KR101880553B1 - 향상된 부분 부하 효율을 갖는 연료개질기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료개질기기에 관한 것으로, 수직방향으로 이동되는 내부슬리브를 구비하여 부하에 따라 수증기 개질반응부의 온도 구배를 변화시켜, 부분 부하에서도 연료개질기의 효율을 유지할 수 있다. 또한, 외부슬리브 또는 내부슬리브의 회전에 의하여, 슬리브의 하단에 형성되는 배가스 배출 높이를 수직방향으로 이동하여, 내부슬리브의 수직방향 이동시 필요한 추가 공간이 필요 없고, 약간의 회전만으로도 동작이 가능하므로 내구성이 높아지는 효과가 있다. 또한, 개질가스 배출부의 상측면에 가열기를 구비하거나, 제2개질가스 배출튜브의 외측면에 가열기를 구비하여, 간단한 구성 및 쉬운 작동방식으로 연료개질기의 효율을 유지할 수 있다.

Description

향상된 부분 부하 효율을 갖는 연료개질기{Fuel Reformer With Enhanced Partial Load Efficiency }
본 발명은 연료전지 시스템용 연료개질기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 개질반응부의 온도구배를 가변시켜 부분 부하에서도 연료개질기의 효율을 유지할 수 있는 연료개질기에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지 시스템은 연료개질기, 스택, 인버터 부분으로 구성되어 있으며, 하나의 패키지 내에 배치되어 컴팩트한 구조 설계가 필요하다.
소형 연료전지 시스템은 구성들이 일체로 형성되는 경우가 있다. 연료전지 시스템의 사이즈가 커지면, 유지 보수 등의 이유로 위 구성들이 분리되어 형성될 수 있고, 이 경우 방열 손실 등의 문제가 발생할 수 있다.
일반적으로 연료개질기는 연료전지 시스템의 구동에 필요한 수소를 공급하기 위한 장치로서, 물과 탄화수소(LNG, LPG 등)를 원료로 하여 수소가 풍부한 개질가스를 생산하는 장치이다. 이러한 연료개질기는 주로 탈황, 수증기 개질 반응, 수성가스 전이반응, 선택적 산화반응의 4가지 단위 공정을 수행하는 단위 장치들로 구성되어 있다.
연료개질기는 대한민국 특허 등록 제429602호, 제512226호, 제677016호, 제761945호에 개시된 바와 같이 주로 동심관형 구조를 갖는데, 구체적으로 크기가 다른 원통들이 동심으로 중첩된 구조를 갖는다. 중앙부에는 버너가 장착된 연소실이 위치하고 있고, 연소실에서는 천연가스의 연소를 통하여 반응 원료인 물과 천연가스를 예열함과 동시에 연료 개질 반응에 필요한 열을 공급한다.
연소실 외곽으로 각각의 원통 사이에 실린더 형태로 촉매층이 위치하고 있으며, 중앙에 위치한 연소실로 인해 개질가스의 배출구는 중앙이 아닌 측면부에 위치하고 있다.
한편, 연료전지 시스템은 전부하(full load)를 기준으로 설계를 하기 때문에, 부분 부하(partial load)에 따라 최적 설계가 이루어지지 않는 경우에 효율이 감소하게 된다.
한국 등록특허 제0790850호에서는, 부하가 감소하여 버너로 공급되는 연료량이 감소하는 경우 버너의 위치가 최적인 위치가 아닌 경우 필요한 열량을 효율적으로 전달하지 못하게 되어 연소 효율이 감소하는 문제를 해결하고자, 버너를 연소챔버에 대해 수직방향으로 이동하는 버너이동장치를 구비하여 연소 효율을 향상시키는 방식을 택하고 있다. 하지만, 버너가 이동하는데 필요한 추가적인 공간이 필요하다는 점에서 연료전지 시스템을 컴팩트하게 설계하기 어려운 문제가 있다.
또한, 연료개질기의 반응부에 따라 필요한 반응온도가 다르기 때문에, 필요한 반응온도로 조절 및 유지하기 위한 구성이 필요하다. 특히, 부분 부하의 경우 전부하에 비해 상대적으로 전열면적이 커지므로, 외부로 나가는 열이 많아지기 때문에 필요한 반응온도로 조절 및 유지하기 어려운 문제가 있다.
한국 등록특허 제10-0790850호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 부하가 변동되어도 연료개질기의 효율 저하를 개선할 수 있는 연료개질기를 제공하는 것이다.
또한, 버너의 수직방향 이동과 같은 추가적인 공간이 필요 없이 연료개질기의 효율을 개선할 수 있는 연료개질기를 제공하는 것이다.
또한, 부분 부하의 경우 방열 손실에 의해 반응기에서 필요한 반응온도를 유지하기 어려운 점을 개선할 수 있는 연료개질기를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 중앙에 배치되고, 바닥판을 구비하며, 연료의 연소로 배가스를 발생시키는 연소실을 형성하는 제1원통체; 상기 제1원통체와 동심으로 배치되고, 상기 제1원통체보다 직경이 큰 제2원통체; 상기 제1원통체와 상기 제2원통체 사이에 형성되고, 탄화수소계 원료로부터 수소를 포함하는 개질가스를 형성하는 수증기 개질반응부; 상기 제1원통체의 내측에, 상기 제1원통체와 동심이고 일정 간격을 두어 배치된 원통형상의 내부슬리브; 및 상기 내부슬리브의 상부의 중심에 배치된 버너;를 포함하며, 상기 수증기 개질반응기(200)는 부하에 따라 상하 방향의 온도구배가 가변된다.
본 발명에서, 상기 내부슬리브의 하단이 상기 제1원통체의 바닥판과 일정 간격 이격되어, 상기 제1원통체 내의 상기 버너에서 생성되는 배가스가 상기 내부슬리브의 하단과 상기 제1원통체의 바닥판 사이에서 유로 방향을 반전하여, 상기 내부슬리브와 상기 제1원통체 사이에 형성된 배가스 유로를 통해 배출되고, 상기 내부슬리브가 상기 제1원통체의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동할 수 있다.
