KR101172528B1 - Hydrogen production system - Google Patents

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이지홍
오재기
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Abstract

본 발명은 수소 생산 시스템에 관한 것으로, 특히 메탄가스와 수증기를 개질하여 수소를 생성하는 개질반응기의 열교환 효율을 극대화하는 한편, 집약된 공간에서 개질반응기를 가열하는데 사용된 연소가스를 적극 활용할 수 있도록 하여 에너지 효율이 높고, 공간 절약적이며, 교체 및 유지보수가 용이한 수소 생산 시스템에 관한 것이다.
이러한 본 발명은, 케이싱 내부에 설치되고 메탄가스와 수증기의 혼합가스를 개질하여 수소 및 이산화탄소로 배출하되, 평판 형태로 형성되고 그 내부에는 다층의 유로를 구비하여 다층의 유로를 따라 혼합가스를 순차적으로 경유시키면서 열교환되도록 한 개질반응기와, 개질반응기를 가열하는 연소기와, 개질반응기를 가열하는데 사용된 연소가스에 의해 물로부터 개질반응기에 공급되는 수증기를 생산하는 제1열교환기를 포함하여 구성된다. The present invention relates to a hydrogen production system, and in particular, to maximize the heat exchange efficiency of the reforming reactor to produce hydrogen by reforming methane gas and steam, while actively utilizing the combustion gas used to heat the reforming reactor in the concentrated space. The present invention relates to a hydrogen production system that is energy efficient, space-saving, and easy to replace and maintain.
The present invention is installed in the casing, and reformed mixed gas of methane gas and water vapor to be discharged as hydrogen and carbon dioxide, but is formed in the form of a flat plate having a multi-layer flow path therein sequentially mixed gas along the multi-layer flow path A reforming reactor adapted to be heat exchanged while passing through, a combustor for heating the reforming reactor, and a first heat exchanger for producing steam supplied from the water to the reforming reactor by the combustion gas used to heat the reforming reactor.

Description

수소 생산 시스템{HYDROGEN PRODUCTION SYSTEM}Hydrogen Production System {HYDROGEN PRODUCTION SYSTEM}

본 발명은 수소 생산 시스템에 관한 것으로, 특히 메탄가스와 수증기를 개질하여 수소를 생성하는 개질반응기의 열교환 효율을 극대화하는 한편, 집약된 공간에서 개질반응기를 가열하는데 사용된 연소가스를 적극 활용할 수 있도록 하여 에너지 효율이 높고, 공간 절약적이며, 교체 및 유지보수가 용이한 수소 생산 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a hydrogen production system, and in particular, to maximize the heat exchange efficiency of the reforming reactor to produce hydrogen by reforming methane gas and steam, while actively utilizing the combustion gas used to heat the reforming reactor in the concentrated space. The present invention relates to a hydrogen production system that is energy efficient, space-saving, and easy to replace and maintain.

일반적으로, 수소는 원유의 탈황이나 암모니아의 제조 및 화학비료의 제조 등을 위한 화학공업분야, 저지방 마가린의 제조와 같은 식품분야, 금속의 열처리와 같은 야금 및 제철분야, 그밖에 반도체의 제조, 유리 및 광섬유 제조, 자동차의 연료 및 연료전지용 등으로 사용되고 있다.Generally, hydrogen is used in the chemical industry for the desulfurization of crude oil, in the production of ammonia and in the manufacture of chemical fertilizers, in the food sector, such as in the production of low-fat margarine, in the metallurgy and steel industry, such as in the heat treatment of metals, in the manufacture of semiconductors, in glass and It is used for manufacturing optical fiber, fuel and fuel cell of automobile.

최근에는 연료전지 및 수소자동차 등과 같이 현장에서 소규모로 연속적으로 공급할 수 있는 수소제조장치의 수요가 점차 증가되고 있는 실정인데, 현재 사용되고 있는 수소의 반 이상은 천연가스 혹은 탄화수소로부터 개질에 의해 얻어지며, 그 외에는 나프타 개질, 석탄 가스화, 전기분해 및 바이오매스로부터 얻어지고 있다.Recently, the demand for hydrogen production apparatus that can be continuously supplied on a small scale in the field, such as fuel cells and hydrogen vehicles, is gradually increasing. More than half of the hydrogen currently used is obtained by reforming from natural gas or hydrocarbon, Others have been obtained from naphtha reforming, coal gasification, electrolysis and biomass.

한편, 원료의 개질방법으로는 수증기 개질, 산소 개질, 혼합 개질 등 다양한 방법으로 시도되고 있으나, 현재 상업화된 공정은 수증기 개질방법으로 수소의 대부분은 이러한 수증기 개질방법에 의존하고 있다. Meanwhile, as a raw material reforming method, various methods such as steam reforming, oxygen reforming, and mixed reforming have been attempted. However, the commercialized process is steam reforming and most of hydrogen relies on such steam reforming.

아울러 수증기 개질방법에 사용되는 시스템은 통상 스팀발생기, 탈황반응기, 개질반응기, 고온 및 저온전환반응기(Water Gas Shift Reaction) 등으로 구성되며, 연료전지의 수소공급원으로 사용할 수 있도록 일산화탄소를 효과적으로 제거하기 위해 추가적으로 산소를 넣어 일산화탄소를 산화시키는 산화공정이 추가되기도 하며, 이산화탄소 이외에 기타 불순물을 제거해서 고순도의 수소를 얻기 위하여 PSA(Pressure Swing Adsorption) 장치의 추가적인 적용이 필요하게 된다.In addition, the system used in the steam reforming method is generally composed of a steam generator, desulfurization reactor, reforming reactor, high temperature and low temperature conversion reactor (Water Gas Shift Reaction), etc., to effectively remove the carbon monoxide to be used as a hydrogen source of fuel cells In addition, an oxidation process for oxidizing carbon monoxide by adding oxygen is added, and an additional application of a pressure swing adsorption (PSA) device is required to remove other impurities other than carbon dioxide to obtain high purity hydrogen.

통상적으로 대형 수소플랜트의 개질장치(Reformer)는 대형로 내부에 튜브형태의 개질반응기를 설치하여 개질반응을 수행하는데, 온도가 900-1000℃ 정도의 고온임에도 불구하고 열효율이 60-70% 정도로 상당히 떨어지는 것으로 알려져 있다. In general, reformer of a large-scale hydrogen plant performs reforming reaction by installing a reforming reactor in the form of a tube inside a large furnace. The thermal efficiency is considerably 60-70% despite the high temperature of 900-1000 ℃. It is known to fall.

이에 더해 반응기, 고온 및 저온전환반응기, 열교환기, 스팀발생기 등이 별도로 설치되는 관계로, 전체적인 구성에 있어서 장치의 크기가 크고 구성이 복잡하며 배관 단열에서의 열 손실로 인하여 전체적인 열효율이 낮아지는 복합적인 문제점이 있었다.In addition, reactors, high and low temperature conversion reactors, heat exchangers, steam generators, etc. are separately installed, so the overall size of the device is large and complex, and the overall thermal efficiency is low due to heat loss in the pipe insulation. There was a problem.

또한 수증기 개질장치를 구성하고 개질반응기, 고온 및 저온전환반응기 등 각각의 반응기들은 촉매층의 온도에 의하여 반응성이 결정되기 때문에 각 반응에 따라 각각 적합한 적정운전 온도범위가 존재하는데, 수증기 개질반응의 경우에는 강한 흡열반응으로 보통 적정운전 온도범위는 700-900℃로 알려져 있으며, 고온 및 저온 전환반응의 경우에는 약간의 발열반응이지만 온도범위가 각각 400-500℃와 200-300℃ 정도로 알려져 있다.In addition, since the reactor is composed of a steam reforming unit and each reactor such as a reforming reactor, a high temperature and a low temperature conversion reactor, the reactivity is determined by the temperature of the catalyst bed, there is an appropriate operating temperature range for each reaction. In the case of the steam reforming reaction, Due to the strong endothermic reaction, the proper operating temperature range is generally known as 700-900 ℃, and in the case of high temperature and low temperature conversion reaction, it is a little exothermic but the temperature range is known as 400-500 ℃ and 200-300 ℃, respectively.

