KR101390736B1 - 채널 분리형 수소연료 공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 채널 분리형 수소연료 공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 연료전지, 연료전지를 이용한 자동차 및 연료전지를 이용한 에너지플랜트(Plant) 등에 수소연료를 안전하고 효율적으로 공급하기 위한 한 것이다.
특히, 본 발명은 액상의 수소보관매체(액체보관매체)로부터 수소를 화학적으로 분리하기 위한 반응영역(수소기체분리모듈)을 마이크로채널로 형성함으로써, 한정된 공간에서도 충분한 반응 표면적을 확보할 수 있다.
또한, 수소가 분리되는 영역과 분리된 수소가 배출되어 외부장치(예를 들어, 연료전지, 수소연료용 내연기관 등)로 공급되는 영역을 분리하여 형성함으로써, 역환형유동에 따른 유동불안정성을 방지할 수 있다.
이를 통해, 본 발명은 소형화가 가능하면서도 화학반응효율이 높고 빠른 동적응답특성을 갖는 수소연료 공급장치를 제공할 수 있다.
따라서, 연료전지분야, 연료전지를 이용한 자동차분야 및 연료전지를 이용한 에너지플랜트(Plant)분야는 물론, 이와 연관내지 유사한 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.

Description

채널 분리형 수소연료 공급장치{Hydrogen fuel supply device of channel detachable type}
본 발명은 채널 분리형 수소연료 공급장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 연료전지, 연료전지를 이용한 자동차 및 연료전지를 이용한 에너지플랜트(Plant) 등에 수소연료를 안전하고 효율적으로 공급하기 위한 것이다.
특히, 본 발명은 액상의 수소보관매체로부터 수소를 분리하기 위한 반응면적을 크게 향상시키고, 수소가 분리되어 기체가 되는 과정에서 발생되는 유동불안정성을 해결하기 위하여, 수소보관매체 및 이로부터 분리된 수소기체가 서로 분리된 채널을 통해 공급 및 배출되도록 한 채널 분리형 수소연료 공급장치에 관한 것이다.
최근 들어, 전 세계적으로 이슈가 되고 있는 환경문제는 인류가 해결해야 할 가장 큰 과제 중 하나로, 특히 지구온난화에 대한 문제는 그 해결이 매우 시급한 과제이며, 지구온난화의 주원인으로는 이미 알려진 바와 같이, 화석연료의 사용에 따른 이산화탄소의 배출이다.
이에 대한 해결 방안으로 수소가스를 이용하여 전기에너지를 생산하는 연료전지에 관한 연구 및 수소가스를 직접 내연기관의 연료로 사용하는 연구 등이 활발히 이루어지고 있다.
특히 연료전지의 경우에는, 연료의 연소반응 없이 에너지를 발생시키기 때문에, 화석연료의 연소과정에서 발생되는 유독공해물질의 배출이 전혀 없으며, 이산화탄소의 배출량도 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.
이러한 장점에도 불구하고, 수소에너지에 대한 이용에는 경제적인 수소가스 생산 및 안정적인 수소 보관매체의 개발과 같은 파생 연구가 요구됨으로 인하여, 아직까지 상용화 단계에 접어들지 못하고 있다. 예를 들어, 일반적으로 고압의 액화상태로 저장되는 수소는 발화에너지가 매우 작기 때문에, 아주 미세한 정전기에도 쉽게 발화될 수 있는 등의 안정성에 대한 문제점을 가지고 있다.
이를 해결하기 위하여, 수소를 보관할 수 있는 보관매체를 이용하여 수소를 저장하는 방법들이 개발되고 있다.
현재 개발되고 있는 수소의 보관방법으로는, 보관매체의 상태에 따라 크게 고체보관매체를 이용하는 방법과 액체보관매체를 이용하는 방법이 있으며, 이중 고체보관매체를 이용하여 수소를 저장하는 경우에는, 보관매체로부터 수소를 분리하는 반응률이 매우 느리기 때문에, 연료전지나 수소연료를 사용하는 내연기관에 이용하기에는 어려움이 많았다.
