KR101455388B1 - 고온 연료 전지를 위한 고성능 내부 개질 장치 - Google Patents

Abstract

제1 및 제2 마주보는 표면, 제1 및 제2 마주보는 표면을 연결하는 측벽 및 상기 측벽에 입구 포트와 출구 포트를 갖는 하우징를 갖는 연료 개질기. 또한 촉매와 방지재를 지지하는 평판 조립체는 상기 하우징에 놓여진다. 주 방지재는 입구와 출구 포트 사이의 측벽의 일정한 지점에서 상기 하우징으로 연장된다. 상기 주 방지재는 상기 개질기를 통해 입구 포트로부터 출구 포트로 연료 가스 흐름에 대한 통로를 설정하도록 상기 하우징 및 상기 평판 조립체와 상호협조한다. 적어도 제1 방지재는 상기 하우징에서 상기 측벽과 상기 주 방지재로부터 연장하고 가스 유동 통로를 변경하도록 상기 평판 조립체 및 상기 하우징과 상호 협조한다. 바람직하게 산정된 촉매 공급 방식은 높은 전지 성능을 행하도록 높은 온도의 연료 전지에 대한 내부 개질을 행하기 위한 최적화된 열 처리하도록 한정된다.

방지재, 입구 포트, 출구 포트.

Description

고온 연료 전지를 위한 고성능 내부 개질 장치{HIGH PERFORMANCE INTERNAL REFORMING UNIT FOR HIGH TEMPERATURE FUEL CELLS}

본 발명은 연료 전지에 관한 것이고, 특히, 그러한 연료 전지의 사용을 위한 연료 개질 장치에 관한 것이다.

연료 전지는 전기 화학 반응에 의하여 탄화 수소 연료에 저장된 화학 에너지를 전기 에너지로 전환하는 장치이다.

일반적으로, 연료 전지는 전기적으로 대전된 이온을 전도하도록 제공하는 전해액에 의해 나누어진 양극과 음극으로 구성된다. 연료 전지는 음극을 통해 산화제 가스를 통과하는 반면 양극을 통해 반응물 연료 가스를 통과시킴으로써 작동한다. 유용한 전력 레벨을 생성하도록, 수많은 개별적인 연료 전지가 각각의 전지 사이에서 전기적으로 전도된 분리 평판을 갖는 시리즈 형태로 쌓여 있다.

상기 연료 전지에서 전기화학 반응을 겪기 전에, 메탄, 석탄 가스 등과 같은 탄화수소 연료는 전형적으로 상기 연료 전지의 양극에서 사용하기 위해 수소를 생성하도록 개질된다. 내부적으로 연료전지를 개질하는데 있어, 증기 개질 촉매가 비싸고 복잡한 개질 장치의 수요 없이 탄화 수소 연료의 직접적인 사용을 허용하도록 연료 전지 스택 안에 놓여있다. 추가적으로, 흡열 개질 반응이 상기 연료 전지 스 택을 냉각시키는 것을 돕도록 도움이 되게 사용될 수 있다.

직접적인 내부 개질과 간접적인 내부 개질을 사용하는 내부적으로 개질하는 연료 전지가 개발되어 왔다. 직접적인 내부 개질은 활성화된 양극 부분에서 개질 촉매를 놓음으로 수행된다. 직접적인 내부 개질의 주요한 단점은 상당히 연료 전지 성능을 낮출 수 있는 연료 전지의 전해질에 촉매를 노출시키는 것이다.

전해질 오염을 피하도록 의도된 직접적인 내부 개질 기술의 향상은 연료 전지 디자인의 복잡성, 특별한 재료의 요구 및 개질 촉매의 효과에서의 감소에 의한 높은 비용과 같은 다른 단점을 겪었다.

제2 개질 기술 즉, 간접적인 내부 개질이 상기 연료 전지 스택 안에 고립된 체임버(chamber)에 개질 촉매를 놓고 상기 개질된 가스를 이러한 체임버에서 상기 연료 전지의 양극 부분으로 안내함으로써 수행된다. 그러나 간접적인 내부 개질의 단점은 분리된 도관(ducting) 시스템, 연료 전지 스택의 높은 비용 및 연료 누수의 민감함의 요구를 포함한다.

상기 기술의 현재의 상태는 직접 및 간접적인 내부 개질을 갖는 연료 전지의 하이브리드(hybrid) 조립체를 이용한다. 본 발명에서 "조립체"는 다수의 부품들이 결합되어 이루어지는 부분을 지칭한다. U.S. 특허 6,200,696은 간접적인 내부 개질기가 실질적으로 U자형 유동 구조로 디자인되어, 상기 입구 연료 공급 튜브가 상기 연료 전환 매니폴드(manifold)안에 놓여지도록 하여 시스템의 연료 누수의 위험을 완화하는 하이브리드 조립체를 묘사한다. 그러나, 이러한 구성은 최적화되지 않은 유동장과 촉매의 분포에 의해서 상기 연료 전지 평판의 가장가리 근처에서 커다란 온도 경사를 초래한다. 또 다른 조립체, 동일한 양수인에게 양도된 미국 특허 출원 10/269,481에서, 실질적인 U자형 유동 구조를 갖고, 향상된 유동장을 제공하는 평판 조립체와 상호 협조하는 가변형 방지재와 개질 촉매를 지지하는 평판 조립체를 포함하는 향상된 개질기가 제공된다. '481 출원의 상기 방지재와 평판 조립체는 상기 하우징를 입구 섹션, 턴 섹션 및 리턴 섹션을 포함하는 여러개의 섹션으로 나눈다. '481 출원의 가변형 방지재는 향상된 밀봉이 상기 개질기로부터 가스의 배출을 방지하고 상기 평판의 미리 정해진 영역으로 가스 흐름을 안내하도록 배열된다. 추가적으로, '481 출원의 상기 개질기에서 개질 촉매는 상기 개질기가 턴 섹션에서 한 점(point)을 향한 입구 섹션에서 촉매가 결여되고 상기 턴 섹션에서의 한 점부터 상기 리턴 섹션을 통해 촉매를 포함하며, 미리 정해진 방식으로 양에서 변화하는 방식으로 놓여져 있다.

'481 특허 출원의 전술한 조립체는 향상된 유동장과 촉매 분포를 포함한다. 결과로서, 개질에서의 일정성과 조립체에서 온도 경사가 조립체 안에서 자연적인 온도 분포를 중화하고 상기 평판의 가장 뜨거운 영역에 보다 더 냉각을 제공함으로써 감소한다.

그러나, 전기 화학 가열과 개질 냉각은 매우 복잡한 상호작용이므로, 상기 평판의 가장 온도가 높은 영역은 항상 '481 출원의 개질기에서 제공되는 것과 같은 가장 큰 냉각을 요구하는 영역이 아니다. 예를 들어, 연료 전지의 전류 밀도뿐만 아니라 연료 전지의 최고 온도의 위치는 상기 평판의 미리 정해진 영역에 증가된 연료 유동과 냉각을 제공하도록 고려될 필요가 있다. 게다가, 작동 수명의 다른 시간에서 상기 조립체의 온도 분포는 상기 조립체 안에서 온도 분포를 조절할 때 고려되어야한다.

그런 이유로 상기 개질기 조립체에서 연료 유동장과 촉매 분포에서 추가적인 향상을 초래하는 것이 본 발명의 목적이다.

향상된 성능과 내구성을 갖는 개질기 조립체를 제공하는 것이 본 발명의 추가적인 목적이다.

