KR101000673B1 - Hydrogen generation apparatus - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화학적 수소화물을 이용한 수소발생장치에 관한 것으로서, 금속 전극 사이에 화학적 수소화물과 촉매가 첨가된 전해질이 삽입되어 수소화물의 가수분해를 통해 수소를 발생시키는 단위 셀을 이용한 전지 타입의 수소발생장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 수소발생장치에서는 수소를 발생시키는 각 단위 셀에 가수분해 반응에 필요한 물을 추가로 공급할 수 있는 물공급수단을 구비하여, 각 단위 셀로의 지속적인 물공급을 통해 가수분해의 효율을 높이며, 수소발생량을 증대시킬 수 있게 된다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen generating apparatus using chemical hydrides, wherein a battery of hydrogen using a unit cell that generates a hydrogen through hydrolysis of a hydride by inserting an electrolyte added with a chemical hydride and a catalyst between metal electrodes. It relates to a generator. Hydrogen generating apparatus according to the present invention is provided with a water supply means for supplying additional water required for the hydrolysis reaction to each unit cell for generating hydrogen, thereby increasing the efficiency of hydrolysis through continuous water supply to each unit cell Therefore, the hydrogen generation amount can be increased.

연료전지, 수소발생장치, 수소화물, 전지, 스위치, 물공급수단 Fuel Cell, Hydrogen Generator, Hydride, Battery, Switch, Water Supply Means

Description

화학적 수소화물을 이용한 수소발생장치{HYDROGEN GENERATION APPARATUS}Hydrogen generator using chemical hydride {HYDROGEN GENERATION APPARATUS}

본 발명은 화학적 수소화물을 이용한 수소발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수소를 연료로 사용하는 연료전지 시스템의 연료공급원으로 적용될 수 있도록 화학적 수소화물의 가수분해를 이용해 수소를 발생시키는 수소발생장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen generator using chemical hydride, and more particularly, to a hydrogen generator using hydrolysis of chemical hydride to be applied as a fuel supply source of a fuel cell system using hydrogen as a fuel. It is about.

연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 연소에 의해 열로 바꾸지 않고 연료전지 스택 내에서 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지로 변환시키는 일종의 발전장치로서, 산업용, 가정용 및 차량 구동용 전력을 공급할 뿐만 아니라 소형의 전기/전자제품이나 휴대용 장치의 전력을 공급하는 데에도 적용될 수 있다. Fuel cell is a kind of power generation device that converts chemical energy of fuel into electric energy by reacting electrochemically in fuel cell stack without converting it into heat by combustion. It can also be applied to power electrical / electronics or portable devices.

이러한 연료전지의 예로, 차량 구동을 위한 전력공급원으로는 수소를 연료로 사용하고 산화제로 산소(공기)를 사용하는 연료전지, 예컨대 고분자 전해질막 연료전지(PEMFC:Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, Proton Exchange Membrane Fuel Cell)가 가장 많이 연구되고 있다. As an example of such a fuel cell, a fuel cell using hydrogen as fuel and oxygen (air) as an oxidant, for example, a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC), a Proton Exchange Membrane Fuel Cell) is the most studied.

이와 같이 수소를 연료로 사용하는 연료전지를 차량 구동을 위한 전력공급원으로 적용하기 위해서는 수소를 안전하게 저장하고 안정적으로 공급할 수 있는 수소저장시스템을 구비해야 한다.In order to apply a fuel cell using hydrogen as a fuel as a power supply source for driving a vehicle, a hydrogen storage system capable of safely storing and stably supplying hydrogen should be provided.

현재 연료전지 차량에 적용될 수 있는 수소 저장 시스템으로는 고압 수소, 액화수소, 금속수소화물, 화학적 수소화물, 탄소나노튜브를 이용하는 것이 있다. Currently, hydrogen storage systems that can be applied to fuel cell vehicles include high pressure hydrogen, liquefied hydrogen, metal hydrides, chemical hydrides, and carbon nanotubes.

이 중에 고압 수소와 액화수소를 이용하는 기술이 많이 개발되어 있으나, 고압 수소의 경우 수소의 중량저장밀도가 낮아 차량의 주행 목표거리를 달성하기 위해서 상당히 큰 부피를 차지하여 차량 패키지에 많은 문제가 되고 있으며, 압력을 높일 경우 수소저장량은 증가할 수 있겠으나 안전과 비용에 관한 문제를 안고 있다. Among them, a lot of technologies using high pressure hydrogen and liquefied hydrogen have been developed, but high pressure hydrogen has a low weight storage density of hydrogen, which occupies a considerable volume to achieve a driving target distance of the vehicle, which is a problem in a vehicle package. Increasing pressure, however, may increase hydrogen storage, but there are safety and cost concerns.

또한 액화수소의 경우에는 고압 수소에 비해 수소저장밀도가 높으나 저온을 항상 유지해야 하며, 보일 오프(Boil Off) 등의 문제를 안고 있어 아직 해결해야 할 문제가 여전히 남아 있는 상태이다. In the case of liquefied hydrogen, hydrogen storage density is higher than high pressure hydrogen, but low temperature must be maintained at all times, and problems such as boil off are still present.

이를 대체하기 위한 금속수소화물(Metal Hydride, MH)과 화학적 수소화물 등을 이용하는 신 수소저장시스템에 관한 연구는 아직 기초적인 단계에 머물러 있다. Research on new hydrogen storage systems using metal hydrides (MH) and chemical hydrides to replace them is still at the basic stage.

금속수소화물을 이용한 수소저장시스템은 수소저장합금의 온도와 압력을 조절하여 수소를 저장 및 방출할 수 있는 시스템으로, 가역반응을 위해 온도를 최소 150℃로 올려야 흡/방출이 용이하다. 또한 수소 흡/방출의 가역 범위로 대체로 이론 수소저장량보다 적은 수소가 흡/방출되고 반응속도도 느리므로, 이러한 문제점을 해결하기 위해 많은 연구가 진행되고 있다. Hydrogen storage system using metal hydride is a system capable of storing and releasing hydrogen by controlling the temperature and pressure of the hydrogen storage alloy, it is easy to absorb / release when the temperature is raised to at least 150 ℃ for the reversible reaction. In addition, due to the reversible range of hydrogen adsorption / release, hydrogen is generally absorbed / released less than the theoretical hydrogen storage amount and the reaction rate is slow, so much research has been conducted to solve this problem.

화학적 수소화물을 이용한 수소저장시스템은 수소를 포함하고 있는 수소화물의 가수분해를 통해 수소를 발생시키는 시스템이다. 이러한 화학적 수소화물을 이용한 시스템에서는 수소화물에 포함된 수소량과 물(H2O)로부터 가수분해에 의해 수소화물에 포함된 수소량만큼의 수소를 부가적으로 얻으므로, 수소저장량이 수소화물의 수소저장용량의 2배가 된다. 또한 반응에 의한 수소 발생시에 반응열이 높지 않고 압력도 거의 상압 수준이므로 안전하게 관리될 수 있는 장점이 있다. 그러나, 화학적 수소화물은 반응조절이 쉽지 않고 비가역반응이므로 재생작업을 별도로 해야 하는 단점이 있다. Hydrogen storage system using chemical hydride is a system for generating hydrogen through hydrolysis of hydride containing hydrogen. In such a system using chemical hydrides, hydrogen is additionally obtained by the amount of hydrogen contained in the hydride and the amount of hydrogen contained in the hydride by hydrolysis from water (H 2 O). Double the hydrogen storage capacity. In addition, when the hydrogen is generated by the reaction, the heat of reaction is not high and the pressure is almost normal, so there is an advantage that can be safely managed. However, the chemical hydride is not easy to control the reaction and irreversible reaction has a disadvantage in that the regeneration work separately.

