KR101865853B1 - Shell and tube heat exchanger for reformer - Google Patents

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Abstract

본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치는, 길이방향이 상하방향을 향하는 챔버형상을 이루되, 열원가스 유입관과 열원가스 유출관이 각각 천장면과 바닥면에 구비되고, 개질가스 유입관과 개질가스 유출관이 각각 측벽의 하부와 상부에 구비되는 쉘하우징; 상기 쉘하우징의 내부공간을 횡방향으로 격리시키되 상기 개질가스 유출관이 위치하는 지점의 상부에 장착되는 상측격판; 상기 쉘하우징의 내부공간을 횡방향으로 격리시키되 상기 개질가스 유입관이 위치하는 지점의 상부에 장착되는 하측격판; 수직으로 세워진 중공관 형상으로 제작되되, 길이방향 양단이 각각 상기 상측격판과 하측격판에 결합되어 상기 열원가스 유입관과 상기 열원가스 유출관을 연통시키는 복수 개의 이너튜브; 및 상기 쉘하우징의 내부공간을 가로지르되 상기 개질가스 유출관이 위치하는 지점의 하부에 장착되며, 가운데 부위에 관통공이 형성되고, 상기 복수 개의 이너튜브가 삽입될 수 있도록 복수 개의 삽입공이 형성되는 배플;을 포함한다.The shell-and-tube heat exchanger for a reformer according to the present invention has a chamber shape whose longitudinal direction is directed upward and downward, and a heat source gas inlet pipe and a heat source gas outlet pipe are provided on a ceiling surface and a bottom surface, respectively, A shell housing in which a reformed gas outflow pipe is provided at the lower part and the upper part of the side wall, respectively; An upper partition mounted on an upper portion of the shell housing to isolate an inner space of the shell housing in a lateral direction, at which the reformed gas outlet pipe is located; A lower partition mounted on an upper portion of a space at which the reformed gas inlet pipe is located while isolating the inner space of the shell housing in a lateral direction; A plurality of inner tubes which are formed in the shape of a hollow tube erected vertically and whose longitudinal ends are respectively coupled to the upper and lower diaphragms to communicate the heat source gas inlet pipe and the heat source gas outlet pipe; And a plurality of insertion holes are formed in the center of the shell housing to allow the plurality of inner tubes to be inserted into the shell housing, Baffle.

Description

개질기용 쉘앤튜브 열교환기{SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER FOR REFORMER}{SHELL AND TUBE HEAT EXCHANGER FOR REFORMER FOR REFRIGERATOR}

본 발명은 쉘하우징 내에 다수 개의 이너튜브가 설치되는 개질기용 열교환기에 관한 것으로, 더 상세하게는 쉘하우징 내부를 흐르는 개질가스와 이너튜브 내부를 흐르는 열원가스 간의 열교환이 보다 효과적으로 이루어질 수 있도록 구성되는 개질기용 쉘앤튜브 열교환기에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat exchanger for a reformer in which a plurality of inner tubes are installed in a shell housing, and more particularly, to a heat exchanger for a reformer which is configured to more effectively perform heat exchange between a reforming gas flowing in a shell housing and a heat- Tube < / RTI > heat exchanger.

널리 주지된 바와 같이, 연료전지는 연료에서 추출된 수소와 산소의 전기화학적 반응에 의해 전기에너지를 발생시키는 발전장치의 일종으로, 전력수요 증가에 따른 전원확보의 어려움과 날로 증가하는 지구환경문제를 해결할 수 있는 대안으로 연구개발되고 있다. As widely known, a fuel cell is a type of power generation device that generates electric energy by electrochemical reaction between hydrogen and oxygen extracted from fuel. It is difficult to secure power due to an increase in electric power demand and an ever- It is being researched and developed as an alternative solution.

수소는 대체로 알코올계 연료(메탄올, 에탄올 등), 탄화수소계 연료(메탄, 부탄, 프로판 등), 천연가스계 연료(액화천연가스 등) 등과 같이 수소함유연료가 개질기에 의해 개질됨으로써 얻어진다.Hydrogen is generally obtained by reforming a hydrogen-containing fuel such as an alcohol fuel (methanol, ethanol, etc.), a hydrocarbon fuel (methane, butane, propane, etc.), a natural gas fuel (liquefied natural gas, etc.) by a reformer.

한편, 이러한 개질기는 주로 수증기 개질방식이 이용되고 있으며, 이러한 수증기 개질방식의 개질기는 수소 함유연료가 물과 함께 연료전지용 개질기 내로 공급되고, 개질기 내에서 수소 함유연료는 개질촉매와 반응하여 수소 생성반응을 하며, 이때 버너에 의해 반응에 적합한 열원을 공급받는다.In the reformer of the steam reforming type, the hydrogen-containing fuel is supplied into the reformer for the fuel cell together with water, and the hydrogen-containing fuel in the reformer reacts with the reforming catalyst to generate the hydrogen- At this time, the heat source suitable for the reaction is supplied by the burner.

그리고, 개질기에는 열교환기가 설치되고, 열교환기는 수소 함유연료 및 물이 개질기로 공급되기 전에 수증기 개질반응에 적합한 온도로 상승시키도록 구성된다. 이러한 열교환기에 의해 수소 함유연료는 개질에 적합한 온도까지 상승됨과 더불어 물은 증발되어 수증기가 됨으로써 원활한 수증기 개질작용을 도모한다. The reformer is equipped with a heat exchanger, and the heat exchanger is configured to raise the temperature to a temperature suitable for the steam reforming reaction before the hydrogen-containing fuel and water are supplied to the reformer. By this heat exchanger, the hydrogen-containing fuel is raised to a temperature suitable for reforming, and the water evaporates and becomes steam, thereby achieving a smooth steam reforming operation.

