KR20240040399A - 연료개질시스템 및 이의 온도 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료개질 시스템 및 이의 운전방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 연료개질 시스템은 연료 공급부, 상기 연료 공급부에서 공급되는 연료를 개질하여 개질가스를 형성하는 연료 개질부, 상기 연료 개질부에서 개질 된 개질가스를 고순도 정제하여 고순도 수소 및 불순물로 정제하는 수소 정제부, 상기 수소 정제부에서 발생한 불순물을 연소반응을 통해 처리하고, 상기 연소반응을 통해 생성된 연소가스를 상기 연료 개질부에 공급하는 연소부 및 상기 수소 정제부에서 정제된 고순도 수소를 연료로 사용하여 전기를 생산하는 연료 전지부를 포함한다.

Description

연료개질시스템 및 이의 온도 제어 방법{Fuel reforming system and temperature control method thereof}
본 발명은 연료개질시스템 및 이의 온도 제어 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 연료전지 반응수를 이용하여 연소기의 온도를 제어하는 연료개질시스템 및 이의 온도 제어 방법에 관한 것이다.
최근 화석 에너지 고갈의 문제를 해결할 수 있는 대체 에너지로서, 수소 에너지가 각광받고 있으며, 수소 에너지를 사용하는 연료전지에 대한 연구 및 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
연료전지는 전기화학 반응에 의해 반응물인 수소와 산소의 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전장치이다. 연료전지는 작은 크기로 제작이 가능하며, 소규모 분산 발전이 가능하여 사용처에 가까이 설치된다면 송전 비용을 줄일 수 있다는 장점이 있다. 이러한 장점으로 인해 연료전지는 발전소 설치가 어려운 도서산간 지역 및 전시상황, 자연재해와 같은 특수한 상황에서 전기를 공급하는 수단으로 사용될 수 있다.
연료전지에 필요한 수소는 기체, 액체, 고체 등의 형태로 저장할 수 있으나 각 저장방법 별로 고압/극저온/무게 등의 저장한계가 존재한다. 따라서 최근에는 수소보다 저장성이 우수한 화학적 특성을 가지는 탄화수소를 개질(Reforming)이라는 화학반응을 통해 수소를 생산하는 방법이 많이 개발되고 있다.
상기 연료로 사용되는 탄화수소의 종류로는 메탄, 가솔린, 에탄올, 메탄올, 디젤 등이 사용되는 것으로, 개질 반응을 하는 동안에는 열에너지 공급을 필요로 하는 것으로, 연소장치를 통해 열에너지를 공급하게 된다.
한편, 상기 연소장치는 연소 시 발생하는 연소열을 제거하지 않으면 연소장치 내 온도가 과도하게 상승하게 된다. 이때, 상기 연소열을 제거하지 않을 경우 내구성 및 연소효율에 영향을 미치게 된다. 따라서 상기 연소장치에 발생하는 연소열을 제거하여 연소온도를 적절히 제어할 필요가 있다.
종래의 경우 냉각용 공기(과잉공기)나 불활성가스를 주입하여 연소열을 제거하는 것으로, 상기 과잉공기나 불활성가스를 주입하기 위하여 컴프레서의 소요동력을 필요로 하거나, 불활성가스를 저장하기 위한 저장설비가 필요해 별도의 공간을 필요로 한다. 이에, 공간제약이 큰 소형 선박 또는 차량 등에 적용할 경우 별도의 공간을 추가적으로 할애해야 한다는 문제점이 있어 이에 대한 해결방안이 필요한 실정이다.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 본 발명은, 연료개질시스템 및 이의 온도 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 별도의 과잉공기나 불활성가스를 주입하지 않고 온도를 제어하는 연료개질시스템 및 이의 온도 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 연료전지에서 생성된 반응수를 연소기의 냉각수로 사용함으로써 공간 효율성을 향상시킬 수 있는 연료개질시스템 및 이의 온도 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 연료전지에서 생성된 반응수를 회수하고 재공급하여 연료개질시스템의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 연료개질시스템 및 이의 온도 제어 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 연료 공급부, 상기 연료 공급부에서 공급되는 연료를 개질하여 개질가스를 형성하는 연료 개질부, 상기 연료 개질부에서 개질 된 