KR100669395B1 - Reformer for fuel cell system - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 개질장치는, 연료를 포함하는 반응물의 흐름을 가능케 하는 복수의 통로, 및 상기 통로의 표면에 코팅 형성되는 촉매층을 가지면서 플레이트 타입으로 이루어지는 적어도 1의 반응기 본체를 포함하며,The reformer for a fuel cell system according to the present invention includes at least one reactor body made of a plate type having a plurality of passages that enable the flow of reactants containing fuel, and a catalyst layer coated on the surfaces of the passages. ,

상기 반응기 본체는, 상기 통로의 개방단으로서 형성되어 상기 통로로 촉매 물질을 투입시키기 위한 촉매 투입구와, 상기 촉매 투입구를 마감하는 마감유닛을 포함한다.The reactor body is formed as an open end of the passage and includes a catalyst inlet for introducing a catalyst material into the passage, and a closing unit for closing the catalyst inlet.

연료전지, 스택, 개질장치, 반응기본체, 브레이징, 접합, 통로, 이동채널, 촉매층, 촉매투입구, 마감유닛, 마감블록, 용접 Fuel Cell, Stack, Reformer, Reaction Base, Brazing, Bonding, Passage, Moving Channel, Catalyst Layer, Catalyst Inlet, Finishing Unit, Finishing Block, Welding

Description

연료 전지 시스템용 개질장치 {REFORMER FOR FUEL CELL SYSTEM}Reformer for Fuel Cell System {REFORMER FOR FUEL CELL SYSTEM}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 개질장치를 채용하는 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a fuel cell system employing a reforming apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 개질장치를 도시한 단면 구성도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a reformer for a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 개질장치를 도시한 사시도이다.3 is a perspective view illustrating a reformer for a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 개질장치를 분해하여 도시한 사시도이다.4 is an exploded perspective view illustrating a reformer for a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 5는 도 4에 도시한 반응기 본체를 분해하여 나타내 보인 사시도이다.5 is an exploded perspective view illustrating the reactor body shown in FIG. 4.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 개질장치의 구성을 도시한 개략적인 단면 구성도이다.6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a reformer for a fuel cell system according to another embodiment of the present invention.

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연료로부터 수소를 발생시키는 플레이트 타입의 개질장치에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a plate type reformer for generating hydrogen from fuel.

알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 메탄올, 에탄올, 천연 가스와 같은 연료와 산소를 이용하여 전기 에너지를 발생시키는 발전 시스템이다.As is known, a fuel cell is a power generation system that generates electrical energy using fuel and oxygen such as methanol, ethanol and natural gas.

이러한 연료 전지에 있어 근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell : PEMFC, 이하 편의상 PEMFC라 한다)는 출력 특성이 탁월하며 작동 온도가 낮고 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지는 바, 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.The polymer electrolyte fuel cell (PEMFC, hereinafter called PEMFC for convenience), which has been recently developed in such a fuel cell, has excellent output characteristics, low operating temperature, and fast start-up and response characteristics. As well as mobile power sources such as automobiles, as well as distributed power sources such as homes, public buildings and small power sources such as for electronic devices has a wide range of applications.

PEMFC는 기본적으로 시스템을 구성하기 위해 스택(stack), 개질기(Reformer), 연료 탱크 등을 구비한다. 스택은 수소와 산소의 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 연료 전지의 본체를 형성하며, 연료 펌프는 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급한다. 그리고 개질기는 연료를 개질하여 수소를 발생시키고 이 수소를 스택으로 공급한다.PEMFC basically includes a stack, a reformer, a fuel tank, etc. to construct a system. The stack forms the body of a fuel cell that generates electrical energy through the reaction of hydrogen and oxygen, and the fuel pump supplies the fuel in the fuel tank to the reformer. The reformer then reforms the fuel to generate hydrogen and supplies this hydrogen to the stack.

이와 같은 연료 전지 시스템에 있어, 개질기는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 연료로부터 수소를 발생시키는 바, 연료를 이용하여 열 에너지를 발생시키고, 이 열 에너지에 의한 연료의 개질 반응을 통해 수소를 발생시키며, 수소에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 복수의 연료처리유닛으로서 구성될 수 있다.In such a fuel cell system, the reformer generates hydrogen from the fuel through a chemical catalytic reaction by thermal energy. The reformer generates thermal energy using the fuel, and generates hydrogen through the reforming reaction of the fuel by the thermal energy. And a plurality of fuel processing units that generate and reduce the concentration of carbon monoxide contained in hydrogen.

그런데, 종래에 따른 연료 전지 시스템용 개질기는 복수의 연료처리유닛이 용기 타입으로 분산 배치됨에 따라, 이들 상호 간의 열교환이 직접적으로 이루어지지 않아 열 전달면에서 불리하고, 전체 시스템의 크기를 컴팩트하게 구현하지 못하 는 문제점이 있었다.However, according to the conventional reformer for a fuel cell system, since a plurality of fuel processing units are distributed and disposed in a container type, heat exchange between them is not directly performed, which is disadvantageous in terms of heat transfer, and the size of the entire system is compactly realized. There was a problem that can not.

본 발명은 상술한 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 플레이트 타입의 구조로서 열전달 효율을 극대화시키고, 전체 시스템의 부피를 줄일 수 있는 연료 전지 시스템용 개질장치를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a reforming apparatus for a fuel cell system that can maximize heat transfer efficiency and reduce the volume of an entire system as a plate type structure.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 개질장치는, 연료를 포함하는 반응물의 흐름을 가능케 하는 복수의 통로, 및 상기 통로의 표면에 코팅 형성되는 촉매층을 가지면서 플레이트 타입으로 이루어지는 적어도 1의 반응기 본체를 포함하며,In order to achieve the above object, the reforming apparatus for a fuel cell system according to the present invention has a plurality of passages for enabling the flow of a reactant including fuel, and a catalyst layer coated on a surface of the passage in a plate type. Comprising at least one reactor body,

상기 반응기 본체는, 상기 통로의 개방단으로서 형성되어 상기 통로로 촉매 물질을 투입시키기 위한 촉매 투입구와, 상기 촉매 투입구를 마감하는 마감유닛을 포함한다.The reactor body is formed as an open end of the passage and includes a catalyst inlet for introducing a catalyst material into the passage, and a closing unit for closing the catalyst inlet.