또한, 상기 내부슬리브에 결합되어, 상기 내부슬리브를 상기 제1원통체의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동시키는 이동장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 버너가 상기 내부슬리브와 일체로 상기 제1원통체의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동할 수 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 연료개질기는, 중앙에 배치되고, 바닥판을 구비하며, 연료의 연소로 배가스를 발생시키는 연소실을 형성하는 제1원통체; 상기 제1원통체와 동심으로 배치되고, 상기 제1원통체보다 직경이 큰 제2원통체; 상기 제1원통체와 상기 제2원통체 사이에 형성되고, 탄화수소계 원료로부터 수소를 포함하는 개질가스를 형성하는 수증기 개질반응부; 상기 제1원통체의 내측에, 상기 제1원통체와 동심이고 일정 간격을 두어 배치된 원통형상의 내부슬리브; 및 상기 내부슬리브의 상부의 중심에 배치된 버너;를 포함하며, 부하에 따라 상기 수증기 개질반응부의 온도구배가 가변되고, 상기 내부슬리브는 하단에 바닥판을 구비하며, 하측면에 복수개의 홀이 원주방향으로 일정간격 이격되어 형성되어, 상기 제1원통체 내의 상기 버너에서 생성되는 배가스가 상기 복수개의 홀로 배출될 수 있다.
또한, 상기 내부슬리브가 상기 제1원통체의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동할 수 있다.
또한, 상기 내부슬리브에 결합되어, 상기 내부슬리브를 상기 제1원통체의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동시키는 이동장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 버너가 상기 내부슬리브와 일체로 상기 제1원통체의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동할 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 연료개질기는, 중앙에 배치되고, 바닥판을 구비하며, 연료의 연소로 배가스를 발생시키는 연소실을 형성하는 제1원통체; 상기 제1원통체와 동심으로 배치되고, 상기 제1원통체보다 직경이 큰 제2원통체; 상기 제1원통체와 상기 제2원통체 사이에 형성되고, 탄화수소계 원료로부터 수소를 포함하는 개질가스를 형성하는 수증기 개질반응부; 상기 제1원통체의 내측에, 상기 제1원통체와 동심이고 일정 간격을 두어 배치된 원통형상의 내부슬리브; 및 상기 내부슬리브의 상부의 중심에 배치된 버너;를 포함하며, 부하에 따라 상기 수증기 개질반응부의 온도구배가 가변되고, 하단에 바닥판이 구비되고, 상기 제1원통체와 상기 내부슬리브 사이에 상기 제1원통체와 일정 간격을 두어 배치되는 원통형상의 외부슬리브;를 더 포함하고, 상기 내부슬리브는 상기 외부슬리브에 대하여 중심축을 기준으로 회전하고, 상기 내부슬리브의 하측면에 내부홀이 형성되고, 상기 외부슬리브의 하측면에 상기 내부홀에 대응하는 외부홀이 형성되고, 상기 제1원통체 내의 상기 버너에서 생성되는 배가스가 상기 내부홀과 상기 외부홀이 겹쳐져 연통되는 부분으로 배출되되, 상기 내부슬리브의 회전에 의해 상기 내부홀과 상기 외부홀이 겹쳐져 연통되는 부분이 수직방향으로 이동될 수 있다.
또한, 상기 내부홀은, 상기 내부슬리브의 하측면에 복수개의 홀이 원주방향으로 일정 간격 이격되어 형성된 제1홀부; 상기 제1홀부에서 상측으로 일정 간격 이격되어 복수개의 구멍이 원주방향으로 일정 간격 이격되어 형성된 제2홀부;를 포함하며, 상기 외부홀은, 상기 제1홀부의 복수개의 구멍에 대응되도록 하측면에 복수개의 홀이 형성된 제3홀부; 상기 제2홀부의 복수개의 홀과 엇갈리게 배치되는 복수개의 홀이 형성된 제4홀부;를 포함할 수 있다.
또한, 상기 내부슬리브에 결합되어, 상기 내부슬리브를 상기 외부슬리브에 대하여 중심축을 기준으로 회전시키는 회전장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 버너가 상기 내부슬리브와 일체로 외부슬리브에 대하여 중심축을 기준으로 회전할 수 있다.
본 발명의 제4실시예에 따른 연료개질기는, 중앙에 배치되고, 바닥판을 구비하며, 연료의 연소로 배가스를 발생시키는 연소실을 형성하는 제1원통체; 상기 제1원통체와 동심으로 배치되고, 상기 제1원통체보다 직경이 큰 제2원통체; 상기 제1원통체와 상기 제2원통체 사이에 형성되고, 탄화수소계 원료로부터 수소를 포함하는 개질가스를 형성하는 수증기 개질반응부; 상기 제1원통체의 내측에, 상기 제1원통체와 동심이고 일정 간격을 두어 배치된 원통형상의 내부슬리브; 및 상기 내부슬리브의 상부의 중심에 배치된 버너;를 포함하며, 부하에 따라 상기 수증기 개질반응부의 온도구배가 가변되고, 상기 제2원통체와 동심으로 배치되고, 상기 제2원통체보다 직경이 큰 제3원통체; 및 상기 제2원통체와 상기 제3원통체 사이에 형성되는 개질가스 배출부; 를 더 포함하며, 상기 개질가스배출부의 상측면에 가열기를 구비할 수 있다.
또한, 저부하 운전시 상기 가열기로 상기 개질가스 배출부에서 배출되는 개질가스를 일정 온도로 유지하도록 가열해줄 수 있다.
본 발명의 제5실시예에 따른 연료개질기는, 중앙에 배치되고, 바닥판을 구비하며, 연료의 연소로 배가스를 발생시키는 연소실을 형성하는 제1원통체; 상기 제1원통체와 동심으로 배치되고, 상기 제1원통체보다 직경이 큰 제2원통체; 상기 제1원통체와 상기 제2원통체 사이에 형성되고, 탄화수소계 원료로부터 수소를 포함하는 개질가스를 형성하는 수증기 개질반응부; 상기 제1원통체의 내측에, 상기 제1원통체와 동심이고 일정 간격을 두어 배치된 원통형상의 내부슬리브; 및 상기 내부슬리브의 상부의 중심에 배치된 버너;를 포함하며, 부하에 따라 상기 수증기 개질반응부의 온도구배가 가변되고, 상기 제2원통체와 동심으로 배치되고, 상기 제2원통체보다 직경이 큰 제3원통체; 상기 제2원통체와 상기 제3원통체 사이에 형성되는 개질가스 배출부; 상기 개질가스가 유입되어 수성가스 전이반응을 통해 수소를 생산하는 수성가스 전이반응부; 및 상기 개질가스 배출부와 상기 수성가스 전이반응부 사이를 연결하여 상기 개질가스가 이동하는 제2개질가스 배출튜브;를 더 포함하며, 상기 배출튜브의 외측면에 가열기를 구비할 수 있다.
