KR20070035219A - Apparatus for reforming fuel - Google Patents

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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 개질장치는, 제1 도관, 및 상기 제1 도관의 내부에 배치되는 제2 도관을 포함하는 본체와, 상기 제2 도관에 설치되어 이 제2 도관의 내부에서 소정의 연료를 연소시켜 열 에너지를 발생시키는 열원부와, 상기 제1 도관과 상기 제2 도관 사이의 영역에 개질 촉매를 충진 형성하여 상기 연료의 개질 반응에 의해 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키는 개질 반응부와, 상기 본체를 감싸도록 설치되어 상기 열원부로부터 배출되는 상기 연료의 연소 가스를 상기 개질 반응부의 외측으로 유동시키는 하우징을 포함한다.A fuel reformer according to an exemplary embodiment of the present invention includes a main body including a first conduit, and a second conduit disposed inside the first conduit, and installed in the second conduit and in the interior of the second conduit. A reformed gas-containing reformed gas is generated by reforming the fuel by forming a reforming catalyst in a region between the first conduit and the second conduit, wherein And a housing installed to surround the main body to flow the combustion gas of the fuel discharged from the heat source unit to the outside of the reforming reaction unit.

연료전지, 개질장치, 열원부, 개질반응부, 하우징, 열에너지, 유동경로, 온도분포 Fuel cell, reforming unit, heat source unit, reforming reaction unit, housing, thermal energy, flow path, temperature distribution

Description

연료 개질장치 {APPARATUS FOR REFORMING FUEL}Fuel reformer {APPARATUS FOR REFORMING FUEL}

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 개질장치의 구성을 도시한 분해 사시도이다.1 is an exploded perspective view showing the configuration of a fuel reformer according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2는 도 1의 결합 단면 구성도이다.2 is a cross-sectional view of the combined configuration of FIG.

도 3은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 연료 개질장치의 구성을 도시한 단면 구성도이다.3 is a cross-sectional view showing the configuration of a fuel reforming apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention.

본 발명은 연료 개질장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 열원부에서 발생되는 열 에너지의 열 전달 구조를 개선한 연료 개질장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel reformer, and more particularly, to a fuel reformer having an improved heat transfer structure of thermal energy generated from a heat source portion.

알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 탄화 수소 계열의 연료를 이용하여 전기 에너지를 발생시키는 발전 시스템으로서 구성된다.As is known, a fuel cell is configured as a power generation system that generates electrical energy using a hydrocarbon-based fuel.

이러한 연료 전지는 크게, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)와, 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxydation Membrane Fuel Cell)(당 업계에서는 통상적으로 "직접 메탄올형 연료 전지(Direct Methanol Fuel Cell: DMFC)" 라고도 한다.)로 구분될 수 있다.Such fuel cells are largely referred to as Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells and Direct Oxidation Membrane Fuel Cells. DMFC). ").

이 중에서 고분자 전해질형 연료 전지는 출력 특성이 탁월하며, 작동 온도가 낮고, 빠른 시동 및 응답 특성으로 인해 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공 건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.Among them, the polymer electrolyte fuel cell has excellent output characteristics, low operating temperature, fast start-up and response characteristics, and therefore, a portable power supply such as a car, a small power supply such as a distributed power supply such as a house and a public building, and an electronic device Etc. has a wide range of applications.

이와 같은 고분자 전해질형 연료 전지 방식을 채용한 연료 전지 시스템은 스택(stack)이라 불리는 연료 전지 본체(이하, 편의상 "스택" 이라 한다)와, 연료를 개질하여 수소를 함유하고 있는 개질 가스를 발생시키고 이 개질 가스를 스택으로 공급하는 연료 개질장치와, 산화제 가스를 스택으로 공급하기 위한 산화제 가스 공급장치를 구비한다. 따라서 스택에서는 연료 개질장치로부터 공급되는 개질 가스, 및 산화제 공급장치로부터 공급되는 산화제 가스의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시킨다.A fuel cell system employing such a polymer electrolyte fuel cell system has a fuel cell body (hereinafter referred to as a "stack" for convenience) called a stack, and a reformed fuel to generate reformed gas containing hydrogen. A fuel reformer for supplying the reformed gas to the stack, and an oxidant gas supply device for supplying the oxidant gas to the stack. Thus, the stack generates electrical energy by the electrochemical reaction of the reforming gas supplied from the fuel reformer and the oxidant gas supplied from the oxidant supply.

