KR102510471B1 - Auto-thermal reformer - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자열 개질 반응을 이용한 수소 생성시 반응관 내에서 발생하는 핫 스팟을 최소화하여 수소 생성 효율을 향상시킬 수 있는 자열 개질 장치에 관한 것으로, 일 방향으로 연장된 파이프 형상의 반응관과, 상기 반응관을 길이방향으로 관통하는 전열부재와, 상기 반응관의 내부에 충진되고 상기 반응관으로 주입된 원료와 반응하여 수소를 생성하는 촉매와, 상기 전열부재의 양단 내부에 각각 결합되고 상기 전열부재가 상기 반응관의 내주면에서 이격되도록 지지하는 한 쌍의 이너캡과, 상기 반응관의 일단을 감싸도록 결합되고 상기 반응관의 내부로 원료 및 공기를 공급하기 위한 주입구가 형성된 제1아우터캡과, 상기 반응관의 타단을 감싸도록 결합되며 상기 반응관에서 생성된 수소가 배출되는 배출구가 형성된 제2아우터캡을 포함한다.The present invention relates to an autothermal reforming apparatus capable of improving hydrogen production efficiency by minimizing hot spots generated in a reaction tube when generating hydrogen using an autothermal reforming reaction, comprising: a pipe-shaped reaction tube extending in one direction; A heat transfer member penetrating the reaction tube in the longitudinal direction, a catalyst filled in the reaction tube and generating hydrogen by reacting with the raw material injected into the reaction tube, and coupled to both ends of the heat transfer member and the heat transfer member A pair of inner caps supporting a pair of inner caps spaced apart from the inner circumferential surface of the reaction tube, and a first outer cap coupled to surround one end of the reaction tube and having an inlet for supplying raw materials and air to the inside of the reaction tube; A second outer cap is coupled to surround the other end of the reaction tube and has an outlet through which hydrogen generated in the reaction tube is discharged.

Description

자열 개질 장치{AUTO-THERMAL REFORMER}Autothermal reformer {AUTO-THERMAL REFORMER}

본 발명은 자열 개질 장치에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 자열 개질 반응을 이용한 수소 생성시 반응관 내에서 발생하는 핫 스팟을 최소화하여 수소 생성 효율을 향상시킬 수 있는 자열 개질 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an autothermal reforming device, and more particularly, to an autothermal reforming device capable of improving hydrogen generation efficiency by minimizing hot spots generated in a reaction tube when hydrogen is generated using an autothermal reforming reaction.

연료전지차량(Fuel Cell Electric Vehicle; FCEV)은 내연기관을 대신하여 연료전지가 적용된 차량으로서, 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 발생한 전기에너지를 동력원으로 사용하는 차량이다.A fuel cell electric vehicle (FCEV) is a vehicle to which a fuel cell is applied instead of an internal combustion engine, and uses electric energy generated by electrochemically reacting hydrogen and oxygen as a power source.

연료전지차량의 연료로 사용되는 수소는 상온에서 기체 상태로 존재하므로 대량으로 저장하거나 보관하는 것이 용이하지 못하였다. 이러한 이유로, 연료전지차량에는 액체 상태의 연료를 원료로 하여 수소가 풍부한 개질 가스를 생산하는 연료 개질 장치가 구비된다.Since hydrogen used as a fuel for fuel cell vehicles exists in a gaseous state at room temperature, it is not easy to store or store it in large quantities. For this reason, a fuel cell vehicle is provided with a fuel reforming device that produces hydrogen-rich reformed gas using liquid fuel as a raw material.

연료 개질 장치는, 수증기 개질(Steam Reforming; SR) 반응, 부분 산화(Partial Oxidation; POX) 반응 및 자열 개질(Auto-Thermal Reforming; ATR) 반응을 이용하여 수소가 풍부한 개질 가스를 발생시키는 구조로 이루어진다.The fuel reformer has a structure that generates hydrogen-rich reformed gas using a steam reforming (SR) reaction, a partial oxidation (POX) reaction, and an auto-thermal reforming (ATR) reaction. .

수증기 개질 반응은 수소의 수율과 안정성이 상대적으로 높은 반면, 흡열반응으로 인해 많은 양의 열을 외부에서 공급해야 하는 단점이 있고, 화학평형 면에서의 전환율 제한과 낮은 반응속도에 의하여 장치가 커지게 되는 단점이 있다While the steam reforming reaction has a relatively high hydrogen yield and stability, it has the disadvantage of requiring a large amount of heat to be supplied from the outside due to the endothermic reaction, and the conversion rate limit in terms of chemical equilibrium and the low reaction rate make the device large. There is a downside to being

부분 산화 개질 반응은 연료의 불완전 연소를 통한 개질 반응이며, 발열 반응으로 반응관 온도가 높아 별도의 가열수단이 필요치 않고 반응속도가 상대적으로 빠른 반면, 수소의 수율이 높지 않은 단점이 있다.The partial oxidation reforming reaction is a reforming reaction through incomplete combustion of fuel, and the reaction tube temperature is high due to an exothermic reaction, so a separate heating means is not required and the reaction rate is relatively fast, but the yield of hydrogen is not high.

자열 개질 장치는 수소 생성 효율이 높은 수증기 개질 장치의 장점과 적당한 발열 반응을 유지하는 부분 산화 개질 장치의 장점을 조합한 장치로, 반응에서 발생한 열을 바로 소비할 수 있으므로 가열수단 또는/및 냉각수단이 필요치 않으며 반응속도가 빠른 장점이 있다.The autothermal reformer is a device that combines the advantages of a steam reformer with high hydrogen production efficiency and the advantages of a partial oxidation reformer that maintains an appropriate exothermic reaction, and since the heat generated in the reaction can be consumed immediately, a heating means or/and a cooling means It does not require this and has the advantage of fast reaction speed.

상술한 자열 개질 장치의 부분 산화 개질 반응은 산소가 주입되는 반응관의 전단부에서 빠르게 진행되는 반면, 수증기 개질 반응은 반응관 전체에 걸쳐 천천히 진행된다. 즉, 반응관의 전단부는 부분 산화 개질의 발열 반응으로 높은 반응온도를 나타내지만, 수증기 개질의 흡열 반응으로 인하여 반응관의 후단부로 갈수록 반응온도가 낮아지게 된다.The partial oxidation reforming reaction of the autothermal reforming device described above proceeds rapidly at the front end of the reaction tube into which oxygen is injected, whereas the steam reforming reaction proceeds slowly throughout the reaction tube. That is, the front end of the reaction tube exhibits a high reaction temperature due to the exothermic reaction of partial oxidation reforming, but the reaction temperature decreases toward the rear end of the reaction tube due to the endothermic reaction of steam reforming.

