KR101107634B1 - Hydrogen supply apparatus, method for supplying hydrogen and hydrogen usage apparatus using the same - Google Patents
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Abstract
열을 가하면 발열하면서 탈수소화가 가능한 수소 발생 물질에 열을 가하여 수소를 발생시키고, 상기 수소 발생 물질을 수용하는 용기의 벽에 형성된 관통로를 통하여 상기 용기로부터 발생된 수소를 바로 배출시킨다. 상기 배출된 수소는 수소 발생 용기가 아니라 용기를 포함한 탱크에 저장한 후 수소 이용 장치로 공급하도록 한다.When heat is applied, hydrogen is generated by applying heat to a hydrogen generating material that is capable of generating heat and dehydrogenation, and immediately discharges hydrogen generated from the container through a through passage formed in a wall of the container containing the hydrogen generating material. The discharged hydrogen is stored in a tank including the container, not the hydrogen generating container, and then supplied to the hydrogen using device.
수소 발생 물질, 수소 발생 용기, 수소 공급 탱크, 케이스, 두랄루민 Hydrogen generating substance, Hydrogen generating vessel, Hydrogen supply tank, Case, Duralumin
Description
본 명세서의 기술은 수소 공급 장치와 방법, 이를 이용하는 수소 이용 장치에 관한 것이다. 상기 수소 공급 장치 및 수소 공급 방법은 연료전지와 수소연소장치의 수소 공급 장치로서 적용될 수 있고, 이는 특히 자동차에 유용하게 적용될 수 있다. The technology herein relates to a hydrogen supply apparatus and method, and a hydrogen utilization apparatus using the same. The hydrogen supply device and the hydrogen supply method can be applied as a hydrogen supply device of a fuel cell and a hydrogen combustion device, which can be particularly usefully applied to automobiles.
화석 에너지의 고갈 및 환경 오염 문제로 인하여 신재생 대체 에너지에 대한 요구가 크며, 그러한 대체 에너지의 하나로서 수소가 주목받고 있다.Due to the depletion of fossil energy and environmental pollution, there is a great demand for renewable energy, and hydrogen is attracting attention as one of such alternative energy.
연료전지와 수소연소장치는 수소를 반응 가스로 사용하고 있는데, 연료전지와 수소연소장치를 예컨대 자동차 등에 응용하기 위하여 수소의 안정적이고 지속적인 공급, 저장 기술이 필요하다.The fuel cell and the hydrogen combustion device use hydrogen as a reaction gas. In order to apply the fuel cell and the hydrogen combustion device to, for example, automobiles, a stable and continuous supply and storage of hydrogen is required.
수소를 이용하는 장치에 수소를 공급하기 위하여 별도로 설치된 수소 공급소로부터 수소가 필요할 때마다 수소를 공급받는 방식을 사용할 수 있다. In order to supply hydrogen to a device using hydrogen, a method of receiving hydrogen whenever hydrogen is required from a separate hydrogen supply station may be used.
또는, 수소를 발생시키는 물질을 수소 이용 장치에 탑재한 후 해당 물질의 반응을 통하여 수소를 발생시키고 이를 수소 이용 장치에 공급하는 방식을 사용할 수 있다. Alternatively, the hydrogen generating device may be mounted on a hydrogen using device, and then hydrogen may be generated through the reaction of the corresponding material and supplied to the hydrogen using device.
별도의 고체나 액체 촉매 없이 초기에 열을 가하면 자체 발열하여 탈수소화가 가능한 물질로부터 수소를 효율적으로 발생시키고, 저압 및 경량화된 방식으로 수소를 저장하고 수소 이용 장치로 공급할 수 있는 수소 공급 장치 및 방법, 이를 이용하는 수소 이용 장치를 제공하고자 한다. Hydrogen supply apparatus and method which can generate hydrogen efficiently from self-heating and dehydrogenation by applying heat initially without separate solid or liquid catalyst, and can store hydrogen and supply it to hydrogen using device in low pressure and light weight way, An apparatus using hydrogen is provided.
본 발명의 구현예들에서는, 열을 가하면 발열하면서 탈수소화가 가능한 수소 발생 물질을 수용할 수 있는 수소 발생 용기이고, 상기 수소 발생 용기 벽에는 발생된 수소가 자연 배출될 수 있도록 수소 배출 통로가 형성되어 있는 수소 발생 용기를 제공한다.In the embodiments of the present invention, when the heat is applied is a hydrogen generating vessel that can accommodate the hydrogen generating material that can be dehydrogenated while generating heat, a hydrogen discharge passage is formed in the wall of the hydrogen generating vessel so that the generated hydrogen is naturally discharged It provides a hydrogen generating vessel.
본 발명의 구현예들에서는, 상기 수소 발생 용기가 하나 이상 장착된 탱크로서, 수소 발생 용기로부터 자연 배출되는 수소를 저장하고 외부로 공급하는 수소 공급 탱크를 제공한다.In embodiments of the present invention, a tank having one or more hydrogen generating vessels provided therein provides a hydrogen supply tank for storing hydrogen and naturally supplying hydrogen discharged from the hydrogen generating vessel.
본 발명의 구현예들에서는, 상기 수소 공급 탱크, 상기 수소 공급 탱크에 장착된 수소 발생 용기의 수소 발생 물질에 열을 제공하는 가열 수단에 전력을 공급하여 열을 발생시킬 수 있는 전원, 및 상기 전원으로부터의 전력 공급을 제어하는 콘트롤러를 포함하는 수소 공급 장치를 제공한다.In embodiments of the present invention, a power supply capable of generating heat by supplying power to the hydrogen supply tank, heating means for providing heat to the hydrogen generating material of the hydrogen generating vessel mounted on the hydrogen supply tank, and the power supply Provided is a hydrogen supply comprising a controller to control the supply of power from the apparatus.
본 발명의 구현예들에서는, 상기 수소 공급 탱크 또는 수소 공급 장치를 포함하는 수소 이용 장치를 제공한다.In embodiments of the present invention, there is provided a hydrogen utilization apparatus comprising the hydrogen supply tank or hydrogen supply apparatus.
본 발명의 구현예들에서는, 열을 가하면 발열하면서 탈수소화가 가능한 수소 발생 물질에 열을 가하여 수소를 발생시키는 단계, 상기 수소 발생 물질을 수용하는 용기의 벽에 형성된 관통로를 통하여 발생된 수소를 자연 배출시키는 단계 및 상기 자연 배출된 수소를 탱크에 저장한 후 수소 이용 장치로 공급하는 단계를 포함하는 수소 공급 방법을 제공한다.In embodiments of the present invention, generating heat by applying heat to a hydrogen generating material capable of being dehydrogenated while generating heat, and generating hydrogen through a passage formed in a wall of a container containing the hydrogen generating material. It provides a hydrogen supply method comprising the step of discharging and storing the naturally discharged hydrogen in a tank and supplying to the hydrogen using device.
본 발명의 구현예들에 따르면, 수소 발생, 저장 및 공급의 모든 측면을 고효율화할 수 있고, 수소 공급 탱크를 저압 및 경량화로 유지할 수 있다. 또한, 다양화된 방식(수소 발생 용기와 수소 공급 탱크의 압력, 형상이 다양화될 수 있음)으로 수소를 저장하고 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 수소 발생 물질로부터 수소 발생 시의 발열 반응의 제어 및 저압 운전 제어가 용이하다. According to embodiments of the present invention, all aspects of hydrogen generation, storage and supply can be made highly efficient, and the hydrogen supply tank can be maintained at low pressure and light weight. In addition, it is possible to store and supply hydrogen in a diversified manner (pressure and shape of hydrogen generating vessels and hydrogen supply tanks can vary), as well as control and low pressure of exothermic reactions during hydrogen generation from hydrogen generating materials. Operation control is easy.
이하, 본 발명의 구현예들을 설명한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
본 명세서에서 수소 공급 장치란 수소 발생 용기 또는 수소 공급 탱크를 포함하는 것이다.In the present specification, the hydrogen supply device includes a hydrogen generating vessel or a hydrogen supply tank.
