KR101316042B1 - Integrated Reformer System for a Fuel Cell - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지용 통합형 개질기 시스템에 관한 것이다. 이는 천연가스와 수증기의 흡열반응에 의해 수소가 풍부한 개질가스를 생성하는 개질촉매부(20a) 및 이 개질촉매부에 반응열을 제공하는 연소가스를 유동시키는 연소촉매부(20b)를 구비한 연료전지용 통합형 개질기 시스템(20)에 있어서, 상기 개질촉매부(20a)를 상부면이 폐쇄된 원통형태로서 개질가스의 공급 및 배출관(21, 25)이 그 상부면에 배치되는 역U자 형태로 구성하고 상기 역U자 형태의 상부면과 측면의 상부측에 개질촉매(23)를 배치한 개질촉매관(22)을 구비하며, 또한 상기 연소촉매부(20b)가 상기 개질촉매부(20a)의 역U자 원통 형태의 내측면과 외측면에서 완전히 감싸 인접하도록 구성한다. 이에 따라, 개질촉매부의 온도저하를 효과적으로 방지하여 열효율을 극대화할 수 있는 등의 효과를 제공한다. The present invention relates to an integrated reformer system for a fuel cell. This is for a fuel cell having a reforming catalyst portion 20a for producing hydrogen-rich reformed gas by endothermic reaction between natural gas and water vapor, and a combustion catalyst portion 20b for flowing combustion gas for providing reaction heat to the reforming catalyst portion. In the integrated reformer system 20, the reforming catalyst unit 20a is formed in an inverted U-shape in which the upper and lower ends of the reforming gas supply and discharge pipes 21 and 25 are disposed on the upper surface thereof. The reforming catalyst tube 22 having the reforming catalyst 23 disposed on the upper surface and the upper side of the inverted U-shape, and the combustion catalyst unit 20b is the reverse of the reforming catalyst unit 20a. The inner and outer surfaces of the U-shaped cylindrical shape are completely wrapped to be adjacent to each other. Accordingly, by effectively preventing the temperature drop of the reforming catalyst unit provides an effect such as to maximize the thermal efficiency.

Description

연료전지용 통합형 개질기 시스템{Integrated Reformer System for a Fuel Cell}Integrated Reformer System for a Fuel Cell}

본 발명은 일반적으로 연료전지용 통합형 개질기 시스템에 관한 것으로서, 더 상세하게는 천연가스와 수증기의 흡열반응에 의해 수소가 풍부한 개질가스를 생성하는 개질촉매부 및 이 개질촉매부에 반응열을 제공하는 연소가스를 유동시키는 연소촉매부를 구비한 연료전지용 통합형 개질기 시스템에서, 개질촉매부를 가스입출구가 동일측에 배치되는 역U자 형태로 구성하고 또한 연소촉매부가 이 개질촉매부를 완전히 감싸도록 구성함으로써, 개질촉매부의 온도저하를 효과적으로 방지하여 열효율을 극대화할 수 있도록 한 새로운 연료전지용 통합형 개질기 시스템에 관한 것이다.The present invention relates generally to an integrated reformer system for a fuel cell, and more particularly, to a reforming catalyst unit for generating hydrogen-rich reformed gas by endothermic reaction of natural gas and steam, and a combustion gas providing reaction heat to the reforming catalyst unit. In an integrated reformer system for a fuel cell having a combustion catalyst for flowing a gas, the reforming catalyst is configured in an inverted U shape with the gas inlet and outlet arranged on the same side, and the combustion catalyst is configured to completely surround the reforming catalyst. The present invention relates to a new integrated reformer system for a fuel cell that effectively prevents temperature drop and maximizes thermal efficiency.

일반적으로, 연료전지는 연료의 연소(산화)반응을 이용하지 않고 수소와 산소의 전기화학적 반응을 이용하여 반응 전후의 에너지 차이를 전기에너지로 직접 변환하는 장치를 말한다. 연료전지는 연료극(anode)에 연료(수소가스나 탄화수소)를 공급하고 공기극(cathode)에 산소를 공급하여 전기에너지를 생산한다. 도 1에는 일반적인 소규모 발전용 수소 연료전지 시스템이 도시되어 있다.In general, a fuel cell refers to a device for directly converting an energy difference before and after the reaction into electrical energy using an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, without using a combustion (oxidation) reaction of the fuel. The fuel cell produces electric energy by supplying fuel (hydrogen gas or hydrocarbon) to the anode and supplying oxygen to the cathode. 1 illustrates a typical small scale hydrogen fuel cell system for power generation.

