KR100638814B1 - Small Fuel Reformer of Thin Film Type and Its Production Method - Google Patents

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KR100638814B1 KR1020050032121A KR20050032121A KR100638814B1 KR 100638814 B1 KR100638814 B1 KR 100638814B1 KR 1020050032121 A KR1020050032121 A KR 1020050032121A KR 20050032121 A KR20050032121 A KR 20050032121A KR 100638814 B1 KR100638814 B1 KR 100638814B1
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Abstract

실리콘 웨이퍼 기판을 사용하여 제조된 박막형 소형 개질 기 및 그 제조 방법이 제공된다.Provided are a thin film type small reformer manufactured using a silicon wafer substrate and a method of manufacturing the same.

본 발명은, 실리콘 웨이퍼로 이루어지고 내부에 채널을 형성한 기판 수단; 상기 기판 수단에 배치되어 상기 개질 부와 일산화 탄소 제거 부를 각각 다른 온도로 가열시키는 가열 수단; 상기 기판 수단의 일측에는 연료 유입구에 연결되는 채널이 형성되고, 상기 채널에는 탄화수소 연료를 수소 기체로 개질시키는 촉매 수단이 코팅된 개질 부; 상기 개질 부의 채널에 연이어서 수소 배출구에 연통되는 채널이 구비되고, 상기 채널 내에는 상기 개질 부에서 생성된 CO 가스를 제거시키는 촉매 수단이 코팅된 일산화 탄소 제거 부(PROX); 및 상기 기판 수단의 상,하부 면을 덮는 커버 수단;을 포함하는 박막형 소형 개질 기와 그 제조방법을 제공한다.The present invention comprises a substrate means made of a silicon wafer and formed with a channel therein; Heating means disposed in the substrate means for heating the reforming portion and the carbon monoxide removing portion to different temperatures; A channel connected to a fuel inlet is formed at one side of the substrate means, and the channel includes a reforming unit coated with catalytic means for reforming a hydrocarbon fuel with hydrogen gas; A carbon monoxide removal unit (PROX) having a channel connected to the hydrogen outlet and connected to the channel of the reforming unit, the catalyst unit coated with catalyst means for removing CO gas generated in the reforming unit; And a cover means for covering the upper and lower surfaces of the substrate means.

본 발명에 의하면, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 기판 수단을 사용하여 내부에 깊고 넓은 채널을 형성함으로써 소형이면서도 고성능의 개질 기를 얻을 수 있는 효과를 얻는다.According to the present invention, by forming a deep and wide channel therein by using a substrate means made of a silicon wafer, an effect of obtaining a compact and high-performance reformer can be obtained.

실리콘 웨이퍼 기판, 박막형 소형 개질 기, 개질 부, 일산화 탄소 제거 부, 촉매,채널 Silicon wafer substrate, thin film compact reformer, reforming part, carbon monoxide removal part, catalyst, channel

Description

박막형 소형 개질 기 및 그 제조 방법{Small Fuel Reformer of Thin Film Type and Its Production Method}Thin Fuel Reformer of Thin Film Type and Its Production Method

도1은 종래의 기술에 따른 적층 형 개질 기를 도시한 분해 사시도.1 is an exploded perspective view showing a laminate type reformer according to the prior art.

도2는 종래의 기술에 따른 또 다른 적층 형 개질 기를 도시한 단면도.Figure 2 is a cross-sectional view showing another stacked reformer according to the prior art.

도3은 종래의 기술에 따른 3차원 다층형 개질 기를 도시한 분해 사시도.Figure 3 is an exploded perspective view showing a three-dimensional multilayer reformer according to the prior art.

도4는 본 발명에 따른 박막형 소형 개질 기를 도시한 외관 사시도. Figure 4 is an external perspective view showing a thin film type small reformer according to the present invention.

도5는 본 발명에 따른 박막형 소형 개질 기를 도시한 분해 사시도. Figure 5 is an exploded perspective view showing a thin film compact reformer according to the present invention.

도6은 본 발명에 따른 박막형 소형 개질 기를 도시한 단면도.Figure 6 is a cross-sectional view showing a thin film compact reformer according to the present invention.

도7의 a),b),c)는 본 발명에 따른 박막형 소형 개질 기에 갖춰진 다양한 내부 채널을 도시한 구성도.7 a), b), c) are diagrams showing various internal channels provided in the thin film compact reformer according to the present invention;

도8은 본 발명에 따른 박막형 소형 개질 기의 개질기 및 가열 수단의 제조방법을 단계적으로 도시한 설명도.8 is an explanatory diagram showing step by step a manufacturing method of a reformer and heating means of a thin film type small reformer according to the present invention;

도9는 본 발명에 따른 박막형 소형 개질 기에 구비된 일산화 탄소 제거 부(PROX: Preferential Oxidation)의 제조방법을 단계적으로 도시한 설명도.FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a method of manufacturing a carbon monoxide removal unit (PROX: Preferential Oxidation) provided in a thin film compact reformer according to the present invention. FIG.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*          * Explanation of symbols for main parts of drawings *

1.... 박막형 소형 개질 기 10.... 기판 수단1 .... Thin film compact reformer 10 .... Substrate means

30.... 개질 부 32.... 촉매 수단30 .... reforming part 32 .... catalytic means

60.... 일산화 탄소 제거 부(PROX) 62.... 촉매 수단60 .... Carbon Monoxide Removal Unit (PROX) 62 .... Catalytic Means

80.... 가열 수단 82.... 오목 홈80 .... heating means 82 .... recessed groove

84.... Si3N4층 86.... SiO284 .... Si 3 N 4 layer 86 .... SiO 2 layer

88.... 전극 100.... 커버 수단88 .... electrode 100 .... cover means

102.... 연료 유입구 104.... 공기 유입구102 .... fuel inlet 104 .... air inlet

106.... 수소 배출구 120.... 제어 회로 부106 .... Hydrogen outlet 120 .... Control circuit section

140.... 전원 공급 부 C.... 채널140 .... Power Supply Part C .... Channel

200.... 기판 201,202.... 격벽200 .... Substrate 201,202 .... Bulkhead

203.... 개질 기 유로 204.... 촉매 막 203 .... reformer Euro 204 .... catalyst membrane

250.... 종래의 소형 개질 장치 251.... 연료 증발기250 .... Conventional Compact Reformer 251 .... Fuel Evaporator

252,253,254.... 연소기 257.... 일산화탄소 제거기252,253,254 .... Combustor 257 .... Carbon Monoxide Remover

261,262... 단열 지지 부재 310.... 연료 프로세서261,262 ... Insulating support member 310 .... Fuel Processor

314.... 연료 개질 기 328.... 히터314 .... Fuel Reformer 328 .... Heater

332.... 연료 전지 스택 332 .. Fuel Cell Stack

본 발명은 연료 전지에 사용되는 개질 기와 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 실리콘 웨이퍼 기판을 사용하여 내부에 깊고 넓은 채널을 형성함으로 써 소형이면서도 고성능을 얻을 수 있고, 마이크로 연료전지에 일체형으로 만들 수 있으며, 휴대용기기의 전원 출력밀도를 높일 수 있는 박막형 소형 개질 기 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a reformer used in a fuel cell and a method of manufacturing the same. More specifically, by forming a deep and wide channel inside using a silicon wafer substrate, small size and high performance can be obtained, and a micro fuel cell may be integrated. The present invention relates to a thin film type small reformer capable of increasing the power output density of a portable device and a method of manufacturing the same.