한편, 개질장치를 가동할 경우 개질반응은 흡열반응이기 때문에 열을 공급해 주기 위한 수단으로 연소기 또는 전기발열체나 기타의 열원을 이용하여 반응열을 공급해 주게 되는데, 특히 연소기를 열원으로 사용할 경우 개질반응에 사용하고 남은 폐열은 열교환기를 거쳐 에너지의 일부를 회수하게 되지만 대부분의 에너지는 더 이상 활용할 수 없다는 단점이 있었다. On the other hand, when the reforming unit is operated, the reforming reaction is an endothermic reaction. Therefore, the reforming reaction is used as a means for supplying heat to supply heat of reaction using a combustor, an electric heating element, or other heat sources. The remaining heat is recovered through a heat exchanger to recover some of the energy, but most of the energy is no longer available.

예컨대, 한국특허 1997-25688에서는 천연가스형 수소 발생 장치에 대하여 소개하고 있으나, 전자의 경우 단지 원통형으로 이루어진 동심형의 개질기 구조에서 촉매연소에 의해서 발생되는 열을 개질반응과 수증기 발생에 이용할 수 있도록 하고는 있으나, 개질반응에 사용되는 열을 효과적으로 이용할 수 없는 구조로 이루어져 열효율이 상당히 떨어졌으며 원통형 구조상 설치공간을 많이 차지하는 단점이 있었다.For example, Korean Patent 1997-25688 introduces a natural gas-type hydrogen generator, but in the former case, heat generated by catalytic combustion in a concentric reformer structure consisting of only a cylinder can be used for reforming reaction and steam generation. However, since the heat used in the reforming reaction can not be used effectively, the thermal efficiency is considerably reduced, and the cylindrical structure has a disadvantage of occupying a lot of installation space.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 메탄가스와 수증기를 개질하여 수소를 생성하는 개질반응기의 열교환 효율을 극대화하는 한편, 집약된 공간에서 개질반응기를 가열하는데 사용된 연소가스를 적극 활용할 수 있도록 한 수소 생산 시스템을 제공하는데 있다. Therefore, the present invention has been proposed to solve the conventional problems as described above, an object of the present invention is to maximize the heat exchange efficiency of the reforming reactor to produce hydrogen by reforming methane gas and steam, while reforming in the concentrated space It is to provide a hydrogen production system that can actively utilize the combustion gas used to heat the reactor.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 수소 생산 시스템은, 메탄가스로부터 수소를 생산하는 수소 생산 시스템에 있어서, 내부에 설치공간이 형성되고, 연소가스 배출구를 구비한 케이싱과; 상기 케이싱 내부에 설치되고 메탄가스와 수증기의 혼합가스를 개질하여 수소 및 이산화탄소로 배출하되, 평판 형태로 형성되고 그 내부에는 다층의 유로를 구비하여 상기 다층의 유로를 따라 상기 혼합가스를 순차적으로 경유시키면서 열교환되도록 한 개질반응기와; 상기 개질반응기를 가열하는 연소기를 포함하여 구성되는 것을 그 기술적 구성상의 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the hydrogen production system according to the technical idea of the present invention, the hydrogen production system for producing hydrogen from methane gas, the installation space is formed inside, the casing having a combustion gas outlet; It is installed inside the casing and reforms the mixed gas of methane gas and water vapor and discharges it into hydrogen and carbon dioxide, but is formed in the form of a plate and has a plurality of flow paths therein to sequentially pass the mixed gas along the multilayer flow path. A reforming reactor configured to exchange heat while being heated; It is characterized by the technical configuration that comprises a combustor for heating the reforming reactor.

여기서, 상기 다층의 유로는 상기 개질반응기 내부에서 상하로 이격 설치된 다수의 격판에 의해 상기 혼합가스가 좌우방향 지그재그 형태로 이동하여 나아가도록 한 것을 특징으로 할 수 있다. Here, the multi-layer flow path may be characterized in that the mixed gas is moved in a zigzag direction from left to right by a plurality of diaphragms spaced up and down inside the reforming reactor.

또한, 상기 연소기는 예혼합된 연료 및 공기를 분산하는 다공성 매질을 구비하되 상기 다공성 매질은 상기 개질반응기의 일측면 하부를 따라 설치되어 상기 개질반응기의 일측면을 고르게 가열할 수 있도록 한 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the combustor is provided with a porous medium for dispersing the pre-mixed fuel and air, the porous medium is installed along one side of the lower side of the reforming reactor, characterized in that to evenly heat one side of the reforming reactor. can do.

또한, 상기 개질반응기의 일측면에는 세로방향의 요철들이 형성된 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, one side of the reforming reactor may be characterized in that the longitudinal irregularities are formed.

또한, 상기 케이싱 내부의 설치공간에는 상기 연소가스에 의해 가열되어 물로부터 상기 개질반응기로 공급되는 수증기를 생산하는 제1열교환기가 더 구비되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the installation space inside the casing may be further provided with a first heat exchanger which is heated by the combustion gas to produce steam supplied from the water to the reforming reactor.

또한, 상기 제1열교환기는 상기 연소가스와 접촉하여 열교환하는 코일의 형태로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the first heat exchanger may be formed in the form of a coil for heat exchange in contact with the combustion gas.

또한, 상기 케이싱 내부의 설치공간에는 상기 연소가스에 의해 가열되는 제2열교환기 및 제3열교환기가 더 구비되고, 상기 제2열교환기 및 제3열교환기는 각각 상기 연소기로 공급되는 공기와 상기 개질반응기로 공급되는 메탄가스 중 어느 하나씩을 유통되도록 한 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the installation space inside the casing is further provided with a second heat exchanger and a third heat exchanger which is heated by the combustion gas, the second heat exchanger and the third heat exchanger, respectively, the air supplied to the combustor and the reforming reactor It may be characterized in that any one of the methane gas supplied to the circulation.

또한, 상기 제2열교환기는 상기 연소가스와 접촉하여 열교환하는 코일의 형태로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the second heat exchanger may be formed in the form of a coil for heat exchange in contact with the combustion gas.

또한, 상기 제3열교환기는, 하부는 개방되어 상기 연소가스가 유입되도록 하고, 상부는 상기 연소가스 배출구와 연결되어 상기 연소가스가 배출되도록 한 하우징과; 상기 하우징 내에 다단 설치되어 상기 공기 또는 메탄가스를 유통시키는 다수의 연결관으로 이루어진 것을 특징으로 할 수 있다. The third heat exchanger may further include: a housing having a lower portion thereof open to allow the combustion gas to flow in, and an upper portion thereof connected to the combustion gas discharge port so as to discharge the combustion gas; It may be characterized by consisting of a plurality of connecting pipes are installed in the housing in multiple stages to distribute the air or methane gas.

또한, 상기 케이싱 내부의 설치공간은 이격 설치된 다수의 격벽에 의해 상기 연소가스가 상하방향 지그재그 형태로 이동하면서 배출되도록 형성되고, 상기 개질반응기를 가열하는데 사용된 연소가스의 흐름을 따라 상기 제1열교환기, 제2열교환기, 제3열교환기가 순차적으로 배치된 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the installation space inside the casing is formed so that the combustion gas is discharged while moving in a vertical zigzag form by a plurality of partitions spaced apart, the first heat exchange along the flow of the combustion gas used to heat the reforming reactor The second heat exchanger and the third heat exchanger may be sequentially arranged.

