KR102665841B1 - 연속식 수소 방출 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소 방출 시스템을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 연속식 수소 방출 시스템은 수소가 저장된 파우더 형태의 수소저장물질과 물을 혼합한 혼합물을 공급하는 원료 투입 장치; 상기 원료 투입 장치로부터 공급받은 상기 혼합물을 반응시켜 수소를 생성시키는 반응기; 상기 반응기에서 생성된 수소를 포함한 반응 가스를 냉각시켜 반응 가스에서 수분을 제거하는 냉각 건조 장치; 상기 냉각 건조 장치로부터 수소를 제공받아 저장하는 저장 탱크; 및 상기 반응기로의 혼합물 투입량과 상기 반응기 내부의 온도와 압력을 제어하는 제어기를 포함하되; 상기 반응기는 상기 원료 투입 장치와 상기 냉각 건조 장치에 적어도 2개가 병렬로 연결되고, 상기 제어기는 2개의 상기 반응기 중 어느 하나에서 반응부산물을 배출하는 동안 다른 하나는 수소를 생성하도록 제어하는 수소 방출 시스템.
Description
본 발명은 수소 방출 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 금속수소화물(Metal Hydride: MH)을 이용한 연속식 수소 방출 시스템에 관한 것이다.
산업이 급속도로 발전함에 따라 전 세계적으로 고갈되어 가는 화석 연료의 대체 및 지구의 환경보존과 에너지원의 효율적인 이용을 위하여 미래의 에너지 매체로 우수한 특성을 가지고 있는 에너지 관련 기술 중 고효율의 환경친화적 청정에너지 기술개발이 매우 시급하다. 이에 따라 수소에너지의 기술개발에 대한 관심이 높아지고 있으며, 수소의 제조와 저장, 수송 분야를 포함한 수소에너지 이용기술의 확보는 미래 21세기 에너지 안보 및 국가경쟁력을 결정하는 중요한 요소가 될 것이다.
수소는 에너지원으로서 사용할 경우에 무한정인 물을 원료로 하여 제조할 수 있으며 사용 후에는 다시 물로 재순환이 이루어질 뿐만 아니라, 연소 시 극소량의 NOx 발생을 제외하고는 공해물질이 생성되지 않는다. 또한, 수소는 가스나 액체로서 쉽게 수송할 수 있으며 고압가스, 액체수소, 금속수소화물 등의 다양한 형태로의 저장이 용이하다. 또한, 직접 연소에 의한 연료 또는 연료전지 등의 연료로서의 사용이 간편한 장점을 가지고 있다. 따라서, 수소는 산업용의 기초소재로부터 일반 연료자동차, 수소 비행기, 연료전지 등 현재의 에너지 시스템에서 사용되는 거의 모든 분야에 이용될 수 있어, 미래의 에너지시스템에 가장 적합한 것으로 판단되고 있으며, 수소 사용이 늘면서 자연스럽게 수소 생산과 저장기술에 대한 관심도가 높아지고 있다.
수소 저장 기술중에 하나인 금속수소화물을 이용한 방식은 수소 저장 금속에 수소를 흡장시켜 저장하였다가 필요할 때에 방출시켜 연료로 사용하거나 연료전지에 주입하여 전기 에너지로 변환하여 사용할 수 있다.
이러한 금속수소화물을 이용한 수소 발생 장치는 수소 발생시 반응 생성물이 반응기 내부에 누적되기 때문에 주기적으로 반응 생성물을 배출해야하고, 반응 생성물을 배출하는 과정에서 반응기 내부의 온도와 압력이 변하기 때문에 배출시에는 반응기의 가동을 중단해야 하는 문제점이 있다.
