KR20050058408A - 수소 발생 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소 발생 촉매(7)를 금속 수소화물 염(1)의 수용액에 접촉시킴으로써 수소를 발생시키기 위한 시스템의 개선에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 유체 제품(9)으로부터 이송 라인(3)으로 응축된 물의 재순환 라인(29)이 촉매(7)와 접촉되도록 하는 시스템 내에 합체되는 것에 관한 것이다. 내부 재순환 라인(29)은 촉매(7)와 접촉하기 전에 재순환 라인에 의해 희석됨으로써 금속 수소화물의 더 농축된 용액을 이용하는 것을 허용한다.

Description

수소 발생 시스템{SYSTEM FOR HYDROGEN GENERATION}

본 발명은 수소 가스를 발생시키기 위한 시스템이다. 특히, 본 발명은 안정화된 금속 수소화물 용액 및 촉매 시스템을 포함하는 수소 발생 시스템에 관한 것이다.

수소는 에너지 또는 물을 생성하기 위해 연료 셀 또는 연소 기관과 같은 수소 소비 장치에서 산소와 반응할 수 있기 때문에 "청정 연료"이다. 사실상 배기가스에서 다른 반응 부산물은 생성되지 않는다. 그 결과, 연료로써의 수소의 이용은 석유계 연료의 이용과 관련된 다수의 환경 문제를 효율적으로 해결한다. 따라서, 수소 가스의 안전하고 효율적인 저장은 수소를 이용할 수 있는 다수의 응용예에서 필수적이다. 특히, 수소 저장 시스템의 체적 및 중량의 최소화는 이동 응용예에서 중요한 변수이다.

현재 수소를 저장하기 위한 몇가지 방법이 존재하지만 매우 다양한 소비자 응용예용으로 부적절하고 비실용적이다. 예를 들어, 수소 가스는 극저온에서 액체로 저장될 수 있다. 게다가, 액화 수소 가스에 소비된 에너지는 결과물 수소로부터 활용 가능한 에너지의 약 60 %이다.

수소 저장 및 운반의 이러한 단점 및 다른 단점들의 결과로, 해당 기술 분야에서는 수소를 발생시키기 위해 연료 셀 및 시스템으로 전환하였다. 이러한 시스템은 예를 들어, 아멘돌라(Amendola) 등의 1999년 8월의 ACS 국제 회의 요약서 제864면 내지 제868면에 기재된 "수성 금속 수소화물 용액의 수소의 촉매 발생에 기초하여 자동차에 이용되기에 적절한 시스템"이 공지되었다. 본 발명에 따라, 이러한 시스템의 작동 개선이 제공된다.

본 발명의 장점은 첨부 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명으로부터 보다 명확히 이해될 것이다.

도1은 금속 수소화물 용액으로부터 수소를 발생시키기 위한 종래의 시스템의 블록도이다.

도2는 본 발명의 개선된 시스템의 블록도이다.

도3은 본 발명의 개선된 시스템의 대체 실시예의 블록도이다.

금속 수소화물 용액과, 수소 가스를 생성하기 위해 금속 수소화물과 물의 반응을 활성화하는 촉매를 포함하는 수소 발생 시스템의 개선이 제공된다. 본 시스템은 수소 제품 유동으로부터 수증기를 응축하기 위한 수단을 포함한다. 본 시스템은 본 발명에 따라 촉매와 접촉하기 전에 응축된 물의 일부를 금속 수소화물 연료 용액과 혼합하고 이를 희석시키도록 이송 라인 내로 재순환함으로써 개선한다.

본 발명에 따른 수소 발생 시스템은 수성 금속 수소화물 용액 연료와, 수소와 금속염 및 수증기 형태의 물인 부산물을 생성하기 위해 금속 수소화물의 반응을 촉진시키기 위한 촉매를 포함한다. 본 시스템은 가솔린 엔진과 같은 종래의 연료 시스템 이상의 다수의 장점들을 갖는 수소 연료 셀을 이용하여 안전하고 효율적으로 수소를 생성하는 것을 나타낸다.

