KR101216456B1 - Reformer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료변환장치에 관한 것으로서, 유입관과 배출관이 구비된 원통형의 촉매연소부와 투입관과 배출관을 구비하며 상기 촉매연소부의 외곽을 감싸도록 구성된 개질반응부와 연소가스 배출관을 구비하며 상기 개질반응부의 외곽을 감싸도록 구성된 가열부 및 상기 가열부의 내측하단에 설치된 가열원을 포함함으로써, 소규모 발전용 수소 연료전지에 사용되는 수증기 개질 방식 연료변환장치의 열효율을 극대화하고, 열적 자립도와 연료개질 효율을 향상시킬 수 있다.The present invention relates to a fuel conversion device, comprising a cylindrical catalytic combustion unit having an inlet tube and an outlet tube, an inlet tube and an outlet tube, and including a reforming reaction unit and a combustion gas discharge tube configured to surround the outside of the catalytic combustion unit. By including a heating unit configured to cover the outer portion of the reforming reaction unit and a heating source installed at the inner lower end of the reforming unit, the thermal efficiency of the steam reforming type fuel converter used in the small-scale hydrogen fuel cell for power generation, and maximize the thermal independence and fuel reforming The efficiency can be improved.
Description
본 발명은 연료변환장치에 관한 것으로서, 상세하게는 촉매연소열과 발열원의 열을 이용하여 개질반응에 필요한 열을 얻을 수 있고 개질반응이 일어나는 반응부를 동심관형으로 구성함으로써 연료변환장치의 열효율을 극대화하고 열적 자립도와 개질효율을 향상시킬 수 있는 연료변환장치와 그 운전방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a fuel conversion device, and in particular, it is possible to obtain heat required for a reforming reaction using catalytic combustion heat and heat of a heat generating source, and maximize the thermal efficiency of the fuel conversion device by constructing a reaction section in which the reforming reaction occurs. The present invention relates to a fuel conversion device and an operating method thereof capable of improving thermal independence and reforming efficiency.
일반적으로 연료전지는 연료의 연소(산화)반응을 이용하지 않고 수소와 산소의 전기화학적 반응을 이용하여 반응 전후의 에너지 차이를 전기에너지로 직접 변환하는 장치를 말한다.In general, a fuel cell refers to a device for directly converting an energy difference before and after the reaction into electrical energy using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, without using a combustion (oxidation) reaction of the fuel.
연료전지는 연료극(Anode)에 연료(수소가스나 탄화수소)를 공급하고 공기극(Cathode)에 산소를 공급하여 전기에너지를 생산하며 일반적인 소규모 발전용 수소 연료전지 시스템이 도1에 도시되어 있다.The fuel cell supplies fuel (hydrogen gas or hydrocarbon) to the anode and produces oxygen by supplying oxygen to the cathode, and a typical small scale hydrogen fuel cell system for power generation is shown in FIG. 1.
도면을 참조하면 일반적인 소규모 발전용 수소 연료전지 시스템은 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 생성하도록 연료극(110)과 공기극(120)을 구비하는 연료전지스택부(100)와, 연료(LNG)(1)에서 수소가스(H2)를 만들어 연료전지스택부(100)의 연료극(110)에 공급하는 연료공급부(200)와, 연료전지스택부(100)의 공기극(120)에 산소를 공급하는 공기공급부(300)와, 연료전지스택부(100)에서 생성하는 전기에너지를 부하에 공급하는 전기에너지 출력부(400)와, 상기한 각 부(100)(200)(300)(400)를 적절히 조절하는 제어부(미도시)로 구성되어 있다.Referring to the drawings, a typical small-scale hydrogen fuel cell system for power generation includes a fuel
이 상태에서 제어부(미도시)가 가동 지령을 주면 연료(1)가 연료공급부(200)를 거치면서 수소가스가 생성되어 연료전지스택부(100)의 연료극(110)으로 공급됨과 아울러 공기공급부(300)로부터 연료전지스택부(100)의 공기극(120)으로 공기가 공급된다.In this state, when the control unit (not shown) gives an operation command, the
공기공급부(300)로부터 공급된 공기는 연료극(110)으로 공급된 연료(1)와 함께 산화반응과 환원반응을 일으키면서 전기에너지가 발생된다.The air supplied from the
연료변환장치(reformer ; 개질기)는 원료공급부(200)를 구성하는 구성요소 중의 하나로서, 개질반응을 통해 연료(1)로부터 수소가스를 생성한다. 이 때 개질반응을 위해서는 열이 필요하므로 연료변환장치 내에 버너 등의 열 공급원을 구비하여 반응이 일어나는 부분에 열을 공급한다.The reformer (reformer) is one of the components constituting the raw
이 때 소규모 발전용 수소 연료전지에 있어서 수증기 개질 방식의 연료변환장치는 탄화수소 원료를 연료로 사용하는 버너에만 의존하여 열을 공급받기 때문에 소모되는 탄화수소 원료의 양만큼 연료변환장치 전체의 효율이 감소한다.At this time, since the steam reforming fuel converter in a small-scale power generation hydrogen fuel cell receives heat by relying only on the burner that uses the hydrocarbon raw material as fuel, the overall efficiency of the fuel converter decreases by the amount of hydrocarbon raw material consumed. .
