KR20070106737A - Hydrogen generation system and method - Google Patents

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KR20070106737A
KR20070106737A KR1020077019318A KR20077019318A KR20070106737A KR 20070106737 A KR20070106737 A KR 20070106737A KR 1020077019318 A KR1020077019318 A KR 1020077019318A KR 20077019318 A KR20077019318 A KR 20077019318A KR 20070106737 A KR20070106737 A KR 20070106737A
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그랜트 베리
키스 에이. 페니모어
케빈 더블유. 맥나마라
리차드 엠. 모링
존 스팔론
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밀레니엄 셀, 인코퍼레이티드
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Abstract

Fuel containers and hydrogen gas generation systems and methods are provided which comprise a fuel storage chamber and a hydrogen storage region separated by a partition including a gas permeable membrane to transport hydrogen to the hydrogen storage region. A hydrogen separation chamber and a volume-exchange configuration for the storage of a fuel solution and product material may be incorporated. Methods also are provided for regulating transfer of fuel solution to a reaction chamber and transfer of hydrogen and product to the hydrogen separation chamber, while maintaining a positive pressure differential from the fuel storage chamber to the hydrogen storage region.

Description

수소 발생 시스템 및 그 방법{HYDROGEN GENERATION SYSTEM AND METHOD}Hydrogen generation system and its method {HYDROGEN GENERATION SYSTEM AND METHOD}

본 발명은 2005년 1월 28일에 출원된 미국 임시출원 제60/647,392호에 기초한 우선권을 주장하며, 상기 임시출원은 본 명세서에 그 모든 내용이 포함되어 있다. The present invention claims priority based on US Provisional Application No. 60 / 647,392, filed Jan. 28, 2005, which is hereby incorporated by reference in its entirety.

본 발명은 미합중국 공군으로부터 기술 투자 협약에 의한 정부 지원(Government support under Technology Investment Agreement) FA8650-04-3-2411을 받아 이루어졌다.The present invention has been made by the United States Air Force under the Government support under Technology Investment Agreement FA8650-04-3-2411.

본 발명은 수소화붕소(borohydride) 화합물의 연료 용액으로부터 수소 기체를 발생시키는 것에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 연료 용액과 수소 기체의 저장을 위한 부피 교환 구조와 수소 분리 영역을 가지는 연료 카트리지와 수소 발생 장치에 관한 것이다. The present invention relates to generating hydrogen gas from a fuel solution of a borohydride compound. More specifically, the present invention relates to a fuel cartridge and a hydrogen generating apparatus having a volume exchange structure and a hydrogen separation zone for storage of fuel solution and hydrogen gas.

수소는 연료 전지용 연료로서 가장 적절한 연료이다. 그러나 수소 기체를 저장하는 데에는 어려움이 있으므로 수소의 광범위한 사용에는 문제가 따랐다. 탄화수소, 금속 수소화물 및 화학 수소화물을 포함하는 다수의 수소 담체(carrier)가 수소 저장과 공급 시스템으로서 검토되고 있다. 각각의 경우, 해당 담체로부터 수소를 방출시키기 위해서는 특정한 시스템을 개발하여야 하는데, 탄화수소의 경우 개질 반응(reformation), 금속 수소화물의 경우 탈착 반응(desorption), 화학 수소화물의 경우 촉매 가수분해 과정을 통하여 방출이 이루어진다.Hydrogen is the most suitable fuel as a fuel for fuel cells. However, the difficulty in storing hydrogen gas presents a problem for its widespread use. Many hydrogen carriers, including hydrocarbons, metal hydrides and chemical hydrides, are being considered as hydrogen storage and supply systems. In each case, a specific system has to be developed to release hydrogen from the carrier. For hydrocarbons, reformation, desorption for metal hydride, and catalytic hydrolysis for chemical hydride Ejection takes place.

수소 저장과 발생을 위한 시스템으로서 유망한 것들 중 하나는 수소 저장 매체로서 수소화붕소 화합물을 이용한다. 수소화붕소나트륨(NaBH4)은 특별한 관심의 대상인데, 왜냐하면 이 화합물은 알칼리성 수용액에 거의 아무런 반응을 나타내지 않으며 용해될 수 있기 때문이다. 이 경우 안정화된 수소화붕소나트륨의 알칼리성 용액은 연료라고 부르게 된다. 게다가 수용성 수소화붕소 연료 용액은 휘발성이 없고 불에 타지 않는다. 이러한 특성 덕택에 이들 연료 용액을 대량으로 취급하고 운송하거나 수소 발생 장치 내에서 이들 연료 용액을 사용하는 것이 용이하다.One of the promising systems for hydrogen storage and generation uses boron hydride compounds as hydrogen storage medium. Sodium borohydride (NaBH 4 ) is of particular interest because it reacts with little alkaline solution and can be dissolved. In this case, the alkaline solution of stabilized sodium borohydride is called fuel. In addition, the aqueous boron hydride fuel solution is not volatile and does not burn. These properties make it easy to handle and transport these fuel solutions in bulk or to use these fuel solutions in hydrogen generators.

수용성 수소화붕소나트륨 연료 용액으로부터 수소 기체를 생성하기 위한 다양한 수소 발생 시스템이 개발되었다. 이러한 발생 시스템은 전형적으로 것은 연료, 붕산염 생성물, 그리고 촉매 또는 수소화 붕소의 가수분해를 촉진하기 위한 기타 시약을 저장하는 챔버들을 필요로 한다. 또한, 수소 발생 시스템은 한편으로 수소 발라스트(ballast) 탱크, 열교환기, 응축기, 기체-액체 분리기 등의 추가적 구성 요소를 포함할 수도 있다.Various hydrogen generation systems have been developed for producing hydrogen gas from aqueous sodium borohydride fuel solutions. Such generation systems typically require chambers to store fuel, borate products, and other reagents to promote hydrolysis of the catalyst or boron hydride. The hydrogen generation system may also comprise additional components on the one hand, such as a hydrogen ballast tank, heat exchanger, condenser, gas-liquid separator, and the like.

전지를 대체하기 위한 연료 전지 개발은 편리하고 안전한 수소 공급원을 찾는데에 달려 있다. 소규모 응용 분야에 쓰일 연료 전지 동력 시스템은 부피가 작고 경량이어야 하며 단위 질량 당 수소 저장 밀도가 높아야 하고 어떠한 방향에서도 작동할 수 있는 것이 바람직하다. 또한 가동시 연료 전지에 걸리는 부하의 상 태에 맞춰 시스템의 수소 유속과 압력을 쉽게 조절할 수 있어야 한다.Developing a fuel cell to replace the cell depends on finding a convenient and safe source of hydrogen. Fuel cell power systems for small-scale applications should be compact and lightweight, have a high hydrogen storage density per unit mass, and can operate in any direction. It should also be easy to adjust the hydrogen flow rate and pressure of the system to match the load on the fuel cell during operation.

본 발명은 촉매 또는 기타 시약과 수소화붕소 화합물을 이용하여 수소 기체를 발생시키는 장치와 방법에 관한 것이다.The present invention relates to apparatus and methods for generating hydrogen gas using catalysts or other reagents and boron hydride compounds.

본 발명의 한 구체적 실시 태양에서는 연료 저장챔버, 수소 저장챔버와 수소 분리챔버를 갖는 하우징을 갖춘 수소 기체 발생 장치를 제공한다. 여기서, 수소 분리챔버와 연료 저장챔버에는 각각의 챔버로부터 수소 기체를 밖으로 운반하기 위한 기체 투과성 막을 하나 이상 포함한다. 본 발명의 다른 바람직한 실시 태양은 수소 저장챔버와 수소 분리챔버 내에 내포된 연료 저장챔버를 갖는 부피 교환 구조를 이용하는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 수소 분리챔버와 연료 저장챔버는 각각 기체 투과성 막을 하나 이상씩 갖는다.One specific embodiment of the present invention provides a hydrogen gas generator having a housing having a fuel storage chamber, a hydrogen storage chamber and a hydrogen separation chamber. Here, the hydrogen separation chamber and the fuel storage chamber include one or more gas permeable membranes for carrying out hydrogen gas from each chamber. Another preferred embodiment of the present invention is characterized by the use of a volume exchange structure having a hydrogen storage chamber and a fuel storage chamber contained within the hydrogen separation chamber. Here, the hydrogen separation chamber and the fuel storage chamber each have at least one gas permeable membrane.

본 발명의 다른 하나의 실시 태양에서는 연료 저장챔버, 수소 저장 영역, 상기 연료 저장챔버로부터 연료를 제거하기 위한 펌프, 및 상기 수소 저장 영역으로부터 수소 발생 장치의 외부로 수소 기체가 통과할 수 있게 하는 수소 배출구를 포함하고, 수소 기체를 생성할 수 있는 수소 발생 장치를 제공한다. 이때, 상기 연료 저장챔버는 연료 배출구 및 하나 이상의 기체 투과성 막을 포함한다. 상기 연료 배출구는 연료를 제거하고, 상기 기체 투과성 막은 상기 연료에 의해 생성된 수소 기체를 수소 저장 영역으로 통과시킨다.In another embodiment of the present invention, hydrogen for allowing hydrogen gas to pass out of a fuel storage chamber, a hydrogen storage region, a pump for removing fuel from the fuel storage chamber, and out of the hydrogen generating apparatus. It includes a discharge port, and provides a hydrogen generating device capable of generating hydrogen gas. The fuel storage chamber then comprises a fuel outlet and at least one gas permeable membrane. The fuel outlet removes fuel and the gas permeable membrane passes hydrogen gas produced by the fuel into a hydrogen storage region.

