KR20130042885A - Hydrogen generation device - Google Patents

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KR20130042885A
KR20130042885A KR1020110107026A KR20110107026A KR20130042885A KR 20130042885 A KR20130042885 A KR 20130042885A KR 1020110107026 A KR1020110107026 A KR 1020110107026A KR 20110107026 A KR20110107026 A KR 20110107026A KR 20130042885 A KR20130042885 A KR 20130042885A
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KR1020110107026A
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서태범
오상준
김철숙
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인하대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: A hydrogen generating device is provided to reduce expense by not equipped with multiple reaction devices satisfying the temperature condition of each step because one reaction device is able to perform the process of a thermal returning step and an oxidation step. CONSTITUTION: A hydrogen generating device includes a light collecting device(110); a supporting part(120) supporting the light collecting device; a reaction device(130); a transfer part(140); a peripheral(150); and a control part(170). The reaction device oxidizes or returns a metal oxide by using solar energy collected from the light collecting device. The transfer part supports and transfers the reaction device in the lower part. The peripheral is mounted in the supporting part, is connected with the reaction device, and collects hydrogen generated in the reaction device. The control part controls the transfer part, and the transfer part moves the reaction device to the focal point of sunlight in order to perform a first step thermally oxidizing the metal oxide and gradually moves the reaction device to the focal point of sunlight in order to perform a second step generating hydrogen by disassembling water.

Description

수소발생장치{Hydrogen generation device}Hydrogen generation device {Hydrogen generation device}

본 발명은 태양열을 이용한 열화학 수소발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양열을 이용하여 화학반응을 수행함으로써, 종국적으로 수소를 생산하기 위한 수소발생장치에 관한 것이다.The present invention relates to a thermochemical hydrogen generator using solar heat, and more particularly to a hydrogen generator for producing hydrogen by performing a chemical reaction using solar heat.

일반적으로 태양에너지를 저장 가능한 화학에너지로 전환하기 위한 기술 중 물의 분해를 통한 수소 제조는 태양연료의 제조분야에서 중요한 오랜 목표다. 상압에서 물이 분해되기 위해서는 열역학적으로 물의 분해 반응에 대한 깁스 자유 에너지(Gibbs free energy)가 0이 되는 온도인 약 4300 K의 온도가 필요하다. 이는 실질적으로 도달하기 어려운 온도이며 4000 K가 넘는 고온에서 견딜 수 있는 재질, 급냉 방법 및 수소의 분리 등 여러 가지 문제점을 안고 있다.In general, hydrogen production through the decomposition of water is a major long-term goal in the manufacturing of solar fuel among technologies for converting solar energy into chemical energy that can be stored. The decomposition of water at atmospheric pressure requires a temperature of about 4300 K, which is the temperature at which the Gibbs free energy for thermolysis is zero. This is practically difficult to reach and has several problems, including materials that can withstand high temperatures in excess of 4000 K, quenching methods and hydrogen separation.

따라서 물의 분리를 낮은 온도에서 몇 가지 반응을 거쳐 실현하려는 연구가 진행되었고 이탈리아 Ispra 연구소(EC 유럽공동체 부설)의 Ispra Mark I사이클이 실험적으로 1273 K이하에서 물 분해의 가능성을 보여준 이후로 미국, 독일 및 일본을 중심으로 열화학 사이클 연구가 지속되어 200가지 이상의 열화학 사이클이 제안된 상황이다.Therefore, studies have been conducted to realize the separation of water through several reactions at low temperatures, and since the Ispra Mark I cycle of the Ispra Institute of Italy (established by EC European Community) has experimentally demonstrated the possibility of water decomposition below 1273 K, the United States and Germany The study of thermochemical cycles continued in Japan and Japan, suggesting more than 200 thermochemical cycles.

열화학 사이클 방법 중 태양열을 열원으로 이용하기에 적합한 방법인 금속산화물을 이용한 2단계 물 분해 사이클은 식 (1)과 같이 금속산화물을 열에너지로 환원시키는 열적 환원 단계와 식 (2)와 같이 환원된 금속산화물을 물로 산화시켜 수소를 제조하는 물 분해 단계로 이루어진다.The two-stage water decomposition cycle using metal oxide, which is suitable for using solar heat as a heat source, is a thermal reduction step of reducing metal oxide to thermal energy as shown in Equation (1) and a reduced metal as shown in Equation (2). It consists of a water decomposition step in which the oxide is oxidized with water to produce hydrogen.

