KR20230128902A - Fuel Cell Apparatus - Google Patents

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KR20230128902A
KR20230128902A KR1020220026407A KR20220026407A KR20230128902A KR 20230128902 A KR20230128902 A KR 20230128902A KR 1020220026407 A KR1020220026407 A KR 1020220026407A KR 20220026407 A KR20220026407 A KR 20220026407A KR 20230128902 A KR20230128902 A KR 20230128902A
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chamber
exhaust gas
disposed
reactor
pipe
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KR1020220026407A
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원재영
김형순
양동근
우형석
Original Assignee
엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 연료전지 장치에 관한 것이다.
본 발명의 연료전지 장치는, 개질가스를 생성하는 연료처리장치; 및 상기 연료처리장치에서 배출되는 개질가스와 공기로 전기화학반응을 일으켜 전기에너지를 생성하는 스택을 포함한다. 상기 연료처리장치는, 가스와 스팀을 반응시켜 개질가스를 생성하는 제1반응기; 상기 제1반응기에서 생성된 상기 개질가스에 포함된 일산화탄소를 제거하는 제2반응기; 상기 제1반응기로 열을 공급하는 버너; 및 상기 제2반응기와 열교환하여 내부를 유동하는 물을 가열하고, 상기 제1반응기로 스팀을 공급하는 스팀공급관을 포함한다. 상기 제2반응기는, 상기 제1반응기 둘레에 배치되고, 내부에 상기 버너를 통해 연소된 배기가스와 상기 제1반응기에서 배출되는 개질가스가 유동하는 공간을 형성하는 하우징을 포함한다. 상기 하우징에는, 상기 제1반응기에서 배출되는 수소를 포함하는 개질가스에 포함된 일산화탄소를 제거하는 정제챔버와, 상기 정제챔버의 일측에 배치되고 상기 제1반응기에서 배출되는 배기가스가 유동하는 배기가스챔버가 형성된다. 상기 스팀공급관은, 상기 배기가스챔버를 유동하는 배기가스의 유동을 가이드하도록 상기 배기가스챔버에 나선형태로 배치된다. The present invention relates to a fuel cell device.
A fuel cell device of the present invention includes a fuel processing device generating reformed gas; and a stack generating electrical energy by causing an electrochemical reaction between reformed gas and air discharged from the fuel processing device. The fuel processing apparatus includes a first reactor for generating reformed gas by reacting gas with steam; a second reactor for removing carbon monoxide included in the reformed gas generated in the first reactor; a burner supplying heat to the first reactor; and a steam supply pipe for heating water flowing therein by exchanging heat with the second reactor and supplying steam to the first reactor. The second reactor includes a housing disposed around the first reactor and forming a space in which the exhaust gas burned through the burner and the reformed gas discharged from the first reactor flow. The housing includes a purification chamber for removing carbon monoxide contained in reformed gas containing hydrogen discharged from the first reactor, and an exhaust gas disposed on one side of the purification chamber and through which exhaust gas discharged from the first reactor flows. chamber is formed. The steam supply pipe is spirally arranged in the exhaust gas chamber to guide the flow of the exhaust gas flowing through the exhaust gas chamber.

Description

연료전지 장치{Fuel Cell Apparatus}Fuel cell apparatus {Fuel Cell Apparatus}

본 발명은 연료전지 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 가스를 이용하여 수소를 생성하는 연료처리장치를 포함하는 연료전지 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell device, and more particularly, to a fuel cell device including a fuel processing device that generates hydrogen using gas.

연료전지 장치는, 탄화수소 계열의 물질, 예컨대, 메탄올, 에탄올, 천연가스 등에 포함되어 있는 수소를, 산소와 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 발전 시스템이다.A fuel cell device is a power generation system that generates electrical energy by electrochemically reacting hydrogen contained in a hydrocarbon-based material, such as methanol, ethanol, natural gas, or the like, with oxygen.

스택에서 수소와 산소의 전기화학적 반응이 발생하여 전기에너지가 생성될 수 있다. 이러한 스택으로 공급되는 수소는 개질기를 통해 가스를 화학적 반응을 통해 생성할 수 있다. Electrical energy may be generated by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen in the stack. The hydrogen supplied to these stacks can be produced through a chemical reaction to gas through a reformer.

다만, 가스와 스팀의 반응을 통해 생성되는 개질가스는 수소 이외에 일산화탄소를 포함할 수 있으므로, 이를 제거하는 구조를 포함할 수 있다. However, since the reformed gas generated through the reaction between gas and steam may include carbon monoxide in addition to hydrogen, a structure for removing it may be included.

한국 공개특허 KR 10-2007-0019986 호는, 버너 의해 가열되는 가스와 스팀으로부터 수소를 포함하는 개질가스를 발생시키는 구조를 개시하고 있다. 다만, 상기의 인용문헌에서 개시되는 개질기는, 증기발생유로와 배기가스유로 구성을 위한 유로 구조물이 복잡하게 형성되어, 구조설계나 제작이 복잡한 문제가 있다. Korean Patent Publication No. KR 10-2007-0019986 discloses a structure for generating reformed gas containing hydrogen from gas and steam heated by a burner. However, the reformer disclosed in the above-cited literature has a problem in that the structure design and manufacturing are complicated because the flow path structure for configuring the steam generation flow path and the exhaust gas flow path is complicatedly formed.

또한, 스팀을 생성하기 위한 스팀유로가 열교환되는 영역이 충분히 확보되지 않아 스팀생성에 유리하지 않은 문제가 있다. In addition, there is a problem that is not advantageous for steam generation because a heat exchange area of the steam flow path for generating steam is not sufficiently secured.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 단순한 구조로 수소생성에 성능을 확보할 수 있는 연료전지 장치를 제공하는 것이다. 즉, 버너로부터 배출되는 배기가스의 열을 충분히 활용하여 스팀을 생성할 수 있는 구조를 제공하는 것이다. An object to be solved by the present invention is to provide a fuel cell device capable of securing hydrogen generation performance with a simple structure. That is, to provide a structure capable of generating steam by sufficiently utilizing the heat of the exhaust gas discharged from the burner.

본 발명의 또 다른 과제는 버너에서 배출되는 배기가스가 유동하는 별도의 반응기에서 배기가스의 유동이 일정방향으로 유지되어 반응기의 온도를 유지할 수 있는 연료전지 장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a fuel cell device capable of maintaining the temperature of the reactor by maintaining a flow of exhaust gas in a predetermined direction in a separate reactor through which exhaust gas discharged from a burner flows.

본 발명의 또 다른 과제는 단순한 구조로 개질가스에 포함된 일산화탄소를 제거할 수 있는 연료전지장치를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a fuel cell device capable of removing carbon monoxide contained in reformed gas with a simple structure.

본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The tasks of the present invention are not limited to the tasks mentioned above, and other tasks not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 장치는, 개질가스를 생성하는 연료처리장치와, 상기 연료처리장치에서 배출되는 개질가스와 공기로 전기화학반응을 일으켜 전기에너지를 생성하는 스택을 포함하여, 연료처리장치에서 생성된 개질가스를 통해 전기에너지를 생성할 수 있다. In order to achieve the above object, a fuel cell device according to an embodiment of the present invention generates electrical energy by generating an electrochemical reaction between a fuel processing device that generates reformed gas, and a reformed gas discharged from the fuel processing device and air. Including a stack to generate electrical energy through the reformed gas generated in the fuel processing device.

상기 연료처리장치는, 가스와 스팀을 반응시켜 개질가스를 생성하는 제1반응기와, 상기 제1반응기에서 생성된 상기 개질가스에 포함된 일산화탄소를 제거하는 제2반응기와, 상기 제1반응기로 열을 공급하는 버너와, 상기 제2반응기와 열교환하여 내부를 유동하는 물을 가열하고, 상기 제1반응기로 스팀을 공급하는 스팀공급관을 포함하여, 가스로부터 수소를 생성하고, 일산화탄소를 제거할 수 있다. The fuel processing device includes a first reactor generating reformed gas by reacting gas and steam, a second reactor removing carbon monoxide included in the reformed gas generated in the first reactor, and heat generated by the first reactor. It includes a burner for supplying a heat exchanger with the second reactor to heat water flowing therein and a steam supply pipe for supplying steam to the first reactor to generate hydrogen from gas and remove carbon monoxide. .

상기 제2반응기는, 상기 제1반응기 둘레에 배치되고, 내부에 상기 버너를 통해 연소된 배기가스와 상기 제1반응기에서 배출되는 개질가스가 유동하는 공간을 형성하는 하우징을 포함하고, 상기 하우징에는, 상기 제1반응기에서 배출되는 수소를 포함하는 개질가스에 포함된 일산화탄소를 제거하는 정제챔버와, 상기 정제챔버의 일측에 배치되고 상기 제1반응기에서 배출되는 배기가스가 유동하는 배기가스챔버가 형성되고, 상기 스팀공급관은, 상기 배기가스챔버를 유동하는 배기가스의 유동을 가이드하도록 상기 배기가스챔버에 나선형태로 배치되어, 배기가스와 스팀공급관의 열교환범위를 확장시킬 수 있다. The second reactor includes a housing disposed around the first reactor and forming a space in which the exhaust gas burned through the burner and the reformed gas discharged from the first reactor flow, and the housing includes , a purification chamber for removing carbon monoxide contained in reformed gas containing hydrogen discharged from the first reactor, and an exhaust gas chamber disposed on one side of the purification chamber and in which exhaust gas discharged from the first reactor flows is formed. The steam supply pipe is arranged in a spiral shape in the exhaust gas chamber to guide the flow of the exhaust gas flowing through the exhaust gas chamber, so that the heat exchange range between the exhaust gas and the steam supply pipe can be expanded.

상기 스팀공급관은, 상기 배기가스챔버에 배치되는 영역에서, 상기 스팀공급관을 유동하는 물이 상기 배기가스의 유동방향과 반대로 형성되도록 배치되어, 열교환효율을 높일 수 있다. The steam supply pipe is arranged so that the water flowing through the steam supply pipe is opposite to the flow direction of the exhaust gas in an area disposed in the exhaust gas chamber, thereby increasing heat exchange efficiency.

상기 배기가스챔버는, 상기 제1반응기에서 배출되는 배기가스가 유입되는 제1배기가스챔버와, 상기 제1배기가스챔버로부터 유동하는 배기가스를 배출하는 제2배기가스챔버를 포함하고, 상기 정제챔버는, 상기 제1배기가스챔버와 상기 제2배기가스챔버 사이에 배치된다. The exhaust gas chamber includes a first exhaust gas chamber into which the exhaust gas discharged from the first reactor flows, and a second exhaust gas chamber through which the exhaust gas flowing from the first exhaust gas chamber is discharged, A chamber is disposed between the first exhaust gas chamber and the second exhaust gas chamber.

상기 제1배기가스챔버는 하강유로를 형성하고, 상기 제2배기가스챔버는 상승유로를 형성하여, 스팀공급관과 열교환하는 면적을 확장시킬 수 있다. The first exhaust gas chamber forms a descending passage, and the second exhaust gas chamber forms an ascending passage, so that an area for heat exchange with the steam supply pipe can be expanded.

상기 스팀공급관은 상기 제1배기가스챔버와 상기 제2배기가스챔버 각각에 나선형태로 배치되어 배기가스의 유동로를 형성하여, 배기가스와 스팀공급관을 유동하는 물과의 열교환 면적을 증가시킬 수 있다. The steam supply pipe may be arranged in a spiral shape in each of the first exhaust gas chamber and the second exhaust gas chamber to form an exhaust gas flow path, thereby increasing a heat exchange area between the exhaust gas and water flowing through the steam supply pipe. there is.

상기 스팀공급관은, 상기 제1배기가스챔버에 배치되는 제1관과, 상기 제2배기가스챔버에 배치되는 제2관을 포함하고, 상기 제2관을 유동하는 물을 상기 제1관을 통해 상기 제1반응기로 유동한다. The steam supply pipe includes a first pipe disposed in the first exhaust gas chamber and a second pipe disposed in the second exhaust gas chamber, and water flowing through the second pipe passes through the first pipe. flows into the first reactor.

상기 스팀공급관은, 상기 하우징의 외둘레에 접촉되게 배치되는 제3관을 포함하고, 상기 스팀공급관을 유동하는 물은 상기 제3관, 상기 제2관, 및 상기 제1관 순으로 유동하여, 제3관과 제2관을 지나면서 예열된 물이 제1관을 지나면서 스팀으로 생성되어 스팀생성량을 확보할 수 있다. The steam supply pipe includes a third pipe disposed in contact with an outer circumference of the housing, and water flowing through the steam supply pipe flows in order of the third pipe, the second pipe, and the first pipe, Water preheated while passing through the third and second pipes is generated as steam while passing through the first pipe, so that the amount of steam generated can be secured.

상기 제3관은 나선형으로 연장되고, 상기 외둘레벽에 접촉되게 배치되어, 제1관 또는 제2관으로 유동하는 물을 예열할 수 있다. The third pipe extends in a spiral shape and is disposed in contact with the outer circumferential wall to preheat water flowing into the first pipe or the second pipe.

상기 제2배기가스챔버는 상기 제1배기가스챔버로부터 반경방향 외측으로 이격배치되고, 상기 정제챔버는, 상기 제1배기가스챔버와 상기 제2배기가스챔버 사이에 배치되고, 상기 정제챔버의 하측에는 상기 제1배기가스챔버와 상기 제2배기가스챔버를 연결하는 커넥터챔버가 배치되어, 제1배기가스챔버를 유동하는 배기가스가 제2배기가스챔버로 유동할 수 있다. The second exhaust gas chamber is disposed radially outwardly from the first exhaust gas chamber, the purification chamber is disposed between the first exhaust gas chamber and the second exhaust gas chamber, and the purification chamber is disposed below the purification chamber. A connector chamber connecting the first exhaust gas chamber and the second exhaust gas chamber is disposed, so that exhaust gas flowing in the first exhaust gas chamber can flow into the second exhaust gas chamber.

상기 하우징은, 상기 제1반응기의 둘레벽에 마주하게 배치되는 내둘레벽과, 상기 내둘레벽으로부터 반경방향으로 이격배치되는 외둘레벽과, 상기 내둘레벽과 상기 외둘레벽 사이에 배치되고, 상기 제1배기가스챔버와 상기 정제챔버를 구획하는 제1구획벽과, 상기 제1구획벽과 상기 외둘레벽 사이에 배치되고, 상기 정제챔버와 상기 제2배기가스챔버를 구획하는 제2구획벽을 포함하여, 배기가스가 유동하는 배기가스챔버 사이에 개질가스가 유동하는 구조를 형성할 수 있다. The housing is disposed between an inner circumferential wall disposed facing the circumferential wall of the first reactor, an outer circumferential wall disposed radially spaced apart from the inner circumferential wall, and between the inner circumferential wall and the outer circumferential wall, , a first partition wall partitioning the first exhaust gas chamber and the purification chamber, and a second partition wall disposed between the first partition wall and the outer circumferential wall and partitioning the purification chamber and the second exhaust gas chamber. It is possible to form a structure in which the reformed gas flows between the exhaust gas chambers through which the exhaust gas flows, including the partition wall.

