KR20130084356A - 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기 및 이를 적용한 연료전지시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기 및 이를 적용한 연료전지시스템은 일산화탄소제거기(2)의 전단으로 믹서(11,110)를 구비하고, 상기 믹서(11,110)를 이용해 예혼합된 개질가스와 공기가 일산화탄소(CO)를 제거하는 일산화탄소제거기(2)로 공급됨으로써, 일산화탄소제거기(2)의 촉매 반응을 더욱 활성화시키거나 또는 이를 위한 내부 구조가 변경되지 않아도 되는 장점을 가질 수 있고, 연료전지스택(4)은 일산화탄소(CO)가 거의 제거된 수소(H2)를 충분하고 신속하게 공급받을 수 있는 특징을 갖는다.

Description

개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기 및 이를 적용한 연료전지시스템{Reform Gas - Air Pre Mixed CO Eliminator and Fuel Cell System}
본 발명은 개질기를 적용한 연료전지시스템에 관한 것으로, 특히 개질기에서 나온 개질가스가 일산화탄소제거기로 들어가기 전 공기와 함께 예혼합될 수 있는 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기를 적용한 연료전지시스템에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지시스템은 수소(H2)와 산소(O2)의 산화반응으로 전기를 생성함으로써, 연료전지차량에 적용되어 차량의 동력을 제공하게 된다.
특히, 산업계 전반에 걸쳐 적용되고 있는 친환경기술로 인해 소형 발전분야에서도 환경오염을 일으키는 디젤발전기 대신 친환경적인 연료전지 발전시스템으로 대체됨으로써, 그 사용범위가 더욱 넓어지고 있다.
연료전지시스템에서 필요로 하는 수소(H2)는 개질연료(일례로, LPG, LNG, CNG를 포함한 탄화수소계열 연료)로부터 추출되고, 이를 위한 장치로 개질기가 사용된다.
그러므로, 연료전지시스템은 수소(H2)와 산소(O2)의 산화반응으로 전기를 생성하는 연료전지스택과, 연료전지스택으로 수소(H2)를 공급하기 위한 개질기를 필수 구성요소로 갖추게 된다.
이에 더해, 연료전지시스템에는 일산화탄소제거기가 더 사용됨으로써 개질가스에 포함된 일산화탄소(CO)가 제거된 수소(H2)를 연료전지스택으로 공급할 수 있고, 이를 통해 연료전지스택은 일산화탄소(CO)가 일으키는 피독으로부터 보호될 수 있다.
통상, 상기 일산화탄소제거기에는 일산화탄소(CO)의 제거를 위한 촉매가 사용된다.
이를 위해, 상기 일산화탄소제거기에는 배관라인이 연결된다.
일례로, 상기 일산화탄소제거기에는 신선한 공기(Fresh Air)가 공급되기 위한 공기라인과, 개질기에서 나온 개질가스가 공급되기 위한 개질가스라인이 연결되고, 일산화탄소제거기에서 일산화탄소(CO)가 제거되어 수소(H2)의 농도를 높인 개질가스가 연료전지스택으로 공급되기 위한 수소공급라인이 있다.
국내특허공개 10-2005-0057179(2005년06월16일).
상기 특허문헌은 수소 기체 스트림으로부터 일산화탄소(CO)를 제거하는 반응기 및 방법에 관한 것이며, 일산화탄소(CO)를 제거하는 반응기의 촉매 단면구조가 다양하게 변형됨으로써 촉매를 통과하는 수소 기체 스트림의 반응성능이 높아지도록 한 기술을 나타낸다.
즉, 상기 특허문헌은 개질기에서 나온 수소 기체 스트림이 지나는 반응기의 촉매 단면구조가 변형되고, 이를 통해 반응기에서 연료전지스택으로 공급될 때 일산화탄소(CO)의 제거율을 보다 높일 수 있음을 예시한다.
하지만, 상기 특허문헌과 같이 일산화탄소(CO)의 제거율을 높이기 위해 반응기의 촉매를 개선하게 되면, 촉매 활성화 개선을 위한 비용이 크게 높아질 뿐만 아니라 기술적으로도 어려움이 있을 수밖에 없다.
