KR20170013355A - Pumpless metal atomisation and combustion using vacuum generation and suitable material flow control - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연소 가스를 사용하는 양전성 금속의 연소를 위한 방법에 관한 것으로, 이 양전성 금속은, 100 ㎛ 미만의 입자 사이즈를 갖는 입자들을 가지는 유체 또는 분말의 형태로, 캐리어 가스의 흐름 방향으로 단면에 관련하여 테이퍼링되는 제 1 노즐의 캐리어 가스를 미립화함으로써 컨테이너에서 꺼내지며, 상기 양전성 금속은 컨테이너에서 제 1 노즐로 꺼내지고, 상기 노즐로부터 미립화되며, 연소 가스를 사용하여 연소된다. 본 발명은 또한, 방법을 수행하기 위한 디바이스에 관한 것이다.The present invention relates to a method for the combustion of a positive metal using a combustion gas in the form of a fluid or powder having particles having a particle size of less than 100 microns, The carrier gas of the first nozzle tapered relative to the cross section is taken out of the container by atomizing it, the positive metal is taken out of the container to the first nozzle, atomized from the nozzle, and burned using the combustion gas. The invention also relates to a device for carrying out the method.
Description
본 발명은 연소 가스(gas)를 이용하는 양전성 금속의 연소를 위한 방법에 관한 것이며, 또한, 본 발명은 이 방법을 수행하기 위한 디바이스(device)에 관한 것으로, 100 ㎛ 미만의 입자 사이즈(size)를 갖는 입자들을 포함하는 액체 또는 분말 형태의 양전성 금속은, 제 1 노즐(nozzle) ―제 1 노즐은 단면이 캐리어(carrier) 가스의 흐름 방향으로 처음부터 테이퍼링됨(taper)― 의 캐리어 가스를 미립화함으로써 컨테이너(container)로부터 제 1 노즐로 컨테이너에서 흡입되고, 제 1 노즐로부터 미립화되고, 연소 가스로 버닝된다(burned).The present invention relates to a method for the combustion of a positive metal using a combustion gas, the invention also relates to a device for carrying out the method, wherein a particle size of less than 100 [mu] Wherein the first nozzle has a cross-sectional profile tapered from the beginning in the direction of the carrier gas flow, and a carrier gas, Is atomized into the container from the container to the first nozzle, atomized from the first nozzle, and burned into the combustion gas.
화석 연료들은 매년 수만 테라와트 아워(terawatt hour)의 전기, 열 및 기계 에너지(energy)를 전달한다. 그러나, 연소의 최종 산물인 이산화탄소(CO2)는 점점 더 환경 및 기후 문제가 되고 있다.Fossil fuels deliver the electricity, heat and mechanical energy of tens of thousands of terawatt hours each year. However, the final product of combustion, carbon dioxide (CO 2 ), is becoming increasingly an environmental and climate problem.
DE 10 2008 031 437.4, DE 10 2010 041 033.0 및 DE 10 2013 224 709.5에서는, 완전한 에너지 주기가 양전성 금속들로 어떻게 형성될 수 있는지, 그리고 석탄에 대한 금속 대체물로서 리튬(lithium)을 써서 전력 플랜트(plant)를 운영하는 것이 어떻게 실현될 수 있는지가 증명된다. 구체적으로, 여기 사례 연구로서 리튬이 에너지 캐리어 및 에너지 저장 수단 둘 모두로서의 역할을 하며, 나트륨(sodium), 칼륨(potassium) 또는 마그네슘(magnesium), 칼슘(calcium), 바륨(barium) 또는 알루미늄(aluminum) 및 아연과 같은 다른 양전성 금속들을 사용하는 것이 또한 가능하다.DE 10 2008 031 437.4, DE 10 2010 041 033.0 and DE 10 2013 224 709.5 describe how a complete energy cycle can be formed with amphoteric metals and using lithium as a metal substitute for coal, plant is proven to be realized. Specifically, as a case study here, lithium plays a role both as an energy carrier and as an energy storage means, and it can be used as sodium, potassium or magnesium, calcium, barium or aluminum ) And other positive metals such as zinc.
다양한 가스들 및 가스 혼합물들과 액체 리튬의 반응에 대한 기본적인 조사들은 문헌(Bernett, D.S.; Gil, T.K.; Kazimi, M.S.; Fusion Technology, 1989, 15, 2, pp. 967-972; A. Subramani, S. Jayanti, Combustion and Flame 158 (2011), 1000-1007)에서 알려져 있다. 이를 위해 사용되는 프로세스(process)는 반응 챔버(chamber)를 포함하며, 이 반응 챔버 안으로 리튬이 필링되고(filled), 400℃에서 액화됨으로써 반응한다.Basic investigations of the reaction of liquid gases with various gases and gas mixtures have been reported in the literature (Bernett, DS; Gil, TK; Kazimi, MS; Fusion Technology, 1989, 15, 2, pp. 967-972; A. Subramani, S. Jayanti, Combustion and Flame 158 (2011), 1000-1007). The process used for this involves a reaction chamber in which lithium is filled and reacted by liquefaction at 400 ° C.
산소, 질소 및 수증기의 가스 혼합물들은 액체 리튬을 지향시킨 가스 주입구를 통해 챔버 안으로 유입되었다(Gil, T.K.; Kazimi, M.S.: The kinetics of liquid lithium reaction with oxygen-nitrogen mixture, pages 20, 21 and 46, Plasma Fusion Center and the Department of Nuclear Engineering, MIT, Cambridge, MA, 1986, USA).The gas mixtures of oxygen, nitrogen and water vapor were introduced into the chamber through a gas inlet directed to liquid lithium (Gil, TK; Kazimi, MS: The kinetics of liquid lithium reaction with oxygen-nitrogen mixture, pages 20, 21 and 46, Plasma Fusion Center and the Department of Nuclear Engineering, MIT, Cambridge, MA, 1986, USA).
열 에너지를 제공하기 위한 연소 프로세스들이 전기를 생성하기 위해 사용될 수 있도록 하기 위하여, 충분한 에너지 흐름을 유지시키기 위해 넓은 표면적을 갖는 분말 또는 스프레이(spray)의 형태로, 석탄 또는 천연 오일 버너(oil burner)들의 경우에서와 동일한 방식으로, 리튬은 산화제 안으로 유입되어야 한다.A coal or natural oil burner in the form of a powder or spray having a large surface area to maintain sufficient energy flow so that combustion processes for providing thermal energy can be used to generate electricity. In the same way as in the case of the case, lithium must be introduced into the oxidant.
리튬 입자들을 생성하기 위한 방법은 DE 10 2011 052 947 A1에서 설명된다. 여기서, 입자 형태의 리튬을 반응성 가스(산소, 물 또는 질소)와 반응시킴으로써 금속 산화물들, 금속 수소화물들 또는 금속 질화물들과 같은 산물들의 생성이 개시된다.A method for producing lithium particles is described in DE 10 2011 052 947 A1. Here, the production of products such as metal oxides, metal hydrides or metal nitrides is initiated by reacting lithium in the form of particles with a reactive gas (oxygen, water or nitrogen).
DE 102 04 680 A1에는, 리튬 금속의 미립화에 의하여 알킬(alkyl) 리튬 화합물들을 생성하기 위한 방법에 대한 설명이 있으며, 여기서 입자들 형태의 금속성 리튬이 알킬 할라이드(halide)와 반응한다.DE 102 04 680 A1 describes a process for the production of alkyl lithium compounds by atomization of a lithium metal, wherein metallic lithium in the form of particles reacts with an alkyl halide.
DE 102013224709.5에서는, 전달 유닛(unit)을 포함하여, 리튬의 연속적인 연소를 위한 프로세스 플랜트가 어떻게 보일 수 있는지가 설명된다.DE 102013224709.5 describes how a process plant for continuous combustion of lithium can be seen, including a delivery unit.
저장된 화학 에너지를 열 에너지로 변환하고, 후속하여 전기를 공급하기 위한 전력 플랜트 프로세스에서 에너지 저장 수단으로서의 리튬의 사용을 위해, 리튬을 연소 챔버 안으로 연속적으로 피딩(feeding)하고 미립화할 가능성이 전제조건이다. 양전성 금속들의 액화 동안에 필요한 고온들과 예컨대 리튬 및 나트륨의 매체 공격성 때문에, 통상적인 펌프(pump)들 및 흐름 제어기들이 사용되는 경우, 문제들이 생길 수 있다.The possibility of continuously feeding and atomizing lithium into the combustion chamber for the use of lithium as energy storage means in a power plant process for converting the stored chemical energy into thermal energy and subsequently supplying electricity is a prerequisite . Problems can arise when conventional pumps and flow controllers are used, due to the high temperatures required during the liquefaction of the positive metals and the medium aggressiveness of, for example, lithium and sodium.
리튬, 나트륨, 칼륨, 마그네슘, 칼슘, 바륨, 알루미늄 및 아연과 같은 양전성 금속들의 미립화 및 연소를 위해, 원칙적으로, 하기의 셋업(setup)이 유리하다. 미립화될 재료는 펌프에 의하여 컨테이너로부터 노즐을 통해 전달되고, 재료의 자기-발화성(self-ignitability)에 따라 어쩌면 점화된다. 이 경우, 노즐을 통한 압력 및 전달 레이트(rate)는 노즐의 업스트림(upstream)의 제어기를 통해 셋팅될(set) 수 있다. 그러나, 공격적인 매체, 특히, 알칼리 금속들이지만, 또한 다른 양전성 금속들을 미립화할 때, 이러한 셋업은 문제가 되는데, 그 이유는 금속이 펌프 및 제어기를 통해 흐르고, 이로써 구성의 유형으로 인해 매체-저항성이 없는 부분들과 접촉하게 되기 때문이다. 또한, 전달 또는 미립화 및 연소를 위해, 양전성 금속들은 바람직하게는 액화되거나 또는 가열되고, 그에 따라 예컨대 전자기 펌프들에 의해 달성될 수 있는 최대 수백 ℃의 온도를 갖지만, 여기서 압력에 대한 문제들이 발생하는 것이 가능하다. 그러나, 많은 펌프들 및 제어기들은 이러한 고온들에 대해 설계되지 않는다. 게다가, 펌프들 및/또는 제어기들, 컨베이어 벨트(conveyor belt)들 등에는 양전성 금속의 침전물(deposit)들이 있을 수 있으며, 이 침전물들은 쉽게 제거될 수 없다. 결과적으로, 펌프들 및/또는 제어기들 등과 양전성 금속들의 접촉을 회피하기 위하여, 펌프들 및/또는 제어기들과의 직접적인 접촉 없이 양전성 금속들의 미립화 및 연소를 허용하는 방법이 요구된다.In principle, the following setup is advantageous for atomization and combustion of positive metals such as lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, barium, aluminum and zinc. The material to be atomized is transferred from the container through the nozzle by a pump and is possibly ignited by the self-ignitability of the material. In this case, the pressure and delivery rate through the nozzle may be set through the upstream controller of the nozzle. However, this set-up is problematic when aggressive media, especially alkali metals, but also other positive metals, are particu- larly due to the fact that the metal flows through the pump and the controller, Because it will come into contact with the missing parts. In addition, for transfer or atomization and combustion, the amphoteric metals are preferably liquefied or heated, thus having a temperature of up to several hundreds of degrees C, which can be achieved, for example, by electromagnetic pumps, It is possible to do. However, many pumps and controllers are not designed for such high temperatures. In addition, pumps and / or controllers, conveyor belts, etc. may have deposits of bipolar metal, and these deposits can not be easily removed. As a result, there is a need for a method that allows atomization and combustion of the amphoteric metals without direct contact with pumps and / or controllers, in order to avoid contact of the amphoteric metals with pumps and / or controllers and the like.
결과적으로, 본 발명의 하나의 목적은, 펌프들 및/또는 흐름 제어기들과의 직접적인 매체 접촉 없이, 연속적인 프로세스에서 리튬과 같은 양전성 금속들을 미립화하는 것을 가능하게 하는 방법 및 디바이스를 제공하는 것이다.As a result, one object of the present invention is to provide a method and a device that enable atomizing positive metals such as lithium in a continuous process without direct medium contact with pumps and / or flow controllers .