도 1을 참조하면, 일반적인 수소 연료전지 시스템은 연료 저장부(1), 연료 공급부(2), 연료전지 스택부(3), 공기 공급부(4) 및 전기에너지 출력부(5)를 구비할 수 있다. 연료 저장부(1)는 천연가스(LNG)와 같은 연료를 저장하고 공급하는 부분이며, 연료 공급부(2)는 연료 저장부(1)로부터 공급되는 천연가스와 물을 반응시켜 수소 가스를 생성시킨 후, 이 수소 가스를 공급하는 부분이다. 연료전지 스텍부(3)는 연료 공급부(2)로부터 공급된 수소 가스와 공기 공급부(4)로부터 공급되는 공기 속의 산소 가스를 이용하여, 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 생성하도록 연료극(31)와 공기극(32)을 구비하며, 연료전지 스택부(3)에 의해 생성된 전기에너지는 전기에너지 출력부(5)를 통해 외부로 출력될 수 있다. 이 외에 각부를 제어하는 제어부(미도시)가 구비될 수 있다.Referring to FIG. 1, a typical hydrogen fuel cell system may include a fuel storage unit 1, a fuel supply unit 2, a fuel cell stack unit 3, an air supply unit 4, and an electric energy output unit 5. have. The fuel storage unit 1 is a part for storing and supplying a fuel such as natural gas (LNG), and the fuel supply unit 2 generates hydrogen gas by reacting water and natural gas supplied from the fuel storage unit 1. This is a part for supplying this hydrogen gas. The fuel cell stack 3 uses the hydrogen gas supplied from the fuel supply unit 2 and the oxygen gas in the air supplied from the air supply unit 4 to generate electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. 31 and the cathode 32, the electrical energy generated by the fuel cell stack 3 may be output to the outside through the electrical energy output unit 5. In addition, a control unit (not shown) for controlling each unit may be provided.

개질기(reformer)는 연료 공급부(2) 내에 구비되는 주요 부품으로서, 개질반응을 통해 천연가스와 같은 연료로부터 수소를 생성하는 장치이다. 수소가 생성되는 반응은 개질촉매에 의하여 이루어지며 흡열반응이기 때문에 외부로부터 반응열이 공급되어야만 한다. 반응열은 개질기 내에 버너/연소촉매 등의 열공급원을 두어 공급한다.The reformer is a main part provided in the fuel supply unit 2 and is a device for generating hydrogen from fuel such as natural gas through reforming reaction. The reaction of generating hydrogen is carried out by a reforming catalyst and is endothermic, so the heat of reaction must be supplied from the outside. The heat of reaction is supplied by placing a heat source such as a burner / combustion catalyst in the reformer.

개질기의 열효율은 연료전지 전체의 효율에 영향을 미치는 주요한 인자이다. 따라서 개질기의 열효율을 극대화함으로써 연료전지의 에너지 효율을 높여야 한다는 기술적 요구가 있다.The reformer's thermal efficiency is a major factor affecting the efficiency of the fuel cell as a whole. Therefore, there is a technical demand to increase the energy efficiency of the fuel cell by maximizing the thermal efficiency of the reformer.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 보완하고 다양한 추가 장점을 제공하기 위하여 발명된 것이다. 본 발명은 천연가스와 수증기의 흡열반응에 의해 수소가 풍부한 개질가스를 생성하는 개질촉매부 및 이 개질촉매부에 반응열을 제공하는 연소가스를 유동시키는 연소촉매부를 구비한 연료전지용 통합형 개질기 시스템에서, 개질촉매부를 가스입출구가 동일측에 배치되는 역U자 형태로 구성하고 또한 연소촉매부가 이 개질촉매부를 모든 측면에서 완전히 감싸도록 구성함으로써, 개질촉매부의 온도저하를 효과적으로 방지하여 열효율을 극대화할 수 있도록 한 새로운 연료전지용 통합형 개질기 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been invented to supplement the problems of the prior art described above and to provide various additional advantages. The present invention provides an integrated reformer system for a fuel cell having a reforming catalyst unit for producing hydrogen-rich reformed gas by endothermic reaction between natural gas and water vapor, and a combustion catalyst unit for flowing a combustion gas providing reaction heat to the reforming catalyst unit. The reforming catalyst is formed in an inverted U-shape with the gas inlet and outlet arranged on the same side, and the combustion catalyst is configured to completely wrap the reforming catalyst at all sides, thereby effectively preventing the temperature drop of the reforming catalyst and maximizing thermal efficiency. It is an object to provide a new integrated reformer system for a fuel cell.

상기 목적들은 본 발명에 따라 제공되는 연료전지용 통합형 개질기 시스템에 의하여 달성된다.These objects are achieved by an integrated reformer system for a fuel cell provided according to the present invention.

