KR101519945B1 - Oxidation reactor provided with guiding member - Google Patents

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KR101519945B1
KR101519945B1 KR1020140132359A KR20140132359A KR101519945B1 KR 101519945 B1 KR101519945 B1 KR 101519945B1 KR 1020140132359 A KR1020140132359 A KR 1020140132359A KR 20140132359 A KR20140132359 A KR 20140132359A KR 101519945 B1 KR101519945 B1 KR 101519945B1
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지현진
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국방과학연구소
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Abstract

The present invention relates to a selective oxidation reactor comprising a guiding member, and more specifically, to a selective oxidation reactor comprising a guiding member to guide reformed gas to a heat exchanger. To this end, the selective oxidation reactor by a catalyst of the present invention comprises: a case which supports the catalyst; a heat exchanger which is installed at the upper end of the catalyst inside the case and cools the reformed gas; a guiding member which guides the flow of the reformed gas to the heat exchanger; and an air spray nozzle which supplies the air from the guiding member in the direction opposite to the reformed gas flow direction.

Description

유도부재를 구비한 선택적 산화반응기{OXIDATION REACTOR PROVIDED WITH GUIDING MEMBER}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a selective oxidation reactor having an induction member,

본 발명은 유도부재를 구비한 선택적 산화반응기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 개질가스를 열교환기로 안내하기 위한 유도부재를 구비한 선택적 산화반응기에 관한 것이다.
The present invention relates to a selective oxidation reactor having an induction member, and more particularly to a selective oxidation reactor having an induction member for guiding a reformed gas to a heat exchanger.

일반적으로, 연료전지(fuel cell)는 물의 전기분해 반응의 역반응으로 연료(수소)와 산화제(산소)의 화학적 반응을 통해 화학에너지를 전기에너지로 직접 변환시켜 주는 에너지 변환장치이다. 음극(anode)으로 공급되는 수소 기체는 촉매를 만나 수소 이온과 전자로 분리된 후, 수소 이온은 전해질(electrolyte)을 통해서 양극(cathode)으로 이동하고, 전자(electron)는 외부 회로를 통하여 양극으로 이동한다. 양극으로 공급되는 산소기체는 촉매의 도움을 얻어 산소원자로 해리된 후 전해질로부터 이동한 수소 이온 및 외부회로로 이동한 전자와 반응하여 물을 생성한다. In general, a fuel cell is an energy conversion device that directly converts chemical energy into electrical energy through a chemical reaction between fuel (hydrogen) and oxidant (oxygen) as a reverse reaction of the electrolysis reaction of water. The hydrogen gas supplied to the anode is separated into hydrogen ions and electrons after the catalyst is encountered. The hydrogen ions move to the cathode through the electrolyte and the electrons move to the anode through the external circuit. Move. The oxygen gas supplied to the anode is dissociated into oxygen atoms with the help of a catalyst, and then reacts with hydrogen ions moved from the electrolyte and electrons transferred to an external circuit to generate water.

연료전지는 전해질의 종류와 작동 원리에 따라 크게 알칼리형 연료전지, 인산형 연료전지, 고분자 전해질형 연료전지, 직접 메탄올형 연료전지, 용융 탄산염형 연료전지, 고체 산화물형 연료전지로 분류할 수 있다. 특히 고분자 전해질형 연료전지 경우에는 나피온(Nafion)과 같은 고분자막을 전해질로 사용하며, 이는 충분한 수분을 함유하고 있을 때 원활하게 작동한다. 따라서 보통 연료전지 스택으로 공급되는 수소와 산소는 상대습도가 100% 정도 되도록 가습된 상태로 공급되며, 고분자 전해질막은 반응물로 공급되는 기체로부터 수분을 공급받는다. Fuel cells can be roughly divided into alkali type fuel cells, phosphoric acid type fuel cells, polymer electrolyte fuel cells, direct methanol type fuel cells, molten carbonate type fuel cells and solid oxide type fuel cells depending on the type of electrolytes and the operation principle . Particularly in the case of polymer electrolyte fuel cells, a polymer membrane such as Nafion is used as an electrolyte, which works well when it contains sufficient water. Therefore, hydrogen and oxygen normally supplied to the fuel cell stack are supplied in a humidified state with a relative humidity of about 100%, and the polymer electrolyte membrane is supplied with moisture from the gas supplied as a reactant.

