KR100639008B1

KR100639008B1 - 평판형 개질기 및 이를 채용한 연료 전지 시스템

Info

Publication number: KR100639008B1
Application number: KR1020050030566A
Authority: KR
Inventors: 공상준; 박진; 서동명
Original assignee: 삼성에스디아이 주식회사
Priority date: 2005-04-13
Filing date: 2005-04-13
Publication date: 2006-10-25
Also published as: EP1712274A1; KR20060108376A; CN1848500A; US20060234095A1; JP4989913B2; US7976592B2; CN100583530C; JP2006290737A

Abstract

본 발명은 연소 반응부의 반응열을 효과적으로 이용하여 수소 가스를 발생시키기 위한 반응 효율 및 열 효율을 향상시킬 수 있는 평판형 개질기 및 이를 채용한 연료전지 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 산화제의 공급을 위한 다수개의 분배공이 형성되는 분배실을 가지는 분배 플레이트와, 상기 분배 플레이트의 분배공을 통해 공급되는 산화제와 연료가 반응하여 열에너지를 발생시키도록 산화 촉매층이 마련되는 연소실을 가지는 연소 플레이트로 구성되는 평판형 연소 반응부; 연료와 물이 혼합된 혼합연료가 유입되는 채널이 형성되고 상기 연소 반응부의 열 에너지에 의해 상기 혼합연료를 예열시키는 평판형 예열부; 상기 연소 반응부의 열 에너지에 의한 개질 반응을 통해 상기 예열부를 통과하면서 예열된 혼합연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 촉매층이 내부에 위치하는 평판형 개질 반응부로 구성되며, 상기 연소 반응부의 열 에너지가 상기 예열부와 상기 개질 반응부에 직접 전달되도록 상기 예열부와 상기 개질 반응부 사이에 상기 연소 반응부가 배치되어 적층구성되는 개질기를 포함하여 구성된다.

연료전지, 평판형, 개질기, 분배공, 분배 플레이트

Description

평판형 개질기 및 이를 채용한 연료 전지 시스템 {PLATE TYPE REFORMER AND FUEL CELL SYSTEM HAVING THE SAME}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 개질기의 제1 실시예 구조를 보인 분해 사시도이다.

도 3은 도 2의 개질기에서 공기와 연료의 흐름을 보여주기 위한 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 개질기의 제2 실시예 구조를 보인 분해 사시도이다.

도 5는 도 4의 개질기에서 공기와 연료의 흐름을 보여주기 위한 사시도이다.

도 6은 본 발명에 따른 개질기의 제3 실시예 구조를 보인 분해 사시도이다.

도 7은 도 6의 개질기에서 공기와 연료의 흐름을 보여주기 위한 사시도이다.

도 8은 도 6의 개질기에서 공기와 연료의 흐름을 보여주기 위한 개략도이다.

본 발명은 평판형(plate type) 개질기 및 이를 채용한 연료전지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연소 반응부의 반응열을 효과적으로 이용하여 수소 가스를 발생시키기 위한 반응 효율 및 열 효율을 향상시킬 수 있는 평판형 개질기 및 이를 채용한 연료전지 시스템에 관한 것이다.

알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 메탄올, 에탄올, 천연 가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.

이 연료 전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 또는 알칼리형 연료전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 및 전해질 등이 서로 다르다.

이들 중 근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell : PEMFC, 이하 편의상 PEMFC라 한다)는 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며 작동 온도가 낮고 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며, 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.

상기와 같은 PEMFC는 기본적으로 시스템을 구성하기 위해 스택(stack), 개질기(Reformer), 연료 탱크, 및 연료 펌프 등을 구비한다. 스택은 연료 전지의 본체를 형성하며, 연료 펌프는 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급한다. 개질기는 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고 그 수소 가스를 스택으로 공급한다. 따라서, 이 PEMFC는 연료 펌프의 작동으로 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급하고, 이 개질기에서 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키며, 스택에서 이 수소 가스와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시킨다.

상기와 같은 연료 전지 시스템에 있어 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 전극-전해질 합성체(Membrane Electrode Assembly: MEA)와 이의 양면에 밀착하는 세퍼레이터(separator)로 이루어진 단위 셀이 수 개 내지 수십 개로 적층된 구조를 갖는다. 전극-전해질 합성체는 전해질막을 사이에 두고 애노드 전극과 캐소드 전극이 부착된 구조를 가진다. 그리고 세퍼레이터는 통상 당 업계에서 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)라고 칭하는 것으로서, 상기 각각의 전극-전해질 합성체를 분리하고 연료 전지의 반응에 필요한 수소 가스와 산소를 전극-전해질 합성체의 애노드 전극과 캐소드 전극으로 공급하는 통로의 역할과, 각 전극-전해질 합성체의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 역할을 동시에 수행한다. 따라서, 세퍼레이터를 통해 애노드 전극에는 수소 가스가 공급되는 반면, 캐소드 전극에는 산소가 공급된다. 이 과정에서 애노드 전극에서는 수소 가스의 산화 반응이 일어나게 되고, 캐소드 전극에서는 산소의 환원 반응이 일어나게 되며 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기를 발생시키고, 열과 수분을 부수적으로 발생시킨다.

전술한 바 있는 개질기는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 장치이다. 통상적으로 상기한 개질기는 상기 열 에너지를 발생시키는 연소 반응부와, 상기 열 에너지를 이용하여 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부와, 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 일산화탄소 제거부를 포함한다.

그런데, 종래에 따른 개질기는 위와 같은 연소 반응부와 개질 반응부가 분산 배치되어 연소 반응부로부터 발생되는 열을 개질 반응부로 전달하는 구조를 가지는 바, 연소 반응부와 개질 반응부의 열교환이 직접적으로 이루어지지 않아 개질 반응부의 예열 시간이 상대적으로 길어지고 열 전달 패스가 길어지게 되는 등 열 효율면에서 불리한 문제점이 있다.

또한, 연소 반응부와 개질 반응부의 별개 구조로 인해 전체적인 시스템의 크기를 컴팩트하게 구현하지 못하게 되는 문제점이 있다.

아울러, 종래의 연료 전지 시스템은 초기 구동시 개질기로 공급되는 연료를 별도로 예열하는 바, 상기 연료를 예열하는데 따른 에너지의 소모로 인해 전체적인 시스템의 성능 효율이 떨어지게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 감안한 것으로서, 연소 반응부의 반응열을 효과적으로 이용하여 수소 가스를 발생시키기 위한 반응 효율 및 열 효율을 향상시킬 수 있는 평판형 개질기 및 이를 채용한 연료 전지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 전체 시스템의 크기를 컴팩트하게 구현할 수 있는 평판형 개질기 및 이를 채용한 연료 전지 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 산화제의 공급을 위한 다수개의 분배공이 형성되는 분배실을 가지는 분배 플레이트와, 상기 분배 플레이트의 분배공을 통해 공급되는 산화제와 액상의 연료가 반응하여 열에너지를 발생시키도록 산화 촉매층이 마련되는 연소실을 가지는 연소 플레이트로 구성되는 평판형 연소 반응부; 액상의 연료와 물이 혼합된 혼합연료가 유입되는 채널이 형성되고 상기 연소 반응부의 열 에너지에 의해 상기 혼합연료를 예열시키는 평판형 예열부; 상기 연소 반응부의 열 에너지에 의한 개질 반응을 통해 상기 예열부를 통과하면서 예열된 혼합연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 촉매층이 내부에 위치하는 평판형 개질 반응부로 구성되며, 상기 연소 반응부의 열 에너지가 상기 예열부와 상기 개질 반응부에 직접 전달되도록 상기 예열부와 상기 개질 반응부 사이에 상기 연소 반응부가 배치되어 적층구성되는 평판형 개질기가 제공된다.