이 중에서, 연료 개질장치는 연료를 직접적으로 연소시켜 열 에너지를 발생시키는 열원부와, 이 열 에너지를 이용한 연료의 개질 반응에 의해 개질 가스를 발생시키는 개질 반응부를 포함하여 구성된다.Among these, the fuel reformer includes a heat source portion for directly burning fuel to generate thermal energy, and a reforming reaction portion for generating reformed gas by reforming reaction of the fuel using the thermal energy.

그런데, 종래의 연료 개질장치는 열원부에서 연료가 연소될 때 발생하는 비교적 고온의 연소 가스를 그대로 방출하게 되는 바, 이로 인해 연소 가스 자체의 열 에너지가 손실됨에 따라 초기 기동 시간이 길어지게 되고, 결과적으로는 전체 장치의 열 효율 및 성능 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다.However, the conventional fuel reformer emits a relatively high temperature combustion gas generated when the fuel is burned in the heat source unit as it is, and as a result, the initial startup time becomes longer as the thermal energy of the combustion gas itself is lost. As a result, there is a problem that the thermal efficiency and performance efficiency of the entire device is reduced.

본 발명은 상술한 문제점을 감안한 것으로, 그 목적은 열원부에서 발생되는 연소 가스 자체의 열 에너지를 개질 반응부에 부가적으로 제공할 수 있는 연료 개질장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a fuel reforming apparatus capable of additionally providing thermal energy of combustion gas itself generated in a heat source portion to a reforming reaction portion.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 개질장치는, 제1 도관, 및 상기 제1 도관의 내부에 배치되는 제2 도관을 포함하는 본체와, 상기 제2 도관에 설치되어 이 제2 도관의 내부에서 소정의 연료를 연소시켜 열 에너지를 발생시키는 열원부와, 상기 제1 도관과 상기 제2 도관 사이의 영역에 개질 촉매를 충진 형성하여 상기 연료의 개질 반응에 의해 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키는 개질 반응부와, 상기 본체를 감싸도록 설치되어 상기 열원부로부터 배출되는 상기 연료의 연소 가스를 상기 개질 반응부의 외측으로 유동시키는 하우징을 포함한다.In order to achieve the above object, a fuel reforming apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention includes a main body including a first conduit and a second conduit disposed inside the first conduit and the second conduit. And a reforming reaction of the fuel by forming a reforming catalyst in a region between the first conduit and the second conduit, the heat source unit configured to burn a predetermined fuel to generate thermal energy in the second conduit. A reforming reaction unit generating a reformed gas containing hydrogen, and a housing installed to surround the main body and flowing a combustion gas of the fuel discharged from the heat source unit to the outside of the reforming reaction unit.

상기 연료 개질장치는, 상기 하우징과 상기 제1 도관 사이의 영역에 상기 연소 가스를 유동시키는 유동 경로를 형성하여 이루어질 수 있다.The fuel reformer may be formed by forming a flow path for flowing the combustion gas in an area between the housing and the first conduit.

상기 연료 개질장치에 있어서, 상기 하우징은, 상기 유동 경로를 따라 유동하는 상기 연소 가스를 배출시키기 위한 적어도 하나의 배출구를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 하우징은 단열 소재로서 형성될 수 있다.In the fuel reformer, the housing may include at least one outlet for discharging the combustion gas flowing along the flow path. At this time, the housing may be formed as a heat insulating material.

상기 연료 개질장치에 있어서, 상기 열원부는 상기 제2 도관의 일측 단부에 연결되게 설치되어 상기 연료를 공기와 함께 착화 연소시키는 토치부재를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 열원부는, 상기 토치부재에 형성되어 상기 연료와 공기를 상기 제2 도관의 내부로 주입시키기 위한 제1 주입구와, 상기 제2 도관의 다른 일 측 단부에 형성되어 상기 연소 가스를 상기 제1 도관과 상기 하우징 사이의 영역으로 배출시키기 위한 제1 배출구를 포함할 수 있다.In the fuel reforming apparatus, the heat source unit may include a torch member installed to be connected to one end of the second conduit to ignite and combust the fuel together with air. In this case, the heat source portion is formed in the torch member to form a first inlet for injecting the fuel and air into the second conduit and the other end of the second conduit to form the combustion gas. And a first outlet for discharging into the area between the conduit and the housing.

