KR20060106366A - Carbon monoxide remover for fuel cell system - Google Patents

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KR20060106366A
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김주용
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손인혁
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Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기는, 개질기로부터 발생되는 수소 가스 중의 일산화탄소와, 별도 공급되는 산소의 선택적 산화 반응을 통해 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키기 위한 것으로서, 상기 수소 가스와 산소의 흐름을 가능케 하는 채널을 일면에 형성하고, 상기 채널의 표면에 촉매층을 형성하는 반응 기판과, 상기 반응 기판의 일면에 밀착 배치되어 상기 채널에 의한 통로를 형성하는 덮개부와, 상기 반응 기판의 다른 일면에 밀착 배치되어 상기 일산화탄소를 상기 촉매층으로 끌어 당기는 자기력을 형성하는 자성체를 포함한다.Carbon monoxide purifier for a fuel cell system according to the present invention is to reduce the concentration of the carbon monoxide through a selective oxidation reaction of carbon monoxide and hydrogen supplied separately from the hydrogen gas generated from the reformer, the flow of the hydrogen gas and oxygen A reaction substrate for enabling a channel to be formed on one surface, and forming a catalyst layer on the surface of the channel, a cover part disposed in close contact with one surface of the reaction substrate to form a passage through the channel, and on the other side of the reaction substrate. It includes a magnetic body that is arranged in close contact to form a magnetic force to attract the carbon monoxide to the catalyst layer.

연료전지, 개질기, 일산화탄소정화기, 반응기판, 덮개부, 자성체, 자기력 Fuel cell, reformer, carbon monoxide purifier, reactor plate, cover, magnetic material, magnetic force

Description

연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기 {CARBON MONOXIDE REMOVER FOR FUEL CELL SYSTEM}Carbon Monoxide Purifier for Fuel Cell Systems {CARBON MONOXIDE REMOVER FOR FUEL CELL SYSTEM}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 일산화탄소 정화기를 채용한 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a fuel cell system employing a carbon monoxide purifier according to an embodiment of the present invention.

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

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 일산화탄소 정화기를 도시한 분해 사시도이다.3 is an exploded perspective view showing a carbon monoxide purifier according to an embodiment of the present invention.

도 4는 도 3의 결합 단면 구성도이다.4 is a cross-sectional view of the coupling cross-sectional view of FIG.

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 개질기로부터 발생되는 수소 가스 중에 함유된 일산화탄소의 농도를 저감시키는 일산화탄소 정화기에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a carbon monoxide purifier for reducing the concentration of carbon monoxide contained in hydrogen gas generated from 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), 연료 처리장치, 연료 탱크, 및 연료 펌프 등을 구비한다. 이 중에서 상기 연료 처리장치는 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키는 개질기와, 상기 수소 가스 중에 함유된 일산화탄소와 산소 또는 공기(이하에서는 '공기'라고 한다.)의 산화 반응을 통해 일산화탄소의 농도를 저감시키는 일산화탄소 정화기 예컨대, 통상적으로 널리 알려진 PROX(Preferential CO Oxidation) 반응기로 구성된다.Such a fuel cell basically includes a stack, a fuel processor, a fuel tank, a fuel pump, and the like for constructing a system. Among these, the fuel processing apparatus reduces the concentration of carbon monoxide through an oxidation reaction between a reformer for reforming fuel to generate hydrogen gas and an oxidation reaction of carbon monoxide and oxygen or air (hereinafter referred to as 'air') contained in the hydrogen gas. Carbon monoxide purifier, for example, is commonly composed of the well-known PROX (Preferential CO Oxidation) reactor.

그런데 이와 같은 종래의 일산화탄소 정화기는 수소 가스 중에 함유된 일산화탄소의 농도를 수 PPM으로 저감시키는데 촉매층에 대한 일산화탄소와 산소의 반응 능력이 중요한 인자로 작용하는 바, 촉매층에 대한 일산화탄소의 결합이 용이하지 못해 일산화탄소와 산소의 반응 효율을 극대화하지 못하고 있는 실정이다.However, such a conventional carbon monoxide purifier reduces the concentration of carbon monoxide contained in hydrogen gas to several PPM, and the reaction ability of carbon monoxide and oxygen in the catalyst layer acts as an important factor. The situation does not maximize the reaction efficiency of and oxygen.

