KR102648961B1 - Continuous hydrogen generator and power generation system using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 연속 수소 발생기는 반응부에 알루미늄 펠렛을 공급하는 금속공급부; 상기 금속공급부로부터 유입된 상기 알루미늄 펠렛을 용융하여 용탕을 형성하고, 가스공급부에서 공급되는 수증기와 반응시키는 용융구역과, 상기 용탕의 상부면에서 형성되는 산화알루미늄 플레이크를 낙하시키는 스크레이퍼와, 상기 산화알루미늄 플레이크가 낙하되어 저장되는 회수구역이 구비된 반응부; 상기 반응부 하측에 배치되어 상기 용융구역으로 수증기를 공급하는 가스공급부; 및 상기 반응부 타측에 배치되어 상기 회수구역에 저장된 산화알루미늄 플레이크를 전달받아 저장하는 저장부;를 포함한다. The continuous hydrogen generator according to the present invention includes a metal supply unit that supplies aluminum pellets to the reaction unit; A melting zone for melting the aluminum pellets introduced from the metal supply unit to form molten metal and reacting with water vapor supplied from the gas supply unit, a scraper for dropping aluminum oxide flakes formed on the upper surface of the molten metal, and the aluminum oxide A reaction unit provided with a recovery area where flakes are dropped and stored; a gas supply unit disposed below the reaction unit to supply water vapor to the melting zone; and a storage unit disposed on the other side of the reaction unit to receive and store the aluminum oxide flakes stored in the recovery area.

Description

연속 수소 발생기 및 이를 이용한 수소 연료 발전 시스템{CONTINUOUS HYDROGEN GENERATOR AND POWER GENERATION SYSTEM USING THE SAME}Continuous hydrogen generator and hydrogen fuel power generation system using the same {CONTINUOUS HYDROGEN GENERATOR AND POWER GENERATION SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 연속 수소 발생기 및 이를 이용한 수소 연료 공급 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 알루미늄을 이용한 연속 수소 발생기 및 이를 이용한 수소 연료 공급 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a continuous hydrogen generator and a hydrogen fuel supply system using the same. More specifically, the present invention relates to a continuous hydrogen generator using aluminum and a hydrogen fuel supply system using the same.

화석연료를 이용 증가에 따른 탄소배출량 증가 문제는 해결이 매우 시급한 과제이다. 따라서 환경친화적인 에너지원을 찾기 위한 노력을 경주하고 있으며, 최근 에는 수소를 에너지원으로 사용하는 연료전지의 활용이 점차 증가하고 있다. The problem of increased carbon emissions due to increased use of fossil fuels is a very urgent task to solve. Therefore, efforts are being made to find environmentally friendly energy sources, and recently, the use of fuel cells that use hydrogen as an energy source is gradually increasing.

연료전지는 전지 에너지를 생산과정에서 유해 배출물질이 전혀 없는 면에서는 장점이나, 아직 안정적으로 수소를 생산하고 보관하기 어려운 문제가 있어서 사용이 제한적이다. Fuel cells have the advantage of producing no harmful emissions during the battery energy production process, but their use is limited because it is still difficult to stably produce and store hydrogen.

현재 수소 생산은 주로 화석연료인 천연가스를 개질하여 얻거나 산업공정 중에 발생되는 부생수소를 이용하기 때문에 수소 생산과정이 오히려 친환경적이지 못하며, 생산 비용이 매우 높아서 수소를 에너지로 활용하는데 제약이 있다. Currently, hydrogen production is mainly obtained by reforming natural gas, which is a fossil fuel, or uses by-product hydrogen generated during industrial processes, so the hydrogen production process is not environmentally friendly, and the production cost is very high, which limits the use of hydrogen as energy.

궁극적으로는 원자력, 풍력, 수력 또는 태양광과 같은 재생에너지를 이용한 수전해 방식으로 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 방법이 있으나, 생산 시설이 거대화 되고, 기후 등 외부 환경에 영향을 받는 점에서 문제가 있다. 그리고 상용 기술확립이 어려워 향후 오랜 연구개발이 필요한 실정이다.Ultimately, there is a way to produce hydrogen by electrolyzing water using a water electrolysis method using renewable energy such as nuclear power, wind power, hydro power, or solar power, but the production facilities are becoming large and are affected by external environments such as climate. there is a problem. Additionally, it is difficult to establish commercial technology, so long-term research and development will be required in the future.

따라서 안정적인 수소 생산을 활성화하기 위해서는 보다 간단한 공정으로 수소 생산량을 증가시킬 수 있는 수소 생산 방법의 개발이 필요하다. Therefore, in order to promote stable hydrogen production, it is necessary to develop a hydrogen production method that can increase hydrogen production through a simpler process.

대한민국 공개특허공보 제10-2018-0044505호에서 고분자 전해질 연료전지용 수소 발생 장치 및 수소 생성 방법을 개시하며, 특히 이에 따른 수소 발생 장치 및 수소 생성 방법은 수소 생성 반응 과정에서의 NaBH4 수용액과 소포제가 분리되도록 하여 소포제에 의한 영향을 제거함으로써, 생성되는 부산물의 중량 또는 부피를 최소화하는 것을 개시하나, 보다 저비용으로 수소를 대량생산하고 부산물을 재활용할 수 있는 구성을 개시되지 않는다. Republic of Korea Patent Publication No. 10-2018-0044505 discloses a hydrogen generation device and a hydrogen generation method for a polymer electrolyte fuel cell. In particular, the hydrogen generation device and hydrogen generation method according to the hydrogen generation device include an aqueous NaBH 4 solution and an antifoaming agent in the hydrogen generation reaction process. It discloses minimizing the weight or volume of by-products produced by separating them and eliminating the influence of the anti-foaming agent, but does not disclose a configuration that can mass-produce hydrogen at a lower cost and recycle the by-products.

본 발명의 목적은 수전해 보다 간편한 장치를 이용하여 수소를 대량 생산할 수 있으며, 별도의 재처리가 필요한 부산물을 생성하지 않아서 보다 환경 친화적인 연속 수소 발생기를 제공하기 위한 것이다. The purpose of the present invention is to provide a continuous hydrogen generator that can mass produce hydrogen using a simpler device than water electrolysis and is more environmentally friendly because it does not generate by-products that require separate reprocessing.

본 발명의 다른 장점은 생산된 수소를 별도의 시장에 판매하는 외에 직접 연료전지에 연결하여 연료전지의 수소연료로 대체하고 연료전지에서 발생하는 전기를 다시 연속 수소발생기에 충당하여 사용하는 연속적 에너지 리싸이클링 순환구조로 사용할 수 있다는 것이다. Another advantage of the present invention is that in addition to selling the produced hydrogen to a separate market, it is directly connected to a fuel cell to replace it with the hydrogen fuel of the fuel cell, and the electricity generated from the fuel cell is reused in a continuous hydrogen generator for continuous energy recycling. This means that it can be used in a circular structure.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.The above and other objects of the present invention can all be achieved by the present invention described below.

1. 본 발명의 하나의 관점은 연속 수소 발생기에 관한 것이다. 1. One aspect of the present invention relates to a continuous hydrogen generator.

상기 연속 수소 발생기는 반응부에 알루미늄 펠렛을 공급하는 금속공급부;The continuous hydrogen generator includes a metal supply unit that supplies aluminum pellets to the reaction unit;

상기 금속공급부로부터 유입된 상기 알루미늄 펠렛을 용융하여 용탕을 형성하고, 가스공급부에서 공급되는 수증기와 반응시키는 용융구역과, 상기 용탕의 상부면에서 형성되는 산화알루미늄 플레이크를 낙하시키는 스크레이퍼와, 상기 산화알루미늄 플레이크가 낙하되어 저장되는 회수구역이 구비된 반응부;A melting zone for melting the aluminum pellets introduced from the metal supply unit to form molten metal and reacting with water vapor supplied from the gas supply unit, a scraper for dropping aluminum oxide flakes formed on the upper surface of the molten metal, and the aluminum oxide A reaction unit provided with a recovery area where flakes are dropped and stored;

상기 반응부 하측에 배치되어 상기 용융구역으로 수증기를 공급하는 가스공급부; 및 a gas supply unit disposed below the reaction unit to supply water vapor to the melting zone; and

상기 반응부 타측에 배치되어 상기 회수구역에 저장된 산화알루미늄 플레이크를 전달받아 저장하는 저장부;를 포함한다. It includes a storage unit disposed on the other side of the reaction unit to receive and store the aluminum oxide flakes stored in the recovery area.

