KR20030021080A - Apparatus to remove carbon monoxide for fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 연료 전지용 CO 제거장치에 관한 것으로서, 기존의 CO제거 반응기와 열교환기가 분리됨에 따라 넓은 공간을 차지하게 되어 장차의 대형화를 초래하고, 가스의 공급이 별도의 가스관을 통해 이루어짐에 따라 장치의 공간배치를 어렵게 하여 불필요한 공간을 차지하게 되는 요인이 되는 한편, 좁은 가스 배관을 통과한 가스들이 CO제거 반응기에 공급될 시, 좁은 공간 안에서 가스의 충분한 확산이 이루어지지 않아 촉매 층에 균일하게 확산되지 않고 통과함으로써, 촉매의 이용률 및 전환율을 낮게하는 문제점이 있는바, 이를 해결코자 장치 전체의 소형화와 일산화탄소 제거 성능을 향상하기 위해 개질 가스와 공기의 균일한 혼합도를 유지하기 위한 가스 믹싱부와 개질 가스의 온도 제어를 위한 열교환기가 CO제거 반응기에 통합되어 모듈화 된 다단계 형태의 연료 전지용 CO 제거장치에 관한 것이다.The present invention relates to a CO removal apparatus for a fuel cell, and takes up a large space as the existing CO removal reactor and the heat exchanger are separated, resulting in the enlargement of the future, and the supply of gas is made through a separate gas pipe. While it is difficult to arrange the space, it takes up unnecessary space, and when gases passing through the narrow gas pipe are supplied to the CO removal reactor, sufficient diffusion of the gas is not performed in the narrow space so that it does not diffuse uniformly in the catalyst bed. By passing through, there is a problem of lowering the utilization rate and conversion rate of the catalyst. To solve this problem, the gas mixing unit and the reforming to maintain a uniform mixing of the reformed gas and the air in order to reduce the overall size of the device and improve the carbon monoxide removal performance. Heat exchanger for temperature control of gas is integrated into the CO removal reactor Phase in the form of fuel cells relates to the CO removal device.
일반적으로, 고체 전해질형의 연료 전지 시스템은 양극판과 음극판 사이에 고체 고분자 전해질막을 겹쳐 만든 셀을 적층시킨 스택으로 구성된 연료 전지 본체에 연료 개질 장치에서 생성된 수소 리치(rich)한 개질 가스와 공기를 공급하여 전기 화학 반응을 일으키는 발전 시스템으로 근래 자동차의 구동형 전원에 사용되고 있다.In general, a solid electrolyte fuel cell system includes a hydrogen-rich reformed gas and air generated by a fuel reformer in a fuel cell body including a stack in which cells made by stacking a solid polymer electrolyte membrane are stacked between a positive electrode plate and a negative electrode plate. It is a power generation system that generates an electrochemical reaction by supplying it, and is recently used for driving power sources of automobiles.
도 2는 종래의 연료 개질 장치를 나타내는 단면도로써, 상기 연료 개질 장치(100)는 탄화 수소와 물과의 촉매 반응으로 목적 생성물인 수소를 생산하는 개질기(110)를 구비하고 있는데, 상기 개질기(110)에서는 불가피하게 일어나는 탄화 수소의 분해 반응에 의해 수소 이외의 미량의 일산화탄소가 생성된다.FIG. 2 is a cross-sectional view of a conventional fuel reforming apparatus. The fuel reforming apparatus 100 includes a reformer 110 for producing hydrogen as a target product by catalytic reaction between hydrocarbons and water, and the reformer 110. In the case of), a trace amount of carbon monoxide other than hydrogen is generated by the decomposition reaction of hydrocarbon.
상기 일산화탄소는 연료 전지 본체의 촉매 피독을 초래하고, 발전 효율을 저하시킴과 동시에 연료 전지의 수명을 단축한다.The carbon monoxide causes catalyst poisoning of the fuel cell body, reduces power generation efficiency and shortens the life of the fuel cell.
이 때문에 상기 연료 개질 장치(100)는 연료 전지 본체에 공급된 개질 가스로부터 일산화탄소를 미리 제거하는 목적으로 상기 개질기(110)보다 하류측에 CO 제거장치(120)를 구비하고 있다.For this reason, the fuel reformer 100 includes a CO removal device 120 downstream from the reformer 110 for the purpose of previously removing carbon monoxide from the reformed gas supplied to the fuel cell body.
