KR20060000432A - 연료 전지 시스템, 이에 사용되는 개질기 및 그 제조 방법 - Google Patents

연료 전지 시스템, 이에 사용되는 개질기 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질기; 상기 수소 가스와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부; 상기 개질기로 연료를 공급하는 연료 공급원; 및 상기 개질기 및 전기 발생부로 산소를 공급하는 산소 공급원을 포함하며, 상기 개질기는, 연료의 흐름을 가능케 하는 채널을 일면에 형성하고 있는 적어도 하나의 반응 기판과, 상기 반응 기판의 일면에 밀착되어 상기 채널에 의한 통로를 형성하는 밀착부와, 상기 통로의 내표면에 워시-코팅(wash-coating)되어 일 방향성을 갖는 촉매층를 포함한다.
연료전지, 스택, 전기발생부, 개질기, 반응기판, 플레이트, 채널, 통로, 촉매층, 워시-코팅(wash-coating)

Description

연료 전지 시스템, 이에 사용되는 개질기 및 그 제조 방법 {FUEL CELL SYSTEM, REFORMER USED THERETO AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이다.
도 2는 도 1에 도시한 스택의 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 대한 개질기 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 결합 단면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 대한 개질기 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도 6은 도 5의 결합 단면 구성도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기의 제조 방법을 설명하기 위한 플로우-챠트이다.
본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플레이트 타 입으로 이루어지는 연료 전지 시스템용 개질기에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 메탄올, 에탄올, 천연 가스와 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 산소의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.
이 연료 전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 또는 알칼리형 연료전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 및 전해질 등이 서로 다르다.
이들 중 근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell : PEMFC, 이하 편의상 PEMFC라 한다)는 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며 작동 온도가 낮고 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며, 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.
상기와 같은 PEMFC는 기본적으로 시스템을 구성하기 위해 스택(stack), 개질기(Reformer), 연료 탱크, 및 연료 펌프 등을 구비한다. 스택은 연료 전지의 본체를 형성하며, 연료 펌프는 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급한다. 개질기는 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고 그 수소 가스를 스택으로 공급한다. 따라서, 이 PEMFC는 연료 펌프의 작동으로 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급하고, 이 개질기에서 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키며, 스택에서 이 수소 가스와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시킨다.
상기와 같은 연료 전지 시스템에 있어 전기를 실질적으로 발생시키는 스택은 전극-전해질 합성체(Membrane Electrode Assembly: MEA)와 이의 양면에 밀착하는 세퍼레이터(separator)로 이루어진 단위 셀이 수 개 내지 수십 개로 적층된 구조를 갖는다. 전극-전해질 합성체는 전해질막을 사이에 두고 애노드 전극과 캐소드 전극이 부착된 구조를 가진다. 그리고 세퍼레이터는 통상 당 업계에서 바이폴라 플레이트(Bipolar Plate)라고 칭하는 것으로서, 상기 각각의 전극-전해질 합성체를 분리하고 연료 전지의 반응에 필요한 수소 가스와 산소를 전극-전해질 합성체의 애노드 전극과 캐소드 전극으로 공급하는 통로의 역할과, 각 전극-전해질 합성체의 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 역할을 동시에 수행한다. 따라서, 세퍼레이터를 통해 애노드 전극에는 수소 가스가 공급되는 반면, 캐소드 전극에는 산소가 공급된다. 이 과정에서 애노드 전극에서는 수소 가스의 산화 반응이 일어나게 되고, 캐소드 전극에서는 산소의 환원 반응이 일어나게 되며 이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기를 발생시키고, 열과 수분을 부수적으로 발생시킨다.
전술한 바 있는 개질기는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 장치이다. 통상적으로 상기한 개질기는 상기 열 에너지를 발생시키는 열원부와, 상기 열 에너지를 이용하여 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부와, 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 일산화탄소 제거부를 포함한다.
그런데, 종래에 따른 연료 전지 시스템의 개질기는 상기 열원부, 개질 반응부, 일산화탄소 제거부가 소정의 내부 공간을 갖는 반응 용기로 이루어지고 이들 각각이 파이프 타입의 배관에 의해 연결되어 분산 배치되는 바, 이로 인해 전체적인 시스템을 컴팩트 하게 구현하지 못하게 되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 개질기의 전체적인 크기를 컴팩트 하게 구현하도록 연료의 흐름이 가능한 플레이트 타입으로 이루어지는 개질기 구조를 갖는 연료 전지 시스템을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 연료의 흐름을 가능케 하는 채널을 일면에 형성하고 있는 적어도 하나의 반응 기판; 상기 반응 기판의 일면에 밀착되어 상기 채널에 의한 통로를 형성하는 밀착부; 및 상기 통로의 내표면에 워시-코팅(wash-coating)되어 일 방향성을 갖는 촉매층을 포함한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 통로가 연료의 유출,입을 가능하게 하는 유입구와 유출구를 형성하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기에 있어서, 상기 촉매층은 상기 통로 전체에 대하여 상기 유입구로부터 유출구를 향하는 방향성을 갖도록 형성될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기에 있어서, 상기 밀착부는 상기 반응 기판의 일면에 밀착되는 덮개 플레이트를 구비할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 반응 기 판과 밀착부의 밀착 고정에 의하여 상기 연료의 산화 촉매 반응을 통해 열 에너지를 발생시키는 열원부를 구성할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 반응 기판과 밀착부의 밀착 고정에 의하여 상기 열 에너지에 의한 연료의 개질 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부를 구성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 반응 기판과 밀착부의 밀착 고정에 의하여 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 적어도 하나의 일산화탄소 저감부를 구성할 수 있다.
아울러 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 연료의 흐름을 가능케 하는 채널을 일면에 형성하고 있는 적어도 둘 이상의 반응 기판; 상기 반응 기판의 일면에 밀착되어 상기 채널에 의한 통로를 형성하는 밀착부; 및 상기 통로의 내표면에 워시-코팅(wash-coating)되어 일 방향성을 갖는 촉매층을 포함하며,
상기 반응 기판들의 적층 구조로 이루어지고, 상기 밀착부는 상기 반응 기판 각각의 일면에 밀착되는 다른 반응 기판과, 최상측 반응 기판의 일면에 밀착되는 덮개 플레이트를 포함한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기에 있어서, 상기 반응 기판은, 상기 연료의 산화 촉매 반응을 통해 열 에너지를 발생시키는 열원부와, 상기 열 에너지에 의한 연료의 개질 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부를 구성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기에 있어서, 상기 반응 기판은 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 적어도 하나의 일산화탄소 저감부를 구성할 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 통로가 연료의 유출,입을 가능하게 하는 유입구와 유출구를 형성하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기에 있어서, 상기 촉매층은 상기 통로 전체에 대하여 상기 유입구로부터 유출구를 향하는 방향성을 갖도록 형성될 수 있다.
아울러 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기의 제조 방법은, (a) 연료의 흐름을 가능케 하는 채널을 일면에 형성하고 있는 적어도 하나의 반응 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 반응 기판의 상면에 밀착부를 밀착시켜 상기 채널과 밀착부의 밀착면에 의한 통로를 형성하고, 상기 반응 기판과 밀착부를 결합시키는 단계; 및 (c) 상기 통로의 내표면에 촉매 물질을 워시 코팅(wash coating)하여 촉매층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기의 제조 방법에 있어서, 상기 반응 기판은 써스, 알루미늄, 구리, 니켈, 철 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기의 제조 방법은, 상기 (b) 단계에서, 상기 반응 기판과 밀착부를 결합시킨 후, 상기 통로의 내표면 에 지지층을 형성할 수 있다. 이 경우 상기 지지층은 알루미나, 실리카 또는 티타니아 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기의 제조 방법은, 상기 (c) 단계에서, 상기 촉매 물질을 상기 통로에 대하여 소정의 공기압으로 분사시키는 것이 바람직하다.
아울러 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질기; 상기 수소 가스와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부; 상기 개질기로 연료를 공급하는 연료 공급원; 및 상기 개질기 및 전기 발생부로 산소를 공급하는 산소 공급원을 포함하며,
상기 개질기는, 연료의 흐름을 가능케 하는 채널을 일면에 형성하고 있는 적어도 하나의 반응 기판과, 상기 반응 기판의 일면에 밀착되어 상기 채널에 의한 통로를 형성하는 밀착부와, 상기 통로의 내표면에 워시-코팅(wash-coating)되어 일 방향성을 갖는 촉매층를 포함한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 밀착부는 상기 반응 기판의 일면에 밀착되는 덮개 플레이트를 구비할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 개질기는 상기 반응 기판이 복수로 구비되어 이들의 적층 구조로 이루어지며, 상기 밀착부는 상기 반응 기판 각각의 일면에 밀착되는 다른 반응 기판과, 최상측 반응 기판의 일면에 밀착 되는 덮개 플레이트를 구비할 수도 있다.
그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 통로가 연료의 유출,입을 가능하게 하는 유입구와 유출구를 형성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 촉매층은 상기 통로 전체에 대하여 상기 유입구로부터 유출구를 향하는 방향성을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시한 스택의 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.
도면을 참고하면, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은 수소를 함유한 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스와 산소를 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) 방식을 채용한다.
상기한 연료 전지 시스템(100)에 있어 전기를 발생시키기 위한 연료라 함은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스와 같이 수소를 함유한 협의(狹義)의 연료 이 외에, 광의(廣義)의 연료로서 물 및 산소가 더욱 포함된다. 그러나 이하에서 설명하는 연 료는 상기 협의의 연료로서 편의상 액상으로 이루어진 연료라 정의하고, 상기 액상의 연료와 물을 혼합 연료라고 정의한다.
그리고 본 시스템(100)은 상기 수소와 반응하는 산소로서 별도의 저장수단에 저장된 순수한 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유한 공기를 그대로 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 상기한 산소 연료로서 공기를 사용하는 후자의 예를 설명한다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은, 기본적으로 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부(11)를 구비한 스택(10)과, 전술한 바 있는 액상의 연료로부터 수소 가스를 발생시키고 이 수소 가스를 전기 발생부(11)로 공급하는 개질기(30)와, 상기 연료를 개질기(30)로 공급하는 연료 공급원(50)과, 산소를 개질기(30)와 전기 발생부(11)로 각각 공급하는 산소 공급원(70)을 포함하여 구성된다.
상기 전기 발생부(11)는 전극-전해질 합성체(12)를 중심에 두고 이의 양면에 세퍼레이터(16)를 배치하여 전기를 발생시키는 최소 단위의 스택을 형성하고, 이 전기 발생부(11)가 복수로 구비되어 본 실시예에서와 같은 적층 구조의 스택(10)을 형성한다. 여기서 전극-전해질 합성체(12)는 양측에 애노드 전극과 캐소드 전극을 구비하며, 수소와 산소를 산화/환원 반응시키는 기능을 가진다. 그리고 세퍼레이터(16)는 전극-전해질 합성체(12)의 양측에 수소 가스와 산소를 공급하는 기체 통로를 형성하고, 상기 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 기능을 하게 된다. 이와 같은 스택(10)의 구성은 통상적인 고분자 전해질 형 연료 전지의 스택 구성으로 이루어질 수 있으므로 본 명세서에서 그 자세한 설명한 생략하기로 한다.
