KR102180516B1 - 수소 연료 발생장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연료볼과 반응혼합물을 이용하여 수소가스를 생산하고, 생산된 수소가스에 포함된 이물질을 제거하여 순수한 수소를 공급할 수 있도록 하는 수소 연료 발생장치에 관한 것으로, 공급되는 금속재질의 연료볼과 반응혼합물에 의해 수소가스를 발생시켜 제1여과부로 공급 및 수소가스의 발생시 발생되는 산화물을 격리하는 수소발생부와; 금속재질의 연료볼과 반응혼합물의 화학작용에 의해 수소가스를 발생시킬 때 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 수소발생부의 외주연에 설치되는 냉각부와; 불순물을 걸러내어 순도(純度)가 높은 수소가스를 공급할 수 있도록 수소발생부와 수소가스를 사용하는 다양한 사용기기에 연결되는 여과부;를 포함하며, 연료볼과 반응혼합물을 이용하여 수소가스를 생산하고, 생산된 수소가스에 포함된 이물질을 제거하여 순수한 수소를 공급하므로서 수소를 사용하는 다양한 사용기기가 트러블없이 구덩되는 효과가 있다.
Description
본 발명은 수소 연료 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료볼과 반응혼합물을 이용하여 수소가스를 생산하고, 생산된 수소가스에 포함된 이물질을 제거하여 순수한 수소를 공급할 수 있도록 하는 수소 연료 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지는 연료의 산화(酸化)에 의해서 생기는 화학에너지를 직접 전기에너지로 변환시키는 것이고, 이는 산화 및 환원반응을 이용한다는 점에 있어서 기본적으로는 보통의 화학전지와 같지만, 닫힌 계내(系內)에서 전지반응(電池反應)을 하는 화학전지와 달리 반응물이 외부에서 계내로 연속적으로 공급되며 또한 반응생성물이 연속적으로 계외(系外)로 제거된다는 점에서 화학전지와는 서로 다른 것이다.
이러한 연료전지를 구현할 수 있는 방식으로는 연료극에 메탄올과 같은 탄화수소계 연료을 직접 공급하는 직접 메탄올(Direct Methanol)방식과, 메탄올로부터 수소를 추출하여 연료극에 주입하는 RHFC(Reformed Hydrogen Fuel Cell) 방식이 알려져 있으며, 상기 RHFC 방식은 PEM(Polymer Electrode Membrane) 방식과 같이 수소를 연료로 사용하므로 고출력화, 단위 체적당 구현 가능한 전력용량, 그리고 물 이외의 반응물이 없는 점에서 장점이 있으나 시스템에 별도의 개질기(Reformer)가 추가되어야 하므로 소형화에 불리한 단점을 가지고 있다.
이와 같이 연료전지가 높은 전원 출력밀도를 얻기 위해서는 액체연료를 수소와 같은 기체연료로 만들어주기 위한 개질기(Reformer)가 필수적으로 구비되어야 하며, 이러한 개질기는 탄화수소계 액체연료를 기체상태로 기화시키는 증발부와, 250℃ 내지 350℃ 의 온도에서 촉매반응을 통하여 연료인 메탄올을 수소로 전환시키는 개질부, 그리고 개질반응시 부가적으로 발생되는 부산물인 CO가스(또는 CO2가스)를 제거하는 CO 제거부(또는 CO2 제거부)를 추가로 포함하여 구성된다.
그러나, 상기 개질부에서의 개질반응은 반응온도를 250℃ 내지 350℃ 사이로 유지시키면서 이루어지는 흡열반응이며, 상기 CO 제거부에서는 170℃ 내지 200℃ 정도의 온도를 일정하게 유지시키는 발열반응으로 이루어지기 때문에, 양호한 반응효율을 얻기 위해서는 구조가 복잡한 고온 시스템을 요구하게 되고, 이로 인하여 전체적인 연료전지의 장치구조가 복잡해지고 이를 제조하는데 소요되는 비용을 절감하는데 한계가 있었다.
또한, 개질반응시 발생되는 부산물인 CO 가스 또는 CO2가스를 제거하기 위한 별도의 제거구조를 필수적으로 구비해야만 하기 때문에 장치의 전체부피를 줄이고 제조비용을 절감하는데 한계가 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 선행문헌으로 대한민국 등록특허공보 제10-0826409호(2008.05.02. 공고)의 "수소발생장치"는 수소발생용 수용액이 채워지는 일정크기의 내부공간을 갖는 저장부; 상기 수소발생용 수용액과의 반응시 수소가스를 발생시키는 수소발생용 금속을 구비하는 반응부; 상기 저장부와 반응부사이에 구비되어 상기 저장부의 수소발생용 수용액을 상기 반응부내로 공급하는 순환부; 및 상기 반응부로부터 배출되어 상기 저장부로 공급되는 수소발생용 수용액과 이에 포함된 수소가스를 분리하는 분리부를 포함한다.
