KR20170016079A - 잠수함 내의 수소를 제어하기 위한 잠수함 수소 제거장치 및 이를 이용한 잠수함 내의 수소 제어방법 - Google Patents

잠수함 내의 수소를 제어하기 위한 잠수함 수소 제거장치 및 이를 이용한 잠수함 내의 수소 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 잠수함 내부에 설치되어 밀폐된 닫힌계(close-system)의 공간 내부에서 별도의 외부전원이 전혀 필요 없이 수소와 혼합된 기체가 0~300℃의 온도 범위내에서 잠수함 수소 제거기의 촉매와 반응하여 물(H2O)로 재결합하며, 상기 촉매반응시 발생되는 반응열을 이용해 수소-기체 혼합가스의 자연대류를 형성시켜 잠수함 내의 수소를 일정농도 이하로 제어할 수 있도록한 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치 및 이를 이용한 잠수함 내의 수소 제어 방법에 관한 것이다.
그 기술적인 구성은, 잠수함 수소 제거기(100)는, 기체 유입부(120)와 기체 유출부(130)를 각각 구비한 본체부(110) 내부에는 상기 기체 유입부(120)로 유입되어 기체 유출부(130)로 유출되는 기체와 접촉하여 잠수함 내부의 수소를 제어하기 위한 촉매 구조체(140)가 내설되며, 상기 잠수함 수소 제거기(100)의 본체부(110)는 상단부에는 탑 플레이트(150)가 위치되고, 상기 본체부(110)의 하단부와 상기 탑 플레이트(150)에는 상기 본체부(110) 내부의 이물질 유입을 방지하면서, 내부에 설치되는 촉매 구조체(140)를 지지하여 고정토록 일정한 크기의 금속재 메쉬망(170a)(170b)이 각각 착설토록 되는 한편, 상기 본체부(110)의 양측면부에는 본체 지지구(180)가 일체로 연설되며, 상기 본체 지지구(180)는 하측으로 보강 경사턱(181)이 일체로 형성되고, 상기 보강 경사턱(181)에는 결합볼트(182)가 매설되어 돌출 설치되어 상기 보강 경사턱(181)에 금속재 U-밴드(190)의 하단부와 캡 너트(192)가 체결토록 하여, 상기 금속재 U-밴드(190)를 일정각도 경사지게 결합 고정하며, 상기 금속재 U-밴드(190)의 상단부는 잠수함의 천정부에 착설되는 경사진 결합편과 결합구(210)로서 체결하여 고정시키는 것을 요지로 한다.

Description

잠수함 내의 수소를 제어하기 위한 잠수함 수소 제거장치 및 이를 이용한 잠수함 내의 수소 제어방법{HYDROGEN ELIMINATOR FOR CONTROLLING HYDROGEN CONCENTRATION IN SUBMARINE AND CONTROL METHOD TO HYDROGEN CONCENTRATION IN SUBMARINE USING SAME}
본 발명은 잠수함 내의 수소를 제어하기 위한 잠수함 수소 제거장치 및 이를 이용한 잠수함 내의 수소 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 잠수함 내부에 설치되어 밀폐된 닫힌계(close-system)의 공간 내부에서 별도의 외부전원이 필요 없이 수소와 혼합된 기체가 0~300℃의 온도 범위내에서 잠수함 수소 제거기의 촉매와 반응하여 물(H2O)로 재결합하며, 상기 촉매반응시 발생되는 반응열을 이용해 수소-기체 혼합가스의 자연대류를 형성시켜 잠수함 내의 수소를 일정농도 이하로 제어할 수 있도록한 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치 및 이를 이용한 잠수함 내의 수소 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 알려져 있는 잠수함은 디젤엔진을 추진 기관으로 잠수함 내부에 탑재하고 있으며, 수상에서 엔진을 가동하여 잠수함 내부의 배터리를 충전하게 되고, 이때 상기와같이 충전된 배터리를 이용하여 수중에서 추진 전력으로 사용하는 것이다.
이와같은 잠수함 배터리는, 디젤엔진을 통하여 지속적으로 충전 및 방전이 이루어지며, 이때 상기 배터리에서는 미량의 수소가 발생하게 된다.
