KR101586580B1 - 박스 파쇄 방식을 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치 및 이를 사용한 수소 공급 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 파우더 형태의 금속 재료가 저장되는 박스를 공급하는 박스 공급부와; 상기 박스 공급부로부터부터 상기 박스를 공급 받아 파쇄하여, 파쇄 원료로 제조하는 파쇄부; 및 상기 파쇄부로부터 파쇄되는 상기 파쇄 원료를 공급 받아 수소를 발생시키는 반응기를 포함하는 박스 파쇄 방식을 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치를 제공한다.

Description

박스 파쇄 방식을 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치 및 이를 사용한 수소 공급 방법{HYDROGEN SUPPLY APPARATUS FOR SUBMARINE AND HYDROGEN SUPPLY METHOD USING THE SAME}
본 발명은 박스 파쇄 방식을 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치 및 이를 사용한 수소 공급 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마그네슘 또는 알루미늄등과 같은 금속 재료가 파우더 형태로 저장된 박스를 파쇄하여 반응기에 공급하도록 하는 박스 파쇄 방식을 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치 및 이를 사용한 수소 공급 방법에 관한 것이다.
일반적으로 잠수함, 특히 군용 잠수함에 있어 에너지 저장수단으로서 배터리 이외에 연료전지(fuel cell)의 사용이 크게 늘어나고 있다.
연료전지는 연료의 산화에 의해 생기는 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 것으로 수소와 같은 기체 반응물질을 외부에서 연속적으로 공급하여 전기의 생성을 도모하고 반응 후 생성물질은 연속적으로 반응계의 외부로 배출시키는 점에 그 특징이 있는 고효율의 무공해 발전장치의 일종이라 할 수 있다.
따라서, 잠수함은 상기 연료 전지로 수소를 발생시켜 공급하는 수소 공급 장치를 구비한다.
여기서, 종래의 수소 공급 장치에서는 수소를 발생시킬 수 있는 반응기에 알루미늄과 같은 금속 분말 또는 구상의 원재료를 반응기에 투입하여 수소를 발생시키도록 하고 있다.
그러나, 종래에는, 금속 원재료가 반응기로 투입되기 까지 공기와의 접촉 시간이 증가되는 문제점이 있다.
잠수함 연료전지의 수소공급 시스템 및 그 수소공급 시스템의 폭발 방지구조(특허출원 제10-2012-0111749호)
본 발명은 마그네슘 또는 알루미늄등과 같은 금속 재료가 파우더 형태로 저장된 박스를 산화제로 형성하여 밀봉하고, 산화제로 형성된 박스 전체를 파쇄하여 반응기로 공급하도록 하여, 폐기물 발생을 줄일 수 있는 박스 파쇄 방식을 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치 및 이를 사용한 수소 공급 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 파우더 형태의 금속 재료가 저장되는 박스를 공급하는 박스 공급부와; 상기 박스 공급부로부터부터 상기 박스를 공급 받아 파쇄하여, 파쇄 원료로 제조하는 파쇄부; 및 상기 파쇄부로부터 파쇄되는 상기 파쇄 원료를 공급 받아 수소를 발생시키는 반응기를 포함하는 박스 파쇄 방식을 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치를 제공한다.
상기 박스는 산화제 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 금속 재료는, 마그네슘 또는 알루미늄 또는 상기 마그네슘 및 알루미늄의 합금 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 파쇄부는, 상기 박스 공급부로부터 공급 받는 상기 박스가 수용되는 호퍼와, 상기 호퍼의 내부에 설치되며, 수용되는 상기 박스를 파쇄하여 상기 파쇄 원료로 제조하는 파쇄기와, 상기 호퍼의 하단에 연결되며, 상기 파쇄기로부터 파쇄되는 상기 파쇄 원료를 상기 반응기의 내부로 안내하는 안내부를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 호퍼는, 상단에서 하단을 따라 원추형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 파쇄기는, 외부 구동원에 의해 회전되는 다수의 파쇄롤을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 다수의 파쇄롤은 상하를 따라 다층을 이루도록 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 수소 공급 장치를 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 박스를 산화제 재질로 제작함과 아울러, 그 내부에 금속 재료를 파우더 형태로 저장하여 밀봉함으로써, 공기와의 접촉을 원천적으로 차단할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기와 같은 박스 전체를 파쇄기를 사용하여 파쇄한 이후, 이를 반응기에 투입함으로써, 반응기에서의 전해질 용액과의 접촉 면적을 증가시켜 수소 발생 효율을 상승시킴과 아울러, 금속 원료 투입으로 인한 폐기물 생성을 억제할 수 있다.
