KR20200092046A - 수소제거용 촉매체 및 이를 포함하는 피동형 촉매 수소제거장치 - Google Patents

수소제거용 촉매체 및 이를 포함하는 피동형 촉매 수소제거장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 발열 플레이트; 일측면에 수소 제거를 위한 촉매제가 적층되며, 타측면이 상기 발열 플레이트의 일측면에 배치되는 제1 플레이트; 및 일측면에 수소 제거를 위한 촉매제가 적층되며, 타측면이 상기 발열 플레이트의 타측면에 배치되는 제2 플레이트;를 포함하는 수소제거용 촉매체 및 이를 포함하는 피동형 촉매 수소제거장치를 제공한다.

Description

수소제거용 촉매체 및 이를 포함하는 피동형 촉매 수소제거장치{CATALYST FOR HYDROGEN REMOVAL AND PASSIVE AUTOCATALYTIC HYDROGEN RECOMBINER HAVING THE SAME}
본 발명은 구조가 개선된 수소제거용 촉매체 및 이를 포함하는 피동형 촉매 수소제거장치에 관한 것이다.
일반적으로 원자력발전소 등에서 중대사고시 핵연료피복재로 사용되는 지르칼로이(Zircaloy)와 같은 금속이 고온(1000℃ 이상)에서 냉각수와 반응할 경우 많은 양의 수소를 발생시키게 된다.
특히, 격납건물 내에서 금속과 냉각수의 반응으로 인해 수소의 농도가 급격하게 증가하게 되면 수소 폭발을 하여 격납건물의 안전성을 크게 위협하게 된다.
이와 같은 격납건물 내의 수소 농도 증가 문제를 억제하고자, 현재에는 격납건물 내부의 수소 농도를 감소시킬 수 있는 피동형 수소재결합기(Passive Autocatalytic Recombiner; PAR)와 같은 장비가 많이 사용되고 있다.
예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1657049호(발명의 명칭: 안내날개를 구비한 피동형 수소재결합기)는 수소제거촉매가 배치된 본체부 하측에 본체부의 하단으로 수소의 유입을 안내하는 날개부를 포함하고 있다.
이러한 종래의 피동형 수소재결합기는 본체 내부로 유입되는 혼합기체 중 수소가 촉매판과 산화반응을 일으켜 수증기로 배출되기 때문에 격납용기 내의 수소농도를 감소시킨다.
그러나, 종래 기술은 수소가 촉매판과 반응하여 수증기가 될 때 발생하는 발열에 의해 자연스럽게 혼합기체의 상승 대류가 형성되는데, 초기 반응을 시작하기 전에는 흡입 유동이 원활하지 못하여 초기작동 지연(start-up delay time)이 발생한다.
또한, 종래 기술은 본체부의 하측에 별도의 장비를 두고 있어서 설치 비용, 유지 및 보수 비용이 소요될 뿐만 아니라, 대류가 형성되는 초기 작동을 방해할 수 있는 문제가 있다.
또한, 종래 기술은 촉매판에 이물, 촉매 반응으로 생성되는 수증기 등이 점착될 수 있기 때문에 초기작동 지연이 더욱 문제가 될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 초기작동 지연을 해결하여 신속하고 효과적으로 혼합기체 내의 수소제거를 도모할 수 있는 수소제거용 촉매체 및 이를 포함하는 피동형 촉매 수소제거장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은, 발열 플레이트; 일측면에 수소 제거를 위한 촉매제가 적층되며, 타측면이 상기 발열 플레이트의 일측면에 배치되는 제1 플레이트; 및 일측면에 수소 제거를 위한 촉매제가 적층되며, 타측면이 상기 발열 플레이트의 타측면에 배치되는 제2 플레이트;를 포함하는 수소제거용 촉매체를 제공한다.
