KR20210083152A - Fuel reformer with plate structure - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연료전지의 연료 개질장치에 대한 것으로 이동수단이나 좁은 공간에도 장착이 가능하며, 제조 및 설치가 용이한 판형 구조의 연료 개질장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel reformer for a fuel cell, and relates to a fuel reformer having a plate-shaped structure that can be installed in a moving means or a narrow space, and is easy to manufacture and install.
연료전지(fuel cell)는 수소를 연료로 공기와 산화시켜 직접 전기를 생산하고, 물을 배출하는 에너지 기술 분야 중 하나로써, 사용가능한 고농도의 수소연료 또는 수소 및 CO 혼합가스로 전환시키는 연료개질장치(reformer)가 필요하다. 이 경우, 연료개질장치의 개질 반응물은 천연가스 뿐만 아니라, 액화석유가스(LPG), 등유, 경유, 가솔린, 메탄올, 에탄올, 디메틸에테르 등의 탄화수소를 포함하는 물질 등을 사용할 수 있다.A fuel cell is one of the energy technology fields that directly produce electricity by oxidizing hydrogen with air as fuel and discharging water. A fuel reformer that converts hydrogen fuel with a high concentration that can be used or a mixed gas of hydrogen and CO (reformer) is required. In this case, the reforming reactant of the fuel reformer may use not only natural gas, but also a substance containing hydrocarbons such as liquefied petroleum gas (LPG), kerosene, light oil, gasoline, methanol, ethanol, and dimethyl ether.
연료개질에 있어서 탄화수소 수증기 개질은 수소 생산 방법 중 가장 염가의 방법이며, 탄화수소 수증기 개질은 상기의 개질 반응물을 이용하여 탄화수소를 수증기와 함께 촉매 하에 반응시켜 수소를 얻는 방법이다. 예를 들어 메탄가스를 이용하는 경우, 이때 진행되는 반응은 주반응인 개질반응과 부반응인 수성가스 전이반응 2가지이며 하기의 식과 같다.In fuel reforming, hydrocarbon steam reforming is the most inexpensive method among hydrogen production methods, and hydrocarbon steam reforming is a method of obtaining hydrogen by reacting hydrocarbons with steam using the above-described reforming reactants under a catalyst. For example, in the case of using methane gas, the reaction proceeding at this time is a reforming reaction, which is a main reaction, and a water gas transfer reaction, which is a side reaction, as follows.
[수학식 1] [Equation 1]
CH4 + H2O → CO +3H2 △H = +497kcal/molCH 4 + H 2 O → CO +3H 2 ΔH = +497 kcal/mol
CO + H2O → CO2 + H2 △H = -10kcal/molCO + H 2 O → CO 2 + H 2 ΔH = -10 kcal/mol
상기 수학식 1과 같이 수소는 메탄과 물 모두에서 분리되어 생산되기 때문에 높은 수소 생산수율이 가능하다. 그러나 상기 개질반응은 강한 흡열반응이며 고온 및 저압 조건이 정반응의 진행에 유리하므로 대부분 수증기와 메탄을 700 내지 1100℃의 촉매반응으로 반응시켜 수소를 얻고 있다.Since hydrogen is produced separately from both methane and water as shown in
탄화수소를 포함하는 모든 반응물의 개질반응은 흡열반응이므로 연료개질장치 내부에 높은 열을 공급해주는 버너가 필요하며, 단위 촉매당 반응활성을 증가시키기 위해 촉매에 반응열이 효율적으로 공급되어야 하므로 버너의 열분포는 고르게 이루어져야한다. 따라서, 대부분의 연료 개질장치는 버너의 열이 고르게 개질기에 공급되도록, 원통형의 구조로 입상 형태의 반응기가 주로 사용된다. 그러나 상기와 같은 원통형의 구조는 제조되는 장치의 크기에 있어서 소형화에는 제약이 있으며, 개질기의 설치를 위한 공간 또한 한계를 가져올 수 있다. Since the reforming reaction of all reactants including hydrocarbons is an endothermic reaction, a burner that supplies high heat to the inside of the fuel reformer is required. In order to increase the reaction activity per unit catalyst, the reaction heat must be efficiently supplied to the catalyst, so the heat distribution of the burner is should be done evenly Therefore, most fuel reformers mainly use a granular reactor with a cylindrical structure so that heat from a burner is uniformly supplied to the reformer. However, the cylindrical structure as described above has a limitation in miniaturization in the size of the device to be manufactured, and the space for installing the reformer may also be limited.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 이동수단이나 좁은 공간에도 장착이 가능하여 설치가 용이한 판형 구조의 연료 개질장치를 제공하는 것에 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a fuel reformer having a plate-shaped structure that can be easily installed in a moving means or a narrow space.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 원하는 용량에 따라 다양한 크기로 용이하게 제조할 수 있는 판형 구조의 연료 개질장치를 제공하는 것에 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a fuel reformer having a plate-shaped structure that can be easily manufactured in various sizes according to a desired capacity.
그리고, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 개질연료 또는 버너연료 공기를 예열함으로써 에너지 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 판형 구조의 연료 개질장치를 제공하는 것에 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a fuel reformer having a plate-shaped structure capable of further improving energy efficiency by preheating reformed fuel or burner fuel air.
나아가서, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 흡열 반응인 개질에 필요한 온도를 일정하게 유지할 수 있는 판형 구조의 연료 개질장치를 제공하는 것에 목적이 있다.Furthermore, another technical object of the present invention is to provide a fuel reformer having a plate-shaped structure capable of maintaining a constant temperature required for reforming, which is an endothermic reaction.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The object of the present invention is not limited to the object mentioned above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the following description.
상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 개질 반응열을 제공하는 버너부와, 상기 버너부의 일측에 결합되어 상기 버너부의 열로 인해 물을 포함하는 개질연료가 예열되는 예열부를 포함하는 판형의 버너부재; 및 상기 버너부재의 버너부 타측에 결합되되 상기 버너부재의 형태에 대응하는 판형으로 구성되고, 복수개 채널의 결합으로 개질 유로를 형성하여 상기 예열된 개질연료가 상기 개질유로를 이동하며 개질반응을 하는 개질부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 판형 구조의 연료 개질장치를 제공할 수 있다. In order to solve the above problem, the present invention provides a plate-shaped burner member comprising: a burner unit providing reforming reaction heat; and a preheating unit coupled to one side of the burner unit and preheating reformed fuel containing water due to the heat of the burner unit; and a plate shape coupled to the other side of the burner part of the burner member and configured in a plate shape corresponding to the shape of the burner member, forming a reforming flow path by combining a plurality of channels so that the preheated reforming fuel moves through the reforming flow path and performing a reforming reaction It is possible to provide a fuel reformer having a plate-shaped structure, comprising: a reforming member.
상기 버너부재의 예열부는, 버너연료 공기가 이동하며 예열되는 공기 예열유로와, 상기 공기예열유로를 감싸는 형태의 예열코일을 포함하고, 상기 예열코일 내부를 상기 개질연료가 이동하며 예열되는 것일 수 있다.The preheating unit of the burner member may include an air preheating passage through which burner fuel air moves and preheating, and a preheating coil enclosing the air preheating passage, and the reformed fuel moves in the preheating coil to be preheated. .
상기 예열코일은 물을 포함하는 개질연료가 주입되는 예열코일 주입부와 예열된 개질연료가 배출되는 예열코일 배출부를 포함하고, 상기 개질부재는, 상기 예열코일 배출부와 나란히 위치하여 상기 예열된 개질연료가 주입되는 개질연료주입부를 구비하는 것일 수 있다.The preheating coil includes a preheating coil injection unit into which the reformed fuel containing water is injected and a preheating coil discharge unit through which the preheated reformed fuel is discharged, and the reforming member is positioned side by side with the preheating coil discharging unit to dissipate the preheated reforming fuel. It may be provided with a reformed fuel injection unit into which fuel is injected.
상기 버너부재는, 상기 예열부와 상기 버너부 사이에 격벽이 위치하되, 상기 격벽은 슬릿을 구비하여 상기 버너부에서 발생한 배기가스는 상기 슬릿을 통하여 상기 예열부로 이동하고, 상기 예열부의 일단부에 위치한 배기가스 배출구로 배출되는 것일 수 있다.In the burner member, a barrier rib is positioned between the preheating unit and the burner unit, and the barrier rib has a slit so that the exhaust gas generated from the burner unit moves to the preheating unit through the slit, and at one end of the preheating unit It may be discharged to an exhaust gas outlet located.
상기 버너부는 등간격으로 위치하는 관형의 버너를 복수 개로 구비할 수 있다.The burner unit may include a plurality of tubular burners positioned at equal intervals.
상기 버너부는 공기를 포함하는 버너연료를 상기 각각의 버너에 주입하는 크로스 유니언 모듈을 구비할 수 있다.The burner unit may include a cross union module for injecting burner fuel containing air into the respective burners.
상기 개질부재는, 상기 버너부재에 대해 직교하는 방향으로 위치하며 상기 버너부를 감싸는 형태로 단면이 U자형인 채널이 결합된 채널모듈을 구비하며, 상기 개질유로가 형성되는 것일 수 있다.The reforming member may include a channel module positioned in a direction orthogonal to the burner member and coupled to a channel having a U-shaped cross section to surround the burner unit, and the reforming flow path may be formed.
상기 채널모듈의 각각의 채널은 U자형의 외주면과, 상기 외주면과 이격되어 상기 버너부를 감싸는 U자형의 내주면과, 상기 각각의 채널이 구획되는 격벽면으로 구성되며, 채널 사이에 위치하는 상기 격벽면은 일측 또는 타측에 개방홀이 위치하여 상기 개질 유로가 형성될 수 있다.Each channel of the channel module has a U-shaped outer circumferential surface, a U-shaped inner circumferential surface spaced apart from the outer circumferential surface to surround the burner unit, and a partition wall surface through which each channel is partitioned, and the partition wall surface positioned between the channels An open hole may be located on one side or the other side, so that the reforming flow path may be formed.
상기 개질부재는, 상기 버너부를 중심으로 상기 관형의 버너와 평행한 방향으로 배열되는 복수 개의 채널이 서로 연통되어 결합하여 개질 유로를 제공하는 채널부와, 상기 채널부를 수용하는 채널부 케이스를 포함하는 것일 수 있다.The reforming member includes a channel unit in which a plurality of channels arranged in a direction parallel to the tubular burner are communicated with each other to provide a reforming flow path around the burner unit, and a channel unit case for accommodating the channel unit. it could be
상기 개질부재는, 상기 결합된 채널의 내부를 따라 지그재그형 또는 ㄹ형으로 개질 유로가 구비되는 것일 수 있다.The reforming member may be provided with a reforming flow path in a zigzag or d-shape along the inside of the combined channel.
상기 개질부재는, 촉매가 내부에 위치하여 개질반응이 이루어지는 개질반응 채널과, 개질 반응열이 회복되는 열교환 채널이 반복되어 구비되는 것일 수 있다.The reforming member may be repeatedly provided with a reforming reaction channel in which a catalyst is located and a reforming reaction is performed, and a heat exchange channel through which reforming reaction heat is recovered.
본 발명의 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치는 이동수단이나 좁은 공간에도 장착이 가능하여 설치가 용이한 장점이 있다. 또한, 원하는 용량에 따라 채널의 수를 조절함으로써 다양한 크기로 용이하게 제조할 수 있으며, 예열부를 통하여 개질 반응 전의 개질연료 또는 버너연료 공기를 예열함으로써 에너지 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 나아가서 개질반응 채널과 열교환 채널을 반복하여 구비함으로써 흡열 반응인 개질에 필요한 온도를 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있다.The fuel reformer having a plate-shaped structure according to an embodiment of the present invention has the advantage of being easy to install because it can be mounted on a moving means or in a narrow space. In addition, various sizes can be easily manufactured by adjusting the number of channels according to a desired capacity, and energy efficiency can be further improved by preheating the reformed fuel or burner fuel air before the reforming reaction through the preheater. Furthermore, by repeatedly providing the reforming reaction channel and the heat exchange channel, there is an advantage in that the temperature required for the reforming, which is an endothermic reaction, can be constantly maintained.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치를 나타낸 사시도,
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치를 나타낸 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치의 버너부재를 나타낸 사시도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치의 개질부재를 나타낸 사시도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치를 나타낸 단면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치를 나타낸 사시도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치를 나타낸 분해 사시도,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치의 개질부재를 나타낸 분해사시도이다.1 is a perspective view showing a fuel reformer having a plate-shaped structure according to an embodiment of the present invention;
2 and 3 are exploded perspective views showing a fuel reformer having a plate-shaped structure according to an embodiment of the present invention;
4 is a perspective view illustrating a burner member of a fuel reformer having a plate-shaped structure according to an embodiment of the present invention;
5 is a perspective view showing a reforming member of a fuel reformer having a plate-shaped structure according to an embodiment of the present invention;
6 is a cross-sectional view showing a fuel reformer having a plate-shaped structure according to an embodiment of the present invention;
7 is a perspective view showing a fuel reformer having a plate-shaped structure according to another embodiment of the present invention;
8 is an exploded perspective view showing a fuel reformer having a plate-shaped structure according to another embodiment of the present invention;
9 is an exploded perspective view showing a reforming member of a fuel reformer having a plate-shaped structure according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The embodiments introduced below are provided as examples so that the spirit of the present invention can be sufficiently conveyed to those skilled in the art. Accordingly, the present invention is not limited to the embodiments described below and may be embodied in other forms. In addition, in the drawings, the length, thickness, etc. of layers and regions may be exaggerated for convenience. Like reference numerals refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치를 나타낸 사시도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치를 나타낸 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치의 버너부재를 나타낸 사시도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치의 개질부재를 나타낸 사시도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치를 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치를 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치를 나타낸 분해 사시도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치의 개질부재를 나타낸 분해사시도이다.1 is a perspective view showing a plate-shaped fuel reformer according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are exploded perspective views showing a plate-shaped fuel reformer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is this view A perspective view showing a burner member of a fuel reformer having a plate-shaped structure according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is a perspective view showing a reforming member of a fuel reformer having a plate-shaped structure according to an embodiment of the present invention, and FIG. A cross-sectional view showing a fuel reformer having a plate-shaped structure according to an embodiment, FIG. 7 is a perspective view showing a fuel reformer having a plate-shaped structure according to another embodiment of the present invention, and FIG. 8 is a plate-shaped structure according to another embodiment of the present invention is an exploded perspective view showing the fuel reformer of , and FIG. 9 is an exploded perspective view showing the reforming member of the fuel reformer having a plate-shaped structure according to another embodiment of the present invention.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치(10)는 판형의 버너부재(100)와 개질부재(200)를 포함할 수 있으며, 버너부재(100)의 내부로 삽입되어 버너부재(100)를 점화시키는 점화부재(미도시)를 더욱 포함할 수 있다.1 to 6 , the
상기 판형의 버너부재(100)는 개질 반응열을 제공하는 버너부(120)와, 상기 버너부(120)의 일측에 결합되어 상기 버너부로부터 발생한 열로 인해 물을 포함하는 개질연료가 예열되는 예열부(110)를 포함할 수 있다. 상기 개질부재(200)는 상기 버너부재(100)의 버너부(120) 타측에 결합되되, 상기 버너부재의 형태에 대응하는 판형으로 구성되고, 복수개 채널(210m)의 결합으로 개질 유로를 형성하여 상기 예열부(110)로 인해 예열된 개질연료가 상기 개질유로를 이동하며 개질반응을 일으킬 수 있다. 예로써, 상기 개질 연료는 천연가스 뿐만 아니라, 액화석유가스, 등유, 경유, 가솔린, 메탄올, 에탄올, 디메틸에테르 등 탄화수소를 포함하는 기상 또는 액상의 반응물을 사용할 수 있다.The plate-
본 발명의 일 실시예에 따른 개질부재(200)는 복수개 채널(210m)의 결합으로 개질 유로(도 5의 화살표)를 형성하는 채널모듈(210)을 포함할 수 있고, 상기 예열부(110)로 인해 예열된 개질연료는 상기 개질유로를 이동하며 개질반응을 일으킬 수 있다.The reforming
상세히 설명하면, 버너부재(100)의 버너부(120)는 버너연료 주입부(122)를 통하여 공기를 포함하는 버너연료가 투입되며, 점화부재로 인해 버너연료는 점화될 수 있다. 예로써, 버너연료 주입부(122)로부터 타측의 버너부(120)에 점화기 체결부(310)가 구비되고, 점화부재는 점화기 체결부(310)에 결합되어 위치할 수 있다. 버너연료는 액상 또는 기상의 형태로 제공될 수 있다.In detail, the
상기 버너부(120)는 등간격으로 위치하는 관형의 버너(124)를 복수 개로 구비할 수 있다. 따라서 연료 개질장치(10)의 용량에 따라 버너부(120)는 버너(124)의 길이(크기)는 물론 버너(124)의 수를 조절하여 구비함으로써 개질반응에 필요한 열용량을 조절할 수 있으며, 버너부재(100) 내부의 열 분포 또한 균일하게 조절할 수 있다. 버너연료의 연소로 발생하는 버너부(120)의 열이 개질반응에 적정한 수준의 온도인지 점검하기 위해 버너온도 측정기 투입부(320)에는 버너온도 측정기가 결합될 수 있다.The
나아가서, 상기 버너부(120)는 공기를 포함하는 버너연료를 상기 각각의 버너에 주입하는 크로스 유니언 모듈을 구비할 수 있다. 즉, 버너연료 주입부(122)의 일단부와 각각의 버너(124) 사이에 크로스 유니언 모듈이 결합되고, 버너연료 주입부(122)로 주입된 버너연료는 크로스 유니언 모듈로 인해 각각의 버너(124)에 동일하게 분배될 수 있다. 따라서 각각의 버너(124)는 동일한 버너연료를 연소시킬 수 있으므로 버너부(120) 내부의 온도분포는 더욱 균일해질 수 있다.Furthermore, the
상기 버너부재의 예열부(110)는 버너연료의 연소를 위한 공기 또는 개질반응을 위한 물과 개질연료를 예열하는 것으로, 버너연료 공기가 이동하며 예열되는 공기예열유로(112)와, 상기 공기예열유로(112)를 감싸는 형태의 예열코일(114)을 포함할 수 있다. 즉, 버너부(120)의 일측에 예열부(110)가 위치함으로써 버너부(120)의 열이 복사되어 예열부(110)로 전해질 수 있으며, 상기 버너부(120)로부터 제공받는 복사열로 인해 예열부(110)의 내부의 온도는 상승될 수 있다. 즉, 버너부재(100)는 예열부(110)를 구비함으로써 연료 개질에 필요한 열량 공급과 액상 혹은 기상의 개질연료를 기화 또는 예열하기 위한 열량을 공급할 수 있으며, 버너연료가 액상일 경우 액상의 버너연료를 기화시킬 수 있다.The preheating
공기예열유로 주입부(112a)로 주입된 버너연료 공기는 공기예열유로(112)를 이동하는 동안 가열될 수 있으며, 가열된 버너연료 공기는 공기예열유로 유출부(112b)와 연결된 버너연료 주입부(122)로 버너연료와 함께 주입될 수 있다. 따라서 예열된 공기를 버너연료와 함께 주입하고 버너연료를 연소시킴으로써 상온의 공기를 주입하는 것보다 버너연료의 연소효율을 높여줄 수 있다. The burner fuel air injected into the air preheating
예열코일(114)은 공기예열유로(112)를 감싸는 형태로 예열부(110) 내에 위치하여 한정된 공간 내에서 예열되는 구간을 증가시켜 예열부(110) 내부의 온도를 효율적으로 제공받을 수 있으며, 물을 포함하는 개질연료는 예열코일(114) 내부를 이동하며 예열될 수 있다. 즉, 예열부(110)를 통하여 개질 반응 전의 개질연료를 충분히 예열함으로써 고온의 흡열반응인 개질 반응 시 에너지 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다. The preheating
상기 예열코일(114)은 물을 포함하는 개질연료가 주입되는 예열코일 주입부(114a)와 예열된 개질연료가 배출되는 예열코일 배출부(114b)를 포함할 수 있으며, 상기 개질부재(200)는, 상기 예열코일 배출부(114b)와 나란히 위치하여 상기 예열된 개질연료가 주입되는 개질연료 주입부(220)를 구비할 수 있다. 따라서 예열된 개질연료가 개질부재(200)로 이동하는 경로를 최소화하여 예열된 개질연료의 열손실을 최소화할 수 있다. The preheating
버너부재(100)는 상기 예열부(110)와 상기 버너부(120) 사이에 격벽(130)이 위치하되, 상기 격벽(130)은 슬릿(132)을 구비하여 상기 버너부(120)에서 버너연료의 연소 후 발생한 배기가스는 상기 슬릿(132)을 통하여 상기 예열부(110)로 이동하고, 상기 예열부(110)의 일단부에 위치한 배기가스 배출구(140)로 배출될 수 있다. 배기가스의 배출 전 예열부(110)를 통과하여 이동(a)함으로써 버너부(120)의 열이 배기가스를 통하여 예열부(110)에 간접 전달될 수 있으므로, 버너부(120)로부터 전달된 복사열과 함께 예열부(110)를 가열시킴으로써 열효율성을 더욱 높여줄 수 있다.In the
일 실시예에 따른 개질부재(200)는 상기 버너부재(100)에 대해 직교하는 방향으로 위치하며 상기 버너부(120)를 감싸는 형태로 단면이 U자형인 채널(210m)이 결합된 채널모듈(210)을 구비하며, 상기 개질유로가 형성될 수 있다. 또한, 상기 채널모듈(210)의 각각의 채널에 구비된 온도측정기를 포함할 수 있다. 상기 온도측정기는 각각의 채널의 중심 영역에 구비된 채널 온도측정기 체결부(240)에 삽입되어 위치함으로써 각각의 채널(210m)의 온도를 점검할 수 있다. The reforming
채널모듈(210)은 연료 개질장치(10)에 요구되는 개질용량에 따라 결합되는 채널(210m)의 수를 조절할 수 있다. 이에 따라 연료 개질장치(10)는 다양한 크기로 제조될 수 있으며, 좁은 공간에 요구되는 크기라도 용이하게 제조될 수 있다. The
상기 채널모듈(210)은 상기 버너부(120)를 감싸는 형태로 단면이 U자형인 상기 채널(210m)이 결합된 것일 수 있다. 즉, 채널모듈(210)이 버너부(120)를 중심에 두고 그를 감싸는 형태로 위치함으로써 버너부(120)의 연소열이 채널모듈(210)에 고르게 전달되도록 할 수 있으므로 개질반응을 더욱 효과적으로 수행할 수 있다. The
예를 들어, 상기 채널모듈(210)의 각각의 채널(210m)은 U자형의 외주면(212)과, 상기 외주면(212)과 이격되어 상기 버너부(120)를 감싸는 U자형의 내주면(216)과, 상기 각각의 채널이 구획되는 격벽면(218)으로 구성되며, 채널 사이에 위치하는 상기 격벽면(218)은 일측 또는 타측에 개방홀이 위치하여 상기 개질 유로가 형성되는 것일 수 있다. For example, each
도 5와 같이, 상기 개질부재(200)는 상기 결합된 채널의 내부를 따라 지그재그형 또는 ㄹ형으로 개질 유로가 구비되는 것일 수 있다. 즉, 개질연료 주입부(220)로 물을 포함하는 예열된 개질연료가 주입되어 첫 번째 채널을 이동(1)하고, 첫 번째 채널의 상측 격벽면에 형성된 개방홀을 통과(2)하여 두 번째 채널을 이동한 후, 두 번째 채널의 상측 격벽면에 형성된 개방홀을 통과(3)하여 세 번째 채널을 이동하며, 상기와 같은 과정의 반복으로 개질연료는 개질유로를 따라 이동하여 개질반응을 수행할 수 있으며, 최종적으로 생성물 유출부(230)를 통하여 개질부재(200) 외부로 생성물이 취득될 수 있다. As shown in FIG. 5 , the reforming
상기 채널모듈(210)은 촉매가 내부에 위치하여 개질반응이 이루어지는 개질반응 채널(210a)과, 개질 반응열이 회복되는 열교환 채널(210b)이 반복되어 구비되는 것일 수 있으며, 도 1의 예시와 반대의 순서로 개질반응 채널과 열교환 채널이 반복될 수도 있다. 하나의 채널(210a)을 개질연료가 통과하며 개질반응이 수행되고, 개질반응 동안 흡수된 열은 이웃한 다른 하나의 열교환 채널(210b)을 통과하며 다시 반응열을 얻게 될 수 있으며, 또 다른 하나의 이웃한 개질반응 채널을 통과하며 개질반응을 수행하는 것으로, 상기와 같은 과정이 반복되며 개질반응을 수행할 수 있다, 따라서, 개질반응이 채널(210m)을 이동하며 반복적으로 개질반응이 수행되더라도 개질반응에 필요한 열은 일정하게 유지됨으로써 개질반응이 효과적으로 이루어질 수 있다.The
도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치(20)는 판형의 버너부재(100)와 다른 실시예의 개질부재(400)를 포함할 수 있으며, 버너부재(100)의 내부로 삽입되어 버너부재(100)를 점화시키는 점화부재(미도시)를 더욱 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따른 버너부재(100)와 점화부재는 도 1 내지 도 6의 일 실시예와 동일하므로, 하기는 다른 실시예의 개질부재(400)를 상세히 설명한다.7 to 9 , the
본 발명의 다른 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치(20)의 개질부재(400)는 상기 버너부(120)를 중심으로 상기 관형의 버너(124)와 평행한 방향으로 배열되는 복수 개의 채널이 서로 연통되어 결합하여 개질 유로를 제공하는 채널부(410)와 상기 채널부(410)를 수용하는 채널부 케이스(440)를 포함할 수 있다. 상기 채널부 중 선택된 하나의 채널 단부에는 예열된 개질연료가 주입되는 개질연료 주입부(420)가 위치하고, 개질 유로의 최종 채널의 단부는 생성물 유출부(430)가 위치하여 개질부재(400) 외부로 생성물이 취득될 수 있다. 예열된 개질연료가 개질부재(400)로 이동하는 경로를 최소화하여 예열된 개질연료의 열손실을 최소화할 수 있도록 개질연료 주입부(420)는 예열코일 배출부(114b)와 근접한 채널에 형성되는 것이 바람직하다.The reforming
채널부(410)는 연료 개질장치(20)에 요구되는 개질용량에 따라 결합되는 채널의 수를 조절할 수 있다. 이에 따라 연료 개질장치(20)는 다양한 크기로 제조될 수 있으며, 좁은 공간에 요구되는 크기라도 용이하게 제조될 수 있다. 상기 채널부(410)는 버너부(120)를 중심으로 관형의 버너(124)와 평행한 방향으로 배열됨으로써 버너부(120)의 연소열이 각각의 채널에 고르게 전달되도록 할 수 있으므로 개질반응을 더욱 효과적으로 수행할 수 있다. The
상기 개질부재(400)는, 상기 결합된 채널의 내부를 따라 지그재그형 또는 ㄹ형으로 개질 유로가 구비되는 것일 수 있다. 즉 각각의 채널의 일단부 또는 타단부는 유로 연결부(412)가 위치하여 개질연료 주입부(420)로 물을 포함하는 예열된 개질연료가 주입(1)되면 첫 번째 채널을 이동하고, 첫 번째 채널의 일단부에 형성된 유로 연결부(412)를 따라 두 번째 채널로 이동(2)한 후 두 번째 채널의 타단부에 형성된 유로 연결부(412)를 따라 세 번째 채널로 이동(3)하는 과정을 반복하며 개질반응이 이루어질 수 있다. 따라서 최종적으로 생성물 유출부(430)를 통하여 개질부재(400) 외부로 생성물이 취득될 수 있다. The reforming
상기 채널부(410)는 촉매가 내부에 위치하여 개질반응이 이루어지는 개질반응 채널(410a)과, 개질 반응열이 회복되는 열교환 채널(410b)이 반복되어 구비되는 것일 수 있으며, 도 9의 예시와 반대의 순서로 개질반응 채널과 열교환 채널이 반복될 수도 있다. 하나의 채널(410a)을 개질연료가 통과하며 개질반응이 수행되고, 개질반응 동안 흡수된 열은 이웃한 다른 하나의 열교환 채널(410b)을 통과하며 다시 반응열을 얻게 될 수 있으며, 또 다른 하나의 이웃한 개질반응 채널을 통과하며 개질반응을 수행하는 것으로, 상기와 같은 과정이 반복되며 개질반응을 수행할 수 있다, 따라서, 개질반응이 채널부(410)를 이동하며 반복적으로 개질반응이 수행되더라도 개질반응에 필요한 열은 일정하게 유지됨으로써 개질반응이 효과적으로 이루어질 수 있다.The
본 발명의 실시예에 따른 판형 구조의 연료 개질장치(10, 20)는 이동수단이나 좁은 공간에도 장착이 가능하여 설치가 용이한 장점이 있다. 또한, 원하는 용량에 따라 채널의 수를 조절함으로써 다양한 크기로 용이하게 제조할 수 있으며, 예열부(110)를 통하여 개질 반응 전의 개질연료 또는 버너연료 공기를 예열함으로써 에너지 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 나아가서 개질반응 채널과 열교환 채널을 반복하여 구비함으로써 흡열 반응인 개질에 필요한 온도를 일정하게 유지할 수 있는 장점이 있다.The
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention within the scope without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. You will understand that it can be done.
10, 20: 연료 개질장치
100: 버너부재
110: 예열부
112: 공기예열유로
114: 예열코일
114b: 예열코일 배출부
120: 버너부
130: 격벽
132: 슬릿
140: 배기가스 배출구
200, 400: 개질부재
210: 채널모듈
210m: 채널
210a, 410a: 개질반응 채널
210b, 410b: 열교환 채널
220, 420: 개질연료 주입부
230, 430: 생성물 유출부
240; 채널 온도측정기 체결부
310; 점화기 체결부
320; 버너온도 측정기 투입부
410; 채널부
440; 채널부 케이스10, 20: fuel reformer
100: burner member
110: preheating unit
112: air preheating flow path
114: preheating coil
114b: preheating coil discharge part
120: burner unit
130: bulkhead
132: slit
140: exhaust gas outlet
200, 400: modified member
210: channel module
210m: Channel
210a, 410a: reforming reaction channel
210b, 410b: heat exchange channels
220, 420: reformed fuel injection unit
230, 430: product outlet
240; Channel thermometer connection part
310; igniter joint
320; Burner temperature meter input part
410; channel part
440; channel case
Claims (11)
상기 버너부재의 버너부 타측에 결합되되 상기 버너부재의 형태에 대응하는 판형으로 구성되고, 복수개 채널의 결합으로 개질 유로를 형성하여 상기 예열된 개질연료가 상기 개질유로를 이동하며 개질반응을 하는 개질부재;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 판형 구조의 연료 개질장치.
a plate-shaped burner member including a burner unit providing reforming reaction heat, and a preheating unit coupled to one side of the burner unit to preheat the reformed fuel containing water due to the heat of the burner unit; and
The burner member is coupled to the other side of the burner part and has a plate shape corresponding to the shape of the burner member, and a reforming flow path is formed by combining a plurality of channels, so that the preheated reforming fuel moves through the reforming flow path and performs a reforming reaction. absence;
A fuel reformer of a plate-shaped structure comprising a.
상기 버너부재의 예열부는, 버너연료 공기가 이동하며 예열되는 공기 예열유로와, 상기 공기예열유로를 감싸는 형태의 예열코일을 포함하고,
상기 예열코일 내부를 상기 개질연료가 이동하며 예열되는 것을 특징으로 하는 판형 구조의 연료 개질장치.
The method of claim 1,
The preheating unit of the burner member includes an air preheating passage through which burner fuel air moves and preheating, and a preheating coil surrounding the air preheating passage,
The fuel reformer having a plate-shaped structure, characterized in that the reforming fuel is preheated while moving in the preheating coil.
상기 예열코일은 물을 포함하는 개질연료가 주입되는 예열코일 주입부와 예열된 개질연료가 배출되는 예열코일 배출부를 포함하고,
상기 개질부재는, 상기 예열코일 배출부와 나란히 위치하여 상기 예열된 개질연료가 주입되는 개질연료주입부를 구비하는 것을 특징으로 하는 판형 구조의 연료 개질장치.
3. The method of claim 2,
The preheating coil includes a preheating coil injection unit into which the reformed fuel containing water is injected and a preheating coil discharge unit through which the preheated reformed fuel is discharged,
and the reforming member includes a reforming fuel injection unit positioned side by side with the preheating coil discharge unit and into which the preheated reformed fuel is injected.
상기 버너부재는, 상기 예열부와 상기 버너부 사이에 격벽이 위치하되, 상기 격벽은 슬릿을 구비하여 상기 버너부에서 발생한 배기가스는 상기 슬릿을 통하여 상기 예열부로 이동하고, 상기 예열부의 일단부에 위치한 배기가스 배출구로 배출되는 것을 특징으로 하는 판형 구조의 연료 개질장치.
The method of claim 1,
In the burner member, a barrier rib is positioned between the preheating unit and the burner unit, and the barrier rib has a slit so that the exhaust gas generated from the burner unit moves to the preheating unit through the slit, and at one end of the preheating unit A fuel reformer having a plate-shaped structure, characterized in that it is discharged through an exhaust gas outlet located.
상기 버너부는 등간격으로 위치하는 관형의 버너를 복수 개로 구비하는 것을 특징으로 하는 판형 구조의 연료 개질장치.
The method of claim 1,
The burner unit is a fuel reformer having a plate-shaped structure, characterized in that it includes a plurality of tubular burners positioned at equal intervals.
상기 버너부는 공기를 포함하는 버너연료를 상기 각각의 버너에 주입하는 크로스 유니언 모듈을 구비하는 것을 특징으로 하는 판형 구조의 연료 개질장치.
6. The method of claim 5,
and the burner unit includes a cross union module for injecting burner fuel containing air into each of the burners.
상기 개질부재는, 상기 버너부재에 대해 직교하는 방향으로 위치하며 상기 버너부를 감싸는 형태로 단면이 U자형인 채널이 결합된 채널모듈을 구비하며, 상기 개질유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 구조의 연료 개질장치.
The method of claim 1,
The reforming member is positioned in a direction orthogonal to the burner member and includes a channel module coupled with a U-shaped channel in cross section to surround the burner part, and the reforming flow path is formed. fuel reformer.
상기 채널모듈의 각각의 채널은 U자형의 외주면과, 상기 외주면과 이격되어 상기 버너부를 감싸는 U자형의 내주면과, 상기 각각의 채널이 구획되는 격벽면으로 구성되며,
채널 사이에 위치하는 상기 격벽면은 일측 또는 타측에 개방홀이 위치하여 상기 개질 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 판형 구조의 연료 개질장치.
8. The method of claim 7,
Each channel of the channel module is composed of a U-shaped outer circumferential surface, a U-shaped inner circumferential surface spaced apart from the outer circumferential surface and enclosing the burner unit, and a partition wall surface through which each channel is partitioned,
The fuel reformer of a plate-shaped structure, characterized in that the partition wall surface positioned between the channels has an open hole positioned on one side or the other side to form the reforming passage.
상기 개질부재는, 상기 버너부를 중심으로 상기 관형의 버너와 평행한 방향으로 배열되는 복수 개의 채널이 서로 연통되어 결합하여 개질 유로를 제공하는 채널부와, 상기 채널부를 수용하는 채널부 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 판형 구조의 연료 개질장치.
6. The method of claim 5,
The reforming member includes a channel unit in which a plurality of channels arranged in a direction parallel to the tubular burner are communicated with each other to provide a reforming flow path around the burner unit, and a channel unit case accommodating the channel unit. A fuel reformer of a plate-shaped structure, characterized in that.
상기 개질부재는, 상기 결합된 채널의 내부를 따라 지그재그형 또는 ㄹ형으로 개질 유로가 구비되는 것을 특징으로 하는 판형 구조의 연료 개질장치.
10. The method according to claim 7 or 9,
The reforming member has a plate-shaped fuel reformer, characterized in that the reforming passage is provided in a zigzag or d-shape along the inside of the combined channel.
상기 개질부재는, 촉매가 내부에 위치하여 개질반응이 이루어지는 개질반응 채널과, 개질 반응열이 회복되는 열교환 채널이 반복되어 구비되는 것을 특징으로 하는 판형 구조의 연료 개질장치.
The method of claim 1,
The reforming member has a plate-shaped fuel reformer, characterized in that the reforming reaction channel through which the reforming reaction is carried out with the catalyst located therein and the heat exchange channel through which the reforming reaction heat is recovered are repeatedly provided.
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E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |