KR100512226B1 - 연료 전지용 수소 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 과제는 원료 탄화 수소계 연료 가스의 수증기 개질에 의해 수소 농후한 가스를 생성하여 연료 전지 등에 공급하는 연료 전지용 수소 발생 장치이며, 개질관 속의 개질용 촉매의 연소 배기 가스에 의한 가열을 효율적으로 행할 수 있게 한 연료 전지용 수소 발생 장치의 제공하는 것이다.
직립하는 내관과, 이를 둘러싸는 다각형 또는 파형의 외관 사이에 개질용 촉매를 충전하여 촉매층을 형성한 개질관과, 그 외곽에 상기 외관의 다각형 또는 파형의 각 정상점이 내접하여 배치되어 있는 최외관을 설치하고, 상기 외관과 최외관 사이에 개질 가스의 통로를 형성한다. 바람직하게는 내측으로부터 연소관, 개질관, 최외관, 단열 수단, CO 변성기, 제1 공간부, CO 제거기, 제2 공간부 및 용기의 차례로 각각을 동심원형으로 배치한다.

Description

연료 전지용 수소 발생 장치{HYDROGEN GENERATOR FOR FUEL CELL}
본 발명은 연료 전지용 수소 발생 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 도시 가스 등의 원료 탄화 수소계 연료 가스의 수증기 개질에 의해 수소 농후한 가스를 생성하여 연료 전지 등에 공급하는 연료 전지용 수소 발생 장치에 관한 것이다.
종래, 도시 가스 등의 원료 탄화 수소계 연료 가스를 수증기 개질하여 수소 농후한 가스를 생성하고, 이렇게 얻어진 수소 농후한 가스의 화학 에너지를 연료 전지에 의해 직접 전기 에너지로 변환하는 시스템이 알려져 있다.
연료 전지는 수소와 산소를 연료로 하는 것이며, 이 수소의 생성에는 천연 가스 등의 탄화 수소 성분, 메탄올 등의 알코올 혹은 나프타 등의 분자 속에 수소 원자를 갖는 유기 화합물을 원료로 하고, 수증기로 개질하는 방법이 널리 이용되고 있다. 이러한 수증기를 이용한 개질 반응은 흡열 반응이다. 이로 인해, 수증기 개질을 행하는 수소 발생 장치는 촉매를 가열하여 고온으로 할 필요가 있다. 원료, 수증기 및 개질 반응을 행하는 개질 촉매의 생성 효율을 생각한 경우, 이 때 소비하는 열량을 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다.
나프타 등의 유기 화합물을 원료로 하고, 이를 수증기로 개질하는 반응은 수소나 이산화탄소의 생성 외에 일산화탄소를 부생성한다. 용융 탄산염형 등의 고온식의 연료 전지는 수증기 개질 시에 부생성한 일산화탄소도 연료로서 이용할 수 있다. 그러나, 동작 온도가 낮은 저인산형 연료 전지에서는 전지 전극으로서 사용하는 백금계 촉매가 일산화탄소에 의해 피독되므로, 충분한 발전 특성이 얻어져 없어진다. 그래서 동작 온도가 낮은 연료 전지에 이용하는 수소 발생 장치는 개질 후의 개질 가스 속에 포함되는 일산화탄소와, 물을 반응시키기 위한 CO 변성기를 설치한다. 또한, 인산형 연료 전지보다도 동작 온도가 더 낮은 고체 고분자형 연료 전지로서는 발전 특성을 떨어뜨리지 않기 위해, 다시 일산화탄소를 선택적으로 산화시켜 일산화탄소를 저감하는 C0 제거기를 설치한다.
이상과 같이, 동작 온도가 낮은 고체 고분자형 연료 전지용의 연료로서 나프타 등을 원료로서 개질하여 수소를 생성할 때에는, 유기 화합물의 수증기 개질 반응, 일산화탄소의 변성 반응, 일산화탄소의 선택 산화 반응이 필요해진다.
상기 각 과정에 있어서의 반응은 반응 온도가 크게 다르므로, 각 반응기가 적정 온도가 되도록 제어하는 것이 중요하다. 유기 화합물의 수증기 개질 반응 온도를 가장 높게 하여, 계속해서 일산화탄소의 변성 반응, 일산화탄소의 선택 산화 반응을 차례로 반응 온도를 낮게 할 필요가 있다. 또한, 수소 발생 장치로서의 운전 효율을 높게 하기 위해서는 각 반응기로 잉여열을 회수하여 온도 제어하는 것을 요구한다.
도6에 종래의 연료 전지용 수소 발생 장치를 도시한다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조). 종래의 연료 전지용 수소 발생 장치(30)는, 원료 탄화 수소계 연료 가스와 물을 반응시켜 수소 농후한 가스로 개질하는 개질용 촉매(31)를 구비한 개질관(32)과, 연료 가스를 개질관(32)에 공급하는 연료 공급부(33)와, 물을 개질관(32)에 공급하는 물 공급부(34)와, 연소관(35)에서의 연소용 연료의 연소에 의해 개질 반응에 필요한 열량을 부여하는 가열 수단(36)과, 개질관(32)으로부터 유출하는 개질 가스 속에 포함되는 일산화탄소를 물과 반응시켜 이산화탄소로 변성하는 CO 변성기(37)와, CO 변성기(37)로부터 유출하는 변성 가스 속에 포함되는 일산화탄소를 공기 또는 산소와 반응시켜 이산화탄소로 하는 선택 산화 촉매를 구비한 도시하지 않은 C0 제거기를 구비하고 있다.