그런데, 종래의 자열 개질 장치는 반응관 내부에서 대략 400℃ 이상의 열이 발생되는데, 이때 발생한 열이 금속 소재로 이루어진 반응관의 내벽에 집중되어 핫 스팟(hot spot) 현상을 일으키게 된다.However, in the conventional autothermal reforming apparatus, heat of about 400° C. or higher is generated inside the reaction tube, and at this time, the generated heat is concentrated on the inner wall of the reaction tube made of a metal material, causing a hot spot phenomenon.

이러한 핫 스팟 현상은 반응관의 내벽을 산화시킬 뿐만 아니라 산화 파티클에 의한 코크(coke)를 반응관의 내부에 형성하므로, 연료를 포함하는 반응물의 이동이 원활하지 못하게 되고, 촉매의 반응 효율이 저하되며, 전체 장치의 내구성 및 신뢰성이 떨어지게 되는 문제점이 있었다.This hot spot phenomenon not only oxidizes the inner wall of the reaction tube, but also forms coke by oxidized particles inside the reaction tube, so that the movement of reactants including fuel is not smooth, and the reaction efficiency of the catalyst is lowered. And, there was a problem that the durability and reliability of the entire device is lowered.

또한, 종래의 자열 개질 장치는 허니콤 구조의 각 셀이 별도 구획된 공간을 가지고 있어 각 셀로의 균일한 촉매 충진이 어려운 문제점이 있었다.In addition, the conventional autothermal reforming apparatus has a problem in that each cell of the honeycomb structure has a separately partitioned space, making it difficult to uniformly fill the catalyst into each cell.

등록특허공보 제10-0498159호(2005.07.01.)Registered Patent Publication No. 10-0498159 (2005.07.01.)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 반응관에서 발생하는 핫 스팟 현상을 억제할 수 있는 자열 개질 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the problems of the prior art described above, and an object of the present invention is to provide an autothermal reforming apparatus capable of suppressing a hot spot phenomenon occurring in a reaction tube.

또한, 본 발명은 반응관의 반응온도를 촉매가 안정적으로 작동할 수 있는 범위 내로 유지시킴으로써 일산화탄소의 발생을 최소화할 수 있는 자열 개질 장치의 제공을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to provide an autothermal reformer capable of minimizing the generation of carbon monoxide by maintaining the reaction temperature of the reaction tube within a range in which the catalyst can stably operate.

또한, 본 발명은 촉매의 반응 효율, 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 자열 개질 장치의 제공을 목적으로 한다.In addition, an object of the present invention is to provide an autothermal reforming device capable of improving reaction efficiency, durability and reliability of a catalyst.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 부분 산화 개질 반응과 수증기 개질 반응을 이용하여 수소를 생성하는 자열 개질 장치로서, 일 방향으로 연장된 파이프 형상의 반응관과, 상기 반응관을 길이방향으로 관통하는 전열부재와, 상기 반응관의 내부에 충진되고 상기 반응관으로 주입된 원료와 반응하여 수소를 생성하는 촉매와, 상기 전열부재의 양단 내부에 각각 결합되고 상기 전열부재가 상기 반응관의 내주면에서 이격되도록 지지하는 한 쌍의 이너캡과, 상기 반응관의 일단을 감싸도록 결합되고 상기 반응관의 내부로 원료 및 공기를 공급하기 위한 주입구가 형성된 제1아우터캡과, 상기 반응관의 타단을 감싸도록 결합되며 상기 반응관에서 생성된 수소가 배출되는 배출구가 형성된 제2아우터캡을 포함한다.The present invention for achieving the above object is an autothermal reforming apparatus for generating hydrogen using a partial oxidation reforming reaction and a steam reforming reaction, comprising a pipe-shaped reaction tube extending in one direction and penetrating the reaction tube in the longitudinal direction. A heat transfer member, a catalyst filled in the reaction tube and generating hydrogen by reacting with the raw material injected into the reaction tube, coupled to both ends of the heat transfer member, and the heat transfer member being spaced apart from the inner circumferential surface of the reaction tube A pair of inner caps supported as much as possible, a first outer cap coupled to surround one end of the reaction tube and having an inlet for supplying raw materials and air into the reaction tube, and a first outer cap so as to surround the other end of the reaction tube. It is coupled and includes a second outer cap formed with an outlet through which hydrogen generated in the reaction tube is discharged.

상술한 구성 중 상기 전열부재는, 상기 반응관의 중심에 위치되는 제1전열부재와, 상기 제1전열부재를 기준으로 방사상 배열된 다수개의 제2전열부재로 구성된다. 이때, 상기 전열부재의 일단에는 상기 제1전열부재와 상기 제2전열부재의 위치를 지정하는 베플이 설치된다.Among the above configurations, the heat transfer member is composed of a first heat transfer member positioned at the center of the reaction tube and a plurality of second heat transfer members radially arranged with respect to the first heat transfer member. At this time, a baffle for designating positions of the first heat transfer member and the second heat transfer member is installed at one end of the heat transfer member.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명은 전열부재를 이용하여 부분 산화 개질 반응에 의해 발생한 열을 반응관의 전단부에서 후단부로 전달함으로써, 반응관의 전단부에서 핫 스팟 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 이를 통하여 촉매의 반응 효율, 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.The present invention configured as described above can prevent a hot spot phenomenon from occurring at the front end of the reaction tube by transferring heat generated by the partial oxidation reforming reaction from the front end to the rear end of the reaction tube using a heat transfer member, , Through this, the reaction efficiency, durability and reliability of the catalyst can be improved.

또한, 본 발명은 전열부재를 이용하여 열을 전달함으로써 반응관의 반응온도를 일정하게 유지함으로써 촉매가 안정적으로 반응할 수 있도록 하며, 부산물인 일산화탄소의 발생을 최소화할 수 있다.In addition, the present invention allows the catalyst to react stably by maintaining a constant reaction temperature in the reaction tube by transferring heat using a heat transfer member, and it is possible to minimize the generation of carbon monoxide as a by-product.