상기 제1관은 상기 제1구획벽에 접촉하게 배치되고, 상기 제2관은, 상기 제2구획벽에 접촉하게 배치되어, 스팀공급관을 유동하는 물과 정제챔버를 유동하는 개질가스가 열교환할 수 있다. The first pipe is disposed in contact with the first partition wall, and the second pipe is disposed in contact with the second partition wall to allow heat exchange between water flowing through the steam supply pipe and reformed gas flowing through the purification chamber. can

상기 제1관의 전체길이는 상기 제2관의 전체길이보다 길게 형성되어, 제1배기가스챔버를 유동하는 배기가스와 스팀공급관의 열교환량을 크게 형성할 수 있다. The entire length of the first pipe is longer than that of the second pipe, so that a heat exchange amount between the exhaust gas flowing through the first exhaust gas chamber and the steam supply pipe can be increased.

상기 정제챔버는, 일산화탄소와 물을 반응시켜 수소와 이산화탄소를 생성하는 제1정제챔버와, 상기 제1정제챔버에서 배출된 개질가스에서 잔여 일산화탄소를 제거하는 제2정제챔버를 포함하고, 상기 제2정제챔버는 상기 제1정제챔버 상측에 배치되어, 개질가스에 포함된 일산화탄소를 제거할 수 있다. The purification chamber includes a first purification chamber generating hydrogen and carbon dioxide by reacting carbon monoxide with water, and a second purification chamber removing residual carbon monoxide from the reformed gas discharged from the first purification chamber. A purification chamber is disposed above the first purification chamber, and can remove carbon monoxide included in the reformed gas.

상기 제1정제챔버와 상기 제2정제챔버 사이에는 이들을 구획하는 수평판이 배치되고, 상기 수평판에는, 상기 제1정제챔버로부터 유동하는 개질가스가 상기 제2정제챔버로 유동하는 복수의 연통홀이 형성되어, 제1정제챔버와 제2정제챔버로 별도의 촉매제를 배치시키고, 개질가스의 유동을 형성시킬 수 있다. A horizontal plate partitioning them is disposed between the first purification chamber and the second purification chamber, and a plurality of communication holes through which the reformed gas flowing from the first purification chamber flows into the second purification chamber are disposed in the horizontal plate. With this formation, separate catalysts may be disposed in the first purification chamber and the second purification chamber, and a flow of reformed gas may be formed.

상기 제1반응기는, 내부에 수소가 생성되는 공간을 형성하는 하우징을 포함하고, 상기 하우징 내부에는 상기 버너가 배치되는 연소챔버와, 상기 연소챔버의 둘레에 배치되고 가스와 스팀의 반응으로 수소를 생성하는 개질챔버와, 상기 개질챔버의 둘레에 배치되고 스팀과 가스를 혼합시키는 혼합챔버가 형성되어, 연소챔버 둘레 배치되는 개질챔버가 연소챔버로부터 열을 공급받을 수 있고, 개질챔버의 둘레에 배치되는 혼합챔버가 개질챔버로부터 예열될 수 있다. The first reactor includes a housing forming a space in which hydrogen is generated, and a combustion chamber in which the burner is disposed inside the housing, and a combustion chamber disposed around the combustion chamber to generate hydrogen through a reaction between gas and steam. A reforming chamber to be generated and a mixing chamber disposed around the reforming chamber and mixing steam and gas are formed so that the reforming chamber disposed around the combustion chamber can receive heat from the combustion chamber and disposed around the reforming chamber. The mixing chamber may be preheated from the reforming chamber.

상기 개질챔버는, 상기 연소챔버의 둘레에 배치되고, 상기 개질챔버는 상기 혼합챔버에서 배출되는 가스와 스팀이 반응하여 수소를 생성한다. The reforming chamber is disposed around the combustion chamber, and the reforming chamber generates hydrogen by reacting gas discharged from the mixing chamber with steam.

상기 개질챔버는 가스와 스팀의 반응을 촉진시키는 개질촉매제가 배치되는 반응챔버와, 상기 반응챔버의 상측에 배치되고 수소를 포함하는 개질가스가 유동하는 배출챔버를 포함하고, 상기 배출챔버에는, 상기 제2반응기에서 연장되는 스팀공급관이 배치되어, 스팀공급관을 유동하는 물 또는 스팀이 배출챔버에서 가열되어 혼합챔버로 유입될 수 있다. The reforming chamber includes a reaction chamber in which a reforming catalyst for promoting a reaction between gas and steam is disposed, and a discharge chamber disposed above the reaction chamber and in which a reformed gas containing hydrogen flows. A steam supply pipe extending from the second reactor is disposed so that water or steam flowing through the steam supply pipe can be heated in the discharge chamber and introduced into the mixing chamber.

상기 배출챔버에 배치되는 상기 스팀공급관은 하측에서 상측으로 스팀을 유동시키는 구조를 가지고, 상기 배출챔버에 배치되는 상기 스팀공급관의 상단부는 상기 혼합챔버로 연장되어, 스팀을 상기 혼합챔버로 배출시켜, 스팀공급관을 유동하는 물 또는 스팀이 배출챔버에서 가열되어 혼합챔버로 유입될 수 있다. The steam supply pipe disposed in the discharge chamber has a structure in which steam flows from a lower side to an upper side, and an upper end of the steam supply pipe disposed in the discharge chamber extends into the mixing chamber to discharge steam into the mixing chamber, Water or steam flowing through the steam supply pipe may be heated in the discharge chamber and introduced into the mixing chamber.

상기 혼합챔버는 상기 개질챔버의 외둘레에 배치되고, 상기 혼합챔버는 스파이럴구조를 가지고 하강유로를 형성하여, 스팀과 가스의 혼합영역을 확보할 수 있다. The mixing chamber is disposed on the outer circumference of the reforming chamber, and the mixing chamber has a spiral structure and forms a descending passage to secure a mixing area of steam and gas.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.Details of other embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 연료전지 장치에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.According to the fuel cell device of the present invention, one or more of the following effects are provided.

첫째, 제2반응기의 구조에서, 배기가스가 유동하는 배기가스챔버를 제1배기가스챔버와 제2배기가스챔버로 구획하고, 내부에 나선형태로 연장되는 스팀공급관이 배치되어, 배기가스의 온도를 낮추고, 스팀공급관을 유동하는 물을 효과적으로 가열할 수 있는 장점이 있다. First, in the structure of the second reactor, the exhaust gas chamber through which the exhaust gas flows is partitioned into a first exhaust gas chamber and a second exhaust gas chamber, and a steam supply pipe extending in a spiral shape is disposed therein, thereby increasing the temperature of the exhaust gas. It has the advantage of lowering and effectively heating the water flowing through the steam supply pipe.

또한, 배기가스챔버 사이에 정제챔버를 형성하고, 배기가스 챔버 내부에 스팀공급관을 배치하는 간단한 구조를 통해, 버너로부터 배출되는 가스를 충분히 활용하여 스팀을 생성할 수 있는 장점이 있다. In addition, there is an advantage in that steam can be generated by sufficiently utilizing gas discharged from the burner through a simple structure in which a purification chamber is formed between the exhaust gas chambers and a steam supply pipe is disposed inside the exhaust gas chamber.

둘째, 스팀공급관이 배기가스챔버 내부에서 나선형태로 연장되는 구조를 가져, 배기가스챔버 내부에서 배기가스가 유동하는 유동로를 형성할 수 있다. 따라서, 배기가스챔버를 유동하는 배기가스가 스팀공급관이 형성하는 스파이럴 구조의 유로를 따라 유동하게 되어, 배기가스의 역류가 방지될 수 있는 장점도 있다.Second, the steam supply pipe has a structure in which the steam supply pipe extends in a spiral shape inside the exhaust gas chamber, so that a flow path through which the exhaust gas flows can be formed inside the exhaust gas chamber. Therefore, the exhaust gas flowing in the exhaust gas chamber flows along the flow path of the spiral structure formed by the steam supply pipe, and there is also an advantage in that the reverse flow of the exhaust gas can be prevented.

셋째, 정제챔버는, 배기가스챔버 사이에 배치되는 상승유로 구조에서, 하측과 상측을 구분하고, 별도의 촉매제가 배치될 수 있는 구조를 통해, 일산화탄소를 효과적으로 제거할 수 있는 장점도 있다. Third, the purification chamber has an advantage in that it can effectively remove carbon monoxide through a structure in which a lower side and an upper side are separated from each other, and a separate catalyst can be disposed in the ascending passage structure disposed between the exhaust gas chambers.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the effects mentioned above, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 장치의 시스템도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료처리장치의 개질기의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 개질기의 제1반응기의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 개질기의 제2반응기의 사시도이다.
도 5는 도 2의 단면도이다.
도 6은 도 4의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2반응기에서의 배기가스, 개질가스, 및 스팀의 유동을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 도 7과 같이 제2반응기에서 상하방향으로 유동하는 배기가스, 개질가스, 및 스팀의 온도변화를 나타내는 데이터이다.1 is a system diagram of a fuel cell device according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view of a reformer of a fuel processing device according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of a first reactor of a reformer according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view of a second reactor of a reformer according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional view of FIG. 2 .
Figure 6 is a cross-sectional view of Figure 4;
7 is a view for explaining the flow of exhaust gas, reformed gas, and steam in the second reactor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is data showing temperature changes of exhaust gas, reformed gas, and steam flowing in a vertical direction in the second reactor as shown in FIG. 7 .

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.Advantages and features of the present invention, and methods of achieving them, will become clear with reference to the detailed description of the following embodiments taken in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments make the disclosure of the present invention complete, and common knowledge in the art to which the present invention belongs. It is provided to completely inform the person who has the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numbers designate like elements throughout the specification.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 연료전지 장치를 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to drawings for explaining a fuel cell device according to embodiments of the present invention.

이하에서는, 도 1을 참조하여, 제1실시예에 따른 연료전지 장치(1)의 전체 구성을 설명한다. Hereinafter, with reference to FIG. 1, the overall configuration of the fuel cell device 1 according to the first embodiment will be described.

도 1를 참조하면, 연료전지 장치(1)은, 연료처리부(10), 전력생성부(II), 냉각수순환부(III) 및/또는 열회수부(IV)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 , the fuel cell device 1 may include a fuel processing unit 10, a power generation unit II, a cooling water circulation unit III, and/or a heat recovery unit IV.

연료처리부(10)는, 연료처리장치(10), 연료처리장치(10)에 공급되는 연료 가스의 유동을 조절하는 연료밸브(30), 공기를 연료처리장치(10)로 유동시키는 제1블로워(71) 등을 포함할 수 있다.The fuel processing unit 10 includes a fuel processing device 10, a fuel valve 30 for controlling the flow of fuel gas supplied to the fuel processing device 10, and a first blower for flowing air to the fuel processing device 10. (71) and the like.

도 1을 참조하면, 연료처리장치(10)는, 탈황기(미도시)와 개질기(110)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1 , the fuel processing device 10 may include a desulfurizer (not shown) and a reformer 110 .

탈황기는, 연료 가스에 포함된 황 화합물을 제거하는 탈황공정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 탈황기는 내부에 흡착제를 구비할 수 있다. 이때, 탈황기의 내부를 통과하는 연료 가스에 포함된 황 화합물이 흡착제에 흡착될 수 있다. The desulfurizer may perform a desulfurization process for removing sulfur compounds contained in fuel gas. For example, the desulfurizer may have an adsorbent therein. At this time, the sulfur compound included in the fuel gas passing through the desulfurizer may be adsorbed to the adsorbent.

흡착제는, 금속 산화물, 제올라이트(Zeolite), 활성탄소(activated carbon) 등으로 구성될 수 있다.The adsorbent may be composed of metal oxide, zeolite, activated carbon, or the like.

탈황기는, 연료 가스에 포함된 이물질을 제거하는 필터를 더 포함할 수 있다. The desulfurizer may further include a filter for removing foreign substances included in the fuel gas.

개질기(110)는 제1반응기(112), 제2반응기(140), 버너(180), 및 스팀공급관(190)을 포함할 수 있다. The reformer 110 may include a first reactor 112, a second reactor 140, a burner 180, and a steam supply pipe 190.

제1반응기(112)는, 촉매를 이용하여, 황 화합물이 제거된 연료 가스로부터 수소 가스를 생성하는 개질 반응을 수행할 수 있다. 제2반응기(140)는 제1반응기(112)에서 토출되는 가스에 포함된 성분 중, 개질 반응에 의해 생성되는 일산화탄소를 저감 또는 제거할 수 있다The first reactor 112 may perform a reforming reaction of generating hydrogen gas from fuel gas from which sulfur compounds are removed by using a catalyst. The second reactor 140 may reduce or remove carbon monoxide generated by a reforming reaction among components included in the gas discharged from the first reactor 112.

버너(180)는, 제1반응기(112)에서의 개질 반응이 촉진되도록, 개질기(110)에 열을 공급할 수 있다. 탈황기로부터 토출된 연료 가스의 일부가 공기와 혼합되어 버너(180)에 공급될 수 있다. 이때, 버너(180)는, 연료 가스와 공기가 혼합된 혼합 가스를 연소시켜 연소열을 발생시킬 수 있다. The burner 180 may supply heat to the reformer 110 to promote a reforming reaction in the first reactor 112 . A portion of the fuel gas discharged from the desulfurizer may be mixed with air and supplied to the burner 180 . At this time, the burner 180 may generate combustion heat by burning a mixed gas in which fuel gas and air are mixed.

스팀공급관(190)은 버너(180)에서 생성되는 배기가스, 제1반응기(112) 및/또는 제2반응기(140)로부터 열을 흡수하여, 물을 기화시킬 수 있다. 스팀공급관(190)은 기화된 스팀을 제1반응기(112) 내부로 배출할 수 있다. The steam supply pipe 190 may vaporize water by absorbing exhaust gas generated from the burner 180 and heat from the first reactor 112 and/or the second reactor 140 . The steam supply pipe 190 may discharge vaporized steam into the first reactor 112 .

구체적인 제1반응기(112), 제2반응기(140), 버너(180), 및 스팀공급관(190)의 구성은 이하에서 자세하게 설명한다. The specific configuration of the first reactor 112, the second reactor 140, the burner 180, and the steam supply pipe 190 will be described in detail below.

스택(20a, 20b)은, 연료처리장치(10)로부터 공급되는 개질가스에 전기화학반응을 일으켜 전기 에너지를 생성할 수 있다.The stacks 20a and 20b may generate electrical energy by causing an electrochemical reaction to the reformed gas supplied from the fuel processing device 10 .