일반적으로 연료전지는 고분자연료전지, 직접메탄올연료전지, 용융탄산염연료전지, 고체산화물연료전지, 인산형 연료전지, 알카리 연료전지 등 여러 종류가 있으며, 휴대용 연료전지를 개발하기 위해서는 소형화 및 출력밀도가 중요하다. 이 중에서 휴대용 소형 연료전지로서 가장 많이 사용되는 것으로는 직접 메탄올 연료전지 (Direct Methanol Fuel Cell, DMFC)와 고분자 전해질 연료전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)등이 있다. Generally, there are many types of fuel cells, such as polymer fuel cells, direct methanol fuel cells, molten carbonate fuel cells, solid oxide fuel cells, phosphate fuel cells, and alkaline fuel cells. It is important. Among them, portable methanol fuel cells (DMFCs) and polymer electrolyte fuel cells (PEMFCs) are most commonly used as portable small fuel cells.

이런 방식의 차이는 연료를 메탄올과 디메틸 에테르(dimethyl-ether : DME) 등의 액체 연료를 주입하는가, 또는 기체상태의 수소 연료를 주입하는가에 대한 것이다. 이런 방식의 차이는 곧 단위용량에 따른 출력밀도의 차이를 나타내고, 연료전지의 성능과 직결되는 중요한 인자가 된다.       The difference between these methods is whether the fuel is injected with liquid fuel such as methanol and dimethyl ether (DME) or gaseous hydrogen fuel. The difference in this type represents the difference in power density according to the unit capacity, which is an important factor directly related to the performance of the fuel cell.

따라서, 연료 전지가 높은 전원 출력밀도를 얻기 위해서는 액체 연료를 사용하는 것이 필요하고, 이를 위해서는 액체 연료를 기체 연료로 만들어주기 위한 개질 기(Reformer)가 필수적으로 사용되는데 지금 현재 상용화되는 고성능의 소형 개질 기는 거의 없는 실정이다. 따라서, 고성능을 갖는 소형 개질 기의 연구 개발이 필요하게 되고 이런 연구의 성공은 소형 연료전지의 출력 문제점을 해결할 수 있는 방안으로서 필수요건이 되고 있다.       Therefore, it is necessary for a fuel cell to use a liquid fuel in order to obtain a high power output density. For this purpose, a reformer for making a liquid fuel into a gaseous fuel is essential. There is almost no qi. Therefore, the research and development of a small reformer having a high performance is required, and the success of this research has become an essential requirement as a solution to solve the output problem of the small fuel cell.

종래 방식은 대한 민국 특허공개공보 제 2005-4729호에 기재된 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 개질 기 유로(203)에 촉매 막(204)을 형성시키고, 유로를 병렬로 적층하여 형성한 구조를 갖는다. 그리고, 유로(203)를 따라서 좌,우 양측으로 돌출된 격벽(201)(202)들이 기판(200)상에 형성된다. 이러한 종래의 구조는 메탄올의 농도가 낮은 연료 개스를 더 많이 통과시키므로 수소 이온 및 전자의 발생을 높임과 동시에 연료 전지의 전해질 막에 도달되는 메탄올의 농도를 줄이는 방법으로 제공되었다.      The conventional method is described in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2005-4729, as shown in FIG. 1, in which a catalyst membrane 204 is formed in a reforming base flow path 203, and a structure is formed by stacking flow paths in parallel. Has In addition, partition walls 201 and 202 protruding to the left and right sides along the flow path 203 are formed on the substrate 200. Such a conventional structure has been provided as a method of increasing the generation of hydrogen ions and electrons while reducing the concentration of methanol reaching the electrolyte membrane of the fuel cell since more methanol passes through the fuel gas having a lower concentration.

그렇지만, 이와 같은 종래의 방식은 개질 기 유로(203) 내에 촉매 막(204)을 형성하고 병렬의 다수의 적층 구조를 갖춤으로써 그 구조를 소형으로 하기가 어려운 것이었다.      However, such a conventional method has been difficult to make the structure small by forming the catalyst film 204 in the reforming base passage 203 and having a plurality of stacked structures in parallel.

한편, 종래의 출력밀도를 향상시키기 위한 방법으로는 전해질, 촉매, 연료(수소,메탄올,DME)의 3상 계면을 증가시키기 위한 막-전극 접합체의 촉매 층을 포함한 2 전극 및 고분자막 등의 연구로 집중이 되었다. 한 예로 대한민국 특허 등록번호 제0409042호에 기재된 바와 같이, 고분자 전해질 막의 두께를 감소시켜 이온전도에 대한 저항을 감소시켜 출력밀도를 향상시키는 방안을 제시하였다.      On the other hand, the conventional method for improving the output density of the electrolyte, catalyst, fuel cell (hydrogen, methanol, DME) to increase the three-phase interface, including the catalyst layer of the membrane-electrode assembly to increase the electrode and polymer membrane, etc. It was concentrated. As an example, as described in Korean Patent Registration No. 00409042, a method of improving the power density by reducing the thickness of the polymer electrolyte membrane and reducing the resistance to ion conduction was proposed.

그렇지만, 이와 같은 종래의 기술은 개질 기의 구조와는 직접적으로는 무관한 막-전극 접합체에 관한 것이다.      However, such conventional techniques relate to membrane-electrode assemblies that are not directly related to the structure of the reformer.

그리고, 또 다른 종래 기술로는 대한민국 특허 등록번호 제0434779호에 제시된 바와 같이, 분리판의 유로를 기존의 크기보다 미세하게 가공함으로써 반응 가스가 촉매 층으로 대류, 확산 되는 것을 촉진시키며, 농도 및 온도의 분포를 균일하게 하여 출력밀도를 높이고 연료전지의 경량화 및 소형화를 제공하기 위한 방법으 로 제시되었다. In addition, as another conventional technology, as shown in Korean Patent Registration No. 0434779, by processing the flow path of the separation plate finer than the existing size to promote the convection and diffusion of the reaction gas into the catalyst layer, the concentration and temperature It has been proposed as a method to increase the power density by providing a uniform distribution, and to provide a lighter and smaller fuel cell.

그렇지만, 이와 같은 종래의 기술도 개질 기의 구조와는 직접적으로 무관한 연료전지의 분리판에 관한 것이다.However, this conventional technique also relates to a separator of a fuel cell which is not directly related to the structure of the reformer.

그리고, 또 다른 종래의 기술로는 도 2에 도시된 바와 같은 일본 특개평 2004-288573호의 소형 개질 장치가 있다. Another conventional technique is the compact reformer of Japanese Patent Laid-Open No. 2004-288573 as shown in FIG.

이러한 종래의 소형 개질 장치(250)는 단열 패키지(258)와, 단열 패키지(258) 내에 순서로 겹겹이 쌓인 연소용 연료 증발기(251), 발전용 연료 증발기(255), 연소기(252), 일산화탄소 제거기(257), 연소기(254), 개질 기(256), 연소기(253)을 구비한다. 상기 연소용 연료 증발기(251)의 하면에는 단열 지지 부재(261)(262)가 접합 되고, 이 단열 지지 부재(261)(262)에 따라서 연소용 연료 증발기(251)가 지지되며, 연소용 연료 증발기(251)가 단열 패키지(258)의 내벽으로부터 떨어져 위치된다. The conventional small reformer 250 includes a thermal insulation package 258, a fuel evaporator 251 for combustion, power generation fuel evaporator 255, a combustor 252, and a carbon monoxide remover, which are stacked in order in the thermal insulation package 258. 257, a combustor 254, a reformer 256, and a combustor 253. The heat insulation support members 261 and 262 are joined to the lower surface of the combustion fuel evaporator 251, and the fuel evaporator 251 for combustion is supported by the heat insulation support members 261 and 262. Evaporator 251 is positioned away from the inner wall of thermal insulation package 258.

따라서, 이와 같은 종래의 개질 장치도 다층의 구조를 갖춤으로써 원하는 바의 소형 구조를 갖기는 어려운 것이었다.Therefore, such a conventional reformer also has a multi-layered structure, making it difficult to have a desired compact structure.

