KR20060021550A - Fuel cell system and reformer - Google Patents

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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 발생부로 산소를 공급하는 산소 공급원을 포함하며,A fuel cell system according to the present invention includes: a reformer for generating hydrogen gas from a fuel containing hydrogen through a chemical catalytic reaction by thermal energy; At least one electricity generating unit generating electrical energy through an electrochemical reaction between the hydrogen gas and oxygen; A fuel supply source for supplying fuel to the reformer; And an oxygen source for supplying oxygen to the generator,

상기 개질기는, 내부 공간을 가지면서 유입부와 유출부를 형성하는 적어도 하나의 본체와, 상기 본체의 내부 공간에 배치되며 금속 박막을 지그재그 상으로 밴딩하여 연료의 흐름을 가능케 하는 다수의 통로를 형성하는 반응시트와, 상기 통로의 표면에 형성되는 촉매층 포함한다.The reformer may include at least one main body having an inner space and forming an inlet and an outlet, and a plurality of passages disposed in the inner space of the main body and banding a metal thin film in a zigzag to enable flow of fuel. A reaction sheet and a catalyst layer formed on the surface of the passage.

연료전지, 스택, 전기발생부, 개질기, 본체, 반응시트, 금속박막, 통로, 지지층, 촉매층, 열원부, 개질반응부, 일산화탄소저감부Fuel cell, stack, electricity generation unit, reformer, body, reaction sheet, metal thin film, passage, support layer, catalyst layer, heat source unit, reforming reaction unit, carbon monoxide reduction unit

Description

연료 전지 시스템 및 개질기 {FUEL CELL SYSTEM AND REFORMER}Fuel Cell System and Reformer {FUEL CELL SYSTEM AND REFORMER}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing an overall configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 도시한 스택의 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다.2 is an exploded perspective view showing the structure of the stack shown in FIG.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 개질기 구조를 나타내 보인 사시도이다.3 is a perspective view showing a reformer structure according to the first embodiment of the present invention.

도 4는 도 3의 단면 구성도이다.4 is a cross-sectional configuration diagram of FIG. 3.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 개질기 구조를 나타내 보인 사시도이다.5 is a perspective view showing a reformer structure according to a second embodiment of the present invention.

도 6은 도 5의 단면 구성도이다.6 is a cross-sectional configuration diagram of FIG. 5.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 개질기 구조를 나타내 보인 단면 구성도이다.7 is a cross-sectional view showing a reformer structure according to a third embodiment of the present invention.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 개질기 구조를 나타내 보인 단면 구성도이다.8A and 8B are cross-sectional views illustrating a reformer structure according to a fourth embodiment of the present invention.

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 개질기의 구조를 개선한 연료 전지 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell system having an improved structure of a reformer.

알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 메탄올과 같은 탄화수소 계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소와, 산소 또는 산소를 포함한 공기의 화학 반응 에너지를 직접 전기 에너지로 변환시키는 발전 시스템이다.As is known, a fuel cell is a power generation system that directly converts the chemical reaction energy of hydrogen contained in a hydrocarbon-based material such as methanol and oxygen or air containing oxygen into electrical energy.

상기 연료 전지는 메탄올 또는 에탄올 등을 개질하여 만들어진 수소를 연료로 사용하여 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 갖는다.The fuel cell uses hydrogen produced by reforming methanol or ethanol as a fuel, and has a wide range of applications such as mobile power supplies such as automobiles, distributed power supplies such as houses and public buildings, and small power supplies such as electronic devices. Have

이와 같은 연료 전지는 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. 그리고 개질기는 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고 그 수소 가스를 스택으로 공급한다.Such a fuel cell basically includes a stack, a reformer, a fuel tank, a fuel pump, and the like to constitute a system. The stack forms the body of the fuel cell, and the fuel pump supplies the fuel in the fuel tank to the reformer. The reformer then reforms the fuel to generate hydrogen gas and supplies the hydrogen gas to the stack.

종래의 연료 전지 시스템에 있어 상기 개질기는 연료의 산화 촉매 반응을 통해 반응열을 발생시키는 열원부와, 상기한 반응열을 전달받아 연료의 개질 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부와, 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 일산화탄소 저감부로 구성된다.In the conventional fuel cell system, the reformer includes a heat source unit for generating reaction heat through an oxidation catalyst reaction of a fuel, a reforming reaction unit for receiving hydrogen gas from the fuel through a reforming catalyst reaction of the fuel by receiving the reaction heat; And a carbon monoxide reduction unit for reducing the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas.

상기와 같은 각각의 열원부, 개질 반응부, 및 일산화탄소 저감부는 별도의 반응기 본체 내부에 배치되는 촉매 모듈을 구비하는 바, 이러한 촉매 모듈은 연료의 흐름 방향으로 평행한 벌집 모양의 통로를 가지도록 세라믹 소재를 압출 성형하 여 단일의 모듈을 제작하고 그 통로의 표면 위에 촉매층을 형성하여 사용하게 된다.Each of the heat source unit, the reforming reaction unit, and the carbon monoxide reducing unit includes a catalyst module disposed inside a separate reactor body, and the catalyst module has a ceramic honeycomb passage parallel to the fuel flow direction. Extruded material is used to make a single module and to form a catalyst layer on the surface of the passage.

그런데 종래에 따른 연료 전지 시스템용 개질기는 세라믹 소재를 사출 성형하여 하니컴 타입의 촉매 모듈을 제작하는 바, 제조 공정이 복잡하여 제조 단가가 상승하게 되며, 통로들이 서로 밀폐되어 연료의 유량 분배가 고르지 않게 되고, 연료의 난류 효과가 적어 촉매 표면에 대한 연료의 확산 속도가 늦어짐에 따라 개질기 전체의 반응 효율이 저하되는 문제점이 있다.However, the conventional reformer for a fuel cell system manufactures a honeycomb type catalyst module by injection molding a ceramic material. As a result, the manufacturing process is complicated and the manufacturing cost increases, and passages are sealed to each other so that the flow rate of fuel is uneven. In addition, there is a problem that the reaction efficiency of the entire reformer is lowered as the turbulence effect of the fuel is less and the diffusion rate of the fuel to the catalyst surface is lowered.

본 발명은 상술한 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 제조하기가 단순하고, 통로에 대한 연료의 유량 분배가 균일하며, 촉매 표면의 단위 면적당 연료의 접촉 면적을 증대시킬 수 있도록 개질기의 구조를 개선한 연료 전지 시스템을 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and its object is simple to manufacture, uniform flow rate distribution of fuel to the passage, and improved structure of the reformer to increase the contact area of fuel per unit area of the catalyst surface. The present invention provides a fuel cell system.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 내부 공간을 가지면서 유입부와 유출부를 형성하는 적어도 하나의 본체; 상기 본체의 내부 공간에 배치되며, 금속 박막을 지그재그 상으로 밴딩하여 연료의 흐름을 가능케 하는 다수의 통로를 형성하는 반응시트; 및 상기 통로의 표면에 형성되는 촉매층을 포함한다.The reformer used in the fuel cell system according to the present invention for achieving the above object, at least one body having an inner space and forming an inlet and an outlet; A reaction sheet disposed in the inner space of the main body, the reaction sheet forming a plurality of passages allowing the flow of fuel by bending the metal thin film in a zigzag shape; And a catalyst layer formed on the surface of the passage.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 본체가 사각 케이스 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 반응시트는 적어도 두 겹 이상으로 대칭되게 포개어지도록 구비될 수 있다.The reformer used in the fuel cell system according to the present invention preferably has the main body in the form of a rectangular case. In this case, the reaction sheet may be provided to be symmetrically stacked in at least two layers or more.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 본체가 원통 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 반응시트는 상기 통로의 길이 방향에 수직한 단면 형상이 스크롤(scroll) 형태로 감긴 구조로 이루어진다.In addition, the reformer used in the fuel cell system according to the present invention preferably has the main body in a cylindrical shape. In this case, the reaction sheet has a structure in which a cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the passage is wound in a scroll form.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 반응시트가 알루미늄 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the reformer used in the fuel cell system according to the present invention preferably comprises the reaction sheet made of aluminum.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 촉매층을 지지하는 지지층이 상기 통로의 표면에 형성될 수 있다. 이 경우 상기 지지층은 알루미나(Al2O3)로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the reformer used in the fuel cell system according to the present invention, the support layer for supporting the catalyst layer may be formed on the surface of the passage. In this case, the support layer is preferably made of alumina (Al 2 O 3 ).

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 반응시트가 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn) 또는 철(Fe) 중에서 선택되는 적어도 하나의 소재로 이루어질 수도 있다.And the reformer used in the fuel cell system according to the present invention, the reaction sheet may be made of at least one material selected from copper (Cu), nickel (Ni), zinc (Zn) or iron (Fe).