한편, 이러한 개질기용 열교환기는 그 개질 성능의 향상을 위해서 수소 함유연료 및 물의 온도를 충분히 상승시킬 수 있도록 그 열교환성능이 우수하여야 하고, 또한 수소 함유연료 및 물의 흐름이 원활하게 하여야 한다. 따라서 최근 들어서는 열전달 효율을 높일 수 있도록, 내부가 비어 있는 쉘하우징 내에 다수 개의 이너튜브가 설치된 쉘앤튜브형 열교환기가 많이 사용되고 있는데, 이러한 종래의 쉘앤튜브형 열교환기는 두 종류의 가스 유동이 대향류로 흐르지 아니하고 직교류 형태로 흐르는바, 열전달을 촉진시키는데 한계가 있다.In order to improve the reforming performance, the heat exchanger for the reformer needs to have a good heat exchange performance so that the temperature of the hydrogen-containing fuel and the water can be sufficiently raised, and the flow of the hydrogen-containing fuel and the water must be smooth. Therefore, a shell-and-tube heat exchanger in which a plurality of inner tubes are installed in an inner hollow shell housing is often used in order to increase heat transfer efficiency. In the conventional shell-and-tube heat exchanger, two kinds of gas flows do not flow in a countercurrent flow, There is a limit to accelerate the heat transfer, which flows in the form of an alternating current.

또한, 쉘하우징의 측벽을 통해 쉘하우징 내로 유입된 개질가스가 쉘하우징의 내부공간 전체에 걸쳐 고르게 유동하는 것이 아니라 쉘하우징의 내벽측으로 집중 유동하는 경우, 열교환효율이 떨어지는 문제가 발생된다. 이때, 쉘하우징의 내부에 다수 개의 이너튜브가 등간격으로 배열되어 있다 하더라도 상기 다수 개의 이너튜브 중 가운데에 위치하는 이너튜브 측으로 비교적 많은 양의 열원가스가 유입될 수 있는데, 상기 언급한 바와 같이 개질가스가 쉘하우징의 내벽측으로 집중되어 유동하는 경우 열교환효율이 매우 낮아지는 문제가 발생될 수 있다.In addition, when the reformed gas introduced into the shell housing through the side wall of the shell housing does not flow uniformly over the entire inner space of the shell housing but flows concentratedly toward the inner wall of the shell housing, there arises a problem that the heat exchange efficiency is lowered. At this time, even if a plurality of inner tubes are arranged at equal intervals inside the shell housing, a relatively large amount of heat source gas may be introduced into the inner tube side located in the center among the plurality of inner tubes. When the gas is concentrated and flows toward the inner wall of the shell housing, the heat exchange efficiency may be very low.

KR 10-1125724 B1KR 10-1125724 B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 개질가스와 열원가스가 대향류형으로 흐르도록 구성되고, 열원가스의 유동경로 중 고온인 부위에 개질가스 유량이 증가되도록 구성되어, 개질가스와 열원가스의 열교환율을 극대화시킬 수 있는 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치를 제공하는데 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in order to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a reformer, which is configured such that a reforming gas and a heat source gas flow in opposite directions, Tube heat exchanger for a reformer capable of maximizing the heat exchange rate of the heat source gas and the heat source gas.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치는, 길이방향이 상하방향을 향하는 챔버형상을 이루되, 열원가스 유입관과 열원가스 유출관이 각각 천장면과 바닥면에 구비되고, 개질가스 유입관과 개질가스 유출관이 각각 측벽의 하부와 상부에 구비되는 쉘하우징; 상기 쉘하우징의 내부공간을 횡방향으로 격리시키되 상기 개질가스 유출관이 위치하는 지점의 상부에 장착되는 상측격판; 상기 쉘하우징의 내부공간을 횡방향으로 격리시키되 상기 개질가스 유입관이 위치하는 지점의 상부에 장착되는 하측격판; 수직으로 세워진 중공관 형상으로 제작되되, 길이방향 양단이 각각 상기 상측격판과 하측격판에 결합되어 상기 열원가스 유입관과 상기 열원가스 유출관을 연통시키는 복수 개의 이너튜브; 및 상기 쉘하우징의 내부공간을 가로지르되 상기 개질가스 유출관이 위치하는 지점의 하부에 장착되며, 가운데 부위에 관통공이 형성되고, 상기 복수 개의 이너튜브가 삽입될 수 있도록 복수 개의 삽입공이 형성되는 배플;을 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a shell-and-tube heat exchanger for a reformer, comprising: a chamber having a longitudinal direction in a vertical direction; and a heat source gas inlet pipe and a heat source gas outlet pipe, A shell housing provided with a reformed gas inlet pipe and a reformed gas outlet pipe at the lower portion and the upper portion of the side wall, respectively; An upper partition mounted on an upper portion of the shell housing to isolate an inner space of the shell housing in a lateral direction, at which the reformed gas outlet pipe is located; A lower partition mounted on an upper portion of a space at which the reformed gas inlet pipe is located while isolating the inner space of the shell housing in a lateral direction; A plurality of inner tubes which are formed in the shape of a hollow tube erected vertically and whose longitudinal ends are respectively coupled to the upper and lower diaphragms to communicate the heat source gas inlet pipe and the heat source gas outlet pipe; And a plurality of insertion holes are formed in the center of the shell housing to allow the plurality of inner tubes to be inserted into the shell housing, Baffle.

상기 배플에 형성된 삽입공의 내경은 상기 이너튜브의 외경보다 크게 형성된다.The inner diameter of the insertion hole formed in the baffle is formed larger than the outer diameter of the inner tube.

상기 배플에 형성된 복수 개의 삽입공은, 상기 관통공과 가까워질수록 내경이 크게 형성된다.The plurality of insertion holes formed in the baffle have a larger inner diameter as they approach the through hole.

상기 쉘하우징의 내부공간 중단을 가로지르도록 장착되어 상기 복수 개의 이너튜브 외주면과 접촉되는 중단 다공판을 더 포함한다.And an interrupted perforated plate mounted to cross the inner space interruption of the shell housing and in contact with the plurality of inner tube outer peripheral surfaces.

상기 중단 다공판은 인코넬(inconel)로 제작된다.The suspended porous plate is made of inconel.