본 발명의 원리에 입각하여, 상기 및 다른 목적이 제1 및 제2 대응되는 표면과, 제1 및 제2 대응되는 표면을 연결하는 측벽, 상기 측벽에 입구 포트와 출구 포트를 구비한 하우징를 갖는 연료 개질기에서 실현된다. 촉매를 지지하는, 평판 조립체와 방지재 또한 상기 하우징에 놓여진다. 이러한 방지재는 주 방지재를 포함하고 적어도 제1 방지재를 포함한다. 상기 주 방지재는 입구 포트와 출구 포트 사이의 측벽에서의 한 점에서 하우징으로 연장하고 상기 개질기를 통해 입구 포트에서 출구 포트로 연료 가스 유동에 대한 유동 통로를 설정하는 상기 평판 조립체와 상기 하우징과 상호 작용한다. 또한, 차례로, 제1 방지재가 측벽의 하나 및 주 방지재로부터 상기 하우징으로 연장하고 유동 통로를 변경하기 위해 하우징과 평판 조립체와 상호 작용한다.

이하 설명되는 본 발명의 실시예에서, 제1 방지재는 상기 측벽에서 연장하고 상기 개질기는 또한 주 방지재로부터 하우징으로 연장하고 마찬가지로 상기 유동 통로를 변경하는 평판 조립체 및 상기 하우징과 상호작용하는 제2 방지재를 포함한다. 이러한 구성에서, 상기 하우징, 상기 평판 조립체 및 상기 주 방지재는 입구 포트와 통해 있는 입구 섹션, 출구 포트와 통해 있는 리턴 섹션 및 입구와 리턴 섹션을 연결하는 턴 섹션을 정의한다. 제1 및 제2 방지재는 각각 출구 포트에서 떨어져 근접하는 리턴 섹션에 위치하고 주 방지재의 단부는 리턴 섹션의 중앙 영역으로 상기 가스 유동 통로의 움직임을 촉진하도록 구성된다. 추가적으로, 기재된 구성에서, 촉매는 상기 리턴 섹션의 그러한 중앙 영역에서 바람직한 냉각을 제공하도록 미리 정해진 방식으로 평판 조립체에서 공급된다.

제1 및 제2 마주보는 표면, 제1 및 제2 마주보는 표면을 연결하는 측벽 및 상기 측벽에 입구 포트와 출구 포트를 갖는 하우징; 상기 하우징 안에 놓여진 촉매를 지지하는 평판 조립체; 및 상기 하우징 안에 놓여지고 상기 개질기를 통해 상기 입구 포트에서 상기 출구 포트로 연료 가스 유동에 대한 유동 통로를 설정하도록 상기 하우징 및 상기 평판 조립체와 상호 협조하는 방지재 조립체를 포함하고, 상기 평판 조립체에서 지지되는 상기 방지재 조립체와 촉매는 상기 개질기가 연료 전지 스택에서 이용될때, 상기 연료 전지 스택의 연료 배출 근처의 연료 전지 스택의 부분에서 냉각을 감소시키고, 상기 스택의 연료 입구에서 냉각을 증가시키고, 상기 스택의 중앙 부분에서 가장 큰 냉각을 제공하도록, 상기 개질기가 연료 전지 스택의 냉각을 유도하도록 한다. 본 발명은 또한 직접적인 개질 촉매에 흡열 잠재력을 제공하는 개질 되지않은 가스의 적절한 양을 제공한다.

본 발명의 위에서 및 다른 특성과 국면은 다음과 같이 수반되는 도면과 연관하여 다음의 상세한 설명을 읽을때 더욱 분명해진다.

도 1은 본 발명의 원리에 따른 개질기의 평면도를 보여준다.

도 2는 도 1의 개질기를 사용하는 직교류형 연료 전지 스택의 설명을 보여준다.

도 3은 도 1의 개질기로 개질 촉매를 공급하는 방식의 설명을 보여준다.

도 4A는 개질기 선행 기술의 열 처리 디자인에 관한 도식도를 보여준다.

도 4B는 도 1과 도 3의 상기 개질기의 열 처리 디자인에 관한 도식도를 보여준다.

도 5A는 개질기의 선행 기술을 사용하는 연료 전지 스택에서 온도 분포의 곡면 다이어그램을 보여준다.

도 5B는 스택의 작동 수명 초기에 도 1의 개질기를 사용하는 연료 전지 스택의 온도 분포의 곡면 다이어그램을 보여준다.

도 5C는 스택의 작동 수명 중기에 도 1의 개질기를 사용하는 연료 전지 스택의 온도 분포의 곡면 다이어그램을 보여준다.

도 5D는 스택의 작동 수명 말기에 도 1의 개질기를 사용하는 연료 전지 스택의 온도 분포의 곡면 다이어그램을 보여준다.

도 6은 도 1의 개질기 안에서 상기 연료 가스 유동장의 곡면 다이어그램을 보여준다.

도 7A는 방지재없는 개질기 안에서 메탄 농도 분포의 곡면 다이어그램을 보여준다.

도 7B는 하나의 주 방지재를 갖는 개질기 안에서 메탄 농도 분포의 곡면 다 이어그램을 보여준다.

도 1은 본 발명의 원리에 따른 개질 장치 또는 개질기(100)의 평면도를 보여준다. 개질 장치(100)는 제1 및 제2 마주보는 표면들 1A와 1B를 갖는 외부 하우징 또는 포일 (1)을 포함하고, 제1 및 제2 표면의 주변은 그들을 연결하고 밀봉된 하우징을 형성하도록 상기 표면들 사이에서 연장하는 측벽 1C에 의해 연결된다. 측벽 1C는 제1 및 제2 마주보는 측벽 섹션(section) 1C1 및 1C2 와 제3 및 제4의 마주보는 측벽 섹션(section)을 포함한다. 보이는 경우에서, 측벽 부분 1C1은 측벽 1C3과 1C4의 제1의 마주보는 단부 세트(set)사이에서 연장하고 측벽 부분 1C2는 1C3 및 1C4의 제2 마주보는 단부 세트 사이에서 연장한다.

상기 하우징(1)은 주름진 시트 금속 2A - 2C의 평판을 포함하는 평판 조립체(2)를 수용하거나 포위한다. 개질기(100)의 입구 및 출력 포트(4와 5)는 상기 하우징(1)의 측벽 부분 1C1에 의해 형성되는 개질기(100)의 동일면(101)에 위치한다. 이러한 포트는 서로 근접하여 있고 고립된다.

연료 전지 스택에서 사용될 때, 도 1에서 보이는 복수의 개질기(100)는 상기 스택의 연료 전지(202)의 그룹으로 번갈아 포개지는 방식으로 배열된다. 그러한 배열은 도 2에서 보이고, 보이는 것처럼 각각의 개질기(100)의 상기 표면(101)은 연료 전지 스택(200)의 표면(201)의 부분을 형성한다. 연료 전지(202)의 양극 체임버 입구는 또한 스택(200)의 면(201)에 위치한다.

도 2에 관련하여, 연료 가스는 복수의 플리넘(plenum)(301)을 포함하는 개질 연료 전달 시스템(300)을 통해 상기 개질기(100)로 공급되고, 각각의 플리넘(301)은 각각의 개질기(100)의 입구 포트에 부착되고, 공급 튜브 섹션(302와 303)은 각각의 플리넘(301)에 연결된다. 연료 가스는 공통의 연료 입구 헤더(header) 파이프(304)로부터 각각의 개질기(100)의 공급 튜브 섹션(302와 303)으로 및 공급 튜브 섹션으로부터 연관된 플리넘(301)으로 공급된다. 그런 후, 연료가스는 상기 입구를 통해 각각의 플리넘(301)에서 각각의 개질기로 전달된다.

