KR102614524B1 - 금속을 이용한 수소 생산 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속과 물을 반응시켜 수소를 생산하는데 있어, 별도의 동력없이 알칼리 수용액을 공급할 수 있고, 수소의 발생량을 제어할 수 있는 금속을 이용한 수소 생산 장치 및 이를 이용한 수소 생산 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 금속을 이용한 수소 생산 장치는, 금속과 수용액의 반응이 일어나고, 반응에 의해 수소를 생산하는 반응기; 및 상기 반응기로 수용액을 공급하는 수용액 저장탱크;를 포함하고, 상기 반응기는, 금속이 설치되고, 금속과 수용액의 산화반응이 일어나며 수소가 생성되는 반응부; 상기 반응부보다 상측에 구비되며 상기 반응부의 내압에 따라 수용액의 수위가 변동되는 제1 수용액 저장부; 및 상기 반응부보다 하측에 구비되며 상기 반응부의 내압에 따라 수용액의 수위가 변동되는 제2 수용액 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 금속을 이용한 수소 생산 장치는, 금속과 수용액의 반응이 일어나고, 반응에 의해 수소를 생산하는 반응기; 및 상기 반응기로 수용액을 공급하는 수용액 저장탱크;를 포함하고, 상기 반응기는, 금속이 설치되고, 금속과 수용액의 산화반응이 일어나며 수소가 생성되는 반응부; 상기 반응부보다 상측에 구비되며 상기 반응부의 내압에 따라 수용액의 수위가 변동되는 제1 수용액 저장부; 및 상기 반응부보다 하측에 구비되며 상기 반응부의 내압에 따라 수용액의 수위가 변동되는 제2 수용액 저장부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 금속과 물을 반응시켜 수소를 생산하는 데 있어, 별도의 동력 없이 알칼리 수용액을 공급할 수 있고, 수소의 생산량을 제어할 수 있는 금속을 이용한 수소 생산 장치 및 이를 이용한 수소 생산 방법에 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, 수소 에너지 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.
수소 에너지를 효율적으로 이용하기 위해서는 경제적이고 간편한 수소 생산기술이 필요하다.
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 사용하므로 환경오염물질인 탄소의 배출이 불가피하다.
이러한 문제점을 해결하고자, 알루미늄, 마그네슘, 아연, 나트륨 등의 활성 금속들을 가수분해하여 수소를 생산하는 방법이 주목받고 있다. 또한, 금속의 가수분해를 이용한 수소 생산은, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 이산화탄소(CO2) 등이 배출되지 않는(zero emission) 친환경적인 방법이다.
특히, 알루미늄은 자원이 풍부하고, 값이 저렴할 뿐 아니라, 알루미늄에 의한 가수분해 반응을 통해 수소를 생산하면, 수소 발생량이 높다는 장점이 있다.
알루미늄의 가수분해 반응은 알칼리 수용액 내에서 활발하게 일어나는 데, 부산물인 산화물 또는 수산화물이 알루미늄의 표면에 피막을 형성하고, 피막 안쪽의 알루미늄은 물과 접촉할 수 없게 되므로 수소 생성반응(알루미늄 산화반응)이 알루미늄의 표면에서만 발생하다가 정지하게 되어 수소 발생속도가 낮다는 문제점이 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 있고, 별도의 동력없이 알칼리 수용액을 공급할 수 있는 금속을 이용한 수소 생산 장치 및 이를 이용한 수소 생산 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 금속과 수용액의 반응이 일어나고, 반응에 의해 수소를 생산하는 반응기; 및 상기 반응기로 수용액을 공급하는 수용액 저장탱크;를 포함하고, 상기 반응기는, 금속이 설치되고, 금속과 수용액의 산화반응이 일어나며 수소가 생성되는 반응부; 상기 반응부보다 상측에 구비되며 상기 반응부의 내압에 따라 수용액의 수위가 변동되는 제1 수용액 저장부; 및 상기 반응부보다 하측에 구비되며 상기 반응부의 내압에 따라 수용액의 수위가 변동되는 제2 수용액 저장부;를 포함하는, 금속을 이용한 수소 생산 장치가 제공된다.