여기서, 상기 분배공은 상기 분배실에 불균일하게 형성되는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 예열부는 혼합연료의 흐름을 가능케하는 채널이 일면에 형성되는 예열 플레이트와, 상기 예열 플레이트의 일면에 밀착되어 상기 채널에 의한 통로를 형성하는 덮개 플레이트로 구성되며, 상기 개질 반응부는 상기 예열 플레이트의 채널을 통과하면서 예열된 혼합연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 촉매층이 마련되는 개질 반응실을 가지는 개질 반응 플레이트로 구성될 수 있다.

여기서, 상기 덮개 플레이트에는 산화제가 유입되는 제1 산화제 유입공과, 상기 예열 플레이트의 채널에 혼합연료를 공급하기 위한 제1 혼합연료 공급공과, 상기 연소 플레이트에 액상의 연료를 공급하기 위한 제1 연료 유입공이 형성되며, 상기 예열 플레이트에는 상기 제1 산화제 유입공에 연통되며 상기 분배 플레이트의 분배실에 산화제를 공급하기 위한 제2 산화제 유입공이 형성되고, 상기 채널의 단부에는 상기 채널에 유입된 혼합연료를 상기 개질 반응 플레이트에 공급하기 위한 제2 혼합연료 공급공이 형성되고, 상기 제1 연료 유입공에 연통되며 상기 연소 플레이트에 액상의 연료를 공급하기 위한 제2 연료 유입공이 형성되며, 상기 제2 산화제 유입공, 상기 채널 및 상기 제2 연료 유입공을 차단하도록 제1 개스켓이 구비되고, 상기 분배 플레이트에는 상기 제2 혼합연료 공급공과 연통되는 제3 혼합연료 공급공이 형성되고, 상기 제2 연료 유입공과 연통되는 제3 연료 유입공이 형성되며, 상기 분배실, 상기 제3 혼합연료 공급공 및 제3 연료 유입공을 차단하도록 제2 개스켓이 구비되고, 상기 연소 플레이트는 상기 제3 혼합연료 공급공과 연통되는 제4 혼합연료 공급공이 형성되며, 상기 연소실에는 산화제와 액상의 연료가 반응한 반응가스를 배출하기 위한 제1 배출공이 형성되고, 상기 연소실과 상기 제4 혼합연료 공급공을 차단하도록 제3 개스켓이 구비되고, 상기 개질 반응 플레이트는 상기 제1 배출공과 연통되는 제2 배출공이 형성되고, 상기 개질 반응실에는 개질 반응을 통해 발생된 수소가스를 배출하는 수소가스 배출공이 형성되며, 상기 제2 배출공과 개질 반응실을 차단하도록 제4 개스켓이 구비된다.

이와 같은 개질기는 상기 개질 반응 플레이트의 하단에 상기 연소 플레이트에서 반응한 반응가스가 유입되어 흐르기 위한 채널이 형성되는 가열 플레이트가 더 설치되는 것이 바람직하다.

상기 가열 플레이트에는 상기 수소가스 배출공에 연통되는 제2 수소가스 배출공이 형성되며, 상기 채널과 상기 제2 수소가스 배출공을 차단하도록 제5 개스켓이 구비된다.

또한, 상기 개질 촉매층은 알갱이형 촉매가 충진되어 이루어지는 것이 바람 직하며, 이 경우 상기 알갱이형 촉매의 비산을 방지하도록 상기 제4 혼합연료 공급공이나 상기 수소가스 배출공에 망상체가 구비되는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 평판형 개질기에 있어서, 상기 예열 플레이트는 채널의 일단을 통해 혼합연료가 유입되며, 상기 채널의 타단에는 혼합연료를 상기 개질 반응 플레이트에 공급하기 위한 제1 혼합연료 공급공이 형성되고, 상기 분배 플레이트는 상기 분배실의 일측면에 산화제가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 제1 혼합연료 공급공과 연통되는 제2 혼합연료 공급공이 형성되고, 상기 연소 플레이트는 상기 연소실의 양측면에 액상의 연료용 유입구와 유출구가 대응되게 형성되고, 상기 제2 혼합연료 공급공과 연통되는 제3 혼합연료 공급공이 형성되고, 상기 개질 반응 플레이트는 상기 제3 혼합연료 공급공에 연통되도록 상기 개질 반응실이 형성되고, 상기 개질 반응실의 일측면에는 개질된 수소가스가 배출되는 배출구가 형성되게 구성할 수도 있다.

여기서, 상기 제1 혼합연료 공급공, 제2 혼합연료 공급공 및 제3 혼합연료 공급공은 복수개가 형성되는 것이 바람직하며, 상기 덮개 플레이트, 예열 플레이트, 분배 플레이트, 연소 플레이트 및 개질 반응 플레이트는 가장자리 부분을 용접으로 접합시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 개질 촉매층은 알갱이형 촉매가 충진되어 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 알갱이형 촉매의 비산을 방지하도록 상기 제3 혼합연료 공급공이나 상기 배출구에 망상체가 구비될 수 있다.

이와 같은 평판형 개질기는 상기 개질 반응 플레이트를 중심으로 상기 덮개 플레이트, 예열 플레이트, 분배 플레이트 및 연소 플레이트가 상하 대칭되도록 구성할 수 있다.

또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 수소를 함유한 액상의 연료와 물의 혼합연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질기; 상기 수소 가스와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부; 상기 개질기로 액상의 연료를 공급하는 연료 공급원; 및 상기 전기 발생부로 산화제를 공급하는 산화제 공급원을 포함하며, 상기 개질기는, 산화제의 공급을 위한 다수개의 분배공이 형성되는 분배실을 가지는 분배 플레이트와, 상기 분배 플레이트의 분배공을 통해 공급되는 산화제와 액상의 연료가 반응하여 열에너지를 발생시키도록 산화 촉매층이 마련되는 연소실을 가지는 연소 플레이트로 구성되는 평판형 연소 반응부; 상기 혼합연료가 유입되는 채널이 형성되고 상기 연소 반응부의 열 에너지에 의해 상기 혼합연료를 예열시키는 평판형 예열부; 상기 연소 반응부의 열 에너지에 의한 개질 반응을 통해 상기 예열부를 통과하면서 예열된 혼합연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 촉매층이 내부에 위치하는 평판형 개질 반응부로 구성되며, 상기 연소 반응부의 열 에너지가 상기 예열부와 상기 개질 반응부에 직접 전달되도록 상기 예열부와 상기 개질 반응부 사이에 상기 연소 반응부가 배치되어 적층구성되는 연료전지 시스템이 제공된다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)에 있어 전기를 생성하기 위한 연료라 함은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스와 같이 수소를 함유한 협의(狹義)의 연료 이 외에, 광의(廣義)의 연료로서 물 및 산소가 더욱 포함된다. 그러나 이하에서 설명하는 연료는 상기 협의의 연료로서 편의상 액상의 연료라 정의하고, 상기 액상의 연료와 물을 혼합연료라고 정의한다.

