KR101832033B1 - Steam reformer integrated with pre-heater - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료전지용 수증기 개질기에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면, 화염을 발생시키는 버너(111)를 구비하는 연소부(110); 상기 연소부(110)의 상부에 위치하고 상기 화염에 의한 열 에너지를 이용하여 수증기 개질 반응을 일으키는 개질 반응부(130); 및 상기 개질 반응부(130)의 상부에 위치하고 상기 화염에 의한 열 에너지를 이용하여 연료와 물을 상기 개질 반응부(130)로 투입하기 전에 예열하는 예열부(150)를 포함하며, 상기 개질 반응부(130)는 반응부 외측 관부(131)와, 상기 반응부 외측 관부(131)의 내부에 배치되고 상기 반응부 외측 관부(131)와의 사이에 수증기 개질 반응을 위한 촉매가 수용되는 촉매 수용 공간이 마련되는 반응부 내측 관부(135)와, 상기 화염에 의한 연소 가스가 통과하는 상기 반응부 내측 관부(135)의 내부 공간에 설치되는 적어도 하나의 배플부(140a, 140b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 예열부 일체형 수증기 개질기가 제공된다.The present invention relates to a steam reformer for a fuel cell, and more particularly, to a steam reformer for a fuel cell, comprising: a combustion unit 110 having a burner 111 for generating a flame; A reforming reaction unit 130 located above the combustion unit 110 and generating a steam reforming reaction using heat energy generated by the flame; And a preheating unit (150) located at an upper portion of the reforming reaction unit (130) and preheating the fuel and the water before the reforming reaction unit (130) is charged by using thermal energy by the flame, wherein the reforming reaction The catalytic converter 130 includes a reaction tube outer tube 131 and a catalyst accommodating space 130 disposed inside the reaction tube outer tube 131 and containing a catalyst for the steam reforming reaction between the reaction tube outer tube 131 and the reaction tube outer tube 131. [ And at least one baffle portion 140a, 140b provided in an inner space of the reaction tube inner tube portion 135 through which the combustion gas by the flame passes. A preheating unit integrated steam reformer is provided.
Description
본 발명은 연료전지 시스템에 사용되는 개질기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 예열부가 일체형으로 구비되는 수증기 개질기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reformer used in a fuel cell system, and more particularly, to a steam reformer having a preheating unit integrally.
연료전지는 수소와 산소를 이용하여 전기를 생산하는 장치로서, 연료전지 시스템의 연료 개질기는 수소 함유 연료를 원료로 하여 수소가 풍부한 개질 가스를 생산한다. 연료전지 시스템의 연료 개질기는 수소 함유 연료를 개질 촉매와 반응시켜서 개질 가스를 생산한다. 연료 개질기는 개질 방식에 따라 수증기 개질, 부분산화 개질, 및 자열 개질로 분류할 수 있다. 수증기 개질기(steam reformer)는 수소 생성 효율은 높지만 흡열 반응을 하기 때문에 열을 공급해주어야 하며 응답 특성이 느린 단점이 있다. 부분산화(partial oxidation, POX) 개질기는 발열 반응을 하며 열 공급이 필요없고 응답 특성이 빠르지만 수소 수율이 높지 않다는 단점이 있다. 자열개질기(autothermal reformer, ATR)는 전술한 두 개질방식의 장점을 이용하여 외부의 열원 없이도 비교적 높은 수소 생성 효율을 얻을 수 있지만, 온도 밸런스를 맞추기 어려운 단점이 있다.A fuel cell is a device for producing electricity using hydrogen and oxygen. A fuel reformer of a fuel cell system produces hydrogen-rich reformed gas using a hydrogen-containing fuel as a raw material. A fuel reformer of a fuel cell system reacts a hydrogen-containing fuel with a reforming catalyst to produce a reformed gas. Fuel reformers can be classified into steam reforming, partial oxidation reforming, and autothermal reforming according to the reforming method. The steam reformer has a high hydrogen production efficiency, but it has a disadvantage in that it needs to supply heat because the endothermic reaction is performed, and the response characteristic is slow. A partial oxidation (POX) reformer is an exothermic reaction, which does not require heat supply and has a fast response characteristic but a low hydrogen yield. An autothermal reformer (ATR) can obtain a relatively high hydrogen production efficiency without using an external heat source by utilizing the advantages of the two reforming methods described above, but it has a disadvantage that it is difficult to adjust the temperature balance.
