KR102256907B1 - 암모니아 기반의 On-site 수소충전소 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 암모니아 기반의 On-site 수소충전소에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 액화 암모니아를 이용해 수소를 생산하고 필요한 곳에 공급할 수 있는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소에 관한 것이다.
본 발명은, 액상암모니아를 저장하는 암모니아저장탱크부(100)와, 상기 암모니아저장탱크부(100)로부터 공급된 액상암모니아를 이용해 수소를 생산하는 수소생산부(200)와, 상기 수소생산부(200)에서 생산된 수소를 저장하는 수소저장부(300)와, 수소충전이 필요한 외부장비와 접속되어 상기 수소저장부(300)에 저장된 수소를 상기 외부장비에 공급하기 위한 디스펜서부(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소를 개시한다.

Description

암모니아 기반의 On-site 수소충전소{On-site Hydrogen filling station}
본 발명은 암모니아 기반의 On-site 수소충전소에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 액화 암모니아를 이용해 수소를 생산하고 필요한 곳에 공급할 수 있는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소에 관한 것이다.
최근 화석연료의 무분별한 사용에 따른 지구온난화 문제가 대두되고 있다. 이에 청정에너지원으로서 수소(H2)의 생산 및 활용에 대한 다양한 연구가 활발히 진행중이다.
수소를 활용하여 연료전지를 운전하는 경우 기존 내연기관의 2~3배에 이르는 에너지 전환 효율을 기대할 수 있고, 향후 수소는 연료전지를 통한 전기 생산, 자동차 분야, 선박 분야 등 다양한 분야에 적용될 것으로 예상되고 있다.
한편, 수소를 생산하는 기술은 화석연료 기반의 부생수소, 추출수소, 재생에너지 기반의 수전해 수소가 대표적이다.
에너지로서의 수소를 일반 생활인프라까지 수송하기 위한 설비로서, 수소충전소는 수소를 수급하는 방식에 따라 크게 Off-site형과 On-site형 2가지로 구분될 수 있다.
먼저, Off-site 수소충전소는 다른 지역에서 생산한 수소를 수소충전소까지 운반해 공급하는 방식이다.
Off-site 수소충전소는 수송 방식에 따라 파이프라인 공급 방식 수소충전소와 튜브 트레일러 공급 방식 수소충전소로 나뉜다.
현재 가장 보편화된 수소충전소는 튜브 트레일러 공급 방식으로 운송 비용이 발생하지만 운송 인프라 구축을 위한 설비 투자 비용이 발생하지 않는다는 장점이 있으나, 많은 공간의 부지를 필요로 하며, 수소의 저장량이 200kg ~400kg으로 한계가 있어 수소차 기준 하루 80대 밖에 충전하지 못하기 때문에 수시로 수소 탱크의 교체가 필요하여 수소의 운송 및 교체 비용의 운영비가 비싼 문제점이 있다.
한편, On-site 수소충전소는 수소충전소에서 직접 수소를 생산해 공급하는 방식이다.
On-site 수소충전소는 수소의 생산 방식에 따라 천연가스 추출(개질) 수소충전소와 수전해 수소충전소로 나뉜다. 천연가스 추출 수소충전소의 경우 구축해 둔 천연가스 공급라인을 활용해 수소를 생산할 수 있으므로 수소의 운송 및 저장 비용이 적은 장점이 있지만, CH4를 추출하기 위한 장치 및 정제기와 같은 수소 생산 설비 구축에 비용이 발생하며 고온환경을 조성하기 위해 부대비용이 많이 들며, 또한 화석연료(천연가스)를 사용하므로 CO2가 발생(폭발성 가스로 안전비용 및 폭발 리스크 존재)되는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 암모니아를 이용하여 수소를 생산하고 필요한 장소에 공급할 수 있는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소를 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 창출된 것으로서, 액상암모니아를 저장하는 암모니아저장탱크부(100)와, 상기 암모니아저장탱크부(100)로부터 공급된 액상암모니아를 이용해 수소를 생산하는 수소생산부(200)와, 상기 수소생산부(200)에서 생산된 수소를 저장하는 수소저장부(300)와, 수소충전이 필요한 외부장비와 접속되어 상기 수소저장부(300)에 저장된 수소를 상기 외부장비에 공급하기 위한 디스펜서부(400)를 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소를 개시한다.
상기 암모니아저장탱크부(100)는, 지면 아래 사방이 방호벽(2)으로 둘러싸여 지상과 분리된 지하공간(B)에 설치될 수 있다.
상기 암모니아저장탱크부(100)는, 상기 지하공간(B)에 위치되는 액상암모니아가 저장되는 저장탱크(110)와, 액상암모니아공급부(10)와 연통되며 상기 저장탱크(110)로 액상암모니아를 유입시키는 액상암모니아유입관(120)과, 상기 수소생산부(200)와 연통되며 상기 저장탱크(110)로부터 액상암모니아를 유출시키는 액상암모니아유출관(130)을 포함할 수 있다.
상기 암모니아저장탱크부(100)는, 상기 저장탱크(110)의 리크여부를 감지하는 리크감지부(140)와, 상기 저장탱크(110)의 리크발생 시 상기 지하공간(B)으로 기상암모니아를 용해시킬 수 있는 용매(23)를 분사하는 용매분사부(150)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 암모니아저장탱크부(100)는, 상기 저장탱크(110) 내부의 온도 및 압력 중 적어도 하나를 측정하기 위한 적어도 하나 이상의 센서(160)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 암모니아저장탱크부(100)는, 상기 저장탱크(110)의 외측에 설치되어 액상암모니아의 온도를 조절하는 온도조절부(170)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 수소생산부(200)는, 상기 암모니아저장탱크부(100)에 저장된 액상암모니아를 공급받아 기상암모니아로 기화시키는 기화기(210)와, 상기 기화기(210)에서 기화된 기상암모니아를 질소와 수소로 분해하는 반응기(220)와, 상기 반응기(220)를 통과한 혼합가스 중 미반응 암모니아를 흡착하는 흡착기(230)와, 상기 흡착기(230)를 통과한 혼합가스로부터 수소를 분리하는 분리기(240)를 포함할 수 있다.