그리고 본 발명에 적용되는 개질기(30)는 통상적으로 액상의 연료와 공기의 산화 촉매 반응을 통해 열 에너지를 발생시키는 열원부(31)와, 상기 열 에너지에 의한 수증기 개질 촉매 반응을 통해 전술한 바 있는 혼합 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부(32)와, 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 적어도 하나의 일산화탄소 저감부(33, 34)를 포함하고 있다. 일 예로서, 상기 일산화탄소 저감부(33, 34)는 수성가스 전환(Water-Gas Shift: WGS) 촉매 반응을 통해 추가의 수소 가스를 발생시키고 그 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 제1 일산화탄소 저감부(33)와, 수소 가스와 공기의 선택적 산화(Preferential CO Oxidation: PROX) 촉매 반응을 통해 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 제2 일산화탄소 저감부(34)를 포함할 수 있다.
위와 같은 개질기(30)로 연료를 공급하는 연료 공급원(50)은 액상의 연료를 저장하는 제1 탱크(51)와, 물을 저장하는 제2 탱크(53)와, 각각의 제1 및 제2 탱크(51, 53)에 연결 설치되는 연료 펌프(55)를 포함하고 있다. 그리고 상기 산소 공급원(70)은 소정의 펌핑력으로 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 개질기(30) 및 전기 발생부(11)로 각각 공급하는 공기 펌프(71)를 포함하고 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)의 작용시 개질기(30)를 통해 발생되는 수소 가스와, 공기 펌프(71)를 통해 흡입되는 공기 중의 산소를 전기 발생부(11)로 공급하게 되면, 상기 전기 발생부(11)에서는 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기와 물 그리고 열을 발생시킨다.
본 발명에 있어 상기 개질기(30)는 연료 공급원(50)과 산소 공급원(70)으로부터 연료와 공기를 공급받아 이 연료로부터 실질적으로 수소 가스를 발생시키는 바, 이러한 개질기(30)를 구성하는 각각의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 대한 개질기 구조를 나타내 보인 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 결합 단면 구성도이다.
도면을 참고하면, 본 발명의 제1 실시예에 의한 개질기(30)는 연료 공급원(50)과 산소 공급원(70)으로부터 공급되는 액상의 연료와 공기의 산화 촉매 반응을 통해 소정의 열 에너지를 발생시키는 열원부(31)를 구비하고 있다.
본 실시예에 따르면, 상기한 열원부(31)는 액상의 연료와 공기의 흐름을 가능하게 하는 제1 채널(31c)을 가지면서 플레이트 타입으로 이루어지는 제1 반응 기판(31a)과, 제1 반응 기판(31a)의 채널 형성면에 밀착 결합되어 연료와 공기를 통과시키는 제1 통로(31d)를 형성하는 밀착부(40)를 포함하여 이루어진다.
상기 제1 반응 기판(31a)은 써스, 구리, 니켈, 철과 같은 메탈 소재로 형성될 수 있고, 대략 사각형의 플레이트 형상으로 이루어진다. 대안으로서 본 실시예에 따르면, 상기한 제1 반응 기판(31a)이 메탈 소재로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 실리콘이나 유리 등의 비금속 소재로 형성될 수도 있다.
상기 제1 채널(31c)은 기판 몸체(31b)의 상면에서 임의의 간격을 두고 돌출 형성된 리브(31h)들 사이의 공간에 의해 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 채널(31c)은 몸체(31b)의 일면에 대해 시작단과 끝단을 가지며, 일례로 그 시작단에 상기 액상의 연료와 공기가 유입되는 유입구(31f)를 형성하고, 끝단에는 상기 액상의 연료와 공기의 연소 가스가 유출되는 유출구(31g)를 형성하고 있다.
상기 밀착부(40)는 제1 반응 기판(31a)의 몸체(31b) 상면을 덮는 덮개 플레이트(41)를 구비하며, 제1 채널(31c)과 덮개 플레이트(41)의 덮개면에 의하여 상기한 제1 통로(31d)를 형성할 수 있다. 이러한 덮개 플레이트(41)는 제1 반응 기판(31a)과 같은 메탈 소재로 형성될 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 열원부(31)는 결합수단(도시하지 않음)에 의해 제1 반응 기판(31a)과 덮개 플레이트(41)가 일체로 결합되는 바, 상기한 결합수단은 예컨대, 용접 또는 열 용융에 의해 제1 반응 기판(31a)과 덮개 플레이트(41)를 융착시키는 융착부를 구비할 수 있고, 제1 반응 기판(31a)과 덮개 플레이트(41)를 체결시키기 위한 통상적인 볼트와 너트를 구비할 수도 있다. 그러나 본 발명은 상기한 결합수단이 위에서 예시한 것들에 반드시 한정되는 것은 아니며, 플레이트와 플레이트를 일체로 결합시키는 다양한 결합수단을 구비할 수 있다.