본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 연료전지용 통합형 개질기 시스템은, 천연가스와 수증기의 흡열반응에 의해 수소가 풍부한 개질가스를 생성하는 개질촉매부 및 이 개질촉매부에 반응열을 제공하는 연소가스를 유동시키는 연소촉매부를 구비한 연료전지용 통합형 개질기 시스템에 있어서, 상기 개질촉매부를 상부면이 폐쇄된 원통형태로서 개질가스의 공급 및 배출관이 그 상부면에 배치되는 역U자 형태로 구성하고 상기 역U자 형태의 상부면과 측면의 상부측에 개질촉매를 배치한 개질촉매관을 구비하며, 또한 상기 연소촉매부가 상기 개질촉매부의 역U자 원통 형태의 내측면과 외측면에서 완전히 감싸 인접하도록 구성할 수 있다.An integrated reformer system for a fuel cell provided according to an aspect of the present invention includes a reforming catalyst for producing hydrogen-rich reformed gas by endothermic reaction between natural gas and water vapor and a combustion gas for providing heat of reaction to the reforming catalyst. In an integrated reformer system for a fuel cell having a combustion catalyst, the reforming catalyst is formed in an inverted U-shape in which a reformed gas supply and discharge pipe is disposed on an upper surface thereof in a cylindrical shape with a closed upper surface. A reforming catalyst tube including a reforming catalyst disposed on an upper surface of the upper surface and an upper surface of the side, and the combustion catalyst can be configured to be completely wrapped adjacent to the inner and outer surfaces of the reverse U-cylindrical shape of the reforming catalyst. have.

일 실시예에 있어서, 상기 개질촉매부의 역U자 원통 형태의 내측면과 외측면에서 완전히 감싸 인접하도록 구성한 상기 연소촉매부에 공급되는 연소가스는, 먼저 상기 개질촉매부의 연U자 원통 형태의 내측면 쪽의 하부측으로부터 공급되어 가열원에 의해 가열된 후에, 상기 개질촉매부의 연U자 원통 형태의 내측면의 상부측에 배출되고, 이후 상기 개질촉매부의 연U자 원통 형태의 내측면을 따라 하강하고 나서 상기 개질촉매부의 연U자 원통 형태의 외측면을 따라 상승하는 유동 경로를 가지도록 구성될 수 있다.In one embodiment, the combustion gas supplied to the combustion catalyst portion configured to be completely wrapped adjacent to the inner side and the outer side of the inverted U-cylindrical form of the reforming catalyst portion, first the inner U-cylindrical form of the soft U-cylindrical portion of the reforming catalyst portion After being fed from the lower side of the side and heated by a heating source, it is discharged to the upper side of the inner surface of the soft U-cylindrical form of the reforming catalyst portion, and then along the inner surface of the soft U-cylindrical form of the reforming catalyst portion. It may be configured to have a flow path that descends and then rises along the outer surface of the soft U-cylindrical portion of the reforming catalyst portion.

다른 실시예에 있어서, 상기 연소촉매부의 연소가스 배출관은 상기 개질가스의 공급 및 배출관을 외부에서 감싸는 구조를 가질 수 있다.In another embodiment, the combustion gas discharge pipe of the combustion catalyst unit may have a structure that surrounds the supply and discharge pipe of the reformed gas from the outside.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 연소촉매부에 공급되는 연소가스는 연료전지 스택부에서 배출되는 배출가스(Off-Gas)인 것이 바람직하다.In another embodiment, the combustion gas supplied to the combustion catalyst unit is an off-gas discharged from the fuel cell stack unit.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 개질촉매부의 역U자 형태의 상부면과 측면의 상부측에 개질촉매(23)를 배치한 개질촉매관에는, 개질촉매를 가로질러 열을 전도함으로써 개질촉매에 열이 신속하게 전달되도록 하는 열전도부가 더 구비될 수 있다.In another embodiment, the reforming catalyst tube in which the reforming catalyst 23 is disposed on the upper surface of the reverse U-shape of the reforming catalyst portion and the upper side of the side surface of the reforming catalyst portion is heated to the reforming catalyst by conducting heat across the reforming catalyst. A heat conduction portion may be further provided to allow rapid delivery.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 개질촉매를 가로질러 열을 전도하는 열전도부는 메탈폼(metal form)에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.In another embodiment, the heat conduction portion for conducting heat across the reforming catalyst is preferably made of a metal form (metal form).

