KR101726960B1 - 선박용 수소 발생 장치 및 이를 사용한 수소 발생 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박용 수소 발생 장치를 제공한다. 상기 선박용 수소 발생 장치는 내부 공간에 유기 용매 및 물이 저장되며, 금속 분말을 포함하는 고체 상의 펠릿이 상기 내부 공간으로 투입되어 상기 유기 용매 및 상기 물과 반응하여 발생되는 수소 가스를 외부로 배출하는 반응부와; 상기 반응부에 연결되며, 상기 유기 용매에 포함되는 유기물을 설정된 농도로 유지하기 위해 상기 유기 용매를 재처리하는 유기 용매 재처리부; 및 상기 반응부에 연결되며, 상기 물에 포함되는 금속 이온의 농도를 설정된 농도로 유지하는 물 처리부를 포함한다.

Description

선박용 수소 발생 장치 및 이를 사용한 수소 발생 방법{HYDROGEN GENERATION APPARATUS FOR SHIP AND HYDROGEN GENERATION METHOD USING THE SAME}

본 발명은 선박용 수소 발생 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속 분말을 유기물에 섞어 고체로 형성한 이후에, 필요한 경우에, 이를 일정량을 소수성(疏水性) 유기용매에 녹여 금속 분말을 재추출하고 물에 반응시켜 원하는 양의 수소를 취득할 수 있는 선박용 수소 발생 장치 및 이를 사용한 수소 발생 방법에 관한 것이다.

통상, 수소를 보관하기 위하여 수소저장 합금을 사용하거나 금속 분말을 물과 반응시켜 수소를 추출하였다.

수소저장합금은 가격이 비싸며 무겁고 상대적으로 고압의 보관용 압축 용기가 필요로 한다.

또한 금속 분말은 공기 중에서 빠르게 산화하여 보관성이 용이하지 않았다.

또한, 금속 중 물과 반응하여 수소를 발생시키는 금속으로 나트륨과 마그네슘을 들 수 있다.

특히 마그네슘은 물과 반응성이 좋고 동일 원자 개수당 나트륨보다 2배의 수소를 발생시킬 수 있다.

그러나, 나트륨이나 마그네슘은 공기 중 산소와 빠르게 반응하는 성질이 있어 수소 발생력을 잃기 쉽고 물과 만나면 격렬히 반응하여 수소 분자를 발생시키므로 금속상태로 다루는 것은 매우 위험한 문제점이 있다.

수소발생장치가 구비된 연료전지 시스템(특허출원 제10-2008-0018348호)

본 발명의 목적은, 금속 분말을 유기물에 섞어 고체로 형성한 이후에, 필요한 경우에, 이를 일정량을 소수성 유기용매에 녹여 금속 분말을 재추출하고 물에 반응시켜 원하는 양의 수소를 취득할 수 있는 선박용 수소 발생 장치 및 이를 사용한 수소 발생 방법을 제공함에 있다.

바람직한 실시예에 있어서, 본 발명은 선박용 수소 발생 장치를 제공한다.

상기 선박용 수소 발생 장치는 내부 공간에 유기 용매 및 물이 저장되며, 금속 분말을 포함하는 고체 상의 펠릿이 상기 내부 공간으로 투입되어 상기 유기 용매 및 상기 물과 반응하여 발생되는 수소 가스를 외부로 배출하는 반응부와; 상기 반응부에 연결되며, 상기 유기 용매에 포함되는 유기물을 설정된 농도로 유지하기 위해 상기 유기 용매를 재처리하는 유기 용매 재처리부; 및 상기 반응부에 연결되며, 상기 물에 포함되는 금속 이온의 농도를 설정된 농도로 유지하는 물 처리부를 포함한다.

상기 반응부는, 상기 반응부의 내부 공간에 진공을 형성하는 진공 형성부와 연결되는 것이 바람직하다.

상기 반응부의 내부에는, 상기 유기 용매의 수위를 측정하는 제 1수위 측정기와, 상기 물의 수위를 측정하는 제 2수위 측정기가 설치되는 것이 바람직하다.

상기 펠릿은, 금속 분말과, 유기물이 설정된 비율로 믹싱하여 고체 상으로 굳어져 형성되는 것이 바람직하다.

상기 수소 가스는, 투입되는 상기 펠릿의 개수에 따라 비례하여 형성되는 것이 바람직하다.

다른 실시예에 있어서, 본 발명은 선박용 수소 발생 장치를 사용한 수소 발생 방법을 제공한다.