바람직하게는, 상기 제2 수용액 저장부의 수위 변동은 상기 제1 수용액 저장부의 수위 변동과 반대로 일어날 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 수용액 저장부의 수용액은 상기 제1 수용액 저장부로부터 유입될 수 있다.
바람직하게는, 상기 반응부의 압력이 높아지면, 상기 제2 수용액 저장부의 수용액은 상기 제1 수용액 저장부로 역류할 수 있다.
바람직하게는, 상기 반응부 및 제2 수용액 저장부는, 상기 반응부의 압력이 낮아지면, 상기 제2 수용액 저장부 내 수용액이 상기 반응부로 유입되고, 상기 반응부의 압력이 높아지면, 상기 반응부 내 수용액이 상기 제2 수용액 저장부로 유입되도록 배치될 수 있다.
바람직하게는, 상기 제1 수용액 저장부는, 상기 반응부 내 수용액이 상기 제2 수용액 저장부로 유입되면, 제2 수용액 저장부 내 수용액이 상기 제1 수용액 저장부로 유입되도록 배치될 수 있다.
바람직하게는, 개폐제어에 의해 상기 반응부에서 생성된 수소가 수소 수요처로 공급되도록 하고 상기 반응부 내 압력을 제어하는 수소 배출밸브;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 반응부에는, 수소 생성 반응의 원료인 금속 롤이 거치되는 롤 가이드;가 구비될 수 있다.
바람직하게는, 상기 반응기로부터 수용액 및 반응 부산물이 배출되도록 개폐가 제어되는 수용액 배출밸브; 및 상기 반응기로부터 배출된 수용액 및 반응 부산물을 고액 분리하는 침전탱크;를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 침전탱크에서 부산물이 분리된 수용액을 상기 수용액 저장탱크로 재순환시키는 수용액 순환펌프;를 더 포함할 수 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 의하면, 금속과 수용액의 반응이 일어나고, 반응에 의해 수소를 생산하는 수소 생산 장치를 이용한 수소 생산 방법에 있어서, 반응에 의해 생산된 수소를 반응부로부터 배출시키고, 상기 수소를 배출시킴으로써, 압력차에 의해 반응부 하측의 수용액 저장부로부터 수용액이 반응부로 유입되며, 압력차에 의해 무동력으로 상기 반응부로 수용액을 유입시킴으로써, 수용액과 금속의 반응에 의해 수소 생성 반응이 연속적으로 일어나는, 금속을 이용한 수소 생산 방법이 제공된다.
바람직하게는, 수소 생산을 중단시킬 때에는, 상기 반응부로부터의 수소 배출을 차단함으로써, 압력차에 의해 반응부 내 수용액이 상기 반응부 상측의 수용액 저장부로 유입되어, 금속과 수용액의 반응이 중단될 수 있다.
본 발명에 따른 금속을 이용한 수소 생산 장치 및 이를 이용한 수소 생산 방법은, 금속과 물의 반응에 의해 수소를 생산하는데 금속을 연속적으로 제공할 수 있고, 별도의 동력 없이 압력차를 이용하여 알칼리 수용액의 수위를 조절할 수 있다.
따라서, 일정량의 수소 생산이 가능하고, 반응 제어가 용이하며, 장시간 운전이 가능하다.
또한, 별도의 동력 없이도 알칼리 수용액을 자동 공급할 수 있으므로 시스템을 간소화할 수 있고, 에너지를 절감할 수 있다.
또한, 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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속을 이용한 수소 생산 장치를 간략하게 도시한 구성도이다.
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 금속을 이용한 수소 생산 장치를 간략하게 도시한 구성도이다. 이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속을 이용한 수소 생산 장치 및 이를 이용한 수소 생산 방법을 설명하기로 한다.
후술하는 본 발명의 일 실시예에서 금속은 알루미늄인 것을 예로 들어 설명하고, 알칼리 수용액은 수산화나트륨(NaOH) 수용액인 것을 예로 들어 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속을 이용한 수소 생산 장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 금속과 물의 반응이 일어나고, 반응에 의해 수소를 생산하는 반응기(100); 알칼리 수용액을 저장하고, 반응기(100)로 알칼리 수용액을 공급하는 수용액 저장탱크(200); 및 반응기(100)로부터 배출되는 알칼리 수용액 또는 반응기(100)로부터 배출되는 알칼리 수용액과 부산물(B)을 수용하는 침전탱크(300);를 포함한다.