그리고 상기 제1 통로(31d)의 내표면에는 다음에 더욱 설명하는 산화 촉매층(31e)을 지지하기 위한 지지층(31s)을 형성하고 있다. 상기한 지지층(31s)은 산화 촉매층(31e)을 지지하는 담체로서, 통상적인 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO 2) 또는 티타니아(TiO2) 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. 아울러 상기 지지층(31s) 위에는 연료와 공기의 산화 반응을 촉진시키는 산화 촉매층(31e)을 형성하고 있다. 이 때 상기한 지지층(31s)은 제1 반응 기판(31a)과 덮개 플레이트(41)가 결합된 상태에서 제1 통로(31d)의 내표면에 형성될 수 있으며, 덮개 플레이트(41)를 제1 반응 기판(31a)에 결합시키기 전에 상기 제1 반응 기판(31a)의 제1 채널(31c) 내표면에 형성될 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 산화 촉매층(31e)은 제1 통로(31d)의 내표면 즉, 지지층(31s) 상에 워시-코팅(wash-coating) 되어 일 방향성을 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 촉매층(31e)은 제1 반응 기판(31a)과 덮개 플레이트(41)가 결합된 상태에서 상기 지지층(31s) 위에 형성되는 것이 바람직하다.
부연 설명하면, 이와 같이 워시-코팅에 의해 형성되는 상기 촉매층(31e)은 제1 통로(31d) 전체에 대하여 제1 채널(31c)의 유입구(31f)로부터 유출구(31g)를 향하는 방향성을 갖는다.
여기서 상기 워시-코팅(wash-coating)법이란 촉매층(31e)을 이루는 촉매 물질을 기설정된 공기압으로 상기 유입구(31f)를 통해 분사시켜 유출구(31g)를 통해 배출시키면서 제1 통로(31d)의 내표면 전체에 소정 두께의 촉매층(31e)을 형성시키는 코팅 방법을 의미한다.
따라서 본 실시예에 의한 산화 촉매층(31e)은 상기와 같은 공기압에 의해 유입구(31f)로부터 유출구(31g)를 향하는 방향성을 가짐으로써, 도면에 도시한 바와 같이 촉매층(31e)의 표면이 대체로 편평하지 않고, 상기한 방향으로 다수의 산과 골이 형성된 울퉁불퉁한 형태로 이루어진다.
이로써 본 실시예에 의한 열원부(31)는 상기한 산화 촉매층(31e)이 제1 통로(31d)의 내표면에 워시-코팅됨에 따라, 이 촉매층(31e)을 이루는 촉매 입자가 지지층(31s)의 표면에 견고하게 부착되어 비교적 강한 기계적 충격 또는 열적 충격에도 그 촉매 입자가 지지층(31s)으로부터 떨어져 나가지 않게 된다.
그리고 본 발명의 제2 실시예에 의한 개질기(30)는 열원부(31)로부터 발생되는 열 에너지를 흡열하여, 연료 공급원(50)으로부터 공급되는 혼합 연료의 수증기 개질 촉매 반응을 통해 상기 혼합 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부(32)를 구비할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기한 개질 반응부(32)는 혼합 연료의 흐름을 가능하게 하는 제2 채널(32c)을 가지면서 플레이트 타입으로 이루어지는 제2 반응 기판(32a)과, 제2 반응 기판(32a)의 채널 형성면에 밀착 결합되어 상기한 혼합 연료를 통과시키는 제2 통로(32d)를 형성하는 밀착부(40)를 포함하여 이루어진다.
상기한 제2 반응 기판(32a)의 제2 채널(32c)은 기판 몸체(32b)의 상면에서 임의의 간격을 두고 돌출 형성된 리브(32h)들 사이의 공간에 의해 형성될 수 있다. 그리고 상기 제2 채널(32c)은 몸체(32b)의 일면에 대해 시작단과 끝단을 가지며, 일례로 그 시작단에 상기 혼합 연료가 유입되도록 하는 유입구(32f)를 형성하고, 끝단에는 상기 개질 촉매 반응을 통해 혼합 연료로부터 발생되는 수소 가스가 유출되도록 하는 유출구(32g)를 형성하고 있다.
상기 밀착부(40)는 제2 반응 기판(32a)의 몸체(32b) 상면을 덮는 덮개 플레이트(41)를 구비하며, 제2 채널(32c)과 덮개 플레이트(41)의 덮개면에 의하여 상기한 제2 통로(32d)를 형성할 수 있다.
그리고 상기 제2 통로(32d)의 내표면에는 제1 실시예에서와 같은 지지층(32s)을 형성하고 있고, 이 지지층(32s) 위에는 상기 혼합 연료의 수증기 개질 반응을 촉진시키는 개질 촉매층(32e)을 형성하고 있다.
본 실시예에 따르면, 상기한 개질 촉매층(32e)은 지지층(32s) 상에 워시-코팅(wash-coating) 되어 일 방향성 즉, 제2 통로(32d) 전체에 대하여 제2 채널(32c)의 유입구(32f)로부터 유출구(32g)를 향하는 방향성을 갖도록 형성될 수 있다.
나머지 구성은 전기 제1 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
또한 본 발명의 제3 실시예에 의한 개질기(30)는 개질 반응부(32)에서 발생되는 수소 가스의 수성 가스 전환 촉매 반응을 통해 추가의 수소 가스를 발생시키고, 상기한 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 제1 일산화탄소 저감부(33)를 구비할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 제1 일산화탄소 저감부(33)는 상기 수소 가스의 흐름을 가능하게 하는 제3 채널(33c)을 가지면서 플레이트 타입으로 이루어지는 제3 반응 기판(33a)과, 제3 반응 기판(33a)의 채널 형성면에 밀착 결합되어 상기한 수소 가스를 통과시키는 제3 통로(33d)를 형성하는 밀착부(40)를 포함하여 이루어진다.
상기한 제3 반응 기판(33a)의 제3 채널(33c)은 기판 몸체(33b)의 상면에서 임의의 간격을 두고 돌출 형성된 리브(33h)들 사이의 공간에 의해 형성될 수 있다. 그리고 상기 제3 채널(33c)은 몸체(33b)의 일면에 대해 시작단과 끝단을 가지며, 일례로 그 시작단에 상기 수소 가스가 유입되도록 하는 유입구(33f)를 형성하고, 끝단에는 상기 수성 가스 전환 촉매 반응에 의해 일산화탄소의 농도가 저감된 수소 가스가 유출되도록 하는 유출구(33g)를 형성하고 있다.