상기 CO 제거장치(120)는 개질기(110)로부터 생성된 수소 리치한 개질 가스를 선택 산화 촉매가 장착된 CO제거 반응기(140)에 통과시키는 것에 의해 개질 가스에 포함된 일산화탄소를 선택적으로 산화하고 제거한다.The CO removal device 120 selectively oxidizes and removes carbon monoxide contained in the reformed gas by passing the hydrogen rich reformed gas generated from the reformer 110 through a CO removal reactor 140 equipped with a selective oxidation catalyst. do.
상기 개질기(110)로부터 생산되는 수소 리치한 가스는 대부분이 수소로 구성되어 있으므로 CO제거 반응기(140)에는 수소의 손실을 줄이며 일산화탄소의 이산화탄소로의 산화 반응을 촉진하는 산화 알루미늄과 같은 산성 산화물을 운반체로 하여 백금 등의 촉매가 사용된다.Since the hydrogen-rich gas produced from the reformer 110 is mostly composed of hydrogen, the CO removal reactor 140 carries an acidic oxide such as aluminum oxide, which reduces the loss of hydrogen and promotes the oxidation reaction of carbon monoxide to carbon dioxide. For example, a catalyst such as platinum is used.
이러한 촉매에는 일반적으로 상대적으로 높은 온도에서 반응이 진행될 시에 일산화탄소 대신 수소가 주로 반응하고, 일산화탄소가 일정 농도 이하로 감소될 수 없는 한계값이 존재한다.These catalysts generally have a limit value where hydrogen reacts instead of carbon monoxide when the reaction proceeds at relatively high temperatures, and carbon monoxide cannot be reduced below a certain concentration.
또한, 일정 온도 이하에서 높은 농도의 일산화탄소에 촉매가 노출되는 경우 촉매가 피독되는 경향이 있다.In addition, when the catalyst is exposed to a high concentration of carbon monoxide below a certain temperature, the catalyst tends to be poisoned.
이러한 문제를 극복하고, 최종 일산화탄소의 농도를 연료 전지 스택이 요구하는 수준으로 저감하기 위해서는 CO제거 반응기(140)의 온도를 적정 온도로 유지함과 동시에 도입되는 개질 가스의 농도에 따라 각기 다른 온도로 제어되는 여러 단의 CO제거 반응기(140)를 설치하여 일산화탄소의 산화반응을 수행할 필요가 있다.In order to overcome this problem and reduce the concentration of the final carbon monoxide to the level required by the fuel cell stack, the temperature of the CO removal reactor 140 is maintained at an appropriate temperature and controlled at different temperatures according to the concentration of reformed gas introduced. It is necessary to install several stages of CO removal reactor 140 to perform oxidation of carbon monoxide.
또한, 일산화탄소 산화 반응과 소량 일어나는 수소의 산화 반응은 발열 반응으로 각 CO제거 반응기(140)의 촉매층은 필연적인 온도의 상승을 초래하므로 발생한 열을 제거하여 개질 가스를 냉각할 수 있도록 하기 위한 열교환기(150)를 장착한다.In addition, since the carbon monoxide oxidation reaction and the small amount of hydrogen oxidation reaction are exothermic reactions, the catalyst layer of each CO removal reactor 140 inevitably raises the temperature, and thus a heat exchanger for removing the generated heat to cool the reformed gas. Mount the 150.
상기 CO 제거장치(120)의 구성은 공기 혼합기(130), CO제거 반응기(140), 열교환기(150)가 직렬로 반복적으로 연결되어 있는 형태로 구성된다.The configuration of the CO removal device 120 is configured such that the air mixer 130, the CO removal reactor 140, the heat exchanger 150 is repeatedly connected in series.
상기 열교환기(150)는 CO제거 반응기(140)에 도입되는 개질 가스의 초기 온도를 원하는 온도로 설정할 수 있도록 한다.The heat exchanger 150 allows to set the initial temperature of the reformed gas introduced into the CO removal reactor 140 to a desired temperature.
