KR100718958B1 - 자가 능동조절형 수소발생기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자가 능동조절형 수소발생기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부의 조건 즉 연료전지의 부하특성(압력조건)에 따라 빠른 응답성과 외부 에너지 공급원 없이 작동하는 수소발생장치와 기존의 수소발생에 필요했던 연료펌프 등을 제거한 연료저장장치를 제조하여 수소엔진, 연료전지 등 수소를 연료로 사용하는 모든 시스템에 적용이 가능하며 특히 노트북, 핸드폰 등과 같은 소형 전자기기에 적용이 가능한 자가 능동조절형 수소발생기에 관한 것이다.
수소발생기, 연료전지, 연료저장장치

Description

자가 능동조절형 수소발생기{A Self-Control Type Hydrogen Generator}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수소발생기의 단면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수소발생기의 작동상태도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 촉매반응관의 사시도.
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소발생기의 단면도.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매반응관의 단면도.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매반응관의 기액분리막을 나타내는 사시도.
도 8는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소발생기의 단면도.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 촉매반응관의 단면도.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소발생기의 단면도.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소발생기의 작동상태도.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소발생기의 솔레노이드 밸브가 닫힌 상태를 나타내는 도면.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소발생기의 솔레노이드 밸브가 열린 상태를 나타내는 도면.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 연료탱크 11 : 수소배출구
11a : 솔레노이드 밸브 12 : 연료용액유입구
13 : 연통관 20 : 촉매반응관
20a : 수소배출관 21 : 유입구
22 : 밸브 23 : 패킹부재
23a : 제 1패킹부재 23b : 제 2패킹부재
23c : 이음부재 24 : 촉매
25 : 기액분리막 26 : 제 1 밸브판
26a : 제 1 개폐판 27 : 제 2 밸브판
27a : 제 2 개폐판 28 : 지지판
29 : 수축/팽창부 30 : 연료용액
40 : 수소포집관 50 : 부력튜브
60 : 내압조절밸브 70 : 주입구
본 발명은 자가 능동조절형 수소발생기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부의 조건 즉 연료전지의 부하특성(압력조건)에 따라 빠른 응답성과 외부 에너지 공급원 없이 작동하는 수소발생장치와 기존의 수소발생에 필요했던 연료펌프 등을 제거한 연료저장장치를 제조하여 수소엔진, 연료전지 등 수소를 연료로 사용하는 모든 시스템에 적용이 가능하며 특히 노트북, 핸드폰 등과 같은 소형 전자기기에 적용이 가능한 자가 능동조절형 수소발생기에 관한 것이다.
현재 화석연료 중심의 에너지 수급체계는 화석연료 고갈과 환경오염 등의 심각한 문제에 직면하고 있다. 따라서 수소연료전지는 예너지 및 환경문제를 해결할 수 있는 현실적 방안으로 인식되고 있다.
연료전지는 건전지나 축전지와 같은 일반 화학전지와는 달리 수소와 산소가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있다. 그러나 자동차 또는 소형 모바일 기기의 경우 한정된 공간에 연료를 저장해야만 함으로 어떠한 방식으로 수소를 저장하느냐 하는 것이 연료전지의 개발과 함께 필수적으로 해결되어야 할 당면과제이다.
연료전지는 연료를 공급하는 방식에 따라 연료전지의 개발과 함께 필수적으로 해결되어야 할 과제이다.
연료전지는 연료를 공급하는 방식에 따라 연료전지의 가격 및 인프라 구축비용이 크게 달라질 수 밖에 없으므로 많은 논의가 진행되어 왔으나, 현재는 수소를 직접 연료로 하는 PEMFC가 성능측면에서 가장 우수함으로 인해 국내/외 대다수의 자동차 회사들이 직접수소공급 방식을 채택하고 있다.
이 경우, 수소 저장량에 의해 주행거리가 정해지므로 수소저장밀도가 높은 저장매체를 개발하는 것이 연료전지 자동차의 상용화에 있어 매우 중요한데, 자동차의 경우 주행거리가 연료탱크의 무게에 상대적으로 큰 영향을 받으므로 대다수의 기업이 단위무게 당 에네지밀도가 높은 700기압 고압수소저장방식을 채택하여 개발하고 있다.
