KR102397944B1 - 증기 발생부가 구비된 개질기 - Google Patents

증기 발생부가 구비된 개질기 Download PDF

Info

Publication number
KR102397944B1
KR102397944B1 KR1020200067169A KR20200067169A KR102397944B1 KR 102397944 B1 KR102397944 B1 KR 102397944B1 KR 1020200067169 A KR1020200067169 A KR 1020200067169A KR 20200067169 A KR20200067169 A KR 20200067169A KR 102397944 B1 KR102397944 B1 KR 102397944B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
housing
heat source
reformer
fuel
steam generator
Prior art date
Application number
KR1020200067169A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210150154A (ko
Inventor
윤진원
한재영
Original Assignee
영산대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 영산대학교산학협력단 filed Critical 영산대학교산학협력단
Priority to KR1020200067169A priority Critical patent/KR102397944B1/ko
Publication of KR20210150154A publication Critical patent/KR20210150154A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102397944B1 publication Critical patent/KR102397944B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/323—Catalytic reaction of gaseous or liquid organic compounds other than hydrocarbons with gasifying agents
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12—Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205—Composition of the feed
    • C01B2203/1211—Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217—Alcohols
    • C01B2203/1223—Methanol

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

본 발명은 증기 발생부가 구비된 개질기에 관한 것으로, 내부에 개질 촉매가 구비된 하우징; 상기 하우징으로 열원을 공급하는 열원 유입부; 상기 하우징에 공급된 열원을 배출하는 열원 배출부; 상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 열원 유입부와 상기 열원 배출부를 연결하는 튜브; 상기 하우징 내부로 연료를 공급하는 연료 유입부; 상기 하우징에서 개질된 연료를 배출하는 연료 배출부; 상기 하우징 내부에 배치되되, 상기 연료 유입부에 인접하여 배치되며, 열원의 열을 저장할 수 있는 충진부가 구비된 증기 발생부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