상술한 구성을 가지는 본 발명은, 천연가스와 수증기의 흡열반응에 의해 수소가 풍부한 개질가스를 생성하는 개질촉매부 및 이 개질촉매부에 반응열을 제공하는 연소가스를 유동시키는 연소촉매부를 구비한 연료전지용 통합형 개질기 시스템에서, 개질촉매부를 가스입출구가 동일측에 배치되는 역U자 형태로 구성하고 또한 연소촉매부가 이 개질촉매부를 모든 측면에서 완전히 감싸도록 구성함으로써, 개질촉매부의 온도저하를 효과적으로 방지하여 열효율을 극대화할 수 있는 등의 현저한 효과를 제공한다.The present invention having the above-described configuration includes a reforming catalyst for producing hydrogen-rich reformed gas by endothermic reaction between natural gas and steam, and a fuel having a combustion catalyst for flowing combustion gas for providing reaction heat to the reforming catalyst. In the integrated reformer system for batteries, the reforming catalyst is formed in an inverted U-shape in which the gas inlet and outlet are arranged on the same side, and the combustion catalyst is configured to completely wrap the reforming catalyst in all sides, thereby effectively preventing the temperature reduction of the reforming catalyst. It provides significant effects such as maximizing thermal efficiency.

도 1은 일반적인 수소 연료전지 시스템의 전체적인 구성을 보여주는 블록도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 통합형 개질기 시스템의 구성을 보여주는 개략적인 수직 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 실시예에서 연소촉매부와 개질촉매부 사이의 위치관계를 직관적으로 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지용 통합형 개질기 시스템의 구성을 보여주는 개략적인 부분 수직 단면도.1 is a block diagram showing the overall configuration of a typical hydrogen fuel cell system.
Figure 2 is a schematic vertical cross-sectional view showing the configuration of the integrated reformer system for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
3 is an intuitive view showing the positional relationship between the combustion catalyst and the reforming catalyst in the embodiment shown in FIG.
Figure 4 is a schematic partial vertical cross-sectional view showing the configuration of an integrated reformer system for a fuel cell according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적인 예를 들어 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings illustrating the present invention with a specific example as follows.

도 2 및 3에 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 통합형 개질기 시스템(20)의 구조가 개략적인 측단면도로서 도시되어 있다. 연료전지용 통합형 개질기 시스템(20)은 도 3에 직관적으로 도시된 바와 같이, 서로 구별되는 두 개의 유로를 가지는데 하나는 개질가스가 유동하는 개질촉매부(20a)이고, 다른 하나는 연소가스가 유동하는 연소촉매부(20b)이다. 개질촉매부(20a)는 천연가스와 수증기가 혼합된 상태의 개질가스가 공급된 후, 개질촉매(23)에서 흡열반응에 의해 수소가 풍부한 개질가스로서 개질한 후 배출하는 장치이다. 연소촉매부(20b)는 개질촉매부(20a)의 개질촉매(23)에서의 흡열반응에 필요한 반응열을 제공하는 장치이다.2 and 3, the structure of the integrated reformer system 20 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention is shown as a schematic side cross-sectional view. The integrated reformer system 20 for a fuel cell has two flow paths distinct from each other, as intuitively shown in FIG. 3, one of which is a reforming catalyst unit 20a through which reformed gas flows, and the other is a combustion gas flow. It is the combustion catalyst part 20b. The reforming catalyst unit 20a is a device for discharging the reformed gas as reformed gas rich in hydrogen by endothermic reaction in the reforming catalyst 23 after supplying the reformed gas mixed with natural gas and water vapor. The combustion catalyst unit 20b is a device that provides the heat of reaction necessary for the endothermic reaction of the reforming catalyst unit 20a in the reforming catalyst 23.

본 발명의 일 실시예에 따라 연료전지용 통합형 개질기 시스템(20)에서 개질촉매부(20a)가 연소촉매부(20b)에 의하여 완전히 감싸인 구조를 가진다.In the integrated reformer system 20 for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the reforming catalyst unit 20a has a structure completely enclosed by the combustion catalyst unit 20b.

개질촉매부(20a)는 개질가스가 유동하는 유로이며, 천연가스와 수증기로부터 수소를 생성하기 위한 개질촉매(23)를 구비한다.The reforming catalyst unit 20a is a flow path through which reformed gas flows, and includes a reforming catalyst 23 for generating hydrogen from natural gas and water vapor.

