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KR100814887B1 - 연료 전지용 일산화탄소 처리장치 - Google Patents

연료 전지용 일산화탄소 처리장치 Download PDF

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KR100814887B1
KR100814887B1 KR1020070036454A KR20070036454A KR100814887B1 KR 100814887 B1 KR100814887 B1 KR 100814887B1 KR 1020070036454 A KR1020070036454 A KR 1020070036454A KR 20070036454 A KR20070036454 A KR 20070036454A KR 100814887 B1 KR100814887 B1 KR 100814887B1
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KR
South Korea
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carbon monoxide
gas
section
fuel cell
condensate
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KR1020070036454A
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한만석
안성진
김주용
이성철
이용걸
이찬호
김준식
안진구
Original Assignee
삼성에스디아이 주식회사
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Publication date
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Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지용 일산화탄소 처리장치는, 반응기 본체와, 다수의 구멍들을 가지면서 상기 반응기 본체의 내부에 설치되어 상기 내부를 제1 섹션과 제2 섹션으로 구획하는 분리판과, 상기 제1 섹션에 설치되어 개질 가스, 및 상기 개질 가스와 별도인 산화제 가스를 포함하는 도입 가스를 상기 제2 섹션으로 유동시키는 유로부재와, 상기 제1 섹션의 상기 유로부재 외측에 형성되어 상기 제2 섹션을 거쳐 상기 제1 섹션으로 진행하는 상기 도입 가스 중의 일산화탄소와 산화제 가스의 선택적 산화 반응으로서 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키는 반응부를 포함하며, 상기 유로부재를 거치면서 적어도 일부 응축된 상기 도입 가스 중의 수분을 상기 제2 섹션에 저장할 수 있는 구조로 이루어진다.
일산화탄소, 저감, PROX, 선택적산화반응, 반응기본체, 분리판, 구멍, 유로부재, 도입가스, 촉매반응부, 촉매, 응축, 응축수저장부, 밸브, 수위센서

Description

연료 전지용 일산화탄소 처리장치 {CARBON MONOXIDE TREATMENT APPARATUS FOR FUEL CELL}
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 연료 전지용 일산화탄소 처리장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 단면 구성도이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 연료 전지용 일산화탄소 처리장치의 작용을 설명하기 위한 단면 구성도이다.
도 4는 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 연료 전지용 일산화탄소 처리장치를 도시한 단면 구성도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 제3 실시예에 따른 연료 전지용 일산화탄소 처리장치를 도시한 단면 구성도이다.
도 6은 본 발명의 예시적인 제4 실시예에 따른 연료 전지용 일산화탄소 처리장치를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명>
10... 반응기 본체 13... 도입가스 주입부
15... 생성가스 배출부 20... 분리판
21... 구멍들 30... 통로부
31... 유로부재 40... 촉매 반응부
41... 촉매 60... 응축수 저장부
141... 촉매층 143... 지지체
145... 통로 263... 흡수부재
370... 배출유닛 371... 배출라인
373... 밸브 375... 수위 센서
본 발명은 일산화탄소 처리장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 일산화탄소의 선택적 산화 반응으로서 일산화탄소의 농도를 저감시킬 수 있는 연료 전지용 일산화탄소 처리장치에 관한 것이다.
알려진 바와 같이, 연료 전지(Fuel Cell)는 연료와 산화제 가스를 이용하여 전기 에너지를 발생시키는 발전장치이다.
이러한 연료 전지는 크게, 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)와, 직접 산화형 연료 전지(Direct Oxidation Membrane Fuel Cell)로 구분할 수 있다.
이 중에서 고분자 전해질형 연료 전지는 개질기에서 생성된 개질 가스, 및 별도인 산화제 가스를 제공받아 그 개질 가스와 산화제 가스의 전기 화학적인 반응으로서 전기 에너지를 발생시킨다.
여기서, 개질기는 연료의 수증기 개질(Steam Reforming) 반응으로서 일산화탄소와 함께 다량의 수소 가스 및 수증기를 포함하는 개질 가스를 발생시킨다.
