KR20230094523A - A metallic monolith catalytic reactor with open/closed-type low-power high-frequency induction heating - Google Patents

A metallic monolith catalytic reactor with open/closed-type low-power high-frequency induction heating Download PDF

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Abstract

본 발명은 유도가열 코일과 금속 모노리스 촉매 반응기와의 설치 및 분리가 용이할 뿐만 아니라 하나 이상의 반응기를 동시에 가열할 수 있는 개폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 반응기에 관한 것으로, 본 발명 실시예에 의한 개폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 반응기는 내부에 구비되는 촉매가 코팅된 금속지지체에서 직접 열이 발생됨으로써 촉매로의 열전달 효율이 높아 운전온도에 빨리 도달하여 초기 운전시간이 단축되고, 반응기 내 균일한 온도구배를 유지함에 따라 에너지 절감 및 수소생산 효율을 극대화할 수 있다.The present invention relates to a low-power, high-frequency induction heating metal monolithic catalytic reactor that is easy to install and separate from an induction heating coil and a metal monolithic catalytic reactor, and can simultaneously heat one or more reactors. In the low-power, high-frequency induction heating metal monolith catalytic reactor, heat is generated directly from the catalyst-coated metal support provided therein, so the heat transfer efficiency to the catalyst is high, and the operating temperature is reached quickly, reducing the initial operation time and uniform temperature in the reactor. By maintaining the gradient, energy savings and hydrogen production efficiency can be maximized.

Description

개폐형 저전력 고주파 유도가열이 적용된 금속 모노리스 촉매 반응기{A METALLIC MONOLITH CATALYTIC REACTOR WITH OPEN/CLOSED-TYPE LOW-POWER HIGH-FREQUENCY INDUCTION HEATING}Metal monolith catalytic reactor with open/closed low-power, high-frequency induction heating

본 발명은 개폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 반응기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유도가열 코일과 금속 모노리스 촉매 반응기와의 체결 및 분리가 용이할 뿐만 아니라 하나 이상의 반응기를 동시에 가열할 수 있는 개폐형 저전력 고주파 유도가열이 적용된 금속 모노리스 촉매 반응기에 관한 것이다.The present invention relates to a closed-type low-power, high-frequency induction heating metal monolithic catalytic reactor, and more particularly, to a closed-type, low-power, high-frequency, open-and-closed, low-power, high-frequency catalytic reactor capable of simultaneously heating one or more reactors as well as being easy to connect and separate an induction heating coil and a metal monolithic catalytic reactor. It relates to a metal monolith catalytic reactor applied with induction heating.

수소에너지는 가용 매장량이 한정적인 화석연료를 대체할 수 있는 재생 가능한 미래 청정에너지원이다. 최근, 화석연료 사용에 의한 기후변화 및 환경오염으로 인해 이를 대체할 수 있는 차세대 친환경 에너지원으로 수소에너지에 대한 관심이 높아지고 수소산업으로의 진입을 위한 발걸음이 빨라지고 있다.Hydrogen energy is a renewable future clean energy source that can replace fossil fuels with limited available reserves. Recently, due to climate change and environmental pollution caused by the use of fossil fuels, interest in hydrogen energy as a next-generation eco-friendly energy source that can replace it is increasing and steps to enter the hydrogen industry are accelerating.

종래 수소는 암모니아, 메탄올 등 기초 화학원료, 환원용 가스 등에 주로 사용되었으나, 최근 온실가스 감축 및 환경규제가 강화됨에 따라 수소연료전지차, 수소연료전지발전 등 수소산업이 점차 확대됨에 따라 수소의 수요량이 급속히 증가되고 있다. 일반적으로 수소는 석유화학 공정에서 발생하는 부생수소, 탄화수소 또는 암모니아 개질방식을 통한 수소생산, 그리고 재생에너지를 이용한 수전해 수소생산을 통해 얻어진다. 이들 중 액화천연가스(LNG, LPG), 도시가스, 석유계 탄화수소 등을 이용한 탄화수소 개질방식이 가장 일반적으로 사용되고 있으며, 특히 천연가스 수증기 개질에 의한 수소생산이 가장 저렴한 방식으로 전 세계적으로 널리 사용되고 있다.Conventionally, hydrogen was mainly used for basic chemical raw materials such as ammonia and methanol, and reducing gas. However, as the hydrogen industry such as hydrogen fuel cell vehicles and hydrogen fuel cell power generation gradually expands as greenhouse gas reduction and environmental regulations are strengthened, the demand for hydrogen is increasing. is increasing rapidly. In general, hydrogen is obtained through by-product hydrogen generated in a petrochemical process, hydrogen production through hydrocarbon or ammonia reforming, and water electrolysis hydrogen production using renewable energy. Among them, the hydrocarbon reforming method using liquefied natural gas (LNG, LPG), city gas, petroleum hydrocarbon, etc. is the most commonly used, and in particular, hydrogen production by steam reforming of natural gas is the cheapest method and is widely used worldwide. .

