KR100671281B1 - Hydrogen gas generator - Google Patents
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- A23V2300/00—Processes
- A23V2300/20—Freezing
Abstract
본 발명은 자가 능동형 수소발생기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정한 체적을 갖는 내부와 관통되는 수소배출구(12)가 구비된 연료탱크(10)와, 상기 연료탱크(10)의 내부에 용해된 상태로 저장되는 수소저장물질의 연료용액(17)과, 상기 수소저장물질의 연료용액(17)과 접촉하여 수소를 발생시킬 수 있도록 촉매(21)가 구비된 수소 연료전지용 수소발생기에 있어서, 상기 촉매(21)는 일단에 개방부(28)가 구비되고 타단부에 폐쇄부(27)가 구비된 튜브형의 촉매반응관(20) 내측에 장착되는 구성으로 이루어지되, 상기 촉매반응관(20)의 내측에는 양단부가 촉매반응관의 내면에 슬라이딩 접촉되는 날개부(23)(23′)부와, 상기 양 날개부(23)(23′) 사이에 구비되어 상기 촉매(21)가 결합되는 고정편(23c)이 구성되어 상기 촉매반응관(20)의 내측에서 이동가능하도록 설치된 슬라이딩부재(22); 상기 슬라이딩부재(22)에 의해 밀폐되는 촉매반응관(20)의 폐쇄부(27) 내측에는 상기 슬라이딩부재(22)의 일단이 결합되고 소정의 압축 및 복원력을 갖추어 설치되는 탄성수단(24);이 구비된 구성으로 이루어져 상기 촉매(21)가 연료용액(17)과의 접촉/차단되어 수소 발생과 정지가 능동적으로 조절되는 수소발생기에 관한 것이다.The present invention relates to a self-activating hydrogen generator, and more particularly, a fuel tank 10 having a constant volume and a hydrogen outlet 12 penetrated therein, and a state dissolved in the fuel tank 10. In the hydrogen generator for a hydrogen fuel cell provided with a fuel solution 17 of the hydrogen storage material and a catalyst 21 to contact with the fuel solution 17 of the hydrogen storage material to generate hydrogen. 21 is configured to be mounted inside the tubular catalytic reaction tube 20 having an opening 28 at one end and a closing portion 27 at the other end of the catalytic reaction tube 20. On the inside, both ends are provided between the wing portion 23 (23 ') and the sliding portion in contact with the inner surface of the catalytic reaction tube, the fixing piece is coupled between the wing portion 23, 23 (23') is coupled to the catalyst 21 23c is configured to be movable inside the catalytic reaction tube 20. A sliding member (22); An elastic means 24 coupled to one end of the sliding member 22 and installed with a predetermined compression and restoring force inside the closing portion 27 of the catalytic reaction tube 20 sealed by the sliding member 22; This configuration is provided with the catalyst 21 is in contact with the fuel solution 17, and relates to a hydrogen generator that is actively controlled to generate and stop hydrogen.
수소발생기, 촉매, 연료탱크, 촉매반응관, 연료용액Hydrogen Generator, Catalyst, Fuel Tank, Catalytic Reaction Tube, Fuel Solution
Description
도 1은 본 발명에 따른 수소발생기의 일실시예에 따른 일부 절단사시도,1 is a partial cutaway perspective view of an embodiment of a hydrogen generator according to the present invention;
도 2a, 도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 수소발생기에 적용된 촉매반응관의 동작상태를 설명하기 위한 일부 절단사시도,Figure 2a, Figure 2b is a partially cut perspective view for explaining the operating state of the catalytic reaction tube applied to the hydrogen generator according to an embodiment of the present invention,
도 3은 도 2a의 촉매반응관의 분해사시도,Figure 3 is an exploded perspective view of the catalytic reaction tube of Figure 2a,
도 4a 및 도 4b는 도 2a의 일실시예와 다른 형상으로 이루어진 촉매반응관의 구성상태도,4a and 4b is a configuration diagram of a catalytic reaction tube made of a different shape from the embodiment of Figure 2a,
도 4c 내지 도 4i는 촉매가 결합되는 슬라이딩부재의 다양한 형상의 실시예,4C to 4I illustrate various shapes of the sliding member to which the catalyst is coupled;
도 5a 내지 도 5e는 연료탱크 내부에 구비되는 기액분리수단의 다양한 실시예,5a to 5e are various embodiments of the gas-liquid separation means provided in the fuel tank,
도 6a 및 도 6b는 연료용액에 잠겨진 촉매반응관 외측으로 수소기체억류수단이 구비된 상태도,6A and 6B are diagrams illustrating hydrogen gas retaining means provided outside the catalytic reaction tube immersed in a fuel solution;
도 7a 및 도 7b는 연료탱크의 연료용액과 기액분리막 사이에 구비된 충돌부재의 구성상태도,7a and 7b is a configuration diagram of the collision member provided between the fuel solution and the gas-liquid separation membrane of the fuel tank,
도 8a 내지 도 8f는 본 발명의 제 2, 제 3, 제 4실시예에 따른 수소발생기의 구조도,8A to 8F are structural diagrams of the hydrogen generator according to the second, third, and fourth embodiments of the present invention;
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 수소발생기가 휴대폰의 연료공급장치로 사용되는 상태도이다.9 is a state diagram in which a hydrogen generator according to an embodiment of the present invention is used as a fuel supply device of a mobile phone.
※도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명※ Brief description of symbols for the main parts of the drawings
10 : 연료탱크 12 : 배출구10: fuel tank 12: outlet
13 : 벤트홀 14 : 연료용액 충진 및 배출구13
15 : 퀵커넥터 17 : 연료용액15: quick connector 17: fuel solution
20 : 촉매반응관 21 : 촉매20: catalytic reaction tube 21: catalyst
22 : 슬라이딩부재 23, 23´: 양날개부22: sliding
23a, 23b, 25: 실링부재 23c: 고정편23a, 23b, 25: sealing member 23c: fixed piece
24, 24a : 탄성수단 24, 24a: elastic means
25a: 장착홈 26 : 관통부차단부재25a: mounting groove 26: through hole blocking member
27 : 폐쇄부 28 : 개방부27: closing part 28: opening part
29 : 몸체 40 : 기액(氣液)분리기29 body 40 gas-liquid separator
42,42a : 기액분리막 43 : 유동방지부재42,42a: gas-liquid separator 43: flow preventing member
44 : 포집통 46 : 포집구44: collecting container 46: collecting hole
48 : 배출호스 50 : 진로(進路)차단부재48: discharge hose 50: path blocking member
52 : 충돌유도판 54 : 연결관52: collision guide plate 54: connector
60 : 장착공 62 : 관통부 60: mounting hole 62: through part
64, 64´:제1, 제2유체출입공 66 : 촉매노출조절부64, 64´: first and second fluid access holes 66: catalyst exposure control unit
본 발명은 자가 능동형 수소발생기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부의 어떠한 물리적 외력에 의존하지 않고 연료탱크내에서 발생되는 수소량에 따른 내부 압력차에 의해 수소의 발생을 자가 능동적으로 조절할 수 있도록 구성된 수소발생기에 관한 것이다.The present invention relates to a self-activating hydrogen generator, and more particularly, to self-regulate hydrogen generation by an internal pressure difference according to the amount of hydrogen generated in the fuel tank without depending on any external physical force. It relates to a hydrogen generator.
산업기술이 발전함으로써 삶의 수준이 향상되고 있는 반면에 에너지의 사용급증으로 환경오염과 화석연료 자원의 고갈이라는 심각한 문제가 대두되고 있다.The development of industrial technology is improving the standard of living, while the increasing use of energy raises serious problems such as environmental pollution and depletion of fossil fuel resources.
