KR102440602B1 - Fuel reforming system - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질 시스템은, 개질가스를 연소시켜서 기계적인 동력을 발생시키는 엔진과, 상기 엔진과 연결되며 상기 엔진으로 개질가스 및 공기를 공급하는 흡기라인과, 상기 엔진과 연결되며 상기 엔진에서 배출되는 배기가스를 유통시키는 배기라인과, 상기 배기라인으로부터 분기되는 배기가스 재순환(EGR) 라인에 구비되며, 상기 배기가스가 상기 EGR 라인으로 분기되어 흐르는 EGR 가스를 연료와 혼합시키고, 상기 EGR 가스에 혼합된 연료를 개질시켜 개질가스로 변환시키는 연료 개질기, 및 상기 배기라인에 배치되며, 상기 연료 개질기 전단에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 정화시키는 촉매를 포함하고, 상기 연료 개질기는, 배기가스가 각각 유입 및 유출되는 배기가스 유입구 및 배기가스 유출구를 구비하며, 배기가스가 통과하는 외부 하우징과, 상기 외부 하우징 내에 구비되며, 연료와 EGR 가스가 각각 유입 및 유출되는 EGR 유입구 및 EGR 유출구를 구비하며, 혼합된 연료와 EGR 가스가 통과하는 내부 하우징과, 상기 내부 하우징에 구비되며, 혼합된 연료를 개질시키는 개질촉매부, 및 상기 외부 하우징의 내주면과 상기 내부 하우징의 외주면 사이에 구비되어 배기가스의 배기열을 상기 개질촉매부에 전달하는 열교환부를 포함한다.A fuel reforming system according to an embodiment of the present invention includes an engine for generating mechanical power by burning reformed gas, an intake line connected to the engine and supplying reformed gas and air to the engine, and connected to the engine and is provided in an exhaust line for distributing the exhaust gas discharged from the engine and an exhaust gas recirculation (EGR) line branched from the exhaust line, and the exhaust gas is branched into the EGR line and the flowing EGR gas is mixed with fuel, , a fuel reformer for reforming the fuel mixed in the EGR gas to convert it into reformed gas, and a catalyst disposed in the exhaust line to purify nitrogen oxides contained in the exhaust gas at a front end of the fuel reformer, the fuel reformer has an exhaust gas inlet and an exhaust gas outlet through which exhaust gas flows in and out, respectively, an outer housing through which exhaust gas passes, and an EGR inlet provided in the outer housing, through which fuel and EGR gas are introduced and discharged, respectively, and An inner housing having an EGR outlet, through which a mixed fuel and EGR gas pass, a reforming catalyst unit provided in the inner housing for reforming the mixed fuel, and between the inner circumferential surface of the outer housing and the outer circumferential surface of the inner housing and a heat exchange unit provided to transfer exhaust heat of exhaust gas to the reforming catalyst unit.

Description

연료 개질 시스템{FUEL REFORMING SYSTEM}Fuel reforming system {FUEL REFORMING SYSTEM}

본 발명은 연료 개질 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 연료 개질기 내에 열교환 구조를 구비하는 연료 개질 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel reforming system, and more particularly, to a fuel reforming system having a heat exchange structure in a fuel reformer.

지구상의 가장 가볍고 단순한 구조의 물질인 수소(Hydrogen)는 가솔린과 비교하여 약 6배의 화염전파속도(Laminar Flame Velocity), 약 3배의 저위발열량(Lower Heating Value)의 이화학적 특성을 갖고 있다. 따라서, 가솔린과 수소를 적절히 혼합하여 연소시, 빨라진 연소 속도로 인해 연소 안정성을 향상시켜 희박 한계를 확장하거나 배기가스(배가스) 재순환(exhaust gas recirculation; EGR) 공급량을 증대시켜 열효율 개선이 가능하다.Hydrogen, the lightest and simplest material on the planet, has physicochemical properties of about 6 times the Laminar Flame Velocity and about 3 times the Lower Heating Value compared to gasoline. Therefore, when gasoline and hydrogen are properly mixed and combusted, combustion stability is improved due to the increased combustion speed, thereby extending the lean limit or increasing the exhaust gas (exhaust gas) recirculation (EGR) supply amount to improve thermal efficiency.

한편, 연료 개질기(fuel reformer)는 엔진에서 배출되는 고온 배기가스 열에너지와 연료 개질기에 공급되는 별도의 가솔린 연료가 연료 개질기 내 촉매에서 반응하여 수소를 생성하는 시스템이다.Meanwhile, a fuel reformer is a system in which high-temperature exhaust gas thermal energy discharged from an engine and a separate gasoline fuel supplied to the fuel reformer react in a catalyst in the fuel reformer to generate hydrogen.

