KR101972321B1 - Fuel reformer - Google Patents

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KR101972321B1
KR101972321B1 KR1020190028904A KR20190028904A KR101972321B1 KR 101972321 B1 KR101972321 B1 KR 101972321B1 KR 1020190028904 A KR1020190028904 A KR 1020190028904A KR 20190028904 A KR20190028904 A KR 20190028904A KR 101972321 B1 KR101972321 B1 KR 101972321B1
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heat exchange
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central chamber
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지현진
최은영
이정훈
양성호
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국방과학연구소
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Abstract

The present invention relates to a fuel reformer and, more specifically, to a fuel reformer for supplying hydrogen to a fuel cell for a submarine. According to the present invention, the fuel reformer comprises: a central chamber unit; a heat exchange chamber unit; a plurality of catalyst tubes; and a heat exchanger, wherein the fuel reformer has a compact structure capable of being loaded in the submarine. Moreover, the fuel reformer according to the present invention ensures efficient mixing and homogeneous distribution of reactants and permits the heat transfer of thermal media to be carried out efficiently.

Description

연료개질기{FUEL REFORMER}FUEL REFORMER

제안기술은 연료개질기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잠수함용 연료전지에 수소를 공급하기 위한 연료개질기에 관한 발명이다.The present invention relates to a fuel reformer, and more particularly, to a fuel reformer for supplying hydrogen to a fuel cell for a submarine.

일반적으로, 잠수함은 동력원으로서 디젤엔진 전기추진 방식과 원자력을 이용하는 방식으로 구분된다. 여기서, 디젤엔진 전기추진 방식의 잠수함은 수중항해 시 납축전지와 같은 2차전지에 저장된 에너지를 사용하여 잠항한다.Generally, a submarine is classified into a diesel engine electric propulsion system and a nuclear power system as a power source. Here, a submarine powered by a diesel engine electric propulsion system is submerged using energy stored in a secondary battery such as a lead-acid battery during underwater navigation.

따라서, 2차전지의 에너지를 모두 소진하면 납축전지 등과 같은 2차전지를 충전하기 위하여 해수면으로 부상하여 디젤엔진으로 2차전지를 충전하는 스노클링이 필요하다.Therefore, if the energy of the rechargeable battery is exhausted, it is necessary to recharge the rechargeable battery with the diesel engine by lifting the rechargeable battery such as lead accumulator to the sea level to charge the rechargeable battery.

이러한 잠수함의 스노클링은 잠수함의 최대 특성인 은닉성을 저해하는 문제를 초래하기 때문에 스노클링 주기를 최소화하고 잠항시간을 증대시키기 위해 공기불요추진(AIP; Air Independent Propulsion)이라고 불리는 시스템이 사용되고 있다. 일반적으로 잠수함용 공기불요추진 시스템에는 연료전지, 폐회로 디젤, 스털링 기관 등이 있다.These submarine snorkeling have the problem of hindering the maximum concealment of the submarine, so a system called Air Independent Propulsion (AIP) is used to minimize the snorkeling cycle and increase the diving time. Generally, air-borne propulsion systems for submarines include fuel cells, closed-loop diesel engines, and Stirling engines.

공기불요추진으로 사용되는 잠수함용 연료전지 시스템을 이용하여 전기를 생성하기 위해서는 연료인 수소가 필요하다. 일반적으로는 잠수함에 탑재되어 있는 금속수소저항합금을 사용하여 수소를 공급하게 되며, 최근에는 연료개질기를 이용하여 잠수함 내에서 수소를 직접 생산하는 방식을 채택하고 있다.Hydrogen, a fuel, is needed to generate electricity using a submarine fuel cell system that is used for air-free propulsion. In general, hydrogen is supplied using a metal hydrogen-resistant alloy mounted on a submarine. Recently, a fuel reformer is used to directly produce hydrogen in a submarine.

종래의 연료개질기는 상압에서 운전되며, 흡열반응하는 수증기의 연료개질기를 연소기의 연소가스로 직접 가열하게 되는데, 이러한 연료개질기를 잠수함에 적용할 경우 잠항심도에 의한 높은 수압 환경에 노출되며, 연소기에서 생성되는 연소가스의 처리 문제가 발생하게 되고, 연료개질기가 대형화될 경우, 균일하지 못한 촉매 온도 분포 및 과도한 부피 증가 등의 문제가 발생하게 된다.The conventional fuel reformer is operated at normal pressure, and the fuel reformer of the endothermic steam is directly heated by the combustion gas of the combustor. When the fuel reformer is applied to the submarine, it is exposed to a high pressure environment due to the depth of submergence. There arises a problem of processing the generated combustion gas, and when the fuel reformer is enlarged, problems such as an uneven catalyst temperature distribution and an excessive volume increase occur.

한국등록특허 제1734295호Korea Patent No. 1734295

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 연료개질기가 잠수함에 탑재될 수 있도록 컴팩트한 구조를 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a compact structure in which a fuel reformer can be mounted on a submarine.

또한, 반응물의 혼합 및 균질 분배가 효율적으로 이루어지도록 하는데 목적이 있다.It is also an object of the present invention to provide efficient mixing and homogeneous distribution of reactants.

