KR20110085150A - Flow distribution plate for a exhaust gas combustor of fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 일반적으로 연료전지의 유동 균일화 기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는 중심부에서 외각부로 갈수록 점점 커지는 통공들을 구비함으로써 하류의 촉매층의 내구성이 증가될 수 있으면서도 처리되어야 할 배가스의 공급 속도가 감소되지 않아 촉매 반응 속도의 효율이 향상될 수 있게 한 새로운 연료전지용 배가스 연소기의 유동 분배판에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention generally relates to flow homogenization techniques of fuel cells, and more particularly, by providing larger and larger through-holes from the center to the outer portion, the durability of the downstream catalyst layer can be increased while the supply rate of the exhaust gas to be treated is not reduced. Therefore, the present invention relates to a flow distribution plate of a flue gas combustor for a fuel cell, which enables the efficiency of the catalytic reaction rate to be improved.
일반적으로 촉매 반응기는 연소, 개질, 산화, 환원 등 원하는 화학반응을 촉진하기 위해 촉매층에 반응물질을 통과시키도록 한 것이다. 이러한 촉매 반응기의 적용분야에는, 예컨대 대한민국 특허 등록번호 10-0570720의 공보에 기재되어 있는 바와 같은 연료전지의 배가스를 처리하는 분야 등이 포함된다.In general, the catalytic reactor is to pass the reactants through the catalyst bed to promote the desired chemical reaction, such as combustion, reforming, oxidation, reduction. The field of application of such a catalytic reactor includes, for example, the field of treating exhaust gas of a fuel cell as described in Korean Patent Registration No. 10-0570720.
종래 촉매반응기의 구조는, 예컨대 대한민국 특허 등록번호 10-0778536에 개시되어 있고, 본 명세서에 첨부된 도 1에 도시된 원통형 구조가 알려져 있다. 종래의 원통형 촉매반응기(1)는 촉매층(11)을 구비한 상대적으로 넓은 직경의 반응부(10)의 상하로 연통하는 상대적으로 좁은 유입부(20) 및 유출부(30)로 구성되어 있다.The structure of the conventional catalytic reactor is disclosed, for example, in Korean Patent Registration No. 10-0778536, and the cylindrical structure shown in FIG. 1 attached to the present specification is known. The conventional cylindrical catalytic reactor 1 is composed of a relatively
그런데, 상대적으로 좁은 유입부(20)에서부터 흘러드는 처리되어야 할 반응물질은 반응부(20) 근처에서 점차로 넓어지는 공간을 지나 촉매층(11)으로 접근하게 되는데, 이때 촉매층(11)의 직경 전체에 대하여 균일하게 분배시키는 기술이 중요하다. 왜냐하면, 반응물질이 균일하게 분배되지 않으면 촉매층(11)에서 국부적으로 집중적인 반응이 일어나게 되어 핫 스폿(hot spot)이 발생하여 촉매층의 내구성이 저하된다는 문제가 발생하기 때문이다.By the way, the reactant to be flowed from the relatively
따라서 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이 종래기술에서는 별도의 다층의 다공판층(40)을 유입부(20)와 반응부(10)의 촉매층(11) 사이에 설치하였다. 다공판층(40)은 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 균일한 직경의 다수의 통공(41a)이 형성된 얇은 원판 형상의 단위 다공판(41)을 서로 일정한 간격을 가지고 겹치게 설치하되 이 서로 인접하는 다공판들의 통공들의 위치가 서로 엇갈리도록 하였다. 이에 따라 유입부(20)에서 유입되는 반응물질은 다공판층(40)의 서로 엇갈리게 설치되어 있는 통공(41a)들을 통과하면서 촉매층(11) 전면에 걸쳐 고르게 분배될 수 있었다.Therefore, as shown in FIG. 1A, a separate multilayer
그러나 이러한 종래의 분배판 구조에 의하면, 유입되는 반응물질의 유동 속도가 크게 저하될 수 밖에 없다는 문제가 있었다. 이것은 유입부(20)에서 공급되는 반응물질의 유동 속도가 지나치게 빠를 경우에는 오히려 다공판층(40)에 부하가 걸리게 하여 내구도에 악영향을 미칠 수 있을 뿐만 아니라 촉매층(11)의 반응 효율이 크게 저하될 수밖에 없게 한다는 단점이 발생하게 하였다.However, according to the conventional distribution plate structure, there is a problem that the flow rate of the incoming reactant is inevitably lowered. When the flow rate of the reactant supplied from the