2. 상기 1 구체예에서, 상기 금속공급부는 상기 용융구역과 연결되는 금속공급유닛과 상기 금속공급유닛을 가열하여 유동하는 알루미늄 펠렛을 가열하는 예열유닛을 구비할 수 있다. 2. In the first embodiment, the metal supply unit may include a metal supply unit connected to the melting zone and a preheating unit that heats the metal supply unit to heat the flowing aluminum pellets.

3. 상기 2 구체예에서, 상기 금속공급유닛은 스크류 컨베이어 형식일 수 있다. 3. In the above 2 embodiments, the metal supply unit may be of a screw conveyor type.

4. 상기 2 구체예에서, 상기 금속공급유닛 일측에 촉매를 공급하는 촉매공급유닛이 더 포함될 수 있다. 4. In the above two embodiments, a catalyst supply unit for supplying a catalyst to one side of the metal supply unit may be further included.

5. 상기 1 내지 4 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 가스공급부는 복수개의 가스공급관을 구비할 수 있다. 5. In any one of the embodiments 1 to 4 above, the gas supply unit may be provided with a plurality of gas supply pipes.

6. 상기 1 내지 5 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 수증기는 1 내지 5 bar 범위의 압력으로 공급될 수 있다. 6. In any one of embodiments 1 to 5 above, the water vapor may be supplied at a pressure in the range of 1 to 5 bar.

7. 상기 1 내지 6 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 반응부 외주에는 가열유닛이 구비되어 상기 용탕의 온도를 조절하여 하기 화학식 1에 따른 반응을 유도할 수 있다. 7. In any one of the embodiments 1 to 6 above, a heating unit is provided on the outer periphery of the reaction unit to control the temperature of the molten metal to induce a reaction according to the following formula (1).

[화학식 1][Formula 1]

2Al +3H2O → Al2O3 + 3H2 2Al +3H 2 O → Al 2 O 3 + 3H 2

8. 상기 1 내지 7 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 반응부는 상측에 모터를 구비하여 상기 모터에 상기 스크레이퍼가 연결되며, 상기 스크레이퍼가 회전하여 상기 용탕의 상부면에서 형성되는 산화알루미늄 플레이크를 연속으로 낙하시킬 수 있다. 8. In any one of the embodiments of 1 to 7, the reaction unit is provided with a motor on the upper side, and the scraper is connected to the motor, and the scraper rotates to continuously scrape aluminum oxide flakes formed on the upper surface of the molten metal. can be dropped.

9. 상기 1 내지 8 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 용융구역 및 상기 회수구역의 단면적은 하기 수학식 1에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는, 연속 수소 발생기:9. Continuous hydrogen generator in any one of embodiments 1 to 8 above, wherein the cross-sectional areas of the melting zone and the recovery zone are determined according to the following equation 1:

[수학식 1][Equation 1]

1/6 σ1 ≤ σ2 ≤ 1/2 σ1 1/6 σ1 ≤ σ2 ≤ 1/2 σ1

여기서 σ1은 반응부의 단면적이고, σ2는 회수구역의 단면적이다. Here, σ1 is the cross-sectional area of the reaction section, and σ2 is the cross-sectional area of the recovery zone.

10. 상기 1 내지 9 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 회수구역의 일측에는 냉각유닛이 구비될 수 있다. 10. In any one of embodiments 1 to 9 above, a cooling unit may be provided on one side of the recovery area.

11. 본 발명의 다른 관점은 수소 연료 발전 시스템에 관한 것이다. 11. Another aspect of the present invention relates to a hydrogen fuel power generation system.

상기 수소 연료 발전 시스템은 상기 금속공급부로부터 유입된 상기 알루미늄 펠렛과 수증기를 반응시켜 수소가스 및 산화알루미늄 플레이크를 생성하는 반응부;The hydrogen fuel power generation system includes a reaction unit that reacts the aluminum pellets and water vapor introduced from the metal supply unit to generate hydrogen gas and aluminum oxide flakes;

상기 반응부 일측에 배치되어 상기 산화알루미늄 플레이크를 회수하는 저장부;a storage unit disposed on one side of the reaction unit to recover the aluminum oxide flakes;

상기 반응부에 수증기를 공급하는 가스공급부; A gas supply unit supplying water vapor to the reaction unit;

상기 반응부 일측에 배치되며 상기 반응부에서 생성되는 수소가스를 이용하여 전기를 생산하는 발전부;A power generation unit disposed on one side of the reaction unit and producing electricity using hydrogen gas generated in the reaction unit;

상기 발전부 일측에 배치되며, 상기 반응부에서 전달되는 수소가스로 전기를 생산하는 연료전지부; 및a fuel cell unit disposed on one side of the power generation unit and producing electricity using hydrogen gas delivered from the reaction unit; and

상기 연료전지부 일측에 배치되는 응축부;를 포함한다. It includes a condensation unit disposed on one side of the fuel cell unit.

12. 상기 11 구체예에서, 상기 발전부 및 연료전지부에서 생산되는 전기를 외부로 공급할 수 있다. 12. In the 11th embodiment above, electricity produced in the power generation unit and the fuel cell unit can be supplied to the outside.

13. 상기 11 또는 12 구체예에서, 상기 발전부는 마이크로터빈일 수 있다. 13. In the 11th or 12th embodiment, the power generation unit may be a microturbine.

14. 상기 11 내지 13 중 어느 하나의 구체예에서, 상기 응축부에서 생성되는 물을 회수하여 상기 가스공급부에 재공급할 수 있다. 14. In any one of embodiments 11 to 13 above, water generated in the condensation unit may be recovered and re-supplied to the gas supply unit.

본 발명에 따른 연속 수소 발생기는 저가의 알루미늄을 이용하여 경제성이 높으며, 유해물질을 발생하지 않아서 환경친화적인 방법으로 연속으로 수소를 생산하고, 산화알루미늄 플레이크를 대량 공급할 수 있다. 알루미늄과 수증기의 반응으로 수소를 생산할 수 있는 반응부는 알루미늄 펠렛과 수증기가 효과적으로 연속 반응할 수 있도록 구비되어 수소 생산 효율을 증가시킬 수 있으며, 부산되는 산화알루미늄 플레이크는 미세분말로 회수하여 코팅재, 내열재 또는 산화재 등에 재활용이 가능하다. The continuous hydrogen generator according to the present invention is highly economical by using low-cost aluminum, and does not generate harmful substances, so it can continuously produce hydrogen in an environmentally friendly manner and supply aluminum oxide flakes in large quantities. The reaction unit, which can produce hydrogen through the reaction of aluminum and water vapor, is equipped to enable an effective continuous reaction between aluminum pellets and water vapor to increase hydrogen production efficiency, and the by-product aluminum oxide flakes are recovered as fine powder and used as coating materials and heat-resistant materials. Alternatively, it can be recycled to oxidized materials.

또한 본 발명의 다른 관점에 따른 수소 연료 발전 시스템은 연속 수소 발생기가 구비되어 연속으로 수소를 발생시켜 경제성이 높으며, 마이크로터빈 및 연료전지를 포함하는 하이브리드 발전 시스템을 구비하여 전기를 보다 안정적으로 공급할 수 있기 때문에 소형 발전시설, 벌룬, 일반가정용 수소연료뿐만 아니라 차량, 선박 드론에 구비되는 경우 안정적으로 저렴한 전기에너지를 공급할 수 있다. In addition, the hydrogen fuel power generation system according to another aspect of the present invention is equipped with a continuous hydrogen generator to continuously generate hydrogen, making it highly economical, and is equipped with a hybrid power generation system including a microturbine and a fuel cell to provide electricity more stably. Therefore, it can provide stable and inexpensive electric energy when equipped in vehicles, ships, and drones, as well as hydrogen fuel for small power plants, balloons, and general households.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 연속 수소 발생기의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 따른 연속 수소 발생기의 반응부를 나타낸 부분 절개 사시도이다.
도 3은 도 1에 따른 연속 수소 발생기의 반응부의 평단면도이다.
도 4는 도 1에 따른 연속 수소 발생기의 반응부에서 회수구역의 넓이가 예로서, 반응부 단면적의 1/2인 경우를 나타낸 모식도이다.
도 5는 도 1에 따른 연속 수소 발생기의 반응부에서 회수구역의 넓이가 예로서, 반응부 단면적의 1/6인 경우를 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 다른 구체예에 따른 수소 연료 발전 시스템의 구성을 개략적인 구성도이다.
1 is a schematic configuration diagram of a continuous hydrogen generator according to one embodiment of the present invention.
Figure 2 is a partially cut-away perspective view showing the reaction part of the continuous hydrogen generator according to Figure 1.
Figure 3 is a plan cross-sectional view of the reaction part of the continuous hydrogen generator according to Figure 1.
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a case where the area of the recovery zone in the reaction section of the continuous hydrogen generator according to FIG. 1 is, for example, 1/2 of the cross-sectional area of the reaction section.
FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a case where the area of the recovery zone in the reaction section of the continuous hydrogen generator according to FIG. 1 is, for example, 1/6 of the cross-sectional area of the reaction section.
Figure 6 is a schematic configuration diagram of a hydrogen fuel power generation system according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 도면은 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공되는 것일 뿐, 본 발명이 하기 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 도면에 개시된 수소발생기 및 부품의 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. However, the following drawings are provided only to aid understanding of the present invention, and the present invention is not limited by the following drawings. In addition, the shape, size, ratio, angle, number, etc. of the hydrogen generator and parts disclosed in the drawings are illustrative and the present invention is not limited to the matters shown.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification. Additionally, in describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.