또한, 상기 케이싱 내부의 설치공간은 이격 설치된 다수의 격벽에 의해 상기 연소가스가 상하방향 지그재그 형태로 이동하면서 배출되도록 형성되고, 상기 제1열교환기는 상기 연소기를 중심으로 개질반응기와 대향하여 설치되고, 상기 제2열교환기, 제3열교환기는 상기 개질반응기를 가열하는데 사용된 연소가스의 흐름을 따라 순차적으로 배치된 것을 특징으로 할 수 있다.In addition, the installation space inside the casing is formed so that the combustion gas is discharged while moving in a vertical zigzag form by a plurality of partitions spaced apart, the first heat exchanger is installed to face the reforming reactor around the combustor, The second heat exchanger and the third heat exchanger may be sequentially arranged along the flow of the combustion gas used to heat the reforming reactor.

또한, 상기 케이싱 내부의 설치공간은 이격 설치된 다수의 격벽에 의해 상기 연소가스가 상하방향 지그재그 형태로 이동하면서 배출되도록 형성되고, 상기 제3열교환기는 상기 연소기를 중심으로 개질반응기와 대향하여 설치되고, 상기 제1열교환기, 제2열교환기는 상기 개질반응기를 가열하는데 사용된 연소가스의 흐름을 따라 순차적으로 배치된 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the installation space inside the casing is formed so that the combustion gas is discharged while moving in a vertical zigzag form by a plurality of partitions spaced apart, the third heat exchanger is installed to face the reforming reactor around the combustor, The first heat exchanger and the second heat exchanger may be sequentially arranged along the flow of the combustion gas used to heat the reforming reactor.

본 발명에 의한 수소 생산 시스템은, 개질반응기가 평판 형태로 형성되고 그 내부에는 메탄가스 및 수증기의 혼합가스를 좌우방향 지그재그 형태로 안내하는 다층의 유로가 형성된 다층 구조에 의해 열교환 면적을 넓히는 동시에 혼합가스가 내부에 머무르는 시간을 늘림으로써 열교환 효과를 극대화시키게 된다.In the hydrogen production system according to the present invention, the reforming reactor is formed in a flat plate shape, and the heat exchange area is widened and mixed at the same time by a multi-layered structure in which a multi-layer flow path is formed in which a mixed gas of methane gas and steam is zigzag in the horizontal direction. Increasing the time the gas stays inside maximizes the heat exchange effect.

또한, 본 발명은 상기 개질반응기의 일측면에 세로방향의 요철들을 형성시킨 구성에 의해 열교환 면적을 보다 넓게 확보할 수 있다. In addition, the present invention can ensure a wider heat exchange area by the configuration in which longitudinal irregularities are formed on one side of the reforming reactor.

또한, 본 발명은 연소기에 구비된 다공성 매질이 개질반응기의 일측면 하부를 따라 넓은 폭으로 설치되기 때문에 개질반응기의 일측면을 고르게 가열하면서 가열을 촉진시킬 수 있다. In addition, the present invention can facilitate heating while evenly heating one side of the reforming reactor because the porous medium provided in the combustor is installed in a wide width along the lower side of one side of the reforming reactor.

또한, 본 발명은 케이싱 내부에서 연소가스가 상하방향 지그재그 형태로 이동하도록 구성된 한편, 개질반응기, 제1열교환기 및 열교환기들이 연소가스의 흐름방향을 따라 순차적으로 집약 배치되어 연소가스를 적극 사용하여 에너지 절감을 이루면서 설치에 필요한 공간을 대폭 절감할 수 있다.In addition, the present invention is configured to move the combustion gas in a vertical zigzag form inside the casing, while the reforming reactor, the first heat exchanger and the heat exchangers are sequentially arranged along the flow direction of the combustion gas to actively use the combustion gas. Energy savings can be achieved while significantly reducing the space required for installation.

또한, 본 발명은 분리가 가능한 하나의 케이싱 내에서 개질반응기, 제1열교환기, 제2열교환기 및 제3열교환기 등의 주요부품들이 서로 나란히 세워져 배치된 상태로 설치되어 있으므로 케이싱을 벗겨내기만 하면 주요부품들에 대한 교체 및 유지보수가 쉽게 이루어진다.In addition, in the present invention, since the main parts such as the reforming reactor, the first heat exchanger, the second heat exchanger, and the third heat exchanger are installed in parallel with each other in one casing, the casing is peeled off. This makes it easy to replace and maintain major parts.

또한, 본 발명은 필요에 따라 제1열교환기, 제2열교환기, 제3열교환기가 배치된 위치를 간단히 변경한 제품을 만드는데 용이하다. In addition, the present invention is easy to produce a product in which the position where the first heat exchanger, the second heat exchanger, and the third heat exchanger are simply changed as necessary.

도 1은 본 발명에 의한 수소 생산 시스템을 이용하여 수소를 생산하는 전체 과정을 개략적으로 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 수소 생산 시스템의 외부 사시도.
도 3은 본 발에 의한 수소 생산 시스템의 분해사시도.
도 4는 본 발명에 의한 수소 생산 시스템의 종단면도.
도 5는 본 발명에 따른 연소기 및 개질반응기를 설명하기 위한 분해사시도.
도 6은 본 발명에 따른 개질반응기의 측면을 개방한 참조도.
도 7은 본 발명에 따른 제1열교환기를 설명하기 위한 측면도.
도 8은 본 발명에 따른 제2열교환기를 설명하기 위한 측면도.
도 9는 본 발명에 따른 제3열교환기를 설명하기 위한 분해사시도.
도 10은 본 발명에 따른 제3열교환기를 설명하기 위한 측면도. Figure 1 is a schematic diagram showing the overall process of producing hydrogen using the hydrogen production system according to the present invention.
2 is an external perspective view of a hydrogen production system according to the present invention.
Figure 3 is an exploded perspective view of the hydrogen production system according to the present invention.
4 is a longitudinal sectional view of a hydrogen production system according to the present invention;
Figure 5 is an exploded perspective view for explaining the combustor and reforming reactor according to the present invention.
Figure 6 is a reference view opening the side of the reforming reactor according to the present invention.
7 is a side view for explaining a first heat exchanger according to the present invention.
8 is a side view for explaining a second heat exchanger according to the present invention.
9 is an exploded perspective view for explaining a third heat exchanger according to the present invention.
10 is a side view for explaining a third heat exchanger according to the present invention.

이하, 상기와 같은 본 발명의 기술적 사상에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 수소 생산 시스템을 이용하여 수소를 생산하는 전체 과정을 개략적으로 도시한 구성도이다. Figure 1 is a schematic diagram showing the overall process of producing hydrogen using the hydrogen production system according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 수소 생산 과정을 개략적으로 살펴보면 개질반응기에서 메탄가스와 수증기의 혼합가스를 개질반응시켜 수소를 비롯하여 일산화탄소 등의 부산물, 미반응 가스 등으로 이루어진 배출가스를 배출하면, 이들로부터 미반응 가스를 제거하고 순수한 수소를 걸러내어 분리하기 위한 추가 반응공정이 도시된 여러 반응기들에 의해 이루어진다. As shown, when the hydrogen production process according to the present invention is outlined, when the mixed gas of methane gas and steam is reformed in a reforming reactor, the exhaust gas composed of hydrogen, by-products such as carbon monoxide, and unreacted gas is discharged. Further reactions are carried out by the various reactors shown to remove unreacted gases from them and to filter off pure hydrogen.

