KR101282230B1 - Fuel reformer using liquid fuel - Google Patents

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KR101282230B1 KR1020130037043A KR20130037043A KR101282230B1 KR 101282230 B1 KR101282230 B1 KR 101282230B1 KR 1020130037043 A KR1020130037043 A KR 1020130037043A KR 20130037043 A KR20130037043 A KR 20130037043A KR 101282230 B1 KR101282230 B1 KR 101282230B1
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지현진
김영철
조성백
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국방과학연구소
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Abstract

PURPOSE: A fuel modifier using liquid fuel is provided to sufficiently vaporize the hydrocarbon-based liquid fuel, and to improve the homogeneity of a reactant. CONSTITUTION: A fuel modifier (100) using liquid fuel comprises: a reactor (110) having a pipe (112a) for supplying the liquid fuel; a porous medium (120) vaporizing the liquid fuel being supplied through the pipe; a fuel separator (130) which separates the liquid fuel, and supplies the same to a porous medium; and an inlet hole (160) which is formed on the side of the reactor, to supply one of air and steam to the side of the reactor, in order to pass through the porous medium and to be mixed with the vaporized liquid fuel. [Reference numerals] (AA) Liquid fuel; (BB) Reactant; (CC) Reformed gas

Description

액체연료를 이용하는 연료개질기{FUEL REFORMER USING LIQUID FUEL}Fuel reformer using liquid fuel {FUEL REFORMER USING LIQUID FUEL}

본 발명은 탄화수소 계열의 액체연료로부터 수소를 생산하는 연료개질기에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel reformer for producing hydrogen from a hydrocarbon-based liquid fuel.

연료전지 시스템에서 사용하는 연료개질기는 천연가스, 메탄, 가솔린, 디젤 등과 같은 탄화수소 계열의 연료로부터 수소를 생산하는 장치를 말한다. 연료개질기에서 생성된 수소는 연료전지로 공급되고, 공급된 수소는 연료전지 스택에서 공기 중에 산소와 반응하여 전기를 발생시킨다.The fuel reformer used in the fuel cell system refers to a device for producing hydrogen from hydrocarbon-based fuels such as natural gas, methane, gasoline, and diesel. Hydrogen generated in the fuel reformer is supplied to the fuel cell, and the supplied hydrogen reacts with oxygen in the air in the fuel cell stack to generate electricity.

연료개질기에는 크게 반응 방법에 따라 수증기개질, 부분산화개질, 자열개질 방법으로 구분할 수 있다. 수증기개질은 탄화수소 계열의 연료와 물을 반응기에 공급하여 촉매 반응을 일으키는 방식으로 흡열반응이다. 따라서 외부에서 추가적인 열을 공급해야만 반응기의 온도가 유지될 수 있다. 부분산화개질은 탄화수소 계열의 연료와 공기를 반응기에 공급하여 촉매반응을 일으키는 방식으로 발열반응이다. 따라서 외부의 냉각장치를 통해 열을 제거해 주어야 반응기 온도를 유지시킬 수 있다. 자열개질은 수증기개질과 부분산화개질의 혼합 방식으로 탄화수소계열 연료, 물, 공기를 함께 반응기에 공급하여 촉매반응을 일으키는 방식이다. 따라서 촉매반응으로 발생하는 열은 물과 공기의 양으로 제어할 수 있으므로 설계자가 원하는 온도에서 반응기를 운전할 수 있다.Fuel reformers can be classified into steam reforming, partial oxidation reforming, and autothermal reforming depending on the reaction method. Steam reforming is an endothermic reaction in which a hydrocarbon-based fuel and water are fed to a reactor to cause a catalytic reaction. Therefore, the temperature of the reactor can be maintained only by supplying additional heat from the outside. Partial oxidation reforming is an exothermic reaction in which a hydrocarbon-based fuel and air are supplied to a reactor to cause a catalytic reaction. Therefore, the heat must be removed through an external cooling system to maintain the reactor temperature. Autothermal reforming is a method of mixing the steam reforming and the partial oxidation reforming and catalyzing the reaction by supplying hydrocarbon-based fuel, water and air together to the reactor. Therefore, the heat generated by the catalytic reaction can be controlled by the amount of water and air, so the designer can operate the reactor at the desired temperature.

앞서 설명하였듯이 자열개질 반응이 일어나기 위해서는 탄화수소 계열의 연료와 함께 물과 공기가 필요하다. 반응기 공급되는 연료, 물, 공기는 연료 대비 물의 비율인 SCR(Steam to Carbon Ratio)과 연료 대비 공기의 비율인 OCR(Oxygen to Carbon Ratio)로 표현될 수 있다. 자열개질반응기가 원하는 온도에서 일정한 온도를 유지하면서 다량의 수소를 생산하기 위해서는 최적의 SCR과 OCR이 요구된다. 보통 공기는 블로어를 통해 요구되는 공기량만큼 공급된다. 또한 물은 펌프를 통해 원하는 양만큼 공급될 수 있다. 자열개질기 최적의 반응온도는 연료에 따라 다르겠지만, 대체로 섭씨 650~850도에서 운전되며, 탄화수소계열의 연료는 촉매 반응에 의해 다량의 수소와 소량의 일산화탄소, 이산화탄소 등으로 구성된 반응물로 분해된다.As described above, autothermal reforming reactions require water and air together with hydrocarbon-based fuels. The fuel, water, and air supplied to the reactor may be expressed as a steam to carbon ratio (SCR), which is a ratio of water to fuel, and an oxygen to carbon ratio (OCR), which is a ratio of air to fuel. Optimum SCR and OCR are required for the autothermal reforming reactor to produce a large amount of hydrogen while maintaining a constant temperature at a desired temperature. Normally air is supplied through the blower to the required amount of air. Water can also be supplied in the desired amount via a pump. Although the optimum reaction temperature of autothermal reformer varies depending on the fuel, it is generally operated at 650 ~ 850 degrees Celsius, and hydrocarbon-based fuel is decomposed into reactants composed of a large amount of hydrogen, a small amount of carbon monoxide, carbon dioxide, etc. by catalytic reaction.

