KR101107071B1 - 연료 전지 시스템 및 개질기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질기; 상기 수소 가스와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부; 상기 개질기로 연료를 공급하는 연료 공급원; 및 상기 발생부로 산소를 공급하는 산소 공급원을 포함하며,
상기 개질기는, 내부 공간을 가지면서 유입부와 유출부를 형성하는 적어도 하나의 본체와, 상기 본체의 내부 공간에 배치되며 금속 박막을 지그재그 상으로 밴딩하여 연료의 흐름을 가능케 하는 다수의 통로를 형성하는 반응시트와, 상기 통로의 표면에 형성되는 촉매층 포함한다.
Figure R1020040070326
연료전지, 스택, 전기발생부, 개질기, 본체, 반응시트, 금속박막, 통로, 지지층, 촉매층, 열원부, 개질반응부, 일산화탄소저감부

Description

연료 전지 시스템 및 개질기 {FUEL CELL SYSTEM AND REFORMER}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시한 스택의 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 개질기 구조를 나타내 보인 사시도이다.
도 4는 도 3의 단면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 개질기 구조를 나타내 보인 사시도이다.
도 6은 도 5의 단면 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 개질기 구조를 나타내 보인 단면 구성도이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 개질기 구조를 나타내 보인 단면 구성도이다.
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 개질기의 구조를 개선한 연료 전지 시스템에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 메탄올과 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 산소 또는 산소를 포함한 공기의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
상기 연료 전지는 메탄올 또는 에탄올 등을 개질하여 만들어진 수소를 연료로 사용하여 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 갖는다.
이와 같은 연료 전지는 기본적으로 시스템을 구성하기 위해 스택(stack), 개질기(Reformer), 연료 탱크, 및 연료 펌프 등을 구비한다. 스택은 연료 전지의 본체를 형성하며, 연료 펌프는 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급한다. 그리고 개질기는 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고 그 수소 가스를 스택으로 공급한다.
종래의 연료 전지 시스템에 있어 상기 개질기는 연료의 산화 촉매 반응을 통해 반응열을 발생시키는 열원부와, 상기한 반응열을 전달받아 연료의 개질 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부와, 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 일산화탄소 저감부로 구성된다.
상기와 같은 각각의 열원부, 개질 반응부, 및 일산화탄소 저감부는 별도의 반응기 본체 내부에 배치되는 촉매 모듈을 구비하는 바, 이러한 촉매 모듈은 연료의 흐름 방향으로 평행한 벌집 모양의 통로를 가지도록 세라믹 소재를 압출 성형하 여 단일의 모듈을 제작하고 그 통로의 표면 위에 촉매층을 형성하여 사용하게 된다.
그런데 종래에 따른 연료 전지 시스템용 개질기는 세라믹 소재를 사출 성형하여 하니컴 타입의 촉매 모듈을 제작하는 바, 제조 공정이 복잡하여 제조 단가가 상승하게 되며, 통로들이 서로 밀폐되어 연료의 유량 분배가 고르지 않게 되고, 연료의 난류 효과가 적어 촉매 표면에 대한 연료의 확산 속도가 늦어짐에 따라 개질기 전체의 반응 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 제조하기가 단순하고, 통로에 대한 연료의 유량 분배가 균일하며, 촉매 표면의 단위 면적당 연료의 접촉 면적을 증대시킬 수 있도록 개질기의 구조를 개선한 연료 전지 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 내부 공간을 가지면서 유입부와 유출부를 형성하는 적어도 하나의 본체; 상기 본체의 내부 공간에 배치되며, 금속 박막을 지그재그 상으로 밴딩하여 연료의 흐름을 가능케 하는 다수의 통로를 형성하는 반응시트; 및 상기 통로의 표면에 형성되는 촉매층을 포함한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 본체가 사각 케이스 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 반응시트는 적어도 두 겹 이상으로 대칭되게 포개어지도록 구비될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 본체가 원통 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 반응시트는 상기 통로의 길이 방향에 수직한 단면 형상이 스크롤(scroll) 형태로 감긴 구조로 이루어진다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 반응시트가 알루미늄 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 촉매층을 지지하는 지지층이 상기 통로의 표면에 형성될 수 있다. 이 경우 상기 지지층은 알루미나(Al2O3)로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 반응시트가 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn) 또는 철(Fe) 중에서 선택되는 적어도 하나의 소재로 이루어질 수도 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 본체가 세라믹, 스테인레스 또는 알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 재질로 형성될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 통로를 통과하는 연료의 산화 촉매 반응을 통해 기설정된 온도의 열 에너지를 발생시키는 열원부를 구성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 열 에너 지에 의한 연료의 개질 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부를 구성할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 적어도 하나의 일산화탄소 저감부를 구성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 열원부, 개질 반응부 및 일산화탄소 저감부가 소정 관로에 의해 각각 연결 설치되는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 열원부, 개질 반응부 및 일산화탄소 저감부의 적층 구조로 이루어질 수도 있다.