연료 개질 효율 향상을 위해서, 충분한 개질 촉매의 활성화 온도 확보가 중요하다. 그런데, 연료 개질을 위한 충분한 활성화 온도 확보를 위해, EGR 가스를 충분히 가열해야 하나, 운전 조건과 EGR 가스 공급량에 따라 활성화 온도 확보에 어려움이 있다. 특히, 연료 개질기 내 믹싱부에서 연료와 EGR 가스가 혼합되면서 혼합가스의 온도 저하량이 높아 개질 효율이 저하되는 문제가 있다.In order to improve fuel reforming efficiency, it is important to secure a sufficient activation temperature of the reforming catalyst. However, in order to secure a sufficient activation temperature for fuel reforming, the EGR gas must be sufficiently heated, but it is difficult to secure the activation temperature depending on operating conditions and EGR gas supply amount. In particular, as the fuel and the EGR gas are mixed in the mixing unit in the fuel reformer, there is a problem in that the temperature decrease of the mixed gas is high and the reforming efficiency is decreased.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하고자 개발된 것으로, 연료 개질기 내 혼합가스와 배기가스의 열교환 구조를 도입함으로써, 개질 반응을 위한 개질 촉매 활성화 온도를 충분히 확보하기 위한 연료 개질 시스템을 제공하고자 한다.The present invention was developed to solve this problem, and it is an object of the present invention to provide a fuel reforming system for sufficiently securing a reforming catalyst activation temperature for a reforming reaction by introducing a heat exchange structure between a mixed gas and an exhaust gas in a fuel reformer.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질 시스템은, 개질가스를 연소시켜서 기계적인 동력을 발생시키는 엔진과, 상기 엔진과 연결되며 상기 엔진으로 개질가스 및 공기를 공급하는 흡기라인과, 상기 엔진과 연결되며 상기 엔진에서 배출되는 배기가스를 유통시키는 배기라인과, 상기 배기라인으로부터 분기되는 배기가스 재순환(EGR) 라인에 구비되며, 상기 배기가스가 상기 EGR 라인으로 분기되어 흐르는 EGR 가스를 연료와 혼합시키고, 상기 EGR 가스에 혼합된 연료를 개질시켜 개질가스로 변환시키는 연료 개질기, 및 상기 배기라인에 배치되며, 상기 연료 개질기 전단에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 정화시키는 촉매를 포함하고, 상기 연료 개질기는, 배기가스가 각각 유입 및 유출되는 배기가스 유입구 및 배기가스 유출구를 구비하며, 배기가스가 통과하는 외부 하우징과, 상기 외부 하우징 내에 구비되며, 연료와 EGR 가스가 각각 유입 및 유출되는 EGR 유입구 및 EGR 유출구를 구비하며, 혼합된 연료와 EGR 가스가 통과하는 내부 하우징과, 상기 내부 하우징에 구비되며, 혼합된 연료를 개질시키는 개질촉매부, 및 상기 외부 하우징의 내주면과 상기 내부 하우징의 외주면 사이에 구비되어 배기가스의 배기열을 상기 개질촉매부에 전달하는 열교환부를 포함하고, 상기 연료 개질기는, 배기열 회수를 통한 상기 EGR 가스의 온도 상승으로 상기 개질촉매부의 촉매 활성화 온도를 상승시켜 개질 운전 영역을 확대하도록 한다.A fuel reforming system according to an embodiment of the present invention includes an engine for generating mechanical power by burning reformed gas, an intake line connected to the engine and supplying reformed gas and air to the engine, and connected to the engine and is provided in an exhaust line for distributing the exhaust gas discharged from the engine and an exhaust gas recirculation (EGR) line branched from the exhaust line, and the exhaust gas is branched into the EGR line and the flowing EGR gas is mixed with fuel, , a fuel reformer for reforming the fuel mixed in the EGR gas to convert it into reformed gas, and a catalyst disposed in the exhaust line to purify nitrogen oxides contained in the exhaust gas at a front end of the fuel reformer, the fuel reformer has an exhaust gas inlet and an exhaust gas outlet through which exhaust gas flows in and out, respectively, an outer housing through which exhaust gas passes, and an EGR inlet provided in the outer housing, through which fuel and EGR gas are introduced and discharged, respectively, and An inner housing having an EGR outlet, through which a mixed fuel and EGR gas pass, a reforming catalyst unit provided in the inner housing for reforming the mixed fuel, and between the inner circumferential surface of the outer housing and the outer circumferential surface of the inner housing and a heat exchange unit provided to transfer exhaust heat of exhaust gas to the reforming catalyst unit, wherein the fuel reformer increases the catalyst activation temperature of the reforming catalyst unit by increasing the temperature of the EGR gas through exhaust heat recovery to expand the reforming operation area let it do

상기 열교환부는, 상기 개질촉매부에 대응되는 위치에 구비되며, 상기 개질촉매부를 둘러싸는 형태의 허니콤(honeycomb) 구조로 형성될 수 있다. The heat exchange unit may be provided at a position corresponding to the reforming catalyst unit, and may have a honeycomb structure surrounding the reforming catalyst unit.

