KR101454252B1 - 버너 내장형 자열 개질기 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 시스템 및 이를 이용한 개질 방법 - Google Patents

버너 내장형 자열 개질기 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 시스템 및 이를 이용한 개질 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 버너 내장형 자열 개질기는 내부에서 개질반응이 일어나는 내부 몸체, 상기 내부 몸체로부터 일정거리 이격되어 상기 내부 몸체를 둘러싸는 내주면을 가지는 외부 몸체 및 상기 내부 몸체와 외부 몸체의 사이의 이격된 공간에 화염 및 연소에 따른 배기가스를 분사하는 버너를 포함하며, 별도의 예열장치를 구비하지 않고 상기 버너를 이용하여 개질반응이 일어나는 상기 내부 몸체로 유입되는 스팀 및 개질공기를 예열시키는 것을 특징으로 한다.

Description

버너 내장형 자열 개질기 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 시스템 및 이를 이용한 개질 방법 {An autothermal reformer burner inside, a solid oxide fuel cell system including it and a method of reforming using it}
본 발명은 버너 내장형 자열 개질기 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 시스템 및 이를 이용한 개질 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 개질기와 연소버너를 일체형으로 결합시켜 연소 버너의 높은 화염과 배기가스를 이용하여 별도의 예열장치를 거치지 않고 개질기를 직접 예열시키는 버너 내장형 자열 개질기 및 이를 포함하는 고체산화물 연료전지 시스템 및 이를 이용한 개질 방법에 관한 것이다.
연료전지의 기본 개념은 수소와 산소의 반응에 의하여 생성되는 전자를 이용하여 전기를 발생시키는 것이다. 보다 상세하게는, 물을 전기분해하면 전극에서 산소와 수소가 발생하는데, 연료전지는 물의 전기분해 역반응을 이용하는 것으로서 수소와 산소로부터 전기와 물을 만들어 내는 것이다. 연료극과 공기극에 각각 수소와 공기(산소)가 공급되어 전해질과 반응하여 이온을 형성한다. 이렇게 생성된 이온이 전기화학반응을 일으켜 물을 형성하는 과정에서 연료극에서 전자가 생성되어 공기극으로 이동하면서 결국 전기를 발생시키며, 부수적으로 열이 발생된다. 연료전지는 일반 화학전지(예, 건전지, 축전지 등)와 달리 수소와 산소가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있다.
한편, 탄화수소를 연료로 사용하는 연료전지를 고체산화물 연료전지라고 한다. 일례로 종래기술에 따른 고체산화물 연료전지에 대해 개략적으로 살펴보면 다음과 같다. 양측에 연료극과 공기극이 위치되고 이들 사이에 전해질이 마련되며 이들 연료극과 공기극으로 각각 공급된 수소와 산소에 의한 전기화학반응을 통해 전기를 생성시키는 스택과, 이 스택의 연료극으로 수소를 공급하기 위해 연료가스를 수소로 전환시키는 연료 개질기와, 상기 개질기 및 스팀발생기를 가열시키는 후연소기, 상기 공기극으로 공급되는 공기를 예열시키는 히터 및 상기 개질기로 스팀을 공급하기 위한 스팀발생기 등을 포함하여 구성된다.
한편, 여기서 연료 개질기(Fuel Reformer)라 함은 화석연료 등의 탄화수소 화합물로부터 수소를 생산하여 연소전지에 공급하는 장치를 말한다.
탄화수소 연료에서 수소를 개질하는 방법은 분해법(Decomposition), 수증기 개질법(Steam Reforming), 부분 산화법(Partial Oxidation), 그리고 자열 개질(Autothermal Reforming)법으로 나눌 수 있다.
먼저, 분해법의 경우 물이나 산소를 유입하지 않고 탄화수소에 열을 공급하여 수소와 탄소로 분해하는 반응으로 비교적 간단한 공정으로 순수한 수소를 얻을 수 있다는 장점이 있다. 그러나, 복잡한 구조를 가진 탄화수소를 분해할 경우 탄소와 수소 이외 반응 부산물이 생성되는 문제점이 있으며, 또한 반응기에 탄소가 계속 침적되어 촉매의 활성을 저하시키고 개질기 내의 가스 유로를 막는 단점이 있다.