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 본체가 세라믹, 스테인레스 또는 알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 재질로 형성될 수 있다.In addition, the reformer used in the fuel cell system according to the present invention, the body may be formed of at least one material selected from the group consisting of ceramic, stainless or aluminum.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 통로를 통과하는 연료의 산화 촉매 반응을 통해 기설정된 온도의 열 에너지를 발생시키는 열원부를 구성할 수 있다.In addition, the reformer used in the fuel cell system according to the present invention may constitute a heat source unit for generating thermal energy at a predetermined temperature through an oxidation catalytic reaction of the fuel passing through the passage.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 열 에너 지에 의한 연료의 개질 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부를 구성할 수 있다.In addition, the reformer used in the fuel cell system according to the present invention may comprise a reforming reaction unit for generating hydrogen gas from the fuel through the reforming catalytic reaction of the fuel by the thermal energy.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 적어도 하나의 일산화탄소 저감부를 구성할 수 있다.The reformer used in the fuel cell system according to the present invention may constitute at least one carbon monoxide reduction unit for reducing the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 열원부, 개질 반응부 및 일산화탄소 저감부가 소정 관로에 의해 각각 연결 설치되는 것이 바람직하다.In addition, the reformer used in the fuel cell system according to the present invention, it is preferable that the heat source portion, reforming reaction portion and the carbon monoxide reduction portion are connected to each other by a predetermined pipe.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 사용되는 개질기는, 상기 열원부, 개질 반응부 및 일산화탄소 저감부의 적층 구조로 이루어질 수도 있다.The reformer used in the fuel cell system according to the present invention may have a laminated structure of the heat source unit, the reforming reaction unit, and the carbon monoxide reducing unit.

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 발생부로 산소를 공급하는 산소 공급원을 포함하며,In addition, a fuel cell system according to the present invention for achieving the above object, the reformer for generating hydrogen gas from the fuel containing hydrogen through a chemical catalytic reaction by thermal energy; At least one electricity generating unit generating electrical energy through an electrochemical reaction between the hydrogen gas and oxygen; A fuel supply source for supplying fuel to the reformer; And an oxygen source for supplying oxygen to the generator,

상기 개질기는, 내부 공간을 가지면서 유입부와 유출부를 형성하는 적어도 하나의 본체와, 상기 본체의 내부 공간에 배치되며 금속 박막을 지그재그 상으로 밴딩하여 연료의 흐름을 가능케 하는 다수의 통로를 형성하는 반응시트와, 상기 통로의 표면에 형성되는 촉매층 포함한다.The reformer may include at least one main body having an inner space and forming an inlet and an outlet, and a plurality of passages disposed in the inner space of the main body and banding a metal thin film in a zigzag to enable flow of fuel. A reaction sheet and a catalyst layer formed on the surface of the passage.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 본체가 사각 케이스 형태로 이루 어지는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 반응시트는 적어도 두 겹 이상으로 대칭되게 포개어지도록 구비될 수 있다.In the fuel cell system according to the present invention, it is preferable that the main body has a rectangular case shape. In this case, the reaction sheet may be provided to be symmetrically stacked in at least two layers or more.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 본체가 원통 형태로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 반응시트는 상기 통로의 길이 방향에 수직한 단면 형상이 스크롤(scroll) 형태로 감긴 구조로 이루어진다.In the fuel cell system according to the present invention, the main body preferably has a cylindrical shape. In this case, the reaction sheet has a structure in which a cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the passage is wound in a scroll form.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 반응시트가 알루미늄 소재로 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 촉매층을 지지하는 지지층이 상기 통로의 표면에 형성될 수 있다. 이 경우 상기 지지층은 알루미나(Al2O3)로 이루어지는 것이 바람직하다.In the fuel cell system of the present invention, the reaction sheet is preferably made of aluminum. In the fuel cell system according to the present invention, a support layer for supporting the catalyst layer may be formed on the surface of the passage. In this case, the support layer is preferably made of alumina (Al 2 O 3 ).

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 반응시트가 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn) 또는 철(Fe) 중에서 선택되는 적어도 하나의 소재로 형성될 수 있다.In addition, the fuel cell system according to the present invention, the reaction sheet may be formed of at least one material selected from copper (Cu), nickel (Ni), zinc (Zn) or iron (Fe).

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 개질기는: 상기 통로를 통과하는 연료의 산화 촉매 반응을 통해 열 에너지를 발생시키는 열원부; 및 상기 열 에너지에 의한 개질 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부를 포함할 수 있다.In the fuel cell system according to the present invention, the reformer includes: a heat source unit generating heat energy through an oxidation catalytic reaction of the fuel passing through the passage; And a reforming reaction unit generating hydrogen gas from the fuel through the reforming catalytic reaction by the thermal energy.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 개질기는 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 적어도 하나의 일산화탄소 저감부를 더 포함할 수도 있다. In the fuel cell system according to the present invention, the reformer may further include at least one carbon monoxide reduction unit for reducing the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas.                     

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 개질기는 상기 열원부, 개질 반응부 및 일산화탄소 저감부가 관로 형태의 공급라인에 의해 각각 연결 설치될 수 있다.In the fuel cell system according to the present invention, the reformer may be connected to the heat source unit, the reforming reaction unit, and the carbon monoxide reducing unit by a supply line in the form of a pipe.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 개질기는 상기 열원부, 개질 반응부 및 일산화탄소 저감부의 적층 구조로 이루어질 수도 있다.In the fuel cell system according to the present invention, the reformer may be formed of a laminated structure of the heat source portion, the reforming reaction portion and the carbon monoxide reduction portion.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템은, 상기 전기 발생부가 복수로 구비되며, 상기 복수의 전기 발생부에 의한 적층 구조의 스택을 형성할 수 있다.In addition, the fuel cell system according to the present invention may include a plurality of electricity generation units, and form a stack having a stacked structure by the plurality of electricity generation units.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 연료 공급원은: 수소를 함유한 연료를 저장하는 제1 탱크; 물을 저장하는 제2 탱크; 및 상기 제1 및 제2 탱크에 연결 설치되는 연료 펌프를 포함할 수 있다.In a fuel cell system according to the invention, the fuel source comprises: a first tank for storing fuel containing hydrogen; A second tank for storing water; And a fuel pump connected to the first and second tanks.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 있어서, 상기 산소 공급원은 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 전기 발생부 및 개질기로 각각 공급하는 공기 펌프를 포함할 수 있다.In the fuel cell system according to the present invention, the oxygen supply source may include an air pump that sucks air and supplies the air to the electricity generator and the reformer, respectively.

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.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이고, 도 2는 도 1에 도시한 스택의 구조를 나타내 보인 분해 사시도이다. 1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is an exploded perspective view showing the structure of the stack shown in FIG.                     

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.Referring to the drawings, the fuel cell system 100 according to the present invention reforms a fuel containing hydrogen to generate hydrogen gas, and reacts the hydrogen gas with oxygen to generate electrical energy. Electrode Membrane Fuel Cell (PEMFC) is adopted.

상기한 연료 전지 시스템(100)에 있어 전기를 발생시키기 위한 연료라 함은 메탄올, 에탄올, 천연 가스 등을 포함한다. 그러나 이하에서 설명하는 연료는 편의상 액상으로 이루어진 연료라 정의하고, 상기 액상의 연료와 물을 혼합 연료라고 정의한다.In the fuel cell system 100, the fuel for generating electricity includes methanol, ethanol, natural gas, and the like. However, the fuel described below is defined as a fuel consisting of a liquid phase for convenience, and the liquid fuel and water are defined as a mixed fuel.

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.In addition, the system 100 may use pure oxygen gas stored in a separate storage means as oxygen reacting with the hydrogen, and may use air containing oxygen as it is. However, the latter example of using air as the oxygen fuel described above will be described below.

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.The fuel cell system 100 according to the present invention basically includes a stack 10 having at least one electric generator 11 for generating electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and as described above. A reformer 30 for generating hydrogen gas from the liquid fuel present and supplying the hydrogen gas to the electricity generating unit 11, a fuel supply source 50 for supplying the fuel to the reformer 30, and an oxygen reformer ( 30) and an oxygen supply source 70 for supplying the electricity generator 11, respectively.

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 하게 된다. 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.The electricity generation unit 11 forms a stack of minimum units for generating electricity by arranging the separators 16 on both sides thereof with the electrode-electrolyte composite 12 at the center, and the electricity generation unit 11 is A plurality is provided to form the stack 10 of the laminated structure as in this embodiment. Here, the electrode-electrolyte composite 12 has an anode electrode and a cathode electrode at both sides, and functions to oxidize / reduce hydrogen and oxygen. The separator 16 functions as a conductor that forms a gas passage for supplying hydrogen gas and oxygen to both sides of the electrode-electrolyte composite 12 and connects the anode electrode and the cathode electrode in series.

도면에 도시한 바와 같이, 상기 스택(10)의 최 외곽에는 상기한 복수의 전기 발생부(11)를 밀착시키는 밀착 플레이트(13)가 위치할 수도 있다. 그러나 본 발명에 의한 스택(10)은 상기한 밀착 플레이트(13)를 배제하고, 복수의 전기 발생부(11)의 최 외곽에 위치하는 세퍼레이터(16)가 상기 밀착 플레이트의 역할을 대신하도록 구성할 수 있다. 또한 밀착 플레이트(13)가 복수의 전기 발생부(11)를 밀착시키는 기능 외에, 세퍼레이터(16)의 고유한 기능을 갖도록 구성할 수도 있다.As shown in the drawing, the outermost portion of the stack 10 may be in close contact plate 13 for contacting the plurality of electricity generating units 11 described above. However, the stack 10 according to the present invention excludes the adhesion plate 13 and the separator 16 positioned at the outermost side of the plurality of electricity generating units 11 may be configured to take the role of the adhesion plate. Can be. In addition to the function of bringing the adhesion plate 13 into close contact with the plurality of electricity generating units 11, the adhesion plate 13 may be configured to have a unique function of the separator 16.

