KR101352260B1 - Humidifying heat exchanger for fuel cell - Google Patents

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Abstract

연료전지용 가습 열교환기는, 길이 방향으로 한쪽 끝 부분과 다른 쪽 끝 부분에 각각 가스 유입구와 가스 유출구를 가지는 몸체부, 몸체부의 내부에 구비되고 몸체부의 길이 방향을 따라 나선형으로 감겨 있는 제1 튜브, 제1 튜브의 중심을 관통하고 몸체부의 길이 방향을 따라 연장하는 유동 확산부, 가스 유출구 쪽에 구비되고 제1 튜브로 연료와 물의 혼합물을 공급하는 공급부, 및 가스 유입구 쪽에 구비되고 제1 튜브로부터 혼합물이 배출되는 배출부를 포함한다.A humidification heat exchanger for a fuel cell includes a body part having a gas inlet and a gas outlet at one end part and the other end part in a longitudinal direction, and a first tube provided inside the body part and spirally wound along the length direction of the body part. 1 a flow diffusion portion penetrating the center of the tube and extending in the longitudinal direction of the body portion, a supply portion provided on the gas outlet side and supplying a mixture of fuel and water to the first tube, and a gas inlet side and the mixture discharged from the first tube And a discharge portion.

Description

연료전지용 가습 열교환기 {HUMIDIFYING HEAT EXCHANGER FOR FUEL CELL}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a humidifying heat exchanger for a fuel cell,

본 발명은 연료전지용 가습 열교환기에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 과열로 인한 튜브의 팽창이 일어난다 하더라도 파손이 쉽게 일어나지 않으면서도 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지용 가습 열교환기에 관한 것이다. The present invention relates to a humidification heat exchanger for a fuel cell, and more particularly, to a humidification heat exchanger for a fuel cell that can improve heat exchange efficiency without easily causing breakage even if expansion of the tube due to overheating occurs.

연료전지는 탄화수소 연료에 저장된 화학 에너지를 전기화학반응에 의해 전기 에너지로 직접 변환하는 장치이다. 즉, 연료전지는 연료극에서의 수소 산화반응과 공기극에서의 산소 환원반응에 의해 화학 에너지를 직접 전기 에너지로 변환하는 장치이다. 이러한 반응으로 전기를 생산하는 연료전지 시스템은 크게 연료전지 스택(stack), MBOP(Mechanical Balance of Plant), EBOP(Electrical Balance of Plant)로 구성된다. 연료전지 스택은 전기화학반응으로 전기를 생산하는 구성이고, MBOP는 연료전지 스택으로 수소와 산소를 공급하는 구성이며, EBOP는 연료전지 스택에서 생산한 직류전기를 교류전기로 변환하여 필요한 곳으로 공급하는 구성이다. Fuel cells are devices that directly convert chemical energy stored in hydrocarbon fuels into electrical energy by electrochemical reactions. That is, a fuel cell is a device that converts chemical energy directly into electrical energy by hydrogen oxidation reaction in the anode and oxygen reduction reaction in the cathode. The fuel cell system that generates electricity by this reaction is composed of a fuel cell stack, a mechanical balance of plant (MBOP), and an electrical balance of plant (EBOP). The fuel cell stack is configured to produce electricity by electrochemical reaction. The MBOP is configured to supply hydrogen and oxygen to the fuel cell stack. The EBOP converts the DC electricity produced in the fuel cell stack to AC electricity, .

그런데 전술한 연료극에서의 산화반응을 위해서는 연료전지 스택의 연료극에 수소를 공급하여야 한다. 이러한 수소의 공급을 위해 용융탄산염 연료전지(MCFC)와 같은 고온형 연료전지는 개질기를 통해 연료전지용 연료(예를 들어, LNG) 중의 탄화수소를 수소로 개질한다. 그런데 개질기에서 일어나는 개질반응은 물을 필요로 하는 반응이다. 그러나 액상의 물은 개질 촉매에 손상을 줄 수 있기 때문에 개질기에는 연료전지용 연료와 함께 기상의 물이 공급되어야 한다. 그리고 물을 기상으로 공급하면 연료전지용 연료와 물이 잘 혼합된다는 장점도 있다. 이와 같이 기상의 물을 공급하기 위해 용융탄산염 연료전지(MCFC)와 같은 고온형 연료전지는 물을 증발시켜 연료전지용 연료와 혼합하는 가습 열교환기를 구비한다. However, in order to oxidize the above-described anode, hydrogen must be supplied to the anode of the fuel cell stack. In order to supply hydrogen, a high temperature fuel cell such as a molten carbonate fuel cell (MCFC) reforms hydrocarbons in a fuel for fuel cell (eg, LNG) to hydrogen through a reformer. However, the reforming reaction that takes place in the reformer is a reaction that requires water. However, since liquid water may damage the reforming catalyst, the reformer must be supplied with fuel for the fuel cell and meteorological water. In addition, when water is supplied in a gas phase, fuel and fuel for fuel cells are well mixed. A high temperature type fuel cell, such as a molten carbonate fuel cell (MCFC), for supplying water vapor in this way has a humidifying heat exchanger that evaporates water to mix with fuel for fuel cells.

