JP2006245000A - 未反応燃料溶解装置及びこれを含む燃料電池システム - Google Patents

未反応燃料溶解装置及びこれを含む燃料電池システム Download PDF

Info

Publication number
JP2006245000A
JP2006245000A JP2006051186A JP2006051186A JP2006245000A JP 2006245000 A JP2006245000 A JP 2006245000A JP 2006051186 A JP2006051186 A JP 2006051186A JP 2006051186 A JP2006051186 A JP 2006051186A JP 2006245000 A JP2006245000 A JP 2006245000A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
reformed gas
carbon monoxide
stack
cell system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2006051186A
Other languages
English (en)
Inventor
Inkaku Son
寅赫 孫
Ju-Yong Kim
周龍 金
Dong-Wook Lee
東旭 李
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
Samsung SDI Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Samsung SDI Co Ltd filed Critical Samsung SDI Co Ltd
Publication of JP2006245000A publication Critical patent/JP2006245000A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0618Reforming processes, e.g. autothermal, partial oxidation or steam reforming
    • EFIXED CONSTRUCTIONS
    • E05LOCKS; KEYS; WINDOW OR DOOR FITTINGS; SAFES
    • E05BLOCKS; ACCESSORIES THEREFOR; HANDCUFFS
    • E05B65/00Locks or fastenings for special use
    • E05B65/52Other locks for chests, boxes, trunks, baskets, travelling bags, or the like
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D47/00Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent
    • B01D47/02Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent by passing the gas or air or vapour over or through a liquid bath
    • B01D47/021Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent by passing the gas or air or vapour over or through a liquid bath by bubbling the gas through a liquid bath
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/14Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by absorption
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/323Catalytic reaction of gaseous or liquid organic compounds other than hydrocarbons with gasifying agents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C01B3/384Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts the catalyst being continuously externally heated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/52Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by contacting with liquids; Regeneration of used liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0662Treatment of gaseous reactants or gaseous residues, e.g. cleaning
    • H01M8/0668Removal of carbon monoxide or carbon dioxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0415Purification by absorption in liquids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0435Catalytic purification
    • C01B2203/044Selective oxidation of carbon monoxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465Composition of the impurity
    • C01B2203/047Composition of the impurity the impurity being carbon monoxide
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/04Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465Composition of the impurity
    • C01B2203/048Composition of the impurity the impurity being an organic compound
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066Integration with other chemical processes with fuel cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205Composition of the feed
    • C01B2203/1211Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217Alcohols
    • C01B2203/1223Methanol
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205Composition of the feed
    • C01B2203/1211Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1217Alcohols
    • C01B2203/1229Ethanol
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/12Feeding the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1205Composition of the feed
    • C01B2203/1211Organic compounds or organic mixtures used in the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/1235Hydrocarbons
    • C01B2203/1241Natural gas or methane
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2250/00Fuel cells for particular applications; Specific features of fuel cell system
    • H01M2250/30Fuel cells in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B90/00Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02B90/10Applications of fuel cells in buildings
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

【課題】本発明は、改質装置から排出される未反応燃料をスタックから排出される水分に溶解させて、未反応燃料が一酸化炭素浄化器に供給されないようにする未反応燃料溶解装置を提供する。また、本発明は、前記溶解装置を含む燃料電池システムを提供する。
【解決手段】水素及び酸素の反応によって電気エネルギーを発生させて、前記水素及び酸素の結合反応によって生成される水分を排出するスタック、熱源による改質反応によって燃料から水素を含む改質ガスを発生させて、前記改質ガスと共に未反応燃料を排出する改質装置、前記改質ガス中に含まれている一酸化炭素の選択的酸化反応によって前記一酸化炭素の濃度を低減させる一酸化炭素浄化器、前記スタック及び前記改質装置に連結設置されて、前記水分によって未反応燃料を溶解させて、前記改質ガスを前記一酸化炭素浄化器に供給する溶解装置を含む。
【選択図】図1