본 발명의 또 다른 구체적 실시 태양에서는 수소 분리챔버, 수소 저장챔버, 상기 수소 저장챔버 안에 부분적으로 내포된 연료 저장챔버, 연료 용액을 상기 연료 저장챔버로부터 반응 챔버로 운반하여 상기 연료 용액으로부터 수소와 여타 생성물을 발생시키는 반응을 촉진하는 제1도관, 상기 반응 챔버로부터 수소와 기타 생성물을 수소 분리챔버로 운반하는 제2도관, 상기 수소 분리챔버로부터 수소를 방출하기 위한 수소 기체 배출구 및 수소 기체를 통과시키면서 고체와 액체 물질의 통과를 실질적으로 저지하는 기체 투과성 막으로서 상기 연료 저장챔버와 수소 분리챔버에 각각 접촉하는 하나 이상씩 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 장치를 제공한다.In another specific embodiment of the present invention, a hydrogen separation chamber, a hydrogen storage chamber, a fuel storage chamber partially contained in the hydrogen storage chamber, and a fuel solution are transported from the fuel storage chamber to the reaction chamber, thereby providing hydrogen and other hydrogen from the fuel solution. A first conduit for promoting a reaction to generate a product, a second conduit carrying hydrogen and other products from the reaction chamber to a hydrogen separation chamber, a hydrogen gas outlet for releasing hydrogen from the hydrogen separation chamber, and a hydrogen gas Provided is a gas permeable membrane that substantially prevents the passage of solid and liquid materials, and at least one contacting the fuel storage chamber and the hydrogen separation chamber, respectively.

본 발명은 또한 연료 저장챔버, 연료 용액, 수소 저장챔버 및 수소 분리챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법을 제공한다. 상기 연료 저장챔버는 부분적으로 상기 수소 저장챔버 속에 내포되어 있고, 이 수소 저장챔버 중 일부분 이상은 상기 수소 분리챔버 속에 내포되어 있다. 본 실시 태양에서는 상기 연료 용액 저장챔버와 접촉하는 제1 기체 투과성막을 하나 이상, 상기 수소 분리챔버와 접촉하는 제2 기체 투과성 막을 하나 이상 제공하여 수소 기체가 상기 제1와 제2 기체 투과성 막을 통과하도록 한다. 상기 연료 용액은 연료 용액 저장챔버로부터 반응 챔버로 운반되어 수소 기체와 생성물을 발생한다. 생성물과 수소 기체는 상기 반응 챔버로부터 수소 분리챔버로 운반된다. 본 발명에 따른 바람직한 수소 기체 발생 방법의 작동시, 상기 수소 저장챔버는 상기 연료 용액 챔버보다 더 낮은 압력에서 유지된다.The present invention also provides a hydrogen gas generating method comprising a fuel storage chamber, a fuel solution, a hydrogen storage chamber and a hydrogen separation chamber. The fuel storage chamber is partially contained within the hydrogen storage chamber, and at least a portion of the hydrogen storage chamber is contained within the hydrogen separation chamber. In this embodiment, at least one first gas permeable membrane in contact with the fuel solution storage chamber and at least one second gas permeable membrane in contact with the hydrogen separation chamber are provided to allow hydrogen gas to pass through the first and second gas permeable membranes. do. The fuel solution is conveyed from the fuel solution storage chamber to the reaction chamber to generate hydrogen gas and product. The product and hydrogen gas are conveyed from the reaction chamber to a hydrogen separation chamber. In operation of the preferred method of generating hydrogen gas according to the invention, the hydrogen storage chamber is maintained at a lower pressure than the fuel solution chamber.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 명세서에서 내용 전부를 참고 문헌으로 삼고 있는 미국 특허 출원 제10/359,104호 "수소 기체 발생 시스템(hydrogen gas generation system)"에서는 제1 유연성 주머니를 갖는 연료 저장챔버와 제2 유연성 주머니를 갖는 수소 분리챔버를 지니는 부피 교환 구조를 포함하는 하우징(housing)을 갖춘 수소 기체 발생 시스템을 기술하고 있다. 여기서, 상기 유연성 주머니 중 어느 한 쪽 또는 양쪽 모두는 기체 투과성 막을 그 안에 포함할 수 있다.In US Patent Application No. 10 / 359,104 "hydrogen gas generation system," which is incorporated herein by reference in its entirety, hydrogen separation with a fuel storage chamber having a first flexible bag and a second flexible bag is disclosed. A hydrogen gas generating system with a housing comprising a volume exchange structure with a chamber is described. Here, either or both of the flexible bags may include gas permeable membranes therein.

이러한 시스템은 수소를 발생하는 연료의 흐름을 주로 수동 압력 시스템을 통하여 측정하게 되는데, 수동 압력 시스템에서는 스프링이나 그와 유사한 장치에 의한 기계적 압력 또는 가해진 기체 압력에 의하여 연료를 밸브를 통하여 반응 챔버로 이동시킨다. 수소 발생의 컨트롤은 압력을 조절함으로써 이루어진다. 액체 수소 발생 연료는 약 40℃ 미만의 온도에서는 안정적(즉, 수소 기체 발생을 거의 관찰할 수 없음)이지만, 온도가 올라가면 수소가 방출될 수 있다. 이러한 시스템에서는 앞서 조절 밸브를 통하여 상기 연료를 상기 반응 챔버로 이동시켰던 압력차와 동일한 압력차를 이용하여 연료 저장챔버에 있는 연료 용액으로부터 자발적으로 생성된 수소 기체가 상기 연료 저장챔버 속의 막을 통하여 수소 발생 시스템 하우징(housing) 속으로 이동하도록 강제할 수 있다. These systems measure the flow of hydrogen-producing fuel primarily through a manual pressure system, which moves fuel through a valve to a reaction chamber by mechanical or applied gas pressure by a spring or similar device. Let's do it. Control of hydrogen evolution is achieved by adjusting the pressure. Liquid hydrogen generating fuels are stable at temperatures below about 40 ° C. (ie, little hydrogen gas evolution can be observed), but hydrogen may be released as the temperature rises. In such a system, hydrogen gas spontaneously generated from a fuel solution in a fuel storage chamber generates hydrogen through a membrane in the fuel storage chamber using the same pressure difference that previously moved the fuel to the reaction chamber through a control valve. It can be forced to move into the system housing.

수동 시스템은 유용하지만 연료 전달을 가변적으로 조절할 수 있는 능력을 위하여 펌프를 설치하는 것이 바람직스러운 경우가 자주 있다. 펌프는 스프링 장치보다 부피와 중량면에서 종종 더 소형이고, 펌프를 이용하면 연료의 흐름을 반전시켜 반응 챔버로부터 연료를 능동적으로 뽑아낼 수도 있다. 그러나 만약 반응 챔버로 연료를 운반하기 위하여 펌프를 수동 시스템에 설치할 경우, 수소 기체를 연료 용액과 연료 저장챔버로부터 제거하는데 필요한 압력차를 얻을 수가 없게 된다. 연료 용액 속에 기포가 있는 것은 바람직하지 않는데, 예를 들어 기포는 펌프 속에 공동(空洞)을 형성할 수 있다. 또한 기포가 있는 연료 용액 속에 수소가 갇히면 그만큼 수소 이용 장치로 운반하거나 연료 전지에서 전력을 발생시키는 데 이용될 수소의 양이 줄어들게 된다. Manual systems are useful, but it is often desirable to install a pump for the ability to variably control fuel delivery. Pumps are often smaller in volume and weight than spring arrangements, and pumps may be used to reverse the flow of fuel to actively draw fuel from the reaction chamber. However, if a pump is installed in a passive system to transport fuel to the reaction chamber, the pressure differential required to remove hydrogen gas from the fuel solution and fuel storage chamber will not be achieved. It is undesirable to have bubbles in the fuel solution, for example bubbles can form in the pump. In addition, when hydrogen is trapped in a bubbled fuel solution, the amount of hydrogen that is used to transport the hydrogen-using device or generate power in the fuel cell is reduced.

본 발명의 한 측면에서는 펌프가 설치된 시스템에서 수소를 수소 발생용 연료 용액과 연료 저장챔버로부터 뽑아내기 위한 압력차를 형성하는 시스템과 그 방법을 제공한다.One aspect of the present invention provides a system and method for forming a pressure difference for extracting hydrogen from a fuel solution for hydrogen generation and a fuel storage chamber in a system equipped with a pump.

본 발명의 앞서 설명한 측면과 이하 설명할 측면에서 유용한 수소 발생용 연료로는 액체이거나 유동 연료로 제형화할 수 있는 수소화붕소 화합물이 바람직하다. 많은 수소화붕소 화합물은 수용성이며, 또한 수용성 혼합물의 형태로 수용성 유동 연료 용액을 제조할 수도 있는데, 이러한 혼합물 속에는 M(OH)n의 일반식을 가지는 금속 수산화물과 같은 안정제 성분이 포함될 수 있다. 여기서, M은 나트륨, 칼륨 또는 리튬 등의 알칼리 금속 양이온, 칼슘, 알루미늄 등의 알칼리 토금속 양이온 및 암모늄 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 양이온이며, n은 양이온의 전하값이다. 비수용성 유동 연료 또한 비수용성 용매 속의 분산액 또는 유탁액(emulsion) 형태로 제조할 수 있는데, 그 예로 광물유(mineral oil) 속의 분산액 또는 톨루엔, 글라임(glyme, 에틸렌글리콜디메틸에테르) 또는 아세토니트릴 용매의 용액을 들 수 있다. Useful hydrogen-generating fuels in the above-described aspects and aspects to be described below are preferably boron hydride compounds that can be formulated as liquids or flowable fuels. Many boron hydride compounds are water soluble and can also be prepared in the form of a water soluble mixture of water soluble flow fuel solutions, which may include stabilizer components such as metal hydroxides having the general formula M (OH) n . Here, M is a cation selected from the group consisting of alkali metal cations such as sodium, potassium or lithium, alkaline earth metal cations such as calcium and aluminum and ammonium ions, and n is the charge value of the cation. Non-aqueous fluid fuels may also be prepared in the form of dispersions or emulsions in non-aqueous solvents, for example dispersions in mineral oil or solvents of toluene, glyme, ethylene glycol dimethyl ether or acetonitrile. A solution is mentioned.