따라서 열효율을 극대화하고, 열적 자립도와 연료개질 효율을 향상시킬 수 있는 연료변환장치가 필요하다.Therefore, there is a need for a fuel converter capable of maximizing thermal efficiency and improving thermal independence and fuel reforming efficiency.
본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 소규모 발전용 수소 연료전지에 사용되는 수증기 개질 방식 연료변환장치의 열효율을 극대화하고, 열적 자립도와 연료개질 효율을 향상시킬 수 있는 연료변환장치를 제공한다.
The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and maximizes the thermal efficiency of the steam reforming type fuel converter used in a small-scale hydrogen fuel cell for power generation, and can improve thermal independence and fuel reforming efficiency. To provide.
본 발명의 일 특징에 따른 연료변환장치는, 유입관과 배출관이 구비된 원통형의 촉매연소부와 투입관과 배출관을 구비하며 상기 촉매연소부의 외곽을 감싸도록 구성된 개질반응부와 연소가스 배출관을 구비하며 상기 개질반응부의 외곽을 감싸도록 구성된 가열부 및 상기 가열부의 내측하단에 설치된 가열원을 포함하되, 상기 개질반응부는 단면이 'H'형상으로 이루어진다.A fuel conversion device according to an aspect of the present invention includes a reforming reaction part and a combustion gas discharge pipe having a cylindrical catalytic combustion part, an inlet pipe, and an discharge pipe having an inlet pipe and an outlet pipe, and configured to surround an outer portion of the catalytic burner. And a heating part configured to surround the outer portion of the reforming reaction part and a heating source installed at an inner lower end of the heating part, wherein the reforming reaction part has a 'H' shape in cross section.
상기 연료변환장치는, 상기 수증기 개질 반응부가, 하측으로 통로가 형성되도록 원통형의 격벽이 형성되어 제1반응부와 제2반응부로 구분될 수 있다.In the fuel conversion device, the steam reforming reaction part may be formed into a cylindrical partition wall so that a passage is formed downward, and thus may be divided into a first reaction part and a second reaction part.
상기 연료변환장치는, 상기 제1반응부의 상단으로 투입관이 구비되고 제2반응부의 상단으로 배출관이 구비될 수 있다.The fuel conversion device may be provided with an input pipe to the upper end of the first reaction unit and a discharge pipe to the upper end of the second reaction unit.
삭제delete
상기 연료변환장치는, 상기 촉매연소부의 유입관에 연료전지 스택의 연료극으로부터 발생한 배출가스(Off-Gas)가 공급될 수 있다.In the fuel converter, off-gas generated from an anode of a fuel cell stack may be supplied to an inlet pipe of the catalytic combustion unit.
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본 발명의 연료변환장치에 따르면, 소규모 발전용 수소 연료전지에 사용되는 수증기 개질 방식 연료변환장치의 열효율을 극대화하고, 열적 자립도와 연료개질 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the fuel conversion device of the present invention, it is possible to maximize the thermal efficiency of the steam reforming type fuel conversion device used in the small-scale hydrogen fuel cell for power generation, and to improve thermal independence and fuel reforming efficiency.