특히 본 발명에 따라 개질촉매부(20a)는 상부면이 폐쇄된 원통형태로서 역U자 형태를 가진다. 예컨대 천연가스와 수증기가 혼합된 형태일 수 있는 개질가스(A1)가 인입하는 개질가스 공급관(21)은 이 역U자 원통 형태의 상부면에 설치된다. 수소가스가 풍부한 상태로 변환된 개질가스(A2, A3)가 배출되는 개질가스 배출관(25)도 역시 이 역U자 원통 형태의 상부면에 설치되는데, 개질가스 배출관(25)은 개질가스 공급관(21)의 외부를 감싸는 형태로 배치될 수 있다.In particular, according to the present invention, the reforming catalyst unit 20a has an inverted U-shape as a cylindrical shape with a closed upper surface. For example, the reformed gas supply pipe 21 into which the reformed gas A1, which may be in the form of a mixture of natural gas and water vapor, is introduced to the upper surface of the inverted U-cylindrical form. The reformed gas discharge pipe 25 through which the reformed gas A2 and A3 converted to the hydrogen gas-rich state is also installed on the upper surface of the inverted U-cylindrical shape, and the reformed gas discharge pipe 25 is a reformed gas supply pipe ( It may be arranged in a form surrounding the outside of the 21).

개질가스는 개질가스 공급관(21)을 통해 개질촉매부(20a)로 들어온 후, 역U자 형태의 개질촉매부(20a)의 상부면과 측면의 상부측에 개질촉매관(22)을 통해 유동하면서, 개질촉매관(22) 내부에 배치된 개질촉매(23)를 통과하게 된다.After the reformed gas enters the reforming catalyst unit 20a through the reforming gas supply pipe 21, the reformed gas flows through the reforming catalyst tube 22 on the upper side and the upper side of the reforming catalyst unit 20a having an inverted U shape. While passing through the reforming catalyst 23 disposed inside the reforming catalyst tube 22.

개질촉매(23)는 천연가스와 수증기가 서로 반응하도록 함으로써 수소 가스가 생성되도록 한다. 이 반응은 흡열반응이기 때문에, 외부에서 열이 공급되지 않는 경우 개질촉매(23)는 온도가 급격히 하락할 수 있고, 충분히 높은 온도가 아닌 경우 개질 반응이 일어나지 않게 된다. 따라서 개질촉매(23)의 온도를 적정한 범위로 유지하는 것이 중요하다.The reforming catalyst 23 allows hydrogen gas to be produced by allowing natural gas and water vapor to react with each other. Since this reaction is an endothermic reaction, when heat is not supplied from the outside, the temperature of the reforming catalyst 23 may drop rapidly, and when the temperature is not sufficiently high, the reforming reaction does not occur. Therefore, it is important to keep the temperature of the reforming catalyst 23 in an appropriate range.

개질촉매관(22)을 통과한 개질가스(A2)는 수소가스가 풍부한 상태로 된 개질가스이다. 이후 개질가스는 개질촉매부(20a)의 역U자 원통 형태의 개질촉매관(22)의 하부와 외측면에 인접하여 역U자 원통 형태의 측면을 구성하는 개질가스 환류관(24)을 통과한 후, 상부면에 배치되어 있는 개질가스 배출관(25)을 통하여 배출될 수 있다. The reformed gas A2 passing through the reforming catalyst pipe 22 is a reformed gas that is rich in hydrogen gas. Thereafter, the reformed gas passes through the reformed gas reflux tube 24 which forms a side surface of the reverse U-cylinder form adjacent to the bottom and the outer surface of the reforming catalyst tube 22 of the inverted U-cylindrical form of the reforming catalyst unit 20a. After that, it may be discharged through the reformed gas discharge pipe 25 disposed on the upper surface.

연소촉매부(20b)는 연소가스가 유동하는 유로를 구성하며, 연소가스에 열을 공급하기 위하여 연소촉매 또는 버너와 같은 가열원(263)을 구비한다.The combustion catalyst 20b constitutes a flow path through which combustion gas flows, and includes a heating source 263 such as a combustion catalyst or a burner for supplying heat to the combustion gas.

특히 본 발명에 따라, 연소촉매부(20b)는 개질촉매부(20a)의 역U자 원통 형태의 내측면과 외측면에서 완전히 감싸 인접하도록 구성한다.In particular, according to the present invention, the combustion catalyst 20b is configured to be completely wrapped adjacent to the inner and outer surfaces of the reverse U-cylindrical shape of the reforming catalyst 20a.

즉, 연소촉매부(20b)에 공급되는 연소가스(B1)는, 먼저 개질촉매부(20a)의 연U자 원통 형태의 내측면 쪽의 하부측에 설치된 연소가스 공급관(261)을 통해 공급될 수 있다. That is, the combustion gas B1 supplied to the combustion catalyst 20b is first supplied through the combustion gas supply pipe 261 provided on the lower side of the inner side of the soft U-cylindrical shape of the reforming catalyst 20a. Can be.