하지만 고압수소저장방식은 휴대용 등에 사용하기는 사실상 불가능하며 상당한 위험요소를 내재하고, 고체수소화합물 수소저장합금 또한 자체 무게로 인하여 상용화에 많은 어려움이 있다.
이러한 문제를 해결할 수 있는 방법으로 제시되고 있는 수소저장법 중 하나로 수소화합물 또는 수소저장합금이 용해된 용액과 촉매가 접촉하여 수소를 발생시키는 방식이 있다.
이는 수용액 상태로 저장됨으로 매우 안전하며 또한 물 분자를 분해하여 수소를 발생시키므로 수소저장용량이 매우 커 이동형기기 또는 중대형 기기에도 적용이 가능하여 이에 대한 개발이 매우 중요하다고 할 수 있다.
하지만 기존의 장치는 촉매와 수소화합물의 수용액을 분리하여 연료전지가 작동 시에 수용액을 연료펌프에 의해 촉매실로 공급하는 방식을 사용하였다.
이러한 방식은 연료펌프를 기동시키는데 많은 에너지 소모가 있으며, 그 부피 또한 증가하여 이동형 연료전지에의 적용은 사실상 곤란한 문제점이 발생하였다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 외부의 조건 즉 연료전지의 부하특성(압력조건)에 따라 빠른 응답성과 외부 에너지 공급원 없이 작동하는 수소발생장치와 기존의 수소발생에 필요했던 연료펌프 등을 제거한 연료저장장치를 제조하여 수소엔진, 연료전지 등 수소를 연료로 사용하는 모든 시스템에 적용이 가능하며 특히 노트북, 핸드폰 등과 같은 소형 전자기기에 적용이 가능한 자가 능동조절형 수소발생기를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 일정 수용공간이 형성되어 연료용액을 수용하며 수소배출구가 형성된 연료탱크와; 상기 연료탱크 내의 담수된 연료용액에 침수되어 위치하며, 상측에 유입구가 형성되고 상기 유입구와 형상적으로 대응되는 밸브의 단속에 따라 연료용액이 유입되는 촉매반응관;으로 구성되되, 상기 촉매반응관 내에는 촉매반응관 수용공간을 2단으로 구획하기 위한 패킹부재가 내주면에 설치되고, 상기 패킹부재와 밸브는 일체로 결합되어 패킹부재의 압력 변화에 의한 상하 왕복이동에 따라 밸브가 단속되며, 상기 패킹부재 상측면에는 연료용액과 수소반응을 일으키도록 촉매가 구비된다.
또한 본 발명의 다른 실시예는 일정 수용공간이 형성되어 연료용액을 수용하며 수소배출구가 형성된 연료탱크와, 상기 연료탱크 내의 담수된 연료용액에 침수되어 위치하며, 일측에 연료용액이 유입되는 유입구가 형성된 촉매반응관;으로 구성되되, 상기 촉매반응관 내에는 적어도 일면에 촉매가 도포되고 회동 가능하도록 설치되어 일단이 상기 촉매반응관의 내벽면에 밀착된 상태로 상하 회동하여 상기 유입구를 개폐하는 제 1 밸프판과, 상기 제 1 밸브판의 하부에 위치하고 상기 연료탱크 내의 압력의 변화에 따라 수축 또는 팽창하여 상기 밸브판을 상하 회동시켜 상기 유입구를 단속하는 수축/팽창부가 형성된다.
아울러 본 발명의 또 다른 실시예는 일정 수용공간이 형성되어 연료용액을 수용하며 수소배출구가 형성된 연료탱크와, 상기 연료탱크 내의 담수된 연료용액에 침수되어 위치하며, 일측에 연료용액이 유입되는 유입구가 형성된 촉매반응관;으로 구성되되, 상기 촉매반응관 내에는 압력의 변화에 따라 수축 또는 팽창하는 수축/팽창부와, 내부 일측에 고정되고 상기 수축/팽창부의 일측에 결합되어 상기 수축/팽창부를 지지하는 지지판과, 상기 수축/팽창부의 타측에 결합되어 상기 수축/팽창부의 수축 및 팽창에 따라 수평이동하여 상기 유입구를 단속하는 제 2 밸브판이 형성된다.
