KR102603025B1 - Multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction - Google Patents
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Abstract
극저온 수소 액화용 다채널 열교환기는 복수의 채널 구획 벽에 의해 형성되는 복수의 채널을 구비하는 하우징, 상기 하우징의 상단에 체결되며 수소와 촉매 입자가 투입되는 입구를 구비하는 상부 헤더, 그리고 상기 복수의 채널 구획 벽 위에 배치되어 상기 투입된 촉매 입자를 분산하여 상기 복수의 채널로 장입되도록 작용하는 촉매 입자 가이드 부재를 포함한다.A multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction includes a housing having a plurality of channels formed by a plurality of channel partition walls, an upper header fastened to the top of the housing and having an inlet through which hydrogen and catalyst particles are introduced, and the plurality of It includes a catalyst particle guide member disposed on the channel partition wall and serving to disperse the introduced catalyst particles and charge them into the plurality of channels.
Description
본 발명은 극저온 상태에서 수소의 액화를 위한 열교환기에 관한 것이며, 보다 상세하게는 오르소-파라 수소 변환을 위한 촉매가 장입되는 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기에 관한 것이다.The present invention relates to a heat exchanger for liquefying hydrogen at cryogenic conditions, and more specifically, to a multi-channel heat exchanger for liquefying hydrogen at cryogenic temperatures in which a catalyst for ortho-para hydrogen conversion is charged.
수소는 다른 형태의 에너지로 쉽게 전환될 수 있으며 주요 부산물이 열과 물로 이산화탄소의 배출이 없기 때문에 지속 가능한 청정연료로 각광받고 있다. 수소의 활용을 위해서는 수소의 저장 및 운송 체계가 필요하다.Hydrogen can be easily converted to other forms of energy, and its main by-products are heat and water, and it does not emit carbon dioxide, so it is attracting attention as a sustainable clean fuel. In order to utilize hydrogen, a hydrogen storage and transportation system is required.
수소는 기체, 액체, 고체, 물질 변환 형태로 저장될 수 있으며 이 중 액체 형태로 저장하는 방식이 에너지 밀도가 가장 높고 수소의 부피를 1/800 수준으로 감소시킬 수 있어 대용량의 수소 저장을 가능하게 한다. 수소 액화 플랜트는 극저온 팽창기, 극저온 열교환기, 수소 액화용 콜드박스, 극저온 밸브 등 장비를 필요로 하며, 이중 수소 액화용 극저온 열교환기는 극저온에 이용하는 기존 열교환기에 비해 고려해야 할 사항들이 많다. 두 개의 원자로 이루어지는 수소는 각 원자핵의 회전(spin) 방향에 따라 두 원자핵의 회전 방향이 같은 오르소(ortho)-수소와 회전 방향이 다른 파라(para)-수소로 존재하고 온도에 따라 오르소-수소와 파라-수소의 비율이 달라진다. 상온 및 고온 영역에서는 오르소-수소와 파라-수소가 3:1로 존재하고 수소 액화 온도인 20K 부근에서는 파라-수소의 비율이 99% 이상으로 증가한다.Hydrogen can be stored in gas, liquid, solid, and material conversion forms. Among these, storage in liquid form has the highest energy density and can reduce the volume of hydrogen to 1/800, making large-capacity hydrogen storage possible. do. A hydrogen liquefaction plant requires equipment such as a cryogenic expander, a cryogenic heat exchanger, a cold box for hydrogen liquefaction, and a cryogenic valve. Of these, the cryogenic heat exchanger for hydrogen liquefaction has more considerations than the existing heat exchanger used at cryogenic temperatures. Hydrogen, which is composed of two atoms, exists as ortho-hydrogen in which the two nuclei spin in the same direction, and as para-hydrogen in a different spin direction, depending on the spin direction of each atomic nucleus. Depending on the temperature, hydrogen exists as ortho-hydrogen in the same spin direction. The ratio of hydrogen and para-hydrogen changes. In room temperature and high temperature areas, ortho-hydrogen and para-hydrogen exist in a 3:1 ratio, and around 20K, the liquefaction temperature of hydrogen, the ratio of para-hydrogen increases to over 99%.
