KR100933067B1 - 촉매 반응 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 촉매 반응 장치에 관한 것으로, 케이싱부재(10)의 내부 유로(11)에 장착되어 유체가 통과하는 상기 중공형 셀부재(20)의 셀(21)을 구획하는 연통구멍(23)이 형성되어 중공형 셀부재(20)로 유체를 통과시킬 때 연통구멍(23)을 통해 다수의 셀(21)로 순환시킴으로써 유체와 반응 촉매(20a) 간의 접촉 면적 및 접촉 시간을 증대시키는 것이다.
또한 본 발명은 케이싱부재(10) 내에서 유체의 흐름을 와류로 형성하여 중공형 셀부재(20)를 통과시킴으로써, 유체와 반응 촉매(20a) 간의 접촉 면적 및 접촉 시간을 더욱 증대시킬 수 있는 것이다.
따라서 유체를 케이싱 내부(10) 내에서 반응 촉매(20a)와 충분히 반응시켜 반응 효과를 획기적으로 증대시키는 것이다.

Description

촉매 반응 장치{Catalytic Reaction Apparatus}
본 발명은 촉매 반응 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 촉매가 코팅된 중공형 셀부재로 공기를 통과시켜 촉매와의 반응을 통해 탈취 작용을 하되, 그 촉매와 촉매와의 접촉면적을 넓혀 반응 효과를 증대시킬 수 있도록 발명된 것이다.
일반적으로 촉매 반응 장치는 유체를 촉매에 접촉시켜 정화, 또는 탈취 등과 같은 반응을 얻기 위한 장치로써, 공기 중에 포함되어 악취를 유발하는 성분과 촉매와의 반응을 통해 공기 중의 악취를 제거하거나, 공기 중에 포함된 유해 물질과 촉매와의 반응을 통해 공기 중의 유해 물질을 제거하는 촉매 탈취에 주로 사용되고 있는 실정이다.
상기 촉매 탈취 장치는 냉장고 및 자동차에서 배기가스를 배출하는 배기관 등과 같이 악취를 포함한 공기 또는 가스를 배출하는 장치 등에 장착되거나 또는 음식물 처리 시설 등에 설치되어 공기 및 가스의 악취를 제거하는 데 사용되는 것이다.
종래의 촉매 반응 장치는 도 1에서 도시한 바와 같이 내부에 유체가 통과하는 유로(11)를 가지는 케이싱부재(10)와, 상기 케이싱부재(10)의 내부 유로(11)에 장착되며, 유로(11) 방향으로 관통된 다수의 셀(21)로 형성되며 표면에 반응 촉매(20a)가 코팅된 중공형 셀부재(20)와, 케이싱부재(10)의 내부 유로(11)에 장착되며, 상기 중공형 셀부재(20)를 통과하는 유체를 가열하는 히터부재(30)를 포함한다.
이러한 촉매 반응 장치에서 촉매 탈취 장치의 예를 들면, 상기 반응 촉매(20a)로 탈취 촉매를 사용하고, 악취 성분을 포함한 기체를 통과시키는 것으로, 상기 케이싱부재(10)의 내부로 유입된 기체는 히터부재(30)에 의해 촉매 활성 온도(LOT;Light-off Temperature)로 가열되고, 가열된 상태에서 중공형 셀부재(20)를 통과하면서 중공형 셀부재(20)의 표면에 코팅된 탈취 촉매에 반응하여 악취가 제거된 후 배출되는 것이다.
즉, 상기 촉매 반응 장치는 케이싱부재(10)의 내부로 유입된 기체를 히터부재(30)로 가열한 후 중공형 셀부재(20)를 통과시켜 탈취 작용을 하는 것이다.
그러나 상기한 종래의 촉매 반응 장치의 중공형 셀부재는 통상 하니컴 구조로 형성되어 유로를 통과하는 유체와의 접촉 면적을 넓혀 반응 효과를 증대시키기고 있으나, 이러한 하니컴 구조로 유체와의 접촉면적을 넓히는 데는 한계가 있는 폐단이 있었던 것이다.
