KR20060106367A - Reformer for fuel cell system - Google Patents

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KR20060106367A
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catalyst
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공상준
김주용
조은숙
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 개질기는, 연료를 포함하는 반응물의 화학적인 반응을 촉진시키기 위한 촉매층을 형성하는 플레이트 타입의 촉매 충진부와, 상기 촉매 충진부에 밀착 배치되며 상기 촉매층에 대향하는 반응물 이동 채널을 가지면서 플레이트 타입으로 이루어지는 적어도 1의 몸체부를 포함한다.The reformer for a fuel cell system according to the present invention includes a plate-type catalyst packing part for forming a catalyst layer for promoting chemical reaction of a reactant including fuel, and a reactant disposed in close contact with the catalyst packing part and facing the catalyst layer. At least one body part of the plate type having a moving channel.

연료전지, 개질기, 촉매충진부, 촉매, 충진홈, 충진홀, 몸체부, 기판, 이동채널 Fuel Cell, Reformer, Catalyst Filler, Catalyst, Filling Groove, Filling Hole, Body, Substrate, Moving Channel

Description

연료 전지 시스템용 개질기 {REFORMER FOR FUEL CELL SYSTEM}Reformer for fuel cell system {REFORMER FOR FUEL CELL SYSTEM}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 개질기에 적용되는 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a fuel cell system applied to a reformer 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 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 개질기를 도시한 분해 사시도이다.3 is an exploded perspective view showing a reformer for a fuel cell system according to a first 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.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 개질기를 도시한 분해 사시도이다.5 is an exploded perspective view showing a reformer for a fuel cell system according to a second embodiment of the present invention.

도 6은 도 5의 결합 단면 구성도이다.6 is a cross-sectional view of the coupling cross-sectional view of FIG.

본 발명은 연료 전지 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 플레이트 타입으로 이루어진 개질기에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel cell system and, more particularly, to a reformer made of a plate type.

알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 메탄올, 에탄올, 천연 가스와 같은 탄화수소 계열의 연료에 함유되어 있는 수소와, 산소의 화학 반응 에너지를 직 접 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 and oxygen contained in hydrocarbon-based fuels such as methanol, ethanol, and natural gas into electrical energy.

이 연료 전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 또는 알칼리형 연료전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 근본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전 온도, 촉매, 및 전해질 등이 서로 다르다.This fuel cell is classified into a phosphoric acid fuel cell, a molten carbonate fuel cell, a solid oxide fuel cell, a polymer electrolyte type or an alkaline fuel cell according to the type of electrolyte used. Each of these fuel cells operates on essentially the same principle, but differs in the type of fuel used, operating temperature, catalyst, and electrolyte.

이들 중 근래에 개발되고 있는 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell : PEMFC, 이하 편의상 PEMFC라 한다)는 다른 연료 전지에 비하여 출력 특성이 탁월하며 작동 온도가 낮고 아울러 빠른 시동 및 응답 특성을 가지며, 자동차와 같은 이동용 전원은 물론, 주택, 공공건물과 같은 분산용 전원 및 전자기기용과 같은 소형 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.Among these, the polymer electrolyte fuel cell (PEMFC, hereinafter referred to as PEMFC for convenience), which has been developed recently, has excellent output characteristics, low operating temperature, and fast start-up and response characteristics compared to other fuel cells. In addition to mobile power supplies such as automobiles, as well as distributed power supplies such as homes and public buildings and small power supplies such as for electronic devices has a wide range of applications.

이러한 PEMFC는 기본적으로 시스템을 구성하기 위해 스택(stack), 개질기(Reformer), 연료 탱크, 및 연료 펌프 등을 구비한다. 스택은 연료 전지의 본체를 형성하며, 연료 펌프는 연료 탱크 내의 연료를 개질기로 공급한다. 개질기는 연료를 개질하여 수소 가스를 발생시키고 그 수소 가스를 스택으로 공급한다. 따라서 스택에서는 개질기로부터 공급되는 수소 가스와, 별도 공급되는 산소 가스 또는 공기 중에 함유된 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시킨다.Such a PEMFC 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 reforms the fuel to generate hydrogen gas and supplies the hydrogen gas to the stack. Therefore, the stack generates electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen gas supplied from the reformer and oxygen gas supplied separately or oxygen contained in the air.