오르소-파라 변환 반응은 자연적으로는 매우 느린 반응이기 때문에 단순히 열교환을 통해 온도만 빨리 낮추면 파라-수소의 비율이 거의 변하지 않는다. 극저온 평형상태에서는 오르소-수소가 파라-수소로 변환되나 변환 과정에서 방출되는 변환열이 증발 잠열보다 커서 액화된 수소가 증발되는 문제가 있다. 이를 해결하기 위해 수소 온도를 낮추는 과정 중 촉매를 사용하여 오르소-파라 변환의 과정이 필요하다. 오르소-파라 변환을 위한 변환기와 열교환을 위한 열교환기를 각각 설치하여 변환과 냉각 과정을 수차례 반복적으로 이루어져야 하기 때문에, 냉각을 위한 저온 열원을 효율적으로 이용하면서 안정적인 오르소-파라 변환이 이루어질 수 있는 시스템이 요구된다. 특히 가루 형태의 촉매를 다채널 구조를 갖는 열교환기에 장입할 시 채널 간 불균일한 촉매 장입 분포가 생길 수 있으며 이에 의해 안정적인 오르소-파라 변환이 이루어지지 않는 문제가 생긴다.Since the ortho-para conversion reaction is naturally a very slow reaction, simply lowering the temperature quickly through heat exchange barely changes the ratio of para-hydrogen. In cryogenic equilibrium, ortho-hydrogen is converted to para-hydrogen, but there is a problem in that the conversion heat released during the conversion process is greater than the latent heat of evaporation, so the liquefied hydrogen evaporates. To solve this problem, the process of ortho-para conversion using a catalyst is necessary during the process of lowering the hydrogen temperature. Since the conversion and cooling process must be repeated several times by installing a converter for ortho-para conversion and a heat exchanger for heat exchange, a stable ortho-para conversion can be achieved while efficiently using a low-temperature heat source for cooling. A system is required. In particular, when powdered catalyst is charged into a heat exchanger with a multi-channel structure, uneven distribution of the catalyst charge between channels may occur, resulting in the problem that stable ortho-para conversion is not achieved.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 안정적인 오르소-파라 변환이 이루어질 수 있도록 오르소-파라 변환을 위한 촉매가 장입된 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기를 제공하는 것이다. 특히 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 다채널 구조의 열교환기에서 각 채널 간 균일한 촉매 장입이 이루어지는 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기를 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction loaded with a catalyst for ortho-para conversion so that stable ortho-para conversion can be achieved. In particular, another problem to be solved by the present invention is to provide a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction in which catalyst is uniformly charged between each channel in a heat exchanger with a multi-channel structure.
본 발명의 실시예에 따른 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기는 복수의 채널 구획 벽에 의해 형성되는 복수의 채널을 구비하는 하우징, 상기 하우징의 상단에 체결되며 수소와 촉매 입자가 투입되는 입구를 구비하는 상부 헤더, 그리고 상기 복수의 채널 구획 벽 위에 배치되어 상기 투입된 촉매 입자를 분산하여 상기 복수의 채널로 장입되도록 작용하는 촉매 입자 가이드 부재를 포함한다.A multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction according to an embodiment of the present invention includes a housing having a plurality of channels formed by a plurality of channel partition walls, a housing fastened to the top of the housing, and an inlet through which hydrogen and catalyst particles are introduced. It includes an upper header, and a catalyst particle guide member disposed on the plurality of channel partition walls to disperse the introduced catalyst particles and charge them into the plurality of channels.
상기 촉매 입자 가이드 부재는 상기 촉매 입자가 통과할 수 있는 다수의 통공을 구비하는 메쉬 부재일 수 있다.The catalyst particle guide member may be a mesh member having a plurality of holes through which the catalyst particles can pass.
상기 메쉬 부재는 복수로 구비될 수 있고, 상기 복수의 메쉬 부재는 상기 복수의 채널 구획 벽 위에서 상하방향으로 서로에 대해 이격되도록 배치될 수 있다.The mesh members may be provided in plurality, and the plurality of mesh members may be arranged to be spaced apart from each other in the vertical direction on the plurality of channel partition walls.
상기 하우징은 상기 메쉬 부재를 진동시킬 수 있도록 진동 가능하도록 구성될 수 있다.The housing may be configured to be vibrable so as to vibrate the mesh member.
상기 메쉬 부재는 중심부의 단위 면적당 통공의 개수가 주변부의 단위 면적당 통공의 개수보다 작도록 구성될 수 있다.The mesh member may be configured such that the number of through holes per unit area in the central portion is smaller than the number of through holes per unit area in the peripheral portion.
상기 회전 가이드 부재는 상기 촉매 입자를 통과시킬 수 있는 다수의 통공을 구비하는 메쉬 부재일 수 있다. 다채널 열교환기는 상기 메쉬 부재를 진동시킬 수 있도록 구성되는 진동 부재를 더 포함할 수 있다.The rotation guide member may be a mesh member having a plurality of holes through which the catalyst particles can pass. The multi-channel heat exchanger may further include a vibration member configured to vibrate the mesh member.
상기 진동 부재는 전원 인가에 의해 진동하는 역압전 소자를 포함할 수 있다.The vibration member may include an inverse piezoelectric element that vibrates when power is applied.
상기 촉매 입자 가이드 부재는 상기 촉매 입자가 통과할 수 있는 복수의 촉매 가이드 홀을 구비하며 상기 복수의 채널 구획 벽 위에 이동 가능하게 설치될 수 있다.The catalyst particle guide member has a plurality of catalyst guide holes through which the catalyst particles can pass and may be movably installed on the plurality of channel partition walls.
