KR101771501B1 - Humidifier for fuel cell system - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동일한 상을 가지는 연료와 물이 혼합되어 열교환관로부를 관류하도록 구성됨에 따라 열교환관로부의 각 관로별 온도차 및 열팽창정도의 차가 최소화되도록 유도되어 열교환관로부의 변형이나 파손이 최소화될 수 있으며 열교환관로부의 일측 굴곡부들이 하우징의 외측으로 돌출되면서 하우징의 외벽에 의해 열교환관로부의 전체 하중이 견고히 지지됨과 동시에 하우징의 일측에 결합되는 시일박스 내에 기밀적으로 수용됨에 따라 특히 응력이 집중되는 열교환관로부의 일측 굴곡부의 변형이나 파손이 방지됨과 동시에 열교환관로부를 관류하는 연료가스의 누출이 방지될 수 있도록 한 연료전지시스템용 가습장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 연료전지시스템용 가습장치는, 연료전지스택으로부터 발생된 고온의 배기가스가 내부로 유입되어 관류하도록 연료전지스택의 배기라인 상에 형성되는 하우징과, 상기 하우징의 내부 상측에 지그재그로 배열되고 일측 굴곡부가 상기 하우징의 외부로 돌출되면서 지지되고 물이 유입되는 물유입관로부와, 상기 하우징의 타측 중간부에 형성되고 연료가 유입되는 연료유입부와, 상기 하우징의 타측 하부에 형성되고 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배기가스에 의해 사전가열된 연료가스를 외부로 배출시키는 배기부와, 일단은 상기 물유입관로부의 단부와 상기 연료유입부에 연결되고 타단은 상기 배기부에 연결되며 상기 하우징의 내부 하측에 지그재그로 배열되고 일측 굴곡부가 상기 하우징의 외부로 돌출되면서 지지되고 상기 물유입관로부를 통해 유입된 물과 상기 연료유입부를 통해 유입된 연료가 혼합되어 유동되면서 상기 하우징 내를 관류하는 고온의 배기가스에 의해 사전가열되도록 하는 열교환관로부와, 상기 하우징의 일측에 결합되고 상기 하우징의 외부로 돌출된 상기 물유입관로부의 일측 굴곡부와 상기 열교환관로부의 일측 굴곡부를 기밀적으로 수용하는 시일박스를 포함한다.Since the fuel and water having the same phase are mixed to flow through the heat exchanging duct portion, the difference in the temperature difference and the thermal expansion degree of each duct in the heat exchanging duct portion can be minimized so that the deformation or breakage of the heat exchanging duct portion can be minimized, The entire load of the heat exchange duct portion is firmly supported by the outer wall of the housing while being hermetically received in the seal box which is coupled to one side of the housing. Accordingly, the one bending portion of the heat exchange duct portion, So that leakage of the fuel gas flowing through the heat exchange pipe portion can be prevented.
A humidification device for a fuel cell system according to the present invention includes a housing formed on an exhaust line of a fuel cell stack such that high temperature exhaust gas generated from the fuel cell stack flows into and flows into the interior of the fuel cell stack, A water inflow conduit portion which is arranged on one side of the housing and protrudes outwardly of the housing to receive water, a fuel inflow portion formed in the other middle portion of the housing and into which fuel flows, An exhaust part for exhausting the fuel gas previously heated by the high temperature exhaust gas generated from the fuel cell stack to the outside, one end connected to the end of the water inflow conduit part and the fuel inflow part, and the other end connected to the exhaust part The housing being arranged in a staggered manner in the lower side of the housing and having one side bent portion protruding outside the housing, A heat exchange conduit portion for preheating by the high temperature exhaust gas flowing through the housing while the water flowing through the gas inlet pipe portion and the fuel flowing through the fuel inlet portion are mixed and flowed; And a seal box hermetically accommodating one side bent portion of the water inflow conduit portion projected out of the housing and one side bent portion of the heat exchange conduit portion.

Description

연료전지시스템용 가습장치{HUMIDIFIER FOR FUEL CELL SYSTEM}Technical Field [0001] The present invention relates to a humidifier for a fuel cell system,

본 발명은 연료전지시스템용 가습장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 천연가스 및 물을 혼합하여 개질반응을 위한 연료가스를 생성시킴과 동시에 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배출가스를 통해 연료가스를 사전가열하여 최종적으로 연료전지스택으로 제공하는 연료전지시스템용 가습장치에 관한 것이다.The present invention relates to a humidifying apparatus for a fuel cell system, and more particularly, to a humidifying apparatus for a fuel cell system that mixes natural gas and water to generate a fuel gas for a reforming reaction, To a fuel cell stack, and finally to a fuel cell stack.

최근 유가의 급등과 기후 변화협약에 따른 환경규제로 대체에너지의 중요성이 크게 부각되고 있는 현실 속에서 연료전지는 이에 대응할 수 있는 차세대 동력 에너지원으로 각광받고 있다.In recent years, the importance of alternative energy has been highlighted due to the surge in oil prices and the environmental regulations under the Convention on Climate Change. Fuel cells are attracting attention as a next-generation power energy source.

연료전지는 수소를 공기중 산소와 화학반응시켜 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 전지이다. 연료전지는 수소와 산소의 공급이 있는 한 계속하여 전기를 생성할 수 있기 때문에 충전을 요하지 않는다. 또한 연료전지는 기존의 내연기관과 달리 유독 공해물질을 배출하지 않기 때문에 친환경적이고, 기존 내연기관의 효율인 30%보다 높은 50%의 효율을 갖는다.A fuel cell is a cell that chemically reacts hydrogen with oxygen in the air to convert chemical energy into electrical energy. Fuel cells do not require charging because they can generate electricity as long as hydrogen and oxygen are supplied. In addition, unlike conventional internal combustion engines, fuel cells do not emit toxic pollutants, so they are environmentally friendly and have an efficiency of 50%, which is higher than the efficiency of conventional internal combustion engines by 30%.

이러한 연료전지는 수소-산소 연료전지도 있지만, 메탄올, 에탄올, 천연가스와 같은 탄화수소계열의 기체연료를 사용하는 연료전지도 있다.Some of these fuel cells are hydrogen-oxygen fuel cells, but some fuel cells use hydrocarbon-based gaseous fuels such as methanol, ethanol, and natural gas.

이러한 기체연료를 사용하는 연료전지는 탄화수소계열의 물질 내에 함유되어 있는 수소를 연료극(음극)으로 하고, 공기를 공기극(산화극, 양극)으로 사용하는 연료전지도 있다.A fuel cell using such a gaseous fuel includes a fuel cell in which hydrogen contained in a hydrocarbon-based material is used as a fuel electrode (negative electrode) and air is used as an air electrode (oxidizing electrode and anode).

연료전지는 사용되는 전해질의 종류에 따라, 상온 ~ 100℃ 이하에서 작동하는 고분자 전해질형 및 알카리형 연료전지, 150 ~ 200℃ 부근에서 작동하는 인산형 연료전지, 600 ~ 700℃의 고온에서 작동되는 용융탄산염 연료전지, 1,000℃ 이상의 고온에서 작동하는 고체 산화 연료전지로 분류되며, 이들 각 연료전지의 근본적인 원리는 같으나 연료의 종류, 운전 온도, 촉매 및 전해질의 종류가 상이하다.The fuel cell can be classified into a polymer electrolyte type and an alkaline type fuel cell operating at a room temperature to 100 ° C or less, a phosphoric acid type fuel cell operating at 150-200 ° C, A molten carbonate fuel cell, and a solid oxide fuel cell that operates at a high temperature of 1,000 ° C or higher. The fundamental principle of each fuel cell is the same, but the type of fuel, the operating temperature, and the type of catalyst and electrolyte are different.

이 중에서, 고온형 연료전지인 용융탄산염형 연료전지(MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell)는 일반적으로 탄산리튬(Li2CO3)과 탄산칼륨(K2CO3)의 혼합 용융탄산염을 전해질로 한다. 또한 용융탄산염 연료전지는 천연가스, 메탄올, 에탄올, 석탄 등 거의 모든 화석 연료들을 사용할 수 있으나 주로 천연가스(NG)를 연료로 한다.Among them, Molten Carbonate Fuel Cell (MCFC), which is a high temperature type fuel cell, generally uses a mixed molten carbonate of lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) and potassium carbonate (K 2 CO 3 ) as an electrolyte. Molten carbonate fuel cells can use almost all fossil fuels, such as natural gas, methanol, ethanol, and coal, but they are mainly fueled by natural gas (NG).

용융탄산염형 연료전지에서는 이산화탄소와 공기가 전기히터에 의해 600℃ 이상으로 가열되어 스택의 공기극(양극)으로 공급된다. 그리고 스택의 연료극(음극)으로는 연료인 천연가스를 개질기에서 수첨 개질반응시켜 얻은 수소와 스팀(steam)과 이산화탄소가 공급되게 되는데, 이 때문에 용융탄산염 연료전지에서는 개질기 이전에 연료전지시스템용 가습장치가 필수적으로 구비된다. 참고로, 용융탄선염 연료전지에서는 상기 연료전지시스템용 가습장치 이전에 탈황기가 구비되고 탈황기, 가습기 및 개질기는 연료처리장치(MBOP)라 칭해진다.In a molten carbonate fuel cell, carbon dioxide and air are heated to 600 ° C or higher by an electric heater and supplied to the air electrode (anode) of the stack. As a fuel electrode (cathode) of the stack, hydrogen, steam and carbon dioxide obtained by a hydrogenation reforming reaction of a natural gas as a fuel are supplied. Therefore, in a molten carbonate fuel cell, before the reformer, . For reference, in a molten salt fuel cell, a desulfurizer is provided before the humidifier for the fuel cell system, and a desulfurizer, a humidifier and a reformer are referred to as a fuel processor (MBOP).

도 1에는 일반적인 연료전지시스템의 블럭구성도가 도시된다.Fig. 1 shows a block diagram of a general fuel cell system.