상기 밀착부(40)는 제3 반응 기판(33a)의 몸체(33b) 상면을 덮는 덮개 플레이트(41)를 구비하며, 제3 채널(33c)과 덮개 플레이트(41)의 덮개면에 의하여 상기한 제3 통로(33d)를 형성할 수 있다.
그리고 상기 제3 통로(33d)의 내표면에는 제1 실시예에서와 같은 지지층(33s)을 형성하고 있고, 이 지지층(33s) 위에는 상기 수소 가스의 수성 가스 전환 반응을 촉진시키는 수성 가스 전환 촉매층(33e)을 형성하고 있다.
본 실시예에 따르면, 상기한 수성 가스 전환 촉매층(33e)은 지지층(33s) 상에 워시-코팅(wash-coating) 되어 일 방향성 즉, 제3 통로(33d) 전체에 대하여 제3 채널(33c)의 유입구(33f)로부터 유출구(33g)를 향하는 방향성을 갖도록 형성될 수 있다.
나머지 구성은 전기 제1 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
아울러 본 발명의 제4 실시예에 의한 개질기(30)는 제1 일산화탄소 저감부(33)를 통해 배출되는 상기 수소 가스와, 산소 공급원(70)으로부터 공급되는 공기 중에 함유된 산소의 선택적 산화 촉매 반응을 통해 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 제2 일산화탄소 저감부(34)를 구비할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 제2 일산화탄소 저감부(34)는 상기 수소 가스와 공기의 흐름을 가능하게 하는 제4 채널(34c)을 가지면서 플레이트 타입으로 이루어지는 제4 반응 기판(34a)과, 제4 반응 기판(34a)의 채널 형성면에 밀착 결합되어 상기한 수소 가스와 공기를 통과시키는 제4 통로(34d)를 형성하는 밀착부(40)를 포 함하여 이루어진다.
상기한 제4 반응 기판(34a)의 제4 채널(34c)은 기판 몸체(34b)의 상면에서 임의의 간격을 두고 돌출 형성된 리브(34h)들 사이의 공간에 의해 형성될 수 있다. 그리고 상기 제4 채널(34c)은 몸체(34b)의 일면에 대해 시작단과 끝단을 가지며, 일례로 그 시작단에 상기 수소 가스와 공기가 유입되도록 하는 유입구(34f)를 형성하고, 끝단에는 상기 선택적 산화 촉매 반응에 의해 일산화탄소의 농도가 저감된 수소 가스가 유출되도록 하는 유출구(34g)를 형성하고 있다.
상기 밀착부(40)는 제4 반응 기판(34a)의 몸체(34b) 상면을 덮는 덮개 플레이트(41)를 구비하며, 제4 채널(34c)과 덮개 플레이트(41)의 덮개면에 의하여 상기한 제4 통로(34d)를 형성할 수 있다.
그리고 상기 제4 통로(34d)의 내표면에는 제1 실시예에서와 같은 지지층(34s)을 형성하고 있고, 이 지지층(34s) 위에는 상기 수소 가스와 공기의 선택적 산화 반응을 촉진시키는 선택적 산화 촉매층(34e)을 형성하고 있다.
본 실시예에 따르면, 상기한 선택적 산화 촉매층(34e)은 지지층(34s) 상에 워시-코팅(wash-coating) 되어 일 방향성 즉, 제4 통로(34d) 전체에 대하여 제4 채널(34c)의 유입구(34f)로부터 유출구(34g)를 향하는 방향성을 갖도록 형성될 수 있다.
나머지 구성은 전기 제1 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은 개질기(30)를 구성하는 각각의 열원부(31), 개질 반응부(32) 및 일산화탄소 저감부(33, 34)들 중 어느 하나를 구비할 수 있으며, 둘 이상 또는 이들 모두를 구비할 수도 있다.
상기와 같이 구성되는 각 실시예에 의한 개질기(30)의 제조 방법을 도 7을 참조하여 설명하면, 우선 상술한 바와 같은 채널(31c, 32c, 33c, 34c)을 형성하고 있는 플레이트 타입의 반응 기판(31a, 32a, 33a, 34a)을 준비한다(S10 단계).
상기 단계 S10은 써스, 구리, 니켈, 철 등으로 이루어진 반응 기판(31a, 32a, 33a, 34a)의 몸체(31b, 32b, 33b, 34b) 상면에 통상적인 이방성 식각을 통해 상기한 채널(31c, 32c, 33c, 34c)을 형성한다.
이어서 상기 반응 기판(31a, 32a, 33a, 34a)의 상면에 밀착부(40) 즉, 덮개 플레이트(41)를 밀착시킨 상태에서 결합수단을 통해 이들을 견고히 결합시킨다(S20 단계). 이로써 반응 기판(31a, 32a, 33a, 34a)과 밀착부(40)를 상기한 결합수단을 통해 결합시킴에 따라, 반응 기판(31a, 32a, 33a, 34a)의 채널(31c, 32c, 33c, 34c)과 밀착부(40)의 밀착면에 의하여 연료를 통과시키는 통로(31d, 32d, 33d, 34d)를 형성할 수 있다. 즉, 제1 반응 기판(31a)의 제1 채널(31c)과 덮개 플레이트(41)의 덮개면에 의하여 제1 통로(31d)를 갖는 열원부(31)를 형성하고, 제2 반응 기판(32a)의 제2 채널(32c)과 덮개 플레이트(41)의 덮개면에 의하여 제2 통로(32d)를 갖는 개질 반응부(32)를 형성하며, 제3 반응 기판(33a)의 제3 채널(33c)과 덮개 플레이트(41)의 덮개면에 의하여 제3 통로(33d)를 갖는 제1 일산화탄소 저감부(33)를 형성하고, 제4 반응 기판(34a)의 제4 채널(34c)과 덮개 플레이트(41)의 덮개면에 의하여 제4 통로(34d)를 갖는 제2 일산화탄소 저감부(34)를 형성할 수 있다.