본 발명의 추가적인 목적은, 펌프, 압출기 또는 다른 전달 유닛과 같은 전달 디바이스가 필요 없이, 연속적인 프로세스에서 리튬과 같은 양전성 금속들을 버닝(burn)하는 것을 가능하게 하는 방법 및 디바이스를 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a method and device that enable burning of positive metals such as lithium in a continuous process without the need for a delivery device such as a pump, extruder or other delivery unit.
본 발명의 다른 목적은, 연소 가스와 양전성 금속의 효율적인 전달 및 혼합이 달성될 수 있는 방법 및 디바이스를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a method and device by which efficient delivery and mixing of combustion gases and positive metals can be achieved.
캐리어 가스 흐름에서, 양전성 금속에 대한 피드(feed)가 맞춰지는 테이퍼링(tapering) 노즐을 사용함으로써, 펌프와 같은 전달 디바이스가 요구되지 않고, 노즐의 흡입(suction) 효과를 통해 양전성 금속을 캐리어 가스 흐름 안으로 유입시키고 이 양전성 금속을 그 안에서 미립화하는 것이 가능함이 이제 밝혀졌다. 게다가, 본 발명에 따라, 전력 플랜트와 관련되는 연속적인 연소 프로세스에서 특정하게 선택적인 미립화, 어쩌면 점화, 그리고 어쩌면 완전한 연소에 의해, 양전성 금속에 저장된 화학 에너지의 열 에너지로의 변환이 가능해진다.By using a tapering nozzle in which the feed to the positive metal is matched in the carrier gas flow, a delivery device such as a pump is not required, and the positive effect of the nozzle on the carrier It is now known that it is possible to introduce into the gas flow and atomize this positive metal therein. In addition, according to the present invention, it is possible to convert the chemical energy stored in the amphoteric metal into thermal energy by a particularly selective atomization, possibly ignition, and possibly complete combustion, in a continuous combustion process associated with the power plant.
일 양상에 따라, 본 발명은, 연소 가스를 이용하는 양전성 금속의 연소를 위한 방법에 관한 것이며, 이 양전성 금속은 알칼리 금속들, 알칼리 토금속들, 알루미늄 및 아연 및/또는 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택되고, 100 ㎛ 미만의 입자 사이즈를 갖는 입자들을 포함하는 액체 또는 분말 형태의 양전성 금속은, 제 1 노즐 ―제 1 노즐은 단면이 캐리어 가스의 흐름 방향으로 처음부터 테이퍼링됨― 의 캐리어 가스를 미립화함으로써 컨테이너로부터 제 1 노즐로 컨테이너에서 흡입되고, 제 1 노즐로부터 미립화되며, 연소 가스로 버닝된다. According to one aspect, the present invention relates to a method for the combustion of a positive metal using a combustion gas, wherein the positive metal is selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc, and / Or mixtures thereof, wherein the liquid or powder-like positive metal, comprising particles having a particle size of less than 100 mu m, is first tapered in cross-section in the flow direction of the carrier gas, the first nozzle- Is sucked into the container from the container to the first nozzle by atomizing the carrier gas of the first nozzle, atomized from the first nozzle, and burned with the combustion gas.
추가적인 양상에 따라, 본 발명은, 연소 가스를 이용하여 양전성 금속을 버닝하기 위한 디바이스에 관한 것이며, 이 양전성 금속은 알칼리 금속들, 알칼리 토금속들, 알루미늄 및 아연 및/또는 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택되고, 이 디바이스는, 단면이 처음부터 테이퍼링되고, 캐리어 가스가 피딩되며, 캐리어 가스를 이용하여 양전성 금속을 미립화하도록 설계되는 제 1 노즐, 캐리어 가스를 제 1 노즐에 피딩하도록 설계되는, 제 1 노즐로의 캐리어 가스용 제 1 피딩 디바이스, 100 ㎛ 미만의 입자 사이즈를 갖는 입자들을 포함하는 액체의 형태로 또는 분말의 형태로 양전성 금속을 제공하도록 설계되는 컨테이너, 컨테이너에서 제 1 노즐로 양전성 금속을 지향시키도록 설계되는, 제 1 노즐로의 양전성 금속용 제 2 피딩 디바이스, 및 연소 가스로 양전성 금속을 버닝하도록 설계되는 버너를 포함한다.According to a further aspect, the present invention relates to a device for burning a positive metal using a combustion gas, the positive metal being selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc and / And / or mixtures, the device comprising: a first nozzle having a cross-section tapered from the beginning, fed with a carrier gas, and designed to atomize the amphoteric metal using a carrier gas; A first feeding device for a carrier gas to a first nozzle, a container designed to provide a bipolar metal in the form of a liquid comprising particles having a particle size of less than 100 mu m or in the form of a powder, A second feeding device for the positive metal to the first nozzle, the second feeding device being designed to direct the positive metal to the first nozzle, And a burner designed to burn as the amount of conductive metal.
본 발명의 추가적인 양상들은 종속 청구항들 및 상세한 설명, 그리고 또한 도면들로부터 살펴볼 수 있다.Further aspects of the invention can be seen from the dependent claims and the detailed description, and also from the drawings.
첨부된 도면들은, 본 발명의 실시예들을 예시하고 이 실시예들의 추가적인 이해를 전달하도록 의도된다. 도면과 관련하여, 이 실시예들은 본 발명의 개념들 및 원리들을 설명하는 역할을 한다. 도면들을 살펴봄으로써, 다른 실시예들 및 언급된 장점들 중 많은 장점들이 분명하다. 도면들의 엘리먼트(element)들이 반드시 서로와 관련하여 축척에 맞도록 표현되는 것은 아니다. 달리 진술되지 않는 한, 동일하고, 기능적으로 동일하며, 동일한 방식으로 동작하는 엘리먼트들, 피처(feature)들 및 컴포넌트(component)들에는 동일한 표기들이 각각의 경우 제공된다.The accompanying drawings are intended to illustrate embodiments of the invention and to convey a further understanding of such embodiments. With reference to the drawings, these embodiments serve to illustrate the concepts and principles of the present invention. Obviously, many of the advantages of other embodiments and of the mentioned advantages are apparent from a study of the drawings. The elements of the figures are not necessarily drawn to scale with respect to each other. Elements, features, and components that are identical, functionally identical, and operate in the same manner, unless otherwise stated, are provided with the same notation in each case.
도 1은 벤투리(Venturi) 노즐의 셋업을 개략적으로 도시한다.
도 2는 벤투리 노즐을 이용하여 양전성 금속을 미립화하기 위한 본 발명에 따른 디바이스에서의 압력 관계들을 개략적으로 도시한다.
도 3은 동작 상태의, 도 2로부터의 디바이스를 도시한다.
도 4는 벤투리 노즐, 및 캐리어 가스와 양전성 금속의 내부 혼합을 이용하여 양전성 금속을 미립화하기 위한 디바이스의 본 발명에 따른 추가적인 실시예, 그리고 또한 압력들 및 컴포넌트들의 할당을 개략적으로 도시한다.
도 5는 양전성 금속의 미립화를 이용하는 동작 상태의, 도 4로부터의 디바이스를 도시한다.
도 6은 라발 노즐, 및 캐리어 가스와 양전성 금속의 내부 혼합을 이용하는 양전성 금속의 미립화를 위한 본 발명에 따른 디바이스의 추가적인 실시예를 개략적으로 표현하며, 압력들 및 컴포넌트들의 할당을 도시한다.
도 7은 양전성 금속의 미립화를 이용하는 동작 상태의, 도 6으로부터의 디바이스를 도시한다.
도 8은 미립화 동안에 양전성 금속의 정수압의 사용을 개략적으로 표현한다.
도 9는 캐리어 가스와 양전성 금속의 외부 혼합을 이용하는 양전성 금속의 미립화를 위한 본 발명에 따른 디바이스의 추가적인 실시예를 개략적으로 표현하며, 압력들 및 컴포넌트들의 할당을 도시한다.
도 10은 양전성 금속의 미립화를 이용하는 동작 상태의, 도 9로부터의 디바이스를 도시한다.
도 11은 제트(jet) 펌프에 의한 양전성 금속의 미립화를 위한 본 발명에 따른 디바이스의 추가적인 실시예를 개략적으로 표현하며, 압력들 및 컴포넌트들의 할당을 도시한다.
도 12는 양전성 금속의 미립화를 이용하는 동작 상태의, 도 11로부터의 디바이스를 도시한다.Figure 1 schematically illustrates the setup of a Venturi nozzle.
Figure 2 schematically shows the pressure relations in a device according to the invention for atomizing positive metals using a Venturi nozzle.
Figure 3 shows the device from Figure 2 in an operating state.
Figure 4 schematically shows a further embodiment according to the invention of a device for atomizing a positive metal using a venturi nozzle and an internal mix of carrier gas and positive metal and also the allocation of pressures and components .
Figure 5 shows the device from Figure 4 in an operating state utilizing atomization of a positive metal.
Figure 6 schematically represents a further embodiment of a device according to the invention for atomization of a laval nozzle and a positive metal using an internal mixture of a carrier gas and a positive metal and shows the allocation of pressures and components.
Figure 7 shows the device from Figure 6 in an operating state utilizing atomization of a bipolar metal.
Figure 8 schematically represents the use of hydrostatic pressure of the amphoteric metal during atomization.
9 schematically depicts a further embodiment of a device according to the invention for atomization of a bipolar metal using an external mixture of a carrier gas and a bipolar metal and shows the assignments of the pressures and components.
Fig. 10 shows the device from Fig. 9 in an operating state utilizing atomization of a bipolar metal.
Figure 11 schematically represents a further embodiment of a device according to the invention for atomization of a positive metal by means of a jet pump and shows the allocation of pressures and components.
Figure 12 shows the device from Figure 11 in an operating state utilizing atomization of a positive metal.
일 양상에서, 본 발명은, 연소 가스를 이용하는 양전성 금속의 연소를 위한 방법에 관한 것이며, 이 양전성 금속은 알칼리 금속들, 알칼리 토금속들, 알루미늄 및 아연 및/또는 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택되고, 100 ㎛ 미만의 입자 사이즈를 갖는 입자들을 포함하는 액체 또는 분말 형태의 양전성 금속은, 제 1 노즐 ―제 1 노즐은 단면이 캐리어 가스의 흐름 방향으로 처음부터 테이퍼링됨― 의 캐리어 가스를 미립화함으로써 컨테이너로부터 제 1 노즐로 컨테이너에서 흡입되고, 제 1 노즐로부터 미립화되며, 연소 가스로 버닝된다.In one aspect, the present invention relates to a method for the combustion of a positive metal using a combustion gas, wherein the positive metal is selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc and / or alloys thereof and / Wherein the first nozzle-first nozzle is tapered from the beginning in the direction of the flow of the carrier gas, wherein the first nozzle-first nozzle is tapered from the beginning in the flow direction of the carrier gas. Is sucked in the container from the container to the first nozzle by atomizing the carrier gas, atomized from the first nozzle, and burned into the combustion gas.
여기서, 캐리어 가스와 양전성 금속의 혼합이 제 1 노즐에서 내부 혼합으로서 또는 제 1 노즐 뒤에서야 외부 혼합으로서 이루어지는 방식으로, 미립화가 이루어질 수 있으며, 여기서 제 1 노즐이 또한 테이퍼링 부분으로만 구성되는 것이 가능하다.Here, the atomization can be effected in such a way that the mixing of the carrier gas and the positive metal occurs as an internal mixing in the first nozzle or as a yam external mixing behind the first nozzle, wherein the first nozzle is also only constituted by the tapering portion It is possible.
양전성 금속은, 특정 실시예들에 따라, 알칼리 금속들, 바람직하게는 Li, Na, K, Rb 및 Cs, 알칼리 토금속들, 바람직하게는 Mg, Ca, Sr 및 Ba, Al 및 Zn, 그리고 또한 이들의 혼합물들 및/또는 합금들로부터 선택되는 금속이다. 바람직한 실시예들에서, 양전성 금속은 Li, Na, K, Mg, Ca, Al 및 Zn, 더욱 바람직하게는 Li 및 Mg로부터 선택되고, 특히 바람직하게는 양전성 금속은 리튬이다.Positive metals are selected from the group consisting of alkali metals, preferably Li, Na, K, Rb and Cs, alkaline earth metals, preferably Mg, Ca, Sr and Ba, Al and Zn, Mixtures thereof and / or alloys. In preferred embodiments, the positive metal is selected from Li, Na, K, Mg, Ca, Al and Zn, more preferably Li and Mg, and particularly preferably the positive metal is lithium.