일반적인 연료전지시스템(100)은 도 1에 도시되는 바와 같이, 연료공급원(미도시)으로부터 공급되는 연료로부터 황 성분을 제거분리하는 탈황기(110)와, 물공급원(미도시)으로부터 공급되는 물을 필터링하는 수처리기(120)와, 탈황기(110)에 의해 황성분이 제거된 연료와 수처리기(120)에 의해 이물질이 제거된 물을 혼합하여 개질반응을 위한 연료가스를 생성시킴과 동시에 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배기가스를 통해 연료가스를 사전가열하는 연료전지시스템용 가습장치(130)와, 연료전지시스템용 가습장치(130)로부터 제공되는 연료가스를 수증기 개질(Steam Reforming: SR), 부분 산화(Partial Oxidation: POX), 자열 개질반응(Autothermal Reaction: ATR) 등의 촉매 반응을 통해 수소가 풍부한 연소가스로 개질하는 개질기(140)와, 개질기(140)에 의해 개질된 연료가스가 공급되는 연료극(Anode; 151)과 공기공급원(미도시)으로부터 압축기(170)에 의해 공기가 강제공급되는 공기극(Cathode; 152)가 전해질막(153)에 분리형성되어 수소를 공기 중 산소와 화학반응시켜 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 연료전지(150)와, 연료극(151)의 배기가스와 공기를 혼합하여 공기극(152)으로 제공하는 연료극배기컨버터(160)를 포함하는 구조를 가진다.1, a general fuel cell system 100 includes a desulfurizer 110 for removing and separating a sulfur component from fuel supplied from a fuel supply source (not shown), a water supply unit The fuel having sulfur content removed by the desulfurizer 110 and the water having the foreign substances removed by the water processor 120 are mixed to generate a fuel gas for the reforming reaction, A humidifying device 130 for a fuel cell system for preheating the fuel gas through a high temperature exhaust gas generated from the battery stack, and a steam reforming (SR) reformer for supplying the fuel gas supplied from the humidifying device 130 for a fuel cell system A reformer 140 reforming into a hydrogen-rich combustion gas through a catalytic reaction such as partial oxidation (POX), autothermal reforming (ATR) or the like; An air cathode 152 through which air is forcedly supplied by a compressor 170 from an anode 151 and an air supply source is separated and formed in the electrolyte membrane 153, And a fuel electrode exhaust converter 160 that mixes the exhaust gas and air of the fuel electrode 151 and supplies the mixed gas to the air electrode 152. The fuel cell 150 includes a fuel cell 150,

여기서, 개질기(140), 연료전지(150) 및 연료극배기컨버터(160)는 연료전지스택을 형성하며, 연료전지스택으로부터 배출되는 고온의 배기가스는 가습장치(130)와의 열교환에 의해 폐열회수된 후 최종 배출된다.Here, the reformer 140, the fuel cell 150, and the anode exhaust converter 160 form a fuel cell stack, and the hot exhaust gas discharged from the fuel cell stack is recovered by heat exchange with the humidifier 130 And finally discharged.

도 2에는 종래의 연료전지시스템용 가습장치의 사시도가 도시되고, 도 3에는 종래의 연료전지시스템용 가습장치의 단면구조도가 도시된다.2 is a perspective view of a conventional humidification device for a fuel cell system, and FIG. 3 is a cross-sectional structural view of a conventional humidification device for a fuel cell system.

종래의 연료전지시스템용 가습장치(130)는 도 2 및 도 3에 도시되는 바와 같이, 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배기가스가 관류하도록 연료전지스택의 배기라인 상에 형성되는 하우징(131)과, 하우징(131)의 일측 상부에 형성되고 연료와 물이 각각 유입되어 혼합되는 유입부(133)와, 하우징(131)의 일측 하부에 형성되고 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배기가스에 의해 사전가열된 연료가스를 개질기(140; 도 1 참조)로 배출시키는 배기부(135)와, 상기 유입부(133)와 배기부(135)를 연결하며 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배기가스와 열교환이 용이하도록 하우징(131) 내에 지그재그로 배열되는 열교환관로부(137)을 포함한다.2 and 3, the conventional humidifying apparatus 130 for a fuel cell system includes a housing 131 formed on an exhaust line of a fuel cell stack such that hot exhaust gas generated from the fuel cell stack flows, An inlet 133 formed at an upper portion of one side of the housing 131 and into which fuel and water are respectively introduced and mixed, and a high-temperature exhaust gas formed at a lower portion of the housing 131, An exhaust unit 135 for exhausting the preheated fuel gas to the reformer 140 (see FIG. 1), and a high-temperature exhaust gas connecting the inlet 133 and the exhaust unit 135, And includes a heat exchange duct portion 137 arranged in a staggered manner in the housing 131 so as to facilitate heat exchange.

그러나 종래의 연료전지시스템용 가습장치(130)의 경우에는 서로 상이 다른 연료(기체)와 물(액체)이 각각 유입부(133)로 유입되어 혼합된 상태로 열교환관로부(137)를 관류하면서 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배기가스에 의해 사전가열됨에 따라, 서로 상이 다른 연료와 물이 상이하게 열팽창됨과 동시에 열교환관로부(137)의 유입측과 배기측의 온도차가 상당히 큼에 따라 열교환관로부(137)의 각 관로별 열팽창정도도 상당히 큰 차이를 나타낸다.However, in the conventional humidifying apparatus 130 for a fuel cell system, the fuel (gas) and the water (liquid) having different phases flow into the inlet portion 133 and flow through the heat exchange duct portion 137 in a mixed state As the temperature difference between the inlet side and the exhaust side of the heat exchange duct portion 137 becomes considerably larger as the fuel and the water different from each other are thermally expanded differently as they are preheated by the high temperature exhaust gas generated from the fuel cell stack, The degree of thermal expansion of each portion of the portion 137 also shows a considerable difference.

따라서 종래의 연료전지시스템용 가습장치(130)의 경우에는 서로 상이 다른 연료와 물의 동시 유입으로 인한 전술한 현상들로 인해 하우징(131) 내에 지그재그로 배열되는 열교환관로부(137)의 굴곡부에 상당한 변형력이 작용함은 물론 시작과 종료로 이어지는 작동사이클의 반복으로 인해 하우징(131) 내에 지그재그로 배열되는 열교환관로부(137)의 굴곡부에 피로파괴가 발생되어 균열이 야기됨에 따라 열교환관로부(137)을 관류하는 연료가스가 하우징(131)으로 누출되어 배기되는 치명적인 문제점이 있었다.Therefore, in the case of the conventional humidification apparatus 130 for a fuel cell system, the above-described phenomena due to the simultaneous inflow of different kinds of fuel and water, The fatigue failure is generated in the bending portion of the heat exchange duct portion 137 arranged in a staggered manner in the housing 131 due to the repetition of the operation cycle leading to the start and end of the deforming force, Is leaked to the housing 131 and is exhausted.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 동일한 상을 가지는 연료와 물이 혼합되어 열교환관로부를 관류하도록 구성됨에 따라 열교환관로부의 각 관로별 온도차 및 열팽창정도의 차가 최소화되도록 유도되어 열교환관로부의 변형이나 파손이 최소화될 수 있도록 한 연료전지시스템용 가습장치를 제공하는 과제를 기초로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a fuel cell system in which fuel and water having the same phase are mixed to flow through a heat exchange duct, So that the deformation or breakage of the heat exchange duct portion can be minimized, thereby providing a humidification apparatus for a fuel cell system.

또한 본 발명은 열교환관로부의 일측 굴곡부들이 하우징의 외측으로 돌출되면서 하우징의 외벽에 의해 열교환관로부의 전체 하중이 견고히 지지됨과 동시에 하우징의 일측에 결합되는 시일박스 내에 기밀적으로 수용됨에 따라 특히 응력이 집중되는 열교환관로부의 일측 굴곡부의 변형이나 파손이 방지됨과 동시에 열교환관로부를 관류하는 연료가스의 누출이 방지될 수 있도록 한 연료전지시스템용 가습장치를 제공하는 과제를 기초로 한다. Further, the present invention is characterized in that one side bend of the heat exchange duct portion protrudes to the outside of the housing, the entire load of the heat exchange duct portion is firmly supported by the outer wall of the housing and hermetically received in the seal box coupled to one side of the housing, The present invention provides a humidifying device for a fuel cell system capable of preventing deformation or breakage of one side bend of a heat exchange duct portion and preventing leakage of fuel gas flowing through the heat exchange duct portion.

전술한 본 발명의 과제는, 연료전지스택으로부터 발생된 고온의 배기가스가 내부로 유입되어 관류하도록 연료전지스택의 배기라인 상에 형성되는 하우징(10); 상기 하우징의 하단에 개방 형성되어 연료전지스택으로부터 발생된 고온의 배기가스가 유입되는 배기가스유입구(11)); 상기 하우징의 상단에 개방형성되는 배기가스배출구(13); 상기 하우징(10)의 내부 상측에 지그재그로 배열되고 일측 굴곡부가 상기 하우징(10)의 외부로 돌출되면서 지지되고 물이 유입되며 이중관으로 형성되는 물유입관로부(20); 상기 하우징(10)의 타측 중간부에 형성되고 연료가 유입되며, 유입되는 연료 유입량의 조절을 위한 유량조절밸브가 설치되는 연료유입부(30); 상기 하우징(10)의 타측 하부에 형성되고 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배기가스에 의해 사전가열된 연료가스를 외부로 배출시키는 배기부(40); 일단은 상기 물유입관로부(20)의 단부와 상기 연료유입부(30)에 연결되고 타단은 상기 배기부(40)에 연결되며 상기 하우징(10)의 내부 하측에 지그재그로 배열되고 일측 굴곡부가 상기 하우징(10)의 외부로 돌출되면서 지지되고 상기 물유입관로부(20)를 통해 유입된 물과 상기 연료유입부(30)를 통해 유입된 연료가 혼합되어 유동되면서 상기 하우징(10) 내를 관류하는 고온의 배기가스에 의해 사전가열되도록 하는 열교환관로부(50); 및 상기 하우징(10)의 일측에 결합되고 상기 하우징(10)의 외부로 돌출된 상기 물유입관로부(20)의 일측 굴곡부와 상기 열교환관로부(50)의 일측 굴곡부를 기밀적으로 수용하면서 지지하는 후방 시일박스(60)를 포함하며, 상기 물유입관로부(20)가 다수열로 배열되도록 상기 물유입관로부(20)에는 물유입매니폴드(21)가 구비되고, 상기 연료유입관로부(30)가 다수열로 배열되도록 상기 연료유입관로부(30)에는 연료유입매니폴드(31)가 구비되며, 상기 열교환관로부(50)가 다수열로 배열되도록 상기 열교환관로부(50)에는 믹싱매니폴드(51)가 구비됨과 동시에 상기 배기부(40)에는 배기매니폴드(41)가 구비되고, 상기 물유입관로부(20)와 상기 열교환관로부(50)는 베어튜브(bare-tube) 타입 또는 핀튜브(fin-tube) 타입으로 이루어지며, 상기 물유입매니폴드(21)와 상기 연료유입매니폴드(31) 및 상기 믹싱매니폴드(51)를 수용하면서 지지하는 전방 시일박스(70)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템용 가습장치를 제공함에 의해 달성된다.The above-described object of the present invention is achieved by a fuel cell system comprising: a housing (10) formed on an exhaust line of a fuel cell stack such that hot exhaust gas generated from the fuel cell stack flows into and flows into the interior; An exhaust gas inlet (11) formed at the lower end of the housing and through which hot exhaust gas generated from the fuel cell stack flows; An exhaust gas outlet 13 formed at an upper end of the housing; A water inflow conduit portion 20 arranged in a zigzag manner on the upper side of the inside of the housing 10 and supported by protruding one side bend portion from the outside of the housing 10, A fuel inflow part 30 formed at the other side of the housing 10 at the other side thereof for introducing fuel therein and having a flow control valve for regulating the inflow amount of the inflowing fuel; An exhaust unit 40 formed at the other side of the housing 10 and discharging the fuel gas previously heated by the hot exhaust gas generated from the fuel cell stack to the outside; One end of which is connected to the end of the water inflow conduit portion 20 and the fuel inflow portion 30 and the other end of which is connected to the exhaust portion 40 and arranged in a staggered manner in the lower side of the housing 10, The water flowing through the water inlet pipe portion 20 and the fuel introduced through the fuel inlet portion 30 are mixed and flowed into the housing 10 while being projected to the outside of the housing 10, A heat exchange duct part (50) for preheating by a high temperature exhaust gas passing through; And a bending portion of one side of the water inflow conduit portion 20 protruding out of the housing 10 and a bent portion of the heat exchange conduit portion 50 hermetically received and supported by the housing 10, A water inlet manifold 21 is provided in the water inlet pipe portion 20 so that the water inlet pipe portions 20 are arranged in a plurality of rows, A fuel inlet manifold 31 is provided in the fuel inlet conduit section 30 so that the heat exchange conduit sections 30 are arranged in a plurality of rows and the heat exchange conduit sections 50 are arranged such that the heat exchange conduit sections 50 are arranged in a plurality of rows. A mixing manifold 51 is provided and an exhaust manifold 41 is provided in the exhaust part 40. The water inlet pipe part 20 and the heat exchange pipe part 50 are connected to each other through a bare tube ) Type or fin-tube type, and the water inlet manifold (21) and the fuel oil It is achieved by providing a device for humidifying the fuel cell system comprising the manifold 31 and the front seal box (70) for supporting and receiving the mixing manifold (51).