상기 연료 개질장치에 있어서, 상기 열원부는, 상기 제2 도관의 내부에 산화 촉매를 충진 형성하여 상기 산화 촉매에 의한 상기 연료와 공기의 산화 반응을 통해 상기 열 에너지를 발생시키는 구조로서 이루어질 수도 있다. 이 경우 상기 열원부는, 상기 제2 도관의 일측 단부에 형성되어 상기 연료와 공기를 상기 제2 도관의 내부로 주입시키기 위한 제1 주입구와, 상기 제2 도관의 다른 일측 단부에 형성되어 상기 연소 가스를 상기 제1 도관과 상기 하우징 사이의 영역으로 배출시키기 위한 제1 배출구를 포함할 수 있다.In the fuel reformer, the heat source portion may be formed as a structure for filling the oxidation catalyst in the second conduit to generate the thermal energy through an oxidation reaction between the fuel and the air by the oxidation catalyst. In this case, the heat source portion is formed at one end of the second conduit to inject the fuel and air into the second conduit, and is formed at the other end of the second conduit and the combustion gas It may include a first outlet for discharging to the area between the first conduit and the housing.

상기 연료 개질장치에 있어서, 상기 개질 반응부는, 상기 제1 도관의 일측 단부에 형성되어 상기 연료를 상기 제1 도관과 상기 제2 도관 사이의 영역으로 주입시키기 위한 제2 주입구와, 상기 제1 도관의 다른 일측 단부에 형성되어 상기 개질 가스를 배출시키기 위한 제2 배출구를 포함할 수 있다.In the fuel reformer, the reforming reaction unit is formed at one end of the first conduit, a second injection port for injecting the fuel into the region between the first conduit and the second conduit, and the first conduit It is formed at the other end of the may include a second outlet for discharging the reformed gas.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 개질장치의 구성을 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 결합 단면 구성도이다.1 is an exploded perspective view showing the configuration of a fuel reforming apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention, Figure 2 is a combined cross-sectional view of FIG.

이 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 연료 개질장치(100)를 설명하 면, 이 연료 개질장치(100)는 산화제 가스와 함께 연료를 연소시켜 열을 발생시키고, 이 열을 이용한 연료의 개질 반응에 의해 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키는 구조로 이루어진다.Referring to the fuel reforming apparatus 100 according to an embodiment of the present invention with reference to the drawings, the fuel reforming apparatus 100 generates heat by burning the fuel together with the oxidant gas, It consists of a structure which produces | generates the reformed gas containing hydrogen by a reforming reaction.

이러한 연료 개질장치(100)는, 개질 가스의 산화 반응 및 산화제 가스의 환원 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 통상적인 고분자 전해질형 연료 전지로서 구성되는 스택으로 개질 가스를 제공하는 기능을 하게 된다.The fuel reformer 100 functions to provide reformed gas to a stack configured as a conventional polymer electrolyte fuel cell that generates electrical energy through oxidation reaction of reformed gas and reduction reaction of oxidant gas.

본 장치(100)에 사용되는 연료는 메탄올, 에탄올, LPG, LNG, 가솔린 등과 같이 수소를 함유한 액체 또는 기체 연료를 포함할 수 있다. 그리고 본 장치(100)는 산화제 가스로서 별도의 저장수단에 저장된 산소를 사용할 수 있고, 산소를 함유하고 있는 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 후자를 예로 하여 설명한다.The fuel used in the apparatus 100 may include a liquid or gaseous fuel containing hydrogen, such as methanol, ethanol, LPG, LNG, gasoline, and the like. In addition, the apparatus 100 may use oxygen stored in a separate storage means as an oxidant gas, and may use air containing oxygen as it is. However, hereinafter, the latter will be described as an example.

상술한 바와 같은 연료 개질장치(100)는, 공기와 함께 연료를 연소시켜 열 에너지를 발생시키는 열원부(10)와, 이 열을 이용한 연료의 개질 반응을 통해 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키는 개질 반응부(30)를 포함하여 구성된다.The fuel reforming apparatus 100 as described above generates a reformed gas containing hydrogen through a heat source unit 10 for burning heat together with air to generate thermal energy, and a reforming reaction of the fuel using the heat. It is configured to include a reforming reaction unit 30.

이러한 개질장치(100)는 동심원을 갖는 이중 관로 형태의 본체(50)로서 구성되는 바, 이 본체(50)는 제1 도관(51)과, 제1 도관(51)의 내부에 배치되는 제2 도관(52)을 구비한다.The reformer 100 is configured as a main body 50 in the form of a double conduit with concentric circles, the main body 50 having a first conduit 51 and a second disposed inside the first conduit 51. A conduit 52.