열적 환원 단계 (O2 생성)Thermal reduction step (O 2 generation)

MOOX + 열에너지 → MOred + 1/2O2(g) -----식 (1)MO OX + thermal energy → MOred + 1 / 2O 2 (g) ----- Equation (1)

산화 단계 (H2 생성)Oxidation step (H 2 generation)

MOred + H2O(g) → MOOX + H2(g) ----- 식 (2)MOred + H 2 O (g) → MO OX + H 2 (g) ----- Formula (2)

여기서, MOOX와 MOred는 각각 산화된 금속산화물과 환원된 금속산화물을 의미한다. 상기 금속산화물을 이용한 2단계 열화학사이클의 실현을 통한 수소발생장치는 태양열을 집광하는 집광기, 반응기 및 주변기기로 이루어진다.Here, MO OX and MOred mean oxidized metal oxide and reduced metal oxide, respectively. Hydrogen generating apparatus through the realization of the two-step thermochemical cycle using the metal oxide is composed of a collector, a reactor and a peripheral device for collecting solar heat.

그러나, 이러한 수소발생장치는 단계별 온도조건을 만족하는 2개 이상의 반응기가 별도로 요구되어 비용이 상승하는 문제점이 발생한다.However, such a hydrogen generator has a problem that the cost is increased because two or more reactors that satisfy the step-by-step temperature conditions are required separately.

본 발명은 집광기로부터 집광된 태양열을 이용하여 금속산화물을 산화 또는 환원반응시키는 반응기가 단계별로 태양광의 초점 및 태양광의 초점 외측으로 슬라이딩 이동하여 하나의 반응기로 단계별 온도 조건을 만족시키도록 하는 수소발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention is a hydrogen generating device for the reactor for oxidizing or reducing the metal oxide by using the solar heat collected from the condenser to slide the step out of the focus of the solar light and the focus of the sunlight step by step to satisfy the step by step temperature conditions with one reactor The purpose is to provide.

본 발명은 태양열을 집광하는 접시 형상의 집광기와, 상기 집광기의 일측에 위치하며, 상기 집광기를 지지하는 지지부와, 상기 집광기의 일측에 위치하며, 상기 집광기로부터 집광된 태양열을 이용하여 금속산화물을 산화 또는 환원반응시키는 반응기와, 일단이 상기 지지부와 연결되며, 상기 반응기를 하부에서 지지하며 이송시키는 이송부와, 상기 지지부에 장착되며, 상기 반응기와 연결되어 상기 반응기에서 생성된 수소를 포집하는 주변기기 및 상기 금속산화물을 열적산화시키는 제1단계를 수행하기 위해 상기 반응기를 태양광의 초점 및 물을 분해하여 수소를 발생시키는 제2단계를 수행하기 위해 상기 반응기를 태양광의 초점 외측으로 상기 반응기를 단계적으로 이동시키는 상기 이송부를 제어하는 제어부를 포함하는 수소발생장치를 제공한다.The present invention oxidizes a metal oxide by using a dish-shaped light collector for collecting solar heat, a support part positioned on one side of the light collector, a support part supporting the light collector, and a solar heat collected from the light collector, located on one side of the light collector. Or a reactor for reducing reaction, one end of which is connected to the support, a transfer part for supporting and transporting the reactor from the bottom, mounted to the support, and connected to the reactor to collect hydrogen generated in the reactor and the Moving the reactor out of the focal point of sunlight to perform the first step of thermally oxidizing the metal oxide to carry out the second step of generating hydrogen by decomposing the focus of the solar light and water. Providing a hydrogen generating device including a control unit for controlling the transfer unit .

본 발명에 따른 수소발생장치의 상기 이송부는 레일과, 상기 레일의 상부에 위치하여 상기 반응기를 하부에서 지지하며, 상기 레일을 슬라이딩 이동하는 지지수단과, 상기 반응기의 일단과 연결된 연결축과, 상기 연결축을 직선 운동시키는 구동원으로 이루어질 수 있고, 상기 금속산화물은 Fe3O4 이고, 상기 반응기는 태양열을 이용하여 내부에 존재하는 Fe3O4 에 대하여 다음과 같은 1단계 및 2단계의 반응을 순차적으로 실행하여 수소를 발생시킬 수 있다.The transfer unit of the hydrogen generating apparatus according to the present invention, the support means for supporting the reactor from the bottom, the upper portion of the rail, the sliding movement of the rail, the connecting shaft connected to one end of the reactor, It may be composed of a driving source for linearly moving the connecting shaft, the metal oxide is Fe 3 O 4 The reactor is Fe 3 O 4 present in the interior using solar heat on Hydrogen may be generated by sequentially performing the reactions of steps 1 and 2 as follows.

Fe3O4 = 3FO + 1/2O2 (High-temperature Thermal Reduction of metal oxide : 1단계)Fe 3 O 4 = 3FO + 1 / 2O 2 (High-temperature Thermal Reduction of metal oxide: 1 stage)

3FeO + H2O(stem) = Fe3O4 + H2 (Low-temperature Water Decomposition with reduced metal oxide : 2단계)3FeO + H 2 O (stem) = Fe 3 O 4 + H 2 (Low-temperature Water Decomposition with reduced metal oxide: 2 steps)

본 발명에 따른 수소발생장치는 반응기를 이송부에 의해 집광기의 초점 부근과 초점 외곽으로 이동시켜 공급되는 태양열 에너지의 양을 조절하여 온도 조건을 조절함으로써 하나의 반응기로 열적 환원 단계와 산화 단계 공정을 실행할 수 있음으로 인하여 단계별 온도조건을 만족하는 복수개의 반응기를 구비하지 않음으로 인하여 비용을 절감시키는 효과가 있다.The hydrogen generating apparatus according to the present invention performs a thermal reduction step and an oxidation step process in one reactor by controlling the temperature conditions by controlling the amount of solar energy supplied by moving the reactor near the focal point and outside the focal point of the condenser by a transfer part. It is possible to reduce the cost by not having a plurality of reactors satisfying the step-by-step temperature conditions.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소발생장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에서 열적 환원 단계에서 반응기의 위치를 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에서 산화 단계에서 반응기의 위치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주변기기의 일부절개 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주변기기의 구성도이다.1 is a perspective view schematically showing a hydrogen generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 shows the location of the reactor in the thermal reduction step of FIG. 1.
3 is a view showing the position of the reactor in the oxidation step in FIG.
4 is a partially cutaway perspective view of a peripheral device according to an exemplary embodiment.
5 is a block diagram of a peripheral device according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention. Therefore, It should be understood that there may be variations.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면, 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소발생장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에서 열적 환원 단계에서 반응기의 위치를 도시한 도면이며, 도 3은 도 1에서 산화 단계에서 반응기의 위치를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주변기기의 일부절개 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 주변기기의 구성도이다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a hydrogen generator according to an embodiment of the present invention, and FIG. Figure 3 is a view showing the position of the reactor, Figure 3 is a view showing the position of the reactor in the oxidation step in Figure 1, Figure 4 is a partially cutaway perspective view of the peripheral device according to an embodiment of the present invention, Figure 5 The configuration of the peripheral device according to an embodiment of the present invention.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 수소발생장치(100)는 집광기(110)와, 지지부(120)와, 반응기(130)와, 이송부(140)와, 주변기기(150)와, 제어부(170)를 포함한다.1 to 5, the hydrogen generating apparatus 100 according to the present invention includes a condenser 110, a support 120, a reactor 130, a transfer unit 140, a peripheral device 150, It includes a control unit 170.

상기 집광기(110)는 접시 형상이며, 태양열을 집광하여 반응기(130) 측으로 공급한다.The light collector 110 is dish-shaped, and collects solar heat and supplies it to the reactor 130.

상기 지지부(120)는 상기 집광기(110)의 일측에 위치하여 상기 집광기(110)를 지지하는 역할을 한다. 상기 지지부(120)는 지표면에 회전 가능하게 장착될 수 있어 태양의 위치에 따라 회전하여 상기 집광기(110)의 태양열 집광 효율을 향상시킬 수 있다.The support part 120 is located at one side of the light collector 110 to support the light collector 110. The support 120 may be rotatably mounted on the ground surface to rotate according to the position of the sun to improve the solar heat collecting efficiency of the light collector 110.

상기 반응기(130)는 상기 집광기(110)의 일측에 위치하며, 상기 집광기(110)로부터 집광된 태양열을 이용하여 내부에 존재하는 금속산화물(Fe3O4)에 대하여 다음과 같은 2단계의 반응을 순차적으로 실행한다.The reactor 130 is located on one side of the condenser 110, the reaction of the metal oxide (Fe 3 O 4 ) present in the interior using the solar heat collected from the condenser 110 in the following two steps Run sequentially.

