KR20030063894A - 수소저장합금 반응기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반응용기 내에 충전된 수소저장합금이 팽창되더라도 반응용기 내에서 수소저장합금의 팽창된 부피를 수용하도록 하여 반응용기가 파손되는 것을 방지하도록 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 수소가 유동하는 분배관(1)에 연결되어 분배관(1)의 내부와 연통되는 반응용기(52)와; 상기 반응용기 내부에 반응용기(52)의 길이방향에 평행하도록 설치되어 수소 유로(53a)를 형성하며, 수소 유로의 수소가 유출입되도록 하는 수소 유로관(53)과; 상기 수소유로관과 반응용기(52)에 의해 형성된 공간에 충전되어 수소가 흡수됨에 따라 발열반응할 때는 팽창되는 한편 수소가 방출됨에 따라 흡열반응할 때에는 수축되는 수소저장합금(54)과; 상기 반응용기(52)의 내부에 설치되어 상기 수소저장합금(54)이 팽창 및 수축함에 따라 그 부피만큼 수소저장합금이 충전된 공간을 넓히거나 좁혀주는 부피수용수단(55):을 포함하여 이루어진 수소저장합금 반응기를 제공한다.

Description

수소저장합금 반응기{reactor for using hydrogen storage alloy}

본 발명은 수소저장합금이 팽창됨에 의해 반응용기가 파손되는 것을 방지하도록 하는 수소저장합금 반응기에 관한 것이다.

이하, 종래의 수소저장합금 반응기에 관해 참조도면 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 수소저장합금 반응기의 전체적인 구조를 나타낸 개략도이고, 도 2는 도 1의 반응기의 내부 구조를 나타낸 종단면도이다.

일반적인 수소저장합금 반응기는 2개가 1쌍를 이루어 설치되는 것으로서 도 1에서는 그 중 1개의 반응기만을 나타낸 것이다. 그리고, 상기 각 반응기는 수소 유동관(도시 생략)에 의해 상호 연결되는데 상기 수소 유동관에는 압축기(도시 생략)가 설치되어 각 반응기에 소정의 압력을 형성함으로써 일측 반응기에 있는 수소를 타측 반응기로 이동시키는 기능을 한다.

상기 반응기는 분배관(1)에 다수개의 반응용기(2)가 연결되는데, 이때, 상기 반응용기(2)에는 수소 유입관(2a)이 형성되어 상기 수소 유입관(2a)이 분배관(1)에 연결되는 구조를 갖는다.

도 2를 참조하면, 상기 반응기는 수소가 유동하는 분배관(1)에 연결되는 반응용기(2)와, 상기 반응용기의 길이방향에 평행하도록 설치되어 수소 유로(3a)를 형성하고 상기 수소 유로의 수소가 유출입되도록 하는 수소 유로관(3)과, 상기 반응용기(2)와 수소 유로관(3) 사이의 공간에 충전되는 수소저장합금(4)과, 상기 반응용기의 수소 유입구측에 설치되는 필터(5)로 이루어진다.

이때, 상기 반응용기(2)에는 분배관(1)에 연결되는 수소 유입관(2a)이 형성되며, 상기 수소 유로관(3)은 수소 유입관(2a)에 연통되도록 설치되어 상기 수소 유로(3a)가 분배관(1)의 내부와 연통되게 설치된다.

상기 수소 유로관(3)에는 수소는 통과시키는 한편 수소저장합금(4) 분말이 통과되지 않는 크기의 그물눈이 형성된다.

이와 같은 구조를 갖는 반응기에 관해 그 작용을 설명하면 다음과 같다.

상기 압축기에 의해 각 반응기에 소정 압력이 형성되면 일측 반응기에서 타측 반응기로 수소가 유입된다.

이때, 상기 분배관(1)을 통해 일측 반응기에 수소가 유입되면, 상기 수소는 수소 유로관(3)에 의해 형성된 수소 유로(3a)를 따라 유동한다. 이어, 상기 수소는 수소 유로관(3)을 통과하여 수소저장합금(4)에 흡수되며 이에 따라 상기 수소저장합금(4)은 발열반응을 일으킨다.