그리고 본 시스템(100)에 있어서, 상기 혼합연료에 함유된 수소와 반응하는 산소 연료는 별도의 저장수단에 저장된 순수한 산소 가스를 사용할 수 있거나 또는 산소를 함유한 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 상기한 산소 연료로서 산소를 함유한 공기를 사용하는 후자의 예를 설명한다.

도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은, 기본적으로 상기 혼합연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질기(200)와, 상기 수소 가스와 산소의 화학 반응 에너지를 전기 에너지로 변환시켜 전기를 생산해 내는 스택(10)과, 상기 개질기(200)로 액상의 연료와 물의 혼합연료를 공급하는 연료 공급원(50)과, 상기 스택(10)과 개질기(200)로 산소를 공급하는 산소 공급원(70)을 포함하여 구성된다.

이러한 연료 전지 시스템(100)은 상기 개질기(200)를 통해 상기 혼합 연료로부터 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스를 스택(10)으로 공급하여 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전 지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) 방식을 채용한다.

상기 연료 공급원(50)은 액상의 연료를 저장하는 제1 탱크(51)와, 물을 저장하는 제2 탱크(53)와, 각각의 제1 및 제2 탱크(51, 53)에 연결 설치되는 연료 펌프(55)를 포함한다. 그리고 산소 공급원(70)은 소정 펌핑력을 이용하여 공기를 흡입하는 공기 펌프(71)를 구비한다.

첨부한 도 2는 본 발명에 따른 개질기의 제1 실시예 구조를 보인 분해 사시도이고, 도 3은 도 2의 개질기에서 공기와 연료의 흐름을 보여주기 위한 사시도이다.

본 발명에 적용되는 개질기(200)의 제1 실시예는 도 2에 도시한 바와 같이, 평판형 반응부들이 적층되어 이루어지는 구조이며, 산화제와 액상의 연료가 반응하여 소정의 열에너지를 발생시키는 연소 반응부와, 상기 연소 반응부의 열 에너지에 의해 액상의 연료와 물이 혼합된 혼합연료를 예열시키는 예열부와, 상기 연소 반응부의 열 에너지에 의한 개질 반응을 통해 상기 예열부를 통과하면서 예열된 혼합연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부로 구성된다.

상기 예열부는 상기 혼합연료의 흐름을 가능케하는 채널(222)이 일면에 형성되는 예열 플레이트(220)와, 상기 예열 플레이트(220)의 일면에 밀착되어 상기 채널(222)에 의한 통로를 형성하는 덮개 플레이트(210)로 구성된다.

상기 채널(222)은 상기 연료와 물이 유입되어 충분하게 혼합되도록 길게 형성함이 바람직하며, 직각형태로 절곡되는 형상을 갖는다.

본 발명의 제1 실시예에서는 상기 채널(222)에 혼합연료를 유입하기 위한 유 입구로서, 상기 덮개 플레이트(210)에 제1 혼합연료 공급공(212)이 형성된다.

상기 제1 혼합연료 공급공(212)은 상기 덮개 플레이트(210)와 예열 플레이트(220)가 적층되었을 경우, 상기 채널(222)의 일단에 연통되는 위치에 형성되어 혼합연료의 유입을 가능케하며, 상기 채널(222)의 타단에는 상기 채널(222)에 유입된 혼합연료를 개질 반응 플레이트(250)에 공급하기 위한 제2 혼합연료 공급공(224)이 형성된다.

상기 제2 혼합연료 공급공(224)은 혼합연료의 유입을 보다 용이하게 하도록 바람직하게는 복수개가 형성되며, 본 발명의 제1 실시예에서는 제2 혼합연료 공급공(224)을 2개 형성하였다.

또한, 상기 채널(222)의 타단은 혼합연료가 2개의 제2 혼합연료 공급공(224)에 골고루 공급되도록 도 2에 도시한 바와 같이, 채널(222)의 중앙부에서 절곡되어 가지가 형성되는 형상으로 된다.

또한, 상기 예열 플레이트(220)의 하면에는 산화제와 액상의 연료가 반응하면서 소정의 열 에너지를 발생시키는 연소 반응부가 배치되는데, 상기 연소 반응부는 산화제가 유입된 후 고르게 분산되면서 배출되도록 다수개의 분배공(231a)이 형성되는 분배실(231)을 가지는 분배 플레이트(230)와, 상기 분배 플레이트(230)의 분배공(231a)을 통해 공급되는 산화제와 액상의 연료가 반응하여 소정의 열에너지를 발생시키도록 산화 촉매층(246)이 마련되는 연소실(241)을 가지는 연소 플레이트(240)로 구성된다.

본 발명에서는 상기 산화제로 공기를 사용하며, 상기 산화제를 연소 반응부 에 공급하기 위한 구성으로, 본 발명의 상기 덮개 플레이트(210)에는 산화제가 유입되는 제1 산화제 유입공(211)이 형성되고, 상기 예열 플레이트(220)에는 상기 제1 산화제 유입공(211)에 연통되며 상기 분배 플레이트(230)의 분배실(231)에 산화제를 공급하기 위한 제2 산화제 유입공(221)이 형성된다.

또한, 상기 연소 플레이트(240)에 액상의 연료를 공급하기 위한 구성으로, 상기 덮개 플레이트(210)에는 제1 연료 유입공(213)이 형성되고, 상기 예열 플레이트(220)에는 상기 제1 연료 유입공(213)에 연통되며 상기 연소 플레이트(240)에 액상의 연료를 공급하기 위한 제2 연료 유입공(223)이 형성되며, 상기 분배 플레이트(230)에는 상기 제2 연료 유입공(223)과 연통되며 상기 연소 플레이트(240)의 연소실(241)에 액상의 연료를 공급하기 위한 제3 연료 유입공(233)이 형성된다.

상기 분배실(231)은 제2 산화제 유입공(221)에서 유입되는 산화제가 확산될 때 가이드하도록 소정의 각도로 확장되는 형상을 가지며, 상기 분배공(231a)은 분배실(231)에 불균일하게 형성된다.