그리고 상기 밀착 플레이트(13)에는 개질기(30)로부터 발생되는 수소 가스를 전기 발생부(11)로 공급하기 위한 제1 주입부(13a)와, 산소 공급원(40)으로부터 공급되는 공기를 전기 발생부(11)로 공급하기 위한 제2 주입부(13b)와, 전극-전해질 합성체(12)의 애노드 전극에서 반응하고 남은 수소 가스를 배출시키기 위한 제1 배출부(13c)와, 전극-전해질 합성체(12)의 캐소드 전극에서 수소와 산소의 결합 반응에 의해 생성된 수분을 함유한 미반응 공기를 배출시키기 위한 제2 배출부(13d)를 형성하고 있다.In addition, the adhesion plate 13 includes a first injection unit 13a for supplying hydrogen gas generated from the reformer 30 to the electricity generation unit 11, and air supplied from the oxygen supply source 40. Second injection portion 13b for supplying to (11), first discharge portion 13c for discharging hydrogen gas remaining after reacting at the anode electrode of electrode-electrolyte composite 12, and electrode-electrolyte synthesis At the cathode electrode of the sieve 12, a second discharge portion 13d for discharging the unreacted air containing water generated by the reaction of hydrogen and oxygen is formed.

한편 본 발명에 적용되는 개질기(30)는 액상의 연료와 공기의 산화 촉매 반 응을 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.On the other hand, the reformer 30 applied to the present invention has been described above through the heat source unit 31 for generating heat energy through the oxidation catalyst reaction of the liquid fuel and air, and the steam reforming catalytic reaction by the heat energy. A reforming reaction unit 32 for generating hydrogen gas from the mixed fuel, and at least one carbon monoxide reduction unit 33, 34 for reducing the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas. As an example, the carbon monoxide reduction units 33 and 34 may generate additional hydrogen gas through a water-gas shift (WGS) catalytic reaction and reduce the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas. It may include a carbon monoxide reduction unit 33, and a second carbon monoxide reduction unit 34 for reducing the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas through a catalytic reaction of hydrogen gas and air (Preferential CO Oxidation (PROX)). have.

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.The fuel supply source 50 for supplying fuel to the reformer 30 as described above includes a first tank 51 for storing liquid fuel, a second tank 53 for storing water, and first and second, respectively. A fuel pump 55 connected to the tanks 51 and 53 is provided.

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. 이 때 상기 공기 펌프(71)와 스택(10)의 제2 주입부(13b)는 관로 형태의 공급라인(99)에 의해 연결 설치될 수 있다.The oxygen source 70 includes an air pump 71 that sucks air with a predetermined pumping force and supplies the air to the reformer 30 and the electricity generator 11, respectively. At this time, the air pump 71 and the second injection portion 13b of the stack 10 may be connected by a supply line 99 in the form of a pipe.

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. The hydrogen gas generated through the reformer 30 and the oxygen in the air sucked through the air pump 71 are supplied to the electricity generating unit 11 during the operation of the fuel cell system 100 according to the present invention configured as described above. In this case, the electricity generating unit 11 generates electricity, water, and heat through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen.                     

본 발명에 있어 상기 개질기(30)를 구성하는 각각의 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.In the present invention, each embodiment constituting the reformer 30 will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 개질기 구조를 나타내 보인 사시도이고, 도 4는 도 3의 단면 구성도이다.3 is a perspective view illustrating a reformer structure according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram of FIG. 3.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 개질기(30)는 연료 공급원(50: 도 1)으로부터 공급되는 액상의 연료와 산소 공급원(70: 도 1)으로부터 공급되는 공기의 산화 촉매 반응을 통해 소정 온도의 열 에너지를 발생시키는 열원부(31)를 구비할 수 있다.Referring to the drawings, the reformer 30 according to the present embodiment has a predetermined temperature through an oxidation-catalyzed reaction of liquid fuel supplied from a fuel supply source 50 (FIG. 1) and air supplied from an oxygen supply source 70 (FIG. 1). It may be provided with a heat source unit 31 for generating a thermal energy of.

본 실시예에 따르면, 상기한 열원부(31)는 케이스 형태의 제1 본체(141)와, 상기 제1 본체(141) 내에 배치되어 액상의 연료와 공기의 산화 촉매 반응을 통해 열 에너지를 발생시키는 제1 반응 시트(143)를 포함하여 이루어진다.According to the present embodiment, the heat source part 31 is disposed in the first body 141 and the first body 141 in the form of a case to generate heat energy through the oxidation catalyst reaction of liquid fuel and air. It comprises a first reaction sheet 143 to make.

제1 본체(141)는 소정 용적의 내부 공간을 가지면서, 액상의 연료와 공기를 상기 내부 공간으로 공급하기 위한 제1 유입부(141a)와, 상기 제1 유입부(141a)와 실질적으로 연통되어 상기 산화 촉매 반응에 의해 발생되는 비교적 고온의 연소 가스를 배출시키는 제1 유출부(141b)를 형성하고 있다.The first main body 141 has a predetermined volume of internal space, and substantially communicates with the first inlet 141a for supplying liquid fuel and air to the internal space, and the first inlet 141a. To form a first outlet portion 141b for discharging relatively high temperature combustion gas generated by the oxidation catalyst reaction.

바람직하게, 상기 제1 본체(141)는 서로 대응되는 위치에 제1 유입부(141a)와 제1 유출부(141b)를 형성하고 있는 사각 형상의 케이스 구조로 이루어진다. 이 때 상기 제1 본체(141)는 단열성을 갖는 소재 예컨대, 세라믹, 스테인레스, 알루미늄 등으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 본체(141)의 제1 유입부(141a)와 연료 공급원(50: 도 1)의 제1 탱크(51)가 관로 형태의 유로에 의해 연결 설치될 수 있으 며, 상기 제1 유입부(141a)와 산소 공급원(70: 도 1)의 공기 펌프(71)가 상기와 같은 유로에 의해 연결 설치될 수 있다.Preferably, the first body 141 has a rectangular case structure in which a first inlet 141a and a first outlet 141b are formed at positions corresponding to each other. In this case, the first body 141 may be formed of a material having heat insulation, for example, ceramic, stainless steel, aluminum, or the like. In addition, the first inlet 141a of the first body 141 and the first tank 51 of the fuel supply source 50 (FIG. 1) may be connected to each other by a conduit-shaped flow path. The air pump 71 of the portion 141a and the oxygen source 70 (FIG. 1) may be connected and installed by the flow path as described above.

제1 반응 시트(143)는 상기 액상의 연료와 공기의 산화 촉매 반응을 통해 열 에너지를 발생시키기 위한 촉매 모듈로서, 하니컴(honeycomb) 타입의 통로를 가지는 종래의 촉매 모듈과 달리, 금속으로 이루어진 평평한 박막(142)의 형태에서 지그재그 상으로 절곡 성형되어 상기 액상의 연료와 공기를 통과시키는 제1 통로(144)를 형성하고 있다. 상기 제1 통로(144)의 표면에는 다음에 설명하는 제1 촉매층(146)을 지지하기 위한 제1 지지층(145)을 형성하고 있다. 이 때 상기 제1 반응 시트(143)의 금속 박막(142)은 알루미늄 소재로 형성될 수 있다. 그리고 상기 제1 지지층(145)은 금속 박막(142) 표면의 산화 처리에 의하여 제1 통로(144)의 표면에 형성되고 있는 알루미나(Al2O3)로 이루어진다.The first reaction sheet 143 is a catalyst module for generating heat energy through the oxidation catalyst reaction of the liquid fuel and air, and unlike the conventional catalyst module having a honeycomb type passage, In the form of a thin film 142 is bent in a zigzag shape to form a first passage 144 for passing the liquid fuel and air. The first support layer 145 is formed on the surface of the first passage 144 to support the first catalyst layer 146 described below. In this case, the metal thin film 142 of the first reaction sheet 143 may be formed of an aluminum material. The first support layer 145 is made of alumina (Al 2 O 3 ) formed on the surface of the first passage 144 by oxidation of the surface of the metal thin film 142.

구체적으로 상기 제1 반응 시트(143)는 전술한 바 있는 알루미늄 소재의 금속 박막(142)을 주름판 모양으로 절곡 성형하여 액상의 연료와 공기가 통과할 수 있는 미세한 제1 통로(144)를 형성하고, 제1 통로(144)의 표면에 지지층(145)과 촉매층(146)을 형성한다. 즉, 상기 제1 반응 시트(143)는 제1 통로(144)의 길이 방향에 수직하는 단면 형상이 파형(波形)으로 이루어진다. 제1 반응 시트(143)는 상기한 주름판 모양의 금속 박막(142)을 두 겹 이상으로 대칭되게 포개어 상기 제1 본체(141)의 내부 공간에 배치되도록 구성할 수 있다. 이 때 상기 제1 반응 시트(143)는 제1 본체(141)의 내부 표면에 대해 약간 떨어지도록 설치하는 것이 바람직 하다. 그리고 제1 반응 시트(143)의 제1 지지층(145) 상에는 액상의 연료와 공기의 산화 반응을 촉진시키는 제1 촉매층(146)을 형성하고 있다.Specifically, the first reaction sheet 143 is formed by bending the metal thin film 142 of the aluminum material as described above into a corrugated plate to form a fine first passage 144 through which liquid fuel and air can pass. The support layer 145 and the catalyst layer 146 are formed on the surface of the first passage 144. That is, the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the first passage 144 of the first reaction sheet 143 has a waveform. The first reaction sheet 143 may be configured to be symmetrically stacked in two or more layers of the corrugated metal thin film 142 so as to be disposed in the inner space of the first body 141. At this time, the first reaction sheet 143 is preferably installed so as to be slightly apart from the inner surface of the first body (141). The first catalyst layer 146 is formed on the first support layer 145 of the first reaction sheet 143 to promote the oxidation reaction between the liquid fuel and the air.

