KR102601308B1 - 교반형 수소 생성 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속과 물을 반응시켜 수소를 생산함으로써, 탄소를 배출하지 않고 수소를 생산할 수 있으면서도, 수소의 발생량을 제어할 수 있는 교반형 수소 생성 장치 및 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 교반형 수소 생성 장치는, 금속과 물의 반응에 의해 수소가 생성되는 반응기; 및 상기 반응기와 수소 수요처를 연결하며, 상기 반응기에서 반응에 의해 생성된 수소 기체를 수소 수요처로 공급하는 수소 배출라인;을 포함하고, 상기 반응기는, 상기 반응기 내 하부에 탈부착이 가능하도록 결합되며 금속이 저장되는 금속 저장 수단; 및 상기 반응기 내 하부에 설치되며 반응기 내 유체를 교반시키는 교반기;를 포함하고, 상기 교반기의 작동을 제어하여 상기 금속과 물의 반응속도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 교반형 수소 생성 장치는, 금속과 물의 반응에 의해 수소가 생성되는 반응기; 및 상기 반응기와 수소 수요처를 연결하며, 상기 반응기에서 반응에 의해 생성된 수소 기체를 수소 수요처로 공급하는 수소 배출라인;을 포함하고, 상기 반응기는, 상기 반응기 내 하부에 탈부착이 가능하도록 결합되며 금속이 저장되는 금속 저장 수단; 및 상기 반응기 내 하부에 설치되며 반응기 내 유체를 교반시키는 교반기;를 포함하고, 상기 교반기의 작동을 제어하여 상기 금속과 물의 반응속도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 금속과 물을 반응시켜 수소를 생산함으로써, 탄소를 배출하지 않고 수소를 생산할 수 있으면서도, 수소의 발생량을 제어할 수 있는 교반형 수소 생성 장치에 관한 것이다.
현재 에너지 시스템은 화석연료에 크게 의존하고 있으나, 화석연료는 매장량이 한정되어 있어 가까운 미래에 고갈될 것으로 예상된다. 또한 화석연료의 연소 시 발생하는 이산화탄소(CO2)로 인하여 지구 온난화가 가속화되고 있다. 따라서 전 세계적으로 환경 친화적인 대체 에너지의 개발에 관한 연구가 꾸준히 진행되고 있다.
이 중 수소 에너지는 환경 친화적이며 높은 에너지 밀도를 갖기 때문에 자동차 동력원, 휴대용 전자기기용 연료전지의 연료로 활용이 가능하며, 수소를 연료로 사용하는 연료전지의 가격도 매년 감소하고 있어, 수소에너지 시대가 앞당겨지고 있다. 수소 연료전지와 같이 수소를 주체로 하는 에너지 경제로의 패러다임 변화가 진행되고 있음에 따라 수소의 수요가 증대되고 있다.
또한, 수소 연료는 직접 연소시킬 때에도 환경오염 물질이 거의 배출되지 않는 청정 연료이고, 수소를 전기로 변환하는 고효율 연료전지의 연료로 활용하는 것도 가능하다는 점에서 가까운 미래의 이상적인 에너지원으로 전망하고 있다.
가장 널리 사용되는 수소 생산 방법으로는, 탄화수소계 연료를 개질하는 방법이 있다. 대표적으로, 탄화수소를 수증기와 반응시켜, 수증기(물)에 함유된 수소를 추출하는 수증기 개질법, 탄화수소를 산소와 반응시킴으로써 수소를 얻는 부분산화법 및 수증기 개질반응 및 부분산화반응 등 2가지 반응에 의해 수소를 생산함으로써 부분산화법의 가동성과 수증기 개질법의 효율성을 조합한 자열개질법 등이 있다.
이러한 개질법은, 일정량의 탄화수소로부터 많은 양의 수소를 얻을 수 있고 그 기술수준이 상용화되어 있다는 장점이 있지만, 탄화수소를 연료로 하므로 환경오염물질인 탄소의 배출이 불가피하다.