본 발명은 연속적으로 수소를 발생시켜 공급할 수 있는 연속식 수소 방출 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 부하 변동에 따른 수소 생산량 조절이 가능한 연속식 수소 방출 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 반응기 내부의 압력을 일정하게 유지할 수 있는 연속식 수소 방출 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수소가 저장된 파우더 형태의 수소저장물질과 물을 혼합한 혼합물을 공급하는 원료 투입 장치; 상기 원료 투입 장치로부터 공급받은 상기 혼합물을 반응시켜 수소를 생성시키는 반응기; 상기 반응기에서 생성된 수소를 포함한 반응 가스를 냉각시켜 반응 가스에서 수분을 제거하는 냉각 건조 장치; 상기 냉각 건조 장치로부터 수소를 제공받아 저장하는 저장 탱크; 및 상기 반응기로의 혼합물 투입량과 상기 반응기 내부의 온도와 압력을 제어하는 제어기를 포함하되; 상기 반응기는 상기 원료 투입 장치와 상기 냉각 건조 장치에 적어도 2개가 병렬로 연결되고, 상기 제어기는 2개의 상기 반응기 중 어느 하나에서 반응부산물을 배출하는 동안 다른 하나는 수소를 생성하도록 제어하는 수소 방출 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 원료 투입 장치는 혼합물이 저장되어 있는 호퍼; 및 상기 호퍼에서 상기 반응기로 혼합물이 공급되는 경로 상에 제공되어, 혼합물을 상기 반응기로 공급하는 펌프를 포함할 수 있다.
또한, 상기 호퍼는 깔때기 모양으로 형성된 투입 용기; 상기 투입 용기에 저장된 혼합물을 교반하기 위한 교반기; 및 상기 투입 용기를 냉각하는 칠러(chiller)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 호퍼와 상기 반응기를 연결하는 원료 투입 라인으로 물을 공급하는 물 공급부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 물 공급부는 물 탱크; 및 상기 펌프와 상기 반응기를 연결하는 원료 투입 라인에 연결되는 제1물 공급 라인; 및 상기 호퍼와 상기 원료 투입 라인이 연결되는 지점에 연결되는 제2물 공급 라인을 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어기는 상기 반응기의 내부압력에 따라 상기 물 공급부를 통한 물 공급량을 제어할 수 있다.
또한, 상기 반응기에 혼합액을 공급하기 전에 상기 반응기 내부를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급하는 퍼지가스 공급부; 상기 반응기의 초기 가동을 위해 상기 반응기에 압력 조절을 위한 질소 가스를 공급하는 질소가스 공급부; 및 상기 반응기의 내부 압력 조절을 위해 상기 반응기 내부의 반응 가스를 벤트하는 가스 벤트라인을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응기는 혼합물을 수용하는 고압 탱크; 및 상기 고압 탱크에 수용된 혼합물을 가열시키는 히팅 부재를 포함할 수 있다.
또한, 상기 반응기에서 생성된 반응 가스를 상기 냉각 건조 장치로 공급하는 그리고 압력 조정 밸브가 설치된 반응 가스 공급 라인을 더 포함하고, 상기 반응기는 상기 고압 탱크의 내부 압력을 측정하는 압력 측정부; 상기 고압 탱크의 내부 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하며, 상기 제어기는 상기 압력 측정부 및 상기 온도측정부의 측정값에 따라 상기 고압 탱크로의 혼합물 공급량과 물 공급량, 상기 반응기에서 상기 냉각 건조 장치로 배출되는 반응 가스의 배출량 그리고 상기 히팅 부재를 제어할 수 있다.
또한, 상기 냉각 건조 장치는 소정 높이로 냉각수가 채워지는 냉각 수조를 갖는 냉각 탱크; 상기 냉각 수조의 중앙 공간에 코일 형태로 제공되어 상기 냉각수에 의해 냉각되고, 상기 반응가스 공급관으로부터 제공받은 반응가스가 흐르는 냉각코일관을 포함하고, 상기 냉각코일관는 수소와 물이 토출되는 오픈된 끝단을 갖고, 상기 오픈된 끝단은 상기 냉각 수조의 하단에 위치될 수 있다.
또한, 상기 반응기로부터 반응부산물을 배출하는 배출장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 저장 탱크에서 수소를 제공받는 연료 전지를 더 포함하되; 상기 제어기는 상기 저장 탱크의 압력 변화 또는 상기 연료 전지에서의 전력 소모량을 측정하여 상기 반응기로의 연료 투입량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 수소 저장 물질은 마그네슘 하이드라이드(MgH2)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 연속적인 수소 공급이 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 수소 발생량을 용이하게 조절할 수있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 반응로의 압력을 일정하게 조절할 수 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 방출 시스템을 보여주는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 원료 공급부의 호퍼를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 반응로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 냉각 건조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 원료 공급부의 호퍼를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 반응로를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 냉각 건조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 방출 시스템을 보여주는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 수소 방출 시스템(10)은 원료 투입 장치(100), 반응기(200), 냉각 건조 장치(300), 저장 탱크(400), 배출 장치(500), 질소가스 공급부(610), 퍼지가스 공급부(620), 가스 벤트라인(630), 물 공급부(640), 제어기(900) 그리고 연료전지(20)를 포함할 수 있다.
