KR101387856B1 - Plate type steam reformer for solid oxide fuel cell using natural gas - Google Patents

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Abstract

고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기가 제공된다.
상기 스팀개질 반응기는 연소촉매 가스가 일 측으로 주입되어, 연소된 후 타측으로 배출되는 판형 연소촉매 반응기; 상기 판형 연소촉매 반응기 하부에 결합된 판형 스팀 개질기; 상기 판형 스팀 개질기 하부에 결합되어, 물이 내부로 주입되는 판형 기화기를 포함하며, 여기에서 상기 기화기에는 물이 주입된 후, 기화되어 스팀이 배출되는 스팀라인; 상기 판형 연소촉매 반응기로부터 배출되는 연소촉매 가스가 일측으로 유입되는 연소촉매 가스 유입부; 및 상기 유입된 연소촉매 가스가 외부로 배출되게 하는 연소촉매 가스 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.A solid oxide fuel cell steam reforming reactor is provided.
The steam reforming reactor includes a plate-type combustion catalyst reactor in which a combustion catalyst gas is injected to one side and combusted and then discharged to the other side; A plate steam reformer coupled to the bottom of the plate combustion catalyst reactor; A steam line coupled to a lower portion of the plate steam reformer and including a plate vaporizer, into which water is injected, wherein the vaporizer is vaporized after water is injected; Combustion catalyst gas inlet for the combustion catalyst gas discharged from the plate-type combustion catalyst reactor to one side; And a combustion catalyst gas discharge unit configured to discharge the introduced combustion catalyst gas to the outside.

Description

천연가스를 사용하는 고체산화물 연료전지용 판형 스팀리포머 {Plate type steam reformer for solid oxide fuel cell using natural gas}Plate type steam reformer for solid oxide fuel cell using natural gas}

본 발명은 천연가스를 사용하는 고체산화물 연료전지용 판형 스팀리포머에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연소촉매 (상층)과 스팀개질 반응기(중층) 및물을 기화 하기 위한 기화기 (하층)가 일체형으로 구성되며, 상층의 연소촉매에서 발생한 열과 가스를 기화기에 회수, 공급하여 물을 기화시킴으로써, 열 효율이 향상된 천연가스를 사용하는 고체산화물 연료전지용 판형 스팀리포머에 관한 것이다. The present invention relates to a plate-type steam reformer for a solid oxide fuel cell using natural gas, and more particularly, a combustion catalyst (upper layer), a steam reforming reactor (middle layer), and a vaporizer (lower layer) for vaporizing water are integrally formed. The present invention relates to a plate-type steam reformer for a solid oxide fuel cell using natural gas having improved thermal efficiency by recovering and supplying heat and gas generated from an upper combustion catalyst to a vaporizer.

연료전지(Fuel cell)는 수소 또는 메탄올, 에탄올과 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와 산화제의 화학반응 에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 발전시스템이다.A fuel cell is a power generation system that converts the chemical reaction energy of hydrogen and an oxidant contained in a hydrocarbon-based material such as hydrogen or methanol or ethanol directly into electric energy.

연료전지의 종류에는 대표적으로 고분자 전해질형 연료전지 (PEMFC: Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell), 직접 산화형 연료전지 에서 연료로 메탄올을 사용하는 직접 메탄올 연료전지 (DMFC: Direct Methanol Fuel Cell), 고온에서 작동되는 고체산화물형 연료전지(SOFC: Solid Oxide Fuel cell)등이 있다.Typical types of fuel cells include Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells (PEMFC), Direct Methanol Fuel Cells (DMFC) using methanol as fuel in direct oxidation fuel cells, and high temperature operation. Solid Oxide Fuel Cell (SOFC).

이중 PEMFC의 기술적 단점인 낮은 CO농도 요구치, 복잡한 가습 시스템, 스텍에서의 flooding 현상으로 인한 성능 저하 등의 문제점가지고 있으며 이를 SOFC로 대체할 경우 시스템이 간단해 짐으로써 가격면에서도 경쟁력을 가질수 있다 Among them, PEMFC's technical disadvantages are low CO concentration requirement, complex humidification system, and performance degradation due to flooding phenomenon in the stack, and if it is replaced by SOFC, it can be competitive in terms of price by simplifying the system.