Fe3O4 = 3FO + 1/2O2 (High-temperature Thermal Reduction of metal oxide : 1단계)Fe 3 O 4 = 3FO + 1 / 2O 2 (High-temperature Thermal Reduction of metal oxide: 1 stage)

3FeO + H2O(stem) = Fe3O4 + H2 (Low-temperature Water Decomposition with reduced metal oxide : 2단계)3FeO + H 2 O (stem) = Fe 3 O 4 + H 2 (Low-temperature Water Decomposition with reduced metal oxide: 2 steps)

도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 반응기(130)의 외측 둘레면에는 스팀공급부(132)가 형성된다. 상기 스팀공급부(132)는 외부에서 물을 공급받아 상기 반응기(130)가 산화 단계를 수행하는 2단계에 상기 반응기(130)로 외부에서 공급받은 물을 공급하는 역할을 한다.2 and 3, the steam supply unit 132 is formed on the outer circumferential surface of the reactor 130. The steam supply unit 132 receives water from the outside and supplies water supplied from the outside to the reactor 130 in two stages in which the reactor 130 performs the oxidation step.

상기 반응기(130)는 산소를 생성하는 제1단계에서는 고온의 열이 필요하고, 수소를 생성하는 제2단계에서는 제1단계보다는 저온의 열이 필요하여 제1단계에서는 상기 집광기(110)의 초점 부근으로 이동하고, 제2단계에서는 상기 집광기(110)의 초점 외곽으로 이동한다.The reactor 130 requires high temperature heat in the first step of generating oxygen, and requires low temperature heat rather than the first step in the second step of generating hydrogen, and thus focuses the concentrator 110 on the first step. It moves to the vicinity, and in the second step to the out of focus of the light collector 110.

상기 반응기(130)에서 제2단계를 수행함으로써 발생된 수증기는 후술되는 주변기기(150)의 워터트랩(154)으로 공급되며, 상기 워터트랩(154)에서 산소와 수소로 분리되게 된다.Water vapor generated by performing the second step in the reactor 130 is supplied to the water trap 154 of the peripheral device 150, which will be described later, and is separated into oxygen and hydrogen in the water trap 154.

상기 이송부(140)는 일단이 상기 지지부(120)에 장착되며, 태양광을 이용하여 금속산화물을 산화 또는 환원반응시키는 반응기(130)를 하부에서 지지하며, 단계별에 따라 상기 반응기(130)를 이송시키는 역할을 한다. 상기 이송부(140)는 상기 반응기(130)를 제1단계에서는 상기 집광기(110)의 초점 부근으로 이동시키고, 제2단계에서는 상기 집광기(110)의 초점 외곽으로 상기 반응기(130)를 이동시킨다.One end of the transfer part 140 is mounted to the support part 120, and supports a reactor 130 that oxidizes or reduces a metal oxide using sunlight from the bottom, and transfers the reactor 130 according to a step. It plays a role. The transfer unit 140 moves the reactor 130 to the vicinity of the focal point of the condenser 110 in the first step, and moves the reactor 130 to the outer periphery of the condenser 110 in the second step.

상기 이송부(140)는 레일(142)과 지지수단(144)과 회전축(146)과 구동원(148)로 이루어진다.The transfer unit 140 is composed of a rail 142, the support means 144, the rotating shaft 146 and the drive source 148.

상기 레일(142)의 상부에는 상기 지지수단(144)이 위치하며, 상기 지지수단(144)의 하부에 형성된 바퀴(144a)에 의해 상기 지지수단(144)가 상기 레일(142)의 상부를 슬라이딩 이동하게 된다.The support means 144 is positioned above the rail 142, and the support means 144 slides an upper portion of the rail 142 by a wheel 144a formed under the support means 144. Will move.

상기 회전축(146)은 상기 반응기(130)의 일단과 연결되며, 상기 구동원(148)은 상기 회전축(146)을 구동시키는 역할을 한다. 상기 구동원(148)은 모터(Moter)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 회전축(146)을 매개로 상기 반응기(130)을 안정적으로 이동시키기 위한 회전력을 전달하는 동력원이면 모두 가능하다고 볼 것이다.The rotary shaft 146 is connected to one end of the reactor 130, the drive source 148 serves to drive the rotary shaft 146. The driving source 148 may be a motor, but the present invention is not limited thereto, and any driving source 148 may be used as long as the driving source 148 transmits a rotational force for stably moving the reactor 130 through the rotation shaft 146. .

