KR102454439B1 - Heat Exchanger for Water Electrolytic Stacks and Systems - Google Patents

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KR102454439B1
KR102454439B1 KR1020220068415A KR20220068415A KR102454439B1 KR 102454439 B1 KR102454439 B1 KR 102454439B1 KR 1020220068415 A KR1020220068415 A KR 1020220068415A KR 20220068415 A KR20220068415 A KR 20220068415A KR 102454439 B1 KR102454439 B1 KR 102454439B1
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이정규
강병길
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주식회사 에프씨엠티
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Abstract

The present invention relates to a tubular heat exchanger which comprises: a fluid moving unit in a form of a coil having one end where fluid is inputted and the other end where the fluid is discharged; a body unit having the fluid moving unit disposed inside, and including a 1-1 area into which the one end of the fluid moving unit is inserted, a 1-2 area into which the other end of the fluid moving unit is inserted, a 2-1 area into which gas is inputted, and a 2-2 area through which the gas is discharged; and a plurality of moisture adsorbents disposed in second space except for first space, where the fluid moving unit is disposed, in the inner area of the body unit. In order to perform electrolysis of water in the water electrolysis stack, the water introduced through the 1-1 area is discharged into the 1-2 area to be supplied to the water electrolysis stack; the hydrogen obtained through electrolysis in the water electrolysis stack is inputted into the 2-1 area and the hydrogen inputted into the 2-1 area is transferred to the 2-2 area; remaining moisture is absorbed by coming in contact with the moisture adsorbents in the transfer process; and the hydrogen, from which the remaining moisture is removed, may be discharged into the 2-2 area. Accordingly, the purity of the hydrogen generated in the water electrolysis stack increases and waste heat can be utilized.

Description

수전해 스택 및 시스템용 열교환기 {Heat Exchanger for Water Electrolytic Stacks and Systems}Heat Exchanger for Water Electrolytic Stacks and Systems

본 발명은 수전해 스택 및 시스템용 관형 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 회수 및 발생 수소 순도증가를 위한 수전해 스택 및 시스템용 관형 열교환기에 관한 것이다.The present invention relates to a tubular heat exchanger for a water electrolysis stack and a system, and more particularly, to a tubular heat exchanger for a water electrolysis stack and a system for recovery and increasing the purity of generated hydrogen.

전세계적으로 탄소중립 선언과 수소사회로의 진입을 준비하면서 수소생산방법에 관련하여 많은 관심을 가지고 있다. 수소생산방법에 따라 수소를 크게 3가지로 분류하고 있다. As the world prepares to declare carbon neutrality and enter a hydrogen society, there is a lot of interest in hydrogen production methods. Hydrogen is broadly classified into three types according to the hydrogen production method.

1) 화석연료를 사용하여 생산되는 ‘그레이수소’1) ‘Gray hydrogen’ produced using fossil fuels

2) ‘그레이수소’에서 이산화탄소 포집을 통해 생산된 ‘블루수소’2) ‘Blue hydrogen’ produced by capturing carbon dioxide from ‘Grey Hydrogen’

3) 전 주기적으로 이산화탄소 배출이 없는 ‘그린수소’3) ‘Green Hydrogen’ without carbon dioxide emission on a regular basis

이 중 ‘그린수소’를 생산하는 방법은 수전해 기술과 관련되어 있고, ‘그린수소’는 물의 전기분해를 통해 얻어지는 수소로, 신재생에너지(태양광, 풍력 등)를 통해 얻은 전기에너지를 물에 가해 수소와 산소를 생산하는 ‘궁극적인 친환경 수소 생산기술이다. Among them, the method of producing 'green hydrogen' is related to water electrolysis technology, and 'green hydrogen' is hydrogen obtained through electrolysis of water, and electric energy obtained through renewable energy (solar power, wind power, etc.) is converted into water It is the 'ultimate eco-friendly hydrogen production technology that produces hydrogen and oxygen in addition to

수전해 스택은 공급된 전기에너지를 통해 수소와 산소를 발생하는 장치로 이론적으로는 순수한 물이 공급되어 순수수소와 순수산소만을 배출하게 된다. The water electrolysis stack is a device that generates hydrogen and oxygen through the supplied electrical energy. In theory, pure water is supplied and only pure hydrogen and pure oxygen are discharged.

하지만 스택의 작동특성과 성능향상, DIW의 정제 한계로 인하여 배출되는 생산물은 여러 가지 불순물을 포함(수소의 순도: 99.5%~99.9%)하고, 시스템 내에 별도의 수소정제장치를 추가하여 순수한 수소를 생산하고 있다. 여기서 발생하는 수소의 불순물 중 높은 비중을 차지하는 물질은 수분이다.However, due to the operational characteristics and performance improvement of the stack, and the limit of DIW purification, the discharged product contains various impurities (hydrogen purity: 99.5%~99.9%), and pure hydrogen is produced by adding a separate hydrogen purification device in the system. are producing Among the impurities of hydrogen generated here, a material that occupies a high specific gravity is water.

따라서 스택을 통해 발생하는 수소가 포함하고 있는 수분을 포집하고 열 회수 효율을 향상시키기 위한 장비 및 시스템에 대한 니즈가 높아지고 있는 실정이다.Therefore, there is a growing need for equipment and systems for collecting moisture contained in hydrogen generated through the stack and improving heat recovery efficiency.

1. 대한민국 특허등록 제 10-1925290호 (열회수를 통한 고효율 양방향 수전해 시스템)1. Republic of Korea Patent Registration No. 10-1925290 (High-efficiency two-way water electrolysis system through heat recovery) 2. 대한민국 특허등록 제 10-1911873 호 (수전해장치와 연료전지 발전장치 일체형 수소 에너지 전력공급 시스템).2. Republic of Korea Patent Registration No. 10-1911873 (Hydrogen energy power supply system integrated with water electrolysis device and fuel cell power generation device).

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 수전해 스택에서 발생하는 수소 순도증가와 폐열 활용을 위한 수전해 스택용 관형 열교환기를 사용자에 제공하는 것이다.Accordingly, the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a user with a tubular heat exchanger for a water electrolysis stack for increasing the purity of hydrogen generated in the water electrolysis stack and utilizing waste heat will be.

본 발명은 스택에서 발생하는 수소가 포함하고 있는 수분을 제올라이트 수분 흡착제가 흡착하여 수소의 순도가 높아지고, 폐열의 열 회수가 동시에 가능한 장치 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an apparatus and system capable of increasing the purity of hydrogen by adsorbing moisture contained in hydrogen generated in a stack by a zeolite moisture adsorbent and simultaneously recovering heat from waste heat.

본 발명은 반응수를 이용한 생성물의 열 회수를 통해 반응수 온도상승을 위한 시스템의 소비 동력을 저감하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to reduce the power consumption of the system for increasing the temperature of the reaction water through heat recovery of the product using the reaction water.

본 발명은 수분 제거를 통해 발생 수소의 순도를 증가시키고, 열교환으로 인한 수소의 온도 감소로 수분 흡착제의 성능을 증가시키는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to increase the purity of generated hydrogen through water removal and to increase the performance of a water adsorbent by reducing the temperature of hydrogen due to heat exchange.

즉, 본 발명은 발생하는 수소가 포함하고 있는 수분을 포집하고 열 회수 효율 향상을 위해 관형 열교환기에 수분 흡착제를 넣어 수전해 스택 및 시스템에 적용하는 것을 목적으로 하고, 열교환을 통해 발생 수소의 온도를 낮추면 수분 흡착제에 흡착되는 수분의 양이 증가하여 온도가 낮아질수록 수소의 순도가 상승하게 된다.That is, the present invention aims to apply a water electrolysis stack and system by putting a moisture adsorbent in a tubular heat exchanger to collect moisture contained in the generated hydrogen and improve heat recovery efficiency, and to reduce the temperature of generated hydrogen through heat exchange. When lowered, the amount of moisture adsorbed to the moisture adsorbent increases, and as the temperature decreases, the purity of hydrogen increases.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the technical problems to be achieved in the present invention are not limited to the technical problems mentioned above, and other technical problems not mentioned are clearly to those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. can be understood

상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 일예와 관련된 관형 열교환기는, 유체가 입력되는 일단 및 상기 유체가 배출되는 타단을 구비하고, 코일 (coil)의 형태인 유체 이동부; 상기 유체 이동부가 내부에 배치되고, 상기 유체 이동부의 일단이 삽입되기 위한 제 1-1 영역 및 상기 유체 이동부의 타단이 삽입되기 위한 제 1-2 영역을 구비하고, 기체가 입력되는 제 2-1 영역 및 상기 기체가 배출되는 제 2-2 영역을 구비하는 바디부; 및 상기 바디부 내부 영역 중 상기 유체 이동부가 배치된 제 1 공간을 제외한 제 2 공간에 배치되는 복수의 수분흡착제;를 포함하고, 수전해 스택 (Stack)에서 물의 전기분해를 진행하기 위해, 상기 제 1-1 영역을 통해 유입된 물이 상기 제 1-2 영역으로 배출되어 상기 수전해 스택 (Stack)에 공급되고, 상기 수전해 스택에서 상기 전기분해를 통해 획득된 수소가 상기 제 2-1 영역으로 입력되며, 상기 제 2-1 영역으로 입력된 수소가 상기 제 2-2 영역으로 이동하고, 상기 이동 과정에서 상기 수분흡착제와 접촉하여 잔존하는 수분이 흡수되고, 상기 잔존하는 수분이 제거된 수소가 상기 제 2-2 영역으로 배출될 수 있다.A tubular heat exchanger related to an example of the present invention for realizing the above-described problems includes: a fluid moving part in the form of a coil having one end to which a fluid is input and the other end from which the fluid is discharged; The fluid moving part is disposed therein, and it has a 1-1 region for inserting one end of the fluid moving part and a 1-2 region for inserting the other end of the fluid moving part, and a 2-1 th area into which gas is input. a body portion having a region and a 2-2 region from which the gas is discharged; and a plurality of moisture adsorbents disposed in a second space other than the first space in which the fluid moving part is disposed among the inner regions of the body part; Water introduced through the 1-1 region is discharged to the 1-2 region and supplied to the water electrolysis stack, and hydrogen obtained through the electrolysis in the water electrolysis stack is transferred to the 2-1 region is input, the hydrogen input to the 2-1 region moves to the 2-2 region, and the moisture remaining in contact with the moisture adsorbent is absorbed in the movement process, and the remaining moisture is removed. may be discharged to the 2-2 region.

