KR101586581B1 - 다양한 사이즈의 재료 공급이 가능한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치 및 이를 사용한 수소 공급 방법 - Google Patents

다양한 사이즈의 재료 공급이 가능한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치 및 이를 사용한 수소 공급 방법 Download PDF

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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 제공할 수 있다.

Description

다양한 사이즈의 재료 공급이 가능한 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 재료를 반응 속도에 따라 사이즈를 선택하여 반응기에 공급할 수 있는 다양한 사이즈의 재료 공급이 가능한 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 파우더 또는 볼 타입으로 형성되는 금속 재료 중, 한가지 종류(파우더 또는 볼)로만 한정하여 공급한다.
그러나, 금속 재료의 파우더 또는 볼의 알갱이 사이즈에 따라 반응 속도가 가변될 수 있는 점을 고려 할 때, 종래에는 반응기에서의 반응 속도를 가변적으로 조절할 수 없는 문제점이 있다.
잠수함 연료전지의 수소공급 시스템 및 그 수소공급 시스템의 폭발 방지구조(특허출원 제10-2012-0111749호)
본 발명은, 마그네슘 또는 알루미늄등과 같은 금속 재료를 반응 속도에 따라 사이즈를 선택하여 반응기에 공급할 수 있는 다양한 사이즈의 재료 공급이 가능한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치 및 이를 사용한 수소 공급 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 서로 다른 사이즈를 갖는 금속 재료를 저장하는 재료 저장부와; 상기 재료 저장부의 내부에 설치되며, 상기 금속 재료를 교반하는 교반부와; 상기 재료 저장부의 하단에 탈착 가능하게 설치되며, 상기 금속 재료의 사이즈별로 통과시키는 선별부; 및 상기 선별부를 통해 통과되는 금속 재료를 공급 받아 수소를 발생시키는 반응기를 포함하는 다양한 사이즈의 재료 공급이 가능한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치를 제공한다.
상기 재료 저장부는, 원추 형상으로 형성되며, 상기 교반부가 배치되는 호퍼와, 상기 호퍼의 하단에 연결되며, 상기 반응기로 금속 재료를 투입하는 안내관을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 교반부는, 상기 호퍼의 내부에 배치되며, 링 형상으로 형성되는 다수의 교반 부재와, 상기 교반 부재를 회전시키는 회전기를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 선별부는, 상기 호퍼와 상기 안내관 사이에 형성되는 연결부에 탈찰 가능하게 설치되는 다수의 선별 부재를 포함한다.
상기 다수의 선별 부재 각각은, 상기 금속 재료의 사이즈별로 통과시킬 수 있는 크기를 이루는 다수의 필터공을 갖는 것이 바람직하다.
상기 선별부는, 상기 다수의 선별 부재가 배치되며, 상기 다수의 선별 부재의 교체 위치를 가변시키도록 상기 다수의 선별 부재를 승강시키는 승강기와, 상기 승강기에 설치되며, 상기 다수의 선별 부재 각각을 상기 연결부로의 인입 또는 상기 연결부로부터 인출시키는 그립퍼를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 연결부로부터 인출되는 상기 선별 부재에 잔류하는 금속 재료는, 진공 장치를 통해, 상기 호퍼의 내부로 안내되어 재투입되는 것이 바람직하다.
상기 금속 재료는, 마그네슘 또는 알루미늄 또는 상기 마그네슘 및 알루미늄으로 형성되는 합금으로 형성된다.
여기서, 금속 재료는 파우더 또는 알갱이의 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 수소 공급 장치를 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 파우더 또는 다양한 사이즈의 알갱이로 형성되는 금속 재료를 저장하고, 반응 속도에 따라 요구되는 사이즈 만을 반응기에 선별하여 투입할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 다양한 사이즈의 금속 재료를 반응기에 투입함으로써, 반응 속도의 미세한 조절이 가능해 질 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 선별기에 구비되는 승강기를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명에 따르는 반응기에서의 수소 발생을 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(500)와, 수소 공급 장치(1)로부터 수소를 공급받고, 산소 탱크(500)로부터 산소를 공급 받아 이들을 화학 반응시켜 전력을 생성하는 연료 전지(600)를 포함한다.
도 2는 본 발명에 따르는 수소 공급 장치를 보여주는 도면이다.
도 2를 참조 하면, 본 발명의 수소 공급 장치는 크게 재료 저장부(100)와, 교반부(200)와, 선별부(300)와, 반응기(400)로 구성된다.
