KR102248163B1 - 알루미늄공기전지를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 시스템 및 방법 - Google Patents

알루미늄공기전지를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전력을 생산하고 수소와 부산물을 발생하는 알루미늄 공기전지, 상기 알루미늄 공기전지로 저온의 전해액을 공급하고 고온의 전해액을 회수하는 전해질 탱크, 상기 전해질 탱크의 고온의 전해액과 열교환을 통해 열저장소로 열을 공급하는 제1 열교환기, 상기 전해질 탱크에서 발생되는 수소를 저장하는 수소탱크, 상기 알루미늄 공기전지에서 발생되는 전력을 저장하는 전력저장소 및 상기 알루미늄 공기전지에 가해지는 전압을 제어하는 제어부를 포함하며, 상기 제어부는 상기 열저장소의 열량 정보, 상기 수소탱크의 수소 압력 및 상기 전력저장소의 전력양의 정보를 취합하여 상기 알루미늄 공기전지에 가해지는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 공기전지를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 시스템을 제공한다.

Description

알루미늄공기전지를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 시스템 및 방법{Heat-Electric-Hydrogen generation control system and method using the Al-air cell}
실시예는 알루미늄공기전지를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 알루미늄공기전지에 가해지는 전압을 조절하여 운전조건에 따라 열과 수소, 전력의, 생산량을 조절하는 알루미늄공기전지를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 시스템 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 금속공기전지는 음극에 전이 금속을 사용하고, 양극 활성물질로 공기 중의 산소를 이용한다. 또한, 금속공기전지는 음극의 전이금속 이온을 산소와 반응시켜 전기를 생산하며, 기존의 이차전지와 다르게 전지 내부에 양극 활성물질을 미리 가지고 있을 필요가 없기 때문에 경량화가 가능하다. 또한, 용기 내에 음극 물질을 대량으로 저장할 수 있어 이론적으로 큰 용량과 높은 에너지 밀도를 나타낼 수 있다.
금속공기전지는 전이 금속 이온의 흡장/방출이 가능한 음극, 공기 중의 산소를 양극 활물질로 하여 산소의 산화 환원 촉매를 포함하는 양극을 구비하고, 양극과 음극 사이에 전이금속 이온 전도성 매체로서의 전해질을 구비한다.
금속공기전지의 전기화학적 특성을 결정하는 중요한 요인들로는 전해질 시스템, 양극 구조, 우수한 공기 환원극 촉매, 탄소 지지체의 종류, 산소 압력 등이 있을 수 있다.
방전시 음극으로부터 생성된 전이 금속 이온이 양극의 산소와 만나 전이 금속 산화물이 생성되며 산소는 환원된다(oxygen reduction reaction: ORR). 또한, 반대로 충전시 전이 금속 산화물이 환원되고, 산소가 산화되어 발생한다(oxygen evolution reaction:OER).
금속공기전지의 공기전극 촉매는 전지의 비에너지 용량 증대, 전지의 과전압 감소, 전지의 충방전 특성 향상 등의 기능을 수행한다. 금속공기전지에서는 충전 시 석출된 전이 금속 산화물 산화되기 어려워 과전압이 가해지며, 이를 낮추기 위하여 공기전극의 촉매로서 금속 촉매(Pt, Au, Ag 등)가 사용된다. 특히 성능이 우수한 금속 간의 합금을 공기전극 촉매로 이용 시, 합금 나노 입자가 이관능성 촉매(bi-functional catalyst)의 역할을 수행함으로써 충방전 효율을 더욱 높일 수 있다고 알려져 있다.
이러한 금속공기전지 중 알루미늄 공기전지는 기본적으로 연료로써 소모되어 전자를 생산하는 연료극으로 알루미늄 또는 알루미늄 합금을 포함하는 양극(anode), 전자를 받아 물과 산소를 환원시키는 탄소전극 등을 포함하는 공기극(空氣極)인 음극(cathode) 및 전극의 전기화학적 반응이 일어나고 이온이 교환되는 전해액(electrolyte)로 구성된다.