액체연료, 예를 들어 가솔린 연료는 천연가스, 메탄 등과 같은 기체연료에 비하여 고난이도의 연료개질기 기술을 요구한다. 가솔린을 효과적으로 개질 반응으로 유도하기 위해서는 먼저 가솔린을 충분히 증발시켜 기체상태로 만들어야 하고, 기화된 가솔린이 공기 및/또는 수증기와 균질하게 혼합된 후 촉매베드로 공급되어 한다.Liquid fuels, such as gasoline fuels, require more advanced fuel reformer technology than gaseous fuels such as natural gas, methane and the like. In order to effectively introduce gasoline into a reforming reaction, the gasoline must first be sufficiently evaporated to a gaseous state, and vaporized gasoline is homogeneously mixed with air and / or water vapor and then fed to the catalyst bed.

만약 가솔린이 충분히 기화된 상태로 촉매베드로 공급되지 않으면, 가솔린은 액체상태로 반응기에 공급되고, 가솔린 액적이 뜨거운 촉매베드와 만나는 순간 갑작스럽게 기화되어 반응기 내부에 압력 변화가 발생할 뿐만 아니라, 순간적으로 SCR과 OCR이 변화하여 반응기의 온도가 일정하게 유지되기 어렵다. 이러한 상태가 지속되면 일산화탄소 농도도 심하게 흔들릴 수 있으며, 촉매베드의 수명도 단축된다.If gasoline is not sufficiently vaporized into the catalyst bed, gasoline is supplied to the reactor in liquid state, and the gasoline droplets suddenly vaporize when they meet the hot catalyst bed, not only causing a pressure change inside the reactor, but also an instantaneous SCR. And OCR changes, making it difficult to keep the temperature of the reactor constant. If this condition persists, the carbon monoxide concentration may be severely shaken and the life of the catalyst bed is shortened.

또한, 가솔린이 기화된 이후에 수증기 및/또는 공기와 균질하게 혼합되지 않으면 촉매베드에서 반응이 균일하게 일어나지 않을 수 있다. 특히 반응기에 사용하는 촉매가 펠릿(pellet) 타입이 아닌 모노리스(monolith) 타입일 경우, 반응물의 불균질성에 의한 문제는 더욱 심각해진다. 왜냐하면 펠릿 타입의 촉매는 반응물들이 알갱이 사이로 확산되면서 균질하게 혼합될 수 있는 가능성이 존재하나, 모노리스 타입의 촉매의 경우에는 모노리스의 구조상 입구쪽의 혼합상태가 출구쪽까지 그대로 유지되기 때문이다.In addition, if gasoline is not homogeneously mixed with water vapor and / or air after gasification, the reaction may not occur uniformly in the catalyst bed. In particular, when the catalyst used in the reactor is a monolith type rather than a pellet type, the problem due to the heterogeneity of the reactants becomes more serious. This is because the pellet-type catalyst has the possibility of reacting homogeneously as the reactants diffuse through the grains, but in the case of the monolith type catalyst, the mixed state of the inlet side of the monolith structure remains as it is to the outlet side.

본 발명은 개질 반응 전 탄화수소 계열의 액체연료를 충분히 기화시키고, 반응물의 균질성을 향상시킬 수 있는 연료개질기를 제공하는 데에 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a fuel reformer capable of sufficiently vaporizing a hydrocarbon-based liquid fuel prior to reforming reaction and improving homogeneity of the reactants.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일 실시예와 관련된 액체연료를 이용하는 연료개질기는, 탄화수소 계열의 액체연료가 공급되는 배관을 구비하는 반응기와, 상기 배관을 통하여 유입되는 상기 액체연료를 기화시키도록 형성되는 다공성 매질, 및 상기 다공성 매질 상에 배치되고 상기 액체연료를 분산시켜 상기 다공성 매질에 공급하도록 형성되는 연료분산기를 포함한다.A fuel reformer using a liquid fuel according to an embodiment of the present invention for realizing the above object is a reactor having a pipe to which a hydrocarbon-based liquid fuel is supplied, and the liquid fuel introduced through the pipe is vaporized. And a fuel disperser disposed on the porous medium and configured to disperse the liquid fuel and to supply the porous medium.

본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 연료분산기는, 상기 액체연료가 부딪혀 분산될 수 있도록 상기 다공성 매질의 적어도 일부를 덮도록 형성되는 가림부, 및 분산된 상기 액체연료가 상기 다공성 매질로 유입될 수 있도록 상기 가림부의 주변에 형성되는 복수의 홀을 포함한다.According to an example related to the present disclosure, the fuel disperser may include a shielding portion formed to cover at least a portion of the porous medium so that the liquid fuel may collide with and be dispersed therein, and the dispersed liquid fuel may flow into the porous medium. It includes a plurality of holes formed in the periphery of the blind portion.

상기 가림부는 상기 배관과 마주보는 부분에 형성될 수 있다.The covering part may be formed at a portion facing the pipe.

상기 구성 예에서, 상기 액체연료의 분산도가 향상될 수 있도록 상기 복수의 홀의 크기는 상기 가림부에 가까워질수록 작아지도록 형성될 수 있다.In the above configuration example, the size of the plurality of holes may be formed to be smaller as the closer to the blind portion so that the dispersion degree of the liquid fuel can be improved.

또한, 상기 가림부에는 상기 액체연료의 적어도 일부를 통과시키는 관통홀이 형성될 수 있다.In addition, the shielding portion may be formed with a through hole for passing at least a portion of the liquid fuel.

상기 연료분산기는, 가장자리 부분에서 돌출되게 형성되고 상기 반응기의 상단 내측벽에 지지되어 상기 가림부와 상기 연료배관 사이에 소정 간극을 형성하도록 구성되는 턱을 더 포함할 수 있다.The fuel disperser may further include a jaw that is formed to protrude from an edge portion and is supported on the upper inner side wall of the reactor so as to form a predetermined gap between the screening portion and the fuel pipe.