그리고, 연료와 수증기를 반하는 방법인 수증기 개질법에서는 탄화수소에 포함된 탄소를 일산화탄소로 전환시키기 위한 산소를 물로부터 공급하는 동시에 물에 포함된 수소를 추가로 얻는 반응이 일어난다.
수증기 개질법은 단위 탄화수소에 포함된 수소보다 더 많은 양의 수소를 제조하므로 수소 제조 효율이 높다고 알려져 있다. 그러나 이러한 반응은 극심한 흡열반응으로 연료의 일부를 연소하여 반응열을 공급해야 하므로 높은 수소 제조효율의 일부를 상쇄한다. 또한 버너 등이 추가로 반응기에 부착되어야 하며, 반응기가 크고 복잡하여 대규모의 수소제조용 공정에 적용되지만, 기동시간이 길고 기동 특성이 나빠서 소형 개질기로는 적합하지 않은 문제점이 있다.
한편, 부분 산화법은 탄화수소에 포함된 탄소를 순수 산소 또는 공기에 포함된 산소를 이용하여 일산화탄소로 전환시키는 반응으로서, 촉매를 사용하는 촉매 부분산화반응과 무촉매 부분산화반응으로 구분된다. 무촉매 부분산화반응은 1l50~1400 ℃의 고온에서 진행되는 반면, 촉매 부분산화반응은 700~850℃의 비교적 낮은 온도에서 진행되어 고가 재질의 반응기를 사용하지 않아도 되는 장점이 있다.
이러한 반응은 매우 빠르고 약한 발열반응으로 반응열을 외부에서 공급할 필요가 없고, 반응기의 크기가 작으며, 기동 특성 및 응답특성이 우수한 장점이 있다.
그러나, 반응에 고온이 필요하며, 얻어진 수소의 순도가 낮아 수증기 개질법에 비하여 전체적인 에너지 효율이 상대적으로 낮은 문제점이 있다.
한편, 자열 개질법의 경우, 흡열반응인 수증기 개질 반응과 발열반응인 부분산화반응이 동일 촉매상에서 동시에 진행되어 반응열이 상호 상쇄되도록 하는 방법이다.
다음의 예는 메탄을 원료로 하는 각 반응을 나타낸 것으로 수증기 개질반응은 강한 흡열반응이고 부분산화반응이 약한 발열반응이므로 각각의 반응의 합이 열적으로 상호 상쇄되려면 수증기 개질 반응과 부분산화반응의 비가 1: 5.7 이 되어야 한다.
따라서, 자열 재질 반응에서 수증기 개질 반응의 정도를 늘리게 되면 증가된 흡열반응을 충족시킬 만큼의 반응열을 외부에서 공급해야 하므로 반응기가 복잡해지고 커지는 문제점이 발생하게 된다.
그리고, 자열 개질 반응에서 개질 효율을 높이기 위해서는 기동 과정뿐만 아니라, 정상 운전 과정에서도 개질공기 및 스팀을 예열이 요구되며, 이 또한 개질 반응기가 크고 복잡하게 되는 문제점이 발생된다. 이를 보다 상세히 살펴보면 다음과 같다.
자열 개질 반응에서 부분산화반응 정도를 늘리면 발열반응이라 쉽게 반응이 일어나나, 효율이 떨어지고 수증기 반응의 정도를 늘리면 외부에서 반응열을 공급해야 하므로 반응기가 복잡해지고 커지는 단점이 발생하게 된다. 따라서 자열 개질기에서 효율을 높이기 위해서는 개질공기 및 스팀의 예열 성능을 높이고 또한 기동 시간을 줄여야 한다
따라서, 자열 개질기에서는 초기 기동 시 개질기 온도를 가능한 빨리 상승시켜 기동시간을 줄일 필요가 있다. 즉, 연료전지를 처음 기동시키기 위해서는 연료전지의 발전원이 될 수 있는 연료 즉 메탄을 수소와 일산화탄소 등으로 개질시켜 주어야 하는데, 이를 위해서는 개질기를 일정 온도까지 승온시켜 주어야한다. 그 방법으로는 연료전지시스템 내부에 별도의 전기히터를 이용한 공기 예열 장치를 설치해서 예열된 공기를 개질기 주위로 보내 개질기를 예열시키는 방법을 고려하거나, 가스연소를 동해 예열공기를 만들어 개질기를 예열시키는 방법을 고려할 수 있다. 하지만 두 가지 경우 모두 간접가열 방식으로 예열에 많은 시간이 소요되고 예열장치의 부피가 커서 연료전지시스템 내부 공간을 많이 차지하여 시스템이 커지고 복잡해지는 문제점이 있다.