도 1은 본 발명의 잠수함용 수소 공급 장치를 포함하는 수소 발생 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 구성도.
도 2는 본 발명에 따르는 수소 공급 장치를 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따르는 파쇄기의 작동을 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따르는 다수의 파쇄롤의 다른 예를 보여주는 도면.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 박스 파쇄 방식을 사용한 잠수함용 수소 공급 장치를 설명한다. 또한, 이를 설명하면서 본 발명의 수소 공급 방법도 포함하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 잠수함용 수소 공급 장치를 포함하는 수소 발생 시스템의 구성을 개략적으로 보여주는 구성도이다.
도 1을 참조 하면, 본 발명의 수소 공급 장치를 포함하는 수소 발생 시스템은 수소 공급 장치(1)와. 산소를 공급하는 산소 탱크(400)와, 수소 공급 장치(1)로부터 수소를 공급받고, 산소 탱크(400)로부터 산소를 공급 받아 이들을 화학 반응시켜 전력을 생성하는 연료 전지(500)를 포함한다.
도 2는 본 발명에 따르는 수소 공급 장치를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조 하면, 본 발명의 수소 공급 장치(1)는 크게 박스 공급부(100)와, 파쇄부(200)와, 반응기(300)로 구성된다.
박스 공급 단계
상기 박스 공급부(100)는 파우더 형태의 금속 재료(11)가 저장되는 박스들(10)을 파쇄부(200)로 순차적으로 공급한다.
여기서, 상기 박스(10)는 산화제 재질로 형성된다.
상기 박스(10)의 내부에는 금속 재료(11)가 저장되며, 상기 금속 재료(11)는 파우더 형태로 저장된다. 물론, 파우더 형태 외, 다른 형상으로 저장될 수도 있다.
파쇄 단계
도 3은 본 발명에 따르는 파쇄기의 작동을 보여주는 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조 하면, 파쇄부(200)는 호퍼(210)와, 파쇄기(220)와, 안내부(230)로 구성된다.
상기 호퍼(210)는 상단에서 하단을 따라 원추형상으로 형성되는 것이 좋다.
상기 호퍼(210)의 하단에는 상기 안내부(230)가 설치된다.
상기 호퍼(210)의 상단에는 박스(101)가 외부로 유출되지 않도록 가이드하는 가이드 판(211)이 둘레를 이루어 더 설치되는 것이 좋다.
상기 호퍼(210)의 내부에는 파쇄기(220)가 설치된다.
상기 파쇄기(220)는 다수의 파쇄롤(221)과, 상기 파쇄롤들(221)을 회전시키는 회전기(222)를 구비한다.
상기 회전기(222)는 다수의 파쇄롤(221)을 개별적으로 회전시킬 수도 있고, 하나의 파쇄롤(221) 만을 회전시킬 수도 있다. 후자의 경우, 각 파쇄롤(221)은 서로 회전력을 전달받을 수 있도록 체인 또는 밸트(미도시)로 연결되는 것이 좋다.
상기 다수의 파쇄롤(221)은 회전되면서, 호퍼(210)의 내부에 수용된 박스(10)를 파쇄하여, 파쇄 원료(20)로 제조한다.
이와 같이 제조되는 파쇄 원료(20)는 호퍼(210)의 하단을 따라 낙하되면서, 안내부(230)를 통해 반응기(300)로 투입되도록 안내된다.
상기 안내부(230)는 중공 형상의 관으로 제조되며, 이는 호퍼(210)의 하단에 연결되도록 설치된다.
상기 안내부(230)는 수직 방향을 따르는 직선관일 수도 있고, 소정 방향을 따라 벤딩되는 곡선관일 수도 있다.
이에 더하여, 도면에 도시되지는 않았지만, 안내부(230)는 파쇄 원료(20)를 강제로 반응기(300)로 배출할 수 있도록 진공 펌프를 구비할 수도 있다.
진공 펌프에 의해 호퍼(210) 내부의 파쇄 원료(20)는 강제적으로 펌핑되어 반응기(300)의 내부로 투입될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따르는 다수의 파쇄롤의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 4를 참조 하면, 다수의 파쇄롤(221)은 다층을 이루도록 상하를 따라 간격을 이루어 배치될 수도 있다.
