KR101347982B1 - Acid dilution device in condenser of phosphoric acid fuel cell - Google Patents

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Abstract

응축기 열 교환기는 가스 스트림 유동 경로 및 바닥벽을 제공하는 하우징을 포함한다. 가스 스트림은 산을 함유한다. 하우징은 물과 같은 액체를 도입하도록 구성된 유체 입구를 가진다. 냉각수 튜브는 하우징 내부에 가스 스트림 유동 경로에 배치되며 냉각수 유동 경로를 제공한다. 산은 냉각수 튜브 상에 응축되어 냉각수 튜브로부터 냉각수 튜브 근처의 바닥벽에 제공되는 수집 구역으로 떨어진다. 수집 구역은 응축된 산을 희석시키는, 액체를 포함하는 미리 정해진 양의 유체의 저장량을 유지하도록 구성된다.The condenser heat exchanger includes a housing that provides a gas stream flow path and a bottom wall. The gas stream contains acid. The housing has a fluid inlet configured to introduce a liquid, such as water. The coolant tube is disposed in the gas stream flow path inside the housing and provides the coolant flow path. Acid condenses on the coolant tube and falls from the coolant tube to the collection zone provided in the bottom wall near the coolant tube. The collection zone is configured to maintain a predetermined amount of fluid containing a liquid that dilutes the condensed acid.

Figure R1020117015682
Figure R1020117015682

Description

인산 연료 전지의 응축기 내의 산 희석 장치{ACID DILUTION DEVICE IN CONDENSER OF PHOSPHORIC ACID FUEL CELL}ACID DILUTION DEVICE IN CONDENSER OF PHOSPHORIC ACID FUEL CELL

본 발명은 인산 전해질 연료 전지와 같은 산(acid) 연료 전지에 관한 것이며, 보다 구체적으로는, 산 연료 전지에서 사용되는 응축기 열 교환기에 관한 것이다.The present invention relates to acid fuel cells, such as phosphoric acid electrolyte fuel cells, and more particularly to condenser heat exchangers used in acid fuel cells.

산 연료 전지 중 하나의 타입은 인산 전해질을 사용한다. 통상적으로, 응축기는 인산 연료 전지와 함께 사용되어 애노드(anode) 또는 캐소드(cathode) 배출물과 같은 가스 스트림으로부터 물을 응축 및 제거한다. 응축기 열 교환기 중 하나의 타입은 다수의 핀(fin)들 내에서 지지되는 다수의 튜브들을 사용한다. 냉각수(coolant)는 튜브들을 통해 유동하여 핀들 사이를 유동하는 가스 스트림으로부터 물을 응축한다. 가스 스트림 내의 수증기는 소량의 인산을 포함한다. 응축기 열 교환기의 상류 부분에서의 열전달 핀들은 핀들 상에서의 산의 응축으로 인해 눈에 띌 정도로 부식된다. 핀 에지 온도는 핀을 통한 열저항으로 인해 냉각수의 온도보다 훨씬 높다. 그 결과, 핀 에지 온도는 통상적으로 물의 이슬점보다 높으나 산의 이슬점보다는 낮아서, 핀 상에 부식을 증가시키게 하는 강한 산의 응축을 야기한다.One type of acid fuel cell uses a phosphate electrolyte. Typically, condensers are used in conjunction with phosphoric acid fuel cells to condense and remove water from gas streams, such as anode or cathode emissions. One type of condenser heat exchanger uses multiple tubes that are supported in multiple fins. Coolant condenses water from the gas stream that flows through the tubes and flows between the fins. Water vapor in the gas stream contains small amounts of phosphoric acid. Heat transfer fins in the upstream portion of the condenser heat exchanger are noticeably corroded due to acid condensation on the fins. The fin edge temperature is much higher than the temperature of the coolant due to the thermal resistance through the fin. As a result, the fin edge temperature is typically higher than the dew point of the water but lower than the dew point of the acid, resulting in strong acid condensation that increases corrosion on the fin.

핀들이 막히는 것을 방지하고 응축기의 부식을 방지하도록 부식 생성물들은 보수 절차 동안 반드시 제거되어야 한다. 부식 생성물들은 가스 스트림이 응축기 열 교환기를 통해 유동하지 못하게 할 수 있기 때문이다. 스테인레스 스틸 및 하스텔로이(HASTELLOY)와 같은 부식 저항 금속들이 핀들과 튜브들에 사용되어 왔다. 부식 저항 금속들의 사용은 응축기 열 교환기로부터 부식 생성물들을 제거하는 보수 간격을 10년 또는 그 이상의 희망하는 지속 기간까지 연장할 수 없었다.Corrosion products must be removed during the repair procedure to prevent pins from clogging and to prevent corrosion of the condenser. Corrosion products can prevent the gas stream from flowing through the condenser heat exchanger. Corrosion resistant metals such as stainless steel and HASTELLOY have been used in fins and tubes. The use of corrosion resistant metals could not extend the repair interval for removing corrosion products from the condenser heat exchanger to the desired duration of 10 years or more.