따라서 본 실시예에 의한 개질기(30)의 열원부(31)는 연료와 공기를 통과시키면서 산화 촉매 반응을 일으키는 평평한 박막(142)을 지그재그 상으로 밴딩하여 연료와 공기를 통과시키는 제1 통로(144)를 형성하고 이 제1 통로(144)의 표면에 제1 촉매층(146)을 형성함에 따라, 상기 제1 통로(144)를 통과하는 연료와 공기의 흐름 분포가 균일하고, 그 흐름이 난류화되어 제1 촉매층(146)의 표면에 대한 연료와 공기의 접촉 면적을 증대시킬 수 있다.Therefore, the heat source part 31 of the reformer 30 according to the present exemplary embodiment first bands 144 to allow the fuel and air to pass through by bending the flat thin film 142 causing the oxidation catalytic reaction to pass through the fuel and air. ) And the first catalyst layer 146 formed on the surface of the first passage 144, the flow distribution of fuel and air passing through the first passage 144 is uniform, and the flow becomes turbulent. Thus, the contact area of the fuel and air with respect to the surface of the first catalyst layer 146 may be increased.

그리고 본 실시예에 의한 개질기(30)는 열원부(31)로부터 발생되는 열 에너지를 흡열하여, 연료 공급원(50: 도 1)으로부터 공급되는 혼합 연료의 수증기 개질 촉매 반응을 통해 상기 혼합 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부(32)를 구비할 수 있다. 이 때 상기한 열원부(31)는 상술한 바와 같은 구조의 촉매 모듈을 구비할 수 있고, 종래와 같은 구조의 촉매 모듈을 구비할 수도 있다.In addition, the reformer 30 according to the present embodiment absorbs heat energy generated from the heat source unit 31 to obtain hydrogen from the mixed fuel through a steam reforming catalytic reaction of the mixed fuel supplied from the fuel supply source 50 (FIG. 1). The reforming reaction unit 32 for generating a gas may be provided. In this case, the heat source unit 31 may include the catalyst module having the structure as described above, or may include the catalyst module having the same structure as the conventional structure.

본 실시예에 따르면, 상기한 개질 반응부(32)는 케이스 형태의 제2 본체(241)와, 상기 제2 본체(241) 내에 배치되어 열 에너지에 의한 혼합 연료의 수증기 개질 촉매 반응을 통해 상기 혼합 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 제2 반응 시트(243)를 포함하여 이루어진다.According to the present exemplary embodiment, the reforming reaction part 32 is disposed in the second main body 241 and the second main body 241 in a case form, and is subjected to steam reforming catalytic reaction of the mixed fuel by thermal energy. And a second reaction sheet 243 for generating hydrogen gas from the mixed fuel.

제2 본체(241)는 소정 용적의 내부 공간을 가지면서, 혼합 연료를 상기 내부 공간으로 공급하기 위한 제2 유입부(241a)와, 상기 제2 유입부(241a)와 실질적으로 연통되어 상기 개질 촉매 반응에 의해 발생되는 수소 가스를 배출시키기 위한 제2 유출부(241b)를 형성하고 있다. 그리고 제2 본체(241)의 제2 유입부(241a)와 연료 공급원(50: 도 1)의 제1 및 제2 탱크(51, 53)는 관로 형태의 유로에 의해 연결 설치될 수 있다.The second body 241 has a predetermined volume of internal space, and is substantially in communication with the second inlet 241a for supplying the mixed fuel to the internal space and the second inlet 241a. A second outlet portion 241b for discharging hydrogen gas generated by the catalytic reaction is formed. In addition, the second inlet 241a of the second body 241 and the first and second tanks 51 and 53 of the fuel supply source 50 (FIG. 1) may be connected to each other by a flow path in the form of a pipe.

제2 반응 시트(243)는 상기 혼합 연료의 개질 촉매 반응을 통해 혼합 연료로부터 수소 가스를 발생시키기 위한 촉매 모듈로서, 하니컴(honeycomb) 타입의 통로를 가지는 종래의 촉매 모듈과 달리, 알루미늄으로 이루어진 평평한 박막(242)의 형태에서 지그재그 상으로 절곡되어 상기 혼합 연료를 통과시키는 제2 통로(244)를 형성하고 있다. 그리고 상기 제2 통로(244)의 표면에는 제2 지지층(245)을 형성하고, 상기 제2 지지층(245) 상에는 혼합 연료의 개질 반응을 촉진시키는 제2 촉매층(246)을 형성하고 있다.The second reaction sheet 243 is a catalyst module for generating hydrogen gas from the mixed fuel through the reforming catalytic reaction of the mixed fuel. Unlike the conventional catalyst module having a honeycomb type passage, the second reaction sheet 243 is made of flat aluminum. A second passage 244 is bent in a zigzag form in the form of a thin film 242 to allow the mixed fuel to pass therethrough. A second support layer 245 is formed on the surface of the second passage 244, and a second catalyst layer 246 is formed on the second support layer 245 to promote a reforming reaction of the mixed fuel.

또한 본 실시예에 의한 개질기(30)는 열원부(31) 및 개질 반응부(32)를 통해 발생되는 수소 가스의 수성 가스 전환 촉매 반응을 통해 상기 수소 가스로부터 추가의 수소를 발생시키고, 상기한 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 제1 일산화탄소 저감부(33)를 구비할 수 있다. 이 때 상기한 열원부(31) 및 개질 반응부(32)는 본 실시예에서와 같은 구조의 촉매 모듈을 구비할 수 있고, 종래와 같은 구조의 촉매 모듈을 구비할 수도 있다.In addition, the reformer 30 according to the present embodiment generates additional hydrogen from the hydrogen gas through a water gas conversion catalytic reaction of hydrogen gas generated through the heat source unit 31 and the reforming reaction unit 32, The first carbon monoxide reduction unit 33 for reducing the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas may be provided. In this case, the heat source part 31 and the reforming reaction part 32 may include the catalyst module having the same structure as in the present embodiment, or may include the catalyst module having the same structure as the prior art.

본 실시예에 따르면, 상기한 제1 일산화탄소 저감부(33)는 케이스 형태의 제3 본체(341)와, 상기 제3 본체(341) 내에 배치되어 상기 수소 가스의 수성 가스 전환 촉매 반응을 통해 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 제3 반응 시트(343)를 포함하여 이루어진다. According to the present embodiment, the first carbon monoxide reduction unit 33 is disposed in the third body 341 and the third body 341 in a case form, and the hydrogen gas may be converted into a catalyst through a water gas shift catalytic reaction. And a third reaction sheet 343 for reducing the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas.                     

제3 본체(341)는 소정 용적의 내부 공간을 가지면서, 상기 수소 가스를 상기 내부 공간으로 공급하기 위한 제3 유입부(341a)와, 상기 제3 유입부(341a)와 실질적으로 연통되어 상기 수성 가스 전환 촉매 반응에 의해 발생되는 수소 가스를 배출시키기 위한 제3 유출부(341b)를 형성하고 있다.The third body 341 has an internal space having a predetermined volume, and is substantially in communication with the third inlet portion 341a for supplying the hydrogen gas to the inner space, and the third inlet portion 341a. A third outlet portion 341b for discharging hydrogen gas generated by the water gas shift catalytic reaction is formed.

제3 반응 시트(343)는 상기 수소 가스의 수성 가스 전환 촉매 반응에 의해 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키기 위한 촉매 모듈로서, 하니컴(honeycomb) 타입의 통로를 가지는 종래의 촉매 모듈과 달리, 알루미늄으로 이루어진 박막(342)의 형태에서 지그재그 상으로 절곡되어 상기 수소 가스를 통과시키는 제3 통로(344)를 형성하고 있다. 그리고 상기 제3 통로(344)의 표면에는 제3 지지층(345)을 형성하고, 상기 제3 지지층(345) 상에는 수소 가스의 수성 가스 전환 반응을 촉진시키는 제3 촉매층(346)을 형성하고 있다.The third reaction sheet 343 is a catalyst module for reducing the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas by the water gas shift catalytic reaction of the hydrogen gas, and includes a conventional catalyst module having a honeycomb type passage. Alternatively, a third passage 344 is bent in a zigzag form in the form of a thin film 342 made of aluminum to allow the hydrogen gas to pass therethrough. A third support layer 345 is formed on the surface of the third passage 344, and a third catalyst layer 346 is formed on the third support layer 345 to promote a water gas conversion reaction of hydrogen gas.

그리고 본 실시예에 의한 개질기(30)는 개질 반응부(32) 및/또는 제1 일산화탄소 저감부(33)를 통해 배출되는 상기 수소 가스와, 산소 공급원(70: 도 1)으로부터 공급되는 공기의 선택적 산화 촉매 반응을 통해 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 제2 일산화탄소 저감부(34)를 구비할 수도 있다. 이 때 상기한 개질 반응부(32)와 제1 일산화탄소 저감부(33)는 본 실시예에서와 같은 구조의 촉매 모듈을 구비할 수 있고, 종래와 같은 구조의 촉매 모듈을 구비할 수도 있다.In addition, the reformer 30 according to the present exemplary embodiment may include the hydrogen gas discharged through the reforming reaction unit 32 and / or the first carbon monoxide reduction unit 33 and the air supplied from the oxygen source 70 (FIG. 1). A second carbon monoxide reduction unit 34 for reducing the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas through a selective oxidation catalytic reaction may be provided. In this case, the reforming reaction unit 32 and the first carbon monoxide reduction unit 33 may include a catalyst module having the same structure as in the present embodiment, or may include a catalyst module having the same structure as in the prior art.

