KR102440172B1 - 반응기 및 그것을 구비한 가압 활성화 장비 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반응기 및 그것을 구비한 가압 활성화 장비에 관한 것으로, 본 발명은 하우징; 상기 하우징의 내부에 위치하며, 내부에 작업대상물들이 위치하는 워크챔버; 상기 워크챔버를 둘러싸도록 위치하여 열을 발생시키는 히터유닛; 상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 히터유닛에서 발생되는 열이 하우징측으로 전달되는 것을 방지하는 단열부재; 상기 워크챔버의 한쪽에 연결되어 워크챔버의 내부로 가스의 유입을 안내하는 유입관; 상기 워크챔버의 다른 한쪽에 연결되어 워크챔버로 유입된 가스가 외부로 유출되는 유출관; 상기 워크챔버 내부의 압력을 조절하는 압력조절유닛을 포함한다. 본 발명에 따르면, 작업대상물인 탄소 지지체의 비표면적을 증가시킨다.

Description

반응기 및 그것을 구비한 가압 활성화 장비{REACTOR AND CARBON SUPPORT TREATING EQUIPMENT HAVING THE SAME}
본 발명은 반응기 및 그것을 구비한 가압 활성화 장비에 관한 것이다.
연료전지는 수소와 같은 연료를 이용하여 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 장치다. 연료전지는 동일한 전기화학반응의 속도에 있어서 평형전위에서 분극이 최소화할 수 있도록, 과전압을 최소로 하는 반응을 유도하는 것이 중요하다. 이를 위해서 촉매입자의 분산도를 향상시키고, 반응에 참여할 수 있는 최적의 형태를 가져야 한다.
보통, 연료전지 구동 시 운전전위영역은 1.0-0.4V에 존재하는데, 연료전지 전극을 구성하는 탄소 성분의 경우 기체화 반응의 열역학적 산화 표준전위가 0.207VSHE이므로, 이보다 높은 전위에서는 자연 산화가 발생하는 것을 막을 수는 없다.
탄소 지지체로 카본 블랙(Carbon Black)이 사용되고 있으나, 연료전지의 운전 중에 탄소 부식으로 인해 촉매의 내구성이 저하되는 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하는 방법으로 탄소 지지체의 비표면적을 증가시켜 탄소 지지체의 내구성을 향상시킨다.
한국등록특허(10-1774706) 한국등록특허(10-1240971)
본 발명의 목적은, 탄소 지지체의 비표면적을 증가시키는 반응기 및 그것을 구비한 가압 활성화 장비를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 하우징; 상기 하우징의 내부에 위치하며, 내부에 작업대상물들이 위치하는 워크챔버; 상기 워크챔버를 둘러싸도록 위치하여 열을 발생시키는 히터유닛; 상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 히터유닛에서 발생되는 열이 하우징측으로 전달되는 것을 방지하는 단열부재; 상기 워크챔버의 한쪽에 연결되어 워크챔버의 내부로 가스의 유입을 안내하는 유입관; 상기 워크챔버의 다른 한쪽에 연결되어 워크챔버로 유입된 가스가 외부로 유출되는 유출관; 상기 워크챔버 내부의 압력을 조절하는 압력조절유닛을 포함하는 반응기가 제공된다.
상기 하우징은 균일한 내경을 가지며 내부에 상기 워크챔버가 위치하는 원통형 몸체와, 상기 원통형 몸체의 한쪽 단을 복개하는 유입측 커버부재와, 상기 원통형 몸체와 유입측 커버부재를 체결하는 제1 체결유닛과, 상기 원통형 몸체의 다른 한쪽 단을 복개하는 유출측 커버부재와, 상기 원통형 몸체와 유출측 커버부재를 체결하는 제2 체결유닛을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 원통형 몸체의 외주면에 나선형 형태로 감긴 강화밴드가 더 구비될 수 있다.
상기 원통형 몸체의 외측에 보조냉각유닛이 더 구비되며, 상기 보조냉각유닛은 원통형 몸체의 외주면과 간격을 두고 원통형 몸체를 감싸 내부에 밀폐공간을 형성하는 쿨링커버부재와, 상기 쿨링커버부재의 일측에 연결되어 밀폐공간으로 냉각수가 유입되는 유입포트와, 상기 쿨링커버부재의 다른 일측에 연결되어 밀폐공간을 순환 유동한 냉각수가 유출되는 유출포트를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 하우징에 상기 유입관을 단열시키는 유입관단열유닛과, 상기 유출관을 단열시키는 유출관단열유닛이 더 구비되는 것이 바람직하다.