상기 열교환부는, 배기가스가 통과하는 방향으로 배치된 복수의 핀을 갖는 구조로 형성될 수 있다. The heat exchange unit may have a structure having a plurality of fins disposed in a direction through which the exhaust gas passes.

상기 복수의 핀은 금속 재질로 이루어질 수 있다. The plurality of pins may be made of a metal material.

상기 개질촉매부를 통과하는 혼합된 연료와 EGR 가스와 상기 외부 하우징을 통과하는 배기가스는 서로 반대 방향으로 흐를 수 있다. The mixed fuel and EGR gas passing through the reforming catalyst unit and the exhaust gas passing through the outer housing may flow in opposite directions.

한편, 본 발명에 따른 연료 개질 시스템은, 상기 흡기라인에 연결 설치되고 상기 개질가스 및 공기를 압축시켜 상기 엔진으로 공급하는 압축기, 및 상기 배기라인에 연결 설치되어 상기 배기가스에 의하여 회전되어 동력을 발생시키는 터빈을 더 포함할 수 있다. On the other hand, the fuel reforming system according to the present invention is connected to the intake line and is connected to a compressor for supplying the reformed gas and air to the engine by compressing the reformed gas and air, and connected to the exhaust line and rotated by the exhaust gas to generate power. It may further include a turbine for generating.

상기 촉매는 연한(lean) 분위기에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하고, 농후한(rich) 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 환원시키는 질소산화물 흡장 촉매(Lean NOx Trap; LNT)를 포함할 수 있다. The catalyst occludes nitrogen oxides contained in exhaust gas in a lean atmosphere, desorbs nitrogen oxides stored in a rich atmosphere, and reduces nitrogen oxides or desorbed nitrogen oxides contained in exhaust gas. It may include an oxide storage catalyst (Lean NOx Trap; LNT).

상기 촉매는 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원시키는 선택적환원촉매(Selective Catalytic Reducer; SCR)를 포함할 수 있다. The catalyst may include a selective reduction catalyst (Selective Catalytic Reducer; SCR) for reducing nitrogen oxides contained in exhaust gas using a reducing agent.

상기 EGR 라인에는, 개질가스의 유량을 조절하는 EGR 밸브, 및 상기 EGR 밸브 후단에 구비되어 개질가스를 냉각시키는 EGR 쿨러가 설치될 수 있다. An EGR valve for controlling a flow rate of the reformed gas and an EGR cooler provided at a rear end of the EGR valve to cool the reformed gas may be installed in the EGR line.

상기 연료 개질기는 상기 EGR 라인의 상기 EGR 쿨러 전방에 설치될 수 있다.The fuel reformer may be installed in front of the EGR cooler in the EGR line.

본 발명의 실시예에 따르면, 연료 개질기 내 혼합가스와 배기가스의 열교환 구조를 도입함으로써, 개질 반응을 위한 개질 촉매 활성화 온도를 충분히 확보하여 수소 생성을 극대화할 수 있고 개질 효율을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, by introducing a heat exchange structure between the mixed gas and the exhaust gas in the fuel reformer, it is possible to sufficiently secure the reforming catalyst activation temperature for the reforming reaction, thereby maximizing hydrogen production and improving the reforming efficiency.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질기를 개략적으로 나타내는 단면도이다.1 is a diagram schematically illustrating a fuel reforming system according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view schematically illustrating a fuel reformer according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 일 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예들에서는 일 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.In addition, in various embodiments, components having the same configuration are typically described in one embodiment using the same reference numerals, and only configurations different from the one embodiment will be described in other embodiments.

도면들은 개략적이고 축적에 맞게 도시되지 않았다는 것을 일러둔다. 도면에 있는 부분들의 상대적인 치수 및 비율은 도면에서의 명확성 및 편의를 위해 그 크기에 있어 과장되거나 감소되어 도시되었으며, 임의의 치수는 단지 예시적인 것이지 한정적인 것은 아니다. 그리고, 둘 이상의 도면에 나타나는 동일한 구조물, 요소 또는 부품에는 동일한 참조 부호가 유사한 특징을 나타내기 위해 사용된다. 어느 부분이 다른 부분의 "위에" 또는 "상에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수도 있다.It is noted that the drawings are schematic and not drawn to scale. Relative dimensions and proportions of parts in the drawings are shown exaggerated or reduced in size for clarity and convenience in the drawings, and any dimensions are illustrative only and not limiting. In addition, the same reference numerals are used to indicate similar features to the same structure, element, or part appearing in two or more drawings. When a part is referred to as being “on” or “on” another part, it may be directly on the other part or the other part may be involved in between.