본 실시예에 따르면, 상기한 제2 일산화탄소 저감부(34)는 케이스 형태의 제4 본체(441)와, 상기 제4 본체(441) 내에 배치되어 상기 수소 가스와 공기의 선택 적 산화 촉매 반응을 통해 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 제4 반응 시트(443)를 포함하여 이루어진다.According to the present exemplary embodiment, the second carbon monoxide reducing unit 34 is disposed in the fourth main body 441 and the fourth main body 441 in a case shape to perform a selective oxidation catalytic reaction of the hydrogen gas and air. And a fourth reaction sheet 443 for reducing the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas.

제4 본체(441)는 소정 용적의 내부 공간을 가지면서, 상기 수소 가스와 공기를 상기 내부 공간으로 공급하기 위한 제4 유입부(441a)와, 상기 제4 유입부(441a)와 실질적으로 연통되어 상기 선택적 산화 촉매 반응에 의해 발생되는 수소 가스를 배출시키기 위한 제4 유출부(441b)를 형성하고 있다. 이 때 상기 제4 유입부(441a)와 상기한 개질 반응부(32) 또는 제1 일산화탄소 저감부(33)는 관로 형태의 유로에 의해 연결 설치될 수 있다. 그리고 상기 제4 유입부(441a)와 산소 공급원(70: 도 1)의 공기 펌프(71)는 상기한 유로에 의해 연결 설치될 수 있다.The fourth body 441 has an internal space having a predetermined volume, and substantially communicates with the fourth inlet portion 441a for supplying the hydrogen gas and air to the internal space, and the fourth inlet portion 441a. To form a fourth outlet portion 441b for discharging hydrogen gas generated by the selective oxidation catalytic reaction. In this case, the fourth inlet portion 441a and the reforming reaction portion 32 or the first carbon monoxide reduction portion 33 may be connected to each other by a pipelined flow path. In addition, the fourth inlet portion 441a and the air pump 71 of the oxygen source 70 (FIG. 1) may be connected to each other by the above-described flow path.

제4 반응 시트(443)는 상기 수소 가스와 공기의 선택적 산화 촉매 반응을 통해 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키기 위한 촉매 모듈로서, 하니컴(honeycomb) 타입의 통로를 가지는 종래의 촉매 모듈과 달리, 알루미늄으로 이루어진 박막(442)의 형태에서 지그재그 상으로 절곡되어 상기 수소 가스와 공기를 통과시키는 제4 통로(444)를 형성하고 있다. 그리고 상기 제4 통로(444)의 표면에는 제4 지지층(445)을 형성하고, 상기 제4 지지층(445) 상에는 수소 가스와 공기의 선택적 산화 반응을 촉진시키는 제4 촉매층(446)을 형성하고 있다.The fourth reaction sheet 443 is a catalyst module for reducing the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas through a selective oxidation catalytic reaction of the hydrogen gas and air, and has a honeycomb type passage. Unlike this, a fourth passage 444 is bent in a zigzag form in the form of a thin film 442 made of aluminum to allow the hydrogen gas and air to pass therethrough. A fourth support layer 445 is formed on the surface of the fourth passage 444, and a fourth catalyst layer 446 is formed on the fourth support layer 445 to promote selective oxidation reaction between hydrogen gas and air. .

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 하나 또는 둘 이상을 구비할 수도 있다.As described above, the fuel cell system 100 according to the present invention is any one of each of the heat source portion 31, the reforming reaction portion 32 and the carbon monoxide reduction portion 33, 34 constituting the reformer 30. Or two or more may be provided.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 개질기 구조를 나타내 보인 사시도이 고, 도 6은 도 5의 단면 구성도이다. 도 3 및 도 4에서 설명된 부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.5 is a perspective view illustrating a reformer structure according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional configuration diagram of FIG. 5. The same components as those shown in FIGS. 3 and 4 are the same members with the same functions.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 개질기(30)는 전기 실시예에서와 같은 열원부(31), 개질 반응부(32) 또는 일산화탄소 저감부(33, 34)를 구성하는 각각의 본체(141, 241, 341, 441)가 원통 형태로 구비된다.Referring to the drawings, the reformer 30 according to the present embodiment includes a main body 141 constituting the heat source unit 31, the reforming reaction unit 32, or the carbon monoxide reducing units 33 and 34 as in the previous embodiment. , 241, 341, 441 are provided in a cylindrical form.

상기 본체(141, 241, 341, 441)는 소정 용적의 내부 공간을 가진 관로 형태의 구조로 이루어지며, 그 양단에 유입부(141a, 241a, 341a, 441a)와 유출부(141b, 241b, 341b, 441b)를 형성하고 있다. 상기 본체(141, 241, 341, 441)의 나머지 구성은 전기 제1 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.The main bodies 141, 241, 341, and 441 have a conduit-shaped structure having an internal space of a predetermined volume, and have inlets 141a, 241a, 341a, and 441a and outlets 141b, 241b, and 341b at both ends thereof. 441b). The remaining components of the main bodies 141, 241, 341, and 441 are the same as those of the first embodiment, and thus detailed descriptions thereof will be omitted.

그리고 상기 본체(141, 241, 341, 441)의 내부에는 금속 박막(142, 242, 342, 442)을 지그재그 상으로 밴딩하여 연료의 흐름을 가능케 하는 다수의 통로(144, 244, 344, 444)를 형성하고 있는 반응 시트(143, 243, 343, 443)를 구비하고 있는 바, 본 실시예에 의한 반응 시트(143, 243, 343, 443)는 스크롤(scroll) 형태로 감긴 구조로 이루어진다.In addition, a plurality of passages 144, 244, 344, and 444 allow the flow of fuel by bending the metal thin films 142, 242, 342, and 442 in a zigzag manner to the inside of the main bodies 141, 241, 341, and 441. The reaction sheets 143, 243, 343, and 443 are formed. The reaction sheets 143, 243, 343, and 443 according to the present embodiment have a structure wound in a scroll form.

구체적으로, 상기 반응 시트(143, 243, 343, 443)는 알루미늄으로 이루어진 금속 박막(142, 242, 342, 442)을 주름판 모양으로 절곡 성형하여 연료를 통과시킬 수 있는 미세한 통로(144, 244, 344, 444)를 형성하고, 상기 주름판 모양의 금속 박막(142, 242, 342, 442)을 본체(141, 241, 341, 441)의 형태와 상응하도록 소용돌이 형태로 말아 감은 구조로 이루어진다. 그리고 상기한 통로(144, 244, 344, 444)의 표면에는 지지층(145, 245, 345, 445)을 형성하고, 그 지지층(145, 245, 345, 445) 상에는 촉매층(146, 246, 346, 446)을 형성하고 있다. 상기 반응 시트(143, 243, 343, 443)의 나머지 구성은 전기 제1 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Specifically, the reaction sheets 143, 243, 343, and 443 are fine passages 144 and 244 through which the metal thin films 142, 242, 342 and 442 made of aluminum may be bent into a corrugated plate to pass fuel. , 344 and 444, and the corrugated metal thin films 142, 242, 342 and 442 are rolled in a spiral shape so as to correspond to the shapes of the main bodies 141, 241, 341 and 441. The support layers 145, 245, 345 and 445 are formed on the surfaces of the passages 144, 244, 344 and 444, and the catalyst layers 146, 246, 346, and 445 are formed on the support layers 145, 245, 345 and 445. 446). Since the remaining components of the reaction sheets 143, 243, 343, and 443 are the same as those of the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

도 7은 본 발명의 제3 실시예에 따른 개질기 구조를 나타내 보인 단면 구성도이다. 도 3 및 도 4에서 설명된 부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.7 is a cross-sectional view showing a reformer structure according to a third embodiment of the present invention. The same components as those shown in FIGS. 3 and 4 are the same members with the same functions.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 개질기(30)에 있어 열원부(31), 개질 반응부(32) 또는 일산화탄소 저감부(33, 34)를 구성하는 각각의 반응 시트(143, 243, 343, 443)가 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn) 또는 철(Fe)로 형성될 수 있다. 여기서 상기한 반응 시트(143, 243, 343, 443)는 전기 실시예와 달리 그 소재 자체 만을 변형하였을 뿐, 나머지 구조는 전기 실시예의 구조를 기본으로 한다. 그러나 이하에서는 도면에 도시한 바와 같은 전기 제1 실시예의 구조를 예로 들어 설명한다.Referring to the drawings, in the reformer 30 according to the present embodiment, each of the reaction sheets 143, 243, and 343 constituting the heat source part 31, the reforming reaction part 32, or the carbon monoxide reduction parts 33 and 34. , 443 may be formed of copper (Cu), nickel (Ni), zinc (Zn), or iron (Fe). Here, the reaction sheets 143, 243, 343, and 443 may be modified only by the material itself, unlike the above embodiment, and the rest of the structure is based on the structure of the above embodiment. However, hereinafter, the structure of the first embodiment as shown in the drawings will be described as an example.