수증기 개질(Steam Reforming, SR)은 높은 흡열반응(Endothermic reaction)으로 인해 고온에서 개질촉매(Reforming catalyst)를 이용하여 수소를 생산하는 방식이다. 일반적인 천연가스 수증기 개질반응은 온도가 700도에서 850도, 압력은 상압에서 40기압, 그리고 공간속도(Space velocity)는 3,000 내지 6,000 hr-1에서 주로 이루어진다. 수증기 개질반응은 반응 평형상태(Equilibrium state)에 도달하는 속도가 매우 느리고 강력한 흡열반응이기 때문에 외부로부터 많은 에너지 또는 열을 공급해주어야 한다. Steam reforming (SR) is a method of producing hydrogen using a reforming catalyst at high temperatures due to a high endothermic reaction. A typical natural gas steam reforming reaction is performed at a temperature of 700 degrees to 850 degrees, a pressure of 40 atmospheres at atmospheric pressure, and a space velocity of 3,000 to 6,000 hr -1 . Since the steam reforming reaction is a very slow and powerful endothermic reaction reaching an equilibrium state, a lot of energy or heat must be supplied from the outside.

일반적인 천연가스 기반 수소생산 시스템(10)을 도 1을 참조로 설명하면, 수증기 개질 반응기(12) 내에 세라믹 개질촉매(22)가 불규칙적으로 충진된 관형 튜브(21)를 사용하고 있으며, 버너(Burner)를 통한 간접 가열방식으로 관형 튜브(21) 내부의 촉매 반응온도를 약 800도로 유지해야 한다. 이때 관형 튜브(21) 내부 중심으로 갈수록 외부로부터 공급된 열이 원활하게 전달되지 않아 관형 튜브(21) 내부에서 발생되는 온도구배(Temperature gradient)(23)가 크게 발생한다. 이로 인해 관형 튜브(21) 외부로부터 약 1,000도 이상의 보다 높은 온도로 가열해야 관형 튜브(21) 내부의 촉매온도를 약 800도로 일정하게 유지가 가능하다. 이러한 특성으로 수증기 개질반응 정상상태(Steady state)까지 도달하기 위해 초기 운전시간이 많이 소요되고 과량의 에너지 투입 및 열 손실이 발생하는 등 여러 가지 문제점들을 포함하고 있다.Referring to a general natural gas-based hydrogen production system 10 with reference to FIG. 1, a tubular tube 21 irregularly filled with a ceramic reforming catalyst 22 is used in a steam reforming reactor 12, and a burner (Burner ), the catalytic reaction temperature inside the tubular tube 21 should be maintained at about 800 degrees by an indirect heating method. At this time, as the heat supplied from the outside is not smoothly transferred toward the inner center of the tubular tube 21, a temperature gradient 23 generated inside the tubular tube 21 is greatly generated. For this reason, it is necessary to heat the tubular tube 21 to a higher temperature of about 1,000 degrees or more from the outside so that the catalyst temperature inside the tubular tube 21 can be constantly maintained at about 800 degrees. Due to these characteristics, a lot of initial operation time is required to reach the steam reforming reaction steady state, and there are various problems such as excessive energy input and heat loss.

또한 수증기 개질 반응기 내부에는 여러 가지 형상(30)의 다공성 세라믹 개질촉매(22)가 불규칙적으로 충진된 관형 튜브(21)가 장착되어 있으며, 열전달 효율 향상을 위해 많은 개수의 값 비싼 관형 튜브(21)를 사용하여 자본비용(Capital cost)과 운전비용(Operating cost)이 많이 들어가는 단점을 가진다. 따라서 이러한 수증기 개질 반응기(12)를 보다 경제성이 있는 시스템으로 개발하고자 하는 연구가 진행되고 있다.In addition, tubular tubes 21 irregularly filled with porous ceramic reforming catalysts 22 of various shapes 30 are installed inside the steam reforming reactor, and a large number of expensive tubular tubes 21 are installed to improve heat transfer efficiency. It has the disadvantage of requiring a lot of capital cost and operating cost. Therefore, research is being conducted to develop the steam reforming reactor 12 into a more economical system.

