KR20230153591A - 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기에 관한 것으로서 특히, PrOx 반응기의 냉각부와 촉매부가 구분되도록 하여 일체형 반응기에서 발생되는 누수 등으로 인한 촉매 손상 등을 예방할 수 있도록 하는 가운데 촉매 교체 등이 용이하게 이루어질 수 있는 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기에 관한 것이다.
Description
본 발명은 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기에 관한 것으로서 특히, PrOx 반응기의 냉각부와 촉매부가 구분되도록 하여 반응기에서 발생되는 누수로 인한 촉매 손상을 예방할 수 있도록 하는 가운데 촉매 교체가 용이하게 이루어질 수 있는 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기에 관한 것이다.
일반적으로 LNG, LPG, 휘발유와 같은 탄화수소계 연료를 연료전지에 필요한 고농도 수소로 전환시키기 위한 방안으로 연료전지 개질기가 사용되며, 수소공급 인프라 구축전 수소를 생산, 공급할 수 있는 최선의 방법으로 인하여 필요성이 높다.
연료전지 개질기는 탈황기, 개질반응기, CO변성기 및 CO제거기로 구비되어 있고, 이중 CO제거기(Preferential Oxidation Reactor)는 CO를 산소와 촉매반응을 수행하여 수ppm 이하 수준으로 CO를 제거하는 것으로 스택의 양극 촉매인 Pt의 CO로 인한 피독현상을 방지할 수 있다.
CO제거기는 촉매반응이 원활하게 진행되기 위해서 CO를 산소와 촉매반응(발열반응)하는 부분에서 별도의 열교환을 통한 촉매층의 온도관리(적정온도유지-냉각)가 이루어져 된다.
이러한 열교환 기술은 통상 반응기 내부 또는 외부에 냉각관을 설치하거나, Fan을 사용하여 반응기 벽면을 냉각시키는 방법 또는 촉매층 내부에 열교환용 냉각라인(코일 형태 등)을 설치하여 촉매층의 온도를 균일하게 유지되도록 하였으나, 열교환이 이루어지는 부분과 촉매가 거의 일체형 구조로 구비됨으로써, 잘못된 온도제어에 따른 촉매 손상, 열교환부 누수가 발생되는 문제점이 있었고, 이러한 문제점으로 인하여 반응기 전체의 교체에 따른 번거로움과 시간 및 비용이 추가적으로 됨에 따라 운영에 어려움이 있었다.
본 발명은 반응기에서 발생되는 누수 등으로 인한 촉매 손상 등을 예방할 수 있도록 냉각부와 촉매부가 구분되도록 하는 가운데 촉매 손상이 발생되었을 경우, 교체가 용이하게 이루어질 수 있도록 하는 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
촉매부(200)가 감싸여지도록 구비된 냉각부(100); 및
상기 냉각부(100)에 탈착 가능하게 결합된 것으로, 내부에 촉매가 장입된 상기 촉매부(200)가 포함되도록 구분됨으로써, 누수 등으로 인한 촉매 손상 등을 예방할 수 있도록 하여 손상된 촉매의 교체가 용이하게 이루어질 수 있도록 구성된다.
따라서 본 발명은 사용과정에서 누수로 인한 촉매의 손상을 원천적으로 방지하고, 잘못된 온도관리로 인한 촉매 손상시 신속한 교체가 이루어질 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 교체 후 촉매부가 냉각부로부터 분리되는 것을 방지할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 냉각부의 냉각수 순환이 촉매부와 근접된 표면을 통과하면서 열교환이 이루어지도록 하고, 열교환이 이루어진 냉각수가 배출되는 과정에서 열교환이 이루어지고 있는 냉각수와 재열교환이 이루어지도록 함으로써, 열교환율 즉, 냉각효율을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
한편, 가스가 촉매부를 경유하는 과정에서 차압부에 의하여 접촉시간이 증가될 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이로 인해 미반응 영역이 없이 균일한 반응이 이루어질 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도1은 본 발명에 따른 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기를 도시한 사시도.
도2는 본 발명에 따른 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기를 분리하여 도시한 사시도.
도3은 본 발명에 따른 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기에 있어 냉각부만을 분리하여 도시한 사시도.
도4는 본 발명에 따른 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기에 있어 냉각부의 일부를 절개하여 내,외부를 도시한 사시도.
도5는 본 발명에 따른 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기에 있어 냉각부의 유로를 전개하여 도시한 사시도.
도2는 본 발명에 따른 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기를 분리하여 도시한 사시도.
도3은 본 발명에 따른 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기에 있어 냉각부만을 분리하여 도시한 사시도.
도4는 본 발명에 따른 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기에 있어 냉각부의 일부를 절개하여 내,외부를 도시한 사시도.
