KR102525598B1 - 가변형 반응기 - Google Patents

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김환
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송형운
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Abstract

본 발명은 가변형 반응기에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명의 일 실시예에 따르면, 내부가 비어 있는 챔버 본체, 상기 챔버 본체 내부의 일측에 연결되는 반응물 유입구, 상기 챔버 본체 내부의 타측에 연결되는 생성물 배출구를 포함하는 반응 챔버; 상기 반응물 유입구를 통해 상기 챔버 본체 내부에 유입되는 반응물을 반응시켜서 열 및 중간 생성물을 생성하도록, 상기 챔버 본체 내부에 배치되는 제1 반응부; 및 상기 제1 반응부에서 생성되어 전달된 열, 및 촉매에 의해서, 상기 중간 생성물 및 상기 제1 반응부에서 반응하지 않은 미반응 반응물을 반응시켜서 생성물을 생성하도록, 상기 챔버 본체 내부에 상기 제1 반응부와 이격되어 배치되는 제2 반응부; 를 포함하며, 상기 제2 반응부는 상기 챔버 본체 내부에 이동 가능하게 배치되는, 가변형 반응기가 제공될 수 있다.

Description

가변형 반응기{FLEXIBLE REACTOR}
본 발명은 가변형 반응기에 대한 발명이다.
탄화수소로 구성되어 있는 바이오 가스는 수소 생산을 위한 화석 연료를 지원하거나 대체할 수 있는 매력적인 재생 가능 공급원이다. 바이오 가스는 일반적으로 생분해성 유기 기질의 혐기성 발효/소화에 의해 생성된다. 바이오 가스의 조성은 본질적으로 농업 산업 폐기물, 도축장 폐기물, 동물 농장 분뇨, 하수 슬러지, 도시 고형 폐기물, 또는 에너지 작물과 같은 바이오 가스 소화조에 사용되는 기질의 유형에 따라 다르다.
바이오 가스는 메탄(CH4)과 이산화탄소(CO2)가 주 구성 성분이고, 미량의 질소(N2), 산소(O2), 물(H2O), 황화수소(H2S), 실록세인(siloxane)을 포함한다. 바이오 가스의 수소와 일산화탄소로의 대표적인 개질 방법으로, 바이오 가스의 증기 개질(SRB, Steam Reforming of Biogas)이 있다. 바이오 가스의 증기 개질은 메탄의 건식 개질(DRM, Dry Reforming of Methane), 메탄의 증기 개질(SRM, Steam Reforming of Methane), 및 부분산화 개질(POX, Partial Oxidation)의 조합이다.
바이오 가스의 증기 개질은 발열 반응인 메탄과 공기의 연소 반응 및 흡열 반응인 증기 개질 반응으로 인해서, 복잡한 화학 반응, 질량 및 열 전달 반응이다. 일반적으로, 바이오 가스의 증기 개질은 흡열 반응으로, 효율을 감소시키기 때문에, 적절한 열을 공급하기 위해 버너등 다양한 열원을 사용한다.
바이오 가스의 증기 개질을 위해서 촉매를 사용하는 데, 일반적인 촉매 반응기는 외부 혹은 내부의 열원을 사용하고 반응 부분이 고정되어 있는 형태이어서, 다양한 조건에서 사용하기가 어렵다.
대한민국 공개특허공보 제10-2010-0008998호 (2010.01.27)
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 배경에서 발명된 것으로서, 반응이 일어날 수 있는 온도 범위 내의 온도가 형성된 위치로 반응부를 이동시킴으로써, 반응효율을 높일 수 있어서 생성물의 양을 증가시킬 수 있는 가변형 반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부가 비어 있는 챔버 본체, 상기 챔버 본체 내부의 일측에 연결되는 반응물 유입구, 상기 챔버 본체 내부의 타측에 연결되는 생성물 배출구를 포함하는 반응 챔버; 상기 반응물 유입구를 통해 상기 챔버 본체 내부에 유입되는 반응물을 반응시켜서 열 및 중간 생성물을 생성하도록, 상기 챔버 본체 내부에 배치되는 제1 반응부; 및 상기 제1 반응부에서 생성되어 전달된 열, 및 촉매에 의해서, 상기 중간 생성물 및 상기 제1 반응부에서 반응하지 않은 미반응 반응물을 반응시켜서 생성물을 생성하도록, 상기 챔버 본체 내부에 상기 제1 반응부와 이격되어 배치되는 제2 반응부; 를 포함하며, 상기 제2 반응부는 상기 챔버 본체 내부에 이동 가능하게 배치되는, 가변형 반응기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제2 반응부는 상기 제2 반응부의 적어도 일부를 구획하며 상기 챔버 본체 내부에 이동 가능하게 배치되고 상기 촉매가 부착되며 상기 제1 반응부로부터 유동한 상기 중간 생성물 및 상기 미반응 반응물이 통과하는 통과구멍이 형성된 촉매부착 이동부재; 를 포함하는, 가변형 반응기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 반응 챔버는, 상기 촉매부착 이동부재의 이동 방향으로 서로 이격되게 상기 챔버 본체에 배치되는 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서를 더 포함하고, 상기 제2 반응부는 상기 촉매부착 이동부재에 연결되는 이동 구동부재; 및 상기 촉매부착 이동부재가 상기 챔버 본체 내부에서 이동하도록 상기 이동 구동부재를 구동하는 이동 구동기를 더 포함하는, 가변형 반응기가 제공될 수 있다.
또한, 복수 개의 상기 챔버 본체 온도감지센서 및 상기 이동 구동기에 연결되는 제어기; 를 더 포함하며, 상기 제어기는 상기 촉매부착 이동부재를, 상기 촉매에 의한 반응이 일어날 수 있는 온도 범위인 반응 온도 범위 내의 온도가 형성된 상기 챔버 본체 내부의 위치로 이동시키는, 가변형 반응기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제어기에는 상기 반응 온도 범위가 미리 설정되어 저장되는, 가변형 반응기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제2 반응부에서 생성되고 상기 생성물 배출구로부터 배출되는 상기 생성물을 분석하는 생성물 분석기를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 생성물 분석기에서의 상기 생성물의 분석 결과에 기초하여, 상기 촉매부착 이동부재를 상기 챔버 본체 내부에서 이동시키는, 가변형 반응기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 반응부에서는, 연소, 부분 산화 또는 플라즈마 공급을 통해 상기 반응물을 반응시키는, 가변형 반응기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 반응부는 상기 반응물 유입구를 통해 유입되는 상기 반응물을 점화시켜서 연소시키거나 부분 산화시키는 점화기; 를 포함하는, 가변형 반응기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제1 반응부는 상기 반응물 유입구를 통해 유입되는 상기 반응물에 플라즈마를 공급하여 반응시키는 플라즈마 발생기를 포함하는, 가변형 반응기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 반응물은 바이오 가스를 포함하고, 상기 생성물은 수소와 일산화탄소를 포함하는, 가변형 반응기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 반응물은 수증기 및 산소 중 하나 이상을 더 포함하는, 가변형 반응기가 제공될 수 있다.