또한, 이와 유사한 종래의 기술로는 도 3에 도시된 바와 같은 대한민국 특허 공개공보 제 2003-28829호가 있다.In addition, a similar conventional technology is Korean Patent Publication No. 2003-28829 as shown in FIG.

이와 같은 종래 기술은 연료 프로세서(310)에 관한 것으로, 연료 개질 기(314)를 규정하는 모노리식 3차원 다층 세라믹 캐리어 구조체(312)를 구비하며, 일체형 연료 전지 스택(332)을 구비한다. 상기 개질 기(314)는 증발 영역(316)과, 촉매를 구비하는 반응 영역(318), 및 일체형 히터(328)를 구비하고, 상기 일체형 히터(328)는 반응 영역(318)에 열적으로 결합 된다. This prior art relates to a fuel processor 310, having a monolithic three dimensional multilayer ceramic carrier structure 312 defining a fuel reformer 314, and having an integrated fuel cell stack 332. The reformer 314 has an evaporation zone 316, a reaction zone 318 with a catalyst, and an integral heater 328, wherein the integral heater 328 is thermally coupled to the reaction zone 318. do.

상기 연료 프로세서는 액체 연료용 유입 채널(320)과 수소 과잉 가스용 유출 채널(322)을 또한 구비한다. 그리고, 연료 프로세서(310)는 조립된 후 캡슐화된 촉매가 유입 연료를 수소 과잉 가스로 변환하거나, 개질시키는 소형 치수를 제공하도록 소결되는 다층 세라믹 기술을 사용하여 형성된다.The fuel processor also has an inlet channel 320 for liquid fuel and an outlet channel 322 for hydrogen excess gas. The fuel processor 310 is then formed using a multilayer ceramic technique where the encapsulated catalyst is sintered to provide compact dimensions to convert or reform the incoming fuel into hydrogen excess gas.

그렇지만, 이와 같은 종래의 기술도 개질 기의 구조를 소형화하는 데에는 구조적으로 한계가 있는 것이었다.However, such a conventional technique was also structurally limited in miniaturizing the structure of the reformer.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 실리콘 웨이퍼 기판을 사용하여 내부에 깊고 넓은 채널을 형성함으로써 소형이면서도 고성능의 박막형 소형 개질 기 및 그 제조 방법을 제공함에 제 1의 목적이 있다.      Disclosure of Invention The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a first object of the present invention is to provide a thin and high performance thin film type small reformer and a method of manufacturing the same by forming a deep and wide channel therein using a silicon wafer substrate. .

또한, 본 발명은 마이크로 연료전지에 일체형으로 장착되어 메탄올이나 디메틸 에테르(dimethyl-ether : DME) 등의 다양한 연료의 사용이 가능하고, 휴대용기기의 전원 출력밀도를 높일 수 있는 박막형 소형 개질 기 및 그 제조 방법을 제공함에 제 2의 목적이 있다.      In addition, the present invention is integrally mounted to the micro fuel cell is possible to use a variety of fuels such as methanol, dimethyl ether (dimethyl-ether (DME)), thin film type small reformer that can increase the power output density of portable devices and its It is a second object to provide a manufacturing method.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 탄화수소계 액체연료를 사용하여 수소를 생산하는 연료전지용 개질 기에 있어서,In order to achieve the above object, the present invention is a fuel cell reformer for producing hydrogen using a hydrocarbon-based liquid fuel,

실리콘 웨이퍼로 이루어지고 내부에 채널을 형성한 기판 수단;Substrate means formed of a silicon wafer and having channels formed therein;

상기 기판 수단에 배치되어 상기 개질 부와 일산화 탄소 제거 부를 각각 다 른 온도로 가열시키는 가열 수단;Heating means disposed in the substrate means for heating the reforming portion and the carbon monoxide removing portion to different temperatures;

상기 기판 수단의 일측에는 연료 유입구에 연결되는 채널이 형성되고, 상기 채널에는 탄화수소 연료를 수소 기체로 개질시키는 촉매 수단이 코팅된 개질 부;A channel connected to a fuel inlet is formed at one side of the substrate means, and the channel includes a reforming unit coated with catalytic means for reforming a hydrocarbon fuel with hydrogen gas;

상기 개질 부의 채널에 연이어서 수소 배출구에 연통되는 채널이 구비되고, 상기 채널 내에는 상기 개질 부에서 생성된 CO 가스를 제거시키는 촉매 수단이 코팅된 일산화 탄소 제거 부(PROX); 및A carbon monoxide removal unit (PROX) having a channel connected to the hydrogen outlet and connected to the channel of the reforming unit, the catalyst unit coated with catalyst means for removing CO gas generated in the reforming unit; And

상기 기판 수단의 상,하부 면을 덮는 커버 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 소형 개질 기를 제공한다. It provides a thin film-type small reformer comprising a; cover means for covering the upper, lower surfaces of the substrate means.

그리고, 본 발명은 탄화수소계 액체연료를 사용하여 수소를 생산하는 연료전지용 개질 기의 제조방법에 있어서,In addition, the present invention is a method for producing a reformer for a fuel cell that produces hydrogen using a hydrocarbon-based liquid fuel,

실리콘 웨이퍼로 이루어지고 내부에 채널을 형성한 기판 수단을 제공하는 단계;Providing a substrate means consisting of a silicon wafer and having channels formed therein;

상기 기판 수단에 상기 개질 부와 일산화 탄소 제거 부를 각각 다른 온도로 가열시키기 위한 가열 수단을 제공하는 단계; Providing heating means for heating the reforming portion and the carbon monoxide removing portion to the substrate means at different temperatures;

상기 기판 수단의 일측에는 탄화수소 연료를 수소 기체로 개질시키는 촉매 수단이 코팅된 개질 부를 제공하는 단계;Providing at one side of the substrate means a reforming portion coated with catalytic means for reforming a hydrocarbon fuel with hydrogen gas;

상기 개질 부의 채널에 연이어서 상기 개질 부에서 생성된 CO 가스를 제거시키는 촉매 수단이 코팅된 일산화 탄소 제거 부(PROX)를 형성하는 단계; 및Forming a carbon monoxide removal portion (PROX) coated with catalyst means subsequent to the channel of the reforming portion to remove CO gas generated in the reforming portion; And

상기 개질 부, 일산화 탄소 제거 부 및 가열 수단 등을 외부와 격리시키기 위하여 상기 기판 수단 상의 상,하부 면을 덮는 커버 수단을 제공하는 단계;를 포 함하는 것을 특징으로 하는 박막형 소형 개질 기의 제조방법을 제공한다. Providing a cover means for covering the upper and lower surfaces on the substrate means in order to isolate the reforming part, the carbon monoxide removing part, and the heating means from the outside. To provide.

이하, 첨부된 도면에 따라 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 박막형 소형 개질 기(1)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 탄화수소계 액체연료를 사용하여 수소를 생산하게 된다.The thin film compact reformer 1 according to the present invention will produce hydrogen using a hydrocarbon-based liquid fuel, as shown in FIGS. 4 and 5.

본 발명에 따른 박막형 소형 개질 기(1)는 실리콘 웨이퍼로 이루어지고 내부에 채널을 형성한 기판 수단(10)을 갖는다.The thin film type small reformer 1 according to the present invention has a substrate means 10 made of a silicon wafer and having a channel formed therein.

본 발명은 이러한 실리콘 웨이퍼로 이루어진 하나의 기판 수단(10) 상에 개질 부(30)와 일산화탄소 제거 부(PROX: Preferential Oxidation)(60)를 일체화시켜 소형화한 것이다.  The present invention is miniaturized by integrating a reforming portion 30 and a carbon monoxide removal portion (PROX) 60 on one substrate means 10 made of such a silicon wafer.