본 명세서에서 수소화붕소 화합물에는 보란(borane), 다면체 보란(polyhedral borane)과 수소화붕소화물 또는 다면체 보란의 음이온이 포함된다.이러한 수소화붕소 화합물의 예는 동시에 출원중인 미국 특허 출원 제10/741,199호 "수소 발생 자치를 위한 연료 혼합물(Fuel Blends for Hydrogen Generators)"에 제시되어 있으며, 이 출원은 그 내용 전부에 대하여 본 명세서에서 참고 문헌으로 삼고 있다. 적절한 수소화붕소 물질로는 데카보란(14)(B10H14) 등의 중성 보란 화합물, 화학식이 NH x BHy와 NH x RBHy인 암모니아 보란 화합물(여기서 x와 y와 서로 독립적으로 1 내지 4의 값을 가지며 서로 동일한 값일 필요가 없고, R은 메틸 또는 에틸기), 보라잔(borazane NH3BH3), 수소화붕소 염 M(BH4)n, 트리수소화붕소 염 M(B3H8)n, 데카수소화데카붕산염(decahydrodecaborate) M2(B10H10)n, 트리데카수소화데카붕산염(tridecahydrodecaborate) M(B10H13)n, 도데카수소화도데카붕산염(dodecahydrododecaborate) M2(B12H12)n과 옥타데카수소화아이코사붕산염 M2(B20H18)n이 포함되는데, 예시한 이들 화합물로 수소화붕소 화합물의 범위가 한정되는 것은 아니다. 여기서 M은 알칼리 금속 양이온, 알칼리 토금속 양이온, 알루미늄 양이온, 아연 양이온, 암모늄 양이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 양이온이고, n은 상기 양이온의 전하값이다. M은 나트륨, 칼륨, 리튬 또는 칼슘인 것이 바람직하다. 수소화붕소 연료를 수용성 혼합물의 형태로 제조할 수도 있는데, 이러한 혼합물 속에는 M(OH)n의 일반식을 가지는 금속 수산화물과 같은 안정제 성분이 포함될 수 있다. 여기서, M은 나트륨, 칼륨 또는 리튬 등의 알칼리 금속 양이온, 칼슘, 알루미늄 등의 알칼리 토금속 양이온 및 암모늄 이온으로 이루어지는 군에서 선택되는 양이온이며, n은 양이온의 전하값이다.Boron hydride compounds herein include boranes, polyhedral boranes and anions of borohydride or polyhedral boranes. Examples of such boron hydride compounds are described in US Patent Application No. 10 / 741,199 " Fuel Blends for Hydrogen Generators, which is hereby incorporated by reference in its entirety. Suitable boron hydride materials include neutral borane compounds, such as decaborane (14) (B 10 H 14 ), and ammonia borane compounds having the formula NH x BH y and NH x RBH y where 1 to 4 independently of each other And do not need to be identical to each other, R is a methyl or ethyl group), borazane (borazane NH 3 BH 3 ), boron hydride salt M (BH 4 ) n , boron trihydride salt M (B 3 H 8 ) n , Decahydrodecaborate M 2 (B 10 H 10 ) n , tridecahydrodecaborate M (B 10 H 13 ) n , dodecahydrododecaborate M 2 (B 12 H 12 ) n and octadecahydrated icosaborate M 2 (B 20 H 18 ) n are included, but the scope of the boron hydride compound is not limited to these compounds as illustrated. M is a cation selected from the group consisting of alkali metal cations, alkaline earth metal cations, aluminum cations, zinc cations and ammonium cations, and n is the charge value of the cation. M is preferably sodium, potassium, lithium or calcium. Boron hydride fuels may also be prepared in the form of aqueous mixtures, which may include stabilizer components such as metal hydroxides having the general formula M (OH) n . Here, M is a cation selected from the group consisting of alkali metal cations such as sodium, potassium or lithium, alkaline earth metal cations such as calcium and aluminum and ammonium ions, and n is the charge value of the cation.

수소 발생용 연료는 미국 특허 제6,534,033호 "수소 발생 시스템(A System for Hydrogen Generation)"에 기재된 안정화된 금속 수소화물 용액이 바람직한데, 이 특허는 본 명세서에서 그 내용 전부에 대하여 참고 문헌으로 삼고 있다. 상기 미국 특허의 금속 수소화물 용액에서는 화학식 1에 나타낸 것과 같은 방식으로 수소가 생성되는데, 여기서 MBH4와 MB(OH)4는 각각 알칼리 금속 수소화붕소화물과 알칼리 금속 메타붕산화물을 나타낸다.Hydrogen generation fuels are preferably stabilized metal hydride solutions described in US Pat. No. 6,534,033, "A System for Hydrogen Generation," which is incorporated herein by reference in its entirety. . In the metal hydride solution of the US patent, hydrogen is produced in the same manner as shown in Formula 1, wherein MBH 4 and MB (OH) 4 represent alkali metal hydride boride and alkali metal metaborate, respectively.

MBH4 + 4H2O → MB(OH)4 + 4H2 + 열MBH 4 + 4H 2 O → MB (OH) 4 + 4H 2 + Heat

도 1a를 참조하면, 수소 기체 발생 시스템을 위한 연료 용기(100)는 하우징(102)을 포함하는데, 본 발명의 연료 카트리지를 만드는데 적절한 재료라면 어떠한 것이라도 상기 하우징(102)의 구성 재료로 쓰일 수 있다. 이러한 적절한 재료로서 금속과 플라스틱을 예로 들 수 있는데, 이에 국한되는 것은 아니다. 상기 하우징(102) 속에는 이동식 혹은 유연성 분리대(108)를 사이에 두고 수소 저장챔버(106)와 분리되어 있는 연료 저장챔버(104)가 있는데, 상기 분리대(108)에는 기체 투과성 막(110)이 하나 이상 포함된다. 물과 같은 액체보다 수소에 대하여 투과성이 더 좋은 적절한 기체 투과성 막의 예로서 실리콘 고무, 폴리에틸렌, 폴리프 로필렌, 폴리우레탄, 플루오르함유 고분자 또는 팔라듐-금 합금 등을 포함한 모든 수소 투과성 금속막을 들 수 있다. 적절한 기체 투과성 막은 미세다공성이고 소수성(疏水性) 및/또는 소유성(疏油性 oleophobic)을 가질 수 있다. 상기 분리대는 유연성 또는 이동성을 가지고 있기 때문에 부피 팽창과 수축 그리고 그에 따라 상기 수소와 연료 저장 영역 내에서 발생하는 압력 변화를 수용할 수 있다. 본 명세서에서 "챔버"와 "영역"라는 용어는 자유로이 바뀌어 쓰일 수 있다.Referring to FIG. 1A, a fuel container 100 for a hydrogen gas generating system includes a housing 102, and any material suitable for making the fuel cartridge of the present invention may be used as a constituent material of the housing 102. have. Such suitable materials include, but are not limited to, metals and plastics. Within the housing 102 is a fuel storage chamber 104 which is separated from the hydrogen storage chamber 106 with a movable or flexible separator 108 therebetween, wherein the separator 108 has a gas permeable membrane 110. The above is included. Examples of suitable gas permeable membranes that are more permeable to hydrogen than liquids such as water include all hydrogen permeable metal membranes including silicone rubber, polyethylene, polypropylene, polyurethane, fluorine-containing polymers or palladium-gold alloys. . Suitable gas permeable membranes can be microporous and hydrophobic and / or oleophobic. Since the separator is flexible or mobile, it can accommodate volume expansion and contraction and thus pressure changes occurring within the hydrogen and fuel storage regions. As used herein, the terms "chamber" and "area" may be used interchangeably.

상기 수소 저장챔버(106)는 연료 저장챔버에 대하여 소정의 압력차를 유지하도록 연료 저장챔버보다 더 낮은 압력으로 유지된다. 이러한 압력차는 각 영역을 서로 다른 압력하에 둠으로써 유지할 수 있다. 상기 연료 저장챔버는 예를 들어 신축성 벽의 수축 또는 스프링판이 가하는 힘에 의하여 압력을 받을 수 있다. 상기 연료 저장챔버(104) 내 연료 용액에서 생성되는 수소는 연료 저장챔버(104)의 높은 압력에 의하여 상기 기체 투과성 막을 거쳐 수소 저장챔버로 강제 이동될 수 있다. 상기 두 챔버 상의 압력차는 수소를 상기 수소 저장챔버로부터 뽑아냄으로써 유지되는데, 이를 위하여 기체를 방출하여 미리 정한 값 이하로 압력을 유지시키는 압력 강하 밸브를 상기 연료 저장챔버에 두거나, 수소 이용 장치(hydrogen device)로 수소를 소모하거나 수소 배출구(112)를 통하여 수소 저장챔버(106)에서 수소를 방출할 수 있다. 예를 들어 연료 전지가 연료 용기 속의 수소 저장챔버에 결합되어 있을 때, 상기 연료 전지를 가동하여 저압 영역을 형성함으로써 압력차를 더 확실히 유지할 수 있다. 이러한 장치 배치에서는 수소 저장챔버(106)의 압력이 더 낮아지도록 배기할 수 있어 연료 용액으로부터 효과적으로 수소를 뽑아내기 위 한 압력차를 형성할 수 있다.The hydrogen storage chamber 106 is maintained at a lower pressure than the fuel storage chamber to maintain a predetermined pressure differential with respect to the fuel storage chamber. This pressure difference can be maintained by placing each region under a different pressure. The fuel storage chamber may be pressurized by, for example, contraction of the flexible wall or a force exerted by a spring plate. Hydrogen generated in the fuel solution in the fuel storage chamber 104 may be forced to the hydrogen storage chamber via the gas permeable membrane by the high pressure of the fuel storage chamber 104. The pressure difference on the two chambers is maintained by withdrawing hydrogen from the hydrogen storage chamber. For this purpose, a pressure drop valve is provided in the fuel storage chamber to release gas and maintain the pressure below a predetermined value, or a hydrogen device (hydrogen device). Hydrogen may be consumed or discharged from the hydrogen storage chamber 106 through the hydrogen outlet 112. For example, when the fuel cell is coupled to the hydrogen storage chamber in the fuel container, the pressure cell can be more surely maintained by operating the fuel cell to form a low pressure region. In such a device arrangement, the pressure in the hydrogen storage chamber 106 can be exhausted to form a pressure differential for effectively extracting hydrogen from the fuel solution.