상기 수소생산부(200)는, 상기 반응기(220) 내의 기상암모니아를 가열하기 위한 가열부(250)와, 상기 반응기(220)와 상기 흡착기(230) 사이에 설치되어 상기 혼합가스의 열을 회수하는 열교환기(260)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 수소생산부(200)는, 상기 기화기(210)를 통과한 기상암모니아의 적어도 일부를 상기 가열부(250) 및 상기 반응기(220)로 각각 분배하기 위한 암모니아분배기(270)와, 상기 분리기(240)에서 분리된 수소의 적어도 일부를 상기 가열부(250) 및 상기 수소저장부(300)로 각각 분배하는 수소분배기(280)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 수소생산부(200)는, 상기 암모니아분배기(270) 및 상기 수소분배기(280)를 통해 상기 가열부(250)로 공급된 암모니아 및 수소가 연소된 후 생성된 배가스를 상기 분리기(240)의 열원으로 사용하기 위한 배가스수송라인(292)을 추가로 포함할 수 있다.
상기 기화기(210)는, 상기 기화기(210)를 통과하는 액상암모니아와 열교환하는 유체가 흐르는 제1유로(P1)를 포함하며, 상기 열교환기(260)는, 상기 열교환기(260)를 통과하는 상기 혼합가스와 열교환하는 유체가 흐르는 제2유로(P2)를 포함할 수 있다.
상기 수소생산부(200)는, 상기 제1유로(P1) 및 제2유로(P2)를 순환연통시키는 유체순환라인(294) 및 상기 유체순환라인(294)을 따라 유체를 순환시키기 위하여 상기 유체순환라인(294)에 설치되는 순환펌프(296)를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 암모니아 기반의 On-site 수소충전소는, 암모니아를 이용하여 CO2 발생 없이 수소를 생산하고 공급함으로써 수소의 운송 및 저장 비용을 최소화 하며 친환경수소 생산 및 공급이 가능한 이점이 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 암모니아 기반의 On-site 수소충전소를 보여주는 블록도이다.
도 2는, 도 1의 수소충전소의 암모니아저장탱크부를 보여주는 개념도이다.
도 3은, 도 1의 수소충전소의 수소생산부를 보여주는 블록도이다.
도 4 내지 도 6은, 도 3의 구성 일부를 보여주는 개념도이다.
도 7은, 도 1의 수소충전소의 수소저장부 및 디스펜서부를 보여주는 개념도이다.
이하 본 발명에 따른 암모니아 기반의 On-site 수소충전소에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 암모니아 기반의 On-site 수소충전소는, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 액상암모니아를 저장하는 암모니아저장탱크부(100)와, 상기 암모니아저장탱크부(100)로부터 공급된 액상암모니아를 이용해 수소를 생산하는 수소생산부(200)와, 상기 수소생산부(200)에서 생산된 수소를 저장하는 수소저장부(300)와, 수소충전이 필요한 외부장비와 접속되어 상기 수소저장부(300)에 저장된 수소를 상기 외부장비에 공급하기 위한 디스펜서부(400)를 포함한다.
상기 암모니아저장탱크부(100)는, 액상암모니아를 저장하기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
암모니아는 독성을 가지며 누출 시 인체에 치명적인 영향을 미칠 수 있는 물질인 바, 액상암모니아를 저장하고 취급하는데 안전장치를 구비하는 것이 필요하다.
이에, 상기 암모니아저장탱크부(100)는, 액상의 위험물인 액상암모니아를 안전하게 저장하기 위하여, 지면(G) 아래 사방이 방호벽(2)으로 둘러싸여 지상과 분리된 지하공간(B)에 설치될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 암모니아저장탱크부(100)는, 상기 지하공간(B)에 위치되는 액상암모니아가 저장되는 저장탱크(110)와, 액상암모니아공급부(10)와 연통되며 상기 저장탱크(110)로 액상암모니아를 유입시키는 액상암모니아유입관(120)과, 상기 수소생산부(200)와 연통되며 상기 저장탱크(110)로부터 액상암모니아를 유출시키는 액상암모니아유출관(130)을 포함할 수 있다.
상기 저장탱크(110)는, 액상암모니아를 저장하기 위한 탱크로서, 방호벽(2)으로 둘러싸인 지하공간(B)에 위치되며 규격에 따라 다양한 형상 및 크기로 구성될 수 있다.
상기 저장탱크(110)는, 후술하는 온도조절부(170) 설치를 위하여 이중자켓(jacket) 타입으로 구성될 수 있다.
상기 액상암모니아유입관(120)은, 저장탱크(110)로 액상암모니아를 공급하기 위한 관으로, 지상의 액상암모니아공급부(10)와 연통될 수 있다.
상기 액상암모니아공급부(10)는, 액상암모니아를 저장탱크(110)로 공급하기 위한 설비로, 도 1에 도시된 바와 같이, 탱크로리 컨테이너를 이용한 운송차량으로 구성될 수 있다.
이때, 상기 액상암모니아공급부(10)는, 저장탱크(110)가 설치된 지하공간(B)의 상측 지상에 설정된 액상암모니아공급위치까지 이동하여 위치되며, 저장탱크(110)의 액상암모니아유입관(120)과 연결된 후 저장탱크(110)로 액상암모니아를 제공하게 된다.
상기 액상암모니아공급(10)부와 저장탱크(110) 사이의 액상암모니아유입관(120)에는 액상암모니아의 공급을 조절하기 위한 하나 이상의 밸브(12)가 설치될 수 있다.
상기 액상암모니아유출관(130)은, 저장탱크(110)에 저장된 액상암모니아를 후술하는 수소생산부(200)로 공급하기 위한 관으로, 다양한 구성이 가능하며, 수소생산부(200)로의 액상암모니아 공급을 조절하기 위한 하나 이상의 밸브(132)가 설치될 수 있다.