종래 화학적 수소화물의 예로는 NaBH4와 LiBH4를 들 수 있는데, 소규모의 수소를 발생하는 재료로 적합하며 안전하다. 그러나, 이러한 재료들은 공기 중의 습기에 민감하고 불안정한 특성을 갖고 있어 다루기가 용이하지 않다. 또한 반응 중 생성된 부산물은 남아있는 반응물의 지속적인 반응을 저하시키는 경향이 있다. Examples of conventional chemical hydrides include NaBH 4 and LiBH 4 , which are suitable and safe as materials generating small amounts of hydrogen. However, these materials are susceptible to moisture in the air and have unstable characteristics and are not easy to handle. In addition, by-products generated during the reaction tend to degrade the sustained reaction of the remaining reactants.

이러한 문제점을 해결하기 위해 촉매를 첨가하여 반응을 촉진시켜 문제를 해결하고 있으나, 촉매로 사용되는 Pt, Pt-Re/Alumina 등의 금속이 고가(高價)인 귀금속이므로, 가격이 저렴한 촉매에 대한 연구가 진행되고 있다.In order to solve this problem, the catalyst is added to promote the reaction, but the problem is solved. However, since metals such as Pt and Pt-Re / Alumina used as catalysts are expensive precious metals, research on low-cost catalysts Is going on.

이에 따라, 본 발명의 목적은 화학적 수소화물의 가수분해를 이용하여 수소를 발생시키는 과정에서 수소 발생을 용이하게 조절할 수 있는 수소발생장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a hydrogen generator that can easily control the generation of hydrogen in the process of generating hydrogen by using hydrolysis of chemical hydride.

본 발명의 다른 목적은 화학적 수소화물에 사용되는 기존 고가의 금속 촉매를 사용하지 않고 상대적으로 저렴한 촉매 재료를 사용하여 비용 측면에서 우수한 장점을 가지는 화학적 수소화물을 이용한 수소발생장치를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a hydrogen generating apparatus using chemical hydrides which has an advantage in terms of cost by using a relatively inexpensive catalyst material without using an existing expensive metal catalyst used for chemical hydrides.

본 발명의 또 다른 목적은 반응시 친환경적인 부산물의 생성으로 환경적인 측면에서 우수한 장점을 가지면서 연료전지 차량의 연료공급원으로 안전하고 용이하게 적용할 수 있는 수소발생장치를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a hydrogen generator that can be safely and easily applied as a fuel supply source of a fuel cell vehicle while having excellent advantages in terms of environment by generating environmentally friendly by-products during reaction.

본 발명의 또 다른 목적은 수소 발생을 위해 화학적 수소화물을 이용함에 있어서 가수분해 반응에 필요한 물이 지속적으로 공급될 수 있는 수소발생장치를 제공하는 것이다. Still another object of the present invention is to provide a hydrogen generating apparatus capable of continuously supplying water required for a hydrolysis reaction in using a chemical hydride for generating hydrogen.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 하우징, 전극 사이에 화학적 수소화물과 촉매가 첨가된 전해질이 삽입된 단위 셀들이 적층되어 구성되는 셀 모듈, 상기 단위 셀들의 전극을 병렬로 연결하는 도선, 및 단위 셀들의 전극 간 회로 개폐를 위해 상기 도선에 설치되는 스위치를 포함하는 화학적 수소화물을 이용한 수 소발생장치에 있어서, 상기 전해질이 충전된 단위 셀들의 셀 내부로 가수분해 반응에 필요한 물을 추가로 공급하는 물공급수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화학적 수소화물을 이용한 수소발생장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a cell module comprising a unit cell in which a chemical hydride and an electrolyte to which an electrolyte is added are stacked between a housing and an electrode, and a conductor wire connecting the electrodes of the unit cells in parallel. In the hydrogen generator using a chemical hydride comprising a switch installed on the wire for opening and closing the circuit between the electrodes of the unit cells, water required for the hydrolysis reaction into the cell of the unit cells filled with the electrolyte It provides a hydrogen generating device using a chemical hydride, characterized in that further comprises a water supply means for supplying additionally.

여기서, 상기 물공급수단은, 상기 하우징 내부에 단위 셀들에 공급될 물을 저장하는 물저장공간을 구비하고, 상기 물저장공간에 하우징 외부의 물을 투입하기 위한 물공급관을 연결하며, 상기 물저장공간과 셀 모듈 간 위치되도록 상기 단위 셀들의 물 공급단에 물투과막을 설치하여 구성되는 것을 특징으로 한다.Here, the water supply means has a water storage space for storing the water to be supplied to the unit cells inside the housing, connecting the water supply pipe for injecting water outside the housing to the water storage space, the water storage Characterized in that the water permeable membrane is installed in the water supply end of the unit cells to be located between the space and the cell module.

또한 상기 물저장공간에 연료전지 스택으로부터 배출되는 물이 투입될 수 있도록 상기 물공급관은 물저장공간과 연료전지 스택 사이를 연결하여 구비되는 것을 특징으로 한다.In addition, the water supply pipe is characterized in that it is provided by connecting between the water storage space and the fuel cell stack so that the water discharged from the fuel cell stack into the water storage space.

또한 상기 물공급관에는 물의 역류를 방지하기 위한 체크밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.In addition, the water supply pipe is characterized in that the check valve for preventing the back flow of water is installed.

이상으로, 본 발명의 수소발생장치는 화학적 수소화물의 가수분해 시스템에 화학전지의 개념을 도입함으로써 전지의 회로를 개방/폐쇄하는 방식으로 수소 발생을 쉽게 조절할 수 있는 장점이 있다.As described above, the hydrogen generating apparatus of the present invention has an advantage of easily controlling hydrogen generation in a manner of opening / closing a circuit of a battery by introducing a concept of a chemical battery into a hydrolysis system of chemical hydride.

또한 본 발명의 수소발생장치에 의하면 화학적 수소화물에 사용되는 기존 고가의 금속 촉매 대신 상대적으로 저렴한 촉매 재료를 사용하므로 비용 측면에서 우수한 장점이 있다.In addition, the hydrogen generator of the present invention has an advantage in terms of cost because it uses a relatively inexpensive catalyst material instead of the existing expensive metal catalyst used for chemical hydride.

또한 친환경적인 부산물의 생성으로 환경적인 측면에서 우수한 장점을 가지며, 연료전지 차량의 연료공급원으로 안전하고 용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다.In addition, it has an excellent advantage in terms of environment by the generation of environmentally friendly by-products, there is an advantage that can be safely and easily applied as a fuel supply source of a fuel cell vehicle.