수소 배출구(112)를 이용하여 상기 수소 저장챔버의 수소를 대기 속으로 직접 배출할 수도 있는데, 상기 수소 배출구(112)는 공기의 역주입을 막기 위한 체크 밸브(check valve)를 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 수소 배출구(112)를 압력 강하 지점으로부터 하류 방향에 놓이는 수소 배출라인(120)과 연결함으로써 방출된 수소 기체를 포획하여 동력 장치(power module)와 같은 수소 이용 장치로 수소를 운반할 수 있다. 이러한 연결을 나타내는 사례가 도 1b에 도시되어 있다. 도 1b에서 수소 배출구(112)는 조절기(124)의 하류 방향에 놓이는 수소 배출라인(120)과 연결되어 있고, 상기 조절기(124)는 반응 챔버(116) 속에서 수소 발생용 연료의 반응에 의하여 발생한 수소를 받아들인다. 상기 조절기(124)는 상기 수소 배출라인(120)에서 압력 강하를 일으킬 수 있는 구멍 또는 다른 유속 억제 장치로 대체할 수 있다. 상기 시스템에 대기압 같이 낮은 압력에서 배기시키는 압력 강하 밸브 를 하나 또는 여러 개 도입하여 시스템이 오랫동안 비활성일 경우에 축적된 수소 기체를 뽑아낼 수 있다.Hydrogen outlet 112 may be used to directly discharge hydrogen from the hydrogen storage chamber into the atmosphere. The hydrogen outlet 112 may include a check valve for preventing back injection of air. Preferably, the hydrogen outlet 112 is connected with a hydrogen outlet line 120 downstream from the pressure drop point to capture the released hydrogen gas and deliver hydrogen to a hydrogen utilization device such as a power module. Can be. An example of such a connection is shown in FIG. 1B. In FIG. 1B, the hydrogen outlet 112 is connected to a hydrogen outlet line 120 located in a downstream direction of the regulator 124, and the regulator 124 is connected by reaction of the fuel for hydrogen generation in the reaction chamber 116. Accept hydrogen generated. The regulator 124 may be replaced by a hole or other flow rate suppression device that may cause a pressure drop in the hydrogen discharge line 120. One or several pressure drop valves may be introduced into the system to exhaust at low pressures such as atmospheric pressure to extract accumulated hydrogen gas when the system has been inactive for a long time.

도 1b에 나타낸 것처럼 연료 펌프 등의 연료 조절기 통제 장치(122)는 연료 용액이 연료 도관(114)를 통하여 상기 연료 저장챔버(104)로부터 반응 챔버(116)로 이동시키는데, 상기 반응 챔버(116)에는 앞서 수소화붕소에 대한 화학식 1에서 나타낸 바와 같이, 연료 용액이 수소 기체를 생성하는 반응의 속도를 높이는 촉매가 포함되어 있다. 붕소 함유 물질과 수소 기체를 포함하는 생성물 유속은 수소 분리챔버(118)로 이동되고, 수소 기체는 생성물 유속 중의 액체와 고체 성분으로부터 분리되어 운반된다. 이 수소 기체는 연료 전지를 포함하는 동력 장치 또는 수소를 연료로 쓰는 엔진으로 운반되어 에너지 변환에 사용되거나 풍선이나 수소 실린더 또는 금속 수소화물 등의 수소 저장 장치를 포함하는 모든 수소 이용 장치로 운반될 수 있다. 상기 수소 분리챔버(118) 또는 수소 배출라인(120)에는 수소의 배기를 위하여 압력 강하 밸브가 하나 이상 이상 포함될 수 있다.As shown in FIG. 1B, a fuel regulator control device 122 such as a fuel pump moves fuel solution from the fuel storage chamber 104 to the reaction chamber 116 via a fuel conduit 114, the reaction chamber 116. This includes a catalyst that speeds up the reaction of the fuel solution to produce hydrogen gas, as shown in Formula 1 above for boron hydride. The product flow rate comprising boron containing material and hydrogen gas is transferred to a hydrogen separation chamber 118, where the hydrogen gas is transported separately from the liquid and solid components in the product flow rate. This hydrogen gas can be delivered to a power unit containing a fuel cell or an engine that uses hydrogen as a fuel to be used for energy conversion or to any hydrogen consuming device including a hydrogen storage device such as a balloon, hydrogen cylinder or metal hydride. have. One or more pressure drop valves may be included in the hydrogen separation chamber 118 or the hydrogen discharge line 120 to exhaust hydrogen.

이 실시 태양에서 사용된 반응 챔버는 기질 위에 담지된 촉매 금속과 같은 시약을 함유하는 것이 바람직하다. 이와 같은 담지 촉매는 예를 들어 미국 특허 제6,534,033호 "수소 발생 시스템"에서 개시하고 있다. 상기 반응 챔버는 또한 담지되지 않은 금속, 산 또는 열과 같이, 수소화붕소의 반응을 촉진하는 것으로 알려진 다른 적절한 촉매 또는 시약을 각각 반응 촉진용으로 사용할 수 있다. 이들 촉매와 시약은 수소 생성을 위하여 함께 효과를 발휘하도록 같이 쓰일 수도 있는데, 예를 들어 담지되지 않은 금속 촉매 시스템과 열을 결합할 수 있다.The reaction chamber used in this embodiment preferably contains a reagent such as a catalytic metal supported on a substrate. Such supported catalysts are disclosed, for example, in US Pat. No. 6,534,033 "hydrogen generating system". The reaction chamber may also each employ other suitable catalysts or reagents known to catalyze the reaction of boron hydride, such as unsupported metals, acids or heat, for promoting the reaction, respectively. These catalysts and reagents may be used together to effect hydrogen for hydrogen production, for example by combining heat with an unsupported metal catalyst system.

도 2는 본 발명에 따른 연료 용기의 다른 형태를 도시하고 있는데, 도 2에 나타난 요소 중 도 1a 및 도1b에 나타낸 요소와 동일한 것들은 그 식별 번호가 똑같다. 도 2의 도시 형태에서 상기 연료 저장챔버(104)는 유연성 있는 누액방지(liquid-tight) 물질로 구성되며 하나 이상의 기체 투과성 막을 가진다. 상기 연료 저장챔버(104) 구성 물질의 예로는 나일론, 폴리우레탄, 폴리염화비닐(PVC), 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)를 포함하는 폴리에틸렌 고분자, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(EVA), 천연 고무, 합성 고무 및 금속 박 또는 기타 물질을 들 수 있는데, 이러한 예시 물질 에 한정되는 것은 아니다. 상기 기체 투과성 막은 실질적으로 액체와 고체에 대하여 불투과성인 것이 바람직하며, 기체의 흐름을 보장하면서 고체와 액체 물질의 통과를 실질적으로 저지한다. 여기서 "실질적으로"가 의미하는 바는 고체 및/또는 액체에 비교했을 때 기체의 투과를 선택적으로 허용하거나 혹은 바람직한 경우에는 오직 기체만을 투과시키는 수준을 말한다. 유연성 재질의 상기 연료 저장챔버(104)는 도 2에 도시된 것처럼 하우징 안에 포함되어 있다. 상기 하우징과 연료 저장챔버로 둘러싸이고 그 사이에 있는 공간 속에는 상기 수소 저장챔버(106)가 포함된다. 상기 연료 저장챔버(104)의 벽은 유연하기 때문에 상기 연료 및 수소 저장챔버의 압력 변화를 수용할 수 있다.Figure 2 shows another form of a fuel container according to the invention, in which elements identical to those shown in Figures 1A and 1B are identical in their identification numbers. In the form of FIG. 2, the fuel storage chamber 104 is composed of a flexible liquid-tight material and has one or more gas permeable membranes. Examples of the fuel storage chamber 104 constituent material include nylon, polyurethane, polyvinyl chloride (PVC), low density polyethylene (LDPE), linear low density polyethylene (LLDPE), polyethylene polymer including high density polyethylene (HDPE), ethylene- Vinyl acetate copolymers (EVA), natural rubber, synthetic rubber and metal foil or other materials, but are not limited to these exemplary materials. The gas permeable membrane is preferably substantially impermeable to liquids and solids and substantially inhibits the passage of solids and liquid materials while ensuring gas flow. By "substantially" is here meant a level that selectively permits permeation of the gas as compared to solids and / or liquids or, if desired, only permeates the gas. The fuel storage chamber 104 of flexible material is contained in a housing as shown in FIG. The hydrogen storage chamber 106 is included in a space surrounded by and between the housing and the fuel storage chamber. Since the walls of the fuel storage chamber 104 are flexible, they can accommodate pressure changes in the fuel and hydrogen storage chambers.

