KR102123126B1 - 열 교환 및 유체 혼합 복합 장치 - Google Patents

열 교환 및 유체 혼합 복합 장치 Download PDF

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Abstract

열 교환 및 유체 혼합 복합 장치는 제 1 도관을 통해 차가운 유체를 안내하는 제 1 도관(44) 및 제 2 도관을 통해 뜨거운 가스를 안내하는 제 2 도관(55)을 포함한다. 열 전도성 부재(2)는 열을 뜨거운 가스에서 차가운 유체로 전달하기 위해 제 1 도관(44)과 제 2 도관(55) 사이에 배치된다. 열 전도성 부재는 장치에서 열 교환 프로세스를 위한 최대 길이 방향 연장부(22)를 정의하는 길이를 갖는다. 장치는 배기 유체를 안내하는 제 3 도관(45)을 추가로 포함한다. 제 3 도관(45)은 뜨거운 가스와 배기 유체의 혼합, 및 제 2 도관에서 그렇게 형성된 배기 유체/뜨거운 가스 혼합물의 화학 반응을 위한 장치에 배기 유체를 도입하는 배기 유체 입구(46)를 포함한다. 제 3 도관(45)에는 배기 유체를 제 2 도관(55)으로 통과시키는 하나보다 더 많은 개구(21)가 제공된다. 하나보다 더 많은 개구는 장치에서 열 교환 프로세스를 위한 최대 길이 방향 연장부(22) 내에서 상기 제 2 도관(55)에 대해 실질적으로 동일한 길이 방향 위치에 배치된다.

Description

열 교환 및 유체 혼합 복합 장치{COMBINED HEAT EXCHANGING AND FLUID MIXING APPARATUS}
본 발명은 열 교환 및 유체 혼합 복합 장치(combined heat exchanging and fluid mixing apparatus)의 분야에 관한 것이다.
유체 혼합기는 예를 들어 자동차의 배기 시스템의 분야에 잘 알려져 있다. 촉매 변환기에서 배기 가스의 촉매 반응을 활성화하기 위해, 환원제, 일반적으로 암모니아 또는 요소(urea)는 배기 가스와 혼합된다. 예를 들면, US 2002116916에서, 촉매 변환기의 상류측에서 그리드는 환원제를 주입하는 주입 장치 옆에 배치된다. 그리드는 배기 가스/환원제 혼합물의 균일한 분포를 제공한다. 배기 시스템의 유체 혼합기 및 촉매 변환기는 주로 배기 가스로부터 질소 산화물과 같은 유해한 성분을 제거하는 데 사용되지만, 배기 가스의 촉매 반응은 또한 배기 가스에 남아 있는 잔여 연료를 소모시키는 데 사용될 수 있다. 이러한 프로세스에서 생성된 반응 열이 사용되는 경우, 시스템의 에너지 효율은 향상될 수 있다.
연료 전지는 고 효율을 가진 에너지 변환기로 알려져 있다. 연료 전지에서, 예를 들어 탄화수소 연료는 전기 에너지 및 열로 직접 변환된다. 에너지 시스템의 전체 효율을 향상시키기 위해, 연료 전지에서 생성된 열은 추가로 가열하기 위해 사용될 수 있다. 특히 고체 산화물 연료 전지(SOFC)와 같이 고온에서 동작하는 연료 전지는 발전 및 열 회수 복합 장치에 적용하기 위한 적절한 후보(candidate)이다. 일반적으로, 열 교환기는 추가 사용을 위한 차가운 유체(cool fluid)를 가열하는 연료 전지의 하류측에 배치된다. 동작을 위해, SOFC는 예열된 산화 가스, 특히 공기를 필요로 한다. 이러한 가스는 SOFC에 도입되기 전에 열 교환기에서 예열될 수 있다. 더욱이, 연료 전지에 도입된 연료가 완전히 소모되지 않으면, 연료 전지를 떠난 이러한 감손 연료(depleted fuel)는 여전히 연료를 포함한다. 감손 연료는 이제 유체 혼합기에서 감손 연료/뜨거운 공기 혼합물을 산화시키기 위해 SOFC를 떠난 뜨거운 공기와 혼합될 수 있다. 그 다음, 혼합물은 열 교환기로 안내된다. 뜨거운 공기로부터의 열 뿐만 아니라 산화 반응으로부터의 반응 열이 열 교환기에 사용된다. 불행하게도, 이러한 시스템은 공간을 필요로 하고, 높은 생산 비용을 갖는 수 개의 개개의 구성 요소, 예를 들어 별도의 유체 혼합기 및 별도의 열 교환기를 포함한다. 다른 예는 별도의 버너 및 별도의 열 교환기로 구성되는 반면에, 감손 연료는 별도의 열교환기의 상류측에 배치되는 상기 별도의 버너에서 혼합되고 산화된다.
그래서, 현재의 기술적 수준의 결점을 고려한 열 교환 및 유체 혼합 장치가 제공된다. 특히, 웨이트(weight)되고, 공간 절약되며, 생산 비용을 감소시키는 열 교환 및 유체 혼합 복합 장치가 제공된다.
본 발명에 따른 열 교환 및 유체 혼합 복합 장치는:
- 제 1 도관을 통해 차가운 유체를 안내하는 제 1 도관으로서, 차가운 유체 입구 및 차가운 유체 출구를 포함하는 제 1 도관;
- 제 2 도관을 통해 뜨거운 가스를 안내하는 제 2 도관으로서, 뜨거운 가스 입구 및 뜨거운 가스 출구를 포함하는 제 2 도관;
- 열을 뜨거운 가스에서 차가운 유체로 전달하기 위해 제 1 도관과 제 2 도관 사이에 배치된 열 전도성 부재로서, 장치에서 열 교환 프로세스를 위한 최대 길이 방향 연장부(maximum longitudinal extension)를 정의하는 길이를 가진 열 전도성 부재를 포함하는데, 장치는,
- 배기 유체를 안내하는 제 3 도관을 추가로 포함하는데, 제 3 도관은 뜨거운 가스와 배기 유체의 혼합, 및 제 2 도관에서 그렇게 형성된 배기 유체/뜨거운 가스 혼합물의 화학 반응을 위한 장치에 배기 유체를 도입하는 배기 유체 입구를 포함하며, 제 3 도관에는 제 3 도관으로부터의 배기 유체를 제 2 도관에 도입하기 위한 하나보다 더 많은 개구가 제공되며, 배기 유체를 제 2 도관에 도입하기 위한 하나보다 더 많은 개구는 장치에서 열 교환 프로세스를 위한 최대 길이 방향 연장부 내에 배치되며, 하나보다 더 많은 개구는 제 2 도관에 대해 실질적으로 동일한 길이 방향 위치에 배치된다.
차가운 유체를 안내하는 제 1 도관, 및 열 전도성 부재로 분리되는 뜨거운 유체를 안내하는 제 2 도관은 뜨거운 가스로부터 차가운 유체로 열 교환 프로세스를 위해 배치된다. 이에 의해, 열 전도성 부재의 길이는 열 교환 프로세스가 장치에서 일어날 수 있는 최대 길이 방향 연장부를 정의한다. 최대 길이 방향 연장부는 제 1 및 2 도관이 열 전도성 부재의 전체 길이를 따라 배치될 경우에 뜨거운 가스에서 차가운 유체로의 열 교환을 위해 효과적으로 사용될 수 있다.
배기 유체를 장치 및 제 2 도관에 도입하기 위해 한 단부에서의 배기 유체 입구를 제 3 도관에 제공함으로써, 유체 혼합은 열 교환기에 통합된다. 배기 유체를 제 3 도관에서 제 2 도관에 도입하기 위한 제 3 도관의 하나보다 더 많은 개구를 장치에서 열 교환 프로세스를 위한 최대 길이 방향 연장부 내에 배치함으로써, 배기 유체는 초기에 열 교환이 일어날 수 있는 장치 내부의 영역에서 제 2 도관에 도입된다. 배기 유체 및 뜨거운 가스의 혼합은 제각기 뜨거운 가스에서 차가운 유체로의 열 교환 프로세스가 시작하는 것보다 더 하류측(제 2 도관의 뜨거운 가스의 흐름과 뜨거운 가스 입구에 대한 하류측)에서 동시에 또는 나중에 시작한다. 예를 들어 일부 열이 이미 뜨거운 가스에서 차가운 유체로 전달되었을 때에 혼합을 시작하기 위해서는 뜨거운 가스의 온도가 뜨거운 가스 입구 및 급속한 화학 반응, 예를 들어 배기 유체의 산화에서 매우 높으며, 특히 예를 들어 산화 프로세스와 같이 발열 화학 반응에 의한 과도한 열 발생이 방지되거나 감소될 경우에 유리할 수 있다. 제 2 도관에 대하여 실질적으로 동일한 길이 방향 위치에 하나보다 더 많은 개구를 추가적으로 배치함으로써, 추가로 제어된 화학 반응 및 추가로 제어된 열 교환은 본 발명에 따른 장치에서 수행될 수 있다. 하나보다 더 많은 개구가 제 2 도관과 실질적으로 동일한 길이 방향 위치에 배치되는 경우, 제 2 도관에 주입된 각 유체는 초기에 동일한 뜨거운 가스 환경과 접한다. 게다가, 개구가 실질적으로 동일한 길이 방향 위치에 배치되면, 또한 추가의 반응 조건은 주입된 유체로 통합될 수 있다. 예를 들면, 주입 된 유체가 제 2 도관의 촉매 활성 섹션에 도달하는 시간, 또는 뜨거운 가스와 혼합되는 주입된 유체가 제 1 도관의 차가운 유체에 의해 냉각의 효과를 접하는 시간은 상이한 개구를 통해 주입된 유체에 대해 실질적으로 동일할 수 있다. 촉매 활성 요소에 의해, 화학 반응은 제 2 도관의 특정 길이 방향 위치 또는 영역에서 발생하거나 시작하도록 트리거될 수 있다. 이러한 측정에 의해, 냉각 유체를 포함하는 제 1 도관이 배치될 수 있고, 차가운 유체의 온도는 제 2 도관의 화학 반응 및 열 발생이 최대로 유지되거나 원하는 레벨로 유지되도록 적응될 수 있다. 실질적으로 제 2 채널에 대해 개구의 동일한 길이 방향 위치는 일반적으로 제 2 채널의 입구에서 측정된 실질적으로 동일한 길이 또는 거리에 상응한다. 그러나, 하나 이상의 벤드를 가진 제 2 도관에서, 동일한 길이 방향 위치는 본질적으로 측면 도관 벽 또는 제 2 도관에서의 흐름 방향에 수직인 라인에 상응한다.
