KR102328362B1 - 잠수함의 수소 공급 시스템 및 방법 - Google Patents

잠수함의 수소 공급 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

잠수함의 수소 공급 시스템 및 방법에 관하여 개시한다.
본 발명의 일 측면에 따르면 잠수함 내에 구비되며, 금속연료를 공급받아 화학반응을 통해 수소를 발생시키는 수소발생기와, 수소발생기로부터 발생된 수소를 공급받아 사용하는 연료전지와, 수소발생기로 공급되는 금속연료를 전처리 하는 금속연료 전처리 장치를 포함하는 잠수함의 수소 공급 시스템을 제공할 수 있다.

Description

잠수함의 수소 공급 시스템 및 방법{HYDROGEN SUPPLY SYSTEM AND METHOD OF SUBMARINE}
본 발명은 잠수함의 수소 공급 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수소발생기에 공급되는 금속연료를 전처리 해줄 수 있는 금속연료 전처리 장치를 포함하는 잠수함의 수소 공급 시스템 및 방법에 관한 것이다.
잠수함의 에너지 저장수단으로서 배터리 이외에 연료전지(fuel cell)의 사용이 크게 늘어나고 있다.
연료전지는 연료의 산화에 의해 생기는 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 장치로서, 수소와 같은 기체 반응물질을 외부에서 연속적으로 공급하여 전기의 생성을 도모하고, 반응 후 생성물질은 연속적으로 외부로 배출시킬 수 있다. 즉, 연료전지는 고효율의 무공해 발전장치이다.
한편, 고순도의 금속, 예를 들면 알루미늄, 마그네슘, 아연, 나트륨 등은 특정한 조건에서 산성/알칼리 용액과 반응하게 되어 수소를 발생시킬 수 있으며, 이를 금속연료라 지칭한다.
잠수함 내에는 상기 금속연료를 저장하는 금속연료탱크가 구비되며, 이 금속연료탱크에 저장된 금속연료는 수소발생기(즉, reactor)로 공급되고, 전해질과의 반응으로 수소를 발생시킬 수 있다. 그리고 이와 같이 발생된 수소를 이용하여 에너지 생성한다.
그런데, 화학반응을 이용하는 수소발생기를 사용할 경우 촉매를 전처리 해주어야 반응이 좋아진다. 따라서, 금속연료를 수소발생기에 공급하기에 앞서 화학반응을 향상시키기 위해 필요한 금속연료의 전처리 과정을 수행할 수 있는 기술적 해결방안이 필요하다.
연료전지의 연료 공급 시스템(대한민국 공개특허공보 제10-2014-0064378호)
본 발명의 목적은, 수소발생기에 공급되는 금속연료를 전처리 해줄 수 있는 금속연료 전처리 장치를 포함하는 잠수함의 수소 공급 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 수소발생기에 공급되는 금속연료를 전처리 해줄 수 있는 금속연료 전처리 장치를 포함하는 잠수함의 수소 공급 방법을 제공함에 있다.
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 내에 구비되며, 금속연료를 공급받아 화학반응을 통해 수소를 발생시키는 수소발생기; 상기 수소발생기로부터 발생된 수소를 공급받아 사용하는 연료전지; 및 상기 수소발생기로 공급되는 금속연료를 전처리 하는 금속연료 전처리 장치를 포함하는 잠수함의 수소 공급 시스템을 제공한다.
상기 수소발생기로 공급하는 금속연료를 저장하는 금속연료탱크를 포함하되, 상기 금속연료탱크에 저장되는 금속연료는, 분말상태로 이루어질 수 있다.
상기 수소발생기 및 연료전지는, 상기 잠수함의 압력선체 내부에 구비될 수 있다.
상기 금속연료 전처리 장치는, 가스분무(atomizing) 방식으로 상기 수소발생기에 공급되는 금속연료를 전처리 할 수 있다.
상기 금속연료 전처리 장치는, 상기 잠수함의 압력선체 내부 또는 외부에 구비될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 상기의 잠수함의 수소 공급 시스템에 의한 잠수함의 수소 공급 방법에 있어서, (a) 상기 금속연료 전처리 장치에서, 잠수함 내에서 금속연료를 전처리 하는 단계; (b) 상기 수소발생기에서, 상기 전처리 된 금속연료를 공급받아 화학반응을 통해 수소를 발생시키는 단계; 및 (c) 상기 연료전지에서, 상기 수소발생기에서 발생된 수소를 공급받아 사용하는 단계를 포함하는 잠수함의 수소 공급 방법을 제공한다.
상기 (a) 단계에서, 상기 금속연료 전처리 장치로 공급되는 금속연료는 분말상태로 이루어질 수 있다.
상기 (a) 단계에서, 상기 금속연료의 전처리 방식은 가스분무(atomizing) 방식을 이용할 수 있다.
본 발명인 잠수함의 수소 공급 시스템 및 방법에 의하면, 잠수함 내의 수소발생기에서 금속연료를 공급받아 수소를 발생시키고, 발생시킨 수소를 연료전지로 공급함에 있어서, 수소발생기로 공급하기에 앞서 금속연료를 전처리 할 수 있어 반응성을 향상시킬 수 있다.
구체적인 예로서, 상기와 같이 금속연료를 수소발생기에 공급하기에 앞서 잠수함 내에서 전처리 할 수 있는 경우, 저가의 산업용 알루미늄 분말 등을 그대로 사용할 수 있어 연료의 구입에 제약이 줄어들 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잠수함의 수소 공급 시스템을 간략히 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잠수함의 수소 공급 방법의 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.