이와 같은 연료전지는수소를 연료로 사용 하고 있기 때문에 수소를 생산하기 위하여 메탄이나 메탄올 및 천연가스로부터 개질을 통하여 얻을 수 있으며 개질하기 위한 연료개질기 등의 부대설비를 필요로한다. 이와 같은 연료개질기는 개질방식에 따라 스팀(수증기) 개질, 부분산화개질, 및 자열개질기로 분류할수있다. 이 중 스팀 개질기(steam reformer)는 응답 특성이 느린 단점이 있으나 수소 생성 효율이 높고 메탄이나 천연 가스 같이 짧은 탄소 체인을 가지고 있는 연료에 적합하다. 하지만 스팀을 생성시키기 위한 에너지 효율 감소와, 보일러 사용에 따라 개질기 크기가 커지는 문제가 있다.
Since the fuel cell uses hydrogen as a fuel, the fuel cell can be obtained through reforming from methane, methanol, and natural gas to produce hydrogen, and requires an auxiliary facility such as a fuel reformer for reforming. Such fuel reformers can be classified into steam (steam) reforming, partial oxidation reforming, and autothermal reforming according to reforming methods. The steam reformer has a slow response, but is suitable for fuels having high hydrogen production efficiency and short carbon chains such as methane or natural gas. However, there is a problem of reducing the energy efficiency for generating steam and increasing the size of the reformer according to the use of the boiler.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 향상된 열 효율과 공간 활용도가 높은 고체산화물 연료전지용 판형 스팀 개질 반응기를 제공하는 것이다.Accordingly, the problem to be solved by the present invention is to provide a plate-type steam reforming reactor for a solid oxide fuel cell with improved thermal efficiency and high space utilization.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기로서, 상기 고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기는, 연소촉매 가스가 일 측으로 주입되어, 연소된 후 타측으로 배출되는 판형 연소촉매 반응기; 상기 판형 연소촉매 반응기 하부에 결합된 판형 스팀 개질기; 상기 판형 스팀 개질기 하부에 결합되어, 물이 내부로 주입되는 판형 기화기를 포함하며, 여기에서 상기 기화기에는 물이 주입된 후, 기화되어 스팀이 배출되는 스팀라인; 상기 판형 연소촉매 반응기로부터 배출되는 연소촉매 가스가 일측으로 유입되는 연소촉매 가스 유입부; 및 상기 유입된 연소촉매 가스가 외부로 배출되게 하는 연소촉매 가스 배출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기를 제공한다. In order to solve the above problems, the present invention is a solid oxide fuel cell steam reforming reactor, the solid oxide fuel cell steam reforming reactor, the combustion catalyst gas is injected into one side, the combustion after the combustion of the plate-type combustion catalyst; A plate steam reformer coupled to the bottom of the plate combustion catalyst reactor; A steam line coupled to a lower portion of the plate steam reformer and including a plate vaporizer, into which water is injected, wherein the vaporizer is vaporized after water is injected; Combustion catalyst gas inlet for the combustion catalyst gas discharged from the plate-type combustion catalyst reactor to one side; And it provides a solid oxide fuel cell steam reforming reactor comprising a combustion catalyst gas discharge unit for discharging the introduced combustion catalyst gas to the outside.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스팀라인의 일단으로 주입된 물은 상기 기화기 내로 유입된 연소촉매 가스로부터 열을 공급받아 기화되어 스팀으로 형성된다. According to one embodiment of the invention, the water injected into one end of the steam line is vaporized by receiving heat from the combustion catalyst gas introduced into the vaporizer is formed of steam.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스팀라인에서 형성된 스팀은 상기 스팀라인의 타단으로 배출되어, 상기 판형 스팀 개질기의 일 측으로 유입되며, 상기 판형 스팀 개질기로 유입되는 스팀은 상기 판형 스팀 개질기의 일 측으로 유입되기 전, 연료와 혼합된다. According to an embodiment of the present invention, the steam formed in the steam line is discharged to the other end of the steam line, introduced into one side of the plate-type steam reformer, the steam introduced into the plate-type steam reformer is one of the plate-type steam reformer It is mixed with fuel before entering the side.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 판형 연소촉매 반응기, 판형 스팀개질기, 판형 연소촉매 반응기는 동일 면적의 박스 형태이다. According to one embodiment of the present invention, the plate-type combustion catalyst reactor, the plate-type steam reformer, the plate-type combustion catalyst reactor is a box shape of the same area.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스팀라인은 상기 기화기의 일면의 일 측에 주입된 후, 상기 일면의 대향면의 타측으로 배출되도록 구성된다. According to one embodiment of the invention, the steam line is injected to one side of one surface of the vaporizer, and is configured to be discharged to the other side of the opposite surface of the one surface.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스팀라인은 적어도 하나 이상의 U자부를 포함한다. According to one embodiment of the invention, the steam line includes at least one U-shaped portion.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스팀라인은 적어도 하나 이상의 벨로우즈부를 포함한다. According to one embodiment of the invention, the steam line comprises at least one bellows portion.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 스팀 개질기 내부에는 상기 주입되는 스팀개질기 연료와 스팀을 흐름을 변경하기 위한 적어도 하나 이상의 판형 배플이 구비된다. According to one embodiment of the invention, the steam reformer is provided with at least one plate baffle for changing the flow of the injected steam reformer fuel and steam.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 판형 스팀개질기 내에 구비되는 촉매는 세리아 베이스 귀금속 촉매이며, 상기 판형 연소촉매 반응기 내에는 전기 히터가 구비된다. According to one embodiment of the invention, the catalyst provided in the plate steam reformer is a ceria-based noble metal catalyst, the plate-type combustion catalyst reactor is provided with an electric heater.