연소가스 공급관(261)을 통해 공급되는 연소가스(B1)는 연료전지 스택부(3)에서 배출되는 배출가스(Off-Gas)일 수 있다. 연료전지 스택부(3)는 위에서 언급한 바와 같이, 산소와 수소의 반응에 의하여 전기에너지를 생성하며, 부수물로서 약 430℃ 정도의 고온의 가스를 배출할 수 있다. 이 고온의 배출가스(Off-Gas)를 개질기(20)에서 재사용함으로써 연료전지 시스템 전체의 열효율을 증가시킬 수 있다.The combustion gas B1 supplied through the combustion gas supply pipe 261 may be an off-gas discharged from the fuel cell stack 3. As mentioned above, the fuel cell stack 3 generates electrical energy by reacting oxygen and hydrogen, and may discharge a high temperature gas of about 430 ° C. as an accompaniment. By reusing this high temperature off-gas (Off-Gas) in the reformer 20, the thermal efficiency of the entire fuel cell system can be increased.

연소가스 공급관(261)으로부터 공급된 연소가스는, 예컨대 연소촉매 또는 버너와 같은 가열원(263)에 의해 가열될 수 있다. 이 가열원(263)은 연소가스가 유동하는 유로에 배치되며, 도시된 예에서 연소촉매로 된 가열원(263)이 배치된 연소촉매관(262)은 개질촉매부(20a)의 연U자 원통 형태의 내측면에 의하여 형성된 공간에 배치되어 있다.The combustion gas supplied from the combustion gas supply pipe 261 may be heated by a heating source 263 such as, for example, a combustion catalyst or a burner. The heating source 263 is disposed in a flow path through which the combustion gas flows, and in the illustrated example, the combustion catalyst tube 262 in which the heating source 263 of the combustion catalyst is disposed is a U-shaped element of the reforming catalyst unit 20a. It is arrange | positioned at the space formed by the inner side of cylindrical shape.

이 예에서와 같이, 가열원(263)에 의하여 가열된 연소가스는 개질촉매부(20a)의 역U자형태의 개질촉매관(22)의 측면측이 아니라 상부측, 즉 연소가스 고온부(264)에 배출될 수 있다. 개질촉매관(22)의 상부측에는 개질가스(A1)가 개질촉매(23)에 공급되기 시작하는 곳으로서, 실무적으로 가장 온도저하가 심하게 발생하는 지점이다. 이는 다시 말해서 이 부분이 가장 반응열을 크게 요구하는 지점이라는 의미일 수 있다. 따라서, 본 발명에 따르면, 가열원(263)에 의하여 가열된 직후여서 가장 높은 온도를 가지는 연소가스가 가장 반응열을 많이 필요로 하는 부분에 집중적으로 공급된다는 특징을 가진다.As in this example, the combustion gas heated by the heating source 263 is not the lateral side of the reforming catalyst tube 22 in the reverse U-shape of the reforming catalyst portion 20a, that is, the combustion gas hot portion 264. ) Can be discharged. The upper side of the reforming catalyst pipe 22 is a place where the reformed gas A1 begins to be supplied to the reforming catalyst 23, which is the point where the temperature drop occurs most severely in practice. In other words, this may mean that this is the point that requires the most heat of reaction. Therefore, according to the present invention, the combustion gas having the highest temperature immediately after being heated by the heating source 263 is intensively supplied to the portion that requires the most heat of reaction.

연소가스 고온부(264)로 배출된 고온의 연소가스는 화염부상효과 및/또는 복사열전달 효과 등에 의하여 개질촉매관(22)과 그 내부의 개질촉매(23)에 열교환을 통한 열전달 작용을 수행할 수 있다.The high temperature combustion gas discharged to the combustion gas high temperature unit 264 may perform heat transfer through the heat exchange to the reforming catalyst pipe 22 and the reforming catalyst 23 therein by the flame injury effect and / or the radiant heat transfer effect. have.

이후 연소가스는 개질촉매부(20a)의 연U자 원통 형태의 내측면을 따라 인접하게 설치되어 있는 연소가스 환류관(265)을 따라 하강하고, 이어서 개질촉매부(20a)의 연U자 원통 형태의 외측면을 따라 인접하게 설치되어 있는 연소가스 환류관(266)을 따라 상승하면서 개질촉매부(20a)에 열을 공급하게 된다.Thereafter, the combustion gas is lowered along the combustion gas reflux pipe 265 which is adjacently installed along the inner surface of the soft U-cylinder shape of the reforming catalyst unit 20a, and then the soft U-cylinder of the reforming catalyst unit 20a. The heat is supplied to the reforming catalyst unit 20a while ascending along the combustion gas reflux pipe 266 provided adjacent to the outer surface of the form.