상기와 같이 구성되는 연료 전지 시스템에 있어 개질기는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 바, 상기한 열 에너지를 발생시키는 버너부와, 이 열 에너지를 이용한 개질 촉매 반응을 통해 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부를 구비하고 있다. 여기서 버너부는 산화 촉매에 의한 연료와 공기의 산화 반응을 통해 열 에너지를 발생시키는 구조로 이루어진다.In the fuel cell system configured as described above, the reformer generates hydrogen gas from the fuel through a chemical catalytic reaction by thermal energy, and includes a burner unit for generating the thermal energy, and a reforming catalytic reaction using the thermal energy. It is equipped with the reforming reaction part which generates hydrogen gas through. Here, the burner unit is configured to generate thermal energy through an oxidation reaction between fuel and air by an oxidation catalyst.

그런데, 종래에 따른 개질기에 있어, 상기한 버너부와 개질 반응부는 통상적으로 플레이트 타입의 반응 기판에 채널을 형성하고 이 채널면에 촉매층을 형성하여 구성되는 바, 채널면에 촉매층을 형성하기가 용이하지 못해 개질기의 제조에 어려움을 줄 뿐더러, 채널의 폭과 깊이가 미세하기 때문에 촉매를 담지시키기 위한 담체가 소성 과정에서 떨어져 나가는 등의 폐단이 발생하여 개질기의 전체적인 반응 효율을 극대화하지 못하고 있는 실정이다.However, in the reformer according to the related art, the burner part and the reforming reaction part are generally formed by forming a channel on a plate-type reaction substrate and forming a catalyst layer on the channel surface, so that the catalyst layer is easily formed on the channel surface. In addition, it is difficult to manufacture the reformer, and because the width and depth of the channel are minute, a closed end occurs such that the carrier for supporting the catalyst falls off during the firing process, and thus the overall reaction efficiency of the reformer cannot be maximized. .

본 발명은 상술한 문제점을 감안한 것으로서, 그 목적은 제조가 용이하면서도 반응 효율을 극대화 할 수 있는 연료 전지 시스템용 개질기를 제공하는데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a reformer for a fuel cell system that is easy to manufacture and can maximize reaction efficiency.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 개질기는, 연료를 포함하는 반응물의 화학적인 반응을 촉진시키기 위한 촉매층을 형성하는 플레이트 타입의 촉매 충진부와, 상기 촉매 충진부에 밀착 배치되며 상기 촉매층에 대향하는 반응물 이동 채널을 가지면서 플레이트 타입으로 이루어지는 적어도 1의 몸체부를 포함한다.The reformer for a fuel cell system according to the present invention for achieving the above object, the plate-type catalyst filling unit to form a catalyst layer for promoting the chemical reaction of the reactants containing the fuel, and the catalyst filling unit in close contact And at least one body portion arranged in a plate type with a reactant movement channel opposed to the catalyst bed.

본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 개질기에 있어서, 상기 촉매 충진부는 상기 촉매층을 충진 형성하기 위한 충진홈을 갖춘 제1 기판으로 구성될 수 있다.In the reformer for a fuel cell system according to the present invention, the catalyst filling unit may be configured as a first substrate having a filling groove for filling and forming the catalyst layer.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 개질기에 있어서, 상기 몸체부는 상기 충진홈에 대향하여 상기 제1 기판에 밀착 배치되는 제2 기판으로 구성될 수 있다. 이 경우 상기 제2 기판은 상기 이동 채널로 상기 반응물을 주입시키기 위한 주입구와, 상기 촉매층에 의한 반응물의 촉매 반응을 통해 생성되는 생성물을 배출시키기 위한 배출구를 포함할 수 있다.In addition, in the reformer for a fuel cell system according to the present invention, the body portion may be composed of a second substrate in close contact with the first substrate facing the filling groove. In this case, the second substrate may include an inlet for injecting the reactant into the mobile channel and an outlet for discharging a product generated through the catalytic reaction of the reactant by the catalyst layer.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 개질기에 있어서, 상기 촉매 충진부는 상기 촉매층을 충진 형성하기 위한 충진홀을 갖춘 제1 기판으로 구성될 수도 있다.And in the reformer for a fuel cell system according to the present invention, the catalyst filling unit may be composed of a first substrate having a filling hole for filling the catalyst layer.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 개질기에 있어서, 상기 몸체부는 상기 충진홀에 대향하여 상기 제1 기판의 일측면에 밀착 배치되는 제2 기판과, 상기 충진홀에 대향하여 상기 제1 기판의 다른 일측면에 밀착 배치되는 제3 기판으로 구성될 수도 있다. 이 경우 상기 제1 기판은 상기 제2,3 기판의 이동 채널을 실질적으로 연통시키는 연통홀을 형성할 수 있다.In addition, in the reformer for a fuel cell system according to the present invention, the body portion is disposed in close contact with one side of the first substrate to face the filling hole and the other of the first substrate facing the filling hole. It may also be composed of a third substrate in close contact with one side. In this case, the first substrate may form a communication hole for substantially communicating the moving channels of the second and third substrates.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 개질기에 있어서, 상기 제2 기판 및 제3 기판 중 어느 하나는 상기 이동 채널로 상기 반응물을 주입시키기 위한 주입구를 형성하고, 다른 하나는 상기 촉매층에 의한 반응물의 촉매 반응을 통해 생성되는 생성물을 배출시키기 위한 배출구를 형성할 수 있다.In the reformer for a fuel cell system according to the present invention, any one of the second substrate and the third substrate forms an injection port for injecting the reactant into the moving channel, and the other catalyst of the reactant by the catalyst layer. An outlet for discharging the product produced through the reaction can be formed.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 개질기는, 상기 이동 채널이 사행(蛇行: meander)의 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.In addition, the reformer for a fuel cell system according to the present invention preferably has the moving channel in the shape of a meander.