상기 쉘하우징의 내부공간 중 상기 열원가스 유입관과 상기 상측격판 사이를 가로지르는 입구측 다공판을 더 포함한다.And an inlet side porous plate crossing the space between the heat source gas inlet pipe and the upper side partition of the inner space of the shell housing.

상기 개질가스 출구관은, 상기 쉘하우징의 길이방향 중심축을 중심으로 방사형을 이루도록 둘 이상 구비된다.The reformed gas outlet pipe is provided at least two so as to form a radial shape about the longitudinal central axis of the shell housing.

본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치는, 개질가스와 열원가스가 대향류형으로 흐르도록 구성되고 열원가스의 유동경로 중 고온인 부위에 개질가스 유량이 증가되도록 구성되어 개질가스와 열원가스의 열교환율을 향상시킬 수 있고, 각 이너튜브 간의 열전도가 가능하여 쉘하우징의 내부공간 전체에 걸쳐 열교환이 고르게 이루어질 수 있다는 장점이 있다.The shell-and-tube heat exchanger for a reformer according to the present invention is constituted such that the reformed gas and the heat source gas flow in opposite directions and the flow rate of the reformed gas is increased at a high temperature site in the flow path of the heat source gas, And the heat conduction between the inner tubes can be performed, so that the heat exchange can be uniform over the entire inner space of the shell housing.

도 1은 본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치의 단면사시도이다.
도 3은 본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치의 개질가스 흐름방향을 도시하는 단면도이다.
도 4는 이너튜브가 배플에 장착되는 구조를 도시하는 확대사시도이다.
도 5는 본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치에 포함되는 배플의 평면도이다.1 is a perspective view of a shell-and-tube heat exchanger for a reformer according to the present invention.
2 is a cross-sectional perspective view of a shell-and-tube heat exchanger for a reformer according to the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a reform gas flow direction of the shell-and-tube heat exchanger for a reformer according to the present invention.
4 is an enlarged perspective view showing the structure in which the inner tube is mounted on the baffle.
5 is a plan view of a baffle included in the shell-and-tube heat exchanger for a reformer according to the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of a shell-and-tube heat exchanger for a reformer according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치의 단면사시도이며, 도 3은 본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치의 개질가스 흐름방향을 도시하는 단면도이다.FIG. 1 is a perspective view of a shell-and-tube heat exchanger for a reformer according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional perspective view of a shell and tube heat exchanger for a reformer according to the present invention, Sectional view showing a gas flow direction.

본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치는, 연료전지 출구단의 미반응 연료를 이용하여 개질기의 반응에 필요한 열을 제공하기 위한 장치로서, 미반응 연료로부터 얻어지는 고온의 열원가스와 개질기로 공급되어야 할 개질가스를 열교환시킴으로써, 상기 개질기 측으로 고온의 개질가스가 제공될 수 있도록 한다는 점에 구성상의 특징이 있다.The shell-and-tube heat exchanger for a reformer according to the present invention is an apparatus for providing heat required for a reaction of a reformer using unreacted fuel at the outlet of a fuel cell, and is to be supplied to a reformer with a high- Temperature reforming gas can be supplied to the reformer by heat-exchanging the reformed gas to be reformed.

즉, 본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치는, 길이방향이 상하방향을 향하는 챔버형상을 이루되 열원가스 유입관(110)과 열원가스 유출관(120)이 각각 천장면과 바닥면에 구비되고 개질가스 유입관(130)과 개질가스 유출관(140)이 각각 측벽의 하부와 상부에 구비되는 쉘하우징(100)과, 상기 쉘하우징(100)의 내부공간을 횡방향으로 격리시키되 상기 개질가스 유출관(140)이 위치하는 지점의 상부에 장착되는 상측격판(210)과, 상기 쉘하우징(100)의 내부공간을 횡방향으로 격리시키되 상기 개질가스 유입관(130)이 위치하는 지점의 상부에 장착되는 하측격판(220)과, 수직으로 세워진 중공관 형상으로 제작되며 길이방향 양단이 각각 상기 상측격판(210)과 하측격판(220)에 결합되어 상기 열원가스 유입관(110)과 상기 열원가스 유출관(120)을 연통시키는 복수 개의 이너튜브(200)를 기본 구성요소로 구비한다.That is, the shell-and-tube heat exchanger for a reformer according to the present invention has a chamber shape whose longitudinal direction faces upward and downward, and a heat source gas inlet pipe 110 and a heat source gas outlet pipe 120 are provided on a ceiling surface and a floor surface, And a reforming gas inlet pipe (130) and a reforming gas outlet pipe (140) are provided at the lower and upper portions of the side wall, respectively, and an inner space of the shell housing (100) An upper partition 210 mounted on an upper portion of a position where the gas outflow pipe 140 is located and a lower partition 210 separating the inner space of the shell housing 100 in a lateral direction at a point where the reformed gas inlet pipe 130 is located A lower side partition 220 mounted on the upper side and a hollow tube vertically installed and both ends in the longitudinal direction are coupled to the upper side partition 210 and the lower side partition 220, A plurality of heat source gas outlet pipes (120) And a inner tube 200 to the base component.

