KR20170029891A - 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템 및 방법 - Google Patents

해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템으로서, 금속연료를 공급받아 수소를 발생시키는 금속연료 반응기와, 상기 금속연료 반응기에 청수 및 촉매를 투입하지 않고, 함외의 해수를 도입하여 상기 금속연료 반응기에 반응수로 공급하는 해수공급부를 포함하는 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템을 제공한다.

Description

해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템 및 방법{HYDROGEN SUPPLYING SYSTEM AND MEHOD OF UNDERWATER MOVING BODY USING SEAWATER}
본 발명의 실시예는 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속연료에 청수와 반응을 도와주는 촉매를 투입하는 대신에 함외의 해수를 공급받아 반응수로 사용할 수 있는 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급시스템 및 방법에 관한 것이다.
잠수함 등을 포함하는 수중운동체는 수중을 잠항할 수 있으며, 이를 위해 함내의 전원을 공급받아 동작하는 추진모터 등에 의해 회전력이 발생되고, 이 회전력이 프로펠러까지 전달되어 추진력을 발생시킨다.
연료전지는 고효율의 무공해 발전장치로서, 연료의 산화에 의해 생기는 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시킨다. 수소와 같은 기체 반응물질을 외부에서 연속적으로 공급하여 전기의 생성을 도모하고, 반응 후 생성물질은 연속적으로 외부로 배출시킬 수 있다.
한편, 고순도의 금속, 예를 들면 알루미늄, 마그네슘, 아연, 나트륨 등은 특정한 조건에서 산성/알칼리 용액과 반응하게 되어 수소를 발생시킬 수 있으며, 이를 금속연료라 한다.
금속연료를 이용하는 수소발생장치는 금속연료 반응기(또는 반응기)(reactor)라 한다. 상기 금속연료 반응기에서는 금속연료에 청수와 반응을 도와주는 촉매가 투입되어 수소가 발생된다.
금속연료는 청수와 반응을 하지만, 청수와의 반응 시 금속연료의 표면에 산화 피막이 형성된다. 그리고 산화 피막을 제거하는 역할로 촉매(예: NaOH 등)가 사용된다.
도 1은 종래 방식에 따라 청수 및 촉매를 이용하는 금속연료 반응기를 탑재한 수중운동체의 수소공급 시스템을 나타낸 개념도이다.
도시된 바와 같이, 종래의 수중운동체(1)의 수소 공급시스템은 금속연료 반응기(10), 연료전지(20), 청수탱크(30), 촉매 저장(31), 열교환기(40), 응축기(50)를 포함하여 구성되었다.
청수탱크(30)와 촉매 저장소(31)에서 청수와 촉매가 금속연료 반응기(10)로 투입된다. 금속연료는 청수와 반응을 하고, 촉매는 금속연료 표면의 산화 피막을 제거한다. 또한, 청수는 열교환기(40)로 공급되어 냉각에 사용된다.
하지만, 이와 같이 구성된 종래의 수중운동체의 수소 공급시스템은 청수와 촉매를 별도의 공간을 활용하여 보관 사용하여야 했기에 공간적인 제약이 따랐으며, 이를 위한 기술적 해결 방안이 요청된다.
수소발생장치가 구비된 연료전지 시스템(대한민국 공개특허공보 제10-2009-0093044호)
본 발명의 목적은, 금속연료에 청수와 반응을 도와주는 촉매를 투입하지 않고 함외의 해수를 반응수로 사용할 수 있는 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 여기서 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템으로서, 금속연료를 공급받아 수소를 발생시키는 금속연료 반응기; 및 상기 금속연료 반응기에 청수 및 촉매를 투입하지 않고, 함외의 해수를 도입하여 상기 금속연료 반응기에 반응수로 공급하는 해수공급부를 포함하는 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템을 제공한다.
이때, 상기 금속연료 반응기 내에서 상기 해수를 반응수로 하여 수소가 생성되며, 상기 생성된 수소는 연료전지로 공급될 수 있다.
또한, 상기 금속연료 반응기로부터 발생된 열을 해수로 냉각시키는 열교환기를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 금속연료 반응기 내에서 반응수로 이용된 해수는 상기 열교환기를 통과한 후 함외로 배출될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템을 이용한 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 방법으로서, (a) 상기 금속연료 반응기에 촉매와 청수를 대신하여 해수를 공급하여 수소를 발생시키는 단계; 및 (b) 상기 금속연료 반응기에서 해수를 사용하여 발생시킨 수소는 연료전지로 공급하고, 반응 후 남은 반응물을 함 외부로 배출하는 단계;를 포함하는 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 금속연료 반응기가 탑재된 수중운동체 내에서, 청수 및 촉매의 사용을 없애고 함외의 해수를 공급받아 반응수로 사용할 수 있는 장점이 있다.
이에 따라, 수중운동체 내에 별도로 촉매와 반응수(즉, 청수)를 보관하지 않아도 되어 공간 활용도가 향상되며, 반응 후 폐기물의 적치가 불필요한 장점이 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 수중운동체의 수소공급 시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 방법을 간략히 도시한 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
그리고 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명의 실시예에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템 및 방법에 관하여 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템을 간략히 도시한 개념도이다.