원료 투입 장치(100)는 수소가 저장된 파우더 형태의 수소저장물질과 물이 혼합된 혼합물을 반응기(200)로 공급하기 위한 장치이다. 원료 투입 장치(100)는 호퍼(110), 원료 공급 라인(150) 그리고 펌프(160)를 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 호퍼(110)는 깔때기 모양으로 형성된 투입 용기(112)를 갖는다. 투입 용기(112)에는 혼합물이 저장된다. 혼합물은 수소가 저장된 파우더 형태의 수소저장물질과 물이 혼합된 페이스트 형태일 수 있다. 수소가 저장된 파우더 형태의 수소저장물질과 물은 다른 혼합장치에서 혼합된 후 호퍼에 공급될 수 있다. 혼합 투입 용기(112)에는 저장된 혼합물을 교반하기 위한 교반기(114)가 설치된다. 이 교반기는 혼합물이 투입 용기에서 대기하는 동안 수소저장물질과 물이 분리되는 것을 방지한다. 그리고 투입 용기(112)의 외측에는 칠러(chiller;116)가 설치된다. 칠러(116)는 공냉식 또는 수냉식으로 제공될 수 있다.
반응기(200)에서는 원료 투입 장치(100)로부터 공급받은 혼합물(원료)을 반응시켜 수소를 생성시킨다. 반응기(200)는 원료 투입 장치(100)와 냉각 건조 장치(300)에 적어도 2개가 병렬로 연결되도록 제공될 수 있다. 예컨대, 제어기(900)는 2개의 반응기(200) 중 어느 하나에서 반응 부산물을 배출하는 동안 다른 하나에서는 수소 생성을 위한 공정이 진행될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 수소 방출 시스템(10)은 반응기(200)를 2개 이상 병렬로 구성하여 제어함으로써 연료 전지(20)의 부하 변동에 따른 수소 생산량을 안정적으로 제어할 수 있다. 본 실시예에서는 2개의 반응기가 병렬로 연결된 것으로 도시하고 설명하고 있으나, 반응기는 추가될 수 있다.
2개의 반응기(200)는 동일한 구성으로 이루어진다. 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 반응기(200)는 고압 탱크(210)와 히팅 부재(230)를 포함할 수 있다. 고압 탱크(210)는 원형 단면의 중공 형태로 제공될 수 있다. 고압 탱크(210)의 내부에는 히팅 부재(230)가 설치된다. 고압 탱크(210) 내부는 히팅 부재(230)에 의해 혼합물의 수소 방출 온도로 가열 유지될 수 있다. 수소저장물질이 수소화 마그네슘인 경우 반응기에서는 아래와 같은 반응식에 의해 수소가 발생한다.
MgH2 +2H2O → Mg(OH) 2 + 2H2‥‥‥(1) MgH2+H2O → MgO+2H2
상기 반응식에 의해 반응기(200)에서는 수소와 반응 부산물인 수산화마그네슘이 발생된다. 수소는 물이 가열되어 발생한 수증기와 섞인다. 수소와 수증기는 반응가스 공급관(290)을 통해 냉각 건조 장치(300)로 공급된다. 반응가스 공급관(290)에는 압력 조정 밸브(292)가 설치된다. 압력 조절 밸브(292)는 반응기에서 냉각 건조 장치(300)로 공급되는 반응가스량을 조절한다.
예컨대, 반응기(200)에 혼합물(연료)가 공급되고 반응이 시작되면 수소 및 수증기가 발생됨에 따라 내부 압력이 올라가게 된다. 이때, 반응가스 공급관에 설치된 압력 조정 밸브(292;Back pressure regulator)에 의해 반응기(200) 내부는 일정한 압력으로 조절되게 제어된다. 즉, 연료 투입량과 상관없이 반응기(200) 내부의 압력은 일정하게 유지되게 제어될 수 있다. 수소 생산량이 많아지면 압력 조정 밸브(292)의 개도율을 자동 제어함으로써 내보내는 수소량을 조절하게 된다. 결론적으로 연료 투입량과 물 공급량과는 상관없이 반응기(200) 내부의 압력은 일정하게 유지될 수 있고, 수소 발생량이 많게 되어 반응기(200) 압력이 올라가게 되면 올라간 압력만큼 반응가스 공급관(290)을 통해 배출한다. 이러한 압력 조정 밸브(292)의 제어는 반응기(200) 내부 압력을 측정하는 압력센서(202)의 측정값을 받은 제어부(900)에 의해 제어될 수 있다.
