KR101643536B1 - Integrated Reformer for Fuel Cell System - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연료전지 시스템용 통합형 개질기는 격벽에 의해 독립적 구조를 이루는 가습실과 개질반응실이 구비된 반응채널에서 연료전지 스택에서 발생되는 고온의 배기가스의 열과 열교환 과정을 통해 혼합가스의 발생 및 혼합가스로부터 수소가스를 발생 시킬 수 있도록 가열채널과 반응채널을 각각 복수개 교대로 배열시켜 개질반응 효율 및 열 효율을 극대화 시키며 개질기를 보다 컴팩트한 구조로 이루어지도록 함은 물론 촉매 투출구를 구성하여 수명을 다한 촉매를 손쉽게 교환할 수 있도록 한 것이다.
본 발명 연료전지 시스템용 통합형 개질기는 하부에서 공급되어 상부로 배출되는 고온의 배기가스에서 열을 회수하기 위한 가열채널(100)과, 상기 가열채널(100)의 배기가스 열과 열교환되면서 내부로 공급되는 물과 연료를 혼합가스로 변환시키는 가습실(120)과 혼합가스로부터 수소가스를 발생시키는 개질반응실(130)이 내부에 형성된 반응채널(110)이 두 개의 외측 보호판(150) 사이에 횡방향이며 교대로 복수개가 배열되어 구비된 개질부(10);
상기 개질부(10)의 하부와 상부에 구비되어 고온의 배기가스를 상기 가열채널(100)로 공급하고 배출시키는 배기가스유입부(20) 및 배기가스배출부(30);
상기 개질부(10)의 일측면 상부에 구비되며, 상기 반응채널(110) 내부로 물을 공급하는 다수개의 분사관(410)이 내부에 형성된 물유입부(40);
상기 물유입부(40)가 설치된 개질부(10)의 타측면 상부에 구비되되, 상기 물유입부(40) 보다 하부에 위치하며 반응채널(110) 내부로 연료를 공급하는 연료유입부(50);
상기 개질부(10)의 타측면 중앙부에 구비되며, 상기 반응채널(110)의 가습실(120)에서 변환된 혼합가스를 상기 개질반응실(130)로 이동되도록 하는 혼합가스이동부(60);
상기 개질부(10)의 일측면 하부에 구비되어 상기 개질부(10)의 반응채널(110)에서 발생되는 수소가스를 배출시키는 수소가스배출부(70);
상기 개질부(10)의 타측면 하부에 구비되되, 상기 수소가스배출부(70) 보다 상부에 위치하며, 덮개(81)에 의해 개폐가능하여 촉매(C)를 반응채널(110)에 투입 및 배출시킬 수 있는 촉매투출부(80)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
The integrated reformer for a fuel cell system according to the present invention includes a humidification chamber and a reforming reaction chamber having an independent structure formed by barrier ribs and a heat exchange process of the high temperature exhaust gas generated in the fuel cell stack, A plurality of heating channels and reaction channels are alternately arranged in order to generate hydrogen gas from the mixed gas, thereby maximizing the reforming reaction efficiency and thermal efficiency, providing a more compact structure of the reformer, So that the catalyst can be easily exchanged.
The integrated reformer for a fuel cell system according to the present invention includes a heating channel 100 for recovering heat from a high temperature exhaust gas supplied from a lower portion to an upper portion thereof and a heat exchanger for heat exchange with the exhaust gas heat of the heating channel 100 A reaction channel 110 in which a humidification chamber 120 for converting water and fuel into a mixed gas and a reforming reaction chamber 130 for generating hydrogen gas from the mixed gas are formed between the two outer shield plates 150 in the transverse direction A reforming unit (10) having a plurality of alternating arrangement;
An exhaust gas inflow part 20 and an exhaust gas exhaust part 30 provided at the lower part and the upper part of the reforming part 10 to supply and discharge hot exhaust gas to the heating channel 100;
A water inflow part 40 provided on one side of the reforming part 10 and having a plurality of injection pipes 410 for supplying water into the reaction channel 110;
A fuel inflow part 50 provided on the other side of the reforming part 10 where the water inflow part 40 is installed and located below the water inflow part 40 and supplying fuel into the reaction channel 110; );
A mixed gas moving part 60 provided at the center of the other side of the reforming part 10 and adapted to move the mixed gas from the humidifying chamber 120 of the reaction channel 110 to the reforming reaction chamber 130;
A hydrogen gas discharge unit 70 provided below one side of the reforming unit 10 to discharge hydrogen gas generated in the reaction channel 110 of the reforming unit 10;
The reforming unit 10 is disposed below the other side of the reforming unit 10 and is located above the hydrogen gas exhausting unit 70 and is opened and closed by the lid 81 so that the catalyst C is introduced into the reaction channel 110, And a catalyst discharging portion (80) capable of discharging the exhaust gas.

Description

연료전지 시스템용 통합형 개질기{Integrated Reformer for Fuel Cell System}Technical Field [0001] The present invention relates to an integrated reformer for a fuel cell system,

본 발명에 따른 연료전지 시스템용 통합형 개질기는 격벽에 의해 독립적 구조를 이루는 가습실과 개질반응실이 구비된 반응채널에서 연료전지 스택에서 발생되는 고온의 배기가스의 열과 열교환 과정을 통해 혼합가스의 발생 및 혼합가스로부터 수소가스를 발생 시킬 수 있도록 가열채널과 반응채널을 각각 복수개 교대로 배열시켜 개질반응 효율 및 열 효율을 극대화 시키며 개질기를 보다 컴팩트한 구조로 이루어지도록 함은 물론 촉매 투출구를 구성하여 수명을 다한 촉매를 손쉽게 교환할 수 있도록 한 것이다.The integrated reformer for a fuel cell system according to the present invention includes a humidification chamber and a reforming reaction chamber having an independent structure formed by barrier ribs and a heat exchange process of the high temperature exhaust gas generated in the fuel cell stack, A plurality of heating channels and reaction channels are alternately arranged in order to generate hydrogen gas from the mixed gas, thereby maximizing the reforming reaction efficiency and thermal efficiency, providing a more compact structure of the reformer, So that the catalyst can be easily exchanged.

전기, 전자 기술을 비롯한 과학 기술의 발달에 따라 많은 종류의 에너지원이 개발되어 사용되고 있다. 특히, 에너지의 사용은 매년 그 수요가 급증하고 있으며, 이러한 에너지를 생산시키기 위한 방법으로는 화석연료, 원자력, 수력, 풍력 등을 이용한 에너지 생산수단이 이용되고 있다. 그러나, 화석연료를 태움으로서 생기는 배기가스에 의한 환경오염문제와 화석연료 고갈에 의한 에너지 위기 등에 대처하기 위하여 무공해 대체에너지 개발을 위한 노력이 전 세계적으로 진행되고 있다.Many kinds of energy sources have been developed and used according to the development of science and technology including electric and electronic technologies. In particular, the demand for energy is increasing year by year, and energy production means using fossil fuel, nuclear power, hydro power, wind power, etc. are being used as a means of producing such energy. However, in order to cope with the environmental pollution problem caused by exhaust gas burned by fossil fuel and the energy crisis caused by depletion of fossil fuel, efforts for the development of pollution-free alternative energy are proceeding all over the world.

대체에너지로서의 수소 연료의 사용은 무공해 대체에너지로서 지구상에 존재하는 무한한 자원의 활용으로서 그 의미가 있으며, 수소 연료를 사용하는 연료전지는 수소에너지 응용기술의 핵심으로 수소 연료로부터 전기를 직접생산하는 개념으로서 전기자동차, 가정용, 발전용 등에 사용될 수 있는 대체 발전수단으로, 수소 가스와 공기를 연료로 공급하고, 한 쌍의 전극 사이에서 전기화학반응에 의하여 발전하는 수단이다.The use of hydrogen fuel as an alternative energy is meaningless as utilization of unlimited resources existing on the earth as pollution-free alternative energy. Fuel cell using hydrogen fuel is the core of hydrogen energy application technology, Is an alternative power generation means that can be used for electric vehicles, household use, power generation, etc., and is a means for supplying hydrogen gas and air as fuel and generating electricity by means of an electrochemical reaction between a pair of electrodes.

상기 연료전지의 원료가 되는 수소 가스를 얻는 방법으로는 우선적으로 전기 자동차용, 가정용 등에서 연료전지를 사용할 경우에 대비하여 현재 쉽게 공급되고 있는 메탄이 주성분인 도시가스, 천연가스로부터 개질기를 이용한 방법을 사용하여 순수한 수소를 효율적으로 생산하게 되는 것이다.As a method for obtaining the hydrogen gas as a raw material of the fuel cell, a method using a reformer from a city gas or a natural gas, which is a main component of methane, which is now readily available in the case of using a fuel cell in an electric car or a household, It is possible to efficiently produce pure hydrogen by using hydrogen.

