KR20110002119A - 지능형촉매수소발생시스템. - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속촉매를 이용한 수소발생장치를 제공하기위한 발명으로 본 발명의 수소발생용 연료용액이 채워지는 일정크기의 내부공간을 갖는 수용액 저장탱크의 밑면에 상기발명의 수소발생용 용액과 금속촉매의 반응 시 수소가스를 발생시키는 수소발생용 금속촉매를 구비하는 반응부의 촉매 카세트의 삽입과 상기발명의 저장부와 반응부 사이에 용액공급 장치가 구비되어 상기발명의 저장부의 수소발생용 용액을 상기 반응부내로 공급하는 순환체계 및 상기 반응부로부터 배출되어 상기발명의 수소저장탱크에서 공급되는 수소발생용 수용액과 이와 함께 저장하는 수소가스 압을 감지하여 저장하는 수소량을 감지하여 일정량의 수소를 저장하는 것과 필요한 량 만큼씩만을 생산하여 수요에 응하는 수소발생구조를 구비한 본 발명에 의하면 수소발생용 촉매금속의 반응효율 및 반응시간을 효율적으로 관리 하여 꼭 필요한 량만을 생산하므로 안전한 수소의 이동이 가능하여 수소 가스의 이동편의와 수소가스의 발생량을 증대시키며 저가로 생산하기 위함으로 수소가스를 시간대비 발생량의 변화를 가능하게 하여 순간 다량의 수소수요에도 대비하게 하여 능동적으로 수소가스를 발생시킬 수 있게 함과 소형화를 이루어 어디에나 장치하여 이동할 수 있게 한 장치다.

수소, 금속촉매, 반응용액, 저장탱크, 리들밸브, 페이스트(paste), 알칼라인 용액, 나노크기(nano-size), 센서,

Description

고성능 수소발생기{High Efficiency Hydrogen generator}

본 발명은 촉매를 활용한 수소발생기에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 수소의 청정한 연소현상을 활용하여 CO2배출을 줄이기 위함이고 연소하는 연료의 질을 개선하기 위함으로 에너지고갈과 지구온난화방지를 위한 수단으로서 탈 화석에너지 화를 이루려 함이다.

더욱 상세하게는 연소 시에 CO2배출가스를 다량 배출하는 화석연료를 주 연료로 사용하는 사용에너지가 바뀌지 않는 한은 CO2배출이 계속 증가할 것으로 주로는 CO2 배출이 가장 많은 자동차배출가스를 줄이려는 발명으로서 공기의 질 개선을 위하여 수소를 상용연료로 사용하려는 발명인 것이다.

본 발명에서와 같이 CO2배출이 전혀 없는 전기자동차의 등장은 필요전기를 화석연료에 의존하지 않고도 장시간 사용할 수 있는 가격이 싼 연료전지를 개발하여 장시간 전기차를 운행하려는 것이며 수소를 개발하여 수요에 활용함으로 사용상 편리성을 도모하려는 것이며 청정한 에너지를 가격이 저렴한 촉매를 사용 하여 수소를 얻으려는 것으로 연료전지에 필요한 수소의 상용화 개발은 필수과제가 되었다. 최근 IT기술의 발달로 각종 휴대용 전자기기들이 홍수를 이루고 있는 현실에서 무공해 수소연료로 전력을 발전하여 모든 전자시스템에 적용하려는 발명으로 비교 적 생산비가 저렴하고 수소의 저장이 용이하고 소형화가 가능하여 이동하면서도 수소발생이 용이한 금속촉매를 활용한 소형수소발생기에 관한 발명으로 더욱 상세하게는 알칼리붕소수소화물 NaBH4는 물(H2O)과의 가수분해 반응(Hydrolysis)을 통하여 수소를 발생시킨다.

NaBH4 + 2H2O → NaBO2 + 4H2

「 NaBH4는 10.8 wt.％H에 이르는 높은 수소저장용량을 지니며, 알칼라인 용액내에서 저장할 경우 오랫동안 안정적으로 수소를 저장할 수 있고, 기존의 주유소 같은 Infra를 그대로 이용할 수 있을 뿐 아니라 발생기의 소형화로 자동차에 직접 장착하여 이동하면서 쓸 수도 있다.

본 발명 또한 NaBH4의 반응 후 부산물인 NaBO2가 환경친화적 물질이며 사용후 NaBH4로 재생산(Recycle)이 가능하여 NaBH4는 PEMFC(proton exchange membrane fuel cell) 수소엔진(Hydrogen engine)시스템의 수소저장 및 발생장치로서 유리한 물질로 알려져 있어 알카라인용액에 녹여서 안전하게 저장되어있는 NaBH4의 수소발생은 고체금속촉매사용을 통해 가능하다.

더욱 상세하게는 NaBH4 알칼라인용액의 수소발생은 고성능고체촉매의 개발이 중요한 핵심 포인트라 할 수 있어 NaBH4의 수소발생에 관한 연구를 살펴보면 러시아의 Korovov 등은 LaNi4.5T0.5(T=Mn,Cr,Co,Fe,Cu,Al) 수소저장합금을 이용해 NaBH4의 수소발생 특성을 관찰하여 Suda등을 불산 처리된 수소저장합금 (fluorinated metal hydride)을 이용한 NaBH4의 hydrolysis 특성을 조사하였다.

발명의 수소저장합금을 이용한 수소발생의 경우는 합금의 표면에서 용출되지 않고 nano- size로 존재하는 Ni相(phase)이 촉매효과를 보이며 흡열-발열반응을 통한 발생장치시스템의 열관리(Heat management)에 유리하며 소재의 가격이 낮은 장점이 있고 그러나 합금의 표면에 존재하는 Ni相의 portion이 적어서 전체 촉매량에 대한 수소발생특성을 고려하였을 경우에는 수소발생속도 및 발생량 등 전반적인 성능이 미흡한 것이 단점이다.

반면에 Amendola 등은 IRA-400 수지(Resin)위에 나노크기(nano-size)로 담지한 Ru촉매를 사용하였으며, 일본의 Kojima 등은 LiCo O2 위에 담지 된 Pt촉매를 사용하여 NaBH4의 hydrolysis 특성을 관찰하여 우수한 수소발생특성을 확인 하였으나, 본 발명의 이러한 방법들은 촉매제조공정이 매우 복잡하고 또한 촉매의 가격이 비싼 단점이 있으며 따라서 NaBH4의 hydrolysis 반응에 대한 효과적이면서도 값싼 촉매의 개발이 이루어져야 한다.

NaBH4의 hydrolysis 반응에 대한 촉매를 다룬 문헌들을 살펴보면 H.C. Brown 등은 Pt, Rh, Ru, Co, Ni 순으로 hydrolysis에 대한 촉매효과가 우수하며, 또한 Os, Pd, Fe 등은 촉매효과가 거의 나타나지 않는다고 보고하였다.