선행 문헌: 한국 공개특허공보 제10-2012-0122312호
본 발명은, 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 자열 개질기에 있어서 수증기 개질 반응의 정도를 높일 수 있도록 충분한 반응열을 제공하며, 효율 상승을 위하여 개질공기 및 스팀을 충분히 예열시키되, 별도로 가열장치 내지 예열장치를 두지 않고 개질기 내부에 버너를 통합하여 장치의 전체 구조를 단순화시키며, 개질 효율을 향상시키는 것을 그 목적으로 한다.
보다 상세하게는, 자열 개질기의 초기 기동 시 개질기와 기존 연료가스 연소 버너를 일체형으로 결합시켜 연소버너의 높은 화염과 배기가스로 별도의 예열장치를 거치지 않고 직접 개질기를 예열시키는 구조를 가지는 개질기를 제공하는 것을 그 목적으로 하며, 또한 스택온도가 올라가서 스택 정상 운전시에도 개질기에서의 효율을 높이기 위해 스택 출구에서 방출되는 미반응 가스(합성가스)들을 연소시키고 그열을 이용하여 자열 개질기로 유입되는 스팀 및 개질용 공기를 예열시키는 구조를 가지는 개질기를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 안출된 본 발명에 따른 버너 내장형 자열 개질기는 내부에서 개질반응이 일어나는 내부 몸체, 상기 내부 몸체로부터 일정거리 이격되어 상기 내부 몸체를 둘러싸는 내주면을 가지는 외부 몸체 및 상기 내부 몸체와 외부 몸체의 사이의 이격된 공간에 화염 및 연소에 따른 배기가스를 분사하는 버너를 포함하며, 별도의 예열장치를 구비하지 않고 상기 버너를 이용하여 개질반응이 일어나는 상기 내부 몸체로 유입되는 스팀 및 개질공기를 예열시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 개질기 공기 및 스팀의 예열을 구현할 수 있어 자열 개질의 흡열 반응인 수증기 개질 반응의 정도를 늘릴 수 있으므로 개질 효율을 크게 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 별도의 전기 가열기 없이 버너가 개질기에 일체형으로 구비될 수 있어 예열을 위하여 반응기를 크고 복잡하게 형성하여야 하는 문제점을 해소할 수 있다.
한편, 연료전지의 정상 운전 시에는 스택에서 방출되는 미연가스를 이 버너로 연소하여 개질기, 스택으로 유입되는 공기, 개질기로 유입되는 공기 및 물을 예열하는 데 이용함으로써 장치 전체 효율을 크게 높일 수 있다.
그리고, 플렌지 결합을 통하여 버너를 장착함으로서 견고한 장착과 동시에, 고장시 쉽게 분리할 수 있는 장점이 있으며, 별도의 외부 단열 케이스를 마련함으로써 열효율을 높일 수 있다.
개질기 내부로 배기가스가 전혀 스며들지 않은 구조로 형성되어 개질 가스의 질을 확보할 수 있으며, 핫스팟이 생기지 않는 내부 구조를 가지며, 화염의 유동을 고려하여 버너의 위치 및 내부 몸체 및 외부 몸체의 형상이 설계되었다. 화염 특성을 고려하여 노즐 설계가 이루어졌으며, 내부 몸체 하부벽, 케이스 외부에 마련된 연료 유입구 등 안정성과 운전의 용이성을 고려하여 설계되었다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 내장형 자열 개질기를 나타내는 수평 단면도에 해당한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 내장형 자열 개질기를 나타내는 수직 단면도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 내장형 자열 개질기의 버너를 나타내는 확대도에 해당한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 내장형 자열 개질기를 나타내는 수평 단면도에 해당하며, 도 2는 수직 단면도를 나타낸다. 그리고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 버너 내장형 자열 개질기의 버너를 나타내는 확대도에 해당한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 버너 내장형 자열 개질기는 개질반응이 일어나는 내부 몸체(10)와 상기 내부 몸체(10)를 일정거리 이격되어 감싸는 외부 몸체(20) 및 상기 내부 몸체(10)와 외부 몸체(20) 사이에 이격된 공간에 화염 및 배기가스를 분사하는 버너(30)를 포함하여 구성된다.