이에 따라, 파우더 형태의 금속 재료(11)를 저장하는 박스(10)는 다중으로 파쇄될 수 있고, 이에 따라 후술되는 전해질 용액과의 접촉 면적을 더 효율적으로 증가시키도록 할 수도 있다.
반응 단계
도 5는 본 발명에 다르는 반응기에서의 수소 발생을 보여주는 도면이다.
도 5를 참조 하면, 파쇄부(200)에서 파쇄되는 파쇄 원료(20)는 안내부(230)를 통해 반응기(300)의 내부로 투입된다.
이와 같이 투입되는 파쇄 원료(20)는 반응기(300)의 내부에 저장된 전해질 용액과 화학 반응하여 수소를 발생시킨다.
즉. 파쇄 원료(20)는 가열되는 전해질 용액에 침수되어 수소를 발생시킨다. 파쇄 원료(20)가 마그네슘인 경우, Mg + 2H2O -> 2j Mg(OH)2 +H2 의 화학 반응을 일으킬 수 있다.
특히, 본 발명에 따르는 파쇄 원료(20)는 전해질 용액과의 접촉 면적을 증가시킬 수 있기 때문에, 알갱이와 같이 제조되는 금속 재료 대비, 수소 발생 효율을 상승시킬 수 있는 잇점이 있다. 이어, 반응기는 생성되는 수소를 별도의 공급 장치(미도시)를 통해 연료 전지(500) 측으로 공급할 수 있다.
상기의 구성 및 작용을 통해, 본 발명에 따르는 실시예는 박스를 산화제 재질로 제작함과 아울러, 그 내부에 금속 재료를 파우더 형태로 저장하여 밀봉함으로써, 공기와의 접촉을 원천적으로 차단할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 실시예는 상기와 같은 박스 전체를 파쇄기를 사용하여 파쇄한 이후, 이를 반응기에 투입함으로써, 반응기에서의 전해질 용액과의 접촉 면적을 증가시켜 수소 발생 효율을 상승시킴과 아울러, 금속 원료 투입으로 인한 폐기물 생성을 억제할 수 있다.
이상, 본 발명의 박스 파쇄 방식을 사용한 잠수함용 수소 공급 장치 및 이를 사용한 수소 공급 방법에 관한 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 실시 변형이 가능함은 자명하다.
그러므로 본 발명의 범위에는 설명된 실시예에 국한되어 전해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다. 즉, 전술된 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 그 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 박스
11: 파우더 형태의 금속 재료
20: 파쇄 원료
100: 박스 공급부
200: 파쇄부
210: 호퍼
211: 가이드 판
220: 파쇄기
221: 파쇄롤
222: 회전기
230: 안내부
300: 반응기
400: 산소 탱크
500: 연료 전지

Claims (8)

  1. 파우더 형태의 금속 재료가 저장되며 산화제 재질로 형성되는 박스를 공급하는 박스 공급부;
    상기 박스 공급부로부터부터 상기 박스를 공급 받아 파쇄하여, 파쇄 원료로 제조하는 파쇄부; 및
    상기 파쇄부로부터 파쇄되는 상기 파쇄 원료를 공급 받아 수소를 발생시키는 반응기를 포함하는 것을 특징으로 하는 박스 파쇄 방식을 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 재료는,
    마그네슘 또는 알루미늄 또는 상기 마그네슘 및 알루미늄의 합금 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 박스 파쇄 방식을 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 파쇄부는,
    상기 박스 공급부로부터 공급 받는 상기 박스가 수용되는 호퍼와,
    상기 호퍼의 내부에 설치되며, 수용되는 상기 박스를 파쇄하여 상기 파쇄 원료로 제조하는 파쇄기와,
    상기 호퍼의 하단에 연결되며, 상기 파쇄기로부터 파쇄되는 상기 파쇄 원료를 상기 반응기의 내부로 안내하는 안내부를 구비하는 것을 특징으로 하는 박스 파쇄 방식을 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 호퍼는,
    상단에서 하단을 따라 원추형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 박스 파쇄 방식을 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 파쇄기는,
    외부 구동원에 의해 회전되는 다수의 파쇄롤을 구비하는 것을 특징으로 하는 박스 파쇄 방식을 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 다수의 파쇄롤은 상하를 따라 다층을 이루도록 배치되는 것을 특징으로 하는 박스 파쇄 방식을 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치.
  8. 제1항, 제3항 내지 제7항 중 어느 한 항의 수소 공급 장치를 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 방법.
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