도 2를 참조하면, 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템(100)은, 금속연료 반응기(110)와 해수공급부(130)를 포함한다.
금속연료 반응기(110)는 금속연료를 공급받아 수소를 발생시키도록 구성될 수 있다.
연료전지(120)는 고효율의 무공해 발전장치로서, 연료의 산화에 의해 생기는 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시킨다. 수소와 같은 기체 반응물질을 외부에서 연속적으로 공급하여 전기의 생성을 도모하고, 반응 후 생성물질은 연속적으로 외부로 배출시킬 수 있다.
이러한 연료전지(120)에 수소를 공급하도록 상기 금속연료 반응기(110)가 구비된다.
고순도의 금속, 예를 들면 알루미늄, 마그네슘, 아연, 나트륨 등은 특정한 조건에서 산성/알칼리 용액과 반응하게 되어 수소를 발생시킬 수 있다. 이를 금속연료라 하며, 금속연료 반응기(110)는 금속연료를 공급받아 수소를 발생시킨다.
그런데, 종래의 경우에는 금속연료의 공급과 함께 반응에 필요한 청수 및 반응을 도와주는 촉매가 투입되었다. 주지된 바와 같이 금속연료는 청수와 반응을 하지만, 청수와의 반응 시 금속연료의 표면에 산화 피막이 형성되는데, 이를 제거하는 역할로서 NaOH 등의 촉매가 사용될 수 있었다. 하지만, 수중운동체 내에 청수와 촉매를 별도의 공간을 확보하여 저장해야 했기에 공간적인 제약이 따랐다.
본 발명의 실시예에서는 상기 금속연료 반응기(110)에 청수 및 촉매를 투입하지 않고, 수중운동체(1)의 외부로부터 손쉽게 공급받을 수 있는 해수, 즉 함외의 해수를 반응수로 공급하여 사용할 수 있도록 해수공급부(130)를 포함한다.
상기 해수공급부(130)는 수중운동체(1)의 외부로부터 금속연료 반응기(110)까지 해수를 공급받을 수 있는 배관, 펌프, 밸브 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 특정 형태로 제한되지 않는다.
이로써, 상기 금속연료 반응기(110) 내에서 상기 해수를 반응수로 하여 수소가 생성될 수 있는데, 생성된 수소는 연료전지(120)로 공급되어 사용된다.
한편, 상기 금속연료 반응기(110)로부터 발생된 열은 해수(즉, 냉각용 해수)를 이용하여 열교환기(140)에서 냉각될 수 있다. 이후, 상기 금속연료 반응기(110) 내에서 반응수로 이용된 해수는 상기 열교환기(140)를 통과한 후 함외로 바로 배출될 수 있는데, 이에 따라 반응 후 폐기물의 적치가 불필요한 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 방법을 간략히 도시한 순서도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 방법은, 상기 금속연료 반응기에 촉매와 청수를 대신하여 해수를 공급하여 수소를 발생시키는 단계(S110)와, 금속연료 반응기에서 해수를 사용하여 발생시킨 수소는 연료전지로 공급하고, 반응 후 남은 반응물을 함 외부로 배출하는 단계(S120)을 포함하여 달성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 금속연료 반응기가 탑재된 수중운동체 내에서, 청수 및 촉매의 사용을 없애고 함외의 해수를 공급받아 반응수로 사용할 수 있는 장점이 있다.
이에 따라, 수중운동체 내에 별도로 촉매와 반응수(즉, 청수)를 보관하지 않아도 되어 공간 활용도가 향상되며, 반응 후 폐기물의 적치가 불필요한 장점이 있다.
지금까지 본 발명인 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템 및 방법에 관하여 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였다.
전술된 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 전술된 상세한 설명보다는 후술될 특허청구범위에 의해 나타내어질 것이다. 그리고 이 특허청구범위의 의미 및 범위는 물론, 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 및 변형 가능한 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 수중운동체의 수소공급 시스템
110: 금속연료 반응기
120: 연료전지
130: 해수공급부
140: 열교환기

Claims (5)

  1. 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템으로서,
    금속연료를 공급받아 수소를 발생시키는 금속연료 반응기; 및
    상기 금속연료 반응기에 청수 및 촉매를 투입하지 않고, 함외의 해수를 도입하여 상기 금속연료 반응기에 반응수로 공급하는 해수공급부를 포함하는,
    해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속연료 반응기 내에서 상기 해수를 반응수로 하여 수소가 생성되며, 상기 생성된 수소는 연료전지로 공급되는 것을 특징으로 하는
    해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속연료 반응기로부터 발생된 열을 해수로 냉각시키는 열교환기를 더 포함하는
    해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 금속연료 반응기 내에서 반응수로 이용된 해수는 상기 열교환기를 통과한 후 함외로 배출되는 것을 특징으로 하는
    해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 시스템을 이용한 해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 방법으로서,
    (a) 상기 금속연료 반응기에 촉매와 청수를 대신하여 해수를 공급하여 수소를 발생시키는 단계; 및
    (b) 상기 금속연료 반응기에서 해수를 사용하여 발생시킨 수소는 연료전지로 공급하고, 반응 후 남은 반응물을 함 외부로 배출하는 단계;를 포함하는
    해수를 이용한 수중운동체의 수소공급 방법.
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