KR101228631B1 - 개질 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 개질 장치에 관한 것이며, 상세하게는 복사열을 매개로 하여 개질촉매부를 가열시킴으로써 열효율과 개질효율을 향상시킬 수 있는 개질 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 개질 장치는 반응원료가 투입되고 개질가스가 배출되는 장치하우징; 장치하우징에 내장되어, 반응원료가 통과되면서 개질반응을 일으켜 개질가스를 형성하도록 제공된 하나 이상의 개질촉매부; 및 개질촉매부에 하나 이상 구비되면서, 복사열의 전달을 매개로 하여 개질촉매부의 개질반응을 활성화시키도록 제공된 가열부를 포함하며, 가열부는 개질촉매부로 열을 전달토록 개질촉매부와 접촉되도록 위치된 복사관; 복사관의 일단에 설치되어, 복사관 내부로 고온가스를 공급토록 제공된 열공급유닛; 복사관의 타단에 설치되어, 배출되는 고온가스로부터 열을 회수하는 열회수유닛; 및 열회수유닛에 의해 예열된 공기가 열공급유닛으로 공급되도록, 열공급유닛과 열회수유닛을 연결하는 공기유동관을 포함하는 것이 바람직하다.

Description

개질 장치{REFORMING APPARATUS}
본 발명은 개질 장치에 관한 것이며, 상세하게는 복사열을 매개로 하여 개질촉매부를 가열시킴으로써 열효율과 개질효율을 향상시킬 수 있는 개질 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 연료 개질 장치는 수소를 함유한 일반 반응원료, 예컨대 LNG, LPG, 바이오 가스 등의 탄화수소로부터 연료전지가 요구하는 수소를 많이 포함하는 개질가스로 변환시키는 장치로서, 연료전지 발전시스템에 사용되고 있다.
이하에서는 종래에 일반적으로 사용되고 있는 연료 개질 장치에 대해 개략적으로 설명하기로 한다. 도 1은 종래 기술에 따른 원통형 연료 개질 장치의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
종래의 연료 개질 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 원통형 형상을 가진 개질장치하우징(1), 개질장치하우징(1) 내부에 설치되고 촉매가 충전된 고리형상의 개질촉매층(5), 개질장치하우징(1) 내부로 열원을 제공토록 개질장치하우징(1)의 상부 또는 하부에 설치된 버너(2)를 포함한다.
종래기술에서, 연료투입구(2a)를 통해 버너(2)로 공급된 연료는 공기투입구(3)를 통해 유입된 공기와 연소반응하여 화살표 방향(F)을 따라 고온의 연소가스가 개질장치하우징(1) 내부로 유입된다.
고온의 연소가스는 개질장치하우징(1) 내의 가이드원통관(1a)과 개질촉매층(5) 내측 사이에 형성된 촉매층가열유로(4)를 통과하면서 개질촉매층(5)으로 열을 공급한 후, 연소가스배출구(6)를 통해 외부로 배출된다.
개질장치하우징(1)의 상단에 위치된 반응원료도입구(7)를 통해 개질장치하우징(1) 내로 유입된 반응원료, 예컨대 탄화수소 성분이 함유된 반응원료는 반응원료 예열유로(11)를 경유하여, 상기의 고온의 연소가스와 흡열반응하여 고온 상태의 개질촉매층(5)을 통과한다.
반응원료는 개질촉매층(5)을 통과하면서, 수증기 또는 물과 개질반응하여 다량의 수소를 함유한 개질가스(G)를 형성한다. 이후, 개질가스(G)는 개질장치하우징(1)의 상단에 위치된 개질가스배출구(8)를 통해 배출된다.
그러나, 종래 기술에 따른 연료 개질 장치는, 흡열반응을 위해 버너(2)에서 발생된 열이 개질장치하우징(1) 전체에 걸쳐 균일하게 전달되지 않거나 반응원료가 개질촉매층(5)에 균일하게 통과하지 않아 열효율 및 개질 효율이 저하되는 결과를 보이기도 했다.
또한, 종래의 연료 개질 장치는 고온의 연료가스가 유동되는 유로와, 반응원료가 개질촉매층(5)으로 유입 및 유출되는 유로의 복잡한 구조로 인해, 연료 개질 장치의 제작의 어렵고, 더불어 제조원가 상승의 문제점도 있다.
