KR100723142B1 - A micro reformer having catalyst filters in microchannels - Google Patents
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Abstract
연료 전지의 소형화를 이룰 수 있도록 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기가 제공된다.A reformer having a catalytic filter in a microchannel is provided to achieve miniaturization of a fuel cell.
본 발명은, 일정크기의 기판; 상기 기판상에 형성된 채널; 상기 채널의 입구 측과 출구 측에 형성된 촉매필터; 상기 채널 내에 충진된 입자형 촉매; 및 상기 채널을 덮는 커버;를 포함하여 상기 채널 내의 촉매를 연료 기체가 통과하여 개질을 이루는 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기를 제공한다.The present invention, the substrate of a certain size; A channel formed on the substrate; A catalyst filter formed at an inlet side and an outlet side of the channel; A particulate catalyst packed in the channel; And a cover for covering the channel; to provide a reformer having a catalyst filter in a microchannel through which fuel gas passes through the catalyst in the channel to reform.
본 발명에 의하면, 개질 부 채널의 입구 측과 출구 측에 촉매필터를 형성하고, 개질 부의 마이크로 채널 내에 촉매를 균일하게 충진할 수 있음으로써 연료 기체와 촉매의 반응 표 면적을 크게 하여 고 효율의 개질 효과를 얻을 수 있다. 또한 소형의 구조를 가지면서도 충진 촉매들을 이용하여 고 효율의 개질 효과를 얻을 수 있기 때문에 연료 전지의 소형화를 이루고 전원 출력 밀도를 높일 수 있는 효과를 얻는다.According to the present invention, a catalyst filter is formed on the inlet side and the outlet side of the reforming subchannel, and the catalyst can be uniformly filled in the microchannel of the reforming portion, thereby increasing the reaction table area of the fuel gas and the catalyst, thereby improving the efficiency of the reforming. The effect can be obtained. In addition, it has a compact structure and can achieve a high efficiency reforming effect using the filling catalysts, thereby achieving the effect of miniaturizing the fuel cell and increasing the power output density.
연료 전지, 마이크로 채널, 촉매필터, 개질 기, 입자형 촉매 Fuel Cells, Micro Channels, Catalytic Filters, Reformers, Particle Catalysts
Description
제 1도는 종래의 기술에 따른 박형 개질 기를 도시한 단면도.1 is a cross-sectional view showing a thin reformer according to the prior art.
제 2도의 a) 내지 h)는 종래의 기술에 따른 박형 개질 기를 제조하는 공정을 단계적으로 도시한 공정 순서도.A) to h) of FIG. 2 is a process flow diagram showing a step-by-step process for producing a thin reformer according to the prior art.
제 3도는 종래의 기술에 따른 촉매 코팅형 박형 개질 기를 도시한 단면도.3 is a cross-sectional view showing a catalyst coated thin reformer according to the prior art.
제 4도는 본 발명에 따른 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기를 도시한 분해 사시도.4 is an exploded perspective view showing a reformer having a catalytic filter in a microchannel according to the present invention.
제 5도는 본 발명에 따른 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기를 도시한 단면도.5 is a cross-sectional view of a reformer having a catalytic filter in a microchannel according to the present invention.
제 6도는 본 발명에 따른 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기에서 촉매필터의 구조를 도시한 평면도로서,6 is a plan view showing the structure of a catalyst filter in a reformer having a catalyst filter in a microchannel according to the present invention.
a)도는 1열의 돌기들을 구비한 평면도 a) a plan view with one row of projections
b)도는 2열의 돌기들을 구비한 평면도. b) a plan view with two rows of projections;
제 7도의 a) 내지 d)는 본 발명에 따른 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기에 촉매를 충진하는 상태를 도시한 공정 순서도.Figure 7 a) to d) is a process flow chart showing a state in which the catalyst is filled in the reformer having a catalyst filter in the microchannel according to the present invention.
제 8도는 본 발명에 따른 개질 기에 구비된 촉매필터를 도시한 사진으로서,8 is a photograph showing a catalyst filter provided in the reformer according to the present invention.
a)도는 촉매 충진 전의 사진, a) a photograph before the catalyst charge,
b)도는 촉매 충진 후의 사진. b) is a photograph after catalyst filling.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> <Description of the symbols for the main parts of the drawings>
1..... 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 개질 기1 ..... Reformer according to a preferred embodiment of the present invention
10.... 기판 20.... 연료 도입부10 ....