도면에서, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잠수함의 수소 공급 시스템을 간략히 도시한 개념도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잠수함의 수소 공급 방법의 순서도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 잠수함의 수소 공급 시스템 및 방법에 관하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 잠수함의 수소 공급 시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 잠수함의 수소 공급 시스템(100)은, 금속연료 전처리 장치(110), 수소발생기(120), 그리고 연료전지(130)를 포함한다.
금속연료탱크(미도시)는 잠수함 내에서 금속연료를 저장하는 장소를 제공한다. 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.
예컨대, 상기 금속연료를 입경이 매우 작은 분말형태로 만들어 접촉면적을 늘일 경우에는 고온상태가 아니라도 충분한 양의 수소를 발생시킬 수 있는 효과를 가져올 수 있다.
금속연료 전처리 장치(110)는 수소발생기로 공급되는 금속연료를 전처리 하는 장치로서, 특정 형태로 제한되지 않으며, 다양한 전처리 방식이 이용될 수 있다.
예컨대, 상기 금속연료 전처리 장치(110)는 가스분무(atomizing) 방식으로 상기 수소발생기(120)에 공급되는 금속연료를 전처리 하는 형태로 제공될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
이와 같이, 금속연료를 이용하는 수소발생기(120)의 경우 반응 활성화를 위해 반드시 금속연료의 사전 공정, 즉 전처리 공정이 필요한데, 본 발명의 실시예와 같이 금속연료 전처리 장치(110)를 구비할 경우 저가의 산업용 알루미늄 분말 등을 그대로 사용할 수 있어 연료 구입에 제약이 줄어드는 장점이 있다.
다시 말해서, 본 발명의 실시예에 따르면 수소발생을 위한 금속연료 사용시 금속연료의 촉매전처리 과정을 잠수함 내부에 구비된 금속연료 전처리 장치(110)를 통해 이루어질 수 있도록 해주는 점에 특징이 있다.
수소발생기(120)는 상기 금속연료를 수소를 발생시키는 반응장치이다.
상기 수소발생기(120)는 상기 금속연료 전처리 장치(110)로부터 전처리 된 금속연료를 공급받아 전해질과 반응시켜 수소를 생성해낸다.
그리고 이와 같이 발생된 수소는 연료전지(130)를 비롯한 다양한 수소소비장치(예: 수소엔진 등)로 보내져 활용될 수 있다.
한편, 상기 수소발생기(120)는 상기 잠수함(1) 주변으로부터 손쉽게 얻을 수 있는 해수를 전해질로 이용할 수 있다. 그리고 상기 수소발생기(120)에서 필요한 전원은 상기 잠수함(1) 내에 이미 장착되어 있는 디젤 발전기 등으로부터 공급받을 수 있다.
그리고 상기 수소발생기(120)와 연료전지(130)는 잠수함의 압력선체(10) 내부에 구비될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
마찬가지로, 상기 금속연료 전처리 장치(110)는 잠수함의 압력선체(10) 내부에 구비될 수 있으나, 잠수함의 공간적인 활용을 극대화시키기 위하여 잠수함의 압력선체(10) 외부에 배치시킬 수도 있다.
다음으로, 본 발명의 실시예에 따른 잠수함의 수소 공급 방법에 관하여 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잠수함의 수소 공급 방법을 간략히 도시한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 잠수함의 수소 공급 방법은 금속연료 전처리단계(S100), 수소 발생단계(S200), 수소 공급단계(S300)를 포함한다.
먼저, 금속연료 전처리 단계(S100)로서, 상기 금속연료 전처리 장치(110, 도 1 참조)를 이용하여 수소발생기(120, 도 1 참조)에 공급되는 금속연료를 전처리 하는 단계를 수행할 수 있다.
다음으로, 수소 발생단계(S200)로서, 상기 수소발생기(120, 도 1 참조)를 이용하여 전처리 된 금속연료를 반응시켜 수소를 발생시키는 단계를 수행할 수 있다. 이 경우, 금속연료의 전처리 공정을 거쳤기에 반응성이 향상될 수 있다.
그 다음으로, 수소 공급단계(S300)로서, 상기 수소발생기(120, 도 1 참조)에서 발생시킨 수소를 연료전지(130, 도 1 참조)로 공급하는 단계를 수행할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 잠수함 내의 수소발생기에서 금속연료를 공급받아 수소를 발생시키고, 발생시킨 수소를 연료전지로 공급함에 있어서, 수소발생기로 공급하기에 앞서 금속연료를 전처리 할 수 있어 반응성을 향상시킬 수 있다. 구체적인 예로서, 상기와 같이 금속연료를 수소발생기에 공급하기에 앞서 잠수함 내에서 전처리 할 수 있는 경우, 저가의 산업용 알루미늄 분말 등을 그대로 사용할 수 있어 연료의 구입에 제약이 줄어들 수 있다.
지금까지 본 발명인 잠수함의 수소 공급 시스템 및 방법에 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.
S100: 금속연료 전처리 단계
S200: 수소발생단계
S300: 수소공급단계
1: 잠수함
10: 압력선체
100: 잠수함의 수소 공급 시스템
110: 금속연료 전처리 장치
120: 수소발생기
130: 연료전지