또한 발명의 또 다른 실시예는 일정 수용공간이 형성되어 연료용액을 수용하며 수소배출구가 형성된 연료탱크와, 상기 연료탱크 내의 담수된 연료용액에 침수되어 위치하며, 하부가 개방되어 연료가 유입되며 수소배출관이 형성된 촉매반응관과, 상기 수소배출관과 수소배출구를 연통시키는 연통관으로 구성되되, 상기 촉매반응관 내에는 촉매반응관 수용공간을 2단으로 구획하기 위한 제 1패킹부재가 내주면과 밀착되어 설치되고, 상기 제 1패킹부재는 하부면상에 이음부재가 결합되어 하부로부터의 연료용액 유입을 단속하기 위한 제 2패킹부재와 결합되며, 상기 촉매반응관 하부 내측면상에는 연료용액과 수소반응을 일으키도록 촉매가 장착된다.
아울러 본 발명의 또 다른 실시예는 일정 수용공간이 형성되어 연료용액을 수용하며 수소배출구가 형성된 연료탱크와, 상기 연료탱크 내의 담수된 연료용액 상의 부력튜브에 고정되어 되어 위치하며, 하부가 개방되어 연료용액이 유입되며 발생되는 수소를 포집하기 위해 중앙부에 수소포집관이 설치된 촉매반응관과, 상기 수소포집관과 수소배출구를 연통시키는 연통관으로 구성되되, 상기 촉매반응관 하부 내측면상에는 연료용액과 수소반응을 일으키도록 촉매가 장착된다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 자세히 설명한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수소발생기의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수소발생기의 작동상태도이며, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 촉매반응관의 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 발명은 크게 일정 수용공간이 형성되어 연료용액(30)을 수용하며 수소배출구(11)가 형성된 연료탱크(10)와, 상기 연료탱크(10) 내의 담수된 연료용액(30)에 침수되어 위치하며, 상측에 유입구(21)가 형성되고 상기 유입구(21)와 형상적으로 대응되는 밸브(22)의 단속에 따라 연료용액(30)이 유입되어 촉매반응을 일으키는 촉매반응관(20)으로 구성된다.
상기 연료탱크(10)는 일정 수용공간이 형성되어 연료용액(30)이 수용되며, 수소배출구(11)가 형성되어 수소반응 후 발생되는 수소기체를 배출시킨다.
상기 연료탱크(10)의 크기는 수소연료전지의 수소요구량에 따라 다양할 수 있으며, 상기 연료탱크(10)로부터 배출된 수소기체는 솔레노이드밸브 등의 단속에 의해 수소연료전지로 공급된다.
또한 상기 연료탱크(10)에는 연료용액(30)을 공급 또는 배출시키기 위한 연료용액유입구(12)가 형성되어 연료용액(30)을 충진 또는 배출시킬 수 있게 하며, 물론 최초 제작시 일회용으로 제작함에 따라 원료용액유입구(12)를 형성시키지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예에 적용되는 연료용액(30)은 NaBH4 20중량%, KOH 8중량%, H2O 72중량%의 비율로 혼합되어 구성된 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 상기 촉매(24)와 반응하여 원활하게 수소반응을 일으킬 수 있는 것이면 어느 것이든 해당한다.
또한 상기 촉매(24)는 Raney Ni로 이루어지며, 수소반응을 원활하게 일으키도록 구비되며, 자신은 반응하지 않는다.
한편 상기 촉매반응관(20)은 상기 연료탱크(10) 내의 담수된 연료용액(30)에 침수되어 위치하며, 상측에 유입구(21)가 형성되고 상기 유입구(21)와 형상적으로 대응되는 밸브(22)의 단속에 따라 연료용액(30)이 유입되어 촉매반응을 일으킨다.
상기 유입구(21)는 밸브(22)와 형상적으로 대응되도록 형성되며, 촉매반응관(20) 내측방향으로 갈수록 직경이 작아지는 홀형태이다.
또한 상기 촉매반응관(20) 내에는 촉매반응관(20) 수용공간을 2단으로 구획하기 위한 패킹부재(23)가 내주면과 밀착되어 설치되고, 상기 패킹부재(23)와 밸브(22)는 일체로 결합되어 패킹부재(23)의 상하 왕복이동에 따라 밸브(22)가 단속되며, 상기 패킹부재(23)의 상부면에는 연료용액(30)과 수소반응을 일으키도록 촉매(24)가 구비된다.