또한 본 발명의 수소발생장치는 카트리지 형태로 제작되어 제공될 수 있으며, 종래와 같은 고압 수소 충전 방식이 아닌 카트리지 교체 방식으로 차량을 운행할 수 있다. 이에 따라, 수소 충전 방식의 복잡한 충전 시스템이 필요 없는 장점이 있다. 특히, 카트리지 교체 방식에 의하면 종래의 수소충전소가 필요 없게 되며, 연료전지 차량의 보급에 제약이 되어 왔던 수소충전소의 설치 및 건립 비용 발생 등 여러 문제를 해결할 수 있게 된다. In addition, the hydrogen generator of the present invention may be manufactured and provided in the form of a cartridge, it is possible to operate the vehicle by a cartridge replacement method, not a high-pressure hydrogen charging method as conventional. Accordingly, there is an advantage that the complicated charging system of the hydrogen charging method is not necessary. In particular, the cartridge replacement method eliminates the need for the conventional hydrogen charging station, and solves various problems such as the installation and construction cost of the hydrogen charging station, which has been limited in the spread of fuel cell vehicles.

또한 본 발명의 수소발생장치에서는 가수분해 반응에 필요한 물을 추가로 공급하는 물공급수단을 이용하여 연료전지 스택이 배출하는 물을 각 단위 셀에 지속적으로 공급할 수 있으며, 이를 통해 가수분해의 효율을 높일 수 있고, 수소발생량을 증대시킬 수 있게 된다. 본 발명의 수소발생장치를 카트리지 형태로 제작하는 경우 반드시 물 보충 및 부산물 제거를 위한 카트리지 재생 공정이 필요하나, 연료전지 운전 중에 물공급수단에 의해 물이 스택에서 지속적으로 보충되므로 카트리지 교체 주기를 연장할 수 있다.In addition, the hydrogen generator of the present invention can continuously supply the water discharged from the fuel cell stack to each unit cell by using a water supply means for additionally supplying water required for the hydrolysis reaction, thereby improving the efficiency of hydrolysis. It can increase and hydrogen generation amount can be increased. When the hydrogen generator of the present invention is manufactured in the form of a cartridge, a cartridge regeneration process for water replenishment and by-product removal is necessary, but since the water is continuously replenished in the stack by the water supply means during fuel cell operation, the cartridge replacement cycle is extended. can do.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명은 수소를 연료로 사용하는 연료전지 시스템에서 연료공급원으로 이용될 수 있는 새로운 수소발생장치에 관한 것으로서, 금속 전극 사이에 화학적 수소화물과 촉매가 첨가된 전해질이 삽입되어 수소화물의 가수분해 반응을 통해 수소를 발생시키는 단위 셀을 이용한 전지 타입의 수소발생장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a new hydrogen generator that can be used as a fuel supply source in a fuel cell system using hydrogen as a fuel. A hydrolysis reaction of a hydride is inserted between a metal electrode and an electrolyte added with a chemical hydride and a catalyst. It relates to a battery-type hydrogen generator using a unit cell for generating hydrogen through.

특히, 본 발명의 수소발생장치는 수소를 발생시키는 각 단위 셀에 가수분해 반응에 필요한 물을 추가로 공급할 수 있는 물공급수단을 구비한 것에 주된 특징이 있는 것으로, 각 단위 셀로의 지속적인 물공급을 통해 가수분해의 효율을 높이고 수소발생량을 증대시키고자 한 것이다.In particular, the hydrogen generating apparatus of the present invention is characterized in that the water supply means capable of additionally supplying the water required for the hydrolysis reaction to each unit cell for generating hydrogen, the continuous supply of water to each unit cell It is intended to increase the efficiency of hydrolysis and increase the amount of hydrogen generated.

우선, 화학적 수소화물을 이용한 전지 타입의 수소발생장치에서 수소를 발생시키는 단위 셀에 대해 상술하기로 한다.First, a unit cell for generating hydrogen in a battery type hydrogen generator using chemical hydride will be described in detail.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 수소발생장치에서 단위 셀의 구성을 도시한 단면도이고, 도 2는 단위 셀 내 수소 발생시의 단면도이다. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a unit cell in the hydrogen generator according to the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view of the generation of hydrogen in the unit cell.

본 발명에 따른 수소발생장치는 수소 발생을 위해 화학적 수소화물과 촉매, 가수분해의 물 공급원인 전해질을 사용한 화학전지 방식의 구조를 채용한 것으로, 도 1에 도시된 복수의 단위 셀(Unit Cell)(110)들로 구성된다.The hydrogen generating apparatus according to the present invention employs a structure of a chemical cell using a chemical hydride, a catalyst, and an electrolyte that is a water source for hydrolysis for generating hydrogen, and includes a plurality of unit cells shown in FIG. 1. It consists of (110).

상기 단위 셀(100)은 전지의 (-), (+) 전극으로 사용되는 두 금속 전극(111,112) 사이에 가수분해에 의해 수소를 발생시키는 화학적 수소화물, 가수분해의 물 공급원이 되는 전해질, 그리고 원활한 수소 발생을 위한 촉매의 혼합물(113)을 삽입하여 구성한다.The unit cell 100 may include a chemical hydride which generates hydrogen by hydrolysis between two metal electrodes 111 and 112 used as (-) and (+) electrodes of a battery, an electrolyte serving as a water source for hydrolysis, and It is configured by inserting a mixture 113 of catalyst for smooth hydrogen generation.

여기서, 단위 셀(110)의 금속 전극(111,112)으로는 1차 전지에 사용되는 전 극 재료로서 Mg, Cu, Ni, Pb, Al, Li 등의 여러 금속 중에 화학적 수소화물, 촉매, 전해질 등의 사용 물질에 따라 적합한 금속을 선택하여 사용할 수 있다. 일 예로서, 후술하는 바와 같이, 마그네슘을 함유한 화학적 수소화물 및 촉매, 즉 화학적 수소화물로 MgH2를 사용하고 촉매로 MgCl2를 사용하는 경우라면, (-) 전극(111)으로 마그네슘 전극을, (+) 전극(112)으로 구리 전극을 채택하는 것이 바람직하다[Mg(s)→Mg2 + + 2e-, E0=2.37V / Cu2 + + 2e- = Cu(s), E0=0.34V].Here, the metal electrodes 111 and 112 of the unit cell 110 may be used as primary electrode materials used in primary batteries, such as chemical hydrides, catalysts, and electrolytes in various metals such as Mg, Cu, Ni, Pb, Al, and Li. Suitable metals can be selected and used depending on the materials used. As an example, as described below, when magnesium-containing chemical hydrides and catalysts, that is, MgH 2 is used as the chemical hydride and MgCl 2 is used as the catalyst, the magnesium electrode is used as the negative electrode 111. , to adopt a copper electrode as the (+) electrode 112 is preferably [Mg (s) → Mg 2 + + 2e -, E 0 = 2.37V / Cu 2 + + 2e - = Cu (s), E 0 = 0.34V].

본 발명에서 단위 셀(110)의 수소 발생을 위한 화학적 수소화물로는 MgH2, NaBH4, LiBH4, KBH4, NaAlH4, CaH2 및 LiH 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 물질이 사용될 수 있고, 촉매로는 MgCl2, NaCl, KCl, LiCl 및 CaCl2 중 선택된 1종 또는 2종 이상의 물질이 사용될 수 있다.In the present invention, as the chemical hydride for hydrogen generation of the unit cell 110, one or two or more materials selected from MgH 2 , NaBH 4 , LiBH 4 , KBH 4 , NaAlH 4 , CaH 2 and LiH may be used. As the catalyst, one or two or more materials selected from MgCl 2 , NaCl, KCl, LiCl, and CaCl 2 may be used.