제1 도관(51)은 소정의 관로 단면적을 가지면서 실질적으로 양단이 폐쇄된 원형의 파이프 타입으로 이루어진다. 제2 도관(52)은 제1 도관(51)의 관로 단면적 보다 상대적으로 작은 관로 단면적을 가지면서 실질적으로 양단이 폐쇄된 원형의 파이프 타입으로 이루어진다. 이 때 제2 도관(52)은 이의 외주면과 제1 도관(51)의 내주면이 일정 간격 이격되도록 제1 도관(51)의 내부 중심 방향(동축 방향)으로 배치된다.The first conduit 51 is of a circular pipe type having a predetermined pipe cross-sectional area and substantially closed at both ends. The second conduit 52 is of a circular pipe type with substantially closed both ends, with a conduit cross section relatively smaller than the conduit cross section of the first conduit 51. At this time, the second conduit 52 is disposed in the inner center direction (coaxial direction) of the first conduit 51 such that its outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the first conduit 51 are spaced apart by a predetermined interval.

이와 같이 구성되는 개질장치(100)에 있어, 본 실시예에 의한 열원부(10)는 연료를 연소시켜 이 때 발생하는 열 에너지를 개질 반응부(30)에 제공하기 위한 것으로서, 제2 도관(52)의 일측 단부에 연결되게 설치되는 토치부재(11)를 구비한다. 이 토치부재(11)는 제2 도관(52)의 내부 공간에서 공기와 함께 연료를 착화 연소시키는 기능을 하게 된다.In the reforming apparatus 100 configured as described above, the heat source unit 10 according to the present embodiment is to burn the fuel and provide thermal energy generated at this time to the reforming reaction unit 30, and the second conduit ( Torch member 11 is installed to be connected to one end of the 52. The torch member 11 functions to ignite and burn fuel together with air in the inner space of the second conduit 52.

이러한 토치부재(11)는 연료와 공기를 점화시키기 위한 통상적인 점화 플러그(도면에 도시하지 않음)를 설치하고 있으며, 연료와 공기를 제2 도관(52)의 내부 공간으로 주입시키기 위한 제1 주입구(13a)를 형성하고 있다. 이에 더하여, 열원부(10)는 제2 도관(52)의 내부 공간에서 연료와 공기가 연소될 때 발생되는 연소 가스를 배출시키기 위한 제1 배출구(13b)를 제2 도관(52)의 다른 일측 단부에 형성하고 있다.The torch member 11 is provided with a conventional spark plug (not shown) for igniting fuel and air, and a first inlet for injecting fuel and air into the inner space of the second conduit 52. (13a) is formed. In addition, the heat source unit 10 has a first outlet 13b for discharging the combustion gas generated when the fuel and the air are combusted in the inner space of the second conduit 52 and the other side of the second conduit 52. It is formed at the end.

본 실시예에서, 개질 반응부(30)는 열원부(10)로부터 제공되는 열 에너지를 흡열하여 별도로 공급되는 연료의 개질 반응을 통해 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키기 위한 것으로서, 제1 도관(51)과 제2 도관(52) 사이의 영역에 개질 촉매(31)를 충전 형성하여 이루어진다. 이러한 개질 촉매(31)는 연료의 개질 반응을 촉진시키기 위한 것으로, 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 또는 티타니아(TiO2)로 이루 어진 펠릿(pellet) 형태의 담체에 구리(Cu), 니켈(Ni), 백금(Pt)과 같은 촉매 물질을 담지하여 형성될 수 있다.In the present embodiment, the reforming reaction unit 30 absorbs heat energy provided from the heat source unit 10 and generates a reformed gas containing hydrogen through reforming reaction of a fuel supplied separately. The reforming catalyst 31 is packed and formed in the region between the 51 and the second conduit 52. The reforming catalyst 31 is for promoting the reforming reaction of the fuel, the copper (Cu) in a pellet (carrier) form of a carrier consisting of alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ) or titania (TiO 2 ) ), And may be formed by supporting a catalyst material such as nickel (Ni) and platinum (Pt).

이에 더하여, 개질 반응부(30)에는 제1 도관(51)과 제2 도관(52) 사이의 영역으로 연료를 주입시키기 위한 제2 주입구(33a)를 제1 도관(51)의 일측 단부에 형성하고 있다. 그리고 개질 반응부(30)는 제1 도관(51)과 제2 도관(52) 사이의 영역에서 개질 촉매(31)에 의한 연료의 개질 반응을 통해 발생되는 개질 가스를 배출시키기 위한 제2 배출구(33b)를 제1 도관(51)의 다른 일측 단부에 형성하고 있다.In addition, the reforming reaction unit 30 has a second injection hole 33a formed at one end of the first conduit 51 for injecting fuel into a region between the first conduit 51 and the second conduit 52. Doing. The reforming reaction unit 30 may include a second outlet for discharging the reformed gas generated through the reforming reaction of the fuel by the reforming catalyst 31 in the region between the first conduit 51 and the second conduit 52. 33b) is formed in the other end part of the 1st conduit 51. FIG.