한국등록특허 제10-1941626호(고주파 유도가열을 이용한 수소생산용 개질 반응 장치)Korean Patent Registration No. 10-1941626 (Reforming reactor for hydrogen production using high frequency induction heating) 한국등록특허 제10-2063414호(탄화수소 개질용 전이 금속 촉매를 이용한 인덕션 가열 방식의 탄화수소 개질기)Korean Patent Registration No. 10-2063414 (Hydrocarbon reformer of induction heating method using transition metal catalyst for hydrocarbon reforming)

이에 본 발명은 상기와 같은 제반사항을 고려하여 제안된 것으로, 본 발명은 저전력 고주파 출력 전원이 인가된 유도가열기로부터 유도된 와전류로 인해 발생된 줄(Joule)열이 촉매가 코팅된 금속 모노리스를 통해 일정하고 균일하게 전달되어 반응기 내부에서 온도구배가 없이 촉매에 직접 가열될 수 있도록 하는 개폐형 저전력 고주파 유도가열이 적용된 금속 모노리스 촉매 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention has been proposed in consideration of the above-mentioned matters, and the present invention is a metal monolith coated with a catalyst, Joule heat generated due to eddy current induced from an induction heater to which low-power high-frequency output power is applied. An object of the present invention is to provide a metal monolithic catalytic reactor to which open-and-closed low-power, high-frequency induction heating is applied so that the catalyst can be directly heated without a temperature gradient inside the reactor by constant and uniform delivery through the reactor.

또한 유도가열 코일과 금속 모노리스 촉매 반응기와의 체결 및 분리가 용이할 뿐만 아니라 하나 이상의 반응기를 동시에 가열할 수 있는 개폐형 저전력 고주파 유도가열이 적용된 금속 모노리스 촉매 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.Another object of the present invention is to provide a metal monolithic catalyst reactor to which open-and-close type, low-power, high-frequency induction heating is applied, in which fastening and separation between an induction heating coil and a metal monolithic catalyst reactor are easy, and one or more reactors can be simultaneously heated.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 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. will be.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 개폐형 저전력 고주파 유도가열이 적용된 금속 모노리스 촉매 반응기는 금속 재질로 이루어지는 반응기 본체부, 일측은 개방되며, 상기 반응기 본체부를 둘러싸 저전력 고주파 유도가열을 발생시키는 개폐형 유도가열 코일부, 반응가스가 관통하며 금속 표면에 개질촉매가 코팅된 하나 이상의 관통공이 형성되어 있으며, 상기 반응기 본체부 내측과 접촉하도록 구비되어 상기 반응기 본체부로부터 상기 개폐형 유도가열 코일부에 의해 발생하는 열을 전달받으며, 외측부터 중심부까지 금속 재질로 이루어져 상기 유도가열 코일부에 의해 상기 외측부터 중심부까지 연속적으로 고주파 유도가열이 발생되도록 하는 금속지지체를 포함한다.In order to achieve the above object, a metal monolithic catalytic reactor to which open-and-close type low-power high-frequency induction heating is applied according to a preferred embodiment of the present invention has a reactor main body made of a metal material, one side is open, and low-power high-frequency induction heating surrounds the reactor main body. An open/closed induction heating coil unit generating a reaction gas through which one or more through-holes coated with a reforming catalyst are formed on a metal surface, and provided to contact the inside of the reactor main body, so that the open/closed induction heating coil part can be moved from the reactor main body. It receives heat generated by a part and includes a metal support made of a metal material from the outside to the center so that high frequency induction heating is continuously generated from the outside to the center by the induction heating coil part.

여기서 상기 개폐형 유도가열 코일부의 개방된 측에는 단열부가 구비된다.Here, a heat insulation unit is provided on the open side of the open-and-close type induction heating coil unit.

그리고 상기 개폐형 유도가열 코일부는 복수로 구비되며, 상기 복수의 개폐형 유도가열 코일부는 각각의 개폐형 유도가열 코일부 개방된 측이 서로 마주보는 형태로 상기 반응기 본체부를 둘러싼다.And the open-and-close induction heating coil unit is provided in plurality, and the plurality of open-and-close type induction heating coil units surrounds the reactor main body in a form in which open sides of each of the open-and-close type induction heating coil units face each other.

그리고 상기 금속지지체 표면의 개질촉매는 저온 개질촉매가 코팅된다.And the reforming catalyst on the surface of the metal support is coated with a low-temperature reforming catalyst.

다음으로 상기 금속지지체는 오스테나이트계, 페라이트계 및 마르텐사이트계 중 어느 하나의 결정구조를 가지는 스테인리스 스틸(Stainless steel)이다.Next, the metal support is stainless steel having a crystal structure of any one of austenitic, ferritic and martensitic.

본 발명 실시예에 의한 개폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 반응기는 내부에 구비되는 개질촉매가 코팅된 금속지지체에서 직접 열이 발생됨으로써 촉매로의 열전달 효율이 높아 운전온도에 빨리 도달하여 초기 운전시간이 단축되고, 반응기 내 균일한 온도구배를 유지함에 따라 에너지 절감 및 수소생산 효율을 극대화할 수 있다.The open-and-closed low-power, high-frequency induction heating metal monolith catalytic reactor according to an embodiment of the present invention generates heat directly from the metal support coated with the reforming catalyst provided therein, so the heat transfer efficiency to the catalyst is high, so the operating temperature is reached quickly and the initial operation time is shortened. By shortening the temperature and maintaining a uniform temperature gradient in the reactor, energy saving and hydrogen production efficiency can be maximized.