본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.When 'includes', 'has', 'consists of', etc. mentioned in this specification are used, other parts may be added unless 'only' is used. When a component is expressed in the singular, the plural is included unless specifically stated otherwise.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.When interpreting a component, it is interpreted to include the margin of error even if there is no separate explicit description.

~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수 있다.When the positional relationship between two parts is described as ‘on’, ‘at the top’, ‘at the bottom’, ‘next to’, etc., unless ‘immediately’ or ‘directly’ is used, there is no difference between the two parts. One or more different parts may be located.

'상부', '상면', '하부', '하면' 등과 같은 위치 관계는 도면을 기준으로 기재된 것일 뿐, 절대적인 위치 관계를 나타내는 것은 아니다. 즉, 관찰하는 위치에 따라, '상부'와 '하부' 또는 '상면'과 '하면'의 위치가 서로 변경될 수 있다. Positional relationships such as 'upper', 'top', 'lower', 'lower', etc. are only written based on the drawings, and do not represent absolute positional relationships. In other words, depending on the observation position, the positions of 'top' and 'bottom' or 'top' and 'bottom' may change.

본 명세서에서, 수치범위를 나타내는 "a 내지 b"는 "≥a이고 ≤b"으로 정의한다.In this specification, “a to b” indicating a numerical range is defined as “≥a and ≤b”.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 한 구체예에 따른 연속 수소 발생기를 설명한다. Hereinafter, a continuous hydrogen generator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 연속 수소 발생기의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 따른 연속 수소 발생기의 반응부를 나타낸 부분 절개 사시도이며, 도 3은 도 1에 따른 연속 수소 발생기의 반응부의 평단면도이다.Figure 1 is a schematic configuration diagram of a continuous hydrogen generator according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a partially cut-away perspective view showing the reaction part of the continuous hydrogen generator according to Figure 1, and Figure 3 is a continuous hydrogen generator according to Figure 1. This is a flat cross-sectional view of the reaction part.

도 1 내지 3을 참조하면, 상기 연속 수소 발생기(1000)는 금속공급부(100), 반응부(200), 저장부(300) 및 가스공급부(400)를 포함한다. 1 to 3, the continuous hydrogen generator 1000 includes a metal supply unit 100, a reaction unit 200, a storage unit 300, and a gas supply unit 400.

상기 금속공급부(100)는 내부에 알루미늄 펠렛(110)을 저장하고 반응부(200)에 상기 알루미늄 펠렛(110)을 공급할 수 있다. The metal supply unit 100 may store aluminum pellets 110 therein and supply the aluminum pellets 110 to the reaction unit 200.

상기 금속공급부(100)가 구비되어 상기 알루미늄 펠렛(110)을 저장한 이후에 상기 반응부(200)에 공급하기 때문에 알루미늄 펠렛(110) 공급량을 제어하기 용이하며, 알루미늄 펠렛(110)과 수증기가 반응하여 수소를 연속 생성하기에 매우 유리하다.Since the metal supply unit 100 is provided to store the aluminum pellets 110 and then supply them to the reaction unit 200, it is easy to control the supply amount of the aluminum pellets 110, and the aluminum pellets 110 and water vapor It is very advantageous to continuously produce hydrogen through reaction.

한 구체예에서, 상기 금속공급부(100)는 금속공급유닛(120)과 예열유닛(122)을 구비한다.In one specific example, the metal supply unit 100 includes a metal supply unit 120 and a preheating unit 122.

상기 금속공급부(100)는 알루미늄 펠렛(110)을 저장할 수 있는 공간과 상기 용융구역(210)과 연결되는 금속공급유닛(120)과 상기 금속공급유닛(120)을 가열하여 유동하는 알루미늄 펠렛(110)을 예열하는 예열유닛(122)을 구비할 수 있다. The metal supply unit 100 includes a space for storing aluminum pellets 110 and a metal supply unit 120 connected to the melting zone 210, and aluminum pellets 110 that flow by heating the metal supply unit 120. ) may be provided with a preheating unit 122 that preheats.

상기 금속공급유닛(120)은 알루미늄 펠렛(110)을 이송하여 상기 반응부(200)에 전달할 수 있는 공급관으로 구비된다. The metal supply unit 120 is provided with a supply pipe that can transfer aluminum pellets 110 to the reaction unit 200.

구체적으로 상기 공급관은 스크류 컨베이어(121) 형식으로 구비되어 알루미늄 펠렛(110)을 연속으로 공급하는 것일 수 있으며, 상기 스크류 컨베이어(121) 형식으로 구비되는 경우 연속으로 알루미늄 펠렛(110)을 상기 반응부(200)의 용탕(211) 내로 연속으로 이동시킬 수 있어서 매우 바람직하다. Specifically, the supply pipe may be provided in the form of a screw conveyor 121 to continuously supply aluminum pellets 110. When provided in the form of a screw conveyor 121, the supply pipe may continuously supply aluminum pellets 110 to the reaction unit. It is very desirable because it can be continuously moved into the molten metal 211 of (200).

상기 공급관은 알루미늄 펠렛(110)을 연속으로 공급할 수 있는 구성이면 특별하게 제한되지는 않으며, 예로서, 유자형 공급관(미도시)도 가능하다. 상기 금속공급유닛(120)이 유자형 공급관으로 구비되는 경우 알루미늄 펠렛(110)을 상부에서 공급하여 자중에 의하여 용탕(211)으로 효과적으로 이동시킬 수 있으며, 이 경우 알루미늄 펠렛(110)을 공급하기 위한 추가적인 구동장치가 필요하지 않다. The supply pipe is not particularly limited as long as it can continuously supply aluminum pellets 110. For example, a straight-shaped supply pipe (not shown) is also possible. When the metal supply unit 120 is provided with a straight-shaped supply pipe, aluminum pellets 110 can be supplied from the top and effectively moved to the molten metal 211 by their own weight. In this case, a device for supplying the aluminum pellets 110 is used. No additional drive is required.

한편 상기 금속공급유닛(120)이 연결되는 반응부(200)의 용융구역(210)은 최소 480℃ 내지 알루미늄 융융온도 이상으로 가열되고, 예를 들면 660℃ 이상까지 가열되어 알루미늄 용탕(211)이 형성되어 있는 상태이므로, 상기 공급관(121) 내로 용탕(211)의 열이 전달될 수 있다. Meanwhile, the melting zone 210 of the reaction unit 200 to which the metal supply unit 120 is connected is heated to at least 480 ° C. or higher than the aluminum melting temperature, for example, heated to 660 ° C. or higher to form the molten aluminum 211. Since it is in a formed state, the heat of the molten metal 211 can be transferred into the supply pipe 121.

이 때 알루미늄 펠렛(110)을 직선형의 공급관을 사용하여 공급하는 경우 용탕(211)의 열이 과도하게 전달될 수 있을 뿐만 아니라 용탕(211)이 역류하는 문제가 발생될 수 있으나, 상기 스크류 컨베이어(121)나 유자형 공급관으로 구비되는 경우 용탕(211)이 역류하지 못하며, 상기 알루미늄 펠렛(110)이 직선형 공급관 보다 천천히 공급되기 때문에 매우 바람직하다. At this time, when the aluminum pellets 110 are supplied using a straight supply pipe, not only may the heat of the molten metal 211 be excessively transmitted, but also a problem of the molten metal 211 flowing backward may occur. However, the screw conveyor ( When provided with a 121) or a straight supply pipe, the molten metal 211 cannot flow back, and the aluminum pellets 110 are supplied more slowly than with a straight supply pipe, which is very preferable.