상기와 같이 구성되는 연료 개질장치(100)는 본체(50)를 감싸도록 설치되는 하우징(70)이 제공되는 바, 이 하우징(70)은 열원부(10)의 제1 배출구(13b)를 통해 배출되는 비교적 고온의 연소 가스를 개질 반응부(30)의 외측으로 유동시킴으로써 연소 가스 자체의 열 에너지를 개질 반응부(30)에 부가적으로 제공하는 기능을 하게 된다. 그리고 이러한 하우징(70)은 열원부(10)에 의해 본체(50)에 작용하는 열 에너지가 외부로 방출되지 않게 단열시키는 이른 바, 단열 케이스로서의 기능도 하게 된다.The fuel reforming apparatus 100 configured as described above is provided with a housing 70 installed to surround the main body 50, and the housing 70 is provided through the first outlet 13b of the heat source unit 10. By flowing the discharged relatively high temperature combustion gas to the outside of the reforming reaction unit 30, the heat energy of the combustion gas itself is additionally provided to the reforming reaction unit 30. In addition, the housing 70 also functions as a so-called heat insulating case so as to insulate the heat energy acting on the main body 50 by the heat source part 10 from being released to the outside.

본 실시예에서, 하우징(70)은 본체(50)를 수용하는 내부 공간을 가지면서 일측 단부가 개방되고 다른 일측 단부가 폐쇄된 원통형의 도관 형태로서 이루어지며, 상기 일측 단부의 개방단과 결합하여 상기 내부 공간을 밀봉시키는 밀봉 캡(71)을 포함하여 구성된다. 이 때, 밀봉 캡(71)은 본체(50)를 하우징(70)의 내부 공간에 수용한 상태에서, 제2 도관(52)의 일측 단부를 하우징(70)의 외부로 관통시킬 수 있는 환형의 플랜지 형태로서 구비된다.In the present embodiment, the housing 70 is formed as a cylindrical conduit having an inner space for accommodating the body 50 and having one end open and the other end closed, in combination with the open end of the one end. And a sealing cap 71 for sealing the internal space. At this time, the sealing cap 71 has an annular shape that can penetrate one end of the second conduit 52 to the outside of the housing 70 while the main body 50 is accommodated in the interior space of the housing 70. It is provided in the form of a flange.

여기서, 하우징(70)은 제1 도관(51) 및 제2 도관(52)에 대하여 동심원을 가지면서 이의 내주면과 제1 도관(51)의 외주면이 일정 간격으로 이격되게 설치되는 바, 제1 도관(51)의 관로 단면적 보다 큰 관로 단면적을 갖도록 구비된다. 이로써 하우징(70)은 열원부(10)의 제1 배출부(13b)를 통해 배출되는 연소 가스를 개질 반응부(30)의 외측으로 유동시킬 수 있는 유동 경로(73)를 형성할 수 있게 된다. 이 때, 하우징(70)은 열원부(10)에 의해 본체(50)에 작용하는 열 에너지를 단열시키기 위해, 열전도도가 작은 단열 소재 예컨대, 스테인레스 강, 지르코늄, 알루미늄 등과 같은 금속 단열 소재 또는 세라믹 등과 같은 비금속 단열 소재로서 형성될 수 있다.Here, the housing 70 has a concentric circle with respect to the first conduit 51 and the second conduit 52, the inner circumferential surface thereof and the outer circumferential surface of the first conduit 51 are spaced apart at regular intervals. It is provided so as to have a pipeline cross-sectional area larger than the pipeline cross-sectional area of (51). As a result, the housing 70 may form a flow path 73 through which the combustion gas discharged through the first discharge part 13b of the heat source part 10 may flow out of the reforming reaction part 30. . In this case, the housing 70 is a heat insulating material having a low thermal conductivity, for example, a metal heat insulating material such as stainless steel, zirconium, aluminum, or ceramics to insulate the heat energy acting on the body 50 by the heat source part 10. It may be formed as a non-metal insulating material such as.

이에 더하여, 하우징(70)은 언급한 바 있는 유동 경로(73)를 통해 순환하는 연소 가스를 배출시키기 위한 적어도 하나의 배출구(75)를 이의 개방단 측에 형성하고 있다. 이러한 배출구(75)는 하우징(70)의 내부 중심을 기준으로 할 때, 하우징(70)의 개방단 측에 방사상으로서 형성되며, 바람직하게는 하우징(70)의 개방단 측에 90°간격으로 4개가 형성될 수 있다.In addition, the housing 70 defines at least one outlet 75 on its open end side for discharging the combustion gas circulating through the flow path 73 mentioned above. The discharge port 75 is formed radially on the open end side of the housing 70 when the inner center of the housing 70 is referred to, preferably 4 at 90 ° intervals on the open end side of the housing 70. Dogs can be formed.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료 개질장치(100)의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the fuel reforming apparatus 100 according to the embodiment of the present invention configured as described above in detail as follows.

