마이크로 스케일 촉매 연소기에서의 수소-공기 예혼합 가스의 연소 특성

Abstract

이 논문은 백금 촉매를 사용한 마이크로 스케일 촉매 연소기에 관한 것을 다루고 있다. 연소기의 크기가 작아지면 열손실이 증가하여 일반적인 매크로 스케일의 연소기에 비하여 효율이 감소한다. 촉매 연소는 화염 연소에 비하여 상대적으로 낮은 온도에서 반응이 일어나 열손실을 줄일 수 있으며 촉매와 예혼합 가스의 접촉으로 반응이 이루어져 별도의 점화 장치가 필요없는 장점이 있다. 먼저 일반적인 수소-공기 예혼합 가스의 촉매 연소 특성을 알아보기 위하여 밀리미터 스케일 촉매 연소기 실험을 수행하였다. 단순 침적법을 이용하여 셀 크기가 1×1㎜인Cordierite 모노리스에 백금 촉매를 담지하였다. 이를 연소실에 삽입하고 길이 방향을 따라 연소실 내부 온도를 측정하였으며 반응 후 가스는 가스 크로마토그래피를 이용하여 분석, 전환율을 측정하였다. 예혼합 가스의 공급 유량을 변화시켜가며 실험을 반복하였다. 시간이 지날수록 연소실 내부 온도는 증가하는 모습을 보였다. 그리고 입구 부분의 온도가 가장 높게 나타났고 뒤쪽으로 갈수록 감소하였다. 이 결과를 바탕으로 하여 서브밀리미터 스케일 연소기 실험을 수행하였다. 연소실의 크기는 10×10×1.5㎜로 내부에 백금이 담지된 Isolite B5 다공성 세라믹을 삽입하였다. 그 위에 적외선 투과창을 덮고 적외선 열화상 장치를 이용하여 내부 온도 분포를 측정하였다. 연소기 제어 파라미터인 공급 유량, 당량비, 백금 비율에 변화를 주며 실험을 반복하였다. 고유량, 저당량비에서 반응 영역이 넓어지는 것을 확인하였다. 또한 백금 비율과 상관없이 반응성이 거의 일정하였다. 또한 연소기 구동 초기의 성능 저해 요소인 반응 멈춤 현상에 관하여 고찰하였다. 넓은 반응 영역과 많은 열에너지 발생이 반응 멈춤을 방지할 수 있는 요소임을 확인하였다.