상기한 선행문헌은 반응부에서 공급되는 수소가스가 저장부를 통해 다시 공급이 이루어지도록 구성되어 있기 때문에 저장부는 항상 수소가스가 수소발생용 수용액에 녹는 것을 방지하기 위해 수위가 수소가스 배출라인의 하방향에 위치되도록 관리해야하는 문제점이 있다.
또한, 선행문헌은 수소가스를 발생부에서 수용액 배출라인을 통해 저장부로 공급되고, 저장부로 공급된 수소가스는 수소발생용 수용액과 함께 공급되기 때문에 이동되면서 수소가스가 수소발생용 수용액에 녹아 드는 것은 물론 수소가스를 다시 수소가스 배출라인으로 배출되는 과정에서 저장부에 수소가스가 정체된다.
이로인하여 수소가스가 수소발생용 수용액에 녹아들어 발생부에서 생산된 수소가스보다 적은 양이 공급되는 문제점이 있다.
그러므로 필요한 양의 수소가스를 공급하기 위해서는 반응부에서 바로 공급하여 얻어지는 양에 따른 시간보다 더 많은 시간이 소비되는 문제점이 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 연료볼과 반응혼합물을 이용하여 수소가스를 생산하고, 생산된 수소가스에 포함된 이물질을 제거하여 순수한 수소를 공급할 수 있도록 하는 수소 연료 발생장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 연료볼과 반응혼합물에 의해 수소가스를 생산할 때 발생되는 산화물을 제거하면서 수소가스의 생산이 용이하게 이루어지도록 하는 수소 연료 발생장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 연료볼과 반응혼합물에 의해 수소가스를 생산할 때 발생하는 열을 냉각시켜 화학반응시 최적의 상태를 유지하여 수소가스가 용이하게 발생할 수 있도록 하는 수소 연료 발생장치를 제공하는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 수소발생부를 통해 생산된 수소가스의 이물질을 제거하여 양질의 수소가스를 제공할 수 있도록 하는 수소 연료 발생장치를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로,
공급되는 금속재질의 연료볼과 반응혼합물에 의해 수소가스를 발생시켜 제1여과부로 공급 및 수소가스의 발생시 발생되는 산화물을 격리하는 수소발생부와; 금속재질의 연료볼과 반응혼합물의 화학작용에 의해 수소가스를 발생시킬 때 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 수소발생부의 외주연에 설치되는 냉각부와; 불순물을 걸러내어 순도(純度)가 높은 수소가스를 공급할 수 있도록 수소발생부와 수소가스를 사용하는 다양한 사용기기에 연결되는 여과부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 연료 발생장치를 제공한다.
본 발명의 수소발생부는, 원료가 공급되는 원료투입공, 수소가스가 배출되는 제1가스배출공, 반응혼합물이 유입되는 혼합물유입공이 상부에 형성되고 침전되는 산화물이 배출되는 침전물배출공이 하부에 형성되는 수소발생부재와; 수소발생부재로 원료를 투입할 수 있도록 호퍼밸브가 설치된 원료공급관을 가지며 수소발생부재의 원료투입공에 결합되는 호퍼와; 수소발생부재에서 발생한 수소가스를 여과부로 공급할 수 있도록 가스공급밸브를 가지며 수소발생부재의 제1가스배출공에 설치되는 가스공급파이프와; 연료볼과 반응혼합물의 화학작용에 의해 수소가스를 발생시킬 수 있도록 혼합물공급밸브를 가지며 수소발생부재의 혼합물유입공에 결합되는 혼합물공급파이프와; 연료볼과 반응혼합물에 의해 수소가스가 발생할 때 발생되는 산화물을 격리시킬 수 있도록 수소발생부재의 침전물배출공에 착탈 가능하게 결합되는 침전함;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 침전함은, 수소발생부재의 하부에 형성된 침전물배출공에 결합되는 침전물배출관과; 반응혼합물의 배출을 최소화 하면서 침전물이 배출되도록 침전물배출관에 설치되는 여과판과; 침전물배출관에 설치되는 침전물배출밸브와; 수소가스를 발생시키는 수소발생부재와 격리시킬 수 있도록 침전물배출관과 연결되는 침전함바디;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 냉각부는, 연료볼과 반응혼합물에 의해 수소가스를 발생시킬 때 발생되는 열을 냉각하기 위하여 상부에서 하부로 관통되게 원통형으로 형성되어 수소발생부재의 외주연에 설치되는 냉각부재와; 냉각수가 유입되어 순환되면서 열교환에 의해 냉각이 이루어지도록 냉각부재에 설치되는 