메탄으로부터 수소를 생산하는 개질기의 원리를 설명하면, 개질기 내부는 화학 반응을 위한 촉매가 탑재되어 있으며, 수증기개질반응기 모듈에서 메탄가스가 수증기와 반응하여 주요 성분인 수소와 반응으로 인해 생긴 일산화탄소와 이산화탄소, 그리고 반응이 되지 않고 남은 메탄 등을 얻은 것이다.To explain the principle of the reformer producing hydrogen from methane, the reformer is equipped with a catalyst for the chemical reaction. In the steam reforming reactor module, methane gas reacts with water vapor, and carbon monoxide and carbon dioxide , And the remaining methane that was not reacted.

종래의 개질기는 장치 하부에 한 개의 버너가 설치되어 있으며, 이 버너로부터 발생되는 열에 의해 각 모듈들을 가열하여 각 모듈들에 저장된 촉매에 의해 화학 반응을 촉진시키고 있다. 그러나 최하부에 설치된 버너를 이용하여 상부에 설치된 각 모듈들을 가열하는 방법은 연료 및 공기를 버너에 공급하는 장치를 구성해야 하는 단점이 있으며, 연료를 이용함으로써 시스템 전체의 연료이용 효율을 떨어뜨리는 문제를 야기시키고, 또한 혼합가스 생성을 위한 열교환기와 혼합가스로부터 수소가스를 발생시키기 위한 개질기를 각각 설치하여야 하므로 연료전지 시스템의 크기가 증가되는 단점이 있다.In the conventional reformer, one burner is installed in the lower part of the apparatus, and each module is heated by the heat generated from the burner to promote the chemical reaction by the catalyst stored in each module. However, there is a disadvantage in that a method of heating the respective modules installed at the lowermost part using the burner has a disadvantage in that a device for supplying fuel and air to the burner must be constituted. A reformer for generating hydrogen gas from the mixed gas and a heat exchanger for generating the mixed gas must be provided, respectively, and thus the size of the fuel cell system is disadvantageously increased.

[특허문헌][Patent Literature]

국내등록특허 제10-0551061호(2006.02.03)Korean Registered Patent No. 10-0551061 (2006.02.03)

국내등록특허 제10-0671671호(2007.01.12)Korean Patent No. 10-0671671 (January 12, 2007)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 혼합가스 발생을 위한 가습실과 혼합가스로부터 수소가스를 발생시키기 위한 개질반응실이 격벽에 의해 독립적 구조를 이루면서 반응채널에 함께 구비되어 개질부 내부에서 혼합가스의 발생과 발생된 혼합가스를 바로 공급받아 혼합가스로부터 수소가스의 발생이 가능하도록 구조를 단순히 하여 개선한 연료전지 시스템용 통합형 개질기에 관한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a humidifying chamber for generating mixed gas and a reforming reaction chamber for generating hydrogen gas from the mixed gas, The present invention relates to an integrated reformer for a fuel cell system, which is improved by simply generating a gas and supplying the generated mixed gas directly to generate hydrogen gas from a mixed gas.

또한 연료전지 스택에서 발생되는 고온의 배기가스와 지속적인 열교환을 통해 연소기, 버너, 전기 히터 등 별도의 외부 열원 없이도 혼합가스의 발생과 혼합가스로 부터 개질 반응 가능케 함으로써 연료전지 시스템의 연료 이용효율 증대 및 소형화에 유리한 연료전지 시스템용 통합형 개질기를 제공하는데 목적이 있다.In addition, through the continuous heat exchange with the high-temperature exhaust gas generated in the fuel cell stack, it is possible to generate a mixed gas without any external heat source such as a combustor, a burner, and an electric heater, And to provide an integrated reformer for a fuel cell system which is advantageous for miniaturization.

또한 가열채널과 반응채널을 횡방향이며 교대로 복수개 배열되게 구성하여 배기가스의 열전달 면적을 늘리고 혼합가스를 골고루 확산시켜 공급할 수 있는 연료전지 시스템용 통합형 개질기를 제공하는데 목적이 있다.It is another object of the present invention to provide an integrated reformer for a fuel cell system capable of increasing the heat transfer area of the exhaust gas and spreading and supplying the mixed gas evenly by arranging a plurality of heating channels and reaction channels alternately in the lateral direction.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명 연료전지 시스템용 통합형 개질기는 하부에서 공급되어 상부로 배출되는 고온의 배기가스에서 열을 회수하기 위한 가열채널(100)과, 상기 가열채널(100)의 배기가스 열과 열교환되면서 내부로 공급되는 물과 연료를 혼합가스로 변환시키는 가습실(120)과 혼합가스로부터 수소가스를 발생시키는 개질반응실(130)이 내부에 형성된 반응채널(110)이 두 개의 외측 보호판(150) 사이에 횡방향이며 교대로 복수개가 배열되어 구비된 개질부(10);In order to achieve the above object, the integrated reformer for a fuel cell system of the present invention includes a heating channel 100 for recovering heat from a high temperature exhaust gas supplied from a lower portion to an upper portion thereof, A reaction chamber 110 in which a humidification chamber 120 for converting water and fuel supplied to the inside into a gas mixture and a reforming reaction chamber 130 for generating hydrogen gas from the mixed gas are exchanged, A reforming part (10) provided between the protection plates (150) and arranged alternately in a transverse direction;

상기 개질부(10)의 하부와 상부에 구비되어 고온의 배기가스를 상기 가열채널(100)로 공급하고 배출시키는 배기가스유입부(20) 및 배기가스배출부(30);An exhaust gas inflow part 20 and an exhaust gas exhaust part 30 provided at the lower part and the upper part of the reforming part 10 to supply and discharge hot exhaust gas to the heating channel 100;

상기 개질부(10)의 일측면 상부에 구비되며, 상기 반응채널(110) 내부로 물을 공급하는 다수개의 분사관(410)이 내부에 형성된 물유입부(40);A water inflow part 40 provided on one side of the reforming part 10 and having a plurality of injection pipes 410 for supplying water into the reaction channel 110;

상기 물유입부(40)가 설치된 개질부(10)의 타측면 상부에 구비되되, 상기 물유입부(40) 보다 하부에 위치하며 반응채널(110) 내부로 연료를 공급하는 연료유입부(50);A fuel inflow part 50 provided on the other side of the reforming part 10 where the water inflow part 40 is installed and located below the water inflow part 40 and supplying fuel into the reaction channel 110; );

상기 개질부(10)의 타측면 중앙부에 구비되며, 상기 반응채널(110)의 가습실(120)에서 변환된 혼합가스를 상기 개질반응실(130)로 이동되도록 하는 혼합가스이동부(60);A mixed gas moving part 60 provided at the center of the other side of the reforming part 10 and adapted to move the mixed gas from the humidifying chamber 120 of the reaction channel 110 to the reforming reaction chamber 130;

상기 개질부(10)의 일측면 하부에 구비되어 상기 개질부(10)의 반응채널(110)에서 발생되는 수소가스를 배출시키는 수소가스배출부(70);A hydrogen gas discharge unit 70 provided below one side of the reforming unit 10 to discharge hydrogen gas generated in the reaction channel 110 of the reforming unit 10;

상기 개질부(10)의 타측면 하부에 구비되되, 상기 수소가스배출부(70) 보다 상부에 위치하며, 덮개(81)에 의해 개폐가능하여 촉매(C)를 반응채널(110)에 투입 및 배출시킬 수 있는 촉매투출부(80)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The reforming unit 10 is disposed below the other side of the reforming unit 10 and is located above the hydrogen gas exhausting unit 70 and is opened and closed by the lid 81 so that the catalyst C is introduced into the reaction channel 110, And a catalyst discharging portion (80) capable of discharging the exhaust gas.

본 발명은 반응채널의 가습실과 개질반응실이 격벽에 의해 독립적 구조를 이뤄 가습실에서 발생된 혼합가스가 개질반응실로 이동시 혼합가스의 이동 속도를 늦출수 있어 배기가스와의 열교환시간을 늘릴수 있는 효과가 있다.In the present invention, the humidifying chamber and the reforming reaction chamber of the reaction channel are made independent of each other by the partition wall, so that the moving speed of the mixed gas can be slowed when the mixed gas generated in the humidifying chamber moves to the reforming reaction chamber, thereby increasing the heat exchange time with the exhaust gas It is effective.

또한 반응채널 내에서 기존 연료전지 시스템에 각각 설치되는 열교환기와 개질기의 역할인 혼합가스 및 수소가스의 발생을 함께 할 수 있어 연료전지 시스템의 크기를 감소시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, it is possible to reduce the size of the fuel cell system because both the heat exchanger installed in the existing fuel cell system and the reforming gas, which are the gas mixture and the hydrogen gas, can be generated in the reaction channel.