본 발명과 관련된 다른 일 예에 따르면, 상기 연료분산기에는 상기 액체연료를 통과시키는 복수의 구멍이 형성되며, 상기 액체연료의 분산도가 향상될 수 있도록 상기 복수의 구멍의 크기는 상기 배관과 마주보는 부분에서 멀어질수록 커지도록 형성된다.According to another embodiment related to the present invention, the fuel disperser is formed with a plurality of holes for passing the liquid fuel, the size of the plurality of holes facing the pipe so that the dispersion of the liquid fuel can be improved The further away from the part is formed to become larger.

본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 다공성 매질은 기공률이 35 내지 65%이고 입자 사이즈가 20 내지 300㎛가 될 수 있다.According to another example related to the present invention, the porous medium may have a porosity of 35 to 65% and a particle size of 20 to 300 μm.

본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 연료개질기는, 상기 다공성 매질을 가열시키도록 상기 다공성 매질을 감싸도록 형성되는 전기히터를 더 포함한다.According to another example related to the present invention, the fuel reformer further includes an electric heater formed to surround the porous medium to heat the porous medium.

본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 연료개질기는, 상기 반응기의 내측벽에 형성되는 홈에 삽입되고 상기 다공성 매질의 배면을 덮어 지지하도록 구성되는 스냅링을 더 포함한다.According to another example related to the present invention, the fuel reformer further includes a snap ring inserted into a groove formed in the inner wall of the reactor and configured to cover the rear surface of the porous medium.

본 발명과 관련된 또 다른 일 예에 따르면, 상기 연료개질기는, 공기 및/또는 수증기가 상기 반응기의 측면으로 공급되어 상기 다공성 매질을 통과하여 기화된 상기 액체연료와 혼합될 수 있도록 상기 반응기의 측면에 형성되는 유입홀을 더 포함한다.According to another example related to the present invention, the fuel reformer is provided on the side of the reactor such that air and / or water vapor is supplied to the side of the reactor and mixed with the liquid fuel vaporized through the porous medium. It further comprises an inlet hole is formed.

상기 공기 및/또는 수증기는 기화된 상기 액체연료와 난류를 발생하며 혼합될 수 있도록, 상기 공기 및/또는 수증기의 유입 방향은 기화된 상기 액체연료의 유동 방향과 교차하도록 형성될 수 있다.The inflow direction of the air and / or water vapor may be formed to intersect the flow direction of the vaporized liquid fuel so that the air and / or water vapor may be mixed with the vaporized liquid fuel.

또한, 상기 연료개질기는, 상기 반응기의 외주면을 감싸도록 형성되고 상기 공기 및/또는 수증기가 공급되는 유로를 형성하는 사이드 재킷을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 유입홀은 상기 사이드 재킷 내에 복수 개로 구비되어 상기 반응기의 외주면을 따라 각각 형성될 수 있다.The fuel reformer may further include a side jacket formed to surround the outer circumferential surface of the reactor and forming a flow path through which the air and / or water vapor is supplied. It may be provided may be formed along the outer circumferential surface of the reactor, respectively.

아울러, 상기 연료개질기는, 상기 반응기의 후단에 설치되어 혼합된 상기 액체연료와 상기 공기 및/또는 수증기를 이용하여 수소를 생성하도록 형성되는 촉매베드, 및 내부에 상기 촉매베드가 설치되는 상기 반응기를 감싸도록 구성되고 상기 배관과 연결되어 상기 배관으로 공급되는 상기 액체연료가 상기 촉매베드로부터 발생되는 열을 흡수하도록 형성되는 연결배관을 더 포함할 수 있다.The fuel reformer may include a catalyst bed installed at a rear end of the reactor and formed to generate hydrogen using the mixed liquid fuel and the air and / or water vapor, and the reactor having the catalyst bed installed therein. It may further comprise a connecting pipe is configured to wrap and is connected to the pipe and the liquid fuel supplied to the pipe to absorb the heat generated from the catalyst bed.

상기와 같은 구성의 본 발명에 의하면, 액체연료가 다공성 매질에 공급되어 기화되기 전에 연료분산기에 의하여 다공성 매질의 보다 넓은 면적으로 분산되도록 이루어지므로, 개질 반응 전 상기 액체연료가 충분히 기화될 수 있다.According to the present invention having the above configuration, the liquid fuel is made to be dispersed in a larger area of the porous medium by the fuel disperser before the liquid fuel is supplied to the porous medium to be vaporized, the liquid fuel can be sufficiently vaporized before the reforming reaction.

턱이 반응기의 상단 내측벽에 지지됨으로써 연료분산기는 가림부와 연료배관 사이에 소정 간극을 이루도록 형성되고, 반응기의 내측벽 홈에 삽입되는 스냅링이 다공성 매질의 배면을 덮어 지지하도록 구성되므로, 연료분산기 및 다공성 매질의 장착/탈착이 용이한 장점이 있다.As the jaw is supported on the upper inner wall of the reactor, the fuel disperser is formed to form a predetermined gap between the screening portion and the fuel pipe, and the fuel disperser is configured so that the snap ring inserted into the inner wall groove of the reactor covers the rear surface of the porous medium. And an easy attachment / removal of the porous medium.

또한, 공기 및/또는 수증기가 반응기의 측면에 형성되는 유입홀을 통해 공급되어 기화된 액체연료와 난류를 발생하며 혼합되도록 구성되므로, 촉매베드로 유입되기 전 반응물의 균질성이 향상될 수 있으며, 혼합챔버에서의 자발화(自發火) 현상이 방지될 수 있다.In addition, since air and / or water vapor is supplied through an inlet hole formed at the side of the reactor to mix with the vaporized liquid fuel to generate turbulence, the homogeneity of the reactants can be improved before entering the catalyst bed, and the mixing chamber The spontaneous fire phenomenon in the can be prevented.

배관과 연결되는 연결배관은 촉매베드가 설치되는 반응기를 감싸 배관으로 공급되는 액체연료가 촉매베드로부터 발생되는 열을 흡수하도록 구성되는바, 액체연료가 미리 히팅되어 보다 효율적, 경제적으로 액체연료를 기화시킬 수 있다.The connecting pipe connected to the pipe is configured to absorb the heat generated from the catalyst bed by enclosing the reactor in which the catalyst bed is installed. The liquid fuel is preheated to vaporize the liquid fuel more efficiently and economically. You can.

