KR101199134B1 - 선택적 산화반응장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 연료전지 시스템 중 개질된 수소혼합가스에 함유된 일산화탄소를 제거하기 위한 선택적 산화반응장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 산화처리과정에서 수소혼합가스로부터 발생된 응축수가 집수되는 응축수 받이부에 모세관 구조의 응축수 처리관을 구비시킴으로써, 응축수 받이부 내 응축수 수위를 적정수준으로 유지시킬 수 있어, 응축수 범람에 의한 촉매의 발열율 저하현상을 방지하여 촉매반응 지연을 방지할 수 있는 선택적 산화반응장치및 이를 포함하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
또한, 응축수처리관이 촉매층을 지나도록 함에 따라 응축수 처리관 내 응축수가 촉매의 냉각기능을 하게 되어 냉각효율 증가 및 냉각팬의 소모전력을 절약할 수 있는 선택적 산화반응장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
더불어 응축수처리관이 촉매수용공간에 밀착 설치됨에 따라, 외부환경변화에 상관없이 촉매층의 냉각온도가 일정하게 유지될 수 있는 선택적 산화반응장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.

Description

선택적 산화반응장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템{Preferential Oxidation Reactor and fuel cell system thereof}
본 발명은 연료의 선택적 산화장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템에 관한 것으로, 특히 연료전지 시스템 중 연료의 선택적 산화장치에서 응축수 범람에 의한 촉매반응 지연을 방지함과 더불어 촉매의 냉각효율도 높일 수 있는 기술에 관한 것이다.
최근에는 탄화에너지의 고갈우려 및 환경오염에 대한 관심이 높아짐에 따라 공해우려가 없는 전기에너지의 개발이 활발하게 이루어지고 있으며, 그 중에서도 수소 및 산소와 같이 지구상에 풍부하게 존재하는 물질로부터 전기에너지를 발생시키는 연료전지(Fuel cell)의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
이러한 연료전지의 연료로 사용되는 수소(H2)는 통상 저장 등의 제반문제 때문에 최초 에탄올, 메탄올, 액화석유가스(LPG), 가솔린 등을 개질한 리포메이트(reformate )상태로 생성된다.
상기 리포메이트는 수소 이외에 이산화탄소와 일산화탄소가 함께 포함되는데, 특히 일산화탄소는 연료전지 내 전극활성을 저하시키는 주 원인이 되므로, 연료전지의 연료로 사용하기 전에 일산화탄소 함유율을 약 10ppm 미만으로 감소시켜야 한다.
이렇게 리포메이트(이하 ‘수소 혼합가스’라 함)내 일산화탄소를 제거하는 방법으로는 팔라듐함금의 멤브레인을 이용하는 방법과, 메탄화(methanation)방법 및 선택적 산화반응(Prefential Oxidantion)을 이용한 방법등이 있다.
그 중에서 선택적 산화반응을 이용한 방법은 별도의 산화반응장치(Prox reactor)를 통해 이루어지게 된다.
그러나, 최초 공급되는 수소혼합가스 촉매층을 지나는 과정에서 촉매층과 열교환이 이루어지고, 이러한 열교환에 의해 수소혼합가스에 함유된 수분의 응축이 이루어지게 되어 응축수가 집수되게 된다. 그리고 이와 같은 과정의 반복에 따라 응축수을 집수하는 받이부의 수위가 상승하여 범람할 가능성이 있다. 이러한 경우 촉매가 젖게 되면 산화반응효율이 저하될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로,
응축수 받이부에 집수된 응축수의 처리구조를 구비시켜 응축수의 집수량이 적정수준을 유지할 수 있도록 함에 따라, 응축수에 의해 촉매가 젖는 것이 방지되어 전체적인 산화반응효율을 높일 수 있는 선택적 산화반응장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템을 제공하고자 한다.
또한 처리되는 응축수를 촉매의 냉각용도로 사용할 수 있도록 함에 따라 촉매의 냉각효율을 높일 수 있음은 물론, 전체적인 에너지소비효율을 높일 수 있는 선택적 산화반응장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템을 제공하고자 한다.