구체적으로, 상기와 같은 반응 시트(143, 243, 343, 443)는 그 자체가 촉매 작용을 하여 개질 반응을 일으키는 전술한 소재로 이루어지며, 상기한 소재들 중에서 선택되는 하나 또는 둘 이상의 합금 형태로 형성될 수 있다. 그리고 반응 시트(143, 243, 343, 443)는 전기 실시예와 같이 금속으로 이루어진 박막(142, 242, 342, 442)의 형태에서 지그재그 상으로 절곡 성형되어 연료의 흐름을 가능케 하는 통로(144, 244, 344, 444)를 형성하고 있다. 더욱이 상기 반응 시트(143, 243, 343, 443)는 자체의 소재가 촉매 활성을 이루도록 상기 통로(144, 244, 344, 444)의 표면에 공기와 수소의 산화/환원 반응에 의한 비교적 미세하고 거친 표면 입자 를 형성하고 있다. 이 때 상기 통로(144, 244, 344, 444)의 표면은 산과 알칼리를 통해서 표면 처리될 수 있고, 산소에 의한 표면 산화 및 수소에 의한 환원 반응을 통해 표면 처리될 수도 있다. 특히, 후자의 경우는 반응 시트(143, 243, 343, 443)를 고온으로 가열한 후, 고온의 산소 혹은 공기를 이용하여 반응 시트(143, 243, 343, 443)의 표면을 산화시키고, 고온의 수소 가스를 이용하여 반응 시트(143, 243, 343, 443)의 표면을 환원시킴으로써 통로(144, 244, 344, 444)의 표면에 반응성을 갖는 표면 입자를 형성할 수 있다.Specifically, the reaction sheet 143, 243, 343, 443 as described above is made of the above-mentioned material that itself is a catalytic reaction to cause a reforming reaction, in the form of one or more alloys selected from the above materials Can be formed. In addition, the reaction sheets 143, 243, 343, and 443 may be bent in a zigzag form in the form of the thin films 142, 242, 342, and 442 made of metal as in the above-described embodiment to enable the flow of fuel 144. 244, 344, and 444). Furthermore, the reaction sheets 143, 243, 343, and 443 are relatively fine and coarse due to the oxidation / reduction reaction of air and hydrogen on the surfaces of the passages 144, 244, 344, and 444 so that their materials are catalytically active. To form surface particles. In this case, the surfaces of the passages 144, 244, 344, and 444 may be surface treated through an acid and an alkali, and may be surface treated through surface oxidation with oxygen and a reduction reaction with hydrogen. In the latter case, in particular, the reaction sheets 143, 243, 343 and 443 are heated to a high temperature, and then the surface of the reaction sheets 143, 243, 343 and 443 is oxidized using high temperature oxygen or air to obtain a high temperature. By reducing the surfaces of the reaction sheets 143, 243, 343, and 443 using hydrogen gas, the surface particles having reactivity can be formed on the surfaces of the passages 144, 244, 344, and 444.

따라서 본 실시예에 의한 반응 시트(143, 243, 343, 443)는 전기 실시예와 달리, 상기한 표면 입자 자체가 촉매층(146, 246, 346, 446)으로 형성되고, 이 촉매층(146, 246, 346, 446)을 지지하기 위한 별도의 지지층을 필요로 하지 않는다.Therefore, in the reaction sheets 143, 243, 343, and 443 according to the present embodiment, the surface particles themselves are formed of the catalyst layers 146, 246, 346, and 446, unlike the foregoing embodiments, and the catalyst layers 146, 246. , 346, 446, do not require a separate support layer.

본 실시예에 따른 나머지 구조는 전기 실시예의 구조와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the rest of the structure according to the present embodiment is the same as the structure of the above embodiment, a detailed description thereof will be omitted.

도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제4 실시예에 따른 개질기 구조를 나타내 보인 단면 구성도이다. 도 3 및 도 4에서 설명된 부호와 동일한 구성요소는 동일한 기능을 가진 동일부재이다.8A and 8B are cross-sectional views illustrating a reformer structure according to a fourth embodiment of the present invention. The same components as those shown in FIGS. 3 and 4 are the same members with the same functions.

도면을 참고하면, 본 실시예에 따른 개질기(30)는 전기 실시예에서와 같은 열원부(31), 개질 반응부(32) 및 일산화탄소 저감부(33, 34)를 모두 구비하고, 상기한 열원부(31), 개질 반응부(32) 및 일산화탄소 저감부(33, 34)가 소정 관로에 의해 각각 연결 설치되도록 구성할 수 있다. 여기서 상기한 열원부(31), 개질 반응부(32) 및 일산화탄소 저감부(33, 34)는 전기 실시예에서와 같은 구조를 가진다. 그러나 이하에서는 도면에 도시한 바와 같은 전기 제1 실시예의 구조를 기본으로 하면서 상기한 열원부(31), 개질 반응부(32) 및 일산화탄소 저감부(33, 34)를 연결시키는 예를 설명한다.Referring to the drawings, the reformer 30 according to the present embodiment includes all of the heat source unit 31, the reforming reaction unit 32, and the carbon monoxide reducing units 33 and 34 as in the above embodiment, and the heat source described above. The unit 31, the reforming reaction unit 32, and the carbon monoxide reduction units 33 and 34 may be configured to be connected to each other by a predetermined pipe line. Here, the heat source part 31, the reforming reaction part 32, and the carbon monoxide reducing parts 33 and 34 have the same structure as in the above embodiment. However, hereinafter, an example in which the heat source part 31, the reforming reaction part 32, and the carbon monoxide reduction parts 33 and 34 are connected based on the structure of the first embodiment as shown in the drawing will be described.

본 실시예에 따른 개질기(30)에 있어 열원부(31)를 구성하는 제1 본체(141)의 제1 유입부(141a)와 제1 탱크(51)는 관로 형태의 제1 공급라인(91)에 의해 연결된다. 상기 제1 유입부(141a)와 공기 펌프(71)는 관로 형태의 제2 공급라인(92)에 의해 연결될 수 있다.In the reformer 30 according to the present embodiment, the first inlet part 141a and the first tank 51 of the first body 141 constituting the heat source part 31 are first supply lines 91 in the form of pipes. Connected by). The first inlet 141a and the air pump 71 may be connected by a second supply line 92 in the form of a pipe.

그리고 상기 개질기(30)의 개질 반응부(32)를 구성하는 제2 본체(241)의 제2 유입부(241a)와 상기 제1 본체(141)의 제1 유출부(141b)는 관로 형태의 제3 공급라인(93)에 의해 연결된다. 상기 제2 유입부(241a)와 제1, 2 탱크(51, 53)는 관로 형태의 제4 공급라인(94)에 의해 연결될 수 있다.The second inlet 241a of the second body 241 constituting the reforming reaction part 32 of the reformer 30 and the first outlet 141b of the first body 141 may have a pipe shape. It is connected by the third supply line 93. The second inlet 241a and the first and second tanks 51 and 53 may be connected by a fourth supply line 94 in the form of a pipe.

또한 상기 개질기(30)의 제1 일산화탄소 저감부(33)를 구성하는 제3 본체(341)의 제3 유입부(341a)와 상기 제2 본체(241)의 제2 유출부(241b)는 관로 형태의 제5 공급라인(95)에 의해 연결될 수 있다.In addition, the third inlet portion 341a of the third body 341 constituting the first carbon monoxide reducing portion 33 of the reformer 30 and the second outlet portion 241b of the second body 241 are pipe lines. It can be connected by the fifth supply line 95 of the form.

그리고 상기 개질기(30)의 제2 일산화탄소 저감부(34)를 구성하는 제4 본체(441)의 제4 유입부(441a)와 상기 제3 본체(341)의 제3 유출부(341b)는 관로 형태의 제6 공급라인(96)에 의해 연결된다. 더욱이 상기 제4 본체(441)의 제4 유입부(441a)와 공기 펌프(71)는 관로 형태의 제7 공급라인(97)에 의해 연결될 수 있다. 그리고 제4 본체(441)의 제4 유출부(441b)와 스택(10: 도 1)의 제1 주입부(13a)는 관로 형태의 제8 공급라인(98)에 의해 연결될 수 있다. 한편, 상기 스택(10)의 제2 주입부(13b)와 전술한 공기 펌프(71)는 전술한 바 있는 제9 공급라인(99)에 의해 연결될 수 있다.The fourth inlet portion 441a of the fourth body 441 constituting the second carbon monoxide reducing portion 34 of the reformer 30 and the third outlet portion 341b of the third body 341 are conduits. It is connected by the sixth supply line 96 of the form. Furthermore, the fourth inlet portion 441a of the fourth body 441 and the air pump 71 may be connected by a seventh supply line 97 in the form of a conduit. In addition, the fourth outlet 441b of the fourth body 441 and the first injection part 13a of the stack 10 (FIG. 1) may be connected by an eighth supply line 98 having a pipeline. On the other hand, the second injection portion 13b of the stack 10 and the aforementioned air pump 71 may be connected by the ninth supply line 99 described above.

나머지 구성은 전기 실시예의 구성과 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Since the rest of the configuration is the same as the configuration of the foregoing embodiment, a detailed description thereof will be omitted.

이와 같이 구성되는 개질기(30)는 상기한 공급라인(91-97)을 통해 도 8a에 도시한 바와 같이, 각각의 열원부(31), 개질 반응부(32) 및 일산화탄소 저감부(33, 34)를 일렬로 연결 설치할 수 있다.The reformer 30 configured as described above is shown in FIG. 8A through the supply lines 91-97 described above, and the heat source unit 31, the reforming reaction unit 32, and the carbon monoxide reduction unit 33, 34, respectively. You can install) in line.

