KR20110096270A - Hydrocarbon reforming device using micro channel heater with startup unit - Google Patents

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KR20110096270A KR1020100015623A KR20100015623A KR20110096270A KR 20110096270 A KR20110096270 A KR 20110096270A KR 1020100015623 A KR1020100015623 A KR 1020100015623A KR 20100015623 A KR20100015623 A KR 20100015623A KR 20110096270 A KR20110096270 A KR 20110096270A
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Abstract

PURPOSE: A hydrocarbon modifying apparatus using a micro channel heater equipped with a starting device is provided to compact a hydrogen preparing apparatus by improving the initial staring performance of the hydrocarbon modifying apparatus. CONSTITUTION: A plurality of heating plates and modifying plates equipped with micro channels are alternately stacked in a hydrocarbon modifying device(2000) and modify raw gas by implementing a thermal exchanging process with combustion heat generated from air and fuel gas and a contacting process with a modifying catalyst. A staring device(2100) supplies the fuel gas and ignites the fuel gas by being in connection with the hydrocarbon modifying device. The starting device is composed of a connecting pipe(310), a fuel pipe(312), an ignition pipe(316), and an on-off valve(300). One end of the connecting pipe is in connection with the hydrocarbon modifying device. The fuel pipe connects fuel source and the connecting pipe. The ignition pipe is installed at another end of the connecting pipe and includes an ignition part. The on-off valve is arranged between the ignition pipe and the connecting pipe.

Description

기동장치를 가지는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치 {Hydrocarbon reforming device using micro channel heater with startup unit}Hydrocarbon reforming device using micro channel heater with startup unit

본 발명은 기동장치를 가지는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 기동시 연료와 공기의 혼합 가스를 미세유로 개질장치의 외부에 기동장치와 연결된 도관 측으로 흐름을 유도하여 연료 착화를 진행하고, 착화 후에 개질촉매 및 개질 가스의 가열을 위해서 반응기 내부 방향으로 흐름 방향을 전환하는 기동장치를 가지는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a hydrocarbon reformer using a microfluidic heater having a starting device. More specifically, fuel ignition is performed by inducing a flow of fuel and air mixed gas into the conduit connected to the starter outside of the reformer at the start of the reformer and starting the ignition of the reforming catalyst and the reformed gas after ignition. The present invention relates to a hydrocarbon reformer using a microfluidic heater having a starting device for switching the flow direction.

각종 산업의 발전으로 온사이트(on-site) 또는 온보드(on-board)용 소형 수소제조장치 수요가 증가될 전망에 있다. 상용화된 대형 수소 제조공정은 도 1과 같다. 즉, 탄화수소류를 개질기(10)에서 수소와 일산화탄소를 포함하는 합성가스로 전환시키고, 일산화탄소수성반응기(20)에서 수성전환(WGS, Water Gas Shift)시킨 후, 수소분리장치(30)에서 촉매 또는 분리막 등을 이용하여 개질가스로부터 일산화탄소를 제거하여 수소를 생성한다. 이 때, 개질기(10)에서 필요로 하는 반응열은, 수소분리장치(30)에서 생성된 수소의 일부를 연소기(40)에서 연소시켜 발생하는 연소열로 활용한다. The development of various industries is expected to increase the demand for on-site or on-board small hydrogen production equipment. Commercialized large-scale hydrogen production process is shown in FIG. That is, the hydrocarbons are converted to a synthesis gas containing hydrogen and carbon monoxide in the reformer 10, and then converted into aqueous gas (WGS, Water Gas Shift) in the carbon monoxide aqueous reactor 20, and then the catalyst or Hydrogen is produced by removing carbon monoxide from the reformed gas using a separator or the like. At this time, the heat of reaction required by the reformer 10 is utilized as the heat of combustion generated by burning a part of hydrogen generated in the hydrogen separation device 30 in the combustor 40.

탄화수소를 이용한 수소의 생성 반응을 보면 반응식 1 내지 반응식 3과 같이 다양한 반응을 이용한 진행이 가능하다. Looking at the reaction of generating hydrogen using a hydrocarbon it is possible to proceed using a variety of reactions, such as Schemes 1 to 3.

[반응식 1]Scheme 1

CH4 + H2O → CO + 3H2, 반응열 : +206kJ/molCH 4 + H 2 O → CO + 3H 2 , reaction heat: + 206kJ / mol

[반응식 2]Scheme 2

CO2 + CH4 → 2CO + 2H2, 반응열 : +247kJ/molCO 2 + CH 4 → 2CO + 2H 2 , Reaction heat: + 247kJ / mol

[반응식 3]Scheme 3

CH4 + 1/2O2 → CO + 2H2, 반응열 : -36kJ/molCH 4 + 1 / 2O 2 → CO + 2H 2 , heat of reaction: -36kJ / mol

이 중에서 생성물 중 수소 농도가 가장 높은 반응식 1에 따른 스팀개질(steam reforming)반응이 주목을 받고 있다. 그러나 스팀개질반응의 경우 배우 큰 흡열 반응으로, 촉매 층 외부에서 반응에 필요한 열 공급이 필요하다. 스팀개질 반응의 경우 반응온도 750℃이상에서 탄화수소(메탄)의 전환율을 95%이상을 얻을 수 있기 때문에 고온의 유지와 함께 반응열을 공급하기 위하여 각고의 노력을 필요로 한다. 상기 반응식 1에 필요한 반응열은 반응식 4와 같이 탄화수소의 연소(촉매산화 또는 연소)를 통하여 생성한다.Among these, the steam reforming reaction according to Scheme 1, which has the highest hydrogen concentration in the product, is drawing attention. However, in the case of steam reforming reaction, it is a large endothermic reaction, and requires a heat supply necessary for the reaction outside the catalyst bed. In the case of the steam reforming reaction, since the conversion rate of hydrocarbon (methane) of 95% or more can be obtained at the reaction temperature of 750 ° C or higher, it is necessary to make an effort to supply the reaction heat with maintaining the high temperature. Reaction heat required in Scheme 1 is generated through combustion (catalytic oxidation or combustion) of hydrocarbons as in Scheme 4.

[반응식 4]Scheme 4

CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O, 반응열 : -801kJ/molCH 4 + 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O, heat of reaction: -801kJ / mol

반응식 4의 과정에서 열전달을 효과적으로 이루기 위하여 높은 온도차(△T), 넓은 접촉면적(A), 높은 열전달계수(k)를 갖는 물질을 필요로 한다. In order to effectively achieve heat transfer in Scheme 4, a material having a high temperature difference (ΔT), a large contact area (A), and a high heat transfer coefficient (k) is required.

그러나, 온도차를 얻기 위하여 가열에 필요한 화염의 온도를 무한정 올리는 것은 불가능 할 뿐더러 구성 재질의 문제점이 있고. 또한 열전달계수 역시 구성 재료의 고유한 값으로 결정되는 한계성이 있다. However, it is impossible to raise the temperature of the flame necessary for heating indefinitely in order to obtain the temperature difference, and there is a problem of the material of construction. In addition, the heat transfer coefficient is also limited by the inherent value of the constituent material.

따라서, 반응기 구성시 조절 가능한 항목으로서 열전달면적(A)의 확대 방향으로 귀결된다.Therefore, as an adjustable item in the reactor configuration, it results in an enlarged direction of the heat transfer area A.

이러한 용도의 반응기로, 금속 박판에 미세유로를 갖는 반응기를 이용하고자 하는 시도를 볼 수 있다. 특히, 본 발명의 출원인은 한국특허등록 제10-0719486호(마이크로 연소/개질반응기), 한국특허출원 제10-2009-0124091호 (미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치)를 개발하였고, 상기 발명에서는 연소촉매를 통한 빠른 기동은 갖는 마이크로 연소/개질반응기를 개시하고 있다.As a reactor for this use, an attempt is made to use a reactor having a microchannel in a metal sheet. In particular, the applicant of the present invention has developed Korean Patent Registration No. 10-0719486 (Micro Combustion / Reforming Reactor), Korean Patent Application No. 10-2009-0124091 (Hydrogen Reformer using a micro-flow heater), Rapid startup via combustion catalysts discloses having a micro combustion / reforming reactor.

반응열 생성에 필요한 탄화수소(NG, LPG, 알콜류)의 연소반응은 매우 큰 발열량을 생성하는 격렬한 반응으로 촉매연소 또는 무촉매 연소를 통하여 진행할 수 있다. The combustion reaction of hydrocarbons (NG, LPG, alcohols) necessary to generate the heat of reaction may be carried out through catalytic combustion or non-catalytic combustion in a violent reaction that generates a very large calorific value.

상기 촉매산화는 산화반응을 시작할 수 있는 온도대역까지 촉매층의 예열과 함께, 미세유로 내부에 코팅시 장시간 고열에 노출될 때 이의 내구성에 문제가 있다. 즉, 산화촉매의 경우 연소장치가 운용되는 모든 시간에 고열에 노출될 때 이의 산화활성 유지가 어렵기 때문에 실용화에 한계점으로 작용되고 있다. 또한, 무촉매 연소에서는, 착화 불꽃이 확장될 수 있는 공간이 필요하기 때문에 컴팩트한 미세유로 반응기에 적용은 불가능하다.The catalytic oxidation has a problem in its durability when it is exposed to high heat for a long time when coating the inside of the micro flow path with the preheating of the catalyst layer up to a temperature range where the oxidation reaction can start. That is, in the case of an oxidation catalyst, it is difficult to maintain its oxidative activity when exposed to high heat at all times when a combustion apparatus is operated, which is a limitation in practical use. In addition, in non-catalytic combustion, it is not possible to apply to a compact microfluidic reactor because a space for ignition flame can be expanded.

미세유로 반응기를 이용한 탄화수소 개질장치의 기동장치를 통해, 컴팩트한 미세유로 반응기의 구성이 가능하며, 초기 기동에 필요한 열 공급을 용이하게 하여 반응기 가열 시스템을 단순화 할 수 있다. 또한 연소장치가 운용되는 중 고열에 장시간 노출되지 않아 촉매의 산화활성을 유지할 수 있어 실용화에 한층 더 접근할 수 있다. 본 발명과 같이 미세유로 반응기에 적용하기 위해서 이의 특성과 잘 연계될 수 있도록 반응기 구성이 필요하다.
The starter of the hydrocarbon reformer using a microfluidic reactor enables the construction of a compact microfluidic reactor and facilitates the heat supply required for initial startup, thereby simplifying the reactor heating system. In addition, since the combustion apparatus is not exposed to high heat for a long time, the oxidative activity of the catalyst can be maintained, thereby further approaching practical use. In order to apply to the microfluidic reactor as in the present invention, a reactor configuration is necessary so that it can be well connected with its characteristics.