30.... 증발 부 32.... 기포제거 수단30 .... evaporation part 32 .... defoaming means
36,48.... 가열 수단 40.... 개질 부36,48 .... heating means 40 .... reforming part
42.... 유로 44.... 격벽42 .... Euro 44 .... Bulkhead
46.... 입자형 촉매 50.... 촉매필터46 .... particulate catalyst 50 .... catalytic filter
52.... 돌기 54.... 간극52 .... turning 54 .... gap
60.... 수소 배출 부 100.... 커버60 ....
110... 연료 도입 구 120.... 수소 배출구110
130... 촉매 주입구 140.... 촉매 주입용 주사기130 ... Catalyst inlet 140 .... Syringe for catalyst injection
350.... 종래의 개질 장치 352.... 증발 실350 ....
354.... 공동 356.... 히터354 ....
358.... 연료 분사 수단 360.... 알코올과 물의 혼합액358 .... Fuel injection means 360 .... Mixture of alcohol and water
362.... 마이크로 채널 364.... 개질 촉매362 .... Micro Channel 364. ... Reforming Catalyst
400.... 실리콘 웨이퍼 402.... 박막 히터400 .... Silicon Wafer 402 .... Thin Film Heater
404.... 전극 층 406.... 절연막404
410.... 유로 412.... 촉매 층410 .... Euro 412 .... Catalyst layer
본 발명은 연료 전지에 사용되는 개질 기에 관한 것으로, 보다 상세히는 연료 개질 용 촉매를 내부에 효과적으로 균일하고 조밀하게 충진하여 개질 효과를 높이고, 연료 기체와 촉매의 반응 표 면적을 크게 하여 고 효율의 개질 효과를 얻으며, 소형으로 구성할 수 있음으로써 연료 전지의 소형화를 이룰 수 있도록 개선된 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기에 관한 것이다. The present invention relates to a reformer used in a fuel cell, and more particularly, to efficiently and uniformly fill a fuel reforming catalyst therein to improve reforming effect, and to increase the reaction surface area of fuel gas and catalyst, thereby improving high efficiency. The present invention relates to a reformer having a catalytic filter in a microchannel improved to achieve an effect and to be compact, thereby miniaturizing a fuel cell.
최근 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 노트 북 PC 등 휴대용 소형 전자기기의 사용이 증가하고 있으며, 특히 휴대폰용 DMB 방송이 시작되면서 휴대용 소형 단말기에서 전원 성능의 향상이 요구되고 있다. 현재 일반적으로 사용되고 있는 리튬 이온 2차 전지는 그 용량이 DMB 방송을 2시간 시청할 수 있는 수준이며, 성능 향상이 진행되고 있기는 하지만, 보다 근본적인 해결방안으로서 소형 연료전지에 대한 기대가 커지고 있다. Recently, the use of portable small electronic devices such as mobile phones, PDAs, digital cameras, notebook PCs, etc. is increasing. In particular, as DMB broadcasting for mobile phones is started, the performance of power supply is required in portable small terminals. Lithium ion secondary batteries, which are currently used in general, have a capacity to watch DMB broadcasts for 2 hours, and although performance is being improved, expectations for a small fuel cell are increasing as a fundamental solution.
이러한 소형 연료전지를 구현할 수 있는 방식으로서는 연료 극에 메탄올을 직접 공급하는 직접메탄올(Direct Methanol) 방식과, 메탄올로부터 수소를 추출하여 연료 극에 주입하는 RHFC(Reformed Hydrogen Fuel Cell) 방식이 있으며, RHFC 방식은 PEM(Polymer Electrode Membrane) 방식과 같이 수소를 연료로 사용하고 있다. 따라서 고 출력 화, 단위 체적당 구현 가능한 전력용량, 그리고 물 이외의 반응물이 없는 점에서 장점이 있으나 시스템에 개질 기(Reformer)가 추가되어야 하므로 소형화에 불리한 단점 또한 지니고 있다.The small fuel cell can be implemented by direct methanol, which directly supplies methanol to the fuel electrode, and reformed hydrogen fuel cell (RHFC), which extracts hydrogen from methanol and injects the fuel into the fuel electrode. As the PEM (Polymer Electrode Membrane) method, hydrogen is used as fuel. Therefore, it has advantages in high output, power capacity that can be realized per unit volume, and no reactants other than water, but it also has disadvantages in miniaturization because a reformer must be added to the system.
이와 같이 연료 전지가 높은 전원 출력밀도를 얻기 위해서는 연료 기체를 수소가스 등의 기체 연료로 만들어주기 위한 개질 기(Reformer)가 필수적으로 사용된다. 이러한 개질 기는 메탄올 수용액을 기화시키는 증발 부와, 250℃ 내지 290℃ 의 온도에서 촉매반응을 통해 연료인 메탄올을 수소로 전환시키는 개질 부들을 포함하고 있다. As such, in order to obtain a high power output density of the fuel cell, a reformer for making the fuel gas into a gaseous fuel such as hydrogen gas is essential. Such a reformer includes an evaporation unit for vaporizing an aqueous methanol solution, and a reforming unit for converting methanol, which is a fuel, into hydrogen through a catalytic reaction at a temperature of 250 ° C. to 290 ° C.