대안으로서, 본 발명에 의하면 도 8b에 도시한 바와 같이, 각각의 열원부(31), 개질 반응부(32) 및 일산화탄소 저감부(33, 34)를 상기 공급라인(91-97)을 통해 각각 연결하고, 이들을 서로 적층하여 본 실시예에 의한 개질기(30)를 구성할 수도 있다.Alternatively, according to the present invention, as shown in FIG. 8B, each of the heat source portion 31, the reforming reaction portion 32, and the carbon monoxide reduction portions 33 and 34 are respectively provided through the supply lines 91-97. It is also possible to configure the reformer 30 according to this embodiment by connecting and stacking them together.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 연료 전지 시스템의 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.Referring to the operation of the fuel cell system according to an embodiment of the present invention configured as described above in detail as follows.

우선, 연료 펌프(55)를 가동시켜 제1 탱크(51)에 저장된 액상의 연료를 제1 공급라인(91)을 통해 열원부(31)의 제1 본체(141) 내부로 공급한다. 이와 동시에, 공기 펌프(71)를 가동시켜 공기를 제2 공급라인(92)을 통해 제1 본체(141)의 내부 공간으로 공급한다. 그러면 상기 액상의 연료와 공기는 제1 반응 시트(143)의 제1 통로(144)를 통과하게 된다. 따라서 상기 열원부(31)에서는 액상의 연료와 공기가 제1 통로(144)를 통과함에 따라, 제1 촉매층(146)에 의한 산화 반응을 통해 소정 온도의 반응열을 발생시킨다. 이 때 상기 산화 촉매 반응에 의해 발생되는 액상의 연료와 공기의 연소 가스는 상기한 반응열과 함께 제3 공급라인(93)을 통해 개질 반응부(32)의 제2 본체(241)로 공급된다.First, the fuel pump 55 is operated to supply liquid fuel stored in the first tank 51 into the first body 141 of the heat source part 31 through the first supply line 91. At the same time, the air pump 71 is operated to supply air to the internal space of the first body 141 through the second supply line 92. The liquid fuel and air then pass through the first passage 144 of the first reaction sheet 143. Accordingly, in the heat source part 31, liquid fuel and air pass through the first passage 144 to generate heat of reaction at a predetermined temperature through an oxidation reaction by the first catalyst layer 146. At this time, the combustion gas of the liquid fuel and air generated by the oxidation catalyst reaction is supplied to the second body 241 of the reforming reaction unit 32 through the third supply line 93 together with the reaction heat.

이어서, 상기 연료 펌프(55)의 구동에 의하여 제1 탱크(51)에 저장된 액상의 연료와 제2 탱크(53)에 저장된 물을 제4 공급라인(94)을 통해 제2 본체(241)의 내부 공간으로 공급한다. 그러면 상기 액상의 연료와 물의 혼합 연료는 제2 반응 시트(243)의 제2 통로(244)를 통과하면서 상기한 반응열을 흡열하게 된다. 따라서 상기 개질 반응부(32)에서는 상기 혼합 연료가 반응열을 흡열하면서 제2 통로(244)를 통과함에 따라, 제2 촉매층(246)에 의한 연료의 개질 반응을 통해 상기 혼합 연료로부터 수소 가스를 발생시킨다. 즉, 상기 개질 반응부(32)는 수증기 개질 촉매 반응을 통한 연료의 분해 반응이 진행되어 이산화탄소와 수소를 함유하고 있는 수소 가스를 생성하게 된다. 이 때 상기 개질 반응부(32)에서는 부(副) 생성물로서의 일산화탄소가 미량 함유된 수소 가스를 생성하게 된다.Subsequently, the liquid fuel stored in the first tank 51 and the water stored in the second tank 53 are driven by the fuel pump 55 through the fourth supply line 94 of the second body 241. Feed into the internal space. Then, the mixed fuel of the liquid fuel and the water absorbs the reaction heat while passing through the second passage 244 of the second reaction sheet 243. Therefore, in the reforming reaction unit 32, as the mixed fuel passes through the second passage 244 while absorbing the heat of reaction, hydrogen gas is generated from the mixed fuel through the reforming reaction of the fuel by the second catalyst layer 246. Let's do it. In other words, the reforming reaction unit 32 generates a hydrogen gas containing carbon dioxide and hydrogen through a decomposition reaction of the fuel through a steam reforming catalytic reaction. At this time, the reforming reaction unit 32 generates hydrogen gas containing a trace amount of carbon monoxide as a minor product.

다음, 상기 일산화탄소를 미량 함유한 수소 가스를 제5 공급라인(95)을 통해 제1 일산화탄소 저감부(33)의 제3 본체(341) 내부로 공급한다. 그러면 상기 수소 가스는 제3 반응 시트(343)의 제3 통로(344)를 통과하게 된다. 따라서 상기 제1 일산화탄소 저감부(33)에서는 상기 수소 가스가 제3 통로(344)를 통과함에 따라, 제3 촉매층(346)에 의한 수소 가스의 수성 가스 전환 반응을 통해 추가적으로 수소를 발생시키고, 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 1차적으로 저감시킨다.Next, the hydrogen gas containing the trace amount of carbon monoxide is supplied into the third body 341 of the first carbon monoxide reducing unit 33 through the fifth supply line 95. The hydrogen gas then passes through the third passage 344 of the third reaction sheet 343. Accordingly, in the first carbon monoxide reduction unit 33, as the hydrogen gas passes through the third passage 344, hydrogen is additionally generated through an aqueous gas conversion reaction of hydrogen gas by the third catalyst layer 346. The concentration of carbon monoxide contained in hydrogen gas is primarily reduced.

이어서, 상기 수소 가스를 제6 공급라인(96)을 통해 제2 일산화탄소 저감부(34)의 제4 본체(441) 내부로 공급한다. 이와 동시에, 공기 펌프(71)의 구동에 의 하여 공기를 제7 공급라인(97)을 통해 제4 본체(441)의 내부 공간으로 공급한다. 그러면 상기한 수소 가스와 공기는 제4 반응 시트(443)의 제4 통로(444)를 통과하게 된다. 따라서 상기 제2 일산화탄소 저감부(34)에서는 제4 촉매층(446)에 의한 수소 가스와 공기의 선택적 산화 반응을 통해 이 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 2차적으로 저감시킨다.Subsequently, the hydrogen gas is supplied into the fourth body 441 of the second carbon monoxide reduction part 34 through the sixth supply line 96. At the same time, air is supplied to the internal space of the fourth body 441 through the seventh supply line 97 by driving the air pump 71. The hydrogen gas and air then pass through the fourth passage 444 of the fourth reaction sheet 443. Therefore, the second carbon monoxide reduction unit 34 secondly reduces the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas through the selective oxidation reaction of hydrogen gas and air by the fourth catalyst layer 446.

다음, 상기 수소 가스를 제8 공급라인(98)을 통해 스택(10)의 제1 주입부(13a)로 공급하고, 상기 공기 펌프(71)의 구동에 의하여 공기를 제9 공급라인(99)을 통해 스택(10)의 제2 주입부(13b)로 공급한다.Next, the hydrogen gas is supplied to the first injection part 13a of the stack 10 through the eighth supply line 98, and air is driven by the air pump 71 to supply the ninth supply line 99. Through the supply to the second injection portion (13b) of the stack (10).

따라서 상기 수소 가스는 세퍼레이터(16)를 통하여 전극-전해질 합성체(12)의 애노드 전극으로 공급된다. 그리고 공기는 세퍼레이터(16)를 통하여 전극-전해질 합성체(12)의 캐소드 전극으로 공급된다.Thus, the hydrogen gas is supplied to the anode electrode of the electrode-electrolyte composite 12 through the separator 16. Air is then supplied to the cathode of the electrode-electrolyte composite 12 through the separator 16.

이로써 애노드 전극에서는 산화 반응을 통해 수소 가스를 전자와 프로톤(수소이온)으로 분해한다. 그리고 프로톤이 전해질막을 통하여 캐소드 전극으로 이동하고, 전자는 전해질막을 통하여 이동되지 못하고 세퍼레이터(16)를 통해 이웃하는 전극-전해질 합성체(12)의 캐소드 전극으로 이동하게 되는데 이 때 전자의 흐름으로 전류를 발생시키고, 부수적으로 열과 물을 발생시킨다.As a result, the anode decomposes hydrogen gas into electrons and protons (hydrogen ions) through an oxidation reaction. The proton moves to the cathode electrode through the electrolyte membrane, and the electrons do not move through the electrolyte membrane, but move to the cathode electrode of the neighboring electrode-electrolyte composite 12 through the separator 16. And concomitantly generates heat and water.

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.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the scope of the invention.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템에 의하면, 금속 박막을 파형으로 절곡 성형하여 통로를 형성하는 개질기를 구비하므로, 통로를 통과하는 연료의 흐름 분포가 균일하고 촉매층의 표면에 대한 연료의 접촉 면적이 증대되어 전체적인 개질기의 반응 효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to the fuel cell system according to the present invention, since a reformer is formed to form a passage by bending a metal thin film into a waveform, the flow of fuel passing through the passage is uniform and the contact area of the fuel to the surface of the catalyst layer is increased. There is an effect that can improve the reaction efficiency of the overall reformer.

또한 개질기의 반응부 구조가 단순하여 제조 하기가 용이하며, 개질기의 제조 단가를 절감시켜 상대적인 경쟁적 우위를 확보할 수 있는 효과가 있다.In addition, it is easy to manufacture the reaction unit structure of the reformer is simple, there is an effect that can reduce the manufacturing cost of the reformer to secure a relative competitive advantage.

