KR101223236B1

KR101223236B1 - Flameless Steam Reformer

Info

Publication number: KR101223236B1
Application number: KR1020100114606A
Authority: KR
Inventors: 동상근; 양제복
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2010-11-17
Filing date: 2010-11-17
Publication date: 2013-01-17
Also published as: KR20120053366A

Abstract

본 발명은 무화염 스팀 개질기에 관한 것이다. 이를 위해 본 발명은 메인 하우징(100); 상기 메인 하우징(100) 내부에 삽입되고 개질촉매(3)가 구비된 개질촉매 하우징(210)과, 상기 개질촉매 하우징(210)이 내부에 삽입되고 연소촉매(2)가 구비된 연소촉매 하우징(220)을 포함하는 촉매 하우징(200)이 설치되되, 상기 연소촉매(2)는 개질촉매 하우징(210)의 전방 또는 상기 연소촉매 하우징(220)의 둘레를 따라 배치되고 상기 개질 촉매 하우징(210)은 길이 방향을 기준으로 선단부에 소정의 공간을 가지고 순차적으로 형성되고, 상기 연소촉매(2)를 통과한 개질용 공기가 개질촉매(3)로 이동하기 이전에 상기 연소촉매(2)에서 발생된 열 에너지와 지속적인 열교환 및 확산 이동을 위한 공간을 제공하는 제1,2 챔버(216a,216b)와, 상기 개질 촉매 하우징(210)의 후단부에 소정의 공간을 가지고 순차적으로 형성되고, 상기 개질촉매(3)를 경유한 개질용 공기의 확산 및 연소촉매(2)와의 열교환을 위한 공간을 제공하는 제3,4 챔버(216c,216d)를 포함하고, 상기 메인 하우징(100)과 촉매 하우징(200) 사이의 내부 공간에 삽입되는 통로 하우징(300)이 구비되되, 상기 통로 하우징(300)은 상기 연소 촉매 하우징(220)의 외측과 통로 하우징(300)의 내측 사이에 서로 다른 직경 차이로 인해 형성된 통로(302)를 포함한다.The present invention relates to a flameless steam reformer. To this end, the present invention is the main housing 100; A reforming catalyst housing 210 inserted into the main housing 100 and provided with a reforming catalyst 3, and a combustion catalyst housing having a combustion catalyst 2 inserted therein and the reforming catalyst housing 210 inserted therein ( A catalyst housing 200 including 220 is installed, wherein the combustion catalyst 2 is disposed in front of the reforming catalyst housing 210 or along the circumference of the combustion catalyst housing 220 and the reforming catalyst housing 210. Is sequentially formed with a predetermined space at the front end in the longitudinal direction, and the reforming air passing through the combustion catalyst 2 is generated in the combustion catalyst 2 before moving to the reforming catalyst 3. First and second chambers 216a and 216b which provide space for thermal energy and continuous heat exchange and diffusion movement, and are sequentially formed with a predetermined space at the rear end of the reforming catalyst housing 210 and the reforming catalyst (3) diffusion of reforming air A passage housing 300 including third and fourth chambers 216c and 216d which provide a space for heat exchange with the combustion catalyst 2 and inserted into an inner space between the main housing 100 and the catalyst housing 200. ) Is provided, wherein the passage housing 300 includes a passage 302 formed due to a different diameter difference between the outside of the combustion catalyst housing 220 and the inside of the passage housing 300.

Description

Flameless Steam Reformer {Flameless Steam Reformer}

본 발명은 무화염 스팀 개질기에 관한 것이다.
The present invention relates to a flameless steam reformer.

일반적으로 개질기는 화석연료 또는 화합물로부터 제조하여 연료전지에 안정적으로 공급하는 장치를 말한다.In general, a reformer is a device manufactured from fossil fuel or a compound and stably supplied to a fuel cell.

상기 개질기는 메탄, 가솔린, 메탄올 등의 연료로부터 수소를 생산하는 연료 개질 기술을 사용하고 있으며 암모니아 합성 공정과 같은 기조의 석유화학 공정에서 많이 쓰이고 있는 기술이지만, 연료전지의 특성에 따른 여러 제약점 때문에 직접 연료전지에 적용하기는 어려운 실정이다.The reformer uses fuel reforming technology to produce hydrogen from fuels such as methane, gasoline, and methanol, and is widely used in petrochemical processes such as ammonia synthesis, but due to various limitations due to the characteristics of fuel cells. It is difficult to apply the fuel cell directly.

대형 발전용 연료전지의 경우 비교적 고정적인 출력으로 운전이 진행되고, 정지 및 재가동이 적어서 기존 화학공장용 천연가스 개질기를 응용할 수 있으나, 연료전지 출력에 따라 개질기를 소형화시킬 필요가 있다.In the case of a large power fuel cell, operation is performed at a relatively fixed output, and there is little stopping and restarting, so that a natural gas reformer for a conventional chemical plant can be applied, but it is necessary to miniaturize the reformer according to the fuel cell output.

한편 가정용 연료전지의 경우에는 소용량이면서도 다양한 출력으로 작동되고 있다.On the other hand, in the case of a domestic fuel cell, it is operated at various capacities and small outputs.

고체산화물 연료전지는 600 ~ 1000℃의 고온에서 작동되며 탄화수소 연료를 연료극에 직접 주입하여 연료전지의 연료인 H₂ 및 CO로 전환하는 내부개질이 가능하다고 알려져 있다.The solid oxide fuel cell is known to operate at a high temperature of 600 to 1000 ° C. and is capable of internal reforming to convert hydrocarbon fuel into H ₂ and CO, which are fuels of the fuel cell, by directly injecting a hydrocarbon fuel into the anode.

그러나 이를 위해서는 스택 내부에 개질촉매를 장착하는 개조가 필요하며, 개질 촉매가 비활성화될 경우에는, 연료전지의 본체를 교체해야 하는 어려움이 발생 되었다.However, this requires a modification to mount the reforming catalyst inside the stack, and when the reforming catalyst is deactivated, it is difficult to replace the main body of the fuel cell.

특히, 내부개질의 경우 음극 전체에 탄소 침적이 발생할 가능성이 크고(탄소수가 많은 탄화수소의 경우, 탄소 침적 가능성이 높음), 이 경우 개칠 촉매의 비활성화가 급격히 발생되기도 한다.In particular, in the case of internal reforming, carbon deposition is likely to occur in the entire negative electrode (in the case of hydrocarbons having a large number of carbons, carbon deposition is high), and in this case, deactivation of the reforming catalyst may occur rapidly.

또한 수증기 개질 반응이 급격히 일어나면, 국지적으로 심한 온도 강하가 발생되어 연료전지의 성능저하 및 연료전지 구조 자체에 심한 열응력을 야기시켜 수명을 단축시키는 요인으로 작용될 수 있다.In addition, if the steam reforming reaction occurs suddenly, a severe temperature drop may occur locally, which may cause a decrease in fuel cell performance and severe thermal stress on the fuel cell structure itself, which may act as a factor of shortening the lifespan.

따라서 현재는 상기 문제점들로 인해 고체 산화물 연료전지(SOFC)의 운전에 있어 외부 개질기를 활용하는 연구들이 활발하게 이루어지고 있다. Therefore, at present, due to the above problems, studies using an external reformer in the operation of a solid oxide fuel cell (SOFC) have been actively conducted.

현재 탄화수소 연료에서 수소를 개질하는 방법은 분해(Decomposition), 수증기 개질(Steam Reforming), 부분 산화(Partial Oxydation), 그리고 자열개질(Autothermal Reforming)법으로 분류할 수 있다. Currently, the reforming of hydrogen in hydrocarbon fuels can be classified into decomposition, steam reforming, partial oxidation, and autothermal reforming.

탄화수소의 분해반응은 물이나 산소를 유입하지 않은 상태에서 탄화수소에 열을 공급하여 수소와 탄소로 분해하는 반응으로 비교적 간단한 공정으로 순수한 수소를 얻을 수 있다는 장점이 있다.Decomposition of hydrocarbons is a reaction in which hydrogen is decomposed into hydrogen and carbon by supplying heat to the hydrocarbon without introducing water or oxygen, thereby obtaining pure hydrogen in a relatively simple process.

하지만 복잡한 구조를 가진 탄화수소를 분해할 경우 탄소와 수소 이외의 반응부산물이 생성되며, 또한 반응기에 탄소가 계속해서 침적되어 촉매의 활성을 저하시키고 개질기 내의 가스 유로를 막는 단점이 있다.However, when decomposing hydrocarbons having a complicated structure, reaction by-products other than carbon and hydrogen are generated. Also, carbon is continuously deposited in the reactor, which lowers the activity of the catalyst and prevents gas flow in the reformer.

따라서 일반적인 SOFC 연료전지 시스템에 적용하는 개질기 방법으로는 수증기 개질, 부분산화 개질, 자열개질이 고려되고 있다.Therefore, steam reforming, partial oxidation reforming, and autothermal reforming are considered as reformer methods applied to general SOFC fuel cell systems.

