KR20230068634A - Catalytic combustion reactor with improved rheology - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예는 유동성이 개선된 촉매 연소 반응기에 있어서, 가스 상태의 반응물질이 투입되는 투입구 상에 형성되어, 다양한 조성 물질을 가지는 상기 반응물질을 혼합하여 상기 촉매 연소 반응기의 내부로 반응물질을 통과시키는 라인 혼합기와, 상기 라인 혼합기를 통과한 반응물질의 유로를 재분배하는 가스 혼합기와, 상기 가스 혼합기를 통과한 반응물질의 연소를 촉진하는 모노리스 촉매와, 상기 모노리스 촉매의 전단과 후단에 배치되어, 상기 반응물질의 유로에 난류를 형성시키는 메쉬 레이어를 포함하되, 상기 라인 혼합기가 배치되는 상기 투입구의 구경은 상기 촉매 및 메쉬 레이어가 배치되는 상기 촉매 연소 반응기의 본체의 직경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 유동성이 개선된 촉매 연소 반응기를 제공한다.One embodiment of the present invention is a catalytic combustion reactor with improved fluidity, which is formed on an inlet into which gaseous reactants are introduced, and reacts into the catalytic combustion reactor by mixing the reactants having various composition materials. A line mixer for passing materials, a gas mixer for redistributing passages of reactants passing through the line mixer, a monolith catalyst for promoting combustion of reactants passing through the gas mixer, and front and rear ends of the monolith catalyst and a mesh layer for forming turbulent flow in the passage of the reactant, wherein the diameter of the inlet in which the line mixer is disposed is smaller than the diameter of the main body of the catalytic combustion reactor in which the catalyst and the mesh layer are disposed. It provides a catalytic combustion reactor with improved fluidity, characterized in that.
Description
본 발명은 촉매 연소 반응기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고체산화물 연료전지로부터 배출되는 미반응 가스를 연소시키기 위한 촉매 연소 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a catalytic combustion reactor, and more particularly, to a catalytic combustion reactor for burning unreacted gas discharged from a solid oxide fuel cell.
과거 수세기 동안 에너지에 대한 수요는 기하급수적으로 증가하여 왔다. 에너지에 대한 수요가 증가함에 따라, 많은 다양한 에너지원이 탐사되고 개발되어 왔다.Demand for energy has grown exponentially over the past several centuries. As the demand for energy increases, many different energy sources have been explored and developed.
탄화수소의 연소는 기초적인 에너지원 중 하나이나, 탄화수소의 연소시 생성되는 오염물질로 인해, 최근에는 청정 에너지원에 대한 요구가 증가함에 따라, 연료전지에 대한 연구가 증가하고 있다.Combustion of hydrocarbons is one of the basic energy sources, but due to pollutants generated during combustion of hydrocarbons, recently, as the demand for clean energy sources increases, research on fuel cells is increasing.
연료전지는 수소 및 산소를 전기 및 열로 전환시키는 전기화학적 에너지 전환을 이용한다. 연료전지는 배터리와 비슷하지만, 전력을 공급하면서도 충전될 수 있다. 많은 경우, 연료전지는 휴대용 전력 공급원으로서 1차 및 2차 배터리를 대체할 것으로 기대되고 있다.Fuel cells use electrochemical energy conversion to convert hydrogen and oxygen into electricity and heat. Fuel cells are similar to batteries, but they can be charged while providing power. In many cases, fuel cells are expected to replace primary and secondary batteries as a portable power source.
연료전지의 한 종류인 고체산화물 연료전지(SOFC)는 수소를 에너지원으로 하여, 양극, 전해질, 음극으로 구성된 스택(stack)에서 전기를 생산하며 고체산화물을 전해질로 사용한다. 이러한 고체산화물 연료전지는 600℃ 이상의 고온에서 작동하여 연료전지 중 가장 높은 효율을 보이고, 귀금속계 촉매의 사용을 최소화할 수 있으며 CO2의 배출도 낮출 수 있는 장점이 있다.A solid oxide fuel cell (SOFC), a type of fuel cell, uses hydrogen as an energy source, generates electricity from a stack composed of an anode, an electrolyte, and a cathode, and uses a solid oxide as an electrolyte. Such a solid oxide fuel cell operates at a high temperature of 600° C. or more, thus showing the highest efficiency among fuel cells, minimizing the use of noble metal-based catalysts, and reducing CO 2 emissions.
이때, 고체산화물 연료전지(SOFC)의 양극(cathode)과 음극(anode)에서 반응 후 남은 고온의 미반응 가스(N2, CO2, O2, CO, CH4 등)를 촉매 존재 하에 있는 반응기로 공급하여 미반응 가스를 처리하여야 한다.At this time, the high-temperature unreacted gas (N 2 , CO 2 , O 2 , CO, CH 4 , etc.) remaining after the reaction at the cathode and anode of the SOFC is transferred to the reactor in the presence of a catalyst. to treat unreacted gas.
미반응 가스(연료) 중 일부는 가연성이지만, 조성비가 상이하여 완전 연소가 어렵고 대기환경보전법 중 일정 농도 이하의 배기가스만 배출할 수 있는 배출기준이 존재하여 촉매 연소 반응기를 이용한 미반응 가스의 완전 연소 과정이 필요하다.Some of the unreacted gas (fuel) is combustible, but complete combustion is difficult due to different composition ratios, and there is an emission standard that allows only exhaust gases below a certain concentration to be discharged under the Clean Air Conservation Act. Combustion process is required.
그러나, 종래의 촉매 연소 반응기는 미반응 가스의 연소 과정에서 고온의 유체가 불균일하여 모노리스 촉매 표면 및 채널 부위에 급격한 온도 구배가 발생되는 문제가 있었고, 이에 따라 모노리스 촉매를 이용한 완전 연소 효율이 떨어지는 한계가 있었다.However, the conventional catalytic combustion reactor has a problem that a rapid temperature gradient is generated on the surface of the monolith catalyst and the channel portion due to uneven high-temperature fluid during the combustion process of unreacted gas, and thus the complete combustion efficiency using the monolith catalyst is reduced. there was
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 모노리스 촉매를 사용하는 촉매 연소 반응에서 모노리스 촉매 채널의 핫스팟(Hot Spot)과 맴돌이 기류를 억제하고, 균일한 원료 공급이 가능한 유동화가 개선된 촉매 연소 반응기를 제공하는 것이다.A technical problem to be achieved by the present invention is to provide a catalytic combustion reactor with improved fluidization capable of suppressing hot spots and eddy currents of the monolithic catalyst channel in a catalytic combustion reaction using a monolithic catalyst and uniform supply of raw materials .