본 발명의 열적 통합형 연료변환장치는, 개질반응부가 동심관형 유로로 형성되고 촉매연소부 및 가열부와 개질반응부의 상호 열교환을 유도하는 구조로 이루어짐으로써 수열면적 및 열전달효율을 극대화 할 수 있고 컴팩트한 장치를 구현할 수 있다.The thermally integrated fuel conversion device of the present invention has a structure in which the reforming reaction part is formed of a concentric tube flow path and induces mutual heat exchange between the catalytic combustion part and the heating part and the reforming reaction part, thereby maximizing the heat receiving area and the heat transfer efficiency and being compact. The device can be implemented.
또한 스택 연료극의 배출가스를 회수하여 이용함에 따라 연료변환장치의 열적 자립도를 향상시킬 수 있으며 버너만을 이용하여 열을 공급할 때에 비하여 탄화수소연료의 사용량이 감소함에 따라 연료변환장치의 개질 효율을 향상시킬 수 있다.In addition, the thermal independence of the fuel converter can be improved by recovering and using the exhaust gas of the stack anode, and the reforming efficiency of the fuel converter can be improved as the amount of hydrocarbon fuel used is reduced compared to the supply of heat using only the burner. have.
또한 촉매연소열을 주된 열원으로 하고 보조 열원으로 가열원을 사용하여 2가지의 열원의 상호보완에 의해 연료전지 시스템의 안정적이고 우수한 시동성을 기대할 수 있다.In addition, stable and excellent startability of the fuel cell system can be expected by complementary complementation of two heat sources using catalytic combustion heat as a main heat source and heating source as an auxiliary heat source.
또한 최외각에 연소가스 유로를 두어 연료변환장치 전체의 열손실을 최소화할 수 있다.
In addition, the combustion gas path at the outermost portion can minimize the heat loss of the entire fuel converter.
도1은 일반적인 소규모 발전용 수소 연료전지 시스템을 나타내는 도면.
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료변환장치를 나타내는 도면.
도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료변환장치를 나타내는 도면.
도4는 본 발명의 제3실시예에 따른 연료변환장치를 나타내는 도면.
도5는 도4의 A-A 방향의 단면도.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 연료변환장치를 이용하여 연료변환을 하는 방법을 나타내는 순서도.1 is a view showing a typical small-scale hydrogen fuel cell system for power generation.
2 is a view showing a fuel conversion device according to a first embodiment of the present invention.
3 is a view showing a fuel conversion device according to a second embodiment of the present invention.
4 is a view showing a fuel conversion device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view taken along the AA direction of FIG. 4; FIG.
6 is a flowchart illustrating a method of converting fuel using a fuel conversion device according to an embodiment of the present invention.
상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It will be possible. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosure, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도2는 본 발명의 제1실시예에 따른 연료변환장치를 나타내는 도면이다.2 is a view showing a fuel conversion device according to a first embodiment of the present invention.