또한, 본 발명은 전열부재를 제외한 나머지 공간이 모두 연통되어 촉매의 충진이 용이하고, 균일한 층을 갖는 촉매 충진이 가능하므로 생산효율이 높일 수 있음은 물론 제조원가가 절감되며, 균일한 충진에 의해 반응효율과 수소생산효율을 높일 수 있다.In addition, in the present invention, since all spaces except for the heat transfer member are communicated, it is easy to fill the catalyst, and it is possible to fill the catalyst with a uniform layer, so that the production efficiency can be increased, the manufacturing cost can be reduced, and the uniform filling Reaction efficiency and hydrogen production efficiency can be increased.

또한, 본 발명은 각 구성부품이 조립식 체결구조로 이루어져 공수가 절감될 뿐만 아니라, 조립방법이 매우 용이하고 조립성도 우수하여 생산효율을 향상시킬 수 있다. In addition, in the present invention, each component is formed of a prefabricated fastening structure, so that not only man-hours are reduced, but also the assembly method is very easy and the assemblability is excellent, so that the production efficiency can be improved.

또한, 본 발명은 베플의 설치로 인해, 핫 스팟 제거에 더욱 효율적인 기능을 부가하고, 조립을 용이하게 하여 생산효율을 높일 수 있다. In addition, the present invention can increase production efficiency by adding a more efficient function to remove hot spots and facilitating assembly due to the installation of the baffle.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 자열 개질 장치의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자열 개질 장치의 분해사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자열 개질 장치의 단면사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자열 개질 장치 중 전열부재 및 이너캡의 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자열 개질 장치의 단면사시도.1 is a perspective view of an autothermal reforming apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is an exploded perspective view of an autothermal reforming device according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional perspective view of an autothermal reforming device according to an embodiment of the present invention.
4 is a view of a heat transfer member and an inner cap in an autothermal reforming device according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional perspective view of an autothermal reforming device according to another embodiment of the present invention.

첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이하, 본 발명에 따른 실시예를 설명함에 있어, 그리고 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였다.An embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Hereinafter, in describing embodiments according to the present invention, and in adding reference numerals to components of each drawing, the same numerals have been added to the same components as much as possible even though they are displayed on different drawings.

본 발명은 부분 산화 개질 반응과 수증기 개질 반응을 이용하여 수소를 생성하는 자열 개질 장치로서, 반응관의 전단부에서 부분 산화 개질 반응 시 발생하는 핫 스팟 현상을 억제함으로써 촉매의 반응 효율을 높이고, 장치의 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있는 자열 개질 장치이다.The present invention is an autothermal reforming device that generates hydrogen using partial oxidation reforming and steam reforming, and suppresses the hot spot phenomenon that occurs during partial oxidation reforming at the front end of a reaction tube to increase the reaction efficiency of the catalyst. It is an autothermal reforming device that can improve durability and reliability of

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자열 개질 장치에 대해 자세히 살펴보도록 한다.The autothermal reforming apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 4 .

본 실시예에 따른 자열 개질 장치(100)는, 반응관(110)과, 반응관(110)을 길이방향으로 관통하는 전열부재(120)와, 반응관(110)의 내부에 충진되는 촉매(130)와, 전열부재(120)의 양단에 각각 결합되는 이너캡(140,150)과, 반응관(110)의 양단에 각각 결합되는 아우터캡(160,170)과, 반응관(110)의 둘레를 감싸는 전열코일(180)을 포함하여 구성된다.The autothermal reforming apparatus 100 according to the present embodiment includes a reaction tube 110, a heat transfer member 120 penetrating the reaction tube 110 in the longitudinal direction, and a catalyst filled inside the reaction tube 110 ( 130), inner caps 140 and 150 coupled to both ends of the heat transfer member 120, outer caps 160 and 170 coupled to both ends of the reaction tube 110, respectively, and electric heat surrounding the reaction tube 110. It is configured to include a coil 180.

반응관(110)은 수소 생성을 위한 부분 산화 개질 반응과 수증기 개질 반응이 진행되는 부분으로, 일 방향으로 연장된 중공의 파이프 형상을 갖는다. 이러한 반응관(110)의 내부에는 공급된 원료와 반응하여 수소를 생성하는 촉매(130)가 충전된다.The reaction tube 110 is a part where a partial oxidation reforming reaction and a steam reforming reaction for hydrogen generation proceed, and has a hollow pipe shape extending in one direction. The reaction tube 110 is filled with a catalyst 130 that reacts with supplied raw materials to generate hydrogen.

한편, 수소 생성을 위한 부분 산화 개질 반응은 반응관(110)의 전단부에서 진행되고, 수증기 개질 반응은 반응관(110)의 전 부분에서 진행된다. 이때, 부분 산화 개질 반응이 진행되는 반응관(110)의 전단부에서는 400℃ 이상의 반응열이 발생하게 된다.Meanwhile, a partial oxidation reforming reaction for generating hydrogen proceeds at the front end of the reaction tube 110, and a steam reforming reaction proceeds at the entire portion of the reaction tube 110. At this time, reaction heat of 400° C. or more is generated at the front end of the reaction tube 110 where the partial oxidation reforming reaction proceeds.

본 실시예의 반응관(110)은 전단부에서 발생할 반응열을 후단부로 전달할 수 있도록 구리, 알루미늄 등의 열전도성 재질로 제작된다. 특히, 반응관(110)의 내벽은 표면 처리 또는 피막 처리되어 반응열에 의해 금속 소재의 반응관(110)이 산화되는 것을 방지한다.The reaction tube 110 of this embodiment is made of a thermally conductive material such as copper or aluminum so that the reaction heat generated at the front end can be transferred to the rear end. In particular, the inner wall of the reaction tube 110 is surface-treated or coated to prevent oxidation of the reaction tube 110 made of metal by reaction heat.

전열부재(120)는 반응관(110)의 전단부에서 발생한 반응열을 후단부로 전달하기 위한 전열수단이다. 이러한 전열부재(120)는 일 방향으로 연장된 샤프트 형상이며, 반응관(110)을 길이방향으로 관통하도록 설치된다. 이때, 전열부재(120)는 반응열을 효과적으로 전달할 수 있도록 열전도성이 우수한 구리 재질로 제작된다.The heat transfer member 120 is a heat transfer means for transferring reaction heat generated at the front end of the reaction tube 110 to the rear end. The heat transfer member 120 has a shaft shape extending in one direction and is installed to penetrate the reaction tube 110 in the longitudinal direction. At this time, the heat transfer member 120 is made of a copper material having excellent thermal conductivity so that the reaction heat can be effectively transferred.