원료 탄화 수소계 연료 가스는 수증기가 첨가된 후에 연료 공급부(33)로부터 개질관(32)으로 이송된다. 수증기는 수증기 발생기(38)에 의해 시스템 내를 흐르는 냉각수 등의 물이, 예를 들어 가열 수단(36)으로 예열되어 연료 전지 장치의 배열과 열 교환됨으로써 생성된다. 수증기가 첨가된 연료 가스는 개질관(32)의 개질용 촉매(31)와 접촉하여 촉매 반응(대략 700 ℃, 흡열 반응)에 의해 수소가 풍부한 가스(수소 농후한 가스)로 수증기 개질한다. 생성된 수소 농후한 가스는 일산화탄소를 포함하고 있으므로, CO 변성기(37)로 잉여의 수증기와의 반응(대략 200 내지 300 ℃, 발열 반응)에 의해 일산화탄소를 이산화탄소로 변성한다. CO 변성기(37)로부터 유출하는 변성 가스 속에 포함되는 일산화탄소를 도시하지 않은 CO 제거기의 선택 산화 촉매와 접촉시켜 공기 또는 산소와 반응(대략 100 내지 200 ℃, 발열 반응)시켜 이산화탄소로 하여, 일산화탄소 농도가 낮은 수소 농후한 가스로 개질한다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 수소 농후한 가스는 연료 전지(39)의 수소극(39a)에 연속적으로 공급되고, 공기극(39b)에 공급되는 공기 사이에서 전지 반응을 일으켜 발전한다.
연료 가스 또는 연료 전지(39)로부터 배출되는 미반응 수소 가스 등의 연소용 연료를 연소하는 버너(40) 등으로 이루어지는 가열 수단(36)을 연료 전지용 수소 발생 장치(30)에 부착하고, 연소관(35) 내에서의 연소에 의해 개질관(32)에 있어서의 개질 반응에 필요한 열량을 부여하고, 개질용 촉매(31)의 온도를 승온하여 촉매 작용을 높이고 있다.
한편, 도6에 도시한 바와 같이 CO 변성기를 외부 부착하지 않고서, 개질기 벽면의 외주에 따라서 CO 변성기를 설치하고, 개질기 출구에 열 교환기를 설치하여 CO 변성기에 들어가는 개질 가스의 온도를 제어하도록 한 연료 전지용 개질 시스템이 제안되어 있다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조).
[특허 문헌 1]
일본 특허 공개 제2000-281313호 공보
[특허 문헌 2]
일본 특허 제3108269호
종래의 연료 전지용 수소 발생 장치는 원통형의 2중관의 개질관(32)의 외주측에 개질 가스 출구 통로가 있고, 개질관(32)의 내측 및 외측에 연소 배기 가스가 통과되는 배기 가스 통로가 설치되어 있고, 개질관(32) 속의 개질용 촉매(31)는 내측을 흐르는 연소 배기 가스 및 외측을 흐르는 연소 배기 가스에 의해 가열되도록 되어 있다. 그러나, 이 구성에서는 개질용 촉매(31)가 개질 가스 출구 통로를 통과하는 개질 가스에 의해 열을 빼앗겨 냉각되는 데다가, 개질관(32)의 외측을 흐르는 연소 배기 가스에 의한 가열은 개질 가스 출구 통로를 거쳐서 행해지기 때문에 효율이 나쁘다는 문제가 있으며, 또한 온도 레벨이 다른 반응기인 CO 변성기나 CO 제거기를 개별로 제어하기 위해 개질기와는 별도 설치(외부 부착)로 하고 있으므로, 배관 처리가 필요해져 시스템 구성이 복잡해지고 비용 상승이 되는 데다가, 열 손실이 생겨 효율이 낮아진다는 문제가 있었다.
또한, 개질기 벽면의 외주에 따라서 CO 변성기를 설치하고, 개질기 출구에 열 교환기를 설치하여 CO 변성기에 들어가는 개질 가스의 온도를 제어하도록 한 종래의 연료 전지용 개질 시스템은 열 교환기가 필요해지므로 구조가 커진다는 문제가 있었다.
본 발명의 제1 목적은, 도시 가스 등의 원료 탄화수소계 연료 가스의 수증기 개질에 의해 수소 농후한 가스를 생성하여 연료 전지 등에 공급하는 연료 전지용 수소 발생 장치에 관한 종래의 여러 문제를 해결하고, 개질관 속의 개질용 촉매의 연소 배기 가스에 의한 가열을 효율적으로 행할 수 있게 한 연료 전지용 수소 발생 장치를 제공하는 것이며, 본 발명의 제2 목적은 제1 목적을 달성한 후, 반응 온도가 크게 다른 개질기, CO 변성기 및 CO 제거기를 일체화하여 개질기 출구에 외부 부착의 열 교환기를 필요로 하지 않는 동시에, 각 반응기에서의 잉여열을 회수하고 유효하게 사용하여 각 반응기를 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있어, 열 효율이 높고 구조가 간단하면서 소형화 가능한 연료 전지용 수소 발생 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 청구항 제1항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는 직립하는 내관과, 이를 둘러싸는 다각형 또는 파형의 외관 사이에 수소 원자를 분자 속에 갖는 유기 화합물을 함유하는 연료와 물을 반응시켜 수소 농후한 가스로 개질하는 개질용 촉매를 충전하여 촉매층을 형성한 개질관과, 그 외곽에 상기 외관의 다각형 또는 파형의 각 정상점이 내접하여 배치되어 있는 최외관을 설치하고, 상기 외관과 최외관 사이에 개질 가스의 통로를 형성한 것을 특징으로 한다.
예를 들어, 개질관의 내관 내측에 연소관을 설치하고, 이 연소관에서의 연소용 연료의 연소에 의해 개질 반응에 필요한 열량을 촉매층에 공급하고, 개질 가스는 외관과 최외관 사이에 형성한 개질 가스의 통로를 통과시키고, 한편 연소 배기 가스를 개질관의 내관 내측 및 최외관의 외주에 공급하도록 하면, 외관의 다각형 또는 파형의 각 정상점이 최외관에 내접하여 배치되어 있으므로, 그 접점 또는 접면을 통하여 배기 가스의 열이 최외관측으로부터 개질관의 외관측으로 전도되게 되고, 개질관 중의 개질 촉매는 내관의 내측으로부터 배기 가스에 의해 가열되는 동시에, 외관측으로부터도 배기 가스에 의해 가열되므로, 개질 가스에 의해 열을 빼앗기는 것을 억제할 수 있어 가열 효율이 향상된다.