또한, 상기 제 1-1 영역을 통해 유입된 물은, 상기 제 2-1 영역으로 입력되어 상기 제 2-2 영역으로 배출되는 수소의 열을 통해 가열되어 상기 제 1-2 영역으로 배출되고, 상기 물의 온도 상승을 통해, 상기 수전해 스택에서의 상기 전기분해 효율이 증가될 수 있다.In addition, the water introduced through the 1-1 region is heated through the heat of hydrogen input to the 2-1 region and discharged to the 2-2 region and discharged to the 1-2 region, By increasing the temperature of the water, the electrolysis efficiency in the water electrolysis stack may be increased.

또한, 상기 물의 온도 상승에 따라 상기 제 2-1 영역으로 입력되어 상기 제 2-2 영역으로 이동되는 수소의 온도는 낮아지고, 상기 수소의 온도 하강을 통해, 상기 수분흡착제의 수분 흡수 효율이 증가될 수 있다.In addition, as the temperature of the water increases, the temperature of the hydrogen input to the 2-1 region and moving to the 2-2 region is lowered, and through the temperature drop of the hydrogen, the moisture absorption efficiency of the moisture absorbent is increased can be

또한, 선택적으로 상기 제 2-2 영역이 상기 기체가 입력되는 영역으로 사용되고, 상기 제 2-1 영역이 상기 기체가 배출되는 영역으로 사용될 수 있다.In addition, the region 2-2 may optionally be used as a region in which the gas is input, and the region 2-1 may be used as a region in which the gas is discharged.

또한, solid oxide steam electrolyser (SOEC) 방식으로 상기 수소가 상기 수전해 스택에서 상기 전기분해를 통해 획득되는 경우, 상기 제 2-2 영역이 상기 기체가 입력되는 영역으로 사용되고, 상기 제 2-1 영역이 상기 기체가 배출되는 영역으로 사용될 수 있다.In addition, when the hydrogen is obtained through the electrolysis in the water electrolysis stack in a solid oxide steam electrolyser (SOEC) method, the 2-2 region is used as a region to which the gas is input, and the 2-1 region This can be used as an area where the gas is discharged.

또한, 상기 바디부는 단열재로 구현되거나 상기 단열재가 부착되는 형태로 구현되고, 상기 유체 이동부는 열전도율 향상을 위해 동관으로 구현될 수 있다.In addition, the body part may be implemented as a heat insulating material or a form to which the heat insulating material is attached, and the fluid moving part may be implemented as a copper tube to improve thermal conductivity.

또한, 상기 복수의 수분흡착제는 다공성 구조를 가질 수 있다.In addition, the plurality of moisture adsorbents may have a porous structure.

또한, 상기 수소의 온도 하강 및 상기 물의 온도 상승은, 상기 유체 이동부 및 상기 바디부의 길이 (length), 너비 (width) 및 높이 (height) 중 적어도 하나의 치수 변경을 통해 조절 가능할 수 있다.In addition, the temperature drop of the hydrogen and the temperature rise of the water may be adjustable by changing the dimensions of at least one of a length, a width, and a height of the fluid moving part and the body part.

또한, 상기 수소의 온도 하강 및 상기 물의 온도 상승 변화는, 상기 바디부의 길이와 상기 제 2-1 영역 및 제 2-2 영역의 너비에 비례할 수 있다.In addition, the temperature drop of the hydrogen and the change in the temperature increase of the water may be proportional to the length of the body and the widths of the 2-1 th region and the 2-2 th region.

또한, 상기 수소의 온도 하강 및 상기 물의 온도 상승 변화는, 상기 유체 이동부의 길이, 너비 및 높이에 비례하고, 상기 코일 형태의 유체 이동부의 권선수에 비례하며, 상기 동관 형태의 유체 이동부 중 상기 유체가 이동하는 공간을 제외한 영역의 두께에 반비례할 수 있다.In addition, the temperature drop of the hydrogen and the change in the temperature rise of the water are proportional to the length, width, and height of the fluid moving part, and proportional to the number of turns of the coil-shaped fluid moving part, among the copper tube-shaped fluid moving parts. It may be inversely proportional to the thickness of the region excluding the space in which the fluid moves.

또한, 상기 바디부의 전체 길이 중 상기 제 2-1 영역 및 상기 제 2-2 영역을 제외한 길이가 L1이고, 상기 제 2-1 영역 및 상기 제 2-2 영역의 너비가 d1인 경우, 상기 복수의 수분흡착제는, 상기 바디부의 전체 부피 중

Figure 112022058775415-pat00001
부피에 충진될 수 있다.In addition, when the length excluding the 2-1 region and the 2-2 region among the entire length of the body portion is L1 and the widths of the 2-1 region and the 2-2 region are d1, the plurality of of the moisture adsorbent, in the total volume of the body part
Figure 112022058775415-pat00001
It can be filled to volume.

한편, 상술한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 다른 일예와 관련된 유체가 입력되는 일단 및 상기 유체가 배출되는 타단을 구비하고, 코일 (coil)의 형태인 유체 이동부; 상기 유체 이동부가 내부에 배치되고, 상기 유체 이동부의 일단이 삽입되기 위한 제 1-1 영역 및 상기 유체 이동부의 타단이 삽입되기 위한 제 1-2 영역을 구비하고, 기체가 입력되는 제 2-1 영역 및 상기 기체가 배출되는 제 2-2 영역을 구비하는 바디부; 및상기 바디부 내부 영역 중 상기 유체 이동부가 배치된 제 1 공간을 제외한 제 2 공간에 배치되는 복수의 수분흡착제;를 포함하는 관형 열교환기의 제어방법에 있어서, 수전해 스택 (Stack)에서 물의 전기분해를 진행하기 위해, 상기 제 1-1 영역을 통해 유입된 물이 상기 제 1-2 영역으로 배출되어 상기 수전해 스택 (Stack)에 공급되는 제 1 단계; 상기 수전해 스택에서 상기 전기분해를 통해 획득된 수소가 상기 제 2-1 영역으로 입력되는 제 2 단계; 상기 제 2-1 영역으로 입력된 수소가 상기 제 2-2 영역으로 이동하고, 상기 이동 과정에서 상기 수분흡착제와 접촉하여 잔존하는 수분이 흡수되는 제 3 단계; 및 상기 잔존하는 수분이 제거된 수소가 상기 제 2-2 영역으로 배출되는 제 4 단계;를 포함하고, 상기 제 1-1 영역을 통해 유입된 물이 상기 제 2-1 영역으로 입력되어 상기 제 2-2 영역으로 배출되는 수소의 열을 통해 가열되어 상기 제 1-2 영역으로 배출되고, 상기 물의 온도 상승을 통해, 상기 수전해 스택에서의 상기 전기분해 효율이 증가되며, 상기 물의 온도 상승에 따라 상기 제 2-1 영역으로 입력되어 상기 제 2-2 영역으로 이동되는 수소의 온도는 낮아지고, 상기 수소의 온도 하강을 통해, 상기 수분흡착제의 수분 흡수 효율이 증가될 수 있다.On the other hand, the fluid moving unit having one end to which the fluid is input and the other end from which the fluid is discharged, the fluid moving unit in the form of a coil; The fluid moving part is disposed therein, and it has a 1-1 region for inserting one end of the fluid moving part and a 1-2 region for inserting the other end of the fluid moving part, and a 2-1 th area into which gas is input. a body portion having a region and a 2-2 region from which the gas is discharged; and a plurality of moisture adsorbents disposed in a second space other than the first space in which the fluid moving part is disposed among the inner regions of the body part. a first step of discharging the water introduced through the 1-1 region to the 1-2 region and supplying it to the water electrolysis stack to proceed with decomposition; a second step of inputting hydrogen obtained through the electrolysis in the water electrolysis stack into the 2-1 region; a third step in which the hydrogen input to the 2-1 region moves to the 2-2 region, and the moisture remaining in contact with the moisture absorbent during the movement process is absorbed; and a fourth step of discharging the hydrogen from which the remaining moisture has been removed to the 2-2 region, wherein the water introduced through the 1-1 region is input to the 2-1 region and the second region It is heated through the heat of the hydrogen discharged to the 2-2 region and discharged to the first 1-2 region, and through the temperature increase of the water, the electrolysis efficiency in the water electrolysis stack is increased, and the temperature of the water increases Accordingly, the temperature of the hydrogen input to the 2-1 region and moving to the 2-2 region is lowered, and through the temperature drop of the hydrogen, the moisture absorption efficiency of the moisture absorbent may be increased.

