KR20110133768A - 수소흡장 촉매 바 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지능형촉매수소발생시스템의 발명특허 출원번호 10-2009-0059540에 구비되는 촉매 바 입 출 장치로서 촉매 바를 입/출 교환할 수 있도록 구비한 촉매수소발생장치를 효율적으로 사용하기위하여 촉매를 페이스트 바 형태로 만들어 이동/저장하고 유통하고 수소를 발생하여 사용하기에 편리하도록 촉매를 페이스트 BAR 형태로 제조하여 Set로 조립하고 촉매를 Bar Set로 수소발생장치의 촉매 반응로에 삽입하는 장치로서 일상에서 수소발생을 사용하기에 편리하도록 구비한 촉매 바 삽입 및 출력 장치이다.

Description

촉매 바 세트 입 출장치{catalyst Bar Set carry out of storage.}

본 발명은 촉매수소발생 장치에 구비하여 사용되는 지능형 촉매 바 삽입장치로 발명특허 출원번호 10-2009-0059540에 구비되는 촉매 바를 입/출할 수 있는 장치로서 촉매 바를 교환하거나 다 사용한 촉매 바를 바꿔 끼울 때 간단하게 파워스위치를 동작하여 촉매 바만 바꾸어 사용할 수 있게 한 발명으로서 이제까지는 촉매자체를 완전히 침전하여 수소를 발생시킨 후 수소를 정장하여 필요한 량만 솔레노이드밸브를 열어 사용했었으나 본 발명에서는 예전의 저장하여 필요한 량만큼씩 밸브를 열어 사용하던 방식을 버리고 용액을 조금씩 접촉하게 하여 수소를 조금씩 필요한 량만큼만 발생하게 하여 사용하므로 수소의 저장에 따르는 안전장치나 이동과 유통 보관 등에 뒤따르는 안전도 보장경비와 장비를 배제하고. 대안으로 촉매 바를 입/출할 수 있는 장치를 구비하여 수소저장을 없이 수소를 사용하게 함으로 수소의 사용이 안전해졌으며 수소를 안전하게 유통하게 됨으로 수소가스의 사용이 일상화되고 가격이 저렴한 에너지원으로서 수소를 손쉽게 이용하게 되었다.

본 발명은 수소를 일상생활에 유입시키기 위한 노력으로 수소를 손쉽게 접할 수 있고 가격이 저렴하게 하기 위해서는 수소를 발생하는 도구가 일상에서 손쉽게 구할 수 있어야 한다는 생각으로 수소를 싸고 쉽게 발생하고 수소와 친근해질 수 있다.

종래의 수소를 발생하는 방법을 보면 수용액에 촉매를 함침시켜 한꺼번에 수소를 발생시켜 저장하거나 또 물을 전기분해하여 수소를 발생시켜 수소를 사용하므로 수소를 발생하여 사용하는 것이 복잡하고 번거로운 것이었고 위험이 항상 뒤따르고 있었다.

그러므로 수소는 고가의 비싼 에너지였었다. 본 발명은 수소사용이 일상화되기 위해서는 수소를 저렴한 방법으로 접할 수 있어야 하고 안전한 사용이 보장되어 야 하고 편리해야 한다는 수소사용원칙을 정하고 본 발명의 촉매수소발생장치 발명특허 출원번호 10-2009-0059540를 발명 하였다.

상기 발명은 수소의 사용이 좀 더 편리하게 하고 일반인이 수소와 안전하게 접할 수 있는 기회를 쉽게 하기 위해서 무엇이 더 보강되어야 편리하겠는가에 집중한 결과 본 발명의 입출장치가 더욱더 소비자입장에서 개선되어야 한다고 생각되어 본 발명을 하였다.