상기 문제를 해결하기 위하여 안출된 본 발명의 목적은, 미세유로 반응기를 이용한 탄화수소 개질장치의 기동에 필요한 가열용 연료는 수소 또는 수소와 탄화수소의 혼합물을 사용하고, 기동시 연료와 공기의 혼합 가스는 기동장치와 연결된 도관 측으로 흐름을 유도하여 연료 착화를 진행하고, 착화 후에 개질촉매 및 개질 가스의 가열을 위해서 반응기 내부 방향으로 흐름 방향을 전환하는 기동장치를 가지는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치를 제공하는 데에 있다.
An object of the present invention devised to solve the above problems, the heating fuel required for the start of the hydrocarbon reformer using a micro-flow reactor uses a mixture of hydrogen or hydrogen and hydrocarbon, and the mixture of fuel and air when starting Provides a hydrocarbon reformer using a microfluidic heater having a starter which induces flow to the conduit connected to the starter and proceeds fuel ignition and changes the flow direction in the reactor direction for heating the reforming catalyst and the reformed gas after the ignition. It's there.

본 발명은 반응식 5와 같은 수소 산화반응은 귀금속 촉매표면에서 상온부터 개시될 수 있음에 착안하여 완성하였다. The present invention was completed in the light of the fact that the hydrogen oxidation reaction as in Scheme 5 can be started from room temperature on the surface of the noble metal catalyst.

[반응식 5]Scheme 5

H2 + 1/2O2 → H2O + 생성열 : 56kJ/molH 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O + Generated heat: 56kJ / mol

즉, 반응기 기동초기에 수소를 사용하여 일정온도까지 가열하고 메탄을 공급하여 주 열원을 생산하도록 운용할 수 있다. 또는, 반응기 기동 초기부터 수소와 기타 탄화수소의 혼합가스를 사용하여 상온부터 착화될 수 있도록 할 수 있다.That is, the reactor can be operated to produce a main heat source by heating to a certain temperature using hydrogen and supplying methane at the beginning of the reactor. Alternatively, it can be complexed from room temperature using a mixed gas of hydrogen and other hydrocarbons from the start of the reactor.

이와 같이 착화성이 좋은 수소를 단독사용 또는 탄화수소와 혼합사용할 때 반응기 가열시스템을 단순화 할 수 있기 때문에, 미세유로 반응기 같이 컴팩트형 반응기의 경쟁력을 강화할 수 있다.Thus, since the reactor heating system can be simplified when using hydrogen having good ignition alone or mixed with hydrocarbons, the competitiveness of a compact reactor like a microfluidic reactor can be enhanced.

기동장치에서 착화를 위한 공기 및 연료의 최초 착화 포인트를 연료공급원과 연결되어 있는 연료공급관의 외부에 산화촉매 코팅 물질을 위치한다. 연료공급관과 산화촉매 사이에는 온오프(on/off) 밸브를 두어 초기 착화 후 밸브를 닫고 가스 흐름을 바꾸는 것을 특징으로 한다. In the starter, an oxidation catalyst coating material is placed outside of the fuel supply line which connects the initial ignition point of air and fuel for ignition to the fuel supply. An on / off valve is provided between the fuel supply pipe and the oxidation catalyst to close the valve after the initial ignition and change the gas flow.

따라서, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 공기와 연료가스를 공급하여 발생되는 연소열과의 열교환 및 개질촉매와의 접촉에 의해 원료가스를 개질하도록 미세유로가 형성된 복수의 가열플레이트 및 개질플레이트가 교호적으로 적층되는 탄화수소 개질기; 및 상기 탄화수소 개질기에 연결되어 연료가스를 공급하고, 시동시 연료가스를 착화시키는 시동장치를 포함하고, 상기 시동장치는, 일측이 상기 탄화수소 개질기와 연결되는 연결관; 연료공급원과 상기 연결관을 연통시키는 연료관; 상기 연결관의 타측에 설치되고 내부에 착화부를 가지는 착화관; 및 상기 착화관과 상기 연결관 사이에 배치되는 온오프밸브를 포함하는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치이다.Accordingly, the present invention for achieving the above object, a plurality of heating plates and reforming plate in which a fine flow path is formed to reform the raw material gas by heat exchange with combustion heat generated by supplying air and fuel gas and contact with a reforming catalyst. A hydrocarbon reformer in which is alternately stacked; And a starter connected to the hydrocarbon reformer to supply fuel gas, and igniting the fuel gas at startup, the starter comprising: a connecting pipe connected to one side of the hydrocarbon reformer; A fuel pipe communicating with a fuel supply source and said connection pipe; An ignition tube installed on the other side of the connection tube and having an ignition portion therein; And an on / off valve disposed between the ignition pipe and the connection pipe.

또 다른 발명은, 공기공급원과 연결되어 공기가 공급되는 공기공급관과, 연료공급원과 연결되는 시동장치와 연결되는 연료공급관과, 발생된 개질가스 배출관이 형성되는 상부플레이트; 및 원료공급원과 연결되어 원료가스가 공급되는 원료공급관과, 발생된 배기가스 배출관이 형성되는 하부플레이트; 상기 상부플레이트의 하부에 설치되어서, 상기 공기공급관으로부터 공급된 공기를 개질가스의 잔열에 의해 예열시켜 착화된 연료에 혼합연소시키는 가열플레이트와 개질플레이트가 교호적으로 적층된 공기예열부; 상기 공기예열부의 하측에 설치되어서 연소된 배기가스와 개질가스 만을 통과시키는 상측유로 격리플레이트; 상기 상측유로 격리플레이트의 하부에 설치되어서, 상기 배기가스의 연소열을 전도하는 가열플레이트와, 상기 가열플레이트의 하측에 접하며 개질촉매가 하측으로 노출되도록 설치되는 촉매홀더 플레이트와, 상기 촉매홀더 플레이트의 하부에 설치되어서 원료가스를 상기 개질촉매에 수평한 방향으로 접촉시키는 개질플레이트를 가지는 개질반응부; 상기 개질반응부의 하측에 설치되어서 개질반응부를 통과한 배기가스와 예열된 원료가스만을 통과시키는 상측유로 격리플레이트; 및 상기 상측유로 격리플레이트의 하부에 설치되어서, 상기 원료가스를 상기 개질반응부를 통과한 배기가스로 예열시키는가열플레이트와 개질플레이트가 교호적으로 배치되는 개질예열부를 포함하고, 상기 가열플레이트와 상기 개질플레이트의 상면에는 각각 미세유로가 형성되며, 상기 시동장치는, 일측이 상기 연료공급관과 연결되는 연결관; 연료공급원과 상기 연결관을 연통시키는 연료관; 상기 연결관의 타측에 설치되고 내부에 착화부를 가지는 착화관; 및 상기 착화관과 상기 연결관 사이에 배치되는 온오프밸브를 포함하는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치이다.Another invention, the upper plate is formed with an air supply pipe connected to the air supply is supplied with air, a fuel supply pipe connected to the starter is connected to the fuel supply source, the generated reformed gas discharge pipe; And a lower plate connected to the raw material supply source to supply a raw material gas and a generated exhaust gas discharge pipe. An air preheating unit installed at a lower portion of the upper plate and alternately stacking a heating plate and a reforming plate for pre-heating the air supplied from the air supply pipe by the residual heat of the reforming gas and mixing and combusting the complexed fuel; An upper flow passage isolation plate installed below the air preheating unit and passing only the exhaust gas and the reformed gas; A heating plate disposed below the upper flow passage isolation plate, the heating plate conducting combustion heat of the exhaust gas, a catalyst holder plate in contact with the lower side of the heating plate, and installed to expose a reforming catalyst to the lower side; and a lower portion of the catalyst holder plate. A reforming reaction unit installed in the reforming reaction unit and having a reforming plate for contacting the raw material gas in a horizontal direction with the reforming catalyst; An upper flow path separation plate installed below the reforming reaction unit and configured to pass only the exhaust gas and the preheated raw material gas passing through the reforming reaction unit; And a reforming preheater installed at a lower portion of the upper flow path isolation plate to alternately arrange a heating plate and a reforming plate for preheating the raw material gas into exhaust gas passing through the reforming reaction unit, wherein the heating plate and the reforming plate are alternately disposed. Fine passages are formed on the upper surface of the plate, respectively, and the starter includes: a connection pipe having one side connected to the fuel supply pipe; A fuel pipe communicating with a fuel supply source and said connection pipe; An ignition tube installed on the other side of the connection tube and having an ignition portion therein; And an on / off valve disposed between the ignition pipe and the connection pipe.

상기 연료가스는 수소 및 탄화수소 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이며, 이를 통해 상온착화가 가능하다.The fuel gas is any one of hydrogen and a hydrocarbon or a mixture thereof, thereby allowing room temperature ignition.

또, 상기 착화부는 상기 착화관 내에 설치되는 착화촉매 또는 상기 착화관에 설치되는 전기 점화장치인 것을 특징으로 한다.
The ignition unit may be an ignition catalyst installed in the ignition pipe or an electric ignition device installed in the ignition pipe.

본 발명을 통하여 산화촉매의 망실 위험이 작고 초기 기동성이 좋은 미세유로 탄화수소 개질기의 제공으로 중소형의 컴팩트한 수소 제조장치의 활용성이 기대된다. 특히, 수소 정제공정을 분리막과 연계한 수소 제조 장치로 활용시 수소가 포함된 분리막 미투과 가스를 연료로 활용할 수 있기 때문에 효율이 우수한 수소제조 시스템으로 활용할 수 있다.Through the present invention, the utilization of a small and medium-sized compact hydrogen production apparatus is expected by providing a micro-channel hydrocarbon reformer having a low risk of loss of oxidation catalyst and good initial maneuverability. In particular, when the hydrogen purification process is used as a hydrogen production apparatus in conjunction with the separator, the membrane can be used as a fuel because it can utilize the non-permeable gas containing the hydrogen as a fuel.

또한, 본 시스템은 오프가스(off gas)중 수소가 포함된 폐가스가 존재하는 각종 연료전지와 연계시 좋은 효과를 얻을 수 있다.
In addition, the present system can achieve a good effect in connection with various fuel cells in which off-gas waste gas containing hydrogen is present.

도 1은 종래기술에 따른 수소제조의 블럭공정도이다.
도 2는 탄화수소 개질장치의 조립된 모습의 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 탄화수소 개질기의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 기동장치를 구동하여 수소를 이용한 반응기 가열 패턴이다.
1 is a block process diagram of the hydrogen production according to the prior art.
2 is a perspective view of the assembled state of the hydrocarbon reformer.
3 is an exploded perspective view of a hydrocarbon reformer according to the present invention.
4 is a reactor heating pattern using hydrogen by driving the starter according to the present invention.

이하, 본 발명을 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 하기의 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하며, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described. In adding reference numerals to components of the following drawings, it is determined that the same components have the same reference numerals as much as possible even if displayed on different drawings, and it is determined that they may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention. Detailed descriptions of well-known functions and configurations will be omitted.