산을 갖는 가스 유동 스트림을 제공하도록 구성된 유동 영역을 갖는 전지 적층 조립체를 포함하는 연료 전지 조립체가 개시된다. 응축기 열 교환기는 유체 유동 통로에 의해 유동 영역에 유체 연통되며 유동 영역의 하류에 배치된다. 응축기 열 교환기는 유동 영역으로부터 유체 유동 통로를 통하는 가스 유동 스트림에 노출되는 냉각 튜브를 포함한다. 냉각 튜브는 가스 유동 스트림을 냉각시키며 냉각 튜브 상에 응축된 산을 생성한다. 물 공급 시스템은 수원(water source)을 포함하며 응축기 열 교환기와 물 입구에서 유체 연통되어 있다. 응축기 열 교환기는 응축된 산을 수용하도록 구성되는 냉각 튜브 근처의 수집 구역을 포함한다. 수집 구역은 물을 포함하는, 미리 정해진 양의 유체의 저장량을 유지한다.A fuel cell assembly is disclosed that includes a cell stack assembly having a flow region configured to provide a gas flow stream with an acid. The condenser heat exchanger is in fluid communication with the flow zone by the fluid flow passage and is disposed downstream of the flow zone. The condenser heat exchanger includes a cooling tube that is exposed from the flow zone to the gas flow stream through the fluid flow passage. The cooling tube cools the gas flow stream and produces acid condensed on the cooling tube. The water supply system includes a water source and is in fluid communication with the condenser heat exchanger at the water inlet. The condenser heat exchanger includes a collection zone near the cooling tube configured to receive the condensed acid. The collection zone maintains a predetermined amount of fluid storage, including water.

응축기 열 교환기는 가스 스트림 유동 경로 및 바닥벽을 제공하는 하우징을 포함한다. 하우징은 물과 같은 액체를 도입하도록 구성된 물 또는 유체 입구를 가진다. 냉각수 튜브는 하우징 내부에 가스 스트림 유동 경로에 배치되며 냉각수 유동 경로를 제공한다. 수집 구역은 냉각수 튜브 근처의 바닥벽에 제공된다.The condenser heat exchanger includes a housing that provides a gas stream flow path and a bottom wall. The housing has a water or fluid inlet configured to introduce a liquid, such as water. The coolant tube is disposed in the gas stream flow path inside the housing and provides the coolant flow path. A collection zone is provided on the bottom wall near the coolant tube.

연료 전지 응축기 열 교환기 내부의 산을 희석하는 방법은 가스 스트림을 냉각수 유동으로 냉각시키는 것을 포함한다. 가스 스트림으로부터의 제1 액체는 냉각 루프 상에 응축된다. 제2 액체는 제1 액체 아래의 수집 구역으로 도입된다. 미리 정해진 양의 유체가 수집 구역 내에서 유지된다. 미리 정해진 양의 유체는 제2 액체를 포함한다.The method of diluting an acid inside a fuel cell condenser heat exchanger includes cooling the gas stream with a coolant flow. The first liquid from the gas stream condenses on the cooling loop. The second liquid is introduced into the collection zone below the first liquid. A predetermined amount of fluid is maintained in the collection zone. The predetermined amount of fluid includes the second liquid.

본 발명의 이러한 특성들 및 다른 특성들은 이하에서 간단히 설명되는, 이하의 명세서 및 도면들로부터 가장 잘 이해될 수 있다.These and other features of the present invention can be best understood from the following specification and drawings, which are briefly described below.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 응축기 열 교환기를 갖는 산 연료 전지의 일 부분의 개략도이다.
도2는 응축기 열 교환기와 암모니아 스크러버(scrubber)를 포함하는 물 공급 시스템의 개략도이다.
도3은 예시의 응축기 열 교환기의 단면도이다.
도4는 도3에 도시된 응축기 열 교환기의 4-4 라인을 따라서 취한 단면도이다.1 is a schematic diagram of a portion of an acid fuel cell having a condenser heat exchanger according to one embodiment of the invention.
2 is a schematic diagram of a water supply system including a condenser heat exchanger and an ammonia scrubber.
3 is a cross-sectional view of an exemplary condenser heat exchanger.
4 is a cross-sectional view taken along line 4-4 of the condenser heat exchanger shown in FIG.

본 출원은 2009년 1월 21일 출원된 PCT 출원 번호 제PCT/US2009/031476의 우선권의 이익을 향유한다.This application enjoys the benefit of priority of PCT Application No. PCT / US2009 / 031476, filed January 21, 2009.

