KR20180112133A - 열손실 저감을 위한 연료개질장치의 세라믹 버너 - Google Patents

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최구현
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Abstract

본 발명은 열손실 저감을 위한 연료개질장치의 세라믹 버너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 촉매의 작용 온도를 제공하기 위하여 열을 공급하는 버너의 화염실의 공간 개선을 통하여 열관리를 통한 전체적인 에너지 손실을 막고, 이를 통해서 연료개질의 효율을 현저히 상승시킨 열손실 저감을 위한 연료개질장치의 세라믹 버너에 관한 것이다.
본 발명의 열손실 저감을 위한 연료개질장치의 버너에 의하면 개질기의 내부에 존재하는 열을 일정한 온도가 유지되도록 버너로부터 히트파이프로 직접 전달하므로 열효율이 좋고, 버너가 세라믹으로 구성되어 있으므로 내부의 온도가 쉽게 소진되지 않아서 일정시간 동안 버너의 작동이 되지 않더라도 열량이 유지되므로 열효율이 좋은 등의 효과가 발생한다.

Description

열손실 저감을 위한 연료개질장치의 세라믹 버너{CERAMIC BURNER FOR HEAT SAVING TYPE FUEL REFORMER}
본 발명은 열손실 저감을 위한 연료개질장치의 세라믹 버너에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 촉매의 작용 온도를 제공하기 위하여 열을 공급하는 버너의 화염실의 공간 개선을 통하여 열관리를 통한 전체적인 에너지 손실을 막고, 이를 통해서 연료개질의 효율을 현저히 상승시킨 열손실 저감을 위한 연료개질장치의 세라믹 버너에 관한 것이다.
연료전지에 사용되고 있는 연료개질기는 버너의 열을 이용하여 반응기에서 연료를 개질시켜 수소, 일산화탄소, 이산화탄소 등과 같은 생성물 가스를 얻고, 이 생성물 가스는 시프트 컨버터(shift converter) 등을 통과하면서 연료전지스택(stack)에서 필요한 수소가스를 얻게 된다.
종래의 연료개질기에 사용되던 버너튜브는 주로 반응기 외부에서 열을 공급한 후 다시 외부로 빠져나가도록 설계되어 있다. 따라서 종래의 버너튜브로는 열을 충분히 공급하지 못하고 바이-패스(by-pass)하는 열 매체가 많게 되어, 결과적으로 연료의 소모량을 증가시켜 왔다.
도1의 도시된 연료개질기는 종래의 연료전지용 연료개질기를 대표한다.
상기 연료개질기는 촉매층(3)을 갖는 반응기(2)가 개질기 내부에 위치하고, 버너(1)의 열공급 영역이 반응기(2) 외부에 위치되기 때문에 열손실이 크도록 설계되어 있다. 버너(1) 내부로 공기입구(11)를 통하여 공기가 유입되고, 버너연료입구(12)를 통하여 버너연료가 유입된다.
상기 버너(1)에서 연료가 연소되어 반응기(2)를 가열시킨 후 버너 배기가스출구(13)를 통하여 배기가스가 배출된다. 반응기(2)에서는 반응연료가 반응연료입구(15)를 통하여 내부로 주입되고 촉매층(3)에서 개질반응 후 반응연료출구(14)를 통하여 배출된다.
상기 반응연료출구(14)로 배출된 생성가스는 시프트 컨버터(도시되지 않음)로 유입되어 일산화탄소가 스팀과 함께 반응하여 이산화탄소와 연료전지스택에 필요한 수소가스를 발생시킨다.
상기 반응기(2) 내부의 온도는 약 800 ℃∼ 900 ℃에 달하기 때문에, 버너(1)에 의하여 그 온도가 유지되도록 계속 가열하여야 한다.
상기 촉매층은 반응기 상단과 하단의 스크린으로 고정되어 있으며 그 내용물이 귀금속 촉매와 이를 담지하고 있는 담체 또는 지지체로 이루어져 있는 것으로, 반응연료의 개질반응을 촉진시킨다.
그러나, 종래의 개질기는 다음과 같은 문제점이 있었다.
(1) 개질기의 내부에 존재하는 열을 일정한 온도가 유지되도록 형성되는데, 전기히터 등으로 열을 계속공급해 주어야 한다.
(2) 버너에서 계속적으로 열을 공급해야 하고, 과잉열을 외부로 소진되므로 잘 열의 낭비가 심하다.
상기한 문제점을 해결하기 위해서, 단열재 사이에 사각 박스형상의 버너가 형성되고, 상기 일측 단열재의 측면에 촉매를 포함한 제1반응기가 형성되고, 상기 제1반응기의 측면에 제2단열재가 형성되며, 상기 제2단열재의 측면에 제2반응기가 형성되고, 상기 제2반응기의 측면에 제1히터가 형성되며, 상기 제1히터의 측면에는 제2반응기와 유사한 다수개의 반응기와 히터가 연속하여 형성되고, 전체의 양측면을 케이스가 고정하며, 연료가 공급되는 관로들이 다수개의 제1반응기 및 다수개의 반응기에 각각 연결되되,
상기 버너는 세라믹으로 형성되고, 내부에는 다수개의 히트파이프가 삽입되어 형성되며, 상기 각 히트파이프는 제1반응기, 제2반응기 및 다수개의 반응기의 측면에 각각 부착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 열손실 저감을 위한 연료개질장치의 버너에 의하면 다음과 같은 효과가 발생한다.
(1) 개질기의 내부에 존재하는 열을 일정한 온도가 유지되도록 버너로부터 히트파이프로 직접 전달하므로 열효율이 좋다.
(2) 버너가 세라믹으로 구성되어 있으므로 내부의 온도가 쉽게 소진되지 않아서 일정시간 동안 버너의 작동이 되지 않더라도 열량이 유지되므로 열효율이 좋다.
도 1은 종래의 연료개질기의 개념단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 열손실 저감을 위한 연료개질장치의 세라믹 버너의 설치 측면도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 열손실 저감을 위한 연료개질장치의 세라믹 버너의 설치 일부 개념사시도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예로 형성된 열손실 저감을 위한 연료개질장치의 세라믹 버너에 채용되는 히트파이프 형상을 나타낸 사시도.
본 발명은 단열재(210) 사이에 사각 박스형상의 버너(100)가 형성되고, 상기 일측 단열재(210)의 측면에 촉매를 포함한 제1반응기(110)가 형성되고, 상기 제1반응기(110)의 측면에 제2단열재(220)가 형성되며, 상기 제2단열재(220)의 측면에 제2반응기(120)가 형성되고, 상기 제2반응기(120)의 측면에 제1히터(310)가 형성되며, 상기 제1히터(310)의 측면에는 제2반응기(120)와 유사한 다수개의 반응기(130)와 히터(320)가 연속하여 형성되고, 전체의 양측면을 케이스(102)가 고정하며, 연료가 공급되는 관로(400)들이 다수개의 제1반응기(110), 제2반응기(120)및 다수개의 반응기(130)에 각각 연결되되,
상기 버너(100)는 세라믹으로 형성되고, 내부에는 다수개의 히트파이프(500)가 삽입되어 형성되며, 상기 각 히트파이프(500)는 제1반응기(110), 제2반응기(120) 및 다수개의 반응기(130)의 측면에 각각 부착된다.
상기 버너(100)는 세라믹으로 형성되는데, 점토를 주성분으로 하고 실리카와 중합하는 구조로 형성된다.
상기 버너(100)의 내부에 삽입되는 히트파이프(500)가 형성되는데, 상기 히트파이프(500)는 'ㄷ'자 형상으로 일측이 굽어서 형성되고, 한쪽은 짧고 한쪽은 긴 형태로 형성된다.
상기 히트파이프(500)의 짧은 발열부(510)는 버너(100)의 내부로 돌출삽입되고, 긴 싱크부(520)는 제1,2반응기(110,120) 및 반응기(130)의 측면에 부착된다.
상기 제1히터(510) 및 히터(320)는 각 반응기(130)들에 작용온도가 히트파이프(500)에 의해서도 미치지 못할 때 가열하는 수단으로 활용된다.
상기 히트파이프(500)는 버너(100)의 내부에 포함되거나, 측면에 부착될 수 있다.
상기 히트파이프(500)의 내부에는 작동유체가 형성되어 열을 빠르게 전달하는데, 작동유체는 각 채널을 따라서 증발 및 응축하면서 열을 빠르게 이송한다.
본 발명의 열손실 저감을 위한 연료개질장치의 버너에 의하면 개질기의 내부에 존재하는 열을 일정한 온도가 유지되도록 버너로부터 히트파이프로 직접 전달하므로 열효율이 좋고, 버너가 세라믹으로 구성되어 있으므로 내부의 온도가 쉽게 소진되지 않아서 일정시간 동안 버너의 작동이 되지 않더라도 열량이 유지되므로 열효율이 좋은 등의 효과가 발생한다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시 예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 후술하는 특허청구범위에 의해 포괄되는 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다.
100 : 버너 102 : 케이스
110 : 제1반응기 120 : 제2반응기
130 : 반응기 210 : 단열재
220 : 제2단열재 310 : 제1히터
320 : 히터 400 : 관로
500 : 히트파이프 510 : 발열부
520 : 싱크부

Claims (4)

  1. 본 발명은 단열재(210) 사이에 사각 박스형상의 버너(100)가 형성되고, 상기 일측 단열재(210)의 측면에 촉매를 포함한 제1반응기(110)가 형성되고, 상기 제1반응기(110)의 측면에 제2단열재(220)가 형성되며, 상기 제2단열재(220)의 측면에 제2반응기(120)가 형성되고, 상기 제2반응기(120)의 측면에 제1히터(310)가 형성되며, 상기 제1히터(310)의 측면에는 제2반응기(120)와 유사한 다수개의 반응기(130)와 히터(320)가 연속하여 형성되고, 전체의 양측면을 케이스(102)가 고정하며, 연료가 공급되는 관로(400)들이 다수개의 제1반응기(110), 제2반응기(120)및 다수개의 반응기(130)에 각각 연결되되,
    상기 버너(100)는 세라믹으로 형성되고, 내부에는 다수개의 히트파이프(500)가 삽입되어 형성되며, 상기 각 히트파이프(500)는 제1반응기(110), 제2반응기(120) 및 다수개의 반응기(130)의 측면에 각각 부착되는 것을 특징으로 하는 열손실 저감을 위한 연료개질장치의 세라믹 버너.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 버너(100)는 세라믹으로 형성되는데, 점토를 주성분으로 하고 실리카와 중합하는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 열손실 저감을 위한 연료개질장치의 세라믹 버너.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 히트파이프(500)는 'ㄷ'자 형상으로 일측이 굽어서 형성되고, 한쪽은 짧고 한쪽은 긴 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 열손실 저감을 위한 연료개질장치의 세라믹 버너.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 히트파이프(500)는 짧은 쪽이 발열부이고, 긴 쪽이 싱크부로 구성되고, 발열부는 버너(100)의 측면에 부착되는 것을 특징으로 하는 열손실 저감을 위한 연료개질장치의 세라믹 버너.
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