KR100723142B1 - A micro reformer having catalyst filters in microchannels - Google Patents

A micro reformer having catalyst filters in microchannels Download PDF

Info

Publication number
KR100723142B1
KR100723142B1 KR1020060015112A KR20060015112A KR100723142B1 KR 100723142 B1 KR100723142 B1 KR 100723142B1 KR 1020060015112 A KR1020060015112 A KR 1020060015112A KR 20060015112 A KR20060015112 A KR 20060015112A KR 100723142 B1 KR100723142 B1 KR 100723142B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
catalyst
reforming
channel
reformer
fuel
Prior art date
Application number
KR1020060015112A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
하지원
장재혁
이홍렬
길재형
김성한
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020060015112A priority Critical patent/KR100723142B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100723142B1 publication Critical patent/KR100723142B1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/22Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • C01B3/24Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
    • C01B3/26Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons using catalysts
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H01M8/0631Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066Integration with other chemical processes with fuel cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1011Packed bed of catalytic structures, e.g. particles, packing elements
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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

마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기{A Micro Reformer Having Catalyst Filters in Microchannels}A reformer having a catalyst filter in microchannels {A Micro Reformer Having Catalyst Filters in Microchannels}

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 .... Substrate 20 .... Fuel Inlet

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 .... Hydrogen exhaust section 100 .... Cover

110... 연료 도입 구 120.... 수소 배출구110 ... fuel inlet 120 .... hydrogen outlet

130... 촉매 주입구 140.... 촉매 주입용 주사기130 ... Catalyst inlet 140 .... Syringe for catalyst injection

350.... 종래의 개질 장치 352.... 증발 실350 .... conventional reformer 352 .... evaporation chamber

354.... 공동 356.... 히터354 .... Joint 356 .... Heater

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 ... electrode layer 406 ... insulating film

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 reformer 350 of Japanese Patent Laid-Open No. 2003-048701 as shown in FIG. As shown in FIG. 1, the conventional small reformer 350 is provided with a cavity 354 in the evaporation chamber 352 and a heater 356 for evaporation in the cavity 354. The cavity 354 is provided with a fuel injection means 358, which injects a mixture 360 of methyl alcohol and water as fuel into the cavity 354. The fuel mixture liquid 360 injected as described above is heated and evaporated by the evaporation heater 356.

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 mixed solution 360 flows into the microchannel 362 and is reformed into hydrogen and carbon dioxide by the reforming catalyst 364 coated in the microchannel 362.

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 thin film heater 402 and an electrode layer 404, as shown in Figure 2a). Ta-Si-ON is formed for the heater, and these layers are formed on the silicon wafer 400 by sputtering Au for the electrode.

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 thin film heater 402 and the electrode layer 404 by photolithography. An insulating film 406 is then formed as shown in Fig. 2C, and a photoresist is formed on the opposite side of the silicon wafer 400 by photolithography.

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 flow path 410 is formed on the back surface of the silicon wafer 400 through sandblasting, and these silicon wafers 400 are shown in FIG. 2E. Cut into pieces.

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 flow path 410 as shown in FIG. 2F). In this process, a dry-film photoresist 414 is placed on a portion other than the flow path 410 for selective catalyst coating in the flow path 410. In addition, an Al 2 O 3 boehmite layer is formed on the flow path using a dip coating method. This is to increase the adhesion between the catalyst and the flow path wall.

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 pyrex glass substrate 420.

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 passages 362 and 410. However, in the conventional reformer as described above, the catalyst layer 364 and 412 having a limited fuel gas area. This is because the reaction rate of the fuel gas is lowered, thereby lowering the conversion rate of the fuel gas into hydrogen.

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.

삭제delete

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 reformer 1 according to the preferred embodiment of the present invention has a substrate 10 having a channel formed therein, as shown in FIG. 4. The substrate 10 may be made of silicon, metal, glass, ceramic, heat-resistant plastic, and the like, and various concave channels and partition walls are formed on one surface of the substrate 10 by using a MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) process. It is formed.

