5 or less (air ratio is 0.25 or less) and partial oxidation of the reformed fuel 2 containing carbon dioxide. That is, the electronic control unit 11a adjusts the ignition timing according to the composition and output of the reformed fuel 2 so that stable combustion can occur in the high-compression internal combustion engine 11. Then, the combustibility of the high-compression internal combustion engine 11 is improved to enable constant speed operation, and the hydrogen or syngas production rate is improved.

도 5를 참조하면, 고압축 내연기관(11)의 피스톤(102)의 상면, 즉 연소실과 접하는 피스톤(102)의 면에는 축열제(103)가 설치될 수 있다. 축열제(103)는 열 전달율이 높은 금속을 피스톤(102)의 상면에 배기가스와 원활하게 접촉할 수 있도록 가능한 넓은 면적을 유지하도록 설치한 것이다. 그러면, 고압축 내연기관(11)의 압축과 배기과정에서 축열제(103)가 배기가스 중의 열을 회수한다. 그 후, 축열제(103)가 흡입과정에서 유입된 개질연료(2)와 산화제(3)의 혼합기체로 회수하였던 열을 전달할 수 있으므로 엔트로피를 증가시켜 열손실을 감소시키고, 개질연료(2)의 전환율, 수소 혹은 합성가스 생성을 증가시킨다. 즉, 축열제(103)는 배기가스의 열을 충분히 흡수하여 흡입가스로 전달할 수 있는 열 활성체로서의 역할을 수행한다. Referring to FIG. 5, a heat storage agent 103 may be installed on the upper surface of the piston 102 of the high-compression internal combustion engine 11, that is, the surface of the piston 102 in contact with the combustion chamber. The heat storage agent 103 is installed to maintain a large area as much as possible so that the metal having a high heat transfer rate can be smoothly contacted with the exhaust gas on the upper surface of the piston 102. Then, the heat storage 103 recovers the heat in the exhaust gas during the compression and exhaust of the high-compression internal combustion engine 11. Thereafter, the heat storage agent 103 can transfer the heat recovered to the mixed gas of the reformed fuel (2) and the oxidant (3) introduced during the intake process, so that entropy is increased to reduce heat loss, and the reformed fuel (2) Increase conversion, hydrogen or syngas production. That is, the heat storage agent 103 serves as a heat activator capable of sufficiently absorbing heat of the exhaust gas and transferring it to the suction gas.

한편, 스파크 점화 방식의 고압축 내연기관(11)에서는 산소부화율 및 연료 중 이산화탄소(CO2) 주입량에 따라 수소(H2) 및 합성가스의 생산율이 변화한다.On the other hand, in the spark ignition type high-compression internal combustion engine 11, the production rate of hydrogen (H 2 ) and syngas varies according to the oxygen enrichment rate and the amount of carbon dioxide (CO 2 ) injected into the fuel.

도 6은 스파크 점화 방식의 고압축 내연기관(11)에서 산소부화농도의 변화에 따라 생성되는 수소와 일산화탄소(CO)의 농도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 6을 참조하면, 산소부화율이 증가할수록 수소 및 일산화탄소는 증가하는 추세를 보이며, 산소부화농도가 100%일 때 수소 농도는 58.29%이고, 일산화탄소의 농도는 16.47%이다. 산소부화농도가 증가함에 따라 수소 및 일산화탄소의 농도가 증가하는 것은 공기 중 질소량이 감소됨에 따라 배기손실이 감소되고 이에 따라 고압축 내연 기관의 내부 온도가 증가되어 연소성이 증가되기 때문이다.6 is a graph showing a change in the concentration of hydrogen and carbon monoxide (CO) generated in accordance with the change in the oxygen enrichment concentration in the spark ignition high-compression internal combustion engine (11). Referring to FIG. 6, as the oxygen enrichment rate increases, hydrogen and carbon monoxide increase, and when the oxygen enrichment concentration is 100%, the hydrogen concentration is 58.29% and the carbon monoxide concentration is 16.47%. The increase in the concentration of hydrogen and carbon monoxide increases with increasing oxygen enrichment concentration because the exhaust loss decreases as the amount of nitrogen in the air decreases, and the internal temperature of the high-compression internal combustion engine increases, thereby increasing the combustibility.

도 7은 스파크 점화 방식의 고압축 내연기관(11)에서 개질연료(2) 중의 이산화탄소의 변화에 따라 생성되는 수소와 일산화탄소의 농도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 7을 참조하면, 연료 중의 이산화탄소의 구성비가 증가할수록 연료의 메탄을 희석시키므로 수소 혹은 합성가스의 생성율은 떨어진다. 연료 중 이산화탄소의 증가는 발생한 열을 배기 폐열시키는 효과가 있으며, 흡열반응인 이산화탄소의 개질 때문에 배기가스의 온도가 하강한다. 따라서, 연소성의 저하로 인해 엔진의 출력이 떨어질 수 있다. 본 실시예에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치(1)에서는 산소부화 및 스파크의 영향으로 바이오 가스의 구성비보다 더 낮은 메탄;이산화탄소=5:5에서도 개질효과가 나타난다. FIG. 7 is a graph showing changes in concentrations of hydrogen and carbon monoxide generated according to changes in carbon dioxide in the reformed fuel 2 in the spark ignition type high-compression internal combustion engine 11. Referring to FIG. 7, since the methane of the fuel is diluted as the composition ratio of carbon dioxide in the fuel increases, the production rate of hydrogen or syngas is lowered. The increase of carbon dioxide in the fuel has the effect of exhaust heat waste heat generated, the temperature of the exhaust gas is lowered due to the reforming of the endothermic reaction carbon dioxide. Therefore, the output of the engine may drop due to the deterioration in combustibility. In the integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reformer 1 according to the present embodiment, the reforming effect is also shown in methane lower than the composition ratio of biogas; carbon dioxide = 5: 5 under the influence of oxygen enrichment and sparking.