도 3을 참조하면, 반응기(200)에는 내부 온도 측정을 위한 온도센서(204), 반응기 내부 레벨을 측정하기 위한 레벨 센서(206)가 설치된다. 압력센서(202), 온도센서(204), 레벨센서(206)에서 각각 측정된 측정값은 제어기(900)로 제공된다. 제어기(900)는 반응기(200) 내부의 압력 및 온도를 제어할 수 있다. 일 예로, 제어기(900)는 반응기(200) 내부 압력을 일정하게 유지하도록 반응기로의 연료 투입량 및 반응가스 배출량을 조절할 수 있다.
한편, 반응 부산물과 물은 반응기(200) 내부에 쌓이고, 반응기(200)에 반응 부산물이 누적되면 배출 장치(500)로 배출된다. 반응 부산물의 배출시 반응기 내부의 온도 및 압력은 변화된다. 따라서 반응 부산물의 배출시에는 다른 반응기에서 수소 생성이 이루어진다.
물 공급부(640)는 호퍼(110)와 반응기(200)를 연결하는 원료 공급 라인(150)으로 물을 공급한다. 물 공급부(640)는 물 탱크(642)와, 제1물 공급라인(644) 그리고 제2물 공급라인(646)을 포함할 수 있다. 제1물 공급라인(644)은 펌프(160)와 반응기(200)를 연결하는 원료 공급 라인(150) 상에 연결된다. 그리고 제2물 공급라인(646)은 호퍼(110)와 원료 공급 라인(150)이 연결되는 지점에 연결되어 물을 공급한다. 제1물 공급라인(644)은 반응기(200) 내부의 초기 반응 조건을 맞추기 위해 반응기(200) 내부로 일정한 양의 물을 공급하기 위함이다. 제2물 공급라인(646)은 워터량을 조절하기 위함이다. 참고로, 제어기(900)는 반응기의 내부압력 및 온도 변화에 따라 물 공급부를 통한 물 공급량을 제어할 수 있다.
배출 장치(500)는 드레인 라인(510)과 드레인 탱크(530)를 포함할 수 있다. 드레인 라인(510)은 반응기(200) 하단의 배출 포트와 연결된다. 반응 부산물과 물은 드레인 라인(510)을 통해 드레인 탱크(530)로 흘러 들어간다.
반응기(200)는 최초 운전시 질소로 퍼지한 후에 수소를 투입하여 반응 조건에 해당하는 압력으로 유지될 수 있다. 이를 위해 퍼지가스 공급부(620)는 반응기(200)의 초기 가동을 위해 반응기 내부를 퍼지하기 위한 불활성 가스를 공급할 수 있다. 여기서 불활성 가스는 질소가스일 수 있다. 퍼지 가스 공급부(620)는 반응기(200)의 가스 공급 포트와 연결된 초기 세팅 라인(602)을 통해 반응기(200) 내부 공간으로 불활성 가스가 포함된 퍼지 가스를 공급할 수 있다. 반응기(200)는 수소 방출 공정 과정에서의 폭발 위험성을 방지하기 위해 퍼지 가스를 공급하고 배출하는 퍼지 과정을 수회 반복하여 실시할 수 있다. 수소 가스 공급부(610)는 퍼지 공정을 마친 반응기(200)로 수소 가스를 공급할 수 있다. 수소 가스 공급부(610)는 반응기(200)의 내부가 반응 조건에 해당되는 압력을 유지할 수 있도록 수소를 공급할 수 있다.