개구가 제 2 도관에서의 서로 다른 길이 방향 위치에 배치되는 경우, 더욱 상류측 위치에 주입된 유체 또는 혼합물은 이러한 유체 또는 혼합물이 더욱 하류측 구멍을 통과하여 제 2 도관에서의 촉매 활성 섹션에 도달하기 전에 이미 반응하는 것이 발생할 수 있다. 또한 그것은 제 1 도관의 차가운 유체에 의한 냉각 효과를 갖기 전에 반응하는 것이 발생할 수 있다. 반응이 발열성인 경우, 과도한 열이 발생되고, 이러한 과열 주입된 유체 또는 혼합물은 더욱 하류측 위치에서 주입된 유체와 반응한다. 이것은 예를 들어 주입된 배기 유체의 버닝(burning)으로 이어질 수 있으며, 이는 장치를 파괴로 까지 손상시킬 수 있다. 상술한 바와 같이 개구의 배치로, 주입된 배기 유체/뜨거운 가스 혼합물의 연소는 단지 장치의 냉각 영역에서 발생하는 것이 달성될 수 있다.
유체 혼합 및 열 교환을 복합함으로써, 열 교환기의 상류측에 배치된 개개의 유체 혼합기와 같은 별도의 구성 요소가 필요치 않다. 이것은 별도의 장치가 제조되고 조립될 필요가 없기 때문에 생산 및 제조 비용을 줄인다. 게다가, 두 프로세스, 즉 열 교환 및 유체 혼합은 하나의 장치에서 복합이 이루어진다. 그래서, 또한 예를 들어 스틸 외피(steel envelope)일 수 있는 하나의 하우징만이 필요하다. 이것은 재료 비용 및 무게를 추가로 감소시키며, 게다가 특히 또한 본 발명에 따른 장치에 조합되는 개개의 구성 요소 사이에 연결 관이 필요하지 않기 때문에 공간이 절약될 수 있다.
용어 '뜨거운 가스' 및 '차가운 유체'는 여기서 가스 및 유체를 설명하는 데 사용되며, 유체는 열 교환기에서 뜨거운 가스로부터 차가운 유체로의 열 전달을 허용하는 기체, 액체 또는 이의 혼합물일 수 있다. 차가운 유체의 온도는 뜨거운 가스의 온도보다 낮다. 일부 바람직한 실시예에서, 뜨거운 가스와 차가운 유체의 온도차 또는 온도 범위에 대해 기본적으로 제한이 없지만, 뜨거운 가스 입구에서의 '뜨거운 가스'의 온도는 섭씨 500도와 1000도 사이의 범위내에 있으며, 예를 들어 약 섭씨 800도이다. 일부 바람직한 실시예에서, 차가운 유체 입구에서의 차가운 유체의 온도는 냉각 유체 출구에서 주변 온도 및 섭씨 몇백도, 예를 들어, 섭씨 700도이다.
배기 유체는 기체, 액체 또는 기체 및 액체의 혼합물일 수 있다. 혼합은 배기 유체 입구 또는 하나보다 더 많은 개구의 설계에 의해 지지될 수 있다. 예를 들면, 개구는 노즐 역할을 할 수 있거나, 혼합 요소는 제 2 도관, 예를 들어 그리드, 편향 요소, 또는 배기 유체 및 뜨거운 가스의 흐름에서 난류를 일으키는 다른 장애물에 제공될 수 있다. 배기 유체는 예를 들어 연료 전지로부터의 감손 연료 또는 자동차의 엔진의 배기 가스이다.
바람직한 실시예에서, 화학 반응은 배기 유체의 산화 반응, 예를 들어 연료의 산화 반응이다. 그것은 예를 들어 배기 유체의 촉매 부분 산화 프로세스(CPOX)일 수 있다. 또한 CPOX는 발열 화학 반응이다. 여기서, 연료-공기 혼합물은 수소가 풍부한 가스가 형성될 수 있도록 부분적으로 연소된다. 본 발명에 따른 장치에서 발생할 수 있는 화학 반응에 대한 이러한 예는 예를 들어 단일 장치에서 연료 전지의 작업을 위한 수소를 생성하는 데 사용될 수 있다. 화학 반응의 다른 예는 바람직하게는 탄화수소의 연료의 프로세스를 개질(reforming)한 것이다. 이러한 화학 반응은 예로만 언급된다. 추가의 화학 반응은 뜨거운 가스의 조성물 뿐만 아니라 배기 유체의 내용에 의존할 수 있다.
화학 반응, 특히 뜨거운 가스의 배기 유체의 산화 반응을 시작하고 유지하는데 필요한 에너지는 뜨거운 가스만에 의해 전달될 수 있다. 산화 프로세스 또는 다른 발열 프로세스에 의해 획득된 열은 산화 프로세스 또는 제 2 도관에서 일어나는 다른 화학 반응을 추가로 지지한다. 반응 열은 또한 뜨거운 가스를 가열할 수 있으며, 이것은 그 후 뜨거운 가스와 함께 열 교환 프로세스에서 제 1 도관의 차가운 유체를 가열하는 데 사용된다.
"장치에서 열 교환 프로세스를 위한 최대 길이 방향 연장부 내에 배치된다(arranged within the maximum longitudinal extension for a heat exchanging process in the apparatus)" 라는 용어는 특징물(feature), 예를 들어 열 전도성 부재 자체에 배치되는 하나보다 더 많은 개구로 제한되지 않는다. 이러한 용어는 오히려 장치 내의 영역을 설명하며, 이러한 영역은 열 전도성 부재의 길이에 의해 제한되는 한 치수(또는 길이)에 있다. 그래서, "최대 길이 방향 연장부 내에 배치"되는 특징물의 위치는 열 전도성 부재의 두 길이 방향 단부의 (길이 방향에 대해서만) 외부의 영역에 배치되지 않고, 예를 들어 열 전도성 부재와 병렬인 이러한 영역 내에 배치된다.
하나보다 더 많은 개구는 열 전도성 부재 내에 배치될 수 있으며, 예를 들어 열 전도성 플레이트 내에 구멍으로 구성될 수 있거나, 열 전도성 부재와 병렬로 예를 들어 배기 유체를 안내하는 별도의 도관의 벽 내에 배치될 수 있으며, 이러한 벽은 (반드시) 열 전도성 부재의 부분은 아니다. 바람직하게는, 하나보다 더 많은 개구는 뜨거운 가스 입구의 하류측에 배치된다. 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예에서, 복수의 개구는 제 3 도관의 길이를 따라 배치된다. 예를 들면, 복수의 개구는 열 전도성 플레이트의 폭 또는 이러한 폭의 부분과 같은 장치의 폭 또는 이러한 폭의 부분에 걸쳐 배치될 수 있다.
제 3 도관에서 하나보다 더 많은 또는 복수의 개구의 제공은 상기 복수의 개구를 통과하는 배기 유체의 혼합을 지지하며, 배기 유체는 수개의 여러 위치에서 뜨거운 가스로 안내된다. 제 3 도관의 길이를 따라 복수의 개구를 추가적으로 배치함으로써, 배기 유체는 제 3 도관의 길이를 따라 배치된 위치에서 뜨거운 가스로 안내되며, 이러한 길이는 장치의 폭 또는 이러한 폭의 부분, 예를 들어 열 전도성 부재 또는 열 전도성 플레이트의 폭 또는 이러한 폭의 부분 또는 제 2 도관의 전체 폭일 수 있다. 예를 들면, 약 1 mm의 크기의 구멍의 한 행(row)은 바람직하게는 제 2 도관의 전체 폭에 걸쳐 균등하게 배치될 수 있다. 예를 들면, 10 또는 20개의 구멍의 한 행은 제 2 도관에 대해 동일한 길이 방향 위치에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 양태에 따르면, 배기 유체 입구는 장치에서 열 교환 프로세스를 최대 길이 방향 연장부 내에 배치된다. 이것에 의해, 하나보다 더 많은 개구뿐만 아니라 배기 유체 입구는 최대 길이 방향 연장부 내에 배치된다. 배기 유체 입구는 예를 들어 뜨거운 가스 입구에 가까운 최대 길이 방향 연장부의 한 단부에서 또는 최대 길이 방향 연장부의 중심에 대해, 또는 한 단부와 중심 사이에서 열 전도성 부재와 병렬로 알맞게 배치된다. 따라서, 배기 유체는 뜨거운 가스로부터의 열 전달이 이미 시작되었을 수 있는 위치에서 장치에 도입될 수 있다. 이것은 배기 유체가 이미 열 전도성 부재를 통해 가열되었을 수 있고, 차가운 유체로의 열 전달이 이미 뜨거운 가스를 냉각하고, 빠른 산화 또는 배기 가스의 다른 발열 화학 반응이 방지되거나 최소화되며, 장치가 콤팩트한 방식으로 구성될 수 있거나 상술한 이점의 조합에 의해 구성될 수 있다는 점에서 유리할 수 있다.
