KR20080072442A - 반응기 - Google Patents

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KR20080072442A
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김주용
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Abstract

본 발명은 연료전지용 반응기에 관한 것으로, 특히 열효율을 향상시킬 수 있고 각 반응부의 반응 온도를 용이하게 제어할 수 있는 연료전지용 개질 장치에 사용될 수 있는 반응기에 관한 것이다.
본 발명의 반응기는, 열전도율이 높은 단일 고체로 형성되는 코어 열전도체; 열전도율이 높은 단일 고체로 형성되는 페리퍼럴 열전도체; 및 상기 코어 열전도체 및 페리퍼럴 열전도체 사이의 공간으로서 형성되는 튜브 형태의 통기로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 반응기를 개질 장치내 각 반응부에 적용함에 의해, 개질 장치의 열전달 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
연료 전지, 개질기, 원통형, 반응기, PEM

Description

반응기{REACTOR}
도 1a 내지 1c는 본 발명의 일실시예에 따른 반응기의 구조를 나타낸 도면.
도 2a 및 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반응기의 구조를 나타낸 도면.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반응기의 구조를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반응기가 채용된 연료전지 시스템의 일례를 나타내는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
22, 32, 52 : 코어 열전도체
23, 33, 53 : 튜브 형태의 통기로
24, 34, 54 : 페리퍼럴 열전도체
28, 38, 68 : 발열부
26, 36, 66 : 유입구
27, 37, 67 : 배기구
본 발명은 연료전지용 반응기에 관한 것으로, 특히 열효율을 향상시킬 수 있고 각 반응부의 반응 온도를 용이하게 제어할 수 있는 연료전지용 개질 장치에 사용될 수 있는 반응기에 관한 것이다.
연료전지는 수소와 산소를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시키는 발전 시스템이다. 연료전지는 사용되는 전해질(electrolyte)의 종류에 따라, 인산형 연료전지, 용융탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지, 알칼리형 연료 전지 등으로 분류된다. 이들 각각의 연료전지는 기본적으로 같은 원리에 의해 작동되지만 사용되는 연료의 종류, 운전온도, 촉매, 전해질 등이 서로 다르다. 그 가운데, 고분자 전해질형 연료전지(polymer electrolyte membrane fuel cell, PEMFC)는 다른 연료전지에 비하여 출력 특성이 월등히 높고, 작동 온도가 낮으며, 아울러 빠른 시동 및 응답특성과 함께, 휴대용 전자기기용과 같은 이동용(transportable) 전원이나 자동차용 동력원과 같은 수송용 전원은 물론, 주택, 공공건물의 정지형 발전소와 같은 분산용 전원 등 그 응용 범위가 넓은 장점을 가진다.
수소는 연료전지의 애노드 전극에서 일어나는 전기화학적 산화 반응에 있어서 가장 반응성이 뛰어나고 산소와 반응한 후, 물을 생성하여 공해물질을 배출하지 않기 때문에 연료전지의 연료로 가장 적합하다. 하지만 수소는 자연 상태에 거의 존재하지 않기 때문에 다른 원료로부터 개질하여 얻는다. 예를 들면, 수소는 가솔 린, 디젤, 메탄올, 에탄올, 천연 가스 등와 같은 탄화수소 계열의 연료로부터 개질 장치를 통해 얻을 수 있다. 또한, 수소는 현재 시중에 판매되고 있는 부탄캔 등의 연료 제품으로부터 손쉽게 얻을 수 있다. 따라서, 연료전지의 연료 공급원으로서 부탄캔을 이용한다면, 부탄캔의 내부 압력을 이용하여 연료를 공급할 수 있다는 이점이 있다.