한편, 상기 반응기의 수소저장합금(4)이 수용할 수 있는 용량만큼의 수소가 흡수되면, 상기 반응기는 더 이상 발열반응을 일으키지 않고 시간이 지남에 따라 냉각되게 된다.

상기 반응기가 소정 온도까지 냉각되면 제어부의 제어에 의해 상기 압축기가 가동되어 타측 반응기에 유입된 수소는 일측 반응기로 유입된다.

이어, 상기 타측 반응기의 수소저장합금(4)으로부터 수소가 방출됨에 따라 타측 반응기에서는 흡열반응이 일어나는 한편, 일측 반응기의 수소저장합금(4)에 수소가 흡입됨에 따라 일측 반응기에서는 발열반응이 일어난다.

그러나, 상기 반응용기에 충전된 수소저장합금은 발열반응시 팽창되므로, 상기 팽창된 부피에 의해 반응용기를 가압함으로써 상기 반응용기가 파손될 수 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 상기 반응용기의 내부에 부피수용수단을 설치함으로써 상기 반응용기에 충전된 수소저장합금이 발열반응에 의해 충전되더라도 반응용기가 파손되는 것을 방지하는 것을 그 목적으로 한다.

도 1은 수소저장합금 반응기의 전체적인 구조를 나타낸 개략도.

도 2는 도 1의 반응기의 내부 구조를 나타낸 종단면도.

도 3은 본 발명 수소저장합금 반응기의 내부 구조를 나타낸 종단면도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

51 : 수소 유입관 52 : 반응용기

53 : 수소 유로관 53a : 수소 유로

54 : 수소저장합금 55 : 부피수용수단

55a : 슬라이딩판 55b : 탄성부재

56 : 필터

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 수소가 유동하는 분배관에 연결되어 분배관의 내부와 연통되는 반응용기와; 상기 반응용기 내부에 반응용기의 길이방향에 평행하도록 설치되어 수소 유로를 형성하며, 수소 유로의 수소가 유출입되도록 하는 수소 유로관과; 상기 수소유로관과 반응용기에 의해 형성된 공간에 충전되어 수소가 흡수됨에 따라 발열반응을 할 때는 팽창되는 한편 수소가 방출됨에 따라 흡열반응을 할 때에는 수축되는 수소저장합금과; 상기 반응용기의 내부에 설치되어 상기 수소저장합금이 팽창 및 수축함에 따라 그 부피만큼 수소저장합금이 충전된 공간을 넓히거나 좁혀주는 부피수용수단:을 포함하여 이루어진 수소저장합금 반응기를 제공한다.

이하, 본 발명 수소저장합금 반응기에 관해 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명 수소저장합금 반응기의 내부 구조를 나타낸 종단면도로서 이를 참조하면, 상기 수소저장합금 반응기는 반응용기(52), 수소 유로관(53), 수소저장합금(54) 및 부피수용수단(55)을 포함하여 이루어진다.

상기 반응용기(52)는 수소가 유동하는 분배관(1)에 연결되어 상기 분배관(1)의 내부와 연통되게 설치된다. 이때, 상기 반응용기(52)에는 수소 유입관(51)이 형성되어 분배관(1)에 연결된다.

상기 수소 유로관(53)은 반응용기(52)의 내부에 반응용기(52)의 길이방향에 평행하도록 설치되어 수소 유로(53a)를 형성한다.

또한, 상기 수소 유로관(53)과 반응용기(52)에 의해 둘러싸인 공간에는 수소저장합금(54)이 충전되는데, 상기 수소저장합금(54)은 수소가 흡수될 때는 발열반응을 일으키고 수소가 방출될 때에는 흡열반응을 일으킨다. 이때, 상기 수소저장합금(54)이 발열반응을 일으키면 수소저장합금(54)의 부피는 팽창되고, 상기 수소저장합금(54)이 흡열반응을 일으키면 수소저장합금(54)의 부피는 수축된다.