본 발명의 실시예에 따른 탄화수소 개질장치(3000)는 도 3에 도시한 바와 같이, 다수의 플레이트를 적층하여 구성되고, 이를 확산접합, 전기용접 또는 아크용접 등의 방법으로 접합시켜 컴팩트한 형태로 되는 탄화수소 개질기(2000)와, 상기 탄화수소 개질기(2000)와 연결되는 초기 착화를 위한 기동장치(2100)를 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 3, the hydrocarbon reformer 3000 according to the embodiment of the present invention is configured by stacking a plurality of plates, and joining them in a compact form by diffusion bonding, electric welding, or arc welding. It comprises a hydrocarbon reformer 2000, and the starting device 2100 for the initial ignition connected to the hydrocarbon reformer 2000.

먼저, 상기 탄화수소 개질기(2000)에 대하여 설명한다.First, the hydrocarbon reformer 2000 will be described.

상기 탄화수소 개질기(2000)는 상부플레이트(100)와 하부플레이트(250)가 최상측과 최하측에 배치된다. In the hydrocarbon reformer 2000, the upper plate 100 and the lower plate 250 are disposed at the uppermost and lowermost sides.

상기 탄화수소 개질기(2000)는 상부플레이트(100)와 하부플레이트(260)가 최상측과 최하측에 배치된다.In the hydrocarbon reformer 2000, the upper plate 100 and the lower plate 260 are disposed at the uppermost and lowermost sides.

그리고, 상부플레이트(100)와 하부플레이트(200) 사이에 공기 또는 연료를 가열하기 위한 공기예열플레이트(110,130)와 개질가스의 배출온도를 강하시키는 개질가스 냉각플레이트(120,140)이 교대로 적층되는 공기예열부와, 상기 예열된 연료 및 공기를 연소시키는 연소열교환플레이트(160,170)와 원료가스를 개질시켜 개질가스를 발생시키는 촉매플레이트(180) 및 개질반응플레이트(190)가 적층되는 개질반응부와, 원료가스를 예열하기 위한 개질예열플레이트(220,240)와 연소배기가스의 잔열을 회수하는 폐열회수플레이트(210,230)가 교대로 적층되는 개질예열부가 순서대로 위치하는 것을 주요한 특징으로 한다. 그리고, 공기, 연료, 개질가스, 및 원료가스의 흐름 제어를 위해 상기 공기예열부와 상기 개질반응부 사이에 상측유로 격리플레이트(150)가 배치되고, 상기 개질반응부와 상기 개질예열부 사이에 하측유로 격리플레이트(200)가 배치된다.In addition, air between the upper plate 100 and the lower plate 200 alternately stacked with air preheating plates 110 and 130 for heating air or fuel and reformed gas cooling plates 120 and 140 for lowering the discharge temperature of the reformed gas. A preheating unit, a reforming reaction unit in which a combustion heat exchange plate 160 and 170 combusting the preheated fuel and air and a catalyst plate 180 and a reforming reaction plate 190 for reforming the source gas to generate reformed gas are stacked; The reforming preheating plates 220 and 240 for preheating the raw material gas and the waste heat recovery plates 210 and 230 for recovering the residual heat of the combustion exhaust gas are alternately placed in order. In addition, an upper flow path separation plate 150 is disposed between the air preheater and the reforming reaction part to control the flow of air, fuel, reformed gas, and source gas, and between the reforming reaction part and the reforming preheater. The lower flow path isolation plate 200 is disposed.

상기 탄화수소 개질장치(2000)는 단면형상이 기본적으로 직사각형으로 형성시켜서 유로의 형성을 대각선방향으로 하는 것이 제작의 용이성 및 단위면적당 효율을 고려할 때 용이하다.In the hydrocarbon reformer 2000, the cross-sectional shape is basically formed in a rectangular shape so that the formation of the flow path in the diagonal direction is easy considering the ease of manufacture and the efficiency per unit area.

상기 상부플레이트(100)의 외측으로는 공기 공급관(101), 개질가스 배출관(102), 연료공급관(103), 및 개질가스 온도측정관(104)이 배치된다. 상기 공기공급관(101)과 상기 연료공급관(103)은 대각선방향으로 대향되고, 상기 개질가스 배출관(102)과 상기 개질가스 온도측정관(104)은 대각선 방향으로 대향된다.An air supply pipe 101, a reformed gas discharge pipe 102, a fuel supply pipe 103, and a reformed gas temperature measuring tube 104 are disposed outside the upper plate 100. The air supply pipe 101 and the fuel supply pipe 103 face in a diagonal direction, and the reformed gas discharge pipe 102 and the reformed gas temperature measuring tube 104 face in a diagonal direction.

상기 상부플레이트(100)의 하측에는 공기예열부에 해당하는, 공기예열플레이트(110,130)과 개질가스 냉각플레이트(120,140)가 교호적으로 배치된다. 상기 공기예열플레이트(110,130)는 유입되는 공기를 연소에 용이하도록 예열시키며, 예열에 필요한 열량은 배출되는 개질가스로부터 흡수한다. 또, 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)는 개질가스에 포함된 열을 회수하여 에너지효율을 높일 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 상기 공기예열플레이트(110,130)과 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)가 각각 2개씩 사용되었으나, 그 개수를 증가시키는 것도 가능하다. 다만, 전체적인 두께 증가 및 제조비용 등을 고려하여야 한다.The air preheating plates 110 and 130 and the reformed gas cooling plates 120 and 140 corresponding to the air preheating part are alternately disposed below the upper plate 100. The air preheating plates 110 and 130 preheat the incoming air to facilitate combustion, and the amount of heat required for preheating is absorbed from the discharged reformed gas. In addition, the reformed gas cooling plates 120 and 140 may recover energy contained in the reformed gas to increase energy efficiency. In the exemplary embodiment of the present invention, the air preheating plates 110 and 130 and the reforming gas cooling plates 120 and 140 are used, respectively, but the number may be increased. However, overall thickness increase and manufacturing cost should be considered.

상기 공기예열플레이트(110,130)와 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)는, 각각 상기 공기공급관(101)과 연통되는 제1 내지 제4 공기공급홀(111,121,131,141)과, 상기 개질가스 배출관(102)에 연통되는 제1 내지 제4 개질가스 배출홀(112,122,132,142)과, 상기 연료공급관(103)과 연통되는 제1 내지 제4 연소홀(113,123,133,143)과, 상기 개질가스 온도측정관(104)에 연통되는 제1 내지 제4 개질가스 유통홀(114,124,134,144)이 형성된다.The air preheating plates 110 and 130 and the reformed gas cooling plates 120 and 140 communicate with first to fourth air supply holes 111, 121, 131 and 141 communicating with the air supply pipe 101 and the reformed gas discharge pipe 102, respectively. First to fourth reformed gas discharge holes 112, 122, 132, and 142, first to fourth combustion holes 113, 123, 133, and 143 communicating with the fuel supply pipe 103, and first to communicate with the reformed gas temperature measuring tube 104. To fourth reformed gas distribution holes 114, 124, 134 and 144 are formed.

그리고, 상기 공기예열플레이트(110,130)와 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)의 상부에는 각각 제1 내지 제4 미세유로(115,125,135,145)가 오목하게 형성된다. 상기 제1 미세유로(115)는 상기 제1공기공급홀(111)과 상기 제1연소홀(113)을 서로 연통하며, 상기 제1 개질가스 배출홀(112)과 상기 제1 개질가스 유통홀(114)을 서로 격리시킨다. 상기 제2 미세유로(125)는 상기 제2 개질가스 배출홀(122)과 상기 제2 개질가스 유통홀(124)을 서로 연통시키고, 상기 제1공기공급홀(121)과 상기 제2연소홀(123)을 서로 격리시킨다. 상기 제3 미세유로(135)는 상기 제3공기공급홀(131)과 상기 제1연소홀(133)을 서로 연통하며, 상기 제3 개질가스 배출홀(132)과 상기 제3 개질가스 유통홀(134)을 서로 격리시킨다. 상기 제4 미세유로(145)는 상기 제4 개질가스 배출홀(142)과 상기 제4 개질가스 유통홀(144)을 서로 연통시키고, 상기 제1공기공급홀(141)과 상기 제2연소홀(143)을 서로 격리시킨다.In addition, first to fourth microchannels 115, 125, 135, and 145 are formed in the upper portions of the air preheating plates 110 and 130 and the reformed gas cooling plates 120 and 140, respectively. The first micro channel 115 communicates with the first air supply hole 111 and the first combustion hole 113, and the first reformed gas discharge hole 112 and the first reformed gas distribution hole. Isolate 114 from each other. The second micro flow path 125 communicates the second reformed gas discharge hole 122 and the second reformed gas distribution hole 124 with each other, and the first air supply hole 121 and the second combustion hole. Isolate 123 from each other. The third micro flow path 135 communicates with the third air supply hole 131 and the first combustion hole 133, and the third reformed gas discharge hole 132 and the third reformed gas distribution hole. Isolate 134 from each other. The fourth micro flow path 145 communicates the fourth reformed gas discharge hole 142 and the fourth reformed gas distribution hole 144 with each other, and the first air supply hole 141 and the second combustion hole. Isolate 143 from each other.

상기 공기예열부의 하측에는 상기 공기공급관(101)과 상기 개질가스 배출관(102)과의 연통을 차단하도록 상측유로 격리플레이트(150)가 배치된다. 상기 상측유로 격리플레이트(150)에는 상기 개질가스 온도측정관(104)과 상기 연료공급관(103)에 각각 연통되도록 제5 개질가스 유통홀(154)과 제5 연소홀(153)이 형성된다.An upper flow path isolation plate 150 is disposed below the air preheating unit to block communication between the air supply pipe 101 and the reformed gas discharge pipe 102. A fifth reformed gas distribution hole 154 and a fifth combustion hole 153 are formed in the upper flow path isolation plate 150 to communicate with the reformed gas temperature measuring tube 104 and the fuel supply pipe 103, respectively.

상기 상측유로 격리플레이트(150)의 하측에는 개질반응부가 배치되며, 상기 개질반응부에는 연소열교환플레이트(160,170)와, 촉매홀더플레이트(180)와, 개질반응플레이트(190)가 포함된다.A reforming reaction unit is disposed below the upper flow path isolation plate 150, and the reforming reaction unit includes combustion heat exchange plates 160 and 170, a catalyst holder plate 180, and a reforming reaction plate 190.