본 실시예에서는 전열부재(120)를 원형 단면의 샤프트 형상으로 예시하고 있으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도 4에 도시된 것처럼, 전열부재(120)의 단면이 별 모양을 포함하는 다각형으로 형성될 수 있는데, 이럴 경우 전열부재(120)이 표면적이 증대시켜 열 전달 효율을 향상시킬 수 있다.In this embodiment, the heat transfer member 120 is illustrated as a shaft shape of circular cross section, but is not necessarily limited thereto. As shown in FIG. 4 , the cross section of the heat transfer member 120 may be formed in a polygonal shape including a star shape. In this case, the surface area of the heat transfer member 120 may be increased to improve heat transfer efficiency.

상술한 전열부재(120)의 양단에는 이너캡(140,150)과의 결합을 위한 체결봉(122,124)이 돌출된다. 체결봉(122,124)은, 제1이너캡(140)에 삽입 결합되는 제1체결봉(122)과, 제2이너캡(150)에 나사 결합되는 제2체결봉(124)으로 구성된다.Fastening rods 122 and 124 for coupling with the inner caps 140 and 150 protrude from both ends of the aforementioned heat transfer member 120 . The fastening rods 122 and 124 are composed of a first fastening rod 122 inserted into the first inner cap 140 and a second fastening rod 124 screwed into the second inner cap 150 .

제1체결봉(122)과 제2체결봉(124)은 전열부재(120)보다 작은 직경의 샤프트 형상을 갖는다. 이때, 제1체결봉(122)은 제1이너캡(140)에 쉽게 삽입될 수 있도록 선단으로 갈수록 직경이 작아지는 테이퍼 형상으로 형성된다. 또한, 제2체결봉(122)은 제2이너캡(150)에 나사 결합될 수 있도록 그 외주면에 나사산이 형성된다.The first fastening bar 122 and the second fastening bar 124 have a shaft shape with a diameter smaller than that of the heat transfer member 120 . At this time, the first fastening rod 122 is formed in a tapered shape with a diameter decreasing toward the tip so that it can be easily inserted into the first inner cap 140 . In addition, a screw thread is formed on the outer circumferential surface of the second fastening rod 122 so that it can be screwed to the second inner cap 150 .

한편, 전열부재(120)는 반응관(110)의 내부에 방사상으로 배치된 다수로 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 전열부재(120)는, 반응관(110)의 중심을 관통하는 제1전열부재(120a)와, 제1전열부재(120a)를 기준으로 방사상 배열되는 다수의 제2전열부재(120b)로 구성된다. 이때, 제1전열부재(120a)는 제2전열부재(120b)보다 큰 직경으로 형성된다.On the other hand, the heat transfer member 120 is composed of a plurality of radially arranged inside the reaction tube (110). As shown in FIG. 2, the heat transfer member 120 includes a first heat transfer member 120a passing through the center of the reaction tube 110, and a plurality of first heat transfer members 120a that are radially arranged based on the first heat transfer member 120a. It consists of two heat transfer members (120b). At this time, the first heat transfer member 120a is formed with a larger diameter than the second heat transfer member 120b.

이와 같이, 전열부재(120)를 방사상으로 배치할 경우 반응관(110)의 내부 전반에서 발생하는 반응열을 흡수하여 효과적으로 전달할 수 있다. 특히, 반응관의 내벽에 집중되는 반응열을 흡수하여 전달함으로써 핫 스팟(hot spot) 현상을 방지할 수 있다.In this way, when the heat transfer member 120 is disposed radially, reaction heat generated throughout the inside of the reaction tube 110 can be absorbed and effectively transferred. In particular, a hot spot phenomenon can be prevented by absorbing and transferring reaction heat concentrated on the inner wall of the reaction tube.

촉매(130)는 반응관(110)으로 공급된 원료와 반응하여 수소를 생성하는 역할을 한다. 본 실시예에서는 원료인 메탄올과 반응하여 수소를 생성할 수 있도록 구리/아연(Cu/ZnO) 함유 촉매가 사용된다. 구리/아연 함유 촉매는 산화구리/산화아연 촉매 등을 환원시킴으로써 얻어진다. 이때, 촉매(130)는 표면적을 증대시켜 접촉효율을 향상시킬 수 있도록 미분말의 알루미나를 분산제로 성형되는 펠릿(pellet) 형상일 수 있다.The catalyst 130 reacts with the raw material supplied to the reaction tube 110 to generate hydrogen. In this embodiment, a catalyst containing copper/zinc (Cu/ZnO) is used to react with methanol as a raw material to generate hydrogen. A copper/zinc containing catalyst is obtained by reducing a copper oxide/zinc oxide catalyst or the like. At this time, the catalyst 130 may be in the form of pellets in which finely powdered alumina is molded as a dispersant so as to increase the surface area and improve the contact efficiency.

이너캡(140,150)은 전열부재(120)가 반응관(110)의 내주면에서 이격된 상태로 설치될 수 있도록 지지하는 역할을 한다. 이러한 이너캡(140,150)은, 전열부재(120)의 일단에 결합되는 제1이너캡(140)과, 전열부재(120)의 타단에 결합되는 제2이너캡(150)으로 구성된다.The inner caps 140 and 150 serve to support the heat transfer member 120 to be installed in a spaced apart state from the inner circumferential surface of the reaction tube 110 . These inner caps 140 and 150 are composed of a first inner cap 140 coupled to one end of the heat transfer member 120 and a second inner cap 150 coupled to the other end of the heat transfer member 120 .

제1이너캡(140)은 소정의 두께를 가진 원판이다. 제1이너캡(140)에는 전열부재(120)의 제1체결봉(122)이 삽입되는 제1체결공(142)이 형성된다. 또한, 제1이너캡(140)에는 후술할 제1아우터캡(160)의 주입구(162)를 통해 공급된 원료 및 공기가 이송되는 제1통공(144)이 형성된다.The first inner cap 140 is a disc having a predetermined thickness. A first fastening hole 142 into which the first fastening rod 122 of the heat transfer member 120 is inserted is formed in the first inner cap 140 . In addition, the first inner cap 140 is formed with a first through hole 144 through which raw materials and air supplied through the inlet 162 of the first outer cap 160 are transported.