본 발명은 상술한 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 간단한 구조로서 촉매층에 의한 일산화탄소와 산소의 반응 효율을 극대화시킬 수 있는 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a carbon monoxide purifier for a fuel cell system which can maximize the reaction efficiency of carbon monoxide and oxygen by a catalyst layer as a simple structure.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기는, 개질기로부터 발생되는 수소 가스 중의 일산화탄소와, 별도 공급 되는 산소의 선택적 산화 반응을 통해 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키기 위한 것으로서, 상기 수소 가스와 산소의 흐름을 가능케 하는 채널을 일면에 형성하고, 상기 채널의 표면에 촉매층을 형성하는 반응 기판과, 상기 반응 기판의 일면에 밀착 배치되어 상기 채널에 의한 통로를 형성하는 덮개부와, 상기 반응 기판의 다른 일면에 밀착 배치되어 상기 일산화탄소를 상기 촉매층으로 끌어 당기는 자기력을 형성하는 자성체를 포함한다.Carbon monoxide purifier for a fuel cell system according to the present invention for achieving the above object is to reduce the concentration of the carbon monoxide through a selective oxidation reaction of carbon monoxide in hydrogen gas generated from the reformer, and oxygen supplied separately, A reaction substrate which forms a channel to enable the flow of the hydrogen gas and oxygen on one surface, and forms a catalyst layer on the surface of the channel, and a cover part disposed in close contact with one surface of the reaction substrate to form a passage through the channel; And a magnetic body disposed in close contact with the other surface of the reaction substrate to form a magnetic force that attracts the carbon monoxide to the catalyst layer.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기에 있어서, 상기 자성체는 플레이트 타입으로 이루어지며, 상기 반응 기판의 채널을 형성하는 면의 반대쪽 면에 밀착 배치된다.In the carbon monoxide purifier for a fuel cell system according to the present invention, the magnetic body is made of a plate type, and is closely disposed on a surface opposite to a surface forming a channel of the reaction substrate.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기에 있어서, 상기 자성체는 영구자석으로서 형성됨이 바람직하다. 이 경우 상기 자성체는 페라이트계 또는 히토류계 금속으로 형성될 수 있으며, Ni, Co, Mn의 전이 원소를 포함할 수도 있다.In addition, in the carbon monoxide purifier for a fuel cell system according to the present invention, the magnetic body is preferably formed as a permanent magnet. In this case, the magnetic material may be formed of a ferrite-based or hi-earth-based metal, and may include transition elements of Ni, Co, and Mn.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기는, 공기를 통해 상기 산소를 얻을 수 있는 구조로 되어 있다.The carbon monoxide purifier for a fuel cell system according to the present invention has a structure in which the oxygen can be obtained through air.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기에 있어서, 상기 채널은 사행(蛇行: meander)의 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, in the carbon monoxide purifier for fuel cell system according to the present invention, the channel is preferably formed in the shape of a meander.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기는, 상기 채널의 시작단에 형성되어 상기 수소 가스와 산소를 상기 통로로 주입시키기 위한 유입구와, 상기 채널의 끝단에 형성되어 상기 수소 가스와 산소의 반응 가스를 배출시 키기 위한 유출구를 형성할 수 있다.In addition, the carbon monoxide purifier for a fuel cell system according to the present invention includes an inlet for injecting the hydrogen gas and oxygen into the passage formed at the beginning of the channel, and formed at the end of the channel to react the hydrogen gas with oxygen. Outlets for venting gas can be formed.

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 일산화탄소 정화기를 채용한 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of a fuel cell system employing a carbon monoxide purifier according to an embodiment of the present invention.

이 도면을 참조하여 본 발명에 적용되는 연료 전지 시스템(100)을 설명하면, 이 연료 전지 시스템(100)은, 탄화수소를 함유한 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고, 이 수소 가스와 산화제 가스를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시키는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrode Membrane Fuel Cell; PEMFC) 방식을 채용한다.Referring to this drawing, a fuel cell system 100 applied to the present invention will be described. The fuel cell system 100 reforms a fuel containing a hydrocarbon to generate hydrogen gas, and generates the hydrogen gas and the oxidant gas. It adopts a polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) method that electrochemically reacts to generate electrical energy.

이러한 연료 전지 시스템(100)에 있어 연료라 함은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등과 같이 수소를 함유한 액상 또는 기체 상태로 이루어진 연료를 모두 포함한다. 그러나 이하에서 설명하는 연료는 상기한 액상의 연료를 의미한다.The fuel in the fuel cell system 100 includes all fuels in a liquid or gaseous state containing hydrogen such as methanol, ethanol or natural gas. However, the fuel described below means the liquid fuel described above.