따라서, 높은 수소분율 공급을 위한 수증기 개질 방식을 채택하며, 수증기 개질기는 일반적으로 연료를 연소시키는 버너, 버너에 의해 발생하는 열 에너지를 이용하여 연료와 수증기의 개질 반응에 의해 개질 가스를 발생시키는 반응기와, 버너의 열 에너지를 이용하여 연료와 물이 반응기로 유입되기 전에 예열하는 예열기로 구성된다. 수증기 개질기를 보다 콤팩트하게 구성하기 위하여 예열기를 일체로 구성하는 수증기 개질기가 개발되고 있는데, 예열기가 일체로 구성된 수증기 개질기에 대한 선행특허문헌으로는 등록특허 제10-0684737호, 공개특허 제10-2011-0104731호 및 등록특허 제10-14000719호가 있다. 이러한 선행특허문헌에 개시된 수증기 개질기는 단순히 예열기를 일체화 시킨 것으로서 열효율을 향상시키는 데에는 한계가 있다.Accordingly, a steam reforming method for supplying a high hydrogen fraction is adopted, and a steam reformer generally includes a burner for burning a fuel, a reactor for generating a reformed gas by a reforming reaction of fuel and steam using thermal energy generated by a burner And a preheater that preheats the fuel and water to the reactor using the thermal energy of the burner before entering the reactor. In order to construct a steam reformer more compactly, a steam reformer having a preheater integrated therein has been developed. Prior art patents for a steam reformer having an integrated preheater include Patent No. 10-0684737, -0104731 and Patent No. 10-14000719. The steam reformer disclosed in this prior patent document is merely a unit of a preheater, and thus there is a limit in improving the thermal efficiency.
본 발명의 목적은 열 효율이 향상된 예열부 일체형 수증기 개질기를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide a preheating integrated steam reformer with improved heat efficiency.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 따르면,According to an aspect of the present invention,
화염을 발생시키는 버너(111)를 구비하는 연소부(110); 상기 연소부(110)의 상부에 위치하고 상기 화염에 의한 열 에너지를 이용하여 수증기 개질 반응을 일으키는 개질 반응부(130); 및 상기 개질 반응부(130)의 상부에 위치하고 상기 화염에 의한 열 에너지를 이용하여 연료와 물을 상기 개질 반응부(130)로 투입하기 전에 예열하는 예열부(150)를 포함하며, 상기 개질 반응부(130)는 반응부 외측 관부(131)와, 상기 반응부 외측 관부(131)의 내부에 배치되고 상기 반응부 외측 관부(131)와의 사이에 수증기 개질 반응을 위한 촉매가 수용되는 촉매 수용 공간이 마련되는 반응부 내측 관부(135)와, 상기 화염에 의한 연소 가스가 통과하는 상기 반응부 내측 관부(135)의 내부 공간에 설치되는 적어도 하나의 배플부(140a, 140b)를 구비하는 것을 특징으로 하는 예열부 일체형 수증기 개질기가 제공된다.A combustion unit (110) having a burner (111) generating a flame; A
상기 배플부는 배플 부재를 구비하며, 상기 배플 부재는 판상의 폐쇄부와, 상기 폐쇄부로부터 바깥쪽으로 방사상으로 연장되는 다수의 다리부를 구비한다.The baffle portion includes a baffle member having a plate-shaped closure and a plurality of legs extending radially outwardly from the closure.
상기 반응부 내측 관부(131)는 차례대로 적층되는 다수의 내측 관부재(135a, 135b, 135c, 135d)를 구비하며, 상기 배플부는 상기 다수의 내측 관부재(135a, 135b, 135c, 135d) 중 인접하는 두 내측 관부재의 사이에 끼워지고 상기 배플 부재를 고정하는 링 형상의 배플 고정 부재를 더 구비할 수 있다.The reaction tube
상기 배플부는 다수 개이며, 상기 다수의 내측 관부재와 상기 다수의 배플부는 분리가능하게 교대로 적층되어서 결합될 수 있다.The plurality of baffle portions may be a plurality of inner tube members and the plurality of baffle portions may be detachably stacked alternately.
상기 배플부는 다수 개이며, 상기 다수의 배플부 각각에 구비되는 배플 부재는 각각의 다리부가 원주방향을 따라서 위상차를 갖도록 틀어져서 배치될 수 있다.The baffle members may include a plurality of baffle members, and each of the baffle members provided in each of the plurality of baffle members may be disposed so as to have a phase difference along the circumferential direction.
상기 배플부는 다수 개이며, 상기 다수의 배플부 각각에 구비되는 배플 부재의 크기는 동일하거나 다를 수 있다.The plurality of baffle portions may be the same or different in size from each other.