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical problem to be achieved by the present invention is not limited to the above-mentioned technical problem, and other technical problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 가스 상태의 반응물질이 투입되는 투입구 상에 형성되어, 다양한 조성 물질을 가지는 상기 반응물질을 혼합하여 상기 촉매 연소 반응기의 내부로 반응물질을 통과시키는 라인 혼합기와, 상기 라인 혼합기를 통과한 반응물질의 유로를 재분배하는 가스 혼합기와, 상기 가스 혼합기를 통과한 반응물질의 연소를 촉진하는 모노리스 촉매와, 상기 모노리스 촉매의 전단과 후단에 배치되어, 상기 반응물질의 유로에 난류를 형성시키는 메쉬 레이어를 포함하되, 상기 라인 혼합기가 배치되는 상기 투입구의 구경은 상기 촉매 및 메쉬 레이어가 배치되는 상기 촉매 연소 반응기의 본체의 직경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 유동성이 개선된 촉매 연소 반응기를 제공한다.In order to achieve the above technical problem, one embodiment of the present invention is formed on an inlet into which gaseous reactants are introduced, and mixes the reactants having various composition materials to introduce the reactants into the catalytic combustion reactor. A line mixer for passing through the line mixer, a gas mixer for redistributing the passage of the reactants passing through the line mixer, a monolithic catalyst for promoting combustion of the reactants passing through the gas mixer, and disposed in front and rear of the monolith catalyst , A mesh layer for forming turbulent flow in the passage of the reactant, characterized in that the diameter of the inlet in which the line mixer is disposed is smaller than the diameter of the main body of the catalytic combustion reactor in which the catalyst and the mesh layer are disposed. To provide a catalytic combustion reactor with improved fluidity.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 라인 혼합기는, 상기 반응물질이 유입되는 상기 투입구 측을 향해 배치되는 유입 영역과, 상기 가스 혼합기 측을 향해 상기 유입된 반응물질을 배출하는 배출 영역을 포함하되, 상기 유입 영역은, 상기 반응물질이 유입되는 상기 투입구 측을 향해 배치되는 일면에 복수개의 유입 홀들이 소정의 간격 거리로 이격되어 상기 라인 혼합기의 둘레를 따라 원형으로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the line mixer includes an inlet region disposed toward the inlet into which the reactant flows, and a discharge region discharging the introduced reactant toward the gas mixer, The inlet region may be formed in a circular shape along the circumference of the line mixer by having a plurality of inlet holes spaced apart at a predetermined interval on one surface disposed toward the inlet into which the reactant is introduced.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 배출 영역은, 상기 일면으로부터 상기 배출 영역의 가장자리까지의 높이보다, 상기 일면으로부터 상기 배출 영역의 중심 부분까지의 높이가 더 낮도록 단차가 형성되며, 상기 가장자리와 상기 중심 부분의 단차에 의해 형성되는 상기 가장자리의 내측면에, 복수개의 배출 홀들의 소정의 간격 거리로 이격되어 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the discharge area is formed with a step so that the height from the one surface to the central portion of the discharge area is lower than the height from the one surface to the edge of the discharge area, and the edge and A plurality of discharge holes may be spaced apart from each other by a predetermined interval on the inner surface of the edge formed by the step of the central portion.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 라인 혼합기는, 상기 유입 홀과 상기 배출 홀 사이를 연결함에 따라 상기 유입 홀을 통해 유입되는 반응물질의 통로를 형성하는 연결 통로를 더 포함하되, 상기 연결 통로의 각도는 최소 45°이상으로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the line mixer further comprises a connection passage forming a passage for the reactant introduced through the inlet hole as the connection between the inlet hole and the outlet hole is made, The angle may be formed at least 45° or more.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 배출 홀의 크기는 상기 촉매 연소 반응기의 본체의 직경의 8 내지 10%의 크기로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the size of the discharge hole may be formed to be 8 to 10% of the diameter of the body of the catalytic combustion reactor.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스 혼합기는, 외관은 원기둥 형태로 형성되고, 내관은 양단으로부터 중앙부로 갈수록 직경 크기가 작아지는 형태로 형성되며, 상기 가스 혼합기는, 상기 중앙부에 유입되는 반응물질을 강제적으로 혼합하기 위하여, 축 회전하는 제1 타입 믹서와, 상기 제1 타입 믹서의 축을 형성하며, 외부의 회전 기어와 연결되어 상기 제1 타입 믹서를 회전시키는 회전 축을 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the gas mixer is formed in a cylindrical shape, the inner tube is formed in a shape in which the diameter size decreases from both ends toward the central portion, and the gas mixer is formed with a reactive material flowing into the central portion. In order to forcibly mix, it may include a first type mixer that rotates and a rotation shaft that forms an axis of the first type mixer and is connected to an external rotation gear to rotate the first type mixer.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제1 타입 믹서는, 리본 믹서(ribbon mixer) 또는 패들 믹서(paddle mixer)이며, 150 내지 200 RPM의 속도로 회전할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the first type mixer is a ribbon mixer or a paddle mixer, and may rotate at a speed of 150 to 200 RPM.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스 혼합기는, 원기둥 형태로 형성되고, 중앙부에 유입되는 반응물질을 강제적으로 혼합하기 위하여, 축 회전하는 제2 타입 믹서와, 상기 제2 타입 믹서의 축을 형성하며, 외부의 회전 기어와 연결되어 상기 제2 타입 믹서를 회전시키는 회전 축과, 상기 제2 타입 믹서 및 상기 회전 축과 결합되어, 상기 제2 타입 믹서가 상기 회전 축에 의한 회전과 별도로 자체 회전 운동이 가능한 보조 믹서를 포함할 수 있다.In an embodiment of the present invention, the gas mixer is formed in a cylindrical shape, and forms a second type mixer that rotates on an axis to forcibly mix reactants flowing into the central portion, and an axis of the second type mixer, , A rotation shaft connected to an external rotation gear to rotate the second type mixer, and coupled to the second type mixer and the rotation shaft, so that the second type mixer rotates itself separately from the rotation by the rotation shaft This may include an auxiliary mixer.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 제2 타입 믹서는, 100 내지 200 RPM의 속도로 회전하며, 상기 보조 믹서는, 회전 날개로 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the second type mixer rotates at a speed of 100 to 200 RPM, and the auxiliary mixer may be formed of a rotary blade.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 가스 혼합기는, 전면에 소정의 간격으로 이격 형성되는 타공 홀들을 포함하는 타공판으로 형성되며, 상기 타공 홀들 중 중앙에 형성되는 중앙 타공 홀은 다른 타공 홀들의 크기와 상이하게 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, the gas mixer is formed of a perforated plate including perforated holes spaced apart at predetermined intervals on the front surface, and the central perforated hole formed in the center of the perforated holes is different in size from other perforated holes. may be formed differently.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 메쉬 레이어는, 50 내지 200 개의 메쉬 홀이 형성될 수 있다.In an embodiment of the present invention, 50 to 200 mesh holes may be formed in the mesh layer.