연료 전지(10)는 도1에서 매우 개략적인 방식으로 도시된다. 연료 전지(10)는 애노드(14)와 캐소드(16)를 갖는 전지 적층 조립체(12)를 포함한다. 일 실시예에서, 인산 전해질(18)은 애노드(14)와 캐소드(16) 사이에 배치된다. 전지 적층 조립체(12)는 화학 반응에 대응하여 부하(20)에 공급할 전기를 생성한다. 연료 소스(22)는 애노드(14)에 의해 제공된 연료 유동 영역에 수소를 공급한다. 일 실시예에서, 연료 소스는 천연 가스이다. 탈황기, 개질기(reformer), 및 포화기(saturator)와 같은 구성요소들이 깨끗한 수소 소스를 제공하도록 연료 소스(22)와 애노드(14) 사이에서 배치될 수 있다. 습식 암모니아 스크러버(84)가 수소 공급으로부터 암모니아를 제거하도록 연료 소스(22)와 애노드(14) 사이에서 배치된다. 암모니아는 애노드(14)를 오염시킬 수 있어서, 연료 전지(10)의 효율을 감소시킬 수 있다. 공기와 같은 산화제 소스(24)는 송풍기(26)를 사용하여 캐소드(16)에 의해 제공되는 산화제 유동 영역으로 공급된다.The fuel cell 10 is shown in a very schematic manner in FIG. The fuel cell 10 includes a cell stack assembly 12 having an anode 14 and a cathode 16. In one embodiment, phosphate electrolyte 18 is disposed between anode 14 and cathode 16. The cell stack assembly 12 generates electricity to supply the load 20 in response to a chemical reaction. The fuel source 22 supplies hydrogen to the fuel flow region provided by the anode 14. In one embodiment, the fuel source is natural gas. Components such as desulfurizer, reformer, and saturator may be disposed between fuel source 22 and anode 14 to provide a clean hydrogen source. A wet ammonia scrubber 84 is disposed between the fuel source 22 and the anode 14 to remove ammonia from the hydrogen supply. Ammonia can contaminate the anode 14, thereby reducing the efficiency of the fuel cell 10. An oxidant source 24 such as air is supplied to the oxidant flow zone provided by the cathode 16 using a blower 26.

일 실시예에서, 전지 적층 조립체(12)는 전지 적층 조립체(12)를 희망하는 온도로 냉각시키기 위한 냉각수 플레이트(28)를 포함한다. 냉각수 루프(30)는 냉각수 플레이트(28) 및 응축기 열 교환기(32)와 유체 연통된다. 냉각수 튜브들을 포함하는 열 교환기(31)는 냉각수 루프(30) 내에 배치되어 연료 전지(10)로부터의 열을 대기(65)로 방출한다. 수증기를 함유하는 유체 유동 또는 가스 스트림(도3 및 도4의 G)이 응축기 열 교환기(32)를 통해 유동한다. 일 실시예에서, 가스 스트림은 애노드(14)로부터의 애노드 배출물에 의해 제공된다. 그러나 응축기 열 교환기는 또한 캐소드(16)에 연결되어 사용될 수 있음이 이해되어야 한다.In one embodiment, cell stack assembly 12 includes a coolant plate 28 for cooling the cell stack assembly 12 to a desired temperature. The coolant loop 30 is in fluid communication with the coolant plate 28 and the condenser heat exchanger 32. A heat exchanger 31 comprising coolant tubes is disposed in the coolant loop 30 to dissipate heat from the fuel cell 10 to the atmosphere 65. A fluid flow or gas stream containing water vapor (G in FIGS. 3 and 4) flows through the condenser heat exchanger 32. In one embodiment, the gas stream is provided by anode emissions from anode 14. However, it should be understood that the condenser heat exchanger may also be used in connection with the cathode 16.

응축기 열 교환기(32)는 가스 스트림을 수용하는 유체 입구를 제공하는 입구 매니폴드(34)를 포함한다. 가스 스트림은 공통의 하우징(36)을 통해서 출구 매니폴드(38) 내의 유체 출구(64)로 유동한다. 일 실시예에서, 하우징(36)은 스테인레스 스틸로부터 구성된다. 하우징(36) 내부의 유체 유동 통로(33)는 가스 스트림을 수용한다. 일 실시예에서, 응축기 열 교환기(32)는 베어 튜브(bare tube) 섹션(41a)과 튜브-인-핀(tube-in-fin) 섹션(41b)을 구비한다. 일 실시예에서, 열 교환기는 니켈과 함께 납땜된(brazed) 316L 스테인레스 스틸로부터 구성된다.Condenser heat exchanger 32 includes an inlet manifold 34 that provides a fluid inlet for receiving a gas stream. The gas stream flows through the common housing 36 to the fluid outlet 64 in the outlet manifold 38. In one embodiment, the housing 36 is constructed from stainless steel. The fluid flow passage 33 inside the housing 36 receives a gas stream. In one embodiment, the condenser heat exchanger 32 has a bare tube section 41a and a tube-in-fin section 41b. In one embodiment, the heat exchanger is constructed from 316L stainless steel brazed with nickel.