반면, 액체보관매체를 이용하여 수소를 저장하는 경우에는, 대기압 상태에서 수소를 안전하게 저장할 수 있으며, 화석연료를 이용하는 내연기관의 일부 구성들을 교체하는 것만으로도 수소연료의 이용이 가능할 뿐만 아니라, 일반 주유소에서도 액체상태의 수소를 공급할 수 있어서 연료공급에 대한 편의성도 보장될 수 있다.
한편, 연료전지나 수소연료용 내연기관에 수소연료를 공급하기 위해서는 액체보관매체로부터 수소를 분리하는 과정과 이를 위한 수소분리장치(수소연료 공급장치)가 필요하다. 현재까지 알려진 액체보관매체의 경우, 이론적인 수소보관 질량률이 6.2~7.3%정도이기 때문에 단위시간당 필요한 수소연료를 충분히 분리하기 위해서는 매우 넓은 반응 표면적을 요구하게 된다.
특히, 자동차 등과 같이 한정된 공간에서 수소를 분리해야만 하는 경우에는, 전체크기가 작으면서도 화학반응효율이 높고 자동차의 움직임에 맞는 빠른 동적응답특성을 갖도록 충분한 반응 표면적을 갖는 수소분리장치가 요구된다.
또한, 수소분리장치 내에서 액체상태의 수소가 기체로 분리되면 수소기체의 부피증가에 따른 유동불안정이 발생하게 되며, 이러한 역환형유동(Inverted annulus flow)로 인해 액체보관매체가 반응표면에 접촉하지 못하게 되면, 반응 표면적이 줄어들게 되고 이는 수소의 분리량 감소로 이어지게 되므로, 수소분리장치의 효율이 저하되는 문제점이 있다.
하기의 종래 특허문헌에서도 수소를 이용한 연료전지에 대해 연구되었으나, 액체 상태의 수소가 기체로 변환되면서 발생되는 부피증가로 인한 유동불안정성에 대해서는 해결하지 못하고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0878401호 "수소발생장치 및 이를 갖는 연료전지" 대한민국 등록특허공보 제10-0916898호 "수소 발생 장치 및 이를 구비한 연료 전지 시스템"
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 본 발명은 액체 상태의 수소가 기체로 변환되면서 발생되는 부피증가로 인한 역환형유동의 발생을 미연에 방지할 수 있는 채널 분리형 수소연료 공급장치를 제공하는데 목적이 있다.
이를 위하여, 본 발명은 수소보관매체 및 이로부터 분리된 수소기체가 서로 분리된 채널을 통해 공급 및 배출되도록 한 채널 분리형 수소연료 공급장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전체크기가 작으면서도 화학반응효율이 높고 빠른 동적응답특성을 갖도록 하기 위하여, 한정된 공간에서도 충분한 반응 표면적을 확보할 수 있는 채널 분리형 수소연료 공급장치를 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 채널 분리형 수소연료 공급장치는, 일측방향으로 형성되고 수소를 포함하는 액상의 수소보관매체가 유입되며 촉매제를 이용한 흡열반응으로 상기 수소보관매체로부터 수소를 분리시키는 적어도 하나의 액화연료공급채널; 및 상기 액화연료공급채널의 상부에서 다른 일측방향으로 분리되어 형성되고 상기 수소보관매체로부터 분리된 수소가 배출되는 적어도 하나의 수소연료공급채널을 포함하고, 상기 액화연료공급채널에서 수소연료공급채널로 수소가스이동홀이 관통형성되는 수소기체분리모듈을 포함한다.
또한, 상기 촉매제는 상기 액화연료공급채널의 내측면에 코팅되어 촉매층을 형성할 수 있다.
또한, 상기 촉매제는 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수소가스이동홀의 내측면은 소수성 재질의 액체이동방지층이 형성될 수 있다.
또한, 상기 액체이동방지층은 테플론(Teflon)으로 코팅되어 형성될 수 있다.