제1냉각수파이프 및 제2냉각수파이프와; 제1냉각수파이프와 제2냉각수파이프에 각각 설치되는 냉각수공급밸브와 냉각수배출밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 여과부는, 내측에 공간을 가지며 수소발생부재에 설치된 가스공급파이프가 연결되어 수소가스가 공급되는 여과부몸체와; 수소가스에 포함된 이물질을 여과하는 물을 공급할 수 있도록 여과부몸체의 상부에 설치되는 물공급파이프와; 물공급파이프를 통해 공급되는 물의 공급을 제어할 수 있도록 물공급파이프에 설치되는 물공급밸브와; 물에 의해 이물질이 제거된 수소가스를 다른 여과부몸체에 공급하거나 또는 수소가스를 사용하는 다양한 사용기기에 공급할 수 있도록 여과부몸체의 상부에 설치되는 가스배출파이프와; 수소가스의 공급을 제어할 수 있도록 가스배출파이프에 설치되는 가스배출밸브와; 이물질이 물과 함게 배출될 수 있도록 여과부몸체의 하부에 설치되는 드레인파이프와; 물과 함께 이물질을 배출하거나 또는 차단할 수 있도록 드레인파이프에 설치되는 드레인밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 연료볼과 반응혼합물을 이용하여 수소가스를 생산하고, 생산된 수소가스에 포함된 이물질을 제거하여 순수한 수소를 공급하므로 수소를 사용하는 다양한 사용기기의 구동이 용이한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 연료볼과 반응혼합물에 의해 수소가스를 생산할 때 발생되는 산화물을 제거하므로 화학반응이 용이하게 일어나고, 산화물을 제거하지 않은 상태에서의 수소가스를 생산하는 것보다 더 많은 양의 수소가스가 생산되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 연료볼과 반응혼합물에 의해 수소가스를 생산할 때 발생되는 열을 냉각수에 의해 수소가스의 생산이 용이한 온도를 유지하므로 최적의 상태에서 화학반응이 일어나 양질의 수소가스가 생상되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 수소발생부를 통해 생산된 수소가스를 여과부를 통해 이물질이 제거된 양질의 수소가스를 제공받아 사용하므로서 다양한 사용기기에서 트러블없이 구동이 이루어지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 수소 연료 발생장치를 개략적으로 나타낸 구성도
도 2는 도 1에 도시된 수소발생부와 냉각부가 결합된 상태를 나타낸 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 수소발생부의 구성을 나타낸 단면도.
도 4는 도 2에 도시된 수소발생부의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도 5는 도 3에 도시된 여과부재의 구성을 나타낸 사시도.
도 6은 도 5의 A-A선 구성을 나타낸 단면도.
도 7은 도 3에 도시된 수소 연료 발생장치에 투입되는 연료볼을 나타낸 구성도.
도 8은 도 7에 도시된 연료볼의 다른 실시예를 나타낸 구성도.
도 9는 도 3에 도시된 냉각부재의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명에 의한 수소 연료 발생장치의 여과부 구성을 나타낸 단면도.
도 11은 본 발명에 의한 수소 연료 발생장치의 수소발생부에서 수소가스를 생산하는 상태를 나타낸 사용상태도.
도 2는 도 1에 도시된 수소발생부와 냉각부가 결합된 상태를 나타낸 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 수소발생부의 구성을 나타낸 단면도.
도 4는 도 2에 도시된 수소발생부의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도 5는 도 3에 도시된 여과부재의 구성을 나타낸 사시도.
도 6은 도 5의 A-A선 구성을 나타낸 단면도.
도 7은 도 3에 도시된 수소 연료 발생장치에 투입되는 연료볼을 나타낸 구성도.
도 8은 도 7에 도시된 연료볼의 다른 실시예를 나타낸 구성도.
도 9는 도 3에 도시된 냉각부재의 다른 실시예를 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명에 의한 수소 연료 발생장치의 여과부 구성을 나타낸 단면도.
도 11은 본 발명에 의한 수소 연료 발생장치의 수소발생부에서 수소가스를 생산하는 상태를 나타낸 사용상태도.
이하, 본 발명에 의한 수소 연료 발생장치의 구성을 설명한다.