또한, 열매체의 열전달이 효과적으로 이루어지도록 하는데 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a heat transfer of a heat medium effectively.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료개질기는,According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel reformer including:

상하면이 폐쇄된 원통형상의 중앙챔버부;A cylindrical central chamber portion having a closed upper and lower surfaces;

중앙챔버부를 감싸도록 형성되는 열교환챔버부;A heat exchange chamber part formed to surround the central chamber part;

중앙챔버부의 내부에 일정 간격으로 배치되는 복수 개의 촉매튜브; 및A plurality of catalyst tubes arranged at regular intervals inside the central chamber part; And

열교환챔버부의 내부에 위치하며, 중앙챔버부의 외측면을 감싸는 코일형상의 배관인 열교환기;를 포함하며,And a heat exchanger located inside the heat exchange chamber portion and being a coil-shaped pipe surrounding the outer side surface of the central chamber portion,

중앙챔버부의 내부로 주입된 열매체인 포화수증기는 열교환챔버부로 이동하고,The saturated water vapor, which is the heat medium injected into the central chamber portion, moves to the heat exchange chamber portion,

열교환기의 내부로 주입된 반응물은 촉매튜브로 이동하여 포화수증기와 열교환하면서 생성물을 발생시키게 되며,The reactant injected into the heat exchanger moves to the catalyst tube and heat-exchanges with the saturated steam to generate a product,

포화수증기의 잠열 온도를 제어하기 위한 계통 압력 제어에 의해 반응물과 생성물의 압력이 서로 동일하게 유지되는 것을 특징으로 한다.The pressure of the reactant and the product are maintained to be equal to each other by the systematic pressure control for controlling the latent heat temperature of the saturated water vapor.

또한, 열교환기의 내부로 주입된 반응물은 열교환챔버부의 내부로 유입된 열매체와 1차 열교환하는 것을 특징으로 한다.The reactant injected into the heat exchanger is subjected to first heat exchange with the heat medium introduced into the heat exchange chamber.

또한, 1차 열교환 이후, 반응물은 촉매튜브로 유입되어 중앙챔버부의 내부에 주입된 열매체와 2차 열교환하면서 촉매반응하여 생성물을 발생시키는 것을 특징으로 한다.In addition, after the primary heat exchange, the reactant flows into the catalyst tube, and is catalyzed by the secondary heat exchange with the heat medium injected into the central chamber to generate a product.

또한, 열매체와 반응물의 열교환 시 열매체와 반응물은 대향류 유동하는 것을 특징으로 한다.Further, the heat medium and the reactant flow in a countercurrent flow during heat exchange between the heat medium and the reactant.

또한, 중앙챔버부의 상단에는 촉매튜브의 상단과 연통되는 상단챔버부가 형성되는 것을 특징으로 한다.Further, an upper chamber portion communicating with the upper end of the catalyst tube is formed at an upper end of the central chamber portion.

또한, 중앙챔버부의 하단에는 촉매튜브의 하단과 연통되는 제1하단챔버부가 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, a first lower end chamber portion communicating with a lower end of the catalyst tube is formed at a lower end of the central chamber portion.

또한, 중앙챔버부의 하단에는 제1하단챔버부를 감싸는 제2하단챔버부가 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, a second lower end chamber portion surrounding the first lower end chamber portion is formed at a lower end of the central chamber portion.

또한, 중앙챔버부의 내부에는 복수 개의 촉매튜브의 외벽을 따라 열매체 유도튜브가 형성되는 것을 특징으로 한다.Further, a heat medium induction tube is formed inside the central chamber part along the outer wall of the plurality of catalyst tubes.

또한, 중앙챔버부의 상단에는 중앙챔버부의 내부에 열매체를 주입하기 위한 열매체 주입포트가 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, a heating medium injection port for injecting a heating medium into the central chamber part is formed at an upper end of the central chamber part.

또한, 열매체 주입포트를 통하여 중앙챔버부의 상단으로 유입된 열매체는 촉매튜브에 밀착하여 유동하면서 중앙챔버부의 하단으로 이동하는 것을 특징으로 한다.The heating medium flowing into the upper end of the central chamber through the heating medium inlet port is moved to the lower end of the central chamber while flowing in close contact with the catalyst tube.

또한, 중앙챔버부의 하단에는 중앙챔버부의 내부와 열교환챔버부의 내부를 연통시키는 복수 개의 열매체 이동홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, a plurality of heat medium transfer holes for communicating the inside of the central chamber portion and the interior of the heat exchange chamber portion are formed at the lower end of the central chamber portion.

또한, 중앙챔버부의 하단에 유입된 열매체는 열매체 이동홀을 따라 열교환챔버부의 하단 내부로 유입되는 것을 특징으로 한다.The heating medium introduced into the lower end of the central chamber part flows into the lower end of the heat exchange chamber part along the heat medium transfer hole.

또한, 열교환챔버부의 상단에는 중앙챔버부 내부로 주입된 열매체를 배출하기 위한 열매체 배출포트가 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, a heat medium discharge port for discharging the heat medium injected into the central chamber part is formed at the upper end of the heat exchange chamber part.

또한, 열교환챔버부의 하단 내부로 유입된 열매체는 열교환챔버부 상단의 열매체 배출포트를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.In addition, the heat medium introduced into the lower end of the heat exchange chamber part is discharged to the outside through the heat medium discharge port at the upper end of the heat exchange chamber part.