또한, 상기 수소연료공급장치의 하부면에 구성되어 상기 액화연료공급채널로 반응열을 공급하는 반응열공급모듈을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응열공급모듈은 면상발열체를 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응열공급모듈은, 상기 수소연료공급장치의 하부면에 구성되는 열전도체; 및 상기 열전도체의 적어도 일측면에 연결되어 배기가스에 포함된 배기열을 상기 열전도체로 공급하는 적어도 하나의 배기열공급부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응열공급모듈은, 내부에 배기가스공급홀이 형성되고 상기 수소연료공급장치의 하부면에 구성되는 열전도체; 및 상기 열전도체의 적어도 일측면에 연결되어 상기 배기가스공급홀에 배기가스를 공급하는 배기가스공급관을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 채널 분리형 수소연료 공급장치는, 상기 어느 하나의 수소연료 공급장치를 단위연료공급장치로 하여, 상기 단위연료공급장치와, 상기 단위연료공급장치의 하부면에 구성되어 상기 액화연료공급채널로 반응열을 공급하는 반응열공급모듈이 반복되어 적층될 수 있다.
또한, 상기 반응열공급모듈과 상기 단위연료공급장치의 상부면 사이에는 열차단층이 더 구성될 수 있다.
상기와 같은 해결수단에 의해, 본 발명은 액상의 수소보관매체(액체보관매체)로부터 수소를 화학적으로 분리하기 위한 반응영역(수소기체분리모듈)을 마이크로채널(Micro-channel)로 형성함으로써, 한정된 공간에서도 충분한 반응 표면적을 확보할 수 있는 장점이 있다.
또한, 수소가 분리되는 영역과 분리된 수소가 배출되어 외부장치(예를 들어, 연료전지, 수소연료용 내연기관 등)로 공급되는 영역을 분리하여 형성함으로써, 역환형유동에 따른 유동불안정성을 방지할 수 있는 장점이 있다.
이러한 유동불안정성의 방지는 결과적으로, 본 발명의 수소연료 공급장치가 수소기체 분리능력의 저하 없이 안정적으로 동작되도록 하는 효과가 있다.
이를 통해, 본 발명은 소형화가 가능하면서도 화학반응효율이 높고 빠른 동적응답특성을 갖는 수소연료 공급장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.
결과적으로, 화석 연료 주유소를 대체할 수 있는 연료전지 자동차의 안정적인 수소 공급 충전 시스템을 구축할 수 있고, 자동차 및 에너지플랜트에 장착될 수 있는 경량 작은 크기의 고효율 화학반응기의 제작이 가능해짐은 물론, 증기 및 이상유체를 이용하여 에너지를 효율적으로 취할 수 있는 열교환기 기술에 적극적으로 활용이 가능할 수 있다.
또한, 항공우주 발사체분야에서 관측되는 연소불안정성 및 고효율 열교환기 설계 및 원자력 에너지플랜트에 고건도(High quality) 유동일 때 발생하는 유동불안정성의 연구와 관련되어 증기발생기의 설계에 활용이 가능하며, 의료 및 에너지 분야에서 필요한 분리기를 젖음성(친수성)/비젖음성(소수성) 원리를 이용하여 이상유체에서 기체를 분리해 내는 기술로 활용하는 등 다양한 분야에서 응용 내지 활용이 가능할 수 있다.
따라서, 연료전지분야, 연료전지를 이용한 자동차분야 및 연료전지를 이용한 에너지플랜트(Plant)분야는 물론, 이와 연관내지 유사한 분야에서 신뢰성 및 경쟁력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 채널 분리형 수소연료 공급장치의 일 실시예를 설명하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 부분절개 사시도이다.
도 3은 도 1에 나타난 채널 분리형 수소연료 공급장치의 동작을 설명하는 측단면도이다.
도 4는 본 발명에 의한 채널 분리형 수소연료 공급장치의 다른 일 실시예를 설명하는 측단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 채널 분리형 수소연료 공급장치의 또 다른 일 실시예를 설명하는 측단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 채널 분리형 수소연료 공급장치의 또 다른 일 실시예를 설명하는 측단면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 채널 분리형 수소연료 공급장치의 또 다른 일 실시예를 설명하는 사시도이다.