상기 탄화수소 계열의 연료로부터 수소를 발생시키기 위하여 개질기를 구비한다. 상기 개질기는 보다 개질 효율을 높이기 위해 그 내부를 개질 반응부, 수성가스 전환부, 선택적 산화부로 구획할 수 있으며, 상기 개질 반응부를 다시 수증기 개질 반응부 및 자열 개질 반응부로 구획할 수 있다. 상기 수성가스 전환부 및 선택적 산화부는 일산화탄소 저감부를 형성한다.
상기 각 반응부는 설치되는 각각의 반응 촉매에 따라 요구되는 반응온도 범위가 서로 다르다. 예를 들면, 수증기 개질(steam reforming, SR) 반응의 반응온도 범위는 개질 원료의 종류에 따라 다른데, 부탄 등의 탄화수소계 연료일 때는 대략 600℃ 내지 900℃이고, 메탄올 연료일 때는 대략 250℃ 내지 400℃이다. 그리고 일산화탄소를 제거하기 위한 공정 중의 하나인 수성가스 전환(water gas shift, WGS) 반응의 반응온도 범위는 대략 200℃ 내지 350℃이고 선택적 산화(preferential CO oxidation, PROX) 반응의 반응온도 범위는 대략 100℃ 내지 250℃이다. 이와 같이, 개질기의 각 반응부의 반응온도 범위는 개질 반응부, 수성가스 전환부, 선택적 산화부 순으로 반응온도 대역이 낮아진다.
개질기의 개질 효율은 연료전지 시스템의 전체 효율에 있어 큰 비중을 차지 하는데, 개질기의 효율을 높이기 위해서는 개질기의 구조를 복잡하게 하면 개질기의 제작비용이 증대된다. 즉, 개질기의 개질 효율과 개질기의 제작비 절감이라는 서로 상반되는 문제점들이 있었다.
본 발명은 상기 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 저렴한 비용으로 제작될 수 있으며, 균일하고 신속하게 예열할 수 있는 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 반응기는, 열전도율이 높은 단일 고체로 형성되는 코어 열전도체; 열전도율이 높은 단일 고체로 형성되는 페리퍼럴 열전도체; 및 상기 코어 열전도체 및 페리퍼럴 열전도체 사이의 공간으로서 형성되는 튜브 형태의 통기로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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.
예컨대, 하기 실시예에서는 탄화수소를 개질하여 수소를 발생시키는 개질 반 응부에 본 발명의 사상에 따른 튜블라 반응기를 적용한 경우로 구체화하여 설명하였지만, 일반적인 PEM 연료전지의 개질 장치에 포함되는 일산화탄소 저감기 및/또는 선택적 산화기에도 본 발명의 사상에 따른 반응기를 적용할 수 있다. 이는 단순히 촉매 및 반응 온도를 변경하는 것에만 차이가 있을 뿐이므로, 본 발명 내용을 일산화탄소 저감기 및/또는 선택적 산화기 적용하는 것은 당업자에게 자명하며, 이 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.
(실시예 1)
도 1a 및 1b는 본 발명 일실시예에 따른 반응기의 상면 및 정면 단면을 도시하며, 도 1c는 상기 반응기의 입체적인 구조를 도시하고 있다.
도시한 반응기는, 열전도율이 높은 단일 고체로 형성되는 코어 열전도체(22); 열전도율이 높은 단일 고체로 형성되는 페리퍼럴 열전도체(24); 상기 코어 열전도체(22) 및 페리퍼럴 열전도체(24) 사이의 공간으로서 형성되는 튜브 형태의 통기로(23); 및 상기 코어 열전도체 및 페리퍼럴 열전도체를 가열하기 위한 열원부(28)로서, 열원용 연료를 연소시키는 버너로 이루어진다.
여기서, 상기 튜브 형태의 통기로(23)에는 탄화수소 가스인 원료 가스가 유입되는 유입구(26) 및 내부에서 개질된 가스를 배출하는 배기구(27)를 구비한다.