또한 배기가스의 열을 회수하기 위한 가열채널과 혼합가스 및 수소가스의 발생을 위한 반응채널의 구조를 단순히 하여 제작이 용이하고 및 제작 비용이 절감되는 효과가 있다. Also, the structure of the heating channel for recovering heat of the exhaust gas and the reaction channel for generating the mixed gas and the hydrogen gas are simplified, and the manufacturing is easy and the production cost is reduced.

또한 연료전지 스택에서 발생한 고온의 배기가스를 이용하기 때문에 버너, 전기히터 등 별도의 외부 열원 없이도 혼합가스의 발생 및 혼합가스로부터 수소가스를 발생시킬 수 있으므로 콤팩트한 개질기를 제작할 수 있는 효과가 있다.In addition, since a high-temperature exhaust gas generated in the fuel cell stack is used, hydrogen gas can be generated from a mixed gas and a mixed gas without a separate external heat source such as a burner or an electric heater, and thus a compact reformer can be manufactured.

도1 본 발명의 연료전지 시스템용 통합형 개질기가 사용되는 연료전지 시스템의 개략도
도2 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 통합형 개질기의 사시도
도3 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 통합형 개질기의 정면도
도4 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 통합형 개질기의 개질부 사시도
도5 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 통합형 개질기의 개질부 분해도
도6 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 통합형 개질기의 가열채널 정면도
도7 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 통합형 개질기의 반응채널 정면도
1 is a schematic view of a fuel cell system in which an integrated reformer for a fuel cell system of the present invention is used;
2 is a perspective view of an integrated reformer for a fuel cell system according to the present invention.
3 is a front view of an integrated reformer for a fuel cell system according to the present invention.
4 is a perspective view of a reformer of an integrated reformer for a fuel cell system according to the present invention.
5 is an exploded view of a reformer of an integrated reformer for a fuel cell system according to the present invention.
6 is a front view of a heating channel of the integrated reformer for a fuel cell system according to the present invention.
7 is a front view of a reaction channel of the integrated reformer for a fuel cell system according to the present invention.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 연료전지 시스템용 통합형 개질기는 하부에서 공급되어 상부로 배출되는 고온의 배기가스에서 열을 회수하기 위한 가열채널(100)과, 상기 가열채널(100)의 배기가스 열과 열교환되면서 내부로 공급되는 물과 연료를 혼합가스로 변환시키는 가습실(120)과 혼합가스로부터 수소가스를 발생시키는 개질반응실(130)이 내부에 형성된 반응채널(110)이 두 개의 외측 보호판(150) 사이에 횡방향이며 교대로 복수개가 배열되어 구비된 개질부(10);In order to achieve the above object, an integrated reformer for a fuel cell system according to the present invention includes a heating channel 100 for recovering heat from a high temperature exhaust gas supplied from a lower portion to an upper portion thereof, A reaction chamber 110 in which a humidification chamber 120 for converting water and fuel supplied to the inside into a gas mixture and a reforming reaction chamber 130 for generating hydrogen gas from the mixed gas are exchanged, A reforming part (10) provided between the protection plates (150) and arranged alternately in a transverse direction;

상기 개질부(10)의 하부와 상부에 구비되어 고온의 배기가스를 상기 가열채널(100)로 공급하고 배출시키는 배기가스유입부(20) 및 배기가스배출부(30);An exhaust gas inflow part 20 and an exhaust gas exhaust part 30 provided at the lower part and the upper part of the reforming part 10 to supply and discharge hot exhaust gas to the heating channel 100;

상기 개질부(10)의 일측면 상부에 구비되며, 상기 반응채널(110) 내부로 물을 공급하는 다수개의 분사관(410)이 내부에 형성된 물유입부(40);A water inflow part 40 provided on one side of the reforming part 10 and having a plurality of injection pipes 410 for supplying water into the reaction channel 110;

상기 물유입부(40)가 설치된 개질부(10)의 타측면 상부에 구비되되, 상기 물유입부(40) 보다 하부에 위치하며 반응채널(110) 내부로 연료를 공급하는 연료유입부(50);A fuel inflow part 50 provided on the other side of the reforming part 10 where the water inflow part 40 is installed and located below the water inflow part 40 and supplying fuel into the reaction channel 110; );

상기 개질부(10)의 타측면 중앙부에 구비되며, 상기 반응채널(110)의 가습실(120)에서 변환된 혼합가스를 상기 개질반응실(130)로 이동되도록 하는 혼합가스이동부(60);A mixed gas moving part 60 provided at the center of the other side of the reforming part 10 and adapted to move the mixed gas from the humidifying chamber 120 of the reaction channel 110 to the reforming reaction chamber 130;

상기 개질부(10)의 일측면 하부에 구비되어 상기 개질부(10)의 반응채널(110)에서 발생되는 수소가스를 배출시키는 수소가스배출부(70);A hydrogen gas discharge unit 70 provided below one side of the reforming unit 10 to discharge hydrogen gas generated in the reaction channel 110 of the reforming unit 10;

상기 개질부(10)의 타측면 하부에 구비되되, 상기 수소가스배출부(70) 보다 상부에 위치하며, 덮개(81)에 의해 개폐가능하여 촉매(C)를 반응채널(110)에 투입 및 배출시킬 수 있는 촉매투출부(80)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.The reforming unit 10 is disposed below the other side of the reforming unit 10 and is located above the hydrogen gas exhausting unit 70 and is opened and closed by the lid 81 so that the catalyst C is introduced into the reaction channel 110, And a catalyst discharging portion (80) capable of discharging the exhaust gas.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시 할 수 있도록 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 설명하기로 한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in order to facilitate a person skilled in the art to which the present invention pertains.

도1에 도시된 바와 같이 본 발명 연료전지 시스템의 개략적인 구성을 설명하면, 연료전지 시스템에서 전기에너지를 생성하기 위해서는 스택의 애노드 극에는 수소가스와, 캐소드 극에는 산소 공급이 필요하며, 애노드 극와 캐소드 극에 공급된 수소가스와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 연료전지 스택에서는 전기 에너지와 부수물로 캐소드 극에서 고온의 배기가스가 생성된다.1, in order to generate electric energy in the fuel cell system, it is necessary to supply hydrogen gas to the anode electrode of the stack and oxygen to the cathode electrode of the fuel cell system. Through the electrochemical reaction of the hydrogen gas supplied to the cathode electrode and oxygen, a high temperature exhaust gas is generated in the fuel cell stack at the cathode electrode by electric energy and incidental ions.

그리고 캐소드 극에서 생성된 고온의 배기가스는 벤트를 통해 대기로 방출되는데, 본 발명에서는 연료전지 시스템의 효율을 더욱 높여주기 위해 캐소드 극에서 생성된 고온의 배기가스를 개질기에 공급하며, 개질기에서는 배기가스의 열과 열교환을 통해 물 및 연료로부터 혼합가스를 발생시킨 후 지속적인 배기가스의 열교환으로 다시 혼합가스로부터 개질 반응시켜 수소가스를 발생시킨다. 그리고 개질기에서 발생된 수소가스는 전기 에너지의 생성에 필요한 애노드 극으로 공급되어 사용된다.The high temperature exhaust gas generated at the cathode electrode is discharged to the atmosphere through the vent. In the present invention, the high temperature exhaust gas generated at the cathode electrode is supplied to the reformer to further increase the efficiency of the fuel cell system. In the reformer, Gas mixture is generated from water and fuel through heat exchange with the heat of the gas and then reformed from the mixed gas again by continuous heat exchange of the exhaust gas to generate hydrogen gas. The hydrogen gas generated in the reformer is supplied to the anode electrode necessary for generating electric energy and used.

이때, 개질기에서 열교환된 후 배출되는 배기가스는 마지막으로 벤트를 통해 외부로 배출된다.
At this time, the exhaust gas discharged from the reformer after heat exchange is finally discharged to the outside through the vent.

이하, 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 통합형 개질기의 각 구성요소들을 도2 내지 도7을 참고하여 상세히 설명하면, 본 발명은 공급되는 물 및 연료를 혼합가스로 변환시키고, 변환된 혼합가스를 개질 반응시켜 수소가스를 발생시키기 위한 개질부(10), 상기 개질부(10)에서 열교환을 시켜줄 고온의 배기가스를 유입 및 배출시켜주기 위한 배기가스유입부(20) 및 배기가스배출부(30), 개질부(10) 내로 물을 공급하기 위한 물유입부(40), 개질부(10) 내부로 연료를 공급하기 위한 연료유입부(50), 개질부(10)에서 혼합가스의 이동이 가능하도록 하기 위한 혼합가스이동부(60), 개질부(10)에서 발생된 수소가스를 배출시키기 위한 수소가스배출부(70), 혼합가스를 수소가스로 개질반응 시키는 촉매(C)를 개질부(10) 내부로 투입 및 배출시키기 위한 촉매투출부(80)로 구성되어 이루어진다.Hereinafter, each component of the integrated reformer for a fuel cell system according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 7. The present invention relates to a reformer for converting a supplied water and fuel into a mixed gas, An exhaust gas inlet 20 and an exhaust gas outlet 30 for introducing and discharging high temperature exhaust gas for heat exchange in the reforming unit 10, A water inflow section 40 for supplying water into the reforming section 10, a fuel inflow section 50 for supplying fuel into the reforming section 10, and a reforming section 10 A hydrogen gas discharging portion 70 for discharging the hydrogen gas generated in the reforming portion 10 and a catalyst C for performing a reforming reaction of the mixed gas to hydrogen gas are provided in the reforming portion 10 And the catalyst discharge portion 80 for injecting and discharging the catalyst It has been achieved.