더욱 상세하게는 Co, Ni은 염기성 분위기 내에서 수소발생에 대한 낮은 전압(over-potential)을 보이고 있으며, 강알칼리용액 내에서도 용출되지 않는 inert한 특성을 보이는 물질이므로 NaBH4 수소발생에 있어서 우수한 촉매물질로 사용될 수 있고 촉매의 종류이외에도 시스템 내에 적용되는 촉매극의 형태도 성능에 매우 중요한 변수이므로 기존에는 단순히 분말(powder)형태의 촉매를 시스템에 올려놓는다든가, 박스 형태의 망(mesh)에 분말을 충진한 형태의 촉매극사용과 자석을 사용하 여 촉매극을 형성하였다.

그러나 이러한 형태는 촉매극의 재사용이 어렵고 시스템 내에 차지하는 공간도 크다는 단점을 가지고 있다.

반면 페이스트(paste) 형태의 촉매 극은 판상의 형태를 지니기 때문에 시스템 내에 차지하는 공간이 적고, 형태의 변형이 쉽기 때문에 Flexible한 시스템 design이 가능하므로 페이스트 제조에 들어가는 첨가물질(agent)의 최적화를 통하여 성능의 개선이 용이하다 」"

본 발명은 수소를 발생시키는 장치에 관한 것으로 보다 상세하게는 수소발생용 금속촉매의 반응효율 및 반응시간을 증가시키고 수소가스의 발생량을 효과적으로 관리하게 하여 수소가스를 시간대비 효율을 증대시키고 순간수요증가로 다량의 수소가 수요할 때에 순간적으로 다량의 수소를 발생시킬 수 있는 수소 발생장치에 관한 것으로 수소연료전지는 건전지나 축전지와 같은 화학전지와는 달리 수소와 산소가 공급되는 한은 전기를 생산할 수 있다.

더욱 상세하게는 수소를 이용한 연료전지는 연료공급방식에 따라 수소가스 발생장치의 개발과 함께 필수적으로 해결되어야할 과제이므로 수소연료는 연료를 공급하는 방식에 따라 수소연료에너지의 가격 및 인프라구축 비용에서 크게 차이가 날수밖에 없으므로 많은 의견논의가 있었으며 현재는 수소연료를 직접연료분사로 에너지 내연기관의 엔진구동연료로도 사용하고 PEMFC (proton exchange membrane fuel cell)가 성능측면에서 우수함으로 인해 국내 외 대다수의 자동차회사들이 직 접수소공급방식을 채택하고 있다.

더욱 상세하게는 이 경우 수소저장량에 따라 주행거리가 정해지므로 수소저장 밀도가 높은 저장매체를 개발하려는 것과 이동하면서도 수소를 소량씩 필요한량만을 생산하여 바로 사용하는 방식의 수소생산시스템으로 수소엔진의 구동연료로도 화석연료 엔진의 연료절감 용도로도 사용법을 개발중이며 촉매를 활용한 수소발생장치는 전기자동차회사들의 상용화에 매우중요한 과제다.

본 발명이 소원하는 것과 같이 소형화되고 고용량의 전원공급이 가능한 연료전지에 대한 기대가 커지고 있으며 자동차의 연료비부담도 커지고 있는 현실을 타개하기 위하여 화석연료자동차의 연료절감용도로도 사용하기 위함이다.

하지만 고압수소저장방식은 휴대용등에 사용하기는 사실상 불가능하여 그 사용에 상당한 위험요소를 내포하고 있으며 고체수소화합물 수소저장합금 또한 자체무게로 인하여 상용화에 많은 어려움이 있는 것이 사실이므로 이러한 문제를 해결할 수 있는 방법으로 제시되고 있는 수소저장법 중 하나로 수소화합물 또는 수소저장합금이 용해된 반응용액(NaBH4)과 촉매가 접촉하여 화학반응으로 수소를 발생시키는 방법으로 이는 반응용액상태로 저장됨으로 매우안전하며 또한 물 분자를 분해하여 수소를 발생시키므로 수소저장용량이 매우커서 이동형기기 또는 중대형 기기에도 적용이 가능하여 이에 대한 개발이 매우 중요하다.

실시 예 1)

"「 본 발명에서와 같이 촉매와 수소화합물의 반응용액을 분리하여 연료전지가 작동 시에 수소가 수요되며 수소가 수요 될 때 수소저장탱크 상면의 솔레노이드 밸브가 열리며 수소가스배출로 인하여 저장탱크 內部下面에 위치한 반응용액(NaBH4)배출구를 통과하여 리드밸브를 통하여 필요한량만을 촉매실로 공급할 수 있는 장치를 하여 공급한다.

더욱 상세하게는 기존 소디움보로하이드리드 수소 발생에 사용된 촉매물질은 Pt, Ru와 같은 귀금속(noble-metal) 촉매와 수소저장 합금(metal hydride)이 있으나 귀금속촉매는 수소발생성능은 우수하나 고가물질로 가격경쟁력이 낮으므로 이를 대체하여 가격을 낮출 필요 때문에 수소저장합금의 경우는 촉매표면에 catalytic layer로 작용하는 Ni phase 의 portion이 적어서 성능이 낮다는 문제점이 있다.

본 발명이 추구하는 것은 수소발생반응에 효과적이면서도 비교적 저가물질인 Ni, Co를 금속촉매물질로 이용하여 페이스트형태의 촉매극을 제조하여 시스템에 적용하는 페이스트형태 촉매극은 연속적으로 사용가능한 판상형태로 시스템안에서 차지하는 부피가 작아 변형성형이 쉬워 간단한 제조공정만으로도 실제시스템 적용이 가능한 페이스트촉매로서 가장적합하며 또한 페이스트촉매극의 반응용액에 대한 친화력문제에서 민감하므로 사용되는 첨가물질의 선택이 매우중요하다. 결합제 / 증점제 / substrate/의 최적화 배합으로 성능의 개선이 용이 하기 때문에 이를 통한 소디움보로하이드리드(NaBH4)시스템의 親水反應性能 향상을 목적으로 하였다.

더욱 상세하게는 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 소디움보로하이드리드(NaBH4)알카라인 용액을 이용하는 수소발생시스템에 있어서, 페이스트형태의 촉매극을 제조하여 촉매반응카세트 내에 설치하고 소디움보로하이드리드(NaBH4) 알카라인용액을 민감하게 반응카세트 내에 유입시켜 순간순간 촉매와 반응용액 간 화 학반응 결과가 실수요에 응용될 수 있도록 하여 실시간으로 실용에 반응하도록 하였다.

발생하는 수소가스는 반응카세트에 연결된 flow meter를 통하여 발생속도가 측정되고 Computer와의 interfacing을 통하여 실시간으로 수소발생속도를 측정하여 반응용액량 조절과 수소수요예측으로 수요변화에 예비할 수 있게 하였다.