본 발명은 상술한 연료전지 스팀개질 반응기를 포함하는 연료전지 시스템으로, 상기 시스템은 상술한 연료전지 스팀개질 반응기가 상기 연료전지 시스템의 연료전지 스택의 상단 또는 하단에 결합된다. The present invention is a fuel cell system including the fuel cell steam reforming reactor described above, wherein the fuel cell steam reforming reactor is coupled to the top or bottom of the fuel cell stack of the fuel cell system.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 연료전지의 연료극 및 공기극이 배기가스가 상기 연료전지 스팀개질 반응기로 유입된다.According to an embodiment of the present invention, exhaust gas is introduced into the fuel cell steam reforming reactor of the fuel electrode and the air electrode of the fuel cell.

본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기는 상층의 연소촉매에서 발열한 열과 그 가스를 기화기에서 회수하여, 스팀을 생성시켜, 이를 스팀개질기로 공급한다. 더 나아가, 본 발명은, 연료촉매 반응기/스팀개질기/기화기의 판형 적층 구조를 통하여, 개질기의 열 효율을 향상시키고, 아울러 물을 가열시키는 보일러 사용을 최소화함으로써 개질기 크기를 소형화시킬 수 있다.The solid oxide fuel cell steam reforming reactor according to the present invention recovers heat generated by the combustion catalyst of the upper layer and the gas from the vaporizer, generates steam, and supplies the steam to the steam reformer. Furthermore, the present invention allows the reformer size to be miniaturized by improving the thermal efficiency of the reformer and minimizing the use of a boiler to heat the water through the plate stack structure of the fuel catalyst reactor / steam reformer / vaporizer.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀개질 반응기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기화기(130)의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀라인의 구성도이다.
도 4 내지 7은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 스팀 개질 반응기의 운전 방법을 설명하는 도면이다.1 is a perspective view of a steam reforming reactor according to an embodiment of the present invention.
2 is a plan view of a vaporizer 130 according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram of a steam line according to an embodiment of the present invention.
4 to 7 are views for explaining a method of operating a solid oxide fuel cell steam reforming reactor according to the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 각 실시예에 따른 고체산화물 연료전지 스팀개질기에 대하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a solid oxide fuel cell steam reformer according to embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

이하의 실시 예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 상세한 설명이며, 본 발명의 권리 범위를 제한하는 것이 아님은 당연할 것이다. 따라서, 본 발명과 동일한 기능을 수행하는 균등한 발명 역시 본 발명의 권리 범위에 속할 것이다.The following examples are intended to illustrate the present invention and should not be construed as limiting the scope of the present invention. Accordingly, equivalent inventions performing the same functions as the present invention are also within the scope of the present invention.

또한 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.In addition, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, it is to be noted that the same constituent elements are denoted by the same reference numerals even though they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, It should be understood that an element may be "connected," "coupled," or "connected."