상기 유입관단열유닛은 상기 유입관을 감싸는 유입관단열재와, 상기 유입관단열재를 감싸는 단열케이스와, 상기 단열케이스를 둘러싸며 단열케이스와 함께 밀폐공간을 형성하는 쿨링케이스와, 상기 단열케이스에 힌지 결합되는 관연결어셈블리를 포함하며, 상기 관연결어셈블리는 한쪽이 상기 단열케이스에 힌지 결합되는 커버연결부재와, 상기 단열케이스와 커버연결부재를 체결하는 체결유닛과, 상기 커버연결부재에 결합되어 유입관과 연결되는 가스유입포트, 상기 커버연결부재에 결합되어 쿨링케이스의 밀폐공간으로 냉각수가 유입되는 냉각수유입포트, 커버연결부재에 결합되어 쿨링케이스의 밀폐공간을 순환 유동하는 냉각수가 유출되는 냉각수유출포트를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 유출관단열유닛은 상기 유출관을 감싸는 유출관단열재와, 상기 유출관단열재를 감싸는 단열케이스와, 상기 단열케이스를 둘러싸며 단열케이스와 함께 밀폐공간을 형성하는 쿨링케이스와, 상기 단열케이스에 착탈 가능하게 결합되는 관연결어셈블리를 포함하며, 상기 관연결어셈블리는 상기 단열케이스의 외경과 상응하는 크기를 갖는 커버연결부재와, 상기 단열케이스와 커버연결부재를 체결하는 체결유닛과, 상기 커버연결부재에 결합되어 유출관과 연결되는 가스유출포트, 상기 커버연결부재에 결합되어 쿨링케이스의 밀폐공간으로 냉각수가 유입되는 냉각수유입포트, 커버연결부재에 결합되어 쿨링케이스의 밀폐공간을 순환 유동하는 냉각수가 유출되는 냉각수유출포트를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 압력조절유닛은 상기 유출관에 구비되어 유출되는 가스 유량을 조절하는 유량조절밸브를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 내부에 놓여지는 작업대상물을 열과 수증기에 의해 열처리하는 반응기; 상기 반응기에 가압된 수증기를 공급하는 스팀발생기; 상기 반응기에서 배출되는 수증기를 냉각시키는 냉각기; 상기 반응기를 제어하는 제어기를 포함하며, 상기 반응기는, 하우징; 상기 하우징의 내부에 위치하며, 내부에 작업대상물들이 위치하는 워크챔버; 상기 워크챔버를 둘러싸도록 위치하며, 반응열을 발생시키는 히터유닛; 상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 히터유닛에서 발생되는 열이 하우징측으로 전달되는 것을 방지하는 단열부재; 상기 워크챔버의 한쪽에 연결되어 상기 스팀발생기에서 발생되는 수증기가 워크챔버 내부로 유입되는 유입관; 상기 워크챔버의 다른 한쪽에 연결되어 워크챔버로 유입된 가스가 상기 냉각기로 유출되는 유출관; 상기 워크챔버 내부의 압력을 조절하는 압력조절유닛을 포함하는 가압 활성화 장비가 제공된다.
본 발명은 반응기의 히터유닛에서 발생되는 열이 워크챔버로 전달되어 워크챔버 내부를 설정된 온도로 유지시키고 스팀발생기에서 발생되는 스팀을 반응기의 워크챔버로 공급하면서 워크챔버로 유입되는 스팀의 양과 유출되는 스팀의 양을 조절하여 워크챔버의 내부를 설정된 압력으로 유지시키면서 워크챔버의 내부에 놓인 작업대상물, 즉 탄소 지지체를 열처리하게 되므로 워크챔버의 탄소 지지체가 설정된 고온 상태와 스팀의 압력에 의해 스팀이 탄소 지지체로 깊게 침투하여 미세기공들을 탄소 지지체의 표면 뿐만 아니라 내부에도 형성시켜 탄소 지지체의 비표면적을 증가시키게 된다.