본 명세서에서 수소 이용 장치란 수소를 공급받아 전력을 생산하는 연료전지와 같은 전력 생산 장치나 해당 전력 생산 장치로부터 동력의 전부 또는 일부를 제공받아 구동되는 자동차 또는 수소연소에너지를 이용한 수소엔진 등과 같이 수소를 이용하는 제반 장치를 포함한다.In the present specification, a hydrogen-using device is a power generation device such as a fuel cell that receives hydrogen and generates electric power, such as a car or a hydrogen engine using hydrogen combustion energy that is driven by receiving all or a part of power from the power generation device. It includes an overall device using.
본 명세서에서 수소의 자연 배출이란 발생된 수소의 배출을 제어하기 위한 별도 수단(예컨대 밸브, 압력 게이지 등)을 거치지 않고 수소 발생 시 바로 수소 발생 용기의 외부로 배출되는 것을 의미한다.In the present specification, the natural discharge of hydrogen means that the hydrogen is discharged to the outside of the hydrogen generating vessel immediately upon generation of hydrogen without passing through a separate means (eg, a valve, a pressure gauge, etc.) for controlling the discharge of generated hydrogen.
열을 가하면 발열하면서 탈수소화가 가능한 수소 발생 물질을 이용하면 최초 열을 가하여 수소를 발생시키고 이후 추가 열을 가하지 않더라도 해당 물질들이 자체 발열에 의하여 수소를 계속 발생시킬 수 있다. When heat is applied, a hydrogen generating material that generates heat while being dehydrogenated may generate hydrogen by first applying heat, and then the materials may continue to generate hydrogen by self-heating even without additional heating.
예컨대, 아민 보란계 화합물들을 이용하여 초기 열을 가하여 열 분해 반응을 유도하고 나면 이후에는 발열 반응에 의하여 더 이상의 열을 제공하지 않더라도 지속적으로 탈수소화를 할 수 있다. For example, after the initial heat is applied using the amine borane-based compounds to induce a thermal decomposition reaction, it is possible to continuously dehydrogenation even if no further heat is provided by the exothermic reaction.
참고로, 열분해를 이용하는 수소 발생 방법은 고체 촉매나 액체 촉매를 이용하는 방법과 대비될 수 있다. 고체 촉매나 액체 촉매를 이용하는 방법은 열 분해에 의한 수소 발생에 요구되는 열 에너지원의 공급을 최소화하며 수소 발생 속도를 높이고자 하는 것이다. 고체 촉매 방법은 아민 보란을 고체 촉매에 담지시켜 용매에 녹이거나 물을 용매로 사용하여 아민 보란의 가수 분해를 통해 수소를 발생시킨다. 액체 촉매(산, 염기, 유기산, 이온성 액체) 방법의 경우에는 아민 보란의 탈수소화 또는 용매와의 동시 탈수소화를 통하여 수소를 발생시킨다. For reference, the hydrogen generation method using pyrolysis may be compared with the method using a solid catalyst or a liquid catalyst. The method using a solid catalyst or a liquid catalyst is to minimize the supply of heat energy sources required for hydrogen generation by thermal decomposition and to increase the rate of hydrogen generation. In the solid catalyst method, amine borane is supported on a solid catalyst to be dissolved in a solvent or water is used as a solvent to generate hydrogen through hydrolysis of the amine borane. In the case of liquid catalyst (acid, base, organic acid, ionic liquid) processes, hydrogen is generated through dehydrogenation of the amine borane or simultaneous dehydrogenation with a solvent.
위와 같은 촉매나 용매를 이용하지 않고도 아민 보란과 같은 수소 발생 물질로부터 열분해를 통하여 수소 발생을 하되 열 분해에 요구되는 열 에너지원의 공급을 최소화하도록 수소 발생, 저장 및 공급 시스템을 설계하도록 하여야 한다.Hydrogen generation, storage, and supply systems should be designed to generate hydrogen from pyrolysis from hydrogen-generating materials such as amine borane without the use of such catalysts or solvents, but to minimize the supply of thermal energy sources required for pyrolysis.
촉매나 용매의 사용을 배제하고 수소 발생 물질의 열분해를 통한 수소 발생을 유도할 경우 수소 발생, 저장 및 공급 시스템의 구성에 많은 고려가 필요하다. Considering the construction of hydrogen generation, storage and supply systems requires much consideration when the use of catalysts or solvents and the induction of hydrogen evolution through pyrolysis of hydrogen-generating materials are involved.
예컨대, 수소 발생 물질의 열분해를 통한 수소 발생 시 발생된 수소를 저장하는 용기는 고압(예컨대 5 기압 초과)이 되기 쉬운데, 고압 용기는 그 특성상 전체 시스템을 무겁고 크게 만들게 된다. 더욱이, 고압 용기를 가벼운 중량으로 제작한다는 것은 기술적인 한계가 분명하며 실제로 구현하는 것은 극히 어렵다. For example, a vessel for storing hydrogen generated during hydrogen evolution through pyrolysis of hydrogen generating materials tends to be high pressure (eg, greater than 5 atmospheres), which in its nature makes the whole system heavy and large. Moreover, the construction of high pressure vessels at light weight is a technical limitation and is extremely difficult to implement in practice.
수소 이용 장치의 실질적 응용과 상업화의 관점에서 수소 발생, 저장 및 공급 용기 내지 장치의 저압화, 경량화, 축소화는 매우 중요한 문제이다. From the point of view of practical application and commercialization of the hydrogen utilization apparatus, the low pressure, light weight, and reduction of hydrogen generation, storage and supply vessels to the apparatus is a very important problem.
또한, 용기의 저압화, 경량화, 축소화 등의 문제뿐만 아니라 수소를 저장하고 공급하는 용기가 다양한 형태로 변형 가능한 것도 중요한 고려 사항이 된다. 예컨대 자동차로의 응용을 생각하면 자동차 내의 제한된 공간을 활용할 수 있도록 적절히 배치할 수 있고 사이즈의 축소화가 가능하며 일정 량 이상의 수소 발생 용량을 담보하는 것이 중요하다.In addition, it is an important consideration that the container for storing and supplying hydrogen can be transformed into various forms as well as problems such as low pressure, light weight, and reduction of the container. For example, considering the application to automobiles, it is important to properly arrange to utilize the limited space in the vehicle, to reduce the size, and to secure a certain amount of hydrogen generating capacity.
뿐만 아니라, 발열 반응에 의하여 수소가 발생하는 물질을 이용하여 수소를 발생시키고 저장하고 공급하는 시스템을 구성함에 있어서는 발열 반응에 의한 연쇄 반응 가능성에 대한 고려가 필요하다. 해당 수소 발생 물질을 수용하는 단위 용기들이 서로 지나치게 인접하게 되면 하나의 용기에서의 발열 반응에 의하여 다른 용기에서의 수소 발생 반응이 시작되며, 이는 수소 발생 반응의 제어와 나아가 수소 이용 장치의 운전 제어를 어렵게 만들 뿐만 아니라 저압, 경량화, 축소화된 시스템 구성도 어렵게 만드는 요인이 된다. In addition, when constructing a system for generating, storing, and supplying hydrogen using a substance that generates hydrogen by exothermic reaction, consideration of a chain reaction possibility by exothermic reaction is necessary. When the unit vessels containing the hydrogen generating substance are too close to each other, the hydrogen generating reaction in the other vessel is started by the exothermic reaction in one vessel, which controls the hydrogen generating reaction and further the operation control of the hydrogen using device. Not only does it make it difficult, but it also makes it difficult for low pressure, light weight, and reduced system configurations.
본 발명은 이상과 같은 고려 사항을 기반으로 연구와 검토를 거듭하여 안출되었다.The present invention has been made through repeated studies and studies based on the above considerations.
본 발명의 구현예들에서는 열을 가하면 발열하면서 탈수소화가 가능한 수소 발생 물질을 수용할 수 있는 수소 발생 용기를 기본 단위로 하고, 이를 수소 공급 탱크에 장착하도록 한다. In the embodiments of the present invention, when a heat is applied, a hydrogen generating vessel capable of accommodating a hydrogen generating material capable of generating dehydrogenation while generating heat is provided as a basic unit, and is mounted on a hydrogen supply tank.