본 발명의 수소발생장치에서 화학적 수소화물로서 가수분해를 통해 수소를 발생시킬 수 있는 물질은 부산물의 재생성과 환경적인 측면을 고려하여 선택 및 적용되어야 하며, 상기한 물질 중 MgH2의 사용이 바람직하다. MgH2는 가수분해시에 친환경적인 부산물인 Mg(OH)2를 생성하므로, MgH2를 사용할 경우 환경적인 측면에서 우수한 장점을 가지게 된다. In the hydrogen generator of the present invention, a substance capable of generating hydrogen through hydrolysis as a chemical hydride should be selected and applied in consideration of regeneration of by-products and environmental aspects, and the use of MgH 2 is preferable. . MgH 2 produces Mg (OH) 2 , an environmentally friendly by-product when hydrolyzed, and thus MgH 2 has excellent environmental benefits.

또한 MgH2를 화학적 수소화물로 사용할 때 촉매로는 마그네슘 육수소화물(MgCl2)을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같이 고가의 귀금속 촉매를 사용하 는 대신 저가의 MgCl2와 같은 염을 사용하게 되면 저렴한 비용으로 수소발생장치를 구성할 수 있게 된다. In addition, when using MgH 2 as a chemical hydride, it is preferable to use magnesium hexahydride (MgCl 2 ) as a catalyst. Thus, using a salt such as MgCl 2 inexpensive instead of using an expensive noble metal catalyst enables the hydrogen generator to be constructed at low cost.

종래의 화학적 수소화물의 가수분해에서는 수소화물의 표면에 수소 기포가 붙어 있어 기전력을 떨어뜨리는 문제가 있는데, 본 발명의 가수분해 시스템에서는 MgCl2를 촉매로 이용하여 반응물의 표면에 생기는 수소 기포를 잘 떨어져 나가게 한다. 이와 같이 MgCl2는 MgH2의 표면에 생기는 분극작용을 방지하고 또한 전해질의 역할도 수행하게 된다.In the conventional hydrolysis of chemical hydrides, hydrogen bubbles adhere to the surface of the hydride, thereby reducing the electromotive force. In the hydrolysis system of the present invention, hydrogen bubbles generated on the surface of the reactant are well formed using MgCl 2 as a catalyst. Let it go away As such, MgCl 2 prevents polarization from occurring on the surface of MgH 2 and also serves as an electrolyte.

수소발생장치의 단위 셀에서 전해질은 가수분해에 사용되는 물을 공급하기 위한 것으로, 통상의 1차 화학전지에 사용되는 것으로서 물을 함유한 상용의 전해질 용액이 사용될 수 있으며, 순수 물을 사용하는 것도 가능하다.In the unit cell of the hydrogen generator, the electrolyte is used to supply water used for hydrolysis, and it is used in a conventional primary chemical cell. A commercial electrolyte solution containing water may be used, and pure water may also be used. It is possible.

본 발명에서 두 전극 사이에 화학적 수소화물이 함유된 전해질을 삽입하는 단위 셀 구조 자체에 대해서는 종래의 1차 전지에서 두 전극 사이에 전해질을 삽입한 셀 구조와 차이가 없다. In the present invention, the unit cell structure in which the electrolyte containing the chemical hydride is inserted between the two electrodes is not different from the cell structure in which the electrolyte is inserted between the two electrodes in the conventional primary battery.

그리고, 단위 셀(110)의 (-) 전극(111)과 (+) 전극(112)에 연결된 도선에 회로 개폐용 스위치(124)를 설치하고, 상기 스위치의 개폐를 제어하여 수소 발생을 제어할 수 있도록 한다. 즉, 수소를 필요로 하지 않을 때에는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 스위치(124)를 이용해 전지의 회로를 개방상태(Open Circuit)로 유지하다가, 수소 발생을 필요로 할 때에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 전지 회로를 폐쇄(Closed Circuit)하여 전류가 흐르게 한다. In addition, a switch for opening and closing the circuit 124 is installed on the conductive wires connected to the (-) electrode 111 and the (+) electrode 112 of the unit cell 110, and the opening and closing of the switch is controlled to control hydrogen generation. To help. That is, when hydrogen is not needed, as shown in FIG. 1, the circuit of the battery is maintained in the open state using the switch 124, and when hydrogen generation is required, as shown in FIG. 2. Likewise, the battery circuit is closed to allow current to flow.

스위치에 의해 전지 회로가 폐쇄되는 경우에 수소화물에서는 수소가 발생하며, 촉매가 반응물의 표면에 생기는 수소 기포를 잘 떨어져 나가게 하면서 기전력이 떨어지는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한 전류가 흐르면 가수분해시에 발생하는 발열 문제를 전류가 어느 정도 줄여주는 효과도 있다. When the battery circuit is closed by the switch, hydrogen is generated in the hydride, and the catalyst can be prevented from dropping the electromotive force while allowing the hydrogen bubble generated on the surface of the reactant to fall off well. In addition, when the current flows, there is an effect that the current reduces to some extent the heat generation problem generated during hydrolysis.

도 1을 참조하면, 단위 셀의 바람직한 실시예로서, (-) 전극(111)으로 마그네슘 전극을, (+) 전극(112)으로 구리 전극을 사용한 예가 도시되어 있는데, 화학적 수소화물인 MgH2와 촉매작용을 위한 MgCl2 포화 수용액을 물을 함유한 1차 전지의 전해질과 혼합한 뒤 양측의 두 전극 사이에 충전하여 구성한다. 가수분해의 물 공급원인 전해질로는 상용의 1차 전지용 전해질 용액이 사용될 수 있으며, 순수한 물이 사용될 수도 있다. Referring to FIG. 1, an example of using a magnesium electrode as the (−) electrode 111 and a copper electrode as the (+) electrode 112 is shown as a preferred embodiment of the unit cell. The chemical hydride MgH 2 and A saturated aqueous solution of MgCl 2 for catalysis is mixed with an electrolyte of a primary cell containing water and then charged between two electrodes on both sides. As an electrolyte that is a water source of hydrolysis, a commercial electrolyte solution for primary batteries may be used, and pure water may be used.

하기 반응식은 단위 셀에서 수소 발생을 위한 반응식을 나타낸 것으로, 수소화물인 MgH2와 물이 반응하여 수소를 발생시키고, MgH2를 가수분해시킨 비가역반응의 부산물로 Mg(OH)2가 생성된다. The following reaction formula represents a reaction formula for generating hydrogen in a unit cell, and MgH 2 , which is a hydride, reacts with water to generate hydrogen, and Mg (OH) 2 is generated as a by-product of an irreversible reaction in which MgH 2 is hydrolyzed.

Figure 112008031116701-pat00001
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한편, 본 발명의 수소발생장치는, 실제 연료전지 시스템의 연료공급원으로 이용될 수 있도록, 전극 사이에 화학적 수소화물과 촉매, 전해질의 혼합물을 삽입한 복수의 단위 셀들로 구성되며, 각각의 단위 셀들이 (+)전극과 (-)전극이 전기적 으로 연결되는 회로 닫힘에 의해 동시에 수소를 발생시킴으로써 연료전지 스택에서 필요로 하는 충분한 양의 수소를 공급할 수 있게 된다.Meanwhile, the hydrogen generator of the present invention is composed of a plurality of unit cells in which a mixture of a chemical hydride, a catalyst, and an electrolyte is inserted between electrodes, so that the hydrogen generator can be used as a fuel supply source of an actual fuel cell system. By generating the hydrogen at the same time by closing the circuit where the (+) and (-) electrodes are electrically connected to each other, it is possible to supply a sufficient amount of hydrogen required by the fuel cell stack.