아울러, 종래의 원통형 연료 개질 장치는 버너(2)를 보호토록 제공된 버너보호단열재(9)와 반응원료도입구(7)를 보호하기 위해 연소실상단에 위치된 연소부상단단열재(10)가 설치되어 장치의 무게가 무겁고, 고온가스 유로 및 반응원료의 유로가 복잡하여 장치 제작이 어려웠다. 이에 따라, 제작원가가 증가하고, 반응원료 및 연료, 공기의 공급압력이 증가하는 문제점이 있다.
더불어, 종래의 연료 개질 장치는 개질장치하우징(1)의 전체 부피에 비해 개질촉매층(5)의 부피가 상대적으로 작기 때문에, 다량의 반응원료를 개질할 때 넓은 설치공간이 요구되기도 한다.
또한, 개질장치하우징(1)의 하부에 위치된 버너(2)로부터 발생된 화염에 의해 연소부상단단열재(10)가 파손되어, 정기적으로 연료 개질 장치를 보수해야 한다. 이에 따라, 종래기술에 따른 연료 개질 장치는 유지보수비용이 증가된다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 복사열을 매개로 하여 개질촉매부를 전체적으로 가열하여, 반응원료가 개질촉매부를 균일하게 통과하게 할 수 있도록 하는 개질 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 반응원료가 투입되는 반응원료투입구에 다공부를 형성하여 개질촉매부 전반에 걸쳐 반응원료가 분포될 수 있도록 하는 개질 장치를 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명은 개질촉매부와 가열부의 적층이 용이한 개질 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 개질 장치는 반응원료가 투입되고 개질가스가 배출되는 장치하우징; 장치하우징에 내장되어, 반응원료가 통과되면서 개질반응을 일으켜 개질가스를 형성하도록 제공된 하나 이상의 개질촉매부; 및 개질촉매부에 하나 이상 구비되면서, 복사열의 전달을 매개로 하여 개질촉매부의 개질반응을 활성화시키도록 제공된 가열부를 포함하며, 가열부는 개질촉매부로 열을 전달토록 개질촉매부와 접촉되도록 위치된 복사관; 복사관의 일단에 설치되어, 복사관 내부로 고온가스를 공급토록 제공된 열공급유닛; 복사관의 타단에 설치되어, 배출되는 고온가스로부터 열을 회수하는 열회수유닛; 및 열회수유닛에 의해 예열된 공기가 열공급유닛으로 공급되도록, 열공급유닛과 열회수유닛을 연결하는 공기유동관을 포함하는 것이 바람직하다.
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본 발명의 일 실시예에서, 가열부는 개질촉매부의 일측면에 위치된 열공급유닛과 열회수유닛과, 개질촉매부의 타측면에 위치된 열공급유닛과 열회수유닛이 상호 간에 교차되도록 배치된 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 복사관은 내부에 가열코일이 더 구비된 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 장치하우징의 반응원료유입구에는 반응원료를 개질촉매부로 균일하게 분배토록 제공된 다공부가 형성된 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 다공부에는 다공부의 반경의 크기에 따라, 중심축을 기준으로 상이한 각도로 기울어진 복수 개의 개구가 형성된 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 장치하우징의 반응원료유입구와 개질촉매부 사이 공간과, 개질촉매부와 장치하우징의 개질가스배출구 사이 공간 중 적어도 하나의 공간에는 반응원료와 혼합되는 물 또는 수증기를 예열하는 예열관이 더 설치된 것이 바람직하다.
본 발명은 복사열을 매개로 하여 개질촉매부를 전체적으로 가열함으로써, 개질촉매부 전반에 걸쳐 고르게 열전달되도록 하여 반응원료가 개질촉매부 전반에 걸쳐 통과되도록 할 수 있다.
또한, 본 발명은 반응원료가 투입되는 반응원료투입구에 다공부가 형성되어 개질촉매부 전반에 걸쳐 반응원료가 분포될 수 있도록 할 수 있다.
아울러, 본 발명은 개질촉매부와 가열부가 적층이 용이한 구조로하여, 소형부터 대형까지의 개질 장치의 크기 변화에 따라 개질촉매부와 가열부의 적층개수를 가변시켜 개질용량을 가변시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명은 가정용으로부터 산업용까지 전반적으로 사용될 수 있다.