본 발명은 상술한 종래 기술에 따른 스팀개질 반응기(스팀리포머)의 낮은 효율 등의 문제를 해결하기 위하여, 연소촉매 반응기, 스팀 개질기 및 기화기를 판형으로 구성하여, 스택 형태로 적층, 결합시킨 구조의, 스팀개질 반응기(고체산화물 연료전지용 판형 스팀리포머)를 제공한다. 더 나아가, 상기 연소촉매 반응기로 주입된 후 연소된 연소촉매 가스를 기화기 내부로 공급하여, 물을 기화시켜, 스팀을 생성시킨다. 본 명세서에서 고체산화물 연료전지용 판형 스팀리포머는 스팀개질 반응기라고도 명명된다.The present invention, in order to solve the problems such as low efficiency of the steam reforming reactor (steam reformer) according to the prior art described above, the combustion catalyst reactor, steam reformer and vaporizer in the form of a plate, stacked and bonded in a stack form A steam reforming reactor (plate steam reformer for a solid oxide fuel cell) is provided. Furthermore, the combustion catalyst gas which has been injected into the combustion catalyst reactor and then combusted is supplied into the vaporizer to vaporize water to generate steam. The plate-type steam reformer for a solid oxide fuel cell is also referred to herein as a steam reforming reactor.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 스팀개질 반응기의 사시도이다.1 is a perspective view of a steam reforming reactor according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 스팀개질 반응기는 연소촉매 가스가 주입되는 판형 연소촉매 반응기(110)를 포함한다. 여기에서 판형은 사각 형상을 갖는 박스 구조에 대응되며, 연소촉매 반응기를 연소가스(예를 들어, 탄화수소 계열의 가스)를 완전연소시키기 위한 촉매가 내부에 구비, 적치된다. Referring to FIG. 1, the steam reforming reactor according to the present invention includes a plate type combustion catalyst reactor 110 into which a combustion catalyst gas is injected. Here, the plate shape corresponds to a box structure having a square shape, and a catalyst for completely burning the combustion gas (for example, hydrocarbon-based gas) in the combustion catalyst reactor is provided therein and loaded.

상기 판형 연소촉매 반응기(110) 하부에는 판형 스팀 개질기(120)가 구비되며, 상기 판형 스팀 개질기(120)는 스팀과 연료가스(예를 들어 천연가스)를 유입받아, 상기 연료가스를 수소화시키는 장치이다. 상기 판형 연소촉매 반응기(110)는 다음에 보다 상세히 설명된다. A plate steam reformer 120 is provided below the plate combustion catalyst reactor 110, and the plate steam reformer 120 receives steam and fuel gas (for example, natural gas) to hydrogenate the fuel gas. to be. The plate combustion catalyst reactor 110 is described in more detail below.

상기 판형 스팀 개질기(120) 하부에는 다시 상기 판형 스팀 개질기(110)에 대응되는 면적과 크기의 판형 기화기(130)가 구비된다. 상기 판형 기화기(130)는 물을 공급받아, 이를 스팀으로 기화시키는 장치로서, 본 발명의 일 실시예에서 공급되는 물은 파이프 또는 튜브 형태의 스팀라인으로 유입된다. 이때, 본 발명의 일 실시예는 상기 물이 유입되는 기화기 내부로 연소촉매 반응기(110)로부터 배출되는 연소 후 배출되는 가스(연소후가스)가 유입되게 하며, 이로써 개질기에 필요한 물의 스팀 기화를 내부 발생 에너지로부터 발생시킨다. The plate-shaped steam reformer 120 is provided below the plate-shaped vaporizer 130 having an area and a size corresponding to the plate-type steam reformer 110 again. The plate vaporizer 130 is a device for receiving water and vaporizing it with steam, the water supplied in one embodiment of the present invention is introduced into the steam line of the pipe or tube form. At this time, an embodiment of the present invention allows the gas (post-combustion gas) discharged after combustion discharged from the combustion catalyst reactor 110 into the vaporizer into which the water is introduced, thereby steam vaporization of water required for the reformer. It is generated from the generated energy.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 기화기(130)의 평면도이다.2 is a plan view of a vaporizer 130 according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 판형 기화기 내부에는 스팀라인(210)이 구비되며, 상기 스팀라인(210)은 직선형의 라인을 연결하기 위한 U자 타입의 연결부(U자 라인)를 적어도 하나 이상 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 스팀라인(210)의 일단으로는 물이 주입되고, 상기 일단으로 주입된 물은 내부를 유동하는 동안 가열되어, 기화된다. 상기 기화된 스팀은 스팀라인(210)의 타단으로 배출되는데, 본 발명에서는 상기 상기 스팀라인(210) 가열의 열 공급원은 연소촉매 반응기(110)에 유입된 후, 연소된 연소후 가스가 된다. 또한, 동일 형태, 면적으로 접촉하는 판형 반응기-기화기 구조에 의한 전도열 또한 상기 스팀라인(210)의 열 공급원이 될 수 있다. Referring to FIG. 2, a steam line 210 is provided inside the plate vaporizer, and the steam line 210 includes at least one U-shaped connection part (U-shaped line) for connecting a straight line. In one embodiment of the present invention, water is injected into one end of the steam line 210, and the water injected into the one end is heated and vaporized while flowing inside. The vaporized steam is discharged to the other end of the steam line 210. In the present invention, the heat source of heating the steam line 210 flows into the combustion catalyst reactor 110, and then becomes a burned gas after combustion. In addition, the conductive heat of the plate-shaped reactor-vaporizer structure in contact with the same shape and area may also be a heat source of the steam line 210.