또한, 본 발명은 작업대상물인 탄소 지지체가 놓여진 워크챔버에 스팀이 공급되고 배출되면서 워크챔버의 내부 압력을 유지하게 되므로 스팀이 워크챔버에 지속적으로 공급되면서 히터유닛의 열에 의해 탄소 지지체가 열처리되어 탄소 지지체에 미세기공들을 형성시키는 효과가 높게 된다.
또한, 본 발명은 히터유닛을 단열부재가 감싸게 되고, 워크챔버에 연결되는 유입관과 유출관을 유입관단열유닛과 유출관단열유닛이 각각 단열시키면서 워크챔버의 유입측과 유출측을 단열시키게 되어 히터유닛에서 발생되는 열이 단열부재에 의해 하우징으로 전달되는 것을 최소화시키면서 워크챔버로 열이 집중 전달되어 열손실을 최소화하게 될 뿐만 아니라 워크챔버 내부를 설정된 온도로 균일하게 유지시킨다.
도 1은 본 발명에 따른 가압 활성화 장비의 일실시예를 도시한 정면도,
도 2는 본 발명에 따른 가압 활성화 장비의 일실시예를 도시한 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 가압 활성화 장비의 일실시예를 도시한 측면도,
도 4는 본 발명에 따른 반응기의 일실시예를 도시한 정단면도,
도 5는 본 발명에 따른 반응기에 압력분사판과 가이드부재가 구비된 상태를 도시한 부분 정단면도.
이하, 본 발명에 따른 반응기 및 그것을 구비한 가압 활성화 장비의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 가압 활성화 장비의 일실시예를 도시한 정면도이다. 도 2는 본 발명에 따른 가압 활성화 장비의 일실시예를 도시한 평면도이다. 도 3은 본 발명에 따른 가압 활성화 장비의 일실시예를 도시한 측면도이다. 도 4는 본 발명에 따른 반응기의 일실시예를 도시한 정단면도이다.
본 발명에 따른 가압 활성화 장비의 일실시예는, 도 1, 2, 3에 도시한 바와 같이, 반응기(100), 스팀발생기(200), 냉각기(300), 제어기(400)를 포함한다.
반응기(100)는 내부에 놓여지는 작업대상물을 열과 수증기에 의해 열처리한다. 반응기(100)의 일실시예로, 도 4에 도시한 바와 같이, 반응기(100)는 하우징(110), 워크챔버(120), 히터유닛(130), 단열부재(140), 유입관(P1), 유출관(P2), 압력조절유닛(미도시)을 포함한다.
하우징(110)의 일예로, 하우징(110)은 균일한 내경을 가지며 내부에 워크챔버(120)가 위치하는 원통형 몸체(111)와, 그 원통형 몸체(111)의 한쪽 단을 복개하는 유입측 커버부재(112)와, 원통형 몸체(111)와 유입측 커버부재(112)를 체결하는 제1 체결유닛(113)과, 원통형 몸체(111)의 다른 한쪽 단을 복개하는 유출측 커버부재(114)와, 원통형 몸체(111)와 유출측 커버부재(114)를 체결하는 제2 체결유닛(115)을 포함한다. 원통형 몸체(111)는 균일한 내경과 길이를 갖는 원통부(11)와, 그 원통부(11)의 양단에 각각 외측으로 절곡 연장된 환형링 형상의 플랜지부(12)를 포함한다. 유입측 커버부재(112)는 균일한 두께를 갖는 원판 형상으로 형성되며, 가운데에 유입관(P1)이 관통되는 관삽입구멍이 구비된다. 유입측 커버부재(112)의 외경은 원통형 몸체(111)의 플랜지부(12)의 외경과 같은 것이 바람직하다. 제1 체결유닛(113)의 일예로, 제1 체결유닛(113)은 원주 방향으로 간격을 두고 원통형 몸체(111)의 플랜지부(12)와 유입측 커버부재(112)를 체결하는 복수 개의 볼트들과 너트들을 포함하는 것이 바람직하다. 유출측 커버부재(114)는 균일한 두께를 갖는 원판 형상으로 형성되며, 가운데에 유출관(P2)이 관통되는 관삽입구멍이 구비된다. 유출측 커버부재(114)의 외경은 원통형 몸체(111)의 플랜지부(12)의 외경과 같은 것이 바람직하다. 제2 체결유닛(115)의 일예로, 제2 체결유닛(115)은 원주방향으로 간격을 두고 원통형 몸체(111)의 플랜지부(12)와 유출측 커버부재(114)를 체결하는 복수 개의 볼트들과 너트들을 포함하는 것이 바람직하다.