도 1은 본 발명과 관련된 액체연료를 이용하는 연료개질기의 일 예를 보인 개념도.
도 2는 도 1에 도시된 다공성 매질의 일 예를 보인 개념도.
도 3은 도 1에 도시된 연료분산기의 일 예를 보인 개념도.
도 4는 도 1의 연료분산기의 변형예를 보인 개념도.
도 5는 촉매 반응 시간에 따른 촉매베드 후단 및 혼합챔버의 온도를 보인 그래프.
도 6은 본 발명과 관련된 액체연료를 이용하는 연료개질기의 다른 일 예를 보인 개념도.
1 is a conceptual diagram showing an example of a fuel reformer using a liquid fuel according to the present invention.
2 is a conceptual diagram showing an example of the porous medium shown in FIG.
3 is a conceptual diagram illustrating an example of the fuel disperser illustrated in FIG. 1.
4 is a conceptual view illustrating a modification of the fuel disperser of FIG. 1.
5 is a graph showing the temperature of the catalyst bed rear stage and the mixing chamber according to the catalyst reaction time.
6 is a conceptual view showing another example of a fuel reformer using a liquid fuel according to the present invention.

이하, 본 발명에 관련된 액체연료를 이용하는 연료개질기에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, a fuel reformer using liquid fuel according to the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 그 설명은 처음 설명으로 갈음한다. 본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.In the present specification, the same or similar reference numerals are given to different embodiments in the same or similar configurations. As used herein, the singular forms "a", "an" and "the" include plural referents unless the context clearly dictates otherwise.

도 1은 본 발명과 관련된 액체연료를 이용하는 연료개질기(100)의 일 예를 보인 개념도이고, 도 2는 도 1에 도시된 다공성 매질(120)의 일 예를 보인 개념도이며, 도 3은 도 1에 도시된 연료분산기(130)의 일 예를 보인 개념도이고, 도 4는 도 1의 연료분산기(130)의 변형예를 보인 개념도이다.1 is a conceptual diagram illustrating an example of a fuel reformer 100 using liquid fuel according to the present invention, FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating an example of the porous medium 120 illustrated in FIG. 1, and FIG. 4 is a conceptual view illustrating an example of the fuel spreader 130 illustrated in FIG. 4, and FIG. 4 is a conceptual view illustrating a modified example of the fuel spreader 130 illustrated in FIG. 1.

도 1 내지 4를 참조하면, 연료개질기(100)는 액체연료와 물 및/또는 공기를 이용하여 개질 반응을 일으키도록 형성된다. 연료개질기(100)가 부분산화개질 반응을 일으키도록 구성된 경우 물은 반응물에서 제외될 수 있으며, 연료개질기(100)가 수증기개질 반응을 일으키도록 구성된 경우 공기는 반응물에서 제외될 수 있다.1 to 4, the fuel reformer 100 is formed to cause a reforming reaction using liquid fuel and water and / or air. Water may be excluded from the reactant when the fuel reformer 100 is configured to cause a partial oxidation reforming reaction, and air may be excluded from the reactant when the fuel reformer 100 is configured to cause a steam reforming reaction.

본 도면에서는 연료개질기(100)가 자열개질기(ATR: Auto-Thermal Reformer)로 구성된 것을 보이고 있다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 연료개질기(100)는 수증기개질기(SR: Steam Reformer) 또는 부분산화개질기(POR: Partial Oxidation Reformer)로 구성될 수도 있다.In this figure, it is shown that the fuel reformer 100 is composed of an auto-thermal reformer (ATR). However, the present invention is not limited thereto, and the fuel reformer 100 may be configured as a steam reformer (SR) or a partial oxidation reformer (POR).

액체연료를 이용하는 연료개질기(100)는 반응기(110), 다공성 매질(120) 및 연료분산기(130)를 포함한다. 본 발명의 액체연료는 가솔린, 디젤 등이 될 수 있다. 특히, 가솔린은 디젤보다 낮은 온도에서 기화가 일어나므로, 다공성 매질(120)을 통하여 액체연료를 기화시키는 본 발명은 가솔린을 액체연료로 하는 경우에 보다 효과적일 수 있다.The fuel reformer 100 using liquid fuel includes a reactor 110, a porous medium 120, and a fuel disperser 130. The liquid fuel of the present invention may be gasoline, diesel or the like. In particular, since gasoline vaporizes at a lower temperature than diesel, the present invention of vaporizing liquid fuel through the porous medium 120 may be more effective when gasoline is a liquid fuel.

반응기(110)는 내부에 유체가 흐르는 공간을 구비한다. 본 도면에서는 반응기(110)가 액체연료의 기화가 일어나는 헤드(112)와 반응물의 혼합 및 개질 반응이 일어나는 메인바디(111)를 포함하여 구성된 것을 예시하고 있다. 헤드(112)는 메인바디(111)의 상부에 결합되며, 헤드(112)와 메인바디(111) 사이에는 개스킷(gasket, 113)이 설치될 수 있다.The reactor 110 has a space in which fluid flows. In this figure, the reactor 110 includes a main body 111 in which the head 112 in which the vaporization of the liquid fuel occurs and the mixture and the reforming reaction of the reactant occur. The head 112 is coupled to an upper portion of the main body 111, and a gasket 113 may be installed between the head 112 and the main body 111.

반응기(110)의 전단에는 탄화수소 계열의 액체연료가 공급되는 배관(112a)이 구비된다. 배관(112a)은 반응기(110)의 내부 단면적보다 작은 단면적을 갖는 파이프 형태로 구성될 수 있다.The front end of the reactor 110 is provided with a pipe 112a for supplying a hydrocarbon-based liquid fuel. The pipe 112a may be configured in the form of a pipe having a cross-sectional area smaller than the internal cross-sectional area of the reactor 110.