도시한 반응기(20)는 연료전지 시스템에서 비교적 높은 온도를 요구받는 탄화수소 개질 반응부에 적용하기 위한 것으로, 비교적 높은 온도를 위한 충분한 열량을 공급하기 위해 열원용 가스를 연소시키는 버너를 열원부로 구현하였다. 상기 열원용 가스는 별도로 장만하기 보다는 개질용 원료 가스인 탄화수소 가스 일부를 열원용으로 사용하는 것이 바람직하다.
만약, 도시한 반응기가 비교적 온도가 낮은 수성가스 전환부 또는 선택적 산화부에 적용하는 경우에는 상기 열원부는 버너 보다는 니크롬선 같은 전열수단이나 개질 반응부 같은 다른 고열원으로부터의 열전달 수단(예 : 히트파이프)으로 구현할 수도 있다.
상기 코어 열전도체 및 페리퍼럴 열전도체는 열전도 효율이 매우 높은 금속으로 구현하는 것이 바람직하며, 별도의 복잡한 구성요소의 추가 형성 없이 단일 금속 덩어리 형태로 구현하는 것이 제작 비용절감에 있어 바람직하다. 상기 금속성 열전도체는 철, 알루미늄 등의 금속이나 또는 이들 금속 중 적어도 하나를 주성분으로 하는 합금으로 구현할 수 있다.
일반적으로 열을 이동시키는 메커니즘으로는 전도, 대류, 복사가 있는데, 이중 금속 같은 열전도체에 의한 열전도가 대류나 복사에 비하여 다량의 열을 빠르게 이동시킬 수 있다.
즉, 도시한 반응기는 금속의 열전도 현상을 이용하여 다량의 열을 빠르게 이동시키므로, 대류를 이용하여 열을 전달하는 종래 기술에 비하여, 통기로(23) 내의 기체에 열을 효율적으로 전달할 수 있다. 이에 따라, 도시한 반응기를 개질 반응부에 적용하면, 튜브 형태의 통기로(23) 내부의 부탄함유 연료를 수증기 개질 반응에 적합한 고온 분위기, 대략 600℃ 내지 900℃에 신속하게 도달하도록 할 수 있다. 또는 선택적 산화부나 수성가스 전환부에 적용하는 경우에도, 적절한 반응 온도로 신속하게 올릴 수 있다.
상기 튜브 형태의 통기로(23)를 형성하는 내벽에는 반응에 필요한 촉매가 코팅되어 촉매층을 형성할 수 있다. 예컨대, 도시한 반응기가 수증기 개질 반응부로 적용된다면 그 촉매층으로는 Ni/Al2O3, Ru/ZrO2, Ru/Al2O3, 고분산 Ru/CeO2-Al2O3, 그외 Ru계 촉매, Rh계 촉매등의 촉매가 사용될 수 있고, 일산화탄소 저감부로 적용된다면 그 촉매층으로는 Cr2O3/Fe3O4, Cu/ZnO/Al2O3 등의 촉매가 사용될 수 있다.
도 2a 및 2b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 반응기의 상면 및 정면 단면을 도시하고 있다.
도시한 반응기는, 열전도율이 높은 단일 고체로 형성되는 코어 열전도체(32); 열전도율이 높은 단일 고체로 형성되는 페리퍼럴 열전도체(34); 상기 코어 열전도체(32) 및 페리퍼럴 열전도체(34) 사이의 공간으로서 형성되는 튜브 형태의 통기로(33); 및 상기 코어 열전도체 및 페리퍼럴 열전도체를 가열하기 위한 열원부(38)로서, 열원용 연료를 연소시키는 버너로 이루어지며, 상기 코어 열전도체(32)에는 상기 버너에서 발생되는 연소 가스를 배출하기 위한 배기로(44); 및 상기 버너에서 연소시 발생하는 화염이 위치하는 공간(42)이 형성되어 있다. 구현에 따라, 상기 배기로(44) 및 화염 위치 공간(42) 중 하나만 형성할 수도 있다.