Description

本発明は燃料電池システムに関し、より詳細には、改質装置から排出される未反応燃料を溶解させる溶解装置に関する。
周知のように、燃料電池(Fuel Cell)は、メタノールのような炭化水素系の物質内に含まれている水素及び酸素の化学反応エネルギーを電気エネルギーに直接変換する発電システムである。
前記燃料電池は、メタノールまたはエタノールなどを改質して生成された水素を燃料として使用して、自動車のような移動用電源はもちろん、住宅、公共建物のような分散用電源、及び電子機器用のような小型電源など、その応用範囲が広いという長所がある。
このような燃料電池は、基本的なシステムを構成するために、スタック(stack)、燃料処理装置、燃料タンク、及び燃料ポンプなどを含む。このうちの前記燃料処理装置は、熱源による改質触媒反応によって燃料を改質して、水素を含む改質ガスを発生させる改質装置、及び前記改質ガス中に含まれている一酸化炭素及び酸素の選択的酸化反応によって一酸化炭素の濃度を低減させる一酸化炭素浄化器、例えば一般に周知の選択酸化(Preferential CO Oxidation;PROX)反応器から構成される。
したがって、このような燃料電池システムは、燃料ポンプの作動によって燃料タンク内の燃料を改質装置に供給し、前記改質装置で燃料を改質して改質ガスを発生させて、一酸化炭素浄化器で改質ガス中に含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる。
そして、一酸化炭素の濃度が低減された改質ガスをスタックに供給し、別途のポンプなどによって空気をスタックに供給する。そうすると、スタックでは、前記改質ガス中の水素及び空気中の酸素を電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる。
しかし、従来の燃料電池システムにおいて、改質装置は、前記燃料の改質反応を完全に行うのが難しく、改質ガスと共に未反応燃料を排出するため、改質ガス及び未反応燃料を一酸化炭素浄化器に供給する。
この場合、一酸化炭素浄化器では、前記未反応燃料及び酸素の酸化反応によって不必要な熱が発生するため、この熱によって一酸化炭素浄化器で行われるPROX反応の活性が低下して、改質ガスが消費されてしまうメタン化反応が起こったり、一酸化炭素浄化器を損傷させる恐れがある。
本発明は、前記問題点を考慮したものであって、改質装置から排出される未反応燃料をスタックから排出される水分に溶解させて、未反応燃料が一酸化炭素浄化器に供給されないようにする未反応燃料溶解装置を提供する。
また、本発明は、前記溶解装置を含む燃料電池システムを提供する。
このような目的を達成するために、本発明の実施例による改質装置用未反応燃料溶解装置は、改質装置及びスタックに連結設置されて、前記改質装置から排出される未反応燃料を前記スタックから排出される水分に溶解させるための装置であって、前記未反応燃料及び前記水分を収容する空間を有して、前記スタックの水分排出部及び前記改質装置の改質ガス排出部に各々連結設置される溶解槽を含む。
前記溶解槽は、前記水分排出部に連結設置される第1連結部、及び前記改質ガス排出部に連結設置される第2連結部を含む。
前記溶解槽は、前記改質ガスが供給される一酸化炭素浄化器に連結設置される。
前記溶解槽は、前記一酸化炭素浄化器の改質ガス注入部に連結設置される第3連結部を含む。
本発明の実施例による燃料電池システムは、水素及び酸素の反応によって電気エネルギーを発生させて、前記水素及び酸素の結合反応によって生成される水分を排出するスタックと、熱源による改質反応によって燃料から水素を含む改質ガスを発生させて、前記改質ガスと共に未反応燃料を排出する改質装置と、前記改質ガス中に含まれている一酸化炭素の選択的酸化反応によって前記一酸化炭素の濃度を低減させる一酸化炭素浄化器と、前記スタック及び前記改質装置に連結設置されて、前記水分によって未反応燃料を溶解させて前記改質ガスを前記一酸化炭素浄化器に供給する溶解装置と、を含む。
本発明によれば、改質装置から排出される未反応燃料をスタックから排出される水分に溶解させる溶解装置を含むので、未反応燃料が一酸化炭素浄化器に供給されないようにすることができる。