한편, 상기와같은 잠수함은 외부의 물 또는 공기등과 같은 물질들이 전혀 출입할 수 없는 밀폐된 닫힌계(close system)으로 구성되어, 배터리에서 발생되는 수소를 지속적으로 제거하지 않을 경우에는 잠수함의 내부에 수소가 점차 농축되며, 일정 농도가 되면 자연 발화 및 폭발의 위험성을 가지게 되는 것이다.
따라서, 상기와같이 발생되는 수소가 농축되지 않도록 하기 화학식 1과 같이 공기 중의 산소와 결합시켜 폭발 위험이 없는 물로 전환 시키도록 수소 점화기, 열 재결합기 등의 장치를 설치한다.
화학식 1
2H2 + O2 → 2H2O
그러나, 상기와같은 수소 점화기, 열 재결합기 등과 같은 수소 제어를 위한 장치는 전기 점화기 같은 별도의 추가설비가 필요하게 되며, 잠수함 등의 좁은 실내에서는 해당 설비의 설치가 불가능하게 되는 단점이 있는 것이다.
한편, 상기와같은 단점을 해결할 수 있는 피동 촉매형 재결합기(passive auto-catalytic recombiner; PAR)가 상기와같은 수소 제어장치의 대안으로 알려져 있으며, 부피 및 무게가 작아 잠수함의 내부에 손쉽게 장착할 수 있는 것이다.
이와같은 피동 촉매형 재결합기는 열, 전기 등 별도의 전력 공급 없이도 기상에 존재하는 수소와 산소가 촉매 상에서 물로 재결합 반응을 일으키도록 하며, 이때 발생한 열로 인해 시스템 내 자연 대류 현상이 발생하게 되어 자동적으로 수소의 농축을 방지하도록 함으로써, 수소 농축에 따른 폭발로 인한 잠수함 내부의 사고를 미연에 방지할 수 있는 것이다.
한편, 원자력 발전소 등에서 사고에 의해 발생되는 수소를 효과적으로 제거해주어 이차적인 피해를 방지하기 위한 것으로, 폼(foam) 형태의 금속폼에 촉매 반응면적을 극대화시키도록 백금을 도포하는 한편 수분의 침투에도 수소제거가 이루어지도록 소수성 물질을 도포하여 이루어지도록 하는 수소 제거용 수소 재결합기가 대한민국 공개특허공보 공개번호 제10-2010-0036625호에 알려져 있으며, 그 기술적인 구성은, 폼(foam) 형태로 제작된 금속폼을 일정크기로 절단한 표면에 알루미나 등의 금속 산화물을 침적코팅 한 후 다시 백금을 코팅하고, 탄소나노튜브 등의 소수재를 코팅 함으로써, 원전등에서 중대한 사고시 과포화 수증기 상태의 원전의 격납용기 에서도 수소를 효율적으로 제거할 수 있도록 하는 것이다.
그러나, 상기와같은 수소 제거용 수소 재결합기의 경우에는, 구조체의 특성상 촉매 활성점이 증진된 반면에, 압력 손실이 증가할 수밖에 없는 단점이 있으며, 또한 촉매체가 시스템 내 환경에 존재하는 먼지 등 이물질에 의해 쉽게 오염 또는 침적되어 활성점을 감소시킬 수 있는 문제가 있는 것이다.
또한, 수소를 효과적으로 제거하기 위한 또 다른 촉매형 재결합기로서, 제 1 및 제 2 촉매 귀금속으로 코팅된 금속 지지체 시이트 촉매를 이용하여 수소의 재결합이 가능한 판형의 피동 촉매형 재결합기는 대한만국 공개특허공보 공개번호 특2000-0035983호에 알려져 있다.
