KR101360586B1 - 화염 조절이 용이한 연료변환기용 다중관 버너 및 이를 이용한 연료변환기 - Google Patents

화염 조절이 용이한 연료변환기용 다중관 버너 및 이를 이용한 연료변환기 Download PDF

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Abstract

화염 조절이 용이하여, 연료변환기의 각 단위 반응기, 특히 고온 개질부 내부 촉매의 활성화 구간 조절이 용이한 연료변환기용 다중관 버너 및 이를 이용한 연료변환기에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 연료변환기용 다중관 버너는 연료변환기 내에 배치되어, 연료변환에 요구되는 열을 상기 연료변환기에 제공하는 버너로서, 상기 버너는 화염 발생 높이가 상이한 다중관 버너 형태로 형성되어, 연료변환기 내부에서 화염 길이를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.

Description

화염 조절이 용이한 연료변환기용 다중관 버너 및 이를 이용한 연료변환기 {MULTI-TUBE BURNER FOR FUEL REFORMER AND FUEL REFORMER USING THE SAME}
본 발명은 연료전지 시스템 등에 포함되는 연료변환기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다중관 구조를 통하여 화염 조절이 용이한 연료변환기용 다중관 버너 및 이를 이용한 연료변환기에 관한 것이다.
예를 들어, 연료전지 시스템에 있어서, 스택에 수소를 공급하기 위한 연료변환기는 천연가스(NG)와 같은 탄화수소계(hydrocarbon) 연료를 수소(H2)로 변환(reforming)한다.
이를 위하여, 연료변환기는 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, 연료변환기가 정상적으로 구동하기 위해서는 연료변환기에 포함되는 각 단위 반응기의 온도가 각 부분에 포함되는 촉매의 활성 온도에 맞추어져야 한다.
연료변환기에 포함되는 각 단위 반응기의 온도를 맞추기 위해, 연료변환기 내부에는 버너가 포함된다. 버너에서는 연료와 산소가 반응하면서 고온개질부에 포함되는 촉매의 활성 온도를 갖는 열을 제공한다.
한편, 각 단위 반응기, 특히 고온개질부 내부의 촉매 내구성이 저하되어 촉매의 활성이 약해지거나, 전기생산량 변화가 필요할 경우, 촉매의 활성화 구간을 변화시킬 필요성이 있다. 예를 들어, 고온개질부 내부의 촉매 내구성이 저하될 경우, 활성화 가능한 구간에만 열전달되는 것이 바람직하다. 또한, 전기생산량을 높일 필요가 있는 경우 촉매의 활성화 구간을 길게 하고, 반대로 전기생산량을 낮출 필요가 있는 경우 촉매의 활성화 구간을 짤게 할 필요성이 있다.
그러나, 종래의 연료변환기용 버너의 경우, 도 2에 도시된 예와 같이 일정한 위치에서 화염이 발생하므로, 촉매의 활성화 구간 조절이 어려웠다.
본 발명에 관련된 배경기술로는, 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0019788호(2012.03.07. 공개)에 개시된 구동 효율을 향상시킬 ㅅ 있는 연료전지용 연료변환기의 물 공급 방법 및 그 장치가 있다.
본 발명의 하나의 목적은 화염 조절이 용이하여 연료변환기의 각 단위 반응기, 특히 고온개질부 내 촉매 활성화 구간을 조절할 수 있는 연료변환기용 다중관 버너를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기의 다중관 버너를 이용한 원통형의 연료변환기를 제공하는 것이다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료변환기용 다중관 버너는 연료변환기 내에 배치되어, 연료변환에 요구되는 열을 상기 연료변환기에 제공하는 버너로서, 상기 버너는 화염 발생 높이가 상이한 다중관 버너 형태로 형성되어, 연료변환기 내부에서 화염 길이를 조절할 수 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 연료변환기는 탄화수소계 연료를 수소로 변환하는, 연료전지 시스템용 연료변환기일 수 있다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료변환기용 다중관 버너는 연료변환기 내에 배치되어, 연료변환에 요구되는 열을 상기 연료변환기에 제공하는 버너로서, 상기 버너는 연료 및 산소 함유 기체를 공급받는 몸체; 상기 몸체에 각각 결합되며, 직경 및 길이가 상이한 복수의 원통; 및 상기 몸체에 각각 결합되며, 상기 복수의 원통 각각의 내부에 공급된 연료와 산소를 반응시켜 화염이 발생되도록 하는 복수의 전극봉;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 복수의 원통은 내측에 위치한 원통의 길이가 외측에 위치한 원통의 길이보다 짧은 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 전극봉은 상기 복수의 원통 중 최내측에 위치한 원통 내부에 배치될 수 있다.