수소를 발생하여 저장하고 이동하는 것은 안전장치를 2중 3중으로 하였다 하더라도 항상 위험이 뒤따를 뿐 아니라 안전설비 자금이 많이 투여되어 일반인이 수소와 편하게 접하기에는 많은 인프라비용이 투여되므로 합리적이지 못하며 비싼 수소를 사용하게 될 수밖에 없어 수소를 일반화하여 편하게 사용되기에는 어려움이 뒤따르게 된다. 저렴하지도 않지만 화석연료를 사용하게 되면 화석연료를 연소하는 과정에서 필연적으로 CO2가 발생되어 환경을 오염시키고 오늘날의 지구 온난화를 불러온 계기가 되었다.

이제는 수소 사용에 편리성을 부여하고 저렴한 가격으로 누구나 수소를 사용할 수 있게 하여 환경을 되살리고 저렴한 가격으로 경제를 되살리게 하기위하여 본 발명이 수소의 범용화에 기여할 것이란 믿음으로 본 발명을 하였다.

본 발명의 수소발생에서 수소의 수요까지 수소를 수요 될 때마다 조금씩 필요한량 만큼씩만 발생하여 당면한 수요에 적합한 량의 수소만을 발생하여 사용하므로 수소의 저장 없이 바로 쓸 수 있게 하기 위해서 촉매 페이스트 바를 만들어 세트로 제조하여 촉매 로에 삽입하고 반응용액과 자유롭게 절제하여 의도된 량만큼만 접촉하게 하므로 촉매가 반응용액과 접촉한 량만큼만 수소를 발생함으로 수소를 의도한대로의 수량을 공급 받을 수 있게 하는 장치로서 수소발생을 조절가능한 수소로 바뀌게 하는 발명으로 편리성이 높아졌다.

또한 수소발생량을 자유롭게 조절하여 쓸 수 있게 하무로서 청정연료인 수소와 일반인이 손쉽게 친근해질 수 있게 하여 수소의 일반화에 본 발명이 기여할 수 있게 하였다.

[학술상 논문]

- 폴리머 액츄에이터

외부의 자극에 의해 변형이 발생하는 고분자의 총칭이다. 외부 자극에는 화학적 자극(pH의 변화나 함유 수분량의 변화 등), 전기적 자극, 열 자극, 광 자극, 자기 자극 등이 포함된다. 최근에는 전기적 자극에 의해 폴리머를 제어하는 액츄에이터에 관한 연구가 가장 활발하다. 전압을 인가하면 폴리머 중의 이온이 이동하여 폴리머가 변형하는 ICPF 액츄에이터, 인가 전압에 의해 전계 용액 중의 이온을 폴리머 전극이 흡수하여 변형하는 도전성 폴리머 액츄에이터, 폴리머 자체가 유전 분극되어 역압전 효과에 의해 변형되는 압전 폴리머 액츄에이터, 폴리머 간의 전극에 발생하는 쿨롱의 힘 (Coulomb Force)으로 중간층의 폴리머가 변형하는 전왜 폴리머 액츄에이터 등이 전기적 자극을 이용하는 대표적인 예이다.

폴리머 액츄에이터는 에너지 효율이 높고 저비용으로 제작할 수 있다는 점에서 매력적이지만 아직 연구단계에 머물러 있는 기술이 많은데다 일반적으로 내구성이 부족하다.

미국 텍사스대 나노기술연구팀은 여러 다발의 탄소나노튜브를 한 방향으로 정렬시킨 ‘에어로겔’ 인공근육을 만들어 ‘사이언스’ 20일자에 발표했다. 에어로겔은 공기만큼 가벼우면서도 강철보다 단단한 물질이다.

에어로겔 인공근육의 가장 큰 특징은 팽창하는 속도와 힘이다. 이 인공근육에 전류를 흘리면 나노튜브 다발 사이가 벌어지며 1초에 1000번 정도 팽창과 수축을 반복한다. 초속 2m의 속도다. 사람의 근육과 비교하면 30배 정도 강한 힘과 1000배 빠른 속도로 움직이는 셈이다. 높은 온도와 압력에도 잘 버티기 때문에 활용할 수 있는 분야가 다양하다. 에어로겔 인공근육은 영하 193도부터 영상 1627도까지 견딜 수 있다.

에어로겔 인공근육 개발에 참여한 미국 댈러스대 연구팀 오지영 박사는 “이 인공근육은 극한 환경에서도 강한 힘을 낼 수 있기 때문에 로봇 팔과 다리는 물론이고 우주나 심해저를 탐사하는 로봇에도 활용할 수 있을 것”이라고 설명했다.

촉매 바 삽입구를 구비하여 촉매 바 세트를 삽입하기 위하여 인공근육을 사용하여 순환관블럭과 인공근육을 연결하고 인공근육에 전기신호를 하여 인공근육을 수축시켜 촉매 로와 분리하여 순환관 블럭을 위로 들어 올리고 촉매 로 뒤측에 구비된 인공근육에 전자신호를 하여 촉매로가 앞으로 나올 수 있도록 밀어내고 촉매로 안쪽 측면에 연결되어 있는 인공근육에 전자 신호하여 촉매 로 측면을 팽창하여 들어 올리면 촉매 爐가 35도가량 기울어질 때까지 팽창하여 촉매 로를 기울게 한 다음 촉매바 세트를 삽입하며 센서가 감지하면 촉매 爐가 바로 서며 내측으로 밀려들어가 정 위치에 정지한 다음 위로 올라 같던 인공근육이 팽창하며 순환관 블럭이 하강하여 촉매 로 상부에 와 닿으며 정지한다.

순환관이 촉매 爐와 결합하여 체결되면 인공근육에 일정한 압력을 가할 수 있도록 인공근육을 약간의 힘을 가할 수 있도록 힘이 가해져 촉매 로를 계속하여 지긋이 눌러주어 수소의 누설을 예방 한다.

촉매 로 출입구에 촉매 로를 덮을 수 있는 촉매 로 출입구 덮개가 부착되어 촉매 로가 안쪽으로 들어가면 촉매 로 덮개가 촉매 로와 같이 달려들어오며 닫히어 출입구주변을 감싸고 있는 쿠션 바킹과 접촉되며 밀착하여 닫히는 것이다.

인공근육들에는 전선이 연결되어 IC회로와 연결하고 인공근육의 수축팽창을 통제하고 도작을 관리 감독하여 정확한 동작을 구성하는 것이다.

본 발명의 수소발생기가 능동적 수소발생기능으로 촉매 바가 삽입될 수 있도록 파워동작만으로 자동으로 동작하는 수소발생기의 간단한 조작으로 수소발생기에 촉매 바를 삽입하여 반응용액과 접촉하여 수소가 발생될 수 있도록 수소발생장치의 모든 기능을 사용하기에 편리하도록 작동하는 것은 수소발생기의 중앙회로 내에 IC칩을 내장하여 작동프로그램을 설계한 소프트웨어가 삽입되어 소프트웨어의 작동은 목적한 작업의 용도에 맞는 작동을 하게하는 것이며 수행하는 용도가 변경되어 당면한 용도에 맞는 프로세서 하여 입력한 수소발생기 작동을 위하여 파워버튼을 동작하면 촉매 爐의 덮개가 위쪽으로 올라가 촉매 爐와 분리되어 위로 올라가 열리고 촉매 爐가 앞으로 나오며 35도가량 앞으로 기울어지며 촉매 바 세트를 삽입하기에 적절하게 되어 촉매 바 세트를 삽입하면 촉매로가 바로 서며 안으로 들어가 제자리에 안착한다.

수소발생기가 능동적 작동의 동작기능을 하는 것은 촉매 로에 인공근육을 구비하여 전원과 연결하여 전원회로를 구비하고 반도체회로에 연결하여 작동을 하도록 하는 것이며 당면한 작업이 가능하도록 프로그램 설계한 소프트웨어를 인입하여 소프트웨어에 의한 운영으로 능동적 작동이 가능하게 되는데 촉매 바 세트를 반응로 내부로 삽입하여 밀어 넣으면 촉매 바 세트 삽입을 감지한 촉매 爐가 바로 서며 안쪽으로 들어가 정지하고 순환관블럭이 밑으로 내려와 닫히고 용액 분사구가 제 위치로 나오고 바킹을 위한 오링을 인공근육이 지긋이 압력하여 발생수소가 누설되지 않도록 압력 한다.