수성 금속 수소화물 용액으로부터 수소를 발생시키기 위한 종래의 시스템은 도1의 블록도에 도시된다. 수성 금속 수소화물 용액은 연료 펌프(5)에 의해 도관 라인(3)을 통해 연료공급원(1)으로부터 수소, 금속염 및 물을 포함하는 유체 제품 흐름을 형성하기 위해 반응되는 촉매 챔버 또는 구획(7)으로 인출된다. 제품 흐름은 도관 라인(13)을 통한 용액과 가스상 수소 제품 혼합물이 도관 라인(15)을 통해 인출됨에 따라 부산물 염이 인출되는 가스/액체 분리기(11) 내로 도관 라인(9)을 통해 인출된다. 본 시스템은 완전하게 무기성이고 오염 방출물 없이 고품질 에너지 공급원을 생성한다. 본 시스템은 용액이 촉매와 접촉할 때 수소만이 생성되기 때문에 손쉽게 제어 가능한다.

도1에 도시된 시스템의 금속 수소화물 연료성분과 목표 개선된 시스템은 일반식 MBH₄을 갖는 복합 금속 수소화물이고, 여기서 M은 나트륨, 칼륨 또는 리튬과 같은 알칼리 금속, 소정의 유기 그룹 및 알루미늄으로부터 선택된 양이온이고, B는 주기율표의 그룹 13(공식으로 그룹 IIIA)으로부터 선택된 보론, 알루미늄 및 갈륨과 같은 금속 음이온이고, H는 수소이다. 적절한 금속 수소화물의 예는 NaBH₄, LiBH₄, NH₄BH₄, LiAlH₄, NaGaH₄ 등을 포함하고 이에 제한되지 않는다. 이들 금속 수소화물은 혼합물로 활용될 수 있지만 바람직하게는 개별적으로 활용된다. 본 발명에 따른 바람직한 시스템은 수소화붕소(borohybride), 특히 나트륨 수소화붕소(NaBH₄), 리튬 수소화붕소(LiBH₄), 칼륨 수소화붕소(KBH₄), 암모늄 수소화붕소(NH₄BH₄), 4기 암모늄 수소화붕소 등과 그 혼합물이다.

전술한 바와 같은 수소화붕소는 후술하는 화학 반응에 따라 수소 가스와 붕산염을 생성하기 위해 물과 반응한다.

BH₄ ^- + 2H₂O -> BO₂ ^- + 4H₂

이러한 반응은 촉매 없이 매우 느리게 발생한다. 또한 금속 수소화물 염 용액이 알칼리 pH에서 유지될 때 수소가 거의 발생하지 않고 안정적이라는 것이 알려졌다. 금속 수소화붕소의 경우에 붕산염처리된 반응에서 형성된 염은 무독성이고 환경적으로 안전하다. 또한, 붕산염은 미래의 이용을 위해 수소화붕소로 재생될 수 있다. 수소화붕소와 물 내에 존재하는 모든 수소 원자는 수소 가스로 변환되고 수소 가스에서 수소 원자의 절반은 사실상 물을 형성하는 전술한 반응에 의해 생성된다는 것이 중요하다.

일반적으로, 다양한 수소화붕소 염은 약 35 % 까지 물에 용해되고, 리튬 수소화 붕소는 약 7 %의 용해성만을, 칼륨 수소화붕소는 약 19%의 용해성, 나트륨 수소화붕소는 약 35 %의 용해성을 갖는다. 나트륨 수소화붕소는 비교적 높은 용해도 때문에 본 발명의 실행에서 바람직하게 평가된다. 연료 시스템의 금속 수소화물의 농도가 특정 활용되는 염의 최고 용해도를 초과하면, 슬러리 또는 부유물을 형성할 것이다. 이는 금속 수소화물의 적은 부분만이 용액 내에 있지 않는 것을 적절하게 제공하고 연료 시스템은 촉매에 노출되는 슬러리 또는 부유물 인출물의 균일성을 유지하는 수단을 포함한다. 후술하는 바와 같이, 본 발명은 연료 수소화붕소의 슬러리는 더 우수한 작용의 경제성을 위해 활용될 수 있다.