수소를 생산하는 다른 방법으로는, 알루미늄 등의 금속을 물과 반응시켜 수소를 발생시키는 방법이 있다. 금속과 물의 반응을 이용하면 탄소 배출없이(zero emission) 수소를 생산할 수 있어 친환경적이라는 장점이 있다.
그러나 알루미늄을 물과 반응시켜 수소를 생산하기 위해서는 부산물인 산화물 또는 수산화물이 알루미늄의 표면에 피막을 형성하고, 피막 안쪽의 알루미늄은 물과 접촉할 수 없게 되므로 수소 생성 반응(알루미늄 산화반응)이 알루미늄의 표면에서만 발생하다가 정지하게 되는 문제가 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 제안되고 있는 방법으로는, 물 속에서 알루미늄을 절삭하여 알루미늄의 새로운 면을 생성시킴으로써 반응이 지속되도록 하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법은, 알루미늄 표면의 피막을 제거하기 위한 기계적 설비가 필요하고, 알루미늄의 새로운 면과 미세 입자가 연속적으로 생성되므로 반응 속도를 제어하는 것이 어렵다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 탄소를 배출하지 않고 수소를 생산할 수 있으면서도, 수소의 생성속도를 제어할 수 있는 교반형 수소 생성 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 금속과 물의 반응에 의해 수소가 생성되는 반응기; 및 상기 반응기와 수소 수요처를 연결하며, 상기 반응기에서 반응에 의해 생성된 수소 기체를 수소 수요처로 공급하는 수소 배출라인;을 포함하고, 상기 반응기는, 상기 반응기 내 하부에 탈부착이 가능하도록 결합되며 금속이 저장되는 금속 저장 수단; 및 상기 반응기 내 하부에 설치되며 반응기 내 유체를 교반시키는 교반기;를 포함하고, 상기 교반기의 작동을 제어하여 상기 금속과 물의 반응속도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는, 교반형 수소 생성 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 금속 저장 수단은 금속은 통과하지 못하고 유체는 통과할 수 있는 다공성 필터로 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 금속은 분말 형태의 알루미늄일 수 있다.
바람직하게는, 상기 금속 저장 수단이 반응기에 탈부착 가능하도록 상기 금속 저장 수단과 반응기를 결합하는 탈부착 수단;을 더 포함하고, 상기 금속의 반응이 완료되면 상기 반응이 완료된 금속이 저장된 금속 저장 수단은 제거되고, 새로운 금속이 저장된 금속 저장 수단으로 교체될 수 있다.
바람직하게는, 상기 반응기로 공급할 촉매를 저장하는 촉매 저장탱크; 상기 촉매 저장탱크로부터 상기 반응기의 상부로 연결되며, 상기 촉매 저장탱크로부터 반응기로 촉매를 공급하는 촉매 공급라인; 및 상기 촉매 공급라인에 설치되며, 개폐 및 개도량이 제어되는 촉매 공급밸브;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 촉매 공급밸브의 개도량을 제어함으로써 상기 반응기 내 금속과 물의 반응속도를 제어할 수 있다.
바람직하게는, 상기 반응기의 하부로부터 상기 촉매 저장탱크로 연결되며, 상기 반응기로부터 상기 촉매 저장탱크로 촉매를 회수하는 촉매 회수라인; 및 상기 촉매를 반응기로부터 촉매 저장탱크로 순환시키는 촉매 순환펌프;를 더 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 반응기에서 금속과 물을 반응시켜 수소를 생성시키는 수소 생성 방법에 있어서, 반응시킬 금속이 저장된 금속 저장 수단을, 상기 반응기 내 하부에 탈부착이 가능하도록 결합하고, 금속과 물의 반응시켜 수소를 생성하되, 상기 금속 저장 수단은 상기 금속은 통과하지 못하고 상기 물은 통과할 수 있는 다공성 필터로 구비하며, 교반기의 작동을 제어하여, 상기 반응기 내 물을 교반시킴으로써, 상기 금속과 물의 반응속도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는, 수소 생성 방법이 제공된다.
