KR101660104B1 - Hydrogen manufacturing apparatus - Google Patents

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Abstract

수소 제조 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 제조 장치는 고압의 압력으로 원료 가스를 압축하는 압축기; 및 상기 압축기에서 압축된 고압의 원료 가스에 포함된 황을 흡착하는 탈황기를 경유한 원료 가스에 열에너지를 공급하기 위해 등 간격으로 이격된 다수개의 가열부가 장착된 개질기를 포함하고, 상기 개질기는 개질기 하우징과, 상기 개질기 하우징의 내측 상부에 독립적으로 위치되어 상기 가열부의 외측을 감싸며 가열부에서 하측으로 이동되는 화염을 와류 형태로 유도하는 유도 하우징을 포함하되, 상기 개질기 하우징의 내측 원주 방향을 따라 배치된 다수개의 개질관과, 상기 개질기 하우징의 외측에서 내측을 향해 연장된 원료 가스 공급관과 연통되어 개질기 하우징의 내부에 위치되고, 상기 개질관과 연결된 제1 연결관을 매개로 연통된 제1 헤더와, 상기 제1 헤더의 하측에 위치되고 합성가스가 배출되는 합성가스 배출관이 형성된 제2 헤더와, 상기 개질관을 통해 생성된 합성가스를 제2 헤더로 공급하기 위해 일단이 다수개의 개질관 하단에 각각 연결되고 타단이 제2 헤더를 향해 연장된 제2 연결관을 포함한다.A hydrogen production apparatus is disclosed. The apparatus for producing hydrogen according to an embodiment of the present invention includes: a compressor for compressing a raw material gas at a high pressure; And a reformer having a plurality of heating units spaced apart at regular intervals for supplying thermal energy to a raw material gas passed through a desulfurizer for adsorbing sulfur contained in the high-pressure raw material gas compressed in the compressor, wherein the reformer includes a reformer housing And an induction housing which is independently positioned at an inner upper portion of the reformer housing and which surrounds the heating portion and guides a flame moving in a downward direction from the heating portion into a vortex shape, wherein the induction housing is disposed along the inner circumferential direction of the reformer housing A first header communicating with a raw material gas supply pipe extending inward from the outside of the reformer housing to communicate with the reformer housing through a first connection pipe connected to the reformer pipe, A second header disposed below the first header and having a syngas discharge pipe through which synthesis gas is discharged, And a second connection pipe having one end connected to the lower end of the plurality of reforming pipes and the other end extending toward the second header to supply the synthesis gas generated through the reforming pipe to the second header.

Description

수소 제조 장치{Hydrogen manufacturing apparatus}[0001] Hydrogen manufacturing apparatus [0002]

본 발명은 고압으로 압축된 원료가스를 이용하여 개질기를 통해 수소를 생산하기 위한 수소 제조 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온 고압의 조건에서 수소를 생산하기 위한 수소 제조 장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen production apparatus for producing hydrogen through a reformer using a raw material gas compressed at a high pressure, and more particularly, to a hydrogen production apparatus for producing hydrogen under high temperature and high pressure conditions.

일반적으로 지구환경에 대한 위기감 고조로 인하여 친화적인 에너지 공급시스템의 개발 요구에 부응하여 에너지 효율이 높고, 배출 가스가 적다는 점에서 수소연료전지 자동차 등의 수소를 연료로 하는 시스템이 각광을 받고 있다.Generally, due to the heightened sense of danger to the global environment, in response to the demand for the development of a friendly energy supply system, a hydrogen-fueled system such as a hydrogen fuel cell vehicle is attracting attention in view of high energy efficiency and low exhaust gas .

그 중에서도 수소연료전지 자동차에서의 수소 공급 방법으로는 압축 또는 액화와 같은 형태로 직접 수소를 공급하는 방법 외에, 천연가스 등의 탄화수소계 연료의 개질에 의한 수소 생성은 기존의 연료 공급 인프라를 이용할 수 있고, 종합적인 에너지 효율이 높다는 점 등에 있어서 많이 이용되고 있다.Among them, as a method of supplying hydrogen in a hydrogen fuel cell vehicle, there is a method of directly supplying hydrogen in the form of compression or liquefaction, and in addition, hydrogen generation by reforming hydrocarbon fuels such as natural gas can utilize the existing fuel supply infrastructure And it is widely used in the points that the energy efficiency is comprehensive.

이중 천연가스나 액화석유가스 등의 탄화수소계 원료가스의 개질에 의해 수소를 발생하기 위한 종래의 수소 제조 장치는 원료가스에 함유된 황을 흡착하기 위한 탈황기, 탈황기를 거친 원료가스를 개질시켜 풍부한 수소가스가 함유된 합성가스를 생성하기 위한 개질기와, 수소가 풍부한 가스로의 개질에 필요한 수증기를 얻기 위한 증기 발생기, 배기가스에서 물을 분리하는 기액분리기를 포함한다.A conventional hydrogen production apparatus for generating hydrogen by reforming a hydrocarbon-based raw material gas such as natural gas or liquefied petroleum gas is a desulfurizer for adsorbing sulfur contained in a raw material gas, a reformer for reforming a raw material gas through a desulfurizer A reformer for generating a syngas containing hydrogen gas, a steam generator for obtaining water vapor necessary for reforming with hydrogen-rich gas, and a gas-liquid separator for separating water from the exhaust gas.

상기 개질기(Reformer)는 개질반응을 통해 천연가스와 같은 원료로부터 수소를 생성하는 장치로서, 기존의 개질기에 대해 도면을 참조하여 설명한다.The reformer is a device for generating hydrogen from a raw material such as natural gas through a reforming reaction, and a conventional reformer will be described with reference to the drawings.

첨부된 도 1을 참조하면, 종래의 수소 제조 장치(1a)는 탈황기(40)와, 압축기(41)와, 개질기(50)와, 수성전환반응기(43)와, PSA기(44)와, CO분석기(45)와, 고압 압축기(46)와 수소용기(47) 및 디스펜서(48)를 포함하여 구성된다.Referring to FIG. 1, a conventional hydrogen production apparatus 1a includes a desulfurizer 40, a compressor 41, a reformer 50, a hydrocracking reactor 43, a PSA unit 44, A CO analyzer 45, a high pressure compressor 46, a hydrogen container 47, and a dispenser 48.

첨부된 도 2를 참조하면, 수소 제조 장치(1a)에 구비된 개질기(50)는 하우징(51)과, 열에너지를 발생시키는 열원부(52)와, 열 에너지를 이용한 개질 반응을 통해 수소를 생성하는 개질관(53)이 설치되도록 공간을 갖는 통 형태로 형성된다.Referring to FIG. 2, the reformer 50 of the hydrogen generator 1a includes a housing 51, a heat source 52 for generating thermal energy, and a reforming reaction And a reforming pipe (53) for introducing the reforming gas.

상기 개질관(53)은 원료가스를 수소가 풍부한 합성가스로 개질하여 배출하기 위한 것으로, 내부에 개질촉매(53a)가 구비되고, 개질관(53)으로 원료가스를 공급하기 위한 원료가스 공급관(54), 개질관(53)에서 개질되어 수소가 풍부한 합성가스를 배출하기 위한 합성가스 배출관(55)을 포함한다.The reforming pipe 53 is used for reforming the raw material gas into a hydrogen-rich synthesis gas and discharging the raw material gas. The reforming pipe 53 is provided inside the reforming pipe 53, and the raw material gas supply pipe 54), and a syngas exhaust pipe (55) for exhausting the hydrogen-rich syngas reformed in the reforming pipe (53).

즉, 원료가스가 원료가스 공급관(54)을 통해 개질관(53)으로 공급되어 개질촉매(53a)에 의해 개질된 후에, 합성가스 배출관(55)을 통해 배출되도록 구성된다.That is, the raw material gas is supplied to the reforming pipe 53 through the raw material gas supply pipe 54, reformed by the reforming catalyst 53a, and then discharged through the synthesis gas discharge pipe 55. [

이와 같이 구성된 종래의 수소 제조 장치(1a)는 탈황기의 효율이 상대적으로 낮아 개질기(50)에서 생성되는 수소 발생량이 상대적으로 저하되고, 수소 제조 장치(1a)의 전체적인 크기 및 구성이 복잡해지는 문제점이 발생 되었다.The conventional hydrogen producing apparatus 1a configured as described above has a problem that the efficiency of the desulfurizer is relatively low and the amount of generated hydrogen generated in the reformer 50 relatively decreases and the overall size and configuration of the hydrogen producing apparatus 1a become complicated Lt; / RTI >

또한 수소 회수율이 장치 크기에 비해 상대적으로 낮아지는 현상이 발생 되어 이에 대한 대책이 요구된다.
Also, the recovery rate of hydrogen is relatively low compared with the device size, and countermeasures are required.