첨부한 도 3은 본 발명에 따른 수소발생장치의 일 실시예를 도시한 구성도로서, 도시된 바와 같이, 하우징 내부에 복수의 단위 셀들이 적층된 셀 모듈이 수납되고, 전체 단위 셀들이 전기적으로 병렬 연결되도록 회로가 구성된다. FIG. 3 is a block diagram illustrating an embodiment of a hydrogen generating apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 3, a cell module in which a plurality of unit cells are stacked is housed inside a housing, and all unit cells are electrically connected. The circuit is configured to be connected in parallel.

여기서, 단위 셀(110)들을 필요한 적정 수만큼 적층하여 구성한 셀 모듈을 하우징(101) 내부에 수납하고, 단위 셀(110)들의 (-) 전극과 (+) 전극에 연결된 개별 도선을 극성 별로 공통 도선(122a)에 병렬로 연결한다. 또한 극성별 공통 도선(122a)을 하우징의 전극(122)에 연결하고, 단위 셀들의 (+) 전극과 (-) 전극이 선택적으로 연결될 수 있도록, 상기 하우징의 전극(122a)에 연결된 도선(123)에 스위치(124)가 설치된다. 이에 따라, 스위치(124)가 개폐될 경우에 단위 셀(110)들의 전극 간 회로가 동시에 개폐될 수 있게 된다.Here, a cell module configured by stacking the unit cells 110 as necessary as necessary is housed in the housing 101, and the individual conductors connected to the (-) and (+) electrodes of the unit cells 110 are common to each other by polarity. It is connected in parallel to the conducting wire (122a). In addition, the conductive wire 123 connected to the electrode 122a of the housing may be connected to the common lead 122a for each polarity to the electrode 122 of the housing, and the positive electrode and the negative electrode of the unit cells may be selectively connected. The switch 124 is installed. Accordingly, when the switch 124 is opened and closed, the circuit between the electrodes of the unit cells 110 may be opened and closed at the same time.

상기 스위치(124)는 단위 셀(110)들의 수소 발생을 조절하기 위한 수단으로서, 스위치를 개방한 상태(Open Circuit)에서는 단위 셀의 가수분해 반응 및 수소 발생이 중지되고, 스위치를 폐쇄한 상태(Closed Circuit)에서는 (+), (-) 전극 간 회로를 통해 전류가 흐르면서 각 단위 셀로부터 수소가 발생한다.The switch 124 is a means for controlling hydrogen generation in the unit cells 110. In the open circuit, the hydrolysis reaction and hydrogen generation of the unit cell are stopped and the switch is closed ( In a closed circuit, hydrogen is generated from each unit cell as a current flows through a circuit between (+) and (-) electrodes.

또한 하우징(110)의 일측에는 수소가 배출될 수 있는 수소 배출구(102)가 형성되고, 상기 수소 배출구(102)에는 수소 공급을 단속할 수 있는 개폐밸브, 즉 수소공급밸브(103)가 설치된다.In addition, one side of the housing 110 is formed with a hydrogen discharge port 102 through which hydrogen can be discharged, and the hydrogen discharge port 102 is provided with an on-off valve for regulating hydrogen supply, that is, a hydrogen supply valve 103. .

상기 하우징(101) 내부의 수소 배출구(102) 측으로는 단위 셀(110)에서 발생 한 수소가 임시로 저장될 수 있는 임시저장공간(104)이 마련되고, 각 단위 셀(110)의 수소 출구단은 전해질 내에서 발생한 수소가 배출되도록 개방된 구조로 형성되되, 셀 모듈의 일측으로 단위 셀(110)들의 수소 출구단에 수소만을 선택적으로 투과시킬 수 있는 수소투과막(121)이 고정 설치된다. The hydrogen discharge port 102 inside the housing 101 is provided with a temporary storage space 104 for temporarily storing hydrogen generated in the unit cell 110, the hydrogen outlet end of each unit cell 110 The silver is formed in an open structure to discharge hydrogen generated in the electrolyte, and a hydrogen permeable membrane 121 is fixedly installed at one side of the cell module to selectively transmit only hydrogen to the hydrogen outlet of the unit cells 110.

이에 각 단위 셀(110)들에서 발생한 수소가 수소투과막(121)을 통과하여 상기 임시저장공간(104)으로 이동한 뒤 수소 배출구(102)를 통해 공급된다. 수소투과막으로는 폴리머 재질의 수소(가스)투과막이 사용될 수 있으며, 셀 내부의 수소화물 슬러리나 물을 포함한 전해질은 차단하고 수소만이 통과하도록 한다. Accordingly, hydrogen generated in each unit cell 110 passes through the hydrogen permeable membrane 121, moves to the temporary storage space 104, and is supplied through the hydrogen outlet 102. A hydrogen permeable membrane made of a polymer may be used as the hydrogen permeable membrane, and an electrolyte including a hydride slurry or water in the cell is blocked and only hydrogen passes.

도 3의 실시예에서, 하우징(10) 내부에서 셀 모듈 상측에 단위 셀(110)들에서 생성된 수소를 필요에 따라 수소 배출구(102)를 통해 즉시 공급할 수 있는 임시저장공간(104)이 마련되고, 이 임시저장공간(104)에 저장된 수소가 공급될 수 있도록 하우징(101) 상부에 수소 배출구(102)가 형성되고 있다.In the embodiment of FIG. 3, a temporary storage space 104 is provided on the upper side of the cell module in the housing 10 to immediately supply hydrogen generated in the unit cells 110 through the hydrogen outlet 102 as necessary. The hydrogen outlet 102 is formed on the housing 101 so that hydrogen stored in the temporary storage space 104 can be supplied.

또한 각 단위 셀(110)로의 물공급을 위해서 하우징(101) 내부에는 셀 모듈의 단위 셀에 공급될 물이 임시로 저장되는 물저장공간(131)이 마련되고, 이 물저장공간(131)에는 외부의 물이 투입될 수 있도록 물공급관(132)이 연결된다. 이때, 하우징(101) 내부의 물저장공간(131)은 셀 모듈에서 단위 셀(110)들의 물 공급단이 위치된 쪽으로 구비되어야 하는데, 단위 셀(110)에서 수소 출구단 반대쪽에 위치된 물 공급단을 통해 물이 공급될 수 있도록, 수소가 저장되는 상기 임시저장공간(104)과는 반대쪽에 구비된다.In addition, a water storage space 131 for temporarily supplying water to be supplied to a unit cell of a cell module is provided inside the housing 101 to supply water to each unit cell 110, and in the water storage space 131. The water supply pipe 132 is connected so that external water can be introduced. At this time, the water storage space 131 inside the housing 101 should be provided toward the water supply end of the unit cells 110 in the cell module, the water supply located opposite the hydrogen outlet end in the unit cell 110 It is provided on the opposite side to the temporary storage space 104 in which hydrogen is stored so that water can be supplied through the stage.

물공급관(132)은 도시된 바와 같이 하우징(101)의 수소 배출구(102) 측방에 서 하우징 내부로 길게 삽입되어 물저장공간(131)으로 연결될 수 있으며, 하우징(101) 외측의 물공급관(132)에는 물의 역류를 방지하기 위해 체크밸브(133)가 설치된다. 체크밸브(133)는 스택에서 공급되는 물의 역류 현상을 방지하고, 하우징(물저장공간) 내부의 압력이 충분히 낮을 때에만 물이 공급되도록 한다.The water supply pipe 132 may be inserted into the housing long from the hydrogen outlet 102 side of the housing 101 to be connected to the water storage space 131 as shown, the water supply pipe 132 outside the housing 101 ) Is provided with a check valve 133 to prevent the back flow of water. The check valve 133 prevents a backflow phenomenon of the water supplied from the stack and allows the water to be supplied only when the pressure inside the housing (water storage space) is sufficiently low.