워크챔버(120)는 하우징(110)의 내부에 위치하며, 내부에 작업대상물들이 위치한다. 워크챔버(120)의 일예로, 워크챔버(120)는 균일한 내경과 설정된 길이를 갖는 원통체(121)와, 그 원통체(121)의 한쪽 단부를 복개하며 유입관(P1)이 관통 연결되는 유입측 커버플레이트(122)와, 원통체(121)의 다른 한쪽 단부를 복개하며 유출관(P2)이 관통 연결되는 유출측 커버플레이트(123)를 포함한다. 유입측 커버플레이트는 원통체와 분리 가능하게 결합된다. 워크챔버(120)의 길이는 하우징(110)의 길이보다 작으며, 바람직하게는 하우징(110) 길이의 2/3에 해당되는 길이를 갖는다. 원통체(121)의 내경은 유입관(P1)의 내경보다 크고 또한 유출관(P2)의 내경보다 크다. 한편, 도 5에 도시한 바와 같이, 원통체(121)의 유입측 커버플레이트측 단부에 유입관(P1)으로부터 원통체(121)의 내부로 유입되는 고압 가스에서 와류가 발생되는 것을 최소화하기 위하여 내경이 선형적으로 증가하는 원추 형태의 가이드부재(124)가 구비됨이 바람직하다. 즉, 가이드부재(124)는 설정된 길이를 가지며 한쪽끝 내경이 유입관(P1)의 내경과 같고 반대쪽끝 내경이 원통체(121)의 내경과 같다. 가이드부재(124)는 원통체(121)의 유출측 커버플레이트(123)측 단부에도 구비됨이 바람직하다. 또한, 유입관(P1)을 통해 원통체(121)의 내부로 유입되는 고압 가스의 압력이 원통체(121)의 유입측에서 균일하게 분포되도록 압력분산판(125)이 구비된이 바람직하다. 압력분산판(125)은 원통체(121)의 내경과 같은 외경과 균일한 두께를 갖는 원판의 내부에 관통구멍(2)들이 구비되되, 원판의 가운데에서 테두리 부분으로 갈수록 관통구멍(2)들의 분포가 많게 구비된다.
원통형 몸체(111)의 외주면에 나선형 형태로 감긴 강화밴드(116)가 더 구비되는 것이 바람직하다. 강화밴드(116)는 원통형 몸체(111)의 길이 방향 전체에 걸쳐 감겨져 원통형 몸체(111)의 구조적 강도를 강화시킨다.
또한, 원통형 몸체(111)의 외측에 보조냉각유닛이 더 구비됨이 바람직하다. 보조냉각유닛은 원통형 몸체(111)의 외주면과 간격을 두고 원통형 몸체(111)를 감싸 내부에 밀폐공간을 형성하는 쿨링커버부재(117)와, 그 쿨링커버부재(117)의 일측에 연결되어 밀폐공간으로 냉각수(W)가 유입되는 유입포트(118)와, 쿨링커버부재(117)의 다른 일측에 연결되어 밀폐공간을 순환 유동한 냉각수가 유출되는 유출포트(119)를 포함한다.
히터유닛(130)은 워크챔버(120)를 둘러싸도록 위치하며, 반응열을 발생시킨다. 히터유닛(130)의 일예로, 히터유닛(130)은 원통 형상의 지지관(131)과, 그 지지관(131)에 나선형태로 감긴 발열선(132)과, 발열선(132)의 양단에 연결되는 전극바(133)들을 포함한다. 지지관(131)의 내경은 워크챔버(120)의 외경보다 크고, 지지관(131)의 길이는 워크챔버(120)의 길이보다 짧다. 히터유닛(130)은 하우징(110)의 내부에 위치하며, 히터유닛(130)의 지지관(131) 내부에 워크챔버(120)가 관통 삽입되어 워크챔버(120)의 양단부가 지지관의 외측으로 노출된다. 전극바(133)들은 하우징(110)을 관통하여 일부분이 하우징(110)의 외부로 노출된다. 히터유닛(130)의 전극바(133)로 전원이 공급되면 발열선(132)에서 열을 발생시키게 되며 그 발열선(132)에서 발생되는 열에 의해 워크챔버(120)에 놓여진 작업대상물이 가열된다.