더불어 외부온도변화에 상관없이 촉매층의 냉각온도가 일정하게 유지될 수 있도록 함에 따라, 냉각효율을 높일 수 있는 선택적 산화반응장치 및 이를 포함하는 연료전지 시스템을 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
내부에 촉매층이 구비되는 하우징과, 상기 하우징에 내부에 삽입되어 촉매수층을 관통하도록 설치되며 상단부와 하단부에는 각각 가스유입구와 가스배출구가 형성되는 혼합가스 공급부와, 상기 가스이동공간부의 가스배출구와 연결되는 응축수 받이부로 이루어진 것을 기본구성으로 한다.
그리고 상기 기본구성에서 별도 응축수처리관이 상기 응축수받이부와 연결된 상태에서 촉매층이 위치된 구간 내에 배치되도록 설치된 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 응축수 처리관은 모세관 구조로 이루어진 것을 특징으로 한다.
구체적으로 상기 응축수 처리관은 하단부가 응축수 받이부 내에 위치된 상태에서 응축수 받이부와 직립상태로 배치되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 응축수 처리관은 상단부가 촉매층을 관통하도록 설치된 점도 특징으로 한다.
또한 촉매층과 응축수 받이부 사이에는 격벽이 구비되고, 상기 혼합가스 공급부와 응축수 처리관은 상기 격벽을 관통하여 설치되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 격벽은 전체적으로 타공 구조로 이루어진 점도 특징으로 한다.
더불어 상기 응축수 처리관은 하우징 내주면에 밀착된 상태로 내주면 둘레를 따라 복수개 배치된 점도 특징으로 한다.
상기와 같은 특징적 구성으로 이루어진 본 발명은,
응축수 받이부 내의 집수량이 일정수준을 넘게 되면 응축수가 모세관 현상에 의해 응축수 처리관 내부로 차오르게 되고, 그 과정에서 촉매층과의 열교환에 의해 증발 처리되므로 항시 응축수 받이부 내 수위가 적정수준으로 유지된다.
따라서 응축수 범람에 의해 촉매층이 젖어 가열효율이 저하되는 현상이 방지되므로, 결국 기존에 비해 산화반응효율이 향상되는 장점이 있다.
그리고 응축수 처리관 내에 채워진 응축수와 촉매층 간 열교환과정에서 촉매층의 냉각도 함께 이루어지므로, 냉각팬만으로 냉각이 이루어지던 종래기술에 비해 냉각효율이 향상됨은 물론, 촉매층 냉각에 사용되는 에너지소비효율도 향상되는 장점이 있다.
더불어 응축수 처리관이 하우징의 내벽에 밀착된 상태로 설치됨에 따라, 응축수처리관 및 내부의 응축수가 단열층역할을 하게 되므로, 하우징 외부의 온도가 급격히 변화되더라도 내부의 촉매냉각 및 가열효율 변화가 크게 발생되지 않는 장점도 있다.
도 1 은 종래 선택적 산화반응 장치의 내부구조를 나타낸 개략도
도 2 는 연료전지 시스템 전체 구조를 나타낸 개략도
도 3 은 본 발명에 의한 산화처리장치의 내부구조를 나타낸 개략도
도 4 는 응축수 처리관의 배열구조를 나타낸 평단면도
도 5 는 모세관 현상에 의해 응축수받이부 내 응축수가 응축수처리관 내로 유입되는 모습을 나타낸 개략도
이하에서는 도면에 예시된 구성을 참조하여 본 발명의 구체적인 구성 및 그 작용에 대한 실시예를 설명하도록 한다.
먼저 일반적인 산화반응장치는 도 1에 도시된 바와 같이 수소혼합가스 공급관(1)이 하우징(2) 내부의 촉매층(3)을 관통하도록 설치되고 촉매층(3) 하부에는 응축수 받이부(4)가 구비된 구조로 이루어진다.
이러한 구조에 의한 일산화탄소 제거과정은, 공급관(1)을 통해 하우징(2) 내부로 공급된 고온의 수소혼합가스가 촉매층(3)과의 직접적인 접촉에 의해 산화처리되어 일산화탄소가 제거된 후 외부로 배출되는 방식으로 이루어진다.
이때 최초 공급되는 수소혼합가스는 약 400℃의 (PrOx 유입 시 약 200℃ 수준) 상태이므로, 공급관(1)을 통해 촉매층을 지나는 과정에서 상대적으로 저온상태인 촉매층(3)과 열교환이 이루어지고, 이러한 열교환에 의해 공급관(1)내에는 수소혼합가스에 함유된 수분의 응축이 이루어지게 되고, 이러한 응축수는 공급관(1)으로부터 배출되어 응축수　 받이부(4)에 집수된다.