또한 케이싱부재 내부로 유입된 유체는 유로를 따라 흘러 중공형 셀부재의 셀을 통과하면서 반응 촉매와 반응하게 되는데, 유속이 빠를 경우 촉매와 유체와의 반응 시간이 충분치 않아 반응이 충분히 이루어지지 않은 상태에서 외부로 배출되는 문제점이 있었던 것이다.
특히, 음식물 처리기의 경우에는 음식물 처리 중에 발생하는 가스를 외부로 배출함에 있어 가스 배출관을 하수관(주로 싱크대 배수관)에 연결하여 배출하고 있으나, 이는 악취의 역류 현상이 빈번히 발생함은 물론 설치 후 음식물 처리기를 이동시킬 수 없고 고정된 위치에서만 사용하게 되므로, 음식물 처리기의 사용 시 편의성을 저하시키는 원인이 되었던 것이다.
본 발명의 목적은 유체와 반응 촉매의 접촉 면적 및 반응 시간을 증대시켜 촉매에 의한 반응 효과를 극대화하는 촉매 반응 장치를 제공하는 데 있다.
이러한 본 발명의 과제는 내부에 유체가 통과하는 유로를 가지는 케이싱부재와;
상기 케이싱부재의 내부 유로에 장착되며, 유로 방향으로 관통된 다수의 셀로 형성되고, 표면에 반응 촉매가 코팅된 중공형 셀부재를 포함하며,
상기 중공형 셀부재는 산과 골이 반복되는 연속된 파형으로 굴곡되고, 연통구멍이 다수 뚫리며 전기 전원을 공급받아 발열하는 면상발열금속판으로 형성된 코로게이션판과, 상기 코로게이션판을 구분하고 연통구멍이 다수 뚫려진 구획판을 적층하여 형성한 촉매 반응 장치를 제공함으로써 해결되는 것이다.
또한 상기 케이싱부재의 내부에서 유체가 유입되는 측에 장착되어 유체의 흐름을 와류로 변형시키는 임펠러부재를 더 포함한 것이다.
상기 연통구멍에는 셀의 내부를 향해 돌출되는 돌출부가 형성되는 것이다.
상기 케이싱부재 내에는 상기 중공형 셀부재를 통과하는 유체를 가열하는 히터부재가 장착되며,
상기 히터부재는 상기 중공형 셀부재 내에 장착되어 중공형 셀부재를 가열하여 셀을 통과하는 유체를 가열하는 것이다.
상기 케이싱부재의 일 단부에는 경사진 유체 유입관을 구비하고, 단부를 커버하는 제 1 케이싱 커버부가 구비되며, 타측 단부에는 경사진 유체 배출관을 구비하고 단부를 커버하는 제 2 케이싱 커버부가 구비되는 것이다.
본 발명은 중공형 셀부재로 유체를 통과시킬 때 연통구멍을 통해 다수의 셀로 순환시킴으로써 유체와 반응 촉매 간의 접촉 면적 및 접촉 시간을 증대시키는 것이다.
또한 본 발명은 케이싱부재 내에서 유체의 흐름을 와류로 형성하여 중공형 셀부재를 통과시킴으로써, 유체와 반응 촉매 간의 접촉 면적 및 접촉 시간을 더욱 증대시킬 수 있는 것이다.
따라서 케이싱 내부로 유체를 반응 촉매와 충분히 반응시켜 반응 효과를 획기적으로 증대시키는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음 과 같다.
도 2는 본 발명의 기본 구조를 도시한 단면도로서, 케이싱부재 내에 중공형 셀부재가 장착되며, 중공형 셀부재에 히터가 일체화된 것을 나타내고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예를 도시한 단면 사시도로서, 중공형 셀부재의 셀을 다각형상으로 형성한 하니컴 구조로 형성한 일 예를 나타내고 있는 것이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 단면 사시도로서, 코로게이션판과 구획판을 적층시킨 중공형 셀부재의 예를 나타내고 있다.