상기 반응기(130)의 단계별 이동은 후술되는 제어부(170)와 상기 이송부(140)에 의해 단계별로 이루어진다.Stepwise movement of the reactor 130 is made step by step by the control unit 170 and the transfer unit 140 to be described later.

그리고 상기 주변기기(150)는 상기 지지부(120) 상에 일체형으로 장착되며, 상기 반응기와 연결되어 수소를 발생, 포집한다. The peripheral device 150 is integrally mounted on the support part 120 and connected to the reactor to generate and collect hydrogen.

도 4 및 도 5를 참조하면 상기 주변기기(150)는, 프레임(151), 상기 프레임(151) 내부에 장착되는 질소탱크(152), 상기 질소탱크(152)의 입구측에 형성되는 제1전환밸브(156), 상기 제1전환밸브(156)의 양 배출구에 각각 연결되는 환원라인(159), 제2전환밸브(157), 워터트랩(154), 3방 분리밸브(158), 산소배출관(162), 가스배출부(155)를 포함한다.4 and 5, the peripheral device 150 includes a frame 151, a nitrogen tank 152 mounted inside the frame 151, and a first switch formed at an inlet side of the nitrogen tank 152. A valve 156, a reduction line 159 connected to both outlets of the first switch valve 156, a second switch valve 157, a water trap 154, a three-way separation valve 158, an oxygen discharge pipe 162, a gas discharge unit 155.

상기 프레임(151)은 사각박스 형상으로 구성되어 내부에 일정 공간이 형성된다. 상기 일정공간은 두 개의 공간으로 나누어지며, 상측 공간에는 질소탱크(152)가 장착되고, 상기 프레임(151)의 하부공간에는 워터트랩(154) 및 가스배출부(155)가 설치된다. The frame 151 has a rectangular box shape, and a predetermined space is formed therein. The predetermined space is divided into two spaces, a nitrogen tank 152 is mounted in an upper space, and a water trap 154 and a gas discharge unit 155 are installed in a lower space of the frame 151.

이러한 상기 프레임(151)은 상기 지지부(120)의 일측에 일체로 결합되어, 상기 지지부(120)가 회전하는 경우 같이 회전하도록 구성된다. The frame 151 is integrally coupled to one side of the support 120, and is configured to rotate together when the support 120 rotates.

이에 따라 지지부(120)에 대하여 상기 프레임(151)을 포함한 주변기기(150)의 상대위치가 고정되므로 종래에 사용되던 고가의 플렉시블 연결부가 필요 없게 될 뿐만 아니라, 상기 지지부(120) 및 집광기(110)의 회전에 대한 주변기기(150)의 간섭도 나타나지 않는다.Accordingly, since the relative position of the peripheral device 150 including the frame 151 is fixed with respect to the support part 120, an expensive flexible connection part conventionally used is not necessary, and the support part 120 and the condenser 110 are not required. There is no interference of the peripheral device 150 with respect to the rotation.

또한, 주변기기(150)와 반응기(130)의 거리가 감소하므로 그에 따른 열손실 및 재료의 절감을 가져온다. In addition, the distance between the peripheral device 150 and the reactor 130 is reduced, resulting in heat loss and material savings.

그리고, 상기 질소탱크(152)는 상기 프레임(151)의 내측 상부공간에 장착되며 내부에 질소가 충진된다. 상기 질소탱크(152)의 입구측에는 질소유량계(152a)가 설치된다.In addition, the nitrogen tank 152 is mounted in the inner upper space of the frame 151 and filled with nitrogen therein. A nitrogen flow meter 152a is installed at the inlet side of the nitrogen tank 152.

상기 질소유량계(152a)의 일측에는 제1전환밸브(156)가 장착된다. 상기 제1전환밸브(156)는 삼방밸브로서 유로를 선택적으로 변경하여 상기 질소탱크(152)로부터 공급된 질소를 제2전환밸브(157)로 공급한다.One side of the nitrogen flow meter (152a) is equipped with a first switching valve 156. The first switching valve 156 is a three-way valve to selectively change the flow path to supply the nitrogen supplied from the nitrogen tank 152 to the second switching valve 157.