상기 촉매(24)는 패킹부재(23)의 상부면에 적층되거나 도포되어 형성되며, 이는 촉매(24)를 성형하여 접착제를 도포하여 접착시킬 수 있으며, 접착제가 도포 된 패킹부재(23) 상부면에 촉매(24)를 다시 도포함으로써 형성시킬 수도 있다.
또한 상기 수소반응에 의해 발생되는 수소를 외부로 배출하기 위한 기액분리막(25)이 상부면에 형성되는데, 상기 기액분리막(25)은 연료탱크(10) 내의 연료용액(30)이나 촉매반응관(20) 내의 연료용액(30)이 서로 유입, 배출되지 않도록 방지하며 수소반응에 의해 발생되는 수소기체만을 촉매반응관(20) 외부로 배출하도록 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 실시예의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.
우선 연료탱크(10) 내의 일정량의 연료용액(30)이 담수되고 상기 촉매반응관(20)은 상기 연료용액(30)내로 침수된다.
상기 촉매반응관(20) 내의 패킹부재는 밸브(22)가 열린 상태가 되도록 위치되어 있으며, 이에 따라 연료용액(30)이 유입구(21)를 통하여 촉매반응관(20) 내로 유입된다.
이에 따라 촉매(24)와 연료용액(30)이 수소반응을 일으키며 수소기체가 발생되고, 상기 수소기체는 기액분리막(25)을 통하여 촉매반응관(20) 외부로 배출된다.
일정 시간이 경과 후 연료탱크(10) 내에는 수소기체가 충진되는데, 이에 따라 연료탱크(10) 내의 기압과 촉매반응관(20) 내의 기압간에 기압차가 발생한다.
상기 기압차에 의해 밸브(22) 및 밸브(22) 일체로 결합된 패킹부재(23)는 하향 이동하며, 이에 따라 촉매반응관(20)의 유입구는 밸브(22)에 의해 닫히게 된다.
물론 연료탱크(10) 내에는 수소배출구(11)가 형성되어 수소기체가 배출되는데, 수소반응에 의해 발생되는 수소기체보다 배출되는 수소기체량이 많음에 따라 이와 같은 작용하는 것이다.
이후로 일정시간이 경과하여 연료탱크(10) 내의 수소기체의 배출에 의해 기압이 다시 내려가 촉매반응관(20)의 기압보다 작아질 경우 다시 밸브(22) 및 패킹부재(23)는 상승하여 촉매반응관(20)의 유입구(21)는 열리게 되고, 다시 연료용액(30)이 유입되어 수소반응이 이루어진다.
(실시예 2)
도 4은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소발생기의 단면도이고, 도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매반응관의 확대단면도이며, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 촉매반응관의 기액분리막을 나타내는 사시도이다.
도면을 참조하면, 본 실시예는 크게 일정 수용공간이 형성되어 연료용액(30)을 수용하며 수소배출구(11)가 형성된 연료탱크(10)와, 상기 연료탱크(10) 내의 담수된 연료용액(30)에 침수되어 위치하며, 일측에 유입구(21)가 형성되고 상기 유입구(21)를 개폐하는 제 1 밸브판(26)의 단속에 따라 연료용액(30)이 유입되어 촉매반응을 일으키는 촉매반응관(20)으로 구성된다.
상기 촉매반응관(20) 내에는 크게 압력 변화에 따라 수축 또는 팽창하는 수축/팽창부(29)와 상기 수축/팽창부(29)의 부피변화에 따라 지렛대 원리에 의해 촉매반응관(20)에 형성된 유입구(21)를 개폐하는 제 1 밸브판(26)이 설치된다.
상기 수축/팽창부(29)는 압력 변화에 따라 부피변화를 일으키도록 구비되며, 내구성을 위해 일정 뚜께를 가지는 고무 재질의 풍선 또는 튜브 등이 바람직하다.
또한 상기 수축/팽창부(29)는 제 1 밸브판(26)의 하부에 위치하고, 제 1 밸브판(26)은 촉매반응관(20)과 제 1 밸브판(26)의 중심 또는 유입구(21)의 반대측으로 편심된 지점에 힌지결합함으로써 수축/팽창부(29)의 부피변화에 따라 유입구(21)를 개폐한다.
상기 제 1 밸브판(26)의 유입구(21) 측 끝단에는 원형 또는 판형의 제 1 개폐판(26a)이 형성되어 제 1 밸브판(26)의 상하이동에 따라 유입구(21) 측 촉매반응관(20) 내벽과 밀착되어 제 1 개폐판(26a)이 상하이동하며, 이에 따라 제 1 밸브판(26)이 하향이동하면 제 1 개폐판(26a)이 하향이동하여 유입구(21)는 닫히게 되며, 반대로 상향이동하면 제 1 개폐판(26a)이 상향이동함에 따라 유입구(21)가 열리게 된다.
물론 유입구(21) 측 촉매반응관(20) 내벽은 제 1 개폐판(26a)의 운동경로에 대응하여 보다 개폐가 안정적으로 이루어지도록 라운드 형성됨이 바람직하다.
또한 기액 분리막(25)은 촉매반응관(20)의 각모서리부에 형성되어 수소반응에 의해 발생되는 수소기체가 배출되게 된다.
상기의 구성에 의하여 본 실시예에 따른 작용효과를 살펴보면 다음과 같다.
우선 연료탱크(10) 내의 일정량의 연료용액(30)이 담수되고 상기 촉매반응관(20)은 상기 연료용액(30)내로 침수된다.
상기 수축/팽창부(29)은 일정부피를 가지며 제 1 밸브판(26)은 유입구(21) 측 끝단이 상향 위치하는 경사면을 형성하게 된다.
이에 따라 유입구(21)는 열린 상태로 되어, 연료용액(30)이 유입되어, 제 1 밸브판(26) 상부면에 형성되는 촉매(24)와 반응하여 수소기체를 발생시킨다.
상기 발생된 수소기체는 촉매반응관(20)의 각모서리부에 형성된 기액분리막(25)을 통하여 외부로 배출된다.
이에 따라 상기 연료탱크(10)의 기압은 상승하여 촉매반응관(20) 내의 수축/팽창부(29)이 수축하게 되며, 상기 수축된 수축/팽창부(29)의 상부에 위치한 제 1 밸브판(26)은 하향이동하며, 이에 따라 유입구(21)는 닫히게 되는 것이다.
일정시간 경과 후 연료탱크(10)의 수소배출구(11)로 수소기체가 배출되면 다시 기압은 낮아지고 수축/팽창부(29)는 예전 부피로 회귀하며, 이에 따라 유입구(21)는 개방되어 수소반응이 다시 발생된다.
(실시예 3)
도 8는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소발생기의 단면도이고, 도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 촉매반응관의 단면도이다.
도면을 참조하면, 본 실시예는 크게 일정 수용공간이 형성되어 연료용액(30)을 수용하며 수소배출구(11)가 형성된 연료탱크(10)와, 상기 연료탱크(10) 내의 담수된 연료용액(30)에 침수되어 위치하며, 일측에 유입구(21)가 형성되고 상기 유입구(21)를 개폐하는 제 2 밸브판(27)의 단속에 따라 연료용액(30)이 유입되어 촉매반응을 일으키는 촉매반응관(20)으로 구성된다.
촉매반응관(20) 내에는 압력의 변화에 따라 수축 또는 팽창하는 수축/팽창부(29)과, 내부 일측에 고정되고 수축/팽창부(29)의 일측에 결합되어 수축/팽창부 (29)를 지지하는 지지판(28)과, 수축/팽창부(29)의 타측에 결합되어 수축/팽창부(29)의 수축 및 팽창에 따라 수평이동하여 상기 유입구(21)를 단속하는 제 2 밸브판(28)이 구비된다.
지지판(28) 및 제 2 밸브판(27)의 적어도 일면에는 수소반응을 일으키도록 촉매(24)가 도포되어 있다.
또한 상기 지지판(28)의 일단은 수축/팽창부(29)와 결합되고 타단은 유입구 (21)외부로 돌출되되, 수평이동을 함에 따라 유입구(21)가 개폐되도록 제 2개폐판(27a)이 형성된다.
이에 따라 수축/팽창부(29)가 수축하면 제 2 밸브판(27)이 내측으로 수평이동하고 이에 따라 제 2 밸브판(27)의 제 2 개폐판(27a)에 의해 유입구(21)는 닫히게 된다.