또한, 본 실시예의 반응기(100)에는, 반응기(100)로부터 배출되는 수소가 수소 수요처로 이송되도록 수소 수요처로 연결되는 수소 배출라인(HL); 반응기(100)로부터 배출되는 수용액 및 부산물(B)이 침전탱크(300)로 이송되도록 침전탱크(300)로 연결되는 수용액 배출라인(EL); 및 수용액 저장탱크(200)로부터 알칼리 수용액이 반응기(100)로 이송되도록 수용액 저장탱크(200)로부터 연결되는 수용액 공급라인(AL);이 연결된다.
반응기(100)는, 하나만 설치될 수도 있고, 도 1에 도시된 바와 같이 2개(제1 반응기(100a) 및 제2 반응기(100b)) 이상이 병렬로 설치될 수도 있다. 2개 이상이 병렬로 설치되면 금속의 교체나 유지보수 등 어느 하나의 반응기(100b)에서 수소를 생산할 수 없거나 생산을 중단하더라도 나머지 반응기(100a)를 이용하여 연속적으로 수소를 생산할 수 있다.
본 실시예의 반응기(100)는, 금속이 설치되고, 금속의 산화반응이 일어나며 수소가 생성되는 반응부(130a, 130b); 반응부(130a, 130b)보다 상측에 구비되며 반응기(100)의 내압에 따라 수용액의 수위가 변동되는 제1 수용액 저장부(110a, 110b); 및 반응부(130a, 130b)보다 하측에 구비되며 반응기(100)의 내압에 따라 수용액의 수위가 변동되는 제2 수용액 저장부(120a, 120b);를 포함한다.
반응부(130a, 130b)에는 수소를 생산하기 위한 원료인 금속(131)이 롤(roll) 형태로 구비될 수 있다.
또한, 반응부(130a, 130b)에는 금속 롤(131)이 거치 되고 반응에 참여하는 금속 롤(131)의 길이를 조절하는 롤 가이드(132);가 설치된다.
제1 수용액 저장부(110a, 110b)와 제2 수용액 저장부(120a, 120b)는 반응부(130a, 130b)를 사이에 두고 있지만 도 1에 도시된 바와 같이, 서로 연통되어 있다.
즉, 반응기(100) 내부는, 수용액 저장탱크(200)로부터 수용액 공급라인(AL)을 통해 반응기(100)로 공급된 알칼리 수용액이, 반응부(130a, 130b)의 상측에 위치하는 제1 수용액 저장부(110a, 110b)를 통과해, 반응부(130a, 130b)를 거치지 않고, 반응부(130a, 130b)의 하부에 위치한 제2 수용액 저장부(120a, 120b)로 유입되는 구조로 구성되고, 제2 수용액 저장부(120a, 120b)에 수용된 알칼리 수용액의 수위가 높아지면, 알칼리 수용액은 반응부(130a, 130b)로 유입되도록 구성된다.
한편, 반응부(130a, 130b) 내 압력이 높아지면, 알칼리 수용액은 반응부(130a, 130b)로부터 제2 수용액 저장부(120a, 120b)로 유입되며, 압력에 의해 제2 수용액 저장부(120a, 120b)로 유입된 알칼리 수용액은 제1 수용액 저장부(110a, 110b)로 유입되어 제2 수용액 저장부(120a, 120b)의 수위는 낮아지고, 제1 수용액 저장부(110a, 110b)의 수위는 높아진다.
또한, 반응부(130a, 130b) 내 압력이 낮아지면, 알칼리 수용액은 제2 수용액 저장부(120a, 120b)로부터 반응부(130a, 130b)로 유입되고, 알칼리 수용액이 반응부(130a, 130b)로 유입되면서 반응부(130a, 130b) 내 수위가 높아짐에 따라, 제1 수용액 저장부(110a, 110b) 내 알칼리 수용액은 제2 수용액 저장부(120a, 120b)로 유입된다. 즉, 제1 수용액 저장부(110a, 110b) 내 수위가 낮아짐에 따라 제2 수용액 저장부(120a, 120b) 및 반응부(130a, 130b) 내 수위는 높아진다.