그 기술적인 구성은 도 1에 도시한 바와같이, 제 1 및 제 2 촉매 귀금속(13, 15)으로 코팅된 평평한 플레이트로 형성 되는 금속 지지체 시이트를 포함하는 수소 또는 일산화탄소와 산소를 재결합시키기 위한 촉매 시스템에서 상기 지지체 시이트가 양호한 열 전도성을 가지며 그 제 1 영역(12)은 제 1 촉매 귀금속(13)으로 코팅되고, 그 제 2 영역(14)은 제 2 촉매 귀금속(15)으로 코팅되며, 상기 제 1 영역 및 제 2 영역(12, 14)이 지지체 시이트의 동일한 측면에 위치하고, 이때 상기 제 1 및 제 2 촉매 귀금속(13, 15)으로 코팅된 금속 지지체 시이트는 촉매 플러그 인 유닛(4) 내부에 설치되며, 박스(2)의 하부에서 상기 촉매 플러그 인 유닛(4)이 인출 가능하게 삽입될 수 있는 구성으로 이루어진다.
따라서, 가스의 흐름이 용이하도록 하는 자연 대류를 위해 금속판(metal plate)을 사용하며, 수소의 재결합이 가능하도록 금속판에 백금을 직접 코팅한 판형의 피동 촉매형 재결합기를 통하여 수소의 재결합이 가능하게 되는 것이나, 있으나, 다수의 백금 코팅된 금속판을 사용함에 따라 가격 면에서 매우 불리하고, 수소 재결합 반응에 직접 참여하는 촉매 활성점의 노출 정도가 상대적으로 낮은 단점이 있음은 물론, 처리해야 할 수소 농도가 높은 경우 판의 가장자리 부분이 오히려 점화기 역할을 하여 수소 폭발을 촉진할 수 있는 문제점이 있었던 것이다.
(1) 대한민국 공개특허공보 공개번호 제 10-2010-0036625호 (2) 대한만국 공개특허공보 공개번호 특2000-0035983호
본 발명은 종래 기술의 제반 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 잠수함 내부에 설치되어 밀폐된 공간 내부에서 별도의 외부전원이 필요 없이 수소와 혼합된 기체가 0~300℃에서 잠수함 수소 제거기의 촉매와 반응하여 H2O로 재결합하며, 상기 촉매반응시 발생되는 반응열을 이용해 수소-기체 혼합가스의 자연대류를 형성시킬 수 있는 잠수함 내의 수소를 제어하기 위한 잠수함 수소 제거장치 및 이를 이용한 잠수함 내의 수소 제어방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명은 상기 잠수함 수소 제거기의 본체부 상단부에 일정한 압력으로 탑 플레이트가 결합 고정되어, 상기 잠수함 수소 제거기에 설치되는 촉매 구조체를 안정적으로 밀착 고정시키면서, 상기 촉매 구조체를 손쉽고, 용이하게 교환할 수 있도록 하고, 이에따라 기체의 흐름이 원활하게 이루어질 수 있는 잠수함 내의 수소를 제어하기 위한 잠수함 수소 제거장치 및 이를 이용한 잠수함 내의 수소 제어방법을 제공하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 구성되는 본 발명은 다음과 같다.
즉, 본 발명에 따른 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치는, 기체 유입부를 통과하여 내부에 설치된 촉매 구조체의 촉매물질과 반응해서 유출부를 통해 재결합된 물(H2O)이 유출되는 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치에 있어서,
상기 잠수함 수소 제거기의 본체부 상단부에 위치되어 기체 유입부를 형성하도록 착설되는 탑 플레이트;
상기 본체부의 하단부와 상기 탑 플레이트에 각각 착설되어 상기 본체부 내부의 이물질 유입을 방지하면서 내부에 설치되는 촉매 구조체를 지지하여 고정토록 설치되는 일정한 크기의 메쉬망;
상기 본체부의 양측면부에 일체로 연설되는 본체 지지구; 및
상기 본체 지지구와 하단부가 일정각도 경사지게 결합되고, 상단부는 잠수함의 천정부에 착설되는 경사진 결합편과 결합구로서 체결 고정하여 상기 잠수함 수소 제거기의 본체부를 지지 고정토록 설치되는 금속재 U-밴드;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치를 마련함에 의한다.