또한, 개폐형 유도가열 코일로 촉매 반응기의 설치 및 교체가 용이하고 다수의 촉매 반응기를 동시에 가열할 수 있으며, 저전력 고주파 유도가열로 고온 조건을 유지하여 높은 에너지 효율로 경제적인 수소생산을 할 수 있다.In addition, it is easy to install and replace catalytic reactors with an open-and-closed induction heating coil, and multiple catalytic reactors can be heated simultaneously, and high-temperature conditions can be maintained through low-power, high-frequency induction heating, enabling economical hydrogen production with high energy efficiency.

또한, 다수의 촉매 반응기을 사용하여 효율적 공간 활용으로 소형화 및 콤팩트화가 가능한 효과가 있다.In addition, there is an effect capable of miniaturization and compaction through efficient space utilization by using a plurality of catalytic reactors.

도 1은 일반적인 천연가스 기반 수소생산 시스템의 참조도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밀폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 반응기의 사시도이다.
도 3 본 발명의 다른 실시예에 따른 개폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 반응기의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 개폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 반응기의 개폐 모습을 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 개폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 다중관 반응기의 사시도이다.1 is a reference diagram of a general natural gas-based hydrogen production system.
2 is a perspective view of a closed low-power, high-frequency induction heating metal monolith catalytic reactor according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view of a closed-type low-power, high-frequency induction heating metal monolith catalytic reactor according to another embodiment of the present invention.
4 is a perspective view showing the opening and closing of a closed-type low-power, high-frequency induction heating metal monolithic catalytic reactor according to another embodiment of the present invention.
5 is a perspective view of a closed-type low-power, high-frequency induction heating metal monolith catalytic multi-tubular reactor according to another embodiment of the present invention.

본 발명에 따른 실시예에 대하여 구체적으로 설명하기 전에, 본 발명은 이하의 상세한 설명 또는 첨부 도면에 도시된 구성에 한정되지 않으며 다양한 방식으로 사용되거나 수행될 수 있다. Before describing the embodiments according to the present invention in detail, the present invention is not limited to the configurations shown in the following detailed description or accompanying drawings and can be used or carried out in various ways.

또한, 본 명세서에 사용되는 표현이나 용어는, 단지 설명을 위한 것이며, 한정을 위한 것으로 간주되어서는 안 된다는 것을 알아야 한다. Also, it should be understood that the expressions or terminology used herein are for descriptive purposes only and should not be regarded as limiting.

즉, 본 명세서에 사용되는, "장착된", "설치된", "접속된", "연결된", "지지된", "결합된" 등의 표현은, 다른 것을 나타내는 것으로 지시하거나 한정하고 있지 않은 한, 직접적인 그리고 간접적인 장착, 설치, 접속, 연결, 지지, 및 결합을 모두 포함하는 광범위한 표현으로 사용되고 있다. "접속된", "연결된", "결합된"이라고 하는 표현은, 물리적인 또는 기계적인 접속, 연결 또는 결합에 한정되지 않는다.That is, expressions such as "mounted", "installed", "connected", "connected", "supported", "coupled", etc., used herein, do not indicate or limit to indicate something else. However, it is used as a broad expression that includes both direct and indirect mounting, installation, connection, connection, support, and coupling. The expressions "connected", "connected", and "coupled" are not limited to physical or mechanical connections, connections, or couplings.

그리고 본 명세서에서, 상부, 하부, 하향, 상향, 후방, 바닥, 전방, 후부 등과 같이 방향을 나타내는 용어는 도면을 설명하기 위해 사용되고 있지만, 이러한 용어는, 편의를 위해 도면에 대해 상대적인 방향(정상적으로 봤을 때)을 나타내는 것이다. 이러한 방향을 나타내는 용어는, 어떠한 형태로든 본 발명을 그 문자대로 한정하거나 제한하는 것으로 받아들여져서는 안 된다. And in this specification, terms indicating directions such as top, bottom, downward, upward, rear, bottom, front, rear, etc. are used to describe the drawings, but these terms are relative to the drawings for convenience (normally viewed). when) is indicated. These directional terms are not to be taken as literally limiting or limiting the invention in any way.

또한, 본 명세서에서 사용되는 "제1", "제2", "제3" 등의 용어는, 단지 설명을 위한 것이며, 상대적인 중요도를 의미하는 것으로 고려되어서는 안 된다. In addition, terms such as "first", "second", and "third" used in this specification are only for description and should not be considered as meaning relative importance.

이하에서는 본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조로 하여 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 밀폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 반응기(300)(이하 "밀폐형 촉매 반응기"로 칭한다.) 구조도이다.2 is a structural diagram of a hermetic low-power, high-frequency induction heating metal monolith catalytic reactor 300 (hereinafter referred to as “enclosed catalytic reactor”) according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 밀폐형 촉매 반응기(300)는, 반응기 본체부(310), 금속지지체(332) 및 유도가열 코일부(320)를 포함한다.Referring to FIG. 2 , the closed catalytic reactor 300 according to the present embodiment includes a reactor main body 310 , a metal support 332 and an induction heating coil 320 .

