KR20030063884A - 수소저장합금 반응기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소저장합금 반응기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응용기 내부에 다수개의 수소 유로가 형성된 수소저장합금 소결 성형체를 설치함으로써 반응기의 반응성능 및 조립성을 향상시키도록 한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 수소가 유동하는 분배관에 연결되어 분배관의 내부와 연통되는 반응용기(51)와; 상기 반응용기(51)의 내부에 삽입 설치되고, 다수개의 수소 유로(54)가 형성되며, 수소를 흡수할 때에 발열반응을 일으키는 한편 수소를 방출할 때에는 흡열반응을 일으키는 소결 성형체(53a)와; 상기 반응용기(51)의 수소 유입관(52)에 설치되어 수소저장합금(14) 분말이 반응용기(51)의 외부로 배출되는 것을 방지하는 필터(56):를 포함하여 이루어진 수소저장합금 반응기에 관한 것이다.

Description

수소저장합금 반응기{reactor for using hydrogen storage alloy}
본 발명은 수소저장합금 반응기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수개의 수소 유로가 형성된 소결 성형체를 반응용기 내에 설치함으로써 수소저장합금과 수소간의 반응성을 향상시키도록 한 반응기를 제공한다.
일반적인 수소저장합금 반응기는 2개가 쌍을 이루도록 설치되는데, 상기 반응기 중 일측 반응기에서 수소를 토출시켜 타측 반응기에 수소를 공급시키도록 한다. 이때, 상기 각 반응기는 수소 유동관(도시 생략)에 의해 연결되며 상기 수소 유동관에는 압축기(도시 생략)가 설치되므로, 상기 압축기를 가동하여 수소 유동관에 소정의 압력을 형성함으로써 수소를 유동시킨다.
상기 수소저장합금 반응기는 반응용기 내에 수소저장합금이 충전되어 있으며, 상기 수소저장합금에 수소가 흡수될 때에는 발열반응을 일으키고 상기 수소저장합금으로부터 수소가 방출될 때에는 흡열반응을 일으킨다. 상기 수소저장합금 반응기는 이러한 발열반응과 흡열반응을 이용하여 다양한 산업분야에 적용될 수 있다.
이하, 종래 수소저장합금 반응기에 관해 참조 도면 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래 반응기의 외부 구조를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1의 분배관에 연결된 반응용기의 내부 구조를 나타낸 종단면도이다.
먼저, 도 1에서는 그 중에서 1개의 반응기만을 나타낸 것으로, 상기 반응기(10)는 분배관(11)에 다수개의 반응용기(12)가 연결된다.
이때, 상기 반응용기(12)의 일단부에 형성된 수소 유입관(12a)이 분배관(11)에 연결되어 상기 수소 유입관(12a)이 분배관(11)의 내부와 반응용기(12)의 내부가 연통되도록 한다.
도 2를 참조하면, 상기 반응기(10)는 수소가 유동하는 분배관(11)에 연결되는 반응용기(12)와, 상기 반응용기의 길이방향에 평행하도록 설치되어 수소 유로(13a)를 형성하는 수소 유로관(13)과, 상기 반응용기(12)와 수소 유로관(13) 사이의 공간에 충전되는 수소저장합금(14)과, 상기 반응용기의 수소 유입관(12a)에 설치되는 필터(15)로 이루어진다.
이때, 상기 반응용기(12)에는 수소 유입관(12a)이 형성되어 상기 분배관(11)에 연결되며, 상기 수소 유로관(13)은 수소 유입관에 연통되도록 설치되어 상기 수소 유로(13a)가 분배관(11)의 내부와 연통되게 설치된다.
상기 수소 유로관(13)에는 수소저장합금(14) 분말이 통과하는 것을 방지하는 한편 수소는 통과할 수 있도록 다수개 그물눈이 형성된다. 따라서, 상기 수소 유로관(13)으로는 수소저장합금(14) 분말 보다 작은 크기의 그물눈을 갖는 메쉬(mesh)를 예시할 수 있다.
이와 같은 구조를 갖는 반응기에 관해 그 작용을 설명하면 다음과 같다.
상기 압축기(도시 생략)에 의해 각 반응기에 소정 압력이 형성되면 일측 반응기에서 타측 반응기로 수소가 유입된다.