한편, 이러한 가습 열교환기로는 종래에 다관식 열교환기(multi-tubular heat exchanger) 중에 고정관판식 열교환기(fixed tube sheet heat exchanger)가 주로 사용되었다. 고정관판식 열교환기는 도 4에서 도시하고 있는 것과 같이 길이 방향으로 양쪽 끝에 관판(12, tube sheet)이 구비되고, 이러한 관판(12) 사이에 튜브(14)가 고정되는 구조를 가지고 있다. 그러나 이러한 구조로 인해 종래의 가습 열교환기는 관판(12)과 튜브(14) 사이의 결합 부분에서 파손이 쉽게 일어난다는 문제가 있다. Meanwhile, as a conventional humidification heat exchanger, a fixed tube sheet heat exchanger has been mainly used in a multi-tubular heat exchanger. The fixed tube plate heat exchanger is provided with tube sheets 12 at both ends in the longitudinal direction as shown in FIG. 4, and has a structure in which the tubes 14 are fixed between the tube plates 12. However, due to such a structure, there is a problem that the conventional humidifying heat exchanger breaks easily at the joint portion between the tube plate 12 and the tube 14.

보다 상술하면, 열교환 중에 일어나는 튜브(14)의 과열은 튜브(14)를 주로 축 방향(길이 방향)으로 팽창시킨다. 그러나 튜브(14)는 축 방향의 끝에서 관판(12)과 결합하고 있기 때문에, 이러한 팽창은 관판(12)에 의해 억제될 수밖에 없다. 이러한 팽창의 억제로 인해 관판(12)과 튜브(14) 사이의 결합 부분에는 응력이 집중된다. 이에 따라 종래의 고정관판식 열교환기는 관판(12)과 튜브(14) 사이의 결합 부분에서 파손(또는 변형)이 쉽게 일어난다는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 고정관판식 열교환기 대신에 나선형의 튜브를 몸체의 내부에 구비한 열교환기를 사용하고자 하는 시도가 있다(특허문헌 1 참조). 그러나 이러한 형태의 열교환기의 경우 몸체의 내부를 흐르는 고온의 유체와 튜브의 내부를 흐르는 저온의 유체 사이에서 열교환이 충분히 일어나지 않기 때문에 열교환 효율이 충분치 않다는 문제가 있다.More specifically, overheating of the tube 14 during heat exchange causes the tube 14 to expand primarily in the axial direction (longitudinal direction). However, since the tube 14 is engaged with the tube plate 12 at the axial end, such expansion is inevitably suppressed by the tube plate 12. The stress is concentrated at the joint between the tube plate 12 and the tube 14 due to the suppression of the expansion. Accordingly, there is a problem that breakage (or deformation) easily occurs at the joint portion between the tube plate 12 and the tube 14 in the conventional fixed tube type heat exchanger. In order to solve this problem, there is an attempt to use a heat exchanger having a spiral tube inside the body instead of the fixed tube plate heat exchanger (see Patent Document 1). However, this type of heat exchanger has a problem that heat exchange efficiency is not sufficient because heat exchange does not occur sufficiently between the high temperature fluid flowing inside the body and the low temperature fluid flowing inside the tube.

한국 특허출원 제2011-0141354호Korean Patent Application No. 2011-0141354

따라서 본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 과제는 과열로 인한 튜브의 팽창이 일어난다 하더라도 파손이 쉽게 일어나지 않으면서도 열교환 효율을 향상시킬 수 있는 연료전지용 가습 열교환기를 제공하는 것이다. Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a humidification heat exchanger for fuel cells that can improve the heat exchange efficiency even if the tube does not easily break even if expansion due to overheating occurs. .

상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 연료전지용 가습 열교환기는, 길이 방향으로 한쪽 끝 부분과 다른 쪽 끝 부분에 각각 가스 유입구와 가스 유출구를 가지는 몸체부, 몸체부의 내부에 구비되고 몸체부의 길이 방향을 따라 나선형으로 감겨 있는 제1 튜브, 제1 튜브의 중심을 관통하고 몸체부의 길이 방향을 따라 연장하는 유동 확산부, 가스 유출구 쪽에 구비되고 제1 튜브로 연료와 물의 혼합물을 공급하는 공급부, 및 가스 유입구 쪽에 구비되고 제1 튜브로부터 혼합물이 배출되는 배출부를 포함한다.According to a preferred embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, the humidification heat exchanger for fuel cells, the body portion having a gas inlet and a gas outlet at one end and the other end in the longitudinal direction, respectively, A first tube provided therein and spirally wound along the longitudinal direction of the body portion, a flow diffusion portion penetrating through the center of the first tube and extending along the longitudinal direction of the body portion, provided at the gas outlet side and provided with a first tube for A feed portion for supplying the mixture, and a discharge portion provided on the gas inlet side and from which the mixture is discharged from the first tube.