연료와 수증기를 반응하는 방법인 수증기 개질법에서는 탄화수소에 포함된 탄소를 일산화탄소로 전환시키기 위한 산소를 물로부터 공급하며 동시에 물에 포함된 수소를 추가로 얻는 반응이 일어난다. 수증기 개질법의 기본 반응식은 식 (1-1)과 (1-2)에 표시된다.
In the steam reforming method, which is a method of reacting fuel and steam, a reaction occurs in which oxygen for converting carbon contained in hydrocarbons into carbon monoxide is supplied from water, and at the same time, additional hydrogen is contained in water. Basic reaction formulas of the steam reforming method are shown in formulas (1-1) and (1-2).

(1-1)

(1-2)

따라서, 단위 탄화수소에 포함된 수소보다 더 많은 양의 수소를 제조하므로 수소제조 효율이 높다고 알려져 있다.Therefore, it is known that the hydrogen production efficiency is high because it produces a larger amount of hydrogen than the hydrogen contained in the unit hydrocarbon.

그러나 이러한 반응은 극심한 흡열반응으로 연료의 일부를 연소하여 반응열을 공급해야 하므로 높은 수소제조 효율의 일부를 상쇄하는 문제점이 발생될 수 있다.However, such a reaction may cause a problem of offsetting a part of the high hydrogen production efficiency because the endothermic reaction is to burn a part of the fuel to supply the heat of reaction.

또한 버너 등이 추가로 반응기에 부착되어야 하므로 반응기가 크고 복잡하여 대규모의 수소제조용 공정에 많이 적용된다고 알려져 있다. 기동시간이 길어서 소형 개질기로는 적합하지 않다.In addition, it is known that the burner is required to be additionally attached to the reactor, so that the reactor is large and complex, and thus is widely applied to a large-scale hydrogen production process. Long start times are not suitable for small reformers.

부분 산화반응은 탄화수소에 포함된 탄소를 순수 산소 또는 공기에 포함된 산소를 이용하여 일산화탄소로 전환시키는 반응으로 촉매를 사용하는 촉매 부분 산화반응과 무촉매 부분 산화반응으로 구분된다.Partial oxidation reaction converts carbon contained in hydrocarbon into carbon monoxide using pure oxygen or oxygen contained in air, and is divided into catalytic partial oxidation reaction using catalyst and non-catalytic partial oxidation reaction.

무촉매 부분 산화반응은 1150 ~ 1400℃ 고온에서 진행되는 반면, 촉매 부분 산화반응은 700 ~ 850℃의 낮은 온도에서 진행되어 고가 재질의 반응기를 사용하지 않아도 되는 장점이 있다.The catalytic partial oxidation reaction proceeds at a high temperature of 1150 to 1400 ° C., whereas the catalytic partial oxidation reaction proceeds at a low temperature of 700 to 850 ° C., which does not require the use of an expensive material reactor.

상기 반응은 매우 빠르고 약한 발열반응으로 반응열을 외부에서 공급할 필요가 없으므로 반응기의 크기가 작고, 기동 특성이 매우 우수하다.Since the reaction is very fast and weak exothermic reaction, it is not necessary to supply the reaction heat from the outside, so the size of the reactor is small and the starting characteristics are very excellent.

상기 수증기 개질법과 달리, 발열 반응이므로 개질의 시동이 빠르다. 그리고, 연료전지 부하 변동에 따라서 공급하는 수소량을 변동시킬 경우도 응답특성이 높은 장점이 있다.Unlike the steam reforming method, the exothermic reaction starts the reforming quickly. In addition, there is an advantage in that the response characteristic is high even when the amount of hydrogen supplied is changed in accordance with the fuel cell load variation.

그러나 반응에 고온이 필요하며, 얻어진 수소의 순도가 낮아 에너지 효율 측면에서는 수증기 개질에 비하여 상대적으로 낮게 된다.However, a high temperature is required for the reaction, and the purity of the obtained hydrogen is low, which is relatively low compared to steam reforming in terms of energy efficiency.

또한 자열개질은 흡열반응인 수증기 개질반응과 발열반응인 부분산화반응이 동일 촉매상에서 동시에 진행되어 반응열이 제로화 되도록하는 방법이다.In addition, autothermal reforming is a method in which the endothermic steam reforming reaction and the exothermic partial oxidation reaction proceed simultaneously on the same catalyst so that the reaction heat is zeroed.

예를 들면 메탄을 원료로 하는 각 반응을 나타낸 것으로 수증기 개질반응은 강한 흡열반응이고 부분산화반응이 약한 발열반응이므로 각각의 반응의 합이 열적으로 중성이 되려면 수증기 개질반응과 부분산화 반응의 비가 1: 5.7이 되어야 한다.For example, each reaction based on methane is shown. The steam reforming reaction is a strong endothermic reaction and the partial oxidation reaction is weak exothermic reaction. Therefore, if the sum of the reactions is thermally neutral, the ratio of the steam reforming reaction and the partial oxidation reaction is 1 It should be 5.7.

자열 개질반응은 본질적으로 부분산화 반응과는 크게 다르지 않으므로 자열재질 반응에서 수증기 반응의 정도를 늘리면 외부에서 반응열을 공급해야 하므로 반응기가 복잡해지고 커지는 단점이 발생하게 되며 또한 운전 제어가 어려워서 주로 소형시스템에 이용된다.Since the autothermal reforming reaction is not inherently different from the partial oxidation reaction, increasing the degree of steam reaction in the autothermal materials reaction requires the supply of the reaction heat from the outside, which leads to the disadvantage of complicated and large reactors and difficult operation control. Is used.

주로 버너 화염에 의해 개질 촉매층으로 열전달이 일어나고 또한 연료나 수증기의 예열에도 버너 화염으로부터의 열전달이 요구된다. 다라서 적당한 화염 형상 크기의 제어가 매우 필요하며 점화기도 필요하게 된다.Heat transfer occurs mainly to the reforming catalyst layer by the burner flame, and heat transfer from the burner flame is also required for preheating fuel or water vapor. Therefore, control of the appropriate flame shape size is very necessary and an igniter is needed.

구조적으로 버너 화염이 필수적인데, 운전 조건에 따라 버너화염이 연소실벽을 산화시키는 문제점이 발생 되었다.Structural burner flames are essential, but the burner flame oxidizes the combustion chamber wall depending on the operating conditions.

종래의 개질기에 대해 첨부된 도 1을 참조하여 설명한다.A conventional reformer will be described with reference to FIG. 1 attached.

종래의 개질기(10)는 개질기(10)의 하측에에 버너(11)가 배치되고, 상기 버너(11)로부터 공급된 화염이 연소실의 내벽을 향해 직접적으로 공급되면서, 상기 연소실의 내벽을 손상시키는 문제점이 발생 되었다.In the conventional reformer 10, a burner 11 is disposed below the reformer 10, and the flame supplied from the burner 11 is directly supplied toward the inner wall of the combustion chamber, thereby damaging the inner wall of the combustion chamber. A problem has occurred.

또한, 이로 인해 핫 스폿(Hot spot)이 상기 연소실 내벽에서 쉽게 발생되면서 상기 연소실의 내구성을 나쁘게 하는 문제점이 발생되었다.In addition, this has caused a problem that hot spots are easily generated in the combustion chamber inner wall, thereby deteriorating the durability of the combustion chamber.

또한 개질기(10)에 구비된 개질 촉매(12)는 수명이 한정된 관계로 용이하게 교체가 필요하나, 상기한 종래의 개질기(10)는 개질 촉매(12)의 용이한 교체가 어려운 문제점이 유발되었다.In addition, the reforming catalyst 12 provided in the reformer 10 needs to be easily replaced due to a limited lifetime, but the conventional reformer 10 described above has a problem that it is difficult to easily replace the reforming catalyst 12. .

종래의 다른 실시예에 의한 개질기에 대해 첨부된 도 2를 참조하여 설명한다.A reformer according to another conventional embodiment will be described with reference to FIG. 2.

종래의 개질기(20)는 외측 하부에 버너(11)를 배치시킨 상태에서, 상기 버너(11)에서 발생된 화염이 개질기(20)의 외측 하부를 가열하여 개질 촉매(12)를 가열하는 방식으로 사용되었다.In the conventional reformer 20 in a state in which the burner 11 is disposed at the outer lower portion, the flame generated from the burner 11 heats the lower lower portion of the reformer 20 to heat the reforming catalyst 12. Was used.

상기한 개질기(20)는 특정 위치에 버너의 화염이 집중되면서 상기 개질기(20)의 내구성을 악화시켜서 이에 대한 대처 방안을 필요로 하였다.
The reformer 20 deteriorates the durability of the reformer 20 while concentrating the flames of the burner at a specific position, thereby requiring a countermeasure.

본 발명의 목적은 연소실구조를 변경하여 화염 형태가 없는 개질 반응로를 구비함으로써 효율이 좋고 기동이 빠른 무화염 스팀 개질기를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide a flameless steam reformer that is efficient and fast to start by modifying the combustion chamber structure and providing a reforming reactor without flame form.