그리고 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 개질기는, 상기 촉매층이 연료와 산소의 산화 반응을 촉진시켜 열 에너지를 발생시키는 산화 촉매로서 구비될 수 있다.The reformer for a fuel cell system according to the present invention may be provided as an oxidation catalyst in which the catalyst layer promotes an oxidation reaction between fuel and oxygen to generate thermal energy.

또한 본 발명에 따른 연료 전지 시스템용 개질기는, 상기 촉매층이 연료의 개질 반응을 촉진시켜 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 촉매로서 구비될 수도 있다.In addition, the reformer for a fuel cell system according to the present invention may be provided as a reforming catalyst in which the catalyst layer promotes a reforming reaction of the fuel to generate hydrogen gas from the fuel.

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 개질기에 적용되는 연료 전지 시스템의 전체적인 구성을 도시한 개략도이다.1 is a schematic diagram showing the overall configuration of a fuel cell system applied to a reformer according to an embodiment of the present invention.

이 도면을 참고하여 본 발명에 적용되는 연료 전지 시스템(100)을 설명하면, 상기 연료 전지 시스템(100)은 수소를 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 the fuel cell system 100 applied to the present invention with reference to the drawings, the fuel cell system 100 generates a hydrogen gas by reforming a fuel containing hydrogen, and the hydrogen gas and the oxidant gas A polymer electrolyte fuel cell (PEMFC) method that chemically reacts to generate electrical energy is employed.

이러한 연료 전지 시스템(100)에 있어 연료라 함은 메탄올, 에탄올 또는 천연 가스 등과 같이 수소를 함유한 액상 또는 기체 상태로 이루어진 연료를 포함한다. 그러나 이하에서 설명하는 연료는 상기한 액상의 연료를 의미한다.The fuel in the fuel cell system 100 includes a fuel made of 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.

이와 같은 상기 연료 전지 시스템(100)은 기본적으로 수소와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 전기 발생부(11)와, 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 전술한 바 있는 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, 상기 개질기(30)와 전기 발생부(11)로 공기를 공급하는 공기 공급원(70)을 포함하여 구성된다.The fuel cell system 100 basically includes an electric generator 11 for generating electrical energy through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and a fuel as described above through a chemical catalytic reaction with thermal energy. A reformer 30 for generating hydrogen gas and supplying the hydrogen gas to the electricity generating unit 11, a fuel supply source 50 for supplying the fuel to the reformer 30, the reformer 30, and an electricity generating unit And an air supply source 70 for supplying air to 11.

도 2에 도시한 바와 같이, 상기 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 발명에서는 위와 같은 최소 단위의 전기 발생부(11)를 복수로 구비하고, 이들을 연속적으로 배치함으로써 전기 발생부(11)의 집합체 구조에 의한 스택(10)을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 2, the electricity generating unit 11 has a membrane-electrode assembly (MEA) 12 centered on both sides thereof and a separator (also referred to as 'bipolar plate' in the art). The separator 16 is arranged to form a fuel cell of a minimum unit. Accordingly, in the present invention, the stack 10 having the aggregate structure of the electricity generating units 11 may be formed by providing a plurality of the electricity generating units 11 having the minimum unit as described above, and arranging them continuously.