개질가스를 고순도 정제하여 고순도 수소 및 불순물로 정제하는 수소 정제부, 상기 수소 정제부에서 발생한 불순물을 연소반응을 통해 처리하고, 상기 연소반응을 통해 생성된 연소가스를 상기 연료 개질부에 공급하는 연소부 및 상기 수소 정제부에서 정제된 고순도 수소를 연료로 사용하여 전기를 생산하는 연료 전지부를 포함하는 연료개질시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 연료 공급부는 상기 연료 개질부에 공급하기 위한 연료를 저장하는 반응물 저장탱크 및 상기 연료를 연료 개질부로 공급하는 공급펌프를 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 연료 개질부는 상기 연료 공급부로부터 공급되는 연료를 가열 및 기화시키는 열교환기 및 상기 열교환기를 통해 가열 및 기화된 연료를 개질하여 개질가스를 형성하는 개질기를 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 연소부는 상기 수소 정제부에서 정제된 불순물을 공급받아 연소가스를 생성하는 연소기 및 상기 연소기에 산화제를 압축하여 공급하는 압축기를 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 연소기는 상기 연소가스를 개질기로 공급하기 위한 연소가스 공급라인으로 연결되는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 연료 전지부는 상기 고순도 수소를 연료로 사용하여 전기화학적 반응에 의해 전기 및 반응수를 생산하는 연료전지 및 상기 반응수를 저장하는 반응수 저장탱크를 포함하는 것일 수 있다.
바람직하게는, 상기 반응수 저장탱크는 상기 반응수를 연소기로 공급하기 위한 반응수 공급라인으로 연결되고, 상기 반응수 공급라인 상에 상기 반응수를 공급하는 공급펌프, 상기 연소가스의 온도를 측정하는 온도계 및 상기 연소가스의 온도를 설정온도로 제어하기 위해 반응수 공급유량을 측정하고 제어하는 유량계를 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 연료개질 시스템의 운전방법에 있어서, 연료 공급부로부터 연료를 공급 받아 개질가스를 형성하는 연료개질단계, 상기 개질가스를 정제하여 고순도 수소 및 불순물로 정제하는 수소정제단계, 상기 불순물을 연소하여 연소가스를 생산하는 연소단계 및 상기 고순도 수소를 연료로 사용하여 전기화학적 반응에 의해 전기 및 반응수를 생산하는 전기생산단계를 포함하는 연료개질 시스템의 운전방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기 연료개질단계는 상기 연료 공급부로부터 공급되는 연료를 가열 및 기화시키는 기화단계 및 상기 열교환기를 통해 가열 및 기화된 연료를 개질기에 공급하는 연료공급단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 연소단계는 상기 수소정제단계에서 생성된 불순물 및 산화제를 연소하여 연소가스를 생성하는 연소가스 생성단계 및 상기 연소가스를 개질기에 공급하는 연소가스 공급단계를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 반응수는 반응수 저장탱크에 저장하는 것으로, 상기 반응수 저장탱크에 저장된 반응수는 연소기에 분사하는 것일 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 의하면, 연료개질시스템 및 이의 온도 제어 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 별도의 과잉공기나 불활성가스를 주입하지 않고 연소기의 온도를 제어하는 연료개질시스템 및 이의 온도 제어 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 연료전지에서 생성된 반응수를 연소기의 냉각수로 사용함으로써 공간 효율성을 향상시킬 수 있는 연료개질시스템 및 이의 온도 제어 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 연료전지에서 생성된 반응수를 회수하고 재공급하여 연료개질시스템의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 연료개질시스템 및 이의 온도 제어 방법을 제공하는 효과가 있다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료개질시스템을 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료개질시스템의 연소기 온도 제어방법을 도식화 한 것이다.