롤 가이드(132)는 금속 롤(131)이 반응부(130a, 130b)로 유입된 알칼리 수용액과 접촉할 수 있도록 금속 롤(131)의 길이를 조절할 수 있다.
반응부(130a, 130b)의 내압은 금속의 산화반응이 진행되어 수소가 발생함에 따라 높아진다. 즉, 일정량의 수소가 발생하면, 반응부(130a, 130b) 내 압력이 상승하여, 반응부(130a, 130b) 내 알칼리 수용액이 제2 수용액 저장부(120a, 120b)를 통해 반응부(130a, 130b)의 상측에 위치한 제1 수용액 저장부(110b)로 유입되므로, 반응부(130a, 130b) 및 제2 수용액 저장부(120a, 120b)의 수위가 낮아지고, 제1 수용액 저장부(110a, 110b)의 수위는 높아진다.
수소 배출라인(HL)에는, 수소 배출라인(HL)의 개폐를 조절하는 수소 배출밸브(HVa, HVb);가 설치된다.
수소 배출밸브(HVa, HVb)가 개방되면, 반응부(130a, 130b)로부터 수소가 배출되어 수소 배출라인(HL)을 통해 수소 수요처로 공급된다.
본 실시예에서 수소 수요처는 연료전지(fuel cell)일 수 있다.
수소 배출밸브(HVa, HVb)가 개방되어 반응부(130a, 130b)로부터 수소가 배출되면, 반응부(130a, 130b) 내 압력은 낮아진다. 즉, 수소가 반응부(130a, 130b)로부터 배출되면, 반응부(130a, 130b) 내 압력이 낮아져, 제1 수용액 저장부(110a, 110b)로부터 알칼리 수용액이 제2 수용액 저장부(120a, 120b)를 통해 반응부(130a, 130b)로 유입되므로, 반응부(130a, 130b) 및 제2 수용액 저장부(120a, 120b)의 수위는 높아지고, 제1 수용액 저장부(110a, 110b)의 수위는 낮아진다.
수소 배출밸브(HVa, HVb)의 개폐여부에 따른 반응부(130a, 130b)의 압력변화에 의한 제1 수용액 저장부(110a, 110b), 제2 수용액 저장부(120a, 120b) 및 반응부(130a, 130b)의 수위 변화는 도 1에 도시된 제1 반응기(100a)와 제2 반응기(100b)에 각각 도시하였다.
제1 반응기(100a)에는 수소 배출밸브(HVa)가 개방되어 반응부(130a)로부터 수소가 배출됨에 따라 반응부(130a) 내 압력이 낮아질 때의 제1 수용액 저장부(110a), 제2 수용액 저장부(120a) 및 반응부(130a)의 수위를 예를 들어 도시하였다.
제2 반응기(100b)에는 수소 배출밸브(HVb)가 폐쇄되어 있고, 반응부(130b)에서는 금속의 산화반응에 의해 수소가 발생함에 따라, 반응부(130b) 내 압력이 높아질 때의 제1 수용액 저장부(110b), 제2 수용액 저장부(120b) 및 반응부(130b)의 수위를 예를 들어 도시하였다.
수소 배출밸브(HVa, HVb)의 개폐제어는, 반응부(130a, 130b)의 압력이 미리 설정된 최고 압력값까지 높아지면 자동개방되고, 미리 설정된 최저 압력까지 낮아지면 자동폐쇄되도록 제어될 수 있다.
또한, 수소 생성 반응을 개시하고자 할 때에는 수소 배출밸브(HVa, HVb)를 개방하여 반응부(130a, 130b) 내 압력을 낮춤으로써 반응부(130a, 130b) 내 수위를 높여 알칼리 수용액과 금속을 접촉시켜 반응이 개시되도록 하고, 수소 생성 반응을 중단하고자 할 때에는 수소 배출밸브(HVa, HVb)를 폐쇄하여 반응부(130a, 130b) 내 압력을 높임으로써 반응부(130a, 130b) 내 수위를 낮추어 알칼리 수용액과 금속이 접촉하지 않도록 함으로써 반응이 중단되도록 할 수도 있다.