페이스트촉매극 제조공정: 촉매물질과 증점제(페이스트의 농도를 조절) 결합제(binder)를 혼합하여 혼합기를 통하여 2시간동안 mixing하여 페이스트를 제조한 후 페이스트를 substrate에 loading한다.

그 후 drying,rolling,cutting을 거쳐서 sus-mesh로 감싸서 판상(plate)의 최종형태를 제조할 수 있다.

촉매물질은 Spherical Ni, Filamentary Ni,Co, Ni-Co mixture,nano sized Co on C, ZrV0.8Ni1.2, LaAl0.5Ni4.5의 수소저장합금을 사용한다.

증점제는 HPMC(Hydroxi-pluoro-methyl-cellulose) solution (2.0wt.％,3600 cps)을 사용한다.

결합제는 강염기성 분위기내에서 안정하며 분자량이 커서 결합효과가 뛰어난 PTFE(polytetraf luorothylene) emulsion과 SBR(stylene butadiene rubber) emulsion을 사용하여 성능을 평가하며, 페이스트를 loading하는 substrate는 carbonpaper, Ni-mesh, Ni-foam을 사용하여 성능을 평가하였다.

NaBH4 알칼라인 용액은 pH 13으로 pH 14의 KOH solution에 10-18wt％의 농도로 NaBH4를 용해시켜 제조하였다.

본 발명의 substrate에 대한 수소발생과정을 보면 촉매는 球Spherical 형태의 Ni이며, NaBH4 연료는 1M KOH 용액(pH=14)에 NaBH4 1M의 용액을 사용하였으며, 촉매극제조는 bnder 물질로 PTFE를 촉매물질 대비 20wt％ 사용하였다.

Substrate 로서 Carbon paper, Ni mesh, Ni foam을 사용해 각각의 특성을 통해 수소발생속도를 비교했다.

결과와 같이 substrate 형태는 수소발생에 미치는 영향은 없었다.

그러나 각 촉매극의 수명특성을 측정한 결과 Carbon paper와 Ni-mesh의 경우는 5회에서 20여회 사용횟수가 지나면서 급격한 성능저하를 나타냈으며 이유는 촉매물질이 희석되어 결속의 깨짐이 원인인 것이었다.

상기와 비교하면 Ni foam의 경우는 50여회 반복 사용하여도 촉매물질의 결속의 깨짐이 없었으며 성능 저하도 나타나지 않았다.

이런 결과는 Ni foam이 가지는 3 d-network 구조에 의해 촉매물질과 substrate와의 강한 결속력이 원인인 것으로 또 Ni-foam은 동일부피 내에 다량의 촉매를 loading 할 수 있기 때문에 본 발명에서는 Ni foam을 촉매전극의 substrate로 선정하였으며 페이스트(paste) 제조에 사용되는 결합제(binder)는 강염기분위기에서 안정성이 있고 결합력이 강하므로 따라서 본 발명에서는 기존의 연료전지나 Ni-MH 전지의 결합제로 사용되는 폴리테트라 플루오르 에틸렌 에멀젼(PTFE emulsion)과 공업용 본드의 일종인 SBR을 사용하여 수소발생속도를 측정 하였다

스티렌부타디엔고무(SBR)가 더 우수한 결과를 보여 상세하게는 PTFE는 소수성(hydrophobic)을 지니는 반면 스티렌부타디엔고무는 친수성(hydrophilic)을 지니 기 때문으로 즉 친수성의 스티렌부타디엔고무는 NaBH4용액이 촉매극 내부로의 원활한 공급이 가능하게 하기위하여 더 큰 촉매면적이 加水分解常數 반응에 참여할 수 있기 때문으로 본 발명에서는 결합제로 스티렌부타디엔고무(SBR)를 사용하였다. 본 발명에서는 촉매종류에 따른 수소발생속도가 다름을 보여주고 있으며 본 발명에서 촉매는 Filamenatary Ni (∼100 mn) 球(Spherical) Ni(∼5um) Co(∼5um) LaNi4. 5Al0.5(＜20um), ZrV0.8Ni1.2(＜20um)이 사용된다.

초기 수소발생속도는 촉매의 종류에 상관없이 모두 30초 이내에 최대 값에 도달할 수 있고 본 발명의 최대수소발생속도는 촉매의 종류에 따라 다를 수 있으며 Co와 Filamentary Ni 촉매극의 각각 최대발생속도 211 m1/min.g catalyst 165.7ml/ min. g catalyst으로 본 발명에서 가장 우수한 결과를 보이는 것을 볼 수 있었으며 발명의 BET를 통한 Pasted 촉매극의 비표면적(specific surface area)분석을 통한 각 촉매극의 intrinsic catalytic activity (ml/min. m2)를 측정한 결과 Co가 122.6 ml/min. m2으로 다른 촉매들 에 비해 2배 이상의 높은 NaBH4 가수분해 에 관한 촉매효과를 보이는 것을 확인 할 수 있었고, 또한 Filamentary Ni의 우수 한 성능은 넓은 비표면적(5.86 2/g)에 의한 반응면적의 증가에 기인한 것으로서 Filamentary Ni- Co mixture (20:80 wt.％)와 nano-sized Co on C 촉매의 수소발생 특성을 나타낸다.

본 발명에서 사용하는 두종의 촉매 모두 입자크기가 마이크로 사이즈로 Co 촉매에 비하여 30％ 이상 증가한 최대수소발생속도를 보이는 우수한 결과를 나타냈다.

본 발명에서는 특히 Filamentary Ni-Co mixture 촉매의 경우는 촉매극 내부에 미세한 기공형성을 통한 NaBH4 solution의 원활한 침투를 가능하게 함으로써 성능이 증가했으며, nano-sized Co on C 촉매는 size effect에 의한 성능향상으로 연결 되며 본 발명의 이와 같은 Co based 촉매는 Pt, Ru 촉매에 비하여 소재의 가격도 매우 저렴한 소디움보로하이드리드(NaBH4)알칼라인 용액의 수소발생에 관한한 고성능 저가격촉매이다. 」"

전해조 본체 내에 배치되어 일정량의 수소가스와 반응용액이 채워지는 신축 저장탱크와 상기 발명의 신축 저장조 下面에 위치하여 저장조로부터 공급되는 반응용액을 필요에 따라 촉매카세트에 반응용액을 공급하기 위하여 리들밸브의 유입구를 타고나와 리들밸브에 연결 되어진 촉매카세트로 유입되는 금속촉매는 반응용액과 합하여져 화학반응하고 수소를 발생하는 금속촉매는 순환파이프 라인과 연결로 각 기관과 순환하고 상기발명에서 수소의 수요에 응답하기위하여 솔레노이드밸브에 연결된 밸브센서와 연결되어 작동하는 수소센서에 의해 수소의 흐름이 감지되면 수소의 유동정보가 컴퓨터로 전송되고 컴퓨터에 의해 수소의 유통정보는 가공되어져 리들밸브로 전해져 리들밸브를 운전하여 연료분사 량을 조절하여 리들밸브의 밸브위치를 조정하며 리들 밸브 관 끝에 연결된 반응용액 분사밸브는 촉매반응실로 유입된 금속촉매위에 고루 분사되어 반응용액과 접촉하여 화학반응하고 수소를 발생한다.