반응기(110)의 내측 상단에는 다공성 매질(120)이 설치되어, 배관(112a)을 통하여 유입되는 액체연료를 기화시키도록 형성된다. 도 2를 참조하면, 다공성 매질(120)은 소정 두께를 갖는 판 형상으로 구성될 수 있으며, 금속 재질, 예를 들어 스테인리스 스틸로 형성될 수 있다.A porous medium 120 is installed on the inner upper end of the reactor 110 and is formed to vaporize the liquid fuel introduced through the pipe 112a. Referring to FIG. 2, the porous medium 120 may be formed in a plate shape having a predetermined thickness and may be formed of a metal material, for example, stainless steel.

다공성 매질(120)로는 기공률이 35% 내지 65%이고 입자 사이즈가 20㎛ 내지 300㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 기공률이 35%보다 작거나 입자 사이즈가 20㎛보다 작으면, 액체연료가 통과하기 어렵고 유입시 많은 압력을 받게 되어 내구성에 문제가 일어날 수 있다. 또한, 기공률이 65%보다 크거나 입자 사이즈가 300㎛보다 크면, 액체연료가 별다른 어려움 없이 다공성 매질(120)을 통과하여 기화되지 않은 채로 배출되는 문제가 발생할 수 있으며, 높은 기공률로 인하여 열전달율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.As the porous medium 120, a porosity of 35% to 65% and a particle size of 20 μm to 300 μm are preferably used. If the porosity is less than 35% or the particle size is less than 20㎛, the liquid fuel is difficult to pass through and subjected to a lot of pressure upon inflow may cause problems in durability. In addition, if the porosity is greater than 65% or the particle size is larger than 300㎛, the problem that the liquid fuel is discharged without passing through the porous medium 120 without any difficulty, there is a low heat transfer rate due to high porosity Losing problems can occur.

배관(112a)을 통과한 액체연료가 다공성 매질(120)로 바로 공급된다면, 액체연료는 한 부분[본 도면에서는 배관(112a)과 마주보는 중앙 부분]에 집중될 수 있다. 이 경우, 액체연료는 다공성 매질(120)을 너무 빨리 통과해버리기 때문에 기화할 시간이 충분하지 않으며, 상기 한 부분만 집중적으로 냉각되므로 기화에 필요한 열이 충분히 공급되기도 어렵다.If the liquid fuel passing through the pipe 112a is supplied directly to the porous medium 120, the liquid fuel may be concentrated in one portion (the center portion facing the pipe 112a in this figure). In this case, since the liquid fuel passes through the porous medium 120 too quickly, there is not enough time for vaporization, and since only one part is intensively cooled, it is difficult to supply sufficient heat for vaporization.

액체연료의 효율적이고 충분한 기화가 이루어질 수 있도록, 다공성 매질(120) 상에는 연료분산기(130)가 설치될 수 있다. 연료분산기(130)는 배관(112a)을 통하여 유입되는 액체연료를 분산시켜 다공성 매질(120)에 공급하도록 형성된다.In order to achieve efficient and sufficient vaporization of the liquid fuel, the fuel disperser 130 may be installed on the porous medium 120. The fuel disperser 130 is formed to disperse the liquid fuel introduced through the pipe 112a to supply the porous medium 120.

일 예로, 도 3을 참조하면, 연료분산기(130)는 가림부(131) 및 복수의 홀(132)을 포함하여 구성될 수 있다.For example, referring to FIG. 3, the fuel spreader 130 may include a cover 131 and a plurality of holes 132.

가림부(131)는 액체연료가 부딪혀 분산될 수 있도록, 다공성 매질(120)의 적어도 일부를 덮도록 형성된다. 가림부(131)는 배관(112a)을 통하여 유입되는 액체연료를 보다 효율적으로 분산시키도록, 배관(112a)과 마주보는 중앙 부분에 형성되는 것이 바람직하다.The shielding portion 131 is formed to cover at least a portion of the porous medium 120 so that the liquid fuel may collide with and be dispersed. The shielding portion 131 may be formed at a central portion facing the pipe 112a so as to more efficiently disperse the liquid fuel introduced through the pipe 112a.

가림부(131)의 주변에는 복수의 홀(132)이 형성되어, 가림부(131)에 의하여 분산된 액체연료가 다공성 매질(120)의 전체 면적에 분산되어 유입될 수 있도록 구성된다. 본 도면에서는, 세 개의 홀이 가림부(131)를 감싸도록 형성된 것을 보이고 있다.A plurality of holes 132 are formed in the periphery of the shielding portion 131, so that the liquid fuel dispersed by the shielding portion 131 may be dispersed and introduced into the entire area of the porous medium 120. In this figure, it is shown that the three holes are formed to surround the obstruction (131).

본 도면에서는 도시되지 않았으나, 복수의 홀(132)의 크기는 가림부(131)에 가까워질수록 작아지도록 형성될 수 있다. 상기 구조에 의하면, 가림부(131)에 의해 부딪혀 분산되는 액체연료는 먼저 가림부(131)에 가까운 홀로 많은 양이 흐르나 상대적으로 작은 홀의 크기로 인해 일부만 통과하고, 가림부(131)로부터 먼 홀로는 적은 양의 액체연료가 흐르나 상대적으로 큰 홀의 크기로 인하여 보다 많은 양의 액체연료가 통과하여, 액체연료가 보다 효과적으로 분산되어 다공성 매질(120)로 유입될 수 있다.Although not shown in the drawing, the sizes of the plurality of holes 132 may be formed to be smaller as they become closer to the obstruction portion 131. According to the above structure, the liquid fuel that is hit by the screening unit 131 and dispersed is first flowed in a large amount into the hole close to the screening unit 131 but passes only a part due to the size of the relatively small hole, and to the hole far from the screening unit 131. Although a small amount of liquid fuel flows due to the relatively large hole size, a larger amount of liquid fuel passes through, so that the liquid fuel can be more effectively dispersed and introduced into the porous medium 120.

또한, 가림부(131)에는 액체연료의 적어도 일부를 통과시키는 관통홀이 형성되어, 다공성 매질(120)의 가림부(131)에 대응되는 부분에도 일부 액체연료가 유입되도록 구성될 수 있다.In addition, the shielding portion 131 may have a through hole for passing at least a portion of the liquid fuel, and may be configured to allow some liquid fuel to flow into a portion corresponding to the shielding portion 131 of the porous medium 120.