본 발명의 청구항 제2항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제1항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치에 있어서 상기 개질관과, 상기 연료를 상기 개질관에 공급하는 연료 공급부와, 상기 물을 상기 개질관에 공급하는 물 공급부와, 상기 개질관의 내관 내측에 설치된 연소관에서의 연소용 연료의 연소에 의해 상기 개질 반응에 필요한 열량을 부여하는 가열 수단과, 상기 개질관의 외곽에 다각형 또는 파형의 각 정상점이 내접하여 배치되어 있는 상기 최외관과, 그 외주에 상기 개질관으로부터 방열되는 열을 단열하는 단열 수단과, 상기 개질관으로부터 유출하는 개질 가스 속에 포함되는 일산화탄소를 물과 반응시켜 이산화탄소로 변성하는 CO 변성기와, CO 변성기로부터 유출하는 변성 가스 속에 포함되는 일산화탄소를 공기 또는 산소와 반응시켜 이산화탄소로 하는 선택 산화 촉매를 구비한 C0 제거기와, 상기 구성 부재를 수납하는 용기로 이루어지며,
내측으로부터 연소관, 개질관, 최외관, 단열 수단, CO 변성기, 제1 공간부, CO 제거기, 제2 공간부 및 용기의 차례로 각각을 동심원형으로 배치한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 청구항 제2항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제1항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치와 동일한 효과를 발휘하는 데다가, 연소용 연료의 연소에 의해 개질 반응에 필요한 열량을 부여하는 가열 수단의 연소관을 중심으로 설치하고, 그 주위에 개질관, 그 주위에 최외관, 그 외부에 단열 수단을 배치하고, 그 외부에 CO 변성기를 배치하고, 그 외부에 CO 제거기를 배치하고, 하나의 용기에 각각을 동심원형으로 수납하여 일체화하고 개질기 출구의 열 교환기를 불필요로 하여 간소한 구성으로 하고, 소형화 가능해지는 동시에 각 반응기에서의 잉여열을 회수하여 유효하게 사용하고, 각 반응기를 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있어 열 효율이 높다.
본 발명의 청구항 제3항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제2항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치에 있어서 상기 단열 수단은 단열재이며, 상기 단열재의 표면 온도를 200 내지 300 ℃로 제어할 수 있게 단열재의 재질 및 두께를 선정한 것을 특징으로 한다.
상기 단열재의 표면 온도를 200 내지 300 ℃로 제어함으로써, CO 변성기에 있어서의 반응 온도를 대략 200 내지 300 ℃의 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
본 발명의 청구항 제4항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제2항 혹은 청구항 제3항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치에 있어서 상기 단열 수단은 경면형 단열 부재이며, 상기 CO 변성기의 내면 온도를 200 내지 300 ℃로 제어할 수 있게 경면형 단열 부재의 재질, 두께 및 표면 마무리 상태를 선정한 것을 특징으로 한다.
상기 CO 변성기의 내면 온도를 200 내지 300 ℃로 제어할 수 있게 경면형 단열 부재의 재질, 두께 및 표면 마무리 상태를 선정하면, CO 변성기에 있어서의 반응 온도를 대략 200 내지 300 ℃의 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있고, 또한 단열재와 맞추어 사용함으로써, 더욱 소형화가 가능해진다.
본 발명의 청구항 제5항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제2항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치에 있어서 상기 단열 수단은 진공 공간이며, 상기 CO 변성기의 내면 온도를 200 내지 300 ℃로 제어할 수 있게 진공 공간의 두께 및 진공도를 선정한 것을 특징으로 한다.
상기 CO 변성기의 내면 온도를 200 내지 300 ℃로 제어할 수 있게 진공 공간의 두께 및 진공도를 선정하면, CO 변성기에 있어서의 반응 온도를 대략 200 내지 300 ℃의 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있고, 또한 단열재 및 경면형 단열 부재와 맞추어 사용함으로써, 더욱 소형화가 가능해진다.
본 발명의 청구항 제6항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제2항 내지 청구항 제5항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치에 있어서, 상기 개질기 출구에 전열 촉진재 또는 축열재를 배치한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치의 운전 조건 하에 개질기 출구 근방은 온도가 대략 200 내지 300 ℃가 되므로, 개질기 출구에 배치한 전열 촉진재 또는 축열재(메쉬형이나 입자형 등의 알루미나 및 스테인레스 강 등)의 온도도 대략 200 내지 300 ℃가 되며, 이들 전열 촉진재 또는 축열재와 접촉하는 개질 가스의 온도도 대략 200 내지 300 ℃로 할 수 있어, 잉여열을 회수하여 유효하게 사용하고 CO 변성기에 있어서의 반응 온도를 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
본 발명의 청구항 제7항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제2항 내지 청구항 제6항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치에 있어서, 상기 CO 제거기의 변성 가스 입구로부터 출구에 걸쳐 용기 외벽에 구배를 마련하고, 상기 선택 산화 촉매량을 변성 가스 입구로부터 출구에 걸쳐 변화시킨 것을 특징으로 한다.
예를 들어, CO 제거기의 변성 가스 입구의 선택 산화 촉매량을 적게 하여, 출구에 행함에 따라서 선택 산화 촉매량을 증가시킴으로써, CO 제거기의 변성 가스 입구 근방에 있어서의 발열 반응에 의한 발열량을 감소시켜 폭주 반응의 발생을 방지하고, C0 제거기에 있어서의 반응 온도를 최적 온도(대략 100 내지 200 ℃)로 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
본 발명의 청구항 제8항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제2항 내지 청구항 제7항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치에 있어서 상기 용기에 송풍기를 배치하고,
상기 제1 공간부 및 제2 공간부에 송풍하여 온도 제어하는 것을 특징으로 한다.
