KR101240849B1 - 열교환 효과가 우수한 연료전지용 개질기 - Google Patents

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Abstract

원통형의 컴팩트한 구조를 가지면서 열교환 효과가 우수한 연료전지용 개질기에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 연료전지용 개질기는 중앙으로부터 버너부, 고온 개질부, 제1열교환부, 제1단열부, CO변성부, 제2열교환부, 제2단열부, CO제거부 및 ㄷ제3열교환부가 순차적으로 형성되어 있는 원통형 구조를 가지되, 상기 버너부에서는 연료와 산소가 산화 반응하여 열을 발생시켜 상기 고온 개질부로 전달하고, 상기 고온 개질부에서는 상기 제1열교환부로부터 투입되는 탄화수소계 연료와 반응 물이 상기 버너부에서 전달된 열에 의하여 제1온도에서 촉매 반응하고, 상기 CO변성부에서는 상기 고온 개질부에서 발생되는 CO와 잔류하는 반응 물이 상기 제1온도보다 낮은 제2온도에서 촉매 반응하고, 상기 CO제거부에서는 상기 CO변성부에서 잔류하는 CO와 산소가 상기 제2온도보다 낮은 제3온도에서 촉매 반응하는 것을 특징으로 한다.

Description

열교환 효과가 우수한 연료전지용 개질기 {REFORMER FOR FUEL CELL WITH EXCELLENT EFFECT OF HEAT EXCHANGE}
본 발명은 연료전지용 개질기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 원통형 구조를 가지면서 열교환 효과가 우수하여 개질 효율을 높일 수 있는 연료전지용 개질기에 관한 것이다.
연료전지에 수소를 공급하기 위한 개질기는 천연가스(NG)와 같은 탄화수소계(hydrocarbon) 연료를 수소(H2)로 개질(reforming)한다. 이를 위하여, 개질기는 메탄(CH4) 등과 같은 탄화수소계 연료와 반응 물(Process H2O)이 반응하여 다량의 수소로 개질하는 고온 개질부와, 고온개질에 의하여 불가피하게 생성되는 CO를 변성시키는 CO변성부와, CO변성 이후 잔류하는 CO를 제거하는 CO제거부를 포함한다.
이들 고온개질부, CO변성부 및 CO제거부에서의 반응은 각각 촉매 반응으로, 개질기가 정상적으로 구동하기 위해서는 개질기를 구성하는 각 단위 반응기의 온도가 각 부분에 포함되는 촉매의 활성 온도에 맞추어져야 한다.
또한, 개질기의 각 단위 반응기 촉매부에 반응 물이 기화된 상태로 공급되어야 한다. 그 이유는 촉매부에 액체 상태의 물이 접촉하면 촉매의 성능이 저하될 수 있다.
본 발명의 목적은 일체형의 원통형 구조를 가지면서 열교환 효과가 우수한 연료전지용 개질기를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 물의 예열이 충분히 이루어질 수 있으며, 각 단위 촉매 반응의 온도를 쉽게 유지할 수 있는 연료전지용 개질기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 개질기는 중앙으로부터 버너부, 고온 개질부, 제1열교환부, 제1단열부, CO변성부, 제2열교환부, 제2단열부 및 CO제거부가 순차적으로 형성되어 있는 원통형 구조를 가지되, 상기 CO변성부 하부에는 CO변성부 하부 열교환부가 형성되어 있으며, 상기 버너부에서는 연료와 산소가 산화 반응하여 열을 발생시켜 상기 고온 개질부로 전달하고, 상기 고온 개질부에서는 상기 제1열교환부로부터 투입되는 탄화수소계 연료와 기화된 상태의 반응 물(Process H2O)이 상기 버너부에서 전달된 열에 의하여 제1온도에서 촉매 반응하고, 상기 CO변성부에서는 상기 고온 개질부에서 발생되는 CO와 잔류하는 반응 물이 상기 제1온도보다 낮은 제2온도에서 촉매 반응하고, 상기 CO제거부에서는 상기 CO변성부에서 잔류하는 CO와 산소가 상기 제2온도보다 낮은 제3온도에서 촉매 반응하며, 외부에서 