또한, 금속 롤(131)의 길이를 조절하여 금속이 알칼리 수용액과 접촉하도록 하거나 또는 접촉하지 않도록 함으로써 수소의 생산 여부를 제어할 수도 있을 것이다.
또한, 수용액 저장탱크(200)로부터 반응기(100)로 공급하는 총 수용액의 양을 조절함으로써, 수소 생성량을 제어할 수도 있을 것이다.
반응기(100)에서는 금속의 산화반응에 의해 수소가 생산됨과 동시에 부산물(B)도 생산될 수 있다.
예를 들어, 본 실시예와 같이 알루미늄과 수산화나트륨 수용액의 반응식은 다음과 같다.
먼저, 촉매를 사용하지 않은 물과 금속의 반응식은 다음과 같다.
2Al + 6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2
촉매, 즉 알칼리를 첨가하였을 때의 물과 금속의 반응식은 다음과 같다.
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2NaAl(OH)4 + 3H2 → 2NaOH + 2Al(OH)3 + 3H2
본 실시예에 따르면, 수소 생성 반응에 의해 생성된 고체 상태의 부산물(B)은, 수용액 배출라인(EL)을 통해, 수용액과 함께 반응기(100)로부터 침전탱크(300)로 배출시킬 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 반응에 의해 생성된 고체의 부산물(B)은 반응기(100)의 하부, 제2 수용액 저장부(120a, 120b)의 하부에 침전되고, 반응기(100)의 하부로부터 침전탱크(300)로 연결되는 수용액 배출라인(EL)에 설치된 수용액 배출밸브(EV)의 개폐제어에 의해 반응기(100)로부터 배출되는 수용액과 함께 침전탱크(300)로 이송될 수 있다.
침전탱크(300)로 이송된 수용액과 부산물(B)은, 제1 실(310)로 유입되고, 침전탱크(300)에서는, 수용액 배출라인(EL)을 통해 이송된 수용액과 부산물(B)을 고액 분리한다. 예를 들면, 제1 실(310)로부터 수용액만이 제2 실(320)로 유입됨으로써, 수용액과 부산물(B)이 분리될 수 있다.
부산물(B)과 분리된 수용액은 수용액 저장탱크(200)로 재순환될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 침전탱크(300)와 수용액 저장탱크(200)를 연결하며, 침전탱크(300)로부터 부산물(B)과 분리된 수용액이 수용액 저장탱크(200)로 이송되도록 경로를 제공하는 순환라인(RL); 및 순환라인(RL)에 설치되며 수용액을 가압하여 침전탱크(300)로부터 수용액 저장탱크(200)로 이송하는 수용액 순환펌프(400);를 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 수용액 저장탱크(200)와 반응기(100)를 연결하는 수용액 공급라인(AL); 및 수용액 공급라인(AL)에 설치되는 수용액 공급밸브(AV);를 더 포함할 수 있다.
수용액 공급밸브(AV)가 개방되면, 수용액은 수용액 저장탱크(200)로부터 반응기(100)의 제1 수용액 저장부(110a, 110b)로 유입된다.
수용액 저장탱크(200)는, 반응기(100)보다 높은 위치에 설치될 수 있고, 따라서, 수용액 공급밸브(AV)가 개방되면, 수용액은 중력에 의해 수용액 저장탱크(200)로부터 반응기(100)로 유입될 수 있다.
또는, 수용액 공급밸브(AV)는 항상 개방되어 있을 수 있으며, 반응부(130a, 130b)의 압력변화에 의해 제1 수용액 저장부(110a, 110b)로 유입되도록 할 수도 있다.
즉, 반응부(130a, 130b)의 압력이 낮아지면, 수용액은 압력차에 의해 수용액 저장탱크(200)로부터 제1 수용액 저장부(110a)로 이송되고, 반응부(130a, 130b)의 압력이 높아져 압력 평형을 이루면, 수용액 저장탱크(200)로부터 반응기(100)로 수용액은 이송되지 않는다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 수소 생성에 따른 반응기(100) 내 압력 변화를 이용하여 알칼리 수용액이 금속과 접촉하거나 접촉하지 않도록 할 수 있다. 또한, 수소의 수요에 따라, 수소 배출 밸브(HVa, HVb)의 개폐를 제어하여 반응기(100) 내 압력을 조절함으로써, 수소 생성 반응을 진행시키거나 또는 중단시킬 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따르면, 무동력으로 수소의 생성량을 일정하게 제어할 수 있으므로, 시스템을 간소화할 수 있고, 에너지를 절감할 수 있으면서도, 일정량의 수소를 연속적으로 생성할 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.