고분자 전해질형 연료전지를 포함한 대부분의 연료전지는 수소를 연료로 사용한다. 그러나 현재와 같이 수소연료에 대한 보급체계가 구축되어 있지 않은 상태에서 수소를 이용한 연료전지의 사용은 한계가 있다. 따라서 천연가스, 에탄올, 가솔린, 디젤 등과 같은 탄화수소계열의 연료를 개질(reforming)하여 수소를 생산한 후 연료전지를 사용하는 과도기적 시스템이 필요하다. 현재 개발되고 있는 연료전지 전원 시스템은 이러한 이유로 연료개질기(fuel reformer)를 장착하고 있다. 연료개질기는 운전방식에 따라서 수증기 개질(steam reforming), 부분산화 개질(partial oxidation reforming), 자열 개질(auto-thermal reforming)로 구분할 수 있다. 수증기 개질은 가솔린 연료와 수증기의 흡열반응을 통해 수소를 획득하는 방식으로 수소 수율이 좋으나 외부에서 계속적인 열공급이 필요하다는 단점이 있다. 부분산화 개질은 가솔린 연료와 산소의 발열 반응으로 수소를 획득하는 방식으로 수증기 개질보다 상대적으로 수소 수율은 낮으나 추가적인 외부 열공급이 필요 없다는 장점이 있다. 자열 개질은 수증기 개질과 부분산화 개질을 동시에 사용함으로써 보다 효과적으로 반응기 설계가 가능하다. 따라서 독립형으로 운전되는 연료전지 전원 시스템의 경우에는 외부에서 추가적인 열공급이 필요 없고 초기 시동이 빠른 자열개질 방식을 적용하는 것이 유리하다.Most fuel cells, including polymer electrolyte fuel cells, use hydrogen as fuel. However, there is a limit to the use of hydrogen fuel cells in a state in which a supply system for hydrogen fuel is not established. Therefore, there is a need for a transitional system using fuel cells after reforming hydrocarbons such as natural gas, ethanol, gasoline, diesel, etc. to produce hydrogen. The fuel cell power system currently being developed is equipped with a fuel reformer for this reason. The fuel reformer can be divided into steam reforming, partial oxidation reforming and auto-thermal reforming according to the operation mode. The steam reforming is a method of obtaining hydrogen through the endothermic reaction between gasoline fuel and water vapor, and the hydrogen yield is good, but the continuous supply of heat is required from the outside. Partial oxidation reforming is a method of obtaining hydrogen by an exothermic reaction of gasoline fuel and oxygen, which has a relatively lower hydrogen yield than steam reforming, but does not require additional external heat supply. Autothermal reforming allows for more efficient reactor design by simultaneously using steam reforming and partial oxidation reforming. Therefore, in the case of a fuel cell power system operating in stand-alone mode, it is advantageous to apply a self-heating reforming method that does not require additional heat supply from outside and is quick in initial start-up.

이와 같은 자열개질기의 촉매 반응 후에는 탄화수소 연료는 분해되어 수소가 다량 함유된 기체 집단이 생성된다. 보통 생성된 기체는 수소, 일산화탄소, 이산화탄소, 질소, 수증기 등으로 구성되어 있다. 이 중에 일산화탄소는 고분자 전해질형 연료전지 스택의 백금 촉매를 피독시켜 정상적인 운전을 불가능하게 만든다. 따라서 자열개질기 반응 후에 생성된 일산화탄소는 추가적인 반응기를 통해 ppm 수준으로 제거해야 한다. 보통 연료개질기에서는 WGS(water gas shift) 반응기를 통해 일산화탄소를 1% 수준으로 감소시키고, 선택적 산화반응(PROX)를 통해 ppm 수준으로 제거한다. 따라서 종합적으로 볼 때 대부분의 연료개질기는 자열개질반응기(경우에 따라 수증기 개질, 부분산화개질기로 대체가능)와 함께 WGS 반응기, PROX 반응기가 장착되어 있다. After the catalytic reaction of the autothermal reformer, the hydrocarbon fuel is decomposed to produce a gaseous mass containing a large amount of hydrogen. Generally, the generated gas consists of hydrogen, carbon monoxide, carbon dioxide, nitrogen, and water vapor. Among these, carbon monoxide poisons the platinum catalyst of the polymer electrolyte fuel cell stack, making normal operation impossible. Therefore, the carbon monoxide generated after the autothermal reformer reaction must be removed to the ppm level through an additional reactor. In a typical fuel reformer, carbon monoxide is reduced to 1% level through a WGS (water gas shift) reactor and removed to ppm level by selective oxidation reaction (PROX). Thus, in general, most fuel reformers are equipped with WGS reactors, PROX reactors, as well as autothermal reforming reactors (in some cases, steam reforming, which can be replaced by partial oxidation reformers).