또한, 열교환기의 상단은 열교환챔버부의 상면을 관통하여 외부와 연통되고, 열교환기의 하단은 열교환챔버부의 하면을 관통하여 제2하단챔버부의 내부와 연통되는 것을 특징으로 한다.The upper end of the heat exchanger passes through the upper surface of the heat exchange chamber and communicates with the outside. The lower end of the heat exchanger passes through the lower surface of the heat exchange chamber and communicates with the interior of the second lower end chamber.

또한, 열교환기의 상단을 통하여 주입된 반응물은 열교환챔버부 내부에 유입된 열매체로부터 열을 공급받아 기화되는 것을 특징으로 한다.The reactant injected through the upper end of the heat exchanger is characterized in that heat is supplied from the heat medium introduced into the heat exchange chamber and is vaporized.

또한, 반응물은 열교환기의 하단을 통하여 제2하단챔버부의 내부로 유입되는 것을 특징으로 한다.In addition, the reactant is introduced into the second lower chamber portion through the lower end of the heat exchanger.

또한, 제1하단챔버부에는, 제1하단챔버부의 내부와 제2하단챔버부의 내부를 연통시키는 복수 개의 반응물 이동홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.The first lower end chamber portion is formed with a plurality of reactant flow holes for communicating the inside of the first lower end chamber portion and the interior of the second lower end chamber portion.

또한, 제2하단챔버부의 내부로 유입된 반응물 중 완전히 기화된 반응물만 반응물 이동홀을 통하여 제1하단챔버부의 내부로 이동하는 것을 특징으로 한다.In addition, among the reactants flowing into the second lower-stage chamber portion, only the completely vaporized reactant moves through the reactant-moving holes into the first lower-stage chamber portion.

또한, 제1하단챔버부로 유입된 반응물은 촉매튜브의 내부로 유입되어 상단챔버부를 향해 이동하는 것을 특징으로 한다.In addition, the reactant flowing into the first lower-end chamber portion flows into the interior of the catalyst tube and moves toward the upper chamber portion.

또한, 생성물은 상단챔버부 내부로 유입되어 상단챔버부에 형성된 생성물 배출포트를 따라 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.Further, the product is introduced into the upper chamber portion and discharged to the outside along a product discharge port formed in the upper chamber portion.

또한, 열교환기는 상단으로부터 하단으로 갈수록 배관의 직경이 점차 증가하는 것을 특징으로 한다.Further, the heat exchanger is characterized in that the diameter of the pipe gradually increases from the upper end to the lower end.

본 발명에 따르면, 컴팩트한 구조의 연료개질기를 제공할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention, it is possible to provide a fuel reformer of a compact structure.

또한, 반응물과 열매체가 서로 대향류되어 열매체의 열전달이 효과적으로 이루어지며, 단열처리가 간단하여 외부로의 열손실을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, the reactant and the heat medium are opposite to each other to effectively transfer the heat medium, and the heat treatment is simple, thereby reducing the heat loss to the outside.

또한, 반응물이 복수 개의 촉매튜브에 균질하게 공급되며, 촉매튜브 내부에서 균질 혼합될 수 있는 효과가 있다.Further, there is an effect that the reactant is uniformly supplied to a plurality of catalyst tubes and can be homogeneously mixed in the catalyst tube.

도 1은 본 발명에 따른 연료개질기 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 연료개질기 내부 열매체의 유동경로 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 연료개질기 내부 반응물의 유동경로 개념도.1 is a sectional view of a fuel reformer according to the present invention;
2 is a schematic view illustrating a flow path of a heating medium in a fuel reformer according to the present invention;
FIG. 3 is a flow path conceptual diagram of a reactant in a fuel reformer according to the present invention. FIG.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위한 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It will be possible. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 연료개질기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 잠수함용 연료전지에 수소를 공급하기 위한 연료개질기에 관한 발명이다.The present invention relates to a fuel reformer, and more particularly, to a fuel reformer for supplying hydrogen to a fuel cell for a submarine.

도 1에는 본 발명에 따른 연료개질기 단면도가 도시되어 있다.1 is a sectional view of a fuel reformer according to the present invention.

본 발명의 연료개질기는 고압의 수증기 개질방식을 사용하는 잠수함용 연료개질기로, 상하면이 폐쇄된 원통형상의 중앙챔버부(2)와, 상기 중앙챔버부(2)를 감싸도록 형성되는 열교환챔버부(4)와, 상기 중앙챔버부(2)의 상단에 형성되는 상단챔버부(6)와, 상기 중앙챔버부(2)의 하단에 형성되는 제1하단챔버부(8)와, 상기 중앙챔버부(2)의 하단에 형성되며 상기 제1하단챔버부(8)를 감싸도록 형성되는 제2하단챔버부(10)를 포함하여 구성된다.The fuel reformer of the present invention is a fuel reformer for a submarine using a high pressure steam reforming system and includes a cylindrical central chamber portion 2 having a closed upper and lower surfaces and a heat exchange chamber portion A first lower chamber portion 8 formed at a lower end of the central chamber portion 2 and a second lower chamber portion 8 formed at a lower end of the central chamber portion 2; And a second lower chamber part 10 formed at a lower end of the first lower chamber part 2 and configured to surround the first lower chamber part 8.

