KR20180113271A - Heat exchanger for fuel cell - Google Patents

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이상훈
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주식회사 푸른기술에너지
이상훈
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Abstract

The present invention relates to a heat exchanger for fuel cells, which heats air to be supplied to the fuel cell via heat generation using high temperature unreacted gas discharged from the fuel cell, ensures compact compositions, and enables modulation. To this end, the heat exchanger comprises: a main body; a tubular structure provided at the top of the main body and raising air for a fuel cell cathode introduced through a second gas inlet at the top after lowering the same through a dual pipe so as to discharge the same through a second gas outlet; a first gas inlet provided at the bottom of the main body and injecting the unreacted gas in a fuel cell anode into the main body; a combustion air inlet provided at the bottom of the main body and injecting combustion air into the main body; a burner disposed at the bottom of the main body, and combusting a gas mixture composed of the unreacted gas and the combustion air so as to raise an internal temperature; and a combustion gas outlet provided at the top of the main body to discharge the gas mixture.

Description

연료전지용 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR FUEL CELL}{HEAT EXCHANGER FOR FUEL CELL}

본 발명은 연료전지용 열교환기에 관한 것으로, 특히 연료전지에서 배출되는 고온의 미반응 가스를 이용한 열 발생으로 연료전지에 공급될 공기를 가열하며, 콤팩트한 구성과 모듈화가 가능하게 되는 연료전지용 열교환기에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat exchanger for a fuel cell, and more particularly to a heat exchanger for a fuel cell, which heats air to be supplied to the fuel cell by generating heat using a high temperature unreacted gas discharged from the fuel cell, will be.

연료전지는 전기화학 반응에 의해 열과 전기를 생성하는 에너지 전환 장치로서, 수소와 공기를 시스템으로 공급하고 바로 전기를 생성하기 때문에 기존의 발전 시스템에서 제기되던 오염 문제를 해결할 수 있는 유망한 기술이다. 특히, SOFC 또는 MCFC로 대표되는 고온에서 작동하는 고온 발전용 연료전지(high temperature stationary fuel cell)는 고온으로 배출되는 미반응 배가스(off-gas)가 가지고 있는 에너지를 효과적으로 사용할 수 있으므로 기존의 복합발전에 상응하는 효율을 가지고 있으며, 향후 분산형 발전(distributed generation)을 주도할 에너지 활용도가 우수한 기술로 알려져 있다. Fuel cells are energy conversion devices that generate heat and electricity by electrochemical reactions. They are promising technologies for solving the pollution problems that have arisen in existing power generation systems because they supply hydrogen and air to the system and generate electricity directly. In particular, a high temperature stationary fuel cell, which is operated at a high temperature represented by SOFC or MCFC, can effectively use the energy of unreacted off-gas discharged at a high temperature, And it is known as a technology with excellent energy utilization that will lead distributed generation in the future.

한편, 고온 발전용 연료전지 시스템은 연료전지 스택(stack)과 더불어 개질기, 촉매연소기, 열교환기, 전기 변환기 등의 주변장치(balance of plant, BOP)를 포함하고 있으므로 시스템을 개발하기 위하여 단위전지(single cell)와 스택에 대한 기술 개발과 더불어 이에 최적화된 주변장치의 개발을 병행하여야 한다. 그러나 범용 BOP의 경우 고온형 연료전지 시스템의 효율의 최적화와 운전 내구성 확보에 어려움이 있는 것으로 알려져 있다. On the other hand, the high-temperature power generation fuel cell system includes a fuel cell stack and a balance of plant (BOP) such as a reformer, a catalytic combustor, a heat exchanger, and an electric transducer. technology development for single cell and stack together with the development of peripheral devices optimized for it. However, it is known that general-purpose BOP has difficulty in optimizing the efficiency of the high temperature type fuel cell system and securing the operation durability.

고온 연료전지 스택 연료극의 미반응 배가스(off-gas)는 이산화탄소(CO2) 및 물(H2O)과 같이 반응 후 생성되는 불연(nonflammable) 가스와 더불어 수소(H2), 일산화탄소(CO), 탄화수소 등의 미반응 연료성분을 포함하고 있다. 고온 연료전지 시스템 효율 극대화 및 안전한 운전을 위해서는 상기의 미반응 연료의 재생이 필수적이다. 미반응 연료를 재생하는 가장 일반적인 방법은 화염 버너를 이용하는 것이다. 그러나, 기존 버너 타입의 연소기를 스택 출구 이후에 설치하여 완전 연소를 시키는 것은 앞서 기술한 출구 가스 중 포함된 상당부분의 불연 가스 때문에 연소 안정성을 확보하는데 기술적인 어려움이 크다. 그리고 화염을 발생하기 때문에 장치를 소형화하기 어렵고 소재의 선택에 제한이 있다. 또한 연소된 배가스 중에는 스모그(smog) 등의 원인 물질인 질소산화물(NOx), 일산화탄소(CO), 미연탄화수소(UHC), 미세입자(PM) 등과 같은 대기 오염물질이 포함된다는 문제도 있다. High temperature fuel cell stack, the unreacted exhaust gas (off-gas) in the fuel electrode is a carbon dioxide (CO 2) and water, hydrogen (H 2) with a non-flammable (nonflammable) produced after the reaction gas, such as (H 2 O), carbon monoxide (CO) , Hydrocarbons, and the like. Regeneration of unreacted fuel is essential for maximizing the efficiency of the high-temperature fuel cell system and for safe operation. The most common way to regenerate unreacted fuel is by using a flame burner. However, the existing burner-type combustor is installed after the stack outlet to complete combustion, which is technically difficult to ensure combustion stability due to a large amount of incombustible gas contained in the above-mentioned outlet gas. Since the flame is generated, it is difficult to downsize the device and there are restrictions on the choice of materials. In addition, there is a problem that air pollutants such as nitrogen oxides (NOx), carbon monoxide (CO), unburned hydrocarbons (UHC), and fine particles (PM), which are causative substances such as smog, are contained in the burned exhaust gas.

최근 이러한 단점을 보완, 극복하고자 촉매연소 방식을 이용하고 고온 연료전지 스택의 미반응 가스를 좀 더 효과적으로 이용하고자 하는 연구가 선진 연구기관 및 업체를 중심으로 진행되고 있지만 실제 개발되어 적용되고 있는 케이스는 없다. 촉매연소 방식은 대기오염 물질의 저감화, 장치의 소형화 그리고 미반응 가스의 효과적인 연소 등에서 장점이 있지만 안정적인 촉매연소를 위한 제어가 쉽지 않다는 단점도 가지고 있다. 즉, 촉매 연소기의 성능은 일반적인 연소와 달리 촉매 표면으로의 반응물의 확산, 촉매 표면에서의 흡착과 촉매 반응, 그리고 생성물의 탈착 및 주 흐름으로의 확산과 같은 반응 및 물질 전달 현상이 매우 복잡하게 연관되어 있다. 그러므로 연소촉매의 종류 및 예열온도, 공간속도 등을 결정하는 것이 안정적인 연소기 설계 및 효율의 극대화에 있어 매우 중요하지만 아직 시스템에 적용하여 사용하기에는 기술적으로 해결해야 할 부분이 많은 실정이다.
Recently, advanced research institutes and companies have been studying to utilize the unburned gas of the high temperature fuel cell stack more effectively by using the catalytic combustion method in order to overcome and overcome such shortcomings. none. The catalytic combustion method has advantages such as reduction of atmospheric pollutants, miniaturization of apparatus, and effective combustion of unreacted gas, but it also has a disadvantage that it is not easy to control for stable catalytic combustion. That is, unlike general combustion, the performance of the catalytic combustor is very complicated due to diffusion of reactants on the catalyst surface, adsorption and catalytic reaction on the catalyst surface, and diffusion and desorption of the product into the main stream. . Therefore, it is very important to determine the type of combustion catalyst, the preheating temperature, and the space velocity in order to maximize the efficiency of the combustor design and stability. However, there are many technical issues that need to be solved for applying to the system.

한국특허등록 제10-0818592호Korea Patent No. 10-0818592 한국특허등록 제10-0372739호Korea Patent No. 10-0372739 한국특허등록 제10-0834789호Korea Patent No. 10-0834789 한국특허등록 제10-1454252호Korea Patent No. 10-1454252 한국특허 공개번호 제10-2013-0089313호Korean Patent Publication No. 10-2013-0089313

본 발명의 목적은 연료전지에서 배출되는 고온의 미반응 가스를 이용한 열 발생으로 연료전지에 공급될 공기를 가열하며, 콤팩트한 구성과 모듈화가 가능하게 되는 연료전지용 열교환기를 제공하는데 있다. SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a heat exchanger for a fuel cell that heats air to be supplied to the fuel cell by generating heat using a high temperature unreacted gas discharged from the fuel cell, and is compact and can be modularized.