또한, 상기 제2 반응부에서는, 상기 촉매에 의한, 상기 바이오 가스에 포함되는 메탄의 건식 개질 반응, 메탄의 스팀 개질 반응, 메탄의 부분산화 반응, 및 수성가스 전이 반응 중 하나 이상의 반응이 일어나서, 수소와 일산화탄소를 생성하는, 가변형 반응기가 제공될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 반응이 일어날 수 있는 온도 범의 내의 온도가 형성된 위치로 반응부를 이동시킴으로써, 반응효율을 높일 수 있다는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 생성물의 양을 증가시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 반응기를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 반응기의 제1 반응부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 반응기의 작동을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 반응기를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 반응기의 제1 반응부를 나타내는 도면이다.
이하에서는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '공급', '전달' 된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 공급, 전달될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
또한, 본 명세서에서 하부, 상부, 상하방향, 위 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 도 1과 도 2를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 반응기(1)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 반응기(1)는 반응물을 반응시켜서 생성물을 생성하는 것이다. 가변형 반응기(1)에서는, 반응물을 1차 반응시켜서 열과 중간 생성물을 생성하고, 1차 반응에서 생성된 열과 촉매에 의해서, 1차 반응에서 생성된 중간 생성물 및 1차 반응에서 미반응된 반응물을 2차 반응시켜서 생성물을 생성할 수 있다. 예를 들어, 가변형 반응기(1)에서는 바이오 가스 등을 1차 반응시켜서 열과 물, 이산화탄소, 수소, 및 일산화탄소 중 하나 이상의 중간 생성물을 생성할 수 있다. 또한, 가변형 반응기(1)에서는, 1차 반응에서 생성된 중간 생성물 및 1차 반응에서 미반응된 바이오 가스 등을, 1차 반응에서 생성된 열, 및 촉매에 의해서, 2차 반응시켜서 수소와 이산화탄소 등을 생성할 수 있다. 또한, 가변형 반응기(1)에서는 촉매에 의한 2차 반응이 일어날 수 있는 온도 범위 내인 반응 온도 범위 내의 온도에서 2차 반응이 일어날 수 있도록, 2차 반응이 일어나는 영역이 가변되도록 할 수 있다. 따라서, 반응효율을 높일 수 있고 생성물의 양을 증가시킬 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가변형 반응기(1)는 반응 챔버(100), 제1 반응부(200), 제2 반응부(300), 제어기(400), 및 생성물 분석기(500)를 포함할 수 있다.
반응 챔버(100)는, 반응물 공급원(미도시)으로부터 공급된 반응물이 유입되며, 반응물이 반응할 수 있는 공간과 반응물 등이 유동할 수 있는 공간을 제공하고, 반응물의 반응에 의해서 생성된 생성물이 유동하여 배출될 수 있다. 반응 챔버(100)는 챔버 본체(110), 반응물 유입구(120), 생성물 배출구(130), 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140), 및 제 2 반응부 온도감지센서(150)를 포함할 수 있다.
챔버 본체(110)는 내부가 비어 있어서, 반응물 공급원으로부터 공급된 반응물이, 챔버 본체(110)의 내부의 일측에 연결된 반응물 유입구(120)를 통해, 내부에 유입될 수 있다. 또한, 챔버 본체(110)는 내부가 비어 있어서, 제1 반응부(200) 및 제2 반응부(300)가 서로 이격되게 내부에 배치될 수 있다. 또한, 챔버 본체(110)는 내부가 있어서, 내부에 유입된 반응물이 챔버 본체(110) 내부에 배치된 제1 반응부(200)로 유동할 수 있다. 또한, 챔버 본체(110)는 내부가 비어 있어서, 제1 반응부(200)에서의 반응에 의해서 생성된 열과 중간 생성물이 챔버 본체(110) 내부에 제1 반응부(200)와 이격되게 배치된 제2 반응부(300)로 유동할 수 있다. 또한, 챔버 본체(110)는 내부가 비어 있어서, 제2 반응부(300)에서의 반응에 의해서 생성된 생성물이 유동하여 챔버 본체(110) 내부의 타측에 연결된 생성물 배출구(130)를 통해 챔버 본체(110)로부터 배출될 수 있다. 예를 들어, 챔버 본체(110)는 내부가 비어 있는 원통 형상일 수 있다.
반응물 유입구(120)는 반응물 공급원으로부터 공급된 반응물이 챔버 본체(110)의 내부에 유입되도록 할 수 있다. 반응물 유입구(120)는 반응물 공급원과 챔버 본체(110)의 내부의 일측에 연결될 수 있다. 반응물 유입구(120)는 반응물 공급관(2)을 통해 반응물 공급원에 연결될 수 있다. 반응물 유입구(120)는 반응물 공급원에 연결된 반응물 공급관(2)에 연결될 수 있다. 반응물 공급원의 반응물은 반응물 공급관(2)을 통해 반응물 유입구(120)로 유동할 수 있다. 반응물 유입구(120)로 유동한 반응물은 반응물 유입구(120)를 통해 챔버 본체(110) 내부의 일측에 유입될 수 있다. 예를 들어, 반응물 유입구(120)는 챔버 본체(110) 내부의 하부에 연결될 수 있다. 또한, 반응물 유입구(120)로 유동한 반응물은, 반응물 유입구(120)를 통해 챔버 본체(110) 내부의 하부에 유입될 수 있다.