본 발명의 실시예에 따르면, 모노리스 촉매를 사용하는 촉매 연소 반응에서 모노리스 촉매 채널의 핫스팟(Hot Spot)과 맴돌이 기류를 억제하고, 균일한 원료 공급이 가능하므로 미반응 가스의 연소 반응을 향상시킬 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in a catalytic combustion reaction using a monolith catalyst, hot spots and eddy currents of the monolith catalyst channel are suppressed, and raw materials can be uniformly supplied, thereby improving the combustion reaction of unreacted gas. there is.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동성이 개선된 촉매 연소 반응기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 혼합기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 라인 혼합기의 단면을 도시한 단면도이다.
도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 혼합기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 혼합기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 혼합기를 개략적으로 도시한 도면이다.
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 메쉬 레이어와 제2 메쉬 레이어를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도8은 본 발명의 실시예에 따른 촉매 연소 반응기를 3차원 입체도로 도시한 것이다.
도9는 원료가 공급됨에 따라 발생되는 압력이 촉매 연소 반응기 내부의 각 장치에 가해지는 미소면적의 전단력(압력)을 비교하기 위해 도시한 도면이다.
도10은 혼합된 원료가 촉매 연소 반응기 내부의 각 장치에 도달했을 때의 압력을 비교하기 위해 도시한 도면이다.
도11은 혼합된 원료가 모노리스 촉매로 공급되기 전까지의 유체의 속력을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도12는 혼합된 원료가 촉매 연소 반응기 내부의 각 장치를 지날 때의 난류강도를 비교하기 위해 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically showing a catalytic combustion reactor having improved fluidity according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram schematically showing a line mixer according to an embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a cross section of a line mixer according to various embodiments of the present invention.
4 is a diagram schematically showing a gas mixer according to a first embodiment of the present invention.
5 is a diagram schematically showing a gas mixer according to a second embodiment of the present invention.
6 is a diagram schematically showing a gas mixer according to a third embodiment of the present invention.
7 is a diagram for explaining a first mesh layer and a second mesh layer according to an embodiment of the present invention.
8 is a three-dimensional view of a catalytic combustion reactor according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram for comparing the shear force (pressure) of a small area where the pressure generated as raw materials are supplied is applied to each device inside the catalytic combustion reactor.
Fig. 10 is a diagram for comparing pressures when mixed raw materials reach each device inside the catalytic combustion reactor.
11 is a diagram for explaining the speed of the fluid before the mixed raw material is supplied to the monolith catalyst.
12 is a diagram for comparing turbulence intensities when mixed raw materials pass through each device inside the catalytic combustion reactor.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in between. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유동성이 개선된 촉매 연소 반응기를 개략적으로 도시한 도면이다.1 is a diagram schematically showing a catalytic combustion reactor having improved fluidity according to an embodiment of the present invention.
도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 촉매 연소 반응기는, 라인 혼합기(100)와, 가스 혼합기(200)와, 제1 메쉬 레이어(300)와, 모노리스 촉매(400)와, 제2 메쉬 레이어(500)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, a catalytic combustion reactor according to an embodiment of the present invention includes a
라인 혼합기(100)는 가스 상태의 반응물질이 투입되는 촉매 연소 반응기의 투입구(11) 상에 형성되어, 다양한 조성 물질을 가지는 반응물질을 혼합하여, 촉매 연소 반응기의 내부로 혼합된 반응물질을 통과시킬 수 있다.The
여기서, 상기 가스 상태의 반응물질이란 고체 산화물 연료 전지(SOFC)의 양극(cathode)과 음극(anode)에서 반응 후 남은 고온의 미반응 가스로서, 예컨대 미반응 가스는 N2, CO2, O2, CO, CH4 등 일 수 있다.Here, the gaseous reactant is a high-temperature unreacted gas remaining after reaction at the cathode and anode of the solid oxide fuel cell (SOFC), for example, the unreacted gas is N 2 , CO 2 , O 2 , CO, CH 4 and the like.
