KR102235664B1 - Expandible Multi-Channel Cylindrical steam reforming reactor - Google Patents

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Abstract

원통 중공 형상의 바디부(10); 상기 바디부(10)의 개방된 하단부와 결합하는 버너부(20); 상기 버너부(20)로부터 발생한 연소가스가 유입되어 유동하며, 상기 바디부 내측에 구비되는 원통 중공형의 연소가스유동부(21); 상기 바디부(10)의 개방된 상단부와 결합하며, 연료 및 수증기를 공급하는 촉매개질가스 공급챔버(40);상기 연소가스유동부(21)의 외측면과 상기 바디부(10) 내측면 사이에 구비되며, 일단부가 상기 촉매개질가스 공급챔버(40)와 연결되어 상기 바디부(10)의 하단부 방향으로 연장되는 복수 개의 개질가스 유동라인(30); 및 상기 바디부(10)의 하단부 측면에 형성된 촉매개질가스 배출구(44)를 포함하고, 상기 개질가스 유동라인(30)의 타단부를 통하여 배출된 라인은 상기 촉매개질가스 배출구(44)를 통하여 외부로 배출되며, 상기 버너부(20)를 통해 유입된 연소 가스는, 연소가스유동부(21)의 외측면과 상기 바디부(10)의 내측면을 순차적으로 유동하여 상기 복수 개의 개질가스 유동라인(30)을 복수 회 가열시키는 것을 특징으로 하는 원통형 수증기 개질 반응기가 제공된다. The body part 10 of the cylindrical hollow shape; A burner part 20 coupled with the open lower end of the body part 10; The combustion gas generated from the burner unit 20 is introduced and flows, and the cylindrical hollow combustion gas flow unit 21 is provided inside the body unit; A catalytic reforming gas supply chamber 40 coupled with the open upper end of the body 10 and supplying fuel and steam; between the outer surface of the combustion gas flow unit 21 and the inner surface of the body 10 A plurality of reformed gas flow lines 30 which are provided in the catalytic reforming gas supply chamber 40 and extend toward the lower end of the body 10; And a catalytic reformed gas outlet 44 formed on the lower end side of the body 10, and the line discharged through the other end of the reformed gas flow line 30 is through the catalytic reformed gas outlet 44. The combustion gas discharged to the outside and introduced through the burner unit 20 sequentially flows the outer surface of the combustion gas flow unit 21 and the inner surface of the body unit 10 to flow the plurality of reformed gases. There is provided a cylindrical steam reforming reactor characterized in that the line 30 is heated a plurality of times.

Description

확장 가능한 멀티 채널 원통형 수증기 개질 반응기{Expandible Multi-Channel Cylindrical steam reforming reactor}Expandable Multi-Channel Cylindrical steam reforming reactor

본 발명은 확장 가능한 멀티채널 원통형 수증기 개질 반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수 개의 개질 촉매단을 구성하고 버너를 이용하여 개질반응에 필요한 열을 효율적으로 활용하는 구조를 통하여 원하는 용량으로 채널의 확장이 가능한 멀티채널 기반의 원통형 수증기 개질 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to an expandable multi-channel cylindrical steam reforming reactor, and more particularly, expansion of a channel to a desired capacity through a structure in which a plurality of reforming catalyst stages are constructed and the heat required for the reforming reaction is efficiently utilized using a burner. It relates to a multi-channel based cylindrical steam reforming reactor.

수소를 생산하기 위하여 메탄, 메탄올 및 천연가스로부터 개질(Reforming)을 통하여 얻을 수 있으며 개질하기 위한 연료 개질기 등의 부대설비를 필요로 한다. 이와 같은 연료 개질기는 개질 방식에 따라 수증기(Steam) 개질, 부분 산화개질, 및 자열 개질로 분류할 수 있다.In order to produce hydrogen, it can be obtained from methane, methanol and natural gas through reforming, and additional facilities such as a fuel reformer are required for reforming. Such fuel reformers can be classified into steam reforming, partial oxidation reforming, and autothermal reforming according to the reforming method.

이 중 수증기 개질 반응기(Steam reformer)는 개질되는 가스의 수소 함량이 높다는 장점이 있고 메탄 및 천연 가스와 같은 짧은 탄소 체인을 가지고 있는 연료에 적합하다. Among them, the steam reformer has the advantage of having a high hydrogen content in the reformed gas and is suitable for fuels having short carbon chains such as methane and natural gas.