제1체결공(142)과 제1통공(144)은 제1이너캡(140)의 중심을 기준으로 방사상 배열된 다수로 이루어진다. 특히, 제1통공(144)은 제1이너캡(140)의 전면에서 후면으로 갈수록 직경이 확장되는 테이퍼 형상으로 형성되는데, 이처럼 제1통공(144)을 테이퍼 형상으로 형성될 경우 반응관(110)의 내부로 이송되는 원료 및 공기의 속도를 줄여 촉매(130)와의 반응효율을 향상시킬 수 있다.A plurality of first fastening holes 142 and first through holes 144 are radially arranged around the center of the first inner cap 140 . In particular, the first through hole 144 is formed in a tapered shape in which the diameter expands from the front side of the first inner cap 140 to the rear side. ) It is possible to improve the reaction efficiency with the catalyst 130 by reducing the speed of raw materials and air transported into the interior.

제2이너캡(150)은 제1이너캡(140)과 동일한 원판 형상이다. 제2이너캡(150)에는, 전열부재(120)의 제2체결봉(124)이 나사 결합되는 제2체결공(152)과, 반응관(110)에서 생성된 수소가 이송되는 제2통공(154)이 형성된다.The second inner cap 150 has the same disk shape as the first inner cap 140 . The second inner cap 150 includes a second fastening hole 152 through which the second fastening rod 124 of the heat transfer member 120 is screwed together, and a second through hole through which hydrogen generated in the reaction tube 110 is transported. (154) is formed.

제2체결공(152)과 제2통공(154)은 제2이너캡(150)의 중심을 기준으로 방사상 배열된 다수로 이루어진다. 특히, 제2통공(154)에는 제2체결봉(124)과의 나사 결합을 위한 나사산이 형성된다.A plurality of second fastening holes 152 and second through holes 154 are radially arranged with respect to the center of the second inner cap 150 . In particular, a screw thread for screwing with the second fastening bar 124 is formed in the second through hole 154 .

상술한 제1이너캡(140)과 제2이너캡(150)은 전열부재(120)의 설치 시 반응관(110)의 내부로 삽입된다. 즉, 반응관(110)의 내벽에 밀착되게 결합되어 전열부재(120)가 반응관(110)의 내주면에서 이격되도록 한다.The aforementioned first inner cap 140 and second inner cap 150 are inserted into the reaction tube 110 when the heat transfer member 120 is installed. That is, it is tightly coupled to the inner wall of the reaction tube 110 so that the heat transfer member 120 is spaced apart from the inner circumferential surface of the reaction tube 110.

아우터캡(160,170)은, 반응관(110)의 전단에 결합되는 제1아우터캡(160)과, 반응관(110)의 후단에 결합되는 제2아우터캡(170)으로 구성된다.The outer caps 160 and 170 are composed of a first outer cap 160 coupled to the front end of the reaction tube 110 and a second outer cap 170 coupled to the rear end of the reaction tube 110.

제1아우터캡(160)은 제1이너캡(140)이 삽입된 반응관(110)의 전단을 감싸도록 컵 형상으로 형성된다. 제1아우터캡(160)에는 반응관(110)의 내부로 원료 및 공기를 공급하기 위한 주입구(162)가 형성된다.The first outer cap 160 is formed in a cup shape to surround the front end of the reaction tube 110 into which the first inner cap 140 is inserted. An inlet 162 for supplying raw materials and air to the inside of the reaction tube 110 is formed in the first outer cap 160 .

또한, 제2아우터캡(170)은 제2이너캡(150)이 삽입된 반응관(110)의 후단을 감싸도록 컵 형상으로 형성된다. 제2아우터캡(170)에는 반응관(110)에서 생성된 수소를 배출하기 위한 배출구(172)가 형성된다.In addition, the second outer cap 170 is formed in a cup shape to surround the rear end of the reaction tube 110 into which the second inner cap 150 is inserted. An outlet 172 for discharging hydrogen generated in the reaction tube 110 is formed in the second outer cap 170 .

전열코일(180)은 반응관(110)의 전단부에서 발생한 반응열을 후단부로 전달하기 위한 전열수단으로, 반응관(110)의 전단부에서 외부로 방출되는 열을 흡수하여 반응관(110)의 후단부로 전달하는 역할을 한다. 이를 위하여, 전열코일(180)은 반응관(110)의 외주면을 감싸며 길이방향으로 연장되는 나선(spiral) 형태일 수 있다.The heat transfer coil 180 is a heat transfer means for transferring the reaction heat generated at the front end of the reaction tube 110 to the rear end. It plays a role in transmitting to the posterior end. To this end, the heat transfer coil 180 may have a spiral shape extending in the longitudinal direction while surrounding the outer circumferential surface of the reaction tube 110 .

상술한 바와 같이 구성된 자열 개질 장치(100)는, 제1아우터캡(160)의 주입구(162)를 통해 원료 및 공기를 주입할 경우 반응관(110)에 충진된 촉매(130)와 반응하여 수소를 생성한다.In the autothermal reforming apparatus 100 configured as described above, when raw materials and air are injected through the inlet 162 of the first outer cap 160, hydrogen reacts with the catalyst 130 filled in the reaction tube 110. generate

원료 및 공기가 주입될 경우 반응관(110)에서는 부분 산화 개질 반응과 수증기 개질 반응이 진행된다. 전술한 바와 같이, 부분 산화 개질 반응은 반응관(110)의 전단부에서 빠르게 진행되는 반면, 수증기 개질 반응은 반응관(110) 전체에서 천천히 진행된다. 이때, 반응관(110)의 전단부에서는 부분 산화 개질 반응에 따른 고온(400℃ 이상)의 반응열이 발생한다.When raw materials and air are injected, a partial oxidation reforming reaction and a steam reforming reaction proceed in the reaction tube 110. As described above, the partial oxidation reforming reaction proceeds rapidly at the front end of the reaction tube 110, whereas the steam reforming reaction proceeds slowly throughout the reaction tube 110. At this time, at the front end of the reaction tube 110, high-temperature (400 ° C. or more) heat of reaction is generated according to the partial oxidation reforming reaction.