그러므로 원통형 촉매 반응기와 같은 구조를 채택하는 연료전지용 배가스 연소기 등에 있어서 유입되는 반응물질의 유속을 저하시키지 않으면서도 단면적 전체에 고르게 분배시킬 수 있는 새로운 유동 분배판 구조에 대한 절실한 요구가 여전히 존재한다.Therefore, there is still an urgent need for a new flow distribution plate structure that can be evenly distributed throughout the cross-sectional area without lowering the flow rate of the reactant introduced in a fuel cell flue gas combustor employing a structure such as a cylindrical catalytic reactor.
본 발명은 상술한 종래 연료전지용 배가스 연소기의 유동 균일화 기술을 개선하고 다양한 추가 장점을 제공하기 위하여 발명된 것이다. 본 발명은 중심부에서 외각부로 갈수록 점점 커지는 통공들을 구비함으로써 하류의 촉매층의 내구성이 증가될 수 있으면서도 처리되어야 할 배가스의 공급 속도가 감소되지 않아 촉매 반응 속도의 효율이 향상될 수 있게 한 새로운 연료전지용 배가스 연소기의 유동 분배판을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been invented to improve the flow homogenization technique of the above-described conventional flue gas combustor and provide various additional advantages. The present invention provides a new fuel cell flue gas which has a larger through-hole from the center to the outer part, thereby increasing the durability of the downstream catalyst layer while reducing the supply rate of flue gas to be treated, thereby improving the efficiency of the catalytic reaction rate. It is an object to provide a flow distribution plate of a combustor.
상기 목적은 본 발명에 따라 제공되는 연료전지용 배가스 연소기의 유동 분배판에 의하여 달성된다.This object is achieved by a flow distribution plate of an exhaust gas combustor for fuel cells provided according to the present invention.
본 발명의 일 양상에 따라 제공되는 연료전지용 배가스 연소기의 유동 분배판은, 촉매층이 내장되어 있는 반응부와, 상기 반응부의 일측에 마련되어 가스 상태의 반응물질이 유입되는 유입부와, 상기 반응부의 타측에 마련되어 있어 상기 반응물질이 상기 촉매층과 반응한 후 배출되는 배출부를 포함하는 원통형 촉매반응기내에 설치되는 유동 분배판에 있어서, 상기 유입부의 단면은 상기 반응물질의 진행방향을 따라 점점 넓어지는 형상이며, 그 넓은 단면을 가로질러 다수의 통공이 형성된 다공판이 상기 유입부와 상기 촉매층 사이에 설치되되, 상기 다공판의 다수의 통공은 중심부에서 그 외각부로 점점 달라지는 직경을 가지는 크기로 형성되어 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a flow distribution plate of a flue gas combustor for a fuel cell, including a reaction part having a catalyst layer embedded therein, an inflow part provided at one side of the reaction part, into which a gaseous reactant is introduced, and the other side of the reaction part. In the flow distribution plate is provided in the cylindrical catalyst reactor including a discharge portion which is discharged after the reactant reacts with the catalyst layer, the inlet section has a shape that gradually widens along the direction of the reaction material, A porous plate having a plurality of apertures formed across the wide cross section is provided between the inlet and the catalyst layer, and the plurality of apertures of the porous plate are formed to have a diameter gradually varying from the center to the outer portion thereof.