상기 연료 전지 시스템용 개질장치는, 상기 반응기 본체를 복수로 구비하고, 이들 반응기 본체를 연속적으로 적층하여 상기 반응기 본체의 집합체 구조로서 이루어질 수 있다.The reformer for a fuel cell system may include a plurality of reactor bodies, and the reactor bodies may be sequentially stacked to form an aggregate structure of the reactor bodies.

상기 연료 전지 시스템용 개질장치에 있어서, 상기 반응기 본체는 상기 복수의 이동 채널을 일면에 형성하고 있는 제1 금속 플레이트와, 상기 제1 금속 플레이트에 밀착 배치되어 상기 이동 채널에 의한 상기 통로를 형성하는 제2 금속 플레이트와, 상기 제1 금속 플레이트와 상기 제2 금속 플레이트의 밀착 부분에 용융 형성 되어 상기 제1,2 금속 플레이트를 일체로 접합시키는 접합부를 포함할 수 있다.In the reforming apparatus for a fuel cell system, the reactor body is arranged in close contact with the first metal plate and the first metal plate forming the plurality of moving channels on one surface to form the passage by the moving channel. A second metal plate and the first metal plate and the contact portion of the second metal plate may be molten to form a bonding portion for integrally bonding the first and second metal plate.

상기 연료 전지 시스템용 개질장치에 있어서, 상기 제1 금속 플레이트는 상기 이동 채널을 제외한 나머지 부분이 상기 밀착 부분으로서 형성될 수 있다.In the reforming apparatus for the fuel cell system, the first metal plate may be formed as the close contact portion except for the moving channel.

상기 연료 전지 시스템용 개질장치에 있어서, 상기 밀착 부분은 상기 제1 금속 플레이트의 일면에 임의의 간격을 두고 직선 상태로 돌출 형성되며, 상기 이동 채널은 상기 밀착 부분 사이의 공간으로서 형성될 수 있다.In the reforming apparatus for the fuel cell system, the contact portion may be formed to protrude in a straight line at a predetermined interval on one surface of the first metal plate, and the moving channel may be formed as a space between the contact portions.

상기 연료 전지 시스템용 개질장치에 있어서, 상기 촉매 투입구는 상기 제1 금속 플레이트와 상기 제2 금속 플레이트의 접합에 의해 상기 제1 금속 플레이트의 일측 가장자리단에 형성되며, 상기 이동 채널의 길이 방향에 수직한 단면 형상으로서 형성될 수 있다.In the reforming apparatus for a fuel cell system, the catalyst inlet is formed at one edge of the first metal plate by joining the first metal plate and the second metal plate, and is perpendicular to the longitudinal direction of the moving channel. It can be formed as one cross-sectional shape.

상기 연료 전지 시스템용 개질장치에 있어서, 상기 접합부는 상기 제1 금속 플레이트의 밀착 부분에 상응하는 형태를 가지면서 상기 제1 금속 플레이트와 상기 제2 금속 플레이트 사이에 개재되는 금속 박판으로서 형성되며, 상기 금속 박판이 열에 의해 용융되어 이루어질 수 있다.In the reforming apparatus for the fuel cell system, the joining portion is formed as a metal thin plate interposed between the first metal plate and the second metal plate while having a shape corresponding to the tight portion of the first metal plate. The thin metal sheet may be melted by heat.

상기 연료 전지 시스템용 개질장치에 있어서, 상기 제1,2 금속 플레이트는 스테인레스강 또는 알루미늄으로 이루어짐이 바람직하다.In the reformer for a fuel cell system, the first and second metal plates are preferably made of stainless steel or aluminum.

상기 연료 전지 시스템용 개질장치에 있어서, 상기 금속 박판은 상기 제1,2 금속 플레이트 보다 용융점이 낮은 금속 소재로서 형성될 수 있다.In the reforming apparatus for the fuel cell system, the metal thin plate may be formed as a metal material having a lower melting point than the first and second metal plates.

상기 연료 전지 시스템용 개질장치에 있어서, 상기 마감유닛은 상기 제1 금속 플레이트의 일측 가장자리단에 설치되어 상기 개방단을 폐쇄시키는 바아 형태의 마감블록과, 상기 제1 금속 플레이트와 상기 마감블록을 접합하는 용접부를 포함할 수 있다.In the reforming apparatus for the fuel cell system, the finishing unit is installed on one side edge of the first metal plate to close the open end of the bar-shaped block, the first metal plate and the finishing block joining It may include a weld.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 개질장치를 채용하는 연료 전지 시스템의 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram schematically illustrating a configuration of a fuel cell system employing a reforming apparatus according to an embodiment of the present invention.

이 도면을 참고하여 본 발명에 적용되는 연료 전지 시스템(100)을 설명하면, 상기 연료 전지 시스템(100)은 연료를 포함하는 반응물의 화학 촉매 반응을 통해 이 반응물로부터 수소를 발생시키고, 이 수소를 산소와 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) 방식으로서 구성된다.Referring to the fuel cell system 100 applied to the present invention with reference to the drawings, the fuel cell system 100 generates hydrogen from the reactant through the chemical catalytic reaction of the reactant containing the fuel, and the hydrogen It is configured as a Polymer Electrode Membrane Fuel Cell (PEMFC) system that generates electrical energy by electrochemically reacting with oxygen.