세계각국은 석유자원을 비롯한 화석연료자원의 고갈에 대비한 대체에너지의 개발에 심혈을 기울이고 있는 실정이며, 특히 종래 화석연료의 사용으로 인해 심각한 환경(대기)오염이 초래되면서 지구온난화와 환경질서의 파괴가 가속화되고 있으며, 그중 대기오염의 주범으로는 공장이나 차량 등에서 배출되는 질소산화물과 탄화수소, 이산화탄소 등이 급증하는데 기인한다고 알려지고 있으며, 이러한 배출가스는 대기권의 오존층을 파괴하여 유해한 태양광선이 직접 전달되고 이상기후 발생 등 수많은 자연재해와 생태계의 파괴 및 각종 질병을 유발하는 요인으로 작용하고 있다.Countries around the world are working hard to develop alternative energy in preparation for the depletion of petroleum and other fossil fuel resources.In particular, the use of fossil fuels has caused severe environmental (air) pollution, resulting in global warming and environmental order. Destruction is accelerating, and the main culprit of air pollution is that nitrogen oxides, hydrocarbons, and carbon dioxide emitted from factories and vehicles are rapidly increasing, and these emission gases destroy the ozone layer in the atmosphere, causing harmful sunlight to directly It is transmitted as a factor that causes numerous natural disasters, destruction of ecosystem, and various diseases such as abnormal weather occurrence.
이러한 화석연료의 사용에 따른 대기오염을 줄이기 위해 청정연료의 개발이 가속화되고 있는 가운데서 특히 수소를 에너지원으로 하는 청정대체에너지의 개발 이 많은 관심을 모으고 있다. 수소는 지구에서 가장 풍부한 자원중 하나로 산소와 반응하여 큰 에너지를 발생시키면서도 부산물로 물만을 생성시키기 때문에 에너지의 고갈문제와 환경오염문제를 동시에 해결할 수 있는 유일한 대안으로 떠오르고 있다.In order to reduce air pollution caused by the use of fossil fuels, the development of clean fuels is being accelerated, and in particular, the development of clean alternative energy using hydrogen as an energy source has attracted much attention. Hydrogen is one of the most abundant resources on earth, and it generates water as a by-product while reacting with oxygen to produce large energy. Therefore, it is emerging as the only alternative to solve the problem of energy depletion and environmental pollution.
그러나, 이러한 수소를 에너지원으로 사용하기 위해서는 수소의 발생과 안전한 저장 및 운반에 따른 기술적문제를 해결하여야 하는 과제를 안고 있으며, 특히 자동차에 적용되는 수소엔진 또는 수소연료전지나 소형IT 전자기기용 수소연료전지와 같은 이동형기기에 사용하는 경우 저장되는 연료의 양이 제한되기 때문에 고에너지밀도를 유지하기 위해서는 연료탱크의 부피와 무게를 최소화하는 기술이 필수적이다.However, in order to use such hydrogen as an energy source, there is a problem to solve technical problems due to the generation of hydrogen, safe storage and transportation, and in particular, a hydrogen engine or hydrogen fuel cell or hydrogen fuel cell for small IT electronic devices applied to automobiles. When used in mobile devices, such as the amount of fuel stored is limited, in order to maintain a high energy density, it is essential to minimize the volume and weight of the fuel tank.
특히, 자동차나 IT전자기기용 연료전지의 연료로 사용될 경우 연료의 저장방식과 저장탱크 용량에 따라 차량 및 기기의 성능이 좌우되기 때문에 수소의 발생 및 저장방식이 중요한 핵심기술의 하나로 여겨지고 있으며, 현재 제안되고 있는 수소저장방식으로는 액체수소저장, 기체수소저장, 고체수소저장방식이 이용되고 있다.In particular, when used as fuel for fuel cells for automobiles or IT electronics, hydrogen generation and storage are considered as one of the key technologies because the performance of vehicles and equipment depends on the storage method and storage tank capacity of fuel. As the hydrogen storage method, liquid hydrogen storage, gaseous hydrogen storage, and solid hydrogen storage methods are used.
상기 액체수소저장방식은 극저온으로 유지시켜 수소를 액화시킴으로서 저장밀도를 크게 증가시킬 수 있는 장점이 있으나, 액화수소의 자연손실을 감소시키는 문제가 해결되어야만 하며 동시에 극저온 냉동에 따른 에너지 손실을 고려해야 한다.The liquid hydrogen storage method has the advantage of greatly increasing the storage density by maintaining the cryogenic temperature to liquefy hydrogen, but the problem of reducing the natural loss of liquefied hydrogen must be solved and at the same time the energy loss due to cryogenic refrigeration should be considered.
또한, 기체수소저장방식은 고압으로 수소를 가압하여 저장하는 방식으로 이 동형기기에 적합한 에너지밀도를 확보하기 위해서는 수백의 기압으로 가압해야하기 때문에 에너지소비가 크고 초고압저장에 따른 안전성을 확보해야 하는 문제가 있다. In addition, gaseous hydrogen storage is a method that pressurizes hydrogen at high pressure and stores it by pressurizing it to hundreds of air pressure to secure energy density suitable for mobile devices. There is.
한편, 고체저장방식은 이와 달리 상온, 저압에서 사용이 가능한 장점이 있어 안전성 측면과 에너지 손실 측면에서 가장 우수한 저장방식이나 수소저장소재의 밀도가 높아 단위 무게당 에너지밀도가 낮은 단점이 있다. 일례로, 요즘 많은 관심을 받고 있는 수소연료전지자동차의 경우 휘발유나 경유 대신 수소를 연료로 하여 작동되는데, 수소를 연료로 사용하기 위해서는 많은 양의 수소를 저장용기에 저장을 해야하지만, 기존 고체저장방식은 현재의 자동차에 적용할 경우 기존의 휘발유를 사용하는 자동차에 비해 주행거리가 약 1/2정도로 상용화에 어려움을 겪고 있는 실정이다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법으로 제시되고 있는 고체수소저장방식중 하나로 수소를 저장하고 있는 수소저장물질이 용해된 연료용액에 촉매 (Catalyst)를 접촉시켜 수소를 발생시키는 방식이 있는데, 이 방식은 상압 내외에서 수소저장이 가능하고 액체상태로 저장됨으로 매우 안정성이 높으며, 수소저장용량이 커서 이동형기기에 적용이 가능하다는 장점을 가지고 있다.On the other hand, the solid storage method has the advantage that can be used at room temperature, low pressure, unlike the most excellent storage method in terms of safety and energy loss or high density of hydrogen storage material has a disadvantage of low energy density per unit weight. For example, hydrogen fuel cell vehicles, which are attracting a lot of attention these days, are operated using hydrogen instead of gasoline or diesel.In order to use hydrogen as fuel, a large amount of hydrogen must be stored in a storage container, but existing solid storage The present method is difficult to commercialize as the mileage is about 1/2 of the current gasoline when compared to a vehicle using gasoline. One of the solid hydrogen storage methods proposed to solve this problem is a method of generating hydrogen by contacting a catalyst (Catalyst) to a fuel solution in which a hydrogen storage material, which stores hydrogen, is dissolved. Hydrogen can be stored in and out of the house, and it is stored in a liquid state, so it is very stable, and its hydrogen storage capacity is large, so it can be applied to mobile devices.
그러나, 연료용액과 촉매와의 반응에 의해 수소를 발생시키므로 수소발생을 유발시키거나 차단하기 위해서는 촉매와 연료용액을 접촉시키거나 차단하는 과정이 필요함으로 인해서 펌프 등을 이용하여 촉매에 연료용액을 공급 및 차단하거나, 또는 모터 등을 이용해 촉매를 이동하여 수소저장물질이 용해된 용액에 접촉 또는 차단하는 것이 필요하게 되며, 특히 수소연료전지 등이 장착된 이동형기기에 사용될 경우 이동형기기가 필요로 하는 이상의 수소가 발생된 경우 그 내부에 수소가 누적되고 압력이 증가됨으로 시스템 내부를 일정압력 이하로 유지시키기 위해서는 누적된 수소를 외부로 방출시키거나, 수소압력 또는 수소공급량을 센서에 의해 측정하고 외부의 물리적인 에너지에 의해 촉매를 연료용액과 분리하여 촉매반응량을 조절하거나 수소저장물질이 용해된 용액의 공급량을 가변적으로 조절해야 하기 때문에 여기에 필요한 장치들이 부가되어 시스템이 복잡해지고 부피가 커져서 그 이용이 제한되는 문제점이 있었다.However, since hydrogen is generated by the reaction between the fuel solution and the catalyst, a process of contacting or blocking the catalyst and the fuel solution is necessary to induce or block the hydrogen generation. Therefore, the fuel solution is supplied to the catalyst using a pump or the like. And shut off, or move the catalyst using a motor or the like to contact or block the solution in which the hydrogen storage material is dissolved. Particularly, when used in a mobile device equipped with a hydrogen fuel cell, the mobile device needs more than When hydrogen is generated, the hydrogen accumulates inside and the pressure increases, so to maintain the inside of the system below a certain pressure, the accumulated hydrogen is discharged to the outside, or the hydrogen pressure or the hydrogen supply is measured by a sensor and the external physical The catalyst is separated from the fuel solution by the phosphorus energy to control the catalytic reaction amount or Since the supply amount of the solution in which the storage material is dissolved must be controlled in a variable manner, the necessary devices are added to the system, thereby increasing the complexity and volume of the solution, thereby limiting its use.