따라서, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기는 판형 반응기-개질기-기화기가 동일 면적과 크기를 가지며, 서로 적층된 구조를 가지며, 상기 기화기의 일 측에는 상기 연소촉매 반응기로부터 배출되는 연소촉매 가스가 유입되는 연소촉매 가스 유입부(220)가 구비되며, 상기 기화기의 타 측에는 상기 유입된 연소촉매 가스가 배출되는 연소촉매 가스 배출부(230)를 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 상기 연소촉매 가스 유입부(220)와, 연소촉매 가스 배출부(230)는 라인의 파이프가 체결될 수 있는 홀 형태이다. Accordingly, the solid oxide fuel cell steam reforming reactor according to the present invention has a plate-type reactor-reformer-vaporizer having the same area and size, and having a stacked structure, and a combustion catalyst gas discharged from the combustion catalyst reactor on one side of the vaporizer. Is provided with a combustion catalyst gas inlet 220 is introduced, the other side of the vaporizer includes a combustion catalyst gas outlet 230 for discharging the introduced combustion catalyst gas. In one embodiment of the present invention, the combustion catalyst gas inlet 220 and the combustion catalyst gas outlet 230 is in the form of a hole to which the pipe of the line can be fastened.

도 2를 다시 참조하면, 본 발명에 따른 스팀라인(210)은 연소후 배출된 연소촉매 가스 등에 의하여 충분히 가열되어야 하므로, 가능한 긴 이동경로와 넓은 표면적을 갖는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명은 이를 위하여, U자 타입의 연결라인(211)과 주름진 표면 구조인 벨로우즈부(212)를 적어도 하나 이상 상기 스팀라인에 구비시킨다. 이로써 연소된 후 주입되는 연소촉매 가스에 의하여 상기 스팀라인의 일단으로 주입되는 물은 충분히 가열되어 스팀화될 수 있다. Referring back to Figure 2, since the steam line 210 according to the present invention should be sufficiently heated by the combustion catalyst gas discharged after combustion, it is preferable to have a long moving path and a large surface area as possible. Therefore, the present invention is provided with at least one or more bellows portion 212 of the U-type connection line 211 and the corrugated surface structure to the steam line. As a result, water injected into one end of the steam line by the combustion catalyst gas injected after combustion may be sufficiently heated and steamed.

도 3은 본 발명에 따른 기화기에서 발생한 스팀 및 연료를 공급받아, 이를 수소로 개질하는 판형 스팀 개질기(120)의 평면도이다.3 is a plan view of a plate-type steam reformer 120 receiving steam and fuel generated from a vaporizer according to the present invention and reforming it with hydrogen.