상기와 같은 과정들이 반복 진행됨에 따라 응축수 받이부(4) 내 수위가 상승하는데, 산화반응장치가 작동되는 과정에서는 집수된 응축수가 공급관(1)의 배출구를 통해 배출된 수소혼합가스의 흐름에 의해 쓸려 일정수위를 유지하지만, 운전이 종료된 직 후 가 운전 상태(purging)에서는 응축수가 범람하여 촉매가 젖게 된다.
이렇게 응축수에 의해 촉매(3)가 젖게 될 경우 재 운전과정에서 촉매의 온도상승이 지연될 수밖에 없고, 이로 인해 결국 산화반응효율이 저하되는 문제점이 초래된다.
참고로 설명하면, 선택적 산화반응(PROX)은 다량의 수소혼합가스에 포함된 미량의 일산화탄소인 CO와 공기를 반응시켜 CO를 제거한다. (CO + O2 ↔ CO2 + O2-) 즉, 수성가스반응(WGS)을 거치게 되면 CO의 함량이 최대 1% 정도로 떨어지게 된다. 따라서 선택적 산화반응은 CO를 산소로 태우는 반응으로서 다량의 열을 발생하는 발열반응이다.
결국, 선택적 산화반응은 200℃ 미만(보통 100℃ 전후)에서 반응하는 것으로 수분이 들어가서 반응기 내에 응축된다면 촉매의 활성이 떨어지게 되는 원인이 된다. 따라서, 본 발명은 수분을 사전에 제거하여 촉매의 활성을 높이고, 다량으로 발생하는 열로서 수분을 기화시켜 모세관을 통하여 외부로 배출하고 이에 따른 열의 균형을 유지하도록 하기 위함이다.
그리고 상기와 같이 수소혼합가스와의 반응과정에서 자체 가열된 촉매(3)는 별도의 냉각팬(미도시)에 의해 냉각이 이루어지는데, 상기와 같이 응축수로 인해 촉매의 온도상승이 지연됨에 따라 냉각팬에 의한 냉각온도도 변화될 수밖에 없다.
따라서 산화반응과정에서 촉매의 가열률도 그만큼 불규칙해지므로 산화반응효율이 저하될 수밖에 없다.
특히 기존의 냉각방식은 냉각팬이 하우징 외벽을 냉각시킴에 따라 열전도에 의해 내부의 촉매층이 냉각되도록 하는 방식으로 이루어지는데, 이로 인해 냉각팬의 작동여부나 기타 외부온도변화 등에 따라 촉매의 냉각효율 및 가열효율이 쉽게 변화될 수밖에 없는 구조이므로, 냉각효율이 일정하지 못하다는 문제점을 갖고 있다. 한편, 냉각팬 사용에 의한 전력소모량도 무시하지 못할 수준이다.
참고로 도 2는 본 발명 산화반응장치가 포함되는 연료전지 시스템을 개략적으로 나타낸 도면으로, 연료전지시스템은 크게 연료저장장치(100)와 연료개질기(200)를 포함하여 이루어진다. 상기 연료개질기(200) 내에는 통상적으로 일산화탄소 저감장치(300)가 구비된다. 상기 일산화탄소 저감장치(300)는 수성가스 전환 반응기(300A)와 선택적 산화 반응기(300B)를 포함한다. 또한, 상기 수성가스 전환 반응이나 선택적 산화 반응 이전에 수증기 개질 반응기(300C)를 통과하여 수증기 개질 반응이 일어날 수 있다. 이하에서 언급하는 일산화탄소 저감장치(300)는 상기 수증기 개질 반응기(300C)를 제외한 수성가스 전환 반응기(300A)와 선택적 산화 반응기(300B)를 포함한 것을 지칭하는 것으로 가정한다.
본 발명의 이해를 돕기 위해 상기 구성에 관해 설명하면, 먼저 연료저장장치(100)는 연료전지 연료의 최소 상태인 메탄올이나, 액화천연가스, 액화석유가스, 가솔린, 디젤 등이 개질 전 저장되는 부분이다.
그리고 이러한 연료저장장치(100)와 연결된 연료개질기(200)는 상기 원 연료를 개질하여 리포메이트, 즉 수소혼합가스를 생성하는 역할을 하는 부분으로, 연료개질방법으로는 수증기 개질(stream reforming) 또는 부분산화(partial oxidation) 방식이 이용되며, 연료개질기(200)에서 생성된 수소혼합가스는 약 10~13%의 일산화탄소를 함유한다.