상기 선박용 수소 발생 장치를 사용한 수소 발생 방법은 금속 분말을 포함하는 고체 상의 펠릿을 형성하는 펠릿 형성 단계와; 상기 펠릿을 유기 용매 및 물이 저장되는 반응부의 내부 공간에 투입하고, 상기 유기 용매 및 상기 물과 반응하여 발생되는 수소 가스를 외부로 배출하는 반응 단계와; 상기 반응부에 연결되는 유기 용매 재처리부를 사용하여, 상기 유기 용매에 포함되는 유기물을 설정된 농도로 유지하기 용매를 재처리하는 유기 용매 재처리 단계; 및 상기 반응부에 연결되는 물 처리부를 사용하여, 상기 물에 포함되는 금속 이온의 농도를 설정된 농도로 유지하는 물 처리 단계를 포함한다.

상기 반응 단계는, 상기 반응부와 연결되는 진공 형성부를 사용하여, 상기 반응부의 상기 내부 공간에 진공을 형성하는 진공 형성 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 반응부의 내부에서, 제 1수위 측정기를 사용하여, 상기 유기 용매의 수위를 측정하고, 제 2수위 측정기를 사용하여, 상기 물의 수위를 측정하는 것이 바람직하다.

상기 펠릿 형성 단계에서,금속 분말을 유기물과 설정된 비율로 믹싱하고, 믹싱된 금속 분말을 유기물을 고체 상으로 형성하고, 설정된 형상을 이루도록 가공하여 상기 펠릿을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 빈응부의 내부 공간으로 투입되는 상기 펠릿의 개수를 조절하여 상기 수소 가스를 발생시키는 것이 바람직하다.

본 발명은 금속 분말을 유기물에 섞어 고체로 형성한 이후에, 필요한 경우에, 이를 일정량을 소수성 유기용매에 녹여 금속 분말을 재추출하고 물에 반응시켜 원하는 양의 수소를 취득할 수 있는 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 선박용 수소 발생 장치의 전체적인 구성도를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따르는 반응부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 선박용 수소 발생 방법을 보여주는 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 선박용 수소 발생 장치를 설명한다.

도 1은 본 발명의 선박용 수소 발생 장치의 전체적인 구성도를 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따르는 반응부의 구성을 보여주는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조 하면, 본 발명의 선박용 수소 발생 장치는 크게, 반응부(100)와, 유기 용매 재처리부(200)와, 물 처리부(300)로 구성된다.

본 발명에 따르는 상기 반응부(100)는 내부 공간에 유기 용매(1) 및 물(2)이 저장되며, 금속 분말을 포함하는 고체 상의 펠릿이 상기 내부 공간으로 투입되어 상기 유기 용매(1) 및 상기 물(2)과 반응하여 발생되는 수소 가스를 외부로 배출한다.

여기서, 상기 펠릿은, 금속 분말과, 유기물이 설정된 비율로 믹싱하여 고체 상으로 굳어져 형성되는 것이 좋다.

도 2를 참조 하여, 상기 반응부(100)의 구성을 상세하게 설명한다.

상기 반응부(100)의 내부에는 내부 공간이 형성된다.

상기 반응부(100)의 상단에는 펠릿이 투입되는 펠릿 투입구(112)와, 수소 가스가 배출되는 수소 배출구(111)가 형성된다.

상기 반응부(100)의 일측부에는 진공 유지 구멍(115)이 형성되고, 유기 용매 배출구(116)가 형성된다.

상기 반응부(100)의 타측부에는 물 주입구(114)가 형성되고, 유기 용매 주입구(113)가 형성된다.

또한, 상기 반응부(100)의 하단에는 물 배출구(117)가 형성된다.

더하여, 상기 반응부(100)의 내부 공간에는 유기 용매 주입구(113)로부터 주입되는 유기 용매(1)와, 그 하부에 물 주입구(114)로부터 주입되는 물(2)이 저장된다.

상기 반응부(100)의 내부 공간의 내벽에는, 유기 용매(1)의 수위를 측정하는 제 1수위 측정기(210)가 설치된다.

또한, 상기 제 1수위 측정기(210) 하부에 위치되도록 반응부(100)의 내부 공간의 내벽에는, 물(2)의 수위를 측정하는 제 2수위 측정기(220)가 설치된다.

도면에 도시되지는 않았지만, 상기 제 1,2수위 측정기(210,220)를 통해, 유기 용매(1)와 물(2)의 수위는 실시간으로 모니터링되고, 물 공급부 및 유기 용매 공급부를 통해 항상 일정한 수위를 유지하도록 제어될 수 있다.

한편, 본 발명에 따르는 유기 용매 재처리부(200)는 반응부(100)에 연결되고, 상기 유기 용매(1)에 포함되는 유기물을 설정된 농도인 저농도로 유지하도록 한다.