본 발명의 수소 발생 시스템에서는 수소 분리챔버와 연료 저장챔버가 하나의 하우징 속에 포함되도록 설계하는 것이 바람직할 수 있는데, 이렇게 하면 전체 시스템 크기를 최소화할 수 있는 이점이 따른다. 도 3a와 도 3b에 나타낸 구성 요소 중 선행 도면과 동일한 구성 요소는 같은 식별 번호를 사용하였다. 도 3a와 도 3b에 나타낸 수소 기체 발생 시스템(300)은 하우징(102)과 수소 분리챔버(302)를 포함하는데, 상기 하우징(102) 속에는 유연성 재질의 수소 저장챔버(106)가 포함되어 있고, 또 상기 수소 저장챔버(106) 속에는 유연성 재질의 연료 저장챔버(104)가 내포되어 있다. 상기 수소 분리챔버(302)는 도 3a에 나타낸 것처럼 하우징 속에 있을 수도 있고, 도 3b에 나타낸 것처럼 별도의 유연성 재질의 챔버로 존재할 수도 있다. 상기 다양한 챔버들 중 하나 이상 이상을 유연성 있는 누액방지(liquid-tight) 물질로 구성할 수 있는데, 이러한 구성 물질의 예로는 나일론, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리렌(LLDPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)를 포함하는 폴리에틸렌 고분자, 에틸렌-아세트산비닐 공중합체(EVA), 천연 고무, 합성 고무 및 금속 박 또는 기타 물질을 들 수 있다. 한편 상기 챔버들은 금속 또는 플라스틱처럼 유연성이 없거나 경직성 재료로 구성될 수도 있다. 이 경우에는 상기 재료로 구성된 하나 이상의 이동식 분리대를 갖추고 있으며, 이동식 분리대들은 망원경의 큰 경통과 작은 경통들처럼 미끄러져 움직이거나 혹은 다른 방식으로 움직여 부피 교환용 구조를 이룰 수 있다. 상기 연료 저장챔버(104)에는 하나 이상의 기체 투과성 막이 포함된다.In the hydrogen generation system of the present invention, it may be desirable to design the hydrogen separation chamber and the fuel storage chamber to be included in one housing, which has the advantage of minimizing the overall system size. 3A and 3B, the same components as those in the preceding figures used the same identification numbers. The hydrogen gas generating system 300 shown in FIGS. 3A and 3B includes a housing 102 and a hydrogen separation chamber 302, which includes a hydrogen storage chamber 106 of a flexible material. In addition, the hydrogen storage chamber 106 includes a fuel storage chamber 104 made of a flexible material. The hydrogen separation chamber 302 may be in a housing as shown in FIG. 3A, or may be present as a separate flexible material chamber as shown in FIG. 3B. One or more of the various chambers may be composed of a flexible liquid-tight material, examples of which include nylon, polyurethane, polyvinyl chloride, low density polyethylene (LDPE), linear low density polystyrene. (LLDPE), polyethylene polymer including high density polyethylene (HDPE), ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), natural rubber, synthetic rubber and metal foil or other materials. On the other hand, the chambers may be made of a flexible or rigid material, such as metal or plastic. In this case, one or more movable separators made of the material may be provided, and the movable separators may slide or otherwise move like a large barrel and a small barrel of a telescope to achieve a volume exchange structure. The fuel storage chamber 104 includes one or more gas permeable membranes.

본 발명의 수소 발생 반응이 일어나면 수소 기체가 발생되고 붕소 함유 물질이 생성되는데, 이들은 도관(304)을 통하여 상기 수소 분리챔버(302)로 운반된다. 예를 들어 화학식 1에 나타낸 수소화붕소 화합물의 가수분해 반응에서는 붕산염이 생성물에 포함된다.The hydrogen evolution reaction of the present invention generates hydrogen gas and produces a boron-containing material, which is conveyed to the hydrogen separation chamber 302 via a conduit 304. For example, in the hydrolysis reaction of the boron hydride compound shown in formula (1), borate is included in the product.

도 3a에 나타낸 구조에서 수소와 나머지 생성물은 하우징 내부, 즉 상기 수소 분리챔버(302)에 모이고, 모인 수소는 수소 배출라인(120) 입구에 존재하는 하나 이상 이상의 수소 분리막(110)을 통과하여 운반되는데, 이때 생성 혼합물 중 고체와 액체 성분은 상기 수소 분리챔버(302)에 남게 된다. 수소는 연료 전지를 포함하는 동력 장치 또는 수소를 연료를 하는 엔진으로 운반되어 에너지 변환에 쓰이거나, 다른 수소 이용 장치들로 운반될 수 있다.In the structure shown in FIG. 3A, hydrogen and the rest of the product are collected inside the housing, that is, in the hydrogen separation chamber 302, and the collected hydrogen passes through one or more hydrogen separation membranes 110 present at the inlet of the hydrogen discharge line 120. Wherein the solid and liquid components of the product mixture remain in the hydrogen separation chamber 302. Hydrogen may be delivered to a power unit including a fuel cell or to an engine that fuels hydrogen to be used for energy conversion or to other hydrogen utilizing devices.

도 3b에 나타내었듯이 상기 수소와 붕소 함유 생성물은 유연성 있는 상기 수소 분리챔버(302)에 모인다. 이 수소는 분리챔버(302) 벽에 위치하는 수소 분리 막(110)을 통과하여 운반되는데, 이때 생성 혼합물 중 고체와 액체 성분은 상기 수소 분리챔버(302)에 남게 된다. 이 수소는 수소 발생 장치 하우징 내부에 모이게 되고, 수소 기체 배출구(306)를 통하여 방출될 수 있는데, 연료 전지를 포함하는 동력 장치 또는 수소를 연료를 하는 엔진으로 운반되어 에너지 변환에 쓰이거나, 다른 수소 이용 장치들로 운반될 수 있다.As shown in FIG. 3B, the hydrogen and boron containing product is collected in the flexible hydrogen separation chamber 302. This hydrogen is transported through a hydrogen separation membrane 110 located on the separation chamber 302 wall, where solid and liquid components of the resulting mixture remain in the hydrogen separation chamber 302. This hydrogen is collected inside the hydrogen generator housing and can be discharged through the hydrogen gas outlet 306, which is delivered to a power unit including a fuel cell or to an engine that fuels hydrogen for energy conversion or to other hydrogen. It may be carried to the using devices.

도 3a와 3b에 나타낸 수소 발생 시스템은 부피 교환 방식으로 가동되는 것이 바람직한데, 이 방식에서는 처음에 수소 저장 주머니(storage bag)로 둘러싸여 있고 연료가 가득 차 있는 연료 저장챔버가 하우징 내부 공간의 대부분을 차지하게 된다. 반응 챔버로 연료가 공급되면 수소 기체와 붕산염 등의 붕소 함유 생성물이 상기 수소 분리챔버(302)로 운반된다. 상기 반응 생성물은 연료가 차지하고 있던 공간을 차지하게 된다. 연료가 전부 소모되면 상기 수소 분리챔버 또는 주머니가 하우징 내부 공간의 대부분을 차지할 수도 있다.The hydrogen generation system shown in FIGS. 3A and 3B is preferably operated in a volume exchange mode, in which a fuel storage chamber, initially surrounded by a hydrogen storage bag and filled with fuel, fills most of the interior space of the housing. To occupy. When fuel is supplied to the reaction chamber, boron-containing products such as hydrogen gas and borate are transferred to the hydrogen separation chamber 302. The reaction product occupies the space occupied by the fuel. When the fuel is used up, the hydrogen separation chamber or bag may occupy most of the interior space of the housing.

도 4a와 도4b에 나타낸 본 발명의 또 다른 실시 태양에서는 상기 수소 분리챔버(302)는 연료 저장챔버와 수소 저장챔버를 포함한다. 도 4a와 도4b에서 선행 도면과 동일한 구성 요소에 대하여 동일한 식별 번호로 표시하였다. 상기 실시 태양과 같은 구조의 시스템은 부피를 적게 차지하고, 부피 교환 방식으로 가동되며, 방향에 무관한 가동이 가능하다. 상기 수소 분리챔버는 도 4a에 나타낸 것처럼 상기 연료 저장챔버와 수소 저장챔버를 완전히 내포하거나, 도 4b에 나타낸 것처럼 부분적으로 내포할 수 있다.In another embodiment of the present invention shown in FIGS. 4A and 4B, the hydrogen separation chamber 302 includes a fuel storage chamber and a hydrogen storage chamber. In FIG. 4A and FIG. 4B, the same components as those in the preceding figures are indicated by the same identification numbers. Systems of the same construction as the above embodiments are light in volume, operate in a volume exchange manner, and can operate in any direction. The hydrogen separation chamber may completely contain the fuel storage chamber and the hydrogen storage chamber as shown in FIG. 4A or may partially contain it as shown in FIG. 4B.

본 발명의 연료 용기를 이용하는 완전한 수소 기체 발생 시스템의 한 실시 태양이 도 5에 도시되어 있다. 도 5에서 선행 도면과 동일한 구성 요소에 대하여 동일한 식별 번호를 표시하였다. 연료 펌프(502)는 연료를 상기 연료 저장챔버(104)로부터 연료 도관(114)을 통하여 반응 챔버(504)로 운반한다. 수소 기체와 붕산 등의 붕소 함유 생성물을 포함하는 생성물 유속은 상기 반응 챔버의 배출구로부터 도관(304)을 통하여 수소 분리챔버(302)로 운반된다. 상기 수소는 수소 분리챔버(302)의 벽에 위치한 수소 분리막(110)으로 운반된 다음 하우징 내부에 수집되며 수집된 수소는 수소 기체 배출구(306)를 통하여 뽑아낼 수 있다. 이 수소는 연료 전지를 포함하는 동력 장치 또는 수소를 연료를 하는 엔진으로 운반되어 에너지 변환에 쓰이거나, 다른 수소 이용 장치들로 운반될 수 있다. 또한, 상기 수소 기체 배출구(306)는 수소 분리챔버(302)에 직접 연결될 수도 있는데, 이때는 수소 배출라인(306) 입구에 위치하는 하나 이상 이상의 수소 분리막(110)이 생성 혼합물 중의 모든 고체와 액체 성분의 이동을 막아 상기 수소 분리챔버 안에 남긴다. One embodiment of a complete hydrogen gas generation system utilizing the fuel vessel of the present invention is shown in FIG. 5. In FIG. 5, the same identification numbers are indicated for the same components as in the preceding drawings. The fuel pump 502 carries fuel from the fuel storage chamber 104 to the reaction chamber 504 through the fuel conduit 114. The product flow rate, including the boron-containing product, such as hydrogen gas and boric acid, is conveyed from the outlet of the reaction chamber through the conduit 304 to the hydrogen separation chamber 302. The hydrogen is transported to the hydrogen separation membrane 110 located on the wall of the hydrogen separation chamber 302 and then collected inside the housing, and the collected hydrogen can be extracted through the hydrogen gas outlet 306. This hydrogen may be delivered to a power unit containing a fuel cell or to an engine that fuels hydrogen and used for energy conversion or to other hydrogen utilizing devices. In addition, the hydrogen gas outlet 306 may be directly connected to the hydrogen separation chamber 302, where one or more hydrogen separation membranes 110 located at the inlet of the hydrogen discharge line 306 are all solid and liquid components in the product mixture. It prevents the movement of and leaves in the hydrogen separation chamber.