본 발명에 따른 채널 분리형 수소연료 공급장치에 대한 예는 다양하게 적용할 수 있으며, 이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 가장 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.
또한, 본 발명에 따른 채널 분리형 수소연료 공급장치는 다양한 액상의 수소보관매체를 이용할 수 있음은 물론이나, 본 발명에서는 비교적 물성 및 화확 정보가 잘 알려진 에틸카바졸(N-Ethyl Carbazole)을 이용하는 것을 실시예로 하여 설명하기로 한다.
에틸카바졸은 대기압 상태에서 7%의 수소 질량 보관율을 유지할 수 있는 비휘발성 물질이며, 50gH2/L(약 600:1의 수소 기체 및 액체 보관매체의 부피비)이상의 부피 용량을 갖는다.
또한, 수소가 결합된 액체 에틸카바졸에서 수소를 화학적으로 분리해 내기 위해서는 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)을 촉매로 이용한 흡열반응(약 180℃)이 요구된다.
한편, 150마력에 50%의 연료전지 효율을 가진 연료전지 자동차의 경우, 수소분리화학공정에 사용되는 화학반응기에 분당 56mole의 수소가 분리되어야 하는데, 이는 상온 상압에서 분당 112g(1.36m3)에 해당되는 수소기체의 양이며, 액체 보관매체에서 갑자기 발생된 수소 기체로 인해 매우 큰 부피의 가스 유량이 생성되는 문제점이 발생한다.
또한, 수소분리화학반응기에 1g의 팔라듐 촉매가 10μm의 두께로 코팅되어 있을 경우, 분당 1 mole의 수소기체가 생성되며, 수소를 포함한 에틸카바졸이 팔라듐 촉매와 1초 동안 접촉 시, 10μm촉매에서 필요한 표면적은 54m2로 상당한 반응 표면적이 요구됨을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 가장 상용화가 용이한 에틸카바졸을 이용하여 수소를 분리함에 있어, 수소 분리를 위하여 요구되는 반응표면적과 수소기체에 의한 유동불안정성을 해결하는 방법들을 구체적으로 제시하기로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 채널 분리형 수소연료 공급장치의 일 실시예를 설명하는 사시도이고, 도 2는 도 1의 부분절개 사시도이며, 도 3은 도 1에 나타난 채널 분리형 수소연료 공급장치의 동작을 설명하는 측단면도이다.
도 1을 참조하면, 채널 분리형 수소연료 공급장치(A)는 수소기체분리모듈(100) 및 반응열공급모듈(200)을 포함한다.
수소기체분리모듈(100)은 액상의 수소보관매체(에틸카바졸)로부터 수소를 분리하기 위한 것으로, 액화연료공급채널(110), 수소연료공급채널(120) 및 수소가스이동홀(130)을 포함한다.
액화연료공급채널(110)은 수소기체분리모듈(100)의 하부에서 일측방향으로 형성되고, 수소를 포함하는 액상의 수소보관매체가 유입되며, 촉매제를 이용한 흡열반응을 통해 수소보관매체로부터 수소를 분리시킨다. 여기서, 수소보관매체를 저장하는 저장탱크로부터 액화연료공급채널(110)로 수소보관매체를 공급하는 방법 및 구성에 대해서는 수소연료 공급장치(A)의 사용목적 및 당업자의 요구에 따라 다양한 변형이 가능함은 물론이다.
한편, 액화연료공급채널(110) 및 수소연료공급채널(120)은 그 크기가 마이크로 단위에서 형성되기 때문에, 동일방향으로 형성할 경우 측면에서 발생하는 힘에 의해 채널붕괴가 발생할 수 있다
따라서, 본 발명에서는 액화연료공급채널(110)과 수소연료공급채널(120)을 서로 다른 방향으로 형성함으로써, 구조적인 안정성을 크게 향상시킬 수 있다. 특히, 도 1에 나타난 바와 같이 액화연료공급채널(110)과 수소연료공급채널(120)이 서로 직교하도록 형성하는 경우, 채널들을 구획하는 격벽들이 서로 직교하는 구조를 갖기 때문에 구조적 안정성을 크게 향상시킬 수 있다.