개질 가스는 공기 혼합기(130)에서 산소와 혼합된 후 CO제거 반응기(140)를 통과하면서 일산화탄소가 선택적 산화되고 발열 반응에 의해 상승된 개질 가스의 온도는 다시 열교환기(150)에서 냉각된 후 다음에 연결된 CO제거 반응기(140)에 공급된다.After the reformed gas is mixed with oxygen in the air mixer 130 and then passed through the CO removal reactor 140, the temperature of the reformed gas, which is selectively oxidized by the carbon monoxide and increased by the exothermic reaction, is cooled again in the heat exchanger 150 and then It is supplied to the CO removal reactor 140 connected to.
상기 CO 제거장치(120)로의 일산화탄소 선택 산화 반응에는 산소를 필요로하기 때문에 통상은 개질 가스에 공기를 혼합하고, 이 혼합가스를 촉매에 통과시키는 방법이 채택되고 있다.Since the carbon monoxide selective oxidation reaction to the CO removal device 120 requires oxygen, a method of mixing air with a reforming gas and passing the mixed gas through a catalyst is usually adopted.
그리고, 종래에는 선택 산화 촉매에 연결된 배관(160) 도중에 공기를 공급하는 방법이 채택되어 왔다.In the past, a method of supplying air in the middle of the pipe 160 connected to the selective oxidation catalyst has been adopted.
그렇지만, 상기 배관(160) 도중에 공기 공급 통로(미도시)를 설치한 구조에 있어 공기와 개질 가스를 충분히 균일하게 혼합하기 위해서는 어느 정도의 배관(160) 길이가 필요해지기 때문에 종래의 구조에서는 연료 개질 장치(100)의 대형화, 더 나아가서는 연료 전지 시스템의 대형화를 초래한다.However, in a structure in which an air supply passage (not shown) is provided in the middle of the pipe 160, a certain length of the pipe 160 is required in order to sufficiently and uniformly mix air and the reformed gas. This leads to an increase in the size of the apparatus 100, furthermore an increase in the size of the fuel cell system.
역으로 종래의 구조에 있어 배관(160)의 길이를 단축하면 촉매상의 혼합이 충분하게 행해지지 않아 일산화탄소의 제거 성능을 최대한으로 인출할 수 없다.Conversely, in the conventional structure, if the length of the pipe 160 is shortened, the mixing of the catalyst phase is not sufficiently performed, and thus the carbon monoxide removal performance cannot be maximized.
상기 CO 제거장치(120)에서 수소 리치한 개질 가스중에 포함된 일산화탄소를 선택적으로 제거하기 위해서는 촉매의 특성에 적합한 온도 범위로 개질 가스의 온도를 조절할 필요가 있다.In order to selectively remove carbon monoxide contained in the hydrogen rich reformed gas in the CO removal device 120, it is necessary to adjust the temperature of the reformed gas to a temperature range suitable for the characteristics of the catalyst.
종래에서는 개질 가스의 온도를 냉각시키기 위해 개질 가스와, 열을 발산시키는 핀(170a)이 장착된 냉각 유로(170)를 따라 흐르는 냉각 매체사이에서 열전달이 일어날 수 있도록 넓은 전열 면적을 갖는 열교환기(150)를 세개의 챔버로 이루어진 CO제거 반응기(140)와 별도로 설치하였고, 상기 열교환기(150)에서 배출되는 개질 가스는 배관(160)을 통해 상기 CO제거 반응기(140)에 공급되게 하였다.In the related art, a heat exchanger having a large heat transfer area such that heat transfer may occur between the reformed gas to cool the temperature of the reformed gas and a cooling medium flowing along the cooling channel 170 equipped with a fin 170a for dissipating heat. 150 was installed separately from the three-chambered CO removal reactor 140, and the reformed gas discharged from the heat exchanger 150 was supplied to the CO removal reactor 140 through a pipe 160.
이러한 구조는 상기 CO제거 반응기(140)와 열교환기(150)가 분리됨에 따라 넓은 공간을 차지하게 되어 장치의 대형화를 초래하였으며, 가스 공급이 별도의 배관(160)을 통해 이루어짐에 따라 장치들의 공간 배치를 어렵게 하여 불필요한 공간을 차지하게 하는 요인이 되었다.This structure occupies a wide space as the CO removal reactor 140 and the heat exchanger 150 are separated, resulting in the enlargement of the device, and the space of the devices as the gas supply is made through a separate pipe 160. This made the layout difficult and took up unnecessary space.