상기 개질부(10)는 열전달 면적을 최대한 늘리면서 개질기(1)의 사이즈를 소형화 하기 위해 두 개의 사각판 형상인 외측 보호판(150) 사이에 고온의 배기가스가 유입되어 통과되는 가열채널(100)과 물과 연료를 공급받고 공급된 물과 연료를 가열채널(100)의 배기가스 열과 열교환시켜 혼합가스로 변환 시킨 후 변환된 혼합가스로부터 개질 촉매반응을 통해 수소가스를 발생시키는 반응채널(110)이 횡방향이며 교대로 복수개 밀착되게 배열되어 고온의 배기가스와 물 및 연료가 각 가열채널(100)과 반응채널(110)에 골고루 확산되어 공급되므로 배기가스와 물 및 연료의 공급에 의한 개질부(10)의 열전달 면적을 늘려 높은 효율을 낼 수 있는 구성이다.
The reforming unit 10 includes a heating channel 100 through which a high-temperature exhaust gas is introduced and passed between the outer side protective plates 150 having two rectangular plates in order to miniaturize the size of the reformer 1 while maximizing the heat transfer area, A reaction channel 110 for converting water and fuel supplied with water and fuel into heat and heat exchange with the exhaust gas heat of the heating channel 100 and then generating hydrogen gas from the converted mixed gas through a reforming catalyst reaction Since the hot exhaust gas, the water and the fuel are uniformly diffused and supplied to the heating channel 100 and the reaction channel 110, the reforming part 10) to increase the heat transfer area, thereby achieving high efficiency.

상기 가열채널(100)은 상기 외측 보호판(150)과 동일한 사각 판형상의 가열채널 분리판(101)과 가열채널 분리판(101)의 전면 양 끝단에 길이방향으로 연장되어 유입된 후 통과되는 배기가스를 밀폐시켜 배기가스의 누설을 방지하기 위한 일자형 막음판(103)이 구비되며, 일자형 막음판(103)의 내측이고 가열채널(100)의 전면에는 배기가스의 흐름을 유도하고 배기가스의 열전달을 촉진시키기 위해 길이방향으로 연장되며 주름진 가열채널 전열핀(104)이 구비되고, 상기 가열채널 전열핀(104)은 옵셋핀, 플레인핀, 주름핀, 삼각핀 등에서 선택하여 사용 가능하도록 하였다.
The heating channel 100 extends in the longitudinal direction at both ends of the front face of the heating channel separator plate 101 and the heating channel separator plate 101 having the same rectangular plate shape as the outer side protection plate 150, Shaped blocking plate 103 for preventing the leakage of the exhaust gas by sealing the inside of the heating plate 100 and the inside of the linear blocking plate 103 and for guiding the flow of the exhaust gas to the front surface of the heating channel 100, The heating channel heat transfer fin 104 is provided with a corrugated heating channel heat transfer fin 104 extending in the longitudinal direction and can be selected from an offset fin, a plane fin, a corrugated fin, and a triangular fin.

상기 반응채널(110)은 상기 외측 보호판(150)과 동일한 사각 판형상의 반응채널 분리판(111)과, 상기 반응채널 분리판(111)의 전면 사방을 밀폐시켜 누설을 방지하며, 내측 상부에 물 및 연료로부터 혼합가스를 발생시키는 가습실(120)과 내측 하부에 상기 가습실(120)로부터 발생된 혼합가스를 공급받아 수소가스를 발생시키는 개질반응실(130)이 독립적 구조를 이루도록 상기 혼합가스이동부(60)의 중앙부 내측을 향해 횡방향으로 격벽(113)이 구비된 사각 막음판(112)이 구성된다.The reaction channel 110 has a rectangular plate-like reaction channel separation plate 111, which is the same as the outer protection plate 150, and a reaction channel separation plate 111, which hermetically seals the front surface of the reaction channel separation plate 111 to prevent leakage, A humidification chamber 120 for generating a mixed gas from the fuel and a reforming reaction chamber 130 for generating a hydrogen gas by receiving a mixed gas generated from the humidification chamber 120 in an inner lower portion, A rectangular blocking plate 112 having a partition wall 113 in the transverse direction toward the inside of the central portion of the east portion 60 is formed.

그리고 상기 사각막음판(112)은 상기 연료유입부(50) 및 상기 수소가스배출부(70), 촉매투출부(80)와 내부가 연통되도록 각 연료유입부(50), 수소가스배출부(70), 촉매투출부(80)와 연통되는 위치의 사각 막음판(112)이 일부 개방되어 각 연료유입홈(141), 수소가스 배출홈(143), 촉매투출홈(142)이 형성되고, 상기 가습실(120)에서 발생된 혼합가스가 배출되어 상기 개질반응실(130)로 유입되는 이동경로를 형성하기 위해 혼합가스이동부(60)의 내측 방향이고, 상기 격벽(113)의 상부와 격벽(113)의 하부가 일부 개방되어 혼합가스 배출홈(144) 및 혼합가스 유입홈(145)이 형성되어 구성된다.The quadrangular blocking plate 112 is disposed in the fuel inlet 50 and the hydrogen gas outlet 50 so as to communicate with the fuel inlet 50, the hydrogen gas outlet 70, and the catalyst outlet 80, 70 and the quadrangular blocking plate 112 communicating with the catalyst discharging portion 80 are partly opened to form the fuel inlet grooves 141, the hydrogen gas discharging grooves 143, and the catalyst discharging grooves 142, The mixing chamber 110 is provided at the upper part of the partition wall 113 and at the upper side of the partition wall 113. The mixing chamber 110 is formed in the upper part of the mixing chamber 110, The lower portion of the gas inlet 113 is partially opened to form the mixed gas discharge groove 144 and the mixed gas inlet groove 145.

또한 상기 사각 막음판(112)의 상부이며 상기 가습실(120)의 상부측으로는 일측 끝단이 상기 물유입부(40)의 분사관(410)과 연결되는 물유입관통공(115)과, 상기 물유입관통공(115)의 타측과 일측이 연결되어 상기 물유입부(40)를 통해 공급되는 물이 배기가스의 열과 더욱 오랜 시간 열교환되어 고온의 물 또는 고온의 물이 증발하여 상기 변화된 수증기가 될 수 있도록 “S"자형 유로로 형성된 예열홈(116)이 구성되고, 예열홈(116)의 하단부에는 상기 배기가스의 열과 열교환되어 고온으로 예열된 물 또는 배기가스의 열과 열교환으로 상이 변화된 수증기가 상기 가습실(120)로 분사되도록 내측으로 다수개의 배출홀(117)이 일정간격으로 이격되어 구성된다.A water inflow through hole 115 is formed at an upper portion of the rectangular block 112 and has an upper end connected to the spray pipe 410 of the water inflow portion 40 at an upper side of the humidifying chamber 120, The other side of the water inflow through hole 115 is connected to one side so that the water supplied through the water inflow part 40 exchanges heat with the heat of the exhaust gas for a longer time to evaporate hot water or hot water, And the water vapor which is phase-changed by the heat exchange with the heat of the preheated water or exhaust gas by heat exchange with the heat of the exhaust gas is formed at the lower end of the preheating groove 116 And a plurality of discharge holes 117 are spaced apart at a predetermined interval inward to be sprayed into the humidifying chamber 120.

그래서 다중의 “S"자형 유로로 형성된 상기 예열홈(116)으로 유입된 물은 상기 배출홀(117)을 통해 가습실(120)로 분사되기 전 예열홈(116)을 통과하면서 가열채널(100)에서 더 많은 배기가스의 열을 회수하고 열교환되어, 물이 수증기로 상변화되기 위해 증발온도까지 도달하는 시간을 감소시킬 수 있는 것이다.
The water introduced into the preheating groove 116 formed by the plurality of "S" -shaped flow paths passes through the preheating groove 116 before being injected into the humidifying chamber 120 through the discharge hole 117, The heat of the exhaust gas can be recovered and heat exchanged to reduce the time required for the water to reach the evaporation temperature for phase change to water vapor.

