KR20080040463A - Fuel reformer - Google Patents

Fuel reformer Download PDF

Info

Publication number
KR20080040463A
KR20080040463A KR1020060108457A KR20060108457A KR20080040463A KR 20080040463 A KR20080040463 A KR 20080040463A KR 1020060108457 A KR1020060108457 A KR 1020060108457A KR 20060108457 A KR20060108457 A KR 20060108457A KR 20080040463 A KR20080040463 A KR 20080040463A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
reforming reaction
heat source
fuel
reforming
fuel reformer
Prior art date
Application number
KR1020060108457A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
김주용
이성철
이용걸
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성에스디아이 주식회사 filed Critical 삼성에스디아이 주식회사
Priority to KR1020060108457A priority Critical patent/KR20080040463A/en
Publication of KR20080040463A publication Critical patent/KR20080040463A/en

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/22—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds
    • C01B3/24—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons
    • C01B3/26—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by decomposition of gaseous or liquid organic compounds of hydrocarbons using catalysts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/0612—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material
    • H01M8/0625—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants from carbon-containing material in a modular combined reactor/fuel cell structure
    • H01M8/0631—Reactor construction specially adapted for combination reactor/fuel cell
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/02—Processes for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0205—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step
    • C01B2203/0227—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step
    • C01B2203/0233—Processes for making hydrogen or synthesis gas containing a reforming step containing a catalytic reforming step the reforming step being a steam reforming step
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/06—Integration with other chemical processes
    • C01B2203/066—Integration with other chemical processes with fuel cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0805—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/0811—Methods of heating the process for making hydrogen or synthesis gas by combustion of fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1005—Arrangement or shape of catalyst
    • C01B2203/1035—Catalyst coated on equipment surfaces, e.g. reactor walls
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

A fuel reformer is provided to maintain superior thermal conductivity by a heat source part made of metal, improve catalytic efficiency by a stably coated reforming catalyst formed in a channel within a reforming reaction part made of a ceramic material, and improve efficiency of the fuel reformer itself. A fuel reformer comprises: a reforming reaction part(10) which is made of a ceramic material, in which an internal space is formed so that a reforming catalyst is positioned in the internal space, and which generates hydrogen gas by reforming fuel and steam that flow into the reforming reaction part; and a heat source part(20) which is made of a metallic material, which generates heat by oxidizing flue that flows into the heat source part, and which supplies the generated heat to the reforming reaction part. The fuel reformer further comprises a supporting member for supporting the reforming reaction part and the heat source part in a way that the reforming reaction part and the heat source part are closely adhered to each other on at least one face of the supporting member. The supporting member is a molding member for molding at least portions of the reforming reaction part and the heat source part in a state that the reforming reaction part and the heat source part draw close to each other. The supporting member is a bolt and nut member or an engagement member.

Description

연료 개질기{Fuel Reformer}Fuel Reformer

도 1은 일반적인 고분자 전해질형 연료전지 시스템을 나타낸 개략도이다.1 is a schematic view showing a typical polymer electrolyte fuel cell system.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 연료 개질기의 블록도이다.2 is a block diagram of a fuel reformer according to a preferred embodiment of the present invention.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질기의 개략적인 사시도이다.3A is a schematic perspective view of a fuel reformer in accordance with one embodiment of the present invention.

도 3b는 도 3a의 연료 개질기의 분해 사시도이다.3B is an exploded perspective view of the fuel reformer of FIG. 3A.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 개질기의 횡단면 개략도이다.4 is a cross-sectional schematic diagram of a fuel reformer according to another embodiment of the present invention.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료 개질기의 횡단면 개략도이다.5 is a cross-sectional schematic diagram of a fuel reformer according to another embodiment of the present invention.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 연료 개질기의 종단면 개략도이다.6 is a longitudinal cross-sectional schematic view of a cylindrical fuel reformer in accordance with another embodiment of the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings

10, 10a : 세라믹 개질반응부10, 10a: ceramic reforming reaction unit

20, 20a, 20b, 20c : 열원부20, 20a, 20b, 20c: heat source portion

30, 30a, 30b : 지지부재30, 30a, 30b: support member

본 발명은 연료 개질기에 관한 것으로, 특히 장치 효율과 촉매 효율을 향상 시키고 제작 비용을 절감시킬 수 있는 연료전지용 연료 개질기에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel reformer, and more particularly, to a fuel reformer for a fuel cell that can improve device efficiency and catalyst efficiency and reduce manufacturing costs.