우선, 연료와 공기는 토치부재(11)의 제1 주입구(13a)를 통해 제2 도관(52)의 내부 공간으로 공급된다.First, fuel and air are supplied to the internal space of the second conduit 52 through the first inlet 13a of the torch member 11.

이 상태에서, 점화 플러그(도면에 도시하지 않음)를 작동시키게 되면, 열원부(10)에서는 연료와 공기가 제2 도관(52)의 내부 공간으로 분산되면서 점화 플러 그의 작동에 의해 착화되고, 제2 도관(52)의 내부 공간에서 연소되면서 열 에너지를 발생시키게 된다. 따라서, 개질 반응부(30)가 열원부(10)의 외측에 형성되고 있기 때문에, 상기한 열 에너지는 제2 도관(52)을 통해 개질 반응부(30)의 개질 촉매(31)에 제공된다.In this state, when the spark plug (not shown) is operated, in the heat source unit 10, fuel and air are dispersed into the inner space of the second conduit 52 and ignited by the operation of the spark plug. It burns in the inner space of the two conduits 52 and generates heat energy. Therefore, since the reforming reaction part 30 is formed outside the heat source part 10, the above heat energy is provided to the reforming catalyst 31 of the reforming reaction part 30 through the second conduit 52. .

이러는 과정을 거치는 동안, 제2 도관(52)의 내부에서 연료와 공기가 연소될 때 발생하는 비교적 고온의 연소 가스는 열원부(10)의 제1 배출구(13b)를 통해 배출되게 된다.During this process, relatively hot combustion gas generated when fuel and air are combusted in the second conduit 52 is discharged through the first outlet 13b of the heat source unit 10.

이어서, 상기 연소 가스는 도면에 화살표로 표시한 바와 같이, 제1 도관(51)과 하우징(70) 사이의 유동 경로(73)를 따라 개질 반응부(30)의 외측으로 순환되면서 이 연소 가스 자체의 열 에너지를 개질 반응부(30)에 대하여 부가적으로 제공하게 된다. 따라서, 개질 반응부(30)는 열원부(10)로부터 직접적으로 제공되는 열 에너지, 및 연소 가스 자체의 열 에너지를 제공받아 전 영역에 대해 연료의 개질 반응에 필요한 반응 개시 온도 범위로서 고른 온도 분포를 유지하게 된다. 이 때, 유동 경로(73)를 따라 순환하는 연소 가스는 하우징(70)의 배출구(75)를 통해 외부로 배출되게 된다.Subsequently, the combustion gas is circulated to the outside of the reforming reaction unit 30 along the flow path 73 between the first conduit 51 and the housing 70, as indicated by the arrow in the figure, and the combustion gas itself. The thermal energy of the additionally to the reforming reaction unit 30. Therefore, the reforming reaction unit 30 receives the heat energy provided directly from the heat source unit 10 and the heat energy of the combustion gas itself, and thus the temperature distribution evenly selected as the reaction initiation temperature range required for the reforming reaction of the fuel for all regions. Will be maintained. At this time, the combustion gas circulating along the flow path 73 is discharged to the outside through the discharge port 75 of the housing 70.

이 상태에서, 연료는 개질 반응부(30)의 제1 주입구(33a)를 제1 도관(51)과 제2 도관(52) 사이의 영역으로 공급된다. 그러면, 개질 반응부(30)에서는 개질 촉매(31)에 의한 연료의 개질 반응이 진행되어 수소를 함유하고 있는 개질 가스를 발생시킨다. 이 때, 개질 가스는 개질 반응부(30)의 제2 배출구(33b)를 통해 배출되어 고분자 전해질형 연료 전지로서 구성되는 스택으로 공급되는 바, 이 스택에서는 개질 가스 중에 함유된 수소의 산화 반응, 및 별도로 공급되는 공기의 환원 반응이 진행되어 기설정된 용량의 전기 에너지를 출력시키게 된다.In this state, fuel is supplied to the region between the first conduit 51 and the second conduit 52 through the first inlet 33a of the reforming reaction section 30. The reforming reaction unit 30 then proceeds with the reforming reaction of the fuel by the reforming catalyst 31 to generate reformed gas containing hydrogen. At this time, the reformed gas is discharged through the second outlet 33b of the reforming reaction unit 30 and supplied to the stack configured as the polymer electrolyte fuel cell, in which the oxidation reaction of hydrogen contained in the reformed gas, And a reduction reaction of the separately supplied air is performed to output electric energy of a predetermined capacity.