알루미늄 공기전지의 반응식은 아래와 같다.
양극 산화 반응 : Al + 4OH- → Al(OH)4- + 3e-
음극 환원 반응 : O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
전체 전지 반응 : 4Al + 3O2 + 6H2O → 4Al(OH)3
이와 같이, 알루미늄 공기전지는 양극(anode)인 알루미늄 금속의 이온화 과정 중에 생성되는 전자가 도선을 따라 이동하여 음극(cathode)인 공기극으로 이동하여 공기 중의 산소와 물을 환원시켜 전기를 생성할 수 있다.
이러한 알루미늄 금속 전지의 경우 높은 이론적 에너지 밀도와 출력특성 및 유기용매를 사용하지 않는 친환경성, 타 금속-공기연료 전지 대비 낮은 전력 생산 비용의 장점을 구비한다.
그러나, 전력 생산시 수소 발생과 발열로 인한 에너지 손실이 발생하는 문제점이 존재한다.
대한민국 등록특허 제10-0965715호.
실시예는 알루미늄 공기전지의 전력 생산과정에서 부수적으로 발생하는 열, 수소를 활용하여 시스템의 효율을 증대하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 과제에 국한되지 않으며 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예는, 전력을 생산하고 수소와 부산물을 발생하는 알루미늄 공기전지; 상기 알루미늄 공기전지로 저온의 전해액을 공급하고 고온의 전해액을 회수하는 전해질 탱크; 상기 전해질 탱크의 고온의 전해액과 열교환을 통해 열저장소로 열을 공급하는 제1 열교환기; 상기 전해질 탱크에서 발생되는 수소를 저장하는 수소탱크; 상기 알루미늄 공기전지에서 발생되는 전력을 저장하는 전력저장소; 및 상기 알루미늄 공기전지에 가해지는 전압을 제어하는 제어부;를 포함하며, 상기 제어부는 상기 열저장소의 열량 정보, 상기 수소탱크의 수소 압력 및 상기 전력저장소의 전력양의 정보를 취합하여 상기 알루미늄 공기전지에 가해지는 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 공기전지를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 시스템을 제공한다.
바람직하게는, 상기 전해질 탱크에서 생산되는 수산화알루미늄을 포집하는 부산물탱크;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 수소탱크의 수소를 공급받아 전력을 생산하는 수소연료전지;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 수소연료전지에서 생산되는 전력은 상기 전력저장소에 저장되는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 수소연료전지에서 발생되는 열을 열교환을 통해 상기 열저장소로 전달하는 제2 열교환기;를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 알루미늄 공기전지에서 전압에 따른 열량 발생량과 수소 발생량 및 전력양을 테이블화하여 저장된 전압제어테이블을 구비하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는 수신된 상기 열량 정보, 상기 수소 압력 및 상기 전력양의 정보를 취합하여 상기 전압제어테이블에서 상기 알루미늄 공기전지에 가할 전압을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는 상기 열량 정보, 상기 수소 압력 및 상기 전력양의 정보 중 가장 부족한 것으로 판단되는 정보에 기초하여 상기 알루미늄 공기전지에 가할 전압을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는 열량이 부족한 것으로 판단되는 경우 0.2~0.4V의 전압을 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는 수소가 부족하다고 판단되는 경우 1.2~1.4V의 전압을 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
바람직하게는, 상기 제어부는 전력이 부족하다고 판단되는 경우, 0.6~0.8V의 전압을 인가하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예는, 알루미늄 공기전지에서 발생되는 열, 전기 및 수소 생산 제어 방법에 있어서, 열저장소, 수소탱크 및 전력저장소로부터 요구되는 열량 정보, 수소 압력 및 전력양의 정보를 취합하는 정보 취합단계; 상기 정보 취합단계에서 취합된 정보와 상기 알루미늄 공기전지에서 전압에 따른 열량 발생량과 수소 발생량 및 전력양을 테이블화하여 저장된 전압제어테이블을 비교하여 상기 알루미늄 공기전지에 가할 전압을 결정하는 전압결정단계; 및 상기 전압결정단계에서 결정된 전압을 상기 알루미늄 공기전지에 인가하는 전압인가단계;를 포함하는 알루미늄 공기전지를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 방법으로 구현될 수 있다.