특정 실시예들에 따라, 양전성 금속은 액체이다. 이러한 실시예들의 경우, 양전성 금속의 쉬운 핸들링(handling) 및 미립화가 가능하다. 게다가, 100 ㎛ 미만의 입자 사이즈를 갖는 분말과 비교하여, 더욱 효율적인 미립화 및 전달이 획득될 수 있다. 장치의 크랙(crack)들, 갭(gap)들 등에 어쩌면 자리 잡을 수 있는 분말 입자들과 비교하여, 디바이스의 더 쉬운 세정이 또한 가능할 수 있다. 특정 실시예들에 따라, 액체 형태의 양전성 금속의 사용이 바람직하다.According to certain embodiments, the amphoteric metal is a liquid. In these embodiments, easy handling and atomization of the amphoteric metal is possible. In addition, more efficient atomization and transfer can be obtained compared to powders having a particle size of less than 100 mu m. Easier cleaning of the device may also be possible, as compared to powder particles that may possibly be located in cracks, gaps, etc. in the device. In accordance with certain embodiments, the use of a positive metal in liquid form is preferred.
특정 실시예들에 따라, 양전성 금속은 또한, 100 ㎛ 미만의 입자 사이즈를 갖는 입자들을 포함하는 분말의 형태로 사용될 수 있다. 이는, 금속의 액화가 요구되지 않으며 결과적으로 금속을 멜팅(melting)하기 위한 에너지가 절약될 수 있다는 장점을 일으킨다. 그러나, 더 낮은 온도로 인해, 어쩌면, 이것이 액체 상태에서는 필요하지 않은 경우일 수 있지만, 양전성 금속 및 연소 가스에 따라, 연소 가스와의 반응이 시작될 필요가 또한 있을 수 있다. 분말의 입자 사이즈는 적절한 방식으로 셋팅될 수 있으며, 분말은 적절한 방식으로, 어쩌면 상업적으로 제공될 수 있다. 입자 사이즈는 관례적인 방법들에 따라, 이를테면, 예컨대, 미시적으로 또는 관례적인 방식의 레이저(laser) 회절에 의해 결정될 수 있다.According to certain embodiments, the amphoteric metal may also be used in the form of a powder comprising particles having a particle size of less than 100 mu m. This has the advantage that liquefaction of the metal is not required and consequently energy for melting the metal can be saved. However, due to the lower temperature, perhaps it may not be necessary in the liquid state, but depending on the amphoteric metal and the combustion gas, the reaction with the combustion gas may also need to be initiated. The particle size of the powder may be set in a suitable manner, and the powder may be provided in a suitable manner, perhaps commercially. Particle size may be determined by conventional methods, such as laser diffraction, e.g., microscopically or in a conventional manner.
특정 실시예들에 따라, 연소 가스로서 고려되는 가스들은, 언급된 양전성 금속 또는 양전성 금속들의 혼합물들 및/또는 합금들과 발열 반응에서 반응할 수 있는 것들이며, 이들은 특별히 제한되지 않는다. 예로서, 연소 가스는 공기, 산소, 이산화탄소, 수소, 수증기, 질소 산화물들(NOx), 이를테면, 아산화질소, 질소, 이산화황, 또는 이들의 혼합물들을 포함할 수 있다. 그러므로, 방법은 또한, 탈황 또는 NOx 제거를 위해 사용될 수 있다. 이로써, 연소 가스에 따라, 다양한 양전성 금속들로 다양한 산물들이 획득될 수 있으며, 고체 또는 액체의 형태로 그리고 또한 가스 형태로 발생할 수 있다.According to certain embodiments, the gases considered as combustion gases are those which are capable of reacting in the exothermic reaction with the mixtures and / or alloys of the aforesaid positive metals or positive metals, and they are not particularly limited. By way of example, the combustion gases may include air, oxygen, carbon dioxide, hydrogen, water vapor, nitrogen oxides (NOx), such as nitrous oxide, nitrogen, sulfur dioxide, or mixtures thereof. Therefore, the method can also be used for desulfurization or NOx removal. Thereby, depending on the combustion gas, various products can be obtained with various positive metals and can be produced in solid or liquid form and also in gaseous form.
따라서, 예컨대, 질소와 양전성 금속, 예컨대, 리튬의 반응의 경우, 그 중에서도 금속 질화물, 이를테면, 리튬 질화물이 생성될 수 있으며, 이 금속 질화물은 그 다음, 추가로 반응하도록 이후 허용되어 암모니아(ammonia)가 형성될 수 있는 반면에, 이산화탄소와 양전성 금속, 예컨대, 리튬의 반응의 경우, 예컨대, 금속 카보네이트(carbonate), 예컨대, 리튬 카보네이트, 일산화탄소, 금속 산화물, 예컨대, 리튬 산화물, 그렇지 않으면 금속 카바이드(carbide), 예컨대, 리튬 카바이드, 그리고 또한 이들의 혼합물들이 생성될 수 있으며, 예컨대, 피셔-트롭슈(Fischer-Tropsch) 프로세스에서 일산화탄소로부터 메탄(methane), 에탄(ethane), 메탄올(methanol) 등과 같은 더 높은 가치의 탄소 함유 산물들을 획득하는 것이 가능함과 동시에, 금속 카바이드, 예컨대, 리튬 카바이드로부터 예컨대 아세틸렌(acetylene)을 획득하는 것이 가능하다. 또한, 예컨대, 연소 가스로서 아산화질소를 이용하여, 예컨대 금속 질화물을 생성하는 것이 가능하다.Thus, for example, in the case of the reaction of nitrogen with a positive metal such as lithium, a metal nitride, such as lithium nitride, may be formed, which is then allowed to further react to form ammonia In the case of the reaction of carbon dioxide with a positive metal such as lithium, for example a metal carbonate such as lithium carbonate, carbon monoxide, a metal oxide such as lithium oxide, carbides such as lithium carbide and mixtures thereof can be produced from carbon monoxide in a Fischer-Tropsch process such as methane, ethane, methanol, It is possible to obtain higher-value carbon-containing products, such as metal carbides, such as lithium carbide, For example, it is possible to obtain the acetylene (acetylene). Further, for example, it is possible to produce, for example, a metal nitride by using nitrous oxide as the combustion gas.
언급된 다른 금속들에 대해 유사한 반응들이 또한 획득될 수 있다.Similar reactions to other metals mentioned can also be obtained.
본 발명에 따라, 캐리어 가스는 특별히 제한되지 않으며, 연소 가스에 대응하거나 또는 연소 가스를 포함할 수 있지만, 또한 연소 가스와 상이할 수 있다. 공기, 일산화탄소, 이산화탄소, 산소, 메탄, 수소, 수증기, 질소, 아산화질소, 이들 가스들의 둘 또는 그 초과의 혼합물들 등이 예컨대 캐리어 가스로서 사용될 수 있다. 다양한 가스들, 이를테면, 예컨대, 메탄 ―특정 실시예들에 따라, 메탄은 버닝되지 않음― 이 여기서, 열을 수송하고, 연소 가스와 양전성 금속의 반응의 반응 열을 반응기로부터 제거하기 위한 역할을 할 수 있다. 예컨대, 다양한 캐리어 가스들이 양전성 금속과 연소 가스의 반응에 적절하게 적응되어, 이로써 어쩌면 시너지(synergy) 효과들이 달성될 수 있다. 특정 실시예들에 따라, 캐리어 가스는 연소 가스이다.According to the present invention, the carrier gas is not particularly limited and may correspond to or may include a combustion gas, but may also be different from the combustion gas. Air, carbon monoxide, carbon dioxide, oxygen, methane, hydrogen, water vapor, nitrogen, nitrous oxide, mixtures of two or more of these gases, and the like can be used, for example, as a carrier gas. Methane is not burned according to various gases, such as methane-specific embodiments, for example, where it serves to transport heat and remove reaction heat from the reaction of the combustion gas and the positive metal from the reactor can do. For example, various carrier gases may be suitably adapted to the reaction of the positive metal with the combustion gases, thereby possibly achieving synergy effects. According to certain embodiments, the carrier gas is a combustion gas.
근본적으로, 본 발명은 벤투리 노즐의 원리에 기반한다. 이는, 파이프(pipe)를 통해 흐르는 매체의 유량이, 변하는 파이프 단면에 반비례하게 행동한다는 관념에 기반한다. 다시 말해서, 속도는 파이프의 단면이 최소가 되는 곳에서 최대가 된다. 베루누이의 법칙(Bernoulli's law)에 따라, 흐르는 유체(가스 또는 액체)에서, 속도의 증가는 압력의 강하를 또한 동반한다. 이에 따라, 도 1에 도시된 노즐의 경우, p1>p2가 참이며, 여기서 p1은 흐름 방향으로 제 1 노즐의 업스트림에서 캐리어 가스의 압력이고, p2는 제 2 피딩 디바이스 및 제 1 노즐의 최소 단면에서의 캐리어 가스의 압력이고, 또한 v1은 흐름 방향으로 제 1 노즐의 업스트림에서 캐리어 가스의 속도이며, v2는 제 1 노즐의 최소 단면에서의 캐리어 가스의 속도이다. 이 관계는 액체 양전성 금속들의 미립화 및 연소를 위해 활용될 수 있다.Fundamentally, the invention is based on the principle of Venturi nozzles. This is based on the idea that the flow rate of the medium flowing through the pipe is inversely proportional to the varying pipe cross section. In other words, the velocity becomes maximum where the cross section of the pipe becomes minimum. According to Bernoulli's law, in flowing fluid (gas or liquid), an increase in velocity also accompanies a drop in pressure. 1, p 1 > p 2 is true, where p 1 is the pressure of the carrier gas upstream of the first nozzle in the flow direction, p 2 is the pressure of the carrier gas at the upstream of the first feeding device, V 1 is the velocity of the carrier gas at the upstream of the first nozzle in the flow direction and v 2 is the velocity of the carrier gas at the minimum cross-section of the first nozzle. This relationship can be exploited for atomization and combustion of liquid positive metals.
노즐의 단면이 캐리어 가스의 흐름 방향으로 처음부터 감소하는 한, 단면이 처음부터 테이퍼링되는 제 1 노즐은 그것의 형태가 특별히 제한되지 않는다. 단면의 감소 및 양전성 금속에 대한 피드 후에, 노즐은 그 다음, 단면이 추가로 감소하거나, 단면이 일정하게 유지되거나, 또는 단면이 증가할 수 있다. 단면의 형태가 또한 변할 수 있지만, 그러나 특정 실시예들에 따라, 단면의 형태는 동일하게 유지된다. 단면의 형태는 특별히 제한되지 않으며, 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형 등일 수 있지만, 특정 실시예들에 따라, 양전성 금속 및 캐리어 가스의 균일한 분배를 허용하기 위하여 원형이다. 대칭적인 노즐 형태가 또한 바람직하다. As long as the cross section of the nozzle is reduced from the beginning in the direction of flow of the carrier gas, the shape of the first nozzle in which the cross section is tapered from the beginning is not particularly limited. After the reduction of the cross section and the feed to the positive metal, the nozzle may then further reduce the cross section, keep the cross section constant, or increase the cross section. The shape of the cross section may also vary, but according to certain embodiments, the shape of the cross section remains the same. The shape of the cross section is not particularly limited and may be circular, elliptical, square, rectangular, triangular, etc., but is circular in order to allow uniform distribution of bipolar metal and carrier gas, according to certain embodiments. A symmetrical nozzle configuration is also preferred.