도 3은 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 연료 개질장치의 구성을 도시한 단면 구성도이다.3 is a cross-sectional view showing the configuration of a fuel reforming apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 연료 개질장치(200)는 전기 실시예의 구조를 기본으로 하면서, 제2 도관(152)의 내부에 산화 촉매(115)를 충진 형성하여 이루어지는 열원부(110)를 구성할 수 있다.Referring to the drawings, the fuel reformer 200 according to the present embodiment is based on the structure of the electric embodiment, the heat source unit 110 is formed by filling the oxidation catalyst 115 in the interior of the second conduit 152. Can be configured.

이러한 열원부(110)는 산화 촉매(115)에 의한 연료와 공기의 산화 반응을 통해 열 에너지를 발생시키는 구조로 이루어진다. 이 열원부(110)는 제2 도관(152)의 일측 단부에 형성되어 연료와 공기를 제2 도관(152)의 내부로 주입시키기 위한 제1 주입구(113a)와, 제2 도관(152)의 다른 일측 단부에 형성되어 산화 촉매(115)에 의해 연료와 공기가 연소될 때 발생하는 연소 가스를 배출시키기 위한 제1 배출구(113b)를 구비한다.The heat source unit 110 is configured to generate heat energy through an oxidation reaction between fuel and air by the oxidation catalyst 115. The heat source unit 110 is formed at one end of the second conduit 152 so as to inject fuel and air into the second conduit 152 and the first inlet 113a and the second conduit 152. It is formed at the other end and provided with a first discharge port (113b) for discharging the combustion gas generated when the fuel and air is combusted by the oxidation catalyst 115.

여기서, 산화 촉매(115)는 연료와 공기의 산화 반응을 촉진시키기 위한 것으로서, 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 또는 티타니아(TiO2)로 이루어진 펠릿(pellet) 형태의 담체에 백금(Pt), 루테늄(Ru)과 같은 촉매 물질을 담지하여 형성될 수 있다.Here, the oxidation catalyst 115 is for promoting the oxidation reaction of fuel and air, and platinum in a pellet-type carrier made of alumina (Al 2 O 3 ), silica (SiO 2 ) or titania (TiO 2 ). It may be formed by supporting a catalyst material such as (Pt) and ruthenium (Ru).

따라서, 상기와 같이 구성되는 연료 개질장치(200)의 작용시, 열원부(110)의 제1 주입구(113a)를 통해 연료와 공기를 제2 도관(152)의 내부로 공급하게 되면, 열원부(110)에서는 산화 촉매(115)에 의한 연료와 공기의 산화 반응을 통해 열 에너지를 발생시키게 된다. 그리고, 산화 촉매(115)에 의해 연료와 공기가 연소될 때 발생하는 연소 가스는 열원부(110)의 제1 배출구(113b)를 통해 배출되게 된다.Therefore, when the fuel reforming apparatus 200 configured as described above is supplied with fuel and air to the inside of the second conduit 152 through the first injection hole 113a of the heat source unit 110, the heat source unit In 110, heat energy is generated through an oxidation reaction between fuel and air by the oxidation catalyst 115. In addition, the combustion gas generated when the fuel and the air are combusted by the oxidation catalyst 115 is discharged through the first outlet 113b of the heat source unit 110.

본 실시예에 의한 연료 개질장치(200)의 나머지 구성 및 작용은 전기 실시예와 같으므로 자세한 설명은 생략한다.Since the rest of the configuration and operation of the fuel reformer 200 according to the present embodiment is the same as the above embodiment, a detailed description thereof will be omitted.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 열원부에서 배출되는 연소 가스를 개질 반응부와 하우징 사이의 유동 경로를 통해 순환시키는 구조로서 이루어지므로, 연소 가스 자체의 열 에너지를 개질 반응부에 부가적으로 제공할 수 있게 된다. 따라서, 개질 반응부의 전 영역에 대해 개질 반응에 필요한 반응 개시 온도 범위로서 고른 온도 분포를 유지시킬 수 있게 되므로, 장치의 초기 기동 시간을 단축시킬 수 있으며, 결과적으로는 전체 장치의 열 효율 및 성능 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.According to the present invention as described above, since the combustion gas discharged from the heat source portion circulates through the flow path between the reforming reaction portion and the housing, the heat energy of the combustion gas itself is additionally provided to the reforming reaction portion. You can do it. Therefore, it is possible to maintain an even temperature distribution as the reaction initiation temperature range required for the reforming reaction over the entire region of the reforming reaction section, thereby reducing the initial startup time of the apparatus, and consequently the thermal and performance efficiency of the entire apparatus. Can be further improved.