상기 수소 발생 물질에 초기에 가열 수단을 통하여 열(예를 들어 90℃이상)을 가하면 해당 물질로부터 탈수소화 발열 반응이 일어나게 되고, 해당 발열 반응으로부터의 열에 의하여, 가열 수단에 의한 초기 가열 외에 더 이상의 열을 제공하지 않더라도 계속 탈수소화 반응이 지속하여 발생 가능한 모든 수소를 발생시킬 수 있다. When heat (for example, 90 ° C. or more) is initially applied to the hydrogen generating material through heating means, a dehydrogenation exothermic reaction occurs from the material, and by heat from the exothermic reaction, in addition to the initial heating by the heating means, Even without providing heat, the dehydrogenation can continue to generate all possible hydrogen.
또한, 본 발명의 구현예들에서는 열을 가하면 발열하면서 탈수소화가 가능한 수소 발생 물질에 열을 가하여 수소를 발생시킨 후 상기 용기로부터 발생된 수소를 상기 수소 발생 물질을 수용하는 용기의 벽에 형성된 관통로를 통하여 바로 배출시키며, 상기 배출된 수소를 탱크에 저장한 후 수소 이용 장치로 공급하도록 한다.In addition, in the embodiments of the present invention, after the heat is generated, the heat generating hydrogen is generated by applying heat to the hydrogen generating material capable of dehydrogenation, and then the hydrogen generated from the vessel is formed in the wall of the container containing the hydrogen generating material. Directly discharged through, and stores the discharged hydrogen in the tank to be supplied to the hydrogen using apparatus.
이에 따라, 외부로부터 가열 수단을 경유하여 제공되는 에너지, 예컨대 전원으로부터 전력을 공급받아 열을 발생시키는 저항체를 수소 발생 물질의 가열 수단으로 이용하는 경우에는 외부로부터 제공하는 전력을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라(예컨대 70V 전원을 가열 수단인 저항체에 연결하는 경우 약 2분 이하로 전원을 가동하는 것에 의하여 발생 가능한 수소를 모두 발생시킬 수 있다), 수소 공급 장치를 저압, 경량화, 축소화할 수 있다.Accordingly, in the case of using a resistor, which is supplied from the outside via a heating means from the outside, for example, a resistor that generates heat by receiving power from a power source, as a heating means of the hydrogen generating material, the power provided from the outside can be minimized ( For example, when a 70V power supply is connected to a resistor that is a heating means, all hydrogen that can be generated can be generated by operating the power supply for about 2 minutes or less), and the hydrogen supply device can be reduced in pressure, weight, and downsized.
상기 수소 발생 물질의 비제한적인 예시로서, 아민 보란계 화합물들이 있으 며 예컨대, 암모니아 보란(NH3BH3)이 바람직하다. 상기 암모니아 보란은 예컨대 수소 함량 19.6%의 것을 사용할 수 있다.As a non-limiting example of the hydrogen generating material, there are amine borane-based compounds, for example, ammonia borane (NH 3 BH 3 ) is preferred. As the ammonia borane, for example, a hydrogen content of 19.6% may be used.
상기 수소 발생 물질은 수소 발생 용기 내의 저장 등의 측면에서 고체인 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 고체 수소 발생 물질은 펠렛 형태로 형성될 수 있다. 상기 펠렛은 관통 구멍을 가지는 것이며, 상기 관통 구멍을 따라서 상기 열을 제공하는 가열 수단 예컨대 히팅 로드가 지나가도록 할 수 있다. 여기서 상기 가열 수단은 수소 발생 용기로부터 분리 가능하도록 할 수 있다. It is preferable that the said hydrogen generating substance is solid from a viewpoint of storage in a hydrogen generating container. More preferably the solid hydrogen generating material may be formed in pellet form. The pellet has a through hole, and heating means, such as a heating rod, for providing the heat along the through hole can be passed. The heating means can here be made separable from the hydrogen generating vessel.
상기 수소 발생 물질을 원하는 형태로 제작하기 위하여 몰드를 미리 제작하고 이에 고체 수소 발생 물질을 넣은 후 몰딩하여 해당 형태의 수소 발생 물질을 성형할 수 있다. In order to manufacture the hydrogen generating material in a desired form, a mold may be prepared in advance, a solid hydrogen generating material may be added thereto, and then molded to form a hydrogen generating material of the corresponding shape.
본 발명의 구현예들에서는 수소 발생 물질을 수용하는 용기가 수소를 저장하지 않고 바로 배출하도록 한다. 즉, 수소 발생 물질로부터 수소가 발생 시 발생된 수소는 수소 배출 통로를 통과하여 자연 배출되도록 한다. In embodiments of the present invention, the vessel containing the hydrogen generating material is discharged directly without storing hydrogen. That is, hydrogen generated when hydrogen is generated from the hydrogen generating material is naturally discharged through the hydrogen discharge passage.
이를 위하여 수소 발생 용기의 벽에는 발생된 수소가 자연 배출될 수 있는 통로가 벽을 관통하여 형성된다. 해당 관통로에는 별도의 게이지나 밸브 등이 존재하지 않고 따라서 수소는 해당 관통로를 따라서 바로 배출될 수 있다.To this end, a passage through which the generated hydrogen is naturally discharged is formed in the wall of the hydrogen generating vessel. There is no separate gauge or valve in the passage, so hydrogen may be immediately discharged along the passage.
위와 같이 용기 벽에 수소를 바로 배출할 수 있는 관통로를 형성하는 것은 해당 수소 발생 용기 자체에 압력을 가하는 것을 최소화할 수 있을 뿐만 아니라 전체 수소 저장 및 공급 탱크도 저압, 경량, 축소화할 수 있다. 앞서 언급하였지만 수소의 압력이 커지면 전체적인 시스템이 커지게 되고, 또한 운전 제어가 어렵게 된다.Forming a passage through which the hydrogen can be directly discharged to the vessel wall as described above can minimize the pressure on the hydrogen generating vessel itself, as well as reduce the pressure, light weight, and size of the entire hydrogen storage and supply tank. As mentioned above, the higher the hydrogen pressure, the larger the overall system becomes, and the more difficult it is to control the operation.
바람직하게는, 상기 수소 배출 통로는 상기 용기 벽에 복수 개가 형성될 수 있으며, 서로 일정 간격 이격하여 형성됨으로써 수소 배출과 저장을 효율적으로 수행할 수 있다.Preferably, a plurality of hydrogen discharge passages may be formed on the wall of the vessel, and the hydrogen discharge passages may be formed to be spaced apart from each other at a predetermined interval to efficiently perform hydrogen discharge and storage.
본 발명의 구현예들에서, 수소 발생 용기는 수소 발생 물질을 수용하거나 배출할 수 있도록 일측에서 열린 케이스 및 상기 케이스의 열린 부분을 막음하는 막음 수단을 구비할 수 있다. 또한, 이때 수소 배출 통로는 케이스의 벽에 형성될 수 있다. In embodiments of the present invention, the hydrogen generating vessel may have a case open at one side and blocking means for blocking an open portion of the case to receive or discharge the hydrogen generating material. In addition, the hydrogen discharge passage may be formed in the wall of the case.
상기 막음 수단은 케이스에 부착 및 탈착 가능하도록 결합될 수 있다. 예컨대 케이스의 일측 끝부분에는 나선 홈이 형성되고 막음부에도 나선 홈이 형성되어 서로 맞물림으로써 나사 결합될 수 있다. The blocking means may be coupled to the case to be attached and detached. For example, a spiral groove is formed at one end of the case, and a spiral groove is formed at the blocking portion to be screwed together by engaging with each other.
이와 같이 부착 및 탈착 가능하도록 하는 이유는, 수소 발생 용기 내의 수소 발생 물질로부터 수소를 모두 발생시킨 후 해당 수소 발생 용기에 새로운 수소 발생 물질을 충진하거나 혹은 사용된 수소 발생 물질을 재생한 후 다시 충진할 수 있도록 하기 위함이다.The reason for this attachment and detachment is to generate all the hydrogen from the hydrogen generating material in the hydrogen generating container and then refill the hydrogen generating material with new hydrogen generating material or regenerate the used hydrogen generating material. To do so.