또한, 좁은 배관(160)을 통과한 가스들이 CO제거 반응기(140)에 공급될시에 좁은 공간안에서 가스의 충분한 확산이 이루어지지 않아 허니컴 형태로 이루어진 촉매층에 균일하게 확산되지 않고 일부분에 집중되어 통과함으로써, 촉매의 이용률 및 전환율을 낮게 하는 문제점이 있었다.In addition, when the gas passing through the narrow pipe 160 is supplied to the CO removal reactor 140, the gas is not diffused sufficiently in the narrow space so that it is concentrated uniformly in a part of the honeycomb catalyst layer without uniform diffusion. By doing so, there was a problem of lowering the utilization rate and conversion rate of the catalyst.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 장치 전체의 소형화와 일산화탄소 제거 성능을 향상하기 위해 개질 가스와 공기의 균일한 혼합도를 유지하기 위한 가스 믹싱부와 개질 가스의 온도 제어를 위한 열교환기가 CO제거 반응기에 통합되어 모듈화 된 다단계 형태의 연료 전지용 CO 제거장치를 제공하는데 그 안출의 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and the gas mixing unit and the temperature control of the reformed gas for maintaining a uniform mixing of the reformed gas and air in order to reduce the overall size of the device and improve the carbon monoxide removal performance It is an object of the present invention to provide a modular multi-stage type CO removal device for a fuel cell integrated with a CO removal reactor.
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지용 CO 제거장치를 나타내는 단면도1 is a cross-sectional view showing a CO removal device for a fuel cell according to the present invention.
도 2는 종래의 연료 개질 장치를 나타내는 단면도2 is a cross-sectional view showing a conventional fuel reforming apparatus.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : CO 제거장치11 : CO제거 반응기10: CO removal device 11: CO removal reactor
11a : 촉매층12 : 열교환기11a: catalyst layer 12: heat exchanger
12a : 튜브13 : 공기 주입기12a: tube 13: air injector
14 : 본체15 : 플랜지부14 main body 15 flange part
16 : 가스관17 : 유입부16 gas pipe 17 inlet
18 : 배출부18: discharge part
이하, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 대해 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the features of the present invention for achieving the above object are as follows.
개질기로부터 생성된 수소 리치한 개질 가스를 선택 산화 촉매가 장착된 CO제거 반응기에 통과시켜 상기 개질 가스에 포함된 일산화탄소를 선택적으로 산화하는 CO 제거장치에 있어서, 실린더 형상의 본체(14)로 이루어진 상기 CO 제거장치(10)는 일산화탄소의 산화 반응을 수행하며, 촉매층(11a)이 장착된 CO제거 반응기(11)와;In the CO removal apparatus for selectively oxidizing the carbon monoxide contained in the reforming gas by passing the hydrogen rich reformed gas generated from the reformer through a CO removal reactor equipped with a selective oxidation catalyst, the cylindrical body (14) The CO removal apparatus 10 performs an oxidation reaction of carbon monoxide and includes a CO removal reactor 11 equipped with a catalyst layer 11a;
상기 CO제거 반응기(11)에 도입되는 개질 가스의 초기온도를 원하는 온도로 냉각하는 한편, 컵형상으로 형성되며, 외벽에 냉각매체가 흐를수 있는 튜브(12a)가 형성된 열교환기(12)와;A heat exchanger 12 which cools the initial temperature of the reformed gas introduced into the CO removal reactor 11 to a desired temperature, is formed in a cup shape, and has a tube 12a through which a cooling medium flows;
상기 본체(14)의 상하단에 형성되어 개질 가스의 유입통로인 가스관(16)과;A gas pipe 16 formed at upper and lower ends of the main body 14 and serving as an inflow passage for the reformed gas;
냉각 매체가 외부에서 공급되고, 외부로 배출될 수 있도록 상기 본체(14)의외벽에 형성된 유입부(17) 및 배출부(18)로 구성되어 3단으로 이루어진 것을 특징으로 한다.It is characterized in that the cooling medium is supplied from the outside, consisting of the inlet portion 17 and the discharge portion 18 formed on the outer wall of the main body 14 consists of three stages.
