KR101684777B1 - 금속연료를 이용한 잠수함 수소 시스템 및 이의 운용방법 - Google Patents

금속연료를 이용한 잠수함 수소 시스템 및 이의 운용방법 Download PDF

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Abstract

금속연료를 이용한 잠수함 수소 시스템 및 이의 운용방법에 관하여 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따른 금속연료를 이용한 잠수함의 수소 시스템은, 잠수함 내에서 금속연료를 저장하는 금속연료 저장장치와, 금속연료 저장장치로부터 금속연료를 공급받아 수소를 발생시키는 수소발생장치와, 수소발생장치에서 발생된 수소를 공급받아 소비하는 연료전지와, 수소발생장치에서 금속연료를 사용함에 따른 잠수함의 무게를 보상하도록 금속연료 저장장치에 해수를 공급하는 해수공급장치를 포함한다.

Description

금속연료를 이용한 잠수함 수소 시스템 및 이의 운용방법{SUBMARINE HYDROGEN SYSTEM AND MANAGEMENT METHOD THEREOF}
본 발명은 금속연료를 이용한 잠수함 수소 시스템 및 이의 운용방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 잠수함 연료전지에 수소를 공급하는 수소발생장치에서 금속연료 사용 후 부족한 무게를 보상할 수 있는 금속연료를 이용한 잠수함 수소 시스템 및 이의 운용방법에 관한 것이다.
주지된 바와 같이, 상온상태에서 금속은 산소와 반응하여 산화피막이 형성되어 반응이 일어나지 않는다. 그러나 고순도의 금속, 예를 들면 알루미늄, 마그네슘, 아연, 나트륨 등은 특정한 조건에서 산성/알칼리 용액과 반응하게 되어 수소를 발생시킬 수 있다.
다만, 상기와 같은 조건 하에서 금속을 연소시키기 위해서는 대략 2000℃ 정도의 고온상태가 요구되지만, 만일 금속을 입경이 매우 작은 분말형태로 만들어 접촉면적을 늘릴 경우에는 상기의 고온상태가 아니라도 충분한 수소를 발생시킬 수 있다.
최근 다양한 장치의 연료로서, 금속연료를 이용하여 수소를 발생시키는 장치, 즉 수소발생장치에 대한 개발이 이루어지고 있으며, 이와 같은 기술은 수소를 연료로 하여 추진하는 잠수함 분야에서도 적용이 가능하다.
수소발생장치가 구비된 연료전지 시스템(대한민국 공개특허공보 제10-2009-0093044호)
본 발명은 잠수함 연료전지에 수소를 공급하는 수소발생장치에서 금속연료 사용 후 부족한 무게를 보상하도록 금속연료 저장장치(예: 금속연료 저장 컨테이너 등)에 해수를 채울 수 있는 금속연료를 이용한 잠수함 수소 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명은 잠수함 연료전지에 수소를 공급하는 수소발생장치에서 금속연료 사용 후 부족한 무게를 보상하도록 금속연료 저장장치에 해수를 채울 수 있는 금속연료를 이용한 잠수함 수소 시스템의 운용방법을 제공하고자 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 잠수함 내에서 금속연료를 저장하는 금속연료 저장장치; 상기 금속연료 저장장치로부터 금속연료를 공급받아 수소를 발생시키는 수소발생장치; 상기 수소발생장치에서 발생된 수소를 공급받아 소비하는 연료전지; 및 상기 수소발생장치에서 금속연료를 사용함에 따른 잠수함의 무게를 보상하도록 상기 금속연료 저장장치에 해수를 공급하는 해수공급장치;를 포함하는 금속연료를 이용한 잠수함의 수소 시스템을 제공한다.
상기 해수공급장치는, 해수를 잠수함 내부로 유입시키는 해수유입라인과, 상기 해수유입라인에 설치되어 개폐 조절되는 해수유입밸브를 포함한다.
상기 해수유입라인은, 일단부가 상기 잠수함의 선체 외부를 통해 형성되며, 타단부가 상기 금속연료 저장장치의 내부로 연결될 수 있다.
상기 해수유입밸브는, 상기 잠수함의 압력선체 외부에 구비될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 금속연료를 이용한 잠수함의 수소 시스템의 운용방법으로서, (a) 상기 금속연료 저장장치에서 상기 수소발생장치로 금속연료를 공급하는 단계; (b) 상기 수소발생장치에서 공급받은 금속연료를 이용하여 수소를 발생시키며, 상기 발생된 수소를 연료전지로 공급하는 단계; 및 (c) 상기 수소발생장치에서 금속연료를 사용함에 따른 잠수함의 무게를 보상하도록 상기 금속연료 저장장치에 해수를 공급하는 단계를 포함하는 금속연료를 이용한 잠수함의 수소 시스템의 운용방법을 제공한다.
상기 (c) 단계에서, 상기 금속연료 저장장치로의 해수 공급은, 상기 잠수함의 선체 외부와 상기 금속연료 저장장치 사이로 연결된 상기 해수유입라인 상에 설치된 상기 해수유입밸브의 개폐 조절에 따라 이루어질 수 있다.
본 발명에 의하면, 잠수함 연료전지에 수소를 공급하는 수소발생장치에서 금속연료 사용 후 부족한 무게를 보상하도록 금속연료 저장장치(예: 금속연료 저장 컨테이너 등)에 해수를 채울 수 있다.
이에 따라, 수소발생장치에서 금속연료를 사용함에 따라 빈 공간이 존재하는 금속연료 저장장치를 보상탱크의 용도로 재활용할 수 있어, 잠수함 내의 공간 활용도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속연료를 이용한 잠수함의 수소 시스템의 개념도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속연료를 이용한 잠수함의 수소 시스템의 운용방법을 나타낸 순서도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