상기 상측유로 격리플레이트(150)의 하측에 접하여 상기 연소열교환플레이트(160,170)가 배치된다. 상기 연소열교환플레이트(160,170)의 개수는 필요에 따라 증감될 수 있다. 상기 연소열교환플레이트(160,170)의 형상은 대략 상기 예열플레이트(110,130)와 유사하다. 즉, 상기 연소열교환플레이트(160,170)는 상기 제1 내지 제4 공기공급홀(111,121,131,141)에 대응되는 위치에 제6 및 제7 배기가스유통홀(161,171)과, 상기 제1 내지 제4 개질가스 배출홀(112,122,132,142)에 대응되는 위치에 제6 및 제7 아이들홀(162,172)과, 상기 제1 내지 제5 연소홀(113,123,133,143,153)과 연통되는 제6 및 제7 연소홀(163,173)과, 상기 제1 내지 제5 개질가스 유통홀(114,124,124,134,144)과 연통되는 제6 및 제7 개질가스 유통홀(164,174)이 형성된다.The combustion heat exchange plates 160 and 170 are disposed in contact with the lower side of the upper flow path isolation plate 150. The number of combustion heat exchange plates 160 and 170 may be increased or decreased as necessary. The combustion heat exchange plates 160 and 170 have shapes similar to those of the preheat plates 110 and 130. That is, the combustion heat exchange plates 160 and 170 discharge the sixth and seventh exhaust gas distribution holes 161 and 171 and the first to fourth reformed gas at positions corresponding to the first to fourth air supply holes 111, 121, 131, and 141. Sixth and seventh idle holes 162 and 172 at positions corresponding to the holes 112, 122, 132 and 142, Sixth and seventh combustion holes 163 and 173 communicating with the first to fifth combustion holes 113, 123, 133, 143 and 153, and The first and seventh combustion holes 163 and 173, respectively. Sixth and seventh reformed gas distribution holes 164 and 174 communicating with the fifth to fifth reformed gas distribution holes 114, 124, 124, 134 and 144 are formed.

그리고, 상기 연소열교환플레이트(160,170)의 상부에는 각각 제6 및 제7 미세유로(165,175)가 오목하게 형성된다. 상기 제6 및 제7 미세유로(165,175)는 상기 제6 및 제7 배기가스유통홀(161,171)과 상기 제6 및 제7 연소홀(163,173)을 서로 연통하며, 상기 제6 및 제7 아이들홀(162,172)과 상기 제6 및 제7 개질가스 유통홀(164,174)을 서로 격리시킨다.In addition, sixth and seventh microchannels 165 and 175 are formed concave on the combustion heat exchange plates 160 and 170, respectively. The sixth and seventh minute passages 165 and 175 communicate with the sixth and seventh exhaust gas distribution holes 161 and 171 and the sixth and seventh combustion holes 163 and 173, and the sixth and seventh idle holes. 162 and 172 and the sixth and seventh reformed gas distribution holes 164 and 174 are isolated from each other.

상기 제6 및 제7 아이들홀(162,172)은 상기 연소열교환플레이트(160,170)에 형성되지 않아도 된다. 다만, 제작의 편리성을 위해 공기예열플레이트(110,130)과 동일하게 형성된다.The sixth and seventh idle holes 162 and 172 do not need to be formed in the combustion heat exchange plates 160 and 170. However, it is formed in the same manner as the air preheating plates (110, 130) for the convenience of manufacturing.

또, 상기 제6 및 제7 미세유로(165,175)에는 연소를 보조하기 위하여, 백금 등의 연소촉매를 설치하는 것도 가능하다.In addition, in the sixth and seventh microchannels 165 and 175, a combustion catalyst such as platinum may be provided to assist combustion.

상기 연소열교환플레이트(160,170)의 하측에는 촉매홀더플레이트(180)가 설치된다. 상기 촉매홀더플레이트(180)는 중심에는 개질촉매(185)가 상면과 하면이 노출되도록 설치된다. 따라서, 상기 개질촉매(185)의 저면은 하기(下記)하는 개질반응플레이트(190)와 대향하게 된다. 상기 개질촉매(185)의 두께는 상기 촉매홀더플레이트(180)와 동일하게 형성시킨다. 그러므로, 상기 개질촉매(185)는 바로 위의 연소열교환플레이트(170)의 저면과 개질반응플레이트(190)의 상면 사이에서 지지되므로, 고압에도 견딜 수 있다. 또, 상기 개질촉매(185)의 면적은 제9 미세유로(195)를 커버할 수 있도록 상기 제9 미세유로(195)보다 큰 것이 개질반응을 위해 효과적이다. 위와 같은 구성으로 인하여, 상기 개질촉매(185)와 제9 미세유로(195) 사이의 공간에서 원료가스가 상기 개질촉매(185)의 평면과 평행한 방향으로 이동이 가능하다.A catalyst holder plate 180 is installed below the combustion heat exchange plates 160 and 170. The catalyst holder plate 180 is installed at the center such that the reforming catalyst 185 is exposed at its upper and lower surfaces. Therefore, the bottom surface of the reforming catalyst 185 faces the reforming reaction plate 190 described below. The reforming catalyst 185 may be formed to have the same thickness as that of the catalyst holder plate 180. Therefore, since the reforming catalyst 185 is supported between the bottom surface of the combustion heat exchange plate 170 and the top surface of the reforming reaction plate 190, it can withstand high pressure. In addition, the area of the reforming catalyst 185 is larger than the ninth micro-channel 195 to cover the ninth micro-channel 195 is effective for the reforming reaction. Due to the configuration as described above, the source gas in the space between the reforming catalyst 185 and the ninth micro-channel 195 can be moved in a direction parallel to the plane of the reforming catalyst 185.

그리고, 상기 촉매홀더플레이트(180)에는 상기 제1 내지 제4 공기공급홀(111,121,131,141)에 대응되는 위치에 제8 배기가스 배출홀(181)과, 상기 제1 내지 제5 개질가스 유통홀(114,124,124,134,144)과 연통되는 제8 개질가스 유통홀(184)이 형성된다. 또한, 상기 촉매홀더플레이트(180)에서 상기 제1 내지 제4 개질가스배출홀(112,122,132,142)과 대응되는 위치와 상기 제1 내지 제4 개질가스 유통홀(114,124,134,144)와 대응되는 위치는 폐쇄돼서, 기체의 유통이 이루어지지 않으며, 상기 제8 배기가스 배출홀(181)과 상기 제8 개질가스 유통홀(184)은 서로 격리된다.In addition, the catalyst holder plate 180 includes an eighth exhaust gas discharge hole 181 at positions corresponding to the first to fourth air supply holes 111, 121, 131, and 141, and the first to fifth reformed gas distribution holes 114, 124, 124, 134, and 144. ), An eighth reforming gas distribution hole 184 is formed. In addition, a position corresponding to the first to fourth reformed gas discharge holes 112, 122, 132, and 142 in the catalyst holder plate 180 and a position corresponding to the first to fourth reformed gas distribution holes 114, 124, 134, and 144 are closed, and the gas is closed. The distribution of the gas is not made, and the eighth exhaust gas discharge hole 181 and the eighth reforming gas distribution hole 184 are isolated from each other.

상기 개질촉매(185)는 니켈파우더(평균입경1.0㎛)를 압력 618 kgf/cm2에서 가압하여 두께 1.2 mm로 성형하였다. 성형체는 수소 가스분위기에서 700℃에서 2시간 소결하여 원형의 디스크를 제작하고, 이를 사각형 형태로 절단하여 제작한다.The reforming catalyst 185 was molded to a thickness of 1.2 mm by pressing a nickel powder (average particle diameter: 1.0 μm) at a pressure of 618 kg f / cm 2 . The molded body is sintered at 700 ° C. for 2 hours in a hydrogen gas atmosphere to produce a circular disk, and cut into a rectangular shape.

상기 개질촉매(185)는 개질원료에 따라서 변화될 수 있다. 메탄, 경유, 휘발유의 경우 니켈 파우더를 사용하여 제조될 수 있고, 에탄올 또는 메탄올을 원료로 사용하여 합성가스 제조를 목표로 할 경우 구리를 주성분으로 하는 미세금속 파우더를 사용하여 제조할 수 있다.The reforming catalyst 185 may vary depending on the reforming material. Methane, diesel, gasoline can be prepared using nickel powder, and if ethanol or methanol is used as a raw material, a fine metal powder containing copper as a main component can be produced.

다음으로, 상기 촉매홀더플레이트(180)의 하측에는 개질반응플레이트(190)가 배치된다. 상기 개질반응플레이트(190)의 형상은 대략 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)와 유사하다. 즉, 상기 개질반응플레이트(190)는 상기 제1 내지 제4 공기공급홀(111,121,131,141)에 대응되는 위치에 제9 배기가스유통홀(191)과, 상기 제1 내지 제4 개질가스 배출홀(112,122,132,142)에 대응되는 위치에 제9 원료가스 유통홀(192)과, 상기 제1 내지 제5 연소홀(113,123,133,143,153)에 대응되는 위치에 제9 아이들홀(193)과, 상기 제1 내지 제5 개질가스 유통홀(114,124,124,134,144)에 대응되는 위치에 제9 개질가스 유통홀(194)이 형성된다.Next, a reforming reaction plate 190 is disposed below the catalyst holder plate 180. The reforming reaction plate 190 has a shape substantially similar to that of the reforming gas cooling plates 120 and 140. That is, the reforming reaction plate 190 may include a ninth exhaust gas distribution hole 191 and the first to fourth reformed gas discharge holes 112, 122, 132, and 142 at positions corresponding to the first to fourth air supply holes 111, 121, 131, and 141. ), A ninth source gas distribution hole 192 at a position corresponding to the ninth source gas, a ninth idle hole 193 at a position corresponding to the first to fifth combustion holes 113, 123, 133, 143, and 153, and the first to fifth reformed gas. The ninth reformed gas distribution hole 194 is formed at a position corresponding to the distribution holes 114, 124, 124, 134, and 144.

그리고, 상기 개질반응플레이트(190)의 상부에는 제9 미세유로(195)가 오목하게 형성된다. 상기 제9 미세유로(195)는 상기 제9 원료가스 유통홀(192)과 상기 제9 개질가스 유통홀(194)를 서로 연통시키고, 상기 제9 배기가스유통홀(191)과 상기 제9 아이들홀(193)을 서로 격리시킨다.In addition, a ninth micro-channel 195 is formed in the upper portion of the reforming reaction plate 190. The ninth micro channel 195 communicates the ninth source gas distribution hole 192 and the ninth reformed gas distribution hole 194 with each other, and the ninth exhaust gas distribution hole 191 and the ninth idle. Isolate the holes 193 from each other.

상기 제9 아이들홀(193)은 상기 개질반응플레이트(190)에 형성되지 않아도 된다. 다만, 제작의 편리성을 위해 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)과 동일하게 형성된다. The ninth idle hole 193 may not be formed in the reforming reaction plate 190. However, it is formed in the same manner as the reformed gas cooling plates (120, 140) for the convenience of manufacturing.

또, 상기 제9 미세유로(195)에는 개질반응을 보조하기 위하여, 니켈 등의 개질촉매를 설치하는 것도 가능하다.In addition, a reforming catalyst such as nickel may be provided in the ninth microchannel 195 to assist the reforming reaction.