이러한 연료 전지 시스템(100)에 있어 연료라 함은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등과 같이 수소를 함유한 액체 또는 기체 상태로 이루어진 연료를 포함한다. 그러나 이하에서 설명하는 연료는 상기한 액상의 연료를 의미한다.In this fuel cell system 100, the fuel includes a fuel made of a liquid or gaseous state containing hydrogen such as methanol, ethanol or natural gas. However, the fuel described below means the liquid fuel described above.

그리고 본 시스템(100)은 수소와 반응하는 산소로서 별도의 저장수단에 저장된 순수한 산소를 사용할 수 있으며, 산소를 함유하고 있는 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 후자를 예로 하여 설명한다.In addition, the system 100 may use pure oxygen stored in a separate storage means as oxygen to react with hydrogen, and may use air containing oxygen as it is. However, hereinafter, the latter will be described as an example.

이와 같은 연료 전지 시스템(100)은 수소와 산소의 반응에 의해 전기 에너지 를 발생시키는 스택(10)과, 연료를 개질하여 수소를 발생시키고 이 수소를 스택(10)으로 공급하는 개질장치(30)와, 개질장치(30)로 연료를 공급하기 위한 연료 공급원(50)과, 스택(10)으로 산소를 공급하기 위한 산소 공급원(70)을 포함하여 구성된다.The fuel cell system 100 includes a stack 10 for generating electrical energy by a reaction between hydrogen and oxygen, and a reformer 30 for reforming a fuel to generate hydrogen and supplying the hydrogen to the stack 10. And a fuel supply source 50 for supplying fuel to the reformer 30, and an oxygen supply source 70 for supplying oxygen to the stack 10.

스택(10)은 상기한 전기 에너지를 발생시키는 최소 단위의 전기 발생부(11)를 구비하는 바, 이 전기 발생부(11)는 통상적인 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)를 중심에 두고 이의 양면에 세퍼레이터(Separator)(당 업계에서는 '바이폴라 플레이트'라고도 한다.)를 밀착 배치하여 구성될 수 있다. 따라서 본 실시예에서는 상기한 최소 단위의 전기 발생부(11)를 복수로 구비하고, 이들을 연속적으로 배치함으로써 전기 발생부(11)의 집합체 구조에 의한 스택(10)을 형성할 수 있다. 이와 같은 스택(10)의 구성은 통상적인 고분자 전해질형 연료 전지의 스택 구성으로 이루어질 수 있으므로 본 명세서에서 그 자세한 설명한 생략하기로 한다.The stack 10 includes the electricity generating unit 11 of the minimum unit for generating the above-described electrical energy, which is centered on a conventional membrane-electrode assembly (MEA). And a separator (also referred to in the art as a 'bipolar plate') on both sides thereof. Therefore, in the present embodiment, the stack 10 having the aggregate structure of the electricity generators 11 can be formed by providing a plurality of the electricity generators 11 having the minimum unit and arranging them continuously. Since the stack 10 may be configured as a stack of a conventional polymer electrolyte fuel cell, detailed description thereof will be omitted herein.

본 실시예에서, 개질장치(30)는 언급한 바 있는 반응물을 화학적으로 변화시켜, 궁극적으로는 연료 공급원(50)에 의해 제공되는 연료를 개질하여 수소를 발생시키는 연료처리유닛으로서 구성되는 바, 이러한 연료처리유닛은 열 에너지에 의한 연료의 개질 반응을 통해 수소를 발생시키는 개질 반응기, 연료의 산화 반응을 통해 상기 열 에너지를 발생시키는 산화 반응기, 수소에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 일산화탄소 정화기를 포함할 수 있다. 이러한 개질장치(30)의 구성은 도 2 내지 도 5를 참조하여 뒤에서 더욱 설명하기로 한다.In this embodiment, the reformer 30 is configured as a fuel treatment unit that chemically changes the reactants mentioned and ultimately reforms the fuel provided by the fuel source 50 to generate hydrogen. The fuel processing unit includes a reforming reactor for generating hydrogen through a reforming reaction of fuel by thermal energy, an oxidation reactor for generating the thermal energy through oxidation of fuel, and a carbon monoxide purifier for reducing the concentration of carbon monoxide contained in hydrogen. It may include. The configuration of such a reforming device 30 will be described later with reference to FIGS. 2 to 5.

상기한 개질장치(30)로 연료를 공급하는 연료 공급원(50)은 연료를 저장하는 연료 탱크(51)와, 이 연료 탱크(51)에 저장된 연료를 배출시키고 이 연료를 개질장치(30)로 공급하는 연료 펌프(53)를 포함할 수 있다.The fuel supply source 50 for supplying fuel to the reformer 30 includes a fuel tank 51 for storing fuel, a fuel stored in the fuel tank 51, and the fuel supplied to the reformer 30. It may include a fuel pump 53 for supplying.

그리고 산소 공급원(70)은 기설정된 펌핑 압력으로 공기를 흡입하여 이 공기를 스택(10)으로 공급하는 공기 펌프(71)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 산소 공급원(70)은 공기 펌프(71)를 구비하는 것에 한정되지 않고, 통상적인 구조의 팬(fan)을 구비할 수도 있다.In addition, the oxygen source 70 may include an air pump 71 that sucks air at a predetermined pumping pressure and supplies the air to the stack 10. In this embodiment, the oxygen source 70 is not limited to having an air pump 71 but may have a fan of a conventional structure.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 개질장치(30)를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the reforming apparatus 30 according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 개질장치를 도시한 단면 구성도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a reformer for a fuel cell system according to an exemplary embodiment of the present invention.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 개질장치(30)는 열 에너지에 의한 연료의 개질 반응을 통해 이 연료로부터 수소를 발생시키는 연료처리유닛의 개질 반응기로서 구비된다.Referring to the drawings, the reforming apparatus 30 according to the present embodiment is provided as a reforming reactor of a fuel processing unit that generates hydrogen from the fuel through a reforming reaction of the fuel by thermal energy.