또한, 본 발명에 따르는 물 처리부(300)는 반응부(100)에 연결되어 상기 물(2)에 포함되는 금속 이온의 농도를 설정된 저농도로 유지하도록 한다.

더하여, 본 발명에 따르는 반응부(100)는, 상기 반응부(100)의 내부 공간에 진공을 형성하는 진공 형성부(400)와 연결될 수 있다.

물과 금속이 만나 반응 후 발생하는 수소는 공기 중의 산소와 폭발적으로 반응하므로 반응부(100) 내부를 진공으로 유지시키는 것이 바람직하다.

이와 같이 반응부(100) 내부의 산소를 제거하기 위하여 반응부(100)에 진공 형성부(400)를 연결하는 실시 예도 가능하다.

상기와 같이 구성되는 장치 및 방법은 일반 선박을 비롯한, 잠수함과 같은 특수함에 사용될 수 있다.

다음은, 상기의 구성을 갖는 본 발명의 선박용 수소 발생 장치를 사용한 수소 발생 방법을 설명한다.

먼저, 본 발명의 선박용 수소 발생 장치를 사용한 수소 발생 방법은 펠릿 형성 단계 -> 반응 단계 -> 유기 용매 재처리 단계 -> 물 처리 단계 순으로 진행된다.

먼저, 상기 펠릿 형성 단계에서는 금속 분말을 포함하는 고체 상의 펠릿을 형성한다.

즉, 금속 분말을 유기물과 설정된 비율로 믹싱한다. 이어, 믹싱된 금속 분말을 유기물을 고체 상으로 형성한 이후, 설정된 형상을 이루도록 가공하여 상기 펠릿을 형성한다.

상기와 같이 펠릿이 형성된 이후, 반응 단계에서는 상기 펠릿을 유기 용매 및 물이 저장되는 반응부(100)의 내부 공간에 투입하고, 상기 유기 용매(1) 및 상기 물(2)과 반응하여 발생되는 수소 가스를 외부로 배출한다.

이어, 유기 용매 재처리 단계에서는 반응부(100)에 연결되는 유기 용매 재처리부(200)를 사용하여, 상기 유기 용매(1)에 포함되는 유기물을 설정된 농도로 유지하기 용매를 재처리한다.

그리고, 물 처리 단계에서는 반응부(100)에 연결되는 물 처리부(300)를 사용하여, 상기 물(2)에 포함되는 금속 이온의 농도를 설정된 농도로 유지한다.

다음은, 상기의 각 단계를 구체적으로 설명한다.

금속 분말을 상온에서 고체 상태이며 유기용매에 잘 녹는 유기물에 일정 비율로 섞어 반죽을 한 이후, 고체 상으로 굳혀 이를 다시 펠릿으로 가공한다.

이는 보관성을 높이는 효과를 갖는다.

이를 사용하여, 소수성(疏水性) 유기 용매와 물이 섞인 반응부에 원하는 양만큼 넣어 수소를 발생시킬 수 있다.

이 때, 유기 용매(2)는 물(1)보다 밀도가 작으면서, 펠릿을 이루는 유기물을 잘 녹이고, 펠릿에 섞인 금속과 반응하지 않으며, 물에는 녹지 않는 특성을 갖는다.

또한, 끓는점이 펠릿을 이루는 유기물보다 낮은 물질로 이루어져야 한다.

펠릿이 반응부(100)에 들어가면 먼저 유기 용매(1)와 만나 유기물이 유기 용매에 녹아 들어가면서 펠릿 안에 있던 금속 분말이 해리된다.

상기 해리된 금속 분말은 중력에 이끌려 물과 만나게 되고 금속 이온이 물(2)과 반응하면서 수소가 발생한다.

상기 펠릿은 금속 분말과 유기물 사이의 비율을 일정하게 유지하여야 한다.

이에 따라, 펠릿 1개당 수소 발생량은 일정하게 유지할 수 있다.

유기 용매(2)에 녹을 수 있는 유기물의 양은 유한할 수 있다.

마찬가지로 반응부(100) 안의 물 역시 금속과 반응할 수 있는 양 역시 유한할 수 있다.

이에 따라, 반응부(100) 내의 유기 용매(1)와 물(2)은 연속적으로 재처리 과정을 거쳐야 한다.

즉, 물과 섞이지 않고 물 위에 떠 있는 유기 용매 중 일부를 따로 모아 끓여 유기 용매를 회수하고, 이를 다시 반응로 안으로 넣어주는 방식을 통해 유기 용매 내에 녹아 있는 유기물의 농도를 낮게 유지할 수 있다.

마찬가지로 반응로(100) 안의 물을 일부 반응로 외부 재처리 장치로 모으고 이를 가열하여 석출되는 금속 수화물을 따로 모으고 물은 회수하여 반응로 안으로 다시 넣어 줄 수 있다.

