KR102546664B1 - 수소가스제거기 - Google Patents

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KR102546664B1
KR102546664B1 KR1020230013576A KR20230013576A KR102546664B1 KR 102546664 B1 KR102546664 B1 KR 102546664B1 KR 1020230013576 A KR1020230013576 A KR 1020230013576A KR 20230013576 A KR20230013576 A KR 20230013576A KR 102546664 B1 KR102546664 B1 KR 102546664B1
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hydrogen gas
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남승하
신병선
서필원
오형석
김종국
허태관
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(주)세라컴
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Abstract

본 발명은, 수소와 산소가 촉매반응으로 인해 물로 재결합하도록 하는 촉매구조체, 및 상기 촉매구조체가 마련되는 내부 수용공간과, 상기 수소가 유입되는 기체유입부와, 스팀 상태의 물이 유출되는 기체유출부를 가진 하우징을 포함하고, 상기 촉매구조체는 허니컴 형상이되, 단위 크기당 셀 수가 30 ~ 40 CPSI(cells per square inch)이고, 웹(web)두께가 0.2 ~ 1.0 mm 이며, 개구율(OFA; Open Frontal Area)이 65% ~ 80%인 것을 특징으로 하는 수소가스제거기를 제공한다.

Description

수소가스제거기 {DEVICE FOR REMOVING HYDROGEN GAS}
본 발명은, 밀폐공간이나 반밀폐공간 등 수소가 누출될 수 있는 공간 내 마련되어 수소가스를 제거하기 위한 수소가스제거기에 관한 것이다.
수소(hydrogen)는 가장 가벼운 원소로 무색·무미·무취의 기체로서, 연소하더라도 공해 물질을 내뿜지 않아 석탄, 석유를 대체할 무공해 에너지원으로서 다양하게 활용되고 있다.
그러나 이러한 수소는 연소 또는 폭발하기 쉬운 기체로 공기와 접촉하면 쉽게 불이 붙으며, 수소-공기 혼합 가스는 조건에 따라 폭발적인 연소반응을 보이기도 한다.
외부와 차단된 밀폐공간이나, 일부분만 외부와 차단된 반밀폐공간 등에서 수소가 미량이라도 지속적으로 발생할 때에는 내부에 수소가 점차 농축되며, 일정 농도(4% 이상)가 되면 자연 발화 및 폭발의 위험성을 가질 수 있다.
따라서 원자력 발전소 등에서는 공기 중의 산소와 결합시켜 폭발 위험이 없는 물로 전환 시키도록 수소 점화기(공간 내 수소농도가 10% 이상 되었을 때 점화하여 수소를 연소시켜 제어하는 방식)나, 열 재결합기(별도의 가열기를 통해 특정 반응온도로 승온한 후 수소를 산소와 반응시키는 방식) 등의 장치를 설치한다.
그러나 상기와 같은 수소 점화기나 열 재결합기 등과 같은 수소제거를 위한 장치는 전기 점화기 같은 별도의 추가설비가 필요하게 되며, 좁은 공간에서는 해당 설비의 설치가 불가능한 문제가 있다.
따라서, 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 촉매를 이용하여 수소를 제거(산화)하는 장치가 대안으로 알려져 있으며, 부피 및 무게가 작아 좁은 공간 내 추가설비 필요 없이 설치가 가능하다.
이와 같은 촉매 산화 방식은 하기 화학식 1과 같이 열, 전기 등 별도의 전력 공급 없이도 기상에 존재하는 수소와 산소가 촉매 상에서 물로 재결합 반응을 일으키도록 하여, 수소의 농축을 제어함으로써 수소 농축에 따른 폭발을 방지하도록 하고 있다. 하지만 촉매가 존재하지 않는다면, 약 400~500℃의 열 에너지가 필요할 수 있다.
[화학식 1]
H2 + ½O2 → H2O + △H = -57.9 kcal/mol (상온)
촉매가 포함된 수소제거기에서 수소를 제거하게 되면 산화열이 발생하며, 이로 인해 주변 공기와의 온도 차이로 수소제거기 주변에 자연대류가 형성된다. 자연대류에 의해 수소제거기로 유입되는 수소 가스의 양은 촉매가 수소를 제거할 수 있는 양과 밀접한 관련이 있다.
