| 1 |
1
연료, 물 및 공기의 혼합물을 유입하여 개질 반응에 의해 수소가 풍부한 개질 가스를 생성하는 본개질 반응부(120)와, 본개질 반응부(120)의 외측에 본개질 반응부(120)의 중심축에 대해 동심으로 배치되어 상기 개질 가스에 함유된 황 성분을 제거하는 탈황 반응부(130)와, 본개질 반응부(120)와 탈황 반응부(130) 사이에 본개질 반응부(120)의 중심축에 대해 동심으로 배치되어 상기 황 성분이 제거된 상기 개질 가스에 함유된 미전환 탄화수소 물질을 선택적으로 분해하여 수소 및 메탄으로 전환하는 후개질 반응부(140)를 하나의 반응부로 구성하여 이루어진 통합 개질 반응부(110);상기 통합 개질 반응부(110)의 후단에 후개질 반응부(140)의 유로와 연통되도록 설치되어, 후개질 반응부(140)로부터 배출되는 개질 가스에 함유된 일산화탄소를 저감하도록 다관식 형태의 고온수성 가스 전환 반응부(150)와 다관식 형태의 저온수성 가스 전환 반응부(160)로 이루어지는 일산화탄소 저감 반응부(150, 160);상기 통합 개질 반응부(110)와 상기 일산화탄소 저감 반응부(150, 160) 사이에 설치되어, 정상 운전 전의 초기 시동 시간을 줄이도록 통합 개질 반응부(110)와 일산화탄소 저감 반응부(150, 160)에 열을 공급하는 열원부(170);상기 통합 개질 반응부(110)의 외주에 설치되어, 상기 통합 개질 반응부(110)로부터 배출되는 개질 가스의 온도 제어를 위한 열교환부(181);상기 일산화탄소 저감 반응부(150, 160)의 후단에 설치되어, 일산화탄소 저감 반응부(150, 160)로부터 배출되는 개질 가스의 온도 제어를 위한 열교환부(182, 183);를 포함하고,상기 고온수성가스 전환 반응부(150)는 양단이 개방된 원통형 쉘(151)과, 원통형 쉘(151) 내에 수용되는 복수개의 튜브(152)와, 각 튜브(152)의 선단부를 수용하여 지지하기 위한 복수개의 수용공(153a～153c)과 상기 쉘(151) 내부와 후개질 반응부(140)의 가스 배출관(140d)이 연통되도록 각 가스 배출관(140d)의 단부를 수용 지지하여 고정하기 위한 복수개의 지지공(153d)을 갖는 전면 원형 지지판(153)과, 각 튜브(152)의 후단부를 수용하여 지지하기 위한 복수개의 수용공(154a～154c)과 복수개의 가스 배출공(154d)을 갖는 후면 원형 지지판(154)과, 복수개의 튜브(152) 사이에 형성되어 상기 지지공(153d)에 지지된 후개질 반응부(140)의 가스 배출관(140d)으로부터 배출되는 개질 가스가 통과되는 유로와, 상기 유로에 충전되어 유로를 따라 이동하는 개질 가스와 촉매 반응을 하기 위한 펠릿 형태의 고온계 촉매를 포함하고,상기 저온수성가스 전환 반응부(160)는 고온수성가스 전환 반응부(150)의 후단에 배치되며, 복수개의 튜브(161)와, 각 튜브(161)의 선단부를 수용하여 지지하기 위한 복수개의 수용공(162a～162c)을 갖는 전면 원형 지지판(162)과, 각 튜브(161)의 후단부를 수용하여 지지하기 위한 복수개의 수용공을 갖는 후면 원형 지지판(163)과, 상기 튜브(161) 내부에 형성되어 고온수성가스 전환 반응부(150)의 가스 배출공(154d)으로부터 배출되는 개질 가스가 통과되는 유로와, 상기 유로에 충전되어 유로를 따라 이동하는 개질 가스와 촉매 반응을 하기 위한 펠릿 형태의 저온계 촉매를 포함하며,상기 통합 개질 반응부(110), 상기 일산화탄소 저감 반응부(150, 160), 상기 열원부(170) 및 상기 열교환부(181, 182, 183)는 하나의 하우징 내부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 2 |
2
제1항에 있어서,상기 본개질 반응부(120)의 전단부는 연료, 물 및 공기의 혼합물을 유입하기 위한 유체 유입구(122a)를 갖는 제1 전단캡(122)에 의해 밀폐되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 3 |
3