또한, 상기 암모니아저장탱크부(100)는, 상기 저장탱크(110)의 리크여부를 감지하는 리크감지부(140)와, 상기 저장탱크(110)의 리크발생 시 상기 지하공간(B)으로 기상암모니아를 용해시킬 수 있는 용매를 분사하는 용매분사부(150)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 리크감지부(140)는, 저장탱크(110)의 리크여부를 감지하기 위한 구성으로, 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 리크감지부(140)는, 지하공간(B) 내에 설치되어 지하공간(B) 내의 암모니아의 농도를 감지하는 암모니아 검지기일 수 있다. 이때, 상기 리크감지부(140)에서 감지된 암모니아 농도가 미리 설정된 기준을 초과하는 경우 저장탱크(110)에 리크가 발생되어 암모니아가 누출된 것으로 판단될 수 있다.
상기 용매분사부(150)는, 저장탱크(110)의 리크발생 시 상기 지하공간(B)으로 기상암모니아를 용해시킬 수 있는 용매(23)를 분사하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 용매분사부(150)는, 지하공간(B)으로 분사될 용매(23)를 저장하는 용매저장부(20)와, 지하공간(B)의 상측에 설치되어 용매(23)가 흐르는 유로를 형성하는 용매유로(152)와, 용매유로(152)에 구비되며 용매유로(152)를 따라 흐르는 유로가 분사되는 하나 이상의 분사구(154)를 포함할 수 있다.
상기 용매저장부(20)는, 용매(23)가 저장되는 저장부로, 다양한 구성이 가능하며 지상에 설치될 수 있다.
상기 용매유로(152)는, 용매저장부(20)와 연결관(156)을 통해 연통되어 용매(23)가 흐르는 유로로, 다양한 형상이 가능하며 지하공간(B)의 상측에 다양한 패턴으로 설치될 수 있다.
상기 용매저장부(20)와 용매유로(152) 사이에는 용매(23)의 흐름을 제어하기 위한 하나 이상의 밸브(22)가 설치될 수 있다.
상기 분사구(154)는, 용매유로(152)에 형성되는 구성으로 용매유로(152)를 따라 복수로 형성됨이 바람직하다. 또한 상기 분사구(154)에는 용매(23)의 원활한 분사를 위한 노즐이 설치될 수 있다.
여기서, 용매(23)는, 지하공간(B) 내의 기상암모니아를 용해시키기 위한 물질로, 물이나 중화제 등 다양한 물질로 구성될 수 있다.
상기 분사구(154)를 통해 용매(23)가 분사되면 지하공간(B) 내의 기상암모니아가 용해되어 지하공간(B) 내의 암모니아 농도가 기준 이하로 감소됨으로써 안전을 확보할 수 있다.
또한, 상기 암모니아저장탱크부(100)는, 상기 저장탱크(110) 내부의 온도 및 압력 중 적어도 하나를 측정하기 위한 적어도 하나 이상의 센서(160)를 추가로 포함할 수 있다.
보다 바람직하게는, 상기 암모니아저장탱크부(100)는, 저장탱크(110) 내부의 온도를 측정하는 센서(160)와 내부의 압력을 측정하는 센서(160)를 각각 구비할 수 있다.
상기 센서(160)를 통해 저장탱크(110) 내부의 온도 및 압력이 적정한 상태로 유지되도록 저장탱크(110) 내의 환경을 유지할 수 있으며, 그에 따라 설비의 운용을 안정적으로 할 수 있으며, 암모니아로 인한 위험성을 최소화 할 수 있다.
이를 위하여, 상기 암모니아저장탱크부(100)는, 상기 저장탱크(110)의 외측에 설치되어 액상암모니아의 온도를 조절하는 온도조절부(170)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 온도조절부(170)는, 저장탱크(110)의 온도를 조절하기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 온도조절부(170)는, 저장탱크(110)의 외측면에 다양한 형상 및 패턴으로 설치되며 내부에 냉매(Coolant)가 흐르는 냉매유로일 수 있다.
상기 온도조절부(170)는, 저장탱크(110)가 이중자켓구조로 구성되는 경우 저장탱크(110)의 외벽에 설치될 수 있다. 상기 온도조절부(170)는 냉매순환을 통해 상압에서 암모니아가 액상 상태에서 저장될 수 있도록 할 수 있다.
이때, 상기 온도조절부(170)는, 지상에 설치되며 냉매 순환을 위한 냉매순환장치(30)와 결합될 수 있다.
상기 냉매순환장치(30)는, 온도조절부(170)를 따라 냉매가 순환할 수 있도록 온도조절부(170)와 연통되며 냉매가 유출입되는 한 쌍의 순환유로(34)를 포함하며, 한 쌍의 순환유로(34)에는 냉매의 순환을 제어하기 위한 하나 이상의 밸브(31)가 각각 구비될 수 있다.
상기 수소생산부(200)는, 암모니아저장탱크부(100)로부터 공급된 액상암모니아를 이용해 수소를 생산하기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 수소생산부(200)는 지상에 설치될 수 있으며, 상기 수소생산부(200)와 암모니아저장탱크부(100) 사이에는 액상암모니아유출관(130)과 연결되어 액상암모니아를 저장탱크(110)에서 수소생산부(200)까지 이송하기 위한 암모니아이송펌프(60)가 설치될 수 있다.
상기 암모니아이송펌프(62) 전후 중 적어도 하나에는 액상암모니아의 이송을 제어하기 위한 적어도 하나의 밸브(62)가 설치될 수 있다.
상기 수소생산부(200)는, 암모니아저장탱크부(100)에 저장된 액상암모니아를 공급받아 기상암모니아로 기화시키는 기화기(210)와, 기화기(210)에서 기화된 기상암모니아를 질소와 수소로 분해하는 반응기(220)와, 반응기(220)를 통과한 혼합가스 중 미반응 암모니아를 흡착하는 흡착기(230)와, 흡착기(230)를 통과한 혼합가스로부터 수소를 분리하는 분리기(240)를 포함할 수 있다.
상기 기화기(210)는, 저장탱크(110)로부터 이송된 액상암모니아를 기상암모니아로 기화시키는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
상기 기화기(210)로 유입되는 액상암모니아는 0℃ 내지 3℃의 저온상태로, 기화기(210) 내에서 액상암모니아를 가열함으로써 액상암모니아를 기상암모니아로 기화시킬 수 있다.
상기 기화기(210) 내에서의 액상암모니아 가열은, 다양한 방식이 활용될 수 있으며, 예로서 상기 기화기(210)는, 기화기(210)를 통과하는 액상암모니아와 열교환하는 유체가 흐르는 제1유로(P1)를 포함할 수 있다.