상기 예열부는 Shell & Coil 형태 또는 Shell & Tube 형태의 열교환기로 구성될 수 있다.The pre-heating unit may be a Shell & Coil type or Shell & Tube type heat exchanger.
본 발명에 의하면 앞서서 기재한 본 발명의 목적을 모두 달성할 수 있다. 구체적으로는, 개질 반응부에서 연소 가스가 통과하는 내부 공간에 연소 가스를 바깥 벽면 쪽으로 유도하는 배플 부재가 마련되므로 열 에너지가 연료와 수증기의 개질 반응이 일어나는 촉매 수용부에 효과적으로 전달되어서 열 효율이 향상된다.According to the present invention, all of the objects of the present invention described above can be achieved. Specifically, since the baffle member for guiding the combustion gas toward the outer wall surface is provided in the inner space through which the combustion gas passes in the reforming reaction unit, the heat energy is effectively transferred to the catalyst accommodating portion where the reforming reaction of the fuel and the steam occurs, .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 예열부 일체형 수증기 개질기를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 예열부 일체형 수증기 개질기의 분해사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 예열부 일체형 수증기 개질기의 측면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 예열부 일체형 수증기 개질기의 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 예열부 일체형 수증기 개질기의 종단면도로서 도 4에 A-A선을 따라 절단하여 내부가 보이도록 도시한 것이다.
도 6은 도 2에 도시된 제1 배플 부재와 제2 배플 부재의 배치 상태를 도시한 평면도이다.
도 7의 (a) 내지 (c)는 도 2에 도시된 제1, 제2, 제3 배플 부재의 다양한 크기를 설명하는 도면이다.1 is a perspective view illustrating a preheater integrated steam reformer according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view of the preheater integrated steam reformer shown in FIG.
3 is a side view of the preheater integrated steam reformer shown in FIG.
4 is a plan view of the preheater integrated steam reformer shown in FIG.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the preheater integrated steam reformer shown in FIG. 1, which is cut along the line AA in FIG.
FIG. 6 is a plan view showing the arrangement of the first baffle member and the second baffle member shown in FIG. 2. FIG.
Figs. 7A to 7C are views for explaining various sizes of the first, second and third baffle members shown in Fig. 2. Fig.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the configuration and operation of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 예열부 일체형 수증기 개질기(이하, '수증기 개질기'라 약칭함)(100)에 대한 도면이다. 도 1에는 수증기 개질기(100)가 사시도로서 도시되어 있고, 도 2에는 수증기 개질기(100)가 분해사시도로서 도시되어 있으며, 도 3에는 수증기 개질기(100)가 측면도로서 도시되어 있고, 도 4에는 수증기 개질기(100)가 평면도로서 도시되어 있으며, 도 5에는 수증기 개질기(100)가 도 4의 A-A선을 따라 절단한 종단면도로서 도시되어 있다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 수증기 개질기(100)는 수증기 개질에서 필요한 열 에너지를 발생시키는 연소부(110)와, 연소부(110)에서 발생한 열 에너지를 이용하여 수증기 개질에 의한 개질 가스를 발생시키는 개질 반응부(130)와, 연소부(110)에서 발생한 열 에너지를 이용하여 개질 반응기(130)로 유입되기 전에 연료와 물을 예열하는 예열부(150)를 포함한다. 설명의 편의를 위한 상하방향을 따라서 직선으로 연장되는 중심축선(A)이 도입된다. 수증기 개질기(100)는 실제 사용시 연소부(110)가 아래에 위치하는 상태에서 중심축선(A)이 연직방향을 따라 연장되도록 배치된다.
1 to 5 are views showing a preheater integrated steam reformer (hereinafter referred to as 'steam reformer') 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a
연소부(110)는 연료를 연소시켜서 화염을 발생시키는 버너(burner)(111)와, 버너(111)에 의해 발생하는 화염이 형성되는 연소실(120)을 구비한다. 연소실(120)은 요구 조건에 따라 생략될 수 있다.