Claims (9)

제1 도관, 및 상기 제1 도관의 내부에 배치되는 제2 도관을 포함하는 본체;A body comprising a first conduit and a second conduit disposed within the first conduit; 상기 제2 도관에 설치되어 이 제2 도관의 내부에서 소정의 연료를 연소시켜 열 에너지를 발생시키는 열원부;A heat source unit installed in the second conduit to generate heat energy by burning a predetermined fuel in the second conduit; 상기 제1 도관과 상기 제2 도관 사이의 영역에 개질 촉매를 충진 형성하여 상기 연료의 개질 반응에 의해 수소를 함유한 개질 가스를 발생시키는 개질 반응부; 및A reforming reaction unit filling a reforming catalyst in a region between the first conduit and the second conduit to generate a reformed gas containing hydrogen by reforming the fuel; And 상기 본체를 감싸도록 설치되어 상기 열원부로부터 배출되는 상기 연료의 연소 가스를 상기 개질 반응부의 외측으로 유동시키는 하우징A housing installed to surround the main body to flow combustion gas of the fuel discharged from the heat source part to the outside of the reforming reaction part; 을 포함하는 연료 개질장치.Fuel reformer comprising a. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 하우징과 상기 제1 도관 사이의 영역에 상기 연소 가스를 유동시키는 유동 경로를 형성하여 이루어지는 연료 개질장치.And a flow path for flowing the combustion gas in a region between the housing and the first conduit. 제2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 하우징은, 상기 유동 경로를 따라 유동하는 상기 연소 가스를 배출시키기 위한 적어도 하나의 배출구를 포함하는 연료 개질장치.The housing includes at least one outlet for discharging the combustion gas flowing along the flow path. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 하우징이 단열 소재로서 이루어지는 연료 개질장치.A fuel reformer wherein the housing is made of a heat insulating material. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 열원부는 상기 제2 도관의 일측 단부에 연결되게 설치되어 상기 연료를 공기와 함께 착화 연소시키는 토치부재를 포함하는 연료 개질장치.The heat source unit includes a torch member connected to one end of the second conduit to ignite and burn the fuel together with air. 제5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 열원부는,The heat source unit, 상기 토치부재에 형성되어 상기 연료와 공기를 상기 제2 도관의 내부로 주입시키기 위한 제1 주입구와,A first inlet formed in the torch member to inject the fuel and air into the second conduit; 상기 제2 도관의 다른 일측 단부에 형성되어 상기 연소 가스를 상기 제1 도관과 상기 하우징 사이의 영역으로 배출시키기 위한 제1 배출구A first outlet formed at the other end of the second conduit for discharging the combustion gas into a region between the first conduit and the housing 를 포함하는 연료 개질장치.Fuel reformer comprising a. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 열원부는,The heat source unit, 상기 제2 도관의 내부에 산화 촉매를 충진 형성하여 상기 산화 촉매에 의한 상기 연료와 공기의 산화 반응을 통해 상기 열 에너지를 발생시키는 구조로서 이루어지는 연료 개질장치.And a oxidation catalyst filled in the second conduit to generate the thermal energy through an oxidation reaction between the fuel and the air by the oxidation catalyst. 제7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 열원부는,The heat source unit, 상기 제2 도관의 일측 단부에 형성되어 상기 연료와 공기를 상기 제2 도관의 내부로 주입시키기 위한 제1 주입구와,A first inlet formed at one end of the second conduit to inject the fuel and air into the second conduit; 상기 제2 도관의 다른 일측 단부에 형성되어 상기 연소 가스를 상기 제1 도관과 상기 하우징 사이의 영역으로 배출시키기 위한 제1 배출구A first outlet formed at the other end of the second conduit for discharging the combustion gas into a region between the first conduit and the housing 를 포함하는 연료 개질장치.Fuel reformer comprising a. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 개질 반응부는,The reforming reaction unit, 상기 제1 도관의 일측 단부에 형성되어 상기 연료를 상기 제1 도관과 상기 제2 도관 사이의 영역으로 주입시키기 위한 제2 주입구와,A second inlet formed at one end of the first conduit for injecting the fuel into an area between the first conduit and the second conduit; 상기 제1 도관의 다른 일측 단부에 형성되어 상기 개질 가스를 배출시키기 위한 제2 배출구A second outlet formed at the other end of the first conduit for discharging the reformed gas; 를 포함하는 연료 개질장치.Fuel reformer comprising a.
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