부가하여, 노즐의 단면이 캐리어 가스의 흐름 방향으로 처음부터 감소하는 구역이 포함되는 한, 제 1 노즐은 또한 그것의 구성이 더 이상 제한되지 않는다. 따라서, 제 1 노즐은 벤투리 노즐로서, 라발 노즐로서, (수분) 제트 펌프의 형태 등으로 형성될 수 있으며, 내부에서, 노즐 주위에서 또는 노즐 자체 상에서 양전성 금속에 대한 피드를 포함할 수 있다. 이 경우, 양전성 금속의 피딩은 피딩 디바이스를 통해 유사하게 이루어질 수 있으며, 이 피딩 디바이스는 예컨대 양전성 금속의 흐름 방향으로 피딩 디바이스의 끝에 노즐을 갖는다.In addition, as long as the section in which the cross section of the nozzle is initially reduced in the flow direction of the carrier gas is included, the first nozzle is also no longer limited in its constitution. Thus, the first nozzle can be formed as a Venturi nozzle, as a Laval nozzle, in the form of a (water) jet pump, or the like, and can include a feed for the positive metal around it, on the nozzle itself, . In this case, the feeding of the positive metal can likewise be made through the feeding device, which has a nozzle at the end of the feeding device, for example in the direction of flow of the positive metal.
추가적인 노즐들이 또한, 특별히 제한되지 않으며, 위의 형태들 및 구성들을 포함할 수 있다.Additional nozzles are also not particularly limited, and may include the above forms and configurations.
특정 실시예들에 따라, 벤투리 노즐로서의 제 1 노즐은, 캐리어 가스의 흐름 방향으로 처음부터 테이퍼링되는 피스(piece), 일정한 직경의 피스, 및 넓어지는 단면을 갖는 피스로 구성된다. 양전성 금속의 피딩은, 예컨대, (a) 바람직하게는 벤투리 노즐의 테이퍼링 피스의 제 2 피딩 디바이스를 통해, 벤투리 노즐 자체 내에 배열되거나, (b) 바람직하게는 벤투리 노즐의 테이퍼링 부분 주위의 테이퍼링 노즐의 형태로, 벤투리 노즐 주위에 배열되는 제 2 피딩 디바이스에 배열되거나, 또는 (c) 벤투리 노즐의 테이퍼링 부분에 또는 벤투리 노즐의 일정한 피스에 맞춰질 수 있는, 벤투리 노즐로의 피드 라인(line)/제 2 피딩 디바이스를 통해 배열될 수 있다. 특정 실시예들에 따라, 양전성 금속의 피딩은 적어도 하나의 피드 라인/피딩 디바이스를 통해 제 1 노즐로 일정한 피스에서 이루어진다. 그러나, 하나보다 많은 피딩 디바이스가 벤투리 노즐에 맞춰지거나, 또는 예컨대, 벤투리 노즐 상에 그리고 벤투리 노즐 내부에 피드 라인/피딩 디바이스들의 유형들의 결합들이 제공되는 것이 또한 가능하며, 양전성 금속의 피딩을 더욱 쉽게 제어하기 위하여, 특정 실시예들에 따라, 단 한 개의 피딩 디바이스가 양전성 금속을 벤투리 노즐로 지향시킨다.According to certain embodiments, the first nozzle as a venturi nozzle consists of a piece that is tapered from the beginning in the direction of flow of the carrier gas, a piece of constant diameter, and a piece having a widening cross-section. The feeding of the bipolar metal may, for example, be arranged in the venturi nozzle itself, (a) preferably through the second feeding device of the tuppering piece of the venturi nozzle, (b) preferably around the tapered portion of the venturi nozzle To the venturi nozzle, which is arranged in a second feeding device arranged around the venturi nozzle, or (c) in the tapered portion of the venturi nozzle or in a certain piece of the venturi nozzle, in the form of a tapering nozzle of the venturi nozzle Feed line / second feeding device. According to certain embodiments, the feeding of the amphoteric metal is effected at a constant pitch to the first nozzle through at least one feed line / feeding device. However, it is also possible that more than one feeding device is fitted to the venturi nozzle, or combinations of the types of feedline / feeding devices are provided, for example, on the venturi nozzle and inside the venturi nozzle, In order to more easily control the feeding, according to certain embodiments, only one feeding device directs the positive metal to the venturi nozzle.
특정 실시예들에 따라, 제 1 노즐은 캐리어 가스의 흐름 방향으로 테이퍼링되는 피스 및 흐름 방향으로 분기하는 피스, 다시 말해서, 단면이 증가하는 피스로부터 라발 노즐로서 형성될 수 있다. 여기서, 역시, 양전성 금속의 피딩은, 예컨대, (a) 바람직하게는 라발 노즐의 테이퍼링 피스의 제 2 피딩 디바이스를 통해, 라발 노즐 자체 내에서 이루어지거나, (b) 바람직하게는 라발 노즐의 테이퍼링 부분 주위의 테이퍼링 노즐의 형태로, 라발 노즐 주위에 배열되는 제 2 피딩 디바이스에서 이루어지거나, 또는 (c) 라발 노즐의 테이퍼링 부분에 맞춰지거나 또는 테이퍼링 피스로부터 분기하는 피스로의 전이부에 맞춰질 수 있는, 라발 노즐로의 피드 라인/제 2 피딩 디바이스를 통해 이루어질 수 있다. 그러나, 하나보다 많은 피딩 디바이스가 라발 노즐에 맞춰지거나, 또는 예컨대, 라발 노즐 상에 그리고 라발 노즐 내부에 피드 라인/피딩 디바이스들의 유형들의 결합들이 제공되는 것이 또한 가능하며, 양전성 금속의 피딩을 더욱 쉽게 제어하기 위하여, 특정 실시예들에 따라, 단 한 개의 피딩 디바이스가 양전성 금속을 라발 노즐로 지향시킨다. 특정 실시예들에 따라, 양전성 금속의 피딩은 라발 노즐의 최소 단면의 구역에서, 예컨대, 노즐 상의 또는 노즐 내부의 피딩 디바이스를 통해 이루어진다.According to certain embodiments, the first nozzle may be formed as a laval nozzle from a piece that is tapered in the flow direction of the carrier gas and a piece that diverges in the flow direction, i. E., A piece whose cross section increases. Here, again, the feeding of the positive metal is effected, for example, by (a) preferably through the second feeding device of the tapering piece of the Laval nozzle, in the Laval nozzle itself, or (b) Or in a second feeding device arranged in the vicinity of the Laval nozzle in the form of a tapering nozzle around the lobal nozzle, or (c) can be fitted to the tapering part of the laval nozzle or to the transition from the tapering piece to the piece , Feed line to the Laval nozzle / second feeding device. However, it is also possible that more than one feeding device is fitted to the Laval nozzle, or combinations of the types of feed line / feeding devices are provided, for example on the Laval nozzle and inside the Laval nozzle, For ease of control, according to certain embodiments, only one feeding device directs the positive metal to the Laval nozzle. According to certain embodiments, the feeding of the bipolar metal is effected in the region of the least cross-section of the Laval nozzle, for example through a feeding device on or within the nozzle.
특정 실시예들에 따라, 이 경우, 라발 노즐은, 처음부터 수렴하고 후속하여 분기하는 단면을 갖는 흐름 부재이며, 하나의 부분으로부터 다른 부분으로의 전이가 점진적으로 이루어지는 것이 가능하다. 특정 실시예들에서, 각각의 지점에서의 단면 영역은 서큘러(circular)일 수 있으며, 이로써 과도한 압축 충격들이 발생하지 않고, 이 단면 영역을 통해 흐르는 유체가 초음속으로 가속될 수 있다. 그 다음, 노즐의 가장 좁은 단면에서 음속이 더욱 정확하게 달성될 수 있다.According to certain embodiments, in this case, the Laval nozzle is a flow member having a cross-section that converges from the beginning and then branches off, and it is possible for the transition from one part to the other to be gradual. In certain embodiments, the cross-sectional area at each point may be circular, so that excessive compression impacts do not occur, and the fluid flowing through this cross-sectional area can be accelerated at a supersonic speed. Then, the sound velocity can be more accurately achieved at the narrowest section of the nozzle.
또한, 특정 실시예들에 따라, 다양한 유형들의 제 1 노즐에 대한 양전성 금속의 피딩은 또한, 제 2 피딩 디바이스를 통해 이루어질 수 있으며, 제 2 피딩 디바이스의 배출 오프닝(opening)은 특정 노즐들에 대해 위에서 이미 설명된 바와 같이 제 1 노즐 내에서 제 1 노즐의 테이퍼링 부분의 구역에서 바람직하게는 동축으로 배열된다.Also, according to certain embodiments, the feeding of the positive metal to the first nozzle of various types can also be effected through the second feeding device, and the discharge opening of the second feeding device Is preferably coaxially arranged in the region of the tapered portion of the first nozzle in the first nozzle as already described above.
또한, 특정 실시예들에 따라, 제 1 노즐은 제 2 피딩 디바이스 내에서 제 2 피딩 디바이스의 바람직하게는 수렴하는 부분, 다시 말해서, 테이퍼링 부분의 구역에서 바람직하게는 동축으로 배열될 수 있으며, 캐리어 가스의 피딩은 제 1 노즐을 통해 이루어지고, 양전성 금속의 피딩은 제 2 피딩 디바이스를 통해 이루어진다. 이러한 실시예들은 또한, 특정 노즐들에 대해 위에서 이미 설명되었다.Also, according to certain embodiments, the first nozzle may be arranged in the second feeding device, preferably coaxially in the region of the preferably converging portion of the second feeding device, i. E. The region of the tapering portion, Feeding of the gas is effected through the first nozzle, and feeding of the positive metal is effected through the second feeding device. These embodiments have also been described above for specific nozzles.
게다가, 특정 실시예들에 따라, 캐리어 가스에 대한 피드가 흐름 방향으로 제 1 노즐의 업스트림의 컨테이너에 연결됨으로써, 그리고/또는 미립화된 양전성 금속의 피딩이 제어된 압력을 갖는 비활성 가스의 컨테이너로의 피딩을 통해 제어됨으로써, 미립화된 양전성 금속의 양이 컨테이너에서의 필링(filling)을 통해 제어될 수 있고, 그리고/또는 미립화된 양전성 금속의 양이 캐리어 가스의 압력을 통해 제어될 수 있다.In addition, according to certain embodiments, the feed for the carrier gas is connected to the upstream container of the first nozzle in the flow direction, and / or the feeding of the atomized positive metal is carried out in a container of inert gas having a controlled pressure The amount of the atomized positive metal can be controlled through filling in the container and / or the amount of the atomized positive metal can be controlled through the pressure of the carrier gas .
컨테이너의 필링을 통한 제어의 경우, 양전성 금속용 피딩 디바이스에는 어쩌면 밸브(valve)와 같은 제어 디바이스가 제공될 수 있으며, 이 제어 디바이스를 통해, 컨테이너의 원하는 필링 레벨(level) 및/또는 캐리어 가스 흐름에 따라 컨테이너에 연속적으로 또는 불연속적으로 양전성 금속이 피딩된다. In the case of control through the filling of the container, the feeding device for the amphoteric metal may be provided with a control device, such as a valve, through which the desired filling level of the container and / The bipolar metal is fed continuously or discontinuously to the container according to the flow.
캐리어 가스의 압력을 통한 미립화된 양전성 금속의 양의 제어의 경우, 캐리어 가스에 대한 피드는 흐름 방향으로 제 1 노즐의 업스트림의 컨테이너에 연결되는데, 원하는 임의의 방식으로 연결될 수 있으며, 예컨대, 파이프들, 튜브(tube)들 등이 컨테이너에 대한 연결을 위해 사용되고, 컨테이너 안으로의 캐리어 가스의 피딩이 예컨대 또한 이 연결의 단면을 통해 셋팅되고 또한 특정 상황들 하에서 대응하는 연결들의 경우 변화되는 것이 가능하다. 또한, 제 1 노즐로의 양전성 금속용 제 2 피딩 디바이스에 대한 이러한 변형의 가능성이 있을 수 있다.In the case of control of the amount of particulate positive metal through the pressure of the carrier gas, the feed to the carrier gas is connected to the upstream container of the first nozzle in the flow direction, which may be connected in any desired manner, Tubes, etc. are used for connection to the container, and it is possible that the feeding of the carrier gas into the container, for example, is also set through the cross-section of this connection and also in the case of corresponding connections under certain circumstances . There may also be a possibility of such a deformation to the second feeding device for the positive metal to the first nozzle.