그리고 본 시스템(100)은 수소 가스와 반응하는 산화제 가스로서 별도의 저장수단에 저장된 산소 가스를 사용할 수 있으며, 산소를 함유하고 있는 공기를 사용할 수도 있다. 그러나 이하에서는 후자의 예를 설명한다.The system 100 may use oxygen gas stored in a separate storage means as an oxidant gas that reacts with hydrogen gas, and may use air containing oxygen. However, the latter example is explained below.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템(100)은, 기본적으로 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 전기 발생부(11)와, 열 에너지에 의한 개질 촉매 반응을 통해 전술한 바 있는 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질기(20)와, 상기 열 에너지를 발생시키고 이 열원을 개질기(20)에 제공하는 버너(30)와, 상기 수소 가스에 함유되어 있는 일산화탄소와 별도 공급되는 공기의 선택적 산화 촉매 반응을 통해 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키고 상기 일산화탄소의 농도가 저감된 수소 가스를 전기 발생부(11)로 공급하는 일산화탄소 정화기(40)와, 상기 연료를 개질기(20)로 공급하는 연료 공급원(60)과, 상기 개질기(20)와 전기 발생부(11)로 공기를 공급하는 공기 공급원(70)을 포함하여 구성된다.The fuel cell system 100 according to the present invention basically has an electric generator 11 for generating electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and has been described above through a reforming catalytic reaction by thermal energy. A reformer 20 for generating hydrogen gas from fuel, a burner 30 for generating the heat energy and providing this heat source to the reformer 20, and carbon monoxide contained in the hydrogen gas and air supplied separately A carbon monoxide purifier 40 for reducing the concentration of carbon monoxide through an oxidation catalyst reaction and supplying hydrogen gas having a reduced concentration of carbon monoxide to the electricity generating unit 11, and a fuel supply source for supplying the fuel to the reformer 20. And an air supply source 70 for supplying air to the reformer 20 and the electricity generator 11.

도 2는 도 1에 도시한 스택 구조를 나타내 보인 분해 사시도로서, 이 스택을 구성하는 전기 발생부(11)는 막-전극 어셈블리(Membrane-Electrode Assembly: MEA)(12)를 중심에 두고 이의 양면에 세퍼레이터(당 업계에서는 '바이폴라 플레이트'라고도 한다.)(Separator)(16)를 배치하여 최소 단위의 연료 전지(fuel cell)를 형성한다. 따라서 본 시스템(100)은 위와 같은 최소 단위의 전기 발생부(11)를 복수로 구비하고, 이들을 연속적으로 밀착 배치함으로써 전기 발생부(11)의 집합체 구조에 의한 스택(10)을 형성할 수 있다.FIG. 2 is an exploded perspective view showing the stack structure shown in FIG. 1, wherein the electric generator 11 constituting the stack has a membrane-electrode assembly (MEA) 12 centered on both sides thereof. An separator (also referred to in the art as a 'bipolar plate') is disposed to form a fuel cell of a minimum unit. Therefore, the system 100 may include a plurality of electricity generating units 11 having the smallest unit as described above, and the stack 10 may be formed by the collective structure of the electricity generating units 11 by continuously placing them in close contact with each other. .

여기서 상기 막-전극 어셈블리(12)는 수소와 산소의 전기 화학 반응을 일으키는 소정 면적의 활성 영역을 가지면서 일면에 애노드 전극, 다른 일면에 캐소드 전극을 구비하고, 두 전극 사이에 전해질막을 구비하는 구조로 이루어져 있다. 상기 애노드 전극은 수소를 산화 반응시켜 수소 이온(프로톤)과 전자로 변환시키는 기능을 하게 된다. 캐소드 전극은 상기 수소 이온과 산소를 환원 반응시켜, 소정 온도의 열과 수분을 발생시키는 기능을 하게 된다. 전해질막은 애노드 전극에서 생 성된 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키는 이온 교환의 기능을 하게 된다. 그리고 세퍼레이터(16)는 막-전극 어셈블리(12)의 양측에 수소와 산소를 공급하는 기능 이 외에, 상기 애노드 전극과 캐소드 전극을 직렬로 연결시켜 주는 전도체의 기능도 하게 된다.The membrane-electrode assembly 12 includes an anode electrode on one side and a cathode electrode on the other side and an electrolyte membrane between the two electrodes, each having an active area having a predetermined area causing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. Consists of The anode electrode functions to oxidize hydrogen and convert hydrogen ions (protons) into electrons. The cathode electrode functions to reduce and react the hydrogen ions and oxygen to generate heat and moisture at a predetermined temperature. The electrolyte membrane functions as an ion exchange to move hydrogen ions generated at the anode electrode to the cathode electrode. In addition to supplying hydrogen and oxygen to both sides of the membrane-electrode assembly 12, the separator 16 also functions as a conductor that connects the anode electrode and the cathode electrode in series.