배기 유체는 배기 유체 입구에서 장치로 이끌어지고, 제 3 도관에서 제 3 도관의 하나보다 더 많은 개구로 안내된다. 하나보다 더 많은 개구는 배기 유체가 직접 뜨거운 가스에 도입되고, 배기 유체 및 뜨거운 가스의 혼합이 배기 유체가 제 2 도관에 도입하는 즉시 일어나도록 뜨거운 가스 입구의 하류측에 배치될 수 있다. 뜨거운 가스의 흐름은 제 2 도관에서 뜨거운 가스의 흐름 방향을 따라 배기 유체를 운반한다.
본 발명에 따른 장치의 양태에서, 제 3 도관은 제 1 또는 2 도관의 방향에 수직인 방향으로 배치된다. 제 3 도관을 제 1 도관 또는 제 2 도관 또는 둘 다에 수직으로 배치함으로써, 제 1 또는 2 도관 내 또는 옆의 제 3 도관의 공간 절약 배치가 달성될 수 있다. 제 3 도관은 제각기 제 1 또는 2 도관의 길이를 단축하지 않거나 현저히 단축하지 않고 장치 내에 배치될 수 있다. 게다가, 수직 배치는 장치의 폭 또는 이러한 폭의 부분을 따라 연장되는 복수의 개구의 제공, 및 제 2 도관의 전체 폭 또는 이러한 폭의 부분을 따라 배기 유체를 뜨거운 가스로의 도입을 허용하여, 배기 유체 및 뜨거운 가스의 혼합을 지지한다. 제 3 도관 및 제 2 도관이 서로 수직으로 배치되는 경우, 제 3 도관의 길이를 따라 배치되는 개구의 라인은 동시에 제 2 도관의 동일한 길이 방향 위치에 배치된다. 이러한 배치에 의해, 본 발명에 따른 장치의 개개의 요소의 제조가 용이하게 된다.
본 발명에 따른 장치의 양태에 따르면, 제 1 도관 및 제 3 도관은 열 전도성 부재의 동일한 측면에 배치되고, 배기 유체를 제 3 도관에서 제 2 도관으로 통과시키기 위한 하나보다 더 많은 개구는 열 전도성 부재 내에 배치된다. 이러한 배치에 의해, 차가운 유체 및 배기 유체는 각각의 제 1 및 3 도관의 열 전도성 부재의 동일한 측면에 안내된다. 차가운 유체 및 배기 유체에 대한 별도의 도관은 간단한 구조적 수단에 의해 실현될 수 있다. 게다가, 배기 유체는 화학 반응, 특히 예를 들어 뜨거운 가스와 배기 유체의 혼합 전의 산화와 같은 발열 화학 반응을 방지하거나 제한하는 열 교환기의 '차가운(cool)' 측의 장치에 도입될 수 있다. 열 전도성 부재에서 하나보다 더 많은 개구를 통해 배기 유체를 통과시킴으로써, 제 2 도관은 임의의 장애물이 없을 수 있다. 뜨거운 가스의 낮은 밀도로 인해, 제 2 도관에서의 이러한 장애물은 제 2 도관을 통해 압력 강하로 이어질 수 있다.
제 1 도관과 제 3 도관 사이에는 유체 밀봉 분리(fluid-tight separation) 부재가 제 1 도관 및 제 3 도관의 유체 밀봉 분리를 위해 배치될 수 있다. 제 1 및 3 도관은 바람직하게는 서로 인접하여 배치되고, 유체가 제 1 도관에서 제 3 도관으로 또는 그 역으로 교환되지 않도록 유체 밀봉 분리 부재에 의해서만 분리된다. 분리 부재는 예를 들어 바(bar) 형태의 스페이서일 수 있다. 이러한 스페이서는 또한 도관의 치수, 예를 들어 도관의 높이 또는 두께를 정의할 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 다른 양태에 따르면, 제 2 도관 및 제 3 도관은 열 전도성 부재의 동일한 측면에 배치된다. 이러한 배치는 배기 유체가 제 2 도관에 들어가고, 실제로 뜨거운 가스와 혼합하는 하나보다 더 많은 개구의 위치에 유연성을 제공한다. 예를 들면, 뜨거운 가스 입구의 다소의 하류측에, 예를 들어 뜨거운 가스 입구에 인접하거나 제 2 도관의 길이의 절반 가까이에 제 3 도관을 배치함으로써, 열 전달 및 반응 프로세스는 최적화될 수 있다. 제 3 도관이 뜨거운 가스 입구의 더 하류측에 배치되면, 뜨거운 가스의 온도는 이미 냉각되었다. 이에 의해, 발열 화학 반응에 대한 온도는 원하는 범위로 유지될 수 있다. 또한, 뜨거운 가스 입구에서 뜨거운 가스의 온도는 이미 배기 유체 입구 또는 하나보다 더 많은 개구에서 과도한 화학 반응을 일으키지 않고 더욱 높아질 수 있다.
게다가, 열 전도성 부재의 동일한 측면에 제 3 도관 및 제 2 도관을 배치함으로써, 차가운 액체를 안내하는 제 1 도관은 연장될 수 있다. 그것은 특히 예를 들어 열 전도성 부재의 전체 길이가 열 교환 프로세스를 위해 사용될 수 있도록 본질적으로 장치의 완전한 길이로 연장될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 추가의 양태에 따르면, 열 전도성 부재는 제 1 및 2 측면 플레이트 사이에 배치된 열 전도성 플레이트이다. 열 전도성 플레이트와 제 1 및 2 측면 플레이트는 제 1 측면 플레이트와 열 전도성 플레이트 사이에는 제 1 갭을 형성하고, 열 전도성 플레이트와 제 2 측면 플레이트 사이에는 제 2 갭을 형성하여 서로 멀리 떨어져 배치된다.
플레이트 열 교환기는 열 전달을 위해 사용 가능한 큰 표면 영역으로 인해 매우 효과적이다. 플레이트 배치의 제조는 편리하고 다수의 스택으로 쉽게 확장될 수 있다. 게다가, 열 교환 플레이트의 한 측면에는 두 도관을 제공하고, 열 교환 플레이트의 반대 측면에는 하나의 도관을 제공함으로써, 추가 또는 별도의 냉각/가열 또는 별도의 배기 가스 흐름을 위한 도관에 대한 추가의 플레이트가 필요하지 않다. 이것은 제조를 단순화하고, 본 발명에 따른 장치를 매우 콤팩트하게 한다.
본 양태에 따른 일 실시예에서, 제 1 갭은 유체 밀봉 분리 부재에 의해 제 1 도관 및 제 3 도관으로 분리된다. 제 2 도관은 제 2 갭에 의해 형성되고, 하나보다 더 많은 개구는 열 전도성 플레이트 내에 배치된다. 유체 밀봉 분리 부재에 의해 분리되는 제 1 갭에서, 갭의 한 부분은 제 1 도관을 형성하고, 갭의 다른 부분은 제 3 도관을 형성한다. 배기 유체가 열 전도성 플레이트의 한 측면에서 열 전도성 플레이트의 다른 측면까지 제 2 도관에서 뜨거운 가스로 통과시키기 위해, 하나보다 더 많은 개구는 열 전도성 플레이트에 배치된다. 이러한 배치에서, 제 2 갭은 제 2 도관을 형성한다. 여기서 뜨거운 가스는 뜨거운 가스 입구에서 뜨거운 가스 출구로 흘러 본질적으로 방해받지 않을 수 있다.
제 3 도관은 또한 제 1 도관에 통합될 수 있다. 이것에 의해, 제 1 도관은 열 전도성 부재의 길이 또는 이러한 길이의 부분에 걸쳐 연장될 수 있다.
본 양태에 따른 다른 실시예에서, 제 1 도관은 제 1 갭에 의해 형성되고, 제 2 도관은 제 2 갭에 의해 형성되지만, 제 3 도관은 제 2 도관 내에 배치된다. 제 3 도관을 제 2 도관 내에 통합함으로써, 제 2 도관에 제 3 도관을 갖지 않고 보다 동일한 길이를 가진 제 2 도관이 제공될 수 있으며, 이러한 길이는 유리하게도 열 전도성 플레이트의 길이에 상응한다. 그 후, 뜨거운 가스는 난류를 일으키고, 제 2 도관의 뜨거운 가스와 제 3 도관에서 방출된 배기 유체의 혼합을 지지할 수 있는 제 3 도관을 지나 흐른다.
