KR102252170B1 - Plate fin heat exchanger having replaceable catalysts for liquefaction of hydrogen - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플레이트 핀 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 수소가스를 액화수소로 전환하기 위한 공정에 사용되는 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기에 관한 것이다.The present invention relates to a plate fin heat exchanger, and more particularly, to a plate fin heat exchanger for a hydrogen liquefaction process capable of replacing a catalyst body used in a process for converting hydrogen gas into liquefied hydrogen.
수소는 단위 질량당 에너지 밀도가 가솔린의 3배에 달하나, 단위 부피당 에너지 밀도는 가솔린의 1/4에 불과하다. 즉, 수소는 기체상태일 때 에너지 밀도가 매우 낮고 액화되면 에너지 밀도가 매우 높아지는 물질이다. 따라서 수소를 저장하고 운반하기 위해서는 수소가스를 액화수소로 전환하는 과정이 필수적이다.Hydrogen has an energy density of three times that of gasoline per unit mass, but its energy density per unit volume is only 1/4 of that of gasoline. In other words, hydrogen is a material having a very low energy density when in a gaseous state and a very high energy density when liquefied. Therefore, in order to store and transport hydrogen, a process of converting hydrogen gas into liquefied hydrogen is essential.
수소는 임계온도가 33K이고 삼중점의 온도가 13K이며, 상온 상압의 수소는 20K에서부터 액화되기 시작하여 14K에 이르면 고체 상태가 된다. 즉, 상온 상압의 수소가스를 액화하기 위해서는 다량의 냉열이 필요하다.Hydrogen has a critical temperature of 33K and a triple point temperature of 13K, and hydrogen at room temperature and pressure starts to liquefy from 20K and becomes a solid state when it reaches 14K. That is, a large amount of cold heat is required to liquefy hydrogen gas at room temperature and pressure.
일반적으로 수소의 온도를 300K에서 20K로 낮추기 위해서는, 수소 1Kg당 5153kJ의 에너지를 빼앗아야 한다. 5153kJ의 에너지는 수소의 온도를 300K에서 20K로 낮추기 위한 4000kJ의 현열(sensible heat)과, 수소를 20K에서 상변화 하기 위한 450kJ의 상변화열(잠열, phase change heat)과, 수소를 20K에서 올소-파라 수소변환(Ortho-Para Hydrogen conversion) 하기 위한 703kJ의 열에너지로 이루어진다.In general, in order to lower the temperature of hydrogen from 300K to 20K, it is necessary to take 5153kJ of energy per 1Kg of hydrogen. The energy of 5153kJ is 4000kJ of sensible heat to lower the temperature of hydrogen from 300K to 20K, 450kJ of phase change heat to phase change hydrogen from 20K, and hydrogen from 20K. -Consists of 703kJ of thermal energy for Ortho-Para Hydrogen conversion.
수소분자는 두 수소원자의 핵 스핀의 방향에 따라 올소 수소(Ortho Hydrogen)와 파라 수소(Para Hydrogen)로 구분된다. 올소 수소는 수소원자의 핵이 동일한 방향으로 회전하고 있는 상태의 수소이며, 파라 수소는 수소원자의 핵이 정반대 방향으로 회전하고 있는 상태의 수소이다.Hydrogen molecules are classified into Ortho Hydrogen and Para Hydrogen according to the direction of the nuclear spins of the two hydrogen atoms. Ortho-hydrogen is hydrogen in a state in which the nucleus of a hydrogen atom is rotating in the same direction, and para-hydrogen is hydrogen in a state in which the nucleus of a hydrogen atom is rotating in the opposite direction.
파라 수소는 올소 수소보다 에너지가 더 낮은 상태의 수소이며, 상온에서는 올소 수소와 파라 수소가 75 대 25의 비율로 존재한다. 그러나 온도가 20K이하로 내려가면 대부분의 올소 수소가 파라 수소로 전환되어, 올소 수소와 파라 수소의 비율이 0.2 대 99.8의 비율로 전환된다.Para-hydrogen is hydrogen with lower energy than ortho-hydrogen, and at room temperature, ortho-hydrogen and para-hydrogen exist in a ratio of 75 to 25. However, when the temperature drops below 20K, most of orthohydrogen is converted to parahydrogen, and the ratio of orthohydrogen and parahydrogen is converted to a ratio of 0.2 to 99.8.
올소 수소에서 파라 수소로 전환되는 과정은 열을 외부로 발산하는 발열과정으로서, 올소-파라 변환시 발생되는 열은 액화된 수소를 다시 증발시키게 된다. 따라서 수소가스를 액화시키기 위해서는 냉열을 공급하여 수소가스의 온도를 낮추면서, 파라 변환 촉매(Para conversion catalysts)를 이용하여 파라변환 속도를 조절해야 한다.The process of converting ortho-hydrogen to para-hydrogen is an exothermic process that dissipates heat to the outside, and the heat generated during the ortho-para conversion evaporates the liquefied hydrogen again. Therefore, in order to liquefy the hydrogen gas, it is necessary to supply cold heat to lower the temperature of the hydrogen gas and control the para conversion rate using Para conversion catalysts.
현재 다양한 파라 변환 촉매가 개발되어 사용되고 있다. 대표적인 파라 변환 촉매로서 CrO3/SiO2-gel, chromic anhydride, nickel silica gel, Fe-Ni alloys, activated charcoal, Fe(OH)3, Fe2O3 등이 있다.Currently, various para-conversion catalysts have been developed and used. Representative para-conversion catalysts include CrO3/SiO2-gel, chromic anhydride, nickel silica gel, Fe-Ni alloys, activated charcoal, Fe(OH)3, and Fe2O3.
이와 같은 파라 변환 촉매는 온도를 정밀하게 변화시키면서 전구체를 혼합, 교반, 가열, 건조, 소결하여 제작된다. 따라서 완성된 촉매에 고온의 열이 가해지면 촉매가 열화될 수 있으므로 취급시 상당한 주의가 필요하다.Such a para-conversion catalyst is produced by mixing, stirring, heating, drying, and sintering a precursor while precisely changing the temperature. Therefore, if high-temperature heat is applied to the finished catalyst, the catalyst may be deteriorated, and therefore considerable care is required during handling.