이와 같은 개질 기는 개질 부에서는 흡열 반응이 진행되며, 그 부분의 온도를 250℃ 내지 290℃ 사이로 유지시켜주어야 반응효율이 양호하게 이루어진다. This reformer is an endothermic reaction proceeds in the reforming unit, the reaction efficiency is good to maintain the temperature of the portion between 250 ℃ to 290 ℃.
종래의 개질 기로는 도 1에 도시된 바와 같은 일본 특개평 2003-048701호의 개질 장치(350)가 있다. 이러한 종래의 소형 개질 장치(350)는 도 1에 도시된 바와 같이, 증발 실(352)에 공동(354)이 마련되어 있고,이 공동(354)에 증발용 히터(356)가 마련되어 있다.그리고 상기 공동(354)에는 연료 분사 수단(358)이 구비되어 있고,이 연료 분사 수단(358)은 연료인 메틸 알코올과 물의 혼합액(360)을 상기 공동(354)으로 분사한다. 이와 같이 분사된 연료 혼합액(360)은 증발용 히터(356)에 의해서 가열되고 증발하는 것이다.A conventional reformer is the
상기와 같이 혼합액(360)이 기화하여 이루어진 가스는 마이크로 채널(362) 내로 흐르고,마이크로 채널(362) 내에 코팅된 개질 촉매(364)에 의해서 수소와 이산화탄소로 개질 된다. As described above, the gas obtained by vaporizing the
도 2에는 상기와 같은 개질 기의 마이크로 채널 내에 개질 촉매를 코팅하기 위한 공정이 도시되어 있다.2 shows a process for coating the reforming catalyst in the microchannel of such a reformer.
이와 같은 공정은 그 대표적인 방식으로 딥-코팅법(Dip-coating)이 있는 데, 이 방법은 먼저, 도 2a)에 도시된 바와 같이, 박막 히터(402)와 전극 층(404)을 형성하기 위하여 히터용으로 Ta-Si-O-N를 형성하고, 전극용으로 Au를 스퍼터링 함으로써 이들 층을 실리콘 웨이퍼(400) 상에 형성한다.Such a process has a dip-coating method, which is representative of the method, in order to first form a
그리고, 도 2b)에 도시된 바와 같이, 포토리소그래피법(photolithography)에 의해 상기 박막 히터(402)와 전극 층(404)에 패턴을 각각 형성시킨다. 그 다음 절연막(406)을 도 2c)에 도시된 바와 같이 형성시키고, 포토 레지스터를 실리콘 웨이퍼(400)의 반대편에 포토리소그래피법에 의해 형성시킨다.As shown in FIG. 2B), patterns are formed in the
또한 도 2d)에 도시된 바와 같이, 샌드 블라스팅(sandblasting)을 통해 상기 실리콘 웨이퍼(400)의 배면에 유로(410)를 형성하고, 이들 실리콘 웨이퍼(400)를 도 2e)에 도시된 바와 같이, 몇 조각으로 절단한다.Also, as shown in FIG. 2D), a
그 다음, 도 2f)에 도시된 바와 같이 상기 유로(410)에 Cu/ZnO/Al2O3 촉매 층(412)을 코팅시킨다. 이 과정에서 상기 유로(410) 내의 선택적인 촉매 코팅을 위해 유로(410)를 제외한 부분에 포토 레지스트(dry-film photoresist)(414)를 올린다. 그리고 딥 코팅법을 이용하여 상기 유로에 Al2O3 보마이트(Boehmite) 층을 형성시킨다. 이는 상기 촉매와 유로 벽의 접착력을 증가시키기 위한 작업이다.Next, a Cu / ZnO / Al 2 O 3 catalyst layer 412 is coated on the
그 다음, Al2O3 보마이트(Boehmite) 층을 100℃에서 건조시킨 후에 2차적으로 Cu/ZnO/Al2O3 촉매 층(412)을 역시 딥 코팅법으로 도 2g)와 같이 형성한다. 상기와 같이 코팅이 완료된 다음에는, 파이렉스(pyrex) 유리 기판(420)과 접합(anodic bonding) 시킴으로써 도 2h)와 같이 완성한다.Next, the Al 2 O 3 Boehmite layer is dried at 100 ° C., and then Cu / ZnO / Al 2 O 3 catalyst layer 412 is secondly formed as shown in FIG. 2G by dip coating. After the coating is completed as described above, it is completed as shown in Fig. 2h by anodic bonding with the
도 3에는 이와 같이 완성된 개질 기가 도시되어 있다.3 shows the reformer thus completed.