상기 수소 저장챔버(106)에 수소가 축적되면 수소 도관들(112, 306)을 연결하는 선택적인 조절 장치(506)를 통하여 수소를 이용하는 다른 장치나 동력 장치에 수소를 공급하거나, 단순히 발생 시스템으로부터 배기할 수 있다. 바람직하게는, 상기 수소를 수소 저장챔버(106)와 수소 분리챔버(302) 양쪽으로부터 동시에 뽑아내게 된다. 즉 양 챔버로부터 수소를 이용하는 장치로 동시에 수소가 공급된다. 혹은 수소를 상기 두 챔버 중 어느 하나에서 뽑아낸 다음 나머지 챔버에서 뽑아낼 수도 있다.When hydrogen accumulates in the hydrogen storage chamber 106, the hydrogen is supplied to another device or power unit using hydrogen through an optional regulator 506 connecting the hydrogen conduits 112, 306 or simply from the generating system. Can be exhausted. Preferably, the hydrogen is withdrawn simultaneously from both the hydrogen storage chamber 106 and the hydrogen separation chamber 302. That is, hydrogen is simultaneously supplied from both chambers to the apparatus using hydrogen. Alternatively, hydrogen may be drawn from either of the two chambers and then from the other chamber.

본 명세서에 첨부하는 도면과 함께 이하 기재하는 상세한 설명을 참조하면 본 발명에 대하여 완전한 이해를 도모할 수 있을 것이다.DETAILED DESCRIPTION Reference will now be made in detail to the present invention with reference to the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings.

도 1a와 1b는 본 발명에 따른 수소 기체 발생 시스템을 위한 연료 용기를 나타낸 모식도이다.1A and 1B are schematic views showing a fuel container for a hydrogen gas generating system according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 수소 기체 발생 시스템을 위한 연료 용기의 다른 실시 태양에 대하여 나타낸 모식도이다.2 is a schematic view showing another embodiment of a fuel container for a hydrogen gas generating system according to the present invention.

도 3a 및 도3b는 본 발명에 따른 수소 기체 발생 시스템을 위한 연료 카트리지의 배열을 도시한 모식도이다.3A and 3B are schematic diagrams showing an arrangement of a fuel cartridge for a hydrogen gas generating system according to the present invention.

도 4a 및 도4b는 본 발명에 따른 수소 기체 발생 시스템을 위한 연료 카트리지의 다른 배열 형태를 도시한 모식도이다.4A and 4B are schematic diagrams showing another arrangement of fuel cartridges for the hydrogen gas generating system according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 바람직한 수소 기체 발생 시스템의 배열 형태를 나타낸 모식도이다.5 is a schematic diagram showing an arrangement of a preferred hydrogen gas generating system according to the present invention.

아래 실시예에서는 본 발명의 수소 발생 시스템의 특성을 더 상세히 설명하고 원리를 입증한다. 실시예에서 제시하는 실시 태양은 오로지 예시를 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하는 것으로 해석해서는 아니 된다.The following examples further illustrate the characteristics of the hydrogen generation system of the present invention and demonstrate the principle. The embodiments presented in the examples are for illustration only and should not be construed as limiting the invention.

도 4a 및 도 4b에 나타낸 연료 용기 시스템은 2 밀(mil) 폴리우레탄(Stevens Urethane社 P/N ST-1522F3)으로 제조한 세 개의 주머니로부 구성되었다. 연료 저장챔버(104)와 수소 분리챔버(302)는 수소를 통과시키면서 고체와 액체의 통과를 저지하는 19.2 ㎠의 폴리테트라플루오로에틸렌 막(Gore Inc.社)을 각각 갖추고 있 었다. 상기 세 개의 주머니는 구리 도금 알루미늄제 하우징(102) 속에 자리잡고 있었는데, 상기 하우징(102)에는 밀폐 처리를 하였고 수소 배출구와 압력 강하 밸브를 설치하였다.The fuel container system shown in FIGS. 4A and 4B consisted of three bags made from 2 mil polyurethane (Stevens Urethane P / N ST-1522F3). The fuel storage chamber 104 and the hydrogen separation chamber 302 were each equipped with a 19.2 cm 2 polytetrafluoroethylene membrane (Gore Inc.) that prevents the passage of solids and liquids while passing hydrogen. The three pockets were housed in a copper-clad aluminum housing 102, which was sealed and provided with a hydrogen outlet and pressure drop valve.

안쪽 연료 주머니(104)에는 중량 기준으로 20% 수소화붕소나트륨과 3% 수산화나트륨의 수용액(연료 용액)을 채워 넣었다. 상기 안쪽 연료 주머니를 둘러싸는 수소 저장 주머니는 대기압하에 놓였다. 펌프로 연료 용액을 수소 발생 촉매를 가지고 있는 반응 챔버로 운반하여 붕산염 화합물, 물 및 수소를 함유하는 생성물 유속을 형성하였다. 이 생성물 유속을 바깥쪽 수소 분리 주머니/챔버(302)로 운반하면서 상기 수소 발생 시스템을 5 내지 7 psi의 압력하에 유지하였다.The inner fuel bag 104 was filled with an aqueous solution (fuel solution) of 20% sodium borohydride and 3% sodium hydroxide by weight. The hydrogen storage bag surrounding the inner fuel bag was placed under atmospheric pressure. The fuel solution was pumped to a reaction chamber with a hydrogen generating catalyst to form a product flow rate containing the borate compound, water and hydrogen. The hydrogen generation system was maintained at a pressure of 5-7 psi while conveying this product flow rate to the outer hydrogen separation bag / chamber 302.

생성된 수소 기체를 상기 수소 분리 주머니(302) 속의 막에 통과시켜 상기 알루미늄제 하우징 내부로 이동하게 함으로써 수소 분리 생성물 속의 액체와 고체로부터 수소를 분리하였다. 수소 발생 반응의 발열성 때문에 그 생성물 유속은 연료 용액보다 온도가 더 높다. 이 생성물 유속이 상기 수소 분리 주머니(302)를 채우면 열이 상기 연료 주머니(104) 속 연료 용액으로 전달되고 이 연료 용액이 데워짐에 따라 연료의 일부는 가수분해를 일으켜 안쪽 연료 주머니(104)로 수소를 방출하게 된다. 이 수소는 상기 안쪽 주머니(104) 속 막을 통하여 수소 저장 주머니(106)로 건네진 다음 대기압 하에서 수소 배출구(112)를 통하여 방출된다. 반응 챔버 속에서 수소 발생 촉매의 반응 촉진을 통하여 발생되는 수소는 상기 수소 발생 장치 외부에 장착한 질량 유량 조정기(mass flow controller)를 통하여 감시하였다. 17 시간 동안 수소 발생 장치를 연속적으로 가동시키면서 연료 용액 800 mL 로부터 분당 425 mL의 수소를 발생시켰다.Hydrogen was separated from the liquid and solids in the hydrogen separation product by passing the resulting hydrogen gas through the membrane in the hydrogen separation bag 302 to move into the aluminum housing. Because of the exothermic nature of the hydrogen evolution reaction, the product flow rate is higher in temperature than the fuel solution. As the product flow rate fills the hydrogen separation bag 302, heat is transferred to the fuel solution in the fuel bag 104 and as the fuel solution warms up, some of the fuel hydrolyzes into the inner fuel bag 104. Hydrogen is released. This hydrogen is passed through the membrane in the inner bag 104 to the hydrogen storage bag 106 and then released through the hydrogen outlet 112 under atmospheric pressure. Hydrogen generated by promoting the reaction of the hydrogen generating catalyst in the reaction chamber was monitored through a mass flow controller mounted outside the hydrogen generating device. 425 mL of hydrogen per minute was generated from 800 mL of fuel solution while the hydrogen generator was run continuously for 17 hours.

본 발명을 본 명세서에서 개시한 구체적인 실시 태양을 위주로 설명하였으나, 이밖의 수많은 다른 실시 태양도 본 발명의 기술 사상의 범위를 벗어나는 것이 아니라는 점을 밝혀 둔다. 예를 들어 선행 도면과 실시 태양에서 상기 반응 챔버는 수소 발생 장치 하우징 밖에 장착되었지만, 상기 반응 챔버를 하우징 안에 포함시킬 수도 있다. 이 경우 해당되는 연료와 생성물의 도관은 상기 하우징 밖으로 나오지 않을 것이다. 본 발명을 예시하는 수소 발생 장치는 이밖에도 조절기(regulator)와 연료 펌프 등의 추가적 구성 요소를 그 하우징 속에 포함할 수 있다. 상기 하우징(102) 역시 경직된 재료로 이루어진 것 대신 유연성 재질로 교체하여 중량을 줄이고 전체 시스템의 에너지 밀도를 높일 수 있다. 본 발명의 일부 측면에서는 피스톤이나 스프링 등 기계적인 압력을 부가하는 구성 요소들 도 도입할 수 있는데, 이러한 구성 요소들은 상기 연료 저장챔버(104)와 수소 저장챔버(106) 중 어느 하나 혹은 양쪽 모두를 압박함으로써 압력차의 유지 및/또는 반응 챔버로의 연료 운송을 돕는다.Although the present invention has been described with reference to specific embodiments disclosed herein, it should be noted that many other embodiments are not intended to depart from the spirit of the invention. For example, in the preceding figures and embodiments the reaction chamber was mounted outside the hydrogen generator device housing, but the reaction chamber may be included in the housing. In this case, the corresponding fuel and product conduits will not come out of the housing. The hydrogen generating device exemplifying the present invention may further include additional components such as a regulator and a fuel pump in its housing. The housing 102 can also be replaced with a flexible material instead of a rigid material to reduce weight and increase the energy density of the overall system. In some aspects of the present invention, components that apply mechanical pressure, such as pistons or springs, may also be introduced, which may comprise either or both of the fuel storage chamber 104 and the hydrogen storage chamber 106. Pressing assists in maintaining the pressure differential and / or transporting the fuel to the reaction chamber.