한편, 다량의 수소가스를 액화수소로 변환시키기 위한 장치로서, 플레이트 핀 열교환기(PFHE, Plate Fin Heat Exchanger)가 일반적으로 사용된다. 플레이트 핀 열교환기의 코어(core)는 파팅 시트(Parting sheet)와 플레이트 핀(Plate fin)과 사이드 바(side bar)를 브레이징(brazing) 접합하여 제작된다.Meanwhile, as an apparatus for converting a large amount of hydrogen gas into liquefied hydrogen, a plate fin heat exchanger (PFHE) is generally used. The core of the plate fin heat exchanger is manufactured by brazing a parting sheet, a plate fin, and a side bar.
더욱 구체적으로는 상하로 적층된 파팅 시트의 사이에 수소 및 열교환 매체의 유동채널을 형성하는 플레이트 핀이 마련되고, 상하로 이웃한 파팅 시트 사이의 가장자리에 사이드 바가 삽입되어 제작된다.More specifically, plate fins for forming flow channels of hydrogen and heat exchange medium are provided between the upper and lower parting sheets, and side bars are inserted at the edges between the upper and lower parting sheets.
한편 종래 기술에는 수소액화용 플레이트 핀 열교환기와 함께, 올소-파라 변환시 수소의 파라변환 속도를 조절하기 위한 파라 변환 촉매(para conversion catalysts)가 포함된 별도의 촉매 반응기를 구비한다.Meanwhile, in the prior art, a separate catalytic reactor including a plate fin heat exchanger for hydrogen liquefaction and para conversion catalysts for controlling the para conversion rate of hydrogen during the ortho-para conversion is provided.
그러나 별도의 촉매 반응기를 이용하면 전체적인 수소 액화 시스템이 대형화된다는 문제가 있다.However, if a separate catalytic reactor is used, there is a problem that the overall hydrogen liquefaction system is enlarged.
본 발명자들은 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 파라 변환 촉매를 열교환기의 코어 내부에 위치시키는 방안을 검토하였지만, 열교환기의 코어를 제작하는 과정에서 브레이징 열에 의하여 파라 변환 촉매가 열화되는 문제가 발생한다는 사실이 발견되었다.In order to solve such a problem, the present inventors have examined a method of placing the para-conversion catalyst inside the core of the heat exchanger, but the fact that the para-conversion catalyst is deteriorated due to brazing heat in the process of manufacturing the core of the heat exchanger. Was found.
아울러 알루미늄으로 제작되는 열교환기의 파팅 시트, 사이드 바, 플레이트 핀과는 달리, 파라 변환 촉매는 재질 특성상 브레이징에 의하여 잘 접합되지 않는다. 즉, 열교환기의 코어의 파라 변환 촉매가 삽입된 부위는 구조적으로 매우 취약해지게 된다.In addition, unlike parting sheets, side bars, and plate fins of a heat exchanger made of aluminum, the para-conversion catalyst is not well bonded by brazing due to the nature of the material. That is, the part of the core of the heat exchanger into which the para-conversion catalyst is inserted becomes structurally very fragile.
또한 종래의 플레이트 핀 열교환기는 열교환기의 코어에 헤더가 용접으로 결합되므로, 코어의 내부에 문제가 발생하면 헤더를 절단기로 절단하여 코어의 내부를 손봐야 한다.In addition, in the conventional plate fin heat exchanger, since the header is coupled to the core of the heat exchanger by welding, if a problem occurs inside the core, the header must be cut with a cutter to repair the inside of the core.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 열교환기의 코어(core)를 구성하는 구성요소들이 브레이징(brazing) 접합되어 제작되는 플레이트 핀 열교환기(plate fin heat exchanger)에 있어서, 열교환기 코어의 내부에 파라 변환 촉매를 포함하는 촉매체를 수용할 수 있는 별도의 공간을 마련하고, 촉매체가 수용되는 공간을 보강하기 위한 구조를 마련하여 촉매체가 파팅 시트에 결합되지 않고도 열교환기의 코어가 견고하고 안정적인 구조를 갖도록 하고자 한다.The present invention was conceived to solve the problems of the prior art as described above, and the components constituting the core of the heat exchanger are brazed and bonded to a plate fin heat exchanger. In this regard, a separate space for accommodating a catalyst body including a para-conversion catalyst is provided inside the heat exchanger core, and a structure to reinforce the space for accommodating the catalyst body is provided to heat exchange without the catalyst body being bonded to the parting sheet. It is intended to have a solid and stable structure of the core of the machine.
아울러 열교환기 코어의 촉매체가 삽입된 부위에 헤더를 탈부착 가능하게 결합하여, 파라 변환 촉매에 문제가 발생되면 헤더를 분리하여 촉매체를 손쉽게 교체할 수 있도록 하고자 한다.In addition, the header is detachably bonded to the part where the catalyst body of the heat exchanger core is inserted, so that when a problem occurs in the para-conversion catalyst, the header can be separated and the catalyst body can be easily replaced.