바람직한 실시예에서, 연료전지 스택에서 배출되는 물(예를 들면, 스택의 캐소드에서 연료전지반응에 의해 발생한 생성수)이 물공급관(132)을 통해 하우징(101)의 물저장공간(131)에 공급되도록 할 수 있는데, 이때 물공급관(132)은 하우징(101)의 물저장공간(131)과 스택 사이에 연결되어 스택의 물을 물저장공간으로 공급하게 된다. In a preferred embodiment, the water discharged from the fuel cell stack (eg, generated water generated by the fuel cell reaction at the cathode of the stack) is transferred to the water storage space 131 of the housing 101 through the water supply pipe 132. In this case, the water supply pipe 132 is connected between the water storage space 131 and the stack of the housing 101 to supply the water of the stack to the water storage space.

또한 물저장공간(131)과 셀 모듈 사이에는 물을 투과시켜주는 필터 형태의 물투과막(134)을 설치하여 물이 항시 셀 모듈의 단위 셀(110)들로 공급될 수 있도록 한다. 즉, 각 단위 셀(110)들의 물 공급단이 물을 공급받을 수 있도록 개방된 구조이고, 셀 모듈에서 수소투과막(121)의 반대쪽으로 각 단위 셀(110)들의 물 공급단에 물투과막(134)이 고정 설치되는 것이다. 이때, 물투과막(134)은 전해질이 채워진 셀 내부를 밀폐하도록 단위 셀(110)들의 물 공급단에 밀착시켜 하우징(101) 내에 고정 설치한다. In addition, a water permeable membrane 134 in the form of a filter that transmits water is installed between the water storage space 131 and the cell module so that water can be supplied to the unit cells 110 of the cell module at all times. That is, the water supply terminal of each unit cell 110 is open to receive water, and the water permeable membrane at the water supply end of each unit cell 110 toward the opposite side of the hydrogen permeable membrane 121 in the cell module. 134 is fixedly installed. At this time, the water permeable membrane 134 is fixedly installed in the housing 101 in close contact with the water supply terminal of the unit cells 110 to seal the inside of the cell filled with the electrolyte.

결국, 연료전지의 운전 중에 스택에서 배출된 물이 물공급관(132)을 통해 하우징(101)의 물저장공간(131)으로 투입되고, 물저장공간(131)에 투입된 물은 물투과막(134)을 통과하여 전해질이 충전된 셀 내부로 보충된다.As a result, the water discharged from the stack during operation of the fuel cell is introduced into the water storage space 131 of the housing 101 through the water supply pipe 132, and the water introduced into the water storage space 131 is the water permeable membrane 134. ), The electrolyte is replenished into the filled cell.

도 3의 실시예에서, 물저장공간(131)은 하우징(101) 내부에서 단위 셀(110) 들로 구성된 셀 모듈의 하측으로 구비되고, 물공급관(132)은 하우징(101) 상부의 수소 배출구(102) 측방에서 하우징 내부로 삽입되어 셀 모듈 하측의 물저장공간(131)으로 연결되며, 물투과막(134)은 셀 모듈의 하측으로, 수소투과막(121)은 셀 모듈의 상측으로 설치되고 있다. In the embodiment of Figure 3, the water storage space 131 is provided to the lower side of the cell module consisting of the unit cells 110 in the housing 101, the water supply pipe 132 is the hydrogen outlet of the upper portion of the housing 101 Inserted into the housing from the side is connected to the water storage space 131 below the cell module, the water permeable membrane 134 is installed under the cell module, the hydrogen permeable membrane 121 is installed above the cell module. It is becoming.

본 발명의 수소발생장치에서 각 단위 셀의 내부에는 전해질이 충전됨으로써 일정량의 물이 저장되고, 물을 함유한 전해질이 물공급원 역할을 하여 수소화물의 가수분해 반응을 일으킨다. 그러나, 수소를 발생시키는 가수분해는 단위 셀 내부의 물을 지속적으로 소모하는 비가역반응이므로 수소 발생 동안에 단위 셀의 물은 점차 줄어들게 되며, 또한 가수분해의 방출열에 의해 온도가 상승하여 물이 증발되거나 수소 발생 제어 효율이 저하될 수 있다. 각 단위 셀 내의 물이 줄어들게 되면, 가수분해 효율이 저하되고, 수소발생량이 감소하며, 냉각요소인 물이 줄어들기 때문에 온도가 상승할 수 있다. In the hydrogen generator of the present invention, each unit cell is filled with an electrolyte to store a certain amount of water, and an electrolyte containing water serves as a water source to cause a hydrolysis reaction of a hydride. However, since hydrolysis that generates hydrogen is an irreversible reaction that continuously consumes water inside the unit cell, the water of the unit cell gradually decreases during hydrogen generation, and the temperature rises due to the heat of release of the hydrolysis so that the water evaporates or the hydrogen The generation control efficiency may be lowered. As the water in each unit cell decreases, the hydrolysis efficiency decreases, the amount of hydrogen generated decreases, and the water, which is a cooling element, decreases, thereby increasing the temperature.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위해 상기와 같은 물공급수단을 구비하여 각 단위 셀에 지속적으로 물을 공급 및 보충하며, 이로써 가수분해 반응을 안정적으로 지속할 수 있는 효과 및 물 보충에 의한 추가적인 냉각 효과를 얻을 수 있다. 특히, 안정적인 가수분해 및 수소 발생을 위해서 이론적으로 필요한 물의 양보다 많은 양의 물이 필요하므로 물이 충분히 공급되면 이론치에 가까운 수소발생량을 안정적으로 얻을 수 있다. In order to solve this problem, the present invention includes water supply means as described above, continuously supplying and replenishing water to each unit cell, whereby the effect of stable hydrolysis reaction and additional cooling by water replenishment The effect can be obtained. In particular, since a larger amount of water is required than a theoretically required amount of water for stable hydrolysis and hydrogen generation, when enough water is supplied, a hydrogen generation amount close to the theoretical value can be stably obtained.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 수소발생장치의 다른 실시예를 도시한 구성도로서, 이는 하우징 내부를 통과하는 물공급관 대신 하우징(101) 외부에서 물저장공 간(131)에 직접 연결되도록 물공급관(132)을 설치한 예이다. 도시된 바와 같이, 물공급관(132)이 하우징 내부를 통과하지 않고 하우징 하부의 물저장공간(131)에 직접 연결되어 물을 공급하며, 물공급관(132)에는 체크밸브(133)가 설치된다.4 is a configuration diagram showing another embodiment of the hydrogen generating apparatus according to the present invention, which is connected directly to the water storage space 131 outside the housing 101 instead of the water supply pipe passing through the housing. This is an example in which the supply pipe 132 is installed. As shown, the water supply pipe 132 is directly connected to the water storage space 131 in the lower portion of the housing without passing through the housing to supply water, and the check valve 133 is installed in the water supply pipe 132.