또한, 연료분산기(130)의 가장자리 부분에는 턱(raised spot, 133)이 돌출되게 형성될 수 있다. 턱(133)은 반응기(110)의 상단 내측벽에 지지되어 가림부(131)와 연료배관(112a) 사이에 소정 간극(예를 들어, 1~2㎜)을 형성하도록 구성된다.In addition, a raised spot 133 may protrude from an edge portion of the fuel distributor 130. The jaw 133 is supported on the upper inner wall of the reactor 110 and is configured to form a predetermined gap (eg, 1 to 2 mm) between the shielding portion 131 and the fuel pipe 112a.

다른 일 예로, 도 4를 참조하면, 연료분산기(130')에는 소정 면적을 갖는 별도의 가림부(131)가 형성되지 않고 액체연료를 통과시키는 복수의 구멍(132')만이 형성될 수 있다. 이때, 액체연료의 분산도가 향상될 수 있도록, 복수의 구멍(132')의 크기는 배관(112a)과 마주보는 부분에서 멀어질수록 커지도록 구성될 수 있다.As another example, referring to FIG. 4, only a plurality of holes 132 ′ through which liquid fuel is passed may be formed in the fuel disperser 130 ′ without a separate cover 131 having a predetermined area. At this time, the size of the plurality of holes 132 ′ may be configured to increase as the distance from the portion facing the pipe 112a so that the dispersion of the liquid fuel can be improved.

다시 도 1을 참조하면, 반응기(110)에는 다공성 매질(120)을 가열시키도록 형성되는 전기히터(140)가 설치된다. 본 도면에서는, 전기히터(140)가 다공성 매질(120)을 감싸도록 구성된 것을 보이고 있다. 다공성 매질(120)은 전기히터(140)에 의해 가열되어 다공성 매질(120)을 통과하는 액체연료를 기화시키도록 형성된다.Referring back to FIG. 1, the reactor 110 is provided with an electric heater 140 formed to heat the porous medium 120. In this figure, it is shown that the electric heater 140 is configured to surround the porous medium 120. The porous medium 120 is formed to vaporize the liquid fuel that is heated by the electric heater 140 and passes through the porous medium 120.

다공성 매질(120) 및 다공성 매질(120) 상에 배치되는 연료분산기(130)는 스냅링(150)에 의하여 반응기(110)에 고정될 수 있다. 구체적으로, 스냅링(150)은 반응기(110)의 내측벽에 형성되는 홈(110a)에 삽입되고, 돌출되는 부분이 다공성 매질(120)의 배면을 덮어 지지하도록 구성된다. 상기 구조에 의하면, 헤드(112) 내부에 연료분산기(130)와 다공성 매질(120)을 차례로 삽입한 후, 홈(110a)에 스냅링(150)을 끼우는 간단한 방법으로 연료분산기(130)와 다공성 매질(120)을 반응기(110)에 장착/탈착할 수 있다.The porous medium 120 and the fuel disperser 130 disposed on the porous medium 120 may be fixed to the reactor 110 by the snap ring 150. Specifically, the snap ring 150 is inserted into the groove (110a) formed in the inner wall of the reactor 110, the protruding portion is configured to cover the back of the porous medium 120. According to the above structure, the fuel disperser 130 and the porous medium 120 are sequentially inserted into the head 112, and then the fuel disperser 130 and the porous medium are simply inserted into the groove 110a by the snap ring 150. 120 may be mounted / removed to the reactor 110.

다공성 매질(120)을 통과한 기화된 액체연료는 촉매베드(180)에 들어가기 전 공기 및/또는 수증기와 혼합되어 반응물을 형성한다. 기화된 액체연료와 공기 및/또는 수증기가 혼합되는 반응기(110)의 내부 공간은 혼합챔버(mixing chamber, 110b)로 이해될 수 있다. 이때 만일 액체연료와 공기 및/또는 수증기가 균질하게 혼합되지 않으면, 촉매베드(180)에서 개질 반응이 일어나고 얼마 있지 않아 혼합챔버(110b)에 자발화(自發火)가 일어나서 혼합챔버(110b)의 온도가 급격히 상승할 수 있다.The vaporized liquid fuel passing through the porous medium 120 is mixed with air and / or water vapor before entering the catalyst bed 180 to form a reactant. The internal space of the reactor 110 in which the vaporized liquid fuel and air and / or water vapor are mixed may be understood as a mixing chamber 110b. At this time, if the liquid fuel and air and / or water vapor is not homogeneously mixed, the reforming reaction occurs in the catalyst bed 180 and soon after the spontaneous fire occurs in the mixing chamber (110b) of the mixing chamber (110b) The temperature can rise rapidly.

이러한 자발화 현상은 반응물의 비균일 혼합에 의하여 발생한다. 즉, 액체연료가 충분히 기화된 후, 공기 및/또는 수증기와 균질하게 혼합되는 경우에는 일어나지 않는다. 액체연료는 앞서 설명한 구조에 의하여 충분히 기화된 상태이므로, 기화된 액체연료가 공기 및/또는 수증기와 균질하게 혼합되도록 한다면 자발화 현상이 방지될 수 있다.This spontaneous phenomenon is caused by non-uniform mixing of the reactants. That is, it does not occur when the liquid fuel is sufficiently vaporized and then mixed homogeneously with air and / or water vapor. Since the liquid fuel is sufficiently vaporized by the above-described structure, spontaneous ignition may be prevented if the vaporized liquid fuel is homogeneously mixed with air and / or water vapor.

이를 위하여, 반응기(110)의 측면에는 공기 및/또는 수증기가 공급되는 유입홀(160)이 형성된다. 상기 구조에 의하면, 공기 및/또는 수증기의 유입 방향은 기화된 액체연료의 유동 방향과 교차(실질적으로 수직)하므로, 공기 및/또는 수증기는 기화된 액체연료와 난류를 발생하며 혼합될 수 있다. 따라서, 반응물의 보다 균질한 혼합이 기대될 수 있으며, 그에 따라 자발화 현상의 발생이 방지될 수 있다.To this end, an inlet hole 160 through which air and / or water vapor is supplied is formed at the side of the reactor 110. According to the above structure, since the inflow direction of the air and / or water vapor crosses (substantially perpendicular) to the flow direction of the vaporized liquid fuel, the air and / or water vapor may be mixed with the vaporized liquid fuel to generate turbulence. Therefore, more homogeneous mixing of the reactants can be expected, whereby the occurrence of spontaneous phenomena can be prevented.