한편 상기 금속공급유닛(120)이 유자형 공급관으로 구비되어 반응부(200)에서 알루미늄 펠렛(110)이 용융되어 있는 상태를 유지하는 경우에는 상기 금속공급유닛(120) 내에 유입되는 알루미늄 펠렛(110)의 일부가 용융될 수 있으며, 이 경우에도 싸이펀 효과에 의해 용융된 알루미늄 펠렛(110)이 서서히 상기 반응부(200)의 용융구역(210)으로 도입될 수 있다. On the other hand, when the metal supply unit 120 is provided with a U-shaped supply pipe and the aluminum pellets 110 are maintained in a melted state in the reaction unit 200, the aluminum pellets 110 flowing into the metal supply unit 120 ) may be melted, and in this case as well, the molten aluminum pellets 110 may be gradually introduced into the melting zone 210 of the reaction unit 200 due to the siphon effect.

상기 예열유닛(122)은 상기 스크류 컨베이어(121)를 감싸도록 구비될 수 있으며, 구체적으로 전열선이 배치되어 스크류 컨베이어(121)를 가열할 수 있다. The preheating unit 122 may be provided to surround the screw conveyor 121, and specifically, a heating wire may be disposed to heat the screw conveyor 121.

상기 예열유닛(122)이 구비되는 경우에는 연속 수소 발생기(1000) 작동 초기에 상기 반응부(200)로 유입되는 알루미늄 펠렛(110)의 온도를 용융되기 직전 온도까지 미리 상승시켜 예열함으로써 상기 반응부(200)의 용융구역(210)에서 알루미늄 펠렛(110)이 직접 투입되는 경우 보다 효과적으로 용융될 수 있도록 한다. When the preheating unit 122 is provided, the temperature of the aluminum pellets 110 flowing into the reaction unit 200 is preheated by raising the temperature of the aluminum pellets 110 flowing into the reaction unit 200 to the temperature immediately before melting at the beginning of operation of the continuous hydrogen generator 1000. When the aluminum pellets 110 are directly introduced into the melting zone 210 of 200, they can be melted more effectively.

상기 예열유닛(122)은 상기 연속 수소 발생기(1000)의 초기 작동 단계에서 수소 발생 효율을 매우 효과적으로 증가시킨다. The preheating unit 122 very effectively increases hydrogen generation efficiency in the initial operation stage of the continuous hydrogen generator 1000.

한 구체예에서, 상기 금속공급부(100) 일측에 촉매를 공급하는 촉매공급유닛(130)이 더 포함될 수 있다. In one embodiment, a catalyst supply unit 130 that supplies catalyst to one side of the metal supply unit 100 may be further included.

상기 촉매공급유닛(130)이 구비되어 상기 알루미늄 펠렛(110)과 함께 반응속도 증가를 위한 촉매를 추가 투입할 수 있다.The catalyst supply unit 130 is provided so that a catalyst to increase the reaction rate can be additionally added together with the aluminum pellets 110.

한 구체예에서, 상기 알루미늄 펠렛(110)은 폐기되는 알루미늄 캔 등을 건열로에서 재활용하여 알루미늄 펠렛(110)으로 제조한 것일 수 있으며, 이 경우 알루미늄 자원 순환 측면에서 매우 바람직하다. In one embodiment, the aluminum pellets 110 may be manufactured by recycling discarded aluminum cans, etc. in a dry heat furnace, and in this case, it is very desirable in terms of aluminum resource circulation.

상기 반응부(200)는 용융구역(210)과 회수구역(220)을 포함하며, 상기 용융구역(210)과 회수구역(220) 상부에는 용융구역(210)의 상부면에 접하여 회전하는 스크레이퍼(231)를 포함할 수 있다. The reaction unit 200 includes a melting zone 210 and a recovery zone 220, and a scraper (which rotates in contact with the upper surface of the melting zone 210) is provided on the upper part of the melting zone 210 and the recovery zone 220. 231) may be included.

상기 반응부(200)는 상기 금속공급부(100)에서 도입되는 알루미늄 펠렛(110)이 직접적으로 용융되어 상기 가스공급부(400)에서 공급되는 수증기와 반응할 수 있는 공간을 제공한다. The reaction unit 200 provides a space where the aluminum pellets 110 introduced from the metal supply unit 100 can directly melt and react with water vapor supplied from the gas supply unit 400.

상기 반응부(200)는 용융구역(210)과 회수구역(220)으로 구획되어 있으며, 구체적으로 물질과 에너지가 도입되고 반응 후 배출될 수 있는 연속식 반응기(Flow reactor chamber)이다.The reaction section 200 is divided into a melting zone 210 and a recovery zone 220, and is specifically a continuous reactor (flow reactor chamber) into which materials and energy can be introduced and discharged after reaction.

상기 반응부(200)는 길이 방향으로 반응이 진행되는 원통형인 것이 바람직하나, 용융구역(210)과 회수구역(220)으로 구획되고 알루미늄 펠렛(110)이 일측으로 공급되어 용융되며 수증기와 반응할 수 있는 공간과 생성되는 산화알루미늄 플레이크(212)를 회수할 수 있는 공간을 제공할 수 있는 것이면, 형태에 제한되지는 않는다. 예로서 상기 용융구역(210)과 회수구역(200)이 사각형 단면을 가지는 육면체 형태로 구비되는 것도 가능하다. The reaction section 200 is preferably cylindrical in which the reaction proceeds in the longitudinal direction, but is divided into a melting zone 210 and a recovery zone 220, and aluminum pellets 110 are supplied to one side to melt and react with water vapor. There is no limit to the shape as long as it can provide a space to collect the aluminum oxide flakes 212 and to recover the generated aluminum oxide flakes 212. For example, the melting zone 210 and the recovery zone 200 may be provided in the form of a hexahedron with a square cross-section.

상기 반응부(200)의 내측 일부 공간에 용융구역(210)이 구비되며, 나머지 공간은 회수구역(220)으로 구비될 수 있다. A melting zone 210 may be provided in a portion of the space inside the reaction unit 200, and the remaining space may be provided as a recovery zone 220.

상기 용융구역(210)은 일측에서 상기 금속공급부(100)와 연결되어 있으며, 상기 금속공급부(100)로부터 알루미늄 펠렛(110)이 연속적으로 도입된다. The melting zone 210 is connected to the metal supply unit 100 on one side, and aluminum pellets 110 are continuously introduced from the metal supply unit 100.

상기 반응부(200)의 외주면에는 온도가 제어되는 가열유닛(240)이 구비될 수 있으며, 상기 가열유닛(240)은 상기 반응부(200)의 용융구역(210)의 온도를 상승시켜 도입된 알루미늄 펠렛(110)을 용융시켜 용탕(211)을 형성한다. A heating unit 240 whose temperature is controlled may be provided on the outer peripheral surface of the reaction unit 200, and the heating unit 240 is introduced by increasing the temperature of the melting zone 210 of the reaction unit 200. The aluminum pellet 110 is melted to form the molten metal 211.

한편 상기 반응부(200)의 내주면에는 내화벽(213)이 구비될 수 있으며, 구체적으로 탄화규소(SiC)를 포함하는 내열 타일이 구비될 수 있다. Meanwhile, a fire-resistant wall 213 may be provided on the inner peripheral surface of the reaction unit 200, and specifically, a heat-resistant tile containing silicon carbide (SiC) may be provided.

상기 반응부(200) 내주면에 내화벽(213)이 구비되어 알루미늄 펠렛(110)이 용융되어 용탕(211)을 형성하여도 안전성을 확보할 수 있다. A refractory wall 213 is provided on the inner peripheral surface of the reaction unit 200, so that safety can be ensured even when the aluminum pellet 110 is melted to form the molten metal 211.

상기 가스공급부(400)는 상기 반응부(200) 하측에 배치되어 상기 용융구역(210)으로 수증기(H2O gas)를 공급할 수 있다. The gas supply unit 400 is disposed below the reaction unit 200 and can supply water vapor (H 2 O gas) to the melting zone 210.

한 구체예에서, 상기 가스공급부(400)는 복수개의 가스공급관(410)을 통하여 수증기(H2O)를 공급할 수 있다. In one embodiment, the gas supply unit 400 may supply water vapor (H 2 O) through a plurality of gas supply pipes 410.