또한, 상기 연료변환기용 다중관 버너는 상기 몸체 내부 또는 외부에는 상기 연료 및 산소 함유 기체 중 하나 이상이 상기 복수의 원통 중 하나의 내부에 선택적으로 공급되도록 하기 위한 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 상기 다중관 버너는, 상기 복수의 전극봉 중 하나에 선택적으로 전원이 인가되도록 하기 위한 스위치를 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 연료변환기는 중앙으로부터 버너부, 고온 개질부, 제1열교환부, 제1단열부, CO변성부, 제2열교환부, 제2단열부 및 CO제거부가 순차적으로 형성되어 있는 원통형 구조를 가지되, 상기 버너부는 화염 발생 높이가 상이한 다중관 버너를 포함하여, 상기 다중관 버너에서 발생되는 화염의 길이에 따라 상기 고온 개질부 내부의 촉매 활성화 구간이 조절되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 연료변환기는, 상기 고온 개질부에서 상기 제1열교환부로부터 투입되는 탄화수소계 연료와 기화된 상태의 반응 물(Process H2O)이 상기 버너부에서 전달된 열에 의하여 촉매 반응하고, 상기 CO변성부에서 상기 고온 개질부에서 발생되는 CO와 잔류하는 반응 물이 촉매 반응하고, 상기 CO제거부에서 상기 CO변성부에서 잔류하는 CO와 산소가 촉매 반응할 수 있다.
또한, 상기 연료변환기는, 상기 CO변성부 하부에 CO변성부 하부 열교환부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 연료변환기는, 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 투입될 수 있다.
또한, 상기 연료변환기는, 상기 버너부 운전에 의해 생성되는 버너 폐가스가 배출되도록, 상기 제2열교환부 외측에 형성되는 버너 폐가스 배출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 연료변환기용 다중관 버너의 경우, 다양한 높이에서 화염 발생이 가능하여 연료변환기 내에서 화염 길이를 조절할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 다중관 버너를 포함하는 연료변환기의 경우, 연료변환기 내에 포함되는 각 단위 반응기, 특히 고온 개질부 내부의 촉매 내구성이 저하되어 촉매의 활성이 약해질 경우, 화염 길이 조절을 통하여 촉매 활성화 구간을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 다중관 버너를 포함하는 연료변환기의 경우, 전기생산량 변화가 필요할 경우, 즉 부하 변동 운전이 필요한 경우, 화염 길이 변경을 통하여 촉매 활성화 구간을 길게 혹은 짧게 조절함으로써 쉽게 전기생산량을 변화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 연료변환기의 예를 나타낸 것이다.
도 2는 종래의 연료변환기용 버너를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료변환기용 버너를 개략적으로 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 화염 조절이 용이한 연료변환기용 다중관 버너 및 이를 이용한 연료변환기에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 적용될 수 있는 연료변환기의 예를 나타낸 것으로, 연료전지 시스템용 연료변환기를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하면, 도시된 연료변환기는 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 갖는다.
버너부(101)는 연료와 산소가 산화 반응하여 열을 발생시켜, 고온 개질부(110)에서 이루어지는 고온 개질 반응에 필요한 대략 700℃ 정도의 온도를 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 온도에서 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.
도 1에 도시된 연료변환기의 경우, 원통형 구조로서, 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 대략 150 ~ 300℃ 정도의 온도에서 다음과 같은 촉매 반응하여, 고온 개질 반응에 의하여 불가피하게 발생하는 CO(일산화탄소)을 변성시킨다.
CO변성부 : CO + H2O → H2 +CO2
CO변성부(120)에서의 반응온도는 고온 개질부(110)의 결과물에 해당하는 가스들이 CO변성부(120) 하부에 형성되는 CO변성부 하부 열교환부(121)에서 액상의 물과 열교환함으로써 확보될 수 있다.
제2열교환부(142)는 CO변성부(120) 외측에 형성된다. 도 1에 도시된 예에서는 외부의 물이 제2열교환부(142)를 통하여 공급된다. 물론, 외부의 물은 도면에 도시되지 않은 제2열교환부(142)보다 외측의 다른 열교환부에 공급된 후 제2열교환부(142)에 공급될 수 있다.
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 예열될 수 있다.
CO제거부(130)는 제2단열부(152) 외측에 형성된다. CO제거부(130)에서는 CO 변성부(120)에서의 CO 변성 반응 후에 잔류하는 CO와 산소가 대략 100 ~ 150℃ 정도의 온도에서 다음과 같은 촉매 반응하여, CO의 농도를 ppm 단위로 낮춘다.