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 fuel introduction portion 20, the evaporation portion 30, and the reforming portion 40 are disposed in the concave channel formed on one side of the substrate 10.

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 fuel introduction unit 20 for introducing fuel into the channel of the substrate 10 is formed at one side of the substrate 10, and the fuel introduction unit 20 is provided. ) Is a fuel inlet 110 is formed in the cover 100 which is covered on the upper portion of the substrate 10 to supply methanol as a liquid fuel in the channel to supply liquid fuel.

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 evaporation unit 30 is formed to be connected to the fuel introduction unit 20 to heat the liquid fuel and vaporize it into a gaseous state. The evaporation unit 30 is to vaporize the fuel in the liquid state so that the reforming reaction is satisfactorily achieved, and is located in the fuel introduction unit 20 in succession.

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 evaporation unit 30 is provided with a heating means 36 as a heat source as a portion of the fuel, that is, an aqueous methanol solution is converted from a liquid to a gas, the heating means 36 is shown in FIG. An electrical resistance circuit is formed in a pattern on the lower surface of the substrate 10 to heat the evaporation portion 30 on the upper side through the substrate 10.

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 evaporation unit 30 to remove bubbles and vaporize.

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 bubble removing means 32 is composed of a plurality of protrusions in the form of islands, and these protrusions are made to suppress the internal pressure increase by blocking the channel of the bubbles of fuel generated when gas is converted from the liquid.

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 evaporation unit 30 so as to be quickly extinguished when bubbles are generated in the evaporation unit 30, and if the evaporation unit 30 is formed in a channel form, the evaporation is performed. In the case where bubbles are generated at the corners of the part 30, the pressure may not be easily removed only by the inflow pressure of the fuel gas to be pushed behind. However, if the bubble removing means 32 in the evaporator 30 in the form of a projection, bubbles generated between the projections can be easily removed by the projections while moving freely.

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 portion 40 is formed on the downstream side of the evaporation portion 30 to form a flow passage 42 through which the fuel passes in the substrate 10 and to reform the fuel into hydrogen gas through an endothermic reaction. do. The reforming part 40 is disposed on the other side of the substrate 10 and formed on the downstream side of the evaporation part 30, and the flow path 42 is connected to the evaporation part 30 through an outlet. In addition, the flow passage 42 of the reforming portion 40 is partitioned by a plurality of partitions 44.

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 flow passage 42 of the reforming portion 40 is formed in the entire area of the evaporation portion 30, and the particulate catalyst for reforming fuel gas into hydrogen gas in the flow passage 42 of the reforming portion 40. (46) is filled structure.

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 unit 40, the fuel is converted into hydrogen-rich reforming gas by a catalytic reaction. As the particulate catalyst 46 of the reforming unit 40, Cu / ZnO or Cu / ZnO / Al 2 O 3 The catalyst 46 is held in the space in the reforming section 40 by catalyst filters 50 formed to hold the catalyst 46 in the flow passage 42. The catalyst filter 50 may be preferably formed at the inlet side and the outlet side of the flow passage 42.

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 catalyst 46 is reformed to hydrogen by allowing fuel gas to flow between the particles in the flow passage 42 of the reforming section 40.

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 unit 40 may include particles of the catalyst 46 as an evaporation unit 30 in front of the reforming unit 40, or the reforming unit 40. It may be formed in a large size that does not escape to the hydrogen discharge portion 60 side of the rear side.

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 catalyst filter 50 includes a plurality of protrusions 52 protruding from the substrate 10 and gaps 54 formed therebetween, and the gap 54 is larger than the particle size of the catalyst 46. It is formed small, preferably the gap 54 is 10 ~ 35㎛, the diameter of the catalyst 46 particles is 50 ~ 200㎛.

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 gap 54 is formed to be smaller than 10 μm, the flow resistance of the fuel gas may be increased to reduce the processing capacity excessively. When the gap 54 is larger than 35 μm, the gap 54 may be broken and separated from the catalyst 46 particles. The fine particles are excessively discharged to the evaporation unit 30 and the hydrogen discharge unit 60 side is undesirable.