상기 개질반응부의 하측에는 상기 개질반응플레이트(190)의 제9 아이들홀(193)과 상기 제9 개질가스 유통홀과의 연통을 차단하도록 하측유로 격리플레이트(200)가 배치된다. 상기 하측유로 격리플레이트(200)에는 제9 배기가스 유통홀(191)과 제9 원료가스 유통홀(192)이 각각 연통되도록 제10 배기가스 유통홀(201)과 제10 원료가스 유통홀(202)이 형성된다.The lower flow path isolation plate 200 is disposed below the reforming reaction unit to block communication between the ninth idle hole 193 and the ninth reforming gas distribution hole of the reforming reaction plate 190. A tenth exhaust gas distribution hole 201 and a tenth source gas distribution hole 202 are connected to the lower flow path isolation plate 200 such that a ninth exhaust gas distribution hole 191 and a ninth source gas distribution hole 192 communicate with each other. ) Is formed.

상기 하측유로 격리플레이트(200)의 하측으로는 개질예열부가 배치된다. 상기 개질배열부는 폐열회수플레이트(210,230)와 개질예열플레이트(220,240)가 교호적으로 배치된다. 상기 개질예열플레이트(220,240)는 유입되는 원료가스를 개질반응에 용이하도록 예열시키며, 예열에 필요한 열량은 배출되는 배기가스로부터 흡수한다. 또, 상기 폐열회수플레이트(210,230)는 배기가스에 포함된 열을 회수하여 에너지효율을 높일 수 있다. 본 발명의 실시예 에서는 상기 폐열회수플레이트(210,230)와 상기 개질예열플레이트(220,240)가 각각 2개씩 사용되었으나, 그 개수를 증가시키는 것도 가능하다. 다만, 전체적인 두께 증가 및 제조비용 등을 고려하여야 한다.A reforming preheating unit is disposed below the lower flow passage isolation plate 200. The reformed heat dissipation unit alternately arranges the waste heat recovery plates 210 and 230 and the reformed preheating plates 220 and 240. The reforming preheating plates 220 and 240 preheat the incoming raw gas to facilitate the reforming reaction, and the amount of heat required for preheating is absorbed from the exhaust gas discharged. In addition, the waste heat recovery plates 210 and 230 may recover heat contained in the exhaust gas to increase energy efficiency. In the embodiment of the present invention, the waste heat recovery plates 210 and 230 and the reforming preheating plates 220 and 240 are used, respectively, but the number may be increased. However, overall thickness increase and manufacturing cost should be considered.

상기 폐열회수플레이트(210,230)와 상기 개질예열플레이트(220,240)는, 각각 상기 제10 배기가스 유통홀(201)과 연통되는 제11 내지 제14 배기가스 유통홀(211,221,231,241)과, 상기 제10 원료가스 유통홀(202)에 연통되는 제11 내지 제14 원료가스 유통홀(212,222,232,242)와, 상기 제1 내지 제7 연소홀(113,123,133,143,153,163,173)에 대응되는 위치에 제11 내지 제14 배기가스 배출홀(213,223,233,243)과, 상기 제1 내지 제4 개질가스 유통홀(114,124,134,144)에 대응되는 위치에 제11 내지 제14 원료가스 공급홀(214,224,234,244)이 형성된다.The waste heat recovery plates 210 and 230 and the reforming preheating plates 220 and 240 respectively include the eleventh through 14th exhaust gas distribution holes 211, 221, 231 and 241 communicating with the tenth exhaust gas distribution hole 201, and the tenth source gas. 11th to 14th exhaust gas discharge holes 213, 223, 233, and 243 at the positions corresponding to the 11th to 14th source gas distribution holes 212, 222, 232, 242 communicating with the distribution holes 202 and the first to 7th combustion holes 113, 123, 133, 143, 153, 163, and 173. And the eleventh through fourteenth source gas supply holes 214, 224, 234 and 244 at positions corresponding to the first through fourth reformed gas distribution holes 114, 124, 134 and 144.

그리고, 상기 폐열회수플레이트(210,230)와 상기 개질예열플레이트(220,240)의 상부에는 각각 제11 내지 제14 미세유로(215,225,235,245)가 오목하게 형성된다. 상기 제11 미세유로(215)는 상기 제11 배기가스 유통홀(211)과 상기 제11 배기가스 배출홀(213)을 서로 연통하며, 상기 제11 원료가스 유통홀(212)과 상기 제11 원료가스 공급홀(214)을 서로 격리시킨다. 상기 제12 미세유로(225)는 상기 제12 원료가스 유통홀(222)과 상기 제12 원료가스 공급홀(224)을 서로 연통시키고, 상기 제12 배기가스 유통홀(221)과 상기 제12 배기가스 배출홀(223)을 서로 격리시킨다. 상기 제13 미세유로(235)는 상기 제13 배기가스 유통홀(231)과 상기 제13 배기가스 배출홀(233)을 서로 연통하며, 상기 제13 원료가스 유통홀(232)과 상기 제13 원료가스 공급홀(234)을 서로 격리시킨다. 상기 제14 미세유로(245)는 상기 제14 원료가스 유통홀(242)과 상기 제14 원료가스 공급홀(244)을 서로 연통시키고, 상기 제14 배기가스 유통홀(241)과 상기 제14 배기가스 배출홀(243)을 서로 격리시킨다.In addition, eleventh to fourteenth micro flow paths 215, 225, 235, and 245 are formed in the upper portions of the waste heat recovery plates 210 and 230 and the reforming preheating plates 220 and 240, respectively. The eleventh minute flow path 215 communicates with the eleventh exhaust gas distribution hole 211 and the eleventh exhaust gas discharge hole 213, and the eleventh source gas distribution hole 212 and the eleventh raw material. The gas supply holes 214 are isolated from each other. The twelfth fine passage 225 communicates the twelfth source gas distribution hole 222 and the twelfth source gas supply hole 224 with each other, and the twelfth exhaust gas distribution hole 221 and the twelfth exhaust gas. The gas discharge holes 223 are isolated from each other. The thirteenth minute flow path 235 communicates with the thirteenth exhaust gas distribution hole 231 and the thirteenth exhaust gas discharge hole 233, and the thirteenth source gas distribution hole 232 and the thirteenth raw material. The gas supply holes 234 are isolated from each other. The fourteenth minute flow path 245 communicates the fourteenth source gas distribution hole 242 and the fourteenth source gas supply hole 244 with each other, and the fourteenth exhaust gas distribution hole 241 and the fourteenth exhaust gas. The gas discharge holes 243 are isolated from each other.

상기 개질예열부의 하측에는 상기 하부플레이트(250)가 배치된다. 상기 하부플레이트에는 상기 제10 내지 제14 원료가스 유통홀(212,222,232,242)과 연통하는 원료가스 온도측정관(252)과, 상기 제11 내지 제14 배기가스 배출홀(213,223,233,243)과 연통하는 배기가스 배출관(253)과, 상기 제11 내지 제14 원료가스 공급홀(214,224,234,244)와 연통하는 원료가스 공급관(254)이 일체로 형성된다.The lower plate 250 is disposed below the reforming preheating unit. The lower plate may include a source gas temperature measuring tube 252 communicating with the tenth through fourteenth source gas distribution holes 212, 222, 232, and 242, and an exhaust gas discharge tube communicating with the eleventh through fourteenth exhaust gas discharge holes 213, 223, 233, and 243. 253 and the source gas supply pipes 254 communicating with the eleventh through fourteenth source gas supply holes 214, 224, 234 and 244 are integrally formed.

그리고, 상기 상부플레이트(100)의 개질가스 온도측정관(104)과 상기 하부플레이트의 원료가스 온도측정관(252)에는 각각 도시되지 않은 열전대가 설치되어, 배출되는 개질가스와 공급되는 원료가스의 온도를 측정할 수 있다.The reformed gas temperature measuring tube 104 of the upper plate 100 and the source gas temperature measuring tube 252 of the lower plate are respectively provided with a thermocouple (not shown) to discharge the reformed gas and the supplied source gas. The temperature can be measured.

또, 상기 미세유로(115,125,135,145,165,175,195,215,225,235,245)는 바로 위에 존재하는 플레이트의 저면과의 사이에서 밀폐된 유로를 형성하게 된다. 또한, 상기 미세유로(115,125,135,145,165,175,195,215,225,235,245)는 주위의 홀들에 비해 단면적이 커서 공기, 원료가스, 배기가스, 및 개질가스의 유동속도를 저하시켜 열전달효율을 증가시키는 역할을 한다.In addition, the microchannels 115, 125, 135, 145, 165, 175, 195, 215, 225, 235, and 245 form a hermetic flow path between the bottom surfaces of the plates immediately above. In addition, the micro flow path (115, 125, 135, 145, 165, 175, 195, 215, 225, 235, 245) has a large cross-sectional area compared to the surrounding holes to reduce the flow rate of air, source gas, exhaust gas, and reforming gas to increase the heat transfer efficiency.

그리고, 상기 공기예열플레이트(110,130)와 연소열교환플레이트(160,170)와 상기 폐열회수플레이트(210,230)은 동일한 가열플레이트에 해당한다. 그리고, 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)와 상기 개질반응플레이트(190)와 상기 개질예열플레이트(220,240)은 동일한 개질플레이트에 해당한다. 그리고, 상기 가열플레이트를 180도 위상변화시키면(180도 회전시키면) 상기 개질플레이트와 동일하다. 따라서, 본 발명은 동일한 부품을 사용할 수 있어서 제조원가를 크게 감소시킬 수 있다.
The air preheating plates 110 and 130, the combustion heat exchange plates 160 and 170, and the waste heat recovery plates 210 and 230 correspond to the same heating plate. The reformed gas cooling plates 120 and 140, the reforming reaction plate 190, and the reforming preheating plates 220 and 240 correspond to the same reforming plates. When the heating plate is phase shifted 180 degrees (rotated 180 degrees), the heating plate is the same as the modified plate. Therefore, the present invention can use the same parts, which can greatly reduce the manufacturing cost.

다음으로, 상기 기동장치(2100)에 대하여 설명한다.Next, the starting device 2100 will be described.

상기 기동장치(2100)는 상기 탄화수소 개질기(2000)의 연료공급관(103)과 연결되는 연결관(310)과, 상기 연결관(310)에 단부에 설치되는 온오프밸브(300)와, 상기 온오프밸브(300)에서 상기 연결관(310)의 타측에 설치되는 착화관(316)과, 상기 연결관(310)에 연료를 공급하는 연료관(312)을 포함한다.The starting device 2100 includes a connecting pipe 310 connected to the fuel supply pipe 103 of the hydrocarbon reformer 2000, an on / off valve 300 installed at an end of the connecting pipe 310, and the on The ignition pipe 316 is installed on the other side of the connection pipe 310 in the off-valve 300 and a fuel pipe 312 for supplying fuel to the connection pipe (310).