반응물 공급관(2)에는 반응물 공급밸브(미도시) 및 유량감지센서(미도시) 등이 배치될 수 있다. 반응물 공급밸브 및 유량감지센서 등은 제어기(400)에 연결될 수 있다. 제어기(400)는 반응물 공급관(2)의 반응물 공급밸브를 조작하여 반응물 공급원의 반응물이 반응물 유입구(120)로 유동하고 반응물 유입구(120)를 통해 챔버 본체(110)의 내부에 유입되도록 할 수 있다. 또한, 제어기(400)는 유량감지센서로부터 반응물 유입구(120)로 유동하는 반응물의 유량을 전달받고 반응물 공급밸브를 제어하여, 반응물 유입구(120)를 통해 챔버 본체(110) 내부에 유입되는 반응물의 양을 조절할 수 있다.
반응 챔버(100)에 공급되는 반응물의 종류는 복수 개일 수 있으며, 복수 개 종류의 반응물에 대응하여 반응물 공급원도 복수 개일 수 있다. 하나의 반응물 공급관(2)이 분기되어 복수 개의 반응물 공급원에 연결되고, 챔버 본체(110) 내부의 일측에 연결될 수 있다. 또한, 복수 개의 반응물 공급관(2)이 복수 개의 반응물 공급원 각각 또는 복수 개의 반응물 공급원의 일부에 연결되고 챔버 본체(110) 내부의 일측에 연결될 수 있다. 반응물은 바이오 가스를 포함할 수 있으며, 반응물 공급원은 바이오 가스 공급원을 포함할 수 있다. 또한, 반응물은 바이오 가스 이외에 수증기 및 산소 중 하나 이상을 더 포함할 수 있으며, 반응물 공급원은 수증기 공급원 및 산소 공급원 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
생성물 배출구(130)는 챔버 본체(110) 내부에 서로 이격되게 배치되는 제1 반응부(200)에서의 반응 및 제2 반응부(300)에서의 반응을 거치면서 생성된 생성물이 챔버 본체(110)의 외부로 배출되도록 할 수 있다. 생성물 배출구(130)는 챔버 본체(110) 내부의 타측과 생성물 분석기(500)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 생성물 배출구(130)는 챔버 본체(110) 내부의 상부에 연결될 수 있다. 또한, 제1 반응부(200)에서의 반응 및 제2 반응부(300)에서의 반응을 거치면서 생성된 생성물은, 생성물 배출구(130)를 통해 챔버 본체(110) 내부의 상부로부터 챔버 본체(110)의 외부로 배출될 수 있다. 생성물 배출구(130)는 생성물 배출관(500-1)을 통해 생성물 분석기(500)에 연결될 수 있다. 생성물 배출구(130)는 생성물 분석기(500)에 연결된 생성물 배출관(500-1)에 연결될 수 있다. 생성물 배출구(130)를 통해 챔버 본체(110)로부터 배출된 생성물은 생성물 배출관(500-1)을 통해 생성물 분석기(500)에 공급될 수 있다.
복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140)는 서로 이격되게 챔버 본체(110)에 배치될 수 있다. 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140) 각각에 의해서, 챔버 본체(110)의 서로 이격된 복수 개의 위치 각각에서의 온도가 감지될 수 있다. 또한, 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140) 각각에 의해서, 챔버 본체(110) 내부의 서로 이격된 복수 개의 위치 각각에서의 온도가 감지될 수 있다. 챔버 본체(110)의 내부에는, 제2 반응부(300)에 포함되는 후술할 촉매부착 이동부재(310)가 이동 가능하게 배치될 수 있다. 또한, 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140)는, 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)의 이동방향으로 서로 이격되게 챔버 본체(110)에 배치될 수 있다. 따라서, 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)의 이동방향으로 서로 이격된, 챔버 본체(110)의 복수 개의 위치 각각에서의 온도가, 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140) 각각에 의해서, 감지될 수 있다. 예를 들어, 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)는 챔버 본체(110)의 내부에 상하방향으로 이동 가능하게 배치되고, 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140)는 챔버 본체(110)의 상하방향으로 서로 이격되게 챔버 본체(110)에 배치될 수 있다.
복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140)는 제어기(400)에 각각 연결될 수 있다. 또한, 제어기(400)는 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140) 각각으로부터 감지된, 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)의 이동방향으로 서로 이격된, 챔버 본체(110)의 복수 개의 위치 각각에서의 온도를 전달받을 수 있다. 다시 말해, 제어기(400)는 챔버 본체(110)의 위치에 따른 온도 분포를 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140)에 의해서 전달받을 수 있다.
제2 반응부 온도감지센서(150)는 제2 반응부(300)의 온도를 감지할 수 있다. 제2 반응부(300)가 후술할 바와 같이 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에 이동 가능하게 배치되기 때문에, 제2 반응부 온도감지센서(150)는 제2 반응부(300)의 온도를 감지할 수 있도록 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에 이동 가능하게 배치될 수 있다. 또한, 제2 반응부 온도감지센서(150)는 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)의 이동방향으로 연장될 수 있다. 예를 들어, 제2 반응부 온도감지센서(150)는 반응 챔버(100)의 생성물 배출구(130)를 통해 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에 이동 가능하게 배치될 수 있다. 또한, 제2 반응부 온도감지센서(150)는 센서 이동기(미도시)에 연결되어 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에서 이동할 수 있다. 센서 이동기는 제어기(400)에 연결되고, 제어기(400)는 제2 반응부 온도감지센서(150)가 제2 반응부(300)의 온도를 감지할 수 있도록, 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)가 이동함에 따라 제2 반응부 온도감지센서(150)도 이동시킬 수 있다. 또한, 제2 반응부 온도감지센서(150)는 제어기(400)에 연결되어, 제2 반응부(300)의 온도를 제어기(400)에 전달할 수 있다.
제1 반응부(200)는 반응 챔버(100)의 반응물 유입구(120)를 통해 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에 유입되는 반응물을 반응시켜서 열 및 중간 생성물을 생성할 수 있다. 제1 반응부(200)는 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에 배치될 수 있다. 제1 반응부(200)는, 반응 챔버(100)의 반응물 유입구(120)에 인접하게, 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에 배치될 수 있다. 따라서, 반응 챔버(100)의 반응물 유입구(120)를 통해 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)에 유입된 반응물은 제1 반응부(200)로 유동할 수 있다. 예를 들어, 반응 챔버(100)의 반응물 유입구(120)는, 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부의 하부에 연결되고, 제1 반응부(200)는 반응물 유입구(120) 위의 챔버 본체(110) 내부의 하부에 배치될 수 있다.