공급되는 물이 상기 제2열교환부 및 상기 제1열교환부에서 상기 CO변성부, CO변성부 하부 열교환부, 및 상기 고온 개질부와 순차적인 열교환을 통하여 기화된 상태로 상기 고온 개질부에 반응 물로 투입되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 개질기는 중앙으로부터 버너부, 고온 개질부, 제1열교환부, 제1단열부, CO변성부, 제2열교환부, 제2단열부, CO제거부 및 제3열교환부가 순차적으로 형성되어 있는 원통형 구조를 가지되, 상기 CO변성부 하부에는 CO변성부 하부 열교환부가 형성되어 있으며, 상기 버너부에서는 연료와 산소가 산화 반응하여 열을 발생시켜 상기 고온 개질부로 전달하고, 상기 고온 개질부에서는 상기 제1열교환부로부터 투입되는 탄화수소계 연료와 반응 물이 상기 버너부에서 전달된 열에 의하여 제1온도에서 촉매 반응하고, 상기 CO변성부에서는 상기 고온 개질부에서 발생되는 CO와 잔류하는 반응 물이 상기 제1온도보다 낮은 제2온도에서 촉매 반응하고, 상기 CO제거부에서는 상기 CO변성부에서 잔류하는 CO와 산소가 상기 제2온도보다 낮은 제3온도에서 촉매 반응하며, 외부에서 공급되는 물이 상기 제3열교환부, 상기 제2열교환부 및 상기 제1열교환부에서 상기 CO제거부, 상기 CO변성부, CO변성부 하부 열교환부 및 상기 고온 개질부와 순차적인 열교환을 통하여 기화된 상태로 상기 고온 개질부에 반응 물로 투입되는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 개질기는 중앙으로부터 버너부, 고온 개질부, 제1열교환부, 제1단열부, CO변성부, 제2열교환부, 제2단열부, CO제거부 및 제3열교환부가 순차적으로 형성되어 있는 원통형 구조를 가지되, 상기 CO변성부 하부에는 CO변성부 하부 열교환부가 형성되어 있으며, 상기 버너부에서는 연료와 산소가 산화 반응하여 열을 발생시켜 상기 고온 개질부로 전달하고, 상기 고온 개질부에서는 상기 제1열교환부로부터 투입되는 탄화수소계 연료와 반응 물이 상기 버너부에서 전달된 열에 의하여 제1온도에서 촉매 반응하고, 상기 CO변성부에서는 상기 고온 개질부에서 발생되는 CO와 잔류하는 반응 물이 상기 제1온도보다 낮은 제2온도에서 촉매 반응하고, 상기 CO제거부에서는 상기 CO변성부에서 잔류하는 CO와 산소가 상기 제2온도보다 낮은 제3온도에서 촉매 반응하며, 외부에서 공급되는 물의 양이 상대적으로 많을 경우, 상기 물은 상기 제3열교환부로 공급되어, 상기 제3열교환부, 상기 제2열교환부 및 상기 제1열교환부에서 상기 CO제거부, 상기 CO변성부, CO변성부 하부 열교환부 및 상기 고온 개질부와 순차적인 열교환을 통하여 기화된 상태로 상기 고온 개질부에 반응 물로 투입되고, 외부에서 공급되는 물의 양이 상대적으로 적을 경우, 상기 물은 상기 제2열교환부로 공급되어, 상기 제2열교환부 및 상기 제1열교환부에서 상기 CO변성부, CO변성부 하부 열교환부 및 상기 고온 개질부와 순차적인 열교환을 통하여 기화된 상태로 상기 고온 개질부에 반응 물로 투입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 연료전지용 개질기는 원통형의 컴팩트한 구조로서, 중앙의 버너부로부터 발생되는 열이 바깥쪽의 고온 개질부로 쉽게 전달될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 연료전지용 개질기는 열교환 효과가 우수하여 열 손실을 방지할 수 있으며, 이에 따라 개질 효율이 상승할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지용 개질기는 외부로부터 공급되는 물이 CO 제거부 또는 CO변성부와의 열교환을 통하여 미리 예열됨으로써 CO제거부 또는 CO변성부의 온도 상승을 방지할 수 있다. 