단열부재(140)는 하우징(110)의 내부에 구비되어 히터유닛(130)에서 발생되는 열이 하우징(110)측으로 전달되는 것을 방지한다. 즉, 단열부재(140)는 히터유닛(130)에서 발생되는 열이 하우징(110)측으로 전달되는 것을 차단시키기 위하여 하우징(110)의 내측면과 히터유닛(130)의 외측면 사이에 구비된다. 단열부재(140)의 내부에 히터유닛삽입공간이 구비되어 워크챔버(120)가 결합된 히터유닛(130)이 히터유닛삽입공간에 위치하여 단열부재(140)에 지지된다.
유입관(P1)은 워크챔버(120)의 한쪽에 연결되어 워크챔버(120)의 내부로 가스의 유입을 안내한다. 유입관(P1)의 한쪽 단이 워크챔버(120)의 유입측 커버플레이트(122)에 연결되어 워크챔버(120)의 내부와 연통된다. 하우징(110)에 유입관(P1)을 단열시키는 유입관단열유닛(150)이 구비됨이 바람직하다.
유입관단열유닛(150)의 일예로, 유입관단열유닛(150)은 유입관(P1)을 감싸는 유입관단열재(151)와, 그 유입관단열재(151)를 감싸는 단열케이스(152)와, 그 단열케이스(152)를 둘러싸며 단열케이스(152)와 함께 밀폐공간을 형성하는 쿨링케이스(153)와, 단열케이스(153)에 힌지 결합되는 관연결어셈블리(154)를 포함한다. 단열케이스(152)의 한쪽 단부는 유입측 커버부재(112)를 관통하여 단열부재(140)에 삽입되며 유입측 커버부재(112)에 고정 결합된다. 쿨링케이스(153)는 원통 형태로 형성되어 한쪽 단부는 유입측 커버부재(112)에 연결되고 다른 한쪽 단부는 단열케이스(152)에 연결되어 내부에 밀폐공간을 형성하게 된다. 관연결어셈블리(154)는 한쪽이 단열케이스(152)에 힌지 결합되는 커버연결부재(21)와, 단열케이스(152)와 커버연결부재(21)를 체결하는 체결유닛(미도시)과, 커버연결부재(21)에 결합되어 유입관(P1)과 연결되는 가스유입포트(22)와, 커버연결부재(21)에 결합되어 쿨링케이스(153)의 밀폐공간으로 냉각수가 유입되는 냉각수유입포트(23)와, 커버연결부재(21)에 결합되어 쿨링케이스(153)의 밀폐공간을 순환 유동하는 냉각수가 유출되는 냉각수유출포트(24)를 포함한다. 관연결어셈블리(154)는 체결유닛을 해제한 상태에서 커버연결부재(21)가 단열케이스(152)에 힌지 결합되어 단열케이스(152)를 복개하거나 오픈시킬 수 있게 되며, 오픈시킨 상태에서 가스유입포트(22)가 유입관(P1)과 연결이 분리되고 닫힌 상태에서 가스유입포트(22)가 유입관(P1)에 연결될 뿐만 아니라 냉각수유입포트(23)와 냉각수유출포트(24)가 쿨링케이스(153)의 밀폐공간과 연통된다. 관연결어셈블리(154)의 가스유입포트(22)에 스팀발생기(200)와 연결되는 가스연결관(P3)이 연결되되, 가스연결관(P3)의 일측에 분리/연결 가능하게 커넥터(40)가 연결되는 것이 바람직하다. 냉각수유입포트(23)에 냉각수가 유입되는 냉각수유입관이 연결되고 냉각수유출포트(24)에 냉각수가 유출되는 냉각수유출관이 연결된다.
유출관(P2)은 워크챔버(120)의 다른 한쪽에 연결되어 워크챔버(120)로 유입된 가스가 외부로 유출된다. 하우징(110)에 유출관(P2)을 단열시키는 유출관단열유닛(160)이 구비되는 것이 바람직하다.