이러한 경우, 고온의 유체가 제1유로(P1)를 따라 이동하며 기화기(210) 내의 액상암모니아를 기화시킬 수 있다.
상기 기화기(210)를 통해 기화된 기상암모니아는 반응기(220)로 주입될 수 있다.
상기 반응기(220)는, 기화기(210)에서 기화된 기상암모니아를 질소와 수소로 분해하는 구성으로, 암모니아를 통해 수소를 생산할 수 있다면 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 반응기(220)는, 암모니아를 질소와 수소로 분해하는 암모니아분해촉매층(222)을 포함할 수 있다.
상기 암모니아분해촉매층(222)은, 금속 또는 비금속 촉매를 모두 포함할 수 있으며, 특정 재질에 한정되지 않는다.
한편, 상기 암모니아분해촉매층(222)을 통한 암모니아분해는 다소 고온환경에서 수행됨이 바람직하다.
이에, 상기 수소생산부(200)는, 반응기(220) 내의 기상암모니아를 가열하기 위한 가열부(250)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 가열부(250)는, 반응기(220) 내의 기상암모니아를 가열할 수 있다면 다양한 열원이 적용될 수 있으며, 예로서, 원료를 연소시켜 발열하는 연소기로 구성될 수 있다.
상기 가열부(250)는, 수소를 원료로 하여 연소되는 연소기 일 수 있으나, 보다 구체적으로는 안정적인 발열을 위하여 수소 및 암모니아가 혼합된 가스를 원료로하는 연소기일 수 있다.
상기 가열부(250)로의 연료공급방식은 후술하기로 한다.
상기 반응기(220)를 통해, 암모니아가 분해된 질소 및 산소와 암모니아분해촉매층(222)과 반응하지 않은 미반응 암모니아를 포함하는 혼합가스가 생성될 수 있다.
상기 반응기(220)를 통과한 질소, 산소, 및 미반응 암모니아를 포함하는 혼합가스는 흡착기(230)로 주입될 수 있다.
상기 흡착기(230)는, 반응기(220)를 통과한 혼합가스 중 미반응 암모니아를 흡착하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
그런데, 상기 반응기(220)를 통과한 혼합가스는 고온상태인데, 흡착기(230)를 통한 미반응 암모니아 흡착은 고온환경에서 잘 이루어지지 않는다.
이에, 상기 수소생산부(200)는, 반응기(220)를 통과한 혼합가스의 온도를 미반응 암모니아 흡착에 적정한 온도까지 낮추기 위하여, 반응기(220)와 흡착기(230) 사이에 설치되어 혼합가스의 열을 회수하는 열교환기(260)를 추가로 포함할 수 있다.
이때, 상기 반응기(220)를 통과한 질소, 산소, 및 미반응 암모니아를 포함하는 혼합가스는 흡착기(230)로 바로 주입되는 것이 아니라, 열교환기(260)로 주입되어 열교환을 마친 후 흡착기(230)로 주입된다.
상기 열교환기(260)는, 혼합가스의 열을 회수할 수 있다면 다양한 열교환방식이 가능하다.
예로서, 상기 열교환기(260)는, 열교환기(260)를 통과하는 혼합가스와 열교환하는 유체가 흐르는 제2유로(P2)를 포함할 수 있다.
이러한 경우, 상대적으로 저온의 유체가 제2유로(P2)를 따라 이동하며 열교환기(260) 내의 혼합가스의 열을 회수할 수 있다.
이때, 상기 수소생산부(200)는, 기화기(210)의 제1유로(P1) 및 열교환기(260)의 제2유로(P2)를 순환연통시키는 유체순환라인(294) 및 유체순환라인(294)을 따라 유체를 순환시키기 위하여 유체순환라인(294)에 설치되는 순환펌프(296)를 추가로 포함할 수 있다.
이를 통해, 제2유로(P2)를 따라 흐르며 혼합가스의 열을 회수한 고온의 유체(예로서, 스팀)는 유체순환라인(294)을 따라 제1유로(P1)로 이송되며 기화기(210)의 액상암모니아를 가열할 수 있다. 기화기(210)를 통해 액상암모니아로 열이 회수된 유체(예로서, 스팀이 열을 빼앗겨 액화된 상태)는 다시 유체순환라인(294)을 따라 제2유로(P2)로 이송되어 고온의 혼합가스의 열을 다시 회수할 수 있다.
상기 열교환기(260)를 통과하여 열이 회수된 혼합가스(예로서, 25℃ 이하)는 상술한 흡착기(230)로 주입될 수 있다.
상기 흡착기(230)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 서로 병렬연결된 2개 이상의 흡착모듈(230a, 230b)을 포함할 수 있다.
예로서, 상기 흡착기(230)는, 서로 병렬 연결된 제1흡착모듈(230a), 제2흡착모듈(230b), 및 흡착기(230) 내에서의 혼합가스가 흐르는 방향을 제어하기 위한 복수의 밸브들(V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1흡착모듈(230a) 및 제2흡착모듈(230b)는, 연속적인 암모니아흡착을 위하여 서로 교번하여 사용될 수 있다.
즉, 상기 흡착모듈(230a, 230b)들 중 제1흡착모듈(230a)이 혼합가스의 미반응 암모니아를 흡착하는 동안, 나머지 하나의 제2흡착모듈(230b)는 미반응 암모니아 흡착을 위한 준비과정으로서 재생(또는 교체)될 수 있다.
예로서, 제1흡착모듈(230a)이 미반응 암모니아를 흡착하는 동안 제1밸브(V1), 제3밸브(V3), 제4밸브(V4), 제6밸브(V6)는 개방되어 제1흡착모듈(230a)을 통과한 혼합가스는 후술하는 분리기(240)로 주입될 수 있다.
이때, 제2밸브(V2), 제5밸브(V5), 제7밸브(V7), 제8밸브(V8)는 폐쇄된 상태를 유지할 수 있다.
제1흡착모듈(230a)에서 미반응 암모니아흡착이 진행됨에 따라, 일정 시간이 경과한 후 제1흡착모듈(230a)이 포화되는 경우, 반대로 제2밸브(V2), 제5밸브(V5), 제7밸브(V7), 제8밸브(V8)는 개방되어 제2흡착모듈(230b)로 혼합가스가 주입될 수 있다.