또한 일 실시예에 있어서, 상기 다공판의 다수의 통공은 중심부에서 그 외각부로 갈수록 점점 커지는 직경을 가지는 크기로 형성되어 있다.In addition, in one embodiment, the plurality of through-holes of the porous plate is formed in a size having a diameter that gradually increases from the center to the outer portion.
상술한 구성을 가지는 본 발명에 따른 연료전지용 배가스 연소기의 유동 분배판은, 중심부에서 외각부로 갈수록 점점 커지는 통공들을 구비함으로써 하류의 촉매층의 내구성이 증가될 수 있으면서도 처리되어야 할 배가스의 공급 속도가 감소되지 않아 촉매 반응 속도의 효율이 향상될 수 있게 한 새로운 연료전지용 배가스 연소기의 유동 분배판을 제공한다. 이와 같은 본 발명의 유동 분배판은 여러 장을 중복 설치할 필요없이 하나만 설치해도 되므로 경제적이며 구조가 단순하여 내구도가 증가한다는 등의 현저한 효과가 제공된다.The flow distribution plate of the flue gas combustor for a fuel cell according to the present invention having the above-described configuration has a through hole that gradually increases from the center to the outer portion so that the durability of the downstream catalyst layer can be increased while the supply rate of the flue gas to be treated is not reduced. This provides a flow distribution plate of a flue gas combustor for a fuel cell that enables the efficiency of the catalytic reaction rate to be improved. Such a flow distribution plate of the present invention is economical and simple because it is possible to install only one without the need to install multiple sheets, the remarkable effect such as increased durability.
도 1은 종래기술에 따른 유동 분배판 구조를 설명하기 위한 개략도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 배가스 연소기의 유동 분배판 구조의 예를 보여주는 개략도.1 is a schematic diagram for explaining a flow distribution plate structure according to the prior art.
Figure 2 is a schematic diagram showing an example of the flow distribution plate structure of the flue gas combustor for a fuel cell according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적인 예를 들어 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings illustrating the present invention with a specific example as follows.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지용 배가스 연소기의 유동 분배판 구조의 예를 보여주는 개략도이며, 이 유동 분배판은 도 1에 도시된 바와 같은 원통형 촉매반응기에 적용가능하다.Figure 2 is a schematic diagram showing an example of the structure of the flow distribution plate of the flue gas combustor for a fuel cell according to an embodiment of the present invention, the flow distribution plate is applicable to a cylindrical catalytic reactor as shown in FIG.
본 발명의 유동 분배판(50)은, 도 1에 도시되어 있는 원통형 촉매반응기(1)에 적용될 수 있다. 이 촉매반응기(1)는 촉매층(11)이 내장되어 있는 반응부(10)와, 상기 반응부의 일측에 마련되어 가스 상태의 반응물질이 유입되는 유입부(20)와, 상기 반응부의 타측에 마련되어 있어 상기 반응물질이 상기 촉매층(11)과 반응한 후 배출되는 배출부(30)를 포함한다.The
촉매반응기(1)의 유입부(20)의 단면은 예컨대 깔대기의 형상과 같이 반응물질의 진행방향을 따라 점점 넓어지는 형상이다. 이 유입부(20)의 넓은 단면을 가로질러 다수의 통공(50a, 50b)이 형성된 다공판(50)이 유입부(20)와 상기 촉매층(11) 사이에 설치된다. The cross section of the
다공판(50)의 다수의 통공(50a, 50b)은 중심부에서 그 외각부로 점점 달라지는 직경을 가지는 크기로 형성되며, 바람직한 실시예에 따라 중심부에 형성된 중심부 통공(50a)의 직경의 크기는 외각부에 형성된 외각부 통공(50b)보다 작다. 즉 중심에서 외각으로 갈수록 점점 커지는 직경을 가지는 크기로 형성된다. 중심부에는 도 2에 도시된 바와 같이 통공의 크기가 불규칙하게 형성될 수도 있다.A plurality of through holes (50a, 50b) of the
다공판(50)의 두께, 즉 반응물질의 흐름방향의 폭은 필요에 따라 증가될 수 있다. 만약 다공판(50)의 두께가 충분히 두껍다면, 통공(50a, 50b)의 방향도 유속의 방향과 평행한 것이 아니라 외각부를 향해 경사진 방향으로 형성됨으로써 반응물질의 분배 작용이 더욱 향상될 수 있다.The thickness of the