The
버너(111)는 대체로 중심축선(A) 상에 위치하고, 외부에서 연료와 공기를 공급 받아서 상부에 화염을 발생시킨다. 버너(111)로는 통상적인 수증기 개질기에서 일반적으로 사용될 수 있는 모든 형태의 버너를 포함한다. 수증기 개질기(100)는 도시된 바와 같이 버너(111)를 지지하는 지지대(112)를 더 포함할 수 있다. 지지대(112)는 중심축선(A)을 따라서 연장되는 대체로 중공형의 원통형상으로서, 지지대(112)의 내부에 버너(111)가 고정되어서 설치된다. 지지대(112)에는 버너(111)를 설치하기 위한 링 형태의 브래킷 부재(113)가 설치된다. 지지대(112)는 버너(111)를 지지할 뿐만 아니라, 수증기 개질기(100) 전체를 하부에서 지지한다. 지지대(112)는 도시된 바와 같이 기준축선(A) 상방을 따라서 원통형의 제1 지지 부재(112a), 브래킷 부재(113), 원통형의 제2 지지 부재(112b)가 차례대로 적층되어서 형성될 수 있다. 제1 지지 부재(112a)의 측면에는 버너(111)에 접근하기 위한 개구부(114)가 마련된다. 지지대(112)의 상단에 연소실(120)이 결합된다.
The
연소실(120)은 중심축선(A)을 따라서 연장되는 대체로 중공형의 원통형상으로서, 지지대(112)의 상단에 밀폐되도록 고정된다. 연소실(120)의 내부에는 버너(111)에서 발생하는 화염이 형성되는 연소 공간(121)이 마련된다. 연소실(120)은 도시된 바와 같이 원통형의 제1, 제2 연소실 부재(122a, 122b)가 기준축선(A) 방향을 따라서 적층되어서 형성될 수 있다. 연소실(120)의 상단에 개질 반응부(130)가 결합된다.
The
개질 반응부(130)는 전체적으로 중심축선(A)을 따라서 연장되는 대체로 원통형상으로서, 연소실(120)의 상단에 결합되어 있다. 개질 반응부(130)는 중심축선(A)을 따라서 연장되는 반응부 외측 관부(131)와, 반응부 외측 관부(131)의 내부에 배치되고 중심축선(A)을 따라서 연장되는 반응부 내측 관부(135)와, 반응부 내측 관부(135)의 내부에 설치되는 다수의 배플부(140a, 140b)와, 반응부 외측 관부(131)와 반응부 내측 관부(135)의 사이의 공간에 설치되는 타공판 부재(145)를 구비한다.
The
반응부 외측 관부(131)는 기준축선(A)을 따라서 연장되는 관 형태로서, 기준축선(A)을 따라서 연결되는 중공형의 두 외측 관부재(131a, 131b)를 구비한다. 두 외측 관부재(131a, 131b)는 연소실(120) 쪽에 가깝게 위치하는 제1 외측 관부재(131a)와, 제1 외측 관부재(131a)를 사이에 두고 연소실(120)의 반대편에 위치하는 제2 외측 관부재(131b)를 구비한다.
The reaction tube
반응부 내측 관부(135)는 기준축선(A)을 따라서 연장되는 관 형태로서, 반응부 외측 관부(131)의 내부에 동축으로 배치되어서 수용된다. 반응부 내측 관부(135)의 외주면은 반응부 외측 관부(131)의 내주면과 이격되어서, 반응부 내측 관부(131)의 외주면과 반응부 외측 관부(131)의 내주면 사이에는 공간이 형성된다. 개질 반응부(130)는 반응부 내측 관부(131)의 외주면과 반응부 외측 관부(131)의 내주면 사이에 형성된 공간의 하단과 상단을 각각 폐쇄하는 링 형태의 제1 폐쇄 부재(132)와 제2 폐쇄 부재(133)를 더 구비한다. 반응부 내측 관부(131)의 외주면과 반응부 외측 관부(131)의 내주면 사이에 형성된 공간은 타공판 부재(145)에 의해 수증기 개질 반응을 위한 촉매가 수용되는 촉매 수용 공간(146)과, 혼합을 위한 공간을 형성하는 혼합 공간(147)으로 분리된다. 촉매 수용 공간(146)은 타공판 부재(145)의 아래에 위치하고, 혼합 공간(147)은 타공판 부재(145)의 위에 위치한다.
The reaction tube inner tube portion 135 is in the shape of a tube extending along the reference axis A and is accommodated and coaxially accommodated inside the reaction tube
반응부 내측 관부(135)는 기준축선(A)을 따라서 아래로부터 위로 차례대로 연결되는 중공형의 4개의 내측 관부재(135a, 135b, 135c, 135d)를 구비한다. 반응부 내측 관부(135)의 내부 공간(136)을 통해 연소 가스가 상승한다. 반응부 내측 관부(135)의 내부 공간(136)에 배플부(140a, 140b)가 설치된다.