도 4는 냉각 건조 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 냉각 건조 장치(300)는 반응기(200)로부터 반응 가스(수소와 수증기)를 공급받는다. 반응가스는 냉각 건조 장치(300)에서 수소와 물로 분리될 수 있다. 일 예로, 냉각 건조 장치(300)는 냉각 탱크(310)와 냉각코일관(330)을 포함할 수 있다. 냉각 탱크(310)는 냉각수가 채워지는 냉각 수조(320)를 포함할 수 있다. 냉각 수조(320)의 중앙에는 냉각 코이로간(330)이 제공된다. 냉각 탱크(310)에는 냉각 수조(320)로 냉각수를 공급하는 공급포트와 열교환된 냉각수가 배수되는 배수포트가 제공될 수 있다.
냉각 코일관(330)은 냉각 수조(320)의 중앙 공간에 코일 형태로 제공된다. 냉각 코일관(330)은 냉각수에 의해 냉각된다. 반응 가스는 반응가스 공급관(290)을 통해 냉각 코일관(330)으로 제공되고, 반응가스는 냉각 코일관(330)을 통과하면서 수소와 물로 분리된다.
냉각 코일관(330)의 일단은 반응가스 공급관(290)과 연결된다. 냉각 코일관(330)의 타단은 오픈된 형태로 냉각 수조(320)의 하단에 잠긴 상태로 위치된다. 냉각 코일관(330)에서 분리된 수소와 물은 오픈된 타단을 통해 냉각 수조(320)로 토출된다. 수소는 냉각 탱크(310)의 상부 공간에 모이고, 냉각 탱크(310) 상단에 연결된 수소 공급관(390)을 통해 저장 탱크(400)에 저장된다.
저장 탱크(4000에는 수소가 저장된다. 저장 탱크(400)에 저장된 수소는 연료 전지(20)와 같은 수소 사용처로 공급된다.
가스 벤트라인(630)은 반응가스 공급관(290)에 연결된다. 가스 벤트라인(630)과 반응가스 공급관은 릴리프 밸브(632)를 통해 연결된다. 릴리프 밸브(632)는 반응기(200) 내부의 과압을 감지하여 벤트하도록 제공된다. 즉, 릴리프 밸브(632)는 과압에 의한 반응기(200)의 파괴,폭발을 방지하기 위해 제공된다. 릴리프 밸브는 반응기의 설계 압력 이하로 설정된다.
압력 조정 밸브(292) 전단에는 비상 벤트라인(634)이 연결된다. 비상 벤트라인(634)에는 비상 밸브(636)가 설치된다. 비상 밸브(636)는 반응기(200)의 제어 압력보다 높게 설정하여 압력 조정 밸브(292)가 정상적으로 작동하지 않아 반응기(200) 내부 압력이 제어압력보다 높게 걸리면 비상 벤트가 이루어지도록 작동된다. 참고로, 비상 밸브(636)을 우회하는 라인에는 수동 조작 밸브(637)이 설치된다. 비상 밸브(636)의 작동에도 불구하고 계속적으로 반응기(200)의 압력이 상승할 경우 작업자가 수동 조작 밸브(637)를 수동으로 조작하여 벤트하도록 한다.
한편, 제어기(900)는 2개의 반응기 중 어느 하나에서 수소를 생성하는 동안 다른 하나의 반응기는 초기 반응 조건 상태에서 대기하도록 제어할 수 있다. 즉, 대기하는 반응기의 초기 반응 조겅는 일 예로, 반응 온도 120~130도, 압력 2bar의 수소 분위기 상태일 수 있다. 이처럼, 초기 반응 조건 상태에서 대기하는 반응기는 원료 투입시 바로 수소를 발생시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 수소 방출 시스템(10)은 연료전지의 부하(전력 소모량) 변동에 따른 원료 투입량을 자동 제어하여 수소 발생량을 조절할 수 있다. 연료전지(20)에서의 전력 소모량이 변동되면 저장 탱크(400)의 수소 저장량도 변동된다. 반응기(200)의 수소 생산량보다 연료전지의 전력 소모량이 상대적으로 많아지면 저장 탱크(400)의 수소 저장량이 줄어 들게 되면서 압력이 떨어된다. 따라서, 제어부(900)는 반응기(200)로의 연료 투입량을 증가시켜 압력을 유지시킨다. 참고로, 연료 투입에서 수소 생산까지 약 5분 이내이므로 저장 탱크에서 5분 이상의 저장량을 가지고 있으며 부하 변동에 따라 저장 탱크(400)의 압력을 측정해 일정 압력 이하로 떨어지면 연료 투입량을 증가시켜 발생되는 수소량을 조절할 수 있다.