Claims (8)

  1. 금속연료탱크, 수소 발생기, 연료전지 및 금속연료 전처리 장치를 포함하는 잠수함의 수소 공급 시스템에 있어서,
    상기 수소 발생기로 공급하는 금속연료를 저장하는 금속연료탱크;
    상기 수소 발생기로 금속 연료가 공급되기 이전에 상기 금속 연료의 촉매전처리한 후 상기 촉매전처리된 금속 연료를 상기 수소 발생기로 공급되도록 하는 금속연료 전처리 장치;
    잠수함 내에 구비되며 상기 금속연료 전처리 장치에 의해 촉매전처리된 금속 연료를 공급받아 해수를 전해질로 하는 화학반응을 통해 수소를 발생시키는 수소 발생기; 및
    상기 수소 발생기로부터 발생된 수소를 공급받아 사용하는 연료 전지를 포함하고,
    상기 금속연료탱크에 저장되는 금속연료는, 분말상태로 이루어지는 것을 특징으로 하는
    잠수함의 수소 공급 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수소발생기 및 연료전지는,
    상기 잠수함의 압력선체 내부에 구비되는 잠수함의 수소 공급 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속연료 전처리 장치는,
    가스분무(atomizing) 방식으로 상기 수소발생기에 공급되는 금속연료를 전처리 하는 잠수함의 수소 공급 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속연료 전처리 장치는,
    상기 잠수함의 압력선체 내부 또는 외부에 구비되는 잠수함의 수소 공급 시스템.
  6. 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항의 잠수함의 수소 공급 시스템에 의한 잠수함의 수소 공급 방법에 있어서,
    (a) 상기 금속연료 전처리 장치에서, 수소 발생기로 공급되기 이전에 수소 발생을 위한 금속 연료의 촉매전처리하는 단계;
    (b) 상기 수소발생기에서, 상기 금속연료 전처리 장치에 의해 촉매전처리된 금속 연료를 공급받아 해수를 전해질로 하는 화학반응을 통해 수소를 발생시키는 단계; 및
    (c) 상기 연료전지에서, 상기 수소발생기에서 발생된 수소를 공급받아 사용하는 단계를 포함하고,
    상기 금속연료탱크에 저장되는 금속연료는, 분말상태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 잠수함의 수소 공급 방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 (a) 단계에서, 상기 금속연료의 전처리 방식은 가스분무(atomizing) 방식을 이용하는 잠수함의 수소 공급 방법.
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