CO제거부 : CO + 1/2O2 → CO2
CO제거부(130)에서의 반응온도는 CO변성부(120)의 결과물에 해당하는 가스들이 인접한 제2열교환부(142)의 물과 열교환에 의하여 온도가 점차 하강함으로써 확보될 수 있다.
상기와 같이, 연료변환기 운전을 위해서는 버너부에서 고온개질부 등 단위 반응기에 적합한 온도(예를 들어 고온개질부의 경우 대략 700~750℃, CO변성부이 경우, 150~300℃, CO제거부의 경우 100~150℃)의 열을 제공하여야 각 단위 반응기에 포함된 촉매가 활성화될 수 있다.
그런데, 각 단위 반응기, 특히 고온 개질부 내부에 위치하는 촉매 중 일부 구간의 촉매 내구성이 저하되어 흡열 반응을 제대로 수행할 수 없는 경우, 내구성이 저하되지 않은 촉매, 즉 활성화가 가능한 나머지 구간에 위치하는 촉매만 활성화될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
이는 버너에서 생성되는 화염 길이에 따라 조절될 수 있다. 버너에서 생성되는 화염의 길이가 상대적으로 길 경우, 화염에 의한 직접적인 열전달 구간이 상대적으로 길게 되고, 반대로, 버너에서 생성되는 화염의 길이가 상대적으로 짧을 경우, 화염에 의한 직접적인 열전달 구간이 상대적으로 짧게 될 수 있다.
또한, 전기생산량 증대 또는 감소가 필요할 경우, 즉 부하 변동 운전을 필요로 할 경우에도 촉매 활성화 구간을 변화시킬 필요가 있다.
도 2는 종래의 연료변환기용 버너를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 종래의 연료변환기용 버너(200)는 몸체부(210)와, 몸체부에 결합되는 원통(210)과 연료와 산소의 반응을 통하여 화염을 발생시키기 위한 전극봉(240)을 포함한다. 몸체부(210)는 탄화수소 가스와 같은 연료를 공급하는 연료 공급부(220)와, 공기, 산소 등과 같은 산소 함유 기체를 공급하는 산소 함유 기체 공급부(230)와 연결된다. 몸체부(210) 내부 또는 외부에는 연료가 공급되거나 혹은 연료 공급이 중단되도록 하는 밸브(221)와 산소 함유 기체가 공급되거나 혹은 산소 함유 기체 공급을 중단하는 밸브(222)가 배치된다.
그러나, 도 2에 도시된 연료변환기용 버너(200)의 경우, 항상 일정한 위치(높이)에서 화염이 발생하게 되므로, 화염 길이를 조절하기 어렵다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료변환기용 버너를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 도시된 연료변환기용 버너(300)는 화염 발생 높이가 상이한 다중관 버너 형태로 형성되어 있다. 따라서, 도 3에 도시된 연료변환기용 버너(300)가 연료변환기 내부에 배치될 경우, 화염 발생 높이에 따라 상이한 길이의 화염을 제공할 수 있다. 화염 길이가 길 경우 화염에 의한 직접적인 열전달 구간을 길게 할 수 있고, 반대로, 화염 길이가 짧을 경우 화염에 의한 직접적인 열전달 구간을 짤게 할 수 있다.
이때, 연료변환기는 전술한 바와 같은 연료전지 시스템용 연료변환기, 즉 탄화수소계 연료를 수소로 변환하는 연료변환기일 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 연료변환기용 버너는 몸체(301), 복수의 원통(310), 복수의 전극봉(340)을 포함한다.
몸체(301)는 연료공급부(320) 및 산소 함유 기체 공급부(330)와 각각 연결되어 연료 및 공기, 산소와 같은 산소 함유 기체를 공급받는다.
복수의 원통(310)은 몸체(301)에 각각 결합된다. 복수의 원통(310)은 직경 및 길이가 상이하다. 도 3에서는 3중관 형태의 버너를 나타낸 것으로, 3개의 원통(310a, 310b, 310c)이 몸체(301)에 결합된 예를 나타내었다.
복수의 전극봉(340)은 몸체(310)에 각각 결합되며, 끝단에서 스파크를 발생시켜 상기 복수의 원통 각각의 내부에 공급된 연료와 산소를 반응시켜 화염이 발생되도록 한다.