한편, 촉매로 유입된 가스는 촉매와의 마찰력에 의해 유속이 감소하게 된다. 따라서 수소제거기 및 수소제거 촉매는 자연대류를 형성하기 위한 유동 특성을 우수하게 해야할 필요성이 있다.
따라서 본 발명에서 제안하는 기술은 촉매에서 수소를 제거하며 형성된 자연대류에 의해 주변 수소가 원활하게 촉매로 유입/통과되도록 마찰력을 최소화하기 위한 방법을 제시하고자 한다.
KR 10-0974932 B1 KR 10-0461855 B1 KR 10-1760330 B1
본 발명은, 전력을 이용하지 않는 피동 촉매형 수소가스제거기의 수소가스제거능을 향상시킬 수 있고, 또 수소제거시 형성되는 자연대류의 유동을 향상시킬 수 있으며, 피동 촉매형 수소가스제거기의 작동여부를 외부에 나타낼 수 있는 수소가스제거기를 제공하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 수소와 산소가 촉매반응으로 인해 물로 재결합하도록 하는 촉매구조체, 및 상기 촉매구조체가 마련되는 내부 수용공간과, 상기 수소가 유입되는 기체유입부와, 스팀 상태의 물이 유출되는 기체유출부를 가진 하우징을 포함하고, 상기 촉매구조체는 허니컴 형상이되, 단위 크기당 셀 수가 30 ~ 40 CPSI(cells per square inch)이고, 웹(web)두께가 0.2 ~ 1.0 mm 이며, 개구율(OFA; Open Frontal Area)이 65% ~ 80%인 것을 특징으로 하는 수소가스제거기를 제공한다.
일 실시예에 따라, 허니컴 형상의 상기 촉매구조체는, 단위 크기당 셀 수가 35 CPSI이고, 웹두께가 0.2 ~ 0.7 mm 이며, 개구율이 70% ~ 80%일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 하우징의 일 측면에, 온도에 따라 색상이 변하는 감온(感溫)패드를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 하우징의 일 측면 중 상기 감온패드가 위치한 부분은 금속재일 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 하우징의 일 측면 중 상기 감온패드가 위치한 부분은 타공망을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 하우징은, 상기 기체유출부에 마련되어, 상기 스팀의 유출 경로를 가이드 하는 침니(chimney)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 침니는, 상기 하우징의 가장자리를 따라 마련된 제1 침니와, 상기 제1 침내의 내측을 가로지르도록 마련된 적어도 하나의 제2 침니를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따라, 복수 개의 상기 제2 침니는 격자 형태를 가질 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 격자 형태의 침니에서, 중앙부위의 통공 크기는 주변부위의 통공 크기보다 작을 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 침니의 높이는 5 ~ 50 mm 일 수 있다.
본 발명에 따른 수소가스제거기는, 전력을 이용하지 않는 피동 촉매형 수소가스제거기로서 수소가스제거능을 향상시킬 수 있다.
또한, 수소제거시 형성되는 자연대류의 유동을 향상시켜 지속적으로 수소가스를 제거할 수 있으며, 피동 촉매형 수소가스제거기의 작동 여부를 외부에 나타낼 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스제거기의 하우징과 촉매구조체를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스제거기의 전체 외관을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매구조체의 CPSI에 따른 수소제거성능을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매구조체의 웹두께에 따른 수소제거성능을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 침니와 감온패드가 마련된 수소가스제거기의 전체 외관을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시한 수소가스제거기의 일 측면을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매구조체의 침니에 따른 수소제거성능을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 침니의 형태를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스제거기의 일 측면에 감온패드가 부착되는 모습을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 "유닛" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스제거기의 하우징과 촉매구조체를 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스제거기의 전체 외관을 나타낸 도면이다.
도 1 및 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스제거기(100)는, 수소와 산소가 촉매반응으로 인해 물로 재결합하도록 하는 촉매구조체(20)와, 촉매구조체(20)가 마련되는 내부 수용공간과, 수소가 유입되는 기체유입부와, 스팀 상태(H2O)의 물이 유출되는 기체유출부를 가진 하우징(10)을 포함할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스제거기(100)는, 전력을 이용하지 않는 피동 촉매형 수소가스제거기로서 밀폐공간이나 반밀폐공간 등 수소가 누출될 수 있는 공간 내 마련되어 수소가스를 제거할 수 있다.