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본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 연료는 천연가스이다.According to a preferred feature of the invention, the fuel is natural gas.

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또한 전술한 본 발명의 과제는, 연료전지스택으로부터 발생된 고온의 배기가스가 내부로 유입되어 관류하도록 연료전지스택의 배기라인 상에 형성되는 하우징(10'); 상기 하우징(10')의 하단에 개방형성되어 연료전지스택으로부터 발생된 고온의 배기가스가 유입되는 배기가스유입구(11'); 상기 하우징(10')의 상단에 개방형성되는 배기가스배출구(13'); 상기 하우징(10')의 내부 상측에 지그재그로 배열되고 일측 굴곡부가 상기 하우징(10')의 외부로 돌출되면서 지지되고 물이 유입되며, 이중관으로 형성되는 물유입관로부(20'); 상기 하우징(10')의 내부 중간부에 지그재그로 배열되고 일측 굴곡부가 상기 하우징(10')의 외부로 돌출되면서 지지되고 연료가 유입되며, 유입되는 연료 유입량의 조절을 위한 유량조절밸브가 설치되고, 이중관으로 형성되는 연료유입관로부(30');; 상기 하우징(10')의 타측 하부에 형성되고 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배기가스에 의해 사전가열된 연료가스를 외부로 배출시키는 배기부(40'); 상기 하우징(10')의 내부 하측에 지그재그로 배열되고 일단은 상기 물유입관로부(20')의 단부와 상기 연료유입관로부(30')의 단부에 연결되며 타단은 상기 배기부(40')에 연결되고 일측 굴곡부가 상기 하우징(10')의 외부로 돌출되면서 지지되고 상기 물유입관로부(20')를 통해 유입된 물과 상기 연료유입관로부(30')를 통해 유입된 연료가 혼합되어 유동되면서 상기 하우징(10') 내를 관류하는 고온의 배기가스에 의해 사전가열되도록 하는 열교환관로부(50'); 및 상기 하우징(10')의 일측에 결합되고 상기 하우징(10')의 외부로 돌출된 상기 열교환관로부(50')의 일측 굴곡부를 기밀적으로 수용하는 후방 시일박스(60')를 포함하며, 상기 물유입관로부(20')가 다수열로 배열되도록 상기 물유입관로부(20')에는 물유입매니폴드(21')가 구비되고, 상기 연료유입관로부(30')가 다수열이 배열되도록 상기 연료유입관로부(30')에는 연료유입매니폴드(31')가 구비되고, 상기 열교환관로부(50')가 다수열로 배열되도록 상기 물유입관로부(20')의 단부와 상기 연료유입관로부(30')의 단부가 함께 연결되는 상기 열교환관로부(50')의 일단에는 믹싱매니폴드(51')가 구비됨과 동시에 상기 배기부(40')에는 배기매니폴드(41')가 구비되고, 상기 믹싱매니폴드(51')는 상기 후방 시일박스(60') 내에 기밀적으로 수용하면서 지지되며, 상기 물유입매니폴드(21')와 상기 연료유입매니폴드(31')를 기밀적으로 수용하면서 지지하는 전방 시일박스(70')를 포함하고, 상기 물유입관로부(20'), 상기 연료유입관로부(30') 및 상기 열교환관로부(50')는 베어튜브(bare-tube) 타입 또는 핀튜브(fin-tube) 타입으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템용 가습장치를 제공함에 의해 달성된다.The present invention also provides a fuel cell stack comprising: a housing (10 ') formed on an exhaust line of a fuel cell stack such that hot exhaust gas generated from the fuel cell stack flows in and flows into the fuel cell stack; An exhaust gas inlet 11 'formed at the lower end of the housing 10' and through which hot exhaust gas generated from the fuel cell stack flows; An exhaust gas outlet 13 'formed at the upper end of the housing 10'; A water inflow conduit section 20 'which is arranged in a zigzag manner on the upper side of the inside of the housing 10' and which is supported while being protruded from the outside of the housing 10 'and into which water flows; The housing 10 'is arranged in a staggered manner in an inner middle portion of the housing 10' and is supported while being protruded to the outside of the housing 10 ', and a flow control valve for controlling the amount of inflow of fuel is installed A fuel inflow conduit portion 30 'formed by a double pipe; An exhaust unit 40 'formed at the lower portion of the other side of the housing 10' and discharging the fuel gas preheated by the hot exhaust gas generated from the fuel cell stack to the outside; Is connected to the end of the water inflow conduit portion 20 'and the end portion of the fuel inflow conduit portion 30', and the other end is connected to the exhaust portion 40 ' And the water introduced through the water inflow conduit portion 20 'and the fuel introduced through the fuel inflow conduit portion 30' are connected to each other through the water inflow conduit portion 20 ' (50 ') which is pre-heated by hot exhaust gas flowing through the housing (10') while being mixed and flowing; And a rear seal box 60 'which is hermetically received at one side bend of the heat exchange duct portion 50' which is coupled to one side of the housing 10 'and protrudes to the outside of the housing 10' , A water inlet manifold (21 ') is provided in the water inlet duct section (20') so that the water inlet duct section (20 ') is arranged in a plurality of rows, and the fuel inlet duct section (30' The fuel inlet pipe portion 30 'is provided with a fuel inlet manifold 31' so that the heat exchange pipe portion 50 'is arranged in a plurality of rows so that the heat exchange pipe portion 50' A mixing manifold 51 'is provided at one end of the heat exchange conduit section 50' to which the end of the fuel inlet conduit section 30 'is connected together and the exhaust manifold 50' 41 ', the mixing manifold 51' being hermetically received and supported within the rear seal box 60 ', the water inlet manifold 51' And a front seal box 70 'which hermetically receives and supports the fold 21' and the fuel inlet manifold 31 ', and the water inlet pipe section 20', the fuel inlet pipe section The heat exchanging duct part 30 'and the heat exchanging duct part 50' are made of a bare-tube type or a fin-tube type.

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본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 연료는 천연가스이다.According to a preferred feature of the invention, the fuel is natural gas.

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본 발명에 따른 연료전지시스템용 가습장치에 의하면, 물이 물유입관로부를 따라 관류하면서 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배기가스의 열에 의해 과열(overheating)된 상태로 열교환관로부에서 동일한 상의 연료와 혼합되어 열교환관로부를 관류하도록 구성됨에 따라 열교환관로부의 각 관로별 온도차 및 열팽창정도의 차가 최소화되도록 유도됨으로써 열교환관로부의 변형이나 파손이 최소화될 수 있는 장점이 있다.According to the present invention, in the humidifying apparatus for a fuel cell system, water is overheated by the heat of the high-temperature exhaust gas generated from the fuel cell stack while flowing along the water inflow conduit portion, And the heat exchange pipe portion is mixed with the heat exchange pipe portion. Thus, the difference in the temperature difference and the thermal expansion degree of each pipe in the heat exchange pipe portion is minimized, thereby minimizing deformation or breakage of the heat exchange pipe portion.

또한 본 발명에 따른 연료전지시스템용 가습장치에 의하면, 열교환관로부의 일측 굴곡부가 하우징의 외측으로 돌출되면서 지지됨과 동시에 하우징의 일측에 결합되는 시일박스 내에 기밀적으로 수용됨에 따라 특히 응력이 집중되는 열교환관로부의 일측 굴곡부의 변형이나 파손이 방지됨과 동시에 하우징 내로의 연료가스의 누출이 방지될 수 있는 장점이 있다.In addition, according to the humidifier of the present invention, one side bend of the heat exchange conduit part is protruded outwardly of the housing and hermetically received in the seal box coupled to one side of the housing, It is possible to prevent deformation or breakage of one bent portion of the duct portion and to prevent leakage of the fuel gas into the housing.