그리고 일산화탄소 저감장치(300)는 수증기 개질 반응기(300C)를 통과하거나 혹은 통과하지 않더라도 수소혼합가스에 함유된 일산화탄소를 더욱 더 제거하기 위한 부분으로, 다시 수성가스전환 반응장치(300A)와 선택적 산화반응장치(300B)로 나뉘어 구성되는데,
상기 수성가스전환 반응장치(300A)는 최초 생성된 수소혼합가스내 일산화 탄소 함량을 약 0.5~1%수준으로 낮추는 기능을 하는 역할을 한다.
그리고 본 발명에 해당하는 선택적 산화반응장치(300B)는 수성가스전환 반응장치(300A)를 거친 수소혼합가스를 재차 처리하여 일산화탄소만을 최종적으로 제거하는 장치로, 별도 촉매와의 접촉과정에서 산화반응이 이루어지는 방식으로 진행된다.
본 발명에 따른 선택적 산화반응장치(300B)는 도 3에 도시된 것처럼 크게 하우징(310)과 촉매층(330), 응축수받이부(340), 혼합가스 공급부(350) 및 응축수처리관(360)을 포함하여 구성된다.
먼저 상기 하우징(310)은 산화반응장치(300B)의 전체 케이스역할을 하는 것으로, 내부에는 수용공간이 형성되고, 외벽 상측에는 수소혼합가스의 외부 배출을 위한 배출구(312)가 형성되며, 중앙에는 외부와 연통되는 설치공(314)이 형성된 구조로 이루어진다.
그리고 하우징(310)의 내부하측에는 하우징 내경과 동일한 외경을 갖는 격판(320)이 구비되는데, 이러한 격판(320)에 의해 하우징(310) 내부수용공간은 격판(320)을 기준으로 상하 분할되어 상측의 공간에는 촉매층(330)이 구비되고 하측 공간에는 응축수받이부(340)가 형성된 구조를 갖게 된다.
상기 격판(320)은 이러한 하우징(310) 내부공간 분할기능 외에도 하우징(310) 내로 공급된 수소혼합가스가 촉매층(330)으로 유입되는 과정에서 출입구 역할을 함과 동시에 후술하는 응축수 처리관의 설치역할도 한다.
따라서 격판(320)은 도 3의 확대도에 도시된 것처럼 수소혼합가스의 통과를 위해 전체적으로 미세 통공이 형성된 다공성 구조이고, 테두리 둘레 상에는 응축수 처리관(360) 결합을 위한 제1결합공(324)이 복수개 형성되며, 중앙에는 혼합가스공급부(350) 결합을 위한 제2결합공(326)이 형성된 구조로 이루어진다.
이러한 격판(320) 아래에 형성되는 응축수받이부(340)는 도면과 같이 격판(320)에 의해 자연스럽게 형성된 공간부 자체를 사용하거나 별도의 용기형태로 구현되어 공간부 내에 설치될 수도 있다.
　이러한 하우징(310)에는 혼합가스공급부(350)가 설치되는데,
상기 혼합가스공급부(350)는 수성가스전환 반응장치(300A)로부터 배출된 수소혼합가스를 하우징(310) 내부로 공급하는 공급로 역할 및 하우징(310) 내에서 이동로 역할을 하는 부분으로, 일정길이를 갖는 배관형태로 이루어지고 하우징(310)의 설치공(314)을 통해 하우징(310) 내부에 삽입 설치된다.
이때 상단의 가스유입구(352)가 설치공(314)을 통해 외부로 노출되어 수성가스전환 반응장치와 연결되고, 하단부는 격판(320)의 제2결합공(326)에 끼워져 하단의 가스배출구(354)가 응축수받이부(340)를 향해 노출되도록 설치된다.
이렇게　 혼합가스공급부(350)가 하우징 내부를 길이방향으로 관통하도록 설치됨에 따라 하우징(310)과 혼합가스공급부(350)간 결합체는 전체적으로 2중관 구조를 갖게 되고, 최초 공급된 혼합가스는 독립된 경로를 통해 이동된다.
