KR20180019811A - 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치는 내부에 수소 발생 화학 반응이 일어나는 반응공간이 형성된 반응기, 액체를 저장하는 액체 저장탱크, 상기 액체를 강제로 이송시키는 펌프, 상기 액체 저장탱크와 상기 펌프의 흡입구를 연결하는 액체 공급관, 일단은 상기 펌프의 배출구에 연결되고 타단은 상기 반응기 내부로 진입하여 상기 반응공간에 위치하여 상기 금속 연료가 섞인 액체를 분출하는 액체 분출관 및 상기 액체 공급관에 상기 금속 연료를 공급하는 금속 연료 저장탱크를 포함한다.

Description

금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치{Metallic fuel provider for hydrogen generation using metallic fuel}
본 발명은 금속 연료 수소 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 연료 수소 발생장치에 불순물이 섞이지 않은 금속 연료를 지속적인 공급을 할 수 있는 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치에 관한 것이다.
일반적으로 유기물을 포함하는 연료를 분해하여 수소를 포함하는 가스를 제조하는 장치를 개질 장치(reformer)라 한다. 개질 장치는 수소를 연료로 하는 연료전지의 수소 공급장치로서 널리 사용되고 있다. 이러한 개질 장치는 잠수함용 수소공급장치로 탑재되어 운용되기에는 아직 기술적으로 미흡한 부분이 있다. 따라서 수소저장합금이 잠수함용 연료전지에 수소를 공급하는 장치로 사용되는 것이 일반적이다.
그런데 수소저장합금은 무겁고 가격이 비싼 문제점이 있다. 그리고 충전과 방전에 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다. 이와 같은 문제점을 극복하기 위하여 한국등록특허공보 제10-1577536호에서 금속 연료를 이용하는 잠수함 수소 시스템이 제안되었다.
한편, 상기 공보에서 제안된 잠수함 수소 시스템은 잠수함 내에서 금속 연료를 저장하는 금속 연료 저장 장치, 금속 연료와 촉매 수용액으로 수소를 발생시켜 수소 연료 전지로 제공하는 금속 연료 수소 발생장치 및 금속 연료 수소 발생장치에서 발생된 수소 중에서 수소 연료 전지에서 소비되고 남은 수소를 저장하는 수소 저장 장치를 포함한다.
그런데 상기 공보에는 금속 연료 수소 발생장치에 금속 연료를 공급하는 장치가 개시되어 있지 않고 있다.
따라서 금속 연료 수소 발생장치에 금속 연료를 공급하는 장치의 개발이 요구되고 있다.
한국등록특허공보 제10-1577536호(공고일: 2015.12.05.)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 금속 연료 수소 발생장치에 불순물이 섞이지 않은 금속 연료를 지속적으로 공급을 할 수 있는 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 달성 하기 위한 본 발명에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치는 내부에 수소 발생 화학 반응이 일어나는 반응공간이 형성된 반응기; 액체를 저장하는 액체 저장탱크; 상기 액체를 강제로 이송시키는 펌프; 상기 액체 저장탱크와 상기 펌프의 흡입구를 연결하는 액체 공급관; 일단은 상기 펌프의 배출구에 연결되고 타단은 상기 반응기 내부로 진입하여 상기 반응공간에 위치하여 상기 금속 연료가 섞인 액체를 분출하는 액체 분출관; 및 상기 액체 공급관에 상기 금속 연료를 공급하는 금속 연료 저장탱크를 포함한다.
여기서, 상기 금속 연료는 알루미늄이고, 상기 액체는 물일 수 있다.
또한, 상기 액체 분출관의 액체 분출구는 상기 반응공간에 채워지는 액체의 수위보다 높은 위치에 배치될 수 있다.
한편, 상기 반응공간의 상부에는 상기 액체 분출관의 액체 분출구에서 분출되는 상기 액체와 상기 금속 연료를 분산시키는 분산 가이드가 설치될 수 있다.