도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 판형 스팀 개질기(120)에는 일 측으로 스팀과 천연가스와 같은 연료가 공급되는 연료공급부(121)와, 타측으로 상기 연료공급부(121)로부터 공급된 연료가 개질된 후, 수소 등의 개질가스가 배출되는 가스배출부(122)를 포함한다. 개질기(120) 일 측으로 유입된 연료, 스팀은 내부 바닥 등에 적치된 개질촉매, 예를 들어 세리아 베이스 귀금속 촉매와 충분히 접촉하는 것이 필요하므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 스팀 개질기(120)는 상기 유체 이동을 변경하기 위한 복수 개의 판형 배플(123)이 구비되며, 상기 판형 배플(123)은 대향하는 격벽으로부터 서로 교번하여 이격된다. Referring to FIG. 3, the plate steam reformer 120 according to the present invention includes a fuel supply unit 121 for supplying fuel such as steam and natural gas to one side, and a fuel supplied from the fuel supply unit 121 to the other side. After that, the gas discharge unit 122 for discharging the reformed gas such as hydrogen. Since the fuel and steam introduced into one side of the reformer 120 need to be sufficiently in contact with a reforming catalyst, for example, a ceria-based noble metal catalyst deposited on an inner bottom, the plate-type steam reformer 120 according to an embodiment of the present invention A plurality of plate-shaped baffles 123 are provided for changing the fluid movement, and the plate-shaped baffles 123 are alternately spaced apart from each other from opposite partitions.

이하 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 스팀 개질 반응기의 공정을 도면을 이용하여 상세히 설명한다. Hereinafter, a process of a solid oxide fuel cell steam reforming reactor according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4 내지 7은 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 스팀 개질 반응기의 운전 방법을 설명하는 도면이다.4 to 7 are views for explaining a method of operating a solid oxide fuel cell steam reforming reactor according to the present invention.

도 4를 참조하면, 먼저 연소촉매 가스는 판형 연소촉매 반응기(110)의 일 측으로 유입된 후, 연소된다. 상기 연소를 촉진하기 위하여 상기 연소촉매 반응기(110) 내에는 팔라듐 계열의 복합산화물 촉매가 구비될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 판형 연소촉매 반응기(110)에는 충분한 연소열이 발생하지 않은 경우, 연소가스를 충분히 가열시키기 위한 보조적인 전기 히터가 구비될 수 있다. 예를 들어, 상기 전기 히터는 반응기의 초기 운전시 작동하여, 운전 초기부터 충분히 가열된 연소촉매 가스를 하부 기화기로 공급할 수 있다. Referring to FIG. 4, first, the combustion catalyst gas is introduced into one side of the plate-type combustion catalyst reactor 110 and then combusted. Palladium-based composite oxide catalyst may be provided in the combustion catalyst reactor 110 to promote the combustion. In one embodiment of the present invention, the plate-type combustion catalyst reactor 110 may be provided with an auxiliary electric heater for sufficiently heating the combustion gas, if sufficient combustion heat does not occur. For example, the electric heater may operate during the initial operation of the reactor to supply a sufficiently heated combustion catalyst gas to the lower vaporizer from the beginning of operation.

도 5를 참조하면, 상기 연소된 연소촉매 가스(연소 후 가스)는 상기 판형 연소촉매 반응기(110)의 타측으로 배출되며, 상기 배출된 연소촉매 가스는 하단의 기화기(130)의 일 측으로 유입되며, 이를 위하여 상기 연소촉매 반응기(110)와 상기 기화기(130) 사이에는 상기 연소 후 가스를 유입시키기 위한 제 1 가스라인(310)이 구비된다. Referring to FIG. 5, the burned combustion catalyst gas (gas after combustion) is discharged to the other side of the plate-type combustion catalyst reactor 110, and the discharged combustion catalyst gas is introduced to one side of the vaporizer 130 at the bottom thereof. For this purpose, a first gas line 310 is provided between the combustion catalyst reactor 110 and the vaporizer 130 to introduce the gas after combustion.

도 6을 참조하면, 상기 제 1 가스라인(310)을 통하여 기화기(130)의 일 측으로 유입된 연소촉매 가스는 상기 기화기(130)의 타측으로 배출되는데, 상기 기화기(130) 내부에는 도 3에서 설명된 스팀라인(210)이 구비되는데, 그 결과 상기 기화기 내부로 유입된 연소촉매 가스는 상기 스팀라인(210) 내부로 유입되는 물을 가열시켜, 스팀을 발생시킨다. 상기 스팀라인(210)은 도 3에서 설명한 바와 같으므로, 이하 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Referring to FIG. 6, the combustion catalyst gas introduced into one side of the vaporizer 130 through the first gas line 310 is discharged to the other side of the vaporizer 130. The steam line 210 described above is provided. As a result, the combustion catalyst gas introduced into the vaporizer heats water introduced into the steam line 210 to generate steam. Since the steam line 210 is as described with reference to FIG. 3, a detailed description thereof will be omitted below.