증기 발생부가 구비된 개질기 {Reformer having steam generator}
본 발명은 증기 발생부가 구비된 개질기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 세라믹 볼 또는 금속 볼 형상으로 이루어진 충진부가 구비된 증기 발생부를 개질기 내부에 설치함에 따라 개질기 내부에서 액체 상태의 연료를 기화시키면서 연료를 개질할 수 있는 증기 발생부가 구비된 개질기에 관한 것이다.
최근 청정 연료에 대한 관심과 수요가 증가하고 있으며, 이 중 수소 연료에 대한 관심과 수요가 증가하고 있다. 개질기는 메탄, 액체 석유가스, 가솔린, 디젤 또는 메탄올과 같은 공급 원료를 수소 기체로 변화시키는 것으로, 개질기를 통해 수소 기체를 생산하기 위해 메탄올이 주로 사용되고 있다.
메탄올은 유황성분이 없으면서 높은 수소-탄소 비를 가지는 것으로, 상온, 상압에서 액체 상태이므로 높은 에너지 밀도를 가지는 저장이 용이한 원료이다. 종래의 개질기를 통해 메탄올을 수소로 변환하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
종래에는 개질기와 분리되어 있는 별도의 외부 증발기를 설치하고, 외부 증발기에서 액체 상태의 메탄올을 기화시켜 개질기에 공급한다. 개질기 내부로 공급된 기화된 메탄올의 개질 반응을 통해 수소가 생산된다. 그러나 종래의 개질기는 다음과 같은 문제점이 있다.
종래에는 개질기와 별도로 구비된 외부 증발기에서 메탄올을 기화시키게 되는데, 개질기와 별도로 외부 증발기를 설치함에 따라 전체 시스템 구성이 복잡해질뿐만 아니라 전체 시스템의 열 효율이 낮은 문제점이 있다.
또한, 전체 시스템의 구성이 복잡해짐에 따라 전체 시스템을 구성하는데 많은 비용이 발생하며, 전체 시스템의 구성이 복잡해짐에 따라 열을 정확하게 전달하기 위한 설계가 어려운 문제점이 있다.
이와 함께, 개질기 내부에서 온도가 올라갈수록 일산화탄소의 발생량이 많아지게 되는데, 종래에는 개질기 내부의 운전온도를 적정한 수준으로 유지하기 위한 구성이 구비되지 않은 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 더욱 상세하게는 세라믹 볼 또는 금속 볼 형상으로 이루어진 충진부가 구비된 증기 발생부를 개질기 내부에 설치함에 따라 개질기 내부에서 액체 상태의 연료를 기화시키면서 연료를 개질할 수 있는 증기 발생부가 구비된 개질기에 관한 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 증기 발생부가 구비된 개질기는, 내부에 개질 촉매가 구비된 하우징; 상기 하우징으로 열원을 공급하는 열원 유입부; 상기 하우징에 공급된 열원을 배출하는 열원 배출부; 상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 열원 유입부와 상기 열원 배출부를 연결하는 튜브; 상기 하우징 내부로 연료를 공급하는 연료 유입부; 상기 하우징에서 개질된 연료를 배출하는 연료 배출부; 상기 하우징 내부에 배치되되, 상기 연료 유입부에 인접하여 배치되며, 열원의 열을 저장할 수 있는 충진부가 구비된 증기 발생부;를 포함하며, 상기 하우징의 내주면에는, 상기 하우징 내주면에서 상기 하우징의 내부로 돌출되는 격벽이 구비되며, 상기 증기 발생부는, 상기 열원 유입부와 상기 연료 유입부에 인접하여 배치되며, 상기 하우징, 상기 열원 유입부, 상기 열원 배출부, 상기 튜브는 쉘 앤 튜브 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 증기 발생부가 구비된 개질기의 상기 하우징 내부로 유입되는 연료는 액체 상태일 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 증기 발생부가 구비된 개질기의 상기 하우징 내부로 유입되는 연료는 액체 상태의 메탄올이며, 상기 메탄올의 개질을 통해 수소가 생성될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 증기 발생부가 구비된 개질기의 상기 충진부는 복수 개가 구비되며, 상기 충진부는, 볼, 원기둥, 다각기둥, 다각뿔, 원뿔, 다각뿔대, 원뿔대, 십자가 형상 중 어느 하나 이상의 형상으로 이루어질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 증기 발생부가 구비된 개질기의 상기 충진부는, 세라믹 또는 금속으로 이루어질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 증기 발생부가 구비된 개질기의 상기 하우징은, 상기 연료 유입부에 인접하게 배치되는 증기 발생부와, 개질 촉매가 배치되는 개질 촉매부로 분리되며, 상기 증기 발생부와 상기 개질 촉매부 사이에는 분리판이 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 증기 발생부가 구비된 개질기의 상기 분리판은, 다공성 판으로 이루어질 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 증기 발생부가 구비된 개질기의 상기 하우징의 내주면에는, 상기 하우징 내주면에서 상기 하우징의 내부로 돌출되는 격벽이 구비될 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 증기 발생부가 구비된 개질기의 상기 증기 발생부는, 상기 열원 유입부와 상기 연료 유입부에 인접하여 배치될 수 있다.