도면을 참조하면 본 발명의 제1실시예에 따른 연료변환장치는 촉매연소부(10)와 개질반응부(20)와 가열부(30) 및 가열원(40) 포함하여 이루어진다.Referring to the drawings, the fuel conversion apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a
상기 촉매연소부(10)는 유입관(11)과 배출관(13)이 구비된 원통형으로 이루어지고 유입관(11)으로부터 유입되는 반응물질을 촉매연소함으로써 후술하는 개질반응부(20)에서 개질반응이 일어나도록 열을 공급한다.The
상세하게 설명하면 상기 촉매연소부(10)는 내부에 공간이 형성되고 상기 내부의 공간과 외부를 연결하여 통하게 하는 유입관(11) 및 배출관(13)을 구비하며 상기 내부의 공간에는 촉매(15)가 충진된다.In detail, the
이 상태에서 유입관(11)을 통해 반응물질인 수소가스가 유입되고 유입된 수소가스는 상기 공간에 충진된 촉매(15)와 반응하여 연소함으로써 열을 발생시킨다. 생성물질인 촉매연소가스는 배출관(13)을 통해 배출된다.In this state, hydrogen gas, which is a reactant, is introduced through the
이 때 상기 촉매연소부(10)의 유입관(11)으로 유입되는 반응물질은 연료전지 스택(100)의 연료극(110)으로부터 발생한 배출가스(Off-Gas)가 공급되도록 함이 바람직하다.At this time, the reactant flowing into the
스택(100)의 연료극(110)에서 발생하는 배출가스는 일반적으로 대기 중에 방출되는데 수%~수십% 수준의 탄화수소연료 및 수%~수십% 수준의 수소가스가 포함되어 있어 이를 촉매연소부(10)를 이용하여 촉매연소시킴으로써 배출가스의 재활용이 가능하다.Exhaust gas generated from the
이 때 촉매연소부(10)의 유입관(11)과 배출관(13)은 촉매연소부(10)의 내부의 공간 전체에서 촉매(15)에 의한 연소반응이 이루어지도록 서로 반대되는 방향에 위치하도록 함이 바람직하다.In this case, the
상기 개질반응부(20)는, 투입관(21)과 배출관(23)을 구비하며, 상기 촉매연소부(10)의 외곽을 감싸도록 구성되어 투입관(21)으로 공급되는 탄화수소연료와 수증기를 개질하여 배출관(23)으로 개질가스를 발생시킨다.The
여기에서 탄화수소연료는 예를 들면 LNG(Liguefied Natural Gas)를 사용하고 배출되는 개질가스는 수소가스(H2)이다.Hydrocarbon fuel is used here, for example, LNG (Liguefied Natural Gas) and the reformed gas discharged is hydrogen gas (H2).
상세하게 설명하면 개질반응부(20)는, 상기 촉매연소부(10)의 외곽을 일정한 공간을 두고 감싸는 구조로 이루어지고 상기 공간 내에는 촉매(25)가 충진된다. 또한 개질반응부(20)의 일측 끝에는 개질반응물이 투입되는 투입관(21)을 구비하고 다른측 끝에는 개질반응의 생성물이 배출되는 배출관(23)을 구비한다.In detail, the
상기와 같이 개질반응부(20)가 촉매연소부(10)의 외곽을 감싸는 구조로 이루어짐으로써 촉매연소부(10)에서 발생한 연소열을 손실 없이 개질반응부(20)로 전달하는 것이 가능하다.As described above, since the
상기 개질반응부(20)의 공간 내에 충진된 촉매(15)는 투입관(21)으로부터 유입되는 탄화수소연료로부터 수소가 분리되도록 하고 분리된 수소가스는 생성물 배출관(23)으로 배출되어 연료전지 스택(100)에 공급된다.The
상기 가열부(30)는 연소가스 배출관(33)을 구비하며 상기 개질반응부(20)의 외곽을 감싸도록 구성되고, 상기 가열부(30)의 내측하단에는 가열원(40)이 설치된다. 이에 따라 가열원(40)의 열을 개질반응부(20)에 공급한다.The
상세하게 설명하면 상기 가열부(30)는 상기 개질반응부(20)의 외곽을 일정한 공간(37)을 두고 감싸는 구조로 이루어지고 상기 공간(37)은 비어있는 상태이다. 또한 가열부(30)의 양측 끝에는 연소가스 배출관(33)을 구비한다.In detail, the
또한 가열부(30)의 내측하단에는 가열원(40)이 설치되는데 이는 가열부(30)의 중앙에 해당하는 위치로서 가열원(40)으로부터 발생한 열이 가열부(30) 전체로 균등하게 전달되도록 하는 역할을 한다.In addition, a
상기와 같은 구조로 이루어짐으로써 가열원(40)으로부터 발생한 열이 가열부(30)의 공간(37)을 따라 이동하면서 개질반응부(20)에 열을 공급하고 이 때 발생하는 연소가스는 연소가스 배출관(33)을 통하여 배출된다.By the structure as described above, the heat generated from the
상기 가열부(30)의 가열원(40)은 예를 들면 버너로서 이외에도 전도, 대류, 복사 등의 열전달 작용에 의해 열을 공급할 수 있는 요소를 채용할 수 있다. 또한 가열원(40)의 종류에 따라 상기 연소가스 배출관(33)이 없이 가열부를 구성할 수도 있다.The
상술한 설명에서 개질반응부(20)는 하나의 층으로 이루어진 것을 기준으로 설명하였으나 여러 개의 층으로 이루어져 상기 촉매연소부(10)의 외곽을 다중으로 감싸도록 함이 바람직하다.In the above description, the reforming
도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 연료변환장치를 나타내는 도면이다.3 is a view showing a fuel conversion device according to a second embodiment of the present invention.