이렇게 개질촉매부(20a)의 형태를 따라 감싸면서 인접하는 유동 경로를 따라 유동하는 연소가스(B2)는 연소가스 배출관(267)을 통해 배출되는데, 이때, 연소가스 배출관(267)은 개질가스의 공급 및 배출관(21, 25)을 외부에서 감싸는 구조를 가지는 것이 바람직하다. 이는 개질가스가 배출되는 때에도 연소가스에 의하여 보온이 유지되도록 하는 장점을 제공할 수 있다.
The combustion gas B2 flowing along the adjacent flow path while wrapping along the shape of the reforming catalyst unit 20a is discharged through the combustion gas discharge pipe 267, wherein the combustion gas discharge pipe 267 is formed of the reformed gas. It is preferable to have a structure for wrapping the supply and discharge pipes (21, 25) from the outside. This may provide the advantage that the warmth is maintained by the combustion gas even when the reformed gas is discharged.

도 4에 도시된 바를 참조하면, 연소가스의 열이 개질촉매(23)에 전달되기 용이하게 하기 위한 구조가 도시된다. 즉 본 발명에 따라 개질촉매부(20a)의 역U자 형태의 상부면과 측면의 상부측에 개질촉매(23)를 배치한 개질촉매관(22)에는, 개질촉매(23)를 가로질러 열을 전도함으로써 개질촉매(23)에 열이 신속하게 전달되도록 하는 열전도부(220)가 더 구비될 수 있다.Referring to FIG. 4, there is shown a structure for facilitating transfer of the heat of combustion gas to the reforming catalyst 23. That is, according to the present invention, the reforming catalyst tube 22 in which the reforming catalyst 23 is disposed on the upper surface of the reverse U-shape of the reforming catalyst portion 20a and the upper side of the side surface is opened across the reforming catalyst 23. By conducting the heat conduction unit 220 may be further provided so that heat is quickly transferred to the reforming catalyst (23).

이 열전도부(220)는 열전도율이 높은 금속재질로 제조되는 것이 바람직하며, 개질촉매(23)를 통과하는 개질가스의 유동을 방해하지 않는 구조를 가지는 것이 바람직하다. 그러므로 열전도부(220)는 금속재질로서 다공 구조를 갖는 메탈폼(metal form)에 의해 이루어지는 것이 바람직하다.The heat conductive part 220 is preferably made of a metal material having high thermal conductivity, and preferably has a structure that does not interfere with the flow of the reformed gas passing through the reforming catalyst 23. Therefore, the heat conduction unit 220 is preferably made of a metal form (metal form) having a porous structure as a metal material.

이상에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 명세서에서 설명된 여러 가지 특징을 참조하고 조합하여 다양하고 변형된 구성이 가능하다. 따라서 본 발명의 범위가 설명된 실시 예에만 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 함을 지적해둔다.In the above description, the present invention has been described through specific embodiments, but various modifications may be made to those skilled in the art by referring to and combining various features described herein. Therefore, it should be pointed out that the scope of the present invention is not limited to the described embodiments, but should be construed according to the appended claims.

20 : 개질기
20a : 개질촉매부
20b : 연소촉매부
21 : 개질가스 공급관
22 : 개질촉매관
220 : 메탈폼층
23 : 개질촉매
24 : 개질가스 환류관
25 : 개질가스 배출관
261 : 연소가스 공급관
262 : 연소촉매관
263 : 연소촉매
264 : 연소가스 고온부
265, 266 : 연소가스 환류관
267 : 연소가스 배출관20: reformer
20a: reforming catalyst part
20b: combustion catalyst
21: reforming gas supply pipe
22: reforming catalyst tube
220: metal foam layer
23: reforming catalyst
24: reforming gas reflux pipe
25: reformed gas discharge pipe
261: combustion gas supply pipe
262: combustion catalyst pipe
263: combustion catalyst
264: high temperature combustion gas
265, 266: combustion gas reflux tube
267: combustion gas discharge pipe

Claims (6)