통상, 상기 특허문헌과 같은 반응기나 또는 일산화탄소제거기는 개질가스와 공기를 위쪽의 공간으로 받아 들여 아래쪽의 공간으로 내보내고, 아래쪽 공간에서 함께 혼합된 후 다시 순환시켜주는 내부 구조로 이루어진다.
그러므로, 상기 특허문헌과 같은 반응기나 또는 일산화탄소제거기에서는 일산화탄소(CO)의 제거성능에서 촉매의 자체 성능 못지않게 개질가스와 공기의 완전한 혼합 상태도 매우 중요하게 된다.
개질가스와 공기가 완전히 혼합된 상태가 되면, 혼합된 개질가스와 공기가 반응기나 또는 일산화탄소제거기의 내부를 순환하는 과정에서 촉매와 산화반응여건이 크게 개선될 수 있고, 이를 통해 일산화탄소(CO)의 제거율이 크게 높아질 수 있다.
그러나, 상기 특허문헌과 같은 반응기나 또는 일산화탄소제거기는 통상 콤팩트한 구조이고, 콤팩트한 구조로 인해 반응기나 또는 일산화탄소제거기의 아래쪽에 형성되는 공간이 협소함으로써 함께 공급된 개질가스와 공기의 혼합 상태가 완전하게 형성되기 어려운 구조적 한계를 가질 수밖에 없다.
그러므로, 반응기나 일산화탄소제거기의 내부에서 공기와 잘 혼합되지 않은 개질가스는 촉매의 활성화가 매우 어렵고, 이로 인해 개질가스내 일산화탄소(CO)의 제거 성능도 활성화되지 못함으로써 기대 효과면에서 크게 못 미칠 수밖에 없다.
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 개질기를 나온 개질가스가 공기(Fresh Air)와 미리 예혼합되어 함께 섞인 상태로 일산화탄소제거기로 공급됨으로써, 개질기나 또는 일산화탄소제거기의 내부구조 개선이나 특히 촉매 활성화를 위한 촉매의 성능 개선도 별도로 요구되지 않는 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기 및 이를 적용한 연료전지시스템에 관한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기는 개질기에서 개질화된 후 나온 개질가스가 유입되어 와류를 형성하고, 대기로부터 공기펌프를 통해 유입되는 공기가 상기 와류를 형성한 개질가스와 예혼합되는 믹서와;
상기 개질기로부터 과열방지를 위해 일정거리 이격되어 설치되고, 상기 믹서에서 예혼합된 개질가스와 공기가 유입되는 일산화탄소제거기;
가 포함되어 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 믹서의 측면부에는 상기 개질기로부터 개질가스라인이 연결되고, 상기 믹서의 입구부에는 대기로부터 공기라인이 연결되며, 상기 믹서의 출구부에는 상기 예혼합된 개질가스와 공기가 상기 일산화탄소제거기로 흘러가는 예혼합가스라인이 연결된다.
상기 믹서는 횡단면이 원형이며, 상기 믹서의 입구부로 연결된 공기라인 방향을 따라 일정 길이로 내부에 가스 혼합을 위한 공간이 형성된다.
상기 공기라인이 연결된 지점은 상기 믹서의 입구부 중심부이고, 상기 개질가스라인이 연결된 지점은 상기 믹서의 측면부로 상기 믹서의 길이방향을 따른 중심선으로부터 일정간격 오프셋(Offset)된 어느 한 지점이다.
상기 공기라인이 연결된 지점은 상기 믹서의 입구부 중심부로부터 일정간격 오프셋(Offset)된 지점이고, 상기 개질가스라인이 연결된 지점은 상기 믹서의 측면부로 상기 믹서의 길이방향을 따른 중심선 중 어느 한 지점이다.
상기 개질가스라인의 연장선이 상기 믹서의 길이방향을 따른 중심선과 만나지 않도록 형성된다.
상기 공기라인의 연장선이 상기 믹서의 길이방향을 따른 중심선과 만나지 않도록 형성된다.