대한민국공개특허 제10-2012-0030329호 (공개일:2012년 3월 28일)Korean Patent Publication No. 10-2012-0030329 (public date: March 28, 2012)

본 발명의 실시 예들은 개질기로 공급되는 원료가스의 압력을 증가시켜 합성가스를 생산하기 위한 개질기 및 상기 개질기가 설치된 수소 제조 장치를 제공하고자 한다.
Embodiments of the present invention provide a reformer for producing a syngas by increasing a pressure of a source gas supplied to a reformer and a hydrogen generator equipped with the reformer.

본 발명의 일 실시 예에 의한 수소 제조 장치는 고압의 압력으로 원료 가스를 압축하는 압축기; 및 상기 압축기에서 압축된 고압의 원료 가스에 포함된 황을 흡착하는 탈황기를 경유한 원료 가스에 열에너지를 공급하기 위해 등 간격으로 이격된 다수개의 가열부가 장착된 개질기를 포함하고, 상기 개질기는 개질기 하우징과, 상기 개질기 하우징의 내측 상부에 독립적으로 위치되어 상기 가열부의 외측을 감싸며 가열부에서 하측으로 이동되는 화염을 와류 형태로 유도하는 유도 하우징을 포함하되, 상기 개질기 하우징의 내측 원주 방향을 따라 배치된 다수개의 개질관과, 상기 개질기 하우징의 외측에서 내측을 향해 연장된 원료 가스 공급관과 연통되어 개질기 하우징의 내부에 위치되고, 상기 개질관과 연결된 제1 연결관을 매개로 연통된 제1 헤더와, 상기 제1 헤더의 하측에 위치되고 합성가스가 배출되는 합성가스 배출관이 형성된 제2 헤더와, 상기 개질관을 통해 생성된 합성가스를 제2 헤더로 공급하기 위해 일단이 다수개의 개질관 하단에 각각 연결되고 타단이 제2 헤더를 향해 연장된 제2 연결관을 포함한다.The apparatus for producing hydrogen according to an embodiment of the present invention includes: a compressor for compressing a raw material gas at a high pressure; And a reformer having a plurality of heating units spaced apart at regular intervals for supplying thermal energy to a raw material gas passed through a desulfurizer for adsorbing sulfur contained in the high-pressure raw material gas compressed in the compressor, wherein the reformer includes a reformer housing And an induction housing which is independently positioned at an inner upper portion of the reformer housing and which surrounds the heating portion and guides a flame moving in a downward direction from the heating portion into a vortex shape, wherein the induction housing is disposed along the inner circumferential direction of the reformer housing A first header communicating with a raw material gas supply pipe extending inward from the outside of the reformer housing to communicate with the reformer housing through a first connection pipe connected to the reformer pipe, A second header disposed below the first header and having a syngas discharge pipe through which synthesis gas is discharged, And a second connection pipe having one end connected to the lower end of the plurality of reforming pipes and the other end extending toward the second header to supply the synthesis gas generated through the reforming pipe to the second header.

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상기 압축기는 상기 탈황기에 9bar 이상 20bar 이내의 압력으로 원료 가스를 압축하여 탈황기에 공급하는 것을 특징으로 한다.The compressor is characterized in that the raw material gas is compressed into the desulfurizer at a pressure of 9 bar to 20 bar and supplied to the desulfurizer.

상기 유도 하우징은 각각의 가열부를 반원 형태로 감싸는 라운드 부를 포함한다.The induction housing includes a round portion that surrounds each heating portion in a semicircular shape.

상기 유도 하우징은 내주면을 따라 형성되고 가열부의 화염 방향을 안내하는 안내홈을 포함한다.The induction housing includes guide grooves formed along the inner circumferential surface and guiding the flame direction of the heating section.

상기 개질기는 상기 가열부에서 발생된 고온의 화염으로 인한 손상을 방지하기 위해 내주면에 형성된 단열층을 포함한다.The reformer includes a heat insulating layer formed on an inner peripheral surface thereof to prevent damage due to a high-temperature flame generated in the heating unit.

상기 제1 헤더와 제2 헤더는 외측에 단열부재에 단열 처리된 것을 특징으로 한다.And the first header and the second header are heat-treated on the outer side of the heat insulating member.

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상기 제1,2 헤더는 링 형태로 이루어진 것을 특징으로 한다.The first and second headers are formed in a ring shape.

상기 제1 연결관은 상기 제1 헤더의 원주 방향을 따라 다수개의 개질관과 마주보며 방사 형태로 배치된 것을 특징으로 한다.And the first connection pipe is disposed in a radial shape facing the plurality of reforming pipes along the circumferential direction of the first header.

상기 제2 연결관은 상기 제2 헤더의 원주 방향을 따라 다수개의 개질관과 마주보며 방사 형태로 배치된 것을 특징으로 한다.And the second connection pipe is disposed in a radial shape facing the plurality of reforming pipes along the circumferential direction of the second header.

상기 개질기는 가열부에서 발생된 연소가스가 배출되기 위해 다수개의 개질관에 삽입된 유도관; 상기 유도관을 통해 이동된 연소가스가 모두 합류되는 공간을 제공하는 배출구 하우징; 상기 배출구 하우징의 하단에 일단이 연결되고 타단이 외측으로 연장된 배출관을 포함한다.Wherein the reformer comprises: an induction pipe inserted into a plurality of reforming pipes for discharging the combustion gas generated in the heating unit; An outlet housing for providing a space in which all of the combustion gases transferred through the induction pipe are merged; And a discharge pipe having one end connected to the lower end of the discharge port housing and the other end extending outward.

상기 유도관은 상기 개질관과 대응되는 개수로 이루어진 것을 특징으로 한다.
And the induction pipe is formed of a number corresponding to the reforming pipe.

본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 수소 제조 장치는 고압의 압력으로 원료 가스를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 압축된 고압의 원료 가스에 포함된 황을 흡착하는 탈황기를 경유한 원료 가스에 열에너지를 공급하기 위해 등 간격으로 이격된 다수개의 가열부가 장착된 개질기를 포함하고, 상기 개질기는 개질기 하우징과, 상기 개질기 하우징의 내측 상부에 독립적으로 위치되어 상기 가열부의 외측을 감싸며 가열부에서 하측으로 이동되는 화염을 와류 형태로 유도하는 유도 하우징을 포함하며, 상기 압축기를 통해 탈황기로 공급되는 고압 상태의 원료 가스의 압력과 비례하여 상기 가열부에서 배출되는 화염의 온도를 선택적으로 제어하는 제어부를 포함한다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a hydrogen production apparatus comprising: a compressor for compressing a raw material gas at a high pressure; And a plurality of heating units spaced apart at regular intervals to supply heat energy to the raw material gas passing through the desulfurizer for adsorbing sulfur contained in the high-pressure raw material gas compressed by the compressor, wherein the reformer includes a reformer housing And an induction housing which is independently positioned at an inner upper portion of the reformer housing and which surrounds the heating portion and guides the flame moving in a downward direction from the heating portion into a vortex shape, And a control unit for selectively controlling the temperature of the flame discharged from the heating unit in proportion to the pressure of the gas.

상기 수소 제조 장치는 상기 압축기에서 배출되는 원료 가스의 압력을 감지하는 제1 압력 감지부; 상기 개질기 내부의 온도를 감지하는 제1 온도 감지부; 상기 개질기 내부의 압력을 감지하는 제2 압력 감지부를 포함한다.The hydrogen production apparatus includes a first pressure sensing unit for sensing a pressure of a raw material gas discharged from the compressor; A first temperature sensing unit for sensing a temperature inside the reformer; And a second pressure sensing unit for sensing a pressure inside the reformer.

상기 개질기는 상기 가열부의 온도가 표시되는 온도 표시부를 포함한다.The reformer includes a temperature display unit for displaying a temperature of the heating unit.

상기 제어부는 상기 가열부로 공급되는 공기량과 천연가스량의 비율을 서로 다르게 조절하여 가열부에 대한 온도 조절을 실시하는 것을 특징으로 한다.
The controller controls the temperature of the heating unit by controlling the ratio of the amount of air supplied to the heating unit to the amount of the natural gas.

본 실시 예에 의한 개질기는 연료 전지 시스템에 설치되는 것을 특징으로 한다.The reformer according to the present embodiment is characterized by being installed in a fuel cell system.

본 실시 예에 의한 수소 제조 장치는 연료 전지 시스템용 수소 제조 장치에 설치되는 것을 특징으로 한다.The hydrogen producing apparatus according to the present embodiment is characterized by being installed in a hydrogen producing apparatus for a fuel cell system.

본 실시 예에 의한 수소 제조 장치를 포함하는 수소 충전 시스템용 수소 제조 장치
The hydrogen producing system for hydrogen filling system including the hydrogen producing apparatus according to the present embodiment

본 발명의 실시 예들은 탈황기의 효율이 향상되고, 전반적인 수소 제조 장치의 각 구성품에 대한 사이즈가 축소되어 수소 제조 장치의 컴팩트화가 가능하며, 개질기의 개질 효율 향상과 수소 회수율이 향상된다.The embodiments of the present invention can improve the efficiency of the desulfurizer and reduce the size of each component of the overall hydrogen production apparatus to make the hydrogen production apparatus compact and improve the reforming efficiency of the reformer and the hydrogen recovery rate.