가스 혼합기(200)는 라인 혼합기(100)를 통과한 반응물질의 유로를 재분배할 수 있다. 즉, 본 발명의 가스 혼합기(200)는 라인 혼합기(100)를 통해 촉매 연소 반응기 내부로 균일하게 1차로 분배된 반응물질을 다시 혼합하여 모노리스 촉매(400)를 향해 2차로 분배시키는 역할을 한다.The
제1 메쉬 레이어(300)는 가스 혼합기(200)와 모노리스 촉매(400)의 사이에 배치되어, 가스 혼합기(200)로부터 재분배된 반응물질의 유로에 난류를 형성시킬 수 있다.The
그리고, 모노리스 촉매(400)는 라인 혼합기(100) 및 가스 혼합기(200)를 지나 제1 메시 레이어(300)를 통과한 반응물질을 연소시킨다.In addition, the
제2 메쉬 레이어(500)는 모노리스 촉매(400)의 후단에 배치되어, 연소된 반응물질의 유로에 난류를 형성시킬 수 있고, 제2 메쉬 레이어(500)를 통과한 반응물질은 촉매 연소 반응기의 배출구(15)로 배출될 수 있다.The
도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 촉매 연소 반응기의 투입구(11)는 본체(13)보다 좁은 구경을 가지며, 본 발명의 라인 혼합기(100)는 본체(13)보다 작은 직경을 가지는 투입구(11) 상에 배치되어, 투입구(11)를 통해 유입되는 다양한 조성 물질을 가지는 반응물질들을 혼합한 후 본체(13) 쪽으로 균일하게 분배시킬 수 있다.Referring to Figure 1, the
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 라인 혼합기를 개략적으로 도시한 도면이다. 도2의 (a)는 라인 혼합기(100)의 사시도이고, 도2의 (b)는 라인 혼합기(100)의 저면도이다.2 is a diagram schematically showing a line mixer according to an embodiment of the present invention. Figure 2 (a) is a perspective view of the
먼저, 도2의 (a)를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 라인 혼합기(100)는 원기둥 형태의 구조를 가지며, 반응물질이 유입되는 방향인 촉매 연소 반응기의 투입구(11) 측을 향해 배치되는 유입 영역(110)과, 가스 혼합기(200) 측을 향해 반응물질을 배출하는 영역인 배출 영역(130)을 포함할 수 있다.First, referring to (a) of FIG. 2, the
본 실시예에 따른 유입 영역(110)은 도2의 (b)에 도시된 바와 같이, 반응물질이 유입되는 투입구(11) 측을 향해 배치되는 일면에 복수개의 유입 홀들(111)이 소정의 간격 거리로 이격되어 라인 혼합기(100)의 둘레를 따라 원형으로 형성될 수 있다.As shown in (b) of FIG. 2, the
그리고, 본 실시예에 따른 배출 영역(130)은 도2의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 유입 영역(110)의 일면으로부터 배출 영역(130)의 가장자리(131)까지의 높이보다, 상기 유입 영역(110)의 일면으로부터 배출 영역(130)의 중심 부분(133)까지의 높이가 더 낮도록 단차가 형성될 수 있다.And, as shown in (a) of FIG. 2, the
즉, 가장자리(131) 부분은 높게 돌출된 형태이며, 돌출된 면은 촉매 연소 반응기의 본체(13)를 바라보도록 배치되고, 중심 부분(133)은 움푹 파여져 있는 형태로 형성될 수 있다.That is, the
도2의 (a)를 참조하면, 배출 영역(130)의 가장자리(131)와 중심 부분(133)의 단차에 의해 형성되는 가장자리(131)의 내측면에, 복수개의 배출 홀들(135)이 소정의 간격 거리로 이격되어 형성될 수 있다.Referring to (a) of FIG. 2, a plurality of discharge holes 135 are formed on the inner surface of the
도3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 라인 혼합기의 단면을 도시한 단면도이다. 3 is a cross-sectional view showing a cross section of a line mixer according to various embodiments of the present invention.
본 실시예에 따른 배출 홀들(135)은 유입 홀(111)들을 통해 라인 혼합기(100) 내부로 들어와 혼합된 반응물질을 외부로 배출시키기 위한 배출구 역할을 한다.The discharge holes 135 according to the present embodiment function as discharge ports for discharging reactants mixed into the
예컨대, 배출 홀(135)의 크기는 유체의 유량 및 라인 혼합기(100)의 전/후단의 차압을 고려할 때, 촉매 연소 반응기의 본체(13)의 크기(본체 부분의 내경)의 10% 정도의 크기로 형성되는 것이 바람직하다. 배출 홀(135)의 직경이 상기 본체(13) 크기의 8~10% 보다 작은 크기로 형성되면 차압 발생이 많아지게 되므로, 배출 홀(135)을 통한 균일 분배의 효과가 떨어지게 되는 문제가 있을 수 있다.For example, the size of the
본 발명의 라인 혼합기(100)의 배출 영역(130)은 유입 홀(111)을 통해 유입되는 반응물질이 배출 홀(135)을 통해 배출될 수 있도록, 유입 홀(111)과 배출 홀(135) 사이를 연결하여 통로를 형성하는 연결 통로(137)를 더 포함할 수 있다.The
도3의 (a)는 제1 실시예에 따른 라인 혼합기(100)의 단면도이고, 도3의 (b)는 제2 실시예에 따른 라인 혼합기(100)의 단면도이며, 도3의 (c)는 제3 실시예에 따른 라인 혼합기(100)의 단면도이다.Figure 3 (a) is a cross-sectional view of the
연결 통로(137)는 제1 실시예에 따른 도3의 (a)에 도시된 바와 같이 직각으로 형성될 수도 있고, 제2 실시예에 따른 도3의 (b) 및 도3 실시예에 따른 도3의 (c)에 도시된 바와 같이, 45° 각도로 형성되도록 경사지게 형성될 수도 있다. 이때, 연결 통로(137)가 45° 각도로 경사를 형성하는 방법으로는, 제2 실시예와 같이 연결 통로(137) 중간 부분에 구배가 형성될 수도 있고, 제3 실시예와 같이 연결 통로(137)의 전체가 기울어진 형태로 경사각을 형성하는 것으로 구현될 수도 있다.The
도3에는 본 발명의 연결 통로(137)는 가장자리(131)와 중심 부분(133) 사이에 위치하여, 평행도를 이룰 수 있다. 또한, 배출 영역(130)의 중심 부분(133)을 기준으로 연결 통로(137)의 중심선은 직각을 이루지만, 이에 제한되지 않고 최소 45° 이상의 범위로 형성될 수 있다. 연결 통로(137)의 각도 크기가 작아짐에 따라 각 배출 홀(135)을 통과한 반응물질이 중심 부분(133)에서 혼합되는 혼합성이 증가한다.3, the
상술한 바와 같은, 본 발명의 라인 혼합기(100)는 고온에서 변형이나 파괴가 발생하지 않아야 하므로 내열성 재료로 구현될 수 있다. 예컨대, 라인 혼합기(100)는 스테인리스 스틸(SUS) 또는 인코넬(Inconel) 등의 재료로 제조될 수 있다.As described above, since the
도4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 혼합기를 개략적으로 도시한 도면이다.4 is a diagram schematically showing a gas mixer according to a first embodiment of the present invention.