따라서, 발열반응이 이루어지는 CO제거부 및 CO변성부의 촉매 활성화 온도를 계속해서 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지용 개질기는 연료전지에서 요구되는 전기 생산량에 따라 물의 공급 위치를 조절할 수 있어 연료전지의 구동 효율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 개질기의 단면도를 나타낸 것으로서, 제2열교환부로 물이 공급되는 예를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 개질기의 단면도를 나타낸 것으로서, 제3열교환부로 물이 공급되는 예를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 개질기의 단면도를 나타낸 것으로서, 물의 공급량에 따라 제2열교환부 혹은 제3열교환부로 물이 공급되는 예를 나타낸 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들 및 도면을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하에서는, 본 발명에 따른 열교환 효과가 우수한 연료전지용 개질기 에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 개질기의 단면도를 나타낸 것으로서, 제2열교환부로 물이 공급되는 예를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 도시된 연료전지용 개질기는 중앙으로부터 버너부(101), 고온 개질부(110), 제1열교환부(141), 제1단열부(151), CO변성부(120), 제2열교환부(142), 제2단열부(152) 및 CO제거부(130)가 순차적으로 형성되어 있는 원통형 구조를 가진다.
버너부(101)는 연료와 산소가 산화 반응하여 열을 발생시켜, 고온 개질부(110)에서 이루어지는 고온 개질 반응에 필요한 대략 700℃ 정도의 제1온도를 제공한다.
고온 개질부(110)는 버너부(101) 외측에 형성된다. 고온 개질부(110)는 외측의 제1열교환부(141)로부터 투입되는 탄화수소계 연료(NG)와 기화된 상태의 반응 물(Process H2O)이 700 ~ 750℃ 정도의 제1온도에서 촉매 반응하여 수소를 생성한다.
예를 들어, 탄화수소계 원료(NG)가 메탄(CH4)이라고 하면, 메탄이 촉매(catalyst)를 통하여 과량의 반응 물과 반응하여, 부피%로 대략 70% 정도의 수소(H2)를 생성한다. 이때, 대략 10% 정도의 CO가 함께 생성된다.
본 발명의 경우, 원통형 개질기의 중앙 부분에 구비되는 버너부(101)로부터 발생되는 열이 버너부(101) 바깥쪽에 인접한 고온 개질부(110)로 쉽게 전달될 수 있어서, 열 손실을 최소화할 수 있다.
제1열교환부(141)는 고온 개질부(110) 외측에 형성된다. 제1열교환부(141)에는 탄화수소계 연료(NG)와 기체 상태의 물(H2O(g))이 투입된다. 또한, 제1열교환부(141)에 공급된 물은 고온 개질부(110)와 열교환을 통하여 고온 기화된 상태가 된다.
제1단열부(151)는 제1열교환부(141) 외측에 형성된다. 제1단열부(151)는 제1열교환부(141)와 CO변성부(120)의 열교환을 차단하여, CO변성부(120)의 온도가 CO변성부(120) 내 촉매의 활성화 온도보다 상승하는 것을 방지한다.
CO변성부(120)는 제1단열부(151) 외측에 형성된다. CO변성부(120)에서는 고온 개질부에서 발생되는 CO와 잔류하는 반응 물이 상기의 제1온도보다 낮은 200 ~ 250℃ 정도의 제2온도에서 다음과 같은 촉매 반응하여, 고온 개질 반응에 의하여 불가피하게 발생하는 CO(일산화탄소)을 변성시킨다.
CO변성부 : CO + H2O → H2 +CO2
CO변성부(120)에서의 반응온도인 제2온도는 고온 개질부의 결과물에 해당하는 가스들이 CO변성부 하부 열교환부(121)에 의하여 액상의 물과 열교환하면서 온도가 하강하여 확보될 수 있다.