한편, 개질 가스에 함유된 일산화탄소는 일산화탄소 처리장치에 의해 그 농도가 저감되는 바, 일산화탄소 처리장치는 일산화탄소, 및 별도 제공된 산화제 가스의 선택적 CO 산화(PROX: Preferential CO Oxidation) 반응으로서 일산화탄소의 농도를 저감시키는 구조로서 이루어진다.
이러한 종래의 일산화탄소 처리장치는 원통 형태의 반응기와, 이 반응기에 내장되는 촉매를 구비한다. 따라서 종래의 일산화탄소 처리장치는, 반응기의 일측 단부를 통해 개질 가스와 산화제 가스를 반응기 내부로 공급하게 되면, 촉매에 의한 일산화탄소의 선택적 산화 반응으로서 일산화탄소의 농도를 저감시킨다. 이렇게 일산화탄소의 농도가 저감된 개질 가스는 반응기의 다른 일측 단부를 통해 배출되면서 연료 전지에 제공된다.
그런데, 종래에 따른 일산화탄소 처리장치는 개질 가스 중에 수증기 형태의 수분을 함유하고 있기 때문에, 공급 유로 또는 반응기 내부에서 수분이 일부 응축되면서 그 응축수가 촉매와 접촉하게 된다.
따라서 종래의 일산화탄소 처리장치는 응축수가 촉매의 활성 표면에 흡착됨으로써 선택적 산화 반응에 참여해야 하는 일산화탄소와 산화제 가스의 흡착을 방해하게 된다.
이로 인해 종래에는 촉매의 지속적인 활성 유지가 어렵고, 고유의 반응에 필요한 반응열을 쉽게 발생시킬 수 없게 되므로, 장치의 초기 기동 시간이 길어지게 되는 등 장치의 성능 및 효율이 저하되는 문제점이 있다.
본 발명의 실시예는 일부 응축된 개질 가스 중의 수분이 촉매에 흡착되는 것을 간단한 구조로서 최소화 할 수 있는 연료 전지용 일산화탄소 처리장치를 제공한다.
본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지용 일산화탄소 처리장치는, 개질 가스에 함유된 일산화탄소의 선택적 산화 반응으로서 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키는 것으로서, 상기 선택적 산화 반응을 촉진시키기 위한 촉매가 형성된 촉매 반응부와, 상기 촉매 반응부로 상기 개질 가스를 도입시키는 통로부와, 상기 통로부를 거치면서 적어도 일부 응축된 상기 개질 가스 중의 수분을 저장하는 응축수 저장부를 포함한다.
상기 연료 전지용 일산화탄소 처리장치에 있어서, 상기 촉매 반응부와 상기 응축수 저장부는 일체로 형성되고, 상기 통로부는 상기 촉매 반응부 및 상기 응축수 저장부와 별개로서 형성될 수 있다.
상기 연료 전지용 일산화탄소 처리장치에 있어서, 상기 촉매 반응부, 상기 통로부 및 상기 응축수 저장부는 용기의 내부에 상호 연통되게 구획 형성될 수 있다.
상기 연료 전지용 일산화탄소 처리장치는, 다수의 구멍들을 가지면서 상기 용기의 내부에 설치되어 상기 촉매 반응부와 상기 응축수 저장부를 구획하는 분리판을 포함할 수 있다.
상기 연료 전지용 일산화탄소 처리장치에 있어서, 상기 통로부는 상기 분리판에 대해 수직하는 방향으로 형성될 수 있다.
상기 연료 전지용 일산화탄소 처리장치는, 상기 개질 가스, 및 상기 개질 가스와 별도인 산화제 가스가 도입 가스로서 상기 통로부에 도입되고, 상기 분리판의 구멍들을 통해 상기 응축수 저장부를 거쳐 상기 촉매 반응부로 진행하는 스트림을 형성할 수 있다.