도 2에서 보이는 것처럼 연료 가스와 산화제 가스는 상호 직교류(cross flow)에서 상기 스택(200)의 연료 전지(202)를 통해 흐른다. 연료 가스는 상기 개질기(100) 및 연료 전지(202)에 전달되는 연료전지 스택(200)의 상기 면(201)은 연료 전환 매니폴드(203)에 의해 싸여진다. 상기 연료 전환 매니폴드(203)는 상기 개질기 연료 전달 시스템(300)과 상기 개질기(100)의 상기 입구(4)및 출구(5)를 보호하듯이 덮고, 그렇게 함으로써, 연료 전달 시스템(300)에서 작은 누수에 의한 연료의 손실을 방지하도록 행한다. 또한, 보이는 것처럼, 연료 전지 스택(200)은 각각, 상기 스택(200)을 떠나는 소비된 산화 또는 연료 가스를 수용하는 매니폴드(205과 206)를 포함한다.

도 2에서 보이는 상기 연료 전지 스택 조립체는 간접적인 내부 개질기(100)에 추가하여, 개질 촉매가 직접적인 내부 개질을 위한 연료 전지(202)의 양극 체임버에서 공급되는 하이브리드(hybrid) 내부 개질 조립체를 포함한다. 따라서, 도 1의 개질기(100)를 떠나는 모든 개질되지 않은 연료는 연료 전지(202)의 양극 체임버에서 개질된다.

현재 도 1에 관하여, 여기서 설명되는 개질기(100)는 형태에서 직사각형이고, 상기 개질기(100)의 치수는 상기 연료 전지 스택 횡단면의 치수에 상응하는 것으로 고려될 수 있다. 상기 개질기(100)의 모서리들은 A에서 D로 라벨 되고 연료 전지 스택(200)의 각각의 모서리에 대응된다. 상기 개질기(100)의 모서리 A는 상기 개질기(100)의 연료 가스 입구에 근접하고 연료 가스 입구와 상기 산화제 입구 면에 근접하는 연료 전지 스택의 코너에 상응한다. 상기 개질기(100)의 코너 B는 상기 개질기(100)의 개질된 가스 출구에 근접하고 상기 스택의 연료 가스 입구면과 산화제 가스 출구면에 근접하는 연료 전지 스택의 코너에 상응한다. 상기 개질기(100)의 코너 C는 상기 스택의 연료 가스 출구와 산화제 가스 출구에 근접하는 상기 스택 코너에 상응하고, 반면에 상기 개질기(100)의 코너 D는 상기 산화제 가스 입구 면과 연료 가스 출구 면에 근접하는 상기 연료 전지 스택 코너에 상응한다.

도 1에서 보이는 것처럼, 상기 개질기(100)의 주름진 시트 금속판 2A-2C가 상기 연료 가스에 U자형 유동 통로를 공급하는 하우징(1)과 상호협조하는 방식으로 배열된다. 상기 평판 2B는 형상에서 삼각형이고, 반면에 평판 2A와 2C는 부분적으로 직사각형 형상을 구비하고, 평판 2A는 평판 2C보다 폭에서 더 좁다. 상기 평판 2A의 끝 단부는 평판 2A와 2B의 접촉면에서 평판 2B의 제1 경사면과 접하여 따르도록 경사져 있다. 또한, 유사하게 상기 평판 2C의 끝 단부는 평판 2B와 2C의 접촉면에서 평판 2B의 위의 기울어진 제1면의 남은 부분과 접하여 따르도록 경사져 있다. 상기 평판 2C의 끝 단부는 제1 경사진 면에 근접하여 위치하는 상기 평판 2B의 제2경사면에 접하여 따르도록 추가적으로 경사져 있다. 본 발명에서 "부분적으로 직사각형 형상"이란 완전한 직사각형이 아니라 일부 직사각형과 같은 형상이 포함되어 있다는 것을 의미하는데 사용되고 있습니다.

이러한 구성으로, 상기 주름진 시트 금속 평판 2A-2C에 의해 형성된 유동 채널(channel)은 상기 가스가 상기 입구 포트(4)로부터 평판 2A의 길이를 따라 상기 개질기(100)의 상기 "입구 섹션"(102) 흐르도록 허용한다. 상기 가스는 평판 2A와 2B 사이의 접촉면에서 90도 회전하고, 그 후 평판 2B의 길이 상기 평판 2A의 더 좁은 폭으로 인하여 입구 섹션(102)보다 더 넓은 폭인 개질기(100)의 "턴 섹션"(103)를 따라 흐른다. 상기 평판 2B와 2C의 접촉면에서 상기 가스는 90도 회전하고 상기 평판 2C의 길이 방향[상기 개질기(100)의 "리턴 섹션(return section)"(104)]을 따라 입구 섹션의 가스 흐름 방향에 반대 방향으로 흐른다. 상기 개질기(100)의 리턴 섹션(104)은 리턴 섹션(104)의 제1 서브 섹션 (104A)은 턴 섹션(103)에 근접하고 제4 서브 섹션(104D)은 상기 개질기(100)의 출구(5)에 근접하는 방식으로 4개의 서브 섹션(104A- 104D)으로 나누어진다.

리턴 섹션(104)으로부터 개질기(100)의 입구 섹션(102)을 고립하고 턴 섹션(103)에서 상기 가스에 추가적인 방향을 제공하기 위해, 상기 개질기(100)는 가스 유동 통로를 설정하기 위해 평판 조립체(2) 및 하우징(1)과 추가적으로 협조하기 위해 주 방지재(6)가 제공된다. 보이는 것처럼, 상기 방지재(6)는 상기 하우징(1)의 마주보는 표면(1A와 1B) 사이에서 연장하고 실질적으로 평판(2A와 2C)의 전체적인 접촉면을 따라 진행되고 또한 평판 2B와 2C의 접촉면의 부분을 따라, 즉 평판 2B의 제1 경사면을 포함하는 접촉 부분과 제1경사면으로부터 연장하는 제2 경사면의 부분을 따라서 안내된다. 이렇게 상기 방지재(6)는 상기 연료 가스가 상기 입구 섹션(102)으로부터 직접 상기 개질기의 리턴 섹션(104)으로 흐르는 것을 방지하고 대신에 상기 턴 섹션(103)을 통해 가스 유동을 안내한다. 도 1에서 보이는 상기 설명되는 구성에서, 평판 2B의 제2 경사면의 부분을 포함하는 접촉 부분을 따라 연장하는 상기 방지재(6)의 부분이 상기 '481 특허 출원의 도 1에서 보이는 상기 방지재의 동일한 부분보다 더 짧게 만들어진다. 상기 보이는 경우에서, 이러한 부분은 평판 2B의 제1 경사면을 따라 연장하는 방지재(6)의 부분처럼 짧도록 만들어진다. 이러한 방식으로 턴 섹션(turn section)(103)으로부터 가스의 더 큰 유동은 상기 평판의 상기 리턴 섹션(return section)(104)의 중심으로 안내된다.

상기 개질기(100)의 이러한 구성으로, 연료 가스는 플리니엄(301)을 통해 입구 포트(4)로 들어가고 상기 리턴 섹션(104)으로 누수 되지 않고 입구 섹션(102)을 따라 흐른다. 그런 후 상기 연료 가스의 유동은 90도 회전하여 상기 개질기의 코너 C를 향해 턴 섹션(103)을 따라 흐르도록 방지재(6)와 평판 2A와 2B에 의해 안내된다. 그런 후 다시 상기 연료 가스는 90도 회전하고 리턴 섹션(104)을 따라 흐르고, 출력 포트(5)를 통해 개질기(100)를 떠난다.

상기 연료 가스가 상기 U형 통로에서 상기 개질기(100)를 따라 흐르면서, 흡열 개질 반응을 겪고, 그렇게 함으로써, 연료 전지 스택의 주변 영역에서 냉각 효과를 생성한다. 상기 개질기(100)의 특정 영역에서 상기 흡열 개질 반응률은 상기 연료 전지 스택의 대응하는 영역에 제공되는 냉각 양을 결정할 것이다. 상기 개질기의 특정영역에서 개질 비율을 제어하는 요소들 중에는 연료 유동 조절을 통해 제어될 수 있는 상기 개질기의 영역에 도달할 수 있는 연료 가스의 양이다.