또한, 상기 튜브 형태의 통기로(33)에는 탄화수소 가스인 원료 가스가 유입 되는 유입구(36) 및 내부에서 개질된 가스를 배출하는 배기구(37)를 구비한다.
도시한 반응기(30)는 연료전지 시스템에서 비교적 높은 온도를 요구받는 탄화수소 개질 반응부에 적용하기 위한 것으로, 비교적 높은 온도를 위한 충분한 열량을 공급하기 위해 열원용 가스를 연소시키는 버너를 열원부로 구현하였다. 상기 열원용 가스는 별도로 장만하기 보다는 개질용 원료 가스인 탄화수소 가스 일부를 열원용으로 사용하는 것이 바람직하다.
상기 코어 열전도체 및 페리퍼럴 열전도체는 열전도 효율이 매우 높은 금속으로 구현하는 것이 바람직하며, 별도의 복잡한 구성요소의 추가 형성 없이 단일 금속 덩어리 형태로 구현하는 것이 제작 비용절감에 있어 바람직하다. 비록 화염 위치 공간(42) 및 배기로(44)가 형성되기는 하지만, 단일 형태로 성형하는데 무리를 주지 않는 단순한 형상이다.
도시한 반응기는 금속의 열전도 현상을 이용하여 다량의 열을 빠르게 이동시키므로, 대류를 이용하여 열을 전달하는 종래 기술에 비하여, 통기로(33) 내의 기체에 열을 효율적으로 전달할 수 있으며, 화염 위치 공간(42)에 의해 버너(38)에서 발생하는 열을 코어 열전도체(32)로 확실하게 전달할 수 있으며, 배기로(44)로 배기 가스를 신속히 배출하여 버너를 위한 공기 유입을 촉진시킴에 의해 버너의 연소 효율을 높일 수 있다.
도시한 반응기도 튜브 형태의 통기로(33) 내벽에 적당한 촉매층이 형성될 수 있다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반응기의 상면 및 정면 단면을 도시하며, 도 3c는 상기 반응기의 입체적인 구조를 도시하고 있다.
도시한 반응기(50)는, 열전도율이 높은 단일 고체로 형성되는 코어 열전도체(52); 열전도율이 높은 단일 고체로 형성되는 페리퍼럴 열전도체(56); 열전도율이 높은 단일 고체로 형성되는 제1 부가 열전도체(58); 열전도율이 높은 단일 고체로 형성되는 제2 부가 열전도체(57); 상기 코어 열전도체(52) 및 제1 부가 열전도체(58) 사이의 공간으로서 형성되는 튜브 형태의 제1 서브 통기로(53); 상기 제1 부가 열전도체(58) 및 제2 부가 열전도체(57) 사이의 공간으로서 형성되는 튜브 형태의 제2 서브 통기로(54); 상기 제2 부가 열전도체(57) 및 페리퍼럴 열전도체(56) 사이의 공간으로서 형성되는 튜브 형태의 제3 서브 통기로(55); 및 상기 열전도체들을 가열하기 위한 열원부(68)로서, 열원용 연료를 연소시키는 버너로 이루어진다.
여기서, 상기 튜브 형태의 통기로들(53, 54, 55)에는 탄화수소 가스인 원료 가스가 유입되는 유입구(66) 및 내부에서 개질된 가스를 배출하는 배기구(67)를 구비한다. 상기 유입구(66) 및 배기구를 각 튜브 형태의 통기로들(53, 54, 55)에 연결하는 구조는 도 1a의 경우에 비하여 다소 복잡하다. 도시한 바와 같이 각 통기로에 하나씩 연결되는 배관을 통해 연결할 수도 있고, 가장 외부의 통기로(55) 또는 가장 내부의 통기로(53)에만 유입구(66) 및 배기구(67)를 연결하고, 각 통기로들 간에는 통기 홀을 뚫어 이를 통해 내부 가스가 이동되도록 구현할 수도 있다. 구조는 후자가 간단하나, 전자의 경우가 반응 효율이 우수하다.