제1 공간부 및 제2 공간부에 송풍하여 온도 제어함으로써, CO 변성기 및 CO 제거기에 있어서의 발열 반응에 의한 열을 냉각하고 CO 변성기 및 CO 제거기를 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
본 발명의 청구항 제9항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제2항 내지 청구항 제8항 중 어느 한 항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치에 있어서 상기 용기에 송풍기를 배치하고, 상기 CO 제거기의 변성 가스 입구측의 상기 선택 산화 촉매층 온도를 100 내지 200 ℃로 제어하는 것을 특징으로 한다.
CO 제거기의 변성 가스 입구 근방에 있어서의 발열 반응에 의한 발열량을 감소시켜 폭주 반응의 발생을 방지할 수 있다.
이하, 도면에 의해 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명한다.
① 제1 실시 형태
도1은 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치의 제1 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도2의 (a)는 도1에 도시한 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치의 A-A 단면의 제1 실시 형태를 도시하는 도면이고, 도2의 (b)는 도1에 도시한 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치의 A-A 단면의 다른 실시 형태를 도시하는 도면이다.
본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치(1)는 직립하는 내관(20)과, 이를 둘러싸는 다각형의 외관(21) 사이에 수소 원자를 분자 속에 갖는 유기 화합물을 함유하는 연료와 물을 반응시켜 수소 농후한 가스로 개질하는 개질용 촉매를 충전하여 촉매층(2)을 형성한 개질관(3)과, 그리고 도2의 (a)에 도시한 바와 같이 그 외곽에 외관(21)의 다각형의 각 정상점(21-1 내지 21-8)이 내접하여 배치되어 있는 최외관(22)을 설치하고 있고, 외관(21)과 최외관(22) 사이에 8개의 개질 가스의 통로(23)를 형성하고 있다. 또한, 다른 실시 형태에 있어서는 도2의 (b)에 도시한 바와 같이, 그 외곽에 외관(21)의 파형의 각 정상점(21-1 내지 21-8)이 내접[접촉 면적이 도2의 (a)의 경우보다 큼]하여 배치되어 있는 최외관(22)을 설치하고 있고, 이 예의 경우도 외관(21)과 최외관(22) 사이에 8개의 개질 가스의 통로(23)를 형성하고 있다. 부호 7은 가열 수단, 8은 개질관(3)으로부터 방열되는 열을 단열하는 단열재, 9는 CO 변성기, 10은 선택 산화 촉매, 11은 CO 제거기, 16은 버너이다.
그리고, 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치(1)는 개질관(3)의 내관(20)의 내측에 연소관(6)을 설치하고, 이 연소관(6)에서의 연소용 연료의 연소에 의해 개질 반응에 필요한 열량을 촉매층(2)에 공급하고, 개질 가스는 외관(21)과 최외관(22) 사이에 형성한 8개의 개질 가스의 통로(23)를 통과시키고, 한편 연소 배기 가스는 내관(20)과 연소관(6) 사이를 하방으로 통한 후, 최외관(22)의 외주에 공급하도록 되어 있다.
원료 탄화수소계 등의 연료 가스는 수증기가 첨가된 후에 연료 공급부(4)로부터 개질관(3)으로 이송된다. 수증기가 첨가된 연료 가스는 개질관(3)의 촉매층(2)과 접촉하여 촉매 반응(대략 700 ℃, 흡열 반응)에 의해 수소가 풍부한 가스(수소 농후한 가스)로 수증기 개질한다.
외관(21)의 다각형의 각 정상점(21-1 내지 21-8)이 최외관(22)에 내접하여 배치되어 있으므로, 그 접점을 통하여 배기 가스의 열이 최외관(22)측으로부터 개질관(3)의 외관(21)측으로 전도되게 되고, 개질관(3) 속의 개질 촉매(2)는 내관(20)의 내측으로부터 배기 가스에 의해 가열되는 동시에, 외관(21)측으로부터도 배기 가스에 의해 가열되므로, 개질 가스에 의해 열을 빼앗기는 것을 억제 할 수 있어 가열 효율이 향상된다.
② 제2 실시 형태
도3은 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도3에 있어서, 도1 내지 도2에 도시한 부호와 동일한 부호의 것은 도1 내지 도2에 도시한 바와 같은 것을 도시하고, 중복하는 설명을 생략한다.
본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치(1A)의 개질관(3)은 도1 내지 도2에 도시한 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치(1)와 같이 내관(20)과, 이를 둘러싸는 다각형의 외관(21) 사이에 개질용 촉매를 충전하여 촉매층(2)을 형성하고 있고, 그 외곽에 외관(21)의 다각형 또는 파형의 각 정상점(21-1 내지 21-8)이 내접하여 배치되어 있는 도시하지 않은 최외관(22)을 설치하고 있다.
도3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치(1A)는 수소 원자를 분자 속에 갖는 유기 화합물을 함유하는 연료와 물을 반응시켜 수소 농후한 가스로 개질하는 개질용 촉매를 충전하여 촉매층(2)을 형성한 개질관(3)과, 연료 가스를 개질관(3)에 공급하는 연료 공급부(4)와, 물을 개질관(3)에 공급하는 물 공급부(5)와, 연소관(6)에서의 연소용 연료의 연소에 의해 개질 반응에 필요한 열량을 부여하는 가열 수단(7)과, 개질관(3)으로부터 방열되는 열을 단열하는 단열재(8)와, 개질관(3)으로부터 유출하는 개질 가스 속에 포함되는 일산화탄소를 물과 반응시켜 이산화탄소로 변성하는 CO 변성기(9)와, CO 변성기(9)로부터 유출하는 변성 가스 속에 포함되는 일산화탄소를 공기 또는 산소와 반응시켜 이산화탄소로 하는 선택 산화 촉매(10)를 구비한 CO 제거기(11)와, 이들 구성 부재를 수납하는 용기(12)로 이루어지며, 내측으로부터 연소관(6), 개질관(3), 최외관(22), 단열재(8), CO 변성기(9), 제1 공간부(13), CO 제거기(11), 제2 공간부(14) 및 용기(12)가 이 차례로 각각을 동심원형으로 배치되어 구성되어 있다.