바람직하게는, 상기 전압결정단계는. 상기 상기 열량 정보, 상기 수소 압력 및 상기 전력양의 정보 중 가장 부족한 것으로 판단되는 정보에 기초하여 상기 알루미늄 공기전지에 가할 전압을 결정하는 것을 특징으로 할 수 있다.
실시예에 따르면, 알루미늄 공기전지를 전압조건을 제어하여 열, 전기 및 수소의 생산을 최적화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 알루미늄 공기전지의 문제점인 수소 발생과 폐열을 자원화하는 효과가 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄공기전지를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 시스템의 블록도이고,
도 2는 도 1의 제어부의 전압제어테이블을 나타내는 도면이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 알루미늄 공기전지를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)”로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성 요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’ 되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, “상(위) 또는 하(아래)”으로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 3는, 본 발명을 개념적으로 명확히 이해하기 위하여, 주요 특징 부분만을 명확히 도시한 것이며, 그 결과 도해의 다양한 변형이 예상되며, 도면에 도시된 특정 형상에 의해 본 발명의 범위가 제한될 필요는 없다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄공기전지를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 시스템의 블록도이고, 도 2는 도 1의 제어부의 전압제어테이블을 나타내는 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 알루미늄 공기전지(100)를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 시스템은 알루미늄 공기전지(100), 전해질 탱크(200), 제1 열교환기(210), 전력저장소(400) 및 제어부(500)를 포함할 수 있다.
알루미늄 공기전지(100)는 금속공기전지의 일종이다. 금속공기전지는 금속을 양극으로 공기환원극을 음극으로 하여 전해액 내에서 금속 산화반응과 공기 환원반응의 기전력차에 의하여 전력이 발생되는 1차 전지 시스템에 관한 것이다.
이러한, 금속공기전기는 소모된 양극을 교체하여 기계적 충전 방식을 적용할 수 있으며, 양극과 전해액을 적정시기에 교체시 양극의 내구성에 비례하여 반영구적으로 사용할 수 있다. 또한, 금속공기전지는 알루미늄, 아연, 리튬 등의 다양한 금속이 양극으로 사용될 수 있으나, 본 발명에서는 알루미늄을 예로 하여 설명하도록 한다.
알루미늄 공기전지(100)의 기본구성은 양극, 음극 및 전해액을 포함하며, 공지된 다양한 구성이 이용될 수 있다.
알루미늄 공기전지(100)는 아래와 같은 반응을 통해 전력을 생산하고 수소와 열의 부산물을 발생시킬 수 있다.
양극 산화 반응 : Al + 4OH- → Al(OH)4- + 3e-
음극 환원 반응 : O2 + 2H2O + 4e- → 4OH-
전체 전지 반응 : 4Al + 3O2 + 6H2O → 4Al(OH)3
전해질 탱크(200)는 알루미늄 공기전지(100)로 저온의 전해액을 공급하며, 고온의 전해액을 회수할 수 있다. 전해질 탱크(200)에는 알루미늄의 반응으로 생성되는 부산물인 수산화 알루미늄이 생성될 수 있다. 전해질 탱크(200)에서 생성되는 수산화 알루미늄은 전해질 탱크(200)와 연결되는 부산물 탱크(240)에 포집되며, 포집된 수산화 알루미늄은 재사용되도록 처리된다.
제1 열교환기(210)는 전해질 탱크(200)의 고온의 전해액과 열교환을 통해 열저장소(220)로 열을 공급할 수 있다. 제1 열교환기(210)의 종류에는 제한이 없으며, 다양한 종류의 열교환기가 사용될 수 있다. 제1 열교환기(210)로 유입되는 고온의 전해액은 열교환을 통해 저온의 전해액으로 전해질 탱크(200)로 유입될 수 있다.