본 발명에 의하면 금속촉매와 화학반응하여 발생되어진 수소가스는 수소배출구를 통하여 저장탱크로 유입된 수소는 잠시 머물며 수요에 대기하며 비상수요에도 대비한다.

저장탱크에 머문 수소가스는 한꺼번에 다량 저장하지 않으며 저장탱크위쪽에 위치한 맴브레인필터를 통과하여 솔레노이드밸브를 통과하여 수요에 응하게 되는 맴브레인 필터는 액체나 기체상태의 용해되지 않는 입자 분리라는 일반여과 Filteration) 뿐만 아니라 액체에 용해된 용존 물질이나 혼합기체의 분리까지도 가능한 특수한 막으로 기체는 통과하고 액체는 걸러지는 맴브레인 필터를 통과하여 순 수소가스 만 저장탱크위쪽에 위치한 맴브레인 필터를 통과하여 솔레노이드 밸브를 통과하며 수소유동감지센서에 의해 감지되고 수소의 유동정보가 컴퓨터로 전송되어 리들밸브를 조정하게 된다.

수소유입관을 통하여 저장탱크에 진입한 수소는 수요에 응하기 위하여 맴브레인 필터로 진입하는 수소가스를 멤브레인 필터는 순수기체만을 선별하여 배출구로 배출해 솔레노이드 밸브를 통과하여 수요에 응하는 수소는 반응용액위쪽에 저장되고 반응 용액 간 접촉면적을 항상 일정하게 유지하여 수소를 일정하고 안정적으로 발생시킬 수 있다.

본 발명은 상기의 문제점을 해결하기위해 안출된 것으로서 외부의 조건 즉 연료수소의 부하특성에 따라 빠른 응답성은 본 발명은 상기의 목적을 해결하기 위해 하기와 같은 특징을 갖는다.

연료전지에 수소를 싸게 공급하며 이동하기 쉽게 하고 편리성을 도모하여 자 동차의 연료절약과 수요에너지로 사용하기위하여 순간 연료수요를 감당하고 이동하면서도 수소를 발생하여 수요연료를 공급하고 다량의 수소가 필요할 때 수요에 응할 수 있어야하고 수소가격이 싸야한다는 점을 고려하여 저렴한 가격의 촉매를 사용하여 수소를 발생시키고 수소의 가격을 내리무로서 청정연료인 수소의 수요가 일반화되어 갈수록 악화되는 지구환경을 회복시키려는 발명이다.

본 발명은 실시 예 1≫ 일정한 수용공간이 형성되어 반응용액(NaBH4)을 수용하며 수소배출구와 반응용액(NaBH4)공급구가 형성된 반응용액(NaBH4)저장탱크와 수소가 촉매카세트에서 발생되어 저장탱크에 머물며 외부에서의 수요를 예비하기 위하여 잠시 머물며 순수수소만을 배출하기위하여 맴브레인 필터를 통과하게 하여 솔레노이드 밸브를 통과하면서 수소가스의 배출량을 통제받아 배출하며 이렇게 배출되는 수소정보가 PC컴퓨터로 전송되어져 리들 밸브에서의 반응용액배출량을 통제하게 되며 금속촉매와 반응용액 간 화학 반응하여 발생되어지는 수소가스의 발생량이 결정되어진다.

상기발명의 외부에서 수소가스의 수요가 발생하면 즉각 수요에 응대하기 위하여 저장탱크에는 항상 일정한 소량의 수소가 대기하여 수소의 수요에 대비한다.

본 발명의 외부에서 수소의 수요가 정지되어 솔레노이드 밸브가 닫히면 수소의 유동이 그치면서 컴퓨터에 정지신호가 전송되고 리들 밸브의 작동이 정지되며 금속촉매의 반응이 정지하며 저장탱크에는 발생 중이던 잔여수소반응분의 수소가스만이 저장탱크에 유입되어 저장되어지고 다음수요에 대기한다.

본 발명의 저장탱크의 밑면에 반응용액(NaBH4)이 저장되고 반응용액 위로는 발생수소가스가 저장되어 일정압력을 행사하며 저장탱크 내에는 압력센서가 구비되어 탱크내의 압력을 ①s센서하여 PC로 전송하고 본 발명의 상기 저장탱크에서 반응용액 유입관으로 반응용액이 유입하여 분사노즐로 유입되며 초음파 분사노즐의 진동 압에 의하여 반응용액은 고운입자로 분사되어 금속촉매 페이스트 위에 분사되어 촉매와 접촉하여 화학반응하고 수소를 발생하는데 상기발명의 반응부의 촉매카세트 내에서 발생한 가스는 수소가스 이송관을 타고 이송되어 촉매카세트 배출구에 배치된 정재필터를 통과하며 순 수소가스만 통과시키게 된다,

저장탱크로 유입되기 위하여 가스유입관을 통과하여 저장탱크로 유입되어 잠시 저장된 수소가스는 수소 압이 ①s센싱되어 PC로 전송되고 수요에 대기한다.

외부에서 수소가스를 계속 수요로 할 때는 저장탱크 윗면에 위치한 멤브레인필터를 통과한 순 수소는 솔레노이드밸브를 통과하며 통과하는 수소량을 센서하는 ②s센서관을 통과하게 되는데 솔레노이드밸브 배출관에 수소유통 ②s감지센서가 위치하여 수소의 유출량을 ②s센싱하여 PC로 전송하고 수소는 유출되고 수요에 응하지만 외부에서의 수소가스 수용하는 량을 센싱하기 위하여 수소배출 노즐입구에 ③s센서가 설치되어 수요량을 센싱하여 PC에 전송한다.

외부에서의 수소의 수요를 중단하면 솔레노이드밸브가 닫히고 저장탱크에는 수소압력이 증가하므로 저장탱크의 압력이 ①s센싱되어 PC로 전송되고 솔레노이드밸브의 ②s유동정보센서와 분사노즐에 위치한 ③s센서의 정보가 PC로 전송되어 이렇게 전송된 수소가스의 유동정보를 PC에서 종합하여 PC에 저장된 프로그램에 준하 여 ⑤s리들밸브를 조절하게 되며 반응용액의 공급량을 조절하여 촉매페이스트위에 분사 하여 촉매가 화학반응하여 수소를 발생하는 량을 조절하게 된다.