이와 같은 스택(10)의 구성은 통상적인 고분자 전해질형 연료 전지의 스택 구성으로 이루어질 수 있으므로 본 명세서에서 그 자세한 설명한 생략하기로 한다.Since the stack 10 may be configured as a stack of a conventional polymer electrolyte fuel cell, detailed description thereof will be omitted herein.

상기에서, 개질기(20)는 열원에 의한 개질 촉매 반응 예컨대, 수증기 개질, 부분 산화 또는 자열 반응 등의 촉매 반응을 통해 상기한 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 통상적인 개질기의 구조로 이루어진다. 이 때 상기 개질기(20)는 위의 개질 촉매 반응을 촉진시키기 위한 통상적인 촉매를 충전 형성하고 있는 원통형의 반응기를 구비할 수 있으며, 반응 기판 상에 채널을 형성하고 이 채널의 내표면에 촉매층을 형성하는 플레이트 타입의 반응기를 구비할 수도 있다.In the above, the reformer 20 has a structure of a conventional reformer that generates hydrogen gas from the fuel through a catalytic reaction such as steam reforming, partial oxidation, or autothermal reaction by a heat source. In this case, the reformer 20 may include a cylindrical reactor packed with a conventional catalyst for promoting the above reforming catalytic reaction. The reformer 20 forms a channel on the reaction substrate and forms a catalyst layer on the inner surface of the channel. It may be provided with a plate type reactor to form.

상기한 열원을 개질기(20)에 제공하는 버너(30)는 개질기(20)와 연결 설치되는 것으로, 공기와 함께 연료, 예컨대, 메탄올, 에탄올과 같은 액상의 연료 또는 메탄 가스, 프로판 가스와 같은 기체 상태의 연료를 산화 촉매에 의한 산화 반응을 통해 연소시켜 기설정된 온도 범위의 열 에너지를 발생시키는 통상적인 구조의 버너를 구비한다. 대안으로서, 상기 버너(30)는 위와 같은 구조로 이루어지는 것에 한정되지 않고, 별도의 점화 장치를 채용하여 공기와 함께 전술한 바 있는 연료를 착화 연소시켜 열원을 발생시키는 통상적인 구조의 버너를 구비할 수도 있다.The burner 30 providing the heat source to the reformer 20 is installed in connection with the reformer 20, and is a fuel such as a liquid fuel such as methanol or ethanol, or a gas such as methane gas or propane gas together with air. It is provided with a burner of a conventional structure that burns the fuel in a state through an oxidation reaction by an oxidation catalyst to generate heat energy in a predetermined temperature range. Alternatively, the burner 30 is not limited to the above structure, but may include a burner having a conventional structure that employs a separate ignition device to ignite and combust the above-described fuel together with air to generate a heat source. It may be.

본 발명에 있어, 상기 개질기(20)로부터 발생되는 수소 가스 중에 함유된 일 산화탄소를 정화시키기 위한 일산화탄소 정화기(40)는 상기 일산화탄소와, 공기 중에 함유된 산소의 선택적 산화(Preferential CO Oxidation: PROX) 촉매 반응을 통해 소정의 열 에너지를 발생시키면서 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키는 구조로 이루어진다. 이러한 일산화탄소 정화기(40)는 도 3을 참조하여 뒤에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.In the present invention, the carbon monoxide purifier 40 for purifying carbon monoxide contained in the hydrogen gas generated from the reformer 20 includes the selective oxidation of carbon monoxide and oxygen contained in air (Preferential CO Oxidation: PROX). It is composed of a structure for reducing the concentration of the carbon monoxide while generating a predetermined heat energy through a catalytic reaction. This carbon monoxide purifier 40 will be described in more detail later with reference to FIG. 3.