상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 상하방향으로 제1채널 형성공간과 제2채널 형성공간이 번갈아 형성되도록 상하방향으로 적층되게 마련되는 복수의 파팅 시트(parting sheet)와, 상기 제1채널 형성공간에 마련되되 양단부가 상기 파팅 시트의 길이방향으로 연장되어 외부와 연통되는 복수의 수소 유동채널을 형성하는 제1플레이트 핀(plate fin)과, 상기 제2채널 형성공간에 마련되되 양단부가 상기 파팅 시트의 폭방향으로 연장되어 외부와 연통되는 복수의 열교환매체 유동채널을 형성하는 제2플레이트 핀과, 상하방향으로 이웃한 상기 파팅 시트의 사이에 마련되어 상하방향으로 이웃한 상기 파팅 시트의 가장자리를 지지하는 사이드 바(side bar)가 서로 브레이징(brazing) 접합되어 제작되는 열교환기 코어(core)를 포함하여 이루어지는 플레이트 핀 열교환기에 있어서 : 상기 제1채널 형성공간은 상기 파팅 시트의 길이방향 일측에 위치한 제1플레이트 핀 수용공간과 길이방향 타측에 위치한 촉매체 수용공간으로 이루어지며 ; 상기 제1플레이트 핀은 상기 제1플레이트 핀 수용공간에 수용되며 ; 상기 촉매체 수용공간에는 파라 변환 촉매(para conversion catalysts)를 포함하여 이루어지는 촉매체가 교체 가능하게 삽입되며 ; 상기 열교환기 코어의 길이방향 타측 단부에 제1결합용 플랜지(flange)가 형성되며 ; 상기 제1결합용 플랜지에는 제2결합용 플랜지가 형성된 탈착식 헤더가 탈착 가능하게 결합되며 ; 상기 열교환기 코어의 길이방향 일측 단부에 고정식 헤더가 용접에 의하여 결합되며 ; 상기 탈착식 헤더로 유입된 수소는 상기 촉매체와 상기 제1플레이트 핀을 지나 상기 고정식 헤더로 유출되며 ; 상기 촉매체 수용공간에는 상기 파팅 시트의 길이방향으로 연장되면서 상기 파팅 시트의 폭방향으로 이격되어 배치되는 복수의 서포트 바(support bar)가 마련되어 상하방향으로 이웃한 상기 파팅 시트에 브레이징 접합되며 ; 상기 촉매체는 상기 촉매체 수용공간의 이웃한 상기 서포트 바의 사이에 삽입되는 것 ; 을 특징으로 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides a plurality of parting sheets stacked vertically so that the first channel formation space and the second channel formation space are alternately formed in the vertical direction, and the first channel A first plate fin provided in the formation space, with both ends extending in the longitudinal direction of the parting sheet to form a plurality of hydrogen flow channels communicating with the outside, and a first plate fin provided in the second channel formation space, with both ends of the parting sheet extending in the longitudinal direction of the parting sheet. The second plate fins extending in the width direction of the parting sheet and forming a plurality of heat exchange medium flow channels in communication with the outside, and the edge of the parting sheet adjacent in the vertical direction are provided between the parting sheets adjacent in the vertical direction. In a plate fin heat exchanger comprising a heat exchanger core manufactured by brazing and bonding side bars to each other: the first channel forming space is located at one side in the longitudinal direction of the parting sheet. It consists of a first plate pin accommodation space and a catalyst body accommodation space located on the other side in the longitudinal direction; The first plate pin is accommodated in the first plate pin accommodating space; A catalyst body including para conversion catalysts is interchangeably inserted into the catalyst body receiving space; A first coupling flange is formed at the other end of the heat exchanger core in the longitudinal direction; A detachable header having a second coupling flange is detachably coupled to the first coupling flange; A fixed header is coupled to one end of the heat exchanger core in the longitudinal direction by welding; Hydrogen flowing into the removable header passes through the catalyst body and the first plate pin and flows out to the fixed header; In the catalyst body accommodation space, a plurality of support bars extending in the longitudinal direction of the parting sheet and spaced apart in the width direction of the parting sheet are provided and brazed and bonded to the neighboring parting sheets in the vertical direction; The catalyst body is inserted between the support bars adjacent to the catalyst body accommodation space; It features.
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상기에 있어서, 상기 촉매체는 상기 파라 변환 촉매가 코팅된 다공질의 메탈 폼(metal foam)인 것이 바람직하다.In the above, it is preferable that the catalyst body is a porous metal foam coated with the para-conversion catalyst.
상기에 있어서, 상기 촉매체는 상기 파라 변환 촉매를 다공질의 메탈 폼(metal foam) 형태로 제작한 것이 바람직하다.In the above, it is preferable that the catalyst body is made of the para-conversion catalyst in the form of a porous metal foam.
상기에 있어서, 상기 촉매체는 메시 팩(mesh pack)에 상기 파라 변환 촉매를 볼 형태로 제작한 복수의 촉매 볼이 삽입된 것이 바람직하다.In the above, it is preferable that the catalyst body includes a plurality of catalyst balls made of the para-conversion catalyst in a ball shape in a mesh pack.
상기에 있어서, 상기 촉매체는 상기 촉매체 수용공간에 삽입되어 수소가 유동되기 위한 복수의 촉매 반응채널을 형성하는 촉매용 플레이트 핀에 상기 파라 변환 촉매가 코팅된 것이 바람직하다.In the above, it is preferable that the para-conversion catalyst is coated on a catalyst plate fin that forms a plurality of catalytic reaction channels through which the catalyst body is inserted into the catalyst body accommodation space to flow hydrogen.
상기와 같이 본 발명에 의한 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기는, 이웃한 파팅 시트(parting sheet) 사이의 제1채널 형성공간에 제1플레이트 핀 수용공간과 촉매체 수용공간이 각각 마련되고, 제1플레이트 핀 수용공간에 제1플레이트 핀(plate fin)이 마련되어 이웃한 파팅 시트에 브레이징(brazing) 접합되므로, 열교환기의 코어(core)가 견고하고 안정적인 구조를 갖는다.As described above, the plate fin heat exchanger for the hydrogen liquefaction process capable of replacing the catalyst body according to the present invention includes a first plate fin accommodation space and a catalyst body accommodation space in the first channel formation space between neighboring parting sheets. It is provided, and a first plate fin is provided in the first plate fin accommodating space to be brazed to neighboring parting sheets, so that the core of the heat exchanger has a solid and stable structure.