연료전지(fuel cell)는 메탄올, 에탄올, 천연가스, 부탄, 휘발유 등의 탄화수소 계열의 유기연료로부터 직접 전기 에너지를 얻는 발전 시스템으로서, 저공해와 고효율의 이점과 함께 차세대 에너지원으로 주목받고 있다.A fuel cell is a power generation system that directly obtains electrical energy from hydrocarbon-based organic fuels such as methanol, ethanol, natural gas, butane and gasoline, and has attracted attention as a next generation energy source with advantages of low pollution and high efficiency.

연료전지는 사용되는 전해질(electrolyte)의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융탄산염 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지, 알칼리 연료전지 등으로 구분할 수 있으며, 이들 각각의 연료전지는 기본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. 그 중에 고분자 전해질형 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell: PEMFC)는 고분자를 전해질로 사용하기 때문에 전해질에 의한 부식이나 증발의 위험이 없으며 단위면적당 높은 전류밀도를 얻을 수 있고 게다가 다른 종류의 연료전지에 비해 출력 특성이 월등히 높고 작동 온도가 낮기 때문에 현재 자동차 등의 이동용 전원, 주택이나 공공건물 등의 분산용 전원 및 전자기기 전원 등의 소형 전원으로 이용하기 위하여 그것에 대한 개발이 활발히 추진되고 있다.Fuel cells may be classified into phosphoric acid fuel cells, molten carbonate fuel cells, solid oxide fuel cells, polymer electrolyte fuel cells, and alkaline fuel cells according to the type of electrolyte used. Are basically operated on the same principle, but differ in the type of fuel used, operating temperature, catalyst and electrolyte. Among them, polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) uses polymer as electrolyte, so there is no risk of corrosion or evaporation by electrolyte and high current density per unit area can be obtained. Compared with the high output characteristics and low operating temperature, development is being actively promoted for use as a mobile power source for automobiles, a distributed power source for a house or a public building, and a small power source for an electronic device.

연료전지는 막-전극 접합체(membrane electrode assembly: MEA)가 단위전지로서 구성되며, 각 단위전지에서 전기를 발생한다. 단위전지는 촉매층이 도포된 애노드 전극 및 캐소드 전극이 전해질 막을 사이에 두고 부착된 구조를 가진다. 애노드 전극 및 캐소드 전극에서의 전기화학 반응을 반응식으로 나타내면 하기의 반응식 1과 같다.The fuel cell includes a membrane electrode assembly (MEA) as a unit cell, and generates electricity in each unit cell. The unit cell has a structure in which an anode electrode and a cathode electrode coated with a catalyst layer are attached with an electrolyte membrane interposed therebetween. The electrochemical reaction of the anode electrode and the cathode electrode is shown in Scheme 1 below.

애노드 : 2H2 → 4H+ ＋ 4e- Anode: 2H 2 → 4H + + 4e -

캐소드 : O2 ＋ 4e- ＋ 4H+ → 2H2O Cathode: O 2 + 4e - + 4H + → 2H 2 O

단위전지에서 생성하는 전력은 약 1V 내외로 미약하기 때문에 하나의 단위전지로는 원하는 전력을 얻을 수 없는 경우가 많다. 따라서 통상적으로는 원하는 전력을 얻기 위하여 연료전지는 복수개의 단위전지를 직렬로 연결한 스택 형태로 제작되어 사용된다.Since the power generated by the unit cell is about 1V or so, it is often impossible to obtain the desired power from a single unit cell. Therefore, in order to obtain a desired power, a fuel cell is typically manufactured and used in a stack form in which a plurality of unit cells are connected in series.

도 1은 일반적인 고분자 전해질형 연료전지 시스템의 개략도이다.1 is a schematic diagram of a typical polymer electrolyte fuel cell system.

도 1에 도시한 바와 같이, 일반적인 고분자 전해질형 연료전지 시스템은 탄화수소 계열의 유기 연료를 저장하는 연료탱크(1), 물을 저장하는 물탱크(2), 연료 개질기(4) 및 연료전지 스택(7)을 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 1, a typical polymer electrolyte fuel cell system includes a fuel tank 1 storing a hydrocarbon-based organic fuel, a water tank 2 storing water, a fuel reformer 4, and a fuel cell stack ( 7) consists of.

연료 개질기(4)는 연료탱크(1)로부터 공급되는 연료를 개질하여 수소 가스가 풍부한 개질 가스를 생성하고 생성한 개질 가스를 연료전지 스택(7)으로 공급한다. 도 1에서, 연료 개질기(4)는 연료탱크(1)로부터 공급되는 연료와 물탱크(2)로부터 공급되는 물을 개질촉매 반응에 의하여 수소를 풍부하게 함유한 개질가스를 발생시키는 개질부(5)와, 개질부(5)의 개질촉매 반응에 필요한 열을 공급하기 위하여 연료탱크(1) 등에서 공급되는 연료를 산화시켜 열을 발생시키고 발생된 열을 개질부(5)에 공급하는 열원부(6)를 포함하여 이루어지는 수증기개질 장치로 도시되어 있다.The fuel reformer 4 reforms the fuel supplied from the fuel tank 1 to produce a reformed gas rich in hydrogen gas, and supplies the reformed gas to the fuel cell stack 7. In FIG. 1, the fuel reformer 4 includes a reforming part 5 that generates a reformed gas rich in hydrogen by a reforming reaction between the fuel supplied from the fuel tank 1 and the water supplied from the water tank 2. And a heat source unit for generating heat by oxidizing fuel supplied from the fuel tank 1 or the like to supply heat necessary for the reforming reaction of the reforming unit 5 and supplying the generated heat to the reforming unit 5 ( It is shown as a steam reformer comprising 6).

연료전지 스택(7)은 이온전도성 고분자 전해질막과, 이 전해질막의 양면에 각각 위치하며 공급되는 연료 및 산화제를 전기화학적으로 반응시키는 애노드 전극과 캐소드 전극으로 이루어진 단위전지 복수개가 적층 형태로 구성된다. 연료전지 스택(7)은 연료 개질기(4)로부터 애노드 전극으로 공급되는 개질가스와 캐소드 전극으로 공급되는 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 생성하고, 생성된 전기 에너지를 원하는 부하(8)에 공급한다.The fuel cell stack 7 includes a plurality of unit cells each including an ion conductive polymer electrolyte membrane and an anode electrode and a cathode electrode which are positioned on both surfaces of the electrolyte membrane and electrochemically react the supplied fuel and an oxidant. The fuel cell stack 7 electrochemically reacts the reformed gas supplied from the fuel reformer 4 to the anode electrode and the oxidant supplied to the cathode electrode to generate electrical energy, and converts the generated electrical energy into a desired load 8. Supply.

전술한 연료 개질기(4)의 재료로는 통상 열전도성과 가공성이 우수한 알루미늄과 같은 금속이 주로 사용된다. 그러나, 탄화수소 연료와 수증기를 촉매 반응에 의해 개질하는 수증기 개질 반응부를 구비한 연료 개질기(4)의 경우, 내부의 금속성 유로에 개질 촉매를 코팅하기 어렵다는 단점이 있다. 이러한 이유로 종래의 연료 개질기에서는 장치 효율 및 촉매 효율이 낮아지는 문제점이 있다.As the material of the fuel reformer 4 described above, a metal such as aluminum having excellent thermal conductivity and workability is usually mainly used. However, in the case of the fuel reformer 4 including the steam reforming reaction unit for reforming hydrocarbon fuel and steam by a catalytic reaction, there is a disadvantage in that it is difficult to coat the reforming catalyst on the metallic flow path therein. For this reason, the conventional fuel reformer has a problem in that the device efficiency and the catalyst efficiency are lowered.

본 발명의 목적은 개질기 내부의 유로에 개질 촉매를 용이하게 코팅할 수 있는 세라믹 재료로 이루어지는 개질반응부와 함께, 개질반응부를 구성하는 재료와는 다른 재료 예컨대 열전도성이 우수한 금속으로 이루어진 열원부를 일체로 구성한 연료 개질기를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to integrate a reforming reaction part made of a ceramic material capable of easily coating a reforming catalyst in a flow path inside a reformer, and a heat source part made of a material different from the material constituting the reforming reaction part, for example, a metal having excellent thermal conductivity. It is to provide a fuel reformer composed of.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면에 의하면, 세라믹 재료로 이루어지며 개질 촉매가 위치하는 내부 공간을 구비하고, 유입되는 연료와 수증기를 개질하여 수소 가스를 발생시키는 개질반응부; 및 금속 재료로 이루어지 며, 유입되는 연료를 산화시켜 열을 발생시키고 발생된 열을 개질반응부에 공급하는 열원부를 포함하여 이루어지는 연료 개질기가 제공된다.In order to achieve the above technical problem, according to an aspect of the present invention, a reforming reaction unit made of a ceramic material and having an internal space in which the reforming catalyst is located, reforming the incoming fuel and steam to generate hydrogen gas; And a heat source unit, which is made of a metal material and oxidizes the incoming fuel to generate heat and supplies the generated heat to the reforming reaction unit.