본 발명의 실시예는 본 발명의 한 실시예를 구체적으로 나타낸다. 그 결과, 도해의 다양한 변형이 예상된다. 따라서 실시예는 도시한 영역의 특정 형태에 국한되지 않으며, 예를 들면 제조에 의한 형태의 변형도 포함한다.The embodiment of the present invention specifically represents one embodiment of the present invention. As a result, various modifications of the diagram are expected. Accordingly, the embodiment is not limited to a specific shape of the illustrated area, and includes, for example, a shape modification by manufacturing.

이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질 시스템에 관하여 설명한다.Hereinafter, a fuel reforming system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1 .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 개질 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 1 is a diagram schematically showing a reforming system according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료 개질 시스템(100)은 엔진(10)과, 흡기라인(5)과, 배기라인(15)과, 연료 개질기(20), 및 촉매(30)를 포함한다. Referring to FIG. 1 , a fuel reforming system 100 according to an embodiment of the present invention includes an engine 10 , an intake line 5 , an exhaust line 15 , a fuel reformer 20 , and a catalyst 30 . ) is included.

엔진(10)은 연료와 공기가 혼합된 혼합기를 연소시켜 화학적 에너지를 기계적 에너지로 변환한다. 엔진(10)은 흡기 매니폴드에 연결되어 연소실 내부로 공기를 유입받으며, 연소 과정에서 발생된 배기가스는 배기 매니폴드에 모인 후 엔진(10) 밖으로 배출되게 된다. 연소실에는 인젝터가 장착되어 연료를 연소실 내부로 분사한다.The engine 10 converts chemical energy into mechanical energy by burning a mixture of fuel and air. The engine 10 is connected to the intake manifold to receive air into the combustion chamber, and the exhaust gas generated in the combustion process is collected in the exhaust manifold and then discharged out of the engine 10 . The combustion chamber is equipped with an injector to inject fuel into the combustion chamber.

흡기라인(5)은 엔진(10)의 입구와 연결되며 엔진(10)으로 개질가스 및 공기를 공급하며, 배기라인(15)도 엔진(10)의 출구와 연결되며 엔진(10)에서 배출되는 배기가스를 유통시킨다. The intake line 5 is connected to the inlet of the engine 10 and supplies reformed gas and air to the engine 10 , and the exhaust line 15 is also connected to the outlet of the engine 10 and is discharged from the engine 10 . circulate exhaust gas.

EGR 라인(17)을 통해 엔진(10)에서 배출되는 배기가스 일부가 엔진(10)에 재공급된다. 또한, EGR 라인(17)은 엔진(10)의 흡기 매니폴드에 연결되어 배기가스 일부가 공기와 섞여 연소 온도가 제어된다. 이러한 연소 온도의 제어는 흡기 매니폴드에 공급되는 배기가스의 양을 조절함으로써 수행된다. 따라서, EGR 라인(17)에는 개질가스의 유량을 조절하는 EGR 밸브(26)가 장착될 수 있다. A portion of the exhaust gas discharged from the engine 10 through the EGR line 17 is re-supplied to the engine 10 . In addition, the EGR line 17 is connected to the intake manifold of the engine 10 so that a portion of the exhaust gas is mixed with air to control the combustion temperature. This control of the combustion temperature is performed by adjusting the amount of exhaust gas supplied to the intake manifold. Therefore, the EGR line 17 may be equipped with an EGR valve 26 for controlling the flow rate of the reformed gas.

EGR 라인(17)에 의해 구현되는 배기가스 재생 시스템은 엔진(10)의 운전 상태에 따라 질소산화물의 배출 양을 저감시킬 필요가 있을 때에, 배기가스의 일부를 엔진(10)의 흡기계에 공급하여 연소실로 유입시키면, 체적이 변하지 않는 불활성 가스인 배기가스가 상대적으로 혼합기의 밀도를 저하시켜 연료의 연소시 화염 전파 속도가 저하됨으로써, 연료의 연소 속도가 저하됨과 더불어 연소 온도의 상승도 억제되어 질소산화물의 생성이 억제되게 된다.The exhaust gas regeneration system implemented by the EGR line 17 supplies a portion of the exhaust gas to the intake system of the engine 10 when it is necessary to reduce the emission amount of nitrogen oxides according to the operating state of the engine 10 . When introduced into the combustion chamber, the exhaust gas, which is an inert gas whose volume does not change, relatively lowers the density of the mixture, thereby lowering the flame propagation speed during fuel combustion. The production of nitrogen oxides is suppressed.