상기 가습실(120)에는 상기 예열홈(116)의 배출홀(117)을 통해 분사되는 고온의 물 또는 수증기와 상기 연료유입부(50)를 통해 공급되는 연료의 균일한 혼합과 배기가스의 열전달을 촉진시키기 위해 길이방향으로 연장되며 주름진 가습실 전열핀(122)이 구비되되, 상기 연료유입부(50)에서 공급되는 연료가 가습실 전열핀(112)의 내부로 유입 가능하며, 상기 가습기 전열핀(112)에서 발생되는 혼합가스가 상기 혼합가스 배출홈(144)으로 배출될 수 있도록 상기 연료유입홈(141)의 내측인 상기 가습실 전열핀(122)의 상부와 상기 혼합가스 배출홈(144)의 내측인 상기 가습실 전열핀(122)의 하부는 횡방향으로 일부 절개되어 구성된다.The humidifying chamber 120 is provided with a heat exchanger for uniformly mixing hot water or water vapor injected through the discharge hole 117 of the preheating groove 116 and fuel supplied through the fuel inlet 50, The fuel supplied from the fuel inlet 50 can flow into the interior of the humidifying chamber heat transfer fin 112, and the humidification chamber heat transfer fin 112 can flow into the interior of the humidification chamber heat transfer fin 112, The upper portion of the humidification chamber heat transfer fins 122 inside the fuel inlet groove 141 and the upper portion of the mixed gas discharge groove 144 144 of the humidification chamber heat transfer fin 122 is partially cut in the lateral direction.

그래서 상기 반응채널(110)의 상부에 구비된 예열홈(116)으로 유입되어 상기 가열채널(100)의 배기가스 열과 열교환된 후 변환된 고온의 물 또는 수증기가 배출홀(117)을 통해 상기 가습실(120)에 구비된 가습실 전열핀(122)으로 분사되면 예열홈(116)의 하부된 구비된 상기 연료유입홈(141)을 통해 공급되는 연료와 만나 상기 가습실 전열핀(122)을 통과하면서 서로 혼합되고, 이때 지속적인 배기가스의 열과 열교환을 통해 고온의 물이 증발하면서 모두 수증기로 변화되어 연료와 고르게 혼합되며, 균일하게 혼합된 수증기와 연료는 상기 가열채널(100)에서 전달되는 배기가스의 열과 지속적인 열 교환을 통하여 온도가 상승하면서 혼합가스로 변환되는 것이다.Thus, the high-temperature water or steam that has been introduced into the preheating groove 116 provided in the upper part of the reaction channel 110 and heat-exchanged with the exhaust gas heat of the heating channel 100 is converted into the humidified water When the humidification chamber heat transfer fins 122 provided in the chamber 120 are injected into the humidification chamber heat transfer fins 122 through the fuel inlet grooves 141 provided below the preheating grooves 116, Temperature water is evaporated through continuous heat exchange with the heat of the exhaust gas, all of the water is changed into steam and mixed with the fuel evenly. The uniformly mixed water vapor and fuel are mixed with the exhaust gas And is converted into a mixed gas while the temperature rises through continuous heat exchange with the heat of the gas.

그리고 상기 가습실 전열핀(122)은 옵셋핀, 플레인핀, 주름핀, 삼각핀 등에서 선택하여 사용 가능하도록 하였다.The humidifying chamber heat transfer fins 122 may be selected from offset fins, plane fins, pleated fins, and triangular fins.

본 발명에서 상기 예열홈(116)은 상기 연료유입홈(141)의 상부에 구비되어 상기 예열홈(116)으로 유입되는 물이 연료보다 상부에서 유입된 후 배출홀(117)을 통해 배출될때 하부에서 유입되는 연료의 상부로 배출되어 물과 연료가 보다 고르게 혼합될 수 있도록 구성된다.
In the present invention, the preheating groove 116 is provided in the upper part of the fuel inlet groove 141 so that when the water flowing into the preheating groove 116 flows upward from the fuel and then discharged through the discharge hole 117, So that water and fuel can be mixed more evenly.

상기 개질반응실(130)에는 상기 가습실(120)에서 변환되어 상기 혼합가스 배출홈(144)을 통해 배출된 후 상기 혼합가스 유입홈(145)을 통해 공급되는 혼합가스의 이동을 원활히 하고 배기가스의 열전달을 촉진시키기 위한 개질반응실 상부전열핀(132)이 상기 혼합가스 유입홈(145)의 하부측에서 일측 상부로 경사지게 구비되고, 상기 개질반응실 상부전열핀(132)의 하부에는 상기 개질반응실 상부전열핀(132)을 통과하여 유입되는 혼합가스로부터 수소가스를 발생시키기 위한 촉매(C)가 수용되는 촉매층(133)이 구비되어 구성된다.In the reforming reaction chamber 130, the mixed gas supplied through the mixed gas inlet groove 145 is smoothly moved after being converted in the humidifying chamber 120 and discharged through the mixed gas discharge groove 144, A reforming reaction chamber upper heat transfer fin 132 for promoting heat transfer of the gas is inclined upward from one side of the lower side of the mixed gas inlet groove 145 to the upper side of the heat transfer fin 132 on the reforming reaction chamber, And a catalyst layer 133 containing a catalyst C for generating hydrogen gas from the mixed gas flowing through the reforming reaction chamber upper heat transfer fin 132.

상기 촉매층(133)에서 혼합가스를 개질 반응시켜 수소가스를 발생시키기 위해서는 개질반응실(130)의 촉매층(133)이 높은 온도가 아닐 경우 개질 반응이 일어나지 않게 되므로, 촉매층(133)은 계속적으로 충분히 높은 온도를 유지해야 하는데 이러한 역할을 위해 가열채널(100)에서는 고온의 배기가스에서 회수한 열을 상기 개질반응실(130)의 촉매층(133)으로 전달하여 촉매층(133)이 계속적으로 개질 반응에 필요한 높은 온도를 유지하면서 수소가스를 발생 가능하도록 하는 것이다.
The reforming reaction does not occur when the temperature of the catalyst layer 133 of the reforming reaction chamber 130 is not high enough to generate hydrogen gas by reforming the mixed gas in the catalyst layer 133. Therefore, The heating channel 100 transfers the heat recovered from the high temperature exhaust gas to the catalyst layer 133 of the reforming reaction chamber 130 so that the catalyst layer 133 continuously performs the reforming reaction Hydrogen gas can be generated while maintaining a necessary high temperature.

그리고 상기 개질반응실(130)의 촉매층(133) 하부에는 상기 촉매층(133)에서 개질반응되어 발생된 수소가스의 이동을 원활히 하고 배기가스의 열전달을 촉진시켜 수소가스의 온도를 용이하게 높일 수 있도록 개질반응실 하부전열핀(134)이 구비되며, 상기 개질반응실 하부전열핀(134)은 상기 촉매투출홈(142)을 통한 촉매(C)의 투입 및 배출을 원활히 하고 혼합가스의 개질 촉매반응으로 발생된 수소가스의 배출을 원활히 하도록 상기 촉매투출홈(142)의 하부에서 상기 수소가스 배출홈(143)의 상부로 경사지게 구비되어 상기 촉매층(133)에서 혼합가스로부터 개질 촉매 반응을 통해 발생된 수소가스는 상기 개질반응실 하부전열핀(134)을 통과하면서 더욱 높은 온도로 변환되어 상기 수소가스 배출홈(143)을 통해 배출되도록 구성된다.In order to facilitate the movement of the hydrogen gas generated by the reforming reaction in the catalyst layer 133 and to facilitate the heat transfer of the exhaust gas, the temperature of the hydrogen gas can be easily increased below the catalyst layer 133 of the reforming reaction chamber 130 The reforming reaction chamber lower heat transfer fin 134 is provided and the lower heat transfer fin 134 of the reforming reaction chamber is provided with a catalytic reaction chamber for facilitating the introduction and discharge of the catalyst C through the catalyst injection recess 142, The catalyst layer 133 is provided at an upper portion of the hydrogen gas exhaust groove 143 at a lower portion of the catalyst injection groove 142 to facilitate the discharge of hydrogen gas generated in the catalyst layer 133, The hydrogen gas is converted into a higher temperature while passing through the lower heat transfer fin 134 of the reforming reaction chamber and is discharged through the hydrogen gas discharge groove 143.

이때, 상기 개질반응실 상부전열핀(132) 및 개질반응실 하부전열핀(134)은 옵셋핀, 플레인핀, 주름핀, 삼각핀 등에서 선택하여 사용 가능하다.
At this time, the reforming reaction chamber upper heat transfer fin 132 and the reforming reaction chamber lower heat transferring fin 134 can be selected from an offset fin, a plane fin, a corrugated fin, and a triangular fin.