본 발명에 따른 연료전지용 가습 열교환기는 내부의 튜브가 길이 방향을 따라 나선형으로 감겨 있기 때문에 과열로 인한 튜브의 팽창이 일어난다 하더라도 튜브가 이러한 팽창을 용이하게 수용할 수 있어 파손이 쉽게 일어나지 않을 뿐만 아니라, 튜브의 중심을 관통하는 유동 확산부로 인해 고온의 가스가 외측으로 확산될 수 있기 때문에 열교환 면적이 증가되어 열교환 효율이 향상될 수 있다는 효과가 있다.Humidification heat exchanger for fuel cells according to the present invention because the inner tube is wound spirally along the longitudinal direction, even if the expansion of the tube due to overheating, the tube can easily accommodate such expansion, and not easily breakage, The flow diffusion portion penetrating the center of the tube allows the hot gas to be diffused outward, thereby increasing the heat exchange area and improving heat exchange efficiency.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가습 열교환기를 도시하고 있는 정면도
도 2는 도 1의 가습 열교환기를 도시하고 있는 측단면도
도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면도
도 4는 종래기술에 따른 가습 열교환기를 도시하고 있는 정면도1 is a front view showing a humidification heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
2 is a side cross-sectional view showing the humidification heat exchanger of FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
Figure 4 is a front view showing a humidifying heat exchanger according to the prior art

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있다. 그리고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments. For reference, in the present description, the same numbers refer to substantially the same elements, and may be described by quoting contents described in other drawings under these rules. And it can be omitted that it is determined or repeated to those skilled in the art to which the present invention pertains.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가습 열교환기를 도시하고 있는 정면도이고, 도 2는 도 1의 가습 열교환기를 도시하고 있는 측단면도이며, 도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면도이다. 도 1과 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 본 실시예에 따른 가습 열교환기는 기본적으로 몸체부(110)를 포함한다. 몸체부(110)는 가습 열교환기의 동체(shell)를 이루는 것으로서, 길이 방향(도 1이나 도 2를 기준으로 상하 방향)으로 한쪽 끝 부분과 다른 쪽 끝 부분에 각각 가스 유입구(112)와 가스 유출구(114)를 가진다. 1 is a front view showing a humidification heat exchanger according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a side cross-sectional view showing the humidification heat exchanger of Figure 1, Figure 3 is a cross-sectional view taken along the line A-A of FIG. As shown in Figures 1 and 2, the humidification heat exchanger according to the present embodiment basically includes a body portion (110). The body part 110 forms a shell of the humidification heat exchanger, and the gas inlet 112 and the gas are respectively provided at one end portion and the other end portion in the longitudinal direction (up and down direction based on FIG. 1 or 2). Has an outlet 114.

이러한 가스 유입구(112)로 유입된 고온의 가스는 후술할 제1 튜브(120) 내의 혼합물을 가열한다(그리고 후술할 것과 같이 제2 튜브를 더 구비할 경우에는 고온의 가스가 제2 튜브 내의 혼합물도 가열한다). 다시 말해, 가스 유입구(112)로 유입되어 가스 유출구(114)로 유출되는 고온의 가스는 제1 튜브(120) 내의 혼합물과 열교환을 하며, 이러한 열교환으로 제1 튜브(120) 내의 혼합물은 그 온도가 상승한다. 이러한 과정에서 혼합물 내의 액상의 물은 기상의 물로 기화할 수 있고, 혼합물 내의 연료는 적절한 온도로 가열될 수 있다. 이와 같이 제1 튜브(120) 내의 혼합물(또는 제1 튜브와 제2 튜브 내의 혼합물)을 가열하는 고온의 가스는 연료전지 스택의 공기극으로부터 배기되는 공기극 배기가스일 수 있다.The hot gas introduced into the gas inlet 112 heats the mixture in the first tube 120 to be described later (and the hot gas is mixed in the second tube when the second tube is further provided as described later). Heating too). In other words, the hot gas flowing into the gas inlet 112 and exiting the gas outlet 114 exchanges heat with the mixture in the first tube 120, which causes the mixture in the first tube 120 to be heated at the temperature thereof. Rises. In this process the liquid water in the mixture can vaporize into gaseous water and the fuel in the mixture can be heated to an appropriate temperature. As such, the hot gas for heating the mixture in the first tube 120 (or the mixture in the first tube and the second tube) may be cathode exhaust gas exhausted from the cathode of the fuel cell stack.