전술한 반응 동안 물의 두 분자는 각각의 수소화붕소 분자용으로 소모되기 때문에, 붕산염을 포함하는 제품 흐름은 수소화붕소 연료 혼합물보다 더 농도가 짙어진다. 화학량론적으로, 수소화붕소의 두배만큼의 물 분자가 반응의 일정한 비율을 유지하기 위해 요구된다. 실질적으로, 요구량을 초과하는 물이 수소화붕소 나트륨을 수소로 효율적으로 변환하기 위해 필요하다.

지금까지 이러한 초과되는 물이 두가지 방식으로 제공되었고, 이는 예를 들어 희석 용액으로 개시되는 초과 물을 갖는 초기 금속 수소화물 용액을 충전하는 것 또는 반응 동안 또는 반응 후 개별적인 공급원으로부터 그 이상의 물을 첨가하는 것이다. 희석 연료 용액의 활용은 도1의 연료 탱크(3)의 크기를 사실상 증가시키기 때문에 제2 대체예가 경제적인 반응을 위해 매우 바람직하다. 예를 들어 연료 셀, 연소 엔진 또는 가스 터빈인 수소 소비 장치에서 개별적인 물 공급원을 활용하는 것이 미국 특허 제6,534,033호에서 제안되었다. 이들 장치들은 수소를 소비하기 때문에, 주요한 산물은 물이고 대상 수소 발생기의 반응에서 일정한 비율로 유지하도록 이러한 물의 일부를 활용하는 것이 제안되었다. 그러나, 이러한 이용은 시스템에 외부의 물 공급원이 존재하여야 하였다. 이러한 경우에 종종 물은 양자 교환막(PEM) 연료 셀에서 막을 유지하기 위해 습윤 루프에 활용되고 시스템의 다른 부품에 재순환되지 않는다.

예를 들어, 연료 셀의 장치로부터 물을 재순환하는 개념은 2002년 2월 28일에 공개된 미국 특허 출원 공개 제US2002/0025462호에서 제안되었다. 개시된 시스템은 마찬가지로 냉각 방사에 의해 수소 가스 흐름으로부터 물을 제거하기 위한 응축기를 포함한다. 또한, 맥칼리(MacCarley)의 대체 연료 공급원 심포지움의 1976년 3월호 제315면 내지 제320면에서 자동차 응용예용의으로 논의되는 수소 시스템은 발생된 수소 가스 흐름으로부터 물의 제거를 위한 응축기 루프를 개시한다. 그러나, 상기 문서는 물의 재순환에 대해 특별히 언급하지 않았고, 재순환이 어떻게, 그리고 어디서 수행되는지 상세하게 언급하지 않았다. 후술하는 바와 같이, 본 발명은 수소 발생기 자체 내에서 물의 재순환을 제공함으로써 이러한 개념을 개선하고, 따라서 그 작동의 효율성을 크게 개선한다.

시스템용 연료로써 활용되는 금속 수소화물 용액은 알칼리성 pH, 즉 적어도 pH 7 이상의 pH에 있음으로써 분해되는 것에 대해 안정적이다. 이는 적절한 알칼리 안정화 작용제, 바람직하게는 수산화물, 가장 바람직하게는 알칼리 금속 수산화물을 첨가함으로써 수행된다. 알칼리 안정화 작용제의 양이온 부분은 금속 수소화염의 양이온과 동일한 것이 특히 바람직하다. 예를 들어, 금속 수소화붕소가 나트륨 수소화붕소이면, 알칼리 안정화 작용제는 본 발명의 실시에서 바람직한 나트륨 수산화물일 것이다. 알칼리 안정화 작용제의 농도는 통상적으로 약 0.1 몰이고, 보다 바람직하게는 1.0 몰 이상 또는 약 4 중량%이다. 알칼리 안정화 작용제는 통상적으로 수소화붕소의 첨가 전에 물에 첨가된다. 나트륨 수소화붕소는 금속 수소화 붕소의 용해도에 악영향을 주지 않고 용액의 안정성을 허용하는 우수한 수용성(약 44 %)을 갖기 때문에 특히 바람직한 안정화 작용제이다. 알칼리 안정화 작용제의 존재는 조기 반응 및 촉매에 접촉하기 전에 금속 수소화물의 분해를 방지한다.