본 실시예의 자열 개질 장치(100)는 전열수단인 반응관(110), 전열부재(120) 및 전열코일(180)을 포함하여 구성되는 바, 반응관(110)의 전단부에서 발생한 반응열을 반응관(110), 전열부재(120) 및 전열코일(180)을 통해 후단부로 전달할 수 있다.The autothermal reforming apparatus 100 of the present embodiment includes a reaction tube 110 as a heat transfer means, a heat transfer member 120, and a heat transfer coil 180, and the reaction heat generated at the front end of the reaction tube 110 is reacted. It can be transmitted to the rear end through the tube 110, the heat transfer member 120, and the heat transfer coil 180.

따라서, 반응관(110)의 전단부에서 발생되는 열 집중에 의한 핫 스팟 현상을 방지할 수 있다. 또한, 전열수단을 통해 반응열을 전달하여 수증기 개질 반응에 필요한 열로 사용할 수 있으므로 별도의 열 공급 수단을 추가할 필요가 없다. 특히, 반응관(110)의 반응 온도를 일정하게 유지할 수 있으므로 촉매의 반응 효율, 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 촉매가 안정적으로 반응하여 부산물인 일산화탄소의 발생을 최소화할 수 있다.Therefore, it is possible to prevent a hot spot phenomenon due to heat concentration generated at the front end of the reaction tube 110 . In addition, since the reaction heat can be transferred through the heat transfer means and used as heat necessary for the steam reforming reaction, there is no need to add a separate heat supply means. In particular, since the reaction temperature of the reaction tube 110 can be kept constant, the reaction efficiency, durability and reliability of the catalyst can be improved, and the catalyst reacts stably, thereby minimizing the generation of carbon monoxide as a by-product.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 자열 개질 장치의 단면도이다.5 is a cross-sectional view of an autothermal reforming device according to another embodiment of the present invention.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 자열 개질 장치(200)는, 반응관(210)과, 반응관(210)을 길이방향으로 관통하는 전열부재(220)와, 반응관(210)의 내부에 충진되는 촉매(230)와, 전열부재(220)의 양단에 각각 결합되는 이너캡(240,250)과, 반응관(110)의 양단에 각각 결합되는 아우터캡(260,270)과, 반응관(210)의 둘레를 감싸는 전열코일(180)과, 반응관(210)의 내부에 설치되는 베플(290)을 포함하여 구성된다.As shown in FIG. 5 , the autothermal reforming apparatus 200 according to the present embodiment includes a reaction tube 210, a heat transfer member 220 penetrating the reaction tube 210 in the longitudinal direction, and a reaction tube 210 ) The catalyst 230 filled in the inside, the inner caps 240 and 250 respectively coupled to both ends of the heat transfer member 220, the outer caps 260 and 270 respectively coupled to both ends of the reaction tube 110, and the reaction tube It is configured to include a heat transfer coil 180 surrounding the circumference of the 210 and a baffle 290 installed inside the reaction tube 210.

상술한 구성 중 아우터캡(260,270)과 베플(190)을 제외한 다른 구성요소들은 상술한 일 실시예의 구성요소들과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.Among the components described above, except for the outer caps 260 and 270 and the baffle 190, other components are the same as those of the above-described embodiment, and thus a detailed description thereof will be omitted.

본 실시예의 아우터캡(260,270)은, 반응관(210)의 전단에 결합되는 제1아우터캡(260)과, 반응관(110)의 후단에 결합되는 제2아우터캡(270)으로 구성된다.The outer caps 260 and 270 of this embodiment are composed of a first outer cap 260 coupled to the front end of the reaction tube 210 and a second outer cap 270 coupled to the rear end of the reaction tube 110.

제1아우터캡(260)과 제2아우터캡(270)은 반응관(210)의 전단과 후단을 감싸는 컵 형상으로 형성되고, 제1아우터캡(260)에는 반응관(210)의 내부로 원료 및 공기를 공급하기 위한 주입구(262,264)가 형성되며, 제2아우터캡(270)에는 반응관(210)에서 생성된 수소를 배출하기 위한 배출구(272)가 형성된다. 이때, 제1아우터캡(260)의 주입구(262,264)는, 원료를 공급하기 위한 제1주입구(262)와, 공기를 공급하기 위한 제2주입구(264)로 구성된다.The first outer cap 260 and the second outer cap 270 are formed in a cup shape that surrounds the front and rear ends of the reaction tube 210, and the first outer cap 260 has the raw material inside the reaction tube 210. And inlets 262 and 264 for supplying air are formed, and an outlet 272 for discharging hydrogen generated in the reaction tube 210 is formed in the second outer cap 270 . At this time, the inlets 262 and 264 of the first outer cap 260 include a first inlet 262 for supplying raw materials and a second inlet 264 for supplying air.

이와 같이, 원료를 주입하기 위한 주입구(262)와 공기를 주입하기 위한 주입구(264)를 별도로 형성하면, 반응관(110)으로 공급되는 원료 또는/및 공기의 양을 사용자의 필요에 따라 조절할 수 있다. 즉, 반응관(110)에 충진된 촉매(230)의 양에 따라 원료 또는/및 공기의 양을 조절할 수 있으므로, 촉매(230)와의 반응효율을 향상시킬 수 있다.In this way, if the inlet 262 for injecting the raw material and the inlet 264 for injecting air are separately formed, the amount of the raw material or/and air supplied to the reaction tube 110 can be adjusted according to the user's needs. there is. That is, since the amount of the raw material or/and air can be adjusted according to the amount of the catalyst 230 filled in the reaction tube 110, the reaction efficiency with the catalyst 230 can be improved.

한편, 도면에 도시되진 않았지만, 제2아우터캡(270)의 배출구(272)도 복수로 구성할 수 있는데, 이럴 경우 반응관(110)에서 생성된 수소와 수소 생성 시 발생한 반응 부산물을 별도로 배출할 수 있다.Meanwhile, although not shown in the drawing, a plurality of outlets 272 of the second outer cap 270 may also be configured. In this case, hydrogen generated in the reaction tube 110 and reaction by-products generated during hydrogen generation can be separately discharged. can

베플(290)은 전열부재(220)의 전단 측에 설치되어 전열부재(220)의 전단을 고정함으로써 전열부재(220)의 전단이 처지거나 유동하는 것을 방지하는 역할을 한다.The baffle 290 serves to prevent the front end of the heat transfer member 220 from sagging or flowing by being installed on the front end side of the heat transfer member 220 and fixing the front end of the heat transfer member 220 .