참고로 혼합가스공급부(350)는 상기와 같이 배관형태로 제작되어 하우징에 별도 삽입되는 구조 외에도, 하우징을 제작하는 과정에서 내부에 칸막이 형태로 구현될 수도 있다.
하우징(310) 내부 중 격판(320) 위쪽 공간에 구비되는 촉매층(330)은 하우징 (310)내부로 공급된 혼합가스의 실질적인 산화반응역할을 하는 것으로, 알갱이 형태의 촉매가 공간부 내에 채워진 형태로 이루어진다.
이때 사용되는 촉매로는 백금(Pt)나 팔라듐(Pd), 레늄(Re), 로듐(Rh), 세륨(Ce), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir) 등이 사용될 수 있다.
　이러한 촉매들은 단일성분이나 이원촉매 또는 삼원촉매 형태로 구비될 수 있다.
이때 촉매층(330)은 격판(320) 위쪽 공간 전체에 채워지지 않고, 하우징(310)의 배출구(312) 바로 아래쪽 까지만 채워짐에 따라, 촉매층(330) 위쪽에는 산화처리된 혼합가스와 후술하는 수위조절용 모세관에서 배출된 증기의 배출공간(316)이 형성된다.
상기와 같이 혼합가스공급부(350)가 설치된 상태에서 하우징 내에 촉매층(330)이 구비됨에 따라 혼합가스공급부(350)의 외주면 전체를 촉매가 감싸는 상태가 된다.
그리고 이상 설명한 구성들과 더불어 하우징(310) 내에는 본 발명의 핵심구조인 응축수 처리관(360)이 설치되는데,
상기 응축수 처리관(360)은 모세관 현상을 이용해 상기 응축수 받이부(340) 내 수위를 적정수준으로 유지시킴과 동시에 촉매층(330)의 냉각기능을 위한 것으로, 단순 배관 구조이고 하단부가 격판(320)의 각 제1결합공(324)마다 끼워져 격판 상에 세워진 상태로 설치된다.
이때 응축수 처리관(360)은 촉매층(330)을 관통하여 상단부가 하우징(310)의 배출공간(316)내에 노출되고, 하단부는 격판(320)을 관통하여 응축수 받이부(340)내에 위치됨에 따라, 응축수 받이부(340)로부터 직립으로 세워진 상태가 된다.
이처럼 응축수 처리관(360)이 촉매층(330)을 관통하도록 설치되는 이유는, 응축수 처리관(360) 내부에 모인 응축수가 촉매층(330)과의 열교환에 의해 증발되어 처리되도록 하기 위한 것이다.
이때 응축수 처리관(360)내 응축수 수위가 충분히 높아져 촉매층(330) 구간 내에 위치되는 양이 많을수록 응축수의 증발량도 많아지므로, 응축수 처리관(360)의 내경을 조절하여 적정수준의 모세관 현상이 이루어질 수 있도록 한다.
그리고 위에서 설명한 것처럼 응축수 처리관(360)이 결합되는 제1결합공(324)은 격판(320)의 외곽 테두리둘레를 따라 복수개 형성되었기 때문에, 응축수 처리관(360)은 도 4와 같이 하우징(310)의 내벽 에 거의 밀착된 상태로 내벽둘레를 따라 복수개 배열된다.
이렇게 응축수 처리관(360)이 여러 개 구비됨에 따라 응축수 처리관(360)과 촉매층(330)간의 열교환 면적이 증가되므로, 그만큼 응축수의 증발처리량 및 촉매의 냉각효율이 높아지게 된다.
물론 응축수 처리관 반드시 복수개로 구비해야만 하는 것은 아니고 응축수의 필요증발량과 촉매의 필요 냉각율등을 감안하여 한개만 구비될 수도 있다.
한편, 본 응축수 처리관은 하나의 모세관을 나선형태로 하우징 내벽에 설치하는 경우도 상정할 수 있다. 그러면 물받이에 물이 없는 경우에 가스가 바이패스되는 문제를 방지할 수 있다. 이는 관이 하나이므로 새어나가는 가스의 양이 상대적으로 적기 때문이다.
이하에서는 상기 구성에 의한 본 발명의 작용 및 그 과정에서 발생되는 특유의 효과를 설명하도록 한다.
선택적 산화반응장치에 공급된 수소혼합가스의 전체적인 산화처리과정을 설명하면,
먼저 도 3과 같이 수성가스전환 반응장치로부터 배출된 수소혼합가스는 혼합가스 공급부(350)의 내부경로를 따라 촉매층(330)을 지나게 된다.