수소 발생 용기의 재질은 한정되지 않지만, 가격뿐만 아니라 열전도율, 견고성 등이 특히 고려되어야 한다. 열전도율이 낮은 재질로 수소 발생 용기를 구성하는 것이 바람직한데, 그 이유는 각 수소 발생 용기를 복수 개 수소 공급 탱크에 배열 시 인접한 수소 발생 용기들 사이에서 발생한 열로 인하여 가열 수단에 의한 별 도의 열 제공 없이도 발열 반응하게 되는 것을 방지하기 위함이다. 수소 발생 용기의 재질의 비제한적인 예시로서, 엔지니어링 플라스틱이나 SUS 합금 또는 두랄루민 등이 있으며, 특히 두랄루민이 바람직하다. 참고로, 엔지니어링 플라스틱의 비제한적 예시로서 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리카보네이트(PC), 폴리아미드(PA), 폴리부틸렌테레프탈레이트(PBT) 등이 있다. SUS 합금의 비제한적 예시로서, SUS 304, SUS 316 합금 등이 있다.The material of the hydrogen generating vessel is not limited, but not only the price but also the thermal conductivity, the robustness, and the like should be particularly considered. It is preferable to configure the hydrogen generating vessel with a material having low thermal conductivity because the heat generated between adjacent hydrogen generating vessels when each hydrogen generating vessel is arranged in a plurality of hydrogen supply tanks does not require a separate heat supply by the heating means. This is to prevent the exothermic reaction. As a non-limiting example of the material of a hydrogen generating container, there are engineering plastics, SUS alloy, duralumin, etc., especially duralumin is preferable. For reference, non-limiting examples of engineering plastics include acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polycarbonate (PC), polyamide (PA), polybutylene terephthalate (PBT), and the like. Non-limiting examples of the SUS alloy include SUS 304, SUS 316 alloy, and the like.
상기 수소 발생 용기는 수소 공급 탱크에 장착되고 상기 용기로부터 배출된 수소는 수소 공급 탱크에 저장된 후 외부 수소 이용 장치로 공급될 수 있다.The hydrogen generating vessel is mounted in a hydrogen supply tank and the hydrogen discharged from the vessel may be stored in the hydrogen supply tank and then supplied to an external hydrogen utilization apparatus.
바람직하게는, 수소 발생 용기는 수소 공급 탱크에 부착 및 탈착 가능하도록 장착된다. 개별 수소 발생 용기 내의 수소 발생 물질로부터 수소를 모두 발생시킨 후 그 수소 발생 용기를 수소 공급 탱크로부터 탈착한 뒤, 해당 수소 발생 용기에 새로운 수소 발생 물질을 충진하거나 혹은 사용된 수소 발생 물질을 재생한 후 다시 충진한 다음 그 수소 발생 용기를 수소 공급 탱크에 다시 부착하도록 할 수 있다. Preferably, the hydrogen generating vessel is mounted to be attachable and detachable to the hydrogen supply tank. After all the hydrogen is generated from the hydrogen generating materials in the individual hydrogen generating vessels, the hydrogen generating vessels are desorbed from the hydrogen supply tank, and the hydrogen generating vessels are filled with new hydrogen generating substances or the used hydrogen generating materials are regenerated. After refilling, the hydrogen generating vessel may be reattached to the hydrogen supply tank.
비제한적 예시로서, 수소 발생 용기는 수소 공급 탱크에 나사 결합되어 장착될 수 있다. 예컨대, 수소 발생 용기가 케이스와 해당 케이스에 부착 및 탈착 가능하도록 나사 결합하는 막음 수단을 포함하여 이루지는 경우에는 상기 막음 수단에 수소 공급 탱크와 나사 결합할 수 있도록 나선 홈을 형성할 수 있다. As a non-limiting example, the hydrogen generating vessel may be threaded mounted to the hydrogen supply tank. For example, when the hydrogen generating container includes a case and a blocking means for screwing in and out of the case, the spiral groove may be formed in the blocking means so as to be screwed with the hydrogen supply tank.
이상과 같이 부착 및 탈착 가능하도록 하는 구성에 의하면, 수소 발생 용기의 장착을 자유로이 할 수 있으므로, 수소 공급 탱크의 형상뿐만 아니라 전체 탱크 압력도 다양한 방식으로 변형할 수 있다.According to the structure which enables attachment and detachment as described above, the hydrogen generating vessel can be freely mounted, and thus not only the shape of the hydrogen supply tank but also the total tank pressure can be modified in various ways.
일실시예에서 수소 공급 탱크가 5 기압 이하인 경우에 상기 수소 발생 용기는 5 기압 이하의 압력을 견디도록 실링될 수 있다.In one embodiment, when the hydrogen supply tank is 5 atm or less, the hydrogen generating vessel may be sealed to withstand a pressure of 5 atm or less.
수소 발생 용기 복수 개가 수소 공급 탱크에 장착되는 경우에 복수 개의 수소 발생 용기는 수소 공급 탱크 내에서 일정 간격으로 이격하도록 배열되는 것이 바람직하다.When a plurality of hydrogen generating vessels are mounted in the hydrogen supply tank, the plurality of hydrogen generating vessels is preferably arranged to be spaced at regular intervals in the hydrogen supply tank.
수소 발생 용기들을 수소 공급 탱크 내에서 일정 간격으로 이격시켜 배열하도록 함으로써, 어느 하나의 수소 발생 용기에서의 수소 발생 시의 발열에 의하여 다른 수소 발생 용기에서 가열 수단에 의한 열 제공이 없는 경우에도 수소가 발생하는 것을 방지하도록 할 수 있다.By arranging the hydrogen generating vessels spaced apart at regular intervals in the hydrogen supply tank, even if there is no heat supply by the heating means in the other hydrogen generating vessel due to the heat generated at the hydrogen generation in one hydrogen generating vessel. It can be prevented from occurring.
일실시예에서, 수소 발생 용기 4개가 동일 평면상에서 서로 90도의 각도를 이루고 일정 간격 이격되어 배치될 수 있다. 이러한 4개의 수소 발생 용기를 1 세트로 정의할 수 있다. 수소 공급 탱크에 구비되는 수소 발생 용기 수 또는 수소 발생 용기 세트 수는 수소 공급 탱크의 전체 용량에 따라 증가할 수 있다. 저장하고자 하는 수소 용량에 비례하여 수소 발생 용기 수 또는 세트 수를 증가시킬 수 있는 것이다. 참고로, 수소 공급 탱크의 용량을 2~3L로 하는 경우 70cc 수소 발생 용기 20 내지 40개(예를 들어, 도 2a에서는 32개 8세트)를 구비하도록 할 수 있다. In one embodiment, four hydrogen generating vessels may be arranged at an angle of 90 degrees to one another on the same plane and spaced apart from each other at regular intervals. These four hydrogen generating vessels can be defined as one set. The number of hydrogen generating vessels or the number of hydrogen generating vessel sets provided in the hydrogen supply tank may increase depending on the total capacity of the hydrogen supply tank. It is possible to increase the number of hydrogen generating vessels or the number of sets in proportion to the hydrogen capacity to be stored. For reference, when the capacity of the hydrogen supply tank is set to 2 to 3L, 20 to 40 70 cc hydrogen generating vessels (for example, 8 sets of 32 in FIG. 2A) may be provided.
1세트 내의 수소 발생 용기 4개는 서로 1cm 이상 5cm 이하의 간격으로 이격하여 배열되는 것이 바람직하다. 1세트 내의 4개의 수소 발생 용기의 상호 이격 거리가 1cm 미만인 경우 인접하는 수소 발생 용기의 발열에 의하여 수소 발생 용기에 가열 수단에 의한 가열 제공이 없이도 반응이 발생하기 시작할 우려가 있다. 참고로, 수소 발생 용기 4개를 90도로 배열하여 1세트를 만드는 경우가 아니라 다른 방식으로 배열하더라도, 어느 수소 발생 용기 2개를 서로 1cm 미만으로 인접하게 하는 것은 연쇄 반응의 우려가 있으므로 바람직하지 않다. The four hydrogen generating vessels in one set are preferably arranged spaced apart from each other by an interval of 1 cm or more and 5 cm or less. When the mutual separation distances of the four hydrogen generating vessels in one set are less than 1 cm, there exists a possibility that reaction may begin to generate | occur | produce without heating by a heating means to a hydrogen generating vessel by heat generation of an adjacent hydrogen generating vessel. For reference, it is not preferable to arrange two hydrogen generating vessels adjacent to each other by less than 1 cm, even if the four hydrogen generating vessels are arranged in different manners rather than making one set with 90 degrees. .