본 발명의 실시 예들은 개질기 내부가 고압 상태로 유지되어 수소 생산 효율이 향상되어 다량의 수소를 필요로 하는 설비 또는 산업 분야에 다양하게 사용될 수 있다.Embodiments of the present invention can be used variously in a facility or industrial field requiring a large amount of hydrogen because the inside of the reformer is kept at a high pressure state and the hydrogen production efficiency is improved.

본 발명의 실시 예들은 고압의 압축기가 설치된 수소 제조 장치를 통해 디스펜서의 전단에 별도의 압축기를 설치하지 않고서도 디스펜서를 통해 안정적으로 수소를 공급할 수 있다.
The embodiments of the present invention can stably supply hydrogen through the dispenser without installing a separate compressor at the front end of the dispenser through a hydrogen production apparatus equipped with a high-pressure compressor.

도 1은 종래의 일반적인 수소 제조 장치의 구성을 간략히 도시한 도면.
도 2는 종래의 수소 제조 장치에 설치된 개질기를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 제조 장치의 전체 구성을 간략히 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 제조 장치에 구비된 개질기를 도시한 종 단면도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 수소 제조 장치에 구비된 개질기를 도시한 종 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 개질기의 횡 단면도.
도 7 내지 도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 유도 하우징의 실시 예를 도시한 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 제조 장치에 구비된 제1 헤더를 도시한 평면도.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 제조 장치에 구비된 제2 헤더를 도시한 도면.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 제조 장치의 제어부 및 제어부와 연계된 구성을 도시한 블록도.
도 12 내지 도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 제조 장치가 설치된 연료 전지 시스템 및 수소 제조 장치가 포함된 연료 전지 시스템용 수소 제조 장치를 도시한 블록도.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 제조 장치가 적용된 충전 시스템용 수소 제조 장치의 일 예를 도시한 도면.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 제조 장치의 작동 상태도.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a view schematically showing a configuration of a conventional general hydrogen production apparatus; FIG.
2 is a cross-sectional view showing a reformer installed in a conventional hydrogen production apparatus.
3 is a view schematically showing an overall configuration of a hydrogen producing apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a longitudinal cross-sectional view illustrating a reformer provided in an apparatus for producing hydrogen according to an embodiment of the present invention.
5 is a vertical cross-sectional view illustrating a reformer provided in an apparatus for producing hydrogen according to another embodiment of the present invention.
6 is a cross-sectional view of a reformer according to an embodiment of the present invention.
7 to 8 show an embodiment of an induction housing according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a plan view showing a first header included in the apparatus for producing hydrogen according to an embodiment of the present invention. FIG.
10 is a view illustrating a second header included in the apparatus for producing hydrogen according to an embodiment of the present invention.
11 is a block diagram showing a configuration associated with a control unit and a control unit of a hydrogen producing apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 12 to FIG. 13 are block diagrams showing a hydrogen generating apparatus for a fuel cell system including a fuel cell system and a hydrogen producing apparatus provided with a hydrogen producing apparatus according to an embodiment of the present invention.
14 is a view showing an example of a hydrogen producing apparatus for a charging system to which a hydrogen producing apparatus according to an embodiment of the present invention is applied.
15 is an operational state diagram of a hydrogen producing apparatus according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시 예에 따른 수소 제조 장치의 구성에 대해 도면을 참조하여 설명한다.A configuration of a hydrogen producing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

첨부된 도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 의한 수소 제조 장치(1)의 가장 큰 기술적 특징은 압축기가 탈황기의 전단 위치에 위치되어 고압의 압력으로 탈황기로 원료가스를 압축하여 공급하고, 고압으로 압축된 원료가스를 공급받는 개질기에서 수소를 생성하고자 한다.3 to 4, the most significant technical feature of the hydrogen production apparatus 1 according to the embodiment of the present invention is that the compressor is located at the front end position of the desulfurizer, and the raw material gas is introduced into the desulfurizer at a high pressure And to generate hydrogen from a reformer supplied with the raw material gas compressed at a high pressure.

이를 위해 본 실시 예에서는 는 고압의 압력으로 원료가스를 압축하는 압축기(100); 및 상기 압축기(100)에서 압축된 고압의 원료 가스에 포함된 황을 흡착하는 탈황기(200)를 경유한 원료 가스에 열에너지를 공급하는 다수개의 가열부(300)가 장착된 개질기(400)를 포함한다.To this end, in the present embodiment, a compressor 100 compresses a raw material gas at a high pressure; A reformer 400 equipped with a plurality of heating units 300 for supplying thermal energy to a raw material gas passed through a desulfurizer 200 for adsorbing sulfur contained in a high-pressure raw material gas compressed by the compressor 100, .

압축기(100)는 탈황기(200)에 9bar 이상의 압력으로 원료 가스를 압축하여 공급하는데, 최대 20bar 이내의 압력으로 원료 가스를 압축하여 공급하는 것이 바람직하며, 상기 압력 범위는 탈황기(200) 및 개질기(400)의 안정적인 작동을 위해 위에서 제시된 압력 범위에서 사용된다.The compressor 100 compresses and supplies the raw material gas to the desulfurizer 200 at a pressure of 9 bar or more. It is preferable that the raw material gas is compressed at a maximum pressure of 20 bar and the pressure is supplied to the desulfurizer 200 and / And is used in the above-described pressure range for stable operation of the reformer 400.

이와 같이 압축기(100)가 고압으로 탈황기로 원료가스를 공급할 경우 원료가스에 포함된 황 성분에 대한 제거가 보다 잘 이루어져 탈황기의 효율이 증가되고, 수소 회수율이 상대적으로 증가되며, 수소 제조 장치의 전체적인 장비 구성이 작아지는 효과를 유발한다.When the compressor 100 supplies the raw material gas to the desulfurizer at a high pressure, the sulfur component contained in the raw material gas can be removed more effectively, thereby increasing the efficiency of the desulfurizer and relatively increasing the hydrogen recovery rate. Thereby reducing the overall equipment configuration.

즉 원료가스의 압력이 고압 상태로 탈황기(200)로 공급될 경우 보다 많은 황 성분이 제거되어 개질기(400)에 충진된 개질 촉매 또는 스택과 수소 제조 장치(1)를 연결하여 사용할 경우 스택 전극의 내구성과 성능 저하 없이 장기간 안정적으로 사용할 수 있다.
That is, when the pressure of the raw material gas is supplied to the desulfurizer 200 at a high pressure, more sulfur components are removed, and when the reforming catalyst or stack packed in the reformer 400 is connected to the hydrogen generator 1, Can be used for a long period of time without deteriorating durability and performance.

본 실시 예에서는 1개의 압축기(100)가 설치된 것으로 도시하였으나, 용량에 따라 복수개가 설치되는 것도 가능함을 밝혀둔다. 수소 제조 장치(1)는 압축기(100)에서 배출되는 원료가스의 압력이 기준치 이상일 경우 작업자가 이를 인지할 수 있도록 별도의 경보 기능을 갖는 알람부(미도시)를 포함하여 구성되며, 알람부는 시각적 또는 청각적 알람 기능이 구현되는 부저, 램프의 조합으로 구성될 수 있다.Although one compressor 100 is shown in the present embodiment, a plurality of compressors 100 may be provided depending on the capacity. The hydrogen production apparatus 1 includes an alarm unit (not shown) having a separate alarm function so that the operator can recognize the pressure of the raw material gas discharged from the compressor 100 above the reference value. Or a combination of a buzzer and a lamp in which an audible alarm function is implemented.

또한 수소 제조 장치(1)는 원거리에 작업자 또는 관리자가 위치될 경우 상기 작업자 또는 관리자에게 현재 상태를 제공하기 위한 통신 모듈(미도시)을 더 포함하고, 상기 통신 모듈은 수소 제조 장치(1)에 마련된 자체 서버(미도시)를 통해 근거리 통신망 또는 인터넷망을 경유하여 해당 정보가 전송된다.
The hydrogen production apparatus 1 further includes a communication module (not shown) for providing a current state to the operator or manager when a worker or an administrator is located at a remote location, and the communication module is connected to the hydrogen production apparatus 1 The corresponding information is transmitted via the local area network or the Internet via the provided server (not shown).

개질기(400)는 다수개의 가열부(300)가 상부에 설치되어 원료 가스의 상승된 압력과 비례하여 고온으로 화염이 발생되는데, 원료 가스와 화염이 화학적으로 반응하여 수소가 풍부한 합성가스가 발생된다.In the reformer 400, a plurality of heating units 300 are installed on the upper part, and a flame is generated at a high temperature in proportion to the elevated pressure of the raw material gas. A raw gas and a flame chemically react to generate a hydrogen- .