본 발명에 따른 장치의 추가의 양태에 따르면, 제 2 도관은 배기 유체/뜨거운 가스 혼합물의 산화와 같은 추가의 화학 반응을 위한 촉매 활성 요소를 포함한다.
배기 유체/뜨거운 가스 혼합물의 산화 프로세스와 같은 화학 반응을 추가로 지지하기 위해, 또는 뜨거운 가스의 온도가 화학 반응에 충분하지 않는 경우에나 배기 유체를 완전히 반응시키기 위해, 촉매 활성 요소는 제 2 도관에 배치될 수 있다. 이러한 촉매 활성 요소는 제 2 도관의 제한된 영역에 배치될 수 있고, 배기 유체 입구의 하류측, 특히 하나보다 더 많은 개구의 하류측에 배치될 수 있다. 촉매 활성 요소는 바람직하게는 열 교환 프로세스에서 반응 열을 이용하기 위해 예를 들어 제 2 도관의 중간 부분에 배치된다. 용어 '중간 부분'은 바람직하게는 제 2 도관의 영역을 정의하며, 이러한 영역은 제 2 도관의 전체 길이의 약 50% 이상에 걸쳐 연장되고, 제 2 도관의 중간 길이 주변에 배치된다. 그러나, 촉매 활성 요소는 또한 예를 들어 제 1 도관의 위치에 상응하거나 실질적으로 배기 가스를 위한 주입 위치에 직접 상응하도록 먼 상류측까지 배치될 수 있다.
촉매 활성 요소는 제 2 도관의 벽의 섹션의 촉매 활성 코팅일 수 있다. 코팅은 제 2 도관의 유체 흐름의 저항을 강화하지 않거나 현저히 강화하지 않는다. 게다가, 코팅은 장치의 조립 전에 도관 벽에 도포될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 양태에 따르면, 차가운 유체 입구 및 뜨거운 가스 출구는 장치의 한 단부에 배치되고, 차가운 유체 출구, 뜨거운 가스 입구, 배기 유체 입구 및 하나보다 더 많은 개구는 장치의 반대 단부에 배치된다. 장치의 단부는 특히 장치의 최상부일 수 있고, 장치의 반대 단부는 장치의 최하부일 수 있다.
냉각 유체 및 뜨거운 가스를 위한 입구 및 출구를 장치의 반대 단부에 배치함으로써, 열 교환 프로세스의 두 유체는 장치를 통해 역류(counter-flow) 방향으로 안내된다. 이것은 뜨거운 가스에서 차가운 유체로의 최대 열 전달을 위해 열 교환기에서 유리한 흐름 방향이다. 게다가, 도관의 입구 및 출구를 반대 단부에 배치함으로써, 장치의 최대 연장부(최대로 열 전도성 부재의 전체 길이)는 열 교환 프로세스에 사용될 수 있다. 배기 유체 입구 및 하나보다 더 많은 개구를 뜨거운 가스 입구와 동일한 장치의 단부에 배치함으로써, 제 2 도관의 길이의 대부분은 배기 유체 및 뜨거운 가스의 혼합, 혼합물의 산화 및 차가운 유체로의 열 전달에 이용될 수 있다.
입구 및 출구를 최상부 및 최하부에 배치함으로써, 제각기 차가운 유체 및 뜨거운 가스 또는 혼합물은 본질적으로 하향식(top-down) 및 상향식(bottom-up) 흐름 방향을 갖는다. 그러나, 또한 수평 또는 임의의 다른 기울어진 흐름 방향은 본 발명에 따른 장치와 함께 실행할 수 있다.
단부에서의 입구 및 출구의 배치는 상술한 바와 같이 역류 적용에만 유리하지 않다. 또한 동축류(co-flow) 또는 직교류(cross-flow) 배치는 적용에 따라 바람직할 수 있다. 예를 들면, 동축류 배치에서, 뜨거운 가스 및 차가운 유체는 본질적으로 병렬 실행한다. 따라서, 동축류 배치에서, 뜨거운 가스와 차가운 유체 사이의 열 전도성 부재의 온도는 오히려 균일하다. 이것은 화학 반응이 거의 일정한 온도를 가진 넓은 표면에서 일어날 수 있도록 하는데 유리할 수 있다.
용어 '단부' 및 '반대 단부' 뿐만 아니라 '최상부' 및 '최하부'는 장치의 절반(상위 절반, 하위 절반)을 따라 연장되는 본 발명에 따른 장치의 영역을 정의하며, 바람직하게는 장치의 하나의 단부 또는 반대 단부(최하부, 최상부)에서 시작하는 장치의 3 분의 1(최상위 3 분의 1, 최하위 3 분의 1)에 걸쳐 연장되는 영역을 정의하고, 장치의 중간 방향으로 연장된다. 여기서, 장치는 상하 배치에서 수직으로 배치되는 길이 방향 축을 정의한다.
본 발명에 따른 장치의 추가의 양태에 따르면, 제 2 도관의 벽은 뜨거운 가스와 배기 유체의 혼합을 지지하는 프로파일 구조물을 포함한다. 프로파일 구조물은 배기 유체 및 뜨거운 가스의 혼합을 지지하는 제 2 도관에서 소용돌이 효과를 유발시키는 데 사용될 수 있으며, 그래서 배기 유체의 산화 프로세스에 유리하게 영향을 미칠 수 있다.
프로파일 구조물은 제 2 도관의 벽 또는 이러한 벽의 부분의 표면 구조일 수 있다. 프로파일 구조물은 또는 프로파일된 벽일 수 있다. 프로파일 구조물의 예는 표면 또는 스탬프 파형(stamped wave-like) 또는 "셰브런(chevron)" 패턴에서 거친 표면, 딥(dip), 자국(indentation), 핀(fin) 또는 홈이다. 프로파일 구조물은 또한 예를 들어 열 전도성 부재의 표면을 확대하여 열 교환을 강화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 양태에 따르면, 장치는 적어도 하나의 추가의 열 전도성 플레이트, 적어도 하나의 추가의 측면 플레이트 및 적어도 하나의 추가의 배기 유체 입구를 추가로 포함한다. 적어도 하나의 추가의 열 전도성 플레이트는 교번 방식(alternating manner)으로 배치되고, 이러한 측면 플레이트와 적어도 하나의 추가의 열 전도성 플레이트 사이에 적어도 하나의 추가의 제 1 갭 및 적어도 하나의 추가의 제 2 갭을 형성한다. 적어도 하나의 추가의 제 2 도관은 적어도 하나의 추가의 제 2 갭에 의해 형성된다. 적어도 하나의 추가의 제 2 도관으로 배기 유체를 도입하기 위한 하나보다 더 많은 추가의 개구는 열 교환 프로세스를 위한 최대 길이 방향 연장부 내에서 제 2 도관에 대해 실질적으로 동일한 길이 방향 위치에 배치된다. 이에 의해 이러한 배치는 열 교환 및 유체 혼합 장치의 다중 스택(multiple-stack)을 형성한다.
본 발명에 따른 장치의 플레이트 배치는 병렬로 배치되는 열 교환 및 유체 혼합 장치의 다중 스택을 형성하기 위해 장치의 확장을 쉽게 할 수 있다. 이에 의해, 열 교환 플레이트 및 측면 플레이트가 교번 순서로 배치되도록 동일한 부재는 서로 옆에 스택된다. 또한 각각의 도관을 포함하는 갭은 교번 순서로 배치된다. 이것에 의해, 복수의 혼합기 및 열 교환기 복합의 매우 콤팩트한 배치가 제조된다. 다중 스택 장치에서, 상응하는 입구 및 출구는 바람직하게는 각각의 집열기 또는 매니폴드(collector or manifold)에 결합된다. 예를 들면, 복수의 N 뜨거운 가스 출구를 가진 다중 스택에서, N 뜨거운 가스 출구는 하나의 집열기에만 결합된다. 이것은 본 발명에 따른 장치를 다른 장치에 연결하는 것을 단순화한다.
본 발명에 따른 장치는 비용 효율적인 방식으로 제조될 수 있지만, 이러한 비용 효율은 본 발명에 따른 장치의 다중 스택이 제조될 경우에 더욱더 인지할 수 있다. 프레싱(pressing) 또는 절단에 의해 형성될 수 있는 두 종류의 플레이트만이 제조될 필요가 있다. 또한, 동일한 추가의 분리 부재가 사용될 수 있다. 유체 혼합이 열 교환에 통합되기 때문에 하나의 엔벨로프만이 하나의 장치 또는 열 교환 및 유체 혼합 복합 장치의 다중 스택에 필요하다. 장치가 단일 구성 요소로 제조됨에 따라 분리 유체 혼합기를 열 교환기에 연결하기 위한 조립 비용이 필요하지 않다.