제2열교환부(142)는 CO변성부(120) 외측에 형성된다. 본 실시예에서는 외부의 물이 제2열교환부(142)를 통하여 공급된다. 제2열교환부(142)에 공급된 물은 CO변성부(120), CO변성부 하부 열교환부(121)와 열교환을 통하여 미리 예열된다.
이에 따라, 본 실시예에서는 외부에서 공급되는 물이 제2열교환부(142) 및 제1열교환부(141)에서 CO변성부(120), CO변성부 하부 열교환부(121) 및 고온 개질부(110)와 순차적인 열교환을 통하여 기화된 상태로 고온 개질부(110)에 반응 물로 투입된다.
한편, CO변성부(120)에서의 반응은 발열 반응이므로, CO변성부(120)의 온도가 촉매 활성화 온도 이상으로 상승할 수 있다. 그러나, 상기의 제2열교환부(142)에 공급된 물과 CO변성부(120)의 열교환에 의하여 CO변성부(120)의 온도 상승이 방지될 수 있다.
제2단열부(152)는 제2열교환부(142) 외측에 형성된다. 제2단열부(152)는 제2열교환부(142)와 CO제거부(130)의 열교환을 차단하여, CO제거부(130)의 온도가 CO제거부(130) 내 촉매의 활성화 온도보다 상승하는 것을 방지한다.
한편, 버너부(101) 운전에 의해 생성되는 버너 폐가스가 배출되도록, 제2열교환부(142) 외측에는 버너 폐가스부(160)가 형성될 수 있다. 이 경우, 제2단열부(152)는 버너 폐가스부(160) 외측에 형성되며, 버너 폐가스부(160)와 CO제거부(130)의 열교환을 차단한다.
또한, 제2열교환부(142)에 공급되는 물은 CO변성부(120), CO변성부 하부 열교환부(121) 외에 버너 폐가스부(160)와도 열교환하면서 예열된다.
CO제거부(130)는 제2단열부(152) 외측에 형성된다. CO제거부(130)에서는 CO 변성부(120)에서의 CO 변성 반응 후에 잔류하는 CO와 산소가 제2온도보다 낮은 100 ~ 140℃ 정도의 제3온도에서 다음과 같은 촉매 반응하여, CO의 농도를 ppm 단위로 낮춘다.
CO제거부 : CO + 1/2O2 → CO2
CO제거부(130)에서의 반응온도인 제3온도는 CO변성부(120)의 내부에 존재하는 가스들이 CO변성부(120) 통과 중에 CO변성부(120) 외측의 제2열교환부(142)의 물과 열교환에 의하여 온도가 점차 하강함으로써 확보될 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 개질기의 단면도를 나타낸 것으로서, 제3열교환부로 물이 공급되는 예를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 도시된 연료전지용 개질기는 중앙으로부터 버너부(101), 고온 개질부(110), 제1열교환부(141), 제1단열부(151), CO변성부(120), 제2열교환부(142), 제2단열부(152), CO제거부(130) 및 제3열교환부(143)가 순차적으로 형성되어 있는 원통형 구조로 이루어진다. 또한, 상기 CO변성부(120) 하부에는 CO변성부 하부 열교환부(121)가 형성되어 있다. 또한, 제2열교환부(142)의 외측에는 버너 폐가스부(160)가 형성될 수 있다.
버너부(101)에서는 연료와 산소가 산화 반응하여 열을 발생시켜 고온 개질부(110)로 전달한다. 고온 개질부(110)에서는 제1열교환부(141)로부터 투입되는 탄화수소계 연료와 기화된 상태의 반응 물이 버너부(101)에서 전달된 열에 의하여 700 ~ 750℃ 정도의 제1온도에서 촉매 반응한다.
CO변성부(120)에서는 고온 개질부(110)에서 발생되는 CO와 잔류하는 반응 물이 200 ~ 250℃ 정도의 제2온도에서 촉매 반응한다. CO제거부(130)에서는 CO변성부(120)에서 잔류하는 CO와 산소가 100 ~ 140℃ 정도의 제3온도에서 촉매 반응한다.