도 1은 일반적인 연료전지시스템의 블럭구성도.
도 2는 종래의 연료전지시스템용 가습장치의 사시도.
도 3은 종래의 연료전지시스템용 가습장치의 단면구조도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템용 가습장치의 단면구조도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지시스템용 가습장치의 단면구조도.1 is a block diagram of a general fuel cell system.
2 is a perspective view of a conventional humidifier for a fuel cell system.
3 is a cross-sectional structural view of a conventional humidifier for a fuel cell system.
4 is a cross-sectional structural view of a humidifier for a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
5 is a cross-sectional structural view of a humidifier for a fuel cell system according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Hereinafter, the structure and operation of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템용 가습장치(1)는, 연료와 물을 혼합하여 연료가스를 생성시킴과 동시에 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배출가스를 통해 연료가스를 사전가열하여 최종적으로 연료전지스택으로 제공(도 1 참조)하는 것으로, 도 4에 도시되는 바와 같이, 연료전지스택으로부터 발생된 고온의 배기가스가 내부로 유입되어 관류하도록 연료전지스택의 배기라인 상에 형성되는 하우징(10)과, 상기 하우징(10)의 내부 상측에 지그재그로 배열되고 일측 굴곡부가 상기 하우징(10)의 외부로 돌출되면서 지지되고 물이 유입되는 물유입관로부(20)와, 상기 하우징(10)의 타측 중간부에 형성되고 연료가 유입되는 연료유입부(30)와, 상기 하우징(10)의 타측 하부에 형성되고 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배기가스에 의해 사전가열된 연료가스를 외부로 배출시키는 배기부(40)와, 일단은 상기 물유입관로부(20)의 단부와 상기 연료유입부(30)에 연결되고 타단은 상기 배기부(40)에 연결되며 상기 하우징(10)의 내부 하측에 지그재그로 배열되고 일측 굴곡부가 상기 하우징(10)의 외부로 돌출되면서 지지되고 상기 물유입관로부(20)를 통해 유입된 물과 상기 연료유입부(30)를 통해 유입된 연료가 혼합되어 유동되면서 상기 하우징(10) 내를 관류하는 고온의 배기가스에 의해 사전가열되도록 하는 열교환관로부(50)와, 상기 하우징(10)의 일측에 결합되고 상기 하우징(10)의 외부로 돌출된 상기 물유입관로부(20)의 일측 굴곡부와 상기 열교환관로부(50)의 일측 굴곡부를 기밀적으로 수용하는 후방 시일박스(60)와, 물유입매니폴드(21)와 연료유입매니폴드 및 믹싱매니폴드(51)를 기밀적으로 수용하면서 지지하는 전방 시일박스(70)를 포함한다.A humidifying device (1) for a fuel cell system according to an embodiment of the present invention preheats a fuel gas through a hot exhaust gas generated from a fuel cell stack while mixing fuel and water to generate fuel gas (See FIG. 1). As shown in FIG. 4, the high-temperature exhaust gas generated from the fuel cell stack is formed on the exhaust line of the fuel cell stack so as to flow into and flow into the interior of the fuel cell stack A water inflow conduit portion 20 arranged in a zigzag manner on the upper side of the inside of the housing 10 and supported by protruding one side bent portion from the outside of the housing 10 to receive water, A fuel inlet 30 formed at the other middle portion of the housing 10 to receive the fuel therein and a fuel inlet 30 formed at a lower portion of the housing 10, (40) for discharging the preheated fuel gas to the outside, one end connected to the end of the water inflow conduit portion (20) and the fuel inflow portion (30), and the other end connected to the exhaust portion And is arranged in a staggered manner in the lower side of the housing 10 and is supported while being protruded to the outside of the housing 10 at one side and is connected to the water introduced through the water inflow conduit portion 20 and the fuel inflow portion 30, (50) for preheating the exhaust gas flowing through the housing (10) by a high-temperature exhaust gas flowing through the housing (10) while being mixed with the fuel introduced through the housing (10) A rear seal box 60 for hermetically accommodating one side bend of the water inflow conduit portion 20 and one side bend of the heat exchange conduit portion 50 protruding outside of the water inlet manifold 21, And the fuel inlet manifold and the mixing manifold 51 in an airtight manner. And it includes a front seal box (70) for supporting.

여기서, 하우징(10)은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템용 가습장치(1)의 프레임을 형성하는 것으로, 연료전지스택(미도시)으로부터 발생되는 고온의 배기가스가 관류하도록 연료전지스택의 배기라인 상에 연결형성된다.Here, the housing 10 forms the frame of the humidification apparatus 1 for a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, and is configured to allow the high-temperature exhaust gas generated from the fuel cell stack (not shown) And is connected to the exhaust line of the stack.

하우징(10)이 연료전지스택의 배기라인 상에 연결될 수 있도록, 하우징(10)의 하단에는 연료전지스택으로부터 발생된 고온의 배기가스가 유입되는 배기가스유입구(11)가 개방형성되고 상기 하우징(10)의 상단에는 하우징(10) 내를 관류하면서 열교환관로부(50) 내의 연료가스를 사전가열한 배기가스가 배출되는 배기가스배출구(13)가 개방형성된다.An exhaust gas inlet 11 through which the high temperature exhaust gas generated from the fuel cell stack flows is formed in the lower end of the housing 10 so that the housing 10 can be connected to the exhaust line of the fuel cell stack, The exhaust gas outlet 13 through which the exhaust gas preheated to the fuel gas in the heat exchange duct portion 50 is exhausted is opened at the upper end of the housing 10.

또한 연료전지스택(미도시)으로부터 발생되어 하우징(10) 내를 관류하는 배기가스의 온도는 통상 300 내지 600℃의 고온이므로, 하우징(10)은 고온에 견딜 수 있는 내열재질로 제작된다.Also, since the temperature of the exhaust gas generated from the fuel cell stack (not shown) and flowing through the housing 10 is usually 300 to 600 ° C, the housing 10 is made of a heat resistant material that can withstand high temperatures.

전술한 하우징(10)의 내부 상측에는 물유입관로부(20)가 지그재그로 배열되는데, 이 물유입관로(20)는 연료와 혼합되어 연료가스를 형성하기 위한 물이 유입되는 관로이다.A water inflow conduit portion 20 is arranged in a staggered manner inside the housing 10, and the water inflow conduit 20 is a conduit through which water for mixing the fuel and forming the fuel gas flows.

물은 하우징(10)의 내부 상측의 물유입관로부(20)를 관류하면서 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배출가스에 의해 사전가열되어 기체 상태로 전환된 후 차후에 설명될 열교환관로부(50)에서 동일한 기체 상태의 연료와 혼합되어 연료전지스택의 연료극에 필요한 연료가스를 형성한다. 이 때 물은 이슬점 이하의 온도로 떨어지지 않도록 연료전지스택으로부터 발생되어 하우징(10)을 관류하는 고온의 배기가스에 의해 과열(superheating)되는 것이 바람직하다.The water is preheated by the hot exhaust gas generated from the fuel cell stack while passing through the water inflow conduit portion 20 on the upper side of the housing 10 to be converted into the gaseous state, and then the heat exchange duct portion 50, Is mixed with fuel in the same gaseous state to form the fuel gas necessary for the fuel electrode of the fuel cell stack. At this time, it is preferable that the water is superheated by the hot exhaust gas generated from the fuel cell stack and passing through the housing 10 so as not to fall below the dew point.

물유입관로부(20)는 하우징(10)의 내부 상측에서 상부 방향으로 만곡되어 지그재그로 배열된 후 다시 하부방향으로 만곡되어 열교환관로부(50) 측으로 연결되는 것이 바람직하다. 또한 물유입관로부(20)의 일단에는 물 유입량의 조절을 위한 유량조절밸브가 설치될 수 있다.Preferably, the water inflow conduit portion 20 is bent in an upward direction from the upper side of the housing 10 to be staggered, and then curved downward to be connected to the heat exchange conduit portion 50 side. Also, a flow rate control valve for adjusting the inflow amount of water may be installed at one end of the water inflow conduit portion 20. [

물유입관로부(20)의 일측 굴곡부는 하우징(10)의 외부로 돌출되면서 하우징(10)의 외벽에 의해 물유입관로부(20)의 전체 하중이 견고히 지지됨에 따라, 진동에 취약하고 응력이 집중되는 물유입관로부(20)의 일측 굴곡부의 변형이나 파손이 방지될 수 있다.The bending portion at one side of the water inflow conduit portion 20 protrudes to the outside of the housing 10 and the entire load of the water inflow conduit portion 20 is firmly supported by the outer wall of the housing 10, It is possible to prevent deformation or breakage of one bent portion of the water inflow conduit portion 20 to be concentrated.

또한 연료전지스택(미도시)으로부터 발생되어 하우징(10) 내를 관류하는 배기가스의 온도는 통상 300 내지 600℃의 고온이므로, 물유입관로부(20)도 하우징(10)과 마찬가지로 고온에 견딜 수 있는 내열재질로 제작된다.Also, since the temperature of the exhaust gas generated from the fuel cell stack (not shown) and flowing through the housing 10 is usually 300 to 600 DEG C, the water inlet duct portion 20 can withstand the high temperature similarly to the housing 10 It is made of heat-resistant material.

또한 물유입관로부(20)는 부식 방지를 위해 이중관 형태로 형성되는 것이 바람직하고, 배기가스와의 열교환은 튜브 자체를 통해 이루어지는 베어튜브(bare-tube) 타입으로 형성될 수 있으며, 접촉면적을 더 넓히기 위해서는 튜브에 핀을 설치하는 방식인 핀튜브(fin-tube) 타입으로 형성될 수 있다.In addition, the water inlet pipe portion 20 is preferably formed in the form of a double pipe to prevent corrosion, and the heat exchange with the exhaust gas can be formed in a bare-tube type through the tube itself, In order to widen further, it may be formed as a fin-tube type which is a method of providing a pin to a tube.

또한 물유입관로부(20)는 하우징(10)의 내부에 다수열로 배열되는 것이 바람직한데, 이를 위해 물유입관로부(20)에는 단일 입구와 다수열의 물유입관로부(20)를 동시에 연통시키는 물유입매니폴드(21)가 구비된다.It is preferable that the water inflow conduit portion 20 is arranged in a plurality of rows inside the housing 10. For this purpose, a single inlet and a plurality of water inflow conduit portions 20 are connected to the water inflow conduit portion 20 at the same time A water inlet manifold 21 is provided.

전술한 하우징(10)의 일측 중간부에는 연료유입부(30)가 형성되는데, 이 연료유입부(30)는 예를 들어 천연가스와 같은 연료가 유입되는 부분으로, 물유입관로부(20)와 함께 열교환관로부(50)의 일단에 연결된다. 이 때 연료유입관로부(30)에 연결되는 열교환관로부(50)의 일단은 하우징(10)의 외측으로 돌출되어 차후에 설명될 후방 시일박스(60) 내에 위치되는 것이 바람직하다. 또한 연료유입부(30)에는 연료 유입량의 조절을 위한 유량조절밸브가 설치될 수 있다.A fuel inlet 30 is formed at a middle portion of the housing 10. The fuel inlet 30 is a portion into which fuel such as natural gas flows and is connected to the water inlet pipe portion 20, Is connected to one end of the heat exchange duct part (50). It is preferable that one end of the heat exchange duct portion 50 connected to the fuel inlet duct portion 30 at this time is located in the rear seal box 60 protruding outside the housing 10 and will be described later. Also, the fuel inlet 30 may be provided with a flow control valve for controlling the amount of fuel inflow.