したがって、一酸化炭素浄化器で未反応燃料及び酸素の酸化反応による不必要な熱が発生しないので、一酸化炭素及び酸素の選択的酸化反応をより活性化して、一酸化炭素浄化器及びシステム全体の性能及び寿命をより向上させることができる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施例について、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は様々な相異した形態で実現され、ここで説明する実施例に限定されない。
図1は本発明の実施例による燃料電池システムの全体的な構造を概略的に示したブロック図である。
図面を参照すれば、燃料電池システム100は、水素を含む燃料を改質して水素を発生させて、この水素及び酸化剤ガスを電気化学的に反応させて電気エネルギーを発生させる、高分子電解質型燃料電池(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell;PEMFC)方式を採用している。
このような燃料電池システム100において、水素を含む燃料とは、メタノール、エタノール、または天然ガスなどのような液体または気体の状態の燃料を通称する。しかし、以下で説明する燃料は、便宜上、液体の燃料と定義する。
また、燃料電池システム100において、水素と反応する酸化剤ガスとしては、別途の保存手段に保存された酸素、または酸素を含む空気を使用することができる。しかし、以下では、後者の例を説明する。
燃料電池システム100は、水素及び酸素の反応によって電気エネルギーを発生させるスタック10、熱源による改質触媒反応によって前記燃料から水素を含む改質ガスを発生させる改質装置20、前記熱源を発生させて、この熱源を改質装置20に提供するバーナー30、前記改質ガス中に含まれている一酸化炭素の濃度を低減させて、この改質ガスを前記スタック10に供給する一酸化炭素浄化器40、前記燃料を改質装置20に供給する燃料供給源60、酸素を前記スタック10及び一酸化炭素浄化器40に供給する酸素供給源70を含む。
前記で、スタック10は、一酸化炭素浄化器40から供給された改質ガス、及び前記酸素供給源70から供給された酸素の電気化学的な反応によって電気エネルギーを発生させる燃料電池(fuel cell)を構成する。
図2は図1に示したスタックの構造を示した分解斜視図である。
図2を参照すれば、スタック10は、前記電気エネルギーを実質的に発生させる最小単位である電気発生部11を複数含み、これら電気発生部11が連続的に密着配置されて構成される電気発生部の集合体構造からなる。
具体的に、前記電気発生部11は、膜−電極接合体(Membrane−Electrode assembly:MEA)12を中心に置いて、その両面にセパレータ(Separator)(または、二極式プレート(Bipolar Plate))13、13’を密着配置して構成される。
MEA12は、電解質膜の一面にアノード電極、前記電解質膜の他面にカソード電極が配置されるように形成されて、水素及び酸素の電気化学的な反応が起こる所定の面積の活性領域を有する。
ここで、前記アノード電極は、改質装置20から供給される改質ガスを水素イオン(プロトン)及び電子に分離させる触媒層、及び電子及び改質ガスの円滑な移動のための気体拡散層を含む。
前記カソード電極は、酸素供給源70から供給される空気中の酸素及び前記アノード電極から移動した水素イオン及び電子を反応させて、所定の温度の熱及び水分を発生させる触媒層、及び酸素の円滑な移動のための気体拡散層を含む。
電解質膜は、前記アノード電極で生成された水素イオンをカソード電極に移動させるイオン交換の機能をするようになる。
セパレータ13、13’は、水素をMEA12のアノード電極に供給し、酸素をMEA12のカソード電極に供給する水素及び酸素移動チャンネルを形成しながら、前記アノード電極及びカソード電極を直列に接続する伝導体の機能をするようになる。