이때, 제1밸브(V1), 제3밸브(V3), 제4밸브(V4), 제6밸브(V6)는 폐쇄되어 제1흡착모듈(230a)의 재생(또는 교체)이 이루어질 수 있다.
즉, 제1흡착모듈(230a)과 제2흡착모듈(230b)을 통해 미반응 암모니아 흡착을 중단 없이 연속적으로 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
도 5의 경우, 상기 흡착기(230)가 서로 병렬연결된 2개의 흡착모듈(230a, 230b)을 포함하는 실시예를 중심으로 설명하였으나, 상기 흡착기(230)가 단일한 흡착모듈을 포함하거나 또는 시스템 용량에 따라 직렬, 병렬 등 다양한 방식으로 연결된 3개 이상의 흡착모듈을 포함하는 실시예도 가능함은 물론이다.
상기 제1흡착모듈(230a) 또는 제2흡착모듈(230b)을 통과한 혼합가스(질소 및 수소 포함)는 분리기(240)로 주입될 수 있다.
이때, 흡착기(230)와 분리기(240) 사이에는 분리기(240)를 통한 수소분리가 보다 효율적으로 이루어지도록 흡착기(230)를 통과한 혼합가스를 고압으로 압축하는 제1압축기(70)가 설치될 수 있다.
상기 흡착기(230)를 통과한 혼합가스는 제1압축기(70)를 통해 고압(예로서, 20bar)으로 압축된 후 분리기(240)로 주입될 수 있다.
한편, 본 발명은 흡착기(230)에서 미처 흡착되지 않은 암모니아가 분리기(240)로 주입되는 것을 방지하기 위하여, 분리기(240) 전단, 보다 구체적으로는 제1압축기(70) 전단에 설치되어, 분리기(240)로 주입되는 혼합가스 내의 암모니아 농도를 감지하는 암모니아농도센서(92)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 암모니아농도센서(92)는, 통과되는 혼합가스 내의 암모니아 농도가 미리 설정된 기준(예로서, 0.1~1ppm 정도)을 벗어나는지 여부를 실시간으로 감지하여 설비의 정상작동 여부를 체크할 수 있다.
상기 분리기(240)는, 상기 흡착기(230)를 통과한 혼합가스로부터 수소를 분리하는 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
예로서, 상기 분리기(240)는, 질소와 수소 분리를 위한 PSA(Pressure Swing Absorption) 또는 수소분리막일 수 있다.
도 6는, 상기 분리기(240)가 PSA로 구성된 경우를 도시한 실시예이다. 여기서, 상기 분리기(240)는, 특정 조건(예로서, 20bar, 0℃ 내지 20℃)에서 주입되는 혼합가스 중 질소를 흡착하고 수소만 배출하여 혼합가스로부터 수소가 분리되도록 구성될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 분리기(240)는, 서로 병렬 연결된 복수의 분리모듈(240a, 240b)을 포함할 수 있다.
한편, 도 6의 경우, 상기 분리기(240)가 서로 병렬연결된 2개의 분리모듈(240a, 240b)을 포함하는 실시예를 중심으로 설명하였으나, 상기 분리기(240)가 단일한 분리모듈을 포함하거나 또는 시스템 용량에 따라 직렬, 병렬 등 다양한 방식으로 연결된 3개 이상의 분리모듈을 포함하는 실시예도 가능함은 물론이다.
보다 구체적으로, 상기 분리기(240)는, 서로 병렬 연결된 제1분리모듈(240a), 제2분리모듈(240b), 및 분리기(240) 내에서 혼합가스가 흐르는 방향을 제어하기 위한 복수의 밸브(V11, V12, V21, V22)들을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제1분리모듈(240a) 및 제2분리모듈(240b)은, 연속적인 수소분리를 위하여 서로 교번하여 사용될 수 있다.
즉, 상기 분리모듈(240a, 240b)들 중 제1분리모듈(240a)이 혼합가스의 수소를 분리하는 동안, 나머지 하나의 제2분리모듈(240b)은 수소 분리를 위한 준비과정으로서 재생(또는 교체)될 수 있다.
예로서, 제1분리모듈(240a)이 혼합가스에서 수소를 분리하는 동안, 제1분리모듈(240a)에 대응되는 밸브들(V11, V21)은 개방되며, 제2분리모듈(240b)에 대응되는 밸브들(V12, V22)는 폐쇄된다.
제1분리모듈(240a)은 혼합가스 중 수소만을 분리하여 배출하므로, 제1분리모듈(240a)을 통과한 수소는 V21 밸브를 통해 후술하는 수소저장부(300)로 주입될 수 있다.
제1분리모듈(240a)에서 수소분리가 진행됨에 따라, 일정 시간이 경과 한 후 제1분리모듈(240a)이 포화되는 경우, 반대로 V11, V21 밸브는 폐쇄되어 제1분리모듈(240a)이 재생(또는 교체)되고, V12, V22 밸브가 개방되어 제2분리모듈(240b)로 혼합가스가 주입될 수 있다.
마찬가지로, 제2분리모듈(240b)을 통과하여 분리된 수소는 V22 밸브를 통해 후술하는 수소저장부(300)로 주입될 수 있다.
즉, 제1분리모듈(240a)과 제2분리모듈(240b)을 통해 수소 분리를 중단 없이 연속적으로 이루어질 수 있도록 할 수 있다.
그런데, 제1분리모듈(240a) 또는 제2분리모듈(240b)을 통한 질소흡착은 저온환경(20bar, 0℃ 내지 20℃)에서 이루어지는 반면, 제1분리모듈(240a) 또는 제2분리모듈(240b)의 재생(질소배출)은 상대적으로 고온환경이 조성될 필요가 있다.
이때, 상기 제1분리모듈(240a) 또는 제2분리모듈(240b)의 재생을 위한 열원으로서, 상술한 가열부(250)에서 배출되는 고온의 배가스가 활용될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 가열부(250)를 통한 연소의 결과로서 형성되는 고온의 배가스는 제1분리모듈(240a) 및 제2분리모듈(240b)의 외벽을 따라 이동되며 제1분리모듈(240a) 및 제2분리모듈(240b)의 온도를 재생에 적합한 온도까지 상승시킬 수 있다.