이처럼, 본 발명의 수소 방출 시스템(10)은 연료 전지의 부하 변동에 따른 연료 투입량의 조절은 수소 저장 탱크의 압력으로 제어할 수도 있고, 연료전지의 전력 소모량을 측정하여 제어할 수도 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 원료 투입 장치 200 : 반응기
300 : 냉각 건조 장치 400 : 저장 탱크
500 : 배출 장치 610 : 질소가스 공급부
900 : 제어기 20 : 연료 전지
300 : 냉각 건조 장치 400 : 저장 탱크
500 : 배출 장치 610 : 질소가스 공급부
900 : 제어기 20 : 연료 전지
Claims (13)
- 수소가 저장된 파우더 형태의 수소저장물질과 물을 혼합한 혼합물을 공급하는 원료 투입 장치;
상기 원료 투입 장치로부터 공급받은 상기 혼합물을 반응시켜 수소를 생성시키는 반응기;
상기 반응기에서 생성된 수소를 포함한 반응 가스를 냉각시켜 반응 가스에서 수분을 제거하는 냉각 건조 장치;
상기 냉각 건조 장치로부터 수소를 제공받아 저장하는 저장 탱크; 및
상기 반응기로의 혼합물 투입량과 상기 반응기 내부의 온도와 압력을 제어하는 제어기를 포함하되;
상기 반응기는 상기 원료 투입 장치와 상기 냉각 건조 장치에 적어도 2개가 병렬로 연결되고,
상기 제어기는 2개의 상기 반응기 중 어느 하나에서 반응부산물을 배출하는 동안 다른 하나는 수소를 생성하도록 제어하며,
상기 원료 투입 장치는
혼합물이 저장되어 있는 호퍼; 및
상기 호퍼에서 상기 반응기로 혼합물이 공급되는 경로 상에 제공되어, 혼합물을 상기 반응기로 공급하는 펌프를 포함하되;
상기 호퍼는
깔때기 모양으로 형성된 투입 용기;
혼합물이 상기 투입 용기에 대기하는 동안 수소저장물질과 물이 분리되지 않도록 혼합물을 교반하기 위한 교반기; 및
상기 투입 용기를 냉각하는 칠러(chiller)를 포함하는 수소 방출 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 원료 투입 장치는
혼합물이 저장되어 있는 호퍼; 및
상기 호퍼에서 상기 반응기로 혼합물이 공급되는 경로 상에 제공되어, 혼합물을 상기 반응기로 공급하는 펌프를 포함하는 수소 방출 시스템. - 삭제
- 수소가 저장된 파우더 형태의 수소저장물질과 물을 혼합한 혼합물을 공급하는 원료 투입 장치;
상기 원료 투입 장치로부터 공급받은 상기 혼합물을 반응시켜 수소를 생성시키는 반응기;
상기 반응기에서 생성된 수소를 포함한 반응 가스를 냉각시켜 반응 가스에서 수분을 제거하는 냉각 건조 장치;
상기 냉각 건조 장치로부터 수소를 제공받아 저장하는 저장 탱크; 및
상기 반응기로의 혼합물 투입량과 상기 반응기 내부의 온도와 압력을 제어하는 제어기를 포함하되;
상기 반응기는 상기 원료 투입 장치와 상기 냉각 건조 장치에 적어도 2개가 병렬로 연결되고,
상기 제어기는 2개의 상기 반응기 중 어느 하나에서 반응부산물을 배출하는 동안 다른 하나는 수소를 생성하도록 제어하며,
호퍼와 상기 반응기를 연결하는 원료 투입 라인으로 물을 공급하는 물 공급부를 더 포함하는 수소 방출 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 물 공급부는
물 탱크; 및
펌프와 상기 반응기를 연결하는 원료 투입 라인에 연결되는 제1물 공급 라인; 및
상기 호퍼와 상기 원료 투입 라인이 연결되는 지점에 연결되는 제2물 공급 라인을 포함하는 수소 방출 시스템. - 제 5 항에 있어서,
상기 제어기는 상기 반응기의 내부압력에 따라 상기 물 공급부를 통한 물 공급량을 제어하는 수소 방출 시스템. - 수소가 저장된 파우더 형태의 수소저장물질과 물을 혼합한 혼합물을 공급하는 원료 투입 장치;
상기 원료 투입 장치로부터 공급받은 상기 혼합물을 반응시켜 수소를 생성시키는 반응기;