이러한 개질장치(30)는 연료의 흐름을 가능케 하는 복수의 통로(39) 및 이 통로(39)의 표면에 코팅 형성되는 촉매층(38)을 갖춘 플레이트 타입의 반응기 본체(41)를 구비한다. 여기서 촉매층(38)은 통로(39)를 통과하는 연료의 개질 반응을 촉진시켜 이 연료로부터 수소를 발생시키는 기능을 하게 된다.This reformer 30 has a plate type reactor body 41 having a plurality of passages 39 which enable the flow of fuel and a catalyst layer 38 coated on the surfaces of the passages 39. Here, the catalyst layer 38 serves to promote the reforming reaction of the fuel passing through the passage 39 to generate hydrogen from the fuel.

이 반응기 본체(41)는 대략 사각형(도 2에서 x축 방향의 길이가 y축 방향의 길이보다 긴 직사각형)의 금속 플레이트로 이루어지는 바, 제1 금속 플레이트(31) 와, 제1 금속 플레이트(31)의 상면에 밀착 배치되는 제2 금속 플레이트(32)와, 제1 금속 플레이트(31)와 제2 금속 플레이트(32)를 일체로 접합시키는 접합부(35)로서 구성된다. 이 때 언급한 바 있는 복수의 통로(39)는 제1 금속 플레이트(31)의 상면에 위치하게 되는 바, 제1 금속 플레이트(31)와 제2 금속 플레이트(32)가 접합부(35)에 의해 상호 접합됨으로써 연료를 통과시킬 수 있는 유통로로서 형성된다. 그리고 제1,2 금속 플레이트(31, 32)는 열전도성을 갖는 통상적인 금속 소재 예컨대, 스테인레스강 또는 알루미늄 소재로서 형성될 수 있다.The reactor body 41 is formed of a metal plate of a substantially rectangular shape (a rectangle in which the length in the x-axis direction is longer than the length in the y-axis direction in FIG. 2). The first metal plate 31 and the first metal plate 31 are formed. It is comprised as the junction part 35 which joins together the 2nd metal plate 32 and the 1st metal plate 31 and the 2nd metal plate 32 integrally arrange | positioned on the upper surface of the (). In this case, the plurality of passages 39 mentioned above are positioned on the upper surface of the first metal plate 31, so that the first metal plate 31 and the second metal plate 32 are joined by the junction part 35. It is formed as a flow path through which the fuel can pass by being bonded together. The first and second metal plates 31 and 32 may be formed as a conventional metal material having thermal conductivity, for example, stainless steel or aluminum material.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 개질장치를 도시한 사시도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 개질장치를 분해하여 도시한 사시도이다.3 is a perspective view showing a reformer for a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is an exploded perspective view showing a reformer for a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

이 도면을 참고하여 본 실시예에 의한 반응기 본체(41)를 설명하면, 이 반응기 본체(41)는 통로(39)로 촉매 물질을 투입시키기 의한 촉매 투입구(45)와, 이 촉매 투입구(45)를 마감하는 마감유닛(47)을 포함한다.Referring to the drawings, the reactor body 41 according to the present embodiment will be described. The reactor body 41 includes a catalyst inlet 45 through which a catalyst material is introduced into the passage 39, and the catalyst inlet 45. It includes a closing unit 47 for closing the.

촉매 투입구(45)는 통로(39: 도 2)와 연통하는 복수의 개방단(46)으로서 형성되는 바, 제1 금속 플레이트(31)의 일측 가장자리단(도면에서의 y축 방향)에 형성된다.The catalyst inlet 45 is formed as a plurality of open ends 46 communicating with the passage 39 (FIG. 2), and is formed at one edge end (y-axis direction in the drawing) of the first metal plate 31. .

마감유닛(47)은 제1 금속 플레이트(31)의 일측 가장자리단에 설치되어 촉매 투입구(45)를 폐쇄시키는 마감 블록(48)과, 이 마감 블록(48)을 제1 금속 플레이트(31)와 제2 금속 플레이트(32)에 일체로서 고정시키는 용접부(49)를 포함한다.The finishing unit 47 is installed at one edge of the first metal plate 31 and closes the closing block 48 for closing the catalyst inlet 45. The closing block 48 is connected to the first metal plate 31. And a weld 49 that is integrally fixed to the second metal plate 32.

상기에서, 마감 블록(48)은 소정 폭과, 제1 금속 플레이트(31)에 상응하는 두께, 및 제1 금속 플레이트(31)의 일측 가장자리단에 상응하는 길이를 가진 바아 형태로서 구비된다. 용접부(49)는 마감블록(48)의 가장자리단과 제1,2 금속 플레이트(31, 32) 사이의 틈새를 실링하면서 이 마감블록(48)을 제1,2 금속 플레이트(31, 32)에 일체로 접합시키는 기능을 하게 된다.In the above, the finishing block 48 is provided as a bar shape having a predetermined width, a thickness corresponding to the first metal plate 31, and a length corresponding to one edge end of the first metal plate 31. The weld 49 seals the gap between the edge of the finishing block 48 and the first and second metal plates 31 and 32 and integrates the finishing block 48 to the first and second metal plates 31 and 32. It will function to join.