상기 중앙챔버부(2)의 외경면은 상기 열교환챔버부(4)의 내경면이 되고, 상기 상단챔버부의 하단면은 상기 중앙챔버부(2)의 상단면이 되며, 상기 제1하단챔버부(8)와 상기 제2하단챔버부(10)의 상단면은 상기 중앙챔버부(2)의 하단면이 되며, 상기 제1하단챔버부(8)의 외경면은 상기 제2하단챔버부(10)의 내경면이 된다.The outer diameter surface of the central chamber part 2 is an inner diameter surface of the heat exchange chamber part 4. The lower end surface of the upper chamber part is the upper surface of the central chamber part 2, (8) and the upper end surface of the second lower end chamber part (10) are the lower end surface of the central chamber part (2), and the outer diameter surface of the first lower end chamber part (8) 10).

즉, 상기 중앙챔버부(2), 상기 상단챔버부(6), 상기 제1하단챔버부(8) 및 상기 제2하단챔버부(10)는 모두 동축이 되도록 위치하게 된다.That is, the central chamber part 2, the upper chamber part 6, the first lower chamber part 8, and the second lower chamber part 10 are all coaxial.

상기 열교환챔버부(4)와 상기 중앙챔버부(2)의 하면은 동일한 평면상에 위치하지만, 상기 중앙챔버부(2)의 상면은 상기 열교환챔버부(4)의 상면보다 상측에 위치하게 된다.The upper surface of the central chamber part 2 is located above the upper surface of the heat exchange chamber part 4 while the lower surface of the heat exchange chamber part 4 and the lower surface of the central chamber part 2 are on the same plane .

상기 중앙챔버부(2)의 내부에는 일정 간격으로 배치되는 복수 개의 촉매튜브(14)가 구비되는데, 이때 상기 촉매튜브(14)의 길이방향은 상기 중앙챔버부(2)의 상하방향과 평행이 된다.A plurality of catalyst tubes 14 are disposed in the central chamber part 2 at regular intervals. The longitudinal direction of the catalyst tube 14 is parallel to the vertical direction of the central chamber part 2 do.

상기 촉매튜브(14)는 상단이 상기 상단챔버부(6)의 내부와 연통되며, 하단이 상기 제1하단챔버부(8)의 내부와 연통된다.The catalyst tube 14 has an upper end communicating with the interior of the upper chamber portion 6 and a lower end communicating with the interior of the first lower end chamber portion 8. [

상기 중앙챔버부(2)의 내부에는 복수 개의 상기 촉매튜브(14)의 외벽을 따라 열매체 유도튜브(16)가 형성된다. 상기 열매체 유도튜브(16)는 내경면이 상기 촉매튜브(14)의 외경면으로부터 일정 간격 이격되어 상기 촉매튜브(14)를 감싸는 형상으로 형성된다.In the central chamber part 2, a heating medium guide tube 16 is formed along the outer wall of the plurality of catalyst tubes 14. The heat medium induction tube 16 is formed such that its inner diameter surface is spaced apart from the outer diameter surface of the catalyst tube 14 to surround the catalyst tube 14.

상기 열매체 유도튜브(16)는 복수 개로 구성되어 각각의 상기 열매체 유도튜브(16)가 각각의 상기 촉매튜브(14)를 감싸도록 구비될 수도 있으며, 상기 중앙챔버부(2)의 내경과 동일한 사이즈의 외경을 갖는 원통형상으로 형성되어 상기 중앙챔버부(2)의 상하방향으로 형성된 복수 개의 관통홀에 상기 촉매튜브(14)가 삽입되도록 형성될 수도 있다.The heating medium guide tube 16 may be formed to have a plurality of the heating medium guide tubes 16 so that each of the heating medium guide tubes 16 surrounds the respective catalyst tubes 14. The inner diameter of the center chamber part 2 And the catalyst tube 14 may be inserted into a plurality of through holes formed in the vertical direction of the central chamber part 2. [

상기 열교환챔버부(4)의 내부에는 상기 중앙챔버부(2)의 외측면을 감싸는 코일형상의 배관인 열교환기(12)가 구비된다.Inside the heat exchange chamber part 4, a heat exchanger 12, which is a coil-shaped pipe surrounding the outer surface of the central chamber part 2, is provided.

상기 열교환기(12)의 상단은 상기 열교환챔버부(4)의 상면을 관통하여 외부와 연통되고, 상기 열교환기(12)의 하단은 상기 열교환챔버부(4)의 하면을 관통하여 상기 제2하단챔버부(10)의 내부와 연통된다.The upper end of the heat exchanger 12 communicates with the outside through the upper surface of the heat exchange chamber part 4. The lower end of the heat exchanger 12 penetrates the lower surface of the heat exchange chamber part 4, And communicates with the interior of the lower chamber portion 10.

도 2에는 본 발명에 따른 연료개질기 내부 열매체의 유동경로 개념도가 도시되어 있다.FIG. 2 is a flow path conceptual diagram of the heat medium inside the fuel reformer according to the present invention.

상기 열매체의 유동경로는 도 2에 ①~⑥으로 표시되어 있다.The flow path of the heating medium is indicated by (1) to (6) in FIG.