본 발명은 수전해 스택에서 발생하는 수소 순도증가와 폐열 활용을 위한 수전해 스택용 관형 열교환기를 사용자에 제공할 수 있다The present invention can provide a user with a tubular heat exchanger for a water electrolysis stack for increasing the purity of hydrogen generated in the water electrolysis stack and utilizing waste heat

본 발명은 스택에서 발생하는 수소가 포함하고 있는 수분을 제올라이트 수분 흡착제가 흡착하여 수소의 순도가 높아지고, 폐열의 열 회수가 동시에 가능한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.The present invention can provide an apparatus and system capable of increasing the purity of hydrogen by adsorbing moisture contained in hydrogen generated in the stack by a zeolite moisture adsorbent and simultaneously recovering heat from waste heat.

또한, 본 발명은 반응수를 이용한 생성물의 열 회수를 통해 반응수 온도상승을 위한 시스템의 소비 동력을 줄일 수 있다.In addition, the present invention can reduce the power consumption of the system for increasing the temperature of the reaction water through the heat recovery of the product using the reaction water.

또한, 본 발명은 수분 제거를 통해 발생 수소의 순도를 증가시키고, 열교환으로 인한 수소의 온도 감소로 수분 흡착제의 성능을 증가시킬 수 있다.In addition, the present invention can increase the purity of the generated hydrogen through water removal, and increase the performance of the water adsorbent by reducing the temperature of hydrogen due to heat exchange.

즉, 본 발명은 발생하는 수소가 포함하고 있는 수분을 포집하고 열 회수 효율 향상을 위해 관형 열교환기에 수분 흡착제를 넣어 수전해 스택 및 시스템에 적용하는 것을 목적으로 하고, 열교환을 통해 발생 수소의 온도를 낮추면 수분 흡착제에 흡착되는 수분의 양이 증가하여 온도가 낮아질수록 수소의 순도가 상승하게 된다.That is, the present invention aims to apply a water electrolysis stack and system by putting a moisture adsorbent in a tubular heat exchanger to collect moisture contained in the generated hydrogen and improve heat recovery efficiency, and to reduce the temperature of generated hydrogen through heat exchange. When lowered, the amount of moisture adsorbed to the moisture adsorbent increases, and as the temperature decreases, the purity of hydrogen increases.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. will be able

도 1a는 알칼라인 수전해 모식도이고, 도 1b는 PEM 수전해 모식도이며, 도 1c는 AEM 수전해 모식도이고, 도 1d는 SOEC 수전해 모식도이다.
도 2는 본 발명과 관련하여, 유체 이동부가 내부에 배치되고, 기체가 입력되어 배출되는 영역을 구비한 바디부를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명과 관련하여, 유체가 입력 및 배출되는 공간을 구비하고, 코일 (coil)의 형태인 유체 이동부를 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명과 관련된 다양한 제올라이트 구조를 도시한 것이고, 도 4b는 바디부 내부에 배치되는 복수의 수분흡착제를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명과 관련하여, 다공성 구조의 수분 흡착 모습의 일례를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 관형 열교환기의 단면도 일례를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명과 관련하여, 관형 열교환기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명과 관련하여, 실험을 통해 측정한 온도변화에 따른 제올라이트의 수분 흡착량을 나타낸 것이다.
도 9a는 향류 흐름이 적용된 열교환기로 활용하다가 필요에 따라 급격한 온도변화를 위해 병류 흐름으로 적용가능한 일례를 도시한 것이다.
도 9b는 본 발명과 관련된 열 교환 방법에 따른 온도 변화 및 범위를 도시한 것이다.1a is a schematic diagram of alkaline water electrolysis, FIG. 1b is a schematic diagram of PEM water electrolysis, FIG. 1c is a schematic diagram of AEM water electrolysis, and FIG. 1d is a schematic diagram of SOEC water electrolysis.
FIG. 2 illustrates a body part having a fluid moving part disposed therein, and an area in which gas is input and discharged in relation to the present invention.
3 is a view showing a fluid moving part in the form of a coil and having a space in which a fluid is input and discharged in relation to the present invention.
Figure 4a shows various zeolite structures related to the present invention, and Figure 4b shows a plurality of moisture adsorbents disposed inside the body portion.
5 shows an example of moisture adsorption of a porous structure in relation to the present invention.
6 shows an example of a cross-sectional view of a tubular heat exchanger according to the present invention.
7 is a view for explaining the operation of the tubular heat exchanger in relation to the present invention.
8 shows the amount of water adsorption of zeolite according to the temperature change measured through an experiment in relation to the present invention.
FIG. 9a shows an example in which a countercurrent flow is applied as a heat exchanger to which a countercurrent flow is applied, and is applicable to a cocurrent flow for rapid temperature change as necessary.
Figure 9b shows the temperature change and range according to the heat exchange method related to the present invention.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. However, since the description of the present invention is merely an embodiment for structural or functional description, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the embodiment described in the text. That is, since the embodiment is capable of various changes and may have various forms, it should be understood that the scope of the present invention includes equivalents capable of realizing the technical idea. In addition, since the object or effect presented in the present invention does not mean that a specific embodiment should include all of them or only such effects, it should not be understood that the scope of the present invention is limited thereby.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.The meaning of the terms described in the present invention should be understood as follows.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.Terms such as “first” and “second” are for distinguishing one component from another, and the scope of rights should not be limited by these terms. For example, a first component may be termed a second component, and similarly, a second component may also be termed a first component. When a component is referred to as being “connected to” another component, it may be directly connected to the other component, but it should be understood that other components may exist in between. On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" to another element, it should be understood that the other element does not exist in the middle. On the other hand, other expressions describing the relationship between elements, that is, "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to", etc., should be interpreted similarly.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The singular expression is to be understood as including the plural expression unless the context clearly dictates otherwise, and terms such as "comprises" or "have" refer to the specified feature, number, step, action, component, part or these It is intended to indicate that a combination exists, and it should be understood that it does not preclude the possibility of the existence or addition of one or more other features or numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.All terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Terms defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having the meaning consistent with the context of the related art, and cannot be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present invention.

종래기술 및 종래기술의 문제점Problems of the prior art and prior art

전세계적으로 탄소중립 선언과 수소사회로의 진입을 준비하면서 수소생산방법에 관련하여 많은 관심을 가지고 있다. 수소생산방법에 따라 수소를 크게 3가지로 분류하고 있다. As the world prepares to declare carbon neutrality and enter a hydrogen society, there is a lot of interest in hydrogen production methods. Hydrogen is broadly classified into three types according to the hydrogen production method.

1) 화석연료를 사용하여 생산되는 ‘그레이수소’1) ‘Gray hydrogen’ produced using fossil fuels

2) ‘그레이수소’에서 이산화탄소 포집을 통해 생산된 ‘블루수소’2) ‘Blue hydrogen’ produced by capturing carbon dioxide from ‘Grey Hydrogen’

3) 전 주기적으로 이산화탄소 배출이 없는 ‘그린수소’3) ‘Green Hydrogen’ without carbon dioxide emission on a regular basis

여기서, 그린수소는 태양광이나 풍력 등 재생에너지에서 나온 전기로 물을 전기분해하여 생산한 수소를 의미하고, 그레이수소는 천연가스를 고온·고압 수증기와 반응시키는 개질수소와 석유화학 공정에서 발생하는 부생수소를 의미하며, 블루수소는 그레이수소를 만드는 과정에서 발생한 이산화탄소를 포집·저장하여 탄소 배출을 줄인 수소를 말한다.Here, green hydrogen refers to hydrogen produced by electrolysis of water with electricity from renewable energy such as sunlight or wind power, and gray hydrogen is reformed hydrogen that reacts natural gas with high-temperature and high-pressure steam and is generated from petrochemical processes. It means by-product hydrogen, and blue hydrogen refers to hydrogen that reduces carbon emissions by capturing and storing carbon dioxide generated in the process of making gray hydrogen.

나아가 갈탄·석탄을 태워 생산하는 개질수소를 브라운수소로 분류할 수도 있다.Furthermore, reformed hydrogen produced by burning lignite and coal can be classified as brown hydrogen.

수소(Hydrogen, 원소기호 H)는 주기율표의 첫 번째 자리를 차지하며, 우주 질량의 약 75%를 차지하는 가장 풍부한 원소이다. 그리고 이 수소를 활용한 수소에너지는 수소의 형태로 에너지를 저장하고 사용할 수 있도록 한 대체에너지를 말한다.Hydrogen (symbol H) occupies first place on the periodic table and is the most abundant element, accounting for about 75% of the mass of the universe. And hydrogen energy using this hydrogen refers to an alternative energy that can be stored and used in the form of hydrogen.

수소에너지는 화석연료와 달리 고갈될 우려나 지역적 편중이 없는 것은 물론, 무엇보다 환경보호에 기여할 수 있는 무공해 연료라는 점에서 최근 매우 많은 주목을 받고 있다. Unlike fossil fuels, hydrogen energy has recently received a lot of attention in that it does not have any concerns about depletion or regional bias, and above all else, it is a non-polluting fuel that can contribute to environmental protection.

수소는 산소와의 화학반응을 통해 열과 전기를 생산하는데, 이산화탄소를 배출하는 화석연료와는 달리 부산물로 순수한 물만을 남긴다. 또 대용량으로 장기간으로 저장할 수 있다는 특성이 있어 재생에너지의 한계를 보완하는 에너지이다. Hydrogen produces heat and electricity through a chemical reaction with oxygen, but unlike fossil fuels that emit carbon dioxide, only pure water is left as a by-product. In addition, it has the characteristic that it can be stored for a long time in a large capacity, so it is an energy that supplements the limitations of renewable energy.

유럽연합(EU)은 2016년부터 ‘그린수소 인증제도(CertifHy Guarantee of Origin)’를 통해 수소의 친환경성을 인증하고 있다. The European Union (EU) has been certifying the eco-friendliness of hydrogen through the ‘CertifHy Guarantee of Origin’ since 2016.