본 발명에 의한 수소 연료 발생장치는 공급되는 금속재질의 연료볼(160)과 반응혼합물에 의해 발생된 수소가스를 여과부(300)로 공급 및 산화물을 격리하는 수소발생부(100)와; 금속재질의 연료볼(160)과 반응혼합물의 화학작용에 의해 수소가스를 발생시킬 때 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 수소발생부(100)의 외주연에 설치되는 냉각부(200)와; 불순물을 걸러내어 순도(純度)가 높은 수소가스를 공급할 수 있도록 수소발생부(100)와 수소가스를 사용하는 다양한 사용기기에 연결되는 여과부(300);를 포함하여 구성되되, 연료볼(160)과 반응혼합물을 이용하여 수소가스를 생산하고, 생산된 수소가스에 포함된 이물질을 제거하여 순수한 수소를 공급하므로서 이를 사용하는 다양한 사용기기가 트러블없이 구동되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징으로 이루어지는 본 발명에 의한 수소 연료 발생장치를 첨부된 도면을 통해 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 수소 연료 발생장치를 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 수소발생부와 냉각부가 결합된 상태를 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 수소발생부의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 4는 도 2에 도시된 수소발생부의 다른 실시예를 나타낸 단면도이며, 도 5는 도 3에 도시된 여과부재의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 6은 도 5의 A-A선 구성을 나타낸 단면도이며, 도 7은 도 3에 도시된 수소 연료 발생장치에 투입되는 연료볼을 나타낸 구성도이고, 도 8은 도 7에 도시된 연료볼의 다른 실시예를 나타낸 구성도이며, 도 9는 도 3에 도시된 냉각부재의 다른 실시예를 나타낸 단면도이고, 도 10은 본 발명에 의한 수소 연료 발생장치의 여과부 구성을 나타낸 단면도이며, 도 11은 본 발명에 의한 수소 연료 발생장치의 수소발생부에서 수소가스를 생산하는 상태를 나타낸 사용상태도이다.
도 1 내지 11을 참조하여 상세하게 설명하면, 본 발명에 의한 수소 연료 발생장치는 수소발생부(100)와, 냉각부(200)와, 여과부(300)를 포함한다.
상기 수소발생부(100)는 원료가 공급되는 원료투입공(111)과, 수소가스가 배출되는 제1가스배출공(112), 및 반응혼합물이 유입되는 혼합물유입공(113)이 상부에 형성되고, 침전되는 산화물이 배출되는 침전물배출공(114)이 하부에 형성되며, 연료볼(160)과 반응혼합물의 화학작용에 의해 수소가스가 발생할 수 있도록 내측에 공간을 가지며 원통형으로 형성되는 수소발생부재(110)와, 수소발생부재(110)의 상부로 원료를 투입할 수 있도록 호퍼밸브(122)가 설치된 원료공급관(121)에 의해 수소발생부재(110)의 원료투입공(111)에 결합되는 호퍼(120)와, 수소발생부재(110)에서 발생한 수소가스를 여과부(300)로 공급할 수 있도록 가스공급밸브(131)를 가지며 수소발생부재(110)의 제1가스배출공(112)에 설치되는 가스공급파이프(130)와, 연료볼(160)과 반응혼합물의 화학작용에 의해 수소가스를 발생시킬 수 있도록 혼합물공급밸브(141)를 가지며 수소발생부재(110)의 혼합물유입공(113)에 결합되는 혼합물공급파이프(140)와, 연료볼(160)과 반응혼합물에 의해 수소가스가 발생할 때 발생되는 산화물을 격리시킬 수 있도록 수소발생부재(110)의 침전물배출공(114)에 착탈 가능하게 결합되는 침전함(150)으로 이루어진다.
상기 수소발생부재(110)는 도면에 도시된 바와 같이 원통형의 형상에 국한되는 것은 아니며 사각형, 육각형 팔각형 또는 다각형 등 다양한 형태로 구성할 수 있다.
또한, 상기 수소발생부재(110)의 내측 바닥은 연료볼(160)과 반응혼합물의 화학작용에 의해 발생되는 침전물이 침전함바디(154)로 용이하게 유입될 수 있도록 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 수소발생부재(110)는 도 2 및 3에 도시된 구성에 한정되는 것은 아니며, 도 4와 같이 다르게 실시할 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이 상기 수소발생부재(110)의 외주연에는 다수의 방열판(115)이 형성되고, 화학작용에 의해 수소가스의 발생시 발생되는 열이 상기 방열판(115)을 통해 전달되게 하여 냉각수에 의해 냉각이 용이하게 이루어지도록 한다.
상기 호퍼(120)는 도면에 도시된 바와 같이 깔때기 형상에 국한되는 것은 아니며, 원료볼(160)이 저장될 수 있도록 볼함체(미도시)가 구성되고, 상기 볼함체의 일측에는 원료볼(160)을 내측으로 투입할 수 있도록 마개가 설치된 투입구가 형성되는 구성으로 이루어질 수 있다. 그리고 상기 볼함체는 원료볼(160)을 수소발생부재(110)의 내측으로 투입할 수 있도록 원료공급관(121)과 연결되며, 호퍼밸브(122)에 의해 원료볼(160)의 공급이 조절된다.
그리고 상기 혼합물공급파이프(140)는 반응혼합물을 공급받을 수 있도록 반응혼합물탱크(미도시)가 연결되는 것이 바람직하며, 상기 반응혼합물탱크에 탱크주입구가 구성되어 반응혼합물을 추가로 보충할 수 있도록 한다.
예를 들어 차량 또는 보일러에 수소가스를 공급하기 위해 설치되는 경우, 상기 탱크주입구가 형성된 반응혼합물탱크가 수소발생부재(110)보다 위쪽에 설치하여 자유낙하에 의해 공급되게 하며, 이때 반응혼합물의 공급 및 차단은 혼합물공급파이프(140)에 설치된 혼합물공급밸브(141)에 의해 제어된다.