유출관단열유닛(160)의 일예로, 유출관단열유닛(160)은 유출관(P2)을 감싸는 유출관단열재(161)와, 그 유출관단열재(161)를 감싸는 단열케이스(162)와, 그 단열케이스(162)를 둘러싸며 단열케이스(162)와 함께 밀폐공간을 형성하는 쿨링케이스(163)와, 단열케이스(162)에 착탈 가능하게 결합되는 관연결어셈블리(164)를 포함한다. 단열케이스(162)의 한쪽 단부는 유출측 커버부재(114)를 관통하여 단열부재(140)에 삽입되며 유출측 커버부재(114)에 고정 결합된다. 쿨링케이스(163)는 원통 형태로 형성되어 한쪽 단부는 유출측 커버부재(114)에 연결되고 다른 한쪽 단부는 단열케이스(162)에 연결되어 내부에 밀폐공간을 형성하게 된다. 관연결어셈블리(164)는 단열케이스(162)의 외경과 상응하는 크기를 갖는 커버연결부재(31)와, 단열케이스(162)와 커버연결부재(31)를 체결하는 체결유닛(미도시)과, 커버연결부재(31)에 결합되어 유출관(P2)과 연결되는 가스유출포트(32)와, 커버연결부재(31)에 결합되어 쿨링케이스(163)의 밀폐공간으로 냉각수가 유입되는 냉각수유입포트(33)와, 커버연결부재(31)에 결합되어 쿨링케이스(163)의 밀폐공간을 순환 유동하는 냉각수가 유출되는 냉각수유출포트(34)를 포함한다. 관연결어셈블리(160)는 체결유닛에 의해 커버연결부재(31)가 단열케이스(162)에 결합된 상태에서 가스유출포트(32)가 유출관(P2)에 연결되고 냉각수유입포트(33)와 냉각수유출포트(34)가 쿨링케이스(163)의 밀폐공간과 연통된다. 가스유출포트(32)는 냉각기(300)와 연결되는 가스연결관(P4)에 연결된다.
압력조절유닛은 워크챔버(120) 내부의 압력을 조절한다. 압력조절유닛의 일예로, 압력조절유닛은 유출관(P2)에 구비되어 유출되는 가스 유량을 조절하는 유량조절밸브를 포함한다. 이와 같은 경우, 유량조절밸브를 조절하여 유입관(P1)으로 유입되는 고압의 수증기 양보다 유출관(P2)으로 유출되는 수증기의 양을 적게하여 워크챔버(120) 내부를 설정된 압력으로 유지시킨다. 한편, 압력조절유닛의 다른 일예로, 압력조절유닛은 유입관(P1)의 내경이 유출관(P2)의 내경보다 크게 하여 유입관(P1)으로 유입되는 고압의 수증기 양이 많고 유출관(P2)으로 유출되는 수증의 양을 적게 하여 워크챔버(120)의 압력을 설정된 압력으로 조절한다.
스팀발생기(200)는 공급되는 물을 가열하여 수증기를 발생시키며 그 발생된 수증기를 가스연결관(P3)을 통해 반응기(100)의 워크챔버(120)로 공급한다.
냉각기(300)는 가스연결관(P4)에 의해 반응기(100)의 유출관(P2)과 연결되어 반응기(100)에서 배출되는 수증기를 냉각시켜 외부로 배기시킨다.
제어기(400)는 반응기(100)를 제어한다.
이하, 본 발명에 따른 반응기 및 그것을 구비한 가압 활성화 장비의 작용과 효과를 설명한다.
먼저, 반응기(100)의 워크챔버(120)에 작업대상물을 위치시킨다. 작업대상물은 탄소 지지체이다. 작업대상물은 탄소 지지체 이외의 물질이 될 수도 있다. 워크챔버(120)에 작업대상물을 위치시킬때 하우징(110)의 제1 체결유닛(113)을 유입측 커버부재(112)로부터 분리시키고 유입관단열유닛(150)이 결합된 하우징(110)의 유입측 커버부재(112)를 단열부재(140)로부터 빼내어 분리시킨다. 이때, 커넥터(40)를 분리시키고 유입관단열유닛(150)의 체결유닛을 단열케이스(152)로부터 분리하고 관연결어셈블리(154)를 회전시킨 상태에서 유입측 커버부재(112)를 단열부재(140)로부터 빼낸다. 유입측 커버부재(112)를 단열부재(140)로 빼냄에 따라 유입관(P1)에 연결된 워크챔버(120)의 유입측 커버플레이트(122)가 함께 분리된다. 이와 같은 상태에서, 워크챔버(120)내부에 작업대상물을 위치시키고, 유입측 커버플레이트(122)가 워크챔버(120)를 복개하도록 유입관단열유닛(150)의 일부분을 단열부재(140)에 삽입하면서 유입관단열유닛(150)에 연결된 유입측 커버부재(112)로 단열부재(140)를 복개시킨다. 제1 체결유닛(113)으로 유입측 커버부재(112)와 원통형 몸체(111)를 체결하고, 관연결어셈블리9154)를 역회전시켜 원위치시키고 체결유닛을 체결하고 커넥터(40)를 연결한다.