바람직하게는, 상기 금속의 반응이 완료되면 상기 반응이 완료된 금속이 저장된 금속 저장 수단을 탈착시키고, 새로운 금속이 저장된 금속 저장 수단으로 교체할 수 있다.
바람직하게는, 상기 반응기로 촉매를 공급하여, 상기 금속 표면에 형성된 산화막이 상기 금속과 물의 접촉을 방해하지 않도록 하고, 상기 반응기로 공급하는 촉매의 유량을 조절함으로써, 상기 금속과 물의 반응 속도를 제어할 수 있다.
본 발명에 따른 교반형 수소 생성 장치 및 방법은, 금속과 물을 반응시켜 수소를 생산함으로써, 탄소를 배출하지 않고 수소를 생산할 수 있으며, 탄소를 배출하지 않고 생성된 고순도의 수소는 전기 및 열 생성을 위한 연료전지의 연료로 사용할 수 있다.
또한, 교반기의 작동을 제어하고, 촉매 공급량을 제어하여, 금속과 물의 폭발적인 반응 속도를 제어함으로써, 수소의 발생량을 조절할 수 있다.
또한, 반응기 내에서 금속이 수용되는 금속 저장 장치와 탈부착 수단을 구비하여, 반응이 완료된 금속은 반응기로부터 쉽게 분리하고, 반응시킬 새로운 금속으로 쉽게 교체할 수 있다.
또한, 반응에 의해 생성되는 부산물도 반응이 완료된 금속을 반응기로부터 분리 제거할 때 함께 제거할 수 있어 별도의 부산물 제거 공정이 필요하지 않다.
또한, 반응에 사용된 촉매는 펌프를 이용하여 회수함으로써 재사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교반형 수소 생성 장치를 간략하게 도시한 개념도이다.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교반형 수소 생성 장치를 간략하게 도시한 개념도이다. 이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 교반형 수소 생성 장치 및 방법을 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 교반형 수소 생성 장치(500)는, 금속과 물의 반응이 일어나고, 금속과 물의 반응에 의해 수소가 생성되는 반응기(100); 및 반응기(100)에서의 수소 생성 반응에 필요한 촉매를 저장하는 촉매 저장탱크(200);를 포함한다.
또한, 본 실시예의 반응기(100)는, 수소 생성 반응의 원료인 금속이 저장되는 금속 저장 수단(110); 반응기(100)에 수용되어 있는 유체를 교반시켜 반응속도를 촉진시키는 교반기(120); 및 금속 저장 수단(110)이 반응기(100)에 부착되거나 반응기(100)로부터 탈착되도록 하는 탈부착 수단(130);을 포함한다.
또한, 본 실시예에 따르면, 반응기(100) 내에서 반응에 의해 생성된 수소가 반응기(100)로부터 배출되도록 반응기(100)와 수소 수요처를 연결하는 수소 배출라인(HL); 촉매 저장탱크(200)로부터 반응기(100)로 촉매가 공급되도록 촉매 저장탱크(200)와 반응기(100)를 연결하는 촉매 공급라인(CL1); 및 촉매가 반응기(100)로부터 촉매 저장탱크(200)로 회수되도록 반응기(100)와 촉매 저장탱크(200)를 연결하는 촉매 회수라인(CL2);을 포함한다.
수소 배출라인(HL)은 반응기(100)로부터 연료전지 등 수소 수요처로 직접 연결될 수도 있고, 수소를 저장하는 수소 저장탱크(미도시)로 연결될 수도 있다.
또한, 수소 배출라인(HL)은 도 1에 도시된 바와 같이, 반응기(100)의 상부로부터 연결될 수 있다.
도면에 도시하지는 않았지만, 반응기(100) 내부의 상부 측에는, 수소 배출라인(HL)으로 배출되는 수소 기체에 포함된 미스트 등 액체 성분을 제거하는 미스트 제거용 필터(미도시);가 설치될 수 있다.
수소 배출라인(HL)에는 반응기(100)에서 생성된 수소 기체의 배출 여부에 따라 개폐가 제어되는 수소 배출밸브(401);가 설치될 수 있다.