이상, 상기의 구성 및 방법을 통해, 본 발명에 따르는 실시예는 금속 분말을 유기물에 섞어 고체로 형성한 이후에, 필요한 경우에, 이를 일정량을 소수성 유기용매에 녹여 금속 분말을 재추출하고 물에 반응시켜 원하는 양의 수소를 취득할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르는 실시예는 펠릿의 개수를 통해 필요한 수소의 양을 통제할 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에 따르는 실시예는 펠릿 내부의 금속 이온이 쉽게 산화하지 않아 보관이 편리하고 펠릿이 물과 닿더라도 겉을 싸고 있는 금속 분말이 물과 쉽게 반응할 수 없어 안전하도록 하는 이점이 있다.

이상, 본 발명의 선박용 수소 발생 장치 및 이를 사용한 수소 발생 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.

100 : 반응부
200 : 유기 용매 재처리부
300 ; 물 처리부
400 : 진공 형성부

Claims (10)

1. 내부 공간에 유기 용매 및 물이 저장되며, 금속 분말을 포함하는 고체 상의 펠릿이 상기 내부 공간으로 투입되어 상기 유기 용매 및 상기 물과 반응하여 발생되는 수소 가스를 외부로 배출하는 반응부;
   상기 반응부에 연결되며, 상기 유기 용매에 포함되는 유기물을 설정된 농도로 유지하기 위해 상기 유기 용매를 재처리하는 유기 용매 재처리부; 및
   상기 반응부에 연결되며, 상기 물에 포함되는 금속 이온의 농도를 설정된 농도로 유지하는 물 처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 수소 발생 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 반응부는, 상기 반응부의 내부 공간에 진공을 형성하는 진공 형성부와 연결되는 것을 특징으로 하는 선박용 수소 발생 장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 반응부의 내부에는,
   상기 유기 용매의 수위를 측정하는 제 1수위 측정기와,
   상기 물의 수위를 측정하는 제 2수위 측정기가 설치되는 것을 특징으로 하는 선박용 수소 발생 장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 펠릿은,
   금속 분말과, 유기물이 설정된 비율로 믹싱하여 고체 상으로 굳어져 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 수소 발생 장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 수소 가스는,
   투입되는 상기 펠릿의 개수에 따라 비례하여 형성되는 것을 특징으로 하는 선박용 수소 발생 장치.
   
6. 금속 분말을 포함하는 고체 상의 펠릿을 형성하는 펠릿 형성 단계;
   상기 펠릿을 물과 함께 상기 물보다 밀도가 작고 소수성이어서 상기 물의 상부에 분리된 층을 이루며 상기 펠릿에 포함된 유기물만을 녹일 수 있는 유기 용매가 저장되는 반응부의 내부 공간에 투입하고, 상기 유기 용매 및 상기 물과 반응하여 발생되는 수소 가스를 외부로 배출하는 반응 단계;
   상기 반응부에 연결되는 유기 용매 재처리부를 사용하여, 상기 유기 용매에 포함되는 유기물을 설정된 농도로 유지하기 용매를 재처리하는 유기 용매 재처리 단계; 및
   상기 반응부에 연결되는 물 처리부를 사용하여, 상기 물에 포함되는 금속 이온의 농도를 설정된 농도로 유지하는 물 처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 수소 발생 장치를 사용한 수소 발생 방법.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 반응 단계는,
   상기 반응부와 연결되는 진공 형성부를 사용하여, 상기 반응부의 상기 내부 공간에 진공을 형성하는 진공 형성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 선박용 수소 발생 장치를 사용한 수소 발생 방법.
   
8. 제 6항에 있어서,
   상기 반응부의 내부에서,
   제 1수위 측정기를 사용하여, 상기 유기 용매의 수위를 측정하고,
   제 2수위 측정기를 사용하여, 상기 물의 수위를 측정하는 것을 특징으로 하는 선박용 수소 발생 장치를 사용한 수소 발생 방법.
   
9. 제 6항에 있어서,
   상기 펠릿 형성 단계에서,
   금속 분말을 유기물과 설정된 비율로 믹싱하고,
   믹싱된 금속 분말을 유기물을 고체 상으로 형성하고,
   설정된 형상을 이루도록 가공하여 상기 펠릿을 형성하는 것을 특징으로 하는 선박용 수소 발생 장치를 사용한 수소 발생 방법.
   
10. 제 6항에 있어서,
    상기 반응부의 내부 공간으로 투입되는 상기 펠릿의 개수를 조절하여 상기 수소 가스를 발생시키는 것을 특징으로 하는 선박용 수소 발생 장치를 사용한 수소 발생 방법.

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