The reaction inner tube portion 135 has four hollow
배플부(140a, 140b)는 내부 공간(136)에 아래로부터 위로 차례대로 위치하는 제1 배플부(140a)와 제2 배플부(140b)를 구비한다.The
제1 배플부(140a)는 제1 배플 부재(141a)와, 제1 배플 부재(141a)를 내측 관부(135)에 고정하는 제1 배플 고정 부재(142a)를 구비한다. 제1 배플 부재(141a)는 편평한 판상의 부재로서, 기준축선(A)과 직각을 이루며 배치된다. 제1 배플 부재(141a)는 폐쇄부(143a)와, 폐쇄부(143a)로부터 연장된 다수의 다리부(144a)를 구비한다. 폐쇄부(143a)는 원형으로서 반응부 내측 관부(135)의 내경보다 작은 직경을 갖는다. 다수의 다리부(144a)는 폐쇄부(143a)로부터 바깥쪽으로 방사상으로 연장되어서 형성된다. 본 실시예에서는 4개의 다리부(144a)가 등간격으로 위치하는 것으로 설명하는데, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 다수의 다리부(144a) 각각의 끝단은 제1 배플 고정 부재(142a)에 고정된다. 다수의 다리부(144a) 사이에 형성되는 통로를 통해 연소 가스의 흐름이 반응부 내측 관부(135)의 벽면 쪽으로 안내되어서 벽면 열절달 증가로 인한 열효율이 향상된다. 제1 배플 고정 부재(142a)는 대체로 링 형상으로서 두 내측 관부재(135a, 135b)의 사이에 끼워져서 고정된다. 제1 배플 고정 부재(142a)에 제1 배플 부재(141a)가 고정된다.The
제2 배플부(140b)는 제2 배플 부재(141b)와, 제2 배플 부재(141b)를 내측 관부(135)에 고정하는 제2 배플 고정 부재(142b)를 구비한다. 제2 배플 부재(141b)는 편평한 판상의 부재로서, 기준축선(A)과 직각을 이루며 배치된다. 제2 배플 부재(141b)는 제1 배플 부재(141a)와 대체로 동일한 형상으로서, 폐쇄부(143b)와, 폐쇄부(143b)로부터 연장된 다수의 다리부(144b)를 구비한다. 폐쇄부(143b)는 원형으로서 반응부 내측 관부(135)의 내경보다 작은 직경을 갖는다. 다수의 다리부(144b)는 폐쇄부(143b)로부터 바깥쪽으로 방사상으로 연장되어서 형성된다. 다수의 다리부(144b) 각각의 끝단은 제2 배플 고정 부재(142b)에 고정된다. 다수의 다리부(144b) 사이에 형성되는 통로를 통해 연소 가스의 흐름이 반응부 내측 관부(135)의 벽면 쪽으로 안내되어서 열효율이 향상된다. 제2 배플 부재(141b)의 다리부(144b)는 도 6에 도시된 바와 같이 제1 배플 부재(141a)의 다리부(144a)와 원주반방향을 따라서 위상차를 갖도록 틀어져서 배치된다. 이는 연소 가스가 상승하면서 원주방향 흐름 위치가 변하도록 하여 열효율을 더욱 향상시킨다. 제2 배플 고정 부재(142b)는 대체로 링 형상으로서 두 내측 관부재(135b, 135c)의 사이에 끼워져서 고정된다. 제2 배플 고정 부재(142b)에 제1 배플 부재(141b)가 고정된다.
The
본 실시예에서는 4개의 내측 관부재(135a, 135b, 135c, 135d) 중 위 2개의 내측 관부재(135c, 135d)의 사이에는 배플 고정 부재(142c)만 끼워져서 결합된 것으로 설명하는데, 이와는 달리 배플 고정 부재(142c)에 추가적으로 배플 부재가 설치될 수도 있다.
In the present embodiment, it is explained that only the
타공판 부재(145)는 대체로 링 형태로서, 다수의 통공이 형성되어 있다. 타공판 부재(145)는 반응부 내측 관부(131)의 외주면과 반응부 외측 관부(131)의 내주면 사이에 형성된 공간에 설치되어서, 반응부 내측 관부(131)의 외주면과 반응부 외측 관부(131)의 내주면 사이에 형성된 공간을 하부의 촉매 수용 공간(146)과 상부의 혼합 공간(147)으로 분리한다. 촉매 수용 공간(146)에는 수증기 개질 반응을 위한 촉매가 수용되며, 혼합 공간(147)으로는 예열된 연료와 물이 혼합되어서 유입된다. 이를 위하여 반응부 외측 관부(131)의 하부에는 촉매 수용 공간(146)과 연결되어서 개질 가스가 배출되는 개질 가스 배출구(148)가 마련되며, 반응부 외측 관부(131)의 상부에는 혼합 공간(147)과 연결되어서 예열된 연료와 물이 공급되는 투입구(149)가 마련된다. 또한, 반응부 외측 관부(131)에는 촉매 수용 공간(146)으로 촉매를 투입 또는 교체하기 위한 투입구(149a)도 마련된다.