또한 상기 촉매반응관(20) 내 각 모서리부에는 발생되는 수소를 외부로 배출하기 위한 기액분리막(25)이 형성되는데, 이는 도 7에서 도시된 바와 같다.
(실시예 4)
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소발생기의 단면도이고, 도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소발생기의 작동상태도이다.
도면을 참조하면, 본 실시예는 크게 일정 수용공간이 형성되어 연료용액(30)을 수용하며 수소배출구(11)가 형성된 연료탱크(10)와, 상기 연료탱크(10) 내의 담수된 연료용액(30)에 침수되어 위치하며 하부가 개방되어 연료용액(30)이 유입되며 수소배출관(20a)이 관통 결합된 촉매반응관(20)과, 상기 수소배출관(20a)과 수소배출구(11)를 연통시키는 연통관(13)으로 구성된다.
여기서 상기 연료탱크(10)에 형성되는 수소배출구(11)에는 유출되는 수소를 단속하기 위해 솔레노이드 밸브(11a)을 설치함이 바람직하며, 이에 따라 선택적으로 수소 공급이 이루어질 수 있다.
한편 상기 촉매반응관(20)은 연료용액(30)이 담수된 연료탱크(10) 내에서 침수되어 위치하며 하부가 개방된 형태로 형성된다.
또한 상기 촉매반응관(20) 내에는 촉매반응관 수용공간을 2단으로 구획하기 위한 제 1패킹부재(23a)가 내주면과 밀착되어 설치되고, 상기 제 1패킹부재(23a)는 하부면상에 이음부재(23c)가 결합되어 하부로부터의 연료용액(30) 유입을 단속하기 위한 제 2패킹부재(23b)와 결합되며, 상기 촉매반응관(20) 하부 내주면상에는 연료용액(30)과 수소반응을 일으키도록 촉매(24)가 장착된다.
여기서 상기 이음부재(23c)로 결합되는 제 1,2패킹부재(23a, 23b)는 촉매반응관(20) 내의 압력차에 따라 연료용액(30)의 유입을 단속하기 위해 마련되는데, 상기 압력차는 수소배출구(11)에 형성된 솔레노이드 밸브(11a) 단속에 의해 발생한다.
즉, 솔레노이드 밸브(11a)가 개방된 경우 제 2패킹부재(23b)는 연료용액이 촉매반응관(20) 내부로 유입되도록 개방된 촉매반응관의 하부측보다 아래부분에 위치하도록 구성된다.
이에 따라 촉매반응관(20)의 하부 내주면상에 형성된 촉매(24)에 의해 유입 된 연료용액(30)은 수소반응하여 수소를 발생시키고 이는 수소배출관(20a)을 통하여 수소배출구(11)로 유출되게 된다.
이와 달리 솔레노이드 밸브(11a)를 차단할 경우 촉매반응관(20) 내의 발생된 수소에 의해 제 1패킹부재(23a) 상측의 공기압 보다 하측의 공기압이 더 커지게 되어 제 1패킹부재(23a)와 제 2패킹부재(23b)는 동반 상승하게 된다.
이에 따라 제 2패킹부재(23b)가 촉매반응관(20)의 개방된 하부측을 밀폐시키게 되어 더이상의 수소발생은 이루어지지 않는다.
만일 다시 솔레노이드 밸브(11a)를 개방할 경우 촉매반응관(20) 내부의 수소는 수소배출구(11)를 통하여 유출되어 다시 내부 압력차에 의해 제 1, 2패킹부재(23a, 23b)가 동반 하강하게 된다.
이는 곧 촉매반응관(20)의 하부측 개방을 의미하며, 이에 따라 계속하여 연료용액(30)의 유입에 의한 촉매반응이 이루어진다.
한편 상기 수소배출구(11)와 수소배출관(20a)을 연결하는 연통관(13)은 자유로이 움직일 수 있도록 유연한 튜브형태가 바람직하다.