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 protrusions 52 may have a size of about 100 μm × 100 μm, and the protrusions 52 of the catalytic filter 50 preferably protrude in a line from the substrate 10, and the height of the protrusions 52 may be increased. The structure corresponds to the depth of 42. By such a configuration, the catalyst 46 particles can be stably held in the reforming section 40.

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 projections 52 of the catalytic filter 50 protrude as a plurality of rows from the substrate 10, as shown in FIG. 6B, and the gaps 54 between adjacent rows are offset from each other. ) Is made of a structure. Through such a structure, the outflow of the catalyst 46 particles from the reforming unit 40 can be more stably prevented.

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 unit 40 reforms a hydrocarbon-based fuel such as methanol to hydrogen gas through a reaction of the catalyst 46 accompanying an endothermic reaction, and a heat source required in this process is formed on the lower side of the substrate 10. Through the heating means 48. The heating means 48 of the reforming portion 40 has an electrical resistance circuit formed in a pattern on the lower surface of the substrate 10 to heat the reforming portion 40 on its upper side through the substrate 10. In addition, the heating unit 36 of the evaporator 30 may be formed in a single electrical resistance circuit pattern.

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 part 40 is formed on the lower surface of the substrate 10 to change the temperature of the reforming part 40 through the substrate 10 to a predetermined temperature, Preferably maintained at a temperature between 250-290 ° C.

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 cover 100 covering a channel of the substrate 10. The cover 100 is made of the same material as the substrate 10 or pyrex glass, and is bonded to the substrate 10 to form the evaporation portion 30 and the modified portions 40 therein. do.

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 cover 100 is provided with a fuel inlet 110 for providing liquid fuel to the fuel inlet 20 side, and has a hydrogen outlet 120 for discharging the hydrogen generated by the reformed fuel gas to the outside. In addition, the catalyst injection hole 130 for filling the reforming catalyst 46 of the particulate form in the reforming portion 40 is formed.

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 cover 100 preferably forms a concave space or channel so as to correspond to the space or channel of the evaporation unit 30 and the reforming unit 40 so that the substrate 10 and the cover 100 are formed therein. The space or channel size to be formed can be made larger.

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 reformer 1 according to the present invention configured as described above has an evaporation unit 30 and a reforming unit 40 formed therein, as shown in FIG. 7, and has an inlet side and an outlet side of the reforming unit 40. In the state where the catalyst filters 50 are formed, the particles of the catalyst 46 are filled in the internal flow passage 42 of the reforming unit 40.

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 catalyst 46 particles are made through the catalyst inlet 130 provided in the cover 100, and the catalyst inlet 130 using the syringe 140 containing the catalyst 46 particles mixed in water. ) And the catalyst 46 particles are filled with water, and the catalyst 46 particles are filled together with water in the flow path 42 in the reforming portion 40, and the water is reformed through the catalyst filter 50. As shown in FIG. 8, only the particles of the catalyst 46 remain filled in the internal space of the reforming unit 40.

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 catalyst 46 particles are dried in the state where they are filled in the reforming unit 40, and then the catalyst inlet 130 is blocked to complete the reformer 1 of the present invention.

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 reformer 1 according to the present invention configured as described above, the fuel in the liquid state enters into the fuel inlet 20 of the substrate 10 through the fuel inlet 110 of the cover 100, and is arranged successively. Introduced into the evaporation unit 30.

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 evaporator 30, that is, a temperature between 250-290 ° C.

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 evaporation unit 30 is converted from the liquid to the gas, and in the middle, the bubble removing means 32 make a protruding protrusion like an island to effectively remove the bubbles appearing when the liquid is converted to gas to evaporate. It is possible to prevent the pressure increase in the unit 30 and to increase the heat transfer efficiency.

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 portion 40 formed on the downstream side of the evaporation portion 30, and is evaporated through the catalyst filter 50 provided at the inlet side of the reforming portion 40. It is introduced into the reforming unit 40 side from the unit 30, undergoes a catalytic reaction accompanied by an endothermic reaction in the reforming unit 40, and is reformed with hydrogen gas at a temperature between 250-290 ° C in this process.