분사노즐에서 분사량을 조절하므로 금속촉매에 분사되는 반응용액량 조절로 발생 수소의량을 조절하게 하고 상기발명의 금속촉매카세트가 삽입되는 촉매카세트는 3개의 카세트가 삽입되게 되며 PC에 장치된 소프트웨어 프로그램에서는 전송된 정보에 의한 작동명령으로 PC에서 신호한대로 반응용액분사노즐에서 용액분사 량을 조절 분사하는데 연료전지일 때는 수소의 수요량이 비교적 일정하므로 배출에서도 비교적 일정하게 배출되어 큰문제가 없겠지만 연료 절감기나 수소엔진에 직접분사하게 될 때에는 순간파워발생에서 변화가 심하므로 수소가스의 수요량에서도 큰 변화를 요구할 것이므로 파워발생에 문제를 해소하기 위하여서는 이에 대비하는 구조를 갖추어야함이다.

연료전지일 때와 연료절감기일 때와 엔진일 때를 프로그래밍하여 용도에 적합하도록 프로그램대로 선택 보턴하여 기능을 선택하고 용도에 적응하도록 하였다.

상기 발명의 연료전지일 때는 전기를 발생하여 대용량 캐패시터에 축전하여 사용하지만 연료저감용으로 사용할 때는 수소가스로 저장할 때는 수소의 특성상 보관에 문제가 있으므로 수소가스를 바로바로 발생하여 사용할 수 있는 장치를 하여 장비를 축소하여 사용할 필요로 인하여 발생장치를 소형화하고 수소발생을 필요에 따라 사용할 수 있도록 본 발명을 하였다.

상기 발명에 따른 설명에 의하면 자동차가 보통 스로상태와 주행할 때와 언덕을 오를 때 험로에서 갑자기 힘을 써야할 때에 연료의 수요를 계산하여 수소의 수요가 다르므로 금속촉매가 반응용액과 화학반응하여 수소를 발생할 시간차를 극복하기 위하여서는 1차로 수소저장탱크에서 일정량의 수소를 저장하고 수요에 응하지만 장시간의 수요에 응대하기위하여 정지 상태에서와 시내주행 할 때와 고속주행할 때 모두 연료의 요구량이 다를 것이므로 수소가스의 저장용량한계로 인하여 수소발생기의 핵심인 금속촉매카세트가 다양한 변화에 적응할 수 있도록 만들어져야 함은 물론이다.

그러기위하여서는 촉매카세트 1개에서 발생되는 수소량으로 만족한 수소를 발생하지 말고 상황별로 구분하여 연료수요를 구하고 정지상태일때, 주행상태, 고속주행 때. 험로 주행일 때, 짐을 싫고 주행할 때 짐을 적재하고 고속주행 할 때, 등 속도에 따라 연료의 수요량 이 변화되는 수치가 있을 것이므로 촉매카세트 1∼2∼3 개중에서 발생되는 수소총량과 각각의 발생량을 배합하여 에너지가 필요한 량만큼 힘을 합산하여 리들밸브가 분사하여 수소를 발생하게 하여 각각의 상황에 대처 하게 하는 프로그램을 PC에 입력하여 수소수요량에 따라 거기에 준하는 상황으로 변화되는 환경을 자동으로 전환해 주는 수소발생장치를 발명하였다.

상기발명의 촉매카세트의 수소배출구에는 기체만을 유출할 수 있도록 필터부재를 구비하며 촉매카세트 하면에는 사용하고 난후의 반응용액회수로가 마련되어 회수관을 따라 회수탱크로 모이게 하여 일정량의 반입될 잉여 패 반응용액이 모이면 마이크로펌프에 의하여 저장탱크로 펌핑하여 재활용된다.

촉매카세트와 상기발명의 수소 배출관에 연결된 필터를 거쳐 저장탱크로 유입되는데 수소의 역류를 방지하기 위하여 촉매카세트의 필터배출구 끝에 역류방지 밸브를 장치하여 배출은 하되 유입은 되지 못하도록 하여 수소저장탱크에 유입은 하고 역 유입은 불가 하도록 하였다,

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 반응용액NaBH4에 의한 촉매반응으로 발생된 수소를 저장탱크에 저장하여 수요에 응하고 수소발생용 반응용액을 수소발생용 금속촉매 카세트를 구비하여 카세트를 반응부 케이스 내로 삽입하고 반응용액을 카세트 내로 연속공급하고 반응부에서 배출되는 수소를 수요에 응대할 수 있게 센서에 의한 자동발생으로 많은 다량의 수요에도 대비하는 수소발생장치는 연료전지 또는 자동차연료 절약장치 자동차 직접연료 공급 장치로서 자동차에 구비하고 이동하면서도 수소연료 수요를 충당할 수 있는 장치로서 발생장치를 소형화 함으로서 자동차에 장착이간단하여 사용하기에 편리하다.

상기발명의 NaBH4의 가수분해반응에 의해 발생되는 수소를 상온에서 외부로부터 열을 공급하는 공급원을 추가로 설치하지 않고, 일산화탄소나 이산화탄소의 발생없이 안정적으로 수소를 얻을 수 있기 때문에, 장치의 부피를 줄여 소형화를 도모하고, 취급 및 사용이 편리하게 하였다.

현재 수소저장법은 기체저장법, 액체저장법, 고체저장법이 있으며 이중 기체저장법은 저장할 수 있는 용량이 작아서 시스템이 커지는 문제점이 있으며 액체수소저장법은 압축기체 저장법에 비하여 저장밀도는 크지만 수소를 액화점인 -235℃도 이하로 낮추어 액화시켜 저장하는 방법으로 이때 많은 에너지가 소모되고 저장 시에 기화하지 않게 단열성이 큰 극저온 용기를 사용해야 하는 문제점때문에 경제 성면에서 수소저장방법으로는 적합하지 않다.

고체저장법인 수소저장합금 역시도 수소저장용량 및 수소화반응속도가 우수한 수소 저장합금을 개발하는 것이 선행되어야 한다.

또한 최근 활발하게 연구가 진행되고 있는 카본계 수소화물의 연구는 아직까지 시스템의 재연성 및 신뢰성이 크게 미흡한 실정이다.

그에 비해서 NaBH4를 이용한 수소저장법의 경우 액체상태의 수소저장이 가능하고 단위무게 당 수소저장밀도(5wt％∼20wt％)가 지금까지 개발된 다른 수소 저장매체 보다 훨씬 큰 것으로 알려져 있다.

따라서 수소에너지를 이용한 여러가지 산업분야 (연료전지용 수소저장시스템, 수소자동차용 연료저감시스템, 전기자동차 및 소형전자기기의 구동원인 Ni/MH 2차 전지자동차 냉난방기용 Heat- pump 시스템, 자동차용 초기매연제거시스템, 산업페열을 이용한 eatup grading시스템등)에 가장 적합한 저장매체로서 매우 다양하게 응용 될 수 있다.