본 발명에 따른 장치는 복수의 연료 전지와 조합하여 이용되거나 조합된다. 이러한 연료 전지의 예는 고체 산화물 연료 전지(SOFC), 알칼리 연료 전지(AFC), 용융 탄소 연료 전지(MCFC) 및 인산 연료 전지(PAFC)이다. 이러한 조합은 하나의 예시적인 타입의 연료 전지로서 고체 산화물 연료 전지(SOFC)에 의해 설명된다. SOFC는 높은 효율로 인해 촉매 에너지 변환에 유리할 수 있다. 이것이 높은 온도(섭씨 500 내지 1000 도)에서 동작하므로, 수소를 획득하기 위해 탄소를 포함하는 연료 가스의 이전의 개질은 연료 가스가 연료 전지에 사용될 수 있기 전에 필요하지 않다. 그러나, 산화제, 일반적으로 공기 또는 산소는 SOFC에 공급되기 전에 예열될 필요가 있다. SOFC를 떠난 뜨거운 감손 공기로부터의 열은 열 교환 기능을 가진 본 발명에 따른 장치에 추가로 사용될 수 있고, 본 발명에 따른 장치에서 가열된 차가운 유체는 SOFC에 예열된 공기로서 직접 사용될 수 있다. 게다가, SOFC를 떠난 감손 연료에 남아 있는 연료는 또한 SOFC의 감손 연료 출구를 배기 유체 입구에 연결하여 사용될 수 있다.
따라서, SOFC의 각각의 입구 및 출구는 본 발명에 따른 장치의 각각의 입구 및 출구에 연결될 수 있다. 여기서, 제 1 도관의 차가운 유체 출구는 고체 산화물 연료 전지의 공기 입구에 연결되고, 고체 산화물 연료 전지의 공기 출구는 제 2 도관의 뜨거운 가스 입구에 연결된다. 고체 산화물 연료 전지의 감손 연료 출구는 배기 유체 입구에 연결된다. 본 발명에 따른 장치의 차가운 유체 입구 및 뜨거운 가스 출구는 다른 디바이스 또는 장치에 연결되지 않고, 환경에 개방된 채로 둘 수 있다(left open).
특히, 본 발명에 따른 장치가 주위 온도보다 높은 어떤 동작 온도에 도달해야 하는 장치, 예를 들어 상승된 온도에서 동작하는 연료 전지와 연결되는 응용에서, 배기 유체는 또한 감손되지 않는 연료일 수 있다. 예를 들어 연료를 산화함으로써 생성되는 반응 열은 감손 연료에 비해 연료의 높은 에너지 밀도로 인해 빨리 가열되는 차가운 유체와 교환된다. 종래의 응용에서, 특정 시작 버너, 예를 들어 가스 버너 또는 전기 버너는 섭씨 20 도에서 약 섭씨 800 도까지 뜨거운 가스를 예열하는 데 사용되며, 이러한 뜨거운 가스는 이때 열 교환기에 도입될 수 있다. 본 발명에 따른 장치와 조합하여, 소량의 (비감손) 연료는 시작 버너가 생략될 수 있도록 동작의 시작 시에 사용될 수 있고, 더욱 간단한 구조(전력을 덜 필요로 함)를 가질 수 있거나, 정규 시작 버너가 감소된 서비스 시간, 예를 들어 뜨거운 가스를 약 섭씨 200 도만의 온도로 예열하기 위한 몇 분 동안만 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 장치의 다음의 실시예는 동봉된 도면에 의해 보여진다.
도 1은 장치의 실시예의 분해도를 도시한다.
도 2, 3, 4는 입구 및 출구에서 집열기를 가진 도 1의 실시예의 다른 도면을 도시하며, 도 2는 도 1에서와 같이 플레이트 스택을 통한 정면도이고, 도 3은 라인 A-A를 따른 길이 방향 절단 측면도이며, 도 4는 도 3의 상세 사항 B의 확대도이다.
도 5는 장치의 다른 실시예를 스케치한 도면이다.
도 6은 도 5의 실시예의 단면도이다.
도 7은 열 교환 플레이트에서 개구의 행을 통해 뜨거운 가스로 도입된 유체의 시뮬레이션을 도시한다.
도 1에서, 플레이트 열 교환기 및 유체 혼합기의 실시예가 도시된다. 3개의 플레이트는 서로 마주 보는 방식(face to face manner)으로 서로 옆에 배치된다. 플레이트는 플레이트(1,2,3) 사이에 갭(4,5)을 형성하는 스페이서(41,42,43,51)에 의해 이격된다. 제 1 갭(4)은 제 1 플레이트(1)와 제 2 (중간) 플레이트(2) 사이에 형성되고, 제 2 갭(5)은 제 2 플레이트(2)와 제 3 플레이트 사이에 형성된다. 제 2 갭(5)은 제 2 도관(55)을 통해 뜨거운 가스(뜨거운 가스의 흐름 방향은 어두운 화살표(56)로 나타낸다), 예를 들어 뜨거운 공기를 안내하기 위해 제공되는 제 2 도관(55)을 형성한다. 제 1 갭(4)은 스페이서(43)에 의해 상위 섹션 및 하위 섹션으로 분할된다. 제 1 갭(4)의 상위 섹션은 제 1 갭(4)을 통해 차가운 유체(차가운 유체의 흐름 방향은 긴 밝은 화살표(49)로 나타낸다), 예를 들어 차가운 공기를 안내하기 위해 제공되는 제 1 도관(44)을 형성한다. 제 2 플레이트(2)는 제 2 도관(55)에 안내된 뜨거운 가스에서 제 1 도관(44)에 안내된 차가운 유체로 열을 전달하기 위해 열 전도성 물질을 포함하거나 열 전도성 물질로 형성되는 열 전도성 플레이트이다. 열 전도성 플레이트(2)의 길이 L은 장치에 열 교환 프로세스를 위한 최대 길이 방향 연장부(22)를 정의한다. 이러한 배치는 열 교환기로 작업한다.
제 1 갭(4)의 하위 섹션은 제 3 도관(45)을 형성한다. 제 3 도관을 분리하는 스페이서(43)는 바람직하게는 수평으로 배치되어, 열 전도성 플레이트(2)의 전체 폭 W에 걸쳐 연장된다. 이러한 스페이서(43)는 바람직하게는 제 1 및 3 도관(44, 45) 사이에 가스 밀봉 및 유체 밀봉 분리를 형성하는 것과 같이 배치된다. 제 3 도관(45)은 배기 유체(배기 유체의 흐름 방향은 작은 화살표(42)로 나타낸다), 예를 들어 배기 가스 또는 감손 연료를 안내하기 위해 제공된다.
열 전도성 플레이트(2)에는 복수의 개구(21), 예를 들어 구멍(perforation)의 라인이 제공된다. 이러한 라인은 바람직하게는 열 전도성 플레이트(2)의 폭 W에 상응하는 제 3 도관(45)의 길이를 따라 연장된다. 개구(21)는 도 1의 실시예의 동일한 길이 방향 위치에서 행으로 배치된다. 이것은 배기 가스(42)가 동일한 길이 방향 위치에서나 직선 도관인 제 2 도관, 즉 뜨거운 가스 입구(52)로부터 측정된 제 2 도관(55)의 길이로 인해 제 2 도관(55)에 도입되도록 제 2 도관(55)의 동일한 길이 방향 위치에 상응한다. 주입된 배기 가스(42)는 배기 가스(42)가 주입되는 어떤 개구(21)와 무관하게 주입 후 실질적으로 동시에 차가운 유체 및 촉매 활성 섹션(54)에 의해 냉각되는 영역에 도달한다. 이것에 의해, 제 2 도관(55)의 뜨거운 가스로의 배기 가스의 제어식 주입이 제공될 수 있다. 개구(21)는 바람직하게는 폭 W에 걸쳐 균등하게 분산되고, 뜨거운 가스와 배기 유체의 더욱 철저한 혼합을 지지하며, 이는 본 발명에 따른 장치에서 제어식 화학 반응 및 열 교환을 추가로 지지한다.
배기 유체는 장치의 최하부 및 (도 1에 대해) 제 1 갭(4)의 프론트 사이드( frontside)에 배치되는 배기 유체 입구(46)에 의해 제 3 도관(45)에 들어간다. 배기 유체는 열 전도성 플레이트(2)의 복수의 개구(21)를 통해 제 3 도관(45)을 떠나 제 2 도관(55)에 들어간다. 배기 유체는 제 2 도관에 흐르는 뜨거운 가스와 혼합한다(이러한 혼합은 밝은 화살표로 돌려지는 어두운 화살표(56)로 나타낸다). 뜨거운 가스는 뜨거운 가스 입구(52)에 의해 제 2 도관(55)에 들어가, 뜨거운 가스 출구(53)에 대한 장치의 최상부측으로 흐른다. 지금 냉각된 뜨거운 가스, 및 예를 들어 물, 이산화탄소 등이 있을 때의 어떤 반응 생성물은 뜨거운 가스 출구(53)에 의해 제 2 도관(55)을 떠난다.
뜨거운 가스 입구(52)는 장치의 최하부측에 배치되고, 본질적으로 최하부측의 전체 폭에 걸쳐 연장된다. 뜨거운 가스 출구(53)는 장치의 최상부측에 배치되고, 본질적으로 최상부측의 전체 폭에 걸쳐 연장된다.
배기 유체 입구(46) 및 복수의 개구(21)는 장치의 최하부에 배치된다. 이것에 의해, 뜨거운 가스와 배기 유체의 혼합은 장치의 한 단부에서 시작하고, 배기 유체/뜨거운 가스 혼합물은 제 2 도관(55)의 길이의 대부분을 따라 안내된다. 여기서, 열 교환 플레이트(2)의 표면의 대부분은 열 교환 플레이트를 통해 뜨거운 가스에서 차가운 유체로 열 교환하기 위해 사용될 수 있으며, 혼합물이 제 2 도관(55)에서 소비하는 대부분의 시간은 화학 반응, 바람직하게는 산화 프로세스와 같은 발열 화학 반응에 사용될 수 있다.