도 5의 촉매 반응 시간에 따른 촉매베드(180) 후단 및 혼합챔버(110b)의 온도를 보인 그래프에서 볼 수 있듯이, 촉매베드(180)에서 개질 반응이 일어난 후에 혼합챔버(110b)의 온도가 급격하게 상승되지 않아 혼합챔버(110b)에 자발화가 일어나지 않음을 확인할 수 있다. 따라서, 촉매베드(180)에 물리적 손상이 일어나지 않음을 예상할 수 있으며, 반응물이 균질하게 혼합되었음을 도출할 수 있다.As shown in the graph showing the rear end of the catalyst bed 180 and the temperature of the mixing chamber 110b according to the catalyst reaction time of FIG. 5, the temperature of the mixing chamber 110b suddenly increases after the reforming reaction occurs in the catalyst bed 180. It may be confirmed that spontaneous combustion does not occur in the mixing chamber 110b because it is not raised. Therefore, it can be expected that no physical damage occurs to the catalyst bed 180, and it can be derived that the reactants are homogeneously mixed.

반응기(110)의 외주면에는 공기 및/또는 수증기가 공급되는 유로를 형성하는 사이드 재킷(side jacket, 170)이 구비될 수 있다. 본 도면에서는, 사이드 재킷(170)이 반응기(110)의 외주면을 감싸도록 형성된 것을 보이고 있다. 유입홀(160)은 사이드 재킷(170) 내에 복수 개로 구비되어, 반응기(110)의 외주면을 따라 각각 형성될 수 있다. 상기 구조에 의하면, 공기 및/또는 수증기가 균일하게 반응기(110) 내부로 유입되므로, 기화된 액체연료와의 보다 균질한 혼합이 기대될 수 있다.The outer circumferential surface of the reactor 110 may be provided with a side jacket 170 forming a flow path through which air and / or water vapor is supplied. In this figure, it is shown that the side jacket 170 is formed to surround the outer peripheral surface of the reactor (110). The inlet hole 160 may be provided in plural in the side jacket 170 and may be formed along the outer circumferential surface of the reactor 110, respectively. According to the above structure, since air and / or water vapor is uniformly introduced into the reactor 110, a more homogeneous mixing with the vaporized liquid fuel can be expected.

도 6은 본 발명과 관련된 액체연료를 이용하는 연료개질기(200)의 다른 일 예를 보인 개념도이다.6 is a conceptual diagram illustrating another example of a fuel reformer 200 using liquid fuel according to the present invention.

도 6을 참조하면, 반응기(210)의 후단에는 촉매베드(280)가 설치되어, 혼합된 액체연료와 공기 및/또는 수증기를 이용하여 수소가 포함된 개질가스를 생성하도록 형성된다. 개질 반응시 촉매베드(280)는 고온을 유지한다. 이때, 촉매는 단열재(290)에 의하여 감싸져, 촉매로부터의 열전달을 감소시키도록 구성될 수도 있다.Referring to FIG. 6, a catalyst bed 280 is installed at a rear end of the reactor 210 to form a reformed gas containing hydrogen using a mixed liquid fuel and air and / or water vapor. The catalyst bed 280 maintains a high temperature during the reforming reaction. At this time, the catalyst may be wrapped by the heat insulator 290, so as to reduce the heat transfer from the catalyst.

반응기(210)는 촉매베드(280)로부터의 열전달에 의하여 히팅될 수 있다. 이러한 히팅열을 액체연료의 기화에 이용하기 위하여, 배관(212a)과 연결되는 연결배관(212b)은 내부에 촉매베드(280)가 설치되는 반응기(210)를 감싸도록 구성될 수 있다. 상기 구조에 의하면, 액체연료는 배관(212a)으로 공급되기 전에 촉매베드(280)로부터 발생되는 열을 흡수하도록 이루어지는바, 액체연료가 미리 히팅되어 보다 효율적, 경제적으로 액체연료를 기화시킬 수 있다.Reactor 210 may be heated by heat transfer from catalyst bed 280. In order to use this heating heat for vaporization of the liquid fuel, the connection pipe 212b connected to the pipe 212a may be configured to surround the reactor 210 in which the catalyst bed 280 is installed. According to the above structure, the liquid fuel is made to absorb heat generated from the catalyst bed 280 before being supplied to the pipe 212a. The liquid fuel is preheated to vaporize the liquid fuel more efficiently and economically.

이상에서 설명한 액체연료를 이용하는 연료개질기는 위에서 설명된 실시예들의 방법과 구성에 한정되지 않는다. 본 발명은 기술사상이 보호되는 범위 이내에서 다양하게 응용될 수 있다.The fuel reformer using the liquid fuel described above is not limited to the method and configuration of the embodiments described above. The present invention can be applied variously within a range in which technical ideas are protected.

Claims (14)