바람직하게, 연료 개질기는 개질반응부와 열원부가 적어도 일면 상에서 밀착되도록 지지하는 지지부재를 추가적으로 포함한다. 지지부재는 개질반응부와 열원부를 맞붙인 상태에서 개질반응부와 열원부의 적어도 일부를 몰딩하는 몰딩 부재이거나, 볼트 및 너트 부재 또는 맞물림 부재일 수 있다.Preferably, the fuel reformer further includes a support member for supporting the reforming reaction portion and the heat source portion to be in close contact on at least one surface. The support member may be a molding member that molds at least a portion of the reforming reaction portion and the heat source portion in a state where the reforming reaction portion and the heat source portion are bonded to each other, or may be a bolt and nut member or an engagement member.

바람직하게, 연료 개질기에서 개질반응부 및 열원부 중 하나는 나머지 하나 내에 삽입된다.Preferably, one of the reforming reaction part and the heat source part in the fuel reformer is inserted into the other one.

바람직하게, 열원부는 그 내부에서 연료를 산화시키기 위한 버너 또는 연소촉매를 구비한다.Preferably, the heat source portion has a burner or combustion catalyst for oxidizing fuel therein.

이하, 본 발명의 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질기의 블록도이다.2 is a block diagram of a fuel reformer according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 연료 개질기는 유입되는 연료와 수증기를 개질시켜 수소 가스를 함유한 개질 가스를 발생시키는 개질반응부(10), 및 개질반응부(10)의 개질촉매 반응에 필요한 열을 공급하기 위하여 개질반응부(10)에 적어도 일면에 접합되며 유입되는 연료를 산화시켜 열을 발생시키고 발생된 열을 개질반응부(10)에 공급하는 열원부(20)를 포함하여 이루어진다.Referring to FIG. 2, the fuel reformer of the present invention is required for reforming reaction unit 10 for reforming fuel and steam introduced thereto to generate reformed gas containing hydrogen gas, and reforming catalyst reaction of reforming reaction unit 10. The heat source unit 20 is bonded to at least one surface of the reforming reaction unit 10 to supply heat to generate heat by oxidizing the incoming fuel, and supplies the generated heat to the reforming reaction unit 10.

개질반응부(10)는 세라믹 재료로 내부 공간을 갖는 판형 또는 원통형 구조로 형성되고, 개질반응부(10)의 내부는 개질촉매로 코팅된다. 이 경우, 세라믹 개질반응부(10)의 유로는 금속성 유로보다 개질촉매 코팅이 쉽기 때문에 개질촉매가 안정적으로 코팅될 수 있다.The reforming reaction unit 10 is formed of a plate-like or cylindrical structure having an internal space of a ceramic material, and the inside of the reforming reaction unit 10 is coated with a reforming catalyst. In this case, the reforming catalyst may be stably coated because the flow path of the ceramic reforming reaction unit 10 is easier to coat the reforming catalyst than the metal flow path.

열원부(20)는 금속 재료로 내부 공간을 갖는 판형 또는 원통형 구조로 형성되고, 개질반응부(10)에 열을 공급할 수 있도록 개질반응부(10)의 적어도 일면에 밀착된 상태로 접합된다.The heat source part 20 is formed of a plate-like or cylindrical structure having an internal space of a metal material, and is bonded to at least one surface of the reforming reaction part 10 so as to supply heat to the reforming reaction part 10.

전술한 구성에 의하면, 세라믹으로 이루어진 개질반응부(10)와 금속으로 이루어진 열원부(20)를 밀착된 상태로 접합시킨 연료 개질기를 이용함으로써 열원부(10)의 열전도성을 유지하면서 개질반응부(10) 내의 유로에 안정적으로 코팅된 개질촉매를 통해 촉매 효율을 높일 수 있고, 아울러 전체적인 연료 개질기의 장치 효율을 향상시킬 수 있다.According to the above-described configuration, the reforming reaction part is maintained while maintaining the thermal conductivity of the heat source part 10 by using a fuel reformer in which the reforming reaction part 10 made of ceramic and the heat source part 20 made of metal are bonded in close contact. Through the reforming catalyst coated stably in the flow path in (10), the catalyst efficiency can be increased, and the device efficiency of the overall fuel reformer can be improved.

도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료 개질기의 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 연료 개질기의 분해 사시도이다.3A is a perspective view of a fuel reformer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3B is an exploded perspective view of the fuel reformer of FIG. 3A.

도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 연료 개질기는 연료와 수증기를 개질 반응시켜 개질 가스를 생성하는 평판형 개질반응부(10), 및 평판형 개질반응부(10)의 수증기 개질 반응에 필요한 열을 제공하는 평판형 열원부(20)를 구비한다.3A and 3B, the fuel reformer according to the present invention is used for the steam reforming reaction of the plate reforming reaction unit 10 and the planar reforming reaction unit 10 for reforming the fuel and the steam to generate reformed gas. A flat heat source portion 20 is provided to provide the necessary heat.

평판형 개질반응부(10)는 유로(14)가 형성되어 있는 하판(12a)과 이 하판(12a)을 덮는 상판(12b)으로 이루어진 세라믹 몸체(12)를 구비한다. 유로(14)는 연료 및 물이 통과하며 개질촉매가 코팅되어 있는 통로가 되며, 외부로부터 세라믹 몸체(12) 내부로 연료 및 물이 유입되는 유입구(13) 및 연료의 수증기 개질 반응에 의해 생성된 개질가스가 배출되는 배출구(15)와 연결된다.The flat reforming reaction unit 10 includes a ceramic body 12 including a lower plate 12a in which a flow path 14 is formed, and an upper plate 12b covering the lower plate 12a. The flow passage 14 is a passage through which fuel and water pass and is coated with a reforming catalyst, and is formed by an inlet 13 through which fuel and water flow from the outside into the ceramic body 12 and steam reforming reaction of the fuel. It is connected to the outlet 15 through which the reformed gas is discharged.

평판형 열원부(20)는 내부 공간(24)을 갖는 하판(22a)과 이 하판(22a)을 덮는 상판(22b)으로 이루어진 금속 몸체(22)를 구비하며, 금속 몸체(22)는 외부에 부착된 열원(미도시) 예컨대 버너와 같은 열원의 노즐이 결합되는 유입구(23)와 배기 가스 배출을 위한 배출구(25)를 구비한다. 금속 몸체(22)의 하판(22a)과 상판(22b)은 용접에 의해 접합될 수 있다. 그리고 금속 몸체(22)의 내부 공간(24)은 버너 불꽃과 같이 연료를 산화시켜 열을 발생시키기 위한 공간이며, 발생된 열은 금속 몸체(22)에 맞닿아 있는 세라믹 개질반응부(10)로 전도된다.The plate heat source portion 20 has a metal body 22 composed of a lower plate 22a having an inner space 24 and an upper plate 22b covering the lower plate 22a, the metal body 22 being externally provided. It is provided with an inlet port 23 to which a nozzle of a heat source such as a burner is attached and an outlet port 25 for exhaust gas discharge. The lower plate 22a and the upper plate 22b of the metal body 22 may be joined by welding. In addition, the inner space 24 of the metal body 22 is a space for generating heat by oxidizing fuel, such as a burner flame, and the generated heat is a ceramic reforming reaction part 10 which is in contact with the metal body 22. Is inverted.

특히, 본 발명의 연료 개질기는 개질반응부(10)가 열원부(20)의 상부측 외표면 홈(27)에 끼워맞춰져 삽입되는 구조를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 개질반응부(10)의 세라믹 몸체(12)는 열원부(20)의 상판(22b)의 홈(27)에 끼워져 지지되며, 세라믹 몸체(12)의 하판(12a) 및 상판(12b) 사이에는 연료 및 물의 누수 방지를 위한 개스킷이 삽입 설치될 수 있다.In particular, the fuel reformer of the present invention is characterized in that the reforming reaction unit 10 is provided with a structure in which the reforming reaction unit 10 is fitted into and inserted into the upper outer surface groove 27 of the heat source unit 20. In this case, the ceramic body 12 of the reforming reaction unit 10 is supported by being inserted into the grooves 27 of the upper plate 22b of the heat source unit 20, and the lower plate 12a and the upper plate 12b of the ceramic body 12. ), A gasket for preventing leakage of fuel and water may be inserted.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료 개질기의 횡단면 개략도이다.4 is a cross-sectional schematic diagram of a fuel reformer according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 본 발명의 연료 개질기는 내부에 유로(14)를 갖는 평판형 세라믹 몸체(12)로 이루어지며 유로(14)에 코팅된 개질촉매(16)를 구비하는 개질반응부(10), 내부 공간(24)을 갖는 평판형 금속 몸체(22)로 이루어지며 금속 몸체(22)의 내부 공간(24)에 삽입된 산화촉매(26)를 구비하는 열원부(20), 및 서로 밀착된 상태의 개질반응부(10)와 열원부(20)를 포위하여 지지하는 몰딩 부재(30)를 포함한다. 도 4에서 유로(14)는 도 3에 도시한 유로(14)와 유사한 구조를 포함할 수 있으며, 유로(14) 내에 표시된 화살표는 유로(14)를 따라 이동하는 연료와 수증기의 흐름 방향을 나타낸다.Referring to FIG. 4, the reformer 10 includes a flat ceramic body 12 having a flow passage 14 therein and includes a reforming catalyst 16 coated on the flow passage 14. ), A heat source portion 20 having an oxidation catalyst 26 made of a flat metal body 22 having an inner space 24 and inserted into the inner space 24 of the metal body 22, and in close contact with each other. And a molding member 30 surrounding and supporting the reforming reaction unit 10 and the heat source unit 20 in a closed state. In FIG. 4, the flow passage 14 may include a structure similar to the flow passage 14 shown in FIG. 3, and an arrow marked in the flow passage 14 indicates a flow direction of fuel and water vapor moving along the flow passage 14. .