상기 가스공급부(400)에서 수증기를 공급하는 경우 상기 수증기는 용탕(211) 내부에서 상승하게 되며 알루미늄과 반응하여 산화알루미늄(Al2O3)을 형성할 수 있다. 구체적으로 상기 가스공급부(400)는 복수개의 가스공급관(410)을 통하여 수증기를 기포(Bubble) 형태로 공급하게 되는데, 상기 기포가 상승하면 용탕(211) 내에서 열을 전달받아 기포 내부의 수소 압력이 증가되어 기포의 부피가 증가되며, 기포 외벽에 형성되어 있는 산화알루미늄막의 압력을 초과하게 되어 결국 상기 기포는 파열되어 복수개의 기포를 형성하는 과정을 반복하게 된다. When water vapor is supplied from the gas supply unit 400, the water vapor rises inside the molten metal 211 and may react with aluminum to form aluminum oxide (Al 2 O 3 ). Specifically, the gas supply unit 400 supplies water vapor in the form of bubbles through a plurality of gas supply pipes 410. When the bubbles rise, heat is transferred within the molten metal 211 to increase the hydrogen pressure inside the bubbles. As this increases, the volume of the bubble increases, exceeding the pressure of the aluminum oxide film formed on the outer wall of the bubble, and eventually the bubble ruptures, repeating the process of forming a plurality of bubbles.

상기 가스공급부(400)가 복수개로 구비되어 상기 반응부(200)의 하부에서 수증기를 공급하는 경우 용탕(211)에서 다량의 기포를 생성할 수 있으며, 이 경우에 수소 생성 반응이 증가되기 때문에 산화알루미늄 및 수소 생산을 효과적으로 촉진할 수 있다. When a plurality of gas supply units 400 are provided to supply water vapor from the lower part of the reaction unit 200, a large amount of bubbles can be generated in the molten metal 211, and in this case, the hydrogen generation reaction increases, thereby causing oxidation. It can effectively promote aluminum and hydrogen production.

구체적으로 상기 수소 생성 반응은 하기 화학식 1 내지 3에 따라 수행될 수 있다. Specifically, the hydrogen generation reaction may be performed according to the following formulas 1 to 3.

[화학식 1][Formula 1]

2Al +3H2O → Al2O3 + 3H2 2Al +3H 2 O → Al 2 O 3 + 3H 2

[화학식 2][Formula 2]

2Al +6H2O → 2Al(OH)3 + 3H2 2Al +6H 2 O → 2Al(OH) 3 + 3H 2

[화학식 3][Formula 3]

2Al +4H2O → 2AlO(OH) + 3H2 2Al +4H 2 O → 2AlO(OH) + 3H 2

상기 용융구역(210)의 하부에서 상기 기포가 생성되는 경우 우선 상기 화학식 2에 따라 기포의 표면에 알루미늄 산화피막이 생성된다. 이후 기포가 상승하게 되고 상기 반응부(200)는 용융구역(210)에서 상측으로 갈수록 온도가 증가될 수 있도록 제어되어 있기 때문에 기포 주변에 온도가 상승하게 되면 상기 화학식 3에 따라 수소가 생성반응이 증가되고, 기포 내의 수소 압력이 증가하게 되면 기포가 파열하게 되어 다수의 기포가 형성된다. 결국 용융구역(210) 상부에서는 상기 화학식 1에 따라 다량의 수소가 발생될 수 있다. When the bubbles are generated in the lower part of the melting zone 210, an aluminum oxide film is first created on the surface of the bubbles according to Formula 2. Afterwards, the bubbles rise, and the reaction unit 200 is controlled so that the temperature increases from the melting zone 210 to the upper side. Therefore, when the temperature around the bubbles rises, a hydrogen production reaction occurs according to Formula 3 above. As the hydrogen pressure within the bubble increases, the bubble ruptures and multiple bubbles are formed. Ultimately, a large amount of hydrogen may be generated in the upper part of the melting zone 210 according to Formula 1 above.

한 구체예에서, 상기 반응부(200) 외주에는 가열유닛(240)이 구비되어 상기 용탕(211)의 온도를 조절하여 하기 화학식 1에 따른 반응을 유도할 수 있으며, 구체적으로 상기 화학식 2의 반응이 일어날 수 있는 480℃ 부터 상기 화학식 1의 반응이 일어날 수 있는 660℃ 이상까지 용탕(211)의 하부(A0) 보다 상부(A1)의 온도를 높게 단계별로 조절하여 수소 생성 반응을 촉진할 수 있다. In one embodiment, a heating unit 240 is provided on the outer periphery of the reaction unit 200 to control the temperature of the molten metal 211 to induce a reaction according to the following Chemical Formula 1, and specifically, the reaction of the Chemical Formula 2 The hydrogen generation reaction can be promoted by gradually adjusting the temperature of the upper part (A1) of the molten metal 211 to be higher than the lower part (A0) from 480°C, where this can occur, to 660°C or higher, where the reaction of Chemical Formula 1 can occur. .

따라서 전체적인 화학식 1 내지 3에 따른 반응은 알루미늄의 용융온도까지 상승시켜 수소발생을 극대화할 수 있다.Therefore, the overall reaction according to Chemical Formulas 1 to 3 can maximize hydrogen generation by increasing the melting temperature of aluminum.

한 구체예에서, 상기 촉매공급유닛(130)이 더 구비되어 수소 생성 반응을 증가시킬 수 있는 반응촉매를 공급할 수 있으며, 예를 들면, 나노크기의 철산화물 촉매를 첨가하는 경우 수소 발생 효과를 효과적으로 증가시킬 수 있다. In one embodiment, the catalyst supply unit 130 is further provided to supply a reaction catalyst capable of increasing the hydrogen generation reaction. For example, when a nano-sized iron oxide catalyst is added, the hydrogen generation effect is effectively improved. can be increased.

한 구체예에서 상기 수증기는 1 내지 5 bar 범위의 압력으로 공급될 수 있다. In one embodiment, the water vapor may be supplied at a pressure ranging from 1 to 5 bar.

상기 범위 내에서 수증기를 공급하는 경우 기포 발생량을 증가시켜 수소 생산량을 증가시킬 수 있고, 상기 범위에 미치지 못하는 경우에는 수증기가 상기 용융구역(210)으로 잘 도입되지 못할 우려가 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우 에너지 소모가 크고 용탕(211)의 유동이 증가되어 바람직하지 않다. If water vapor is supplied within the above range, hydrogen production can be increased by increasing the amount of bubbles generated. If the water vapor is supplied less than the above range, there is a risk that water vapor may not be properly introduced into the melting zone 210, and if the water vapor is supplied beyond the above range, In this case, energy consumption is high and the flow of the molten metal 211 increases, which is not desirable.

상기 화학식 1에 따라 생성된 수소는 상기 반응부(200) 상측에 구비되는 수소배출관(250)을 통하여 배출되며, 함께 형성된 산화알루미늄은 상기 용융구역(210)의 용탕(211) 상부에 불규칙한 형태의 미세한 산화알루미늄 플레이크(Al2O3 Flake; 212)로 부유한다. The hydrogen generated according to Formula 1 is discharged through the hydrogen discharge pipe 250 provided on the upper side of the reaction unit 200, and the aluminum oxide formed together is formed in an irregular shape on the upper part of the molten metal 211 in the melting zone 210. It floats as fine aluminum oxide flakes (Al 2 O 3 Flake; 212).

상기 스크레이퍼(231)는 상기 용탕(211)의 상부면에서 형성되는 산화알루미늄 플레이크(212)를 회수구역(220)으로 낙하시킬 수 있다. The scraper 231 may drop the aluminum oxide flakes 212 formed on the upper surface of the molten metal 211 into the recovery area 220.

상기 반응부(200)의 형태가 사각형인 경우 상기 용탕(211)의 상부면에 복수개의 스크류 컨베이어 또는 푸셔와 같은 부재를 이용하여 상기 산화알루미늄 플레이크를 이동시키는 것도 가능하다. When the shape of the reaction unit 200 is square, it is also possible to move the aluminum oxide flakes to the upper surface of the molten metal 211 using a member such as a plurality of screw conveyors or pushers.

상기 반응부(200)는 상측에 모터(230)를 구비하여 상기 모터(230)에 상기 스크레이퍼(231)가 회전 가능하게 연결되며, 상기 스크레이퍼(231)가 회전하여 상기 용탕(211)의 상부면에서 형성되는 산화알루미늄 플레이크(212)를 연속으로 낙하시킬 수 있다.The reaction unit 200 is equipped with a motor 230 on the upper side, and the scraper 231 is rotatably connected to the motor 230. The scraper 231 rotates to move the upper surface of the molten metal 211. The aluminum oxide flakes 212 formed in can be dropped continuously.

구체적으로 상기 스크레이퍼(231)가 연속으로 회전하면서 상기 산화알루미늄 플레이크(212)를 회전방향으로 밀어서 상기 회수구역(220)까지 이동시킨 후 회수구역(220)의 공간을 따라 하부로 낙하시킬 수 있다. Specifically, while the scraper 231 continuously rotates, the aluminum oxide flakes 212 can be pushed in the direction of rotation, moved to the recovery area 220, and then dropped downward along the space of the recovery area 220.