상기 내부 몸체(10)는 원통 형상으로 형성되며, 그 하부에 스팀 유입구(12), 개질공기 유입구(13), 연료가스 유입구(14)가 연결된다. 상기 내부 몸체(10)는 실질적인 개질반응이 일어나는 곳으로서 그 내부에 촉매 개질기가 장착된다. 도 2를 기준으로 상기 내부 몸체 내측 중앙 상부에 원으로 도시한 부분이 촉매 개질기에 해당한다.
상기 스팀 유입구(12) 및 개질공기 유입구(13)로 각각 스팀 및 개질공기가 유입되며, 상기 스팀 및 개질공기는 상기 버너(30)의 화염 및 연소에 따른 배기가스에 의해 직접 가열되어 예열된다.
상기 스팀 유입구 및 개질공기 유입구가 연결되는 상기 내부 몸체의 하부벽(11)은 화염에 의해 직접 가열되므로 그 상부에 비하여 두꺼운 형태로 형성되어 가열에 따른 온도 및 압력상승을 고려하여 안전사고를 미연에 방지하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 외부 몸체(20)는 상술한 바와 같이 상기 내부 몸체(10)의 외주면으로부터 일정거리 이격된 상태의 원통 형상의 내주면을 가지며 상기 내부 몸체(10)를 둘러싸며 밀봉한다.
그리고, 상기 내부 몸체(10)와 외부 몸체(20)는 외부 몸체(20)의 내측에서 상기 내부 몸체(10)의 내측으로 연소에 따른 배기가스가 유입되지 않도록 용접으로 완전하게 격리하여, 개질가스의 안정성을 확보하는 것이 바람직하다.
상기 외부 몸체(20)와 내부 몸체(10)의 사이에 이격된 공간에 상기 버너(30)의 노즐(31) 출구단이 위치되어 화염 및 배기가스를 분사하게 된다. 상기 버너(30)의 노즐(31) 출구단은 상술한 바와 같이 내부 몸체(10)의 하부측에 위치되며, 보다 상세하게는 내부 몸체(10)의 하부와 외부 몸체(20)의 하부 사이에 형성된 이격된 공간에 위치된다. 여기서, 버너(30)의 노즐(31) 출구단은 일반적인 버너 타일의 출구단으로 고려될 수도 있으며, 상기 노즐(31)은 버너 타일의 화염분출구로 고려될 수도 있다.
상기 내부 몸체(10)와 외부 몸체(20) 사이의 이격된 공간은, 도2에 도시된 바와 같이, 평면상으로 볼 때 원형 통로 형상을 가지며, 상기 버너(30)에서 분출된 화염 및 배기가스는 상기 원형통로의 접선방향으로 분사되어 그 내부를 회전하면서 내부 몸체(10)를 가열하게 된다.
한편, 외부로의 열 방출을 최소화하기 위하여 상기 외부 몸체(20)의 외부를 둘러싸는 단열 케이스(50)를 더 마련하는 것이 바람직하다. 도 1 및 도 2에서는 사각 상자형상의 단열 케이스(50)를 도시하였으나, 그 형상은 상기 외부 몸체(20)를 둘러싸는 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 단열 케이스(50)는 열 방출을 차단하여 열효율을 향상시키는 역할을 수행함과 동시에, 상기 버너(30)가 고정되는 구조체 역할을 수행한다. 상기 버너(30)는 상기 단열 케이스(50) 및 외부 몸체(20)를 관통하여 버너(30) 노즐(31)의 출구단이 상기 외부 몸체(20)와 내부 몸체(10) 사이의 이격된 공간에 위치하도록 장착된다. 이와 같은 장착에 있어서, 상기 버너(30)는 플렌지부(37)를 포함하며, 상기 케이스 하부 일측면에 플렌지 결합되어 밀봉 고정된다. 그리고, 상기 플렌지부(37)는 상기 단열 케이스(50) 벽면의 앞뒤 양측으로 마련되며, 플렌지부(37)에 마련되는 돌출부와 홈에는 실링재를 충진함으로써, 연소에 따른 배기가스가 외부로 누출되는 것을 최대한 막을 수 있다.