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 생성된 수소 이온을 캐소드 전극으로 이동시키는 이온 교환의 기능을 하게 된다. 그리고 세퍼레이터(16)는 막-전극 어셈블리(12)의 양측에 수소와 산소를 공급하는 기 능 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.

본 발명에 따른 상기 개질기(30)는 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응 예컨대, 수증기 개질, 부분 산화 또는 자열 반응 등의 촉매 반응을 통해 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 구조를 갖는다. 이러한 개질기(30)의 구성은 도 3 및 도 4를 참조하여 뒤에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다.The reformer 30 according to the present invention has a structure that generates hydrogen gas from the fuel through a catalytic reaction such as chemical reforming by thermal energy, for example, steam reforming, partial oxidation or autothermal reaction. The configuration of the reformer 30 will be described in more detail later with reference to FIGS. 3 and 4.

위와 같은 개질기(30)로 연료를 공급하는 연료 공급원(50)은 연료를 저장하는 연료 탱크(51)와, 이 연료 탱크(51)에 연결 설치되어 상기 연료 탱크(51)에 저장된 연료를 배출시키고 이 연료를 개질기(30)로 공급하는 연료 펌프(53)를 포함하고 있다.The fuel supply source 50 for supplying fuel to the reformer 30 as described above is connected to the fuel tank 51 for storing the fuel and the fuel tank 51 to discharge the fuel stored in the fuel tank 51 The fuel pump 53 which supplies this fuel to the reformer 30 is included.

그리고 공기 공급원(70)은 소정 펌핑력으로 공기를 흡입하여 이 공기를 상기 스택(10)의 전기 발생부(11) 및 개질기(30)로 각각 공급하는 적어도 하나의 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 개질기(30)로 공기를 공급하는 구조로 되어 있으나, 이에 한정되지 않고 상기 전기 발생부(11) 및 개질기(30)에 각각 연결 설치되는 한 쌍의 공기 펌프를 구비할 수도 있다.The air source 70 includes at least one air pump 71 for sucking air with a predetermined pumping force and supplying the air to the electricity generating unit 11 and the reformer 30 of the stack 10, respectively. have. In the present embodiment, the air source 70 is configured to supply air to the electricity generating unit 11 and the reformer 30 through a single air pump 71, as shown in the figure, but is not limited thereto. It may be provided without a pair of air pumps connected to the electricity generating unit 11 and the reformer 30, respectively.

이하에서는, 언급한 바 있는 본 발명의 제1 실시예에 따른 개질기(30)를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the reformer 30 according to the first embodiment of the present invention will be described in detail.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 개질기를 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 결합 단면 구성도이다.3 is an exploded perspective view illustrating a reformer for a fuel cell system according to a first exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram of FIG. 3.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 상기 개질기(30)는 연료를 포함하는 반응물 예컨대, 연료와 산소의 산화 촉매 반응을 통해 열 에너지를 발생시키는 버너부(45)를 구성한다. 또한 본 개질기(30)는 상기 열 에너지를 이용한 반응물 예컨대, 연료의 개질 촉매 반응을 통해 이 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 반응부(49)를 구성할 수도 있다. 이에 더하여 본 개질기(30)는 상기한 버너부(45)와 개질 반응부(49)를 상호 적층하여 단일의 개질기로서 구성될 수도 있다.Referring to the drawings, the reformer 30 according to the present embodiment constitutes a burner part 45 that generates thermal energy through an oxidation catalyst reaction of a reactant including fuel, for example, fuel and oxygen. The reformer 30 may also constitute a reforming reaction unit 49 that generates hydrogen gas from the reactant using the thermal energy, for example, a reforming catalytic reaction of the fuel. In addition, the reformer 30 may be configured as a single reformer by stacking the burner part 45 and the reforming reaction part 49.

본 실시예에 따르면, 상기 개질기(30)는 반응물의 화학적인 반응을 촉진시키기 위한 촉매층(32)을 형성하는 촉매 충진부(31)와, 상기 촉매층(32)으로 반응물을 제공하는 몸체부(35)를 포함하여 구성된다.According to the present embodiment, the reformer 30 includes a catalyst filling part 31 forming a catalyst layer 32 for promoting a chemical reaction of a reactant, and a body part 35 providing a reactant to the catalyst layer 32. It is configured to include).