본 발명은 증기 발생부가 구비된 개질기에 관한 것으로, 세라믹 볼 또는 금속 볼 형상으로 이루어진 충진부가 구비된 증기 발생부를 개질기 내부에 설치함에 따라 개질기 내부에서 액체 상태의 연료를 기화시키면서 연료를 개질할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 세라믹 볼 또는 금속 볼 형상으로 이루어진 충진부가 구비된 증기 발생부를 개질기 내부에 설치함에 따라 장치의 구성을 단순화하여 장치의 구성 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 개질기 내부에 구비된 증기 발생부를 통과한 열원의 온도가 낮아짐에 따라 개질기의 운전온도를 적정한 수준으로 유지할 수 있고, 이를 통해 일산화탄소의 발생량을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 개질기와 별도로 구비된 외부 증기 발생기를 포함하는 개질 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 증기 발생부가 구비된 개질기를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 복수 개의 볼이 구비된 충진부를 나타내는 도면이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 증기 발생부가 구비된 개질기로 유입되는 연료와 열원의 흐름을 나타내는 도면이다.
본 명세서는 본 발명의 권리범위를 명확히 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시할 수 있도록, 본 발명의 원리를 설명하고, 실시 예들을 개시한다. 개시된 실시 예들은 다양한 형태로 구현될 수 있다.
본 발명의 다양한 실시 예에서 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 발명(disclosure)된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다. 또한, 본 발명의 다양한 실시예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어, 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합되어 있을 수도 있지만, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 결합되어" 있다고 언급된 때에는, 상기 어떤 구성요소와 상기 다른 구성요소 사이에 새로운 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용되는 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명은 증기 발생부가 구비된 개질기에 관한 것으로, 세라믹 볼 또는 금속 볼 형상으로 이루어진 충진부가 구비된 증기 발생부를 개질기 내부에 설치함에 따라 개질기 내부에서 액체 상태의 연료를 기화시키면서 연료를 개질할 수 있는 증기 발생부가 구비된 개질기에 관한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다. 본 발명의 실시 예에 따른 메탄올은 메탄올 혼합물일 수 있으나, 이하에서는 메탄올로 통일하여 설명한다.
도 1을 참조하면, 개질 시스템은 개질기(10)와, 상기 개질기(10)와 분리되면서 상기 개질기(10) 외부에 설치되는 증기 발생기(20)를 포함한다. 증기 발생기(20)에서는 액체 상태의 메탄올이 기화되며, 기화된 메탄올은 개질기(10)로 공급된다.
상기 개질기(10)에는 기화된 메탄올이 유입되는 연료 유입부(41)와 개질된 메탄올에 의해 발생한 수소가 배출되는 연료 배출부(42)가 구비되어 있다. 또한, 상기 개질기(10)에는 열원이 공급되는 열원 유입부(31)와 공급된 열원이 배출되는 될 수 있는 열원 배출부(32)가 구비되어 있다.
상기 개질기(10)는 열원 유입부(31)를 통해 공급된 열원의 열을 통해 메탄올을 개질 반응 시켜 수소를 생산하게 된다. 그러나 도 1과 같이 외부에 증기 발생기(20)가 분리되면 다음과 같은 문제점이 발생할 수 있다.
도 1과 같이 개질기(10)와 별도로 증기 발생기(20)를 설치하면, 전체 시스템 구성이 복잡해질뿐만 아니라 전체 시스템의 열 효율이 낮은 문제점이 있다. 또한, 전체 시스템의 구성이 복잡해짐에 따라 전체 시스템을 구성하는데 많은 비용이 발생하며, 전체 시스템의 구성이 복잡해짐에 따라 열을 정확하게 전달하기 위한 설계가 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 증기 발생부가 구비된 개질기는 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하우징(110), 열원 유입부(121), 열원 배출부(122), 튜브(123), 연료 유입부(131), 연료 배출부(132), 증기 발생부(140)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 상기 하우징(110)은 내부에 개질 촉매가 구비되는 것으로, 개질기의 본체일 수 있다. 상기 하우징(110)은 내부 공간이 비어있는 것으로, 상기 하우징(110)의 내부에서 개질 반응이 진행된다.
상기 열원 유입부(121)는 상기 하우징(110)으로 열원을 공급하는 것이다. 상기 하우징(110) 내부에서 메탄올을 통해 수소를 생산하는 개질 반응은 흡열 반응이기 때문에, 상기 하우징(110) 내부의 개질 반응을 위해서는 열이 공급되어야 한다.
상기 열원 유입부(121)는 상기 하우징(110) 내부로 열원을 공급하기 위한 통로가 될 수 있는 것으로, 상기 열원 유입부(121)를 통해 상기 하우징(110) 내부로 열원이 공급된다. 상기 열원은 상기 하우징(110) 내부로 열을 공급할 수 있는 것이라면 다양한 물질일 수 있다.
상기 열원 배출부(122)는 상기 하우징(110) 공급된 열원을 배출하는 것이다. 상기 열원 유입부(121)를 통해 공급된 열원은, 상기 하우징(110) 내부에 열을 공급한 이후에 상기 열원 배출부(122)로 배출된다.