연료유입부(30)는 하우징(10)의 내부에 다수열로 배열되는 것이 바람직한데, 이를 위해 연료유입부(30)에는 단일 입구와 다수열의 연료유입관로를 동시에 연통시키는 연료유입매니폴드(31)가 구비된다. 도면에 도시된 바와 같이 연료유입매니폴드(31)는 전방 시일박스(70)내에 형성되어 지지된다.The fuel inlet 30 is preferably arranged in a plurality of rows inside the housing 10. To this end, the fuel inlet 30 is provided with a fuel inlet manifold 31 . The fuel inlet manifold 31 is formed and supported in the front seal box 70 as shown in the figure.

전술한 하우징(10)의 타측 하부에는 배기부(40)가 형성되는데, 이 배기부(40)는 연료전지스택으로부터 발생되어 하우징(10) 내를 관류하는 고온의 배기가스에 의해 사전가열된 연료가스를 외부, 특히 연료가스를 개질시키는 개질기(미도시)를 거쳐 연료전지스택(미도시)으로 배출시키는 관로에 해당한다. The exhaust unit 40 is formed at the lower side of the housing 10 in the above described housing 10. The exhaust unit 40 is formed by a high-temperature exhaust gas generated from the fuel cell stack and passing through the housing 10, (Not shown) through a reformer (not shown) that reforms the gas, particularly the fuel gas, to the fuel cell stack (not shown).

전술한 물유입관로부(20)의 단부와 연료유입부(30)에는 열교환관로부(50)의 일단이 연결되는데, 이 열교환관로부(50)는 물유입관로부(20)를 관류하면서 사전가열된 물과 연료유입부(30)로부터 유입된 연료가 서로 혼합되어 연료가스를 형성함과 동시에 이 연료가스가 관류하면서 연료전지스택으로부터 발생되어 하우징(10)을 관류하는 고온의 배기가스에 의해 사전가열되도록 하는 것으로, 하우징(10)의 내부 하측에 지그재그로 배열되고 타단은 배기부(40)에 연결된다.One end of the heat exchange duct portion 50 is connected to the end of the water inlet duct portion 20 and the fuel inlet portion 30. The heat exchange duct portion 50 is connected to an end of the water inlet duct portion 20, The heated water and the fuel introduced from the fuel inlet 30 are mixed with each other to form a fuel gas while the fuel gas is generated by the hot exhaust gas generated from the fuel cell stack and flowing through the housing 10 And is arranged in a zigzag manner inside the housing 10 and the other end is connected to the exhaust part 40. [

하우징(10) 내를 관류하는 배기가스와의 열교환은 열교환관로부(50)를 구성하는 튜브 자체를 통해 이루어지는 베어튜브(bare-tube) 타입으로 형성될 수 있으며, 접촉면적을 더 넓히기 위해서 튜브에 핀을 설치하는 방식인 핀튜브(fin-tube) 타입으로 형성될 수 있다.The heat exchange with the exhaust gas flowing through the housing 10 can be formed in a bare-tube type through the tube itself constituting the heat exchange conduit section 50. In order to widen the contact area, And may be formed in a fin-tube type in which a pin is installed.

열교환관로부(50)의 일측 굴곡부는 하우징(10)의 외부로 돌출되면서 하우징(10)의 외벽에 의해 열교환관로부(50)의 전체 하중이 견고히 지지됨에 따라 진동에 취약하고 응력이 집중되는 열교환관로부(50)의 일측 굴곡부의 변형이나 파손이 방지될 수 있다.The bent portion of one side of the heat exchange duct portion 50 is protruded to the outside of the housing 10 and the entire load of the heat exchange duct portion 50 is firmly supported by the outer wall of the housing 10, Deformation or breakage of one side bend of the conduit portion 50 can be prevented.

열교환관로부(50)는 하우징(10) 내에 다수열로 배열되는 것이 바람직한데, 이를 위해 연료유입부(30)에는 단일 입구와 다수열의 물유입관로부(20) 및 열교환관로부(50)를 동시에 연통시켜 동일 상을 가지는 물과 연료가 혼합되어 다수열의 열교환관로부(50)로 유동되도록 하는 믹싱매니폴드(51)가 구비됨과 동시에 상기 배기부(40)에는 다수열의 열교환관로부(50)와 단일 출구를 통시에 연통시키는 배기매니폴드(41)가 구비된다.It is preferable that the heat exchange duct portions 50 are arranged in a plurality of rows in the housing 10. To this end, the fuel inlet portion 30 is provided with a single inlet, a plurality of water inlet duct portions 20 and a heat exchange duct portion 50 A mixing manifold 51 for allowing water and fuel having the same phase to flow at the same time to be mixed with each other and flowing to a plurality of rows of heat exchange channel portions 50 is provided and a plurality of heat exchange channel portions 50 are provided in the exhaust portion 40, And an exhaust manifold 41 communicating with the single outlet at the time of opening.

전술한 하우징(10)의 일측에는 후방 시일박스(60)가 설치되는데, 이 후방 시일박스(60)는 물유입관로부(20)의 일측 굴곡부와 열교환관로부(50)의 일측 굴곡부가 내부에 수용되도록 설치되어 열교환관로부(50)의 일측 굴곡부에 균열이 발생되더라도 연료가스가 그 외부로 누설되지 않도록 방지하는 역할을 한다.The rear seal box 60 is provided at one side of the housing 10 with one bend of the water inflow conduit 20 and one bend of the heat exchange conduit 50 inside So as to prevent the fuel gas from leaking to the outside even if cracks are generated in one bent portion of the heat exchange duct portion 50.

후방 시일박스(60)는 물유입관로부(20)의 일측 굴곡부와 열교환관로부(50)의 일측 굴곡부가 돌출되는 하우징(10)의 외벽 일부분에 물유입관로부(20)의 일측 굴곡부와 열교환관로부(50)의 일측 굴곡부를 수용하는 함체가 기밀적으로 결합되어 형성되며, 이 때 하우징(10)의 외벽 일부분과 물유입관로부(20)의 일측 굴곡부 사이 그리고 하우징(10)의 외벽 일부분과 열교환관로부(50)의 일측 굴곡부 사이는 기밀적으로 접촉유지된다. The rear seal box 60 has a bending portion at one side of the water inflow conduit portion 20 and a bending portion at one side of the water inflow conduit portion 20 at a portion of the outer wall of the housing 10 protruding from the one bending portion of the heat exchange conduit portion 50, The housing 10 is provided with a hermetically sealed housing for accommodating one bend of the conduit part 50. The hermetically sealed part of the outer wall of the housing 10 and the bend part of the water inflow conduit 20 and the outer wall part of the housing 10 And the bent portion of one side of the heat exchange duct portion 50 are kept in air-tight contact with each other.

전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템용 가습장치(1)의 경우에는, 물이 물유입관로부(20)를 따라 관류하면서 연료전지스택으로부터 발생되어 하우징(10) 내를 관류하는 고온의 배기가스의 열에 의해 과열(superheating)된 상태로 열교환관로부(50)로 유입된 후 연료유입부(30)를 통해 유입되는 동일한 상의 연료와 혼합되어 열교환관로부(50)를 관류하도록 구성됨에 따라 열교환관로부(50)의 각 관로별 온도차 및 열팽창 정도의 차가 최소화되도록 유도됨으로써 열교환관로부(50), 특히 굴곡부의 변형이나 파손이 최소화될 수 있는 장점이 있다.In the case of the humidifier 1 for a fuel cell system according to the embodiment of the present invention as described above, water is generated from the fuel cell stack while flowing along the water inflow conduit portion 20, Is superheated by the heat of the high temperature exhaust gas flowing into the heat exchange duct portion 50 and then mixed with the fuel of the same phase flowing through the fuel inlet portion 30 to flow the heat exchange duct portion 50 The deformation and breakage of the heat exchanging duct portion 50, particularly the bent portion, can be minimized by minimizing the difference between the temperature difference and the thermal expansion degree of each duct of the heat exchanging duct portion 50. [

또한 전술한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지시스템용 가습장치(1)의 경우에는, 물유입관로부(20)의 일측 굴곡부와 열교환관로부(50)의 일측 굴곡부가 하우징(10)의 외측으로 돌출되면서 하우징(10)의 외벽에 의해 지지됨과 동시에 하우징(10)의 일측에 결합되는 후방 시일박스(60) 내에 기밀적으로 수용됨에 따라 특히 응력이 집중되는 물유입관로부(20)의 일측 굴곡부와 열교환관로부(50)의 일측 굴곡부의 변형이나 파손이 방지됨과 동시에 열교환관로부(50)를 관류하는 연료가스의 누출이 방지될 수 있다. In the case of the humidification apparatus 1 for a fuel cell system according to the embodiment of the present invention as described above, one side bend of the water inflow conduit portion 20 and one side bend of the heat exchange duct portion 50 are connected to the housing 10 And is supported by the outer wall of the housing 10 while being hermetically received in the rear seal box 60 coupled to one side of the housing 10, And the bent portion of one side of the heat exchange duct portion 50 are prevented from being deformed or broken and the leakage of the fuel gas flowing through the heat exchange duct portion 50 can be prevented.

본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지시스템용 가습장치(1')는, 연료와 물을 혼합하여 연료가스를 생성시킴과 동시에 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배출가스를 통해 연료가스를 사전가열하여 최종적으로 연료전지스택으로 제공(도 1 참조)하는 것으로, 도 5에 도시되는 바와 같이, 연료전지스택으로부터 발생된 고온의 배기가스가 내부로 유입되어 관류하도록 연료전지스택의 배기라인 상에 형성되는 하우징(10')과, 상기 하우징(10')의 내부 상측에 지그재그로 배열되고 일측 굴곡부가 상기 하우징(10')의 외부로 돌출되면서 지지되고 물이 유입되는 물유입관로부(20')와, 상기 하우징(10')의 내부 중간부에 지그재그로 배열되고 일측 굴곡부가 상기 하우징(10')의 외부로 돌출되면서 지지되고 연료가 유입되는 연료유입관로부(30')와, 상기 하우징(10')의 타측 하부에 형성되고 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배기가스에 의해 사전가열된 연료가스를 외부로 배출시키는 배기부(40')와, 상기 하우징(10')의 내부 하측에 지그재그로 배열되고 일단은 상기 물유입관로부(20')의 단부와 상기 연료유입관로부(30')의 단부에 연결되며 타단은 상기 배기부(40')에 연결되고 일측 굴곡부가 상기 하우징(10')의 외부로 돌출되면서 지지되고 상기 물유입관로부(20')를 통해 유입된 물과 상기 연료유입관로부(30')를 통해 유입된 연료가 혼합되어 유동되면서 상기 하우징(10') 내를 관류하는 고온의 배기가스에 의해 사전가열되도록 하는 열교환관로부(50')와, 상기 하우징(10')의 일측에 결합되고 상기 하우징(10')의 외부로 돌출된 상기 열교환관로부(50')의 일측 굴곡부를 기밀적으로 수용하는 후방 시일박스(60')와, 물유입매니폴드(21')와 연료유입매니폴드(31')를 기밀적으로 수용하면서 지지하는 전방 시일박스(70')를 포함한다.A humidifying device (1 ') for a fuel cell system according to another embodiment of the present invention is a device for mixing a fuel and water to generate a fuel gas, (See Fig. 1). As shown in Fig. 5, the high-temperature exhaust gas generated from the fuel cell stack is formed on the exhaust line of the fuel cell stack so as to flow in and flow into the fuel cell stack And a water inflow conduit portion 20 'which is arranged in a zigzag manner on the upper side of the housing 10' and is supported while protruding one side bent portion from the outside of the housing 10 ' And a fuel inflow conduit portion 30 'which is arranged in a staggered manner at an inner middle portion of the housing 10' and is supported while protruding one side bend portion from the outside of the housing 10 ' One And an exhaust part 40 'formed on the other side of the housing 10' for discharging the fuel gas previously heated by the high-temperature exhaust gas generated from the fuel cell stack to the outside, And one end thereof is connected to the end of the water inflow conduit section 20 'and the end of the fuel inflow conduit section 30', the other end is connected to the exhaust section 40 ', and the one bend section is connected to the housing 10 The water flowing through the water inlet pipe portion 20 'and the fuel flowing through the fuel inlet pipe portion 30' are mixed with each other and flows into the housing 10 ' (50 ') which is coupled to one side of the housing (10') and protrudes to the outside of the housing (10 '), and a heat exchanging duct part A rear seal box 60 'that airtightly accommodates one side bend of the water And a front seal box (70 ') for supporting and receiving the input manifold (21') and the fuel inlet manifold 31 'to hermetically.