다만, 도면에 도시한 구성요소들이 필수적인 것은 아니어서, 그보다 많은 구성요소들을 갖거나 그보다 적은 구성요소들을 갖는 수소가스제거기가 구현될 수 있음은 물론이다.
이하, 각 구성요소들에 대해 살펴보기로 한다.
하우징(10)은, 도 1(a)에 도시한 바와 같이, 대략 사각의 함체 형상으로서, 내부에 촉매구조체(20)를 마련할 수 있는 수용공간을 가질 수 있다. 하우징(10)의 형상은 사각의 함체가 아닌 다른 형태를 가진 함체일 수 있다.
또한, 하우징(10)은 천장 따위에 매달아 설치할 수 있도록, 하우징(10)의 일 측면에는 적어도 하나의 고리(13a~13d)를 가질 수 있다(도 1 및 2 참조).
고리(13a~13d)에는 줄, 끈이나 체인 따위가 걸어지거나 체결됨으로써, 하우징(10)은 소정의 공간에 매달아질 수 있고, 이에 따라 매달아진 하우징(10)의 일측에 마련된 기체유입부를 통해 외부로부터 수소 가스가 유입되고, 기체유입부로 유입된 가스 중 수소는 내부에 마련된 촉매구조체(20)와 접촉하여 촉매반응을 통해 제거된 다음, 스팀 또는 물(H2O)이 기체유출부를 통해 외부로 유출될 수 있다.
하우징(10)의 기체유입부와 기체유출부는 가스가 유출입할 수 있도록 개구진 형태를 가질 수 있으며, 이때 기체유입부와 기체유출부의 위치는 특별히 정해져 있지 않으나, 가벼운 수소 가스가 상승하여 하우징(10)의 내부로 유입될 수 있도록 기체유입부는 하우징(10)의 하측에, 그리고 이에 대향한 기체유출부는 하우징(10)의 상측에 마련될 수 있다(도 2 참조).
촉매구조체(20)가 내설되는 하우징(10)은 스팀(H2O)이 기체유출부로 유출되기 때문에 내부식성을 가진 스테인레스 스틸로 구성되는 것이 바람직하며, 하우징(10)의 상측면에는 내부에 수용된 촉매구조체(20)를 지지하거나 촉매구조체(20)를 보호하기 위해 격자 형태의 지지프레임(12)이 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 지지프레임(12)은 하우징본체(11)의 내부를 개폐 가능하도록 마련되되, 지지프레임(12)의 적어도 일부가 하우징본체(11)에 분리 및 결합됨으로써, 작업자가 하우징본체(11) 내부의 촉매구조체(20)를 청소나 수리, 또는 교체할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 바와 같이, 수소가스제거기(100)는, 하우징(10)의 기체유입부로 유입된 혼합 가스 중 수소 가스는 하우징(10) 내부의 촉매구조체(20)와 접촉하게 되고, 이때 수소와 산소는 촉매구조체(20)를 통과하면서 물(H2O)로 재결합 반응을 일으킨 다음, 수소가 제거된 혼합 가스와 스팀(또는 물)은 기체유출부로 유출될 수 있다.
촉매구조체(20)에서 수소는 산소와의 결합으로 물로 전환될 때, 발생하는 열에 의해 자연 대류가 발생하여, 수소를 포함한 혼합가스는 하우징(10)을 연속적으로 통과함으로써, 소정 공간 내 수소는 연속 제거될 수 있다.
촉매구조체(20)는 기체유입부로 유입된 혼합 가스 중 수소를 산소와 결합시켜 물로 전환시키는 재결합 요소로서, 열팽창률이 작고 내열충격성에 뛰어난 결정질의 세라믹스인 코디어라이트(cordierite)를 압력손실과 반응물질인 수소와의 접촉면적을 고려하여 허니컴(honeycomb) 형상으로 압출 성형될 수 있으며, 상기 코디어라이트 허니컴 표면에는 Pt/TiO2 촉매제가 습식 함침법에 의해 코팅될 수 있다.
횡단면이 허니컴 형상인 촉매구조체(20)의 전체적인 형태는, 도 1(b)에 도시한 바와 같이, 대략 사각 기둥 형태 일 수 있으나, 이에 대해 본 발명은 특별히 한정하지 않고, 원기둥이나 다각 기둥 형태일 수 있다.