상기 침전함(150)은 수소발생부재(110)의 하부에 형성된 침전물배출공(114)에 결합되는 침전물배출관(151)과, 반응혼합물의 배출을 최소화 하면서 침전물이 배출되도록 침전물배출관(151)에 설치되는 여과판(152)과, 침전물배출관(151)에 설치되는 침전물배출밸브(153)와, 수소가스를 발생시키는 수소발생부재(110)와 격리시킬 수 있도록 침전물배출관(151)과 연결되는 침전함바디(154)를 포함한다.
상기 여과판(152)은 원형으로 형성되어 침전물이 침전함바디(154)로 유입될 수 있도록 다수의 낙하공(152-1)이 형성되고, 상기 낙하공(152-1)으로 유입된 침점물이 침전함바디(154)의 내부로 퍼지면서 낙하될 수 있도록 상부의 지름보다 하부의 지름이 더 넓게 형성된다.
또한, 상기 여과판(152)은 도면에 도시된 바와 같이 원형의 판 형상에 국한된는 것은 아니며, 침전물이 침전함바디(154)의 내측으로 용이하게 유입될 수 있도록 망형상으로 이루어지고, 상기 망에 형성된 구멍은 적어도 3mm 이상으로 형성되어 침전물의 낙하가 용이하도록 한다.
상기 침전함바디(154)는 산화물에 의해 반응혼합물과의 화학반응 효과가 떨어지는 것을 방지하기 위해 산화물이 내부로 유입되도록 함은 물론 이를 제거할 수 있도록 침전물배출공(114)에서 착탈가능하게 설치된다.
상기 반응혼합물은 물과 촉매로 이루어져 연료볼(160)과 화학반응에 의해 수소가스를 발생시킨다.
그리고 상기 연료볼(160)은 금속 재질의 알루미늄, 마그네슘, 아연 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 상기 연료볼(160)은 골프공과 같은 구(球)로 이루어져 반응혼합물과 접촉되는 면적을 넓혀 수소가스의 생산이 용이하도록 미세한 구멍이 다수로 형성된다.
또한, 상기 연료볼은 골프공과 같은 형상에 국한되는 것은 아니면 얇은 띠 형태로 형성하여 이를 골프공과 같이 구(球) 형태로 구성해 반응혼합물과 접촉되는 면적을 넓혀 수소가스의 생산이 용이하도록 한다.
상기 냉각부(200)는 연료볼(160)과 반응혼합물에 의해 수소가스를 발생시킬 때 발생되는 열을 냉각하기 위하여 수소발생부재(110)의 외주연에 냉각부재(210)가 설치된다.
상기 냉각부재(210)는 상부에서 하부로 관통되게 형성되는 원통형의 형상으로 이루어지지고, 수소발생부재(110)에 결합된 상태에서 냉각수가 저장되는 공간이 형성된다.
또한, 상기 냉각부재(210)에는 냉각수가 유입되는 제1냉각수파이프(211)가 하부쪽에 형성되고, 열교환이 이루어진 냉각수가 배출될 수 있도록 제2냉각수파이프(213)가 상부쪽에 설치된다.
상기 제1냉각수파이프(211)와 제2냉각수파이프(213)는 냉각수의 유입과 배출을 제어하기 위하여 냉각수공급밸브(212)와 냉각수배출밸브(214)가 각각 설치된다. 상기 냉각수공급밸브(212)와 냉각수배출밸브(214)는 전기적 신호가 인가되면 동시에 작동되거나 또는 개별적으로 작동되도록 이루어져 냉각수의 이동을 제어한다.
상기 냉각부재(210)는 도 9에 도시된 바와 같이 내부에 수소발생부재(110)에 결합되어 형성되는 공간에 냉각수의 이동이 용이하도록 나선형으로 유도부재(220)가 형성된다.
상기 유도부재(220)는 냉각부재(210)의 내측에 고정된 상태에서 수소발생부재(110)의 외주연에 밀착되도록 이루어져 수소발생부재(110)에서 발생한 열이 유도부재(220)로 전달되어 냉각수에 의해 냉각이 용이하게 이루어진다.
상기 냉각부재(210)의 제1냉각수파이프(211)와 제2냉각수파이프(213)에는 냉각수가 순환할 수 있도록 냉각수탱크가 구성될 수 있고, 상기 냉각수탱크에는 펌프가 설치되어 냉각수가 순환되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 수소발생부(100)는 생산한 수소가스에 포함된 이물질을 제거하기 위하여 수소가스를 여과부(300)로 공급한다.