아울러 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질기; 상기 수소 가스와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부; 상기 개질기로 연료를 공급하는 연료 공급원; 및 상기 발생부로 산소를 공급하는 산소 공급원을 포함하며,
상기 개질기는, 내부 공간을 가지면서 유입부와 유출부를 형성하는 적어도 하나의 본체와, 상기 본체의 내부 공간에 배치되며 금속 박막을 지그재그 상으로 밴딩하여 연료의 흐름을 가능케 하는 다수의 통로를 형성하는 반응시트와, 상기 통로의 표면에 형성되는 촉매층 포함한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 본체가 사각 케이스 형태로 이루 어지는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 반응시트는 적어도 두 겹 이상으로 대칭되게 포개어지도록 구비될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 본체가 원통 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 반응시트는 상기 통로의 길이 방향에 수직한 단면 형상이 스크롤(scroll) 형태로 감긴 구조로 이루어진다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 반응시트가 알루미늄 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 촉매층을 지지하는 지지층이 상기 통로의 표면에 형성될 수 있다. 이 경우 상기 지지층은 알루미나(Al2O3)로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 반응시트가 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn) 또는 철(Fe) 중에서 선택되는 적어도 하나의 소재로 형성될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 개질기는: 상기 통로를 통과하는 연료의 산화 촉매 반응을 통해 열 에너지를 발생시키는 열원부; 및 상기 열 에너지에 의한 개질 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부를 포함할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 개질기는 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 적어도 하나의 일산화탄소 저감부를 더 포함할 수도 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 개질기는 상기 열원부, 개질 반응부 및 일산화탄소 저감부가 관로 형태의 공급라인에 의해 각각 연결 설치될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 개질기는 상기 열원부, 개질 반응부 및 일산화탄소 저감부의 적층 구조로 이루어질 수도 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 전기 발생부가 복수로 구비되며, 상기 복수의 전기 발생부에 의한 적층 구조의 스택을 형성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급원은: 수소를 함유한 연료를 저장하는 제1 탱크; 물을 저장하는 제2 탱크; 및 상기 제1 및 제2 탱크에 연결 설치되는 연료 펌프를 포함할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 산소 공급원은 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 전기 발생부 및 개질기로 각각 공급하는 공기 펌프를 포함할 수 있다.
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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시한 스택의 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도면을 참고하면, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은 수소를 함유한 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스와 산소를 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) 방식을 채용한다.
상기한 연료 전지 시스템(100)에 있어 전기를 발생시키기 위한 연료라 함은 메탄올, 에탄올, 천연 가스 등을 포함한다. 그러나 이하에서 설명하는 연료는 편의상 액상으로 이루어진 연료라 정의하고, 상기 액상의 연료와 물을 혼합 연료라고 정의한다.
그리고 본 시스템(100)은 상기 수소와 반응하는 산소로서 별도의 저장수단에 저장된 순수한 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유한 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 상기한 산소 연료로서 공기를 사용하는 후자의 예를 설명한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은, 기본적으로 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부(11)를 구비한 스택(10)과, 전술한 바 있는 액상의 연료로부터 수소 가스를 발생시키고 이 수소 가스를 전기 발생부(11)로 공급하는 개질기(30)와, 상기 연료를 개질기(30)로 공급하는 연료 공급원(50)과, 산소를 개질기(30)와 전기 발생부(11)로 각각 공급하는 산소 공급원(70)을 포함하여 구성된다.
상기 전기 발생부(11)는 전극-전해질 합성체(12)를 중심에 두고 이의 양면에 세퍼레이터(16)를 배치하여 전기를 발생시키는 최소 단위의 스택을 형성하고, 이 전기 발생부(11)가 복수로 구비되어 본 실시예에서와 같은 적층 구조의 스택(10)을 형성한다. 여기서 전극-전해질 합성체(12)는 양측에 애노드 전극과 캐소드 전극을 구비하며, 수소와 산소를 산화/환원 반응시키는 기능을 하게 된다. 그리고 세퍼레이터(16)는 전극-전해질 합성체(12)의 양측에 수소 가스와 산소를 공급하는 기체 통로를 형성하고, 상기 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 기능을 하게 된다.
도면에 도시한 바와 같이, 상기 스택(10)의 최 외곽에는 상기한 복수의 전기 발생부(11)를 밀착시키는 밀착 플레이트(13)가 위치할 수도 있다. 그러나 본 발명에 의한 스택(10)은 상기한 밀착 플레이트(13)를 배제하고, 복수의 전기 발생부(11)의 최 외곽에 위치하는 세퍼레이터(16)가 상기 밀착 플레이트의 역할을 대신하도록 구성할 수 있다. 또한 밀착 플레이트(13)가 복수의 전기 발생부(11)를 밀착시키는 기능 외에, 세퍼레이터(16)의 고유한 기능을 갖도록 구성할 수도 있다.
그리고 상기 밀착 플레이트(13)에는 개질기(30)로부터 발생되는 수소 가스를 전기 발생부(11)로 공급하기 위한 제1 주입부(13a)와, 산소 공급원(40)으로부터 공급되는 공기를 전기 발생부(11)로 공급하기 위한 제2 주입부(13b)와, 전극-전해질 합성체(12)의 애노드 전극에서 반응하고 남은 수소 가스를 배출시키기 위한 제1 배출부(13c)와, 전극-전해질 합성체(12)의 캐소드 전극에서 수소와 산소의 결합 반응에 의해 생성된 수분을 함유한 미반응 공기를 배출시키기 위한 제2 배출부(13d)를 형성하고 있다.