선택적 산화반응기가 작동하기 위해서는 산소가 필요하다. 실제 시스템에서는 산소를 대신하여 공기를 사용한다. 선택적 산화반응기는 개질가스에 포함되어 있는 일산화탄소를 산소와 반응시켜 이산화탄소가 되도록 한다(CO+0.5O2↔CO2). 그러나 선택적 산화반응기의 운용조건을 만족시키지 못하면 산소가 개질가스의 일산화탄소가 아니라 개질가스 내 다량 포함되어 있는 수소와 반응하여 물을 생성하기도 하고, 수소와 탄소가 반응하여 메탄이 생성되기도 한다. 이러한 의도하지 않은 반응들은 수소를 급격히 소모시키고 연쇄적인 발열반응을 야기하므로 되도록이면 반응이 일어나지 않도록 주의해야 한다. Oxygen is required for the selective oxidation reactor to work. Actual systems use air instead of oxygen. The selective oxidation reactor reacts carbon monoxide contained in the reformed gas with oxygen to become carbon dioxide (CO + 0.5O 2 ↔CO 2). However, if the operating condition of the selective oxidation reactor is not satisfied, oxygen reacts with hydrogen contained in a large amount of the reformed gas instead of carbon monoxide in the reformed gas to generate water, and hydrogen and carbon react to generate methane. These unintended reactions should be careful not to react as much as possible because they consume hydrogen rapidly and cause a series of exothermic reactions.

WGS 촉매를 거친 개질가스들이 선택적 산화반응기의 촉매 반응을 통해 일산화탄소를 제거하기 위해서는 크게 3가지 조건을 만족하여야 한다. 제일 먼저 선택적 산화 반응기로 들어가는 개질가스의 온도가 선택적 산화 촉매 반응이 일어나가 위한 온도 범위에 있어야 한다. 일반적인 선택적 산화 촉매 반응온도는 110~220도 알려져 있다. 만약 개질가스의 온도가 선택적 산화 촉매 반응온도를 만족하지 못하면 부수적인 장치를 활용하여 개질가스를 가열이나 냉각하여야 한다. 일반적으로 연료개질기에서는 WGS 반응기 후에 선택적 산화 반응기가 장착된다. 보통 WGS 반응기 후단에서의 개질가스의 온도는 220도 이상이므로 열교환기를 통한 냉각이 요구된다.In order to remove carbon monoxide through the catalytic reaction of the WGS catalyst, the reforming gases must satisfy three conditions. First, the temperature of the reforming gas entering the selective oxidation reactor must be within the temperature range for selective oxidation catalysis to occur. Typical selective oxidation catalytic reaction temperature is 110 ~ 220 degrees. If the temperature of the reforming gas does not meet the selective oxidation catalytic reaction temperature, the reforming gas should be heated or cooled using an auxiliary device. Generally, in a fuel reformer, a selective oxidation reactor is installed after the WGS reactor. Usually, the temperature of the reforming gas at the rear end of the WGS reactor is 220 ° C. or more, and therefore, cooling through a heat exchanger is required.

선택적 산화 반응을 위해서 필요한 두번째 요소는 산소이다. 선택적 산화 반응은 일산화탄소와 산소의 반응으로 이산화탄소를 생성하는 것이다. 따라서 개질가스에 포함되어 있는 일산화탄소 양을 예측한 후 선택적 산화 반응기 선단에서 화학양론에 해당하는 산소를 공급해 줘야 한다. 일반적으로 연료프로세서에서는 공기 공급을 통해 선택적 산화 반응이 이루어지도록 한다. The second factor required for selective oxidation is oxygen. The selective oxidation reaction produces carbon dioxide by the reaction of carbon monoxide and oxygen. Therefore, it is necessary to predict the amount of carbon monoxide contained in the reformed gas and to supply the stoichiometric oxygen at the tip of the selective oxidation reactor. Generally, in the fuel processor, the selective oxidation reaction is performed through the air supply.

세번째 요소는 혼합이다. 개질가스와 외부에서 공급되는 공기는 최대한 균질하게 혼합된 후 촉매층에 공급되어야 한다. 선택적 산화의 반응이 발열반응임을 감안할 때, 불균질한 혼합은 촉매층의 국부적인 열발생을 의미하기 때문이다. 따라서 개질가스와 공기를 혼합하기 위한 추가적인 장치도 필요하다.The third element is mixed. The reformed gas and the externally supplied air should be as homogeneously mixed as possible and then fed to the catalyst bed. Given that the selective oxidation reaction is an exothermic reaction, heterogeneous mixing refers to localized heat generation in the catalyst bed. Therefore, additional equipment for mixing the reforming gas and air is also needed.

기존의 선택적 산화에서는 앞서 언급한 3가지 요소를 만족하기 위한 장치를 분리하여 고려하였다. 경우에 따라서는 3가지 중 2가지를 동시에 수행할 수 있도록 고려된 장치도 제시된 바가 있으나 부피가 크고 가공이 난해하여 제작 비용이 높다는 단점이 존재한다.
In the conventional selective oxidation, a device for satisfying the above three factors is considered separately. In some cases, a device considered to be capable of simultaneously performing two out of the three processes has been proposed, but it has a disadvantage that the process cost is high due to a large volume and difficult processing.