このように電気発生部11の集合体構造からなるスタック10の最外郭には、前記複数の電気発生部11を密着させる別途の加圧プレート15、15’が設置されることもできる。この時、前記加圧プレート15、15’は、前記電気発生部11を密着させる機能の他に、前記セパレータの機能もするように形成されることができる。
さらに、本発明におけるスタックは、前記構造に限定されず、前記加圧プレートを排除して、前記電気発生部のうちの両側最外郭に配置される電気発生部が前記加圧プレートの機能をするように形成されることもできる。
本実施例で、加圧プレート15、15’には、水素の供給のための第1注入部15a、酸素の供給のための第2注入部15b、前記電気発生部11で反応して残った水素を排出するための第1排出部15c、前記電気発生部11で水素及び酸素の結合反応によって生成された水分を排出するための第2排出部15dが形成されている。
前記スタック10に水素を供給するために燃料から改質ガスを発生させる改質装置20は、熱源による改質触媒反応、例えば水蒸気改質、部分酸化、または自熱反応などの触媒反応によって前記燃料から改質ガスを発生させる通常の改質装置の構造からなることができる。
図3は図1に示した改質装置の構造を示した断面構成図である。
図3を参照すれば、前記改質装置20は、前記改質反応を促進するための通常の改質触媒25が充填されている円筒形の改質装置本体21を含む。
前記改質装置本体21は、所定の断面積を有して、実質的に両側端部が開放されたパイプ形態に構成される。前記改質装置本体21は、外部に露出されるようになるので、断熱性を有する通常の金属または非金属断熱素材からなることができる。この時、前記改質装置本体21の一側端部には、燃料供給源60から供給される燃料を前記改質装置本体21の内部空間に注入するための燃料注入部22が設置され、他側端部には、改質触媒25による燃料の改質反応によって発生する改質ガスと共に未反応の燃料を排出するための改質ガス排出部23が設置されている。
前記改質装置本体は、前記形態に限定されず、反応基板上にチャンネルを形成して、前記チャンネルの内表面に触媒層を形成するプレートタイプに形成されることもできる。
前記改質触媒25は、アルミナ(Al)、シリカ(SiO)、またはチタニア(TiO)からなるペレット(pellet)形態の担体に改質触媒物質が担持されている構造からなる。前記改質触媒は、前記ペレット形態に構成されることに限定されず、通常のハニカム(honeycomb)タイプに形成されることもできる。ここで、ハニカムタイプは、セラミックまたは金属からなる担体に貫通孔を複数形成しておいて、前記貫通孔内の前記担体の表面に改質触媒物質を担持して形成される構造からなる。
前記熱源を発生させて、前記熱源を前記改質装置20に提供するバーナー30は、図1に示したように、改質装置20と実質的に連結設置される。このようなバーナー30は、空気と共に燃料、例えばメタノール、エタノールのような液体の燃料、またはメタンガス、プロパンガスのような気体の燃料を酸化触媒による酸化反応によって燃焼させて、予め設定された温度範囲の熱源を発生させる構造からなる。
前記バーナーは、前記のような酸化反応方式の構造からなることに限定されず、別途の点火装置を採用して、空気と共に前記燃料を着火燃焼させて熱源を発生させる着火燃焼方式の構造に形成されることもできる。
前記改質ガスには微量の一酸化炭素が含まれているので、このような一酸化炭素の濃度を低減させるための一酸化炭素浄化器40は、前記一酸化炭素及び酸素供給源70によって供給される酸素の選択酸化(Preferential CO Oxidation:PROX)反応によって前記一酸化炭素の濃度を低減させる構造からなる。
図4は図1に示した一酸化炭素浄化器の構造を示した断面構成図である。
図4を参照すれば、前記一酸化炭素浄化器40は、所定の容積の内部空間を有する円筒形の浄化器本体41、前記浄化器本体41の内部空間に充填されている酸化触媒45を含む。
前記浄化器本体41は、所定の断面積を有して、実質的に両側端部が開放されたパイプ形態に構成される。この時、前記浄化器本体41の一側端部には、改質装置20から発生する改質ガスを前記浄化器本体41の内部空間に注入するための改質ガス注入部42、酸素供給源70によって供給される酸素を前記浄化器本体41の内部空間に注入するための酸素注入部43が形成されている。