구체적으로는 고온의 연료전지 스택의 연료극 미반응 가스를 공기극에 제공될 공기의 열원으로 사용하고자 함에 있어, 촉매층의 온도를 고르게 유지하기 위해 축열용 구조체를 포함하는 연소 촉매가 포함된 다발 튜브(bundle tube) 형태의 열회수를 위한 열교환기(heat exchanger)를 본 발명에서는 포함하게 된다. 연료극 미반응 가스와 연소용 공기의 혼합가스를 운전 초기에는 버너를 이용하여 점화하고 열교환기의 내부를 승온한다. 온도가 승온된 상태에서는 버너에 공기의 양을 늘려 화염을 줄이고 축열용 구조체로서의 축열부에 의해 낮은 자연 발화 온도(light off temperature) 환경이 유지되어 발화되며 연소 촉매가 고르게 포함된 열교환기에 의해 내부가 고르게 고온 환경이 유지가 될 수 있게 된다. Specifically, in order to use the unreacted fuel gas unreacted gas in the high temperature fuel cell stack as a heat source of air to be supplied to the air electrode, in order to maintain the temperature of the catalyst layer uniformly, a bundle a heat exchanger for heat recovery in the form of a tube is included in the present invention. The mixed gas of the unreacted fuel gas and the combustion air is ignited at the beginning of the operation by using a burner and the temperature inside the heat exchanger is raised. When the temperature is raised, the amount of air is increased to increase the amount of air in the burner, and the flame is reduced. The low-temperature environment of the light off temperature is maintained by the heat storage unit as the heat storage structure. The high temperature environment can be maintained evenly.

또한 화염 버너의 경우 연소기 위치, 혼합 가스의 농도 등의 이유로 핫스팟(hot spot)이 생기거나 열교환기 내부의 열 분포가 균일하지 않게 되며, 공급되는 연소용 혼합가스가 버너의 발화 조건에 맞지 않으면 점화가 꺼질 수 있었으나, 본 발명에서는 안정된 연소 촉매층의 온도 유지를 축열용 구조체 및 연소 촉매를 통해 이루게 되므로 이 같은 화염 버너 사용의 문제를 개선할 수 있다.
Also, in the case of a flame burner, a hot spot is generated due to the position of the combustor, the concentration of the mixed gas, or the heat distribution inside the heat exchanger becomes uneven. If the supplied combustion gas does not match the burning condition of the burner, However, in the present invention, the temperature of the stable combustion catalyst layer is maintained through the heat storage structure and the combustion catalyst, so that the problem of using the flame burner can be improved.

본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위한 수단으로, 본체; 상기 본체의 상부에 구비되며, 상부의 제 2 가스 유입구를 통해 유입되는 연료전지 공기극용 공기를 이중관을 통해 하강 후 상승시켜 제 2 가스 배출구를 통해 배출시키는 튜브 구조체; 상기 본체의 하부에 구비되며 본체 내로 연료전지 연료극의 미반응 가스를 주입하는 제 1 가스 유입구; 상기 본체의 하부에 구비되며 본체 내로 연소용 공기를 주입하는 연소용 공기 유입구; 상기 본체의 하부에 구비되며 상기 미반응 가스 및 연소용 공기의 혼합 가스를 연소시켜 내부를 승온시키는 버너; 및 상기 본체의 상부에 구비되며 상기 혼합 가스를 배출시키는 연소 가스 배출구; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 열교환기를 제공한다. Means for Solving the Problems The present invention provides, as means for solving the above-mentioned problems, A tubular structure provided at an upper portion of the main body and configured to raise and lower the air for the fuel cell air electrode flowing through the upper second gas inlet port through the dual pipes and discharge the air through the second gas outlet port; A first gas inlet provided at a lower portion of the main body and injecting an unreacted gas of the fuel cell fuel electrode into the main body; A combustion air inlet provided at a lower portion of the main body and injecting combustion air into the main body; A burner for burning a mixed gas of the unreacted gas and the combustion air to raise the temperature of the inside of the main body; And a combustion gas outlet provided at an upper portion of the main body for discharging the mixed gas; And a heat exchanger for a fuel cell.

바람직하게는, 상기 튜브 구조체는, 연료전지 공기극용 공기를 유입받고 다수의 내관을 통해 하부로 이동시키는 튜브 내측 구조체; 및 상기 튜브 내측 구조체의 내관들이 각각 삽입되는 다수의 외관들을 구비하여 외관들을 통해 연료전지 공기극용 공기를 상부로 이동시키는 튜브 외측 구조체; 가 결합되어 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the tube structure includes: a tube inner structure that receives air for a fuel cell air electrode and moves the fuel cell air cathode downward through a plurality of inner tubes; And a plurality of outer tubes into which the inner tubes of the tube inner structure are inserted, respectively, to move the air for the fuel cell air electrode upward through the outer tubes; Are combined with each other.

바람직하게는, 상기 튜브 내측 구조체는, 상부에 구비되며, 연료전지 공기극용 공기를 유입시키는 제 2 가스 유입구; 상기 제 2 가스 유입구의 하부에서 제 2 가스 유입구와 연통되는 유입룸; 및 상기 유입룸의 하부에서 유입룸과 연통되게 형성되며 하부 말단이 개방되는 다수의 내관; 을 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the tube inner structure includes a second gas inlet provided at an upper portion thereof for introducing air for a fuel cell air electrode; An inflow chamber communicating with a second gas inlet at a lower portion of the second gas inlet; And a plurality of inner tubes formed at the lower portion of the inflow chamber and communicating with the inflow chamber, the lower ends of which are opened; And a control unit.

바람직하게는, 상기 튜브 외측 구조체는, 상기 유입룸의 하부에 결합되는 배출룸; 상기 배출룸의 하부에서 배출룸과 연통되게 형성되고 상기 내관들이 각각 삽입되며 하부 말단이 폐쇄되는 다수의 외관; 및 상기 배출룸의 측면에 구비되며, 상기 내관과 외관을 통해 이동한 연료전지 공기극용 공기를 배출시키는 제 2 가스 배출구; 를 포함하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the tube outer structure further comprises: a discharge chamber coupled to a lower portion of the inflow chamber; A plurality of outer tubes formed at a lower portion of the discharge chamber and communicating with the discharge chamber, the inner tubes being inserted each and the lower end being closed; And a second gas outlet provided on a side surface of the discharge chamber for discharging the air for the fuel cell air electrode moved through the inner tube and the outer tube; And a control unit.

바람직하게는, 상기 튜브 내측 구조체의 내관 외경은 튜브 외측 구조체의 외관 내경에 비해 작으며, 튜브 내측 구조체의 내관의 개방된 말단은 튜브 외측 구조체의 외관의 폐쇄된 말단과 이격되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the inner tube outer diameter of the tube inner structure is smaller than the outer tube inner diameter of the tube outer structure, and the open end of the inner tube of the tube inner structure is spaced from the closed end of the outer tube outer structure.

바람직하게는, 상기 튜브 외측 구조체의 외관 말단에는 축열부가 연장 형성되고, 상기 외관의 표면에는 외관을 따라 상승하는 혼합 가스의 연소 반응을 유도하는 연소 촉매층이 구비되는 것을 특징으로 한다. Preferably, a heat storage portion is formed at an outer end of the tube outer structure, and a combustion catalyst layer is provided on a surface of the outer tube to induce a combustion reaction of the mixed gas rising along the outer tube.

바람직하게는, 상기 연소 촉매층은 백금, 팔라듐, 로듐 또는 산화철 중에서 어느 하나 또는 둘 이상을 사용하여 이루어지며, 솔-젤법(sol-gel method), 함침법(impregnation method), 워시 코팅(wash coating), 증착(deposition) 또는 융착(bonding) 중에서 어느 한 종류 또는 두 종류 이상을 사용하여 코팅되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the combustion catalyst layer is formed of one or more of platinum, palladium, rhodium, or iron oxide, and is formed by a sol-gel method, an impregnation method, a wash coating, , Deposition, or bonding, or by using two or more of them.

바람직하게는, 상기 축열부는 튜브 외측 구조체의 외관 말단에 연장 형성되어 상기 버너의 상부에 위치하게 되며, 상기 버너로부터 연소열과 상기 튜브 외측 구조체 외관의 연소 촉매층을 통한 연소 반응열을 축열해, 본체 내에서 상승하는 상기 혼합 가스를 가열하는 것을 특징으로 한다. Preferably, the heat storage unit is formed at an outer end of the tube outer structure and is positioned at an upper portion of the burner, and the heat of combustion from the burner and the heat of combustion reaction through the combustion catalyst layer of the tube outer structure are stored, And the heated mixed gas is heated.

바람직하게는, 상기 축열부는 스테인레스 스틸, 인코넬, 하스텔로이, 듀플렉스, 니켈, 알루미늄, 구리, 황동, 청동, 알루미나, 산화마그네슘 중에서 어느 하나 또는 둘 이상을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the heat storage unit is made of one or more of stainless steel, Inconel, Hastelloy, duplex, nickel, aluminum, copper, brass, bronze, alumina and magnesium oxide.

바람직하게는, 상기 튜브 외측 구조체의 외관들에는 외관들의 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상의 가스유로 혼합판이 결합되며, 상기 가스유로 혼합판은 외관들의 길이 방향과 수직 방향으로 형성된 판형의 구조물인 것을 특징으로 한다. Preferably, at least one gas flow path mixing plate is coupled to outer tubes of the tube outer structure along the longitudinal direction of the outer tubes, and the gas flow path mixing plate is a plate-like structure formed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the outer tubes. do.

바람직하게는, 상기 가스유로 혼합판은 스테인레스 스틸, 인코넬, 하스텔로이, 듀플렉스, 니켈, 알루미늄, 구리, 황동, 청동 중에서 어느 하나 또는 둘 이상을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the gas channel mixture plate is made of one or more of stainless steel, Inconel, Hastelloy, duplex, nickel, aluminum, copper, brass and bronze.

바람직하게는, 상기 튜브 내측 구조체의 내관과 튜브 외측 구조체의 외관은 스테인레스 스틸, 인코넬, 하스텔로이, 듀플렉스, 니켈, 알루미늄, 구리, 황동, 청동 중에서 어느 하나 또는 둘 이상을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 한다. Preferably, the inner tube of the inner tube structure and the outer tube outer structure are made of one or more of stainless steel, Inconel, Hastelloy, duplex, nickel, aluminum, copper, brass and bronze .