상기 중앙챔버부(2)의 상단에는 상기 중앙챔버부(4)의 내부로 열매체를 주입하기 위한 열매체 주입포트(18)가 형성된다. 상기 열매체 주입포트(18)는 상기 열교환챔버부(4)의 상면보다 높은 곳에 위치하며, 상기 중앙챔버부(2)의 중심축과 수직하는 방향으로 형성되어 상기 열매체가 상기 중앙챔버부(2)의 중심축과 수직하는 방향으로 주입되도록 한다. ①At the upper end of the central chamber part 2, a heating medium injection port 18 for injecting a heating medium into the central chamber part 4 is formed. The heat medium injection port 18 is located higher than the upper surface of the heat exchange chamber part 4 and is formed in a direction perpendicular to the center axis of the central chamber part 2, In the direction perpendicular to the central axis of the substrate. ①

상기 열매체 주입포트(18)를 통하여 상기 중앙챔버부(2)의 상단으로 유입된 상기 열매체는 상기 열매체가 상기 촉매튜브(14)에 밀착되어 흐르도록 상기 촉매튜브(14)에 인접하게 설치된 상기 열매체 유도튜브(16)에 의해 상기 촉매튜브(14)에 밀착하여 유동하면서② 상기 중앙챔버부(2)의 하단으로 이동하게 된다.③The heating medium flowing into the upper end of the central chamber part 2 through the heating medium injection port 18 flows toward the upper end of the central tube part 2 through the heating medium (2) moves to the lower end of the central chamber part (2) while flowing in close contact with the catalyst tube (14) by the guide tube (16).

상기 중앙챔버부(2)의 하단에는 상기 중앙챔버부(2)의 내부와 상기 열교환챔버부(4)의 내부를 연통시키는 복수 개의 열매체 이동홀(24)이 형성된다. 상기 열매체 이동홀(24)은 상기 중앙챔버부(2)의 둘레방향으로 일정 각도 이격되어 복수 개 형성된다.A plurality of heat medium transfer holes 24 are formed at the lower end of the central chamber part 2 to communicate the inside of the central chamber part 2 and the interior of the heat exchange chamber part 4. [ The heating medium transfer holes 24 are formed at a predetermined angle in the circumferential direction of the central chamber 2.

상기 중앙챔버부(2)의 하단으로 유입된 상기 열매체는 상기 열매체 이동홀(24)을 통해 상기 열교환챔버부(4)의 하단 내부로 유입된다.④The heat medium flowing into the lower end of the central chamber part 2 flows into the lower end of the heat exchange chamber part 4 through the heat medium transfer hole 24.

상기 열교환챔버부(4)의 하단 내부로 유입된 상기 열매체는 중앙챔버부(2)의 내부로 주입되는 상기 열매체의 압력에 의해 상기 열교환챔버부(4)의 상단을 향하여 중력의 반대방향으로 이동하게 된다.The heat medium introduced into the lower end of the heat exchange chamber part 4 is moved toward the upper end of the heat exchange chamber part 4 by the pressure of the heat medium injected into the central chamber part 2, .

상기 열교환챔버부(4)의 상단에는 상기 중앙챔버부(2)의 내부로 주입된 상기 열매체를 상기 중앙챔버부(2)의 외부 즉, 상기 연료개질기의 외부로 배출시키기 위한 열매체 배출포트(20)가 형성된다.⑤ A heat medium discharge port 20 for discharging the heat medium injected into the central chamber part 2 to the outside of the central chamber part 2, that is, the outside of the fuel reformer, is provided at the upper end of the heat exchange chamber part 4 ) Is formed.

상기 열매체 배출포트(20)는 상기 열매체 주입포트(18)와 서로 수평이 되도록 형성되며, 상기 열교환챔버부(4)의 하단 내부로 유입된 상기 열매체는 상기 열매체 배출포트(20)를 통해 상기 연료개질기의 외부로 배출된다.⑥The heating medium outlet port 20 is formed to be horizontal with the heating medium inlet port 18. The heating medium flowing into the lower end of the heat exchange chamber section 4 flows through the heating medium outlet port 20, And is discharged to the outside of the reformer.

도 3에는 본 발명에 따른 연료개질기 내부 반응물의 유동경로 개념도가 도시되어 있다.FIG. 3 is a flow path conceptual diagram of a reactant in a fuel reformer according to the present invention.

상기 반응물의 유동경로는 도 3에 ①~⑥으로 표시되어 있다.The flow path of the reactant is indicated by (1) to (6) in FIG.

상기 반응물은 상기 반응물은 물과 메탄올로 이루어진 화합물일 수 있으며, 상기 열매체의 주입 후 주입된다.The reactant may be a compound of water and methanol, and is injected after the heating medium is injected.

상기 열교환기(12)의 상단①을 통하여 상기 열교환기의 내부로 주입된 상기 반응물은 상기 열교환챔버부(4)의 내부로 유입된 상기 열매체와 1차 열교환하면서 기화가 시작된다. The reactant injected into the heat exchanger through the upper end (1) of the heat exchanger (12) starts vaporization while performing primary heat exchange with the heat medium introduced into the heat exchange chamber part (4).

상기 반응물이 상기 열교환기(12)의 내부에서 상기 열매체와의 열교환 시 보다 효율적인 열교환을 위해 상기 열교환기(12)는 상단으로부터 하단으로 갈수록 배관의 직경이 점차 증가하도록 형성될 수 있다.The heat exchanger 12 may be formed so that the diameter of the pipe gradually increases from the upper end to the lower end for more efficient heat exchange during the heat exchange between the reactants in the heat exchanger 12 and the heat medium.