본 발명의 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용 및 효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 명세서에 첨부된 도면에 의거한 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용되는 것으로 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 예컨대, 본 명세서에서 어떤 구성요소를 '포함'한다고 하는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 나아가 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결'되어 있거나 '접속'되어 있다고 언급될 때에는 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있으나 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 본 발명의 기술사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로서, 이에 의하여 본 발명이 한정되는 것으로 해석되어서는 안되며, 본 발명의 실시예들은 이 분야의 통상의 기술자에게 다양한 응용을 가질 수 있음은 당연하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료개질시스템을 도식화한 것이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료개질시스템의 연소기 온도 제어방법을 도식화 한 것이다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 연료개질시스템은 연료 공급부, 연료 개질부, 수소 정제부, 연소부 및 연료 전지부를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 연료 공급부는 연료를 저장하는 반응물 저장탱크(100)를 포함하고, 상기 반응물 저장탱크(100)로부터 연료를 공급하기 위한 반응물 공급펌프(200)를 포함할 수 있다. 상기 반응물 저장탱크(100)는 연료 개질부에 공급하기 위한 연료를 저장하는 것으로, 상기 연료는 탄화수소 계열의 연료를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 개질 가능한 연료는 메탄, 가솔린, 에탄올, 메탄올, 디젤 등을 사용할 수 있다.
상기 연료 개질부는 상기 연료 공급부에서 공급되는 연료를 개질반응을 통해 개질가스를 형성하는 것으로, 상기 연료 개질부는 열교환기(300) 및 개질기(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 열교환기(300)는 상기 연료 공급의 반응물 저장탱크(100)로부터 연료를 공급받아 가열 및 기화시키는 것으로, 상세하게는 열교환을 통해 연료를 기화시킬 수 있다.
상기 개질기(400)는 상기 열교환기(300)를 통해 가열 및 기화된 연료를 개질하여 개질가스를 형성하는 것으로, 상기 연료의 개질은 상기 반응물 저장탱크(100)내에 원료로서 제공되는 연료를 연료전지에서 요구하는 수소를 포함하는 연료로 전환하는 것을 의미한다.
상세하게는, 상기 연료의 개질 반응은 상기 개질기(400)에 공급된 연료를 개질 반응하여 수소를 포함하는 개질 가스를 생성하는 것으로, 상기 개질 반응은 수증기 개질, 부분산화개질, 자열개질, 이산화탄소개질 및 직접분해법 등의 기술을 적용할 있으며, 개질방식에 따라 열에너지의 양을 다르게 공급할 수 있다.
예를 들어, 상기 수증기 개질(Steam reforming)의 경우 탄화수소 연료와 함께 물을 반응물로 공급하여 수소를 생성하는 것으로, 개질 반응 시 열에너지를 공급해야 한다.
상기 부분산화개질(Partial Oxidation)의 경우 탄화수소 연료와 함께 산소를 공급하여 연료의 부분산화를 유도하는 것으로, 개질 반응 시 열이 발생하여 별도의 열에너지를 공급하지 않을 수 있다.
상기 자열개질의 경우 수증기 개질 및 부분산화개질의 조합으로, 부분산화반응에서 생성된 열을 흡열반응인 수증기 개질 반응에 공급하여 수소를 생산하는 것으로, 흡열량 및 발열량을 조절할 수 있어 자립운전이 가능하며, 부분산화반응에서 생성된 열을 제외하고 부족한 열에너지를 공급할 수 있다.
상기 이산화탄소개질의 경우 이산화탄소를 흡열반응의 활용수단으로 삼아 개질하는 것으로, 이산화탄소를 재활용 할 수 있어 온실가스배출을 저감 시킬 수 있으며, 반응온도가 높아 열에너지를 공급해야 한다.
상기 직접분해법의 경우 촉매하에 열에너지를 공급하여 개질하는 것으로, 별도의 온실가스 배출없이 수소와 및 고체탄소가 생성되어 친환경 적인 개질방법이다.
상기 개질반응을 통해 형성된 개질가스는 수소 및 불순물(일산화탄소, 미반응 탄화수소 등)을 포함하는 것으로, 불순물(일산화탄소, 미반응 탄화수소 등)이 연료전지로 공급될 경우 연료전지의 효율을 감소시킬 수 있다. 이에, 상기 수소 정제부는 상기 개질가스를 정제하여 고순도 수소를 생산하기 위하여 수소정제장치(500)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 수소정제장치(500)는 압력차 흡장 장치(PSA: Pressure swing adsorption), 수성가스화반응기(WGS: Water Gas Shift reactor) 및 멤브레인 필터(Membrane filter)등을 사용할 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 연소부는 상기 수소정제장치(500)에서 생성된 불순물을 연소반응을 통해 연소가스를 생성하고, 생성된 연소가스를 상기 연료 개질부에 공급하는 것으로, 연소기(800) 및 압축기(900)를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 연소기(800)에서 생성된 연소가스를 상기 연료 개질부의 개질기(400)로 공급하기 위하여, 상기 연소기(800) 및 상기 개질기(400)는 상기 연소가스 공급라인으로 연결되도록 구성될 수 있다.