이때, 허니컴 형상의 촉매구조체(20)는, 단위 크기당 셀 수가 30 ~ 40 CPSI(cells per square inch), 더욱 바람직하게는 35 CPSI로 형성되는 것이 바람직하다.
일반적으로 허니컴 형상의 촉매구조체(20)는 CPSI가 높을수록 단위부피당 비표면적이 증가하여 수소 제거 효율은 높아질 수 있다. 그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스제거기(100)는 밀폐 또는 반밀폐 공간에서 발생된 수소를 자연대류를 통해 제거하기 때문에, 수소가 촉매구조체(20)와 접촉시 촉매에 의해 스팀(H2O)으로 전환되면서 반응열이 발생된다. 이렇게 발생된 반응열은 주변 공기와의 온도차이에 의해 국부적으로 기류를 형성시키고, 이로 인해 지속적으로 주변 수소를 제거하게 된다. 이때, 반응열에 의해 형성되는 기류는 촉매구조체(20)를 통과하며 마찰력 등에 의한 저항으로 인해 자연대류의 세기가 약해질 수 있으며, 이러한 마찰 저항은 수소가스제거기(100)의 수소제거 능력에 영향을 미칠 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매구조체의 CPSI에 따른 수소제거성능을 나타낸 그래프이다.
구체적으로, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스제거기(100)를 내부에 마련한 챔버 내 4%의 수소를 충진한 후, 시간이 지남에 따른 수소의 농도를 시험한 결과 그래프로서, 도 3에 도시한 바와 같이, 하니컴 형상의 촉매구조체(20)의 CPSI가 20 CPSI 에서 35 CPSI로 증가하면 수소와 접촉하는 비표면적이 증가하여 수소 제거 성능이 증가할 수 있지만, 오히려 35 CPSI를 초과하는 50 및 100 CPSI에서는 수소 제거 성능이 감소하였다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매구조체(20)의 CPSI는 비표면적과 마찰 저항(또는 압력 손실)을 모두 고려하여 수소 제거 성능이 우수한 20 ~ 40 CPSI, 더욱 바람직하게는 35 CPSI인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 허니컴 형상의 촉매구조체(20)는, 웹(web) 두께가 0.2 ~ 1.0 mm인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.5 ~ 0.7 mm인 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 허니컴 형상의 촉매구조체(20)는, 비표면적 증가 및 자연대류 유도를 위해 30 ~ 40 CPSI, 바람직하게는 35 CPSI인 것이 바람직하나, 이때 담체의 웹(web)(또는 벽)두께를 0.2 ~ 1.0 mm, 바람직하게는 0.2 ~ 0.7 mm로 얇게 형성토록 함으로써, 담체의 OFA(Open Frontal Area)를 높여 차압을 감소시키거나 마찰저항을 감소시킴으로써 기류 형성을 유도하는 것이 좋다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매구조체의 웹두께에 따른 수소제거성능을 나타낸 그래프이다.
구체적으로, 도 4는 도 3에서와 같은 조건에서 35 CPSI의 허니컴 촉매구조체(20)의 웹두께를 0.75 mm(35CPSI std.)로, 그리고 0.65 mm(35CPSI thin web)로 하였을 때, 시간이 지남에 따른 수소의 농도를 시험한 결과 그래프로서, 도 4에 도시한 바와 같이, 0.65 mm의 웹두께를 가진 촉매가 0.75 mm의 웹두께를 가진 촉매보다 수소 1% 및 수소 0.5%까지 제거되는데 소요되는 시간이 더 빠름을 확인할 수 있다. 즉, 웹두께가 얇음으로 인해 촉매의 OFA가 증가하였고, 이로 인하여 촉매로 유입되는 수소가스가 마찰저항 감소로 인한 자연대류가 상대적으로 강하게 형성되었기 때문에 나타나는 결과이다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매구조체(20)의 개구율은 65% ~ 80%, 바람직하게는 70% ~ 80% 인 것이 좋다. 즉, 자연대류를 유도하기 위해 촉매구조체(20)의 개구율은 65% 이상, 바람직하게는 70% 이상인 것이 좋으나, 개구율이 80%를 초과하는 경우 촉매구조체(20)는 외력에 대한 강성 또는 저항성을 갖지 못하기 때문에, 촉매구조체(20)의 개구율은 80% 이하인 것이 바람직하다.