이러한 문제점들을 해결하기 위해, 본 출원인은 2003. 03. 12자 특허출원 제2003-19557호로 ‘자가 능동조절형 수소발생기’를 출원한 바 있다. 그러나, 선출원된 본 발명에 촉매고정부에 부착 결합되는 촉매와 연료용액과의 접촉면적을 확대시키기 위한 촉매고정부의 실시예가 다소 미흡하여 다양한 실시예의 개발 필요성이 대두되었고, 연료탱크 내부에서 발생된 수소기체가 기액분리막에 충돌시 포말상태의 수소기체에 함유된 수분이 기액분리막의 기공을 차단하여 수소기체의 원활한 배출이 방해받는 것을 방지할 수 있는 기술적 해결수단이 요구되었으며, 또한 연료용액을 빠져 나온 수소기체가 미세한 수분입자를 함유하고 있어 그대로 기액분리막에 충돌하는 경우에도 포말상태의 수소기체에 함유된 수분이 기액분리막의 미세 기공을 차단하는 것을 방지하여 수소기체의 원활한 배출이 이루어지도록 하는 추가적인 성능향상을 위한 기술수단이 제공될 필요성이 대두되었기에 본 출원인은 선출원된 발명을 기초로 하여 우선권주장 출원을 하게 되었다.In order to solve these problems, the applicant has applied for a "self-regulating hydrogen generator" as a patent application No. 2003-19557 dated 12/03/2003. However, since the embodiments of the catalyst fixing part for expanding the contact area between the catalyst and the fuel solution attached to the catalyst fixing part in the presently filed invention are somewhat inadequate, the necessity of developing various embodiments has emerged. When the hydrogen gas collides with the gas-liquid separation membrane, a technical solution is required to prevent the moisture contained in the foamed hydrogen gas from blocking the pores of the gas-liquid separation membrane to prevent the smooth discharge of the hydrogen gas. Even if the released hydrogen gas contains fine water particles, it prevents the water contained in the foamed hydrogen gas from blocking the fine pores of the gas-liquid separation membrane even when it collides with the gas-liquid separation membrane. Since the necessity to provide technical means for improving the performance has emerged The invention was based on the earlier application claims priority to an application.
본 발명은 상술한 종래의 수소발생 및 저장의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명은 처음 동작부터 외부에너지원의 공급없이 자가 능동적으로 동작되어 에너지원인 수소를 발생, 공급되도록 함으로써 수소를 이용한 청정대체에너지의 적극적인 활용이 가능하도록 하고, 이로 인한 환경오염 방지와 대체에너지로서의 그 실용성을 배가시킬 수 있도록 하는 자가 능동형 수소발생기를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.The present invention has been made to solve the problems of the conventional hydrogen generation and storage described above, the present invention by using the hydrogen by allowing the active source to be generated and supplied by the self-active operation without the supply of external energy source from the first operation The purpose of the present invention is to provide a self-active hydrogen generator that enables active use of clean alternative energy, and thereby prevents environmental pollution and doubles its practicality as an alternative energy.
특히, 본 발명은 단순한 구조로 최소한의 부피를 갖도록 하여 수소를 연료로 사용할 수 있는 모든 장치와 시스템 및 휴대용기기의 상용화를 실현시킬 수 있도록 하는 자가 능동형 수소발생기를 제공하고자 하는데 또 다른 목적이 있다.In particular, it is another object of the present invention to provide a self-active hydrogen generator to realize the commercialization of all devices, systems and portable devices that can use hydrogen as a fuel by having a minimum volume in a simple structure.
또한, 본 발명은 연료용액과 접촉되어 수소를 발생시키는 촉매의 촉매고정부를 대용량의 수소발생이 가능한 다양한 형상으로 이루어지도록 하고, 고정형 연료탱크 뿐만 아니라 이동형 및 휴대용 장치에 사용되는 연료탱크의 경우에도 연료탱크 내부에서 발생된 수소가 원활히 배출될 수 있는 수소발생기를 제공할 수 있도록 하며, 연료탱크 내부에서 발생된 수소가 기액분리막을 원활히 통과하여 배출이 이루어짐으로써 성능이 향상된 수소발생기를 제공할 수 있도록 하는데 또 다른 목적이 있다.
In addition, the present invention is to make the catalyst fixing portion of the catalyst in contact with the fuel solution to generate hydrogen in a variety of shapes capable of generating a large amount of hydrogen, even in the case of fuel tanks used in mobile and portable devices as well as fixed fuel tanks It is possible to provide a hydrogen generator that can smoothly discharge the hydrogen generated in the fuel tank, and the hydrogen generated in the fuel tank passes through the gas-liquid separator smoothly to provide a hydrogen generator with improved performance. There is another purpose.
상술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 자가능동조절형 수소발생기는 일정한 체적을 갖는 내부와 관통되도록 일측에 수소배출구가 구비된 연료탱크와, 상기 연료탱크 내부에 용해된 상태로 저장되는 수소저장물질의 연료용액과, 상기 수소저장물질의 연료용액과 접촉되어 수소를 발생시키는 촉매가 구비된 수소발생기에 있어서, 상기 촉매는 일단에 개방부가 구비되고 타단부에 폐쇄부가 구비된 튜브형의 촉매반응관 내측에 장착되는 구성으로 이루어지되, 상기 촉매반응관의 내측에는 양단부가 촉매반응관의 내면에 슬라이딩 접촉되는 날개부부와, 상기 양 날개부 사이에 구비되어 상기 촉매가 결합되는 고정편이 구성되어 상기 촉매반응관의 내측에서 이동가능하도록 설치된 슬라이딩부재; 상기 슬라이딩부재에 의해 밀폐되는 촉매반응관의 폐쇄부 내측에는 상기 슬라이딩부재의 일단이 결합되고 소정의 압축 및 복원력을 갖추어 설치되는 탄성수단;이 구비된 구성으로 이루어져, 상기 촉매가 촉매반응관의 개방부에서 연료용액과 접촉시 수소 발생으로 연료탱크의 압력이 상승되고, 상승된 연료탱크의 압력을 받은 상기 슬라이딩부재가 촉매반응관의 폐쇄부측으로 이동되어 촉매와 연료용액의 접촉이 차단되고, 수소 배출로 연료탱크의 압력 감소시에 상기 탄성수단의 복원력으로 슬라이딩부재가 다시 개방부측으로 밀려나와 촉매와 연료용액이 접촉되어 수소가 발생되도록 구성된다.In order to achieve the above object, the self-regulating hydrogen generator according to the present invention is a fuel tank having a hydrogen outlet on one side so as to penetrate through the inside having a constant volume, and hydrogen stored in a dissolved state inside the fuel tank In a hydrogen generator having a fuel solution of a storage material and a catalyst in contact with the fuel solution of the hydrogen storage material to generate hydrogen, the catalyst has a tubular catalytic reaction having an opening at one end and a closure at the other end. It is made of a configuration mounted on the inside of the tube, the inner side of the catalytic reaction tube is composed of a wing portion that both ends are in sliding contact with the inner surface of the catalytic reaction tube, and the fixing piece is provided between the two wing portions are coupled to the catalyst A sliding member installed to be movable inside the catalytic reaction tube; And an elastic means coupled to one end of the sliding member and installed with a predetermined compression and restoring force inside a closed portion of the catalytic reaction tube sealed by the sliding member. The pressure of the fuel tank is increased by the generation of hydrogen in contact with the fuel solution in the part, the sliding member under the pressure of the elevated fuel tank is moved to the closed side of the catalytic reaction tube to block the contact between the catalyst and the fuel solution, hydrogen When the pressure of the fuel tank is reduced, the sliding member is pushed back to the open side by the restoring force of the elastic means so that the catalyst and the fuel solution come into contact with each other to generate hydrogen.