また、浄化器本体41の他側端部には、酸化触媒45による一酸化炭素及び酸素の選択的酸化反応によって前記一酸化炭素の濃度が低減された改質ガスを排出するための改質ガス排出部44が形成されている。この時、前記浄化器本体41の改質ガス排出部44及びスタック10の第1注入部15aはパイプ形態の第4供給ライン94によって連結される。
前記酸化触媒45は、前記一酸化炭素及び酸素の選択的酸化反応を促進するためのものであって、アルミナ(Al)、シリカ(SiO)、またはチタニア(TiO)からなるペレット(pellet)形態の担体に通常の酸化触媒物質が担持されている構造、または前記ハニカム(honeycomb)タイプに形成されることができる。
一方、前記改質装置20に燃料を供給する燃料供給源60は、図1に示したように、燃料を保存する燃料タンク61、前記燃料タンク61に連結設置されて、前記燃料を排出する燃料ポンプ63を含む。この時、前記燃料タンク61は、パイプ形態の第1供給ライン91によって改質装置20の燃料注入部22に連結設置される。
そして、スタック10及び一酸化炭素浄化器40に酸素を各々供給するための酸素供給源70は、図1に示したように、所定のポンピング力で空気を吸入して、この空気を前記スタック10の第2注入部15b及び一酸化炭素浄化器40の酸素注入部43に各々供給する空気ポンプ71を含む。この時、前記スタック10の第2注入部15b及び空気ポンプ71はパイプ形態の第2供給ライン92によって連結設置され、前記一酸化炭素浄化器40の酸素注入部43及び空気ポンプ71は第3供給ライン93によって連結設置される。
本実施例で、前記空気供給源70は、単一の空気ポンプ71によってスタック10及び一酸化炭素浄化器40に空気を供給する構造からなるが、前記空気供給源はこれに限定されず、前記スタック10及び一酸化炭素浄化器40に対して各々連結設置される空気ポンプを含むこともできる。
この燃料電池システム100には、未反応燃料のための溶解装置80が提供されているが、前記溶解装置80は、改質装置20から排出される未反応燃料をスタック10から排出される水分に溶解させて、前記未反応燃料と共に改質装置20から排出される改質ガスを一酸化炭素浄化器40に供給する構造からなる。
図5は本発明の実施例による未反応燃料のための溶解装置の構成を示した断面構成図である。
図1及び図5を参照すれば、前記溶解装置80は、改質装置20の改質ガス排出部23、スタック10の第2排出部15d、及び一酸化炭素浄化器40の改質ガス注入部42に連結設置される溶解槽81を含む。
前記溶解槽81は、前記改質装置20の改質ガス排出部23を通じて改質ガスと共に排出される未反応燃料、及び前記スタック10の第2排出部15dを通じて排出される水分を保存する密閉容器形態に構成される。このような溶解槽81に供給される液体の未反応燃料及び水分、そして気体の改質ガスは、その物性的特徴によって互いに分離されて溶解槽81内に保存される。
そして、前記改質ガスを一酸化炭素浄化器40に供給することができる構造からなる。
このために、前記溶解槽81には、改質装置20の改質ガス排出部23に連結される注入口形態の第1連結部82、スタック10の第2排出部15dに連結される注入口形態の第2連結部83、一酸化炭素浄化器40の改質ガス注入部42に連結される排出口形態の第3連結部84が形成されている。
ここで、改質ガス排出部23及び第1連結部82はパイプ形態の第5供給ライン95によって連結設置され、第2排出部15d及び第2連結部83はパイプ形態の第6供給ライン96によって連結設置され、改質ガス注入部42及び第3連結部84はパイプ形態の第7供給ライン97によって連結設置される。
前記のように構成される燃料電池システム100の動作時に、スタック10は、電気発生部11で水素及び酸素の結合反応によって生成される水分を第2排出部15dを通じて排出する。これにより、前記水分は、第6供給ライン96を通じて溶解槽81の内部空間に流入して、前記内部空間に保存されるようになる。