바람직하게는, 상기 튜브 내측 구조체의 내관과 튜브 외측 구조체의 외관은 주름관으로 형성되는 것을 특징으로 한다. Preferably, the inner tube of the tube inner structure and the outer tube outer structure are formed of corrugated tubes.

바람직하게는, 상기 본체의 하부에 구비되며 본체 내로 연료 가스를 주입하는 연료 가스 유입구; 를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
Preferably, the fuel gas inlet is provided at a lower portion of the main body and injects fuel gas into the main body; And further comprising:

본 발명에 따르면, 연료전지에서 배출되는 고온의 미반응 가스를 이용한 열 발생으로 연료전지에 공급될 공기를 가열하며, 콤팩트한 구성과 모듈화가 가능하게 되는 효과를 가진다. According to the present invention, it is possible to heat the air to be supplied to the fuel cell by generating heat using the high-temperature unreacted gas discharged from the fuel cell, thereby achieving a compact configuration and modularization.

구체적으로, 촉매 버너를 이용하여 연료극의 미반응 가스를 고온 연료전지 스택의 공기극에 제공하는 가스의 예열을 위한 열원으로 사용하기 때문에 추가적인 연소용 에너지 및 전기 에너지의 사용없이 시스템의 효율을 더욱 높일 수 있는 장점이 있다. Specifically, the catalytic burner is used as a heat source for preheating gas that provides the unreacted gas of the fuel electrode to the air electrode of the high temperature fuel cell stack, so that the efficiency of the system can be further increased without using additional combustion energy and electric energy There is an advantage.

또한 축열용 구조체로서의 축열부가 일체형으로 포함되어 촉매 연소 반응에 의해 생성된 열을 직접 회수, 축열할 수 있으므로 연소기 내부가 미반응 가스의 조성에 따라 생길 수 있는 과부하 이상 과열이 되는 것을 방지할 수 있으며, 이에 따라 열교환이 이루어지는 촉매층을 보호하면서 전체적으로 고르게 안정적으로 장시간의 연소를 유도할 수 있는 장점이 있다. In addition, since the heat storage portion as the heat storage structure is integrally included, the heat generated by the catalytic combustion reaction can be directly recovered and stored, so that the internal portion of the combustor can be prevented from being overloaded or overheated due to the composition of the unreacted gas So that the catalyst layer in which the heat exchange is performed can be protected, and the entire combustion can be stably induced for a long time.

또한 이 같은 기능 및 구성들이 한 장치에서 일체형(integration)으로 구성될 수 있기 때문에 소형의 컴팩트(compact)한 모듈(module)화가 가능하게 된다.
In addition, since such functions and configurations can be configured as an integration in one device, a compact compact module becomes possible.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 열교환기를 나타내는 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 열교환기의 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 열교환기의 튜브 내측 구조체를 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 열교환기의 튜브 외측 구조체를 나타내는 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 열교환기에서 튜브 내 공기의 흐름을 설명하기 위한 도면.
도 6은 연료 가스만을 사용하는 열교환 운전에 따른 결과치를 보여주는 그래프.
도 7은 연료전지의 연료극에서 전달되는 고온의 미반응 배가스를 사용하는 열교환 운전에 따른 결과치를 보여주는 그래프. 1 is a perspective view showing a heat exchanger for a fuel cell according to an embodiment of the present invention;
2 is a sectional view of a heat exchanger for a fuel cell according to an embodiment of the present invention;
3 is a perspective view showing a tube inner structure of a heat exchanger for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing a tube outer structure of a heat exchanger for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
5 is a view for explaining a flow of air in a tube in a heat exchanger for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
6 is a graph showing a result of heat exchange operation using only fuel gas.
7 is a graph showing a result of heat exchange operation using a high temperature unreacted flue gas transferred from a fuel electrode of a fuel cell.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 열교환기를 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 열교환기의 단면도이다. FIG. 1 is a perspective view showing a heat exchanger for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view of a heat exchanger for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 연료전지용 열교환기는 원통형으로 구성되며 내부에 빈 공간을 갖는 본체(10)와, 상기 본체(10)의 상부에 구비되며 다수의 외관(33)들이 배출룸(32)의 하부에 배출룸(32)과 연통되게 형성되는 튜브 외측 구조체(30)와, 상기 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33)에 삽입되는 다수의 내관(23)들이 유입룸(22)의 하부에 유입룸(22)과 연통되게 형성되는 튜브 내측 구조체(20)와, 상기 본체(10)의 하부에 구비되며 본체(10) 내로 연료전지의 연료극에서 전달되는 미반응 가스를 주입하는 제 1 가스 유입구(50)와, 상기 본체(10)의 하부에 구비되며 본체(10) 내로 연소용 공기를 주입하는 연소용 공기 유입구(60)와, 상기 본체(10)의 하부에 구비되며 상기 미반응 가스 및 연소용 공기를 연소시켜 내부를 승온시키는 버너(80)와, 상기 본체(10)의 상부에 구비되며 상기 미반응 가스와 연소용 가스의 혼합 가스가 연소된 후 배출되는 연소 가스 배출구(40)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기에서 연소 반응 조건에 따라 또는 초기 점화를 위해 별도의 연료 가스(예컨데, 천연 가스)를 추가로 공급할 수 있는 연료 가스 유입구(70)가 상기 본체(10)의 하부에 더 구비될 수도 있다. 1 and 2, a heat exchanger for a fuel cell according to an embodiment of the present invention includes a main body 10 having a cylindrical shape and having an empty space therein, And a plurality of inner tubes 23 inserted into the outer tube 33 of the tube outer structure 30. The tube outer structure 30 is formed at a lower portion of the discharge chamber 32 so as to communicate with the discharge chamber 32, A tube inner structure 20 formed at a lower portion of the inlet chamber 22 so as to communicate with an inlet chamber 22 and a tube inner structure 20 provided at a lower portion of the body 10, A first gas inlet 50 for injecting a reaction gas and a combustion air inlet 60 provided at a lower portion of the main body 10 for injecting combustion air into the main body 10, A burner 80 provided at a lower portion of the burner 80 for burning the unreacted gas and combustion air to raise the temperature of the inside thereof, Is provided on top of the 10 can comprise a combustion gas discharge port 40 is discharged after the gas mixture of the unreacted gas and the gas for combustion combustion. Here, a fuel gas inlet 70, which can additionally supply a separate fuel gas (for example, natural gas) in accordance with the combustion reaction conditions or for initial ignition, may further be provided below the main body 10. [

대략적으로 본 발명에 따른 연료전지용 열교환기의 동작을 살펴보면, 초기 버너 점화(80)를 위해 연료 가스 유입구(70)를 통해 연료 가스를 주입하고 동시에 연소용 공기 유입구(60)를 통해 연소용 공기를 본체(10)의 하부로 공급해 버너(80)를 연소시켜 내부 온도를 승온시키게 된다. 이렇게 발생된 열은 튜브 구조체의 축열부(34)를 가열해 축열시키며 본체(10) 내부의 온도를 고온(예컨데 500℃ 이상)으로 승온시킬 것이다. 이후 연료전지의 연료극(anode)에서 전달되는 미반응 가스가 상기 제 1 가스 유입구(50)를 통해 본체(10)의 하부로 공급된다. 이렇게 공급된 수소를 포함한 미반응 가스와 연소용 공기의 혼합 가스는 내부 고온에 의해 자연발화되면서 버너(80)에 의한 가열이 없더라도 본체(10) 내부를 고온 상태로 유지시키게 된다. 한편 연료전지의 공기극(cathode)에 공급될 저온의 공기는 상기 튜브 내측 구조체(20)의 제 2 가스 유입구(21)를 통해 본체(10)의 상부로 공급되며, 이렇게 공급된 공기극용 공기는 상기 튜브 내측 구조체(20)의 내관(23)들을 통해 하부로 이동하게 된다. 여기에서 상기 튜브 내측 구조체(20)의 내관(23)과 상기 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33)은 이중관 형태로 결합되어 있기 때문에 내관(23)들을 통해 하부로 이동된 공기극용 공기는 다시 외관(33)을 따라 상부로 이동하게 되며, 이 같은 이동 과정에서 공기극용 공기는 열교환을 통해 가열된 상태로 상기 튜브 외측 구조체(30)의 제 2 가스 배출구(31)를 통해 배출되어 연료전지의 공기극에 공급되는 구조이다. 여기에서 내부 연소된 혼합 가스는 본체(10) 상부의 연소 가스 배출구(40)를 통해 배출된다. The operation of the heat exchanger for a fuel cell according to the present invention will be roughly described as follows. The fuel gas is injected through the fuel gas inlet 70 for the initial burner ignition 80 and the combustion air is supplied through the combustion air inlet 60 And is supplied to the lower portion of the main body 10 to burn the burner 80 to raise the internal temperature. The generated heat will heat and store the heat accumulating portion 34 of the tube structure and raise the temperature inside the body 10 to a high temperature (for example, 500 ° C or more). Then, unreacted gas delivered from the anode of the fuel cell is supplied to the lower portion of the main body 10 through the first gas inlet 50. The mixed gas of the unreacted gas including the supplied hydrogen and the combustion air is spontaneously ignited by the internal high temperature, and maintains the inside of the main body 10 at a high temperature even without heating by the burner 80. Meanwhile, the low-temperature air to be supplied to the cathode of the fuel cell is supplied to the upper portion of the main body 10 through the second gas inlet 21 of the tube inner structure 20, And is moved downward through the inner tubes 23 of the tube inner structure 20. Since the inner tube 23 of the tube inner structure 20 and the outer tube 33 of the tube outer structure 30 are coupled to each other in the form of a double tube, the air for the air electrode, which has been moved downward through the inner tubes 23, The air for the air electrode is discharged through the second gas outlet 31 of the tube outer structure 30 in a heated state through heat exchange, And is supplied to the air electrode. Here, the internally combusted mixed gas is discharged through the combustion gas outlet 40 in the upper part of the main body 10.