도 5는 본 발명의 요부 확대 단면도로서, 중공형 셀부재를 통과하는 유체의 흐름을 개략적으로 나타내고 있는 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 단면도로서, 케이싱부재의 내부로 유입되는 유체의 흐름을 임펠러부재로 와류로 형성한 후 중공형 셀부재를 통과시켜 배출시키는 예를 나타내고 있다.
이하, 도 2 및 도 6에서 도시한 바와 같이 본 발명은 내부에 유체가 일방향으로 흐르는 유로(11)가 형성된 케이싱부재(10)의 내부에 중공형 셀부재(20)가 장착되는 것이다.
상기 중공형 셀부재(20)는 금속재질로 제조되는 것을 기본으로 하며, 유로(11) 방향으로 관통되고, 외벽(22)으로 구획된 다수의 셀(21)로 형성되며, 표면에 반응 촉매(20a)가 코팅된 것으로, 상기 셀(21)의 외벽(22)에는 구획된 각각의 셀(21)을 연통하는 연통구멍(23)이 형성된다.
상기 반응 촉매(20a)는 연통구멍(23)의 내주면과 후술될 돌출부(24)의 내, 외측면에도 코팅되는 것이다.
상기 반응 촉매(20a)는 유체와의 접촉으로 반응을 얻을 수 있는 공지된 어떠한 촉매도 사용이 가능한 것으로, 일 예로 기체의 악취를 제거하는 탈취 촉매가 있으며 사용되는 용도에 따라 필요한 반응 효과에 따라 다양하게 실시될 수 있는 것이다.
또, 상기 중공형 셀부재(20)는 도 3에서 도시한 바와 같이 다각형상의 셀(21)이 다수 형성되는 하니컴 구조를 가지는 것을 기본으로 하며, 다수의 외벽(22)을 통해 다수의 셀(21)로 구획되어 상기 각 셀(21)로 케이싱부재(10) 내로 유입된 유체를 통과시키는 어떠한 것도 사용이 가능함을 밝혀둔다.
상기 하니컴 구조는 구조적으로 강도가 큰 특징이 있으며, 유체가 원활히 통과함과 동시에 넓은 표면적을 가져 셀(21)을 통과하는 유체와의 접촉을 통한 반응을 유도하는 것이다.
또한 상기 셀(21)은 케이싱부재(10)의 형상과, 용도에 따라 3각형, 4각형, 6각형, 원형, 파형 등 다양한 모양으로 형성될 수 있으며, 그 크기 및 외벽(22)의 두께는 설계 시 용도에 맞게 결정됨을 밝혀둔다.
상기 셀(21)은 셀(21)을 구획하는 외벽(22)에 형성되는 연통구멍(23)을 통해 다른 셀(21)과 연통되는 것이다.
케이싱부재(10) 내에서 유체는 중공형 셀부재(20)의 셀(21)을 통과하되, 연통구멍(23)을 통해 각 셀(21)로 유입되면서 중공형 셀부재(20) 내에서 일부 순환된 후 통과하게 되는 것이다.
또한 상기 중공형 셀부재(20)는 도 4에서 도시한 바와 같이 산과 골이 반복되는 연속된 파형으로 굴곡되고, 연통구멍(23)이 다수 뚫리는 코로게이션(corrugation)판(25)과, 상기 코로게이션판(25)을 구분하고, 연통구멍(23)이 다수 뚫려진 구획판(26)을 다수 적층하여 형성할 수도 있다.
상기 코로게이션판(25)은 산과 골이 반복되는 연속된 파형으로 형성되어 열교환 면적 및 촉매 접촉 면적이 넓은 것이다.
또 상기 코로게이션판(25)과 구획판(26)는 열전도율이 높은 금속판으로 제조되는 것을 기본으로 한다.
구획판(26)의 연통구멍(23)은 코로게이션판(25)의 산과 골 내로 위치하도록 뚫려져 각 산과 골 내부로 형성되는 다수의 셀(21)을 골고루 연통시키는 것이 바람직하다.