도면을 참조하면 본 발명의 제2실시예에 따른 연료변환장치는 개질반응부(20)가 2개의 층으로 이루어진 것으로서, 상기 개질반응부(20)는, 하측으로 통로가 형성되도록 원통형의 격벽(29)이 형성되어 제1반응부(271)와 제2반응부(272)로 구분된다.Referring to the drawings, in the fuel conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention, the reforming
상세하게 설명하면 상기 개질반응부(20)는, 상기 촉매연소부(10)와 접촉하는 통로구조인 제1반응부(271)와, 상기 제1반응부와 격벽으로 구분되고 후술하는 가열부(30)와 접촉하는 통로구조인 제2반응부(272) 및 상기 제1반응부와 제2반응부를 연결시켜 주는 통로구조인 연결부(273)를 포함하여 이루어진다.In detail, the reforming
여기에서 제1반응부(271)는 통로구조 중 촉매연소부(10)와 접촉하여 촉매연소부(10)로부터 직접 열을 전달받을 수 있는 부분을 의미하고 제2반응부(272)는 통로구조 중 가열부(30)와 접촉하여 가열부(30)로부터 직접 열을 전달받을 수 있는 부분을 의미하며 연결부(273)는 제1반응부(271)에서 제2반응부(272)로 반응물질이 이동하도록 개방되어 연결되는 부분을 의미한다.Here, the
상기와 같이 개질반응부(20)의 통로구조를 2중구조로 함으로써 개질반응을 일으키는 반응경로를 길게 할 수 있고 이에 따라 수소가스를 더 많이 생산할 수 있으며 열전달이 용이하다.By the dual structure of the passage structure of the reforming
이 때 상기 촉매연소부(10)와 접촉하는 제1반응부(271)의 상단으로 반응물 투입관(21)이 구비되고 연소부와 접촉하는 제2반응부(272)의 상단으로 생성물 배출관(13)이 구비되게 하면 개질반응이 제1반응부(271)를 거져 제2반응부(272)로 순차적으로 진행되므로 제1반응부(271)와 접촉하는 촉매연소부(10)를 열의 1차 공급원으로 사용할 수 있다.At this time, the
또한 상기 개질반응부(20)는 단면이 'H' 형상으로 이루어짐이 바람직하다.In addition, the reforming
도4는 본 발명의 제3실시예에 따른 연료변환장치를 나타내는 도면이다.4 is a view showing a fuel conversion device according to a third embodiment of the present invention.
도시한 바와 같이 상기 개질반응부(20)의 단면이 'H' 형상으로 이루어지는 경우 개질반응부(20)와 접촉하는 상기 촉매연소부(10) 및 후술하는 가열부(30)도 이에 상응하는 형상이 된다.As shown in the figure, when the cross-section of the reforming
이 경우는 제2실시예에 비하여 가열부(30)와 접촉하는 개질반응부(20)의 면적이 커진다. 따라서 촉매연소부(10)의 연소열이 개질반응을 하기에 충분하지 않은 경우 가열원(40)을 작동시켜 빠른 시간 내에 개질반응에 필요한 열을 공급할 수 있다.In this case, the area of the reforming
상술한 설명에서는 개질반응부(20)가 2중의 통로구조를 가지는 것을 기준으로 하여 설명하였지만 단일한 통로구조를 가지는 경우에도 개질반응부(20)의 단면이 'H' 형상으로 이루어지는 경우 같은 효과를 얻을 수 있다.In the above description, the reforming
또한 도5에 도시한 바와 같이 반지름 방향으로 격벽(29')이 형성된 경우에는 복수의 투입관(21)으로부터 투입되는 탄화수소연료와 수증기를 독립적으로 개질하여 수소가스를 생산할 수 있다.