더욱이, 본 발명은 개질촉매부를 통과하는 반응원료 유동 구조를 단순화하여 개질장치의 제작이 용이하고, 더불어, 유지 및 보수 작업을 용이하게 할 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 원통형 연료 개질 장치의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 개질 장치의 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 개질 장치의 평단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 개질장치의 측단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에서, 복사관에 가열코일이 설치된 상태도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에서, 개질촉매부가 적층된 개질 장치의 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
이하에서는 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 개질 장치에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 개질 장치의 사시도이고, 도 3은 개질 장치의 평단면도이고, 도 4는 개질장치의 측단면도를 개략적으로 도시한 것이다. 그리고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에서, 복사관에 가열코일이 설치된 상태도를 개략적으로 도시한 것이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에서, 개질촉매부가 적층된 개질 장치의 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 개질 장치(100)는 장치하우징(110), 개질촉매부(130)와 가열부(150)를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 장치하우징(110)은 내부가 중공된 형상을 가진다. 본 발명의 일 실시예는 장치하우징(110)의 외관 형상에 대해서 특정하게 한정하지 않으며, 이에 따라 본 발명의 일 실시예에서 장치하우징(110)은 육면체 사각통형상, 또는 원통형 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있다.
장치하우징(110)의 일측면에는 장치하우징(110) 내부로 반응원료(G1)가 투입되는 반응원료유입구(111)가 형성되고, 장치하우징(110)의 타측면에는 개질가스(G2)가 배출되는 개질가스배출구(115)가 형성된 것이 바람직하다.
여기서, 반응원료(G1)로는 예컨대 LNG, LPG, 바이오 가스 등 탄화수소가 함유된 가스가 사용될 수 있다. 반응원료(G1)는 장치하우징(110) 내부에서 개질촉매부(130)를 통과하면서 장치하우징(110) 내의 수증기 또는 물과 개질반응하여 수소가 다량 함유된 개질가스(G2)로 변환된다.
본 발명의 일 실시예에서, 반응원료유입구(111)는 깔대기 형상을 가지는 것이 바람직하다. 이때, 반응원료유입구(111)는 깔대기부분과 기둥부분으로 구분될 수 있으며, 반응원료유입구의 깔대기부분(113)은 장치하우징(110)의 일측면에 연통된다.
본 발명의 일 실시예에서, 반응원료유입구의 깔대기부분(113)은 반응원료(G1)가 개질촉매부(130)로 고르게 분배될 수 있도록 반응원료유입구의 기둥부분(112)에서 장치하우징(110)의 일측면으로 갈수록 직경이 점차적으로 커지는 것이 바람직하다. 여기서, 반응원료유입구의 깔대기부분(113)은 복수 개의 개구(113a)가 형성된 다공부로 이루어지는 것이 바람직하다.
복수 개의 개구(113a)는 다공부의 중심축을 기준으로 다공부의 반경의 크기에 따라 상이한 각도로 기울어져 형성된 것이 바람직하다. 이때, 복수 개의 개구(113a)는 동일한 반경에서 원주방향을 따라 동일한 각도로 기울어지도록 형성되어, 상호 간에 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 개구(113a)의 직경은 반응원료유입구의 기둥부분(112)에서 장치하우징(110)의 일측면으로 갈수록 직경이 점차적으로 커지는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 반응원료유입구의 기둥부분(112)을 통과한 반응원료(G1)는 반응원료유입구의 깔대기부분(113)인 다공부의 복수 개의 개구(113a)를 통과하면서 장치하우징(110) 내부 공간으로 확산된다.
다만, 본 발명의 일 실시예에서는 설명의 편의를 위하여, 장치하우징(110) 내부공간에 대해 이하에서, 반응원료유입구(111)와 개질촉매부(130) 사이의 공간을 확산공간(114)이라 지칭하고, 개질촉매부(130)와 개질가스배출구(115) 사이의 공간을 수축공간(118)이라 지칭하기로 한다.
여기서, 확산공간(114)으로 확산된 반응원료(G1)는 일정 조건(예컨대, 고온 상태)에서 개질촉매부(130)를 통과하면서, 개질촉매부(130)의 개질촉매를 매개로 하여 물(예컨대, 수증기 또는 물)과 화학적 반응(즉, 개질 반응)을 일으킨다.