한편, 전술한 바 있는 개질기(20)로 연료를 공급하는 연료 공급원(60)은 연료를 저장하는 연료 탱크(61)와, 이 연료 탱크(61)에 연결 설치되어 상기 연료 탱크(61)에 저장된 연료를 배출시키는 연료 펌프(63)를 포함하고 있다. 이 때 상기 연료 탱크(61)는 파이프 라인을 통하여 개질기(20)와 연결 설치될 수 있다.On the other hand, the fuel supply source 60 for supplying fuel to the reformer 20 described above is a fuel tank 61 for storing fuel, and is connected to the fuel tank 61 is stored in the fuel tank 61 A fuel pump 63 for discharging fuel is included. At this time, the fuel tank 61 may be connected to the reformer 20 through a pipeline.

그리고 공기 공급원(70)은 소정 펌핑력으로 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 스택(10)의 전기 발생부(11) 및 일산화탄소 정화기(40)로 각각 공급하는 공기 펌프(71)를 포함하고 있다. 본 실시예에서, 상기 공기 공급원(70)은 도면에서와 같이, 단일의 공기 펌프(71)를 통해 전기 발생부(11)와 일산화탄소 정화기(40)로 공기를 공급하는 구조로 되어 있으나, 이에 한정되지 않고 상기 전기 발생부(11) 및 일산화탄소 정화기(40)에 각각 연결 설치되는 한 쌍의 공기 펌프를 구비할 수도 있다.The air source 70 includes an air pump 71 for sucking air with a predetermined pumping force and supplying the air to the electricity generating unit 11 and the carbon monoxide purifier 40 of the stack 10, respectively. In the present embodiment, the air source 70 is configured to supply air to the electricity generating unit 11 and the carbon monoxide purifier 40 through a single air pump 71, as shown in the figure, but is not limited thereto. Instead, it may be provided with a pair of air pumps connected to the electricity generating unit 11 and the carbon monoxide purifier 40, respectively.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 일산화탄소 정화기(40)의 구조를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the structure of the carbon monoxide purifier 40 according to an embodiment of the present invention will be described in more detail.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 일산화탄소 정화기를 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 결합 단면 구성도이다.Figure 3 is an exploded perspective view showing a carbon monoxide purifier according to an embodiment of the present invention, Figure 4 is a cross-sectional view of the combined configuration of FIG.

도면을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 일산화탄소 정화기(40)는 개질기 (20: 도 1)로부터 발생되는 수소 가스 중의 일산화탄소와, 공기 펌프(71: 도 1)에 의해 공급되는 공기 중에 함유되어 있는 산소의 선택적 산화 촉매 반응을 통해 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키기 위한 것이다.Referring to the drawings, the carbon monoxide purifier 40 according to the embodiment of the present invention is contained in the carbon monoxide in the hydrogen gas generated from the reformer 20 (FIG. 1) and the air supplied by the air pump 71 (FIG. 1). It is to reduce the concentration of the carbon monoxide through a catalytic oxidation reaction of the oxygen present.

이러한 일산화탄소 정화기(40)는 상기 수소 가스와 공기의 흐름을 가능케 하는 채널(42)을 가지면서 플레이트 타입으로 이루어지는 반응 기판(41)과, 이 반응 기판(41)의 채널 형성면에 밀착 배치되어 상기 채널(42)에 의한 통로(43)를 형성하는 덮개부(45)를 포함하여 구성된다.The carbon monoxide purifier 40 has a channel 42 for allowing the flow of hydrogen gas and air, and is disposed in close contact with the channel forming surface of the reaction substrate 41 and the channel forming surface of the reaction substrate 41. And a lid portion 45 forming a passage 43 by the channel 42.