상기와 같이 상기 사각막음판(112)의 격벽(113)에 의해 상기 개질반응실(130)과 독립적 구조를 이루는 상기 가습실(120)에서 발생된 혼합가스는 격벽(113)에 의해 가습실(120)에 더욱 오랜시간 머물면서 배기가스의 열과 열교환되므로, 더욱 높은 온도의 혼합가스를 상기 개질반응실(130)로 공급할 수 있고, 더욱 높은 온도의 혼합가스를 공급받은 상기 개질반응실(130)에서는 혼합가스로부터 수소가스를 발생시키기 위한 개질 촉매반응 시간을 단축시킬 있는 것이다.The mixed gas generated in the humidifying chamber 120 having an independent structure with the reforming reaction chamber 130 by the partition 113 of the quadrangular blocking plate 112 is introduced into the humidifying chamber The reforming reaction chamber 130, which is supplied with the higher-temperature mixed gas, can be supplied to the reforming reaction chamber 130 because the heat exchange with the heat of the exhaust gas is performed for a longer period of time, The reforming catalyst reaction time for generating hydrogen gas from the mixed gas is shortened.

상기 배기가스유입부(20)는 내부가 중공형이며, 상기 개질부(10)의 하부에 구비되어 고온의 배기가스를 상기 개질부(10)로 유입시키도록 구성되고, 상기 배기가스배출부(30) 또한 내부가 중공형이며, 상기 개질부(10)를 통과하면서 열을 빼앗긴 배기가스가 외부로 배출되도록 상기 개질부(10)의 상부에 구성된다.The exhaust gas inlet 20 is hollow and has a hollow shape and is installed at a lower portion of the reformer 10 to introduce hot exhaust gas into the reformer 10, 30 is also formed on the upper part of the reforming section 10 so that the exhaust gas exhausted from the reforming section 10 is exhausted to the outside.

상기 물유입부(40) 상기 개질부(10)의 일측 상부에 구비되며, 상기 개질부(10)의 반응채널(110) 내부로 물을 공급해주기 위해 내부에 다수개의 분사관(410)이 구비된다.The water inflow section 40 is provided at one side of the reforming section 10 and includes a plurality of injection tubes 410 therein to supply water into the reaction channel 110 of the reforming section 10 do.

상기 분사관(410)은 끝단이 상기 개질부(10)에 구비된 각 반응채널(110)의 물유입관통공(115)에 연결되고 분사관(410)을 통해 공급된 물은 물유입관통공(115)을 지나 예열홈(116)으로 유입되는 것이다.
The end of the injection pipe 410 is connected to the water inflow through hole 115 of each reaction channel 110 provided in the reforming unit 10 and the water supplied through the injection pipe 410 passes through the water inflow through- (115) to the preheating groove (116).

상기 연료유입부(50)는 상기 개질부(10)의 반응채널(110) 내부로 연료를 공급하기 위해 상기 물유입부(40)가 구비된 개질부(10)의 타측 상부에 구비되되, 상기 개질부(10)의 반응채널(110)에 구비된 연료유입홈(141)과 내부가 연통되게 구비되고, 상기 반응채널(110)의 물유입관통공(115) 보다 하부에 위치한 연료유입홈(141)으로 인해 상기 연료유입부(50)는 상기 물유입부(40) 보다 하부에 위치되어 구성된다.The fuel inlet 50 is provided on the other side of the reforming unit 10 provided with the water inlet 40 for supplying fuel into the reaction channel 110 of the reforming unit 10, The fuel inlet groove 141 provided in the reaction channel 110 of the reforming unit 10 communicates with the fuel inlet groove 141 located below the water inlet hole 115 of the reaction channel 110, 141), the fuel inlet (50) is positioned below the water inlet (40).

상기 연료유입부(50)를 통해 상기 개질부(10)로 공급되는 연료는 일자형 막음판(103)으로 측면이 밀폐되어 있는 가열채널(100)에는 유입되지 않고 사각 막음판(112)에 연료유입홈(141)이 구비된 반응채널(110)의 내측 상부인 상기 가습실(120)로만 연료가 공급될 수 있는 것이다.The fuel supplied to the reforming unit 10 through the fuel inflow unit 50 is not introduced into the heating channel 100 whose sides are closed by the linear blocking plate 103 but is injected into the rectangular blocking plate 112 Fuel can be supplied only to the humidifying chamber 120, which is the upper inside of the reaction channel 110 provided with the groove 141.

상기 혼합가스이동부(60)는 내부가 빈 형상이며 상기 개질부(10)의 타측면 중앙부인 상기 반응채널(110)의 혼합가스 배출홈(144)과 혼합가스 유입홈(145)의 외측으로 돌출되게 구비되어, 상기 사각막음판(112)의 격벽(113)에 의해 독립적 구조를 이루는 상기 반응채널(110)의 가습실(120)에서 발생되어 상기 혼합가스배출홈(144)을 통해 배출되는 혼합가스를 상기 혼합가스 유입홈(145)을 통해 상기 개질반응실(130)로 공급하기 위한 혼합가스의 이동경로 및 이동되는 혼합가스를 밀폐시켜 누설을 방지하도록 구성된다.The mixed gas moving part 60 has a hollow shape and protrudes to the outside of the mixture gas discharge groove 144 and the mixed gas inlet groove 145 of the reaction channel 110 at the center of the other side of the reforming part 10 A mixed gas which is generated in the humidifying chamber 120 of the reaction channel 110 and is discharged through the mixed gas discharge groove 144 by the partition wall 113 of the square blocking plate 112, The gas flow path for supplying the gas to the reforming reaction chamber 130 through the mixed gas inlet groove 145 and the mixed gas to be moved are sealed to prevent leakage.

상기 수소가스배출부(70)는 상기 개질부(10)의 일측면 하부이며, 상기 반응채널(110)의 수소가스 배출홈(143)과 내부가 연통되게 구비되어 상기 촉매층(133)에서 개질 촉매 반응으로 발생된 수소가스가 상기 개질실 하부전열핀(134)을 거쳐 외부로 배출될 수 있도록 구성된다.The hydrogen gas discharging unit 70 is disposed below the one side of the reforming unit 10 and communicates with the inside of the hydrogen gas discharging groove 143 of the reaction channel 110. In the catalyst layer 133, And the hydrogen gas generated by the reaction can be discharged to the outside through the heat transfer fin (134) under the reforming chamber.

상기 촉매투출부(80)는 상기 개질부(10)에 구비되되, 상기 수소가스 배출부(70)의 반대측 상부이며, 상기 촉매투출홈(142)의 외측으로 구비되고, 볼트 및 너트(82)로 연결된 덮개(81)에 의해 개폐가능하게 구비되어, 촉매투출부(80)를 통해 반응채널(110)에 구비된 개질반응실(130)의 촉매층(133)으로 촉매(C)를 투입할 뿐 아니라, 수명을 다하여 개질 반응 능력이 떨어진 촉매(C)를 교체시에는 외부에서 촉매투출부(80)를 통해 교체할 촉매(C)를 빼내고, 새로운 촉매(C)를 투입시킬 수 있어 개질부(10)를 분리하지 않고도 촉매(C)를 용이하게 교체할 수 있도록 구성된다.The catalyst discharging portion 80 is provided on the reforming portion 10 and is located on the opposite side of the hydrogen gas discharging portion 70 and outside the catalyst discharging groove 142 and includes a bolt and a nut 82, And the catalyst C is injected into the catalyst layer 133 of the reforming reaction chamber 130 provided in the reaction channel 110 through the catalyst discharging unit 80 The catalyst C to be replaced can be removed from the outside through the catalyst discharging unit 80 and the new catalyst C can be introduced into the reforming unit So that the catalyst (C) can be easily replaced without removing the catalyst (10).

이때, 상기 촉매(C)를 교체시에는 볼트 및 너트(82)에 의해 연결된 덮개(81)를 분리하여 촉매투출부(80)를 개방시킨 후, 촉매투출부(80)가 바닥을 향하도록 개질기(1)를 기울여서 촉매층(133)에 수용된 촉매(C)가 촉매투출부(80)를 통해 빠져나오도록 하고, 촉매(C)가 모두 빠져 나온 후에는 개질기(1)를 반대로 기울여서 새로운 촉매(C)가 촉매층(133)으로 수용될 수 있도록 촉매투출부(80)를 통해 촉매(C)를 투입하여 교체하는 것이다.At this time, when replacing the catalyst (C), the lid (81) connected by the bolt and nut (82) is separated to open the catalyst discharging part (80), and then the catalyst discharging part The catalyst C accommodated in the catalyst layer 133 is tilted so that the catalyst C contained in the catalyst layer 133 is discharged through the catalyst outlet 80. After the catalyst C is completely exhausted, Is accommodated in the catalyst layer 133 through the catalyst discharging unit 80 and replaced.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 연료전지 시스템용 통합형 개질기는 다음과 같이 작용된다.
The integrated reformer for a fuel cell system according to the present invention configured as above operates as follows.