스택(20a, 20b)은, 전기화학반응이 일어나는 단일 셀이 적층되어 구성될 수 있다. The stacks 20a and 20b may be configured by stacking single cells in which an electrochemical reaction occurs.

단일 셀은, 전해질막을 중심으로 연료극과 공기극이 배치된 막-전극 접합체(membrane electrode assembly, MEA), 세퍼레이터(separator) 등으로 구성될 수 있다. 막-전극 접합체의 연료극에서는, 수소가 촉매에 의하여 수소이온과 전자로 분리되어 전기가 발생할 수 있고, 막-전극 접합체의 공기극에서는 수소이온과 전자가 산소와 결합하여 물이 생성될 수 있다.A single cell may include a membrane electrode assembly (MEA) in which an anode and an air electrode are disposed around an electrolyte membrane, a separator, and the like. At the fuel electrode of the membrane-electrode assembly, hydrogen can be separated into hydrogen ions and electrons by a catalyst to generate electricity, and at the air electrode of the membrane-electrode assembly, hydrogen ions and electrons combine with oxygen to generate water.

스택(20a, 20b)은, 전기화학반응 과정에서 발생하는 열을 방열하는 스택 열교환기(미도시)를 더 포함할 수 있다. 스택 열교환기는, 물을 냉매로 사용하는 열교환기일 수 있다 예를 들어, 스택 열교환기에 공급되는 냉각수가 전기화학반응 과정에서 발생하는 열을 흡수할 수 있고, 흡수된 열에 의해 온도가 상승한 냉각수가 스택 열교환기의 외부로 토출될 수 있다. The stacks 20a and 20b may further include a stack heat exchanger (not shown) to dissipate heat generated during the electrochemical reaction. The stack heat exchanger may be a heat exchanger that uses water as a refrigerant. For example, the cooling water supplied to the stack heat exchanger may absorb heat generated in an electrochemical reaction process, and the cooling water whose temperature is raised by the absorbed heat exchanges the stack heat exchanger. It can be discharged to the outside of the group.

도 1을 참조하면, 연료밸브(30)는, 연료처리장치(10)에 공급되는 연료 가스가 유동하는 연료공급유로(101)를 형성하는 연료공급관(미도시)에 배치될 수 있다. 연료밸브(30)의 개도 정도에 대응하여, 연료처리장치(10)에 공급되는 연료 가스의 유량이 조절될 수 있다. 예를 들어, 연료밸브(30)는, 연료처리장치(10)에 대한 연료 가스의 공급이 중단되도록, 연료공급유로(101)을 차단할 수 있다. Referring to FIG. 1 , the fuel valve 30 may be disposed in a fuel supply pipe (not shown) forming a fuel supply passage 101 through which fuel gas supplied to the fuel processing device 10 flows. Corresponding to the degree of opening of the fuel valve 30, the flow rate of the fuel gas supplied to the fuel processing device 10 may be adjusted. For example, the fuel valve 30 may block the fuel supply passage 101 so that the supply of fuel gas to the fuel processing device 10 is stopped.

연료공급관에는, 연료공급유로(101) 내에 유동하는 연료 가스의 유량을 검출하는 제1연료유량계(51)가 배치될 수 있다. A first fuel flow meter 51 for detecting a flow rate of fuel gas flowing in the fuel supply passage 101 may be disposed in the fuel supply pipe.

제1블로워(71)는, 제1외부공기유입유로(201)를 통해 외부에서 유입되는 공기를, 연료측 공기공급유로(202)를 통해 연료처리장치(10)로 유동시킬 수 있다. The first blower 71 may flow air introduced from the outside through the first external air introduction passage 201 to the fuel processing device 10 through the fuel-side air supply passage 202 .

연료측 공기공급유로(202)를 통해 연료처리장치(10)에 유입되는 공기는, 연료처리장치(10)의 버너(180)로 공급될 수 있다. 예를 들어, 연료처리장치(10)에 유입되는 공기는, 탈황기에서 토출된 연료 가스와 제1믹서(미도시)에서 혼합되어 버너(180)에 공급될 수 있다. Air introduced into the fuel processor 10 through the fuel-side air supply passage 202 may be supplied to the burner 180 of the fuel processor 10 . For example, air introduced into the fuel processor 10 may be mixed with fuel gas discharged from the desulfurizer in a first mixer (not shown) and supplied to the burner 180 .

제1외부공기유입유로(201)를 형성하는 제1외부공기유입관(미도시)에는, 공기에 포함된 먼지 등의 이물질을 제거하는 제1공기필터(91)와 공기의 유동 방향을 제한하는 제1공기측 체크밸브(81)가 배치될 수 있다.In the first external air inlet pipe (not shown) forming the first external air inlet passage 201, a first air filter 91 for removing foreign substances such as dust contained in the air and a filter for restricting the flow direction of air A first air side check valve 81 may be disposed.

연료처리부(10)는, 탈황기에서 토출된 연료 가스가 개질기(110)로 유동하는 제1내부가스유로(102)를 형성하는 제1내부가스관(미도시)을 포함할 수 있다. 제1내부가스관에는, 비례제어밸브(31), 개질기(110)로 유입되는 연료 가스의 유동을 조절하는 내부연료밸브(32), 내부가스유로(102)를 유동하는 연료 가스의 유량을 검출하는 제2연료유량계(52), 내부가스유로(102)를 유동하는 연료 가스의 유동 방향을 제한하는 연료측 체크밸브(83), 및/또는 황검출장치(94)가 배치될 수 있다. The fuel processing unit 10 may include a first internal gas pipe (not shown) forming a first internal gas passage 102 through which the fuel gas discharged from the desulfurizer flows to the reformer 110 . In the first internal gas pipe, a proportional control valve 31, an internal fuel valve 32 for controlling the flow of fuel gas flowing into the reformer 110, and a flow rate of fuel gas flowing through the internal gas flow path 102 are detected. A second fuel flow meter 52, a fuel-side check valve 83 for limiting the flow direction of the fuel gas flowing through the internal gas flow path 102, and/or a sulfur detection device 94 may be disposed.

비례제어밸브(31)는, 탈황기에서 토출되어 개질기(110)로 유동하는 연료 가스의 유량, 압력 등을, 전기제어 방식으로 내/외부 피드백을 통해 조절할 수 있다. The proportional control valve 31 can control the flow rate, pressure, etc. of the fuel gas discharged from the desulfurizer and flowing into the reformer 110 through internal/external feedback in an electrically controlled manner.

황검출장치(94)는, 탈황기에서 토출된 연료 가스에 포함된 황을 검출할 수 있다. 황검출장치(94)는, 탈황기의 흡착제에 의해 제거되지 않은 황 화합물에 반응하여 색이 변하는 지시제를 포함할 수 있다. 여기서, 지시제는, 페놀프탈레인(phenolphthalein), 몰리브덴 화합물 등을 포함할 수 있다. The sulfur detection device 94 may detect sulfur contained in the fuel gas discharged from the desulfurizer. The sulfur detection device 94 may include an indicator that changes color in response to sulfur compounds not removed by the adsorbent of the desulfurizer. Here, the indicator may include phenolphthalein, a molybdenum compound, and the like.

연료처리부(10)는, 탈황기에서 토출된 연료 가스를 버너(180)로 보내는 제2내부가스유로(103)를 형성하는 제2내부가스관(미도시)을 포함할 수 있다. 버너(180)는, 제2내부가스유로(103)를 통해 유입되는 연료 가스를 연소에 사용할 수 있다. The fuel processing unit 10 may include a second internal gas pipe (not shown) forming a second internal gas passage 103 through which the fuel gas discharged from the desulfurizer is sent to the burner 180 . The burner 180 may use fuel gas introduced through the second internal gas passage 103 for combustion.

제1내부가스유로(102)와 제2내부가스유로(103)는, 서로 연통될수 있다. The first internal gas passage 102 and the second internal gas passage 103 may communicate with each other.

연료처리장치(10)는, 물공급탱크(13)에서 토출된 물이 유동하는 물공급유로(303)를 형성하는 물공급관(미도시)관 연결될 수 있다. 물공급관에는, 물공급유로(303)를 유동하는 물의 유동을 형성하는 물펌프(38)와, 물의 유동을 조절하는 물공급밸브(39)와, 물공급유로(303)를 유동하는 물의 유량을 검출하는 물유량계(54)가 배치될 수 있다. The fuel processing device 10 may be connected to a water supply pipe (not shown) forming a water supply passage 303 through which water discharged from the water supply tank 13 flows. In the water supply pipe, a water pump 38 for forming a flow of water flowing through the water supply passage 303, a water supply valve 39 for controlling the flow of water, and a flow rate of water flowing through the water supply passage 303 A water flow meter 54 for detecting may be disposed.

연료처리장치(10)의 버너(180)에서 생성되는 배기가스는, 배기가스토출유로(210)를 통해 연료처리장치(10)에서 토출될 수 있다. Exhaust gas generated by the burner 180 of the fuel processing device 10 may be discharged from the fuel processing device 10 through the exhaust gas discharge passage 210 .

연료처리장치(10)는, 개질가스토출유로(104)를 형성하는 개질가스토출관(미도시)에 연결될 수 있다. 연료처리장치(10)에서 토출된 개질가스는, 개질가스토출유로(104)를 통해 유동할 수 있다.The fuel processing device 10 may be connected to a reformed gas discharge pipe (not shown) forming the reformed gas discharge passage 104 . The reformed gas discharged from the fuel processing device 10 may flow through the reformed gas discharge passage 104 .

개질가스토출관은, 개질가스의 열교환이 일어나는 개질가스열교환기(21)에 연결될 수 있다. 개질가스토출관에는, 개질가스열교환기(21)에 유입되는 개질가스의 유동을 조절하는 개질가스밸브(33)가 배치될 수 있다. The reformed gas discharge pipe may be connected to the reformed gas heat exchanger 21 in which heat exchange of reformed gas occurs. A reformed gas valve 33 may be disposed in the reformed gas discharge pipe to control the flow of the reformed gas flowing into the reformed gas heat exchanger 21 .

개질가스토출관은, 연료처리장치(10)에서 토출된 개질가스가 연료처리장치(10)로 유동하도록 바이패스유로(105)를 형성하는 바이패스관(미도시)과 연결될 수 있다. 바이패스관은, 연료처리장치(10)에 연결될 수 있다. 연료처리장치(10)로부터 유동하는 개질가스는, 바이패스유로(105)를 통해 버너(180)로 공급될 수 있다. 바이패스유로(105)를 통해 버너(180)로 공급된 개질가스는, 버너(180)의 연소를 위한 연료로 사용될 수 있다. 바이패스관에는, 연료처리장치(10)에 유입되는 개질가스의 유동을 조절하는 바이패스밸브(34)가 배치될 수 있다. The reformed gas discharge pipe may be connected to a bypass pipe (not shown) forming the bypass passage 105 so that the reformed gas discharged from the fuel processing device 10 flows into the fuel processing device 10 . The bypass pipe may be connected to the fuel processing device 10 . The reformed gas flowing from the fuel processing device 10 may be supplied to the burner 180 through the bypass passage 105 . The reformed gas supplied to the burner 180 through the bypass flow path 105 may be used as a fuel for combustion of the burner 180 . A bypass valve 34 may be disposed in the bypass pipe to control the flow of the reformed gas flowing into the fuel processing device 10 .

전력생성부(II)는, 스택(20a, 20b), 연료처리장치(10)에서 토출된 개질가스의 열교환이 일어나는 개질가스열교환기(21), 스택(20a, 20b)에서 반응하지 않고 배출되는 가스의 열교환이 일어나는 AOG열교환기(22), 스택(20a, 20b)에 공급되는 공기에 수분을 공급하는 가습장치(23), 스택(20a, 20b)으로 공기를 공급하는 공급장치(2)를 포함한다. The power generation unit (II) is discharged without reacting in the stacks 20a and 20b, the reformed gas heat exchanger 21 in which heat exchange of the reformed gas discharged from the fuel processing device 10 occurs, and the stacks 20a and 20b. An AOG heat exchanger 22 in which heat exchange of gas occurs, a humidifier 23 for supplying moisture to the air supplied to the stacks 20a and 20b, and a supply device 2 for supplying air to the stacks 20a and 20b include

공기를 스택(20a, 20b)으로 유동시키는 제2블로워(72) 등을 포함할 수 있다. 여기서, 스택(20a, 20b)에서 반응하지 않고 배출되는 가스는, 양극배출가스(anode off gas, AOG)로 명명될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 연료전지 장치(1)이 두 개의 스택(20a. 20b)을 구비하는 것으로 설명하나, 이에 제한되지 않는다.A second blower 72 or the like may be included to flow air into the stacks 20a and 20b. Here, the gas discharged from the stacks 20a and 20b without reacting may be referred to as anode off gas (AOG). In one embodiment of the present invention, the fuel cell device 1 is described as having two stacks 20a and 20b, but is not limited thereto.

개질가스열교환기(21)는, 연료처리장치(10)에서 토출된 개질가스가 유동하도록 개질가스토출유로(104)를 형성하는 개질가스토출관(미도시)에 연결될 수 있다. 개질가스열교환기(21)는, 물공급탱크(13)에서 토출된 물이 유동하도록 냉각수공급유로(304)를 형성하는 냉각수공급관(미도시)에 연결될 수 있다. 개질가스열교환기(21)는, 개질가스토출유로(104)를 통해 유입되는 개질가스와, 냉각수공급유로(304)를 통해 공급되는 물을 열교환할 수 있다. The reformed gas heat exchanger 21 may be connected to a reformed gas discharge pipe (not shown) forming the reformed gas discharge passage 104 so that the reformed gas discharged from the fuel processing device 10 flows. The reformed gas heat exchanger 21 may be connected to a cooling water supply pipe (not shown) forming the cooling water supply passage 304 so that water discharged from the water supply tank 13 flows. The reformed gas heat exchanger 21 may heat-exchange the reformed gas introduced through the reformed gas discharge passage 104 and the water supplied through the cooling water supply passage 304 .

냉각수공급관에는, 물공급탱크(13)에 저장된 물을 개질가스열교환기(21)로 유동시키는 냉각수펌프(43), 및/또는 냉각수공급유로(304)를 유동하는 물의 유량을 검출하는 냉각수유량계(56)가 배치될 수 있다. A cooling water flowmeter ( 56) may be placed.

개질가스열교환기(21)는, 스택가스공급유로(106)를 형성하는 스택가스공급관(미도시)에 연결될 수 있다 개질가스열교환기(21)에서 토출된 개질가스는, 스택가스공급유로(106)를 통해 스택(20a, 20b)으로 유동할 수 있다.The reformed gas heat exchanger 21 may be connected to a stack gas supply pipe (not shown) forming the stack gas supply passage 106. The reformed gas discharged from the reformed gas heat exchanger 21 may be connected to the stack gas supply passage 106. ) through the stacks 20a and 20b.