여기서, 하우징(10')은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지시스템용 가습장치(1')의 프레임을 형성하는 것으로, 연료전지스택(미도시)으로부터 발생되는 고온의 배기가스가 관류하도록 연료전지스택의 배기라인 상에 연결형성된다.Here, the housing 10 'forms the frame of the humidifying device 1' for a fuel cell system according to another embodiment of the present invention, so that the hot exhaust gas generated from the fuel cell stack (not shown) And is connected to an exhaust line of the fuel cell stack.

연료전지스택의 배기라인 상에 하우징(10')이 연결되도록, 하우징(10')의 하단에는 연료전지스택으로부터 발생된 고온의 배기가스가 유입되는 배기가스유입구(11')이 개방형성되고 상기 하우징(10')의 상단에는 하우징(10') 내를 관류하면서 열교환관로부(50') 내의 연료가스를 사전가열한 배기가스가 배출되는 배기가스배출관(13')이 개방형성된다.An exhaust gas inlet 11 'through which the high-temperature exhaust gas generated from the fuel cell stack flows is formed at the lower end of the housing 10' so that the housing 10 'is connected to the exhaust line of the fuel cell stack, An exhaust gas discharge pipe 13 'through which the exhaust gas preheated in the heat exchange duct portion 50' is discharged is formed at the upper end of the housing 10 'while flowing through the housing 10'.

또한 연료전지스택(미도시)으로부터 발생되어 하우징(10') 내를 관류하는 배기가스의 온도는 통상 300 내지 600℃의 고온이므로, 하우징(10')은 고온에 견딜 수 있는 내열재질로 제작된다. Also, since the temperature of the exhaust gas generated from the fuel cell stack (not shown) and flowing through the housing 10 'is usually 300 to 600 ° C, the housing 10' is made of a heat resistant material capable of withstanding high temperatures .

전술한 하우징(10')의 내부 상측에는 물유입관로부(20')가 지그재그로 배열되는데, 이 물유입관로(20')는 연료와 혼합되어 연료가스를 형성하기 위한 물이 유입되는 관로이다.A water inflow conduit portion 20 'is arranged in a staggered manner inside the housing 10', and the water inflow conduit 20 'is a conduit through which water for mixing with the fuel flows to form the fuel gas .

물은 하우징(10')의 내부 상측의 물유입관로부(20')를 관류하면서 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배출가스에 의해 사전가열되어 기체 상태로 전환된 후 차후에 설명될 열교환관로부(50')에서 동일한 기체 상태의 연료와 혼합되어 연료전지스택의 연료극에 필요한 연료가스를 형성한다. 이 때 물은 이슬점 이하의 온도로 떨어지지 않도록 연료전지스택으로부터 발생되어 하우징(10')을 관류하는 배기가스에 의해 과열(superheating)되는 것이 바람직하다.The water is preheated by the high temperature exhaust gas generated from the fuel cell stack while passing through the water inflow conduit portion 20 'inside the upper portion of the housing 10' to be converted into a gaseous state, 50 ') to form fuel gas necessary for the fuel electrode of the fuel cell stack. At this time, the water is preferably superheated by the exhaust gas generated from the fuel cell stack and flowing through the housing 10 'so that the water does not fall below the dew point.

물유입관로부(20')는 하우징(10')의 내부 상측에서 하부 방향으로 만곡되어 지그재그로 배열된 후 열교환관로부(50') 측으로 연결되는 것이 바람직하다. 또한 물유입관로부(20')의 일단에는 물 유입량의 조절을 위한 유량조절밸브가 설치될 수 있다.It is preferable that the water inflow conduit portion 20 'is bent in a downward direction from the upper side of the inside of the housing 10' and arranged in a staggered manner, and then connected to the heat exchange conduit portion 50 'side. Also, a flow rate control valve for adjusting the inflow amount of water may be installed at one end of the water inflow conduit portion 20 '.

또한 연료전지스택(미도시)으로부터 발생되어 하우징(10') 내를 관류하는 배기가스의 온도는 통상 300 내지 600℃의 고온이므로, 물유입관로부(20')도 하우징(10')과 마찬가지로 고온에 견딜 수 있는 내열재질로 제작된다.Also, since the temperature of the exhaust gas generated from the fuel cell stack (not shown) and flowing through the housing 10 'is high, typically 300 to 600 ° C, the water inlet duct portion 20' is also the same as the housing 10 ' It is made of heat-resistant material that can withstand high temperature.

또한 물유입관로부(20')는 부식 방지를 위해 이중관 형태로 형성되는 것이 바람직하고, 하우징(10') 내를 관류하는 배기가스와의 열교환은 튜브 자체를 통해 이루어지는 베어튜브(bare-tube) 타입으로 형성될 수 있으며, 접촉면적을 더 넓히기 위해서는 튜브에 핀을 설치하는 방식인 핀튜브(fin-tube) 타입으로 형성될 수 있다.The water inlet pipe portion 20 'is preferably formed in the form of a double pipe to prevent corrosion, and the heat exchange with the exhaust gas flowing through the housing 10' is performed by a bare-tube, Type, and a fin-tube type, which is a method of providing a pin to the tube, may be formed to widen the contact area.

또한 하우징(10')의 내부에 물유입관로부(20')가 다수열로 배열되도록 물유입관로부(20')에는 단일 입구와 다수열의 물유입관로부(20')를 동시에 연통시키는 물유입매니폴드(21')가 구비된다.The water inlet pipe portion 20 'is provided with a water inlet pipe portion 20' for simultaneously communicating a single inlet and a plurality of water inlet pipe portions 20 'so that the water inlet pipe portions 20' are arranged in a plurality of rows inside the housing 10 ' An inlet manifold 21 'is provided.

전술한 하우징(10')의 내부 중간부에는 연료유입관로부(30')가 지그재그로 배열되는데, 이 연료유입관로부(30')는 예를 들어 천연가스와 같은 연료가 유입되는 부분으로, 물유입관로부(20')와 함께 열교환관로부(50')의 일단에 연결된다. The fuel inflow conduit section 30 'is arranged in a staggered manner in the inner middle portion of the housing 10', and the fuel inflow conduit section 30 'is a portion into which fuel such as natural gas flows, Is connected to one end of the heat exchange duct portion 50 'together with the water inlet duct portion 20'.

연료는 하우징(10')의 내부 중간부의 연료유입관로부(30')를 관류하면서 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배출가스에 의해 사전가열된 후 차후에 설명될 열교환관로부(50')에서 동일한 기체 상태의 물와 혼합되어 연료전지스택의 연료극에 필요한 연료가스를 형성한다.The fuel is preheated by the hot exhaust gas generated from the fuel cell stack while flowing through the fuel inlet duct portion 30 'of the inner middle portion of the housing 10', and is then heated in the heat exchange duct portion 50 ' And is mixed with gaseous water to form the fuel gas necessary for the fuel electrode of the fuel cell stack.

연료유입관로부(30')는 하우징(10')의 내부 중간부에서 하부 방향으로 만곡되어 지그재그로 배열된 후 열교환관로부(50') 측으로 연결되는 것이 바람직하다. 또한 연료유입관로부(30')의 일단에는 연료 유입량의 조절을 위한 유량조절밸브가 설치될 수 있다.The fuel inflow conduit section 30 'is preferably bent in a downward direction in the inner middle portion of the housing 10' and arranged in a staggered manner, and then connected to the heat exchange conduit section 50 '. Also, a flow rate control valve for controlling the amount of fuel inflow may be installed at one end of the fuel inflow conduit section 30 '.

또한 연료전지스택(미도시)으로부터 발생되어 하우징(10') 내를 관류하는 배기가스의 온도는 통상 300 내지 600℃의 고온이므로, 연료유입관로부(30')도 하우징(10')과 마찬가지로 고온에 견딜 수 있는 내열재질로 제작된다.Also, since the temperature of the exhaust gas generated from the fuel cell stack (not shown) and flowing through the housing 10 'is generally 300 to 600 ° C., the fuel inlet duct portion 30' is also the same as the housing 10 ' It is made of heat-resistant material that can withstand high temperature.

또한 연료유입관로부(30')도 물유입관로부(20')과 마찬가지로 부식 방지를 위해 이중관 형태로 형성되는 것이 바람직하며, 하우징(10') 내를 관류하는 배기가스와의 열교환은 튜브 자체를 통해 이루어지는 베어튜브(bare-tube) 타입으로 형성될 수 있으며, 접촉면적을 더 넓히기 위해서는 튜브에 핀을 설치하는 방식인 핀튜브(fin-tube) 타입으로 형성될 수 있다.Also, the fuel inlet pipe portion 30 'is preferably formed in the form of a double pipe to prevent corrosion, like the water inlet pipe portion 20'. Heat exchange with the exhaust gas flowing through the housing 10 ' A bare-tube type in which a pin is installed through a tube, and a fin-tube type in which a pin is installed in a tube to widen the contact area.