도 7을 참조하면, 상기 스팀라인(210)으로부터 발생한 스팀은 상기 기화기(130)로부터 배출되어, 상기 기화기 상부에 결합된 판형 스팀개질기(120)로 공급된다. 상기 스팀개질 반응기(120) 내 구조에 대한 설명은 도 3에서 설명한 바와 같으니 이하 생략하며, 상기 스팀의 공급 및 반응가스 배출은 통상의 배관 라인 등을 통하여 이루어지므로, 종래 기술과 같다. 따라서, 이하 스팀 공급 Referring to FIG. 7, steam generated from the steam line 210 is discharged from the vaporizer 130, and is supplied to the plate steam reformer 120 coupled to the upper portion of the vaporizer. Since the description of the structure in the steam reforming reactor 120 is the same as described in Figure 3 will be omitted below, the supply of steam and the discharge of the reaction gas is made through a conventional piping line, the same as the prior art. Therefore, the steam supply below

이상 살핀 바와 같이, 본 발명에 따른 고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기는 연료촉매 반응기/스팀개질기/기화기의 판형 적층 구조를 통하여, 개질기의 열 효율을 향상시키고, 아울러 물을 가열시키는 보일러 사용을 최소화함으로써 개질기 크기를 소형화시킬 수 있다. As described above, the solid oxide fuel cell steam reforming reactor according to the present invention improves the thermal efficiency of the reformer and minimizes the use of a boiler to heat the water through a plate stack structure of the fuel catalyst reactor / steam reformer / vaporizer. The reformer size can be miniaturized.

따라서, 본 발명에 따른 상술한 고체산화물 연료전지 스팀 개질 반응기는 스택 형태(즉, 판 형태)의 연료전지의 상단 또는 하단과 용이하게 결합되어, 연료전지 시스템(연료전지, 개질기 포함)의 공간 활용도를 극대화할 수 있다. 이 경우, 상기 연료전지의 연료극 및 공기극의 배기가스(연료, 공기)등이 상기 판형 연소촉매 반응기 등에 공급, 가열되어, 스팀 발생에 사용될 수 있다. Therefore, the above-described solid oxide fuel cell steam reforming reactor according to the present invention is easily combined with the top or bottom of the stack cell (ie, plate form) of the fuel cell, thereby utilizing the space utilization of the fuel cell system (including the fuel cell and the reformer). Can be maximized. In this case, the exhaust gas (fuel, air) and the like of the fuel electrode and the air electrode of the fuel cell may be supplied to the plate combustion catalyst reactor or the like and used to generate steam.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.It is to be understood that the terms "comprises", "comprising", or "having" as used in the foregoing description mean that the constituent element can be implanted unless specifically stated to the contrary, But should be construed as further including other elements. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.

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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 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 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas falling within the scope of the same shall be construed as falling within the scope of the present invention.

Claims (13)