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또한, 본 발명에 따른 수소발생기의 경우 연료탱크 내부에서 발생된 수소가 액상의 연료용액과 원활히 분리되어 외부로 배출될 수 있도록 기액분리기를 포함하고 있으며, 상기 기액(氣液)분리기는 배출구로 수소배출이 용이하게 이루어지도록 배출구 내측과 연료용액 사이에 소정의 공간부가 유지될 수 있도록 고정 설치되는 기액분리막으로 구성된다.In addition, the hydrogen generator according to the present invention includes a gas-liquid separator so that hydrogen generated inside the fuel tank can be separated from the liquid fuel solution smoothly and discharged to the outside, and the gas-liquid separator is hydrogen as an outlet. It is composed of a gas-liquid separator fixedly installed so that a predetermined space is maintained between the inside of the discharge port and the fuel solution to facilitate the discharge.
특히, 상기 기액분리기는 기액분리막 이외에도 연료탱크에 소정량 충진된 연료용액에 항상 부상될 수 있는 포집통과, 상기 포집통에서 연료용액의 상면으로 노출되어 연료탱크 내부에서 발생된 수소가 유입되도록 하는 포집구와, 상기 포집통에 포집된 수소를 배출하도록 포집구의 반대측에서 배출구 입구측에 연결 설치된 배출호스로 구성되어 이루어지고, 상기 연료탱크에는 그 내부에 충진된 연료용액이 차지하는 공간부에 연료용액과 촉매의 접촉으로 발생된 미세 수소포말이 모여져 보다 큰 수소기체방울로 형성된 후에 기액분리기를 통과하도록 하는 진로차단부재와, 미세 수소포말이 기액분리막에 직접적으로 접촉되는 것을 방지하기 위하여 연료용액과 기액분리막 사이에 충돌유도판이 구성되는 자가 능동조절형 수소발생기를 제공한다.In particular, the gas-liquid separator is not only a gas-liquid separation membrane, but also a collecting tank that can always be injured in the fuel solution filled in a predetermined amount in the fuel tank, and the collection tank is exposed to the upper surface of the fuel solution so that the hydrogen generated in the fuel tank is introduced. And a discharge hose connected to the outlet inlet side on the opposite side of the collecting port so as to discharge the hydrogen collected in the collecting container, and the fuel tank includes a fuel solution and a catalyst in a space portion occupied by the fuel solution filled therein. After the fine hydrogen foam generated by the contact of the gas is formed into a larger hydrogen gas droplets, the path blocking member for passing through the gas-liquid separator, and between the fuel solution and the gas-liquid separation membrane to prevent the micro-hydrogen foam from directly contacting the gas-liquid separation membrane. The present invention provides a self-regulating hydrogen generator in which a collision induction plate is constructed.
이하, 명세서에 첨부된 도면을 참고하면서 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명하기로 하며, 본 발명의 상세한 설명에서는 통상의 수소발생기의 주변기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, and detailed description of the surrounding technology of the conventional hydrogen generator will be omitted in the detailed description of the present invention.
본 발명에 따른 자가 능동조절형 수소발생기(H)는 외부에너지의 공급없이 자체적으로 수소발생과 차단이 반복적으로 이루어지도록 하는데 그 특징이 있다.Self-regulating hydrogen generator (H) according to the present invention is characterized in that the hydrogen is generated and cut off repeatedly without supplying external energy.
이를 더욱 상세히 설명하면, 본 발명에 따른 자가 능동형 수소발생기는 밀폐된 공간을 유지하도록 일정한 크기로 구성된 연료탱크(10)와, 상기 연료탱크(10)의 내부에 용해된 상태로 저장되는 수소저장물질의 연료용액(17)과, 상기 수소저장물질의 연료용액(17)과 접촉하여 수소를 발생키는 촉매(21)로 구성되어지되, 상기 촉매(21)는 일정한 형상으로 이루어지는 촉매반응관(20)에 부착 결합되는 특징을 갖 는 것으로, 도 1에는 본 발명에 따른 수소발생기의 일실시예에서 연료탱크(10)의 일부가 절단된 상태의 사시도를 도시하고 있다.In more detail, the self-active hydrogen generator according to the present invention includes a
도면에 도시된 바와 같이, 연료탱크(10)는 일정 용량의 수소저장물질 연료용액(17)이 채워질 수 있는 정도의 공간을 유지하면 되는 것으로, 사용하는 용도나 기기의 종류에 따라 그 크기와 형상을 다양하게 제작할 수 있으며, 연료탱크(10)의 일측에는 내부에서 발생된 수소가 배출되는 배출구(12)가 구비되고, 이 배출구(12)에는 연료전지와의 연결을 위한 퀵커넥터(15)등의 밸브가 구비되어 수소연료전지에 결합된다.As shown in the figure, the
상기 연료탱크(10)는 내부에 채워진 수소저장물질 연료용액(17)을 최초 제작시에 일정량을 채워 넣은 후에 완전 밀폐시켜 재충전 및 배출이 불가능한 일회용 구조로 제작될 수 있음은 물론, 일측에 별도의 연료용액(17)의 충전 및 배출을 위한 연료충진 및 배출구(14)를 마련하여 연료용액(17)의 사용 후 배출과 재충진이 가능하도록 하고, 또한, 일측에 안전을 위해 일정압력 이상에서 연료탱크(10) 내부의 수소를 외부로 방출시킬 수 있도록 하는 벤트홀(13)을 구비된 구조로 이루어진다.The
본 발명의 실시예에 적용된 상기 수소저장물질의 연료용액(17)은 NaBH4 20％ , KOH 8％, H2O 72％의 비율로 혼합되어 구성된 것으로, 상기 촉매(21)는 연료용액(17)과 상호 접촉에 의해 원활하게 수소를 발생시킬 수 있는 물질이면 어느 것이나 이용가능한 것으로, 본 발명에서는 Raney Ni로 이루어진 촉매를 사용하 였다. The
한편, 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일실시예에 적용된 촉매반응관(20)을 발췌하여 이의 동작상태를 도시하고 있으며, 도 3의 이의 분해상태를 도시하고 있다.On the other hand, Figures 2a and 2b is an extract showing the
본 발명의 수소발생기(H)에서 가장 큰 특징부의 하나인 상기 촉매반응관(20)은 연료탱크(10)의 연료용액(17)에 촉매의 접촉 또는 차단이 연료탱크(10) 내부에서 발생된 수소압력에 따라 자동적으로 조절될 수 있는 구조로 이루어진 것으로, 본 발명의 상세한 설명에서는 연료용액(17)에 촉매반응관(20)이 담가진 상태에서 연료용액(17)과 촉매(21)가 접촉하여 수소를 발생시키는 실시예(연료탱크 내장형)를 주로 설명하고, 다른 실시예로서 연료탱크의 외장형은 그 특징부에 대해서 간단히 설명하기로 한다. The
즉, 도면에 도시된 바와 같이, 상기 촉매반응관(20)은 일단이 외부와 관통된 개방부(28)와 이의 반대측에 폐쇄부(27)가 구비된 몸체(29)로 구성된 튜브관으로 이루어지는 것이 바람직한 것으로, 상기 개방부(28)는 몸체(29)의 일단이 개방되거나 몸체(29)의 일단 측방에 절개부가 구비되어 그 내측에 구비된 촉매(21)가 몸체(29)의 일단 또는 측방으로 노출되어져 연료용액(17)과 접촉될 수 있으면 어떠한 구조로도 무난하다.That is, as shown in the figure, the
또한, 상기 몸체(29)의 일단에 형성된 폐쇄부(27) 내측에는 복원력이 우수한 탄성수단(24)이 구비되고, 상기 촉매(21)는 폐쇄부(27)의 내측으로 왕복 이동가능한 슬라이딩부재(22)에 부착 결합되어 연료탱크(10) 내의 압력증가시 상기 폐쇄부(27)측으로 슬라이딩부재(22)가 이동되어 연료용액(17)과 그 접촉이 차단되고, 연료탱크(10) 내의 압력이 떨어지는 경우 폐쇄부(27)측으로 이동된 상기 슬라이딩부재(22)가 상기 탄성수단(24)에 의해 다시 최초 위치인 개방부(28)측으로 이동되어 몸체(29)의 외측이나 일측의 개방된 부위를 통해 연료용액(17)과 접촉됨으로써 수소가 발생될 수 있는 구조로 이루어진다.In addition, an
상기 촉매(21)는 분말형태나 괴형태로 구성 가능하며, 분말형태로 이루어진 경우 분말은 통과하지 못하고 연료용액과 수소가스만이 통과할 수 있는 다양한 재질의 망에 촉매 분말을 장입하거나 또는 다양한 재질의 망 또는 기판에 접착재를 이용하여 부착한 후에 상기 슬라이딩부재(22)에 부착사용하거나, 촉매분말을 슬라이딩부재(22)의 구조에 알맞게 일정한 형상으로 가공하여 소결시킨 후에 부착 사용할 수 있다.The
이를 더욱 상세히 설명하면, 본 발명의 실시예에 사용된 Raney Ni의 경우 매우 넓은 표면적을 가지고 있어 일반적으로 증류수에 보관되며, 공기중에 노출될 경우 자연발화하는 특성을 가지고 있다. 따라서, Raney Ni을 촉매로 사용하기 위해서는 대기중에서도 안정하게 사용할 수 있도록 표면만 산화시키는 방법을 사용하나, 이러한 경우 촉매의 수소발생성능이 저하되는 단점을 가지고 있기 때문에 본 발명의 실시예에서는 두가지의 방식으로 촉매가 제조되었다. 기본방향은 Raney Ni을 표면산화시키지 않고 활용하는 것으로, 그 첫번째는 자석에 부착하여 사용하는 방법으로서, 슬라이딩부재(22)에 자석을 부착시키고(도 4h참조) Raney Ni이 자석에 붙는 성질을 이용하여 촉매를 부착하여 사용하는 것이다.In more detail, in the case of Raney Ni used in the embodiment of the present invention has a very large surface area is generally stored in distilled water, it has the property of spontaneous ignition when exposed to air. Therefore, in order to use Raney Ni as a catalyst, only the surface is oxidized so that it can be used stably in the air, but in this case, since the hydrogen generation performance of the catalyst is deteriorated, there are two methods in the embodiment of the present invention. A catalyst was prepared. The basic direction is to utilize Raney Ni without surface oxidation. The first method is to attach and use the magnet to the magnet. The magnet is attached to the sliding member 22 (see FIG. 4H) and the property of Raney Ni is attached to the magnet. By attaching a catalyst.