이때, 상기 분산 가이드는 상기 액체 분출관의 상기 액체 분출구 쪽으로 볼록한 곡률을 가질 수 있다.
다른 한편, 상기 액체 저장탱크와 상기 금속 연료 저장탱크의 내부 압력을 조절하는 압력 조절장치를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 압력 조절장치는, 상기 반응기의 상기 반응공간의 내부 압력을 감지하는 압력센서; 상기 액체 저장탱크와 금속 연료 저장탱크의 내부 압력을 증가시키는 압력제공장치; 및 상기 압력센서가 감지한 상기 반응공간의 내부 압력에 따라 상기 압력제공장치를 제어하는 압력 조절장치 제어부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 압력 조절장치는, 상기 액체 저장탱크와 금속 연료 저장탱크 각각에 설치되고, 상기 압력 조절장치 제어부에 의해 제어되어, 상기 액체 저장탱크와 상기 금속 연료 저장탱크 각각의 내부 압력을 감압시키는 감압부재를 더 포함할 수 있다.
다른 한편, 상기 반응기의 반응공간으로 공급되는 금속 연료의 공급속도를 조절하는 공급속도 조절장치를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 공급속도 조절장치는, 상기 반응공간의 압력을 감지하는 압력센서; 연료전지를 부하를 감지하는 연료전지 부하 수신부; 및 상기 압력센서가 감지한 상기 반응공간의 압력과 상기 연료전지 부하수신부가 수신한 상기 연료전지의 부하를 이용하여 상기 펌프의 회전속도를 제어하는 공급속도 조절장치 제어부를 포함할 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치에 의하면, 금속 연료 수소 발생장치에 불순물이 섞이지 않은 금속 연료가 지속적으로 공급될 수 있게 된다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치의 압력 조절장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치의 공급속도 조절장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 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.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치의 압력 조절장치를 개략적으로 나타낸 블록도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치의 공급속도 조절장치를 나타낸 블록도이다.
도 1내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치(10)는 내부에 수소 발생 화학 반응이 일어나는 반응공간(RS)이 마련된 반응기(100), 액체를 저장하는 액체 저장탱크(200), 액체를 강제로 이송시키는 펌프(300), 액체 저장탱크(200)와 펌프(300)의 흡입구(210)를 연결하는 액체 공급관(400), 일단은 펌프(300)의 배출구(220)에 연결되고 타단은 반응기(100) 내부로 진입하여 반응공간(RS)에 위치하는 금속 연료가 섞인 액체를 분출하는 액체 분출관(500) 및 액체 공급관(400)에 금속 연료를 공급하는 금속 연료 저장탱크(600)를 포함할 수 있다.
펌프(300)는 액체를 강제로 이송시키는 일반적인 펌프로 구현될 수 있다.
액체 저장탱크(200)에 채워지는 액체는 반응기(100)에 공급되는 금속 연료가 알루미늄(Al)인 경우, 물인 것이 바람직하다. 다시 말하면, 반응공간(RS)에서는 아래의 화학식과 같은 수소 발생 화학 반응이 일어나, 반응공간(RS)에서는 수소 발생 화학 반응에 의해 알루미늄, 물, 수소 및 수산화알루미늄만 존재하게 된다.
[화학식]
Figure pat00001
따라서 금 액체 저장탱크(200)에 물이 채워지는 경우, 반응공간(RS)에 존재하지 않는 불순물이 펌프(300) 및 금속 연료 공급관(500)에 유입되는 것이 방지됨으로써, 반응공간(RS)에 존재하지 않는 불순물이 금속 연료에 섞이어 반응기(100)의 반응공간(RS)에 유입되는 것이 방지된다. 여기서, 액체 저장탱크(200)이 저장하는 물은 증류수인 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고, 해수 및 식수와 같은 일반적인 물도 가능하다.
한편, 액체 저장탱크(200)에 채워지는 액체는 물로 한정되지 않고, 다른 액체가 채워질 수 있다. 그리고 금속 연료 저장탱크(600)에 저장되는 금속 연료도 알루미늄으로 한정되지 않고, 다른 금속 연료가 채워질 수 있다.