상기 스크레이퍼(231)는 상기 모터(230)에 연결되어 회전되는 4방향으로 연장되는 날개를 구비하여 상기 산화알루미늄 플레이크(212)를 연속으로 이동시키고 낙하시키는 것이 바람직하나, 상기 산화알루미늄 플레이크(212)를 포집하여 상기 회수구역(220)으로 이동시킬 수 있는 구성이면 제한되지 않는다. The scraper 231 is preferably provided with wings extending in four directions that are connected to and rotated by the motor 230 to continuously move and drop the aluminum oxide flakes 212. There is no limitation as long as it is configured to collect and move to the recovery area 220.

한 구체예에서, 상기 용융구역(210) 및 상기 회수구역(220)의 단면적은 하기 수학식 1에 따라 결정될 수 있다. In one embodiment, the cross-sectional areas of the melting zone 210 and the recovery zone 220 may be determined according to Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

1/6 σ1 ≤ σ2 ≤ 1/2 σ11/6 σ1 ≤ σ2 ≤ 1/2 σ1

여기서 σ1은 반응부의 단면적이고, σ2는 회수구역(220)의 단면적이다. Here, σ1 is the cross-sectional area of the reaction section, and σ2 is the cross-sectional area of the recovery zone 220.

도 4는 도 1에 따른 연속 수소 발생기의 반응부에서 회수구역의 넓이가 예로서, 반응부 단면적의 1/2인 경우를 나타낸 모식도이고, 도 5는 도 1에 따른 연속 수소 발생기의 반응부에서 회수구역의 넓이가 예로서, 반응부의 단면적의 1/6인 경우를 나타낸 모식도이다.Figure 4 is a schematic diagram showing the case where the area of the recovery zone in the reaction part of the continuous hydrogen generator according to Figure 1 is, for example, 1/2 of the cross-sectional area of the reaction part, and Figure 5 is a schematic diagram showing the case where the area of the recovery area is 1/2 of the cross-sectional area of the reaction part, and Figure 5 is a schematic diagram showing the case where the area of the recovery zone in the reaction part of the continuous hydrogen generator according to Figure 1 is, for example, 1/2 of the cross-sectional area of the reaction part. This is a schematic diagram showing the case where the area of the recovery zone is, for example, 1/6 of the cross-sectional area of the reaction section.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 회수구역(220)의 단면적은 용융구역(210)과 같거나 작게 구비될 수 있으며, 예로서, 보다 작게 구비되는 것이 바람직하다. 상기 범위 내로 구비되는 경우에는 용융구역(210)에서 산화알루미늄 플레이크(212)를 효과적으로 생성될 수 있는 공간을 확보할 수 있으면서도 상기 스크레이퍼(231)가 상기 산화알루미늄 플레이크(212)를 이동하여 회수구역(220)으로 효과적으로 낙하시킬 수 있다. Referring to Figures 4 and 5, the cross-sectional area of the recovery zone 220 may be the same as or smaller than that of the melting zone 210, and for example, it is preferable to have a smaller cross-sectional area. When provided within the above range, a space can be secured to effectively generate aluminum oxide flakes 212 in the melting zone 210, and the scraper 231 moves the aluminum oxide flakes 212 to the recovery zone ( 220) can be effectively dropped.

상기 용융구역(210)의 단면적이 상기 범위를 초과하여 증가되는 경우 한 번에 과량의 산화알루미늄 플레이크(212)가 스크레이퍼(231)의 날개에 포집되어 스크레이퍼(231) 회전의 부하가 증가되어 바람직하지 않고, 회수구역(220)의 면적이 과도하게 작아서 산화알루미늄 플레이크(212)가 상기 회수구역(220)로 낙하되기 용이하지 않다. When the cross-sectional area of the melting zone 210 increases beyond the above range, an excessive amount of aluminum oxide flakes 212 are collected on the blades of the scraper 231 at a time, which increases the rotational load of the scraper 231, which is not desirable. In addition, the area of the recovery area 220 is excessively small, so it is difficult for the aluminum oxide flakes 212 to fall into the recovery area 220.

상기 회수구역(220)은 상기 산화알루미늄 플레이크(212)가 낙하되어 저장될 수 있다. In the recovery area 220, the aluminum oxide flakes 212 may be dropped and stored.

상기 스크레이퍼(231)가 상기 산화알루미늄 플레이크(212)를 이동시켜 상기 회수구역(220) 상부에 도착하면, 상기 산화알루미늄 플레이크(212)가 낙하되어 회수구역(220) 내에 저장된다. When the scraper 231 moves the aluminum oxide flakes 212 and arrives at the upper part of the recovery area 220, the aluminum oxide flakes 212 fall and are stored in the recovery area 220.

상기 회수구역(220)이 상기 반응부(200)의 길이방향으로 연장되어 구비되기 때문에 상기 산화알루미늄 플레이크(212)가 낙하되는 과정에서 냉각될 수 있으며, 낙하 시 충격에 의해 분쇄 효과가 증가되어 미분말 산화알루미늄 플레이크(320)가 형성될 수 있다. Since the recovery area 220 is provided to extend in the longitudinal direction of the reaction unit 200, the aluminum oxide flakes 212 can be cooled in the process of falling, and the pulverization effect is increased due to impact when falling, thereby forming fine powder. Aluminum oxide flakes 320 may be formed.

한 구체예에서 상기 회수구역(220)의 일측에는 냉각유닛(221)이 구비될 수 있다.In one embodiment, a cooling unit 221 may be provided on one side of the recovery area 220.

상기 냉각유닛(221)이 구비되는 경우 산화알루미늄 플레이크(212)를 빠르게 냉각하여 미분말 산화알루미늄 플레이크(320)를 형성할 수 있으며, 미분말 산화알루미늄 플레이크(320)의 회수효율을 증가시킬 수 있다. When the cooling unit 221 is provided, the aluminum oxide flakes 212 can be quickly cooled to form fine powder aluminum oxide flakes 320, and the recovery efficiency of the fine powder aluminum oxide flakes 320 can be increased.

상기 저장부(300)는 상기 반응부(200) 타측에 배치되어 상기 회수구역(220)에 저장된 미분말 산화알루미늄 플레이크(320)를 회수관(310)을 통하여 전달받아 저장한다. The storage unit 300 is disposed on the other side of the reaction unit 200 and receives and stores the fine powder aluminum oxide flakes 320 stored in the recovery area 220 through the recovery pipe 310.

상기 저장부(300)가 구비되는 경우에는 상기 미분말 산화알루미늄 플레이크(320)를 전달받아 일정량으로 보관하고 분출하여 재활용하기 매우 용이하다. When the storage unit 300 is provided, it is very easy to receive the fine powder aluminum oxide flakes 320, store them in a certain amount, and eject them to recycle.

따라서 본 발명의 한 구체예에 따른 연속 수소 발생기(1000)는 저가의 알루미늄 펠렛(110)을 공급하여 다량의 수소를 생산하여 경제성이 높으며, 연속 반응으로 수소를 연속으로 생산할 수 있기 때문에 연료전지 등에 매우 효과적으로 수소를 공급할 수 있고, 부산되는 산화알루미늄 플레이크는 미세분말로 회수되어 코팅재, 내열재 또는 산화재 등에 재활용이 가능하다.Therefore, the continuous hydrogen generator 1000 according to one embodiment of the present invention has high economic efficiency by producing a large amount of hydrogen by supplying low-cost aluminum pellets 110, and can continuously produce hydrogen through a continuous reaction, so it can be used in fuel cells, etc. It can supply hydrogen very effectively, and the by-product aluminum oxide flakes can be recovered as fine powder and recycled for coating materials, heat resistance materials, or oxidizing materials.

본 발명의 다른 관점은 수소 연료 발전 시스템(2000)에 관한 것이다. Another aspect of the present invention relates to a hydrogen fuel power generation system (2000).

도 4는 본 발명의 다른 구체예에 따른 수소 연료 발전 시스템의 구성을 개략적인 구성이다.Figure 4 is a schematic configuration of a hydrogen fuel power generation system according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 상기 수소 연료 발전 시스템(2000)은 금속공급부(100), 가스공급부(400), 반응부(200), 저장부(300), 발전부(2100), 연료전지부(2200) 및 응축부(2300)를 포함한다. Referring to FIG. 4, the hydrogen fuel power generation system 2000 includes a metal supply unit 100, a gas supply unit 400, a reaction unit 200, a storage unit 300, a power generation unit 2100, and a fuel cell unit 2200. ) and a condensation unit 2300.

상기 금속공급부(100)는 알루미늄 펠렛(110)을 공급한다. The metal supply unit 100 supplies aluminum pellets 110.