또한 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 연료 전지용 일산화탄소 처리장치는, 반응기 본체와, 다수의 구멍들을 가지면서 상기 반응기 본체의 내부에 설치되어 상기 내부를 제1 섹션과 제2 섹션으로 구획하는 분리판과, 상기 제1 섹션에 설치되어 개질 가스, 및 상기 개질 가스와 별도인 산화제 가스를 포함하는 도입 가스를 상기 제2 섹션으로 유동시키는 유로부재와, 상기 제1 섹션의 상기 유로부재 외측에 형성되어 상기 제2 섹션을 거쳐 상기 제1 섹션으로 진행하는 상기 도입 가스 중의 일산화탄소와 산화제 가스의 선택적 산화 반응으로서 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키는 반응부를 포함하며, 상기 유로부재를 거치면서 적어도 일부 응축된 상기 도입 가스 중의 수분을 상기 제2 섹션에 저장할 수 있는 구조로 이루어진다.
상기 연료 전지용 일산화탄소 처리장치는, 상기 제2 섹션이 응축수 저장부로서 구성될 수 있다.
상기 연료 전지용 일산화탄소 처리장치에 있어서, 상기 반응기 본체는 상기 도입 가스를 상기 유로부재로 주입하기 위한 도입 가스 주입부와, 상기 일산화탄소의 농도가 저감된 생성 가스를 배출하기 위한 생성 가스 배출부를 포함할 수 있다.
상기 연료 전지용 일산화탄소 처리장치는, 상기 도입 가스 주입부와 상기 생성 가스 배출부가 동일 평면에 형성되며, 상기 도입 가스의 유입 방향과 상기 생성 가스의 배출 방향이 서로 반대인 구조로 이루어질 수 있다.
상기 연료 전지용 일산화탄소 처리장치에 있어서, 상기 유로부재는 도관 형태로 이루어지며, 상기 분리판의 평면에 수직하는 방향으로서 상기 분리판에 연결되게 설치될 수 있다.
상기 연료 전지용 일산화탄소 처리장치는, 상기 반응부에 펠릿 형태의 촉매가 충전 형성될 수 있다.
상기 연료 전지용 일산화탄소 처리장치는, 상기 반응부에 모노리스 타입의 촉매 지지체가 설치되고, 상기 촉매 지지체에 촉매층이 코팅 형성될 수도 있다.
상기 연료 전지용 일산화탄소 처리장치에 있어서, 상기 응축수 저장부는 상기 제2 섹션에 설치되어 상기 응축수를 흡수하는 흡수부재를 더욱 포함할 수 있다.
상기 연료 전지용 일산화탄소 처리장치는, 상기 응축수를 배출하기 위한 배출유닛을 더욱 포함할 수도 있다.
상기 연료 전지용 일산화탄소 처리장치에 있어서, 상기 배출유닛은 상기 응축수 저장부와 연결되어 상기 응축수의 배출 유로를 형성하는 배출라인과, 상기 배출라인에 설치된 밸브를 포함할 수 있다.
상기 연료 전지용 일산화탄소 처리장치에 있어서, 상기 배출유닛은 상기 응축수 저장부에 설치되어 상기 응축수의 레벨을 감지하는 수위센서를 포함할 수도 있다.
상기 연료 전지용 일산화탄소 처리장치에 있어서, 상기 밸브는 상기 수위센서의 감지 신호에 따라 상기 배출 유로를 선택적으로 개폐시키는 솔레노이드 밸브로서 구성될 수 있다.
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.
도 1은 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 연료 전지용 일산화탄소 처리장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 일산화탄소 처리장치(100)는 개질기(미도시)에서 생성된 개질 가스, 및 개질 가스와 별도인 산화제 가스를 제공받아 개질 가스에 함유된 일산화탄소의 선택적 산화 반응으로서 일산화탄소의 농도를 저감시키는 PROX(Preferential CO Oxidation) 반응기로서 이루어진다.
이하에서는 개질기에서 생성된 개질 가스, 및 산화제 가스를 "도입 가스" 라고 하며, 일산화탄소의 농도가 저감된 개질 가스를 "생성 가스" 라고 한다.
상기에서 개질기는 연료의 수증기 개질(SR: Steam Reforming) 반응으로서 개 질 가스를 발생시키는 통상적인 개질기로 이루어진다. 이 개질 가스는 다량의 수소 가스를 주성분으로 하며, 일산화탄소 외에 수증기 형태의 수분을 포함하고 있다.