상기 중공형 셀부재(20)의 셀(21)은 코로게이션판(25)의 산과 골 내부로 형성되며, 각 셀(21)을 연통구멍(23)으로 연통되는 것이다.
또 상기 코로게이션판(25)과 구획판(26)은 다수 적층되되, 중앙에 삽입되는 히터부재(30)를 중심으로 권취되어 나선형으로 적층되는 것을 기본으로 하며, 이외에도 코로게이션판(25)과 구획판(26)을 적층시켜 제조되는 어떠한 것도 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.
상기 유체는 상기한 바와 같이 중공형 셀부재(20) 내에서 일부 순환된 후 중공형 셀부재(20)를 통과하여 중공형 셀부재(20)의 표면에 코팅된 반응 촉매(20a)와 접촉하는 시간 및 면적이 증대되고, 이로 인해 반응 효과가 증대되는 것이다.
또한 상기 연통구멍(23)에는 셀(21) 내부를 향해 돌출되는 돌출부(24)가 형성되는 것이 바람직하다.
상기 연통구멍(23)과 돌출부(24)는 셀(21)을 통과하는 유체의 흐름을 방해하여 유체가 연통구멍(23)을 통해 각 셀(21)의 공간 내에서 서로 순환되도록 하는 것으로, 도 5에서 도시한 바와 같이 셀(21)을 통과하는 유체가 상기 돌출부(24)와 부딪쳐 연통구멍(23)을 통해 다른 셀(21) 공간 내로 더욱 원활히 순환됨은 물론, 돌출부(24)와의 접촉으로 인해 반응 촉매(20a)와의 접촉 시간 및 면적을 더욱 증대시키도록 하는 것이다.
또한 상기 돌출부(24)는 버어부로 형성하는 것이 바람직하다.
상기 버어부는 셀(21)의 외벽(22)을 찢으면서 연통구멍(23)을 뚫을 때 돌출되어 형성되는 것으로, 단부가 불규칙적이고 거칠게 형성되어 셀(21)을 통과하는 유체의 흐름을 불규칙적으로 방해하여 중공형 셀부재(20)의 내부에서 순환되는 유체의 양을 더욱 증대시킬 수 있는 것이다.
상기 돌출부(24)는 셀(21)의 내부를 향해 다양한 방향으로 돌출시켜 중공형 셀부재(20)의 내에서 유체를 다양한 방향으로 순환시키고, 원활하게 배출할 수 있도록 하며, 이는 설계 시 용도 및 다른 구조물의 구조를 고려하여 다양하게 실시될 수 있는 것이다.
한편, 상기 케이싱부재(10) 내에는 상기 중공형 셀부재(20)를 통과하는 유체를 촉매 활성 온도(LOT; Light-off Temperature)까지 가열하는 히터부재(30)가 장착된다.
상기 히터부재(30)는 케이싱부재(10) 내로 통과되는 유체의 온도가 낮은 경우 구비되는 것으로, 고온의 유체가 통과되는 케이싱부재(10)의 내부에는 구비되지 않아도 무관한 것이다.
이러한 히터부재(30)의 구조는 전기 전원을 공급받아 열을 발생하는 전열 히터를 사용하는 것을 기본으로 하는 것이 바람직하며, 이 외에도 공지된 히터를 사용 밝혀둔다.
상기 히터부재(30)는 상기 중공형 셀부재(20) 내에 장착되어 중공형 셀부재(20)를 가열하여 셀(21)을 통과하는 유체를 가열하는 것이 바람직하며, 상기 중공형 셀부재(20)는 열전도도가 높은 금속재질로 형성되는 것이다.
상기 히터부재(30)는 상기 중공형 셀부재(20) 내에 장착되되, 중공형 셀부재(20)의 중앙에 관통되어 결합하여 중공형 셀부재(20)의 몸체에 고르게 열을 전달하여 가열하도록 한다.