특히, 1단의 CO제거 반응기(11)는 초기 온도 상승으로 인한 피독을 방지할 수 있도록 촉매가 장착되지 않은 것을 특징으로 한다.In particular, the first stage CO removal reactor 11 is characterized in that the catalyst is not equipped to prevent poisoning due to the initial temperature rise.
상기 CO제거 반응기(11)의 촉매층(11a)은 허니컴 형태인 것을 특징으로 한다.The catalyst layer 11a of the CO removal reactor 11 is characterized in that the honeycomb form.
상기 촉매층(11a)은 Pt, Ru, Base Metal계의 촉매가 코팅된 것을 특징으로 한다.The catalyst layer 11a is characterized in that the Pt, Ru, Base Metal-based catalyst is coated.
한편, 상기 열교환기(12)의 저부는 개질 가스가 다음단의 CO제거 반응기(11)에 유입될 시, 촉매층(11a)에 균일하게 분산되어 공급될 수 있도록 굴곡 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.On the other hand, the bottom of the heat exchanger 12 is characterized in that it is formed in a curved shape so that when the reformed gas is introduced into the CO removal reactor 11 of the next stage, it can be uniformly dispersed and supplied to the catalyst layer (11a).
상기 튜브(12a)는 코일 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.The tube 12a is characterized in that it is formed in a coil shape.
또한, 상기 공기 주입기(13)는 공기가 잘 분산, 주입될 수 있도록 작은 구멍이 형성된 것을 특징으로 한다.In addition, the air injector 13 is characterized in that the small hole is formed so that the air can be dispersed, injected well.
상기 공기 주입기(13)는 링형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.The air injector 13 is characterized in that formed in a ring shape.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 구성에 대해 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the configuration of the present invention with reference to the accompanying drawings in detail.
도 1은 본 발명에 따른 연료 전지용 CO 제거장치를 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a CO removal apparatus for a fuel cell according to the present invention.
CO 제거장치(10)는 개질기로부터 생성된 개질 가스 중에 최종 일산화탄소의 농도가 연료 전지 스택이 요구하는 수준으로 저감하기 위해 3단으로 구성된다.The CO removal device 10 is configured in three stages to reduce the concentration of the final carbon monoxide in the reformed gas produced from the reformer to the level required by the fuel cell stack.
공기가 균일하게 혼합된 개질 가스는 Pt, Ru, Base Metal계 등의 촉매가 코팅된 허니컴 구조체의 촉매층(11a)이 장착된 CO제거 반응기(11)를 통과하면서 일산화탄소의 산화 반응을 거친다.The reformed gas in which the air is uniformly mixed is subjected to the oxidation reaction of carbon monoxide while passing through the CO removal reactor 11 equipped with the catalyst layer 11a of the honeycomb structured body coated with a catalyst such as Pt, Ru, Base Metal.
이 산화 반응은 발열 반응이므로 필연적으로 개질 가스의 온도 상승을 초래하며, 촉매층(11a)을 통과한 개질 가스의 온도는 일정 농도로의 일산화탄소의 제거가 불가능한 온도까지 상승한다.Since this oxidation reaction is exothermic, it inevitably raises the temperature of the reformed gas, and the temperature of the reformed gas passing through the catalyst layer 11a rises to a temperature at which carbon monoxide cannot be removed to a certain concentration.
이러한 개질 가스에 포함되어 있는 일산화탄소를 제거하기 위해서 개질 가스를 다시 공기와 혼합한 후 냉각 매체가 흐르는 열교환기(12)를 통해 냉각시킨후 다음단의 CO제거 반응기(11)의 촉매층(11a)으로 공급한다.In order to remove carbon monoxide contained in the reformed gas, the reformed gas is mixed with air again, cooled through a heat exchanger 12 through which a cooling medium flows, and then transferred to the catalyst layer 11a of the next stage CO removal reactor 11. Supply.
이때, 1단의 CO제거 반응기(11)에는 초기 온도 상승으로 인한 피독을 방지할 수 있도록 촉매층(11a)이 장착되지 않는다.At this time, the first stage CO removal reactor 11 is not equipped with a catalyst layer (11a) to prevent poisoning due to the initial temperature rise.