가열부(300)는 다수개의 버너로 구성되고, 버너는 개질기(400)의 상부에 동일 간격으로 배치되며 본 실시 예에서는 3개의 버너가 120도 간격으로 이격된 것으로 설명하나 전술한 각도로 반드시 한정하지 않고 변경 가능함을 밝혀둔다.The heating unit 300 is composed of a plurality of burners, and the burners are arranged at equal intervals on the upper part of the reformer 400. In this embodiment, three burners are spaced apart by 120 degrees, It is possible to change it without changing it.

수소 제조 장치(1)는 전술한 압축기(100)와 탈황기(200) 및 개질기(400) 이외에 수성전환반응기(60)와, PSA기(61)와, CO분석기(65)와, 수소용기(67) 및 디스펜서(68)를 포함하여 구성된다.
The hydrogen production apparatus 1 includes a hydrogen exchange reactor 60, a PSA unit 61, a CO analyzer 65 and a hydrogen container (not shown) in addition to the compressor 100, the desulfurizer 200 and the reformer 400 described above 67 and a dispenser 68 as shown in Fig.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 구성에 대해 설명한다.A configuration of a hydrogen producing apparatus according to another embodiment of the present invention will be described.

참고로 본 실시 예의 가장 큰 기술적 특징은 압축기의 설치 위치가 탈황기 전단 위치에 위치되고, 개질기에 설치된 가열부에서 발생된 화염을 와류 형태로 유도하여 개질관에서의 수소 생성 효율을 향상시킬 수 있다.The most significant technical feature of the present embodiment is that the installation position of the compressor is located at the front end position of the desulfurizer and the flame generated in the heating unit installed in the reformer is guided into a vortex form to improve the hydrogen generation efficiency in the reforming pipe .

첨부된 도 5 내지 도 6을 참조하면, 수소 제조 장치(1)는 고압의 압력으로 원료 가스를 압축하는 압축기(100); 및 상기 압축기(100)에서 압축된 고압의 원료 가스에 포함된 황을 흡착하는 탈황기(200)를 경유한 원료 가스에 열에너지를 공급하기 위해 등 간격으로 이격된 다수개의 가열부(300)가 장착된 개질기(400)를 포함하고, 상기 개질기(400)는 개질기 하우징(402)과, 상기 개질기 하우징(402)의 내측 상부에 독립적으로 위치되어 상기 가열부(300)의 외측을 감싸며 가열부(300)에서 하측으로 이동되는 화염을 와류 형태로 유도하는 유도 하우징(404c)을 포함한다.
5 to 6, the hydrogen production apparatus 1 includes a compressor 100 for compressing a raw material gas at a high pressure; And a plurality of heating units 300 spaced apart at equal intervals to supply heat energy to the raw material gas passed through the desulfurizer 200 for adsorbing sulfur contained in the high-pressure raw material gas compressed by the compressor 100 The reformer 400 includes a reformer housing 402 and an inner upper portion of the reformer housing 402. The reformer 400 surrounds the outer portion of the heating portion 300 and includes a heating portion 300 And an induction housing 404c for guiding the flame moving in the downward direction into a vortex shape.

압축기(100)는 탈황기(200)에 9bar 이상 20bar이내의 압력으로 원료 가스를 압축하여 공급하는데, 최대 20bar 이내의 압력으로 원료 가스를 압축하여 공급하는 것이 바람직하며, 상기 압력 범위는 탈황기(200) 및 개질기(400)의 안정적인 작동을 위해 위에서 제시된 압력 범위에서 사용된다.The compressor 100 compresses and supplies the raw material gas to the desulfurizer 200 at a pressure within a range from 9 bar to 20 bar. The raw material gas is preferably compressed to a pressure within a maximum range of 20 bar, 200 and the reformer 400 in the above-described pressure range for stable operation.

이와 같이 압축기(100)가 고압으로 탈황기(200)로 연료가스를 공급할 경우 원료가스에 포함된 황 성분에 대한 제거가 보다 잘 이루어져 탈황기(200)의 효율이 증가되고, 수소 회수율이 상대적으로 증가되며, 수소 제조 장치의 전체적인 장비 구성이 작아지는 효과가 유발된다.
When the compressor 100 supplies the fuel gas to the desulfurizer 200 at a high pressure, the sulfur component contained in the raw material gas is more effectively removed, thereby increasing the efficiency of the desulfurizer 200, And the overall equipment configuration of the hydrogen production apparatus is reduced.

개질기(400)는 다수개의 가열부(300)가 상부에 설치되어 원료 가스의 상승된 압력과 비례하여 고온으로 화염이 발생되는데, 상기 원료 가스와 화염이 화학적으로 반응하여 수소가 풍부한 합성가스가 발생된다.In the reformer 400, a plurality of heating units 300 are installed on the upper part, and a flame is generated at a high temperature in proportion to the elevated pressure of the raw material gas. The source gas and the flame chemically react to generate a hydrogen- do.

가열부(300)는 버너가 사용되는데, 상기 버너는 개질기(400)의 상부에 동일 간격으로 이격된 상태로 배치되며 본 실시 예에서는 3개의 버너가 120도 간격으로 이격된 것으로 설명하나 상기 각도로 반드시 한정하지 않고 변경 가능함을 밝혀둔다.The burner is disposed in the upper part of the reformer 400 at equal intervals. In the present embodiment, three burners are spaced apart from each other by 120 degrees. It is to be understood that the present invention is not limited thereto.

이와 같이 버너가 다수개가 설치되는 이유는 상대적으로 고압 상태로 개질기(400)로 유입된 원료가스의 압력과 비례하여 버너에서 배출되는 온도 또한 원료가스의 압력과 비례하여 상대적으로 높은 온도로 개질기(400) 내부에서 수소 생성을 위한 분위기를 조성하기 위해서이다.The reason for installing a plurality of burners in this manner is that the temperature discharged from the burner in proportion to the pressure of the raw material gas flowing into the reformer 400 at a relatively high pressure is also increased to a relatively high temperature in proportion to the pressure of the raw material gas, ) In order to create an atmosphere for hydrogen generation inside.

참고로 상기 버너는 최소한 2개 이상 설치되는 것이 고온의 온도 조건을 유지하는데 유리하며, 본 실시 예에서는 3개가 설치된 것으로 도시하였으나 상기 개수로 반드시 한정하지 않는다.
For reference, it is advantageous to maintain at least two or more of the burners at a high temperature condition, and in the present embodiment, three burners are shown, but the number is not necessarily limited to the above.

개질기(400)는 소정의 직경을 가지는 원통 형태의 개질기 하우징(402)과, 상기 개질기 하우징(402)의 내측 상부에 설치된 유도 하우징(404)을 포함한다. The reformer 400 includes a cylindrical reformer housing 402 having a predetermined diameter and an induction housing 404 installed at an inner upper portion of the reformer housing 402.

개질기(400)는 개질기 하우징(402)의 내측에 단열층(411)이 형성되는데, 상기 단열층(411)은 가열부(300)에서 발생된 고온의 화염으로 인한 손상을 방지하기 위해 내주면에 형성된다. 상기 단열층(411)은 내화재료가 사용되는 것이 바람직하며 고온의 온도 조건에서 변형 및 파손이 발생되지 않는 재료가 사용된다.
The reformer 400 has a heat insulating layer 411 formed inside the reformer housing 402. The heat insulating layer 411 is formed on the inner circumferential surface of the reformer 400 to prevent damage due to a high temperature flame generated in the heating unit 300. The heat insulating layer 411 is preferably a refractory material, and a material which does not cause deformation and breakage under a high temperature condition is used.

유도 하우징(404e)은 3개의 버너를 반원 형태로 감싸는 라운드 부(404a)를 포함하고, 라운드 부(404a)는 외주면이 전술한 유도 하우징(404)의 내측에 고정되거나, 개질기(400)의 내측 상부에 고정되는 것이 바람직하나 상기 위치로 반드시 한정하지는 않는다.The induction housing 404e includes a round portion 404a for enclosing three burners in a semicircular shape and the round portion 404a is fixed to the inside of the induction housing 404 as described above or the inside of the reformer 400 But it is not necessarily limited to this position.

유도 하우징(404)은 하측을 향해 소정의 길이로 연장되거나, 하측으로 갈수록 단면이 축소되는 축소관 형태로 구성되는 것도 가능할 수 있으며, 고압 상태로 공급된 원료가스의 압력이 강하되지 않고 개질 효율이 저하되지 않도록 화염을 개질관(410)으로 가이드 하기 위해 설치된다.
The induction housing 404 may be formed in the shape of a reduced tube that extends a predetermined length toward the lower side or decreases in section toward the lower side. It is also possible that the pressure of the raw material gas supplied in the high pressure state is not lowered, Is installed to guide the flame to the reforming pipe (410) so as not to deteriorate.

첨부된 도 7 내지 도 8을 참조하면, 유도 하우징(404)은 내주면에 가열부(300)의 화염 방향을 안내하는 안내홈(404e)을 포함하고, 안내홈(404e)은 유도 하우징(404)의 내주면을 따라 나선 형태로 형성되어 버너에서 발생된 화염을 와류 형태로 유도한다.7 to 8, the guide housing 404 includes a guide groove 404e for guiding the flame direction of the heating part 300 on the inner circumferential surface thereof, and the guide groove 404e is formed on the guide surface of the guide housing 404, So that the flame generated in the burner is guided into a vortex shape.