상기 분배공(231a)의 분포 위치와 직경 및 갯수는 연소 플레이트(240)의 연소실(241)에 유입되는 액상의 연료의 유량 또는 유속에 따른 반응조건에 따라 다양하게 할 수 있다.

상기 분배실(231)에 유입된 산화제는 분배실(231)에 확산된 후 분배실(231)의 저면에 형성된 다수개의 분배공(231a)에 의해 연소 플레이트(240)의 연소실(241)에 유입되는데, 상기 분배공(231a)은 분배실(231)의 저면에 분산되게 형성되어 있으므로, 연소 플레이트(240)의 연소실(241)의 전면적에 걸쳐 산화제와 액상의 연료가 반응을 하며 발열을 하게 되는 것이다.

즉, 본 발명의 연소 반응부는 산화제를 공급하는 분배공(231a)이 분배실(231)의 저면에 분산되게 형성되어 있으므로, 연소 반응이 상기 연소실(241)의 전면적에 걸쳐 이루어질 수 있게 되어, 상당히 빠른 발열 반응인 연소반응을 조절할 수 있게 되며, 핫 스팟(hot spot)을 방지하고 연소열을 연소실(241)에 분산시켜 균일하게 일어나도록 한다.

이때, 예열 플레이트(220)는 산화제가 유입되는 제2 산화제 유입공(221)과, 혼합연료가 흐르기 위한 채널(222), 및 상기 연소 플레이트(240)에 액상의 연료를 공급하기 위한 제2 연료 유입공(223)이 각각 차단되어야 하므로 상기 제2 산화제 유입공(221), 상기 채널(222) 및 상기 제2 연료 유입공(223)을 차단하는 제1 개스켓(225)이 구비된다.

상기 제1 개스켓(225)은 각각의 산화제, 혼합연료, 액상의 연료가 섞이지 않게 차폐하는 역할을 하는 것으로, 직사각형 형상으로 형성되어 각각의 제2 산화제 유입공(221), 채널(222), 및 제2 연료 유입공(223)을 차단하도록 3개가 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 도 2에서 보는 바와 같이, 복수개의 제1 개스켓(225)을 구성하였으나, 일체형으로 형성할 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 분배 플레이트(230)에도 상기 분배실(231), 상기 제3 혼합연료 공급공(234) 및 제3 연료 유입공(233)을 차단하도록 제2 개스켓(235)이 구비된다.

상기 제2 개스켓(235) 역시 각각의 분배실(231), 상기 제3 혼합연료 공급공 (234) 및 제3 연료 유입공(233)을 차단하도록 3개가 설치되는 것이 바람직하며, 일체형으로 형성할 수 있음은 물론이다.

또한, 상기 연소 플레이트(240)의 상기 연소실(241)에는 산화제와 액상의 연료가 반응한 반응가스를 배출하기 위한 제1 배출공(242)이 형성되고, 상기 채널(222)의 타단에 형성된 제2 혼합연료 공급공(224)으로부터 상기 제3 혼합연료 공급공(234)을 통해 혼합연료를 개질 반응 플레이트(250)에 공급하기 위한 제4 혼합연료 공급공(244)이 형성된다.

따라서, 상기 연소 플레이트(240)는 상기 연소실(241)과 상기 제4 혼합연료 공급공(244)을 차단하도록 제3 개스켓(245)이 구비된다.

한편, 상기 연소 플레이트(240)의 하면에는 상기 예열 플레이트(220)의 채널(222)을 통과하면서 예열된 혼합연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 촉매층(256)이 마련되는 개질 반응실(251)을 가지는 개질 반응 플레이트(250)가 배치된다.

상기 개질 반응실(251)은 상기 제4 혼합연료 공급공(244)과 연통되어 예열된 혼합연료를 공급받으며, 상기 개질 반응실(251)에 공급된 혼합연료는 개질 촉매층(256)을 통해 개질 반응을 하게 된다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제1 실시예는 상기 예열 플레이트(220)를 통과하면서 예열되는 혼합연료가 상기 개질 반응 플레이트(250)의 개질 반응실(251)에 공급되도록 상기 예열 플레이트(220)의 채널(222)과 상기 개질 반응 플레이트(250)가 연통되는 구성을 갖는다.

이와 같은 구성을 가진 본 발명의 평판형 개질기는 상기 연소 반응부에서 액상의 연료의 산화반응에 의해 발생하는 열 에너지가 상기 예열 플레이트(220)와 개질 반응 플레이트(250)에 직접 전달되어 혼합연료를 예열하도록 상기 예열 플레이트(220)와 상기 개질 반응 플레이트(250) 사이에 상기 연소 플레이트(240)가 배치되어 적층되는 구성을 갖는다.

따라서, 본 발명에 따른 평판형 개질기는 예열 플레이트(220)가 연소 반응부의 분배 플레이트(230)의 상면에 접하게 설치되어 연소 반응이 일어나는 연소 반응부에서 발생하는 열을 이용하여 혼합연료를 개질 반응 플레이트(250)에 공급하기 전에 예열하게 되며, 흡열반응인 개질 반응에 필요한 열원을 개질 반응 플레이트(250)의 상면에 접하는 연소 플레이트(240)의 연소반응을 통해 공급받는다.

여기서, 본 발명의 연소 반응부는 산화제를 공급하는 분배공(231a)이 분산되게 형성되어 연소 반응이 상기 연소실(241)의 전면적에 걸쳐 이루어지므로, 수증기개질 반응에 균일한 열 공급을 연소실(241)의 전면적에 분산시켜 개질 반응 플레이트(250)의 전면적에 걸쳐 개질반응이 균일하게 일어나도록 한다.

한편, 상기 개질 반응 플레이트(250)는 상기 제1 배출공(242)과 연통되는 제2 배출공(252)이 형성되고, 상기 개질 반응실(251)에는 개질 반응을 통해 발생된 수소가스를 배출하는 수소가스 배출공(254)이 형성되며, 상기 제2 배출공(252)과 개질 반응실(251)을 차단하도록 제4 개스켓(255)이 구비된다.

또한, 본 발명의 제1 실시예는 상기 개질 반응 플레이트(250)의 하단에 상기 연소 플레이트(240)에서 반응한 반응가스가 유입되어 흐르기 위한 채널(262)이 형 성되는 가열 플레이트(260)가 더 설치된다.

상기 가열 플레이트(260)에는 상기 수소가스 배출공(254)에 연통되는 제2 수소가스 배출공(261)이 형성되며, 상기 채널(262)과 상기 제2 수소가스 배출공(261)을 차단하도록 제5 개스켓(265)이 구비된다.

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이와 같이 가열 플레이트(260)가 설치된 본 발명의 제1 실시예는 연소 플레이트(240)에서 반응한 반응가스가 상기 개질 반응 플레이트(250)에 열을 공급해주므로 개질 반응이 더욱 잘 일어날 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 평판형 개질기에서, 상기 개질 촉매층(256)은 복잡한 촉매 코팅 공정을 단순화할 수 있는 알갱이형 촉매가 충진되어 이루어지는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 알갱이형 촉매의 비산을 방지하도록 상기 제4 혼합연료 공급공(244)이나 상기 수소가스 배출공(254)에 망상체(253)가 구비되는 것이 바람직하다.