천연가스와 수증기의 흡열반응에 의해 수소가 풍부한 개질가스를 생성하는 개질촉매부(20a) 및 이 개질촉매부에 반응열을 제공하는 연소가스를 유동시키는 연소촉매부(20b)를 구비한 연료전지용 통합형 개질기 시스템(20)에 있어서,
상기 개질촉매부(20a)를 상부면이 폐쇄된 원통형태로서 개질가스의 공급 및 배출관(21, 25)이 그 상부면에 배치되는 역U자 형태로 구성하고 상기 역U자 형태의 상부면과 측면의 상부측에 개질촉매(23)를 배치한 개질촉매관(22)을 구비하며, 또한 상기 연소촉매부(20b)가 상기 개질촉매부(20a)의 역U자 원통 형태의 내측면과 외측면에서 완전히 감싸 인접하도록 구성하고,
상기 개질촉매부(20a)의 역U자 원통 형태의 내측면과 외측면에서 완전히 감싸 인접하도록 구성한 상기 연소촉매부(20b)에 공급되는 연소가스는, 먼저 상기 개질촉매부(20a)의 연U자 원통 형태의 내측면 쪽의 하부측으로부터 공급되어 가열원(263)에 의해 가열된 후에, 상기 개질촉매부(20a)의 연U자 원통 형태의 내측면의 상부측에 배출되고, 이후 상기 개질촉매부(20a)의 연U자 원통 형태의 내측면을 따라 하강하고 나서 상기 개질촉매부(20a)의 연U자 원통 형태의 외측면을 따라 상승하는 유동 경로를 가지도록 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지용 통합형 개질기 시스템.Integrated type fuel cell having a reforming catalyst portion 20a for generating hydrogen-rich reformed gas by endothermic reaction between natural gas and water vapor, and a combustion catalyst portion 20b for flowing combustion gas providing reaction heat to the reforming catalyst portion. In the reformer system 20,
The reforming catalyst unit 20a is formed in an inverted U shape in which the upper surface is closed, and the supply and discharge pipes 21 and 25 of the reformed gas are disposed on the upper surface thereof. A reforming catalyst tube 22 having a reforming catalyst 23 disposed on an upper side of the side surface, and the combustion catalyst section 20b has an inverted U-cylindrical inner surface of the reforming catalyst section 20a and the like. So that they are completely enclosed on the sides and adjacent,
Combustion gas supplied to the combustion catalyst unit 20b configured to be completely enclosed by the inner and outer surfaces of the inverted U-cylindrical shape of the reforming catalyst unit 20a is first connected by the U of the reforming catalyst unit 20a. After being supplied from the lower side of the inner side of the magnetic cylinder form and heated by the heating source 263, it is discharged to the upper side of the inner side of the soft U-cylindrical form of the reforming catalyst portion 20a, and then the reforming A fuel characterized in that it is configured to have a flow path that descends along the inner surface of the soft U-cylindrical shape of the catalyst portion 20a and then rises along the outer surface of the soft U-cylindrical shape of the reforming catalyst portion 20a. Integrated reformer system for batteries. 삭제delete 청구항 1에 있어서, 상기 연소촉매부(20b)의 연소가스 배출관(267)은 상기 개질가스의 공급 및 배출관(21, 25)을 외부에서 감싸는 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 통합형 개질기 시스템.The integrated reformer system according to claim 1, wherein the combustion gas discharge pipe (267) of the combustion catalyst (20b) has a structure surrounding the supply and discharge pipes (21, 25) of the reformed gas from the outside. 청구항 1에 있어서, 상기 연소촉매부(20b)에 공급되는 연소가스는 연료전지 스택부(3)에서 배출되는 배출가스(Off-Gas)인 것을 특징으로 하는 연료전지용 통합형 개질기 시스템.The integrated reformer system according to claim 1, wherein the combustion gas supplied to the combustion catalyst (20b) is an off-gas emitted from the fuel cell stack (3). 청구항 1에 있어서, 상기 개질촉매부(20a)의 역U자 형태의 상부면과 측면의 상부측에 개질촉매(23)를 배치한 개질촉매관(22)에는, 개질촉매(23)를 가로질러 열을 전도함으로써 개질촉매(23)에 열이 신속하게 전달되도록 하는 열전도부(220)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 통합형 개질기 시스템.The reforming catalyst tube 22 according to claim 1, wherein the reforming catalyst tube 22 is disposed on the upper surface of the reverse U-shape and the upper surface of the side surface of the reforming catalyst unit 20a. Integrated reformer system for a fuel cell, characterized in that the heat conduction unit 220 is further provided so that heat is quickly transferred to the reforming catalyst (23) by conducting heat. 청구항 5에 있어서, 상기 개질촉매(23)를 가로질러 열을 전도하는 열전도부(220)는 메탈폼(metal form)에 의해 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지용 통합형 개질기 시스템.6. The integrated reformer system of claim 5, wherein the heat conducting portion 220 conducting heat across the reforming catalyst is made of metal form.
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CN113023674A (en) * 2019-12-24 2021-06-25 上海齐耀重工有限公司 Natural gas reformer and SOFC power generation system

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0199878A2 (en) 1985-04-25 1986-11-05 Westinghouse Electric Corporation Apparatus for hydrocarbon fuel processing
US7416570B2 (en) * 2003-02-14 2008-08-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Hydrogen generator and fuel cell power generation system

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0199878A2 (en) 1985-04-25 1986-11-05 Westinghouse Electric Corporation Apparatus for hydrocarbon fuel processing
US7416570B2 (en) * 2003-02-14 2008-08-26 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Hydrogen generator and fuel cell power generation system

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