안내홈(404e)은 단면 형태가 반원 형태로 형성된 것으로 한정하나 상기 형태로 한정하지 않고 변경될 수 있으며, 경사각도 또한 다양하게 변경될 수 있음을 밝혀둔다.It is noted that the guide groove 404e is formed in a semicircular shape in cross section, but it is not limited to the above-described shape, and the inclination angle can also be variously changed.

안내홈(404e)은 버너에서 발생된 화염을 와류 형태로 안내하기 위해 다양한 형태로 변경될 수 있는데, 유도 하우징(404)의 내주면을 따라 상대적으로 이격된 간격이 조밀한 상태로 형성되거나, 이격된 간격과 폭이 상대적으로 넓게 형성될 수 있다.The guiding groove 404e may be formed in various shapes to guide the flame generated in the burner into the vortex shape. The guiding groove 404e may be formed in a closely spaced interval along the inner circumferential surface of the guiding housing 404, The gap and the width may be formed relatively wide.

또한 첨부된 도 7에 도시된 바와 같이 유도 하우징(404)의 하측을 향해 직선 형태로 연장되다가 단부에서만 내주면을 따라 나선 형태로 휘어지는 형태로 형성될 수 있으며, 첨부된 도 8에 도시된 바와 같이 상부에서 하부를 향해 나선 형태로 일정하게 이격되는 것도 가능하며 위에서 언급한 형태 이외의 다른 형태로 형성되는 것도 가능함을 밝혀둔다.
As shown in FIG. 7, it may be formed in a straight shape extending toward the lower side of the induction housing 404 and bent in a helical shape along the inner peripheral surface only at the end portion. It is possible to uniformly form a spiral shape from the lower side to the lower side and to be formed in a shape other than the above-mentioned shape.

본 발명의 일 실시 예에 의한 개질기에 대해 도면을 참조하여 설명한다.A reformer according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

첨부된 도 5 또는 도 9 내지 도 10을 참조하면, 개질기(400)는 개질기 하우징(402)의 내측 원주 방향을 따라 배치된 다수개의 개질관(410)과, 상기 개질기 하우징(402)의 외측에서 내측을 향해 연장된 원료 가스 공급관(10)과 연통되어 개질기 하우징(402)의 내부에 위치되고, 상기 개질관(410)과 연결된 제1 연결관(11)을 매개로 연통된 제1 헤더(420)와, 상기 제1 헤더(420)의 하측에 위치되고 합성가스가 배출되는 합성가스 배출관(431)이 형성된 제2 헤더(430)와, 상기 개질관(410)을 통해 생성된 합성가스를 제2 헤더(430)로 공급하기 위해 일단이 다수개의 개질관(410) 하단에 각각 연결되고 타단이 제2 헤더(430)를 향해 연장된 제2 연결관(440)을 포함한다.Referring to FIG. 5 or FIGS. 9 to 10, the reformer 400 includes a plurality of reforming pipes 410 disposed along the inner circumferential direction of the reformer housing 402, The first header (420) is connected to the raw gas supply pipe (10) extending toward the inside of the reformer housing (402) and communicates with the reforming pipe (410) A second header 430 disposed below the first header 420 and having a synthesis gas discharge pipe 431 through which the synthesis gas is discharged and a second header 430 positioned below the first header 420, And a second connection pipe 440 having one end connected to the lower end of the plurality of reforming pipes 410 and the other end extending toward the second header 430 to supply the second header 430 to the second header 430.

개질관(410)은 내부가 이중관 형태로 이루어지는데, 내부 중앙에 소정의 직경을 가지는 내부관을 포함하고, 내부관의 외측에 개질 촉매가 채워진다.
The reforming pipe 410 has a double pipe structure. The reforming pipe 410 includes an inner pipe having a predetermined diameter at the center, and the reforming catalyst is filled outside the inner pipe.

제1 헤더(420)는 개질기 하우징(402)의 내측에 링 형태로 위치되고, 원료 가스 공급관(10)을 통해 원료 가스가 공급된 후에 상기 제1 헤더(420)의 전 영역으로 동시에 이동이 이루어지는데, 제1 헤더(420)가 링 형태로 형성되므로 원주 방향을 따라 일정하게 다량의 원료 가스가 공급될 수 있으므로 개질기(400)의 크기에 상관 없이 항시 일정하게 다량의 원료 가스를 안정적으로 공급할 수 있어서 개질관(410) 으로의 공급 효율성과 안전성이 향상된다.The first header 420 is located in the form of a ring inside the reformer housing 402 and is simultaneously moved to the entire area of the first header 420 after the source gas is supplied through the source gas supply pipe 10 Since the first header 420 is formed in the shape of a ring, a large amount of raw material gas can be supplied uniformly along the circumferential direction. Therefore, it is possible to stably supply a large amount of raw material gas constantly at any time regardless of the size of the reformer 400 So that the supply efficiency and safety to the reforming pipe 410 are improved.

제1 헤더(420)는 제1 연결관(11)이 개질기(400)의 내부에 원주 방향을 따라 배치된 다수개의 개질관(410)과 마주보며 방사 형태로 배치되어 있으므로, 제1 헤더(420)로 원료 가스가 공급될 경우 각각의 제1 연결관(11)을 통해 개질기(400)로 원료 가스가 지체되지 않고 안정적으로 공급될 수 있다.Since the first header pipe 420 is disposed in a radial shape facing the plurality of reforming pipes 410 disposed in the reformer 400 along the circumferential direction of the first header pipe 420, ), The raw material gas can be stably supplied to the reformer 400 through the respective first connection pipes 11 without delay.

이로 인해 특정 위치에 위치된 개질관(410)으로 공급되는 원료 가스의 공급이 딜레이되지 않고 항시 일정하게 공급될 수 있다. 제1 연결관(11)은 제1 헤더(420)에서 개질관 사이에 상대적으로 짧은 길이로 연장되므로 다수개의 개질관(410)을 향해 원료 가스가 보다 신속하게 이동될 수 있다.
Accordingly, the supply of the raw material gas supplied to the reforming pipe 410 located at a specific position can be constantly supplied at any time without delay. Since the first connection pipe 11 extends in a relatively short length between the reforming pipes in the first header 420, the raw material gas can be moved more quickly toward the plurality of reforming pipes 410.

원료 가스 공급관(431)은 한 곳에만 형성되므로 제1 헤더(420)의 원주 방향으로 원료 가스가 안정적으로 이동될 수 있으므로 이동 안전성 또한 보장된다. 제1 헤더(420)는 직경이 개질관(410)의 직경 보다는 상대적으로 작게 형성되는데, 개질기(400)로 공급될 원료 가스의 유량에 따라 변경될 수 있다.
Since the raw material gas supply pipe 431 is formed in only one place, the raw material gas can be stably moved in the circumferential direction of the first header 420, thus ensuring safety of movement. The diameter of the first header 420 is relatively smaller than the diameter of the reforming pipe 410 and may be changed according to the flow rate of the feed gas to be supplied to the reformer 400.

제2 헤더(430)는 제1 헤더와 마찬가지로 링 형태로 이루어지나, 상기 제1 헤더의 직경 보다는 상대적으로 작은 직경으로 형성되며 상기 제1 헤더(420)의 하측에 위치된다.The second header 430 is in the form of a ring like the first header, but is formed to have a diameter smaller than the diameter of the first header and is positioned below the first header 420.

제2 헤더(430)는 제2 연결관(440)을 매개로 개질관(410)과 연결되며, 제2 연결관(440) 또한 제2 헤더(430)의 원주 방향을 따라 방사 형태로 배치되어 다수개의 개질관(410)에서 생성된 합성가스를 합성 가스 배출관(404d)을 통해 배출시킨다.The second header 430 is connected to the reforming pipe 410 through the second connection pipe 440 and the second connection pipe 440 is also disposed radially along the circumferential direction of the second header 430 And the synthesis gas generated in the plurality of reforming pipes 410 is discharged through the syngas discharge pipe 404d.

합성 가스 배출관(404d) 또한 한 곳에만 형성되므로 생성된 합성 가스가 안정적으로 배출될 수 있다.
Since the syngas discharge pipe 404d is formed in only one place, the generated syngas can be stably discharged.

수소 제조 장치(1)는 개질기(400)의 내측 하단에 위치된 배출구 하우징(404c)을 포함하고, 상기 배출구 하우징(404c)은 가열부(300)에서 발생된 연소가스가 배출되기 위해 다수개의 개질관(410)에 일단이 삽입되고 타단은 유도관(404b)에 결합된다.The hydrogen production apparatus 1 includes an outlet housing 404c positioned at the inner lower end of the reformer 400 and the outlet housing 404c is provided with a plurality of reforming units 404a, One end is inserted into the tube 410 and the other end is coupled to the induction tube 404b.