일 실시예에서, 튜브들(42)은 수평 배향으로 도시된다. 응축기 열 교환기(32)의 튜브-인-핀 섹션(41b) 내의 핀들(40)은 튜브들(42)이 핀들(40)에 수직하도록 수직 배향으로 도시된다. 핀들(40)은 서로에게 평행하게 배치되며, 핀들(40)을 관통하는 튜브들(42)에 지지를 제공하고 튜브(42)들의 통로를 위한 공간을 제공하는 구멍들을 포함한다. 도1 및 도2에 도시된 냉각수 튜브 섹션들(41a, 41b)은 도시와 다르게 배향 및/또는 구성될 수 있으며 이는 여전히 본원 청구범위에 속한다. 튜브들(42)은 냉각수 입구(52)와 냉각수 출구(54) 사이에서 연장하는 냉각수 유동 통로(43)를 제공하며, 이들은 냉각수 루프(30) 내부에 배치된다. 냉각수 입구 및 출구 매니폴드들은 명확성을 위해 도시되지 않았다. 다르게는, 매니폴드들은 사용되지 않을 수 있다. 핀들(40)은 서로로부터 이격되며 서로에게 평행하여 입구 매니폴드(34)와 출구 매니폴드(38) 사이에서 연장하는 유체 유동 통로(33)를 제공한다.In one embodiment, the tubes 42 are shown in a horizontal orientation. Fins 40 in the tube-in-fin section 41b of the condenser heat exchanger 32 are shown in a vertical orientation such that the tubes 42 are perpendicular to the fins 40. The fins 40 are disposed parallel to each other and include holes that provide support to the tubes 42 passing through the fins 40 and provide space for the passage of the tubes 42. The coolant tube sections 41a, 41b shown in FIGS. 1 and 2 may be oriented and / or configured differently from the illustration and still fall within the scope of the claims. The tubes 42 provide a coolant flow passage 43 extending between the coolant inlet 52 and the coolant outlet 54, which are disposed inside the coolant loop 30. Cooling water inlet and outlet manifolds are not shown for clarity. Alternatively, manifolds may not be used. The fins 40 are spaced from each other and provide a fluid flow passage 33 extending between the inlet manifold 34 and the outlet manifold 38 in parallel to each other.

수증기를 함유하는 것에 더하여, 유체 유동 통로(33)에 유입되는 가스 스트림은 또한 소량의 인산을 함유한다. 응축기 열 교환기(32) 내부에서 수증기는 대략 65℃의 이슬점을 가지며, 인산은 대략 160℃의 이슬점을 가진다. 냉각수 유동 통로(43) 내부의 냉각수는 제1 온도를 포함하며, 애노드 배출물일 수 있는, 유체 유동 통로(33) 내부의 유체는 제1 온도보다 더 높은 제2 온도를 포함한다. 냉각수 유동 통로(43)를 통하는 냉각수 유동은 유체 유동 통로(33) 내부의 인산 및 수증기를 튜브들(42)의 외면 위로 응축시킨다. 도시된 구성은 응축기 열 교환기(32)의 베어 튜브 섹션(41a)에서 산이 응축되는 경향을 제공하게 된다.In addition to containing water vapor, the gas stream entering the fluid flow passage 33 also contains a small amount of phosphoric acid. Inside the condenser heat exchanger 32 the water vapor has a dew point of approximately 65 ° C. and the phosphoric acid has a dew point of approximately 160 ° C. The coolant inside the coolant flow passage 43 includes a first temperature and the fluid within the fluid flow passage 33, which may be an anode discharge, includes a second temperature that is higher than the first temperature. The coolant flow through the coolant flow passage 43 condenses the phosphoric acid and water vapor inside the fluid flow passage 33 over the outer surface of the tubes 42. The illustrated configuration provides a tendency for the acid to condense in the bare tube section 41a of the condenser heat exchanger 32.

출구 매니폴드(38)는 예를 들어, 제1 물 저장 탱크(56)에 유체 연통되는, 유체 라인(61)을 포함한다. 일 실시예에서, 응축기 열 교환기(32)로부터의 물은 (유체 라인(61)을 통해) 개질기(63)에 회수된 물을 공급하는 제1 물 저장 탱크(56)에 공급될 수 있다. 출구 매니폴드(38)로부터의 배출 가스는 유체 출구(64)를 통해 대기(65)로 배출된다. 유체 라인(61)은 CO2, C가 연료 전지(10)로부터 배출되는 출구 매니폴드로 CO2, C를 되돌려보내는 가스 제거 칼럼을 제공할 수 있다. 인산은 인산과 물 사이의 이슬점들의 차이에 의하여 수증기가 응축되는 곳으로부터 상류에서 응축되는 경향이 있다. 약간의 수증기가, 희석된 인산을 생성하며 산과 함께 응축될 수 있다.The outlet manifold 38 includes a fluid line 61, for example in fluid communication with the first water storage tank 56. In one embodiment, water from the condenser heat exchanger 32 may be supplied to a first water storage tank 56 that supplies the recovered water to the reformer 63 (via fluid line 61). Exhaust gas from the outlet manifold 38 exits the atmosphere 65 through the fluid outlet 64. Fluid line 61 can provide a degassing column to send back the CO 2, C to the exit manifold, CO 2, C is discharged from the fuel cell 10. Phosphoric acid tends to condense upstream from where water vapor condenses due to the difference in dew point between phosphoric acid and water. Some water vapor may produce condensed phosphoric acid and condense with the acid.