본 장치(100)는 연료 전지(미도시)와 연결되게 설치되어 상기 생성 가스를 연료 전지에 제공한다. 이 경우 연료 전지는 생성 가스, 및 별도 제공된 산화제 가스의 전기 화학적인 반응에 의해 전기 에너지를 발생시키는 통상적인 구조의 고분자 전해질형 연료 전지(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell: PEMFC)로 구성된다.
본 실시예에 따른 일산화탄소 처리장치(100)는 도입 가스가 일산화탄소의 선택적 산화 반응을 촉진시키는 촉매로 진행하는 과정에서 일부 응축된 도입 가스 중의 수분을 별도로 저장할 수 있는 구조로 이루어진다.
이러한 일산화탄소 처리장치(100)는 반응기 본체(10)와, 이 반응기 본체(10)에 형성되는 도입 가스 통로부(30), 촉매 반응부(40) 및 응축수 저장부(60)를 포함한다.
반응기 본체(10)는 양단이 폐쇄된 원통형 용기로서 구비되며, 그 본체(10)의 내부는 원반형 분리판(20)에 의해 제1 섹션(11)과 제2 섹션(12)으로 구획되어 있다. 분리판(20)은 다수의 구멍들(21)을 형성하고 있으며, 이 구멍들(21)은 반응기 본체(10)의 제1 섹션(11) 및 제2 섹션(12)을 상호 연통시킨다.
통로부(30)는 도입 가스를 반응기 본체(10)의 제2 섹션(12)으로 유동시키는 기능을 하게 된다. 이 통로부(30)는 도관 형태의 유로부재(31)를 구비한다.
유로부재(31)는 반응기 본체(10)의 제1 섹션(11)에 해당하는 길이를 가지면 서 양단이 개방된 도관 형태로 이루어진다. 이 유로부재(31)는 반응기 본체(10)의 제1 섹션(11)에 분리판(20)의 평면에 수직하는 방향으로서 직립되게 배치되며, 그 분리판(20)의 상면에 고정되게 설치된다. 이 경우 유로부재(31)의 내부 공간은 분리판(20)의 구멍들(21)에 의해 제2 섹션(12)과 상호 연통된다.
대안으로서, 본 실시예는 유로부재(31)의 내부 공간과 제2 섹션(12)이 분리판(20)의 구멍들(21)에 의해 상호 연통되는 구조에 한정되지 않고, 분리판(20)의 중앙 부분에 형성된 단일의 구멍으로서 유로부재(31)의 내부 공간과 제2 섹션(12)이 상호 연통되는 구조일 수도 있다.
반응기 본체(10)의 상단면에는 도입 가스를 유로부재(31)로 주입하기 위한 도입 가스 주입부(13)를 형성하고 있다. 이 도입 가스 주입부(13)는 유로부재(31)와 연통되게 형성되며, 파이프 라인에 의해 개질기(미도시) 및 산화제 가스 공급원(미도시)과 연결된다. 산화제 가스 공급원은 공기를 흡입하고 그 공기를 유로부재(31)로 공급할 수 있는 통상적인 공기 펌프로서 구비된다.
따라서 도입 가스 주입부(13)로 도입 가스를 주입하게 되면, 도입 가스는 유로부재(31)의 내부 공간을 따라 유동하면서 분리판(20)의 구멍들(21)을 통해 제2 섹션(12)으로 진입하고, 그 구멍들(21)을 통해 분산되면서 제1 섹션(11)으로 진행하는 스트림을 형성한다(도 3의 화살표 참조).
본 실시예에 따르면, 촉매 반응부(40)는 제1 섹션(11)으로 진행하는 도입 가스 중의 일산화탄소와 산화제 가스의 선택적 산화 반응으로서 일산화탄소의 농도를 저감시키는 기능을 하게 된다.
촉매 반응부(40)는 반응기 본체(10)의 제1 섹션(11)에 형성된다. 이 촉매 반응부(40)는 제1 섹션(11)의 유로부재(31) 외측에 충전 형성되며, 분리판(20)에 의해 지지되는 펠릿 형태의 촉매들(41)을 포함한다.