상기 망상체(253)는 그물조직을 갖는 형상으로, 상기 망상체(253)를 상기 제4 혼합연료 공급공(244)이나 상기 수소가스 배출공(254)에 설치하기 위하여 상기 제4 혼합연료 공급공(244)이나 상기 수소가스 배출공(254)에는 턱이나 리브 등 망상체를 고정시킬 수 있는 구조가 적용될 수 있다.

또한, 상기 산화 촉매층(246) 역시 알갱이형 촉매가 충진되어 이루어질 수 있다.

그러나, 본 발명은 상기 연소 반응부와 개질 반응부에 알갱이형 촉매를 충진하는 것에 국한하지 않고, 촉매를 코팅(coating)하는 등의 방법으로 산화 촉매층(246)과 개질 촉매층(256)을 형성할 수 있다.

촉매를 코팅하는 방법은 다양하게 적용될 수 있으며, 그 중에서도 촉매층을 얇게 형성할 수 있는 워쉬코팅(washcoating)으로 촉매층을 형성하면, 촉매의 양도 줄어들고 더욱 컴팩트하게 구성할 수 있으며, 열전달 효과를 증진시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 평판형 개질기는 개질 반응에서 생기는 부산물인 일산화탄소를 제거하기 위한 PROX 반응부(도시안함)를 더 포함하여 구성할 수 있다.

이 경우, 상기 PROX 반응부는 개질기의 외부에 설치하거나, 상기 가열 플레이트(260)에 연결되도록 설치하여 개질기에 일체로 구성할 수도 있으며, 본 발명에서는 이를 한정하기 않는다.

이와 같이 구성된 본 발명의 평판형 개질기는 도 3에서 보는 바와 같이, 상기 예열 플레이트(220)의 채널(222)을 통해 연료와 물이 혼합되며, 이러한 혼합연료는 연소 반응이 일어나는 연소 반응부에서 발생하는 열을 이용하여 예열된 후에 제2 혼합연료 공급공(224), 제3 혼합연료 공급공(234) 및 제4 혼합연료 공급공(244)을 통해 상기 개질 반응 플레이트(250)로 공급된다.

본 발명의 개질 반응 플레이트(250)의 개질 반응실(251)에 공급된 혼합연료는 상기 개질 반응 플레이트(250)의 상면에 접하는 연소 플레이트(240)의 연소반응에 의한 연소열을 이용하여 개질반응을 한다.

따라서, 이와 같은 본 발명의 평판형 개질기는 개질 반응부와 연소 반응부 및 예열부를 플레이트 형태의 반응기로 조합하여 효과적으로 반응열을 관리할 수 있다.

또한, 산화제를 공급하는 분배공(231a)이 분배실(231)의 저면에 분산되게 형성되어 있으므로, 연소 반응이 상기 연소실(241)의 전면적에 걸쳐 이루어질 수 있게 되어, 상당히 빠른 발열 반응인 연소반응을 조절할 수 있게 되며, 핫 스팟(hot spot)을 방지하게 된다.

또한, 수증기개질 반응에 필요한 열 공급을 연소실(241)의 전면적에 분산시켜 균일하게 일어나도록 함으로써, 개질 반응 플레이트(250)의 개질반응이 전면적에 걸쳐 균일하게 일어나도록 한다.

또한, 본 발명의 제1 실시예에서는 상기 개질 반응 플레이트(250)에 개질 반응실(251)을 구비하였지만, 상기 개질 반응실(251) 대신 마이크로 채널을 형성하는 것도 가능하며, 이와 같이 마이크로 채널이 형성된 경우 반응기의 크기와 촉매의 사용량을 급격히 줄일 수 있다.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 개질기의 제2 실시예 구조를 보인 분해 사시도이고, 도 5는 도 4의 개질기에서 공기와 연료의 흐름을 보여주기 위한 사시도로서, 본 발명의 제2 실시예는 혼합연료의 흐름을 가능케하는 채널(321)이 일면에 형성되는 예열 플레이트(320)와, 상기 예열 플레이트(320)의 일면에 밀착되어 상기 채널(321)에 의한 통로를 형성하는 덮개 플레이트(310)와, 산화제가 유입된 후 고르게 분산되면서 배출되도록 다수개의 분배공(331a)이 형성되는 분배실(331)을 가지는 분배 플레이트(330)와, 상기 분배 플레이트(330)의 분배공(331a)을 통해 공급되는 산화제와 액상의 연료가 반응하여 소정의 열에너지를 발생시키도록 산화 촉매층(345)이 마련되는 연소실(341)을 가지는 연소 플레이트(340)와, 상기 예열 플레이트(320)의 채널(321)을 통과하면서 예열된 혼합연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 촉매층(355)이 마련되는 개질 반응실(351)을 가지는 개질 반응 플레이트(350)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 덮개 플레이트(310), 예열 플레이트(320), 분배 플레이트(330), 연소 플레이트(340) 및 개질 반응 플레이트(350)는 가장자리 부분을 용접으로 접합시키는 구조로 이루어진다.

상기 예열 플레이트(320)는 채널(321)의 일단을 통해 혼합연료가 유입되도록 상기 채널(321)의 일단이 유입구(321a)의 역할을 하며, 상기 채널(321)의 타단에는 혼합연료를 상기 개질 반응 플레이트(350)에 공급하기 위한 제1 혼합연료 공급공(322)이 형성된다.

또한, 상기 분배 플레이트(330)는 상기 분배실(331)의 일측면에 산화제가 유입되는 유입구(334)가 형성되고, 상기 제1 혼합연료 공급공(322)과 연통되는 제2 혼합연료 공급공(332)이 형성된다.

상기 연소 플레이트(340)는 상기 연소실(341)의 양측면에 액상의 연료용 유입구(344)와 유출구(343)가 대응되게 형성되고, 상기 제2 혼합연료 공급공(332)과 연통되는 제3 혼합연료 공급공(342)이 형성된다.

상기 개질 반응 플레이트(350)는 상기 제3 혼합연료 공급공(342)에 연통되도 록 상기 개질 반응실(351)이 형성되고, 상기 개질 반응실(351)의 일측면에는 개질된 수소가스가 배출되는 배출구(352)가 형성된다.

여기서, 상기 제1 혼합연료 공급공(322), 제2 혼합연료 공급공(332) 및 제3 혼합연료 공급공(342)은 복수개가 형성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 산화 촉매층(345) 및 개질 촉매층(355)은 알갱이형 촉매가 충진되어 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 알갱이형 촉매의 비산을 방지하도록 상기 제2 혼합연료 공급공(332) 및 제3 혼합연료 공급공(342)에는 망상체(도시안함)가 구비될 수 있다. 또한, 연료의 유입구(344)와 유출구(343) 및 상기 배출구(352)에 망상체가 구비될 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제2 실시예의 작용을 설명하면 다음과 같다.