상기 촉매 입자 가이드 부재는 이동에 의해 상기 채널 구획 벽 및 상기 채널에 대한 상대 위치가 변경되어 상기 촉매 입자가 상기 채널로 낙하하는 것을 제한하거나 허용하도록 구성될 수 있다.The catalyst particle guide member may be configured to change its relative position with respect to the channel partition wall and the channel by movement to restrict or allow the catalyst particles to fall into the channel.
상기 촉매 입자 가이드 부재는 상기 하우징의 외부에서 이동하는 자석에 의해 작용하는 자력에 의해 이동 가능하도록 구성될 수 있다.The catalyst particle guide member may be configured to be movable by magnetic force applied by a magnet moving outside the housing.
상기 촉매 입자 가이드 부재는 상기 채널 구획 벽의 상단에 연결되어 상기 투입된 촉매 입자가 상기 채널로 장입되도록 안내하는 격벽 형태를 가질 수 있다.The catalyst particle guide member may be connected to an upper end of the channel partition wall and may have a partition shape that guides the introduced catalyst particles into the channel.
상기 촉매 입자 가이드 부재는 상기 촉매 입자에 회전 운동을 부여할 수 있도록 구성되는 회전 가이드 부재일 수 있다.The catalyst particle guide member may be a rotation guide member configured to provide rotational motion to the catalyst particles.
상기 회전 가이드 부재는 상기 촉매 입자에 회전 운동을 부여하기 위한 헬리코일 형태의 회전 가이드를 포함할 수 있다.The rotation guide member may include a helicoil-type rotation guide for providing rotational motion to the catalyst particles.
상기 회전 가이드 부재는 상기 촉매 입자에 회전 운동을 부여하기 위한 회전 가이드를 내주면에 구비하는 관형 부재일 수 있다. 나아가, 상기 관형 부재의 하단부는 하방향으로 상대적으로 더 돌출된 돌출부, 그리고 상기 돌출부보다 상대적으로 덜 돌출되는 함몰부를 포함할 수 있다.The rotation guide member may be a tubular member having a rotation guide on its inner circumferential surface for providing rotational movement to the catalyst particles. Furthermore, the lower end of the tubular member may include a protrusion that protrudes relatively more downward and a depression that protrudes relatively less than the protrusion.
상기 돌출부와 상기 함몰부는 각각 복수로 구비될 수 있고, 상기 돌출부와 상기 함몰부는 상기 관형 부재의 원주방향을 따라 교대로 배열될 수 있다.The protrusions and the depressions may each be provided in plurality, and the protrusions and the depressions may be alternately arranged along the circumferential direction of the tubular member.
본 발명의 다른 실시예에 따른 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기는 상기 하우징의 하단에 결합되는 하부 헤더, 그리고 상기 하부 헤더의 상단에 배치되는 메쉬 지지 부재를 더 포함할 수 있다.A multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction according to another embodiment of the present invention may further include a lower header coupled to the bottom of the housing, and a mesh support member disposed on the top of the lower header.
본 발명에 의하면, 열교환기의 채널 구획 벽 위에 촉매의 유입을 가이드하는 촉매 입자 가이드 부재를 배치함으로써, 촉매 입자가 복수의 채널로 균일하게 장입될 수 있다.According to the present invention, catalyst particles can be uniformly charged into a plurality of channels by disposing a catalyst particle guide member that guides the inflow of the catalyst on the channel partition wall of the heat exchanger.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 열교환기에 촉매를 장입하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 4는 도 3의 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기의 촉매 가이드 부재의 평면도이다.
도 5는 도 3의 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기에서 촉매 가이드 부재가 촉매 장입 위치로 이동된 상태를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기의 촉매 가이드 부재의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 또 따른 실시예에 따른 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기를 개략적으로 보여주는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기를 개략적으로 보여주는 단면도이다.Figure 1 is a cross-sectional view schematically showing a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing the process of charging a catalyst into the heat exchanger of Figure 1.
Figure 3 is a cross-sectional view schematically showing a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a plan view of the catalyst guide member of the multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction of FIG. 3.
Figure 5 is a diagram showing a state in which the catalyst guide member has been moved to the catalyst loading position in the multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction of Figure 3.
FIG. 6 is a plan view of the catalyst guide member of the multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction of FIG. 5.
Figure 7 is a cross-sectional view schematically showing a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction according to another embodiment of the present invention.
Figure 8 is a cross-sectional view schematically showing a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction according to another embodiment of the present invention.
Figure 9 is a cross-sectional view schematically showing a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction according to another embodiment of the present invention.
아래에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 설명된 실시예에 한정되지 않는다.Below, with reference to the attached drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present invention may be implemented in many different forms and is not limited to the described embodiments.