한국특허등록 10-105026Korean Patent Registration 10-105026

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 선택적 산화반응기(PROX)와 열교환기가 통합됨으로써, 무게와 부피를 감소시킬 수 있으며, 열교환효율이 향상된 선택적 산화반응기를 제공하는데 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a selective oxidation reactor (PROX) and a heat exchanger which can reduce weight and volume, Reactor.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 유도부재를 구비한 선택적 산화반응기는 촉매에 의한 선택적 산화반응기에 있어서, 상기 촉매를 지지하기 위한 케이스, 상기 케이스 내부의 촉매 상단에 설치되고, 개질가스의 냉각을 위한 열교환기, 상기 열교환기로 개질가스의 흐름을 유도하기 위한 유도부재 및 상기 유도부재로부터 개질가스 흐름 방향에 반대방향으로 공기를 공급하기 위한 공기 분사구를 포함하는 것을 특징으로 한다.To achieve these and other advantages and in accordance with the purpose of the present invention, as embodied and broadly described herein, there is provided a selective oxidation reactor comprising a catalytic oxidation reactor comprising a casing for supporting the catalyst, A heat exchanger for cooling the gas, an induction member for guiding the flow of the reformed gas to the heat exchanger, and an air injection hole for supplying air in the direction opposite to the flow direction of the reformed gas from the guide member.

또한, 상기 공기 공급 구멍은 상기 케이스를 관통하여 상기 유도부재 내부로 형성되는 공기 공급 포트와 연통됨으로써 공기를 공급받는 것을 특징으로 한다.The air supply hole communicates with an air supply port formed in the guide member through the case, thereby receiving air.

또한, 상기 공기 분사구는 상기 유도부재의 상부면의 테두리원으로부터 반경 방향 내측으로 일정 간격 이격되고 원형으로 복수개 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the air ejection openings are spaced a predetermined distance from the rim of the upper surface of the guide member in the radial direction, and are arranged in a plurality of circular shapes.

또한, 상기 유도부재의 내부에는 펌프의 맥동을 상쇄시키기 위한 공간부가 형성되는 것을 특징으로 한다,In addition, a space for canceling the pulsation of the pump is formed in the guide member.

또한, 상기 유도부재는 상기 공간부를 갖는 원통형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the guide member is formed in a cylindrical shape having the space portion.

또한, 상기 유도부재가 반응기 케이스 중심에 배치될 수 있도록 상기 케이스의 내주면과 유도부재의 테두리를 연결하는 가이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a guide connecting the inner circumferential surface of the case and the rim of the guide member so that the guide member can be disposed at the center of the reactor case.

또한, 상기 가이드는 상기 유도부재의 테두리를 따라 복수개 배치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the plurality of guides are disposed along the rim of the guide member.

또한, 상기 케이스와 유도부재 사이에 배관형태로 존재하는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a heat exchanger disposed between the case and the guide member in the form of a pipe.

또한, 상기 열교환기는 상기 케이스의 내주면과 상기 유도부재의 외주면 사이에서 상기 유도부재의 외주면에 감기는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.Further, the heat exchanger is formed to be wound on the outer peripheral surface of the guide member between the inner peripheral surface of the case and the outer peripheral surface of the guide member.

또한, 상기 열교환기의 일단은 상기 케이스의 상부 케이스의 하측 외주면에 냉매 입구를 구비하고, 타단은 상기 케이스의 상부 케이스의 상측 외주면에 냉매 출구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
One end of the heat exchanger is provided with a refrigerant inlet on a lower outer circumferential surface of the upper case of the case and the other end has a refrigerant outlet on an upper outer circumferential surface of the upper case of the case.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 유도부재를 구비한 선택적 산화반응기에 의하면, 선택적 산화반응기(PROX)와 열교환기가 통합됨으로써, 무게와 부피를 감소할 수 있다.As described above, according to the selective oxidation reactor having the induction member according to the present invention, the selective oxidation reactor (PROX) and the heat exchanger are integrated, thereby reducing the weight and volume.

또한, 선택적 산화반응기에 공급되는 공기의 균질혼합을 기대할 수 있다.In addition, homogeneous mixing of the air supplied to the selective oxidation reactor can be expected.

또한, 공기와 혼합된 개질가스는 열교환기로 유도되기 때문에 열교환효율이 향상된다.Further, since the reformed gas mixed with air is introduced into the heat exchanger, heat exchange efficiency is improved.