목표 시스템의 촉매는 수용 수단 내에 존재해서, NaBO₂ 및 NaBH₄를 포함하는 나트륨 수소화붕소 연료 혼합물의 경우에 반응된 금속 수소화물 용액으로부터 분리될 수 있다. 억제는 촉매를 고정하기 위한 물리적, 화학적, 전기적 및/또는 자기적 수단이다. 억제 시스템은 바람직하게는 반응 동안 용액이 유동할 수 있고 제품 액체/가스 혼합물이 하류 단부로부터 인출되는 메쉬 또는 다공성 단부들 사이에 촉매를 보유하는 튜브 또는 실린더이다. 다른 유사한 수단은 해당 기술 분야 종사자들에 의해 쉽게 명백하게 될 것이다.

촉매는 적절한 기판, 즉, 지지된 촉매에 부착 또는 바인딩될 수 있어서, 기판이 정위치에 보유되면서 금속 수소화물이 이를 통과하는 것이 포함된다. 따라서, 수소 제품은 바인딩된 촉매를 금속 수소화물 용액으로부터 접촉 또는 분리시킴으로써 제어될 수 있다. 이러한 촉매의 예는 물리적 또는 화학적 수단에 의해 다공성 또는 비다공성 기판 상에 및/또는 기판 내에 포획된다. 제한되지 않는 다공성 기판의 예는 세라믹 또는 이온 교환 수지를 포함한다. 제한되지 않는 비다공성 기판의 예는 금속 메쉬, 섬유 및 섬유질 재료를 포함한다. 이러한 지지된 촉매의 준비는 예로써 본원에서 참조로 합체된 미국 특허 제6,534,033호에 교시된다.

바람직하게는, 촉매는 금속 수소화물과 물의 반응, 즉, 수소 사이트의 활용성 및 가수 분해 기구의 조력 능력의 두 태양을 용이하게 한다. 금속 수소화물 용액은 다중 단계 기구를 갖는 복합 시스템이다. 예로써, 수소화붕소는 4개의 수소와 8개의 전자 감소 기구를 갖는다. 따라서, 단일 수소 원자가 수소화붕소 분자로부터 제거되면, 잔여 부분은 불안정하게 되고 잔여 수소 원자를 해제하기 위해 물과 반응할 것이다. 본 발명의 시스템에 유용한 촉매는 전이 금속, 전이 금속 붕소화물, 이들 금속의 합금 및 혼합물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.

금속 수소화물 용액으로부터 수소를 발생시키기 위한 적절한 전이 금속 촉매는 해당 기술 분야에 공지되었고 주기율표의 1B 그룹 내지 VIIIB 그룹의 금속과 이들 금속의 화합물을 포함한다. 이들 금속의 대표적인 예는 구리 그룹, 아연 그룹, 스칸듐 그룹, 티타늄 그룹, 바나듐 그룹, 크롬 그룹, 망간 그룹, 철 그룹, 코발트 그룹 및 니켈 그룹으로 나타내어지는 전이 금속을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 이들 촉매 금속은 양자 H⁺의 형태로 이들 표면에서 수소를 흡수하기 위한 반응을 조력한다. 유용한 촉매 금속의 예는 루테늄, 철, 코발트, 니켈, 구리, 망간, 로듐, 레늄, 백금, 팔라듐, 크롬, 은, 오스뮴, 인듐 붕소화물, 이들 금속의 합금 및 이들의 혼합물을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 루테늄, 로듐 및 코발트가 바람직한 촉매 금속이다.

촉매는 바람직하게는 큰 표면적, 즉 작은 평균 입자 크기를 갖고, 예를 들어, 약 100 미크론 미만, 바람직하게는 약 50 미크론 미만, 가장 바람직하게는 약 25 미크론 미만의 평균 직경을 갖는다. 촉매의 존재 하에서 물에서 금속 수소화물의 화학 반응은 측정된 금속 수소화물의 전체 농도에서 0차수 동역학을 따르고, 즉 발생된 수소 가스의 체적이 시간에 따라 선형이다. 따라서, 반응률은 촉매 표면 면적에 주로 종속되는 것으로 이해된다. 매우 작은 평균 입자 크기를 갖는 금속 입자에 부가하여, 큰 입자, 즉 덩어리들이 필요한 표면 면적을 갖기 위해 충분한 다공을 갖도록 제공되어 활용될 수 있다.