100 : 반응기
110a, 110b : 제1 수용액 저장부
120a, 120b : 제2 수용액 저장부
130a, 130b : 반응부
131 : 금속 롤
132 : 롤 가이드
200 : 수용액 저장탱크
300 : 침전탱크
400 : 수용액 순환펌프
HL : 수소 배출라인
HVa, HVb : 수소 배출밸브
EL : 수용액 배출라인
EV : 수용액 배출밸브
AL : 수용액 공급라인
AV : 수용액 공급밸브
B : 부산물
110a, 110b : 제1 수용액 저장부
120a, 120b : 제2 수용액 저장부
130a, 130b : 반응부
131 : 금속 롤
132 : 롤 가이드
200 : 수용액 저장탱크
300 : 침전탱크
400 : 수용액 순환펌프
HL : 수소 배출라인
HVa, HVb : 수소 배출밸브
EL : 수용액 배출라인
EV : 수용액 배출밸브
AL : 수용액 공급라인
AV : 수용액 공급밸브
B : 부산물
Claims (7)
- 금속과 수용액의 반응이 일어나고, 반응에 의해 수소를 생산하는 반응기; 및
상기 반응기로 수용액을 공급하는 수용액 저장탱크;를 포함하고,
상기 반응기는,
금속이 설치되고, 금속과 수용액의 산화반응이 일어나며 수소가 생성되는 반응부;
상기 반응부보다 상측에 구비되며 상기 반응부의 내압에 따라 수용액의 수위가 변동되는 제1 수용액 저장부; 및
상기 반응부보다 하측에 구비되며 상기 반응부의 내압에 따라 수용액의 수위가 변동되는 제2 수용액 저장부;를 포함하고,
상기 반응부는, 상기 제2 수용액 저장부의 수위가 높아지면 수용액이 유입되어 수용액과 상기 금속이 접촉하고, 반응부의 압력이 높아지면 반응부 내 수용액이 상기 제2 수용액 저장부로 유입되어 반응부의 수위가 낮아지도록 상기 제2 수용액 저장부의 상측에 구비되며,
상기 제1 수용액 저장부는, 상기 제2 수용액 저장부의 수위가 낮아지면 제1 수용액 저장부로부터 제2 수용액 저장부로 수용액이 유입되고, 상기 반응부의 수용액이 제2 수용액 저장부로 유입되면 수용액이 상기 제2 수용액 저장부로부터 제1 수용액 저장부로 역류하도록 상기 제2 수용액 저장부의 상측에 구비되고,
상기 반응부는 제1 수용액 저장부와 제2 수용액 저장부 사이에 구비되되, 제1 수용액 저장부와 제2 수용액 저장부가 서로 연통하는, 금속을 이용한 수소 생산 장치. - 삭제
- 삭제
- 청구항 1에 있어서,
개폐제어에 의해 상기 반응부에서 생성된 수소가 수소 수요처로 공급되도록 하고 상기 반응부 내 압력을 제어하는 수소 배출밸브;를 더 포함하는, 금속을 이용한 수소 생산 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 반응부에는,
수소 생성 반응의 원료인 금속 롤이 거치되는 롤 가이드;가 구비되는, 금속을 이용한 수소 생산 장치. - 청구항 1에 있어서,
상기 반응기로부터 수용액 및 반응 부산물이 배출되도록 개폐가 제어되는 수용액 배출밸브; 및
상기 반응기로부터 배출된 수용액 및 반응 부산물을 고액 분리하는 침전탱크;를 더 포함하는, 금속을 이용한 수소 생산 장치. - 청구항 6에 있어서,
상기 침전탱크에서 부산물이 분리된 수용액을 상기 수용액 저장탱크로 재순환시키는 수용액 순환펌프;를 더 포함하는, 금속을 이용한 수소 생산 장치.
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