상기 튜브(123)는 상기 하우징(110) 내부에 구비되는 것으로, 상기 열원 유입부(121)와 상기 열원 배출부(122)를 연결하는 것이다. 상기 열원 유입부(121)를 통해 유입된 열원은 상기 튜브(123)로 이동되고, 상기 튜브(123)로 이동된 열원은 상기 열원 배출부(122)로 배출된다.
상기 튜브(123)는 복수 개가 구비될 수 있는 것으로, 상기 열원 유입부(121)로 유입된 열원은 복수 개의 상기 튜브(123)로 분기되어 이동될 수 있다. 상기 튜브(123)를 복수 개로 구비함에 따라 상기 하우징(110) 내부의 다양한 지점에 열을 공급할 수 있게 된다. 복수 개로 분기된 상기 튜브(123)는 다시 모이면서 상기 열원 배출부(122)로 열원이 배출될 수 있다.
상기 하우징(110), 상기 열원 유입부(121), 상기 열원 배출부(122), 상기 튜브(123)는 쉘 앤 튜브 형상일 수 있으며, 상기 열원 유입부(121)-상기 튜브(123)-상기 열원 배출부(122)의 경로를 따라서 상기 하우징(110)의 일측에서 타측 또는 타측에서 일측으로 열원이 이동되면서 상기 하우징(110) 내부로 열을 공급할 수 있게 된다.
상기 연료 유입부(131)는 상기 하우징(110) 내부로 연료를 공급하는 것으로, 상기 하우징(110) 내부로 연료가 공급되는 통로가 될 수 있다. 상기 연료 배출부(132)는 상기 하우징(110)에서 개질된 연료를 배출하는 것으로, 상기 하우징(110) 내부에서 개질된 연료가 배출될 수 있는 통로가 될 수 있다.
상기 증기 발생부(140)는 열을 저장할 수 있는 충진부(141)가 구비되는 것으로, 상기 하우징(110)의 내부에 배치될 수 있다. 상기 증기 발생부(140)의 상기 충진부(141)는 상기 열원 유입부(121)에서 공급된 열원의 열이 저장될 수 있는 것이다.
상기 충진부(141)는 상기 열원 유입부(121)에서 공급된 열원의 열을 저장할 수 있다면 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 상기 충진부(141)는 볼, 원기둥, 다각기둥, 다각뿔, 원뿔, 다각뿔대, 원뿔대, 십자가 형상 중 어느 하나 이상의 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 충진부(141)는 복수 개가 구비될 수 있다. 바람직하게는 상기 충진부(141)는 복수 개의 볼로 이루어질 수 있다.
도 3을 참조하면, 상기 충진부(141)를 복수 개의 볼로 형성함에 따라 상기 열원 유입부(121)에서 유입된 열원의 열을 저장할 수 있다. 구체적으로, 볼 형상은 외부와 접촉되는 표면적이 넓기 때문에, 도 3과 같이 복수 개의 볼 형상으로 상기 충진부(141)가 형성되면, 상기 충진부(141)에서 많은 열을 저장할 수 있게 된다.
여기서, 상기 충진부(141)는 세라믹 또는 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다. 세라믹과 금속은 열 전도율이 좋기 때문에, 상기 열원 유입부(121)에서 유입된 열원의 열이 상기 세라믹 또는 상기 금속으로 쉽게 이동되면서 저장될 수 있다.
상기 충진부(141)는 볼 형상으로 이루어지는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 충진부(141)는 외부와 표면적이 넓어지면서 열을 저장할 수 있도록 부피가 있는 형상이라면 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
가령, 상기 충진부(141)는 볼, 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 다각뿔대, 십자가 형상 중 어느 하나의 형상으로 이루어질 수 있으며, 상기 충진부(141)는 상기 증기 발생부(130) 내부에 복수 개가 구비될 수 있다.
상기 충진부(141)에 저장된 열은 상기 연료 유입부(131)에서 유입되는 액체 상태의 연료를 기화시키는데 사용될 수 있다. 이를 위해 상기 증기 발생부(140)는 상기 연료 유입부(131)에 인접하여 배치되는 것이 바람직하다.
상기 증기 발생부(140)를 상기 연료 유입부(131)에 인접하여 배치하면, 상기 연료 유입부(131)에서 유입된 액체 상태의 연료가 상기 증기 발생부(140)를 지나면서 기화될 수 있다. 기화된 액체 상태의 연료는 상기 하우징(110) 내부로 이동될 수 있다.
여기서, 상기 하우징(110) 내부로 유입되는 연료는 액체 상태로 유입될 수 있다. 종래의 개질기는 외부에 설치되는 증기 발생기를 통해 액체 상태의 메탄올을 기화시킨 이후 개질기 내부로 유입시켰다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 증기 발생부가 구비된 개질기는, 상기 하우징(110) 내부에 열을 저장할 수 있는 상기 충진부(141)를 포함하는 상기 증기 발생부(140)를 구비함에 따라 상기 하우징(110) 내부(개질기 내부)에서 액체 상태의 연료를 기화시킬 수 있게 된다.
여기서, 상기 하우징(110) 내부로 유입되는 연료는 액체 상태의 메탄올일 수 있으며, 상기 하우징(110) 내부에서는, 상기 메탄올의 개질을 통해 수소가 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 하우징(110) 내부로 다양한 액체 상태의 연료가 유입될 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 하우징(110)에는 상기 증기 발생부(140)가 구비될 수 있으며, 상기 하우징(110)은 상기 연료 유입부(131)에 인접하게 배치되는 상기 증기 발생부(140)와 개질 촉매가 배치되는 개질 촉매부(150)로 분리될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 하우징(110)의 내부에서, 상기 연료 유입부(131)와 인접해있는 부분에 상기 증기 발생부(140)가 배치되며, 상기 증기 발생부(140)가 배치된 이외의 부분에 상기 개질 촉매부(150)가 배치될 수 있다.