원료 탄화수소계 등의 연료 가스는 수증기가 첨가된 후에 연료 공급부(4)로부터 개질관(3)으로 이송된다. 수증기는 수증기 발생기(15)에 의해 시스템 내를 흐르는 냉각수 등의 물이 연소관(6)에서의 연소용 연료의 연소 후의 배기 가스의 배열과 열 교환됨으로써 생성된다. 수증기가 첨가된 연료 가스는 개질관(3)의 촉매층(2)과 접촉하여 촉매 반응(대략 700 ℃, 흡열 반응)에 의해 수소가 풍부한 가스(수소 농후한 가스)로 수증기 개질한다. 생성된 수소 농후한 가스는 일산화탄소를 포함하고 있으므로, CO 변성기(9)로 잉여의 수증기와의 반응(대략 200 내지 300 ℃, 발열 반응)에 의해 일산화탄소를 이산화탄소로 변성한다. CO 변성기(9)로부터 유출하는 변성 가스 속에 포함되는 일산화탄소를 CO 제거기(11)의 선택 산화 촉매와 접촉시켜 공기 또는 산소와 반응(대략 100 내지 200 ℃, 발열 반응)시켜 이산화탄소로 하여, 일산화탄소 농도가 낮은 수소 농후한 가스로 개질한다.
상기한 바와 같이 하여 얻어진 수소 농후한 가스는, 도시하지 않은 연료 전지의 수소극에 연속적으로 공급되어, 공기극에 공급되는 공기 사이에서 전지 반응을 일으켜 발전한다.
연료 가스 또는 연료 전지로부터 배출되는 미반응 수소 가스 등의 연소용 연료를 연소하는 버너(16) 등으로 이루어지는 가열 수단(7)을 연료 전지용 수소 발생 장치(1)에 부착하고, 연소관(6) 내에서의 연소용 연료의 연소에 의해 개질관(3)에 있어서의 개질 반응에 필요한 열량을 부여하고, 촉매층(2)의 온도를 승온하여 촉매 작용을 높이고 있다. 연소관(6) 내에서 연소용 연료를 연소 후, 배기 가스는 연소관(6)과 개질관(3) 사이를 통해 하방으로 흘러, 계속해서 도시하지 않은 최외관(22)과 단열재(8) 사이의 배기 가스 통로를 통해 상방에 흘러, 수증기 발생기(15)로 개질수와 열 교환하여 수증기를 발생시킨 후, 외부로 배출된다.
개질관(3) 속의 촉매층(2)은 내관(20)의 내측으로부터 배기 가스에 의해 가열되는 동시에, 외관(21)측으로부터도 배기 가스에 의해 가열되므로, 개질 가스에 의해 열을 빼앗기는 것을 억제할 수 있어 가열 효율이 향상된다.
단열재(8)는 개질관(3)으로부터 방열되는 열을 단열할 수 있어 열 효율의 향상이 도모되고, 바람직하게는 인접하는 CO 변성기(9)와 거의 동일한 온도(대략 200 내지 300 ℃)에 그 표면 온도가 되도록 단열재(8)의 재질이나 두께가 선정되는 것이 바람직하다. 단열재(8)의 재질은 200 내지 300 ℃로 유지할 수 있는 재질이면 좋고, 세라믹 파이버, 알루미나, 실리카 등의 규소계 재질, 록울 등을 예를 들 수 있다. 이들 그 중에서도 세라믹 파이버, 알루미나, 실리카 등의 규소계 재질의 분말, 입자, 분말을 굳힌 성형물 등은 내열성이 높고, 또한 열전도율이 적당하기 때문에 단열재(8)의 두께를 얇게 할 수 있고, 단열재(8)의 두께를 얇게 해도 그 표면 온도가 200 내지 300 ℃가 되는 재질이므로, 본 발명에 있어서 바람직하게 사용할 수 있다.
단열재(8)의 표면 온도를 200 내지 300 ℃로 제어함으로써, CO 변성기(9)에 있어서의 반응 온도를 대략 200 내지 300 ℃의 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
또한, 이 단열 수단으로서는 단열재뿐만 아니라, 표면이 경면 마무리로 되어있는 경면형 단열 부재를 배치하거나 혹은 CO 변성기(9)의 내측면을 경면 마무리함으로써, 개질관(3)으로부터의 방사열을 반사하는 것이 가능해진다.
또한, 개질관으로부터 CO 변성기까지의 공간을 진공으로 하는 것이라도, 단열 효과를 얻을 수 있다.
개질관(3)의 외관(21) 표면 온도가 700 ℃인 경우, 600 ℃에 있어서의 열전도율이 0.1(W/mK) 이하의 실리카 분말, 알루미나ㆍ실리카 섬유를 사용하여 단열재(8)의 두께를 변화시켰을 때의 단열재(8)의 두께와 단열재(8)의 외표면 온도와의 관계[외기온 20 ℃, 단열재(8)의 열전도율 0.03(W/mK)]를 다음에 나타낸다. 단열재(8)의 표면 온도를 200 내지 300 ℃로 제어하기 위해서는, 이 경우는 단열재(8)의 두께를 3 ㎜ 정도로 하면 되는 것을 알 수 있다.
단열재(8)의 두께(mm) 단열재(8)의 외표면 온도(℃)
3 228
5 176
7 146
10 123
CO 변성기(9)의 최적 온도는 상기한 바와 같이 대략 200 내지 300 ℃이지만, 200 ℃ 미만에서는 개질 가스 속에 포함되는 일산화탄소를 물과 반응시켜 이산화탄소로 변성하는 평형 반응(발열 반응)이 진행되지 않거나 혹은 느리고, 300 ℃를 초과하면 촉매가 열화되어 수명이 짧아진다.