따라서 연료전지에서 완전히 연소되지 못하고 연료극 외부로 배출되는 고온의 미반응 가스를 공기극으로 공급될 공기의 열원으로 사용하게 되므로 고온 연료전지 시스템의 효율을 극대화시킬 수 있게 된다. Therefore, the high temperature unreacted gas, which is not completely combusted in the fuel cell and is discharged to the outside of the fuel electrode, is used as a heat source of air to be supplied to the air electrode, thereby maximizing the efficiency of the high temperature fuel cell system.

이제 상술한 각 구성 및 그 기능에 대하여 보다 상세히 설명한다. Now, each of the above-described configurations and functions thereof will be described in more detail.

먼저 상기 본체(10)는 내부에 상기 각 구성이 설치될 수 있도록 빈 공간을 가지며, 외부는 단열체(90)로 덮여질 수 있다. 이 같은 단열체(90)는 내부에서 발생된 연소열이 열교환기의 표면이나 열교환기의 외부로 이동하는 것을 억제하여 기기의 안정적 운영을 도모할 수 있게 한다. First, the main body 10 has an empty space in which the above-described components can be installed, and the outside can be covered with the heat insulating member 90. Such an insulator 90 suppresses the heat of combustion generated in the inside of the heat exchanger from moving to the outside of the heat exchanger or the heat exchanger, thereby enabling stable operation of the device.

이 같은 본체(10)의 하부에는 버너(80)가 장착되며, 이 버너(80)의 연소를 위해 버너(80)의 하부에는 제 1 가스 유입구(50), 연소용 공기 유입구(60) 그리고 필요에 따라 연료 가스 유입구(70)가 설치되게 된다. A burner 80 is attached to the lower portion of the main body 10 and a first gas inlet 50 and a combustion air inlet 60 are provided in the lower portion of the burner 80 for burning the burner 80, The fuel gas inlet 70 is installed.

상기 제 1 가스 유입구(50)는 본체(10)의 하부 측면에 설치될 수 있으며, 외부 연료전지의 연료극에서 전달되는 고온의 미반응 배가스를 전달받아 본체(10)의 내측에 연결된 분사 노즐(51)을 통해 본체(10)의 하부로 주입시키게 된다. 상기 제 1 가스 유입구(50)에는 미반응 배가스의 역류를 방지하기 위한 제 1 체크 밸브(52)가 구비될 수 있다. The first gas inlet 50 may be installed on the lower side of the main body 10 and may receive the high temperature unreacted flue gas transferred from the fuel electrode of the external fuel cell, To the lower portion of the main body 10. The first gas inlet (50) may be provided with a first check valve (52) for preventing backflow of unreacted flue gas.

상기 연소용 공기 유입구(60)는 본체(10)의 하부 저면에 설치될 수 있으며, 상기 버너(80)를 연소시킬 수 있는 연소용 공기를 본체(10)의 하부로 주입시키게 된다. 상기 연소용 공기 유입구(60)에는 연소용 공기의 역류를 방지하기 위한 공기 체크 밸브(61)가 구비될 수 있으며, 또한 연소용 공기의 유량을 조절할 수 있는 공기 유량 조절 밸브(62)가 구비될 수 있다. The combustion air inlet 60 may be installed on a lower bottom surface of the main body 10 to inject combustion air capable of burning the burner 80 into the lower portion of the main body 10. [ The combustion air inlet 60 may be provided with an air check valve 61 for preventing back flow of combustion air and an air flow rate control valve 62 for controlling the flow rate of the combustion air .

또한 이 같은 본체(10)의 하부에는 연소 반응 조건에 따라 또는 초기 점화를 위해 추가적으로 연료 가스 유입구(70)가 설치될 수 있다. 상기 연료 가스 유입구(70)는 본체(10)의 하부 측면에 설치될 수 있으며, 상기 버너(80)를 연소시킬 수 있는 별도의 연소용 연료 가스를 본체(10)의 내측에 연결된 분사 노즐을 통해 본체(10)의 하부로 주입시키게 된다. 상기 연료 가스 유입구(70)에는 연료 가스의 역류를 방지하기 위한 연료 체크 밸브(71)가 구비될 수 있고, 또한 연료 가수의 유량을 조절할 수 있는 연료 유량 조절 밸브(72)가 구비될 수 있다. In addition, a fuel gas inlet 70 may be additionally provided in the lower portion of the body 10 in accordance with combustion reaction conditions or for initial ignition. The fuel gas inlet 70 may be installed on the lower side of the main body 10 and may be provided with a separate combustion fuel gas capable of burning the burner 80 through a spray nozzle connected to the inside of the main body 10 And injected into the lower portion of the main body 10. The fuel gas inlet 70 may be equipped with a fuel check valve 71 for preventing back flow of the fuel gas and a fuel flow control valve 72 for controlling the flow rate of the fuel gas.

따라서 상기 본체(10)의 하부에는 제 1 가스 유입구(50)를 통해 공급된 미반응 배가스와 연소용 공기 유입구(60)를 통해 공급된 연소용 공기가 혼합되게 되며, 필요에 따라 연료 가스 유입구(70)를 통해 공급된 별도의 연소용 연료 가스가 더 혼합될 수 있다. Therefore, the unreacted exhaust gas supplied through the first gas inlet 50 and the combustion air supplied through the combustion air inlet 60 are mixed in the lower portion of the main body 10, 70 may be further mixed with each other.

이러한 본체(10)의 하부에는 상술한 혼합 가스를 연소시켜 내부를 승온시키는 버너(80)가 상기 유입구(50, 60, 70)들 위에 설치된다. 상기 버너(80)는 초기 연소를 위한 점화장치로서 상기 혼합 가스를 연소시켜 본체(10)의 내부 온도를 400℃까지 승온시키게 된다. 이때, 상기 버너(80)의 초기 점화 시에는 상기 연소용 공기 유입구(60)의 공기 유량 조절 밸브(62)를 통해 적은 양의 공기가 본체(10)의 내부로 주입되도록 해 혼합 가스에서 미반응 배가스의 비중을 늘림으로써 본체(10)의 내부가 빠르게 승온되도록 한다. 이후 연소부하가 증가하여 본체(10)의 내부 온도가 일정 이상 올라간 후에는 상기 연소용 공기 유입구(60)의 공기 유량 조절 밸브(62)를 통해 공급되는 연소용 공기의 양을 늘려 상기 버너(80)의 화염을 줄이도록 제어하게 된다. 이를 위해 상기 본체(10)의 하부에는 열전대(80a)가 설치되어 본체(10) 하부에 있는 버너 점화부분의 온도를 체크하게 된다. 또한 상기 버너(80)는 단열체(90) 내부에 위치시킴으로써 단열되도록 한다. In the lower portion of the main body 10, a burner 80 for burning the above-described mixed gas and raising the temperature of the inside of the main body 10 is installed on the inlets 50, 60 and 70. The burner 80 is an ignition device for initial combustion and burns the mixed gas to raise the internal temperature of the main body 10 to 400 ° C. At this time, when the burner 80 is initially ignited, a small amount of air is injected into the main body 10 through the air flow control valve 62 of the combustion air inlet 60, By increasing the specific gravity of the exhaust gas, the inside of the main body 10 is rapidly heated. Thereafter, the combustion load is increased to increase the amount of combustion air supplied through the air flow control valve 62 of the combustion air inlet 60 to increase the amount of combustion air supplied to the burner 80 ) Of the flame. To this end, a thermocouple 80a is provided below the main body 10 to check the temperature of the burner ignition portion under the main body 10. [ Further, the burner 80 is placed inside the heat insulating member 90 to be insulated.

한편, 이러한 버너(80)의 상부 공간에는 연료전지의 공기극에 공급될 저온의 공기를 본체(10)의 내부에서 이동시키기 위한 튜브 구조체가 설치된다. In the upper space of the burner 80, a tube structure for moving the low-temperature air to be supplied to the air electrode of the fuel cell in the body 10 is installed.

상기 튜브 구조체는 튜브 내측 구조체(20)와 튜브 외측 구조체(30)로 이루어지며, 튜브 내측 구조체(20)와 튜브 외측 구조체(30)의 결합 상태에서 연료전지의 공기극에 공급될 저온의 공기가 튜브 구조체 내에서 하강 후 승강하면서 본체(10) 내의 열을 전달받아 승온되는 구조이다. The tube structure is composed of a tube inner structure 20 and a tube outer structure 30. In the state where the tube inner structure 20 and the tube outer structure 30 are coupled to each other, And is heated and received by the body 10 while being lifted and lowered in the structure.

상기 튜브 내측 구조체(20)의 일 예가 도 3에 도시되어 있다. An example of the tube inner structure 20 is shown in FIG.