본 발명은 상기 반응기들 중 상기 개질반응기를 중심으로 이루어진 시스템이며, 상기 개질반응기의 열교환 효율을 극대화하고, 설치공간 내에서 개질반응기와 주변기기들이 집약적으로 설치된 상태에서 개질반응기를 가열하는데 사용된 연소가스의 열을 다시 회수하여 개질반응을 위해 적극 활용함으로써 에너지 효율을 높이고, 설치공간을 절약하며, 교체 및 유지보수를 용이하게 할 수 있도록 구성된다. The present invention is a system consisting mainly of the reforming reactor of the reactor, the combustion gas used to maximize the heat exchange efficiency of the reforming reactor, heating the reforming reactor in a state where the reforming reactor and peripheral devices are intensively installed in the installation space By recovering the heat again, it is actively utilized for the reforming reaction, and it is configured to improve energy efficiency, save installation space, and facilitate replacement and maintenance.

이하, 본 발명에 의한 수소 생산 시스템의 구성을 상세히 설명한다. Hereinafter, the configuration of the hydrogen production system according to the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명에 의한 수소 생산 시스템의 외부 사시도이고, 도 3은 본 발에 의한 수소 생산 시스템의 분해사시도이며, 도 4는 본 발명에 의한 수소 생산 시스템의 종단면도이다. Figure 2 is an external perspective view of the hydrogen production system according to the present invention, Figure 3 is an exploded perspective view of the hydrogen production system according to the present invention, Figure 4 is a longitudinal sectional view of the hydrogen production system according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 소소 발생 시스템(100)은 케이싱(101a 내지 101h) 내부 설치공간(100a)에 연소기(110)와, 개질반응기(120)와, 제1열교환기(130)와, 제2열교환기(140) 및 제3열교환기(150)가 집약된 형태로 설치된다. 그리고 상기 연소기(110)에서 발생된 연소가스가 상하방향 지그재그 형태로 이동하면서 상기 개질반응기(120)를 비롯하여 상기 제1열교환기(130)와, 제2열교환기(140) 및 제3열교환기(150)를 순차적으로 경유하여 접촉하면서 열교환하도록 구성된다. As shown, the sour generation system 100 according to the present invention is a combustor 110, a reforming reactor 120, a first heat exchanger 130 and the inner space 100a of the casing (101a to 101h) The second heat exchanger 140 and the third heat exchanger 150 are installed in an integrated form. In addition, the combustion gas generated in the combustor 110 moves in a vertical zigzag form, including the reforming reactor 120, the first heat exchanger 130, the second heat exchanger 140, and the third heat exchanger ( And heat exchange while sequentially contacting via 150).

아래에서는 상기 각 구성요소들을 중심으로 본 발명에 의한 수소 생산 시스템에 대해 설명한다.Hereinafter, a description will be given of the hydrogen production system according to the present invention with respect to each of the above components.

상기 케이싱(101a 내지 101h)은 내부에 설치공간(100a)을 갖는 사각 패널 형태로 형성된다. 여기서 상기 케이싱(101a 내지 101h)의 내부의 설치공간(100a)은 이격 설치된 다수의 격벽(102a,102b)에 의해 연소기(110)에서 발생된 고온의 연소가스가 상하방향 지그재그 형태를 그리면서 이동하여 배출되도록 형성된다. 따라서 상기 격벽(102a,102b)에 의해 작은 크기로 나뉘게 된 각 공간에 패널 형태로 형성된 개질반응기(120), 제1열교환기(130), 제2열교환기(140) 및 제3열교환기(150)가 순차적으로 세워져 설치되면 이들 모두 상기 연소가스와 접촉하여 가열되는 것이 가능해진다. 단, 상기 개질반응기(120)와 제3열교환기(150)는 자체 측면들에 의해 상기 격벽(102a,102b)의 역할을 함께 하게 된다. The casings 101a to 101h are formed in the form of a square panel having an installation space 100a therein. Here, the installation space 100a inside the casings 101a to 101h is moved by forming a zigzag shape of the high temperature combustion gas generated in the combustor 110 by a plurality of partitions 102a and 102b spaced apart. It is formed to be discharged. Therefore, the reforming reactor 120, the first heat exchanger 130, the second heat exchanger 140, and the third heat exchanger 150 formed in a panel form in each space divided into small sizes by the partitions 102a and 102b. ) Are installed in a sequential order, all of them can be heated in contact with the combustion gas. However, the reforming reactor 120 and the third heat exchanger 150 serve as the partition walls 102a and 102b by their side surfaces.

또한, 상기 케이싱(101a 내지 101h)에는 상기 연소기(110)로 유입되는 연료 및 공기의 유입구와 상기 연소가스가 최종 배출되는 배출구(111b)가 구비되며, 상기 개질반응기(120), 제1열교환기(130), 제2열교환기(140), 제3열교환기(150)의 유입구(111a,121a,131a,141a,151a) 및 유출구(111b,121b,131b,141b,151b) 등도 외부로 노출되도록 마련된다. In addition, the casing (101a to 101h) is provided with the inlet of the fuel and air flowing into the combustor 110 and the outlet 111b for the final discharge of the combustion gas, the reforming reactor 120, the first heat exchanger 130, the second heat exchanger 140, the inlets 111a, 121a, 131a, 141a, 151a, and the outlets 111b, 121b, 131b, 141b, 151b of the third heat exchanger 150 are also exposed to the outside. Prepared.

상기 개질반응기(120)는 상기 케이싱(101a 내지 101h) 내부에 설치되고 메탄가스와 수증기의 혼합가스를 개질반응시켜 수소를 생성한 후 배출하는 역할을 하며, 열교환 효과를 극대화할 수 있도록 구성된다. 아래에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 상기 개질반응기(120)의 구성을 상세히 설명하기로 한다. The reforming reactor 120 is installed in the casing (101a to 101h) and serves to discharge and generate hydrogen by reforming the mixed gas of methane gas and water vapor, it is configured to maximize the heat exchange effect. Hereinafter, the configuration of the reforming reactor 120 will be described in detail with reference to FIGS. 5 and 6.

도 5는 본 발명에 따른 연소기 및 개질반응기를 설명하기 위한 분해사시도이고, 도 6은 본 발명에 따른 개질반응기의 측면을 개방한 참조도이다. 5 is an exploded perspective view illustrating a combustor and a reforming reactor according to the present invention, and FIG. 6 is a reference view of an open side of the reforming reactor according to the present invention.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 개질반응기(120)는 납작한 사각의 평판 형태를 갖는 하우징 내부에 다층의 유로(120a)를 구비한다. 상기 다층의 유로(120a)는 상기 개질반응기(120) 내부에서 상하로 이격 설치된 다수의 격판(123)에 의해 형성된다. 이로써, 하부 유입구(121a)를 통해 공급되는 메탄가스와 수증기의 혼합가스가 좌우방향 지그재그 형태를 그리면서 상부로 이동하여 유출구(121b)를 통해 배출된다. As shown, the reforming reactor 120 according to the present invention includes a multi-layer flow path 120a inside a housing having a flat rectangular flat plate shape. The multi-layer flow path 120a is formed by a plurality of diaphragms 123 spaced up and down inside the reforming reactor 120. As a result, the mixed gas of methane gas and water vapor supplied through the lower inlet 121a moves upward in a zigzag direction and is discharged through the outlet 121b.