상기 제1전환밸브(156)의 일측에는 환원라인(159)이 연결된다. 도 2,3을 참조하면 환원라인(159)은 상기 제1전환밸브(156)에 일단이 연결되고, 상기 제2전환밸브(157)에 타단이 연결되어 상기 제1전환밸브(156) 및 상기 제2전환밸브(157)를 연결시킨다. A reduction line 159 is connected to one side of the first switching valve 156. 2 and 3, one end of the reduction line 159 is connected to the first switch valve 156, and the other end is connected to the second switch valve 157, so that the first switch valve 156 and the The second switching valve 157 is connected.

상기 환원라인(159)은 상기 반응기(130)가 1단계(환원작용)의 작용을 실행하는 경우 상기 질소탱크의 질소를 제1,2전환밸브(156)(157)를 통하여 상기 반응기(130)로 이송하는 기능을 한다. The reduction line 159 is the reactor 130 through the first, second switching valves 156, 157 when the reactor 130 performs the operation of the first step (reduction action) It functions to transfer to.

그리고 상기 제2전환밸브(157)와 상기 반응기(130) 사이에는 이들을 연결하는 연결관(165)이 개재된다. And the connection pipe 165 connecting them between the second switching valve 157 and the reactor 130 is interposed.

상기 워터트랩(154)은 상기 반응기(130)의 배출구측에 위치하여 상기 반응기(130)를 통과한 수증기를 공급받아 냉각, 액화시켜 수소와 분리한다.The water trap 154 is located at the outlet side of the reactor 130 and is supplied with water vapor passing through the reactor 130 to be cooled, liquefied, and separated from hydrogen.

그리고 상기 워터트랩(154)의 후단에는 3방 분리밸브(158)가 장착된다. 상기 3방 분리밸브(158)는 산소와 수소를 분류하는 것으로, 상기 3방 분리밸브(158)의 제1연결구(158a)는 산소배출관(162)과 연결되고, 상기 3방 분리밸브(158)의 제2연결구(158b)는 가스배출부(155)와 연결된다. And a three-way separation valve 158 is mounted to the rear end of the water trap 154. The three-way separation valve 158 classifies oxygen and hydrogen, the first connector 158a of the three-way separation valve 158 is connected to the oxygen discharge pipe 162, the three-way separation valve 158 The second connector 158b of the gas outlet 155 is connected.

상기 3방 분리밸브(158)는 상기 반응기(130)가 1단계 공정을 실행하여 산소를 발생시키는 경우에는 워터트랩(154)을 통과한 상기 산소를 산소배출관(162)을 통하여 외부로 배출시키고, 상기 반응기(130)가 2단계 공정을 실행하여 수소를 발생시키는 경우에는 유로를 변경하여 상기 수소를 상기 가스배출부(155)로 이송시킨다. The three-way separation valve 158 discharges the oxygen passed through the water trap 154 to the outside through the oxygen discharge pipe 162 when the reactor 130 generates oxygen by performing a one-step process, When the reactor 130 generates hydrogen by performing a two-step process, the flow path is changed to transfer the hydrogen to the gas discharge unit 155.

상기 가스배출부(155)는, 상기 3방 분리밸브(158)를 통하여 공급된 수소를 용기 내에 저장한다. The gas discharge unit 155 stores hydrogen supplied through the three-way separation valve 158 in a container.

상기 제어부(170)는 상기 반응기(130)의 내부에 존재하는 금속산화물(Fe3O4)을 열적 산화시키는 제1단계와, 물을 분해시키는 제2단계를 수행하기 위해 상기 반응기(130)를 태양광의 초점 및 태양광의 초점 외측으로 이동시키는 상기 이송부(140)를 제어하는 역할을 한다.The controller 170 operates the reactor 130 to perform a first step of thermally oxidizing a metal oxide (Fe 3 O 4 ) present in the reactor 130 and a second step of decomposing water. It serves to control the transfer unit 140 to move the focus of sunlight and the focus outside of the sunlight.