상세하게는, 상기 연소기(800)는 상기 수소정제장치(500)에서 정제되어 분리된 불순물인 미반응 탄화수소, 일산화탄소 및 상기 불순물에 섞여 있는 수소를 공급받아 산화제와 함께 연소하여 연소가스를 생성하는 것으로, 상기 산화제는 공기 또는 순산소 등으로 압축기(900)에서 압축하여 공급하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 상기 연소기(800)에서 상기 미반응 탄화수소(화학식 1), 일산화탄소(화학식 2) 및 상기 불순물에 섞여 있는 수소(화학식 3)를 연소시키면 그 화학반응은 아래와 같은 화학식에 의해 진행된다.
[화학식 1]
[화학식 2]
[화학식 3]
상기 화학식 1 내지 화학식 3과 같이 연소반응을 수행함에 따라 연소열이 발생하게 되는 것으로, 아래 표 1과 같은 표준 연소 엔탈피를 갖는다.
표준 연소 엔탈피
메탄 891kJ/mol
메탄올 726kJ/mol
에탄올 1367kJ/mol
일산화탄소 283kJ/mol
수소 286kJ/mol
즉, 상기 표준 연소 엔탈피는 매우 높은 것으로 연소반응을 수행함에 따라 높은 연소열이 발생하게 된다. 이때, 상기 연소기(800)에서 발생하는 연소열을 제거하지 않으면 연소기(800)내 온도가 과도하게 상승하게 되고, 이는 연소기(800)의 내구성 및 연소효율에 영향을 미치게 된다. 따라서 상기 연소기에서 발생하는 연소열을 제거하여 연소온도를 적절히 제어할 필요가 있다.
상기 연료 전지부는 상기 수소 정제부로부터 정제된 고순도 수소를 연료로 사용하여 전기를 생산하는 것으로, 연료전지(600) 및 반응수 저장탱크(700)를 포함하여 구성될 수 있다.
상세하게는, 상기 연료전지(600)에서 전기를 생산하는 것으로, 상기 연료 개질부에서 연료극으로 공급되는 상기 고순도 수소와 공기극으로 공급되는 산소가 전기화학 반응을 일으킴으로써 전기 및 반응수를 생산하며, 상기 반응수는 반응수 저장탱크(700)로 저장될 수 있다.
이때, 상기 반응수 저장탱크(700)에 저장된 상기 반응수는 상기 연소기(800)에서 발생하는 연소열을 제거하기 위하여 공급하는 것으로, 상기 반응수 저장탱크(700) 및 연소기(800)는 상기 반응수를 공급하기 위한 반응수 공급라인으로 연결되고, 상기 반응수 공급라인상에 상기 반응수를 공급하기 위한 반응수 공급펌프(710) 및 반응수의 유량을 측정하기 위한 유량계(720)를 포함하여 구성될 수 있다.
이하, 상술한 본 발명의 일 실시예에 따른 연료개질시스템을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 연료개질시스템의 온도 제어 방법을 설명하기로 한다.
상기 연료개질시스템의 온도 제어 방법은 연료개질단계, 수소정제단계, 연소단계 및 전기생산단계를 포함한다.
상기 연료개질단계는 연료 공급부로부터 연료를 공급 받아 개질가스를 형성하는 것으로, 상세하게는 기화단계 및 연료공급단계를 포함한다.
상기 기화단계는 상기 반응물 저장탱크(100)에 저장되어 있는 연료를 열교환기(300)에 공급하여 가열 및 기화시키는 것으로, 열교환을 통해 기화될 수 있다.
상기 연료공급단계는 상기 열교환기(300)를 통해 기화된 연료를 개질기(400)에 공급하는 것으로, 상기 개질기(400)에 기화된 연료가 공급되면 연료의 개질반응을 통해 개질가스를 형성하게 된다. 이때, 상기 개질반응을 통해 형성된 개질가스는 수소를 포함하고, 반응에 따른 불순물로 일산화탄소, 미반응 탄화수소 등이 포함된다.