이와 같은 구조의 다공판(50)에 의하면, 좁다가 넓어지는 유입부(20)를 지나면서 중심에서 밀도가 높고 외각부에서 밀도가 낮은 상태로 유입되는 반응물질이 그 반대로 중심에서 좁게 지나고 외각부에서 넓게 지날 수 있게 됨으로써, 상대적으로 유속의 손실을 적게 하면서도 촉매층(11) 전면적에 대하여 균일하게 분배되도록 하는 효과를 제공할 수 있다.According to the
이상에서는 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 명세서에서 설명된 여러 가지 특징을 참조하고 조합하여 다양한 변형이 가능하다. 따라서 본 발명의 범위가 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아니라, 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 함을 지적해둔다.Although the present invention has been described through specific embodiments, various modifications are possible to those skilled in the art by referring to and combining various features described herein. Therefore, it should be pointed out that the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be interpreted by the appended claims.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 연료전지용 배가스 연소기의 유동 분배판은, 연소, 개질, 산화, 환원 등 원하는 화학반응을 촉진하기 위해 촉매층에 반응물질을 통과시키도록 한 촉매 반응기 분야에서 널리 이용가능하다.As described above, the flow distribution plate of the flue gas combustor for fuel cells according to the present invention can be widely used in the field of a catalytic reactor in which a reactant is passed through a catalyst layer to promote a desired chemical reaction such as combustion, reforming, oxidation, and reduction. Do.
1 : 원통형 촉매 반응기
10 : 반응부
11 : 촉매층
20 : 유입부
30 : 배출부
40 : 다공판층
41 : 단위 다공판
41a : 통공
50 : 다공판
50a : 중심부 통공
50b : 외각부 통공1: cylindrical catalytic reactor
10: reaction part
11: catalyst layer
20: inlet
30: discharge part
40: porous plate layer
41: unit perforated plate
41a: through-hole
50: perforated plate
50a: center hole
50b: through hole
Claims (2)
상기 유입부(20)의 단면은 상기 반응물질의 진행방향을 따라 점점 넓어지는 형상이며, 그 넓은 단면을 가로질러 다수의 통공(50a, 50b)이 형성된 다공판(50)이 상기 유입부(20)와 상기 촉매층(11) 사이에 설치되되,
상기 다공판(50)의 다수의 통공(50a, 50b)은 중심부에서 그 외각부로 점점 달라지는 직경을 가지는 크기로 형성되어 있는
것을 특징으로 하는 연료전지용 배가스 연소기의 유동 분배판.A reaction part 10 having a catalyst layer 11 embedded therein, an inlet part 20 provided on one side of the reaction part, into which a gaseous reactant flows, and a second side of the reaction part are provided on the other side of the reaction part. In the flow distribution plate installed in the cylindrical catalytic reactor (1) comprising a discharge part 30 is discharged after reacting with 11),
The inlet 20 has a cross-sectional shape that gradually widens along the direction in which the reactant flows. A porous plate 50 having a plurality of through holes 50a and 50b across the wide cross-section thereof is the inlet 20. ) Is installed between the catalyst layer (11),
A plurality of through holes (50a, 50b) of the porous plate 50 is formed in a size having a diameter gradually varying from the center to its outer portion
A flow distribution plate of a flue gas combustor for a fuel cell, characterized in that.
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2010
- 2010-01-19 KR KR1020100004767A patent/KR20110085150A/en not_active Application Discontinuation
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