따라서 반응기 본체(41)의 촉매 투입구(45)를 통해 촉매 물질을 통로(39: 도 2)로 투입하여 이 통로(39)의 표면에 촉매층(38: 도 2)을 코팅 형성하고, 마감 블록(48)으로 촉매 투입구(45)를 마감한 상태에서 이 마감 블록(48)을 제1,2 금속 플레이트(31, 32)에 용접함으로써 본 실시예에 의한 개질장치(30)를 구성할 수 있다.Therefore, the catalyst material is introduced into the passage 39 (FIG. 2) through the catalyst inlet 45 of the reactor body 41 to form a coating of the catalyst layer 38 (FIG. 2) on the surface of the passage 39, and the finishing block ( The reforming device 30 according to the present embodiment can be configured by welding the finishing block 48 to the first and second metal plates 31 and 32 in the state where the catalyst inlet 45 is finished with the 48.

이러한 개질장치(30)는 도면에 도시되고 있지 않지만, 연료를 통로(39: 도 2)로 주입시키기 위한 주입부와, 촉매층(38: 도 2)에 의한 연료의 개질 반응을 통해 생성되는 수소를 배출시키기 위한 배출부를 형성하고 있음은 자명한 사실이다.Although not shown in the drawing, the reformer 30 includes an injection unit for injecting fuel into the passage 39 (FIG. 2) and hydrogen generated through the reforming reaction of the fuel by the catalyst layer 38 (FIG. 2). It is obvious that there is a discharge section for discharge.

이와 같은 반응기 본체(41)의 구성을 더욱 구체적으로 설명하면, 제1 금속 플레이트(31)는 도 5에 도시한 바와 같이, 통로(39: 도 2)에 상응하는 복수의 이동 채널(33)을 일면에 형성하고 있다.Referring to the configuration of the reactor body 41 in more detail, as shown in FIG. 5, the first metal plate 31 includes a plurality of moving channels 33 corresponding to the passage 39 (FIG. 2). It is formed on one side.

이동 채널(33)은 제1 금속 플레이트(31)의 상면에 임의의 간격을 두고 돌출 형성된 리브들 즉, 뒤에서 더욱 설명하는 밀착 부분(a) 사이의 공간에 의해 연료의 흐름을 가능케 하는 패스를 형성할 수 있다. 바람직하게, 이동 채널(33)은 제1 금속 플레이트(31)의 상면에 대해 임의의 간격을 두고 직선 상태로 배치되며, 이들 직선 부분의 패스를 서로 연결하여 형성될 수 있다.The moving channel 33 forms a path allowing the flow of fuel by the space between the ribs protruding at an arbitrary interval on the upper surface of the first metal plate 31, that is, the close contact portion a, which will be described later. can do. Preferably, the moving channel 33 is disposed in a straight line at an arbitrary interval with respect to the upper surface of the first metal plate 31, and may be formed by connecting the paths of these straight portions to each other.

이러한 이동 채널(33)은 제1 금속 플레이트(31)의 일측 가장자리단으로 개방 되는 개방단(46)을 형성하는 바, 이 개방단(46)은 이동 채널(33)의 길이 방향에 수직한 단면 형상으로서 형성될 수 있다. 따라서 이동 채널(33)의 개방단(46)은 제1 금속 플레이트(31)의 상면에 제2 금속 플레이트(32)가 밀착 배치됨으로써 본 실시예에 의한 촉매 투입구(45)로서 형성될 수 있다(도 4 참조).The moving channel 33 forms an open end 46 that opens to one side edge of the first metal plate 31, and the open end 46 has a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the moving channel 33. It may be formed as a shape. Accordingly, the open end 46 of the moving channel 33 may be formed as the catalyst inlet 45 according to the present embodiment by closely placing the second metal plate 32 on the upper surface of the first metal plate 31 ( See FIG. 4).

도 5에서 제1 금속 플레이트(31)의 상면에 대해 이동 채널(33)을 제외한 나머지 부분 즉, 리브들의 표면은 제2 금속 플레이트(32)와 상호 밀착되는 밀착 부분으로서 "a"로 표시되고 있다.In FIG. 5, the remaining portion of the upper surface of the first metal plate 31 except for the moving channel 33, that is, the surface of the ribs, is marked as “a” as an adhesion portion in close contact with the second metal plate 32. .

제2 금속 플레이트(32)는 제1 금속 플레이트(31)에 상응하는 형태로서 형성되며, 뒤에서 더욱 설명하는 접합부(35)에 의해 제1 금속 플레이트(31)의 밀착 부분(a)에 접합 설치된다.The second metal plate 32 is formed as a shape corresponding to the first metal plate 31, and is bonded to the contact portion a of the first metal plate 31 by the joining portion 35, which will be described later. .

따라서 본 실시예에 의한 반응기 본체(41)는 상기한 접합부(35)에 의해 제2 금속 플레이트(32)가 제1 금속 플레이트(31)의 밀착 부분(a)에 접합됨으로써 상기 이동 채널(33)에 의한 통로(39: 도 2) 및 촉매 투입구(45)를 형성할 수 있다.Therefore, in the reactor body 41 according to the present embodiment, the moving channel 33 is formed by joining the second metal plate 32 to the contact portion a of the first metal plate 31 by the junction 35. The passage 39 (FIG. 2) and the catalyst inlet 45 by this can be formed.

위에서 언급한 바 있는 접합부(35)는 제1 금속 플레이트(31)와 제2 금속 플레이트(32)의 밀착 부분에 용융 형성되는 바, 제1,2 금속 플레이트(31, 32)를 일체로 접합시키는 기능을 하게 된다.The junction part 35 mentioned above is melt-formed in the close contact portion of the first metal plate 31 and the second metal plate 32, and thus integrally joins the first and second metal plates 31 and 32. It will function.