이와 같이 본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치가 쉘하우징(100), 한 쌍의 격판(210, 220), 다수 개의 이너튜브(200)로만 구성되면, 개질가스 유입관(130)을 통해 제공된 개질가스가 쉘하우징(100)의 내벽을 타고 흐르는 슬립 현상이 발생된다. 즉, 개질가스 유입관(130)과 개질가스 유출관(140)이 모두 쉘하우징(100)의 측벽에 장착되는바, 개질가스 유입관(130)을 통해 제공된 개질가스는 쉘하우징(100)의 가운데 부위로는 거의 흐르지 아니하고 쉘하우징(100)의 내벽을 타고 개질가스 유출관(140)으로 곧바로 배출되는바, 쉘하우징(100)의 내벽면 부위에서만 열교환이 이루어지게 된다는 문제점이 있다. 또한, 열원가스 유입관(110)은 쉘하우징(100)의 천장면 중 가운데 부위에 장착되므로, 쉘하우징(100) 내로 제공된 고온의 열원가스는 다수 개의 이너튜브(200) 중 가운데 위치하는 이너튜브(200)를 통해 대부분 흐르게 되는데, 상기 언급한 바와 같이 개질가스 대부분이 쉘하우징(100)의 내벽을 타고 흐르게 되면 개질가스와 열원가스의 열교환율이 매우 낮아진다는 문제점이 있다.When the shell-and-tube heat exchanger for a reformer according to the present invention is composed only of the shell housing 100, the pair of diaphragms 210 and 220 and the plurality of inner tubes 200, A slip phenomenon occurs in which the reformed gas flows on the inner wall of the shell housing 100. [ In other words, the reformed gas inlet pipe 130 and the reformed gas outlet pipe 140 are both mounted on the side wall of the shell housing 100, and the reformed gas supplied through the reformed gas inlet pipe 130 flows into the shell housing 100 The reforming gas is discharged directly to the reforming gas outlet pipe 140 on the inner wall of the shell housing 100. Therefore, heat exchange is performed only in the inner wall surface of the shell housing 100. In addition, since the heat source gas inlet pipe 110 is installed at the middle portion of the ceiling of the shell housing 100, the high-temperature heat source gas provided into the shell housing 100 is passed through the inner tube 200, Most of the reformed gas flows through the inner wall of the shell housing 100 as described above, the heat exchange rate between the reformed gas and the heat source gas becomes very low.

본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치는 이와 같은 문제점을 해결할 수 있도록, 쉘하우징(100) 내부로 제공된 개질가스의 유동경로를 쉘하우징(100)의 가운데 부위로 가이드하는 배플(300)이 구비된다는 점에 구성상의 가장 큰 특징이 있다. 상기 배플(300)은, 상기 쉘하우징(100)의 내부공간을 가로지르되 상기 개질가스 유출관(140)이 위치하는 지점의 하부에 장착되며, 가운데 부위에 관통공(310)이 형성되고, 상기 복수 개의 이너튜브(200)가 삽입될 수 있도록 복수 개의 삽입공(320)이 형성된다.The shell-and-tube heat exchanger for a reformer according to the present invention includes a baffle 300 for guiding the flow path of the reformed gas provided inside the shell housing 100 to the center of the shell housing 100, There is one of the biggest features of the configuration. The baffle 300 is installed at a lower portion of a position where the reformed gas outflow pipe 140 is located across the internal space of the shell housing 100 and has a through hole 310 formed at the center thereof, A plurality of insertion holes 320 are formed so that the plurality of inner tubes 200 can be inserted.

이와 같이 개질가스 유출관(140)이 장착된 지점 아래에 배플(300)이 장착되면, 쉘하우징(100) 내부로 유입된 개질가스가 배플(300)의 관통공(310)을 통해서만 개질가스 유출관(140) 측으로 흐를 수 있으므로, 개질가스가 쉘하우징(100)의 내벽을 타고 흐르는 현상이 방지되어 개질가스와 열원가스 간의 열교환효율이 높아지는 효과를 얻을 수 있다.When the baffle 300 is installed below the point where the reformed gas outlet pipe 140 is installed, the reformed gas introduced into the shell housing 100 flows through the through hole 310 of the baffle 300, It is possible to prevent the phenomenon that the reformed gas flows through the inner wall of the shell housing 100 and thus the heat exchange efficiency between the reformed gas and the heat source gas is increased.

한편, 열원가스 유입관(110)을 통해 유입된 열원가스는 상측격판(210)에 부딪혀 모든 이너튜브(200)로 유입된다 하더라도 열원가스 유입관(110)의 수직 하방에 위치하는 이너튜브(200)(더 명확하게는 쉘하우징(100)의 중심부에 위치하는 이너튜브(200))로 보다 많은 양의 열원가스가 흐르게 되는바, 쉘하우징(100)의 내벽 근처에 위치하는 이너튜브(200)보다 쉘하우징(100)의 중심부에 위치하는 이너튜브(200)가 더 뜨겁게 가열된다. 이때, 본 발명에 의한 열교환기와 같이 중심부에 관통공(310)이 형성된 배플(300)이 추가되면 쉘하우징(100) 내로 공급된 개질가스 중 많은 양이 관통공(310)을 통해 흐르게 되는바, 고온의 이너튜브(200)(중심부에 위치하는 이너튜브(200))와 접촉되는 개질가스의 양이 많아지게 되고, 이에 따라 열교환효율이 극대화되는 효과를 얻을 수 있게 된다.The heat source gas introduced through the heat source gas inlet pipe 110 may flow into the inner tube 200 located below the vertical direction of the heat source gas inlet pipe 110 even if the heat source gas hits the upper diaphragm 210 and flows into all the inner tubes 200. [ The inner tube 200 located near the inner wall of the shell housing 100 is heated by the heat source gas supplied from the inner tube 200 to the inner tube 200, The inner tube 200 positioned at the center of the shell housing 100 is heated more hotly. At this time, when the baffle 300 having the through hole 310 formed at the central portion like the heat exchanger according to the present invention is added, a large amount of the reformed gas supplied into the shell housing 100 flows through the through hole 310, The amount of the reformed gas that is in contact with the high temperature inner tube 200 (the inner tube 200 located at the central portion) increases, thereby achieving the effect of maximizing heat exchange efficiency.