The
예열부(150)는 전체적으로 중심축선(A)을 따라서 연장되는 대체로 원통형상으로서, 개질 반응부(130)의 상단에 결합되어 있다. 예열부(150)는 중심축선(A)을 따라서 연장되는 예열부 외측 관부(151)와, 예열부 외측 관부(151)의 내부에 배치되고 중심축선(A)을 따라서 연장되는 예열부 내측 관부재(155)와, 예열부 외측 관부(151)와 예열부 내측 관부재(155)의 사이의 공간에 수용되어서 예열 대상 연료 및 물의 혼합물이 통과하는 유체관(156)을 구비하는 쉘 앤드 코일 타입(Shell & Coil Type)의 열교환기 구성된다. 예열부(150)는 개질 반응부(130)를 지난 연소 가스를 이용하여 개질 반응부(130)로 공급할 연료와 물의 혼합물을 예열한다. 본 실시예에서는 예열부(150)가 Shell & Coil Type인 것으로 설명하는데, 이와는 달리 다른 다양한 방식의 열교환기(예를 들면, Shell & Tube Type)가 사용될 수 있으며 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것이다.
The preheating
예열부 외측 관부(151)는 기준축선(A)을 따라서 아래로부터 위로 차례대로 연결되는 중공형의 3개의 내측 관부재(151a, 151b, 151c)를 구비한다.
The preheating tube
예열부 내측 관부재(155)는 기준축선(A)을 따라서 연장되는 관 형태로서, 예열부 외측 관부(151)의 내부에 동축으로 배치되어서 수용된다. 예열부 내측 관부(155)의 외주면은 예열부 외측 관부(151)의 내주면과 이격되어서, 예열부 내측 관부재(155)의 외주면과 예열부 외측 관부(151)의 내주면 사이에는 예열부 유체관(156)이 수용되는 공간이 형성된다. 예열부(150)는 예열부(150)의 상단을 폐쇄하는 덮개판(157)을 더 구비하며, 덮개판(157)에는 연소 가스가 배출되는 배기구(158)이 마련된다. 예열부 내측 관부재(155)의 내부 공간(155a)은 개질 반응부(130)에서 연소 가스가 통과하는 반응부 내측 관부(131)의 내부 공간과 연결된다. 그에 따라, 개질 반응부(130)를 통과한 연소 가스는 예열부 내측 관부재(155)의 내부 공간(155a)을 지나 배기구(158)를 통해 배출된다. 예열부 내측 관부재(155)의 내부 공간(155a)을 통과하는 연소 가스에 의해 예열부 유체관(155)을 지나가는 개질 대상 연료와 물의 혼합물이 예열된다. 예열부(130)의 하단에는 제3 배플 부재(152a)가 설치되어서 예열부(130)로 유입되는 연소 가스를 측면 벽부로 유도하여 열효율을 향상시킨다. 제3 배플 부재(152a)는 제1 배플 부재(141a)와 제2 배플 부재(141b)와 대체로 동일한 구성으로서, 폐쇄부(153c)와, 다수의 다리부(154c)를 구비한다.
The preheating tube
도 7의 (a) 내지 (c)에는 제1, 제2, 제3의 배플 부재(141a, 141b, 152a)의 각 폐쇄부(143a, 143b, 153c) 크기에 대한 다른 실시예가 도시되어 있다. 도 7에는 각 폐쇄부(143a, 143b, 153c)가 측면도로서 도시되어 있다. 도 7의 (a)에는 모든 폐쇄부(143a, 143b, 153c)가 동일한 크기인 실시예가 도시되어 있고, 도 7의 (b)에는 폐쇄부(143a, 143b, 153c)의 크기가 위로 갈수록 증가하는 실시예가 도시되어 있으며, 도 7의 (c)에는 폐쇄부(143a, 143b, 153c)의 크기가 위로 가면서 증가하다가 감소하는 실시예가 도시되어 있다.