연료 개질기(20)는 배기라인(15)으로부터 분기되는 EGR 라인(17)에 구비되며, 배기가스가 EGR 라인(17)을 통해 분기되어 흐르는 EGR 가스를 연료와 혼합시키고, EGR 가스에 혼합된 연료를 개질시킨다. The fuel reformer 20 is provided in the EGR line 17 branched from the exhaust line 15 , and the EGR gas from which the exhaust gas branches and flows through the EGR line 17 is mixed with the fuel, and the fuel mixed with the EGR gas to reform

촉매(30)는 배기라인(15)에 배치되며, 연료 개질기(20) 전단에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 정화시킨다.The catalyst 30 is disposed in the exhaust line 15 , and purifies nitrogen oxides contained in the exhaust gas at the front end of the fuel reformer 20 .

촉매(30)는 연한(lean) 분위기에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 흡장하고, 농후한(rich) 분위기에서 흡장된 질소산화물을 탈착하며 배기가스에 포함된 질소산화물 또는 탈착된 질소산화물을 환원시키는 질소산화물 흡장 촉매(Lean NOx Trap; LNT)를 포함할 수 있다. 질소산화물 흡장 촉매는 배기가스에 포함된 일산화탄소(CO) 및 탄화수소(HC)를 산화시킬 수 있다. 여기에서, 탄화수소는 배기가스와 연료에 포함된 탄소와 수소로 구성된 화합물을 모두 지칭하는 것으로 이해하여야 할 것이다.The catalyst 30 occludes nitrogen oxides contained in exhaust gas in a lean atmosphere, desorbs nitrogen oxides stored in a rich atmosphere, and reduces nitrogen oxides or desorbed nitrogen oxides contained in exhaust gas. It may include a nitrogen oxide storage catalyst (Lean NOx Trap; LNT). The nitrogen oxide storage catalyst may oxidize carbon monoxide (CO) and hydrocarbons (HC) contained in exhaust gas. Here, it should be understood that the hydrocarbon refers to both a compound composed of carbon and hydrogen contained in exhaust gas and fuel.

또한, 촉매(30)는 환원제를 이용하여 배기가스에 포함된 질소산화물을 환원시키는 선택적환원촉매(Selective Catalytic Reducer; SCR)를 포함할 수 있다. 환원제는 분사모듈에서 분사되는 우레아(요소, Urea)일 수 있다. In addition, the catalyst 30 may include a selective reduction catalyst (Selective Catalytic Reducer; SCR) for reducing nitrogen oxide contained in the exhaust gas by using a reducing agent. The reducing agent may be urea (urea) injected from the injection module.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질 시스템(100)은, 흡기라인(5)에 연결 설치되고 개질가스 및 공기를 압축시켜 엔진(10)으로 공급하는 압축기(6), 및 배기라인(15)에 연결 설치되어 배기가스에 의하여 회전되어 동력을 발생시키는 터빈(7)을 더 포함할 수 있다. On the other hand, the fuel reforming system 100 according to an embodiment of the present invention is connected to the intake line 5 and is provided with a compressor 6 that compresses reformed gas and air and supplies it to the engine 10 , and an exhaust line ( 15) may further include a turbine 7 that is installed to be rotated by exhaust gas to generate power.

또한, 압축기(6)와 연결되며 엔진(10)의 흡기라인(5)에 유입되는 공기와 개질가스를 재차 냉각시키는 인터쿨러(8) 및 유량을 조절하는 스로틀밸브(9)를 구비할 수 있다. In addition, it may include an intercooler 8 that is connected to the compressor 6 and re-cools the air and reformed gas flowing into the intake line 5 of the engine 10 and a throttle valve 9 that adjusts the flow rate.

연료 개질기(20) 후단의 배기라인(15)에는 배기가스의 유량을 조절하는 배기압 제어밸브(32)가 구비될 수 있다. An exhaust pressure control valve 32 for controlling a flow rate of exhaust gas may be provided in the exhaust line 15 at the rear end of the fuel reformer 20 .

한편, EGR 라인(17)에는, 개질가스의 유량을 조절하는 EGR 밸브(26), 및 EGR 밸브(26) 후단에 구비되어 개질가스를 냉각시키는 EGR 쿨러(25)가 설치될 수 있다. Meanwhile, the EGR line 17 may be provided with an EGR valve 26 for controlling the flow rate of the reformed gas, and an EGR cooler 25 provided at a rear end of the EGR valve 26 to cool the reformed gas.