한편 본 발명에 적용되는 개질기(30)는 액상의 연료와 공기의 산화 촉매 반 응을 통해 열 에너지를 발생시키는 열원부(31)와, 상기 열 에너지에 의한 수증기 개질 촉매 반응을 통해 전술한 바 있는 혼합 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부(32)와, 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 적어도 하나의 일산화탄소 저감부(33, 34)를 포함하고 있다. 일 예로서, 상기 일산화탄소 저감부(33, 34)는 수성가스 전환(Water-Gas Shift: WGS) 촉매 반응을 통해 추가의 수소 가스를 발생시키고 그 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 제1 일산화탄소 저감부(33)와, 수소 가스와 공기의 선택적 산화(Preferential CO Oxidation: PROX) 촉매 반응을 통해 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 제2 일산화탄소 저감부(34)를 포함할 수 있다.
위와 같은 개질기(30)로 연료를 공급하는 연료 공급원(50)은 액상의 연료를 저장하는 제1 탱크(51)와, 물을 저장하는 제2 탱크(52)와, 각각의 제1 및 제2 탱크(51, 52)에 연결 설치되는 연료 펌프(53)를 포함하고 있다.
그리고 상기 산소 공급원(70)은 소정의 펌핑력으로 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 개질기(30) 및 전기 발생부(11)로 각각 공급하는 공기 펌프(71)를 포함하고 있다. 이 때 상기 공기 펌프(71)와 스택(10)의 제2 주입부(13b)는 관로 형태의 공급라인(99)에 의해 연결 설치될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)의 작용시 개질기(30)를 통해 발생되는 수소 가스와, 공기 펌프(71)를 통해 흡입되는 공기 중의 산소를 전기 발생부(11)로 공급하게 되면, 상기 전기 발생부(11)에서는 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기와 물 그리고 열을 발생시킨다.
본 발명에 있어 상기 개질기(30)를 구성하는 각각의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 개질기 구조를 나타내 보인 사시도이고, 도 4는 도 3의 단면 구성도이다.
도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 개질기(30)는 연료 공급원(50: 도 1)으로부터 공급되는 액상의 연료와 산소 공급원(70: 도 1)으로부터 공급되는 공기의 산화 촉매 반응을 통해 소정 온도의 열 에너지를 발생시키는 열원부(31)를 구비할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기한 열원부(31)는 케이스 형태의 제1 본체(141)와, 상기 제1 본체(141) 내에 배치되어 액상의 연료와 공기의 산화 촉매 반응을 통해 열 에너지를 발생시키는 제1 반응 시트(143)를 포함하여 이루어진다.
제1 본체(141)는 소정 용적의 내부 공간을 가지면서, 액상의 연료와 공기를 상기 내부 공간으로 공급하기 위한 제1 유입부(141a)와, 상기 제1 유입부(141a)와 실질적으로 연통되어 상기 산화 촉매 반응에 의해 발생되는 비교적 고온의 연소 가스를 배출시키는 제1 유출부(141b)를 형성하고 있다.
바람직하게, 상기 제1 본체(141)는 서로 대응되는 위치에 제1 유입부(141a)와 제1 유출부(141b)를 형성하고 있는 사각 형상의 케이스 구조로 이루어진다. 이 때 상기 제1 본체(141)는 단열성을 갖는 소재 예컨대, 세라믹, 스테인레스, 알루미늄 등으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 본체(141)의 제1 유입부(141a)와 연료 공급원(50: 도 1)의 제1 탱크(51)가 관로 형태의 유로에 의해 연결 설치될 수 있으 며, 상기 제1 유입부(141a)와 산소 공급원(70: 도 1)의 공기 펌프(71)가 상기와 같은 유로에 의해 연결 설치될 수 있다.
제1 반응 시트(143)는 상기 액상의 연료와 공기의 산화 촉매 반응을 통해 열 에너지를 발생시키기 위한 촉매 모듈로서, 하니컴(honeycomb) 타입의 통로를 가지는 종래의 촉매 모듈과 달리, 금속으로 이루어진 평평한 박막(142)의 형태에서 지그재그 상으로 절곡 성형되어 상기 액상의 연료와 공기를 통과시키는 제1 통로(144)를 형성하고 있다. 상기 제1 통로(144)의 표면에는 다음에 설명하는 제1 촉매층(146)을 지지하기 위한 제1 지지층(145)을 형성하고 있다. 이 때 상기 제1 반응 시트(143)의 금속 박막(142)은 알루미늄 소재로 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 지지층(145)은 금속 박막(142) 표면의 산화 처리에 의하여 제1 통로(144)의 표면에 형성되고 있는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.
구체적으로 상기 제1 반응 시트(143)는 전술한 바 있는 알루미늄 소재의 금속 박막(142)을 주름판 모양으로 절곡 성형하여 액상의 연료와 공기가 통과할 수 있는 미세한 제1 통로(144)를 형성하고, 제1 통로(144)의 표면에 지지층(145)과 촉매층(146)을 형성한다. 즉, 상기 제1 반응 시트(143)는 제1 통로(144)의 길이 방향에 수직하는 단면 형상이 파형(波形)으로 이루어진다. 제1 반응 시트(143)는 상기한 주름판 모양의 금속 박막(142)을 두 겹 이상으로 대칭되게 포개어 상기 제1 본체(141)의 내부 공간에 배치되도록 구성할 수 있다. 이 때 상기 제1 반응 시트(143)는 제1 본체(141)의 내부 표면에 대해 약간 떨어지도록 설치하는 것이 바람직 하다. 그리고 제1 반응 시트(143)의 제1 지지층(145) 상에는 액상의 연료와 공기의 산화 반응을 촉진시키는 제1 촉매층(146)을 형성하고 있다.