また、改質装置20は、燃料供給源60から燃料の供給を受けて、この燃料の改質反応によって水素を含む改質ガスを発生させるが、この改質ガスは、改質装置本体21から改質ガス排出部23を通じて溶解槽81に排出され、この時に、改質装置20で反応して残った未反応燃料も改質ガスと共に改質ガス排出部23を通じて溶解槽81に流入する。
これにより、溶解槽81内で未反応燃料は水分によって溶解されて、前記改質ガスは第7供給ライン97を通じて一酸化炭素浄化器40の浄化器本体41の内部に供給される。
これと同時に、空気ポンプ71の作動によって空気が前記浄化器本体41に供給され、これにより、一酸化炭素浄化器40では、改質ガス中に含まれている一酸化炭素及び前記空気中に含まれている酸素の選択的酸化反応によって一酸化炭素の濃度を低減させて、前記一酸化炭素の濃度が低減された改質ガスはスタック10の電気発生部11に供給される。
これにより、スタック10は、電気発生部11による水素及び酸素の反応によって予め設定された量の電気エネルギーを所定の負荷(load)、例えばラップトップコンピュータ、携帯情報端末(Personal Digital Assistant:PDA)のような携帯用電子機器、または移動通信端末機器に出力することができる。
このように、本発明の実施例による燃料電池システム100は、このような一連の反復過程を通じて改質装置20から排出される未反応燃料を溶解させて、この未反応燃料が一酸化炭素浄化器40に供給されるのを防止し、気体の状態の改質ガスのみを一酸化炭素浄化器40に供給することができる。
この時、前記改質ガスは、溶解槽81を通過する間に冷却され、このように冷却された改質ガスが一酸化炭素浄化器40に供給されると、一酸化炭素及び酸素の選択的酸化(PROX)反応に対する選択性をより向上させることができる。
一方、図面に具体的に示してはいないが、溶解槽81に残った未反応燃料及び水分は、別途のタンク、既存の燃料タンク、または改質装置に供給されて再利用されることができる。
また、溶解槽に供給される未反応燃料及び水分が互いに接触する程度を高めて、溶解効果を向上させるために、図6に示したように、未反応燃料が流入する第5供給ライン95’が溶解槽81’の内部に延長形成され、前記第5供給ライン95’の先端に多孔性(porous)材質のバブリング部材101が設置されることもできる。前記バブリング部材101は、溶解槽81’に供給された液体の未反応燃料及び水分に浸った状態を維持しながら泡を発生させて、前記未反応燃料及び前記水分の混合を促進するようになる。
以上で、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれに限定されず、特許請求の範囲、発明の詳細な説明、及び添付した図面の範囲内で多様に変形して実施することが可能であり、これも本発明の範囲に属する。
本発明の実施例による燃料電池システムを概略的に示したブロック図である。 図1に示したスタックを示した分解斜視図である。 図1に示した改質装置を示した断面図である。 図1に示した一酸化炭素浄化器を示した断面図である。 本発明の実施例による未反応燃料のための溶解装置を示した断面図である。 本発明の他の実施例による未反応燃料のための溶解装置を示した断面図である。
符号の説明
100 燃料電池システム
10 スタック
11 電気発生部
12 膜−電極接合体
13、13’ セパレータ
15、15’ 加圧プレート
15a 第1注入部
15b 第2注入部
15c 第1排出部
15d 第2排出部
20 改質装置
21 改質装置本体
22 燃料注入部
23 改質ガス排出部
25 改質触媒
30 バーナー
40 一酸化炭素浄化器
41 浄化器本体
42 改質ガス注入部
43 酸素注入部
44 改質ガス排出部
45 酸化触媒
60 燃料供給源
61 燃料タンク
63 燃料ポンプ
70 酸素供給源
71 空気ポンプ
80 溶解装置
81 溶解槽
82 第1連結部
83 第2連結部
84 第3連結部
91 第1供給ライン
92 第2供給ライン
93 第3供給ライン
94 第4供給ライン
95 第5供給ライン
96 第6供給ライン
97 第7供給ライン