또한, 고압축 내연기관(11)에서 발생된 동력을 이용하여 전기를 생산하기 위해 고압축 내연기관(11)에는 발전기(40)가 연결될 수 있다. 따라서, 고압축 내연기관(11)에서 개질연료(2)가 연소하여 개질될 때, 고압축 내연기관(11)은 동력을 발생하고, 이 동력은 발전기(40)를 가동시켜 전기를 생산한다. 발전기(40)에서 생산된 전기(40a)는 플라즈마 반응기(20)의 전원공급장치(50)로 공급될 수 있다. 이때, 발전기(40)는 플라즈마 반응기(20)의 형태에 대응하여 단상 또는 삼상의 발전기가 사용될 수 있다. In addition, the generator 40 may be connected to the high-compression internal combustion engine 11 to produce electricity using power generated by the high-compression internal combustion engine 11. Therefore, when the reformed fuel 2 is burned and reformed in the high-compression internal combustion engine 11, the high-compression internal combustion engine 11 generates power, which operates the generator 40 to produce electricity. The electricity 40a produced by the generator 40 may be supplied to the power supply device 50 of the plasma reactor 20. In this case, the generator 40 may be a single-phase or three-phase generator corresponding to the shape of the plasma reactor 20.

플라즈마 반응기(20)는 고압축 내연기관(11)의 후단부에 연결된다. 플라즈마 반응기(20)는 고압축 내연기관(11)에서 개질된 후 발생된 개질가스 중에 함유된 그을음(soot) 및 미반응 연료(예를 들면, 미반응 탄화수소류)를 제거하고, 고순도의 수소와 합성가스를 생성한다. The plasma reactor 20 is connected to the rear end of the high compression internal combustion engine 11. The plasma reactor 20 removes soot and unreacted fuel (eg, unreacted hydrocarbons) contained in the reformed gas generated after reforming in the high-compression internal combustion engine 11, and synthesizes with high purity hydrogen. Generate gas.

고압축 내연기관(11)에서 부분산화에 의해 일차로 개질되어 배출된 내연기관의 배기가스(즉, 1차 개질가스)(도 5의 G2)에는 그을음과 부분산화 반응시 미반응된 연료가 포함되어 있다. 이러한 그을음과 미반응 연료를 제거하기 위해서는 1차 개질가스에 수증기를 혼합하고, 수증기와 혼합된 1차 개질가스를 플라즈마 반응기(20)로 공급할 수 있다. 그러면, 플라즈마 반응기(20)에서 발생되는 플라즈마 반응에 의해 그을음과 미반응 연료가 제거되고 수소 혹은 합성가스(예를 들면, 일산화탄소)의 생성율이 증가한다. 또한, 플라즈마 반응기(20)로 인입되는 1차 개질가스의 온도가 높은 경우에는 1차 개질가스에 포함된 수소와 미반응 산화제가 반응하여 1차 개질에서 생성된 수소가 감소되어 수소 수율이 저감될 수 있다. 따라서, 1차 개질가스의 온도를 낮추면, 수소와 미반응 산화제가 반응하는 것을 줄일 수 있으므로 수소 수율이 저감되는 것을 방지할 수 있다. The exhaust gas (ie, primary reformed gas) (G2 of FIG. 5) of the internal combustion engine that is primarily reformed and discharged by partial oxidation in the high-compression internal combustion engine 11 includes soot and unreacted fuel during the partial oxidation reaction. have. In order to remove the soot and unreacted fuel, steam may be mixed with the primary reformed gas, and the primary reformed gas mixed with the steam may be supplied to the plasma reactor 20. Then, the soot and unreacted fuel are removed by the plasma reaction generated in the plasma reactor 20, and the production rate of hydrogen or syngas (for example, carbon monoxide) increases. In addition, when the temperature of the primary reformed gas introduced into the plasma reactor 20 is high, the hydrogen contained in the primary reformed gas reacts with the unreacted oxidant to reduce the hydrogen produced in the primary reforming, thereby reducing the hydrogen yield. Can be. Therefore, by lowering the temperature of the primary reformed gas, it is possible to reduce the reaction between hydrogen and the unreacted oxidant, so that the hydrogen yield can be prevented from being reduced.

플라즈마 반응기(20)로 수증기를 공급하여 고압축 내연기관(11)에서 배출되는 1차 개질가스와 혼합시키기 위해서는 수증기 공급장치가 필요하다. 수증기 공급장치는 별도의 에너지를 사용하여 수증기를 생성하는 수증기 생성장치에서 생성된 수증기를 공급하도록 구성될 수 있다. 그러나, 본 실시예의 경우에는, 고압축 내연기관(11)의 배기가스, 즉 1차 개질가스의 온도를 낮추기 위한 열교환기(30)를 이용하여 수증기를 생산할 수 있도록 구성하였다. In order to supply water vapor to the plasma reactor 20 and mix it with the primary reformed gas discharged from the high-compression internal combustion engine 11, a water vapor supply device is required. The steam supply device may be configured to supply steam generated by the steam generator that generates steam using separate energy. However, in the present embodiment, it is configured to produce steam using the heat exchanger 30 for lowering the temperature of the exhaust gas, that is, the primary reformed gas of the high-compression internal combustion engine 11.

즉, 열교환기(30)를 도 4a 내지 도 4c에 도시한 바와 같이 몸체(33)와 몸체(33) 내부에 나선형으로 설치된 튜브(34)로 구성한다. 고압축 내연기관(11)에서 배출되는 고온의 1차 개질가스(G)는 열교환기(30)의 몸체(33)를 관통하여 통과하여 플라즈마 반응기(20)로 인입된다. 이때, 고온의 1차 개질가스(G)는 열교환기 몸체(33)의 내부에 설치된 튜브(34)의 외면과 접촉하며 통과하게 된다. 따라서, 튜브(34)의 일단으로 물공급장치(31)를 이용하여 물(31a)을 공급하면, 물이 튜브를 통과하는 동안 1차 개질가스(G)의 열을 흡수하여 수증기로 변화된다. 따라서, 플라즈마 반응기(20)와 근접한 열교환기(30)의 일단의 튜브(34)에서는 수증기(32a)가 배출되게 된다. 이 수증기(32a)는 수증기 주입장치(32)를 통해 플라즈마 반응기(20)로 주입되어 열교환기(30)를 통과하여 플라즈마 반응기(20)로 인입되는 1차 개질가스(G)와 혼합된다. 도 2에서 참조기호 32b는 수증기 주입장치(32)에 의해 플라즈마 반응기(20)로 주입되는 수증기를 나타낸다.That is, the heat exchanger 30 is composed of a body 33 and a tube 34 spirally installed inside the body 33 as shown in FIGS. 4A to 4C. The high temperature primary reformed gas G discharged from the high-compression internal combustion engine 11 passes through the body 33 of the heat exchanger 30 and is introduced into the plasma reactor 20. At this time, the high temperature primary reformed gas G passes through contact with the outer surface of the tube 34 installed inside the heat exchanger body 33. Therefore, when the water 31a is supplied to the end of the tube 34 by using the water supply device 31, the water is converted into water vapor by absorbing heat of the primary reformed gas G while the water passes through the tube. Therefore, water vapor 32a is discharged from one end tube 34 of the heat exchanger 30 adjacent to the plasma reactor 20. The steam 32a is injected into the plasma reactor 20 through the steam injection device 32 and mixed with the primary reformed gas G introduced through the heat exchanger 30 and introduced into the plasma reactor 20. In FIG. 2, reference numeral 32b denotes water vapor injected into the plasma reactor 20 by the water vapor injection device 32.