이때, 상기 분배관(11)을 통해 일측 반응기에 수소가 유입되면, 상기 수소는 수소 유로관(13)에 의해 형성된 수소 유로(13a)를 따라 유동한다. 이어, 상기 수소는 수소 유로관(13)을 통과하여 수소저장합금(14)에 흡수되며 이에 따라 상기 수소저장합금(14)은 발열반응을 일으킨다.
상기 수소저장합금(14)의 용량에 맞는 만큼의 수소가 충전되면, 상기 반응기는 더 이상 발열반응을 일으키지 않고 시간이 지남에 따라 냉각되게 된다. 이때,상기 반응기가 소정 온도까지 냉각되면 제어부(도시 생략)의 제어에 의해 상기 압축기가 가동되어 타측 반응기에 유입된 수소는 일측 반응기로 유입된다.
이에 따라, 상기 타측 반응기에서는 내부에 충전된 수소저장합금(14)으로부터 수소가 방출됨에 따라 흡열반응이 일어나는 한편, 일측 반응기에서는 내부에 충전된 수소저장합금에 수소가 흡입됨에 따라 발열반응이 일어난다.
이상에서와 같이, 각 반응기에 수소가 유입 또는 토출되는 과정을 교대로 반복함에 의해 상기 각 반응기는 발열반응과 흡열반응을 교대로 수행한다.
그러나, 상기 반응기는 수소저장합금(14)의 중심부에 수소 유로(13a)가 형성되므로 상기 수소가 반응용기(12)의 내측면 근처에 위치하는 수소저장합금(14)까지 침투되는 시간이 길어지게 된다.
즉, 상기 반응용기(12)의 수소 유로관(13) 근처에 위치하는 수소저장합금(14)에는 수소의 흡수가 빠르게 진행되는 반면, 상기 반응용기(12)의 내측면 근처에 위치하는 수소저장합금에는 수소의 흡수가 지연된다. 따라서, 상기 반응용기(12)에 충전된 수소저장합금(14)은 위치에 따라 발열반응하는 시간이 달라지므로, 상기 반응기의 발열성능이 저하된다.
또한, 상기 수소저장합금(14)에 흡수된 수소는 압축기를 가동시킴에 의해 다시 수소저장합금으로부터 방출되는데, 상기 수소가 수소저장합금으로부터 방출되더라도 수소 유로관(13)을 통해 반응용기(12) 외부로 배출되는 시간이 길어지게 된다. 이에 따라, 상기 반응기의 흡열성능도 저하된다.
따라서, 수소의 통기성을 향상시킬 수 있는 수소저장합금 반응기 구조가 요구된다.
그리고, 상기 반응용기(12) 내부에는 분말상태의 수소저장합금(14)을 충전시켜야 하므로 상기 반응기의 제조공정이 복잡해지고 반응기의 조립성이 저하된다.
상기한 제반 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은 반응용기 내부에 다수개의 수소 유로가 형성된 수소저장합금 소결 성형체를 설치함으로써 상기 반응기의 반응성능 및 조립성을 향상시키는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 종래 반응기의 외부 구조를 나타낸 개략도.
도 2는 도 1의 분배관에 연결된 반응용기의 내부 구조를 나타낸 종단면도.
도 3은 본 발명 수소저장합금 반응기의 내부 구조를 나타낸 종단면도.
도 4는 도 3의 반응기를 Ⅰ-Ⅰ방향을 따라 절개한 횡단면도.
도 5는 본 발명 수소저장합금 반응기의 변형예를 나타낸 횡단면도.
도 6은 본 발명 수소저장합금 반응기의 다른 변형예를 나타낸 횡단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
51 : 반응용기 52 : 수소 유입관
53a,53b,53c : 소결 성형체 54 : 수소 유로
55 : 공간부 56 : 필터
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 수소가 유동하는 분배관에 연결되어 분배관의 내부와 연통되는 반응용기와; 상기 반응용기의 내부에 삽입 설치되고, 다수개의 수소 유로가 형성되며, 수소를 흡수할 때에 발열반응을 일으키는 한편 수소를 방출할 때에는 흡열반응을 일으키는 소결 성형체와; 상기 반응용기의 수소 유입관에 설치되어 수소저장합금 분말이 반응용기의 외부로 배출되는 것을 방지하는 필터:를 포함하여 이루어진 수소저장합금 반응기에 관한 것이다.