상기 분배 플레이트(330)의 유입구(334)를 통해 유입된 산화제는 상기 분배 플레이트(330)의 분배실(331)에 분산되게 형성된 상기 분배공(331a)을 통해 상기 연소 플레이트(340)으로 공급된다.

이와 동시에, 상기 연소 플레이트(340)에도 액상의 연료가 공급되어, 상기 액상의 연료와 산화제는 연소 플레이트(340)의 산화 촉매층을 거치면서 산화 촉매 반응을 일으키게 된다. 이러는 과정을 거치는 동안, 액상의 연료와 공기가 산화 촉매 반응을 통해 연소되면서 소정 온도의 반응열을 발생시킨다.

이때 상기한 반응열은 상기 분배 플레이트(330)에 접촉된 상태를 유지하고 있는 예열 플레이트(320)에 전달되어 상기 예열 플레이트(320)의 채널(321)을 흐르는 혼합연료를 예열하게 된다.

상기와 같이 예열된 혼합 연료는 제1 혼합연료 공급공(322), 제2 혼합연료 공급공(332) 및 제3 혼합연료 공급공(342)을 통해 개질 반응 플레이트(350)에 공급된다.

이때, 상기 개질 반응 플레이트(350)는 상면에 연소 플레이트(340)가 직접 접하고 있으므로, 상기 연소 플레이트(340)에서 발생하는 반응열을 전달받아 상기 반응실(351)에서는 개질 촉매층(355)에 의한 혼합 연료의 분해 반응이 진행되어 이산화탄소와 수소를 함유하고 있는 수소 가스를 발생시키게 되는 것이다.

이와 같은 본 발명의 제2 실시예도 산화제를 공급하는 분배공(331a)이 분배실(331)의 저면에 분산되게 형성되어 있으므로, 연소 반응이 상기 연소실(341)의 전면적에 걸쳐 이루어질 수 있게 되어, 상당히 빠른 발열 반응인 연소반응을 조절하여 핫 스팟(hot spot)을 방지하고, 수증기개질 반응에 필요한 연소열을 연소실(341)의 전면적에 분산시켜 균일하게 일어나도록 함으로써, 개질 반응 플레이트(350)의 개질반응이 전면적에 걸쳐 균일하게 일어나도록 할 수 있다.

첨부한 도 6은 본 발명에 따른 개질기의 제3 실시예 구조를 보인 분해 사시도로서, 상기 개질 반응 플레이트(450)를 중심으로 상기 덮개 플레이트(410), 예열 플레이트(420), 분배 플레이트(430) 및 연소 플레이트(440)가 상하 대칭되도록 구성된 것이다.

즉, 상기 개질 반응 플레이트(450)를 중심으로 상부에는 상기 덮개 플레이트(410), 예열 플레이트(420), 분배 플레이트(430) 및 연소 플레이트(440)가 적층구성되며, 상기 개질 반응 플레이트(450)의 하부에는 상기 덮개 플레이트(490), 예열 플레이트(480), 분배 플레이트(470) 및 연소 플레이트(460)가 역순으로 적층구성되어 상하 대칭되도록 구성된 것이다.

이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 제3 실시예는 상기 개질 반응 플레이트(450)에 가하는 열원이 상부 및 하부에 설치되므로 개질반응이 보다 원할하게 이루어지며, 혼합연료의 유로나 산화제의 공급을 위한 구조는 본 발명의 제2 실시예와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 평판형 개질기에 따른 연료 전지 시스템의 동작을 제2 실시예를 예로 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 본 시스템(100)의 초기 기동시 연료 펌프(55)를 가동시켜 제1 탱크(51)에 저장된 액상의 연료를 연소 플레이트(340)으로 공급한다. 이와 동시에, 공기 펌프(71)를 가동시켜 공기를 분배 플레이트(330) 내부 공간으로 공급한다.

따라서 상기 액상의 연료와 공기는 연소 플레이트(340)의 산화 촉매층을 거치면서 산화 촉매 반응을 일으키게 된다. 이러는 과정을 거치는 동안, 액상의 연료와 공기가 산화 촉매 반응을 통해 연소되면서 소정 온도의 반응열을 발생시킨다. 이 때 상기한 반응열은 예열 플레이트(320)와 개질 반응 플레이트(350)에 전달되게 된다.

이와 같은 상태에서, 연료 펌프(55)를 가동시켜 제1 탱크(51)에 저장된 액상의 연료와 제2 탱크(53)에 저장된 물을 예열 플레이트(320)로 공급한다. 이 때 상기 예열 플레이트(320)의 채널(321)을 통과하는 액상의 연료와 물의 혼합 연료는, 상기 분배 플레이트(330)에 접촉된 상태를 유지하고 있기 때문에, 상기 연소 플레 이트(340) 열을 전달받아 소정 온도로 예열되게 된다.

따라서 상기와 같이 예열된 혼합 연료는 제1 혼합연료 공급공(322), 제2 혼합연료 공급공(332) 및 제3 혼합연료 공급공(342)을 통해 개질 반응 플레이트(350)에 공급되고, 개질 촉매층(355)을 거치면서 열 에너지를 흡열하게 된다. 이러는 과정을 거치는 동안, 개질 반응실(351)에서는 개질 촉매층(355)에 의한 혼합 연료의 분해 반응이 진행되어 이산화탄소와 수소를 함유하고 있는 수소 가스를 발생시킨다.

다음, 상기와 같이 발생된 수소 가스를 스택(10)으로 공급한다. 이와 동시에, 공기 펌프(71)를 가동시켜 공기를 스택(10)으로 공급한다.

그러면 상기 수소 가스는 세퍼레이터의 수소 통로를 통해 전극-전해질 합성체의 애노드 전극으로 공급된다. 그리고 공기는 세퍼레이터의 공기 통로를 통해 전극-전해질 합성체의 캐소드 전극으로 공급된다.

따라서 애노드 전극에서는 산화 반응을 통해 수소 가스를 전자와 프로톤(수소이온)으로 분해한다. 그리고 프로톤이 전해질막을 통하여 캐소드 전극으로 이동하고, 전자는 전해질막을 통하여 이동되지 못하고 세퍼레이터를 통해 이웃하는 전극-전해질 합성체의 캐소드 전극으로 이동하게 되는데 이 때 전자의 흐름으로 전류를 발생시키고, 부수적으로 열과 물을 발생시킨다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범 위에 속하는 것은 당연하다.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 의하면, 산화제를 공급하는 분배공이 분배실의 저면에 분산되게 형성되어 있으므로, 연소 반응이 상기 연소실의 전면적에 걸쳐 이루어질 수 있게 되어, 상당히 빠른 발열 반응인 연소반응을 조절할 수 있게 되며, 핫 스팟(hot spot)을 방지하고 연소열을 연소실에 분산시켜 개질반응이 균일하게 일어나도록 하는 효과가 있다.