플라즈마 반응기(20)로는 도 4a 내지 도 4c에 도시한 바와 같이 부채꼴 형상의 글라이드 아크 방식(21), 코로나 방전을 이용한 코로나 와이어 방식(22), 유전체 방전 방식(23)의 플라즈마 반응기를 포함할 수 있다. 플라즈마 반응기(20)에 전원을 공급하는 전원공급장치(50)의 전원은 고압축 내연기관(11)에서 발생되는 전기를 이용하도록 구성할 수 있다. 즉, 고압축 내연기관(11)에 발전기(40)를 연결하면, 고압축 내연기관(11)이 개질연료(2)를 개질하는 동안 고압축 내연기관(11)에서 동력이 발생하고, 이 동력에 의해 발전기(40)가 동작하여 전기가 생산된다. 생산된 전기(40a)는 전원공급장치(50)를 통해 플라즈마 반응기(20)로 공급된다. The plasma reactor 20 may include a plasma reactor of a fan-shaped glide arc method 21, a corona wire method 22 using corona discharge, and a dielectric discharge method 23 as shown in FIGS. 4A to 4C. have. Power of the power supply device 50 for supplying power to the plasma reactor 20 may be configured to use the electricity generated from the high-compression internal combustion engine (11). That is, when the generator 40 is connected to the high-compression internal combustion engine 11, power is generated in the high-compression internal combustion engine 11 while the high-compression internal combustion engine 11 reforms the reformed fuel 2. 40 is operated to produce electricity. The electricity 40a produced is supplied to the plasma reactor 20 through the power supply device 50.

수증기(32b)와 혼합되어 플라즈마 반응기(20)로 인입된 1차 개질가스는 플라즈마 반응기(20)를 통과하여 2차 개질가스로 배출된다. 2차 개질가스는 플라즈마 반응에 의해 1차 개질가스에 포함된 그을음과 미반응 연료가 제거되고 새로 생성된 고순도의 수소 및 일산화탄소가 주성분인 합성가스를 포함한다. 이와 같은 개질가스는 수소 스테이션, 열병합 발전단지, 석탄가스화 복합발전(IGCC; Integrated Gasification Combined Cycle), 합성가스 제조공정, 연료전지 등에 사용될 수 있다. 연료전지는 SOFC(Solid Oxide Fuel Cell), MCFC(Molten-carbonate Fuel Cell), PAFC(Phosphoric-Acid Fuel Cell), PEMFC(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), AFC(Alkali Fuel Cell) 등을 포함한다.The primary reformed gas mixed with the water vapor 32b and introduced into the plasma reactor 20 passes through the plasma reactor 20 and is discharged as the secondary reformed gas. The secondary reformed gas includes a soot and unreacted fuel included in the primary reformed gas by a plasma reaction, and a synthesis gas mainly composed of newly generated high purity hydrogen and carbon monoxide. Such reformed gas may be used in hydrogen stations, cogeneration plants, integrated gasification combined cycle (IGCC), syngas production processes, fuel cells, and the like. Fuel cells include SOFC (Solid Oxide Fuel Cell), MCFC (Molten-carbonate Fuel Cell), PAFC (Phosphoric-Acid Fuel Cell), PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), AFC (Alkali Fuel Cell) and the like.

개질연료(2)와 산화제(3)가 혼합되어 상기와 같이 구성된 스파크 점화 방식의 고압축 내연기관(11)의 연소실로 주입되면, 주입된 개질연료(2)의 성상 및 종류에 따라 전자제어유닛(11a)이 점화플러그의 점화각을 조절한다. 그러면, 스파크 점화 방식의 고압축 내연기관(11)이 정상운전을 하여 배기가스, 즉 1차 개질가스를 배출하며, 동력을 발생시킨다. 고압축 내연기관(11)에서 발생된 동력은 발전기(40)에 의해 전기로 변환되고, 이 전기는 전원공급장치(50)를 통해 플라즈마 반응기(20)로 공급된다. 한편, 고압축 내연기관(11)에서 고온으로 배출된 1차 개질가스는 플라즈마 반응기(20)의 전단에 설치된 열교환기(30)를 통과하면서, 외부의 물공급장치(31)에서 공급되는 물(31a)을 수증기(32a)로 변환시킨다. 열교환기(30)에서 생성된 수증기(32b)는 1차 개질가스와 함께 플라즈마 반응기(20)로 인입된다. 플라즈마 반응기(20)에서 일어나는 플라즈마 반응에 의해 고압축 내연기관(11)에서 개질 중에 발생된 그을음과 미반응 연료는 수증기와 함께 반응하여 그을음은 제거되고 미반응 연료는 수소와 합성가스(100)로 전환된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예 에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치(1)에 의하면 고순도의 수소와 합성가스(100)의 생성율이 증가한다.When the reformed fuel 2 and the oxidant 3 are mixed and injected into the combustion chamber of the spark ignition type high-compression internal combustion engine 11 configured as described above, the electronic control unit according to the characteristics and type of the reformed fuel 2 injected ( 11a) Adjust the ignition angle of this spark plug. Then, the spark ignition type high-compression internal combustion engine 11 performs normal operation to discharge the exhaust gas, that is, the primary reformed gas, and generates power. Power generated by the high-compression internal combustion engine 11 is converted into electricity by the generator 40, and this electricity is supplied to the plasma reactor 20 through the power supply device 50. Meanwhile, the primary reformed gas discharged at a high temperature from the high-compression internal combustion engine 11 passes through the heat exchanger 30 installed at the front end of the plasma reactor 20, and the water 31 a supplied from the external water supply device 31. ) Is converted to water vapor 32a. Water vapor 32b generated in the heat exchanger 30 is introduced into the plasma reactor 20 together with the primary reformed gas. The soot and unreacted fuel generated during the reforming in the high-compression internal combustion engine 11 react with water vapor by removing the soot and the unreacted fuel is converted to hydrogen and syngas 100 by the plasma reaction occurring in the plasma reactor 20. do. Therefore, according to the integrated high pressure internal combustion engine-plasma reactor reformer 1 according to the embodiment of the present invention, the production rate of high purity hydrogen and syngas 100 is increased.