상기 믹서의 입구면과 출구면으로부터 길이방향으로 상기 믹서의 횡단면적이 일정거리까지 증가된다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료전지시스템은 내부의 버너연소로 활성화된 개질촉매의 산화반응으로 개질연료를 개질가스로 전환시켜 수소(H2)를 추출하는 개질기와;
상기 개질기에서 개질화된 후 나온 개질가스가 유입되어 와류를 형성하고, 대기로부터 공기펌프를 통해 유입되는 공기가 상기 와류를 형성한 개질가스와 예혼합되는 믹서와;
상기 개질기로부터 과열방지를 위해 일정거리 이격되어 설치되고, 상기 믹서에서 예혼합된 개질가스와 공기가 유입되며, 일산화탄소(CO)를 제거해주는 일산화탄소제거기와;
상기 일산화탄소제거기로부터 공급된 수소(H2)로 산소(O2)와 산화반응을 일으켜 전기를 생성하는 연료전지스택;
을 포함해 구성된 것을 특징으로 한다.
상기 믹서의 측면부에는 상기 개질기로부터 개질가스라인이 연결되고, 상기 믹서의 입구부에는 대기로부터 공기라인이 연결되며, 상기 믹서의 출구부에는 상기 예혼합된 개질가스와 공기가 상기 일산화탄소제거기로 흘러가는 예혼합가스라인이 연결된다.
상기 믹서는 횡단면이 원형이며, 상기 믹서의 입구부로 연결된 공기라인 방향을 따라 일정 길이로 내부에 가스 혼합을 위한 공간이 형성된다.
상기 믹서의 입구부에는 대기로부터 연결된 공기라인과 상기 개질기로부터 연결된 개질가스라인을 서로 합친 통합라인이 연결되고, 상기 믹서의 출구부에는 상기 예혼합된 개질가스와 공기가 상기 일산화탄소제거기로 흘러가는 예혼합가스라인이 연결된다.
이러한 본 발명은 개질기를 나온 개질가스가 공기(Fresh Air)와 미리 예혼합되어 함께 섞인 상태로 일산화탄소제거기로 공급됨으로써, 일산화탄소제거기로 들어온 개질가스와 공기가 항상 최적 혼합 상태를 유지하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 일산화탄소제거기의 촉매 활성화가 내부 구조개선 없이 이루어짐으로써, 성능개선에 따른 비용 상승도 거의 없는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기를 적용한 연료전지시스템의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기의 제1실시예 구성도이며, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기의 레이아웃 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기의 제2실시예 구성도이며, 도 5는 본 발명의 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기의 작동상태이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1을 참조하면, 연료전지시스템은 내부의 버너연소로 가열된 가열촉매로 활성화된 개질촉매를 통해 개질화된 개질연료로부터 수소(H2)를 추출하는 개질기(1)와, 개질기(1)를 나온 개질가스로부터 일산화탄소(CO)를 제거함으로써 수소(H2)의 농도를 크게 높여주는 일산화탄소제거기(2)와, 일산화탄소제거기(2)에서 공급된 수소(H2)와 대기로부터 공기펌프를 통해 유입되는 공급된 산소(O2)를 이용한 산화반응으로 전기를 생성하는 연료전지스택(4)과, 상기 개질기(1)에서 상기 일산화탄소제거기(2)로 이어지는 경로에 구비됨으로써 개질기(1)를 나온 개질가스와 대기로부터 공기펌프를 통해 유입되는 공기(Fresh Air)를 예혼합한 후 상기 일산화탄소제거기(2)로 보내주는 믹서(11)로 구성된다.
여기서, 개질연료는 LPG, LNG, CNG를 포함한 탄화수소계열 연료를 의미한다.
상기 개질기(1)는 공급된 연료의 버너연소와 함께 연료전지스택(4)에서 미 사용된 수소(H2)를 공급받아 태운 연소열로 가열되는 산화촉매와, 개질연료를 개질화시켜 수소(H2)를 추출하는 개질촉매와, 개질화된 개질가스에서 일산화탄소(CO)를 제거하는 수성전환(Water Gas Shift)촉매를 구비한다.