하지만 수증기 개질 반응기(Steam reformer)는 스팀을 생성하기 위하여 많은 양의 열량을 소모한다는 점, 개질부의 흡열 반응으로 인한 열량 소모로 인해 열 회수를 위한 구조가 복잡하다는 점 및 이러한 이유들로 인하여 제작의 어려움과 반응기의 제작비용이 커지는 등의 문제가 있다.However, the steam reformer consumes a large amount of heat to generate steam, and the structure for heat recovery is complicated due to the consumption of heat due to the endothermic reaction of the reformer. There are problems such as difficulty and increasing the manufacturing cost of the reactor.

원통형 수증기 개질기를 제시하는 종래의 문헌으로 등록특허 제10-0677016호(2007.01.25)를 참조할 수 있다. 상기 발명은 도시 가스나 LPG 등의 탄화수소계 연료를 수증기 개질하여 수소를 주성분으로 하는 개질가스를 제조하는 원통식 수증기 개질기에 관한 내용을 개시한다.As a conventional document suggesting a cylindrical steam reformer, reference may be made to Patent No. 10-0677016 (2007.01.25). The present invention discloses a cylindrical steam reformer for producing a reformed gas containing hydrogen as a main component by steam reforming a hydrocarbon-based fuel such as city gas or LPG.

상기 문헌에서는 동심형상으로 복수의 원통체들을 배치하고, 개질촉매층, 버너 연소 가스 유로층을 상기 복수의 원통체들 사이에 적절히 배치하는 구성을 통해 일체화함으로써 소형 경량화를 가능하게 하는 방안을 개시하지만, 반응기를 구성하는 복수의 원통체들 간의 간격을 조절함으로써 상기 복수의 원통체들 사이로 유동하는 연소가스의 흐름을 개선하는 방안이나 촉매반응부 자체의 구조 개선을 통한 열교환 효율을 향상하는 방안에 대해서는 별도로 개시하고 있지 않다는 한계가 있다. 더 나아가, 버너로부터 발생한 열의 활용과, 용량 증대에 따른 가스의 유량을 효과적으로 증대시키기에는 문제가 있었다. In the above document, a method for miniaturization and weight reduction is disclosed by integrating a plurality of cylindrical bodies in a concentric shape and integrating a reforming catalyst layer and a burner combustion gas flow path layer appropriately between the plurality of cylindrical bodies. Separately, a method of improving the flow of the combustion gas flowing between the plurality of cylinders by adjusting the spacing between the plurality of cylinders constituting the reactor or the method of improving the heat exchange efficiency through the improvement of the structure of the catalytic reaction unit itself There is a limitation that it is not disclosed. Furthermore, there is a problem in effectively increasing the flow rate of gas according to the utilization of heat generated from the burner and the increase in capacity.

또한 대한민국 공개특허 10-2016-0063688호는 주름관 타입으로 촉매반응부를 구비하는 원통형 수증기 개질 반응기를 개시한다. 하지만, 이 경우에도 개질가스는 하나의 고정된 플로우만을 형성하므로 실질적인 반응량의 가변하여 확장시키기 어렵다는 문제가 있다. In addition, Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2016-0063688 discloses a cylindrical steam reforming reactor having a catalytic reaction unit in a corrugated tube type. However, even in this case, since the reformed gas forms only one fixed flow, there is a problem that it is difficult to expand the actual reaction amount due to variable.

(특허문헌 1) KR10-0677016 B(Patent Document 1) KR10-0677016 B

(특허분헌 2) KR10-2016-006368(Patent Contribution 2) KR10-2016-006368

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 확장가능한 형태의 개질 반응기를 제공하는 것이다.Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a reforming reactor of an expandable type.