그렇지만 상기와 같은 종래의 개질 기들은 연료 기체를 개질시키는 과정에서 비효율적인 문제점을 갖는다. 그 이유는 연료 기체가 개질 부의 유로(362),(410)를 통과하는 과정에서 개질 작용이 이루어지지만, 상기와 같은 종래의 개질 기에서는 연료 기체가 제한된 면적의 촉매 층(364),(412)과 반응하게 되고, 그에 따라서 연료 기체의 수소로의 전환율이 낮아지기 때문이다.However, such conventional reformers have an inefficient problem in the process of reforming fuel gas. The reason for this is that the reforming action is performed while the fuel gas passes through the reforming
이와 같은 문제점을 해소하기 위한 방안으로는 개질 부의 유로 내에 촉매를 충진하는 방식이 제안될 수 있다. 이와 같이 개질 부의 유로 내에 촉매를 충진하게 되면 반응 표면적이 증가되어 메탄올의 수소 전환율이 크게 증가된다. 또한 개질 부의 구동 온도를 195~210℃로 상당히 낮출 수 있다는 장점이 보고되고 있다. As a solution to solve such a problem, a method of filling the catalyst in the flow path of the reforming unit may be proposed. In this way, when the catalyst is filled in the flow path of the reforming unit, the reaction surface area is increased, and the hydrogen conversion rate of methanol is greatly increased. In addition, it has been reported that the drive temperature of the reforming unit can be significantly lowered to 195 ~ 210 ℃.
그렇지만 종래의 촉매 충진 방식의 개질 기들은 촉매 재료들을 내부에 가두기 위한 필터(미 도시)들을 별도로 구비한 것이고, 이와 같은 별도의 필터들은 마이크로 채널을 구비한 소형 또는 박형 개질 기에는 적합하지 않다는 문제점을 갖는 것이었다. However, conventional catalyst filling reformers have separate filters (not shown) for confining the catalyst materials therein, and such separate filters are not suitable for small or thin reformers with microchannels. It was to have.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 개질 부의 마이크로 채널 내에 촉매를 균일하게 충진할 수 있음으로써 연료 기체와 촉매의 반응 표 면적을 크게 하여 고 효율의 개질 효과를 얻을 수 있는 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기를 제공함에 있다.The present invention is to solve the above conventional problems, the object of which is to uniformly fill the catalyst in the microchannel of the reforming unit to increase the reaction surface area of the fuel gas and the catalyst to obtain a high efficiency reforming effect The present invention provides a reformer having a catalytic filter in a microchannel.
그리고 본 발명은 소형의 구조를 가지면서 고 효율의 개질 효과를 얻을 수 있어서 연료 전지의 소형화를 이루고 전원 출력 밀도를 높일 수 있는 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기를 제공함에 있다. In addition, the present invention provides a reformer having a catalytic filter in a microchannel capable of achieving a high efficiency reforming effect while achieving a compact structure and miniaturizing a fuel cell and increasing power output density.
또한 본 발명은 그 제작 공정이 매우 간편하게 이루어질 수 있고, 그에 따라서 제작 원가를 크게 낮출 수 있는 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기를 제공함에 있다. In addition, the present invention is to provide a reformer having a catalytic filter in the micro-channel that can be made very simple, the manufacturing cost can be significantly reduced accordingly.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 연료 전지에 사용되는 개질 기에 있어서, In order to achieve the above object, the present invention provides a reformer for use in a fuel cell,
기판; Board;
상기 기판상에 형성된 채널; A channel formed on the substrate;
상기 채널 내에 촉매를 유지하기 위해 형성된 촉매필터;A catalyst filter formed to hold a catalyst in the channel;
상기 채널 내에 충진된 입자형 촉매; 및A particulate catalyst packed in the channel; And
상기 채널을 덮는 커버;를 포함하고,
상기 커버는 연료 도입부 측으로 액체 연료를 제공하기 위한 연료 도입 구; 연료 기체가 개질 처리되어 발생한 수소를 외부로 배출하기 위한 수소 배출구; 및 개질 부의 내부에 입자형의 개질 촉매들을 충진하기 위한 촉매 주입구;를 형성하여, 상기 채널 내의 촉매를 연료 기체가 통과하여 개질을 이루는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기를 제공한다.A cover covering the channel;
The cover includes a fuel inlet for providing liquid fuel to the fuel inlet side; A hydrogen outlet for discharging hydrogen generated by reforming the fuel gas to the outside; And a catalyst inlet for filling particulate reforming catalyst in the reforming unit, thereby providing a reformer having a catalyst filter in the microchannel, wherein the fuel gas passes through the catalyst in the channel to reform the catalyst. .