도 3은 고온압축착화 방식의 고압축 내연기관(12)을 사용하는 본 발명의 일 실시예에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치(1')(이하, 고온압축착화 방식의 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치라 한다)를 나타내는 구성도이다.3 is an integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reforming apparatus 1 'according to an embodiment of the present invention using a high-compression internal combustion engine 12 of high temperature compression compression method (hereinafter, an integrated high compression internal combustion engine of high temperature compression compression method). A plasma reactor reformer).

도 3를 참조하면, 고온압축착화 방식의 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치(1')는 연료공급장치(9'), 고온압축착화 방식 고압축 내연기관(12), 열교환기(30), 및 플라즈마 반응기(20)를 포함한다. Referring to FIG. 3, the integrated high pressure internal combustion engine-plasma reactor reformer 1 'of the high temperature compression ignition system includes a fuel supply device 9', a high temperature compression ignition type high pressure internal combustion engine 12, a heat exchanger 30, And a plasma reactor 20.

연료공급장치(9')는 상술한 개질연료(2) 중의 어느 하나를 고압축 내연기관(12)으로 공급할 수 있도록 구성되며, 개질연료(2)를 공급하는 연료 공급라인, 산화제(3)를 공급하는 산화제 공급라인, 산화제(3)를 소정 온도로 가열하는 히터(5), 공급되는 개질연료(2)의 성상 및 종류에 따라 히터(5)를 제어하여 산화제(3)를 소정 온도로 예열하는 컨트롤러(6), 및 개질연료(2)와 예열된 산화제(3)를 혼합하여 고압축 내연기관(12)으로 공급하는 혼합기(4)를 포함한다. The fuel supply device 9 'is configured to supply any one of the above-described reformed fuels 2 to the high-compression internal combustion engine 12, and supplies a fuel supply line and an oxidant 3 for supplying the reformed fuel 2. To preheat the oxidant 3 to a predetermined temperature by controlling the heater 5 in accordance with the properties and types of the oxidant supply line, the heater 5 for heating the oxidant 3 to a predetermined temperature, and the type of reformed fuel 2 supplied. A controller 6 and a mixer 4 for mixing the reformed fuel 2 and the preheated oxidant 3 and supplying them to the high-compression internal combustion engine 12.

고온압축착화 방식의 고압축 내연기관(12)은 18-24의 높은 압축비가 적용되고, 산화제를 가열하여 인입되는 개질연료(2)와 산화제(3) 혼합 가스를 적정 온도로 예열시킬 수 있으므로 산소와 탄소의 비율이 0.5이하(공기비가 0.25 이하)의 영역에서도 연소속도가 늦어지기는 하지만 연소실의 내부가 고온고압을 유지할 수 있어 수소 혹은 합성가스 생성율이 향상된다. 즉, 고온압축착화 방식의 고압축 내연 기관(12)은 컨트롤러(6)가 공급되는 개질연료(2)의 성상과 종류에 따라 히터(5)를 제어하여 산화제(3)를 적정온도로 예열하여 공급할 수 있으므로 다양한 개질연료(2)에 대해 정상적인 운전을 수행하며 동력을 출력할 수 있다. 또한, 고압축 내연기관(12)의 연소실로 인입되는 산화제(3)를 예열할 수 있으므로, 부분산화영역(산소 메탄 비 0.4-0.8) 및 바이오가스 중에 이산화탄소가 주입되는 경우에 발생하는 이상연소를 제어할 수 있다.The high-compression internal combustion engine 12 of the high temperature compression ignition method is applied with a high compression ratio of 18-24, and it is possible to preheat the reformed fuel (2) and the oxidant (3) mixed gas introduced by heating the oxidant to an appropriate temperature. Even in the region where the proportion of carbon is 0.5 or less (air ratio is 0.25 or less), although the combustion speed is slow, the inside of the combustion chamber can maintain high temperature and high pressure, thereby improving hydrogen or syngas production rate. That is, the high-compression internal combustion engine 12 of the high temperature compression ignition method controls the heater 5 according to the characteristics and type of the reformed fuel 2 supplied with the controller 6 to preheat and supply the oxidant 3 to an appropriate temperature. As a result, power can be output while performing normal operation on the various reformed fuels 2. In addition, since the oxidant 3 introduced into the combustion chamber of the high-compression internal combustion engine 12 can be preheated, abnormal combustion generated when carbon dioxide is injected into the partial oxidation zone (oxygen methane ratio 0.4-0.8) and biogas is controlled. can do.

한편, 고온압축착화 방식의 고압축 내연기관(12)에서는 산소부화율 및 흡기온도의 변화에 따라 수소(H2) 및 합성가스의 생성율이 변화한다.On the other hand, in the high-pressure compression internal combustion engine 12 of the high temperature compression ignition system, the production rate of hydrogen (H 2 ) and the synthesis gas changes according to the change of the oxygen enrichment rate and the intake air temperature.

도 8은 고온압축착화 방식의 고압축 내연기관(12)에서 산소부화농도의 변화에 따라 생성되는 수소와 일산화탄소(CO)의 농도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 8을 참조하면, 산소부화농도가 높아지면 수소와 일산화탄소의 농도가 높아지는 것을 알 수 있다. 이는 산소부화농도가 높아지더라도 공급된 산소에 의해서 공기 중의 질소의 배기 폐열에 의한 열손실이 적어 메탄의 개질에 필요한 고온이 유지되므로 수소의 생성이 높아지는 것이다. 산소부화농도가 77.2%에서 수소와 일산화탄소가 가장 많이 생성되었으며, 평균적으로 각각 25.04%, 21.18%가 생성되었다. 배기가스의 온도는 연료가 과농한 상태이므로 정상 엔진의 경우보다 온도가 낮아지고, 산소부화율이 증가할수록 온도가 조금씩 증가한다.8 is a graph showing a change in concentrations of hydrogen and carbon monoxide (CO) generated according to a change in the oxygen enrichment concentration in the high-compression internal combustion engine 12 of the high-temperature compression compression method. Referring to FIG. 8, it can be seen that as the oxygen enrichment concentration increases, the concentrations of hydrogen and carbon monoxide increase. This means that even if the oxygen enrichment concentration is high, the heat generated by the exhaust waste heat of nitrogen in the air is small due to the supplied oxygen, so that the high temperature necessary for the reforming of methane is maintained, thereby generating hydrogen. At the oxygen enrichment concentration of 77.2%, hydrogen and carbon monoxide were the highest, with 25.04% and 21.18%, respectively. Since the temperature of the exhaust gas is fuel rich, the temperature is lower than that of a normal engine, and the temperature increases little by little as the oxygen enrichment rate increases.