다음, 상기한 통로(31d, 32d, 33d, 34d)의 내표면에 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 또는 티타니아(TiO2) 등으로 이루어진 지지층(31s, 32s, 33s, 34s)을 형성한다(S30 단계). 이 때 상기 지지층(31s, 32s, 33s, 34s)은 통상적인 졸-겔(sol-gel) 방법에 의해 형성될 수 있으며, 워시-코팅(wash-coating)법에 의하여 형성될 수도 있다.
이어서, 상기 지지층(31s, 32s, 33s, 34s) 상에 전술한 바 있는 열원부(31), 개질 반응부(32), 제1 일산화탄소 저감부(33) 및 제2 일산화탄소 저감부(34)의 각 반응에 필요한 촉매층(31e, 32e, 33e, 34e)을 형성한다(S40 단계).
상기 단계 S40은 촉매층(31e, 32e, 33e, 34e)을 이루는 촉매 물질을 기설정된 공기압으로 각 반응 기판(31a, 32a, 33a, 34a)의 유입구(31f, 32f, 33f, 34f)를 통해 분사시켜 유출구(31g, 32g, 33g, 34g)를 통해 배출시키는 워시-코팅(wash-coating)법을 이용하여 각 통로(31d, 32d, 33d, 34d)의 내표면 전체 즉, 지지층(31s, 32s, 33s, 34s) 위에 소정 두께의 촉매층(31e, 32e, 33e, 34e)을 코팅한 다음, 상기 코팅층을 상온에서 건조 후 소성시켜 본 실시예에 의한 촉매층(31e, 32e, 33e, 34e)을 형성한다. 이러한 촉매층(31e, 32e, 33e, 34e)은 상기한 공기압에 의해 각 반응 기판(31a, 32a, 33a, 34a)의 유입구(31f, 32f, 33f, 34f)로부터 유출구(31g, 32g, 33g, 34g)를 향하는 방향성을 갖게 된다.
따라서 상기 촉매층(31e, 32e, 33e, 34e)이 각 통로(31d, 32d, 33d, 34d)의 내표면에 대하여 일 방향성을 갖도록 워시-코팅됨에 따라, 이 촉매층(31e, 32e, 33e, 34e)을 이루는 촉매 입자가 지지층(31s, 32s, 33s, 34s)의 표면에 견고하게 부착되어 기계적 충격 또는 열적 충격에도 그 촉매 입자가 지지층(31s, 32s, 33s, 34s)으로부터 떨어져 나가지 않게 된다.
이로써 본 발명에 의하면, 상기 지지층(31s, 32s, 33s, 34s)과 촉매층(31e, 32e, 33e, 34e) 간의 접착 안정성 및 충격 내구성이 향상되어 본 실시예에 의한 개질기를 장기간 사용할 수 있는 잇점이 있다.
도 5는 본 발명의 제5 실시예에 대한 개질기 구조를 나타내 보인 분해 사시도이고, 도 6은 도 5의 결합 단면 구성도이다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 본 실시예에 의한 개질기(30)는 전기 제1 내지 제4 실시예에 따른 열원부(31), 개질 반응부(32), 제1 일산화탄소 저감부(33) 및 제2 일산화탄소 저감부(34)들이 서로 적층된 구조로 이루어진다.
바람직하게, 상기한 개질기(30)는 열원부(31)의 상측에 개질 반응부(32)와 제1 일산화탄소 저감부(33)를 순차적으로 적층하고, 열원부(31)의 하측에 제2 일산화탄소 저감부(34)를 적층하여 구성할 수 있다. 이러한 개질기(30)는 상기한 각 반응부의 적층 구조에 반드시 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형을 통해 본 발명에 의한 적층 구조를 구성할 수 있다.
보다 구체적으로, 이 경우는 제1 반응 기판(31a)을 중심으로 그 상측에 제2 반응 기판(32a)과 제3 반응 기판(33a)을 순차적으로 적층하고, 제1 반응 기판(31a)의 하측에 제4 반응 기판(34a)을 적층하여 본 실시예에 의한 개질기(30)를 구성할 수 있다. 그리고 개질기(30)의 최상측에 위치하고 있는 제3 반응 기판(33a)의 상면 에는 덮개 플레이트(41)가 결합될 수 있다. 상기 각 반응 기판(31a, 32a, 33a, 34a)의 상면에는 전기 제1 내지 제4 실시예에서와 같은 채널(31c, 32c, 33c, 34c)을 형성하고 있다.