상기 개질기(100)를 통하여 흐르는 상기 연료 가스의 유동장(folw field) 조절을 향상시키기 위해, 상기 개질기는 상기 개질기(100)의 리턴 섹션에 놓이는 제1 안내 출구 방지재(7)와 제2 안내 출구 방지재(8)가 제공된다. 이러한 방지재는 상기 하우징(1)과 평판 조립체(2)와 상호 협조하여 이하 아래에서 더욱 자세히 검토할 것처럼 U 자형 유동 통로를 바람직한 방식으로 변경한다.

보이는 것처럼, 제1 출구 방지재(7)는 상기 하우징(1)의 상기 표면(1A와 1B)의 표면 사이에서 상기 방지재(6)에서 상기 개질기의 리턴 섹션(104)으로 연장하고 상기 방지재(6)에 실질적으로 수직이다. 도 1에서 보이며 설명되는 예에서, 제1 출구 방지재(7)는 상기 리턴 섹션(104)의 제4 서브 섹션(104D)에 위치하고 상기 개질기(100)의 출구 포트(5)와 일정한 간격을 갖는 관계에서 놓여진다. 또한 제2 출구 방지재(8)는 상기 하우징(1)의 표면 1A와 1B 사이에서 상기 하우징의 측벽 섹션 1C에서 리턴 섹션(104)으로 연장한다. 도 1에서 설명되는 것처럼, 제2 출구 방지재(8)는 개질기(100)의 출구 포트(5)에 근접하여 있다. 그러나 출구 방지재(7과 8)의 위치는 상기 평판(2C)의 리턴 통로에서 바람직한 연료 유동을 제공하기 위해 리턴 섹션(104)에서 연료 가스의 유동 통로를 따라 변할 수 있다.

아래에서 더욱 상세히 검토되는 것처럼, 출구 방지재(7과 8)은 상기 스택의 미리 지정된 영역에 집중적인 냉각을 제공하기 위해 리턴 통로(104)의 중심을 통해 상기 연료 유동을 가이드 하도록 행한다. 특히, 제1 출구 방지재(7)는 방지재(6)의 근처에 있는 리턴 통로(104)에서 연료 가스가 흐르는 유동 통로에서 장벽을 생성하고 상기 리턴 통로(104)에서 가스 유동에 반대되는 방향에서 이러한 연료 가스를 가압하도록 되어 있다. 결과로서, 상기 측벽 섹션(1C4)의 방향에서 측벽을 향해 상기 리턴 통로(104)에서 상기 방지재(6)를 따르고 리턴 통로(104)의 중앙 부분을 향하도록 상기 연료 가스를 안내하는 유동장(flow field)이 생성된다.

제2 출구 방지재(8)는 상기 개질기(100)의 하우징(1)의 측벽 섹션(1C1)에 근접하여 연료 가스 흐름의 유동 통로에서 유사한 장벽을 생성한다. 또한 이러한 방지재는 방지재(6)를 향하는 통로로 상기 연료가 흐르도록 가압하며 리턴 통로(104)의 중앙으로 향하게 하는 유동장을 생성한다. 이러한 방식으로, 출구 방지재(7과 8)은 일정한 가스 농도를 제공하도록 개질기(100)를 떠나는 상기 혼합된 가스를 향상시킨다. 또한, 제1 출구 방지재(7)는 리턴 통로(104)를 통해 흐르는 개질된 연료 가스가 방지재(6)의 격리판 가장자리를 통해 미끄러지는 것을 방지하고, 제2 출구 방지재(8)는 상기 개질기(100)의 모서리 B 근처에서 더 낮은 온도 영역으로 상기 연료 가스의 유동을 방지하는 경향이 있다.

개질 반응이 촉매에 의해 구동되므로, 상기 개질기(100)의 특정 영역에서 상기 개질 반응 비율을 제어하는 또 다른 요인은 개질 촉매의 양이다. 따라서, 개질 반응과 이러한 냉각효과를 촉진하기 위해, 촉매는 전략적으로 상기 개질기안에 분포된다. 상기 분포된 개질 촉매는 촉매 펠릿(pellet), 태블릿(tablet) 형상 및 다른 형상일 수 있다.

도 3은 위에서 설명되는 직교류(cross flow) 가스 배열을 갖는 연료 전지 스택(200)에서 사용되는 개질기(100)로 개질 촉매를 공급하는 설명적인 방식을 보여준다. 본 발명에 따라, 개질기(100)에서 개질 촉매의 분포는 상기 개질기가 연료 전지 스택에서 사용될 때 연료 전지 스택의 선택된 영역을 냉각하고 온도 분포를 향상 시키도록 개질하는 연료 가스의 분포를 제공하는 방식이다. 더욱더 특히, 향상된 온도 분포는 상기 스택의 가장 뜨거운 영역이 가장 높은 전류 밀도를 갖는 상기 스택의 영역과 중복되는 것을 방지하도록 제공되는 냉각을 초래한다. 방지재(6)와 출구 방지재(7과 8)와 함께 개질 촉매를 공급하는 방식은 상기 연료 전지 스택의 수명에 걸쳐 그러한 향상된 온도 분포와 미리 정해진 영역의 냉각을 수행한다.

도 3에서 보이는 것처럼, 상기 개질기는 상기 스택(200)의 산화제 입구면(204)을 따라 연장하는 입구 섹션(102)에서 어떠한 촉매도 갖고 있지 않다. 이러한 배열은 산화제 입구면(204)을 따라 상기 스택(200)의 과도한 냉각을 피하고 또한 상기 개질기가 산화제 입구 가스로부터의 열을 함유하는 들어오는 연료 가스를 가열하는 열 교환기로서 작동하도록 한다. 게다가, 상기 개질기의 입구 섹션(102)에 근접하는 턴 섹션(103)의 상기 코너 서브 섹션(103A)에는 촉매가 없다.

또한 도 3에서 보이는 것처럼, 촉매의 공급은 턴 섹션(103)의 부분에서 시작하고 상기 개질기의 전체 리턴 섹션(104)을 따른다. 상기 개질기의 이러한 영역은 상기 스택의 온도와 전류 밀도가 보다 높은 상기 스택의 영역에 위치한다. 개질 반응은 흡열 반응이고 상기 개질 촉매는 고온에서 매우 활성화되므로, 상기 연료의 유동 통로를 따라 촉매의 공급이 점차적으로 증가하는 것은 상기 개질기의 이러한 영역에서 바람직하다.

특히, 촉매의 공급은 매우 낮은 공급 밀도로 턴 섹션의 서브 섹션(subsection)(103B)에서 시작하고 미묘하게 더 높으나, 여전히 상당히 낮은 촉매 공급 밀도가 사용되는 리턴 섹션(104)의 제1 서브 섹션(104A) 안으로 연속된다. 본원 발명에서 공급 밀도는 플레이트의 특정영역에서 공급되는 촉매의 양으로, 예를 들어 1/12 촉매 공급 밀도란 해당 면적의 1/12에서만 촉매가 공급되는 것을 의미한다. 서브 섹션(103B와 104A)에서 낮은 촉매 공급 밀도는 상기 스택의 연료 배출 영역에서 상기 개질기의 과도한 냉각을 방지하고 이러한 섹션에 더 높은 온도를 전도한다. 게다가, 상기 개질기의 서브 섹션(103B와 104A)는 상기 스택의 낮은 전류 밀도 영역에 상당한다. 서브 섹션(103B와 104A)로 높은 온도를 전도함으로써, 상기 연료 전지의 최고 온도는 상기 높은 온도 영역을 복수의 상기 스택의 낮은 전류 밀도 섹션으로 배포함으로써 제어된다. 또한, 상기 개질기(100)의 서브 섹션(103B와 104A)의 높은 온도는 더 높은 메탄 개질 비율을 초래한다. 결과로서, 더 많은 냉각이 리턴 섹션(104)의 연속되는 섹션에서 제공되고, 이로써 상기 스택(200)의 최고 온도는 감소한다. 또한, 상기 스택의 낮은 온도 영역에 해당하는 상기 개질기의 코너 A와 높은 온도 서브 섹션(103B와 104A) 사이의 거리는 또한 연료 전지 스택에서 온도 경사를 감소하는 것을 도운다.