이처럼 상기 개질반응기(120)가 납작한 평판 형태로 형성되고, 다층의 유로(120a)를 따라 혼합가스를 안내할 수 있도록 구성되면 상기 혼합가스가 내부에 머무는 시간은 길어지고 동일한 양의 혼합가스를 기준으로 개질반응기(120) 내측면과 접촉 가능한 열교환 면적도 증대되어 연소가스와의 열교환이 활발하게 이루어진다.When the reforming reactor 120 is formed in the form of a flat plate, and configured to guide the mixed gas along the multi-layer flow path 120a, the time for which the mixed gas stays inside is long and based on the same amount of mixed gas. As a result, the heat exchange area that is in contact with the inner surface of the reforming reactor 120 is also increased, so that heat exchange with the combustion gas is actively performed.

또한, 상기 개질반응기(120)에서 연소기(110)가 설치된 일측면(122) 전체에는 도 5의 확대부에서 볼 수 있는 것처럼 다수의 세로방향 요철(122a)들이 형성된다. 이처럼 개질반응기(120) 일측면(122)에 세로방향의 요철(122a)들을 형성시킨 구성은 상기 연소기(110)에서 발생된 연소가스가 초기에 접촉되는 면적을 최대한 넓혀 열교환 면적을 보다 넓게 확보하기 위함이다. 또한, 상기 개질반응기(120)의 유입구(121a) 및 유출구9121b) 인근에는 혼합가스를 균질화하고 불필요한 노폐물을 걸러낼 수 있도록 필터(124a,124b)가 구비된다. In addition, a plurality of longitudinal irregularities 122a are formed in the entire side surface 122 in which the combustor 110 is installed in the reforming reactor 120 as shown in the enlarged part of FIG. 5. As such, the configuration in which the vertical unevenness 122a is formed on one side surface 122 of the reforming reactor 120 maximizes the area where the combustion gas generated in the combustor 110 initially contacts to maximize the heat exchange area. For sake. In addition, filters 124a and 124b are provided in the vicinity of the inlet 121a and the outlet 9121b of the reforming reactor 120 to homogenize the mixed gas and filter out unnecessary waste.

이처럼 본 발명에서는 상기 개질반응기(120)의 내부와 외부 모두에서 연소가스와의 열교환 면적을 최대한 확보하는 한편, 혼합가스에 대한 열교환 시간을 최대한 확보할 수 있도록 하여 열교환 효과를 극대화할 수 있도록 하였다.Thus, in the present invention, while ensuring the maximum heat exchange area with the combustion gas in both the inside and the outside of the reforming reactor 120, to maximize the heat exchange time for the mixed gas to maximize the heat exchange effect.

상기 연소기(110)는 상기 개질반응기(120)를 가열하기 위한 열원을 공급하는 역할을 한다. 이를 위해 상기 연소기(110)는 상기 개질반응기(120)의 일측면(122) 하부에 인접하여 설치되며, 예혼합된 연료 및 공기를 분산시켜주는 다공성 매질(112)이 상기 개질반응기(120)의 일측면(122) 하부를 따라 좌우 폭 방향으로 설치된다. 이로써 상기 연소기(110)는 넓은 좌우 폭을 갖는 다공성 매질(112)에 의해 상기 개질반응기(120)의 일측면(122) 전체를 고르게 가열할 수 있게 된다. 여기서, 상기 다공성 매질(112)은 황동 소결금속, 금속망, 금속섬유, 세라믹 다공물질 등 다양한 소재들로 이루어질 수 있다.The combustor 110 serves to supply a heat source for heating the reforming reactor 120. To this end, the combustor 110 is installed adjacent to the lower side of one side 122 of the reforming reactor 120, the porous medium 112 for dispersing the pre-mixed fuel and air of the reforming reactor 120 It is installed in the left and right width direction along the lower side of one side 122. As a result, the combustor 110 may evenly heat the entirety of one side 122 of the reforming reactor 120 by the porous medium 112 having a wide left and right width. Here, the porous medium 112 may be made of various materials such as brass sintered metal, metal mesh, metal fiber, ceramic porous material.

또한, 상기 연소기(110)의 다공성 매질(112)의 작용에 의해 분산되어 이동하는 연소가스는 고온의 상태로 상기 개질반응기(120)의 일측면(122)을 접촉한 후 그 상부를 넘어 상기 개질반응기(120)의 타측면을 접촉하면서 다시한번 개질반응기(120)를 가열하게 된다. 이는 상기 개질반응기(120)가 케이싱(101a 내지 101h) 내에서 세워진 상태로 설치되어 격벽의 역할을 하기 때문이다. 이로써 상기 개질반응기(120)는 개질반응을 위해 필요한 열을 상기 연소기(110)로부터 충분히 얻을 수 있게 된다.In addition, the combustion gas dispersed and moved by the action of the porous medium 112 of the combustor 110 contacts one side 122 of the reforming reactor 120 at a high temperature, and then reforms the upper portion of the combustion gas beyond its upper portion. The reforming reactor 120 is heated once again while contacting the other side of the reactor 120. This is because the reforming reactor 120 is installed in the casing 101a to 101h to serve as a partition wall. As a result, the reforming reactor 120 can sufficiently obtain the heat necessary for the reforming reaction from the combustor 110.

도 7은 본 발명에 따른 제1열교환기를 설명하기 위한 측면도이다. 7 is a side view for explaining a first heat exchanger according to the present invention.

도시된 바와 같이, 상기 제1열교환기(130)는 상기 개질반응기(120)에 수증기를 공급하기 위해 설치된 것으로, 상기 케이싱(101a 내지 101h) 내에서 연소가스의 흐름방향을 따라 개질반응기(120) 바로 다음 순서에 인접하여 배치된다. 이로써 상기 제1열교환기(130)는 개질반응기(120)를 가열하는데 사용된 연소가스가 가장 고열인 상태에서 접촉하기 때문에 물로부터 수증기를 원활하게 생산할 수 있게 된다. As shown, the first heat exchanger 130 is installed to supply steam to the reforming reactor 120, the reforming reactor 120 along the flow direction of the combustion gas in the casing (101a to 101h) It is placed adjacent to the next sequence. As a result, the first heat exchanger 130 is able to smoothly produce steam from water because the combustion gas used to heat the reforming reactor 120 is in contact with the highest heat.

여기서, 상기 제1열교환기(130)는 상기 연소가스와 비교적 넓게 접촉하여 열교환할 수 있도록 코일의 형태로 형성되며, 코일의 형태로 형성된다 할지라도 전체적인 윤곽은 상기 개질반응기(120)와 같이 상기 케이싱(101a 내지 101h) 내에 세워진 상태로 넓은 열교환 면적을 확보할 수 있는 사각의 납작한 패널 형태로 이루어진다. Here, the first heat exchanger 130 is formed in the form of a coil so as to be in contact with the combustion gas relatively wide heat exchange, even though the first heat exchanger 130 is formed in the form of a coil, the overall outline is the same as the reforming reactor 120 It is made in the form of a square flat panel that can secure a wide heat exchange area while standing in the casings 101a to 101h.

도 8은 본 발명에 따른 제2열교환기를 설명하기 위한 측면도이다. 8 is a side view for explaining a second heat exchanger according to the present invention.

도시된 바와 같이, 상기 제2열교환기(140)는 연소기(110)로 공급되는 공기를 가열하기 위해 설치된 것으로, 상기 케이싱(101a 내지 101h) 내에서 연소가스의 흐름방향을 따라 제1열교환기(130) 바로 다음 순서에 인접하여 배치된다. 이로써 상기 제2열교환기(140)는 개질반응기(120)를 가열하는데 사용된 연소가스가 상기 제1열교환기(130)를 거치고 난 상태에서 접촉하여 공기를 가열하게 된다.As shown, the second heat exchanger 140 is installed to heat the air supplied to the combustor 110, and the first heat exchanger in the casing (101a to 101h) along the flow direction of the combustion gas ( 130) is placed adjacent to the next order. As a result, the second heat exchanger 140 contacts the combustion gas used to heat the reforming reactor 120 while passing through the first heat exchanger 130 to heat the air.