참고로, 도 3 및 4에서 실험한 허니컴 촉매구조체(20)의 물성은 하기 표와 같다.
CPSI PITCH WEB두께 개구율 표면적
(CM2/CM3)
10 8.03 1.00 76.7% 4.36
20 5.68 1.00 67.9% 5.80
35(std.) 4.30 0.75 68.2% 7.70
35(thin web) 4.30 0.65 72.1% 7.92
50 3.47 0.70 63.7% 9.20
55 3.42 0.60 68.0% 9.63
64 3.18 0.45 73.7% 10.81
70 3.04 0.45 72.6% 11.22
100 2.54 0.45 67.7% 12.96
한편, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 침니와 감온패드가 마련된 수소가스제거기의 전체 외관을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5에 도시한 수소가스제거기의 일 측면을 나타낸 도면이다.
도 5 및 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스제거기(100)는 하우징(10)의 일측, 구체적으로 기체유출부에 마련되어 스팀의 유출 경로 또는 형성되는 기류의 방향을 가이드하기 위한 침니(chimney)(c)를 더 포함할 수 있다.
침니(c)는 하우징(10) 또는 하우징본체(11)의 일측, 구체적으로 상측 기체유출부의 전방(또는 상방)을 향해 돌출형성되어, 촉매구조체(20)의 촉매반응에 의해 형성된 스팀의 유출 방향을 가이드할 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 침니(c)의 구조나 형태에 대해 특별히 한정하지 않으나, 하우징(10) 또는 하우징본체(11)의 기체유출부의 가장자리, 즉 그 둘레를 따라 마련된 제1 침니(c11~c14)를 포함할 수 있고, 또, 바람직한 일 실시예에 따라 상기 침니(c)는 상기 제1 침니(c11~c14)의 내측을 가로방향 및/또는 세로방형을 가로지르도록 마련된 적어도 하나의 제2 침니(c21~c28)를 더 포함할 수 있다. 이에 따라, 복수 개의 제2 침니(c21~c28)는, 도 5 또는 도 8(a)에 도시한 바와 같이, 격자 형태를 가질 수 있고, 격자 형태의 제2 침니(c21~c28)의 외측 둘레를 따라 제1 침니(c11~c14)가 마련될 수 있다.
여기서, 본 발명은 한정하지 않으나, 하우징본체(11)의 일 측에 마련된 격자 형태의 지지프레임(12) 위에 이에 상응하여 제2 침니(c21~c28)가 배치될 수 있다.
이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 침니(c)의 높이(h)는 5 ~ 50 mm일 수 있고, 바람직하게는 5 ~ 20 mm, 더욱 바람직하게는 7 ~ 11 mm, 가장 바람직하게는 10 ~ 10.5 mm로서, 하우징(10)의 상측에 돌출 형성된 고리(13a~13d)의 높이를 초과하지 않는 것이 좋다(도 5 및 6 참조).
만약, 침니(c)의 높이가 20mm를 초과하는 경우 하우징(10)의 기체유출부를 통해 유출되는 스팀의 기류가 직진성을 가져 자연대류의 유동을 형성하기 어렵거나 마찰저항이 생길 수 있으며, 또 침니(c)의 높이가 5mm 미만인 경우 하우징(10)의 기체유출부를 통해 유출되는 스팀이 분산되어 후술하는 수소 제거 성능 향상을 도모하기 어렵다.
이렇게 본 발명의 일 실시예에 따라 침니(c)를 포함한 수소가스제거기(100)는, 촉매구조체(20)의 수소제거시 형성되는 발열에 의해 자연대류의 유동을 더 상승시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉매구조체의 침니에 따른 수소제거성능을 나타낸 그래프이다.
구체적으로, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스제거기(100)를 내부에 마련한 챔버 내 수소를 일정 속도로 주입하면서 수소가스제거기(100)의 수소 제거 성능을 평가한 그래프로서, 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스제거기(100)가 포함되지 않은 챔버 내부의 수소 농도를 검은색 선(Blank)으로 표시하였고, 침니(c)를 구비하지 않은 수소가스제거기(100)가 포함된 챔버 내부의 수소 농도를 파란색 점선(Std. model)로 표시하였으며, 침니(c)를 포함한 수소가스제거기(100)가 포함된 챔버 내부의 수소 농도를 빨간색 점선(upgrade model)로 표시하였다.