가장 친환경적인 그린수소는 태양광·풍력 발전 등에서 나온 전기로 물을 전기분해해 생산한다. The most eco-friendly green hydrogen is produced by electrolysis of water with electricity from solar and wind power generation.

가장 많이 이산화탄소를 발생시키는 브라운수소와 그레이수소는 각각 화석연료인 석탄·갈탄이나 천연가스(CH4)를 통해 생산한다. Brown hydrogen and gray hydrogen, which generate the most carbon dioxide, are produced through fossil fuels such as coal, lignite, or natural gas (CH4), respectively.

블루수소는 이산화탄소를 포집·압축·수송해 지하에 저장하는 CCS(Carbon Capture & Storage) 기술을 적용해 생산하는 수소를 말한다.Blue hydrogen refers to hydrogen produced by applying CCS (Carbon Capture & Storage) technology that captures, compresses, and transports carbon dioxide and stores it underground.

전술한 것과 같이, ‘그린수소’를 생산하는 방법은 수전해 기술과 관련되어 있고, ‘그린수소’는 물의 전기분해를 통해 얻어지는 수소로, 신재생에너지(태양광, 풍력 등)를 통해 얻은 전기에너지를 물에 가해 수소와 산소를 생산하는 ‘궁극적인 친환경 수소 생산기술이다. As described above, the method of producing 'green hydrogen' is related to water electrolysis technology, and 'green hydrogen' is hydrogen obtained through electrolysis of water, and electricity obtained through renewable energy (solar power, wind power, etc.) It is the ultimate eco-friendly hydrogen production technology that produces hydrogen and oxygen by applying energy to water.

수전해 스택은 공급된 전기에너지를 통해 수소와 산소를 발생하는 장치로 이론적으로는 순수한 물이 공급되어 순수수소와 순수산소만을 배출하게 된다. The water electrolysis stack is a device that generates hydrogen and oxygen through the supplied electrical energy. In theory, pure water is supplied and only pure hydrogen and pure oxygen are discharged.

도 1a는 알칼라인 수전해 모식도이고, 도 1b는 PEM 수전해 모식도이며, 도 1c는 AEM 수전해 모식도이고, 도 1d는 SOEC 수전해 모식도이다.1a is a schematic diagram of alkaline water electrolysis, FIG. 1b is a schematic diagram of PEM water electrolysis, FIG. 1c is a schematic diagram of AEM water electrolysis, and FIG. 1d is a schematic diagram of SOEC water electrolysis.

물 전기분해에 의한 수소 제조기술로서, 도 1a에 따른 알칼라인 수전해, 도 1b에 따른 PEM 수전해, 도 1c에 따른 AEM 수전해, 도 1d에 따른 SOEC 수전해를 대표적인 예로 들 수 있다.Representative examples of hydrogen production technology by water electrolysis include alkaline water electrolysis according to FIG. 1A, PEM water electrolysis according to FIG. 1B, AEM water electrolysis according to FIG. 1C, and SOEC water electrolysis according to FIG. 1D.

하지만 스택의 작동특성과 성능향상, DIW의 정제 한계로 인하여 배출되는 생산물은 여러 가지 불순물을 포함(수소의 순도: 99.5%~99.9%)하고, 시스템 내에 별도의 수소정제장치를 추가하여 순수한 수소를 생산하고 있다. 여기서 발생하는 수소의 불순물 중 높은 비중을 차지하는 물질은 수분이다.However, due to the operational characteristics and performance improvement of the stack, and the limit of DIW purification, the discharged product contains various impurities (hydrogen purity: 99.5%~99.9%), and pure hydrogen is produced by adding a separate hydrogen purification device in the system. are producing Among the impurities of hydrogen generated here, a material that occupies a high specific gravity is water.

따라서 본 명세서에서는 스택을 통해 발생하는 수소가 포함하고 있는 수분을 포집하고 열 회수 효율을 향상시키기 위한 장비 및 시스템을 제안하고자 한다.Therefore, in the present specification, it is intended to propose an equipment and system for collecting moisture contained in hydrogen generated through the stack and improving heat recovery efficiency.

열 회수 및 발생 수소 순도증가를 위한 수전해 스택 및 시스템용 관형 열교환기Tubular heat exchanger for water electrolysis stacks and systems for heat recovery and increased purity of generated hydrogen

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 수전해 스택에서 발생하는 수소 순도증가와 폐열 활용을 위한 수전해 스택용 관형 열교환기를 사용자에 제공하는 것이다.The present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a user with a tubular heat exchanger for a water electrolysis stack for increasing the purity of hydrogen generated in the water electrolysis stack and utilizing waste heat.

본 발명은 스택에서 발생하는 수소가 포함하고 있는 수분을 제올라이트 수분 흡착제가 흡착하여 수소의 순도가 높아지고, 폐열의 열 회수가 동시에 가능한 장치 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide an apparatus and system capable of increasing the purity of hydrogen by adsorbing moisture contained in hydrogen generated in a stack by a zeolite moisture adsorbent and simultaneously recovering heat from waste heat.

본 발명은 반응수를 이용한 생성물의 열 회수를 통해 반응수 온도상승을 위한 시스템의 소비 동력을 저감하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to reduce the power consumption of the system for increasing the temperature of the reaction water through heat recovery of the product using the reaction water.

본 발명은 수분 제거를 통해 발생 수소의 순도를 증가시키고, 열교환으로 인한 수소의 온도 감소로 수분 흡착제의 성능을 증가시키는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to increase the purity of generated hydrogen through water removal and to increase the performance of a water adsorbent by reducing the temperature of hydrogen due to heat exchange.

즉, 본 발명은 발생하는 수소가 포함하고 있는 수분을 포집하고 열 회수 효율 향상을 위해 관형 열교환기에 수분 흡착제를 넣어 수전해 스택 및 시스템에 적용하는 것을 목적으로 하고, 열교환을 통해 발생 수소의 온도를 낮추면 수분 흡착제에 흡착되는 수분의 양이 증가하여 온도가 낮아질수록 수소의 순도가 상승하게 된다.That is, the present invention aims to apply a water electrolysis stack and system by putting a moisture adsorbent in a tubular heat exchanger to collect moisture contained in the generated hydrogen and improve heat recovery efficiency, and to reduce the temperature of generated hydrogen through heat exchange. When lowered, the amount of moisture adsorbed to the moisture adsorbent increases, and as the temperature decreases, the purity of hydrogen increases.

본 발명에 따르면, 수전해 스택에서 발생하는 수소 순도증가와 폐열 활용을 위한 수전해 스택용 액세서리를 제공할 수 있고, PEM, 알카라인, SOEC, AEM 수전해 등 다양한 수전해에 적용 가능할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide an accessory for a water electrolysis stack for increasing the purity of hydrogen generated in the water electrolysis stack and utilizing waste heat, and can be applied to various water electrolysis such as PEM, alkaline, SOEC, and AEM water electrolysis.

종래의 수전해 시스템 내부의 열교환기는 보편적인 상용 열교환기를 적용하고 있으며, 전통적인 방식의 열교환만을 진행하고 있다. A general commercial heat exchanger is applied to the heat exchanger inside the conventional water electrolysis system, and only the conventional heat exchange is performed.

이에 반해 본 발명이 제안하는 기술을 수전해 스택 및 시스템에 확장 적용하면 스택에서 발생하는 수소가 포함하고 있는 수분을 제올라이트 수분 흡착제가 흡착하여 수소의 순도가 높아지고, 폐열의 열 회수를 동시에 가능하게 할 수 있다.On the other hand, if the technology proposed by the present invention is extended to the water electrolysis stack and system, the zeolite moisture adsorbent adsorbs the moisture contained in the hydrogen generated in the stack, thereby increasing the purity of hydrogen and enabling the heat recovery of waste heat at the same time. can

본 발명에 따른 관형 열교환기 (100)는 유체 이동부 (20), 바디부 (10) 및 수분흡착제 (30)를 포함할 수 있다.The tubular heat exchanger 100 according to the present invention may include a fluid moving part 20 , a body part 10 , and a moisture absorbent 30 .

도 2는 본 발명과 관련하여, 유체 이동부가 내부에 배치되고, 기체가 입력되어 배출되는 영역을 구비한 바디부를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명과 관련하여, 유체가 입력 및 배출되는 공간을 구비하고, 코일 (coil)의 형태인 유체 이동부를 도시한 것이다.2 is a diagram illustrating a body part having a region in which a fluid moving part is disposed and gas is input and discharged in relation to the present invention, and FIG. 3 is a space in which a fluid is input and discharged in relation to the present invention. and shows a fluid moving part in the form of a coil.

도 3을 참조하면, 유체 이동부 (20)는 유체가 입력되는 일단(21) 및 유체가 배출되는 타단 (22)을 구비하고, 코일 (coil)의 형태로 구현될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the fluid moving unit 20 includes one end 21 to which a fluid is input and the other end 22 to which the fluid is discharged, and may be implemented in the form of a coil.

또한, 도 2를 참조하면, 바디부 (10)는 유체 이동부 (20)가 내부에 배치될 수 있다.Also, referring to FIG. 2 , the body part 10 may have a fluid moving part 20 disposed therein.

이때, 유체 이동부 (20)의 일단이 삽입되기 위한 제 1-1 영역 (130) 및 유체 이동부 (20)의 타단이 삽입되기 위한 제 1-2 영역(14)을 구비할 수 있다.In this case, a 1-1 region 130 into which one end of the fluid moving unit 20 is inserted and a 1-2 region 14 in which the other end of the fluid moving unit 20 is inserted may be provided.