상기 튜브 내측 구조체(20)는 상부에 연료전지의 공기극에 공급될 저온의 공기를 유입시키기 위한 제 2 가스 유입구(21)가 구비되며, 이 제 2 가스 유입구(21)의 하부에는 제 2 가스 유입구(21)와 연통되는 유입룸(22)이 연결되며, 이 유입룸(22)의 하부에는 유입룸(22)과 연통되게 형성되는 다수의 내관(23)들이 길게 내리 연결되게 된다. 여기에서 상기 내관(23)의 하부 말단은 개방된다. The tube inner structure 20 is provided with a second gas inlet 21 for introducing low-temperature air to be supplied to the air electrode of the fuel cell, and a second gas inlet 21 is formed below the second gas inlet 21. [ A plurality of inner tubes 23 communicating with the inflow chamber 22 are connected to the lower portion of the inflow chamber 22 so as to be connected to each other. Here, the lower end of the inner tube 23 is opened.

따라서 상기 제 2 가스 유입구(21)를 통해 유입된 연료전지의 공기극에 공급될 저온의 공기는 유입룸(22)으로 유입되어 충진되게 되며, 다수의 내관(23)들을 따라 하부로 이동되게 될 것이다. 여기에서 해당 제 2 가스 유입구(21)에는 열전대(21a)가 설치되어 제 2 가스 유입구(21)를 통해 유입되는 공기의 온도를 체크하게 된다. Therefore, the low-temperature air to be supplied to the air electrode of the fuel cell flowing through the second gas inlet 21 flows into the inflow chamber 22 and is filled therein and is moved downward along the plurality of inner pipes 23 . The second gas inlet 21 is provided with a thermocouple 21a to check the temperature of the air flowing through the second gas inlet 21.

또한 상기 튜브 외측 구조체(30)의 일 예가 도 4에 도시되어 있다. An example of the tube outer structure 30 is shown in Fig.

상기 튜브 외측 구조체(30)는 상부가 개방된 배출룸(32)을 가지며, 배출룸(32)의 측면에는 배출룸(32)에 충진된 공기를 배출시키기 위한 제 2 가스 배출구(31)가 구비되며, 상기 배출룸(32)의 하부에는 배출룸(32)과 연통되게 형성되는 다수의 외관(33)들이 길게 내리 연결되게 된다. 여기에서 상기 외관(33)의 하부 말단은 축열부(34)가 구비되어 결국 외관(33)의 하부 말단(33)은 폐쇄된다. 상기 축열부(34)는 상기 버너(80)로부터 연소열과 후술될 상기 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33) 및 축열부(34) 표면의 연소 촉매층을 통한 연소 반응열을 직접 회수하여 축열하게 되며, 동시에 상승하는 혼합 가스를 가열하게 된다. The tube outer structure 30 has a discharge chamber 32 with an open upper portion and a second gas discharge port 31 for discharging the air filled in the discharge chamber 32 is provided on the side surface of the discharge chamber 32 And a plurality of outer tubes 33, which are formed to communicate with the discharge chamber 32, are connected to the lower portion of the discharge chamber 32. The lower end of the outer tube 33 is provided with a heat accumulating portion 34 so that the lower end 33 of the outer tube 33 is closed. The heat storage unit 34 directly collects the heat of combustion from the burner 80 and the combustion reaction heat through the combustion catalyst layer on the outer surface 33 of the tube outer structure 30 and the surface of the heat storage unit 34 , The mixed gas rising at the same time is heated.

아울러 상기 튜브 내측 구조체(20)의 내관(23)들의 외경은 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33)들의 내경에 비해 작아 이 튜브 내측 구조체(20)의 내관(23)들이 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33)들에 삽입될 수 있게 된다. 즉 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33)들에 튜브 내측 구조체(20)의 내관(23)들이 삽입되는 이중관 형태를 가지게 된다. The outer diameter of the inner tubes 23 of the tube inner structure 20 is smaller than the inner diameter of the outer tubes 33 of the tube outer structure 30 so that the inner tubes 23 of the tube inner structure 20 are located outside the tube outer structure 30 (See FIG. 3). That is, the inner tubes 23 of the tube inner structure 20 are inserted into the outer tubes 33 of the tube outer structure 30.

다시 도 2를 함께 참조하면, 이때 상기 튜브 내측 구조체(30)와 튜브 외측 구조체(60)는 결합시 튜브 내측 구조체(20)의 내관(23)들이 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33)들에 삽입되는 방식으로 결합이 이루어진다. 따라서 튜브 외측 구조체(30)의 상부 개방된 배출룸(32)은 튜브 내측 구조체(20)의 유입룸(22)에 의해 폐쇄되게 되며 튜브 내측 구조체(20)의 내관(23)들이 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33)들에는 튜브 내측 구조체(20)의 내관(23)들이 삽입되면서 결합이 이루어지게 된다. 여기에서 상기 튜브 내측 구조체(20)의 유입룸(22)과 튜브 외측 구조체(30)의 배출룸(32)의 사이에는 열 전달을 방지하기 위한 단열체(90)가 설치될 수 있다. Referring again to FIG. 2, when the tube inner structure 30 and the tube outer structure 60 are coupled, the inner tubes 23 of the tube inner structure 20 are joined to the outer tubes 33 of the tube outer structure 30 As shown in Fig. The upper open drain chamber 32 of the tube outer structure 30 is closed by the inlet chamber 22 of the tube inner structure 20 and the inner tubes 23 of the tube inner structure 20 are closed by the tube outer structure The inner tubes 23 of the tube inner structure 20 are inserted into the outer tubes 33 of the inner tubes 20 and 30 to be coupled. An insulating body 90 may be provided between the inflow chamber 22 of the tube inner structure 20 and the discharge chamber 32 of the tube outer structure 30 to prevent heat transfer.

이때 튜브 내측 구조체(20)의 내관(23)의 개방된 말단은 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33)들의 폐쇄된 말단과 일정 간격 이격된다. 따라서 도 5에 도시된 바와 같이 내관(23)과 외관(33)은 이중관으로 구성되며, 내관(23)을 따라 하강한 연료전지의 공기극에 공급될 저온의 공기는 내관(23)의 말단에서 배출되어 다시 외관(33)을 따라 상승하게 되는 구조인 것이다. At this time, the open end of the inner tube 23 of the tube inner structure 20 is spaced apart from the closed end of the outer tubes 33 of the tube outer structure 30 by a certain distance. 5, the inner tube 23 and the outer tube 33 are composed of a double tube, and the low-temperature air to be supplied to the air electrode of the fuel cell descending along the inner tube 23 is discharged at the end of the inner tube 23 And then rises along the outer surface 33 again.

이렇게 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33)들을 따라 상승된 공기는 배출룸(32)에 충진되면서 제 2 가스 배출구(31)를 통해 외부 연료전지의 공기극에 공급되게 된다. 여기에서 해당 제 2 가스 배출구(31)에는 열전대(31a)가 설치되어 제 2 가스 배출구(31)를 통해 배출되는 예열된 공기의 온도를 체크하게 된다. The air raised along the outer surfaces 33 of the tube outer structure 30 is supplied to the cathode of the external fuel cell through the second gas outlet 31 while being filled in the discharge chamber 32. The second gas outlet 31 is provided with a thermocouple 31a to check the temperature of the preheated air discharged through the second gas outlet 31.

한편 상기 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33) 말단에는 축열부(34)가 형성될 수 있다. 상기 축열부(34)는 외관(33)과 동일한 직경을 가지게 형성될 수 있으며, 하부에 있는 버너(80)로부터 연소열을 받아 축열하고 이 축열된 열을 외관(33)과 주위에 공급하게 된다. 여기에서 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33)과 그 하부의 축열부(34)는 서로 별개로 제작되어 연결할 경우 고온하에서 분리 및 훼손될 염려가 있다. 따라서 내부가 중공되지 않은 파이프에서 일정 부분을 파 내어 외관(33)을 형성시키고 파 내지 않은 부분을 축열부(34)로 구성함으로써 일체형으로 제작하는 것이 바람직하다. 또한 이 같은 축열부(34)는 일정한 깊이를 가지기 때문에 버너(80)의 연소열이 외관(33)의 말단에 직접 공급되는 것을 차단해주는 역할을 하게 된다. 버너(80)의 연소열이 외관(33)의 말단에 직접 공급될 경우 외관(33)의 얇은 말단이 변형되거나 떨어져 나갈 수 있는데 상기 축열부(34)는 이러한 고온으로부터 외관(33)의 변형을 보호하는 역할도 하게 되는 것이다. 여기에서 해당 축열부(34)의 주위에는 열전대(34a)가 설치되어 축열부(34) 주위의 온도를 체크하게 된다. On the other hand, a heat storage unit 34 may be formed at an end of the outer tube 33 of the tube outer structure 30. [ The heat storage unit 34 may be formed to have the same diameter as the outer tube 33. The heat storage unit 34 receives combustion heat from the burner 80 located at the lower side and accumulates heat to supply the heat to the outer tube 33 and the surroundings. Here, the outer tube 33 of the tube outer structure 30 and the heat storage portion 34 at the lower portion thereof are separately manufactured and connected, which may cause separation and damage at high temperature. Therefore, it is preferable that the outer tube 33 is formed by piercing a certain portion of the pipe from the non-hollow pipe, and the non-hollow portion is formed by the heat storage portion 34 to be integrally formed. Also, since the heat accumulating portion 34 has a predetermined depth, it serves to prevent the heat of combustion of the burner 80 from being supplied directly to the end of the outer tube 33. When the heat of combustion of the burner 80 is directly supplied to the end of the outer tube 33, the thin end of the outer tube 33 may be deformed or fallen off. The heat storage portion 34 protects the deformation of the outer tube 33 from such a high temperature It also plays a role. A thermocouple 34a is provided around the heat storage portion 34 to check the temperature around the heat storage portion 34. [