이 때, 연료 개질기(20)는 EGR 라인(17)의 EGR 쿨러(25) 전방에 설치될 수 있다. At this time, the fuel reformer 20 may be installed in front of the EGR cooler 25 of the EGR line 17 .

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질기를 개략적으로 나타내는 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically illustrating a fuel reformer according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 연료 개질기(20)는 외부 하우징(40), 내부 하우징(50), 개질촉매부(60), 및 열교환부(70)를 포함한다. Referring to FIG. 2 , the fuel reformer 20 includes an outer housing 40 , an inner housing 50 , a reforming catalyst unit 60 , and a heat exchange unit 70 .

외부 하우징(40)은 연료 개질기(20)의 외형을 이루며, 외부 하우징(40)의 일측에는 배기가스가 유입되는 배기가스 유입구(42)가 형성되어 있고, 외부 하우징(40)의 타측에는 배기가스가 유출되는 배기가스 유출구(44)가 형성되어 있다. 연료 개질기(20) 전단에 구비된 촉매(30)를 거쳐 배기라인(15)을 통해 흐르는 배기가스가 배기가스 유입구(42)를 통해 연료 개질기(20) 내부로 유입된 후, 배기가스 유출구(44)를 통해 배기라인(15)으로 유출된다. The outer housing 40 forms the outer shape of the fuel reformer 20 , and an exhaust gas inlet 42 through which exhaust gas is introduced is formed on one side of the outer housing 40 , and exhaust gas is formed on the other side of the outer housing 40 . An exhaust gas outlet 44 through which the is discharged is formed. After exhaust gas flowing through the exhaust line 15 through the catalyst 30 provided at the front end of the fuel reformer 20 flows into the fuel reformer 20 through the exhaust gas inlet 42 , the exhaust gas outlet 44 ) through the exhaust line (15).

내부 하우징(50)은 외부 하우징(40) 내에 구비되며, 내부 하우징(50)의 일측에는 연료와 EGR 가스가 유입되는 EGR 유입구(52)가 형성되어 있고, 내부 하우징(50)의 타측에는 연료와 EGR 가스가 유출되는 EGR 유출구(54)가 형성되어 있다. EGR 라인(17)을 통해 흐르는 연료와 EGR 가스는 EGR 유입구(52)를 통해 연료 개질기(20) 내부로 유입된 후, EGR 유출구(54)를 통해 EGR 라인(17)으로 유출된다. The inner housing 50 is provided in the outer housing 40, and an EGR inlet 52 through which fuel and EGR gas are introduced is formed on one side of the inner housing 50, and the fuel and An EGR outlet 54 through which EGR gas flows is formed. The fuel and EGR gas flowing through the EGR line 17 flow into the fuel reformer 20 through the EGR inlet 52 , and then flow out into the EGR line 17 through the EGR outlet 54 .

개질촉매부(60)는 내부 하우징(50)에 구비되며, EGR 유입구(52)를 통해 유입된 혼합된 연료와 EGR 가스를 개질시킨다. The reforming catalyst unit 60 is provided in the inner housing 50 and reforms the mixed fuel and EGR gas introduced through the EGR inlet 52 .

열교환부(70)는 외부 하우징(40)의 내주면과 내부 하우징(50)의 외주면 사이에 구비된다. 배기가스 유입구(42)를 통해 유입된 배기가스가 열교환부(70)를 따라 흐르면서, 배기가스의 배기열을 개질촉매부(60)에 전달한다. The heat exchange unit 70 is provided between the inner circumferential surface of the outer housing 40 and the outer circumferential surface of the inner housing 50 . As the exhaust gas introduced through the exhaust gas inlet 42 flows along the heat exchange unit 70 , the exhaust heat of the exhaust gas is transferred to the reforming catalyst unit 60 .

이 때, 열교환부(70)는 개질촉매부(60)에 대응되는 위치에 구비되며, 개질촉매부(60)를 둘러싸는 형태의 허니콤(honeycomb) 구조로 형성된다. 또한, 열교환부(70)는 배기가스가 통과하는 방향으로 배치된 복수의 금속 재질의 핀을 갖는 구조로 형성될 수 있다. In this case, the heat exchange unit 70 is provided at a position corresponding to the reforming catalyst unit 60 , and has a honeycomb structure surrounding the reforming catalyst unit 60 . In addition, the heat exchange unit 70 may be formed in a structure having a plurality of metal fins disposed in a direction through which the exhaust gas passes.