스택가스공급관에는, 개질가스에 포함된 수분의 양을 조절하는 개질가스 수분제거장치(61)가 배치될 수 있다. 개질가스 수분제거장치(61)로 유입된 개질가스는, 수분이 제거된 후 개질가스 수분제거장치(61)에서 토출될 수 있다. A reformed gas moisture removing device 61 may be disposed in the stack gas supply pipe to adjust the amount of moisture included in the reformed gas. The reformed gas introduced into the reformed gas moisture removal device 61 may be discharged from the reformed gas moisture removal device 61 after the moisture is removed.

개질가스 수분제거장치(61)에서 생성된 응축수는, 개질가스 수분제거장치(61)에서 토출되어, 제1물회수유로(309)로 유동할 수 있다. 제1물회수유로(309)를 형성하는 제1물회수관(미도시)에는, 제1물회수유로(309)를 유동하는 물의 유동을 조절하는 제1물회수밸브(44)가 배치될 수 있다. Condensed water generated in the reformed gas moisture removal device 61 may be discharged from the reformed gas moisture removal device 61 and flow into the first water recovery passage 309 . A first water recovery valve 44 for controlling the flow of water flowing through the first water recovery path 309 may be disposed in the first water recovery pipe (not shown) forming the first water recovery path 309 . .

스택(20a. 20b)은, 스택가스공급유로(106)를 통해 유입되는 개질가스에 전기화학반응을 일으켜 전기 에너지를 생성할 수 있다. 일 실시예에서, 연료전지 장치(1)이 복수의 스택(20a. 20b)을 구비하는 경우, 제1스택(20a)에서 반응하지 않고 토출되는 개질 가스는 제2스택(20b)에서 추가적으로 전기화학반응을 일으킬 수 있다. The stacks 20a and 20b may generate electrical energy by causing an electrochemical reaction to the reformed gas introduced through the stack gas supply passage 106 . In one embodiment, when the fuel cell device 1 includes a plurality of stacks 20a and 20b, the reformed gas discharged without reacting in the first stack 20a is additionally electrochemically discharged from the second stack 20b. can cause a reaction.

제2블로워(72)는, 제2외부공기유입유로(203)를 형성하는 제2외부공기유입관(미도시)과, 스택측 공기유입유로(204)를 형성하는 스택측 공기유입관(미도시) 사이에 배치될 수 있다. 제2외부공기유입관은, 제1공기필터(91)의 하류에 배치될 수 있다. 제2블로워(72)는, 제2외부공기유입유로(203)를 통해 유입되는 공기를, 스택측 공기유입유로(204)를 통해 스택(20a, 20b) 측으로 유동시킬 수 있다. The second blower 72 includes a second external air inlet pipe (not shown) forming the second external air inlet passage 203 and a stack-side air inlet pipe (not shown) forming the stack-side air inlet passage 204. ) can be placed in between. The second external air intake pipe may be disposed downstream of the first air filter 91 . The second blower 72 may flow air introduced through the second external air inlet passage 203 toward the stacks 20a and 20b through the stack-side air inlet passage 204 .

제2외부공기유입관에는, 제2외부공기유입유로(203)를 유동하는 공기의 유동 방향을 제한하는 제2공기측 체크밸브(82)가 배치될 수 있다.A second air-side check valve 82 may be disposed in the second external air inlet pipe to restrict a flow direction of air flowing through the second external air inlet duct 203 .

스택측 공기유입관에는, 스택측 공기유입유로(204)를 유동하는 공기의 유량을 검출하는 공기유량계(53)가 배치될 수 있다. An air flow meter 53 for detecting a flow rate of air flowing through the stack-side air inlet pipe 204 may be disposed in the stack-side air inlet pipe.

가습장치(23)는, 스택측 공기유입유로(204)를 통해 유입되는 공기에 수분을 공급할 수 있고, 수분이 포함된 공기를 스택측 공기공급유로(205)를 통해 토출할 수 있다. The humidifier 23 can supply moisture to the air introduced through the stack-side air inlet passage 204 and discharge air containing moisture through the stack-side air supply passage 205 .

스택측 공기공급유로(205)를 형성하는 스택측 공기공급관(미도시)에는, 스택(20a, 20b)으로 공급되는 공기의 유동을 조절하는 스택측 공기공급밸브(36)가 배치될 수 있다. A stack-side air supply valve 36 may be disposed in a stack-side air supply pipe (not shown) forming the stack-side air supply passage 205 to control the flow of air supplied to the stacks 20a and 20b.

스택측 공기공급관은, 스택(20a. 20b)에 각각 대응하는 개별공급유로(206, 207)를 형성하는 개별공급관(미도시)과 연결될 수 있다. 스택측 공기공급유로(205)를 유동하는 공기는, 개별공급유로(206, 207)를 통해 스택(20a. 20b)으로 공급될 수 있다. The stack-side air supply pipe may be connected to individual supply pipes (not shown) forming individual supply passages 206 and 207 respectively corresponding to the stacks 20a and 20b. Air flowing through the stack-side air supply passage 205 may be supplied to the stacks 20a and 20b through the individual supply passages 206 and 207 .

복수의 스택(20a. 20b)은, 가스연결유로(107)를 형성하는 가스연결관(미도시)로 서로 연결될 수 있다. 제1스택(20a)에서 반응하지 않고 토출되는 개질 가스는, 가스연결유로(107)를 통해 제2스택(20b)으로 유입될 수 있다. The plurality of stacks 20a and 20b may be connected to each other through gas connection pipes (not shown) forming the gas connection passage 107 . The reformed gas discharged without reacting in the first stack 20a may flow into the second stack 20b through the gas connection passage 107 .

가스연결관에는, 가스연결유로(107)를 유동하는 개질가스가 제1스택(20a)을 통과하는 동안 응축되어 생성된 물을 제거하는 추가수분제거장치(62)가 배치될 수 있다.An additional moisture removal device 62 may be disposed in the gas connection pipe to remove water generated by condensation of the reformed gas flowing through the gas connection passage 107 while passing through the first stack 20a.

추가수분제거장치(62)에서 생성된 물은, 추가수분제거장치(62)에서 토출되어, 제2물회수유로(310)로 유동할 수 있다. 제2물회수유로(310)를 형성하는 제2물회수관(미도시)에는, 물의 유동을 조절하는 제2물회수밸브(45)가 배치될 수 있다. 제2물회수관은, 제1물회수관과 연결될 수 있다. Water generated in the additional water removal device 62 may be discharged from the additional water removal device 62 and flow into the second water recovery passage 310 . A second water recovery valve 45 for controlling the flow of water may be disposed in the second water recovery pipe (not shown) forming the second water recovery passage 310 . The second water collection pipe may be connected to the first water collection pipe.

스택(20a. 20b)에서 반응하지 않고 토출되는 양극배출가스(AOG)는, 스택가스토출유로(108)를 통해 유동할 수 있다. The anode exhaust gas (AOG) discharged from the stacks 20a and 20b without reacting may flow through the stack gas discharge passage 108 .

AOG열교환기(22)는, 스택(20a. 20b)에서 토출된 양극배출가스(AOG)가 유동하도록 스택가스토출유로(108)를 형성하는 스택가스토출관(미도시)에 연결될 수 있다. The AOG heat exchanger 22 may be connected to a stack gas discharge pipe (not shown) forming the stack gas discharge passage 108 so that the anode exhaust gas (AOG) discharged from the stacks 20a and 20b flows.

AOG열교환기(22)는, 열회수탱크(15)에서 토출된 물이 유동하도록 온수공급유로(313)를 형성하는 온수공급관(미도시)에 연결될 수 있다. AOG열교환기(22)는, 스택가스토출유로(108)로 유동하는 양극배출가스(AOG)와, 온수공급유로(313)로 유동하는 물을 열교환할 수 있다. The AOG heat exchanger 22 may be connected to a hot water supply pipe (not shown) forming the hot water supply passage 313 so that water discharged from the heat recovery tank 15 flows. The AOG heat exchanger 22 may perform heat exchange between the anode discharge gas (AOG) flowing through the stack gas discharge passage 108 and water flowing through the hot water supply passage 313 .

온수공급관에는, 열회수탱크(15)에 저장된 물을 AOG열교환기(22)로 유동시키는 온수펌프(48)와, 온수공급유로(313)를 유동하는 물의 유량을 검출하는 온수유량계(55)가 배치될 수 있다. In the hot water supply pipe, a hot water pump 48 for flowing water stored in the heat recovery tank 15 to the AOG heat exchanger 22 and a hot water flow meter 55 for detecting the flow rate of water flowing through the hot water supply passage 313 are arranged It can be.

AOG열교환기(22)는, AOG공급유로(109)를 형성하는 AOG공급관(미도시)에 연결될 수 있다. AOG열교환기(22)는, AOG공급유로(109)를 통해 열교환된 양극배출가스(AOG)를 토출할 수 있다. AOG열교환기(22)에서 토출된 양극배출가스(AOG)는, AOG공급유로(109)를 통해 연료처리장치(10)로 유동할 수 있다. AOG공급유로(109)를 통해 연료처리장치(10)에 공급된 양극배출가스(AOG)는, 버너(180)의 연소를 위한 연료로 사용될 수 있다. The AOG heat exchanger 22 may be connected to an AOG supply pipe (not shown) forming the AOG supply passage 109 . The AOG heat exchanger 22 may discharge heat-exchanged anode exhaust gas (AOG) through the AOG supply passage 109 . The anode exhaust gas (AOG) discharged from the AOG heat exchanger 22 may flow to the fuel processing device 10 through the AOG supply passage 109 . The anode exhaust gas (AOG) supplied to the fuel processing device 10 through the AOG supply passage 109 may be used as fuel for combustion of the burner 180 .

AOG공급관에는, 양극배출가스(AOG)에 포함된 수분의 양을 조절하는 AOG 수분제거장치(63)와, 연료처리장치(10)로 공급되는 양극배출가스(AOG)의 유동을 조절하는 AOG밸브(35)가 배치될 수 있다. AOG 수분제거장치(63)로 유입된 양극배출가스(AOG)는, 수분이 제거된 후 AOG 수분제거장치(63)에서 토출될 수 있다. In the AOG supply pipe, an AOG water removal device 63 for adjusting the amount of moisture contained in the anode exhaust gas (AOG) and an AOG valve for controlling the flow of the anode exhaust gas (AOG) supplied to the fuel processing device 10 (35) can be placed. The anode exhaust gas (AOG) introduced into the AOG moisture removal device 63 may be discharged from the AOG moisture removal device 63 after the moisture is removed.

AOG 수분제거장치(63)에서 생성된 응축수는, AOG 수분제거장치(63)에서 토출되어, 제3물회수유로(311)를 통해 유동할 수 있다. 제3물회수유로(311)를 형성하는 제3물회수관에는, 제3물회수유로(311)를 유동하는 물의 유동을 조절하는 제3물회수밸브(46)가 배치될 수 있다. 제3물회수관은, 제1물회수관에 연결될 수 있다. Condensed water generated in the AOG water removal device 63 may be discharged from the AOG water removal device 63 and flow through the third water recovery passage 311 . A third water recovery valve 46 for controlling the flow of water flowing through the third water recovery path 311 may be disposed in the third water recovery pipe forming the third water recovery path 311 . The third water collection pipe may be connected to the first water collection pipe.

스택측 공기토출유로(211)를 형성하는 스택측 공기토출관(미도시)는, 스택(20a. 20b)에 각각 대응하는 개별토출유로(208, 209)를 형성하는 개별토출관(미도시)에 연결될 수 있다. 스택측 공기토출관에는, 공기토출유로(211)를 유동하는 공기의 유동을 조절하는 스택측 공기토출밸브(37)가 배치될 수 있다. The stack-side air discharge pipe (not shown) forming the stack-side air discharge passage 211 is an individual discharge pipe (not shown) forming individual discharge passages 208 and 209 respectively corresponding to the stacks 20a and 20b. can be connected to A stack-side air discharge valve 37 may be disposed in the stack-side air discharge pipe to control the flow of air flowing through the air discharge passage 211 .

스택(20a, 20b)에서 토출된 공기는, 개별토출유로(208, 209)를 통해 스택측 공기토출유로(211)로 유동할 수 있다. 이때, 스택측 공기토출유로(211)를 통해 유동하는 공기는, 스택(20a, 20b)에서 일어나는 전기화학반응에 의해 생성되는 수분을 포함할 수 있다. Air discharged from the stacks 20a and 20b may flow to the stack-side air discharge passage 211 through the individual discharge passages 208 and 209 . At this time, air flowing through the stack-side air discharge passage 211 may include moisture generated by an electrochemical reaction occurring in the stacks 20a and 20b.

스택측 공기토출관은, 가습장치(23)에 연결될 수 있다. 가습장치(23)는, 스택측 공기토출유로(211)로부터 공급되는 공기에 포함된 수분을 이용하여, 스택(20a, 20b)으로 유동하는 공기에 수분을 공급할 수 있다. 스택측 공기토출유로(211)를 유동하여 가습장치(23)에 공급된 공기는, 가습장치(23)를 거쳐 가습장치토출유로(212)로 토출될 수 있다. The stack-side air discharge pipe may be connected to the humidifier 23 . The humidifier 23 may use moisture contained in the air supplied from the stack-side air discharge passage 211 to supply moisture to the air flowing into the stacks 20a and 20b. Air flowing through the stack-side air discharge passage 211 and supplied to the humidifier 23 may pass through the humidifier 23 and be discharged to the humidifier discharge passage 212 .

냉각수순환부(III)는, 연료전지 장치(1)에서 생성되는 물을 저장하는 물공급탱크(13), 연료처리장치(10)로 물을 유동시키는 물펌프(38), 연료처리장치(10)로 공급되는 물의 유동을 조절하는 물공급밸브(39), 개질가스열교환기(21)로 물을 유동시키는 냉각수펌프(43) 등을 포함할 수 있다. The cooling water circulation unit (III) includes a water supply tank 13 for storing water generated in the fuel cell device 1, a water pump 38 for flowing water to the fuel processing device 10, and a fuel processing device 10 ), a water supply valve 39 for controlling the flow of water supplied to the water supply, a cooling water pump 43 for flowing water to the reformed gas heat exchanger 21, and the like.

열회수부(IV)는, 열교환에 사용되는 물을 저장하는 열회수탱크(15), 열회수탱크(15)에 저장된 물을 열회수탱크(15) 외부로 유동시키는 열회수펌프(48) 등을 포함할 수 있다. The heat recovery unit (IV) may include a heat recovery tank 15 for storing water used for heat exchange, a heat recovery pump 48 for flowing water stored in the heat recovery tank 15 to the outside of the heat recovery tank 15, and the like. .