제2항에 있어서,상기 탈황 반응부(130)는, 탈황 반응부(130)의 전단이 본개질 반응부(120)의 전단으로부터 후방으로 일정 간격을 두고 위치되고 탈황 반응부(130)의 후단이 본개질 반응부(120)의 후단과 연통되도록 본개질 반응부(120)의 외주에 동심원으로 배치되고,상기 탈황 반응부(130)의 전단부는 제2 전단캡(132)에 의해 밀폐되어 있고, 상기 제2 전단캡(132)은 중앙에 본개질 반응부(120)를 수용하기 위한 수용홀을 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 4 |
4
제3항에 있어서,상기 후개질 반응부(140)는, 후개질 반응부(140)의 전단이 탈황 반응부(130)의 전단과 연통되도록 본개질 반응부(120)와 탈황 반응부(130) 사이에 동심원으로 배치되고,상기 후개질 반응부(140)의 후단부에는, 제1 후단캡(142)이 고정 설치되어 있고, 상기 제1 후단캡(142)은 후개질 반응부(120)의 직경에 상응하는 직경을 갖는 원판(142a)과, 원판(142a)의 중앙에 본개질 반응부(120)의 유로와 연통되는 크기의 개구(142b)와, 개구(142b)의 외측 둘레면에 일정 간격을 두고 형성된 복수개의 가스 통과홀(142c)과, 원판(142a)의 후면에 돌출되어 각각의 가스 통과홀(142c)과 연통되는 공간을 갖고 열원부(170)를 통하여 일산화탄소 저감 반응부(150, 160)로 개질 가스를 배출하기 위한 복수개의 가스배출관(142d)을 갖는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 5 |
5
제4항에 있어서,상기 탈황 반응부(130)의 후단부에는, 제2 후단캡(133)이 설치되어 있고, 상기 제2 후단캡(133)은 탈황 반응부(130)의 직경에 상응하는 직경을 갖는 원판(133a)과, 원판(133a)의 중앙에 본개질 반응부(120)의 후단부를 향하여 수평하게 돌출되어 끝단이 제1 후단캡(142)의 개구(142b) 근방에 위치되며 직경이 상기 제1 후단캡(142)의 개구(142b)의 직경보다 작은 원통형 돌출부(133b)와, 상기 제1 후단캡(142)의 복수개의 가스배출관(142d)이 각각 삽입 통과되도록 돌출부(133b)의 외측 둘레면에 형성된 복수개의 삽입홀(133c)을 갖는 구조로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 6 |
6
제1항에 있어서,상기 본개질 반응부(120)는 600～780℃ 범위의 반응온도와 10,000 ～ 15,000 h-1 범위의 공간속도를 갖고, 상기 탈황 반응부(130)는 4,000 ～ 15,000 h-1 범위의 공간속도를 갖고, 상기 후개질 반응부(140)는 9,000 ～ 15,000 h-1 범위의 공간속도를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 7 |
7
제1항에 있어서,상기 고온수성 가스 전환 반응부(150)는 300～450℃ 범위의 반응온도와 3,000 ～ 5,000 h-1 범위의 공간속도를 갖고, 상기 저온수성가스 전환 반응부(160)는 180～230℃ 범위의 반응온도와 3,000 ～ 5,000 h-1 범위의 공간속도를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 8 |
8
삭제
|
| 9 |
9
제1항에 있어서, 상기 전면 원형 지지판(153)의 삽입공(153a～153c)과 후면 원형 지지판(154)의 삽입공(154a～154c)은 중앙에 배열되는 1개의 중앙 삽입공(153a, 154a), 중앙 삽입공(153a, 154a)과 일정 간격을 두고 그 둘레에 동심으로 배열되는 복수개의 내측 삽입공(153b, 154b), 내측 삽입공(153b, 154b)과 일정 간격을 두고 그 둘레에 동심으로 배열되는 복수개의 외측 삽입공(153c, 154c)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 10 |
10
제9항에 있어서,상기 전면 원형 지지판(153)과 후면 원형 지지판(154)은 쉘(151)의 직경에 상응하는 직경을 가지며, 각각 원통형 쉘(151)의 전단면과 후단면에 고정 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 11 |
11