본 발명의 제1 실시예인 도4를 참조하면, 가스 혼합기(200)는 외관(210), 내관(220), 회전 축(230), 그리고 제1 타입 믹서(251)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 4, which is the first embodiment of the present invention, the
본 실시예에 따르면, 가스 혼합기의 외관(210)은 원기둥 형태로 형성되고, 내관(220)은 양단부터 중앙부로 갈수록 직경 크기가 작아지는 모래시계 형태의 오리피스 관 형상으로 형성될 수 있다.According to this embodiment, the
이때, 제1 타입 믹서(251)가 설치되는 내관(220)의 중앙 부분은 도4에 도시된 바와 같이 각진 형태로 형성되며, 중앙 부분으로부터 양단으로 갈수록 직경 크기가 커지게 되는 테이퍼 각도는 차압을 고려하여 30° ~ 45° 의 각도로 형성되는 것이 바람직하다.At this time, the central part of the
그리고, 도4에 도시된 바와 같이 가스 혼합기(200)의 중앙에는 회전 축(230)이 형성되고, 제1 타입 믹서(251)는 회전 축에 결합되어 회전 축(230)에 의해 회전할 수 있다.And, as shown in FIG. 4, a
보다 구체적으로 설명하면, 본 실시예에 따른 회전 축(230)(shaft)은 외부의 전력 공급원(30)으로부터 전력을 공급받아 작동하는 외부의 회전 기어(20)와 연결되어 회전하고, 제1 타입 믹서(251)는 이러한 회전 축(230)을 중심 축으로 하여 결합됨에 따라, 회전 축(230)의 회전에 의해 축 회전 하여 하부로부터 유입되는 반응물질을 강제적으로 혼합시킬 수 있다.More specifically, the rotating shaft 230 (shaft) according to the present embodiment rotates by being connected to the external
본 실시예에 따른 제1 타입 믹서(251)는 예컨대, 리본 믹서(ribbon mixer) 또는 패들 믹서(paddle mixer)로 구현될 수 있고, 150 내지 200 RPM의 속도로 회전할 수 있다.The
도5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 혼합기를 개략적으로 도시한 도면이다.5 is a diagram schematically showing a gas mixer according to a second embodiment of the present invention.
본 발명의 제2 실시예인 도5를 참조하면, 가스 혼합기(200)는 원기둥 형태의 단독 관과, 회전 축(230), 제2 타입 믹서(253), 그리고 보조 믹서보조 믹서(260)를 포함하여 구성될 수 있다.Referring to FIG. 5, which is the second embodiment of the present invention, the
제2 실시예인 가스 혼합기(200)의 중앙에는 회전 축(230)이 형성되고, 제2 타입 믹서(253)는 회전 축(230)에 결합되어 회전 축(230)에 의해 회전할 수 있다.A
본 실시예에 따른 회전 축(230)(shaft)은 제1 실시예와 마찬가지로 외부의 전력 공급원(30)으로부터 전력을 공급받아 작동하는 외부의 회전 기어(20)와 연결되어 회전하고, 제2 타입 믹서(253)는 이러한 회전 축(230)을 중심 축으로 하여 결합됨에 따라, 회전 축(230)의 회전에 의해 축 회전하여 하부로부터 유입되는 반응물질을 강제적으로 혼합시킬 수 있다.The rotating shaft 230 (shaft) according to the present embodiment rotates in connection with the external
그리고, 본 실시예에 따른 보조 믹서(260)는 제2 타입 믹서(253) 및 회전 축(230)과 결합되어, 제2 타입 믹서(253)가 회전 축(230)에 의한 회전과 별도로 자체 회전 운동이 가능하다.In addition, the
즉, 본 실시예에 따른 제2 타입 믹서(253)는 회전 축(230)을 중심 축으로 하는 축 회전(제1 축 회전)을 함과 동시에, 제2 타입 믹서(253)의 하부에 형성되는 보조 믹서(260)는 제2 타입 믹서(253)보다 큰 지름으로 별도의 자체 회전(제2 축 회전)을 할 수 있다.That is, the
예컨대, 제2 실시예에 따른 제2 타입 믹서(253)는 도5에 도시된 바와 같이, 핸들 형태의 믹서(handle shape mixer)로 구현될 수 있고, 100 내지 500 RPM의 속도로 회전할 수 있고, 가장 바람직하게는 100 내지 200 RPM의 속도로 회전하는 것이 좋다. For example, as shown in FIG. 5, the
본 실시예에 따른 보조 믹서(260)와 함께 구동되는 제2 타입 믹서(253)는 저속으로 회전하며 일측으로부터 유입되는 반응물질을 강제로 혼합시켜 타측으로 균일 분배시킬 수 있다.The
제2 타입 믹서(253)가 고속으로 회전하게 되면, 와류(vortex) 현상을 동반하게 되어 중심부에 반응물질(기체)이 이동할 수 없는 빈 공간이 형성될 수 있으므로, 저속(예컨대, 100 내지 200 RPM)으로 회전하는 것이 바람직하다.When the
도6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 혼합기를 개략적으로 도시한 도면이다. 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 혼합기(200)는 도6에 도시된 바와 같이, 전면에 소정의 간격으로 이격 형성되는 타공 홀들을 포함하는 타공판으로 구현될 수 있다.6 is a diagram schematically showing a gas mixer according to a third embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, the
이때, 타공판으로 구현되는 가스 혼합기(200)의 전면에 형성되는 타공 홀들 중 중앙에 형성되는 중앙 타공 홀은 다른 타공 홀들의 크기와 상이하게 형성될 수 있다.At this time, among the perforated holes formed on the front surface of the
본 실시예에 따른 촉매 연소 반응기는 도6에 도시된 바와 같은 가스 혼합기(200)가 2개 이상으로 마련되는 것이 반응물질의 혼합 효과 측면에 있어서 바람직하며, 3개 이상으로 구비되는 경우, 각 가스 혼합기(200)간 간격을 적절히 조절하여 배치하여야 한다.In the catalytic combustion reactor according to the present embodiment, it is preferable to provide two or
그리고, 본 실시예에 따른 2개 이상의 가스 혼합기(200)가 형성되는 경우, 촉매 연소 반응기 내부 중심선을 기준으로 1단 가스 혼합기와 2단 가스 혼합기의 타공 홀들이 모두 같은 동심도 및 동축도로 구성된다면, 유체에 층류 흐름이 형성되어 유체 혼합에 적절치 않게 되므로, 복수개의 가스 혼합기들 각각의 타공 홀들의 크기가 서로 상이하게 마련되는 것이 좋다.In addition, when two or
상술한 바와 같은 제3 실시예에 따른 가스 혼합기(200)는 예컨대 스테인리스 스틸(SUS 310) 또는 인코넬(Inconel) 재료로 구현될 수 있다.The
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 메쉬 레이어와 제2 메쉬 레이어를 설명하기 위해 도시한 도면이다.7 is a diagram for explaining a first mesh layer and a second mesh layer according to an embodiment of the present invention.