용액분사 관과 수소유입 관외부에 둘러싸여 구비된 인공근육 바킹은 용액의 외부유출을 방지하기위하여 순환관 내부를 꽉 매우는 팽창알력을 가하여 수소가스의 유출을 방지한다. 밀폐작업이 행하여지는데 구비된 오링이 촉매 로와 순환관 사이에서 밀착되어 삽입구의 틈을 꽉 매우고 완전하게 안착하여 동시에 수소배출구의 수소유입관이 수소배출구안쪽으로 삽입되어 안착되면 수소유입 관에 구비된 바킹의 오링이 부피를 불리며 수소유입관 안쪽을 꽉 매워 완전한 안착을 하여 수소의 유출 없이 발생한 수소가 저장조로 유입할 수 있게 한다.

본 발명은 수소를 자유롭게 사용하기위한 방법으로서 수소경제를 앞당겨서 지금 연구되고 있는 수소 활용연구들을 떠나 수소를 안전하고 편리하게 사용하기위한 발명으로서 수소는 가스 상태로 이동하거나 저장되면 경비가 발생되며 위험이 뒤르는 점에 착안하여 어떻게 하면 수소를 안전하게 유통하고 저장할 수 있는가를 생각하다 본 발명과 같이 수소가스로 유통정하지 않고 촉매로 저장하고 이동 및 유통하면 안전할 것이 아니가 생각하여 촉매를 분해하여 수소가스로 분해하는 장치를 만들어 수소를 지능적으로 분해하여 저장하지 아니하고 쓸 수 있는 발생장치를 개발하게 되었다.

도 1은 도 1의 촉매 세트를 삽입하여 수소발생의 흐름도면.
도 2 는 촉매삽입구의 정면도.
도 3는 촉매 바 삽입구가 구비되어 순환헤드세트가 인공근육에 의해 이완된 모습
도 4은 촉매 爐 내에 촉매 바 세트가 삽입 된 구조.
도 5는 촉매수소발생시스템의 촉매爐가 앞으로 나와 삽입대기중인 구조.
도 6는 촉매 바 세트로 구성되어 촉매 반응로에 삽입된 구조
도 7은 촉매 반응 로와 순환 헤드덮개가 결합되어 있는 모양.

본 발명의 지능형촉매수소발생시스템 출원번호10-2009-0059540호의 촉매 바를 삽입하기위한 삽입장치로서

? 도 1의 촉매 바 세트 삽입구 정면 개념도로서 촉매 爐(20)가 구비되어 그 내측에 촉매 바 세트(21)이 구비되어 있으며 순환관헤드세트(53)과 반응용액분사노즐(50)이 구비되어 용액을 촉매 바(21)에 분사하면 반응용액은 촉매 바와 접촉하여 화학반응하고 난 용액은 밑으로 흘러내려 폐 반응용액 집수탱크(19)에 모여 거친입자를 걸러주는 필터(22)를 통과하여 폐 용액탱크(17)에 집수되어 일정량이 모이면 용액펌프(24)가 작동하여 폐 용액을 펌프하여 용액저장탱크로 펌프 한다.

? 도 2는 촉매 바 삽입구(52)가 마련되어 순환관 헤드세트(53)이 인공근육70)의 수축으로 순환관 헤드세트(53)는 위로 올라가 촉매 로(20)와 분리되어 앞으로 나오는 중에 있다.

? 도 3은 촉매 爐 하우징(20)내부에 촉매 바 세트(21)가 삽입되어져 촉매로 캡이 촉매 로에 접촉되어져 있는 상황으로 실리콘바킹(51)[오링]이 촉매 로 하우징(20)과 순환관헤드 덮개(37)와 반응용액 유입관(38)과 수소가스 배출관(39)이 반응용액 유입관(38) 옆에 자리하고 있다.