본 발명은 일정한 수용공간이 마련되어 수소가스와 NaBH4 연료 반응용액(17)을 함께 수용한 수소저장탱크(16)와 수소가스와 반응용액(NaBH4)(17)이 저장된 저장탱크(16)와 수소저장탱크 밑면에 위치하여 반응용액을 리들밸브(20)에 흘려보내는 용액유통 관(14)에 연결하여 반응용액을 촉매페이스트(21)에 분사하는 초음파분사노즐(20)과 이에 연결하여 금속촉매페이스트(21)를 촉매케이스 내부에 구비한 금속촉매카세트(21)가 포함된 반응부로 구성되어 저장탱크(16)에 저장되어 있는 반응 용액(17)은 밑면의 반응용액 공급관(14)을 통하여 밑면의 초음파분사노즐(20)에 공급되어 수소발생 금속촉매카세트 내에서 반응용액을 페이스트(21)에 분사하여 반응하고 수소가 발생되고 배출된 수소는 필터망(20a)을 통과하며 수소만 통과하게 되고 수소배출구(20b)를 지나 수소유입관(20c) 통과해 ①s 수소저장탱크(16)에 유입되어 머물며 외부에서의 수요에 대비하고 잠시 머문 수소가스는 순 수소가스만을 배출하기위해 맴브레인필터(09)를 통과하여 순수소가스만을 솔레노이드밸브(10)를 통과하고 수소가스의 배출량을 ②s 센서에 의해 센싱되어 배출되고 센싱되어 진 배출정보는 컴퓨터로 전송되어져 ③s 리들밸브(20)를 움직이는 자료정보로 사용되고 반응용액(17)을 촉매카세트(21)내로 공급하는 정보로 사용되기 위하여 ①s 저장탱크(16)의 수소의 수량과 압력이 ①s 센싱되고 금속촉매(21)와 반응용액 간 화학 반응하여 발생되는 ④s 수소가스량과 온도가 ⑤s 센싱되어져 PC로 전송되고 발생수소의량과 반응용액 공급량과 비례하여 결정되어 진다.

상기발명의 외부에서 수소가스의 수요가 발생하면 즉각 응대하기 위하여 저장 탱크(16)에는 항상 일정량의 수소가스가 대기하여 반응용액이 공급되어 수소가 발생하기까지의 수소소비에 대비하여 잔 량 수소를 예비한다.

저장탱크(16)에는 일정량의 소량수소가 대기할 수 있도록 수소압력계와 센서가 구비되어 프로그램되며 반응용액(17)이 공급되어 수소가 발생하여 수요에 응할 수 있을 때까지를 대비한다.

본 발명에서 만약외부에서 수소의 수요를 정지하면 솔레노이드밸브(10)가 닫히고 수소가스의 유동이 정지하며 솔레노이드밸브 유출구에 구비한 센서는 PC컴퓨 터에 수소의 유통정보가 전송되어 리들밸브(20)의 작동을 정지하게 된다.

금속촉매(21)의 화학반응이 정지하면 저장탱크(16)에 유입되는 수소가스는 반응용액(17)과 접촉하여 화학반응 중이던 잔여수소가스만이 발생되어 수소저장탱크(16)에 저장되고 다음수요에 대비하며 수소 압이 ①s 센싱 되어져 PC로 전송되고 본 발명의 저장탱크의 ①s 수소저장상황이 표시되고 탱크밑면의 반응용액(NaBN4)(17)의 잔량도 표시되어 사용자가 상황을 대비하게 한다.

반응용액(17) 위로는 발생수소가스(16)가 저장되고 본 발명의 상기 저장탱크에 반응용액 유입관(14)으로 반응용액(17)이 분사노즐(20)로 유입되어 초음파분사압력(20a)에 의하여 반응 용액은 고운입자로 분사되어져 금속촉매 페이스트(21) 위에 분사되어지고 금속촉매(21c)와 접촉하여 화학반응하고 수소를 발생하는데 상기발명의 반응부의 촉매카세트(21a) 내에서는 정밀하게 조정된 반응용액량이 용액분사로 발생한 수소가스는 가스 이송관(13)을 타고 이송되며 촉매카세트 배출구에 배치된 정재필터(32)를 통과하게 되며 순 수소가스만 통과한다,

저장탱크(16)로 유입되기 위하여 유입관(13)을 통과하여 저장탱크(16)로 유입되어 잠시 저장된 수소가스는 압력과 수량이 ①s 센싱되어져 PC로 전송되어 수요에 대응하고 외부에서 수소가스를 계속 수요로 할 때는 저장탱크(16) 윗면에 위치한 멤브레인 필터(09)를 통과하여 순수소만 통과한 수소는 솔레노이드 밸브(10)를 통과 하는데 솔레노이드밸브(10) 배출구에 수소유통 ②s 감지센서가 위치하여 수소의 유출량을 센싱하여 PC로 전송하고 수소는 유출되어 수요에 응하는데 외부에서의 수소를 수용하는 량을 센싱하기 위하여 수소배출분사 노즐입구에 ③s 센서가 구비 되어 수요량을 센싱하여 PC에 전달하고 PC의 신호에 의하여 상황에 대처 한다. 상기 발명의 외부에서 수소수요를 중단하면 솔레노이드밸브(10)가 닫히고 저장탱크(16)에는 압력이 일정량 증가하므로 저장탱크(16)의 압력이 ①s 센싱되어 PC로 전송되고 솔레노이드밸브(10)의 유동정보와 분사노즐에 위치한 ②③센서의 정보가 PC로 전송되어 이 전송된 수소유동정보를 PC에서 종합하여 PC에 저장된 운영 프로그램에 의하여 ⑤s 리들밸브(20)를 조절하며 반응용액의 공급량을 조절하게 하고 분사노즐(20)에서 분사 량을 조절하므로 금속촉매에 분사되어 반응 작용 후 반입되는 반응용액을 집수하여 일정량이 되면 마이크로펌프(24)가 구동되어 모아진 패 반응용액을 저장탱크(16)로 펌핑하여 유입시킨다.

상기발명의 금속촉매카세트(21a)는 카세트 삽입구(34) 내에 3개가 삽입되고 카세트마다에 ④s 감지센서가 구비되어 발생정보를 PC에 전송하여 공유하고 PC에 장치된 운영프로그램에서 명령한대로 반응용액 분사노즐(20)에서 용액분사 량을 조절하여 분사하는데 연료전지일 때는 발전량을 일정하게 발전하여 축전하여 사용하므로 수소의 배출량에서 변화 없이 일정하게 배출되므로 큰 문제가 없겠지만 연료 절감기나 수소엔진에 직접분사하여 엔진을 가동하게 될 때에는 순간수소수요량에서 큰 차이가 발생할 문제를 해소하기 위하여 연료전지일 때와 연료절감기일 때와 수소엔진일 때를 프로그래밍하여 용도에 적응하도록 프로그래밍한데로 선택 보턴하여 기능을 선택하고 용도에 적응하도록 하였다.