물공급탱크(13)는, 물유입유로(301)을 형성하는 물유입관(미도시)에 연결될 수 있다. 물공급탱크(13)는, 물유입유로(301)를 통해 공급되는 물을 저장할 수 있다. 물유입관에는, 외부에서 공급되는 물에 포함된 이물질을 제거하는 제1액체필터(92)와, 물공급탱크(13)에 유입되는 물의 유동을 조절하는 물유입밸브(41)가 배치될 수 있다. The water supply tank 13 may be connected to a water inlet pipe (not shown) forming the water inlet passage 301 . The water supply tank 13 may store water supplied through the water inlet passage 301 . In the water inlet pipe, a first liquid filter 92 for removing foreign substances contained in water supplied from the outside and a water inlet valve 41 for controlling the flow of water flowing into the water supply tank 13 may be disposed. there is.

물공급탱크(13)는, 물배출유로(302)를 형성하는 물배출관(미도시)에 연결될 수 있다. 물공급탱크(13)는, 물배출유로(302)를 통해 물공급탱크(13)에 저장된 물 중 적어도 일부를 외부로 배출할 수 있다. 물배출관에는, 물공급탱크(13)에서 배출되는 물의 유동을 조절하는 물배출밸브(42)가 배치될 수 있다. The water supply tank 13 may be connected to a water discharge pipe (not shown) forming the water discharge passage 302 . The water supply tank 13 may discharge at least a portion of the water stored in the water supply tank 13 to the outside through the water discharge passage 302 . A water discharge valve 42 for controlling the flow of water discharged from the water supply tank 13 may be disposed in the water discharge pipe.

물공급탱크(13)는, 물저장유로(308)를 형성하는 물저장관(미도시)에 연결될 수 있다. 물공급탱크(13)는, 물저장유로(308)를 통해 유동하는 물을 저장할 수 있다. 예를 들어, 개질가스 수분제거장치(61), 추가수분제거장치(62), AOG 수분제거장치(63) 및/또는 공기 수분제거장치(64)에서 토출되어 제3물회수유로(311)를 통해 유동하는 물이, 물저장유로(308)를 거쳐 물공급탱크(13)로 유입될 수 있다. 물저장관에는, 물공급탱크(13)로 회수되는 물에 포함된 이물질을 제거하는 제2액체필터(93)가 배치될 수 있다. The water supply tank 13 may be connected to a water storage pipe (not shown) forming the water storage passage 308 . The water supply tank 13 may store water flowing through the water storage passage 308 . For example, it is discharged from the reformed gas moisture removal device 61, the additional moisture removal device 62, the AOG moisture removal device 63, and/or the air moisture removal device 64 to form the third water recovery passage 311. Water flowing through may be introduced into the water supply tank 13 via the water storage passage 308 . A second liquid filter 93 may be disposed in the water storage pipe to remove foreign substances included in the water returned to the water supply tank 13 .

물공급탱크(13)에 저장된 물 중 적어도 일부는, 냉각수펌프(43)에 의해 개질가스열교환기(21)로 유동할 수 있고, 개질가스열교환기(21)에서 개질가스와 열교환될 수 있다. 개질가스열교환기(21)에서 토출된 물은, 스택물공급유로(305)를 통해 스택(20a, 20b)으로 유입될 수 있다. At least some of the water stored in the water supply tank 13 may flow to the reformed gas heat exchanger 21 by the cooling water pump 43 and may exchange heat with the reformed gas in the reformed gas heat exchanger 21 . Water discharged from the reformed gas heat exchanger 21 may flow into the stacks 20a and 20b through the stack water supply passage 305 .

스택물공급유로(305)를 통해 스택(20a, 20b)으로 유입된 물은, 스택(20a, 20b)을 냉각할 수 있다. 스택(20a, 20b)으로 유입된 물은, 스택(20a, 20b)에 포함된 스택 열교환기(미도시)를 따라 유동할 수 있고, 스택(20a, 20b)에서 일어나는 전기화학반응에 의해 발생하는 열을 흡수할 수 있다. Water introduced into the stacks 20a and 20b through the stack water supply passage 305 may cool the stacks 20a and 20b. Water introduced into the stacks 20a and 20b may flow along a stack heat exchanger (not shown) included in the stacks 20a and 20b, and the water generated by the electrochemical reaction occurring in the stacks 20a and 20b can absorb heat.

복수의 스택(20a. 20b)은, 물연결유로(306)를 형성하는 물연결관(미도시)에 의해 연결될 수 있다. 제1스택(20a)에서 토출되는 물은, 물연결유로(306)를 통해 제2스택(20b)으로 유입될 수 있다. The plurality of stacks 20a and 20b may be connected by a water connection pipe (not shown) forming the water connection passage 306 . Water discharged from the first stack 20a may flow into the second stack 20b through the water connection passage 306 .

스택(20a, 20b)에서 토출되는 물은, 스택물토출유로(307)를 통해 냉각수열교환기(24)로 유입될 수 있다. 냉각수열교환기(24)는, 스택(20a, 20b)에서 토출된 물과, 열회수탱크(15)에서 토출된 물을 열교환할 수 있다. 스택(20a, 20b)에서 토출된 물은, 냉각수열교환기(24)를 거쳐 물저장유로(308)로 유동할 수 있다. Water discharged from the stacks 20a and 20b may flow into the cooling water heat exchanger 24 through the stack water discharge passage 307 . The cooling water heat exchanger 24 may perform heat exchange between the water discharged from the stacks 20a and 20b and the water discharged from the heat recovery tank 15 . Water discharged from the stacks 20a and 20b may flow to the water storage passage 308 via the cooling water heat exchanger 24 .

온수펌프(48)에 의해 열회수탱크(15)에서 토출된 물은, 온수공급유로(313)를 거쳐 AOG열교환기(22)로 유입될 수 있다. AOG열교환기(22)에서 양극배출가스(AOG)와 열교환된 물은, 제1온수순환회로(314)로 토출될 수 있다. Water discharged from the heat recovery tank 15 by the hot water pump 48 may flow into the AOG heat exchanger 22 via the hot water supply passage 313 . The water heat-exchanged with the anode exhaust gas (AOG) in the AOG heat exchanger 22 may be discharged to the first hot water circulation circuit 314 .

공기열교환기(25)는, 가습장치(23)에서 토출된 공기가 유동하도록 가습장치토출유로(212)를 형성하는 가습장치토출관(미도시)에 연결될 수 있다. 공기열교환기(25)는, AOG열교환기(22)에서 토출된 물이 유동하는 제1온수순환회로(314)에 연결될 수 있다. 공기열교환기(25)는, 가습장치토출유로(212)을 통해 유입되는 공기와 제1온수순환회로(314)를 통해 유입되는 물을 열교환할 수 있다.The air heat exchanger 25 may be connected to a humidifier discharge pipe (not shown) forming the humidifier discharge passage 212 so that air discharged from the humidifier 23 flows. The air heat exchanger 25 may be connected to the first hot water circulation circuit 314 through which water discharged from the AOG heat exchanger 22 flows. The air heat exchanger 25 may heat exchange air introduced through the humidifier discharge passage 212 and water introduced through the first hot water circulation circuit 314 .

공기열교환기(25)에서 열교환된 공기는, 공기배출유로(213)를 통해 공기열교환기(25)에서 토출될 수 있다. 공기배출유로(213)를 형성하는 공기배출관(미도시)은, 배기가스토출유로(210)를 형성하는 배기가스토출관(미도시)와 연결될 수 있다. 배기가스토출유로(210)에 유동하는 배기가스와 공기배출유로(213)에 유동하는 공기가 혼합될 수 있다. Air heat-exchanged in the air heat exchanger 25 may be discharged from the air heat exchanger 25 through the air discharge passage 213 . An air discharge pipe (not shown) forming the air discharge passage 213 may be connected to an exhaust gas discharge pipe (not shown) forming the exhaust gas discharge passage 210 . Exhaust gas flowing in the exhaust gas discharge passage 210 and air flowing in the air discharge passage 213 may be mixed.

공기배출관에는, 공기 수분제거장치(64)가 배치될 수 있다. 공기 수분제거장치(64)는, 외부로 배출되는 공기에 포함된 수분의 양을 조절할 수 있다. 공기 수분제거장치(64)로 유입된 공기는, 수분이 제거된 후 공기 수분제거장치(64)에서 토출될 수 있다. An air moisture removing device 64 may be disposed in the air discharge pipe. The air moisture removing device 64 may adjust the amount of moisture contained in the air discharged to the outside. The air introduced into the air moisture removal device 64 may be discharged from the air moisture removal device 64 after the moisture is removed.

공기 수분제거장치(64)에서 생성된 응축수는, 공기 수분제거장치(64)에서 토출되어 제4 물회수유로(312)를 통해 유동할 수 있다. 제4 물회수유로(312)를 형성하는 제4 물회수관(미도시)에는, 물의 유동을 조절하는 제4 물회수밸브(47)가 배치될 수 있다. 제4 물회수관은, 물저장관과에 연결될 수 있다. Condensed water generated in the air moisture removal device 64 may be discharged from the air moisture removal device 64 and flow through the fourth water recovery passage 312 . A fourth water recovery valve 47 for controlling the flow of water may be disposed in a fourth water recovery pipe (not shown) forming the fourth water recovery passage 312 . The fourth water recovery pipe may be connected to the water storage pipe.

공기열교환기(25)에서 열교환된 물은, 제2온수순환유로(315)을 통해 공기열교환기(25)에서 토출될 수 있다. 공기열교환기(25)에서 토출된 물은, 제2온수순환유로(315)을 통해 냉각수열교환기(24)로 유입될 수 있다. Water heat-exchanged in the air heat exchanger 25 may be discharged from the air heat exchanger 25 through the second hot water circulation passage 315 . Water discharged from the air heat exchanger 25 may flow into the cooling water heat exchanger 24 through the second hot water circulation passage 315 .

냉각수열교환기(24)는, 스택물토출유로(307)를 통해 유입되는 물과, 제2온수순환유로(315)를 통해 유입되는 물을 열교환할 수 있다. The cooling water heat exchanger 24 may heat exchange water introduced through the stack water discharge passage 307 and water introduced through the second hot water circulation passage 315 .

배기열교환기(26)는, 배기가스가 유동하는 배기가스토출유로(210)를 형성하는 배기가스토출관에 연결될 수 있다. 배기열교환기(26)는, 냉각수열교환기(24)에서 토출된 물이 유동하도록 제3온수순환유로(316)를 형성하는 제3온수순환관(미도시)에 연결될 수 있다. 배기열교환기(26)는, 배기가스토출유로(210)를 통해 유입되는 배기가스와, 제3온수순환유로(316)를 통해 유입되는 물을 열교환할 수 있다. The exhaust heat exchanger 26 may be connected to an exhaust gas discharge pipe forming an exhaust gas discharge passage 210 through which exhaust gas flows. The exhaust heat exchanger 26 may be connected to a third hot water circulation pipe (not shown) forming the third hot water circulation passage 316 so that water discharged from the cooling water heat exchanger 24 flows. The exhaust heat exchanger 26 may heat-exchange the exhaust gas introduced through the exhaust gas discharge passage 210 and the water introduced through the third hot water circulation passage 316 .

배기열교환기(26)에서 열교환된 배기가스는 배기유로(213)로 토출될 수 있고, 배기유로(213)에 유동하는 배기가스는 외부로 배출될 수 있다.Exhaust gas heat-exchanged in the exhaust heat exchanger 26 may be discharged to the exhaust passage 213, and exhaust gas flowing in the exhaust passage 213 may be discharged to the outside.

배기열교환기(26)에서 열교환된 물은, 온수회수유로(317)로 토출될 수 있고, 온수회수유로(317)에 유동하는 물은 열회수탱크(15)로 유입될 수 있다. Water heat-exchanged in the exhaust heat exchanger 26 may be discharged to the hot water recovery passage 317 , and water flowing in the hot water recovery passage 317 may flow into the heat recovery tank 15 .

이하에서는 도 2 내지 도 7을 참조하여, 본 발명에 따른 연료처리장치(10)를 설명한다. 구체적으로는, 연료처리장치(10)에 포함된 개질기(110)의 구성을 설명한다. Hereinafter, the fuel processing device 10 according to the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 7 . Specifically, the configuration of the reformer 110 included in the fuel processing device 10 will be described.

도 3을 참조하면, 연료처리장치(10)는 가스와 스팀을 반응시켜 수소를 포함하는 개질가스를 생성하는 제1반응기(112)와 제1반응기(112)에서 배출되는 개질가스에 포함된 일산화탄소를 제거하는 제2반응기(140)를 포함한다. 연료처리장치(10)는 제2반응기(140)와 열교환하여 생성된 스팀을 제1반응기(112)로 공급하는 스팀공급관(190)을 포함한다. 연료처리장치(10)는 제1반응기(112) 내부에 배치되어, 제1반응기(112)로 열을 공급하는 버너(180)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 3 , the fuel processing device 10 includes a first reactor 112 for generating reformed gas containing hydrogen by reacting gas with steam, and carbon monoxide included in the reformed gas discharged from the first reactor 112. It includes a second reactor 140 to remove. The fuel processing device 10 includes a steam supply pipe 190 supplying steam generated by heat exchange with the second reactor 140 to the first reactor 112 . The fuel processing device 10 may include a burner 180 disposed inside the first reactor 112 to supply heat to the first reactor 112 .

스팀배출관(190b)은 제2반응기(140)를 유동하는 가스와 열교환하는 열교환관(190a)과, 제1반응기(112)로 스팀을 공급하는 스팀배출관(190b)을 포함할 수 있다. The steam discharge pipe 190b may include a heat exchange pipe 190a for exchanging heat with gas flowing in the second reactor 140 and a steam discharge pipe 190b for supplying steam to the first reactor 112 .

제1반응기(112)는 내부에 수소가 생성되는 공간을 형성하는 제1하우징(114)을 포함한다. 버너(180)는, 제1하우징(114) 내측에 배치되고 가스와 공기의 혼합가스를 연소시킬 수 있다. The first reactor 112 includes a first housing 114 forming a space in which hydrogen is generated. The burner 180 is disposed inside the first housing 114 and can burn a mixed gas of gas and air.

제1하우징(114) 내부에는 버너(180)가 배치되는 연소챔버(130)와, 연소챔버(130)의 둘레에 배치되고 가스와 스팀의 반응으로 수소를 생성하는 개질챔버(132), 개질챔버(132)의 둘레에 배치되고 스팀과 가스를 혼합시키는 혼합챔버(138)가 형성된다. Inside the first housing 114, a combustion chamber 130 in which a burner 180 is disposed, a reforming chamber 132 disposed around the combustion chamber 130 and generating hydrogen by a reaction between gas and steam, and a reforming chamber A mixing chamber 138 is formed around 132 and mixes steam and gas.