도 9는 고온압축착화 방식의 고압축 내연기관(12)에서 메탄의 개질특성으로서 흡기온도의 변화에 따른 수소 및 일산화탄소의 생성농도 변화를 나타내는 그래 프이다. 부분산화반응 진행시에 개질반응 온도는 매우 중요하다. 반응 온도가 낮으면 메탄의 전환이 완전히 일어나지 못해 수소와 일산화탄소 생성이 줄어들게 된다. 또한, 반응 온도가 낮으면 메탄의 연소속도가 느려지므로 안정적인 연소를 위해서는 공기와 산소를 예열하여 주입할 필요가 있다. 도 9를 참조하면, 흡기온도가 250℃에서 수소 농도는 20.93%이며, 그 이상의 흡기온도에서는 수소 농도가 증가한다. 흡기온도가 250℃인 경우에는 엔진출력이 낮아진다. 흡기온도 400℃에서는 수소는 23.53%, 일산화탄소는 21.11%가 생성되었다. 배기온도는 흡기온도가 올라갈수록 출력이 향상되므로 배기온도도 증가한다.9 is a graph showing a change in the concentration of hydrogen and carbon monoxide produced by the change in intake temperature as a reforming characteristic of methane in the high-compression internal combustion engine 12 of the high temperature compression ignition system. The reforming reaction temperature is very important during the partial oxidation reaction. At low reaction temperatures, the conversion of methane does not occur completely, resulting in reduced hydrogen and carbon monoxide production. In addition, when the reaction temperature is low, the combustion speed of methane is slowed down, it is necessary to preheat and inject air and oxygen for stable combustion. Referring to FIG. 9, the hydrogen concentration is 20.93% at an intake temperature of 250 ° C., and the hydrogen concentration is increased at an intake temperature higher than that. When the intake air temperature is 250 ° C, the engine power is lowered. At intake temperature of 400 ° C, hydrogen was produced at 23.53% and carbon monoxide at 21.11%. Exhaust temperature increases as the intake temperature increases, so the exhaust temperature also increases.

고온압축착화 방식의 고압축 내연기관(12)에는 상술한 스파크 점화 방식의 고압축 내연기관(11)과 동일하게 피스톤(102)의 상부에 축열제(103)가 설치될 수 있으며, 발생되는 동력을 이용하기 위해 발전기가 설치할 수 있다. 발전기에 의해 발생된 전기(40a,40b)는 플라즈마 반응기(20)의 전원공급장치(50)와 히터(5)로 공급된다. 축열제(103)와 발전기(40)는 상술한 스파크 점화 방식의 고압축 내연기관(1)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.In the high-compression internal combustion engine 12 of the high temperature compression ignition method, the heat storage agent 103 may be installed on the piston 102 in the same way as the high-compression combustion engine 11 of the spark ignition type described above, and may use the generated power. The generator can be installed to The electricity 40a and 40b generated by the generator is supplied to the power supply device 50 and the heater 5 of the plasma reactor 20. Since the heat storage agent 103 and the generator 40 are the same as the high-compression internal combustion engine 1 of the spark ignition type described above, detailed description thereof will be omitted.

또한, 고온압축착화 방식의 고압축 내연기관(12)에 연결되는 열교환기(30), 플라즈마 반응기(20)는 상술한 스파크 점화 방식의 고압축 내연기관(11)과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. In addition, since the heat exchanger 30 and the plasma reactor 20 connected to the high-compression internal combustion engine 12 of the high temperature compression ignition type are the same as the high-compression combustion engine 11 of the spark ignition type described above, detailed description thereof will be omitted.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치(1,1')를 사용하여 수소 혹은 합성가스를 생산하는 방법에 대해 설명한다.Hereinafter, a method of producing hydrogen or syngas using the integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reformer (1,1 ') according to an embodiment of the present invention will be described.

먼저, 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치(1,1')를 이용하여 개질할 개질연료(2)를 준비하여 공급한다. 즉, 액체상 및 기체상의 탄화수소 연료, 메탄과 이산화탄소를 포함하는 혐기성 발효조의 바이오가스, 바이오디젤, 폐기물 열분해 시 발생하는 가스 및 오일연료를 포함하는 개질연료(2) 중의 적어도 하나의 개질연료를 준비하여 개질장치(1,1')로 공급한다. First, the reformed fuel 2 to be reformed is prepared and supplied using the integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reformer 1, 1 ′. That is, at least one reformed fuel of liquid and gaseous hydrocarbon fuels, biogas of an anaerobic fermentation tank containing methane and carbon dioxide, biodiesel, gas and oil fuel generated during waste pyrolysis is prepared, and It is supplied to the reformers 1, 1 '.

이때, 혼합기(4)를 이용하여 개질연료(2)와 산화제(3)를 적절하게 혼합하여 고압축 내연기관(10)으로 공급한다.At this time, the reforming fuel 2 and the oxidant 3 are properly mixed using the mixer 4 and supplied to the high-compression internal combustion engine 10.

그러면, 고압축 내연기관(10)은 연소실 내에서 개질연료(2)와 산화제(3)의 혼합기체를 착화 또는 점화시켜 수소 혹은 합성가스를 포함하는 고온의 개질가스를 생성한다. Then, the high-compression internal combustion engine 10 ignites or ignites the mixed gas of the reformed fuel 2 and the oxidant 3 in the combustion chamber to generate a high temperature reformed gas containing hydrogen or syngas.