또한, 본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환기와 같이 개질가스 유출관(140) 아래에 배플(300)이 형성되면, 쉘하우징(100)으로 유입된 개질가스가 쉘하우징(100)의 가운데 부위(더 명확하게는 수직방향 중심축 주변)를 따라 상향 유동하고, 이너튜브(200)로 유입된 열원가스는 이너튜브(200)의 길이방향을 따라 하향 유동하게 되는바, 개질가스와 열원가스의 흐름이 대향류를 이루게 된다는 장점 즉, 개질가스와 열원가스가 직교류를 이루는 종래의 열교환기에 비해 열전달효율이 향상된다는 장점도 있다.When the baffle 300 is formed under the reformed gas outlet pipe 140 such as the reformer shell-and-tube heat exchanger according to the present invention, the reformed gas introduced into the shell housing 100 flows into the center portion of the shell housing 100 And the heat source gas flowing into the inner tube 200 flows downward along the longitudinal direction of the inner tube 200, so that the flow of the reformed gas and the heat source gas The heat transfer efficiency is improved as compared with the conventional heat exchanger in which the reforming gas and the heat source gas make a cross flow.

이때, 본 실시예에서는 개질가스 유출관(140) 아래에 배플(300)이 하나만 구비되는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 배플(300)의 개수는 둘 이상으로 증가될 수 있다. 이와 같이 배플(300)이 둘 이상 구비되면 개질가스의 유동방향을 쉘하우징(100)의 중심부로 한정시키는 효과는 얻을 수 있지만 개질가스의 유속이 저하되는 문제도 야기될 수 있는바, 상기 배플(300)의 개수는 개질가스의 압력이나 속도 등 여러가지 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다.At this time, although only one baffle 300 is provided under the reformed gas outflow pipe 140 in this embodiment, the number of the baffles 300 can be increased to two or more. If the baffle 300 is provided in this manner, the flow direction of the reformed gas can be limited to the center of the shell housing 100, but the flow rate of the reformed gas may be lowered. 300 may be variously changed depending on various conditions such as the pressure and the speed of the reformed gas.

또한, 상기 배플(300)에 형성되는 관통공(310)의 크기가 작으면 개질가스가 쉘하우징(100)의 중심부로 집중되는 효과가 향상되지만 개질가스의 유속이 저하되는 문제점이 있고, 반대로 상기 배플(300)에 형성되는 관통공(310)의 크기가 커지면 개질가스의 유속 저하는 크게 발생되지 아니하지만 개질가스가 쉘하우징(100)의 중심부로 집중되는 효과가 다소 떨어지게 된다. 따라서 상기 배플(300)에 형성되는 관통공(310)의 크기 역시 개질가스의 압력이나 속도 등 여러가지 조건에 따라 적절하게 설정됨이 바람직하다.If the size of the through hole 310 formed in the baffle 300 is small, the effect of concentration of the reformed gas on the central portion of the shell housing 100 is improved, but the flow rate of the reformed gas is lowered. On the other hand, When the size of the through hole 310 formed in the baffle 300 is increased, the flow rate of the reformed gas does not significantly decrease but the effect of concentration of the reformed gas in the center portion of the shell housing 100 is somewhat deteriorated. Therefore, the size of the through hole 310 formed in the baffle 300 is preferably set appropriately according to various conditions such as the pressure and the speed of the reformed gas.

한편, 쉘하우징(100) 내부로 개질가스 공급을 위한 개질가스 유입관(130)은 쉘하우징(100)의 측벽에 수평방향으로 연결되어 있으므로, 상기 개질가스 유입관(130)을 통해 제공된 개질가스는 쉘하우징(100)의 내부공간 전체에 걸쳐 고르게 상향 유동하는 것이 아니라, 쉘하우징(100)의 내벽 중 개질가스 유입관(130)의 반대측 내벽(본 실시예에서는 우측내벽)에 집중되어 유동할 수 있다.The reformed gas inlet pipe 130 for supplying the reformed gas to the inside of the shell housing 100 is connected to the side wall of the shell housing 100 in the horizontal direction so that the reformed gas supplied through the reformed gas inlet pipe 130 (Right inner wall in the present embodiment) opposite to the reformed gas inlet pipe 130 in the inner wall of the shell housing 100, rather than flowing upward uniformly over the entire inner space of the shell housing 100 .

본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환기는 개질가스 유입관(130)을 통해 제공된 개질가스가 쉘하우징(100)의 내부공간 전체에 걸쳐 고르게 유동할 수 있도록, 상기 쉘하우징(100)의 내부공간 중단을 가로지르도록 장착되는 중단 다공판(500)이 구비될 수 있다. 이때 상기 중단 다공판(500)에는 다수 개의 구멍이 형성되어 있으므로, 개질가스 유입관(130)으로부터 제공된 개질가스는 1차적으로 중단 다공판(500)에 부딪힌 후 중단 다공판(500)에 형성된 다수 개의 구멍을 통해 상향 유동하게 되고, 이에 따라 중단 다공판(500)을 지난 개질가스는 쉘하우징(100)의 내부공간 전체에 걸쳐 고르게 유동할 수 있게 된다. The shell-and-tube heat exchanger for a reformer according to the present invention is configured such that the reformed gas provided through the reformed gas inlet pipe 130 flows smoothly through the inner space of the shell housing 100, And an intermittent perforated plate 500 that is mounted to cross the inner peripheral surface of the substrate. Since the reformed gas supplied from the reformed gas inlet pipe 130 is first hit against the suspended perforated plate 500, the reformed gas supplied from the reformed gas inlet pipe 130 is supplied to the intermittent perforated plate 500, So that the reformed gas passing through the apertured perforated plate 500 can evenly flow over the entire inner space of the shell housing 100. [