반응기(100)의 워크챔버(120)에 작업대상물을 위치시킨 상태에서 히터유닛(130)에 전원을 공급하여 히터유닛(130)을 작동시킨다. 히터유닛(130)의 작동에 의해 히터유닛(130)에서 발생되는 열이 워크챔버(120)의 내부에 위치한 작업대상물을 가열시킨다. 워크챔버(120)의 내부 온도가 600℃ 내지 1100℃의 온도 범위가 되도록 히터유닛(130)에서 열을 발생시키는 것이 바람직하다.
워크챔버(120)의 내부가 설정된 온도가 된 상태에서 스팀발생기(200)에서 발생되는 스팀을 유입관(P1)을 통해 워크챔버(120) 내부로 공급하여 워크챔버(120) 내부를 설정된 압력으로 유지시킨다. 워크챔버(120)의 압력 조절은 압력조절유닛으로 유입관(P1)을 통해 워크챔버로 유입되는 스팀의 양과 유출관(P2)을 통해 배출되는 스팀의 양을 조절하여 워크챔버(120)의 내부 압력을 조절한다. 워크챔버(120) 내부는 1.5기압 내지 5기압의 90% 수증기 분위기를 유지시키는 것이 바람직하다.
유출관(P2)을 통해 배출되는 스팀은 냉각기(300)를 거치면서 냉각되어 외부로 배기된다.
이와 같은 설정된 온도와 압력으로 설정된 시간 동안 워크챔버(120)에 놓여진 작업대상물을 열처리한다.
이와 같이, 본 발명은 반응기(100)의 히터유닛(130)에서 발생되는 열이 워크챔버(120)로 전달되어 워크챔버(120) 내부를 설정된 온도로 유지시키고 스팀발생기(200)에서 발생되는 스팀을 반응기(100)의 워크챔버(120)로 공급하면서 워크챔버(120)로 유입되는 스팀의 양과 유출되는 스팀의 양을 조절하여 워크챔버(120)의 내부를 설정된 압력으로 유지시키면서 워크챔버(120)의 내부에 놓인 작업대상물, 즉 탄소 지지체를 열처리하게 되므로 워크챔버(120)의 탄소 지지체가 설정된 고온 상태와 스팀의 압력에 의해 스팀이 탄소 지지체로 깊게 침투하여 미세기공들을 탄소 지지체의 표면 뿐만 아니라 내부에도 형성시켜 탄소 지지체의 비표면적을 증가시키게 된다.
또한, 본 발명은 작업대상물인 탄소 지지체가 놓여진 워크챔버(120)에 스팀이 공급되고 배출되면서 워크챔버(120)의 내부 압력을 유지하게 되므로 스팀이 워크챔버(120)에 지속적으로 공급되면서 히터유닛(130)의 열에 의해 탄소 지지체가 열처리되어 탄소 지지체에 미세기공들을 형성시키는 효과가 높게 된다.
또한, 본 발명은 히터유닛(130)을 단열부재(140)가 감싸게 되고, 워크챔버(120)에 연결되는 유입관(P1)과 유출관(P2)을 유입관단열유닛(150)과 유출관단열유닛(160)이 각각 단열시킴과 아울러 워크챔버(120)의 유입측과 유출측을 단열시키게 되어 히터유닛(130)에서 발생되는 열이 단열부재(140)에 의해 하우징(110)으로 전달되는 것을 최소화시키면서 워크챔버(120)로 열이 집중 전달되어 열손실을 최소화하게 될 뿐만 아니라 워크챔버(120) 내부를 설정된 온도로 균일하게 유지시킨다.
또한, 본 발명은 히터유닛(130)에서 발생되는 열이 하우징(110)으로 전달될 경우 보조냉각유닛에 의해 냉각되어 하우징(110)이 가열되는 것을 방지하게 된다.