한편, 본 발명은 수소를 포함한 혼합기체가 유입될 수 있는 유입부와, 수소와 재결합된 혼합기체를 통과시킬 수 있도록 배출부와, 상기 유입부와 배출부를 연결하는 유로가 형성된 챔버; 및 발열 플레이트와, 일측면에 수소 제거를 위한 촉매제가 적층되며 타측면이 상기 발열 플레이트의 일측면에 배치되는 제1 플레이트와, 일측면에 수소 제거를 위한 촉매제가 적층되며, 타측면이 상기 발열 플레이트의 타측면에 배치되는 제2 플레이트를 포함하는 수소제거용 촉매체;를 포함하는 피동형 촉매 수소제거장치를 제공할 수 있다.
또한, 상기 수소제거용 촉매체는 복수 개가 혼합기체의 유동 방향으로 상호 대향면이 소정 간격 이격되어 평행하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 발열 플레이트는 제1 요철부가 전부 또는 일부에 형성되며, 상기 제1 플레이트의 타측면에는 상기 발열 플레이트의 일측면에 형성된 제1 요철부에 대응되는 형상으로 제2 요철부가 형성되고, 상기 제2 플레이트의 타측면에는 상기 발열 플레이트의 타측면에 형성된 제1 요철부에 대응되는 형상으로 제3 요철부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 플레이트 또는 제2 플레이트는 금속 또는 세라믹으로 형성되며, 상기 촉매제는 백금 또는 팔라듐으로써 상기 제1 플레이트 또는 제2 플레이트에 코팅될 수 있다.
또한, 상기 발열 플레이트의 온도를 제어하기 위한 서모스탯을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수소제거용 촉매체는 상기 챔버 내에서 착탈 가능하게 배치될 수 있다.
본 발명은 발열 플레이트에 의한 열이 외표면에 촉매제가 적층된 제1 플레이트와 제2 플레이트에 전도되기 때문에, 외표면에 묻은 이물 또는 액막이 증발되어 수소 제거에 우수한 효과를 가질 수 있다.
또한, 본 발명은 온도 상승으로 인한 인근 기체의 밀도가 낮아져서 유출구 방향으로 기체 유동이 활발해지기 때문에 초기 작동 지연을 최소화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 피동형 촉매 수소제거장치의 사시도.
도 2는 도 1의 정면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소제거용 촉매체의 분해사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소제거용 촉매체의 분해사시도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 당업자가 이해하는 용어의 일반적인 의미와 동일하고, 만약 본 명세서에서 사용된 용어가 당해 용어의 일반적인 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.
다만, 이하에 기술될 발명은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것을 아니며, 명세서 전반에 걸쳐서 동일하게 사용된 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 피동형 촉매 수소제거장치의 사시도, 도 2는 도 1의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소제거용 촉매체의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소제거용 촉매체의 분해사시도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 피동형 촉매 수소제거장치(100)는 크게 챔버(110)와 수소제거용 촉매체(120)를 포함할 수 있으며, 서모스탯(130)을 더 포함할 수 있다.
상기 챔버(110)는 수소를 포함한 혼합기체가 유입될 수 있는 유입부(111)와, 수소와 재결합된 혼합기체를 통과시킬 수 있도록 배출부(112)와, 상기 유입부(111)와 배출부(112)를 연결하는 유로(113)가 형성될 수 있다.
이러한 챔버(110)는 직육면체 형상으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 원자로 내에 배치될 수 있는 유효적절한 형상으로 형성될 수 있다.
상기 유입부(111)는 챔버(110) 내부의 고온 기체에 의해 형성된 부력으로써 상승함에 따라 수소가 포함된 혼합기체가 자연 유입(굴뚝 효과)되는 곳으로서, 상기 챔버(110)의 하측면에 형성될 수 있다.
또한, 상기 배출부(112)는 상기 챔버(110)를 통과한 배출기체가 외부로 배출될 수 있도록 상기 챔버(110)의 상측면 또는 상기 챔버(110)의 일측면 중 상부에 형성될 수 있다.
그러나, 상기 유입부(111)와 배출부(112)의 형성 위치는 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 챔버(110) 내부로 혼합기체를 유입하여 배출할 수 있는 특정 방향을 선택하여 다양하게 형성 및 실시가 가능하다.