또한, 저부하 운전시 상기 가열기로 상기 제2개질가스 배출튜브를 지나는 개질가스를 일정 온도로 유지하도록 가열해줄 수 있다.
이상, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 연료개질기는 부하에 따라 수증기 개질반응부의 온도 구배를 변화시켜, 부분 부하에서도 연료개질기의 효율을 유지할 수 있다.
수직방향으로 이동되는 내부슬리브(140)를 구비하여, 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도를 높여, 최종적으로 연료개질기의 효율을 유지할 수 있다.
또한, 버너(150)와 내부슬리브(140)를 같이 움직이게 하여, 부하에 따른 연료개질기의 반응속도를 더 높일 수 있다.
또한, 외부슬리브(170) 또는 내부슬리브(140)의 회전에 의하여, 슬리브의 하단에 형성되는 배가스 배출 높이를 수직방향으로 이동함으로써, 내부슬리브의 수직방향 이동시 필요한 추가 공간이 필요 없고, 약간의 회전만으로도 동작이 가능하므로 내구성이 높아지는 효과가 있다.
또한, 버너의 수직방향 이동과 같은 추가적인 공간이 필요 없이 연료개질기의 효율을 개선할 수 있는 연료개질기를 제공하는 것이다.
또한, 개질가스 배출부(161)의 상측면에 가열기(180)를 구비하거나, 제2개질가스 배출튜브(162)의 외측면에 가열기(190)를 구비하여, 간단한 구성 및 쉬운 작동방식으로 연료개질기의 효율을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료개질기의 구성도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료개질기의 구성도.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 연료개질기의 구성도.
도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 슬리브의 세부형상을 나타낸 개략도.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 연료개질기의 구성도.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 연료개질기의 구성도.
도 7은 기본형 연료개질기에서의 온도분포를 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명에 따른 연료개질기에서의 온도분포를 나타낸 그래프.
도 9는 본 발명에 따른 연료개질기의 효율을 나타낸 그래프.
이하에서는 본 발명에 따른 연료개질기를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료개질기의 구성도로서, 이 실시형태에 따르는 연료개질기는 동심으로 배치되면서 직경이 단계적으로 커지는 제1원통체(110), 제2원통체(120), 제3원통체(130)로 구성되는 동심관형 개질기로서, 제1원통체(110)의 내측에 제1원통체(110)와 동심이고 일정 간격을 두어 배치된 원통형상의 내부슬리브(140)와 내부슬리브(140)의 상부의 중심에 배치된 버너(150)가 구비되고, 제1원통체(110)와 제2원통체(120) 사이에 형성된 하부 공간에는 수증기 개질반응이 일어나는 수증기 개질반응기(200)가 설치되며, 제3원통체(130)의 외부에는 수성가스 전이반응이 일어나는 수성가스 전이반응기(300) 및 선택적 산화반응이 일어나는 선택적 산화반응기(400)가 순차적으로 설치된다.
또한, 제2원통체(120) 상부의 일측에는 쳔연가스와 물이 유입되는 원료유입부(160)가 설치되며, 제2원통체와 제3원통체 사이의 공간에 형성되어 수증기 개질반응부(200)에서 나온 개질가스가 흐르는 개질가스 배출부(161)가 형성된다. 버너에서 생성되는 배가스는 배가스 유로(165)를 지나 제1원통체(110)의 상측의 개구부를 통해 제2원통체(120)의 상부의 설치되는 배가스 배출부(166)로 배출된다. 수성가스 전이반응기(300)와 선택적 산화반응기(400) 사이에는 선택적 산화반응용 공기가 유입되는 공기유입부(163)가 설치되고, 선택적 산화반응기(400)에는 개질가스가 배출되는 제1개질가스 배출튜브(164)가 설치되고, 제3원통체(130)와 수성가스 전이반응기(300) 사이에는 제2개질가스 배출튜브(162)가 설치된다.
내부슬리브(140)는 연료개질기(100)의 가장 안쪽 중앙에 배치되고, 그 내부공간은 연소실을 형성하며, 상부 중앙에는 버너(150)가 설치된다.
제1원통체(110)는 내부슬리브(140)와 동심으로 배치되고, 내부슬리브(140)보다 직경이 커서 내부슬리브(140)를 둘러싸도록 배치된다.
내부슬리브(140)의 하단이 제1원통체(110)의 바닥판과 일정 간격 이격되어 있어, 버너(150)에서 생성되는 배가스가 내부슬리브(140)의 하단과 제1원통체(110)의 바닥판 사이에서 유로 방향을 반전하여 내부슬리브(140)와 제1원통체(110) 사이에 형성된 배가스 유로(165)를 통해 배출된다.
연료개질기(100)의 각 반응부의 반응에 대해 살펴보면, 수증기 개질반응기(200)에는 탈황기를 통해 황 성분이 제거된 천연가스가 유입되고, 천연가스와 물로 구성되는 원료 혼합물은 수증기 개질반응기(200)의 개질 촉매층에 도입되어 수소를 주로 포함하는 개질가스를 형성한다. 개질 촉매로는 니켈 계열, 루테늄 계열 등의 촉매를 사용할 수 있다. 상기 수증기 개질반응은 일반적으로 약 700℃ 정도에서 이루어지는 흡열반응으로, 버너로 수증기 개질반응기(200)에 열을 가한다.