이 촉매(41)는 일산화탄소와 산화제 가스의 선택적 산화 반응을 촉진시키기 위한 것으로서, 알루미나(Al2O3), 실리카(SiO2) 또는 티타니아(TiO2)로 이루어진 소정 형태의 지지체에 백금(Pt)과 같은 통상적인 촉매 물질을 담지하고 있는 구조로 이루어진다.
따라서 촉매 반응부(40)에서는, 유로부재(31)를 통해 반응기 본체(10)의 제2 섹션(12)을 거쳐 제1 섹션(11)으로 진행하는 도입 가스가 촉매들(41)을 통과하는 과정에서, 그 촉매(41)에 의한 도입 가스 중의 일산화탄소와 산화제 가스의 선택적 산화 반응으로서 일산화탄소의 농도가 저감된 생성 가스를 발생시킨다.
이를 위해 반응기 본체(10)의 상단면에는 도입 가스가 촉매들(41)을 거치도록 하고 촉매 반응부(40)에서 생성된 상기 생성 가스를 배출시킬 수 있는 생성 가스 배출부(15)를 형성하고 있다. 생성 가스 배출부(15)는 도입 가스 주입부(13)와 별개로서 반응기 본체(10)의 상단면의 동일 평면에 형성된다. 이 생성 가스 배출부(15)는 촉매 반응부(40)와 연통되게 형성되며, 파이프 라인에 의해 연료 전지와 연결된다.
본 실시예에 따르면, 응축수 저장부(60)는 유로부재(31)를 거치면서 일부 응축된 도입 가스 중의 수분을 저장하는 기능을 하게 된다. 이 응축수 저장부(60)는 반응기 본체(10)의 제2 섹션(12) 자체로서 촉매 반응부(40)와 일체로 형성되며, 유로부재(31)와 별개로서 형성된다.
따라서 유로부재(31)를 거치면서 일부 응축된 도입 가스 중의 수분은 그 유로부재(31)를 따라 중력 방향으로 흘러 내리면서 분리판(20)의 구멍들(21)을 통해 응축수 저장부(60)에 저장된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 연료 전지용 일산화탄소 처리장치(100)의 작용을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
우선, 도입 가스 즉, 개질기(미도시)에서 연료의 수증기 개질 반응에 의해 생성되는 개질 가스와, 산화제 가스 공급원으로부터 공급되는 산화제 가스는 도입 가스 주입부(13)를 통해 유로부재(31)의 내부 공간으로 주입된다. 이 때, 개질 가스는 다량의 수소 가스를 주성분으로 하며, 일산화탄소 외에 수증기 형태의 수분을 함유하고 있다.
이어서, 도입 가스는 도 3에 화살표로 표시한 바와 같이, 유로부재(31)의 내부 공간을 따라 중력 방향으로 유동하면서 분리판(20)의 구멍들(21)을 통해 응축수 저장부(60)로 진입하고, 그 구멍들(21)을 통해 분산되면서 촉매 반응부(40)로 진입한다.
이 과정에서, 유로부재(31)를 거치면서 일부 응축되는 도입 가스 중의 수분은 그 유로부재(31)를 따라 중력 방향으로 흘러 내리게 되고, 분리판(20)의 구멍들(21)을 통해 응축수 저장부(60)에 저장된다. 이 때, 도입 가스 중의 물로 응축되지 않은 수증기 형태의 나머지 수분은 촉매 반응부(40)로 진입한다.
다음, 촉매 반응부(40)에서는 도입 가스가 촉매들(41)을 거치는 과정에서, 그 촉매(41)에 의한 도입 가스 중의 일산화탄소와 산화제 가스의 선택적 산화 반응으로서 일산화탄소의 농도가 저감된 생성 가스를 발생시킨다.
이어서, 생성 가스는 생성 가스 배출부(15)를 통해 배출되고, 파이프 라인을 통해 연료 전지로 공급된다. 이 때 생성 가스는, 생성 가스 배출부(15)가 도입 가스 주입부(13)와 별개로서 반응기 본체(10)의 상단면의 동일 평면에 형성되고 있기 때문에, 도입 가스의 주입 방향과 반대되는 방향으로 배출된다.