? 도 4는 지능형 촉매수소발생시스템의 촉매 바 세트 삽입장치구조로서 순환관헤드 덮개(37)가 인공근육(70)에 의해 위로 올라가 있는 모양(37B)과 아래로 내려온 모양(37)을 동시에 표시하여 위로 올라간 모양은 점선으로 아래로 내려온 모양은 실선으로 도시하였다. 또한 촉매 로(20)가 정 위치에 있는 모양과 촉매 로(20b)가 앞으로 나가 촉매 바 세트(21)[빗금]의 삽입을 기다리는 모습을 도시하였으며 인공근육110)이 수축하여 촉매 로(20)를 앞으로 당겨서 정 위치에 안착한 모습과 인공근육(110)이 팽창하여 앞으로 나가있는 모양을 도시한 것이며 인공근육(120)이 정위치 정 자세한 모습과 앞으로 나가 인공근육(120)이 팽창하여 앞쪽을 향하여 35도 기울인 모습을 도시하였다.

한편으로는 서보모터(131)를 사용하여 중앙회로(80)에 연결하고 순환관 헤드덮개(37)가 분리되어 올라가는 것과 촉매 로(20)가 앞으로 굴러가는 것을 서보모터(131)로서 작동 할수 있고 앞으로 기울어지는 것만을 인공근육(120)이 담당할 수도 있다.

? 도 5는 촉매 바 세트(21)로서 촉매페이스트 바가 여러개 세트로 뭉쳐서 촉매 바 세트(21)를 구성되어 있는 모양을 도시한 것으로 촉매 바 세트(21) 내에는 일정한 간격으로 틈(18)을 만들어 골(18)을 형성하여 반응용액이 촉매 바 사이에 잘 스며들 수 있도록 하였으며 반응용액이 고여 있거나 걸려서 고여서 화학작용을 지체하여 수소가 발생하는 시간을 지체하는 경우가 없도록 구성하였다.

? 도 6은 촉매 반응 로(20)와 순환관 헤드덮개(37)가 결합되어져 있는 도시로서 촉매반응로와 순환관 헤드덮개(37) 사이에 바킹이 구비되어 양측의 사이간격을 좁혀서 수소가 누설되지 않도록 구비하였으며 촉매 로(20)와 순환관 헤드덮개(37)를 이완 시킬 때는 인공근육을 사용하여 접촉과 이완을 반복하며 수소의 누설이 되지 않도록 인공근육에 일정세기의 전기를 가하여 일정한 압력으로 지속적인 누름을 가할 수 있도록 하였다.

수소는 청정연료이다. 그러나 사용하기에 까다로운 연료이다. 수소는 잘 알고 사용하면 너무나 저렴하고 지구상에 흔한 연료이며 지구의 운명을 가름할 수도 있는 연료로 화석연료를 사용하던 습성을 아주 버리고 수소를 새로운 개념으로 접근하여 사용하면 수소는 아주 안전하고 저렴하며 편리한 연료로 자리매김할 연료이다. 수소는 가스로 이동하거나 저장이나 유통을 하면 수소가 일반화되어 사용범위가 넓어지면 질수록 위험은 상존할 것이나 촉매 단위로 저장 유통하면 비용이 발생하지 않아 저렴하게 유통될 수 있는 것이다.

18 용액 소통공간 19 폐용액모음판 20 촉매반응 로 21 촉매 바 세트
22 폐용액걸음필터 23 하우징외벽 24 폐용액펌프 25 반응로모음판
30 발생수소유입구 31 맴브레인필터 33 폐 용액배출 주름관
35 폐용액이송관 37 반응 로 캡 38 반응용액 유입구 39 배출수소배출구
40 용액압전펌프 41 반응용액유입구 42 펌핑용액배출관 43 니들밸브
48 펌핑 용액인가밸브 50 반응용액 분사노즐 51 누설방지 오링 53 순환관 블록
70 인공근육 80 중앙IC회로 90 격벽

Claims (10)

1. 본 발명은 촉매수소발생장치에 촉매를 입/출하기 위한 장치로 지능형 촉매수소발생장치에 금속촉매에서 수소를 분해하기위해 입/출형 삽입구를 개설하여 삽입구가 열리고 닫히면서 촉매삽입구를 개방하여 촉매 바 세트를 입/출하기 위한 구비로 촉매로의 이동 동작을 인공근육과 서보모터의 구동으로 이동과 접촉을 하게하여 촉매爐가 앞뒤로 이동하고 기울어지며 순환헤드가 상하로 움직여 로와 헤드가 접촉과 이완하는 동작으로 촉매삽입이 가능하도록 동작하며 촉매 바 세트의 입/출 구동장치의 동작기능을 IC회로의 설계에 의해 운영되는 지능형촉매수소발생시스템의 지능형촉매 바 세트 입출장치.
   