몰딩 부재(30)는 개질반응부(10)와 열원부(20)가 밀착된 상태를 유지하도록 개질반응부(10)와 열원부(20)의 적어도 일부에 형성될 수 있다. 전술한 몰딩 부재(30)는 일정한 틀 속에서 개질반응부(10)와 열원부(20)가 서로 밀착되도록 압박한 상태로 몰딩 재료를 넣고 경화시켜 제작할 수 있다. 몰딩 재료로는 폴리프로필렌과 같은 내열성을 우수한 소재를 이용한 재료가 사용될 수 있다.The molding member 30 may be formed on at least a portion of the reforming reaction unit 10 and the heat source unit 20 so as to maintain the state in which the reforming reaction unit 10 and the heat source unit 20 are in close contact. The above-mentioned molding member 30 may be manufactured by inserting and molding a molding material in a pressed state such that the reforming reaction unit 10 and the heat source unit 20 are in close contact with each other in a predetermined frame. As the molding material, a material using a material having excellent heat resistance such as polypropylene may be used.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 연료 개질기의 횡단면 개략도이다.5 is a cross-sectional schematic diagram of a fuel reformer according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 연료 개질기는 개질반응부(10)와, 높고 균일한 개질반응 온도를 제공하기 위하여 개질반응부(10)의 하부측 및 상부측에 각각 위치하는 제1 열원부(20a) 및 제2 열원부(20b)와, 개질반응부(10)와 제1 및 제2 열원부(20a, 20b)를 서로 밀착된 상태로 지지하기 위한 지지 부재(30a, 30b)를 구비한다.Referring to FIG. 5, the fuel reformer of the present invention includes a reforming reaction part 10 and a first heat source part respectively located on the lower side and the upper side of the reforming reaction part 10 to provide a high and uniform reforming reaction temperature. 20a and the 2nd heat source part 20b, and the support member 30a and 30b for supporting the reforming reaction part 10 and the 1st and 2nd heat source parts 20a and 20b in close contact with each other. do.

개질반응부(10)는 세라믹 소재의 몸체(12)와 세라믹 몸체(12) 내에 형성되어 있는 유로(14)와, 유로(14)에 코팅되어 있는 개질촉매(16)를 구비하며, 유입되는 연료와 수증기를 개질하여 개질 가스를 발생시킨다.The reforming reaction unit 10 includes a body 12 made of a ceramic material, a flow path 14 formed in the ceramic body 12, and a reforming catalyst 16 coated on the flow path 14. And reformed water vapor to generate a reformed gas.

제1 열원부(20a)는 개질반응부(10) 일측면에 위치하며 금속 소재의 몸체(22)와 금속 몸체(22)의 내부 공간(24)에 삽입된 산화촉매(26)를 구비한다. 제2 열원부(20b)는 개질반응부(10)를 사이에 두고 제1 열원부(20a)와 마주하는 개질반응부(10)의 타측면에 위치하며 금속 소재의 몸체(22)와 금속 몸체(22)의 내부 공 간(24)에 삽입된 산화촉매(26)를 구비한다. 제1 및 제2 열원부(20a, 20b)는 유입되는 연료를 산화촉매로 산화시켜 열을 발생시키고 발생된 열을 효과적으로 개질반응부(10)에 공급한다.The first heat source part 20a is positioned on one side of the reforming reaction part 10 and includes an oxidation catalyst 26 inserted into the body 22 of the metal material and the inner space 24 of the metal body 22. The second heat source part 20b is located on the other side of the reforming reaction part 10 facing the first heat source part 20a with the reforming reaction part 10 interposed therebetween, and the body 22 of the metal material and the metal body. And an oxidation catalyst 26 inserted into the internal space 24 of (22). The first and second heat source units 20a and 20b generate heat by oxidizing the introduced fuel with an oxidation catalyst and effectively supply the generated heat to the reforming reaction unit 10.

본 실시예에서 지지부재(30a, 30b)는 제1 열원부(20a), 개질반응부(10) 및 제2 열원부(20b)의 가장자리를 관통한 볼트와 이 볼트의 말단부에 결합된 너트로 구성되어 있다.In the present embodiment, the support members 30a and 30b are bolts that penetrate the edges of the first heat source portion 20a, the reforming reaction portion 10, and the second heat source portion 20b and nuts coupled to the distal ends of the bolts. Consists of.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 원통형 연료 개질기의 종단면 개략도이다.6 is a longitudinal cross-sectional schematic view of a cylindrical fuel reformer in accordance with another embodiment of the present invention.