부가하여, 제어된 압력을 갖는 비활성 가스의 컨테이너로의 피딩을 통한 미립화된 양전성 금속의 피딩의 제어의 경우, 비활성 가스의 피딩은 적절하게 제공 및 셋팅될 수 있고, 특별히 제한되지 않으며, 미립화된 양전성 금속의 양을 제어할 두 개의 다른 가능성들도 없다. 비활성 가스의 피딩은 또한, 밸브와 같은 제어 디바이스가 제공될 수 있는 적절한 튜브, 파이프 등을 통해 이루어질 수 있다.In addition, in the case of controlling the feeding of the atomized positive metal through feeding of the inert gas having the controlled pressure into the container, feeding of the inert gas can be appropriately provided and set, and is not particularly limited, There are no other possibilities to control the amount of amphoteric metal. The feeding of the inert gas may also be effected through a suitable tube, pipe or the like through which a control device such as a valve may be provided.
미립화된 양전성 금속의 양에 대해, 모든 세 개의 유형들의 제어 또는 임의의 두 개의 유형들의 제어가 결합되는 것이 배제되지 않는다.It is not excluded that, for the amount of atomized positive metal, control of all three types or control of any two types is combined.
추가적인 양상에 따라, 본 발명은, 연소 가스를 이용하여 양전성 금속을 버닝하기 위한 디바이스에 관한 것이며, 이 양전성 금속은 알칼리 금속들, 알칼리 토금속들, 알루미늄 및 아연 및/또는 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택되고, 이 디바이스는, 단면이 처음부터 테이퍼링되고, 캐리어 가스가 피딩되며, 캐리어 가스를 이용하여 양전성 금속을 미립화하도록 설계되는 제 1 노즐, 캐리어 가스를 제 1 노즐에 피딩하도록 설계되는, 제 1 노즐로의 캐리어 가스용 제 1 피딩 디바이스, 100 ㎛ 미만의 입자 사이즈를 갖는 입자들을 포함하는 액체의 형태로 또는 분말의 형태로 양전성 금속을 제공하도록 설계되는 컨테이너, 컨테이너에서 제 1 노즐로 양전성 금속을 지향시키도록 설계되는, 제 1 노즐로의 양전성 금속용 제 2 피딩 디바이스, 및 연소 가스로 양전성 금속을 버닝하도록 설계되는 버너를 포함한다.According to a further aspect, the present invention relates to a device for burning a positive metal using a combustion gas, the positive metal being selected from the group consisting of alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc and / And / or mixtures, the device comprising: a first nozzle having a cross-section tapered from the beginning, fed with a carrier gas, and designed to atomize the amphoteric metal using a carrier gas; A first feeding device for a carrier gas to a first nozzle, a container designed to provide a bipolar metal in the form of a liquid comprising particles having a particle size of less than 100 mu m or in the form of a powder, A second feeding device for the positive metal to the first nozzle, the second feeding device being designed to direct the positive metal to the first nozzle, And a burner designed to burn as the amount of conductive metal.
여기서, 캐리어 가스용 제 1 피딩 디바이스는 특별히 제한되지 않고, 예컨대, 파이프들, 튜브들 등을 포함하며, 캐리어 가스용 피딩 디바이스가, 어쩌면 또한 압력 하에 있을 수 있는 캐리어 가스의 상태에 기반하여 적절하게 결정되는 것이 가능하다.Here, the first feeding device for the carrier gas is not particularly limited, and includes, for example, pipes, tubes, and the like, and the feeding device for the carrier gas may be appropriately selected based on the state of the carrier gas, It is possible to be determined.
유사하게, 양전성 금속용 제 2 피딩 디바이스는 특별히 제한되지 않으며, 마찬가지로, 양전성 금속의 수송을 적절하게 허용하는 예컨대 파이프들, 튜브들 등을 포함한다. 양전성 금속의 침전물들을 회피하기 위하여, 제 2 피딩 디바이스의 내부 표면은 바람직하게는 매끄럽다. 또한, 특정 실시예들에 따라, 제 1 노즐에서의 미립화에 의한 양전성 금속의 우수한 그리고 안정된 전달을 보장하기 위하여, 제 2 피딩 디바이스의 단면은 제 2 피딩 디바이스의 전체 길이에 걸쳐 일정하다.Similarly, the second feeding device for bipolar metal is not particularly limited, and likewise includes pipes, tubes and the like which suitably allow the transport of the bipolar metal. In order to avoid deposits of bipolar metal, the inner surface of the second feeding device is preferably smooth. Also in accordance with certain embodiments, the cross-section of the second feeding device is constant over the entire length of the second feeding device to ensure good and stable delivery of the positive metal by atomization at the first nozzle.
여기서, 노즐은 위에서 설명된 바와 같이, 다시 말해서, 예컨대, 벤투리 노즐로서 또는 라발 노즐로서 구성될 수 있다.Here, the nozzle may be configured as described above, i. E., As a Venturi nozzle or as a Laval nozzle.
유사하게, 버너는 본 발명에 따라 특별히 제한되지 않으며, 예컨대, 노즐로서 구성될 수 있고, 이 노즐에서, 연소 가스는 양전성 금속과 혼합되고, 그 후에, 어쩌면 점화 디바이스에 의해 점화된다. 버너는 또한, 반응기에 또는 반응기 상에 제공될 수 있다. 부가하여, 버너는 또한, 내부 혼합이 없는 다공성 버너로서 형성될 수 있고, 이 다공성 버너는 양전성 금속이 적어도 하나의 오프닝에서 피딩될 수 있는 다공성 파이프로서 형성될 수 있다. 양전성 금속은 예컨대 파이프의 하나의 오프닝을 통해서만 피딩될 수 있고, 그 다음, 파이프의 다른 단부가 폐쇄되거나 또는 다공성 파이프의 재료로 구성되는 것이 가능하다. 그 다음, 이러한 경우, 양전성 금속은 예컨대 다공성 버너 안으로 프레싱될(pressed) 수 있고, 그 결과 연소 가스가 그 다음, 다공성 버너의 외면 상으로 지향될 수 있으며, 따라서 이 연소 가스가 그 다음, 그곳에서 양전성 금속과 반응하여 구멍들의 폐색이 회피된다. 캐리어 가스가 연소 가스인 특정 실시예들에 따라, 제 1 노즐은 또한 미립화를 위해 사용될 수 있고, 그 결과 예컨대 연소가 그곳에서 점화되거나 또는 점화 후에 연속적으로 진행됨으로써, 노즐 배출구의 뒤에서 연소가 이어진다.Similarly, the burner is not particularly limited in accordance with the present invention, and may be configured as a nozzle, for example, in which the combustion gas is mixed with a positive metal and then ignited, perhaps by an ignition device. The burner may also be provided in the reactor or on the reactor. In addition, the burner can also be formed as a porous burner with no internal mixing, and the porous burner can be formed as a porous pipe through which a positive metal can be fed in at least one opening. The amphoteric metal can be fed only through one opening of the pipe, for example, and then the other end of the pipe is closed or composed of the material of the porous pipe. Then, in this case, the amphoteric metal can, for example, be pressed into the porous burner so that the combustion gas can then be directed onto the outer surface of the porous burner, Lt; RTI ID = 0.0 > metal < / RTI > In accordance with certain embodiments in which the carrier gas is a combustion gas, the first nozzle may also be used for atomization, such that the combustion is continued behind the nozzle outlet, e.g., the combustion is ignited there or continues continuously after ignition.
컨테이너는 유사하게, 이 컨테이너가 양전성 금속과 반응하지 않고 예컨대 또한 액체 양전성 금속과 반응하지 않는 재료로 구성되는 한, 특별히 제한되지 않는다. 예컨대, 컨테이너는 탱크(tank)로서 또는 분말-유지 컨테이너로서 형성될 수 있다.The container is similarly not particularly limited as long as the container is composed of a material that does not react with the positive metal and does not react with the liquid positive metal, for example. For example, the container may be formed as a tank or as a powder-retaining container.
대응하게, 특정 실시예들에 따라, 양전성 금속용 제 2 피딩 디바이스, 그리고 어쩌면 캐리어 가스와 양전성 금속의 혼합 이후의 제 1 노즐 및/또는 제 1 피딩 디바이스, 및/또는 버너의 재료는 또한 이러한 재료로 구성될 수 있다. 적절한 재료는 예컨대 철, 크로뮴(chromium), 니켈(nickel), 니오븀(niobium), 탄탈럼(tantalum), 몰리브데넘(molybdenum), 텅스텐(tungsten), 지르칼로이(zircaloy) 및 이들 금속들의 합금들, 그리고 또한 스틸들, 이를테면, 고급 스틸 및 크로뮴-니켈 스틸을 포함한다.Correspondingly, according to certain embodiments, the material of the second feeding device for bipolar metal, and possibly the first nozzle and / or first feeding device after mixing of the carrier gas and the positive metal, and / or the material of the burner, And may be made of such a material. Suitable materials include, for example, metals such as iron, chromium, nickel, niobium, tantalum, molybdenum, tungsten, zircaloy, , And also steels, such as high grade steel and chromium-nickel steel.
특정 실시예들에 따라, 제 1 노즐은 캐리어 가스의 흐름 방향으로 처음부터 테이퍼링되는 피스, 일정한 직경의 피스, 및 넓어지는 직경을 갖는 피스를 포함하는 벤투리 노즐로서 형성되며, 양전성 금속용 제 2 피딩 디바이스는 바람직하게는 벤투리 노즐의 일정한 피스에 맞춰진다.According to certain embodiments, the first nozzle is formed as a venturi nozzle comprising a piece initially tapered in the flow direction of the carrier gas, a piece of constant diameter, and a piece having a diameter to be widened, 2 feeding device is preferably fitted to a constant piece of venturi nozzle.
특정 실시예들에 따라, 제 1 노즐은 캐리어 가스의 흐름 방향으로 테이퍼링되는 피스 및 흐름 방향으로 분기하는 피스를 포함하는 라발 노즐로서 형성될 수 있다. 특정 실시예들에 따라, 여기서, 양전성 금속용 제 2 피딩 디바이스는 라발 노즐의 최소 직경의 구역에 맞춰진다.According to certain embodiments, the first nozzle may be formed as a Laval nozzle including a piece tapered in the flow direction of the carrier gas and a piece branching in the flow direction. According to certain embodiments, wherein the second feeding device for bipolar metal is adapted to a zone of minimum diameter of the Laval nozzle.
또한, 특정 실시예들에 따라, 양전성 금속용 제 2 피딩 디바이스의 배출 오프닝이 제 1 노즐 내에서 제 1 노즐의 수렴하는 부분의 구역에서 바람직하게는 동축으로 배열되는 방식으로, 양전성 금속용 제 2 피딩 디바이스가 캐리어 가스용 제 1 피딩 디바이스 내에서 바람직하게는 동축으로 배열될 수 있다. 여기서, 캐리어 가스는 그러므로, 제 2 피딩 디바이스 주위에서 흐르고, 그 다음, 제 2 피딩 디바이스에서 제 1 노즐로 양전성 금속을 흡입한다. 흡입 효과는 여기서 동축 어레인지먼트(arrangement)에 의해 강화될 수 있다.Also in accordance with certain embodiments, in a manner such that the discharge opening of the second feeding device for positive metal is arranged coaxially in the region of the converging portion of the first nozzle in the first nozzle, The second feeding device may be arranged coaxially, preferably in a first feeding device for the carrier gas. Here, the carrier gas therefore flows around the second feeding device, and then sucks the positive metal from the second feeding device to the first nozzle. The suction effect can here be enhanced by a coaxial arrangement.
추가적인 특정 실시예들에 따라, 캐리어 가스가 양전성 금속용 제 2 피딩 디바이스 내에서 제 2 피딩 디바이스의 바람직하게는 수렴하는 부분의 구역에서 바람직하게는 동축으로 제 1 노즐에 피딩되는 방식으로, 캐리어 가스용 제 1 피딩 디바이스가 배열된다. 여기서, 양전성 금속은 제트 펌프의 경우에서와 유사한 방식으로 캐리어 가스 주위에서 제 1 노즐 안으로 흡입된다. 마찬가지로, 개선된 흡입 효과가 동축 어레인지먼트에 의해 여기서 달성될 수 있다. According to further specific embodiments, in a manner such that the carrier gas is fed into the first nozzle, preferably coaxially in the region of the preferably converging portion of the second feeding device in the second feeding device for positive metal, A first feeding device for gas is arranged. Here, the positive metal is sucked into the first nozzle around the carrier gas in a similar manner as in the case of the jet pump. Likewise, an improved suction effect can be achieved here by coaxial arrangement.