또한, 본 발명은 상기 본체부 상단부에 착설되어 위치되는 탑 플레이트는, 상기 본체부 상단 주연(周緣)에 돌출 형성되는 걸림단턱 내부에 삽입된 후, 다수의 결합구를 통하여 상기 본체부에 결합 고정토록 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 내부에 촉매 구조체가 내설되는 본체부는, 변형 방지를 위한 스테인레스 스틸로 구성되어 잠수함의 천장(ceiling) 부위에 착설토록 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 본체부의 양측 본체 지지구는 하측으로 보강 경사턱이 일체로 형성되고, 상기 상기 본체 지지구의 보강 경사턱에는 상기 금속재 U-밴드를 일정각도 경사지게 결합 고정토록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 잠수함 수소 제거기의 본체부는, 상기 경사진 보강 경사턱에 금속재 U-밴드가 경사지게 결합되어, 밀폐된 잠수함의 천장과 이격되어 설치되는 것을 특징으로 한다.
이에 더하여, 상기 본체부의 하단부와 상기 탑 플레이트에 각각 착설되는 일정한 크기의 메쉬망은, 상기 잠수함 수소 제거기의 본체부의 강도가 유지되면서, 상기 본체부 내부에 설치되는 촉매 구조체의 유동을 방지하면서 밀착 고정시킬 수 있도록 금속재로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 촉매 구조체는 코디어라이트(cordierite) 허니컴 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 코디어라이트 허니컴은 단위 크기당 셀 수가 10~400 CPSI(cells per square inch)로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 코디어라이트 허니컴은, 촉매 지지체로서 백금(Pt)이 코팅되는 Pt/TiO2 인 것을 특징으로 한다.
이에 더하여, 본 발명은 상기 잠수함 수소 제거기를 잠수함의 내부 천장에 설치하고, 상기 잠수함의 내부에서 발생하는 수소를 포함하는 혼합 가스를 자연 대류에 의해 상기 잠수함 수소 제거기의 기체 유입부로 부터 유입하여, 촉매 구조체는 코디어라이트(cordierite) 허니컴을 관통한 후 기체 유출부로 통과하도록 하여 잠수함 내의 수소를 제어하는 방법을 마련함에 의한다.
또한, 본 발명은 상기 혼합 가스의 상기 잠수함 수소 제거기로의 통과는 0~300℃의 온도 범위내에서 이루어지도록 하며, 상기 잠수함 수소 제거기의 본체부 내부로 통과되는 혼합기체는 상대습도 95% 이상의 환경에서도 작동될 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명인 잠수함 내의 수소를 제어하기 위한 잠수함 수소 제거장치 및 이를 이용한 잠수함 내의 수소 제어방법에 의하면, 잠수함의 천장(ceiling)에 착설되는 잠수함 수소제거기의 본체부 상단부에 탑 플레이트가 일정한 압력으로 체결 고정되어, 상기 본체부 내부에 설치되는 촉매 구조체와 안정적으로 밀착 결합토록 되며, 상기 본체부 내부의 촉매 구조체를 손쉽고, 용이하게 교환할 수 있도록 하며, 상기 잠수함 수소제거기의 본체부를 스테인레스 스틸로 구성하어 외부의 충격 및 진동 등에 의한 변형을 미연에 예방하고, 상기 본체부의 하단부와 상기 탑 플레이트에는 일정한 크기의 금속재 메쉬망을 각각 착설하여, 상기 금속재 메쉬망을 통하여 본체부의 강도가 충분히 유지되면서, 상기 본체부 내부의 이물질 유입을 미연에 방지함은 물론, 본체부 내부에 설치되는 촉매 구조체의 유동을 방지하면서 견고하게 밀착 고정시킬 수 있도록 하며, 상기 본체부 양측면으로 연설되는 경사진 보강 경사턱이격 설치되도록 하며, 이에따라 촉매 구조체를 통과한 기체가 기체 유출부로 용이하게 유출될 수 있는 우수한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 촉매 구조체가 코디어라이트(cordierite) 허니컴을 형성하여 수소 재결합 반응 속도를 가일층 향상시킬 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1 은 종래 수소를 제어하기 위한 피동 촉매형 재결합 장치의 개략 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치의 개략 사시도.