통상, 상기 산화촉매는 상기 개질촉매로 둘러싸이고, 상기 개질촉매는 상기 수성전환(Water Gas Shift)촉매로 둘러싸인 구조로 이루어지며, 상기 산화촉매는 이중구조로 이루어진다.
이에 더해, 상기 개질기(1)에는 내부 연소에 의해 발생 되는 고온 배기가스가 통과하는 증발기가 더 구비되고, 상기 증발기는 개질기(1)로 공급되는 연료와 공기를 예열하고 특히 물을 기화해 수증기로 전환시켜준다.
상기 일산화탄소제거기(2)는 일산화탄소(CO)가 제거되어 일산화탄소(CO)가 거의 없는 수소(H2)를 연료전지스택(4)에 공급하며, 이를 위해 연료전지스택라인(3)으로 연료전지스택(4)과 연결된다.
통상, 상기 일산화탄소제거기(2)는 개질기(1)로부터 과열방지를 위해 일정거리 이격되어 설치된다.
상기 연료전지스택(4)은 통상의 연료전지스택의 구성과 동일하며, 다만 연료전지스택(4)에서 미 사용된 수소(H2)를 개질기(1)로 보내주는 수소재순환라인이 구비됨으로써 수소재순환기능을 더 구현하게 된다.
상기 믹서(11)는 횡단면이 원형이며, 그 입구부로 연결된 공기라인 방향을 따라 일정 길이로 내부에 가스 혼합을 위한 공간이 형성된다.
이를 위해, 상기 믹서(11)에는 그 측면부로 개질기(1)를 나온 개질가스가 공급되도록 연결된 개질기라인(12)과, 그 입구부로 대기로부터 공기가 공급되도록 연결된 공기라인(13)과, 그 출구부로 예혼합된 개질가스와 공기를 일산화탄소제거기(2)로 공급되도록 연결된 예혼합가스라인(14)이 함께 구성된다.
통상, 상기 믹서(11)는 원형 횡단면의 테두리를 라운드처리함이 바람직하다.
특히, 상기 믹서(11)에 대한 개질기라인(12)과 공기라인(13)의 레이아웃이 변화됨으로써, 믹서(11)에서 서로 섞이는 개질가스와 공기의 혼합도가 더욱 개선되는 여지가 있다.
상기 일산화탄소제거기(2)와 상기 믹서(11)는 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기로 칭한다.
도 2는 본 발명에 따른 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기의 제1실시예로서, 이에 따른 믹서(11)에는 개질기라인(12)과 공기라인(13)이 각각 독자적으로 연결된다.
이 경우, 개질기라인(12)으로부터 믹서(11)로 들어온 개질가스는 믹서(11)의 밀폐된 내부 공간에서 와류(Vortex)를 형성하고, 공기라인(13)으로부터 믹서(11)로 들어온 공기는 믹서(11)내 와류를 통해 개질가스와 함께 섞여지게 된다.
서로 예혼합된 개질가스와 공기는 믹서(11)에서 나와 예혼합가스라인(14)을 타고 흘러 일산화탄소제거기(2)로 들어가게 된다.
그러므로, 상기 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기를 적용한 연료전지시스템은 개질가스와 공기가 각각 개별적인 경로로 공급되는 레이아웃을 갖지만, 개질가스와 공기는 일산화탄소제거기(2)로 공급되기 전 일산화탄소제거기(2)의 전단에서 믹서(11)를 이용해 미리 예혼합될 수 있다.
이에 따라, 일산화탄소제거기(2)는 그 내부에 충분한 크기의 내부 공간 없이도 내부로 들어온 개질가스와 공기의 층류유동(Laminar Layer Flux)이 발생되지 않고, 이로부터 촉매의 활발한 산화반응을 저해하는 한 원인을 간단하게 제거할 수 있다.
통상, 믹서(11)의 밀폐된 내부공간에 형성되는 와류크기는 믹서(11)의 내부로 분사되는 가스의 분사 위치를 이용함으로써 보다 효과적으로 개선될 수 있다.