또한 연료유입관로부(30')는 하우징(10')의 내부에 다수열로 배열되는 것이 바람직한데, 이를 위해 연료유입관로부(30')에는 단일 입구와 다수열의 연료유입관로부(30')를 동시에 연통시키는 연료유입매니폴드(31')가 구비된다.The fuel inlet conduit section 30 'is preferably arranged in a plurality of rows inside the housing 10'. For this purpose, the fuel inlet conduit section 30 'is provided with a single inlet and a plurality of rows of fuel inlet conduit sections 30' Is connected to the fuel inlet manifold 31 '.

전술한 하우징(10')의 타측 하부에는 배기부(40')가 형성되는데, 이 배기부(40')는 연료전지스택으로부터 발생되어 하우징(10') 내를 관류하는 고온의 배기가스에 의해 과열(superheating)된 연료가스를 외부, 특히 연료가스를 개질시키는 개질기(미도시)를 거쳐 연료전지스택(미도시)으로 배출시키는 관로에 해당한다. A lower portion 40 'is formed on the other side of the above-described housing 10' by a hot exhaust gas generated from the fuel cell stack and flowing through the housing 10 ' (Not shown) through a reformer (not shown) that reforms superheated fuel gas to the outside, particularly a fuel gas, to a fuel cell stack (not shown).

전술한 물유입관로부(20')의 단부와 연료유입관로부(30')의 단부에는 열교환관로부(50')의 일단이 연결되는데, 이 열교환관로부(50')는 물유입관로부(20')를 관류하면서 사전가열된 물과 연료유입관로부(30')를 관류하면서 사전가열된 연료가 서로 혼합되어 연료가스를 형성함과 동시에 이 연료가스가 관류하면서 연료전지스택으로부터 발생되어 하우징(10')을 관류하는 고온의 배기가스에 의해 사전가열되도록 하는 것으로, 하우징(10')의 내부 하측에 지그재그로 배열되고 타단은 배기부(40')에 연결된다.One end of the heat exchange conduit section 50 'is connected to the end of the water inlet conduit section 20' and the end of the fuel inlet conduit section 30 '. The heat exchange conduit section 50' The preheated fuel and the preheated fuel are mixed with each other while passing through the preheated water and the fuel inlet pipe portion 30 'while being flowed through the fuel cell stack 20', and the fuel gas is generated from the fuel cell stack Is preheated by the hot exhaust gas flowing through the housing 10 ', and is staggered inside the housing 10' and is connected to the exhaust part 40 '.

열교환관로부(50')의 일측 굴곡부는 하우징(10')의 외부로 돌출되면서 하우징(10')의 외벽에 의해 열교환관로부(50')의 전체 하중이 견고히 지지됨에 따라 진동에 취약하고 응력이 집중되는 열교환관로부(50')의 일측 굴곡부의 변형이나 파손이 방지될 수 있다.The bent portion of one side of the heat exchange duct portion 50 'is protruded to the outside of the housing 10', and the entire load of the heat exchange duct portion 50 'is firmly supported by the outer wall of the housing 10' It is possible to prevent deformation or breakage of one bent portion of the heat exchange duct portion 50 '.

또한 하우징(10') 내를 관류하는 배기가스와의 열교환은 열교환관로부(50')를 구성하는 튜브 자체를 통해 이루어지는 베어튜브(bare-tube) 타입으로 형성될 수 있으며, 접촉면적을 더 넓히기 위해서 튜브에 핀을 설치하는 방식인 핀튜브(fin-tube) 타입으로 형성될 수 있다.Also, the heat exchange with the exhaust gas flowing through the housing 10 'can be formed as a bare-tube type through the tube itself constituting the heat exchange duct part 50' A fin-tube type, which is a method of providing a pin to a tube for the sake of convenience.

열교환관로부(50')는 하우징(10') 내에 다수열로 배열되는 것이 바람직한데, 이를 위해 물유입관로부(20')의 단부와 상기 연료유입관로부(30')의 단부가 함께 연결되는 상기 열교환관로부(50')의 일단에는 다수열의 물유입관로부(20')와 다수열의 연료유입관로부(30')를 다수열의 열교환관로부(50')에 함께 연통시켜 동일 상을 가지는 물과 연료가 혼합되어 다수열의 열교환관로부(50')로 유동되도록 하는 믹싱매니폴드(51')가 구비됨과 동시에 상기 배기부(40')에는 다수열의 열교환관로부(50')와 단일 출구를 동시에 연통시키는 배기매니폴드(41')가 구비된다.It is preferable that the heat exchange duct portion 50 'is arranged in a plurality of rows in the housing 10'. For this purpose, the end portion of the water inlet duct portion 20 'and the end portion of the fuel inlet duct portion 30' A plurality of rows of water inlet conduit sections 20 'and a plurality of rows of fuel inlet conduit sections 30' are communicated with a plurality of rows of heat exchange conduit sections 50 'at one end of the heat exchange conduit section 50' A mixing manifold 51 'in which water and fuel are mixed and flowed into a plurality of rows of heat exchange channel portions 50' and a plurality of rows of heat exchange channel portions 50 ' And an exhaust manifold 41 'for simultaneously communicating the outlets.

전술한 하우징(10')의 일측에는 후방 시일박스(60')가 설치되는데, 이 후방 시일박스(60')는 열교환관로부(50')의 일측 굴곡부가 내부에 수용되도록 설치되어 열교환관로부(50')의 일측 굴곡부에 균열이 발생되더라도 연료가스가 그 외부로 누설되지 않도록 방지하는 역할을 한다. 또한, 믹싱매니폴드(51')가 후방 시일박스(60') 내에서 형성된다.A rear seal box 60 'is installed at one side of the housing 10', and the rear seal box 60 'is installed to receive one bent portion of the heat exchange duct portion 50' Thereby preventing the fuel gas from leaking to the outside even if cracks are generated in one bent portion of the fuel cell stack 50 '. Also, a mixing manifold 51 'is formed in the rear seal box 60'.

후방 시일박스(60')는 열교환관로부(50')의 일측 굴곡부가 돌출되는 하우징(10')의 외벽 일부분에 열교환관로부(50')의 일측 굴곡부를 수용하는 함체가 기밀적으로 결합되어 형성되며, 이 때 하우징(10')의 외벽 일부분과 열교환관로부(50')의 일측 굴곡부 사이는 기밀적으로 접촉유지된다.The rear seal box 60 'is hermetically coupled to a part of the outer wall of the housing 10' to which one bent portion of the heat exchange duct portion 50 'protrudes, and a housing receiving one bent portion of the heat exchange duct portion 50' At this time, a portion of the outer wall of the housing 10 'is hermetically held in contact with one bent portion of the heat exchange duct portion 50'.

또한 전술한 물유입관로부(20')의 단부와 전술한 연료유입관로부(30')의 단부가 연결되는 열교환관로부(50')의 일단은 물과 연료의 혼합공간을 형성하는 것으로, 후방 시일박스(60') 내에 위치되는 것이 바람직하다.One end of the heat exchange conduit section 50 ', to which the end of the water inlet conduit section 20' and the end of the fuel inlet conduit section 30 'are connected, forms a mixed space of water and fuel, Is preferably located within the rear seal box 60 '.

전술한 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지시스템용 가습장치(1')의 경우에는, 물이 물유입관로부(20')를 따라 관류하면서 연료전지스택으로부터 발생되어 하우징(10') 내를 관류하는 고온의 배기가스의 열에 의해 과열(superheating)됨에 따라 열교환관로부(50')의 각 관로별 온도차 및 열팽창정도의 차가 최소화되도록 유도됨으로써 열교환관로부(50'), 특히 굴곡부의 변형이나 파손이 최소화될 수 있는 장점이 있다.In the case of the humidifying device 1 'for a fuel cell system according to another embodiment of the present invention as described above, water is generated from the fuel cell stack while flowing along the water inflow conduit portion 20' ) Of the heat exchange duct part 50 'is minimized by minimizing the difference in the temperature difference and the thermal expansion degree of each duct of the heat exchange duct part 50' as superheating by the heat of the hot exhaust gas flowing through the heat exchange duct part 50 ' There is an advantage that deformation or breakage can be minimized.

또한 전술한 바와 같은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연료전지시스템용 가습장치(1')의 경우에는, 열교환관로부(50')의 일측 굴곡부가 하우징(10')의 외측으로 돌출되면서 하우징(10')의 외벽에 의해 지지됨과 동시에 하우징(10')의 일측에 결합되는 후방 시일박스(60') 내에 기밀적으로 수용됨에 따라 특히 응력이 집중되는 '열교환관로부(50')의 일측 굴곡부의 변형이나 파손이 방지됨과 동시에 열교환관로부(50')를 관류하는 연료가스의 누출이 방지될 수 있다. In the case of the humidification device 1 'for a fuel cell system according to another embodiment of the present invention as described above, one side bend of the heat exchange duct part 50' protrudes to the outside of the housing 10 ' The heat transfer pipe portion 50 ', which is supported by the outer wall of the housing 10' and is hermetically received in the rear seal box 60 'coupled to one side of the housing 10' The leakage of the fuel gas flowing through the heat exchange duct portion 50 'can be prevented.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention as defined in the appended claims. And such modifications are within the scope of the present invention.

1, 1' : 연료전지시스템용 가습장치
10, 10' : 하우징
11. 11' : 배기가스유입구
13, 13' : 배기가스배출구
20, 20' : 물유입관로부
21, 21' : 물유입매니폴드
30 : 연료유입부
30' : 연료유입관로부
31, 31' : 연료유입매니폴드
40, 40' : 배기부
41, 41' : 연료유입배기폴드
50, 50' : 열교환관로부
51, 51' ; 믹싱매니폴드
60, 60' : 후방 시일박스
70, 70' : 전방 시일박스1, 1 ': humidifier for fuel cell system
10, 10 ': housing
11. 11 ': Exhaust gas inlet
13, 13 ': Exhaust gas outlet
20, 20 ': water inlet pipe section
21, 21 ': Water inlet manifold
30: fuel inlet
30 ': fuel inlet pipe portion
31, 31 ': fuel inlet manifold
40, 40 ': exhaust part
41, 41 ': fuel inlet / exhaust folds
50, 50 ': heat exchange pipe portion
51, 51 '; Mixing manifold
60, 60 ': rear seal box
70, 70 ': front seal box

Claims (13)