이로써 본 실시예에서는 유로부재(31)를 거치면서 일부 응축된 도입 가스 중의 수분이 응축수 저장부(60)에 저장됨에 따라, 그 수분(응축수)이 촉매(41)와 직접적으로 접촉하지 않으므로, 촉매(41)의 지속적인 활성 유지가 가능하고, 선택적 산화 반응이 원활하게 일어난다. 또한, 본 실시예에서는 액상의 수분이 촉매(41)와 접촉하지 않게 되므로, 고유의 반응에 필요한 반응열을 쉽게 발생시킬 수 있게 된다.
도 4는 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 연료 전지용 일산화탄소 처리장치를 도시한 단면 구성도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 연료 전지용 일산화탄소 처리장치(200)는 전기 실시예의 구조를 기본으로 하면서, 통상적인 모노리스 타입의 지지체(143)에 촉매층(141)이 코팅 형성된 촉매 반응부(140)를 구성할 수 있다.
본 실시예에서, 지지체(143)는 반응기 본체(110)의 제1 섹션(111)에 있어 유로부재(131)의 외측에 설치된다. 이 지지체(143)는 도입 가스의 흐름 방향과 평행 한 벌집 모양의 통로(145)를 가지면서 세라믹 또는 금속 소재를 압출 성형하여 단일체의 모듈로서 제작된다. 이 때 촉매층(141)은 지지체(143)의 통로(145)의 내벽면에 코팅 형성된다.
본 실시예에 의한 연료 전지용 일산화탄소 처리장치(200)의 나머지 구성 및 작용은 전기 실시예와 같으므로 그 자세한 설명은 생략한다.
도 5는 본 발명의 예시적인 제3 실시예에 따른 연료 전지용 일산화탄소 처리장치를 도시한 단면 구성도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 의한 연료 전지용 일산화탄소 처리장치(300)는 전기 제1 실시예의 구조를 기본으로 하면서, 반응기 본체(210)의 제2 섹션(212)에 흡수부재(263)가 설치된 응축수 저장부(260)를 구성할 수 있다.
본 실시예에서, 흡수부재(263)는 반응기 본체(210)의 제2 섹션(212)으로 유입되는 응축수를 모세관 현상으로서 흡수하기 위한 것이다. 이 흡수부재(263)는 스폰지와 같이 다공성을 지닌 통상적인 흡수재로서 이루어진다.
따라서 유로부재(231)를 거치면서 일부 응축된 도입 가스 중의 수분은 분리판(220)의 구멍들(221)을 통해 반응기 본체(210)의 제2 섹션(212)으로 유입되고, 그 제2 섹션(212)에서 흡수부재(263)에 흡수된다.
이와 같이 반응기 본체(210)의 제2 섹션(212)에 흡수부재(263)를 설치하는 이유는 본 장치의 오리엔테이션 프리(orientation free)를 감안한 것으로, 장치의 위치에 관계 없이 응축수를 제2 섹션(212)에 용이하게 저장하기 위함이다.
본 실시예에 의한 연료 전지용 일산화탄소 처리장치(300)의 나머지 구성 및 작용은 전기 실시예와 같으므로 그 자세한 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 예시적인 제4 실시예에 따른 연료 전지용 일산화탄소 처리장치를 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 의한 연료 전지용 일산화탄소 처리장치(400)는 전기 제1 실시예의 구조를 기본으로 하면서, 응축수 저장부(360)에 저장된 응축수를 선택적으로 배출시키기 위한 배출유닛(370)을 더욱 포함한다.
본 실시예에서, 배출유닛(370)은 응축수 저장부(360)와 연결되는 배출라인(371)과, 그 배출라인(371)에 설치되는 밸브(373)와, 응축수 저장부(360)에 설치되는 수위 센서(375)를 구비한다.
배출라인(371)은 일측 단부가 응축수 저장부(360)에 형성된 응축수 배출부(363)와 연결되며, 응축수가 배출될 수 있는 배출 유로를 가진 파이프 라인으로서 구비된다. 배출라인(371)은 응축수를 재활용할 수 있도록 다른 일측 단부가 개질기(미도시) 또는 물 탱크(미도시)와 연결될 수 있다. 이 배출라인(371)에는 응축수 저장부(360)에 저장된 응축수를 펌핑 압력으로서 배출시킬 수 있는 통상적인 구조의 펌프(미도시)가 설치될 수도 있다.