금속 연료 공급관(400)은 유체가 흐르는 통로를 제공하는 일반적인 파이프로 구현될 수 있다.
액체 분출관(500)은 유체가 흐르는 통로를 제공하는 일반적인 파이프로 구현될 수 있다. 이러한 액체 분출관(500)의 액체 분출구(510)는 반응공간(RS)에 채워진 액체의 수위(WL)보다 높은 위치에 배치될 수 있다. 이는 액체 분출관(500)의 액체 분출구(510)가 액체에 잠기게 되면 반응기(100)의 반응공간(RS) 내부의 수용액이 액체 분출관(500)을 통해 금속 연료 저장탱크(600)로 확산되어 액체 분출관(500)에서 수소 발생 화학 반응이 일어날 수 있기 때문이다.
반응공간(RS)의 상부에는 액체 분출관(500)의 액체 분출구(510)에서 분출되는 액체를 분산시키는 분산 가이드(110)가 설치될 수 있다. 따라서 액체 분출관(500)에서 분출되는 액체와 금속 연료가 분산 가이드(110)에 부딪쳐 반응공간(RS) 전체로 골고루 확산된다. 분산 가이드(110)가 액체와 금속 연료를 반응공간(RS) 전체로 더욱 골고루 확산시킬 수 있게 하기 위해, 분산 가이드(110)는 액체 분출관(500)의 액체 분출구(510) 쪽으로 볼록한 곡률을 가질 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치(10)는 액체 저장탱크(200)과 금속 연료 저장탱크(600)의 내부 압력을 조절하는 압력 조절장치(700)를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 압력 조절장치(700)는 반응기(100)의 반응공간(RS)의 내부 압력을 감지하는 압력센서(710), 액체 저장탱크(200)와 금속 연료 저장탱크(600)의 내부 압력을 증가시키는 압력제공장치(720) 및 압력센서(710)가 감지하는 반응공간(RS)의 내부 압력에 따라 압력제공장치(720)를 제어하는 압력 조절장치 제어부(730)를 포함할 수 있다. 여기서, 압력제공장치(720)는 액체 저장탱크(200)와 금속 연료 저장탱크(600)의 내부 압력을 증가시키기 위한 장치로서 공기압축기(air compressor)로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 압력 조절장치(700)는 반응공간(RS)의 압력보다 액체 저장탱크(200)와 금속 연료 저장탱크(600)의 내부 압력이 높게 하여 액체 저장탱크(200)에 저장된 액체와 금속 연료 저장탱크(600)에 저장된 금속 연료가 반응공간(RS) 쪽으로 원활하게 이동할 수 있게 할 수 있다.
압력 조절장치(700)는 액체 저장탱크(200)와 금속 연료 저장탱크(600) 각각에 설치되고, 압력 조절장치 제어부(700)에 의해 제어되어 액체 저장탱크(200)와 금속 연료 저장탱크(600) 각각의 내부 압력을 감압시키는 감압부재(740)를 더 포함할 수 있다. 따라서 액체 저장탱크(200)와 금속 연료 저장탱크(600)의 내부 압력이 과도하게 높아지는 것이 방지될 수 있다. 감압부재(740)로는 감압밸브가 이용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치(10)는 반응기(100)의 반응공간(RS)으로 공급되는 금속 연료의 공급속도를 조절하는 공급속도 조절장치(800)를 더 포함할 수 있다.
예를 들면, 공급속도 조절장치(800)은 반응기(100)의 반응공간(RS)의 내부 압력을 감지하는 압력센서(810), 연료전지를 부하를 감지하는 연료전지 부하 수신부(720) 및 압력센서(810)가 감지한 반응기(100)의 반응공간(RS)의 압력과 연료전지 부하 수신부(820)가 수신한 연료전지를 부하를 이용하여 펌프(300)의 회전속도를 제어하는 공급속도 조절장치 제어부(830)를 포함할 수 있다. 여기서, 연료전지는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치(10)가 금속 연료를 공급하는 금속 연료 수소 발생장치가 수소를 공급하는 연료전지일 수 있다.