도 6을 참조하면, 본 발명의 연료 개질기는 원통형 개질반응부(10c)와 이 원통형 개질반응부(10c)를 둘러싸는 원통형 열원부(20c)를 포함하여 이루어진다. 원통형 개질반응부(10c)는 세라믹 소재로 이루어진 원통형 몸체(12c)와, 원통형 몸체(12c) 내의 유로(14c)에 코팅되어 있는 개질촉매(16c)를 구비한다. 원통형 열원부(20c)는 원통형 개질반응부(10c)를 둘러싸는 금속 소재의 원통형 몸체(22c)와, 이 원통형 몸체(22c)의 내측 및 원통형 개질반응부(10c)의 외측에 의해 한정되는 공간(24c)에 위치하는 산화촉매(26c)를 구비한다.Referring to FIG. 6, the fuel reformer of the present invention includes a cylindrical reforming reaction part 10c and a cylindrical heat source part 20c surrounding the cylindrical reforming reaction part 10c. The cylindrical reforming reaction unit 10c includes a cylindrical body 12c made of a ceramic material and a reforming catalyst 16c coated on the flow path 14c in the cylindrical body 12c. The cylindrical heat source portion 20c is a space defined by a cylindrical body 22c of a metallic material surrounding the cylindrical reforming reaction portion 10c, and an inner side of the cylindrical body 22c and an outer side of the cylindrical reforming reaction portion 10c. An oxidation catalyst 26c positioned at 24c is provided.

전술한 실시예들의 연료 개질기는 개질반응부의 소재로 세라믹을 이용함으로써 개질반응부 내의 유로에 코팅되는 개질촉매의 안정성을 높일 수 있고, 열원부의 소재로 일반 금속, 금속과 금속을 조합한 합금 또는 금속과 다른 원소를 조합한 합금을 이용함으로써 원하는 열전도율을 확보할 수 있다. 전술한 구성에 따르면 본 발명은 연료 개질기에 있어서 촉매 효율 및 장치 효율을 향상시킬 수 있다.The fuel reformer of the above-described embodiments can improve the stability of the reforming catalyst coated on the flow path in the reforming reaction part by using ceramic as the material of the reforming reaction part, and a general metal, an alloy or a combination of metals and metals as the heat source part material. Desired thermal conductivity can be secured by using an alloy in which a metal and other elements are combined. According to the above-described configuration, the present invention can improve catalyst efficiency and device efficiency in a fuel reformer.

한편 전술한 실시예들에서는 구체적으로 언급하지 않았지만, 본 발명은 개질반응부 뒤에 설치되며 개질반응부에서 나오는 개질 가스에 함유된 일산화탄소의 함유량을 낮추기 위한 WGS(water gas shift) 반응기 및/또는 일산화탄소 저감기 예컨대 PROX(preferential CO oxidation) 반응기를 구비할 수 있다.On the other hand, although not specifically mentioned in the above embodiments, the present invention is installed after the reforming reaction unit and the water gas shift (WGS) reactor and / or carbon monoxide low to reduce the content of carbon monoxide contained in the reforming gas from the reforming reaction unit Colds may be provided, for example, with a PROX (preferential CO oxidation) reactor.

상기한 설명에서 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나, 그것들은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 의하여 정해지는 것이 아니고 특허청구범위에 기재된 기술적 사상에 의해 정해져야 한다.While many details are set forth in the foregoing description, they should be construed as illustrative of preferred embodiments rather than to limit the scope of the invention. The scope of the present invention should not be determined by the described embodiments, but should be determined by the technical spirit described in the claims.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 900℃의 고온의 열을 발생시키며 금속 소재로 구성되는 열원부와, 연료의 수증기 개질 반응에 의해 수소 가스가 풍부한 개질 가스를 생성하며 세라믹 소재로 구성되는 개질반응부를 밀착시킨 구조를 이용함으로써, 금속 소재의 열원부에 의해 우수한 열전도율을 유지하면서 세라믹 소재의 개질반응부 내의 유로에 안정적으로 코팅된 개질촉매에 의하여 촉매 효율을 향상시킬 수 있다. 아울러. 연료 개질기 자체의 장치 효율을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the present invention, a heat source part consisting of a metal material and generating a reformed gas rich in hydrogen gas by a steam reforming reaction of a fuel generates a high temperature heat of 900 ° C. and is composed of a ceramic material. By using the structure in which the reaction portion is in close contact, the catalyst efficiency can be improved by a reforming catalyst stably coated on the flow path in the reforming reaction portion of the ceramic material while maintaining excellent thermal conductivity by the heat source portion of the metal material. together. It is possible to improve the device efficiency of the fuel reformer itself.