본 발명의 실시예에 따른 열교환기는 수소 액화를 위한 플랜트의 극저온 열교환기로 사용될 수 있으며, 수소 액화를 위해 수소 냉각을 위한 열교환 및 촉매를 통한 오르소-파라 수소 변환을 수행할 수 있도록 구성된다. 본 발명의 실시예에 따른 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기는 열교환기와 촉매변환기가 일체로 구성된 것에 해당한다.The heat exchanger according to an embodiment of the present invention can be used as a cryogenic heat exchanger in a plant for hydrogen liquefaction, and is configured to perform heat exchange for hydrogen cooling and ortho-para hydrogen conversion through a catalyst for hydrogen liquefaction. The multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction according to an embodiment of the present invention corresponds to an integrated heat exchanger and a catalytic converter.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수소 액화용 다채널 열교환기는 하우징(11), 그리고 하우징(11)의 상단 및 하단에 각각 결합되는 상부 헤더(13)와 하부 헤더(15)를 포함한다.Referring to FIG. 1, the multi-channel heat exchanger for hydrogen liquefaction according to an embodiment of the present invention includes a
하우징(11)은 내부에 복수의 채널(17)을 구비하며, 복수의 채널(17)은 하우징(11) 내에 배치되는 채널 구획 벽(19)에 의해 각각 구획된다.The
상부 헤더(13)는 하우징(11)의 상단에 결합되며, 수소가 유입되는 입구(21)를 구비한다. 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 입구(21)는 하우징(11)보다 작은 단면 크기를 갖도록 형성되며, 아래로 갈수록 단면적이 증가하는 형상을 가질 수 있다. 하부 헤더(15)는 하우징(11)의 하단에 결합되며 수소가 배출되는 출구(23)를 구비한다. 도 1에 예시적으로 도시된 바와 같이, 출구(23)는 하우징(11)보다 작은 단면 크기를 갖도록 형성되며, 아래로 갈수록 단면적이 감소하는 형상을 가질 수 있다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 입구(21)와 출구(23)는 하우징(11)의 중심부에 위치되도록 배열될 수 있다.The
도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 각 채널(17)에는 오르소-파라 수소 변환을 위한 촉매 입자(25)가 채워진다. 예를 들어, 오르소-파라 수소 변환을 촉진하는 촉매로 산화크롬, 산화철 등의 자성체를 갖는 촉매가 사용될 수 있다. 채널(17)에 채워진 촉매 입자(25)를 지지하기 위한 다공성 메쉬 부재와 같은 메쉬 지지 부재(27)가 채널(17)의 하단에 구비된다. 도면에 도시된 바와 같이, 메쉬 지지 부재(27)는 채널 구획 벽(19)의 바로 아래, 즉 하부 헤더(15)의 상단 입구에 배치될 수 있으며, 이에 의해 촉매가 하부 헤더(15)로 유입되는 것을 방지하여 불필요한 압력 손실을 막을 수 있다.As shown in (b) of FIG. 2, each
다시 도 1을 참조하면, 복수의 채널(17)로 유입되는 촉매의 이동을 가이드 하기 위한 촉매 입자 가이드 부재(29)가 구비된다. 촉매 입자 가이드 부재(29)는 격벽 형태를 가질 수 있으며, 하나 이상으로 구비되어 입구(21)로 투입되는 촉매 입자(25)가 촉매 입자 가이드 부재(29)에 의해 나누어져 다른 채널(17)로 유입되도록 가이드될 수 있다. 도 1에는 각 채널 구획 벽(19) 별로 하나씩 구비되어 각 채널(17) 별로 독립된 촉매 이동 통로 만들어지도록 구성될 수도 있고, 채널 구획 벽(19)의 개수보다 적게 구비되어 몇 개의 채널(17)에 공통적으로 연결되는 촉매 이동 통로를 형성하도록 구성될 수도 있다.Referring again to FIG. 1, a catalyst
도 2에는 도 1의 수소 액화용 다채널 열교환기로 촉매 입자(25)를 장입하는 과정을 보여주는 도면이다. 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 입구(21)로 투입된 촉매 입자(25)는 촉매 유입 가이드 부재(29)에 의해 나뉘어져 복수의 채널(17)로 이동하도록 가이드되고, 그에 따라 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이 실질적으로 균일한 양의 촉매 입자(25)가 각 채널(17)에 장입될 수 있다. 이에 의해 열교환과 함께 안정적이고 효율적인 오르소-파라 수소 변환이 이루어질 수 있다.FIG. 2 is a diagram showing the process of charging
이하에서 도 3 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기를 설명한다. 위에서 설명한 실시예와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 중복되는 설명은 생략한다.Hereinafter, a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 3 to 6. The same reference numerals are used for parts that are the same as those in the embodiment described above, and overlapping descriptions are omitted.
촉매 입자 가이드 부재(31)가 채널 구획 벽(19)의 상부에 배치된다. 촉매 입자 가이드 부재(31)는 촉매 입자(25)를 통과시킬 수 있도록 형성되는 복수의 촉매 가이드 홀(32)을 구비한다. 한편, 촉매 입자 가이드 부재(31)는 위치 이동이 가능하도록 구성되며, 촉매 입자(25)의 낙하를 차단하는 위치(도 3 및 도 4에 도시된 위치)와 촉매 입자(25)의 낙하를 허용하는 위치(도 5 및 도 6에 도시된 위치) 사이를 이동할 수 있도록 구성된다. 예를 들어, 촉매 입자 가이드 부재(31)는 외력, 예를 들어 자력에 의해 하우징(11) 내에서 이동하여 상기한 두 가지 위치 사이를 이동할 수 있도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 촉매 입자 가이드 부재(31)에 자석(33)을 고정하고, 하우징(11) 외부에 자석(34)을 촉매 입자 가이드 부재(31)에 고정된 자석(33)에 근접시켜 인력 또는 척력이 작용하도록 하여 촉매 입자 가이드 부재(31)를 이동시킬 수 있다. 도 3 및 도 4에는 외부의 자석(34)과 촉매 입자 가이드 부재(31)에 설치된 자석(33) 사이에 인력이 작용하도록 하여 촉매 입자 가이드 부재(31)가 도면 상에서 우측으로 이동한 상태가 도시되어 있다. 반면, 도 5 및 도 6에는 외부의 자석(34)과 촉매 입자 가이드 부재(31)에 설치된 자석(33) 사이에 척력이 작용하도록 하여 촉매 입자 가이드 부재(31)가 도면 상에서 좌측으로 이동한 상태가 도시되어 있다. 촉매 입자 가이드 부재(31)가 도 3 및 도 4에 도시된 위치에 있는 경우, 촉매 입자 가이드 부재(31)의 촉매 가이드 홀(32)이 채널 구획 벽(19) 상에 위치하도록 하여 촉매 입자(25)가 이동하는 공간의 크기를 줄여 촉매 입자(25)의 낙하가 차단되거나 제한된다. 반면, 촉매 입자 가이드 부재(31)가 도 5 및 도 6에 도시된 위치에 있는 경우, 촉매 입자 가이드 부재(31)의 촉매 가이드 홀(32)이 채널 구획 벽(19) 사이의 채널(17) 상에 위치하여 촉매 입자(25)의 낙하가 이루어진다.A catalyst
촉매 입자 가이드 부재(31)가 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 위치된 상태에서 상부 헤드(13)의 입구(21)를 통해 촉매 입자(25)를 주입하면, 촉매 입자(25)가 도 3에 도시된 바와 같이 촉매 입자 가이드 부재(31) 위의 공간에 쌓인다. 이 상태에서 촉매 입자 가이드 부재(31)를 도 4에 도시된 위치로 이동시키면, 촉매 입자(25)가 촉매 입자 가이드 부재(31)의 촉매 가이드 홀(32)을 통해 낙하한다. 이에 의해 촉매 입자(25)가 각 채널(17)에 균일하게 장입될 수 있다.When
이하에서 도 7을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기를 설명한다. 위에서 설명한 실시예와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 중복되는 설명은 생략한다.Hereinafter, a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 7. The same reference numerals are used for parts that are the same as those in the embodiment described above, and overlapping descriptions are omitted.
도 7을 참조하면, 촉매 입자(25)를 통과시킬 수 있는 다수의 통공을 구비하는 메쉬 부재(41)가 채널 구획 벽(19) 위에 배치된다. 하나의 메쉬 부재(41)가 구비될 수도 있고, 복수의 메쉬 부재(41)가 상하 방향으로 이격되는 상태로 배치될 수도 있다. 도 7에는 세 개의 메쉬 부재(41)가 상하로 배열되는 경우가 예시적으로 도시되어 있으나, 메쉬 부재(41)의 개수 및 위치는 이에 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다. 다수의 통공을 구비하는 메쉬 부재(41)에 의해 촉매 입자(25)가 골고루 퍼지면서 다수의 채널(17)로 골고루 장입될 수 있다.Referring to Figure 7, a
한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 하우징(11)은 진동을 할 수 있도록 구성될 수 있다. 촉매 입자(25)가 메쉬 부재(41) 위에 놓인 상태에서 하우징(11)이 진동하도록 함으로써, 촉매 입자(25)의 퍼짐 및 메쉬 부재(41)의 투과가 촉진될 수 있다.Meanwhile, although not shown in the drawing, the
투입된 촉매가 전체 영역에서 보다 균일하게 다수의 채널(17)로 장입되도록 하기 위해, 메쉬 부재(41)는 중심부가 반경방향 외측에 위치하는 주변부보다 더 조밀하게, 즉 단위 면적당 통공의 개수가 적도록 형성될 수 있다. 이에 의해, 입구(21)를 통해 한꺼번에 촉매를 투입하여 메쉬 부재(41)에 쌓은 후에 진동을 일으켜 촉매가 각 채널(17)로 유입되도록 할 때, 보다 많은 촉매가 쌓인 중심부의 통공의 개수가 주변부의 통공의 개수보다 적은 구조에 의해 촉매가 중심부와 주변부를 통해 보다 균일하게 메쉬 부재(41)를 통과할 수 있다.In order to ensure that the introduced catalyst is more uniformly charged into the plurality of
이하에서 도 8을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기를 설명한다. 위에서 설명한 실시예와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 중복되는 설명은 생략한다.Hereinafter, a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8. The same reference numerals are used for parts that are the same as those in the embodiment described above, and overlapping descriptions are omitted.
회전 가이드 부재(51)가 상부 헤더(13)의 입구(21)에 체결된다. 회전 가이드 부재(51)는 촉매 입자(25)에 회전 에너지를 생성하여 균일한 각 채널(17)에 균일한 촉매 입자(25)의 분배가 이루어지도록 작용한다. 회전 가이드 부재(51)는 헬리코일(heli-coil) 형상의 회전 가이드(54)를 통해 낙하하는 촉매 입자(25)에 회전 운동을 부여하도록 구성된다. 예를 들어, 회전 가이드 부재(51)는 촉매 입자(25)가 투입되는 입구부(52)와 입구부(52)에서 연장되며 상부 헤더(13)의 입구(21)에 삽입되는 삽입부(53)를 구비할 수 있으며, 회전 가이드(54)는 삽입부(53)의 내주면에 형성되는 헬리코일 형상의 돌기일 수 있다. 투입된 촉매 입자(25)가 삽입부(54)의 내부를 통해 낙하하면서 헬리코일 형상의 회전 가이드(54)에 의해 회전 운동을 부여받게 된다.The
나아가, 도 8의 점선 사각형 내에 도시된 바와 같이, 관 형상을 가지는 삽입부(53)의 하단부에는 하방으로 상대적으로 더 길게 연장되는 돌출부(56)와 돌출부(56)보다 상대적으로 짧게 연장되는 함몰부(57)를 구비할 수 있다. 돌출부(56)와 함몰부(57)는 상부 헤더(13)의 내부 공간에 노출되며, 복수의 돌출부(56)와 복수의 함몰부(57)가 원주방향으로 교대로 배열될 수 있다. 돌출부(56)로 토출되는 촉매 입자(25)는 상대적으로 더 멀리 토출되고 함몰부(57)로 토출되는 촉매 입자(25)는 상대적으로 짧게 토출된다. 교대로 배열되는 돌출부(56)와 함몰부(57)에 의해 촉매 입자(25)가 서로 다른 토출 거리로 토출됨으로써 촉매 입자(25)가 보다 균일하게 분배되어 복수의 채널(17)로 균일하게 장입될 수 있다.Furthermore, as shown in the dotted rectangle in FIG. 8, the lower end of the
이하에서 도 9를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기를 설명한다. 위에서 설명한 실시예와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하고 중복되는 설명은 생략한다.Hereinafter, a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 9. The same reference numerals are used for parts that are the same as those in the embodiment described above, and overlapping descriptions are omitted.
촉매 입자(25)를 통과시킬 수 있는 다수의 통공을 구비하는 메쉬 부재(61)가 채널 구획 벽(19) 위에 배치되고, 메쉬 부재(61)를 진동시키기 위한 진동 부재(63)가 구비된다. 진동 부재(63)는 임의의 방식으로 진동할 수 있는 부재일 수 있으며, 예를 들어 진동 부재(63)는 전원의 인가에 의해 피에조 진동을 할 수 있는 역압전 소자로 일 수 있으며 도 9에 도시된 바와 같이 역압전 소자는 메쉬 부재(61)의 상면에 부착될 수 있다. 역압전 소자의 전극에 전원이 인가되면 진동 부재(63)가 진동하고, 그에 의해 메쉬 부재(61)가 진동하면서 메쉬 부재(61) 상의 촉매 입자(25)가 메쉬 부재(61) 상에서 골고루 퍼지면서 메쉬 부재(61)를 통과하여 아래로 낙하한다. 이에 의해 촉매 입자(25)가 복수의 채널(17)에 보다 균일하게 장입될 수 있다.A
위에서 본 발명의 실시예에 대해 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속한다.Although the embodiments of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited thereto, and various modifications and improvements made by those skilled in the art using the basic concept of the present invention defined in the following claims are also included in the scope of the present invention. It belongs.
11: 하우징
13: 상부 헤더
15: 하부 헤더
17: 채널
19: 채널 구획 벽
21: 입구
23: 출구
25: 촉매 입자
27: 지지 부재
31: 촉매 입자 가이드 부재
32: 촉매 가이드 홀
33, 34: 자석
41: 메쉬 부재
51: 회전 가이드 부재
54: 회전 가이드
56: 돌출부
57: 함몰부
61: 메쉬 부재
63: 진동 부재11: Housing
13: upper header
15: Lower header
17: channel
19: Channel compartment wall
21: entrance
23: exit
25: catalyst particles
27: Support member
31: Catalyst particle guide member
32: catalyst guide hole
33, 34: Magnet
41: Mesh member
51: Rotation guide member
54: rotation guide
56: protrusion
57: depression
61: Mesh member
63: Vibration member
Claims (16)
상기 하우징의 상단에 체결되며 수소와 촉매 입자가 투입되는 입구를 구비하는 상부 헤더, 그리고
상기 복수의 채널 구획 벽 위에 배치되어 상기 투입된 촉매 입자를 분산하여 상기 복수의 채널로 장입되도록 작용하는 촉매 입자 가이드 부재를 포함하고,
상기 촉매 입자 가이드 부재는 상기 촉매 입자가 통과할 수 있는 다수의 통공을 구비하는 메쉬 부재이고,
상기 하우징은 상기 메쉬 부재를 진동시킬 수 있도록 진동 가능하도록 구성되는 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기.A housing having a plurality of channels defined by a plurality of channel partition walls,
An upper header that is fastened to the top of the housing and has an inlet through which hydrogen and catalyst particles are introduced, and
A catalyst particle guide member disposed on the plurality of channel partition walls and serving to disperse the introduced catalyst particles and charge them into the plurality of channels,
The catalyst particle guide member is a mesh member having a plurality of holes through which the catalyst particles can pass,
The housing is a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction configured to vibrate so as to vibrate the mesh member.
상기 메쉬 부재는 복수로 구비되고,
상기 복수의 메쉬 부재는 상기 복수의 채널 구획 벽 위에서 상하방향으로 서로에 대해 이격되도록 배치되는
극저온 수소 액화용 다채널 열교환기.According to paragraph 1,
The mesh member is provided in plural,
The plurality of mesh members are arranged to be spaced apart from each other in the vertical direction on the plurality of channel partition walls.
Multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction.
상기 메쉬 부재는 중심부의 단위 면적당 통공의 개수가 주변부의 단위 면적당 통공의 개수보다 작도록 구성되는 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기.According to paragraph 1,
The mesh member is a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction where the number of holes per unit area in the center is smaller than the number of holes per unit area in the peripheral portion.
상기 하우징의 상단에 체결되며 수소와 촉매 입자가 투입되는 입구를 구비하는 상부 헤더, 그리고
상기 복수의 채널 구획 벽 위에 배치되어 상기 투입된 촉매 입자를 분산하여 상기 복수의 채널로 장입되도록 작용하는 촉매 입자 가이드 부재를 포함하고,
상기 촉매 입자 가이드 부재는 상기 촉매 입자를 통과시킬 수 있는 다수의 통공을 구비하는 메쉬 부재이고,
상기 메쉬 부재를 진동시킬 수 있도록 구성되는 진동 부재를 더 포함하는
극저온 수소 액화용 다채널 열교환기.A housing having a plurality of channels defined by a plurality of channel partition walls,
An upper header that is fastened to the top of the housing and has an inlet through which hydrogen and catalyst particles are introduced, and
A catalyst particle guide member disposed on the plurality of channel partition walls and serving to disperse the introduced catalyst particles and charge them into the plurality of channels,
The catalyst particle guide member is a mesh member having a plurality of through holes through which the catalyst particles can pass,
Further comprising a vibration member configured to vibrate the mesh member.
Multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction.
상기 진동 부재는 전원 인가에 의해 진동하는 역압전 소자를 포함하는 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기.According to clause 6,
The vibrating member is a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction including an inverse piezoelectric element that vibrates by applying power.
상기 하우징의 상단에 체결되며 수소와 촉매 입자가 투입되는 입구를 구비하는 상부 헤더, 그리고
상기 복수의 채널 구획 벽 위에 배치되어 상기 투입된 촉매 입자를 분산하여 상기 복수의 채널로 장입되도록 작용하는 촉매 입자 가이드 부재를 포함하고,
상기 촉매 입자 가이드 부재는 상기 촉매 입자가 통과할 수 있는 복수의 촉매 가이드 홀을 구비하며 상기 복수의 채널 구획 벽 위에 이동 가능하게 설치되는 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기.A housing having a plurality of channels defined by a plurality of channel partition walls,
An upper header that is fastened to the top of the housing and has an inlet through which hydrogen and catalyst particles are introduced, and
A catalyst particle guide member disposed on the plurality of channel partition walls and serving to disperse the introduced catalyst particles and charge them into the plurality of channels,
The catalyst particle guide member has a plurality of catalyst guide holes through which the catalyst particles can pass, and is movably installed on the plurality of channel partition walls. A multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction.
상기 촉매 입자 가이드 부재는 이동에 의해 상기 채널 구획 벽 및 상기 채널에 대한 상대 위치가 변경되어 상기 촉매 입자가 상기 채널로 낙하하는 것을 제한하거나 허용하도록 구성되는 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기.According to clause 8,
The catalyst particle guide member is configured to change the relative position with respect to the channel partition wall and the channel by movement to limit or allow the catalyst particles to fall into the channel.
상기 촉매 입자 가이드 부재는 상기 하우징의 외부에서 이동하는 자석에 의해 작용하는 자력에 의해 이동 가능하도록 구성되는 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기.According to clause 8,
The catalyst particle guide member is a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction configured to be movable by magnetic force applied by a magnet moving outside the housing.
상기 하우징의 상단에 체결되며 수소와 촉매 입자가 투입되는 입구를 구비하는 상부 헤더, 그리고
상기 복수의 채널 구획 벽 위에 배치되어 상기 투입된 촉매 입자를 분산하여 상기 복수의 채널로 장입되도록 작용하는 촉매 입자 가이드 부재를 포함하고,
상기 촉매 입자 가이드 부재는 상기 채널 구획 벽의 상단에 연결되어 상기 투입된 촉매 입자가 상기 채널로 장입되도록 안내하는 격벽 형태를 갖는 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기.A housing having a plurality of channels defined by a plurality of channel partition walls,
An upper header that is fastened to the top of the housing and has an inlet through which hydrogen and catalyst particles are introduced, and
A catalyst particle guide member disposed on the plurality of channel partition walls and serving to disperse the introduced catalyst particles and charge them into the plurality of channels,
The catalyst particle guide member is connected to the top of the channel partition wall and has a partition shape to guide the introduced catalyst particles into the channel.
상기 하우징의 상단에 체결되며 수소와 촉매 입자가 투입되는 입구를 구비하는 상부 헤더, 그리고
상기 복수의 채널 구획 벽 위에 배치되어 상기 투입된 촉매 입자를 분산하여 상기 복수의 채널로 장입되도록 작용하는 촉매 입자 가이드 부재를 포함하고,
상기 촉매 입자 가이드 부재는 상기 촉매 입자에 회전 운동을 부여할 수 있도록 구성되는 회전 가이드 부재인 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기.A housing having a plurality of channels defined by a plurality of channel partition walls,
An upper header that is fastened to the top of the housing and has an inlet through which hydrogen and catalyst particles are introduced, and
A catalyst particle guide member disposed on the plurality of channel partition walls and serving to disperse the introduced catalyst particles and charge them into the plurality of channels,
The catalyst particle guide member is a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction, which is a rotation guide member configured to provide rotational movement to the catalyst particles.
상기 회전 가이드 부재는 상기 촉매 입자에 회전 운동을 부여하기 위한 헬리코일 형태의 회전 가이드를 포함하는 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기.According to clause 12,
The rotation guide member is a multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction including a helicoil-type rotation guide for providing rotation movement to the catalyst particles.
상기 회전 가이드 부재는 상기 촉매 입자에 회전 운동을 부여하기 위한 회전 가이드를 내주면에 구비하는 관형 부재이고,
상기 관형 부재의 하단부는 하방향으로 상대적으로 더 돌출된 돌출부, 그리고 상기 돌출부보다 상대적으로 덜 돌출되는 함몰부를 포함하는
극저온 수소 액화용 다채널 열교환기.According to clause 12,
The rotation guide member is a tubular member provided on an inner peripheral surface with a rotation guide for providing rotational movement to the catalyst particles,
The lower end of the tubular member includes a protrusion that protrudes relatively more downwardly and a depression that protrudes relatively less than the protrusion.
Multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction.
상기 돌출부와 상기 함몰부는 각각 복수로 구비되고,
상기 돌출부와 상기 함몰부는 상기 관형 부재의 원주방향을 따라 교대로 배열되는
극저온 수소 액화용 다채널 열교환기.According to clause 14,
Each of the protrusions and the depressions is provided in plural numbers,
The protrusions and the depressions are arranged alternately along the circumferential direction of the tubular member.
Multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction.
상기 하우징의 하단에 결합되는 하부 헤더, 그리고 상기 하부 헤더의 상단에 배치되는 메쉬 지지 부재를 더 포함하는 극저온 수소 액화용 다채널 열교환기.According to any one of claims 1, 3, and 5 to 15,
A multi-channel heat exchanger for cryogenic hydrogen liquefaction, further comprising a lower header coupled to the bottom of the housing, and a mesh support member disposed on the upper end of the lower header.
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