또한, 기체가 입력되는 제 2-1 영역 (12) 및 기체가 배출되는 제 2-2 영역(11)을 구비할 수 있다.In addition, a 2-1 th region 12 in which gas is input and a 2-2 region 11 in which gas is discharged may be provided.

여기서 유체는, 수전해 스택 (Stack, 200)에서 물의 전기분해를 진행하기 위해 유입되는 고온의 물이 될 수 있다.Here, the fluid may be high-temperature water that is introduced to proceed with the electrolysis of water in the water electrolysis stack (Stack, 200).

또한, 여기서 기체는 수전해 스택 (200)에서 상기 전기분해를 통해 획득된 수소가 될 수 있다.Also, the gas here may be hydrogen obtained through the electrolysis in the water electrolysis stack 200 .

한편, 수분흡착제 (30)는 바디부 (10) 내부 영역 중 유체 이동부 (20)가 배치된 제 1 공간을 제외한 제 2 공간에 배치되고, 복수일 수 있다.On the other hand, the moisture absorbent 30 is disposed in the second space except for the first space in which the fluid moving part 20 is disposed among the inner region of the body part 10, and there may be a plurality of them.

도 4a는 본 발명과 관련된 다양한 제올라이트 구조를 도시한 것이고, 도 4b는 바디부 내부에 배치되는 복수의 수분흡착제를 도시한 것이다.Figure 4a shows various zeolite structures related to the present invention, and Figure 4b shows a plurality of moisture adsorbents disposed inside the body portion.

도 4a에 도시된 제올라이트는 미세한 기공을 가지고 있어 단위 질량당 표면적이 상당히 커서 흡착제로서 매우 효과적인 재료이다. The zeolite shown in FIG. 4A has fine pores and has a fairly large surface area per unit mass, making it a very effective material as an adsorbent.

해당 분자체는 복잡한 단위구조 중심의 공동들을 가지고 있어, 해당 부분에 수분 분자를 흡착 및 포집시키는 역할을 한다. 해당 수분흡착제는 제올라이트 외에도 다공성 구조를 가지고 있는 활성탄같은 물질로 대체 가능하다.The molecular sieve has cavities centered on the complex unit structure, and serves to adsorb and trap water molecules in the corresponding part. In addition to zeolite, the moisture absorbent can be replaced with a material such as activated carbon with a porous structure.

도 4a는 다양한 제올라이트 구조를 도시한 것으로, (a)제올라이트 A, (b)제올라이트 A, (c)제올라이트 L, (d)ZSM-5 등이 제시되었다.Figure 4a shows various zeolite structures, (a) zeolite A, (b) zeolite A, (c) zeolite L, (d) ZSM-5, and the like are presented.

도 4b는 실제 수분흡착제 (30)의 형태를 이미지로 도시하였다.Figure 4b shows the shape of the actual moisture absorbent 30 as an image.

또한, 도 5는 본 발명과 관련하여, 다공성 구조의 수분 흡착 모습의 일례를 도시한 것이다.In addition, in relation to the present invention, Figure 5 shows an example of the appearance of moisture adsorption of the porous structure.

도 5를 참조하면, 다공성 구조의 수분 흡착 모습을 도시한 것으로, 수분흡착제 (30) 중 막힌 영역 (31)이 아닌 다공 영역 (32)으로 수분 (33)이 흡착되어 스택에서 생성된 수소에 남아있는 수분을 추가로 흡수하는 것이 가능하다.Referring to FIG. 5 , the moisture adsorption of the porous structure is shown. The moisture 33 is adsorbed into the porous region 32 rather than the blocked region 31 of the moisture absorbent 30 and remains in the hydrogen generated in the stack. It is possible to absorb additional moisture.

바디부 (10)의 내부와 유체 이동부 (20) Coil의 외부에서 실제적인 열교환이 이루어지고, 해당 열교환의 효율을 위해 바디부 (10)는 외부의 단열이 잘 유지되는 물질 또는 SUS, Al과 같은 금속품에 단열재를 부착하여 구성한다. Actual heat exchange is made between the inside of the body part 10 and the outside of the coil of the fluid moving part 20, and for the efficiency of the heat exchange, the body part 10 is made of a material or SUS, Al and an external heat insulating material that is well maintained. It is constructed by attaching an insulating material to the same metal product.

유체 이동부 (20) Coil은 열전도율이 좋은 동관으로 구성하여 효과적인 열교환을 진행한다. The coil of the fluid moving part 20 is made of a copper tube with good thermal conductivity to conduct effective heat exchange.

바디부 (10)의 Inlet (12)에서는 수전해 스택에서 발생하는 고온의 수소가 유입되고 유체 이동부 (20) Coil의 Inlet (13)에서는 저온의 반응수가 공급된다. High-temperature hydrogen generated from the water electrolysis stack is introduced from the inlet 12 of the body 10, and low-temperature reaction water is supplied from the inlet 13 of the coil of the fluid moving unit 20.

필요에 따라서는 반응수가 수전해 스택에 주입되기 전에 승온을 하는 별도의 장비가 추가로 구축 가능하다.If necessary, a separate equipment that raises the temperature before the reaction water is injected into the water electrolysis stack can be additionally built.

바디부 (10)의 L1과 D1의 길이가 길고 단열이 잘될수록, 유체 이동부 (20) Coil의 D2, d2, L2와 권선수 n이 크거나 많고 t2가 얇을수록 상호간에 더 많은 열이 교환된다.The longer the length of L1 and D1 of the body part 10 and the better the insulation, the larger or the number n of the coil of the fluid moving part 20, D2, d2, L2 and the number of windings n is large or large and t2 is thin, the more heat is exchanged with each other do.

수분흡착제 (30)는 상용 관형 열교환기 대비 본 특허에서 독창성을 가지는 부분으로 제올라이트와 같은 미세 다공성 물질을 활용하여 수소에 포함되어있는 미세 수분을 흡착한다. The moisture adsorbent 30 is a part with originality in this patent compared to a commercial tubular heat exchanger, and uses a microporous material such as zeolite to adsorb the fine moisture contained in hydrogen.

해당 수분흡착제 (30)는 바디부 (10)의

Figure 112022058775415-pat00002
부피에 충진될 수 있다.The moisture absorbent (30) of the body part (10)
Figure 112022058775415-pat00002
It can be filled to volume.

도 6은 본 발명에 따른 관형 열교환기의 단면도 일례를 도시한 것이다.6 shows an example of a cross-sectional view of a tubular heat exchanger according to the present invention.

도 6을 참조하면, 유체가 입력되는 일단 및 상기 유체가 배출되는 타단을 구비하고, 코일 (coil)의 형태인 유체 이동부 (20)가 도시되고, 여기서 유체는 수전해 스택 (Stack)에서 물의 전기분해를 진행하기 위해, 상기 제 1-1 영역을 통해 유입된 물이 될 수 있다.Referring to FIG. 6 , a fluid moving part 20 in the form of a coil is shown having one end to which a fluid is input and the other end from which the fluid is discharged, wherein the fluid is the water in the electrolysis stack (Stack). In order to proceed with the electrolysis, it may be water introduced through the 1-1 region.

또한, 물은 제 1-2 영역으로 배출되어 상기 수전해 스택 (Stack, 200)에 공급될 수 있다.In addition, water may be discharged to the first and second regions and supplied to the water electrolysis stack (Stack, 200).

또한, 바디부 (10)는, 유체 이동부 (20)가 내부에 배치되고, 유체 이동부 (20)의 일단이 삽입되기 위한 제 1-1 영역 (13) 및 상기 유체 이동부 (20)의 타단이 삽입되기 위한 제 1-2 영역 (14)을 구비하고, 기체가 입력되는 제 2-1 영역 (12) 및 상기 기체가 배출되는 제 2-2 영역 (11)을 구비한다.In addition, the body part 10 has a fluid moving part 20 disposed therein, and a 1-1 region 13 for inserting one end of the fluid moving part 20 and the fluid moving part 20 . It includes a 1-2 first region 14 for inserting the other end, a 2-1 region 12 into which gas is input, and a 2-2 region 11 through which the gas is discharged.

여기서, 기체는, 수전해 스택에서 상기 전기분해를 통해 획득된 수소가 될 수 있다.Here, the gas may be hydrogen obtained through the electrolysis in the water electrolysis stack.

수소는 상기 제 2-1 영역 (12)으로 입력되며, 상기 제 2-1 영역 (12)으로 입력된 수소가 상기 제 2-2 영역 (11)으로 이동하게 된다.Hydrogen is input into the 2-1th region 12 , and the hydrogen input into the 2-1 th region 12 moves to the 2-2nd region 11 .

또한, 바디부 (10) 내부 영역 중 상기 유체 이동부 (20)가 배치된 제 1 공간을 제외한 제 2 공간에 배치되는 복수의 수분흡착제 (30)가 배치되고, 수소가 제 2-1 영역 (12)에서 제 2-2 영역 (11)으로 이동하는 과정에서 상기 수분흡착제 (30)와 접촉하여 잔존하는 수분이 흡수된다.In addition, a plurality of moisture absorbents 30 are disposed in the second space except for the first space in which the fluid moving part 20 is disposed among the internal regions of the body 10, and hydrogen is disposed in the 2-1 region ( In the process of moving from 12) to the 2-2 region 11, the moisture remaining in contact with the moisture absorbent 30 is absorbed.

이후, 잔존하는 수분이 제거된 수소가 제 2-2 영역 (11)으로 배출될 수 있다.Thereafter, the hydrogen from which the remaining moisture has been removed may be discharged to the 2-2 region 11 .