제1 반응부(200)에서는, 연소 또는 부분 산화를 통해 반응물을 반응시킬 수 있다. 제1 반응부(200)에서 연소 또는 부분 산화를 통해 반응물을 반응시키는 경우에, 제1 반응부(200)는 도 2에 도시된 바와 같이, 점화기(210)를 포함할 수 있다. 점화기(210)는, 반응 챔버(100)의 반응물 유입구(120)를 통해 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에 유입되어 제1 반응부(200)로 유동한 반응물을 점화시켜서 반응물을 연소시키거나 부분 산화시킴으로써, 반응물을 반응시킬 수 있다. 점화기(210)의 점화에 의한 연소나 부분 산화에 의해서 반응물을 반응시키는 경우에, 반응물에는, 점화기(210)의 점화에 의한 반응물의 연소나 부분 산화가 일어날 수 있도록, 산소가 포함될 수 있다. 예를 들어, 반응물에 바이오 가스가 포함되는 경우에, 점화기(210)의 점화에 의해서 바이오 가스가 연소되거나 부분 산화될 수 있도록, 반응물에는 바이오 가스 이외에 산소가 더 포함될 수 있다. 점화기(210)는 제어기(400)에 연결될 수 있다. 또한, 제어기(400)는, 제1 반응부(200)에서 반응물의 반응이 일어날 수 있도록 점화기(210)를 작동시킬 수 있다.
제1 반응부(200)가 점화기(210)를 포함하는 경우에, 제2 반응부(300)에 포함되는 후술할 이동 구동부재(320)는 제2 반응부(300)에 포함되는 후술할 촉매부착 이동부재(310)의 하면에 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2 반응부(300)의 이동 구동부재(320)는 반응 챔버(100)의 반응물 유입구(120)를 통해 제2 반응부(300)의 이동부재(310)의 하면에 연결될 수 있다.
제1 반응부(200)는 제1 반응부 구획부재(미도시)를 포함할 수 있다. 제1 반응부 구획부재와 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)의 일부에 의해서 제1 반응부(200)가 구획될 수 있다. 예를 들어, 제1 반응부 구획부재와, 반응 챔버(100)의 반응물 유입구(120) 위의, 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)의 부분이 제1 반응부(200)를 구획할 수 있다. 제1 반응부 구획부재에는 제1 반응부 배출구멍(미도시)이 형성될 수 있다. 제1 반응부(200)에서 생성된 중간 생성물 및 제1 반응부(200)에서 반응되지 않은 미반응 반응물은, 제1 반응부 구획부재의 제1 반응부 배출구멍을 통해 제1 반응부(200)로부터 나와서 제2 반응부(300)로 유동할 수 있다.
제2 반응부(300)는 제1 반응부(200)에서 생성된 열, 및 촉매에 의해서, 제1 반응부(200)에서 반응물이 반응하여 생성된 중간 생성물 및 제1 반응부(200)에서 반응하지 않은 미반응 반응물을 반응시켜서 생성물을 생성할 수 있다. 제2 반응부(300)는 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에 제1 반응부(200)와 이격되어 배치될 수 있다. 따라서, 제1 반응부(200)에서 반응물이 반응하여 생성된 열이, 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)를 통해 제2 반응부(200)로 전달될 수 있다. 또한, 제1 반응부(200)에서 반응물이 반응하여 생성된 중간 생성물 및 제1 반응부(200)에서 반응하지 않은 미반응 반응물이 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)를 내부를 통해 제2 반응부(300)로 유동할 수 있다. 예를 들어, 제1 반응부(200)는 챔버 본체(110) 내부의 하부에 배치되고 제2 반응부(200)는 제1 반응부(200)와 이격되어 제1 반응부(200) 위의 챔버 본체(110) 내부에 배치될 수 있다. 또한, 제2 반응부(300)는 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에 이동 가능하게 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의해서, 제2 반응부(300)는 촉매에 의한 반응이 최적으로 일어날 수 있도록 챔버 본체(110) 내부에서 이동될 수 있다. 따라서, 제2 반응부(300)에서의 반응효율을 높일 수 있어서, 제2 반응부(300)에서 생성되는 생성물의 양을 증가시킬 수 있다.
반응물에 바이오 가스가 포함되는 경우에, 제2 반응부(300)에서는, 촉매에 의한, 바이오 가스에 포함되는 메탄의 건식 개질 반응, 메탄의 스팀 개질 반응, 메탄의 부분산화 반응, 및 수성가스 전이 반응 중 하나 이상의 반응이 일어나서, 수소와 일산화탄소를 생성할 수 있다.
촉매에 의한 메탄의 건식 개질 반응은 아래의 반응식 1과 같다.
[반응식 1]
CH4 + CO2 → 2H2 + 2CO, 반응열 ΔH=247.4kJ/mol, 반응 온도 T=700℃ 내지 1000℃
촉매에 의한 메탄의 스팀 개질 반응은 아래의 반응식 2와 같다.
[반응식 2]
CH4 + H2O → 3H2 + CO, 반응열 ΔH=206.1kJ/mol, 반응 온도 T=600℃ 내지 800℃
촉매에 의한 메탄의 부분산화 반응은 아래의 반응식 3과 같다.
[반응식 3]
2CH4 + O2 → 4H2 + 2CO, 반응열 ΔH=-36kJ/mol, 반응 온도 T=400℃ 내지 650℃
촉매에 의한 수성가스 전이 반응은 아래의 반응식 4와 같다.
[반응식 4]
CO + H2O → H2 + CO2, 반응열 ΔH=-44kJ/mol, 반응 온도 T=200℃ 내지 400℃
촉매에 의한 메탄의 스팀 개질 반응 및 촉매에 의한 수성가스 전이 반응을 위해서는, 반응물에 바이오 가스 이외에 수증기가 더 포함될 수 있다. 제2 반응부(300)는 촉매부착 이동부재(310), 이동 구동부재(320), 및 이동 구동기(330)(미도시)를 포함할 수 있다.
촉매부착 이동부재(310)는 제2 반응부(300)의 적어도 일부를 구획할 수 있다. 촉매부착 이동부재(310)는 제2 반응부(300)의 하부를 구획할 수 있다. 촉매부착 이동부재(310)는 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에 이동 가능하게 배치될 수 있다. 촉매부착 이동부재(310)의 둘레에는 베어링 또는 롤러 등의 이동 가이드(미도시)가 배치되어, 촉매부착 이동부재(310)가 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에 이동 가능하게 배치될 수 있다. 또한, 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내면에는 가이드 레일(미도시)이 배치되고 촉매부착 이동부재(310)에는 가이드 레일을 따라 이동하는 바퀴(미도시) 등이 배치되어, 촉매부착 이동부재(310)가 챔버 본체(110) 내부에 이동 가능하게 배치될 수도 있다.