여기서, 상기 제2열교환기(140)는 상기 연소가스와 비교적 넓게 접촉하여 열교환할 수 있도록 코일의 형태로 형성되며, 코일의 형태로 형성된다 할지라도 전체적인 윤곽은 상기 개질반응기(120)와 같이 상기 케이싱(101a 내지 101h) 내에 세워진 상태에서 넓은 열교환 면적을 확보할 수 있는 사각의 납작한 패널 형태로 이루어진다. Here, the second heat exchanger 140 is formed in the form of a coil so as to be in contact with the combustion gas relatively wide heat exchange, even though the second heat exchanger 140 is in the form of a coil, the overall outline is the same as the reforming reactor 120 It is made in the form of a square flat panel that can secure a wide heat exchange area in the state of standing in the casing (101a to 101h).

도 9는 본 발명에 따른 제3열교환기를 설명하기 위한 분해사시도이고, 도 10은 본 발명에 따른 제3열교환기를 설명하기 위한 측면도이다. 9 is an exploded perspective view for explaining a third heat exchanger according to the present invention, Figure 10 is a side view for explaining a third heat exchanger according to the present invention.

도시된 바와 같이, 상기 제3열교환기(150)는 상기 개질반응기(120)로 공급되는 메탄가스를 가열하기 위해 설치된 것으로, 상기 케이싱(101a 내지 101h) 내에서 연소가스의 흐름방향을 따라 제2열교환기(140) 바로 다음 순서에 인접하여 배치된다. 이로써 상기 제3열교환기(150)는 개질반응기(120)를 가열하는데 사용된 연소가스가 상기 제1열교환기(130) 및 제2열교환기(140)를 거치고 난 상태에서 접촉하여 메탄가스를 가열하게 된다.As shown, the third heat exchanger 150 is installed to heat the methane gas supplied to the reforming reactor 120, the second heat exchanger in the casing (101a to 101h) along the flow direction of the combustion gas The heat exchanger 140 is disposed adjacent to the next order. Accordingly, the third heat exchanger 150 heats methane gas by contacting the combustion gas used to heat the reforming reactor 120 after passing through the first heat exchanger 130 and the second heat exchanger 140. Done.

여기서, 상기 제3열교환기(150)는, 하부는 개방되어 상기 연소가스가 유입되도록 하고, 상부는 상기 연소가스 배출구(111b)와 연결되어 상기 연소가스가 배출되도록 한 하우징(152a,152b,152c)을 구비한다. 또한, 상기 제3열교환기(150)는 상기 하우징(152a,152b,152c) 내에 다단 설치되어 공급되는 메탄가스를 유통시키는 다수의 연결관(150a)을 구비한다. 그리고 상기 연결관(150a)들은 상기 하우징(152a,152b,152c)의 양편에 구비된 작은 크기의 챔버(153a,153b)들에 의해 서로 연통된다. Here, the third heat exchanger 150, the lower portion is open so that the combustion gas flows in, the upper portion is connected to the combustion gas outlet 111b and the housing (152a, 152b, 152c to discharge the combustion gas) ). In addition, the third heat exchanger 150 is provided with a plurality of connecting pipes (150a) for distributing methane gas is installed in a multi-stage in the housing (152a, 152b, 152c). In addition, the connection pipes 150a communicate with each other by small-sized chambers 153a and 153b provided on both sides of the housings 152a, 152b and 152c.

참고로, 상기 제2열교환기(140) 및 제3열교환기(150)는 각각 공기와 메탄가스를 유통시키면서 가열하는 것으로 설명되었지만 그 역할은 얼마든지 바뀔 수 있다. 즉, 서로에 대하여 공기와 메탄가스의 공급라인과 배출라인을 바꾸어주는 간단한 변형을 가하여 상기 제2열교환기(140)는 상기 개질반응기(120)로 공급되는 메탄가스를 사전에 유통시키면서 가열하고, 상기 제3열교환기(150)는 상기 연소기(110)로 공급되는 공기를 사전에 유통시키면서 가열하도록 할 수 있다.For reference, the second heat exchanger 140 and the third heat exchanger 150 have been described as heating while distributing air and methane gas, respectively, but the role may vary. That is, the second heat exchanger 140 is heated while pre-circulating the methane gas supplied to the reforming reactor 120 by applying a simple modification to change the supply line and the discharge line of air and methane gas to each other. The third heat exchanger 150 may heat the air supplied to the combustor 110 while flowing in advance.

또한, 상기 제2열교환기(140)와 제3열교환기(150)는 그 배치를 서로 달리하여도 무방하다.
In addition, the second heat exchanger 140 and the third heat exchanger 150 may have different arrangements.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 수소 생산 시스템의 동작을 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation of the hydrogen production system according to the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 의한 수소 생산 시스템이 작동하면, 먼저 점화플러그(113 도 4 참조)에 의해 상기 연소기(110)가 점화되어 연료를 연소시킨다. 이때 상기 연소기(110)에 구비된 다공성 매질(112)은 예혼합되어 공급되는 연료 및 공기를 분산시켜 연료의 연소가 케이싱(101a 내지 101h) 내부에서 좌우 폭 방향으로 넓게 일어나도록 해준다. When the hydrogen production system according to the present invention is operated, the combustor 110 is first ignited by the ignition plug (see FIG. 4) to burn fuel. In this case, the porous medium 112 provided in the combustor 110 disperses the fuel and air pre-mixed and supplied so that combustion of the fuel occurs widely in the left and right width directions in the casings 101a to 101h.

이후, 연료의 연소로 발생된 고온의 연소가스가 상기 개질반응기(120)의 일측면(122)을 따라 접촉하면서 하부에서 상부로 이동한 후 그 상단을 넘어 타측면을 따라 접촉하면서 하부로 이동한다. 이와 동시에 상기 개질반응기(120)의 내부에 메탄가스와 수증기의 혼합가스가 공급된 후 다층의 유로(120a)를 따라 좌우방향 지그재그 형태로 이동하면서 하부에서 상부로 이동한다. 이 과정에서 상기 개질반응기(120) 외측의 연소가스와 상기 개질반응기(120) 내측의 혼합가스가 열교환하게 되며, 상기 열교환을 통해 상기 혼합가스는 충분한 정도로 가열되어 수소와 이산화탄소로 생성된다. Then, the hot combustion gas generated by the combustion of the fuel moves from the bottom to the top while contacting along one side 122 of the reforming reactor 120, and then moves downward along the other side beyond the top thereof. . At the same time, after the mixed gas of methane gas and steam is supplied into the reforming reactor 120, the gas is moved from the bottom to the top while moving in a zigzag direction along the multilayer flow path 120a. In this process, the combustion gas outside the reforming reactor 120 and the mixed gas inside the reforming reactor 120 exchange heat, and the mixed gas is heated to a sufficient degree to generate hydrogen and carbon dioxide.

이 과정에서 상기 개질반응기(120)의 일측면(122)에 형성된 요철(122a)은 더 넓은 열교환 면적을 확보해주는 역할을 하며, 상기 개질반응기(120) 내부의 다층 구조는 혼합가스를 내측면에 더 넓은 범위로 접촉시키는 한편 배출되기 전까지 더 오랜 시간동안 내부에 머물게 하여 열교환 효과를 극대화시키게 된다.In this process, the unevenness 122a formed on one side 122 of the reforming reactor 120 serves to secure a wider heat exchange area, and the multilayer structure inside the reforming reactor 120 has a mixed gas on the inner surface. The wider range of contact, while staying inside for a longer time before being discharged, maximizes the heat exchange effect.