그리고 본 발명은 바람직하게 상기 촉매 필터는 상기 기판으로부터 돌출된 다수의 돌기 들과 그 사이에 형성된 간극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기를 제공한다. And the present invention preferably provides a reformer having a catalyst filter in the micro-channel, characterized in that the catalyst filter comprises a plurality of protrusions protruding from the substrate and the gap formed therebetween.
또한 본 발명은 바람직하게 상기 돌기들은 상기 기판으로부터 일렬로 돌출되고, 그 높이는 상기 채널의 깊이에 일치하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기를 제공한다. The present invention also preferably provides a reformer with a catalytic filter in the microchannel, wherein the protrusions protrude in a row from the substrate, the height of which corresponds to the depth of the channel.
그리고 본 발명은 바람직하게 상기 돌기들은 상기 기판으로부터 복수의 열들 로 돌출되고, 인접한 열 사이의 간극은 서로 그 중심이 어긋난 것임을 특징으로 하는 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기를 제공한다. And the present invention preferably provides a reformer having a catalytic filter in the micro-channel, characterized in that the projections protrude in a plurality of rows from the substrate, the gap between adjacent rows are offset from each other.
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그리고 본 발명은 바람직하게 상기 촉매 필터는 상기 커버로부터 돌출된 다수의 돌기 들과 그 사이에 형성된 간극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기를 제공한다. And the present invention preferably provides a reformer having a catalyst filter in the micro-channel, characterized in that the catalyst filter comprises a plurality of protrusions protruding from the cover and the gap formed therebetween.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 개질 기(1)는 도 4에 도시된 바와 같이, 내부에 채널을 형성한 기판(10)을 구비한다. 상기 기판(10)은 실리콘, 금속, 글라스, 세라믹 및 내열 플라스틱 등을 사용할 수 있으며, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 공정을 이용하여 내부에는 기판(10)의 일면에 오목한 채널들 과 격벽들이 다양한 형태로 형성되어 있다. The
따라서 상기 기판(10)의 일 측면에 형성된 오목한 채널에는 연료 도입부(20)와 증발 부(30) 및 개질 부(40)가 배치되는 것이다.Therefore, the
상기 기판(10)의 채널 내에 연료를 유입시키는 연료 도입부(20)는 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 그 형성 위치가 상기 기판(10)의 일측에 형성되는 것으로서, 상기 연료 도입부(20)는 상기 채널 내에 액체 연료인 메탄올을 공급하기 위해서 상기 기판(10)의 상부에 덮이는 커버(100)에 연료 도입 구(110)가 형성되어 액체 연료를 공급하는 것이다.As shown in FIGS. 4 and 7, the
그리고 상기 연료 도입부(20)에 연이어서 액체 연료를 가열시켜 기체상태로 기화시키는 증발 부(30)가 형성된다. 상기 증발 부(30)는 액체 상태의 연료를 기화시켜 개질 반응이 양호하게 이루어지도록 하는 것으로서, 상기 연료 도입부(20)에 연이어 위치한다. Subsequently, the
상기 증발 부(30)는 연료, 즉 메탄올 수용액이 액체에서 기체로 전환되는 부분으로서 그 열원으로서 가열 수단(36)을 구비하는바, 상기 가열 수단(36)은 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 기판(10)의 하부 면에 전기적 저항 회로가 패턴으로 형성되어 상기 기판(10)을 통하여 그 상부 측의 증발 부(30)를 가열시킨다.The
또한 본 발명은 상기 증발 부(30) 내에서 액체상태의 연료에 흐름 저항을 부 여하여 기포를 제거하고, 기화시키는 기포제거 수단(32)을 구비한다. In addition, the present invention includes a bubble removing means 32 to impart a flow resistance to the fuel in the liquid state in the