도 3에서 보이는 것처럼, 촉매 공급 밀도는 상기 리턴 섹션의 제2 서브 섹션 (104B)에서 추가적으로 증가한다. 상기 연료 전지 스택의 상응하는 영역에서 일정한 온도를 유지하기 위해, 촉매 밀도가 연료의 유동 방향에서 점차적으로 증가하는 방식으로 제2 서브 섹션(104B)에서 상기 촉매의 분리된 공급을 사용하는 것이 바람직하다. 서브 섹션(104B)의 촉매 공급 밀도에서의 점차적인 증가는 연료 전지의 열 생성으로 상기 스택에서의 냉각을 조정한다.

상기 개질기의 남아있는 서브 섹션(104C와 104D)는 제2 섹션(104B)의 촉매밀도보다 더 높은 촉매 공급 밀도를 갖는다. 섹션 104C에서 높은 촉매 밀도와 상기 스택의 상응하는 영역에서의 더 큰 냉각은 상기 스택의 높은 전류 밀도 영역을 높은 온도 영역과 분리하는 것과 상기 스택의 최고 온도를 감소시키는 것을 도운다. 동시에, 특히 양극 체임버에서 직접적인 개질 촉매의 감소 후에, 섹션 104D에서의 높은 촉매 밀도는 추가적인 양극 입구 측벽에 냉각을 제공한다.

여기 공급 방식의 설명적인 예에서, 섹션 103B의 영역의 1/12가 개질 촉매를 포함하는 1/12의 촉매 공급 밀도가 상기 개질기의 섹션 103B에서 사용되고, 섹션 104A는 1/5의 촉매 공급 밀도를 가진다. 또한, 여기에서 설명된 것처럼, 섹션 104B에서의 촉매의 분리된 공급은 제1섹션 104A에 근접하는 섹션 104B의 부분에서 1/4의 공급 밀도를 제공하고 섹션 104B를 따르는 상기 연료 유동 방향에서 1/3까지 점차적으로 상기 밀도를 증가함으로써 수행된다. 상기 촉매 밀도는 추가적으로 섹션 104C와 104D에서 2/3까지 추가적으로 증가한다.

위에 묘사된 개질기(100)의 배열은 개질기(100)안에서 연료 유동과 연료 전지 스택(200)에서 온도 분포를 향상한다. 특히, 연료 전지 스택에서 자연적인 온도 분포는 상기 개질기(100)의 모서리 A 주변의 영역에서 대체로 가장 차갑고, 모서리 C주변 영역에서 가장 뜨겁다. 위에서 언급한 '481 출원에서 묘사된 개질기 배열은 모서리 C주변에서 더 많은 냉각을 제공하도록 이러한 자연적인 온도 분포와 반대로 작용하고, 이렇게 하여 이러한 모서리 주변에의 상기 스택에 의해 자연스럽게 유발되는 최고 온도를 감소시킨다. 도 4A는 '481 출원에서 상기 개질기의 열처리 디자인에 대한 도식도를 보여준다. 도 4A에서 보이는 것처럼, 연료 가스와 산화제 가스 출구 근처 영역에서 상기 스택의 향상된 냉각은 상기 개질기의 모서리 C를 향하여 연료 가스 흐름을 안내하도록 상기 개질기(100)에서 상기 방지재(6)를 사용하고 '481 출원에서 묘사되는 것처럼 상기 촉매를 전략적으로 놓음으로써 수행된다. 추가적으로, 상기 스택의 연료 가스 입구 영역을 따른 냉각은 양극 체임버에 놓여진 직접적인 개질 촉매에 의해 수행된다. 또한, 도 4A에서 보이는 것처럼, '481 출원에서의 배열은 상기 스택의 높은 전류 밀도 영역 근처이고 부분적으로 중복되는, 상기 스택의 중앙 영역에서 위치하는 상가 연료 전지 스택의 높은 온도 영역을 초래한다. 높은 온도 영역과 높은 전류 밀도 영역 사이의 중복은 상기 전지에서 부분적인 가열을 악화시키고 최고 전류 밀도를 제한하고 상기 스택의 출력을 제한하는 상기 스택에서 부분적으로 극도의 높은 온도를 유발한다. 게다가, 상기 스택에서 연료 전지에 의한 연료 이용은 그러한 중복에 의해 제한되고, 이렇게 상기 스택(200)의 전체적인 효율을 감소시킨다.

위에서 기재된 것처럼, 도 1 및 3에서 보이는 상기 개질기의 방지재 배열 및 촉매의 분포는 상기 스택의 연료 가스와 산화제 가스 출력 영역을 향하도록 연료 전지 스택에서의 높은 온도 영역을 가압한다. 도 4B는 본 발명에 따른 도 1 및 3의 상기 개질기의 열 처리 디자인의 도식도를 보여준다.

도 4B에서 보이는 것처럼, 상기 스택의 높은 온도 영역은 상기 개질기의 모서리 C 또는 상기 스택의 연료 가스 출구 면의 방향으로 이동되고, 현재 간접적인 내부 개질 냉각 영역은 상기 스택의 중앙 영역에 위치한다. 게다가, 상기 스택에서 높은 전류 밀도 영역은 연료 가스 입구에 더 가까이 움직이고, 반면에 직접적인 내부 개질 냉각 영역은 상기 스택의 연료 가스 입구 영역에서 멀어지고, 이로써 상기 스택 안의 냉각 영역과 높은 전류 밀도 영역 사이에서 상당한 중복을 초래한다. 위 에서 검토한 것처럼, 상기 개질기(100)의 리턴 섹션의 제1 섹션(104A)과 턴 섹션 (103B)에서 상기 개질 촉매의 광 공급 밀도는 이러한 섹션에서의 낮은 개질 반응 비율과 이에 의한 높은 온도 영역을 초래한다. 또한, 출구 방지재(7과 8)에 의해 생성되는 벽 뿐만 아니라 상기 개질기의 턴 섹션(103) 영역에서 더 짧은 방지재(6) 부분은 더 많은 연료를 리턴 섹션의 중앙에 공급하고, 이는 상기 개질기의 104B와 104C 섹션에서의 더 높은 촉매 밀도와 함께 이 영역에서의 개질 반응 비율을 증가시킨다. 따라서, 더 큰 냉각이 상기 개질기의 리턴 섹션(104)의 중앙 부분에서 제공되고 이로써 냉각 영역은 도 4B에서 보이는 것처럼 생성된다.