본 발명의 수소발생장치에서 물공급수단에 의해 스택의 물이 단위 셀에 공급되도록 구성될 수 있음을 앞에서 설명하였으나, 별도의 물탱크를 구비하고 물탱크와 수소발생장치의 하우징 사이에 물공급관을 연결 설치하여, 스택 대신 물탱크에 저장된 물이 물공급관 및 물저장공간을 통해 단위 셀에 공급되도록 하는 것도 가능하다. In the hydrogen generator of the present invention has been described above that the water of the stack may be configured to be supplied to the unit cell by the water supply means, provided with a separate water tank and a water supply pipe between the water tank and the housing of the hydrogen generator It is also possible to connect and install, so that the water stored in the water tank instead of the stack is supplied to the unit cell through the water supply pipe and the water storage space.

한편, 본 발명의 수소발생장치(100)를 연료전지 시스템의 연료공급원으로 이용하기 위해서는 상기 스위치(124)의 구동을 제어하여 (+), (-) 전극 간 회로를 선택적으로 개폐함으로써 수소 발생을 제어해야 한다. 이를 위해, 연료전지 시스템 제어기에 의해 상기 스위치의 구동이 제어되도록 회로가 구성될 수 있다. On the other hand, in order to use the hydrogen generator 100 of the present invention as a fuel supply source of the fuel cell system, the generation of hydrogen is generated by selectively opening and closing the circuit between the positive and negative electrodes by controlling the driving of the switch 124. You have to control it. To this end, a circuit may be configured such that driving of the switch is controlled by a fuel cell system controller.

이때, 연료전지 시스템의 셧다운(Shutdown)시에는 연료전지 시스템 제어기의 제어신호에 의해 스위치가 개방되면서 수소 발생이 중지되고, 연료전지 시스템의 시동(Start up)시에는 스위치가 폐쇄되면서 수소 발생이 개시되도록 구성될 수 있다. At this time, when the fuel cell system is shut down, hydrogen generation is stopped while the switch is opened by a control signal of the fuel cell system controller, and when the fuel cell system is started up, hydrogen generation is started by closing the switch. It may be configured to.

이와 같이 본 발명의 수소발생장치(100)에서는 회로를 개폐하는 방식으로 수소 발생을 쉽게 조절할 수 있으며, 수소 발생 중 전류가 발생함에 따라 가수분해시의 발열에 의해 상승한 온도를 어느 정도 낮추어줄 수 있게 된다.As described above, in the hydrogen generating apparatus 100 of the present invention, hydrogen generation can be easily controlled by opening and closing a circuit, and as a current is generated during hydrogen generation, it is possible to lower the temperature raised by heat generation during hydrolysis to some extent. do.

또한 수소 공급을 위해서는 상기 수소 배출구(102)에 연료전지 스택으로 수 소를 공급하는 수소공급관(미도시함)이 연결되어야 하고, 이때 수소공급관에는 수소의 압력을 연료전지 스택에서 요구되는 압력으로 조절하는 압력 레귤레이터(미도시함)가 설치될 수 있다.In addition, in order to supply hydrogen, a hydrogen supply pipe (not shown) for supplying hydrogen to the fuel cell stack must be connected to the hydrogen outlet 102, and at this time, the pressure of hydrogen is adjusted to the pressure required by the fuel cell stack. A pressure regulator (not shown) may be installed.

상기한 본 발명의 수소발생장치는 1차 전지와 같은 화학전지 구조를 하고 있으므로 종래의 화학적 수소화물의 장치에는 필요한 펌프와 부산물 탱크가 필요하지 않다. 또한 본 발명의 수소발생장치는 전해질에 함유된 화학적 수소화물의 가수분해를 이용하는 것으로, 화학적 수소화물 없이 단순히 전해질을 통해 수소가 발생되는 시스템과는 분명한 차이가 있다. Since the hydrogen generator of the present invention has the same structure as the primary battery, the conventional chemical hydride device does not require a pump and a by-product tank. In addition, the hydrogen generator of the present invention utilizes the hydrolysis of the chemical hydride contained in the electrolyte, which is clearly different from the system in which hydrogen is simply generated through the electrolyte without chemical hydride.

즉, 전해질을 사용한 1차 전지 구조에서 전극에 전원을 인가하여 전기분해함으로써 수소를 발생시킬 수 있는 시스템(화학적 수소화물과 촉매를 사용하지 않음)에서는 전기분해를 위해 반드시 외부의 전기에너지를 공급해야 하나, 본 발명의 수소발생장치는 화학적 수소화물과 촉매를 전해질에 첨가하여 화학적 수소화물의 가수분해를 통해 수소를 발생시키는 점, 별도의 전원 공급 없이 회로 개폐만을 통해 수소 발생을 제어할 수 있다는 점에서 분명한 차이를 가진다. That is, in a primary battery structure using an electrolyte, a system capable of generating hydrogen by applying electrolysis to an electrode (not using chemical hydrides and catalysts) must supply external electric energy for electrolysis. However, the hydrogen generating apparatus of the present invention generates hydrogen through hydrolysis of chemical hydrides by adding chemical hydrides and catalysts to the electrolyte, and can control hydrogen generation only through opening and closing of a circuit without a separate power supply. Has a clear difference.

그리고, 하우징 내부에 셀 모듈을 수납하여 구성한 본 발명의 수소발생장치는 통상의 1차 전지와 같이 카트리지 형태로 제공될 수 있다. 즉, 연료전지 차량에서 교체 가능한 카트리지 형태로 제공되어 비가역반응 후 전해질의 물이 어느 정도 소모되고 나면 새로운 카트리지로 교체할 수 있도록 하는 것이다. In addition, the hydrogen generator of the present invention configured by accommodating a cell module in a housing may be provided in the form of a cartridge like a conventional primary battery. In other words, it is provided in the form of a replaceable cartridge in the fuel cell vehicle so that after the irreversible reaction the water of the electrolyte is consumed to some extent it can be replaced with a new cartridge.

기존의 고압 수소탱크의 경우 수소의 중량저장밀도가 약 3wt%로 매우 낮지 만, MgH2는 중량저장밀도가 15.3wt%로 높고 실제 발생량도 이론치에 근접한다. 이론적으로, MgH2의 가수분해시에 MgH2 1g 당 약 1.8리터의 수소가 발생하고, 연료전지 차량 1 충전 주행거리 500Km를 기준으로 하였을 때 MgH2는 약 32.5kg, 물은 45kg을 필요로 하게 된다(반응식 1 참조). 이를 위해, MgH2 500g을 사용하여 각 단위 셀을 구성하고, 이러한 단위 셀 65개를 병렬로 연결하여 셀 모듈을 구성할 수 있다. MgH2 32.5kg을 포함한 셀 모듈을 사용하여 카트리지 형태의 수소발생장치를 구성한 뒤 차량에 탑재하면 이론 및 실제 수소발생량이 약 5kg이 되므로 주행 거리 500km를 충분히 충족시킬 수 있다. 각 단위 셀 내에 저장되는 물은 가수분해 반응에서 충분히 많을수록 반응을 용이하게 하고 발열 온도를 낮추어주는 효과가 있지만 차량 탑재를 위해서는 중량과 부피를 최소화할 필요가 있으므로 필요한 최적 양을 계산하여 사용한다. Conventional high pressure hydrogen tanks have a very low weight storage density of about 3 wt%, but MgH 2 has a high weight storage density of 15.3 wt% and the actual generation is close to the theoretical value. Theoretically, when the hydrogen of about 1.8 liters per 1g MgH 2 occurs upon the hydrolysis of MgH 2 and hayeoteul based on the fuel cell vehicle 1 charging mileage 500Km MgH 2 is to require approximately 32.5kg, water was 45kg (See Scheme 1). To this end, each unit cell may be configured using 500 g of MgH 2 , and 65 unit cells may be connected in parallel to configure a cell module. Using a module module containing 32.5kg of MgH 2, a cartridge-type hydrogen generator is installed in a vehicle, and the theoretical and actual hydrogen generation amount is about 5kg, which can sufficiently satisfy the driving distance of 500km. The more water is stored in each unit cell in the hydrolysis reaction, the easier it is to react and lower the exothermic temperature. However, the weight and volume need to be minimized in order to mount the vehicle.