아울러 열교환기 코어와 탈착식 헤더에 각각 결합용 플랜지가 마련되고, 열교환기 코어와 탈착식 헤더가 분리 가능하게 결합되므로, 탈착식 헤더를 열교환기 코어에서 분리하여 촉매체 수용공간에 수용된 촉매체를 손쉽게 교체할 수 있다.In addition, a coupling flange is provided on the heat exchanger core and the detachable header, respectively, and the heat exchanger core and the detachable header are detachably coupled, so that the detachable header can be separated from the heat exchanger core to easily replace the catalyst body accommodated in the catalyst body accommodation space. I can.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 의한 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기의 사시도,
도 2는 도 1의 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기의 열교환기 코어와 헤더를 분리하여 도시한 도면,
도 3은 도 1의 열교환기 코어의 제1채널 형성공간이 보이도록 열교환기 코어의 일부분을 제거한 상태로 도시한 도면,
도 4는 도 1의 열교환기 코어의 제2채널 형성공간이 보이도록 열교환기 코어의 일부분을 제거한 상태로 도시하 도면,
도 5는 도 2의 열교환기 코어의 주요부를 분리하여 도시한 도면,
도 6은 도 2의 열교환기 코어의 촉매체가 수용된 부위의 종방향 단면도,
도 7은 도 2의 열교환기 코어의 제1플레이트 핀이 수용된 부위의 종방향 단면도,
도 8은 본 발명의 일 실시례에 의한 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기에서 촉매체를 분리하는 상태를 도시한 도면,
도 9 및 도 10은 도 5의 촉매체의 다른 실시례를 도시한 도면.1 is a perspective view of a plate fin heat exchanger for a hydrogen liquefaction process capable of replacing a catalyst body according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a view showing a heat exchanger core and a header of the plate fin heat exchanger for a hydrogen liquefaction process in which the catalyst body of FIG. 1 can be replaced;
3 is a view showing a state in which a part of the heat exchanger core is removed so that the first channel formation space of the heat exchanger core of FIG. 1 is visible;
4 is a view showing a state in which a part of the heat exchanger core is removed so that the second channel formation space of the heat exchanger core of FIG. 1 is visible;
5 is a view showing a main part of the heat exchanger core of FIG. 2 separated;
6 is a longitudinal cross-sectional view of a portion of the heat exchanger core of FIG. 2 in which the catalyst body is accommodated;
7 is a longitudinal cross-sectional view of a portion of the heat exchanger core of FIG. 2 in which the first plate pin is accommodated;
8 is a view showing a state of separating the catalyst body in the plate fin heat exchanger for a hydrogen liquefaction process capable of replacing the catalyst body according to an embodiment of the present invention;
9 and 10 are views showing another embodiment of the catalyst body of FIG. 5.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시례를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시례에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였다. 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those of ordinary skill in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in various different forms and is not limited to the embodiments described herein. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and similar reference numerals are assigned to similar parts throughout the specification. When a part of the specification "includes" a certain component, it means that other components may be further included rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 의한 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기의 사시도이며, 도 2는 도 1의 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기의 열교환기 코어와 헤더를 분리하여 도시한 도면이며, 도 3은 도 1의 열교환기 코어의 제1채널 형성공간이 보이도록 열교환기 코어의 일부분을 제거한 상태로 도시한 도면이며, 도 4는 도 1의 열교환기 코어의 제2채널 형성공간이 보이도록 열교환기 코어의 일부분을 제거한 상태로 도시하 도면이며, 도 5는 도 2의 열교환기 코어의 주요부를 분리하여 도시한 도면이며, 도 6은 도 2의 열교환기 코어의 촉매체가 수용된 부위의 종방향 단면도이며, 도 7은 도 2의 열교환기 코어의 제1플레이트 핀이 수용된 부위의 종방향 단면도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시례에 의한 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기에서 촉매체를 분리하는 상태를 도시한 도면이다.1 is a perspective view of a plate fin heat exchanger for a hydrogen liquefaction process capable of replacing a catalyst body according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a heat exchanger of a plate fin heat exchanger for a hydrogen liquefaction process capable of replacing a catalyst body of FIG. 1 It is a view showing the core and the header separated, and FIG. 3 is a view showing a state in which a part of the heat exchanger core is removed so that the first channel formation space of the heat exchanger core of FIG. 1 is visible, and FIG. 4 is a heat exchanger of FIG. It is a diagram showing a state in which a part of the heat exchanger core is removed so that the second channel forming space of the core is removed, and FIG. 5 is a view showing the main part of the heat exchanger core of FIG. 2 separately, and FIG. 6 is A longitudinal cross-sectional view of a portion of a heat exchanger core receiving a catalyst body, FIG. 7 is a longitudinal cross-sectional view of a portion receiving a first plate pin of the heat exchanger core of FIG. 2, and FIG. 8 is a catalyst body according to an embodiment of the present invention. It is a view showing a state in which the catalyst body is separated in a plate fin heat exchanger for a hydrogen liquefaction process that can be replaced.
본 발명의 일 실시례에 의한 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기는, 수소와 열교환매체를 각각의 유동채널에 유동시켜 두 매체 사이에 열교환이 이루어지도록 하기 위한 것이다.A plate fin heat exchanger for a hydrogen liquefaction process capable of replacing a catalyst body according to an embodiment of the present invention is for allowing hydrogen and a heat exchange medium to flow through respective flow channels to allow heat exchange between the two media.
수소를 액화하기 위한 열교환매체로서 액화천연가스(LNG), 액체질소(LN2), 헬륨(He) 등이 이용될 수 있다. 열교환매체를 이용하여 수소가스를 냉각하여 액화수소로 만들기 위한 공정은 종래의 기술로 널리 알려져 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.As a heat exchange medium for liquefying hydrogen, liquefied natural gas (LNG), liquid nitrogen (LN2), helium (He), and the like may be used. A process for cooling hydrogen gas into liquefied hydrogen by using a heat exchange medium is widely known in the art, and thus a detailed description thereof will be omitted.
본 실시례의 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기는, 파팅 시트(parting sheet,100), 엔드 플레이트(end plate,200), 제1,2플레이트 핀(plate fin,310,320), 사이드 바(side bar,410,420), 서포트 바(support bar,500), 촉매체(600), 헤더(header,710,720)를 포함하여 이루어진다.The plate fin heat exchanger for the hydrogen liquefaction process capable of replacing the catalyst body of this embodiment includes a
파팅 시트(100), 엔드 플레이트(200), 제1,2플레이트 핀(310,320), 사이드 바(410,420), 서포트 바(500), 촉매체(600)는 열교환기 코어(C)를 형성하기 위한 것이며, 열교환기 코어(C)에 헤더(700)가 결합되어 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기가 완성된다.The
파팅 시트(100)는 복수개가 상하방향으로 적층되어 상하방향으로 제1채널 형성공간과 제2채널 형성공간이 번갈아 형성되도록 하기 위한 것이다.The
파팅 시트(100)는 열전도율이 높은 알루미늄 소재의 사각형 금속판이다. 본 실시례에서는 5개의 파팅 시트(100)가 상하방향으로 적층되게 마련된다. 5개의 파팅 시트(100)에 의하여 제1채널 형성공간과 제2채널 형성공간이 상하방향으로 번갈아 형성된다.The
제1채널 형성공간은, 위에서 첫 번째 파팅 시트(100)와 두 번째 파팅 시트(100)의 사이, 세 번째 파팅 시트(100)와 네 번째 파팅 시트(100)의 사이에 각각 형성된다.The first channel formation space is formed between the
그리고 제2채널 형성공간은, 위에서 두 번째 파팅 시트(100)와 세 번째 파팅 시트(100)의 사이, 네 번째 파팅 시트(100)와 다섯 번째 파팅 시트(100)의 사이에 형성된다.In addition, the second channel forming space is formed between the
최상단에 위치한 파팅 시트(100)의 상부와, 최하단에 위치한 파팅 시트(100)의 하부에는 엔드 플레이트(200)가 각각 마련된다. 엔드 플레이트(200)는 얇은 금속판 형태인 파팅 시트(100)를 보강하기 위한 것이다. 열교환기 코어(C)가 완성된 이후 엔드 플레이트(200)에는 헤더(710,720)가 결합된다.