배출구 하우징(404c)은 하부에서 하부로 갈수록 내측을 향해 하향 경사지게 이루어지므로 유도관(404b)을 통해 연소가스가 압력 강하 없이 원활하게 배출될 수 있다. 배출구 하우징(404c)은 상면에 밀폐된 상태로 이루어지고, 유도관(404b)이 개질관(410)과 대응되는 개수로 이루어진다.Since the outlet housing 404c is inclined downward toward the inside as it goes from the lower part to the lower part, the combustion gas can be smoothly discharged through the induction pipe 404b without pressure drop. The outlet housing 404c is closed on the upper surface, and the induction pipe 404b is formed in a number corresponding to the number of the reforming pipe 410.

배출관(404d)은 배출구 하우징(404c)의 하단에 일단이 연결되고 타단이 외측으로 연장되며 도면에 도시된 길이 및 직경으로 한정하지 않는다.
The discharge pipe 404d is connected to the lower end of the discharge port housing 404c at one end and the other end extends outwardly, and is not limited to the length and diameter shown in the drawing.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 수소 제조 장치에 대해 설명한다.A hydrogen production apparatus according to another embodiment of the present invention will be described.

본 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 가장 큰 기술적 특징은 압축기의 설치 위치가 탈황기 전단 위치에 위치되고, 개질기에 설치된 가열부에서 발생된 화염을 와류 형태로 유도하여 개질관에서의 수소 생성 효율을 향상시킬 수 있으며, 개질기로 공급되는 고압의 원료 가스의 압력에 비례하여 가열부에서 배출되는 화염의 온도를 고온으로 제어하고자 한다.The most significant technical feature of the hydrogen production apparatus according to this embodiment is that the installation position of the compressor is located at the front end position of the desulfurizer and the flame generated in the heating unit installed in the reformer is guided into a vortex shape, And to control the temperature of the flame discharged from the heating unit to a high temperature in proportion to the pressure of the high-pressure raw material gas supplied to the reformer.

첨부된 도 5 또는 도 11을 참조하면, 수소 제조 장치(1)는 고압의 압력으로 원료 가스를 압축하는 압축기(100)와, 상기 압축기(100)에서 압축된 고압의 원료 가스에 포함된 황을 흡착하는 탈황기(200)를 경유한 원료 가스에 열에너지를 공급하기 위해 등 간격으로 이격된 다수개의 가열부(300)가 장착된 개질기(400)를 포함한다.5 or 11, the hydrogen producing apparatus 1 includes a compressor 100 for compressing a raw material gas at a high pressure, a high-pressure raw material gas containing sulfur contained in the raw material gas compressed at the compressor 100, And a reformer 400 equipped with a plurality of heating units 300 spaced at regular intervals to supply thermal energy to the raw material gas passed through the desorbing unit 200 to be adsorbed.

개질기(400)는 개질기 하우징(402)과, 상기 개질기 하우징(402)의 내측 상부에 독립적으로 위치되어 상기 가열부(300)의 외측을 감싸며 가열부(300)에서 하측으로 이동되는 화염을 와류 형태로 유도하는 배출구 하우징(404c)을 포함하며, 상기 압축기(100)를 통해 탈황기(200)로 공급되는 고압 상태의 원료 가스의 압력과 비례하여 가열부(300)에서 배출되는 화염의 온도를 고온으로 제어하는 제어부(500)를 포함한다.The reformer 400 includes a reformer housing 402 and a reformer housing 402. The reformer housing 402 surrounds the inside of the reformer housing 402 and surrounds the outside of the heater 300, The temperature of the flame discharged from the heating unit 300 in proportion to the pressure of the high-pressure raw material gas supplied to the desulfurizer 200 through the compressor 100 is set to a high temperature As shown in FIG.

본 실시 예의 압축기(100)와 개질기(400)에 대한 주요 구성은 앞선 실시 예와 동일하므로 상세한 설명은 생략하고 제어부(500)를 중심으로 서술하기로 한다.Since the main components of the compressor 100 and the reformer 400 of the present embodiment are the same as those of the previous embodiment, detailed description thereof will be omitted and the control unit 500 will be mainly described.

본 실시 예에 의한 수소 제조 장치(1)는 압축기(100)에 의해 원료 가스가 9bar 이상 20bar 이내의 압력으로 탈황기(200)에 공급되므로, 개질기에 설치된 가열부(300) 또한 증가된 원료 가스의 압력에 비례하여 고온으로 화염의 온도를 상승시켜 연소 되어야만 원료 가스의 압력이 저하되지 않고 일정하게 유지되면서 보다 효율적으로 합성 가스를 생산할 수 있다.Since the raw material gas is supplied to the desulfurizer 200 at a pressure of not less than 9 bar and a pressure of not more than 20 bar by the compressor 100, the heating unit 300 installed in the reformer can also supply the increased raw material gas The synthesis gas can be produced more efficiently by maintaining the temperature of the flame at a high temperature proportional to the pressure of the flame,

이를 위해 수소 제조 장치(1)는 압축기(100)에서 배출되는 원료 가스의 압력을 감지하는 제1 압력 감지부(101)와, 상기 개질기(400) 내부의 온도를 감지하는 제1 온도 감지부(406)와, 상기 개질기(400) 내부의 압력을 감지하는 제2 압력 감지부(405)를 포함한다.The hydrogen generator 1 includes a first pressure sensing unit 101 for sensing the pressure of the raw material gas discharged from the compressor 100 and a first temperature sensing unit for sensing the temperature inside the reformer 400 And a second pressure sensing unit 405 for sensing the pressure inside the reformer 400.

제1 압력 감지부(101)는 압축기(100)에서 탈황기(200)로 공급되는 배관상에 설치되거나, 상기 압축기(100)에 설치되어 압력을 감지하여 제어부(500)로 전송하고, 제어부(500)는 이를 입력받아 현재 압축기(100)의 토출 압력 상태를 확인한 후에 규정 압력 이내인지 확인한다.The first pressure sensing unit 101 may be installed on the piping supplied from the compressor 100 to the desulfurizer 200 or installed in the compressor 100 to sense the pressure and transmit the sensed pressure to the controller 500, 500 confirms the discharge pressure state of the compressor 100 and confirms the pressure within the predetermined pressure.

개질기(400)에 설치된 제1 온도 감지부(406)는 가열부(300)가 작동된 이후의 개질기(400) 내부의 온도를 감지하여 기 입력된 원료 가스의 토출 압력과 화염이 발생된 개질기(400) 내부의 온도 상태가 압력에 따른 규정 온도 범위 이내인지 확인한 후에 정상 상태인지 판단한다.The first temperature sensing unit 406 installed in the reformer 400 senses the temperature inside the reformer 400 after the heating unit 300 is operated and detects the discharge pressure of the raw material gas and the temperature of the reformer 400 400) is within the specified temperature range according to the pressure, it is judged whether or not the state is normal.

만약 상기 개질기(400) 내부의 온도가 설정 온도 이상 또는 이하일 경우 가열부(300)로 공급되는 연료량 또는 버너의 온 오프 제어를 통해 설정 온도 범위로 제어한다.
If the temperature inside the reformer 400 is equal to or higher than the predetermined temperature, the control is performed to the set temperature range through the control of the amount of fuel supplied to the heating unit 300 or the burner on / off control.

제2 압력 감지부(405)는 개질기(400) 내부의 압력을 감지하여 상기 제어부(500)로 전송하고, 제어부(500)는 이를 입력 받아 개질기(400)로 공급되기 이전의 원료 가스의 압력과 연소가 이루어진 이후의 압력을 서로 간에 비교하여 규정 압력 이내의 오차 범위 이내에 압력이 유지되는지 확인하여 압력 강하로 인한 문제 발생을 사전에 차단하고 이상 유무 발생시 압축기(100)의 토출 압력을 증가시켜 개질기(400)에서의 압력 강하를 방지한다.The second pressure sensing unit 405 senses the pressure in the reformer 400 and transmits the sensed pressure to the controller 500. The controller 500 receives the pressure of the raw material gas before being supplied to the reformer 400, The pressure after the combustion is compared with each other to check whether the pressure is maintained within an error range within a predetermined pressure to prevent the occurrence of a problem caused by the pressure drop and to increase the discharge pressure of the compressor 100 when an abnormality occurs, 400). ≪ / RTI >

제어부(500)는 이와 같이 압축기(100)와 개질기(400)의 압력과 개질기(400) 내부의 온도 제어를 통해 고압 상태로 개질기(400)로 공급되는 원료 가스를 이용한 안정적인 수소 생성을 가능하게 한다. 온도 표시부(407)는 개질기(400)의 내부 온도가 시각적으로 인지 가능하게 표시되며 개질기(400)의 외측에 부착된다.
The control unit 500 enables the stable hydrogen generation using the source gas supplied to the reformer 400 to the high pressure state through the pressure control of the compressor 100 and the reformer 400 and the temperature control inside the reformer 400 . The temperature display unit 407 displays the internal temperature of the reformer 400 in a visually recognizable manner and is attached to the outside of the reformer 400.