상기 여과부(300)는 도면에 도시된 바와 같이 복수로 구성되는 것에 한정되는 것은 아니며 그 개수를 늘리거나 줄일 수 있고, 또한 직렬로 설치되는 것에 한정하는 것은 아니며 병렬형태로 이루어져 수소가스에 포함된 이물질을 용이하게 제거할 수 있도록 한다.
상기 여과부(300)는 내측에 공간이 형성되는 여과부몸체(310)가 구성되고, 상기 여과부몸체(310)의 상부에는 수소발생부재(110)에 설치된 가스공급파이프(130)가 결합되어 수소가스가 공급되도록 이루어지며, 상기 수소가스에 포함된 이물질을 여과하는 물을 공급할 수 있도록 여과부몸체(310)의 상부에 물공급파이프(320)가 설치되고, 상기 물공급파이프(320)를 통해 공급되는 물의 공급을 제어할 수 있도록 물공급파이프(320)에 물공급밸브(321)가 설치되고, 상기 물에 의해 이물질이 제거된 수소가스를 다른 여과부몸체(310)에 공급하거나 또는 수소가스를 사용하는 다양한 사용기기에 공급할 수 있도록 여과부몸체(310)의 상부에 가스배출파이프(330)가 설치된다.
또한, 상기 가스배출파이프(330)에는 수소가스를 공급하거나 또는 차단할 수 있도록 가스배출밸브(331)가 설치된다.
그리고 상기 여과부몸체(310)의 하부에는 내부에 쌓인 이물질이 물과 함게 배출될 수 있도록 드레인파이프(340)가 설치되고, 상기 드레인파이프(340)에는 드레인밸브(341)가 설치되어 물과 함께 이물질을 배출하거나 또는 차단할 수 있도록 한다.
상기 여과부몸체(310)의 내측에는 이물질이 상방향으로 이동하는 것을 방지하기 위하여 거름망이 횡방향으로 설치될 수 있으며, 이러한 거름망은 수소가스에 포함된 이물질이 물에 의해 1차로 여과되면서 거름망에 의해 2차로 여과가 이루어지도록 하여 순도가 높은 수소가스를 공급할 수 있도록 한다.
상기 거름망은 부식이 발생하지 않는 금속재질로 이루어지거나 폐플라스틱과 플라스틱 원료를 이용해 압축한 재생플라스틱을 이용하여 다수의 층으로 이루어지게 형성하여 수소가스에 포함된 이물질을 제거할 수 있도록 한다.
상기 다수의 층으로 이루어진 거름망의 경우 어느 한층에는 섬유재질의 부직포가 설치되고, 다른 한층에는 부직포가 설치되지 않은 형태로 반복적으로 구성할 수 있다.
또한, 상기의 부직포를 다수의 층으로 이루어진 거름망에 지그재그 형태로 설치하여 수소가스에 포함된 이물질이 걸러질 수 있도록 하며, 부직포를 지그재그 형태로 설치하는 것은 수소가스가 정체되지 않고 가스배출파이프(330)를 통해 용이하게 배출될 수 있도록 하기 위함이다.
상기의 수소발생부(100)의 호퍼밸브(122), 가스공급밸브(131), 혼합물공급밸브(141), 침전물배출밸브(153), 냉각수공급밸브(212), 냉각수배출밸브(214) 및 여과부의 물공급밸브(321), 가스배출밸브(331), 드레인밸브(341)는 도면에는 도시하지 않았으나, 수소가스를 생산하기 위한 프로그램이 탑재된 컨트롤러에 의해 제어된다.
또한, 상기 수소가스가 공급되는 가스공급파이프(130)와 가스배출파이프(330)에는 가스의 양을 체크할 수 있는 센서가 부착되어 공급되는 양과 배출되는 양을 관리자가 확인할 수 있도록 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 수소 연료 발생장치에 의해 수소가스가 발생되는 과정을 설명한다.
먼저, 수소가스가 발생하기 위해서는 컨트롤러를 조작하여 냉각수공급밸브(212)에 전기적신호를 인가하여 제1냉각수수파이프(211)를 통해 냉각수가 냉각부재(210)로 공급한 상태에서 다시 컨트롤러를 조작하여 연료볼(160)과 화학반응하는 반응혼합물을 수소발생부재(110)의 내측으로 공급한 후 호퍼밸브(122)를 개방하여 호퍼(120)에 담겨진 연료볼(160)을 수소발생부재(110)의 내부로 공급한다.
상기 수소발생부재(110)의 내측으로 공급한 반응혼합물에 연료볼(160)을 투입하면, 화학적 반응을 일으켜 수소가스가 발생함과 동시에 침전물이 발생하는데, 이때 소정 시간이 지난 후 가스공급밸브(131)를 개방하여 수소가스가 가스공급파이프(130)를 거쳐 여과부(300)의 여과부몸체(310)로 공급된다.