한편, 상기 버너(30)는 안전을 담보하기 위하여 버너(30)의 모든 부분이 단열 케이스(50) 내부에 위치되는 것은 바람직하지 않다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 따라서, 상기 버너(30)로 연료가스 및 공기가 공급되는 연료 유입구(34) 및 공기 유입구(36)는 상기 버너(30)의 뒷부분, 즉 상기 케이스 외부로 돌출된 부분에 마련되는 것이 바람직하다.
상기 버너(30)는 상술한 바와 같이 버너(30)의 뒷부분에 마련된 연료 유입구(34) 및 공기 유입구(36)를 통하여 연료가스 및 공기가 유입된다.
여기서 연료가스는 시동시에는 탄화수소 연료가스가 그대로 공급되며, 정상 운전시에는 효율을 높이기 위하여 스택에서 배출된 미연가스를 공급하여 연소를 수행하는 것이 바람직하다. 이하, 탄화수소 연료가스 및 미연가스를 통칭하여 연료가스라 한다.
상기 연료가스는 버너(30) 축 방향 전방으로 형성된 연료 유입구(35)를 통하여 버너(30) 내부로 공급된다. 보다 상세하게는 제1단 보염기(32)와 제2단 보염기(33)의 사이로 공급된다. 여기서, 제1단 보염기(32)는 공기 공급 유로의 끝단에 위치되어 공급된 공기를 버너(30) 내부에서 나선형으로 회전시키는 역할을 수행한다. 상기 제1단 보염기(32)는 버너(30)의 축방향을 기준으로 일정 각도 기울어진 배출구를 가진다. 일 실시예로서 45°기울어진 유로를 형성하는 것을 고려할 수 있다.
상기 제1단 보염기(32)를 통과한 공기는 제1단 보염기(32)와 제2단 보염기(33)의 사이의 공간에서 연료가스와 혼합되어 제2단 보연기를 통과하여 버너(30) 노즐(31)의 입구단으로 공급된다. 여기서 상기 제2단 보염기(33)는 화염을 안정화시키는 역할을 수행한다.
상기 버너(30) 노즐(31)의 입구단 인접에는 점화기(42)가 위치되어 발화를 일으킨다. 상기 점화기(42)는 소켓 형태로 상기 외부 몸체(20) 및 버너(30)의 측면부를 관통하여 상기 버너(30)의 노즐(31) 입구단 인접에 위치되어 상기 혼합가스를 점화시킨다.
이렇게 점화된 혼합가스는 화염 및 배기가스의 형태로 상기 노즐(31)을 통과하여 상기 외부 몸체(20)와 내부 몸체(10) 사이의 이격된 공간으로 고속으로 분사된다.
한편, 이렇게 분사된 화염은 상기 버너(30) 노즐(31)의 출구단 인접에 위치된 화염감지기(41)에 의하여 감지된다. 보다 상세하게는, 상기 화염감지기(41)는 화염감지부(41')를 가지되, 상기 화염감지부(41')가 상기 노즐(31)의 출구단의 정면으로 일정 거리 이격된 곳에 위치된다. 상기 점화기(42)와 마찬가지로 화염감지기(41) 또한 상기 외부 몸체(20)에 구멍을 뚫고 소켓을 부착하여 장착된다.
본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위해 사용된 위치관계는 첨부된 도면을 중심으로 설명된 것으로서, 실시 태양에 따라 그 위치관계는 달라질 수 있다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함하여 본 발명에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다고 할 것이다. 아울러, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 할 것이다.
이상에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 상기 실시예는 물론, 본 발명에 기존의 공지기술을 단순 주합하거나, 본 발명을 단순 변형한 실시 또한, 당연히 본 발명의 권리 범위에 해당한다고 보아야 할 것이다.