본 실시 예에 의한 수소 제조 장치는 첨부된 도 12에 도시된 바와 같이, 연료 전지 시스템(2)에 개질기(400)를 장착하여 사용할 수 있다. 또한 도 13에 도시된 바와 같이 수소 제조 장치(1)를 포함하는 연료 전지 시스템용 수소 제조 장치에 설치하여 사용할 수 있으며, 이 경우 다수개의 스택에 다량의 수소 가스를 공급할 수 있으므로 효율이 향상된다.
The hydrogen producing apparatus according to the present embodiment can be used by mounting the reformer 400 on the fuel cell system 2 as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 13, it can be installed in a hydrogen producing apparatus for a fuel cell system including the hydrogen producing apparatus 1. In this case, since a large amount of hydrogen gas can be supplied to a plurality of stacks, the efficiency is improved.

첨부된 도 14를 참조하면, 수소 제조 장치(1)는 다수대의 연료전지 차량(FCV)에 급속 충전을 위한 수소 충전 시스템용 수소 제조 장치로 사용될 수 있으며 이 경우 다량의 연료전지 차량에 대한 충전이 신속하게 이루어질 수 있으므로 연료전지 차량이 수소 충전을 위해 대기하지 않고 편리하게 충전을 실시할 수 있어 사용자의 편리성과 충전 효율이 향상된다.
Referring to FIG. 14, the hydrogen producing apparatus 1 can be used as a hydrogen producing apparatus for a hydrogen filling system for rapid charging of a plurality of fuel cell vehicles (FCV). In this case, The fuel cell vehicle can be conveniently charged without waiting for hydrogen charging, thereby improving the convenience of the user and the charging efficiency.

이와 같이 구성된 본 발명의 일 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 작동 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 참고로 본 실시 예에서는 개질기에서 발생된 화염이 와류 형태로 이동되는 상태에 대해 상세하게 설명한다.The operating state of the apparatus for hydrogen generation according to one embodiment of the present invention will now be described with reference to the drawings. For reference, a state in which the flame generated in the reformer is moved in a vortex form will be described in detail in this embodiment.

첨부된 도 15를 참조하면, 원료 가스는 압축기에서 9bar 이상 20bar 이내의 압력 범위 이내에서 압축된 후에 탈황기(200)로 공급되고, 탈황기(200)에서 원료 가스에 포함된 황 성분이 제거되는데, 탈황기(200)로 공급된 원료 가스의 압력이 고압 상태로 공급되므로 탈황기(200)에서 상대적으로 보다 많은 황 성분이 제거된다.Referring to FIG. 15, the raw material gas is compressed within a pressure range of 9 bar to 20 bar in a compressor, and then supplied to a desulfurizer 200. In the desulfurizer 200, sulfur components contained in the raw material gas are removed Since the pressure of the raw material gas supplied to the desulfurizer 200 is supplied at a high pressure, relatively more sulfur components are removed in the desulfurizer 200.

원료 가스는 탈황기(200)를 경유하여 개질기(400)의 내부로 이동되고, 가열부(300)에 구비된 다수개의 버너가 점화되면서 고온의 화염이 개질기(400)의 하측을 향해 이동된다.The raw material gas is moved to the inside of the reformer 400 via the desulfurizer 200 and a plurality of burners provided in the heating unit 300 are ignited so that the high temperature flame is moved toward the lower side of the reformer 400.

이때 각각의 버너 주위에 위치된 유도 하우징(404)의 안내홈(404e)을 따라 화염의 이동이 이루어지는데, 상기 화염은 라운드 부(404a)에 의해 화염이 유도 하우징(404)의 측면을 향해 확산되지 않고 일정한 직경으로 집중된 상태로 하측을 향해 이동되고, 안내홈(404e)을 따라 화염이 각각의 유도 하우징(404)의 내측에서 와류 형태로 유도되어 개질기(400)의 하측을 향해 이동된다.At this time, the flame is moved along the guide groove 404e of the induction housing 404 positioned around each burner. The flame is diffused by the round portion 404a toward the side of the induction housing 404 The flame is guided in the form of a vortex inside each induction housing 404 along the guide groove 404e and is moved toward the lower side of the reformer 400. [

이때 버너에서 배출되는 화염의 온도는 고압 상태의 원료 가스의 압력과 비례하여 고온 상태로 작동되므로 원료 가스의 압력 강하 없이 개질기에서 연소되면서 다량의 수소가 포함된 합성 가스가 생산된다.
At this time, the temperature of the flame emitted from the burner is operated at a high temperature proportional to the pressure of the raw material gas at a high pressure, so that a syngas containing a large amount of hydrogen is produced by burning in the reformer without pressure drop of the raw material gas.

본 발명의 일 실시 예에 의한 수소 제조 장치의 다른 실시 예에 의한 작동 상태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 참고로 본 실시 예에서는 원료 가스가 개질기로 이동되는 이동 과정과 제어부의 제어 상태에 대해 상세하게 설명한다.An operation state of another embodiment of a hydrogen producing apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. For reference, in this embodiment, the movement process of moving the raw material gas to the reformer and the control state of the control unit will be described in detail.

첨부된 도 5 또는 도 11을 참조하면, 원료 가스는 압축기에 의해 고압(9bar 내지 20bar 이하) 상태로 압축되어 탈황기(200)를 경유하여 원료 가스 공급관(10)을 통해 제1 헤더(420)로 공급된다.5 or 11, the raw material gas is compressed to a high pressure (9 bar to 20 bar or less) by a compressor and is then discharged to the first header 420 through the raw gas supply pipe 10 via the desulfurizer 200. [ .

그리고 제1 헤더(420)의 원주 방향을 따라 원료 가스가 이동된 후에 각각의 제1 연결관(11)을 경유하여 개질관(410)으로 이동되고, 버너(300)에서 발생된 고온의 화염과 열교환되면서 합성 가스가 발생된다.After the raw material gas is moved along the circumferential direction of the first header 420, the raw material gas is moved to the reforming pipe 410 via each first connection pipe 11, and the high temperature flame generated in the burner 300 Syngas is generated as heat is exchanged.

제어부(500)는 제2 압력 감지부(405)에서 감지한 압력 데이터를 입력 받아 현재 개질기 내부의 압력과 제1 압력 감지부(101)에서 감지된 압력을 상호 비교하고, 기 설정된 규정 압력 이내에 해당되는지 판단한다.The control unit 500 receives the pressure data sensed by the second pressure sensing unit 405 and compares the pressure inside the reformer with the pressure sensed by the first pressure sensing unit 101, .

만약 개질기(400) 내부의 압력이 규정 압력 이내에 해당될 경우 제1 온도 감지부(406)에서 감지된 데이터를 상호 비교 판단한 후에 개질기(400) 내부의 압력 상태에 따른 온도 상태가 유지되는지 판단한다.If the pressure within the reformer 400 falls within the specified pressure, the first temperature sensing unit 406 compares the detected data with each other, and then determines whether the temperature state according to the pressure state inside the reformer 400 is maintained.

예를 들어 제어부(500)는 현재 개질기(400) 내부의 온도가 규정 온도 이하일 경우 버너에서 발생된 화염의 온도를 상승시키기 위해 상기 버너로 공급되는 연료량을 증가시켜 규정 온도와 유사해지도록 제어한다.For example, the control unit 500 increases the amount of fuel supplied to the burner to increase the temperature of the flame generated in the burner when the temperature inside the reformer 400 is lower than the predetermined temperature, and controls the control unit 500 to be similar to the specified temperature.

따라서 제어부(500)는 개질기(400) 내부의 온도와 압력 및 압축기의 온도 데이터를 입력 받아 압력 강하 없이 안정적인 합성 가스를 생산하도록 제어할 수 있다.
Accordingly, the controller 500 can control the internal temperature and pressure of the reformer 400 and the temperature data of the compressor 400 to produce stable synthesis gas without pressure drop.

이상, 본 발명의 일 실시 예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit of the invention as set forth in the appended claims. The present invention can be variously modified and changed by those skilled in the art, and it is also within the scope of the present invention.