또한, 유도부재로 인해 열교환기의 제조가 용이해진다.
Also, the induction member facilitates the manufacture of the heat exchanger.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 유도부재를 구비한 선택적 산화반응기를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 유도부재를 구비한 선택적 산화반응기를 나타낸 단면도이다.
1 is a perspective view illustrating a selective oxidation reactor having an induction member according to an embodiment of the present invention.
2 is a cross-sectional view illustrating a selective oxidation reactor having an induction member according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 유도부재를 구비한 선택적 산화반응기를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 유도부재를 구비한 선택적 산화반응기를 나타낸 단면도이다.FIG. 1 is a perspective view of a selective oxidation reactor having an induction member according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a selective oxidation reactor having an induction member according to an embodiment of the present invention.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의한 유도부재를 구비한 선택적 산화반응기는 촉매(10), 촉매를 지지하기 위한 하부 케이스(102), 상기 하부 케이스(102)의 상단에 일체로 형성되는 상부 케이스(101), 상기 상부 케이스(101)의 내부에 설치되고, 개질가스의 냉각을 위한 열교환기(200), 상기 열교환기(200)로 개질가스의 흐름을 유도하기 위한 유도부재(300) 및 상기 케이스(100) 내부에 공기를 공급하기 위한 공기 분사구(303)를 포함한다.As shown in FIGS. 1 and 2, a selective oxidation reactor having an induction member according to an embodiment of the present invention includes a catalyst 10, a lower case 102 for supporting a catalyst, A heat exchanger 200 installed inside the upper case 101 for cooling the reformed gas, a heat exchanger 200 for introducing the reformed gas into the heat exchanger 200, And an air ejection opening 303 for supplying air into the case 100. The guide member 300 includes a guide member 300,

선택적 산화반응기는 선택적 산화반응이 일어나는 촉매(10), 개질가스를 밀봉시키고 촉매(10)와 기타 구조물을 지지하기 위한 케이스(100), 촉매(10)로 공급되는 개질가스의 온도를 낮추기 위한 열교환기(200), 열교환기(200)로 개질가스의 흐름을 유도하기 위한 개질가스 유도부재(300)로 이루어진다. 여기서, 상기 유도부재(300)는 상기 케이스(100)의 중심에 배치될 수 있도록 상기 케이스(100)의 내주면과 유도부재(300)의 테두리를 연결하는 가이드(320)가 형성된다. 이러한 가이드(320)는 상기 유도부재(300)의 테두리를 따라 복수개 배치됨으로써 상기 유도부재(300)를 견고하게 지지한다. 또한, 상기 유도부재(300)의 상부면과 하부면은 공기 분사구(303)와 공기 공급관(302a)을 제외하면 폐쇄된 상태이고, 상기 유도부재(300)는 원통형의 형상을 갖는다.The selective oxidation reactor includes a catalyst 10 in which a selective oxidation reaction takes place, a casing 100 for sealing the reformed gas and supporting the catalyst 10 and other structures, a heat exchanging unit 10 for lowering the temperature of the reformed gas supplied to the catalyst 10, And a reforming gas guiding member 300 for guiding the flow of the reforming gas to the heat exchanger 200. The guide member 300 is formed with a guide 320 connecting the inner circumferential surface of the case 100 and the edge of the guide member 300 so as to be disposed at the center of the case 100. The guides 320 are disposed along the rim of the guide member 300 to firmly support the guide member 300. In addition, the upper and lower surfaces of the guide member 300 are closed except for the air injection port 303 and the air supply pipe 302a, and the guide member 300 has a cylindrical shape.

우선, 선택적 산화반응기에서는 화학반응을 위하여 상기 공기 분사구(303)를 통하여 공기가 분사됨으로써 개질가스와 공기(산소)의 혼합을 가장 먼저 수행한다. 통상적으로 공기는 선택적 산화반응기 외부에 존재하는 블로어나 펌프를 작동시키고, 상기 블로어나 펌프로 생성된 공기는 상기 공기 분사구(303)와 연통하는 공기 공급 포트(302)를 통해 상기 유도부재(300) 내부로 공급된다. 여기서, 공기 공급 포트(302)의 사이즈는 촉매(10) 및 케이스(100)의 외경보다 상대적으로 작다. 따라서 공기 공급 포트(302)로 공급되는 공기가 개질가스와 혼합되기는 쉽지 않다. 따라서 본 실시예에서는 개질가스와 공기의 혼합을 위하여 개질가스 유도부재(300)를 활용한다. First, in the selective oxidation reactor, air is injected through the air injection port 303 for chemical reaction, so that the reforming gas and air (oxygen) are mixed first. The air generated by the blower or the pump is introduced into the induction member 300 through the air supply port 302 communicating with the air injection port 303. The air is supplied to the induction member 300 through the air supply port 302, Respectively. Here, the size of the air supply port 302 is relatively smaller than the outer diameters of the catalyst 10 and the case 100. Therefore, it is not easy for the air supplied to the air supply port 302 to be mixed with the reformed gas. Therefore, in this embodiment, the reformed gas guide member 300 is utilized for mixing the reformed gas and the air.