배기 유체가 확실히 산화되도록 하기 위해, 예를 들어 뜨거운 가스의 온도가 산화 반응을 시작하거나 유지하기에 충분하지 않은 경우, 제 2 도관(55)에는 촉매 활성 섹션(54), 예를 들어 제 3 플레이트(3)의 표면 상의 촉매 활성 코팅이 제공된다. 이러한 촉매 활성 섹션(54)은 복수의 개구(21)의 (뜨거운 가스의 흐름 방향에 대해) 하류측에 배치된다. 바람직하게는, 상기 촉매 활성 섹션(54)은 예컨대 철저하게 혼합하고, 열 교환 프로세스에서 배기 유체의 산화 반응에 의해 생성되는 반응 열을 여전히 이용할 수 있도록 제 2 도관(55)의 중간 부분에 걸쳐 연장된다.
차가운 유체는 장치의 최상부 및 (도 1에 대해) 제 1 갭(4)의 후면측에 배치된 차가운 유체 입구(47)에 의해 제 1 도관(44)에 들어간다. 차가운 유체는 제 1 도관(44)을 통해 흐를 동안 열 전도성 플레이트(2)에 의해 제공되는 열에 의해 가열되며, 열 전도성 플레이트(2)는 열 전도성 플레이트(2)의 다른 측의 제 2 도관(55)에 안내되는 뜨거운 가스에 의해 가열된다. 단순한 이유로 열 교환 및 유체 혼합 장치에 들어가기 전과 이러한 장치를 떠난 후의 차가운 유체라 명명하는 차가운 유체는 예를 들어 섭씨 몇백 도까지 가열된다. 그것은 장치의 최하부 및 (도 1에 대해) 장치의 전면측에 배치된 차가운 유체 출구(48)에 의해 제 1 도관(44)을 떠난다. 이러한 가열된 차가운 유체는 예를 들어 공기 조절(air-conditioning)의 열원 또는 바람직한 실시예에서와 같이 연료 전지에 대한 예열된 공기 열원으로 더 사용될 수 있다.
촉매 활성 요소(54)의 상류측 끝은 제 1 도관(44)의 가장 하류측 길이 방향 위치에 바로 상응할 수 있다. 이것에 의해, 제 2 도관(55)에서의 반응은 장치의 특정 길이 방향 위치에서 개시 또는 추가 지지에 의해 제어된다. 게다가, 반응 열은 제 1 도관의 차가운 유체에 의해 바로 끌어내어 진다(led away). 즉, 제어된 방식으로 바로 끌어내어지지 않는 제 2 도관에서는 과도한 열이 발생되지 않는다.
도 2 내지 도 4에서, 입구 및 출구에서 집열기(47-61)를 포함하는 설치된 상태의 도 1의 장치가 도시된다. 도 1에서와 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 특징을 위해 사용된다.
도 1 및 도 2에서, 모든 입구 및 출구는 열 교환을 위해 최대 길이 방향 연장부(22) 내에 배치된다(뜨거운 가스 입구 및 출구는 연장부(22)의 가장 외부 끝에 배치된다). 도 2 및 도 3에서, 뜨거운 가스 입구 집열기(58) 및 뜨거운 가스 출구 집열기(57)는 장치의 길이 방향에 대해 최대 길이 방향 연장부(22)에 인접하여, 예를 들어, 뜨거운 가스에 대해 연장부(22)의 상류측 또는 하류측에 배치된다. 이러한 집열기는 유리하게는 다중 스택으로 내장된 장치에 사용된다. 예를 들면, 복수의 N의 제 2 도관(55)을 갖는 본 발명에 따른 장치는 또한 복수의 N의 뜨거운 가스 출구(53)를 포함한다. 그러나, 복수의 N의 뜨거운 가스 출구(53)는 하나의 뜨거운 가스 출구 집열기(57)에서 합쳐진다(bring together). 이는 뜨거운 가스 입구(52), 차가운 유체 입구(47) 및 차가운 유체 출구(48)뿐만 아니라 배기 유체 입구(46)에도 동일하게 적응될 수 있다. 여기서, 복수의 제 2 도관의 수 N, 복수의 제 1 도관의 수 M, 복수의 제 3 도관의 수 L은 동일하거나 서로 다를 수 있다.
도 2의 장치의 관통도(through view)는 개개의 유체의 흐름을 보여준다. 어두운 화살표(56)로 나타내는 뜨거운 가스는 장치의 전체 최하부측 위에서 최대 길이 방향 연장부(22)의 약간 외부 또는 상류측에 배치된 뜨거운 가스 입구 집열기(58)에서의 장치에 들어가고, 또한 장치의 전체 최상부측 위에서 최대 길이 방향 연장부(22)의 약간 외부 또는 하류측에 배치된 뜨거운 가스 출구 집열기(57)에서의 장치 위쪽으로 흘러 장치를 떠난다. 밝은 화살표(49)로 나타내는 차가운 유체는 차가운 유체 입구 집열기(59)에서의 장치에 들어가며, 이러한 차가운 유체 입구 집열기(59)는 뜨거운 가스 출구 집열기(57) 바로 아래 및 최대 길이 방향 연장부(22) 내에서 장치의 한 측면(도 2의 좌측) 상의 장치의 최상부에 배치된다. 스페이서(41)는 제 1 도관(44) 대 장치의 최상부를 닫는다(close off the first conduit 44 versus the top of the apparatus). 차가운 유체는 최대 길이 방향 연장부(22) 내에서 장치의 최하부의 장치의 반대 측면(도 2의 우측)에 배치된 차가운 유체 출구 집열기(60)에서의 장치 아래쪽으로 흘러 장치를 떠난다. 차가운 유체 출구 집열기(60)는 배기 유체 입구 집열기(61) 위에 배치되고, 스페이서(43)의 거리만큼 배기 유체 입구 집열기(61)로부터 이격된다. 배기 유체 입구 집열기(61)는 최대 길이 방향 연장부(22) 내에서 차가운 유체 출구 집열기(60)와 동일한 장치의 측면(도 2의 우측)에 배치되지만, 또한 차가운 유체 입구 집열기(59)의 최하부에서 측면에 배치될 수 있다.
그 자체가 도 2의 라인 A-A를 따른 단면인 도 3의 상세 사항 B의 확대도인 도 4에 도시되고, 명확성을 위해 단일 스택만에 대해 도시된 바와 같이, 배기 유체는 제 1 플레이트(1)와 열 전도성 플레이트(2) 사이와 상부 및 하부 스페이서(43, 41) 사이에 형성된 제 3 도관(45)에 흐른다. 배기 유체는 복수의 개구(21)를 통과하며, 이러한 복수의 개구(21)는 한 라인에서 열 전도성 플레이트의 동일한 길이 방향 위치 또는 길이로 배치된다. 그 후, 배기 유체는 제 2 도관(55)에 들어가, 뜨거운 가스와 혼합하여 촉매 활성 섹션(54)을 통과한다. 산화 생성물은 제각기 뜨거운 가스 출구(53) 또는 뜨거운 가스 출구 집열기(57)를 통해 뜨거운 가스와 함께 장치를 떠난다.
제 2 도관에서의 뜨거운 가스의 흐름이 방해받지 않고 남아 있기 때문에 차가운 유체의 측면에 배기 유체를 안내하는 것은 유리하다. 뜨거운 가스가 일반적으로 매우 낮은 밀도를 가지므로, 흐름 경로의 장애물은 뜨거운 가스 도관을 통해 원치않는 압력 강하를 유발시킬 수 있다.
도관의 입구 및 출구는 집열기에 보내고, 본 실시예에서 열 교환기 본체를 형성하는 기본적으로 사각형 플레이트(1,2,3)의 위쪽 및 바깥쪽으로 연장되는 인터페이스로 실현된다. 이러한 인터페이스는 본 발명에 따른 장치가 연결될 수 있는 연료 전지 또는 다른 디바이스와 같은 예를 들어 에너지 변환기의 상응하는 입구 및 출구에 대한 연결을 단순화한다.
도 5 및 도 6에서, 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예가 도시되며, 여기서 제 3 도관(45')은 뜨거운 가스를 안내하는 제 2 도관(55')에 배치된다. 이러한 장치는 열 교환 프로세스에 대한 차가운 유체/뜨거운 가스 흐름이 사각형 플레이트의 길이를 따른 역류 좌우/우좌 방향으로 일어나도록 수평 위치에 배치된다. 다시 말하면, 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 특징에 사용된다. 넓은 어두운 화살표(56)는 뜨거운 가스 흐름을 나타내고, 좁은 어두운 화살표(49)는 차가운 유체 흐름을 나타내며, 작은 화살표(42)는 배기 유체 흐름을 나타낸다.
본 실시예에서, 열 전도성 플레이트(2')와의 접촉을 통해 뜨거운 가스에서 차가운 유체로의 열 교환 프로세스는 최대 길이 방향 연장부(22)를 통해 일어난다. 그것은 열 전도성 플레이트의 전체 길이 L을 통해 일어나는데, 그 이유는 상응하는 집열기(58,57)를 가진 뜨거운 가스 입구 및 출구(52,53)뿐만 아니라 상응하는 집열기(60',59)를 가진 차가운 유체 입구 및 출구(47,48)가 최대 길이 방향 연장부(22)의 단부에 배치되기 때문이다.