따라서 본 실시예에 의한 개질기(30)의 열원부(31)는 연료와 공기를 통과시키면서 산화 촉매 반응을 일으키는 평평한 박막(142)을 지그재그 상으로 밴딩하여 연료와 공기를 통과시키는 제1 통로(144)를 형성하고 이 제1 통로(144)의 표면에 제1 촉매층(146)을 형성함에 따라, 상기 제1 통로(144)를 통과하는 연료와 공기의 흐름 분포가 균일하고, 그 흐름이 난류화되어 제1 촉매층(146)의 표면에 대한 연료와 공기의 접촉 면적을 증대시킬 수 있다.
그리고 본 실시예에 의한 개질기(30)는 열원부(31)로부터 발생되는 열 에너지를 흡열하여, 연료 공급원(50: 도 1)으로부터 공급되는 혼합 연료의 수증기 개질 촉매 반응을 통해 상기 혼합 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부(32)를 구비할 수 있다. 이 때 상기한 열원부(31)는 상술한 바와 같은 구조의 촉매 모듈을 구비할 수 있고, 종래와 같은 구조의 촉매 모듈을 구비할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 상기한 개질 반응부(32)는 케이스 형태의 제2 본체(241)와, 상기 제2 본체(241) 내에 배치되어 열 에너지에 의한 혼합 연료의 수증기 개질 촉매 반응을 통해 상기 혼합 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 제2 반응 시트(243)를 포함하여 이루어진다.
제2 본체(241)는 소정 용적의 내부 공간을 가지면서, 혼합 연료를 상기 내부 공간으로 공급하기 위한 제2 유입부(241a)와, 상기 제2 유입부(241a)와 실질적으로 연통되어 상기 개질 촉매 반응에 의해 발생되는 수소 가스를 배출시키기 위한 제2 유출부(241b)를 형성하고 있다. 그리고 제2 본체(241)의 제2 유입부(241a)와 연료 공급원(50: 도 1)의 제1 및 제2 탱크(51, 53)는 관로 형태의 유로에 의해 연결 설치될 수 있다.
제2 반응 시트(243)는 상기 혼합 연료의 개질 촉매 반응을 통해 혼합 연료로부터 수소 가스를 발생시키기 위한 촉매 모듈로서, 하니컴(honeycomb) 타입의 통로를 가지는 종래의 촉매 모듈과 달리, 알루미늄으로 이루어진 평평한 박막(242)의 형태에서 지그재그 상으로 절곡되어 상기 혼합 연료를 통과시키는 제2 통로(244)를 형성하고 있다. 그리고 상기 제2 통로(244)의 표면에는 제2 지지층(245)을 형성하고, 상기 제2 지지층(245) 상에는 혼합 연료의 개질 반응을 촉진시키는 제2 촉매층(246)을 형성하고 있다.
또한 본 실시예에 의한 개질기(30)는 열원부(31) 및 개질 반응부(32)를 통해 발생되는 수소 가스의 수성 가스 전환 촉매 반응을 통해 상기 수소 가스로부터 추가의 수소를 발생시키고, 상기한 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 제1 일산화탄소 저감부(33)를 구비할 수 있다. 이 때 상기한 열원부(31) 및 개질 반응부(32)는 본 실시예에서와 같은 구조의 촉매 모듈을 구비할 수 있고, 종래와 같은 구조의 촉매 모듈을 구비할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 상기한 제1 일산화탄소 저감부(33)는 케이스 형태의 제3 본체(341)와, 상기 제3 본체(341) 내에 배치되어 상기 수소 가스의 수성 가스 전환 촉매 반응을 통해 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 제3 반응 시트(343)를 포함하여 이루어진다.
제3 본체(341)는 소정 용적의 내부 공간을 가지면서, 상기 수소 가스를 상기 내부 공간으로 공급하기 위한 제3 유입부(341a)와, 상기 제3 유입부(341a)와 실질적으로 연통되어 상기 수성 가스 전환 촉매 반응에 의해 발생되는 수소 가스를 배출시키기 위한 제3 유출부(341b)를 형성하고 있다.
제3 반응 시트(343)는 상기 수소 가스의 수성 가스 전환 촉매 반응에 의해 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키기 위한 촉매 모듈로서, 하니컴(honeycomb) 타입의 통로를 가지는 종래의 촉매 모듈과 달리, 알루미늄으로 이루어진 박막(342)의 형태에서 지그재그 상으로 절곡되어 상기 수소 가스를 통과시키는 제3 통로(344)를 형성하고 있다. 그리고 상기 제3 통로(344)의 표면에는 제3 지지층(345)을 형성하고, 상기 제3 지지층(345) 상에는 수소 가스의 수성 가스 전환 반응을 촉진시키는 제3 촉매층(346)을 형성하고 있다.