본 발명에 따라 개선된 시스템에서, 수소의 발생은 촉매의 부재 하에서 적은 양의 수소가 안정화된 용액에서 발생되기 때문에 촉매에 대한 용액의 접촉을 조절함으로써 제어될 수 있다. 제어는 예를 들어, 촉매에 대한 용액의 흐름을 제어함으로써 또는 제조를 취소하기 위해 용액으로부터 촉매를 인출함으로써 영향을 미칠 수 있다. 수소 발생이 온도의 증가로 증가되고 금속 수소화물 용액이 거의 배출될 때까지 주어진 온도에서 상당히 일정하다는 것이 발견되었다. 바람직한 반응률은 온도, 알칼리 안정화 작용제, 촉매의 선택, 촉매의 표면적 등의 조절을 포함하는 계수에 의해 얻어지고 제어될 수 있다는 것이 해당 기술 분야에 공지되었다.

안정화된 금속 수소화물 용액을 촉매 시스템에 접촉시키기 위한 몇가지 방법이 활용 가능하다. 수소가 요구될 때, 용액은 촉매를 수용하는 챔버 내로 펌핑되거나 또는 촉매가 용액을 포함하는 탱크 내로 이동될 수 있다. 금속 수소화물 용액은 1회분씩 또는 연속적으로 펌핑될 수 있다. 수소에 대한 동시적인 요구는 작은 활용 가능한 수소 가스의 공급을 항상 포함하는 버퍼 탱크와 직면할 수 있다. 이러한 탱크로부터 수소 가스는 즉각적인 요구를 충족시키기 위해 활용될 수 있고, 그 결과 압력 강하는 시스템이 더 많은 수소 가스를 생산하도록 시작시킬 수 있어서, 수소 소비 장치에 활용 가능한 수소 가스의 일정한 공급을 유지한다.

도2에 도시된 바와 같이, 도1에 도시된 종래의 시스템은 촉매 챔버(7) 내로의 이송되는 응축된 물의 재순환 흐름의 추가로 인해 본 발명에 따라 개선된다. 도2에서, 도1에 도시된 것과 동일한 구조는 유사한 도면 부호를 갖는다. 도2에서, 도관 라인(15)을 통해 가스/액체 분리기(11)를 빠져나온 흐름 형태의 도1에 도시된 수소 및 물의 가스상 제품 흐름은 응축기/가열 교환기(17)에서 냉각되어 도관 라인(19)을 통해 분리 및 재생 구역(12) 내를 통과한다. 응축된 재생 구역(21)에서, 압력이 감소되어 소정의 잔여 수증기를 갖는 수소 제품은 액상의 물로부터 분리되고 제품 도관 라인(23)을 통해 인출된다. 전술한 바와 같이 소정의 수증기를 갖는 것이 이익이기 때문에 제품 가스의 물의 전체 분리를 달성할 필요는 없다. 재생된 물은 도관 라인(25)을 통해 유동을 제한하기 위한 밸브 또는 간단한 오리피스일 수 있는 제어 유닛(27)으로 유동하도록 되고, 그 다음에 도관 라인(29)을 경유하여 도1을 참조하여 설명된 바와 같이 펌프(5)에 의해 촉매 챔버(7) 내로 이송되는 희석된 연료 혼합물을 형성하기 위해 들어오는 금속 수소화물 연료 공급으로 바람직한 비례로 혼합되는 혼합 구역(31)으로 유동한다.

도2에 도시된 재생 시스템에 의해 몇가지 장점이 구체화된다. 이들 중 가장 중요한 것은 주로 저장의 경제성이고 농축된 금속 수소화물 용액 연료 공급원을 활용한다는 것이다. 이는 시스템을 재급유하는 사이에 수소 발생 기간이 희생되지 않고 작은 연료 저장소를 이용하도록 한다. 이는 전술한 바와 같이 부유물 또는 슬러리를 발생시키는 금속 수소화물의 적은 부분이 용액 내에 있지 않는 농도의 금속 수소화물 연료 공급원을 활용하는 것이 가능하다. 이는 또한 환경 변화로 일부가 용액으로부터 빠져나올 수 있는 금속 수소화물의 최대 농도를 포함하는 용액을 활용하는 것이 가능하다. 설계상 또는 환경 변화에 기인하여 금속 수소화물의 일부가 용액으로 있지 않으면, 제어 수단(27)에 의해 혼합 구역(31)으로 승인되는 물의 양은 증가되어 바람직한 희석도가 연료 용액이 촉매로 도입되기 전에 모두 달성될 수 있다. 또한 연료 공급원(1)과 관련하여 연료 공급원(1)으로부터 제공된 슬러리가 사실상 균일하게 되는 기계적인 교반기 또는 난류 애지테이터(turbulence agitator)와 같은 도시되지 않은 혼합 수단을 갖는 것이 바람직하다.