이러한 접합부(35)는 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 금속 플레이트(31)의 밀착 부분(a)에 상응하는 형태의 금속 박판(35a)이 소정 열에 의해 용융/고착되어 형성될 수 있다. 이 때 상기 금속 박판(35a)은 제1,2 금속 플레이트(31, 32) 보다 용융점이 낮은 통상적인 금속 소재로서 형성됨이 바람직하다.As shown in FIG. 5, the junction 35 may be formed by melting / fixing the metal thin plate 35a having a shape corresponding to the contact portion a of the first metal plate 31 by a predetermined heat. At this time, the metal thin plate 35a is preferably formed as a conventional metal material having a lower melting point than the first and second metal plates 31 and 32.

이와 같이 둘 이상의 모재 사이에 소정의 금속 박판 또는 필름을 위치시키고, 이 금속 박판 또는 필름을 열에 의해 용융시켜 상기 모재들을 서로 접합시키는 접합 방식을 당 업계에서는 통상 브레이징(brazing) 접합 방식이라고도 한다.As described above, a bonding method in which a predetermined metal thin plate or film is positioned between two or more base materials, and the metal thin plate or film is melted by heat to bond the base materials to each other is also commonly referred to in the art as a brazing bonding method.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 의한 연료 전지 시스템용 개질장치의 제조 방법을 살펴보면, 우선 복수의 이동 채널(33)을 형성하고 있는 제1 금속 플레이트(31)와, 제1 금속 플레이트(31)에 상응하는 형태의 제2 금속 플레이트(32)를 준비한다. 이 때 이동 채널(33)은 제1 금속 플레이트(31)의 일측 가장자리단으로 개방된 개방단(46)을 형성하고 있다.Looking at the manufacturing method of the reformer for a fuel cell system according to an embodiment of the present invention configured as described above, first, the first metal plate 31 and the first metal plate (31) forming a plurality of moving channels (33) A second metal plate 32 of the type corresponding to 31 is prepared. At this time, the moving channel 33 forms an open end 46 open to one edge end of the first metal plate 31.

이어서, 제1 금속 플레이트(31)의 밀착 부분(a) 즉, 제1 금속 플레이트(31)의 상면에 대해 이동 채널(33)을 제외한 나머지 부분에 상응하는 형태의 금속 박판(35a)을 제1 금속 플레이트(31)와 제2 금속 플레이트(32) 사이에 개재한다.Subsequently, the metal thin plate 35a having a shape corresponding to the remaining portion except for the moving channel 33 with respect to the contact portion a of the first metal plate 31, that is, the upper surface of the first metal plate 31, is formed. Interposed between the metal plate 31 and the second metal plate 32.

다음은 브레이징(brazing) 접합 방식을 이용하여 제1 금속 플레이트(31)와 제2 금속 플레이트(32)를 일체로 접합시키는 과정으로서, 금속 박판(35a)을 사이에 두고 제1 금속 플레이트(31)와 제2 금속 플레이트(32)를 가압 밀착시킨 상태에서, 제1 금속 플레이트(31)와 제2 금속 플레이트(32)을 소정 온도로 가열한다. 그러면, 금속 박판(35a)은 제1 금속 플레이트(31)와 제2 금속 플레이트(32) 사이의 밀착 부분에서 상기한 열에 의해 용융되어 제1 금속 플레이트(31)와 제2 금속 플레이트(32)의 밀착 부분에 접합부(35)를 형성하게 된다.Next, the first metal plate 31 and the second metal plate 32 are integrally bonded by using a brazing bonding method, and the first metal plate 31 is interposed between the thin metal plates 35a. And the second metal plate 32 are in close contact with each other, the first metal plate 31 and the second metal plate 32 are heated to a predetermined temperature. Then, the thin metal plate 35a is melted by the above-described heat at the close contact portion between the first metal plate 31 and the second metal plate 32 so that the first metal plate 31 and the second metal plate 32 are separated. The junction part 35 is formed in the close part.

따라서 제1,2 금속 플레이트(31, 32)가 상기한 접합부(35)에 의해 일체로 접합됨에 따라, 제1 금속 플레이트(31)의 이동 채널(33)에 의한 통로(39) 및 이동 채 널(33)의 개방단(46)에 의한 촉매 투입구(45)를 갖춘 반응기 본체(41)를 형성할 수 있다.Accordingly, as the first and second metal plates 31 and 32 are integrally joined by the above-described joining part 35, the passage 39 and the moving channel by the moving channel 33 of the first metal plate 31 are thus obtained. A reactor body 41 having a catalyst inlet 45 by the open end 46 of 33 can be formed.

이러한 과정을 거친 후, 촉매 투입구(45)를 통해 촉매 물질을 통로(39)로 투입함으로써 통로(39)의 표면에 촉매층(38)을 코팅 형성한다.After such a process, the catalyst layer 38 is coated on the surface of the passage 39 by introducing the catalyst material through the catalyst inlet 45 into the passage 39.

마지막으로, 마감 블록(48)을 제1 금속 플레이트(31)의 가장자리단에 밀착시켜 촉매 투입구(45)를 폐쇄시킨 상태에서, 이 마감 블록(48)의 가장자리단과 제1,2 금속 플레이트(31, 32)를 레이저 용접하여 용접부(49)를 형성게 되면, 본 실시예에 의한 개질장치(30)의 제조가 완료된다.Finally, while the closing block 48 is in close contact with the edge of the first metal plate 31 to close the catalyst inlet 45, the edge of the closing block 48 and the first and second metal plates 31 are closed. And 32 to laser weld to form a weld 49, the manufacture of the reforming apparatus 30 according to the present embodiment is completed.