검은 색 선으로 표시된 바와 같이, 수소가스제거기(100)를 포함하지 않은 챔버 내 수소 농도는 시간이 지남에 따라 점차 증가하여 약 200분 경과시 2% 까지 상승하였다. 이에 비해 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스제거기(100)를 챔버에 장착한 후 동일한 방법으로 수소를 주입하면 약 0.7%부터 수소 농도 상승 속도가 둔화되기 시작하며 시간이 흐를수록 점점 상승 속도는 느려짐을 확인할 수 있다. 이는 수소가스제거기(100)의 작동에 의해 수소가 제거되는 것을 나타낸다.
수소가스제거기(100)의 상측 기체유출부에 침니(c)를 포함한 경우, 빨간색 선과 같이 약 0.5%부터 수소 농도 상승 속도가 둔화되며, 약 0.8% 수소 농도를 기점으로 오히려 수소 농도가 감소함을 확인할 수 있다. 이는 수소가스제거기(100)의 작동에 의해 소정의 공간 내에서 발생되는 수소를 제거할 수 있으며, 수소제거시 형성되는 자연대류의 유동을 더 상승시키는 결과로 볼 수 있다.
한편, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 침니의 형태를 나타낸 도면이다.
도 8(a)에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 침니(c)는 하우징(10) 또는 하우징본체(11)의 기체유입부에 그 주변의 사각 둘레를 따라 마련된 제1 침니(c11~c14)와, 그 내측을 가로방향 및/또는 세로방향으로 가로지르도록 마련된 복수의 제2 침니(c21~c28)를 포함하되, 이때 제1 및 제2 침니(c)는 등간격으로 배치될 수 있다.
다만, 이때 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 침니(c)는, 상기 제1 침니(c11~c14)과, 그 내측에 가로방향 및/또는 세로방향으로 가로지르도록 마련된 복수의 제2 침니(c21~c28)를 포함하여 격자 형태를 형성하되, 중앙부위의 통공(c25~c28에 의해 형성되는 통공) 크기는 주변부위의 통공(c21~c24에 의해 형성되는 통공) 크기보다 작을 수 있다.
이렇게 하우징(10)의 기체유출부에 마련된 격자 형태의 침니(c)에 대해, 중앙부위의 통공과 주변부위의 통공의 크기를 서로 달리함으로써, 기체유출부 중앙부위에서의 스팀 배출속도는, 주변부위에서의 스팀 배출속도보다 빠를 수 있고, 이에 따라 하우징(10) 주변에 형성되는 자연대류공간을 확대함으로써, 보다 확대된 공간 내 수소 가스의 유출입을 유도할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스제거기(100)는 하우징(10)의 일측 중 기체유입부에 마련되어 수소의 유입 경로 또는 형성되는 기류의 방향을 가이드하기 위한 침니(chimney)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로 하우징(10)의 기체유출부 이외에 기체유입부에 침니를 포함하거나, 또는 기체유출부와 함께 기체유입부에 침니를 포함할 수 있다.
하우징(10)의 기체유입부에 형성된 침니의 형태에 대해 특별히 한정하지 않으나, 전술한 하우징(10)의 기체유출부에 형성된 침니의 형태에 상응하도록 형성될 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스제거기의 일 측면에 감온(感溫)패드가 부착되는 모습을 나타낸 도면이다.
도 5 및 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징(10) 또는 하우징본체(11)의 일 측면에는 온도에 따라 색상이 변하는 감온패드(14)를 포함할 수 있다.
감온패드(14)는 촉매구조체(20)의 수소제거시 형성되는 발열을 감지하여, 온도에 따라 색상을 변화하는 수단으로서, 소정의 온도 기준에 따라 서로 다른 색상을 표출할 수 있는 수단이면, 본 발명은 이에 대해 특별히 한정하지 않는다.