도5는 본 발명에 따른 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기에 있어 냉각부의 유로를 전개하여 도시한 사시도.
이하, 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고, 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 실시 예들은 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있으며, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서, "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.
우선, 본 발명은 냉각부(100), 촉매부(200) 중 어느 하나의 구성을 포함하여 구성될 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들을 첨부된 도면을 참고하여 더욱 상세히 설명한다.
도1 및 도2를 참조하면,
도1은 본 발명에 따른 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기를 도시한 사시도이고, 도2는 본 발명에 따른 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기를 분리하여 도시한 사시도이다.
일 실시예에 따른 본 발명의 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기는 냉각부(100) 및 촉매부(200)가 포함되도록 구비된 것으로, 냉각부(100)의 내부로 촉매부(200)가 감싸여지도록 구비된다.
여기에서, 상기 냉각부(100)는 촉매부(200)가 용이하게 교환 가능하도록 일측면이 오픈된 형태를 가지며, 냉각수가 3면의 내부에서 3면의 외부를 향하여 이동되는 가운데 촉매부(200)에서 발생되는 열과 열교환이 원활하게 이루어질 수 있도록 구비된다.
이를 위해, 상기 냉각부(100)와 촉매부(200)는 금속성 재질로 구비하되, 상이한 재질을 갖도록 구비하여 열전도 및 내구성이 안정되게 유지되도록 구비되어 있다. 이때 지속적으로 냉각수가 지나는 부분에 대해서는 열전도가 좋지 않은 금속인 스테인레스를 사용하여 냉각 특성이 오랫동안 유지되도록 하는 것이 바람직하고, 상기 촉매부(200)의 재질은 구리 등의 열전도가 높은 금속을 사용하여 촉매의 반응열에 대한 빠른 냉각 특성이 유지될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 촉매부(200)는 촉매의 안정적인 온도관리, 유지 및 효율적인 촉매의 사용을 위해 삽입된 촉매의 전체반응이 일어나도록 하는 가운데 이를 통해 온도를 유지시켜 촉매의 활성을 극대화할 수 있도록 구비된다.
이를 위해, 상기 촉매부(200)는 냉각부(100)에 의하여 감싸여지게 구비되어 있고, 상기 냉각부(100)에 탈착 가능하게 결합되어 있다. 이러한 상기 촉매부(200)는 내부에 촉매(230)가 장입될 수 있게 구비된다.
상기 촉매부(200)는 열교환율을 높일 수 있도록 하기 위한 방안으로 카트리지 몸체(210)의 상하부에 각각 열방출부(240)가 구비되어 있고, 상기 열방출부(240)는 넓은 단면을 갖기 위한 단면확장부(241)가 포함되도록 구비된다.
이러한 상기 단면확장부(241)는 일정 간격을 갖는 격자형태로 구비된 엠보싱으로 이루어지도록 함으로써, 접촉면적의 확대로 인해 그 만큼의 열교환율을 높일 수 있게 된다.
본 발명에서는 열교환율을 높이기 위한 방안으로 단면확장부(241)가 엠보싱 즉, 상부를 향하여 반구형태로 돌출되도록 하였으나, 이러한 형태 이외에 주름형태를 갖도록 할 수 있다. 이러한 경우, 엠보싱형태로 돌출된 단면확장부(241)와 동일한 효과를 얻을 수 있게 된다.
한편, 상기 중공 냉각 몸체(110)는 양측에 언록킹부(140)를 갖는 엔드 플레이트(150)가 구비되어 내부로 삽입된 촉매부(200)가 유동되거나 역방향으로 분리되는 것을 방지할 수 있게 구비된다.
이러한 상기 언록킹부(140)는 암나사부(141)를 갖는 스프링 삽입홈(142)에 스프링(143)이 삽입되도록 구비되어 있고, 상기 스프링(143)에 탄성력을 받도록 언록킹볼(144)이 구비된다.
상기 언록킹볼(144)은 스프링 삽입홈(142)으로부터 이탈되는 것을 방지하는 가운데 일정 부분이 노출되도록 노출홀(145-1)이 구비된 볼캡(145)에 의하여 안정되게 지지되거나, 분리되는 것을 방지할 수 있게 구비되어 있다. 이때, 상기 볼캡(145)은 숫나사부(145-2)가 구비되어 상기 암나사부(141)에 나사결합됨에 따라 스프링(143)의 탄성력에 의하여 록킹볼(144)이 항상 노출 또는 돌출된 상태가 유지됨에 따라 후술하는 촉매 카트리지 몸체(210)에 형성된 위치 고정홈(213)에 삽입되어 고정된 상태가 유지될 수 있게 된다. 이를 통해 촉매 카트리지 몸체(210)가 별도의 볼트 또는 나사를 이용하지 않고 유동되거나 분리되는 것을 방지할 수 있게 된다.
도3 내지 도5를 참조하면,
도3은 본 발명에 따른 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기에 있어 냉각부만을 분리하여 도시한 사시도이고, 도4는 본 발명에 따른 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기에 있어 냉각부의 일부를 절개하여 내,외부를 도시한 사시도이고, 도5는 본 발명에 따른 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기에 있어 냉각부의 유로를 전개하여 도시한 사시도이다.
본 발명의 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기의 냉각부(100)는 중공 냉각 몸체(110), 이너 냉각 유로부(120) 및 아우터 냉각 유로부(130)가 포함되도록 구비된다.
상기 중공 냉각 몸체(110)는 촉매부(200)와의 열교환율을 높일 수 있도록 하기 위한 방안으로 상기 촉매부(200)가 감싸여질 수 있도록 하는 가운데 교환이 용이하게 이루어질 수 있도록 구비된다.
상기 중공 냉각 몸체(110)는 속이 비어 있는 찬넬형태를 갖도록 구비되어 있고, 상기 이너 냉각 유로부(120)가 중공 냉각 몸체(110)의 내부로 격벽(121)에 의하여 내측으로 위치되도록 구비되어 있고, 상기 이너 냉각 유로부(120)로 냉각수가 공급되도록 하기 위한 냉각수 유입 포트(122)가 구비됨으로써, 외부로부터 공급된 냉각수를 이용하여 열교환이 신속하게 이루어질 수 있게 된다.
이를 위해, 상기 이너 냉각 유로부(120)는 중공 냉각 몸체(110)와 격벽(121) 사이에 이너 냉각 유로 가이드(123)가 지그재그 형태로 반복 배열되도록 구비된다.
상기 아우터 냉각 유로부(130)는 격벽(121)에 의하여 외측으로 위치되게 구비된 것으로, 냉각수 배출 포트(131)가 구비됨으로써, 이너 냉각 유로부(120)를 경유하면서 열교환을 통해 온도가 상승된 냉각수가 아우터 냉각 유로부(130)를 경유하면서 다시 재열교환이 이루어지도록 하여 열교환율을 더 높일 수 있게 되며, 열교환이 이루어진 냉각수가 냉각수 배출 포트(131)를 통해 외부로 배출된 후 냉각시킨 상태에서 다시 공급될 수 있게 된다.
이를 위해, 상기 아우터 냉각 유로부(130)는 중공 냉각 몸체(110)와 격벽(121) 사이에 아우터 냉각 유로 가이드(132)가 지그재그형태로 반복 배열되게 구비되는 가운데 상기 이너 냉각 유로 가이드(123)의 최종 단부측으로 위치된 격벽(121)에 냉각 유로홀(124)이 구비됨으로써, 냉각수가 이너 냉각 유로부(120)에서 아우터 냉각 유로부(130)로 흐를 수 있게 된다.
또한, 상기 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기의 촉매부(200)를 이루는 촉매 카트리지 몸체(210)의 양측에는 반구형태를 갖는 위치 고정홈(213)이 구비됨으로써, 상기 언록킹부(140)의 언록킹볼(144)이 스프링(143)의 탄성력에 의하여 삽입된 상태가 유지됨에 따라 유동과 역방향으로 분리되는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 촉매부(200)의 교환은 외부에서 촉매 카트리지 몸체(210)를 잡아 당김과 동시에 잡아 당기는 힘이 스프링(143)의 탄성력 보다 크게 되면 언록킹볼(144)이 스프링(143)을 압축시키면서 스프링 삽입홈(142)의 내부로 인입됨으로써, 구속력이 해제됨으로써, 촉매 카트리지 몸체(210)가 분리된 후 새로운 촉매 카트리지 몸체(210)를 단순하게 끼워 맞추는 것으로 교환이 이루어지게 된다.
다음, 촉매 카트리지 몸체(210)의 삽입이 마무리됨과 동시에 스프링 삽입홈(142)에 삽입된 언록킹볼(144)이 인출되어 위치 고정홈(213)에 삽입됨과 동시에 고정된다.
이상에서 본 발명은 도면에 도시된 바를 바탕으로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시 예 및 도면에 한정되는 것은 아니다.
100:냉각부 110:중공 냉각 몸체
120:이너 냉각 유로부 121:격벽
122:냉각수 유입 포트 123:이너 냉각 유로 가이드
124:냉각 유로홀 130:아우터 냉각 유로부
131:냉각수 배출 포트 132:아우터 냉각 유로 가이드
140:언록킹부 141:암나사부
142:스프링 삽입홈 143:스프링
144:언록킹볼 145:볼캡
145-1:노출홀 145-2:숫나사부
150:엔드 플레이트 200:촉매부
210:촉매 카트리지 몸체 211:가스 유입 포트
212:가스 배출 포트 240:열방출부
241:단면확장부
120:이너 냉각 유로부 121:격벽
122:냉각수 유입 포트 123:이너 냉각 유로 가이드
124:냉각 유로홀 130:아우터 냉각 유로부
131:냉각수 배출 포트 132:아우터 냉각 유로 가이드
140:언록킹부 141:암나사부
142:스프링 삽입홈 143:스프링
144:언록킹볼 145:볼캡
145-1:노출홀 145-2:숫나사부
150:엔드 플레이트 200:촉매부
210:촉매 카트리지 몸체 211:가스 유입 포트
212:가스 배출 포트 240:열방출부
241:단면확장부
Claims (4)
- 촉매부(200)가 감싸여지도록 구비된 냉각부(100); 및
상기 냉각부(100)에 탈착 가능하게 결합된 것으로, 내부에 촉매가 장입된 상기 촉매부(200)가 포함됨을 특징으로 하는 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기.
- 제1항에 있어서,
상기 냉각부(100)는
촉매부(200)가 감싸여지는 찬넬형태를 갖는 중공 냉각 몸체(110)와;
상기 중공 냉각 몸체(110)의 내부로 격벽(121)에 의하여 내측으로 위치되게 구비된 냉각수 유입 포트(122)를 갖는 이너 냉각 유로부(120)와;
상기 격벽(121)에 의하여 외측으로 위치되게 구비된 냉각수 배출 포트(131)를 갖는 아우터 냉각 유로부(130)가 포함됨을 특징으로 하는 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기.
- 제2항에 있어서,
상기 이너 냉각 유로부(120)는
중공 냉각 몸체(110)와 격벽(121) 사이에 이너 냉각 유로 가이드(123)가 지그재그 형태로 반복 배열되게 구비되고,
상기 아우터 냉각 유로부(130)는
중공 냉각 몸체(110)와 격벽(121) 사이에 아우터 냉각 유로 가이드(132)가 지그재그형태로 반복 배열되게 구비되고,
상기 이너 냉각 유로 가이드(123)의 최종 단부측으로 위치된 격벽(121)에 냉각 유로홀(124)이 구비되어 냉각수가 이너 냉각 유로부(120)에서 아우터 냉각 유로부(130)로 흐르도록 구비됨을 특징으로 하는 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기.
- 제2항에 있어서,
상기 중공 냉각 몸체(110)는
양측에 언록킹부(140)를 갖는 엔드 플레이트(150)가 구비되되,
상기 언록킹부(140)는
암나사부(141)를 갖는 스프링 삽입홈(142)과;
상기 스프링 삽입홈(142)에 삽입된 스프링(143)과;
상기 스프링(143)에 탄성력을 받도록 구비된 언록킹볼(144); 및
상기 언록킹볼(144)이 스프링 삽입홈(142)으로부터 이탈되는 것을 방지하는 가운데 일정 부분이 노출되도록 노출홀(145-1)이 구비되며,
상기 암나사부(141)에 나사결합되는 숫나사부(145-2)를 갖는 볼캡(145)이 포함됨을 특징으로 하는 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220053186A KR102690635B1 (ko) | 2022-04-29 | 2022-04-29 | 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220053186A KR102690635B1 (ko) | 2022-04-29 | 2022-04-29 | 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230153591A true KR20230153591A (ko) | 2023-11-07 |
| KR102690635B1 KR102690635B1 (ko) | 2024-08-05 |
Family
ID=88747347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220053186A KR102690635B1 (ko) | 2022-04-29 | 2022-04-29 | 촉매 카트리지 삽입형 PrOx 반응기 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102690635B1 (ko) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190093052A (ko) | 2018-01-31 | 2019-08-08 | 엘지전자 주식회사 | 내부 열교환 구조를 갖는 선택적 산화반응기 및 이를 이용한 연료전지 시스템 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08116960A (ja) * | 1994-10-26 | 1996-05-14 | Kajima Corp | 光合成微生物を用いたリアクターの冷却 ならびに温度調節の方式 |
| KR101050263B1 (ko) * | 2009-08-20 | 2011-07-19 | 주식회사 효성 | 연료전지용 프록스반응기 |
| JP6387585B2 (ja) * | 2013-02-28 | 2018-09-12 | 株式会社Ihi | リアクタ |
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-
2022
- 2022-04-29 KR KR1020220053186A patent/KR102690635B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102690635B1 (ko) | 2024-08-05 |
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