이때, 분리기(240) 측에서 가열부(250)의 배가스가 흐르는 방향을 제어하기 위한 다수의 밸브들(V41, V42, V51, V52)이 구비될 수 있다.
제1분리모듈(240a)의 재생이 필요한 경우, V51, V41이 개방되어 제1분리모듈(240a)의 온도가 상승되며, 제1분리모듈(240a)의 외벽을 타고 흐르던 배가스는 V41을 통해 외부로 배기(V, vent)된다.
재생과정에 의해 제1분리모듈(240a)에서 배출된 질소는 V31 밸브를 타고 진공펌프(80)를 통해 외부로 배기(V, vent)된다. 이때, 제2분리모듈(240b)의 V52, V42, V32는 폐쇄상태를 유지한다.
반대로, 제2분리모듈(240b)의 재생이 필요한 경우, V52, V42이 개방되어 제2분리모듈(240b)의 온도가 상승되며, 제2분리모듈(240b)의 외벽을 타고 흐르던 배가스는 V42을 통해 외부로 배기(V, vent)된다.
재생과정에 의해 제2분리모듈(240b)에서 배출된 질소는 V32 밸브를 타고 진공펌프(80)를 통해 외부로 배기(V, vent)된다. 이때, 제1분리모듈(240a)의 V51, V41, V31는 폐쇄상태를 유지한다.
즉, 본 발명의 기화기(210)의 가열을 위한 가열부(250)의 배가스는, 분리기(240)의 재생을 위한 열원으로도 활용될 수 있는 이점이 있다.
상기 제1분리모듈(240a) 또는 제2분리모듈(240b)을 통과한 수소는 수소저장부(300)로 주입될 수 있다.
이때, 분리기(240)와 수소저장부(300) 사이에는 분리기(240)를 통과한 수소를 고압으로 압축하는 제2압축기(40)가 설치될 수 있다.
한편, 본 발명은 분리기(240)를 통과한 가스의 수소 농도를 실시간으로 체크하기 위하여, 디스펜서부(400) 전단, 보다 구체적으로는 제2압축기(40) 전단에 설치되어 통과하는 수소농도를 감지하는 수소농도센서(94)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 수소농도센서(94)는, 통과되는 가스가 미리 설정된 기준(예로서, 99.995%이상) 이상의 수소 농도를 충족하는지 여부를 실시간으로 감지하여 설비의 정상작동 여부를 체크할 수 있다.
상기 수소저장부(300)는, 제2압축기(40)를 통해 고압으로 압축된 수소를 저장하는 구성으로, 고압수소 또는 액화수소를 저장하도록 구성된다면 다양한 구성이 가능하다.
상기 디스펜서부(400)는, 수소충전이 필요한 외부장비와 접속되어 상기 수소저장부(300)에 저장된 수소를 상기 외부장비에 공급하기 위한 구성으로 다양한 구성이 가능하다.
여기서 외부장비는, 수소를 연로로 사용하는 장비를 모두 포함할 수 있으며, 예로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 연료전지를 이용한 수소차(50)일 수 있다.
이하, 상술한 구성을 포함하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소의 순환시스템을 자세히 설명한다.
도 3을 참조하면, 상기 수소생산부(200)는, 기화기(210)를 통과한 기상암모니아의 적어도 일부를 가열부(250) 및 반응기(220)로 각각 분배하기 위한 암모니아분배기(270)와, 분리기(240)에서 분리된 수소의 적어도 일부를 가열부(250) 및 수소저장부(300)로 각각 분배하는 수소분배기(280)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 암모니아분배기(270)는, 기화기(210)와 반응기(220) 사이에 설치되어 기화기(210)를 통과한 대다수의 기상암모니아를 반응기(220)로 주입하고 적어도 일부를 가열부(250)로 분배하기 위한 구성으로, 다양한 구성이 가능하다.
유사하게, 수소분배기(280)는, 분리기(240)와 수소저장부(300) 사이(보다 구체적으로는 제2압축기(40)) 사이에 설치되어, 분리기(240)에서 분리되어 배출된 대다수의 수소를 압축기(40)를 통해 수소저장부(300)에 주입하고 적어도 일부를 가열부(250)로 분배하기 위한 구성으로, 다양한 구성이 가능하다.
이를 통해, 상기 가열부(250)는, 암모니아와 수소를 각각 공급받아 연소를 위한 연료로서 활용할 수 있다.
상기 암모니아분배기(270) 및 상기 수소분배기(280)를 통해 상기 가열부(250)로 공급된 암모니아 및 수소가 연소된 후 생성된 배가스는 분리기(240)의 열원으로서 활용될 수 있음은 상술한 바와 같다.
보다 구체적으로, 상기 수소생산부(200)는, 상기 암모니아분배기(270) 및 상기 수소분배기(280)를 통해 상기 가열부(250)로 공급된 암모니아 및 수소가 연소된 후 생성된 배가스를 상기 분리기(240)의 열원으로 사용하기 위한 배가스수송라인(292)을 포함할 수 있다.
이상은 본 발명에 의해 구현될 수 있는 바람직한 실시예의 일부에 관하여 설명한 것에 불과하므로, 주지된 바와 같이 본 발명의 범위는 위의 실시예에 한정되어 해석되어서는 안 될 것이며, 위에서 설명된 본 발명의 기술적 사상과 그 근본을 함께하는 기술적 사상은 모두 본 발명의 범위에 포함된다고 할 것이다.