한편 상기 중단 다공판(500)은 복수 개의 이너튜브(200) 외주면과 접촉되도록 구성되므로 상기 이너튜브(200)의 흔들림을 방지하는 역할도 할 수 있다. 이와 같이 중단 다공판(500)이 이너튜브(200) 외주면에 접촉되도록 구성되는 경우, 상기 중단 다공판(500)은 인코넬(inconel)로 제작될 수 있다. 인코넬은 니켈을 주체로 하여 15%의 크로뮴, 6∼7%의 철, 2.5%의 타이타늄, 1% 이하의 알루미늄과 망가니즈, 규소를 첨가한 내열합금으로서, 내열성이 좋고, 900℃ 이상의 산화기류(酸化氣流) 속에서도 산화하지 않고, 황을 함유한 대기에도 침지되지 않는 특성을 갖는다. 또한 신장(伸長) 및 인장강도, 항복점(降伏點) 등 여러 성질도 600℃ 정도까지 대부분 변화하지 않는 등 기계적 성질에 우수하고, 유기물·염류용액에 대해서도 부식하지 아니하므로, 상기 이너튜브(200)를 안정적으로 지지할 수 있다.Meanwhile, since the suspended perforated plate 500 is configured to be in contact with the outer peripheral surfaces of the plurality of inner tubes 200, it can also prevent the inner tube 200 from shaking. When the interrupted perforated plate 500 is configured to be in contact with the outer peripheral surface of the inner tube 200, the interrupted perforated plate 500 may be made of inconel. Inconel is a heat-resistant alloy mainly composed of nickel and containing 15% of chromium, 6 to 7% of iron, 2.5% of titanium, less than 1% of aluminum and manganese and silicon. (Oxidation flow), and is not immersed in an atmosphere containing sulfur. In addition, various properties such as elongation, tensile strength, yield point and the like do not substantially change up to about 600 ° C., and they are excellent in mechanical properties and do not corrode the organic and salt solutions. Can be stably supported.

이때, 상기 인코넬은 열전도성이 우수한 특성도 있으므로, 본 실시예에 도시된 바와 같이 다수 개의 이너튜브(200)가 하나의 중단 다공판(500)에 접촉되도록 장착되면 각 이너튜브(200) 간의 열전도가 가능해진다. 즉, 쉘하우징(100)의 중심부에 위치하는 이너튜브(200)의 온도와 쉘하우징(100)의 내벽측에 위치하는 이너튜브(200)의 온도가 상이하더라도, 고온의 이너튜브(200) 열이 중단 다공판(500)을 타고 저온의 이너튜브(200)로 전달될 수 있으므로, 각 이너튜브(200)들의 온도편차가 줄어들게 되고, 이에 따라 쉘하우징(100)의 내부공간 전체에 걸쳐 열교환이 고르게 이루어질 수 있다는 장점이 있다.Since the Inconel is excellent in thermal conductivity, when the plurality of inner tubes 200 are mounted so as to be in contact with the interrupted perforated plate 500 as shown in the present embodiment, the thermal conductivity between the inner tubes 200 . That is, even if the temperature of the inner tube 200 positioned at the center of the shell housing 100 is different from the temperature of the inner tube 200 positioned at the inner wall of the shell housing 100, The temperature difference of the inner tubes 200 can be reduced and the heat exchange can be performed over the entire inner space of the shell housing 100. As a result, The advantage is that it can be done evenly.

물론, 상기 중단 다공판(500)은 이너튜브(200)를 안정적으로 지지할 수 있으면서 열전도가 가능하다면 인코넬 외에 다양한 종류의 금속으로 제작될 수 있다.Of course, if the interrupted perforated plate 500 can stably support the inner tube 200 and heat conduction is possible, the interrupted perforated plate 500 can be made of various kinds of metal in addition to the inconel.

한편, 열원가스 유입관(110)을 통해 쉘하우징(100) 내부로 제공되는 열원가스가 쉘하우징(100)의 내부공간 전체에 걸쳐 고르게 분산될 수 있도록, 상기 쉘하우징(100)의 내부공간 중 상기 열원가스 유입관(110)과 상기 상측격판(210) 사이를 가로지르는 입구측 다공판(400)이 추가로 구비될 수 있다. 상기 입구측 다공판(400)은 중단 다공판(500)과 마찬가지로 열원가스가 통과할 수 있도록 다수의 구멍이 형성되어 있으므로, 열원가스 유입관(110)을 통해 유입된 열원가스는 1차적으로 입구측 다공판(400)에 부딪힌 후 상기 입구측 다공판(400)에 형성된 각각의 구멍을 통해 쉘하우징(100) 내부로 유입될 수 있다. 이와 같이 열원가스 유입관(110)을 통해 제공된 열원가스가 쉘하우징(100) 내부로 고르게 분산되면 각각의 이너튜브(200)로 유입되는 열원가스 유량에 편차가 적어지게 되므로, 모든 이너튜브(200)의 온도가 고르게 유지된다는 장점 즉, 쉘하우징(100)의 내부 전체에 걸쳐 열교환이 고르게 이루어질 수 있게 된다는 장점이 있다.In order to uniformly distribute the heat source gas provided to the inside of the shell housing 100 through the heat source gas inlet pipe 110 over the entire inner space of the shell housing 100, And an inlet side porous plate 400 crossing between the heat source gas inlet pipe 110 and the upper side partition 210 may be additionally provided. Since the inlet-side perforated plate 400 has a plurality of holes for allowing the heat source gas to pass therethrough like the interstaged perforated plate 500, the heat source gas introduced through the heat source gas inlet pipe 110 is primarily supplied to the inlet And then introduced into the shell housing 100 through the respective holes formed in the inlet side porous plate 400 after hitting the side porous plates 400. When the heat source gas supplied through the heat source gas inlet pipe 110 is uniformly dispersed into the shell housing 100 as described above, the variation in the flow rate of the heat source gas flowing into the inner tubes 200 becomes small, That is, that the heat exchange can be uniformly performed throughout the entire interior of the shell housing 100. [0053]

또한, 쉘하우징(100) 내부로 유입된 개질가스가 쉘하우징(100)의 중심부를 통해 배플(300)의 관통공(310)을 통과하더라도, 개질가스 출구관이 하나만 구비되면 배플(300)을 통과한 개질가스가 개질가스 출구관이 설치된 측으로 집중될 수 있다. 따라서 상기 개질가스 출구관은 배플(300)을 통과한 개질가스가 각 방향으로 고르게 분산되어 배출될 수 있도록, 상기 쉘하우징(100)의 길이방향 중심축을 중심으로 방사형을 이루도록 둘 이상 구비됨이 바람직하다.Even if the reformed gas introduced into the shell housing 100 passes through the through hole 310 of the baffle 300 through the center of the shell housing 100, if only one reformed gas outlet pipe is provided, The reformed gas that has passed through can be concentrated to the side where the reformed gas outlet pipe is installed. Accordingly, it is preferable that the reformed gas outlet pipe is provided at least two so as to form a radial shape about the longitudinal central axis of the shell housing 100 so that the reformed gas passing through the baffle 300 can be uniformly dispersed in each direction and discharged. Do.