이러한 개질 반응에 따라, 탄화수소 성분이 포함된 반응원료(G1)는 다량의 수소가 함유한 개질가스(G2)로 변환되고, 이러한 개질가스(G2)는 개질촉매부(130)를 나와 수축공간(118)을 경유하여 개질가스배출구(115)를 통해 배출된다.
개질가스배출구(115)는 장치하우징(110)의 수축공간(118)과 연통되도록 장치하우징(110)의 타측면에 구비된다. 개질가스배출구(115)는 수축공간(118) 내의 개질가스(G2)가 용이하게 배출되도록 깔대기 형상을 가지는 것이 바람직하다.
이때, 개질가스배출구의 깔대기부분(116)은 수축공간(118)과 연통된다. 그리고, 개질가스배출구의 깔대기부분(116)의 직경은 장치하우징(110)의 타측면에서 개질가스배출구의 기둥부분(117)으로 갈수록 점차적으로 작아지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 수축공간(118)에서 개질가스배출구의 깔대기부분(116)으로 모여진 개질가스(G2)는 개질가스배출구의 기둥부분(117)을 통해 외부로 배출된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서, 개질촉매부(130)는 장치하우징(110)에 내장된다. 이때, 개질촉매부(130)는 장치하우징(110)의 중앙에 위치되어, 개질촉매부(130)를 기준으로 장치하우징(110) 내부공간이 확산공간(114)과 수축공간(118)으로 구획되도록 한다.
개질촉매부(130)는 니켈 활성촉매층, 금속 산화물, 및 알칼리 금속 또는 알칼리토금속을 포함하는 탄화수소 개질촉매로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
개질촉매부(130)는 개질촉매부(130)를 통과하는 반응원료(G1)가 물분자와 개질반응되는 부분이다. 일반적으로, 개질촉매부(130)를 이루는 개질촉매는 고온에서 개질반응을 유도한다.
다만, 개질촉매의 개질반응온도는 개질촉매의 성분에 따라 가변되므로, 본 발명의 일 실시예에서는 개질촉매의 개질반응온도 범위에 대해 특정하게 한정하지 않기로 한다.
개질촉매부(130)는 평평한 평판 형상을 가지는 것이 바람직하다. 다만, 본 발명의 일 실시예에서 개질촉매부(130)는 장치하우징(110)의 내측면 둘레를 따라 장치하우징(110)의 내측면에 접촉되도록 위치되는 것이 바람직하므로, 본 발명의 일 실시예에서 개질촉매부(130)의 형상은 장치하우징(110)의 형상에 따라 다양하게 가변될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 개질촉매부(130)는 평판 형상으로 인해 적층이 용이한 구조를 가진다. 이로 인해, 개질촉매부(130)는 도 6에 도시된 바와 같이 복수 개가 구비될 수 있으며, 이때, 복수 개의 개질촉매부(130) 중 인접한 개질촉매부(130) 사이에는 후술할 가열부(150)가 배치될 수 있다.
이하에서는, 개질촉매부(130)로 열을 전달토록 제공된 가열부(150)에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 가열부(150)는 복사열의 전달을 매개로 하여 개질촉매부(130)의 개질반응을 활성화시키도록 제공된 것이다.
도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가열부(150)는 복사관, 복사관의 일단에 연결된 열공급유닛, 복사관의 타단에 연결된 열회수유닛, 및 열공급유닛과 열회수유닛을 연결하는 공기유동관을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에서, 가열부(150)는 개질촉매부(130)의 두께에 따라, 예를 들어 개질촉매부(130)의 두께가 얇은 경우에는 하나의 가열부(150)가 개질촉매부(130)의 일측면과 접촉되도록 위치되고, 개질촉매부(130)의 두께가 두꺼운 경우에는 두개의 가열부(150)가 개질촉매부(130)의 양측면에 각각 접촉되도록 위치되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 설명의 편의를 위하여, 개질촉매부(130)가 두꺼운 경우, 개질촉매부(130)의 일측면에 위치된 가열부(150)를 제 1 가열부(160)라 지칭하고, 개질촉매부(130)의 타측면에 위치된 가열부(150)를 제 2 가열부(170)라 지칭하기로 한다.