기본적으로 개질가스 유도부재(300)는 개질가스가 열교환기(200) 주변으로 유동할 수 있도록 방향을 전환시켜 주는 역할을 수행한다. 만약 배관형태의 열교환기(200)가 장착된 선택적 산화반응기에 있어서 개질가스 유도부재(300)가 존재하지 않으면 유체 저항으로 인하여 대부분의 개질가스가 열교환기 주위를 유동하기 보다는 배관과 배관 사이 공간 혹은 배관 내경의 빈공간 등과 같이 유체저항이 없는 영역으로 대부분 흘러 버린다. 이것은 열교환기(200)의 열교환 능력을 감소시킨다. 따라서 개질가스 유도부재(300)를 통해 개질가스를 열교환기(200) 주위로 유도함으로써 열교환기(200)를 통해 개질가스를 효과적으로 냉각될 수 있다. 본 실시예에서는 개질가스 유도부재(300)를 개질가스 유도 역할 뿐만 아니라 공기 공급 역할, 배관형 열교환기 제조 가이드 역할, 펌프의 맥동감소 역할을 동시에 수행할 수 있다.The reformed gas induction member 300 basically serves to change the direction so that the reformed gas can flow around the heat exchanger 200. If the reforming gas guide member 300 is not present in the selective oxidation reactor equipped with the piping type heat exchanger 200, most of the reforming gas flows due to the fluid resistance rather than flowing around the heat exchanger, Most of the fluid flows into the region where there is no fluid resistance, such as an empty space in the pipe inner diameter. This reduces the heat exchange capacity of the heat exchanger 200. Therefore, the reformed gas can be efficiently cooled through the heat exchanger 200 by introducing the reformed gas around the heat exchanger 200 through the reformed gas induction member 300. In this embodiment, the reformed gas guiding member 300 can simultaneously perform the air supply role, the guide for manufacturing the piping heat exchanger, and the pulsation reduction of the pump, as well as the role of guiding the reformed gas.

또한, 개질가스 유도부재(300)는 개질가스가 열교환기(200)로 이동하기 위한 역할을 수행한다. 이를 위하여 개질가스 유도부재(300)는 케이스(100)보다 외경이 작은 구조물로서 케이스(100)의 정중앙에 위치하는 것이 바람직하다. 개질가스는 유도부재(300)의 존재로 인하여 유체저항이 작은 배관 사이의 빈공간으로 이동하기보다는 열교환기 주위로 이동할 수 있도록 유도할 수 있다. In addition, the reformed gas induction member 300 plays a role in moving the reformed gas to the heat exchanger 200. The reforming gas guide member 300 is preferably a structure having a smaller outer diameter than the case 100 and is located in the center of the case 100. The reforming gas can induce the fluid resistance to move around the heat exchanger rather than move to the empty space between the small pipes due to the presence of the guide member 300. [

상기 열교환기(200)는 상기 케이스(100)의 내주면과 상기 유도부재(300)의 외주면 사이에서 상기 유도부재(300)의 외주면에 감기는 형상으로 형성함으로써 열교환이 보다 효과적으로 이루어질 수 있도록 한다. 여기서, 상기 열교환기(200)의 일단은 상기 케이스(100)의 상부 케이스(101)의 하측 외주면에 냉매 입구(210)를구비하고, 타단은 상기 케이스(100)의 상부 케이스(101)의 상측 외주면에 냉매 출구(220)를 구비함으로써 상기 냉매 입구(210)를 통하여 공급된 냉매가 상기 유도부재(300)를 중심으로 나선운동하며 개질가스와 열교환한 후, 상기 냉매 출구(220)를 통하여 배출되도록 한다.The heat exchanger 200 may be formed to be wound on the outer circumferential surface of the guide member 300 between the inner circumferential surface of the case 100 and the outer circumferential surface of the guide member 300 to thereby perform heat exchange more effectively. One end of the heat exchanger 200 has a refrigerant inlet 210 on the lower outer circumferential surface of the upper case 101 of the case 100 and the other end of the heat exchanger 200 is located on the upper side of the upper case 101 of the case 100 The refrigerant outlet 220 is provided on the outer circumferential surface so that the refrigerant supplied through the refrigerant inlet 210 spirals around the induction member 300 and exchanges heat with the reformed gas and then discharged through the refrigerant outlet 220 .