먼저 반응기 본체부(310)은 금속(Metal)을 사용하는 것이 바람직하며, 조건에 따라 세라믹(Ceramic), 석영(Quartz), 유리(Glass) 등의 사용도 가능하다. First, it is preferable to use metal for the reactor main body 310, and depending on conditions, ceramic, quartz, glass, or the like can be used.

그리고 금속지지체(332)는 관통공 내부를 유동하는 수증기 및 탄화수소 개질반응 또는 암모니아 분해반응에 의하여 수소가 생산된다. And, in the metal support 332, hydrogen is produced by a hydrocarbon reforming reaction or ammonia decomposition reaction and steam flowing through the through hole.

이를 위해 금속지지체(332) 표면에는 개질반응을 효과적으로 활성화하기 위한 개질촉매(334)가 코팅된다.To this end, the surface of the metal support 332 is coated with a reforming catalyst 334 to effectively activate the reforming reaction.

*개질촉매(334)는 저온 개질촉매인 것이 바람직하며, 촉매 분말, 분산제, 결합제 등을 포함하는 촉매 슬러리를 코팅한 후 분당 5도 승온을 통해 150도 내지 250도 내에서 2시간 내지 6시간 건조하여 저온 개질촉매가 금속지지체(332) 표면에 형성되도록 할 수 있다.*The reforming catalyst 334 is preferably a low-temperature reforming catalyst, and after coating a catalyst slurry containing catalyst powder, dispersant, binder, etc., drying at 150 to 250 degrees for 2 to 6 hours through a temperature increase of 5 degrees per minute Thus, a low-temperature reforming catalyst may be formed on the surface of the metal support 332 .

그리고 개질촉매(334)는 계층구조의 저온 개질촉매를 금속지지체(332) 표면에 얇게 코팅하여 줌으로써 비표면적 증대와 물질전달 능력이 향상된 서로 다른 크기의 이종 기공을 가지는 저온 개질촉매에 의해 저온에서도 높은 활성을 나타낼 수 있다.In addition, the reforming catalyst 334 is a low-temperature reforming catalyst having heterogeneous pores of different sizes with improved specific surface area increase and mass transfer ability by thinly coating the surface of the metal support 332 with a hierarchical low-temperature reforming catalyst. activity can be shown.

다음으로는 금속지지체(332)는 상부에서 하부로 또는 하부에서 상부로 반응가스, 수증기 등이 원활하게 관통할 수 있도록 허니컴(Honeycomb), 콜게이트(Corrugate), 플레이트(Plate) 형태의 금속지지체(332)로 이루어지는 것이 바람직하다.Next, the metal support 332 is a metal support in the form of honeycomb, corrugate, or plate so that reaction gas, water vapor, etc. can smoothly pass from the top to the bottom or from the bottom to the top ( 332).

그리고 금속지지체(332)는 오스테나이트계, 페라이트계 및 마르텐사이트계 중 어느 하나의 결정구조를 가지는 스테인리스 스틸(Stainless steel)인 것이 바람직하다.Further, the metal support 332 is preferably stainless steel having a crystal structure of any one of austenite, ferrite and martensite.

이는 상기와 같은 결정구조를 가지고 있으면 열전달이 우수하고, 개질촉매(334) 코팅 시 부착 성능이 우수하기 때문이다. 그리고 다른 금속 재질에 비해 생산단가가 저렴하며 금속지지체(332) 가공이 용이하기 때문이다.This is because, having the above crystal structure, heat transfer is excellent and adhesion performance is excellent when the reforming catalyst 334 is coated. This is because the manufacturing cost is low compared to other metal materials and the metal support 332 is easy to process.

또한 금속지지체(332)가 내측에 구비될 수 있도록 내부에 공간부를 구비하는 원형, 사각형 등의 중공 형상으로 구성된다.In addition, it is composed of a hollow shape such as a circle or a square having a space inside so that the metal support 332 can be provided inside.

그리고 반응기 본체부(310) 내측에는 금속지지체(332)가 슬라이딩 삽입 및 안착할 수 있는 슬라이딩 홈(도시하지 않음) 및 안착부(도시하지 않음)가 구비될 수 있다.Also, a sliding groove (not shown) and a seating portion (not shown) into which the metal support 332 can be slidably inserted and seated may be provided inside the reactor main body 310 .