한편, 상기 반응용기(52) 내부에는 부피수용수단(55)이 설치되는데, 상기 부피수용수단(55)은 수소저장합금(54)이 팽창될 때에는 수축되고 수소저장합금(54)이 수축될 때에는 팽창된다. 이때, 상기 부피수용수단(55)은 반응용기의 내면에 테두리부가 슬라이딩가능하도록 설치되고 상기 수소저장합금(54)이 반응용기(52)의 바닥면에 흘러내리는 것을 방지하도록 설치되는 슬라이딩판(55a)과, 상기 슬라이딩판(55a)과 반응용기(52)의 바닥면 사이에 설치되는 탄성부재(55b)로 이루어진다.

이때, 상기 반응용기(52)의 바닥면과 슬라이딩판(55a)이 설치된 공간이 형성되므로 탄성부재(55b)가 수축 및 팽창됨에 따라 상기 슬라이딩판(55a)이 반응용기(52)의 수소 유입관측 또는 바닥면측으로 이동 가능한 구조를 갖는다.

이러한 구조에 의해, 상기 수소저장합금(54)이 수소를 흡수함에 따라 팽창되면 상기 수소저장합금(54)이 팽창된 부피에 의해 슬라이딩판(55a)이 반응용기(52)의 바닥면측으로 슬라이딩하는 거리만큼 탄성부재(55b)는 수축되는 한편, 상기 수소저장합금(54)이 수소를 방출함에 따라 수축되면서 상기 수소저장합금(54)이 수축된 부피에 의해 슬라이딩판(55a)이 반응용기(52)의 상부로 슬라이딩하는 거리만큼 탄성부재(55b)는 팽창된다.

상기 탄성부재(55b)는 형상기억합금(shape-memory alloys) 재질로 형성될 수 있으며, 이때 상기 탄성부재(55b)는 코일 스프링 형상으로 형성될 수 있다.

물론, 상기 형상기억합금 재질의 탄성부재(55b)는 수소저장합금(54)이 팽창 및 수축됨에 따라 팽창 및 수축될 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있음도 이해 가능하다.

한편, 상기 형상기억합금으로는 니켈ㆍ티탄 합금 또는 구리ㆍ알루미늄ㆍ아연 합금 등을 예시할 수 있는데, 이러한 형상기억합금에 관해 니켈ㆍ티탄 합금을 일예로 들어 설명하면 다음과 같다.

상기 니켈ㆍ티탄 합금을 일정한 모양으로 만들어 그대로 고정한 다음에 약 400-500℃의 온도에 30분 가량 두면 상기 합금은 그 모양을 기억한다. 일단 형상을 기억한 니켈ㆍ티탄 합금은 몇 번 변형되더라도 일정한 온도 이상으로 가열하기만 하면 원래의 모양으로 되돌아가는데, 이 온도를 형상회복온도라 부른다.

따라서, 상기 형상기억합금 탄성부재(55b)를 수소저장합금의 발열반응 온도 이하 범위에서 형상회복온도를 갖도록 제조함으로써, 상기 수소저장합금(54)의 발열반응시에는 수소저장합금(54)이 팽창함에 따라 상기 슬라이딩판(55a)이 반응용기(52)의 바닥면측으로 슬라이딩하는 거리만큼 수축되게 할 수 있다.

이때, 상기 반응용기(52)의 내부 공간과 수소저장합금(54)의 발열반응시의팽창 부피에 따라 상기 형상기억합금 재질의 탄성부재(55b)에 요구되는 팽창 거리가 각각 다르게 설정되어야 함은 이해 가능하다.

또한, 상기 형상기억합금의 형상회복온도는 수소저장합금(54)의 발열반응시의 온도 이하로 설정되도록 하여야 한다.

이와 같은 구조를 갖는 수소저장합금 반응기에 관해 그 작용을 설명하면 다음과 같다.