배기 유체 입구 집열기(61') 또는 적어도 하나의 배기 유체 입구(46)는 장치 중간 길이 근처 또는 열 전도성 플레이트(2')의 길이 L의 절반 근처에 배치된다. 제 3 도관(45')은 제 2 도관에 통합되고(도 6에 보여짐), 제 2 도관(55')의 폭 및 열 전도성 플레이트(2')의 폭 W에 걸쳐 연장된다. 제 3 도관(45')은 제 2 도관(55')에 수직으로 배치되어, 열 전도성 플레이트(2')와 제 2 측면 플레이트(3) 사이의 제 2 갭(5)의 폭의 약 절반에 걸쳐 연장된다. 제 2 갭의 폭의 다른 절반에서, 뜨거운 가스는 제 3 도관(45')을 지나 흐른다. 제 3 도관(45')에는 동일한 길이 방향 위치에서 제 2 도관에 대해 하류측에 배치된 제 3 도관의 길이를 따라 복수의 개구(21')가 제공된다. 이것에 의해, 제 3 도관의 배기 유체는 제 3 도관을 떠나, 제 2 도관의 폭에 걸쳐 여러 위치에서 제 2 도관(55')에 뜨거운 가스를 입력시킨다. 제 3 도관은 뜨거운 가스의 경로에 장애물을 형성하고, 뜨거운 가스 및 배기 유체가 소용돌이치도록 하여, 추가적으로 두 유체의 혼합을 지지한다. 제 2 도관의 압력 강하를 최적화하기 위해, 제 3 도관은 또한 길이로 제한될 수 있으며, 즉 제 2 도관의 전체 폭 W에 걸쳐 연장되지 않을 수 있다. 그리고 나서, 제 2 도관의 뜨거운 가스는 주입 및 혼합 영역을 우회한다(bypass).
배기 유체가 열 전도성 플레이트(2')를 통과할 필요가 없으므로, 개구가 여기에 제공되지 않는다.
차가운 유체 출구(48) 및 차가운 유체 출구 집열기(59)는 장치의 한 단부(도 5의 우측)에 배치된다. 이에 의해, 차가운 유체가 안내되는 제 1 도관(44')의 길이는 열 전도성 플레이트(2')의 전체 길이로 확대되어, 열 교환 프로세스의 효율을 향상시킨다.
제 2 도관의 더욱 중앙 위치에서 뜨거운 가스를 안내하는 제 2 도관에 제 3 도관을 배치하는 것은 뜨거운 가스 입구에서보다 낮은 온도를 가진 장치의 위치에 배기 유체의 주입 및 혼합의 배치를 허용한다. 뜨거운 가스 입구에서의 온도가 매우 높은 경우, 배기 유체의 급속한 산화는 제 2 도관의 뜨거운 벽에서 이미 발생하여, 온도를 추가로 높인다. 뜨거운 가스 입구의 추가의 하류측에 제 3 도관을 배치함으로써, 산화 온도가 선택되어 본 발명에 따른 장치의 상응하는 응용에 적응될 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 장치는 뜨거운 가스의 더욱 높은 초기 온도와 같은 더욱 극단적인 조건에 사용될 수 있다.
배기 유체 입구는 또한 열 전도성 플레이트(2')의 한 단부, 즉 최대 길이 방향 연장부(22)의 한 단부에서 뜨거운 가스 입구와 동일한 길이 방향 위치에서 제 2 도관에 배치될 수 있다는 것이 보여질 수 있다. 이러한 배치에서, 제 2 도관에 배기 유체를 도입하기 위한 하나보다 더 많은 개구는 배기 유체 입구와 동일할 수 있다.
도 6에서, 장치는 다중 스택으로 도시된다. 추가의 열 전도성 플레이트(200) 및 추가의 측면 플레이트(300)는 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 기본 스택의 플레이트(2',3)(도시되지 않은 최하위 측면 플레이트(1))의 스택의 최상부에 스택된다. 상응하는 추가의 제 1 및 2 갭이 형성된다. 개구(21')가 제공된 추가의 제 3 도관(450')은 추가의 제 3 도관(45')에 배치된다.
또한, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같은 장치는 열 교환 및 유체 혼합 장치의 다중 스택으로 확장될 수 있다. 여기서 개구를 가진 추가의 열 교환 플레이트가 제공되고, 추가의 스페이서가 각각의 위치에 배치된다.
도 7에서, 열 교환 요소, 바람직하게는 플레이트의 개구(21)를 통해 뜨거운 가스에 도입된 유체의 시뮬레이션이 도시된다. 시뮬레이션은 수소와 CO, CO2 및 물과 같은 다른 성분을 포함하는 양극 가스의 예를 보여준다. 양극 가스는 섭씨 700 도의 온도에 있는 음극 가스에 도입된다. 음극 가스는 산소, N2 및 물을 포함한다. 물은 스팀 또는 증기의 형태로 제공된다. 이러한 온도 및 시뮬레이션에 사용되는 수소 및 산소의 주어진 농도에서, 가스 혼합물의 점화는 양극 가스를 음극 가스에 도입한 후 5 ms 후에 시작한다. 도면에서, 가스 흐름을 나타내는 스트림라인(66)은 회색 음영으로 표시되며, 이러한 음영은 시간에 따라 주입(21)의 포인트에서 변화한다(주입(21)에서는 어두움; 5 ms 후에는 어두움). 스트림라인(66)은 주입 후 5 ms 후에 종료한다. 주입 및 난류 후에 가스 흐름의 확산의 종류에 따라, 스트림라인(66)의 상이한 길이로 나타낸 바와 같이 흐름은 추가의 하류측을 장치로 전진시킨다. 흐름 방향은 화살표(69)로 나타낸다.
라인(64)은 개구(21)의 하류측 위치에서 음극 가스보다 열 교환 요소의 반대 측에서의 차가운 도관의 배치를 나타낸다. 즉, 라인(64)은 지금 양극 가스와 혼합된 뜨거운 음극 가스가 열 교환 요소를 통해 냉각되기 시작하는 장치의 섹션을 나타낸다. 따라서, 차가운 도관의 위치는 온도와 장치에서 수행될 반응의 다른 매개 변수에서 최적화되도록 하는 것과 같이 선택될 수 있다. 본 예에서, 차가운 도관은 도입된 흐름이 양극 가스를 주입 시에 또는 바람직하게는 양극 가스를 주입한 후 5 ms 후에 도달하는 거리에 상응하도록 하는 것과 같이 배치된다. 이것에 의해, 연소는 냉각 없이는 발생하지 않는다. 바람직하게는 라인(64)은 또한 뜨거운 도관에서의 촉매 활성 코팅의 상류측 단부를 나타낸다. 촉매 활성 코팅은 바람직하게는 점화만이 촉매 활성 열 교환 영역에서 시작하도록 배치된다.
도 7에서, 대부분의 스트림라인(66)은 주입 시간 후 5 ms가 경과했을 때나 직전에 라인(64)에 도달하는 것이 보여질 수 있다. 이 순간에, 가스는 가스가 냉각 유체에 의해 냉각되는 섹션에 도달한다. 동시에 가스는 연소를 시작하며, 어떤 연소 반응이 추가로 이러한 영역에서 시작하는 촉매 활성 코팅에 의해 지지되거나 유도된다. 그러나, 냉각 작용으로 인해, 화학적 프로세스는 오히려 연소보다 상당한 산화 반응이 이루어진다. 이것에 의해, 산화 반응에 유발된 과도한 열이 사용되어 열 교환기에서 끌어내어 진다. 아마도 장치를 손상시킬 수 있는 제어되지 않은 반응이 발생하지 않는다. 코팅은 추가로 가스 혼합물의 제어된 연소를 지지한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참조하여 설명되었다. 그러나, 많은 변형, 수정 또는 변경은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 가능하다는 것이 당업자에게는 자명하다. 예로서만, 입구 및 출구의 배치가 변경될 수 있다. 예를 들면, 입구, 출구 및 집열기는 서로 다르게, 또한 예를 들어 측면 플레이트에 수직으로 배치될 수 있다. 또한, 도관이 실시되는 방식은 실제로 도면에 도시된 도관과 다를 수 있다. 이러한 모든 변형, 수정 또는 변경은 첨부된 청구 범위에 의해 정의되는 본 발명의 범위 내에 있어야 한다.