물 공급 시스템(248)은 도2에 도시된다. 습식 암모니아 스크러버(84)는 전지 적층 조립체(12)의 애노드(14)에 연료를 제공하기 전에 연료 소스(22)로부터 연료를 수용한다. 일 실시예에서, 습식 암모니아 스크러버(84)로부터 과잉의 물을 수용하는 제2 물 저장 탱크(86)에 의해서 수원(244)이 제공된다. 일 실시예에서 제2 물 저장 탱크(86)로부터의 물은 분무기(92)에 의해 물 입구(46)를 통해 응축기 열 교환기(32)로 공급된다. 펌프(88)는 물을 분무기(92)로 펌프 및 가압한다. 제어기(90)는 펌프(88)와 연통하여, 미리 정해진 조건에 따라 (예를 들어 희망하는 간격으로) 물을 물 입구(46)로 공급한다. 물 입구(46)로 분무되는 물의 주기적인 주입을 이용하여 입구 가스의 물의 이슬점이 낮아질 수 있다. 그 결과, 과잉의 산이 열 교환기 상에 형성되어 떨어진다. 일 실시예에서, 습식 암모니아 스크러버(84)는 2g/s로 물을 제2 물 저장 탱크(86)에 공급한다. 일 실시예에서, 물 입구(46)에서 응축기 열 교환기(32)를 완열(desuperheat)하는데 바람직한 물의 양은 대략 33.3g/s이다. 그 결과, 물은 분무기에 의해 6%의 시간 동안, 또는 90분의 작동마다 대략 5분 동안 분무될 것이다. 실시예에서, 습식 암모니아 스크러버(84)를 위한 물 저장 부피는 2.8갤런이며, 이는 대부분의 연료 전지 디자인들에서 적합하게 제공될 수 있다. Water supply system 248 is shown in FIG. The wet ammonia scrubber 84 receives fuel from the fuel source 22 before providing fuel to the anode 14 of the cell stack assembly 12. In one embodiment, the water source 244 is provided by a second water storage tank 86 that receives excess water from the wet ammonia scrubber 84. In one embodiment water from the second water storage tank 86 is supplied by the sprayer 92 through the water inlet 46 to the condenser heat exchanger 32. Pump 88 pumps and pressurizes water into sprayer 92. The controller 90 communicates with the pump 88 to supply water to the water inlet 46 according to predetermined conditions (eg at desired intervals). The periodic injection of water sprayed into the water inlet 46 can be used to lower the dew point of the water of the inlet gas. As a result, excess acid forms and falls on the heat exchanger. In one embodiment, the wet ammonia scrubber 84 supplies water to the second water storage tank 86 at 2 g / s. In one embodiment, the amount of water desired to desuperheat the condenser heat exchanger 32 at the water inlet 46 is approximately 33.3 g / s. As a result, water will be sprayed by the sprayer for 6% of the time, or approximately 5 minutes every 90 minutes of operation. In an embodiment, the water storage volume for the wet ammonia scrubber 84 is 2.8 gallons, which can be suitably provided in most fuel cell designs.

도3 및 도4를 참조하면, 응축기 열 교환기(132)가 도시된다. 하우징(36)은 유체 또는 물 입구(192)와 유체 연통되는 바닥벽(100)을 포함한다. 일 실시예에서, 물은 예를 들어 도2와 관련하여 개시된 것과 동일한 방식으로, 물 스크러버(84)에 의해 물 입구(192)로 공급된다. 수집 구역(96)은 바닥벽(100)에서 베어 튜브 섹션(41a)의 근처에 제공된다. 물 입구(192)는 수집 구역(96)을 물로 채운다. 일 실시예에서, 수집 구역(96)은 베어 튜브 섹션(41a) 내의 냉각 튜브들 바로 아래에 배치되어 냉각수 튜브들로부터 떨어지는 응축된 산(F1)을 수집하며, 산(F1)은 그 후 수집 구역(96) 내의 물에 의해 희석되어 산의 고화가 방지된다.3 and 4, a condenser heat exchanger 132 is shown. Housing 36 includes bottom wall 100 in fluid communication with a fluid or water inlet 192. In one embodiment, water is supplied to the water inlet 192 by a water scrubber 84 in the same manner as disclosed in connection with FIG. 2, for example. A collection zone 96 is provided near the bare tube section 41a at the bottom wall 100. The water inlet 192 fills the collection zone 96 with water. In one embodiment, the collection zone 96 is disposed directly below the cooling tubes in the bare tube section 41a to collect condensed acid F1 falling from the coolant tubes, which acid F1 then collects. Dilution with water in (96) prevents the solidification of the acid.