상기 기포제거 수단(32)은 아일랜드(island) 형태의 다수의 돌기 부분으로 이루어지는 것이며, 이러한 돌기들은 액체에서 기체 전환 시 발생하는 연료의 기포가 채널을 막아서 내부 압력증가를 억제하기 위하여 만든 부분이다.The
이와 같은 돌기들은 증발 부(30)에서 기포의 생성 시 빨리 소멸될 수 있도록 증발 부(30)의 전역에 걸쳐서 다수 개가 돌출된 구조이며, 만일 증발 부(30)를 채널의 형태로 만들게 되면, 증발 부(30)의 모서리 부분 등에서 기포가 발생되는 경우, 뒤에서 미는 연료 기체의 유입 압력만으로는 쉽게 제거되지 않는 경우가 있다. 그렇지만, 증발 부(30) 내에서 기포제거 수단(32)을 돌기 형태로 만들게 되면, 상기 돌기들 사이에서 생기는 기포는 자유롭게 이동되면서 돌기들에 의해서 쉽게 제거될 수 있는 것이다.Such protrusions have a structure in which a plurality of protrusions protrude throughout the
또한 본 발명은 상기 증발 부(30)의 후류 측에 상기 기판(10) 내에서 연료가 통과하는 유로(42)를 형성하고 흡열 반응을 통하여 연료를 수소 가스로 개질시키는 개질 부(40)가 형성된다. 상기 개질 부(40)는 기판(10)의 타측에 배치되어 증발 부(30)의 후류 측에 형성되는바, 그 유로(42)는 상기 증발 부(30)에 출구를 통하여 연결된 구조이다. 그리고 상기 개질 부(40)의 유로(42)은 다수의 격벽(44)들에 의해서 구획된다.In addition, in the present invention, a reforming
따라서, 상기 개질 부(40)의 유로(42)은 상기 증발 부(30)의 전역에 형성되 고, 상기 개질 부(40)의 유로(42) 내에는 연료 기체를 수소 기체로 개질시키는 입자형 촉매(46)가 충진된 구조이다. Accordingly, the
상기 개질 부(40)에서는 연료를 촉매반응에 의해 수소가 풍부한 개질 가스로 전환하게 되며, 상기 개질 부(40)의 입자형 촉매(46)로서는 Cu/ZnO 또는 Cu/ZnO/Al2O3가 사용되며, 상기 촉매(46)는 유로(42) 내에 촉매(46)를 유지시키기 위해 형성된 촉매필터(50) 들에 의해서 개질 부(40) 내의 공간에 유지된다. 상기 촉매필터(50)는 바람직하게는 유로(42)의 입구 측과 출구 측에 형성될 수 있다.In the reforming
이와 같이 상기 촉매(46)는 개질 부(40)의 유로(42) 내에서 그 입자들 사이를 연료 기체가 흐르도록 함으로써 수소로 개질 시킨다.In this way, the
상기 개질 부(40)에 마련된 촉매필터(50)들은 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 촉매(46) 입자들이 개질 부(40) 전방 측의 증발 부(30)로, 또는 개질 부(40) 후방 측의 수소 배출 부(60) 측으로 빠져나가지 않는 큰 크기로 형성될 수 있다.As shown in FIG. 6, the catalyst filters 50 provided in the reforming
즉, 상기 촉매필터(50)는 기판(10)으로부터 돌출된 다수의 돌기(52) 들과 그 사이에 형성된 간극(54)들을 포함하는 것으로서, 상기 간극(54)은 촉매(46) 입자 크기보다 작게 형성되며, 바람직하게는 상기 간극(54)은 10~35㎛이고, 촉매(46) 입자의 직경은 50~200㎛이다.That is, the
상기 간극(54)이 10㎛보다 작게 형성되면 연료 기체의 흐름 저항을 크게 하여 처리 용량을 과도하게 저하시킬 수 있으며, 상기 간극(54)을 35㎛보다 크게 하면 촉매(46) 입자로부터 파손되어 분리된 미세 입자들이 증발 부(30)와 수소 배출 부(60) 측으로 과도하게 배출되어 바람직하지 않은 것이다.When the
그리고 상기 돌기(52)들은 그 크기가 대략 100㎛X100㎛로 이루어질 수 있으며,또한 상기 촉매필터(50)의 돌기(52)들은 바람직하게는 기판(10)으로부터 일렬로 돌출되고, 그 높이는 상기 유로(42)의 깊이에 일치하는 구조이다. 이와 같이 구성함으로써 개질 부(40) 내에 촉매(46) 입자를 안정적으로 유지시킬 수 있는 것이다.The
또한 상기 촉매필터(50)의 돌기(52) 들은 도 6b)에 도시된 바와 같이, 기판(10)으로부터 복수의 열들로서 돌출되고, 인접한 열 사이의 간극(54)은 서로 그 중심이 어긋난(offset) 구조로 이루어진다. 이와 같은 구조를 통하여 개질 부(40)로부터 촉매(46) 입자의 유출을 보다 안정적으로 방지할 수 있는 것이다.Also, the
한편 이와 같은 개질 부(40)는 흡열 반응을 수반하는 촉매(46) 반응을 통하여 메탄올 등의 탄화수소계 연료를 수소 가스로 개질시키게 되며, 이 과정에서 필요한 열원은 기판(10)의 하부 측에 형성된 가열 수단(48)을 통하여 이룬다. 상기 개질 부(40)의 가열 수단(48)은 상기 기판(10)의 하부 면에 전기적 저항 회로가 패턴으로 형성되어 상기 기판(10)을 통하여 그 상부 측의 개질 부(40)를 가열시키는 것으로서, 상기 증발 부(30)의 가열 수단(36)과 일체로 된 하나의 전기 저항 회로 패턴으로 형성될 수 있다.Meanwhile, the reforming