열교환부(70)를 복수의 핀을 갖는 허니콤 구조로 형성함으로써, 배기가스가 열교환부(70)에서 정체되어 충분한 시간을 가지면서 효율적으로 배기가스의 배기열이 개질촉매부(60)에 전달될 수 있다. By forming the heat exchange unit 70 in a honeycomb structure having a plurality of fins, the exhaust gas is stagnated in the heat exchange unit 70 so that the exhaust heat of the exhaust gas is efficiently transferred to the reforming catalyst unit 60 while having a sufficient time. can

또한, 개질촉매부(60)를 통과하는 혼합된 연료와 EGR 가스가 흐르는 방향과 외부 하우징(40)을 통과하는 배기가스는 서로 반대 방향으로 흐르도록 설정될 수 있다. 이러한 방향 설정에 따라서, 배기가스 유입구(42)를 통해 유입되는 배기가스의 고온의 열이 비교적 저온 상태인, EGR 유출구(54)에 가까운 EGR 가스에 전달되고, 열교환부(70)를 거쳐 흘러가면서 비교적 저온 상태로 된 배기가스의 열은 배기가스 유출구(44) 쪽에서 비교적 고온 상태의 EGR 가스에 전달된다. 즉, EGR 가스와 배기가스의 흐름을 반대 방향으로 함으로써, 연료 개질기 전체적으로 고른 온도로 효과적인 열교환을 수행하도록 할 수 있다.In addition, the direction in which the mixed fuel and EGR gas passing through the reforming catalyst unit 60 flow and the exhaust gas passing through the outer housing 40 may be set to flow in opposite directions. According to this direction setting, the high temperature heat of the exhaust gas flowing in through the exhaust gas inlet 42 is transferred to the EGR gas close to the EGR outlet 54, which is in a relatively low temperature state, and flows through the heat exchange unit 70. The heat of the exhaust gas in a relatively low temperature state is transferred to the EGR gas in a relatively high temperature state from the exhaust gas outlet 44 side. That is, by making the flow of the EGR gas and the exhaust gas in opposite directions, it is possible to perform effective heat exchange at an even temperature throughout the fuel reformer.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 연료 개질기 내 혼합가스와 배기가스의 열교환 구조를 도입함으로써, 개질 반응을 위한 개질 촉매 활성화 온도를 충분히 확보하여 수소 생성을 극대화할 수 있고 개질 효율을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the embodiment of the present invention, by introducing a heat exchange structure between the mixed gas and the exhaust gas in the fuel reformer, the reforming catalyst activation temperature for the reforming reaction can be sufficiently secured to maximize hydrogen production and improve reforming efficiency. can

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments, and can be easily changed by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains from the embodiments of the present invention and equivalent. Including all changes to the extent recognized as such.

5: 흡기라인 6: 압축기
7: 터빈 8: 인터쿨러
9: 스로틀밸브 10: 엔진
15: 배기라인 17: EGR 라인
20: 연료 개질기 25: EGR 쿨러
26: EGR 밸브 30: 촉매
32: 배기압 제어밸브 40: 외부 하우징
42: 배기가스 유입구 44: 배기가스 유출구
50: 내부 하우징 52: EGR 유입구
54: EGR 유출구 60: 개질촉매부
70: 열교환부5: Intake line 6: Compressor
7: Turbine 8: Intercooler
9: throttle valve 10: engine
15: exhaust line 17: EGR line
20: fuel reformer 25: EGR cooler
26: EGR valve 30: catalyst
32: exhaust pressure control valve 40: outer housing
42: exhaust gas inlet 44: exhaust gas outlet
50: inner housing 52: EGR inlet
54: EGR outlet 60: reforming catalyst unit
70: heat exchange unit

Claims (8)