도 5를 참조하면, 버너(180)는 연소챔버(130)의 하부에서 하측방향으로 개구된 연소관(182)을 포함하고, 연소관(182)에서 연소되어 생성된 배기가스는 연소관(182)의 외둘레를 통해 연소챔버(130)의 상측으로 유동할 수 있다. Referring to FIG. 5 , the burner 180 includes a combustion pipe 182 that opens downward from the lower part of the combustion chamber 130, and the exhaust gas generated by combustion in the combustion pipe 182 is outside the combustion pipe 182. It can flow to the upper side of the combustion chamber 130 through the circumference.

도 5를 참조하면, 개질챔버(132)는, 연소챔버(130)의 둘레에 배치될 수 있다. 개질챔버(132)는 혼합챔버(138)에서 배출되는 가스와 스팀이 반응하여 수소를 생성할 수 있다. 개질챔버(132)는 가스와 스팀의 반응을 촉진시키는 개질촉매제(134a)가 배치되는 반응챔버(134)와, 반응챔버(134)의 상측에 배치되고, 수소를 포함하는 개질가스가 유동하는 배출챔버(136)를 포함한다. Referring to FIG. 5 , the reforming chamber 132 may be disposed around the combustion chamber 130 . The reforming chamber 132 may generate hydrogen by reacting the gas discharged from the mixing chamber 138 with steam. The reforming chamber 132 includes a reaction chamber 134 in which a reforming catalyst 134a for promoting a reaction between gas and steam is disposed, and an exhaust disposed above the reaction chamber 134 and in which a reformed gas containing hydrogen flows. chamber 136.

반응챔버(134)는 혼합챔버(138)에서 유입된 가스와 스팀을 반응시켜 수소를 포함하는 개질가스를 생성한다. 반응챔버(134)는 배출챔버(136)의 하측에 배치된다. 반응챔버(134)는, 연소챔버(130)의 둘레에 배치되어, 버너(180)에서 발생하는 연소열이 전달될 수 있다. 또한, 반응챔버(134)에는, 스팀과 가스의 반응을 촉진시키는 개질촉매제(134a)가 배치될 수 있다. 반응챔버(134)은 상승유로를 형성한다. 따라서, 반응챔버(134)에서 배출되는 수소를 포함한 개질가스는 배출챔버(136)로 유도할 수 있다. The reaction chamber 134 reacts the gas introduced from the mixing chamber 138 with steam to generate reformed gas containing hydrogen. The reaction chamber 134 is disposed below the discharge chamber 136. The reaction chamber 134 is disposed around the combustion chamber 130, and combustion heat generated from the burner 180 can be transferred. In addition, a reforming catalyst 134a for accelerating a reaction between steam and gas may be disposed in the reaction chamber 134 . The reaction chamber 134 forms an ascending passage. Accordingly, the reformed gas containing hydrogen discharged from the reaction chamber 134 may be guided to the discharge chamber 136 .

배출챔버(136)는, 반응챔버(134)의 상측에 배치된다. 배출챔버(136)에는, 스팀공급관(190)이 배치될 수 있다. 배출챔버(136)에 배치되는 스팀공급관(190)은 연소챔버(130)와 열교환하도록 배치될 수 있다. 배출챔버(136)에 배치되는 스팀공급관(190)은, 나선형상으로 형성될 수 있다. 스팀공급관(190)은 하측에서 상측으로 스팀을 유동시키는 구조를 가질 수 있다. 스팀공급관(190)의 상단부는 혼합챔버(138)로 연장되어, 스팀을 혼합챔버(138)로 배출할 수 있다. The discharge chamber 136 is disposed above the reaction chamber 134 . A steam supply pipe 190 may be disposed in the discharge chamber 136 . The steam supply pipe 190 disposed in the discharge chamber 136 may be disposed to exchange heat with the combustion chamber 130 . The steam supply pipe 190 disposed in the discharge chamber 136 may be formed in a spiral shape. The steam supply pipe 190 may have a structure in which steam flows from the lower side to the upper side. An upper end of the steam supply pipe 190 extends into the mixing chamber 138 to discharge steam into the mixing chamber 138 .

혼합챔버(138)는 개질챔버(132)의 외둘레에 배치될 수 있다. 혼합챔버(138)는 하강유로를 형성한다. 혼합챔버(138)에서 배출된 가스와 스팀은 개질챔버(132)로 유동할 수 있다. The mixing chamber 138 may be disposed on the outer circumference of the reforming chamber 132 . The mixing chamber 138 forms a descending passage. Gas and steam discharged from the mixing chamber 138 may flow into the reforming chamber 132 .

혼합챔버(138)는 스파이럴 구조를 가질 수 있다. 따라서, 가스와 스팀이 혼합되면서 유동하는 길이를 확보할 수 있다. The mixing chamber 138 may have a spiral structure. Therefore, it is possible to secure a length through which gas and steam flow while being mixed.

제1하우징(114)은, 외형을 형성하는 둘레벽(116)과, 둘레벽(116)의 상단부를 커버하는 상부벽(118)과, 둘레벽(116)의 하단부를 커버하는 하부벽(120)을 포함할 수 있다. 제1하우징(114)은 연소챔버(130)와 개질챔버(132)를 구획하는 제1이너벽(122)과, 개질챔버(132)와 혼합챔버(138)를 구획하는 제2이너벽(124)을 포함할 수 있다. 제1하우징(114) 내부에 배치되는 나선형의 스팀공급관(190)은 제1이너벽(122)에 접촉되게 배치되어, 연소챔버(130)를 유동하는 배기가스와 열교환할 수 있다. The first housing 114 includes a circumferential wall 116 forming an outer shape, an upper wall 118 covering the upper end of the circumferential wall 116, and a lower wall 120 covering the lower end of the circumferential wall 116. ) may be included. The first housing 114 includes a first inner wall 122 that partitions the combustion chamber 130 and the reforming chamber 132, and a second inner wall 124 that partitions the reforming chamber 132 and the mixing chamber 138. ) may be included. The spiral steam supply pipe 190 disposed inside the first housing 114 is disposed in contact with the first inner wall 122 to exchange heat with the exhaust gas flowing through the combustion chamber 130 .

제1반응기(112)는, 혼합챔버(138) 내부에는 스파이럴구조를 위한 가이드벽(126)을 포함할 수 있다. The first reactor 112 may include a guide wall 126 for a spiral structure inside the mixing chamber 138 .

제1반응기(112)는, 연소챔버(130)에서 배출되는 배기가스를 제2반응기(140)로 보내는 제1배기가스배출관(129)을 포함할 수 있다. 제1배기가스배출관(129)은 제1반응기(112)의 상부면에서 돌출되는 구조를 가질 수 있다. 또한, 제1반응기(112)는 개질챔버(132)에서 배출되는 수소를 포함하는 개질가스를 제2반응기(140)로 보내는 제1개질가스배출관(128b)과, 탈황기에서 배출되는 가스가 제1반응기(112)로 유입되는 가스유입관(128a)을 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 제1배기가스배출관(129), 제1개질가스배출관(128b), 및 가스유입관(128a)은 제1하우징(114)의 상부벽(118)에 배치될 수 있다. The first reactor 112 may include a first exhaust gas discharge pipe 129 that sends exhaust gas discharged from the combustion chamber 130 to the second reactor 140 . The first exhaust gas discharge pipe 129 may have a structure protruding from the upper surface of the first reactor 112 . In addition, the first reactor 112 includes a first reformed gas discharge pipe 128b for sending the reformed gas containing hydrogen discharged from the reforming chamber 132 to the second reactor 140, and the gas discharged from the desulfurizer One may include a gas inlet pipe 128a flowing into the reactor 112. Referring to FIG. 3 , the first exhaust gas discharge pipe 129 , the first reformed gas discharge pipe 128b , and the gas inlet pipe 128a may be disposed on the upper wall 118 of the first housing 114 .

제2반응기(140)는, 제1반응기(112)의 둘레에 배치된다. 제2반응기(140)는 중앙부가 상하방향으로 개구된 원통형의 형상을 가질 수 있다. 따라서, 상하방향으로 개구된 중앙부에 제1반응기(112)가 배치된다. The second reactor 140 is disposed around the first reactor 112 . The second reactor 140 may have a cylindrical shape with a central portion opened in a vertical direction. Therefore, the first reactor 112 is disposed in the central portion opened in the vertical direction.

제2반응기(140)는 내부에 배기가스 또는 개질가스가 유동하는 복수의 챔버를 형성하는 제2하우징(142)을 포함한다. 제2하우징(142) 내부에는, 제1반응기(112)에서 배출되는 배기가스가 유입되는 제1배기가스챔버(160)와, 제1배기가스챔버(160)로부터 유동하는 배기가스를 배출하는 제2배기가스챔버(162)와, 제1배기가스챔버(160)와 제2배기가스챔버(162) 사이에 배치되고 제1반응기(112)에서 배출되는 수소를 포함하는 개질가스를 정제하는 정제챔버(166)가 형성된다. The second reactor 140 includes a second housing 142 forming a plurality of chambers in which exhaust gas or reformed gas flows. Inside the second housing 142, the first exhaust gas chamber 160 into which the exhaust gas discharged from the first reactor 112 flows, and the exhaust gas flowing from the first exhaust gas chamber 160 are discharged. A purification chamber disposed between the second exhaust gas chamber 162 and the first exhaust gas chamber 160 and the second exhaust gas chamber 162 and purifying the reformed gas containing hydrogen discharged from the first reactor 112 (166) is formed.

제2하우징(142)은, 제1반응기(112)의 둘레벽(116)에 마주하게 배치되는 내둘레벽(144)과, 내둘레벽(144)으로부터 반경방향으로 이격배치되는 외둘레벽(146)을 포함한다. The second housing 142 includes an inner circumferential wall 144 disposed facing the circumferential wall 116 of the first reactor 112 and an outer circumferential wall spaced apart from the inner circumferential wall 144 in the radial direction ( 146).

제2하우징(142)은, 내둘레벽(144)와 외둘레벽(146) 사이에 배치되고, 제1배기가스챔버(160), 제2배기가스챔버(162), 및 정제챔버(166)를 구획하는 복수의 구획벽(150, 152)을 포함한다. 복수의 구획벽(150, 152)은, 제1배기가스챔버(160)와 정제챔버(166)를 구획하는 제1구획벽(150)과 정제챔버(166)와 제2배기가스챔버(162)를 구획하는 제2구획벽(152)을 포함한다. The second housing 142 is disposed between the inner circumferential wall 144 and the outer circumferential wall 146, and the first exhaust gas chamber 160, the second exhaust gas chamber 162, and the purification chamber 166 It includes a plurality of partition walls (150, 152) partitioning. The plurality of partition walls 150 and 152 are the first partition wall 150 that partitions the first exhaust gas chamber 160 and the purification chamber 166, the purification chamber 166 and the second exhaust gas chamber 162 It includes a second partition wall 152 partitioning the.

정제챔버(166) 내부에는, 이하에서 설명할 제1정제챔버(168)와 제2정제챔버(170)를 구획하는 수평판(154)이 배치될 수 있다. Inside the purification chamber 166, a horizontal plate 154 partitioning a first purification chamber 168 and a second purification chamber 170, which will be described later, may be disposed.

제1배기가스챔버(160)는 내둘레벽(144)과, 제1구획벽(150) 사이에 형성될 수 있다. 제1배기가스챔버(160)는 상측으로 유입된 배기가스가 하측으로 유동하는 하강유로를 형성할 수 있다. 제1배기가스챔버(160)는 정제챔버(166)의 일측에 배치되어, 정제챔버(166)로 열을 공급할 수 있다. The first exhaust gas chamber 160 may be formed between the inner circumferential wall 144 and the first partition wall 150 . The first exhaust gas chamber 160 may form a downflow passage through which the exhaust gas introduced upward flows downward. The first exhaust gas chamber 160 may be disposed on one side of the purification chamber 166 to supply heat to the purification chamber 166 .

제1배기가스챔버(160)에는, 스팀공급관(190)이 배치될 수 있다. 스팀공급관(190)을 유동하는 물은 제1배기가스챔버(160)를 유동하는 배기가스와 열교환할 수 있다. A steam supply pipe 190 may be disposed in the first exhaust gas chamber 160 . Water flowing through the steam supply pipe 190 may exchange heat with exhaust gas flowing through the first exhaust gas chamber 160 .

제2하우징(142) 내측에는 제1배기가스챔버(160)와 제2배기가스챔버(162)를 연통하는 연결챔버(164)를 포함할 수 있다. 연결챔버(164)는 정제챔버(166) 하측에 배치되어 제1배기가스챔버(160)와 제2배기가스챔버(162)를 연결할 수 있다. 연결챔버(164)는 제1배기가스챔버(160)로부터 유동하는 배기가스를 제2배기가스챔버(162)로 유동시킬 수 있다. The inside of the second housing 142 may include a connection chamber 164 communicating the first exhaust gas chamber 160 and the second exhaust gas chamber 162 . The connection chamber 164 may be disposed below the purification chamber 166 to connect the first exhaust gas chamber 160 and the second exhaust gas chamber 162 . The connection chamber 164 may allow the exhaust gas flowing from the first exhaust gas chamber 160 to flow into the second exhaust gas chamber 162 .

제2배기가스챔버(162)는 외둘레벽(146)과 제2구획벽(152) 사이에 형성될 수 있다. 제2배기가스챔버(162)는 하측으로 유입된 배기가스가 상측으로 유동하는 상승유로를 형성할 수 있다. 제2배기가스챔버(162)는 정제챔버(166)의 일측에 배치되어, 정제챔버(166)로 열을 공급할 수 있다. The second exhaust gas chamber 162 may be formed between the outer circumferential wall 146 and the second partition wall 152 . The second exhaust gas chamber 162 may form an upward passage through which the exhaust gas introduced downward flows upward. The second exhaust gas chamber 162 may be disposed on one side of the purification chamber 166 to supply heat to the purification chamber 166 .

제2배기가스챔버(162)에는, 스팀공급관(190)이 배치될 수 있다. 스팀공급관(190)을 유동하는 물은 제2배기가스챔버(162)를 유동하는 배기가스와 열교환할 수 있다. A steam supply pipe 190 may be disposed in the second exhaust gas chamber 162 . Water flowing through the steam supply pipe 190 may exchange heat with exhaust gas flowing through the second exhaust gas chamber 162 .