도7을 참조하면, 제1 메쉬 레이어(300)는 모노리스 촉매(400)의 전단에 위치하고, 제2 메쉬 레이어(500)는 모노리스 촉매(400)의 후단에 위치할 수 있다.Referring to FIG. 7 , the
본 발명의 실시예에 따른 제1 메쉬 레이어(300) 및 제2 메쉬 레이어(500)는 도7에 도시된 바와 같이, 동일한 형태로 구현될 수 있고, 제1 및 제2 메쉬 레이어(300, 500)는 차압 발생을 최소화하기 위하여, 50 내지 200개의 메쉬 홀이 형성될 수 있다.As shown in FIG. 7, the
제1 메쉬 레이어(300)는 메쉬 홀을 이용하여 모노리스 모노리스 촉매(400)로 반응물질이 진입할 때 유체에 층류가 형성되는 것을 방지하고, 반응물질에 충분한 난류가 형성될 수 있도록 할 수 있다.The
상술한 바와 같이, 반응물질은 라인 혼합기(100), 가스 혼합기(200), 제1 메쉬 레이어(300)를 통과함에 따라 모노리스 촉매(400)의 면적에 균일하게 분배되어 접촉할 수 있어, 모노리스 촉매 채널의 핫 스팟(hot spot)과 맴돌이 기류를 억제하여 촉매 연소반응을 향상시킬 수 있다.As described above, the reactants can be uniformly distributed over the area of the
도8은 본 발명의 실시예에 따른 촉매 연소 반응기를 3차원 입체도로 도시한 것이다. 도8에 도시된 바와 같은 본 발명의 촉매 연소 반응기를 이용하여 촉매 연소 실험한 결과, 가스 혼합기(200)부터 유체에 난류 형성이 증가하여, 가스 혼합기(200)의 구성 없이 촉매 연소하였을 때 보다 약 15%의 난류 혼합도가 증가하였다.8 is a three-dimensional view of a catalytic combustion reactor according to an embodiment of the present invention. As a result of the catalytic combustion experiment using the catalytic combustion reactor of the present invention as shown in FIG. 8, the formation of turbulence in the fluid from the
도9는 원료가 공급됨에 따라 발생되는 압력이 촉매 연소 반응기 내부의 각 장치에 가해지는 미소면적의 전단력(압력)을 비교하기 위해 도시한 도면이다. 도9의 (a)는 메쉬 레이어와 모노리스 촉매로만 구성된 촉매 연소 장치(이하, 제1 비교 실시예)로 혼합된 원료(반응물질)이 공급되었을 때의 전단력을 나타낸 도면이고, 도9의 (b)는 라인 혼합기와, 메쉬 레이어와, 모노리스 촉매로 구성된 촉매 연소 장치(이하, 제2 비교 실시예)로 혼합된 원료(반응물질)이 공급되었을 때의 전단력을 나타낸 도면이며, 도9의 (c)는 본 발명에 따른 촉매 연소 반응기로 혼합된 원료(반응물질)이 공급되었을 때의 전단력을 나타낸 도면이다.FIG. 9 is a diagram for comparing the shear force (pressure) of a small area where the pressure generated as raw materials are supplied is applied to each device inside the catalytic combustion reactor. Figure 9 (a) is a diagram showing the shear force when mixed raw materials (reactants) are supplied to a catalytic combustion device composed of only a mesh layer and a monolith catalyst (hereinafter, a first comparative example), and Figure 9 (b) ) is a diagram showing the shear force when mixed raw materials (reactants) are supplied to a catalytic combustion device composed of a line mixer, a mesh layer, and a monolith catalyst (hereinafter, a second comparative example), and FIG. 9 (c ) is a diagram showing the shear force when mixed raw materials (reactants) are supplied to the catalytic combustion reactor according to the present invention.
도9를 참조하면, 제1 비교 실시예에서는 메쉬 레이어를 중심으로 많은 전단력이 가해졌지만, 제2 비교 실시예 및 본 발명에 따른 촉매 연소 반응기의 경우 모든 물체에 전단력이 균일하게 전달되어 내부 반응기에서 안정적으로 사용이 가능함을 알 수 있다.Referring to FIG. 9, in the first comparative example, a lot of shear force was applied around the mesh layer, but in the case of the second comparative example and the catalytic combustion reactor according to the present invention, the shear force was uniformly transmitted to all objects, so that in the internal reactor It can be seen that it can be used stably.
도10은 혼합된 원료가 촉매 연소 반응기 내부의 각 장치에 도달했을 때의 압력을 비교하기 위해 도시한 도면이다. 도10의 (a)는 제1 비교 실시예로 혼합된 원료(반응물질)이 공급되었을 때의 압력을 나타낸 도면이고, 도10의 (b)는 제2 비교 실시예로 혼합된 원료(반응물질)이 공급되었을 때의 압력을 나타낸 도면이며, 도10의 (c)는 본 발명에 따른 촉매 연소 반응기로 혼합된 원료(반응물질)이 공급되었을 때의 압력을 나타낸 도면이다.Fig. 10 is a diagram for comparing pressures when mixed raw materials reach each device inside the catalytic combustion reactor. Figure 10 (a) is a diagram showing the pressure when the raw material (reactant) mixed in the first comparative example is supplied, and Figure 10 (b) is the raw material (reactant) mixed in the second comparative example (reactant). ) is a diagram showing the pressure when supplied, and FIG. 10(c) is a diagram showing the pressure when mixed raw materials (reactants) are supplied to the catalytic combustion reactor according to the present invention.
그리고, 도11은 혼합된 원료가 모노리스 촉매로 공급되기 전까지의 유체의 속력을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도11의 (a)는 제1 비교 실시예로 혼합된 원료(반응물질)이 공급되었을 때의 속력을 나타낸 도면이고, 도11의 (b)는 제2 비교 실시예로 혼합된 원료(반응물질)이 공급되었을 때의 속력을 나타낸 도면이며, 도11의 (c)는 본 발명에 따른 촉매 연소 반응기로 혼합된 원료(반응물질)이 공급되었을 때의 속력을 나타낸 도면이다.And, Figure 11 is a diagram for explaining the speed of the fluid until the mixed raw material is supplied to the monolith catalyst. Figure 11 (a) is a diagram showing the speed when the raw material (reactant) mixed in the first comparative example is supplied, Figure 11 (b) is a graph showing the mixed raw material (reactant) in the second comparative example ) is a diagram showing the speed when supplied, and FIG. 11(c) is a diagram showing the speed when mixed raw materials (reactants) are supplied to the catalytic combustion reactor according to the present invention.