CO 제거기(11)의 최적 온도는 상기한 바와 같이 대략 100 내지 200 ℃이지만, 100 ℃ 미만에서는 변성 가스 속에 포함되는 일산화탄소를 산소 또는 공기와 반응시켜 이산화탄소로 변환하는 선택 산화 반응(발열 반응)이 진행되지 않거나 혹은 느리고, 200 ℃를 초과하면 폭주 반응이 일어나 수소가 소비되어 버릴 문제가 생기고, 또한 촉매가 열화되어 수명이 짧아질 우려가 있다.
CO + 3H2 + CH4 + H2O
CO2 + 4H2 + CH4 + 2H2O
CO 변성기(9)와 CO 제거기(11) 사이에는 제1 공간부(13)가 설치되어 있고, 그리고 CO 제거기(11)와 용기(12) 사이에는 제2 공간부(14)가 설치되어 있고, 바람직하게는 용기(14)에 도시하지 않은 송풍기를 배치하여 내부에 냉각 공기를 넣고, 제1 공간부(13) 및 제2 공간부(14)에 송풍하여 CO 변성기(9)와 CO 제거기(11)를 냉각하여 각각이 최적 온도로 유지되도록 온도 제어한다. 이와 같이 온도 제어함으로써, CO 변성기(9) 및 CO 제거기(11)에 있어서의 발열 반응에 의한 열을 냉각하고 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
③ 제3 실시 형태
도4는 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도4에 있어서, 도1 내지 도3에 도시한 부호와 동일한 부호의 것은 도1 내지 도3에 도시한 바와 같은 것을 도시하여 중복하는 설명을 생략한다.
도4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치(1B)의 CO 제거기(11)는 C0 제거기(11)의 변성 가스 입구로부터 출구에 걸쳐 CO 제거기(11)의 용기 외벽에 구배를 마련하고 있고, 변성 가스 입구의 선택 산화 촉매량을 적게 하여, 출구에 행함에 따라서 선택 산화 촉매량을 증가시키고 있다. 또한, 용기(14)에 도시하지 않은 송풍기를 배치하여 냉각 공기 입구(17)로부터 내부에 냉각 공기를 넣고, 제1 공간부(13) 및 제2 공간부(14)에 송풍하여 CO 변성기(9)와 CO 제거기(11)를 냉각하여 각각이 최적 온도로 유지되도록 온도 제어하도록 되어 있는, 이외는 도3에 도시한 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치(1A)와 같이 되어 있다.
C0 제거기(11)의 변성 가스 입구에 있어서의 교축 효율에 의해 변성 가스 흐름이 균일해지는 효과가 있고, 또한 C0 제거기(11)의 변성 가스 입구 근방에 있어서의 발열 반응에 의한 발열량을 감소시킬 수 있고, 반응 열량을 제어할 수 있어 변성 가스 입구 근방에 있어서의 폭주 반응의 발생을 방지하고, CO 제거기(11)에 있어서의 반응 온도를 최적 온도(대략 100 내지 200 ℃)로 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
제1 공간부(13) 및 제2 공간부(14)에 송풍하여 온도 제어함으로써, CO 변성기(9) 및 CO 제거기(11)에 있어서의 발열 반응에 의한 열을 냉각하여 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
④ 제4 실시 형태
도5는 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도이다.
도5에 있어서, 도1 내지 도4에 도시한 부호와 동일한 부호의 것은 도1 내지 도4에 도시한 바와 같은 것을 도시하여 중복하는 설명을 생략한다.
도5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치(1C)는 개질관(3)으로의 연료 가스 입구 부분에 전열 촉진재 또는 축열재(18A)를 배치하는 동시에, 개질관(3)으로부터의 개질 가스 출구 부분에 전열 촉진재 또는 축열재(18B)를 배치한 이외는 도3에 도시한 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치(1A)와 같이 되어 있다.
본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치(1C)의 운전 조건 하에 개질기(3)의 연료 가스 입구 및 개질 가스 출구 근방은 온도가 대략 200 내지 300 ℃가 되므로, 개질관(3)으로의 연료 가스 입구 부분에 전열 촉진재 또는 축열재(18A)(메쉬형이나 입자형 등의 알루미나, 스테인레스 강 등)를 배치하면 이들 온도도 대략 200 내지 300 ℃가 되고, 이들 전열 촉진재 또는 축열재(18A)와 접촉하는 연료 가스나 수증기의 온도를 대략 200 내지 300 ℃에 예열할 수 있다. 또한, 개질기(3) 출구에 배치한 전열 촉진재 또는 축열재(메쉬형이나 입자형 등의 알루미나, 스테인레스 강 등)(18B)에 대해서도 마찬가지로 이들과 접촉하는 개질 가스의 온도도 대략 200 내지 300 ℃로 할 수 있으므로, 개질기(3) 출구에 외부 부착 열 교환기의 설치가 불필요해지는 동시에, 잉여열을 회수하고 유효하게 사용하여 CO 변성기(9)에 있어서의 반응 온도를 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있다.
상기 실시 형태의 설명은 본 발명을 설명하기 위한 것으로서, 특허청구의 범위에 기재된 발명을 한정하거나 혹은 범위를 감축할 만한 것은 아니다. 또한 본 발명의 각부 구성은 상기 실시 형태에 한정되지 않으며, 특허청구의 범위에 기재된 기술적 범위 내에서 여러 가지 변형이 가능하다.