따라서, 본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여, 원통 중공 형상의 바디부(10); 상기 바디부(10)의 개방된 하단부와 결합하는 버너부(20); 상기 버너부(20)로부터 발생한 연소가스가 유입되어 유동하며, 상기 바디부 내측에 구비되는 원통 중공형의 연소가스유동부(21); 상기 바디부(10)의 개방된 상단부와 결합하며, 연료 및 수증기를 공급하는 촉매개질가스 공급챔버(40); 상기 연소가스유동부(21)의 외측면과 상기 바디부(10) 내측면 사이에 구비되며, 일단부가 상기 촉매개질가스 공급챔버(40)와 연결되어 상기 바디부(10)의 하단부 방향으로 연장되는 복수 개의 개질가스 유동라인(30); 및 상기 바디부(10)의 하단부 측면에 형성된 촉매개질가스 배출구(44)를 포함하고, 상기 개질가스 유동라인(30)의 타단부를 통하여 배출된 개질가스는 상기 촉매개질가스 배출구(44)를 통하여 외부로 배출되며, 상기 버너부(20)를 통해 유입된 연소 가스는, 연소가스유동부(21)의 외측면과 상기 바디부(10)의 내측면을 순차적으로 유동하여 상기 복수 개의 개질가스 유동라인(30)을 복수 회 가열시키는 것을 특징으로 하는 원통형 수증기 개질 반응기를 제공한다. Therefore, the present invention, in order to solve the above-described problem, the body portion 10 of the cylindrical hollow shape; A burner part 20 coupled with the open lower end of the body part 10; The combustion gas generated from the burner unit 20 is introduced and flows, and the cylindrical hollow combustion gas flow unit 21 is provided inside the body unit; A catalytic reforming gas supply chamber 40 coupled to the open upper end of the body 10 and supplying fuel and steam; It is provided between the outer surface of the combustion gas flow part 21 and the inner surface of the body part 10, and one end is connected to the catalytic reforming gas supply chamber 40 to extend toward the lower end of the body part 10 A plurality of reformed gas flow lines 30; And a catalytic reformed gas outlet 44 formed on the lower end side of the body 10, and the reformed gas discharged through the other end of the reformed gas flow line 30 passes through the catalytic reformed gas outlet 44. The combustion gas that is discharged to the outside through the burner unit 20 flows sequentially through the outer surface of the combustion gas flow unit 21 and the inner surface of the body unit 10 to provide the plurality of reformed gases. It provides a cylindrical steam reforming reactor characterized in that the flow line 30 is heated a plurality of times.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 연소가스 유동부(21)의 상부에는 복수 개의 배출홀(25)이 구비되어, 상기 연소가스 유동부(21)의 상부로 상승한 연소가스는 상기 복수 개의 배출홀(25)을 통하여 배출되어 상기 연소가스유동부(21)의 하부로 하강한다. In one embodiment of the present invention, a plurality of discharge holes 25 are provided at the upper part of the combustion gas flow part 21, and the combustion gas rising to the upper part of the combustion gas flow part 21 is the plurality of discharge holes. It is discharged through (25) and descends to the lower portion of the combustion gas flow unit (21).

본 발명의 일 실시예에서, 상기 복수 개의 개질가스 유동라인(30)은 격벽(16)을 통하여 상호 연결된 원통 구조를 이루며, 이로써 상기 복수 개의 배출홀을 통하여 배출되어 상기 연소가스유동부(21)의 하부로 하강하는 연소가스는 상기 복수 개의 개질가스 유동라인(30)의 일측면과 접한다. In one embodiment of the present invention, the plurality of reformed gas flow lines 30 form a cylindrical structure interconnected through a partition wall 16, thereby being discharged through the plurality of discharge holes and the combustion gas flow part 21 The flue gas descending to the lower part of the is in contact with one side of the plurality of reformed gas flow lines 30.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 격벽(16)은 상기 연소가스유동부(21)의 바닥면과 이격되며, 상기 연소가스유동부(21)의 하부로 하강하는 연소가스는 상기 격벽(16)과 연소가스 유동부(21) 바닥면 사이의 이격된 공간을 통하여 상기 격벽(16) 외측으로 이동한다. In one embodiment of the present invention, the partition wall 16 is spaced apart from the bottom surface of the combustion gas flow unit 21, and the combustion gas descending to the lower portion of the combustion gas flow unit 21 is the partition wall 16 It moves to the outside of the partition wall 16 through the spaced space between the bottom surface of the flue gas flow unit 21 and the combustion gas flow unit 21.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 격벽(16) 외측으로 이동한 연소가스는 상기 바디부(10)의 내측면 사이로 다시 상승하며, 이로써 상기 복수 개의 개질가스 유동라인(30)의 타측면과 접한다. In one embodiment of the present invention, the combustion gas that has moved to the outside of the partition wall 16 rises again between the inner surfaces of the body portion 10, thereby contacting the other side surfaces of the plurality of reformed gas flow lines 30. .

본 발명의 일 실시예에서, 상기 개질가스 유동라인(30) 내부에는 개질촉매가 구비된다. In one embodiment of the present invention, a reforming catalyst is provided inside the reformed gas flow line 30.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 개질가스 유동라인(30)의 갯수와 크기는 용량에 따라 가변될 수 있으며, 상기 원통형 수증기 개질 반응기는 상기 바디부(10) 내에 상이한 직경을 가지는 동심의 복수 개의 원통 격벽 구조를 가지며, 상기 복수 개의 원통 격벽 구조에는 개질가스 유동라인이 각각 구비된다.In one embodiment of the present invention, the number and size of the reformed gas flow line 30 may be varied according to the capacity, and the cylindrical steam reforming reactor includes a plurality of concentric concentric groups having different diameters within the body part 10. It has a cylindrical partition wall structure, and each of the plurality of cylindrical partition wall structures is provided with a reformed gas flow line.