상기 분배관(1)을 통해 일측 반응기의 반응용기(52) 내에 수소가 공급되면, 상기 반응용기(52) 내에 충전된 수소저장합금(54)은 발열반응을 일으킨다. 이때, 수소저장합금(54)의 발열반응시의 소정 온도에 도달되면, 상기 탄성부재(55b)는 형상회복온도로 가열됨에 따라 수축되므로 수소저장합금(54)이 팽창된 부피를 수용할 수 있게 된다.

이에 따라, 상기 수소저장합금(54)이 발열반응시에 팽창되더라도 반응용기(52)에 압력이 미치는 것을 방지함으로써 상기 반응용기(52)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

한편, 상기 일측 반응기에서 발열반응이 완료된 다음에 압축기를 가동하여 타측 반응기에 수소를 공급하면, 상기 일측 반응기에서는 흡열반응이 일어나게 됨과 아울러 타측 반응기에서는 발열반응이 일어나게 된다.

상기 일측 반응기의 수소저장합금(54)은 흡열반응에 의해 소정 온도로 떨어짐과 동시에 그 부피가 수축되며, 상기 수소저장합금(54)의 흡열반응시의 온도에 의해 상기 형상기억합금 재질의 탄성부재(55b)는 다시 팽창되게 된다.

이상에서와 같이, 상기 반응용기(52) 내에 충전된 수소저장합금(54)이 팽창됨에 따라 상기 수소저장합금(54)의 팽창된 부피에 의해 반응용기(52)에 압력이 미치는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 수소저장합금(54)이 팽창ㆍ수축됨에 따라 상기 탄성부재(55b)도 수축ㆍ팽창되므로, 상기 반응용기(52) 내에서 수소반응이 왕성하게 일어나는 수소 유입관측에 수소저장합금(54)이 위치하도록 함으로써 반응기의 성능을 향상시킬 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명은 반응용기 내에 충전된 수소저장합금이 팽창되더라도 수소저장합금의 팽창된 부피를 수용할 수 있도록 하여 반응용기의 파손을 방지하도록 하였다.

또한, 상기 반응용기 내에서 수소반응이 가장 왕성하게 일어나는 수소 유입관측에 수소저장합금이 위치하도록 함으로써 반응기의 성능을 향상시키도록 하였다.

Claims (5)

1. 수소가 유동하는 분배관에 연결되어 분배관의 내부와 연통되는 반응용기와;

   상기 반응용기 내부에 반응용기의 길이방향에 평행하도록 설치되어 수소 유로를 형성하며, 수소 유로의 수소가 유출입되도록 하는 수소 유로관과;

   상기 수소유로관과 반응용기에 의해 형성된 공간에 충전되어 수소가 흡수됨에 따라 발열반응을 할 때는 팽창되는 한편 수소가 방출됨에 따라 흡열반응을 할 때에는 수축되는 수소저장합금과;

   상기 반응용기의 내부에 설치되어 상기 수소저장합금이 팽창 및 수축함에 따라 그 부피만큼 수소저장합금이 충전된 공간을 넓혀주나 좁혀주는 부피수용수단:을 포함하여 이루어진 수소저장합금 반응기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 부피수용수단은:

   테두리부가 반응용기의 내면을 따라 슬라이딩되도록 설치되고 상기 수소저장합금이 반응용기의 바닥면에 누설되는 것을 방지하는 슬라이딩판과;

   상기 슬라이딩판과 반응용기의 바닥면 사이에 설치되는 탄성부재:로 이루어짐을 특징으로 하는 수소저장합금 반응기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 탄성부재는 형상기억합금 재질로 형성됨을 특징으로 하는 수소저장합금 반응기.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 탄성부재는 코일 스프링 형상임을 특징으로 하는 수소저장합금 반응기.
5. 제 2 항에 있어서,

   상기 탄성부재는 다수개 설치됨을 특징으로 하는 수소저장합금 반응기.