열저장소(220)에 공급된 열은 일반 난방시설과 같은 열이나 전기를 필요로 하는 열ㆍ전기 사용자시설(230)로 공급될 수 있다.
수소탱크(300)는 전해질 탱크(200)에서 발생되는 수소를 저장할 수 있다. 수소탱크(300)에 저장된 수소는 수소저장소(310)로 공급되어 판매될 수 있으며, 수소연료전지(320)로 공급되어 전력을 생산할 수 있다.
수소연료전지(320)는 수소탱크(300)의 수소를 공급받아 전력을 생산할 수 있다. 수소연료전지(320)는 수소공급장치 및 공기공급장치에서 각각 공급된 수소와 산소의 산화 환원 반응을 이용하여 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시키는 것으로 전기 에너지를 생산하는 연료전지 스택 및 이를 냉각시키기 위한 냉각 시스템 등을 포함할 수 있다.
연료전지 스택의 애노드 측에는 수소가 공급되고, 애노드에서 수소의 산화반응이 진행되어 수소이온(Proton)과 전자(Electron)가 발생하게 되고, 이때 생성된 수소이온과 전자는 각각 전해질막과 분리판을 통하여 캐소드로 이동한다. 캐소드에서는 애노드로부터 이동한 수소이온과 전자, 공기중의 산소가 참여하는 전기화학반응을 통하여 물을 생성하며, 이러한 전자의 흐름으로부터 전기에너지가 발생한다.
수소연료전지(320)의 구조는 공지된 구조가 사용될 수 있으며, 수소연료전지(320)에서 생산된 전력을 전력저장소(400)로 공급되며, 수소연료전지(320)에서 발생되는 열은 제2 열교환기(330)를 통하여 열저장소(220)로 공급될 수 있다.
제2 열교환기(330)는 제1 열교환기(210)와 마찬가지로 열교환기의 종류에는 제한이 없으며, 다양한 공지의 구조로 실시될 수 있다. 제2 열교환기(330)를 통해 열저장소(220)로 공급된 열은 일반 난방시설과 같은 열이나 전기를 필요로 하는 열ㆍ전기 사용자시설(230)로 공급될 수 있다.
전력저장소(400)는 알루미늄 공기전지(100)에서 발생되는 전력과 수소연료전지(320)에서 발생되는 전력을 공급받을 수 있다. 전력저장소(400)에 저장된 전력은 열ㆍ전기 사용자시설(230)로 공급될 수 있으며, 다양한 전력 수요자에게 판매될 수 있다.
제어부(500)는 알루미늄 공기전지(100)에 가해지는 전압을 제어할 수 있다. 제어부(500)는 전압을 제어하여 알루미늄 공기전지(100)에서 발생되는 열, 수소 및 전력의 발생량을 제어할 수 있다.
이때, 제어부(500)는 열저장소(220)의 열량 정보, 수소탱크(300)의 수소 압력 및 전력저장소(400)의 전력량 정보를 취합하여 알루미늄 공기전지(100)에 가해지는 전압을 제어할 수 있다.
일실시예로, 제어부(500)는 알루미늄 공기전지(100)에서 전압에 따른 열량 발생량과 수소 발생량 및 전력량을 테이블화하여 저장된 전압제어테이블을 구비할 수 있다.
표 1의 전압제어테이블의 구성을 나타내는 도면이다.
데이터 테이블
전압[V] 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2
수소발생량[l/hr] 3659 2996 1948 500 250 0 0
전력량[W] 10 3890 10466 15376 15614 11368 10778
열 발생량 [kcal/h] 4938 5998 8263 10028 11815 24740 24759
표 1에 나타나는 전압제어테이블은 전압의 양이 구획되어 나타나고 있으나, 이에 한정되지 않으며 도 1의 그래프를 더욱 세분화하여 연속되는 범위로 설정될 수 있다. 도 2를 참조하면, 전압의 인가에 따른 열량, 수소 및 전력의 발생량은 비례하지 않음을 확인할 수 있으며, 제어부(500)는 수신된 열량정보, 수소 압력 및 전력량의 정보를 취합하여 전압제어테이블에서 알루미늄 공기전지(100)에 가할 전압을 결정할 수 있다.제어부(500)는 수신되는 정보와 전압제어테이블을 비교하여 필요로 하는 양을 만족시킬 수 있는 최적의 전압을 선택하여 알루미늄 공기전지(100)에 전압을 인가할 수 있다.