따라서, 상기 연결관(310)은 상기 착화관(316)과 상기 연료관(312)에 각각 연결되며, 상기 연결관(310)과 상기 착화관(316)의 사이에는 상기 온오프밸브(300)가 배치하게 된다.Thus, the connection pipe 310 is connected to the ignition pipe 316 and the fuel pipe 312, respectively, between the connection pipe 310 and the ignition pipe 316 the on-off valve 300 Will be placed.

상기 착화관(316)은 대기와 접한 상태이다. 따라서, 상기 온오프밸브(300)를 온상태로 한 경우, 상기 연료관(312)으로부터 공급되는 연료가스는 대기압보다 높은 압력을 가지고 있고, 상기 탄화수소 개질기(2000)의 연료공급관(103) 측은 미세유로 등으로 인하여 연료가스의 진입이 상기 착화관(316)보다 곤란하므로, 상기 연료가스는 상기 연료공급관(103) 쪽으로 유입되지 못하고, 상기 착화관(316)으로 이동하게 된다.The ignition tube 316 is in contact with the atmosphere. Therefore, when the on-off valve 300 is turned on, the fuel gas supplied from the fuel pipe 312 has a pressure higher than atmospheric pressure, and the fuel supply pipe 103 side of the hydrocarbon reformer 2000 is fine. Since entering of fuel gas is more difficult than the ignition pipe 316 due to a flow path, the fuel gas does not flow into the fuel supply pipe 103 and moves to the ignition pipe 316.

상기 착화관(316)에는 착화부가 설치되며, 상기 착화부로는 상기 착화관(316)의 내벽면에 설치되는 착화코팅(314) 또는 공지의 전기 점화장치(미도시)를 사용할 수 있다.An ignition unit is installed in the ignition tube 316, and the ignition coating 314 or a known electric ignition device (not shown) installed on the inner wall surface of the ignition tube 316 may be used as the ignition unit.

본 발명의 실시예에서는, 상기 착화관(316)의 내벽면에 유입되는 연료가스를 착화시키기 위한 착화촉매(314)가 코팅된다. 따라서, 상기 착화관(316) 내로 상기 연료가스가 유입되면 착화가 일어나게 되며, 이러한 착화상태는 상기 연료관(312) 측으로 전파된다.In the embodiment of the present invention, the ignition catalyst 314 for igniting the fuel gas flowing into the inner wall surface of the ignition pipe 316 is coated. Therefore, when the fuel gas flows into the ignition pipe 316, ignition occurs, and the ignition state is propagated to the fuel pipe 312 side.

상기 착화촉매(314)는 FeCrAlloy 섬유 직조울의 표면에 ZrO2를 졸겔 방법으로 언더코팅하고, 900℃에서 10시간 소성하여 촉매 성분의 지지체를 형성하고, 이의 상부에 백금 0.1중량%를 담지, 건조, 소성(공기분위기 800℃, 10시간)하여 제조하였다. The complexing catalyst 314 is undercoated ZrO 2 on the surface of the FeCrAlloy fiber woven wool by sol-gel method, and calcined at 900 ° C. for 10 hours to form a support of the catalyst component, and on the upper part thereof, 0.1 wt% of platinum is dried and dried. It was prepared by firing (air atmosphere 800 ° C., 10 hours).

이러한 착화촉매(314)를 착화관(316)의 내벽면에 코팅하는 것에 의해 연료 중에 수소가 미량 포함된 가스를 사용할 때, 상기 연소열교환플레이트(160,170)의 제6 및 제7 미세유로(165,175)의 표면에 산화촉매 코팅 과정을 생략할 수 있다.When the ignition catalyst 314 is coated on the inner wall surface of the ignition tube 316 to use a gas containing a small amount of hydrogen in the fuel, the sixth and seventh microchannels 165 and 175 of the combustion heat exchange plates 160 and 170 are used. The oxidation catalyst coating process may be omitted.

특히, 본 발명에 따른 착화촉매(314)를 착화관(316)에 배치시키는 효과, 즉 착화포인트의 위치설정에 대한 효과는 착화 촉매를 배기가스 배출구(253)에 위치하는 구성과는 전혀 다른 결과를 보인다. 즉, 배기가스 배출구(253) 내에 착화촉매가 위치할 때 착화포인트가 연료와 공기의 최초 혼합지점으로 이동하기 위해서는 착화프레임의 냉각을 방지하기 위하여 플레이트(160, 170, 210, 230) 표면에 단일 미세유로의 크기가 일정수준(quenching distance) 이상이 되어야 하기 때문에 열전달 면적의 감소는 불가피하다. 따라서, 열전달 효율의 극대화를 위해서 착화포인트를 본 발명과 같이 착화관(316)에 위치시키고, 미세유로의 홈 관경을 더욱 작게 유지하는 것이 바람직하다.In particular, the effect of arranging the ignition catalyst 314 according to the present invention in the ignition pipe 316, that is, the effect on the positioning of the ignition point is a completely different result from the configuration of placing the ignition catalyst in the exhaust gas outlet 253 Seems. That is, when the ignition catalyst is located in the exhaust gas outlet 253, the ignition point moves to the initial mixing point of fuel and air so that the ignition point is moved to a single surface on the surface of the plates 160, 170, 210, 230 to prevent cooling of the ignition frame. Reduction of heat transfer area is inevitable because the size of the microfluidic channel must be greater than or equal to a quenching distance. Therefore, in order to maximize the heat transfer efficiency, it is preferable to place the ignition point in the ignition tube 316 as in the present invention, and to keep the groove diameter of the micro channel smaller.

상기 착화촉매(314)의 지지체는 입자, 튜브, 막대 형태의 세라믹을 사용하여 제조되어도 무방하다.
The support of the complexing catalyst 314 may be manufactured using ceramics in the form of particles, tubes, or rods.

본 발명의 실시예에 따른 상기 탄화수소 개질장치(3000)는 기본적으로 상술한 바와 같이 구성된다. 이하, 상기 탄화수소 개질장치(3000)의 작동모습에 대해 설명한다.The hydrocarbon reformer 3000 according to the embodiment of the present invention is basically configured as described above. Hereinafter, the operation of the hydrocarbon reformer 3000 will be described.

상기 탄화수소 개질기(2000)에 원료가스 공급원 및 공기공급원을 상기 원료공급관(254) 및 상기 공기공급관(101)에 각각 연결하고, 연료가스 공급원을 상기 시동장치(2100)의 연료관(312)에 연결하며, 상기 개질가스 온도측정관(104) 및 상기 원료가스 온도측정관(252)에 열전대(미도시)를 설치하여 반응기 가열 및 개질반응을 진행하였다.The source gas supply source and the air supply source are respectively connected to the source supply pipe 254 and the air supply pipe 101 to the hydrocarbon reformer 2000, and the fuel gas supply source is connected to the fuel pipe 312 of the starter 2100. In addition, a thermocouple (not shown) was installed in the reformed gas temperature measuring tube 104 and the source gas temperature measuring tube 252 to perform reactor heating and reforming reactions.

먼저, 공기의 이동경로는 다음과 같다. 상기 공기공급관(101)로 유입된 공기는 상기 제1 내지 제4 공기공급홀(111,121,131,141)이 형성하는 공기유입관 내로 공급된다. 그리고, 상기 공기유입관 내의 공기는 상기 공기예열플레이트(110,130)의 제1 및 제3 미세유로(115,135)를 지나 제1 내지 제7 연소홀(113,123,133,143,153,163,173)이 형성하는 연소관으로 공급되어서 연료와 혼합된다. 이 때, 상기 공기유입관의 하부는 상기 상측유로 격리플레이트(150)에 의해 폐쇄된다. 특히, 공기는 상기 제1 및 제3 미세유로(115,135)를 지나는 동안, 상기 공기예열플레이트(110,130)와 교호적으로 적층된 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)로부터 전도되는 열에 의해 예열된다.First, the movement path of air is as follows. The air introduced into the air supply pipe 101 is supplied into the air inlet pipe formed by the first to fourth air supply holes 111, 121, 131, and 141. In addition, the air in the air inlet pipe passes through the first and third microchannels 115 and 135 of the air preheating plates 110 and 130, and is supplied to the combustion pipes formed by the first to seventh combustion holes 113, 123, 133, 143, 153, 163 and 173 to be mixed with fuel. . At this time, the lower portion of the air inlet pipe is closed by the upper flow path isolation plate 150. In particular, air is preheated by heat conducted from the reformed gas cooling plates 120 and 140 alternately stacked with the air preheating plates 110 and 130 while passing through the first and third microchannels 115 and 135.

다음으로, 연료의 이동경로는 다음과 같다. 연료공급원으로부터 공급되는 연료가스는 상기 연료관(312)을 통해 상기 연결관(310)에 공급된다. 이 때 공급되는 연료가스는 수소, 탄화수소, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으며, 이러한 연료가스로 인해 상온에서 착화가 가능하다.Next, the fuel path is as follows. Fuel gas supplied from a fuel supply source is supplied to the connection pipe 310 through the fuel pipe 312. At this time, the fuel gas supplied may be hydrogen, hydrocarbon, or a mixture thereof, and the fuel gas may be ignited at room temperature.

시동상태에서는 상기 온오프밸브(300)가 개방되므로, 상술한 바와 같이 연료가스는 상기 착화관(316)으로 이동하여 착화촉매(314)에 의해 착화된다. 연료가스의 착화는 상기 연결관(310) 내부까지 전파되며, 이 상태에서 상기 온오프밸브(300)는 폐쇄된다. 이 후에 상기 연료관(312) 및 상기 연결관(310)을 통해 상기 연료공급관(103)으로 공급된 기체상태의 연료는 상기 연료공급관(103) 내에 코팅된 착화촉매(105)에 의해 착화된 상태에서 상기 연소관을 통해 연소되면서 통과하여 결과물인 배기가스 상태로 상기 연소열교환플레이트(160,170)까지 도달한다. 연소에 의해 연소열을 포함하고 있는 고온의 배기가스는 상기 연소열교환플레이트(160,170)의 제6 및 제7 미세유로(165,175)를 통해 상기 제6 내지 제14 배기가스 유통홀(161,171,181,191,201,211,221,231,241)이 형성하는 배기가스 공급관을 통과하여, 상기 폐열회수플레이트(210,230)의 제11 및 제13 미세유로(215,235)를 지나서 상기 제11 내지 제14 배기가스 배출홀(213,223,233,243)이 형성하는 배기가스 유통관을 지나 상기 하부플레이트(250)의 배기가스 배출관(253)으로 배출된다. 상기 배기가스 공급관은 상기 상부유로 격리플레이트(150)에 의해 상부가 폐쇄되고, 상기 하부플레이트(250)의 상면에 의해 하부가 폐쇄된다.Since the on-off valve 300 is opened in the starting state, the fuel gas moves to the ignition pipe 316 and is ignited by the ignition catalyst 314 as described above. Ignition of the fuel gas is propagated to the inside of the connecting pipe 310, in this state the on-off valve 300 is closed. Thereafter, the gaseous fuel supplied to the fuel supply pipe 103 through the fuel pipe 312 and the connection pipe 310 is ignited by the ignition catalyst 105 coated in the fuel supply pipe 103. While passing through the combustion pipe in the through to reach the combustion heat exchange plates (160, 170) in the resulting exhaust gas state. The high-temperature exhaust gas containing combustion heat by combustion is exhausted by the sixth through fourteenth exhaust gas distribution holes 161, 171, 181, 191, 201, 211, 221, 231, and 241 through the sixth and seventh micro-channels 165 and 175 of the combustion heat exchange plates 160 and 170. The lower plate passes through the gas supply pipe, passes through the exhaust gas distribution pipe formed by the eleventh through fourteen exhaust gas discharge holes 213, 223, 233, and 243 through the eleventh and thirteen minute flow paths 215 and 235 of the waste heat recovery plates 210 and 230. It is discharged to the exhaust gas discharge pipe 253 of 250. The exhaust gas supply pipe is closed at an upper portion by the upper flow passage isolation plate 150, and a lower portion is closed at an upper surface of the lower plate 250.