추가적으로 아래 검토되는 것처럼, 연료 전지 스택에 사용될때, 도 1과 도 3에서 보이는 상기 개질기 배열은 낮은 온도 경사뿐만 아니라 연료 전지 스택에서 의 낮아진 최고 온도를 초래한다. 게다가 특히, 상기 스택의 최고 온도는 대략 20℃ 즉 '481 출원의 상기 개질기를 사용하는 스택에서의 695℃의 최고 온도에서 대략 677℃로 감소된다. 추가적으로, '481 특허 출원의 상기 스택에서의 온도 경사는 125℃이나, 본 발명에 따른 상기 개질기를 사용하는 스택에서의 온도 경사는 100℃이다. 게다가, 상기 스택 전류 밀도는 본 발명에 따라 개질기를 사용할때 25% 증가되고, 이렇게 그와 같은 스택을 사용하는 연료 전지 전력 공장에서 전력 출력을 증가하고, 상기 연료 활용은 대략 4% 향상된다. 추가적으로, '481 출원 디자인과 비교할때 상기 개질기(100)를 사용하는 상기 스택에서의 연료 활용 비율은 5% 증가한다.

'481 특허 출원의 개질기 배열과 비교할때, 본 발명에 따른 개질기를 사용하 는 연료 전지 스택에서의 향상된 온도 분포는 도 5A - 5D에서 보인다. 특히, 도 5A는 '481 출원의 개질기 디자인을 사용하는 연료 전지 스택에서의 온도 분포에 관한 곡면도를 보여준다. 도 5A에서 보이는 온도 분포는 도 4A의 열 처리 접근에 상당한다. 도 5A에서 보이는 것처럼, 상기 스택에서 높은 온도 영역은 대략 상기 연료 전지 스택의 중앙부분에서 위치한다. 상기 스택의 최고 온도는 대략 685℃이다. 또한, 보이는 것처럼, 상기 스택의 온도는 상기 개질기의 모서리 C에 대응하는 양극 및 음극의 출구 근처에서의 상기 스택 모서리 근처에서 더 낮고, 도 4A에서 보이는 간접적인 내부 개질 냉각 영역에 대응한다. 게다가, 상기 스택의 연료 입구 측을 따르는 더 낮은 온도는 양극 내부의 직접적인 내부 개질과 도 4A의 양극의 직접적인 내부 개질 냉각 영역에 대응한다.

도 5B - 5D는 상기 스택의 작동 수명 동안 다른 시간에 본 발명에 일치하는 도 1의 개질기를 사용하는 연료 전지 스택에서의 온도 분포에 대한 곡면 다이어그램을 보여준다. 게다가 특히, 도 5B는 상기 스택의 작동 수명의 초기("수명의 초기")에 상기 스택에서의 온도 분포를 보이고, 도 5C는 상기 스택의 작동 수명의 중기에("수명의 중기") 상기 동일한 스택에서의 온도 분포를 보여주고, 도 5D는 상기 스택의 작동 수명의 말기("수명의 말기")에 상기 스택에서의 온도 분포를 보여준다.

도 5B에서 보이는 것처럼, 상기 스택의 수명의 초기에, 상기 연료 및 산화제 출구에 근접하는 상기 스택의 모서리 주변의 영역에서의 온도가 가장 높다. 상기 스택의 이러한 영역은 도 4B에서 보이는 높은 온도 영역에 해당한다. 또한, 보이는 것처럼, 상기 스택의 중앙 영역은 이러한 영역에서의 온도가 도 5A의 상기 스택의 동일한 영역의 온도와 비교해서 적어도 20℃ 낮아지도록 추가적인 냉각이 제공된다. 도 5B에서 보이는 것처럼, 상기 스택에서 특히 상기 스택의 중앙 영역과 상기 스택의 연료 입구면을 따라서 온도 분포는 더욱 일정하고, 온도 경사는 감소한다. 또한, 보이는 것처럼, 상기 스택에서의 최고 온도는 도 5A에서 보이는 685℃로부터 대략 665℃로 감소하고, 이렇게 상기 스택의 다른 영역 사이에서의 온도 편차가 또한 감소한다.

도 5B에서 보이는 온도 분포는 상기 연료 전지 스택의 작동 시간에 따라 변한다. 현재 도 5C와 관련하여, 대략 2만 시간의 작동후에 상기 스택 수명의 중기에서의 온도 분포가 테스트 되었다. 보이는 것처럼, 상기 스택의 중앙영역의 온도는 대략 665℃로 미묘하게 증가했다. 동시에, 상기 스택의 더 적은 영역을 포함하고 있어도, 상기 연료와 산화제 출구 근처의 상기 스택의 모서리 주변의 영역에서 높은 온도 영역이 존재하는 것이 보인다. 이렇게 상기 스택의 작동의 중간 수명 지점에서, 상기 스택의 높은 온도 영역이 상기 스택의 연료 입구 측벽 방향으로 옮겨지기 시작하고 도 4B의 냉각 영역에 대응하는 상기 스택의 중앙부분은 온도에서의 미묘한 증가를 겪는 것이 보일 수 있다. 그러나 상기 스택에서의 최고 온도는 대략 663℃에서 665℃이다.

도 5D는 대략 3만 5천 시간의 작동 후인 상기 스택의 수명의 말기에서의 온도 분포를 보여준다. 보이는 것처럼 가장 높은 온도가 675℃에 도달하며, 상기 스택의 수명 말기에서의 높은 온도 영역은 상기 스택의 연료 입구 측벽을 향하여 추 가적으로 이동한다. 이러한 온도 분포는 연료 입구 근처의 양극 체임버에서 직접적인 개질 촉매의 소모에 의한다.

도 5A에서의 온도 분포와 비교하여, 도 5B - 5D에서의 온도 분포에서 보이는 것처럼, 현재의 디자인은 상기 스택의 수명 동안 주요한 최고 온도의 상승 없이 연료 입구 근처에서 직접적인 개질 촉매가 사라지는 공간을 남긴다. 게다가, 낮은 온도 경사가 그의 수명 전반에 걸쳐 상기 스택에서 유지된다.

도 6은 도 1의 개질기(100) 안에서 연료 가스 유동장의 곡면 다이어그램이다. 보이 것처럼, 도 6에서의 X축은 상기 개질기(100)의 길이를 나타내고, Z축은 상기 개질기(100)의 폭을 나타낸다. 도 6은 리턴 섹션(104)의 중앙 영역에서의 증가된 연료 유동을 나타낸다. 방지재(6)는 상기 개질기(100)의 모서리 C 안으로라기 보다는 리턴 섹션의 중앙으로 더 많은 연료를 안내하는 것이 보인다. 또한, 연료 가스 흐름은 방지재(7과 8) 둘레로 안내되고 또한 리턴 섹션(104)에서 리턴 통로의 중앙으로 가압 되는 것이 보인다.

또한, 위에서 검토되는 것처럼, 방지재의 사용, 및 특히 출구 방지재 (7과 8)의 사용은 상기 개질기에서 연료 가스의 혼합을 증가하고, 이로써 상기 개질기(100)를 떠나고 연료 전환 매니폴드(203)로 들어가는 연료 가스의 더욱 일정한 농도를 제공한다. 결과로서, 개질되지 않은 연료, 즉 개질되지 않은 메탄에서의 농도에서, 연료 전환 매니폴드(203)로 들어가는 연료 가스에서 더욱 일정성이 있다. 증가된 일정성은 차례로 상기 스택의 연료 전지 양극에서 온도 경사를 낮춘다.

도 7A와 7B는 연료 전환 매니폴드에서와 상기 개질기의 출구 부분에서 메탄 의 분포 곡면 다이어그램을 보인다. 특히 도 7A와 7B는 방지재의 사용을 통해 메탄 농도의 균일성에서의 증가를 보인다. 도 7A는 상기 개질기를 통한 연료 가스를 안내하는 어떠한 방지재도 사용하지 않는 개질기에서의 메탄 분포를 설명한다. 도 7B는 평판 2A와 2C의 실질적으로 전체적인 접촉 표면을 따라 연장하는 방지재를 포함하는 개질기에서의 메탄 분포를 보인다.