그러나 사용자의 선택에 따라서는 반응기 본체부(310)와 금속지지체(332)를 일체형으로 형성할 수 있다. 이와 같이 일체형으로 형성되면 전체가 열전달이 우수한 금속 재질 일체형으로 이루어지기 때문에 열전달 효과가 더욱 향상될 수 있다. However, depending on the user's choice, the reactor main body 310 and the metal support 332 may be integrally formed. When formed in one piece as described above, the heat transfer effect can be further improved because the whole is made of a metal material having excellent heat transfer.

그리고 반응기 본체부(310)와 금속지지체(332)의 형상은 도 2에 도시된 바와 같이 원형(A) 또는 사각(B) 등 사용자가 자유롭게 실시 가능하며 높이 방향을 따라 직경이나 형상이 달라지도록 구성하여 줄 수 있다.In addition, the shape of the reactor main body 310 and the metal support 332 can be freely implemented by the user such as circular (A) or square (B), as shown in FIG. 2, and configured to vary in diameter or shape along the height direction. can give it

다음으로, 유도가열 코일부(320)는, 스프링 형태로 반응기 본체부(310)의 외측을 둘러싸며 교류 전원이 인가되면 반응기 본체부(310) 및 금속지지체(332)에 저전력 고주파 유도가열이 발생되도록 한다.Next, the induction heating coil unit 320 surrounds the outside of the reactor body unit 310 in the form of a spring, and when AC power is applied, low-power high-frequency induction heating occurs in the reactor body unit 310 and the metal support 332. Let it be.

도 3, 4는 본 발명의 실시예에 따른 개폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 반응기(400)(이하 "개폐형 촉매 반응기"로 칭한다.) 구조도이다.3 and 4 are structural diagrams of a closed-type low-power, high-frequency induction heating metal monolith catalytic reactor 400 (hereinafter referred to as "closed-type catalytic reactor") according to an embodiment of the present invention.

밀폐형 유도가열 코일부(320)는, 반응기 본체부(310)의 외측을 둘러싸는 형태이지만 도 3에 도시된 바와 같이 일부가 개방되거나 두개로 분리되는 개폐형 유도가열 코일부(426) 형태로 이루어진다.The closed induction heating coil unit 320 is formed in the form of an open/closed induction heating coil unit 426 that surrounds the outside of the reactor body unit 310 but is partially opened or separated into two as shown in FIG. 3 .

사용자의 선택에 따라서는 두개로 분리되는 개폐형 유도가열 코일부(426)를 힌지를 통하여 상호 회동 분리 또는 결합되도록 구성하여 줄 수 있다.Depending on the user's choice, the open-and-close type induction heating coil unit 426 that is separated into two may be configured to be mutually rotated and separated or coupled through a hinge.

이와 같은 구성을 가지는 경우 유도가열 코일부(320)는 띠 형태의 코일이 원을 그리며 감긴 원판 형태로 이루어지는 것이 바림직하다.In the case of having such a configuration, it is preferable that the induction heating coil unit 320 has a disc shape in which a strip-shaped coil is wound in a circle.

따라서 사용자는 유도가열 코일부(320)의 개폐형 유도가열 코일부(426)를 통해 반응기 본체부(310)를 유도가열 코일부(320) 내측으로 삽입하는 것이 가능하다.Therefore, it is possible for the user to insert the reactor main body 310 into the induction heating coil 320 through the open/close type induction heating coil 426 of the induction heating coil 320 .

그리고 도 4를 참조하면 개폐형 촉매 반응기(400)가 소형으로 이루어지거나 좁은 공간에 구축되어도 사용자는 용이하게 반응기 본체부(310)를 개폐형 유도가열 코일부(426)를 통해 용이하게 인출입할 수 있어 설치 및 유지보수 편의성을 얻을 수 있는 우수한 효과가 있다.And, referring to FIG. 4, even if the open/close type catalytic reactor 400 is small or built in a narrow space, the user can easily withdraw and insert the reactor main body 310 through the open/close type induction heating coil part 426. There is an excellent effect of obtaining convenience in installation and maintenance.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 개폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 다중관 반응기의 사시도이다.5 is a perspective view of a closed-type low-power, high-frequency induction heating metal monolith catalytic multi-tube reactor according to an embodiment of the present invention.

개폐형 유도가열 코일부(426)에는 단열부(500)가 구비된다.The insulator 500 is provided in the open-and-close type induction heating coil unit 426 .

단열부는 반응기 본체부(310)를 개폐형 유도가열 코일부(426)가 둘러싼 이후 유도가열 시 발생된 열이 개폐형 유도가열 코일부(426)를 통해 외부로 나가지 않도록 구비되며 사용자의 선택에 따라 다양한 재질로 실시할 수 있다.After the reactor body 310 is surrounded by the open/close type induction heating coil 426, the heat insulator is provided so that the heat generated during induction heating does not escape to the outside through the open/close type induction heating coil 426, and is made of various materials according to the user's selection. can be carried out with

또는 사용자의 선택에 따라서는 도 5의 (B)에 도시된 바와 같이 유도가열 코일의 개방부(426)를 복수로 구비하여 복수의 개폐형 유도가열 코일부(426)는 각각의 개폐형 유도가열 코일부(426)의 개방측이 서로 마주보는 형태로 반응기 본체부(310)를 둘러싸는 형태로 구비하여 줄 수 있다.Alternatively, according to the user's selection, as shown in (B) of FIG. 5, a plurality of openings 426 of the induction heating coil are provided so that the plurality of open/closed induction heating coil units 426 are each of the open/closed induction heating coil units. The open side of 426 may be provided in a form surrounding the reactor main body 310 in a form facing each other.