상기 기판 수단(10)은 그 표면에 식각을 통하여 연료가 흘러가는 마이크로 채널(C)을 구비하며, 상기 채널(C)은 도 6에 도시된 바와 같이, 폭 (1000~100)㎛ × 깊이 (500~200)㎛ 등으로 다양하게 변화할 수 있는 크기를 갖는다.The substrate means 10 has a micro channel (C) through which the fuel flows through the surface of the substrate means 10, the channel (C) is a width (1000 ~ 100) ㎛ × depth ( It has a size that can be changed in various ways, such as 500 ~ 200) ㎛.

그리고, 상기 기판 수단(10)은 도 7a),b),c)에 도시된 바와 같이, 다양한 형태의 채널(C)을 구비할 수 있으며, 상기 채널(C)에는 이후에 설명되는 바와 같이, 일측에는 연료 유입구(102)가 연통 되고, 타측에는 수소 배출구(106)가 형성되는 구조이다.In addition, the substrate means 10 may be provided with various types of channels C, as shown in FIGS. 7A, 7B, and 7C, which will be described later. The fuel inlet 102 is in communication with one side, the hydrogen outlet 106 is formed on the other side.

그리고, 상기 개질 부(30)는 기판 수단(10)의 일측 채널(C)에 형성되고 상기 채널(C)의 일측은 연료 유입구(102)에 연결되며, 상기 채널(C)에는 탄화수소 연료를 수소 기체로 개질시키는 촉매 수단(32)이 코팅된 구조이다. 상기 개질 부(30)에서 연료를 수증기 개질, 부분 산화, 자열 반응(autothermal reaction) 등의 촉매반 응에 의해 액체 연료를 수소가 풍부한 개질 가스로 전환하게 되며, 상기 개질 부(30)의 촉매 수단(32)으로서는 Cu/ZnO 또는 Cu/ZnO/Al2O3가 사용되며, 이때 증착 방법은 RF 스퍼터를 이용하여 증착하거나 분말 상태를 담지 하는 방법을 이용할 수 있다. In addition, the reforming unit 30 is formed in one channel C of the substrate means 10, one side of the channel C is connected to the fuel inlet 102, and the hydrocarbon C is hydrogenated in the channel C. The catalyst means 32 for reforming with gas is coated. The reforming unit 30 converts the fuel into a hydrogen-rich reforming gas by catalytic reaction of steam reforming, partial oxidation, autothermal reaction, and the like, and the catalytic means of the reforming unit 30. As (32), Cu / ZnO or Cu / ZnO / Al 2 O 3 is used, and the deposition method may be a method of depositing using RF sputter or supporting a powder state.

또한, 상기 개질 부(30)의 채널(C)에 연이어서 일산화 탄소 제거 부(PROX)(60)가 형성되는바, 상기 일산화 탄소 제거 부(PROX)(60)는 개질 부(30)의 채널(C)에 연이은 채널(C)이 구비되고, 상기 채널(C)은 수소 배출구(106)에 연결되며, 상기 채널(C) 내에는 상기 개질 부(30)에서 생성된 CO 가스를 제거시키는 촉매 수단(62)이 코팅된 구조이다.In addition, the carbon monoxide removal unit (PROX) 60 is formed after the channel C of the reforming unit 30, and the carbon monoxide removing unit PROX 60 is a channel of the reforming unit 30. Subsequent channel (C) is provided in (C), the channel (C) is connected to a hydrogen outlet (106), and within the channel (C) a catalyst for removing CO gas generated in the reforming section (30) The means 62 is coated.

이러한 일산화탄소 제거 부(60)에서는 수성 전환과 선택적 산화 방법과 같은 촉매 반응을 이용하여 개질 가스로부터 일산화탄소를 제거한다. 이와 같은 일산화탄소 제거 부(60)에서 사용되는 촉매 수단(62)은 바람직하게는 Pt, Pt/Ru, Cu/CeO/Al2O3 중의 어느 하나이다. The carbon monoxide removal unit 60 removes carbon monoxide from the reformed gas by using a catalytic reaction such as an aqueous conversion and a selective oxidation method. The catalyst means 62 used in the carbon monoxide removal unit 60 is preferably any one of Pt, Pt / Ru and Cu / CeO / Al 2 O 3 .

한편, 상기 기판 수단(10)은 그 배면 측에, 즉 개질 부(30)와 일산화탄소 제거 부(60)가 형성되는 채널(C) 형성 면의 반대 면에는 이후에 설명되는 가열 수단(80)이 배치된다.      On the other hand, the substrate means 10 has a heating means 80 which will be described later on the back side thereof, that is, on the opposite side of the channel C forming surface on which the reforming portion 30 and the carbon monoxide removing portion 60 are formed. Is placed.

상기 가열 수단(80)은 바람직하게는 상기 기판 수단(10)의 배면에서 상기 기판 수단(10)의 앞면 채널(C)과 동일한 궤적을 이루도록 형성된 오목 홈(82) 내에 형성되는 데, 상기 기판 수단(10)은 채널(C)과 오목 홈(82)의 형성 후 남은 두께가 수십㎛~수백㎛으로 유지된다. 이와 같이 오목 홈(82)을 형성함으로써 상기 가열 수단(80)에 의한 열이 개질 부(30)와 일산화탄소 제거 부(60)로 전달되는 경로를 단축시켜 가열 효과를 극대화한다.       The heating means 80 is preferably formed in a concave groove 82 formed to form the same trajectory as the front channel C of the substrate means 10 at the rear surface of the substrate means 10, wherein the substrate means 10, the thickness remaining after the formation of the channel C and the concave groove 82 is maintained at several tens of micrometers to several hundred micrometers. By forming the concave groove 82 as described above, the path by which the heat by the heating means 80 is transferred to the reforming unit 30 and the carbon monoxide removing unit 60 is shortened to maximize the heating effect.

그리고, 상기 기판 수단(10)의 표면에는 Si3N4층(84) 과 SiO2 층(86)이 증착되고, 상기 채널(C)과 오목 홈(82)에는 가열 수단(80) 때문에 발생 되는 전기적 통전 등을 방지하고, 연료가 흘러가는 유로 채널(C) 내에 촉매가 잘 증착 또는 부착되도록 SiO2 층(86)이 증착된다.The Si 3 N 4 layer 84 and the SiO 2 layer 86 are deposited on the surface of the substrate means 10, and the heating means 80 is generated in the channel C and the recessed groove 82. The SiO 2 layer 86 is deposited to prevent electrical conduction or the like and to deposit or adhere the catalyst well in the flow channel C through which the fuel flows.

상기 가열 수단(80)은 상기 기판 수단(10)의 하부 측에 배치되어 상기 기판 수단(10)을 통하여 상기 개질 부(30)와 일산화 탄소 제거 부(60)를 각각 다른 온도로 가열시키는 것이다. 상기 가열 수단(80)은 산화방지를 위해 SiO2 층(86)상에 증착되는 Ta/Al 또는 Pt등의 전극(88)으로 이루어진다.The heating means 80 is disposed on the lower side of the substrate means 10 to heat the reforming portion 30 and the carbon monoxide removal portion 60 through the substrate means 10 to different temperatures. The heating means 80 consists of an electrode 88 such as Ta / Al or Pt deposited on the SiO 2 layer 86 to prevent oxidation.