그리고 본 실시예에 의한 개질기(30)는 개질 반응부(32) 및/또는 제1 일산화탄소 저감부(33)를 통해 배출되는 상기 수소 가스와, 산소 공급원(70: 도 1)으로부터 공급되는 공기의 선택적 산화 촉매 반응을 통해 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 제2 일산화탄소 저감부(34)를 구비할 수도 있다. 이 때 상기한 개질 반응부(32)와 제1 일산화탄소 저감부(33)는 본 실시예에서와 같은 구조의 촉매 모듈을 구비할 수 있고, 종래와 같은 구조의 촉매 모듈을 구비할 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 상기한 제2 일산화탄소 저감부(34)는 케이스 형태의 제4 본체(441)와, 상기 제4 본체(441) 내에 배치되어 상기 수소 가스와 공기의 선택 적 산화 촉매 반응을 통해 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 제4 반응 시트(443)를 포함하여 이루어진다.
제4 본체(441)는 소정 용적의 내부 공간을 가지면서, 상기 수소 가스와 공기를 상기 내부 공간으로 공급하기 위한 제4 유입부(441a)와, 상기 제4 유입부(441a)와 실질적으로 연통되어 상기 선택적 산화 촉매 반응에 의해 발생되는 수소 가스를 배출시키기 위한 제4 유출부(441b)를 형성하고 있다. 이 때 상기 제4 유입부(441a)와 상기한 개질 반응부(32) 또는 제1 일산화탄소 저감부(33)는 관로 형태의 유로에 의해 연결 설치될 수 있다. 그리고 상기 제4 유입부(441a)와 산소 공급원(70: 도 1)의 공기 펌프(71)는 상기한 유로에 의해 연결 설치될 수 있다.
제4 반응 시트(443)는 상기 수소 가스와 공기의 선택적 산화 촉매 반응을 통해 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키기 위한 촉매 모듈로서, 하니컴(honeycomb) 타입의 통로를 가지는 종래의 촉매 모듈과 달리, 알루미늄으로 이루어진 박막(442)의 형태에서 지그재그 상으로 절곡되어 상기 수소 가스와 공기를 통과시키는 제4 통로(444)를 형성하고 있다. 그리고 상기 제4 통로(444)의 표면에는 제4 지지층(445)을 형성하고, 상기 제4 지지층(445) 상에는 수소 가스와 공기의 선택적 산화 반응을 촉진시키는 제4 촉매층(446)을 형성하고 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은 개질기(30)를 구성하는 각각의 열원부(31), 개질 반응부(32) 및 일산화탄소 저감부(33, 34)들 중 어느 하나 또는 둘 이상을 구비할 수도 있다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 개질기 구조를 나타내 보인 사시도이 고, 도 6은 도 5의 단면 구성도이다. 도 3 및 도 4에서 설명된 부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.
도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 개질기(30)는 전기 실시예에서와 같은 열원부(31), 개질 반응부(32) 또는 일산화탄소 저감부(33, 34)를 구성하는 각각의 본체(141, 241, 341, 441)가 원통 형태로 구비된다.
상기 본체(141, 241, 341, 441)는 소정 용적의 내부 공간을 가진 관로 형태의 구조로 이루어지며, 그 양단에 유입부(141a, 241a, 341a, 441a)와 유출부(141b, 241b, 341b, 441b)를 형성하고 있다. 상기 본체(141, 241, 341, 441)의 나머지 구성은 전기 제1 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고 상기 본체(141, 241, 341, 441)의 내부에는 금속 박막(142, 242, 342, 442)을 지그재그 상으로 밴딩하여 연료의 흐름을 가능케 하는 다수의 통로(144, 244, 344, 444)를 형성하고 있는 반응 시트(143, 243, 343, 443)를 구비하고 있는 바, 본 실시예에 의한 반응 시트(143, 243, 343, 443)는 스크롤(scroll) 형태로 감긴 구조로 이루어진다.
구체적으로, 상기 반응 시트(143, 243, 343, 443)는 알루미늄으로 이루어진 금속 박막(142, 242, 342, 442)을 주름판 모양으로 절곡 성형하여 연료를 통과시킬 수 있는 미세한 통로(144, 244, 344, 444)를 형성하고, 상기 주름판 모양의 금속 박막(142, 242, 342, 442)을 본체(141, 241, 341, 441)의 형태와 상응하도록 소용돌이 형태로 말아 감은 구조로 이루어진다. 그리고 상기한 통로(144, 244, 344, 444)의 표면에는 지지층(145, 245, 345, 445)을 형성하고, 그 지지층(145, 245, 345, 445) 상에는 촉매층(146, 246, 346, 446)을 형성하고 있다. 상기 반응 시트(143, 243, 343, 443)의 나머지 구성은 전기 제1 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 개질기 구조를 나타내 보인 단면 구성도이다. 도 3 및 도 4에서 설명된 부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.
도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 개질기(30)에 있어 열원부(31), 개질 반응부(32) 또는 일산화탄소 저감부(33, 34)를 구성하는 각각의 반응 시트(143, 243, 343, 443)가 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn) 또는 철(Fe)로 형성될 수 있다. 여기서 상기한 반응 시트(143, 243, 343, 443)는 전기 실시예와 달리 그 소재 자체 만을 변형하였을 뿐, 나머지 구조는 전기 실시예의 구조를 기본으로 한다. 그러나 이하에서는 도면에 도시한 바와 같은 전기 제1 실시예의 구조를 예로 들어 설명한다.