또한 상기 튜브 외측 구조체(30)에서 외관(33)들에는 베플(baffle) 형식의 가스유로 혼합판(35)이 결합된다. 도 4를 참조하면 상기 가스유로 혼합판(35)은 외관(33)들의 길이 방향을 따라 복수 개가 결합될 수 있으며, 각각의 가스유로 혼합판(35)은 외관(33)들의 길이 방향과 수직 방향으로 형성된 판형의 구조물이다. 또한 각각의 가스유로 혼합판(35)은 이 외관(33) 주위에서 상부로 이동하는 혼합 가스의 흐름을 확산시켜 외관(33) 전체로 이동시키기 위해 도면에 도시된 바와 같이 지그 재그로 설치된다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이 본체(10)의 하부에서 공급되는 고온의 혼합 가스는 외관(33)의 주위 공간에서 상승할 때 상기 가스유로 혼합판(35)들에 의해 이동흐름이 지체되면서 외관(33) 전체로 확산되게 되며, 이에 따라 더 많은 열을 외관(33)에 전달할 수 있게 되는 것이다. 여기에서 해당 외관(33)의 주위에는 열전대(33a)가 설치되어 열전대(33) 주위의 온도를 체크하게 된다. In addition, a baffle-type gas flow mixture plate 35 is coupled to the outer tubes 33 of the tube outer structure 30. 4, a plurality of gas flow path mixing plates 35 may be coupled along the longitudinal direction of the outer pipes 33, and each gas flow path mixing plate 35 may extend in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the outer pipes 33 As shown in Fig. Each gas flow path mixture plate 35 is installed with a jig as shown in the figure so as to diffuse the flow of the mixed gas moving upwardly around the outer pipe 33 and move the gas flow to the entirety of the outer pipe 33. 2, when the high-temperature mixed gas supplied from the lower part of the main body 10 rises in the space around the outer pipe 33, the flow of gas is delayed by the gas flow path mixture plates 35, So that more heat can be transferred to the outer tube 33. As a result, A thermocouple 33a is provided around the outer tube 33 to check the temperature around the thermocouple 33. [

그리고 이렇게 상승된 혼합 가스는 본체(10) 상부 측면에 설치된 연소 가스 배출구(40)를 통해 외부로 배출되게 된다. The mixture gas thus raised is discharged to the outside through the combustion gas outlet 40 provided on the upper side of the main body 10.

여기에서 상기 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33) 표면에는 연소 반응을 위한 연소 촉매층(combustion catalysts)이 형성되게 된다. 상기 연소 촉매층이 표면에 형성된 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33)을 따라 상승하는 혼합 가스는 수소가 포함되게 되므로 연소 촉매를 통해 연소 반응이 유도되게 된다. 따라서 상기 축열부(34)는 축열된 열과 연소 촉매의 촉매연소 반응에 의해 발생된 열을 회수하여 상승하는 혼합 가스를 가열하게 된다. 즉 상기 축열부(34)는 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33) 표면에 형성된 연소 촉매층이 내열 온도 이상으로 상승하는 것을 방지하게 되며, 또한 연소용으로 본체(10) 내로 유입되는 혼합 가스를 예열하기 위한 목적으로 사용되게 된다. 이를 위해 상기 축열부(34)는 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33)의 하단에 구성되게 된다. 상기 축열부(34)를 통해 가열된 혼합 가스는 200℃ 이상의 온도를 유지하며 연소 촉매에 의해 자연 발화가 되게 된다. 따라서 200℃ 이상의 고온으로 유입되는 혼합 가스가 본체(10)의 내부에서 자연 발화되며 전체적으로 고르게 고온을 유지하게 되며, 이 같은 고온의 혼합 가스는 상기 제 2 가스 유입구(21)를 통해 내부로 유입되는 공기극용 공기의 예열을 위한 열원으로 사용되게 되는 것이다. Here, combustion catalysts for combustion reaction are formed on the surface of the outer tube 33 of the outer tube structure 30. The mixed gas rising along the outer tube 33 of the tube outer structure 30 formed on the surface of the combustion catalyst layer contains hydrogen, so that the combustion reaction is induced through the combustion catalyst. Accordingly, the heat storage unit 34 recovers the heat generated by the catalytic combustion reaction of the combustion heat with the heat that has been accumulated, thereby heating the mixed gas rising. That is, the heat storage unit 34 prevents the combustion catalyst layer formed on the outer surface 33 of the tube outer structure 30 from rising above the heat resistant temperature, and also prevents the mixed gas flowing into the main body 10 It is used for the purpose of preheating. For this, the heat storage unit 34 is formed at the lower end of the outer tube 33 of the tube outer structure 30. [ The mixed gas heated through the heat storage unit 34 maintains a temperature of 200 ° C or higher and is spontaneously ignited by the combustion catalyst. Therefore, the mixed gas flowing at a high temperature of 200 ° C or more is spontaneously ignited in the main body 10, and the temperature of the mixed gas is uniformly maintained throughout the entirety of the main body 10. The mixed gas of such high temperature flows into the second gas inlet 21 through the second gas inlet 21 And is used as a heat source for preheating the air for the air electrode.

여기에서 상기 튜브 내측 구조체(20)의 내관(23)과 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33)은 스테인레스 스틸, 인코넬, 하스텔로이, 듀플렉스, 니켈, 알루미늄, 구리, 황동, 청동 등의 열전도도가 높고 녹는점이 높은 소재 중에서 어느 한 종류 또는 두 종류 이상을 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다. 또한 이러한 튜브 내측 구조체(20)의 내관(23)과 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33)은 표면의 접촉 면적을 넓히기 위해 주름관으로 형성될 수도 있다. 또한 상기 내관(23)과 외관(33)의 표면에는 열전도성이 우수한 금속이나 연소촉매용 지지체 등이 도금 등의 방법에 의해 구비될 수 있다. The inner tube 23 of the tube inner structure 20 and the outer tube 33 of the tube outer structure 30 may have a thermal conductivity such as stainless steel, Inconel, Hastelloy, duplex, nickel, aluminum, copper, brass, It is preferable to use any one or two or more kinds of materials having a high melting point and a high melting point. The inner tube 23 of the tube inner structure 20 and the outer tube 33 of the tube outer structure 30 may be formed as corrugated tubes to widen the surface contact area. Further, on the surfaces of the inner pipe 23 and the outer pipe 33, a metal having excellent thermal conductivity, a support for a combustion catalyst, etc. may be provided by plating or the like.

또한 상기 가스유로 혼합판(35) 역시 스테인레스 스틸, 인코넬, 하스텔로이, 듀플렉스, 니켈, 알루미늄, 구리, 황동, 청동 등의 열전도도가 높고 녹는점이 높은 소재 중에서 어느 한 종류 또는 두 종류 이상을 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다. The gas channel mixture plate 35 may be made of any one or more of stainless steel, Inconel, Hastelloy, duplex, nickel, aluminum, copper, brass, bronze or the like having high thermal conductivity and high melting point .

또한 상기 튜브 외측 구조체(30)의 축열부(34)는 열전도도가 높고 녹는점이 높은 스틸, 인코넬, 하스텔로이, 듀플렉스, 니켈, 알루미늄, 구리, 황동, 청동이나, 축열/방열 성능이 우수하다고 알려진 알루미나, 산화마그네슘과 같은 세라믹 재료 중에서 어느 한 종류 또는 두 종류 이상을 사용하여 이루어지는 것이 바람직하며, 내부에 열을 오래 축열할 수 있도록 기공(pore) 혹은 메쉬(mesh) 형태를 가질 수 있다. The heat storage portion 34 of the tube outer structure 30 is made of a material having high thermal conductivity and high melting point such as steel, inconel, Hastelloy, duplex, nickel, aluminum, copper, brass, bronze, Alumina, and magnesium oxide, and may have a pore or mesh shape so that heat can be stored therein for a long period of time.

또한 상기 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33) 및 축열부(34) 표면의 연소 촉매층은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 또는 산화철과 같은 금속 산화물들 중에서 어느 한 종류 또는 두 종류 이상을 사용하여 이루어지는 것이 바람직하다. The combustion catalyst layer on the outer surface 33 of the tube outer structure 30 and the surface of the heat storage portion 34 may be formed of any one of metal oxides such as platinum Pt, palladium Pd, rhodium Rh, It is preferable to use two or more types.

또한 상기 연소 촉매층은 솔-젤법(sol-gel method), 함침법(impregnation method), 워시 코팅(wash coating), 증착(deposition) 및 융착(bonding) 중에서 어느 한 종류 또는 두 종류 이상을 사용하여 코팅되는 것이 바람직하며, 연소 촉매의 특성 및 필요에 따라 소성(sintering) 공정이 추가될 수 있다. 그리고 필요에 따라 상기 연소 촉매층은 직접 코팅되지 않고 벌집 모양(honeycomb type)의 모노리스(monolith) 위에 담지되어 번들 튜브 사이에 구성될 수 있으며, 이때 모노리스는 세라믹이나 금속 성분으로 제작될 수 있다. The combustion catalyst layer may be formed using one or more of the sol-gel method, the impregnation method, the wash coating, the deposition, and the bonding, , And the characteristics of the combustion catalyst and a sintering process may be added as necessary. If necessary, the combustion catalyst layer may be formed on a monolith of a honeycomb type without being directly coated, and may be formed between the bundle tubes, wherein the monolith may be made of ceramic or metal.

이제 상술한 구성을 가지는 연료전지용 열교환기의 동작을 설명한다. Now, the operation of the heat exchanger for a fuel cell having the above-described configuration will be described.