도시한 반응기(50)는 튜브 형태의 통기로가 3개의 서브 통기로(53, 54, 55)로 이루어져 있으나, 구현에 따라서는 2개나 4개이상의 서브 통기로로 이루어질 수 있다.
도시한 반응기(50)는 튜브 형태의 통기로가 3개의 서브 통기로(53, 54, 55)로 이루어져, 각 서브 통기로(53, 54, 55) 내부의 기체로의 열전달 효율이 높아진 점을 제외하고는 도 1a에 도시한 반응기와 거의 동일하므로 중복되는 상세한 설명은 생략하겠다.
도 4는 본 발명의 반응기가 사용될 수 있는 고분자 전해질형 연료전지 시스템을 도시한다.
도 4의 구성요소 중 수증기 개질 반응부(212), 선택적 산화부(218), 수성가스 전환(water gas shift, WGS)부(216)에 본 발명의 사상에 따른 반응기를 적용할 수 있으며, 도시하지는 않았지만 구현에 따라 상기 수증기 개질 반응부 대신 또는 병행하여 자열 개질 반응부를 구비할 수 있는데, 이 경우 상기 자열 개질 반응부에도 본 발명의 사상에 따른 반응기를 적용할 수 있다.
도 4를 참조하면, 연료전지 시스템(200)은 연료저장용기(202), 탈황장치(204), 물탱크(206), 개질 장치(210) 및 연료전지(220)를 구비한다. 또한, 연료전지 시스템(200)은 연료나 공기를 공급하기 위한 복수의 펌프(P1, P2, P3) 및 공기 펌프(P4)를 구비한다.
연료전지(220)는 수소와 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발 생시키는 발전 시스템을 포함한다. 여기서, 수소는 연료저장용기(202)에 저장된 부탄함유연료로부터 개질 장치(210)를 통해 얻어지며, 산소는 공기나 산화제로부터 얻어진다. 연료전지(220)로는 고분자 전해질형 연료전지가 이용될 수 있다.
또한, 연료전지(220)는 고출력에 적합한 스택 구조의 연료전지 즉, 연료전지스택으로 이루어진다. 연료전지스택은 막-전극 어셈블리(Membrane Electrode Assembly: MEA)(미도시)로 이루어진 단위 연료전지 복수개가 세퍼레이터(separator)(미도시)를 사이에 두고 적층된 구조를 가진다. 막-전극 어셈블리는 고분자 전해질막의 양측에 애노드 전극(일명, "연료극" 또는 "산화전극"이라고 한다)과 캐소드 전극(일명, "공기극" 또는 "환원전극"이라고 한다)이 부착된 구조를 가진다.
상술한 연료전지(220)의 구성에서, 애노드 전극의 애노드측 촉매층에 연료 즉, 수소가 풍부한 개질가스가 공급되면 수소는 촉매층에서 전기화학적인 반응을 일으키면서 수소 이온(proton, H+)과 전자(e-)로 이온화되며 산화된다. 이온화된 수소 이온은 애노드측 촉매층에서 고분자 전해질막을 통과하여 캐소드 전극의 캐소드측 촉매층으로 이동하고, 전자는 외부 도선을 통해 캐소드측 촉매층으로 이동하게 된다. 캐소드측 촉매층으로 이동한 수소 이온은 캐소드측 촉매층에 공급되는 공기 중의 산소와 전기화학적인 환원 반응을 일으켜 반응열과 물을 발생시킨다. 그리고 전자의 이동으로 전기 에너지가 발생된다. 상술한 연료전지(220)의 반응을 반응식으로 나타내면 다음과 같다.