이때, 상기 반응물은 중력방향으로 이동하고, 상기 열매체는 중력의 반대방향으로 이동하기 때문에 상기 열매체와 상기 반응물은 상기 열교환챔버부(4)의 내부에서 대향류 유동하며 열교환하게 된다.At this time, the reactant moves in the direction of gravity, and the heat medium moves in the opposite direction of the gravity, so that the heat medium and the reactant flow countercurrently in the heat exchange chamber part 4 and perform heat exchange.

기화된 상기 반응물은 상기 열교환기(12)의 하단을 통하여 상기 제2하단챔버부(10)의 내부로 유입된다. ②The vaporized reactant flows into the second lower chamber portion 10 through the lower end of the heat exchanger 12. [ ②

상기 제1하단챔버부(8)에는 상기 제1하단챔버부(8)의 내부와 상기 제2하단챔버부(10)의 내부를 연통시키는 복수 개의 반응물 이동홀(26)이 형성된다. 상기 반응물 이동홀(26)은 상기 제1하단챔버부(8)의 둘레방향으로 일정 각도 이격되어 복수 개 형성된다.The first lower chamber portion 8 is formed with a plurality of reactant flow holes 26 for communicating the interior of the first lower chamber portion 8 and the interior of the second lower chamber portion 10. A plurality of reactant transfer holes 26 are formed at a predetermined angle in the circumferential direction of the first lower end chamber part 8.

상기 제2하단챔버부(10)의 내부로 유입된 상기 반응물 중 완전히 기화되지 않은 반응물은 상기 제2하단챔버부(10)에 저장되고, 완전히 기화된 반응물은 상기 반응물 이동홀(26)을 따라 상기 제1하단챔버부(8)의 내부로 이동하게 된다.③Of the reactants flowing into the second lower chamber part 10, the completely vaporized reactants are stored in the second lower chamber part 10, and the completely vaporized reactants flow along the reactant moving holes 26 And moves to the inside of the first lower end chamber portion 8.

상기 제2하단챔버부(10)에 저장된 기화되지 않은 액체상태의 반응물은 촉매로 공급되지 않으며, 연료개질기의 내부 온도에 의해 기화된 이후 상기 반응물 이동홀(26)을 따라 상기 제1하단챔버부(8)로 이동하게 된다.The unreacted liquid state reactant stored in the second lower end chamber portion 10 is not supplied to the catalyst and is vaporized by the internal temperature of the fuel reformer, (8).

상기 제1하단챔버부(8)로 유입된 상기 반응물은 상기 촉매튜브(14)의 하단을 통해 상기 촉매튜브(14)의 내부로 유입 된 후 상기 상단챔버부(6)를 향해 이동하게 된다.④The reactant flowing into the first lower chamber portion 8 flows into the catalyst tube 14 through the lower end of the catalyst tube 14 and then moves toward the upper chamber portion 6. [ ④

상기 촉매튜브(14)의 내부의 상기 반응물은 상기 중앙챔버부(2)의 내부에 주입된 상기 열매체와 열교환하면서 촉매반응하여 수소, 이산화탄소, 일산화탄소 및 수증기를 포함하는 생성물을 발생시키게 된다.The reactant inside the catalyst tube 14 undergoes a catalytic reaction with heat exchange with the heat medium injected into the central chamber part 2 to generate products including hydrogen, carbon dioxide, carbon monoxide and water vapor.

이때, 상기 반응물은 중력의 반대방향으로 이동하고, 상기 열매체는 중력방향으로 이동하기 때문에 상기 열매체와 상기 반응물은 상기 중앙챔버부(2)의 내부에서 대향류 유동하며 열교환하게 된다.At this time, the reactant moves in the direction opposite to the gravitational force, and the heat medium moves in the gravity direction, so that the heat medium and the reactant flow countercurrently in the central chamber part 2 and heat exchange occurs.

상기 촉매튜브(14)에서 발생된 생성물은 상기 상단챔버부(6)의 내부로 유입되어 상기 상단챔버부(6)에 형성된 생성물 배출포트(22)를 따라 상기 상단챔버부(6)의 외부 즉, 상기 연료개질기의 외부로 배출된다.⑥The product generated in the catalyst tube 14 flows into the upper chamber portion 6 and flows along the product outlet port 22 formed in the upper chamber portion 6 to the outside of the upper chamber portion 6 , And is discharged to the outside of the fuel reformer.

상기 열매체는 물, 스팀 혹은 포화수증기일 수 있는데, 상기 열매체가 포화수증기일 경우, 상기 포화수증기는 압력에 따라 포화수증기 온도(saturation temperature)가 변화되기 때문에 계통 압력 제어에 따라서 목표하는 온도에서 잠열 구간의 열을 활용할 수 있다.In the case where the heating medium is saturated steam, the saturation temperature of the saturated steam is changed according to the pressure. Therefore, it is preferable that the saturation temperature is changed according to the pressure, Can be utilized.

즉, 포화수증기는 연료개질기의 외부에 설치된 열원에 의해 과열증기 상태까지 가열되고, 상기 연료개질기의 내부로 공급된 후 상기 포화수증기의 잠열을 효과적으로 이용하기 위해서는 가압조건이 형성되어야 한다.That is, the saturated water vapor is heated to a superheated steam state by a heat source provided outside the fuel reformer, and a pressurizing condition must be formed in order to effectively utilize the latent heat of the saturated steam after being supplied to the inside of the fuel reformer.