이와 같은 개질 부(40)의 가열 수단(48)은 도 5에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 하부 면에 형성되어 상기 기판(10)을 통하여 개질 부(40)의 온도를 일정 온도, 바람직하게는 250-290℃ 사이의 온도로 유지하게 된다.As shown in FIG. 5, the heating means 48 of the reforming
그리고 본 발명은 상기 기판(10)의 채널을 덮는 커버(100)를 구비한다. 상기 커버(100)는 기판(10)과 동일한 재료 또는 파이렉스(pyrex) 유리로 이루어지는 것으로서, 기판(10)에 접합(anodic bonding) 되어 상기 증발 부(30)와 개질 부(40)들을 내부에 형성한다.In addition, the present invention includes a
이와 같은 커버(100)에는 연료 도입부(20) 측으로 액체 연료를 제공하기 위한 연료 도입 구(110)가 형성되고, 연료 기체가 개질 처리되어 발생한 수소를 외부로 배출하기 위한 수소 배출구(120)를 구비하며, 상기 개질 부(40)의 내부에 입자형의 개질 촉매(46)들을 충진하기 위한 촉매 주입구(130)를 형성한다.The
또한 이와 같은 커버(100)는 바람직하게는 상기 증발 부(30) 및 개질 부(40)의 공간 또는 채널에 대응하도록 오목한 공간 또는 채널을 형성하여 상기 기판(10)과 커버(100)가 내부에 형성하는 공간 또는 채널 크기를 보다 크게 확대시킬 수 있다.In addition, such a
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 개질 기(1)는 도 7에 도시된 바와 같이 증발 부(30)와 개질 부(40)가 내부에 형성되고, 상기 개질 부(40)의 입구 측과 출구 측에는 촉매필터(50)들이 형성된 상태에서, 상기 개질 부(40)의 내부 유로(42)에 촉매(46) 입자들이 충진된다.The
이와 같은 경우, 촉매(46) 입자들은 커버(100)에 마련된 촉매 주입구(130)를 통하여 이루어지게 되며, 물에 혼합된 촉매(46) 입자들이 담겨진 주사기(140)를 이용하여 상기 촉매 주입구(130)에 물과 촉매(46) 입자를 충진하게 되면, 개질 부(40)내의 유로(42)에 물과 함께 촉매(46) 입자들이 충진되며, 물은 촉매필터(50)를 통하여 개질 부(40)로부터 빠져나가게 되고, 도 8)에 도시된 바와 같이, 촉매(46) 입자들만이 개질 부(40)의 내부 공간에 충진된 상태를 유지하는 것이다. In this case, the
이와 같이 촉매(46) 입자들이 개질 부(40)에 충진된 상태에서 건조시킨 다음, 촉매 주입구(130)를 막아서 본 발명의 개질 기(1)를 완성하는 것이다.As such, the
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 개질 기(1)는 커버(100)의 연료 도입 구(110)를 통하여 액체 상태의 연료가 기판(10)의 연료 도입부(20)의 내부로 진입되고, 연이어 배치된 증발 부(30)로 유입된다. In the
이와 같이 유입되는 연료 기체는 증발 부(30)에서 개질 작용에 필요한 온도, 즉 250-290℃ 사이의 온도에서 기화된다.The fuel gas thus introduced is vaporized at a temperature necessary for the reforming operation in the
따라서 증발 부(30)에서는 액체에서 기체로 전환되며, 그 중간 중간에 기포 제거수단(32)들이 아일랜드(island)와 같이 돌출한 돌기를 만들어 액체에서 기체로의 변환 시 나타나는 기포를 효과적으로 제거하여 증발 부(30) 내에서의 압력 증가를 막고 열 전달 효율을 높일 수 있는 것이다. Therefore, the
그 다음, 상기와 같이 기화된 연료 기체는 증발 부(30)의 후류 측에 형성된 개질 부(40)로 유입되는바, 상기 개질 부(40)의 입구 측에 마련된 촉매필터(50)를 통하여 증발 부(30)로부터 개질 부(40) 측으로 유입되고, 상기 개질 부(40)에서 흡열 반응을 수반하는 촉매 반응을 거치게 되며, 이 과정에서 250-290℃ 사이의 온도에서 수소 가스로 개질되는 것이다. Then, the vaporized fuel gas is introduced into the reforming
그리고 이와 같이 개질된 수소가스는 수소 배출 부(60) 측으로 흐르게 되며, 커버(100)에 마련된 수소 배출 구(120)를 통하여 개질 기(1)의 외부로 배출되고 연료전지의 원료 기체로서 사용되는 것이다. In addition, the reformed hydrogen gas flows toward the
상기와 같이 본 발명에 의하면, 개질 부 채널의 입구 측과 출구 측에 촉매필터를 형성하고, 개질 부의 마이크로 채널 내에 촉매를 균일하게 충진할 수 있음으로써 연료 기체와 촉매의 반응 표 면적을 크게 하여 고 효율의 개질 효과를 얻을 수 있다.As described above, according to the present invention, a catalyst filter can be formed on the inlet side and the outlet side of the reforming subchannel, and the catalyst can be uniformly packed in the microchannel of the reforming portion to increase the reaction surface area of the fuel gas and the catalyst. Modification effect of efficiency can be obtained.