Claims (59)

제1 내부 압력을 가지는 연료 저장챔버;A fuel storage chamber having a first internal pressure; 제2 내부 압력을 가지는 수소 저장 영역;A hydrogen storage region having a second internal pressure; 연료를 상기 연료 저장챔버로부터 반응 챔버로 운반하도록 설계된 펌프; 및A pump designed to deliver fuel from the fuel storage chamber to the reaction chamber; And 상기 제2 내부 압력을 상기 제1 내부 압력보다 낮게 유지하는 수단을 포함하고,Means for maintaining the second internal pressure lower than the first internal pressure, 상기 연료 저장챔버는 상기 연료로부터 생성된 수소 기체를 상기 수소 저장 영역으로 통과시키는 기체 투과성 막을 하나이상 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 기체와 생성물을 생성할 수 있는 수소 발생 장치.And the fuel storage chamber includes at least one gas permeable membrane for passing hydrogen gas generated from the fuel to the hydrogen storage region. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 연료 저장챔버와 수소 저장 영역은 서로에 대하여 이동할 수 있도록 부피 교환 구조로 배치된 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.And the fuel storage chamber and the hydrogen storage region are arranged in a volume exchange structure so as to be movable relative to each other. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 연료 저장챔버는 수축과 팽창이 가능한 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.The fuel storage chamber is a hydrogen generating device characterized in that the contraction and expansion. 제 3항에 있어서,The method of claim 3, wherein 상기 연료 저장챔버는 유연성 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.And the fuel storage chamber is made of a flexible material. 제 1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 연료 저장챔버를 내부에 배치하는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.And a housing for disposing the fuel storage chamber therein. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 수소 기체를 상기 수소 저장 영역으로부터 상기 수소 저장 영역의 외부로 방출하는 수소 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.And a hydrogen outlet for discharging hydrogen gas from the hydrogen storage region to the outside of the hydrogen storage region. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 연료 저장챔버 중 일부분 이상은 상기 수소 저장 영역 속에 포함되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.At least a portion of the fuel storage chamber is contained in the hydrogen storage region. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 수소와 생성물을 상기 반응 챔버로부터 받아들이도록 설계된 수소 분리 영역을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.And a hydrogen separation zone designed to receive hydrogen and product from the reaction chamber. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 수소와 생성물을 생성하는 연료의 반응을 촉진시키기 위하여 상기 연료 저장챔버로부터 반응 챔버로 상기 연료를 운반하는 제1 도관;A first conduit for transporting the fuel from the fuel storage chamber to the reaction chamber to promote reaction of hydrogen with the fuel that produces the product; 상기 반응 챔버로부터 상기 수소 분리챔버로 상기 수소와 생성물을 운반하는 제2도; 및 A second diagram conveying the hydrogen and product from the reaction chamber to the hydrogen separation chamber; And 상기 수소 분리챔버로부터 수소를 방출시키는 수소 기체 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.And a hydrogen gas outlet for discharging hydrogen from the hydrogen separation chamber. 제 8항에 있어서, The method of claim 8, 상기 연료 저장챔버와 접촉하는 한 개 이상의 기체 투과성 막 및 상기 수소 분리챔버와 접촉하는 한 개 이상의 기체 투과성 막을 더 포함하고,At least one gas permeable membrane in contact with the fuel storage chamber and at least one gas permeable membrane in contact with the hydrogen separation chamber, 상기 기체 투과성 막은 고체와 액체 물질의 투과를 실질적으로 방지하면서 수소 기체를 투과시키는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.And the gas permeable membrane permeates hydrogen gas while substantially preventing permeation of solid and liquid materials. 제 8항에 있어서,The method of claim 8, 상기 수소 저장 영역 중 일부분 이상은 상기 수소 분리 영역 속에 포함되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.At least a portion of said hydrogen storage region is comprised in said hydrogen separation region. 제 11항에 있어서,The method of claim 11, 상기 수소 저장 영역의 내부 압력은 상기 수소 분리 영역의 내부 압력보다 더 낮은 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치.The internal pressure of the hydrogen storage region is lower than the internal pressure of the hydrogen separation region. 수소 분리 영역과 수소 저장 영역을 내포하는 하우징;A housing containing a hydrogen separation region and a hydrogen storage region; 연료 용액을 포함하고, 상기 수소 저장 영역 내에 부분적으로 포함된 연료 저장챔버;A fuel storage chamber comprising a fuel solution and partially contained within said hydrogen storage region; 상기 연료 용액을 상기 연료 저장챔버로부터 수소와 생성물을 생성하는 상기 연료 용액의 반응을 촉진하는 시약을 함유한 챔버로 운반하도록 설계된 펌프; 및A pump designed to deliver the fuel solution from the fuel storage chamber to a chamber containing a reagent that facilitates the reaction of the fuel solution to produce hydrogen and product; And 수소 기체가 상기 연료 저장챔버와 수소 분리 영역을 통과하도록 상기 연료 저장챔버와 수소 분리 영역에 각각 갖춰진, 하나 이상의 기체 투과성 수단을 포함하며,One or more gas permeable means, each provided in the fuel storage chamber and the hydrogen separation zone such that hydrogen gas passes through the fuel storage chamber and the hydrogen separation zone, 상기 연료 저장챔버와 수소 저장 영역은 서로에 대하여 이동할 수 있도록 부피 교환 구조로 배치된 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 장치.And the fuel storage chamber and the hydrogen storage region are arranged in a volume exchange structure so as to be movable relative to each other. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 연료 저장챔버 중 일부분 이상은 상기 수소 분리챔버 내에 포함되는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 장치.At least a portion of the fuel storage chamber is included in the hydrogen separation chamber. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 하우징은 강체인 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 장치.And the housing is a rigid body. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 하우징은 유연성 재질인 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 장치.The housing is a hydrogen gas generator, characterized in that the flexible material. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 수소 분리 영역, 수소 저장 영역 및 연료 저장챔버 중 두 곳 이상이 나머지 한 곳 속에 부분적으로 포함되는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 장치.And at least two of the hydrogen separation zone, the hydrogen storage zone and the fuel storage chamber are partially contained within the remaining one. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 하나 이상의 기체 투과성 막이 상기 연료 저장챔버와 수소 저장 영역에 접촉하고,At least one gas permeable membrane is in contact with the fuel storage chamber and the hydrogen storage region, 하나 이상의 다른 기체 투과성 막이 상기 수소 분리 영역과 접촉하는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 장치.At least one other gas permeable membrane is in contact with said hydrogen separation zone. 제 18항에 있어서,The method of claim 18, 상기 연료 저장챔버는 상기 수소 분리 영역에 완전하게 내포된 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 장치.And the fuel storage chamber is completely contained in the hydrogen separation region. 제 19항에 있어서,The method of claim 19, 상기 수소 저장 영역은 상기 수소 분리 영역에 완전하게 내포되어 있는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 장치.And the hydrogen storage region is completely contained in the hydrogen separation region. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 수소 저장 영역, 수소 분리 영역 및 연료 저장챔버 중 하나 이상는 유연성 물질을 함유하여 구성된 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 장치.At least one of said hydrogen storage region, hydrogen separation region and fuel storage chamber comprises a flexible material. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 수소 저장 영역, 수소 분리 영역 및 연료 저장챔버 중 둘 이상은 유연성 물질을 함유하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 장치.And at least two of said hydrogen storage region, hydrogen separation region and fuel storage chamber comprise a flexible material. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 수소 분리 영역과 연료 저장챔버는 유연성 물질을 함유하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 장치.And the hydrogen separation zone and the fuel storage chamber comprise a flexible material. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 수소 저장 영역, 수소 분리 영역 및 연료 저장챔버 각각은 부피 교환 구조로 설치되는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 장치.And each of the hydrogen storage region, the hydrogen separation region, and the fuel storage chamber are installed in a volume exchange structure. 제 13항에 있어서,The method of claim 13, 상기 수소 저장 영역과 연결된 수소 기체 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 장치.And a hydrogen gas outlet connected to the hydrogen storage region. 연료 용액 저장챔버를 제공하는 단계;Providing a fuel solution storage chamber; 연료 용액을 제공하는 단계;Providing a fuel solution; 상기 연료 용액 저장챔버를 부분적으로 내포하는 수소 저장챔버를 제공하는 단계;Providing a hydrogen storage chamber partially enclosing said fuel solution storage chamber; 수소 분리챔버를 제공하는 단계;Providing a hydrogen separation chamber; 수소가 상기 연료 용액 저장챔버와 접촉하는 하나 이상의 제1 기체 투과성 막과 상기 수소 분리챔버와 접촉하는 하나 이상의 제2 기체 투과성 막을 통과할 수 있도록 상기 제1와 제2 기체 투과성 막을 제공하는 단계;Providing said first and second gas permeable membranes to allow hydrogen to pass through at least one first gas permeable membrane in contact with said fuel solution storage chamber and at least one second gas permeable membrane in contact with said hydrogen separation chamber; 펌프를 이용하여 상기 연료 용액 저장챔버로부터 반응 챔버로 상기 연료 용액을 이동시켜 수소 기체와 생성물을 발생시키는 단계; 및Moving the fuel solution from the fuel solution storage chamber to the reaction chamber using a pump to generate hydrogen gas and product; And 상기 수소 저장챔버가 상기 연료 용액 저장챔버보다 더 낮은 압력을 갖도록 압력차를 유지하면서 상기 생성물과 수소 기체를 상기 반응 챔버로부터 상기 수소 분리챔버로 운반하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.Transferring the product and hydrogen gas from the reaction chamber to the hydrogen separation chamber while maintaining a pressure differential such that the hydrogen storage chamber has a lower pressure than the fuel solution storage chamber. . 