연료전지 스택의 캐소드극에서 배출된 온도 약 750℃ 이상인 고온의 배기가스가 본 발명 개질기(1)의 배기가스 유입부(20)를 통해 복수개의 가열채널(100)과 반응채널(110)이 교대로 배열된 개질부(10)의 하부로 공급되며, 상기와 같이 공급된 고온의 배기가스는 상, 하부가 오픈된 각 가열채널(100)로 유입되어 가열채널 전열핀(104)을 따라 하부에서 상부 방향으로 이동하면서 개질부(10)의 상부에 위치한 배기가스 배출부(30)로 배출되되, 상기 가열채널(100)의 가열채널 분리판(101)과 가열채널 전열핀(104)은 이동하는 고온의 배기가스에서 열을 회수한다.A high temperature exhaust gas having a temperature of 750 ° C or higher discharged from the cathode of the fuel cell stack is alternately supplied to the plurality of heating channels 100 and the reaction channel 110 through the exhaust gas inlet 20 of the reformer 1 of the present invention The high temperature exhaust gas supplied as described above is introduced into each heating channel 100 opened upwards and downward along the heating channel heat transfer fins 104 at a lower portion of the reforming portion 10, The heating channel separator plate 101 and the heating channel heat transfer fin 104 of the heating channel 100 are moved to the exhaust gas discharging portion 30 located at the upper portion of the reforming portion 10 while moving upward, The heat is recovered from the hot exhaust gas.

그리고 개질부(10)의 측면에 위치한 물유입부(40)에서는 분사관(410)을 통해 각 반응채널(110)의 물공급관통공(115)으로 물을 유입시키고, 유입된 물은 다중의 “S"자형 유로를 타고 예열홈(116)을 흐르면서 반응채널(110)의 전, 후면에 위치한 가열채널(100)에서 회수한 배기가스 열과 열교환되어 100℃ 부근의 물 또는 수증기로 변화된다.In the water inflow part 40 located at the side of the reforming part 10, water is introduced into the water supply pipe through hole 115 of each reaction channel 110 through the injection pipe 410, S "shaped flow path to heat exchange with the exhaust gas heat recovered in the heating channel 100 located on the front and rear sides of the reaction channel 110 while flowing through the preheating groove 116, and is changed to water or steam near 100 ° C.

한편, 연료유입부(50)에서도 상온 약 20℃의 메탄이 주성분인 연료를 개질부(10)에 구비된 각 반응채널(110)의 연료유입홈(141)을 통해 가습실(120)에 구비된 상기 가습실 전열핀(122)으로 유입시키고, 유입된 연료는 반응채널(110)의 전, 후면에 위치한 가열채널(100)의 배기가스 열과 열교환을 통해 온도가 상승하게 된다.The fuel in the fuel inlet 50 is also supplied to the humidifying chamber 120 through the fuel inlet groove 141 of each reaction channel 110 provided in the reforming section 10, And the temperature of the introduced fuel is increased by heat exchange with the exhaust gas heat of the heating channel 100 located at the front and rear of the reaction channel 110. [

상기 예열홈(116)에서 변화된 100℃ 부근의 물 또는 수증기는 배출홀(117)을 통해 상기 가습실(120)에 구비된 가습실 전열핀(122) 상부로 분사되고, 분사된 물 또는 수증기는 하부에 유입되어 온도가 상승된 연료와 만나 섞이면서 가습실 전열핀(122) 하부를 향해 흐르고, 수증기가 아닌 100℃ 부근의 물은 상기 가습실 전열핀(122)에서 계속되는 배기가스와의 열 교환과정을 통해 액상에서 기상으로 변하여 모두 수증기로 변화되면서 연료와 고르게 혼합되며, 고르게 혼합된 수증기와 연료는 배기가스의 지속적인 열교환 과정을 통해 온도가 상승하면서 혼합가스로 변환된 후 상기 혼합가스 배출홈(144)으로 배출된다. Water or water vapor in the vicinity of 100 ° C which is changed in the preheating groove 116 is injected to the upper part of the heat transfer fins 122 of the humidifying chamber 120 provided in the humidifying chamber 120 through the discharge hole 117, And flows into the lower portion of the heat transfer fins 122 of the humidifying chamber while being mixed with the fuel whose temperature has risen. The water near 100 deg. C, which is not steam, flows through the heat transfer fins 122 in the humidifying chamber And the fuel is uniformly mixed with the fuel, and the uniformly mixed water vapor and fuel are converted into the mixed gas while the temperature rises through the continuous heat exchange process of the exhaust gas, ).

그리고 상기 혼합가스 배출홈(144)에서 배출된 혼합가스는 상기 혼합가스이동부(60)로 유입되어 혼합가스이동부(60) 내부로 이동된 후 상기 혼합가스 유입홈(145)을 통해 개질 개질반응실(130)의 상부로 공급되고, 공급된 혼합가스는 개질반응실(130)의 개질반응실 상부전열핀(132)을 통과하면서 배기가스의 열을 통해 더욱 높은 온도로 변화되어 촉매층(133)으로 유입된다.The mixed gas discharged from the mixed gas discharge groove 144 flows into the mixed gas moving part 60 and moves into the mixed gas moving part 60, The mixed gas is supplied to the upper portion of the reforming reaction chamber 130 through the heat transfer fin 132 of the reforming reaction chamber 130 and is further heated to a higher temperature through the heat of the exhaust gas, ≪ / RTI >

상기 촉매층(133)으로 유입된 혼합가스는 상기 가열채널(100)에서 전달되는 배기가스의 열과 열교환을 통해 적정하게 높은 온도를 유지하는 촉매층(133)에 수용된 촉매(C)와 만나 개질 촉매 반응에 의해 수소가스를 발생시키며, 상기 촉매층(133)에서 발생된 수소가스는 촉매층(133)의 하부에 구비된 개질반응실 하부전열핀(134)으로 유입되어 하부로 이동하면서 지속적인 배기가스의 열과 열교환 과정을 거치고, 지속적인 열 교환과정을 거쳐 더욱 높은 온도를 유지하는 수소가스는 개질반응실 하부전열핀(134)을 거쳐 하부로 고르게 분포되면서 개질반응실 하부전열핀(134)의 하부에 구비된 수소가스 배출홈(143)을 통해 수소가스배출부(70)로 유입된 후 외부로 배출된다.The mixed gas introduced into the catalyst layer 133 is mixed with the catalyst C contained in the catalyst layer 133 maintaining an appropriately high temperature through heat exchange with the heat of the exhaust gas delivered from the heating channel 100, And the hydrogen gas generated in the catalyst layer 133 flows into the lower heat transfer fin 134 of the reforming reaction chamber provided in the lower portion of the catalyst layer 133 and flows downward, The hydrogen gas which is maintained at a higher temperature through the continuous heat exchange process is distributed evenly to the lower portion through the lower heat transfer fin 134 and the hydrogen gas supplied to the lower portion of the heat transfer fin 134 below the reforming reaction chamber And then flows into the hydrogen gas discharge unit 70 through the discharge groove 143 and is discharged to the outside.

상기한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명이 비록 한정된 실시 예에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다 할 것이다.Although the present invention having been described above has been described with reference to a limited number of embodiments, it is to be understood that the present invention is not limited thereto and that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention by those skilled in the art. Various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.

1-개질기 10-개질부
20-배기가스유입부 30-배기가스배출부
40-물유입부 50-연료유입부
60-혼합가스이동부 70-수소가스배출부
80-촉매투출부 100-가열채널
101-가열채널 분리판 103-일자형 막음판
104-가열채널 전열핀 110-반응채널
111-반응채널 분리판 112-사각 막음판
113-격벽 115-물유입관통공
116-예열홈 117-배출홀
120-가습실 122-가습실 전열핀
130-개질반응실 132-개질반응실 상부전열핀
133-촉매층 134-개질반응실 하부전열핀
141-연료유입홈 142-촉매투출홈
143-수소가스 배출홈 144-혼합가스 배출홈
145-혼합가스 유입홈 150-외측 보호판
410-분사관
1-reformer 10-
20 - Exhaust gas inlet 30 - Exhaust gas outlet
40-Water inlet 50-Fuel inlet
60-mixed gas moving part 70-hydrogen gas discharging part
80 - Catalyst delivery part 100 - Heating channel
101-heating channel separating plate 103-straight blocking plate
104-heating channel heating pin 110-reaction channel
111-reaction channel separation plate 112-square blocking plate
113-bulkhead 115-water inflow hole
116-Preheating groove 117-Discharge hole
120-Humidification chamber 122-Humidification chamber heat transfer pin
130-reforming reaction chamber 132-reforming reaction chamber upper heating pin
133-Catalyst layer 134-Reforming reaction chamber Lower heat conductive fins
141-fuel inlet groove 142-catalyst outlet
143-Hydrogen gas discharge groove 144-Mix gas discharge groove
145 - Mixed gas inflow groove 150 - Outer shield plate
410-Dispatcher

Claims (5)