상기 반응부(200)는 상기 가스공급부(400) 일측에 배치되며, 상기 가스공급부(400)에서 도입되는 수증기와, 상기 알루미늄 펠렛(110)을 반응시켜 수소가스 및 산화알루미늄 플레이크를 생성한다. The reaction unit 200 is disposed on one side of the gas supply unit 400, and reacts water vapor introduced from the gas supply unit 400 with the aluminum pellet 110 to generate hydrogen gas and aluminum oxide flakes.

상기 저장부(300)는 상기 반응부(200) 일측에 배치되며 공급관(330)이 구비되어 상기 산화알루미늄 플레이크를 외부로 공급할 수 있다. The storage unit 300 is disposed on one side of the reaction unit 200 and is provided with a supply pipe 330 to supply the aluminum oxide flakes to the outside.

상기 저장부(300)에서 배출되는 산화알루미늄 플레이크는 미세 분말로 재활용할 수 있으며, 예를 들면 세라믹 코팅제로 활용할 수 있다. Aluminum oxide flakes discharged from the storage unit 300 can be recycled into fine powder and, for example, used as a ceramic coating agent.

상기 가스공급부(400)는 상기 반응부(200)에 수증기를 공급할 수 있다. The gas supply unit 400 may supply water vapor to the reaction unit 200.

상기 가스공급부(400)가 상기 반응부(200)에 수증기를 공급하여 반응부(200)에 도입되는 알루미늄 펠렛(110)이 수증기와 반응하여 수소를 생성하고, 산화알루미늄 플레이크를 생성할 수 있다. The gas supply unit 400 supplies water vapor to the reaction unit 200, so that the aluminum pellets 110 introduced into the reaction unit 200 react with the water vapor to generate hydrogen and aluminum oxide flakes.

상기 발전부(2100)는 상기 반응부(200) 일측에 배치되며, 상기 반응부(200)에서 생성되는 수소가스를 이용하여 전기를 생산할 수 있다. The power generation unit 2100 is disposed on one side of the reaction unit 200 and can produce electricity using hydrogen gas generated in the reaction unit 200.

상기 연료전지부(2200)는 상기 발전부(2100) 일측에 배치되며, 상기 반응부(200)에서 전달되는 수소가스와 외부에서 공급되는 공기흐름(2210)으로 전기를 생산할 수 있다. The fuel cell unit 2200 is disposed on one side of the power generation unit 2100 and can produce electricity using hydrogen gas delivered from the reaction unit 200 and an air flow 2210 supplied from the outside.

상기 발전부(2100) 및 연료전지부(2200)에서 생산되는 전기흐름(2400)은 외부로 공급될 수 있다. The electric flow 2400 produced by the power generation unit 2100 and the fuel cell unit 2200 may be supplied to the outside.

상기 전기흐름(2400)은 상기 반응부(200)의 가열을 위한 에너지로 사용되는 것도 가능하다. The electric flow 2400 can also be used as energy for heating the reaction unit 200.

상기 수소 연료 발전 시스템(2000)은 상기 발전부(2100) 및 연료전지부(2200)가 병렬 또는 직렬로 배치되는 하이브리드 시스템으로 구비될 수 있으며, 이 경우 전기를 보다 안정적으로 생산하여 공급할 수 있다. The hydrogen fuel power generation system 2000 may be provided as a hybrid system in which the power generation unit 2100 and the fuel cell unit 2200 are arranged in parallel or series. In this case, electricity can be produced and supplied more stably.

구체적으로 상기 발전부(2100)는 소형 마이크로터빈일 수 있으며, 상기 발전부(2100)가 소형 마이크로터빈을 이용하는 경우에는 전기를 생산할 수 있을 뿐만 아니라 수소 연소에 의한 발열량이 커서 전기 에너지뿐만 아니라 열 에너지를 이용해야 하는 연료 공급 시스템에 활용이 가능하다. Specifically, the power generation unit 2100 may be a small microturbine. When the power generation unit 2100 uses a small microturbine, not only can electricity be produced, but the amount of heat generated by hydrogen combustion is large, so not only electrical energy but also thermal energy can be generated. It can be used in fuel supply systems that require the use of .

상기 응축부(2300)는 상기 연료전지부(2200) 일측에 배치된다. The condensation unit 2300 is disposed on one side of the fuel cell unit 2200.

상기 응축부(2300)는 상기 연료전지부(2200)에서 배출되는 수증기를 응축하여 물로 변환시키고, 산소흐름(2310)을 형성한다. The condensation unit 2300 condenses water vapor discharged from the fuel cell unit 2200 and converts it into water, forming an oxygen flow 2310.

한편, 상기 응축부(2300)에서 생성되는 물을 회수하여 물흐름(2320)을 생성하여 상기 가스공급부(400)에 재공급할 수 있다. Meanwhile, the water generated in the condensation unit 2300 can be recovered to create a water flow 2320 and re-supplied to the gas supply unit 400.

상기 응축부(2300)가 구비되어 상기 가스공급부(400)에 공급하는 경우 수증기 공급 시 소모되는 물을 절약할 수 있으며, 수소 연료 발전 시스템의 효율을 증가시킬 수 있다. When the condensing unit 2300 is provided and supplied to the gas supply unit 400, water consumed when supplying water vapor can be saved and the efficiency of the hydrogen fuel power generation system can be increased.

구체적으로 상기 수소 연료 발전 시스템은 약 2,000원/kg인 알루미늄을 이용하여 약 31MJ/kg 에너지를 발생시킬 수 있어서, 약 1,500원/kg인 휘발유를 이용하여 약 43MJ/kg 에너지를 발생시키는 가솔린 기관과 대등한 에너지를 발생시킬 수 있으며, 에너지 효율측면에서 가솔린 기관이 약 20% 내외의 효율을 나타내는 것과 대비 약 28% 이상의 에너지 효율을 나타낼 수 있어서 연료 추진 기관으로 활용성이 높다. Specifically, the hydrogen fuel power generation system can generate about 31MJ/kg energy using aluminum, which costs about 2,000 won/kg, and a gasoline engine that generates about 43MJ/kg energy using gasoline, which costs about 1,500 won/kg. It can generate comparable energy, and in terms of energy efficiency, it can show an energy efficiency of about 28% or more compared to a gasoline engine's efficiency of about 20%, making it highly useful as a fuel propulsion engine.

따라서 본 발명의 다른 구체예에 따른 수소 연료 발전 시스템은 알루미늄을 공급하여 효과적으로 수소를 생산하는 반응부를 포함하여 수소를 연속 공급받을 수 있으며, 발생된 수소가 발전부 및 연료전지부를 통하여 전기를 생산하여 외부에 공급할 수 있기 때문에 일반 가정용 또는 산업용 외에 소형 발전소, 차량, 선박 등의 연료 추진시스템으로 활용이 가능하다. Therefore, the hydrogen fuel power generation system according to another embodiment of the present invention includes a reaction unit that effectively produces hydrogen by supplying aluminum, so that hydrogen can be continuously supplied, and the generated hydrogen produces electricity through the power generation unit and fuel cell unit. Because it can be supplied externally, it can be used as a fuel propulsion system for small power plants, vehicles, ships, etc. in addition to general household or industrial purposes.

이제까지 본 발명에 대하여 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다So far, the present invention has been examined focusing on the embodiments. A person skilled in the art to which the present invention pertains will understand that the present invention can be implemented in a modified form without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the disclosed embodiments should be considered from an illustrative rather than a restrictive perspective. The scope of the present invention is indicated in the claims rather than the foregoing description, and all differences within the equivalent scope should be construed as being included in the present invention.