상기와 같이 구성된 본 실시예에 의한 개질기(30)는 제1 반응 기판(31a)의 제1 채널(31c)과 제2 반응 기판(32a)의 밀착면에 의하여 제1 통로(31d)를 갖는 열원부(31)를 형성하고, 제2 반응 기판(32a)의 제2 채널(32c)과 제3 반응 기판(33a)의 밀착면에 의하여 제2 통로(32d)를 갖는 개질 반응부(32)를 형성하며, 제3 반응 기판(33a)의 제3 채널(33c)과 덮개 플레이트(41)의 밀착면에 의하여 제3 통로(33d)를 갖는 제1 일산화탄소 저감부(33)를 형성하고, 제4 반응 기판(34a)의 제4 채널(34c)과 제1 반응 기판(31a)의 밀착면에 의하여 제4 통로(34d)를 갖는 제2 일산화탄소 저감부(34)를 형성한다. 이 때 상기한 각 반응 기판(31a, 32a, 33a, 34a)과 덮개 플레이트(41)는 전기 실시예들과 마찬가지로 써스, 구리, 니켈, 철과 같은 메탈 소재로 형성될 수 있고, 대략 사각형의 플레이트 형상으로 이루어진다.
이러한 개질기(30)에는, 상술한 바와 같은 각각의 통로(31d, 32d, 33d, 34d)를 형성하기 위한 본 발명에 따른 밀착부(40)가 제공되는 바, 상기한 밀착부(40)는 제1 반응 기판(31a)의 상면에 밀착되어 제1 채널(31c)에 의한 제1 통로(31d)를 형성하는 제2 반응 기판(32a), 제2 반응 기판(32a)의 상면에 밀착되어 제2 채널(32c)에 의한 제2 통로(32d)를 형성하는 제3 반응 기판(33a), 제3 반응 기판(33a)의 상면에 밀착되어 제3 채널(33c)에 의한 제3 통로(33d)를 형성하는 덮개 플레이트(41) 및 제4 반응 기판(34a)의 상면에 밀착되어 제4 채널(34c)에 의한 제4 통로(34d)를 형성하는 제1 반응 기판(31a)이 적용될 수 있다.
그리고 상기 통로(31d, 32d, 33d, 34d)의 내표면에는 제1 내지 제4 실시예에서와 같은 지지층(31s, 32s, 33s, 34s)을 형성하고 있고, 이 지지층(31s, 32s, 33s, 34s) 위에는 본 실시예에 의한 촉매층(31e, 32e, 33e, 34e)을 형성하고 있다. 이 때 상기한 지지층(31s, 32s, 33s, 34s)은 각각의 반응 기판(31a, 32a, 33a, 34a)과 덮개 플레이트(41)가 결합된 상태에서 각 통로(31d, 32d, 33d, 34d)의 내표면에 형성될 수 있으며, 각각의 반응 기판(31a, 32a, 33a, 34a)과 덮개 플레이트(41)를 결합시키기 전에 각 반응 기판(31a, 32a, 33a, 34a)의 채널(31c, 32c, 33c, 34c) 내표면에 형성될 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 상기한 촉매층(31e, 32e, 33e, 34e)은 지지층(31s, 32s, 33s, 34s) 상에 워시-코팅(wash-coating) 되어 일 방향성 즉, 상기 통로(31d, 32d, 33d, 34d) 전체에 대하여 각 채널(31c, 32c, 33c, 34c)의 유입구(31f, 32f, 33f, 34f)로부터 유출구(31g, 32g, 33g, 34g)를 향하는 방향성을 갖도록 형성될 수 있다. 이러한 촉매층(31e, 32e, 33e, 34e)은 각 반응 기판(31a, 32a, 33a, 34a)과 덮개 플레이트(41)가 결합된 상태에서 상기 지지층(31s, 32s, 33s, 34s) 위에 워시-코팅되는 것이 바람직하다.
나머지 구성은 전기 제1 내지 제4 실시예의 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.
상기와 같이 구성되는 본 실시예에 의한 개질기(30)의 제조 방법을 도 7을 참조하여 설명하면, 우선 상술한 바와 같은 채널(31a, 32a, 33a, 34a)을 형성하고 있는 플레이트 타입의 반응 기판(31a, 32a, 33a, 34a)들을 준비한다(S10 단계).
상기 단계 S10은 써스, 구리, 니켈, 철 등으로 이루어진 각 반응 기판(31a, 32a, 33a, 34a)의 몸체(31b, 32b, 33b, 34b) 상면에 통상적인 이방성 식각을 통해 상기한 채널(31c, 32c, 33c, 34c)을 형성한다.
이어서, 제1 반응 기판(31a)을 중심으로 그 상측에 제2 반응 기판(32a), 제3 반응 기판(33a) 및 덮개 플레이트(41)를 순차적으로 적층하고, 제1 반응 기판(31a)의 하측에 제4 반응 기판(34a)을 적층한 다음, 이들을 결합수단을 통해 결합시킨다(S20 단계).
이와 같이 각각의 채널(31c, 32c, 33c, 34c)을 형성하고 있는 반응 기판(31a, 32a, 33a, 34a)과 덮개 플레이트(41)를 결합시킴에 따라, 제1 반응 기판(31a)의 제1 채널(31c)과 덮개 플레이트(41)의 덮개면에 의하여 제1 통로(31d)를 갖는 열원부(31)를 형성하고, 제2 반응 기판(32a)의 제2 채널(32c)과 덮개 플레이트(41)의 덮개면에 의하여 제2 통로(32d)를 갖는 개질 반응부(32)를 형성하며, 제3 반응 기판(33a)의 제3 채널(33c)과 덮개 플레이트(41)의 덮개면에 의하여 제3 통로(33d)를 갖는 제1 일산화탄소 저감부(33)를 형성하고, 제4 반응 기판(34a)의 제4 채널(34c)과 덮개 플레이트(41)의 덮개면에 의하여 제4 통로(34d)를 갖는 제2 일산화탄소 저감부(34)를 형성할 수 있다.
다음, 상기한 각각의 통로(31d, 32d, 33d, 34d) 내표면에 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 또는 티타니아(TiO2) 등으로 이루어진 지지층(31s, 32s, 33s, 34s)을 형성한다(S30 단계).