도 7A에서 보이는 것처럼, 메탄 농도는 연료 전환 매니폴드의 중앙부분(11.33%)보다 상기 개질기의 모서리 A주변(18.95%)에서 상당히 더 크며, 연료 전환 매니폴드안의 메탄 농도에서 대략 7%의 편차가 있다. 이러한 연료 전환 매니폴드에서의 매탄 분포의 불균일은 상기 연료 전지의 양극 체임버로 들어가는 연료 가스에서의 메탄 농도의 유사한 불균일을 초래한다. 즉, 상기 스택의 산화제 입구면 208 주변의 양극 체임버로 들어가는 연료 가스는 연료 전지 중앙에 위치하는 양극 체임버 또는 상기 스택의 산화제 출구면 주변의 양극 체임버에서 보다 더 큰 메탄 농도를 가질 것이다. 이러한 개질되지 않은 메탄은 상기 스택의 양극 체임버에서 직접적인 개질 촉매의 존재하에 흡열 개질 반응을 수행한다. 따라서, 상기 스택의 면 204를 따르는 양극을 통해 흐르는 연료에서의 더 큰 메탄 농도는 상기 스택 영역에서 더 큰 냉각과 상기 스택 안에서 바람직하지 않은 온도 편차를 생성한다. 보다. 특히, 상기 스택의 산화제 입구 영역에서의 과도한 냉각은 음극으로 들어가는

산화제 가스가 스택 안에서 온도 경사를 감소시키도록 신속히 가열되는 것을 방지한다. 게다가, 양극의 이러한 영역에서의 과도한 냉각은 메탄이 풍부한 가스가 완전히 개질되는 것을 방지한다.

도 7B에서 보이는 것처럼, 상기 개질기에서 연료를 안내하도록 평판 2A와 2C의 접촉면을 따라 방지재가 제공될때 메탄 농도의 균일성이 향상된다. 도 7B에서 보이는 것처럼, 상기 연료 전환 매니폴드내에서 가장 낮은 메탄 농도와 가장 높은 메탄 농도에서의 편차는 7%에서 대략 1 내지 2%로 낮아진다. 그러한 향상된 메탄 농도에서의 균일성은 상기 스택의 산화제 입구 영역에서의 개질 냉각 효과의 낭비를 피하고 상기 스택 안에서의 온도 기울기를 낮춘다. 도 7B 보이는 도 1의 개질기 배열에서 메탄 분포의 균일성에서의 개선은 방지재(7과 8)에 의해 생성된 개질기 안에서의 더 큰 연료 혼합과 상기 개질기의 리턴 섹션과 입구 사이의 방지재(6)에 의해 제공되는 밀봉부에 의해서이다.

상기 개질기의 턴 섹션으로 방지재(6)의 연장과 도 1에서 보이는 출구 방지재(7과 8)은 상기 개질기의 출구 근처의 상기 개질기의 입구와 리턴 섹션 사이의 더 큰 밀봉뿐만 아니라 연료가스의 혼합을 추가적으로 제공한다. 따라서 도 1과 3에서 보이는 개질기(100)는 연료 전환 매니폴드에서 메탄 농도에서의 편차를 상당히 낮추고 연료 전지 스택에서의 온도 경사를 향상시킨다.

개질기(100)에서 방지재의 배열과 촉매의 분배는 상기 연료 전지 스택(200)에서 온도 분포에서의 향상을 실현하는 견지에서 검토되었다. 추가적인 출구 방지재를 제공하고 및/또는 상기 스택(200)의 상기 연료 전지(202)의 양극 체임버로 들어가기 위해 개질기(100)를 떠나는 바람직한 연료 가스 유동과 연료 가스 혼합물을 수행하는 촉매 분배를 수정하는 것 또한 본 발명의 고려 범위 내이다.

어떠한 경우든, 위에서 기재된 장치들은 몬 발명의 출원을 나타내는 많은 가 능한 구체적 구성의 단순한 설명으로 이해된다. 수많은 다양한 다른 장치가 본 발명의 정신을 떠나지 않고 본 발명의 원칙에 입각하여 쉽게 수정될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 방지재 배열은 종래의 촉매 분배와 함께 사용될 수 있다. 추가적으로, 출구 방지재 (7과 8)의 위치는 상기 개질기의 리턴 섹션에서 변할 수 있다. 또한, 2개 대신 하나의 출구 방지재, 또는 추가적인 출구 방지재가 상기 개질기의 리턴 섹션의 중앙 부분으로 연료 전지의 유동을 안내하도록 사용될 수 있다.

Claims (22)

1. 제1 및 제2 마주보는 면들과, 상기 제1 및 제2 마주보는 면들을 연결하는 측벽 및 상기 측벽에 입구 포트와 출구 포트를 갖는 하우징;

   상기 하우징 안에 놓이는 촉매를 지지하기 위한 평판 조립체; 및

   상기 하우징의 상기 제1 및 제2 마주보는 면들 사이에서 연장하는 다수의 방지재를 포함하여 구성되는 연료 개질기에 있어,

   상기 다수의 방지재는 상기 개질기를 통해 상기 입구 포트에서 상기 출구 포트로 연료 가스의 유동에 대한 유동 통로를 설정하도록 상기 하우징과 상기 평판 조립체와 상호 협조하며 상기 입구 및 출구 포트 사이에서 상기 측벽의 한 점에서 상기 하우징 안쪽으로 연장하는 주 방지재와,

   상기 하우징안에서 연장하고 상기 유동 통로를 변경하기 위해 상기 하우징과 상기 평판 조립체와 상호 협조하는 제1 방지재를 포함하며,

   상기 제1 방지재는 상기 측벽에서 연장하고,

   상기 다수의 방지재는 상기 하우징안에서 상기 주 방지재로부터 연장하고 상기 유동 통로를 변경하기 위해 상기 하우징 및 평판 조립체와 상호 협조하는 제2 방지재를 포함하며,

   상기 제1 방지재는 상기 출구 포트 근처의 한 점에서 상기 측벽으로부터 연장하고,

   상기 제2 방지재는 상기 출구 포트에서 일정한 간격을 갖고 위치하는 상기 주(main) 방지재의 한 점에서부터 연장하고,

   상기 측벽은 제1 및 제2 마주보는 측벽 섹션과 제3 및 제4 마주보는 측벽 섹션을 포함하고, 상기 제1 측벽 섹션은 상기 제3 및 제4 측벽 섹션의 제1 마주 보는 단부 세트 사이에 연결되고 상기 제2 측벽 섹션은 제3 및 제4 측벽 섹션의 제2 마주 보는 단부 세트 사이에서 연결되고, 상기 입구 포트와 상기 출구 포트는 상기 출구 포트가 상기 제4 측벽 섹션에 상기 입구 포트보다 가깝도록 상기 제1 측벽 섹션에 놓여 있고, 상기 주 방지재는 상기 입구 및 출구 포트 사이에서 상기 제1 측벽 섹션에 놓여 있고 상기 제3 및 제4측벽 섹션과 일정한 거리를 두는 관계의 한 점에서 상기 제2 측벽 섹션으로부터 일정한 거리가 되는 상기 하우징의 한 점으로 연장하고, 제1 방지재는 상기 주 방지재 방향으로 제4 측벽으로부터 상기 주 방지재로부터 떨어져 있는 한 점으로 연장하고, 상기 제2 방지재는 상기 제4측벽 섹션 방향으로 상기 주 방지재로부터 상기 제4측벽으로부터 떨어져 있는 한 점으로 연장하는 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,