본 실시예의 촉매 공급라인(CL1)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 촉매 저장탱크(200)로부터 반응기(100)의 상부로 연결될 수 있다.
또한, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 촉매 공급라인(CL1)은 반응기(100)의 내부까지 연장되어 촉매가 안정적으로 반응기(100)로 공급되도록 할 수도 있다.
촉매 공급라인(CL1)에는 반응기(100)로 공급할 촉매의 유량을 조절하기 위하여 개폐 및 개도량이 제어되는 촉매 공급밸브(402);가 설치될 수 있다.
본 실시예의 촉매 회수라인(CL2)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 반응기(100)의 하부로부터 촉매 저장탱크(200)로 연결될 수 있다.
또한, 촉매 회수라인(CL2)에는 반응기(100)로부터의 촉매 배출 여부에 따라 개폐가 제어되는 촉매 회수밸브(403);가 설치될 수 있다.
본 실시예의 수소 배출밸브(401), 촉매 공급밸브(402) 및 촉매 회수밸브(403)는 도시하지 않은 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다.
또한, 본 실시예의 반응기(100)에는, 반응기(100)의 내압을 측정하는 압력센서(미도시);가 설치될 수도 있다. 제어부는 반응기(100)의 내압이 설정범위 내에 있도록 압력센서와 수소 배출밸브(401)를 연동하여 반응기(100)의 내압을 제어할 수 있다. 또는, 수소 배출밸브(401)가 반응기(100)의 내압이 설정값을 초과하면 자동으로 개방되어 수소 기체를 반응기(100)로부터 배출시키도록 하는 안전밸브(미도시);가 더 마련될 수도 있을 것이다.
또한, 본 실시예에 따르면, 반응기(100)로부터 배출된 촉매를 가압하여 촉매 저장탱크(200)로 이송하는 촉매 순환펌프(300);를 더 포함할 수 있다.
본 실시예의 금속은, 알루미늄(111)일 수 있다. 또한, 알루미늄은 금속 저장 수단(110)에 배치된다. 즉, 본 실시예의 반응기(100)에서는 금속 저장 수단(110)에 배치된 알루미늄(111)과 물이 반응하여 수소가 생성된다.
본 실시예에서, 알루미늄은, 분말 형태로 제공될 수 있다.
본 실시예의 금속 저장 수단(110)은, 분말 형태의 알루미늄(111)을 수용할 수 있는 컨테이너일 수 있고, 도 1에 도시된 바와 같이, 반응기(100) 내부 공간의 하부에 배치될 수 있다.
또한, 금속 저장 수단(110)의 내부에 수용된 고체, 즉 알루미늄 분말(111)은 통과시키지 못하고, 유체 즉, 반응기(100) 내 물을 통과시킬 수 있는 구조일 수 있으며, 예컨대 다공성 필터(filter) 또는 그물망(mesh) 구조일 수 있다.
반응기(100) 내에 저장되어 있는 물은 금속 저장 수단(110)의 내외를 통과할 수 있으므로, 금속 저장 수단(110)에 수용되어 있는 알루미늄 분말(111)과 접촉하며, 반응에 의해 수소가 생성된다.
본 실시예에 따르면, 교반기(120)가 작동되면, 반응기(100) 내 물이 교반되어 금속 저장 수단(110)에 수용되어 있는 알루미늄 분말(111)과 물의 접촉을 원활하게 함으로써 반응이 촉진될 수 있다.
즉, 교반기(120)를 작동시키면, 수소 발생 속도가 빨라질 수 있고, 시간당 수소 발생량이 많아질 수 있다.
도면에 도시되어 있지는 않지만, 본 실시예의 교반기(120)는, 회전축(미도시); 및 회전축을 구동시키는 전기모터(미도시);를 포함할 수 있다.
제어부는 교반기(120)의 작동 여부를 제어할 수 있고, 교반기(120)의 운전속도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부는, 반응기(100)에서 생성된 수소를 공급받는 수소 수요처(미도시)에서 요구하는 수소 공급량 등에 따라 교반기(120)의 작동을 제어할 수 있다.