본 발명의 목적은 열손실을 저감하여 효율이 향상된 무화염 스팀 개질기를 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a flameless steam reformer having improved efficiency by reducing heat loss.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 무화염 스팀 개질기는 메인 하우징(100); 상기 메인 하우징(100) 내부에 삽입되고 개질촉매(3)가 구비된 개질촉매 하우징(210)과, 상기 개질촉매 하우징(210)이 내부에 삽입되고 연소촉매(2)가 구비된 연소촉매 하우징(220)을 포함하는 촉매 하우징(200)이 설치되되, 상기 연소촉매(2)는 개질촉매 하우징(210)의 전방 또는 상기 연소촉매 하우징(220)의 둘레를 따라 배치되고 상기 개질 촉매 하우징(210)은 길이 방향을 기준으로 선단부에 소정의 공간을 가지고 순차적으로 형성되고, 상기 연소촉매(2)를 통과한 개질용 공기가 개질촉매(3)로 이동하기 이전에 상기 연소촉매(2)에서 발생된 열 에너지와 지속적인 열교환 및 확산 이동을 위한 공간을 제공하는 제1,2 챔버(216a,216b)와, 상기 개질 촉매 하우징(210)의 후단부에 소정의 공간을 가지고 순차적으로 형성되고, 상기 개질촉매(3)를 경유한 개질용 공기의 확산 및 연소촉매(2)와의 열교환을 위한 공간을 제공하는 제3,4 챔버(216c,216d)를 포함하고, 상기 메인 하우징(100)과 촉매 하우징(200) 사이의 내부 공간에 삽입되는 통로 하우징(300)이 구비되되, 상기 통로 하우징(300)은 상기 연소 촉매 하우징(220)의 외측과 통로 하우징(300)의 내측 사이에 서로 다른 직경 차이로 인해 형성된 통로(302)를 포함한다.
상기 개질촉매 하우징(210)은 내부에 개질촉매(3)가 수용되는 인너하우징(211)을 더 포함한다.
상기 인너하우징(211)은 상기 개질촉매 하우징(210)의 길이방향 양단에서 내측으로 각각 이격된 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 개질촉매 하우징(210)은 인너하우징(211)의 위치 고정을 위한 스토퍼(212)를 더 포함한다.
상기 개질촉매 하우징(210)은 내부 중앙에 개질 가스가 이동되는 개질 가스 파이프(30)가 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1,2 챔버(216a,216b) 사이에는 내부 영역을 구획하고 다수개의 홀이 구비된 제1 다공판(234)을 더 포함한다.
상기 제3,4 챔버(216c,216d) 사이에는 내부 영역을 구획하고 다수개의 홀이 구비된 제2 다공판(214)을 더 포함한다.
상기 제2 챔버(216b)는 제1 챔버(216a) 보다 상대적으로 크게 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 제4 챔버(216d)는 제3 챔버(216c) 보다 상대적으로 크게 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 개질 가스 파이프(30)는 제1 다공판(234)의 중앙에 삽입된 것을 특징으로 한다.
상기 제1,2 다공판(234,214)은 다수개의 홀이 동일 직경을 가지며, 동일 간격으로 이격된 것을 특징으로 한다.
상기 개질촉매 하우징(210)은 단부가 통로 하우징(300)을 향해 외측으로 라운드지게 이루어진 것을 특징으로 한다.
상기 촉매 하우징(200)은 개질 가스와 개질 공기 및 연소용 연료가 이동되기 위한 파이프가 삽입된 촉매 하우징 커버(230)를 더 포함한다.
상기 제1 다공판(234)은 촉매 하우징 커버(230)의 중앙에 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 연소촉매 하우징(220)은 내부에 연소촉매(2)가 채워지는 수용부(204)를 더 포함한다.
상기 개질촉매 하우징(210)은 외측에 구비되고 연소촉매 하우징(220) 사이에 연소가스가 이동가능한 홀이 구비된 제3 다공판(218)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 연소촉매 하우징(220)은 상기 제3 다공판(218)을 기준으로 내부 영역이 구획 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 연소촉매 하우징(220)은 상기 제3 다공판(218)을 경유한 연소가스의 확산과 상기 개질촉매 하우징(210)으로의 열전달을 위한 제5 챔버(226)를 더 포함한다.
상기 연소촉매 하우징(220)은 제3 다공판(218)을 경유한 연소가스가 통로로 이동되기 위한 홀(222)을 더 포함한다.
상기 메인 하우징(100)은 촉매 하우징(200)과 통로 하우징(302)을 커버링하기 위한 메인 하우징 커버(110)를 더 포함한다.
상기 메인 하우징(100)은 메인 하우징 커버(110)의 외측에 배치된 보조 하우징 커버(120)를 더 포함한다.
상기 메인 하우징(100)은 내부에 단열을 위해 구비된 단열층(102)을 더 포함한다.
Flameless steam reformer according to the present invention to achieve the above object is the main housing (100); A reforming catalyst housing 210 inserted into the main housing 100 and provided with a reforming catalyst 3, and a combustion catalyst housing having a combustion catalyst 2 inserted therein and the reforming catalyst housing 210 inserted therein ( A catalyst housing 200 including 220 is installed, wherein the combustion catalyst 2 is disposed in front of the reforming catalyst housing 210 or along the circumference of the combustion catalyst housing 220 and the reforming catalyst housing 210. Is sequentially formed with a predetermined space at the front end in the longitudinal direction, and the reforming air passing through the combustion catalyst 2 is generated in the combustion catalyst 2 before moving to the reforming catalyst 3. First and second chambers 216a and 216b which provide space for thermal energy and continuous heat exchange and diffusion movement, and are sequentially formed with a predetermined space at the rear end of the reforming catalyst housing 210 and the reforming catalyst (3) diffusion of reforming air A passage housing 300 including third and fourth chambers 216c and 216d which provide a space for heat exchange with the combustion catalyst 2 and inserted into an inner space between the main housing 100 and the catalyst housing 200. ) Is provided, wherein the passage housing 300 includes a passage 302 formed due to a different diameter difference between the outside of the combustion catalyst housing 220 and the inside of the passage housing 300.
The reforming catalyst housing 210 further includes an inner housing 211 in which the reforming catalyst 3 is accommodated.
The inner housing 211 is disposed at positions spaced apart from each other in the longitudinal direction of the reforming catalyst housing 210 inward.
The reforming catalyst housing 210 further includes a stopper 212 for fixing the position of the inner housing 211.
The reforming catalyst housing 210 is characterized in that the reformed gas pipe 30 to which the reformed gas is moved in the center.
The first and second chambers 216a and 216b further include a first porous plate 234 partitioning an inner region and having a plurality of holes.
The third and fourth chambers 216c and 216d further include a second porous plate 214 partitioning an inner region and having a plurality of holes.
The second chamber 216b may be made relatively larger than the first chamber 216a.
The fourth chamber 216d is relatively larger than the third chamber 216c.
The reformed gas pipe 30 is inserted into the center of the first porous plate 234.
The first and second porous plates 234 and 214 may have a plurality of holes having the same diameter and spaced apart at equal intervals.
The reforming catalyst housing 210 is characterized in that the end is rounded outward toward the passage housing (300).
The catalyst housing 200 further includes a catalyst housing cover 230 into which a reformed gas, a reformed air, and a fuel for combustion are inserted.
The first porous plate 234 is characterized in that disposed in the center of the catalyst housing cover 230.
The combustion catalyst housing 220 further includes an accommodating part 204 in which the combustion catalyst 2 is filled.
The reforming catalyst housing 210 further includes a third porous plate 218 provided on the outside and having a hole in which combustion gas is movable between the combustion catalyst housings 220.
The combustion catalyst housing 220 is characterized in that the inner region is partitioned based on the third porous plate 218.
The combustion catalyst housing 220 further includes a fifth chamber 226 for diffusion of combustion gas via the third porous plate 218 and heat transfer to the reforming catalyst housing 210.
The combustion catalyst housing 220 further includes a hole 222 through which the combustion gas passing through the third porous plate 218 moves to the passage.
The main housing 100 further includes a main housing cover 110 for covering the catalyst housing 200 and the passage housing 302.
The main housing 100 further includes an auxiliary housing cover 120 disposed outside the main housing cover 110.
The main housing 100 further includes a heat insulation layer 102 provided for heat insulation therein.

삭제delete

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 무화염 스팀 개질기는 무화염 방식으로 상기 개질기의 내구성을 향상시키는 효과가 있다.As described above, the flameless steam reformer according to the present invention has the effect of improving the durability of the reformer in a flameless manner.

본 발명에 의한 무화염 스팀 개질기는 컴펙트한 구조를 가지면서도 양질의 수소를 개질하고, 열전달이 발생되는 효과가 있다.Flameless steam reformer according to the present invention has the effect of reforming the high-quality hydrogen while having a compact structure, heat transfer occurs.

본 발명에 의한 무화염 스팀 개질기는 저온에서도 개질이 가능한 효과가 있다.
Flameless steam reformer according to the present invention has the effect that can be reformed at low temperatures.