이와 같은 형태로 구비되는 경우 단열부(500)의 구성이 필요하지 않으면서 여러 개의 반응기 본체부(310)를 둘러싸 저전력 고주파 유도가열을 발생시킴으로써 여러 개의 반응기 본체부(310)를 사용하는 경우에도 많은 공간을 차지하지 않아 공간 이용 효율을 극대화하여 집적화, 소형화 및 콤팩트화 하는 우수한 효과가 있다.When provided in such a form, the structure of the heat insulating part 500 is not required, and by surrounding several reactor main parts 310 to generate low-power high-frequency induction heating, even when using several reactor main parts 310, many reactor main parts 310 are used. It does not take up space and maximizes the efficiency of space utilization, so there is an excellent effect of integration, miniaturization and compaction.

또는 사용자의 선택에 따라서는 도 5의 (C)에 도시된 바와 같이 중심부에 복수의 개폐형 유도가열 코일부(426)를 방사형으로 구비하여 주며 각각에 반응기 본체부(310)가 구비되는 형태로 실시하여 줄 수 있다.Alternatively, depending on the user's choice, as shown in (C) of FIG. 5, a plurality of open-and-close type induction heating coil units 426 are radially provided in the center, and each reactor body unit 310 is provided. can give it

이와 같이 구성되는 경우 단열부(500)를 제거하여 줌으로써 개폐형 유도가열 코일부(426)가 개방되어 손쉽게 각각의 반응기 본체부(310)를 인출입할 수 있는 효과가 있다.In the case of this configuration, by removing the heat insulation portion 500, the open/closed induction heating coil unit 426 is opened, and thus each reactor body portion 310 can be easily drawn in and out.

사용자의 선택에 따라서 유도가열 코일의 개폐형 유도가열 코일부(426)는 반응기 본체부(310)와의 간격을 조절할 수 있는 간격 조절부를 구비하거나 반응기 본체부(310)를 따라 회전 또는 상하로 이동 가능한 형태로 실시하여 줄 수도 있다.Depending on the user's selection, the induction heating coil part 426 of the induction heating coil has a space adjusting part capable of adjusting the distance from the reactor body part 310 or can be rotated or moved up and down along the reactor body part 310. It can also be implemented with

이와 같은 개폐형 촉매 반응기(400)에서의 상기 반응가스 및 수증기 등의 내부 유동에 대하여 설명하면, 상기 반응가스인 수증기 및 탄화수소와 암모니아 등은 개폐형 촉매 반응기(400) 상부에 마련되는 가스 인입관을 통해서 상하부가 서로 연결된 복수의 관통 유로 형상의 금속지지체(332) 내부로 인입된다.Referring to the internal flow of the reaction gas and water vapor in the closed-type catalytic reactor 400, the reaction gases such as water vapor, hydrocarbons, and ammonia pass through a gas inlet pipe provided at the top of the closed-type catalytic reactor 400. The upper and lower portions are introduced into the metal support 332 having a plurality of through-flow passages connected to each other.

상기 복수의 관통 유로 형상의 금속지지체(332)는 외측부터 내측까지 열전달 및 고주파 유도가열을 통한 직접 열 생산 효율을 향상시키기 위하여 연속적으로 동일 재질의 금속으로 이루어지는 일체형으로 이루어지는 것이 바람직하다.It is preferable that the plurality of through-channel-shaped metal supports 332 are continuously made of metal of the same material in order to improve direct heat production efficiency through heat transfer and high-frequency induction heating from the outside to the inside.

이후 상기 반응가스 및 수증기 등은 상기 관통 유로를 통과하며 상기 관통 유로 표면에 코팅된 개질촉매와 접촉하고 열을 전달받아 개질반응 및 분해반응을 통해 수소를 생산하게 된다.Thereafter, the reaction gas and water vapor pass through the through passage, contact the reforming catalyst coated on the surface of the through passage, receive heat, and produce hydrogen through reforming and decomposition reactions.

본 발명의 실시예에서는 수소생산 개폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 반응기로 설명하였지만 이에 한정되지 않고 사용자의 선택에 따라 자유롭게 실시가 가능하다.In the embodiment of the present invention, a low-power, high-frequency induction heating metal monolith catalytic reactor for hydrogen production is described, but it is not limited thereto and can be freely implemented according to the user's choice.