상기 반응기에서 생성된 수소를 포함한 반응 가스를 냉각시켜 반응 가스에서 수분을 제거하는 냉각 건조 장치;
상기 냉각 건조 장치로부터 수소를 제공받아 저장하는 저장 탱크; 및
상기 반응기로의 혼합물 투입량과 상기 반응기 내부의 온도와 압력을 제어하는 제어기를 포함하되;
상기 반응기는 상기 원료 투입 장치와 상기 냉각 건조 장치에 적어도 2개가 병렬로 연결되고,
상기 제어기는 2개의 상기 반응기 중 어느 하나에서 반응부산물을 배출하는 동안 다른 하나는 수소를 생성하도록 제어하며,
상기 반응기에 혼합액을 공급하기 전에 상기 반응기 내부를 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급하는 퍼지가스 공급부;
상기 반응기의 초기 가동을 위해 상기 반응기에 압력 조절을 위한 질소 가스를 공급하는 질소가스 공급부; 및
상기 반응기의 내부 압력 조절을 위해 상기 반응기 내부의 반응 가스를 벤트하는 가스 벤트라인을 더 포함하는 수소 방출 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응기는
혼합물을 수용하는 고압 탱크; 및
상기 고압 탱크에 수용된 혼합물을 가열시키는 히팅 부재를 포함하는 수소 방출 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 반응기에서 생성된 반응 가스를 상기 냉각 건조 장치로 공급하는 그리고 압력 조정 밸브가 설치된 반응 가스 공급 라인을 더 포함하고,
상기 반응기는
상기 고압 탱크의 내부 압력을 측정하는 압력 측정부;
상기 고압 탱크의 내부 온도를 측정하는 온도 측정부를 더 포함하며,
상기 제어기는
상기 압력 측정부 및 상기 온도측정부의 측정값에 따라 상기 고압 탱크로의 혼합물 공급량과 물 공급량, 상기 반응기에서 상기 냉각 건조 장치로 배출되는 반응 가스의 배출량 그리고 상기 히팅 부재를 제어하는 수소 방출 시스템. - 수소가 저장된 파우더 형태의 수소저장물질과 물을 혼합한 혼합물을 공급하는 원료 투입 장치;
상기 원료 투입 장치로부터 공급받은 상기 혼합물을 반응시켜 수소를 생성시키는 반응기;
상기 반응기에서 생성된 수소를 포함한 반응 가스를 냉각시켜 반응 가스에서 수분을 제거하는 냉각 건조 장치;
상기 냉각 건조 장치로부터 수소를 제공받아 저장하는 저장 탱크; 및
상기 반응기로의 혼합물 투입량과 상기 반응기 내부의 온도와 압력을 제어하는 제어기를 포함하되;
상기 반응기는 상기 원료 투입 장치와 상기 냉각 건조 장치에 적어도 2개가 병렬로 연결되고,
상기 제어기는 2개의 상기 반응기 중 어느 하나에서 반응부산물을 배출하는 동안 다른 하나는 수소를 생성하도록 제어하며,
상기 냉각 건조 장치는
소정 높이로 냉각수가 채워지는 냉각 수조를 갖는 냉각 탱크;
상기 냉각 수조의 중앙 공간에 코일 형태로 제공되어 상기 냉각수에 의해 냉각되고, 상기 반응가스 공급관으로부터 제공받은 반응가스가 흐르는 냉각코일관을 포함하고,
상기 냉각코일관는 수소와 물이 토출되는 오픈된 끝단을 갖고, 상기 오픈된 끝단은 상기 냉각 수조의 하단에 위치되는 수소 방출 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 반응기로부터 반응부산물을 배출하는 배출장치를 더 포함하는 수소 방출 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 저장 탱크에서 수소를 제공받는 연료 전지를 더 포함하되;
상기 제어기는 상기 저장 탱크의 압력 변화 또는 상기 연료 전지에서의 전력 소모량을 측정하여 상기 반응기로의 연료 투입량을 조절하는 수소 방출 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 수소 저장 물질은 마그네슘 하이드라이드(MgH2)를 포함하는 수소 방출 시스템.
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