그리고 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 금속연료를 이용한 잠수함 수소 시스템 및 이의 운용방법에 관하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속연료를 이용한 잠수함의 수소 시스템의 개념도이다.
도 1을 참조하면, 도시된 금속연료를 이용한 잠수함의 수소 시스템(100)은 금속연료 저장장치(110), 수소발생장치(120), 연료전지(130), 그리고 해수공급장치(141, 143)를 포함한다.
금속연료 저장장치(110)는 잠수함 내에서 금속연료를 저장하도록 제공될 수 있다. 이를 '금속연료 저장 컨테이너'라 지칭하기도 한다.
여기서, 금속연료라 함은, 고순도의 금속, 예를 들면 알루미늄, 마그네슘, 아연, 나트륨 등의 금속으로서, 특정한 조건에서 산성/알칼리 용액과 반응하게 되어 수소를 발생시킬 수 있는 연료를 말한다.
만일 이러한 금속연료를 입경이 매우 작은 분말형태로 만들어 접촉면적을 늘일 경우에는 고온상태가 아니라도 충분한 양의 수소를 발생시킬 수 있다.
상기 금속연료 저장장치(110)는 이와 같은 금속연료를 잠수함 내에 저장하기 위한 수용공간을 제공한다.
수소발생장치(120)는 상기 금속연료를 상기 금속연료 저장장치(110)로부터 공급받아 수소를 발생시키는 반응장치에 해당하며, 특정 형태 및 종류로 한정되지 않는다.
그리고 상기 수소발생장치(120)를 통해 발생된 수소는 상기 잠수함(1) 내의 연료전지(130)로 공급될 수 있다.
이와 같은 방식으로 상기 금속연료 저장장치(110)로부터 상기 수소발생장치(120)로 소정의 양의 금속연료가 공급되고, 공급된 금속연료가 수소를 발생시키는데 사용되게 되면, 금속연료의 사용 전/후에 따른 잠수함의 무게 차이가 발생될 수 있다.
이를 위해, 본 발명에서는 금속연료의 사용 전/후의 잠수함 무게를 보상하기 위한 수단으로 해수공급장치(141, 143)를 이용할 수 있다.
상기 해수공급장치(141, 143)는 상기 수소발생장치(120)로 공급된 금속연료가 원래 저장되어 있던 상기 금속연료 저장장치(110)의 빈 공간을 활용하여 해수를 채울 수 있다.
구체적인 예로서, 상기 해수공급장치(141, 143)는 해수를 잠수함 내부로 유입시키는 해수유입라인(141)과, 상기 해수유입라인(141)에 설치되어 개폐 조절되는 해수유입밸브(143)를 포함하여 구성될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
또 다른 예로서, 별도로 도시하진 않았으나, 금속연료의 공급 및 사용에 따른 무게 차이를 검출하는 다양한 센서(예: 무게 감지 센서 등)와, 상기 센서 등에서 검출된 신호를 이용하여 상기 해수유입밸브(143)의 개폐 조절하는 밸브 구동 수단 등이 더 포함될 수 있다.
예컨대, 상기 해수유입라인(141)은 일단부가 상기 잠수함(1)의 선체 외부를 통해 형성되며, 타단부가 상기 금속연료 저장장치(110)의 내부로 연결되어 해수의 유입이 가능한 구조로 이루어질 수 있으며, 단일의 배관 또는 복수의 배관 형태로 이루어 질 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
또한, 상기 해수유입밸브(143)는 상기 해수유입라인(141)에 설치되되, 상기 잠수함(1)의 압력선체(10) 외부에 구비될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 압력선체(10) 내부에 구비될 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속연료를 이용한 잠수함의 수소 시스템의 운용방법을 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속연료를 이용한 잠수함의 수소 시스템의 운용방법은 금속연료 공급단계(S100), 수소 발생단계(S200), 그리고 해수 유입단계(S300)를 포함한다.
먼저, 금속연료 공급단계(S100)를 실시한다.
이 단계에서는, 금속연료 저장장치에서 수소발생기로 금속연료를 공급할 수 있다.
다음으로, 수소 발생단계(S200)를 실시한다.
이 단계에서는 수소발생기에서 공급받은 금속연료를 이용하여 수소를 발생시키며, 상기 발생된 수소를 연료전지로 공급해 줄 수 있다.
그 다음으로, 해수 유입단계(S300)를 실시한다.
이 단계에서는 수소발생기에서 금속연료를 사용함에 따른 잠수함의 무게를 보상하도록 금속연료 저장장치에 해수를 공급해 줄 수 있다.
바람직한 예로서, 이 단계에서의 금속연료 저장장치로의 해수 공급은, 잠수함의 선체 외부와 금속연료 저장장치 사이로 연결된 해수유입라인 상에 설치된 해수유입밸브의 개폐 조절에 따라 이루어질 수 있는데, 이에 한정되지 않는다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 잠수함 연료전지에 수소를 공급하는 수소발생장치에서 금속연료 사용 후 부족한 무게를 보상하도록 금속연료 저장장치(예: 금속연료 저장 컨테이너 등)에 해수를 채울 수 있다.
이에 따라, 수소발생장치에서 금속연료를 사용함에 따라 빈 공간이 존재하는 금속연료 저장장치를 보상탱크의 용도로 재활용할 수 있어, 잠수함 내의 공간 활용도를 높일 수 있다.
지금까지 본 발명인 금속연료를 이용한 잠수함 수소 시스템 및 이의 운용방법에 관한 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였다.
전술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1: 잠수함
10: 압력선체
100: 잠수함의 수소 시스템
110: 금속연료 저장장치(또는 금속연료 저장 컨테이너)
120: 수소발생장치
130: 연료전지
141: 해수유입라인
143: 해수유입밸브