1 : 수소 제조 장치
10 : 원료 가스 공급관
100 : 압축기
101 : 제1 압력 감지부
200 : 탈황기
300 : 가열부
400 : 개질기
402 : 개질기 하우징
401 : 단열층
402 : 개질기 하우징
404 : 유도 하우징
404a : 라운드 부
404e : 안내홈
410 : 개질관
420 : 제1 헤더
430 : 제2 헤더
431: 합성 가스 배출관
500 : 제어부1: hydrogen production device
10: Feed gas supply pipe
100: Compressor
101: first pressure sensing part
200: Desulfurizer
300: heating part
400: reformer
402: Reformer housing
401: insulating layer
402: Reformer housing
404: Induction housing
404a:
404e: guide groove
410: reforming tube
420: first header
430: Second header
431: Synthetic gas discharge pipe
500:

Claims (23)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 고압의 압력으로 원료 가스를 압축하는 압축기; 및
상기 압축기에서 압축된 고압의 원료 가스에 포함된 황을 흡착하는 탈황기를 경유한 원료 가스에 열에너지를 공급하기 위해 등 간격으로 이격된 다수개의 가열부가 장착된 개질기를 포함하고,
상기 개질기는,
개질기 하우징과, 상기 개질기 하우징의 내측 상부에 독립적으로 위치되어 상기 가열부의 외측을 감싸며 가열부에서 하측으로 이동되는 화염을 와류 형태로 유도하는 유도 하우징을 포함하되,
상기 개질기 하우징의 내측 원주 방향을 따라 배치된 다수개의 개질관과, 상기 개질기 하우징의 외측에서 내측을 향해 연장된 원료 가스 공급관과 연통되어 개질기 하우징의 내부에 위치되고, 상기 개질관과 연결된 제1 연결관을 매개로 연통된 제1 헤더와, 상기 제1 헤더의 하측에 위치되고 합성가스가 배출되는 합성가스 배출관이 형성된 제2 헤더와, 상기 개질관을 통해 생성된 합성가스를 제2 헤더로 공급하기 위해 일단이 다수개의 개질관 하단에 각각 연결되고 타단이 제2 헤더를 향해 연장된 제2 연결관을 포함하는 수소 제조 장치.A compressor for compressing the raw material gas at a high pressure; And
And a reformer equipped with a plurality of heating units spaced apart at regular intervals to supply thermal energy to the raw material gas passed through the desulfurizer for adsorbing sulfur contained in the high-pressure raw material gas compressed by the compressor,
The reformer,
A reformer housing; and an induction housing independently disposed at an inner upper portion of the reformer housing to surround the outside of the heating unit and to guide the flame moving downward in the heating unit into a vortex shape,
A plurality of reforming pipes disposed along the inner circumferential direction of the reformer housing and a plurality of reforming pipes disposed in the interior of the reformer housing and communicating with a raw material gas supply pipe extending inward from the outside of the reformer housing, A second header disposed under the first header and having a synthetic gas discharge pipe through which synthetic gas is discharged, and a second header connected to the first header, And a second connection pipe having one end connected to the lower end of the plurality of reforming pipes and the other end extending toward the second header. 제5 항에 있어서,
상기 압축기는,
상기 탈황기에 9bar 이상 20bar 이내의 압력으로 원료 가스를 압축하여 탈황기에 공급하는 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치.6. The method of claim 5,
The compressor includes:
Wherein the raw material gas is compressed into the desulfurizer at a pressure of not less than 9 bar and not more than 20 bar and supplied to the desulfurizer. 제5 항에 있어서,
상기 유도 하우징은,
각각의 가열부를 반원 형태로 감싸는 라운드 부를 포함하는 수소 제조 장치.6. The method of claim 5,
The induction housing includes:
And a round portion for surrounding each of the heating portions in a semicircular shape. 제5 항에 있어서,
상기 유도 하우징은,
내주면을 따라 형성되고 가열부의 화염 방향을 안내하는 안내홈을 포함하는 수소 제조 장치.6. The method of claim 5,
The induction housing includes:
And a guide groove formed along the inner peripheral surface and guiding the direction of the flame of the heating section. 제5 항에 있어서,
상기 개질기는,
상기 가열부에서 발생된 고온의 화염으로 인한 손상을 방지하기 위해 내주면에 형성된 단열층을 포함하는 수소 제조 장치.6. The method of claim 5,
The reformer,
And a heat insulating layer formed on the inner circumferential surface to prevent damage due to the high-temperature flame generated in the heating unit. 삭제delete 제5 항에 있어서,
상기 제1 헤더와 제2 헤더는 외측에 단열부재에 단열 처리된 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치.6. The method of claim 5,
Wherein the first header and the second header are adiabatically treated on the outer side of the heat insulating member. 제5 항에 있어서,
상기 제1,2 헤더는,
링 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치.6. The method of claim 5,
The first and second headers,
Wherein the hydrogen generator is formed in a ring shape. 제5 항에 있어서,
상기 제1 연결관은,
상기 제1 헤더의 원주 방향을 따라 다수개의 개질관과 마주보며 방사 형태로 배치된 것을 수소 제조 장치.6. The method of claim 5,
The first connection pipe includes:
Wherein the plurality of reforming pipes are arranged in a radial pattern facing the plurality of reforming pipes along a circumferential direction of the first header. 제5 항에 있어서,
상기 제2 연결관은,
상기 제2 헤더의 원주 방향을 따라 다수개의 개질관과 마주보며 방사 형태로 배치된 것을 수소 제조 장치.6. The method of claim 5,
The second connection pipe
Wherein the plurality of reforming pipes are disposed in a radial pattern facing the plurality of reforming pipes along a circumferential direction of the second header. 제5 항에 있어서,
상기 개질기는,
가열부에서 발생된 연소가스가 배출되기 위해 다수개의 개질관에 삽입된 유도관;
상기 유도관을 통해 이동된 연소가스가 모두 합류되는 공간을 제공하는 배출구 하우징;
상기 배출구 하우징의 하단에 일단이 연결되고 타단이 외측으로 연장된 배출관을 포함하는 수소 제조 장치.6. The method of claim 5,
The reformer,
A guide pipe inserted into the plurality of reforming pipes to discharge the combustion gas generated in the heating unit;
An outlet housing for providing a space in which all of the combustion gases transferred through the induction pipe are merged;
And a discharge pipe having one end connected to the lower end of the discharge port housing and the other end extending outward. 제15 항에 있어서,
상기 유도관은,
상기 개질관과 대응되는 개수로 이루어진 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치.16. The method of claim 15,
In the induction tube,
And a number corresponding to the number of the reforming pipes. 고압의 압력으로 원료 가스를 압축하는 압축기;
상기 압축기에서 압축된 고압의 원료 가스에 포함된 황을 흡착하는 탈황기를 경유한 원료 가스에 열에너지를 공급하기 위해 등 간격으로 이격된 다수개의 가열부가 장착된 개질기를 포함하고,
상기 개질기는,
개질기 하우징과, 상기 개질기 하우징의 내측 상부에 독립적으로 위치되어 상기 가열부의 외측을 감싸며 가열부에서 하측으로 이동되는 화염을 와류 형태로 유도하는 유도 하우징을 포함하며,
상기 압축기를 통해 탈황기로 공급되는 고압 상태의 원료 가스의 압력과 비례하여 상기 가열부에서 배출되는 화염의 온도를 선택적으로 제어하는 제어부를 포함하는 수소 제조 장치.A compressor for compressing the raw material gas at a high pressure;
And a reformer equipped with a plurality of heating units spaced apart at regular intervals to supply thermal energy to the raw material gas passed through the desulfurizer for adsorbing sulfur contained in the high-pressure raw material gas compressed by the compressor,
The reformer,
A reformer housing; and an induction housing that is independently positioned at an inner upper portion of the reformer housing to surround the outside of the heating unit and to guide the flame moving downward in the heating unit into a vortex shape,
And a control unit for selectively controlling the temperature of the flame discharged from the heating unit in proportion to the pressure of the raw material gas at a high pressure supplied to the desulfurizer through the compressor. 제17 항에 있어서,
상기 압축기에서 배출되는 원료 가스의 압력을 감지하는 제1 압력 감지부;
상기 개질기 내부의 온도를 감지하는 제1 온도 감지부;
상기 개질기 내부의 압력을 감지하는 제2 압력 감지부가 구비된 수소 제조 장치.18. The method of claim 17,
A first pressure sensing unit for sensing a pressure of the raw material gas discharged from the compressor;
A first temperature sensing unit for sensing a temperature inside the reformer;
And a second pressure sensing unit for sensing a pressure inside the reformer. 제17 항에 있어서,
상기 개질기는,
상기 가열부의 온도가 표시되는 온도 표시부를 포함하는 수소 제조 장치.18. The method of claim 17,
The reformer,
And a temperature display unit for displaying the temperature of the heating unit. 제17 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 가열부로 공급되는 공기량과 천연가스량의 비율을 서로 다르게 조절하여 가열부에 대한 온도 조절을 실시하는 것을 특징으로 하는 수소 제조 장치.18. The method of claim 17,
Wherein,
Wherein the control unit controls the temperature of the heating unit by controlling the ratio of the amount of air supplied to the heating unit to the amount of the natural gas. 제5 항 내지 제9항 또는 제 11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 개질기가 장착된 연료 전지 시스템.A fuel cell system equipped with the reformer according to any one of claims 5 to 9 or 11 to 19. 제5 항 내지 제9항 또는 제 11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 수소 제조 장치를 포함하는 연료 전지 시스템용 수소 제조 장치.An apparatus for producing hydrogen for a fuel cell system, comprising a hydrogen production apparatus according to any one of claims 5 to 9 or 11 to 19. 제5 항 내지 제9항 또는 제 11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 따른 수소 제조 장치를 포함하는 수소 충전 시스템용 수소 제조 장치.An apparatus for producing hydrogen for a hydrogen filling system, comprising a hydrogen producing apparatus according to any one of claims 5 to 9 or 11 to 19.
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