도 3은 와류형성을 위한 믹서(11)와 개질가스라인(12) 및 공기라인(13)의 레이아웃 예로서, 믹서(11)의 축중심에 대해 3차원(Dimension)인 x-y-z로 표기된 상태를 나타낸다.
도 3(가)는 공기라인(13)이 믹서(11)의 x축의 중심에 위치되는 반면, 개질가스라인(12)은 믹서(11)의 x축의 중심라인으로부터 z축의 위쪽으로 상단 오프셋(a, Upper Offset)된 경우이다.
이 경우, 개질가스는 z축에서 상단 오프셋(a) 만큼 위로 올라간 위치에서 믹서(11)의 내부공간으로 분사되고, 분사된 개질가스는 x축의 중심라인에 대해 위에서 아래로 회전되는 흐름을 형성한다.
즉, 믹서(11)의 내부공간에는 개질가스의 소용돌이 흐름이 만들어지게 된다.
그리고, 공기는 x축의 중심 위치에서 믹서(11)의 내부공간으로 분사되고, 분사된 공기는 기 형성된 개질가스의 소용돌이 흐름과 함께 섞여지게 된다.
그러므로, 개질가스와 공기는 믹서(11)의 내부공간에서 만들어지는 와류를 통해 보다 효과적으로 예혼합될 수 있다.
반면, 도 3(나)는 도 3(가)와 동일하지만 개질가스라인(12)이 믹서(11)의 x축의 중심라인으로부터 z축의 아래쪽으로 하단 오프셋(b, Lower Offset)된 경우이다.
이 경우, 개질가스가 z축에서 하단 오프셋(b) 만큼 밑으로 내려간 위치에서 믹서(11)의 내부공간으로 분사됨으로써 x축의 중심라인에 대해 아래에서 위로 회전되는 흐름이 형성되는 차이만 있게 된다.
한편, 도 3(다)는 개질가스라인(12)은 믹서(11)의 x축의 중심에 위치되는 반면, 공기라인(13)이 믹서(11)의 x축의 중심으로부터 z축의 위쪽으로 상단 오프셋(c, Upper Offset)된 경우이다.
이 경우, 공기는 z축에서 상단 오프셋(c) 만큼 위로 올라간 위치에서 믹서(11)의 내부공간으로 분사되고, 분사된 공기는 x축의 중심에 대해 위에서 아래로 회전되는 흐름을 형성한다.
즉, 믹서(11)의 내부공간에는 공기의 소용돌이 흐름이 만들어지게 된다.
그리고, 개질가스는 x축의 중심 위치에서 믹서(11)의 내부공간으로 분사되고, 분사된 개질가스는 기 형성된 공기의 소용돌이 흐름과 함께 섞여지게 된다.
그러므로, 개질가스와 공기는 믹서(11)의 내부공간에서 만들어지는 와류를 통해 보다 효과적으로 예혼합될 수 있다.
반면, 도 3(라)는 도 3(다)와 동일하지만 공기라인(13)이 믹서(11)의 x축의 중심으로부터 z축의 아래쪽으로 하단 오프셋(d, Lower Offset)된 경우이다.
이 경우, 공기가 z축에서 하단 오프셋(d) 만큼 밑으로 내려간 위치에서 믹서(11)의 내부공간으로 분사됨으로써 x축의 중심에 대해 아래에서 위로 회전되는 흐름이 형성되는 차이만 있게 된다.
한편, 도 4는 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기의 제2실시예로서, 제1실시예의 믹서(11)와 달리 이 경우의 믹서(110)에는 개질기라인(12)과 공기라인(13)을 서로 합쳐 1개로 일체화한 통합라인(15)이 연결된다.
그러므로, 혼합된 상태로 통합라인(15)을 나온 개질가스와 공기는 믹서(110)의 내부 공간으로 팽창되면서 와류(Vortex)를 형성하고, 와류는 개질가스와 공기를 더욱 섞어줌으로써 예혼합 상태가 더욱 촉진되어진다.
서로 예혼합된 개질가스와 공기는 믹서(110)에서 나와 예혼합가스라인(14)을 타고 흘러 일산화탄소제거기(2)로 들어가게 된다.