본 발명에 따른 개폐형 촉매 반응기(400)는 이와 같은 구성을 통해 필요한 금속 모노리스 코팅촉매만 선택적으로 가열이 가능하여 유도 코일의 양을 줄일 수 있으며 저전력으로 높은 에너지 효율을 가질 수 있는 효과가 있다.The open-closed catalytic reactor 400 according to the present invention can selectively heat only the necessary metal monolith-coated catalyst through such a configuration, thereby reducing the amount of induction coils and having high energy efficiency with low power consumption.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 다양한 변화와 변경 및 균등물을 사용할 수 있다. 본 발명은 상기 실시예를 적절히 변형하여 동일하게 응용할 수 있음이 명확하다. 따라서 상기 기재 내용은 하기 특허청구범위의 한계에 의해 정해지는 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.Although preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention can use various changes, modifications, and equivalents. It is clear that the present invention can be equally applied by appropriately modifying the above embodiment. Therefore, the above description does not limit the scope of the present invention, which is defined by the limits of the following claims.

300: 밀폐형 고주파 유도가열 촉매 반응기 310: 본체부
320: 유도가열 코일부 332: 금속지지체 334: 개질촉매
400: 개폐형 고주파 유도가열 촉매 반응기
426: 개폐형 유도가열 코일부 500: 단열부 300: sealed high-frequency induction heating catalytic reactor 310: main body
320: induction heating coil unit 332: metal support 334: reforming catalyst
400: open-and-closed high-frequency induction heating catalytic reactor
426: open and close induction heating coil unit 500: insulation unit

Claims (5)

금속 재질로 이루어지는 반응기 본체부(310);
일측은 개방되며, 상기 반응기 본체부(310)를 둘러싸 저전력 고주파 유도가열을 발생시키는 개폐형 유도가열 코일부(426);
반응가스가 관통하며 금속 표면에 개질촉매가 코팅된 하나 이상의 관통공(334)이 형성되어 있으며, 상기 반응기 본체부(310) 내측과 접촉하도록 구비되어 상기 반응기 본체부(310)로부터 상기 개폐형 유도가열 코일부(426)에 의해 발생하는 전류를 전달받으며, 외측부터 중심부까지 금속 재질로 이루어져 상기 개폐형 유도가열 코일부(426)에 의해 상기 외측부터 중심부까지 연속적으로 고주파 유도가열이 발생되도록 하는 금속지지체(332);를 포함하는, 개폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 반응기.Reactor body portion 310 made of a metal material;
One side is open, the open-and-close type induction heating coil unit 426 for generating low-power high-frequency induction heating by surrounding the reactor body portion 310;
One or more through-holes 334 through which the reaction gas penetrates and coated with a reforming catalyst are formed on a metal surface, and are provided to contact the inside of the reactor body 310 to heat the open/close type induction heating from the reactor body 310 A metal support that receives current generated by the coil part 426 and is made of a metal material from the outside to the center so that high-frequency induction heating is continuously generated from the outside to the center by the open-and-close type induction heating coil part 426 ( 332); a closed-type low-power, high-frequency induction heating metal monolith catalytic reactor comprising a. 제 1항에 있어서,
상기 개폐형 유도가열 코일부(426)의 개방된 측에는 단열부(500)가 구비되는, 개폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 반응기.According to claim 1,
The open side of the open-closed induction heating coil unit 426 is provided with a thermal insulation portion 500, a closed-type low-power high-frequency induction heating metal monolith catalytic reactor. 제 1항에 있어서,
상기 개폐형 유도가열 코일부(426)는 복수로 구비되며, 상기 복수의 개폐형 유도가열 코일부(426)는 각각의 개폐형 유도가열 코일부(426)의 개방된 측이 서로 마주보는 형태로 상기 반응기 본체부(310)를 둘러싸는, 개폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 반응기.According to claim 1,
The open-and-close type induction heating coil unit 426 is provided in plurality, and the plurality of open-and-close type induction heating coil units 426 have open sides of each open-and-close type induction heating coil unit 426 facing each other in the reactor body. Enclosing section 310, a closed type low power high frequency induction heating metal monolith catalytic reactor. 제 1항에 있어서,
상기 금속지지체(332) 표면의 개질촉매(334)로는 저온 개질촉매(334)가 코팅된, 개폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 반응기.According to claim 1,
A low-temperature reforming catalyst 334 is coated as the reforming catalyst 334 on the surface of the metal support 332. 제 1항에 있어서,
상기 금속지지체(332)는 오스테나이트계, 페라이트계 및 마르텐사이트계 중 어느 하나의 결정구조를 가지는 스테인리스 스틸(Stainless steel)인, 개폐형 저전력 고주파 유도가열 금속 모노리스 촉매 반응기.According to claim 1,
The metal support 332 is stainless steel having any one of austenitic, ferritic and martensitic crystal structures.
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