참고로, 가스 유입구(112)와 가스 유출구(114)는 도 1과 2에서 도시하고 있는 것과 같이 몸체부(110)의 양쪽 끝에 각각 구비되는 것이 바람직하다. 이와 같이 구비되면 가스가 일자 형태로 유동할 수 있어 가스의 원활한 유동에 유리하기 때문이다. 그러나 경우에 따라서는 가스 유입구와 가스 유출구가 몸체부의 양쪽 끝 부분쯤에 구비될 수도 있다. 이러한 경우에는 가스 유입구와 가스 유출구가 몸체부의 길이 방향과 수직한 방향(도 1과 2를 기준으로 좌우 방향)으로 형성될 수도 있다. For reference, the gas inlet 112 and the gas outlet 114 are preferably provided at both ends of the body portion 110, as shown in Figs. This is because the gas can flow in a straight form is advantageous to the smooth flow of the gas. However, in some cases, a gas inlet and a gas outlet may be provided at both ends of the body portion. In this case, the gas inlet and the gas outlet may be formed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the body portion (left and right directions based on FIGS. 1 and 2).

한편, 이러한 몸체부(110) 내에는 연료(fuel)와 물(water)의 혼합물이 흐르는 제1 튜브(120)가 구비된다. 제1 튜브(120)는 도 1과 2에서 도시하고 있는 것과 같이 몸체부(110)의 길이 방향을 따라 나선형으로 감겨 있다. 이와 같이 본 실시예에 따른 튜브(120)는 나선형의 구조를 가지고 있기 때문에 과열되더라도 쉽게 파손되지 않는다는 장점을 가진다. 이에 대해 상술하면, 본 실시예에 따른 튜브(120)는 일종의 스프링과 같은 형상을 가진다. 따라서 과열로 인해 튜브가 팽창하더라도 본 실시예에 따른 튜브는 길이 방향 또는 그에 수직한 방향으로 이러한 팽창을 용이하게 수용할 수 있다. On the other hand, the body 110 is provided with a first tube 120 through which a mixture of fuel and water flows. The first tube 120 is spirally wound along the longitudinal direction of the body portion 110 as shown in FIGS. 1 and 2. As described above, the tube 120 according to the present exemplary embodiment has a spiral structure, and thus, the tube 120 does not easily break even when overheated. In detail, the tube 120 according to the present exemplary embodiment has a kind of spring-like shape. Therefore, even if the tube expands due to overheating, the tube according to the present embodiment can easily accommodate such expansion in the longitudinal direction or a direction perpendicular thereto.

예를 들어, 본 실시예에 따른 튜브(120)를 안쪽으로 밀거나(즉, 도 2를 기준으로 위쪽 끝 또는 아래쪽 끝에서 안쪽으로 밀거나), 또는 바깥쪽으로 당기더라도(즉, 도 2를 기준으로 위쪽 끝 또는 아래쪽 끝에서 바깥쪽으로 당기더라도) 스프링과 유사한 형상으로 인해 본 실시예에 따른 튜브(120)는 그러한 가압으로 인한 변형을 용이하게 수용할 수 있다. 이와 같이 본 실시예에 따른 튜브(120)는 스프링과 유사한 형상을 가지고 있기 때문에, 즉 몸체부(110)의 길이 방향을 따라 나선형으로 감겨 있기 때문에, 과열로 인해 튜브(120)가 팽창하더라도 그러한 팽창을 용이하게 수용할 수 있고, 이의 결과로 팽창을 억제하는 부분이 거의 없어, 즉 응력이 집중되는 부분이 거의 없어 쉽게 파손되지 않는다. For example, even if the tube 120 according to the present embodiment is pushed inward (ie, pushed inward from the upper end or the lower end with respect to FIG. 2), or pulled outward (ie, referring to FIG. 2). Due to the spring-like shape, the tube 120 according to the present embodiment can easily accommodate deformation due to such pressure. Thus, because the tube 120 according to the present embodiment has a shape similar to a spring, that is, spirally wound along the longitudinal direction of the body portion 110, such expansion even if the tube 120 expands due to overheating. Can be easily accommodated, and as a result, there are few parts which suppress expansion, that is, there are few parts where stress is concentrated and are not easily broken.

그런데 이러한 튜브는 2개가 구비될 수도 있다. 즉, 본 실시예에 따른 가습 열교환기는 제1 튜브(120)의 외측에서 제1 튜브(120)를 감싸면서 몸체부(110)의 길이 방향을 따라 나선형으로 감겨 있는 제2 튜브(130)를 더 포함할 수 있다. 이와 같이 하나의 튜브(130)가 다른 하나의 튜브(120)를 감싸고 있으면 열교환에 보다 유리하다. 이에 대해 상술하면, 가습 열교환기의 동체를 이루는 몸체부(110)는 통상 원기둥 형상을 가진다. 이에 따라 원기둥 형상의 몸체부(110) 내에 나선형으로 감겨 있는 2개의 튜브를 설치한다면, 1개의 튜브를 설치할 때보다 열전달 면적이 증가하기 때문에 열교환에 보다 유리하다. 즉, 본 실시예에 따른 가습 열교환기는 열전달 면적을 넓혀 열교환 효율을 향상시키기 위해 하나의 튜브(130)가 다른 하나의 튜브(120)를 감싸고 있는 구조를 채택하고 있다. However, two such tubes may be provided. That is, the humidification heat exchanger according to the present embodiment further surrounds the first tube 120 on the outside of the first tube 120 and further includes a second tube 130 spirally wound along the longitudinal direction of the body part 110. It may include. As such, if one tube 130 surrounds the other tube 120, it is more advantageous for heat exchange. In detail, the body 110 forming the body of the humidification heat exchanger has a cylindrical shape. Accordingly, if the two tubes are spirally wound in the cylindrical body portion 110, the heat transfer area is increased than when installing one tube is more advantageous for heat exchange. That is, the humidifying heat exchanger according to the present embodiment adopts a structure in which one tube 130 surrounds the other tube 120 to increase the heat transfer area and improve heat exchange efficiency.