도 3은 본 발명인 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치의 분해 사시도.
도 4는 본 발명인 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치의 정면 구조도.
도 5는 본 발명인 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치의 평면 구조도.
도 6은 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치에 적용되는Pt/Al2O3 촉매 지지체와 본 발명인 Pt/TiO2 촉매 지지체의 수소 제거 비교 그래프도.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음 과 같다.
도 2는 본 발명에 의한 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치의 개략 사시도이고, 도 3은 본 발명인 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치의 분해 사시도이며, 도 4는 본 발명인 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치의 정면 구조도, 도 5는 본 발명인 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치의 평면 구조도로서, 본 발명을 상세하게 설명하면 다음과 같다.
즉, 본 발명의 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거기(100)는, 기체 유입부(120)와 기체 유출부(130)를 각각 구비한 본체부(110) 내부에는 상기 기체 유입부(120)로 유입되는 기체와 접촉하여 촉매 반응을 통해 수소를 제거하고 기체 유출부(130)로 유출되는 촉매 구조체(140)가 내설된다.
상기 내부에 촉매 구조체(140)가 내설되는 본체부(110)는 스테인레스 스틸로 구성되어 잠수함의 천장(ceiling) 부위에 착설토록 되어, 밀폐된 잠수함 내부에 발생하는 수소 가스가 포함되는 혼합 기체가 상기 본체부(110)의 기체 유입부(120)로 유입된 후 상측 방향으로 흐르는 혼합 기체는, 상기 본체부(110) 내부의 촉매 구조체(140)와 접촉 하면서 기체 유출부(130)로 유출되도록 한다.
이때, 상기 잠수함 수소 제거기(100)의 본체부(110)는 상단부에는 잠수함의 천장에서 발생되는 극심한 진동으로부터 상기 촉매 구조체(140)를 보호하기 위한 탑 플레이트(150)가 위치되어 상기 본체부(110) 상단 주연(周緣)에 돌출 형성되는 걸림단턱(111) 내부에 삽입된 후, 다수의 결합구(160)를 통하여 상기 본체부(110)에 결합 고정토록 되며, 이때 상기 본체부(110)의 하단부와 상기 탑 플레이트(150)에는 상기 본체부(110) 내부의 이물질 유입을 방지하면서, 내부에 설치되는 촉매 구조체(140)를 지지하여 고정토록 일정한 크기의 금속재 메쉬망(170a)(170b)이 각각 착설토록 된다.
상기 결합구(160)는 본체부(110) 상단 주연부와 탑 플레이트(150)가 일정한 압력으로 체결되어 내부의 촉매 구조체(140)와 밀착 결합토록 세트 스크류(161)(set screw)와 와셔(162)(lock washer)를 개재하여 상측으로 캡 너트(163)(cup nut)로 구성된다.
또한, 상기 본체부(110)의 양측면부에는 본체 지지구(180)가 일체로 연설되며, 상기 본체 지지구(180)는 하측으로 보강 경사턱(181)이 일체로 형성되고, 상기 보강 경사턱(181)에는 결합볼트(182)가 매설되어 돌출 설치된다.
또한, 상기 본체 지지구(180)의 보강 경사턱(181)에는 금속재 U-밴드(190)의 하단부와 와셔(191)(lock washer)를 개재하여 상측으로 캡 너트(192)가 상기 보강 경사턱(181)의 결합볼트(182)와 체결되어 상기 금속재 U-밴드(190)를 일정각도 경사지게 결합 고정하며, 상기 금속재 U-밴드(190)의 상단부는 잠수함의 천정부에 착설되는 경사진 결합편(미도시)과 결합구(210)로서 체결하여 고정시키게 되며, 이때 상기 결합구(210)는 상,하측으로 와셔(211)(lock washer)를 개재하여 결합볼트(212) 및 너트(213)로서 결합 고정토록 한다.
따라서, 상기 잠수함 수소 제거기(100)의 본체부(110)는, 상기 경사진 보강 경사턱(181)에 금속재 U-밴드(190)가 경사지게 결합되어, 밀폐된 잠수함의 천장과 이격되어 설치되는 구성으로 이루어진다.