촉매부착 이동부재(310)에는 촉매가 부착될 수 있다. 촉매부착 이동부재(310)에 부착된 촉매는, 제1 반응부(200)에서 생성되어 제2 반응부(200)로 전달된 열과 함께, 제1 반응부(200)에서 생성된 중간 생성물 및 제1 반응부(200)에서 미반응된 미반응 반응물을 반응시킬 수 있다. 촉매는 페로브스카이트(perovskite) 촉매일 수 있다. 또한, 페로브스카이트 촉매는 BaZrO3, LaCeCO4, La2NiO4, LaCoO3, La2Ti2O7, SrNiTIO3, CaCrNiO3 를 포함할 수 있다. 촉매부착 이동부재(310)의 일면에 촉매가 부착될 수 있다. 제1 반응부(200) 반대 측의 촉매부착 이동부재(310)의 면에 촉매가 부착될 수 있다. 예를 들어, 촉매부착 이동부재(310)의 상면에 촉매가 부착될 수 있다. 또한, 제1 반응부(200)에서 생성된 열과 촉매에 의한 중간 생성물과 미반응 반응물의 반응은 촉매부착 이동부재(310)의 상면과 상면 위에서 일어날 수 있다.
촉매부착 이동부재(310)에는 통과구멍(311)이 형성될 수 있다. 제2 반응부(300)로 유동한, 제1 반응부(200)에서 생성된 중간 생성물 및 제1 반응부(200)에서 미반응된 미반응 반응물이 촉매부착 통과구멍(311)을 통과할 수 있다. 촉매부착 이동부재(310)의 통과구멍(311)을 통과한, 중간 생성물 및 미반응 반응물은, 제1 반응부(200)에서의 반응에 의해서 생성되어 제2 반응부(300)로 전달된 열 및 촉매부착 이동부재(310)의 일면에 부착된 촉매에 의해서 반응할 수 있다. 복수 개의 통과구멍(311)이 촉매부착 이동부재(310)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 촉매부착 이동부재(310)는 원판 형상일 수 있다.
이동 구동부재(320)는 촉매부착 이동부재(310)에 연결될 수 있다. 이동 구동부재(320)는 반응 챔버(100)의 반응물 유입구(120)를 통해 촉매부착 이동부재(310)에 연결될 수 있다. 또한, 이동 구동부재(320)는 촉매부착 이동부재(310)의 이동방향으로 연장되어 촉매부착 이동부재(310)에 연결될 수 있다. 예를 들어, 이동 구동부재(320)는 반응 챔버(100)의 반응물 유입구(120)를 통해 촉매부착 이동부재(310)의 하면에 연결될 수 있다.
이동 구동기(330)는 촉매부착 이동부재(310)가, 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에서 이동하도록 이동 구동부재(320)를 구동할 수 있다. 예를 들어, 이동 구동기(330)는 공압 실린더 또는 유압 실린더일 수 있다. 이동 구동기(330)가 공압 실린더 또는 유압 실린더인 경우, 이동 구동부재(320)는 공압 실린더 또는 유입 실린더의 작동으로 이동하는 실린더 로드일 수 있다. 또한, 이동 구동기(330)는 모터일 수 있다. 이동 구동기(330)가 모터인 경우, 이동 구동부재(320)는 모터에 의해서 회전하는 스크류이며, 촉매부착 이동부재(310)는 스크류인 이동 구동부재(320)의 회전에 의해서 스크류인 이동 구동부재(320)를 따라 이동할 수 있다. 이동 구동기(330)는 제어기(400)에 연결될 수 있다. 제어기(400)는 이동 구동기(330)를 제어하여 이동 구동부재(320)를 구동함으로써, 촉매부착 이동부재(310)를 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에서 이동시킬 수 있다.
제2 반응부(300)는 제2 반응부 구획부재(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제2 반응부 구획부재는, 촉매부착 이동부재(310)와 이격되도록, 촉매부착 이동부재(310)에 연결될 수 있다. 또한, 제2 반응부 구획부재는, 촉매부착 이동부재(310)와 같이, 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에 이동 가능하게 배치될 수 있다. 촉매부착 이동부재(310)와 제2 반응부 구획부재 및 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)의 일부에 의해서 제2 반응부(300)가 구획될 수 있다. 제2 반응부 구획부재에는 제2 반응부 배출구멍(미도시)이 형성될 수 있다. 이러한 구성의 경우에, 제2 반응부(200)에서 생성된 생성물은, 제2 반응부 구획부재의 제2 반응부 배출구멍을 통해, 제2 반응부(300)로부터 나와서 반응 챔버(100)의 생성물 배출구(130)로 유동할 수 있다.
제어기(400)는 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에 반응물이 유입되도록 하며 제1 반응부(200)에서 반응물이 반응하도록 할 수 있다. 제어기(400)는 반응물 공급원과, 반응 챔버(100)의 반응물 유입구(120)에 연결된 반응물 공급관(2)에 배치되는 반응물 공급밸브 및 유량감지센서 등에 연결될 수 있다. 또한, 제어기(400)는 반응 챔버(100)의 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140)에 각각 연결될 수 있다. 또한, 제어기(400)는 제1 반응부(200)의 점화기(210)에 연결될 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 제어기(400)가 반응물 공급관(2)에 배치된 반응물 공급밸브를 열면, 반응물 공급원의 반응물이 반응물 공급관(2)을 통해 반응 챔버(100)의 반응물 유입구(120)로 유동한 후, 반응물 유입구(120)를 통해 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에 유입될 수 있다. 반응물 유입구(120)를 통해 챔버 본체(110) 내부에 유입된 반응물은 제1 반응부(200)로 유동할 수 있다. 제어기(400)는 제1 반응부(200)의 점화기(210)를 작동시켜서, 제1 반응부(200)로 유동한 반응물을 점화시킴으로서, 제1 반응부(200)에서 반응물이 반응하도록 할 수 있다. 반응 챔버(100)의 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140) 중 하나에 의해서 감지된 제1 반응부(200)의 온도가 원하는 온도가 아닐 수 있다. 이러한 경우, 제어기(400)는 반응물 공급관(2)에 배치된 유량감지센서로부터 반응물의 유량을 전달받으면서 반응물 공급관(2)에 배치된 반응물 공급밸브를 조절하여, 제1 반응부(200)에 공급되는 반응물의 양을 조절함으로써, 제1 반응부(200)의 온도가 원하는 온도가 되도록 할 수 있다.