10: 내부 몸체
11: 내부 몸체 하부벽
12: 스팀 유입구
13: 개질공기 유입구
14: 연료가스 유입구
15: 개질가스 배출구
20: 외부 몸체
30: 버너
31: 노즐
32: 제1단 보염기
33: 제2단 보염기
34: 연료 유입구
35: 연료 공급 유로
36: 공기 유입구
37: 플렌지부
41: 화염감지기
41': 화염감지부
42: 점화기
50: 단열 케이스

Claims (30)

  1. 내부에서 개질반응이 일어나는 내부 몸체;
    상기 내부 몸체로부터 일정거리 이격되어 상기 내부 몸체를 둘러싸는 내주면을 가지는 외부 몸체; 및
    상기 내부 몸체와 외부 몸체의 사이의 이격된 공간에 화염 및 연소에 따른 배기가스를 분사하는 버너;를 포함하며,
    별도의 예열장치를 구비하지 않고 상기 버너를 이용하여 개질반응이 일어나는 상기 내부 몸체로 유입되는 스팀 및 개질공기를 예열시키는 것을 특징으로 하며,
    상기 내부 몸체는 개질반응이 일어나는 상부와, 스팀 및 개질공기가 유입되는 경로를 형성하는 하부을 포함하고,
    상기 버너 노즐의 출구단은 상기 내부 몸체와 외부 몸체 사이의 이격된 공간에 위치되되, 상기 이격된 공간에 있어서 하부측에 위치되어 상기 내부 몸체의 하부로 유입되는 상기 스팀 및 개질 공기를 예열시키며,
    상기 노즐의 출구단에 인접하는 상기 내부 몸체의 하부는 그 상부에 비하여 두꺼운 형태로 이루어져 상기 내부 몸체의 상하방향의 균일한 가열을 도모하는 것을 특징으로 하는 버너 내장형 자열 개질기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 내부 몸체는 원통 형상으로 이루어지며,
    상기 외부 몸체의 내부면은 상기 내부 몸체를 둘러싸는 원통 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 버너 내장형 자열 개질기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 버너는,
    시동 시에는 연료가스가 공급되며,
    정상운전 시에는 스택에서 배출된 미연가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 버너 내장형 자열 개질기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 버너는,
    버너 노즐의 출구단이 상기 내부 몸체와 외부 몸체 사이의 이격된 공간에 위치되는 것을 특징으로 하는 버너 내장형 자열 개질기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 버너는,
    제1단 보염기 및 제2단 보염기를 포함하는 복합 보염기 형태로 이루어지며,
    제1단 보염기는 버너 축방향으로부터 일정 각도 기울어진 유로를 형성하여 연소공기에 회전을 줄 수 있는 것을 특징으로 하며,
    연료가스는 상기 제1단 보염기 및 제2단 보염기 사이로 유입되어 상기 연소공기에 의해 혼합되되, 제2단 보염기에 의해 안정되고, 상기 버너 노즐의 화염토출구를 지나면서 고속으로 분사되는 것을 특징으로 하는 버너 내장형 자열 개질기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 외부 몸체의 외부를 둘러싸는 단열 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 버너 내장형 자열 개질기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 단열 케이스는 측면부에 상기 버너가 장착되는 버너 장착홈을 포함하며,
    상기 버너는 상기 단열 케이스에 플렌지 결합되는 플렌지부를 더 포함하되,
    상기 버너는 상기 버너 장착홈에 끼워져 상기 플렌지 결합에 의해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 버너 내장형 자열 개질기.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 버너는 공기 유입구 및 연료 유입구를 더 포함하되,
    상기 공기 유입구 및 연료 유입구는 상기 버너에 있어서 상기 단열 케이스 외부로 돌출되는 부분에 형성되어 가스 누출에 따른 안전사고를 방지하는 것을 특징으로 하는 버너 내장형 자열 개질기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 내부 몸체는,
    상기 이격된 공간으로부터 완전히 밀폐되어 상기 이격된 공간에 포함되는 배기가스가 스며들지 않는 것을 특징으로 하는 버너 내장형 자열 개질기.