특히, 본 발명에 따르면, 제 1-1 영역 (13)을 통해 유입된 물은, 제 2-1 영역 (12)으로 입력되어 제 2-2 영역 (11)으로 배출되는 수소의 열을 통해 가열되어 제 1-2 영역 (14)으로 배출될 수 있다.In particular, according to the present invention, the water introduced through the 1-1 region 13 is heated through the heat of hydrogen input to the 2-1 region 12 and discharged to the 2-2 region 11 . and may be discharged to the first 1-2 region 14 .

이와 같은 물의 온도 상승을 통해, 상기 수전해 스택에서의 상기 전기분해 효율이 증가될 수 있다.Through such an increase in the temperature of water, the electrolysis efficiency in the water electrolysis stack may be increased.

또한, 상기 물의 온도 상승에 따라 제 2-1 영역 (12)으로 입력되어 제 2-2 영역 (11)으로 이동되는 수소의 온도는 낮아지고, 수소의 온도 하강을 통해 수분흡착제 (30)의 수분 흡수 효율이 증가될 수 있다.In addition, as the temperature of the water rises, the temperature of the hydrogen input to the 2-1 region 12 and moved to the 2-2 region 11 is lowered, and the moisture of the moisture adsorbent 30 is lowered through the temperature drop of the hydrogen. Absorption efficiency can be increased.

또한, 바디부 (10)는 단열재로 구현되거나 상기 단열재가 부착되는 형태로 구현되고, 유체 이동부 (20)는 열전도율 향상을 위해 동관으로 구현될 수 있다.In addition, the body part 10 may be implemented with a heat insulating material or a form to which the heat insulating material is attached, and the fluid moving part 20 may be implemented with a copper tube to improve thermal conductivity.

또한, 복수의 수분흡착제 (30)는 다공성 구조를 가질 수 있다.In addition, the plurality of moisture absorbents 30 may have a porous structure.

또한, 수소의 온도 하강 및 상기 물의 온도 상승은, 유체 이동부 (20) 및 바디부 (10)의 길이 (length), 너비 (width) 및 높이 (height) 중 적어도 하나의 치수 변경을 통해 조절 가능할 수 있다.In addition, the temperature drop of the hydrogen and the temperature rise of the water can be adjusted by changing the dimensions of at least one of the length, width, and height of the fluid moving part 20 and the body part 10 . can

특히, 수소의 온도 하강 및 상기 물의 온도 상승 변화는, 바디부 (10)의 길이와 제 2-1 영역 (12) 및 제 2-2 영역 (11)의 너비에 비례할 수 있다.In particular, the change in the temperature decrease of hydrogen and the increase in the temperature of the water may be proportional to the length of the body portion 10 and the widths of the 2-1 th region 12 and the 2-2 th region 11 .

또한, 수소의 온도 하강 및 상기 물의 온도 상승 변화는, 유체 이동부 (20)의 길이, 너비 및 높이에 비례하고, 코일 형태의 유체 이동부 (20)의 권선수에 비례하며, 동관 형태의 유체 이동부 (20) 중 물이 이동하는 공간을 제외한 영역의 두께에 반비례할 수 있다.In addition, the temperature drop of hydrogen and the temperature rise change of the water are proportional to the length, width, and height of the fluid moving unit 20 , and proportional to the number of turns of the coil-shaped fluid moving unit 20 , and the copper tube type fluid It may be inversely proportional to the thickness of the region excluding the space in which the water moves among the moving parts 20 .

또한, 바디부 (10)의 전체 길이 중 제 2-1 영역 (12) 및 제 2-2 영역 (11)을 제외한 길이가 L1이고, 상기 제 2-1 영역 (12) 및 상기 제 2-2 영역 (11)의 너비가 d1인 경우, 복수의 수분흡착제 (30)는 바디부 (10)의 전체 부피 중

Figure 112022058775415-pat00003
부피에 충진될 수 있다.In addition, the total length of the body part 10 excluding the 2-1 th region 12 and the 2-2 th region 11 is L1, and the 2-1 th region 12 and the 2-2 th region When the width of the region 11 is d1, the plurality of moisture absorbents 30 are included in the total volume of the body portion 10.
Figure 112022058775415-pat00003
It can be filled to volume.

열교환기의 동작 및 효과 데이터Heat exchanger operation and effect data

도 7은 본 발명과 관련하여, 관형 열교환기의 동작을 설명하기 위한 도면이다.7 is a view for explaining the operation of the tubular heat exchanger in relation to the present invention.

도 7을 참조하면, 수전해 스택 (Stack, 200)에서 물의 전기분해를 진행하기 위해, 상기 제 1-1 영역 (13)을 통해 유입된 물이 상기 제 1-2 영역 (14)으로 배출되어 상기 수전해 스택 (Stack, 200)에 공급되는 제 1 단계, 수전해 스택 (200)에서 상기 전기분해를 통해 획득된 수소가 상기 제 2-1 영역 (12)으로 입력되는 제 2 단계가 진행된다.Referring to FIG. 7 , in order to conduct electrolysis of water in the water electrolysis stack 200 , water introduced through the 1-1 region 13 is discharged to the 1-2 region 14 , A first step of supplying the water electrolysis stack (Stack, 200) and a second step of inputting hydrogen obtained through the electrolysis in the water electrolysis stack (200) into the 2-1 region (12) are performed .

이후, 제 2-1 영역 (12)으로 입력된 수소가 상기 제 2-2 영역 (11)으로 이동하고, 상기 이동 과정에서 상기 수분흡착제 (30)와 접촉하여 잔존하는 수분이 흡수되는 제 3 단계가 진행된다.Thereafter, a third step in which the hydrogen input to the 2-1 region 12 moves to the 2-2 region 11, and the moisture remaining in contact with the moisture absorbent 30 is absorbed during the movement process is going on

또한, 잔존하는 수분이 제거된 수소가 상기 제 2-2 영역 (11)으로 배출되는 제 4 단계가 진행된다.In addition, a fourth step of discharging hydrogen from which residual moisture has been removed to the 2-2 region 11 is performed.

이때, 제 1-1 영역 (13)을 통해 유입된 물이 제 2-1 영역 (12)으로 입력되어 제 2-2 영역 (11)으로 배출되는 수소의 열을 통해 가열되어 제 1-2 영역 (14)으로 배출될 수 있다.At this time, the water introduced through the 1-1 region 13 is input to the 2-1 region 12 and heated through the heat of hydrogen discharged to the 2-2 region 11 to be heated in the 1-2 region. (14) can be discharged.

또한, 물의 온도 상승을 통해, 상기 수전해 스택 (200)에서의 상기 전기분해 효율이 증가된다.In addition, by increasing the temperature of water, the electrolysis efficiency in the water electrolysis stack 200 is increased.

또한, 물의 온도 상승에 따라 상기 제 2-1 영역 (12)되어 상기 제 2-2 영역 (11)되는 수소의 온도는 낮아지고, 수소의 온도 하강을 통해, 상기 수분흡착제 (30)의 흡수 효율이 증가된다.In addition, as the temperature of water rises, the temperature of the hydrogen in the 2-1 region 12 and the 2-2 region 11 decreases, and through the temperature drop of hydrogen, the absorption efficiency of the moisture absorbent 30 this is increased

도 8은 본 발명과 관련하여, 실험을 통해 측정한 온도변화에 따른 제올라이트의 수분 흡착량을 나타낸 것이다.8 shows the amount of water adsorption of zeolite according to the temperature change measured through an experiment in relation to the present invention.

도 8을 참조하면, 물의 온도 상승에 따라 상기 제 2-1 영역 (12)되어 상기 제 2-2 영역 (11)되는 수소의 온도는 낮아지고, 수소의 온도가 낮아짐에 따라 수분 흡착제 (30)가 흡수하는 수분의 양이 매우 높게 증가하는 것이 실험적으로 증명되었다.Referring to FIG. 8 , as the temperature of water rises, the temperature of hydrogen in the 2-1 th region 12 and the 2-2 region 11 decreases, and as the temperature of hydrogen decreases, the moisture adsorbent 30 It has been experimentally proven that the amount of water absorbed by

향류 흐름 및 병류 흐름이 선택적으로 적용 가능한 열교환기Heat exchanger with optional countercurrent flow and cocurrent flow

도 9a는 향류 흐름이 적용된 열교환기로 활용하다가 필요에 따라 급격한 온도변화를 위해 병류 흐름으로 적용가능한 일례를 도시한 것이다.FIG. 9A shows an example in which a countercurrent flow is applied as a heat exchanger to which a countercurrent flow is applied, and is applicable to a cocurrent flow for rapid temperature change as necessary.

본 특허에 적용된 열교환은 반응수의 주입방향에 따라 병류 흐름 열교환이나 향류 흐름 열교환 2가지로 선택적으로 적용 가능하다.The heat exchange applied in this patent can be selectively applied to two types of cocurrent flow heat exchange or countercurrent flow heat exchange depending on the injection direction of the reaction water.

도 9a의 (a)에 도시된 것과 같이 일반적으로 향류 흐름이 적용된 열교환기로 활용된다.As shown in (a) of FIG. 9A, it is generally used as a heat exchanger to which countercurrent flow is applied.

단, SOEC와 같이 작동온도가 높은 수전해 스택 및 시스템에는 필요에 따라 급격한 온도변화를 위해, 도 9a의 (b)에 도시된 병류 흐름으로 적용 가능하다.However, for a water electrolysis stack and system having a high operating temperature, such as SOEC, the co-current flow shown in FIG.