상기 발명의 연료전지일 때는 전기를 발생하여 대용량 캐패시터에 축전하여 수요에 응하지만 연료저감용과 엔진에 직접사용 할 때는 수소가스 저장용량이 충분 해야 하므로 가스 상태로 저장할 때는 수소의 특성상 보관에 문제가 있으므로 수소가스를 바로바로 발생하여 사용할 수 있는 장치를 최상화하여 순간 수소발생량을 키워서 긴급수요에 응할 수 있도록 하고 수소발생장비를 축소하여 이동에 편리 하게 하여 사용할 필요로 인하여 발생장치를 소형화하고 수소발생량을 필요에 따라 조절하게 함으로 만약의 사태에 대하여 안전하게 사용할 수 있도록 본 발명을 하였다.

상기 발명에 따른 설명에 의하면 자동차가 보통 슬로상태와 일반 주행할 때와 고속주행 할 때 언덕을 오를 때 힘을 써야할 때에 연료의 수요를 계산하여 연료소비단계별로 구분하여 수소의 수요가 다름에 대비하고 금속촉매가 반응용액과 접촉하여 화학 반응하여 수소를 발생할 시간차를 극복하기위하여 1차로 저장탱크에서 일정량의 수소를 예비 저장하여 응급수요에 응하지만 장시간의 수요에 응대하고 또 다른 변수에 응대하기 위하여 수소발생기능이 민감해야 함을 예측하고 예비하고 있는 수소가 소진되기 전에 수소가 발생기에서 발생되어 충당되어야 함은 물론이다.

엔진이 슬로상태에서 주행할 때는 금속촉매카세트(21a)가 1개에서 발생되는 수소로 충분하지만 고속으로 주행할 때와 속도에 따라 연료의 수요량이 변화되므로 1∼2개에서 발생되는 수소량이 필요에 따라 조절될 것이므로 이에 적응하기 위하여 2개 이상의 촉매카세트(21a)에서 발생되는 수소로 충당하고 언덕을 오를 때와 힘을 많이 쓸 때는 순간 연료소모량이 증가되므로 1-2-3개 모두에서 수소가 발생될 수 있도록 반응용액분사가 카세트3개 모두에서 분사 하게 함으로 순간적으로 힘을 쓰는데 부족함이 없는 수소가 발생되게 하기 위하여 는 예비수소의 량과 수소발생이 증가하여 변화된 수소의 수요에 민감하게 적응하기 위해서는 여러개의 촉매카세트(21a)를 구비하여 응급수요에 응할 수 있게 하였다.

상기발명의 촉매카세트(21a)의 수소배출구(21b)에는 기체만을 유출할 수 있도록 필터 부재를 구비하며 촉매카세트(21a) 下面에는 폐 반응용액회수로(22)가 마련되어 회수관을 따라 역류방지밸브(23)을 통과하여 회수탱크(19)로 모이고 일정량의 잉여 폐 반응용액이 모이면 마이크로펌프(24)에 의하여 저장탱크로 펌핑하여 반입관(15)을 타고 저장탱크에 반입되어 재활용 된다.

촉매카세트(21a)와 상기발명의 수소배출관(13)에 연결된 필터를 거쳐 저장탱크로 유입되는데 수소의 역류를 방지하기 위하여 촉매카세트의 배출구 끝에 역류방지 밸브(22c)를 구비하여 배출은 하되 유입은되지 못하도록 하고 수소배출관(15) 끝에도 역류 입 방지밸브를 장치하여 수소의 역류 입을 방지하여 안전을 위하여 수소저장탱크에 유입은 하고 역 유입은 불가 하도록 하였으며 촉매카세트21a)의 입 출입을 위하여 순환구 마다에 순환관을 구비하고 열과 마찰과 화학약품에 강한 부재를 사용하여 누설방지 탄력부재를 구비하여 누설을 방지하였으며 순환관이 상하로 이동하며 접속과 이탈이 자유롭게 하였다.

상기 발명의 촉매카세트(21a) 삽입 시에 카세트 삽입을 위하여 접촉 순환관을 분리해 야 되는데 순환관를 신축성이 큰 자바라구조로 하고 서브모터(30)를 구비하여 순환관이 카세트 순환구를 상하로 움직이며 접촉할 수 있도록 하여 접촉부위 마다에는 탄력성 있고 열과 내약품성에 강한 바킹(29)을 구비하여 탄력부재끼리 서로 접촉하여 친화성 있는 밀착으로 누설되는 것을 방지할 수 있도록 하였다.

실시예≫ 수소가스의 원활한 배출을 위해 완급조절이 될 수 있도록 여러 개의 촉매카세트를 1,2,3,개를 병열로 구비하여 다양한 수요변화에 대처하지만 대형자동차이든가 대형선박용 일 때는 촉매카세트(21a)의 수를 더 늘리고 카세트발생용량의 증가하여 다양한 경우에도 수소가 발생되어 연료가 부족함 없도록 발생프로그램 구도를 변형하여 구성할 수 있으며 ①s저장탱크와 ②s솔레노이드밸브와 ③s분사노즐과 ④s촉매카세트 ⑤s리들밸브 등에 감지센서를 구비하여 온도/ 유통량/ 속도/ 압력 등을 감지데이터를 PC로 전송하여 데이터에 의하여 프로그램 된 데이터대로 리들밸브를 조절하여 반응용액이 촉매카세트에 분사되어진 용액량만큼의 수소가 발생되어져 구동하며 운전되어지도록 구성하여 수소에너지가 필요한 곳 어디든지 정밀한 구동으로 적응할 수 있게 하였다.

한편, 상기 발생된 수소가스는 배출라인(11)을 통하여 배출되는 수소가스는 발전부에 공급하여 전기를 발생시킬 수 있고 또 내연기관 엔진에 직접 공급되어져 엔진을 구동할 수도 있으며 화석연료와 혼합공급 되어 CO2배출을 줄이는 연료저감장치에 활용될 수도 있다.

즉, 상기발명의 수소가스가 발전부에 구비된 양극분리 판의 수소유입구를 통하여 양극으로 공급되고, 산소를 포함하는 공기는 상기 발전부에 구비된 음극분리판의 통로를 통하여 음극으로 공급되도록 한다.

상기와 같이 발전부내로 공급되는 수소와 공기는 고분자전해질 막을 사이에 두고 흐르면서 양극에서는 하기의 반응식A와 같이 수소의 전기화학적 산화가 진행 되고 음극에서는 하기 반응식B와 같이 산소의 전기화학적 환원이 일어나게 된다.