구체적으로, 상기와 같은 반응 시트(143, 243, 343, 443)는 그 자체가 촉매 작용을 하여 개질 반응을 일으키는 전술한 소재로 이루어지며, 상기한 소재들 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 합금 형태로 형성될 수 있다. 그리고 반응 시트(143, 243, 343, 443)는 전기 실시예와 같이 금속으로 이루어진 박막(142, 242, 342, 442)의 형태에서 지그재그 상으로 절곡 성형되어 연료의 흐름을 가능케 하는 통로(144, 244, 344, 444)를 형성하고 있다. 더욱이 상기 반응 시트(143, 243, 343, 443)는 자체의 소재가 촉매 활성을 이루도록 상기 통로(144, 244, 344, 444)의 표면에 공기와 수소의 산화/환원 반응에 의한 비교적 미세하고 거친 표면 입자 를 형성하고 있다. 이 때 상기 통로(144, 244, 344, 444)의 표면은 산과 알칼리를 통해서 표면 처리될 수 있고, 산소에 의한 표면 산화 및 수소에 의한 환원 반응을 통해 표면 처리될 수도 있다. 특히, 후자의 경우는 반응 시트(143, 243, 343, 443)를 고온으로 가열한 후, 고온의 산소 혹은 공기를 이용하여 반응 시트(143, 243, 343, 443)의 표면을 산화시키고, 고온의 수소 가스를 이용하여 반응 시트(143, 243, 343, 443)의 표면을 환원시킴으로써 통로(144, 244, 344, 444)의 표면에 반응성을 갖는 표면 입자를 형성할 수 있다.
따라서 본 실시예에 의한 반응 시트(143, 243, 343, 443)는 전기 실시예와 달리, 상기한 표면 입자 자체가 촉매층(146, 246, 346, 446)으로 형성되고, 이 촉매층(146, 246, 346, 446)을 지지하기 위한 별도의 지지층을 필요로 하지 않는다.
본 실시예에 따른 나머지 구조는 전기 실시예의 구조와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 개질기 구조를 나타내 보인 단면 구성도이다. 도 3 및 도 4에서 설명된 부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.
도면을 참고하면, 본 실시예에 따른 개질기(30)는 전기 실시예에서와 같은 열원부(31), 개질 반응부(32) 및 일산화탄소 저감부(33, 34)를 모두 구비하고, 상기한 열원부(31), 개질 반응부(32) 및 일산화탄소 저감부(33, 34)가 소정 관로에 의해 각각 연결 설치되도록 구성할 수 있다. 여기서 상기한 열원부(31), 개질 반응부(32) 및 일산화탄소 저감부(33, 34)는 전기 실시예에서와 같은 구조를 가진다. 그러나 이하에서는 도면에 도시한 바와 같은 전기 제1 실시예의 구조를 기본으로 하면서 상기한 열원부(31), 개질 반응부(32) 및 일산화탄소 저감부(33, 34)를 연결시키는 예를 설명한다.
본 실시예에 따른 개질기(30)에 있어 열원부(31)를 구성하는 제1 본체(141)의 제1 유입부(141a)와 제1 탱크(51)는 관로 형태의 제1 공급라인(91)에 의해 연결된다. 상기 제1 유입부(141a)와 공기 펌프(71)는 관로 형태의 제2 공급라인(92)에 의해 연결될 수 있다.
그리고 상기 개질기(30)의 개질 반응부(32)를 구성하는 제2 본체(241)의 제2 유입부(241a)와 상기 제1 본체(141)의 제1 유출부(141b)는 관로 형태의 제3 공급라인(93)에 의해 연결된다. 상기 제2 유입부(241a)와 제1, 2 탱크(51, 53)는 관로 형태의 제4 공급라인(94)에 의해 연결될 수 있다.
또한 상기 개질기(30)의 제1 일산화탄소 저감부(33)를 구성하는 제3 본체(341)의 제3 유입부(341a)와 상기 제2 본체(241)의 제2 유출부(241b)는 관로 형태의 제5 공급라인(95)에 의해 연결될 수 있다.
그리고 상기 개질기(30)의 제2 일산화탄소 저감부(34)를 구성하는 제4 본체(441)의 제4 유입부(441a)와 상기 제3 본체(341)의 제3 유출부(341b)는 관로 형태의 제6 공급라인(96)에 의해 연결된다. 더욱이 상기 제4 본체(441)의 제4 유입부(441a)와 공기 펌프(71)는 관로 형태의 제7 공급라인(97)에 의해 연결될 수 있다. 그리고 제4 본체(441)의 제4 유출부(441b)와 스택(10: 도 1)의 제1 주입부(13a)는 관로 형태의 제8 공급라인(98)에 의해 연결될 수 있다. 한편, 상기 스택(10)의 제2 주입부(13b)와 전술한 공기 펌프(71)는 전술한 바 있는 제9 공급라인(99)에 의해 연결될 수 있다.
나머지 구성은 전기 실시예의 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이와 같이 구성되는 개질기(30)는 상기한 공급라인(91-97)을 통해 도 8a에 도시한 바와 같이, 각각의 열원부(31), 개질 반응부(32) 및 일산화탄소 저감부(33, 34)를 일렬로 연결 설치할 수 있다.