Claims (15)

  1. 改質装置及びスタックに連結設置されて、前記改質装置から排出される未反応燃料を前記スタックから排出される水分に溶解させるための未反応燃料溶解装置であって、
    前記未反応燃料及び前記水分を収容する空間を有して、前記スタックの水分排出部及び前記改質装置の改質ガス排出部に連結設置される溶解槽を含む未反応燃料溶解装置。
  2. 前記溶解槽は、前記水分排出部に連結設置される第1連結部、及び前記改質ガス排出部に連結設置される第2連結部を含む請求項1に記載の未反応燃料溶解装置。
  3. 前記溶解槽は、前記改質ガスが供給される一酸化炭素浄化器に連結設置される請求項1に記載の未反応燃料溶解装置。
  4. 前記溶解槽は、前記一酸化炭素浄化器の改質ガス注入部に連結設置される第3連結部を含む請求項3に記載の未反応燃料溶解装置。
  5. 水素及び酸素の反応によって電気エネルギーを発生させて、前記水素及び酸素の結合反応によって生成される水分を排出するスタックと、
    熱源による改質反応によって燃料から水素を含む改質ガスを発生させて、前記改質ガスと共に未反応燃料を排出する改質装置と、
    前記改質ガス中に含まれている一酸化炭素の選択的酸化反応によって前記一酸化炭素の濃度を低減させる一酸化炭素浄化器と、
    前記スタック及び前記改質装置に連結設置されて、前記水分によって未反応燃料を溶解させて前記改質ガスを前記一酸化炭素浄化器に供給する溶解装置と、を含む燃料電池システム。
  6. 前記溶解装置は、前記水分、前記未反応燃料、及び前記改質ガスを収容する溶解槽を含み、前記溶解槽は、前記スタックの水分排出部に連結設置される第1連結部と、前記改質装置の改質ガス排出部に連結設置される第2連結部と、前記一酸化炭素浄化器の改質ガス注入部に連結設置される第3連結部と、を含む請求項5に記載の燃料電池システム。
  7. 前記改質装置に燃料を供給する燃料供給源、及び前記スタックと一酸化炭素浄化器とに酸素を供給する酸素供給源を含む請求項5に記載の燃料電池システム。
  8. 前記燃料供給源は、前記燃料を保存する燃料タンク、及び前記燃料タンクに連結設置されて、前記燃料を排出する燃料ポンプを含む請求項7に記載の燃料電池システム。
  9. 前記改質装置は、前記燃料タンクから供給される燃料を注入するための燃料注入部を含み、
    前記燃料タンク及び前記燃料注入部が、第1供給ラインによって連結設置される請求項8に記載の燃料電池システム。
  10. 前記酸素供給源は、少なくとも一つの空気ポンプを含む請求項7に記載の燃料電池システム。
  11. 前記スタック及び前記一酸化炭素浄化器は、前記空気ポンプから供給される空気を注入するための空気注入部を含み、
    前記スタックの空気注入部及び前記空気ポンプが第2供給ラインによって連結設置され、前記一酸化炭素浄化器の空気注入部及び前記空気ポンプが第3供給ラインによって連結設置される請求項10に記載の燃料電池システム。
  12. 前記一酸化炭素浄化器は、一酸化炭素の濃度が実質的に低減された改質ガスを排出するための改質ガス排出部を含み、
    前記スタックは、前記改質ガスを注入するための改質ガス注入部を含み、
    前記改質ガス排出部及び前記改質ガス注入部が第4供給ラインによって連結設置される請求項11に記載の燃料電池システム。
  13. 前記スタックの水分排出部及び前記第1連結部が第5供給ラインによって連結設置される請求項6に記載の燃料電池システム。
  14. 前記改質装置の改質ガス排出部及び前記第2連結部が第6供給ラインによって連結設置される請求項6に記載の燃料電池システム。
  15. 前記一酸化炭素浄化器の改質ガス注入部及び前記第3連結部が第7供給ラインによって連結設置される請求項14に記載の燃料電池システム。
JP2006051186A 2005-02-28 2006-02-27 未反応燃料溶解装置及びこれを含む燃料電池システム Pending JP2006245000A (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020050016508A KR20060095109A (ko) 2005-02-28 2005-02-28 개질기용 미반응 연료 용해장치 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2006245000A true JP2006245000A (ja) 2006-09-14