이 촉매 충진부(31)는 플레이트 타입으로 이루어진 제1 기판(33)을 구비하는 바, 이 제1 기판(33)은 일측면에 촉매층(32)을 충진 형성하기 위한 충진홈(34)을 구비한다. 이 때 상기 제1 기판(33)은 사각 형상의 플레이트로서, 일측면의 가장자리 부분을 제외한 나머지 부분에 상기한 충진홈(34)을 형성하고 있다.The catalyst filling part 31 includes a first substrate 33 having a plate type, and the first substrate 33 has a filling groove 34 for filling and forming the catalyst layer 32 on one side thereof. do. At this time, the first substrate 33 is a rectangular plate, and the filling groove 34 is formed in the remaining portions except the edge portion of one side.

여기서 상기한 촉매층(32)은 펠릿(pellet) 또는 코팅막 또는 파우더 형태로서 구비되는 바, 이 촉매층(32)은 연료와 산소의 산화 반응을 촉진시켜 열 에너지를 발생시키기 위한 통상적인 산화 촉매로 구성될 수 있으며, 연료의 개질 반응을 촉진시켜 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 통상적인 개질 촉매로 구성될 수도 있다.Wherein the catalyst layer 32 is provided as a pellet (pellet) or coating film or powder form, the catalyst layer 32 is to be composed of a conventional oxidation catalyst for generating thermal energy by promoting the oxidation reaction of fuel and oxygen And a conventional reforming catalyst that promotes the reforming reaction of the fuel to generate hydrogen gas from the fuel.

본 실시예에서, 상기 몸체부(35)는 제1 기판(33)의 일측면에 밀착 배치되는 플레이트 타입의 제2 기판(36)을 구비한다. 상기 제2 기판(36)은 제1 기판(33)의 충진홈(34)에 대향하는 면 즉, 제1 기판(33)의 일측면에 대향하는 면에 반응물의 흐름을 가능케 하는 반응물 이동 채널(37)을 형성하고 있다. 이 때 상기 이동 채널(37)은 제2 기판(36)의 밀착면에 임의의 간격을 두고 직선 상태로 배치되고 이의 양단을 교호적으로 연결하여 이루어지는 사행(蛇行: meander)의 형태로 이루어진다.In the present embodiment, the body portion 35 includes a plate-type second substrate 36 that is closely attached to one side of the first substrate 33. The second substrate 36 is a reactant movement channel that enables the flow of reactants on a surface opposite to the filling groove 34 of the first substrate 33, that is, on a surface opposite to one side of the first substrate 33. 37). In this case, the moving channel 37 is formed in a meander shape formed by linearly arranging the contact surfaces of the second substrate 36 at arbitrary intervals and alternately connecting both ends thereof.

이에 더하여, 상기 제2 기판(36)은 이동 채널(37)의 시작단에 연결 형성되어 반응물을 상기 이동 채널(37)로 주입시키기 위한 주입구(38)를 구비하고 있다. 그리고 상기 제2 기판(36)은 이동 채널(37)의 끝단에 연결 형성되어 촉매층(32)에 의한 반응물의 촉매 반응을 통해 생성되는 생성물 예컨대, 연료와 산소의 산화 반응을 통해 발생되는 연소 가스 또는 연료의 개질 반응을 통해 발생되는 수소 가스를 배출시키기 위한 배출구(39)를 형성하고 있다. 이 때 상기 주입구(38)는 파이프 라인을 통하여 연료 탱크(51: 도 1)와 연결 설치될 수 있으며, 파이프 라인을 통해 공기 펌프(71: 도 1)와 연결 설치될 수도 있다. 그리고 상기 배출구(39)는 파이프 라인을 통해 스택(10: 도 1)과 연결 설치될 수 있다.In addition, the second substrate 36 is connected to a start end of the moving channel 37 and has an injection hole 38 for injecting reactants into the moving channel 37. And the second substrate 36 is connected to the end of the moving channel 37 is formed by the catalytic reaction of the reactants by the catalyst layer 32, for example, combustion gas generated through the oxidation reaction of fuel and oxygen or A discharge port 39 for discharging hydrogen gas generated through the reforming reaction of the fuel is formed. At this time, the injection hole 38 may be connected to the fuel tank 51 (FIG. 1) through a pipeline, or may be connected to the air pump 71 (FIG. 1) through a pipeline. The outlet 39 may be connected to the stack 10 (FIG. 1) through a pipeline.