1세트 내의 수소 발생 용기의 상호 이격 거리가 5cm 초과의 경우에는 수소 공급 탱크 내에서의 배열이 어려워 질 수 있으며, 전체 탱크 사이즈를 크게 만들 수 있다.If the mutual separation distance of the hydrogen generating vessels in one set is more than 5 cm, the arrangement in the hydrogen supply tank may be difficult, and the overall tank size may be made large.
일실시예에서, 수소 공급 탱크의 부피는 그 사용용도에 따라 2L 내지 70L인 것이 바람직하다. 구체적인 용량은 응용 분야에 따라서 상이할 수 있다. 참고로, 자동차에 응용 시 예컨대 70L로 구성할 수 있다. In one embodiment, the volume of the hydrogen supply tank is preferably between 2L and 70L, depending on its use. Specific dosages may vary depending on the application. For reference, it can be configured, for example, 70L when applied to automobiles.
또한, 일실시예에서, 수소 공급 탱크에 저장된 수소 압력은 5 기압 이하의 저압인 것이 바람직하다.Further, in one embodiment, the hydrogen pressure stored in the hydrogen supply tank is preferably low pressure of 5 atm or less.
수소 공급 탱크는 경량 재질의 물질로 제조되는 것이 바람직하며, 그 비제한적인 예시로서, 엔지니어링 플라스틱, SUS 합금 또는 두랄루민 중 어느 하나의 물질로 이루어지는 것이 바람직하다.The hydrogen supply tank is preferably made of a material of lightweight material, and by way of non-limiting example, it is preferably made of any one of engineering plastics, SUS alloys or duralumin.
본 발명의 구현예들에서는, 수소 공급 탱크에 최소한의 열(또는 전력)을 가하여 수소를 발생시키면 반응열에 의하여 탈수소화의 자체 반응이 진행된다. 따라서 탱크의 압력을 측정하고 이를 바탕으로 일정 압력에 도달하면 에너지 공급(또는 전력 공급)을 제어하도록 하는 것이 바람직하다.In embodiments of the present invention, when hydrogen is generated by applying minimal heat (or electric power) to the hydrogen supply tank, the reaction of dehydrogenation proceeds by the reaction heat. Therefore, it is desirable to measure the pressure of the tank and control the energy supply (or power supply) when a certain pressure is reached based on the pressure.
따라서 본 발명의 구현예들에서는 수소 발생 용기가 장착된 수소 공급 탱크 와, 상기 수소 공급 탱크에 장착된 수소 발생 용기의 수소 발생 물질에 열을 제공하는 가열 수단에 전력을 공급하여 열을 발생시킬 수 있는 전원 및 상기 전원으로부터의 전력 공급을 제어하는 콘트롤러를 포함할 수 있다.Therefore, embodiments of the present invention can generate heat by supplying power to a hydrogen supply tank equipped with a hydrogen generating vessel and a heating means for providing heat to the hydrogen generating material of the hydrogen generating vessel mounted on the hydrogen supply tank. And a controller that controls the power supply and the power supply from the power supply.
수소 공급 탱크에는 탱크 내 압력 측정을 위한 압력 게이지나 압력 센서 등의 압력 측정 장치가 연결될 수 있다. 예컨대, 수소 공급 탱크에 압력 게이지나 센서가 직접 장착될 수 있다.The hydrogen supply tank may be connected with a pressure measuring device such as a pressure gauge or a pressure sensor for measuring the pressure in the tank. For example, a pressure gauge or sensor can be mounted directly to the hydrogen supply tank.
수소 공급 탱크에는 안전 밸브(safety valve)가 연결될 수 있다. 수소 공급 탱크의 압력이 일정 압력을 넘으면 안전 밸브를 열어서 수소 공급 탱크의 수소를 배출하도록 할 수 있다.A safety valve can be connected to the hydrogen supply tank. If the pressure in the hydrogen supply tank exceeds a certain pressure, the safety valve may be opened to discharge hydrogen from the hydrogen supply tank.
수소 공급 탱크에는 수소 공급 탱크로부터 배출되는 가스 중에 존재하는 고체 물질을 필터링하는 필터 장치 또는 상기 수소 공급 탱크로부터 배출되는 가스 중에 존재하는 수소 발생 반응의 기체 부산물을 포획하는 트랩 장치 중 하나 이상의 장치가 연결될 수 있다. 예컨대, 상기 수소 공급 탱크로부터 배출되는 가스는 상기 필터 장치를 거친 후 상기 트랩 장치를 지날 수 있으며, 상기 트랩 장치를 지난 후 상기 필터 장치를 지날 수 있다.The hydrogen supply tank may be connected to at least one of a filter device for filtering solid substances present in the gas discharged from the hydrogen supply tank or a trap device for capturing gaseous by-products of the hydrogen evolution reaction present in the gas discharged from the hydrogen supply tank. Can be. For example, the gas discharged from the hydrogen supply tank may pass through the filter device after passing through the filter device, and may pass through the filter device after passing the trap device.
수소 공급 탱크로부터 수소가 수소 이용 장치로 공급되기 전 수소의 배출을 조절하기 위한 조절 장치(regulator)가 더 구비될 수 있다.A regulator may be further provided for regulating the discharge of hydrogen before the hydrogen is supplied from the hydrogen supply tank to the hydrogen utilization apparatus.
수소 공급 탱크 등을 포함한 수소 공급 장치를 다음과 같이 구성할 수 있다.The hydrogen supply apparatus including a hydrogen supply tank etc. can be comprised as follows.
즉, 수소 공급 장치는 수소 공급 탱크에 연결된 압력 측정 장치, 수소 공급 탱크에 연결된 밸브, 상기 밸브를 지나서 배출되는 수소 포함 물질 중 고체 물질을 필터링하는 필터 장치, 수소 공급 탱크로부터 배출되는 수소 포함 물질 중 수소 발생 반응의 기체 부산물을 포획하는 트랩 장치를 포함할 수 있다. 상기 트랩 장치 내부에는 극성 물질을 용해시킬 수 있는 용매를 사용할 수 있고, 예컨대 물을 사용할 수 있다. 상기 수소 이용 장치로 수소를 배출하기 전 수소의 배출을 조절하는 조절 장치를 더 포함할 수 있다. That is, the hydrogen supply device includes a pressure measuring device connected to a hydrogen supply tank, a valve connected to a hydrogen supply tank, a filter device for filtering a solid material among hydrogen-containing materials discharged through the valve, and a hydrogen-containing material discharged from the hydrogen supply tank. And a trap device to capture gaseous byproducts of the hydrogen evolution reaction. A solvent capable of dissolving the polar material may be used in the trap device, for example, water may be used. The apparatus for controlling hydrogen may further include a controller for controlling the discharge of hydrogen before discharging the hydrogen to the apparatus.
본 발명의 구현예들에 따른 수소 이용 장치는 이상의 수소 공급 탱크나 수소 공급 장치로부터 수소를 공급받아 이용하도록 하는 것으로서 수소를 공급받아 연소를 시키거나 전력을 생산하는 장치이거나 상기 전력 생산 장치로부터 전력을 공급받아 구동되는 장치 등일 수 있다.Hydrogen using device according to the embodiments of the present invention is to receive the hydrogen from the above hydrogen supply tank or hydrogen supply device to use the hydrogen to supply the combustion or to generate power or to generate power from the power generating device The device may be supplied and driven.
상기 수소 이용 장치는 연료전지 예컨대 고분자 전해질 연료전지일 수 있다. 또한, 상기 수소 이용 장치는 상기 연료전지로부터 전력을 공급받는 자동차일 수 있다. The hydrogen using apparatus may be a fuel cell such as a polymer electrolyte fuel cell. In addition, the hydrogen using apparatus may be a vehicle that receives power from the fuel cell.