(실시예 5)
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소발생기의 솔레노이드 밸브가 닫힌 상태를 나타내는 도면이며, 도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소발생기의 솔레노이드 밸브가 열린 상태를 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면, 본 실시예는 크게 일정 수용공간이 형성되어 연료용액(30) 을 수용하며 수소배출구(11)가 형성된 연료탱크(10)와, 상기 연료탱크(10) 내 담수된 연료용액(30) 상의 부력튜브(50)에 고정되어 위치하며 하부가 개방되고 발생되는 수소를 포집하기 위한 수소포집관(40)이 중앙에 길이방향으로 설치된 촉매반응관(20)과, 상기 수소포집관(40)과 수소배출구(11)를 연통시키는 연통관(13)으로 구성된다.
본 실시예는 상기 제 4실시예와는 달리 부력튜브(50)가 연료용액 상에 부유하도록 마련되며, 이 부력튜브(50)에 상기 촉매반응관(20)이 고정 결합되어 동반 부유하게 된다.
또한 상기 촉매반응관(20) 내의 중앙부에는 길이방향으로 수소포집관(40)이 설치되어 촉매(24)와 연료용액(30) 간의 수소반응에 의해 발생되는 수소를 포집하여 연통관(13)을 경유하여 수소배출구(11)로 배출되도록 구성된다.
이에 따라 상기 수소배출구(11)에 형성되는 솔레노이드 밸브(11a)에 의해 개폐가 조절됨에 따라 솔레노이드 밸브(11a)가 열린 경우 촉매반응관(20)의 개방된 하부에서 연료용액(30)이 유입되어 하부 내측면 상에 장착된 촉매(24)와 수소반응을 일으키게 된다.
이에 따라 발생된 수소는 수소포집관(40)을 통해 포집되고 이는 연통관(13)을 통하여 수소배출구(11)로 배출되게 된다.
상기 솔레노이드 밸브(11a)를 닫게 되면 더 이상 수소가 배출되지 않게 되어 촉매반응관(20) 내에 발생된 수소압에 의해 도 13에 도시된 바와 같이 연료용액이 더 이상 촉매반응관(20) 내측으로 유입되지 못하게 되어 수소반응이 중단된다.
또한 상기 연료탱크(10) 내의 내압을 조절하기 위해 내압조절밸브(60)가 연료탱크(10) 상단부에 설치되어 마련됨이 바람직하다.
또한 연료탱크(10)의 상부면에는 촉매반응관(20) 및 연료용액(30)을 투입 또는 분리시킬 수 있는 주입구(70)를 형성함이 바람직하다.
상기에서 기술된 바와 같이 본 발명은 연료전지의 부하특성(압력조건)에 따라 빠른 응답성과 외부 에너지 공급원 없이 작동하는 수소발생장치와 기존의 수소발생에 필요했던 연료펌프 등을 제거한 연료저장장치를 제조하여 제조비용을 낮추고 간단한 구조를 가짐으로써 부피 및 무게를 최소한으로 줄일 수 있어 연료전지의 단위 부피당 에너지밀도 및 단위 무게당 에너지밀도를 크게 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 일정 수용공간이 형성되어 용해된 상태로 저장되는 수소저장물질의 연료용액을 수용하며 수소배출구가 형성된 연료탱크와;
    상기 연료탱크 내의 담수된 연료용액에 침수되어 위치하며, 상측에 유입구가 형성되고 상기 유입구와 형상적으로 대응되는 밸브의 단속에 따라 연료용액이 유입되는 촉매반응관;으로 구성되되,
    상기 촉매반응관 내에는 촉매반응관 수용공간을 2단으로 구획하기 위한 패킹부재가 내주면과 밀착되어 설치되고, 상기 패킹부재와 밸브는 일체로 결합되어 패킹부재의 압력 변화에 의한 상하 왕복이동에 따라 밸브가 단속되며, 상기 패킹부재 상측면에는 상기 연료용액과 접촉하여 수소반응을 일으키는 촉매가 구비되는 것을 특징으로 하는 자가 능동조절형 수소발생기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 촉매반응관의 상부면에 상기 수소반응에 의해 발생되는 수소를 외부로 배출하기 위한 기액분리막이 형성된 것을 특징으로 하는 자가 능동조절형 수소발생기.