이러한 베플(290)은, 환형의 림(292)과, 림(292)의 중심을 기준으로 방사상으로 배열된 다수의 스포크(294)로 이루어진다. 이때, 림(292)의 중심에는 제1전열부재(220a)가 관통되는 안착링(296)이 형성되고, 스포크(294) 상에는 제2전열부재(220b)가 끼워지는 안착고리(298)가 형성된다.The baffle 290 includes an annular rim 292 and a plurality of spokes 294 radially arranged around the center of the rim 292 . At this time, a seating ring 296 through which the first heat transfer member 220a passes is formed at the center of the rim 292, and a seating ring 298 into which the second heat transfer member 220b is fitted is formed on the spoke 294 do.

상술한 베플(290)은 전열부재(220)의 전단이 처지거나 유동하는 것을 방지하는 역할 외에 반응관(210)의 전단부에 촉매 미반응 공간(212)을 형성하여 열 전달 효율을 향상시키는 역할을 한다.The baffle 290 described above plays a role of preventing the front end of the heat transfer member 220 from sagging or flowing, as well as improving heat transfer efficiency by forming a catalyst unreacted space 212 at the front end of the reaction tube 210. do

즉, 베플(290)은 방사상으로 배열된 다수의 스포크(294)로 이루어지므로 열 접촉 면적이 증대되어 촉매 미반응 공간(212)에서 발생한 열을 반응관(210)으로 쉽게 전달할 수 있어 열 전달 효율을 향상시킬 수 있다.That is, since the baffle 290 is composed of a plurality of spokes 294 arranged radially, the thermal contact area is increased so that the heat generated in the non-catalyzed reaction space 212 can be easily transferred to the reaction tube 210, thereby improving heat transfer efficiency. can improve

이상 본 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였는데, 상술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화가 가능함은 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 특정 실시예가 아니라 특허청구범위에 기재된 사항에 의해 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상도 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described above through preferred embodiments, but the above-described embodiments are only illustrative of the technical idea of the present invention, and various changes are possible within a range that does not depart from the technical idea of the present invention. Anyone with ordinary knowledge will be able to understand. Therefore, the protection scope of the present invention should be construed by the matters described in the claims, not the specific examples, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be construed as being included in the scope of the present invention.

100: 반응관 120: 전열부재
130: 촉매 140: 제1이너캡
150: 제2이너캡 160: 제1아우터캡
170: 제2아우터캡 180: 전열코일100: reaction tube 120: heat transfer member
130: catalyst 140: first inner cap
150: second inner cap 160: first outer cap
170: second outer cap 180: electric heating coil

Claims (21)