밸브(373)는 전기적인 제어 신호에 의해 배출라인(371)의 유로를 선택적으로 개폐시키는 통상적인 구조의 솔레노이드 밸브로서 구비된다.
수위 센서(375)는 응축수 저장부(360)의 내부 즉, 반응기 본체(310)의 제2 섹션(312)에 설치된다. 이러한 수위 센서(375)는 전기 저항을 이용하여 응축수 저장부(360)에 저장된 응축수의 수위를 측정할 수 있는 통상적인 구조의 수위 센서로 서 이루어진다.
수위 센서(375)는 컨트롤러(미도시)와 연결되는 바, 이 컨트롤러는 수위 센서(375)로부터 응축수의 수위에 상응하는 감지 신호를 제공받아 그 감지 신호를 제어 신호로 변환하고, 이 제어 신호를 밸브(373)에 인가한다.
이와 같이 본 장치(400)에 배출유닛(370)을 설치하는 이유는, 응축수 저장부(360)에 응축수가 계속적으로 저장되는 경우, 그 응축수가 제2 섹션(312)의 용적을 초과하여 분리판(320)의 구멍들(321)을 통해 촉매 반응부(340)로 유입될 수 있기 때문에 이를 방지하기 위함이다.
상기와 같이 구성되는 본 실시예에 의한 일산화탄소 처리장치(400)에 의하면, 전기 제1 실시예의 작용에서와 같이 유로부재(331)를 거치면서 일부 응축된 도입 가스 중의 수분은 분리판(320)의 구멍들(321)을 통해 응축수 저장부(360)에 저장된다. 이 때, 밸브(373)는 배출라인(371)의 유로를 폐쇄시킨 상태에 있다.
이러는 과정에서, 수위 센서(375)는 응축수 저장부(360)에 저장되는 응축수의 수위를 감지하고, 그 감지 신호를 컨트롤러에 제공한다.
이 경우, 응축수 저장부(360)에 저장되는 응축수가 기설정된 범위의 수위를 초과하지 않는 경우, 컨트롤러는 수위 센서(375)로부터 이에 상응하는 감지 신호를 제공받아 감지 신호를 전기적인 제어 신호(OFF 신호)로 변환하고, 이 제어 신호를 밸브(373)에 인가한다. 그러면, 밸브(373)는 제어 신호에 의해 배출라인(371)의 유로를 폐쇄시킨 상태를 유지하게 된다.
한편, 응축수 저장부(360)에 저장되는 응축수가 기설정된 범위의 수위를 초 과하는 경우, 컨트롤러는 수위 센서(375)로부터 이에 상응하는 감지 신호를 제공받아 그 감지 신호를 전기적인 제어 신호(ON 신호)로 변환하고, 이 제어 신호를 밸브(373)에 인가한다. 그러면, 밸브(373)는 제어 신호에 의해 작동되면서 배출라인(371)의 유로를 개방시킨다.
따라서, 응축수 저장부(360)에 저장된 응축수는 배출라인(371)의 유로가 개방됨에 따라 그 유로를 통해 반응기 본체(310) 외부로 배출된다. 이렇게 배출된 물은 개질기 또는 물 탱크로 공급되어 재사용될 수 있다.
본 실시예에 의한 연료 전지용 일산화탄소 처리장치(400)의 나머지 구성 및 작용은 전기 실시예와 같으므로 그 자세한 설명은 생략한다.
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.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 액상의 수분이 촉매에 흡착되는 것을 간단한 구조로서 최소화할 수 있으므로, 촉매의 지속적인 촉매 활성 유지가 가능하고, 장치의 초기 기동 시간이 지연되는 것을 미연에 방지할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 의하면 전체 장치의 성능 및 반응 효율이 향상되는 효과가 있다.