즉, 선택적으로 제 2-2 영역 (11)이 수소가 입력되는 영역으로 사용되고, 제 2-1 영역 (12)이 상기 기체가 배출되는 영역으로 사용될 수 있다.That is, optionally, the 2-2nd region 11 may be used as a region into which hydrogen is input, and the 2-1 th region 12 may be used as a region where the gas is discharged.

구체적으로 solid oxide steam electrolyser (SOEC) 방식으로 상기 수소가 상기 수전해 스택에서 상기 전기분해를 통해 획득되는 경우, 제 2-2 영역 (11)이 수소가 입력되는 영역으로 사용되고, 제 2-1 영역 (11)이 상기 기체가 배출되는 영역으로 사용된다.Specifically, when the hydrogen is obtained through the electrolysis in the water electrolysis stack by a solid oxide steam electrolyser (SOEC) method, the 2-2 region 11 is used as a region to which hydrogen is input, and the 2-1 region (11) is used as the region from which the gas is discharged.

한편, 도 9b는 본 발명과 관련된 열 교환 방법에 따른 온도 변화 및 범위를 도시한 것이다.On the other hand, Figure 9b shows the temperature change and range according to the heat exchange method related to the present invention.

도 9b에 적용된 열 교환량 계산은 C(비열),

Figure 112022058775415-pat00004
(질량 유량), T(온도) 를 이용하였다.The heat exchange calculation applied in Figure 9b is C (specific heat),
Figure 112022058775415-pat00004
(mass flow rate) and T (temperature) were used.

도 9b의 (a)는 향류 온도 변화를 나타낸 것이고, 도 9b의 (b)는 병류 온도변화를 도시한 것이다.Fig. 9b (a) shows the countercurrent temperature change, and Fig. 9b (b) shows the co-current temperature change.

1) 외부 단열 100%, 2) 오염도 0, 3) 스택에서 배출되는 가스 조성 (H2 : 수분 : 기타 =

Figure 112022058775415-pat00005
))을 가정하였을 때, 다음과 같은 결과가 도출되었다.1) External insulation 100%, 2) Pollution degree 0, 3) Gas composition discharged from stack (H2 : Moisture : Other =
Figure 112022058775415-pat00005
)), the following results were derived.

향류 열교환량 (qc) : ｜CDI x

Figure 112022058775415-pat00006
DI x △TC,DI｜ =｜(αCH2+βC수분+γC기타) x
Figure 112022058775415-pat00007
stack x △TC,H2｜Countercurrent heat exchange amount (q c ) : ｜C DI x
Figure 112022058775415-pat00006
DI x △T C,DI ｜ =｜(αC H2 +βC moisture +γC others ) x
Figure 112022058775415-pat00007
stack x △T C,H2 ｜

병류 열교환량 (qp) : ｜CDI x

Figure 112022058775415-pat00008
DI x △TP,DI｜ =｜(αCH2+βC수분+γC기타) x
Figure 112022058775415-pat00009
stack x △TP,H2｜Cocurrent heat exchange amount (q p ) : ｜C DI x
Figure 112022058775415-pat00008
DI x △T P,DI ｜ =｜(αC H2 +βC moisture +γC etc. ) x
Figure 112022058775415-pat00009
stack x △T P,H2 ｜

qc > qp q c > q p

본 발명의 경우, 복적에 맞는 온도 변화(△T)는 보완사항 1에서 언급 했듯이 부품을 구성하는 제품의 Dimension의 변화로 조정 가능하다. In the case of the present invention, the temperature change (ΔT) suitable for the garment can be adjusted by changing the dimension of the product constituting the part as mentioned in Supplement 1.

본 발명에 따른 효과Effects according to the present invention

본 발명은 수전해 스택에서 발생하는 수소 순도증가와 폐열 활용을 위한 수전해 스택용 관형 열교환기를 사용자에 제공할 수 있다The present invention can provide a user with a tubular heat exchanger for a water electrolysis stack for increasing the purity of hydrogen generated in the water electrolysis stack and utilizing waste heat

본 발명은 스택에서 발생하는 수소가 포함하고 있는 수분을 제올라이트 수분 흡착제가 흡착하여 수소의 순도가 높아지고, 폐열의 열 회수가 동시에 가능한 장치 및 시스템을 제공할 수 있다.The present invention can provide an apparatus and system capable of increasing the purity of hydrogen by adsorbing moisture contained in hydrogen generated in the stack by a zeolite moisture adsorbent and simultaneously recovering heat from waste heat.

또한, 본 발명은 반응수를 이용한 생성물의 열 회수를 통해 반응수 온도상승을 위한 시스템의 소비 동력을 줄일 수 있다.In addition, the present invention can reduce the power consumption of the system for increasing the temperature of the reaction water through the heat recovery of the product using the reaction water.

또한, 본 발명은 수분 제거를 통해 발생 수소의 순도를 증가시키고, 열교환으로 인한 수소의 온도 감소로 수분 흡착제의 성능을 증가시킬 수 있다.In addition, the present invention can increase the purity of the generated hydrogen through water removal, and increase the performance of the water adsorbent by reducing the temperature of hydrogen due to heat exchange.

즉, 본 발명은 발생하는 수소가 포함하고 있는 수분을 포집하고 열 회수 효율 향상을 위해 관형 열교환기에 수분 흡착제를 넣어 수전해 스택 및 시스템에 적용하는 것을 목적으로 하고, 열교환을 통해 발생 수소의 온도를 낮추면 수분 흡착제에 흡착되는 수분의 양이 증가하여 온도가 낮아질수록 수소의 순도가 상승하게 된다.That is, the present invention aims to apply a water electrolysis stack and system by putting a moisture adsorbent in a tubular heat exchanger to collect moisture contained in the generated hydrogen and improve heat recovery efficiency, and to reduce the temperature of generated hydrogen through heat exchange. If it is lowered, the amount of moisture adsorbed to the moisture adsorbent increases, and as the temperature decreases, the purity of hydrogen increases.

본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned may be clearly understood by those of ordinary skill in the art from the following description. will be.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.On the other hand, the effects obtainable in the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the art to which the present invention belongs from the description below. will be able

또한, 상기와 같이 설명된 시스템 및 그 제어방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.In addition, the configuration and method of the above-described embodiments are not limitedly applicable to the system and its control method described above, but all or part of each embodiment is selective so that various modifications can be made to the embodiments. It may be configured in combination with .

Claims (12)

유체가 입력되는 일단 및 상기 유체가 배출되는 타단을 구비하고, 코일 (coil)의 형태인 유체 이동부;
상기 유체 이동부가 내부에 배치되고, 상기 유체 이동부의 일단이 삽입되기 위한 제 1-1 영역 및 상기 유체 이동부의 타단이 삽입되기 위한 제 1-2 영역을 구비하고, 기체가 입력되는 제 2-1 영역 및 상기 기체가 배출되는 제 2-2 영역을 구비하는 바디부; 및
상기 바디부 내부 영역 중 상기 유체 이동부가 배치된 제 1 공간을 제외한 제 2 공간에 배치되는 복수의 수분흡착제;를 포함하고,

수전해 스택 (Stack)에서 물의 전기분해를 진행하기 위해, 상기 제 1-1 영역을 통해 유입된 물이 상기 제 1-2 영역으로 배출되어 상기 수전해 스택 (Stack)에 공급되고,

상기 수전해 스택에서 상기 전기분해를 통해 획득된 수소가 상기 제 2-1 영역으로 입력되며,

상기 제 2-1 영역으로 입력된 수소가 상기 제 2-2 영역으로 이동하고, 상기 이동 과정에서 상기 수분흡착제와 접촉하여 잔존하는 수분이 흡수되고,

상기 잔존하는 수분이 제거된 수소가 상기 제 2-2 영역으로 배출되며,

상기 제 1-1 영역을 통해 유입된 물은,
상기 제 2-1 영역으로 입력되어 상기 제 2-2 영역으로 배출되는 수소의 열을 통해 가열되어 상기 제 1-2 영역으로 배출되고,

상기 물의 온도 상승을 통해, 상기 수전해 스택에서의 전기분해 효율이 증가되며,

상기 물의 온도 상승에 따라 상기 제 2-1 영역으로 입력되어 상기 제 2-2 영역으로 이동되는 수소의 온도는 낮아지고,

상기 수소의 온도 하강을 통해, 상기 수분흡착제의 수분 흡수 효율이 증가되며,

상기 복수의 수분흡착제는 다공성 구조를 갖고,

상기 수소의 온도 하강 및 상기 물의 온도 상승은,
상기 유체 이동부 및 상기 바디부의 길이 (length), 너비 (width) 및 높이 (height) 중 적어도 하나의 치수 변경을 통해 조절 가능하며,

상기 수소의 온도 하강 및 상기 물의 온도 상승 변화는,
상기 바디부의 길이와 상기 제 2-1 영역 및 제 2-2 영역의 너비에 비례하고,

상기 수소의 온도 하강 및 상기 물의 온도 상승 변화는,
상기 유체 이동부의 길이, 너비 및 높이에 비례하고,
상기 코일 형태의 유체 이동부의 권선수에 비례하며,

상기 유체 이동부는 열전도율 향상을 위해 동관으로 구현되고,
상기 동관 형태의 유체 이동부 중 상기 유체가 이동하는 공간을 제외한 영역의 두께에 반비례하는 관형 열교환기.
a fluid moving part having one end to which the fluid is input and the other end from which the fluid is discharged, the fluid moving part in the form of a coil;
The fluid moving part is disposed therein, and it has a 1-1 region for inserting one end of the fluid moving part and a 1-2 region for inserting the other end of the fluid moving part, and a 2-1 th area into which gas is input. a body portion having a region and a 2-2 region from which the gas is discharged; and
a plurality of moisture adsorbents disposed in a second space other than the first space in which the fluid moving part is disposed among the internal regions of the body part;