두번째 방식으로는 증류수와 같은 수용액 환경에서 촉매를 다양한 재질의 망 또는 기판에 접착제를 이용하여 부착하는 방법으로서, Raney Ni의 경우 증류수에 보관되기 때문에 증류수에 담겨진 상태에서 촉매로 제조될 경우 표면 산화에 의한 수소발생성능의 저하를 방지할 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 증류수내에서 고화가 가능한 우레탄폼을 접착제로 이용하여 니켈메쉬에 고정시켜 촉매를 제조하였다.In the second method, the catalyst is attached to a net or a substrate of various materials in an aqueous solution environment such as distilled water. In the case of Raney Ni, the catalyst is stored in distilled water. It is possible to prevent the deterioration of the hydrogen generation performance by, in the embodiment of the present invention by using a urethane foam that can be solidified in distilled water as an adhesive to a nickel mesh to prepare a catalyst.
또한, Raney Ni을 포함한 촉매들은 온도가 증가함에 따라 수소발생성능이 증가하는 경향이 있으므로 보다 적은 양의 촉매를 사용하면서도 많은 수소발생을 원할 경우 촉매 또는 연료를 가열할 수 있도록 연료탱크(10)의 내부나 촉매반응관(20) 또는 슬라이딩부재(22)중 어느 한 곳 이상에는 자체적으로나 또는 외부의 전원공급에 의해 열을 발생시키는 열선과 같은 발열매체가 구비되도록 구성될 수 있으며, 이러한 방법은 수소저장물질 및 부산물의 용해도를 높여 보다 많은 양의 수소를 저장하는데 유용하도록 한다.In addition, since the catalysts including Raney Ni tend to increase hydrogen generation performance as the temperature increases, the
한편, 상기 슬라이딩부재(22)는 촉매의 용이한 부착 결합과 몸체(29)의 내측으로 출입되어질 때 연료용액이 함께 유입되는 것을 효과적으로 방지할 수 있는 구조나 형상으로 이루어지는 것으로, 본 발명의 실시예에서 설명되는 슬라이딩부재(22)는 양측에 양날개부(23)(23´)가 구비되고, 양날개부(23)(23´)의 사이에 촉매가 결합되는 다양한 형상으로 이루어지는 고정편(23c)으로 구성된다.On the other hand, the sliding
또한, 상기 슬라이딩부재(22)가 몸체(29)의 폐쇄부(27)의 내·외측으로 이동될 때, 슬라이딩부재(22)의 외측면을 따라 액상의 연료용액(17)이 폐쇄실(27) 내부로 유입되는 것을 방지하도록 슬라이딩부재(22)의 양단이나 몸체(29)의 내면, 또는 슬라이딩부재(22)와 탄성수단(24) 사이에 실링부재(23a)(23b)가 각각 구비되거나 동시에 구비될 수 있으며, 또한 몸체(29)의 내주면에는 장착홈(25a)이 오목하게 형성되고, 이 장착홈(25a)에는 O-링(ring) 형상의 실링부재(25)가 끼움 결합되어 촉매(21)가 결합된 슬라이딩부재(22)의 이동시 슬라이딩부재(22)의 외주연을 따라 연료용액의 유입이 차단되도록 하며, 이의 구성상태에 대한 상세도가 도 3에 도시되어 있다.In addition, when the sliding
또한, 도 4a 및 도 4b는 상기 일실시예와 다른 형상으로 이루어진 촉매반응관(20)을 이용한 상태를 도시하고 있는 것으로, 개방부(28)가 몸체(29)의 일단에 형성되고, 촉매고정편(23c)에 부착 결합된 촉매(21)가 연료용액과의 접촉을 확대하여 수소발생량을 증대시키기 위해 촉매고정편(23c)의 외주연 전체를 감싸는 형태로 결합되어 있으며, 나머지 구성은 상기 일실시예와 동일하게 이루어져 있다.4A and 4B illustrate a state using a
한편, 본 발명의 실시예에 적용된 탄성수단(24)은 슬라이딩부재(22)에 구비된 촉매(21)가 통상의 대기압 상태에서 노출된 상태를 유지하고 있다가 연료탱크(10) 내부의 압력이 대기압 이상으로 증가하여 촉매반응관(20)의 개방부(28)측에 노출된 슬라이딩부재(22)의 일측면에 증가된 압력이 작용하는 경우, 상기 슬라이딩부재(22)가 폐쇄부(27) 내측으로 강제로 밀려들어간 후에 연료탱크(10) 내부에 채워진 수소가 수소연료전지의 사용으로 배출구(12)를 통해 배출되어 내부 압력이 떨어진 경우 다시 상기 슬라이딩부재(22)를 최초 위치로 복원시킬 수 있는 압축성 기체나 탄성체로 구성되는 것이 바람직하며, 본 발명의 실시예에서는 압축코일스프링이 적용된 예에 대해서만 도시, 설명하고 있다.On the other hand, the elastic means 24 applied to the embodiment of the present invention maintains the state in which the
그리고, 도 4c 내지 도 4i는 상술한 슬라이딩부재(22)의 다양한 실시예중 일부 실시예를 대표적으로 도시하고 있는 것으로, 이러한 다양한 실시예의 목적은 촉매(21)가 부착 결합되는 촉매고정편(23c)의 구조를 촉매(21)와 연료용액(17)의 접촉면적을 최대한 향상시킬 수 있도록 하는데 있다.4C to 4I representatively illustrate some embodiments of the various embodiments of the sliding
즉, 본 발명의 실시예에 적용된 상기 슬라이딩부재(22)의 기본적인 구조는 양단부에 몸체(29)의 내면과 슬라이딩 접촉되는 여유표면적을 갖는 양 날개부 (23)(23´)와, 상기 양 날개부(23)(23´) 사이에 상기 촉매(21)가 부착되도록 다양한 형상으로 이루어진 촉매고정편(23c)으로 구성되며, 특히 상기 촉매고정편(23c)의 형상이 수개의 판이 겹쳐진 복층다판으로 이루어지거나, 부채꼴 모양, 원뿔모양, 원판형 등 그 표면적에 많은 양의 촉매(21) 부착이 이루어질 수 있는 구조로 이루어지며, 상기 촉매고정편(23c)의 일면 또는 양측면에는 자석(23d)이 부착되어 그 표면에 금속성의 촉매가 별도의 가공과정을 거치지 않고 부착될 수 있는 구조로 이루어질 수 있다(도 4h참조).That is, the basic structure of the sliding
이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 일실시예에 따른 수소발생기(H)에서 수소발생 과정을 더욱 상세히 설명하면, 연료용액 10㎖를 연료탱크(10)에 투입하고 여기에 0.1g으로 정량된 Raney Ni촉매를 투입하게 되면, 수소는 상온에서 12SCCM(Standard Cubic Centimeter per Minute) 또는 연료전지에서 1W에 해당하는 속도로 약 10시간 동안 수소를 발생시킨다. 연료탱크(10) 내부에서 발생된 수소는 연료탱크(10)의 배출구(12)를 통해 수소를 연료로 사용하는 수소엔진 또는 수소연료전지 등의 외부시스템에 공급되어져 사용되며, 외부시스템이 요구하는 수소량이 12SCCM보다 작거나 전원을 차단하여 수소배출이 더 이상 이루어지지 않게 되면 발생된 수소는 연료탱크 내부에서 계속 누적되어 압력이 1.5기압(P1)까지 상승하게 된다. Referring to the hydrogen generation process in more detail in the hydrogen generator (H) according to an embodiment of the present invention having such a configuration, 10ml of the fuel solution to the