제1채널 형성공간에는 수소 유동채널(311)을 형성하는 제1플레이트 핀(310)이 마련되고, 제2채널 형성공간에는 열교환매체 유동채널(321)을 형성하는 제2플레이트 핀(320)이 마련된다.A
제1,2플레이트 핀(310,320)에 대하여 구체적으로 설명하기에 앞서, 제1플레이트 핀(310)이 마련되는 제1채널 형성공간에 대하여 상세히 설명하도록 한다.Before describing the first and second plate pins 310 and 320 in detail, a first channel formation space in which the
제1채널 형성공간은 파팅 시트(100)의 길이방향 일측에 위치한 제1플레이트 핀 수용공간(111)과 길이방향 타측에 위치한 촉매체 수용공간(112)으로 이루어진다. 제1플레이트 핀 수용공간(111)은 제1플레이트 핀(310)이 수용되는 곳이며, 촉매체 수용공간(112)은 촉매체(600)가 수용되는 곳이다.The first channel formation space includes a first plate
이와 같이 제1채널 형성공간을 제1플레이트 핀 수용공간(111)과 촉매체 수용공간(112)으로 분리되도록 한 것은, 제1플레이트 핀(310)을 이웃한 파팅 시트(100)에 브레이징 접합하여 견고하게 고정되도록 하면서 별도의 공간을 마련하여 촉매체(600)를 교체 가능하게 삽입하기 위한 것이다.In this way, the first channel formation space is separated into the first plate
촉매체 수용공간(112)에는 상하방향으로 이웃한 파팅 시트(100)를 지지하며 촉매체 수용공간(112)의 구조를 보강하는 복수의 서포트 바(500)가 더 마련된다.A plurality of support bars 500 are further provided in the catalyst
서포트 바(600)는 이웃한 파팅 시트(100)의 이격된 간격에 대응되는 높이를 가지며 파팅 시트(100)의 길이방향으로 연장되는 형태이다. 복수의 서포트 바(600)는 촉매체 수용공간(112)에 파팅 시트(100)의 폭방향으로 이격되어 배치된다.The
서포트 바(500)는 상하방향으로 인접한 두 파팅 시트(100)에 각각 브레이징 접합된다. 서포트 바(500)는 촉매체(600)가 삽입될 촉매체 수용공간(112)을 보강하여 열교환기 코어(C)가 견고하고 안정적인 구조가 되도록 한다.The
도 6에는 서포트 바(500)가 이웃한 파팅 시트(100)에 브레이징 접합된 상태가 도시되어 있다. 서포트 바(500)의 상부와 하부에 음영(800)으로 표시된 것은 브레이징 접합시 용융되어 두 모재(서포트 바와 파팅 시트)를 서로 접합하는 용가제(용접제,filler metal)이다.6 shows a state in which the
도 6에는 서포트 바(500)의 상부와 하부가 파팅 시트(100)로부터 멀리 떨어져 있는 것처럼 도시되어 있으나, 이는 용가제(800)에 의한 브레이징 접합 상태를 명확하게 보이기 위하여 과장되게 도시한 것이다. 실제로는 서포트 바(500)의 상부와 하부가 파팅 시트(100)에 접촉되며, 용가제(800)는 접촉 부위의 미세한 틈에 침투하여 브레이징 접합이 이루어지게 된다.In FIG. 6, the upper and lower portions of the
도 6에서는 상하방향으로 이웃한 두 파팅 시트(100)가 서포트 바(500)에 견고하게 고정된 상태로 지지되어, 촉매체(600)가 파팅 시트(100)에 접합되지 않더라도 촉매체(600)의 삽입 부위가 견고한 구조를 갖게 되는 것을 확인할 수 있다.In FIG. 6, two parting
제1채널 형성공간의 제1플레이트 핀 수용공간(111)에는 제1플레이트 핀(310)이 마련된다. 제1플레이트 핀(310)은 얇은 알루미늄 판을 상하로 절곡하여 주름진 형태로 제작된다.A
제1플레이트 핀(310)은 제1채널 형성공간에 마련되며, 양단부가 파팅 시트(100)의 길이방향으로 연장되어 외부와 연통되는 복수의 수소 유동채널(311)을 형성한다. 수소 유동채널(311)은 수소가 일정한 경로를 따라서 유동될 수 있도록 하는 통로이다.The
본 실시례의 제1플레이트 핀(310)은 제1채널 형성공간의 제1플레이트 핀 수용공간(111)에 파팅 시트(100)의 길이방향을 따라서 직선으로 연장되는 형태의 수소 유동채널(311)을 형성한다.The
도 7에 도시된 바와 같이 제1플레이트 핀(310)의 상부와 하부는 인접한 파팅 시트(100)에 브레이징 접합된다. 도 7에서 제1플레이트 핀(310)의 상부와 하부에 음영으로 표시된 부분은 이웃한 두 모재(제1플레이트 핀과 파팅 시트)를 브레이징 접합하는 용가제(800)이다.As shown in FIG. 7, the upper and lower portions of the
제2채널 형성공간에는 제2플레이트 핀(320)이 마련된다. 제2플레이트 핀(320)은 얇은 알루미늄 판을 상하로 절곡하여 주름진 형태로 제작된다.A
제2플레이트 핀(320)은 제2채널 형성공간에 마련되며, 양단부가 파팅 시트(100)의 폭방향으로 연장되어 외부와 연통되는 복수의 열교환매체 유동채널(321)을 형성한다. 열교환매체 유동채널(321)은 열교환 매체가 일정한 경로를 따라서 유동될 수 있도록 하는 통로이다.The
본 실시례의 제2플레이트 핀(320)은 제2채널 형성공간에 'Z'자 형태로 연장되는 열교환매체 유동채널(321)을 형성한다. 도면에는 제2플레이트 핀(320)이 하나의 금속판을 굴곡하여 제작되는 것처럼 도시되어 있으나, 제2플레이트 핀(320)은 제조상의 편의를 의하여 열교환매체 유동채널(321)의 꺾인 부분을 따라서 여러 조각으로 분할되어 제작될 수 있다.The