또한, 각종 반응에 필요한 열 에너지를 효과적으로 이용하여 신속하게 전달하도록 개질기의 구조를 개선함에 따라, 전체적인 시스템의 열 효율 및 운전 성능을 더욱 향상시킬 수 있으며, 전체적인 시스템의 크기를 컴팩트 하게 구현할 수 있다.

Claims

산화제의 공급을 위한 다수개의 분배공이 형성되는 분배실을 가지는 분배 플레이트와, 상기 분배 플레이트의 분배공을 통해 공급되는 산화제와 액상의 연료가 반응하여 열에너지를 발생시키도록 산화 촉매층이 마련되는 연소실을 가지는 연소 플레이트로 구성되는 평판형 연소 반응부;

액상의 연료와 물이 혼합된 혼합연료가 유입되는 채널이 형성되고 상기 연소 반응부의 열 에너지에 의해 상기 혼합연료를 예열시키는 평판형 예열부;

상기 연소 반응부의 열 에너지에 의한 개질 반응을 통해 상기 예열부를 통과하면서 예열된 혼합연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 촉매층이 내부에 위치하는 평판형 개질 반응부로 구성되며,

상기 연소 반응부의 열 에너지가 상기 예열부와 상기 개질 반응부에 직접 전달되도록 상기 예열부와 상기 개질 반응부 사이에 상기 연소 반응부가 배치되어 적층구성되는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제1항에 있어서,

상기 분배공은 상기 분배실에 불균일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제1항에 있어서,

상기 예열부는 혼합연료의 흐름을 가능케하는 채널이 일면에 형성되는 예열 플레이트와, 상기 예열 플레이트의 일면에 밀착되어 상기 채널에 의한 통로를 형성하는 덮개 플레이트로 구성되며,

상기 개질 반응부는 상기 예열 플레이트의 채널을 통과하면서 예열된 혼합연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 촉매층이 마련되는 개질 반응실을 가지는 개질 반응 플레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제3항에 있어서,

상기 덮개 플레이트에는 산화제가 유입되는 제1 산화제 유입공과, 상기 예열 플레이트의 채널에 혼합연료를 공급하기 위한 제1 혼합연료 공급공과, 상기 연소 플레이트에 액상의 연료를 공급하기 위한 제1 연료 유입공이 형성되며,

상기 예열 플레이트에는 상기 제1 산화제 유입공에 연통되며 상기 분배 플레이트의 분배실에 산화제를 공급하기 위한 제2 산화제 유입공이 형성되고, 상기 채널의 단부에는 상기 채널에 유입된 혼합연료를 상기 개질 반응 플레이트에 공급하기 위한 제2 혼합연료 공급공이 형성되고, 상기 제1 연료 유입공에 연통되며 상기 연소 플레이트에 액상의 연료를 공급하기 위한 제2 연료 유입공이 형성되며, 상기 제2 산화제 유입공, 상기 채널 및 상기 제2 연료 유입공을 차단하도록 제1 개스켓이 구비되는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제4항에 있어서,

상기 분배 플레이트에는 상기 제2 혼합연료 공급공과 연통되는 제3 혼합연료 공급공이 형성되고, 상기 제2 연료 유입공과 연통되는 제3 연료 유입공이 형성되며, 상기 분배실, 상기 제3 혼합연료 공급공 및 제3 연료 유입공을 차단하도록 제2 개스켓이 구비되고,

상기 연소 플레이트는 상기 제3 혼합연료 공급공과 연통되는 제4 혼합연료 공급공이 형성되며, 상기 연소실에는 산화제와 액상의 연료가 반응한 반응가스를 배출하기 위한 제1 배출공이 형성되고, 상기 연소실과 상기 제4 혼합연료 공급공을 차단하도록 제3 개스켓이 구비되는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제5항에 있어서,

상기 개질 반응 플레이트는 상기 제1 배출공과 연통되는 제2 배출공이 형성되고, 상기 개질 반응실에는 개질 반응을 통해 발생된 수소가스를 배출하는 수소가스 배출공이 형성되며, 상기 제2 배출공과 개질 반응실을 차단하도록 제4 개스켓이 구비되는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제3항에 있어서,

상기 개질 반응 플레이트의 하단에는 상기 연소 플레이트에서 반응한 반응가스가 유입되어 흐르기 위한 채널이 형성되는 가열 플레이트가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제6항에 있어서,

상기 개질 반응 플레이트의 하단에는 상기 연소 플레이트에서 반응한 후 상기 제2 배출공을 통해 배출되는 반응가스가 유입되어 흐르기 위한 채널이 형성되는 가열 플레이트가 더 설치되고, 상기 가열 플레이트에는 상기 수소가스 배출공에 연통되는 제2 수소가스 배출공이 형성되며, 상기 채널과 상기 제2 수소가스 배출공을 차단하도록 제5 개스켓이 구비되는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 개질 촉매층은 알갱이형 촉매가 충진되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제9항에 있어서,

상기 알갱이형 촉매의 비산을 방지하도록 상기 제4 혼합연료 공급공과 상기 수소가스 배출공에 망상체가 구비되는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 개질 촉매층은 촉매를 워쉬코팅(washcoating)하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제3항에 있어서,

상기 예열 플레이트는 채널의 일단을 통해 혼합연료가 유입되며, 상기 채널의 타단에는 혼합연료를 상기 개질 반응 플레이트에 공급하기 위한 제1 혼합연료 공급공이 형성되고,

상기 분배 플레이트는 상기 분배실의 일측면에 산화제가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 제1 혼합연료 공급공과 연통되는 제2 혼합연료 공급공이 형성되고,

상기 연소 플레이트는 상기 연소실의 양측면에 액상의 연료용 유입구와 유출구가 대응되게 형성되고, 상기 제2 혼합연료 공급공과 연통되는 제3 혼합연료 공급공이 형성되고,

상기 개질 반응 플레이트는 상기 제3 혼합연료 공급공에 연통되도록 상기 개질 반응실이 형성되고, 상기 개질 반응실의 일측면에는 개질된 수소가스가 배출되는 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제12항에 있어서,

상기 제1 혼합연료 공급공, 제2 혼합연료 공급공 및 제3 혼합연료 공급공은 복수개가 형성되는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 덮개 플레이트, 예열 플레이트, 분배 플레이트, 연소 플레이트 및 개질 반응 플레이트는 가장자리 부분을 용접으로 접합시키는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 개질 촉매층은 알갱이형 촉매가 충진되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제15항에 있어서,

상기 알갱이형 촉매의 비산을 방지하도록 상기 제3 혼합연료 공급공과 상기 배출구에 망상체가 구비되는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 개질 촉매층은 촉매를 워쉬코팅(washcoating)하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
제12항에 있어서,

상기 개질 반응 플레이트를 중심으로 상기 덮개 플레이트, 예열 플레이트, 분배 플레이트 및 연소 플레이트가 상하 대칭되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 평판형 개질기.
열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 수소를 함유한 액상의 연료와 물의 혼합연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질기;

상기 수소 가스와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부;