Claims (6)

세라믹 재료로 이루어지며 개질 촉매가 위치하는 내부 공간을 구비하고, 유입되는 연료와 수증기를 개질하여 수소 가스를 발생시키는 개질반응부; 및A reforming reaction unit made of a ceramic material and having an internal space in which a reforming catalyst is located, and reforming an incoming fuel and steam to generate hydrogen gas; And 금속 재료로 이루어지며, 유입되는 연료를 산화시켜 열을 발생시키고 발생된 열을 상기 개질반응부에 공급하는 열원부를 포함하여 이루어지는 연료 개질기.A fuel reformer made of a metal material, comprising a heat source portion for oxidizing an incoming fuel to generate heat and supplying the generated heat to the reforming reaction portion. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 개질반응부와 상기 열원부가 적어도 일면 상에서 밀착되도록 지지하는 지지부재를 추가적으로 포함하는 연료 개질기.And a support member for supporting the reforming reaction portion and the heat source portion to be in close contact on at least one surface. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 지지부재는 상기 개질반응부와 상기 열원부를 맞붙인 상태에서 상기 개질반응부와 상기 열원부의 적어도 일부를 몰딩하는 몰딩 부재인 연료 개질기.And the support member is a molding member for molding at least a portion of the reforming reaction portion and the heat source portion in a state where the reforming reaction portion and the heat source portion are bonded to each other. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 지지부재는 볼트 및 너트 부재 또는 맞물림 부재인 연료 개질기.And the support member is a bolt and nut member or an engagement member. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 개질반응부 및 상기 열원부 중 하나는 나머지 하나 내에 삽입되는 연료 개질기.One of the reforming reaction part and the heat source part is inserted into the other one. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 열원부는 상기 연료를 산화시켜 열을 발생시키기 위한 버너 또는 연소촉매를 포함하는 연료 개질기.The heat source unit includes a burner or a combustion catalyst for oxidizing the fuel to generate heat.
KR1020060108457A 2006-11-03 2006-11-03 Fuel reformer KR20080040463A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060108457A KR20080040463A (en) 2006-11-03 2006-11-03 Fuel reformer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020060108457A KR20080040463A (en) 2006-11-03 2006-11-03 Fuel reformer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20080040463A true KR20080040463A (en) 2008-05-08

Family

ID=39648132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020060108457A KR20080040463A (en) 2006-11-03 2006-11-03 Fuel reformer

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20080040463A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101251160B1 (en) * 2008-04-16 2013-04-04 주식회사 엘지화학 Fuel reforming reactor using ceramic board

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101251160B1 (en) * 2008-04-16 2013-04-04 주식회사 엘지화학 Fuel reforming reactor using ceramic board

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8043389B2 (en) Fuel cell heat recovering reformer and system
US8486162B2 (en) Reformer for fuel cell system and fuel cell system having the same
EP1962358B1 (en) Fuel cell stack and fuel cell system having the same
JP4351643B2 (en) Fuel cell system reformer and fuel cell system
JP2006012817A (en) Reformer for fuel cell and fuel cell system comprising the same
JP4956946B2 (en) Fuel cell
KR101155924B1 (en) Fuel cell system, reformer and burner
US20060014056A1 (en) Reformer and fuel cell system having the same
KR100821037B1 (en) Reformer for fuel cell and fuel cell using the same
US8785069B2 (en) Fuel cell system having a reformer
US20050181251A1 (en) Fuel cell system
KR20080040463A (en) Fuel reformer
KR101173858B1 (en) Reformer for fuel cell system and fuel cell system having thereof
US20060093532A1 (en) Reformer for fuel cell
KR100560495B1 (en) Reformer for fuel cell system and fuel cell system having thereof
JP2005294152A (en) Solid oxide fuel cell
KR100570698B1 (en) Fuel cell system and reformer used thereto
JP4834698B2 (en) Fuel reformer and fuel cell system
KR100673746B1 (en) Seperator for fuel cell and, Stack and Fule cell system having thereof
JP2010238433A (en) Fuel battery module
KR100560442B1 (en) Fuel cell system
EP2381523B1 (en) Reforming apparatus for fuel cell system
KR20070102313A (en) Reformer and fuel cell system using the same
KR20070027968A (en) Reformer and fuel cell system with the same
JP2010287502A (en) Raw material supply device for fuel cell

Legal Events

Date Code Title Description
WITN Withdrawal due to no request for examination