본 발명에 따른 연료전지용 원통형 수증기 개질 반응기는 연료가스와 수증기가 촉매와 접촉하는 반응경로를 복수 개의 라인(채널)로 구성한다. 따라서, 유동라인의 갯수 조절을 통하여 개질 반응기의 전체 용량을 가변적으로 변화시킬 수 있다. 더 나아가, 복수 개의 라인을 원통 격벽으로 상호 연결시킴으로써 연소가스의 접촉 횟수를 증가시킬 수 있고, 아울러 유동라인이 구비된 원통형 격벽 구조의 직경을 달리함으로써 개질 용량을 크게 증가시킬 수 있다. The cylindrical steam reforming reactor for a fuel cell according to the present invention comprises a plurality of lines (channels) along a reaction path in which fuel gas and steam contact a catalyst. Therefore, it is possible to variably change the total capacity of the reforming reactor by adjusting the number of flow lines. Furthermore, by interconnecting a plurality of lines with a cylindrical partition wall, the number of contacts of the combustion gas may be increased, and a reforming capacity may be greatly increased by varying the diameter of the cylindrical partition wall structure provided with the flow line.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 개질반응기의 전체 사시도이고, 도 2는 측면의 절개 단면도이다.`
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 개질반응기의 평면 절개 단면도이다.
도 4는 개질가스의 흐름(청색 화살표)을 설명하는 도면으로, 도 1 내지 3의 개질 반응기와 동일한 구조를 갖는다.
도 5는 연소가스의 흐름(청색 화살표)을 설명하는 도면으로, 도 1 내지 3의 개질 반응기와 동일한 구조를 갖는다. 1 is an overall perspective view of a reforming reactor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side cut-away cross-sectional view.
3 is a cross-sectional plan view of a reforming reactor according to an embodiment of the present invention.
4 is a view for explaining the flow of the reformed gas (blue arrow), and has the same structure as the reforming reactor of FIGS. 1 to 3.
5 is a view for explaining the flow of flue gas (blue arrow), and has the same structure as the reforming reactor of FIGS. 1 to 3.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in various different forms, only the present embodiments make the disclosure of the present invention complete, and the scope of the invention to those of ordinary skill in the art. It is provided to be fully informed. In the drawings, the same reference numerals refer to the same elements.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In adding reference numerals to elements of each drawing, it should be noted that the same elements are assigned the same numerals as possible, even if they are indicated on different drawings. In addition, in describing the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, in describing the constituent elements of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a) and (b) may be used. These terms are for distinguishing the constituent element from other constituent elements, and the nature, order, or order of the constituent element is not limited by the term. When a component is described as being "connected", "coupled" or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to that other component, but other components between each component It should be understood that may be “connected”, “coupled” or “connected”.

본 발명에서 개질촉매가스는 반응가스, 개질가스 또는 촉매가스로 호칭될 수 있고, 버너연소가스는 연소가스로 호칭될 수 있다.In the present invention, the reforming catalyst gas may be referred to as a reaction gas, a reformed gas or a catalyst gas, and the burner combustion gas may be referred to as a combustion gas.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 개질반응기의 전체 사시도이고, 도 2는 측면의 절개 단면도이다.1 is an overall perspective view of a reforming reactor according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side cut-away cross-sectional view.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 개질반응기는 원통 중공 형상의 바디부(10)와 상기 바디부(10)의 개방된 하단부와 결합된 버너부(20)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 버너부(20)의 하단에는 연소연료가 공급되는 연소연료공급부(23), 측면에는 연소용 공기가 공급되는 연소공기 공급부(26)을 포함한다. 이로써 연료와 공기의 공급에 따라 상기 버너부(20) 내에서는 연소가 진행되어 개질반응에 필요한 열량을 공급하는 연소가스가 생성된다. 1 and 2, the reforming reactor according to the present invention includes a body part 10 having a cylindrical hollow shape and a burner part 20 coupled to an open lower end of the body part 10. In one embodiment of the present invention, the burner unit 20 includes a combustion fuel supply unit 23 supplied with combustion fuel at a lower end, and a combustion air supply unit 26 supplied with combustion air at a side thereof. Accordingly, combustion proceeds in the burner unit 20 according to the supply of fuel and air, thereby generating combustion gas that supplies the amount of heat required for the reforming reaction.