수소제거용 촉매체(120)는 상기 유입구를 통해 유입된 혼합기체에서 수소와 산화 반응하여 수증기 및 열을 생성할 수 있다.
구체적으로, 상기 수소제거용 촉매체(120)는 발열 플레이트(121)와, 일측면에 수소 제거를 위한 촉매제(124)가 적층되며 타측면이 상기 발열 플레이트(121)의 일측면에 배치되는 제1 플레이트(122)와, 일측면에 수소 제거를 위한 촉매제(124)가 적층되며, 타측면이 상기 발열 플레이트(121)의 타측면에 배치되는 제2 플레이트(123)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 플레이트(122) 또는 제2 플레이트(123)는 금속 또는 세라믹으로 형성될 수 있으며, 기타 열전도성이 좋은 재질로써 형성될 수 있다.
또한, 상기 촉매제(124)는 백금 또는 팔라듐으로써 상기 제1 플레이트(122) 또는 제2 플레이트(123)의 외표면에 코팅될 수 있다.
따라서, 상기 제1 플레이트(122)와 제2 플레이트(123)의 일측면에 적층되거나 코팅된 촉매제(124)는 양측의 외표면을 형성한다.
상기 발열 플레이트(121)는 공급되는 전기로써 열을 발생할 수 있다.
이러한 상기 발열 플레이트(121)는 상기 촉매제(124)로 열을 전달하며, 이에 의해 상기 촉매제(124)의 초기 표면 온도가 상승함으로써 상기 촉매제(124)에 묻은 이물 또는 액막이 신속하게 제거되며, 이에 따라 수소 제거를 위한 초기 작동이 신속해질 수 있다.
또한, 상기 발열 플레이트(121)에 의해 전도된 열은 대류 현상으로 상기 챔버(110) 내의 공기를 상승시킨다. 이러한 챔버(110) 내의 기체가 상승하면 상기 유입구로 외부의 혼합기체가 신속하게 유입되어 초기작동 지연 시간이 감소될 수 있다.
또한, 유로(113) 방향으로 기체의 유동을 더욱 원활하게 하기 위해, 상기 수소제거용 촉매체(120)는 복수 개가 혼합기체의 유동 방향으로 상호 대향면이 소정 간격 이격되어 평행하게 배치될 수 있다.
또한, 상기 수소제거용 촉매체(120)는 평행하게 배치된 1 열이 지그재그로 적어도 한 열 이상 적층되어 촉매 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 발열 기능을 향상시키기 위해, 도 4와 같이 상기 발열 플레이트(121)는 제1 요철부(121a)가 전부 또는 일부에 형성되며, 상기 제1 플레이트(122)의 타측면에는 상기 발열 플레이트(121)의 일측면에 형성된 제1 요철부(121a)에 대응되는 형상으로 제2 요철부(122a)가 형성되고, 상기 제2 플레이트(123)의 타측면에는 상기 발열 플레이트(121)의 타측면에 형성된 제1 요철부(121a)에 대응되는 형상으로 제3 요철부(123a)가 형성될 수 있다.
이러한 요철 형상으로 인해 발열 면적 및 전도를 위한 접촉 면적이 더 넓어져서 촉매 기능이 더 활성화될 수 있다.
또한, 도시되지는 아니하였으나, 혼합기체에 포함된 수소가 상기 촉매제(124)에 접촉하는 면적을 높히기 위해, 상기 제1 플레이트(122)와 제2 플레이트(123)의 일측면에도 요철부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 수소제거용 촉매체(120)는 개별적으로 상기 챔버(110) 내에서 착탈 가능하게 배치되어 유지, 보수의 용이성을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 발열 플레이트(121)의 온도를 제어하기 위한 서모스탯(130)을 더 포함함으로써, 상기 발열 플레이트(121)의 과도한 열발생을 제한할 수 있다.
이러한 서모스탯(130)은 기설정 온도, 예를 들어, 상기 발열 플레이트(121) 또는 상기 챔버(110) 내의 온도가 100℃가 되면 상기 발열 플레이트(121)에 공급되는 전기를 차단시킬 수 있다.