이어서, 전기 제1 내지 제4 실시예에서와 같은 워시-코팅 방법을 이용하여 상기 지지층(31s, 32s, 33s, 34s) 상에 촉매층(31e, 32e, 33e, 34e)을 형성한다(S40 단계).
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 의하면, 연료의 흐름이 가능한 채널을 갖는 반응 기판을 구비하고 이들을 적층하여 개질기를 구성하는 바, 개질기의 크기를 줄여 전체적인 시스템을 컴팩트하게 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 의하면, 반응 기판과 밀착부를 결합한 상태에서 워시-코팅법을 이용하여 반응 기판의 채널에 일 방향성을 갖는 촉매층을 형성하는 바, 촉매 입자의 접착 안정성 및 충격 내구성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (22)

  1. 연료의 흐름을 가능케 하는 채널을 일면에 형성하고 있는 적어도 하나의 반응 기판;
    상기 반응 기판의 일면에 밀착되어 상기 채널에 의한 통로를 형성하는 밀착부; 및
    상기 통로의 내표면에 워시-코팅(wash-coating)되어 일 방향성을 갖는 촉매층
    을 포함하는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 통로가 연료의 유출,입을 가능하게 하는 유입구와 유출구를 형성하는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 촉매층은 상기 통로 전체에 대하여 상기 유입구로부터 유출구를 향하는 방향성을 갖도록 형성되는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 밀착부는 상기 반응 기판의 일면에 밀착되는 덮개 플레이트를 구비하는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 기판과 밀착부의 밀착 고정에 의하여 상기 연료의 산화 촉매 반응을 통해 열 에너지를 발생시키는 열원부를 구성하는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 반응 기판과 밀착부의 밀착 고정에 의하여 상기 열 에너지에 의한 연료의 개질 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부를 구성하는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반응 기판과 밀착부의 밀착 고정에 의하여 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 적어도 하나의 일산화탄소 저감부를 구성하는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기.
  8. 연료의 흐름을 가능케 하는 채널을 일면에 형성하고 있는 적어도 둘 이상의 반응 기판;
    상기 반응 기판의 일면에 밀착되어 상기 채널에 의한 통로를 형성하는 밀착 부; 및
    상기 통로의 내표면에 워시-코팅(wash-coating)되어 일 방향성을 갖는 촉매층
    을 포함하며,
    상기 반응 기판들의 적층 구조로 이루어지고,
    상기 밀착부는 상기 반응 기판 각각의 일면에 밀착되는 다른 반응 기판과, 최상측 반응 기판의 일면에 밀착되는 덮개 플레이트를 포함하는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 반응 기판은, 상기 연료의 산화 촉매 반응을 통해 열 에너지를 발생시키는 열원부와, 상기 열 에너지에 의한 연료의 개질 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부를 구성하는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 반응 기판은 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 적어도 하나의 일산화탄소 저감부를 구성하는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 통로가 연료의 유출,입을 가능하게 하는 유입구와 유출구를 형성하는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 촉매층은 상기 통로 전체에 대하여 상기 유입구로부터 유출구를 향하는 방향성을 갖도록 형성되는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기.
  13. (a) 연료의 흐름을 가능케 하는 채널을 일면에 형성하고 있는 적어도 하나의 반응 기판을 준비하는 단계;
    (b) 상기 반응 기판의 상면에 밀착부를 밀착시켜 상기 채널과 밀착부의 밀착면에 의한 통로를 형성하고, 상기 반응 기판과 밀착부를 결합시키는 단계; 및
    (c) 상기 통로의 내표면에 촉매 물질을 워시 코팅(wash coating)하여 촉매층을 형성하는 단계를 포함하는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 반응 기판이 써스, 구리, 니켈, 철 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어지는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기의 제조 방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 (b) 단계에서,
    상기 반응 기판과 밀착부를 결합시킨 후, 상기 통로의 내표면에 지지층을 형성하는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 지지층은 알루미나, 실리카 또는 티타니아 중에서 선택되는 어느 하나의 소재로 이루어지는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기의 제조 방법.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 촉매 물질을 상기 통로에 대하여 소정의 공기압으로 분사시키는 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기의 제조 방법.
  18. 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질기;
    상기 수소 가스와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부;
    상기 개질기로 연료를 공급하는 연료 공급원; 및
    상기 개질기 및 전기 발생부로 산소를 공급하는 산소 공급원을 포함하며,
    상기 개질기는, 연료의 흐름을 가능케 하는 채널을 일면에 형성하고 있는 적 어도 하나의 반응 기판과, 상기 반응 기판의 일면에 밀착되어 상기 채널에 의한 통로를 형성하는 밀착부와, 상기 통로의 내표면에 워시-코팅(wash-coating)되어 일 방향성을 갖는 촉매층를 포함하는 연료 전지 시스템.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 밀착부는 상기 반응 기판의 일면에 밀착되는 덮개 플레이트를 구비하는 연료 전지 시스템.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 개질기는 상기 반응 기판이 복수로 구비되어 이들의 적층 구조로 이루어지며,
    상기 밀착부는 상기 반응 기판 각각의 일면에 밀착되는 다른 반응 기판과, 최상측 반응 기판의 일면에 밀착되는 덮개 플레이트를 구비하는 연료 전지 시스템.
  21. 제 18 항에 있어서,
    상기 통로가 연료의 유출,입을 가능하게 하는 유입구와 유출구를 형성하는 연료 전지 시스템.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 촉매층은 상기 통로 전체에 대하여 상기 유입구로부터 유출구를 향하는 방향성을 갖도록 형성되는 연료 전지 시스템.
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