상기 바디부(10) 내에서는 연소가스가 1차로 상승하여 유동하며, 상기 바디부(10)와 동심을 이루는 원통 구조의 연소가스 유동부(도 2의 21)가 구비된다. In the body portion 10, the combustion gas first rises and flows, and a combustion gas flow portion (21 of FIG. 2) having a cylindrical structure concentric with the body portion 10 is provided.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 개질 반응기는, 상기 바디부(10)의 개방된 상단부와 결합하며, 연료 및 수증기를 공급하는 촉매개질가스 공급챔버(40)를 포함한다. In addition, the reforming reactor according to an embodiment of the present invention includes a catalytic reforming gas supply chamber 40 coupled with an open upper end of the body 10 and supplying fuel and water vapor.

상기 촉매개질가스 공급챔버(40)는 플랜지 구조(41)를 통하여 상부의 연료가스와 수증기가 유입되는 촉매개질가스유입라인(42)과 연결된다. The catalytic reforming gas supply chamber 40 is connected to a catalytic reforming gas inlet line 42 through which fuel gas and water vapor are introduced through a flange structure 41.

상기 촉매개질가스 공급챔버(40)로부터 유입된 연료 및 수증기는 상기 촉매개질가스 공급챔버(40)와 유체연통가능하도록 수직 연장된 복수 개의 개질가스 유동라인(30)을 통하여 바디부(10)의 아래쪽으로 이동하게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 개질가스 유동라인(30)은 양 끝이 개방된 채널 구조(예를 들어 원통형 파이프)를 가지며, 그 일단부는 상기 촉매개질가스 공급챔버(40)에 연결되어 연료와 수증기를 공급받으며, 하단부에서 포집되어 개질가스 배출부(44)로 배출된다. The fuel and water vapor introduced from the catalytic reformed gas supply chamber 40 are transferred to the body part 10 through a plurality of reformed gas flow lines 30 extending vertically so as to be in fluid communication with the catalytic reformed gas supply chamber 40. It moves downwards. The reformed gas flow line 30 according to an embodiment of the present invention has a channel structure (for example, a cylindrical pipe) with both ends open, and one end thereof is connected to the catalytic reformed gas supply chamber 40 to provide fuel and Water vapor is supplied, collected at the lower end, and discharged to the reformed gas discharge unit 44.

본 발명은 특히 개질가스 유동라인을 각각 격벽(시트)로 연결하여 원통 구조를 이루게 함으로써 개질가스 유동라인 자체를 연소가스 유동 채널로 활용하여 연소 효율을 극대화한다. 이를 위하여 개질가스 유동라인(30)은 바디부(10)의 내측면과 연소가스 유동부(21) 사이에 구비되어 그 사이에 격벽을 이루게 된다. 즉, 본 발명은 연소가스를 격벽의 내측과 외측 각각 유동시킴으로써 격벽의 일부를 이루는 개질가스 유동라인(30)과 연소가스를 2번 접촉시켜 개질기의 열효율을 극대화한다. In particular, the present invention maximizes combustion efficiency by using the reformed gas flow line itself as a flue gas flow channel by connecting the reformed gas flow lines to each of the partition walls (sheets) to form a cylindrical structure. To this end, the reformed gas flow line 30 is provided between the inner surface of the body portion 10 and the combustion gas flow portion 21 to form a partition wall therebetween. That is, the present invention maximizes the thermal efficiency of the reformer by making the combustion gas flow inside and outside the partition wall, respectively, to contact the reformed gas flow line 30 forming a part of the partition wall and the combustion gas twice.

본 발명의 일 실시예에서 상기 개질가스 유동라인(30) 내부에는 촉매가 장입되며, 본 발명에서는 채널 형태의 개질가스 유동라인(30)의 크기와 갯수를 가변시켜 용량에 맞출 수 있으며, 그 갯수와 크기에 맞추어 촉매를 적절히 내부에 장입시켜 사용할 수 있다. In one embodiment of the present invention, a catalyst is charged into the reformed gas flow line 30, and in the present invention, the size and number of the reformed gas flow lines 30 in the form of channels can be varied to match the capacity. According to the size and size, the catalyst can be properly charged inside and used.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 개질반응기의 평면 절개 단면도이다. 3 is a cross-sectional plan view of a reforming reactor according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 상기 개질가스 유동라인(30)은 채널 형태이나 각각의 채널은 격벽(16)으로 연결되어 전체적으로 하나의 원통형 구조체를 이루게 된다. Referring to FIG. 3, the reformed gas flow line 30 has a channel shape, but each channel is connected by a partition wall 16 to form a single cylindrical structure as a whole.