일 실시예에서, 바닥벽(100)은 입구 매니폴드(34)로부터 출구 매니폴드(38)로 하향으로 경사진다. 댐으로서 작용하는 배플(baffle)(102)이 입구 매니폴드(34)로부터 미세하게 하류에서 바닥벽(100) 상에 제공되어 수집 구역(96)을 제공하며, 수집 구역(96)에서 보유되는 유체의 미리 정해지는 양을 설정한다. 일 실시예에서, 수집 구역(96)은 베어 튜브 섹션(41a) 아래에서 전체 폭만큼 연장한다. 예를 들어, 물 입구(192)는 분무기(92)와 유사하게, 희망하는 간격으로 수집 구역에 물을 제공하여 수집 구역이 응축된 산 F1을 비교적 낮은 산 농도를 갖는 희석된 산(F2)으로 희석시키는데 충분한 미리 정해진 양의 물의 저장량을 유지하게 보장한다. 수집 구역(96)에서 범람한 것은 바닥벽(100)을 따라 튜브-인-핀 섹션(41b)의 아래에서 유체 라인(61)을 향해 하향으로 유동한다. 희석된 산(F2)은 튜브-인-핀 섹션(41b)으로부터 튜브-인-핀 섹션(41b) 아래의 다른 구역으로 떨어지는 응축된 물에 의하여 더 희석되어, 더 희석된 산(F3)을 제공한다(도3).In one embodiment, the bottom wall 100 slopes downwardly from the inlet manifold 34 to the outlet manifold 38. A baffle 102, acting as a dam, is provided on the bottom wall 100 slightly downstream from the inlet manifold 34 to provide the collection zone 96 and the fluid retained in the collection zone 96. Sets a predetermined amount of. In one embodiment, the collection zone 96 extends full width below the bare tube section 41a. For example, the water inlet 192 may provide water to the collection zones at desired intervals, similar to the atomizer 92, so that the collection zone condenses acid F1 to diluted acid F2 having a relatively low acid concentration. Ensure that a reserve of a predetermined amount of water sufficient to dilute is maintained. Overflow in the collection zone 96 flows downwardly along the bottom wall 100 toward the fluid line 61 below the tube-in-pin section 41b. The diluted acid F2 is further diluted by condensed water falling from the tube-in-pin section 41b to the other section below the tube-in-pin section 41b, giving a more diluted acid F3. (Fig. 3).

비록 예시적인 실시예들이 개시되었으나, 해당 분야의 통상의 지식을 가진 자는 특정 수정들이 청구범위 내에서 이뤄질 수 있음을 인지할 것이다. 이러한 이유로, 아래의 청구항들은 그들의 실재 범위 및 내용으로 결정되도록 고려되어야 한다.Although exemplary embodiments have been disclosed, those of ordinary skill in the art will recognize that certain modifications may be made within the scope of the claims. For this reason, the following claims should be considered to determine their actual scope and content.

Claims (27)