따라서, 상기 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기를 적용한 연료전지시스템은 개질가스와 공기가 믹서(110)의 전단에서 먼저 합쳐진 후 믹서(110)로 들어가는 레이아웃을 가지며, 개질가스와 공기는 일산화탄소제거기(2)로 공급되기 전 일산화탄소제거기(2)의 전단에서 믹서(110)를 이용해 미리 예혼합된다.
이에 따라, 일산화탄소제거기(2)는 그 내부에 충분한 크기의 내부 공간 없이도 내부로 들어온 개질가스와 공기의 층류유동(Laminar Layer Flux)이 발생되지 않고, 이로부터 촉매의 활발한 산화반응을 저해하는 한 원인이 제거될 수 있다.
한편, 도 5는 본 발명의 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기의 작동상태로서, 이 경우 제1실시예에 따른 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기를 나타낸다.
도시된 바와 같이, 개질기(1)에서 생성된 개질가스는 개질기라인(12)을 통해 믹서(11)로 유입되고 더불어 공기도 공기라인(13)을 통해 믹서(11)로 유입되고, 믹서(11)로 들어온 개질가스와 공기는 믹서(11)의 밀폐된 내부 공간에서 와류(Vortex)를 형성한다.
믹서(11)로 유입되는 개질가스와 공기의 와류형성 과정은 도 3의 (가)내지 (라)를 통해 기 설명되었다.
상기와 같이 믹서(11)의 내부공간에서 형성되는 와류를 이용해 예혼합된 개질가스와 공기는 예혼합가스라인(14)을 타고 믹서(11)에서 나와 일산화탄소제거기(2)로 들어가게 된다.
이때, 예혼합된 개질가스와 공기가 들어오는 일산화탄소제거기(2)의 부위를 위쪽으로 칭하고, 그 반대쪽 부위인 바닥을 아래쪽으로 칭한다.
일산화탄소제거기(2)의 위쪽으로 들어온 예혼합된 개질가스와 공기는 일산화탄소제거기(2)의 내부 경로를 지나면서 아래쪽에 도달하고, 아래쪽에 도달한 예혼합된 개질가스와 공기는 아래쪽에 형성된 공간으로 퍼져나감과 동시에 또 다른 내부 경로를 지나 위쪽으로 흘러가게 된다.
이때, 개질가스와 공기는 예혼합된 상태이므로 일산화탄소제거기(2)의 아래쪽으로 흘러가더라도 층류유동(Laminar Layer Flux)이 발생되지 않으며, 또한 일산화탄소제거기(2)의 아래쪽에 형성된 공간으로 나온 후에도 개질가스와 공기가 잘 혼합된 상태가 그대로 유지될 수 있다.
그러므로, 예혼합된 개질가스와 공기가 일산화탄소제거기(2)의 내부 경로를 순환하는 과정에서 촉매와 산화반응되고, 그 결과로 개질가스는 일산화탄소(CO)가 거의 제거된 상태로 전환된 후 연료전지스택(4)으로 공급된다.
전술된 바와 같이, 본 발명의 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기 및 이를 적용한 연료전지시스템은 일산화탄소제거기(2)의 전단으로 믹서(11,110)를 구비하고, 상기 믹서(11,110)를 이용해 예혼한된 개질가스와 공기가 일산화탄소(CO)를 제거하는 일산화탄소제거기(2)로 공급됨으로써, 일산화탄소제거기(2)의 촉매 반응을 더욱 활성화시키거나 또는 이를 위한 내부 구조가 변경되지 않아도 되는 장점을 가질 수 있고, 연료전지스택(4)은 일산화탄소(CO)가 거의 제거된 수소(H2)를 충분하면서 신속하게 공급받을 수 있게 된다.