따라서 상기와 같이 구성되는 본 발명의 제1 실시예에 의하면, 연료를 포함하는 반응물을 제2 기판(36)의 주입구(38)를 통해 이동 채널(37)로 공급한다. 그러면, 상기한 반응물은 이동 채널(37)을 따라 흐르면서 촉매층(32)에 의한 화학적인 촉매 반응을 통해 연료와 산소의 연소 가스 또는 수소 가스와 같은 생성물로서 제2 기판(38)의 배출구(39)를 통해 배출되게 된다.Therefore, according to the first exemplary embodiment of the present invention configured as described above, the reactant including the fuel is supplied to the moving channel 37 through the injection hole 38 of the second substrate 36. The reactant then flows along the moving channel 37 and through the chemical catalytic reaction by the catalyst layer 32, the outlet 39 of the second substrate 38 as a product such as combustion gas or hydrogen gas of fuel and oxygen. It will be discharged through.

도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 연료 전지 시스템용 개질기를 도시한 분해 사시도이고, 도 6은 도 5의 결합 단면 구성도이다.FIG. 5 is an exploded perspective view illustrating a reformer for a fuel cell system according to a second exemplary embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a cross-sectional configuration diagram of FIG. 5.

도면을 참고하면, 본 발명의 실시예에 의한 개질기(130)는 촉매층(132)을 형성하는 충진홀(134)을 갖춘 촉매 충진부(131)와, 상기 촉매층(132)으로 반응물을 제공하는 몸체부(135)를 포함하여 구성된다.Referring to the drawings, the reformer 130 according to the embodiment of the present invention includes a catalyst filling unit 131 having a filling hole 134 forming the catalyst layer 132, and a body providing a reactant to the catalyst layer 132. It is comprised including the part 135.

이 촉매 충진부(131)는 플레이트 타입으로 이루어진 제1 기판(133)을 구비하는 바, 이 제1 기판(133)에는 이의 가장자리 부분을 제외한 나머지 부분이 구멍 형태로 관통된 상기한 충진홀(134)을 형성하고 있다. 그리고 상기 제1 기판(133)에는 뒤에서 더욱 설명하는 제2,3 기판(136a, 136b)의 반응물 이동 채널(137)을 상호 연통시키기 위한 연통홀(133a)을 형성하고 있다.The catalyst filling part 131 includes a first substrate 133 made of a plate type, and the filling hole 134 is formed in the first substrate 133 through which the remaining portion except the edge portion thereof is penetrated. ). In addition, a communication hole 133a is formed in the first substrate 133 to communicate reactant movement channels 137 of the second and third substrates 136a and 136b which will be described later.

여기서 상기한 촉매층(132)은 바람직하게 펠릿(pellet) 형태로서 구비되는 바, 이 촉매층(132)은 연료와 산소의 산화 반응을 촉진시켜 열 에너지를 발생시키기 위한 통상적인 산화 촉매로 구성될 수 있으며, 연료의 개질 반응을 촉진시켜 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 통상적인 개질 촉매로 구성될 수도 있다.The catalyst layer 132 is preferably provided as a pellet (pellet), the catalyst layer 132 may be composed of a conventional oxidation catalyst for generating heat energy by promoting the oxidation reaction of fuel and oxygen, It may be composed of a conventional reforming catalyst which promotes the reforming reaction of the fuel to generate hydrogen gas from the fuel.

상기에서, 몸체부(135)는 제1 기판(133)의 일측면에 밀착 배치되는 플레이트 타입의 제2 기판(136a)과, 제1 기판(133)의 다른 일측면에 밀착 배치되는 플레이트 타입의 제3 기판(136b)을 포함한다. 제2,3 기판(136a, 136b)은 제1 기판(133)의 충진홀(134)에 대향하는 면 즉, 제1 기판(133)의 양측면에 대향하는 면에 반응물의 흐름을 가능케 하는 반응물 이동 채널(137)을 형성하고 있다.In the above, the body 135 is a plate-type second substrate 136a disposed in close contact with one side of the first substrate 133 and a plate-type disposed in close contact with the other side of the first substrate 133. The third substrate 136b is included. The second and third substrates 136a and 136b move the reactants to enable the flow of the reactant on a surface opposite to the filling hole 134 of the first substrate 133, that is, opposite to both sides of the first substrate 133. The channel 137 is formed.