제9항에 있어서, 상기 복수개의 지지공(153d)은 전면 원형 지지판(153)의 내측 삽입공(153b)과 외측 삽입공(153c) 사이에 등간격으로 형성되어 있고, 상기 복수개의 가스 배출공(154d)은 후면 원형 지지판(154)의 내측 삽입공(154b)과 외측 삽입공(154c) 사이에 방사상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 12 |
12
삭제
|
| 13 |
13
제1항에 있어서, 상기 전면 원형 지지판(162)의 삽입공(162a～162c)과 후면 원형 지지판(163)의 삽입공은 중앙에 배열되는 1개의 중앙 삽입공(162a), 중앙 삽입공(162a)과 일정 간격을 두고 그 둘레에 동심으로 배열되는 복수개의 내측 삽입공(162b), 내측 삽입공(162b)과 일정 간격을 두고 그 둘레에 동심으로 배열되는 복수개의 외측 삽입공(162c)을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 14 |
14
제1항에 있어서, 상기 열원부(170)는 별도의 연료를 연소실(171)에 공급하는 연료공급관(172)과, 연소실(171)에 공급되는 연료를 연소시켜 화염을 방출하는 버너(173)로 이루어진 것을 특징으로 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 15 |
15
제1항에 있어서, 상기 열교환부(181, 182, 183)는 본개질 반응부(120)의 개질 반응을 위해 공급되는 물을 이용하는 수냉식 열교환부인 것을 특징으로 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 16 |
16
제15항에 있어서, 상기 열교환부(181)는 탈황 반응부(130)의 후단 외주면에 설치되고, 상기 열교환부(182)는 고온수성가스 전환 반응부(150)의 후단에 설치되며, 상기 열교환부(183)는 저온수성가스 전환 반응부(160)의 후단에 설치되는 것을 특징으로 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 17 |
17
제16항에 있어서, 상기 열교환부(182, 183)의 각각은, 일단이 하우징(100) 외부의 물공급부로부터 하우징(100) 내부로 연결 설치된 물공급관(233)에 연결되어 물을 유입하기 위한 물유입구(182b)와 타단에 물을 배출하기 위한 물배출구(182c)를 갖는 통체(182a)와, 통체(182a)의 내주 중심방향을 따라 물유입구(182b)와 물배출구(182c)를 잇는 나선형태의 금속배관(182d)으로 이루어져 있고,상기 열교환부(181)는 탈황 반응부(130)의 후단 외주면에 나선 형태로 감겨져 있고 일단(181a)은 상기 물배출구(182c)에 연결되고 타단(181b)은 본개질 반응부(120)를 향하여 설치되는 금속배관 구조로 이루어지는 것을 특징으로 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 18 |
18
제16항에 있어서,상기 열교환부(183)의 후단에는, 저온수성가스 전환 반응부(160)에서 열교환부(183)를 경유한 개질 가스를 연료전지 스택으로 배출하기 위한 배출구(190a)를 갖는 엔드캡(190)이 설치되어 있는 것을 특징으로 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 19 |
19
제1항에 있어서, 상기 열원부(170)에 의해 공급된 열에 의해 각 반응부의 온도가 촉매 활성 온도에 도달하면 열원부(170)의 작동을 중지하도록 각 반응부에 각 반응부의 온도가 촉매 활성온도까지 상승하는 것을 감지하기 위한 온도감지기가 설치되어 있는 것을 특징으로 연료전지 시스템용 개질장치
|
| 20 |
20
제1항 내지 제7항, 제9항 내지 제11항, 또는 제13항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 연료전지 스택에서 소비되지 않은 잔여 연료를 개질장치로 유입하여 연소촉매에 의해 연소시켜 본개질 반응부(120)에 열에너지를 제공하도록 하우징 내부 전단에 설치되어 본개질 반응부(120)의 유체유입구(122a)와 연결되는 잔여 연료 연소부를 더 포함하는 것을 특징으로 연료전지 시스템용 개질장치
|