In addition, as shown in FIG. 5, when the
다음은 본 발명의 실시예에 따른 연료변환장치를 이용하여 수소가스를 생산하는 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Next, a method of producing hydrogen gas using a fuel converter according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도6은 본 발명의 실시예에 따른 연료변환장치를 이용하여 연료변환을 하는 방법을 나타내는 순서도이다.6 is a flowchart illustrating a method of converting fuel using a fuel conversion device according to an embodiment of the present invention.
이하의 설명은 연소촉매(15)부의 유입관(11)에는 스택(100)으로부터 발생한 배출가스가 공급되는 것으로 한 것이지만 촉매연소가 가능한 다른 가스를 이용할 수도 있다.The following description assumes that the exhaust gas generated from the
먼저 연료전지 시스템을 시동하면 연료변환장치의 가열원(40)을 가동시켜 열을 공급한다(S601). 이 때 촉매연소부(10)로부터 공급되는 열의 양은 적다.First, when the fuel cell system is started, the
상기와 같이 가열원(40)을 먼저 가동하는 것은, 개질반응부(20)에서 반응이 일어나기 위해서는 700도 이상의 온도가 유지될 필요가 있는데, 시동시에는 스택(100)으로부터 배출가스가 충분하게 발생하지 않으므로 촉매연소부(10)를 통해서는 충분한 열을 공급받기 어렵기 때문이다.In order to operate the
이 때 개질반응부(20)의 반응물 투입관(21)으로 투입되는 탄화수소연료와 수증기는 제1반응부(271)와 제2반응부(272)를 순차적으로 흐르면서 가열원(40)으로부터 열을 공급받는다. 또한 상기 개질반응부(20)의 내부의 공간에 충진되어 있는 촉매(15)와 반응하면서 수소가 분리되고 이 때 생성된 수소가스는 생성물 배출관(13)으로 배출된다.At this time, the hydrocarbon fuel and the water vapor introduced into the
스택(100)의 배출가스가 많이 공급됨에 따라 배출가스와 촉매연소부(10) 내부에 충진된 촉매(15)의 연소반응이 활발해져서 촉매연소부(10)의 온도가 700도 이상을 유지하게 되면(S602) 상기 가열원(40)을 정지시키킨다(S603). 여기에서 700도의 온도는 하나의 예시로서 연료변환장치의 제어부(미도시)에 미리 설정된 값이다.As the exhaust gas of the
이 때 개질반응부(20)의 반응물 투입관(21)으로 투입된 탄화수소연료와 수증기는 제1반응부(271)와 제2반응부(272)를 순차적으로 흐르면서 촉매연소부(10)로부터 열을 공급받는다. 또한 상기 개질반응부(20)의 내부의 공간에 충진되어 있는 촉매(15)와 반응하면서 수소가 분리되고 이 때 생성된 수소가스는 생성물 배출관(13)으로 배출된다.At this time, the hydrocarbon fuel and the water vapor introduced into the
다음으로 개질반응부(20)의 온도가 700도 이하가 되면(S602) 상기 가열원(40)을 재가동시켜 가열원(40)과 촉매연소부(10)에서 발생하는 열을 모두 이용하여 열을 공급한다(S604). Next, when the temperature of the reforming
이 때 개질반응부(20)의 반응물 투입관(21)으로 투입된 탄화수소연료와 수증기는 제1반응부(271)와 제2반응부(272)를 순차적으로 흐르면서 촉매연소부(10)와 가열원(40)으로부터 열을 공급받는다. 또한 상기 개질반응부(20)의 내부의 공간에 충진되어 있는 촉매(15)와 반응하면서 수소가 분리되고 이 때 생성된 수소가스는 생성물 배출관(13)으로 배출된다.At this time, the hydrocarbon fuel and water vapor introduced into the
상술한 설명에서는 촉매연소부(10)와 가열부(30)가 자동으로 전환되면서 작동하는 것으로 설명하였으나 촉매(15) 연소와 가열부(30)의 운전을 작업자가 수동으로 선택함으로써 작동시키는 것도 가능하다.In the above description, the
상기와 같이 탄화수소 원료의 수증기 개질에 필요한 열을 촉매연소부(10)와 가열부(30)에 의해 동시 또는 개별적으로 얻고 이중 동심관 형태의 개질반응부(20)를 채용 가능함으로써 소규모 발전용 수소 연료전지에 사용되는 수증기 개질 방식 연료변환장치의 열효율을 극대화하고 열적 자립도와 연료개질 효율을 향상시킬 수 있는 열적 통합형 연료변환장치를 구현할 수 있다.