제트 펌프에서, 펌핑(pumping) 효과는 일반적으로 유체 제트("구동 매체")에 의해 생성될 수 있으며, 이 유체 제트는 모멘텀(momentum) 교환에 의해 다른 매체("흡입 매체")를 흡입하고, 그것을 가속하며, 그것이 충분한 압력 하에 있는 한 그것을 압축/전달한다. 벤투리 또는 라발 노즐들 또는 일반적으로 테이퍼링 부분을 갖는 노즐들처럼, 이러한 유형의 펌프가 매우 단순한 구성을 갖고 어떠한 움직이는 부분들도 갖지 않기 때문에, 이 펌프는 특히 강건하고, 유지보수가 쉬우며, 용도가 다목적이다.In a jet pump, the pumping effect can generally be generated by a fluid jet ("drive medium") which inhales another medium ("suction medium") by momentum exchange, Accelerates it, and compresses it as long as it is under sufficient pressure. This type of pump is particularly robust, easy to maintain, and easy to maintain because it has a very simple configuration and no moving parts, such as venturi or laval nozzles or nozzles with generally tapered portions. Is a multipurpose.
제트 펌프의 통상적인 셋업에서, 전달은 예컨대 하기의 단계들에 따라 이루어질 수 있으며, 몇몇 단순화들과 함께, 단지 에너지, 모멘텀 및 질량 보존의 법칙들을 적용함으로써 매우 잘 계산될 수 있다:In a typical setup of a jet pump, the delivery can be done according to the following steps, for example, and can be very well calculated by applying the laws of conservation of energy, momentum and mass, along with some simplifications:
1. 캐리어 가스는 제 1 노즐에 대응하는 구동 노즐을 가능한 최고 스피드(speed)로 떠난다. 베루누이의 법칙에 따라, 이는 압력의 동적 강하를 동반하며, 따라서 흐름의 압력은 정상 압력보다 더 낮아진다. 제 1 노즐은 라발 노즐 및 구동 제트의 스피드를 최대화하도록 설계될 수 있는데, 다시 말해서, 캐리어 가스는 초음속으로 떠난다.1. The carrier gas leaves the drive nozzle corresponding to the first nozzle at the highest possible speed. According to Bernoulli's law, this is accompanied by a dynamic drop in pressure, so that the pressure of the flow is lower than the normal pressure. The first nozzle can be designed to maximize the speed of the Laval nozzle and the drive jet, i. E., The carrier gas leaves at supersonic speed.
2. 어쩌면 제 2 피딩 디바이스 내에 또는 제 2 피딩 디바이스 자체에 존재하는 혼합 챔버에서, 캐리어 가스는 그곳에 위치된 양전성 금속에 충돌할 수 있으며, 이는 정상 압력 또는 증가된 압력 하에서 이루어질 수 있다. 제 1 노즐을 떠난 후에, 캐리어 가스는 처음부터 자유 제트처럼 행동하고, 내부 마찰 및 난류들이 신속한 캐리어 가스와 훨씬 더 느린 양전성 금속 사이의 경계 층에서 전단 스트레스(stress)를 유발한다. 이 스트레스는 모멘텀의 전달을 유발하는데, 즉, 양전성 금속은 가속되고 비말동반된다(entrained). 여기서, 혼합은 에너지 보존 원리가 아니라 모멘텀의 보존에 기반하여 이루어지는데, 다시 말해서, 충격 손실들 때문에, 베루누이 방정식의 적용은 여기서 부정확한 결과들을 유도할 수 있다. 캐리어 가스의 팽창 및 양전성 금속의 흡입 인테이크(intake)는 캐리어 가스를 느리게 하는 효과를 갖는다.2. In a mixing chamber, possibly present in the second feeding device or in the second feeding device itself, the carrier gas may impinge on the amphoteric metal located there, which may be at normal or increased pressure. After leaving the first nozzle, the carrier gas acts like a free jet from the beginning, and internal friction and turbulence cause shear stress in the boundary layer between the rapid carrier gas and the much slower positive metal. This stress induces the transfer of momentum, that is, the bipolar metal is accelerated and entrained. Here, mixing is based on conservation of momentum rather than conservation of energy principle, in other words, because of the impact losses, the application of the Bernoulli equation can lead to inaccurate results here. The expansion of the carrier gas and the intake intake of the amphoteric metal have the effect of slowing the carrier gas.
3. 양전성 금속의 가속은 또한, 베루누이 원리에 기반하여 양전성 금속에 대한 압력의 강하를 유발하고, 따라서 양전성 금속은 제 2 피딩 디바이스를 통해 보충될 수 있으며, 충분히 높은 최소 압력이 바람직하게는 양전성 금속에 대해 이용가능하다.3. Acceleration of the positive metal also causes a pressure drop on the positive metal based on the Bernoulli principle, so that the positive metal can be replenished via the second feeding device, and a sufficiently high minimum pressure is preferred Lt; RTI ID = 0.0 > metal. ≪ / RTI >
특정 실시예들에 따라, 본 발명에 따른 디바이스는 또한, 컨테이너에 양전성 금속을 피딩하도록 설계되는, 컨테이너로의 양전성 금속용 제 3 피딩 디바이스, 그리고 컨테이너에 피딩되는 양전성 금속의 양을 제어하도록 설계되는, 컨테이너에서의 양전성 금속의 양에 대한 제어 디바이스를 포함하고, 그리고/또는 캐리어 가스의 압력이 제 1 노즐에 피딩되는 양전성 금속의 양을 제어하는 방식으로, 흐름 방향으로 제 1 노즐의 업스트림의 컨테이너에 캐리어 가스용 제 1 피딩 디바이스를 연결시키는 라인, 및/또는 비활성 가스를 컨테이너에 피딩하도록 설계되는, 컨테이너로의 비활성 가스용 제 4 피딩 디바이스, 및 컨테이너에 피딩되는 비활성 가스의 압력을 제어하는, 피딩되는 비활성 가스의 압력에 대한 제어 디바이스를 포함할 수 있다. 양전성 금속용 제 3 피딩 디바이스는 본 발명에 따라 제한되지 않으며, 구체적으로는 사용되는 재료에 관하여, 양전성 금속용 제 2 피딩 디바이스와 동일한 방식으로 만들어질 수 있지만, 예컨대 형태 및/또는 단면에 관하여, 제 2 피딩 디바이스와 또한 상이할 수 있다. 컨테이너에서의 양전성 금속의 양에 대한 제어 디바이스는 또한, 이 제어 디바이스가 적어도 양전성 금속과 접촉하게 되는 구역에서, 양전성 금속용 제 2 피딩 디바이스의 재료로 구성될 수 있지만, 특별히 제한되지 않는다. 캐리어 가스용 제 1 피딩 디바이스를 컨테이너에 연결시키는 라인, 컨테이너로의 비활성 가스용 제 4 피딩 디바이스, 및/또는 피딩되는 비활성 가스의 압력에 대한 제어 디바이스는 유사하게, 특별히 제한되지 않으며, 적절하게 결정될 수 있다. 라인 및/또는 제 4 피딩 디바이스는 여기서, 제 1 피딩 디바이스와 유사하거나 또는 동일한 방식으로 만들어질 수 있으며, 예컨대 단면 등에 관하여, 라인 및/또는 제 4 피딩 디바이스는 제 1 피딩 디바이스와 상이한 것이 또한 가능하다.According to certain embodiments, the device according to the present invention further comprises a third feeding device for the positive metal to the container, designed to feed the positive metal to the container, and a third feeding device for controlling the amount of positive metal fed to the container In a manner that controls the amount of positive metal in the container, and / or controls the amount of positive metal in which the pressure of the carrier gas is fed to the first nozzle, A line connecting the first feeding device for the carrier gas to the upstream container of the nozzle, and / or a fourth feeding device for the inert gas to the container designed to feed the inert gas to the container, And a control device for the pressure of the inert gas to be fed, which controls the pressure. The third feeding device for positive metal is not limited in accordance with the present invention and can be made in the same manner as the second feeding device for positive metal with respect to the material used, May also differ from the second feeding device. The control device for the amount of positive metal in the container may also be composed of the material of the second feeding device for positive metal, but is not particularly limited, in the region where the control device is at least in contact with the positive metal . Similarly, the line connecting the first feeding device for the carrier gas to the container, the fourth feeding device for the inert gas to the container, and / or the control device for the pressure of the inert gas to be fed is similarly not particularly limited, . The line and / or fourth feeding device may here be made in a manner similar or identical to the first feeding device, for example in terms of cross section etc., the line and / or fourth feeding device may also be different from the first feeding device Do.
캐리어 가스의 압력이 제 1 노즐에 피딩되는 양전성 금속의 양을 제어하는 방식으로, 흐름 방향으로 제 1 노즐의 업스트림의 컨테이너에 캐리어 가스용 제 1 피딩 디바이스를 연결시키는 라인을 사용할 때, 흐름 제어기, 질량 제어기 등이 또한 제 1 피딩 디바이스 및/또는 라인에 제공될 수 있다.When using the line connecting the first feeding device for the carrier gas to the upstream container of the first nozzle in the flow direction in such a manner as to control the amount of the positive metal to which the pressure of the carrier gas is fed to the first nozzle, , A mass controller, etc., may also be provided in the first feeding device and / or in the line.
부가하여, 본 발명에 따른 디바이스는 예컨대 양전성 금속을 멜팅하기 위한 가열 디바이스들, 예컨대 버너에 대한 냉각 디바이스들, 예컨대 캐리어 가스 및/또는 연소 가스에 대한 펌프들 등을 포함할 수 있다.In addition, the device according to the present invention may include, for example, heating devices for melting a bipolar metal, for example cooling devices for the burner, such as pumps for carrier gas and / or combustion gases.
그것이 유용한 목적을 제공한다면, 위의 실시예들, 구성들 및 발전들은 원하는 임의의 방식으로 서로 결합될 수 있다. 본 발명의 추가적인 가능한 구성들, 발전들 및 구현들은 또한, 예시적 실시예들에 대하여 위에서 또는 아래에서 설명되는 본 발명의 특징들의 명시적으로 언급되지 않은 결합들을 포함한다. 특히, 기술분야의 당업자는 또한, 개별적인 양상들을 개선들 또는 추가들로서 본 발명의 개개의 기본 형태에 추가할 것이다.If it provides a useful purpose, the above embodiments, configurations and developments may be combined with each other in any desired manner. Further possible configurations, improvements and implementations of the present invention also include explicitly not mentioned combinations of features of the present invention described above or below with respect to the exemplary embodiments. In particular, those skilled in the art will also add the individual aspects to the individual basic forms of the invention as improvements or additions.
이제, 본 발명은 예로서 주어진 실시예들에 기반하여 설명되며, 이 실시예들은 결코 본 발명을 제한하지 않는다. The present invention will now be described, by way of example only, on the basis of a given embodiment, which in no way limits the invention.