교반기(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 금속 저장 수단(110)보다 하부에 설치될 수 있다.
반응기(100) 내에서의 수소 생성 반응, 즉, 알루미늄과 물의 반응에 의해 수소가 생성되는데, 알루미늄이 물과 반응한 직후, 알루미늄 표면에는 산화막이 형성되어 반응속도는 급격히 감소하게 된다.
본 실시예에 따르면, 이를 극복하기 위하여, 촉매 저장탱크(200)에 저장된 촉매를 촉매 공급라인(CL1)을 통해 반응기(100) 내부로 공급할 수 있다.
촉매 저장탱크(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 반응기(100)보다 높은 위치에 설치될 수 있다. 촉매 저장탱크(200)가 반응기(100)보다 높은 위치에 설치됨으로써, 별도의 동력없이 중력에 의해 촉매가 촉매 저장탱크(200)로부터 반응기(100) 내부로 공급될 수 있다.
본 실시예에서 촉매는 알칼리 용액 또는 알칼리 수용액일 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 촉매는 수산화나트륨(NaOH)일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 촉매는, 금속과 물의 반응에 의해 생성되는 산화물 등 부산물을 제거하면서도, 반응에 의해 생성된 수소 기체에 부정적인 영향을 끼치지 않는 물질이면 된다.
촉매 저장탱크(200)로부터 반응기(100)로 공급되는 촉매의 유량은 촉매 공급밸브(402)의 개도량 제어에 의해 조절될 수 있다. 반응기(100)로 공급하는 촉매의 유량을 조절함으로써, 알루미늄의 폭발적인 반응성을 억제할 수 있고, 따라서 반응기(100) 내에서 일어나는 수소 생성 반응의 반응 속도를 제어할 수 있다.
본 실시예의 탈부착 수단(130)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 금속 저장 수단(110)의 양단에 설치되는 힌지일 수 있다. 본 실시예에서는 탈부착 수단(130)이 힌지 구조인 것을 예로 들어 설명하지만, 특별히 한정하는 것은 아니고, 탈부착 수단(130)은 금속 저장 수단(110)을 반응기(100)에 탈부착이 가능하도록 결합시킬 수 있는 구조이면 된다.
본 실시예의 금속 저장 수단(110)과 반응기(100)는, 탈부착 수단(130)에 의해 탈착 가능하다.
즉, 반응시킬 알루미늄이 저장된 금속 저장 수단(110)을 탈부착 수단(130)을 이용하여 반응기(100) 내부에 힌지 결합하고, 반응을 진행시킨 후, 알루미늄의 반응이 완료되면 힌지 결합을 해제하여 금속 저장 수단(110)을 반응기(100)로부터 탈착시켜, 반응이 완료된 알루미늄 및 부산물을 제거하고, 새로운 알루미늄이 저장된 금속 저장 수단(110)을 반응기(100) 내부에 설치할 수 있다.
반응기(100) 내에서의 수소 생성 반응, 즉, 알루미늄과 물과의 반응에 의해 수소 기체 뿐만 아니라 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 같은 부산물이 생성되는데, 본 실시예에 따르면, 알루미늄이 수용된 금속 저장 수단(110)이 고체 성분은 통과할 수 없는 구조로 구비되므로, 부산물인 수산화알루미늄도 금속 저장 수단(110) 내에 머물러 있게 된다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 부산물을 제거하는 별도의 처리과정없이, 금속 저장 수단(110)을 반응기(100)로부터 탈착시켜 반응이 완료된 알루미늄이 제거될 때 부산물도 함께 제거될 수 있다.
수산화알루미늄은 인체에 무해한 성분이므로, 반응 완료 후 작업자가 직접 금속 저장 수단(110)을 교체하는 작업을 실시하더라도 안전하게 실시할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 반응기(100)로 투입된 촉매는 반응기(100)로부터 배출될 수 있고, 촉매 순환펌프(300)를 이용하여 촉매 회수라인(CL2)을 통해 촉매 저장탱크(200)로 회수될 수 있다.