본 실시예에서는 외부의 물이 CO제거부(130) 외측에 형성되는 제3열교환부(143)를 통하여 개질기 내부로 공급된다. 그 결과, 외부에서 공급되는 물은 제3열교환부(143), 제2열교환부(142) 및 제1열교환부(141)에서 CO제거부(130), CO변성부(120), CO변성부 하부 열교환부(121) 및 고온 개질부(110)와 순차적인 열교환을 통하여 기화된 상태로 고온 개질부(110)에 반응 물로 투입된다. 또한, 제2열교환부(142) 외측에 버너 폐가스부(160)가 형성되는 경우, 제2열교환부(142)에 공급되는 물은 CO변성부(120), CO변성부 하부 열교환부(121)와의 열교환 뿐만 아니라, 버너 폐가스부(160)와의 추가적인 열교환에 의하여 예열될 수 있다.
통상, 기화된 상태의 반응 물의 온도가 높을 수록 고온 개질부(110)에서의 개질 효율이 향상되므로, 본 실시예의 경우, 물의 예열을 충분히 확보할 수 있어 고온 개질의 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 제3열교환부(143) 및 제2열교환부(142)에서의 열교환을 통하여 CO제거부(130) 및 CO변성부(120)의 온도가 각각에 구비되는 촉매의 활성 온도보다 상승하는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료전지용 개질기의 단면도를 나타낸 것으로서, 물의 공급량에 따라 제2열교환부 혹은 제3열교환부로 물이 공급되는 예를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 도시된 연료전지용 개질기는 도 2에 도시된 개질기와 거의 동일한 원통형 구조를 갖는다. 보다 구체적으로 도 3에 도시된 연료전지용 개질기에는 중앙으로부터 버너부(101), 고온 개질부(110), 제1열교환부(141), 제1단열부(151), CO변성부(120), 제2열교환부(142), 제2단열부(152), CO제거부(130) 및 제3열교환부(143)가 순차적으로 형성되어 있다. 또한, 제2열교환부(142)의 외측에는 버너 폐가스부(160)가 형성될 수 있다.
버너부(101)에서는 연료와 산소가 산화 반응하여 열을 발생시켜 고온 개질부(110)로 전달한다.
고온 개질부(110)에서는 제1열교환부(141)로부터 투입되는 탄화수소계 연료(NG)와 기화된 상태의 반응 물이 버너부(101)에서 전달된 열에 의하여 700 ~ 750℃ 정도의 제1온도에서 촉매 반응한다.
CO변성부(120)에서는 고온 개질부(110)에서 발생되는 CO와 잔류하는 반응 물이 200 ~ 250℃ 정도의 제2온도에서 촉매 반응한다.
CO제거부(130)에서는 CO변성부(120)에서 잔류하는 CO와 산소가 100 ~ 140℃ 정도의 제3온도에서 촉매 반응한다.
본 실시예에서는 개질기 내부로 공급되는 물의 양에 따라 물의 공급 위치가 조절될 수 있다.
개질기 내부로 공급되는 물의 양이 상대적으로 많을 경우, 예열 구간이 짧을 경우 충분히 예열되기 어렵다. 반대로, 개질기 내부로 공급되는 물의 양이 상대적으로 적을 경우, 예열 구간이 길 경우 필요 이상의 예열이 발생할 수 있다.
이에 본 발명에서는 외부에서 공급되는 물의 양이 상대적으로 많을 경우, 공급되는 물이 충분히 예열될 수 있도록 제3열교환부(143)로 투입되며, 반대로, 외부에서 공급되는 물의 양이 상대적으로 적을 경우, 공급되는 물이 필요 이상으로 예열되지 않도록 제2열교환부(142)로 투입될 수 있다.
외부에서 공급되는 물의 양이 상대적으로 많아서, 공급되는 물이 제3열교환부(143)로 투입되는 경우, 제3열교환부(143)로 투입된 물은 제3열교환부(143), 제2열교환부(142) 및 제1열교환부(141)에서 CO제거부(130), CO변성부(120), CO변성부 하부 열교환부(121) 및 고온 개질부(110)와 순차적인 열교환을 통하여 기화된 상태로 고온 개질부(110)에 반응 물로 투입된다.