상기 증기 발생부(140)와 상기 개질 촉매부(150)는 분리판(160)을 통해 분리될 수 있다. 상기 분리판(160)은 상기 증기 발생부(140)와 상기 개질 촉매부(150)를 구획하는 판일 수 있으며, 다공성 판으로 이루어질 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 증기 발생부(140)에서는 액체 상태의 연료가 기화될 수 있으며, 기화된 연료는 상기 개질 촉매부(150)로 이동되어야 한다. 이를 위해 상기 분리판(160)은 복수 개의 구멍이 형성된 다공성 판으로 이루어질 수 있으며, 복수 개의 구멍을 통해 기화된 연료가 상기 개질 촉매부(150)로 이동될 수 있다.
도 4를 참조하면, 상기 분리판(160)은 상기 하우징(110) 내부에 구비되되, 서로 이격되는 두 개의 판으로 이루어질 수 있으며, 두 개의 판 사이에는 이격 공간이 형성될 수 있다.
두 개의 판 사이에 구비된 이격 공간은 상기 증기 발생부(140)와 상기 개질 촉매부(150)를 분리하는 완충 공간일 수 있으며, 상기 증기 발생부(140)에서 기화된 연료는 상기 이격 공간을 통과하여 상기 개질 촉매부(150)로 이동된다. 상기 개질 촉매부(150)로 이동된 연료는, 상기 개질 촉매부(150)의 촉매에 의해 개질 반응이 일어나면서 수소를 생성하게 된다.
도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 열원 유입부(121)는 상기 하우징(110)의 일측에 구비될 수 있으며, 상기 열원 배출부(122)는 상기 하우징(110)의 타측에 구비될 수 있다. 여기서, 일측은 도 2 및 도 4를 기준으로 우측이 될 수 있으며, 타측은 도 2 및 도 4를 기준으로 좌측일 수 있다.
상기 열원 유입부(121)를 상기 하우징(110)의 일측에 구비하고, 상기 열원 배출부(122)를 상기 하우징(110)의 타측에 구비함에 따라, 상기 하우징(110)의 일측에서 타측으로 열원을 이동시키면서 상기 하우징(110) 내부에 열을 공급할 수 있게 된다.
다만, 상기 열원 유입부(121)는 상기 하우징(110)의 일측에 구비되고, 상기 열원 배출부(122)는 상기 하우징(110)의 타측에 구비되는 것으로 한정되는 것은 아니며, 상기 열원 유입부(121)와 상기 열원 배출부(122)는 상기 하우징(110) 내부에서 열원을 일방향으로 이동시킬 수 있다면 다양한 지점에 구비될 수 있음은 물론이다.
상기 열원 유입부(121)로 유입된 열원은 상기 하우징(110) 내부에 구비된 복수 개의 상기 튜브(123)를 통해 이동될 수 있다. 상기 연료 유입부(131)를 통해 상기 하우징(110) 내부로 유입된 연료는 상기 튜브(123)의 외부에서 이동될 수 있는 것으로, 상기 튜브(123)를 통해 열원과 연료 사이에서 열교환이 발생할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 연료 유입부(131)는 상기 하우징(110)의 일측 상부에 배치되고, 상기 연료 배출부(132)는 상기 하우징(110)의 타측 하부에 배치될 수 있다.
상기 연료 유입부(131)를 통해 상기 하우징(110)의 일측 상부에서 연료가 공급되면, 상기 하우징(110) 내부의 상기 튜브(123)를 지나는 열원을 통해 열을 공급받아 개질 반응이 일어난다. 개질 반응이 일어난 연료는 상기 연료 배출부(132)를 통해 배출된다.
상기 연료 유입부(131)는 상기 하우징(110)의 일측 상부에 배치되고, 상기 연료 배출부(132)는 상기 하우징(110)의 타측 하부에 배치될 수 있으나, 도 4와 같이 상기 연료 유입부(131)는 상기 하우징(110)의 타측 상부에 배치되고, 상기 연료 배출부(132)는 상기 하우징(110)의 일측 하부에 배치되는 것이 바람직하다. 여기서, 상부라 함은 도 2 및 도 4를 기준으로 상부 방향일 수 있으며, 하부라 함은 도 2 및 도 4를 기준으로 하부 방향일 수 있다.
구체적으로, 도 4와 같이 상기 연료 유입부(131)와 상기 증기 발생부(140)는 상기 하우징(110)의 타측에 배치되면서 상기 열원 배출부(122)에 인접하여 배치되는 것이 바람직하며, 상기 연료 배출부(132)는 상기 하우징(110)의 일측에 배치되면서 상기 열원 유입부(121)에 인접하여 배치하는 것이 바람직하다.
이와 같이 상기 연료 유입부(131)와 상기 연료 배출부(132)를 배치하면, 상기 열원 유입부(121)를 통해 유입된 열원이 이동되는 방향과 상기 연료 유입부(131)에서 유입되는 연료의 이동 방향이 서로 반대 방향이 될 수 있다. 이를 통해 연료와 열원 사이의 열 교환 비율을 향상시킬 수 있게 된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 증기 발생부(140)를 상기 열원 유입부(121)와 상기 연료 유입부(131)에 인접하여 배치할 수도 있다.
도 5를 참조하면, 상기 열원 유입부(121)는 상기 하우징(110)의 타측에 구비되며, 상기 연료 유입부(131)는 상기 하우징(110)의 타측 상부에 구비될 수 있다. 상기 증기 발생부(140)는 상기 열원 유입부(121) 및 상기 연료 유입부(131)에 인접하여 상기 하우징(110)의 타측에 배치될 수 있다.
개질기 내부에서 온도가 올라갈수록 일산화탄소의 발생량이 많아지게 되는데, 종래에는 개질기 내부의 운전온도를 적정한 수준으로 유지하기 위한 구성이 구비되지 않아 일산화탄소 발생량이 많아지는 문제가 있었다. 구체적으로, 종래의 개질 시스템은 외부에 증발기가 배치됨에 따라, 외부 버너나 촉매 연소기를 통해 열원을 만들고 직접 개질기(개질 촉매부)로 고온의 열원이 공급됨에 따라 일산화탄소 발생량이 많아지게 되는 문제가 있었다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 증기 발생부가 구비된 개질기는, 상기의 문제점을 해결하기 위해 도 5와 같이 상기 증기 발생부(140)를 상기 열원 유입부(121)와 상기 연료 유입부(131)에 인접하여 배치할 수 있다.