상기한 과정을 실현하기 위해 1단의 CO 제거장치(10)는 CO제거 반응기(11), 열교환기(12), 공기 주입기(13)와 CO 제거장치(10)의 본체(14)로 구성된다.In order to realize the above process, the single stage CO removal device 10 includes a CO removal reactor 11, a heat exchanger 12, an air injector 13, and a main body 14 of the CO removal device 10. .
상기 CO제거 반응기(11)는 CO 제거장치(10)의 플랜지부(15)에 연결되어 있어 가스관(16)을 통해 들어오는 개질 가스는 CO제거 반응기(11)를 통과하게 된다.The CO removal reactor 11 is connected to the flange portion 15 of the CO removal device 10 so that the reformed gas entering through the gas pipe 16 passes through the CO removal reactor 11.
상기 CO제거 반응기(11)와 실린더 형상의 본체(14) 사이에는 열교환기(12)가 설치된다.A heat exchanger 12 is installed between the CO removal reactor 11 and the cylindrical body 14.
상기 열교환기(12)는 컵 형상의 구조로 되어 있으며, 외벽에 물과 같은 냉각 매체가 흐를 수 있는 유로, 즉 튜브(12a)가 코일 모양으로 형성되어 있다.The heat exchanger 12 has a cup-like structure, and a flow path through which a cooling medium such as water flows, that is, a tube 12a, is formed in a coil shape on the outer wall.
그리고, 유입부(17)와 배출부(18)를 상기 CO 제거장치(10)의 외벽에 각각 형성하여 냉각 매체가 CO 제거장치(10)의 외부에서 공급되어 다시 외부로 배출될 수 있도록 된다.In addition, the inlet part 17 and the outlet part 18 are formed on the outer wall of the CO removal device 10, respectively, so that the cooling medium can be supplied from the outside of the CO removal device 10 and discharged again to the outside.
상기 열교환기(12)의 기능은 상기 CO제거 반응기(11)에서 배출되는 개질 가스의 흐름을 CO제거 반응기(11)와 열교환기(12) 사이를 통과하며 역방향으로 흐르도록 유도하여 상기 열교환기(12) 상부에 도달한 개질 가스가 다시 열교환기(12)와 CO 제거장치(10) 외벽 사이의 공간을 따라 아래 방향으로 흐르도록 한다.The function of the heat exchanger 12 is to guide the flow of the reformed gas discharged from the CO removal reactor 11 to flow in a reverse direction between the CO removal reactor 11 and the heat exchanger 12 to the reverse heat exchanger ( 12) The reformed gas reaching the upper portion again flows downward along the space between the heat exchanger 12 and the outer wall of the CO remover 10.
이때, 상기 열교환기(12) 외벽에 형성된 냉각 매체가 흐르는 튜브(12a)에 개질 가스가 접촉하면서 열교환이 이루어져 가스가 냉각된다.At this time, the reforming gas is in contact with the tube 12a through which the cooling medium formed on the outer wall of the heat exchanger 12 flows, thereby cooling the gas.
상기 열교환기(12)의 상부에 설치되어 있는 공기 주입기(13)는 링형상의 관에 작은 구멍들을 뚫어 공기가 잘 분산, 주입될 수 있도록 한다.The air injector 13 installed on the top of the heat exchanger 12 drills small holes in the ring-shaped tube so that air can be dispersed and injected well.
또한, 상기 열교환기(12)와 CO제거 반응기(11) 사이를 흐르는 개질 가스 흐름 속에서 주입된 공기는 개질 가스와 혼합된 후 열교환기(12)에 형성된 튜브(12a)와 CO 제거장치(10)의 본체(14) 사이의 좁은 공간을 흐르면서 완전히 혼합된다.In addition, the air injected in the reformed gas stream flowing between the heat exchanger 12 and the CO removal reactor 11 is mixed with the reformed gas and then the tube 12a and the CO removal device 10 formed in the heat exchanger 12. It is mixed thoroughly while flowing the narrow space between the main body 14 of the).