7A to 7C show another embodiment of the size of each of the
또한, 상기 실시예에서는 폐쇄부(143a, 143b, 153c)는 원형인 것으로 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않고 다른 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
In the above embodiment, the
예열부 유체관(156)은 예열부 내측 관부재(155)의 외주면과 예열부 외측 관부(151)의 내주면 사이에 형성되는 공간에 위치한다. 예열부 유체관(156)는 예열부 내측 관부재(155)를 바깥에서 감싸는 코일 형태이다. 예열부 유체관(156)으로 유입된 연료와 물의 혼합물이 예열부 유체관(156)을 지나면서 예열된 후 배출되어서 개질 반응부(130)로 공급된다.
The preheating
이제, 위에서 구성 중심으로 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 수증기 개질기를 작용 중심으로 상세하게 설명한다.
Now, a steam reformer according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the operation centered above.
버너(111)에 연료와 공기가 공급되는 상태에서 버너(111)의 점화 플러그가 작동하면 연소실(120)에는 화염이 형성되고, 연소실(120)에 형성된 화염에 의한 연소 가스는 상승하면서 개질 반응부(130)의 내측 관부(135)의 내부 공간(136)과 예열부(150)의 내측 관부재(155)의 내부 공간(155a)을 차례로 지나고 상단의 배기구(158)를 통해 배출된다. 이 과정에서 연소 가스는 다수의 배플 부재(141a, 141b, 152a)에 의해 바깥 벽면 쪽으로 유도되어서 열 에너지를 촉매 수용 공간(146)과 예열 유체관(156)으로 높은 효율로 전달하게 된다.When the ignition plug of the
개질 대상인 연료는 물과 함께 예열부(150)의 예열 유체관(156)으로 유입된다. 연료와 물은 예열 유체관(156)을 지나면서 예열부(150)의 내측 관부재(155)의 내부 공간(155a)을 통과하는 연소 가스에 의해 예열된다. 예열 유체관(156)을 지나면서 예열된 연료와 물은 투입구(149)를 통해 혼합 공간(147)으로 유입된다. 혼합 공간(147)으로 유입된 예열된 연료와 물은 타공판 부재(145)를 통해 균일하게 촉매 수용 공간(146)으로 유입되고, 촉매 수용 공간(146)에 수용된 촉매(미도시)에 의한 수증기 개질 반응에 의해 개질 가스가 발생하며, 수증기 개질 반응에 필요한 열은 개질 반응부(130)의 내측 관부(135)의 내부 공간(136)을 통과하는 연소 가스로부터 공급된다. 개질 가스는 개질 가스 배출구(148)를 통해 배출되어서 연료 전지로 공급된다.
The fuel to be reformed flows into the preheating
이상 실시예를 통해 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 실시예는 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 수정되거나 변경될 수 있으며, 본 기술분야의 통상의 기술자는 이러한 수정과 변경도 본 발명에 속하는 것임을 알 수 있을 것이다.Although the present invention has been described with reference to the above embodiments, the present invention is not limited thereto. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
100 : 예열부 일체형 수증기 개질기 110 : 연소부
111 : 버너 120 : 연소실
130 : 개질 반응부 131 : 반응부 외측 관부
135 : 반응부 내측 관부 140a, 140b : 배플부
145 : 타공판 부재 150 : 예열부100: Preheating unit integrated steam reformer 110: Combustion unit
111: burner 120: combustion chamber
130: reforming reaction part 131: reaction part outer tube part
135: reaction part
145: perforated plate member 150:
Claims (7)
상기 연소부(110)의 상부에 위치하고 상기 화염에 의한 열 에너지를 이용하여 수증기 개질 반응을 일으키는 개질 반응부(130); 및
상기 개질 반응부(130)의 상부에 위치하고 상기 화염에 의한 열 에너지를 이용하여 연료와 물을 상기 개질 반응부(130)로 투입하기 전에 예열하는 예열부(150);를 포함하며,
상기 개질 반응부(130)는 반응부 외측 관부(131)와, 상기 반응부 외측 관부(131)의 내부에 배치되고 상기 반응부 외측 관부(131)와의 사이에 수증기 개질 반응을 위한 촉매가 수용되는 촉매 수용 공간이 마련되는 반응부 내측 관부(135)와, 상기 화염에 의한 연소 가스가 통과하는 상기 반응부 내측 관부(135)의 내부 공간에 설치되는 적어도 하나의 배플부(140a, 140b)를 구비하고,
상기 예열부(150)는, 상기 반응부 외측 관부(131)의 상단에 연결되는 예열부 외측 관부(151), 상기 예열부 외측 관부(151)의 내부에 이격 배치되는 예열부 내측 관부재(155), 상기 예열부 외측 관부(151)와 예열부 내측 관부재(155)의 사이의 공간에 수용되어서 예열 대상 연료 및 물의 혼합물이 통과하는 유체관(156)을 구비하는 쉘 앤드 코일 타입(Shell & Coil Type)의 열교환기로 구성되며,
링 형태로서 다수의 통공이 형성된 타공판 부재(145)는 상기 반응부 내측 관부(135)의 외주면과 상기 반응부 외측 관부(131)의 내주면 사이에 형성된 공간을 하부의 촉매 수용 공간(146)과 상부의 혼합 공간(147)으로 분리하는 것을 특징으로 하는 예열부 일체형 수증기 개질기.A combustion unit (110) having a burner (111) generating a flame;
A reforming reaction unit 130 located above the combustion unit 110 and generating a steam reforming reaction using heat energy generated by the flame; And