이때 개질가스의 유도부재(300)는 공기 공급 역할도 수행할 수 있다. 즉, 외부에 존재하는 공기펌프로부터 공급되는 공기가 상기 케이스(100)를 관통하여 상기 유도 부재 내부로 형성되는 공기 공급 포트(302)와 연통되고, 이러한 공기 공급 포트(302)를 통하여 공급된 공기가 공기 공급관(302a)을 경유하고 상기 공기 분사구(303)로 공기를 공급됨으로써 개질가스와 혼합되도록 하는 것으로, 상기 유도부재(200)의 내부에서는 상기 공급 공급관(302a)로부터 상기 공기 분사구(303)로 일정한 흐름을 갖는다. 이때 공급되는 공기는 개질가스와 최대한 균질하게 혼합된 상태에서 촉매로 흘러들어가야 한다. 개질가스의 유도부재(300)를 활용하면 공기를 보다 넓게 분포시켜 개질가스와의 균질혼합을 기대할 수 있다. 특히 개질가스 유도부재(300)의 상면에 형성되는 공기 분사구(303)는 개질가스 흐름과 반대방향을 향하도록 형성됨으로써 혼합효과를 향상시킬 수 있다. 또한, 상기 공기 분사구(303)는 상기 유도부재(300)의 상면의 테두리원으로부터 반경 방향 내측으로 일정 간격 이격되며, 원형으로 복수개 배치되는 것이 바람직하다.At this time, the reforming gas induction member 300 may also serve as an air supply source. That is, air supplied from an external air pump passes through the case 100 and communicates with the air supply port 302 formed inside the guide member. The air supplied through the air supply port 302 And the air is supplied to the air injection port 303 via the air supply pipe 302a to be mixed with the reformed gas. In the guide member 200, As shown in FIG. At this time, the supplied air should flow into the catalyst in a state of being maximally homogeneously mixed with the reforming gas. By using the reforming gas induction member 300, it is possible to distribute the air more widely and to expect homogeneous mixing with the reformed gas. In particular, the air injection port 303 formed on the upper surface of the reformed gas induction member 300 is formed so as to face the direction of the reformed gas flow, thereby improving the mixing effect. In addition, the air injection ports 303 are spaced apart from the edge circle of the upper surface of the guide member 300 in the radial direction by a predetermined distance, and a plurality of the air injection ports 303 are circularly arranged.

그리고, 상기 유도부재(300)의 내부에는 공간부(301)를 갖는 원통 형상으로 형성됨으로써 펌프의 맥동을 상쇄시키는 기능도 수행하게 된다.In addition, the guide member 300 is formed in a cylindrical shape having a space portion 301 to perform a function of canceling the pulsation of the pump.

아울러, 유도부재는 배관(주름관) 형태로 제작되는 열교환기의 제작 정밀도 및 작업성을 향상시킬 수 있는 가이드 역할을 할 수 있다. 유도부재(300) 없이 배관형 열교환기를 제작하면 배관들을 동일한 원주로 감겨지기 어렵다. 유도부재(300)가 존재하면 열교환기의 배관은 유도부재를 중심으로 감길 수 있으므로 보다 정확하고 빠르게 제조가 가능하다.In addition, the guide member can serve as a guide for improving manufacturing precision and workability of a heat exchanger manufactured in the form of a pipe (corrugated pipe). If the piping type heat exchanger is manufactured without the guide member 300, it is difficult to wind the piping on the same circumference. If the induction member 300 is present, the piping of the heat exchanger can be wound around the induction member, so that it is possible to manufacture more accurately and quickly.

마지막으로 유도부재 내부에 형성된 공간부는 공기펌프의 맥동현상을 줄여줄 수 있다. 일반적인 공기펌프는 맥동현상이 존재하며, 일정량의 공기를 균질하게 공급하는 것이 아니라 sine파 형태로 공기를 공급하게 된다. 이때 유도부재의 내부 공간부(301)는 상기 공기펌프의 맥동 현상을 감소시켜주는 accumulator 역할을 수행하게 된다.
Finally, the space formed inside the guide member can reduce the pulsation phenomenon of the air pump. A general air pump has a pulsating phenomenon, and does not supply a uniform amount of air but supplies sine waves. At this time, the inner space portion 301 of the guide member serves as an accumulator for reducing the pulsation phenomenon of the air pump.

이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시 예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.
While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, And all changes to the scope that are deemed to be valid.