1 : 개질기 2 : 일산화탄소제거기
3 : 연료전지스택라인 4 : 연료전지스택
11,110 : 믹서
12 : 개질기라인 13 : 공기라인
14 : 예혼합가스라인 15 : 통합라인

Claims (12)

  1. 개질기에서 개질화된 후 나온 개질가스가 유입되어 와류를 형성하고, 대기로부터 공기펌프를 통해 유입되는 공기가 상기 와류를 형성한 개질가스와 예혼합되는 믹서;
    상기 개질기로부터 과열방지를 위해 일정거리 이격되어 설치되고, 상기 믹서에서 예혼합된 개질가스와 공기가 유입되는 일산화탄소제거기;
    가 포함되어 구성된 것을 특징으로 하는 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 믹서의 측면부에는 상기 개질기로부터 개질가스라인이 연결되고, 상기 믹서의 입구부에는 대기로부터 공기라인이 연결되며, 상기 믹서의 출구부에는 상기 예혼합된 개질가스와 공기가 상기 일산화탄소제거기로 흘러가는 예혼합가스라인이 연결되어진 것을 특징으로 하는 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 믹서는 횡단면이 원형이며, 상기 믹서의 입구부로 연결된 공기라인 방향을 따라 일정 길이로 내부에 가스 혼합을 위한 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 공기라인이 연결된 지점은 상기 믹서의 입구부 중심부이고, 상기 개질가스라인이 연결된 지점은 상기 믹서의 측면부로 상기 믹서의 길이방향을 따른 중심선으로부터 일정간격 오프셋(Offset)된 어느 한 지점인 것을 특징으로 하는 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 공기라인이 연결된 지점은 상기 믹서의 입구부 중심부로부터 일정간격 오프셋(Offset)된 지점이고, 상기 개질가스라인이 연결된 지점은 상기 믹서의 측면부로 상기 믹서의 길이방향을 따른 중심선 중 어느 한 지점인 것을 특징으로 하는 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 개질가스라인의 연장선이 상기 믹서의 길이방향을 따른 중심선과 만나지 않도록 형성된 것을 특징으로 하는 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기.

  7. 청구항 5에 있어서, 상기 공기라인의 연장선이 상기 믹서의 길이방향을 따른 중심선과 만나지 않도록 형성된 것을 특징으로 하는 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기.
  8. 청구항 2내지 청구항 7중 어느 한 항에 있어서, 상기 믹서의 입구면과 출구면으로부터 길이방향으로 상기 믹서의 횡단면적이 일정거리까지 증가하는 것을 특징으로 하는 개질가스-공기 예혼합 일산화탄소제거기.
  9. 내부의 버너연소로 활성화된 개질촉매의 산화반응으로 개질연료를 개질가스로 전환시켜 수소(H2)를 추출하는 개질기와;
    상기 개질기에서 개질화된 후 나온 개질가스가 유입되어 와류를 형성하고, 대기로부터 공기펌프를 통해 유입되는 공기가 상기 와류를 형성한 개질가스와 예혼합되는 믹서와;
    상기 개질기로부터 과열방지를 위해 일정거리 이격되어 설치되고, 상기 믹서에서 예혼합된 개질가스와 공기가 유입되며, 일산화탄소(CO)를 제거해주는 일산화탄소제거기와;
    상기 일산화탄소제거기로부터 공급된 수소(H2)로 산소(O2)와 산화반응을 일으켜 전기를 생성하는 연료전지스택;
    을 포함해 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 믹서의 측면부에는 상기 개질기로부터 개질가스라인이 연결되고, 상기 믹서의 입구부에는 대기로부터 공기라인이 연결되며, 상기 믹서의 출구부에는 상기 예혼합된 개질가스와 공기가 상기 일산화탄소제거기로 흘러가는 예혼합가스라인이 연결되어진 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 믹서는 횡단면이 원형이며, 상기 믹서의 입구부로 연결된 공기라인 방향을 따라 일정 길이로 내부에 가스 혼합을 위한 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
  12. 청구항 9에 있어서, 상기 믹서의 입구부에는 대기로부터 연결된 공기라인과 상기 개질기로부터 연결된 개질가스라인을 서로 합친 통합라인이 연결되고, 상기 믹서의 출구부에는 상기 예혼합된 개질가스와 공기가 상기 일산화탄소제거기로 흘러가는 예혼합가스라인이 연결되어진 것을 특징으로 하는 연료전지시스템.
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