이후, 상기 개질반응기(120)를 거친 연소가스는 상승하면서 개질반응기(120) 인근에 코일 형태로 설치된 제1열교환기(130)와 곧바로 접촉한다. 이로써 상기 제1열교환기(130) 외측에서 접촉되는 연소가스와 상기 제1열교환기(130) 내부로 공급된 물이 열교환하게 되며, 상기 열교환을 통해 공급된 물이 가열되어 고온의 수증기로 변환된다. 이때 발생되어 배출된 수증기는 차후에 메탄가스와 합쳐져서 상기 개질반응기(120)에 공급된다. Thereafter, the combustion gas passing through the reforming reactor 120 is directly contacted with the first heat exchanger 130 installed in the form of a coil near the reforming reactor 120 while rising. As a result, the combustion gas contacted from the outside of the first heat exchanger 130 and the water supplied into the first heat exchanger 130 are heat-exchanged, and the water supplied through the heat exchange is heated to be converted into high temperature steam. . The steam generated and discharged at this time is subsequently combined with methane gas and supplied to the reforming reactor 120.

이후, 상기 제1열교환기(130)를 거친 연소가스는 하강하면서 인근에 코일 형태로 설치된 제2열교환기(140)와 곧바로 접촉한다. 이로써 상기 제2열교환기(140) 외측에서 접촉되는 연소가스와 상기 제2열교환기(140) 내부로 공급된 공기가 열교환하게 되며, 상기 열교환을 통해 공급된 공기가 가열되어 연료의 연소를 도울 수 있는 온도에 이르게 된다. 이때 가열된 공기는 차후에 연료와 혼합되어 상기 연소기(110)에 공급되며 연료의 연소를 돕는 산화제의 역할을 수행하게 된다.Thereafter, the combustion gas passing through the first heat exchanger 130 immediately contacts the second heat exchanger 140 installed in the form of a coil in the vicinity while descending. As a result, the combustion gas contacted from the outside of the second heat exchanger 140 and the air supplied into the second heat exchanger 140 are heat-exchanged, and the air supplied through the heat exchange is heated to help combustion of the fuel. Temperature is reached. At this time, the heated air is later mixed with the fuel is supplied to the combustor 110 and serves as an oxidant to help the combustion of the fuel.

이후, 상기 제2열교환기(140)를 거친 연소가스는 상승하면서 인근에 설치된 제3열교환기(150)와 곧바로 접촉한다. 이로써 상기 제3열교환기(150) 외측에서 접촉되는 연소가스와 상기 제3열교환기(150) 내부로 공급된 메탄가스가 열교환하게 되며, 상기 열교환을 통해 공급된 메탄가스가 예열되어 차후 개질반응기(120)에서 개질반응이 원활하게 이루어질 수 있는 상태가 된다. 이때 가열된 공기는 차후에 상기 제1열교환기(130)에서 발생된 수증기와 합쳐져서 상기 개질반응기(120)에 공급된다. Thereafter, the combustion gas passing through the second heat exchanger 140 immediately contacts the third heat exchanger 150 installed nearby while rising. As a result, the combustion gas contacted from the outside of the third heat exchanger 150 and the methane gas supplied into the third heat exchanger 150 are heat-exchanged, and the methane gas supplied through the heat exchange is preheated and subsequently reformed reactor ( In 120), the reforming reaction can be performed smoothly. At this time, the heated air is subsequently combined with the water vapor generated in the first heat exchanger 130 is supplied to the reforming reactor (120).

본 발명은 이처럼 케이싱(101a 내지 101h) 내부의 설치공간에 개질반응기(120), 제1열교환기(130), 제2열교환기(140), 제3열교환기(150)가 공간 절약적으로 집약 설치되며, 상기 개질반응기(120)의 열교환 효과가 극대화된다. 또한, 상기 개질반응기(120)와 이미 열교환된 연소가스를 단계적으로 적극 활용하여 개질반응에 필요한 수증기를 발생시키는 것은 물론, 차후 개질반응에 사용되는 메탄가스 및 공기를 예열함으로서 소비되는 에너지를 대폭 절감할 수 있도록 한 것이다.
In the present invention, the reforming reactor 120, the first heat exchanger 130, the second heat exchanger 140, and the third heat exchanger 150 are integrated in the installation space inside the casing 101a to 101h in a space-saving manner. Is installed, the heat exchange effect of the reforming reactor 120 is maximized. In addition, by utilizing the combustion gas already heat-exchanged with the reforming reactor 120 step by step to generate steam required for the reforming reaction, as well as to preheat the methane gas and air used in the subsequent reforming reaction significantly reduced energy consumed It is to be done.

계속해서 변형된 실시예에 따른 본 발명의 구성을 간단히 설명한다. The configuration of the present invention according to the modified embodiment is briefly described.

본 발명은 도 4에 나타난 실시예와 같이 상기 개질반응기(120)를 가열하는데 사용된 연소가스의 흐름을 따라 상기 제1열교환기(130), 제2열교환기(140), 제3열교환기(150)가 순차적으로 배치되는 것을 기본적인 배치 형태로 하지만, 필요할 경우 얼마든지 그 배치 순서를 변경할 수 있다. The present invention is the first heat exchanger 130, the second heat exchanger 140, the third heat exchanger along the flow of the combustion gas used to heat the reforming reactor 120 as shown in the embodiment shown in FIG. Although 150 is sequentially arranged as a basic arrangement form, the arrangement order may be changed as necessary.

즉, 상기 제1열교환기(130)는 상기 연소기(110)를 중심으로 개질반응기(120)와 대향하여 설치되고, 상기 제2열교환기(140), 제3열교환기(150)는 상기 개질반응기(120)를 가열하는데 사용된 연소가스의 흐름을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 이 경우 수증기를 생산하는 상기 제1열교환기(130)는 개질반응기(120)와 함께 연소기(110)에 의해 직접적으로 가열된다. That is, the first heat exchanger 130 is installed to face the reforming reactor 120 around the combustor 110, and the second heat exchanger 140 and the third heat exchanger 150 are the reforming reactor. It may be arranged sequentially along the flow of the combustion gas used to heat 120. In this case, the first heat exchanger 130 producing steam is directly heated by the combustor 110 together with the reforming reactor 120.

또한, 상기 제3열교환기(150)는 상기 연소기(110)를 중심으로 개질반응기(120)와 대향하여 설치되고, 상기 제1열교환기(130), 제2열교환기(140)는 상기 개질반응기(120)를 가열하는데 사용된 연소가스의 흐름을 따라 순차적으로 배치될 수 있다. 이 경우 상기 개질반응기(120)로 공급될 메탄가스를 미리 가열하는 제3열교환기(150)가 상기 개질반응기(120)와 함께 연소기(110)에 의해 직접적으로 가열된다. In addition, the third heat exchanger 150 is installed to face the reforming reactor 120 around the combustor 110, and the first heat exchanger 130 and the second heat exchanger 140 are the reforming reactor. It may be arranged sequentially along the flow of the combustion gas used to heat 120. In this case, the third heat exchanger 150 for preheating the methane gas to be supplied to the reforming reactor 120 is directly heated by the combustor 110 together with the reforming reactor 120.

이 외에도 본 발명에서는 다양한 배치를 시도할 수 있으며, 모든 열교환기(130,140,150)들이 패널 형태로 수직하게 세워져 설치되는 거의 동일한 구성을 하고 있기 때문에 상호 호환성이 뛰어나 그 배치를 용이하게 바꿀 수 있는 것이다.
In addition, in the present invention, various arrangements can be attempted, and since all heat exchangers 130, 140, and 150 have almost the same configuration in which they are vertically installed in a panel form, the interchangeability is excellent and the arrangement can be easily changed.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is clear that the present invention can be suitably modified and applied in the same manner. Accordingly, the above description does not limit the scope of the invention as defined by the limitations of the following claims.