수성가스 전이반응기(300)에는 수증기 개질반응기(200)를 거쳐 개질된 가스가 제2개질가스 배출튜브(162)를 통해 유입되며, 수성가스 전이반응을 통해 일산화탄소를 수소와 이산화탄소로 전환시킨다. 전이 촉매로는 철-크롬 계열, 백금-세리움 계열 등의 촉매를 사용할 수 있다. 상기 수성가스 전이반응은 일반적으로 약 200℃ 내지 250℃정도에서 이루어진다.
선택적 산화반응기(400)에는 수성가스 전이반응기(300)를 거친 가스 및 공기유입부(163)를 통해 유입된 공기가 유입되고, 일산화탄소의 선택적 산화반응을 통해 일산화탄소가 선택적으로 이산화탄소로 산화되어 일산화탄소의 농도를 10ppm 이하로 유지되도록 한다. 선택적 산화반응용 촉매로는 백금 계열, 루테늄 계열 등의 촉매를 사용할 수 있다. 상기 선택적 산화반응은 일반적으로 약 150℃ 내지 200℃ 정도에서 이루어진다.
버너(150)에서 천연가스를 연소시켜 생성되는 배가스는 배가스 유로(165)를 지나면서 인접하는 수증기 개질반응기(200)에 필요한 열을 제공한다.
연료개질기에서 개질가스의 흐름은 다음과 같다. 천연가스와 물은 제1원통체(100)의 상부 일측에 위치한 원료유입부(160)를 통해 유입되어, 제1원통체(110)와 제2원통체(120) 사이의 하부 공간에 설치된 수증기 개질반응기(200)로 흘러가 약 700℃ 정도에서 수증기 개질반응을 거쳐 개질된 개질가스로 배출된다. 도 1에서 보듯이, 수증기 개질반응기(200)의 하부로 배출되는 개질가스는 제2원통체의 하단과 제3원통체의 바닥면 사이에서 유로 방향을 반전하여, 제2원통체와 제3원통체 사이의 개질가스 배출부(161)를 통해 제3원통체의 상부로 이동한다.
수증기 개질반응은 흡열반응이기 때문에, 개질가스는 개질가스 배출부(161)의 상부로 이동하면서 인접한 수증기 개질반응기(200)에 열을 빼앗기게 되어 온도가 낮아지게 된다.
개질가스 배출부(161)를 나온 개질가스는 제3원통체(130)와 수성가스 전이반응기(300) 사이에 설치된 제2개질가스 배출튜브(162)를 통해 수성가스 전이반응기(300)로 흘러간다. 일반적으로 연료개질기는 외부와 단열이 되어 있지만, 개질가스가 외부보다 온도가 높기 때문에, 개질가스가 개질가스 배출부(161) 및 제2개질가스 배출튜브(162)를 거치면서 외부로 열이 방출되는 열손실에 의해 온도가 낮아지게 된다. 수증기 개질반응이 700℃에서 일어나더라도, 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도는 수성가스 전이반응이 일어나는 약 200℃ 온도에 미치지 못하게 되는 경우도 발생하게 된다.
특히, 일반적으로 전부하시 원하는 개질가스의 양 및 효율을 얻기 위해 설계된 연료전지 시스템에서, 부분 부하로 운전되는 경우에는 효율이 떨어지게 된다. 이는 부분 부하시 개질가스의 유량이 줄어들어 전부하에 비해 상대적으로 외부와 접촉하는 면적이 커지므로, 상대적으로 외부로 나가는 열이 많아지기 때문이다. 즉, 상대적으로 방열손실이 크기 때문이다. 예를 들면, 도 7에서 보듯이, 100% 전부하에서 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도가 200℃ 였다면, 부분 부하에서는 개질가스의 유량이 줄어 상대적으로 방열손실이 크기 때문에 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도는 150℃ 이하로 떨어지게 된다. 그러면 수성가스 전이반응이 효과적으로 일어나는 온도인 200℃ 이하가 되기 때문에 수성가스 전이반응기가 정상적으로 작동하기 어렵게 되고, 결국 연료개질기의 효율이 떨어지게 된다.
부분 부하시 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도를 200℃로 유지하기 위해, 버너(150)로 더 가열을 해줄 수 있다. 도 7에서 보듯이, 40% 부분 부하인 경우, 수증기 개질반응기(200)의 온도를 700℃에서 750℃로 올려서, 150℃ 이하로 떨어진 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도를 높일 수 있다. 하지만, 이 경우에도, 투입되는 천연가스의 양이 늘어나기 때문에 결국 연료개질기의 효율은 떨어지게 된다.
이와 같이, 부분 부하에서 효율이 떨어지는 문제를 극복하기 위해, 부하에 따라 적극적으로 대응할 수 있는 효율 저감 방지 수단을 제공해야 한다. 본 발명에서는 부하에 따라 수증기 개질반응부의 온도 구배를 변화시켜, 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도를 유지하여 최종적으로 연료개질기의 효율을 유지하고자 한다.
본 발명의 제1실시예는, 도 1에서 보듯이, 내부슬리브(140)를 제1원통체(110)의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동시키는 것을 특징으로 한다.
기존의 연료개질기(100)는 내부슬리브(140)의 하단이 제1원통체(110)의 바닥판과 일정 간격 이격되어 고정되어 있다. 보통 내부슬리브(140)와 제1원통체(110)의 바닥판과의 거리는 멀지 않고, 대부분의 배가스가 제1원통체(110)의 바닥판에 닿아 유로 방향이 반전되도록 하여 수증기 개질반응기(200)의 하단부터 가열되도록 한다. 그래서 가장 온도가 높은 배가스의 위치인 내부슬리브(140) 하단이 개질가스 배출부(161) 상단과 제2개질가스 배출부(162)에서 가장 멀리 떨어져 있게 된다.
하지만, 내부슬리브(140)를 제1원통체(110)의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동이 가능하다면, 가장 온도가 높은 배가스의 위치가 개질가스 배출부(161) 상단과 제2개질가스 배출부(162)와 가까워져, 수증기 개질반응기(200)의 상단부 쪽으로 열을 더 많이 가할 수 있다. 그러면, 기존 수증기 개질반응기(200)의 온도분포와 비교했을 때, 수증기 개질반응기(200)의 상부, 중간부의 온도가 더 높게 형성될 수 있으며, 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도 역시 높아지게 된다. 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도가 전부하시와 비슷하게 유지되므로 최종적으로 연료개질기의 효율을 유지하게 된다.