상기 여과부(300)의 여과부몸체(310)로 공급된 수소가스는 물에 의해 여과가 이루어져 이물질이 제거되며, 이물질이 제거된 수소가스를 다시 다른 여과부몸체(310)로 공급할 수 있도록 가스공급밸브(131)를 개방하여 인접된 다른 여과부몸체로 공급해 수소가스에 포함된 이물질을 제거하여 순도가 좋은 수소가스를 다양한 사용기기로 공급한다.
그리고 화학반응에 의해 수소가스가 발생할 때 발생되는 침전물은 수소발생부재(110)의 하부에 설치된 침전물배출공(114)을 통해 침전물배출관(151)를 거쳐 침전함바디(154)로 유입된다.
이때 침전물배출관(151)에 설치된 여과판(152)에 형성된 낙하공(152-1)을 통해 침전물이 유입되고, 상기 침전물은 낙하공(152-1)에 의해 침전함바디(154)의 내측으로 퍼지면서 침전이 이루어지기 때문에 공간을 효율적으로 이용할 수 있다.
상기 수소가스의 발생량에 따라 침전물의 발생이 많아지므로 수소가스를 발생시키기 않을때 침전함(150)을 수소발생부재(110)에서 분리하여 제거한 후 다시 수소발생부재(110)에 결합하여 사용한다.
그리고 상기 다양한 사용기기는 일예로 자동차일 수 있으며, 이러한 자동차의 흡기매니폴드로 유입되도록 하여 매연을 줄이는 기능을 하거나 또는 순도가 좋은 수소가스를 다시 산소와 결합할 때 발생되는 전기를 이용하는 수소가스전지 스택으로 사용이 가능하다.
또한, 자동차에 사용하는 것외에 수소가스를 사용하는 다양한 사용기기에 공급하여 사용할 수 있다.
본 명세서는 다수의 특정한 구현물의 세부사항들을 포함하지만, 이들은 어떠한 발명이나 청구 가능한 것의 범위에 대해서도 제한적인 것으로서 이해되어서는 안되며, 오히려 특정한 발명의 특정한 실시형태에 특유할 수 있는 특징들에 대한 설명으로서 이해되어야 한다. 개별적인 실시형태의 문맥에서 본 명세서에 기술된 특정한 특징들은 단일 실시형태에서 조합하여 구현될 수도 있다. 반대로, 단일 실시형태의 문맥에서 기술한 다양한 특징들 역시 개별적으로 혹은 어떠한 적절한 하위 조합으로도 복수의 실시형태에서 구현 가능하다. 나아가, 특징들이 특정한 조합으로 동작하고 초기에 그와 같이 청구된 바와 같이 묘사될 수 있지만, 청구된 조합으로부터의 하나 이상의 특징들은 일부 경우에 그 조합으로부터 배제될 수 있으며, 그 청구된 조합은 하위 조합이나 하위 조합의 변형물로 변경될 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100: 수소발생부 110: 수소발생부재
111: 원료투입공 112: 제1가스배출공
113: 혼합물유입공 114: 침전물배출공
115: 방열판 120: 호퍼
121: 원료공급관 122: 호퍼밸브
130: 가스공급파이프 131: 가스공급밸브
140: 혼합물공급파이프 141: 혼합물공급밸브
150: 침전함 151: 침전물배출관
152: 여과판 152-1: 낙하공
153: 침전물배출밸브 154: 침전함바디
160: 연료볼 200: 냉각부
210: 냉각부재 211: 제1냉각수파이프
212: 냉각수공급밸브 213: 제2냉각수파이프
214: 냉각수배출밸브 220: 유도부재
300: 여과부 310: 여과부몸체
320: 물공급파이프 321: 물공급밸브
330: 가스배출파이프 331: 가스배출밸브
340: 드레인파이프 341: 드레인밸브
111: 원료투입공 112: 제1가스배출공
113: 혼합물유입공 114: 침전물배출공
115: 방열판 120: 호퍼
121: 원료공급관 122: 호퍼밸브
130: 가스공급파이프 131: 가스공급밸브
140: 혼합물공급파이프 141: 혼합물공급밸브
150: 침전함 151: 침전물배출관
152: 여과판 152-1: 낙하공
153: 침전물배출밸브 154: 침전함바디
160: 연료볼 200: 냉각부
210: 냉각부재 211: 제1냉각수파이프
212: 냉각수공급밸브 213: 제2냉각수파이프
214: 냉각수배출밸브 220: 유도부재
300: 여과부 310: 여과부몸체
320: 물공급파이프 321: 물공급밸브
330: 가스배출파이프 331: 가스배출밸브
340: 드레인파이프 341: 드레인밸브
Claims (5)
- 공급되는 금속재질의 연료볼(160)과 반응혼합물에 의해 발생된 수소가스를 여과부로 공급 및 산화물을 격리하는 수소발생부(100)와; 금속재질의 연료볼(160)과 반응혼합물의 화학작용에 의해 수소가스를 발생시킬 때 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 수소발생부(100)의 외주연에 설치되는 냉각부(200)와; 불순물을 걸러내어 순도(純度)가 높은 수소가스를 공급할 수 있도록 수소발생부(100)와 수소가스를 사용하는 다양한 사용기기에 연결되는 여과부(300);를 포함하는 수소 연료 발생장치에 있어서,