In order to proceed with the electrolysis of water in the water electrolysis stack (Stack), the water introduced through the 1-1 region is discharged to the first 1-2 region and supplied to the water electrolysis stack (Stack),

Hydrogen obtained through the electrolysis in the water electrolysis stack is input to the 2-1 region,

Hydrogen input to the 2-1 region moves to the 2-2 region, and the moisture remaining in contact with the moisture absorbent in the process of movement is absorbed,

Hydrogen from which the remaining moisture has been removed is discharged to the 2-2 region,

The water introduced through the 1-1 region,
It is heated through the heat of hydrogen input to the 2-1 region and discharged to the 2-2 region and discharged to the 1-2 region;

Through the increase in the temperature of the water, the electrolysis efficiency in the water electrolysis stack is increased,

As the temperature of the water rises, the temperature of hydrogen input to the 2-1 region and moving to the 2-2 region decreases,

Through the temperature drop of the hydrogen, the moisture absorption efficiency of the moisture absorbent is increased,

The plurality of moisture adsorbents have a porous structure,

The temperature drop of the hydrogen and the temperature rise of the water are,
It is adjustable by changing the dimensions of at least one of the length, width, and height of the fluid moving part and the body part,

The temperature drop of the hydrogen and the change in the temperature rise of the water are,
In proportion to the length of the body portion and the widths of the 2-1 region and the 2-2 region,

The temperature drop of the hydrogen and the change in the temperature rise of the water are,
In proportion to the length, width and height of the fluid moving part,
Proportional to the number of turns of the coil-shaped fluid moving part,

The fluid moving part is implemented as a copper tube to improve thermal conductivity,
A tubular heat exchanger inversely proportional to the thickness of a region excluding a space in which the fluid moves among the copper tube-shaped fluid moving parts.
 삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서,
선택적으로 상기 제 2-2 영역이 상기 기체가 입력되는 영역으로 사용되고, 상기 제 2-1 영역이 상기 기체가 배출되는 영역으로 사용되는 관형 열교환기.
The method of claim 1,
Optionally, the tubular heat exchanger in which the 2-2 region is used as a region in which the gas is input, and the 2-1 region is used as a region in which the gas is discharged.
 제 4항에 있어서,
solid oxide steam electrolyser (SOEC) 방식으로 상기 수소가 상기 수전해 스택에서 상기 전기분해를 통해 획득되는 경우,
상기 제 2-2 영역이 상기 기체가 입력되는 영역으로 사용되고, 상기 제 2-1 영역이 상기 기체가 배출되는 영역으로 사용되는 관형 열교환기.
5. The method of claim 4,
When the hydrogen is obtained through the electrolysis in the water electrolysis stack in a solid oxide steam electrolyser (SOEC) method,
The tubular heat exchanger in which the 2-2 region is used as a region in which the gas is input, and the 2-1 region is used as an region in which the gas is discharged.
 제 5항에 있어서,
상기 바디부는 단열재로 구현되거나 상기 단열재가 부착되는 형태로 구현되는 관형 열교환기.
6. The method of claim 5,
The body portion is a tubular heat exchanger implemented in a form in which the heat insulating material is implemented or the heat insulating material is attached.
 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 11 was abandoned when paying the registration fee.◈ 제 6항에 있어서,
상기 바디부의 전체 길이 중 상기 제 2-1 영역 및 상기 제 2-2 영역을 제외한 길이가 L1이고, 상기 제 2-1 영역 및 상기 제 2-2 영역의 너비가 d1인 경우,
상기 복수의 수분흡착제는, 상기 바디부의 전체 부피 중
Figure 112022083261367-pat00010
부피에 충진되는 관형 열교환기.

7. The method of claim 6,
When the length excluding the 2-1 region and the 2-2 region among the total length of the body portion is L1, and the width of the 2-1 region and the 2-2 region is d1,
The plurality of moisture adsorbents, in the total volume of the body part
Figure 112022083261367-pat00010
Volume-filled tubular heat exchanger.

 ◈청구항 12은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈◈Claim 12 was abandoned when paying the registration fee.◈ 유체가 입력되는 일단 및 상기 유체가 배출되는 타단을 구비하고, 코일 (coil)의 형태인 유체 이동부; 상기 유체 이동부가 내부에 배치되고, 상기 유체 이동부의 일단이 삽입되기 위한 제 1-1 영역 및 상기 유체 이동부의 타단이 삽입되기 위한 제 1-2 영역을 구비하고, 기체가 입력되는 제 2-1 영역 및 상기 기체가 배출되는 제 2-2 영역을 구비하는 바디부; 및상기 바디부 내부 영역 중 상기 유체 이동부가 배치된 제 1 공간을 제외한 제 2 공간에 배치되는 복수의 수분흡착제;를 포함하는 관형 열교환기의 제어방법에 있어서,

수전해 스택 (Stack)에서 물의 전기분해를 진행하기 위해, 상기 제 1-1 영역을 통해 유입된 물이 상기 제 1-2 영역으로 배출되어 상기 수전해 스택 (Stack)에 공급되는 제 1 단계;
상기 수전해 스택에서 상기 전기분해를 통해 획득된 수소가 상기 제 2-1 영역으로 입력되는 제 2 단계;
상기 제 2-1 영역으로 입력된 수소가 상기 제 2-2 영역으로 이동하고, 상기 이동 과정에서 상기 수분흡착제와 접촉하여 잔존하는 수분이 흡수되는 제 3 단계; 및
상기 잔존하는 수분이 제거된 수소가 상기 제 2-2 영역으로 배출되는 제 4 단계;를 포함하고,

상기 제 1-1 영역을 통해 유입된 물이 상기 제 2-1 영역으로 입력되어 상기 제 2-2 영역으로 배출되는 수소의 열을 통해 가열되어 상기 제 1-2 영역으로 배출되고,
상기 물의 온도 상승을 통해, 상기 수전해 스택에서의 전기분해 효율이 증가되며,
상기 물의 온도 상승에 따라 상기 제 2-1 영역으로 입력되어 상기 제 2-2 영역으로 이동되는 수소의 온도는 낮아지고,
상기 수소의 온도 하강을 통해, 상기 수분흡착제의 수분 흡수 효율이 증가되며,

상기 복수의 수분흡착제는 다공성 구조를 갖고,

상기 수소의 온도 하강 및 상기 물의 온도 상승은,
상기 유체 이동부 및 상기 바디부의 길이 (length), 너비 (width) 및 높이 (height) 중 적어도 하나의 치수 변경을 통해 조절 가능하며,

상기 수소의 온도 하강 및 상기 물의 온도 상승 변화는,
상기 바디부의 길이와 상기 제 2-1 영역 및 제 2-2 영역의 너비에 비례하고,

상기 수소의 온도 하강 및 상기 물의 온도 상승 변화는,
상기 유체 이동부의 길이, 너비 및 높이에 비례하고,
상기 코일 형태의 유체 이동부의 권선수에 비례하며,

상기 유체 이동부는 열전도율 향상을 위해 동관으로 구현되고,
상기 동관 형태의 유체 이동부 중 상기 유체가 이동하는 공간을 제외한 영역의 두께에 반비례하는 관형 열교환기의 제어방법.a fluid moving part having one end to which the fluid is input and the other end from which the fluid is discharged, the fluid moving part in the form of a coil; The fluid moving part is disposed therein, and it has a 1-1 region for inserting one end of the fluid moving part and a 1-2 region for inserting the other end of the fluid moving part, and a 2-1 th area into which gas is input. a body portion having a region and a 2-2 region from which the gas is discharged; and a plurality of moisture adsorbents disposed in a second space other than the first space in which the fluid moving part is disposed among the inner regions of the body part;

a first step in which water introduced through the 1-1 region is discharged to the first 1-2 region and supplied to the water electrolysis stack to perform electrolysis of water in the water electrolysis stack;
a second step of inputting hydrogen obtained through the electrolysis in the water electrolysis stack into the 2-1 region;
a third step in which the hydrogen input to the 2-1 region moves to the 2-2 region, and the moisture remaining in contact with the moisture absorbent during the movement process is absorbed; and
A fourth step of discharging the hydrogen from which the remaining moisture has been removed to the 2-2 region;

The water introduced through the 1-1 region is input to the 2-1 region, heated through the heat of hydrogen discharged to the 2-2 region, and discharged to the 1-2 region;
Through the increase in the temperature of the water, the electrolysis efficiency in the water electrolysis stack is increased,
As the temperature of the water rises, the temperature of hydrogen input to the 2-1 region and moving to the 2-2 region decreases,
Through the temperature drop of the hydrogen, the moisture absorption efficiency of the moisture absorbent is increased,

The plurality of moisture adsorbents have a porous structure,

The temperature drop of the hydrogen and the temperature rise of the water are,
It is adjustable by changing the dimensions of at least one of the length, width, and height of the fluid moving part and the body part,

The temperature drop of the hydrogen and the change in the temperature rise of the water are,
In proportion to the length of the body portion and the widths of the 2-1 region and the 2-2 region,

The temperature drop of the hydrogen and the change in the temperature rise of the water are,
In proportion to the length, width and height of the fluid moving part,
Proportional to the number of turns of the coil-shaped fluid moving part,

The fluid moving part is implemented as a copper tube to improve thermal conductivity,
A control method of a tubular heat exchanger inversely proportional to the thickness of a region excluding the space in which the fluid moves among the copper tube-type fluid moving parts.
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