상기 증기 발생부(140)를 상기 열원 유입부(121)와 상기 연료 유입부(131)에 인접하여 배치하면, 상기 열원 유입부(121)에서 유입된 고온의 열이 상기 증기 발생부(140)에 의해 흡수되면서 상기 연료 유입부(131)에서 유입된 연료(메탄올)를 증발시킨 이후, 상기 개질 촉매부(150)로 공급될 수 있다.
상기 열원 유입부(121)에서 유입된 고온의 열이 상기 증기 발생부(140)에서 흡수되면, 열을 빼앗긴 열원은 상기 개질 촉매부(150)에 낮은 온도(메탄올 개질이 잘되는 온도 및 일산화탄소 발생량이 적은 온도)로 공급되면서 연료(메탄올)가 개질된다.
즉, 상기 열원 유입부(121)에서 유입된 열원이 상기 증기 발생부(140)를 먼저 지나가게 함에 따라 열원의 온도를 낮춘 이후에 상기 개질 촉매부(150)로 열원을 공급할 수 있게 되고, 이를 통해 일산화탄소의 발생량을 적게하면서 메탄올의 개질에 유리한 운전온도를 얻을 수 있게 된다.
본 발명의 실시 예에 따른 상기 하우징(110)의 내주면에는 상기 하우징(110)의 내주면에서 상기 하우징(110) 내부로 돌출되는 격벽(161)이 구비될 수도 있다. 상기 격벽(161)은 상기 하우징(110) 내부를 이동하는 연료의 이동 경로를 증가시킬 수 있는 것이다.
도 4를 참조하면, 상기 격벽(161)을 통해 연료의 이동 경로가 증가될 수 있으며, 이를 통해 연료와 상기 튜브(123) 내부를 이동하는 열원의 접촉 경로가 증가하게 된다. 연료와 상기 튜브(123) 내부를 이동하는 열원의 접촉 경로가 증가되면, 열원으로부터 연료로의 열 공급이 증가된다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 증기 발생부가 구비된 개질기는 다음과 같이 작동될 수 있다.
상기 열원 유입부(121)로 유입된 열원은 상기 튜브(123)를 지나 상기 열원 배출부(122)로 배출된다. 이때, 상기 튜브(123)를 지나는 열원은 연료로 열을 공급할 수 있으며, 상기 충진부(141)로 열을 공급할 수 있다.
복수 개의 볼이 서로 연결된 형상으로 이루어진 상기 충진부(141)는 열원으로부터 열을 공급받아 열의 일부를 저장할 수 있게 된다. 상기 충진부(141)가 구비된 상기 증기 발생부(140)는 상기 연료 유입부(131)와 인접하게 배치되며, 상기 연료 유입부(131)에서 유입된 연료는 상기 증기 발생부(140)를 먼저 지나가게 된다.
상술한 바와 같이 상기 연료 유입부(131)를 통해 유입되는 연료는 액체 상태의 메탄올일 수 있는데, 액체 상태의 메탄올은 상기 증기 발생부(140)의 상기 충진부(141)에 저장된 열을 통해 기화된다.
기화된 상기 메탄올은 다공성 판으로 이루어진 상기 분리판(160)을 통과하여 상기 개질 촉매부(150)로 이동된다. 상기 개질 촉매부(150)로 이동된 기화된 상기 메탄올은 개질 촉매에 의해 개질 반응이 일어나게 되고, 이를 통해 수소를 생성하게 된다. 생성된 수소는 상기 연료 배출부(132)를 통해 배출될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따른 증기 발생부가 구비된 개질기는 다음과 같은 효과가 있다.
종래에는 개질기와 별도로 구비된 외부 증발기에서 메탄올을 기화시킨 이후 기화된 메탄올을 개질기에 공급하게 되는데, 개질기와 별도로 외부 증발기를 설치함에 따라 전체 시스템 구성이 복잡해질뿐만 아니라 전체 시스템의 열 효율이 낮은 문제점이 있다.
또한, 전체 시스템의 구성이 복잡해짐에 따라 전체 시스템을 구성하는데 많은 비용이 발생하며, 전체 시스템의 구성이 복잡해짐에 따라 열을 정확하게 전달하기 위한 설계가 어려운 문제점이 있었다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 증기 발생부가 구비된 개질기는, 세라믹 볼 또는 금속 볼 형상으로 이루어진 충진부가 구비된 증기 발생부를 개질기 내부에 설치함에 따라 개질기 내부에서 액체 상태의 연료를 기화시키면서 연료를 개질할 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 증기 발생부가 구비된 개질기는, 세라믹 볼 또는 금속 볼 형상으로 이루어진 충진부가 구비된 증기 발생부를 개질기 내부에 설치함에 따라 개질기와 별도로 분리되어 있는 증기 발생기를 구비할 필요가 없으며, 이를 통해 개질 시스템의 장치의 구성을 단순화하여 장치의 구성 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
또한, 개질기 내부에서 온도가 올라갈수록 일산화탄소의 발생량이 많아지게 되는데, 종래에는 개질기 내부의 운전온도를 적정한 수준으로 유지하기 위한 구성이 구비되지 않아 일산화탄소 발생량이 많아지는 문제가 있었다.
그러나 본 발명의 실시 예에 따른 증기 발생부가 구비된 개질기는, 개질기 내부에 구비된 증기 발생부를 통과한 열원의 온도가 낮아짐에 따라 개질기를 운전온도를 적정한 수준으로 유지할 수 있고, 이를 통해 일산화탄소의 발생량을 줄일 수 있는 장점이 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시 예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110...하우징 121...열원 유입부
122...열원 배출부 123...튜브
131...연료 유입부 132...연료 배출부
140...증기 발생부 141...충진부
150...개질 촉매부 160...분리판
161...격벽