도 7에 도시된 바와 같이 제2플레이트 핀(320)의 상부와 하부는 상하로 인접한 파팅 시트(100)에 브레이징 접합된다. 제2플레이트 핀(320)의 상부와 하부도 제1플레이트 핀(310)과 마찬가지로 용가제(800)가 용융되어 파팅 시트(100)에 접합된다.As shown in FIG. 7, the upper and lower portions of the second plate pins 320 are brazed and bonded to the upper and
도 7에는 제1,2플레이트 핀(310,320)과 파팅 시트(100)의 접합 부위가 멀리 떨어져 있는 것처럼 도시되어 있으나, 이는 용가제(800)에 의한 브레이징 접합 상태를 명확하게 보이기 위하여 과장되게 도시된 것이다. 실제로는 두 모재가 접촉된 상태에서 용융된 용가제(800)가 모재 사이의 미세한 틈에 침투되어 브레이징 접합이 이루어진다.In FIG. 7, the bonding portions of the first and second plate pins 310 and 320 and the
상하방향으로 이웃한 파팅 시트(100)의 사이에는 이웃한 파팅 시트(100)의 간격을 유지하면서 이웃한 파팅 시트(100)의 가장자리를 지지하기 위한 사이드 바(410,420)가 마련된다. 사이드 바(410,420)는 알루미늄 소재의 금속바로서, 본 실시례의 사이드 바(410,420)는 두 가지 형태로 구분된다.Side bars 410 and 420 for supporting the edges of the
하나는 제1채널 형성공간을 형성하는 두 파팅 시트(100)의 사이에 마련되는 제1사이드 바(410)이다. 제1사이드 바(410)는 파팅 시트(100)의 길이방향으로 연장되는 일자 형태이며, 이웃한 파팅 시트(100)의 폭방향 단부에 각각 브레이징 접합된다.One is a
다른 하나는 제2채널 형성공간을 형성하는 두 파팅 시트(100)의 사이에 마련되는 제2사이드 바(420)이다. 제2사이드 바(420)는 일측이 파팅 시트(100)의 폭방향으로 연장되고 타측이 파팅 시트(100)의 길이방향으로 연장되는 'ㄱ'자로 꺾인 형태이다. 제2사이드 바(420)는 열교환매체가 출입하기 위한 열교환매체 유동채널(321)의 양단부를 제외한 나머지 부분을 감싸도록 이웃한 파팅 시트(100)에 브레이징 접합된다.The other is a
촉매체(600)를 제외한 열교환기 코어(C)는 모두 진공 상태에서 브레이징 접합되어 제작된다. 접합 부위에 용가제(800)가 도포된 파팅 시트(100)와 제1,2플레이트 핀(310,320)과 사이드 바(410,420)와 서포트 바(500)를 열교환기 코어(C)의 형태대로 적층하여 브레이징 로(brazing furnace)에 투입하고 진공상태에서 가열하여 접촉된 부위에 브레이징 접합이 이루어지도록 한다.Except for the
촉매체(600)를 제외한 열교환기 코어(C)가 브레이징 접합되어 제작된 이후에 촉매체 수용공간(112)에 촉매체(600)가 삽입된다. 촉매체(600)는 열교환기 코어(C)의 브레이징 접합이 모두 이루어진 이후에 삽입되므로, 브레이징 열에 의하여 파라 변환 촉매가 열화되지 않는다.The
본 실시례의 촉매체(600)는 다공질의 메탈 폼(metal foam)에 수소의 파라변환 속도를 조절하기 위한 파라 변환 촉매(para conversion catalysts)가 코팅된 것으로서, 촉매체 수용공간(112)에 마련된 복수의 서포트 바(500)의 사이에 교체 가능하게 삽입될 수 있도록 직육면체 블록 형태로 제작된다.The
실시례에 따라서 촉매체(600)는 파라 변환 촉매를 메탈 폼에 코팅하여 제작하는 것이 아니라, 파라 변환 촉매 자체를 다공질의 메탈 폼 형태로 성형하여 제작될 수 있다.Depending on the embodiment, the
파라 변환 촉매로서 CrO3/SiO2-gel, chromic anhydride, nickel silica gel, Fe-Ni alloys, activated charcoal, Fe(OH)3, Fe2O3 등이 사용될 수 있다. 본 실시례에서는 메탈 폼에 코팅되는 파라 변환 촉매로서 Fe(OH)3를 이용한다.As the para-conversion catalyst, CrO3/SiO2-gel, chromic anhydride, nickel silica gel, Fe-Ni alloys, activated charcoal, Fe(OH)3, Fe2O3, etc. may be used. In this example, Fe(OH)3 is used as a para-conversion catalyst coated on a metal foam.
촉매체(600)는 다공질의 메탈 폼에 파라 변환 촉매를 코팅하거나, 파라 변환 촉매 자체를 메탈 폼의 형태로 성형하여 제작된 것이므로, 수소가 촉매체(600)의 공극을 통과하여 촉매체 수용공간(112)에서 제1플레이트 핀 수용공간(111)으로 유동될 수 있다.Since the
촉매체(600)의 공극을 통과한 수소는 제1플레이트 핀 수용공간(111)에 마련된 제1플레이트 핀(310)의 수소 유동채널(311)로 유입되어 수소 유동채널(311)을 따라서 유동된다.Hydrogen passing through the pores of the
촉매체(100)가 삽입된 열교환기 코어(C)의 길이방향 양단부 및 폭방향 양단부에는 헤더(710,720)가 각각 결합된다. 헤더는 복수의 수소 유동채널(311)의 단부 또는 복수의 열교환매체 유동채널(321)의 단부를 하나로 모으기 위한 것으로서, 헤더(710,720)에는 수소 또는 열교환매체의 출입을 위한 노즐(711,721)이 각각 형성되어 있다.