상기 수소정제단계는 상기 수소 및 불순물을 포함하는 개질가스를 정제하여 고순도 수소 및 불순물로 정제하는 것으로, 상기 수소정제장치(500)를 통해 고순도 수소 및 불순물로 정제할 수 있다.
이때, 상기 생성된 고순도 수소는 연료전지부로 공급되고, 일산화탄소, 미반응 탄화수소 등을 포함하는 불순물은 상기 연소기(800)로 공급되게 된다.
상기 연소단계는 상기 수소정제장치(500)로부터 공급받은 불순물을 연소하여 연소가스를 생성하는 것으로, 상기 연소단계는 상기 연소기(800)에 연소에 필요한 산화제(공기, 순산소 등) 및 상기 불순물을 공급받아 연소가스를 생성하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 연료 개질단계는 연료의 개질반응을 위하여 열에너지가 필요한 것으로, 상기 개질기(400)는 연소기(800)로부터 열에너지를 공급받아 개질반응을 수행하는 것이 바람직하다.
이에, 상기 연소단계는 연소하여 생성된 상기 연소가스를 상기 개질기(400)에 공급하는 연소가스 공급단계를 더 포함한다.
상세하게는, 상기 개질반응을 수행하기 위하여 열에너지가 필요한 것으로, 상기 연소단계에서 생성된 고온의 연소가스를 상기 개질기(400)의 요구 열원으로 공급하게 된다. 이에 따라 별도의 열원 공급 장치 및 전원 공급을 불필요로 하여 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
상기 전기생산단계는 상기 정제된 고순도의 수소를 연료로 사용하여 전기화학적 반응에 의해 전기를 생산하는 것으로, 상기 수소정제장치(500)로부터 정제된 고순도의 수소를 상기 연료전지(600)로 공급하고, 상기 연료전지(600)를 가동하여 전기를 생산할 수 있다. 이때, 부산물로서 반응수가 함께 생성되는 것으로 상기 반응수는 반응수 저장탱크(700)에 저장하는 것이 바람직하다.
한편, 상기 연소단계를 수행하면 연소반응에 따라 연소열이 발생하는 것으로, 연소반응에 따른 연소열의 온도가 상이하다. (표 1 참고) 이때, 상기 연소열을 적정온도로 제어하지 않은 경우, 연소기(800) 내 온도가 과도하게 상승하게 되어, 상기 연소기(800)의 내구성 및 연소효율에 영향을 미치게 된다.
이에, 상기 연소기 내 연소열을 제거하는 것이 바람직한 것으로, 상기 연소기(800)의 연소열을 제거하기 위하여 상기 반응수 저장탱크(700)에 저장된 반응수를 상기 연소기(800)에 분사하는 것이 바람직하다.
일반적으로, 연소열을 제거하기 위하여 냉각용 공기 또는 질소, 이산화탄소 등의 불활성 기체를 주입하게 되는데, 공기의 비열은 1.0J/g·℃이며, 질소의 비열은 1.0 J/g·℃이다. 이에 반해 물의 비열은 4.2J/g·℃로 상기 냉각용 공기 또는 불활성기체와 대비하여 높은 편이다.
이에, 비열이 큰 상기 반응수를 연소기(800)에 분사함에 따라 연소열을 효과적으로 낮춰, 상기 연소기(800)내 온도가 과도하게 상승하는 것을 방지할 수 있다.
즉, 본 발명은 연료전지(600)에서 생성된 반응수를 버리지 않고, 상기 연소기(800)에 분사함에 따라 상기 연소기(800)내 연소열을 제어할 수 있으며, 상기 연소열을 제어함에 따라 연소가스의 온도를 제어할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 연료개질시스템 및 이의 온도 제어 방법은 연료전지에서 생성된 반응수를 연소기의 열을 제거하기 위하여 분사함으로써 별도의 과잉공기나 불활성가스를 주입하지 않고 연소기의 온도를 제어하는 효과가 있다.
또한, 연소단계 시 연소에 필요한 산화제 이외에 열소열을 제거하기 위한 별도의 과잉공기나 질소가스를 주입이 필요로 하지 않아 압축기의 동력 및 크기가 감소하는 효과가 있다.