2. 인공근육의 수축/ 팽창성을 활용하여 촉매 바를 삽입하는 삽입구가 순환관 블럭과 촉매반응로가 분리 및 접촉될 수 있도록 상/하로 이동하여 분리하는 기능을 수행하게 하는 지능형촉매수소발생시스템의 지능형촉매 바 세트 입출장치.
   
3. 인공근육의 수축/ 팽창성을 활용하여 촉매 바를 삽입하는 삽입구를 가진 촉매반응 로를 전후로 이동하게 동작하는 기능을 수행하여 촉매반응로가 전후로 이동하는 기능을 수행하게 하는 지능형촉매수소발생시스템의 지능형촉매 바 세트 입출장치.
   
4. 인공근육의 수축/ 팽창성을 활용하여 촉매 바를 삽입하는 삽입구를 가진 촉매반응 로를 전방으로 이동을 완료하고 각도를 앞으로 기울도록 동작하는 기능을 수행하여 촉매반응로에 촉매 바 세트를 삽입하기 좋은 각도로 기울이는 기능을 수행하게 하는 지능형촉매수소발생시스템의 지능형촉매 바 세트 입출장치.
   
5. 지능형촉매발생시스템의 인공근육을 사용하고 중앙IC회로와 연결하여 IC회로의 신호로 인공근육을 수축팽창 동작하여 촉매 바 세트를 입/출 할 수 있도록 구비한 지능형촉매수소발생시스템의 지능형촉매 바 세트 입출장치.
   
6. 지능형촉매발생시스템의 탄소나노튜브를 한 방향으로 정렬시킨 ‘에어로겔’ 인공근육을 사용하고 IC회로와 연결하여 IC회로의 신호로 인공근육을 수축팽창 동작하여 촉매 바 세트를 입/출 할 수 있도록 구비한 지능형촉매수소발생시스템의
   지능형촉매 바 세트입출장치.
   
7. 수소발생용 촉매를 촉매삽입구에 입/출이 가능하도록 구비하고 촉매 바 세트를 입출하는 장치를 구비하여 촉매 바 세트를 입/출할 수 있도록 구비한 지능형촉매수소발생시스템의 지능형촉매 바 세트 입출장치.
   
8. 지능형촉매수소발생시스템을 구비하여 수소를 안전하고 편리하게 이용하기 위하여 수소를 가스 상태로 저장 및 이동하지 아니하고 촉매로 저장, 이동. 유통을 하므로 안전성과 저장성을 확보하여 유통과 이동과 저장에서 수요경비를 절약하여 비용을 절약하는 지능형촉매수소발생장치에 촉매바세트를 삽입/이탈할 수 있도록 구비한 지능형촉매수소발생시스템의 지능형촉매 바 세트 입출장치.
   
9. 지능형촉매발생시스템의 지능형촉매 바 세트를 입출하기 위하여 삽입장치의 운동부위에 촉매바세트의 삽입을 위하여 인공근육 및 서브모터를 구비하여 순환관 블록과 반응로를 분리하고 전후로 움직이며 앞으로 기울일 수 있게 구비한 지능형촉매수소발생시스템의 지능형촉매 바 세트 입출장치.
   
10. 수소발생촉매 바를 세트로 제작하여 규격화하고 수소가스 유통체계가 아닌 수소를 흡장하고 있는 촉매 바를 유통할 수 있는 촉매 바 세트로 유통하게 하는 촉매수소를 유통하게하는 지능형촉매 바 세트 입출장치.
    

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