1000 : 연속 수소 발생기
100 : 금속공급부 110 : 알루미늄 펠렛
120 : 금속공급유닛 121 : 스크류 컨베이어
122 : 예열유닛 130 : 촉매공급유닛
200 : 반응부 210 : 용융구역
211 : 용탕 212 : 산화알루미늄 플레이크
213 : 내화벽 220 : 회수구역
221 : 냉각유닛 230 : 모터
231 : 스크레이퍼 240 : 가열유닛
250 : 수소배출관 300 : 저장부
310 : 회수관 320 : 미분말 산화알루미늄 플레이크
330 : 공급관 400 : 가스공급부
410 : 가스공급관
2000 : 수소 연료 발전 시스템
2100 : 발전부 2200 : 연료전지부
2210 : 공기흐름 2300 : 응축부
2310 : 산소흐름 2320 : 물흐름
2400 : 전기흐름
1000: Continuous hydrogen generator
100: metal supply unit 110: aluminum pellet
120: Metal supply unit 121: Screw conveyor
122: Preheating unit 130: Catalyst supply unit
200: reaction section 210: melting zone
211: molten metal 212: aluminum oxide flake
213: fireproof wall 220: recovery area
221: cooling unit 230: motor
231: scraper 240: heating unit
250: Hydrogen discharge pipe 300: Storage unit
310: Recovery pipe 320: Fine powder aluminum oxide flake
330: supply pipe 400: gas supply unit
410: gas supply pipe
2000: Hydrogen fuel power generation system
2100: Power generation unit 2200: Fuel cell unit
2210: air flow 2300: condensation unit
2310: Oxygen flow 2320: Water flow
2400: Electric flow

Claims (14)

반응부에 알루미늄 펠렛을 공급하는 금속공급부;
상기 금속공급부로부터 유입된 상기 알루미늄 펠렛을 용융하여 용탕을 형성하고, 가스공급부에서 공급되는 수증기와 반응시키는 용융구역과, 상기 용탕의 상부면에서 형성되는 산화알루미늄 플레이크를 낙하시키는 스크레이퍼와, 상기 산화알루미늄 플레이크가 낙하되어 저장되는 회수구역이 구비된 반응부;
상기 반응부 하측에 배치되어 상기 용융구역으로 수증기를 공급하는 가스공급부; 및
상기 반응부 타측에 배치되어 상기 회수구역에 저장된 산화알루미늄 플레이크를 전달받아 저장하는 저장부;를 포함하고,
상기 용융구역 및 상기 회수구역의 단면적은 하기 수학식 1에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는, 연속 수소 발생기:
[수학식 1]
1/6 σ1 ≤ σ2 ≤ 1/2 σ1
여기서 σ1은 반응부의 단면적이고, σ2는 회수구역의 단면적임.
A metal supply unit that supplies aluminum pellets to the reaction unit;
A melting zone for melting the aluminum pellets introduced from the metal supply unit to form molten metal and reacting with water vapor supplied from the gas supply unit, a scraper for dropping aluminum oxide flakes formed on the upper surface of the molten metal, and the aluminum oxide A reaction unit provided with a recovery area where flakes are dropped and stored;
a gas supply unit disposed below the reaction unit to supply water vapor to the melting zone; and
It includes a storage unit disposed on the other side of the reaction unit to receive and store the aluminum oxide flakes stored in the recovery area,
A continuous hydrogen generator, characterized in that the cross-sectional areas of the melting zone and the recovery zone are determined according to the following equation 1:
[Equation 1]
1/6 σ1 ≤ σ2 ≤ 1/2 σ1
Here, σ1 is the cross-sectional area of the reaction zone, and σ2 is the cross-sectional area of the recovery zone.
제1항에 있어서, 상기 금속공급부는 상기 용융구역과 연결되는 금속공급유닛과 상기 금속공급유닛을 가열하여 유동하는 알루미늄 펠렛을 가열하는 예열유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는, 연속 수소 발생기.
The continuous hydrogen generator according to claim 1, wherein the metal supply unit includes a metal supply unit connected to the melting zone and a preheating unit that heats the metal supply unit to heat the flowing aluminum pellets.
제2항에 있어서, 상기 금속공급유닛은 스크류 컨베이어 형식인 것을 특징으로 하는, 연속 수소 발생기.
The continuous hydrogen generator according to claim 2, wherein the metal supply unit is of a screw conveyor type.
제2항에 있어서, 상기 금속공급부 일측에 촉매를 공급하는 촉매공급유닛이 더 포함되는 것을 특징으로 하는, 연속 수소 발생기.
The continuous hydrogen generator according to claim 2, further comprising a catalyst supply unit that supplies catalyst to one side of the metal supply unit.
제1항에 있어서, 상기 가스공급부는 복수개의 가스공급관을 구비하는 것을 특징으로 하는, 연속 수소 발생기.
The continuous hydrogen generator according to claim 1, wherein the gas supply unit includes a plurality of gas supply pipes.
제1항에 있어서, 상기 수증기는 1 내지 5 bar범위의 압력으로 공급되는 것을 특징으로 하는, 연속 수소 발생기.
The continuous hydrogen generator according to claim 1, wherein the water vapor is supplied at a pressure ranging from 1 to 5 bar.
제1항에 있어서, 상기 반응부 외주에는 가열유닛이 구비되어 상기 용탕의 온도를 조절하여 하기 화학식 1에 따른 반응을 유도하는 것을 특징으로 하는, 연속 수소 발생기:
[화학식 1]
2Al +3H2O → Al2O3 + 3H2
The continuous hydrogen generator according to claim 1, wherein a heating unit is provided on the outer periphery of the reaction unit to control the temperature of the molten metal to induce a reaction according to the following formula (1):
[Formula 1]
2Al +3H 2 O → Al 2 O 3 + 3H 2
제1항에 있어서, 상기 반응부는 상측에 모터를 구비하여 상기 모터에 상기 스크레이퍼가 연결되며, 상기 스크레이퍼가 회전하여 상기 용탕의 상부면에서 형성되는 산화알루미늄 플레이크를 연속으로 낙하시키는 것을 특징으로 하는, 연속 수소 발생기.
The method of claim 1, wherein the reaction unit is provided with a motor on the upper side, the scraper is connected to the motor, and the scraper rotates to continuously drop aluminum oxide flakes formed on the upper surface of the molten metal. Continuous hydrogen generator.
삭제delete 제1항에 있어서, 상기 회수구역의 일측에는 냉각유닛이 구비되는 것을 특징으로 하는, 연속 수소 발생기.
The continuous hydrogen generator according to claim 1, wherein a cooling unit is provided on one side of the recovery zone.
알루미늄 펠렛을 공급하는 금속공급부;
상기 금속공급부로부터 유입된 상기 알루미늄 펠렛과 수증기를 반응시켜 수소가스 및 산화알루미늄 플레이크를 생성하는 반응부;
상기 반응부 일측에 배치되어 상기 산화알루미늄 플레이크를 회수하는 저장부;
상기 반응부에 수증기를 공급하는 가스공급부;
상기 반응부 일측에 배치되며 상기 반응부에서 생성되는 수소가스를 이용하여 전기를 생산하는 발전부;
상기 발전부 일측에 배치되며, 상기 반응부에서 전달되는 수소가스로 전기를 생산하는 연료전지부; 및
상기 연료전지부 일측에 배치되는 응축부;를 포함하고,
상기 반응부는 용융구역 및 회수구역을 구비하고,
상기 용융구역 및 상기 회수구역의 단면적은 하기 수학식 1에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는, 수소 연료 발전 시스템:
[수학식 1]
1/6 σ1 ≤ σ2 ≤ 1/2 σ1
여기서 σ1은 반응부의 단면적이고, σ2는 회수구역의 단면적임.
A metal supply unit that supplies aluminum pellets;
A reaction unit that reacts the aluminum pellets introduced from the metal supply unit with water vapor to produce hydrogen gas and aluminum oxide flakes;
a storage unit disposed on one side of the reaction unit to recover the aluminum oxide flakes;
A gas supply unit supplying water vapor to the reaction unit;
A power generation unit disposed on one side of the reaction unit and producing electricity using hydrogen gas generated in the reaction unit;
a fuel cell unit disposed on one side of the power generation unit and producing electricity using hydrogen gas delivered from the reaction unit; and
It includes a condensation unit disposed on one side of the fuel cell unit,
The reaction section has a melting zone and a recovery zone,
A hydrogen fuel power generation system, characterized in that the cross-sectional areas of the melting zone and the recovery zone are determined according to Equation 1 below:
[Equation 1]
1/6 σ1 ≤ σ2 ≤ 1/2 σ1
Here, σ1 is the cross-sectional area of the reaction zone, and σ2 is the cross-sectional area of the recovery zone.
제11항에 있어서, 상기 발전부 및 연료전지부에서 생산되는 전기를 외부로 공급하는 것을 특징으로 하는, 수소 연료 발전 시스템.
The hydrogen fuel power generation system according to claim 11, wherein electricity produced in the power generation unit and the fuel cell unit is supplied to the outside.
제11항에 있어서, 상기 발전부는 마이크로터빈인 것을 특징으로 하는, 수소 연료 발전 시스템.
The hydrogen fuel power generation system of claim 11, wherein the power generation unit is a microturbine.
제11항에 있어서, 상기 응축부에서 생성되는 물을 회수하여 상기 가스공급부에 재공급하는 것을 특징으로 하는 수소 연료 발전 시스템.The hydrogen fuel power generation system of claim 11, wherein water generated in the condensation unit is recovered and re-supplied to the gas supply unit.
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