우선, 이하에서, 제 1 가열부(160)에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 설명의 편의를 위하여, 제 1 가열부(160)를 이루는 구성요소를 제 1 복사관(161), 제 1 열공급유닛(163), 제 1 열회수유닛(166) 및 제 1 공기유동관(168)이라 지칭하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 1 복사관(161)은 내부가 중공된 직관형, U형, W형, 또는 사형(蛇形)으로 구부러진 형상을 가지는 것이 바람직하다. 다만, 제 1 복사관(161)의 형상은 본 발명의 일 실시예에 개시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 개질촉매부(130)의 측면에 전체적으로 접촉될 수 있는 형상이라면 다양한 형상으로 변형 및 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 1 복사관(161)은 내부에 제 1 열공급유닛(163)으로부터 공급된 고온의 연소가스(G3)가 유동되고, 개질촉매부(130)의 일측면에 접촉되도록 위치되어, 제 1 복사관(161)의 복사열이 개질촉매부(130)로 전달되도록 한다. 이때, 제 1 복사관(161)과 개질촉매부(130) 사이에는 흡열반응이 일어나고, 이에 따라 개질촉매부(130)가 가열된다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 1 복사관(161)에는 제 1 및/또는 제 2 복사관(171)을 유동하는 고온의 연소가스(G3)의 유동을 원활하게 하도록 하는 송풍기(미도시)가 연결될 수도 있다.
또한, 제 1 복사관(161)은 개질촉매부(130)로의 열전달을 더욱 용이하게 하도록, 내부에 가열코일(180)이 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 1 복사관(161)의 일단에는 제 1 열공급유닛(163)이 연결되고, 고온의 연소가스(G3)가 배출되는 제 1 복사관(161)의 타단에는 제 1 열회수유닛(166)이 연결된다.
여기서, 제 1 열공급유닛(163)은 제 1 복사관(161)의 일단에 탈착가능하게 결합된 제 1 버너(164)와 제 1 버너(164)에 연결된 제 1 연료투입구(165)를 구비한다. 제 1 연료투입구(165)에는 제 1 공기유동관(168)이 연결되어, 제 1 열회수유닛(166)에서 회수된 열에 의해 가열된 공기가 유입된다. 여기서, 제 1 열공급유닛(163)과 제 1 공기유동관(168)은 장치하우징(110)의 외측에 위치되는 것이 바람직하다.
제 1 열회수유닛(166)은 제 1 복사관(161)의 타단에 형성된 제 1 연소가스배출구(167) 상에 설치되어, 제 1 연소가스배출구(167)를 통해 배출되는 고온의 연소가스(G3)로부터 열을 회수한다. 제 1 연소가스배출구(167)는 장치하우징(110)을 관통하여 장치하우징(110)의 측면에 위치되는 것이 바람직하다.
제 1 열회수유닛(166)은 회수열을 통해 제 1 공기투입구(169)를 통해 유입된 공기를 예열한다. 이렇게 예열된 공기는 제 1 공기유동관(168)을 통해 제 1 연료투입구(165)로 유입된 연료와 함께 제 1 버너(164)로 공급되어 고온의 연소가스(G3)를 형성한다.
다음으로, 제 2 가열부(170)에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 설명의 편의를 위하여, 제 2 가열부(170)를 이루는 구성요소를 제 2 복사관(171), 제 2 열공급유닛(173), 제 2 열회수유닛(176) 및 제 2 공기유동관(178)이라 지칭하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 2 복사관(171)은 제 1 복사관(161)과 동일한 형상을 가지는 것이 바람직하다. 그리고, 제 2 복사관(171)은 내부에 제 2 열공급유닛(173)으로부터 공급된 고온의 연소가스(G3)가 유동되며, 제 2 복사관(171)에는 고온의 연소가스(G3)의 유동을 원활하게 하도록 하는 송풍기(미도시)가 연결될 수도 있고, 개질촉매부(130)로의 열전달을 더욱 용이하게 하도록, 내부에 가열코일(180)이 설치될 수 있다.
그리고, 제 2 복사관(171)은 제 1 복사관(161)과 대응되도록, 개질촉매부(130)의 타측면에 접촉되도록 배치되어, 제 2 복사관(171)의 복사열이 개질촉매부(130)로 전달되도록 한다. 이때, 제 2 복사관(171)과 개질촉매부(130) 사이에는 흡열반응이 일어나고, 이에 따라 개질촉매부(130)가 가열된다.
한편, 제 2 복사관(171)의 일단에는 제 2 열공급유닛(173)이 연결되고, 고온의 연소가스(G3)가 배출되는 제 2 복사관(171)의 타단에는 제 2 열회수유닛(176)이 연결된다.