상기와 같이 카트리지 형태로 제공되는 경우에는 종래와 같이 수소탱크에 고압 수소를 충전하기 위한 복잡한 충전 시스템이 필요 없게 된다. 특히, 기존의 주유소에 카트리지 형태의 수소발생장치가 보급될 경우, 별도의 수소충전소 없이 언제든지 카트리지를 쉽게 차량에 교체 장착할 수 있으며, 수소충전소가 불필요해지면서 연료전지 차량의 보급에 제약이 되어 왔던 수소충전소의 설치 및 건립 비용 발생 등 여러 문제를 해결할 수 있게 된다. When provided in the form of a cartridge as described above, there is no need for a complicated filling system for filling high pressure hydrogen in a hydrogen tank as in the prior art. In particular, when a hydrogen generator in the form of a cartridge is supplied to an existing gas station, the cartridge can be easily installed and replaced in a vehicle at any time without a separate hydrogen charging station. As a hydrogen charging station becomes unnecessary, the supply of fuel cell vehicles has been restricted. It will be able to solve various problems such as the installation and construction cost of hydrogen charging station.

수소 발생을 위한 화학적 수소화물의 가수분해는 물을 소모하면서 부산물을 생성하는 비가역반응이므로 사용된 카트리지는 수거 후 재생 공정을 거쳐 재사용될 수 있다. 특히, 화학적 수소화물로 MgH2를 사용하는 경우에 반응 부산물로 친환경적인 Mg(OH)2를 생성하므로 안전하고 용이하게 재생 공정이 수행될 수 있다. Hydrolysis of chemical hydrides for hydrogen generation is an irreversible reaction that produces by-products while consuming water, so used cartridges can be recycled after collection and regeneration. In particular, when MgH 2 is used as the chemical hydride, an environmentally friendly Mg (OH) 2 is generated as a reaction by-product, so that a regeneration process can be safely and easily performed.

도 1은 본 발명에서 단위 셀의 구성을 도시한 단면도, 1 is a cross-sectional view showing the configuration of a unit cell in the present invention,

도 2는 본 발명에서 단위 셀 내 수소 발생시의 단면도,2 is a cross-sectional view of hydrogen generation in a unit cell in the present invention;

도 3은 본 발명에 따른 수소발생장치의 일 실시예를 도시한 구성도,3 is a block diagram showing an embodiment of a hydrogen generator according to the present invention,

도 4는 본 발명에 따른 수소발생장치의 다른 실시예를 도시한 구성도.Figure 4 is a block diagram showing another embodiment of the hydrogen generator according to the present invention.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>

100 : 수소발생장치 101 : 하우징100: hydrogen generator 101: housing

104 : 임시저장공간 110 : 단위 셀104: temporary storage space 110: unit cell

111 : (-) 전극 112 : (+) 전극111: (-) electrode 112: (+) electrode

121 : 수소투과막 131 : 물저장공간121: hydrogen permeable membrane 131: water storage space

132 : 물공급관 133 : 체크밸브132: water supply pipe 133: check valve

134 : 물투과막134: water permeable membrane

Claims (4)

하우징; housing; 전극 사이에 가수분해에 의해 수소를 발생시키는 화학적 수소화물, 가수분해의 물공급원이 되는 전해질, 그리고 수소발생을 위한 촉매의 혼합물이 삽입되어 있는 단위 셀들이 적층되어 구성되며, 상기 하우징 내부에 수납되는 셀 모듈;A unit cell including a chemical hydride which generates hydrogen by hydrolysis, an electrolyte serving as a water source for hydrolysis, and a mixture of a catalyst for generating hydrogen is inserted between the electrodes, and is housed in the housing. Cell module; 상기 단위 셀들의 전극을 병렬로 연결하는 도선; A conductive line connecting electrodes of the unit cells in parallel; 상기 단위 셀들의 (+), (-) 전극 간 회로 개폐를 위해 상기 도선에 설치되며, 수소를 필요로 하지 않을 때에는 회로를 개방상태로 유지하다가 수소발생을 필요로 할 때에는 회로를 폐쇄상태로 하여 전류를 흐르게 하는 스위치;It is installed in the lead wire to open and close the circuit between (+) and (-) electrodes of the unit cells, and keeps the circuit open when hydrogen is not needed, and puts the circuit closed when hydrogen is needed. A switch for flowing an electric current; 를 포함하여 구성되고, 상기 스위치의 닫힘시에 각각의 단위 셀 내에서 전해질을 물 공급원으로 하는 화학적 수소화물의 가수분해 반응에 의해 수소가 발생하여 상기 수소 배출구를 통해 공급되도록 하고, It is configured to include, the hydrogen is generated by the hydrolysis reaction of the chemical hydride with the electrolyte as a water source in each unit cell at the time of closing the switch to be supplied through the hydrogen outlet, 상기 전해질이 충전된 단위 셀들의 내부로 가수분해 반응에 필요한 물을 추가로 공급하는 물공급수단을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화학적 수소화물을 이용한 수소발생장치.And a water supply means for additionally supplying water required for a hydrolysis reaction into the electrolyte-containing unit cells. 청구항 1에 있어서,The method according to claim 1, 상기 물공급수단은,The water supply means, 상기 하우징 내부에 단위 셀들에 공급될 물을 저장하는 물저장공간을 구비하고, 상기 물저장공간에 하우징 외부의 물을 투입하기 위한 물공급관을 연결하며, 상기 물저장공간과 셀 모듈 간 위치되도록 상기 단위 셀들의 물 공급단에 물투과막을 설치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화학적 수소화물을 이용한 수소발생장치.A water storage space for storing water to be supplied to the unit cells inside the housing, connecting a water supply pipe for injecting water outside the housing to the water storage space, and located between the water storage space and the cell module; Hydrogen generating apparatus using a chemical hydride, characterized in that the water permeable membrane is installed in the water supply terminal of the unit cells. 청구항 2에 있어서,The method according to claim 2, 상기 물저장공간에 연료전지 스택으로부터 배출되는 물이 투입될 수 있도록 상기 물공급관은 물저장공간과 연료전지 스택 사이를 연결하여 구비되는 것을 특징으로 하는 화학적 수소화물을 이용한 수소발생장치.The water supply pipe is a hydrogen generating device using a chemical hydride, characterized in that the water supply pipe is provided between the water storage space and the fuel cell stack so that the water discharged from the fuel cell stack into the water storage space. 청구항 3에 있어서,The method according to claim 3, 상기 물공급관에는 물의 역류를 방지하기 위한 체크밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 화학적 수소화물을 이용한 수소발생장치. The water supply pipe is a hydrogen generating device using a chemical hydride, characterized in that the check valve is installed to prevent the back flow of water.
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