이때 수소혼합가스는 약 200℃상태인 반면 촉매층(330)은 아직 충분히 자체적으로 가열되지 않은 상태이기 때문에, 수소혼합가스와 촉매층(330) 간에는 혼합가스공급부(350)를 통한 간접열교환이 이루어진다.
이 과정에서 상호 온도차에 의해 혼합가스 공급관(350) 내벽상에는 수소혼합가스에 함유된 수분이 응결되고, 응결된 응축수는 수소혼합가스와 함께 혼합가스 공급부(350)의 가스배출구(354)를 통해 배출되어 응축수 받이부(340)내에 집수된다.
그리고 혼합가스 공급부(350)로부터 배출된 수소혼합가스는 격판(320)의 미세통공(322)을 통과하여 촉매층(330)으로 공급된 후 촉매층(330)을 지나는 과정에서 상호 접촉되면서 일산화탄소가 제거되고, 촉매층(330)을 통과한 수소가스는 하우징(310)의 배출구(312)를 통해 외부로 배출되어 연료전지로 공급된다.
이 과정에서 촉매층(330)은 수소혼합가스의 반응열에 의하여 자체가열이 이루어진다.
이러한 수소혼합가스 처리과정이 반복적으로 지속되는 과정에서 상기와 같은 응축수 생성도 지속적으로 이루어짐에 따라 응축수 받이부(340) 내 수위가 점차 상승되는데, 도 5와 같이 응축수 받이부(340) 내 수위가 응축수 처리관(360)의 하단보다 높아진 이후에는 모세관 현상에 의해 응축수 받이부(340) 내 수위는 일정하게 유지되는 반면 응축수 처리관(360) 내부의 수위만 상승된다.
이렇게 응축수 처리관(360) 내 수위가 촉매층(330)이 위치한 구간까지 상승되면 응축수 처리관(360) 내 응축수는 상대적으로 고온 상태인 촉매층(330)과의 열교환에 의해 가열 및 증발된다.
그리고 이 과정에서 발생된 증기는 응축수 처리관(360)을 따라 상승하여 산화처리된 수소혼합가스와 함께 처리가스 배출구(312)를 통해 외부로 배출 처리된다.
산화반응처리장치의 운전이 지속되는 과정에서 상기와 같은 모세관 현상 및 이로 인한 응축수 증발처리과정이 반복적으로 지속됨으로써 응축수 받이부(340)내 응축수의 수위는 항상 일정수준을 유지하게 된다.
따라서 응축수의 범람으로 인해 촉매가 젖는 현상이 방지되고, 이로 인해 산화반응과정에서 촉매의 가열시간이 지연되어 산화반응효율이 저하되던 문제점을 해결할 수 있게 된다.
또한 응축수 처리관(360)내 응축수와 촉매층(330)간 열교환 과정에서 응축수의 가열과 더불어 촉매층(330)의 냉각도 함께 이루어지므로, 기존 냉각팬 만을 이용한 냉각방식에 비해 냉각효율을 보다 향상시킬 수 있는 장점도 있다.
그리고 버려지는 응축수를 냉매로 재활용함에 따라 냉각에 사용되는 냉각 에너지 소모도 줄일 수 있게 된다.
더불어 응축수 처리관(360)들이 하우징(310)의 내벽에 거의 밀착된 상태에서 마치 촉매층(330) 외부를 둘러싸는 형태로 설치되기 때문에, 응축수 처리관(360)들에 의해 촉매층(330)과 하우징(310) 내벽 사이에 하나의 층을 이루게 된다.
따라서 촉매층이 외부환경에 의해 온도변화가 심한 하우징 내벽에 직접 접촉된 기존구조와 달리, 온도(응축수 처리관내 응축수온도)가 일정한 응축수 처리관(360)에 접촉된 상태로 설치되기 때문에 외부에서의 냉각팬 가동여부 등에 상관없이 촉매층(330)의 냉각효율이 일정하게 유지될 수 있게 된다.
이처럼 본 발명은 선택적 산화반응장치 내에 응축수 처리관을 구비시킴에 따라, 응축수 범람에 의한 촉매의 가열율 저하현상을 방지하고, 촉매의 냉각률을 향상시킬 수 있도록 한 것이 가장 큰 특징이다.