우선, 본체(10) 내 버너(80)의 초기 점화를 위해 연료 가스 유입구(70)를 통해 연료 가스를 주입하고 동시에 연소용 공기 유입구(60)를 통해 연소용 공기를 본체(10)의 하부로 공급해 버너(80)를 연소시켜 내부 온도를 승온시키게 된다. 여기에서 이러한 연료 가스 주입 과정은 연소 반응 조건에 따라 생략될 수 있다. First, fuel gas is injected through the fuel gas inlet port 70 for initial ignition of the burner 80 in the main body 10, and at the same time, combustion air is supplied to the lower portion of the main body 10 through the combustion air inlet port 60 And the burner 80 is burned to raise the internal temperature. Here, this fuel gas injection process may be omitted depending on the combustion reaction conditions.

이후 본체(10) 하부의 제 1 가스 유입구(50)를 통해 연료전지의 연료극(anode)에서 전달되는 미반응 가스를 유입시키고 또한 연소용 공기 유입구(60)를 통해 연소용 공기를 유입시켜 혼합 가스를 내부에 공급하게 된다. Thereafter, the unreacted gas delivered from the anode of the fuel cell flows through the first gas inlet 50 in the lower portion of the main body 10, the combustion air is introduced through the combustion air inlet 60, As shown in FIG.

상기 버너(80)는 상기 혼합 가스를 연소시켜 본체(10)의 내부 온도를 400℃까지 승온시키게 된다. 버너(80)에 의한 열은 축열부(34)에 축열되게 된다. The burner 80 burns the mixed gas to raise the internal temperature of the main body 10 to 400 ° C. The heat generated by the burner 80 is stored in the heat storage unit 34. [

이때, 상기 버너(80)의 초기 점화 시에는 상기 연소용 공기 유입구(60)의 공기 유량 조절 밸브(62)를 통해 적은 양의 공기가 본체(10)의 내부로 주입되도록 해 혼합 가스에서 미반응 배가스의 비중을 늘림으로써 본체(10)의 내부가 빠르게 승온되도록 제어하게 된다. At this time, when the burner 80 is initially ignited, a small amount of air is injected into the main body 10 through the air flow control valve 62 of the combustion air inlet 60, By controlling the specific gravity of the exhaust gas, the inside of the main body 10 is controlled to be rapidly heated.

이렇게 승온된 혼합 가스는 본체(10) 내에서 튜브 외측 구조체(30)의 가스유로 혼합판(35)에 의해 정해진 경로를 따라 상승이동하면서 튜브 외측 구조체(30)의 외관(33) 표면에 있는 연소 촉매층과 연소 반응을 하게 되며, 연소 반응에 의한 열은 축열부(34)에 회수 및 축열되게 된다. The gas mixture thus heated is moved upward in the main body 10 along the path defined by the gas flow path mixture plate 35 of the tube outer structure 30 and is burnt on the surface 33 of the outer tube structure 30 So that the heat generated by the combustion reaction is recovered and stored in the heat accumulating portion 34.

여기에서 연소부하가 증가하여 본체(10)의 내부 온도가 일정 이상 올라간 후에는 상기 연소용 공기 유입구(60)의 공기 유량 조절 밸브(62)를 통해 공급되는 연소용 공기의 양을 늘려 상기 버너(80)의 화염을 줄이도록 제어하게 되며, 상기 축열부(34)가 혼합 가스를 가열하게 된다. Here, after the combustion load has increased and the internal temperature of the main body 10 has risen by a certain amount or more, the amount of combustion air supplied through the air flow rate control valve 62 of the combustion air inlet 60 is increased, 80, and the heat storage unit 34 heats the mixed gas.

한편, 본체(10) 상부의 제 2 가스 유입구(21)를 통해 연료전지의 공기극에 공급될 저온의 공기가 공급된다. 이 공기극용 공기는 상기 튜브 내측 구조체(20)의 내관(23)들을 통해 하부로 이동한 후 다시 외관(33)을 따라 상부로 이동하게 된다. 이 같은 이동 과정에서 공기극용 공기는 열교환을 통해 가열된 상태로 상기 튜브 외측 구조체(30)의 제 2 가스 배출구(31)를 통해 배출되어 연료전지의 공기극에 공급된다. On the other hand, low-temperature air to be supplied to the air electrode of the fuel cell is supplied through the second gas inlet 21 in the upper part of the main body 10. The air for the air electrode moves downward through the inner tubes 23 of the tube inner structure 20 and then moves upward along the outer tube 33. In this movement process, the air for the air electrode is discharged through the second gas outlet 31 of the tube outer structure 30 in a heated state through heat exchange and supplied to the air electrode of the fuel cell.

그리고 연소된 혼합 가스는 본체(10) 상부의 연소 가스 배출구(40)를 통해 배출된다. The combusted gas mixture is discharged through the combustion gas outlet (40) in the upper portion of the main body (10).

따라서 연료전지에서 완전히 연소되지 못하고 연료극 외부로 배출되는 고온의 미반응 가스를 공기극으로 공급될 공기의 열원으로 사용하게 되므로 고온 연료전지 시스템의 효율을 극대화시킬 수 있게 되는 것이다.
Therefore, the high temperature unreacted gas, which is not completely combusted in the fuel cell and is discharged to the outside of the fuel electrode, is used as a heat source of air to be supplied to the air electrode, thereby maximizing the efficiency of the high temperature fuel cell system.

이제 도 6 및 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 연료전지용 열교환기의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. Now, an embodiment of a heat exchanger for a fuel cell according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 6 and 7. FIG.

도 6은 연료 가스만을 사용하는 열교환 운전에 따른 결과치를 보여주는 그래프이고, 도 7은 연료전지의 연료극에서 전달되는 고온의 미반응 배가스를 사용하는 열교환 운전에 따른 결과치를 보여주는 그래프이다. FIG. 6 is a graph showing a result of heat exchange operation using only fuel gas, and FIG. 7 is a graph showing a result of a heat exchange operation using a high temperature unreacted flue gas transferred from a fuel electrode of a fuel cell.

도 6은 본체(10) 내부의 버너(80)를 천연 가스를 연료로 하여 연소시켜서 본체(10) 내부 온도를 승온시킨 결과를 나타내고 있다. 그래프를 통해 알 수 있는 바와 같이 초기 운전 시작(start up) 시 천연 가스만을 연료로 한 경우 버너 내부의 상부와 하부의 온도 차이가 약 40℃ 이상 발생하고 있으며, 버너 하부에서는 최고 1070℃까지 승온되고 있다. 이 경우 버너 상하부의 온도 구배가 비교적 커서 장기간 운전시 내구성이 약화되는 원인이 되고 있다. 더군다나 버너용으로 사용되는 연료의 사용량이 많아 운전 효율성이 떨어지게 된다. 6 shows a result of heating the internal temperature of the main body 10 by burning the burner 80 inside the main body 10 with natural gas as fuel. As can be seen from the graph, the temperature difference between the upper part and the lower part of the inside of the burner is more than about 40 ° C when the natural gas is used as the fuel at the start of the initial operation, and the temperature is raised up to 1070 ° C have. In this case, the temperature gradient at the upper and lower portions of the burner is relatively large, which causes the durability of the burner to be reduced during long-term operation. Furthermore, since the amount of fuel used for the burner is large, the efficiency of operation is reduced.

반면, 도 7은 본체(10) 내부의 버너(80)를 고온 연료전지 스택 연료극의 미반응 배가스를 사용하여 연소시킨 결과를 나타내고 있다. 그래프를 통해 알 수 있는 바와 같이 버너의 상하부 온도 편차가 현저히 줄어듦을 확인할 수 있으며 이는 버너 효율의 증대로 연결될 것이다. 또한 버너 운전 온도가 도 6에서 보다 낮아져 결과적으로 기존의 운전 방식과 대비해 내구성을 향상시킬 수 있게 되는 효과도 있다. 그리고 열교환이 되는 연료전지의 공기극에 공급될 저온의 공기(CA-IN)는 초기에는 불안정하지만 안정화 기간이 지나면 SOFC 운전 온도인 700℃ 이상을 일정하게 유지하는 것을 확인할 수 있다. 또한 버너에 사용되는 천연가스 연료의 사용량도 초기 운전시(도 6 참조)와 대비하여 12% 정도로 현격히 줄어들고 있다.
7 shows a result of burning the burner 80 inside the main body 10 using unreacted flue gas of the high temperature fuel cell stack anode. As can be seen from the graph, it can be seen that the upper and lower temperature variations of the burner are remarkably reduced, which will be connected to the increase of the burner efficiency. Also, the burner operation temperature is lower than that in FIG. 6, and as a result, the durability can be improved as compared with the conventional operation mode. The low-temperature air (CA-IN) to be supplied to the air electrode of the fuel cell to be heat-exchanged is initially unstable, but it can be confirmed that the SOFC operation temperature of 700 ° C or more is maintained constant after the stabilization period. Also, the amount of natural gas fuel used in the burner is remarkably reduced to about 12% as compared with that in the initial operation (see FIG. 6).

이상과 같이 도면과 명세서에서 최적 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예정 가격 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
As described above, an optimal embodiment has been disclosed in the drawings and specification. Although specific terms have been employed herein, they are used for purposes of illustration only and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the claims or the claims. It will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalents may be made thereto without departing from the scope of the present invention. Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the technical idea of the appended claims.