고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기로서, 상기 고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기는,
연소촉매 가스가 일 측으로 주입되어, 연소된 후 타측으로 배출되는 판형 연소촉매 반응기(110);
상기 판형 연소촉매 반응기(110) 하부에 결합된 판형 스팀 개질기(120);
상기 판형 스팀 개질기(120) 하부에 결합되어, 물이 내부로 주입되는 판형 기화기(130)를 포함하며, 여기에서 상기 기화기(130)는, 물이 주입된 후, 기화되어 스팀이 배출되는 스팀라인(210);
상기 기화기(130)의 일 측에 구비되어, 상기 연소촉매 반응기로부터 배출되는 연소촉매 가스가 유입되는 연소촉매 가스 유입부(220); 및
상기 기화기의 타 측에 구비되어, 상기 연소촉매 가스 유입부(220)를 통하여 유입된 연소촉매 가스가 외부로 배출되는 연소촉매 가스 배출부(230)를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기.As a solid oxide fuel cell steam reforming reactor, the solid oxide fuel cell steam reforming reactor,
Combustion catalyst gas is injected to one side, the plate-shaped combustion catalyst reactor 110 is discharged to the other side after burning;
A plate-type steam reformer 120 coupled to the bottom of the plate-type combustion catalyst reactor 110;
Coupled to the plate-shaped steam reformer 120, and includes a plate-shaped vaporizer 130 is injected into the water, wherein the vaporizer 130, after the water is injected, the steam line is vaporized to discharge steam 210;
A combustion catalyst gas inlet unit 220 provided at one side of the vaporizer 130 and into which a combustion catalyst gas discharged from the combustion catalyst reactor is introduced; And
It is provided on the other side of the vaporizer, the solid oxide fuel cell steam characterized in that it comprises a combustion catalyst gas discharge unit 230 for the combustion catalyst gas introduced through the combustion catalyst gas inlet 220 is discharged to the outside Reforming reactor. 제 1항에 있어서,
상기 스팀라인의 일단으로 주입된 물은 상기 기화기 내로 유입된 연소촉매 가스로부터 열을 공급받아 기화되어 스팀으로 형성되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기.The method of claim 1,
Water injected into one end of the steam line is a solid oxide fuel cell steam reforming reactor characterized in that the vaporized by receiving heat from the combustion catalyst gas introduced into the vaporizer to form a steam. 제 2항에 있어서,
상기 스팀라인에서 형성된 스팀은 상기 스팀라인의 타단으로 배출되어, 상기 판형 스팀 개질기의 일 측으로 유입되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기.3. The method of claim 2,
Steam formed in the steam line is discharged to the other end of the steam line, the solid oxide fuel cell steam reforming reactor, characterized in that flowing into one side of the plate-type steam reformer. 제 1항에 있어서,
상기 판형 스팀 개질기로 유입되는 스팀은 상기 판형 스팀 개질기의 일 측으로 유입되기 전, 연료와 혼합되는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기.The method of claim 1,
The steam flowing into the plate steam reformer is mixed with the fuel before entering the one side of the plate steam reformer, characterized in that the solid oxide fuel cell steam reforming reactor. 제 1항에 있어서,
상기 판형 연소촉매 반응기, 판형 스팀개질기, 판형 기화기는 동일 면적의 박스 형태인 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기.The method of claim 1,
The plate type combustion catalyst reactor, plate type steam reformer, and plate type vaporizer are solid oxide fuel cell steam reforming reactor, characterized in that the box area of the same area. 제 1항에 있어서,
상기 스팀라인은 상기 기화기의 일면의 일 측에 주입된 후, 상기 일면의 대향면의 타측으로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기.The method of claim 1,
The steam line is injected into one side of the one side of the vaporizer, the solid oxide fuel cell steam reforming reactor, characterized in that configured to be discharged to the other side of the opposite side of the one side. 제 6항에 있어서,
상기 스팀라인은 적어도 하나 이상의 U자부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기.The method according to claim 6,
The steam line is a solid oxide fuel cell steam reforming reactor comprising at least one U-shaped portion. 제 6항에 있어서,
상기 스팀라인은 적어도 하나 이상의 벨로우즈부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체산화물 연료전지 스팀개질 반응기.The method according to claim 6,
The steam line is a solid oxide fuel cell steam reforming reactor comprising at least one bellows. 제 1항에 있어서,
상기 스팀 개질기 내부에는 상기 주입되는 스팀개질기 연료와 스팀을 흐름을 변경하기 위한 적어도 하나 이상의 판형 배플이 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스팀개질 반응기.The method of claim 1,
And at least one plate-shaped baffle for changing the flow of the injected steam reformer fuel and steam in the steam reformer. 제 1항에 있어서,
상기 판형 스팀개질기 내에 구비되는 촉매는 세리아 베이스 귀금속 촉매인 것을 특징으로 하는 연료전지 스팀개질 반응기.The method of claim 1,
The catalyst provided in the plate steam reformer is a fuel cell steam reforming reactor, characterized in that the ceria-based noble metal catalyst. 제 1항에 있어서,
상기 판형 연소촉매 반응기 내에는 전기 히터가 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 스팀개질 반응기.The method of claim 1,
The fuel cell steam reforming reactor, characterized in that the electric heater is provided in the plate-type combustion catalyst reactor. 연료전지 시스템으로,
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 연료전지 스팀개질 반응기가 상기 연료전지 시스템에 구비된 연료전지 스택의 상단 또는 하단에 결합된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.With fuel cell system,
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 11, wherein the fuel cell steam reforming reactor is coupled to an upper end or a lower end of a fuel cell stack provided in the fuel cell system. 삭제delete
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