구체적인 일 실시예에 따른 상기 감온패드(14)는, 소정의 온도 기준에 따라 서로 다른 색상을 표출하는 조성물을 포함한 감온부재(141)와, 상기 감온부재(141)를 피접착부에 탈부착시키기 위한 접착제를 포함한 탈부착부재(142)를 포함할 수 있다. 이렇게, 본 발명의 일 실시예에 따른 감온패드(14)는, 탈부착이 가능하도록 스티커 타입일 수 있으나, 그 구현 형태에 대해서도 본 발명은 특별히 한정하지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 감온패드(14)가, 하우징(10) 또는 하우징본체(11)의 외측면에 부착된 경우, 촉매구조체(20)의 수소제거시 발생되는 열에 의해 감온부재(141)은 감응하여 해당 온도에 따라 표출되는 색상을 달리함으로써, 외부에서 피동 촉매형 수소가스제거기의 작동 여부를 확인 가능하도록 할 수 있다.
이때, 하우징(10) 내부에 마련된 촉매구조체(20)로부터 발생된 열을 감지할 수 있도록, 적어도 하우징(10) 또는 하우징본체(11) 중 감온패드(14)가 부착되는 부분은 전도성을 가진 소재로 이루어진 것이 바람직하다.
또한, 도 9에 도시한 바와 같이, 감온패드(14')는 하우징(10) 또는 하우징본체(11)의 일 측면에 부착될 수 있으나, 또 다른 일 실시예에 따른 하우징(10) 또는 하우징본체(11)의 일 측면 중 감온패드(14) 또는 이의 감온부재(141)가 위치한 부분에는 타공망(110)이 마련될 수 있다.
다수의 구멍을 가진 타공망(110) 위에 감온부재(141)가 부착된 경우, 하우징(10) 내 촉매구조체(20)가 수소 제거시 발생되는 열은 타공망(110)을 통해 감온패드(14)에 직접 가해질 수 있고, 하우징본체(11)의 벽 두께가 두껍거나 열전도율이 낮더라도 타공망(110)을 통해 촉매구조체(20)로부터 발생되는 열에 의해 감온부재(141)가 쉽게 감응하도록 할 수 있다.
이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 수소가스제거기 10: 하우징
11: 하우징본체 110: 타공망
12: 지지프레임 13a~13d: 고리
14: 감온패드 141: 감온부재
142: 탈부착부재 20: 촉매구조체
c: 침니 c11~c14: 제1 침니
c21~c28: 제2 침니

Claims (10)

  1. 수소와 산소가 촉매반응으로 인해 물로 재결합하도록 하는 촉매구조체; 및
    상기 촉매구조체가 마련되는 내부 수용공간과, 상기 수소가 유입되는 기체유입부와, 스팀 상태의 물이 유출되는 기체유출부를 가진 하우징;
    을 포함하고,
    상기 촉매구조체는 압출 성형된 허니컴 형상이되, 단위 크기당 셀 수가 30 ~ 40 CPSI(cells per square inch)이고, 웹(web)두께가 0.2 ~ 0.7 mm 이며, 개구율(OFA; Open Frontal Area)이 70% ~ 80%로,
    상기 기체유입부로 유입된 상기 하우징 주변의 수소가 상기 촉매구조체에 의해 제거되어 스팀 상태의 물이 상기 기체유출부로 배출되는 과정이 연속됨으로써 상기 하우징 주변 기류가 자연대류를 형성하는 것을 특징으로 하는 수소가스제거기.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 일 측면에, 온도에 따라 색상이 변하는 감온패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소가스제거기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 하우징의 일 측면 중 상기 감온패드가 위치한 부분은 금속재인 것을 특징으로 하는 수소가스제거기.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 하우징의 일 측면 중 상기 감온패드가 위치한 부분은 타공망을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소가스제거기.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 기체유출부에 마련되어, 상기 스팀의 유출 경로를 가이드 하는 침니를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소가스제거기.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 침니는, 상기 하우징의 가장자리를 따라 마련된 제1 침니와, 상기 제1 침내의 내측을 가로지르도록 마련된 적어도 하나의 제2 침니를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소가스제거기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    복수 개의 상기 제2 침니는 격자 형태를 가진 것을 특징으로 하는 수소가스제거기.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 격자 형태의 침니에서, 중앙부위의 통공 크기는 주변부위의 통공 크기보다 작은 것을 특징으로 하는 수소가스제거기.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 침니의 높이는 5 ~ 50 mm 인 것을 특징으로 하는 수소가스제거기.
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