10: 촉매
100: 케이스
101: 상부 케이스
102: 하부 케이스
200: 열교환기
210: 냉매 입구
220: 냉매 출구
300: 유도부재
301: 공간부
302: 공기 공급 포트
302a: 공기 공급관
303: 공기 분사구
320: 가이드
10: Catalyst
100: Case
101: upper case
102: Lower case
200: heat exchanger
210: Refrigerant inlet
220: Refrigerant outlet
300: guide member
301:
302: air supply port
302a: air supply pipe
303: Air nozzle
320: Guide

Claims (10)

촉매에 의한 선택적 산화반응기에 있어서,
상기 촉매를 지지하기 위한 케이스;
상기 케이스 내부의 촉매 상단에 설치되고, 개질가스의 냉각을 위한 열교환기;
상기 열교환기로 개질가스의 흐름을 유도하고, 내부에 펌프의 맥동이 상쇄되도록 공간부를 구비하는 원통형상으로 형성되고 상부면과 하부면은 폐쇄되는 유도부재; 및
상기 유도부재로부터 개질가스 흐름 방향에 반대방향으로 공기를 공급하고 상기 유도부재의 내부에서 일정한 흐름을 유지하기 위하여 상기 유도부재의 상부면에 형성되는 공기 분사구를 포함하고,
상기 공기 분사구는 상기 유도부재의 상부면의 테두리원으로부터 반경 방향 내측으로 일정 간격 이격되고 상기 유도부재의 상부면의 둘레방향으로 복수개 배치되고,
상기 유도부재의 하부면은 상기 유도부재 내부로 공기가 공급되는 공기공급관이 형성되며,
상기 공기공급관은 상기 케이스를 관통하는 공기 공급 포트와 연결되고,
상기 공기 분사구는 상기 공기 공급 포트와 연통되는 것을 특징으로 하는 유도부재를 구비한 선택적 산화반응기.
In a selective oxidation reactor using a catalyst,
A case for supporting the catalyst;
A heat exchanger installed at an upper end of the catalyst inside the case and cooling the reformed gas;
An induction member which is formed in a cylindrical shape having a space portion to induce the flow of the reformed gas into the heat exchanger and to cancel the pulsation of the pump therein, the upper surface and the lower surface being closed; And
And an air injection port formed on an upper surface of the guide member to supply air in a direction opposite to the direction of flow of the reformed gas from the guide member and maintain a constant flow inside the guide member,
Wherein the air ejection ports are spaced from each other by a predetermined distance radially inwardly from an edge circle of the upper surface of the guide member and are arranged in a plurality of circumferential directions of the upper surface of the guide member,
The lower surface of the guide member is formed with an air supply pipe for supplying air into the guide member,
The air supply pipe is connected to an air supply port passing through the case,
And the air injection port communicates with the air supply port.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 유도부재가 반응기 케이스 중심에 배치될 수 있도록 상기 케이스의 내주면과 유도부재의 테두리를 연결하는 가이드를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도부재를 구비한 선택적 산화반응기.
The method according to claim 1,
And a guide connecting the inner circumferential surface of the case and the rim of the guide member so that the guide member can be disposed at the center of the reactor case.
제6항에 있어서,
상기 가이드는 상기 유도부재의 테두리를 따라 복수개 배치되는 것을 특징으로 하는 유도부재를 구비한 선택적 산화반응기.
The method according to claim 6,
Wherein a plurality of guides are disposed along the rim of the guide member.
제7항에 있어서,
상기 케이스와 유도부재 사이에 배관형태로 존재하는 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 유도부재를 구비한 선택적 산화반응기.
8. The method of claim 7,
And a heat exchanger in the form of a pipe between the case and the guide member.
제8항에 있어서,
상기 열교환기는 상기 케이스의 내주면과 상기 유도부재의 외주면 사이에서 상기 유도부재의 외주면에 감기는 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유도부재를 구비한 선택적 산화반응기.
9. The method of claim 8,
Wherein the heat exchanger is formed to be wound on an outer peripheral surface of the guide member between an inner peripheral surface of the case and an outer peripheral surface of the guide member.
제9항에 있어서,
상기 열교환기의 일단은 상기 케이스의 상부 케이스의 하측 외주면에 냉매 입구를 구비하고, 타단은 상기 케이스의 상부 케이스의 상측 외주면에 냉매 출구를 구비하는 것을 특징으로 하는 유도부재를 구비한 선택적 산화반응기.
10. The method of claim 9,
Wherein one end of the heat exchanger has a refrigerant inlet port on a lower outer circumferential surface of the upper case of the case and the other end has a refrigerant outlet port on an upper outer circumferential surface of the upper case of the case.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990025758U (en) * 1997-12-17 1999-07-05 이구택 Mass Transfer Enhancement System Using Flow Induction Member and Agitator in Slurry Reactor
KR20070075613A (en) * 2006-01-13 2007-07-24 한국에너지기술연구원 The selective co oxidation reactor for hydrogen-rich stream

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