따라서, 연료탱크(10)의 내부압력과 대기압으로 유지되고 있는 촉매반응관(20) 내측의 압력 차이가 발생되면서 연료탱크(10) 내부에서 증가된 압력이 노출된 슬라이딩부재(22)의 개방부(28) 일단을 가압하게 되고, 슬라이딩부재(22)가 폐쇄부(27)측으로 이동하면서 수소저장물질의 연료용액(17)에 노출되었던 촉매(21)도 서서히 몸체(29)의 내측으로 진입되면서 연료용액(17)과의 접촉이 줄어들면서 수소발생도 줄어들다가 중지된다.Therefore, the pressure difference between the internal pressure of the
또한, 수소연료를 사용하는 외부시스템에서 수소를 다시 사용하게 되면, 연료탱크(10) 내부의 수소가 배출되면서 연료탱크(10) 내부의 압력이 떨어지고 몸체(29) 내부와 연료탱크(10) 내부의 압력차가 감소되면서 몸체(29)의 내부에 구비된 탄성수단(24)이 자체의 복원력에 의해 최초상태로 복원되면서 슬라이딩부재(22)가 개방부(28)측으로 이동되어 촉매(21)가 다시 연료용액(17)과 접촉되면서 가역적으로 수소가 발생될 수 있는 구조로 이루어진다.In addition, when hydrogen is used again in an external system using hydrogen fuel, the hydrogen inside the
한편, 도 5a 내지 도 5d는 연료탱크(10)의 내부에 부가적인 기액(氣液)분리기(40)가 구비되는 다양한 실시예를 도시하고 있다.5A to 5D illustrate various embodiments in which an additional gas-liquid separator 40 is provided inside the
상기 기액분리기(40)는 수용성 연료용액(17)이 채워진 연료탱크(10)의 내부에서 발생된 기체상태의 수소가 액체상태인 연료용액(17)과 함께 배출되는 것을 방지하기 위한 것으로, 특히 고정형보다는 이동형이나 휴대용의 연료전지에 더욱 유용할 수 있도록 한다.The gas-liquid separator 40 is for preventing the gaseous hydrogen generated in the
즉, 도 5a 내지 도 5c에 도시된 기액분리기(40)는 그 구성이 기액분리막(42)으로 이루어진 것으로서, 상기 기액분리막(42)은 물보다 수소기체에 대한 투과성이 더 좋은 소수성(疏水性)을 가진 실리콘 고무막 또는 테프론막과 같은 다공성 비금속망 또는 수소에 대한 선택적 투과성을 갖는 금속막 등을 적용하는 것이 가능하다. 도 5a는 배출구(12)가 관통 형성된 연료탱크(10)의 내측에 배출구(12)의 내측 입구와 일정간격이 이격되도록 기액분리막(42)이 설치되며, 상기 연료탱크(10)의 내측면과 기액분리막(42) 사이에는 수소발생에 따른 내부압력 증가 및 연료탱크(10)의 유동시 기액분리막(42)의 유동방지와 수소의 원활한 배출이 이루어질 수 있도록 내부기공 또는 수소이동통로가 구비된 유동방지부재(43)가 설치되어 있으며, 이러한 유동방지부재(43)는 기액분리막(42)을 고정시키면서 수소를 원활히 배출시킬 수 있는 구조이면 다른 구성의 실시도 가능하다.That is, the gas-liquid separator 40 illustrated in FIGS. 5A to 5C has a gas-
도 5b는 연료탱크(10) 보다 다소 작은 크기의 동일한 형상으로 이루어지되, 연료탱크(10)의 내측면과 소정간격 이격 설치되는 완전밀폐형, 즉 바람직하게는 내·외부가 밀폐된 박스형의 기액분리막(42)이 설치된 구조로 이루어지며, 이와 같은 완전밀폐구조로 이루어진 박스형의 기액분리막(42)을 설치하는 경우에도 기액분리막(42)과 연료탱크(10) 내측면이 증가된 압력이나 연료탱크(10)의 유동에 의해 상호 밀착되어 수소이동이 방해되는 것을 방지할 수 있도록 상기 유동방지부재(43)를 연료탱크(10)의 내벽면과 기액분리막(42) 사이에 구성시킬 수 있으며,도 5c는 연료탱크(10) 내측의 배출구(12) 내측 입구가 그 중앙에 위치하도록 U형 기액분리막(42)이 구비된 실시예를 도시하고 있다.Figure 5b is made of the same shape of a somewhat smaller size than the
한편, 도 5d와 도 5e에 도시된 기액분리기(40)는 액상의 연료용액(17)에 부상될 수 있는 재질의 포집통(44)을 이용하여 발생된 기체를 포집하여 외부로 배출시키는 구조로 이루어진 것으로, 상기 포집통(44)의 일측에는 연료탱크(10) 내부의 수소가 유입되도록 돌출 형성된 포집구(46)와, 상기 포집통(44)에 포집된 수소를 배출구(12)로 배출되도록 포집구(46)의 반대측과 배출구(12) 사이에 연결 설치된 배출호스(48)로 구성되어 이루어진다.Meanwhile, the gas-liquid separator 40 shown in FIGS. 5D and 5E is configured to collect the gas generated by using a collecting
이와 같은 다양한 구조의 기액분리기(40)는 수소연료를 사용하는 기기의 특성에 따라 적절한 형태를 선택하여 사용할 수 있으며, 상기 포집통(44)은 물보다 비중이 낮은 것이면 어느 재질이나 그 사용이 가능하다.Such a gas-liquid separator 40 of various structures can be selected and used according to the characteristics of the device using the hydrogen fuel, the
또한, 도 6a 및 도 6b는 연료탱크(10) 내의 연료용액(17)에 잠겨진 촉매반응관(20)으로부터 발생된 수소기체를 임시 모이게 하여 미세포말상태의 수소기포가 더 큰 수소기포로 전환되도록 하는 진로(進路)차단부재(50)가 구비된 실시예를 도시하고 있는 것으로, 상기 진로차단부재(50)는 촉매반응관(20)의 주변을 간접적으로 차단할 수 있는 다양한 구조로 이루어져 미세 포말상태의 수소기포가 일시적으로 응집된 후에 배출될 수 있도록 구성된다.6A and 6B also temporarily collect the hydrogen gas generated from the
상기 진로차단부재(50)는 연료탱크(10)에 충진된 연료용액(17)이 촉매반응관(20)의 촉매(21)와 접촉하여 발생된 미세 수소포말이 배출되어질 때 일단 한곳에 모여져 보다 큰 기포로 전환된 후에 기액분리막(42)을 통과하도록 하는 것으로써, 미세 포말상태의 수소기포가 곧바로 기액분리막(42)에 도달한 경우에는 미세한 기액분리막(42)의 기공을 막아서 수소기체의 원활한 배출이 이루어지지 못하도록 하는 문제점이 발생되는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이다.The
특히, 본 발명에 따른 수소발생기(H)는 수소연료전지를 사용하는 물품에 따라 고정형이나 이동형 또는 휴대용 물품에 사용될 수 있기 때문에, 연료탱크(10)가 어떠한 위치에 있더라도 그 내부에서 발생된 수소가 원할하게 배출될 수 있어야 하기 때문에 기액분리막(42)이 연료탱크(10) 내부의 좌·우 또는 상·하 어느측에도 설치될 수 있는 것으로, 본 발명의 실시예에서는 기액분리막(42)이 연료용액의 상·하에 각각 설치되고, 기액분리막(42)에 의해 확보된 양측 공간부 사이에 연결관(54)이 연결 설치되어 어느 위치로 연료탱크(10)가 놓이더라도, 기액분리막(42)에 의해 연료용액(17)과 차단되는 공간부가 연결관(54)을 통해 상호 연결되어 연료탱크(10) 내부에서 발생된 수소기포가 왕래할 수 있도록 하여 배출구(12)를 통해 외부로 원활하게 배출될 수 있는 구조로 이루어지며, 상기 진로차단부재(50)는 연료탱크(10)와 일체로 형성되거나, 촉매반응관(20)이 진로차단부재(50)와 일체로 결합되는 구조로 이루어질 수 있다.In particular, since the hydrogen generator (H) according to the present invention can be used in a stationary, mobile or portable article depending on the article using the hydrogen fuel cell, the hydrogen generated inside the