100 : 액상암모니아저장부 200 : 수소생산부
300 : 수소저장부 400 : 디스펜서부

Claims (22)

  1. 액상암모니아를 저장하는 암모니아저장탱크부(100)와,
    상기 암모니아저장탱크부(100)로부터 공급된 액상암모니아를 이용해 수소를 생산하는 수소생산부(200)와,
    상기 수소생산부(200)에서 생산된 수소를 저장하는 수소저장부(300)와,
    수소충전이 필요한 외부장비와 접속되어 상기 수소저장부(300)에 저장된 수소를 상기 외부장비에 공급하기 위한 디스펜서부(400)를 포함하며,
    상기 수소생산부(200)는,
    상기 암모니아저장탱크부(100)에 저장된 액상암모니아를 공급받아 기상암모니아로 기화시키는 기화기(210)와,
    상기 기화기(210)에서 기화된 기상암모니아를 질소와 수소로 분해하는 반응기(220)와,
    상기 반응기(220)를 통과한 혼합가스 중 미반응 암모니아를 흡착하는 흡착기(230)와,
    상기 흡착기(230)를 통과한 혼합가스로부터 수소를 분리하는 분리기(240)를 포함하며,
    상기 수소생산부(200)는,
    상기 반응기(220) 내의 기상암모니아를 가열하기 위한 가열부(250)와,
    상기 반응기(220)와 상기 흡착기(230) 사이에 설치되어 상기 혼합가스의 열을 회수하는 열교환기(260)를 추가로 포함하며,
    상기 수소생산부(200)는,
    상기 기화기(210)를 통과한 기상암모니아의 적어도 일부를 상기 가열부(250) 및 상기 반응기(220)로 각각 분배하기 위한 암모니아분배기(270)와,
    상기 분리기(240)에서 분리된 수소의 적어도 일부를 상기 가열부(250) 및 상기 수소저장부(300)로 각각 분배하는 수소분배기(280)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 수소생산부(200)는,
    상기 암모니아분배기(270) 및 상기 수소분배기(280)를 통해 상기 가열부(250)로 공급된 암모니아 및 수소가 연소된 후 생성된 배가스를 상기 분리기(240)의 열원으로 사용하기 위한 배가스수송라인(292)을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소
  3. 액상암모니아를 저장하는 암모니아저장탱크부(100)와,
    상기 암모니아저장탱크부(100)로부터 공급된 액상암모니아를 이용해 수소를 생산하는 수소생산부(200)와,
    상기 수소생산부(200)에서 생산된 수소를 저장하는 수소저장부(300)와,
    수소충전이 필요한 외부장비와 접속되어 상기 수소저장부(300)에 저장된 수소를 상기 외부장비에 공급하기 위한 디스펜서부(400)를 포함하며,
    상기 수소생산부(200)는,
    상기 암모니아저장탱크부(100)에 저장된 액상암모니아를 공급받아 기상암모니아로 기화시키는 기화기(210)와,
    상기 기화기(210)에서 기화된 기상암모니아를 질소와 수소로 분해하는 반응기(220)와,
    상기 반응기(220)를 통과한 혼합가스 중 미반응 암모니아를 흡착하는 흡착기(230)와,
    상기 흡착기(230)를 통과한 혼합가스로부터 수소를 분리하는 분리기(240)를 포함하며,
    상기 수소생산부(200)는,
    상기 반응기(220) 내의 기상암모니아를 가열하기 위한 가열부(250)와,
    상기 반응기(220)와 상기 흡착기(230) 사이에 설치되어 상기 혼합가스의 열을 회수하는 열교환기(260)를 추가로 포함하며,
    상기 기화기(210)는, 상기 기화기(210)를 통과하는 액상암모니아와 열교환하는 유체가 흐르는 제1유로(P1)를 포함하며,
    상기 열교환기(260)는, 상기 열교환기(260)를 통과하는 상기 혼합가스와 열교환하는 유체가 흐르는 제2유로(P2)를 포함하며,
    상기 수소생산부(200)는, 상기 제1유로(P1) 및 제2유로(P2)를 순환연통시키는 유체순환라인(294) 및 상기 유체순환라인(294)을 따라 유체를 순환시키기 위하여 상기 유체순환라인(294)에 설치되는 순환펌프(296)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 암모니아저장탱크부(100)는, 지면 아래 사방이 방호벽(2)으로 둘러싸여 지상과 분리된 지하공간(B)에 설치되는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 암모니아저장탱크부(100)는,
    상기 지하공간(B)에 위치되는 액상암모니아가 저장되는 저장탱크(110)와, 액상암모니아공급부(10)와 연통되며 상기 저장탱크(110)로 액상암모니아를 유입시키는 액상암모니아유입관(120)과, 상기 수소생산부(200)와 연통되며 상기 저장탱크(110)로부터 액상암모니아를 유출시키는 액상암모니아유출관(130)을 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 암모니아저장탱크부(100)는,
    상기 저장탱크(110)의 리크여부를 감지하는 리크감지부(140)와, 상기 저장탱크(110)의 리크발생 시 상기 지하공간(B)으로 기상암모니아를 용해시킬 수 있는 용매(23)를 분사하는 용매분사부(150)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 암모니아저장탱크부(100)는,
    상기 저장탱크(110) 내부의 온도 및 압력 중 적어도 하나를 측정하기 위한 적어도 하나 이상의 센서(160)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 암모니아저장탱크부(100)는,
    상기 저장탱크(110)의 외측에 설치되어 액상암모니아의 온도를 조절하는 온도조절부(170)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  9. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 반응기(220)는,
    암모니아를 질소와 수소로 분해하는 암모니아분해촉매층(222)을 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  10. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 가열부(250)는,
    안정적인 발열을 위하여 수소 및 암모니아가 혼합된 가스를 원료로 하는 연소기인 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 가열부(250)에 공급되는 원료는,
    상기 기화기(210)를 통과한 기상암모니아의 일부와 상기 분리기(240)에서 분리된 수소의 일부가 혼합된 가스인 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  12. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 흡착기(230)는,
    서로 병렬 연결된 제1흡착모듈(230a) 및 제2흡착모듈(230b)과,
    상기 흡착기(230) 내에서의 혼합가스가 흐르는 방향을 제어하기 위한 복수의 밸브들(V1, V2, V3, V4, V5, V6, V7, V8)을 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 제1흡착모듈(230a) 및 제2흡착모듈(230b)은, 연속적인 암모니아흡착을 위하여 서로 교번하여 사용되는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  14. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 흡착기(230)는,
    미반응 암모니아 흡착을 위한 하나 이상의 흡착모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  15. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 흡착기(230)와 상기 분리기(240) 사이에는,
    상기 분리기(240)를 통한 수소분리가 보다 효율적으로 이루어지도록 상기 흡착기(230)를 통과한 혼합가스를 압축하는 제1압축기(70)가 설치된 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  16. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 분리기(240)는,
    서로 병렬 연결된 복수의 분리모듈(240a, 240b)와,