또한, 연료전지에서 생성된 반응수를 연소기의 냉각수로 사용함으로써 반응수를 효과적으로 처리하고, 공간 효율성을 향상시키는 효과가 있다.
또한, 연료전지에서 생성된 반응수를 회수하고 재공급함에 따라 연료개질시스템의 에너지 효율을 향상시키는 효과가 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 반응물 저장탱크, 200: 반응물 공급펌프
300: 열교환기, 400: 개질기
500: 수소정제장치, 600: 연료전지
700: 반응수 저장탱크, 710: 반응수 공급펌프, 720: 유량계
800: 연소기, 900: 압축기

Claims (11)

  1. 연료 공급부;
    상기 연료 공급부에서 공급되는 연료를 개질하여 개질가스를 형성하는 연료 개질부;
    상기 연료 개질부에서 개질 된 개질가스를 고순도 정제하여 고순도 수소 및 불순물로 정제하는 수소 정제부;
    상기 수소 정제부에서 발생한 불순물을 연소반응을 통해 처리하고, 상기 연소반응을 통해 생성된 연소가스를 상기 연료 개질부에 공급하는 연소부; 및
    상기 수소 정제부에서 정제된 고순도 수소를 연료로 사용하여 전기를 생산하는 연료 전지부;를 포함하는, 연료개질시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연료 공급부는 상기 연료 개질부에 공급하기 위한 연료를 저장하는 반응물 저장탱크; 및
    상기 연료를 연료 개질부로 공급하는 공급펌프;를 포함하는, 연료개질시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연료 개질부는
    상기 연료 공급부로부터 공급되는 연료를 가열 및 기화시키는 열교환기; 및
    상기 열교환기를 통해 가열 및 기화된 연료를 개질하여 개질가스를 형성하는 개질기;를 포함하는, 연료개질시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연소부는
    상기 수소 정제부에서 정제된 불순물을 공급받아 연소가스를 생성하는 연소기; 및
    상기 연소기에 산화제를 압축하여 공급하는 압축기;를 포함하는, 연료개질 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 연소기는 상기 연소가스를 개질기로 공급하기 위한 연소가스 공급라인으로 연결되는 것인, 연료개질시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연료 전지부는 상기 고순도 수소를 연료로 사용하여 전기화학적 반응에 의해 전기 및 반응수를 생산하는 연료전지; 및
    상기 반응수를 저장하는 반응수 저장탱크;를 포함하는, 연료개질시스템.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 반응수 저장탱크는 상기 반응수를 연소기로 공급하기 위한 반응수 공급라인으로 연결되고
    상기 반응수 공급라인 상에 상기 반응수를 공급하는 공급펌프;
    상기 연소가스의 온도를 측정하는 온도계; 및
    상기 연소가스의 온도를 설정온도로 제어하기 위해 반응수 공급유량을 측정하고 제어하는 유량계;를 포함하는, 연료개질시스템.
  8. 연료개질시스템의 온도 제어 방법에 있어서,
    연료 공급부로부터 연료를 공급 받아 개질가스를 형성하는 연료개질단계;
    상기 개질가스를 정제하여 고순도 수소 및 불순물로 정제하는 수소정제단계;
    상기 불순물을 연소하여 연소가스를 생성하는 연소단계; 및
    상기 고순도 수소를 연료로 사용하여 전기화학적 반응에 의해 전기 및 반응수를 생산하는 전기생산단계; 를 포함하는, 연료개질시스템의 온도 제어 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 연료개질단계는,
    상기 연료 공급부로부터 공급되는 연료를 가열 및 기화시키는 기화단계; 및
    상기 열교환기를 통해 가열 및 기화된 연료를 개질기에 공급하는 연료공급단계; 를 포함하는, 연료개질시스템의 온도 제어 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 연소단계는,
    상기 수소정제단계에서 생성된 불순물 및 산화제를 연소하여 연소가스를 생성하는 연소가스 생성단계; 및
    상기 연소가스를 개질기에 공급하는 연소가스 공급단계;를 포함하는, 연료개질시스템의 온도 제어 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 반응수는 반응수 저장탱크에 저장하는 것으로,
    상기 반응수 저장탱크에 저장된 반응수는 연소기에 분사하는 것인, 연료개질시스템의 온도 제어 방법.
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