정제챔버(166)는 제1배기가스챔버(160)와 제2배기가스챔버(162) 사이에 배치될 수 있다. 정제챔버(166)는 제1구획벽(150)과 제2구획벽(152) 사이에 배치된다. 정제챔버(166)는 하측으로 유입되는 개질가스에서 일산화탄소를 저감하거나 제거할 수 있다. 정제챔버(166)는 일산화탄소와 물을 반응시켜 수소와 이산화탄소를 생성하는 제1정제챔버(168)와, 제1정제챔버(168)에서 배출된 개질가스에서 잔여 일산화탄소를 제거하는 제2정제챔버(170)를 포함할 수 있다. The purification chamber 166 may be disposed between the first exhaust gas chamber 160 and the second exhaust gas chamber 162 . The purification chamber 166 is disposed between the first partition wall 150 and the second partition wall 152 . The purification chamber 166 may reduce or remove carbon monoxide from the reformed gas flowing downward. The purification chamber 166 includes a first purification chamber 168 for generating hydrogen and carbon dioxide by reacting carbon monoxide with water, and a second purification chamber for removing residual carbon monoxide from the reformed gas discharged from the first purification chamber 168 ( 170) may be included.

제1정제챔버(168)는 제2정제챔버(170)의 상측에 배치된다. 제1정제챔버(168)와 제2정제챔버(170) 사이에는 이들을 구획하는 수평판(154)이 배치된다. 수평판(154)은 정제챔버(166) 내부를 상하로 구획할 수 있다. 수평판(154)은 제1정제챔버(168)를 유동하는 개질가스가 제2정제챔버(170)로 유동하도록 복수의 연통홀(154a)이 형성될 수 있다. The first purification chamber 168 is disposed above the second purification chamber 170 . A horizontal plate 154 is disposed between the first purification chamber 168 and the second purification chamber 170 to partition them. The horizontal plate 154 may partition the inside of the purification chamber 166 vertically. The horizontal plate 154 may be formed with a plurality of communication holes 154a so that the reformed gas flowing in the first purification chamber 168 flows to the second purification chamber 170 .

제1정제챔버(168)에는, 일산화탄소와 물의 반응을 촉진시키는 제1촉매제(168a)가 배치될 수 있다. 제1촉매제(168a)는 일산화탄소와 물이 반응하여 수소와 이산화탄소를 생성하는 것을 촉진시킬 수 있다. In the first purifying chamber 168, a first catalyst 168a promoting a reaction between carbon monoxide and water may be disposed. The first catalyst 168a may promote generation of hydrogen and carbon dioxide by reacting carbon monoxide with water.

제2정제챔버(170)에는 일산화탄소와 수소의 반응을 촉진시키는 제2촉매제(170a)가 배치될 수 있다. 제2촉매제(170a)는 일산화탄소와 수소가 반응하여 메탄과 물의 생성을 촉진시킬 수 있다. A second catalyst 170a that accelerates the reaction between carbon monoxide and hydrogen may be disposed in the second purification chamber 170 . The second catalyst 170a may promote the production of methane and water by reacting carbon monoxide with hydrogen.

제1정제챔버(168)와 제2정제챔버(170)는 제1배기가스챔버(160)와 제2배기가스챔버(162) 사이에 배치되어, 제1배기가스챔버(160)와 제2배기가스챔버(162) 각각으로부터 열을 공급받을 수 있다. The first purification chamber 168 and the second purification chamber 170 are disposed between the first exhaust gas chamber 160 and the second exhaust gas chamber 162, so that the first exhaust gas chamber 160 and the second exhaust gas Heat may be supplied from each of the gas chambers 162 .

제2반응기(140)는, 제1반응기(112)에서 배출되는 배기가스를 제2반응기(140) 내부로 공급하는 배기가스유입관(156a)을 포함할 수 있다. 배기가스유입관(156a)은 제2반응기(140)의 상부면에서 돌출되는 구조를 가질 수 있다. 배기가스유입관(156a)은 제1배기가스배출관(129)과 연결될 수 있다. The second reactor 140 may include an exhaust gas inlet pipe 156a supplying exhaust gas discharged from the first reactor 112 into the second reactor 140 . The exhaust gas inlet pipe 156a may have a structure protruding from the upper surface of the second reactor 140 . The exhaust gas inlet pipe 156a may be connected to the first exhaust gas discharge pipe 129 .

제2반응기(140)는, 제2반응기(140)에서 배출되는 배기가스를 제2반응기(140) 외부로 보내는 제2배기가스배출관(156b)을 포함할 수 있다.The second reactor 140 may include a second exhaust gas discharge pipe 156b that directs the exhaust gas discharged from the second reactor 140 to the outside of the second reactor 140 .

또한, 제2반응기(140)는 제1반응기(112)에서 배출되는 수소를 포함하는 개질가스를 제2반응기(140) 내부로 공급하는 개질가스유입관(158a)과, 일산화탄소가 제거되어 제2반응기(140)에서 배출되는 개질가스를 스택(20a, 20b)으로 공급하는 제2개질가스배출관(158b)을 포함할 수 있다. In addition, the second reactor 140 includes a reformed gas inlet pipe 158a for supplying reformed gas containing hydrogen discharged from the first reactor 112 into the second reactor 140, and carbon monoxide is removed to form a second reactor 140. A second reformed gas discharge pipe 158b for supplying the reformed gas discharged from the reactor 140 to the stacks 20a and 20b may be included.

도 4를 참조하면, 배기가스유입관(156a), 제2배기가스배출관(156b), 및 제2개질가스배출관(158b)은, 제2하우징(142)의 상측으로 돌출된다. 도 4를 참조하면, 개질가스유입관(158a)은 제2하우징(142)의 하부로 연결될 수 있다. Referring to FIG. 4 , the exhaust gas inlet pipe 156a, the second exhaust gas discharge pipe 156b, and the second reformed gas discharge pipe 158b protrude upward from the second housing 142. Referring to FIG. 4 , the reformed gas inlet pipe 158a may be connected to a lower portion of the second housing 142 .

스팀공급관(190)은, 제2반응기(140)에 접촉하게 배치되거나, 제2반응기(140) 내부에 배치될 수 있다. 스팀공급관(190)은, 제2반응기(140)의 외부나 내부에서 나선형의 형태로 배치될 수 있다. The steam supply pipe 190 may be disposed in contact with the second reactor 140 or disposed inside the second reactor 140 . The steam supply pipe 190 may be arranged in a spiral shape outside or inside the second reactor 140 .

스팀공급관(190)은, 제1배기가스챔버(160)에 배치되는 제1관(192)과, 제2배기가스챔버(162)에 배치되는 제2관(194)과, 제2하우징(142)의 외둘레벽(146) 외측에 접촉되게 배치되는 제3관(196)을 포함한다. 스팀공급관(190)을 유동하는 물은 제3관(196), 제2관(194), 제1관(192) 순으로 유동한다. The steam supply pipe 190 includes a first pipe 192 disposed in the first exhaust gas chamber 160, a second pipe 194 disposed in the second exhaust gas chamber 162, and a second housing 142 ) Includes a third tube 196 disposed in contact with the outer circumferential wall 146 of the outside. Water flowing through the steam supply pipe 190 flows in the order of the third pipe 196, the second pipe 194, and the first pipe 192.

제3관(196)은 외둘레벽(146)에 접촉되게 배치된다. 제3관(196)은 외둘레벽(146)에 나선형태로 배치될 수 있다. 제3관(196)은 내부를 유동하는 물이 하측에서 상측으로 이동하도록 배치될 수 있다. The third pipe 196 is disposed in contact with the outer circumferential wall 146. The third pipe 196 may be arranged in a spiral shape on the outer circumferential wall 146. The third pipe 196 may be arranged such that water flowing therein moves from a lower side to an upper side.

제2관(194)은 제2배기가스챔버(162) 내부에 배치된다. 제2관(194)은 제2배기가스챔버(162) 내부에서 나선형으로 배치될 수 있다. 제2관(194)은 내부를 유동하는 물이 상측에서 하측으로 이동하도록 배치될 수 있다. 제2관(194)은 제2배기가스챔버(162)를 유동하는 배기가스의 유동경로를 확장시킬 수 있다. 제2관(194)은 제2배기가스챔버(162) 내부에서 배기가스의 유동로를 스파이럴구조의 덕트로 형성시킬 수 있다. The second pipe 194 is disposed inside the second exhaust gas chamber 162 . The second pipe 194 may be spirally arranged inside the second exhaust gas chamber 162 . The second pipe 194 may be arranged such that water flowing therein moves from an upper side to a lower side. The second pipe 194 may expand a flow path of the exhaust gas flowing through the second exhaust gas chamber 162 . The second pipe 194 may form an exhaust gas flow path inside the second exhaust gas chamber 162 as a spiral duct.

제2관(194)은 제2하우징(142)의 내부에 배치되는 제2구획벽(152)에 접촉되게 배치될 수 있다. The second tube 194 may be disposed in contact with the second partition wall 152 disposed inside the second housing 142 .

제1관(192)은 제1배기가스챔버(160) 내부에 배치된다. 제1관(192)은 제2배기가스챔버(162) 내부에서 나선형으로 배치될 수 있다. 제1관(192)은 내부를 유동하는 물이 하측에서 상측으로 이동하도록 배치될 수 있다. 제1관(192)은 제1배기가스챔버(160)를 유동하는 배기가스의 유동경로를 확장시킬 수 있다. 제1관(192)은 제1배기가스챔버(160) 내부에서 배기가스의 유동로를 스파이럴구조의 덕트로 형성시킬 수 있다. The first pipe 192 is disposed inside the first exhaust gas chamber 160 . The first pipe 192 may be spirally arranged inside the second exhaust gas chamber 162 . The first pipe 192 may be arranged such that water flowing therein moves from a lower side to an upper side. The first pipe 192 may expand a flow path of the exhaust gas flowing through the first exhaust gas chamber 160 . The first pipe 192 may form an exhaust gas flow path inside the first exhaust gas chamber 160 as a spiral duct.

제1관(192)은 제2하우징(142)의 내부에 배치되는 제1구획벽(150)에 접촉되게 배치될 수 있다. The first tube 192 may be disposed in contact with the first partition wall 150 disposed inside the second housing 142 .

제3관(196)의 길이는, 제2관(194)의 길이보다 길게 형성될 수 있다. 제3관(196)의 길이는 제1관(192)의 길이보다 짧게 형성될 수 있다. The length of the third tube 196 may be formed longer than the length of the second tube 194. The length of the third tube 196 may be formed shorter than the length of the first tube 192.

제1관(192)의 길이는 제3관(196)이나 제2관(194)의 길이보다 길게 형성될 수 있다. 따라서, 제1관(192)을 유동하는 물은 제1반응기(112)로부터 유입되는 배기가스의 뜨거운 열을 공급받아 스팀으로 빠르게 가열될 수 있다. 제2관(194)을 유동하는 물의 방향과 제2배기가스챔버(162)를 유동하는 배기가스의 유동방향이 다르게 형성될 수 있다. 또한, 제1관(192)을 유동하는 물의 방향과 제1배기가스챔버(160)를 유동하는 배기가스의 유동방향이 다르게 형성될 수 있다.The length of the first tube 192 may be formed longer than the length of the third tube 196 or the second tube 194. Therefore, the water flowing through the first pipe 192 can be rapidly heated to steam by receiving the hot heat of the exhaust gas introduced from the first reactor 112 . The flow direction of the water flowing through the second pipe 194 and the flow direction of the exhaust gas flowing through the second exhaust gas chamber 162 may be different. Also, the flow direction of the water flowing through the first pipe 192 and the flow direction of the exhaust gas flowing through the first exhaust gas chamber 160 may be different.

제1관(192)은 제1반응기(112)로 연결된다. The first pipe 192 is connected to the first reactor 112.

도 7을 참조하여, 배기가스, 개질가스, 물의 유동을 설명한다. Referring to FIG. 7, the flow of exhaust gas, reformed gas, and water will be described.

도 7을 참조하면, 제1반응기(112)에서 배출되는 배기가스는 제1배기가스챔버(160)와 제2배기가스챔버(162)를 유동한다. 즉, 배기가스는 제1배기가스챔버(160)를 통해 하측방향으로 유동하고, 제2배기가스챔버(162)를 통해 상측방향으로 유동한다. Referring to FIG. 7 , the exhaust gas discharged from the first reactor 112 flows through the first exhaust gas chamber 160 and the second exhaust gas chamber 162 . That is, the exhaust gas flows downward through the first exhaust gas chamber 160 and flows upward through the second exhaust gas chamber 162 .

제1배기가스챔버(160)와 제2배기가스챔버(162)를 유동하는 배기가스는 스팀공급관(190)과 개질챔버(132)로 열을 공급할 수 있다. Exhaust gas flowing through the first exhaust gas chamber 160 and the second exhaust gas chamber 162 may supply heat to the steam supply pipe 190 and the reforming chamber 132 .

도 7을 참조하면, 제1반응기(112)에서 배출되는 개질가스는 정제챔버(166)를 통해 상측으로 유동한다. 구체적으로, 개질가스는 제1정제챔버(168)와 제2정제챔버(170)를 순차적으로 유동할 수 있다. 제1정제챔버(168)와 제2정제챔버(170)를 유동하는 개질가스는 양측에 배치되는 제1배기가스챔버(160)와 제2배기가스챔버(162) 각각으로부터 열을 공급받을 수 있다. Referring to FIG. 7 , the reformed gas discharged from the first reactor 112 flows upward through the purification chamber 166 . Specifically, the reformed gas may flow sequentially through the first purification chamber 168 and the second purification chamber 170 . The reformed gas flowing through the first purification chamber 168 and the second purification chamber 170 may receive heat from the first exhaust gas chamber 160 and the second exhaust gas chamber 162 disposed on both sides, respectively. .

도 7을 참조하면, 제3관(196)의 내부를 유동하는 물은, 하측에서 상측으로 유동한다. 제2관(194)의 내부를 유동하는 물은, 상측에서 하측으로 유동한다. 제1관(192)의 내부를 유동하는 물이 하측에서 상측으로 유동한다. Referring to FIG. 7 , water flowing inside the third pipe 196 flows from the lower side to the upper side. Water flowing inside the second pipe 194 flows from the upper side to the lower side. Water flowing inside the first pipe 192 flows from the lower side to the upper side.

제2관(194)을 유동하는 물의 방향은, 제2배기가스챔버(162)를 유동하는 배기가스의 유동방향이 다르게 형성된다. 또한, 제1관(192)을 유동하는 물의 방향은, 제1배기가스챔버(160)를 유동하는 배기가스의 유동방향이 다르게 형성된다.The direction of the water flowing through the second pipe 194 is different from the flow direction of the exhaust gas flowing through the second exhaust gas chamber 162 . In addition, the flow direction of the water flowing through the first pipe 192 is different from the flow direction of the exhaust gas flowing through the first exhaust gas chamber 160 .

도 8을 참조하면, 스팀공급관(190)을 유동하는 물을 제3관(196), 제2관(194), 및 제1관(192)을 유동하며, 온도가 상승하고, 제1관(192)의 하류에서 스팀으로 생성될 수 있다. 8, the water flowing through the steam supply pipe 190 flows through the third pipe 196, the second pipe 194, and the first pipe 192, the temperature rises, and the first pipe ( 192) may be generated as steam.