이와같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작용 및 효과를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 밀폐된 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거기(100)는, 수소 가스가 포함되는 혼합 기체가 본체부(110)의 기체 유입부(120)로 유입된 후, 상기 본체부(110)의 내부 상측 방향으로 흐르는 혼합 기체는, 상기 본체부(110) 내부에 내설되는 촉매 구조체(140)와 접촉 하게 되며, 이때 상기 혼합 기체는 내부의 수소와 산소가 상기 촉매 구조체(140)를 통과하면서 물로 재결합 반응을 일으키게 된 후, 혼합 기체의 내부에서 수소가 제거된 기체 유출부(130)로 유출되도록 하여 잠수함 내부의 수소를 원활하게 제거할 수 있도록 한다.
이때, 상기 내부에 촉매 구조체(140)가 내설되는 본체부(110)는 도 3에 도시한 바와같이, 스테인레스 스틸로 구성되어 잠수함의 천장(ceiling) 부위에 착설토록 되며, 상기 잠수함 수소 제거기(100)의 본체부(110)는 상단부에는 탑 플레이트(150)가 위치되어 상기 본체부(110) 상단 주연(周緣)에 돌출 형성되는 걸림단턱(111) 내부에 밀착되는 상태로 삽입된 후, 다수의 결합구(160)를 통하여 상기 본체부(110)의 상단부에 결합 고정토록 된다.
상기 본체부(110)는 상단부에 착설되는 탑 플레이트(150)는, 잠수함의 특성상 천장에서 발생되는 극심한 진동으로부터 상기 촉매 구조체(140)를 보호하기 위하여 설치된다.
또한, 상기 본체부(110)는 상단부에 탑 플레이트(150)를 결합 고정시키는 결합구(160)는, 체결용 세트 스크류(161)(set screw)와 와셔(162)(lock washer)를 개재하여 상측으로 캡 너트(163)(cup nut)가 체결됨으로써, 상기 본체부(110) 상단 주연부와 탑 플레이트(150)가 일정한 압력으로 체결되어 내부의 촉매 구조체(140)와 안정적으로 밀착 결합토록 함은 물론, 상기 본체부(110) 내부의 촉매 구조체(140)를 손쉽고, 용이하게 교환할 수 있도록 한다.
또한, 상기 본체부(110)의 하단부와 상기 탑 플레이트(150)에는 일정한 크기의 금속재 메쉬망(170a)(170b)이 각각 착설토록 되어, 상기 금속재 메쉬망(170a)(170b)을 통하여 본체부(110)의 강도가 충분히 유지되면서, 상기 본체부(110) 내부의 이물질 유입을 미연에 방지함은 물론, 본체부(110) 내부에 설치되는 촉매 구조체(140)의 유동을 방지하면서 견고하게 밀착 고정시킬 수 있도록 한다.
한편, 상기 본체부(110)의 양측면부에는 본체 지지구(180)가 일체로 연설되는 상태에서, 상기 본체 지지구(180)의 하측으로 보강 경사턱(181)이 일체로 형성되어, 상기 보강 경사턱(181)에는 금속재 U-밴드(190)가 각각 경사지게 결합된 후, 잠수함의 천정부에 착설되는 경사진 결합편(미도시)과 결합구(210)로서 체결 함으로써, 상기 잠수함 수소 제거기(100)의 본체부(110)는, 상기 경사진 보강 경사턱(181)에 금속재 U-밴드(190)가 경사지게 결합되어, 밀폐된 잠수함의 천장과 일정간격 이격 설치되고, 이에따라서 상기 본체부(110) 내부의 촉매 구조체(140)를 통과한 기체는 기체 유출부(130)를 통하여 원활하게 유출될 수 있도록 한다.