이때, 스파크 점화 방식 고압축 내연기관(11)은 전자제어유닛(ECU)(11a)가 점화플러그를 제어하여 스파크를 발생시켜 개질연료(2)와 산화제(3)를 점화시킨다. 상기 고압축 내연기관(11)은 전자제어유닛(11a)이 개질연료(2)의 성상 및 종류에 따라 점화플러그의 점화시기를 조절할 수 있기 때문에, 산소-메탄비가 0.4 내지 0.8인 부분산화영역 및 공급되는 개질연료 중의 이산화탄소에 의한 이상연소를 제어할 수 있다. At this time, in the spark ignition type high-compression internal combustion engine 11, the electronic control unit (ECU) 11a controls the spark plug to generate sparks to ignite the reformed fuel 2 and the oxidant 3. In the high-compression internal combustion engine 11, since the electronic control unit 11a can adjust the ignition timing of the ignition plug according to the properties and types of the reformed fuel 2, the partial oxidation zone having an oxygen-methane ratio of 0.4 to 0.8 and the supply thereof. Abnormal combustion by carbon dioxide in the reformed fuel can be controlled.

또한, 고온압축착화 방식의 고압축 내연기관(12)은 연소실 내의 개질가스(2)와 산화제(3)를 고온고압상태로 만들어 착화시킨다. 이를 위해 고온압축착화 방식의 고압축 내연기관(12)은 개질연료(2)의 성상 및 종류에 따라 혼합기(4)로 공급되는 산화제(3)의 온도를 조절할 수 있는 히터(5)와 컨트롤러(6)를 포함한다. 따라서, 컨트롤러(6)가 히터(5)를 제어하여 공입되는 산화제(3)를 적절하게 예열하면, 산소-메탄비가 0.4 내지 0.8인 부분산화영역 및 공급되는 개질연료 중의 이산화탄소에 의한 이상연소를 제어할 수 있다.In addition, the high-pressure compression internal combustion engine 12 of the high temperature compression ignition system ignites the reformed gas 2 and the oxidant 3 in the combustion chamber by bringing it into a high temperature and high pressure state. To this end, the high-compression internal combustion engine 12 of the high-temperature compression ignition system has a heater 5 and a controller 6 capable of controlling the temperature of the oxidant 3 supplied to the mixer 4 according to the properties and types of the reformed fuel 2. ). Therefore, when the controller 6 controls the heater 5 and preheats the oxidant 3 introduced therein appropriately, it controls the abnormal combustion by the partial oxidation region having an oxygen-methane ratio of 0.4 to 0.8 and carbon dioxide in the reformed fuel supplied. can do.

한편, 고압축 내연기관(10) 내에서 개질연료를 착화 또는 점화시켜 수소 혹은 합성가스를 포함하는 고온의 개질가스를 생성할 때, 고압축 내연기관(10)은 동력을 발생시킨다. 이 동력을 이용하여 발전기(40)를 돌려 전기를 생산하고, 이 전기를 상기 플라즈마 반응기(20)의 전원공급장치(50)로 공급하여 플라즈마 반응기(20)를 동작시킨다. On the other hand, when the reformed fuel is ignited or ignited in the high compression internal combustion engine 10 to generate a high temperature reformed gas containing hydrogen or syngas, the high compression internal combustion engine 10 generates power. Using this power, the generator 40 is turned to produce electricity, and the electricity is supplied to the power supply device 50 of the plasma reactor 20 to operate the plasma reactor 20.

고압축 내연기관(10)에서 생성된 고온의 개질가스를 열교환기(30)를 통해 플라즈마 반응기(20)로 공급한다. 이때, 고온의 개질가스가 열교환기(30)를 통과하는 동안 열교환기(30)는 공급된 물을 수증기(32b)로 변환하여 플라즈마 반응기(20)로 공급하여 플라즈마 반응기(20)로 인입되는 개질가스와 혼합되도록 한다. The high temperature reformed gas generated by the high-compression internal combustion engine 10 is supplied to the plasma reactor 20 through the heat exchanger 30. At this time, while the high-temperature reforming gas passes through the heat exchanger 30, the heat exchanger 30 converts the supplied water into water vapor 32b and supplies it to the plasma reactor 20 to be introduced into the plasma reactor 20. Allow to mix with gas.

플라즈마 반응기(20)로 인입된 수증기와 혼합된 개질가스는 플라즈마 반응에 의해 개질가스에 포함된 그을음과 미반응 연료가 제거되어 고순도 수소 혹은 합성가스(100)가 생성되어 배출된다. The reformed gas mixed with the water vapor introduced into the plasma reactor 20 is removed from the soot and unreacted fuel included in the reformed gas by the plasma reaction to generate high-purity hydrogen or syngas 100 and is discharged.

본 발명은 상술한 특정의 실시예들에 한정되지 아니하며, 후술하는 청구범위에 기재된 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 행할 수 있는 단순한 구성요소의 치환, 부가, 삭제, 변경은 본 발명의 청구범위 기재 범위 내에 속하게 된다. It is to be understood that the present invention is not limited to the specific embodiments described above and that various changes and modifications may be made without departing from the scope of the invention as defined in the appended claims, Substitutions, additions, deletions, and alterations are within the scope of the claims of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치의 개념도;1 is a conceptual diagram of an integrated high pressure internal combustion engine-plasma reactor reformer according to an embodiment of the present invention;

도 2는 스파크 점화 방식 고압축 내연기관을 사용한 본 발명의 일 실시예에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치를 나타내는 구성도;2 is a block diagram showing an integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reformer according to an embodiment of the present invention using a spark ignition type high-compression internal combustion engine;

도 3은 고온압축착화 방식의 고압축 내연기관을 사용하는 본 발명의 일 실시예에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치를 나타내는 구성도;3 is a block diagram showing an integrated high-compression combustion engine-plasma reactor reforming apparatus according to an embodiment of the present invention using a high-compression compression combustion engine of a high compression compression method;

도 4a, 도 4b, 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치에 사용되는 플라즈마 반응기를 나타내는 도면으로서, 각각 글라이드 아크 방식, 코로나 와이어 방식, 및 유전체 방전 방식의 플라즈마 반응기를 나타내는 개념도;4A, 4B, and 4C are diagrams illustrating a plasma reactor used in an integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reformer according to an embodiment of the present invention, each of a glide arc method, a corona wire method, and a dielectric discharge method. Conceptual diagram showing a plasma reactor;

도 5는 고압축 내연기관의 실린더 헤드부를 나타내는 부분단면도;5 is a partial sectional view showing a cylinder head portion of a high compression internal combustion engine;