본 실시례에서는 촉매체(600)를 열교환기 코어(C)에서 손쉽게 분리하여 교체할 수 있도록 두 종류의 헤더(710,720)가 서로 다른 방식으로 결합된다.In this embodiment, the two types of
두 종류의 헤더(710,720) 중 하나는 탈착식 헤더(710)이며, 다른 하나는 고정식 헤더(720)이다. 탈착식 헤더(710)는 열교환기 코어(C)에 플랜지 방식으로 탈착 가능하게 결합되며, 고정식 헤더(720)는 열교환기 코어(C)에 용접으로 결합된다.One of the two types of
탈착식 헤더(710)는 열교환기 코어(C)의 촉매체(700)가 삽입된 부위에 탈착 가능하게 결합된다. 이를 위하여 열교환기 코어(C)의 촉매체(700)가 삽입된 부위에는 제1결합용 플랜지(900)가 형성된다. 더욱 구체적으로는 열교환기 코어(C)의 길이방향 타측 단부에, 엔드 플레이트(200)와 파팅 시트(100)와 제1,2사이드 바(410,420)를 감싸는 직사각 링 형태의 제1결합용 플랜지(900)가 형성된다.The
탈착식 헤더(710)에는 제1결합용 플랜지(900)에 플랜지 결합되기 위한 제2결합용 플랜지(712)가 형성된다. 제2결합용 플랜지(712)는 제1결합용 플랜지(900)와 동일한 형태로 탈착식 헤더(710)의 단부에 형성된다.The
탈착식 헤더(710)의 제2결합용 플랜지(712)는 볼트(910)와 너트(920)를 이용하여 열교환기 코어(C)의 제1결합용 플랜지(900)에 결합된다. 제1,2결합용 플랜지(712,900)를 결합하는 볼트(910)와 너트(920)를 해체하면, 도 8과 같이 탈착식 헤더(710)만 열교환기 코어(C)에서 분리할 수 있다.The
탈착식 헤더(710)를 분리하면 열교환기 코어(C)의 촉매체 수용공간(112)에 삽입되어 있는 촉매체(600)를 손쉽게 인출하여 교체할 수 있다.When the
고정식 헤더(720)는 열교환기 코어(C)의 길이방향 일측 단부와 폭방향 양단부에 각각 결합된다. 고정식 헤더(720)는 열교환기 코어(C)에 용접되어 고정 결합된다. 더 구체적으로는 열교환기 코어(C)의 단부에 위치한 엔드 플레이트(200)와 사이드 바(410,420)에 용접되어 결합된다. 고정식 헤더(720)의 결합 위치와 결합 형태는 도 1 및 도 8에서 확인할 수 있다.
따라서 탈착식 헤더(710)로 유입된 수소는 촉매체(600)와 제1플레이트 핀(310)을 지나 고정식 헤더(720)로 유출된다.The fixed
Accordingly, hydrogen introduced into the
도 9 및 도 10은 도 5의 촉매체의 다른 실시례를 도시한 도면이다.9 and 10 are views showing another embodiment of the catalyst body of FIG. 5.
앞서 설명한 촉매체(600)의 형태는 일례일 뿐이며, 실시례에 따라서 촉매체는 다양한 형태로 제작될 수 있다.The shape of the
도 9에 도시된 촉매체(600a)는 메시 팩(mesh pack,610a)에, 파라 변환 촉매를 볼 형태로 제작한 복수의 촉매 볼(620a)을 삽입한 형태이다. 촉매 볼(620a) 사이의 틈은 수소가 유동되기 위한 공극 역할을 한다.The
도 10에 도시된 촉매체(600b)는 제1플레이트 핀(310)과 동일한 형태로 절곡된 촉매용 플레이트 핀에 파라 변환 촉매가 코팅된 것이다. 촉매체(600b)는 제1플레이트 핀(310)과 마찬가지로 촉매체 수용공간(112)에 삽입되어 수소가 유동되기 위한 복수의 촉매 반응채널(610b)을 형성한다.The
도 10의 촉매체(600b)는 제1플레이트 핀(310)과 유사한 형태로 제작되나 제1플레이트 핀(310)과는 달리 이웃한 파팅 시트(100)에 접합되지 않고, 이웃한 서포트 바(500)의 사이에 단순 삽입된다.The
상기와 같이 촉매체(600,600a,600b)를 다양한 형태로 제작할 수 있는 것은, 열교환기 코어(C)에 촉매체(600,600a,600b)가 삽입되기 위한 별도의 공간이 마련되며, 아울러 서포트 바(500)에 의하여 촉매체 수용공간(112)이 견고하고 안정적인 구조로 유지되기 때문이다.As described above, the catalyst bodies 600,600a, 600b can be manufactured in various forms, in which a separate space for inserting the catalyst bodies 600,600a, 600b is provided in the heat exchanger core (C), and a support bar ( This is because the catalyst
본 발명의 일 실시례에 의한 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기의 열교환기 코어(C)에는, 제1플레이트 핀(310)이 삽입되기 위한 제1플레이트 핀 수용공간(111)과 촉매체(600,600a,600b)가 삽입되기 위한 촉매체 수용공간(112)이 분리되어 마련된다.In the heat exchanger core (C) of the plate fin heat exchanger for a hydrogen liquefaction process capable of replacing a catalyst body according to an embodiment of the present invention, a first plate
제1플레이트 핀(310)은 제1플레이트 핀 수용공간(111)에 삽입된 상태로 이웃한 파팅 시트(100)에 브레이징 접합된다. 제1플레이트 핀(310)이 이웃한 파팅 시트(100)에 견고하게 접합되어 열교환기 코어(C)가 견고하고 안정적인 구조로 유지된다.The
열교환기 코어(C)에 별도로 마련된 촉매체 수용공간(112)에는 복수의 서포트 바(500)가 마련되며, 서포트 바(500)는 상하로 이웃한 파팅 시트(100)에 브레이징 접합된다.A plurality of support bars 500 are provided in the catalyst
따라서 촉매체 수용공간(112)에 삽입된 촉매체(600,600a,600b)에 의하여 이웃한 파팅 시트(100)가 지지되지 않더라도, 촉매체 수용공간(112)을 형성하는 부위가 매우 견고하고 안정적인 구조로 유지된다.Therefore, even if the
촉매체(600,600a,600b)는 견고하게 접합된 서포트 바(500)의 사이에 교체 가능하게 삽입된다. 그리고 촉매체 수용공간(112)이 형성된 열교환기 코어(C)의 길이방향 타측 단부에는 탈착식 헤더(710)가 탈착 가능하게 결합된다.The
따라서 촉매체 수용공간(112)에 삽입된 촉매체(600,600a,600b)에 문제가 발생될 경우, 탈착식 헤더(710)를 열교환기 코어(C)에서 분리하여 촉매체(600,600a,600b)를 손쉽게 교체할 수 있다.Therefore, when a problem occurs in the catalyst body (600,600a, 600b) inserted in the catalyst
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.The foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will be able to understand that it can be easily transformed into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. .
그러므로 이상에서 기술한 실시례들은 모든 면에서 예시적인 것일 뿐 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.Therefore, it should be understood that the embodiments described above are illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the claims to be described later rather than the detailed description, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention. do.