또 상기 히터부재(30)는 도시하지는 않았지만 상기 중공형 셀부재(20)의 외벽(22)내로 삽입되는 전열선을 포함하여 상기 전열선의 열에 의해 중공형 셀부재(20)를 가열하도록 할 수도 있다.
또한 상기 히터부재(30)는 전기 전원을 공급받아 발열하는 면상발열금속판으로 상기 코로게이션판(25)을 형성함으로써 대체할 수 있으며, 상기 코로게이션판(25)은 자체로 발열되고 구획판(25)으로 열을 전달함으로써 중공형 셀부재(20)를 통과하는 유체를 가열하는 것이다.
상기 면상발열금속판은 상기 철-알루미늄-크롬의 합금은 철(Fe) 80%, 크롬(Cr) 15%, 알루미늄(Al) 5%의 비율로 합성된 페칼로이 합금 또는 Fe-20Cr-5Al-Rare Earth Material(Fe-20Cr-5Al-REM; 불순물(Y,Hf, Zr) 1% 정도 포함) 등이 있으며, 이외에도 다양한 성분비로 조합하여 제조된 합금을 사용할 수 있고, 전기 전원을 공급받아 면상 발열할 수 있는 어떠한 재질의 합금도 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.
상기 히터부재(30)는 상기한 이외에 중공형 셀부재(20)에 일체화되어 중공형 셀부재(20)를 가열하는 어떠한 구조도 사용이 가능한 것이다.
상기 케이싱부재(10)를 통과하는 유체는 중공형 셀부재(20)를 통과하면서 접촉면적이 넓은 중공형 셀부재(20)에 의해 고르게 가열되어 촉매 활성 온도까지 빠르게 가열되며, 가열된 후 바로 반응 촉매(20a)와 반응하게 되는 것이다.
상기 히터부재(30)는 중공형 셀부재(20)를 가열하여 셀(21)을 통과하는 유체를 직접 가열하는 방식으로 중공형 셀부재(20)의 입구 측에 별도로 장착되는 것에 비해 가열 효과 및 반응 효과를 동시에 증대시킬 수 있는 것이다.
한편 상기 케이싱부재(10)는 도 6에서 도시한 바와 같이 내부에 유체가 유입되는 측으로 유체의 흐름을 와류로 변형시키는 임펠러부재(40)가 장착된다.
유체는 임펠러부재(40)에 의해 와류로 흘러 중공형 셀부재(20)를 통과하며 중공형 셀부재(20)의 내에서 연통구멍(23)을 통해 각 셀(21)을 원활히 순환하게 되므로, 중공형 셀부재(20) 내에서 반응 촉매(20a)와 접촉하는 시간 및 면적이 증대되고, 이로 인해 반응 효과가 증대되는 것이다.
상기 케이싱부재(10)의 일 단부에는 경사진 유체 유입관(51)을 구비하고, 단 부를 커버하는 제 1 케이싱 커버부(50)가 구비되며, 타측 단부에는 경사진 유체 배출관(61)을 구비하고 단부를 커버하는 제 2 케이싱 커버부(60)가 구비되는 것이 바람직하다.
상기 제 1 케이싱 커버부(50)의 유체 유입관(51)은 케이싱부재(10)의 내부로 유체를 유입시키되, 경사진 방향으로 유입시키면서 와류로 변형시키며, 임펠러부재(40)의 회전에 의한 작용이 더욱 원활하도록 유체의 유입을 안내하게 되는 것이다.
유체 배출관(61)은 중공형 셀부재(20)를 통과한 유체의 흐름 방향으로 경사지게 구비되어 케이싱부재(10) 내에서 와류로 흐르는 유체를 원활하게 배출하는 것이다.
상기 케이싱부재(10)의 내부로 유입되는 유체는 유체 유입관(51)과 임펠러부재(40)의 회전에 의해 와류로 흘러 중공형 셀부재(20)를 통과하며 중공형 셀부재(20)의 내에서 연통구멍(23)을 통해 각 셀(21)을 원활히 순환하게 되므로, 중공형 셀부재(20) 내에서 반응 촉매(20a)와 접촉하는 시간 및 면적이 커져 더욱 높은 반응 효과를 얻을 수 있는 것이다.