상기에서, 반응 기판(41)은 알루미늄, 구리, 니켈, 철과 같은 메탈 소재로 형성될 수 있고, 대략 사각형의 플레이트 형상으로 이루어진다. 이 때 채널(42)은 반응 기판(41)의 상면에서 임의의 간격을 두고 돌출 형성된 리브들 사이의 공간에 의해 형성될 수 있다. 이러한 채널(42)은 반응 기판(41)의 상면에 대해 임의의 간격을 두고 직선 상태로 배치되고, 그 양단을 교호적으로 연결하여 형성되고 있다. 이 때 상기 채널(42)은 반응 기판(41)의 일면에 대해 시작단과 끝단을 가지며, 이 시작단에 언급한 바 있는 통로(43)로 상기 수소 가스와 공기가 유입되도록 하는 유입구(42a)를 형성하고, 끝단에는 일산화탄소와 산소의 선택적 산화 촉매 반응에 의해 일산화탄소의 농도가 저감된 수소 가스가 유출되도록 하는 유출구(42b)를 형성하고 있다. 이 유입구(42a)는 파이프 라인을 통하여 개질기(20: 도 1) 및 공기 펌프(71: 도 1)와 연결 설치되며, 상기 유출구(42b)는 파이프 라인을 통하여 스택(10)과 연결 설치될 수 있다. 그리고 상기한 채널(42)의 내표면에는 일산화탄소와 산소의 선택적 산화 반응을 촉진시키는 통상적인 산화 촉매층(44)을 형성하고 있 다.In the above, the reaction substrate 41 may be formed of a metal material such as aluminum, copper, nickel, iron, and have a substantially rectangular plate shape. In this case, the channel 42 may be formed by the space between the ribs protruding at a predetermined interval from the upper surface of the reaction substrate 41. These channels 42 are arranged in a straight line at arbitrary intervals with respect to the upper surface of the reaction substrate 41, and are formed by alternately connecting both ends thereof. At this time, the channel 42 has a start end and an end with respect to one surface of the reaction substrate 41, and the inlet 42a for introducing the hydrogen gas and air into the passage 43 mentioned at the start end. At the end, an outlet port 42b is formed to allow hydrogen gas having a reduced concentration of carbon monoxide to flow out by a selective oxidation catalytic reaction of carbon monoxide and oxygen. The inlet 42a may be connected to the reformer 20 (FIG. 1) and the air pump 71 (FIG. 1) through a pipeline, and the outlet 42b may be connected to the stack 10 through a pipeline. have. In addition, the inner surface of the channel 42 forms a conventional oxidation catalyst layer 44 for promoting the selective oxidation reaction of carbon monoxide and oxygen.

그리고 상기 덮개부(45)는 반응 기판(41)의 상면에 밀착 배치되는 플레이트 형태로 이루어진다. 이 덮개부(45)는 반응 기판(41)의 채널(42)과 이의 덮개면에 의하여 개질기(20: 도 1)로부터 발생되는 수소 가스 및 공기 펌프(71: 도 1)에 의하여 공급되는 공기를 통과시킬 수 있는 통로(43)를 형성할 수 있다. 그리고 상기 덮개부(45)는 반응 기판(41)과 같은 메탈 소재로 형성될 수 있다. 이 때 상기 덮개부(45)는 통상적인 결합수단 예컨대, 용접 또는 스크류 체결 방식 등에 의하여 반응 기판(41)과 접합될 수 있다.In addition, the cover part 45 may be formed in a plate shape closely disposed on the upper surface of the reaction substrate 41. The cover part 45 supplies the hydrogen gas generated from the reformer 20 (FIG. 1) and the air supplied by the air pump 71 (FIG. 1) by the channel 42 of the reaction substrate 41 and the cover surface thereof. A passage 43 that can be passed can be formed. In addition, the cover part 45 may be formed of a metal material such as the reaction substrate 41. In this case, the cover part 45 may be bonded to the reaction substrate 41 by conventional coupling means, for example, welding or screw fastening.

이러한 일산화탄소 정화기(40)에, 본 발명에 따른 자성체(47)를 구비하는 바, 이 자성체(47)는 반응 기판(41)의 통로(43)를 통과하는 수소 가스 중의 일산화탄소를 소정 자기력에 의해 촉매층(44)으로 끌어 당기는 기능을 하게 된다.In the carbon monoxide purifier 40, the magnetic body 47 according to the present invention is provided. The magnetic body 47 has a catalyst layer for the carbon monoxide in the hydrogen gas passing through the passage 43 of the reaction substrate 41 by a predetermined magnetic force. To (44) function.