이때 열교환 효율을 보다 향상시키기 위해서는 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 제1 튜브(120)와 제2 튜브(130)가 서로 반대 방향으로 감겨 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 튜브(120)가 반시계 방향으로 감겨 있다면, 제2 튜브(130)는 시계 방향으로 감겨 있는 것이 열교환 효율의 향상이라는 측면에서 보다 바람직하다. 이에 대해 상술하면, 가스 유입구(112)로 유입된 고온의 가스는 불규칙하게 흐르면 흐를수록 열교환에 유리하다. 왜냐하면 고온의 가스가 불규칙하게 흐르면 흐를수록 고온의 가스와 튜브 사이의 접촉 가능성은 높아지기 때문이다. 다시 말해, 고온의 가스가 규칙적으로(예를 들어, 일자 형태로, 또는 층류로) 흐르면 흐를수록 튜브와 접촉하지 않은 채로 가스 유출구(114)로 배출될 가능성은 높아진다. In this case, in order to further improve the heat exchange efficiency, as shown in FIG. 2, it is preferable that the first tube 120 and the second tube 130 are wound in opposite directions. For example, if the first tube 120 is wound in a counterclockwise direction, it is more preferable that the second tube 130 is wound in a clockwise direction in terms of improving heat exchange efficiency. In detail, the hot gas introduced into the gas inlet 112 flows irregularly, which is advantageous for heat exchange. This is because the higher the flow of hot gas, the higher the probability of contact between the hot gas and the tube. In other words, as the hot gas flows on a regular basis (eg, in a straight line or in a laminar flow), the likelihood of exiting the gas outlet 114 without contacting the tube increases.

따라서 고온의 가스가 가능한 불규칙한 형태로(예를 들어, 난류로) 흐르도록 하는 것이 열교환 효율의 향상이라는 측면에서 바람직하다. 그리고 이와 같이 고온의 가스가 불규칙한 형태로 흐르기 위해서는 제1 튜브(120)와 제2 튜브(130)가 서로 반대 방향으로 감겨 있는 것이 바람직하다. 제1 튜브(120)와 제2 튜브(130)가 서로 반대 방향으로 감겨 있으면, 서로 같은 방향으로 감겨 있을 때보다 가스의 흐름을 보다 더 방해하기 때문에 고온의 가스가 보다 더 불규칙하게 흐를 수 있다. 결국, 본 실시예에 따른 가습 열교환기는 2개의 튜브(120, 130)가 서로 반대 방향으로 감겨 있기 때문에, 가스 유입구(112)로 유입된 가스가 보다 불규칙하게 유동할 수 있고, 이러한 불규칙한 유동으로 인해 고온의 가스가 보다 넓은 면적에서 튜브(120, 130)와 접촉할 수 있으며, 이의 결과로 열교환 효율이 향상될 수 있다. Therefore, it is preferable to allow the hot gas to flow in an irregular shape (for example, in turbulent flow) as possible in view of the improvement of heat exchange efficiency. In order for the high temperature gas to flow in an irregular shape as described above, it is preferable that the first tube 120 and the second tube 130 are wound in opposite directions. When the first tube 120 and the second tube 130 are wound in opposite directions, the hot gas may flow more irregularly because the first tube 120 and the second tube 130 are prevented from flowing more than they are in the same direction. As a result, in the humidifying heat exchanger according to the present exemplary embodiment, since the two tubes 120 and 130 are wound in opposite directions, the gas introduced into the gas inlet 112 may flow more irregularly. The hot gas may contact the tubes 120 and 130 in a larger area, and as a result, the heat exchange efficiency may be improved.