Claims (6)

  1. 잠수함 내에서 금속연료를 저장하는 금속연료 저장장치;
    상기 금속연료 저장장치로부터 금속연료를 공급받아 수소를 발생시키는 수소발생장치;
    상기 수소발생장치에서 발생된 수소를 공급받아 소비하는 연료전지; 및
    상기 수소발생장치에서 금속연료를 사용함에 따른 잠수함의 무게를 보상하도록 상기 금속연료 저장장치에 해수를 공급하는 해수공급장치;를 포함하고,
    상기 해수공급장치는,
    해수를 잠수함 내부로 유입시키는 해수유입라인과,
    상기 해수유입라인에 설치되어 개폐 조절되는 해수유입밸브와,
    금속연료의 공급 및 사용에 따른 무게 차이를 검출하는 센서와,
    상기 검출된 신호를 이용하여 상기 해수유입밸브의 개폐를 조절하는 밸브 구동 수단을 포함하는 금속연료를 이용한 잠수함의 수소 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 해수유입라인은,
    일단부가 상기 잠수함의 선체 외부를 통해 형성되며, 타단부가 상기 금속연료 저장장치의 내부로 연결되는,
    금속연료를 이용한 잠수함의 수소 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 해수유입밸브는,
    상기 잠수함의 압력선체 외부에 구비되는,
    금속연료를 이용한 잠수함의 수소 시스템.
  5. 제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항의 금속연료를 이용한 잠수함의 수소 시스템의 운용방법으로서,
    (a) 상기 금속연료 저장장치에서 상기 수소발생장치로 금속연료를 공급하는 단계;
    (b) 상기 수소발생장치에서 공급받은 금속연료를 이용하여 수소를 발생시키며, 상기 발생된 수소를 연료전지로 공급하는 단계; 및
    (c) 상기 수소발생장치에서 금속연료를 사용함에 따른 잠수함의 무게를 보상하도록 상기 금속연료 저장장치에 해수를 공급하는 단계를 포함하는,
    금속연료를 이용한 잠수함의 수소 시스템의 운용방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (c) 단계에서,
    상기 금속연료 저장장치로의 해수 공급은,
    상기 잠수함의 선체 외부와 상기 금속연료 저장장치 사이로 연결된 상기 해수유입라인 상에 설치된 상기 해수유입밸브의 개폐 조절에 따라 이루어지는,
    금속연료를 이용한 잠수함의 수소 시스템의 운용방법.
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