예를 들어, 반응이 완료된 알루미늄을 반응기(100)로부터 제거할 때에는 반응을 멈추게 되는데, 이 때, 촉매 회수밸브(403)를 개방하여 반응기(100)로부터 사용된 촉매가 촉매 회수라인(CL2)으로 배출되도록 하고, 촉매 순환펌프(300)를 작동시켜 반응기(100)로부터 배출된 촉매를 촉매 저장탱크(200)로 공급함으로써, 촉매를 수소 생성 반응에 재사용할 수 있다.
촉매 회수라인(CL2)은 도 1에 도시된 바와 같이, 반응기(100)의 하부로부터 촉매 저장탱크(200)로 연결될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 탈부착 수단(130)에 의해 반응기(100)에 용이하게 탈부착이 가능한 금속 저장 수단(110)에, 알루미늄 등 금속을 분말 형태로 저장하고, 금속 저장 수단(110)을 반응기(100)에 결합시킨다.
반응기(100)에 저장된 물과 금속 저장 수단(110)에 저장된 알루미늄 분말이 반응하여 수소 기체를 생성한다.
반응이 진행되는 동안에는, 알루미늄과 물의 반응속도를 제어하기 위해, 촉매 공급밸브(402)를 제어하여, 촉매 저장탱크(200)로부터 반응기(100)로 공급되는 촉매의 양을 조절한다.
또한, 반응이 진행되는 동안, 금속 저장 수단(110)에 저장된 알루미늄 금속과 물의 접촉이 원활하도록 교반기(120)를 가동시켜 반응을 촉진시킴으로써 반응속도를 제어할 수도 있다.
알루미늄과 물의 반응에 의해 수소 기체가 생성됨에 따라 반응기(100)의 내압은 점차 증가하게 되고, 반응기(100)의 내압 및/또는 수소 수요처의 요구에 따라 수소 배출밸브(401)를 제어하여, 반응에 의해 생성된 수소 기체가 반응기(100)로부터 수소 수요처로 배출되도록 한다.
본 실시예에서 수소 수요처는 수소를 연료로 하여 전기 및 열을 생성하는 연료전지일 수 있다. 예를 들어, 연료전지는 PEMFC(Proton Exchanger Membrane Fuel Cell)일 수 있다.
반응기(100)로부터 배출시킨 수소 기체는 수소 수요처로 직접 공급할 수도 있고, 수소 저장탱크에 저장하였다가 수소 수요처로 공급할 수도 있다. 반응기(100)로부터 배출시킨 수소 기체를 수소 저장탱크에 저장하였다가 수소 수요처로 공급하면, 수소 수요처로의 수소 연료 공급이 더욱 안정적으로 이루어질 수 있을 것이다.
반응기(100) 내부에 탈부착 가능하도록 설치되어 있는 금속 저장 수단(110)에 저장된 알루미늄의 반응이 완료되어 더이상 수소 기체를 생성할 수 없으면, 탈부착 수단(130)을 이용하여 금속 저장 수단(110)과 반응기(100)의 결합을 해제하고, 금속 저장 수단(110)에 수용되어 있는 반응이 완료된 알루미늄과 반응에 의해 생성된 수산화알루미늄 등 부산물을 제거한다.
새로운 알루미늄이 저장된 금속 저장 수단(110)을 반응기(100)에 다시 결합시킴으로써, 반응을 재개할 수 있는데, 필요에 따라서는, 새로운 알루미늄으로 교체하기 전에, 촉매 회수밸브(403)를 개방하여, 반응기(100)로부터 사용된 촉매를 배출시키고, 촉매 순환펌프(300)를 가동시켜 반응기(100)로부터 배출된 촉매를 촉매 저장탱크(200)로 재순환시킬 수 있다.