한편, 제1 튜브(120)와 제2 튜브(130)로 연료와 물의 혼합물을 공급하기 위해 본 실시예에 따른 가습 열교환기는 공급부(140)를 포함한다. 이러한 공급부(140)는 연료가 공급되는 연료 공급구(142), 물이 공급되는 물 공급구(144), 및 연료 공급구(142)로부터의 연료와 물 공급구(144)로부터의 물이 혼합되는 혼합부(146)를 포함한다. 혼합부(146)는 연료와 물이 혼합될 수 있도록 내부에 빈 공간을 가지는 것으로 충분하다. 예를 들어, 연료가 흐르는 관에 단순히 물이 흐르는 관을 연결한 구조라고 하더라도 연료가 흐르는 관과 물이 흐르는 관이 만나는 부분은 일종의 혼합부가 될 수 있다. 그리고 이러한 혼합부(146)에는 제1 튜브(120)와 제2 튜브(130)가 연결된다. 이러한 연결은 직접적으로 이루어질 수도 있고, 다른 관을 통해 간접적으로 이루어질 수도 있다. 이러한 구성에 따라 연료 공급구(142)로부터 공급된 연료와 물 공급구(144)로부터 공급된 물은 혼합부(146)에서 혼합된 다음에 제1 튜브(120)와 제2 튜브(130)로 공급될 수 있다. Meanwhile, the humidification heat exchanger according to the present embodiment includes a supply unit 140 to supply a mixture of fuel and water to the first tube 120 and the second tube 130. The supply unit 140 is a fuel supply port 142 is supplied with the fuel, a water supply port 144 is supplied with water, the fuel from the fuel supply port 142 and the water from the water supply port 144 is mixed And a mixing unit 146 to be used. The mixing section 146 is sufficient to have an empty space therein so that fuel and water can be mixed. For example, even if a structure in which a pipe in which fuel flows is simply connected to a pipe in which fuel flows, a portion where the pipe in which fuel flows and the pipe in which water flows may be a kind of mixing part. In addition, the first tube 120 and the second tube 130 are connected to the mixing unit 146. This connection may be made directly or indirectly through another conduit. According to this configuration, the fuel supplied from the fuel supply port 142 and the water supplied from the water supply port 144 are mixed in the mixing unit 146 and then the first tube 120 and the second tube 130. Can be supplied.

이와 같이 공급부(140)를 통해 튜브(120, 130)로 공급된 연료와 물의 혼합물은 몸체부(110)의 내부에서 고온의 가스와 열교환을 한 다음에 배출부(150)를 통해 몸체부(110)의 외부로 배출된다. 이러한 배출부(150)는 집합관(152)과 배출관(154)을 포함한다. 집합관(152)은 제1 튜브(120)로부터의 혼합물과 제2 튜브(130)로부터의 혼합물이 집합되는 관이고, 배출관(154)은 집합관(152)과 연결되어 집합관(152)에 모인 혼합물을 몸체부(110)의 외부로 배출하는 관이다. 그런데 집합관(152)도 전술한 혼합부(146)와 유사하게 제1 튜브(120)와 제2 튜브(130)로부터의 혼합물을 수용할 수 있도록 내부에 빈 공간을 가지는 것으로 충분하다. 예를 들어, 배출관에 단순히 제1, 2 튜브가 연결된 구조라고 하더라도 배출관과 제1, 2 튜브가 만나는 부분은 일종의 집합관이 될 수 있다. As such, the mixture of the fuel and the water supplied to the tubes 120 and 130 through the supply unit 140 exchanges heat with the hot gas in the body 110, and then the body unit 110 through the discharge unit 150. Discharged outside). The discharge unit 150 includes a collection pipe 152 and the discharge pipe 154. The collecting tube 152 is a tube in which the mixture from the first tube 120 and the mixture from the second tube 130 are collected, and the discharge tube 154 is connected to the collecting tube 152 to collect the mixture collected in the collecting tube 152. The tube is discharged to the outside of the body portion (110). However, similar to the mixing unit 146 described above, the collection tube 152 is sufficient to have an empty space therein to accommodate the mixture from the first tube 120 and the second tube 130. For example, even if the first and second tubes are simply connected to the discharge pipe, the portion where the discharge pipe and the first and second tubes meet may be a kind of collection pipe.

이러한 공급부(140), 배출부(150)는 전술한 가스 유입구(112), 가스 유출구(114)와 서로 반대로 배치된다. 즉, 본 실시예에서는 도 2에서 도시하고 있는 것과 같이, 공급부(140)가 가스 유출구(114) 쪽에 구비되고, 배출부(150)가 가스 유입구(112) 쪽에 구비된다. 이와 같이 배치하면, 공급부(140)로부터 배출부(150)까지의 저온 유체(연료와 물의 혼합물)의 흐름과 가스 유입구(112)로부터 가스 유출구(114)까지의 고온 유체(고온 가스)의 흐름이 서로 반대 방향으로 형성될 수 있다. 이와 같이 본 실시예에 따른 가습 열교환기에서는 고온 유체(고온의 가스)와 저온 유체(연료와 물의 혼합물)의 흐름이 서로 반대 방향이다. The supply unit 140 and the discharge unit 150 are disposed opposite to the gas inlet 112 and the gas outlet 114 described above. That is, in this embodiment, as shown in FIG. 2, the supply unit 140 is provided at the gas outlet 114 side, and the discharge unit 150 is provided at the gas inlet 112 side. In this arrangement, the flow of the low temperature fluid (mixture of fuel and water) from the supply unit 140 to the discharge unit 150 and the flow of the high temperature fluid (hot gas) from the gas inlet 112 to the gas outlet 114 are It may be formed in opposite directions to each other. As described above, in the humidification heat exchanger according to the present embodiment, the flows of the hot fluid (hot gas) and the cold fluid (mixture of fuel and water) are opposite to each other.