도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치에 사용되는 스파크 점화 방식 고압축 내연기관에서의 산소부화농도의 변화에 따른 수소 및 일산화탄소의 농도 변화를 나타낸 그래프;Figure 6 is a graph showing the change in the concentration of hydrogen and carbon monoxide according to the oxygen enrichment concentration in the spark ignition type high-compression internal combustion engine used in the integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reformer according to an embodiment of the present invention;

도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치에 사용되는 스파크 점화 방식 고압축 내연기관에서의 연료중 이산화탄소의 변화에 따른 수소 및 일산화탄소의 농도 변화를 나타낸 그래프;FIG. 7 is a graph showing changes in concentrations of hydrogen and carbon monoxide according to changes in carbon dioxide in fuel in a spark ignition type high pressure internal combustion engine used in an integrated high pressure internal combustion engine-plasma reactor reformer according to an embodiment of the present invention; FIG.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치에 사용되는 고온압축착화 방식 고압축 내연기관에서의 산소부화농도의 변화에 따른 수소 및 일산화탄소의 농도 변화를 나타낸 그래프;8 is a graph showing changes in concentrations of hydrogen and carbon monoxide according to changes in oxygen enrichment concentrations in a high temperature compression compression type high pressure internal combustion engine used in an integrated high pressure internal combustion engine-plasma reactor reformer according to an embodiment of the present invention;

도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치에 사용되는 고온압축착화 방식 고압축 내연기관에서의 흡기온도의 변화에 따른 수소 및 일산화탄소의 농도 변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 9 is a graph showing changes in concentrations of hydrogen and carbon monoxide according to changes in intake temperature in a high temperature compression ignition type high pressure internal combustion engine used in an integrated high pressure internal combustion engine-plasma reactor reformer according to an embodiment of the present invention.

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

1,1'; 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치1,1 '; Integrated high pressure internal combustion engine-plasma reactor reformer

2; 개질연료 3; 산화제2; Reformed fuel 3; Oxidant

4; 혼합기 5; 히터4; Mixer 5; heater

6; 컨트롤러 10; 고압축 내연기관6; Controller 10; High compression internal combustion engine

11; 스파크 점화 방식 고압축 내연기관11; Spark Ignition High Compression Engine

12; 고온압축착화 방식 고압축 내연기관12; High temperature compression type high compression internal combustion engine

20; 플라즈마 반응기 30; 열교환기20; Plasma reactor 30; heat transmitter

40; 발전기 50; 전원공급장치40; Generator 50; Power supply

Claims (16)