따라서 상기 포화수증기의 잠열 온도를 제어하기 위한 계통 압력 제어에 의해 상기 반응물과 상기 생성물의 압력이 서로 동일하게 유지된다.Therefore, the pressures of the reactant and the product are kept equal to each other by systematic pressure control for controlling the latent heat temperature of the saturated water vapor.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술 될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical and exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

2 : 중앙챔버부
4 : 열교환챔버부
6 : 상단챔버부
8 : 제1하단챔버부
10 : 제2하단챔버부
12 : 열교환기
14 : 촉매튜브
16 : 열매체 유도튜브
18 : 열매체 주입포트
20 : 열매체 배출포트
22 : 생성물 배출포트
24 : 열매체 이동홀
26 : 반응물 이동홀2: central chamber part
4: Heat exchange chamber part
6: upper chamber part
8: First lower chamber part
10: second lower chamber part
12: Heat exchanger
14: catalyst tube
16: Heat medium induction tube
18: Heat medium injection port
20: Heat medium discharge port
22: product outlet port
24: heat medium transfer hole
26: Reactant transfer hole

Claims (22)

수증기 개질방식을 사용하는 연료개질기에 있어서,
상하면이 폐쇄된 원통형상의 중앙챔버부;
상기 중앙챔버부를 감싸도록 형성되는 열교환챔버부;
상기 중앙챔버부의 내부에 일정 간격으로 배치되는 복수 개의 촉매튜브; 및
상기 열교환챔버부의 내부에 위치하며, 상기 중앙챔버부의 외측면을 감싸는 코일형상의 배관인 열교환기;를 포함하며,
상기 중앙챔버부의 내부로 주입된 열매체인 포화수증기는 상기 중앙챔버부와 연통된 상기 열교환챔버부로 이동하고,
상기 열교환기의 내부로 주입된 반응물은 상기 촉매튜브로 이동하여 상기 포화수증기와 열교환하면서 생성물을 발생시키게 되며,
상기 포화수증기의 잠열 온도를 제어하기 위한 계통 압력 제어에 의해 상기 반응물과 상기 생성물의 압력이 서로 동일하게 유지되는 것
을 특징으로 하는 연료개질기.A fuel reformer using a steam reforming method,
A cylindrical central chamber portion having a closed upper and lower surfaces;
A heat exchange chamber part formed to surround the central chamber part;
A plurality of catalyst tubes arranged at regular intervals in the central chamber; And
And a heat exchanger located inside the heat exchange chamber and being a coil-shaped pipe surrounding the outer surface of the central chamber,
The saturated water vapor, which is a heat medium injected into the central chamber part, moves to the heat exchange chamber part communicating with the central chamber part,
The reactant injected into the heat exchanger is transferred to the catalyst tube and heat-exchanges with the saturated steam to generate a product,
The pressure of the reactant and the product are maintained to be equal to each other by systematic pressure control for controlling the latent heat temperature of the saturated water vapor
And a fuel reformer. 제1항에 있어서,
상기 열교환기의 내부로 주입된 반응물은 상기 열교환챔버부의 내부로 유입된 상기 열매체와 1차 열교환하는 것을 특징으로 하는 연료개질기.The method according to claim 1,
Wherein the reactant injected into the heat exchanger is subjected to a first heat exchange with the heat medium introduced into the heat exchange chamber. 제2항에 있어서,
상기 1차 열교환 이후, 상기 반응물은 상기 촉매튜브로 유입되어 상기 중앙챔버부의 내부에 주입된 상기 열매체와 2차 열교환하면서 촉매반응하여 상기 생성물을 발생시키는 것을 특징으로 하는 연료개질기.3. The method of claim 2,
Wherein the reactant is introduced into the catalyst tube and reacts with the heat medium injected into the central chamber part during a secondary heat exchange to generate the product. 제1항에 있어서,
상기 열매체와 상기 반응물의 열교환 시 상기 열매체와 상기 반응물은 대향류 유동하는 것을 특징으로 하는 연료개질기.The method according to claim 1,
Wherein the heat medium and the reactant flow countercurrently during heat exchange between the heat medium and the reactant. 제1항에 있어서,
상기 중앙챔버부의 상단에는 상기 촉매튜브의 상단과 연통되는 상단챔버부가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료개질기.The method according to claim 1,
And an upper chamber portion communicating with an upper end of the catalyst tube is formed at an upper end of the central chamber portion. 제1항에 있어서,
상기 중앙챔버부의 하단에는 상기 촉매튜브의 하단과 연통되는 제1하단챔버부가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료개질기.The method according to claim 1,
And a first lower end chamber portion communicating with a lower end of the catalyst tube is formed at a lower end of the central chamber portion. 제6항에 있어서,
상기 중앙챔버부의 하단에는 상기 제1하단챔버부를 감싸는 제2하단챔버부가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료개질기.The method according to claim 6,
And a second lower end chamber portion surrounding the first lower end chamber portion is formed at a lower end of the central chamber portion. 제1항에 있어서,
상기 중앙챔버부의 내부에는 상기 복수 개의 촉매튜브의 외벽을 따라 열매체 유도튜브가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료개질기.The method according to claim 1,
And a heat medium induction tube is formed inside the central chamber part along outer walls of the plurality of catalyst tubes. 제1항에 있어서,
상기 중앙챔버부의 상단에는 상기 중앙챔버부의 내부에 열매체를 주입하기 위한 열매체 주입포트가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료개질기.The method according to claim 1,