대안으로서, 본 발명에 의하면 도 8b에 도시한 바와 같이, 각각의 열원부(31), 개질 반응부(32) 및 일산화탄소 저감부(33, 34)를 상기 공급라인(91-97)을 통해 각각 연결하고, 이들을 서로 적층하여 본 실시예에 의한 개질기(30)를 구성할 수도 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
우선, 연료 펌프(55)를 가동시켜 제1 탱크(51)에 저장된 액상의 연료를 제1 공급라인(91)을 통해 열원부(31)의 제1 본체(141) 내부로 공급한다. 이와 동시에, 공기 펌프(71)를 가동시켜 공기를 제2 공급라인(92)을 통해 제1 본체(141)의 내부 공간으로 공급한다. 그러면 상기 액상의 연료와 공기는 제1 반응 시트(143)의 제1 통로(144)를 통과하게 된다. 따라서 상기 열원부(31)에서는 액상의 연료와 공기가 제1 통로(144)를 통과함에 따라, 제1 촉매층(146)에 의한 산화 반응을 통해 소정 온도의 반응열을 발생시킨다. 이 때 상기 산화 촉매 반응에 의해 발생되는 액상의 연료와 공기의 연소 가스는 상기한 반응열과 함께 제3 공급라인(93)을 통해 개질 반응부(32)의 제2 본체(241)로 공급된다.
이어서, 상기 연료 펌프(55)의 구동에 의하여 제1 탱크(51)에 저장된 액상의 연료와 제2 탱크(53)에 저장된 물을 제4 공급라인(94)을 통해 제2 본체(241)의 내부 공간으로 공급한다. 그러면 상기 액상의 연료와 물의 혼합 연료는 제2 반응 시트(243)의 제2 통로(244)를 통과하면서 상기한 반응열을 흡열하게 된다. 따라서 상기 개질 반응부(32)에서는 상기 혼합 연료가 반응열을 흡열하면서 제2 통로(244)를 통과함에 따라, 제2 촉매층(246)에 의한 연료의 개질 반응을 통해 상기 혼합 연료로부터 수소 가스를 발생시킨다. 즉, 상기 개질 반응부(32)는 수증기 개질 촉매 반응을 통한 연료의 분해 반응이 진행되어 이산화탄소와 수소를 함유하고 있는 수소 가스를 생성하게 된다. 이 때 상기 개질 반응부(32)에서는 부(副) 생성물로서의 일산화탄소가 미량 함유된 수소 가스를 생성하게 된다.
다음, 상기 일산화탄소를 미량 함유한 수소 가스를 제5 공급라인(95)을 통해 제1 일산화탄소 저감부(33)의 제3 본체(341) 내부로 공급한다. 그러면 상기 수소 가스는 제3 반응 시트(343)의 제3 통로(344)를 통과하게 된다. 따라서 상기 제1 일산화탄소 저감부(33)에서는 상기 수소 가스가 제3 통로(344)를 통과함에 따라, 제3 촉매층(346)에 의한 수소 가스의 수성 가스 전환 반응을 통해 추가적으로 수소를 발생시키고, 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 1차적으로 저감시킨다.
이어서, 상기 수소 가스를 제6 공급라인(96)을 통해 제2 일산화탄소 저감부(34)의 제4 본체(441) 내부로 공급한다. 이와 동시에, 공기 펌프(71)의 구동에 의 하여 공기를 제7 공급라인(97)을 통해 제4 본체(441)의 내부 공간으로 공급한다. 그러면 상기한 수소 가스와 공기는 제4 반응 시트(443)의 제4 통로(444)를 통과하게 된다. 따라서 상기 제2 일산화탄소 저감부(34)에서는 제4 촉매층(446)에 의한 수소 가스와 공기의 선택적 산화 반응을 통해 이 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 2차적으로 저감시킨다.
다음, 상기 수소 가스를 제8 공급라인(98)을 통해 스택(10)의 제1 주입부(13a)로 공급하고, 상기 공기 펌프(71)의 구동에 의하여 공기를 제9 공급라인(99)을 통해 스택(10)의 제2 주입부(13b)로 공급한다.
따라서 상기 수소 가스는 세퍼레이터(16)를 통하여 전극-전해질 합성체(12)의 애노드 전극으로 공급된다. 그리고 공기는 세퍼레이터(16)를 통하여 전극-전해질 합성체(12)의 캐소드 전극으로 공급된다.
이로써 애노드 전극에서는 산화 반응을 통해 수소 가스를 전자와 프로톤(수소이온)으로 분해한다. 그리고 프로톤이 전해질막을 통하여 캐소드 전극으로 이동하고, 전자는 전해질막을 통하여 이동되지 못하고 세퍼레이터(16)를 통해 이웃하는 전극-전해질 합성체(12)의 캐소드 전극으로 이동하게 되는데 이 때 전자의 흐름으로 전류를 발생시키고, 부수적으로 열과 물을 발생시킨다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 의하면, 금속 박막을 파형으로 절곡 성형하여 통로를 형성하는 개질기를 구비하므로, 통로를 통과하는 연료의 흐름 분포가 균일하고 촉매층의 표면에 대한 연료의 접촉 면적이 증대되어 전체적인 개질기의 반응 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한 개질기의 반응부 구조가 단순하여 제조 하기가 용이하며, 개질기의 제조 단가를 절감시켜 상대적인 경쟁적 우위를 확보할 수 있는 효과가 있다.