도10 및 도11을 참조하면, 제1 비교 실시예에서는 모노리스 촉매의 표면의 외곽부분에 유체가 공급되지 않는 dead zone이 형성되었지만, 제2 비교 실시예 및 본 발명에 따른 촉매 연소 반응기의 경우 모노리스 촉매에 전체적으로 균일하게 유체가 공급되는 것을 확인할 수 있다. 또한, 제1 비교 실시예에서는 메쉬 레이어 중심에서 유체가 빠른 속도로 통과하지만, 제2 비교 실시예 및 본 발명에 따른 촉매 연소 반응기에서는 균일하게 유체의 속도가 분포된다. 또한, 제1 비교 실시예에서는 메쉬 레이어에서 제2 비교 실시예 및 본 발명보다 작은 속력으로 적절히 반응물질이 혼합되며, 본 발명의 경우 가스 혼합기(200)부터 반응물질의 속력 감소로 반응물질의 혼합이 적절히 이루어짐을 알 수 있다.10 and 11, in the first comparative example, a dead zone to which fluid is not supplied is formed on the outer portion of the surface of the monolith catalyst, but in the case of the second comparative example and the catalytic combustion reactor according to the present invention, the monolith It can be confirmed that the fluid is uniformly supplied to the catalyst as a whole. In addition, in the first comparative example, the fluid passes at a high speed in the center of the mesh layer, but in the second comparative example and the catalytic combustion reactor according to the present invention, the velocity of the fluid is uniformly distributed. In addition, in the first comparative example, the reactants are properly mixed in the mesh layer at a speed lower than that of the second comparative example and the present invention, and in the case of the present invention, the reactants are mixed by reducing the speed of the reactants from the
도12는 혼합된 원료가 촉매 연소 반응기 내부의 각 장치를 지날 때의 난류강도를 비교하기 위해 도시한 도면이다. 도12를 참조하면, 제1 비교 실시예에서의 난류 강도는 메쉬 레이어에서 주로 집중되며, 이후 모노리스 촉매의 전면부에서도 층류 흐름이 아닌 난류 형성이 되어지는 것을 확인할 수 있다. 제2 비교 실시예의 경우 라인 혼합기(100)에서 메쉬 레이어에서 난류 강도가 증가했다가 모노리스 촉매에 균일하게 원료가 공급되어졌다. 그리고, 본 발명의 따른 촉매 연소 반응기의 경우, 라인 혼합기(100)에서 난류 강도가 증가했고, 특히 가스 혼합기(200)에서도 난류 강도가 증가하여 메쉬 레이어 및 모노리스 촉매의 전면부에 원료가 균일하게 공급되어, 모노리스 채널에 일정한 층류 흐름이 생성되었다.12 is a diagram for comparing the intensity of turbulence when mixed raw materials pass through each device inside the catalytic combustion reactor. Referring to FIG. 12, it can be seen that the intensity of turbulence in Comparative Example 1 is mainly concentrated in the mesh layer, and then turbulent flow, not laminar flow, is also formed in the front part of the monolithic catalyst. In the case of the second comparative example, the intensity of turbulence increased in the mesh layer in the
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.The above description of the present invention is for illustrative purposes, and those skilled in the art can understand that it can be easily modified into other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. will be. Therefore, the embodiments described above should be understood as illustrative in all respects and not limiting. For example, each component described as a single type may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present invention is indicated by the following claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
11: 투입구
13: 본체
15: 배출구
100: 라인 혼합기
200: 가스 혼합기
300: 제1 메쉬 레이어
400: 모노리스 촉매
500: 제2 메쉬 레이어11: inlet
13: body
15: outlet
100: line mixer
200: gas mixer
300: first mesh layer
400: monolith catalyst
500: second mesh layer
Claims (11)
가스 상태의 반응물질이 투입되는 투입구 상에 형성되어, 다양한 조성 물질을 가지는 상기 반응물질을 혼합하여 상기 촉매 연소 반응기의 내부로 반응물질을 통과시키는 라인 혼합기와,
상기 라인 혼합기를 통과한 반응물질의 유로를 재분배하는 가스 혼합기와,
상기 가스 혼합기를 통과한 반응물질의 연소를 촉진하는 모노리스 촉매와,
상기 모노리스 촉매의 전단과 후단에 배치되어, 상기 반응물질의 유로에 난류를 형성시키는 메쉬 레이어를 포함하되,
상기 라인 혼합기가 배치되는 상기 투입구의 구경은 상기 촉매 및 메쉬 레이어가 배치되는 상기 촉매 연소 반응기의 본체의 직경보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 유동성이 개선된 촉매 연소 반응기.
In the catalytic combustion reactor with improved fluidity,
A line mixer formed on an inlet into which gaseous reactants are introduced, mixing the reactants having various composition materials and passing the reactants into the catalytic combustion reactor;
A gas mixer for redistributing a flow path of the reactants passing through the line mixer;
A monolithic catalyst that promotes combustion of reactants passing through the gas mixer;
A mesh layer disposed at the front and rear ends of the monolith catalyst to form a turbulent flow in the flow path of the reactant,
The catalytic combustion reactor with improved fluidity, characterized in that the diameter of the inlet in which the line mixer is disposed is smaller than the diameter of the main body of the catalytic combustion reactor in which the catalyst and the mesh layer are disposed.
상기 라인 혼합기는,
상기 반응물질이 유입되는 상기 투입구 측을 향해 배치되는 유입 영역과,
상기 가스 혼합기 측을 향해 상기 유입된 반응물질을 배출하는 배출 영역을 포함하되,
상기 유입 영역은, 상기 반응물질이 유입되는 상기 투입구 측을 향해 배치되는 일면에 복수개의 유입 홀들이 소정의 간격 거리로 이격되어 상기 라인 혼합기의 둘레를 따라 원형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유동성이 개선된 촉매 연소 반응기.