Claims (18)

  1. 개질 가스에 함유된 일산화탄소의 선택적 산화 반응으로서 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키는 연료 전지용 일산화탄소 처리장치에 있어서,
    상기 선택적 산화 반응을 촉진시키기 위한 촉매가 형성된 촉매 반응부;
    상기 촉매 반응부로 상기 개질 가스를 도입시키는 통로부; 및
    상기 통로부를 거치면서 적어도 일부 응축된 상기 개질 가스 중의 수분을 저장하는 응축수 저장부
    를 포함하는 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 촉매 반응부와 상기 응축수 저장부는 일체로 형성되고, 상기 통로부는 상기 촉매 반응부 및 상기 응축수 저장부와 별개로서 형성된 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 촉매 반응부, 상기 통로부 및 상기 응축수 저장부는 용기의 내부에 상호 연통되게 구획 형성된 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    다수의 구멍들을 가지면서 상기 용기의 내부에 설치되어 상기 촉매 반응부와 상기 응축수 저장부를 구획하는 분리판을 포함하는 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 통로부는 상기 분리판에 대해 수직하는 방향으로 형성된 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 개질 가스, 및 상기 개질 가스와 별도인 산화제 가스가 도입 가스로서 상기 통로부에 도입되고, 상기 분리판의 구멍들을 통해 상기 응축수 저장부를 거쳐 상기 촉매 반응부로 진행하는 스트림을 형성하는 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
  7. 반응기 본체;
    다수의 구멍들을 가지면서 상기 반응기 본체의 내부에 설치되어 상기 내부를 제1 섹션과 제2 섹션으로 구획하는 분리판;
    상기 제1 섹션에 설치되어 개질 가스, 및 상기 개질 가스와 별도인 산화제 가스를 포함하는 도입 가스를 상기 제2 섹션으로 유동시키는 유로부재; 및
    상기 제1 섹션의 상기 유로부재 외측에 형성되어 상기 제2 섹션을 거쳐 상기 제1 섹션으로 진행하는 상기 도입 가스 중의 일산화탄소와 산화제 가스의 선택적 산화 반응으로서 상기 일산화탄소의 농도를 저감시키는 반응부
    를 포함하며,
    상기 유로부재를 거치면서 적어도 일부 응축된 상기 도입 가스 중의 수분을 상기 제2 섹션에 저장하는 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 섹션이 응축수 저장부로서 구성되는 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 반응기 본체는:
    상기 도입 가스를 상기 유로부재로 주입하기 위한 도입 가스 주입부; 및
    상기 일산화탄소의 농도가 저감된 생성 가스를 배출하기 위한 생성 가스 배출부
    를 포함하는 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 도입 가스 주입부와 상기 생성 가스 배출부가 동일 평면에 형성되며, 상기 도입 가스의 유입 방향과 상기 생성 가스의 배출 방향이 서로 반대인 연료 전 지용 일산화탄소 처리장치.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 유로부재는 도관 형태로 이루어지며, 상기 분리판의 평면에 수직하는 방향으로서 상기 분리판에 연결되게 설치된 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
  12. 제7 항에 있어서,
    상기 반응부에 펠릿 형태의 촉매가 충전 형성된 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
  13. 제7 항에 있어서,
    상기 반응부에 모노리스 타입의 촉매 지지체가 설치되고, 상기 촉매 지지체에 촉매층이 코팅 형성된 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
  14. 제8 항에 있어서,
    상기 응축수 저장부는,
    상기 제2 섹션에 설치되어 상기 응축수를 흡수하는 흡수부재를 포함하는 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
  15. 제8 항에 있어서,
    상기 응축수를 배출하기 위한 배출유닛을 더욱 포함하는 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 배출유닛은:
    상기 응축수 저장부와 연결되어 상기 응축수의 배출 유로를 형성하는 배출라인; 및
    상기 배출라인에 설치된 밸브
    를 포함하는 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 배출유닛은,
    상기 응축수 저장부에 설치되어 상기 응축수의 레벨을 감지하는 수위센서를 포함하는 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 밸브는 상기 수위센서의 감지 신호에 따라 상기 배출 유로를 선택적으로 개폐시키는 솔레노이드 밸브로서 구성되는 연료 전지용 일산화탄소 처리장치.
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