상기 금속산화물(Fe3O4)을 열적 산화시키는 제1단계에서는 고온의 열이 필요하며, 상기 제어부(170)는 상기 이송부(140)를 동작시켜 상기 이송부(140)의 상부에 배치된 상기 반응기(130)을 태양광의 초점으로 이동시키고, 물을 분해시키는 제2단계에서는 제1단계의 열보다 저온의 열이 필요하므로 상기 제어부(170)는 상기 이송부(140)를 동작시켜 상기 이송부(140)의 상부에 배치된 상기 반응기(130)을 태양광의 초점 외측으로 이동시키게 된다.In a first step of thermally oxidizing the metal oxide (Fe 3 O 4 ), high temperature heat is required, and the controller 170 operates the transfer unit 140 to operate the reactor disposed on the transfer unit 140. In the second step of moving the 130 to the focal point of sunlight and decomposing water, heat is required to be lower than that of the first step, so the control unit 170 operates the transfer unit 140 to operate the transfer unit 140. The reactor 130 disposed on the top of the to move to the outside of the focal point of sunlight.

이하, 전술한 바와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시 예에 따른 수소생산장치(100)는 다음과 같이 작동된다.Hereinafter, the hydrogen production apparatus 100 according to an embodiment of the present invention configured as described above is operated as follows.

본 발명의 집광기(110)에 의하여 태양열이 집광되어 반응기(130)로 공급되면, 상기 반응기(130)로 공급된 열에 의하여 반응기(130)에서는 1단계반응(환원반응)이 수행되며, 이에 따라 FeO 및 산소가 발생한다. When solar heat is collected by the condenser 110 of the present invention and supplied to the reactor 130, one-step reaction (reduction reaction) is performed in the reactor 130 by the heat supplied to the reactor 130, and thus FeO And oxygen is generated.

이때, 상기 질소탱크(152)에 충진된 질소는 제1전환밸브(156), 환원라인(159), 제2전환밸브(157)를 통하여 반응기(130)로 공급되며, 이 반응기(130)로 공급된 질소는 1단계에서 발생한 반응기(130)의 산소를 워터트랩(154)으로 밀어낸다. At this time, the nitrogen filled in the nitrogen tank 152 is supplied to the reactor 130 through the first switch valve 156, the reduction line 159, the second switch valve 157, to the reactor 130 The supplied nitrogen pushes the oxygen of the reactor 130 generated in the first step into the water trap 154.

상기 워터트랩(154)으로 밀려난 산소는 상기 3방 분리밸브(158)를 통하여 산소배출관(162)으로 이동한 후 외부로 배출된다. Oxygen pushed to the water trap 154 is discharged to the outside after moving to the oxygen discharge pipe 162 through the three-way separation valve 158.

상기 제1단계 반응이 끝나고, 제2단계 반응이 시작되면 제1,2전환 밸브(156)(157)의 유로가 변경되어, 상기 질소탱크(152)의 질소는 수증기 발생부(153)로 공급된다. 상기 질소는 상기 수증기 발생부(153)에서 발생한 수증기를 제2전환밸브(157) 측으로 밀어낸다. When the first stage reaction is finished and the second stage reaction starts, the flow paths of the first and second switching valves 156 and 157 are changed, and the nitrogen of the nitrogen tank 152 is supplied to the steam generator 153. do. The nitrogen pushes the steam generated by the steam generator 153 toward the second switch valve 157.

상기 제2전환밸브(157) 측으로 밀려난 수증기는 제2전환밸브(157)를 통하여 반응기(130)로 공급된다. The water vapor pushed toward the second switching valve 157 is supplied to the reactor 130 through the second switching valve 157.

상기 수증기는 상기 반응기(130)의 제1단계에서 생성된 FeO와 반응하여 수소를 생성한다. 생성된 수소는 미반응된 수증기와 함께 워터트랩(154)으로 이동한다. The steam reacts with FeO generated in the first step of the reactor 130 to generate hydrogen. The generated hydrogen moves to the water trap 154 along with the unreacted water vapor.

상기 워터트랩(154)은 미반응된 수증기를 냉각, 액화시켜 포집한다. 이에 따라 상기 수소는 상기 워터트랩(154)에서 수증기와 분리된 후 상기 3방 분리밸브(38)를 통하여 가스배출부(35)로 이동하여 저장된다. The water trap 154 collects by cooling and liquefying unreacted water vapor. Accordingly, the hydrogen is separated from the water vapor in the water trap 154 and then moved to the gas discharge unit 35 through the three-way separation valve 38 to be stored.

상기 반응기(130)는 제1단계 및 제2단계별로 상기 제어부(170)와 상기 이송부(140)에 의해 태양광의 초점 및 태양광의 초점 외측으로 슬라이딩 이동되게 된다.The reactor 130 is slidably moved out of the focus of sunlight and the focus of sunlight by the control unit 170 and the transfer unit 140 for each of the first and second stages.