도 3에서는 3개의 전극봉(340a, 340b, 340c)이 몸체(301)에 결합된 예를 나타내었다. 도 3에서 전극봉(340a)은 원통(310a) 내부에 공급된 연료와 산소 함유 기체를 반응시키기 위한 것이고, 전극봉(340b)은 원통(310b) 내부에 공급된 연료와 산소 함유 기체를 반응시키기 위한 것이며, 전극봉(340c)은 원통(310c) 내부에 공급된 연료와 산소 함유 기체를 반응시키기 위한 것이다.
여기서, 원통(310a) 내부라 함은 원통(310a)와 원통(310b) 사이를 의미하고, 원통(310b) 내부라 함은 원통(310b)와 원통(310c) 사이를 의미한다.
복수의 전극봉 각각은 전원공급부(미도시)와 연결된다. 이때, 본 발명에 따른 버너는 복수의 전극봉(340) 중 하나에 선택적으로 전원이 인가되도록 하기 위한 스위치(미도시)를 포함할 수 있다.
한편, 도 3에 도시된 예와 반대로, 내측에 위치한 원통의 길이가 외측에 위치한 원통의 길이보다 더 길 수도 있다. 다만, 이 경우, 복수의 전극봉이 원통과 원통 사이에 위치하여야 하며, 외곽에 위치하는 원통의 경우 전극봉이 1개만 있을 경우 화염이 한쪽으로 치우칠 수 있다.
따라서, 복수의 원통은 도 3에 도시된 예와 같이 내측에 위치한 원통의 길이가 외측에 위치한 원통의 길이보다 짧은 것이 바람직하다. 이 경우, 복수의 전극봉(340) 각각은 복수의 원통 중 최내측에 위치한 원통(도 3의 310c) 내부에 배치될 수 있으며, 결국 모든 전극봉이 복수의 원통 각각의 대략적인 중심에 위치하여 각각의 원통 전체적으로 균일한 화염을 발생시킬 수 있다.
본 발명에 따른 연료변환기용 다중관 버너(300)는 연료변환기 사용시에 연료 및 산소 함유 기체를 공급하고, 미사용시에 연료 및 산소 함유 기체의 공급을 차단하는 밸브(321, 331)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 연료변환기용 다중관 버너(300)는 몸체(301) 내부 또는 외부에 배치되며, 연료 및 산소 함유 기체 중 하나 이상이 복수의 원통 중 정해진 원통 내부에 공급되도록 하기 위한 밸브(322, 323, 324, 332, 333, 334)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 전극봉(340a)에 전원이 공급되는 경우, 연료 공급을 위하여 1개의 밸브(322)를 개방하고, 산소 함유 기체의 공급을 위하여 1개의 밸브(332)를 개방할 수 있다. 또한, 전극봉(340b)에 전원이 공급되는 경우, 연료 공급을 위하여 1개의 밸브(323)를 개방하고, 산소 함유 기체의 공급을 위하여 1개의 밸브(333)를 개방할 수 있다. 또한, 전극봉(340c)에 전원이 공급되는 경우, 연료 공급을 위하여 1개의 밸브(324)를 개방하고, 산소 함유 기체의 공급을 위하여 1개의 밸브(334)를 개방할 수 있다.
도 3에 도시된 예에서, 전극봉(340c)를 이용하여 화염을 발생시키는 경우, 연료변환기 내 정해진 공간 내에서 화염의 길이를 가장 길게 할 수 있으며, 전극봉(340a)를 이용하여 화염을 발생시키는 경우, 연료변환기 내 정해진 공간 내에서 화염의 길이를 가장 짧게 할 수 있다.
즉, 전극봉의 길이에 따라서, 화염이 존재하는 영역이 달라지게 되고, 이에 따라 연료변환기 내 각 단위 반응기, 특히 고온개질부 내부의 촉매에 열전달되는 부분이 달라질 수 있어 촉매의 활성화 영역의 조절이 가능하다.
따라서, 본 발명에 따른 연료변환기용 다중관 버너는 연료 변환기의 운전 부하 변동이 필요하거나, 촉매의 활성이 저하되어 일부분의 활성화될 수 있는 촉매만을 활성화시키고자 하는 경우 등에 유용하게 활용할 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 151 : 제1단열부
152 : 제2단열부 160 : 버너 폐가스부
200 : 버너 201 : 몸체
210 : 원통 220 : 연료 공급부
221 : 연료공급 밸브 230 : 산소 함유 기체 공급부
231 : 공기공급 밸브 240 : 전극봉
300 : 버너 301 : 몸체
310, 310a, 310b, 310c: 원통 320 : 연료 공급부
321, 322, 323 : 연료공급 밸브 330 : 산소 함유 기체 공급부
331, 332, 333 : 공기공급 밸브 340, 340a, 340b, 340c : 전극봉

Claims (17)

  1. 연료변환기 내에 배치되어, 연료변환에 요구되는 열을 상기 연료변환기에 제공하는 버너로서,
    상기 버너는 화염 발생 높이가 상이한 다중관 버너 형태로 형성되어, 연료변환기 내부에서 화염 길이를 조절할 수 있는 것을 특징으로 하는 연료변환기용 다중관 버너.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료변환기는
    탄화수소계 연료를 수소로 변환하는, 연료전지 시스템용 연료변환기인 것을 특징으로 하는 연료변환기용 다중관 버너.