제 26항에 있어서,The method of claim 26, 수소 기체를 상기 수소 저장챔버에서 뽑아내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And extracting hydrogen gas from the hydrogen storage chamber. 제26항에 있어서,The method of claim 26, 수소 기체를 상기 수소 분리챔버에서 뽑아내는 단계를 더 포함하는 것을 특 징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And extracting hydrogen gas from the hydrogen separation chamber. 제 26항에 있어서,The method of claim 26, 상기 연료 용액 저장챔버, 수소 저장챔버 및 수소 분리챔버가 하우징 내에 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And a fuel solution storage chamber, a hydrogen storage chamber and a hydrogen separation chamber in the housing. 제 26항에 있어서,The method of claim 26, 상기 연료 용액 저장챔버와 수소 분리챔버는 부피 교환 구조로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And the fuel solution storage chamber and the hydrogen separation chamber are installed in a volume exchange structure. 제 26항에 있어서,The method of claim 26, 상기 수소 분리챔버 중 일부분 이상은 상기 수소 저장챔버에 내포되는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.At least a portion of the hydrogen separation chamber is contained in the hydrogen storage chamber. 제 26항에 있어서,The method of claim 26, 상기 압력차의 일부는 수소를 상기 수소 저장 영역에서 방출하는 것에 의하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And a portion of said pressure difference is created by releasing hydrogen from said hydrogen storage region. 제 26항에 있어서,The method of claim 26, 상기 압력차의 일부는 상기 연료 용액 저장챔버의 신축성 챔버벽의 수축 또 는 스프링 장치를 이용한 상기 연료 용액 저장챔버의 가압에 의하여 만들어는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And a part of said pressure difference is made by contraction of the flexible chamber wall of said fuel solution storage chamber or by pressurization of said fuel solution storage chamber using a spring device. 제 33항에 있어서,The method of claim 33, 상기 압력차의 일부는 수소를 상기 수소 저장 영역으로부터 제거하는 것에 의하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And a portion of said pressure difference is created by removing hydrogen from said hydrogen storage region. 제 26항에 있어서,The method of claim 26, 상기 압력차의 일부는 상기 수소 저장 영역에 진공을 뽑아내는 것에 의하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And a portion of the pressure difference is made by drawing a vacuum in the hydrogen storage region. 제 26항에 있어서,The method of claim 26, 상기 연료 용액 저장챔버에서 수소를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And generating hydrogen in the fuel solution storage chamber. 제 36항에 있어서,The method of claim 36, 상기 수소 저장챔버의 수소를 상기 수소 분리챔버의 수소와 합치는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And combining the hydrogen in the hydrogen storage chamber with the hydrogen in the hydrogen separation chamber. 제 26항에 있어서,The method of claim 26, 상기 압력차는 펌프를 통하여 연료 용액을 상기 반응 챔버로 이동시키면서 언제나 동시에 유지되는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And the pressure difference is always maintained at the same time as the fuel solution is transferred to the reaction chamber through a pump. 연료 저장챔버에 연료 용액을 제공하는 단계;Providing a fuel solution to the fuel storage chamber; 부분적으로 상기 연료 저장챔버를 내포하는 수소 저장챔버와 부분적으로 상기 수소 저장챔버를 내포하는 수소 분리챔버를 제공하는 단계;Providing a hydrogen storage chamber partially containing said fuel storage chamber and a hydrogen separation chamber partially containing said hydrogen storage chamber; 상기 연료 저장챔버와 접촉하는 하나 이상의 기체 투과성 막을 제공하는 단계 및Providing at least one gas permeable membrane in contact with the fuel storage chamber; and 상기 연료 용액 중 일부를 가열 가수분해하고, 하나 이상의 기체 투과성 막을 통하여 수소를 상기 연료 저장챔버로부터 상기 수소 저장챔버로 방출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.Heat hydrolyzing a portion of the fuel solution and releasing hydrogen from the fuel storage chamber into the hydrogen storage chamber through at least one gas permeable membrane. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 연료 용액 중 일부를 가열하고 가수분해시키는 단계는 상기 수소 분리챔버로부터 연료 저장챔버로 열을 전달하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.Heating and hydrolyzing a portion of the fuel solution comprises transferring heat from the hydrogen separation chamber to a fuel storage chamber. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 수소 저장챔버를 상기 연료 저장 챔버보다 더 낮은 압력하에 놓는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.Placing the hydrogen storage chamber at a lower pressure than the fuel storage chamber. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 연료로부터 발생한 수소 기체가 상기 기체 투과성 막을 통과하여 상기 수소 저장챔버로 이동하도록 상기 연료 저장챔버와 수소 저장챔버 사이에 압력차를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And forming a pressure difference between the fuel storage chamber and the hydrogen storage chamber such that hydrogen gas generated from fuel passes through the gas permeable membrane to the hydrogen storage chamber. 제 42항에 있어서,The method of claim 42, wherein 상기 압력차의 일부는 상기 수소 저장챔버로부터 수소를 뽑아내는 것에 의하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And a portion of the pressure difference is made by extracting hydrogen from the hydrogen storage chamber. 제 43항에 있어서,The method of claim 43, 상기 압력차의 일부는 연료 전지를 상기 수소 저장챔버에 결합함으로써 만들어지는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And a portion of the pressure difference is made by coupling a fuel cell to the hydrogen storage chamber. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 압력차의 일부는 상기 연료 저장챔버의 신축성 챔버벽의 수축 또는 스프링 장치를 이용한 상기 연료 저장챔버의 가압에 의하여 만들어지는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And a portion of the pressure difference is made by contraction of the flexible chamber wall of the fuel storage chamber or by pressurization of the fuel storage chamber using a spring device. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 연료 저장챔버, 수소 저장챔버 및 수소 분리챔버 각각은 서로 부피 교환 구조를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And each of the fuel storage chamber, the hydrogen storage chamber, and the hydrogen separation chamber form a volume exchange structure with each other. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 상기 연료 저장챔버와 수소 분리챔버는 부피 교환 구조로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And the fuel storage chamber and the hydrogen separation chamber are installed in a volume exchange structure. 제 39항에 있어서,The method of claim 39, 펌프를 이용하여 상기 연료 용액을 촉매 챔버로 이동시켜 수소와 생성물을 발생시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.Moving the fuel solution to a catalyst chamber using a pump to generate hydrogen and a product. 제 48항에 있어서,The method of claim 48, 수소와 생성물을 상기 촉매 챔버로부터 수소 분리챔버로 운반하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.Delivering hydrogen and product from said catalyst chamber to a hydrogen separation chamber. 제 49항에 있어서,The method of claim 49, 상기 수소 저장 챔버의 상기 가열 가수분해에 의하여 발생한 수소와 상기 수소 분리챔버의 수소를 합치는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.And combining hydrogen generated by the heat hydrolysis of the hydrogen storage chamber with hydrogen in the hydrogen separation chamber. 제 48항에 있어서,The method of claim 48, 펌프를 이용하여 연료 용액을 상기 반응 챔버로 이동시키면서 상기 압력차를 항상 유지하는 것을 특징으로 하는 수소 기체 발생 방법.The method of generating hydrogen gas, characterized in that to maintain the pressure difference at all times while moving a fuel solution to the reaction chamber using a pump. 제1 내부 압력을 가지는 연료 저장챔버;A fuel storage chamber having a first internal pressure; 제2 내부 압력을 가지는 수소 저장 영역; 및A hydrogen storage region having a second internal pressure; And 상기 제2 내부 압력을 상기 제1 내부 압력보다 낮게 유지하는 수단을 포함하고,Means for maintaining the second internal pressure lower than the first internal pressure, 상기 연료 저장챔버는 연료로부터 생성된 수소 기체를 통과시켜 상기 수소 저장 영역으로 이동시키는 기체 투과성 막을 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 기체와 생성물을 생성할 수 있는 수소 발생 장치용 연료 카트리지.And the fuel storage chamber comprises at least one gas permeable membrane for passing hydrogen gas generated from fuel to the hydrogen storage region. 제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 연료를 상기 연료 저장챔버로부터 반응 챔버로 운반하도록 설계된 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치용 연료 카트리지.And a pump designed to carry fuel from the fuel storage chamber to the reaction chamber. 제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 상기 연료 저장챔버와 수소 저장 영역은 서로에 대하여 이동할 수 있도록 부피 교환 구조로 배치된 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치용 연료 카트리지.And the fuel storage chamber and the hydrogen storage region are arranged in a volume exchange structure so as to be movable relative to each other. 제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 상기 연료 저장챔버는 팽창과 수축을 할 수 있는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치용 연료 카트리지.The fuel storage chamber is a fuel cartridge for a hydrogen generator, characterized in that the expansion and contraction. 제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 상기 연료 저장챔버는 유연성 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치용 연료 카트리지.And the fuel storage chamber is made of a flexible material. 제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 상기 연료 저장챔버를 내부에 배치하는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치용 연료 카트리지.And a housing for disposing the fuel storage chamber therein. 제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 수소 기체를 상기 수소 저장 영역으로부터 상기 수조 저장 영역의 외부로 방출하는 수소 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치용 연료 카트리지.And a hydrogen outlet for discharging hydrogen gas from the hydrogen storage region to the outside of the tank storage region. 제 52항에 있어서,The method of claim 52, wherein 상기 연료 저장챔버 중 일부분 이상은 상기 수소 저장 영역 내에 포함되어 설치된 것을 특징으로 하는 수소 발생 장치용 연료 카트리지.At least a portion of the fuel storage chamber is included in the hydrogen storage region is installed, the fuel cartridge for a hydrogen generating device.
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