연료 공급원 농도에서 용액 내에 있지 않은 금속 수소화염의 양은 시스템의 구성, 도관(29)을 통해 첨가될 수 있는 물의 양, 용해에 영향을 미치는 활용 가능한 시간 등에 의해 제한된다. 통상적으로, 연료 공급원은 용해되지 않은 금속 수소화물의 약 5 % 이하를 포함할 수 있다.

본 발명에 따라 제공된 재순환 시스템의 제2 장점은 재순환 라인으로부터의 물의 첨가는 희석 연료 이송을 유지하여 제품염, 용액 내의 금속 수소화붕소인 연료의 경우에 붕소화물을 유지하기 위해 촉매 챔버(7)를 빠져나오는 물이 불충분한 지점까지 물이 이용됨에 따라 시스템이 막히게 될 가능성을 현저히 감소시킨다는 것이다. 촉매 챔버 자체 또는 도관의 임의의 관련된 하류 장치에서 제품염의 촉진은 분해되고 세척될 때까지 시스템에 영향을 미치지 않도록 한다. 이러한 문제는 차량의 대체 공급원으로써 이러한 시스템을 이용에 매우 중요할 수 있다.

본 발명의 시스템의 다른 장점은 응축 재생 탱크(21)로부터 배출된 물이 촉매 챔버(7)보다 상당히 낮은 온도를 가지므로, 발열성인 반응의 온도를 제어하는 데 조력하는 기능을 한다는 것이다. 시스템 작동 온도의 이러한 부가의 제어는 저량의 동력으로 예상되는 시스템의 이용에서 매우 중요하다. 그러나, 더 중요한 것은 시스템의 조절성이 제품 수소의 사실상 일정한 유동과 경제적으로 큰 장점을 보장한다는 것이다. 본 발명의 시스템의 다른 장점은 재순환 시스템이 시스템의 내부에 있다는 것이고, 즉 시스템 자체 내에 있을 수 있어서 외부 공급원으로부터 물을 도입하기 위한 탱크 및/또는 도관과 같은 외부 장치의 필요가 없다는 것이다.

본 발명에 따른 개선된 시스템의 다른 실시예는 도3에 도시되고, 유사한 구조는 유사한 도면 부호를 갖는다. 도3에서, 응축된 물과 응축된 연료 혼합물의 혼합 구역(31)으로의 유동은 혼합 구역(31) 내로 교호식으로 유동시킴으로써 각각의 이송량을 제어하는 토글 밸브와 같은 3방향 밸브에 의해 조절된다. 각각의 경우에, 촉매 챔버(7)내로 진입하는 연료 혼합물의 적절한 희석 제어는 도시되지 않은 컴퓨터 수단으로 정보를 공급하여 도관 라인(37)을 통해 혼합 구역(31) 내로 도입되는 연료 혼합물의 각각의 성분의 양을 조절하는 도시되지 않은 종래의 검지 장치에 의해 작용한다. 이러한 장치는 혼합 구역(31) 내로 도입되는 연료 혼합물의 적절한 희석을 달성시키기 위하여 그 배치 및 이용이 해당 기술 분야의 종사자들에게 고려된다.

다음의 예는 본 발명에 따른 목표 시스템의 개선된 작동을 설명하고 도시한다. 예는 도시 목적을 위해서 주어지고 본 발명을 제한하도록 구성되지는 않는다.