Claims (9)

  1. 연료를 변환시키기 위한 개질기에 있어서,
    내부에 개질 촉매가 구비된 하우징;
    상기 하우징으로 열원을 공급하는 열원 유입부;
    상기 하우징에 공급된 열원을 배출하는 열원 배출부;
    상기 하우징 내부에 구비되며, 상기 열원 유입부와 상기 열원 배출부를 연결하는 튜브;
    상기 하우징 내부로 연료를 공급하는 연료 유입부;
    상기 하우징에서 개질된 연료를 배출하는 연료 배출부;
    상기 하우징 내부에 배치되되, 상기 연료 유입부에 인접하여 배치되며, 열원의 열을 저장할 수 있는 충진부가 구비된 증기 발생부;를 포함하며,
    상기 하우징의 내주면에는, 상기 하우징 내주면에서 상기 하우징의 내부로 돌출되는 격벽이 구비되며,
    상기 증기 발생부는,
    상기 열원 유입부와 상기 연료 유입부에 인접하여 배치되며,
    상기 하우징, 상기 열원 유입부, 상기 열원 배출부, 상기 튜브는 쉘 앤 튜브 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증기 발생부가 구비된 개질기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징 내부로 유입되는 연료는 액체 상태인 것을 특징으로 하는 증기 발생부가 구비된 개질기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징 내부로 유입되는 연료는 액체 상태의 메탄올이며,
    상기 메탄올의 개질을 통해 수소가 생성되는 것을 특징으로 하는 증기 발생부가 구비된 개질기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 충진부는 복수 개가 구비되며,
    상기 충진부는, 볼, 원기둥, 다각기둥, 원뿔, 다각뿔, 원뿔대, 다각뿔대, 십자가 형상 중 어느 하나 이상의 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증기 발생부가 구비된 개질기.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 충진부는,
    세라믹 또는 금속으로 이루어지는 것을 특징으로 증기 발생부가 구비된 개질기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 연료 유입부에 인접하게 배치되는 증기 발생부와, 개질 촉매가 배치되는 개질 촉매부로 분리되며,
    상기 증기 발생부와 상기 개질 촉매부 사이에는 분리판이 구비되는 것을 특징으로 하는 증기 발생부가 구비된 개질기.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분리판은, 다공성 판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 증기 발생부가 구비된 개질기.
  8. 삭제
  9. 삭제
KR1020200067169A 2020-06-03 2020-06-03 증기 발생부가 구비된 개질기 KR102397944B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200067169A KR102397944B1 (ko) 2020-06-03 2020-06-03 증기 발생부가 구비된 개질기