Claims (31)

  1. 관로에 의해 상호 연결된 열원부와 개질 반응부 및 일산화탄소 저감부를 포함하며,
    상기 열원부와 상기 개질 반응부 및 상기 일산화탄소 저감부 각각은,
    내부 공간을 가지면서 유입부와 유출부를 형성하는 적어도 하나의 본체;
    상기 본체의 내부 공간에 배치되며, 금속 박막을 지그재그 상으로 밴딩하여 연료의 흐름을 가능케 하는 다수의 통로를 형성하는 반응시트; 및
    상기 반응시트의 표면에 형성되는 촉매층을 포함하고,
    상기 열원부와 상기 개질 반응부 및 상기 일산화탄소 저감부는 열원부, 개질 반응부, 및 일산화탄소 저감부의 순서대로 아래에서 위로 적층 배치되는 연료 전지 시스템의 개질기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체가 사각 케이스 형태로 이루어지는 연료 전지 시스템의 개질기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 반응시트가 적어도 두 겹 이상으로 대칭되게 포개어지도록 구비되는 연료 전지 시스템의 개질기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체가 원통 형태로 이루어지는 연료 전지 시스템의 개질기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 반응시트는 상기 통로의 길이 방향에 수직한 단면 형상이 스크롤 (scroll) 형태로 감긴 구조로 이루어지는 연료 전지 시스템의 개질기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응시트가 알루미늄 소재로 이루어지는 연료 전지 시스템의 개질기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 촉매층을 지지하는 지지층이 상기 통로의 표면에 형성되는 연료 전지 시스템의 개질기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 지지층이 알루미나(Al2O3)로 이루어지는 연료 전지 시스템의 개질기.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응시트가 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn) 또는 철(Fe) 중에서 선택되는 적어도 하나의 소재로 이루어지는 연료 전지 시스템의 개질기.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 본체가 세라믹, 스테인레스 또는 알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 재질로 형성되는 연료 전지 시스템의 개질기.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 열원부는 상기 통로를 통과하는 연료의 산화 촉매 반응을 통해 기설정된 온도의 열 에너지를 발생시키는 연료 전지 시스템의 개질기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 개질 반응부는 상기 열 에너지에 의한 연료의 개질 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 연료 전지 시스템의 개질기.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 일산화탄소 저감부는 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 연료 전지 시스템의 개질기.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질기;
    상기 수소 가스와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부;
    상기 개질기로 연료를 공급하는 연료 공급원; 및
    상기 발생부로 산소를 공급하는 산소 공급원을 포함하며,
    상기 개질기는 관로 형태의 공급라인에 의해 상호 연결된 열원부와 개질 반응부 및 일산화탄소 저감부를 포함하고,
    상기 열원부와 상기 개질 반응부 및 상기 일산화탄소 저감부 각각은,
    내부 공간을 가지면서 유입부와 유출부를 형성하는 적어도 하나의 본체와, 상기 본체의 내부 공간에 배치되며 금속 박막을 지그재그 상으로 밴딩하여 연료의 흐름을 가능케 하는 다수의 통로를 형성하는 반응시트와, 상기 반응시트의 표면에 형성되는 촉매층을 포함하며,
    상기 열원부와 상기 개질 반응부 및 상기 일산화탄소 저감부는 열원부, 개질 반응부, 및 일산화탄소 저감부의 순서대로 아래에서 위로 적층 배치되는 연료 전지 시스템.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 본체가 사각 케이스 형태로 이루어지는 연료 전지 시스템.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 반응시트가 적어도 두 겹 이상으로 대칭되게 포개어지도록 구비되는 연료 전지 시스템.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 본체가 원통 형태로 이루어지는 연료 전지 시스템.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 반응시트는 상기 통로의 길이 방향에 수직한 단면 형상이 스크롤(scroll) 형태로 감긴 구조로 이루어지는 연료 전지 시스템.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 반응시트가 알루미늄 소재로 이루어지는 연료 전지 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 촉매층을 지지하는 지지층이 상기 통로의 표면에 형성되는 연료 전지 시스템.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 지지층이 알루미나(Al2O3)로 이루어지는 연료 전지 시스템.
  24. 제 16 항에 있어서,
    상기 반응시트가 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn) 또는 철(Fe) 중에서 선택되 는 적어도 하나의 소재로 이루어지는 연료 전지 시스템.
  25. 제 16 항에 있어서,
    상기 열원부는 상기 통로를 통과하는 연료의 산화 촉매 반응을 통해 열 에너지를 발생시키고,
    상기 개질 반응부는 상기 열 에너지에 의한 개질 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 연료 전지 시스템.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 일산화탄소 저감부는 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 연료 전지 시스템.
  27. 삭제
  28. 삭제
  29. 제 16 항에 있어서,
    상기 전기 발생부가 복수로 구비되며, 상기 복수의 전기 발생부에 의한 적층 구조의 스택을 형성하는 연료 전지 시스템.
  30. 제 16 항에 있어서,
    상기 연료 공급원은:
    수소를 함유한 연료를 저장하는 제1 탱크;
    물을 저장하는 제2 탱크; 및
    상기 제1 및 제2 탱크에 연결 설치되는 연료 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.
  31. 제 16 항에 있어서,
    상기 산소 공급원은 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 전기 발생부 및 개질기로 각각 공급하는 공기 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.
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