바로 이때, 상기 본체 지지구(180)의 보강 경사턱(181)에는 결합볼트(182)가 매설되어 돌출 설치되는 상태에서, 상기 보강 경사턱(181)에는 금속재 U-밴드(190)의 하단부와 와셔(191)(lock washer)를 개재하여 상측으로 캡 너트(192)가 상기 보강 경사턱(181)의 결합볼트(182)와 체결되어 상기 금속재 U-밴드(190)를 본체부(110)의 양측으로 일정각도 경사지게 결합시키며, 또한 상기 금속재 U-밴드(190)의 상단부는 잠수함의 천정부에 착설되는 경사진 결합편(미도시)과 상,하측으로 와셔(211)(lock washer)를 개재하여 결합볼트(212) 및 너트(213)로 구성되는 결합구(210)로서 체결하여 상기 잠수함 수소 제거기(100)의 본체부(110)가 밀폐된 잠수함의 천장과 원활하게 이격되어 설치될 수 있도록 한다.
다른 한편, 상기와같은 잠수함 수소 제거기(100)의 본체부(110)는 밀폐된 잠수함의 천장부위에 설치되며, 상기 잠수함의 내부에서 발생되는 수소를 포함하는 혼합 가스가 상기 본체부(110)의 기체 유입부(120)로 유입되어, 상기 촉매 구조체(140)에서 수소는 산소와의 결합으로 물로 전환 되도록 하고, 이때 발생하는 열에 의한 자연 대류에 의해 상기 본체부(110)를 연속적으로 통과하도록 하여, 잠수함 내부의 수소를 제어하도록 한다.
이와같은 본 발명의 잠수함 수소 제거기(100)를 이용하여 잠수함 내부의 수소 제어는, 일반적으로 가동되는 잠수함의 환경, 즉 0~300℃의 온도 범위내에서 상대습도 95% 이상의 수분 환경에서 수행되도록 할 수 있다.
상기 촉매 구조체(140)는 잠수함 내부에서 발생되어 상기 기체 유입부(120)로 유입된 혼합 기체 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 성형하여 제작하게 되며, 상기 코디어라이트 허니컴 표면에는 코팅되는 촉매제로는 Pt/TiO2 촉매제가 습식 함침법에 의해 촉매를 제조하여 상기 코디어라이트 허니컴에 코팅하여 촉매 구조체(140)를 제작한다.
이때, 상기 촉매 구조체(140)인 코디어라이트 허니컴은, 단위 크기당 셀 수가 10~400 CPSI(cells per square inch)로 형성되어, 저농도에서 고농도의 수소까지 처리가 가능하도록 하며, 혼합 기체에 포함된 수소의 농도가 0.1 ~ 8%의 범위 내에서 산소와의 결합으로 물로 전환될 수 있도록 한다.
또한, 상기 잠수함 수소제거기(100)의 본체부(110) 내부로 통과되는 혼합기체는 잠수함 내부의 0~300℃의 온도 범위내에서 이루어지게 되며, 이때 상기 잠수함 수소제거기(100)의 본체부(110) 내부로 통과되는 혼합기체는 상대습도 95% 이상의 환경에서도 작동될 수 있는 것이다.
상기와같이 코디어라이트 허니컴 표면에는 코팅되는 Pt/TiO2 촉매를 이용하여 공간 속도에 따른 성능 시험을 진행하고, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
이때, 촉매 지지체로서 널리 사용되고 있는 Al2O3와 상기 본 발명의 촉매 지지체로 사용되는 TiO2 촉매 지지체에 백금(Pt)을 각각 0.1% Pt/TiO2 및 0.5% 코팅한 Pt/TiO2 와 백금을 0.1% Pt/Al2O3 및 0.5% Pt/Al2O3 로 상호 동일하게 공간속도 3,000에서 공간속도에 따른 성능 시험을 진행하였다.