상기에서, 자성체(47)는 반응 기판(41)이 사각형으로 이루어지는 것을 감안할 때, 이 반응 기판(41)의 형상과 동일한 사각형의 플레이트 타입으로 이루어진다. 이 자성체(47)는 반응 기판(41)의 다른 일면 즉, 반응 기판(41)의 채널(42)을 형성하고 있는 면의 반대쪽 면에 밀착 배치된다. 이 때 상기 자성체(47)는 통상적인 결합수단 예컨대, 융착 또는 스크류 체결 방식 등에 의하여 상기 반응 기판(41)과 접합 설치될 수 있다. 이러한 자성체(47)는 영구자석으로서 형성되는 것이 바람직하다. 이 영구자석은 다양한 소재로 형성될 수 있는 바, 페라이트계로 형성될 수 있으며, Ni, Co, Mn 등의 전이 원소를 포함할 수 있고, 히토류계 금속을 포함할 수도 있다.In the above, the magnetic body 47 is made of a square plate type that is the same as the shape of the reaction substrate 41 in consideration of the fact that the reaction substrate 41 is formed in a rectangle. The magnetic body 47 is closely arranged on the other side of the reaction substrate 41, that is, the surface opposite to the surface on which the channel 42 of the reaction substrate 41 is formed. At this time, the magnetic body 47 may be bonded to the reaction substrate 41 by conventional coupling means, for example, fusion or screw fastening. Such magnetic body 47 is preferably formed as a permanent magnet. The permanent magnet may be formed of various materials, and may be formed of ferrite, and may include transition elements such as Ni, Co, and Mn, and may also include a heater-based metal.

따라서 본 발명의 실시예에 의하면, 연료 전지 시스템(100)의 작용시 개질기(20)에서는 열원에 의한 연료의 개질 촉매 반응을 통해 수소, 일산화탄소 등이 함유된 수소 가스를 발생시킨다. 이 때 개질기(20)는 상기한 개질 반응을 완전히 행하는 것이 곤란하여 부(副) 생성물로서 일산화탄소가 함유된 수소 가스를 발생시키게 된다.Therefore, according to the embodiment of the present invention, when the fuel cell system 100 operates, the reformer 20 generates hydrogen gas containing hydrogen, carbon monoxide, etc. through reforming catalytic reaction of fuel by a heat source. At this time, it is difficult for the reformer 20 to completely carry out the above-described reforming reaction to generate hydrogen gas containing carbon monoxide as a side product.

이 상태에서 상기 수소 가스를 반응 기판(41)의 유입구(42a)를 통해 이 반응 기판(41)과 덮개부(45) 사이의 통로(43)로 공급하고, 이와 동시에 공기 펌프(71)를 가동시켜 공기를 상기 통로(43)로 공급한다. 그러면, 본 실시예에 의한 일산화탄소 정화기(40)에서는 상기 수소 가스와 공기가 통로(43)를 따라 흐르는 동안, 수소 가스 중에 함유된 일산화탄소와 공기 중에 함유된 산소가 산화 촉매층(44)에 의하여 선택적 산화 반응을 일으키게 된다. 이에 따라 일산화탄소 정화기(40)는 상기한 산화 반응을 통해 기설정된 온도 범위의 열 에너지를 발생시키면서 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키게 된다.In this state, the hydrogen gas is supplied to the passage 43 between the reaction substrate 41 and the lid part 45 through the inlet 42a of the reaction substrate 41, and at the same time, the air pump 71 is operated. Air is supplied to the passage 43. Then, in the carbon monoxide purifier 40 according to the present embodiment, the carbon monoxide contained in the hydrogen gas and the oxygen contained in the air are selectively oxidized by the oxidation catalyst layer 44 while the hydrogen gas and the air flow along the passage 43. Will cause a reaction. Accordingly, the carbon monoxide purifier 40 reduces the concentration of the carbon monoxide while generating heat energy in a predetermined temperature range through the oxidation reaction.

이러는 과정을 거치는 동안, 상기 통로(43)를 통과하는 수소 가스에는 무극성을 띠는 수소와 이산화탄소 및, 극성을 띠는 일산화탄소를 함유하고 있는 바, 상기한 일산화탄소는 반응 기판(41)에 연결 설치된 자성체(47)의 자기력에 의하여 산화 촉매층(44)으로 끌려 가게 된다. 이러한 원리는 일산화탄소가 분자를 구성하는 원자의 결합 상태에 의하여 극성을 가지고 있음에 기인한다.During this process, the hydrogen gas passing through the passage 43 contains hydrogen and carbon dioxide having nonpolarity and carbon monoxide having polarity, and the carbon monoxide is a magnetic substance connected to the reaction substrate 41. It is attracted to the oxidation catalyst layer 44 by the magnetic force of 47. This principle is due to the fact that carbon monoxide has a polarity due to the bonding state of atoms constituting the molecule.