그리고, 원료가스 및 개질가스의 이동경로는 다음과 같다. 먼저, 상기 원료공급관(254)을 통해 원료가스가 공급되고, 상기 원료가스는 상기 제11 내지 제14 원료가스 공급홀(214,224,234,244)가 형성하는 원료가스 유입관을 통해 상기 개질예열플레이트(220,240)의 제12 및 제14 미세유로(225,245)를 지나면서 예열된다. 이 때, 원료가스의 예열은 상기 제 12 및 제14 미세유로(225,245)를 지나는 원료가스는 상기 폐열회수플레이트(210,230)의 제11 및 제13 미세유로(215,235)를 지나는 배기가스의 잔열을 열전도를 통해 공급받아 이루어진다. 상기 지나 상기 제9 내지 제14 원료가스 유통홀(192,202,212,222,232,242)가 형성하는 원료가스 유통관을 통해 상기 제9 미세유로(195)로 공급된다. 상기 상기 원료가스 유입관은 상기 하측유로 격리플레이트(200)에 의해 상측이 폐쇄되고, 상기 원료가스 유통관은 상기 촉매홀더플레이트(190)에 의해 상측이 폐쇄된다.In addition, the movement paths of the source gas and the reformed gas are as follows. First, raw material gas is supplied through the raw material supply pipe 254, and the raw material gas is supplied through the raw material gas inlet pipes formed by the eleventh through fourteenth raw material gas supply holes 214, 224, 234 and 244. Preheated while passing through the twelfth and fourteenth microchannels 225 and 245. At this time, the preheating of the source gas is the heat conduction of the residual heat of the exhaust gas passing through the eleventh and thirteenth micro-channels 215 and 235 of the waste heat recovery plates 210 and 230 through the source gas passing through the twelfth and fourteenth micro-channels 225 and 245. It is supplied through. The ninth micro-channel 195 is supplied through the source gas distribution pipe formed by the ninth through fourteenth source gas distribution holes 192, 202, 212, 222, 232, and 242. The upper side of the source gas inlet pipe is closed by the lower flow passage isolation plate 200, and the upper side of the source gas distribution pipe is closed by the catalyst holder plate 190.

상기 제9 미세유로(195)는 상기 개질촉매(185)와 접하여 있기 때문에, 상기 제9 미세유로(195)와 상기 개질촉매(185)가 형성하는 공간에서 개질반응을 통한 개질가스가 형성된다. 발생된 개질가스는 상기 제1 내지 제9 개질가스 유통홀(114,124,134,144,154,164,174,184,194)가 형성하는 개질가스 유통관을 통해 상기 개질가스 냉각플레이트(120,140)의 제2 및 제4 미세유로(125,145)를 지난다. 상기 제2 및 제4 미세유로(125,145)를 지나면서 냉각된 개질가스는 상기 제1 내지 제4 개질가스 배출홀(112,122,132,142)가 형성하는 개질가스 유출홀을 지나 상기 상부플레이트(100)의 개질가스 배출관(102)으로 배출된다. 상기 개질가스 유통관의 하측은 상기 하측유로 격리플레이트(200)에 의해 폐쇄되고, 상기 개질가스 유출관의 하측은 상기 상측유로 격리플레이트(150)에 의해 폐쇄된다.Since the ninth microchannel 195 is in contact with the reforming catalyst 185, a reformed gas is formed through a reforming reaction in a space formed by the ninth microchannel 195 and the reforming catalyst 185. The generated reformed gas passes through the second and fourth minute flow paths 125 and 145 of the reformed gas cooling plates 120 and 140 through reformed gas distribution pipes formed by the first to ninth reformed gas distribution holes 114, 124, 134, 144, 154, 164, 174, 184 and 194. The reformed gas cooled while passing through the second and fourth microchannels 125 and 145 passes through a reformed gas outlet hole formed by the first to fourth reformed gas discharge holes 112, 122, 132, and 142 to reformate gas of the upper plate 100. The discharge pipe 102 is discharged. The lower side of the reformed gas distribution pipe is closed by the lower flow passage isolation plate 200, and the lower side of the reformed gas outlet pipe is closed by the upper flow passage isolation plate 150.

그리고, 상기 개질가스 온도측정관(104)은 상기 개질가스 유통관과 연통되므로 내부에 도시되지 않은 열전대에 의해 냉각되기 전의 개질가스의 온도를 측정할 수 있다. 상기 개질가스 온도 측정관(104)은 폐쇄되어 있으므로, 상기 개질가스 온도측정관(104)을 통한 개질가스의 누출은 없다.In addition, since the reformed gas temperature measuring tube 104 communicates with the reformed gas distribution tube, the reformed gas temperature measuring tube 104 may measure the temperature of the reformed gas before it is cooled by a thermocouple not shown therein. Since the reformed gas temperature measuring tube 104 is closed, there is no leakage of the reformed gas through the reformed gas temperature measuring tube 104.

또, 상기 원료가스 온도측정관(252)은 상기 원료가스 유통관과 연통되므로 내부에 도시되지 않은 열전대에 의해 예열된 후의 원료가스의 온도를 측정할 수 있다. 상기 원료가스 온도측정관(252)은 폐쇄되어 있으므로, 상기 원료가스 온도 측정관(252)을 통한 개질가스의 누출은 없다.In addition, since the source gas temperature measuring tube 252 communicates with the source gas distribution tube, it is possible to measure the temperature of the source gas after being preheated by a thermocouple not shown therein. Since the source gas temperature measuring tube 252 is closed, there is no leakage of the reformed gas through the source gas temperature measuring tube 252.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
As described above, it has been described with reference to a preferred embodiment of the present invention, but those skilled in the art various modifications and changes to the present invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims below I can understand that you can.

[실험예][Experimental Example]

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 기동장치를 가지는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치(3000)의 가열실험에 대하여 설명한다. Hereinafter, a heating experiment of a hydrocarbon reformer 3000 using a microfluidic heater having a starting device according to an embodiment of the present invention will be described.

공기 2000㎖/min과 수소 800㎖/min을 공급하면서 반응기 각 위치별 온도 변화를 측정하였다. 초기 착화는 상기 착화관(316) 측으로 연료가스인 수소와 공기의 혼합가스가 공급되도록 상기 온오프밸브(300)를 개방하여 수소와 공기의 혼합가스가 착화촉매(3145)와 접촉시켜 수소를 착화시키기고, 이어서 상기 온오프밸브(300)를 폐쇄하여 혼합가스의 흐름 방향을 상기 탄화수소 개질기(2000) 쪽으로 향하도록 전환하여 탄화수소 개질기(2000)를 가열하였다.The temperature change at each position of the reactor was measured while supplying 2000 ml / min of air and 800 ml / min of hydrogen. In the initial ignition, the on-off valve 300 is opened to supply the mixed gas of hydrogen and air, which is fuel gas, to the ignition tube 316 so that the mixed gas of hydrogen and air contacts the ignition catalyst 3145 to ignite hydrogen. Then, the on-off valve 300 was closed to switch the flow direction of the mixed gas to the hydrocarbon reformer 2000 to heat the hydrocarbon reformer 2000.

연료 공급시간에 따라서 반응기 각 위치별 온도 변화는 도 4와 같이, 초기 1시간 동안 온도 상승이 급격하게 나타났고, 연료 공급 후 2시간에 정상상태의 온도에 도달 되었다. 연소 배출가스 중에 수소 농도를 측정(가스크로마토그래피)하여 연소 효율을 분석한 결과, 수소의 연소 효율은 99.99% 으로 나타났다. 이와 같이 반응기에 별도의 연료 연소 촉매를 코팅하지 않은 구성을 통하여, 수소의 안정적인 산화반응을 진행할 수 있었다. 더욱 급속한 가열을 위해서, 공기와 수소의 초기 공급량을 증가 시키고, 일정 시간 후에 점차적으로 줄이는 컨트롤 기법(PID제어) 활용할 때 더욱 신속한 가열을 진행할 수 있다. 또한, 반응기 최종 온도를 낮추거나 높이기 위해서 최종 연료 공급량의 가감을 통해서 조절 할 수 있다.
According to the fuel supply time, the temperature change for each position of the reactor was rapidly increased in temperature during the initial 1 hour, as shown in FIG. As a result of analyzing the combustion efficiency by measuring the hydrogen concentration (gas chromatography) in the combustion exhaust gas, the combustion efficiency of hydrogen was 99.99%. In this way, a stable oxidation reaction of hydrogen was able to proceed through the structure in which a separate fuel combustion catalyst was not coated in the reactor. For faster heating, faster heating can be achieved by increasing the initial supply of air and hydrogen, and then using a control technique (PID control) that gradually reduces after a period of time. In addition, it can be adjusted through the addition or subtraction of the final fuel supply to lower or increase the reactor final temperature.