예

도2에 따른 수소 발생 테스트 시스템이 본 발명의 개선된 시스템을 벤치 테스트하기 위해 구성된다. 혼합 구역(31)은 금속 꼬임편을 포함하는 정적인 직렬 튜브 혼합기이다. 연료 공급원 농축 탱크(1)는 약 850 mL/분의 유동률로 시스템 내로 통과하는 나트륨 수소화붕소의 30 % 수용액을 포함한다. 응축 재순환은 약 300 mL/분의 유동률로 혼합 구역(31) 내로 이송된다. 시스템 내에서 압력 변화에 의한 액체 유동률의 변동에도 불구하고, 응축되는 연료 농축률은 거의 일정한 희석 효과적인 연료 농축을 유지하도록 일정하게 유지된다. 테스트 작동을 위해 촉매 챔버(7) 내로 도입된 연료 용액의 효과적인 농축은 약 22 %이다. 수소 발생 및 시스템용 나트륨 수소화붕소 연료 용액의 효율적인 비율은 작동 중에 일정하다. 일정한 제품 유동을 유지하기 위해 필요한 변수들을 제어하기 위한 본 발명에 따른 개선된 시스템의 능력은 차량의 동력원으로써 이용에 중요하다는 것이 명백하게 된다.

Claims (12)

1. (a) 적어도 하나의 금속 수소화물의 수용액을 수용하는 연료 공급원 저장소와,

   (b) 상기 용액을 인출하고 수소 발생 촉매와 접촉시켜서 수소, 물 및 금속염을 포함하는 연료 제품 흐름을 발생시키는 연료 펌프와,

   (c) 상기 유체 흐름을 수소 및 수증기를 포함하는 가스상 제품과, 물과 금속염을 포함하는 액체로 분리하기 위한 가스-액체 분리기와,

   (d) 물로 응축하기 위해 상기 가스상 제품과 유체 유동 연통하는 응축기와,

   (e) 상기 응축된 물을 재생하기 위한 응축 재생 구역과,

   (f) 상기 응축된 물을 상기 저장소로부터 인출된 금속 수소화물의 수용액과 결합시켜 수소 발생 촉매와 접촉시키기 전에 희석시키는 혼합 구역을 포함하는 수소 발생 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 혼합 구역은 연료 펌프의 상류에 있는 수소 발생 시스템.
3. 제1항에 있어서, 상기 응축 구역으로부터 상기 혼합 구역으로 금속 수소화물 용액과 응축된 물을 교호식으로 유동시키는 혼합 구역의 상류의 밸브를 추가로 포함하는 수소 발생 시스템.
4. 제1항에 있어서, 상기 연료 공급원 저장소의 금속 수소화물의 농도는 수소화물의 최대 용해도 이상이고 그 일부는 부유하는 수소 발생 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 혼합 구역에 충분히 응축된 물이 첨가되어 금속 수소화물 전체가 수소 발생 촉매와 접촉할 때 희석 용액으로 되는 수소 발생 시스템.
6. 제4항에 있어서, 상기 부유물의 균일성을 유지하기 위해 연료 공급원 저장소에 혼합 수단을 추가로 포함하는 수소 발생 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 금속 수소화물 용액의 수용액은 적어도 약 pH7의 pH를 제공하기 위해 충분한 양의 알칼리 안정화 작용제를 더 포함하는 수소 발생 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 알칼리 안정화 작용제의 양자(cation) 부분는 상기 금속 수소화물의 양자 부분과 동일하고 상기 알칼리 안정화 작용제는 수소화물인 수소 발생 시스템.
9. 제8항에 있어서, 상기 양자는 나트륨 이온인 수소 발생 시스템.
10. 제1항에 있어서, 상기 유체 제품 흐름의 금속염으로부터 촉매를 분리하는 억제 시스템을 더 포함하는 수소 발생 시스템.
11. 제1항에 있어서, 상기 수소 발생 촉매는 루테늄, 철, 코발트, 니켈, 구리, 망간, 로듐, 레늄, 백금, 팔라듐, 크롬, 은, 오스뮴, 붕소, 그 합금 및 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 전이 금속을 포함하는 수소 발생 시스템.
12. 제1항에 있어서, 상기 금속 수소화물은 나트륨 수소화불소, 리튬 수소화불소, 칼륨 수소화불소, 암모늄 수소화불소 및 그 혼합물로 구성된 그룹으로부터 선택된 수소 발생 시스템.