100; 반응기 110; 하우징
120; 워크챔버 130; 히터유닛
140; 단열부재 P1; 유입관
P2; 유출관 200; 스팀발생기
300; 냉각기 400; 제어기

Claims (3)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 내부에 위치하며, 내부에 작업대상물들이 위치하는 워크챔버;
    상기 워크챔버를 둘러싸도록 위치하여 열을 발생시키는 히터유닛;
    상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 히터유닛에서 발생되는 열이 하우징측으로 전달되는 것을 방지하는 단열부재;
    상기 워크챔버의 한쪽에 연결되어 워크챔버의 내부로 가스의 유입을 안내하는 유입관;
    상기 하우징에 구비되어 상기 유입관을 단열시키는 유입관단열유닛;
    상기 워크챔버의 다른 한쪽에 연결되어 워크챔버로 유입된 가스가 외부로 유출되는 유출관;
    상기 하우징에 구비되어 상기 유출관을 단열시키는 유출관단열유닛; 및
    상기 워크챔버 내부의 압력을 조절하는 압력조절유닛을 포함하며,
    상기 유입관단열유닛은 상기 유입관을 감싸는 유입관단열재와, 상기 유입관단열재를 감싸는 단열케이스와, 상기 단열케이스를 둘러싸며 단열케이스와 함께 밀폐공간을 형성하는 쿨링케이스와, 상기 단열케이스에 힌지 결합되는 관연결어셈블리를 포함하며,
    상기 유출관단열유닛은 상기 유출관을 감싸는 유출관단열재와, 상기 유출관단열재를 감싸는 단열케이스와, 상기 단열케이스를 둘러싸며 단열케이스와 함께 밀폐공간을 형성하는 쿨링케이스와, 상기 단열케이스에 착탈 가능하게 결합되는 관연결어셈블리를 포함하는 반응기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 하우징은 균일한 내경을 가지며 내부에 상기 워크챔버가 위치하는 원통형 몸체와, 상기 원통형 몸체의 한쪽 단을 복개하는 유입측 커버부재와, 상기 원통형 몸체와 유입측 커버부재를 체결하는 제1 체결유닛과, 상기 원통형 몸체의 다른 한쪽 단을 복개하는 유출측 커버부재와, 상기 원통형 몸체와 유출측 커버부재를 체결하는 제2 체결유닛을 포함하는 반응기.
  3. 내부에 놓여지는 작업대상물을 열과 수증기에 의해 열처리하는 반응기;
    상기 반응기에 가압된 수증기를 공급하는 스팀발생기;
    상기 반응기에서 배출되는 수증기를 냉각시키는 냉각기;
    상기 반응기를 제어하는 제어기를 포함하며,
    상기 반응기는,
    하우징;
    상기 하우징의 내부에 위치하며, 내부에 작업대상물들이 위치하는 워크챔버;
    상기 워크챔버를 둘러싸도록 위치하며, 반응열을 발생시키는 히터유닛;
    상기 하우징의 내부에 구비되어 상기 히터유닛에서 발생되는 열이 하우징측으로 전달되는 것을 방지하는 단열부재;
    상기 워크챔버의 한쪽에 연결되어 상기 스팀발생기에서 발생되는 수증기가 워크챔버 내부로 유입되는 유입관;
    상기 하우징에 구비되어 상기 유입관을 단열시키는 유입관단열유닛;
    상기 워크챔버의 다른 한쪽에 연결되어 워크챔버로 유입된 가스가 상기 냉각기로 유출되는 유출관;
    상기 하우징에 구비되어 상기 유출관을 단열시키는 유출관단열유닛; 및
    상기 워크챔버 내부의 압력을 조절하는 압력조절유닛을 포함하며,
    상기 유입관단열유닛은 상기 유입관을 감싸는 유입관단열재와, 상기 유입관단열재를 감싸는 단열케이스와, 상기 단열케이스를 둘러싸며 단열케이스와 함께 밀폐공간을 형성하는 쿨링케이스와, 상기 단열케이스에 힌지 결합되는 관연결어셈블리를 포함하며,
    상기 유출관단열유닛은 상기 유출관을 감싸는 유출관단열재와, 상기 유출관단열재를 감싸는 단열케이스와, 상기 단열케이스를 둘러싸며 단열케이스와 함께 밀폐공간을 형성하는 쿨링케이스와, 상기 단열케이스에 착탈 가능하게 결합되는 관연결어셈블리를 포함하는 가압 활성화 장비.
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