   상기 평판 조립체는 제1, 제2 및 제3 평판을 포함하고, 상기 제1 평판은 상기 주 방지재와 상기 제3 측벽 섹션 사이에 위치하고, 상기 제2 평판은 상기 하우징안의 상기 주 방지재의 단부와 상기 제2 측벽 섹션 사이에 위치하고, 상기 제3 평판은 상기 주 방지재와 상기 제4 측벽 사이에 위치하고, 상기 제1, 제2 및 제3 평판, 상기 주 방지재 및 상기 하우징은 상기 입구 포트와 통해 있는(communicating) 입구 섹션, 상기 출구 포트와 통해 있는 리턴 섹션과 상기 리턴 섹션에 상기 입구 섹션을 연결하는 턴 섹션을 한정하고, 상기 주 방지재의 상기 단부와 제1 및 제2 방지재는 연료 가스의 흐름이 상기 리턴 섹션의 중앙 영역으로 향하도록 촉진하는 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
6. 제5항에 있어서,

   상기 리턴 섹션은 상기 입구 섹션보다 더 큰 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
7. 제5항에 있어서,

   상기 주 방지재의 상기 단부는 제4 측벽 섹션이 제2 측벽 섹션에 연결되는 모서리로부터 멀어지면서 상기 제4 측벽 섹션 방향으로 향하는 제1 부분과 상기 제1 부분으로부터 진행하고 상기 모서리를 향하며 상기 제4측벽 섹션을 향해 기울어진 제2부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서,

   상기 제1부분과 상기 제2부분은 같은 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
10. 제7항에 있어서,

    상기 제2 평판은 삼각형이고 상기 제2 측벽에 근접하는 베이스와 상기 베이스의 마주보는 단부에서 상기 하우징으로 연장하고 정점에서 연결되는 제1 및 제2 측부를 갖고, 상기 제1 평판은 상기 제2 평판의 제1 기울어진 측부의 제1 부분과 결합하고 따르도록 기울어진 측부을 갖으며 부분적으로는 직사각형 형상이고, 상기 제3 평판은 상기 제2평판의 제1 기울어진 측부의 제2부분과 상기 제2 평판의 제2 기울어진 측부와 결합하고 따르도록 기울어진 측부을 갖으며 부분적으로는 직사각형 형상이고, 상기 주 방지재의 상기 단부의 제1 부분은 상기 제2 평판의 상기 제1 기울어진 측부의 제2 부분과 결합하는 제1 평판의 측부 부분과 상기 제2 평판의 상기 제1 기울어진 측부의 상기 제2부분 사이에 위치하고, 상기 주 방지재의 상기 단부의 제2 부분은 상기 제2 평판의 제2 기울어진 측부의 부분과 상기 제2 평판의 제2 기울어진 측부의 상기 부분과 결합하는 상기 제3평판의 상기 기울어진 측부의 부분 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
11. 제7항에 있어서,

    상기 평판 조립체는 상기 입구 섹션과 상기 턴 섹션의 입구는 촉매가 결여되고, 상기 턴 섹션의 입구와는 다른 나머지 부분과 상기 리턴 섹션은 상기 유동 통로를 따라 미리 정해진 방식으로 공급 밀도가 변화하는 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
12. 제11항에 있어서,

    상기 리턴 섹션은 상기 유동 통로를 따라 위치하는 다수의 서브 섹션을 포함하고 각각의 상기 서브 섹션은 미리 정해진 촉매 공급 밀도를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
13. 제12항에 있어서,

    상기 복수의 서브 섹션은 상기 턴 섹션과 결합하는 제1 서브 섹션, 상기 연료의 유동 통로를 따라 상기 제1서브 섹션에 근접하여 놓이는 제2 서브 섹션, 상기 유동 통로를 따라 상기 제2 서브 섹션에 근접하여 놓이는 제3 서브 섹션 및 상기 제3 서브 섹션과 상기 출구 포트에 근접하여 놓이는 제4 서브 섹션을 포함하는 것 을 특징으로 하는 연료 개질기.
14. 제13항에 있어서,

    냉각 비율이 제1 서브 섹션과 상기 턴 섹션의 상기 나머지 부분에서보다 제2 및 제3 서브 섹션에서 더 높도록 상기 리턴 섹션과 상기 턴 섹션의 상기 나머지 부분이 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
15. 제14항에 있어서,

    상기 턴 섹션의 상기 나머지 부분은 제1밀도의 촉매를 포함하고, 상기 리턴 섹션의 상기 제1 서브 섹션은 상기 제1밀도보다 높은 제2밀도의 촉매를 포함하고, 상기 리턴 섹션의 상기 제2 서브 섹션은 상기 제2 밀도보다 높은 제3밀도의 촉매를 포함하고 상기 제3과 제4의 서브 섹션은 제3 밀도보다 높은 제4 밀도의 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
16. 제15항에 있어서,

    상기 제3 공급 밀도는 상기 공급 밀도가 상기 유동 통로를 따라 증가하는 변화하는 공급 밀도를 갖는 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
17. 제5항에 있어서,

    상기 제1, 제2 및 제3 평판의 각각은 주름진 것을 특징으로 하는 연료 개질 기.
18. 제1항에 있어서,

    상기 주 방지재와 상기 하우징는 상기 입구 포트와 통하여 있는 입구 섹션, 상기 출구 포트와 통하여 있는 리턴 섹션 및 상기 입구 섹션을 상기 리턴 섹션에 연결하는 턴 섹션을 한정하고, 상기 주 방지재의 단부는 상기 턴 섹션과 상기 리턴 섹션사이에서 연장하고 상기 제1 및 제2 방지재는 상기 리턴 섹션으로 연장하여 연료 가스의 흐름이 상기 리턴 섹션의 중앙 영역을 향하도록 촉진하는 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
19. 제18항에 있어서,

    상기 평판 조립체는 상기 입구 섹션과 상기 턴 섹션의 입구는 촉매가 결여되고, 상기 턴 섹션의 입구와는 다른 상기 턴 섹션의 나머지 부분과 상기 리턴 섹션은 상기 유동 통로를 따라 미리 정해진 방식으로 공급 밀도가 변하는 촉매를 포함하도록 상기 평판 조립체는 촉매를 유지하는 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
20. 제1 및 제2 마주보는 표면과, 상기 제1 및 제2 마주보는 표면을 연결하는 측벽과 상기 측벽에 입구 포트와 출구 포트를 갖는 하우징;

    상기 하우징 안에 놓이는 미리 설정된 패턴에 따라 배치된 촉매를 지지하는 평판 조립체; 및

    상기 하우징 안에 놓여지고 개질기를 통해 상기 입구 포트에서 상기 출구 포트로 연료 가스의 유동을 위한 미리 설정된 유동 통로를 설정하도록 상기 하우징과 상기 평판 조립체와 상호 협조하는 방지재 조립체;를 포함하여 구성되는 연료 개질기에 있어,

    상기 개질기가 연료 전지 스택 조립체에서 이용 될때, 상기 개질기안의 촉매의 미리 설정된 패턴과 상기 연료 가스의 유동을 위한 미리 설정된 유동 통로는 상기 연료 전지 스택의 조립체의 연료 배출 근처의 부분에서 냉각을 감소시키고, 상기 연료 전지 스택 조립체의 연료 입구에서 냉각을 증가시키고, 상기 연료 전지 스택 조립체의 중앙부분을 관통하여 가장 큰 냉각을 제공하도록 상기 스택 조립체의 냉각을 조절하는 것을 특징으로 하는 연료 개질기.
21. 제1항, 제5항 내지 제7항 및 제9 내지 제20항 중 어느 한 항에 따른 연료 개질기를 갖고 추가적으로 양극과 음극을 포함하는 복수의 연료 전지를 갖는 연료 전지 스택 조립체를 포함하는 연료 전지 조립체에 있어서,

    상기 개질기는 상기 개질기의 출구 포트가 상기 연료 전지 스택 조립체의 양극과 통하도록 상기 연료 전지 스택 조립체에 결합되는 것을 특징으로 하는 연료 전지 조립체.
22. 삭제

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