탄화수소 계열의 액체연료가 공급되는 배관을 구비하는 반응기;
상기 배관을 통하여 유입되는 상기 액체연료를 기화시키도록 형성되는 다공성 매질;
상기 다공성 매질 상에 배치되고, 상기 액체연료를 분산시켜 상기 다공성 매질에 공급하도록 형성되는 연료분산기; 및
공기와 수증기 중 적어도 하나가 상기 반응기의 측면으로 공급되어 상기 다공성 매질을 통과하여 기화된 상기 액체연료와 혼합될 수 있도록, 상기 반응기의 측면에 형성되는 유입홀을 포함하며,
상기 공기와 수증기 중 적어도 하나는 기화된 상기 액체연료와 난류를 발생하며 혼합될 수 있도록, 상기 공기와 수증기 중 적어도 하나의 유입 방향은 기화된 상기 액체연료의 유동 방향과 교차하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액체연료를 이용하는 연료개질기.
A reactor having a pipe for supplying a hydrocarbon-based liquid fuel;
A porous medium formed to vaporize the liquid fuel flowing through the pipe;
A fuel disperser disposed on the porous medium and formed to disperse the liquid fuel to supply the porous medium; And
And an inlet hole formed in the side of the reactor such that at least one of air and water vapor is supplied to the side of the reactor to be mixed with the liquid fuel vaporized through the porous medium,
At least one of the air and water vapor is formed so as to intersect the flow direction of the vaporized liquid fuel so that at least one of the air and water vapor can be mixed while generating turbulent flow with the vaporized liquid fuel. A fuel reformer using liquid fuel.
제1항에 있어서,
상기 연료분산기는,
상기 액체연료가 부딪혀 분산될 수 있도록, 상기 다공성 매질의 적어도 일부를 덮도록 형성되는 가림부; 및
분산된 상기 액체연료가 상기 다공성 매질로 유입될 수 있도록, 상기 가림부의 주변에 형성되는 복수의 홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체연료를 이용하는 연료개질기.
The method of claim 1,
The fuel disperser,
A shielding portion formed to cover at least a portion of the porous medium so that the liquid fuel may collide with and be dispersed; And
A fuel reformer using a liquid fuel, characterized in that it comprises a plurality of holes formed in the periphery of the screen so that the dispersed liquid fuel flows into the porous medium.
제2항에 있어서,
상기 가림부는 상기 배관과 마주보는 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 액체연료를 이용하는 연료개질기.
The method of claim 2,
The shielding part is a fuel reformer using a liquid fuel, characterized in that formed in the portion facing the pipe.
제3항에 있어서,
상기 액체연료의 분산도가 향상될 수 있도록, 상기 복수의 홀의 크기는 상기 가림부에 가까워질수록 작아지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액체연료를 이용하는 연료개질기.
The method of claim 3,
To improve the dispersion of the liquid fuel, the fuel reformer using a liquid fuel, characterized in that the size of the plurality of holes is formed so as to get closer to the blind portion.
제2항에 있어서,
상기 가림부에는 상기 액체연료의 적어도 일부를 통과시키는 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 액체연료를 이용하는 연료개질기.
The method of claim 2,
The screening unit is a fuel reformer using a liquid fuel, characterized in that the through-holes for passing at least a portion of the liquid fuel is formed.
제2항에 있어서,
상기 연료분산기는,
가장자리 부분에서 돌출되게 형성되고, 상기 반응기의 상단 내측벽에 지지되어 상기 가림부와 상기 배관 사이에 소정 간극을 형성하도록 구성되는 턱(raised spot)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체연료를 이용하는 연료개질기.
The method of claim 2,
The fuel disperser,
It is formed to protrude from the edge portion, the fuel using a liquid fuel characterized in that it further comprises a raised spot which is supported on the upper inner wall of the reactor and configured to form a predetermined gap between the blind portion and the pipe; Reformer.
제1항에 있어서,
상기 연료분산기에는 상기 액체연료를 통과시키는 복수의 구멍이 형성되며,
상기 액체연료의 분산도가 향상될 수 있도록, 상기 복수의 구멍의 크기는 상기 배관과 마주보는 부분에서 멀어질수록 커지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 액체연료를 이용하는 연료개질기.
The method of claim 1,
The fuel disperser is formed with a plurality of holes for passing the liquid fuel,
To improve the dispersion of the liquid fuel, the fuel reformer using a liquid fuel, characterized in that the size of the plurality of holes are formed so as to be farther away from the portion facing the pipe.
제1항에 있어서,
상기 다공성 매질은 기공률이 35 내지 65%이고 입자 사이즈가 20 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 액체연료를 이용하는 연료개질기.
The method of claim 1,
The porous medium is a fuel reformer using a liquid fuel, characterized in that the porosity is 35 to 65% and the particle size is 20 to 300㎛.
제1항에 있어서,
상기 다공성 매질을 가열시키도록, 상기 다공성 매질을 감싸도록 형성되는 전기히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체연료를 이용하는 연료개질기.
The method of claim 1,
A fuel reformer using a liquid fuel, characterized in that it further comprises an electric heater formed to surround the porous medium to heat the porous medium.
제1항에 있어서,
상기 반응기의 내측벽에 형성되는 홈에 삽입되고, 상기 다공성 매질의 배면을 덮어 지지하도록 구성되는 스냅링을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체연료를 이용하는 연료개질기.
The method of claim 1,
And a snap ring inserted into a groove formed in the inner wall of the reactor, the snap ring being configured to cover the rear surface of the porous medium.
삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 반응기의 외주면을 감싸도록 형성되고, 상기 공기와 수증기 중 적어도 하나가 공급되는 유로를 형성하는 사이드 재킷을 더 포함하며,
상기 유입홀은 상기 사이드 재킷 내에 복수 개로 구비되어, 상기 반응기의 외주면을 따라 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 액체연료를 이용하는 연료개질기.
The method of claim 1,
It is formed to surround the outer peripheral surface of the reactor, and further comprises a side jacket for forming a flow path for supplying at least one of the air and water vapor,
The inlet hole is provided with a plurality in the side jacket, the fuel reformer using a liquid fuel, characterized in that each formed along the outer peripheral surface of the reactor.
제1항에 있어서,
상기 반응기의 후단에 설치되어, 혼합된 상기 액체연료와 상기 공기와 수증기 중 적어도 하나를 이용하여 수소를 생성하도록 형성되는 촉매베드; 및
내부에 상기 촉매베드가 설치되는 상기 반응기를 감싸도록 구성되고, 상기 배관과 연결되어 상기 배관으로 공급되는 상기 액체연료가 상기 촉매베드로부터 발생되는 열을 흡수하도록 형성되는 연결배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액체연료를 이용하는 연료개질기.
The method of claim 1,
A catalyst bed installed at a rear end of the reactor, the catalyst bed being configured to generate hydrogen using at least one of the mixed liquid fuel, the air and water vapor; And
It is configured to surround the reactor in which the catalyst bed is installed, characterized in that it further comprises a connection pipe is connected to the pipe is formed so that the liquid fuel supplied to the pipe absorbs the heat generated from the catalyst bed Fuel reformers using liquid fuel.
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