재료 저장 단계
상기 재료 저장부(100)는 서로 다른 사이즈를 갖는 금속 재료(10)를 저장한다.
상기 금속 재료(10)는 마그네슘 또는 알류미늄 또는 이들의 합금으로 형성되는 서로 다른 사이즈를 갖는 알갱이의 형태를 이룬다.
물론, 상기 금속 재료(10)는 파우더의 형태도 포함할 수 있다.
상기 재료 저장부(100)는 호퍼(110)와, 안내관(120)으로 구성된다.
상기 호퍼(110)는 원추 형상으로 형성되고, 상기 안내관(120)은 상기 호퍼(110)의 하단에 연결되도록 설치된다.
여기서, 상기 호퍼(110)의 하단과 안내관(120)의 연결 부분에는 연결부(130)가 형성된다.
상기 연결부(130)는 후술되는 선별 부재(310)가 인입되어 배치되거나 인출되는 부분이다.
교반 단계
도 2를 참조 하면, 본 발명에 따르는 교반부(200)는 교반 부재(210)와, 회전기(220)로 구성된다.
상기 교반 부재(210)는 다수로 구비되며, 링 형상으로 형성되어, 호퍼(110)의 내부에 배치된다.
상기 회전기(220)는 회전 모터와 같은 장치로서, 상기 교반 부재(210)를 설정된 회전 속도로 회전시킨다.
따라서, 호퍼(110)의 내부에는 서로 다른 사이즈를 갖는 금속 재료(10)가 저장되는 상태에서, 교반 부재(210)가 회전기(220)의 구동에 의해 회전되면, 상기 서로 다른 사이즈의 금속 재료(10)는 골고루 섞일 수 있게 된다.
이때, 상술한 연결부(130)에는 선별 부재(310)가 배치되는 것이 좋다.
선별 단계
도 2를 참조 하면, 본 발명에 따르는 선별부(300)는 상기 호퍼(110)와 상기 안내관(120) 사이에 형성되는 연결부(130)에 탈착 가능하게 설치되는 다수의 선별 부재(310)를 포함한다.
상기 선별 부재들(310) 각각에는 독립적인 사이즈를 갖는 다수의 필터공(311)이 형성된다.
따라서, 어느 하나의 선별 부재(310)는 해당 필터공(311) 사이즈에 해당되는 금속 재료(11)만을 통과시키고, 그 이상 사이즈의 금속 재료(10)를 필터링하게 된다.
도 3은 본 발명에 따르는 선별기에 구비되는 승강기를 보여주는 도면이다.
본 발명에 따르는 선별부(300)는 다수의 선별 부재(310)가 배치되며, 상기 다수의 선별 부재(310)의 교체 위치를 가변시키도록 상기 다수의 선별 부재(310)를 승강시키는 승강기(320)와, 상기 승강기(320)에 설치되며, 상기 다수의 선별 부재(310) 각각을 상기 연결부(130)로의 인입 또는 상기 연결부로부터 인출시키는 그립퍼(330)를 구비할 수 있다.
상긱 그립퍼(330)는 다수로 구비되며, 해당 선별 부재(310)를 그립하여 연결부(130)로 인입 또는 인출시키도록 신축되는 실린더(340)와 연결될 수 있다.
따라서, 반응기(400)에서의 수소 반응 속도에 따라 미리 설정되는 선별 부재(310)를 해당 그립퍼(330)를 사용하여 상술한 연결부(130)에 배치함으로서, 요구되는 사이즈의 금속 재료(11)만을 선별하여 연결관(120)을 통해 반응기(400)의 내부로 투입하도록 할 수 있다.
한편, 본 발명에서 상기 연결부(130)로부터 인출되는 상기 선별 부재(310)에 잔류하는 금속 재료(10)는, 진공 장치(미도시)를 통해, 상기 호퍼(110)의 내부로 안내되어 재투입될 수도 있다.
도면에 도시되지는 않았지만, 상기 진공 장치는 선별 부재(310)에 잔류하는 금속 재료(10)를 진공 흡입하여 호퍼(110)의 내부로 배출하는 장치이다.
따라서, 본 발명에서는 필터링된 금속 재료(11)를 재사용할 수 있는 잇점이 있다.
반응 단계
도 4는 본 발명에 다르는 반응기에서의 수소 발생을 보여주는 도면이다.
도 4를 참조 하면, 연결부(130)에 배치되는 선별 부재(310)를 통해 해당 사이즈를 갖는 금속 재료(11)만이 통과되어 안내관(120)을 통해 반응기(400)의 내부로 투입된다.
이와 같이 투입되는 금속 원료(11)는 반응기(400)의 내부에 저장된 전해질 용액과 화학 반응하여 수소를 발생시킨다.
즉. 금속 재료(11)는 가열되는 전해질 용액에 침수되어 수소를 발생시킨다. 금속 재료(11)가 마그네슘인 경우, Mg + 2H2O -> 2j Mg(OH)2 +H2 의 화학 반응을 일으킬 수 있다.
특히, 본 발명에 따라 각 사이즈 별로 금속 재료를 반응기(400)에 투입함으로써 반응속도를 미세하게 조절할 수 있다.
이어, 반응기는 생성되는 수소를 별도의 공급 장치(미도시)를 통해 연료 전지(600) 측으로 공급할 수 있다.
상기의 구성 및 작용을 통해, 본 발명에 따르는 실시예는 파우더 또는 다양한 사이즈의 알갱이로 형성되는 금속 재료를 저장하고, 반응 속도에 따라 요구되는 사이즈 만을 형성하는 금속 재료를 반응기에 선별하여 투입할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르는 실시예는 다양한 사이즈의 금속 재료를 반응기에 투입함으로써, 반응 속도의 미세한 조절이 가능한 잇점이 있다.
이상, 본 발명의 다양한 사이즈의 재료 공급이 가능한 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: 선별전 금속 재료
11: 선별후 금속 재료
100: 재료 저장부
110: 호퍼
120: 안내관
130: 연결부
200: 교반부
210: 교반 부재
220: 회전기
300: 선별부
310: 선별 부재
311: 필터공
320: 승강기
330: 그립퍼
340: 실린더
400: 반응기
500: 산소 탱크
600: 연료 전지