이와 같은 가열 수단(80)은 개질 부(30)와 일산화 탄소 제거 부(60)에 각각 다른 온도를 가열시키기 위하여 개질 부(30)와 일산화 탄소 제거 부(60)에 형성되는 전극(88)의 두께가 다르게 형성될 수 있다. 이와 같이 형성하여 개질 부(30)와 일산화 탄소 제거 부(60)에 가해지는 열량이 다르게 되도록 설계할 수 있고, 이 가열 수단(80)은 기판 수단(10)의 하면에 형성됨으로써 상기 개질 부(30)와 일산화 탄소 제거 부(60)의 촉매 수단(32)(62)들이 상기 가열 수단(80)에 의한 직접적인 열에 의해 산화되는 현상과 액체 연료가 직접 가열 수단(80)에 접촉하는 것을 방지할 수 있는 것이다.The heating means 80 is formed of the electrode 88 formed in the reforming portion 30 and the carbon monoxide removing portion 60 so as to heat different temperatures in the reforming portion 30 and the carbon monoxide removing portion 60, respectively. The thickness can be formed differently. The heating unit 80 may be designed such that the amount of heat applied to the reforming unit 30 and the carbon monoxide removing unit 60 is different, and the heating unit 80 is formed on the lower surface of the substrate unit 10 so that the reforming unit ( 30 and the catalytic means 32 and 62 of the carbon monoxide removing unit 60 are prevented from being oxidized by direct heat by the heating means 80 and preventing the liquid fuel from directly contacting the heating means 80. It can be.

그리고, 본 발명은 상기 기판 수단(10)의 상,하부 면을 덮는 커버 수단(100)을 포함한다. 상기 커버 수단(100)은 파이렉스(Pyrex) 등의 유리기판 재료로 이루어지는 것으로서, 상기 기판 수단(10)의 상,하면에 접합 되어 개질 부(30), 일산화 탄소 제거 부(60) 및 가열 수단(80) 등을 외부와 격리 및 단열시킨다. In addition, the present invention includes a cover means 100 for covering the upper and lower surfaces of the substrate means 10. The cover means 100 is made of a glass substrate material such as Pyrex, and is bonded to the upper and lower surfaces of the substrate means 10 to modify the portion 30, the carbon monoxide removing portion 60, and the heating means ( 80) Isolate and insulate the lamp from the outside.

한편, 상기 커버 수단(100)의 일측으로는 연료 유입구(102)와 공기 유입구(104) 및 수소 배출구(106)가 형성된다. 상기 연료 유입구(102)는 별도로 마련된 액체 연료 공급 펌프(미도시) 등에 연결되어 액체 연료를 받고, 공기 유입구(104)는 별도의 공기 공급펌프(미도시)에 연결되어 공기 중의 산소를 공급받을 수 있다.      Meanwhile, the fuel inlet 102, the air inlet 104, and the hydrogen outlet 106 are formed at one side of the cover means 100. The fuel inlet 102 may be connected to a liquid fuel supply pump (not shown) provided separately to receive liquid fuel, and the air inlet 104 may be connected to a separate air supply pump (not shown) to receive oxygen in the air. have.

또한, 본 발명의 박막형 소형 개질 기(1)는 상기 하부 커버 수단(100)의 하면에 회로기판으로 이루어지는 제어 회로 부(120)가 배치되는바, 이는 상기 하부 커버 수단(100)에 본딩등으로 일체로 접합 연결된다.      In addition, in the thin film type small reformer 1 of the present invention, a control circuit part 120 formed of a circuit board is disposed on a lower surface of the lower cover means 100, which is bonded to the lower cover means 100. It is integrally connected and connected.

그리고, 상기 제어 회로 부(120)는 일측에 충전지등으로 이루어지는 전원 공급 부(140)를 구비하는바, 상기 전원 공급 부(140)는 본 발명의 개질 기(1)가 장착되는 연료전지(미도시)의 초기 구동시에 상기 액체 연료 공급 펌프와 공기 공급 펌프 및 가열 수단(80) 등을 동작시키기 위한 것이다.       In addition, the control circuit unit 120 includes a power supply unit 140 including a rechargeable battery on one side, and the power supply unit 140 includes a fuel cell in which the reformer 1 of the present invention is mounted. To operate the liquid fuel supply pump, the air supply pump, the heating means 80 and the like at the time of initial driving.

따라서, 상기 전원 공급 부(140)는 상기 제어 회로 부(120)를 통하여 이들 액체 연료 공급 펌프와 공기 공급 펌프 및 가열 수단(80)의 전극(88) 등에 전기적으로 연결된 것이고, 상기 제어 회로 부(120)는 이와 같이 전원 공급 부(140)에서 상기 액체 연료 공급 펌프와 공기 공급 펌프 및 가열 수단(80)의 전극(88)으로 공급되는 전류를 적절하게 배분 및 제어하는 것이다.      Accordingly, the power supply unit 140 is electrically connected to the liquid fuel supply pump, the air supply pump, and the electrode 88 of the heating means 80 through the control circuit unit 120, and the control circuit unit ( In this way, the power supply unit 140 appropriately distributes and controls the current supplied from the liquid fuel supply pump, the air supply pump, and the electrode 88 of the heating means 80.

또한, 상기 전원 공급 부(140) 와 상기 제어 회로 부(120)는 본 발명의 개질 기(1)가 장착되는 연료 전지의 초기 구동시에는 상기 액체 연료 공급 펌프와 공기 공급 펌프 및 가열 수단(80)을 동작시키지만, 상기 연료 전지가 전류를 생산하게 되면, 그 중 일부를 다시 전원 공급 부(140)에 저장하여 필요한 경우 재사용하도록 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고, 상기 전원 공급 부(140) 와 상기 제어 회로 부(120)는 연료 전지의 특성상 갑작스런 고출력이 필요한 경우, 상기 전원 공급 부(140)로부터 먼저 전원을 인출하여 사용할 수 있도록 전기적으로 연결되는 것이다.       In addition, the power supply unit 140 and the control circuit unit 120 is the liquid fuel supply pump, the air supply pump and heating means (80) during the initial driving of the fuel cell equipped with the reformer 1 of the present invention. ), But when the fuel cell produces a current, some of the fuel cell may be electrically connected to the power supply 140 to be stored and reused if necessary. In addition, when the power supply unit 140 and the control circuit unit 120 need a sudden high output due to the characteristics of the fuel cell, the power supply unit 140 is electrically connected to draw power from the power supply unit 140 first.

이하, 본 발명에 따른 박막형 소형 개질 기의 제조 방법에 대해 설명한다.      Hereinafter, the manufacturing method of the thin film type | mold small reformer which concerns on this invention is demonstrated.

본 발명에 따른 박막형 소형 개질 기의 제조 방법은 먼저, 실리콘 웨이퍼로 이루어지고 내부에 채널(C)을 형성한 기판 수단(10)을 제공하는 단계가 이루어진다.In the method of manufacturing a thin film type small reformer according to the present invention, first, a step of providing a substrate means 10 made of a silicon wafer and having a channel C formed therein is performed.

이는 도 8a)에 도시된 바와 같이, 기판 수단(10)을 이루는 실리콘 웨이퍼의 양면을 면 처리(Polishing) 하고 여기에는 Si3N4층(84)을 증착시킨다. 이때에는 저압화학 증착 장비(LPCVD), 또는 플라즈마 화학 증착 장치(PECVD)를 이용하여 증착한다.This polishes both sides of the silicon wafer constituting the substrate means 10 and deposits a Si 3 N 4 layer 84, as shown in FIG. 8A). In this case, deposition is performed using a low pressure chemical vapor deposition apparatus (LPCVD) or a plasma chemical vapor deposition apparatus (PECVD).

그리고, 도 8b)에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼의 뒷면에 포토 레지스터(photo resister)(13)를 코팅한 후, 마스크 #1을 가지고 포토리소그래프 처리(Photolithography)를 한다.      And, as shown in Figure 8b), after the photo resist (photo resister) 13 is coated on the back side of the silicon wafer, the mask # 1 is subjected to photolithography (Photolithography).

또한, 도 8c)에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼의 뒷면에는 Si3N4층(84)을 습식 에칭 또는 건식 에칭하고, 도 8d)에 도시된 바와 같이, KOH 또는 TMAH((Tetramethyl ammonium hydroxide) 등의 용액을 이용하여 습식 식각 처리를 하여 이후에 설명되는 가열 수단(80)이 부착되는 오목 홈(82)을 형성한다.In addition, as shown in FIG. 8C), the Si 3 N 4 layer 84 is wet etched or dry etched on the back side of the silicon wafer, and as shown in FIG. 8D, KOH or TMAH ((Tetramethyl ammonium hydroxide) The wet etching treatment is performed using a solution such as the above to form a concave groove 82 to which the heating means 80 described later is attached.