한편, 본 실시예에 따른 가습 열교환기는 제1 튜브(120)의 중심을 관통하고 몸체부(110)의 길이 방향을 따라 연장하는 유동 확산부(160)를 포함한다. 전술한 것과 같이 본 실시예에 따른 가습 열교환기는 열전달 면적을 충분히 확보하기 위해 제1 튜브(120)의 외측에 제2 튜브(130)를 더 배치할 수 있다. 그러나 이와 같이 제2 튜브(130)를 더 배치한다고 하더라도, 제1 튜브(120)의 중심을 그냥 지나쳐 가는 고온의 가스로 인해 열손실이 발생하는 것은 막기 어렵다. 이러한 열손실을 방지하기 위해 본 실시예에 따른 가습 열교환기는 제1 튜브(120)의 중심에 유동 확산부(160)를 구비한다. 이와 같이 유동 확산부(160)가 구비되면, 고온의 가스가 제1 튜브(120)의 중심을 지나갈 수 없기 때문에, 즉 고온의 가스가 유동 확산부(160)로 인해 외측으로 확산되기 때문에 고온의 가스가 더 많이 튜브(120, 130)와 접촉할 수 있다. On the other hand, the humidification heat exchanger according to the present embodiment includes a flow diffusion portion 160 penetrating the center of the first tube 120 and extends along the longitudinal direction of the body portion (110). As described above, the humidifying heat exchanger according to the present exemplary embodiment may further arrange the second tube 130 on the outside of the first tube 120 in order to sufficiently secure the heat transfer area. However, even if the second tube 130 is further disposed in this manner, it is difficult to prevent heat loss due to the high temperature gas that just passes the center of the first tube 120. In order to prevent such heat loss, the humidifying heat exchanger according to the present embodiment includes a flow diffusion part 160 in the center of the first tube 120. When the flow diffusion unit 160 is provided as described above, since the hot gas cannot pass through the center of the first tube 120, that is, the hot gas diffuses outward due to the flow diffusion unit 160. More gas may contact the tubes 120, 130.

그런데 이러한 유동 확산부(160)는 가능한 그 무게가 작은 것이 보다 바람직하다. 무게가 무거우면 무거울수록 그 설치나 유지가 어렵기 때문이다. 본 실시예에서는 무게를 줄이기 위해 유동 확산부(160)를 내부가 빈 원기둥 형상으로 형성할 수 있다. 다만, 이와 같이 유동 확산부(160)를 형성하면, 고온의 가스로 인해 유동 확산부 내부의 공기가 팽창할 수 있으며, 이러한 팽창으로 유동 확산부(160)가 파손될 수도 있다. 이러한 파손을 방지하게 위해 본 실시예에 따른 유동 확산부(160)에는 배출 구멍(미도시)이 형성될 수 있다. 이와 같이 배출 구멍이 형성되면 내부의 공기가 외부로 배출될 수 있기 때문에, 팽창으로 인한 유동 확산부(160)의 파손이 방지될 수 있다. However, the flow diffusion portion 160 is more preferably as small as possible. The heavier the weight, the harder it is to install or maintain. In this embodiment, in order to reduce the weight, the flow diffusion portion 160 may be formed in a hollow cylindrical shape. However, when the flow diffusion portion 160 is formed in this manner, the air inside the flow diffusion portion may expand due to the high temperature gas, and the flow diffusion portion 160 may be damaged by such expansion. In order to prevent such damage, a discharge hole (not shown) may be formed in the flow diffusion part 160 according to the present embodiment. When the discharge hole is formed in this way, since the air inside may be discharged to the outside, breakage of the flow diffusion unit 160 due to expansion may be prevented.

그리고 이러한 배출 구멍은 가스 유출구(114)의 쪽으로 유동 확산부(160)의 끝 부분(도 2를 기준으로 유동 확산부의 상부)에 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 형성되면 내부의 공기가 보다 자연스럽게 유동 확산부(160)의 외부로 배출될 수 있다. 또한 이와 같이 형성되면 배출 구멍으로 인해 유동의 확산이 방해되는 문제가 발생하지 않을 수 있다. 즉, 배출 구멍이 도 2를 기준으로 유동 확산부(160)의 하부에 형성되면, 고온의 가스가 제대로 확산되지 않고 배출 구멍으로 유입되는 문제가 발생할 수도 있다. And this discharge hole is preferably formed at the end of the flow diffusion portion 160 toward the gas outlet 114 (top of the flow diffusion portion relative to Figure 2). When formed in this way, the internal air may be discharged to the outside of the flow diffusion unit 160 more naturally. In addition, when formed in this way, the problem that the diffusion of the flow is prevented due to the discharge hole may not occur. That is, when the discharge hole is formed in the lower portion of the flow diffusion unit 160 with reference to FIG. 2, a problem that hot gas does not diffuse properly may flow into the discharge hole.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두가 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.As described above, the present invention has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, but a person of ordinary skill in the art does not depart from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. It will be understood that various modifications and variations can be made in the present invention. Therefore, the spirit of the present invention should be understood by the claims described below, and all equivalent or equivalent modifications thereof will belong to the scope of the present invention.