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200067169A KR102397944B1 (ko) 2020-06-03 2020-06-03 증기 발생부가 구비된 개질기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210150154A KR20210150154A (ko) 2021-12-10
KR102397944B1 true KR102397944B1 (ko) 2022-05-13

Family

ID=78865481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200067169A KR102397944B1 (ko) 2020-06-03 2020-06-03 증기 발생부가 구비된 개질기

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102397944B1 (ko)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001010804A (ja) * 1999-06-22 2001-01-16 Sanyo Electric Co Ltd 燃料改質器及びこれを具えた燃料電池システム
JP2003089502A (ja) 2001-09-12 2003-03-28 Suzuki Motor Corp メタノール改質装置
KR101616199B1 (ko) 2014-10-20 2016-05-13 현대제철 주식회사 소형 메탄올 연료변환기

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102184495B1 (ko) * 2018-09-07 2020-11-30 주식회사 씨에이치피테크 7 노말큐빅미터퍼아우어 수조제조장치

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001010804A (ja) * 1999-06-22 2001-01-16 Sanyo Electric Co Ltd 燃料改質器及びこれを具えた燃料電池システム
JP2003089502A (ja) 2001-09-12 2003-03-28 Suzuki Motor Corp メタノール改質装置
KR101616199B1 (ko) 2014-10-20 2016-05-13 현대제철 주식회사 소형 메탄올 연료변환기

Also Published As

Publication number Publication date
KR20210150154A (ko) 2021-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2105601B1 (en) Engine system
JP4845923B2 (ja) 燃料電池システム及び燃料電池システムの改質装置
US7223296B2 (en) Hydrogen generation system and fuel cell system having the same
KR102328007B1 (ko) 수증기 발생 장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템
CN109179322B (zh) 一种利用发动机尾气热量制取富氢气体的在线甲醇重整器
JP4492882B2 (ja) 二重バーナーを備えた水素生成装置及び駆動方法
WO2002044082A2 (en) Compact multiple tube steam reformer
JP6189391B2 (ja) 燃料処理装置
CN109319735B (zh) 一种采用折流分离机构的车载甲醇在线重整系统及控制方法
EP3022791B1 (en) Fuel cell module
KR102397944B1 (ko) 증기 발생부가 구비된 개질기
US8197563B2 (en) Fuel reformer
KR101400719B1 (ko) 증발기 일체형 개질기 및 이를 이용한 연료전지시스템
KR102472119B1 (ko) 수증기 발생 장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템
US20020064487A1 (en) Compact Multiple tube steam reformer
WO2020175930A1 (ko) 수증기 발생 장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템
CN109179321B (zh) 一种采用折流分离机构利用发动机尾气的在线甲醇重整器
CN109236507B (zh) 一种采用丝网分离机构的车载甲醇在线重整系统及控制方法
CN109437103B (zh) 一种采用丝网分离机构利用发动机尾气的在线甲醇重整器
JP5677513B2 (ja) 灯油用改質器
CN109264669B (zh) 利用尾气制取富氢气体的机载甲醇重整系统及控制方法
KR102449006B1 (ko) 스팀 발생 개질기
CN109455667B (zh) 一种采用丝网分离机构的机载甲醇在线重整系统及控制方法
JPH01208303A (ja) 燃料改質装置
KR20150127890A (ko) 수소 제조 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant