KR20220004419A - 연료전지의 연소장치 - Google Patents

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KR20220004419A
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전희권
조용훈
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주식회사 하이젠
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Abstract

본 발명은 연료전지의 개질기에 설치되는 연료전지의 연소장치에 관한 것으로서, 연료전지의 개질기에 삽입 설치되는 본체부와, 이 본체부에 연소가스를 공급하는 연소가스 공급부와, 이 연소가스 공급부에서 연소가스와 공기를 혼합시키도록 공기를 주입하는 공기 주입부와, 본체부에 연료전지에서 생성된 재생가스를 공급하는 재생가스 공급부와, 혼합가스를 본체부의 상방으로 이송시키는 혼합가스 이송부와, 혼합가스와 재생가스를 연소시키는 연소 노즐부와, 이 연소 노즐부에 연소가스를 점화시키는 점화부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 연소가스 공급부의 일방에 공기 주입부를 접속하여 혼합가스를 주입함으로써, 공기주입을 통한 완전 연소에 필요한 혼합가스를 형성하여 연소가스의 연소효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.

Description

연료전지의 연소장치{COMBUSTION APPARATUS OF FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은 연료전지의 연소장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지에서 연소가스와 재생가스를 함께 혼합해서 연소시키는 연료전지의 연소장치에 관한 것이다.
일반적으로, 연료전지 시스템은 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소를 이용하며, 산화제로는 산소나 공기가 사용되는 것으로, 산소와의 화학반응을 통하여 화학에너지를 전기 에너지로 직접 변환시키는 발전 시스템이다.
이러한 연료전지 시스템은 연료전지 스택(stack)과 연료 처리장치를 주요부로 구비하고, 연료탱크, 연료펌프 등을 부수적으로 구비한다. 여기서, 상기 스택은 화학반응을 일으켜서 전기를 발생시킨다. 이때, 화학반응이 끝나고 나오는 가스를 애노드오프 개스(anode off gas)라고 한다.
수소는 일반적으로 화석연료로서 LNG 혹은 LPG와 수증기를 촉매로 이용하여 고온에서 개질(reforming)시켜 얻는다. 이러한 개질 내부에는 촉매를 가열시키기 위해 연소장치가 필요하며 초기 기동시에는 단일연료(LNG 혹은 LPG)로 연소장치가 동작하지만, 정상적인 운전이 될 경우 반응 후 가스인 애노드오프 개스(anode off gas)와 연료가스가 동시에 투입되어 운전하게 된다.
연료처리 장치에서 생성된 수소는 스택의 애노드 전극에 공급되고, 캐소드 전극에 공급된 산소와 만나 전기화학적 반응을 하여 스택에서 전기와 열을 생산하게 된다.
연료개질기에서의 리포밍 반응과 쉬프트 반응기의 쉬프트 반응은 고온에서 이루어지므로 연료처리 장치에는 필요한 열을 공급하기 위한 수단으로서 연소장치를 구비하게 된다.
이 연료개질기 연소장치는 기본적으로 연료가스를 연소시켜 열을 생성하며, 이때 연료가스는 일반적으로 도시가스 등의 탄화수소 가스가 주를 이룬다. 그러나, 연료전지 시스템의 효율향상을 위하여 연소장치는 단순히 탄화수소 등의 연료가스의 연소 뿐만 아니라 수소가스의 연소가 가능하여야 한다.
이렇게 탄화수소 등의 연료가스 뿐만 아니라 수소가스를 연소시켜 연료처리장치에서 필요한 열원으로 사용이 가능케 하는 연소장치가 필요로 하게 된다. 이러한 종래의 연료개질기 연소장치는 탄화수소연료와 공기 또는 산화제가 토출되는 제1 튜브와, 애노드오프 개스가 토출되는 제2 튜브가 각각 구비된다.
이 제1 튜브에는 공기유입구와 연료개스 유입구가 구비되어 공기와 메탄가스가 주를 이루는 도시가스가 공급된다. 여기서, 도시가스 대신에 에탄, 프로판, 부탄, 펜탄, 디메틸 에테르, LPG, LNG 및 이들의 결합물 등이 공급될 수도 있다.
그리고, 제2 튜브에는 수소가스 유입구가 구비되어 수소가스 유입구로 연료전지 시스템에서의 연료전지 스택의 애노드측에서 미반응된 수소가스 및 생성된 이산화탄소가 혼합된 애노드오프 가스가 공급될 수 있도록 애노드오프 가스 공급관이 구비된다.
여기서, 제1 튜브와 제2 튜브는 동심원을 이루도록 일체로 형성되되, 제2 튜브가 제1튜브의 외측에 구비된다. 그리고, 제1 튜브의 내측에는 단부에 전기점화기를 가 설치되고, 전기점화기에 소정의 전압이 인가되면 전기점화기의 단부 및 제1 튜브 사이에서 전기스파크가 형성되며, 이때 이곳으로 연료 및 공기가 공급되면 발화가 일어나게 된다.
그러나, 종래의 개질기의 연소장치의 경우에는 완전 예혼합 연소방식으로 구성되어 있어 연소속도의 차이가 큰 도시가스와 애노드 오프 가스를 하나의 노즐에서 사용할 경우 부분부하에서 역화의 가능성이 있고 구조적으로 자연 발화의 가능성이 있으며, 완전 예혼합 연소방식으로 인하여 연소장치 노즐 선단의 고온의 화염에 노출되어 내구성이 저하되는 문제점이 있었다.
대한민국 등록특허 제10-2052615호 (2019년12월05일) 대한민국 등록특허 제10-1843556호 (2018년04월02일) 대한민국 등록특허 제10-1244510호 (2013년03월18일)
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출한 것으로서, 공기주입을 통한 완전 연소에 필요한 혼합가스를 형성하여 연소가스의 연소효율을 향상시킬 수 있는 연료전지의 연소장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 개질기의 내부에 연소장치를 용이하게 삽입 및 고정시키는 동시에 연소가스가 리크되지 않도록 내열성능을 향상시킬 수 있는 연료전지의 연소장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공급연료로 연소가스의 공급전에 불안전 연소를 방지하도록 일정량의 공기를 혼합하여 연소가스의 이송시 불안전 연소 현상을 사전에 방지할 수 있는 연료전지의 연소장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 공기주입에 의해 연소가스와의 혼합가스를 용이하게 형성하도록 공기를 수직으로 교차하게 주입하여 공기의 주입성능 및 혼합성능을 향상시킬 수 있는 연료전지의 연소장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 수소연료전지에서 생성된 재생가스를 이송관을 상향 회전류에 의해 주입하여 연소 연료로 전환하여 사용할 수 있고, 재생가스의 공급 연소시 역화로 인한 화재 및 폭발을 방지하여 안전성능을 확보할 수 있는 연료전지의 연소장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 연소가스와 공기의 혼합가스의 유동성능을 향상시키는 동시에 재생가스의 상향 회전류의 주입통로를 형성하여 혼합가스와 재생가스의 투입성능을 향상시킬 수 있는 연료전지의 연소장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 개질기 내부에 삽입되도록 열에 강한 STS 310S 적용하여 노즐의 내구성능을 향상시키는 동시에 혼합가스의 분사시 압력의 균일하게 유지하여 불안전 연소를 방지하여 혼합가스의 완전연소 효율을 향상시켜 연소연료를 절감하고 도달온도의 유지성능을 향상시킬 수 있는 연료전지의 연소장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 연료전지의 개질기에 설치되는 연료전지의 연소장치로서, 연료전지의 개질기에 삽입 설치되는 본체부(10); 상기 본체부(10)의 하부에 연결되어, 상기 본체부(10)에 연소가스를 공급하는 연소가스 공급부(20); 상기 연소가스 공급부(20)의 일방에 연결되어, 상기 연소가스 공급부(20)에서 연소가스와 공기를 혼합시키도록 공기를 주입하는 공기 주입부(30); 상기 본체부(10)의 하부 측벽에 연결되되 상기 연소가스 공급부(20)의 연결부위 보다 상층에 연결되어, 상기 본체부(10)에 연료전지에서 생성된 재생가스를 공급하는 재생가스 공급부(40); 상기 본체부(10)의 내부 하방에 입설되되 상기 연소가스 공급부(20)와 연통되어, 상기 연소가스 공급부(20)에서 혼합된 혼합가스를 상기 본체부(10)의 상방으로 이송시키는 혼합가스 이송부(50); 상기 본체부(10)의 상부에 설치되어, 혼합가스와 재생가스를 연소시키는 연소 노즐부(60); 및 상기 본체부(10)의 중앙에 입설되어, 상기 연소 노즐부(60)에 연소가스를 점화시키는 점화부(70);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 본체부(10)는, 상기 연소가스 주입부(20)와 상기 혼합가스 이송부(50)가 합체되는 하체편; 상기 하체편의 상부에 결합되며, 상기 재생가스 공급부(40)가 연결되는 상체편; 및 상기 상체편의 중간층 부위에 돌출하도록 설치되어, 연료전지에 고정 결합되는 플랜지;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 연소가스 공급부(20)는, 연소가스와 공기가 혼합되는 가스혼합통로; 상기 가스혼합통로의 측면 일방에 형성된 연소가스 유입구; 상기 가스혼합통로의 상방에 설치되되 상기 연소가스 유입구와 수직으로 교차하도록 형성된 공기 연결구; 및 상기 가스혼합통로의 측면 타방에 형성된 혼합가스 공급구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 공기 주입부(30)는, 상기 연소가스 공급부(20)의 상부에 측방으로 형성되어, 연소용 공기가 유입되는 공기 연결구; 및 상기 공기 연결구의 후단에서 연장 형성되되 후방으로 만곡 형성되어, 연소용 공기가 주입되는 공기 주입구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 재생가스 공급부(40)는, 상기 본체부(10)의 측면에 상향 회전류를 형성하도록 접선방향으로 연결되어, 연료전지에서 생성된 수소가스를 공급하는 재생가스 공급통로; 상기 재생가스 공급통로의 일방에 형성된 재생가스 유입구; 상기 재생가스 공급통로의 타방에 형성된 재생가스 공급구; 상기 재생가스 공급통로의 내부 일단에 설치되어, 수소가스의 역화로 인한 폭발을 방지하도록 금속망체로 형성된 역화방지편; 및 상기 재생가스 공급통로의 내부 타단에 설치되어, 상기 재생가스 공급통로의 내부에 설치된 상기 역화방지편을 고정지지하는 고정지지편;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 혼합가스 이송부(50)는, 상기 본체부(10)의 중앙부위에 입설되어, 혼합가스를 하방에서 상방으로 이송시키는 혼합가스 이송관; 상기 혼합가스 이송관의 하부에 설치되어, 혼합가스가 유입되는 혼합가스 유입구; 상기 혼합가스 이송관의 상부에 설치되어, 혼합가스가 유출되는 혼합가스 유출구; 및 상기 혼합가스 이송관의 상부 둘레에 지지하도록 설치되는 이송관 지지편;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 연소 노즐부(60)는, 상기 본체부(10)의 내부 상단에 설치되는 노즐편; 상기 노즐편의 중앙부위에 형성된 혼합가스 노즐; 및 상기 노즐편의 외곽부위에 설치되되 상기 혼합가스 노즐의 둘레에 형성된 재생가스 노즐;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 연소가스 공급부의 일방에 공기 주입부를 접속하여 혼합가스를 주입함으로써, 공기주입을 통한 완전 연소에 필요한 혼합가스를 형성하여 연소가스의 연소효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본체부로서 하체편과 상체편과 플랜지를 구비함으로써, 개질기의 내부에 연소장치를 용이하게 삽입 및 고정시키는 동시에 연소가스가 리크되지 않도록 내열성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 연소가스 공급부로서 가스혼합통로와 연소가스 유입구와 공기 연결구와 혼합가스 공급구를 구비함으로써, 공급연료로 연소가스의 공급전에 불안전 연소를 방지하도록 일정량의 공기를 혼합하여 연소가스의 이송시 불안전 연소 현상을 사전에 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 공기 주입부로서 공기 연결구와 공기 주입구를 구비함으로써, 공기주입에 의해 연소가스와의 혼합가스를 용이하게 형성하도록 공기를 수직으로 교차하게 주입하여 공기의 주입성능 및 혼합성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 재생가스 공급부로서 재생가스 공급통로와 재생가스 유입구와 재생가스 공급구와 역화방지편과 고정지지편을 구비함으로써, 수소연료전지에서 생성된 재생가스를 이송관을 상향 회전류에 의해 주입하여 연소 연료로 전환하여 사용할 수 있고, 재생가스의 공급 연소시 역화로 인한 화재 및 폭발을 방지하여 안전성능을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 혼합가스 이송부로서 혼합가스 이송관과 혼합가스 유입구와 혼합가스 유출구와 이송관 지지편을 구비함으로써, 연소가스와 공기의 혼합가스의 유동성능을 향상시키는 동시에 재생가스의 상향 회전류의 주입통로를 형성하여 혼합가스와 재생가스의 투입성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 연소 노즐부로서 노즐편과 혼합가스 노즐과 재생가스 노즐을 구비함으로써, 개질기 내부에 삽입되도록 열에 강한 STS 310S 적용하여 노즐의 내구성능을 향상시키는 동시에 혼합가스의 분사시 압력의 균일하게 유지하여 불안전 연소를 방지하여 혼합가스의 완전연소 효율을 향상시켜 연소연료를 절감하고 도달온도의 유지성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 연소장치를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 연소장치를 나타내는 단면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 연소장치를 나타내는 측면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 연소장치를 나타내는 후면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 연소장치를 나타내는 상면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 연소장치를 나타내는 상세단면도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 연소장치의 연소가스 공급부를 나타내는 단면도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 연소장치의 재생가스 공급부를 나타내는 단면도.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 연소장치를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 연소장치를 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 연소장치를 나타내는 측면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 연소장치를 나타내는 후면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 연소장치를 나타내는 상면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 연소장치를 나타내는 상세단면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 연소장치의 연소가스 공급부를 나타내는 단면도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 연료전지의 연소장치의 재생가스 공급부를 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 의한 연료전지의 연소장치는, 본체부(10), 연소가스 공급부(20), 공기 주입부(30), 재생가스 공급부(40), 혼합가스 이송부(50), 연소 노즐부(60) 및 점화부(70)를 포함하여 이루어져, 연료전지의 연료개질기에 설치되는 연료전지의 연소장치이다.
본체부(10)는, 연료전지의 연료개질기에 삽입 설치되는 대략 원통형의 통형상으로 형성된 본체부재로서, 하체편(11), 상체편(12) 및 플랜지(13)로 이루어져 있다.
하체편(11)은, 연소가스 주입부(20)와 혼합가스 이송부(50)가 합체되는 하체부재로서, 대략 원통형의 통형상으로 이루어져 연소가스 주입부(20)에서 혼합된 연소가스와 공기가 유입되어 혼합가스 이송부(50)로 배출시키게 된다.
상체편(12)은, 하체편(11)의 상부에 연통되도록 결합되며 재생가스 공급부(40)가 연결되는 상체부재로서, 하체편(11)의 상부에 연통되도록 대략 원통형의 통형상으로 이루어져 내부 측벽에 재생가스 공급부(40)가 접선방향으로 연결되어 연료전지에서 생성된 재생가스를 상체편(12)의 내부공간의 외곽둘레에 나선형으로 공급하게 된다.
플랜지(13)는, 상체편(11)의 중간층 부위에 돌출하도록 설치되어 연료전지에 고정 결합되는 결합부재로서, 연료전지에 고정 결합되도록 상체편(11)의 중간층 부위에서 외향으로 돌출 형성되어 있고 외곽둘레에 복수개의 고정홀이 형성되어 있다.
연소가스 공급부(20)는, 본체부(10)의 하부에 연결되어 본체부(10)에 연소가스를 공급하는 연소가스 공급수단으로서, 도 2, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이 가스혼합통로(21), 연소가스 유입구(22), 공기 연결구(23), 혼합가스 공급구(24)로 이루어져 있다.
가스혼합통로(21)는, 연소가스와 공기가 혼합되는 혼합공간을 형성하는 통로부재로서, 대략 원통형의 통형상으로 이루어져, 연소가스 유입구(22)를 통해서 유입된 연소가스와 공기 연결구(23)를 통해서 유입된 공기가 여기에서 서로 혼합되어 혼합가스를 형성하게 된다.
연소가스 유입구(22)는, 가스혼합통로(21)의 측면 일방에 형성된 연소가스 유입통로로서, LPG(liquefied petroleum gas), LNG(liquefied natural gas), 부탄 등과 같은 연소 가스를 연료저장조로부터 공급받아 유입시키게 된다.
공기 연결구(23)는, 가스혼합통로(21)의 상방에 설치되되 연소가스 유입구(22)와 수직으로 교차하도록 형성된 연결통로로서, 연소가스와 외부의 공기가 용이하게 혼합되도록 서로 수직으로 교차하도록 유입시키게 된다.
혼합가스 공급구(24)는, 가스혼합통로(21)의 측면 타방에 형성된 혼합가스의 공급통로로서, 연소가스 유입구(22)와 동일한 방향으로 형성되되 통로의 단면이 연소가스 유입구(22) 보다 협소하도록 형성되어 연소가스의 유입속도를 가속하도록 벤츄리관으로 이루어져 있다.
공기 주입부(30)는, 연소가스 공급부(20)의 일방에 연결되어, 상기 연소가스 공급부(20)에서 연소가스와 공기를 혼합시키도록 공기를 주입하는 공기 주입수단으로서, 도 2 및 도 6에 나타낸 바와 같이 공기 연결구(31)과 공기 주입구(32)로 이루어져 있다.
공기 연결구(31)는, 연소가스 공급부(20)의 상부에 측방으로 형성되어 연소용 공기가 유입되는 연결통로로서, 연소가스와 외부의 공기가 용이하게 혼합되도록 외부로부터 공기를 유입시키게 된다.
공기 주입구(32)는, 공기 연결구(31)의 후단에서 연장 형성되되 후방으로 만곡 형성되어 연소용 공기가 주입되는 연결통로로서, 연소가스와 외부의 공기가 용이하게 혼합되도록 연소가스 유입구(22)에 대해 수직으로 교차하도록 유입시키게 된다.
재생가스 공급부(40)는, 본체부(10)의 하부 측벽에 연결되되 연소가스 공급부(20)의 연결부위 보다 상층에 연결되어 본체부(10)에 연료전지에서 생성된 재생가스를 공급하는 재생가스 공급수단으로서, 도 2, 도 5, 도 6 및 도 8에 나타낸 바와 같이 재생가스 공급통로(41), 재생가스 유입구(42), 재생가스 공급구(43), 역화방지편(44) 및 고정지지편(45)으로 이루어져 있다.
재생가스 공급통로(41)는, 본체부(10)의 내부에 상향 회전류를 형성하도록 본체부(10)의 측면에 접선방향으로 연결되어 연료전지에서 생성된 수소가스를 공급하는 통로부재로서, 본체부(10)의 측면에 접선방향으로 연결되어 본체부(10)의 내부에 상향 회전류를 형성하게 된다.
재생가스 유입구(42)는, 재생가스 공급통로(41)의 일방에 형성된 유입통로로서, 연료전지에서 생성된 수소가스를 공급하도록 연료개질기 및 스텍을 포함하는 연료전지 시스템에 연결되어 있다.
재생가스 공급구(43)는, 재생가스 공급통로(41)의 타방에 형성된 재생가스 공급통로로서, 본체부(10)의 내부에 상향 회전류를 형성하도록 본체부(10)의 측면에 접선방향으로 연결되어 있다.
역화방지편(44)은, 재생가스 공급통로(41)의 내부에 설치되어 수소가스의 역화로 인한 폭발을 방지하도록 금속망체로 형성된 역화방지수단으로서, 스테인레스 스틸 울(stainless steel wool)로 제작된 금속망체로 이루어져 본체부(10)의 내부에서 발생된 화염의 역화를 방지하게 된다.
고정지지편(45)은, 재생가스 공급통로(41)의 내부 타단에 설치되어 재생가스 공급통로(41)의 내부에 설치된 역화방지편(44)을 고정지지하는 고정지지수단으로서, 재생가스 공급통로(41)의 내주면 둘레에 내향으로 돌출 형성되어 역화방지편(44)의 타단을 고정지지하여 역화방지편(44)의 유동 및 이탈을 방지하게 된다.
혼합가스 이송부(50)는, 본체부(10)의 내부 하방에 입설되되 연소가스 공급부(20)와 연통되어 연소가스 공급부(20)에서 혼합된 혼합가스를 본체부(10)의 상방으로 이송시키는 혼합가스 이송수단으로서, 혼합가스 이송관(51), 혼합가스 유입구(52), 혼합가스 유출구(53), 이송관 지지편(54)으로 이루어져 있다.
혼합가스 이송관(51)은, 본체부(10)의 내부 중앙부위에 입설되어 혼합가스를 하방에서 상방으로 이송시키는 이송부재로서, 대략 원통형의 통형상으로 이루어져 본체부(10)의 하체편(11)에서 연소가스와 공기의 혼합가스가 유입되어 연소 노즐부(60)로 배출시키게 된다.
혼합가스 유입구(52)는, 혼합가스 이송관(51)의 하부에 설치되어 혼합가스가 유입되는 통로부재로서, 본체부(10)의 하체편(11)에서 연소가스와 공기의 혼합가스가 유입된다.
혼합가스 유출구(53)는, 혼합가스 이송관(51)의 상부에 설치되어 혼합가스가 유출되는 통로부재로서, 하체편(11)에서 유입된 연소가스와 공기의 혼합가스를 연소 노즐부(60)로 배출시키게 된다.
이송관 지지편(54)은, 혼합가스 이송관(51)의 상부 둘레에 지지하도록 설치되는 지지부재로서, 본체부(10)의 상체편(12)의 내벽 둘레에 설치되어 혼합가스 이송관(51)의 상부 둘레에 지지하게 된다.
연소 노즐부(60)는, 본체부(10)의 상부에 설치되어 혼합가스와 재생가스를 연소시키는 연소 노즐수단으로서, 노즐편(61), 혼합가스 노즐(62) 및 재생가스 노즐(63)로 이루어져 있다.
노즐편(61)은, 본체부(10)의 내부 상단에 설치되는 노즐수단으로서, 대략 원판 형상으로 형성되어 본체부(10)의 상체편(12)의 내부 상단에 끼워맞춤 결합에 의해 고정지지되어 있다.
혼합가스 노즐(62)은, 노즐편(61)의 중앙부위에 형성되어 혼합가스 이송부(50)에서 배출된 혼합가스가 분출되는 노즐부재로서, 노즐편(61)의 중앙부위 둘레에 복수개가 관통 형성되어 있다.
재생가스 노즐(63)은, 노즐편(61)의 외곽 둘레부위에 설치되되 혼합가스 노즐(62)의 둘레에 형성되어 재생가스가 분출되는 노즐부재로서, 재생가스 공급부(40)에서 상향 회전류에 의해 투입된 재생가스를 분출시키도록 노즐편(61)의 외곽 둘레에 복수개가 관통 형성되어 있다.
점화부(70)는, 본체부(10)의 내부공간의 중앙에 입설되어 연소 노즐부(60)에 분출되는 연소가스를 점화시키는 점화수단으로서, 점화봉(71) 및 절연편(72)으로 이루어져 있다.
점화봉(71)은, 본체부(10)의 내부공간의 중앙에 입설되어 연소 노즐부(60)에 분출되는 연소가스를 점화시키는 점화수단으로서, 연소 노즐부(60)에 분출되는 연소가스를 점화시키도록 불꽃이나 스파트를 발생시키게 된다.
절연편(72)은, 점화봉(71)의 외곽둘레에 결합된 절연부재로서, 점화봉(71)이 연소 노즐부(60)의 중앙부위를 관통하도록 연소 노즐부(60)와의 접촉부위에는 점화봉(71)과의 절연을 위해 절연재가 설치되어 있는 것이 바람직하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 연소가스 공급부의 일방에 공기 주입부를 접속하여 혼합가스를 주입함으로써, 공기주입을 통한 완전 연소에 필요한 혼합가스를 형성하여 연소가스의 연소효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본체부로서 하체편과 상체편과 플랜지를 구비함으로써, 개질기의 내부에 연소장치를 용이하게 삽입 및 고정시키는 동시에 연소가스가 리크되지 않도록 내열성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 연소가스 공급부로서 가스혼합통로와 연소가스 유입구와 공기 연결구와 혼합가스 공급구를 구비함으로써, 공급연료로 연소가스의 공급전에 불안전 연소를 방지하도록 일정량의 공기를 혼합하여 연소가스의 이송시 불안전 연소 현상을 사전에 방지할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 공기 주입부로서 공기 연결구와 공기 주입구를 구비함으로써, 공기주입에 의해 연소가스와의 혼합가스를 용이하게 형성하도록 공기를 수직으로 교차하게 주입하여 공기의 주입성능 및 혼합성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 재생가스 공급부로서 재생가스 공급통로와 재생가스 유입구와 재생가스 공급구와 역화방지편과 고정지지편을 구비함으로써, 수소연료전지에서 생성된 재생가스를 이송관을 상향 회전류에 의해 주입하여 연소 연료로 전환하여 사용할 수 있고, 재생가스의 공급 연소시 역화로 인한 화재 및 폭발을 방지하여 안전성능을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 혼합가스 이송부로서 혼합가스 이송관과 혼합가스 유입구와 혼합가스 유출구와 이송관 지지편을 구비함으로써, 연소가스와 공기의 혼합가스의 유동성능을 향상시키는 동시에 재생가스의 상향 회전류의 주입통로를 형성하여 혼합가스와 재생가스의 투입성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 연소 노즐부로서 노즐편과 혼합가스 노즐과 재생가스 노즐을 구비함으로써, 개질기 내부에 삽입되도록 열에 강한 STS 310S 적용하여 노즐의 내구성능을 향상시키는 동시에 혼합가스의 분사시 압력의 균일하게 유지하여 불안전 연소를 방지하여 혼합가스의 완전연소 효율을 향상시켜 연소연료를 절감하고 도달온도의 유지성능을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
이상 설명한 본 발명은 그 기술적 사상 또는 주요한 특징으로부터 벗어남이 없이 다른 여러 가지 형태로 실시될 수 있다. 따라서 상기 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며 한정적으로 해석되어서는 안 된다.
10: 본체부 20: 연소가스 공급부
30: 공기 주입부 40: 재생가스 공급부
50: 혼합가스 이송부 60: 연소 노즐부
70: 점화부

Claims (7)

  1. 연료전지기에 설치되는 연료전지의 연소장치로서,
    연료전지에 삽입 설치되는 본체부(10);
    상기 본체부(10)의 하부에 연결되어, 상기 본체부(10)에 연소가스를 공급하는 연소가스 공급부(20);
    상기 연소가스 공급부(20)의 일방에 연결되어, 상기 연소가스 공급부(20)에서 연소가스와 공기를 혼합시키도록 공기를 주입하는 공기 주입부(30);
    상기 본체부(10)의 하부 측벽에 연결되되 상기 연소가스 공급부(20)의 연결부위 보다 상층에 연결되어, 상기 본체부(10)에 연료전지에서 생성된 재생가스를 공급하는 재생가스 공급부(40);
    상기 본체부(10)의 내부 하방에 입설되되 상기 연소가스 공급부(20)와 연통되어, 상기 연소가스 공급부(20)에서 혼합된 혼합가스를 상기 본체부(10)의 상방으로 이송시키는 혼합가스 이송부(50);
    상기 본체부(10)의 상부에 설치되어, 혼합가스와 재생가스를 연소시키는 연소 노즐부(60); 및
    상기 본체부(10)의 중앙에 입설되어, 상기 연소 노즐부(60)에 연소가스를 점화시키는 점화부(70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 연소장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체부(10)는,
    상기 연소가스 주입부(20)와 상기 혼합가스 이송부(50)가 합체되는 하체편;
    상기 하체편의 상부에 결합되며, 상기 재생가스 공급부(40)가 연결되는 상체편; 및
    상기 상체편의 중간층 부위에 돌출하도록 설치되어, 연료전지에 고정 결합되는 플랜지;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 연소장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소가스 공급부(20)는,
    연소가스와 공기가 혼합되는 가스혼합통로;
    상기 가스혼합통로의 측면 일방에 형성된 연소가스 유입구;
    상기 가스혼합통로의 상방에 설치되되 상기 연소가스 유입구와 수직으로 교차하도록 형성된 공기 연결구; 및
    상기 가스혼합통로의 측면 타방에 형성된 혼합가스 공급구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 연소장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 공기 주입부(30)는,
    상기 연소가스 공급부(20)의 상부에 측방으로 형성되어, 연소용 공기가 유입되는 공기 연결구; 및
    상기 공기 연결구의 후단에서 연장 형성되되 후방으로 만곡 형성되어, 연소용 공기가 주입되는 공기 주입구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 연소장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 재생가스 공급부(40)는,
    상기 본체부(10)의 측면에 연결되어, 연료전지에서 생성된 수소가스를 공급하는 재생가스 공급통로;
    상기 재생가스 공급통로의 일방에 형성된 재생가스 유입구;
    상기 재생가스 공급통로의 타방에 형성된 재생가스 공급구;
    상기 재생가스 공급통로의 내부 일단에 설치되어, 수소가스의 역화로 인한 폭발을 방지하도록 금속망체로 형성된 역화방지편; 및
    상기 재생가스 공급통로의 내부 타단에 설치되어, 상기 재생가스 공급통로의 내부에 설치된 상기 역화방지편을 고정지지하는 고정지지편;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 연소장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합가스 이송부(50)는,
    상기 본체부(10)의 중앙부위에 입설되어, 혼합가스를 하방에서 상방으로 이송시키는 혼합가스 이송관;
    상기 혼합가스 이송관의 하부에 설치되어, 혼합가스가 유입되는 혼합가스 유입구;
    상기 혼합가스 이송관의 상부에 설치되어, 혼합가스가 유출되는 혼합가스 유출구; 및
    상기 혼합가스 이송관의 상부 둘레에 지지하도록 설치되는 이송관 지지편;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 연소장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소 노즐부(60)는,
    상기 본체부(10)의 내부 상단에 설치되는 노즐편;
    상기 노즐편의 중앙부위에 형성된 혼합가스 노즐; 및
    상기 노즐편의 외곽부위에 설치되되 상기 혼합가스 노즐의 둘레에 형성된 재생가스 노즐;을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지의 연소장치.
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