  3. 일정 수용공간이 형성되어 용해된 상태로 저장되는 수소저장물질의 연료용액을 수용하며 수소배출구가 형성된 연료탱크와;
    상기 연료탱크 내의 담수된 연료용액에 침수되어 위치하며, 일측에 연료용액이 유입되는 유입구가 형성된 촉매반응관;으로 구성되되,
    상기 촉매반응관 내에는 적어도 일면에 상기 연료용액과 접촉하여 수소반응을 일으키는 촉매가 도포되고 회동 가능하도록 설치되어 일단이 상기 촉매반응관의 내벽면에 밀착된 상태로 상하 회동하여 상기 유입구를 개폐하는 제 1 밸브판과, 상기 제 1 밸브판의 하부에 위치하고 상기 연료탱크 내의 압력의 변화에 따라 수축 또는 팽창하여 상기 밸브판을 상하 회동시켜 상기 유입구를 단속하는 수축/팽창부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자가 능동조절형 수소발생기.
  4. 일정 수용공간이 형성되어 용해된 상태로 저장되는 수소저장물질의 연료용액을 수용하며 수소배출구가 형성된 연료탱크와;
    상기 연료탱크 내의 담수된 연료용액에 침수되어 위치하며, 일측에 연료용액이 유입되는 유입구가 형성된 촉매반응관;으로 구성되되,
    상기 촉매반응관 내에는 압력의 변화에 따라 수축 또는 팽창하는 수축/팽창부와, 내부 일측에 고정되고 상기 수축/팽창부의 일측에 결합되어 상기 수축/팽창부를 지지하는 지지판과, 상기 수축/팽창부의 타측에 결합되어 상기 수축/팽창부의 수축 및 팽창에 따라 수평이동하여 상기 유입구를 단속하는 제 2 밸브판을 포함하고, 상기 지지판과 제 2 밸브판 중 적어도 하나의 일면에는 상기 연료용액과 접촉하여 수소반응을 일으키는 촉매가 도포되어 있는 것을 특징으로 하는 자가 능동조절형 수소발생기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 밸브판의 일단은 수축/팽창부와 결합되고, 타단은 유입구 외부로 돌출된 종단에 개폐판이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 자가 능동조절형 수소발생기.
  6. 제 3 항 또는 4 항에 있어서,
    상기 촉매반응관 내 각 모서리부에는 발생되는 수소를 외부로 배출하기 위한 기액분리막이 형성된 것을 특징으로 하는 자가 능동조절형 수소발생기.
  7. 일정 수용공간이 형성되어 용해된 상태로 저장되는 수소저장물질의 연료용액을 수용하며 수소배출구가 형성된 연료탱크와;
    상기 연료탱크 내의 담수된 연료용액에 침수되어 위치하며, 하부가 개방되어 연료용액이 유입되며 수소배출관이 관통 결합된 촉매반응관과;
    상기 수소배출관과 수소배출구를 연통시키는 연통관으로 구성되되,
    상기 촉매반응관 내에는 촉매반응관 수용공간을 2단으로 구획하기 위한 제 1패킹부재가 내주면과 밀착되어 설치되고, 상기 제 1패킹부재는 하부면상에 이음부재가 결합되어 하부로부터의 연료용액 유입을 단속하기 위한 제 2패킹부재와 결합되며, 상기 촉매반응관 하부 내측면상에는 상기 연료용액과 접촉하여 수소반응을 일으키는 촉매가 장착된 것을 특징으로 하는 자가 능동조절형 수소발생기.
  8. 일정 수용공간이 형성되어 용해된 상태로 저장되는 수소저장물질의 연료용액을 수용하며 수소배출구가 형성된 연료탱크와;
    상기 연료탱크 내 담수된 연료용액 상의 부력튜브에 고정되어 되어 위치하며, 하부가 개방되어 연료용액이 유입되며 발생되는 수소를 포집하기 위해 중앙부에 수소포집관이 설치된 촉매반응관과;
    상기 수소포집관과 수소배출구를 연통시키는 연통관;으로 구성되되,
    상기 촉매반응관 하부 내측면상에는 상기 연료용액과 접촉하여 수소반응을 일으키는 촉매가 도포된 것을 특징으로 하는 자가 능동조절형 수소발생기.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 수소배출구에는 유출되는 수소를 단속하기 위해 솔레노이드 밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 자가 능동조절형 수소발생기.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 연료탱크에는 연료탱크 내의 압력을 조절하기 위한 내압조절밸브가 더 설치된 것을 특징으로 하는 자가 능동조절형 수소발생기.
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