그리고 본 발명은 소형의 구조를 가지면서도 충진 촉매들을 이용하여 고 효율의 개질 효과를 얻을 수 있기 때문에 연료 전지의 소형화를 이루고 전원 출력 밀도를 높일 수 있는 것이다. In addition, since the present invention can obtain a high efficiency reforming effect using the filling catalysts while having a compact structure, the fuel cell can be miniaturized and the power output density can be increased.
또한 본 발명은 상기 촉매필터들이 기판에 일체로 형성된 것으로서 증발 부 및 개질 부 채널들의 형성시에 동일 공정에서 이루어질 수 있기 때문에, 그 제작 공정은 매우 간편하게 이루어질 수 있고, 그에 따라서 제작 원가를 크게 낮출 수 있다.In addition, the present invention can be made in the same process at the time of forming the evaporation section and the reforming sub-channel as the catalyst filters are integrally formed on the substrate, the manufacturing process can be made very simple, thereby reducing the manufacturing cost significantly have.
상기에서 본 발명은 특정한 실시 예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 이는 단지 예시적으로 본 발명을 설명하기 위하여 기재된 것이며, 본 발명을 이와 같은 특정 구조로 제한하려는 것은 아니다. 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 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.While the invention has been shown and described with respect to specific embodiments thereof, it has been described by way of example only to illustrate the invention, and is not intended to limit the invention to this particular structure. Those skilled in the art will appreciate that various modifications and changes of the present invention can be made without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. Nevertheless, it will be clearly understood that all such modifications and variations are included within the scope of the present invention.
Claims (6)
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KR1020060015112A KR100723142B1 (en) | 2006-02-16 | 2006-02-16 | A micro reformer having catalyst filters in microchannels |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101319577B1 (en) | 2012-03-21 | 2013-10-23 | 충남대학교산학협력단 | Microreactor and microreactor system including catalyst |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01199640A (en) * | 1988-02-03 | 1989-08-11 | Fuji Electric Co Ltd | Fuel reformer |
JPH0230601A (en) * | 1988-07-19 | 1990-02-01 | Agency Of Ind Science & Technol | Apparatus for reforming methanol |
JPH04243537A (en) * | 1991-01-24 | 1992-08-31 | Mitsubishi Electric Corp | Reforming device |
JPH06211503A (en) * | 1993-01-18 | 1994-08-02 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Plate reformer |
KR20050100593A (en) * | 2003-02-06 | 2005-10-19 | 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤 | Microreactor and method of producing the same |
-
2006
- 2006-02-16 KR KR1020060015112A patent/KR100723142B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01199640A (en) * | 1988-02-03 | 1989-08-11 | Fuji Electric Co Ltd | Fuel reformer |
JPH0230601A (en) * | 1988-07-19 | 1990-02-01 | Agency Of Ind Science & Technol | Apparatus for reforming methanol |
JPH04243537A (en) * | 1991-01-24 | 1992-08-31 | Mitsubishi Electric Corp | Reforming device |
JPH06211503A (en) * | 1993-01-18 | 1994-08-02 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | Plate reformer |
KR20050100593A (en) * | 2003-02-06 | 2005-10-19 | 다이니폰 인사츠 가부시키가이샤 | Microreactor and method of producing the same |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101319577B1 (en) | 2012-03-21 | 2013-10-23 | 충남대학교산학협력단 | Microreactor and microreactor system including catalyst |
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