110: 몸체부 112: 가스 유입구
114: 가스 유출구 120: 제1 튜브
130: 제2 튜브 140: 공급부
142: 연료 공급구 144: 물 공급구
146: 혼합부 150: 배출부
152: 집합관 154: 배출관
160: 유동 확산부110: body 112: gas inlet
114: gas outlet 120: first tube
130: second tube 140: supply part
142: fuel supply port 144: water supply port
146: mixing section 150: discharge section
152: collecting pipe 154: discharge pipe
160: flow diffusion portion

Claims (7)

길이 방향으로 한쪽 끝 부분과 다른 쪽 끝 부분에 각각 가스 유입구와 가스 유출구를 가지는 몸체부;
상기 몸체부의 내부에 구비되고 상기 몸체부의 길이 방향을 따라 나선형으로 감겨 있는 제1 튜브;
상기 제1 튜브의 중심을 관통하고 상기 몸체부의 길이 방향을 따라 연장하는 유동 확산부;
상기 가스 유출구 쪽에 구비되고 상기 제1 튜브로 연료와 물의 혼합물을 공급하는 공급부; 및
상기 가스 유입구 쪽에 구비되고 상기 제1 튜브로부터 상기 혼합물이 배출되는 배출부를 포함하는 연료전지용 가습 열교환기.A body portion having a gas inlet and a gas outlet at one end and the other end in the longitudinal direction, respectively;
A first tube provided inside the body and spirally wound along a length direction of the body;
A flow diffusion portion penetrating the center of the first tube and extending in the longitudinal direction of the body portion;
A supply unit provided at the gas outlet and supplying a mixture of fuel and water to the first tube; And
A humidification heat exchanger for fuel cell including a discharge portion provided on the gas inlet side and the mixture is discharged from the first tube. 청구항 1에 있어서,
상기 유동 확산부는 내부가 빈 원기둥 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습 열교환기.The method according to claim 1,
Humidity heat exchanger for a fuel cell, characterized in that the flow diffusion portion has a hollow cylindrical shape inside. 청구항 2에 있어서,
상기 유동 확산부는 상기 가스 유출구 쪽의 끝 부분에 내부의 공기가 배출되는 배출 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습 열교환기.The method according to claim 2,
The flow diffusion part is a humidification heat exchanger for a fuel cell, characterized in that a discharge hole for discharging the air inside is formed at the end of the gas outlet side. 청구항 1에 있어서,
상기 몸체부의 내부에 구비되고 상기 제1 튜브의 외측에서 상기 제1 튜브를 감싸면서 상기 몸체부의 길이 방향을 따라 나선형으로 감겨 있는 제2 튜브를 더 포함하며, 상기 공급부는 상기 제1 튜브와 함께 상기 제2 튜브로 상기 혼합물을 공급하고, 상기 배출부는 상기 제1 튜브와 함께 상기 제2 튜브로부터 상기 혼합물을 배출하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습 열교환기.The method according to claim 1,
And a second tube provided inside the body and spirally wound along a length direction of the body while surrounding the first tube at an outer side of the first tube, wherein the supply part is formed together with the first tube. And supplying the mixture to a second tube, wherein the discharge part discharges the mixture from the second tube together with the first tube. 청구항 4에 있어서,
상기 제2 튜브는 상기 제1 튜브와 반대 방향으로 감겨 있는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습 열교환기.The method of claim 4,
And the second tube is wound in a direction opposite to that of the first tube. 청구항 4에 있어서,
상기 공급부는, 상기 연료가 공급되는 연료 공급구, 상기 물이 공급되는 물 공급구, 및 상기 연료 공급구로부터의 연료와 상기 물 공급구로부터의 물이 혼합되고 상기 제1 튜브와 제2 튜브가 연결되는 혼합부를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습 열교환기.The method of claim 4,
The supply unit includes a fuel supply port to which the fuel is supplied, a water supply port to which the water is supplied, and a fuel from the fuel supply port and water from the water supply port, and the first tube and the second tube are mixed with each other. Humidification heat exchanger for a fuel cell, characterized in that it comprises a mixing portion connected. 청구항 4에 있어서,
상기 배출부는, 상기 제1 튜브로부터의 혼합물과 상기 제2 튜브로부터의 혼합물이 집합되는 집합관, 및 상기 집합관과 연결되어 상기 혼합물을 상기 몸체부의 외부로 배출하는 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 가습 열교환기.The method of claim 4,
The discharge part, characterized in that for the fuel cell comprising a collection tube in which the mixture from the first tube and the mixture from the second tube is collected, and the discharge tube connected to the collection tube for discharging the mixture to the outside of the body portion Humidification heat exchanger.
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