그리고, 도 8e)에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼의 앞면에는 포토 레지스터(15)를 코팅한 후, 마스크 #2의 포토리소그래프 처리(Photolithography)를 한다.      As shown in FIG. 8E), the photoresist 15 is coated on the front surface of the silicon wafer, and then photolithography of the mask # 2 is performed.

또한, 도 8f)에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 웨이퍼의 앞면에는 채널(C)을 형성하기 위해 ICP-RIE를 이용한 식각 처리를 한다.      In addition, as shown in FIG. 8F), the front surface of the silicon wafer is etched using ICP-RIE to form a channel (C).

그리고, 도 8g)에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 웨이퍼의 양면에는 가열 수단(80)의 전극(88)이 실리콘 웨이퍼와 통전되는 것을 방지하기 위해서 SiO2층(86)을 열 산화공정(Thermal Oxidation)으로 대략 1㎛의 두께로 증착한다.As shown in FIG. 8G), the SiO 2 layer 86 is thermally oxidized on both surfaces of the silicon wafer to prevent the electrode 88 of the heating means 80 from being energized with the silicon wafer. ) To a thickness of approximately 1 μm.

또한, 본 발명은 다음으로 상기 기판 수단(10)의 하부 측에 상기 개질 부(30)와 일산화 탄소 제거 부(60)를 각각 다른 온도로 가열시키기 위한 가열 수단(80)을 제공하는 단계가 이루어진다. 이는 도 8h),i)에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 웨이퍼의 오목 홈(82) 내에 가열 수단(80)의 전극(88) 형성을 위해 포토 레지스터(17) 코팅을 하고, 상기 실리콘 웨이퍼의 뒷면에 전극 마스크 #3을 이용하여 포토리소그래프 처리를 한다.       In addition, the present invention is the step of providing a heating means 80 for heating the reforming portion 30 and the carbon monoxide removal portion 60 to different temperatures on the lower side of the substrate means 10, respectively. . This is done by coating the photoresist 17 to form the electrode 88 of the heating means 80 in the recessed groove 82 of the silicon wafer, as shown in FIGS. The photolithographic process is performed using electrode mask # 3.

그리고, 도 8j)에 도시된 바와 같이, 상기 오목 홈(82)에는 SiO2층(86)상에 Ta/Al 또는 Pt등의 전극(88)을 스퍼터링으로 증착한다. 또한 리프트 오프(lift-off) 방식으로 불필요한 전극(88)의 일부분과 포토 레지스터(17) 등을 함께 제거한 다. 이와 같이 하여 상기 실리콘 웨이퍼의 뒷면 오목 홈(82)에는 가열 수단(80)의 전극(88)이 형성되는 것이다.As shown in FIG. 8J), the concave groove 82 is deposited by sputtering an electrode 88 such as Ta / Al or Pt on the SiO 2 layer 86. In addition, a portion of the unnecessary electrode 88 and the photo resistor 17 are removed together in a lift-off manner. In this way, the electrode 88 of the heating means 80 is formed in the back recessed groove 82 of the silicon wafer.

다음으로, 본 발명은 상기 기판 수단(10)의 일측에 탄화수소 연료를 수소(H2) 기체로 개질시키는 촉매 수단(32)이 코팅된 개질 부(30)를 제공하는 단계가 이루어진다.Next, the present invention is a step of providing a reforming portion 30 coated with the catalytic means 32 for reforming a hydrocarbon fuel into hydrogen (H 2 ) gas on one side of the substrate means 10.

이 단계는 상기 개질 부(30)의 촉매 형성을 위해 도 8k),l)에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 웨이퍼의 앞면에 포토 레지스터(19) 코팅을 하고, 촉매 형성 마스크 #4를 이용하여 포토리소그래프 처리를 한 후, 상기 개질 부(30)의 채널(C) 내 SiO2 층(86)에 촉매 수단(32)을 증착 또는 도포한다.This step is a photoresist 19 coating on the front surface of the silicon wafer, as shown in Figure 8k), l) to form the catalyst of the reforming portion 30, and the photo using the catalyst forming mask # 4 After the lithographic process, the catalyst means 32 is deposited or applied to the SiO 2 layer 86 in the channel C of the reforming portion 30.

이와 같은 경우, 상기 개질 부(30)의 촉매 수단(32)으로는 Cu/ZnO 또는 Cu/ZnO/Al2O3가 사용되며, 이때 증착 방법은 RF 스퍼터를 이용하여 증착하거나 분말 상태를 담지 하는 방법을 이용할 수 있다. 그리고, 나머지 불필요한 촉매 수단(32)과 포토 레지스터(19)는 함께 리프트 오프(lift-off) 방법을 사용하여 제거한다.In such a case, Cu / ZnO or Cu / ZnO / Al 2 O 3 is used as the catalyst means 32 of the reforming unit 30. In this case, the deposition method uses a RF sputter to deposit or support a powder state. Method can be used. Then, the remaining unnecessary catalyst means 32 and the photoresist 19 are removed together using a lift-off method.

그 다음으로 본 발명은 상기 개질 부(30)의 채널(C)에 연이어서 상기 개질 부(30)에서 생성된 CO 가스를 제거시키는 촉매 수단(62)이 코팅된 일산화 탄소 제거 부(PROX)(60)를 형성하는 단계가 이루어진다.      Next, the present invention provides a carbon monoxide removal unit (PROX) coated with catalyst means 62 which is connected to the channel C of the reforming unit 30 to remove the CO gas generated in the reforming unit 30. Forming step 60).

이 단계에서는 상기 일산화 탄소 제거 부(PROX: Preferential Oxidation)(60)의 형성을 위해 도 9a)에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼의 앞면에 포토 레지스터(21)를 코팅한 후, 마스크 #5를 이용하여 포토리소그래프 처리를 한다.       In this step, the photoresist 21 is coated on the front surface of the silicon wafer, as shown in FIG. 9A, to form the carbon monoxide removal unit (PROX: Preferential Oxidation) (PROX) 60. Photolithographic processing.

또한, 도 9b)에 도시된 바와 같이, 상기 일산화 탄소 제거 부(60)의 채널(C) 내에 촉매 수단(62)을 코팅하거나 도포하여 형성시키고, 나머지 부분은 리프트 오프(lift-off) 방식을 사용하여 포토 레지스터(21)를 제거한다.       In addition, as shown in Figure 9b), the catalyst means 62 is formed in the channel (C) of the carbon monoxide removal unit 60 by coating or applying, the rest of the lift-off (lift-off) method To remove the photo register 21.

상기 일산화탄소 제거 부(60)에서 사용되는 촉매 수단(62)은 바람직하게는 Pt, Pt/Ru, Cu/CeO/Al2O3 중의 어느 하나이다.Catalytic means 62 used in the carbon monoxide removal unit 60 is preferably Pt, Pt / Ru, Cu / CeO / Al 2 O 3 It is either.

그리고, 마지막으로 본 발명은 상기 개질 부(30), 일산화 탄소 제거 부(60) 및 가열 수단(80) 등을 외부와 격리시키기 위하여 상기 기판 수단(10) 상의 상,하부 면을 덮는 커버 수단(100)을 제공하는 단계가 이루어진다.      And finally, the present invention is a cover means for covering the upper and lower surfaces on the substrate means 10 in order to isolate the reforming portion 30, the carbon monoxide removal portion 60 and the heating means 80 and the like ( Providing step 100).