상기 개질기로 액상의 연료를 공급하는 연료 공급원; 및

상기 전기 발생부로 산화제를 공급하는 산화제 공급원을 포함하며,

상기 개질기는,

산화제의 공급을 위한 다수개의 분배공이 형성되는 분배실을 가지는 분배 플레이트와, 상기 분배 플레이트의 분배공을 통해 공급되는 산화제와 액상의 연료가 반응하여 열에너지를 발생시키도록 산화 촉매층이 마련되는 연소실을 가지는 연소 플레이트로 구성되는 평판형 연소 반응부;

상기 혼합연료가 유입되는 채널이 형성되고 상기 연소 반응부의 열 에너지에 의해 상기 혼합연료를 예열시키는 평판형 예열부;

상기 연소 반응부의 열 에너지에 의한 개질 반응을 통해 상기 예열부를 통과하면서 예열된 혼합연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 촉매층이 내부에 위치하는 평판형 개질 반응부로 구성되며,

상기 연소 반응부의 열 에너지가 상기 예열부와 상기 개질 반응부에 직접 전달되도록 상기 예열부와 상기 개질 반응부 사이에 상기 연소 반응부가 배치되어 적층구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제19항에 있어서,

상기 분배공은 상기 분배실에 불균일하게 형성되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 시스템.
제19항에 있어서,

상기 예열부는 혼합연료의 흐름을 가능케하는 채널이 일면에 형성되는 예열 플레이트와, 상기 예열 플레이트의 일면에 밀착되어 상기 채널에 의한 통로를 형성하는 덮개 플레이트로 구성되며,

상기 개질 반응부는 상기 예열 플레이트의 채널을 통과하면서 예열된 혼합연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 촉매층이 마련되는 개질 반응실을 가지는 개질 반응 플레이트로 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제21항에 있어서,

상기 덮개 플레이트에는 산화제가 유입되는 제1 산화제 유입공과, 상기 예열 플레이트의 채널에 혼합연료를 공급하기 위한 제1 혼합연료 공급공과, 상기 연소 플레이트에 액상의 연료를 공급하기 위한 제1 연료 유입공이 형성되며,

상기 예열 플레이트에는 상기 제1 산화제 유입공에 연통되며 상기 분배 플레이트의 분배실에 산화제를 공급하기 위한 제2 산화제 유입공이 형성되고, 상기 채널의 단부에는 상기 채널에 유입된 혼합연료를 상기 개질 반응 플레이트에 공급하기 위한 제2 혼합연료 공급공이 형성되고, 상기 제1 연료 유입공에 연통되며 상기 연소 플레이트에 액상의 연료를 공급하기 위한 제2 연료 유입공이 형성되며, 상기 제2 산화제 유입공, 상기 채널 및 상기 제2 연료 유입공을 차단하도록 제1 개스켓이 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제22항에 있어서,

상기 분배 플레이트에는 상기 제2 혼합연료 공급공과 연통되는 제3 혼합연료 공급공이 형성되고, 상기 제2 연료 유입공과 연통되는 제3 연료 유입공이 형성되며, 상기 분배실, 상기 제3 혼합연료 공급공 및 제3 연료 유입공을 차단하도록 제2 개스켓이 구비되고,

상기 연소 플레이트는 상기 제3 혼합연료 공급공과 연통되는 제4 혼합연료 공급공이 형성되며, 상기 연소실에는 산화제와 액상의 연료가 반응한 반응가스를 배출하기 위한 제1 배출공이 형성되고, 상기 연소실과 상기 제4 혼합연료 공급공을 차단하도록 제3 개스켓이 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제23항에 있어서,

상기 개질 반응 플레이트는 상기 제1 배출공과 연통되는 제2 배출공이 형성되고, 상기 개질 반응실에는 개질 반응을 통해 발생된 수소가스를 배출하는 수소가스 배출공이 형성되며, 상기 제2 배출공과 개질 반응실을 차단하도록 제4 개스켓이 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제21항에 있어서,

상기 개질 반응 플레이트의 하단에는 상기 연소 플레이트에서 반응한 반응가 스가 유입되어 흐르기 위한 채널이 형성되는 가열 플레이트가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제22항에 있어서,

상기 개질 반응 플레이트의 하단에는 상기 연소 플레이트에서 반응한 후 상기 제2 배출공을 통해 배출되는 반응가스가 유입되어 흐르기 위한 채널이 형성되는 가열 플레이트가 더 설치되고, 상기 가열 플레이트에는 상기 수소가스 배출공에 연통되는 제2 수소가스 배출공이 형성되며, 상기 채널과 상기 제2 수소가스 배출공을 차단하도록 제5 개스켓이 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제19항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 개질 촉매층은 알갱이형 촉매가 충진되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제27항에 있어서,

상기 알갱이형 촉매의 비산을 방지하도록 상기 제4 혼합연료 공급공과 상기 수소가스 배출공에 망상체가 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제19항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 개질 촉매층은 촉매를 워쉬코팅(washcoating)하여 이루어지는 것을 특 징으로 하는 연료전지 시스템.
제21항에 있어서,

상기 예열 플레이트는 채널의 일단을 통해 혼합연료가 유입되며, 상기 채널의 타단에는 혼합연료를 상기 개질 반응 플레이트에 공급하기 위한 제1 혼합연료 공급공이 형성되고,

상기 분배 플레이트는 상기 분배실의 일측면에 산화제가 유입되는 유입구가 형성되고, 상기 제1 혼합연료 공급공과 연통되는 제2 혼합연료 공급공이 형성되고,

상기 연소 플레이트는 상기 연소실의 양측면에 액상의 연료용 유입구와 유출구가 대응되게 형성되고, 상기 제2 혼합연료 공급공과 연통되는 제3 혼합연료 공급공이 형성되고,

상기 개질 반응 플레이트는 상기 제3 혼합연료 공급공에 연통되도록 상기 개질 반응실이 형성되고, 상기 개질 반응실의 일측면에는 개질된 수소가스가 배출되는 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제30항에 있어서,

상기 제1 혼합연료 공급공, 제2 혼합연료 공급공 및 제3 혼합연료 공급공은 복수개가 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제30항 또는 제31항에 있어서,

상기 덮개 플레이트, 예열 플레이트, 분배 플레이트, 연소 플레이트 및 개질 반응 플레이트는 가장자리 부분을 용접으로 접합시키는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제30항 또는 제31항에 있어서,

상기 개질 촉매층은 알갱이형 촉매가 충진되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제33항에 있어서,

상기 알갱이형 촉매의 비산을 방지하도록 상기 제3 혼합연료 공급공과 상기 배출구에 망상체가 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제30항 또는 제31항에 있어서,

상기 개질 촉매층은 촉매를 워쉬코팅(washcoating)하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
제30항에 있어서,

상기 개질 반응 플레이트를 중심으로 상기 덮개 플레이트, 예열 플레이트, 분배 플레이트 및 연소 플레이트가 상하 대칭되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.