  3. 연료변환기 내에 배치되어, 연료변환에 요구되는 열을 상기 연료변환기에 제공하는 버너로서,
    상기 버너는
    연료 및 산소 함유 기체를 공급받는 몸체;
    상기 몸체에 각각 결합되며, 직경 및 길이가 상이한 복수의 원통; 및
    상기 몸체에 각각 결합되며, 상기 복수의 원통 각각의 내부에 공급된 연료와 산소를 반응시켜 화염이 발생되도록 하는 복수의 전극봉;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료변환기용 다중관 버너.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 원통은
    내측에 위치한 원통의 길이가 외측에 위치한 원통의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 연료변환기용 다중관 버너.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 전극봉은
    상기 복수의 원통 중 최내측에 위치한 원통 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료변환기용 다중관 버너.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 연료변환기용 다중관 버너는
    상기 몸체 내부 또는 외부에는 상기 연료 및 산소 함유 기체 중 하나 이상이 상기 복수의 원통 중 하나의 내부에 선택적으로 공급되도록 하기 위한 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료변환기용 다중관 버너.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 연료변환기용 다중관 버너는,
    상기 복수의 전극봉 중 하나에 선택적으로 전원이 인가되도록 하기 위한 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료변환기용 다중관 버너.
  8. 중앙으로부터 버너부, 고온 개질부, 제1열교환부, 제1단열부, CO변성부, 제2열교환부, 제2단열부 및 CO제거부가 순차적으로 형성되어 있는 원통형 구조를 가지되,
    상기 버너부는 화염 발생 높이가 상이한 다중관 버너를 포함하여, 상기 다중관 버너에서 발생되는 화염의 길이에 따라 상기 고온 개질부 내부의 촉매 활성화 구간이 조절되는 것을 특징으로 하는 연료변환기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 다중관 버너는
    연료 및 산소 함유 기체를 공급받는 몸체와,
    상기 몸체에 각각 결합되며, 직경 및 길이가 상이한 복수의 원통과,
    상기 몸체에 각각 결합되며, 상기 복수의 원통 각각의 내부에 공급된 연료와 산소를 반응시켜 화염이 발생되도록 하는 복수의 전극봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료변환기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 원통은, 내측에 위치한 원통의 길이가 외측에 위치한 원통의 길이보다 짧은 것을 특징으로 하는 연료변환기.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 전극봉은, 상기 복수의 원통 중 최내측에 위치한 원통 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 연료변환기.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 다중관 버너는, 상기 몸체 내부 또는 외부에는 상기 연료 및 산소 함유 기체 중 하나 이상이 상기 복수의 원통 중 하나의 내부에 선택적으로 공급되도록 하기 위한 밸브가 포함되는 것을 특징으로 하는 연료변환기.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 다중관 버너는, 상기 복수의 전극봉 중 하나에 선택적으로 전원이 인가되도록 하기 위한 스위치가 포함되는 것을 특징으로 하는 연료변환기.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 연료변환기는,
    상기 고온 개질부에서 상기 제1열교환부로부터 투입되는 탄화수소계 연료와 기화된 상태의 반응 물(Process H2O)이 상기 버너부에서 전달된 열에 의하여 촉매 반응하고,
    상기 CO변성부에서 상기 고온 개질부에서 발생되는 CO와 잔류하는 반응 물이 촉매 반응하고,
    상기 CO제거부에서 상기 CO변성부에서 잔류하는 CO와 산소가 촉매 반응하는 것을 특징으로 하는 연료변환기.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 연료변환기는, 상기 CO변성부 하부에 CO변성부 하부 열교환부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연료변환기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 연료변환기는, 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 연료변환기.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 연료변환기는, 상기 버너부 운전에 의해 생성되는 버너 폐가스가 배출되도록, 상기 제2열교환부 외측에 형성되는 버너 폐가스 배출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료변환기.
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