개질가스를 연소시켜서 기계적인 동력을 발생시키는 엔진;
상기 엔진과 연결되며 상기 엔진으로 개질가스 및 공기를 공급하는 흡기라인;
상기 엔진과 연결되며 상기 엔진에서 배출되는 배기가스를 유통시키는 배기라인;
상기 배기라인으로부터 분기되는 배기가스 재순환(EGR) 라인에 구비되며, 상기 배기가스가 상기 EGR 라인으로 분기되어 흐르는 EGR 가스를 연료와 혼합시키고, 상기 EGR 가스에 혼합된 연료를 개질시켜 개질가스로 변환시키는 연료 개질기; 및
상기 배기라인에 배치되며, 상기 연료 개질기 전단에서 배기가스에 포함된 질소산화물을 정화시키는 촉매를 포함하고,
상기 연료 개질기는,
배기가스가 각각 유입 및 유출되는 배기가스 유입구 및 배기가스 유출구를 구비하며, 배기가스가 통과하는 외부 하우징;
상기 외부 하우징 내에 구비되며, 연료와 EGR 가스가 각각 유입 및 유출되는 EGR 유입구 및 EGR 유출구를 구비하며, 혼합된 연료와 EGR 가스가 통과하는 내부 하우징;
상기 내부 하우징에 구비되며, 혼합된 연료를 개질시키는 개질촉매부; 및
상기 외부 하우징의 내주면과 상기 내부 하우징의 외주면 사이에 구비되어 배기가스의 배기열을 상기 개질촉매부에 전달하는 열교환부를 포함하고,
상기 연료 개질기는, 배기열 회수를 통한 상기 EGR 가스의 온도 상승으로 상기 개질촉매부의 촉매 활성화 온도를 상승시켜 개질 운전 영역을 확대하도록 하며,
상기 열교환부는,
상기 개질촉매부에 대응되는 위치에 구비되며, 상기 개질촉매부를 둘러싸는 형태의 허니콤(honeycomb) 구조로 형성되는 연료 개질 시스템.an engine for generating mechanical power by burning reformed gas;
an intake line connected to the engine and supplying reformed gas and air to the engine;
an exhaust line connected to the engine and configured to distribute exhaust gas discharged from the engine;
It is provided in an exhaust gas recirculation (EGR) line branched from the exhaust line, the exhaust gas is branched into the EGR line, and the flowing EGR gas is mixed with fuel, and the fuel mixed with the EGR gas is reformed into reformed gas. Letting fuel reformer; and
It is disposed in the exhaust line, and includes a catalyst for purifying nitrogen oxides contained in the exhaust gas at the front end of the fuel reformer,
The fuel reformer,
an external housing having an exhaust gas inlet and an exhaust gas outlet through which exhaust gas flows in and out, respectively, and through which the exhaust gas passes;
an inner housing provided in the outer housing, having an EGR inlet and an EGR outlet through which fuel and EGR gas are introduced and discharged, respectively, and through which mixed fuel and EGR gas pass;
a reforming catalyst unit provided in the inner housing and reforming the mixed fuel; and
and a heat exchange unit provided between the inner circumferential surface of the outer housing and the outer circumferential surface of the inner housing to transfer exhaust heat of exhaust gas to the reforming catalyst,
The fuel reformer increases the catalyst activation temperature of the reforming catalyst unit by increasing the temperature of the EGR gas through exhaust heat recovery to expand the reforming operation area,
The heat exchange unit,
A fuel reforming system provided at a position corresponding to the reforming catalyst unit and formed in a honeycomb structure surrounding the reforming catalyst unit. 삭제delete 제 1 항에서,
상기 열교환부는,
배기가스가 통과하는 방향으로 배치된 복수의 핀을 갖는 구조로 형성되는 연료 개질 시스템.In claim 1,
The heat exchange unit,
A fuel reforming system formed in a structure having a plurality of fins disposed in a direction through which exhaust gas passes. 제 3 항에서,
상기 복수의 핀은 금속 재질로 이루어지는 연료 개질 시스템.In claim 3,
The plurality of fins is a fuel reforming system made of a metal material. 제 1 항에서,
상기 개질촉매부를 통과하는 혼합된 연료와 EGR 가스와 상기 외부 하우징을 통과하는 배기가스는 서로 반대 방향으로 흐르는 연료 개질 시스템.In claim 1,
A fuel reforming system in which the mixed fuel and EGR gas passing through the reforming catalyst unit and exhaust gas passing through the outer housing flow in opposite directions. 제 1 항에서,
상기 흡기라인에 연결 설치되고 상기 개질가스 및 공기를 압축시켜 상기 엔진으로 공급하는 압축기; 및
상기 배기라인에 연결 설치되어 상기 배기가스에 의하여 회전되어 동력을 발생시키는 터빈을 더 포함하는 연료 개질 시스템.In claim 1,
a compressor connected to the intake line and compressed to supply the reformed gas and air to the engine; and
The fuel reforming system further comprising a turbine connected to the exhaust line and rotated by the exhaust gas to generate power. 제 1 항에서,
상기 EGR 라인에는,
개질가스의 유량을 조절하는 EGR 밸브, 및
상기 EGR 밸브 후단에 구비되어 개질가스를 냉각시키는 EGR 쿨러가 설치되는 연료 개질 시스템.In claim 1,
In the EGR line,
An EGR valve for regulating the flow rate of the reformed gas, and
A fuel reforming system in which an EGR cooler provided at a rear end of the EGR valve to cool the reformed gas is installed. 제 7 항에서,
상기 연료 개질기는 상기 EGR 라인의 상기 EGR 쿨러 전방에 설치되는 연료 개질 시스템.In claim 7,
The fuel reformer is installed in front of the EGR cooler in the EGR line.
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