C : 열교환기 코어
100 : 파팅 시트 111 : 제1플레이트 핀 수용공간
112 : 촉매체 수용공간
200 : 엔드 플레이트
310 : 제1플레이트 핀 311 : 수소 유동채널
320 : 제2플레이트 핀 321 : 열교환매체 유동채널
410 : 제1사이드 바 420 : 제2사이드 바
500 : 서포트 바 600,600a,600b : 촉매체
610a : 메시 팩 620a : 촉매 볼
610b : 촉매 반응채널
710 : 탈착식 헤더 711 : 노즐
712 : 제2결합용 플렌지
720 : 고정식 헤더 721 : 노즐
800 : 용가제
900 : 제1결합용 플렌지C: heat exchanger core
100: parting sheet 111: first plate pin accommodation space
112: catalyst body accommodation space
200: end plate
310: first plate pin 311: hydrogen flow channel
320: second plate pin 321: heat exchange medium flow channel
410: first side bar 420: second side bar
500: support bar 600,600a,600b: catalyst body
610a:
610b: catalytic reaction channel
710: removable header 711: nozzle
712: second coupling flange
720: fixed header 721: nozzle
800: filler
900: first coupling flange
Claims (6)
상기 제1채널 형성공간은 상기 파팅 시트의 길이방향 일측에 위치한 제1플레이트 핀 수용공간과 길이방향 타측에 위치한 촉매체 수용공간으로 이루어지며 ;
상기 제1플레이트 핀은 상기 제1플레이트 핀 수용공간에 수용되며 ;
상기 촉매체 수용공간에는 파라 변환 촉매(para conversion catalysts)를 포함하여 이루어지는 촉매체가 교체 가능하게 삽입되며 ;
상기 열교환기 코어의 길이방향 타측 단부에 제1결합용 플랜지(flange)가 형성되며 ;
상기 제1결합용 플랜지에는 제2결합용 플랜지가 형성된 탈착식 헤더가 탈착 가능하게 결합되며 ;
상기 열교환기 코어의 길이방향 일측 단부에 고정식 헤더가 용접에 의하여 결합되며 ;
상기 탈착식 헤더로 유입된 수소는 상기 촉매체와 상기 제1플레이트 핀을 지나 상기 고정식 헤더로 유출되며 ;
상기 촉매체 수용공간에는 상기 파팅 시트의 길이방향으로 연장되면서 상기 파팅 시트의 폭방향으로 이격되어 배치되는 복수의 서포트 바(support bar)가 마련되어 상하방향으로 이웃한 상기 파팅 시트에 브레이징 접합되며 ;
상기 촉매체는 상기 촉매체 수용공간의 이웃한 상기 서포트 바의 사이에 삽입되는 것 ;
을 특징으로 하는 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기.A plurality of parting sheets are provided to be stacked in the vertical direction so that the first channel forming space and the second channel forming space are alternately formed in the vertical direction, and both ends of the parting sheet are provided in the first channel forming space. A first plate fin extending in the longitudinal direction to form a plurality of hydrogen flow channels communicating with the outside, and provided in the second channel forming space, and both ends extend in the width direction of the parting sheet to communicate with the outside. A second plate fin that forms a plurality of heat exchange medium flow channels and a side bar provided between the parting sheets adjacent in the vertical direction and supporting the edges of the parting sheets adjacent in the vertical direction are brazed to each other. In the plate fin heat exchanger comprising a heat exchanger core manufactured by (brazing) bonding:
The first channel formation space is composed of a first plate pin accommodation space located on one side in the length direction of the parting sheet and a catalyst body accommodation space located on the other side in the length direction;
The first plate pin is accommodated in the first plate pin accommodating space;
A catalyst body including para conversion catalysts is interchangeably inserted into the catalyst body receiving space;
A first coupling flange is formed at the other end of the heat exchanger core in the longitudinal direction;
A detachable header having a second coupling flange is detachably coupled to the first coupling flange;
A fixed header is coupled to one end of the heat exchanger core in the longitudinal direction by welding;
Hydrogen flowing into the removable header passes through the catalyst body and the first plate pin and flows out to the fixed header;
In the catalyst body accommodation space, a plurality of support bars extending in the longitudinal direction of the parting sheet and spaced apart in the width direction of the parting sheet are provided to be brazed and bonded to the adjacent parting sheets in the vertical direction;
The catalyst body is inserted between the support bars adjacent to the catalyst body accommodation space;
Plate fin heat exchanger for hydrogen liquefaction process capable of replacing a catalyst body, characterized in that.
상기 촉매체는 상기 파라 변환 촉매가 코팅된 다공질의 메탈 폼(metal foam)인 것을 특징으로 하는 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기.
The method of claim 1,
The catalyst body is a plate fin heat exchanger for a hydrogen liquefaction process capable of replacing a catalyst body, characterized in that the catalyst body is a porous metal foam coated with the para-conversion catalyst.
상기 촉매체는 상기 파라 변환 촉매를 다공질의 메탈 폼(metal foam) 형태로 제작한 것을 특징으로 하는 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기.
The method of claim 1,
The catalyst body is a plate fin heat exchanger for a hydrogen liquefaction process capable of replacing the catalyst body, characterized in that the para-conversion catalyst is manufactured in the form of a porous metal foam.
상기 촉매체는 메시 팩(mesh pack)에 상기 파라 변환 촉매를 볼 형태로 제작한 복수의 촉매 볼이 삽입된 것을 특징으로 하는 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기.
The method of claim 1,
The catalyst body is a plate fin heat exchanger for a hydrogen liquefaction process capable of replacing a catalyst body, characterized in that a plurality of catalyst balls prepared in a ball shape of the para-conversion catalyst are inserted into a mesh pack.
상기 촉매체는 상기 촉매체 수용공간에 삽입되어 수소가 유동되기 위한 복수의 촉매 반응채널을 형성하는 촉매용 플레이트 핀에 상기 파라 변환 촉매가 코팅된 것을 특징으로 하는 촉매체 교체가 가능한 수소 액화 공정용 플레이트 핀 열교환기.The method of claim 1,
The catalyst body is inserted into the catalyst body accommodation space to form a plurality of catalytic reaction channels through which hydrogen flows, and the para-conversion catalyst is coated on the catalyst plate pin. Plate fin heat exchanger.
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KR102252170B9 (en) | 2022-03-15 |
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