산을 갖는 가스 유동 스트림을 제공하도록 구성되는 유동 영역을 포함하는 전지 적층 조립체와,
상기 유동 영역으로부터 하류에 배치되며 유체 유동 통로에 의해 상기 유동 영역에 유체 연통되는 응축기 열 교환기와,
상기 응축기 열 교환기의 물 입구에서 상기 응축기 열 교환기와 유체 연통되며 수원(water source)을 포함하는 물 공급 시스템을 포함하며,
상기 응축기 열 교환기는 냉각수 입구를 포함하는 냉각 튜브를 포함하며, 상기 냉각 튜브는 상기 유동 영역으로부터 상기 유체 유동 통로를 통과하는 상기 가스 유동 스트림에 노출되고, 상기 가스 유동 스트림을 냉각시키고 상기 냉각 튜브 상에 응축된 산을 생성하도록 구성되며,
상기 응축기 열 교환기는 상기 응축된 산을 수용하고 물을 포함하는 미리 정해진 양의 유체의 저장을 유지하도록 구성되는 수집 구역을 상기 냉각 튜브 근처에 포함하고,
상기 응축기 열 교환기는 제1 튜브 섹션과, 제2 튜브 섹션과, 상기 수집 구역의 하류에서 상기 제2 튜브 섹션 아래에 배치되고 상기 수집 구역으로부터의 유체의 범람을 수용하는 또 다른 구역을 포함하고,
상기 수집 구역은 상기 제1 튜브 섹션 아래에 배치되며,
상기 물 공급 시스템은 제1 튜브 섹션에 물을 공급하도록 구성되며,
상기 응축된 산과 물을 포함하는 상기 유체는 상기 수집 영역을 범람하여 상기 제2 튜브 섹션 바로 아래의 영역으로 흐르게 되는, 연료 전지 조립체.A cell stack assembly comprising a flow zone configured to provide a gas flow stream with an acid,
A condenser heat exchanger disposed downstream from said flow zone and in fluid communication with said flow zone by a fluid flow passage,
A water supply system in fluid communication with the condenser heat exchanger at a water inlet of the condenser heat exchanger, the water supply system comprising a water source,
The condenser heat exchanger includes a cooling tube including a cooling water inlet, the cooling tube being exposed to the gas flow stream passing through the fluid flow passage from the flow zone, cooling the gas flow stream and onto the cooling tube. To generate acid condensed in the
The condenser heat exchanger includes a collection zone near the cooling tube configured to receive the condensed acid and maintain a storage of a predetermined amount of fluid comprising water,
The condenser heat exchanger comprises a first tube section, a second tube section, and another zone disposed below the second tube section downstream of the collection zone and receiving flooding of fluid from the collection zone,
The collection zone is disposed below the first tube section,
The water supply system is configured to supply water to the first tube section,
And the fluid comprising the condensed acid and water flows into the region immediately below the second tube section by flooding the collection region. 제1항에 있어서, 상기 수원은 물을 제공하도록 구성된 암모니아 스크러버(scrubber)를 포함하는, 연료 전지 조립체.The fuel cell assembly of claim 1, wherein the water source comprises an ammonia scrubber configured to provide water. 제2항에 있어서, 상기 암모니아 스크러버와 유체 연통되는 연료 소스를 포함하며,
상기 전지 적층 조립체는 상기 암모니아 스크러버로부터 하류에 있고 상기 암모니아 스크러버와 유체 연통되는 애노드(anode)를 포함하는, 연료 전지 조립체.The fuel cell of claim 2, comprising a fuel source in fluid communication with the ammonia scrubber,
And the cell stack assembly comprises an anode downstream from the ammonia scrubber and in fluid communication with the ammonia scrubber. 제2항에 있어서, 상기 물 공급 시스템은 제어기와, 상기 암모니아 스크러버로부터 물을 수용하도록 구성된 물 저장 탱크를 포함하며, 상기 제어기는 미리 정해진 조건에 따라 상기 물 입구에 물을 선택적으로 제공하도록 구성되는, 연료 전지 조립체.The water supply system of claim 2, wherein the water supply system includes a controller and a water storage tank configured to receive water from the ammonia scrubber, wherein the controller is configured to selectively provide water to the water inlet according to a predetermined condition. Fuel cell assembly. 제4항에 있어서, 상기 물 공급 시스템은 펌프를 포함하며, 상기 제어기는 상기 펌프와 연통하고, 상기 펌프로 하여금 간격(interval)을 포함하는 미리 정해진 조건으로 상기 물 입구에 추가의 물을 제공하도록 선택적으로 지령하도록 구성되는, 연료 전지 조립체.The water supply system of claim 4, wherein the water supply system comprises a pump, the controller is in communication with the pump, to cause the pump to provide additional water to the water inlet at a predetermined condition including an interval. And configured to selectively command. 제2항에 있어서, 상기 응축기 열 교환기는 각각 유체 유동 입구 및 유체 유동 출구를 제공하는 입구 매니폴드 및 출구 매니폴드와, 냉각수 유동 통로를 제공하는 다수의 냉각 튜브들을 포함하며, 상기 냉각수 유동 통로는 상기 입구 매니폴드와 상기 출구 매니폴드 사이에 배치되며, 상기 유체 유동 통로는 상기 입구 매니폴드와 상기 출구 매니폴드 사이에서 연장하며, 상기 입구 매니폴드는 물을 수용하도록 구성되는, 연료 전지 조립체.3. The condenser heat exchanger of claim 2, wherein the condenser heat exchanger comprises an inlet manifold and an outlet manifold for providing a fluid flow inlet and a fluid flow outlet, respectively, and a plurality of cooling tubes for providing a coolant flow passage. A fuel cell assembly disposed between the inlet manifold and the outlet manifold, the fluid flow passage extending between the inlet manifold and the outlet manifold, the inlet manifold configured to receive water. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 가스 스트림 유동 경로를 제공하고 바닥벽을 포함하는 하우징과,
상기 가스 스트림 유동 경로에서 상기 하우징 내부에 배치되며 냉각수 유동 경로를 제공하는 냉각수 튜브와,