하부에서 공급되어 상부로 배출되는 고온의 배기가스에서 열을 회수하기 위한 가열채널(100)과, 상기 가열채널(100)의 배기가스 열과 열교환되면서 내부로 공급되는 물과 연료를 혼합가스로 변환시키는 가습실(120)과 혼합가스로부터 수소가스를 발생시키는 개질반응실(130)이 내부에 형성된 반응채널(110)이 두 개의 외측 보호판(150) 사이에 횡방향이며 교대로 복수개가 배열되어 구비된 개질부(10);
상기 개질부(10)의 하부와 상부에 구비되어 고온의 배기가스를 상기 가열채널(100)로 공급하고 배출시키는 배기가스유입부(20) 및 배기가스배출부(30);
상기 개질부(10)의 일측면 상부에 구비되며, 상기 반응채널(110) 내부로 물을 공급하는 다수개의 분사관(410)이 내부에 형성된 물유입부(40);
상기 물유입부(40)가 설치된 개질부(10)의 타측면 상부에 구비되되, 상기 물유입부(40) 보다 하부에 위치하며 반응채널(110) 내부로 연료를 공급하는 연료유입부(50);
상기 개질부(10)의 타측면 중앙부에 구비되며, 상기 반응채널(110)의 가습실(120)에서 변환된 혼합가스를 상기 개질반응실(130)로 이동되도록 하는 혼합가스이동부(60);
상기 개질부(10)의 일측면 하부에 구비되어 상기 개질부(10)의 반응채널(110)에서 발생되는 수소가스를 배출시키는 수소가스배출부(70);
상기 개질부(10)의 타측면 하부에 구비되되, 상기 수소가스배출부(70) 보다 상부에 위치하며, 덮개(81)에 의해 개폐가능하여 촉매(C)를 반응채널(110)에 투입 및 배출시킬 수 있는 촉매투출부(80)를 포함하여 이루어지며,
상기 반응채널(110)에는 사각 판형상의 반응채널 분리판(111)과 상기 반응채널 분리판(111)의 전면 사방을 밀폐시키며, 내측 상부에 가습실(120)과 내측 하부에 개질반응실(130)이 독립적 구조로 형성되게 상기 혼합가스이동부(60)의 중앙부 내측 방향으로 격벽(113)이 형성된 사각 막음판(112)이 구비되되,
상기 사각 막음판(112)은 상기 연료유입부(50) 및 상기 수소가스배출부(70), 상기 촉매투출부(80)와 연통되는 위치에 사각 막음판(112)이 일부 개방되어 각 연료유입홈(141), 수소가스 배출홈(143), 촉매투출홈(142)이 형성되고, 상기 가습실(120)의 혼합가스가 배출되어 상기 개질반응실(130)로 유입되도록 혼합가스 이동부(60) 내측 방향의 격벽(113) 상,하부 일부가 개방되어 혼합가스 배출홈(144) 및 혼합가스 유입홈(145)이 구비되며,
상기 사각 막음판(112)의 상부이며 상기 가습실(120)의 상부측에는 일측면에 상기 분사관(410)과 연결되는 물유입관통공(115)과, 상기 물유입관통공(115)과 끝단이 연통되며 다중의 “S"자형 유로로 형성되고 하단부 내측으로 다수개의 배출홀(117)이 형성되어 고온의 물 또는 수증기가 상기 가습실(120)로 배출되도록 하는 예열홈(116)이 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 통합형 개질기.
A heating channel 100 for recovering heat from the high temperature exhaust gas supplied from the lower portion to the upper portion of the exhaust gas heat exchanger 100 and a water / A reaction chamber 110 in which a humidification chamber 120 and a reforming reaction chamber 130 for generating hydrogen gas from a mixed gas are formed is disposed between two outer shield plates 150 in a transverse direction and a plurality of alternately arranged A reforming section (10);
An exhaust gas inflow part 20 and an exhaust gas exhaust part 30 provided at the lower part and the upper part of the reforming part 10 to supply and discharge hot exhaust gas to the heating channel 100;
A water inflow part 40 provided on one side of the reforming part 10 and having a plurality of injection pipes 410 for supplying water into the reaction channel 110;
A fuel inflow part 50 provided on the other side of the reforming part 10 where the water inflow part 40 is installed and located below the water inflow part 40 and supplying fuel into the reaction channel 110; );
A mixed gas moving part 60 provided at the center of the other side of the reforming part 10 and adapted to move the mixed gas from the humidifying chamber 120 of the reaction channel 110 to the reforming reaction chamber 130;
A hydrogen gas discharge unit 70 provided below one side of the reforming unit 10 to discharge hydrogen gas generated in the reaction channel 110 of the reforming unit 10;
The reforming unit 10 is disposed below the other side of the reforming unit 10 and is located above the hydrogen gas exhausting unit 70 and is opened and closed by the lid 81 so that the catalyst C is introduced into the reaction channel 110, And a catalyst discharge portion (80) capable of discharge,
The reaction channel separator plate 111 and the reaction channel separator plate 111 are sealed in the reaction channel 110. The humidification chamber 120 and the reforming reaction chamber 130 And the partition wall 113 is formed in the central portion of the mixed gas moving part 60 so that the partition wall 113 is formed in an independent structure,
The quadrangular blocking plate 112 is partially opened at a position where it communicates with the fuel inlet 50, the hydrogen gas outlet 70 and the catalyst outlet 80, The gas mixture is supplied to the reforming reaction chamber 130 so that the mixture gas in the humidification chamber 120 is discharged and introduced into the reforming reaction chamber 130. [ A part of the lower part of the partition wall 113 on the inner side of the partition wall 113 is opened to provide a mixed gas discharge groove 144 and a mixed gas inlet groove 145,
A water inflow through hole 115 connected to the spray pipe 410 on one side of the upper portion of the quadrangular blocking plate 112 and an upper side of the humidifying chamber 120, And a plurality of discharge holes 117 are formed in the lower end portion of the heat transfer groove 116 to discharge hot water or steam to the humidifying chamber 120 An integrated reformer for a fuel cell system.
청구항1에 있어서,
상기 가열채널(100)은 사각 판형상의 가열채널 분리판(101) 전면 양끝단에 일자형 막음판(103)이 구비되고, 배기가스의 열전달을 촉진시키기 위해 가열채널 분리판(101)의 전면이며 일자형 막음판(103)의 내측으로 길이방향으로 연장되며 주름진 가열채널 전열핀(104)이 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 통합형 개질기.
The method according to claim 1,
The heating channel 100 is provided with a straight blocking plate 103 at both ends of a rectangular plate-shaped heating channel separator plate 101 and has a front surface of the heating channel separator plate 101 for promoting heat transfer of the exhaust gas, And a corrugated heating channel heat transfer fin (104) extending in the longitudinal direction to the inside of the blocking plate (103).
삭제delete 청구항1에 있어서,
상기 가습실(120)에는 상부와 하부가 횡방향으로 일부 절개되어 연료의 유입 및 혼합가스의 배출이 가능하며 배기가스의 열전달을 촉진시켜 주기 위해 길이방향으로 연장되며 주름진 가습실 전열핀(122)이 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 통합형 개질기.
The method according to claim 1,
The upper and lower portions of the humidifying chamber 120 are partially cut in the lateral direction to allow the fuel to flow in and the mixed gas to be exhausted. The humidification chamber 120 extends in the longitudinal direction to promote heat transfer of the exhaust gas, Wherein the fuel cell system comprises:
청구항1에 있어서,
상기 개질반응실(130)에는 배기가스의 열전달을 촉진시켜 주기 위해 상부에 상기 혼합가스 유입홈(145)의 하부측에서 일측 상부로 경사지며 주름진 개질반응실 상부전열핀(132)과, 상기 개질반응실 상부전열핀(132)의 하부로 혼합가스로부터 수소가스를 발생시키기 위한 촉매(C)가 수용되는 촉매층(133)과, 상기 촉매층(133)의 하부에 배기가스의 열전달을 촉진시켜 주기 위해 상기 촉매투출홈(142)의 하부측에서 상기 수소가스 배출홈(143)의 상부측으로 경사지며 주름진 개질반응실 하부전열핀(134)이 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템용 통합형 개질기.
The method according to claim 1,
The reforming reaction chamber 130 is provided with an upper heating fins 132 on the upper part of the mixed gas inlet groove 145 which are inclined upward from the lower side to the upper side of the mixed gas introduction groove 145 to promote heat transfer of the exhaust gas, A catalytic layer 133 in which a catalyst C for generating hydrogen gas from the mixed gas is accommodated in a lower portion of the upper heat transfer fin 132 of the reaction chamber and a catalyst layer 133 for promoting heat transfer of the exhaust gas to a lower portion of the catalyst layer 133 Wherein the lower portion of the catalyst discharge groove (142) is inclined toward the upper side of the hydrogen gas discharge groove (143), and the lower heat transfer fin (134) is formed in the corrugated reforming reaction chamber.
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