본 발명의 구현예들에서 수소 공급 탱크 내지 수소 공급 장치는 저압 및 경량화로 유지될 수 있고 반열 반응의 제어 및 저압 운전 제어가 용이하므로 특히 연료전지 자동차에 탑재하는 것이 유용하다. In embodiments of the present invention, the hydrogen supply tank to the hydrogen supply device can be maintained at low pressure and light weight, and it is particularly useful to mount the fuel cell vehicle because it is easy to control the half-heat reaction and control the low pressure operation.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 구현예를 더욱 상세하게 설명한다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.
도 1은 본 발명의 예시적인 구현예에서의 수소 발생 용기를 보여주는 개략도이다.1 is a schematic view showing a hydrogen generating vessel in an exemplary embodiment of the invention.
도 1를 참조하면, 수소 발생 용기는 수소 발생 물질을 수용할 수 있는 케이 스(10)(도 1a 참조)와 상기 케이스의 열린 부분을 막음하는 막음 수단(20)(도 1b 참조)을 구비한다. 상기 케이스(10)의 열린 부분을 통하여 수소 발생 물질이 수용 또는 배출될 수 있다. 도 1은 케이스 형상을 원 기둥 형상으로 나타내지만, 상기 케이스 형상은 수소 발생 물질의 형태에 따라서 다양하게 디자인될 수 있다. Referring to FIG. 1, the hydrogen generating vessel has a case 10 (see FIG. 1A) capable of accommodating hydrogen generating material and blocking means 20 (see FIG. 1B) for blocking an open portion of the case. . Hydrogen generating material may be received or discharged through the open portion of the
해당 케이스의 벽(12) 일부에는 수소가 자연 배출되는 수소 배출 통로(11)가 복수 개 형성되어 있다. A part of the
상기 막음 수단(20)은 케이스(10)에 부착 및 탈착 가능하도록 결합되어 케이스의 열린 부분을 막음하는 것으로서, 예컨대 케이스의 일측 끝부분 나선 홈(13)과 나사 결합하도록 나선 홈(23)을 구비한 부재이다(도 1a 내지 1c 참조). The blocking means 20 is coupled to the
상기 막음 수단(20)에는 관통 구멍이 형성될 수 있으며, 가열 수단 예컨대 외부 전원으로부터 전력을 공급받아 열을 발생시키는 히팅 로드(40)(도 1d 참조)가 해당 관통 구멍을 통과하여 막음 수단이 결합된 케이스로 된 수소 발생 용기(30) 내부에 존재하도록 할 수 있다. 상기 히팅 로드(40)에는 전원에 연결되도록 전선(41)이 구비될 수 있다.The blocking means 20 may be formed with a through hole, and a heating rod 40 (see FIG. 1D) that generates heat by receiving power from a heating means, for example, an external power source, passes through the through hole, and the blocking means is coupled. It can be made to exist inside the
상기 수소 발생 용기(30)에 수용되는 수소 발생 물질은 관통 구멍이 형성된 고체 펠렛 형태(5)일 수 있다(도 1e 참조). The hydrogen generating material contained in the
앞서 언급한 바와 같은 히팅 로드(도 1d 참조)는 펠렛 형태의 수소 발생 물질의 관통 구멍을 따라서 케이스 내부에서 존재할 수 있다. 도 1f는 펠렛 형태의 수소 발생 물질(5)이 내부에 수용되고 가열 수단인 히팅 로드가 포함된 수소 발생 용기(50)를 개략적으로 도시한다. 전선(41)이 연결된 히팅 로드는 막음 수단의 관 통 구멍을 지나서 수소 발생 용기(50) 내부로 진입하여 펠렛 형태의 수소 발생 물질의 관통 구멍을 따라서 존재하고 있다.The heating rod (see FIG. 1D) as mentioned above may be present inside the case along the through hole of the hydrogen generating material in pellet form. FIG. 1F schematically shows a
수소 발생 용기(30)의 부피는 후술하는 수소 공급 탱크의 부피에 따라서 달라지지만, 7cc 내지 20cc인 것이 경량, 축소화된 수소 공급 시스템을 제조할 수 있고, 후술하는 바와 같이 5 기압 이하의 저압 수소 공급 탱크를 형성할 수 있으므로 바람직하다. The volume of the
앞서 언급한 바와 같이, 수소 발생 용기는 경량 재질로 제조되는 것이 바람직하며, 비제한적인 예시로서, 엔지니어링 플라스틱이나 SUS 합금 또는 두랄루민 등으로 제작할 수 있고, 특히 튼튼하고 가볍다는 점 등에서 두랄루민이 바람직하다.As mentioned above, the hydrogen generating vessel is preferably made of a lightweight material, and as a non-limiting example, it can be made of engineering plastics, SUS alloys or duralumin, and the like, and especially duralumin is preferable in that it is strong and light.
도 2는 본 발명의 예시적인 구현예에서의 수소 공급 탱크를 보여주는 개략도이다.2 is a schematic diagram showing a hydrogen supply tank in an exemplary embodiment of the invention.
도 2를 참조하면, 수소 발생 용기(50)가 수소 공급 탱크(100)에 장착되어 있다. 참고로, 정면 및 단면 개략도인 도 2a 및 2b에서는 도면의 단순화를 위하여 수소 발생 용기의 히팅 로드에 연결되는 전선(41)을 도시하지 않았지만, 개별 수소 발생 용기의 장착 모습을 개략적으로 보여주는 도 2c에서는 전선(41)을 함께 도시하였다.Referring to FIG. 2, a
상기 수소 발생 용기(50)는 수소 공급 탱크(100)에 복수 개로 장착될 수 있는데, 이때 부착 및 탈착이 가능하도록 장착될 수 있다. 예컨대, 상기 수소 발생 용기(50)가 장착되는 수소 공급 탱크(100)의 해당 부위에는 나선 홈이 형성될 수 있으며 상기 수소 발생 용기(50)의 막음 부재에 형성된 나선 홈과 맞물려서 나사 결합할 수 있다. 이와 같이 수소 발생 용기(50)가 수소 공급 탱크(100)에 장착되는 경우 수소 공급 탱크(100) 내의 압력을 견디도록 장착되어야 함은 물론이다. 예컨대 탱크(100) 기압이 5 기압 이하인 경우 수소 발생 용기는 5 기압 이하의 압력을 견디도록 실링되어야 한다.The
도 2b는 수소 발생 용기 4개가 동일 평면 상에서 서로 90도의 각도를 이루고 일정 간격(d) 이격되어 배치되는 것을 보여준다. 앞서 설명한 바와 같이, 이러한 4개의 수소 발생 용기를 1 세트로 정의할 때, 수소 공급 탱크에 복수 개의 세트 예컨대 1세트 이상 다수의 세트(해당 세트 수는 수소 공급 탱크의 부피에 따라서 달라진다)를 구비할 수 있다. 도 2a는 8세트(32개의 수소 발생 용기)가 구비된 것을 개략적으로 도시하고 있다. 2b shows that the four hydrogen generating vessels are arranged at an angle of 90 degrees to each other on the same plane and spaced apart from each other by a distance d. As described above, when defining these four hydrogen generating vessels as one set, the hydrogen supply tank may have a plurality of sets, such as one or more sets and a plurality of sets (the number of sets depends on the volume of the hydrogen supply tank). Can be. Figure 2a schematically shows that eight sets (32 hydrogen generating vessels) are provided.
수소 발생 시의 발열에 의한 온도 상승(예컨대 약 150도)이 주변 고체 수소 발생물질의 수소 발생 반응을 진행할 수 없도록 각 수소 발생 용기는 적절한 간격을 두어야 한다.Each hydrogen generating vessel should be spaced appropriately so that a rise in temperature due to exotherm during hydrogen evolution (eg, about 150 degrees) cannot proceed with the hydrogen evolution of the surrounding solid hydrogen generating materials.
도 2b를 다시 참조하면, 수소 발생 용기 4개의 간격(d)은, 제한되지 않지만, 1cm 이상 5cm 이하의 간격인 것이 바람직하다. Referring again to FIG. 2B, the spacing d of the four hydrogen generating vessels is not limited, but is preferably an interval of 1 cm or more and 5 cm or less.