도 1 내지 도 2는 종래의 개질기를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 의한 무화염 스팀 개질기를 도시한 분해 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 무화염 스팀 개질기의 결합 단면도.
도 5 내지 도 6은 본 발명에 의한 무화염 스팀 개질기에 구비된 개질촉매 하우징의 단면도.
도 7은 본 발명에 구비된 메인 하우징 커버와 제1 다공판을 도시한 단면도.
도 8은 본 발명에 구비된 제1 다공판을 도시한 정면도.
도 9는 본 발명에 구비된 통로 하우징을 도시한 단면도.
도 10 내지 도 11은 본 발명에 의한 개질기의 작동 상태도.1 to 2 show a conventional reformer.
Figure 3 is an exploded perspective view showing a flameless steam reformer according to the present invention.
4 is a cross-sectional view of a flameless steam reformer according to the present invention.
5 to 6 are cross-sectional views of the reforming catalyst housing provided in the flameless steam reformer according to the present invention.
7 is a cross-sectional view showing the main housing cover and the first porous plate provided in the present invention.
8 is a front view showing a first porous plate provided in the present invention.
Figure 9 is a cross-sectional view showing a passage housing provided in the present invention.
10 to 11 is an operating state diagram of the reformer according to the present invention.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 의한 무화염 스팀 개질기에 대해 첨부된 도 3을 참조하여 설명한다.Hereinafter, a flameless steam reformer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.

본 발명에 의한 무화염 스팀 개질기(1)는 수증기 개질법을 이용하여 개질가스인 수소를 개질할 수 있으며, 별도의 버너를 구비하지 않는 무화염 방식에 의해 개질가스를 공급할 수 있다.The flameless steam reformer 1 according to the present invention may reform hydrogen, which is a reforming gas, by using a steam reforming method, and may supply reformed gas by an flameless method without a separate burner.

상기 무화염 스팀 개질기(1)는 소정의 크기를 가지며 원통 형상으로 이루어진 메인 하우징(100)이 구비될 수 있다.The flameless steam reformer 1 may be provided with a main housing 100 having a predetermined size and having a cylindrical shape.

상기 메인 하우징(100)은 내부에 단열을 위해 구비된 단열층(102)을 더 포함할 수 있다.The main housing 100 may further include a heat insulation layer 102 provided for heat insulation therein.

상기 메인 하우징(100)은 내부에 배치되는 촉매 하우징(200)을 더 포함할 수 있다.The main housing 100 may further include a catalyst housing 200 disposed therein.

상기 촉매 하우징(200)은 상기 메인 하우징(100)의 내부에 배치 가능한 직경을 가질 수 있다.The catalyst housing 200 may have a diameter that can be disposed inside the main housing 100.

상기 촉매 하우징(200)은 개질촉매(3)가 내부에 구비된 개질촉매 하우징(210)을 더 포함할 수 있다.The catalyst housing 200 may further include a reforming catalyst housing 210 having a reforming catalyst 3 therein.

또한, 상기 개질촉매 하우징(210)이 내부에 삽입되고, 연소촉매(2)가 구비된 연소촉매 하우징(220)을 더 포함할 수 있다.In addition, the reforming catalyst housing 210 may be inserted therein and further include a combustion catalyst housing 220 having a combustion catalyst 2.

상기 개질촉매 하우징(210)과 연소촉매 하우징(220)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.The reforming catalyst housing 210 and the combustion catalyst housing 220 will be described in detail later.

상기 무화염 스팀 개질기(1)는 상기 메인 하우징(100)과 촉매 하우징(200) 사이에 배치되고, 상기 촉매 하우징(200) 내부로 공급된 개질 연료가 이동되는 통로(302)가 구비된 통로 하우징(300)을 더 포함할 수 있다.The flameless steam reformer 1 is disposed between the main housing 100 and the catalyst housing 200, and has a passage housing including a passage 302 for moving the reformed fuel supplied into the catalyst housing 200. 300 may further include.

상기 무화염 스팀 개질기(1)는 촉매 하우징(200)을 커버링하기 위한 촉매 하우징 커버(230)를 더 포함할 수 있다.The flameless steam reformer 1 may further include a catalyst housing cover 230 for covering the catalyst housing 200.

또한, 메인 하우징(100)은 상기 촉매 하우징(200)과 통로 하우징(300)을 커버링 하기 위한 메인 하우징 커버(110)를 더 포함할 수 있다.In addition, the main housing 100 may further include a main housing cover 110 for covering the catalyst housing 200 and the passage housing 300.

메인 하우징 커버(110)는 개질 가스와, 개질 공기 및 연소용 연료가 이동되기 위해 다수개의 파이프가 삽입 배치될 수 있다.The main housing cover 110 may have a plurality of pipes inserted therein to move the reformed gas, the reformed air, and the fuel for combustion.

상기 촉매 하우징 커버(230)와 메인 하우징 커버(110)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.Details of the catalyst housing cover 230 and the main housing cover 110 will be described later.

상기 무화염 스팀 개질기(1)는 메인 하우징 커버(110)의 외측으로 이격 배치되고, 상기 파이프가 삽입되는 보조 하우징 커버(120)를 더 포함할 수 있다.The flameless steam reformer 1 may further include an auxiliary housing cover 120 spaced apart from the main housing cover 110 and into which the pipe is inserted.

또한, 메인 하우징 커버(110)에 결합되어 촉매 하우징(200)을 고정하기 위한 볼트(B)를 더 포함할 수 있다.In addition, the main housing cover 110 may further include a bolt (B) for fixing the catalyst housing 200.

이와 같이 구성되는 본 발명의 무화염 스팀 개질기에 구비된 촉매 하우징에 대해 첨부된 도 4 내지 도 5를 참조하여 상세하게 설명한다.The catalyst housing provided in the flameless steam reformer of the present invention configured as described above will be described in detail with reference to FIGS. 4 to 5.

촉매 하우징(200)은 내부로 개질용 공기와 연소용 연료가 동시에 공급될 수 있다.The catalyst housing 200 may be simultaneously supplied with reforming air and combustion fuel.

상기 개질용 공기는 메탄과 물이 혼합공급되고, 무화염 스팀 개질기(1)는 물이 수증기로 상변화되는 도중에 발생되는 수소를 개질하도록 이루어질 수 있다.The reforming air may be supplied with a mixture of methane and water, and the flameless steam reformer 1 may be configured to reform hydrogen generated while the water phase changes into water vapor.

상기 연소용 연료는 메탄과 공기가 혼합 공급될 수 있다.The combustion fuel may be supplied with a mixture of methane and air.

상기 촉매 하우징(200) 내부에는 연소촉매(2)와 개질촉매(3)가 구비될 수 있다.A combustion catalyst 2 and a reforming catalyst 3 may be provided inside the catalyst housing 200.

상기 연소촉매(2)는 연소용 연료로 공급되는 메탄과 공기를 소정의 온도로 상승시킬 수 있다.The combustion catalyst 2 may raise the methane and air supplied as the fuel for combustion to a predetermined temperature.

상기 연소촉매(2)는 연소용 연료와 반응하여 연소 반응이 이루어질 수 있다.The combustion catalyst 2 may react with the fuel for combustion to perform a combustion reaction.

상기 촉매 하우징(200)은 연소 촉매(2)가 개질 촉매(3)의 전방에 배치될 수 있다.In the catalyst housing 200, a combustion catalyst 2 may be disposed in front of the reforming catalyst 3.

이와 같이 배치시키는 이유는, 상기 연소 촉매(2)를 경유한 연소용 연료가 상대적으로 낮은 온도(350℃)에서 연소 반응이 이루어짐으로써, 버너를 사용하지 않는 본 발명에서 상기 연소 촉매(2)가 구비된 촉매 하우징(200)의 내구성을 향상시키고, 연소용 연료 및 개질용 공기의 예열을 동시에 도모하기 위해서이다.The reason for this arrangement is that the combustion catalyst via the combustion catalyst 2 undergoes a combustion reaction at a relatively low temperature (350 ° C.), whereby the combustion catalyst 2 in the present invention does not use a burner. In order to improve the durability of the provided catalyst housing 200 and to simultaneously preheat the combustion fuel and the reforming air.

이로 인해 상기 촉매 하우징(200)은 핫 스팟(Hot Spot)이 발생되지 않고 내구적인 변형이 최소화되면서 사용될 수 있다.As a result, the catalyst housing 200 may be used while a hot spot is not generated and durability is minimized.

상기 연소촉매(2)는 개질촉매 하우징(210)의 전방과 둘레에 배치될 수 있다.The combustion catalyst 2 may be disposed at the front and the circumference of the reforming catalyst housing 210.

이와 같이 배치시키는 이유는, 앞서 설명한 바와 같이 촉매 하우징(200)의 내구성 향상과 개질촉매(3)와의 열전달을 향상시켜서 상기 개질촉매(3)의 개질반응을 전체적으로 향상시키기 위해서이다.The reason for this arrangement is to improve the durability of the catalyst housing 200 and the heat transfer to the reforming catalyst 3 as described above to improve the reforming reaction of the reforming catalyst 3 as a whole.