제 2 열공급유닛(173)은 제 2 복사관(171)의 일단에 탈착가능하게 결합된 제 2 버너(174)와 제 2 버너(174)에 연결된 제 2 연료투입구(175)를 구비한다. 제 2 연료투입구(175)에는 제 2 공기유동관(178)이 연결되어, 제 2 열회수유닛(176)에서 회수된 열에 의해 가열된 공기가 유입된다. 여기서, 제 2 열공급유닛(173)과 제 2 공기유동관(178)은 장치하우징(110)의 외측에 위치되는 것이 바람직하다.
제 2 열회수유닛(176)은 제 2 복사관(171)의 타단에 형성된 제 2 연소가스배출구(177) 상에 설치되어, 제 2 연소가스배출구(177)를 통해 배출되는 고온의 연소가스(G3)로부터 열을 회수한다. 제 2 연소가스배출구(177)는 장치하우징(110)을 관통하여 장치하우징(110)의 측면에 위치되는 것이 바람직하다.
제 2 열회수유닛(176)은 회수열을 통해 제 2 공기투입구(179)를 통해 유입된 공기를 예열한다. 이렇게 예열된 공기는 제 2 공기유동관(178)을 통해 제 2 연료투입구(175)로 유입된 연료와 함께 제 2 버너(174)로 공급되어 고온의 연소가스(G3)를 형성한다.
본 발명의 일 실시예에서, 제 2 열공급유닛(173)은 제 1 열공급유닛(163)과 교차되도록, 예를 들어, 제 1 공급유닛이 개질촉매부(130)의 일측면 상부에 위치될 때 제 2 열공급유닛(173)은 개질촉매부(130)의 타측면 하부에 위치되는 것이 바람직하다.
그리고, 제 2 열회수유닛(176)은 제 1 열회수유닛(166)과 교차되도록, 예를 들어, 제 1 회수유닛이 개질촉매부(130)의 일측면 하부에 위치될 때 제 2 열회수유닛(176)은 개질촉매부(130)의 타측면 상부에 위치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예는, 제 1 가열부(160)의 제 1 열공급유닛(163)과 제 1 열회수유닛(166)과 제 2 가열부(170)의 제 2 열공급유닛(173)과 제 2 열회수유닛(176)이 상호 간에 반대 방향으로 위치되도록 배치함으로써, 제 1 및 제 2 복사관(171)을 유동하는 고온의 연소가스(G3)의 복사열을 매개로 하여 개질촉매부(130)가 전반적으로 균일한 온도로 가열되도록 할 수 있다.
이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 개질 장치(100)는 제 1 및 제 2 가열부(160, 170)를 통해 개질촉매부(130)를 전체적으로 가열함으로써, 반응원료(G1)가 개질촉매부(130) 전반에 걸쳐 통과되도록 하여, 반응원료(G1)를 효율적으로 예열할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 개질 장치(100)는 열효율 및 개질 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예의 도면 상에 구체적으로 개시되지 않았으나, 장치하우징(110) 내부의 확산공간(114)과 수축공간(118) 중 적어도 하나의 공간 또는 양쪽 모두의 공간에는 추가복사관 및/또는 예열관이 설치될 수 있다.
추가복사관 및/또는 예열관은 내부가 중공된 직관형, U형, W형, 또는 사형(蛇形)으로 구부러진 형상을 가지는 것이 바람직하다. 다만, 추가복사관 및/또는 예열관의 형상은 본 발명의 일 실시예에 개시된 것에 의해 한정되는 것은 아니며, 개질촉매부(130)의 측면에 전체적으로 접촉될 수 있는 형상이라면 다양한 형상으로 변형 및 변경될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 추가복사관은 장치하우징(110) 내부의 확산공간(114)과 수축공간(118) 중 적어도 하나의 공간 또는 양쪽 모두의 공간에 위치되고, 제 1 및/또는 제 2 연소가스배출구(177)와 연결되어, 제 1 및/또는 제 2 복사관(171)에서 배출된 고온의 연소가스(G3)가 유동될 수 있도록 할 수 있다.
추가복사관이 설치된 장치하우징(110) 내부의 확산공간(114)과 수축공간(118) 중 적어도 하나의 공간 또는 양쪽 모두의 공간은, 추가복사관을 유동하는 고온의 연소가스(G3)로부터 열을 공급받아 가열된다. 이에 따라, 장치하우징(110)의 열효율이 향상될 것이다.