According to claim 1,
The line mixer,
An inlet region disposed toward the inlet through which the reactant is introduced;
Including a discharge area for discharging the introduced reactant toward the gas mixer side,
The inlet region has improved fluidity, characterized in that a plurality of inlet holes are formed in a circular shape along the circumference of the line mixer with a plurality of inlet holes spaced apart at a predetermined interval on one side disposed toward the inlet into which the reactant is introduced. catalytic combustion reactor.
상기 배출 영역은,
상기 일면으로부터 상기 배출 영역의 가장자리까지의 높이보다, 상기 일면으로부터 상기 배출 영역의 중심 부분까지의 높이가 더 낮도록 단차가 형성되며,
상기 가장자리와 상기 중심 부분의 단차에 의해 형성되는 상기 가장자리의 내측면에, 복수개의 배출 홀들의 소정의 간격 거리로 이격되어 형성되는 것을 특징으로 하는 유동성이 개선된 촉매 연소 반응기.
According to claim 2,
The discharge area is
A step is formed such that a height from the one surface to a central portion of the discharge area is lower than a height from the one surface to an edge of the discharge area,
A catalytic combustion reactor with improved fluidity, characterized in that a plurality of discharge holes are formed at a predetermined interval on the inner surface of the edge formed by the step difference between the edge and the central portion.
상기 라인 혼합기는,
상기 유입 홀과 상기 배출 홀 사이를 연결함에 따라 상기 유입 홀을 통해 유입되는 반응물질의 통로를 형성하는 연결 통로를 더 포함하되,
상기 연결 통로의 각도는 최소 45° 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유동성이 개선된 촉매 연소 반응기.
According to claim 3,
The line mixer,
Further comprising a connection passage forming a passage for a reactant flowing through the inlet hole as it connects between the inlet hole and the outlet hole,
Catalytic combustion reactor with improved fluidity, characterized in that the angle of the connection passage is formed at least 45 ° or more.
상기 배출 홀의 크기는 상기 촉매 연소 반응기의 본체의 직경의 8 % 내지 10 %의 크기로 형성되는 것을 특징으로 하는 유동성이 개선된 촉매 연소 반응기.
According to claim 3,
The catalytic combustion reactor with improved fluidity, characterized in that the size of the discharge hole is formed to a size of 8% to 10% of the diameter of the body of the catalytic combustion reactor.
상기 가스 혼합기는,
외관은 원기둥 형태로 형성되고, 내관은 양단으로부터 중앙부로 갈수록 직경 크기가 작아지는 형태로 형성되며,
상기 가스 혼합기는,
상기 중앙부에 유입되는 반응물질을 강제적으로 혼합하기 위하여, 축 회전하는 제1 타입 믹서와,
상기 제1 타입 믹서의 축을 형성하며, 외부의 회전 기어와 연결되어 상기 제1 타입 믹서를 회전시키는 회전 축을 포함하는 것을 특징으로 하는 유동성이 개선된 촉매 연소 반응기.
According to claim 1,
The gas mixer,
The exterior is formed in a cylindrical shape, and the inner tube is formed in a shape in which the diameter size decreases from both ends to the center,
The gas mixer,
A first-type mixer that rotates on an axis to forcibly mix the reactants flowing into the central portion;
A catalytic combustion reactor with improved fluidity, characterized in that it comprises a rotational shaft forming a shaft of the first-type mixer and connected to an external rotational gear to rotate the first-type mixer.
상기 제1 타입 믹서는,
리본 믹서(ribbon mixer) 또는 패들 믹서(paddle mixer)이며,
150 내지 200 RPM의 속도로 회전하는 것을 특징으로 하는 유동성이 개선된 촉매 연소 반응기.
According to claim 6,
The first type mixer,
A ribbon mixer or a paddle mixer,
A catalytic combustion reactor with improved fluidity, characterized in that it rotates at a speed of 150 to 200 RPM.
상기 가스 혼합기는,
원기둥 형태로 형성되고,
중앙부에 유입되는 반응물질을 강제적으로 혼합하기 위하여, 축 회전하는 제2 타입 믹서와,
상기 제2 타입 믹서의 축을 형성하며, 외부의 회전 기어와 연결되어 상기 제2 타입 믹서를 회전시키는 회전 축과,
상기 제2 타입 믹서 및 상기 회전 축과 결합되어, 상기 제2 타입 믹서가 상기 회전 축에 의한 회전과 별도로 자체 회전 운동이 가능하도록 동력을 전달하는 보조 믹서를 포함하는 것을 특징으로 하는 유동성이 개선된 촉매 연소 반응기.
According to claim 1,
The gas mixer,
formed in the shape of a cylinder,
In order to forcibly mix the reactants flowing into the central part, a second type mixer that rotates on an axis;
A rotation shaft forming a shaft of the second type mixer and connected to an external rotation gear to rotate the second type mixer;
The fluidity is improved, characterized in that it comprises an auxiliary mixer coupled to the second type mixer and the rotational shaft to transmit power so that the second type mixer can rotate itself independently of rotation by the rotational shaft. Catalytic Combustion Reactor.
상기 제2 타입 믹서는,
100 내지 500 RPM의 속도로 회전하며,
상기 보조 믹서는,
회전 날개로 형성되는 것을 특징으로 하는 유동성이 개선된 촉매 연소 반응기.
According to claim 8,
The second type mixer,
Rotating at a speed of 100 to 500 RPM,
The auxiliary mixer,
A catalytic combustion reactor with improved fluidity, characterized in that it is formed as a rotary blade.
상기 가스 혼합기는,
전면에 소정의 간격으로 이격 형성되는 타공 홀들을 포함하는 타공판으로 형성되며,
상기 타공 홀들 중 중앙에 형성되는 중앙 타공 홀은 다른 타공 홀들의 크기와 상이하게 형성되는 것을 특징으로 하는 유동성이 개선된 촉매 연소 반응기.
According to claim 1,
The gas mixer,
It is formed of a perforated plate including perforated holes spaced apart at predetermined intervals on the front surface,
A catalytic combustion reactor with improved fluidity, characterized in that the central perforated hole formed in the center of the perforated holes is formed differently from the size of the other perforated holes.
상기 메쉬 레이어는,
50 내지 200 개의 메쉬 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 유동성이 개선된 촉매 연소 반응기.
According to claim 1,
The mesh layer,
A catalytic combustion reactor with improved fluidity, characterized in that 50 to 200 mesh holes are formed.
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