1cm 미만인 경우 인접하는 수소 발생 용기에서 가열 수단에 의한 가열 제공이 없이도 연쇄 반응이 발생하기 시작할 우려가 있다. 5cm 초과의 경우에는 수소 공급 탱크 내에서의 배열이 어려워지며, 이에 따라 전체 탱크 사이즈가 증가할 수 있다.If it is less than 1 cm, there is a fear that a chain reaction starts to occur in the adjacent hydrogen generating vessel without providing heating by the heating means. In the case of more than 5 cm, the arrangement in the hydrogen supply tank becomes difficult, which may increase the overall tank size.
수소 공급 탱크(100)의 부피는 그 용도에 따라 2L 내지 70L 인 것이 경량, 축소화의 관점에서 바람직하다. 또한, 수소 공급 탱크(100)는 내부 압력이 5 기압 이하의 저압이 되도록 구성하는 것이 바람직하다.The volume of the
도 3은 본 발명의 예시적인 구현예들에 있어서, 수소 공급 탱크를 포함하는 수소 공급 장치 구성 개념을 보여주는 개략도이다.3 is a schematic diagram illustrating a concept of a hydrogen supply apparatus including a hydrogen supply tank in exemplary embodiments of the present invention.
도 3을 참조하면, 수소 공급 탱크(H)에는 압력 측정 장치(G)가 연결되어 수소 공급 탱크의 압력을 측정하고, 또한 수소 공급 탱크에는 안전 밸브(S)가 장착되어 있다. 상기 압력 측정 장치(G)는 콘트롤러(C)에 연결되고 콘트롤러(C)는 측정된 압력을 기반으로 하여 수소 공급 탱크의 가열 수단과 연결된 전원(P)에서의 전력 공급을 제어하도록 한다. Referring to FIG. 3, a pressure measuring device G is connected to the hydrogen supply tank H to measure the pressure of the hydrogen supply tank, and a safety valve S is attached to the hydrogen supply tank. The pressure measuring device G is connected to the controller C and the controller C controls the power supply from the power supply P connected with the heating means of the hydrogen supply tank based on the measured pressure.
수소 공급 탱크로부터 발생된 수소 포함 물질은 필터 장치(F)를 통과하면서 해당 수소 포함 물질 중 고체 물질을 필터링하게 된다.The hydrogen-containing material generated from the hydrogen supply tank passes through the filter device F to filter out the solid material in the hydrogen-containing material.
상기 필터링 장치(F)를 거친 수소 포함 물질 중 수소 발생 반응의 기체 부산물은 트랩 장치(T)를 거치면서 포획된다. 상기 트랩 장치(T) 내부에는 극성 물질을 용해시킬 수 있는 용매(예컨대 물)를 사용할 수 있다. 상기 트랩 장치(T)를 지난 수소는 조절 장치(R)을 거쳐서 수소 이용 장치로 배출될 수 있다.The gaseous by-product of the hydrogen evolution reaction in the hydrogen-containing material passed through the filtering device F is captured while passing through the trap device (T). A solvent (for example, water) capable of dissolving the polar material may be used in the trap device T. The hydrogen passing through the trap device T may be discharged to the hydrogen using device via the regulating device R.
이상과 같은 본 발명의 구현예들에 따른 수소 공급 방식에서는, 열 제공에 의하여 발열 및 탈수소화가 가능한 수소 발생 물질을 이용하여 고효율 및 저압, 경량화, 다양화된 방식으로 수소를 저장하고 공급할 수 있을 뿐만 아니라, 발열 반응의 제어 및 저압 운전 제어가 용이하게 된다.In the hydrogen supply method according to the embodiments of the present invention as described above, by using a hydrogen generating material that can generate heat and dehydrogenation by providing heat, it is possible to store and supply hydrogen in high efficiency, low pressure, light weight, and diversified manner. In addition, it is easy to control the exothermic reaction and control the low pressure operation.
해당 수소 공급 장치 내지 방법은 연료전지 자동차에 탑재되어 유용하게 사용될 수 있다.The hydrogen supply apparatus or method may be usefully mounted on a fuel cell vehicle.
이하, 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하지만, 이하의 실시예들에 기재된 내용에 본 발명이 한정되지 않는다. 예컨대, 실시예들에 기재된 수소 발생 용기와 탱크의 규격, 재질, 배열 등은 예시로서 기재하는 것임이 당업자에게 이해될 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the contents described in the following Examples. For example, it will be understood by those skilled in the art that the specification, material, arrangement, and the like of the hydrogen generating vessel and tank described in the embodiments are described by way of example.
[실시예 1]Example 1
도 1에 도시한 바와 같이 케이스와 막음 수단을 구비하고 이들이 서로 나사 결합되는 형태로 수소 발생 용기를 구성하였다. 히팅 로드는 막음 수단에 형성된 관통 구멍을 통하여 케이스 내부로 진입하고 암모니아 보란의 고체 펠렛 촉매의 관통 구멍을 따라서 존재하도록 하였다(도 1 참조).As shown in FIG. 1, the hydrogen generating vessel was configured in such a manner that the case and the blocking means are provided and they are screwed together. The heating rod entered the case through a through hole formed in the blocking means and was present along the through hole of the solid pellet catalyst of ammonia borane (see FIG. 1).
위와 같이 구성한 해당 수소 발생 용기 32개(8세트)를 도 2a와 같이 수소 공급 탱크에 장착하였다. 각 세트에서 4개의 수소 발생 용기는 서로 90도를 이루고 이격 거리 d는 1cm 이다(도 2b 참조).32 (8 sets) of the said hydrogen generating containers comprised as mentioned above were attached to the hydrogen supply tank like FIG. 2A. The four hydrogen generating vessels in each set are 90 degrees to each other and the separation distance d is 1 cm (see FIG. 2B).
상기 수소 발생 용기의 부피는 각각 7cc이었고 두랄루민으로 제작하였다. 상기 수소 공급 탱크의 부피는 2.7L이었고 SUS 합금으로 제작하였다. 상기 히팅 로드는 125 옴 저항선을 사용하였으며, 전원으로는 70V 전원을 사용하였다. The hydrogen generating vessels each had a volume of 7 cc and made of duralumin. The volume of the hydrogen supply tank was 2.7 L and made of SUS alloy. The heating rod used a 125 Ohm resistance wire, and a 70V power source was used as the power source.
본 실시예 1에서의 테스트를 위하여, 상기 수소 발생 용기 32개 중 5개를 선택하였다. 선택된 수소 발생 용기에는 평균 2.92g의 암모니아 보란을 충진하였다.For the test in Example 1, 5 of the 32 hydrogen generating vessels were selected. The selected hydrogen generating vessel was filled with an average of 2.92 g of ammonia borane.
참고로, 도 2a를 보면 가장 상부 층에 2개의 수소 발생 용기가 보인다. 해당 2개의 수소 발생 용기 중 왼쪽 용기를 용기 1로 선택하였다. 도 2a를 보면 두번째 층에 3개의 수소 발생 용기가 보인다. 해당 3개의 수소 발생 용기를 각각 용기 2~4로 선택하였다. 도 2a를 보면 세번째 층에 2개의 수소 발생 용기가 보인다. 해당 2개의 수소 발생 용기 중 오른쪽 용기를 용기 5로 선택하였다. For reference, FIG. 2A shows two hydrogen generating vessels in the top layer. The left vessel was selected as vessel 1 among the two hydrogen generating vessels. 2a shows three hydrogen generating vessels in the second layer. The three hydrogen generating vessels were selected as vessels 2 to 4, respectively. 2a shows two hydrogen generating vessels in the third layer. The right vessel was selected as
상기 선택된 용기 1과 용기 5는 서로 다른 층에 있지만 평면으로 보면 90도의 각도를 이루며, 서로 1cm 간격으로 이격하고 있다. 두번째 층에서 선택된 3개의 용기 2~4도 서로 90도를 이루며 이격 거리는 1 cm이다.The selected
전원 공급 제어(수동 제어 및 자동 제어 모두)에 있어서, 125옴 저항선에 70V 전원을 사용한 경우 1분 30초동안만 히팅 로드에 전력을 공급하였으며, 발생 가능한 모든 수소가 발생하였다. 이웃하는 수소 발생 용기에서의 반응열에 의한 연쇄 반응은 없었다. 장착된 수소 발생 용기에서는 평균 3.63L의 수소가 발생하였고, 전체 탱크에서의 압력은 2 기압 이하로 유지되었다. 이는 암모니아 보란으로부터 10.35wt%의 수소가 발생된 결과이다. In power supply control (both manual control and automatic control), when a 70V power supply was used for a 125 Ohm resistance wire, the heating rod was powered for only 1 minute and 30 seconds, and all possible hydrogen was generated. There was no chain reaction by the heat of reaction in the adjacent hydrogen generating vessel. An average of 3.63 L of hydrogen was generated in the equipped hydrogen generating vessel, and the pressure in the entire tank was kept below 2 atm. This is the result of the generation of 10.35 wt% hydrogen from ammonia borane.