이러한 단계에서 상기 커버 수단(100)은 파이렉스(pyrex)로 이루어지며, 상기 실리콘 웨이퍼의 양면에 파이렉스(pyrex)가 본딩 결합 되어 개질 부(30), 일산화 탄소 제거 부(60) 및 가열 수단(80) 등을 외부와 격리 및 단열시킨다. 상기 실리콘 웨이퍼의 앞면 파이렉스, 즉 개질 부(30)와 일산화탄소 제거 부(60)의 채널(C) 측에 결합 되는 앞면 파이렉스는 연료 유입구(102)와 공기 유입구(104) 및 수소 배출구(106)가 형성된 것이다. 그러므로 상기 개질 부(30)의 채널(C)은 연료 유입구(102)에 연결되고, 상기 일산화 탄소 제거 부(60)의 채널(C)은 수소 배출구(106)에 연결되도록 배치되는 것이다.       In this step, the cover means 100 is made of pyrex (pyrex), the pyrex (pyrex) is bonded to both sides of the silicon wafer by the modified portion 30, the carbon monoxide removal unit 60 and the heating means 80 ) To isolate and insulate the light from the outside. The front pyrex of the silicon wafer, that is, the front pyrex coupled to the channel C side of the reforming unit 30 and the carbon monoxide removing unit 60, has a fuel inlet 102, an air inlet 104, and a hydrogen outlet 106. Formed. Therefore, the channel C of the reforming unit 30 is connected to the fuel inlet 102, and the channel C of the carbon monoxide removing unit 60 is arranged to be connected to the hydrogen outlet 106.

상기와 같이 제조되면, 상기 가열 수단(80)의 전극(88)은 상기 전원 공급 부(140)에 전기적으로 연결되고, 연료 유입구(102)는 액체 연료 공급 펌프(미도시)에 연결되어 액체 연료를 받고, 공기 유입구(104)는 별도의 공기 공급펌프(미도시)에 연결된다. 또한, 상기 수소 배출구(106)는 연료 전지에서 전류를 발생시키는 스택 부(미도시)에 연결되어 수소 기체를 제공하게 된다.      When manufactured as described above, the electrode 88 of the heating means 80 is electrically connected to the power supply 140, the fuel inlet 102 is connected to a liquid fuel supply pump (not shown) to the liquid fuel Received, the air inlet 104 is connected to a separate air supply pump (not shown). In addition, the hydrogen outlet 106 is connected to a stack portion (not shown) for generating a current in the fuel cell to provide hydrogen gas.

상기와 같은 본 발명의 박막형 소형 개질 기는 연료 유입구(102)를 통하여 메탄올이나 디메틸 에테르(dimethyl-ether : DME) 등의 연료가 공급되면, 이는 개질 부(30)를 통과하면서 가열 수단(80)을 통하여 가열되고, 촉매 수단(32)에 의해서 수소와 일산화 탄소 등의 혼합 기체상태로 변환된다. When the thin film type reformer of the present invention as described above is supplied with fuel such as methanol or dimethyl ether (dimethyl-ether (DME)) through the fuel inlet 102, it passes through the reforming unit 30 and heats the heating means 80. It is heated through and converted into a mixed gas state such as hydrogen and carbon monoxide by the catalyst means 32.

이와 같은 수소와 일산화 탄소 등의 혼합 기체는 개질 부(30)에 뒤이어서 배치되는 일산화 탄소 제거 부(60)를 통과하면서, 가열되어 일산화 탄소는 공기 유입구(104)로부터 제공되는 공기 중의 산소와 반응하여 이산화 탄소로 바뀌어 제거되며, 수소 배출구(106)를 통하여 수소를 연료전지의 스택 부로 제공하는 것이다. The mixed gas such as hydrogen and carbon monoxide passes through the carbon monoxide removing unit 60 disposed after the reforming unit 30, and is heated to react with the oxygen in the air provided from the air inlet 104. It is converted into carbon dioxide and removed, and provides hydrogen to the stack portion of the fuel cell through the hydrogen outlet 106.

상기와 같이 본 발명에 의하면, 실리콘 웨이퍼로 이루어진 기판 수단(10)을 사용하여 내부에 깊고 넓은 채널(C)을 형성함으로써 소형이면서도 고성능의 개질 기를 얻을 수 있다.According to the present invention as described above, by using the substrate means 10 made of a silicon wafer to form a deep and wide channel (C) therein, it is possible to obtain a compact and high-performance reformer.

그리고, 마이크로 연료전지에 일체형으로 만들 수 있고, 연료로서 메탄올이나 디메틸 에테르(dimethyl-ether : DME) 등의 다양한 연료의 사용이 가능하여 휴대용기기의 전원 출력밀도를 높일 수 있는 효과가 얻어진다. In addition, the micro fuel cell can be integrated into one body, and various fuels such as methanol and dimethyl ether (DME) can be used as fuels, thereby increasing the power output density of a portable device.

또한, 본 발명은 가열 수단(80)의 전극(88)을 실리콘 웨이퍼의 아래 오목 홈(82)에 배치하여 개질 부(30)와 일산화 탄소 제거 부(60)의 마이크로 채널(C) 면적 을 원하는 데로 넓게 형성할 수 있고, 그에 따라 수소 출력밀도도 높일 수 있다.In addition, the present invention arranges the electrode 88 of the heating means 80 in the concave groove 82 of the silicon wafer so that the area of the microchannel C of the reforming portion 30 and the carbon monoxide removing portion 60 is desired. In addition, it can form widely, and accordingly, hydrogen output density can also be raised.

뿐만 아니라, 개질 부(30)와 일산화 탄소 제거 부(60)의 채널(C) 길이 만큼 여러 형태의 온도를 나타내는 다양한 두께의 가열 수단(80)의 전극(88)을 만들어 다양한 연료 반응을 측정하고, 최적의 높은 전원 출력효율을 나타내는 개질 기를 얻을 수 있는 것이다. In addition, the electrode 88 of the heating means 80 of various thicknesses representing various types of temperatures as long as the channel C length of the reforming unit 30 and the carbon monoxide removing unit 60 is measured, and various fuel reactions are measured. As a result, a reformer exhibiting an optimal high power output efficiency can be obtained.

상기에서 본 발명은 특정한 실시 예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것 임을 분명하게 밝혀두고자 한다. While the invention has been shown and described with respect to specific embodiments thereof, those skilled in the art can variously modify the invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. And that it can be changed. Nevertheless, it will be clearly understood that all such modifications and variations are included within the scope of the present invention.

Claims (13)