부분 산화 개질 반응과 수증기 개질 반응을 이용하여 수소를 생성하는 자열 개질 장치에 있어서,
일 방향으로 연장된 파이프 형상의 반응관;
상기 반응관을 길이방향으로 관통하는 일 방향으로 연장된 샤프트이며, 전열부재보다 작은 직경의 제1체결봉과 제2체결봉이 양단에 각각 돌출된 전열부재;
상기 반응관의 내부에 충진되고 상기 반응관으로 주입된 원료와 반응하여 수소를 생성하는 촉매;
상기 전열부재의 양단에 각각 결합되고, 상기 전열부재가 상기 반응관의 내주면에서 이격되도록 지지하는 한 쌍의 이너캡;
상기 반응관의 일단을 감싸도록 결합되고, 상기 반응관의 내부로 원료 및 공기를 공급하기 위한 주입구가 형성된 제1아우터캡; 및
상기 반응관의 타단을 감싸도록 결합되며, 상기 반응관에서 생성된 수소가 배출되는 배출구가 형성된 제2아우터캡을 포함하고,
상기 전열부재는 상기 반응관의 전단부에서 부분 산화 개질 반응에 의해 발생한 열을 상기 반응관의 후단부로 전달함으로써 핫 스팟 현상을 방지하는 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
In the autothermal reforming device for generating hydrogen using partial oxidation reforming and steam reforming,
A pipe-shaped reaction tube extending in one direction;
a shaft extending in one direction penetrating the reaction tube in a longitudinal direction, and a first fastening rod and a second fastening rod having a smaller diameter than the heat conducting member protruding at both ends, respectively;
a catalyst filled inside the reaction tube and generating hydrogen by reacting with the raw material injected into the reaction tube;
a pair of inner caps coupled to both ends of the heat transfer member and supporting the heat transfer member to be spaced apart from the inner circumferential surface of the reaction tube;
a first outer cap coupled to surround one end of the reaction tube and having an inlet for supplying raw materials and air into the reaction tube; and
A second outer cap coupled to surround the other end of the reaction tube and having an outlet through which hydrogen generated in the reaction tube is discharged,
The self-heating reformer, characterized in that the heat transfer member prevents the hot spot phenomenon by transferring the heat generated by the partial oxidation reforming reaction at the front end of the reaction tube to the rear end of the reaction tube.
 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 전열부재는 구리 재질인 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method of claim 1,
The autothermal reforming device, characterized in that the heat transfer member is made of copper.
 청구항 3에 있어서,
상기 전열부재는 단면이 별 모양을 포함하는 다각형인 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method of claim 3,
The self-thermal reforming device, characterized in that the cross section of the heat transfer member is a polygon including a star shape.
 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 제1체결봉은 선단으로 갈수록 직경이 작아지는 테이퍼 형상이고, 상기 제2체결봉은 외주면에 나사산이 형성된 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method of claim 1,
The first fastening rod has a tapered shape with a diameter decreasing toward the tip, and the second fastening rod has a screw thread formed on an outer circumferential surface.
 청구항 1, 청구항 3, 청구항4, 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전열부재는, 상기 반응관의 중심에 위치되는 제1전열부재와, 상기 제1전열부재를 기준으로 방사상 배열된 다수개의 제2전열부재로 구성된 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method according to any one of claims 1, 3, 4, and 6,
The autothermal reforming device, characterized in that the heat transfer member is composed of a first heat transfer member positioned at the center of the reaction tube and a plurality of second heat transfer members radially arranged with respect to the first heat transfer member.
 청구항 7에 있어서,
상기 제1전열부재는 상기 제2전열부재보다 큰 단면적으로 형성된 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method of claim 7,
The autothermal reforming device, characterized in that the first heat transfer member is formed with a larger cross-sectional area than the second heat transfer member.
 청구항 7에 있어서,
상기 전열부재의 일단에는 상기 제1전열부재와 상기 제2전열부재의 위치를 지정하는 베플이 설치되는 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method of claim 7,
Autothermal reforming apparatus, characterized in that a baffle for designating positions of the first heat transfer member and the second heat transfer member is installed at one end of the heat transfer member.
 청구항 9에 있어서,
상기 베플은, 환형의 림과, 상기 림의 중심을 기준으로 방사상으로 배열된 다수의 스포크로 이루어지고,
상기 림의 중심에는 상기 제1전열부재가 관통되는 안착링이 형성되며, 상기 스포크 상에는 상기 제2전열부재가 끼워지는 안착고리가 형성된 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method of claim 9,
The baffle is composed of an annular rim and a plurality of spokes arranged radially with respect to the center of the rim,
A seating ring through which the first heat transfer member passes is formed at the center of the rim, and a seating ring into which the second heat transfer member is inserted is formed on the spoke.
 청구항 10에 있어서,
상기 베플은 상기 전열부재의 설치 시 상기 반응관의 전단부에 촉매 미반응 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method of claim 10,
The autothermal reforming device, characterized in that the baffle forms a catalyst unreacted space at the front end of the reaction tube when the heat transfer member is installed.
 청구항 1에 있어서,
상기 이너캡은, 상기 전열부재의 일단에 결합되는 제1이너캡과, 상기 전열부재의 타단에 결합되는 제2이너캡으로 구성된 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method of claim 1,
The inner cap is composed of a first inner cap coupled to one end of the heat transfer member and a second inner cap coupled to the other end of the heat transfer member.
 청구항 12에 있어서,
상기 제1이너캡에는, 상기 전열부재의 일단이 체결되는 제1체결공과, 상기 주입구를 통해 공급된 원료 및 공기가 이송되는 제1통공이 형성된 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method of claim 12,
The autothermal reforming device, characterized in that the first inner cap is formed with a first fastening hole to which one end of the heat transfer member is fastened, and a first through hole through which the raw material and air supplied through the inlet are transported.
 청구항 13에 있어서,
상기 제1통공은 상기 제1이너캡의 중심을 기준으로 방사상 배치된 다수개로 구성된 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method of claim 13,
The autothermal reforming device, characterized in that the first through hole is composed of a plurality of radially arranged with respect to the center of the first inner cap.
 청구항 14에 있어서,
상기 제1통공은 일단에서 타단으로 갈수록 직경이 확장되는 테이퍼 형상인 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method of claim 14,
The autothermal reforming device, characterized in that the first through hole has a tapered shape in which the diameter increases from one end to the other end.
 청구항 12에 있어서,
상기 제2이너캡에는, 상기 전열부재의 타단이 체결되는 제2체결공과, 상기 반응관에서 생성된 수소가 이송되는 제2통공이 형성된 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method of claim 12,
The autothermal reforming device, characterized in that the second inner cap is formed with a second fastening hole through which the other end of the heat transfer member is fastened and a second through hole through which hydrogen generated in the reaction tube is transported.
 청구항 16에 있어서,
상기 제2체결공의 내주면에는 나사산이 형성된 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method of claim 16
Autothermal reforming device, characterized in that a screw thread is formed on the inner circumferential surface of the second fastening hole.
 청구항 17에 있어서,
상기 제2통공은 상기 제2이너캡의 중심을 기준으로 방사상 배치된 다수개로 구성된 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method of claim 17
The autothermal reforming device, characterized in that the second through hole is composed of a plurality of radially arranged with respect to the center of the second inner cap.
 청구항 1에 있어서,
상기 주입구는, 상기 반응관의 내부로 원료를 공급하는 제1주입구와, 상기 반응관의 내부로 공기를 공급하는 제2주입구로 구성된 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method of claim 1,
The autothermal reforming apparatus, characterized in that the inlet is composed of a first inlet for supplying raw materials into the reaction tube and a second inlet for supplying air to the inside of the reaction tube.
 청구항 1에 있어서,
상기 반응관의 둘레에는 전열코일이 감긴 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.
The method of claim 1,
Autothermal reforming device, characterized in that a heating coil is wound around the reaction tube.
 청구항 20에 있어서,
상기 전열코일은 상기 반응관의 길이방향을 따라 나선(spiral)형태로 감긴 것을 특징으로 하는 자열 개질 장치.The method of claim 20
The self-heating reforming device, characterized in that the heating coil is wound in a spiral form along the longitudinal direction of the reaction tube.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004057955A (en) 2002-07-30 2004-02-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Catalyst-packed apparatus
JP2007512458A (en) * 2003-11-28 2007-05-17 レクキャット エーピーエス Method for treating a fluid volume comprising a chemical reaction means such as a combustible material and a catalytic device
KR101179539B1 (en) * 2012-05-09 2012-09-04 국방과학연구소 A Reformer for Fuel Cell System

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2718876B2 (en) * 1993-03-31 1998-02-25 中部電力株式会社 Fuel reformer
KR100498159B1 (en) 2003-04-01 2005-07-01 김동현 Methanol autothermal reformer for hydrogen production
KR101127688B1 (en) * 2004-12-07 2012-03-23 에스케이이노베이션 주식회사 Small-sized reformer of cylinder type
KR20060081605A (en) * 2005-01-10 2006-07-13 삼성에스디아이 주식회사 Fuel cell system and reformer
KR20060102132A (en) * 2005-03-23 2006-09-27 삼성에스디아이 주식회사 Reformer for fuel cell system
KR100648730B1 (en) * 2005-04-22 2006-11-23 삼성에스디아이 주식회사 Reformer for fuel cell system
KR101846969B1 (en) * 2016-05-30 2018-04-09 엘지전자 주식회사 Fuel reforming divice
KR102439812B1 (en) * 2017-09-01 2022-09-02 엘지전자 주식회사 Fuel reforming divice
KR102150309B1 (en) * 2018-12-07 2020-09-01 주식회사 미랜텍 Pinless Multi-tube type Double-tube Heat Exchanger Equipped with Heat Exchage Tube

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004057955A (en) 2002-07-30 2004-02-26 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Catalyst-packed apparatus
JP2007512458A (en) * 2003-11-28 2007-05-17 レクキャット エーピーエス Method for treating a fluid volume comprising a chemical reaction means such as a combustible material and a catalytic device
KR101179539B1 (en) * 2012-05-09 2012-09-04 국방과학연구소 A Reformer for Fuel Cell System

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