촉매 하우징에 구비된 개질촉매 하우징에 대해 첨부된 도 5 내지 도 6을 참조하여 설명한다.The reforming catalyst housing provided in the catalyst housing will be described with reference to FIGS. 5 to 6.

개질촉매 하우징(210)은 다수개의 개질촉매(3)가 내부에 수용되는 인너 하우징(211)을 더 포함할 수 있다.The reforming catalyst housing 210 may further include an inner housing 211 in which a plurality of reforming catalysts 3 are accommodated.

상기 인너 하우징(211)은 개질촉매 하우징(210)의 내부에 삽입 가능한 형상을 가질 수 있으며, 상기 개질촉매 하우징(210)이 원통 형상으로 이루어져 있으므로, 상기 인너 하우징(211) 또한 원통 형상으로 이루어질 수 있다.The inner housing 211 may have a shape that can be inserted into the reforming catalyst housing 210, and since the reforming catalyst housing 210 has a cylindrical shape, the inner housing 211 may also have a cylindrical shape. have.

상기 인너 하우징(211)은 중앙에 후술할 개질 가스 파이프(30)가 삽입되는 홀을 더 포함할 수 있다.The inner housing 211 may further include a hole into which a reformed gas pipe 30 to be described later is inserted.

상기 개질촉매 하우징(210)은 인너 하우징(211)의 위치 고정을 위해 도면 대비 우측에 구비된 스토퍼(212)를 더 포함할 수 있다.The reforming catalyst housing 210 may further include a stopper 212 provided on the right side of the drawing to fix the position of the inner housing 211.

상기 스토퍼(212)는 일 예로 링 형태로 이루어져 개질촉매 하우징(210)의 내주면에 삽입된 상태로 설치된다.For example, the stopper 212 may be formed in a ring shape and inserted into an inner circumferential surface of the reforming catalyst housing 210.

상기 개질촉매 하우징(210)은 인너 하우징(211)의 전방과 후방에 배치된 챔버(216)를 더 포함할 수 있다.The reforming catalyst housing 210 may further include a chamber 216 disposed in front and rear of the inner housing 211.

상기 챔버(216)는 인너 하우징(211)의 전방에 배치된 제1,2 챔버(216a, 216b)와, 상기 인너 하우징(211)의 후방에 배치된 제3,4 챔버(216c,216d)를 더 포함할 수 있다.The chamber 216 includes first and second chambers 216a and 216b disposed in front of the inner housing 211 and third and fourth chambers 216c and 216d disposed behind the inner housing 211. It may further include.

상기 제2 챔버(216b)는 제1 챔버(216a)에 비해 상대적으로 크게 이루어질 수 있다.The second chamber 216b may be made relatively larger than the first chamber 216a.

왜냐하면, 개질가스가 개질 가스 파이프(30)를 향해 안정적으로 이동 가능한 공간을 제공함과 동시에, 연소촉매 하우징(220)과의 열교환을 동시에 실시하기 위해서이다.This is because the reformed gas provides a space in which the reformed gas can be stably moved toward the reformed gas pipe 30 and simultaneously performs heat exchange with the combustion catalyst housing 220.

또한, 개질용 공기가 개질촉매(3)로 이동하기 이전에 연소촉매(2)에서 발생된 열 에너지에 의해 소정의 온도로 승온시키기 위해 위와 같이 이루어질 수 있다.In addition, the reforming air may be made as described above to raise the temperature to a predetermined temperature by the heat energy generated in the combustion catalyst 2 before moving to the reforming catalyst 3.

상기 제1,2 챔버(216a,216b)는 개질용 공기가 유입된 후에 확산에 의해 이동속도가 저하되는 동안, 연소촉매(2)에서 발생된 열 에너지와 계속적으로 열교환이 이루어질 수 있다.The first and second chambers 216a and 216b may continuously exchange heat with heat energy generated by the combustion catalyst 2 while the moving speed is lowered by diffusion after the reforming air is introduced.

상기 제1 챔버(216a)와 제2 챔버(216b) 사이에는 제1 다공판(234)이 배치되고, 제3 챔버와 제4 챔버(216c,216d) 사이에는 제2 다공판(214)이 설치된다.
상기 제1 다공판(234)은 상기 제1 챔버(216a)를 경유한 개질가스가 급격하게 개질촉매(3)로 이동되는 것을 방지하기 위해 구비될 수 있다.The first porous plate 234 is disposed between the first chamber 216a and the second chamber 216b, and the second porous plate 214 is installed between the third chamber and the fourth chambers 216c and 216d. do.
The first porous plate 234 may be provided to prevent the reformed gas passing through the first chamber 216a from being rapidly moved to the reforming catalyst 3.

삭제delete

왜냐하면, 개질촉매(3)와 직접적으로 접촉되기 이전의 개질 공기가 소정의 온도로 예열되지 않은 상태에서 상기 개질촉매(3)와 반응을 실시하는것 보다는 소정의 온도로 승온된 상태에서 상기 개질촉매(3)와 반응을 실시하는 것이 열교환 측면에서 유리하기 때문이다.This is because the reforming catalyst (3) is heated at a predetermined temperature rather than reacting with the reforming catalyst 3 in a state where the reformed air before directly contacting the reforming catalyst 3 is not preheated to a predetermined temperature. This is because the reaction with 3) is advantageous in terms of heat exchange.

상기 개질촉매 하우징(210)은 내부에 스토퍼(212)와 이격되어 제2 다공판(214)이 상기 개질촉매 하우징(210)의 영역을 분할하도록 배치될 수 있다.The reforming catalyst housing 210 may be spaced apart from the stopper 212 so that the second porous plate 214 divides the region of the reforming catalyst housing 210.

상기 제2 다공판(214)은 원판으로 이루어질 수 있으며, 다수개의 홀(214a)이 동일 간격으로 이격 배치될 수 있다.The second porous plate 214 may be formed of a disc, and a plurality of holes 214a may be spaced apart at equal intervals.

상기 홀(214a)의 크기와 객수 및 배치 간격에 대해 특별히 한정하지는 않는다.It does not specifically limit about the size, number of objects, and the space | interval of the said hole 214a.

또한, 제2 다공판(214)은 중앙에 개질가스 파이프(30)가 삽입되는 홀이 배치될 수 있다.In addition, a hole in which the reformed gas pipe 30 is inserted may be disposed at the center of the second porous plate 214.

상기 제3 챔버(216c)는 인너하우징(211)과 제2 다공판(214) 사이에 배치될 수 있다.The third chamber 216c may be disposed between the inner housing 211 and the second porous plate 214.

상기 제3 챔버(216c)는 개질촉매(3)를 경유한 개질용 공기의 확산을 도모하고, 상기 개질용 공기의 이동 속도가 상대적으로 느려지면서 연소촉매 하우징(220)과의 부분적인 열교환이 이루어질 수 있다.The third chamber 216c promotes diffusion of reforming air via the reforming catalyst 3, and performs partial heat exchange with the combustion catalyst housing 220 while the rate of movement of the reforming air is relatively slow. Can be.

상기 제4 챔버(216d)는 제2 다공판(214)과 개질 촉매 하우징(210)의 내측 단부 사이에 배치될 수 있다.The fourth chamber 216d may be disposed between the second porous plate 214 and the inner end of the reforming catalyst housing 210.

상기 제4 챔버(216d)는 제3 챔버(216c) 보다 상대적으로 면적이 크게 이루어질 수 있다.The fourth chamber 216d may have a larger area than the third chamber 216c.

왜냐하면, 개질가스가 개질가스 파이프(30)를 향해 안정적으로 이동 가능한 공간을 제공함과 동시에, 연소촉매 하우징(220)과의 열교환을 동시에 실시하기 위해서이다.This is because the reformed gas provides a space in which the reformed gas can be stably moved toward the reformed gas pipe 30 and simultaneously performs heat exchange with the combustion catalyst housing 220.

제2 다공판(214)은 제3 챔버(216c)을 경유한 개질가스가 급격하게 제4 챔버(216d)와 개질가스 파이프(30)로 이동되는 것을 방지하기 위해 설치될 수 있다.The second porous plate 214 may be installed to prevent the reformed gas passing through the third chamber 216c from rapidly moving to the fourth chamber 216d and the reformed gas pipe 30.

왜냐하면, 개질가스 파이프(30)로 공급되는 개질가스는 연료전지(미도시)에 공급될 때, 상기 개질가스의 온도가 적정 온도로 승온된 상태로 공급될 경우에 공기중에 포함된 산소와의 반응성이 향상되기 때문이다.This is because, when the reformed gas supplied to the reformed gas pipe 30 is supplied to a fuel cell (not shown), when the reformed gas is supplied in a state in which the temperature of the reformed gas is elevated to an appropriate temperature, it reacts with oxygen included in the air. Because it is improved.

이를 통해 스택(미도시) 전체에 구비된 다수개의 셀(Cell)에서의 반응성을 향상시켜 상기 스택에서 발전되는 발전량을 안정적이고 균일한 출력을 얻기 위해서이다.This is to improve the responsiveness in a plurality of cells (cell) provided throughout the stack (not shown) to obtain a stable and uniform output of the amount of power generated in the stack.