촉매 회수밸브(403)는 반응이 진행되는 동안에는 폐쇄되도록 제어할 수도 있지만, 반응기(100) 내 촉매의 농도나 반응기(100)의 수위를 조절하기 위하여 반응 중에도 개방하여 반응기(100)로부터 촉매를 배출시킬 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 금속과 물을 반응시킴으로써 수소를 생성하고, 생성된 수소를 연료전지 등으로 공급하여 에너지를 생산할 수 있으므로, 궁극적으로는 탄소를 배출하지 않고 에너지를 생산할 수 있어 친환경적이다.
또한, 분말형태의 금속을 물과 반응시킴으로써, 반응의 안정성을 도모하고, 반응이 완료된 금속은 물론 부산물까지도 탈부착 수단을 이용하여 교체가 가능하므로 연속적이고 용이하게 수소 기체를 생산할 수 있다.
또한, 교반기의 작동 및 촉매 공급량을 조절함으로써 폭발적인 반응에 의해 반응속도 제어가 어려웠던 종래기술에 비해, 반응속도를 용이하게 조절할 수 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시 예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술한 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
500 : 교반형 수소 생성 장치
100 : 반응기
110 : 금속 저장 수단
120 : 교반기
130 : 탈부착 수단
200 : 촉매 저장탱크
300 : 촉매 순환펌프
401 : 수소 배출밸브
402 : 촉매 공급밸브
403 : 촉매 회수밸브
HL : 수소 배출라인
CL1 : 촉매 공급라인
CL2 : 촉매 회수라인
100 : 반응기
110 : 금속 저장 수단
120 : 교반기
130 : 탈부착 수단
200 : 촉매 저장탱크
300 : 촉매 순환펌프
401 : 수소 배출밸브
402 : 촉매 공급밸브
403 : 촉매 회수밸브
HL : 수소 배출라인
CL1 : 촉매 공급라인
CL2 : 촉매 회수라인
Claims (6)
- 금속과 물의 반응에 의해 수소가 생성되는 반응기; 및
상기 반응기와 수소 수요처를 연결하며, 상기 반응기에서 반응에 의해 생성된 수소 기체를 수소 수요처로 공급하는 수소 배출라인;을 포함하고,
상기 반응기는,
상기 반응기 내 하부에 탈부착이 가능하도록 결합되며 분말 금속이 저장되고, 상기 분말 금속은 통과하지 못하고 유체는 통과할 수 있는 형태를 가지는 금속 저장 수단;
상기 반응기 내 하부에 설치되며 반응기 내 유체를 교반시키는 교반기;
상기 교반기의 작동을 제어하여 상기 금속과 물의 반응속도를 제어하는 제어부; 및
상기 금속 저장 수단이 반응기에 탈부착 가능하도록 상기 금속 저장 수단과 반응기를 결합하는 탈부착 수단;을 포함하며,
금속 및 반응에 의해 생성되는 부산물은 상기 금속 저장 수단에 남아있고, 반응이 완료되면, 상기 반응이 완료된 금속과 부산물이 남아있는 금속 저장 수단은, 반응 전 금속이 저장된 금속 저장 수단으로 교체되는, 교반형 수소 생성 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
상기 반응기로 공급할 촉매를 저장하는 촉매 저장탱크;
상기 촉매 저장탱크로부터 상기 반응기의 상부로 연결되며, 상기 촉매 저장탱크로부터 반응기로 촉매를 공급하는 촉매 공급라인; 및
상기 촉매 공급라인에 설치되며, 개폐 및 개도량이 제어되는 촉매 공급밸브;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 촉매 공급밸브의 개도량을 제어함으로써 상기 반응기 내 금속과 물의 반응속도를 제어하는, 교반형 수소 생성 장치. - 청구항 5에 있어서,
상기 반응기의 하부로부터 상기 촉매 저장탱크로 연결되며, 상기 반응기로부터 상기 촉매 저장탱크로 촉매를 회수하는 촉매 회수라인; 및
상기 촉매를 반응기로부터 촉매 저장탱크로 순환시키는 촉매 순환펌프;를 더 포함하는, 교반형 수소 생성 장치.
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