상기 개질가스 유동라인(30)은 바디부(10)의 내측면과 원통형의 연소가스 유동부(21) 사이에 구비되며, 개질가스 유동라인(30)은 격벽(16)을 기준으로 A 방향과 B 방향으로 노출되어 연소가스와 최소 2번 접촉하게 된다. 특히 본 발명에 따른 개질기는 요구용량이 큰 경우 보다 많은 수(또는 넓은 채널 직경)의 개질가스 유동라인(30)이 구비된 원통 구조체를 사용하여 수소생산 용량을 맞출 수 있고, 반대로 요구용량이 적은 경우 보다 적은 수(또는 보다 좁은 직경) 개질가스 유동라인(30)의 원통 구조체를 사용할 수 있다. The reformed gas flow line 30 is provided between the inner surface of the body portion 10 and the cylindrical combustion gas flow portion 21, and the reformed gas flow line 30 is in the direction A and It is exposed in the B direction and comes into contact with the combustion gas at least twice. In particular, the reformer according to the present invention can match the hydrogen production capacity by using a cylindrical structure equipped with a larger number (or wider channel diameter) of the reformed gas flow line 30 than when the required capacity is large, and conversely, the required capacity is small. If there are fewer (or narrower diameters) cylindrical structures of the reformed gas flow lines 30 may be used.

따라서, 본 발명에 따른 개질 반응기는 바디부(10)와 내부 연소 시스템(버너부, 연소가스유동부)을 그대로 두고 원하는 개질가스 유동라인(갯수, 직경)이 구비된 원통형 구조체만을 교체하여 용량 변화에 신속히 대응할 수 있다. Therefore, the reforming reactor according to the present invention has the body part 10 and the internal combustion system (burner part, flue gas flow part) as it is, and changes the capacity by replacing only the cylindrical structure provided with the desired reformed gas flow line (number and diameter). Can respond quickly to

본 발명에 따른 개질반응기의 동작원리를 가스 종류별 흐름으로 보다 상세히 설명한다. The operating principle of the reforming reactor according to the present invention will be described in more detail with the flow of each gas type.

도 4는 개질가스의 흐름(청색 화살표)을 설명하는 도면으로, 도 1 내지 3의 개질 반응기와 동일한 구조를 갖는다. 4 is a view for explaining the flow of the reformed gas (blue arrow), and has the same structure as the reforming reactor of FIGS. 1 to 3.

도 4를 참조하면, 연료 및 수증기는 촉매개질가스 공급챔버(40)로 유입된 후 복수 개의 개질가스 유동라인(30)로 유입된다. 상기 복수 개의 개질가스 유동라인(30)은 격벽으로 연결된 하나의 원통형 어셈블리를 이루며, 이는 도 3에 도시한 바와 같다. Referring to FIG. 4, fuel and water vapor flow into the catalytic reformed gas supply chamber 40 and then into a plurality of reformed gas flow lines 30. The plurality of reformed gas flow lines 30 form one cylindrical assembly connected by a partition wall, as shown in FIG. 3.

본 발명의 일 실시예에서 상기 촉매개질가스 공급챔버(40) 내에는 주입라인(42)로부터 주입된 연료와 수증기를 보다 균일하게 분산시키기 위한 별도의 분산 수단(예를 들어 샤워노즐)이 구비될 수 있으며, 본 발명의 범위는 임의의 모든 분산 수단을 다 포함한다. In an embodiment of the present invention, a separate dispersing means (for example, a shower nozzle) is provided in the catalytic reformed gas supply chamber 40 to more evenly disperse the fuel and water vapor injected from the injection line 42. And the scope of the present invention includes any and all dispersing means.

이하 상기 유입된 연료와 수증기는 촉매가 장입된 개질가스 유동라인(30)을 흐르면서 개질되어 바디부(10) 하단 측면의 개질가스 배출부(44)를 통하여 외부로 배출된다. Hereinafter, the introduced fuel and water vapor are reformed while flowing through the reformed gas flow line 30 loaded with the catalyst, and are discharged to the outside through the reformed gas discharge part 44 on the lower side of the body part 10.

특히 본 발명은 상술한 바와 같이 개질가스 유동라인(30)을 격벽(16)으로 연결하여 하나의 어셈블리 형태를 이루는 방식을 사용하였는데, 특히 이러한 개질가스 유동라인(30) 격벽(16)은 연소가스에 의한 가열효과를 극대화시킨다. In particular, the present invention used a method of forming one assembly by connecting the reformed gas flow line 30 with the partition wall 16 as described above. In particular, the reformed gas flow line 30 and the partition wall 16 are Maximizes the heating effect by

도 5는 연소가스의 흐름(청색 화살표)을 설명하는 도면으로, 도 1 내지 3의 개질 반응기와 동일한 구조를 갖는다. 5 is a view for explaining the flow of flue gas (blue arrow), and has the same structure as the reforming reactor of FIGS. 1 to 3.