상기 홀(214a)은 개질가스의 이동 속도를 지체시켜서 재질가스가 급격하게 개질가스 파이프(30)로 이동되는 것을 방지하고, 상기 개질가스가 제4 챔버(216d)로 균일하게 이동되는 것을 도모한다.The hole 214a delays the moving speed of the reformed gas, thereby preventing the material gas from moving rapidly to the reformed gas pipe 30, and aims to uniformly move the reformed gas to the fourth chamber 216d. .

상기 홀(214a)은 개질가스의 이동 방향과 동일한 방향에 배치될 수 있다.The hole 214a may be disposed in the same direction as the movement direction of the reformed gas.

상기 개질촉매 하우징(210)은 제4 챔버(216d)가 배치된 단부가 외측을 향해 라운드지게 이루어질 수 있다.The reforming catalyst housing 210 may be formed such that an end in which the fourth chamber 216d is disposed is rounded outward.

왜냐하면, 한정된 무화염 스팀 개질기(1)의 내부 공간을 최대로 활용하고, 개질가스의 안정적인 이동과 열교환을 동시에 도모하기 위해서이다.This is because the internal space of the limited flameless steam reformer 1 is utilized to the maximum and the stable movement of the reformed gas and the heat exchange are simultaneously carried out.

상기 개질가스는 제2 다공판(214)을 경유하여 제4 챔버(216d)로 이동되면서, 상기 개질촉매 하우징(210)의 내주면을 따라 이동될 수 있다.The reformed gas may move along the inner circumferential surface of the reforming catalyst housing 210 while moving to the fourth chamber 216d via the second porous plate 214.

예를 들어, 개질가스가 상기 제2 다공판(214)의 가장자리에 배치된 홀(214a)을 통해 제4 챔버(216d)로 이동하여 라운드진 개질촉매 하우징(210)의 내측 형상을 따라 제2 다공판(214)의 중앙에 배치된 개질촉매 파이프(3) 쪽으로 보다 용이하게 이동될 수 있기 때문이다.For example, the reformed gas moves to the fourth chamber 216d through the hole 214a disposed at the edge of the second porous plate 214, and thus, the reformed gas is formed along the inner shape of the rounded reforming catalyst housing 210. This is because it can be more easily moved toward the reforming catalyst pipe 3 disposed in the center of the porous plate 214.

상기 개질촉매 하우징(210)은 외측에 구비되고, 연소촉매 하우징(220) 사이에 연소가스가 이동 가능한 홀(218a)이 마련된 제3 다공판(218)을 더 포함할 수 있다.The reforming catalyst housing 210 may further include a third porous plate 218 provided on the outside and provided with a hole 218a between which the combustion gas is movable between the combustion catalyst housings 220.

상기 제3 다공판(218)은 개질촉매 하우징(210)의 외주면에 삽입 배치될 수 있으며, 용접에 의해 상기 개질촉매 하우징(210)에 고정 설치된다.The third porous plate 218 may be inserted into and disposed on an outer circumferential surface of the reforming catalyst housing 210 and fixedly installed to the reforming catalyst housing 210 by welding.

삭제delete

본 발명에 의한 연소촉매 하우징(220)에 대해 설명한다.The combustion catalyst housing 220 according to the present invention will be described.

연소촉매 하우징(220)은 개질촉매 하우징(210)이 내부로 삽입가능한 크기를 가질 수 있다.The combustion catalyst housing 220 may have a size into which the reforming catalyst housing 210 may be inserted.

상기 연소촉매 하우징(220)은 상기 제3 다공판(218)을 기준으로 내부 영역이 연소촉매(2)가 채워진 연소촉매 영역과, 빈공간으로 이루어지고 상기 연소촉매(2)에 의해 가열된 연소공기가 확산에 의해 서서히 이동되는 제5 챔버(226)를 더 포함할 수 있다.The combustion catalyst housing 220 has a combustion catalyst region in which an internal region is filled with the combustion catalyst 2 and an empty space based on the third porous plate 218, and is heated by the combustion catalyst 2. The air may further include a fifth chamber 226 in which air is slowly moved by diffusion.

상기 제5 챔버(226)는 앞서 설명된 제1 내지 제4 챔버(216a~216d)에 비해 상대적으로 큰 면적으로 이루어질 수 있다.The fifth chamber 226 may have a larger area than the first to fourth chambers 216a to 216d described above.

왜냐하면, 연소가스가 가지고 있는 고온의 열 에너지를 무화염 스팀 개질기(1)의 외측으로 바로 배출시키지 않고, 개질가스와의 열교환을 충분히 실시하여 상기 연소가스가 가지고 있는 열 에너지를 최대한 이용하게 위해서이다.This is because the high-temperature heat energy of the combustion gas is not immediately discharged to the outside of the flameless steam reformer 1, and sufficient heat exchange with the reforming gas is performed so as to make maximum use of the heat energy of the combustion gas. .

상기 연소촉매 하우징(220)은 연소가스가 통로(302)로 이동되기 위해 내측 단부에 개구된 홀(222)을 더 포함할 수 있다.The combustion catalyst housing 220 may further include a hole 222 opened at an inner end portion of the combustion gas to move to the passage 302.

상기 홀(222)은 연소촉매 하우징(220)의 중앙에서 각각 이격된 위치에 동일 간격을 유지하면서 동일 갯수로 배치될 수 있다.The holes 222 may be arranged in the same number while maintaining the same spacing at positions spaced apart from each other in the center of the combustion catalyst housing 220.

상기 홀(222)은 직경에 대해 특별히 한정하지는 않는다.The hole 222 is not particularly limited with respect to the diameter.

본 발명에 의한 제1 다공판에 대해 첨부된 도 7을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.The first porous plate according to the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 7.

제1 다공판(234)은 중앙을 기준으로 외측으로 이격 배치된 다수개의 홀(234a)을 더 포함할 수 있으며, 배기가스의 이동 방향을 향해 개구될 수 있다.The first porous plate 234 may further include a plurality of holes 234a disposed to be spaced outwardly from the center, and may be opened toward the movement direction of the exhaust gas.

상기 제1 다공판(234)은 홀(234a)이 개구되지 않은 내측면에 의해 개질 공기가 통과하지 못하면서 개질 공기의 이동 속도를 지체시켜서 상기 개질 공기가 급격하게 개질촉매(3)로 이동되는 것을 방지한다.The first porous plate 234 delays the movement speed of the reformed air without passing the reformed air by the inner surface of which the hole 234a is not opened, thereby rapidly moving the reformed air to the reforming catalyst 3. prevent.

상기 홀(234a)은 제1 다공판(234)의 상면에 다수개가 동일 간격으로 배치되고, 직경 또한 동일 직경을 가질 수 있다.The plurality of holes 234a may be disposed on the upper surface of the first porous plate 234 at equal intervals, and may have the same diameter.

또한, 상기 제1 다공판(234)은 중앙에 개질가스 파이프(30)가 삽입될 수 있다.In addition, the reformed gas pipe 30 may be inserted into the first porous plate 234.

미설명된 제2 다공판(214) 또한 상기 제1 다공판(230)과 동일한 구조를 가질 수 있다.The non-described second porous plate 214 may also have the same structure as the first porous plate 230.

본 발명에 구비된 메인 하우징 커버와 촉매 하우징 커버에 대해 첨부된 도 7 내지 도 8을 참조하여 설명한다.The main housing cover and the catalyst housing cover provided in the present invention will be described with reference to FIGS. 7 to 8.

무화염 스팀 개질기(1)는 촉매 하우징(200)과 통로 하우징(300)을 커버링하기 위한 메인 하우징 커버(110)를 더 포함할 수 있다.The flameless steam reformer 1 may further include a main housing cover 110 for covering the catalyst housing 200 and the passage housing 300.

상기 메인 하우징 커버(110)는 앞서 설명한 개질 가스 파이프(30)를 포함하여 개질 공기가 공급되는 개질 공기용 파이프(32)와, 연소용 연료가 공급되는 연소용 연료 파이프(34)가 삽입 배치될 수 있다.The main housing cover 110 includes the reformed gas pipe 30 described above and includes a reformed air pipe 32 to which reformed air is supplied, and a combustion fuel pipe 34 to which combustion fuel is supplied. Can be.

상기 메인 하우징 커버(110)는 일종의 파이프 매니폴더로 사용될 수 있다.The main housing cover 110 may be used as a kind of pipe manifold.

또한, 상기 메인 하우징 커버(110)는 중앙에 삽입 배치된 개질 가스 파이프(30)에 촉매 하우징 커버(230)가 삽입 배치될 수 있다.In addition, the main housing cover 110 may be inserted into the catalyst housing cover 230 in the reformed gas pipe 30 is inserted into the center.

메인 하우징 커버(110)는 연소촉매 하우징(220)과 통로 하우징(300)이 볼트(B)에 의해 동시에 마운팅 될 수 있다.The main housing cover 110 may be mounted at the same time by the combustion catalyst housing 220 and the passage housing 300 by the bolt (B).