따라서 연료의 흐름을 가능케 하는 채널에 촉매층을 코팅 형성하여 이루어지는 반응 기판과, 별도의 플레이트를 브레이징 방식으로 접합하여 플레이트 타입으로 구성되는 일 예에 의한 개질장치의 경우, 이의 제조 과정에서 촉매층이 열에 의해 떨어져 나가는 등의 문제점이 발생하는 바, 본 실시예에 의한 개질장치(30)는 상술한 바와 같은 제조 과정을 통해 구성됨에 따라 언급한 바와 같은 문제점을 유발하지 않는다.Therefore, in the case of the reformer according to an example in which a reaction substrate formed by coating a catalyst layer on a channel that enables fuel flow and a plate formed by bonding a separate plate in a brazing manner, the catalyst layer is heated by heat during its manufacturing process. As a problem occurs, such as falling off, the reforming apparatus 30 according to the present embodiment does not cause a problem as mentioned above as it is configured through the manufacturing process as described above.

이러한 개질장치(30)를 연료 전지 시스템(100)에 채용하게 되면, 연료 전지 시스템(100)의 작용시, 연료 펌프(53)를 가동시켜 반응기 본체(41)의 통로(39)로 연료를 공급한다. 그러면, 상기한 연료가 통로(39)를 따라 흐르면서 촉매층(38)에 의해 개질 반응을 일으키게 되는 바, 본 실시예에 의한 개질장치(30)에서는 상기한 연료의 개질 반응에 의해 수소를 발생시키게 된다.When the reformer 30 is employed in the fuel cell system 100, the fuel pump 53 is operated to supply fuel to the passage 39 of the reactor body 41 when the fuel cell system 100 is in operation. do. Then, as the fuel flows along the passage 39, the reforming reaction is caused by the catalyst layer 38. In the reforming apparatus 30 according to the present embodiment, hydrogen is generated by the reforming reaction of the fuel. .

이로써 상기한 수소를 스택(10)으로 공급하고, 공기 펌프(71)를 가동시켜 공 기를 스택(10)으로 공급하게 되면, 스택(10)의 전기 발생부(11)에서는 수소와 산소의 반응에 의해 기설정된 용량의 전기 에너지를 출력시키게 된다.Thus, when the hydrogen is supplied to the stack 10 and the air pump 71 is operated to supply air to the stack 10, the electricity generating unit 11 of the stack 10 reacts to the reaction of hydrogen and oxygen. As a result, electric energy of a predetermined capacity is output.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 개질장치의 구성을 도시한 개략적인 단면 구성도이다.6 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a reformer for a fuel cell system according to another embodiment of the present invention.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 연료 전지 시스템용 개질장치(30A)는 전기 실시예에서와 같은 구조의 제1 반응기 본체(41A)를 구비하고, 제1 반응기 본체(41A)에 적어도 1의 제2 반응기 본체(41B)를 적층하여 이들 반응기 본체(41A, 41B)의 집합체 구조로서 구성될 수 있다.Referring to the drawings, the reforming apparatus 30A for a fuel cell system according to the present embodiment includes a first reactor body 41A having the same structure as in the previous embodiment, and includes at least one of the first reactor body 41A. The second reactor body 41B may be stacked to be configured as an aggregate structure of these reactor bodies 41A and 41B.

본 실시예에서, 제2 반응기 본체(41B)는 제1 반응기 본체(41A)와 동일한 구조로 이루어지는 바, 도면에 가상선으로 도시한 바와 같이 제1 반응기 본체(41A)의 상,하면에 밀착 배치될 수 있다.In the present embodiment, the second reactor main body 41B has the same structure as the first reactor main body 41A, and is arranged in close contact with the upper and lower surfaces of the first reactor main body 41A as shown in phantom in the drawing. Can be.

바람직하게, 제1 반응기 본체(41A)의 상면에 배치되는 제2 반응기 본체(41B)는 연료의 산화 반응에 의한 기설정된 온도 범위의 열 에너지를 발생시키고 이 열 에너지를 제1 반응기 본체(41A)에 제공하는 연료처리유닛의 산화 반응기로서 구비될 수 있다. 그리고 제1 반응기 본체(41A)의 하면에 배치되는 제2 반응기 본체(41B)는 제1 반응기 본체(41A)로부터 발생되는 수소에 함유된 일산화탄소의 산화 반응을 통해 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키는 연료처리유닛의 일산화탄소 저감기(통상적으로, "PROX 반응기" 라고 한다.)로서 구비될 수 있다.Preferably, the second reactor body 41B disposed on the upper surface of the first reactor body 41A generates heat energy in a predetermined temperature range by the oxidation reaction of the fuel, and the heat energy is converted into the first reactor body 41A. It can be provided as an oxidation reactor of the fuel processing unit provided in. In addition, the second reactor body 41B disposed on the lower surface of the first reactor body 41A has a fuel treatment for reducing the concentration of carbon monoxide through an oxidation reaction of carbon monoxide contained in hydrogen generated from the first reactor body 41A. It may be provided as a carbon monoxide reducer (commonly referred to as a "PROX reactor") of the unit.

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 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 제1,2 금속 플레이트를 브레이징 방식으로 접합하여 된 반응기 본체 내부의 통로로 촉매 물질을 투입하여 이 통로의 표면에 촉매층을 코팅 형성하는 플레이트 타입의 개질장치를 구성함에 따라, 전체 시스템의 크기를 컴팩트하게 구현할 수 있으며, 적층 구조를 가능케 하여 전체 개질장치의 열 전달 효율을 향상시킬 수 있다.According to the present invention as described above, the plate-type reforming device is configured to inject a catalyst material into the passage inside the reactor body formed by joining the first and second metal plates in a brazing manner to coat the catalyst layer on the surface of the passage. As a result, the size of the entire system can be realized compactly, and the laminated structure can be enabled to improve the heat transfer efficiency of the entire reformer.