내부슬리브(140)를 제1원통체의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동시키기 위한 이동장치가 내부슬리브(140)에 결합되어 구비될 수 있다. 이동장치는 액츄에이터를 이용하여 버너를 상하방향으로 이동시킬 수도 있으며, 나사결합된 내부슬리브를 이용하여 내부슬리브를 회전시켜 상하방향으로 이동시킬 수도 있다.
또한, 상기 버너(150)가 내부슬리브(140)와 일체형으로 구성된 경우도 있기 때문에, 버너(150)가 내부슬리브(140)와 일체로 제1원통체(110)의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동할 수도 있다. 버너(150)와 내부슬리브(140)가 같이 이동하게 되면 화염의 위치도 변하여 복사에 의한 가열 부분이 변하기 때문에 내부슬리브(140)만 이동하는 경우보다 원하는 온도로 조절하기 위한 반응속도가 더 빠르게 될 수 있다. 이를 통해, 부하 변동이 빠르더라도 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도를 유지할 수 있어 연료개질기의 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 연료개질기의 구성도로서, 내부슬리브(140) 하단에 바닥판(142)을 구비하고, 하측면에 복수개의 홀(141)이 원주방향으로 일정간격 이격되어 형성되어, 상기 제1원통체(110) 내의 상기 버너(150)에서 생성되는 배가스가 상기 복수개의 홀(141)로 배출되는 것을 특징으로 한다.
제1실시예와 달리, 내부슬리브의 하단에 바닥판(142)이 구비되어 있고, 하측면에 홀(141)이 형성되어 있어, 배가스가 내부슬리브(140)의 측면의 홀(141)로 배출되기 때문에 화염이나 배가스가 제1원통체(110)의 바닥판에 직접 닿지 않게 된다. 이로 인해, 제1원통체(110)의 바닥판을 통한 방열 손실을 줄일 수 있으며, 내부슬리브(140)에 화염이 닿기 때문에 제1실시예보다 내부슬리브(140)의 온도가 높아져서 수증기 개질반응부(200)의 상부, 중간부의 온도를 더 높일 수 있는 장점이 있다.
상기 내부슬리브(140)가 제1원통체(110)의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동할 수 있고, 상기 내부슬리브(140)를 제1원통체(110)의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동시키기 위한 이동장치가 내부슬리브(140)에 결합되어 구비될 수 있으며, 이동장치는 액츄에이터를 이용하여 버너를 상하방향으로 이동시킬 수도 있으며, 나사결합된 내부슬리브(140)를 이용하여 내부슬리브(140)를 회전시켜 상하방향으로 이동시킬 수도 있다. 또한, 상기 버너(150)가 내부슬리브(140)와 일체형으로 구성된 경우도 있기 때문에, 버너(150)가 내부슬리브(140)와 일체로 제1원통체(110)의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동할 수도 있다. 이에 대한 설명은 제1실시예에서 전술하였기에 생략한다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 연료개질기의 구성도로서, 제2실시예와 달리, 슬리브가 2중으로 구성되어 있는 것이 특징이다. 즉, 제2실시예에서, 하단에 바닥판(171)을 구비하고, 제1원통체(110)와 내부슬리브(140) 사이에 제1원통체(110)와 일정 간격을 두어 배치되는 원통형상의 외부슬리브(170)를 더 포함한다. 또한, 내부슬리브(140)는 외부슬리브(170)에 대하여 중심축을 기준으로 회전하고, 내부슬리브(140)의 하측면에 내부홀(143,144)이 형성되고, 외부슬리브의 하측면에 내부홀(143,144)에 대응하는 외부홀(173,174)이 형성되고, 제1원통체(110) 내의 버너(150)에서 생성되는 배가스가 내부홀(143,144)과 외부홀(173,174)이 겹쳐져 연통되는 부분으로 배출되되, 내부슬리브(140)의 회전에 의해 내부홀(143,144)과 외부홀(173,174)이 겹쳐져 연통되는 부분이 수직방향으로 이동되는 것을 특징으로 한다.
위와 같은 제3실시예는 외부슬리브(170) 또는 내부슬리브(140)의 회전에 의하여, 슬리브의 하단에 형성되는 배가스 배출 높이가 수직방향으로 이동되는 것이다. 제1 및 제2실시예의 경우에는 내부슬리브(140)가 수직방향으로 이동되기 때문에 수직방향으로 일정 공간이 더 필요하게 된다. 연료전지 시스템은 일정한 공간 안에 내부 구성이 컴팩트하게 설계되어야 한다는 점을 고려한다면, 추가적인 공간이 더 필요한 것은 큰 단점이 된다. 따라서, 이를 극복하고자, 본 발명의 제3실시예는 내부슬리브(140)를 수직방향 이동시키는 것이 아니라, 내부슬리브(140)를 회전시킴으로써 수직방향으로 추가 공간이 필요 없고, 동일한 작용효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.
또한, 내부슬리브(140)를 이동시켜 배가스 배출위치를 수직방향으로 이동시키기 위해서는 원하는 이동거리만큼 추가 공간이 더 필요하게 된다. 하지만, 내부슬리브(140)를 회전시켜 배가스 배출높이를 수직방향으로 이동시키기 위해서는 약간의 회전만으로도 원하는 이동거리만큼 내부슬리부(140)를 이동시킬 수 있기 때문에, 작동 시 움직임이 작아 고장 발생이 적으며, 버너와 슬리브의 밀폐 구조를 새지 않도록 유지할 수 있는 장점이 있다.
내부슬리브(140)가 고정되고, 외부슬리브(170)가 회전될 수도 있다.