일실시예로, 제어부(500)는 수신되는 열량 정보, 수소 압력, 전력량의 정보 중 가장 부족한 것으로 판단되는 정보에 기초하여 알루미늄 공기전지(100)에 가할 전압을 결정할 수 있다.
각 사용자설비에서 요청되는 열량, 수소량, 전력량은 시기에 따라 달라질 수 있다. 이때, 제어부(500)는 필요로 하는 양이 많은 요청사항을 반영하여 전압을 결정할 수 있다.
또한, 제어부(500)는 열량 정보, 수소 압력 및 전력양의 정보 중 가장 부족한 것으로 판단되는 정보에 기초하여 상기 알루미늄 공기전지(100)에 가할 전압을 결정할 수 있다.
도 2를 참조하면, 각 전압을 통해 알루미늄 공기전지(100)에서 생성되는 수소, 전력 및 열은 각 전압조건에서 다르게 생성될 수 있다.
열의 경우 0.2~0.4V의 전압이 알루미늄 공기전지(100)에 인가되는 경우, 약간의 변화는 있으나, 2500kcal/h 내외의 열이 발생하게 되며, 0.4V이상이 되는 경우 열 발생량이 급격히 감소함을 확인할 수 있다.
따라서, 제어부(500)에서 열량이 가장 부족한 것으로 판단되는 경우 0.2~0.4V의 전압을 인가하여 부족한 열량을 빠르게 공급할 수 있다.
전력의 경우 0.2~0.4V의 전압이 인가되는 경우 일정량의 전력을 발생시키며, 0.6~0.8V의 전압 범위내에서 15000Wh 내외의 전력을 생산하게 되며, 0.8V 이상의 전압에서는 전력이 지속적으로 감소함을 확인할 수 있다.
따라서, 제어부(500)에서 전력이 가장 부족한 것으로 판단되는 경우, 0.6~0.8V의 전압을 인가하여 부족한 전력을 빠르게 보충할 수 있다.
또한, 수소의 경우 전압이 증가함에 따라 수소의 발생량이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 제어부(500)에서 수소가 가장 부족한 것으로 판단되는 경우 1.2~1.4V의 전압을 인가하여 빠르게 수소를 보충할 수 있다
도 2의 그래프를 종합하면, 알루미늄 공지전지에서 생성되는 열, 전력 및 수소는 각각이 최대로 생산되는 범위에 차이가 있음을 알 수 있다. 본 발명에서는 알루미늄 공기전지(100)에서 생산되는 열, 전력 및 수소를 필요에 따라 공급량을 조절할 수 있음을 확인할 수 있다.
한편, 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 알루미늄 공기전지(100)를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 방법을 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명의 일 실시예에 따른 알루미늄 공기전지(100)를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 시스템에서 설명한 바와 동일한 것에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 알루미늄 공기전지(100)를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 방법의 순서도이다. 도 3에 있어서, 도 1 내지 도 2와 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타내며 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예인 알루미늄 공기전지(100)에서 발생되는 열, 전기 및 수소 생산을 제어하는 제어방법은 정보 취합단계(S100), 전압 결정단계(S200) 및 전압 인가단계(S300)를 포함할 수 있다.
정보 취합단계(S100)는 열저장소(220), 수소탱크(300) 및 전력저장소(400)로부터 요구되는 열량 정보, 수소 압력 및 전력양의 정보를 취합할 수 있다. 이때, 정보 취합은 일정시간 간격으로 열량 정보, 수소 압력 및 전력양의 정보를 수신할 수 있다.