예로서 주어진 제 1 실시예는 도 2에서 표현된다. 여기서, 캐리어 가스가 제 1 피딩 디바이스(1')를 통해 피딩되는 제 1 노즐(1)의 수축부(constriction)에는, 도 2 및 도 3에서 표현된 바와 같이, 양전성 금속의 금속 멜트(melt)/양전성 금속(M), 이를테면, 예컨대, 리튬을 갖는 컨테이너(3)의 배출구로 이어지는 브랜치(branch)가 있다. 컨테이너(3)로부터, 양전성 금속(M)은 컨테이너의 배출구(2'')를 통해 제 2 피딩 디바이스로, 그리고 피딩 디바이스(2')를 통해 제 1 노즐(1)로 전달된다. 또한, 컨테이너(3)의 주입구는 라인(6)을 통해, 여기서 벤투리 노즐로서 구성되는 제 1 노즐(1)의 더 큰 직경에 연결되며, 따라서 원칙적으로, 노즐 주입구에서와 동일한 압력이 컨테이너(3)에서 우세하다. 그 다음, 예컨대, 캐리어 가스, 이를테면, 예컨대, 이산화탄소가 압력(p1)으로 제 1 노즐(1)을 통해 흐르고, 결과적으로 수축부에서 p1에 관련하여 더 낮은 압력(p2)을 초래한다면, 관계 p1>p2의 결과로서 컨테이너(3)의 배출구에서 부압이 생성되고, 액체 금속(M)은 컨테이너(3)로부터 수축부까지 흡입된다. 그곳에서 가속된 캐리어 가스는 흐름 방향으로 금속(M)을 비말동반하고, 마지막으로, 버너(4)를 향하는 노즐(1)의 배출구에서 이 금속(M)을 미립화한다. 금속 연소를 위해, 반응 가스, 이를테면, 본 경우, 이산화탄소가 바람직하게는 캐리어 가스로서 직접적으로 사용된다. 노즐 배출구에서의 온도 및 혼합물에 따라, 금속 스프레이가 자기-발화하거나 또는 여전히 점화의 외부 소스(source)를 요구한다. 캐리어 가스를 이용하는 금속(M)의 미립화는 도 3에서 표현된다.The first embodiment given as an example is represented in Fig. Here, the constriction of the
이로써, p1 대 p2의 압력비는 컨테이너(3)로부터의 금속 멜트(M)의 체적 흐름을 결정한다. 이것이 독립적으로 제어가능해야 하는 것이 의도된다면, 컨테이너의 압력 또는 컨테이너 안으로의 비활성 가스의 유입은 예컨대 압력 제어기 또는 질량 흐름 제어기 형태의 별개의 제어기를 통해 외부적으로 셋팅될 수 있다.Thereby, the pressure ratio of p 1 to p 2 determines the volume flow of the metal melt (M) from the container (3). If it is intended that this should be independently controllable, the pressure of the container or the introduction of the inert gas into the container can be set externally via a separate controller, for example in the form of a pressure controller or mass flow controller.
예로서 주어진 제 2 실시예는 도 4 및 도 5에서 표현된다. The second embodiment given as an example is represented in Figs. 4 and 5.
도 4 및 도 5는 예로서 주어진 제 1 실시예에서와 같이 벤투리 노즐로서의 제 1 노즐(1), 및 캐리어 가스, 예컨대, 이산화탄소와 액체 금속(M)의 내부 혼합을 이용하는, 액체의 양전성 금속(M), 예컨대, 리튬의 미립화를 위한 가능한 셋업을 도시하며, 대신에, 컨테이너(3)의 압력(p3)은 컨테이너로의 비활성 가스용 제 4 피딩 디바이스(7) 및 피딩되는 비활성 가스의 압력에 대한 제어 디바이스(7')와 라인(6)에 의해 제어된다. 도 4는 여기서, 압력들 및 컴포넌트들의 할당을 도시하고, 도 5는 액체 금속 미립화 및 연소 동안의 디바이스의 상태를 도시한다.Figs. 4 and 5 illustrate the
벤투리 노즐의 사용에 대한 대안으로, 예로서 주어진 제 3 실시예가 도 6 및 도 7에서 표현되며, 도 6 및 도 7에 따라, 라발 노즐이 제 1 노즐(1)로서 사용된다. 컨테이너(3)에서의 압력 셋팅은 예로서 주어진 제 2 실시예와 동일한 방식으로 이루어진다. 컨테이너(3)로부터의 양전성 금속(M), 예컨대, 액체 상태의 리튬의 피딩은 제 1 노즐(1) 내에서 동축으로 제 2 피딩 디바이스(2')를 통해 이루어지며, 이로써 양전성 금속(M)은 캐리어 가스, 예컨대, 질소의 흐름에 의해 흡입된다. 도 6은 여기서, 압력들 및 컴포넌트들의 할당을 도시하고, 도 7은 액체 금속 미립화 및 연소 동안의 디바이스를 도시한다. 연소는 다시 한 번, 예로서 주어진 제 1 실시예와 동일한 방식으로 이루어진다.As an alternative to the use of venturi nozzles, a given third embodiment is represented in Figs. 6 and 7, and according to Figs. 6 and 7, the Laval nozzle is used as the
도 8은 예로서 주어진 제 4 실시예로, 컨테이너(3)의 압력(p3)을 제어하기 위한 대안을 도시하며, 그 외에 디바이스는 제 2 실시예에 대응한다. 제 2 피딩 디바이스(2')를 통한 금속 멜트(M)의 유입을 제어하기 위해, 여기서, 역시, 컨테이너(3)의 배출구(2'')에서의 이 금속 멜트(M)의 정수압(p3)이 사용될 수 있다. 이 압력은 컨테이너(3)에서의 금속 멜트(M)의 필링 레벨(h)을 통해 셋팅될 수 있다. 이 경우, 컨테이너 자체(3)는 대기압(p0)으로 유지된다. Figure 8 is a fourth embodiment given by way of example, shows an alternative for controlling the pressure (p 3) of the container (3), that in addition to the device corresponds to the second embodiment. Here, too, the hydrostatic pressure (p 3 ) of the metal melt M at the
필링 레벨(h)이 일정하거나 또는 원하는 히스테리시스들(hystereses) 내에서 조절되는 방식으로, 컨테이너(3)로의 양전성 금속(M)에 대한 제 3 피딩 디바이스(5) 및 컨테이너(3)에서의 양전성 금속(M)의 양에 대한 제어 디바이스(5')를 통해, 양전성 금속(M)은 컨테이너(3)에 피딩될 수 있다.The amount at the
제 1 노즐(1)이 연소 노즐로서 사용되면, 원하는 연소 가스는, 압력(p1)에서 파이프 안으로 유입되는 캐리어 가스로서 사용될 수 있다. 그 다음, 미립화 동안에 외부 혼합이 요구되는지 또는 내부 혼합이 요구되는지에 따라, 내부 혼합의 경우, 예컨대 도 2-도 8에서와 같은 노즐 셋업, 또는 외부 혼합의 경우, 예로서 주어진 제 5 실시예에 따른 도 9 및 도 10에서와 같은 노즐 셋업이 사용된다.When the
예로서 주어진 제 5 실시예에서, 여기서 예로서 연소 가스 이산화탄소 형태의 캐리어 가스와 양전성 금속(M), 예컨대, 리튬 멜트의 혼합은 제 1 노즐(1)의 밖에서 버너(4)에서 이루어진다. 제 1 노즐(1)의 상이한 노즐 형태 이외에, 이 실시예는 예로서 주어진 제 3 실시예에 대응한다. 도 9는 압력들 및 컴포넌트들의 할당을 도시하고, 도 10은 액체 금속 미립화 및 연소를 도시한다.As an example, in the fifth embodiment given here, mixing of the carrier gas in the form of combustion gas carbon dioxide, for example, with a positive metal (M), for example lithium melts, takes place in the
예로서 주어진 제 6 실시예는 도 11 및 도 12에서 표현되며, 이 실시예에서는, 변형으로서, 양전성 금속(M), 예컨대, 리튬의 미립화가 제트 펌프의 원리로 진공 생성에 의해 이루어진다. 여기서, 펌핑 효과는 캐리어 가스(구동 매체)의 흐름에 의해 생성되고, 이 캐리어 가스(구동 매체)는, 모멘텀 교환에 의해 양전성 금속(M)의 멜트/알칼리 금속 멜트(흡입 매체)를 흡입하고, 그것을 가속하며, 그것을 전달한다. 도 11은 여기서, 압력들 및 컴포넌트들의 할당을 도시하고, 도 12는 액체 금속 미립화 및 연소를 도시한다. 캐리어 가스, 예컨대, 이산화탄소 또는 질소의 피딩은 제 1 피딩 디바이스(1') 및 제 1 노즐(1)을 통해 이루어지며, 이 피딩은 제 2 노즐(2)의 제 2 피딩 디바이스(2') 내에서 동축으로 이루어진다. 디바이스의 추가적인 셋업은 다시 한 번, 예로서 주어진 제 5 실시예의 셋업과 비슷하며, 버너(4)에서의 연소는 제 2 노즐(2)의 배출구에서 이루어진다.The sixth embodiment given as an example is represented in Figs. 11 and 12, in which, as a variant, the atomization of the positive metal M, for example lithium, is effected by means of a vacuum pump with the principle of a jet pump. Here, the pumping effect is generated by the flow of the carrier gas (driving medium), and the carrier gas (driving medium) sucks the melt / alkali metal melt (suction medium) of the positive metal M by momentum exchange Accelerate it, and deliver it. Figure 11 shows the allocation of pressures and components here, and Figure 12 shows liquid metal atomization and combustion. Feeding of a carrier gas, for example carbon dioxide or nitrogen, is effected through a first feeding device 1 'and a
예로서 주어진 위의 실시예들에서, 양전성 금속의 멜트는 예로서 항상 미립화된다. 그러나, 예로서 주어진 실시예들에서, 멜트 대신에, 양전성 금속의 입자들을 포함하는 분말을 사용하는 것이 또한 가능하다. 리튬 이외의 양전성 금속(M)이 또한 사용될 수 있으며, 캐리어 가스는 또한 질소 또는 이산화탄소 이외의 가스일 수 있다. 또한, 버너(4)가 연소 가스, 어쩌면 추가적인 연소 가스(원칙적으로, 완전히 연소되었든 또는 부분적으로 연소되었든, 심지어 화석 연료들의 버닝을 위한 플랜트로부터의 배기 가스)를 피딩받는 것이 배제되지 않는다.In the above examples given as examples, the melt of the bipolar metal is always atomized as an example. However, it is also possible, in the given examples given as an example, to use a powder comprising particles of a bipolar metal instead of a melt. A positive metal (M) other than lithium may also be used, and the carrier gas may also be a gas other than nitrogen or carbon dioxide. It is also not excluded that the
본 발명의 본 통지에서는, 특별한 노즐 기하학적 구조들의 선택 및 캐리어 가스의 결과적인 흡입 효과 덕분에, 펌프들, 예컨대, 액체 금속 펌프들 없이 작용할 수 있는, 양전성 금속들의 미립화 및 연소를 위한 방법의 설명이 주어진다. 또한, 구체적으로 액체 금속 멜트들의 경우, 양전성 금속에 대한 컨테이너 안으로의 가스 유입에 의하여, 양전성 금속의 쉽고 정확한 흐름 제어가 동시에 실현될 수 있다.In the present disclosure, a description of a method for atomization and combustion of amphoteric metals, which can operate without pumps, for example, liquid metal pumps, thanks to the selection of particular nozzle geometries and the resulting suction effect of the carrier gas Is given. Furthermore, in the case of liquid metal melts in particular, easy and accurate flow control of the bipolar metal can be simultaneously realized by gas inflow into the container for the bipolar metal.
Claims (15)
상기 양전성 금속은 알칼리(alkali) 금속들, 알칼리 토금속(alkaline earth metal)들, 알루미늄(aluminum) 및 아연 및/또는 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택되고,
100 ㎛ 미만의 입자 사이즈(size)를 갖는 입자들을 포함하는 액체 또는 분말 형태의 상기 양전성 금속은, 제 1 노즐(nozzle)(1) ―상기 제 1 노즐(1)은 단면이 캐리어(carrier) 가스의 흐름 방향으로 처음부터 테이퍼링됨(taper)― 의 상기 캐리어 가스를 미립화함으로써 컨테이너(container)(3)로부터 상기 제 1 노즐로 상기 컨테이너(3)에서 흡입되고, 상기 제 1 노즐로부터 미립화되며, 상기 연소 가스로 버닝되는(burned),
연소 가스를 이용하는 양전성 금속의 연소를 위한 방법.A method for the combustion of a positive metal using a combustion gas,
The positive metal is selected from alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc and / or alloys and / or mixtures thereof,
The positive metal in the form of a liquid or powder comprising particles having a particle size of less than 100 micrometers has a first nozzle 1 having a cross- Is sucked from the container (3) into the container (3) by atomizing the carrier gas of the container (3) tapered from the beginning in the flow direction of the gas and is atomized from the first nozzle Burned with the combustion gas,
A method for the combustion of a positive metal using a combustion gas.