Claims (8)

  1. 서로 다른 사이즈를 갖는 금속 재료를 저장하는 재료 저장부;
    상기 재료 저장부의 내부에 설치되며, 상기 금속 재료를 교반하는 교반부;
    상기 재료 저장부의 하단에 탈착 가능하게 설치되며, 상기 금속 재료의 사이즈별로 통과시키는 선별부; 및
    상기 선별부를 통해 통과되는 금속 재료를 공급 받아 수소를 발생시키는 반응기를 포함하되,
    상기 재료 저장부는,
    원추 형상으로 형성되며 상기 교반부가 배치되는 호퍼와,
    상기 호퍼의 하단에 연결되며 상기 반응기로 금속 재료를 투입하는 안내관을 구비하며,
    상기 교반부는,
    상기 호퍼의 내부에 배치되며 링 형상으로 형성되는 다수의 교반 부재와,
    상기 교반 부재를 회전시키는 회전기를 구비하는 것을 특징으로 하는 다양한 사이즈의 재료 공급이 가능한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 선별부는,
    상기 호퍼와 상기 안내관 사이에 형성되는 연결부에 탈착 가능하게 설치되는 다수의 선별 부재를 포함하되,
    상기 다수의 선별 부재 각각은, 상기 금속 재료를 그 사이즈별로 통과시킬 수 있는 크기를 이루는 다수의 필터공을 갖는 것을 특징으로 하는 다양한 사이즈의 재료 공급이 가능한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 선별부는,
    상기 다수의 선별 부재가 배치되며, 상기 다수의 선별 부재의 교체 위치를 가변시키도록 상기 다수의 선별 부재를 승강시키는 승강기와,
    상기 승강기에 설치되며, 상기 다수의 선별 부재 각각을 상기 연결부로의 인입 또는 상기 연결부로부터 인출시키는 그립퍼를 구비하는 것을 특징으로 하는 다양한 사이즈의 재료 공급이 가능한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연결부로부터 인출되는 상기 선별 부재에 잔류하는 금속 재료는,
    상기 호퍼의 내부로 안내되어 재투입되는 것을 특징으로 하는 다양한 사이즈의 재료 공급이 가능한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속 재료는,
    마그네슘 또는 알루미늄 또는 상기 마그네슘 및 알루미늄으로 형성되는 합금으로 형성되되,
    파우더 또는 알갱이의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 다양한 사이즈의 재료 공급이 가능한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 장치.
  8. 제1항, 제4항 내지 제7항 중 어느 한 항의 수소 공급 장치를 사용한 잠수함 및 수중함용 수소 공급 방법.
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