탄화수소계 액체연료를 사용하여 수소를 생산하는 연료전지용 개질 기에 있어서,In a reformer for a fuel cell that produces hydrogen using a hydrocarbon-based liquid fuel, 실리콘 웨이퍼로 이루어지고 내부에 채널을 형성한 기판 수단;Substrate means formed of a silicon wafer and having channels formed therein; 상기 기판 수단의 일측의 연료 유입구에 연결되는 채널에는 탄화수소 연료를 수소 기체로 개질시키는 촉매 수단이 코팅된 개질 부;A channel connected to a fuel inlet on one side of the substrate means includes a reforming unit coated with catalytic means for reforming a hydrocarbon fuel with hydrogen gas; 상기 기판 수단의 상기 개질 부의 채널에 연이어서 수소 배출구에 연통되는 채널 내에는 상기 개질 부에서 생성된 CO 가스를 제거시키는 촉매 수단이 코팅된 일산화 탄소 제거 부(PROX);A carbon monoxide removal unit (PROX) coated with catalytic means for removing CO gas generated in the reforming unit in a channel which is connected to the channel of the reforming unit and communicated with the hydrogen outlet port; 상기 기판 수단의 앞면 채널과 동일한 궤적을 이루도록 상기 기판 수단의 배면에 형성된 오목 홈 내에 배치되며, 상기 개질 부와 상기 일산화 탄소 제거 부를 각각 다른 온도로 가열하도록 상기 개질 부와 상기 일산화 탄소 제거 부에 서로 다른 두께의 전극을 가진 가열 수단; 및Disposed in a concave groove formed in the rear surface of the substrate means to achieve the same trajectory as the front channel of the substrate means, and the reformed portion and the carbon monoxide removal portion are mutually disposed to heat the reformed portion and the carbon monoxide removal portion at different temperatures. Heating means having electrodes of different thicknesses; And 상기 기판 수단의 상,하부 면을 덮는 커버 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 소형 개질 기.And a cover means covering upper and lower surfaces of the substrate means. 제1항에 있어서,      The method of claim 1, 상기 가열 수단은 상기 기판 수단의 하부 측에 배치되어 상기 기판 수단을 통하여 상기 개질 부와 일산화 탄소 제거 부를 각각 다른 온도로 가열시키는 것을 특징으로 하는 박막형 소형 개질 기.      And said heating means is disposed on a lower side of said substrate means to heat said reforming portion and said carbon monoxide removing portion to different temperatures through said substrate means. 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,       The method of claim 1, 상기 가열 수단은 산화방지를 위해 SiO2 층상에 증착되는 Ta/Al 또는 Pt의 전극으로 이루어짐을 특징으로 하는 박막형 소형 개질 기. Wherein said heating means consists of an electrode of Ta / Al or Pt deposited on an SiO 2 layer to prevent oxidation. 제1항에 있어서,       The method of claim 1, 상기 커버 수단은 파이렉스(Pyrex)의 유리기판 재료로 이루어져서 상기 개질 부, 일산화 탄소 제거 부 및 가열 수단을 외부와 격리 및 단열시키는 것임을 특징으로 하는 박막형 소형 개질 기.      The cover means is made of Pyrex glass substrate material to isolate and insulate the reforming unit, the carbon monoxide removing unit and the heating means from the outside, characterized in that the thin film type reformer. 제1항, 제2항, 제5항, 제6항 중 어느 한 항에 있어서,       The method according to any one of claims 1, 2, 5 and 6, 상기 하부 커버 수단의 하면에는 회로기판으로 이루어지는 제어 회로 부가 배치되고, 상기 제어 회로 부에는 충전지로 이루어지는 전원 공급 부가 구비된 것임을 특징으로 하는 박막형 소형 개질 기.      And a control circuit portion made of a circuit board is disposed on a lower surface of the lower cover means, and the power supply portion made of a rechargeable battery is provided in the control circuit portion. 탄화수소계 액체연료를 사용하여 수소를 생산하는 연료전지용 개질 기의 제조방법에 있어서,In the method for producing a reformer for a fuel cell to produce hydrogen using a hydrocarbon-based liquid fuel, 실리콘 웨이퍼로 이루어지고 외부에 오목홈을 내부에는 채널을 형성한 기판 수단을 제공하는 단계;Providing a substrate means comprising a silicon wafer and having a recess in the outside thereof and a channel in the inside thereof; 상기 기판 수단의 일측 채널에는 탄화수소 연료를 수소 기체로 개질시키는 촉매 수단이 코팅된 개질 부를 제공하는 단계;Providing a reforming portion coated with catalytic means for reforming a hydrocarbon fuel with hydrogen gas in one channel of the substrate means; 상기 개질 부의 채널에 연이은 채널에 상기 개질 부에서 생성된 CO 가스를 제거시키는 촉매 수단이 코팅된 일산화 탄소 제거 부(PROX)를 형성하는 단계;Forming a carbon monoxide removal portion (PROX) coated with catalyst means for removing CO gas generated in the reforming portion in a channel subsequent to the reforming portion channel; 상기 개질 부와 상기 일산화 탄소 제거 부를 각각 다른 온도로 가열하도록 상기 개질 부와 상기 일산화 탄소 제거 부에 서로 다른 두께의 전극을 가진, 가열 수단을 상기 기판 수단의 앞면 채널과 동일한 궤적을 이루도록 상기 기판 수단의 배면에 형성된 오목 홈 내에 배치하는 단계; 및The substrate means such that the heating means has different thicknesses of electrodes in the reforming portion and the carbon monoxide removal portion so as to heat the reforming portion and the carbon monoxide removal portion at different temperatures, respectively, to achieve the same trajectory as the front channel of the substrate means. Placing in a concave groove formed in the back of the; And 상기 개질 부, 일산화 탄소 제거 부 및 가열 수단을 외부와 격리시키기 위하여 상기 기판 수단 상의 상,하부 면을 덮는 커버 수단을 제공하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 소형 개질 기의 제조방법.And providing cover means for covering the upper and lower surfaces on the substrate means so as to isolate the reforming portion, the carbon monoxide removing portion, and the heating means from the outside. 제8항에 있어서,       The method of claim 8, 상기 기판 수단을 제공하는 단계는 실리콘 웨이퍼의 양면에는 Si3N4층과 SiO2층이 형성되고, 상기 채널과 오목 홈에는 SiO2층이 형성된 것임을 특징으로 하는 박막형 소형 개질 기의 제조방법.Providing the substrate means is formed of a double-sided, the Si 3 N 4 layer and the SiO 2 layer of a silicon wafer, a method for manufacturing a thin-film-based small modification of the channel characterized in that the groove is formed in the SiO 2 layer. 제8항에 있어서,       The method of claim 8, 상기 가열 수단을 제공하는 단계는 상기 실리콘 웨이퍼의 오목 홈 내의 SiO2층 상에 Ta/Al 또는 Pt의 전극을 형성하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 소형 개질 기의 제조방법.Providing the heating means comprises forming an electrode of Ta / Al or Pt on a SiO 2 layer in a concave groove of the silicon wafer. 제8항에 있어서,       The method of claim 8, 상기 개질 부를 제공하는 단계는 상기 개질 부의 채널 내 SiO2 층에 Cu/ZnO 또는 Cu/ZnO/Al2O3의 촉매 수단을 증착 또는 도포한 것임을 특징으로 하는 박막형 소형 개질 기의 제조방법.The providing of the reforming unit is a method of manufacturing a thin film type small reformer, characterized in that the deposition means or coating the catalyst means of Cu / ZnO or Cu / ZnO / Al 2 O 3 in the SiO 2 layer in the channel of the reforming portion. 제8항에 있어서,       The method of claim 8, 상기 일산화 탄소 제거 부를 형성하는 단계는 상기 일산화 탄소 제거 부의 채널 내에 Pt, Pt/Ru, Cu/CeO/Al2O3 중의 어느 하나의 촉매 수단을 코팅하거나 도포하여 형성시키는 것임을 특징으로 하는 박막형 소형 개질 기의 제조방법.The forming of the carbon monoxide removing part may include Pt, Pt / Ru, Cu / CeO / Al 2 O 3 in the channel of the carbon monoxide removing part. Method for producing a thin film type small reformer, characterized in that to form by coating or coating any one of the catalyst means. 제8항에 있어서, 상기 커버 수단을 제공하는 단계는 상기 실리콘 웨이퍼의 양면에 파이렉스(pyrex)를 본딩 결합시켜 개질 부, 일산화 탄소 제거 부 및 가열 수단을 외부와 격리 및 단열시키고, 상기 개질 부의 채널은 상기 커버 수단에 마련된 연료 유입구에 연결되고, 상기 일산화 탄소 제거 부의 채널은 상기 커버 수단에 마련된 수소 배출구에 연결되도록 배치하는 것을 특징으로 하는 박막형 소형 개질 기의 제조방법.      The method of claim 8, wherein the providing of the cover means comprises bonding and bonding pyrex to both sides of the silicon wafer to isolate and insulate the reforming portion, the carbon monoxide removing portion, and the heating means from the outside, and the channel of the reforming portion. Is connected to a fuel inlet provided in the cover means, and the channel of the carbon monoxide removing unit is arranged to be connected to a hydrogen outlet provided in the cover means.
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