이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기가 발생되며 발생된 전기는 양극 음극용 집전판에서 집전함으로서 상기 순환부를 작동시키거나 다른 기기를 작동시키는 에너지원으로 사용하게 된다.

반응식A

양(Anode) 전극 반응 : H2 → 2H++ 2e

반응식B

음(Cathode) 전극 반응 : (1/2)O2 + 2H++ 2e- H2O

상기 본 발명은 수소를 발생하여 화석연료를 사용하는 내연기관에 부착하여 화석연료와 혼합하여 사용함으로 연료저감용도로 사용할 수 있도록 하여 CO2의 배출을 줄이는 용도로 사용할 수 있으며 내연기관의 직접연료로 공급하여 내연기관의 연료로도 사용할 수 있게 하여 자동차 배출가스 때문에 심각해져가는 지구온난화문제를 완화 시킬 수도 있다.

상기 본 발명은 특정한 실시 예와 관련하여 도시되고 설명되었으며, 특정한 연구발표문을 참고하였으며 실용적 예에서 참고하였으며 이하의 청구 범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다.

도1은 고성능수소발생장치 전체 개념도.

도2는 수소발생기 외피 구조도.

도3은 반응용액공급구조와 삽입된 촉매카세트 구조도.

도4는 촉매카세트 삽입구에 삽입된 순환구와 순환관이 연결된 촉매카세트삽

입구조도.

도5는 촉매카세트의 삽입된 카세트의 개념도.

도6은 촉매 페이스트와 실리콘 바킹 구조와 리들밸브.

도7은 폐 반응용액배출순환 구조도.

도8은 촉매발생장치 개략적 구조도.

Claims (7)

1. 금속촉매에 NaBH4 수용액을 공급하여 수소발생을 위한 능동형 자동수소발생기 제작을 위하여 수소의 수요에 따라 수소량을 조절 생산할 수 있는 감지센서를 각 요소에 구비하고 수소저장과 수용액(17a)저장을 함께하는 저장탱크(17b)를 갖으며 저장탱크(16)밑면에 구비된 수용액 공급관으로 유입된 NaBH4용액을 PC 조절에 의해 리들밸브를 작동하여 촉매 카세트(21) 내에 공급하고 금속촉매와 반응한 수소발생기는 카세트(21) 삽입구(34)를 구비하여 촉매카세트를 삽입하고 NaBH4 유입량을 PC의 신호로 용액유입량을 조절을 위하여 리들밸브(20)의 용액량 조절로 수소발생량이 조절되며 리들밸브의 조절은 각 부위에 구비한 센서와의 정보교환으로 리들밸브의 능동적 조절이 가능하며 PC에 연결된 조정프로그램 에 의한 리들밸브의 개패로 NaBH4용액 분사를 조절하여 촉매카세트 내에 분사되어 반응하는 수소를 발생 후 배출된 폐 NaBH4용액을 집수 반출탱크(19)에 마이크로 서보모터펌프(24)를 구비하여 펌핑하며 삽입촉매카세트와의 접속을 위하여 순환관에 신축실리콘 자바라관으로 구성하고 촉매카세트와 접속이탈이 가능하도록 하고 카세트입출이 되고 반응물이 순환될 수 있도록 순환구와 순환관입구에 누설방지 바킹을 구비하고 마이크로 서브모터(26) 부착으로 순환관이 상하로 움직여 접속하고 NaBH4용액 분사로 발생되는 반응물을 순환하여 발생한 수소는 순기체만 통과하는 맴브래인 필터와 역류 방지밸브(32)를 통과하여 저장탱크에 유입 저장 된 수소는 맴브레인 필터(09) 통과해 솔레노이드밸브(10)를 지나 배출하게 되며 외부에서 수소 수요가 없을 때는 솔레노 이드 밸브가 닫히며 리들밸브 작동이 멈추는 연동반응으로 촉매반응작용이 멎고 수소발생을 중지하는 구조의 고성능 수소발생장치
2. 촉매카세트삽입구(34)을 구비하고 카세트를 삽입할 수 있는 순환관을 구비하여 열과 내약품성과 고 탄력성 부재로 바킹 처리된 자바라 순환관이 마이크로 서브모터를 구비하고 상하로 이동하여 촉매카세트와 접속하고 누설방지 순환구와 순환관이 촉매카세트와 접촉하여 NaBH4를 분사하도록 촉매와 접촉 탈착이 가능하여 촉매카세트입출이 가능하게 한 반응물이 자동으로 순환하여 수소를 발생할 있도록 구비한 고성능 수소발생장치
3. 촉매카세트삽입구(34)을 구비하고 촉매카세트를 삽입하여 NaBH4(17) 유입량을 조절할 수 있도록 PC와 센서를 도입하여 ①s수소저장 압과 ②s수소유통 정보와 ③s배출정보와 ④s촉매카세트 발생온도 ⑤s리들밸브 작동상황을 센서로 감지PC와 소통하여 입력한 프로그램에 의한 리들밸브의 조절로 NaBH4 용액량 공급을 조절함으로 수소의 발생량을 조절하는 고성능 수소발생장치
4. 사용 후 반응용액을 한데 모이도록 장치한 반응용액탱크(19)로 사용 후 NaBH4를 모아 반입시키는 마이크로서브펌프를 구비하여 촉매카세트로부터 화학작용 후 배출된 NaBH4 용액을 저장탱크로 자동반입하는 구조를 구비한 고성능 수소발생장치
5. 촉매카세트의 수소배출구(32)내에 기체만 통과하는 맴브레인 필터와 역류방지밸브(33)를 장치하고 이를 통과하여 저장탱크에 저장된 저장수소는 다시 역 유입될 수 없도록 역 유입방지밸브(33)를 촉매카세트 배출구에 구비한 역 유입방지밸브등을 수소가 역 유입될 수 있는 요소에 구비한 고성능 수소발생장치
6. 촉매카세트의 용액반입을 위한 순환 접속구에 순환관이 신축접속 할 수 있도록 자바라 관을 구성하고 접속부위에 누설방지를 위한 장치로 신축성이 강하고 이형이 가능한 부재로 순환관입구와 카세트 양방에 바킹구조를 구비하여 밀착도를 증가시켜 누설방지를 할 수 있도록 구비한 고성능 수소발생장치
7. 수소발생장치의 정밀한 수소발생기능을 위하여 입/출 식 촉매카세트와 순환관 연결을 위한 서브모터와 수소유동센서와 온도센서와 압력센서를 구비하고 PC를 도입하여 운영을 프로그램하여 상호 정보를 교환하고 정밀한 비상수요에 적응하기 위하여 수개의 촉매카세트운영으로 상황에 적응하는 다발적 수소수량 발생에도 수소량을 능동적으로 조절 공급하는 구조의 고성능 수소발생 장치

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