Family

ID=36932274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006051186A Pending JP2006245000A (ja) 2005-02-28 2006-02-27 未反応燃料溶解装置及びこれを含む燃料電池システム

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7727648B2 (ja)
JP (1) JP2006245000A (ja)
KR (1) KR20060095109A (ja)
CN (1) CN100423345C (ja)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110787472B (zh) * 2018-08-01 2024-02-13 上海凯赛生物技术股份有限公司 戊二胺浓缩系统及浓缩方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004171866A (ja) * 2002-11-19 2004-06-17 Nippon Oil Corp 燃料電池システム
JP2004349212A (ja) * 2003-05-26 2004-12-09 Nissan Motor Co Ltd 移動体用燃料電池システム

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3732004B2 (ja) 1998-03-17 2006-01-05 三洋電機株式会社 一酸化炭素除去装置およびその運転方法
US6376114B1 (en) * 2000-05-30 2002-04-23 Utc Fuel Cells, Llc Reformate fuel treatment system for a fuel cell power plant
JP2002242989A (ja) 2001-02-16 2002-08-28 Kimio Kawai 免震方法及び免震装置
JP3960002B2 (ja) 2001-10-12 2007-08-15 ダイキン工業株式会社 燃料電池システム
JP2003187832A (ja) 2001-12-19 2003-07-04 Sanyo Electric Co Ltd 燃料電池システム

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004171866A (ja) * 2002-11-19 2004-06-17 Nippon Oil Corp 燃料電池システム
JP2004349212A (ja) * 2003-05-26 2004-12-09 Nissan Motor Co Ltd 移動体用燃料電池システム

Also Published As

Publication number Publication date
CN1838460A (zh) 2006-09-27
CN100423345C (zh) 2008-10-01
US7727648B2 (en) 2010-06-01
US20060194083A1 (en) 2006-08-31
KR20060095109A (ko) 2006-08-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2005243647A (ja) 燃料電池システムの改質器及びこれを採用した燃料電池システム
JP4948790B2 (ja) 改質装置及びこれを含む燃料電池システム
JP2006012817A (ja) 燃料電池用改質器及びこれを備えた燃料電池システム
JP2006290737A (ja) 平板型改質器及びこれを採用した燃料電池システム
EP1679758B1 (en) Burner assembly for a reformer of a fuel cell system
KR100570754B1 (ko) 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템
JP4444217B2 (ja) 燃料電池用改質装置及びこれを含む燃料電池システム
JP4484767B2 (ja) 改質装置及び燃料電池システム
JP4377373B2 (ja) 一酸化炭素除去機及びこれを有する燃料電池システム
JP2006012790A (ja) 改質装置及びこれを採用した燃料電池システム
KR100570756B1 (ko) 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템
JP4829665B2 (ja) 燃料電池システム用改質装置
JP2006245000A (ja) 未反応燃料溶解装置及びこれを含む燃料電池システム
KR100560442B1 (ko) 연료 전지 시스템
US20060172174A1 (en) Fuel cell system
KR100818488B1 (ko) 연료 개질 방법과 개질기
KR101126209B1 (ko) 개질기용 미반응 연료 회수장치를 갖는 연료 전지 시스템
KR100599687B1 (ko) 연료 전지 시스템 및 이에 사용되는 개질기
KR20060065778A (ko) 연료 전지 시스템, 개질기 및 버너
KR100570687B1 (ko) 연료 전지 시스템
KR20070027968A (ko) 개질기 및 이를 포함하는 연료 전지 시스템
KR20060029799A (ko) 연료 전지 시스템
KR20060034426A (ko) 연료 전지 시스템

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091006

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100105

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20100727