본 실시예에서는 상기 개질가스 유출관(140)이 2개 구비되는 경우만을 도시하고 있으나, 상기 개질가스 유출관(140)의 개수는 3개 이상으로 변경 적용될 수 있다.Although only two modified gas outflow pipes 140 are provided in the present embodiment, the number of the reformed gas outflow pipes 140 may be changed to three or more.

도 4는 이너튜브(200)가 배플(300)에 장착되는 구조를 도시하는 확대사시도이고, 도 5는 본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환장치에 포함되는 배플(300)의 평면도이다.FIG. 4 is an enlarged perspective view showing a structure in which the inner tube 200 is mounted on the baffle 300, and FIG. 5 is a plan view of the baffle 300 included in the shell and tube heat exchanger for a reformer according to the present invention.

개질가스의 흐름을 쉘하우징(100) 중심부 측으로 안내하기 위한 배플(300)에는 이너튜브(200)과 관통할 수 있도록 삽입공(320)이 형성되는데, 이때 상기 이너튜브(200)가 삽입공(320)에 끼워맞춤 방식으로 삽입되면 즉, 삽입공(320)과 이너튜브(200) 사이가 완벽하게 밀폐되면 쉘하우징(100) 내부로 제공된 개질가스는 모두 관통공(310)을 통과하여야 한다. 이와 같이 쉘하우징(100) 내부로 유입된 개질가스가 관통공(310)을 통해서만 배플(300)을 지날 수 있도록 구성되면, 쉘하우징(100)의 내벽측으로는 개질가스의 유동이 거의 발생되지 아니하게 되므로, 쉘하우징(100)의 내벽측에 위치하는 이너튜브(200)에는 열교환이 거의 일어나지 아니하게 되는 문제가 발생된다.The baffle 300 for guiding the flow of the reformed gas toward the center of the shell housing 100 is formed with an insertion hole 320 so as to pass through the inner tube 200. The inner tube 200 is inserted into the insertion hole The reforming gas provided to the interior of the shell housing 100 must pass through the through holes 310 when the insert hole 320 and the inner tube 200 are completely sealed. If the reformed gas introduced into the shell housing 100 is configured to pass through the baffle 300 only through the through hole 310, the flow of the reformed gas is hardly generated on the inner wall side of the shell housing 100 There is a problem that heat exchange rarely occurs in the inner tube 200 located on the inner wall side of the shell housing 100. [

따라서 본 발명에 의한 개질기용 쉘앤튜브 열교환기는, 쉘하우징(100) 내부로 유입된 개질가스 중 일부는 쉘하우징(100)의 내벽측에 위치하는 이너튜브(200)의 표면을 타고 배플(300)을 통과할 수 있도록, 상기 배플(300)에 형성된 삽입공(320)의 내경이 이너튜브(200)의 외경보다 크게 형성됨이 바람직하다.Therefore, the reformer shell-and-tube heat exchanger according to the present invention is configured such that a part of the reformed gas introduced into the shell housing 100 rides on the surface of the inner tube 200 positioned on the inner wall side of the shell housing 100, It is preferable that the inner diameter of the insertion hole 320 formed in the baffle 300 is formed to be larger than the outer diameter of the inner tube 200. [

이와 같이 삽입공(320)의 내경이 이너튜브(200)의 외경보다 크게 형성되면, 도 4에 도시된 확대도와 같이 이너튜브(200)와 삽입공(320) 사이로 소량의 개질가스가 흐를 수 있게 되므로, 가장자리에 위치하는 이너튜브(200)도 열교환기능을 수행할 수 있게 된다.When the inner diameter of the insertion hole 320 is larger than the outer diameter of the inner tube 200, a small amount of the reformed gas can flow between the inner tube 200 and the insertion hole 320, The inner tube 200 positioned at the edge can also perform the heat exchange function.

이때, 쉘하우징(100)에 장착된 다수 개의 이너튜브(200) 중 쉘하우징(100)의 중심부에 가까울수록 열원가스 유입량이 증가하여 온도가 높아지므로, 쉘하우징(100)의 중심부에 가까이 위치하는 이너튜브(200) 주변으로는 많은 양의 개질가스가 흐르고 쉘하우징(100)의 가장자리에 위치하는 이너튜브(200) 주변으로는 비교적 적은 양의 개질가스가 흐르도록 설정됨이 바람직하다. 따라서 동일하게 상기 배플(300)의 삽입공(320)에 삽입되도록 장착되는 이너튜브(200)라 할지라도, 쉘하우징(100)의 중심부와 가깝게 위치하는 이너튜브(200) 외주면에는 비교적 많은 양의 개질가스가 흐르고, 쉘하우징(100)의 가장자리에 가깝게 위치하는 이너튜브(200) 외주면에는 상대적으로 적은 양의 개질가스가 흐르도록 설정되어야 함이 바람직하다.At this time, the closer to the center of the shell housing 100 among the plurality of inner tubes 200 mounted on the shell housing 100, the higher the heat source gas inflow amount and the higher the temperature, It is preferable that a large amount of reformed gas flows around the inner tube 200 and a relatively small amount of the reformed gas flows around the inner tube 200 positioned at the edge of the shell housing 100. Even if the inner tube 200 is mounted to be inserted into the insertion hole 320 of the baffle 300, a relatively large amount of the inner tube 200 is disposed on the outer circumferential surface of the inner tube 200 positioned close to the center of the shell housing 100 It is preferable that the reforming gas should flow so that a relatively small amount of the reforming gas flows through the outer circumferential surface of the inner tube 200 located close to the edge of the shell housing 100.