본 발명의 일 실시예에서, 예열관은 장치하우징(110) 내부의 확산공간(114)에서, 제 1 연소가스배출구(167)와 연결되어, 제 1 복사관(161)에서 공급된 고온의 연소가스(G3)가 유동되며, 장치하우징(110) 내부로 물을 공급하는 공급관에 인접하게 위치되어, 공급관으로 열을 전달토록 제공된 것이다. 예열관으로 인해, 개질촉매부(130)에서 반응원료(G1)와 개질반응을 일으키도록 제공되는 수증기 또는 물이 예열되어, 물이 반응원료(G1)와 용이하게 반응토록 유도할 수 있다.
위에 설명된 예시적인 실시예는 제한적이기보다는 본 발명의 모든 관점들 내에서 설명적인 것이 되도록 의도되었다. 따라서 본 발명은 본 기술 분야의 숙련된 자들에 의하여 본 명세서 내에 포함된 설명들로부터 얻어질 수 있는 많은 변형 및 상세한 실행이 가능하다. 다음의 청구범위에 의하여 한정된 바와 같이 이러한 모든 변형 및 변경은 본 발명의 범위 및 사상 내에 있는 것으로 고려되어야 한다.
100: 개질 장치 110: 장치하우징
130: 개질촉매부 150: 가열부
160: 제 1 가열부 161: 제 1 복사관
163: 제 1 열공급유닛 164: 제 1 버너
165: 제 1 연료투입구 166: 제 1 열회수유닛
167: 제 1 연소가스배출구 168: 제 1 공기유동관
169: 제 1 공기투입구
170: 제 2 가열부 171: 제 2 복사관
173: 제 2 열공급유닛 174: 제 2 버너
175: 제 2 연료투입구 176: 제 2 열회수유닛
177: 제 2 연소가스배출구 178: 제 2 공기유동관
179: 제 2 공기투입구 180: 가열코일

Claims (8)

  1. 반응원료가 투입되고 개질가스가 배출되는 장치하우징;
    상기 장치하우징에 내장되어, 상기 반응원료가 통과되면서 개질반응을 일으켜 개질가스를 형성하도록 제공된 하나 이상의 개질촉매부; 및
    상기 개질촉매부에 하나 이상 구비되면서, 복사열의 전달을 매개로 하여 상기 개질촉매부의 개질반응을 활성화시키도록 제공된 가열부;
    를 포함하며,
    상기 가열부는
    상기 개질촉매부로 열을 전달토록 상기 개질촉매부와 접촉되도록 위치된 복사관;
    상기 복사관의 일단에 설치되어, 상기 복사관 내부로 고온가스를 공급토록 제공된 열공급유닛;
    상기 복사관의 타단에 설치되어, 배출되는 고온가스로부터 열을 회수하는 열회수유닛; 및
    상기 열회수유닛에 의해 예열된 공기가 상기 열공급유닛으로 공급되도록, 상기 열공급유닛과 상기 열회수유닛을 연결하는 공기유동관;을
    포함하는 것을 특징으로 하는 개질 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 가열부는
    상기 개질촉매부의 일측면에 위치된 열공급유닛과 열회수유닛과,
    상기 개질촉매부의 타측면에 위치된 열공급유닛과 열회수유닛이 상호 간에 교차되도록 배치된 것을 특징으로 하는 개질 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복사관은 내부에 가열코일이 더 구비된 것을 특징으로 하는 개질 장치.
  6. 제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치하우징의 반응원료유입구에는 반응원료를 상기 개질촉매부로 균일하게 분배토록 제공된 다공부가 형성된 것을 특징으로 하는 개질 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 다공부에는
    상기 다공부의 반경의 크기에 따라, 중심축을 기준으로 상이한 각도로 기울어진 복수 개의 개구가 형성된 것을 특징으로 하는 개질 장치.
  8. 제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치하우징의 반응원료유입구와 상기 개질촉매부 사이 공간과, 상기 개질촉매부와 상기 장치하우징의 개질가스배출구 사이 공간 중 적어도 하나의 공간에는 상기 반응원료와 혼합되는 물 또는 수증기를 예열하는 예열관이 더 설치된 것을 특징으로 하는 개질 장치.
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