이하, 본 발명 수소저장합금 반응기에 관해 참조도면 도 3 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명 수소저장합금 반응기의 내부 구조를 나타낸 종단면도로서 이를 참조하면, 상기 수소저장합금 반응기는 반응용기(51), 소결 성형체(53a) 및 필터(56)를 포함하여 이루어진다.
상기 반응용기(51)는 수소가 유동하는 분배관에 연결되어 분배관의 내부와연통되며, 그 내부에는 수소저장합금 소결 성형체(53a)가 설치된다.
상기 소결 성형체(53a)는 수소저장합금(14) 분말을 고온 고압에서 소결 성형(sintered forming)한 것으로, 상기 소결 성형체(53a)에는 다수개의 수소 유로(54)가 형성된다. 이때, 상기 수소 유로(54)는 반응용기(51)의 길이방향을 따라 형성된다.
상기 반응용기(51)의 수소 유입관(52)에는 필터(56)를 설치하여 수소저장합금(14) 분말이 수소가 유동됨에 따라 반응용기(51)의 외부에 배출되는 것을 방지하도록 한다.
이때, 상기 반응용기(51)의 내부 공간 중에서 수소 유입관(52)측에는 공간부(55)를 형성함으로써 상기 수소 유입관(52)을 통과한 수소가 소결 성형체(53a)에 형성된 각 수소 유로(54)에 유입되도록 한다. 즉, 상기 반응용기(51)에 수소가 공급되면, 상기 수소는 공간부(55)를 거쳐 각각의 수소 유로(54)를 따라 유동하면서 상기 소결 성형체(53a)에 침투된다.
이와 같은 구조를 갖는 수소저장합금 반응기에 있어서 상기 소결 성형체의 실시예들에 관해 설명하면 다음과 같다.
도 4는 도 3의 반응기를 Ⅰ-Ⅰ방향을 따라 절개한 횡단면도로서 이를 참조하면, 상기 소결 성형체(53a)에는 그 중심부에 반응용기(51)의 길이방향에 평행하도록 수소 유로(54)가 형성됨과 아울러 상기 중심부의 수소 유로(54)에서 소정 반경의 원주방향을 따라 다수개의 수소 유로(54)가 형성된다.
이에 따라, 각 수소 유로(54)에 유입된 수소가 소결 성형체(53a)의 거의 전부분에 걸쳐 거의 동일한 시간에 침투되며, 이러한 침투시간도 아주 짧은 시간밖에 소요되지 않는다.
도 5는 본 발명 수소저장합금 반응기의 변형예를 나타낸 횡단면도로서 이를 참조하면, 상기 반응용기(51) 내부에는 직경이 각각 다른 관형상의 소결 성형체(53b)가 동심원을 이루도록 설치되고 각 소결 성형체(53b) 사이에는 반응용기(51)의 길이방향을 따라 수소 유로(54)가 형성된다.
상기 각 소결 성형체(53b)의 내측면 또는 외측면상에는 다수개의 돌출부가 형성되는데, 상기 돌출부는 소결 성형체(53b)의 길이방향을 따라 평행하게 형성된다.
이에 따라, 상기 돌출부와 이에 대응되는 소결 성형체(53b)의 면 사이에 상기 반응용기(51)의 길이방향을 따라 다수개의 수소 유로(54)가 형성된다.
도 6은 본 발명 수소저장합금 반응기의 다른 변형예를 나타낸 횡단면도로서 이를 참조하면, 상기 반응용기(51) 내에는 폭이 좁고 길이가 긴 판형상의 소결 성형체(53c)가 반응용기(51)의 길이방향에 팽행하도록 다수개 설치된다. 이때, 상기 소결 성형체(53c)의 일측면에는 돌출부를 형성하는데, 상기 돌출부 역시 소결 성형체(53c)의 길이방향을 따라 평행하게 형성된다.
그리고, 상기 반응용기(51)는 길이방향에 수직한 단면이 사각틀 형상으로 형성된다.
상술한 소결 성형체(53c)의 실시예들이 상기 반응용기(51) 내부에 설치된 상태를 볼 때에 상기 반응용기(51) 내부 공간 중에서 수소 유입관(52)측에는공간부(55)가 형성된다.
물론, 상기 소결 성형체에 형성된 수소 유로(54)의 형상을 달리하도록 상기 돌출부의 형상을 여러 가지 변형된 형상으로 하여 적용할 수 있음도 이해 가능하다.