이러한 이유로, 수소연료공급채널(120)은 액화연료공급채널(110)의 상부에서 다른 일측방향으로 액화연료공급채널(110)와 분리되어 형성되고, 수소보관매체로부터 분리된 수소가 배출된다. 여기서, 수소연료공급채널(120)에서 배출된 수소가 연료전지 또는 수소연료용 내연기관 등으로 공급되는 방법 및 구성에 대해서도 특정한 것에 한정하지 않는다.
수소가스이동홀(130)은 액화연료공급채널(110)에서 발생된 수소가 수소연료공급채널(120)로 이동하도록 하기 위한 것으로, 액화연료공급채널(110)에서 수소연료공급채널(120)로 관통되어 형성될 수 있다.
여기서, 수소기체분리모듈(100)이 독립적으로 사용되는 경우에는, 수소기체분리모듈(100)이 수소연료 공급장치(A)로 사용될 수 있으므로, 수소기체분리모듈(100)을 수소연료 공급장치(A)로 지칭할 수 있다.
한편, 상기에 언급한 바와 같이, 에틸카바졸에서 수소를 화학적으로 분리해 내기 위해서는 백금(Pt) 또는 팔라듐(Pd)을 촉매로 이용한 흡열반응(약 180℃)이 요구된다.
반응열공급모듈(200)은 수소기체분리모듈(100)의 하부면에 구성되어 액화연료공급채널(110)로 반응열을 공급한다.
또한, 반응열공급모듈(200)은 액화연료공급채널(110)로 공급되는 반응열의 온도를 효율적으로 제어하기 위하여, 적어도 하나의 면상발열체로 구성될 수 있다. 여기서, 면상발열체는 외부로부터 인가되는 전기에너지를 열에너지로 변환하는 것으로, 전기에너지(전류)의 양에 따라 발생되는 열에너지의 양이 달라지므로, 면상발열체로 공급하는 전류를 제어하면 발열량을 제어할 수 있다.
도 4는 본 발명에 의한 채널 분리형 수소연료 공급장치의 다른 일 실시예를 설명하는 측단면도이다.
도 4를 참조하면, 액화연료공급채널(110)의 내측면에는, 에틸카바졸에서 수소를 분리하기 위한 흡열반응에 이용되는 촉매층(111)이 형성될 수 있다. 여기서, 촉매층(111)을 형성하는 촉매제는 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd)을 포함할 수 있다. 또한, 촉매제는 액상의 수소보관매체의 종류에 대응하여 변경될 수 있음은 물론이다.
한편, 본 발명의 수소연료 공급장치(A)가 차량 등에 탑재되는 경우, 차량의 주행에 따른 흔들림 등으로 인해 액화연료공급채널(110) 내의 에틸카바졸이 수소연료공급채널(120)로 흘러 넘칠 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 이와 같은 상황을 미연에 방지하기 위하여, 수소가스이동홀(130)의 내측면에 소수성(비젖음성, Non-wetting)재질의 액체이동방지층(131)이 형성될 수 있다.
또한, 액체이동방지층(131)은 테플론(Teflon)으로 코팅되어 형성될 수 있다. 여기서, 비젖음성 테플론을 마이크로채널에 코팅하기 위해서 PDMS(Poly-DiMethylSiloxane)를 이용하여 화학반응기를 모사할 수 있다. PDMS는 투명하고 점도가 높은 액상 물질로 마스크(Mask)를 이용해 쉽게 여러 형상의 마이크로 화학반응기 및 마이크로채널형상을 패터닝(patterning)할 수 있다. 또한, 플라즈마 클리너(Plasma cleaner)를 이용하여 PDMS재료의 젖음성 및 비젖음성을 변환할 수 있다.