도 3을 바탕으로 내부슬리브(140)의 내부홀(143, 144)과 외부슬리브(170)의 외부홀(173,174)의 형상을 구체적으로 살펴보면, 내부슬리브(140)의 내부홀(143, 144)은, 내부슬리브(140)의 하측면에 복수개의 홀이 원주방향으로 일정 간격 이격되어 형성된 제1홀부(143), 상기 제1홀부(143)에서 상측으로 일정 간격 이격되어 복수개의 구멍이 원주방향으로 일정 간격 이격되어 형성된 제2홀부(144)를 포함하며, 외부슬리브(170)의 외부홀(173,174)은, 상기 제1홀부(143)의 복수개의 구멍에 대응되도록 하측면에 복수개의 홀이 형성된 제3홀부(173), 상기 제2홀부(144)의 복수개의 홀과 엇갈리게 배치되는 복수개의 홀이 형성된 제4홀부(174)를 포함할 수 있다.
도 3에서는, 내부슬리브(140)의 제1홀부(143)와 외부슬리브(170)의 제3홀부가(173) 서로 겹쳐져 연통되어, 이 연통된 부분을 통해 배가스가 슬리브의 제일 하단으로 배출되게 된다. 내부슬리브(140)를 회전시켜 제2홀부(144)와 제3홀부(174)를 서로 겹치게 하여 연통시키면, 이 연통된 부분을 통해 배가스가 슬리브의 제일 하단보다 위쪽에서 배출되게 된다. 이렇게, 내부슬리브(140)가 수직방향으로 이동하지 않고, 내부슬리브(140)를 회전시킴으로써 배가스의 배출 높이를 조절할 수 있다.
또한, 내부슬리브(140)와 외부슬리브(170)에 형성된 홀의 위치를 변경하여 배가스를 상측과 하측에서 동시에 배출되도록 할 수도 있고, 상측과 하측에서 배출되는 배가스의 양을 다르게도 할 수 있다.
도 4에서는, 보다 상세히 배가스의 배출 높이를 조절하는 구성을 나타내었다. 왼쪽에 있는 형상은 도 3에서의 제1 내지 제4홀부에 추가로 상측에 더 홀부를 추가한 것이다. 왼쪽 하단 그림과 같이, 홀들이 겹쳐지는 경우에는 배가스가 제일 하측에서 배출되고, 내부슬리브(140)를 회전시켜 중간부분의 홀들이 겹쳐지는 경우에는 배가스가 중간부분에서 배출되고, 내부슬리브(140)를 더 회전시켜 상측 부분의 홀들이 겹쳐지는 경우에는 배가스가 상측에서 배출된다. 이렇게 배가스의 배출 높이를 세분화하여 조절할 수도 있다.
도 4의 오른쪽에 있는 그림의 형상은 도 3의 홀과 달리, 배가스의 배출 높이를 조절할 수 있는 다른 구성을 나타낸다. 내부슬리브(140)의 하측면에 원주방향으로 일정간격 이격되어 형성된 내부컷팅부가 형성되되, 상기 내부컷팅부는 내부슬리브의 상측으로 컷팅되면서 동시에 중심축을 중심으로 회전되면서 나선형으로 컷팅되는 형상이다. 외부슬리브(170)의 하측면에는 원주방향으로 일정간격 이격되어 형성된 외부컷팅부가 형성되되, 상기 외부컷팅부는 폭이 좁고 상측으로 길게 직사각형으로 컷팅되는 형상이다. 오른쪽 하단의 그림과 같이, 내부컷팅부와 외부컷팅부가 슬리브의 제일 하측에서 겹쳐지는 경우에는 배가스가 제일 하측에서 배출되고, 내부슬리브(140)를 회전시켜 중간부분에서 겹쳐지는 경우에는 배가스가 중간부분에서 배출되고, 내부슬리브(140)를 더 회전시켜 상측에서 겹쳐지는 경우에는 배가스가 상측에서 배출된다. 이렇게 배가스의 배출 높이를 세분화하여 조절할 수도 있다.
내부슬리브(140)는 외부슬리브(170)에 대하여 중심축을 기준으로 회전되며,상기 내부슬리브(140)를 상기 외부슬리브(170)에 대하여 중심축을 기준으로 회전시키기 위한 회전장치가 내부슬리브(140)에 결합되어 구비될 수 있다. 또한, 상기 버너(150)가 내부슬리브(140)와 일체형으로 구성된 경우도 있기 때문에, 버너(150)가 내부슬리브(140)와 일체로 외부슬리브(170)에 대하여 중심축을 기준으로 회전될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 연료개질기(100)의 구성도이다. 이 실시형태에 따르는 연료개질기는, 중앙에 배치되고, 바닥판을 구비하며, 연료의 연소로 배가스를 발생시키는 연소실을 형성하는 제1원통체(110), 상기 제1원통체(110)와 동심으로 배치되고, 상기 제1원통체(110)보다 직경이 큰 제2원통체(120), 상기 제2원통체(120)와 동심으로 배치되고, 상기 제2원통체(120)보다 직경이 큰 제3원통체(130), 상기 제1원통체(110)와 상기 제2원통체(120) 사이에 형성되고, 탄화수소계 원료로부터 수소를 포함하는 개질가스를 형성하는 수증기 개질반응기(200), 상기 제2원통체(120)와 상기 제3원통체(130) 사이에 형성되는 개질가스 배출부(161), 상기 제1원통체(110)의 내측에, 상기 제1원통체(110)와 동심이고 일정 간격을 두어 배치된 원통형상의 내부슬리브(140), 및 상기 내부슬리브(140)의 상부의 중심에 배치된 버너(150)를 포함하며, 상기 개질가스 배출부(161)의 상측면에 가열기(180)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 가열기(180)는 전기히터가 될 수 있고, 개질가스에 열을 가할 수 있는 수단이면 족하다.
상기 가열기(180)의 위치는 제3원통체(130)의 외측면의 상부이고, 수증기 개질반응기(200)에서 나온 개질가스가 개질가스 배출부(161)를 통해 제2개질가스 배출부(162)로 배출되기 전 부분이다.
전술한 바와 같이, 부분 부하시 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도가 150℃ 이하로 떨어질 수 있고, 이 경우 연료개질기 효율이 떨어지게 된다. 이를 극복하기 위해, 위와 같이 개질가스 배출부(161)의 상측면에 가열기(180)를 구비하여 수증기 개질반응기(200)에서 나온 개질가스를 가열하여, 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도를 높일 수 있다. 이 경우, 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도가 전부하시와 비슷하게 유지되므로 최종적으로 연료개질기의 효율을 유지하게 된다.