이처럼, 상기 열교환기(12)는 개질 가스를 냉각하는 기능 뿐만 아니라, 개질 가스를 좁은 공간으로 흐르게 하여 난류를 형성함으로써, 개질 가스와 공기를 혼합하는 교반 기능도 갖는다.As described above, the heat exchanger 12 has not only a function of cooling the reformed gas but also a stirring function of mixing the reformed gas and air by forming the turbulent flow by flowing the reformed gas into a narrow space.
또한, 상기 열교환기(12)의 저부를 굴곡된 형상으로 형성함으로써, 개질 가스가 다음단의 CO제거 반응기(11)에 유입될 시, 허니컴 형태의 촉매층(11a)에 균일하게 분산되어 공급되는 것이 가능하게 된다.In addition, by forming the bottom of the heat exchanger 12 in a curved shape, when the reformed gas flows into the CO removal reactor 11 of the next stage, it is uniformly dispersed and supplied to the honeycomb catalyst layer 11a. It becomes possible.
이와 같은 상기 CO 제거장치(10)는 촉매가 없는 경우에 일반적인 가스의 온도 조절을 위한 열교환기로도 사용할 수 있다.Such a CO removal device 10 may be used as a heat exchanger for temperature control of a general gas in the absence of a catalyst.
일반적으로 개질기에서 배출되는 가스의 온도는 약 300℃이다.In general, the temperature of the gas exiting the reformer is about 300 ° C.
본 발명에서 약 300℃의 개질 가스는 가스관(16)을 통해 3단으로 구성된 CO 제거장치(10)로 유입되는데 이때, 초기 온도 상승으로 인한 피독을 방지할 수 있도록 1단의 CO제거 반응기(11)에는 촉매층(11a)을 장착하지 않고, 개질 가스를 통과시킨다.In the present invention, the reformed gas at about 300 ° C. flows into the CO removal device 10 having three stages through the gas pipe 16, and at this time, the first stage CO removal reactor 11 to prevent poisoning due to the initial temperature rise. ), The reformed gas is allowed to pass through without attaching the catalyst layer 11a.
상기 공기 주입기(13)에서 주입된 공기가 개질 가스에 확산되고 열교환기(12)에서 120℃로 냉각됨과 동시에 공기는 개질 가스와 완전히 혼합된다.The air injected from the air injector 13 diffuses into the reformed gas and is cooled to 120 ° C. in the heat exchanger 12 while the air is completely mixed with the reformed gas.
이와 같이, 냉각된 산소를 포함하는 개질 가스는 허니컴 구조의 촉매층(11a)이 장착된 2단의 CO제거 반응기(11)를 통과하면서 일산화탄소가 제거되고, 개질 가스의 온도는 120℃에서 200℃로 상승하게 된다.As described above, the reformed gas including the cooled oxygen passes through the two-stage CO removal reactor 11 equipped with the honeycomb catalyst layer 11a to remove carbon monoxide, and the temperature of the reformed gas is 120 ° C to 200 ° C. Will rise.
이때, 개질 가스 중의 일산화탄소 농도는 감소하게 되나, 연료 전지 스택이 요구하는 수준까지는 도달하지 않을 수 있다.At this time, the carbon monoxide concentration in the reforming gas is reduced, but may not reach the level required by the fuel cell stack.
이 개질 가스는 상기한 바와 같이, 가스의 튜브(12a)를 따라 다시 공기 주입기(13)와 접촉하면서 소량의 공기와 혼합된 후, 상기 열교환기(12)에서 100℃로 냉각되고, 3단으로 공급된다.The reformed gas is mixed with a small amount of air while contacting the air injector 13 again along the tube 12a of the gas as described above, and then cooled to 100 ° C. in the heat exchanger 12, and then Supplied.
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 연료 전지용 CO 제거장치는 모듈화 및 일체화로 장치의 소형화를 실현하고, 일산화탄소 제거 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the fuel cell CO removal device according to the present invention has the effect of realizing miniaturization of the device by modularization and integration and improving carbon monoxide removal performance.
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| US7799449B2 (en) | 2004-09-24 | 2010-09-21 | Samsung Sdi Co., Ltd. | Reformer having improved heat delivery and fuel cell system having the same |
| KR100814887B1 (en) * | 2007-04-13 | 2008-03-20 | 삼성에스디아이 주식회사 | Carbon monoxide treatment apparatus for fuel cell |
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