즉, 상기 배플(300)에 형성된 복수 개의 삽입공(320)은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 관통공(310)과 가깝게 위치하는 삽입공(320a)은 비교적 내경이 크고, 배플(300)의 가장자리에 가깝게 위치하는 삽입공(320b)은 비교적 내경이 작게 형성됨이 바람직하다. 이와 같이 관통공(310) 측에 위치하는 삽입공(320a)과 가장자리 측에 위치하는 삽입공(320b)의 내경이 상이하게 설정되면, 동일한 배플(300)을 관통하도록 장착된다 할지라도 관통공(310)과 가깝게 위치하는 이너튜브(200)의 외측면에는 비교적 많은 양의 개질가스가 흐르게 되고, 가장자리에 가깝게 위치하는 이너튜브(200)의 외측면에는 비교적 적은 양의 개질가스가 흐르게 되어, 열교환효율을 더욱 높일 수 있다는 장점이 있다.5, the insertion hole 320a, which is located close to the through hole 310, has a relatively large inner diameter, and the baffle 300 has a relatively large diameter. In other words, the plurality of insertion holes 320 formed in the baffle 300, The insertion hole 320b positioned near the edge of the insertion hole 320b is formed to have a relatively small inner diameter. If the inner diameter of the insertion hole 320a located on the side of the through hole 310 is set different from the inner diameter of the insertion hole 320b located on the side of the through hole 310, A relatively large amount of the reforming gas flows to the outer surface of the inner tube 200 located close to the inner tube 200 and a relatively small amount of the reforming gas flows to the outer surface of the inner tube 200 located close to the edge, The efficiency can be further increased.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It will also be appreciated that many modifications and variations will be apparent to those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

100 : 쉘하우징 110 : 열원가스 유입관
120 : 열원가스 유출관 130 : 개질가스 유입관
140 : 개질가스 유출관 200 : 이너튜브
210 : 상측격판 220 : 하측격판
300 : 배플 310 : 관통공
320 : 삽입공 400 : 입구측 다공판
500 : 중단 다공판100: Shell housing 110: Heat source gas inlet pipe
120: heat source gas outlet pipe 130: reformed gas inlet pipe
140: reformed gas outlet tube 200: inner tube
210: upper diaphragm 220: lower diaphragm
300: Baffle 310: Through hole
320: insert hole 400: inlet side perforated plate
500: Interruption plate

Claims (7)

길이방향이 상하방향을 향하는 챔버형상을 이루되, 열원가스 유입관과 열원가스 유출관이 각각 천장면과 바닥면에 구비되고, 개질가스 유입관과 개질가스 유출관이 각각 측벽의 하부와 상부에 구비되는 쉘하우징;
상기 쉘하우징의 내부공간을 횡방향으로 격리시키되 상기 개질가스 유출관이 위치하는 지점의 상부에 장착되는 상측격판;
상기 쉘하우징의 내부공간을 횡방향으로 격리시키되 상기 개질가스 유입관이 위치하는 지점의 상부에 장착되는 하측격판;
수직으로 세워진 중공관 형상으로 제작되되, 길이방향 양단이 각각 상기 상측격판과 하측격판에 결합되어 상기 열원가스 유입관과 상기 열원가스 유출관을 연통시키는 복수 개의 이너튜브;
상기 쉘하우징의 내부공간을 가로지르되 상기 개질가스 유출관이 위치하는 지점의 하부에 장착되며, 상기 이너튜브의 외경보다 큰 관통공이 가운데 부위에 형성되고, 상기 복수 개의 이너튜브가 삽입될 수 있도록 복수 개의 삽입공이 형성되는 배플;
인코넬(inconel)로 제작되되, 상기 쉘하우징의 내부공간 중단을 가로지르도록 장착되어 상기 복수 개의 이너튜브 외주면과 접촉되는 중단 다공판;
상기 쉘하우징의 내부공간 중 상기 열원가스 유입관과 상기 상측격판 사이를 가로지르는 입구측 다공판;
을 포함하며,
상기 배플에 형성된 복수 개의 삽입공은, 상기 관통공과 가까워질수록 내경이 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 개질기용 쉘앤튜브 열교환기.And a heat source gas inlet pipe and a heat source gas outlet pipe are provided on the ceiling surface and the bottom surface, respectively, and the reformed gas inlet pipe and the reformed gas outlet pipe are respectively connected to the lower portion and the upper portion of the side wall A shell housing;
An upper partition mounted on an upper portion of the shell housing to isolate an inner space of the shell housing in a lateral direction, at which the reformed gas outlet pipe is located;
A lower partition mounted on an upper portion of a space at which the reformed gas inlet pipe is located while isolating the inner space of the shell housing in a lateral direction;
A plurality of inner tubes which are formed in the shape of a hollow tube erected vertically and whose both ends in the longitudinal direction are respectively coupled to the upper side partition and the lower side partition to communicate the heat source gas inflow tube and the heat source gas outflow tube;
A through hole is formed in a middle portion of the inner space of the shell housing, the through hole being disposed at a lower portion of the inner space of the shell housing where the reformed gas outflow pipe is located, wherein the through hole is larger than the outer diameter of the inner tube, A baffle in which a plurality of insertion holes are formed;
An interrupted perforated plate made of inconel, which is mounted to cross the inner space interruption of the shell housing and is in contact with the outer peripheral surfaces of the plurality of inner tubes;
An inlet side porous plate crossing the space between the heat source gas inlet pipe and the upper side partition of the inner space of the shell housing;
/ RTI >
Wherein a plurality of the insertion holes formed in the baffle are formed to have a larger inner diameter as the through holes are formed closer to the through holes. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 개질가스 유출관은, 상기 쉘하우징의 길이방향 중심축을 중심으로 방사형을 이루도록 둘 이상 구비되는 것을 특징으로 하는 개질기용 쉘앤튜브 열교환기.

The method according to claim 1,
Wherein the reformed gas outflow pipe is provided at least two so as to form a radial shape about a longitudinal central axis of the shell housing.

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