이와 반대로, 외부에서 공급되는 물의 양이 상대적으로 적어서, 공급되는 물이 제2열교환부(142)로 투입되는 경우, 제2열교환부(142)로 투입된 물은 제2열교환부(142) 및 제1열교환부(141)에서 CO변성부(120), CO변성부 하부 열교환부(121) 및 고온 개질부(110)와 순차적인 열교환을 통하여 기화된 상태로 고온 개질부(110)에 기화된 상태의 반응 물로 투입된다.
물론, 제2열교환부(142) 외측에 버너 폐가스부(160)가 형성되는 경우, 제2열교환부(142)에 공급되는 물은 CO변성부(120), CO변성부 하부 열교환부(121)와의 열교환 뿐만 아니라, 버너 폐가스부(160)와의 추가적인 열교환에 의하여 예열될 수 있다.
개질기 내로 투입되는 물의 양은 연료전지 스택에서 요구되는 전기 생산량과 비례 관계에 있다. 즉, 전기 생산량이 많을 경우 개질기 내에 상대적으로 많은 양의 물이 투입되어야 하며, 전기 생산량이 적을 경우 개질기 내에 상대적으로 적은 양의 물이 투입되어도 된다.
이에 따라 연료전지 스택에서의 전기 생산량이 많을 경우, 제3열교환부(143)을 통하여 물이 공급되며, 연료전지 스택에서의 전기 생산량이 적을 경우, 제2열교환부(143)을 통하여 물이 공급될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료전지용 개질기는 컴팩트한 원통형 구조를 가질 수 있으며, 또한 버너부에서 발생되는 열이 고온 개질부 등 외측 방향으로 효율적으로 전달될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지용 개질기는 물의 충분한 예열이 가능하며, 아울러 CO변성부 등의 온도 상승을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료전지용 개질기는 연료전지 스택에서의 전기 생산량에 따라 물 공급 위치를 조절할 수 있어 개질 효율을 향상시킬 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
101 : 버너부 110 : 고온 개질부
120 : CO변성부 121 : CO변성부 하부 열교환부
130 : CO제거부 141 : 제1열교환부
142 : 제2열교환부 143 : 제3열교환부
151 : 제1단열부 152 : 제2단열부
160 : 버너 폐가스부

Claims (7)

  1. 중앙으로부터 버너부, 고온 개질부, 제1열교환부, 제1단열부, CO변성부, 제2열교환부, 제2단열부 및 CO제거부가 순차적으로 형성되어 있는 원통형 구조를 가지되,
    상기 CO변성부 하부에는 CO변성부 하부 열교환부가 형성되어 있으며,
    상기 버너부에서는 연료와 산소가 산화 반응하여 열을 발생시켜 상기 고온 개질부로 전달하고, 상기 고온 개질부에서는 상기 제1열교환부로부터 투입되는 탄화수소계 연료와 기화된 상태의 반응 물(Process H2O)이 상기 버너부에서 전달된 열에 의하여 제1온도에서 촉매 반응하고, 상기 CO변성부에서는 상기 고온 개질부에서 발생되는 CO와 잔류하는 반응 물이 상기 제1온도보다 낮은 제2온도에서 촉매 반응하고, 상기 CO제거부에서는 상기 CO변성부에서 잔류하는 CO와 산소가 상기 제2온도보다 낮은 제3온도에서 촉매 반응하며,
    외부에서 공급되는 물이 상기 제2열교환부 및 상기 제1열교환부에서 상기 CO변성부, CO변성부 하부 열교환부 및 상기 고온 개질부와 순차적인 열교환을 통하여 기화된 상태로 상기 고온 개질부에 반응 물로 투입되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질기.