이로써 본 발명에 의하면, 수소 가스 중에 함유된 일산화탄소를 자기력에 의하여 산화 촉매층(44)으로 끌어 당기는 자성체(47)를 구비함에 따라, 산화 촉매층 (44)에 의한 일산화탄소와 산소의 반응 효율을 극대화시킬 수 있다.Thus, according to the present invention, by having a magnetic body 47 that attracts carbon monoxide contained in hydrogen gas to the oxidation catalyst layer 44 by magnetic force, it is possible to maximize the reaction efficiency of carbon monoxide and oxygen by the oxidation catalyst layer 44. have.

상기에서, 연료 전지 시스템(100)의 나머지 구성 및 작용은 일반적인 고분자 전해질형 연료 전지 방식의 연료 전지 시스템과 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.In the above, since the rest of the configuration and operation of the fuel cell system 100 is the same as the fuel cell system of the general polymer electrolyte fuel cell system, a detailed description thereof will be omitted.

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.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 자기력에 의해 일산화탄소를 촉매층으로 끌어 당기는 자성체를 구비함에 따라, 일산화탄소와 산소의 반응 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.According to the present invention as described above, by providing a magnetic material that attracts carbon monoxide to the catalyst layer by the magnetic force, it is possible to further improve the reaction efficiency of carbon monoxide and oxygen.

Claims (8)

개질기로부터 발생되는 수소 가스 중의 일산화탄소와, 별도 공급되는 산소의 선택적 산화 반응을 통해 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키는 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기에 있어서,In the carbon monoxide purifier for a fuel cell system for reducing the concentration of the carbon monoxide through a selective oxidation reaction of carbon monoxide in hydrogen gas generated from the reformer and oxygen supplied separately, 상기 수소 가스와 산소의 흐름을 가능케 하는 채널을 일면에 형성하고, 상기 채널의 표면에 촉매층을 형성하는 반응 기판;A reaction substrate forming a channel to enable flow of the hydrogen gas and oxygen on one surface, and forming a catalyst layer on the surface of the channel; 상기 반응 기판의 일면에 밀착 배치되어 상기 채널에 의한 통로를 형성하는 덮개부; 및A cover part disposed in close contact with one surface of the reaction substrate to form a passage by the channel; And 상기 반응 기판의 다른 일면에 밀착 배치되어 상기 일산화탄소를 상기 촉매층으로 끌어 당기는 자기력을 형성하는 자성체Magnetic body disposed in close contact with the other surface of the reaction substrate to form a magnetic force to attract the carbon monoxide to the catalyst layer 를 포함하는 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기.Carbon monoxide purifier for fuel cell system comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 자성체는 플레이트 타입으로 이루어지며, 상기 반응 기판의 채널을 형성하는 면의 반대쪽 면에 밀착 배치되는 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기.The magnetic body is made of a plate type, the carbon monoxide purifier for a fuel cell system disposed in close contact with the surface opposite the surface forming the channel of the reaction substrate. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 자성체가 영구자석으로서 형성되는 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기.A carbon monoxide purifier for a fuel cell system, wherein the magnetic body is formed as a permanent magnet. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 자성체가 페라이트계 또는 히토류계 금속으로 이루어지는 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기.A carbon monoxide purifier for a fuel cell system, wherein the magnetic material is made of a ferrite-based or a Hito-based metal. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 자성체가 Ni, Co, Mn의 전이 원소를 포함하는 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기.A carbon monoxide purifier for a fuel cell system, wherein the magnetic material includes transition elements of Ni, Co, and Mn. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 공기를 통해 상기 산소를 얻도록 된 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기.A carbon monoxide purifier for fuel cell systems adapted to obtain said oxygen through air. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 채널이 사행(蛇行: meander)의 형상으로 이루어지는 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정화기.A carbon monoxide purifier for a fuel cell system, wherein the channel has a meander shape. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 채널의 시작단에 형성되어 상기 수소 가스와 산소를 상기 통로로 주입시키기 위한 유입구와, 상기 채널의 끝단에 형성되어 상기 수소 가스와 산소의 반응 가스를 배출시키기 위한 유출구를 형성하는 연료 전지 시스템용 일산화탄소 정 화기.A fuel cell system formed at an end of the channel to form an inlet for injecting the hydrogen gas and oxygen into the passage and an outlet for discharging the reactive gas of the hydrogen gas and oxygen at the end of the channel; Carbon Monoxide Purifier.
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