제어기(400)는, 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)를, 촉매부착 이동부재(310)에 부착된 촉매에 의한 반응이 일어날 수 있는 온도 범위인 반응 온도 범위 내의 온도가 형성된, 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부의 위치로 이동시킬 수 있다. 제어기(400)는 전술한 바와 같이, 반응 챔버(100)의 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140)에 각각 연결될 수 있다. 또한, 제어기(400)는 제2 반응부(300)의 이동 구동기(330)에 연결될 수 있다.
이러한 구성에 의해서, 제어기(400)는, 반응 챔버(100)의 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140) 각각으로부터, 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)의 서로 이격된 복수 개의 위치 각각에서의 온도를 전달받을 수 있다. 다시 말해, 제어기(400)는 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)의 위치에 따른 온도 분포를 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140)로부터 전달받을 수 있다. 또한, 제어기(400)는, 이동 구동기(330)를 구동하여 제2 반응부(300)의 이동 구동부재(320)를 작동시킴으로써, 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)를, 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에서 이동시킬 수 있다.
예를 들어, 반응물은 바이오 가스를 포함할 수 있다. 또한, 제2 반응부(300)에서는 촉매에 의한 메탄의 건식 개질 반응이 일어날 수 있다. 이러한 경우, 제어기(400)는 촉매에 의한 메탄의 건식 개질 반응이 일어날 수 있는 700℃ 내지 1000℃ 범위 내의 온도가 형성된 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)의 내부의 위치로, 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)를 이동시킬 수 있다. 또한, 제2 반응부(300)에서는 촉매에 의한 메탄의 수증기 개질 반응이 일어날 수 있다. 이러한 경우, 제어기(400)는 촉매에 의한 메탄의 수증기 개질 반응이 일어날 수 있는 600℃ 내지 800℃ 범위 내의 온도가 형성된 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)의 내부의 위치로, 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)를 이동시킬 수 있다. 또한, 제2 반응부(300)에서는 촉매에 의한 메탄의 부분산화 반응이 일어날 수 있다. 이러한 경우, 제어기(400)는 촉매에 의한 메탄의 부분산화 반응이 일어날 수 있는 400℃ 내지 650℃ 범위 내의 온도가 형성된 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)의 내부의 위치로, 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)를 이동시킬 수 있다. 또한, 제2 반응부(300)에서는 촉매에 의한 수성가스 전이 반응이 일어날 수 있다. 이러한 경우, 제어기(400)는 촉매에 의한 수성가스 전이반응이 일어날 수 있는 200℃ 내지 400℃ 범위 내의 온도가 형성된 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)의 내부의 위치로, 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)를 이동시킬 수 있다.
전술한 바에서 알 수 있는 바와 같이, 반응물이 바이오 가스를 포함하는 경우에, 촉매에 의한 메탄의 건식 개질 반응이 일어날 수 있는 온도 범위, 촉매에 의한 메탄의 수증기 개질 반응이 일어날 수 있는 온도 범위, 촉매에 의한 메탄의 부분산화 반응이 일어날 수 있는 온도 범위, 및 촉매에 의한 수성가스 전이반응이 일어날 수 있는 온도 범위는, 순차적으로 낮아질 수 있다. 또한, 제어기(400)는 온도가 가장 높을 수 있는 제1 반응부(200) 주위로부터 제1 반응부(200)로부터 멀어지도록 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)를 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에서 시간 차를 두고 또는 서서히 이동시킬 수 있다. 따라서, 제2 반응부(300)에서는 촉매에 의한 메탄의 건식 개질 반응, 촉매에 의한 메탄의 스팀 개질 반응, 촉매에 의한 메탄의 부분산화 반응, 및 촉매에 의한 수성가스 전이 반응이 차례로 일어날 수 있다. 또한, 제2 반응부(300)에서는 촉매에 의한 메탄의 건식 개질 반응, 촉매에 의한 메탄의 스팀 개질 반응, 촉매에 의한 메탄의 부분산화 반응, 및 촉매에 의한 수성가스 전이 반응 중 일부가 차례로 일어날 수 있다.
제어기(400)에는, 촉매에 의한 반응이 일어날 수 있는 온도 범위인 반응 온도 범위가 미리 설정되어 저장될 수 있다. 반응물이 바이오 가스를 포함하는 경우에, 촉매에 의한 메탄의 건식 개질 반응의 반응 온도 범위는 700℃ 내지 1000℃로 제어기(400)에 미리 설정되어 저장될 수 있다. 또한, 반응물이 바이오 가스를 포함하는 경우에, 촉매에 의한 메탄의 수증기 개질 반응의 반응 온도 범위는 600℃ 내지 800℃로 제어기(400)에 미리 설정되어 저장될 수 있다. 또한, 반응물이 바이오 가스를 포함하는 경우에, 촉매에 의한 메탄의 부분산화 반응의 반응 온도 범위는 400℃ 내지 650℃로 제어기(400)에 미리 설정되어 저장될 수 있다. 또한, 반응물이 바이오 가스를 포함하는 경우에, 촉매에 의한 수정가스 전이 반응의 반응 온도 범위는 200℃ 내지 400℃로 미리 설정되어 저장될 수 있다.
제어기(400)는 생성물 분석기(500)에서의 생성물의 분석 결과에 기초하여, 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)를 챔버 본체(110) 내부에서 이동시킬 수 있다. 생성물 분석기(500)에서는 생성물의 농도를 감지할 수 있다. 또한, 제어기(400)는 생성물 분석기(500)에서 감지된 생성물의 농도가 원하는 농도가 되도록 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)를 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에서 이동시킬 수 있다. 제어기(400)는 전술한 바와 같이 제2 반응부(300)의 구동기에 연결될 수 있다. 또한, 제어기(400)는 생성물 분석기(500)에 연결될 수 있다.
제어기(400)에 의해서, 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)가 촉매에 의한 반응이 일어날 수 있는 온도 범위인 반응 온도 범위 내의 온도가 형성된, 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부의 위치로 이동되었다고 하더라도, 생성물 분석기(500)에서 감지한 생성물의 농도가 원하는 농도가 되지 않을 수 있다. 이러한 경우에는, 제어기(400)가, 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)를 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에서 이동시켜서, 생성물 분석기(500)에서 감지한 생성물의 농도가 원하는 농도가 되도록 할 수 있다. 따라서, 생성물의 양을 증가시킬 수 있다.