As described above, the heat required for steam reforming of the hydrocarbon raw material is simultaneously or separately obtained by the
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
In the detailed description of the present invention described above with reference to the preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art or those skilled in the art having ordinary skill in the art will be described in the claims to be described later And it will be understood that various modifications and changes of the present invention can be made without departing from the scope of the art.
10 : 촉매연소부 11 : 유입관
13 : 배출관 15 : 촉매
20 : 개질반응부 21 : 투입관
23 : 배출관 25 : 촉매
29 : 격벽 30 : 가열부
33 : 연소가스 배출관 37 : 공간
40 : 가열원
271 : 제1반응부 272 : 제2반응부
273 : 연결부10: catalytic combustion unit 11: inlet pipe
13: discharge pipe 15: catalyst
20: reforming reaction unit 21: input pipe
23
29: partition 30: heating portion
33: combustion gas discharge pipe 37: space
40: heating source
271: first reaction unit 272: second reaction unit
273: connection
Claims (6)
투입관(21)과 배출관(23)을 구비하며, 상기 촉매연소부(10)의 외곽을 감싸도록 구성된 개질반응부(20);
연소가스 배출관(33)을 구비하며, 상기 개질반응부(20)의 외곽을 감싸도록 구성된 가열부(30) 및
상기 가열부(30)의 내측하단에 설치된 가열원(40)을 포함하되,
상기 개질반응부(20)는, 단면이 'H' 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료변환장치.
Cylindrical catalytic combustion unit 10 having an inlet pipe 11 and the discharge pipe 13;
A reforming reaction unit (20) having an input pipe (21) and a discharge pipe (23) and configured to surround an outer portion of the catalytic combustion unit (10);
A heating unit 30 having a combustion gas discharge pipe 33 and configured to surround the outside of the reforming reaction unit 20;
Including a heating source 40 installed on the inner bottom of the heating unit 30,
The reforming reaction unit 20, the fuel conversion device, characterized in that the cross section 'H' shape.
상기 개질반응부(20)는, 하측으로 통로가 형성되도록 원통형의 격벽(29)이 형성되어 제1반응부(271)와 제2반응부(272)로 구분되는 것을 특징으로 하는 연료변환장치.
The method of claim 1,
The reforming reaction unit (20) is a fuel conversion device, characterized in that the cylindrical partition (29) is formed so that the passage is formed in the lower side is divided into the first reaction unit (271) and the second reaction unit (272).
상기 제1반응부(271)의 상단으로 투입관(21)이 구비되고 제2반응부(272)의 상단으로 배출관(23)이 구비되는 것을 특징으로 하는 연료변환장치.
The method of claim 2,
The fuel conversion device, characterized in that the input pipe 21 is provided at the upper end of the first reaction unit (271) and the discharge pipe (23) is provided at the upper end of the second reaction unit (272).
상기 촉매연소부(10)의 유입관(11)에 연료전지 스택의 연료극으로부터 발생한 배출가스(Off-Gas)가 공급되는 것을 특징으로 하는 연료변환장치.
The method of claim 1,
A fuel converter characterized in that the off-gas generated from the anode of the fuel cell stack is supplied to the inlet pipe (11) of the catalytic combustion unit (10).
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