10 : 본체 20 : 튜브 내측 구조체
21 : 제 2 가스 유입구 22 : 유입룸
23 : 내관 30 : 튜브 외측 구조체
31 : 제 2 가스 배출구 32 : 배출룸
33 : 외관 34 : 축열부
35 : 가스유로 혼합판 40 : 연소 가스 배출구
50 : 제 1 가스 유입구 60 : 연소용 공기 유입구
70 : 연료 가스 유입구 80 : 버너
90 : 단열체10: main body 20: tube inner structure
21: second gas inlet 22: inflow chamber
23: inner tube 30: outer tube structure
31: Second gas outlet 32: Discharge chamber
33: Appearance 34:
35: Gas flow path mixture plate 40: Combustion gas outlet
50: first gas inlet 60: combustion air inlet
70: Fuel gas inlet 80: Burner
90: Insulator

Claims (14)

본체;
상기 본체의 상부에 구비되며, 상부의 제 2 가스 유입구를 통해 유입되는 연료전지 공기극용 공기를 이중관을 통해 하강 후 상승시켜 제 2 가스 배출구를 통해 배출시키는 튜브 구조체;
상기 본체의 하부에 구비되며 본체 내로 연료전지 연료극의 미반응 가스를 주입하는 제 1 가스 유입구;
상기 본체의 하부에 구비되며 본체 내로 연소용 공기를 주입하는 연소용 공기 유입구;
상기 본체의 하부에 구비되며 상기 미반응 가스 및 연소용 공기의 혼합 가스를 연소시켜 내부를 승온시키는 버너; 및
상기 본체의 상부에 구비되며 상기 혼합 가스를 배출시키는 연소 가스 배출구; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 열교환기.
main body;
A tubular structure provided at an upper portion of the main body and configured to raise and lower the air for the fuel cell air electrode flowing through the upper second gas inlet port through the dual pipes and discharge the air through the second gas outlet port;
A first gas inlet provided at a lower portion of the main body and injecting an unreacted gas of the fuel cell fuel electrode into the main body;
A combustion air inlet provided at a lower portion of the main body and injecting combustion air into the main body;
A burner for burning a mixed gas of the unreacted gas and the combustion air to raise the temperature of the inside of the main body; And
A combustion gas outlet provided at an upper portion of the main body for discharging the mixed gas; Wherein the heat exchanger is a heat exchanger for a fuel cell.
제 1항에 있어서,
상기 튜브 구조체는,
연료전지 공기극용 공기를 유입받고 다수의 내관을 통해 하부로 이동시키는 튜브 내측 구조체; 및
상기 튜브 내측 구조체의 내관들이 각각 삽입되는 다수의 외관들을 구비하여 외관들을 통해 연료전지 공기극용 공기를 상부로 이동시키는 튜브 외측 구조체; 가 결합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 열교환기.
The method according to claim 1,
The tube structure may include:
A tube inner structure for introducing the air for the fuel cell air electrode and moving the fuel cell air pole downward through a plurality of inner pipes; And
A tube outer structure having a plurality of outer tubes into which the inner tubes of the tube inner structure are respectively inserted to move the air for the fuel cell air electrode upward through outer tubes; Is connected to the heat exchanger.
제 2항에 있어서,
상기 튜브 내측 구조체는,
상부에 구비되며, 연료전지 공기극용 공기를 유입시키는 제 2 가스 유입구;
상기 제 2 가스 유입구의 하부에서 제 2 가스 유입구와 연통되는 유입룸; 및
상기 유입룸의 하부에서 유입룸과 연통되게 형성되며 하부 말단이 개방되는 다수의 내관; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 열교환기.
3. The method of claim 2,
Wherein the tube inner structure comprises:
A second gas inlet provided at the upper portion for introducing the air for the fuel cell air electrode;
An inflow chamber communicating with a second gas inlet at a lower portion of the second gas inlet; And
A plurality of inner tubes communicating with the inflow chamber at a lower portion of the inflow chamber and having lower ends opened; Wherein the heat exchanger is a heat exchanger for a fuel cell.
제 3항에 있어서,
상기 튜브 외측 구조체는,
상기 유입룸의 하부에 결합되는 배출룸;
상기 배출룸의 하부에서 배출룸과 연통되게 형성되고 상기 내관들이 각각 삽입되며 하부 말단이 폐쇄되는 다수의 외관; 및
상기 배출룸의 측면에 구비되며, 상기 내관과 외관을 통해 이동한 연료전지 공기극용 공기를 배출시키는 제 2 가스 배출구; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 열교환기.
The method of claim 3,
Wherein the tube outer structure comprises:
A discharge chamber coupled to a lower portion of the inflow chamber;
A plurality of outer tubes formed at a lower portion of the discharge chamber and communicating with the discharge chamber, the inner tubes being inserted each and the lower end being closed; And
A second gas outlet provided on a side surface of the discharge chamber for discharging the air for the fuel cell air electrode moved through the inner tube and the outer tube; Wherein the heat exchanger is a heat exchanger for a fuel cell.
제 4항에 있어서,
상기 튜브 내측 구조체의 내관 외경은 튜브 외측 구조체의 외관 내경에 비해 작으며, 튜브 내측 구조체의 내관의 개방된 말단은 튜브 외측 구조체의 외관의 폐쇄된 말단과 이격되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 열교환기.
5. The method of claim 4,
Wherein the inner tube outer diameter of the tube inner structure is smaller than the outer tube inner diameter of the tube outer structure and the open end of the inner tube of the tube inner structure is spaced from the closed end of the outer tube outer structure.
제 2항에 있어서,
상기 튜브 외측 구조체의 외관 말단에는 축열부가 연장 형성되고, 상기 외관의 표면에는 외관을 따라 상승하는 혼합 가스의 연소 반응을 유도하는 연소 촉매층이 구비되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 열교환기.
3. The method of claim 2,
Wherein a heat storage portion is formed at an outer end of the outer tube structure and a combustion catalyst layer is formed on a surface of the outer tube to induce a combustion reaction of the mixed gas rising along the outer tube.
제 6항에 있어서,
상기 연소 촉매층은 백금, 팔라듐, 로듐 또는 산화철 중에서 어느 하나 또는 둘 이상을 사용하여 이루어지며, 솔-젤법, 함침법, 워시 코팅, 증착 또는 융착 중에서 어느 한 종류 또는 두 종류 이상을 사용하여 코팅되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 열교환기.
The method according to claim 6,
The combustion catalyst layer is formed using one or more of platinum, palladium, rhodium, or iron oxide, and is coated using any one or more of the sol-gel method, impregnation method, wash coating method, Characterized in that it is a heat exchanger for a fuel cell.
제 6항에 있어서,
상기 축열부는 튜브 외측 구조체의 외관 말단에 연장 형성되어 상기 버너의 상부에 위치하게 되며, 상기 버너로부터 연소열과 상기 튜브 외측 구조체 외관의 연소 촉매층을 통한 연소 반응열을 축열해, 본체 내에서 상승하는 상기 혼합 가스를 가열하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 열교환기.
The method according to claim 6,
The heat accumulating portion is formed at an outer end of the tube outer structure to be located at an upper portion of the burner and accumulates the heat of combustion from the burner and the heat of combustion reaction through the combustion catalyst layer in the outer surface of the tube outer structure, And the gas is heated.
제 6항에 있어서,
상기 축열부는 스테인레스 스틸, 인코넬, 하스텔로이, 듀플렉스, 니켈, 알루미늄, 구리, 황동, 청동, 알루미나, 산화마그네슘 중에서 어느 하나 또는 둘 이상을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 열교환기.
The method according to claim 6,
Wherein the heat storage unit is made of one or more of stainless steel, Inconel, Hastelloy, duplex, nickel, aluminum, copper, brass, bronze, alumina and magnesium oxide.
제 2항에 있어서,
상기 튜브 외측 구조체의 외관들에는 외관들의 길이 방향을 따라 적어도 하나 이상의 가스유로 혼합판이 결합되며, 상기 가스유로 혼합판은 외관들의 길이 방향과 수직 방향으로 형성된 판형의 구조물인 것을 특징으로 하는 연료전지용 열교환기.
3. The method of claim 2,
Wherein at least one gas flow path mixture plate is coupled along the longitudinal direction of the outer tubes, and the gas flow path mixture plate is a plate-like structure formed in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the outer tubes, group.
제 10항에 있어서,
상기 가스유로 혼합판은 스테인레스 스틸, 인코넬, 하스텔로이, 듀플렉스, 니켈, 알루미늄, 구리, 황동, 청동 중에서 어느 하나 또는 둘 이상을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 열교환기.
11. The method of claim 10,
Wherein the gas channel mixture plate is made of one or more of stainless steel, Inconel, Hastelloy, duplex, nickel, aluminum, copper, brass and bronze.
제 2항에 있어서,
상기 튜브 내측 구조체의 내관과 튜브 외측 구조체의 외관은 스테인레스 스틸, 인코넬, 하스텔로이, 듀플렉스, 니켈, 알루미늄, 구리, 황동, 청동 중에서 어느 하나 또는 둘 이상을 사용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지용 열교환기.
3. The method of claim 2,
Wherein the inner tube of the tube inner structure and the outer tube outer structure are made of one or more of stainless steel, Inconel, Hastelloy, duplex, nickel, aluminum, copper, brass and bronze. .
제 2항에 있어서,
상기 튜브 내측 구조체의 내관과 튜브 외측 구조체의 외관은 주름관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 연료전지용 열교환기.
3. The method of claim 2,
Wherein the inner tube of the tube inner structure and the outer tube outer structure are formed of corrugated tubes.
제 1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 본체의 하부에 구비되며 본체 내로 연료 가스를 주입하는 연료 가스 유입구; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지용 열교환기.
14. The method according to any one of claims 1 to 13,
A fuel gas inlet provided at a lower portion of the main body and injecting fuel gas into the main body; Further comprising a heat exchanger connected to the heat exchanger.
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