And a preheating unit (150) located at an upper portion of the reforming reaction unit (130) and preheating the fuel and water using the heat energy generated by the flame before the reforming reaction unit (130)
The reforming reaction part 130 includes a reaction tube outer tube part 131 and a catalyst disposed inside the reaction tube outer tube part 131 and between the reaction tube outer tube part 131 for a steam reforming reaction And at least one baffle portion 140a and 140b installed in the inner space of the reaction tube inner tube 135 through which the combustion gas is passed by the flame and,
The preheating part 150 includes a preheating part outer tube part 151 connected to the upper end of the reaction tube outer tube part 131 and a preheating part inner tube part 155 spaced from the inside of the preheating part outer tube part 151 And a fluid pipe 156 which is accommodated in a space between the preheating section outer tube section 151 and the preheating section inner tube section 155 and through which the mixture of preheated fuel and water passes, Coil Type) heat exchanger,
A piercing plate member 145 having a plurality of through holes formed in a ring shape has a space formed between the outer peripheral surface of the reaction tube inner tube 135 and the inner peripheral surface of the reaction tube outer tube 131, And the mixing space (147) of the preheating unit (140).
상기 배플부는 배플 부재를 구비하며, 상기 배플 부재는 판상의 폐쇄부와, 상기 폐쇄부로부터 바깥쪽으로 방사상으로 연장되는 다수의 다리부를 구비하는 것을 특징으로 하는 예열부 일체형 수증기 개질기.The method according to claim 1,
Wherein the baffle portion includes a baffle member, the baffle member having a plate-like closing portion and a plurality of leg portions extending radially outward from the closing portion.
상기 반응부 내측 관부(131)는 차례대로 적층되는 다수의 내측 관부재(135a, 135b, 135c, 135d)를 구비하며,
상기 배플부는 상기 다수의 내측 관부재(135a, 135b, 135c, 135d) 중 인접하는 두 내측 관부재의 사이에 끼워지고 상기 배플 부재를 고정하는 링 형상의 배플 고정 부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 예열부 일체형 수증기 개질기.The method of claim 2,
The reaction tube portion 131 includes a plurality of inner tube members 135a, 135b, 135c, and 135d,
The baffle portion further comprises a ring-shaped baffle fixing member fitted between two adjacent inner tube members of the plurality of inner tube members 135a, 135b, 135c, and 135d and fixing the baffle member Preheating Integrated Steam Reformer.
상기 배플부는 다수 개이며,
상기 다수의 내측 관부재와 상기 다수의 배플부는 분리가능하게 교대로 적층되어서 결합되는 것을 특징으로 하는 예열부 일체형 수증기 개질기.The method of claim 3,
A plurality of baffle portions,
Wherein the plurality of inner tube members and the plurality of baffle portions are detachably stacked alternately and joined to each other.
상기 배플부는 다수 개이며, 상기 다수의 배플부 각각에 구비되는 배플 부재는 각각의 다리부가 원주방향을 따라서 위상차를 갖도록 틀어져서 배치되는 것을 특징으로 하는 예열부 일체형 수증기 개질기.The method of claim 2,
Wherein the baffle members are provided in a plurality of baffle portions and the baffle members provided in each of the plurality of baffle portions are disposed so as to have a phase difference along the circumferential direction of each of the leg portions.
상기 배플부는 다수 개이며, 상기 다수의 배플부 각각에 구비되는 배플 부재의 크기는 동일하거나 다른 것을 특징으로 하는 예열부 일체형 수증기 개질기.The method of claim 2,
Wherein the plurality of baffle portions are the same or different in size from each other.
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