  2. 중앙으로부터 버너부, 고온 개질부, 제1열교환부, 제1단열부, CO변성부, 제2열교환부, 제2단열부, CO제거부 및 제3열교환부가 순차적으로 형성되어 있는 원통형 구조를 가지되,
    상기 CO변성부 하부에는 CO변성부 하부 열교환부가 형성되어 있으며,
    상기 버너부에서는 연료와 산소가 산화 반응하여 열을 발생시켜 상기 고온 개질부로 전달하고, 상기 고온 개질부에서는 상기 제1열교환부로부터 투입되는 탄화수소계 연료와 반응 물이 상기 버너부에서 전달된 열에 의하여 제1온도에서 촉매 반응하고, 상기 CO변성부에서는 상기 고온 개질부에서 발생되는 CO와 잔류하는 반응 물이 상기 제1온도보다 낮은 제2온도에서 촉매 반응하고, 상기 CO제거부에서는 상기 CO변성부에서 잔류하는 CO와 산소가 상기 제2온도보다 낮은 제3온도에서 촉매 반응하며,
    외부에서 공급되는 물이 상기 제3열교환부, 상기 제2열교환부 및 상기 제1열교환부에서 상기 CO제거부, 상기 CO변성부, CO변성부 하부 열교환부 및 상기 고온 개질부와 순차적인 열교환을 통하여 기화된 상태로 상기 고온 개질부에 반응 물로 투입되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질기.
  3. 중앙으로부터 버너부, 고온 개질부, 제1열교환부, 제1단열부, CO변성부, 제2열교환부, 제2단열부, CO제거부 및 제3열교환부가 순차적으로 형성되어 있는 원통형 구조를 가지되,
    상기 CO변성부 하부에는 CO변성부 하부 열교환부가 형성되어 있으며,
    상기 버너부에서는 연료와 산소가 산화 반응하여 열을 발생시켜 상기 고온 개질부로 전달하고, 상기 고온 개질부에서는 상기 제1열교환부로부터 투입되는 탄화수소계 연료와 반응 물이 상기 버너부에서 전달된 열에 의하여 제1온도에서 촉매 반응하고, 상기 CO변성부에서는 상기 고온 개질부에서 발생되는 CO와 잔류하는 반응 물이 상기 제1온도보다 낮은 제2온도에서 촉매 반응하고, 상기 CO제거부에서는 상기 CO변성부에서 잔류하는 CO와 산소가 상기 제2온도보다 낮은 제3온도에서 촉매 반응하며,
    외부에서 공급되는 물의 양이 상대적으로 많을 경우, 상기 물은 상기 제3열교환부로 투입되어, 상기 제3열교환부, 상기 제2열교환부 및 상기 제1열교환부에서 상기 CO제거부, 상기 CO변성부, CO변성부 하부 열교환부 및 상기 고온 개질부와 순차적인 열교환을 통하여 기화된 상태로 상기 고온 개질부에 반응 물로 투입되고,
    외부에서 공급되는 물의 양이 상대적으로 적을 경우, 상기 물은 상기 제2열교환부로 투입되어, 상기 제2열교환부 및 상기 제1열교환부에서 상기 CO변성부, CO변성부 하부 열교환부 및 상기 고온 개질부와 순차적인 열교환을 통하여 기화된 상태로 상기 고온 개질부에 반응 물로 투입되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질기.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 개질기는
    상기 버너부 운전에 의해 생성되는 버너 폐가스가 배출되도록, 상기 제2열교환부 외측에 형성되는 버너 폐가스 배출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2열교환부에 투입되는 물은 상기 CO변성부, 상기 CO 변성부 하부 열교환부 및 상기 버너 폐가스부와의 열교환하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질기.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 개질기는
    상기 고온 개질부의 결과물이 상기 제1열교환부의 물과 열교환에 의하여 온도가 상기 제2온도로 하강하여, 상기 CO변성부로 공급되고,
    상기 CO변성부의 결과물이 상기 제2열교환부의 물과 열교환에 의하여 온도가 상기 제3온도로 하강하여, 상기 CO제거부로 공급되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질기.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 제1온도는 700 ~ 750℃이고, 상기 제2온도는 200 ~ 250℃이며, 상기 제3온도는 100 ~ 140℃인 것을 특징으로 하는 연료전지용 개질기.
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