액체상 및 기체상의 탄화수소 연료, 메탄과 이산화탄소를 포함하는 혐기성 발효조의 바이오가스, 바이오디젤, 폐기물 열분해 시 발생하는 가스 및 오일연료를 포함하는 개질연료 중의 적어도 하나의 개질연료를 공급하는 연료공급장치와; A fuel supply device for supplying at least one reformed fuel including liquid and gaseous hydrocarbon fuels, biogas of an anaerobic fermentation tank containing methane and carbon dioxide, biodiesel, reformed fuel including gas and oil fuel generated during waste pyrolysis; 상기 연료공급장치로부터 인입되는 상기 개질연료를 착화시켜 개질하여 수소 혹은 합성가스를 포함하는 고온의 개질가스로 배출하며, 축열제가 설치된 피스톤을 동작시켜 동력을 출력하는 고압축 내연기관과;A high-compression internal combustion engine configured to ignite and reform the reformed fuel introduced from the fuel supply device and discharge the reformed fuel into a high-temperature reformed gas including hydrogen or syngas, and to output power by operating a piston having a heat storage agent; 상기 고압축 내연기관에서 배출되는 상기 개질가스 중 그을음과 미반응 연료를 플라즈마 반응을 이용하여 제거하고 글라이드 아크, 코로나 와이어, 유전체 방전 방식의 플라즈마 반응기를 포함하는 플라즈마 반응기; 및A plasma reactor for removing soot and unreacted fuel from the reformed gas discharged from the high-compression internal combustion engine by using a plasma reaction and including a glide arc, corona wire, and a dielectric discharge plasma reactor; And 상기 고압축 내연기관과 상기 플라즈마 반응기 사이에 설치되어 상기 고온의 개질가스를 냉각시키도록, 상기 고온의 개질가스를 이용하여 외부에서 공급되는 물을 수증기로 변환하고, 수증기를 상기 플라즈마 반응기로 공급하여 상기 고온의 개질가스에 포함된 그을음과 미반응 연료를 제거할 수 있도록, 상기 고온의 개질가스가 통과하는 몸체와 몸체 내부에 나선형으로 설치되어 물이 통과하는 튜브로 구성된 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치. Installed between the high-compression internal combustion engine and the plasma reactor to convert water supplied from the outside into water vapor using the high temperature reformed gas to cool the high temperature reformed gas, and supply water vapor to the plasma reactor A heat exchanger comprising a body through which the hot reformed gas passes and spirally installed inside the body to remove soot and unreacted fuel included in the high temperature reformed gas; An integrated high pressure internal combustion engine-plasma reactor reformer. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고압축 내연기관은 발전기와 연결되면서 실린더 헤드에 설치된 점화플러그와, 산소-메탄비가 0.4 내지 0.8인 부분산화영역 및 공급되는 개질연료 중의 이산화탄소에 의한 이상연소를 제어할 수 있도록 상기 개질연료의 성상 및 종류에 따라 상기 점화플러그의 점화시기를 조절하는 전자제어유닛(ECU; Electronic Control Unit);을 포함하며, The high-compression internal combustion engine is connected to the generator, the spark plug installed in the cylinder head, the partial oxidation zone having an oxygen-methane ratio of 0.4 to 0.8, and the characteristics of the reformed fuel to control abnormal combustion by carbon dioxide in the reformed fuel supplied. It includes; Electronic Control Unit (ECU; Electronic Control Unit) for adjusting the ignition timing of the spark plug according to the type, 상기 연료공급장치는,The fuel supply device, 상기 개질연료를 공급하는 연료 공급라인;A fuel supply line supplying the reformed fuel; 산화제를 공급하는 산화제 공급라인; 및An oxidant supply line for supplying an oxidant; And 상기 개질연료와 산화제를 혼합하여 상기 고압축 내연기관으로 공급하는 혼합기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치.And a mixer for mixing the reforming fuel and the oxidant and supplying the reformed fuel to the high compression internal combustion engine. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 고압축 내연기관에는 발전기가 연결되며,A generator is connected to the high compression internal combustion engine, 상기 연료공급장치는,The fuel supply device, 상기 개질연료를 공급하는 연료 공급라인;A fuel supply line supplying the reformed fuel; 산화제를 공급하는 산화제 공급라인; An oxidant supply line for supplying an oxidant; 산화제 공급라인을 통해 공급되는 산화제를 가열하는 히터; A heater for heating the oxidant supplied through the oxidant supply line; 상기 개질연료와 산화제를 혼합하여 상기 고압축 내연기관으로 공급하는 혼합기; 및A mixer for mixing the reformed fuel and an oxidant and supplying the reformed fuel to the high compression internal combustion engine; And 산소-메탄비가 0.4 내지 0.8인 부분산화영역 및 공급되는 개질연료 중의 이산화탄소에 의한 이상연소를 제어할 수 있도록 상기 개질연료의 성상 및 종류에 따라 상기 히터를 제어하여 상기 혼합기로 공급되는 상기 산화제의 온도를 조절하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치.Temperature of the oxidant supplied to the mixer by controlling the heater according to the characteristics and type of the reformed fuel so as to control the partial combustion zone of the oxygen-methane ratio of 0.4 to 0.8 and carbon dioxide in the reformed fuel supplied. An integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reformer comprising a controller for adjusting the. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 액체상 및 기체상의 탄화수소 연료, 메탄과 이산화탄소를 포함하는 혐기성 발효조의 바이오가스, 바이오디젤, 폐기물 열분해 시 발생하는 가스 및 오일연료를 포함하는 개질연료 중의 적어도 하나의 개질연료를 공급하는 단계;Supplying at least one reformed fuel of liquid and gaseous hydrocarbon fuels, biogas of an anaerobic fermentation tank comprising methane and carbon dioxide, biodiesel, reformed fuel comprising gas and oil fuel generated during waste pyrolysis; 상기 개질연료와 산화제를 연료공급장치로 혼합하여 고압축 내연기관으로 공급하는 단계;Mixing the reformed fuel and an oxidant with a fuel supply device and supplying the reformed fuel and an oxidant to a high compression internal combustion engine; 상기 고압축 내연기관 내에서 상기 개질연료와 산화제를 점화 또는 착화시켜 수소 혹은 합성가스를 포함하는 고온의 개질가스를 생성하는 단계;Igniting or igniting the reformed fuel and an oxidant in the high-compression internal combustion engine to produce a hot reformed gas containing hydrogen or syngas; 상기 고온의 개질가스가 통과하는 몸체와 몸체 내부에 나선형으로 설치되어 물이 통과하는 튜브로 구성된 열교환기를 통해 고온의 개질가스를 플라즈마 반응기로 공급하고, 상기 고온의 개질가스가 통과하는 동안 상기 열교환기에서 튜브에 의해 생성된 수증기를 플라즈마 반응기로 공급하는 단계; 및The hot reformed gas is supplied to the plasma reactor through a heat exchanger consisting of a tube through which the hot reformed gas passes and a tube through which water passes, and the hot reformed gas passes through the heat exchanger. Supplying water vapor generated by the tube to the plasma reactor at And 플라즈마 반응과 상기 수증기를 이용하여 개질가스에 포함된 그을음과 미반응 연료를 제거하여 수소 혹은 합성가스를 생산하는 단계;를 포함하는 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치를 이용한 수소 또는 합성가스 생산방법.Hydrogen or syngas production method using an integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reformer comprising the step of removing the soot and unreacted fuel contained in the reformed gas using a plasma reaction and steam to produce hydrogen or syngas. . 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 고압축 내연기관 내에서 상기 개질연료와 산화제를 점화 또는 착화시켜 수소 혹은 합성가스를 포함하는 고온의 개질가스를 생성하는 단계에서, 상기 고압축 내연기관은 점화플러그를 이용하여 상기 개질연료와 산화제를 점화시키고,In the step of igniting or ignition of the reformed fuel and the oxidant in the high-compression internal combustion engine to generate a high temperature reformed gas containing hydrogen or syngas, the high-compression internal combustion engine ignites the reformed fuel and the oxidant using an ignition plug. Let's 상기 고압축 내연기관은 산소-메탄비가 0.4 내지 0.8인 부분산화영역 및 공급되는 개질연료 중의 이산화탄소에 의한 이상연소를 제어할 수 있도록 상기 개질연료의 성상 및 종류에 따라 상기 점화플러그의 점화시기를 조절하는 전자제어유닛(ECU; Electronic Control Unit)을 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치를 이용한 수소 또는 합성가스 생산방법.The high-compression internal combustion engine controls the ignition timing of the spark plug according to the characteristics and type of the reformed fuel so as to control abnormal combustion by carbon dioxide in the reformed fuel and the partial oxidation region having an oxygen-methane ratio of 0.4 to 0.8. A method of producing hydrogen or syngas using an integrated high pressure internal combustion engine-plasma reactor reformer, comprising an electronic control unit (ECU). 삭제delete 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 고압축 내연기관 내에서 상기 개질연료와 산화제를 점화 또는 착화시켜 수소 혹은 합성가스를 포함하는 고온의 개질가스를 생성하는 단계에서, 상기 고압축 내연기관은 고온압축착화 방식을 이용하여 상기 개질연료와 산화제를 착화시키고, In the step of ignition or ignition of the reformed fuel and the oxidant in the high-compression internal combustion engine to generate a high-temperature reformed gas containing hydrogen or syngas, the high-compression internal combustion engine is a reforming fuel and oxidant using a high temperature compression ignition method. Complexes, 상기 연료공급장치는 산소-메탄비가 0.4 내지 0.8인 부분산화영역 및 공급되는 개질연료 중의 이산화탄소에 의한 이상연소를 제어할 수 있도록 상기 개질연료의 성상 및 종류에 따라 혼합기로 공급되는 상기 산화제의 온도를 조절하는 히터와 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 고압축 내연기관-플라즈마 반응기 개질장치를 이용한 수소 또는 합성가스 생산방법.The fuel supply apparatus controls the temperature of the oxidant supplied to the mixer according to the characteristics and type of the reformed fuel so as to control abnormal combustion by carbon dioxide in the reformed fuel and the partial oxidation region having an oxygen-methane ratio of 0.4 to 0.8. Hydrogen or syngas production method using an integrated high-compression internal combustion engine-plasma reactor reformer comprising a heater and a controller to adjust. 삭제delete 삭제delete
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