도 8에서 보듯이, 40% 부분 부하시, 가열기(180)로 수증기 개질반응기(200)에서 나온 개질가스를 가열하여, 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도를 전부하시와 비슷하게 약 200℃ 정도로 유지시켜주면, 이후의 수성가스 전이반응기(300) 및 선택적 산화반응기(400)에서의 온도분포가 전부하시와 비슷하게 유지되어, 최종적으로 부분 부하시에도 전부하시와 비슷한 효율을 얻을 수 있다. 도 9는 연료개질기의 효율을 부하에 따라 측정한 결과를 나타낸 것으로, 부분 부하시에 가열기(180)를 장착하여 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도를 전부하시의 온도로 유지시켜줌으로써, 연료개질기의 효율이 유지되는 반면, 기본형의 경우에는 부하가 떨어질수록 연료개질기의 효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
개질가스 배출부(161)의 상측면에 가열기(180)를 구비하여 개질가스를 가열하는 것이, 후술하는 제2개질가스 배출튜브(162)에 가열기를 구비하여 개질가스를 가열하는 것보다 더 바람직하다. 왜냐하면, 제2개질가스 배출튜브(162)에 가열기(180)를 구비하는 경우, 낮은 부하에서 작동하다가 다시 부하를 높일 때 반응기 온도가 낮아져 있으므로 온도를 올리기 위한 시간이 더 필요한데 반해, 개질가스 배출부(161)의 상측면에 가열기(180)를 구비하는 경우에는, 반응기의 온도가 여전히 높게 유지되어 있기 때문에 온도를 올릴 필요가 없어, 부하 변동에 빨리 대응할 수 있기 때문이다.
도 6은 본 발명의 제5실시예에 따른 연료개질기의 구성도이다. 이 실시형태에 따르는 연료개질기는, 제4실시예에 따른 연료개질기의 구성 중 가열기(180)의 위치만 다르고 나머지는 동일한 구성이다. 즉, 제5실시예에 따른 연료개질기에서는, 가열기(180)가 개질가스 배출부(161)와 수성가스 전이반응부(300) 사이를 연결하는 제2개질가스 배출튜브(162)의 외측면에 구비된다.
제2개질가스 배출튜브(162)의 외측면에 가열기(190)를 구비하여 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도를 높일 수 있다. 이 경우, 수성가스 전이반응기(300)로 들어가는 개질가스의 온도가 전부하시와 비슷하게 유지되므로 최종적으로 연료개질기의 효율을 유지하게 된다.
수성가스 전이반응기(300) 직전에 개질가스의 온도를 높여주어 수성가스 전이반응기(300)로 들어가기 전에 열손실이 없기 때문에, 더 정밀하게 수성가스 전이반응기(300)에 필요한 온도로 개질가스의 온도를 조절하는 것이 가능하다.
개질가스를 가열하여 효율을 유지한다는 점은 제4실시예에서 서술한 내용과 동일하다.
개질가스 배출부(161)의 상측면에 가열기(180)를 구비하고, 동시에 제2개질가스 배출튜브(162)의 외측면에 가열기(190)를 구비할 수 있으며,
제4 및 제5실시예는 제1 내지 제3실시예에 비해 구성이 간단하고, 작동의 용이성이 높다는 장점이 있다.
100 : 연료개질기
110 : 제1원통체 120 : 제2원통체
130 : 제3원통체 140 : 내부슬리브
141 : 홀 142 : 바닥판
143 : 제1홀부 144 : 제2홀부
145 : 제3홀부 146 : 제4홀부
150 : 버너
160 : 원료유입부
161 : 개질가스 배출부 162 : 제2개질가스 배출튜브
163 : 공기유입부 164 : 제1개질가스 배출튜브
165 : 배가스 유로 166 : 배가스 배출부
170 : 외부슬리브 171 : 바닥판
180 : 가열기
190 : 가열기
200 : 수증기 개질반응기
300 : 수성가스 전이반응기
400 : 선택적 산화반응기

Claims (17)

  1. 중앙에 배치되고, 바닥판을 구비하며, 연료의 연소로 배가스를 발생시키는 연소실을 형성하는 제1원통체(110);
    상기 제1원통체(110)와 동심으로 배치되고, 상기 제1원통체(110)보다 직경이 큰 제2원통체(120);
    상기 제1원통체(110)와 상기 제2원통체(120) 사이에 형성되고, 탄화수소계 원료로부터 수소를 포함하는 개질가스를 형성하는 수증기 개질반응기(200);
    상기 제1원통체(110)의 내측에, 상기 제1원통체(110)와 동심이고 일정 간격을 두어 배치된 원통형상의 내부슬리브(140); 및
    상기 내부슬리브(140)의 상부의 중심에 배치된 버너(150);를 포함하되,
    상기 내부슬리브(140)의 하단이 상기 제1원통체(110)의 바닥판과 일정 간격 이격되어, 상기 제1원통체(110) 내의 상기 버너(150)에서 생성되는 배가스가 상기 내부슬리브(140)의 하단과 상기 제1원통체(110)의 바닥판 사이에서 유로 방향을 반전하여, 상기 내부슬리브(140)와 상기 제1원통체(110) 사이에 형성된 배가스 유로(165)를 통해 배출되고,
    상기 수증기 개질반응기(200)의 부하에 따라, 상기 내부슬리브(140)가 상기 제1원통체(110)의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동하여 상기 내부슬리브(140) 하부에서의 상기 배가스 유로(165)의 방향이 반전되는 위치를 가변시켜 상기 수증기 개질반응기(200)의 온도구배를 변화시키는 것을 특징으로 하는 연료개질기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내부슬리브(140)에 결합되어, 상기 내부슬리브(140)를 상기 제1원통체(110)의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동시키는 이동장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료개질기.
  4. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 버너(150)가 상기 내부슬리브(140)와 일체로 상기 제1원통체(110)의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 연료개질기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 내부슬리브(140)는 하단에 바닥판을 구비하며, 하측면에 복수개의 홀(141)이 원주방향으로 일정간격 이격되어 형성되어, 상기 제1원통체(110) 내의 상기 버너(150)에서 생성되는 배가스가 상기 복수개의 홀(141)로 배출되는 것을 특징으로 하는 연료개질기.