이와 같은 구조를 갖는 수소저장합금 반응기의 작용에 대해 일예로 도 3 및 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 반응기에 수소가 유입되면, 상기 반응용기(51)의 수소 유입관(52)측에 형성된 공간부(55)에서 각 수소 유로(54)로 수소가 유입된다. 상기 각 수소 유로(54)에 유입된 수소는 반응용기(51)의 길이방향을 따라 유동하면서 수소저장합금 소결 성형체(53a)에 침투된다.
이때, 상기 소결 설형체에는 수소 유로(54)가 다수개 설치되므로 상기 수소는 소결 성형체(53a)의 전부분에 거의 균일하게 침투된다. 또한, 상기 각 수소 유로(54)에서 소결 성형체(53a)로의 침투거리가 짧아지므로 수소의 침투속도도 빨라진다.
따라서, 상기 소결 성형체(53a)에는 짧은 시간 내에 전체적으로 균일한 양의 수소가 흡수되므로 상기 반응기의 성능을 향상시킬 수 있다.
다음으로, 상기 소결 성형체(53a)에 흡수된 수소가 소결 성형체(53a)로부터 방출되는 과정에 있어, 상기 소결 성형체(53a)에서 분리된 수소는 가까운 수소 유로(54)에 유입된다. 이때, 상기 소결 성형체(53a)로부터 수소 유로(54)까지의 거리가 가깝기 때문에 상기 수소의 배출 성능도 상당히 향상된다.
한편, 상기 소결 성형체(53a)는 수소저장합금을 소결 성형한 것이므로, 단지 반응용기(51)에 소결 성형체(53a)를 설치하고 밀봉하면 상기 반응기의 조립이 완료된다.
이에 따라, 상기 수소저장합금 반응기에 소결 성형체(53a)를 적용하면, 반응기의 조립성능을 향상시킬 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명은 다수개의 수소 유로가 형성된 수소저장합금 소결 성형체를 적용함으로써 반응기의 발열 및 흡열 성능을 향상시킴과 아울러 상기 반응기의 조립성을 향상시킬 수 있다.

Claims (9)

  1. 수소가 유동하는 분배관에 연결되어 분배관의 내부와 연통되는 반응용기와;
    상기 반응용기의 내부에 삽입 설치되고, 다수개의 수소 유로가 형성되며, 수소를 흡수할 때에 발열반응을 일으키는 한편 수소를 방출할 때에는 흡열반응을 일으키는 소결 성형체와;
    상기 반응용기의 수소 유입관에 설치되어 수소저장합금 분말이 반응용기의 외부로 배출되는 것을 방지하는 필터:를 포함하여 이루어진 수소저장합금 반응기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응용기의 수소 유입관측 일단부에는 공간부가 형성되어 상기 수소 유입관을 통과한 수소가 각 수소 유로에 유입되도록 함을 특징으로 하는 수소저장합금 반응기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소결 성형체에는 그 중심부에 반응용기의 길이방향에 평행하도록 수소 유로가 형성됨과 아울러 상기 중심부의 수소 유로에서 소정 반경의 원주방향을 따라 다수개의 수소 유로가 형성됨을 특징으로 하는 수소저장합금 반응기.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응용기 내부에는 직경이 다른 관형상의 소결 성형체가 동심원을 이루도록 설치되고 각 소결 성형체 사이에는 수소 유로가 형성됨을 특징으로 하는 수소저장합금 반응기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 각 소결 성형체의 내면 또는 외면상에는 다수개의 돌출부가 형성됨을 특징으로 하는 수소저장합금 반응기.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 돌출부는 소결 성형체의 길이방향을 따라 형성됨을 특징으로 하는 수소저장합금 반응기.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 반응용기 내에는 폭이 좁고 길이가 긴 판형상의 소결 성형체가 반응용기의 길이방향에 평행하도록 다수개 설치됨을 특징으로 하는 수소저장합금 반응기.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 반응용기는 길이방향에 수직한 단면이 사각틀 형상임을 특징으로 하는 수소저장합금 반응기.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 각 소결 성형체의 일면상에는 다수개의 돌출부가 형성됨을 특징으로 하는 수소저장합금 반응기.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107664456A (zh) * 2016-07-28 2018-02-06 青岛海尔智能技术研发有限公司 金属氢化物反应器

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