도 5를 참조하면, 버너부로터 발생한 연소가스는 버너부(20)에서 발생하여 연소가스 유동부(21)를 흐르게 된다. 이후 상기 막힌 연소가스 유동부(21)의 상부 측면에 구비된 홀(25)를 통하여 상기 상승한 연소가스는 측면으로 유동하게 되며, 이는 다시 개질가스 유동라인(30)의 격벽(16)에 막혀 개질가스 유입라인(30)의 일측(도 3의 A)과 접하면서 아래로 유동하며, 연소가스에 의한 1차 승온이 이루어 진다. Referring to FIG. 5, the combustion gas generated from the burner portion is generated in the burner portion 20 and flows through the combustion gas flow portion 21. Thereafter, the elevated combustion gas flows to the side through the hole 25 provided on the upper side of the blocked combustion gas flow unit 21, which is again blocked by the partition wall 16 of the reformed gas flow line 30 and reformed. It flows down while in contact with one side of the gas inlet line 30 (A of FIG. 3), and the primary temperature is raised by the combustion gas.

또한 본 발명에 따른 개질가스 유동라인(30)은 반응기의 하단부와 이격되며, 이 이격된 공간(32)을 통하여 연소가스는 다시 위로 상승하여 개질가스 유동라인(30)의 타측(도 3의 B)와 2차 접촉하게 된다. 즉, 본 발명은 채널 구조의 반응기를 격벽을 통하여 어셈블리화 하여 연소 가스에 의한 열 효율 효과를 극대화시킨다.In addition, the reformed gas flow line 30 according to the present invention is spaced apart from the lower end of the reactor, and the combustion gas rises again through the spaced space 32 to the other side of the reformed gas flow line 30 (B in FIG. 3 ). ) And second contact. That is, the present invention maximizes the thermal efficiency effect of the combustion gas by assembling a reactor having a channel structure through a partition wall.

10: 원통 중공 형상의 바디부
20: 버너부
21: 연소가스유동부
25: 배출홀
30: 개질가스 유동라인
16: 격벽
40: 촉매개질가스 공급챔버
44: 촉매개질가스 배출구10: Cylindrical hollow body part
20: burner part
21: flue gas flow section
25: discharge hole
30: reformed gas flow line
16: bulkhead
40: catalytic reforming gas supply chamber
44: catalytic reforming gas outlet

Claims (8)