다음 표 1에 각 수소 발생 용기 내의 암모니아 보란(AB)의 양과 수소 발생량 등의 정보를 기재하였다. Table 1 below describes information such as the amount of ammonia borane (AB) in each hydrogen generating vessel and the amount of hydrogen generated.
참고로, 용기 2~5는 콘트롤러를 사용한 자동제어시스템을 이용한 운전 결과이다. 용기 2~5의 각각의 용기에 수용시킨 암모니아 보란의 양은 동일하였다. 아래의 표에서는 용기 2~5의 각각에 대하여 암모니아 보란 양, 수소 발생량 등을 표시하지 않고 용기 2~5 전체에 대하여 암모니아 보란 양, 수소 발생량 등의 데이터를 표시하였다. 상기 자동 제어 시스템에서는 수소 압력이 1.0 기압이 될 때 콘트롤러 가 전원을 off 시켰다. For reference, vessels 2 to 5 are operation results using an automatic control system using a controller. The amount of ammonia borane contained in each of the containers 2 to 5 was the same. In the table below, the amounts of ammonia borane, the amount of hydrogen, and the like are displayed for the entire containers 2 to 5 without displaying the amount of ammonia borane, the amount of hydrogen, and the like for each of the containers 2-5. In the automatic control system, the controller turned off the power when the hydrogen pressure became 1.0 atm.
용기 2~5에 대하여 자동 운전하여 본 후, 이번에는 용기 1(가장 위층에서 선택된 용기)만에 대하여 수동 운전을 실시하여 수소 발생 량을 측정하여 보았다. 용기 2~5의 자동 운전 결과 1분 30초 후 모든 수소가 발생하였으므로, 용기 1에 대한 수동 운전에서는 1분 30초 후 전원을 off시켰다.After automatic operation of vessels 2 to 5, this time, manual operation was performed only on vessel 1 (the vessel selected in the uppermost layer) to measure the amount of hydrogen generation. Since all hydrogen was generated 1 minute and 30 seconds after the automatic operation of vessels 2 to 5, the power was turned off after 1 minute and 30 seconds in the manual operation for vessel 1.
(g)AB
(g)
(gmol)AB
(gmol)
(ml)AB
(ml)
(g/ml)AB density
(g / ml)
(L)Hydrogen generation amount
(L)
(gmol;
이상기체
가정)Hydrogen generation amount
(gmol;
Ideal gas
home)
H 2 / AB
(수동
운전)Courage 1
(manual
driving)
[실시예 2][Example 2]
실시예 1과 같은 수소 발생 용기(도 1 참조) 및 수소 공급 탱크(도 2a 및 2b 참조)를 사용하였다.The same hydrogen generating vessel as in Example 1 (see FIG. 1) and a hydrogen supply tank (see FIGS. 2A and 2B) were used.
본 실시예 2의 테스트를 위하여, 수소 발생 용기 32개 중 4개를 이번에는 수소 공급 탱크 아래 쪽에서 선택하였다. 선택된 수소 발생 용기에 낮은 밀도의 평균 1.95g의 암모니아 보란을 충진하였다. 참고로, 도 2a에 도시된 탱크의 가장 하부 층에 보이는 4개(1세트)의 수소 발생 용기를 각 용기 1~4로 선택하였다. 여기서 4개의 수소 발생 용기는 서로 90도를 이루며 이격 거리 d는 1 cm이다.For the test of Example 2, four of the 32 hydrogen generating vessels were selected at the bottom of the hydrogen supply tank this time. The selected hydrogen generating vessel was filled with an average of 1.95 g of ammonia borane at low density. For reference, four (one sets) of hydrogen generating vessels shown in the bottom layer of the tank shown in FIG. 2A were selected as the respective vessels 1-4. The four hydrogen-generating vessels here are at 90 degrees to each other and the separation distance d is 1 cm.
실시예 1의 용기 1과 마찬가지로 전원 공급을 수동으로 제어하였다. 즉, 125옴 저항선에 70V 전원을 사용한 경우 1분 30초 동안만 히팅 로드에 전력을 공급하였고, 발생 가능한 모든 수소가 발생하였다.The power supply was manually controlled as in vessel 1 of Example 1. That is, when a 70V power source was used for a 125 Ohm resistance wire, the heating rod was supplied for only 1 minute and 30 seconds, and all hydrogen that could be generated was generated.
이웃하는 수소 발생 용기에서의 반응열에 의한 연쇄 반응은 없었다. 각각의 수소 발생 용기에서 평균 2.29L의 수소가 발생하였고, 전체 탱크에서의 압력은 2 기압 이하로 유지되었다. 암모니아 보란으로부터 9.89wt%의 수소가 발생된 결과이다. There was no chain reaction by the heat of reaction in the adjacent hydrogen generating vessel. An average of 2.29 L of hydrogen was generated in each hydrogen generating vessel, and the pressure in the entire tank was kept below 2 atm. 9.89 wt% of hydrogen was generated from ammonia borane.
다음 표 2에 각 수소 발생 용기 1 내지 4의 암모니아 보란(AB)의 양과 수소 발생량 등의 정보를 기재하였다.In Table 2, information such as the amount of ammonia borane (AB) and the amount of hydrogen generated in each of the hydrogen generating vessels 1 to 4 is described.
(g)AB
(g)
(gmol)AB
(gmol)
(ml)AB
(ml)
(g/ml)AB density
(g / ml)
(L)Hydrogen generation amount
(L)
(gmol;
이상기체
가정)Hydrogen generation amount
(gmol;
Ideal gas
home)
H 2 / AB
이상에서 본 발명의 비제한적이고 예시적인 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 기술 사상은 첨부 도면이나 상기 설명 내용에 한정되지 않는다. 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 변형이 가능함이 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하며, 또한, 이러한 형태의 변형은 본 발명의 특허청구범위에 속한다고 할 것이다. Although the above non-limiting and exemplary embodiments of the present invention have been described, the technical idea of the present invention is not limited to the accompanying drawings and the above description. It will be apparent to those skilled in the art that various forms of modifications can be made without departing from the spirit of the present invention, and furthermore, such modifications will be within the scope of the claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 예시적인 구현예에서의 수소 발생 용기를 보여주는 개략도이다.1 is a schematic view showing a hydrogen generating vessel in an exemplary embodiment of the invention.
도 2은 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 수소 공급 탱크를 나타내는 개략도이다.2 is a schematic diagram illustrating a hydrogen supply tank according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 3은 본 발명의 예시적인 구현예들에 있어서, 수소 공급 탱크를 포함하는 수소 공급 장치 구성 개념을 보여주는 개략도이다.3 is a schematic diagram illustrating a concept of a hydrogen supply apparatus including a hydrogen supply tank in exemplary embodiments of the present invention.
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KR1020090061653A KR101107634B1 (en) | 2009-07-07 | 2009-07-07 | Hydrogen supply apparatus, method for supplying hydrogen and hydrogen usage apparatus using the same |
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KR1020090061653A KR101107634B1 (en) | 2009-07-07 | 2009-07-07 | Hydrogen supply apparatus, method for supplying hydrogen and hydrogen usage apparatus using the same |
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