  10. 삭제
  11. 제4항에 있어서,
    상기 버너는 상기 노즐의 입구 측으로 삽입된 점화기를 포함하며,
    상기 점화기는 상기 외부 몸체의 외측면으로부터 상기 버너의 일측면을 관통하여 상기 노즐의 입구 측으로 삽입된 것을 특징으로 하는 버너 내장형 자열 개질기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 버너 노즐의 출구의 정면으로 일정거리 이격된 지점에 화염감지부가 위치되는 화염감지기를 더 포함하되, 상기 화염감지기는 상기 외부 몸체의 외측면으로부터 삽입되어 상기 이격된 공간에 상기 화염감지부가 위치되는 것을 특징으로 하는 버너 내장형 자열 개질기.
  13. 개질기를 포함하는 고체산화물 연료전지 시스템에 있어서,
    상기 개질기는 버너 내장형 자열 개질기로 이루어지되,
    상기 버너 내장형 자열 개질기는,
    스팀발생기에서 발생된 스팀 및 탄화수소로 이루어진 연료가스 공급하여 내부에서 개질반응이 일어나는 내부 몸체;
    상기 내부 몸체로부터 일정거리 이격되어 상기 내부 몸체를 둘러싸는 내주면을 가지는 외부 몸체; 및
    상기 내부 몸체와 외부 몸체의 사이의 이격된 공간에 화염 및 연소에 따른 배기가스를 분사하는 버너;를 포함하여 구성되어,
    별도의 예열장치를 구비하지 않고 상기 버너를 이용하여 개질반응이 일어나는 상기 내부 몸체로 유입되는 스팀 및 개질공기를 예열시키는 것을 특징으로 하며,
    상기 내부 몸체는 개질반응이 일어나는 상부와, 스팀 및 개질공기가 유입되는 경로를 형성하는 하부을 포함하고,
    상기 버너 노즐의 출구단은 상기 내부 몸체와 외부 몸체 사이의 이격된 공간에 위치되되, 상기 이격된 공간에 있어서 하부측에 위치되어 상기 내부 몸체의 하부로 유입되는 상기 스팀 및 개질 공기를 예열시키며,
    상기 노즐의 출구단에 인접하는 상기 내부 몸체의 하부는 그 상부에 비하여 두꺼운 형태로 이루어져 상기 내부 몸체의 상하방향의 균일한 가열을 도모하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 내부 몸체는 원통 형상으로 이루어지며,
    상기 외부 몸체의 내부면은 상기 내부 몸체를 둘러싸는 원통 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 버너는,
    시동시에는 연료가스가 공급되며,
    정상 운전시에는 스택에서 배출된 미연가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 버너는,
    버너 노즐의 출구단이 상기 내부 몸체와 외부 몸체 사이의 이격된 공간에 위치되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 버너는,
    제1단 보염기 및 제2단 보염기를 포함하는 복합 보염기 형태로 이루어지며,
    제1단 보염기는 버너 축방향으로부터 일정 각도 기울어진 유로를 형성하여 연소공기에 회전을 줄 수 있는 것을 특징으로 하며,
    연료가스는 상기 제1단 보염기 및 제2단 보염기 사이로 유입되어 상기 연소공기에 의해 혼합되되, 제2단 보염기에 의해 안정되고, 상기 버너 노즐의 화염토출구를 지나면서 고속으로 분사되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템.
  18. 제13항에 있어서,
    상기 버너 내장형 자열 개질기는,
    상기 외부 몸체의 외부를 둘러싸는 단열 케이스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 버너 내장형 자열 개질기는,
    상기 단열 케이스는 측면부에 상기 버너가 장착되는 버너 장착홈을 포함하며,
    상기 버너는 상기 단열 케이스에 플렌지 결합되는 플렌지부를 더 포함하되,
    상기 버너는 상기 버너 장착홈에 끼워져 상기 플렌지 결합에 의해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 버너는 공기 유입구 및 연료 유입구를 더 포함하되,
    상기 공기 유입구 및 연료 유입구는 상기 버너에 있어서 상기 단열 케이스 외부로 돌출되는 부분에 형성되어 가스 누출에 따른 안전사고를 방지하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템.
  21. 제13항에 있어서,
    상기 내부 몸체는,
    상기 이격된 공간으로부터 완전히 밀폐되어 상기 이격된 공간에 포함되는 배기가스가 스며들지 않는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템.