상기 제 1 노즐(1)은 벤투리(Venturi) 노즐로서, 상기 캐리어 가스의 흐름 방향으로 처음부터 테이퍼링(tapering)되는 피스(piece), 일정한 직경의 피스, 및 넓어지는 단면을 갖는 피스로 구성되며, 상기 양전성 금속의 피딩(feeding)은 바람직하게는, 적어도 하나의 제 2 피딩 디바이스(device)(2')를 통해 상기 제 1 노즐(1)로 일정한 피스에서 이루어지는,
연소 가스를 이용하는 양전성 금속의 연소를 위한 방법.The method according to claim 1,
The first nozzle 1 is a venturi nozzle composed of a piece tapered from the beginning in the flow direction of the carrier gas, a piece having a constant diameter, and a piece having a widening cross section The feeding of the positive metal is preferably carried out at a constant pitch with the first nozzle 1 through at least one second feeding device 2 '
A method for the combustion of a positive metal using a combustion gas.
상기 제 1 노즐(1)은 상기 캐리어 가스의 흐름 방향으로 테이퍼링되는 피스 및 상기 흐름 방향으로 분기하는 피스로부터 라발(Laval) 노즐로서 형성되는,
연소 가스를 이용하는 양전성 금속의 연소를 위한 방법.The method according to claim 1,
Wherein the first nozzle (1) is formed as a laval nozzle from a piece tapered in the flow direction of the carrier gas and a piece branching in the flow direction,
A method for the combustion of a positive metal using a combustion gas.
상기 양전성 금속의 피딩은 상기 라발 노즐의 최소 단면의 구역에서 이루어지는,
연소 가스를 이용하는 양전성 금속의 연소를 위한 방법.The method of claim 3,
Wherein the feeding of the positive metal is in the region of the least cross-section of the Laval nozzle,
A method for the combustion of a positive metal using a combustion gas.
상기 양전성 금속의 피딩은 제 2 피딩 디바이스(2')를 통해 이루어지며, 상기 제 2 피딩 디바이스(2')의 배출 오프닝(opening)은 상기 제 1 노즐(1) 내에서 상기 제 1 노즐의 테이퍼링 부분의 구역에서 바람직하게는 동축으로 배열되는,
연소 가스를 이용하는 양전성 금속의 연소를 위한 방법.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The feeding of the positive metal is carried out through a second feeding device 2 'and an opening opening of the second feeding device 2' is formed in the first nozzle 1, Which is preferably coaxially arranged in the region of the tapering portion,
A method for the combustion of a positive metal using a combustion gas.
상기 제 1 노즐(1)은 제 2 피딩 디바이스(2') 내에서 상기 제 2 피딩 디바이스(2')의 바람직하게는 수렴하는 부분의 구역에서 바람직하게는 동축으로 배열되며, 상기 캐리어 가스의 피딩은 상기 제 1 노즐(1)을 통해 이루어지고, 상기 양전성 금속의 피딩은 상기 제 2 피딩 디바이스(2')를 통해 이루어지는,
연소 가스를 이용하는 양전성 금속의 연소를 위한 방법.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The first nozzle 1 is preferably arranged coaxially in the region of the preferably converging portion of the second feeding device 2 'within the second feeding device 2' Is made through the first nozzle (1), and the feeding of the positive metal is via the second feeding device (2 ').
A method for the combustion of a positive metal using a combustion gas.
상기 캐리어 가스는 상기 연소 가스인,
연소 가스를 이용하는 양전성 금속의 연소를 위한 방법.7. The method according to any one of claims 1 to 6,
Wherein the carrier gas is the combustion gas,
A method for the combustion of a positive metal using a combustion gas.
상기 캐리어 가스에 대한 피드(feed)가 상기 흐름 방향으로 상기 제 1 노즐(1)의 업스트림(upstream)의 상기 컨테이너(3)에 연결됨으로써, 그리고/또는 미립화된 양전성 금속의 피딩이 제어된 압력을 갖는 비활성 가스의 상기 컨테이너(3)로의 피딩을 통해 제어됨으로써, 미립화된 양전성 금속의 양이 상기 컨테이너(3)에서의 필링(filling)을 통해 제어되고, 그리고/또는 미립화된 양전성 금속의 양이 상기 캐리어 가스의 압력을 통해 제어되는,
연소 가스를 이용하는 양전성 금속의 연소를 위한 방법.8. The method according to any one of claims 1 to 7,
The feed for the carrier gas is connected to the container 3 upstream of the first nozzle 1 in the flow direction and / or the feeding of the atomized positive metal is controlled by a controlled pressure Is controlled through the filling of the container 3 with the amount of the amorphous positive metal so that the amount of the amorphous positive metal is controlled through the filling in the container 3 and / The amount of which is controlled through the pressure of the carrier gas,
A method for the combustion of a positive metal using a combustion gas.
상기 양전성 금속은 알칼리 금속들, 알칼리 토금속들, 알루미늄 및 아연 및/또는 이들의 합금들 및/또는 혼합물들로부터 선택되고, 상기 디바이스는,
단면이 처음부터 테이퍼링되고, 캐리어 가스가 피딩되며(fed), 캐리어 가스를 이용하여 양전성 금속을 미립화하도록 설계되는 제 1 노즐(1),
캐리어 가스를 상기 제 1 노즐(1)에 피딩하도록 설계되는, 상기 제 1 노즐(1)로의 캐리어 가스용 제 1 피딩 디바이스(1'),
100 ㎛ 미만의 입자 사이즈를 갖는 입자들을 포함하는 액체의 형태로 또는 분말의 형태로 상기 양전성 금속을 제공하도록 설계되는 컨테이너(3),
상기 컨테이너(3)에서 상기 제 1 노즐(1)로 상기 양전성 금속을 지향시키도록 설계되는, 상기 제 1 노즐(1)로의 양전성 금속에 대한 제 2 피딩 디바이스(2'), 및
상기 연소 가스로 상기 양전성 금속을 버닝하도록 설계되는 버너(burner)(4)
를 포함하는,
연소 가스로 양전성 금속을 버닝하기 위한 디바이스.A device for burning a positive metal with a combustion gas,
Wherein the positive metal is selected from alkali metals, alkaline earth metals, aluminum and zinc and / or alloys and / or mixtures thereof,
A first nozzle 1 that is tapered from the beginning, fed with a carrier gas, designed to atomize the amphoteric metal using a carrier gas,
A first feeding device (1 ') for the carrier gas to the first nozzle (1) designed to feed a carrier gas to the first nozzle (1)
A container (3) designed to provide said bipolar metal in the form of a liquid comprising particles having a particle size of less than 100 [mu] m or in the form of a powder,
A second feeding device (2 ') for positive metal to the first nozzle (1) designed to direct the positive metal from the container (3) to the first nozzle (1)
A burner 4 designed to burn the amphoteric metal with the combustion gas,
/ RTI >
A device for burning a positive metal with a combustion gas.
상기 제 1 노즐(1)은 벤투리 노즐로서, 상기 캐리어 가스의 흐름 방향으로 처음부터 테이퍼링되는 피스, 일정한 직경의 피스, 및 넓어지는 직경을 갖는 피스로 구성되며, 상기 양전성 금속에 대한 제 2 피딩 디바이스(2')는 바람직하게는 상기 벤투리 노즐의 일정한 피스에 맞춰지는,
연소 가스로 양전성 금속을 버닝하기 위한 디바이스.10. The method of claim 9,
The first nozzle (1) is a Venturi nozzle, which is composed of a piece tapered from the beginning in the flow direction of the carrier gas, a piece of constant diameter, and a piece having a diameter to be widened, The feeding device 2 ' is preferably adapted to a certain piece of the venturi nozzle,
A device for burning a positive metal with a combustion gas.
상기 제 1 노즐(1)은 상기 캐리어 가스의 흐름 방향으로 테이퍼링되는 피스 및 상기 흐름 방향으로 분기하는 피스로부터 라발 노즐로서 형성되는,
연소 가스로 양전성 금속을 버닝하기 위한 디바이스.10. The method of claim 9,
Wherein the first nozzle (1) is formed as a laval nozzle from a piece tapered in the flow direction of the carrier gas and a piece branching in the flow direction,
A device for burning a positive metal with a combustion gas.
상기 양전성 금속에 대한 제 2 피딩 디바이스(2')는 상기 라발 노즐의 최소 직경의 구역에 맞춰지는,
연소 가스로 양전성 금속을 버닝하기 위한 디바이스.12. The method of claim 11,
And a second feeding device (2 ') for the positive metal is arranged in the region of the minimum diameter of the Laval nozzle,
A device for burning a positive metal with a combustion gas.
상기 양전성 금속에 대한 제 2 피딩 디바이스(2')의 배출 오프닝이 상기 제 1 노즐(1) 내에서 상기 제 1 노즐(1)의 수렴하는 부분의 구역에서 바람직하게는 동축으로 배열되는 방식으로, 상기 양전성 금속에 대한 제 2 피딩 디바이스(2')가 상기 캐리어 가스용 제 1 피딩 디바이스(1') 내에서 바람직하게는 동축으로 배열되는,
연소 가스로 양전성 금속을 버닝하기 위한 디바이스.12. The method according to any one of claims 9 to 11,
In such a manner that the discharge opening of the second feeding device (2 ') for the positive metal is arranged coaxially in the region of the converging portion of the first nozzle (1) in the first nozzle , A second feeding device (2 ') for the positive metal is arranged coaxially in the first feeding device (1') for the carrier gas,
A device for burning a positive metal with a combustion gas.
상기 캐리어 가스가 상기 양전성 금속에 대한 제 2 피딩 디바이스(2') 내에서 상기 제 2 피딩 디바이스(2')의 바람직하게는 수렴하는 부분의 구역에서 바람직하게는 동축으로 상기 제 1 노즐(1)에 피딩되는 방식으로, 상기 캐리어 가스용 제 1 피딩 디바이스(1')가 배열되는,
연소 가스로 양전성 금속을 버닝하기 위한 디바이스.12. The method according to any one of claims 9 to 11,
The carrier gas is preferably coaxially arranged in the region of the preferably converging portion of the second feeding device 2 'within the second feeding device 2' for the positive metal, , Wherein the first feeding device (1 ') for the carrier gas is arranged,
A device for burning a positive metal with a combustion gas.
상기 컨테이너(3)에 양전성 금속을 피딩하도록 설계되는, 상기 컨테이너(3)로의 양전성 금속에 대한 제 3 피딩 디바이스(5), 및
상기 컨테이너(3)에 피딩되는 양전성 금속의 양을 제어하도록 설계되는, 상기 컨테이너(3)에서의 양전성 금속의 양에 대한 제어 디바이스(5'), 및/또는
상기 캐리어 가스의 압력이 상기 제 1 노즐(1)에 피딩되는 양전성 금속의 양을 제어하는 방식으로, 상기 흐름 방향으로 상기 제 1 노즐(1)의 업스트림의 상기 컨테이너(3)에 상기 캐리어 가스용 제 1 피딩 디바이스를 연결시키는 라인(line)(6), 및/또는
비활성 가스를 상기 컨테이너(3)에 피딩하도록 설계되는, 상기 컨테이너(3)로의 비활성 가스용 제 4 피딩 디바이스(7), 및
상기 컨테이너(3)에 피딩되는 상기 비활성 가스의 압력을 제어하는, 피딩되는 비활성 가스의 압력에 대한 제어 디바이스(7')
를 또한 포함하는,
연소 가스로 양전성 금속을 버닝하기 위한 디바이스.
15. The method according to any one of claims 9 to 14,
A third feeding device (5) for the positive metal to the container (3), designed to feed the positive metal to the container (3), and
A control device 5 'for the amount of positive metal in the container 3, designed to control the amount of positive metal fed to the container 3, and / or
(3) upstream of the first nozzle (1) in the flow direction in such a manner that the pressure of the carrier gas controls the amount of the positive metal fed to the first nozzle (1) A line 6 connecting the first feeding device for the first feeding device, and /
A fourth feeding device (7) for inert gas to the container (3) designed to feed an inert gas to the container (3), and
A control device (7 ') for the pressure of the inert gas to be fed, which controls the pressure of the inert gas fed to the container (3)
Lt; / RTI >
A device for burning a positive metal with a combustion gas.
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