또한 본 발명에 의하면, 채널에 촉매층이 코팅 형성된 반응 기판과, 별도의 플레이트를 브레이징 방식으로 접합하여 구성되는 일 예에 의한 개질장치에 있어, 반응 기판과 플레이트의 브레이징 접합 과정에서 촉매층이 열에 의해 떨어져 나가는 등의 문제점을 해결할 수 있다.In addition, according to the present invention, in the reforming apparatus according to an example configured by bonding a reaction substrate having a catalyst layer coated on the channel and a separate plate in a brazing manner, the catalyst layer is separated by heat during the brazing bonding process of the reaction substrate and the plate. Solve problems such as going out.

Claims (10)

수소를 함유한 연료를 포함하는 반응물의 흐름을 가능케 하는 복수의 통로, 및 상기 통로의 표면에 코팅 형성되어 상기 반응물의 반응을 촉진시키는 촉매층을 가지면서 플레이트 타입으로 이루어지는 적어도 1의 반응기 본체At least one reactor body of plate type having a plurality of passages for enabling the flow of reactants including hydrogen containing fuel and a catalyst layer formed on the surface of the passages to promote reaction of the reactants 를 포함하며,Including; 상기 반응기 본체는,The reactor body, 상기 통로의 개방단으로서 형성되어 상기 통로로 촉매 물질을 투입시키기 위한 촉매 투입구와, 상기 촉매 투입구를 마감하는 마감유닛을 포함하며,It is formed as an open end of the passage and includes a catalyst inlet for introducing a catalyst material into the passage, and a closing unit for closing the catalyst inlet, 복수의 채널을 일면에 형성하고 있는 제1 금속 플레이트와, 상기 제1 금속 플레이트에 밀착 배치되어 상기 채널에 의한 상기 통로를 형성하는 제2 금속 플레이트와, 상기 제1 금속 플레이트와 상기 제2 금속 플레이트의 밀착 부분에 용융 형성되어 상기 제1,2 금속 플레이트를 일체로 접합시키는 접합부로서 구성되는 연료 전지 시스템용 개질장치.A first metal plate having a plurality of channels formed on one surface thereof, a second metal plate arranged in close contact with the first metal plate to form the passage by the channel, the first metal plate and the second metal plate A reformer for a fuel cell system, wherein the reformer is melt-formed in an intimate portion of the fuel cell and is configured as a joining portion for integrally joining the first and second metal plates. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 반응기 본체를 복수로 구비하고, 이들 반응기 본체를 연속적으로 적층하여 상기 반응기 본체의 집합체 구조로서 이루어지는 연료 전지 시스템용 개질장치.A reformer for a fuel cell system, comprising a plurality of reactor bodies, wherein the reactor bodies are continuously stacked to form an aggregate structure of the reactor bodies. 삭제delete 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 제1 금속 플레이트는 상기 이동 채널을 제외한 나머지 부분이 상기 밀착 부분으로서 구성되는 연료 전지 시스템용 개질장치.The first metal plate is a reformer for a fuel cell system, wherein the remaining portion except for the moving channel is configured as the close contact portion. 제4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 밀착 부분은 상기 제1 금속 플레이트의 일면에 임의의 간격을 두고 직선 상태로 돌출 형성되며,The close contact portion is formed to protrude in a straight line at a predetermined interval on one surface of the first metal plate, 상기 이동 채널은 상기 밀착 부분 사이의 공간으로서 형성되는 연료 전지 시스템용 개질장치.And the moving channel is formed as a space between the tight portions. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 촉매 투입구는 상기 제1 금속 플레이트와 상기 제2 금속 플레이트의 접합에 의해 상기 제1 금속 플레이트의 일측 가장자리단에 형성되며, 상기 이동 채널의 길이 방향에 수직한 단면 형상으로서 형성되는 연료 전지 시스템용 개질장치.The catalyst inlet is formed at one edge of the first metal plate by joining the first metal plate and the second metal plate, and is formed as a cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the moving channel. Reformer. 제1 항에 있어서,According to claim 1, 상기 접합부는 상기 제1 금속 플레이트의 밀착 부분에 상응하는 형태를 가지면서 상기 제1 금속 플레이트와 상기 제2 금속 플레이트 사이에 개재되는 금속 박판으로서 형성되며, 상기 금속 박판이 열에 의해 용융되어 이루어지는 연료 전지 시스템용 개질장치.The joint portion is formed as a metal thin plate interposed between the first metal plate and the second metal plate while having a shape corresponding to the contact portion of the first metal plate, wherein the metal thin plate is melted by heat. Reformer for system. 제7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제1,2 금속 플레이트는 스테인레스강 또는 알루미늄으로 이루어지는 연료 전지 시스템용 개질장치.And the first and second metal plates are made of stainless steel or aluminum. 제8 항에 있어서,The method of claim 8, 상기 금속 박판은 상기 제1,2 금속 플레이트 보다 용융점이 낮은 금속 소재로서 형성되는 연료 전지 시스템용 개질장치.And the metal thin plate is formed as a metal material having a lower melting point than the first and second metal plates. 제6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 마감유닛은,The finishing unit, 상기 제1 금속 플레이트의 일측 가장자리단에 설치되어 상기 개방단을 폐쇄시키는 바아 형태의 마감블록; 및A bar-shaped closing block installed at one edge of the first metal plate to close the open end; And 상기 제1 금속 플레이트와 상기 마감블록을 접합하는 용접부Welder for joining the first metal plate and the finishing block 를 포함하는 연료 전지 시스템용 개질장치.Reformer for a fuel cell system comprising a.
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US20030075311A1 (en) * 2000-07-28 2003-04-24 James Seaba Method for processing fluid flows in a micro component reformer system

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