  22. 삭제
  23. 제16항에 있어서,
    상기 버너는 상기 노즐의 입구 측으로 삽입된 점화기를 포함하며,
    상기 점화기는 상기 외부 몸체의 외측면으로부터 상기 버너의 일측면을 관통하여 상기 노즐의 입구 측으로 삽입된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 버너 노즐의 출구 정면으로부터 일정거리 이격된 지점에 화염감지부를 가지는 화염감지기를 더 포함하되, 상기 화염감지기는 상기 외부 몸체의 외측면으로부터 삽입되어 상기 이격된 공간에 상기 감지부가 위치되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 시스템.
  25. 원통 형상으로 이루어며 개질반응이 일어나는 상부와, 스팀 및 개질공기가 유입되는 경로를 형성하는 하부를 포함하는 내부 몸체의 하부로부터 상부를 향하여 스팀 및 연료가스를 공급하는 공급단계; 및
    상기 내부 몸체로부터 일정 거리 이격되어 상기 내부 몸체를 감싸는 원통 형상의 내주면을 가지는 외부 몸체에 장착된 버너로부터 화염 및 연소에 따른 배기가스를 분사하여 상기 내부 몸체를 가열하는 가열단계;를 포함하되,
    별도의 예열장치를 구비하지 않고 상기 버너를 이용하여 상기 공급단계의 상기 내부 몸체의 하부로 유입되는 스팀 및 개질공기를 예열시키는 것을 특징으로 하며,
    상기 버너 노즐의 출구단이 상기 내부 몸체와 외부 몸체 사이의 이격된 공간에 위치되되, 상기 이격된 공간에 있어서 하부측에 위치되어 상기 내부 몸체로 유입되는 스팀 및 개질공기를 예열시키며,
    상기 노즐의 출구단에 인접하는 상기 내부 몸체의 하부는 그 상부에 비하여 두꺼운 형태로 이루어져 상기 내부 몸체의 상하방향의 균일한 가열을 도모 버너 내장형 자열 개질기의 연료가스 개질 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 가열단계는,
    장치 시동시 상기 버너의 연료 유입구로 연료가스를 공급하는 예열단계;
    정상 운전 중에는 상기 연료 유입구로의 상기 연료가스를 차단하고, 스택에서 발생되는 미연가스만을 공급하는 정상운전단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 버너 내장형 자열 개질기의 연료가스 개질 방법.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 가열단계는,
    상기 내부 몸체와 외부 몸체 사이의 이격된 공간에 위치된 상기 버너 노즐의 출구단으로부터 상기 이격된 공간으로 화염 및 배기가스를 분사하는 분사단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 버너 내장형 자열 개질기의 연료가스 개질 방법.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 가열단계의 상기 버너는 제1단 보염기 및 제2단 보염기를 포함하는 복합 보염기 형태로 이루어지며, 제1단 보염기는 버너 축방향으로부터 일정 각도 기울어진 유로를 형성하여 연소공기에 회전을 줄 수 있는 것을 특징으로 하며,
    상기 연료가스는 상기 제1단 보염기 및 제2단 보염기 사이로 유입되어 연소공기와 혼합되며, 제2단 보염기에 의해 안정되고, 상기 버너 노즐의 화염토출구를 지나면서 고속으로 분사되는 것을 특징으로 하는 버너 내장형 자열 개질기의 연료가스 개질 방법.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 가열단계는,
    상기 버너는 상기 노즐의 입구 측으로 삽입된 점화기를 통하여 연료가스 및 공기의 혼합가스를 점화하는 점화단계;를 더 포함하되,
    상기 점화기는 상기 외부 몸체의 외측면으로부터 상기 버너의 일측면을 관통하여 상기 노즐의 입구 측으로 삽입된 것을 특징으로 하는 버너 내장형 자열 개질기의 연료가스 개질 방법.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 가열단계는,
    상기 버너의 상기 노즐 출구 정면으로부터 일정거리 이격된 지점에 화염감지부를 가지는 화염감지기를 마련하여 상기 버너 노즐에서의 화염 유무를 감지하는 화염감지단계;를 더 포함하되,
    상기 화염감지기는 상기 외부 몸체의 외측면으로부터 삽입되어 상기 이격된 공간에 상기 감지부가 위치되는 것을 특징으로 하는 버너 내장형 자열 개질기의 연료가스 개질 방법.
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