본 발명의 청구항 제1항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 직립하는 내관과, 이를 둘러싸는 다각형 또는 파형의 외관 사이에 수소 원자를 분자 속에 갖는 유기 화합물을 함유하는 연료와 물을 반응시켜 수소 농후한 가스로 개질하는 개질용 촉매를 충전하여 촉매층을 형성한 개질관과, 그 외곽에 상기 외관의 다각형 또는 파형의 각 정상점이 내접하여 배치되어 있는 최외관을 설치하고, 상기 외관과 최외관 사이에 개질 가스의 통로를 형성하였으므로, 예를 들어 개질관의 내관 내측에 연소관을 설치하고, 이 연소관에서의 연소용 연료의 연소에 의해 개질 반응에 필요한 열량을 촉매층에 공급하고, 개질 가스는 외관과 최외관 사이에 형성한 개질 가스의 통로를 통과시키고, 한편 연소 배기 가스를 개질관의 내관 내측 및 최외관의 외주에 공급하도록 하면, 외관의 다각형 또는 파형의 각 정상점이 최외관에 내접하여 배치되어 있으므로 그 접점을 통하여 배기 가스의 열이 최외관측으로부터 개질관의 외관측으로 전도되게 되고, 개질관 중의 개질 촉매는 내관의 내측으로부터 배기 가스에 의해 가열되는 동시에, 외관측으로부터도 배기 가스에 의해 가열되므로, 개질 가스에 의해 열을 빼앗기는 것을 억제할 수 있어 가열 효율이 향상된다는 현저한 효과를 발휘한다.
본 발명의 청구항 제2항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제1항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치에 있어서 상기 개질관과, 상기 연료를 상기 개질관에 공급하는 연료 공급부와, 상기 물을 상기 개질관에 공급하는 물 공급부와, 상기 개질관의 내관 내측에 설치된 연소관에서의 연소용 연료의 연소에 의해 상기 개질 반응에 필요한 열량을 부여하는 가열 수단과, 상기 개질관의 외곽에 다각형 또는 파형의 각 정상점이 내접하여 배치되어 있는 상기 최외관과, 그 외주에 상기 개질관으로부터 방열되는 열을 단열하는 단열 수단과, 상기 개질관으로부터 유출하는 개질 가스 속에 포함되는 일산화탄소를 물과 반응시켜 이산화탄소로 변성하는 CO 변성기와, CO 변성기로부터 유출하는 변성 가스 속에 포함되는 일산화탄소를 공기 또는 산소와 반응시켜 이산화탄소로 하는 선택 산화 촉매를 구비한 C0 제거기와, 상기 구성 부재를 수납하는 용기로 이루어지며,
내측으로부터 연소관, 개질관, 최외관, 단열 수단, CO 변성기, 제1 공간부, CO 제거기, 제2 공간부 및 용기의 차례로 각각을 동심원형으로 배치하였으므로, 청구항 제1항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치와 동일한 효과를 발휘하는 데다가, 연소용 연료의 연소에 의해 개질 반응에 필요한 열량을 부여하는 가열 수단의 연소관을 중심으로 설치하고, 그 주위에 개질관, 그 주위에 최외관, 그 외부에 단열 수단을 배치하고, 그 외부에 CO 변성기를 배치하고, 그 외부에 CO 제거기를 배치하고, 하나의 용기에 각각을 동심원형으로 수납하여 일체화하고, 개질기 출구의 열 교환기를 불필요하여 간소한 구성으로 하고, 소형화 가능하게 되는 동시에, 각 반응기에서의 잉여열을 회수하고 유효하게 사용하여 각 반응기를 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있어, 열 효율이 높다는 또 다른 현저한 효과를 발휘하다.
본 발명의 청구항 제3항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제2항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치에 있어서 상기 단열 수단은 단열재이며, 상기 단열재의 표면 온도를 200 내지 300 ℃로 제어할 수 있게 단열재의 재질 및 두께를 선정하였으므로, CO 변성기에 있어서의 반응 온도를 대략 200 내지 300 ℃의 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있다는 또 다른 현저한 효과를 발휘한다.
본 발명의 청구항 제4항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제2항 또는 청구항 제3항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치에 있어서 상기 단열 수단은 경면형 단열 부재이며, 상기 CO 변성기의 내면 온도를 200 내지 300 ℃로 제어할 수 있게 경면형 단열 부재의 재질, 두께 및 표면 마무리 상태를 선정하였으므로, CO 변성기에 있어서의 반응 온도를 대략 200 내지 300 ℃의 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있고, 또한 단열재와 맞추어 사용함으로써, 더욱 소형화가 가능해진다는 또 다른 현저한 효과를 발휘한다.
본 발명의 청구항 제5항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제2항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치에 있어서 상기 단열 수단은 진공 공간이며, 상기 CO 변성기의 내면 온도를 200 내지 300 ℃로 제어할 수 있게 진공 공간의 두께 및 진공도를 CO 변성기에 있어서의 반응 온도를 대략 200 내지 300 ℃의 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있고, 또한 단열재 및 경면형 단열 부재와 맞추어 사용함으로써, 더욱 소형화가 가능해진다는 또 다른 현저한 효과를 발휘한다.
본 발명의 청구항 제6항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제2항 내지 청구항 제5항 중 어느 하나에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치에 있어서, 상기 개질기 출구에 전열 촉진재 또는 축열재를 배치하였으므로, 개질기 출구에 배치한 전열 촉진재 또는 축열재의 온도가 대략 200 내지 300 ℃가 되며, 이들 전열 촉진재 또는 축열재와 접촉하는 개질 가스의 온도도 대략 200 내지 300 ℃로 할 수 있고, 잉여열을 회수하고 유효하게 사용하여 CO 변성기에 있어서의 반응 온도를 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있다는 또 다른 현저한 효과를 발휘한다.
본 발명의 청구항 제7항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제2항 내지 청구항 제6항 중 어느 하나에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치에 있어서, 상기 CO 제거기의 변성 가스 입구로부터 출구에 걸쳐 용기 외벽에 구배를 마련하고, 상기 선택 산화 촉매량을 변성 가스 입구로부터 출구에 걸쳐 변화시켰으므로, CO 제거기의 변성 가스 입구 근방에서의 발열 반응에 의한 발열량을 감소시키고, 폭주 반응의 발생을 방지하여 C0 제거기에 있어서의 반응 온도를 최적 온도(대략 100 내지 200 ℃)로 정밀도 좋게 제어할 수 있다는 또 다른 현저한 효과를 발휘한다.