연료전지스택으로부터 발생된 고온의 배기가스가 내부로 유입되어 관류하도록 연료전지스택의 배기라인 상에 형성되는 하우징(10);
상기 하우징의 하단에 개방 형성되어 연료전지스택으로부터 발생된 고온의 배기가스가 유입되는 배기가스유입구(11));
상기 하우징의 상단에 개방형성되는 배기가스배출구(13);
상기 하우징(10)의 내부 상측에 지그재그로 배열되고 일측 굴곡부가 상기 하우징(10)의 외부로 돌출되면서 지지되고 물이 유입되며 이중관으로 형성되는 물유입관로부(20);
상기 하우징(10)의 타측 중간부에 형성되고 연료가 유입되며, 유입되는 연료 유입량의 조절을 위한 유량조절밸브가 설치되는 연료유입부(30);
상기 하우징(10)의 타측 하부에 형성되고 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배기가스에 의해 사전가열된 연료가스를 외부로 배출시키는 배기부(40);
일단은 상기 물유입관로부(20)의 단부와 상기 연료유입부(30)에 연결되고 타단은 상기 배기부(40)에 연결되며 상기 하우징(10)의 내부 하측에 지그재그로 배열되고 일측 굴곡부가 상기 하우징(10)의 외부로 돌출되면서 지지되고 상기 물유입관로부(20)를 통해 유입된 물과 상기 연료유입부(30)를 통해 유입된 연료가 혼합되어 유동되면서 상기 하우징(10) 내를 관류하는 고온의 배기가스에 의해 사전가열되도록 하는 열교환관로부(50); 및
상기 하우징(10)의 일측에 결합되고 상기 하우징(10)의 외부로 돌출된 상기 물유입관로부(20)의 일측 굴곡부와 상기 열교환관로부(50)의 일측 굴곡부를 기밀적으로 수용하면서 지지하는 후방 시일박스(60)를 포함하며,
상기 물유입관로부(20)가 다수열로 배열되도록 상기 물유입관로부(20)에는 물유입매니폴드(21)가 구비되고, 상기 연료유입관로부(30)가 다수열로 배열되도록 상기 연료유입관로부(30)에는 연료유입매니폴드(31)가 구비되며, 상기 열교환관로부(50)가 다수열로 배열되도록 상기 열교환관로부(50)에는 믹싱매니폴드(51)가 구비됨과 동시에 상기 배기부(40)에는 배기매니폴드(41)가 구비되고,
상기 물유입관로부(20)와 상기 열교환관로부(50)는 베어튜브(bare-tube) 타입 또는 핀튜브(fin-tube) 타입으로 이루어지며,
상기 물유입매니폴드(21)와 상기 연료유입매니폴드(31) 및 상기 믹싱매니폴드(51)를 수용하면서 지지하는 전방 시일박스(70)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템용 가습장치.A housing (10) formed on the exhaust line of the fuel cell stack so that hot exhaust gas generated from the fuel cell stack flows into and flows into the interior;
An exhaust gas inlet (11) formed at the lower end of the housing and through which hot exhaust gas generated from the fuel cell stack flows;
An exhaust gas outlet 13 formed at an upper end of the housing;
A water inflow conduit portion 20 arranged in a zigzag manner on the upper side of the inside of the housing 10 and supported by protruding one side bend portion from the outside of the housing 10,
A fuel inflow part 30 formed at the other side of the housing 10 at the other side thereof for introducing fuel therein and having a flow control valve for regulating the inflow amount of the inflowing fuel;
An exhaust unit 40 formed at the other side of the housing 10 and discharging the fuel gas previously heated by the hot exhaust gas generated from the fuel cell stack to the outside;
One end of which is connected to the end of the water inflow conduit portion 20 and the fuel inflow portion 30 and the other end of which is connected to the exhaust portion 40 and arranged in a staggered manner in the lower side of the housing 10, The water flowing through the water inlet pipe portion 20 and the fuel introduced through the fuel inlet portion 30 are mixed and flowed into the housing 10 while being projected to the outside of the housing 10, A heat exchange duct part (50) for preheating by a high temperature exhaust gas passing through; And
A bending part of one side of the water inflow conduit part 20 protruding out of the housing 10 and a bending part of one side of the heat exchange conduit part 50 are hermetically received and supported by the one side of the housing 10 A rear seal box 60,
The water inflow conduit portion 20 is provided with a water inflow manifold 21 so that the water inflow conduit portions 20 are arranged in a plurality of rows and the fuel inflow conduit portions 30 are arranged in a plurality of rows. The inlet pipe portion 30 is provided with a fuel inlet manifold 31 and the heat exchange pipe portion 50 is provided with a mixing manifold 51 so that the heat exchange pipe portions 50 are arranged in a plurality of rows, The exhaust section 40 is provided with an exhaust manifold 41,
The water inflow conduit portion 20 and the heat exchange conduit portion 50 are formed of a bare-tube type or a fin-tube type,
And a front seal box (70) for receiving and supporting the water inlet manifold (21), the fuel inlet manifold (31), and the mixing manifold (51) . 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 연료는 천연가스인 것을 특징으로 하는 연료전지시스템용 가습장치.The method according to claim 1,
Wherein the fuel is a natural gas. 삭제delete 삭제delete 연료전지스택으로부터 발생된 고온의 배기가스가 내부로 유입되어 관류하도록 연료전지스택의 배기라인 상에 형성되는 하우징(10');
상기 하우징(10')의 하단에 개방형성되어 연료전지스택으로부터 발생된 고온의 배기가스가 유입되는 배기가스유입구(11');
상기 하우징(10')의 상단에 개방형성되는 배기가스배출구(13');
상기 하우징(10')의 내부 상측에 지그재그로 배열되고 일측 굴곡부가 상기 하우징(10')의 외부로 돌출되면서 지지되고 물이 유입되며, 이중관으로 형성되는 물유입관로부(20');
상기 하우징(10')의 내부 중간부에 지그재그로 배열되고 일측 굴곡부가 상기 하우징(10')의 외부로 돌출되면서 지지되고 연료가 유입되며, 유입되는 연료 유입량의 조절을 위한 유량조절밸브가 설치되고, 이중관으로 형성되는 연료유입관로부(30');
상기 하우징(10')의 타측 하부에 형성되고 연료전지스택으로부터 발생되는 고온의 배기가스에 의해 사전가열된 연료가스를 외부로 배출시키는 배기부(40');
상기 하우징(10')의 내부 하측에 지그재그로 배열되고 일단은 상기 물유입관로부(20')의 단부와 상기 연료유입관로부(30')의 단부에 연결되며 타단은 상기 배기부(40')에 연결되고 일측 굴곡부가 상기 하우징(10')의 외부로 돌출되면서 지지되고 상기 물유입관로부(20')를 통해 유입된 물과 상기 연료유입관로부(30')를 통해 유입된 연료가 혼합되어 유동되면서 상기 하우징(10') 내를 관류하는 고온의 배기가스에 의해 사전가열되도록 하는 열교환관로부(50'); 및
상기 하우징(10')의 일측에 결합되고 상기 하우징(10')의 외부로 돌출된 상기 열교환관로부(50')의 일측 굴곡부를 기밀적으로 수용하는 후방 시일박스(60')를 포함하며,
상기 물유입관로부(20')가 다수열로 배열되도록 상기 물유입관로부(20')에는 물유입매니폴드(21')가 구비되고, 상기 연료유입관로부(30')가 다수열이 배열되도록 상기 연료유입관로부(30')에는 연료유입매니폴드(31')가 구비되고, 상기 열교환관로부(50')가 다수열로 배열되도록 상기 물유입관로부(20')의 단부와 상기 연료유입관로부(30')의 단부가 함께 연결되는 상기 열교환관로부(50')의 일단에는 믹싱매니폴드(51')가 구비됨과 동시에 상기 배기부(40')에는 배기매니폴드(41')가 구비되고,
상기 믹싱매니폴드(51')는 상기 후방 시일박스(60') 내에 기밀적으로 수용하면서 지지되며,
상기 물유입매니폴드(21')와 상기 연료유입매니폴드(31')를 기밀적으로 수용하면서 지지하는 전방 시일박스(70')를 포함하고,
상기 물유입관로부(20'), 상기 연료유입관로부(30') 및 상기 열교환관로부(50')는 베어튜브(bare-tube) 타입 또는 핀튜브(fin-tube) 타입으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연료전지시스템용 가습장치.A housing (10 ') formed on the exhaust line of the fuel cell stack so that hot exhaust gas generated from the fuel cell stack flows into and flows into the interior;
An exhaust gas inlet 11 'formed at the lower end of the housing 10' and through which hot exhaust gas generated from the fuel cell stack flows;
An exhaust gas outlet 13 'formed at the upper end of the housing 10';
A water inflow conduit section 20 'which is arranged in a zigzag manner on the upper side of the inside of the housing 10' and which is supported while being protruded from the outside of the housing 10 'and into which water flows;
The housing 10 'is arranged in a staggered manner in an inner middle portion of the housing 10' and is supported while being protruded to the outside of the housing 10 ', and a flow control valve for controlling the amount of inflow of fuel is installed A fuel inflow conduit portion 30 'formed by a double pipe;
An exhaust unit 40 'formed at the lower portion of the other side of the housing 10' and discharging the fuel gas preheated by the hot exhaust gas generated from the fuel cell stack to the outside;
Is connected to the end of the water inflow conduit portion 20 'and the end portion of the fuel inflow conduit portion 30', and the other end is connected to the exhaust portion 40 ' And the water introduced through the water inflow conduit portion 20 'and the fuel introduced through the fuel inflow conduit portion 30' are connected to each other through the water inflow conduit portion 20 ' (50 ') which is pre-heated by hot exhaust gas flowing through the housing (10') while being mixed and flowing; And
, And a rear seal box (60 ') hermetically accommodating one side bend of the heat exchange duct part (50') which is coupled to one side of the housing (10 ') and protruded to the outside of the housing (10'
The water inflow conduit portion 20 'is provided with a water inflow manifold 21' so that the water inflow conduit portions 20 'are arranged in a plurality of rows. The fuel inflow conduit portion 30' The fuel inlet pipe portion 30 'is provided with the fuel inlet manifold 31' so that the heat exchange pipe portion 50 'is arranged in a plurality of rows and the end portion of the water inlet pipe portion 20' A mixing manifold 51 'is provided at one end of the heat exchange conduit section 50' to which the ends of the fuel inlet conduit section 30 'are connected together and an exhaust manifold 41' is provided in the exhaust section 40 '')
The mixing manifold 51 'is hermetically received and supported within the rear seal box 60'
, And a front seal box (70 ') that airtightly receives and supports the water inlet manifold (21') and the fuel inlet manifold (31 '),
The water inflow conduit portion 20 ', the fuel inflow conduit portion 30' and the heat exchange conduit portion 50 'are formed of a bare-tube type or a fin-tube type. And a humidifying device for a fuel cell system. 삭제delete 삭제delete 청구항 7에 있어서,
상기 연료는 천연가스인 것을 특징으로 하는 연료전지시스템용 가습장치.The method of claim 7,
Wherein the fuel is a natural gas. 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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JP2000281311A (en) * 1999-03-31 2000-10-10 Sanyo Electric Co Ltd Reforming device for fuel cell

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