제어기(400)는 마이크로프로세서를 포함하는 연산 장치, 메모리 등에 의해 구현될 수 있으며, 그 구현 방식은 당업자에게 자명한 사항이므로 더 이상의 자세한 설명을 생략한다.
생성물 분석기(500)는 제2 반응부(300)에서 생성되고 반응 챔버(100)의 생성물 배출구(130)로부터 배출되는 생성물을 분석할 수 있다. 생성물 분석기(500)는 생성물 배출관(500-1)을 통해 반응 챔버(100)의 생성물 배출구(130)에 연결될 수 있다. 생성물 분석기(500)는 반응 챔버(100)의 생성물 배출구(130)에 연결된 생성물 배출관(500-1)에 연결될 수 있다. 제2 반응부(300)의 반응에 의해서 생성된 생성물은 반응 챔버(100)의 생성물 배출구(130)를 통해 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)로부터 배출되고 생성물 배출관(500-1)을 통해 생성물 분석기(500)에 공급될 수 있다. 생성물 분석기(500)에서는 생성물의 농도를 감지할 수 있다. 생성물 분석기(500)에는 농도감지센서(미도시)가 배치되어 생성물의 농도를 감지할 수 있다. 예를 들어, 생성물이 수소와 일산화탄소를 포함한다면, 생성물 분석기(500)에는 수소 농도감지센서와 일산화탄소 농도감지센서가 배치될 수 있다.
생성물 분석기(500)는 생성물 공급관(500-2)을 통해 생성물 사용처(미도시)에 연결될 수 있다. 생성물 분석기(500)는 생성물 사용처에 연결된 생성물 공급관(500-2)에 연결될 수 있다. 생성물 분석기(500)에서 분석된 생성물은 생성물 공급관(500-2)을 통해 생성물 사용처에 공급될 수 있다.
이하에서는, 도 3을 참조하여, 상술한 바와 같은 구성을 갖는 가변형 반응기(1)의 작용 및 효과에 대하여 설명한다.
제어기(400)가 반응물 공급관(2)에 배치된 반응물 공급밸브를 열면, 반응물 공급원의 반응물이 반응물 공급관(2)을 통해 반응 챔버(100)의 반응물 유입구(120)로 유동한 후, 반응물 유입구(120)를 통해 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에 유입될 수 있다. 반응물은 바이오 가스를 포함할 수 있으며, 수증기 및 산소 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
반응물 유입구(120)를 통해 챔버 본체(110) 내부에 유입된 반응물은 제1 반응부(200)로 유동할 수 있다. 제어기(400)는 제1 반응부(200)의 점화기(210)를 작동시켜서, 제1 반응부(200)로 유동한 반응물을 점화시킴으로써, 제1 반응부(200)에서 반응물이 반응하도록 할 수 있다.
반응 챔버(100)의 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140) 중 하나에 의해서 감지된 제1 반응부(200)의 온도가 원하는 온도가 아닐 수 있다. 이러한 경우, 제어기(400)는 반응물 공급관(2)에 배치된 유량감지센서로부터 반응물의 유량을 전달받으면서 반응물 공급관(2)에 배치된 반응물 공급밸브를 조절하여, 제1 반응부(200)에 공급되는 반응물의 양을 조절함으로써, 제1 반응부(200)의 온도가 원하는 온도가 되도록 할 수 있다.
제1 반응부(200)에서 반응물이 반응하여 생성된 열은, 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)를 통해 제2 반응부(200)로 전달될 수 있다. 또한, 제1 반응부(200)에서 반응물이 반응하여 생성된 중간 생성물 및 제1 반응부(200)에서 반응하지 않은 미반응 반응물은 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부를 통해 제2 반응부(300)로 유동할 수 있다.
제2 반응부(300)에서는, 제1 반응부(200)에서 전달된 열, 및 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)에 부착된 촉매에 의해서, 제1 반응부(200)에서의 반응에 의해서 생성된 중간 생성물 및 제1 반응부(200)에서 반응하지 않은 미반응 반응물이 반응하여 생성물이 생성될 수 있다.
제어기(400)는, 반응 챔버(100)의 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140) 각각으로부터, 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)의 서로 이격된 복수 개의 위치 각각에서의 온도를 전달받을 수 있다. 또한, 제어기(400)는, 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)를 촉매에 의한 반응이 일어날 수 있는 온도범위인 반응 온도 범위 내의 온도가 형성된 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부의 위치로 이동시킬 수 있다. 따라서, 제2 반응부(300)에서의 반응효율을 높일 수 있고, 생성물의 양을 증가시킬 수 있다.
제2 반응부(300)에서 생성된 생성물은 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부를 유동하고 반응 챔버(100)의 생성물 배출구(130)를 통해 챔버 본체(110)로부터 배출될 수 있다. 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)로부터 배출된 생성물은 생성물 배출관(500-1)을 통해 생성물 분석기(500)에 유입되어 분석될 수 있다. 예를 들어, 생성물 분석기(500)에서는 생성물의 농도를 감지할 수 있다. 생성물 분석기(500)에서 분석된 생성물은 생성물 공급관(500-2)을 통해 생성물 사용처에 공급될 수 있다.
이러한 과정 중, 생성물 분석기(500)에서 감지한 생성물의 농도가 원하는 농도가 되지 않을 수 있다. 이러한 경우에는, 제어기(400)가, 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)를 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에서 이동시켜서, 생성물 분석기(500)에서 감지한 생성물의 농도가 원하는 농도가 되도록 할 수 있다. 따라서, 생성물의 양을 증가시킬 수 있다.
한편, 이러한 구성 이외에도, 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 제1 반응부(200)에서는 플라즈마 공급을 통해 반응물을 반응시킬 수 있다.
이하, 도 4와 도 5를 참조하여, 제 2 실시예를 설명한다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 반응기를 나타내는 도면이며, 도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가변형 반응기의 제1 반응부를 나타내는 도면이다.
본 발명의 제 2 실시예를 설명함에 있어서, 상술한 제1 실시예와 비교하였을 때, 제1 반응부(200)에서는 플라즈마 공급을 통해 반응물을 반응시킨다는 점에서 차이가 있는바, 이러한 차이점을 위주로 설명하며, 동일한 설명 및 도면부호는 상술한 실시예들을 원용한다.