애노드 전극: H2 → 2H+ + 2e-
캐소드 전극: 1/2O2 + 2H+ + 2e- → H2O
전체 반응: H2 + 1/2O2 → H2O
연료저장용기(202)는 부탄함유연료를 저장하는 용기를 포함한다. 예컨대, 연료저장용기(202)는 부탄캔 등과 같이 부탄을 함유한 연료를 저장하고 일정 압력으로 방출할 수 있는 용기를 포함한다. 이 경우, 연료저장용기(202)에는 부탄캔과 같은 연료저장용기(202)에 설치된 방출 밸브(미도시)를 개방시켜 일정량의 연료를 방출시키는 부착 장치(미도시)가 결합 설치된다.
탈황장치(204)는 부탄함유연료에 함유된 유기 황화합물 성분을 제거하기 위한 장치이다. 유기 황화합물 성분은 예컨대 부취제 등에 함유되어 있는 유기 황화합물을 포함한다.
위에 기술한 연료전지 시스템(200)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 먼저 연료전지 시스템(200)의 제어부(미도시)는 연료저장용기(202)에 저장된 부탄함유연료를 두 펌프(P1, P2)를 이용하여 개질장치(210) 내의 개질 반응부(212)와 열원부(214)에 각각 공급한다. 이때, 개질 반응부(212)에 공급되는 연료에 함유된 유기 황화합물은 탈황장치(204)를 거치면서 제거된다. 그리고, 제어부는 물탱크(206)에 저장된 물을 펌프(P3)를 통해 개질 반응부(212)에 공급한다.
열원부(214)는 부탄함유연료를 연소시켜 개질 반응을 위한 열을 발생시키기 위한 것으로, 개질 반응부(212)에 본 발명의 사상에 따른 반응기를 적용하는 경우, 반응기에 포함되는 열원부(도 1b의 28, 도 2b의 38, 도 3b의 68)에 해당된다. 구현에 따라 상기 열원부(214)가 발생시킨 열의 일부를 수성가스 전환부(WGS, 216)에 공급할 수 있다.
개질 반응부(212)는 수증기 개질 반응을 통해 부탄함유연료로부터 수소가 풍부한 개질 가스를 발생시킨다. 이때, 부탄함유연료를 연소용 연료로 이용하므로, 열원부(214)에는 연료의 용이한 점화를 위해 점화수단(215)이 설치된다. 부탄함유연료 가스의 수증기 개질 반응을 반응식으로 나타내면 다음과 같다.
n-C4H10 + 8H2O ↔ 4CO2 + 13H2
개질 반응부(212)에서 발생된 개질 가스가 수성가스 전환부(216)에 유입되면, 수성가스 전환부(216)는 개질 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 소정 농도로 감소시킨다.
첨가된 수증기에 의해 일산화탄소를 수소와 이산화탄소로 전환하는 수성가스 전환(water gas shift, WGS) 반응부에서 일어나는 수성가스 전환 반응을 반응식으로 나타내면 다음과 같다.
CO + H2O ↔ CO2 + H2
그리고, 선택적 산화부(218)는 공기 펌프(P4)에 의해 유입되는 공기 중의 산소를 이용하여 일산화탄소를 산화시켜 개질 가스에 함유된 일산화탄소의 농도를 일정 농도 이하로 감소시킨다. 여기서, 일정 농도는 고분자 전해질형 연료전지의 촉매를 쉽게 피독시킬 수 있는 농도보다 낮은 농도를 말하며, 예컨대, 10ppm 이하가 적합하다.
산화 반응으로 일산화탄소를 이산화탄소로 전환하는 선택적 산화부에서 일어나는 선택적 산화 반응을 반응식으로 간략히 나타내면 다음과 같다.
CO + 1/2O2 ↔ CO2
상기 선택적 산화부(218)에는 원하는 반응 온도보다 높은 고온의 개질 가스가 유입될 수 있다. 따라서, 선택적 산화부(218)에는 반응 온도를 낮출 수 있는 팬(217)과 이 팬(217)을 구동시키는 구동수단(219)이 설치될 수 있다.