상기 냉각수 튜브의 근처에서 상기 바닥벽에 제공되는 수집 구역을 포함하며,
상기 하우징은 액체를 도입하도록 구성된 유체 입구를 가지며,
상기 수집 구역은 상기 액체를 포함하는 유체의 미리 정해진 양의 저장을 유지하도록 구성되고,
상기 바닥벽은 상기 유체 입구로부터 하향으로 경사지고, 상기 유체 입구는 상기 바닥벽 상에 제공되는, 연료 전지 조립체를 위한 응축기 열 교환기.A housing providing a gas stream flow path and comprising a bottom wall;
A coolant tube disposed inside the housing in the gas stream flow path and providing a coolant flow path;
A collection zone provided in the bottom wall in the vicinity of the coolant tube,
The housing has a fluid inlet configured to introduce a liquid,
The collection zone is configured to maintain a predetermined amount of storage of the fluid comprising the liquid,
And the bottom wall is inclined downward from the fluid inlet and the fluid inlet is provided on the bottom wall. 삭제delete 삭제delete 가스 스트림을 냉각수 유동으로 냉각시키는 단계와,
냉각수 루프 상에서 상기 가스 스트림으로부터 제1 액체를 응축시키는 단계와,
상기 제1 액체 아래의 수집 구역으로 제2 액체를 도입하는 단계와,
상기 제2 액체를 포함하는 상기 수집 구역 내의 유체의 미리 정해진 양을 유지하는 단계를 포함하며,
상기 도입하는 단계는 물을 포함하는 상기 제2 액체를 희망하는 간격으로 간헐적으로 공급하는 것을 포함하는, 연료 전지 응축기 열 교환기 내부에서 산을 희석시키는 방법.Cooling the gas stream with a coolant flow;
Condensing a first liquid from said gas stream on a coolant loop;
Introducing a second liquid into the collection zone beneath the first liquid;
Maintaining a predetermined amount of fluid in the collection zone comprising the second liquid,
Wherein said introducing comprises intermittently feeding said second liquid comprising water at a desired interval. 제17항에 있어서, 상기 제1 액체는 응축된 산을 포함하는, 연료 전지 응축기 열 교환기 내부에서 산을 희석시키는 방법.18. The method of claim 17, wherein the first liquid comprises condensed acid. 삭제delete 제17항에 있어서, 상기 제2 액체를 상기 수집 구역의 하류의 또 다른 구역 내로 범람시키는 단계를 포함하는, 연료 전지 응축기 열 교환기 내부에서 산을 희석시키는 방법.18. The method of claim 17, comprising flooding the second liquid into another zone downstream of the collection zone. 제1항에 있어서, 상기 제1 튜브 섹션은 베어 튜브 섹션에 해당하고, 상기 제2 튜브 섹션은 튜브-인-핀 섹션에 해당하며, 상기 제2 튜브 섹션은 상기 제1 튜브 섹션의 하류에 배치되는, 연료 전지 조립체.The method of claim 1, wherein the first tube section corresponds to a bare tube section, the second tube section corresponds to a tube-in-pin section, and the second tube section is disposed downstream of the first tube section. The fuel cell assembly. 제21항에 있어서, 상기 응축기 열 교환기는 상기 수집 구역을 제공하는 바닥벽을 갖는 하우징과,
상기 바닥벽 상에 제공되어 상기 수집 구역에서의 유체의 미리 정해지는 양을 설정하고 상기 수집 구역으로부터 상기 또 다른 구역으로의 유체의 하향 유동을 방지하는 배플(baffle)을 포함하며,
상기 바닥벽은 상기 베어 튜브 섹션으로부터 상기 튜브-인-핀 섹션으로 하향으로 경사지는, 연료 전지 조립체.23. The condenser heat exchanger of claim 21, further comprising: a housing having a bottom wall providing the collection zone;
A baffle provided on the bottom wall to set a predetermined amount of fluid in the collection zone and to prevent downward flow of fluid from the collection zone to another zone,
And the bottom wall slopes downward from the bare tube section to the tube-in-pin section. 제21항에 있어서, 상기 수집 구역은 상기 베어 튜브 섹션의 바로 아래에 배치되는, 연료 전지 조립체.The fuel cell assembly of claim 21, wherein the collection zone is disposed directly below the bare tube section. 제14항에 있어서, 또 다른 구역이 상기 수집 구역의 하류에 배치되고 상기 수집 구역으로부터의 유체 범람을 수용하도록 구성되는, 연료 전지 조립체를 위한 응축기 열 교환기.15. The condenser heat exchanger of claim 14, wherein another zone is disposed downstream of the collection zone and configured to receive fluid overflow from the collection zone. 제24항에 있어서, 상기 냉각수 튜브들은 베어 튜브 섹션과 튜브-인-핀 섹션을 포함하며, 상기 수집 구역은 상기 베어 튜브 섹션으로부터 응축된 유체를 수용하며, 상기 또 다른 구역은 상기 튜브-인-핀 섹션으로부터 응축된 유체를 수용하는, 연료 전지 조립체를 위한 응축기 열 교환기.25. The system of claim 24, wherein the coolant tubes comprise a bare tube section and a tube-in-pin section, wherein the collection zone receives fluid condensed from the bare tube section, and the another zone is the tube-in- A condenser heat exchanger for a fuel cell assembly for receiving fluid condensed from a fin section. 제14항에 있어서, 상기 바닥벽은 상기 유체 입구의 하류에 배플을 포함하고 상기 배플은 유체의 미리 정해진 양을 설정하는, 연료 전지 조립체를 위한 응축기 열 교환기.The condenser heat exchanger of claim 14, wherein the bottom wall comprises a baffle downstream of the fluid inlet and the baffle sets a predetermined amount of fluid. 제14항에 있어서, 상기 수집 구역은 상기 냉각 튜브 바로 아래에 배치되고, 또 다른 구역이 상기 수집 구역의 하류에 배치되어 상기 수집 구역으로부터 유체 범람을 수용하도록 구성되는, 연료 전지 조립체를 위한 응축기 열 교환기.15. The condenser row of claim 14, wherein the collection zone is disposed directly below the cooling tube and another zone is configured downstream of the collection zone to receive fluid overflow from the collection zone. Exchanger.
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