상기 본 발명의 일 예로 상기 반응 촉매(20a)로 탈취 촉매를 사용한 촉매 탈취 장치가 있다.
상기 촉매 탈취 장치는 표면에 반응 촉매(20a)로 탈취 촉매가 코팅된 중공형 셀부재(20)로 기체를 통과시키면서 기체에 포함된 악취성분(예;암모니아, 황화수소, 메칠 메르캅탄)을 탈취 촉매에 반응시켜 제거하는 것으로, 중공형 셀부 재(20)로 기체를 통과시키되, 중공형 셀부재(20)의 내에서 연통구멍(23)을 통해 각 셀(21)로 순환되면서 탈취 촉매와 접촉하는 시간 및 면적이 증대되어 우수한 탈취 효과를 얻을 수 있는 것이다.
상기한 본 발명은 음식물 쓰레기, 냉장고, 차량 배기구 등과 같이 사람의 후각에 자극을 주는 냄새를 가지는 기체를 탈취하는 촉매 탈취 장치 이외에도, 촉매와의 접촉을 통해 얻고자 하는 반응을 얻는 어떠한 촉매 반응 장치에도 적용이 가능한 것임을 밝혀둔다.
또한 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지에 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있으며 이는 본 발명의 구성에 포함됨을 밝혀둔다.
도 1은 종래의 촉매 반응 장치 구성을 도시한 단면도
도 2는 본 발명의 기본 구조를 도시한 단면도
도 3은 본 발명의 일 실시예를 도시한 단면 사시도
도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 사시도
도 5는 본 발명의 요부 확대 단면도
도 6은 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 단면도
*도면 중 주요 부호에 대한 설명*
10 : 케이싱부재 11 : 유로
20 : 중공형 셀부재 21 : 셀
22 : 외벽 23 : 연통구멍
24 : 돌출부 25 : 코로게이션판
26 : 구획판 30 : 히터부재
40 : 임펠러부재 50 : 제 1 케이싱 커버부
51 : 유체 유입관 60 : 제 2 케이싱 커버부
61 : 유체 배출관

Claims (7)

  1. 내부에 유체가 통과하는 유로를 가지는 케이싱부재와;
    상기 케이싱부재의 내부 유로에 장착되며, 유로 방향으로 관통된 다수의 셀로 형성되고, 표면에 반응 촉매가 코팅된 중공형 셀부재를 포함하며,
    상기 중공형 셀부재는 산과 골이 반복되는 연속된 파형으로 굴곡되고, 연통구멍이 다수 뚫리며 전기 전원을 공급받아 발열하는 면상발열금속판으로 형성된 코로게이션판과, 상기 코로게이션판을 구분하고 연통구멍이 다수 뚫려진 구획판을 적층하여 형성한 것을 특징으로 하는 촉매 반응 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이싱부재의 내부에서 유체가 유입되는 측에 장착되어 유체의 흐름을 와류로 변형시키는 임펠러부재를 더 포함한 것을 특징으로 하는 촉매 반응 장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 연통구멍에는 셀의 내부를 향해 돌출되는 돌출부가 형성되는 것을 특징으로 하는 촉매 반응 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이싱부재 내에는 상기 중공형 셀부재를 통과하는 유체를 가열하는 히터부재가 장착되며,
    상기 히터부재는 상기 중공형 셀부재 내에 장착되어 중공형 셀부재를 가열하여 셀을 통과하는 유체를 가열하는 것을 특징으로 하는 촉매 반응 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 케이싱부재의 일 단부에는 경사진 유체 유입관을 구비하고, 단부를 커버하는 제 1 케이싱 커버부가 구비되며, 타측 단부에는 경사진 유체 배출관을 구비하고 단부를 커버하는 제 2 케이싱 커버부가 구비되는 것을 특징으로 하는 촉매 반응 장치.
  7. 삭제
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