따라서, 반응기를 이송부에 의해 집광기의 초점 부근과 초점 외곽으로 이동시켜 공급되는 태양열 에너지의 양을 조절하여 온도 조건을 조절함으로써 하나의 반응기로 열적 환원 단계와 산화 단계의 공정을 실행할 수 있음으로 인하여 단계별 온도조건을 만족하는 복수개의 반응기를 구비하지 않음으로 인하여 비용을 절감시킬 수 있다.
Therefore, by moving the reactor near the focal point and outside the focal point of the condenser by adjusting the amount of solar energy supplied by controlling the temperature conditions, the process of thermal reduction step and oxidation step can be performed in one reactor. The cost can be reduced by not having a plurality of reactors satisfying the temperature conditions.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

100 : 수소발생장치 110 : 집광기
120 : 지지부 130 : 반응기
140 : 이송부 150 : 주변기기
170 : 제어부100: hydrogen generator 110: condenser
120: support 130: reactor
140: transfer unit 150: peripheral device
170:

Claims (3)

태양열을 집광하는 접시 형상의 집광기;
상기 집광기의 일측에 위치하며, 상기 집광기를 지지하는 지지부;
상기 집광기의 일측에 위치하며, 상기 집광기로부터 집광된 태양열을 이용하여 금속산화물을 산화 또는 환원반응시키는 반응기;
일단이 상기 지지부와 연결되며, 상기 반응기를 하부에서 지지하며 이송시키는 이송부;
상기 지지부에 장착되며, 상기 반응기와 연결되어 상기 반응기에서 생성된 수소를 포집하는 주변기기; 및
상기 금속산화물을 열적산화시키는 제1단계를 수행하기 위해 상기 반응기를 태양광의 초점 및 물을 분해하여 수소를 발생시키는 제2단계를 수행하기 위해 상기 반응기를 태양광의 초점 외측으로 상기 반응기를 단계적으로 이동시키는 상기 이송부를 제어하는 제어부를 포함하는 수소발생장치.
A dish-shaped collector for collecting solar heat;
A support part positioned on one side of the condenser and supporting the condenser;
Located at one side of the collector, the reactor for oxidizing or reducing the metal oxide using the solar heat collected from the collector;
A transfer part having one end connected to the support part and supporting the reactor from below;
A peripheral device mounted to the support unit and connected to the reactor to collect hydrogen generated in the reactor; And
Moving the reactor out of the focal point of sunlight to perform the second step of generating hydrogen by decomposing water and focusing the reactor to perform the first step of thermally oxidizing the metal oxide. Hydrogen generating device comprising a control unit for controlling the transfer unit.
청구항 1에 있어서,
상기 이송부는,
레일과,
상기 레일의 상부에 위치하여 상기 반응기를 하부에서 지지하며, 상기 레일을 슬라이딩 이동하는 지지수단과,
상기 반응기의 일단과 연결된 회전축과,
상기 회전축을 직선 운동시키는 구동원으로 이루어지는 수소발생장치.
The method according to claim 1,
The transfer unit
Rails,
Located on the upper portion of the rail to support the reactor from the bottom, the support means for sliding the rail and moving;
A rotating shaft connected to one end of the reactor,
A hydrogen generator comprising a drive source for linearly moving the rotating shaft.
청구항 1에 있어서,
상기 금속산화물은 Fe3O4 이고,
상기 반응기는,
태양열을 이용하여 내부에 존재하는 Fe3O4 에 대하여 다음과 같은 1단계 및 2단계의 반응을 순차적으로 실행하여 수소를 발생시키는 수소발생장치.
Fe3O4 = 3FO + 1/2O2 (High-temperature Thermal Reduction of metal oxide : 1단계)
3FeO + H2O(stem) = Fe3O4 + H2 (Low-temperature Water Decomposition with reduced metal oxide : 2단계)
The method according to claim 1,
The metal oxide is Fe 3 O 4 ego,
The reactor comprises:
Fe 3 O 4 present inside using solar heat on Hydrogen generating device for generating hydrogen by sequentially performing the following steps 1 and 2 for the reaction.
Fe 3 O 4 = 3FO + 1 / 2O 2 (High-temperature Thermal Reduction of metal oxide: 1 stage)
3FeO + H 2 O (stem) = Fe 3 O 4 + H 2 (Low-temperature Water Decomposition with reduced metal oxide: 2 steps)
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