요컨대, 본 발명은 챔버(110) 내에 발열 플레이트(121)를 포함하는 복수 개의 수소제거용 촉매체(120)를 포함하여, 신속한 대류 현상을 도모하고 촉매체(120) 표면을 깨끗하게 하여 온전한 촉매를 도모할 수 있으며, 초기 작동시간이 예측 가능하여 사고의 해석 및 관리에 도움을 줄 수 있다.
이상, 상기 설명에 의해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이며, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위 및 그와 균등한 범위에 의하여 정해져야 한다.
100: 피동형 촉매 수소제거장치 110: 챔버
111: 유입부 112: 배출부
113: 유로 120: 수소제거용 촉매체
121: 발열 플레이트 121a: 제1 요철부
122: 제1 플레이트 122a: 제2 요철부
123: 제2 플레이트 123a: 제3 요철부
124: 촉매제 130: 서모스탯

Claims (10)

  1. 발열 플레이트;
    일측면에 수소 제거를 위한 촉매제가 적층되며, 타측면이 상기 발열 플레이트의 일측면에 배치되는 제1 플레이트; 및
    일측면에 수소 제거를 위한 촉매제가 적층되며, 타측면이 상기 발열 플레이트의 타측면에 배치되는 제2 플레이트;를 포함하는 수소제거용 촉매체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발열 플레이트는 제1 요철부가 전부 또는 일부에 형성되며,
    상기 제1 플레이트의 타측면에는 상기 발열 플레이트의 일측면에 형성된 제1 요철부에 대응되는 형상으로 제2 요철부가 형성되고,
    상기 제2 플레이트의 타측면에는 상기 발열 플레이트의 타측면에 형성된 제1 요철부에 대응되는 형상으로 제3 요철부가 형성되는 수소제거용 촉매체.

  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 플레이트 또는 제2 플레이트는 금속 또는 세라믹으로 형성되며,
    상기 촉매제는 백금 또는 팔라듐으로써 상기 제1 플레이트 또는 제2 플레이트에 코팅되는 수소제거용 촉매체.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발열 플레이트의 온도를 제어하기 위한 서모스탯을 더 포함하는 수소제거용 촉매체.
  5. 수소를 포함한 혼합기체가 유입될 수 있는 유입부와, 수소와 재결합된 혼합기체를 통과시킬 수 있도록 배출부와, 상기 유입부와 배출부를 연결하는 유로가 형성된 챔버; 및
    발열 플레이트와, 일측면에 수소 제거를 위한 촉매제가 적층되며 타측면이 상기 발열 플레이트의 일측면에 배치되는 제1 플레이트와, 일측면에 수소 제거를 위한 촉매제가 적층되며, 타측면이 상기 발열 플레이트의 타측면에 배치되는 제2 플레이트를 포함하는 수소제거용 촉매체;를 포함하는 피동형 촉매 수소제거장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수소제거용 촉매체는 복수 개가 혼합기체의 유동 방향으로 상호 대향면이 소정 간격 이격되어 평행하게 배치되는 피동형 촉매 수소제거장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 발열 플레이트는 제1 요철부가 전부 또는 일부에 형성되며,
    상기 제1 플레이트의 타측면에는 상기 발열 플레이트의 일측면에 형성된 제1 요철부에 대응되는 형상으로 제2 요철부가 형성되고,
    상기 제2 플레이트의 타측면에는 상기 발열 플레이트의 타측면에 형성된 제1 요철부에 대응되는 형상으로 제3 요철부가 형성되는 피동형 촉매 수소제거장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 제1 플레이트 또는 제2 플레이트는 금속 또는 세라믹으로 형성되며,
    상기 촉매제는 백금 또는 팔라듐으로써 상기 제1 플레이트 또는 제2 플레이트에 코팅되는 피동형 촉매 수소제거장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 발열 플레이트의 온도를 제어하기 위한 서모스탯을 더 포함하는 피동형 촉매 수소제거장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 수소제거용 촉매체는 상기 챔버 내에서 착탈 가능하게 배치되는 피동형 촉매 수소제거장치.
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