Claims (31)

내부 공간을 가지면서 유입부와 유출부를 형성하는 적어도 하나의 본체;At least one body having an inner space and forming an inlet and an outlet; 상기 본체의 내부 공간에 배치되며, 금속 박막을 지그재그 상으로 밴딩하여 연료의 흐름을 가능케 하는 다수의 통로를 형성하는 반응시트; 및A reaction sheet disposed in the inner space of the main body, the reaction sheet forming a plurality of passages allowing the flow of fuel by bending the metal thin film in a zigzag shape; And 상기 통로의 표면에 형성되는 촉매층Catalyst layer formed on the surface of the passage 을 포함하는 연료 전지 시스템의 개질기.Reformer of a fuel cell system comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 본체가 사각 케이스 형태로 이루어지는 연료 전지 시스템의 개질기.A reformer of a fuel cell system, wherein the main body has a rectangular case shape. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 반응시트가 적어도 두 겹 이상으로 대칭되게 포개어지도록 구비되는 연료 전지 시스템의 개질기.The reformer of the fuel cell system is provided so that the reaction sheet is symmetrically stacked in at least two layers. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 본체가 원통 형태로 이루어지는 연료 전지 시스템의 개질기.A reformer of a fuel cell system in which the main body has a cylindrical shape. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 반응시트는 상기 통로의 길이 방향에 수직한 단면 형상이 스크롤 (scroll) 형태로 감긴 구조로 이루어지는 연료 전지 시스템의 개질기.The reaction sheet is a reformer of a fuel cell system having a structure in which a cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the passage is wound in a scroll form. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응시트가 알루미늄 소재로 이루어지는 연료 전지 시스템의 개질기.A reformer of a fuel cell system, wherein the reaction sheet is made of aluminum. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 촉매층을 지지하는 지지층이 상기 통로의 표면에 형성되는 연료 전지 시스템의 개질기.A reformer of a fuel cell system, wherein a support layer for supporting the catalyst layer is formed on a surface of the passage. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 지지층이 알루미나(Al2O3)로 이루어지는 연료 전지 시스템의 개질기.A reformer of a fuel cell system, wherein the support layer is made of alumina (Al 2 O 3 ). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 반응시트가 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn) 또는 철(Fe) 중에서 선택되는 적어도 하나의 소재로 이루어지는 연료 전지 시스템의 개질기.A reformer of a fuel cell system, wherein the reaction sheet is formed of at least one material selected from copper (Cu), nickel (Ni), zinc (Zn), and iron (Fe). 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 본체가 세라믹, 스테인레스 또는 알루미늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 재질로 형성되는 연료 전지 시스템의 개질기.A reformer of a fuel cell system, wherein the body is formed of at least one material selected from the group consisting of ceramic, stainless, or aluminum. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 통로를 통과하는 연료의 산화 촉매 반응을 통해 기설정된 온도의 열 에너지를 발생시키는 열원부를 구성하는 연료 전지 시스템의 개질기.And a heat source unit configured to generate heat energy at a predetermined temperature through an oxidation catalytic reaction of the fuel passing through the passage. 제 11 항에 있어서,The method of claim 11, 상기 열 에너지에 의한 연료의 개질 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부를 구성하는 연료 전지 시스템의 개질기.And a reforming reaction unit configured to generate hydrogen gas from the fuel through the reforming catalytic reaction of the fuel by the thermal energy. 제 12 항에 있어서,The method of claim 12, 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 적어도 하나의 일산화탄소 저감부를 구성하는 연료 전지 시스템의 개질기.A reformer of a fuel cell system comprising at least one carbon monoxide reduction unit for reducing the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas. 제 13 항에 있어서,The method of claim 13, 상기 열원부, 개질 반응부 및 일산화탄소 저감부가 소정 관로에 의해 각각 연결 설치되는 연료 전지 시스템의 개질기.And the heat source unit, the reforming reaction unit, and the carbon monoxide reducing unit are connected to each other by a predetermined pipe line. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 열원부, 개질 반응부 및 일산화탄소 저감부의 적층 구조로 이루어지는 연료 전지 시스템의 개질기.A reformer of a fuel cell system comprising a laminated structure of the heat source portion, the reforming reaction portion, and the carbon monoxide reduction portion. 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 수소를 함유한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질기;A reformer for generating hydrogen gas from a hydrogen containing fuel through a chemical catalytic reaction by thermal energy; 상기 수소 가스와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부;At least one electricity generating unit generating electrical energy through an electrochemical reaction between the hydrogen gas and oxygen; 상기 개질기로 연료를 공급하는 연료 공급원; 및A fuel supply source for supplying fuel to the reformer; And 상기 발생부로 산소를 공급하는 산소 공급원을 포함하며,An oxygen supply source for supplying oxygen to the generator, 상기 개질기는,The reformer, 내부 공간을 가지면서 유입부와 유출부를 형성하는 적어도 하나의 본체와, 상기 본체의 내부 공간에 배치되며 금속 박막을 지그재그 상으로 밴딩하여 연료의 흐름을 가능케 하는 다수의 통로를 형성하는 반응시트와, 상기 통로의 표면에 형성되는 촉매층 포함하는 연료 전지 시스템.At least one main body having an inner space and forming an inlet and an outlet, a reaction sheet disposed in the inner space of the main body and forming a plurality of passages allowing the flow of fuel by bending a metal thin film in a zigzag shape; A fuel cell system comprising a catalyst layer formed on the surface of the passage. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 본체가 사각 케이스 형태로 이루어지는 연료 전지 시스템.A fuel cell system in which the main body has a rectangular case shape. 제 17 항에 있어서,The method of claim 17, 상기 반응시트가 적어도 두 겹 이상으로 대칭되게 포개어지도록 구비되는 연료 전지 시스템.And the reaction sheet is symmetrically stacked in at least two layers. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 본체가 원통 형태로 이루어지는 연료 전지 시스템.A fuel cell system in which the main body has a cylindrical shape. 제 19 항에 있어서,The method of claim 19, 상기 반응시트는 상기 통로의 길이 방향에 수직한 단면 형상이 스크롤(scroll) 형태로 감긴 구조로 이루어지는 연료 전지 시스템.And the reaction sheet has a structure in which a cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the passage is wound in a scroll form. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 반응시트가 알루미늄 소재로 이루어지는 연료 전지 시스템.A fuel cell system in which the reaction sheet is made of aluminum. 제 21 항에 있어서,The method of claim 21, 상기 촉매층을 지지하는 지지층이 상기 통로의 표면에 형성되는 연료 전지 시스템.And a support layer supporting the catalyst layer is formed on a surface of the passage. 제 22 항에 있어서,The method of claim 22, 상기 지지층이 알루미나(Al2O3)로 이루어지는 연료 전지 시스템.A fuel cell system in which the support layer is made of alumina (Al 2 O 3 ). 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 반응시트가 구리(Cu), 니켈(Ni), 아연(Zn) 또는 철(Fe) 중에서 선택되 는 적어도 하나의 소재로 이루어지는 연료 전지 시스템.The reaction sheet is a fuel cell system comprising at least one material selected from copper (Cu), nickel (Ni), zinc (Zn) or iron (Fe). 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 개질기는:The reformer is: 상기 통로를 통과하는 연료의 산화 촉매 반응을 통해 열 에너지를 발생시키는 열원부; 및A heat source unit generating heat energy through an oxidation catalytic reaction of the fuel passing through the passage; And 상기 열 에너지에 의한 개질 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부를 포함하는 연료 전지 시스템.And a reforming reaction unit generating hydrogen gas from the fuel through the reforming catalytic reaction by the thermal energy. 제 25 항에 있어서,The method of claim 25, 상기 개질기는 상기 수소 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 적어도 하나의 일산화탄소 저감부를 포함하는 연료 전지 시스템.The reformer includes at least one carbon monoxide reduction unit for reducing the concentration of carbon monoxide contained in the hydrogen gas. 제 26 항에 있어서,The method of claim 26, 상기 개질기는 상기 열원부, 개질 반응부 및 일산화탄소 저감부가 관로 형태의 공급라인에 의해 각각 연결 설치되는 연료 전지 시스템.The reformer is connected to the heat source unit, the reforming reaction unit and the carbon monoxide reducing unit by a pipelined supply line, respectively. 제 27 항에 있어서,The method of claim 27, 상기 개질기는 상기 열원부, 개질 반응부 및 일산화탄소 저감부의 적층 구조로 이루어지는 연료 전지 시스템.The reformer comprises a laminated structure of the heat source portion, the reforming reaction portion, and the carbon monoxide reducing portion. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 전기 발생부가 복수로 구비되며, 상기 복수의 전기 발생부에 의한 적층 구조의 스택을 형성하는 연료 전지 시스템.And a plurality of electricity generating units, and forming a stack having a stacked structure by the plurality of electricity generating units. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 연료 공급원은:The fuel source is: 수소를 함유한 연료를 저장하는 제1 탱크;A first tank for storing fuel containing hydrogen; 물을 저장하는 제2 탱크; 및A second tank for storing water; And 상기 제1 및 제2 탱크에 연결 설치되는 연료 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.A fuel cell system comprising a fuel pump connected to the first and second tanks. 제 16 항에 있어서,The method of claim 16, 상기 산소 공급원은 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 전기 발생부 및 개질기로 각각 공급하는 공기 펌프를 포함하는 연료 전지 시스템.And the oxygen source includes an air pump that sucks air and supplies the air to the electricity generator and the reformer, respectively.
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