10: 개질기 20: 일산화탄소수성반응기
30: 수소분리장치 40: 연소기
100: 상부플레이트 101: 공기공급관
102: 개질가스 배출관 103: 연료공급관
104: 개질가스 온도측정관
110,130: 공기예열플레이트 111: 제1 공기공급홀
112: 제1 개질가스 배출홀 113: 제1 연소홀
114: 제1 개질가스 유통홀 115: 제1 미세유로
120,140: 개질가스 냉각플레이트 121: 제2 공기공급홀
122: 제2 개질가스 배출홀 123: 제2 연소홀
124: 제2 개질가스 유통홀 125: 제2 미세유로
131: 제3 공기공급홀 132: 제3 개질가스 배출홀
133: 제3 연소홀 134: 제3 개질가스 유통홀
135: 제3 미세유로 141: 제4 공기공급홀
142: 제4 개질가스 배출홀 143: 제4 연소홀
144: 제4 개질가스 유통홀 145: 제4 미세유로
150: 상측유로 격리플레이트 153: 제5 연소홀
154: 제5 개질가스 유통홀 160,170: 연소열교환플레이트
161: 제6 배기가스유통홀 162: 제6 아이들홀
163: 제6 연소홀 164: 제 6 개질가스 유통홀
165: 제6 미세유로 171: 제7 배기가스유통홀
172: 제7 아이들홀 173: 제7 연소홀
174: 제7 개질가스 유통홀 175: 제7 미세유로
180: 촉매플레이트 181: 제8 배기가스유통홀
184: 제8 개질가스 유통홀 185: 개질촉매
190: 개질반응플레이트 191: 제9 배기가스유통홀
192: 제9 원료가스 유통홀 193: 제9 아이들홀
194: 제9 개질가스 유통홀 200: 하측유로 격리플레이트
201: 제10 배기가스유통홀 202: 제10 원료가스 유통홀
210,230: 폐열회수플레이트 211: 제11 배기가스유통홀
212: 제11 원료가스 유통홀 213: 제11 배기가스 배출홀
214: 제11 원료가스 공급홀 215: 제11 미세유로
220,240: 개질예열플레이트 221: 제12 배기가스유통홀
222: 제12 원료가스 유통홀 223: 제12 배기가스 배출홀
224: 제12 원료가스 공급홀 225: 제12 미세유로
231: 제13 배기가스유통홀 232: 제13 원료가스 유통홀
233: 제13 배기가스 배출홀 234: 제13 원료가스 공급홀
235: 제13 미세유로 241: 제14 배기가스유통홀
242: 제14 원료가스 유통홀 243: 제14 배기가스 배출홀
244: 제14 원료가스 공급홀 245: 제14 미세유로
250: 하부플레이트 252: 원료가스 온도측정관
253: 배기가스 배출관 254: 원료가스 공급관
300: 온오프밸브 310: 연결관
312: 연료관 314: 착화촉매
316: 착화관
10: reformer 20: carbon monoxide aqueous reactor
30: hydrogen separation device 40: combustor
100: upper plate 101: air supply pipe
102: reforming gas discharge pipe 103: fuel supply pipe
104: reforming gas temperature measuring tube
110,130: air preheating plate 111: first air supply hole
112: first reformed gas discharge hole 113: first combustion hole
114: first reformed gas distribution hall 115: first micro-channel
120, 140: reforming gas cooling plate 121: second air supply hole
122: second reformed gas discharge hole 123: second combustion hole
124: second reformed gas distribution hole 125: the second micro-channel
131: third air supply hole 132: third reformed gas discharge hole
133: third combustion hole 134: third reformed gas distribution hole
135: third fine flow path 141: fourth air supply hole
142: fourth reformed gas discharge hole 143: fourth combustion hole
144: fourth reformed gas distribution hall 145: fourth micro-channel
150: upper flow path isolation plate 153: fifth combustion hole
154: fifth reformed gas distribution hole 160, 170: combustion heat exchange plate
161: sixth exhaust gas distribution hole 162: sixth idle hole
163: sixth combustion hole 164: sixth reforming gas distribution hole
165: sixth minute flow path 171: seventh exhaust gas distribution hole
172: seventh idle hole 173: seventh combustion hole
174: seventh reformed gas distribution hall 175: seventh minute flow path
180: catalyst plate 181: eighth exhaust gas distribution hole
184: 8th reforming gas distribution hall 185: reforming catalyst
190: reforming reaction plate 191: 9th exhaust gas distribution hole
192: ninth source gas distribution hole 193: ninth idle hole
194: 9th reforming gas distribution hall 200: lower flow path isolation plate
201: 10th exhaust gas distribution hole 202: 10th source gas distribution hole
210,230: waste heat recovery plate 211: 11th exhaust gas distribution hole
212: 11th source gas distribution hole 213: 11th exhaust gas discharge hole
214: Eleventh source gas supply hole 215: Eleventh minute flow path
220,240: reforming preheating plate 221: 12th exhaust gas distribution hole
222: 12th source gas distribution hole 223: 12th exhaust gas discharge hole
224: 12th source gas supply hole 225: 12th micro-channel
231: 13th exhaust gas distribution hole 232: 13th source gas distribution hole
233: thirteenth exhaust gas discharge hole 234: thirteenth raw material gas supply hole
235: thirteenth minute flow path 241: fourteenth exhaust gas distribution hole
242: 14th source gas distribution hole 243: 14th exhaust gas discharge hole
244: 14th source gas supply hole 245: 14th fine flow path
250: lower plate 252: raw material gas temperature measuring tube
253: exhaust gas discharge pipe 254: raw material gas supply pipe
300: on-off valve 310: connector
312: fuel line 314: ignition catalyst
316: ignition tube

Claims (5)

공기와 연료가스를 공급하여 발생되는 연소열과의 열교환 및 개질촉매와의 접촉에 의해 원료가스를 개질하도록 미세유로가 형성된 복수의 가열플레이트 및 개질플레이트가 교호적으로 적층되는 탄화수소 개질기; 및
상기 탄화수소 개질기에 연결되어 연료가스를 공급하고, 시동시 연료가스를 착화시키는 시동장치를 포함하고,
상기 시동장치는,
일측이 상기 탄화수소 개질기와 연결되는 연결관;
연료공급원과 상기 연결관을 연통시키는 연료관;
상기 연결관의 타측에 설치되고 내부에 착화부를 가지는 착화관; 및
상기 착화관과 상기 연결관 사이에 배치되는 온오프밸브를 포함하는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치.
A hydrocarbon reformer in which a plurality of heating plates and reforming plates having a fine flow path are formed to be reformed by heat exchange with combustion heat generated by supplying air and fuel gas and contact with a reforming catalyst; And
A starter connected to the hydrocarbon reformer to supply fuel gas and ignite the fuel gas at startup;
The starting device,
A connecting tube having one side connected to the hydrocarbon reformer;
A fuel pipe communicating with a fuel supply source and said connection pipe;
An ignition tube installed on the other side of the connection tube and having an ignition portion therein; And
Hydrocarbon reformer using a micro-channel heater comprising an on-off valve disposed between the ignition pipe and the connecting pipe.
공기공급원과 연결되어 공기가 공급되는 공기공급관과, 연료공급원과 연결되는 시동장치와 연결되는 연료공급관과, 발생된 개질가스 배출관이 형성되는 상부플레이트; 및
원료공급원과 연결되어 원료가스가 공급되는 원료공급관과, 발생된 배기가스 배출관이 형성되는 하부플레이트;
상기 상부플레이트의 하부에 설치되어서, 상기 공기공급관으로부터 공급된 공기를 개질가스의 잔열에 의해 예열시켜 착화된 연료에 혼합연소시키는 가열플레이트와 개질플레이트가 교호적으로 적층된 공기예열부;
상기 공기예열부의 하측에 설치되어서 연소된 배기가스와 개질가스 만을 통과시키는 상측유로 격리플레이트;
상기 상측유로 격리플레이트의 하부에 설치되어서, 상기 배기가스의 연소열을 전도하는 가열플레이트와, 상기 가열플레이트의 하측에 접하며 개질촉매가 하측으로 노출되도록 설치되는 촉매홀더 플레이트와, 상기 촉매홀더 플레이트의 하부에 설치되어서 원료가스를 상기 개질촉매에 수평한 방향으로 접촉시키는 개질플레이트를 가지는 개질반응부;
상기 개질반응부의 하측에 설치되어서 개질반응부를 통과한 배기가스와 예열된 원료가스만을 통과시키는 상측유로 격리플레이트; 및
상기 상측유로 격리플레이트의 하부에 설치되어서, 상기 원료가스를 상기 개질반응부를 통과한 배기가스로 예열시키는가열플레이트와 개질플레이트가 교호적으로 배치되는 개질예열부를 포함하고,
상기 가열플레이트와 상기 개질플레이트의 상면에는 각각 미세유로가 형성되며,
상기 시동장치는,
일측이 상기 연료공급관과 연결되는 연결관;
연료공급원과 상기 연결관을 연통시키는 연료관;
상기 연결관의 타측에 설치되고 내부에 착화부를 가지는 착화관; 및
상기 착화관과 상기 연결관 사이에 배치되는 온오프밸브를 포함하는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치.
An upper plate having an air supply pipe connected to an air supply source to supply air, a fuel supply pipe connected to a starter connected to the fuel supply source, and a generated reformed gas discharge pipe; And
A lower plate connected to a raw material supply source and configured to supply a raw material gas and a generated exhaust gas discharge pipe;
An air preheating unit installed at a lower portion of the upper plate and alternately stacking a heating plate and a reforming plate for pre-heating the air supplied from the air supply pipe by the residual heat of the reforming gas and mixing and combusting the complexed fuel;
An upper flow passage isolation plate installed below the air preheating unit and passing only the exhaust gas and the reformed gas;
A heating plate disposed below the upper flow passage isolation plate, the heating plate conducting combustion heat of the exhaust gas, a catalyst holder plate in contact with the lower side of the heating plate, and installed to expose a reforming catalyst to the lower side; and a lower portion of the catalyst holder plate. A reforming reaction part installed at the reforming reaction part having a reforming plate for contacting the raw material gas in a horizontal direction with the reforming catalyst;
An upper flow path separation plate installed below the reforming reaction unit and configured to pass only the exhaust gas and the preheated raw material gas passing through the reforming reaction unit; And
A reforming preheating unit installed at a lower portion of the upper flow passage isolation plate and preheating the source gas to exhaust gas passing through the reforming reaction unit and a reforming preheating unit alternately arranged;
Fine flow paths are formed on the heating plate and the upper surface of the reforming plate, respectively.
The starting device,
A connection pipe having one side connected to the fuel supply pipe;
A fuel pipe communicating with a fuel supply source and said connection pipe;
An ignition tube installed on the other side of the connection tube and having an ignition portion therein; And
Hydrocarbon reformer using a micro-channel heater comprising an on-off valve disposed between the ignition pipe and the connecting pipe.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 연료가스는 수소 및 탄화수소 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치.
The hydrocarbon reformer of claim 1 or 2, wherein the fuel gas is any one of hydrogen and a hydrocarbon or a mixture thereof.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 착화부는 상기 착화관 내에 설치되는 착화촉매인 것을 특징으로 하는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치.
3. The hydrocarbon reformer of claim 1 or 2, wherein the ignition unit is a ignition catalyst installed in the ignition pipe.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 착화부는 상기 착화관에 설치되는 전기 점화장치인 것을 특징으로 하는 미세유로 가열기를 이용한 탄화수소 개질장치.3. The hydrocarbon reformer of claim 1 or 2, wherein the ignition unit is an electric ignition device installed in the ignition pipe.
KR1020100015623A 2010-02-22 2010-02-22 Hydrocarbon reforming device using micro channel heater with startup unit KR101207834B1 (en)

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