101a 내지 101h : 케이싱 110 : 연소기
112 : 다공성 매질 120 : 개질반응기
120a : 다층의 유로 123 : 격판
122a : 요철 124a,124b : 필터
130 : 제1열교환기 140 : 제2열교환기
150 : 제3열교환기 150a : 연결관
152a,152b,152c : 제3열교환기의 하우징 101a to 101h: casing 110: combustor
112: porous medium 120: reforming reactor
120a: multi-layered euro 123: diaphragm
122a: Unevenness 124a, 124b: Filter
130: first heat exchanger 140: second heat exchanger
150: third heat exchanger 150a: connector
152a, 152b, 152c: housing of the third heat exchanger

Claims (12)

메탄가스로부터 수소를 생산하는 수소 생산 시스템에 있어서,
내부에 설치공간이 형성되고, 연소가스 배출구를 구비한 케이싱과;
상기 케이싱 내부에 설치되고 메탄가스와 수증기의 혼합가스를 개질하여 수소 및 이산화탄소로 배출하되, 평판 형태로 형성되고 그 내부에는 다층의 유로를 구비하여 상기 다층의 유로를 따라 상기 혼합가스를 순차적으로 경유시키면서 열교환되도록 한 개질반응기와;
상기 개질반응기를 가열하는 연소기를 포함하여 구성되며,
상기 케이싱 내부의 설치공간에는 상기 연소가스에 의해 가열되어 물로부터 상기 개질반응기로 공급되는 수증기를 생산하는 제1열교환기와, 상기 연소가스에 의해 가열되는 제2열교환기 및 제3열교환기가 더 구비되고, 상기 제2열교환기 및 제3열교환기는 각각 상기 연소기로 공급되는 공기와 상기 개질반응기로 공급되는 메탄가스 중 어느 하나씩을 유통되도록 한 것을 특징으로 하는 수소 생산 시스템.In the hydrogen production system for producing hydrogen from methane gas,
An installation space formed therein and having a combustion gas outlet;
It is installed inside the casing and reforms the mixed gas of methane gas and water vapor and discharges it into hydrogen and carbon dioxide. A reforming reactor configured to exchange heat while being heated;
It comprises a combustor for heating the reforming reactor,
The installation space inside the casing further includes a first heat exchanger that is heated by the combustion gas to produce water vapor supplied from the water to the reforming reactor, and a second heat exchanger and a third heat exchanger that are heated by the combustion gas. And the second heat exchanger and the third heat exchanger each have one of air supplied to the combustor and methane gas supplied to the reforming reactor. 제1항에 있어서,
상기 다층의 유로는 상기 개질반응기 내부에서 상하로 이격 설치된 다수의 격판에 의해 상기 혼합가스가 좌우방향 지그재그 형태로 이동하여 나아가도록 한 것을 특징으로 하는 수소 생산 시스템.The method of claim 1,
The multi-layer flow path is a hydrogen production system characterized in that the mixed gas moves in a zigzag direction in the lateral direction by a plurality of diaphragm spaced up and down inside the reforming reactor. 제1항에 있어서,
상기 연소기는 예혼합된 연료 및 공기를 분산하는 다공성 매질을 구비하되 상기 다공성 매질은 상기 개질반응기의 일측면 하부를 따라 설치되어 상기 개질반응기의 일측면을 고르게 가열할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 수소 생산 시스템.The method of claim 1,
The combustor is provided with a porous medium for dispersing premixed fuel and air, wherein the porous medium is installed along one side of the lower side of the reforming reactor so as to evenly heat one side of the reforming reactor. Production system. 제3항에 있어서,
상기 개질반응기의 일측면에는 세로방향의 요철들이 형성된 것을 특징으로 하는 수소 생산 시스템.The method of claim 3,
Hydrogen production system, characterized in that the longitudinal irregularities are formed on one side of the reforming reactor. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1열교환기는 상기 연소가스와 접촉하여 열교환하는 코일의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 수소 생산 시스템.The method of claim 1,
The first heat exchanger is a hydrogen production system, characterized in that in the form of a coil for heat exchange in contact with the combustion gas. 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제2열교환기는 상기 연소가스와 접촉하여 열교환하는 코일의 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 수소 생산 시스템. The method of claim 1,
The second heat exchanger is a hydrogen production system, characterized in that in the form of a coil for heat exchange in contact with the combustion gas. 제1항에 있어서,
상기 제3열교환기는, 하부는 개방되어 상기 연소가스가 유입되도록 하고, 상부는 상기 연소가스 배출구와 연결되어 상기 연소가스가 배출되도록 한 하우징과;
상기 하우징 내에 다단 설치되어 상기 공기 또는 메탄가스를 유통시키는 다수의 연결관으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수소 생산 시스템.The method of claim 1,
The third heat exchanger may include: a housing having a lower portion open to allow the combustion gas to flow in, and an upper portion connected to the combustion gas discharge port so as to discharge the combustion gas;
Hydrogen production system, characterized in that consisting of a plurality of connecting pipes are installed in the housing in multiple stages to distribute the air or methane gas. 제1항에 있어서,
상기 케이싱 내부의 설치공간은 이격 설치된 다수의 격벽에 의해 상기 연소가스가 상하방향 지그재그 형태로 이동하면서 배출되도록 형성되고, 상기 개질반응기를 가열하는데 사용된 연소가스의 흐름을 따라 상기 제1열교환기, 제2열교환기, 제3열교환기가 순차적으로 배치된 것을 특징으로 하는 수소 생산 시스템.The method of claim 1,
The installation space inside the casing is formed such that the combustion gas is discharged while moving in a vertical zigzag form by a plurality of partitions spaced apart from each other, and the first heat exchanger along the flow of the combustion gas used to heat the reforming reactor. Hydrogen production system, characterized in that the second heat exchanger, the third heat exchanger is arranged in sequence. 제1항에 있어서,
상기 케이싱 내부의 설치공간은 이격 설치된 다수의 격벽에 의해 상기 연소가스가 상하방향 지그재그 형태로 이동하면서 배출되도록 형성되고, 상기 제1열교환기는 상기 연소기를 중심으로 개질반응기와 대향하여 설치되고, 상기 제2열교환기, 제3열교환기는 상기 개질반응기를 가열하는데 사용된 연소가스의 흐름을 따라 순차적으로 배치된 것을 특징으로 하는 수소 생산 시스템.The method of claim 1,
The installation space inside the casing is formed so that the combustion gas is discharged while moving in a vertical zigzag form by a plurality of partitions spaced apart from each other, and the first heat exchanger is installed to face a reforming reactor around the combustor. And a second heat exchanger and a third heat exchanger are sequentially arranged along the flow of the combustion gas used to heat the reforming reactor. 제1항에 있어서,
상기 케이싱 내부의 설치공간은 이격 설치된 다수의 격벽에 의해 상기 연소가스가 상하방향 지그재그 형태로 이동하면서 배출되도록 형성되고, 상기 제3열교환기는 상기 연소기를 중심으로 개질반응기와 대향하여 설치되고, 상기 제1열교환기, 제2열교환기는 상기 개질반응기를 가열하는데 사용된 연소가스의 흐름을 따라 순차적으로 배치된 것을 특징으로 하는 수소 생산 시스템.The method of claim 1,
The installation space inside the casing is formed so that the combustion gas is discharged while moving in a vertical zigzag form by a plurality of partitions spaced apart from each other, and the third heat exchanger is installed to face the reforming reactor around the combustor. Wherein the first heat exchanger and the second heat exchanger are arranged sequentially along the flow of combustion gas used to heat the reforming reactor.
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