그리고, 도 7a 및 도 7b에는 연료탱크(10)의 연료용액(17)과 기액분리막(42) 사이, 즉 연료용액(17)이 충진되지 않은 위치에 연료탱크(10)의 내부에서 발생된 미세 수소포말이 수분을 함유한 상태에서 직접 기액분리막(42)에 접촉되는 것을 방지하기 위해 충돌유도판(52)이 설치된 실시예로서, 수소기체가 상승하면서 그 진행방향에 설치된 충돌유도판(52)에 충돌하므로서 연료용액(17)을 빠져나올때 함유한 수분을 상기 충돌유도판(52)에 부딪히면서 탈리시키고 순수한 수소기체만이 기액분리막(42)을 통과할 수 있도록 하며, 상기 충돌유도판(52)도 상술한 진로차단부재(50)와 같이 연료탱크(10)의 설치형태나 사용되는 물품에 따라 연료탱크(10)의 내부에서 다양한 구조로 실시될 수 있다.7A and 7B, the fine particles generated inside the
한편, 도 8a 내지 도 8f에는 본 발명에 따른 수소발생기의 또다른 실시예들을 개략적으로 각각 도시하고 있는 것으로, 본 발명의 또다른 실시예들은 촉매반응관(20)이 연료탱크(10)의 외부에서 탈착가능한 구조로 이루어지는 연료탱크(10) 외장형의 구조를 갖는 것이다.On the other hand, Figures 8a to 8f schematically show each of the embodiments of the hydrogen generator according to the present invention, another embodiment of the present invention is the
즉, 탄성수단(24)과 슬라이딩부재(22)가 내부에 구비된 상기 촉매반응관(20)이 연료탱크(10)의 일측에 함몰 형성된 장착공(60)에 외부에서 끼움 고정되는 구조로 이루어진다.That is, the
도면을 참조하면서 이를 더욱 상세히 설명하면, 도 8a 및 도 8b에 도시된 실시예는 상기 촉매반응관(20)의 일단에 걸림편(60a)이 돌출 형성되고, 상기 장착공(60)의 내측 선단에는 상기 걸림편(60a)이 결합될 수 있는 걸림편고정구(60b)가 구비되며, 상기 장착공(60)의 내주면 일측에는 연료탱크(10)의 내부와 통하는 관통부(62)가 형성되고, 상기 관통부(62)가 형성된 안쪽의 장착공(60) 내부 말단에는 탄성수단(24a)이 구비되며, 상기 탄성수단(24a)에는 상기 관통부(62)를 밀폐하는 관통부차단부재(26)가 결합되고, 장착공(60)의 말단에는 연료탱크(10)의 내부와 통해 내부 유체가 유입될 수 있는 제1유체출입공(64)이 관통 형성되며, 상기 제1유체출입공(64)의 전방으로는 기액분리막(42a)이 결합되는 구조로 이루어진다.8a and 8b, the
이와 같은 구조로 이루어진 또다른 실시예에서는 도 8a에 도시된 바와 같이, 촉매반응관(20)이 연료탱크(10)의 장착공(60)에 삽입되기 전에는 장착공(60) 내부에 구비된 관통부차단부재(26)가 관통부(62)를 밀폐하고 있다가, 도 8b와 같이 상기 촉매반응관(20)이 끼움 결합되는 경우 상기 관통부차단부재(26)가 탄성수단(24)을 압축하면서 관통부(62)가 촉매반응관(20)의 외주연에 노출되고, 촉매반응관(20)이 완전히 삽입된 경우 상기 관통부(62)는 촉매반응관(20)에 구비된 촉매(21)와 접촉하게 됨으로써 수소발생이 이루어지게 된다.In another embodiment having such a structure, as shown in FIG. 8A, the
수소 발생으로 연료탱크(10) 내부의 압력이 상승하여 일정 수준 이상이 되면(수소 미사용시) 연료탱크(10)의 내부에 누적된 수소 일부가 장착공(60)의 내측 선단부에 관통된 제1유체출입공(64)으로 유입되어 장착공(60) 내부의 압력이 증가되면서 관통부차단부재(26)가 다시 촉매반응관(20)의 슬라이딩부재(22)를 밀어 내면서 상기 탄성수단(24)이 인장되어 촉매(21)가 연료용액(17)과 점점 그 접촉면적이 줄어들면서 관통부차단부재(26)에 의해 관통부(62)가 완전히 차단됨에 따라 수소발생이 정지되고, 외부시스템에서 수소를 사용하게 되면 연료탱크(10)내의 수소압력이 저하되면서 장착공(60) 내부의 유체가 다시 연료탱크(10)의 내부로 누출되면서 촉매반응관(20)에 구비된 탄성수단(24)이 수축되어 슬라이딩부재(22)가 다시 장착공(60) 내측의 관통부차단부재(26)를 밀어 젖히면서 촉매(21)가 연료용액(17)과 접촉되는 동작과정이 반복되면서 수소발생과 차단이 자동적으로 이루어지면서 수소연료전지 등에 필요한 수소를 발생 및 공급할 수 있도록 구성되며, 상기 제1유체출입공(64)은 연료탱크(10) 내부의 증가된 압력상태에 따라 유체가 유입되어 관통부차단부재(26) 또는 촉매반응관(20)의 슬라이딩부재(22)를 밀어 젖힐 수 있는 구조면 어느 위치에라도 설치할 수 있다.When the pressure inside the
또한, 도 8c 및 도 8d에 도시된 실시예는 상술한 촉매반응관(20)의 말단 즉, 슬라이딩부재(22)의 외측으로 소정의 밀폐된 공간부를 구성하는 촉매노출조절부(66)가 연장 형성되어지되, 상기 촉매노출조절부(66)에는 촉매반응관(20)이 장착공(60)에 끼움 결합시 장착공(60)의 제1유체출입공(64)과 일치하여 연료탱크(10) 내의 압력 증감에 따라 슬라이딩부재(22)를 이동시켜 수소발생을 조절할 수 있는 제2유체출입공(64´)이 일측에 관통 형성된 특징적인 구조로 이루어진다.8C and 8D, the catalyst exposure control unit 66 constituting a predetermined closed space portion extends to the end of the above-described
이와 같은 구조로 이루어진 또 다른실시예의 수소발생기(H)는 수소 발생 및 연료탱크 내부의 수소발생에 따른 압력증가로 수소의 발생과 차단이 이루어지는 동작은 상술한 다른실시예와 동일하나, 연료탱크(10) 내부의 압력증가시 고압의 유체가 촉매반응관(20)의 내측 선단부에 형성된 촉매노출조절부(66)로 출입되어 고정된 촉매반응관(20)의 슬라이딩부재(22)를 밀어내고, 연료탱크(10) 내의 압력이 감소시 촉매노출조절부(66)로 유입된 유체가 배출되어 촉매반응관(20)의 내측에 구비된 탄성수단(24)에 의해 슬라이딩부재(22)를 다시 밀어내어 연료용액(17)과의 접촉이 이루어져 수소가 발생될 수 있는 구조로 이루어진다.In another embodiment of the hydrogen generator (H) having such a structure, the operation of generating and blocking hydrogen by the increase in pressure caused by the generation of hydrogen and the generation of hydrogen in the fuel tank is the same as in the above-described other embodiment, but the fuel tank ( 10) When the pressure inside increases, the high-pressure fluid enters and exits the catalytic exposure control unit 66 formed at the inner end of the
한편, 도 8e 및 도 8f에 도시된 실시예는 상기 장착공(60)에 결합되는 촉매반응관(20)에 별도의 탄성수단이 구비되지 않고 슬라이딩부재(22)만 몸체(29)의 선단부에 구비된 구조로 이루어지며, 몸체(29)의 외주연에는 고정수단의 하나인 걸림편(61a)이 중앙부위에 가공된 설치공(65)에 구비된 탄발스프링(67)에 의해 출몰되는 구조로 이루어지고, 상기 장착공(60)의 내측에 형성된 걸림편고정구(61b)는 상기 걸림편(61a)이 걸려 촉매반응관(20)이 끼움 결합된 후에 자력으로 이탈되는 것을 방지할 수 있는 위치에 돌출 형성되는 구조로 이루어진다.On the other hand, the embodiment shown in Figure 8e and 8f is not provided with a separate elastic means in the
이와 같은 구조로 이루어진 실시예는 도 8f에 도시된 바와 같이, 촉매반응관(20)의 장착공(60)의 내측에 끼워 강제로 밀어넣게 되면, 촉매반응관(20)의 외주연에 형성된 걸림편(61a)이 걸림편고정구(61b)에 걸리면서 촉매반응관(20)이 장착공(60) 내부에 끼움 고정된다.As shown in FIG. 8F, the structure having such a structure is caught in the outer periphery of the
이와 같이 연료탱크(10)에 결합된 촉매반응관(20)의 촉매(21)는 연료탱크(10)의 내부에 구비된 연료용액(17)과 접촉되어 수소를 발생시키고, 연료탱크(10) 내부가 일정압 이상으로 상승하게 되면 장착공(60)의 말단에 형성된 제1유체출입공(64)으로 연료탱크(10) 내의 증가된 압력상태의 유체가 유입되어 관통부차단부재(26)를 밀어내면, 상기 관통부차단부재(26)에 접촉하고 있는 촉매반응관(20)이 압력을 받게 되고, 계속 작용되는 압력에 따라 촉매반응관(20)의 외주연에 구비된 상기 걸림편(50)이 작용된 외압에 따라 상기 설치공(65) 내부에 구비된 탄성스프링(67)을 가압하면서 그 내측으로 삽입되어 걸림편고정구(61b)로부터 이탈되고, 연료전지의 사용태에 따라 사용자는 다시 상기 촉매반응관(20)을 강제로 장착공(60) 내부로 삽입시켜 수소발생이 이루어지도록 하는 또다른 실시예의 수소발생기를 제공한다.In this way, the
이와 같은 다양한 실시예로 구성되는 본 발명에 따른 수소발생기(H)가 휴대폰(P)의 수소연료전지용 수소발생기로 사용되는 실시예를 도 9에 도시하고 있으며, 이러한 실시예는 본 발명의 일부 실시예를 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구 범위에서 벗어나지 않은 한 다양한 변형과 응용이 가능함은 자명하다 하겠다.9 shows an embodiment in which the hydrogen generator (H) according to the present invention constituted as such various embodiments is used as a hydrogen generator for a hydrogen fuel cell of a mobile phone (P), which embodiment is part of the present invention. For the purpose of illustrating the example, various modifications and applications are possible without departing from the spirit and scope of the present invention.
이상 상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수소발생기(H)는 외부의 어떠한 도움도 없이 자체적으로 내부에서 발생된 수소압력에 의해 수소발생과정과 수소발생 차단이 능동적으로 이루어지게 됨으로써, 수소발생기의 구조를 더욱 간단하게 제작할 수 있고, 그 제조비용 또한 저렴하게 할 수 있으며, 수소발생기의 부피와 중량도 크게 감소시킬 수 있어 수소를 에너지원으로 사용하는 다양한 기기의 연료전지의 부피당 에너지 밀도 및 무게당 에너지밀도를 크게 증가시킬 수 있다.As described above, the hydrogen generator (H) according to the embodiment of the present invention is actively made by the hydrogen generation process and the hydrogen generation blocking by the hydrogen pressure generated inside itself without any help from outside, hydrogen The structure of the generator can be made simpler, the manufacturing cost can be made cheaper, and the volume and weight of the hydrogen generator can be greatly reduced, so that the energy density per volume of the fuel cell of various devices using hydrogen as an energy source and The energy density per weight can be greatly increased.
또한, 연료용액(17)으로부터 수소가 모두 배출된 경우에는 기존의 전지와 같이 연료탱크(10)에 구비된 연료충전 및 배출구(14)를 통해 사용된 연료용액(17)을 배출시키고 새로운 연료용액(17)을 다시 충진하여 수소발생기를 사용할 수 있으며, 연료탱크(10)의 배출구(12)에 구비된 퀵커넥터(15)를 통해 수소발생기를 연료전지에 연결하는 경우 퀵커넥터(15)가 열리면서 수소가 연료전지로 공급되고, 연료전지를 분리하는 경우 퀵커넥터(15)가 닫히면서 외부로의 수소방출이 억제되어 연료탱크(10)의 내부압력이 소량 증가하고 촉매(21)와 연료용액(17) 사이의 반응이 억제됨으로 일정압력 이하에서 안전하게 보관할 수 있다.In addition, when all the hydrogen is discharged from the
또한, 슬라이딩부재(22)의 다양한 실시예의 적용으로 촉매(21)와 연료용액(17)의 접촉면적을 최대한 증대시켜 다량의 수소발생이 이루어질 수 있도록 하여 수소연료전지의 사용범위를 더욱 확대시킬 수 있도록 하며, 촉매반응관(20)의 외측으로 설치된 다양한 구조의 진로차단부재(50)와, 연료용액(17)과 기액분리막(42) 사이에 설치되는 충돌유도판(52)의 구비로 연료탱크 내부에서 발생된 수소기체가 외부로 원활하게 공급되어 수소연료전지의 성능을 향상시킬 수 있으며, 기액분리막(42)이 연료탱크(10) 내부에서 별도로 설치되어진 경우 연결관(54)을 통해 수소기체의 유통이 원활하게 이루어지므로 서로 다른 연료탱크의 구조를 갖는 것이나, 이용되는 제품에 따라 그 적용이 가능하여 수소연료전지의 사용범위를 더욱 확대하여 에너지의 효율적인 사용이 가능하도록 한다.In addition, by applying various embodiments of the sliding
상술한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 자가 능동조절형 수소발생기는 장치의 소형화가 가능하고 제조비용이 저렴하며, 부피 및 무게가 작아 단위부피당 에너지밀도 및 단위무게당 에너지밀도를 향상시킬 수 있어 수소를 연료로 사용하는 대형의 수소연료전지장치는 물론 이동형 기기나 휴대용기기에 이르기까지 그 이용이 가능하도록 하여 청정대체에너지로서의 수소의 이용을 더욱 활성화하여 고갈되는 화석연료의 대체사용으로 대기환경오염의 방지는 물론 인류의 건강한 삶을 유지하는데 일조할 수 있도록 하는 유용한 효과를 제공할 수 있도록 한다.The self-regulating hydrogen generator according to the present invention having the above-described configuration is capable of miniaturization of the device, low manufacturing cost, and small volume and weight, thereby improving energy density per unit volume and energy density per unit weight. Prevents air pollution by replacing fossil fuels that are depleted by activating the use of hydrogen as a clean alternative energy by enabling the use of large hydrogen fuel cell devices used as fuels, as well as mobile devices and portable devices. Of course, it can provide useful effects that can help to maintain a healthy life for humankind.
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