본 발명의 청구항 제8항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제2항 내지 청구항 제7항 중 어느 하나에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치에 있어서 상기 용기에 송풍기를 배치하고, 상기 제1 공간부 및 제2 공간부에 송풍하여 온도 제어하기 때문에, CO 변성기 및 C0 제거기에 있어서의 발열 반응에 의한 열을 냉각하여 CO 변성기 및 CO 제거기를 최적 온도로 정밀도 좋게 제어할 수 있다는 또 다른 현저한 효과를 발휘한다.
본 발명의 청구항 제9항에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치는, 청구항 제2항 내지 청구항 제8항 중 어느 한 한에 기재된 연료 전지용 수소 발생 장치에 있어서 상기 용기에 송풍기를 배치하고, 상기 CO 제거기의 변성 가스 입구측의 상기 선택 산화 촉매층 온도를 100 내지 200 ℃로 제어하기 때문에, CO 제거기의 변성 가스 입구 근방에서의 발열 반응에 의한 발열량을 감소시켜 폭주 반응의 발생을 방지할 수 있다는 또 다른 현저한 효과를 발휘한다.
도1은 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치의 일실시 형태를 도시하는 단면도.
도2의 (a)는 도1에 도시한 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치의 A-A 단면의 일실시 형태를 도시하는 도면이고, 도2의 (b)는 도1에 도시한 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치의 A-A 단면의 다른 실시 형태를 도시하는 도면.
도3은 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도.
도4는 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도.
도5는 본 발명의 연료 전지용 수소 발생 장치의 다른 실시 형태를 도시하는 단면도.
도6은 종래의 연료 전지용 수소 발생 장치의 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 1A, 1B, 1C : 연료 전지용 수소 발생 장치
2 : 촉매층
3 : 개질관
4 : 연료 공급부
5 : 물 공급부
6 : 연소관
7 : 가열 수단
8 : 단열재
9 : CO 변성기
10 : 선택 산화 촉매
11 : CO 제거기
12 : 용기
13 : 제1 공간부
14 : 제2 공간부
15 : 수증기 발생기
16 : 버너
17 : 냉각 공기 입구
18A, 18B : 전열 촉진재 또는 축열재
20 : 내관
21 : 외관
21-1 내지 21-8 : 정상점
22 : 최외관
23 : 개질 가스의 통로

Claims (9)

  1. 직립하는 내관과, 이를 둘러싸는 다각형 또는 파형의 외관 사이에 수소 원자를 분자 속에 갖는 유기 화합물을 함유하는 연료와 물을 반응시켜 수소 농후한 가스로 개질하는 개질용 촉매를 충전하여 촉매층을 형성한 개질관과, 그 외곽에 상기 외관의 다각형 또는 파형의 각 정상점이 내접하여 배치되어 있는 최외관을 설치하고, 상기 외관과 최외관 사이에 개질 가스의 통로를 형성한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 수소 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 개질관과, 상기 연료를 상기 개질관에 공급하는 연료 공급부와, 상기 물을 상기 개질관에 공급하는 물 공급부와, 상기 개질관의 내관 내측에 설치된 연소관에서의 연소용 연료의 연소에 의해 상기 개질 반응에 필요한 열량을 부여하는 가열 수단과, 상기 개질관의 외곽에 다각형 또는 파형의 각 정상점이 내접하여 배치되어 있는 상기 최외관과, 그 외주에 상기 개질관으로부터 방열되는 열을 단열하는 단열 수단과, 상기 개질관으로부터 유출하는 개질 가스 속에 포함되는 일산화탄소를 물과 반응시켜 이산화탄소로 변성하는 CO 변성기와, CO 변성기로부터 유출하는 변성 가스 속에 포함되는 일산화탄소를 공기 또는 산소와 반응시켜 이산화탄소로 하는 선택 산화 촉매를 구비한 C0 제거기와, 상기 구성 부재를 수납하는 용기로 이루어지며,
    내측으로부터 연소관, 개질관, 최외관, 단열 수단, CO 변성기, 제1 공간부, CO 제거기, 제2 공간부 및 용기의 차례로 각각을 동심원형으로 배치한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 수소 발생 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단열 수단은 단열재이며, 상기 단열재의 표면 온도를 200 내지 300 ℃로 제어할 수 있게 단열재의 재질 및 두께를 선정한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 수소 발생 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 단열 수단은 경면형 단열 부재이며, 상기 CO 변성기의 내면 온도를 200 내지 300 ℃로 제어할 수 있게 경면형 단열 부재의 재질, 두께 및 표면 마무리 상태를 선정한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 수소 발생 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 단열 수단은 진공 공간이며, 상기 CO 변성기의 내면 온도를 200 내지 300 ℃로 제어할 수 있게 진공 공간의 두께 및 진공도를 선정한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 수소 발생 장치.
  6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 개질기 출구에 전열 촉진재 또는 축열재를 배치한 것을 특징으로 하는 연료 전지용 수소 발생 장치.
  7. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 CO 제거기의 변성 가스 입구로부터 출구에 걸쳐 용기 외벽에 구배를 마련하고, 상기 선택 산화 촉매량을 변성 가스 입구로부터 출구에 걸쳐 변화시킨 것을 특징으로 하는 연료 전지용 수소 발생 장치.
  8. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 용기에 송풍기를 배치하고, 상기 제1 공간부 및 제2 공간부에 송풍하여 온도 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 수소 발생 장치.
  9. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 용기에 송풍기를 배치하고, 상기 CO 제거기의 변성 가스 입구측의 상기 선택 산화 촉매층 온도를 100 내지 200 ℃로 제어하는 것을 특징으로 하는 연료 전지용 수소 발생 장치.
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