상기 수소발생부(100)는,
원료가 공급되는 원료투입공(111), 수소가스가 배출되는 제1가스배출공(112), 반응혼합물이 유입되는 혼합물유입공(113)이 상부에 형성되고, 침전되는 산화물이 배출되는 침전물배출공(114)이 하부에 형성되며, 외주연에는 다수의 방열판(115)이 형성되는 수소발생부재(110)와; 연료볼(160)과 반응혼합물에 의해 수소가스가 발생할 때 발생되는 산화물을 격리시킬 수 있도록 수소발생부재(110)의 침전물배출공(114)에 착탈 가능하게 결합되는 침전함(150);을 포함하고,
상기 침전함(150)은, 수소발생부재(110)의 하부에 형성된 침전물배출공(114)에 결합되는 침전물배출관(151)과; 반응혼합물의 배출을 최소화 하면서 침전물이 배출되도록 침전물배출관(151)에 설치되는 여과판(152)과; 침전물배출관(151)에 설치되는 침전물배출밸브(153)와; 수소가스를 발생시키는 수소발생부재(110)와 격리시킬 수 있도록 침전물배출관(151)과 연결되는 침전함바디(154);를 포함하며,
상기 여과판(152)은, 원형으로 형성되어 침전물이 침전함바디(154)로 유입될 수 있도록 다수의 낙하공(152-1)이 형성되고, 상기 낙하공(152-1)으로 유입된 침점물이 침전함바디(154)의 내부로 퍼지면서 낙하될 수 있도록 상부의 지름보다 하부의 지름이 더 넓게 형성되는 것을 특징으로 하며,
상기 냉각부(200)는, 연료볼(160)과 반응혼합물에 의해 수소가스를 발생시킬 때 발생되는 열을 냉각하기 위하여 상부에서 하부로 관통되게 원통형으로 형성되어 수소발생부재(110)의 외주연에 설치되는 냉각부재(210)와; 냉각수가 유입되어 순환되면서 열교환에 의해 냉각이 이루어지도록 냉각부재(210)에 설치되는 제1냉각수파이프(211) 및 제2냉각수파이프(213)와; 제1냉각수파이프(211)와 제2냉각수파이프(213)에 각각 설치되는 냉각수공급밸브(212)와 냉각수배출밸브(214); 및 냉각부재(210)의 내측에 고정된 상태에서 수소발생부재(110)의 외주연에 밀착되도록 이루어지며 나선형으로 형성된 유도부재(220);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 연료 발생장치. - 제1항에 있어서,
상기 수소발생부(100)는,
수소발생부재(110)로 원료를 투입할 수 있도록 호퍼밸브(122)가 설치된 원료공급관(121)을 가지며 수소발생부재(110)의 원료투입공(111)에 결합되는 호퍼(120)와;
수소발생부재(110)에서 발생한 수소가스를 여과부(300)로 공급할 수 있도록 가스공급밸브(131)를 가지며 수소발생부재(110)의 제1가스배출공(112)에 설치되는 가스공급파이프(130)와;
연료볼(160)과 반응혼합물의 화학작용에 의해 수소가스를 발생시킬 수 있도록 혼합물공급밸브(141)를 가지며 수소발생부재의 혼합물유입공(113)에 결합되는 혼합물공급파이프(140);
을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 연료 발생장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 여과부(300)는,
내측에 공간을 가지며 수소발생부재(110)에 설치된 가스공급파이프(130)가 연결되어 수소가스가 공급되는 여과부몸체(310)와;
수소가스에 포함된 이물질을 여과하는 물을 공급할 수 있도록 여과부몸체(310)의 상부에 설치되는 물공급파이프(320)와;
물공급파이프(320)를 통해 공급되는 물의 공급을 제어할 수 있도록 물공급파이프(320)에 설치되는 물공급밸브(321)와;
물에 의해 이물질이 제거된 수소가스를 다른 여과부몸체(310)에 공급하거나 또는 수소가스를 사용하는 다양한 사용기기에 공급할 수 있도록 여과부몸체(310)의 상부에 설치되는 가스배출파이프(330)와;
수소가스의 공급을 제어할 수 있도록 가스배출파이프(330)에 설치되는 가스배출밸브(331)와;
이물질이 물과 함게 배출될 수 있도록 여과부몸체(310)의 하부에 설치되는 드레인파이프(340)와;
물과 함께 이물질을 배출하거나 또는 차단할 수 있도록 드레인파이프(340)에 설치되는 드레인밸브(341);
를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 연료 발생장치.
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