Claims (15)

  1. 열 교환 및 유체 혼합 복합 장치에 있어서,
    - 제 1 도관을 통해 차가운 유체를 안내하는 제 1 도관(44,44')으로서, 차가운 유체 입구(47) 및 차가운 유체 출구(48,48')를 포함하는 상기 제 1 도관(44,44');
    - 제 2 도관을 통해 뜨거운 가스를 안내하는 제 2 도관(55,55')으로서, 뜨거운 가스 입구(52) 및 뜨거운 가스 출구(53)를 포함하는 상기 제 2 도관(55,55');
    - 열을 상기 뜨거운 가스에서 상기 차가운 유체로 전달하기 위해 상기 제 1 도관(44,44')과 상기 제 2 도관(55,55') 사이에 배치된 열 전도성 부재(2,2')로서, 상기 장치에서의 열 교환 프로세스를 위한 최대 길이 방향 연장부(22)를 형성하는 길이(L)를 가진 상기 열 전도성 부재(2,2')를 포함하며,
    상기 장치는,
    - 배기 유체를 안내하는 제 3 도관(45,45')으로서, 상기 뜨거운 가스와 상기 배기 유체의 혼합을 위하여 또한 혼합에 의하여 형성된 배기 유체/뜨거운 가스 혼합물의 상기 제 2 도관(55,55')에서의 화학 반응을 위하여 상기 장치에 상기 배기 유체를 도입하기 위해 상기 제 3 도관(45,45')의 일 단부에 배치되는 배기 유체 입구(46)를 포함하며, 상기 배기 유체를 상기 제 3 도관(45,45')에서 상기 제 2 도관(55,55')으로 통과시키기 위한 하나보다 더 많은 개구(21,21')가 구비되는, 상기 제 3 도관(45,45')을 추가로 포함하며,
    상기 배기 유체를 상기 제 2 도관에 도입하기 위한 상기 하나보다 더 많은 개구(21,21')는 상기 장치에서의 열 교환 프로세스를 위한 상기 최대 길이 방향 연장부(22) 내에 배치되며, 상기 하나보다 더 많은 개구(21,21')는 상기 제 2 도관(55,55')에 대해 동일한 길이방향 위치에 배치되고,
    상기 제 1 도관(44,44') 및 상기 제 3 도관(45,45')은 상기 열 전도성 부재(2, 2')의 동일한 측면에 배치되며, 상기 하나보다 더 많은 개구(21,21')는 상기 열 전도성 부재(2, 2') 내에 배치되는
    열 교환 및 유체 혼합 복합 장치.
  2. 열 교환 및 유체 혼합 복합 장치에 있어서,
    - 제 1 도관을 통해 차가운 유체를 안내하는 제 1 도관(44,44')으로서, 차가운 유체 입구(47) 및 차가운 유체 출구(48,48')를 포함하는 상기 제 1 도관(44,44');
    - 제 2 도관을 통해 뜨거운 가스를 안내하는 제 2 도관(55,55')으로서, 뜨거운 가스 입구(52) 및 뜨거운 가스 출구(53)를 포함하는 상기 제 2 도관(55,55');
    - 열을 상기 뜨거운 가스에서 상기 차가운 유체로 전달하기 위해 상기 제 1 도관(44,44')과 상기 제 2 도관(55,55') 사이에 배치된 열 전도성 부재(2,2')로서, 상기 장치에서의 열 교환 프로세스를 위한 최대 길이 방향 연장부(22)를 형성하는 길이(L)를 가진 상기 열 전도성 부재(2,2')를 포함하며,
    상기 장치는,
    - 배기 유체를 안내하는 제 3 도관(45,45')으로서, 상기 뜨거운 가스와 상기 배기 유체의 혼합을 위하여 또한 혼합에 의하여 형성된 배기 유체/뜨거운 가스 혼합물의 상기 제 2 도관(55,55')에서의 화학 반응을 위하여 상기 장치에 상기 배기 유체를 도입하기 위해 상기 제 3 도관(45,45')의 일 단부에 배치되는 배기 유체 입구(46)를 포함하며, 상기 배기 유체를 상기 제 3 도관(45,45')에서 상기 제 2 도관(55,55')으로 통과시키기 위한 하나보다 더 많은 개구(21,21')가 구비되는, 상기 제 3 도관(45,45')을 추가로 포함하며,
    상기 배기 유체를 상기 제 2 도관에 도입하기 위한 상기 하나보다 더 많은 개구(21,21')는 상기 장치에서의 열 교환 프로세스를 위한 상기 최대 길이 방향 연장부(22) 내에 배치되며, 상기 하나보다 더 많은 개구(21,21')는 상기 제 2 도관(55,55')에 대해 동일한 길이방향 위치에 배치되고,
    상기 제 2 도관(55,55') 및 상기 제 3 도관(45')은 상기 열 전도성 부재(2,2')의 동일한 측면에 배치되고, 상기 제 3 도관(45')이 상기 제 2 도관 내에 배치되는
    열 교환 및 유체 혼합 복합 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 배기 유체 입구(46)는 상기 장치에서의 열 교환 프로세스를 위한 상기 최대 길이 방향 연장부(22) 내에 배치되는
    열 교환 및 유체 혼합 복합 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나보다 더 많은 개구(21,21')는 상기 뜨거운 가스 입구(52)의 하류측에 배치되는
    열 교환 및 유체 혼합 복합 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 도관(45,45')은 상기 제 1 도관 또는 제 2 도관(44,44', 55,55')의 방향에 수직인 방향으로 배치되는
    열 교환 및 유체 혼합 복합 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    유체-밀봉 분리 부재(43)가 상기 제 1 도관(44)과 상기 제 3 도관(45)의 유체-밀봉 분리를 위해 상기 제 1 도관(44)과 상기 제 3 도관(45) 사이에 배치되는
    열 교환 및 유체 혼합 복합 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 열 전도성 부재(2)는 제 1 및 2 측면 플레이트(1,3) 사이에 배치된 열 전도성 플레이트이며, 상기 열 전도성 플레이트(2)와 상기 제 1 및 2 측면 플레이트(1,3)는, 상기 제 1 측면 플레이트(1)와 상기 열 전도성 플레이트(2) 사이에는 제 1 갭(4)을 형성하고, 상기 열 전도성 플레이트(2)와 상기 제 2 측면 플레이트(3) 사이에는 제 2 갭(5)을 형성하여, 서로 멀리 떨어져 배치되며, 상기 제 1 갭(4)은 상기 제 1 도관(44) 및 상기 제 3 도관(45)으로 분리되며, 상기 제 2 도관(55)은 상기 제 2 갭(5)에 의해 형성되며, 상기 하나보다 더 많은 개구(21)는 상기 열 전도성 플레이트(2) 내에 배치되는
    열 교환 및 유체 혼합 복합 장치.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 열 전도성 부재(2,2')는 제 1 측면 플레이트(1)와 제 2 측면 플레이트(3) 사이에 배치된 열 전도성 플레이트이며, 상기 열 전도성 플레이트(2,2')와 상기 제 1 및 2 측면 플레이트(1,3)는, 상기 제 1 측면 플레이트(1)와 상기 열 전도성 플레이트(2,2') 사이에는 제 1 갭(4)을 형성하고, 상기 열 전도성 플레이트(2,2')와 상기 제 2 측면 플레이트(3) 사이에는 제 2 갭(5)을 형성하여, 서로 멀리 떨어져 배치되며, 상기 제 1 도관(44')은 상기 제 1 갭(4)에 의해 형성되고, 상기 제 2 도관(55')은 상기 제 2 갭(5)에 의해 형성되며, 상기 제 3 도관(45')은 상기 제 2 도관(55') 내에 배치되는
    열 교환 및 유체 혼합 복합 장치.
  9. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 하나보다 더 많은 개구(21,21')는 상기 제 3 도관(45,45')의 길이를 따라 배치되는
    열 교환 및 유체 혼합 복합 장치.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 도관(55,55')은 상기 배기 유체/뜨거운 가스 혼합물의 산화 반응을 위한 촉매적 활성 요소(54)를 포함하는
    열 교환 및 유체 혼합 복합 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 촉매적 활성 요소(54)의 상류측 단부는 상기 제1도관(44, 44')의 가장 하류측 위치에 상응하는 위치에 배치되는
    열 교환 및 유체 혼합 복합 장치.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    - 상기 차가운 유체 입구(47) 및 상기 뜨거운 가스 출구(53)는 상기 장치의 일 단부에 배치되며;
    상기 차가운 유체 출구(48), 상기 뜨거운 가스 입구(52), 상기 배기 유체 입구(46) 및 상기 하나보다 더 많은 개구(21,21')는 상기 장치의 반대 단부에 배치되는
    열 교환 및 유체 혼합 복합 장치.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 도관(55,55')의 벽은 상기 배기 유체의 상기 뜨거운 가스와의 혼합을 지지하는 프로파일 구조물을 포함하는
    열 교환 및 유체 혼합 복합 장치.
  14. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    - 적어도 하나의 추가의 열 전도성 플레이트(200);
    - 적어도 하나의 추가의 측면 플레이트(300)를 추가로 포함하고,
    상기 적어도 하나의 추가의 열 전도성 플레이트(200) 및 상기 적어도 하나의 추가의 측면 플레이트(300)는 교번 방식으로 배치되고, 상기 측면 플레이트들과 상기 적어도 하나의 추가의 열 전도성 플레이트 사이에 적어도 하나의 추가의 제 1 갭 및 적어도 하나의 추가의 제 2 갭을 형성하며, 적어도 하나의 추가의 제 2 도관은 상기 적어도 하나의 추가의 제 2 갭에 의해 형성되며,
    - 적어도 하나의 추가의 배기 유체 입구; 및
    - 상기 적어도 하나의 추가의 제 2 도관으로 상기 배기 유체를 도입하기 위한 하나보다 더 많은 추가의 개구를 포함하고,
    상기 하나보다 더 많은 추가의 개구는 열 교환 프로세스를 위한 최대 길이 방향 연장부(22) 내에서 상기 제 2 도관에 대해 동일한 길이방향 위치에 배치됨으로써,
    열 교환 및 유체 혼합 장치의 다중 스택을 형성하는
    열 교환 및 유체 혼합 복합 장치.
  15. 삭제
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