한편, 도 1 및 도 2에서는 반응열공급모듈(200)을 전기에너지를 이용한 면상발열체로 형성하는 것으로 설명하였다. 이는, 차량에 탑재된 충전지로부터 전기에너지를 공급받을 수 있기 때문이다. 그러나, 차량용 충전지로부터 수소연료 공급장치(A) 측으로 많은 양의 전기에너지가 공급되면, 충전지에 충전된 전기에너지의 소모가 급격하게 일어날 수 있으며, 이로 인해 차량의 다른 전자시스템이 정상적으로 동작하지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 충전지에 충전된 전기에너지뿐만 아니라, 다른 방식으로도 액화연료공급채널(110)에 반응열을 공급할 수 있는 방법을 제시하고 자 한다.
도 5는 본 발명에 의한 채널 분리형 수소연료 공급장치의 또 다른 일 실시예를 설명하는 측단면도로서, 차량의 외부로 배출되는 배기열을 회수하여 수소분리에 필요한 반응열을 공급할 수 있다.
도 5를 참조하면, 반응열공급모듈(200)은 수소기체분리모듈(100)의 하부면에 구성되는 열전도체(210) 및 배기열공급부(211)를 포함할 수 있다.
배기열공급부(211)는 열전도체의 적어도 일측면에 연결되어, 차량의 배기가스에 포함된 배기열을 열전도체(210)로 공급하기 위한 것으로, 연료의 연소에 따른 배기열이 외부로 배출되기 전에 회수하여 재활용할 수 있는 장점이 있다.
이를 위하여, 배기열공급부(211)는 차량의 배기관과 열전도체(210)를 연결하도록 구성되며, 열전도를 이용하여 배기가스의 배기열을 열전도체(210)에 공급할 수 있다. 여기서, 열전도체(210) 및 배기열공급부(211)는 열전도도가 높은 재질로 구성됨이 바람직하며, 배기열공급부(211)가 차량의 배기관과 연결되는 구성 및 방법은 당업자의 요구에 따라 다양한 변형이 가능하므로 특정한 것에 한정하지 않음은 물론이다.
도 6은 본 발명에 의한 채널 분리형 수소연료 공급장치의 또 다른 일 실시예를 설명하는 측단면도로서, 차량의 외부로 배출되는 배기가스를 회수하여 수소분리에 필요한 반응열을 공급할 수 있다.
도 6을 참조하면, 반응열공급모듈(200)은 내부에 배기가스공급홀(213)이 형성되고 수소기체분리모듈(100)의 하부면에 구성되는 열전도체(210) 및 열전도체(210)의 적어도 일측면에 연결되어 배기가스공급홀(213)에 배기가스를 공급하는 배기가스공급관(212)을 포함할 수 있다.
다시 말해, 차량의 배기가스 중 적어도 일부를 직접 회수하여 배기가스공급홀(213)에 공급하고, 배기가스공급홀(213)로 공급된 배기가스의 배기열이 열전도체(210)를 통해 액화연료공급채널(110)로 공급될 수 있다.
이상에서는, 본 발명에 대하여 하나의 수소기체분리모듈(100) 및 반응열공급모듈(200)이 수소연료 공급장치(A)로 사용되는 것으로 설명하였으나, 수소기체분리모듈(100) 및 반응열공급모듈(200)을 복수 개로 구성함으로써, 반응효율을 보다 더 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명에 의한 채널 분리형 수소연료 공급장치의 또 다른 일 실시예를 설명하는 사시도이다.
도 7을 참조하면, 도 1에 나타난 수소연료 공급장치(A)인 수소기체 분리모듈(100)이 하나의 단위연료공급장치가 되며, 단위연료공급장치와 반응열공급모듈(200)이 반복되어 적층됨으로써, 하나의 수소연료 공급장치로 제공될 수 있다.
다시 말해, 수소기체분리모듈(100) 또는 수소기체분리모듈(100)과 반응열공급모듈(200)로 구성되는 수소연료 공급장치(A)를 복수 개로 적층하여 하나의 수소연료 공급장치를 구성할 수 있다.