And a heating medium injection port for injecting a heating medium into the central chamber part is formed at an upper end of the central chamber part. 제9항에 있어서,
상기 열매체 주입포트를 통하여 상기 중앙챔버부의 상단으로 유입된 상기 열매체는 상기 촉매튜브에 밀착하여 유동하면서 상기 중앙챔버부의 하단으로 이동하는 것을 특징으로 하는 연료개질기.10. The method of claim 9,
Wherein the heat medium flowing into the upper end of the central chamber through the heat medium injection port flows to the lower end of the central chamber while flowing in close contact with the catalyst tube. 제1항에 있어서,
상기 중앙챔버부의 하단에는 상기 중앙챔버부의 내부와 상기 열교환챔버부의 내부를 연통시키는 복수 개의 열매체 이동홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료개질기.The method according to claim 1,
And a plurality of heat medium transfer holes communicating the inside of the central chamber part and the inside of the heat exchange chamber part are formed at the lower end of the central chamber part. 제11항에 있어서,
상기 중앙챔버부의 하단에 유입된 상기 열매체는 상기 열매체 이동홀을 따라 상기 열교환챔버부의 하단 내부로 유입되는 것을 특징으로 하는 연료개질기.12. The method of claim 11,
Wherein the heat medium introduced into the lower end of the central chamber part flows into the lower end of the heat exchange chamber part along the heat medium transfer hole. 제12항에 있어서,
상기 열교환챔버부의 상단에는 상기 중앙챔버부 내부로 주입된 상기 열매체를 배출하기 위한 열매체 배출포트가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료개질기.13. The method of claim 12,
And a heat medium discharge port for discharging the heat medium injected into the central chamber part is formed at an upper end of the heat exchange chamber part. 제13항에 있어서,
상기 열교환챔버부의 하단 내부로 유입된 상기 열매체는 상기 열교환챔버부 상단의 열매체 배출포트를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 연료개질기.14. The method of claim 13,
And the heat medium introduced into the lower end of the heat exchange chamber portion is discharged to the outside through the heat medium discharge port at the upper end of the heat exchange chamber portion. 제5항에 있어서,
상기 열교환기의 상단은 상기 열교환챔버부의 상면을 관통하여 외부와 연통되고, 상기 열교환기의 하단은 상기 열교환챔버부의 하면을 관통하여 제2하단챔버부의 내부와 연통되는 것을 특징으로 하는 연료개질기.6. The method of claim 5,
Wherein the upper end of the heat exchanger passes through the upper surface of the heat exchange chamber and communicates with the outside, and the lower end of the heat exchanger passes through the lower surface of the heat exchange chamber and communicates with the inside of the second lower end chamber. 제15항에 있어서,
상기 열교환기의 상단을 통하여 주입된 상기 반응물은 상기 열교환챔버부 내부에 유입된 상기 열매체로부터 열을 공급받아 기화되는 것을 특징으로 하는 연료개질기.16. The method of claim 15,
Wherein the reactant injected through the upper end of the heat exchanger is vaporized by receiving heat from the heat medium introduced into the heat exchange chamber. 제16항에 있어서,
상기 반응물은 상기 열교환기의 하단을 통하여 제2하단챔버부의 내부로 유입되는 것을 특징으로 하는 연료개질기.17. The method of claim 16,
And the reactant flows into the second lower chamber portion through the lower end of the heat exchanger. 제17항에 있어서,
상기 제2하단챔버부와 제1하단챔버부를 연통시키기 위해 상기 제1하단챔버부에는 복수 개의 반응물 이동홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료개질기.18. The method of claim 17,
And a plurality of reaction material transfer holes are formed in the first lower-end chamber portion to communicate the second lower-end chamber portion and the first lower-end chamber portion. 제18항에 있어서,
상기 제2하단챔버부의 내부로 유입된 상기 반응물 중 완전히 기화된 반응물만 상기 반응물 이동홀을 통하여 상기 제1하단챔버부의 내부로 이동하는 것을 특징으로 하는 연료개질기.19. The method of claim 18,
Wherein only the completely vaporized reactant among the reactants flowing into the second lower-stage chamber part moves into the first lower-stage chamber part through the reactant transfer hole. 제19항에 있어서,
상기 제1하단챔버부로 유입된 상기 반응물은 상기 촉매튜브의 내부로 유입되어 상기 상단챔버부를 향해 이동하는 것을 특징으로 하는 연료개질기.20. The method of claim 19,
Wherein the reactant flowing into the first lower end chamber portion flows into the interior of the catalyst tube and moves toward the upper chamber portion. 제20항에 있어서,
상기 생성물은 상기 상단챔버부 내부로 유입되어 상기 상단챔버부에 형성된 생성물 배출포트를 따라 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 연료개질기.21. The method of claim 20,
Wherein the product flows into the upper chamber portion and is discharged to the outside along a product discharge port formed in the upper chamber portion. 제1항에 있어서,
상기 열교환기는 상단으로부터 하단으로 갈수록 배관의 직경이 점차 증가하는 것을 특징으로 하는 연료개질기.The method according to claim 1,
Wherein the diameter of the pipe gradually increases from the upper end to the lower end of the heat exchanger.
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