도 4와 도 5를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시예에 따르면, 제1 반응부(200)에서는 플라즈마 공급을 통해 반응물을 반응시킬 수 있다.
제1 반응부(200)에서, 플라즈마 공급을 통해 반응물을 반응시키기 위해서, 도 4와 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 반응부(200)는 플라즈마 발생기(220)를 포함할 수 있다. 플라즈마 발생기(220)는, 반응 챔버(100)의 반응물 유입구(120)를 통해 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110) 내부에 유입되어 제1 반응부(200)로 유동한 반응물에 플라즈마를 공급하여 반응물을 반응시킬 수 있다. 플라즈마 발생기(220)는 제어기(400)에 연결될 수 있다. 제어기(400)는 제1 반응부(200)에서 반응물의 반응이 일어날 수 있도록 플라즈마 발생기(220)를 작동시킬 수 있다.
이와 같이, 제1 반응부(200)가 플라즈마 발생기(220)를 포함하는 경우에, 제2 반응부(300)의 이동 구동부재(320)는 제2 반응부(300)의 촉매부착 이동부재(310)의 상면에 연결될 수 있다. 이동 구동부재(320)는 반응 챔버(100)의 생성물 배출구(130)를 통해 촉매부착 이동부재(310)의 상면에 연결될 수 있다.
또한, 제1 반응부(200)가 플라즈마 발생기(220)를 포함하는 경우에, 반응 챔버(100)는 제2 반응부 온도감지센서(150)를 포함하지 않을 수 있다. 이러한 경우, 제2 반응부(300)의 온도는, 제2 반응부(300)가 배치되는 위치의, 반응 챔버(100)의 챔버 본체(110)의 온도를 감지하는, 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서(140) 중 하나에 의해서 감지될 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기술적 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.
1 : 가변형 반응기 2 : 반응물 공급관
100 : 반응 챔버 110 : 챔버 본체
120 : 반응물 유입구 130 : 생성물 배출구
140 : 챔버 본체 온도감지센서 150 : 제2 반응부 온도감지센서
200 : 제1 반응부 210 : 점화기
220 : 플라즈마 발생기 300 : 제2 반응부
310 : 촉매부착 이동부재 311 : 통과구멍
320 : 이동 구동부재 330 : 이동 구동기
400 : 제어기 500 : 생성물 분석기
500-1 : 생성물 배출관 500-2 : 생성물 공급관

Claims (12)

  1. 내부가 비어 있는 챔버 본체, 상기 챔버 본체 내부의 일측에 연결되는 반응물 유입구, 상기 챔버 본체 내부의 타측에 연결되는 생성물 배출구를 포함하는 반응 챔버;
    상기 반응물 유입구를 통해 상기 챔버 본체 내부에 유입되는 반응물을 반응시켜서 열 및 중간 생성물을 생성하도록, 상기 챔버 본체 내부에 배치되는 제1 반응부; 및
    상기 제1 반응부에서 생성되어 전달된 열, 및 촉매에 의해서, 상기 중간 생성물 및 상기 제1 반응부에서 반응하지 않은 미반응 반응물을 반응시켜서 생성물을 생성하도록, 상기 챔버 본체 내부에 상기 제1 반응부와 이격되어 배치되는 제2 반응부; 를 포함하며,
    상기 제2 반응부는 상기 챔버 본체 내부에 이동 가능하게 배치되고,
    상기 제2 반응부는
    상기 제2 반응부의 적어도 일부를 구획하며 상기 챔버 본체 내부에 이동 가능하게 배치되고 상기 촉매가 부착되며 상기 제1 반응부로부터 유동한 상기 중간 생성물 및 상기 미반응 반응물이 통과하는 통과구멍이 형성된 촉매부착 이동부재; 를 포함하는,
    가변형 반응기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응 챔버는, 상기 촉매부착 이동부재의 이동 방향으로 서로 이격되게 상기 챔버 본체에 배치되는 복수 개의 챔버 본체 온도감지센서를 더 포함하고,
    상기 제2 반응부는
    상기 촉매부착 이동부재에 연결되는 이동 구동부재; 및
    상기 촉매부착 이동부재가 상기 챔버 본체 내부에서 이동하도록 상기 이동 구동부재를 구동하는 이동 구동기를 더 포함하는,
    가변형 반응기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    복수 개의 상기 챔버 본체 온도감지센서 및 상기 이동 구동기에 연결되는 제어기; 를 더 포함하며,
    상기 제어기는 상기 촉매부착 이동부재를, 상기 촉매에 의한 반응이 일어날 수 있는 온도 범위인 반응 온도 범위 내의 온도가 형성된 상기 챔버 본체 내부의 위치로 이동시키는,
    가변형 반응기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어기에는 상기 반응 온도 범위가 미리 설정되어 저장되는,
    가변형 반응기.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 반응부에서 생성되고 상기 생성물 배출구로부터 배출되는 상기 생성물을 분석하는 생성물 분석기를 더 포함하고,
    상기 제어기는 상기 생성물 분석기에서의 상기 생성물의 분석 결과에 기초하여, 상기 촉매부착 이동부재를 상기 챔버 본체 내부에서 이동시키는,
    가변형 반응기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 반응부에서는, 연소, 부분 산화 또는 플라즈마 공급을 통해 상기 반응물을 반응시키는,
    가변형 반응기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 반응부는 상기 반응물 유입구를 통해 유입되는 상기 반응물을 점화시켜서 연소시키거나 부분 산화시키는 점화기; 를 포함하는,
    가변형 반응기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 반응부는
    상기 반응물 유입구를 통해 유입되는 상기 반응물에 플라즈마를 공급하여 반응시키는 플라즈마 발생기를 포함하는,
    가변형 반응기.
  10. 제 1 항에 있어서
    상기 반응물은 바이오 가스를 포함하고,
    상기 생성물은 수소와 일산화탄소를 포함하는,
    가변형 반응기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 반응물은 수증기 및 산소 중 하나 이상을 더 포함하는,
    가변형 반응기.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2 반응부에서는, 상기 촉매에 의한, 상기 바이오 가스에 포함되는 메탄의 건식 개질 반응, 메탄의 스팀 개질 반응, 메탄의 부분산화 반응, 및 수성가스 전이 반응 중 하나 이상의 반응이 일어나서, 수소와 일산화탄소를 생성하는,
    가변형 반응기.
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