도 6의 그래프도에서 확인되는 바와같이, Pt/Al2O3에 비하여 Pt/TiO2 촉매가 약 40% 수소 제거능이 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 또한 Pt/Al2O3에 비하여 Pt/TiO2 의 촉매가 45~50%의 촉매 활성이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 상기 본 발명의 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거기에 적용되는 촉매의 경우 TiO2 가 가일층 우수한 촉매 지지체임을 확인할 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100...잠수함 수소제거기 110...본체부
111...걸림단턱 120...기체 유입부
130...기체 유출부 140...촉매 구조체
150...탑 플레이트 160...결합구
161...세트 스크류(set screw) 162...와셔
163...캡 너트 170a,170b...금속재 메쉬망
180...본체 지지구 181...보강 경사턱
182...결합볼트 190...U-밴드
191...와셔 192...캡 너트
210...결합구 211...상,하측 와셔
212...결합볼트 213...너트

Claims (12)

  1. 기체 유입부를 통과하여 내부에 설치된 촉매 구조체의 촉매물질과 반응해서 유출부를 통해 재결합된 물(H2O)이 유출되는 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치에 있어서,
    상기 잠수함 수소 제거기의 본체부 상단부에 위치되어 기체 유입부를 형성하도록 착설되는 탑 플레이트;
    상기 본체부의 하단부와 상기 탑 플레이트에 각각 착설되어, 상기 본체부 내부의 이물질 유입을 방지하면서 내부에 설치되는 촉매 구조체를 지지하여 고정토록 설치되는 일정한 크기의 메쉬망;
    상기 본체부의 양측면부에 일체로 연설되는 본체 지지구; 및
    상기 본체 지지구와 하단부가 일정각도 경사지게 결합되고, 상단부는 잠수함의 천정부에 착설되는 경사진 결합편과 결합구로서 체결 고정하여 상기 잠수함 수소 제거기의 본체부를 지지 고정토록 설치되는 금속재 U-밴드;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 본체부 상단부에 착설되어 위치되는 탑 플레이트는, 상기 본체부 상단 주연(周緣)에 돌출 형성되는 걸림단턱 내부에 삽입된 후, 다수의 결합구를 통하여 상기 본체부에 결합 고정토록 설치되는 것을 특징으로 하는 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 내부에 촉매 구조체가 내설되는 본체부는, 변형 방지를 위한 스테인레스 스틸로 구성되어 잠수함의 천장(ceiling) 부위에 착설토록 되는 것을 특징으로 하는 잠수함 내의 수소 제어를 위한 피동 잠수함 수소 제거장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 본체부의 양측 본체 지지구는 하측으로 보강 경사턱이 일체로 형성되고, 상기 본체 지지구의 보강 경사턱에는 상기 금속재 U-밴드를 일정각도 경사지게 결합 고정토록 되는 것을 특징으로 하는 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 잠수함 수소 제거기의 본체부는, 상기 경사진 보강 경사턱에 금속재 U-밴드가 경사지게 결합되어, 밀폐된 잠수함의 천장과 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 본체부의 하단부와 상기 탑 플레이트에 각각 착설되는 일정한 크기의 메쉬망은, 상기 피동 촉매형 재결합 장치의 본체부의 강도 유지 및 상기 촉매 구조체의 유동을 방지하면서 밀착 고정시킬 수 있도록 금속재로 구성되는 것을 특징으로 하는 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 촉매 구조체는 코디어라이트(cordierite) 허니컴 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 코디어라이트 허니컴은 단위 크기당 셀 수가 10~400 CPSI(cells per square inch)로 형성되는 것을 특징으로 하는 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 코디어라이트 허니컴은, 촉매 지지체로서 백금(Pt)이 코팅되는 Pt/TiO2 인 것을 특징으로 하는 잠수함 내의 수소 제어를 위한 잠수함 수소 제거장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 잠수함 수소 제거기를 잠수함의 내부 천장에 설치하고, 상기 잠수함의 내부에서 발생하는 수소를 포함하는 혼합 가스를 자연 대류에 의해 상기 잠수함 수소 제거기의 기체 유입부로 부터 유입하여, 촉매 구조체는 코디어라이트(cordierite) 허니컴을 관통한 후 기체 유출부로 통과하도록 하여 잠수함 내의 수소를 제어하는 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 혼합 가스의 상기 잠수함 수소 제거기로의 통과는 0~300℃의 온도 범위내에서 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 잠수함 내의 수소를 제어하는 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 잠수함 수소 제거기의 본체부 내부로 통과되는 혼합기체는 상대습도 95% 이상의 환경에서도 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 잠수함 내의 수소를 제어하는 방법.
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