이때, 상부에 위치하는 수소연료 공급장치(A)의 반응열공급모듈(200)에서 발생되는 반응열은, 하부에 위치하는 수소연료 공급장치(A)의 수소연료공급채널(120) 측으로도 공급될 수 있으며, 수소기체로 채워진 수소연료공급채널(120)에 과도한 열에너지가 공급되면, 수소연료 공급장치(A)의 안전성을 저해할 수 있다.
이를 방지하기 위하여, 본 발명에서는 수소연료 공급장치(A)가 도 7에 나타난 바와 같이 상하방향의 적층구조를 갖는 경우, 반응열공급모듈(200)과 단위연료공급장치인 수소기체분리모듈(100)의 상부면 사이에 열차단층(300)을 더 구성할 수 있다.
또한, 열차단층(300)은 하부방향으로 방출되는 반응열을 상부로 반사하여 액화연료공급채널(110)에 공급하는 역할을 하게 되므로, 수소연료 공급장치(A)를 포함하는 전체 시스템의 에너지 효율성도 크게 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 의한 채널 분리형 수소연료 공급장치에 대하여 설명하였다. 이러한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지는 것이므로, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
A : 수소연료공급장치
100 : 수소기체분리모듈
110 : 액화연료공급채널 111 : 촉매층
120 : 수소연료공급채널
130 : 수소가스이동홀 131 : 액체이동방지층
200 : 반응열공급모듈
210 : 열전도체 211 : 배기열공급부
212 : 배기가스공급관 213 : 배기가스공급홀
300 : 열차단층

Claims (11)

  1. 일측방향으로 형성되고 수소를 포함하는 액상의 수소보관매체가 유입되며 촉매제를 이용한 흡열반응으로 상기 수소보관매체로부터 수소를 분리시키는 적어도 하나의 액화연료공급채널; 및
    상기 액화연료공급채널의 상부에서 다른 일측방향으로 분리되어 형성되고 상기 수소보관매체로부터 분리된 수소가 배출되는 적어도 하나의 수소연료공급채널을 포함하고,
    상기 액화연료공급채널에서 수소연료공급채널로 수소가스이동홀이 관통형성되는 수소기체분리모듈을 포함하는 채널 분리형 수소연료 공급장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 촉매제는 상기 액화연료공급채널의 내측면에 코팅되어 촉매층을 형성하는 것을 특징으로 하는 채널 분리형 수소연료 공급장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 촉매제는 백금(Pt) 및 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 분리형 수소연료 공급장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 수소가스이동홀의 내측면은 소수성 재질의 액체이동방지층이 형성되는 것을 특징으로 하는 채널 분리형 수소연료 공급장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 액체이동방지층은 테플론(Teflon)으로 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 채널 분리형 수소연료 공급장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수소연료공급장치의 하부면에 구성되어 상기 액화연료공급채널로 반응열을 공급하는 반응열공급모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 분리형 수소연료 공급장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 반응열공급모듈은 면상발열체를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 분리형 수소연료 공급장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 반응열공급모듈은,
    상기 수소연료공급장치의 하부면에 구성되는 열전도체; 및
    상기 열전도체의 적어도 일측면에 연결되어 배기가스에 포함된 배기열을 상기 열전도체로 공급하는 적어도 하나의 배기열공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 분리형 수소연료 공급장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 반응열공급모듈은,
    내부에 배기가스공급홀이 형성되고 상기 수소연료공급장치의 하부면에 구성되는 열전도체; 및
    상기 열전도체의 적어도 일측면에 연결되어 상기 배기가스공급홀에 배기가스를 공급하는 배기가스공급관을 포함하는 것을 특징으로 하는 채널 분리형 수소연료 공급장치.
  10. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 하나의 수소연료 공급장치를 단위연료공급장치로 하여,
    상기 단위연료공급장치와,
    상기 단위연료공급장치의 하부면에 구성되어 상기 액화연료공급채널로 반응열을 공급하는 반응열공급모듈이 반복되어 적층되는 것을 특징으로 하는 채널 분리형 수소연료 공급장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 반응열공급모듈과 상기 단위연료공급장치의 상부면 사이에는 열차단층이 더 구성되는 것을 특징으로 하는 채널 분리형 수소연료 공급장치.
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