  6. 삭제
  7. 제5항에 있어서,
    상기 내부슬리브(140)에 결합되어, 상기 내부슬리브(140)를 상기 제1원통체(110)의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동시키는 이동장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료개질기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 버너(150)가 상기 내부슬리브(140)와 일체로 상기 제1원통체(110)의 바닥판에 대하여 수직방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 연료개질기.
  9. 중앙에 배치되고, 바닥판을 구비하며, 연료의 연소로 배가스를 발생시키는 연소실을 형성하는 제1원통체(110);
    상기 제1원통체(110)와 동심으로 배치되고, 상기 제1원통체(110)보다 직경이 큰 제2원통체(120);
    상기 제1원통체(110)와 상기 제2원통체(120) 사이에 형성되고, 탄화수소계 원료로부터 수소를 포함하는 개질가스를 형성하는 수증기 개질반응기(200);
    상기 제1원통체(110)의 내측에, 상기 제1원통체(110)와 동심이고 일정 간격을 두어 배치된 원통형상의 내부슬리브(140); 및
    상기 내부슬리브(140)의 상부의 중심에 배치된 버너(150);를 포함하되,
    하단에 바닥판이 구비되고, 상기 제1원통체(110)와 상기 내부슬리브(140) 사이에 상기 제1원통체(110)와 일정 간격을 두어 배치되는 원통형상의 외부슬리브(170);를 더 포함하고,
    상기 내부슬리브(140)는 상기 외부슬리브(170)에 대하여 중심축을 기준으로 회전하고,
    상기 내부슬리브(140)의 하측면에 내부홀이 형성되고,
    상기 외부슬리브(170)의 하측면에 상기 내부홀에 대응하는 외부홀(173, 174)이 형성되고, 상기 제1원통체(110) 내의 상기 버너(150)에서 생성되는 배가스가 상기 내부홀과 상기 외부홀이 겹쳐져 연통되는 부분으로 배출되되,
    상기 내부슬리브(140)의 회전에 의해 상기 내부홀과 상기 외부홀이 겹쳐져 연통되는 부분이 수직방향으로 이동되는 것을 특징으로 하는 연료개질기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 내부홀은, 상기 내부슬리브(140)의 하측면에 복수개의 홀이 원주방향으로 일정 간격 이격되어 형성된 제1홀부(143); 상기 제1홀부(143)에서 상측으로 일정 간격 이격되어 복수개의 구멍이 원주방향으로 일정 간격 이격되어 형성된 제2홀부(144);를 포함하며,
    상기 외부홀은, 상기 제1홀부(143)의 복수개의 구멍에 대응되도록 하측면에 복수개의 홀이 형성된 제3홀부(173); 상기 제2홀부(144)의 복수개의 홀과 엇갈리게 배치되는 복수개의 홀이 형성된 제4홀부(174);를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료개질기.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 내부슬리브(140)에 결합되어, 상기 내부슬리브(140)를 상기 외부슬리브(170)에 대하여 중심축을 기준으로 회전시키는 회전장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료개질기.
  12. 제9항 또는 제10항에 있어서,
    상기 버너(150)가 상기 내부슬리브(140)와 일체로 외부슬리브(170)에 대하여 중심축을 기준으로 회전하는 것을 특징으로 하는 연료개질기.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 버너(150)가 상기 내부슬리브(140)와 일체로 외부슬리브(170)에 대하여 중심축을 기준으로 회전하는 것을 특징으로 하는 연료개질기.
  14. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제2원통체(120)와 동심으로 배치되고, 상기 제2원통체(120)보다 직경이 큰 제3원통체(130); 및
    상기 제2원통체(120)와 상기 제3원통체(130) 사이에 형성되는 개질가스 배출부(161); 를 더 포함하며,
    상기 개질가스 배출부(161)의 상측면에 가열기(180)를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료개질기.
  15. 제14항에 있어서,
    저부하 운전시 상기 가열기(180)로 상기 개질가스 배출부(161)에서 배출되는 개질가스를 일정 온도로 유지하도록 가열해주는 것을 특징으로 하는 연료개질기.
  16. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제2원통체(120)와 동심으로 배치되고, 상기 제2원통체(120)보다 직경이 큰 제3원통체(130);
    상기 제2원통체(120)와 상기 제3원통체(130) 사이에 형성되는 개질가스 배출부(161);
    상기 개질가스가 유입되어 수성가스 전이반응을 통해 수소를 생산하는 수성가스 전이반응부(300); 및
    상기 개질가스 배출부(161)와 상기 수성가스 전이반응부(300) 사이를 연결하여 상기 개질가스가 이동하는 제2개질가스 배출튜브(162);를 더 포함하며,
    상기 제2개질가스 배출튜브(162)의 외측면에 가열기(190)를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료개질기.
  17. 제16항에 있어서,
    저부하 운전시 상기 가열기(190)로 상기 제2개질가스 배출튜브(162)를 지나는 개질가스를 일정 온도로 유지하도록 가열해주는 것을 특징으로 하는 연료개질기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109546189B (zh) * 2018-10-29 2021-10-22 南京航空航天大学 一种以液体燃油为燃料电池氢源的多级重整发电系统
EP3884537A4 (en) 2018-11-20 2022-08-31 Blue World Technologies Holding ApS FUEL CELL SYSTEM, ITS USE AND METHOD OF OPERATION

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002098790A1 (fr) * 2001-06-04 2002-12-12 Tokyo Gas Company Limited Unite de reformage a vapeur d'eau cylindrique
KR100790850B1 (ko) * 2006-05-26 2008-01-02 삼성에스디아이 주식회사 이동가능한 버너를 구비한 연료개질기와 그 구동방법 및연료전지 시스템
KR100905290B1 (ko) * 2007-07-30 2009-07-02 (주)오선텍 수소발생용 촉매 반응기

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101480083B1 (ko) * 2013-07-18 2015-01-09 한국에너지기술연구원 연소 배가스 폐열 회수를 위한 열교환 장치가 구비된 연료 개질기

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