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 hydrogen discharge unit 60 and is discharged to the outside of the reformer 1 through the hydrogen discharge port 120 provided in the cover 100 and used as a raw material gas of the fuel cell. will be.

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)

연료 전지에 사용되는 개질 기에 있어서, In the reformer used for fuel cells, 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,A cover covering the channel; 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 기.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 catalysts in the reforming unit, and reforming the fuel gas through the catalyst in the channel to form a reforming catalyst. 제1항에 있어서, 상기 촉매 필터는 상기 기판으로부터 돌출된 다수의 돌기 들과 그 사이에 형성된 간극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기.The reformer of claim 1, wherein the catalyst filter includes a plurality of protrusions protruding from the substrate and gaps formed therebetween. 제2항에 있어서, 상기 돌기들은 상기 기판으로부터 일렬로 돌출되고, 그 높이는 상기 채널의 깊이에 일치하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기.3. The reformer of claim 2, wherein the protrusions protrude in a row from the substrate, the height of which corresponds to the depth of the channel. 제2항에 있어서, 상기 돌기들은 상기 기판으로부터 복수의 열들로 돌출되고, 인접한 열 사이의 간극은 서로 그 중심이 어긋난 것임을 특징으로 하는 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기.3. The reformer of claim 2, wherein the protrusions protrude from the substrate in a plurality of rows, and the gaps between adjacent rows are offset from each other. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 촉매 필터는 상기 커버로부터 돌출된 다수의 돌기 들과 그 사이에 형성된 간극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 채널 내에 촉매필터를 구비한 개질 기.The reformer of claim 1, wherein the catalyst filter includes a plurality of protrusions protruding from the cover and gaps formed therebetween.
KR1020060015112A 2006-02-16 2006-02-16 A micro reformer having catalyst filters in microchannels KR100723142B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060015112A KR100723142B1 (en) 2006-02-16 2006-02-16 A micro reformer having catalyst filters in microchannels

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060015112A KR100723142B1 (en) 2006-02-16 2006-02-16 A micro reformer having catalyst filters in microchannels

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100723142B1 true KR100723142B1 (en) 2007-05-30

Family

ID=38278621

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060015112A KR100723142B1 (en) 2006-02-16 2006-02-16 A micro reformer having catalyst filters in microchannels

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100723142B1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101319577B1 (en) 2012-03-21 2013-10-23 충남대학교산학협력단 Microreactor and microreactor system including catalyst

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100548682B1 (en) Chemical Reaction Apparatus and Power Supply System
KR20030028829A (en) Fuel processor with integrated fuel cell utilizing ceramic technology
KR20040008221A (en) Chemical reaction apparatus and power supply system
US20050207953A1 (en) High aspect ratio chemical microreactor
US7563417B2 (en) Thin micro reforming apparatus with periphery inflow channel
JP4879691B2 (en) Ceramic multilayer substrate reformer for micro fuel cell and manufacturing method thereof
KR100691365B1 (en) A micro reformer of thin type
KR100691274B1 (en) A Micro Reformer of Thin Type
KR100691368B1 (en) A micro reformer of thin type to reduce back pressure in evaporation section
US8080345B2 (en) High capacity micro fuel cell system
KR100723142B1 (en) A micro reformer having catalyst filters in microchannels
KR100691158B1 (en) A micro fuel cell and its production method
KR100755608B1 (en) Method for filling catalysts in micro-channels
CN100438181C (en) Micro-reformer and manufacturing method thereof
KR100665123B1 (en) Micro Reforming Apparatus for Fuel Cell
KR100638814B1 (en) Small Fuel Reformer of Thin Film Type and Its Production Method
KR100735450B1 (en) Micro reformer by using polydimethylsiloxane and its manufacturing method
JP2008063170A (en) Reaction apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
G170 Publication of correction
LAPS Lapse due to unpaid annual fee