전압 결정단계(S200)는 정보 취합단계(S100)에서 취합된 정보와 상기 알루미늄 공기전지(100)에서 전압에 따른 열량 발생량과 수소 발생량 및 전력양을 테이블화하여 저장된 전압제어테이블을 비교하여 상기 알루미늄 공기전지(100)에 가할 전압을 결정할 수 있다. 전압 결정단계(S200)는 제어부(500)로 송신된 정보를 이용하여 전압인가량을 결정하게 된다.
일실시예로, 전압 결정단계(S200)는 열량 정보, 수소 압력 및 전력량의 정보 중 가장 부족한 것으로 판단되는 정보에 기초하여 상기 알루미늄 공기전지(100)에 가할 전압을 결정할 수 있다. 이를 통해 열량, 수소 및 전력 중 부족하다고 판단되는 요소를 빠르게 보충할 수 있다.
전압 인가단계(S300)는 전압 결정단계(S200)에서 결정된 전압을 알루미늄 공기전지(100)로 인가할 수 있다. 이때, 전압인가시간은 정보 취합단계(S100)에서 정보를 취합하는 시간 간격과 동일하게 변화할 수 있다. 일실시예로, 30분 간격으로 정보가 취합되는 경우, 일정전압을 유지하는 시간 또한 30분 간격으로 설정될 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시 예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보았다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 알루미늄 공기전지
200 : 전해질 탱크
210 : 제1 열교환기
220 : 열저장소
230 : 열ㆍ전기 사용자시설
240 : 부산물 탱크
300 : 수소탱크
310 : 수소 저장소
320 : 수소 연료전지
330 : 제2 열교환기
400 : 전력저장소
500 : 제어부

Claims (13)

  1. 전력을 생산하고 수소와 부산물을 발생하는 알루미늄 공기전지;
    상기 알루미늄 공기전지로 저온의 전해액을 공급하고 고온의 전해액을 회수하는 전해질 탱크;
    상기 전해질 탱크의 고온의 전해액과 열교환을 통해 열저장소로 열을 공급하는 제1 열교환기;
    상기 전해질 탱크에서 발생되는 수소를 저장하는 수소탱크;
    상기 알루미늄 공기전지에서 발생되는 전력을 저장하는 전력저장소; 및
    상기 알루미늄 공기전지에 가해지는 전압을 제어하는 제어부;
    를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 열저장소의 열량 정보, 상기 수소탱크의 수소 압력 및 상기 전력저장소의 전력양의 정보를 취합하여 상기 알루미늄 공기전지에 가해지는 전압을 제어하되,
    상기 제어부는 상기 알루미늄 공기전지에서 전압에 따른 열량 발생량과 수소 발생량 및 전력양을 테이블화하여 저장된 전압제어테이블을 구비하며,
    상기 제어부는 수신된 상기 열량 정보, 상기 수소 압력 및 상기 전력양의 정보를 취합하여 상기 전압제어테이블에서 상기 알루미늄 공기전지에 가할 전압을 결정하며,
    상기 제어부는 상기 열량 정보, 상기 수소 압력 및 상기 전력양의 정보 중 가장 부족한 것으로 판단되는 정보에 기초하여 상기 알루미늄 공기전지에 가할 전압을 결정하되,
    상기 제어부는 열량이 부족한 것으로 판단되는 경우 0.2~0.4V의 전압을 인가하고, 수소가 부족하다고 판단되는 경우 1.2~1.4V의 전압을 인가하며, 전력이 부족하다고 판단되는 경우, 0.6~0.8V의 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 알루미늄 공기전지를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전해질 탱크에서 생산되는 수산화알루미늄을 포집하는 부산물탱크;
    를 더 포함하는 알루미늄 공기전지를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 수소탱크의 수소를 공급받아 전력을 생산하는 수소연료전지;
    를 더 포함하는 알루미늄 공기전지를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 수소연료전지에서 생산되는 전력은 상기 전력저장소에 저장되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 공기전지를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 수소연료전지에서 발생되는 열을 열교환을 통해 상기 열저장소로 전달하는 제2 열교환기;
    를 포함하는 알루미늄 공기전지를 이용하는 열, 전기 및 수소 생산 제어 시스템.
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