따라서 제1 기판(133)을 중심에 두고 이의 양측면에 제2,3 기판(136a, 136b)을 밀착 배치함으로써, 제1 기판(133)의 충진홀(134)에 펠릿 형태의 촉매층(132)이 충진 형성된 본 실시예에 의한 개질기(130)를 형성할 수 있다.Therefore, the catalyst substrate 132 in the form of pellets is formed in the filling hole 134 of the first substrate 133 by closely arranging the second and third substrates 136a and 136b on both sides of the first substrate 133. The reformer 130 according to the present embodiment may be formed to fill.

본 실시예에 의하면, 상기 제2.3 기판(136a, 136b)의 반응물 이동 채널(137)은 전기 실시예에서와 같이 사행(蛇行: meander)의 형태로 이루어지며, 전술한 바 있는 제1 기판(133)의 연통홀(133a)에 의해 상호 연통되는 바, 제2 기판(136a)에 형성된 이동 채널(137)의 일측 단부와 제3 기판(136b)에 형성된 이동 채널(137)의 일측 단부가 연통홀(133a)에 의하여 상호 연결된다.According to the present exemplary embodiment, the reactant movement channel 137 of the 2.3 substrates 136a and 136b is formed in the form of meander as in the above embodiment, and the first substrate 133 described above. Bar is communicated with each other by the communication hole 133a, and one end of the moving channel 137 formed on the second substrate 136a and one end of the moving channel 137 formed on the third substrate 136b communicate with each other. Interconnected by 133a.

이에 더하여, 상기 제2 기판(136a) 및 제3 기판(136b) 중 어느 하나, 바람직하게 제2 기판(136a)에는 이동 채널(137)의 다른 일측 단부에 연결 형성되어 반응물을 상기 이동 채널(137)로 주입시키기 위한 주입구(138)를 형성하고 있다. 그리고 제3 기판(136b)에는 이동 채널(137)의 다른 일측 단부에 연결 형성되어 촉매층(132)에 의한 반응물의 촉매 반응을 통해 생성되는 생성물을 배출시키기 위한 배출구(139)를 형성하고 있다.In addition, any one of the second substrate 136a and the third substrate 136b, preferably, the second substrate 136a is connected to the other end of the moving channel 137 to form a reactant in the moving channel 137. ), An injection hole 138 for injection is formed. In addition, the third substrate 136b is connected to the other end of the moving channel 137 to form an outlet 139 for discharging a product generated through the catalytic reaction of the reactant by the catalyst layer 132.

따라서 상기와 같이 구성되는 본 발명의 제1 실시예에 의하면, 연료를 포함하는 반응물을 제2 기판(136a)의 주입구(138)를 통해 이동 채널(137)로 공급한다. 그러면, 상기한 반응물은 제2 기판(136a)의 이동 채널(137)을 따라 흐르고 제1 기판(133)의 연통홀(133a)을 통해 제3 기판(136b)의 이동 채널(137)을 따라 흐르면서 촉매층(132)에 의한 화학적인 촉매 반응을 통해 연료와 산소의 연소 가스 또는 수소 가스와 같은 생성물로서 제3 기판(136b)의 배출구(139)를 통해 배출되게 된다.Therefore, according to the first exemplary embodiment of the present invention configured as described above, the reactant including fuel is supplied to the moving channel 137 through the injection hole 138 of the second substrate 136a. Then, the reactant flows along the moving channel 137 of the second substrate 136a and along the moving channel 137 of the third substrate 136b through the communication hole 133a of the first substrate 133. Through the chemical catalytic reaction by the catalyst layer 132 is discharged through the outlet 139 of the third substrate 136b as a product such as combustion gas or hydrogen gas of fuel and oxygen.

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, 촉매를 충진 형성하는 플레이트 타입의 촉매 충진부와 이 촉매 충진부에 밀착 배치되어 촉매로 반응물을 제공하는 플레이트 타입의 몸체부를 구성함에 따라, 종래와 달리 촉매층을 형성하기가 용이하고, 개질기의 전체적인 반응 효율을 극대화 할 수 있는 효과가 있다.According to the present invention as described above, by forming a plate-type catalyst filling portion for filling the catalyst and a plate-type body portion which is arranged in close contact with the catalyst filling portion to provide a reactant with the catalyst, unlike the conventional art to form a catalyst layer Easy to do, there is an effect to maximize the overall reaction efficiency of the reformer.