원통 중공 형상의 바디부(10);
상기 바디부(10)의 개방된 하단부와 결합하는 버너부(20);
상기 버너부(20)로부터 발생한 연소가스가 유입되어 유동하며, 상기 바디부 내측에 구비되는 원통 중공형의 연소가스유동부(21);
상기 바디부(10)의 개방된 상단부와 결합하며, 연료 및 수증기를 공급하는 촉매개질가스 공급챔버(40); 및
상기 연소가스유동부(21)의 외측면과 상기 바디부(10) 내측면 사이에 구비되며, 일단부가 상기 촉매개질가스 공급챔버(40)와 연결되어 상기 바디부(10)의 하단부 방향으로 연장되는 복수 개의 개질가스 유동라인(30); 및
상기 바디부(10)의 하단부 측면에 형성된 촉매개질가스 배출구(44);를 포함하고,
상기 개질가스 유동라인(30)의 타단부를 통하여 배출된 개질가스는 상기 촉매개질가스 배출구(44)를 통하여 외부로 배출되며,
상기 복수 개의 개질가스 유동라인(30)은 격벽(16)을 통하여 상호 연결된 원통 구조를 이루며, 이로써 상기 연소가스 유동부(21)의 상부에 배치된 복수 개의 배출홀을 통하여 배출되어 상기 연소가스유동부(21)의 하부로 하강하는 연소가스는 상기 복수 개의 개질가스 유동라인(30)의 일측면과 접하며,
상기 연소가스유동부(21)의 하부로 하강하는 연소가스는 상기 연소가스유동부(21)의 바닥면과 이격된 상태의 격벽(16)과 연소가스 유동부(21) 바닥면 사이의 이격된 공간을 통하여 상기 격벽(16)의 외측으로 이동하며,
이를 통해, 상기 개질가스 유동라인(30)은 상기 바디부(10)의 내측면과 연소가스 유동부(21) 사이에 구비된 상태에서, 연소가스를 상기 격벽의 내측과 외측으로 각각 유동시킴으로써 상기 격벽의 일부를 이루는 개질가스 유동라인(30)과 연소가스를 2번 접촉시켜 열효율을 극대화하며,
상기 버너부(20)를 통해 유입된 연소 가스는, 연소가스유동부(21)의 외측면과 상기 바디부(10)의 내측면을 순차적으로 유동하여 상기 복수 개의 개질가스 유동라인(30)을 복수 회 가열시키는 것을 특징으로 하는 원통형 수증기 개질 반응기.The body part 10 of the cylindrical hollow shape;
A burner part 20 coupled with the open lower end of the body part 10;
The combustion gas generated from the burner unit 20 is introduced and flows, and the cylindrical hollow combustion gas flow unit 21 is provided inside the body unit;
A catalytic reforming gas supply chamber 40 coupled to the open upper end of the body 10 and supplying fuel and steam; And
It is provided between the outer surface of the combustion gas flow part 21 and the inner surface of the body part 10, and one end is connected to the catalytic reforming gas supply chamber 40 to extend toward the lower end of the body part 10 A plurality of reformed gas flow lines 30; And
Including; a catalyst reforming gas outlet 44 formed on the lower end side of the body portion 10,
The reformed gas discharged through the other end of the reformed gas flow line 30 is discharged to the outside through the catalytic reformed gas outlet 44,
The plurality of reformed gas flow lines 30 form a cylindrical structure connected to each other through a partition wall 16, whereby the combustion gas oil is discharged through a plurality of discharge holes disposed above the combustion gas flow unit 21. The combustion gas descending to the lower portion of the eastern part 21 is in contact with one side of the plurality of reformed gas flow lines 30,
The combustion gas falling to the bottom of the combustion gas flow unit 21 is spaced apart between the partition wall 16 and the bottom surface of the combustion gas flow unit 21 in a state spaced apart from the bottom surface of the combustion gas flow unit 21. It moves to the outside of the partition wall 16 through the space,
Through this, the reformed gas flow line 30 is provided between the inner surface of the body part 10 and the combustion gas flow part 21, and the combustion gas flows to the inside and the outside of the partition wall. The reformed gas flow line 30 forming a part of the partition wall and the combustion gas are contacted twice to maximize thermal efficiency,
The combustion gas introduced through the burner unit 20 sequentially flows through the outer surface of the combustion gas flow unit 21 and the inner surface of the body unit 10 to form the plurality of reformed gas flow lines 30. Cylindrical steam reforming reactor, characterized in that heating a plurality of times. 제 1 항에 있어서,
상기 연소가스 유동부(21)의 상부에는 복수 개의 배출홀(25)이 구비되어, 상기 연소가스 유동부(21)의 상부로 상승한 연소가스는 상기 복수 개의 배출홀(25)을 통하여 배출되어 상기 연소가스유동부(21)의 하부로 하강하는 것을 특징으로 하는 원통형 수증기 개질 반응기.The method of claim 1,
A plurality of discharge holes 25 are provided at the upper part of the combustion gas flow part 21, and the combustion gas rising to the upper part of the combustion gas flow part 21 is discharged through the plurality of discharge holes 25, and the Cylindrical steam reforming reactor, characterized in that descending to the lower portion of the combustion gas flow section (21). 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 격벽(16) 외측으로 이동한 연소가스는 상기 바디부(10)의 내측면 사이로 다시 상승하며, 이로써 상기 복수 개의 개질가스 유동라인(30)의 타측면과 접하는 것을 특징으로 하는 원통형 수증기 개질 반응기.The method of claim 1,
A cylindrical steam reforming reactor, characterized in that the combustion gas moved to the outside of the partition wall 16 rises again between the inner surfaces of the body portion 10, thereby making contact with the other side surfaces of the plurality of reformed gas flow lines 30. . 제 5 항에 있어서,
상기 개질가스 유동라인(30) 내부에는 개질촉매가 구비되는 것을 특징으로 하는 원통형 수증기 개질 반응기.The method of claim 5,
Cylindrical steam reforming reactor, characterized in that the reforming catalyst is provided inside the reformed gas flow line (30). 제 1항에 있어서,
상기 개질가스 유동라인(30)의 갯수와 크기는 용량에 따라 가변될 수 있는 것을 특징으로 하는 원통형 수증기 개질 반응기.The method of claim 1,
Cylindrical steam reforming reactor, characterized in that the number and size of the reformed gas flow lines (30) can be varied according to capacity. 제 7항에 있어서,
상기 원통형 수증기 개질 반응기는 상기 바디부(10) 내에 상이한 직경을 가지는 동심의 복수 개의 원통 격벽 구조를 가지며, 상기 복수 개의 원통 격벽 구조에는 개질가스 유동라인이 각각 구비된 것을 특징으로 하는 원통형 수증기 개질 반응기.
The method of claim 7,
The cylindrical steam reforming reactor has a plurality of concentric cylindrical bulkhead structures having different diameters in the body portion 10, and a reformed gas flow line is provided in the plurality of cylindrical bulkhead structures, respectively. .
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