    상기 분리기(240) 내에서 혼합가스가 흐르는 방향을 제어하기 위한 복수의 밸브(V11, V12, V21, V22)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 제1분리모듈(240a) 및 제2분리모듈(240b)은, 연속적인 수소분리를 위하여 서로 교번하여 사용되는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 가열부(250)에서 연소되어 형성되는 고온의 배가스는, 상기 제1분리모듈(240a) 및 제2분리모듈(240b)의 외벽을 따라 이동되어 상기 제1분리모듈(240a) 및 제2분리모듈(240b)의 온도를 재생에 적합한 온도로 상승시키는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 분리기(240) 측에서 상기 가열부(250)의 배가스가 흐르는 방향을 제어하기 위한 다수의 밸브들(V41, V42, V51, V52)이 구비되는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  20. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 분리기(240)는,
    하나 이상의 분리모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  21. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 분리기(240)와 상기 수소저장부(300) 사이에는, 상기 분리기(240)를 통과한 수소를 고압으로 압축하는 제2압축기(40)가 설치된 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
  22. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 기화기(210)는, 상기 기화기(210)를 통과하는 액상암모니아와 열교환하는 유체가 흐르는 제1유로(P1)를 포함하며,
    상기 열교환기(260)는, 상기 열교환기(260)를 통과하는 상기 혼합가스와 열교환하는 유체가 흐르는 제2유로(P2)를 포함하며,
    상기 수소생산부(200)는, 상기 제1유로(P1) 및 제2유로(P2)를 순환연통시키는 유체순환라인(294) 및 상기 유체순환라인(294)을 따라 유체를 순환시키기 위하여 상기 유체순환라인(294)에 설치되는 순환펌프(296)를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 암모니아 기반의 On-site 수소충전소.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022191390A1 (ko) * 2021-03-12 2022-09-15 (주)원익머트리얼즈 암모니아 기반의 on-site 수소충전소
KR20230083659A (ko) * 2021-12-03 2023-06-12 한화토탈에너지스 주식회사 암모니아로부터의 수소 제조 장치 및 이를 이용한 수소 제조 방법
US11697108B2 (en) 2021-06-11 2023-07-11 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia
US11724245B2 (en) 2021-08-13 2023-08-15 Amogy Inc. Integrated heat exchanger reactors for renewable fuel delivery systems
US11764381B2 (en) 2021-08-17 2023-09-19 Amogy Inc. Systems and methods for processing hydrogen
US11795055B1 (en) 2022-10-21 2023-10-24 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia
US11834334B1 (en) 2022-10-06 2023-12-05 Amogy Inc. Systems and methods of processing ammonia
US11834985B2 (en) 2021-05-14 2023-12-05 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia
US11866328B1 (en) 2022-10-21 2024-01-09 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia
KR102664944B1 (ko) * 2021-12-02 2024-05-13 한화오션 주식회사 선박의 암모니아 분해 시스템 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5457395B2 (ja) * 2005-04-18 2014-04-02 インテリジェント エナジー インコーポレイテッド 水素発生装置及び水素発生方法
JP2015074576A (ja) * 2013-10-08 2015-04-20 大陽日酸株式会社 アンモニア精製装置、及びアンモニア精製方法
JP2017107702A (ja) * 2015-12-08 2017-06-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水素供給システム
WO2017154732A1 (ja) * 2016-03-07 2017-09-14 昭和電工株式会社 アンモニア分解装置及び水素ガス製造装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5457395B2 (ja) * 2005-04-18 2014-04-02 インテリジェント エナジー インコーポレイテッド 水素発生装置及び水素発生方法
JP2015074576A (ja) * 2013-10-08 2015-04-20 大陽日酸株式会社 アンモニア精製装置、及びアンモニア精製方法
JP2017107702A (ja) * 2015-12-08 2017-06-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 水素供給システム
WO2017154732A1 (ja) * 2016-03-07 2017-09-14 昭和電工株式会社 アンモニア分解装置及び水素ガス製造装置

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022191390A1 (ko) * 2021-03-12 2022-09-15 (주)원익머트리얼즈 암모니아 기반의 on-site 수소충전소
US11834985B2 (en) 2021-05-14 2023-12-05 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia
US11697108B2 (en) 2021-06-11 2023-07-11 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia
US11724245B2 (en) 2021-08-13 2023-08-15 Amogy Inc. Integrated heat exchanger reactors for renewable fuel delivery systems
US11764381B2 (en) 2021-08-17 2023-09-19 Amogy Inc. Systems and methods for processing hydrogen
US11769893B2 (en) 2021-08-17 2023-09-26 Amogy Inc. Systems and methods for processing hydrogen
US11843149B2 (en) 2021-08-17 2023-12-12 Amogy Inc. Systems and methods for processing hydrogen
KR102664944B1 (ko) * 2021-12-02 2024-05-13 한화오션 주식회사 선박의 암모니아 분해 시스템 및 방법
KR20230083659A (ko) * 2021-12-03 2023-06-12 한화토탈에너지스 주식회사 암모니아로부터의 수소 제조 장치 및 이를 이용한 수소 제조 방법
KR102642960B1 (ko) 2021-12-03 2024-03-04 한화토탈에너지스 주식회사 암모니아로부터의 수소 제조 장치 및 이를 이용한 수소 제조 방법
US11834334B1 (en) 2022-10-06 2023-12-05 Amogy Inc. Systems and methods of processing ammonia
US11840447B1 (en) 2022-10-06 2023-12-12 Amogy Inc. Systems and methods of processing ammonia
US11912574B1 (en) 2022-10-06 2024-02-27 Amogy Inc. Methods for reforming ammonia
US11975968B2 (en) 2022-10-06 2024-05-07 AMOGY, Inc. Systems and methods of processing ammonia
US11795055B1 (en) 2022-10-21 2023-10-24 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia
US11866328B1 (en) 2022-10-21 2024-01-09 Amogy Inc. Systems and methods for processing ammonia

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