Claims (11)

연료를 포함하는 반응물의 화학적인 반응을 촉진시키기 위한 촉매층을 형성하는 플레이트 타입의 촉매 충진부; 및A plate-type catalyst filling unit forming a catalyst layer for promoting chemical reaction of a reactant including fuel; And 상기 촉매 충진부에 밀착 배치되며, 상기 촉매층에 대향하는 반응물 이동 채널을 가지면서 플레이트 타입으로 이루어지는 적어도 1의 몸체부At least one body part disposed in close contact with the catalyst filling part and formed of a plate type while having a reactant movement channel facing the catalyst layer. 를 포함하는 연료 전지 시스템용 개질기.Reformer for a fuel cell system comprising a. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 촉매 충진부는 상기 촉매층을 충진 형성하기 위한 충진홈을 갖춘 제1 기판으로 구성되는 연료 전지 시스템용 개질기.The catalyst filling unit is a reformer for a fuel cell system comprising a first substrate having a filling groove for filling the catalyst layer. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 몸체부는 상기 충진홈에 대향하여 상기 제1 기판에 밀착 배치되는 제2 기판으로 구성되는 연료 전지 시스템용 개질기.The body part is a reformer for a fuel cell system comprising a second substrate in close contact with the first substrate facing the filling groove. 제 3 항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 제2 기판은,The second substrate, 상기 이동 채널로 상기 반응물을 주입시키기 위한 주입구와,An inlet for injecting the reactant into the mobile channel; 상기 촉매층에 의한 반응물의 촉매 반응을 통해 생성되는 생성물을 배출시키 기 위한 배출구를 포함하는 연료 전지 시스템용 개질기.A reformer for a fuel cell system comprising an outlet for discharging a product produced through the catalytic reaction of the reactants by the catalyst layer. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 촉매 충진부는 상기 촉매층을 충진 형성하기 위한 충진홀을 갖춘 제1 기판으로 구성되는 연료 전지 시스템용 개질기.The catalyst filling unit is a reformer for a fuel cell system comprising a first substrate having a filling hole for filling the catalyst layer. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 몸체부는,The body portion, 상기 충진홀에 대향하여 상기 제1 기판의 일측면에 밀착 배치되는 제2 기판과, 상기 충진홀에 대향하여 상기 제1 기판의 다른 일측면에 밀착 배치되는 제3 기판으로 구성되는 연료 전지 시스템용 개질기.For a fuel cell system comprising a second substrate closely disposed on one side of the first substrate opposite the filling hole, and a third substrate closely disposed on the other side of the first substrate opposite the filling hole Reformer. 제 6 항에 있어서,The method of claim 6, 상기 제1 기판이 상기 제2,3 기판의 이동 채널을 실질적으로 연통시키는 연통홀을 형성하는 연료 전지 시스템용 개질기.A reformer for a fuel cell system, wherein the first substrate defines a communication hole that substantially communicates with the moving channels of the second and third substrates. 제 7 항에 있어서,The method of claim 7, wherein 상기 제2 기판 및 제3 기판 중 어느 하나는 상기 이동 채널로 상기 반응물을 주입시키기 위한 주입구를 형성하고, 다른 하나는 상기 촉매층에 의한 반응물의 촉매 반응을 통해 생성되는 생성물을 배출시키기 위한 배출구를 형성하는 연료 전지 시스템용 개질기.One of the second substrate and the third substrate forms an inlet for injecting the reactant into the moving channel, and the other forms an outlet for discharging a product generated through the catalytic reaction of the reactant by the catalyst layer. Reformer for fuel cell systems. 제 1 항 내지 제 8 항 중에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 8, 상기 이동 채널이 사행(蛇行: meander)의 형상으로 이루어지는 연료 전지 시스템용 개질기.A reformer for a fuel cell system in which said moving channel is in the shape of a meander. 제 1 항 내지 제 8 항 중에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 8, 상기 촉매층이 연료와 산소의 산화 반응을 촉진시켜 열 에너지를 발생시키는 산화 촉매로서 구비되는 연료 전지 시스템용 개질기.A reformer for a fuel cell system, wherein the catalyst layer is provided as an oxidation catalyst that promotes an oxidation reaction of fuel and oxygen to generate thermal energy. 제 1 항 내지 제 8 항 중에서 선택되는 어느 한 항에 있어서,The method according to any one of claims 1 to 8, 상기 촉매층이 연료의 개질 반응을 촉진시켜 상기 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질 촉매로서 구비되는 연료 전지 시스템용 개질기.A reformer for a fuel cell system, wherein the catalyst layer is provided as a reforming catalyst for promoting a reforming reaction of a fuel to generate hydrogen gas from the fuel.
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