이상 설명한 본 발명의 여러 특징들은 당업자에 의해 다양하게 변형되고 조합되어 실시될 수 있으나, 상기 변형 및 조합이 연료전지 시스템을 구성하는 선택적 산화처리장치에 별도의 응축수 처리수단을 구비시킴에 따라, 응축수 범람에 의해 촉매가 젖어 산화효율이 저하되는 것을 방지함은 물론, 응축수의 처리과정에서 촉매의 냉각역할도 할수 있도록 함에 따라 기존에 비해 냉각효율을 높일 수 있도록 한 구성 및 목적과 관련이 있을 경우에는 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 판단되어야 한다.
100 : 연료저장장치　　　　　　　　　　　 200 : 연료개질기
300 : 일산화탄소 저감장치　　　　 300A : 수성가스전환 반응장치
300B : 선택적 산화반응장치　　　 310 : 하우징
312 : 배출구　　　　　　　　　　　　　　　　　 314 : 설치공
320 : 격판　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 324 : 제1결합공
326 : 제2결합공
330 : 촉매층　　　　　　　　　　　　　　　　　 340 : 응축수 받이부
350 : 혼합가스 공급부　　　　　　　　 352 : 가스유입구
354 : 가스배출구　　　　　　　　　　　　　 360 : 응축수 처리관

Claims (21)

  1. 내부에 촉매층이 구비되는 하우징;
    상기 하우징에 내부에 삽입되어 촉매층을 관통하도록 설치되는 혼합가스 공급부;
    상기 혼합가스 공급부의 가스배출구와 연결되는 응축수받이부; 및
    상기 응축수 받이부와 연결된 상태에서 하우징의 촉매층 내에 배치되는 응축수 처리관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 선택적 산화반응장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 응축수 처리관은 모세관 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 선택적 산화반응장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 응축수 처리관은 하단부가 응축수 받이부 내에 위치된 상태에서 응축수 받이부와 직립상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 선택적 산화반응장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 응축수 처리관은 상단부가 촉매층 상부를 관통하도록 설치된 것을 특징으로 하는 선택적 산화반응장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 촉매층과 응축수 받이부 사이에는 격벽이 구비되고,
    상기 혼합가스 공급부와 응축수 처리관은 상기 격벽을 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 선택적 산화반응장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 격벽은 전체적으로 타공구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 선택적 산화반응장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 응축수 처리관은 하우징 내벽의 내주면 둘레를 따라 복수개 배치되는 것을 특징으로 하는 선택적 산화반응 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 응축수 처리관은 하우징 내벽에 밀착된 상태로 설치되는 것을 특징으로 하는 선택적 산화반응 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 선택적 산화반응장치를 포함하는 일산화탄소 저감장치와 연료저장장치에 연결되어 리포메이트를 생성하는 연료개질기를 더 포함하는 연료전지 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 일산화탄소 저감장치는 수증기 개질 반응장치를 더 포함하는 연료전지 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 일산화탄소 저감장치는 수성가스전환 반응장치를 더 포함하는 연료전지 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수성가스전환 반응장치는 수소혼합가스내 일산화탄소 함량을 0.5~1% 수준으로 저감하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 선택적 산화반응장치는 수성가스전환 반응장치를 거친 수소혼합가스를 처리하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 선택적 산화반응장치는 상기 하우징에 내부에 삽입되어 촉매층을 관통하도록 설치되는 혼합가스 공급부와; 상기 혼합가스 공급부의 가스배출구와 연결되는 응축수받이부; 및 상기 응축수 받이부와 연결된 상태에서 하우징의 촉매층 내에 배치되는 응축수 처리관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 응축수 처리관은 모세관 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 응축수 처리관은 하단부가 응축수 받이부 내에 위치된 상태에서 응축수 받이부와 직립상태로 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 응축수 처리관은 상단부가 촉매층 상부를 관통하도록 설치된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  18. 제 16항에 있어서,
    상기 촉매층과 응축수 받이부 사이에는 격벽이 구비되고,
    상기 혼합가스 공급부와 응축수 처리관은 상기 격벽을 관통하여 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 격벽은 전체적으로 타공구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  20. 제 14항에 있어서,
    상기 응축수 처리관은 하우징 내벽의 내주면 둘레를 따라 복수개 배치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  21. 제 14항에 있어서,
    상기 응축수 처리관은 하우징 내벽에 밀착된 상태로 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
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