또한, 제1배기가스챔버(160)와 제2배기가스챔버(162)를 유동하는 배기가스는 스팀공급관(190)과 열교환하여, 온도가 저감될 수 있다. 또한, 정제챔버(166)를 유동하는 개질가스는 스팀공급관(190)을 유동하는 물과 열교환하여, 온도가 저감된 상태로 배출될 수 있다. In addition, the exhaust gas flowing through the first exhaust gas chamber 160 and the second exhaust gas chamber 162 exchanges heat with the steam supply pipe 190, so that the temperature thereof can be reduced. In addition, the reformed gas flowing through the refining chamber 166 exchanges heat with water flowing through the steam supply pipe 190 and may be discharged in a reduced temperature state.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.Although the preferred embodiments of the present invention have been shown and described above, the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and in the technical field to which the present invention belongs without departing from the gist of the present invention claimed in the claims. Various modifications and implementations are possible by those skilled in the art, and these modifications should not be individually understood from the technical spirit or perspective of the present invention.

1 : 연료전지 시스템 10: 연료처리장치
20a, 20b : 스택 110 : 개질기
112 : 제1반응기 114 : 제1하우징
116 : 둘레벽 122 : 제1이너벽
124 : 제2이너벽 126 : 가이드벽
130 : 연소챔버 132 : 개질챔버
134 : 반응챔버 136 : 배출챔버
138 : 혼합챔버 140 : 제2반응기
142 : 제2하우징 144 : 내둘레벽
146 : 외둘레벽 150 : 제1구획벽
152 : 제2구획벽 154 : 수평판
160 : 제1배기가스챔버 162 : 제2배기가스챔버
164 : 연결챔버 166 : 정제챔버
168 : 제1정제챔버 170 : 제2정제챔버
180 : 버너 182 : 연소관
190 : 스팀공급관 192 : 제1관
194 : 제2관 196 : 제3관1: fuel cell system 10: fuel processing device
20a, 20b: stack 110: reformer
112: first reactor 114: first housing
116: peripheral wall 122: first inner wall
124: second inner wall 126: guide wall
130: combustion chamber 132: reforming chamber
134: reaction chamber 136: discharge chamber
138: mixing chamber 140: second reactor
142: second housing 144: inner circumferential wall
146: outer circumferential wall 150: first partition wall
152: second partition wall 154: horizontal plate
160: first exhaust gas chamber 162: second exhaust gas chamber
164: connection chamber 166: purification chamber
168: first purification chamber 170: second purification chamber
180: burner 182: combustion pipe
190: steam supply pipe 192: first pipe
194: Section 2 196: Section 3

Claims (19)

개질가스를 생성하는 연료처리장치; 및
상기 연료처리장치에서 배출되는 개질가스와 공기로 전기화학반응을 일으켜 전기에너지를 생성하는 스택을 포함하고,
상기 연료처리장치는,
가스와 스팀을 반응시켜 개질가스를 생성하는 제1반응기;
상기 제1반응기에서 생성된 상기 개질가스에 포함된 일산화탄소를 제거하는 제2반응기;
상기 제1반응기로 열을 공급하는 버너;
상기 제2반응기와 열교환하여 내부를 유동하는 물을 가열하고, 상기 제1반응기로 스팀을 공급하는 스팀공급관을 포함하고,
상기 제2반응기는,
상기 제1반응기 둘레에 배치되고, 내부에 상기 버너를 통해 연소된 배기가스와 상기 제1반응기에서 배출되는 개질가스가 유동하는 공간을 형성하는 하우징을 포함하고,
상기 하우징에는, 상기 제1반응기에서 배출되는 수소를 포함하는 개질가스에 포함된 일산화탄소를 제거하는 정제챔버와, 상기 정제챔버의 일측에 배치되고 상기 제1반응기에서 배출되는 배기가스가 유동하는 배기가스챔버가 형성되고,
상기 스팀공급관은, 상기 배기가스챔버를 유동하는 배기가스의 유동을 가이드하도록 상기 배기가스챔버에 나선형태로 배치되는 연료전지 장치.a fuel processing device generating reformed gas; and
A stack generating electrical energy by causing an electrochemical reaction with reformed gas and air discharged from the fuel processing device,
The fuel processing device,
A first reactor for generating reformed gas by reacting gas with steam;
a second reactor for removing carbon monoxide included in the reformed gas generated in the first reactor;
a burner supplying heat to the first reactor;
A steam supply pipe for heating water flowing therein by exchanging heat with the second reactor and supplying steam to the first reactor;
The second reactor,
A housing disposed around the first reactor and forming a space in which the exhaust gas burned through the burner and the reformed gas discharged from the first reactor flow,
The housing includes a purification chamber for removing carbon monoxide contained in reformed gas containing hydrogen discharged from the first reactor, and an exhaust gas disposed on one side of the purification chamber and through which exhaust gas discharged from the first reactor flows. chamber is formed,
The steam supply pipe is spirally disposed in the exhaust gas chamber to guide a flow of exhaust gas flowing through the exhaust gas chamber. 제 1 항에 있어서,
상기 스팀공급관은, 상기 배기가스챔버에 배치되는 영역에서, 상기 스팀공급관을 유동하는 물이 상기 배기가스의 유동방향과 반대로 형성되도록 배치되는 연료전지 장치.According to claim 1,
The fuel cell device of claim 1 , wherein the steam supply pipe is disposed such that water flowing through the steam supply pipe is opposite to a flow direction of the exhaust gas in a region disposed in the exhaust gas chamber. 제 1 항에 있어서,
상기 배기가스챔버는, 상기 제1반응기에서 배출되는 배기가스가 유입되는 제1배기가스챔버와, 상기 제1배기가스챔버로부터 유동하는 배기가스를 배출하는 제2배기가스챔버를 포함하고,
상기 정제챔버는, 상기 제1배기가스챔버와 상기 제2배기가스챔버 사이에 배치되는 연료전지 장치.According to claim 1,
The exhaust gas chamber includes a first exhaust gas chamber into which exhaust gas discharged from the first reactor flows, and a second exhaust gas chamber through which exhaust gas flowing from the first exhaust gas chamber is discharged,
The purification chamber is disposed between the first exhaust gas chamber and the second exhaust gas chamber. 제 3 항에 있어서,
상기 제1배기가스챔버는 하강유로를 형성하고, 상기 제2배기가스챔버는 상승유로를 형성하는 연료전지 장치.According to claim 3,
The fuel cell device of claim 1 , wherein the first exhaust gas chamber forms a descending passage and the second exhaust gas chamber forms an ascending passage. 제 3 항에 있어서,
상기 스팀공급관은 상기 제1배기가스챔버와 상기 제2배기가스챔버 각각에 나선형태로 배치되어 배기가스의 유동로를 형성하는 연료전지 장치.According to claim 3,
The steam supply pipe is spirally arranged in each of the first exhaust gas chamber and the second exhaust gas chamber to form a flow path of exhaust gas. 제 3 항에 있어서,
상기 스팀공급관은,
상기 제1배기가스챔버에 배치되는 제1관과, 상기 제2배기가스챔버에 배치되는 제2관을 포함하고,
상기 제2관을 유동하는 물을 상기 제1관을 통해 상기 제1반응기로 유동하는 연료전지장치.According to claim 3,
The steam supply pipe,
A first pipe disposed in the first exhaust gas chamber and a second pipe disposed in the second exhaust gas chamber,
A fuel cell device in which water flowing through the second pipe flows into the first reactor through the first pipe. 제 6 항에 있어서,
상기 스팀공급관은, 상기 하우징의 외둘레에 접촉되게 배치되는 제3관을 포함하고,
상기 스팀공급관을 유동하는 물은 상기 제3관, 상기 제2관, 및 상기 제1관 순으로 유동하는 연료전지 장치.According to claim 6,
The steam supply pipe includes a third pipe disposed in contact with the outer circumference of the housing,
Water flowing through the steam supply pipe flows in the order of the third pipe, the second pipe, and the first pipe. 제 7 항에 있어서,
상기 제3관은 나선형으로 연장되고, 상기 외둘레벽에 접촉되게 배치되는 연료전지 장치.According to claim 7,
The third pipe extends spirally and is disposed in contact with the outer circumferential wall. 제 3 항에 있어서,
상기 제2배기가스챔버는 상기 제1배기가스챔버로부터 반경방향 외측으로 이격배치되고,
상기 정제챔버는, 상기 제1배기가스챔버와 상기 제2배기가스챔버 사이에 배치되고,
상기 정제챔버의 하측에는 상기 제1배기가스챔버와 상기 제2배기가스챔버를 연결하는 커넥터챔버가 배치되는 연료전지장치.According to claim 3,
The second exhaust gas chamber is disposed radially outwardly spaced from the first exhaust gas chamber,
The purification chamber is disposed between the first exhaust gas chamber and the second exhaust gas chamber,
A fuel cell device wherein a connector chamber connecting the first exhaust gas chamber and the second exhaust gas chamber is disposed below the purification chamber. 제 6 항에 있어서,
상기 하우징은,
상기 제1반응기의 둘레벽에 마주하게 배치되는 내둘레벽;
상기 내둘레벽으로부터 반경방향으로 이격배치되는 외둘레벽;
상기 내둘레벽과 상기 외둘레벽 사이에 배치되고, 상기 제1배기가스챔버와 상기 정제챔버를 구획하는 제1구획벽;
상기 제1구획벽과 상기 외둘레벽 사이에 배치되고, 상기 정제챔버와 상기 제2배기가스챔버를 구획하는 제2구획벽을 포함하는 연료전지 장치.According to claim 6,
the housing,
an inner circumferential wall disposed to face the circumferential wall of the first reactor;
an outer circumferential wall spaced apart from the inner circumferential wall in a radial direction;
a first partition wall disposed between the inner circumferential wall and the outer circumferential wall and partitioning the first exhaust gas chamber and the purification chamber;
and a second partition wall disposed between the first partition wall and the outer circumferential wall and partitioning the purification chamber and the second exhaust gas chamber. 제 10 항에 있어서,
상기 제1관은 상기 제1구획벽에 접촉하게 배치되고, 상기 제2관은, 상기 제2구획벽에 접촉하게 배치되는 연료전지 장치.According to claim 10,
The first tube is disposed to contact the first partition wall, and the second tube is disposed to contact the second partition wall. 제 10 항에 있어서,
상기 제1관의 전체길이는 상기 제2관의 전체길이보다 길게 형성되는 연료전지 장치.According to claim 10,
The fuel cell device wherein the entire length of the first pipe is longer than the entire length of the second pipe. 제 1 항에 있어서,
상기 정제챔버는, 일산화탄소와 물을 반응시켜 수소와 이산화탄소를 생성하는 제1정제챔버와, 상기 제1정제챔버에서 배출된 개질가스에서 잔여 일산화탄소를 제거하는 제2정제챔버를 포함하고,
상기 제2정제챔버는 상기 제1정제챔버 상측에 배치되는 연료전지 장치.According to claim 1,
The purification chamber includes a first purification chamber for generating hydrogen and carbon dioxide by reacting carbon monoxide with water, and a second purification chamber for removing residual carbon monoxide from the reformed gas discharged from the first purification chamber,
The second purification chamber is disposed above the first purification chamber. 제 13 항에 있어서,
상기 제1정제챔버와 상기 제2정제챔버 사이에는 이들을 구획하는 수평판이 배치되고,
상기 수평판에는, 상기 제1정제챔버로부터 유동하는 개질가스가 상기 제2정제챔버로 유동하는 복수의 연통홀이 형성되는 연료전지 장치.According to claim 13,
A horizontal plate partitioning the first purification chamber and the second purification chamber is disposed,
A fuel cell device, wherein a plurality of communication holes through which the reformed gas flowing from the first purification chamber flows to the second purification chamber are formed in the horizontal plate. 제 1 항에 있어서,
상기 제1반응기는, 내부에 수소가 생성되는 공간을 형성하는 하우징을 포함하고,
상기 하우징 내부에는 상기 버너가 배치되는 연소챔버와, 상기 연소챔버의 둘레에 배치되고 가스와 스팀의 반응으로 수소를 생성하는 개질챔버와, 상기 개질챔버의 둘레에 배치되고 스팀과 가스를 혼합시키는 혼합챔버가 형성되는 연료전지 장치.According to claim 1,
The first reactor includes a housing forming a space in which hydrogen is generated,
Inside the housing, a combustion chamber in which the burner is disposed, a reforming chamber disposed around the combustion chamber and generating hydrogen by a reaction between gas and steam, and a mixing chamber disposed around the reforming chamber and mixing steam and gas. A fuel cell device in which a chamber is formed. 제 15 항에 있어서,
상기 개질챔버는, 상기 연소챔버의 둘레에 배치되고,
상기 개질챔버는 상기 혼합챔버에서 배출되는 가스와 스팀이 반응하여 수소를 생성하는 연료전지 장치.According to claim 15,
The reforming chamber is disposed around the combustion chamber,
The reforming chamber generates hydrogen by reacting gas discharged from the mixing chamber with steam. 제 15 항에 있어서,
상기 개질챔버는 가스와 스팀의 반응을 촉진시키는 개질촉매제가 배치되는 반응챔버와, 상기 반응챔버의 상측에 배치되고 수소를 포함하는 개질가스가 유동하는 배출챔버를 포함하고,
상기 배출챔버에는, 상기 제2반응기에서 연장되는 스팀공급관이 배치되는 연료전지 장치.According to claim 15,
The reforming chamber includes a reaction chamber in which a reforming catalyst for promoting a reaction between gas and steam is disposed, and a discharge chamber disposed above the reaction chamber and in which a reformed gas containing hydrogen flows,
A fuel cell device in which a steam supply pipe extending from the second reactor is disposed in the discharge chamber. 제 17 항에 있어서,
상기 배출챔버에 배치되는 상기 스팀공급관은 하측에서 상측으로 스팀을 유동시키는 구조를 가지고,
상기 배출챔버에 배치되는 상기 스팀공급관의 상단부는 상기 혼합챔버로 연장되어, 스팀을 상기 혼합챔버로 배출시키는 연료전지 장치.18. The method of claim 17,
The steam supply pipe disposed in the discharge chamber has a structure in which steam flows from the lower side to the upper side,
An upper end of the steam supply pipe disposed in the discharge chamber extends into the mixing chamber to discharge steam into the mixing chamber. 제 17 항에 있어서,
상기 혼합챔버는 상기 개질챔버의 외둘레에 배치되고, 상기 혼합챔버는 스파이럴구조를 가지고 하강유로를 형성하는 연료전지 장치.18. The method of claim 17,
The fuel cell device of claim 1 , wherein the mixing chamber is disposed on an outer circumference of the reforming chamber, and the mixing chamber has a spiral structure and forms a downflow passage.
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