본 발명에 의한 통로 하우징에 대해 첨부된 도 9를 참조하여 설명한다.A passage housing according to the present invention will be described with reference to FIG. 9.

통로 하우징(300)은 후술할 메인 하우징(100)의 내측에 배치될 수 있다.The passage housing 300 may be disposed inside the main housing 100 to be described later.

상기 통로 하우징(300)은 메인 하우징(100)의 내측에 배치된 단열층(102)과 밀착 배치될 수 있다.The passage housing 300 may be disposed in close contact with the heat insulation layer 102 disposed inside the main housing 100.

왜냐하면, 무화염 스팀 개질기(1)의 외측으로 손실되는 열손실을 최소화하기 위해서이다.This is because the heat loss lost to the outside of the flameless steam reformer 1 is minimized.

상기 통로 하우징(300)은 연소 촉매 하우징(220)의 외주면 사이에 마련된 통로(302)를 더 포함할 수 있다.The passage housing 300 may further include a passage 302 provided between the outer circumferential surface of the combustion catalyst housing 220.

상기 통로(302)는 개질촉매(3)와 열교환된 연소용 연료가 배치된다.The passage 302 is a fuel for combustion heat exchanged with the reforming catalyst (3).

상기 통로(302)는 연소 촉매 하우징(220)이 통로 하우징(300)에 삽입된 상태를 기준으로 상기 연소 촉매 하우징(220)의 외측과 상기 통로 하우징(300)의 내측 사이에 서로 다른 직경 차이로 인해 상기 통로 하우징(300)의 내측 길이 방향을 따라 형성된다.The passage 302 may have a different diameter difference between the outside of the combustion catalyst housing 220 and the inside of the passage housing 300 based on a state in which the combustion catalyst housing 220 is inserted into the passage housing 300. Due to this is formed along the inner longitudinal direction of the passage housing 300.

무화염 스팀 개질기(1)는 메인 하우징(100)을 커버링하는 보조 하우징 커버(112)를 더 포함할 수 있다.The flameless steam reformer 1 may further include an auxiliary housing cover 112 covering the main housing 100.

상기 보조 하우징 커버(112)에는 앞서 설명한 개질 가스 파이프(30)를 포함하여 개질 공기가 공급되는 개질 공기용 파이프(32)와, 연소용 연료가 공급되는 연소용 연료 파이프(34) 및 배기가스의 배기를 위한 배기가스용 파이프(36)가 삽입 배치될 수 있다.The auxiliary housing cover 112 includes a reformed air pipe 32 to which reformed air is supplied, including the reformed gas pipe 30 described above, a combustion fuel pipe 34 to which combustion fuel is supplied, and exhaust gas. An exhaust gas pipe 36 for exhaust may be inserted.

상기 보조 하우징 커버(112)는 메인 하우징 커버(110)의 외측에 배치될 수 있다.The auxiliary housing cover 112 may be disposed outside the main housing cover 110.

이와 같이 구성되는 본 발명에 의한 무화염 스팀 개질기의 사용 상태에 대해 첨부된 도 10 내지 도 11을 참조하여 설명한다.The use state of the flameless steam reformer according to the present invention configured as described above will be described with reference to FIGS. 10 to 11.

첨부된 도 10를 참조하면, 무화염 스팀 개질기(1)는 연소용 연료가 연소용 연료 파이프(34) 내부로 공급되고, 연소촉매(2)가 채워진 수용부(204)로 이동된다.Referring to FIG. 10, the flameless steam reformer 1 is supplied with combustion fuel into the combustion fuel pipe 34 and moved to the receiving portion 204 filled with the combustion catalyst 2.

상기 연소용 연료는 개질촉매(3)가 위치한 곳까지 이동하기 이전에 상기 연소촉매(2)와 접촉되면서 소정의 온도로 승온되면서 초기 가열되기 시작한다.The fuel for combustion begins to be heated initially by being heated to a predetermined temperature while contacting the combustion catalyst 2 before moving to the place where the reforming catalyst 3 is located.

이와 동시에 개질용 공기는 상기 무화염 스팀 개질기(1)에 구비된 메인 하우징 커버(110)를 경유하여 촉매 하우징 커버(230)가 위치된 곳으로 이동된다.At the same time, the reforming air is moved to the place where the catalyst housing cover 230 is located via the main housing cover 110 provided in the flameless steam reformer 1.

상기 개질용 공기는 개질촉매(3)로 이동되기 이전에 배치된 연소촉매(2)에 의해 개질 공기용 파이프(32)의 내부로 전도된 열을 전도 받고, 상기 개질촉매(3)로 이동되기 이전에 소정의 온도로 승온될 수 있다.The reforming air receives heat conducted to the inside of the reforming air pipe 32 by the combustion catalyst 2 disposed prior to the reforming catalyst 3, and then moves to the reforming catalyst 3. It may be previously elevated to a predetermined temperature.

따라서 별도의 버너가 설치되지 않은 조건에서도 상기 연소용 연료와 개질용 공기가 승온되고, 특히 상기 비교적 낮은 온도에서 연소촉매(2)와 연소용 연료의 반응이 이루어지면서 무화염 스팀 개질기(1) 내부에서의 국부적인 열 집중을 방지할 수 있다.Therefore, the combustion fuel and the reforming air are heated even under the condition that no separate burner is installed, and in particular, the reaction of the combustion catalyst 2 and the combustion fuel is performed at the relatively low temperature, and thus the flameless steam reformer 1 inside. It can prevent local heat concentration.

상기 개질용 공기는 개질 공기용 파이프(32)를 따라 수증기로 기화되어 제1 챔버(216a)로 이동되고, 상기 개질용 공기는 연소용 연료 파이프(34)의 한정된 면적을 통해 이동되다가 상기 제1 챔버(216a)로 이동되면서 확산이 이루어진다.The reforming air is vaporized with water vapor along the reforming air pipe 32 to be moved to the first chamber 216a, and the reforming air is moved through a limited area of the fuel pipe 34 for combustion. As it moves to the chamber 216a, diffusion occurs.

본 발명에 의한 촉매 하우징 커버(230)는 원주 방향에 다수개의 개질용 공기 파이프(32)가 배치되어 있어서 제1 챔버(216a)의 내부 공간으로 균일하게 개질용 공기가 유입될 수 있다.In the catalyst housing cover 230 according to the present invention, a plurality of reforming air pipes 32 are disposed in a circumferential direction so that reforming air may be uniformly introduced into the inner space of the first chamber 216a.

상기 개질용 공기는 제1 챔버(216a)에서 개질촉매(3)를 향해 곧바로 이동되지 않고 소정의 시간 동안 이동이 지체되면서 상기 연소촉매(2)에서 발생된 열이 전도될 수 있다.The reforming air is not immediately moved toward the reforming catalyst 3 in the first chamber 216a, and movement of the reforming air is delayed for a predetermined time so that heat generated in the combustion catalyst 2 can be conducted.

상기 개질용 공기는 제1 다공판(234)의 홀(234a)을 통해 제2 챔버(216b)로 이동될 수 있다.The reforming air may be moved to the second chamber 216b through the hole 234a of the first porous plate 234.

상기 개질용 공기는 제1 챔버(216a)에서 제2 챔버(216b)로 이동시에 홀(234a)을 경유하면서 소정 시간 동안 이동이 지체되고, 연소촉매(2)가 내장된 연소촉매 하우징(220)을 통해 열전도가 발생되면서 열교환이 지속적으로 이루어진다.The reforming air is delayed for a predetermined time while passing from the first chamber 216a to the second chamber 216b via the hole 234a, and the combustion catalyst housing 220 having the combustion catalyst 2 embedded therein. Heat conduction is continuously made through the heat exchange.

상기 제2 챔버(216b)는 상기 제1 챔버(216a)에 비해 상대적으로 내부 공간이 넓게 이루어져 있어서 제1 다공판(234)을 통과한 개질공기의 확산이 한 번 더 이루어진다.Since the second chamber 216b has a larger internal space than the first chamber 216a, the reformed air passing through the first porous plate 234 is further diffused.

상기 제2 챔버(216b)는 개질촉매 하우징(210) 주위에 연소촉매가 배치되어 있어서, 개질공기가 개질촉매(3)로 이동되는 과정에서 지속적인 열교환이 이루어질 수 있다.In the second chamber 216b, a combustion catalyst is disposed around the reforming catalyst housing 210, and thus, continuous heat exchange may be performed while the reformed air is moved to the reforming catalyst 3.

첨부된 도 11을 참조하면, 개질공기는 개질촉매(3)와 접촉되면서 개질촉매 하우징(210)의 길이 방향을 따라 이동되고, 이와 동시에 연소용 연료는 연소촉매 하우징(220)의 내측 길이 방향을 따라 이동되면서 상기 연소촉매(2)의 열이 상기 개질용 연료로 전도된다.Referring to FIG. 11, the reformed air is moved along the longitudinal direction of the reforming catalyst housing 210 while being in contact with the reforming catalyst 3, and at the same time the fuel for combustion is directed to the inner longitudinal direction of the combustion catalyst housing 220. While moving along, the heat of the combustion catalyst 2 is conducted to the reforming fuel.

상기 개질용 연료는 개질 촉매 하우징(210)을 따라 제3 챔버(216c)로 이동된다.The reforming fuel is moved along the reforming catalyst housing 210 to the third chamber 216c.

상기 제3 챔버(216c)는 앞서 설명한 제1 챔버(216a)와 마찬가지로 개질 가스 파이프(30)로 이동될 개질 가스가 급격하게 이동되지 않고 소정의 시간 동안 제3 챔버(216c) 내부에서 확산을 도모하고, 제2 다공판(214)의 홀(214a)을 경유하여 제4 챔버(216d)로 이동된다.Similar to the first chamber 216a described above, the third chamber 216c is configured to diffuse in the third chamber 216c for a predetermined time without a sudden movement of the reformed gas to be moved to the reformed gas pipe 30. Then, it moves to the fourth chamber 216d via the hole 214a of the second porous plate 214.

연소용 연료는 제3 다공판(218)에 의해 이동이 소정 시간 딜레이되고, 홀(218a)을 통해 서서히 제5 챔버(226)으로 이동된다.The fuel for combustion is delayed for a predetermined time by the third porous plate 218 and gradually moved to the fifth chamber 226 through the hole 218a.

상기 연소용 연료의 이동이 딜레이되는 동안 개질 촉매 하우징(210)으로 고온의 열이 전도될 수 있다.High temperature heat may be conducted to the reforming catalyst housing 210 while the movement of the fuel for combustion is delayed.

개질공기는 제4 챔버(216d)로 이동되면서, 소정의 온도를 유지한 수소 가스로 개질되고, 개질 촉매 하우징(210)의 라운드진 내부 형상을 따라 개질 촉매 파이프(30)로 이동될 수 있다.While the reformed air is moved to the fourth chamber 216d, the reformed air may be reformed into hydrogen gas maintaining a predetermined temperature and may be moved to the reformed catalyst pipe 30 along the rounded inner shape of the reformed catalyst housing 210.

연소용 연료는 홀(222)을 통해 통로(302)를 따라 이동되어 배기가스 파이프(36)를 통해 외부로 배출된다.The fuel for combustion is moved along the passage 302 through the hole 222 and discharged to the outside through the exhaust gas pipe 36.

상기 개질가스는 개질가스 파이프(30)을 따라 이동되면서 개질 촉매 하우징(210)과 제2 챔버(216b)와 제1 챔버(216a)를 경유하면서 연소촉매(2)와 한번 더 열교환이 이루어질 수 있다.The reformed gas may be heat exchanged once more with the combustion catalyst 2 via the reformed catalyst housing 210, the second chamber 216b, and the first chamber 216a while moving along the reformed gas pipe 30. .

본 발명에 의한 무화염 스팀 개질기(1)는 연소촉매(2)와 개질촉매(3)를 교환할 경우에는 보조 하우징 커버(120)와 메인 하우징 커버(110)에 결합된 볼트(B)의 결합 상태를 해제하고 상기 연소촉매(2)와 개질촉매(3)에 대한 교환을 실시하면 된다.Flameless steam reformer 1 according to the present invention is the coupling of the bolt (B) coupled to the auxiliary housing cover 120 and the main housing cover 110 when the combustion catalyst (2) and the reforming catalyst (3) is exchanged The state may be canceled and the combustion catalyst 2 and the reforming catalyst 3 may be replaced.

따라서, 볼팅된 볼트(B)의 결합상태만 해제하면 용이하게 촉매의 교환이 가능해질 수 있다.
Therefore, it is possible to easily exchange the catalyst by only releasing the bonded state of the bolted bolt (B).

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention as set forth in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.

1 : 무화염 스팀 개질기
2 : 연소촉매
3 : 개질촉매
100 : 메인 하우징
102 : 단열층
200 : 촉매 하우징
210 : 개질촉매 하우징
220 : 연소촉매 하우징
216a, 216b : 제1,2, 챔버
216c, 216d : 제3,4 챔버
230 : 촉매 하우징 커버
300 : 통로 하우징
302 : 통로1: flameless steam reformer
2: combustion catalyst
3: reforming catalyst
100: main housing
102: heat insulation layer
200: catalyst housing
210: modified catalyst housing
220: combustion catalyst housing
216a, 216b: 1st, 2nd, chamber
216c, 216d: 3rd, 4th chamber
230: catalyst housing cover
300: passage housing
302: passage

Claims

Main housing 100;
A reforming catalyst housing 210 inserted into the main housing 100 and provided with a reforming catalyst 3, and a combustion catalyst housing having a combustion catalyst 2 inserted therein and the reforming catalyst housing 210 inserted therein ( Catalyst housing 200 including the 220 is installed,
The combustion catalyst 2 is disposed in front of the reforming catalyst housing 210 or along the circumference of the combustion catalyst housing 220,
The reforming catalyst housing 210,
Heat generated in the combustion catalyst 2 before the reforming air passing through the combustion catalyst 2 to the reforming catalyst 3 is sequentially formed with a predetermined space at the front end in the longitudinal direction. First and second chambers 216a and 216b which provide space for energy and continuous heat exchange and diffusion movement,
A reforming catalyst housing 210 having a predetermined space at a rear end thereof and sequentially formed and providing a space for diffusion of reforming air via the reforming catalyst 3 and heat exchange with the combustion catalyst 2; 3,4 chambers (216c, 216d),
A passage housing 300 is inserted into an inner space between the main housing 100 and the catalyst housing 200, and the passage housing 300 is formed outside the combustion catalyst housing 220 and the passage housing 300. Flameless steam reformer comprising a passageway (302) formed due to different diameter difference between the inside of the.

delete

The method according to claim 1,
The reforming catalyst housing 210,
Flameless steam reformer further comprises an inner housing 211 in which the reforming catalyst 3 is accommodated.

6. The method of claim 5,
The inner housing 211 is,
Flameless steam reformer, characterized in that it is disposed at positions spaced inward from both ends in the longitudinal direction of the reforming catalyst housing (210).

6. The method of claim 5,
The reforming catalyst housing 210,
Flameless steam reformer further comprises a stopper (212) for fixing the position of the inner housing (211).

The method according to claim 1,
The reforming catalyst housing 210,
Flameless steam reformer, characterized in that the reformed gas pipe 30 is disposed in the center of the reformed gas is moved.

delete

The method according to claim 1,
Between the first and second chambers 216a and 216b,
Flameless steam reformer further comprises a first porous plate 234 partitioning the inner region and provided with a plurality of holes.

The method according to claim 1,
Between the third and fourth chambers 216c and 216d,
Flameless steam reformer further comprising a second porous plate (214) partitioning the inner region and provided with a plurality of holes.

The method according to claim 1,
The second chamber (216b) is larger than the first chamber (216a), characterized in that the reformer.

The method according to claim 1,
Flameless steam reformer, characterized in that the fourth chamber (216d) is made relatively larger than the third chamber (216c).

The method of claim 8 and 12,
The reformed gas pipe 30,
Flameless steam reformer, characterized in that inserted into the center of the first porous plate (234).

The method according to claim 12 and 13,
The first and second porous plates 234 and 214
Flameless steam reformer, characterized in that a plurality of holes having the same diameter and spaced apart at equal intervals.

The method according to claim 1,
The reforming catalyst housing 210,
Flame-free steam reformer, characterized in that the end is rounded outward toward the passage housing (300).

The method according to claim 1,
The catalyst housing 200,
The flameless steam reformer further comprising a catalyst housing cover 230 into which a reformed gas, reformed air, and fuel for combustion are inserted.

delete

The method according to claim 12 and 19,
The first porous plate 234 is,
Flameless steam reformer, characterized in that disposed in the center of the catalyst housing cover (230).

The method according to claim 1,
The combustion catalyst housing 220,
Flameless steam reformer further comprises a receiving portion 204 is filled with a combustion catalyst (2) therein.

The method according to claim 1,
The reforming catalyst housing 210,
Flame-free steam reformer further comprises a third porous plate (218) provided on the outside and provided with a hole for moving the combustion gas between the combustion catalyst housing (220).

24. The method of claim 23,
The combustion catalyst housing 220,
Flameless steam reformer, characterized in that the inner region is partitioned based on the third porous plate (218).

24. The method of claim 23,
The combustion catalyst housing 220,
Flame-free steam reformer further comprises a fifth chamber (226) for diffusion of the combustion gas via the third porous plate (218) and heat transfer to the reforming catalyst housing (210).

24. The method of claim 23,
The combustion catalyst housing 220,
Flameless steam reformer further comprises a hole (222) for moving the combustion gas via the third porous plate (218) to the passage.

The method according to claim 1,
The main housing 100,
Flameless steam reformer further comprising a main housing cover (110) for covering the catalyst housing (200) and the passageway housing (302).

The method according to claim 1,
The main housing 100,
Flameless steam reformer further comprises an auxiliary housing cover (120) disposed outside the main housing cover (110).

The method according to claim 1,
The main housing 100,
Flameless steam reformer further includes a heat insulation layer 102 provided for heat insulation therein.

delete