상기 개질 장치를 구성하는 각 반응부에서 촉매층의 코킹(coking) 등의 악영향을 방지하고 적절한 촉매 효율을 유지하기 위하여 적절한 반응 온도의 유지와 함께 수증기와 탄소의 비율(S/C)이 적절히 유지되도록 하는 것이 바람직하다.
연료전지(220)는 선택적 산화부(218)로부터 수소가 풍부한 양질의 개질 가스를 받고, 개질 가스에 함유된 수소와 공기 중의 산소를 전기 화학적으로 반응시켜 전기 에너지를 발생시킨다.
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.
상기 구성에 따른 본 발명의 반응기를 개질 장치내 각 반응부에 적용함에 의해, 개질 장치의 열전달 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 반응기를 개질 장치내 각 반응부에 적용함에 의해, 각 반응부의 온도를 용이하게 제어할 수 있는 효과도 있다.

Claims (9)

  1. 열전도율이 높은 단일 고체로 형성되는 코어 열전도체;
    열전도율이 높은 단일 고체로 형성되는 페리퍼럴 열전도체; 및
    상기 코어 열전도체 및 페리퍼럴 열전도체 사이의 공간으로서 형성되는 튜브 형태의 통기로
    를 포함하는 반응기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코어 열전도체 및 페리퍼럴 열전도체를 가열하기 위한 열원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반응기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 열원부는 열원용 연료를 연소시키는 버너이며,
    상기 코어 열전도체에는 상기 버너에서 발생되는 연소 가스를 배출하기 위한 배기로가 형성된 것을 특징으로 하는 반응기.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 열원부는 열원용 연료를 연소시키는 버너이며,
    상기 코어 열전도체에는 상기 버너에서 연소시 발생하는 화염이 위치하는 공 간이 형성된 것을 특징으로 하는 반응기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코어 열전도체 및 상기 페리퍼럴 열전도체 사이에 하나 이상 개의 부가 열전도체가 위치하며,
    상기 통기로는, 상기 코어 열전도체, 페리퍼럴 열전도체 및 부가 열전도체 중 2개의 전도체 사이의 공간으로 형성되는 2개 이상의 서브 통기로로 이루어진 것을 특징으로 하는 반응기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 튜브 형태의 통기로의 내벽에는 촉매가 코팅된 것을 특징으로 하는 반응기.
  7. 열 에너지에 의한 화학 촉매 반응을 통해 탄화수소 연료로부터 수소 가스를 발생시키는 개질기;
    상기 수소 가스와 산소의 전기 화학적인 반응을 통해 전기 에너지를 발생시키는 적어도 하나의 전기 발생부; 및
    상기 개질기로 연료를 공급하는 연료 공급부를 포함하며,
    상기 개질기는, 열전도율이 높은 단일 고체로 형성되는 코어 열전도체; 열전도율이 높은 단일 고체로 형성되는 페리퍼럴 열전도체; 및 상기 코어 열전도체 및 페리퍼럴 열전도체 사이의 공간으로서 형성되는 튜브 형태의 통기로를 포함하는 반응기를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 개질기는, 탄화수소 분자에 포함된 수소를 이탈시켜 수소 가스를 생성하는 개질 반응부, 및 상기 개질 반응부에서 생성된 가스에 포함된 일산화탄소를 제거하기 위한 일산화탄소 저감기로 이루어지며,
    상기 개질 반응부 및 일산화탄소 저감기 중 적어도 하나 이상은, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 반응기를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 개질기는, 탄화수소 분자에 포함된 수소를 이탈시켜 수소 가스를 생성하는 개질 반응부와, 상기 개질 반응부에서 생성된 가스에 포함된 일산화탄소를 제거하기 위한 수성가스 전환부 및 선택적 산화부로 이루어지며,
    상기 개질 반응부, 수성가스 전환부 및 선택적 산화부 중 적어도 하나 이상은, 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 반응기를 구비하는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
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