이러한 공급속도 조절장치(800)에 의해 반응기(100)의 반응공간(RS)에 공급되는 금속 연료의 공급속도가 적절하게 조절된다.
이하, 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치의 작용과 효과를 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치의 작용을 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 공급속도 조절장치 제어부(730)가 펌프(300)를 회전시키면, 펌프(300)는 액체 저장탱크(200)가 공급하는 액체를 흡입한다. 이때 금속 연료 저장탱크(500)가 액체 공급관(400)에 금속 연료(MF)를 공급하면, 금속 연료(MF)는 액체의 수류에 의해 펌프(300)에 흡입된다. 이렇게 펌프(300)에 흡입된 액체와 금속 연료(MF)는 펌프(300)에 의해 액체 분출관(500)으로 배출된다. 액체 분출관(500)으로 배출된 액체와 금속 연료(MF)는 액체 분출관(500)의 액체 분출구(510)를 통하여 반응기(100)의 반응공간(RS)으로 분출된다. 이때 분산 가이드(110)에 의해 액체 분출구(510)에서 분출되는 액체와 금속 연료(MF)는 반응공간(RS) 전체로 골고루 분산된다.
상기와 같은 과정에 의해, 액체는 반응공간(RS)에 공급되는 금속 연료(MF)에 불순물이 섞이는 것을 차단함으로써, 반응공간(RS)에는 불순물이 섞이지 않은 금속연료(MF)가 공급될 수 있게 된다. 그리고 본 발명의 일 실시 예에 따른 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치(10)에 의해 수소 발생장치에 금속 연료가 지속적으로 공급될 수 있게 된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치
100: 반응기
200: 액체 저장탱크
300: 펌프
400: 액체 공급관
500: 액체 분출관
600: 금속 연료 저장탱크
700: 압력 조절장치
800: 공급속도 조절장치

Claims (10)

  1. 내부에 수소 발생 화학 반응이 일어나는 반응공간이 형성된 반응기;
    액체를 저장하는 액체 저장탱크;
    상기 액체를 강제로 이송시키는 펌프;
    상기 액체 저장탱크와 상기 펌프의 흡입구를 연결하는 액체 공급관;
    일단은 상기 펌프의 배출구에 연결되고 타단은 상기 반응기 내부로 진입하여 상기 반응공간에 위치하여 상기 금속 연료가 섞인 액체를 분출하는 액체 분출관; 및
    상기 액체 공급관에 상기 금속 연료를 공급하는 금속 연료 저장탱크를 포함하는 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 연료는 알루미늄이고,
    상기 액체는 물인 것을 특징으로 하는 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 액체 분출관의 액체 분출구는 상기 반응공간에 채워지는 액체의 수위보다 높은 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 반응공간의 상부에는 상기 액체 분출관의 액체 분출구에서 분출되는 상기 액체와 상기 금속 연료를 분산시키는 분산 가이드가 설치되는 것을 특징으로 하는 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 분산 가이드는 상기 액체 분출관의 상기 액체 분출구 쪽으로 볼록한 곡률을 가진 것을 특징으로 하는 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 액체 저장탱크와 상기 금속 연료 저장탱크의 내부 압력을 조절하는 압력 조절장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 압력 조절장치는,
    상기 반응기의 상기 반응공간의 내부 압력을 감지하는 압력센서;
    상기 액체 저장탱크와 금속 연료 저장탱크의 내부 압력을 증가시키는 압력제공장치; 및
    상기 압력센서가 감지한 상기 반응공간의 내부 압력에 따라 상기 압력제공장치를 제어하는 압력 조절장치 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치.
  8. 제8항에 있어서,
    상기 압력 조절장치는,
    상기 액체 저장탱크와 금속 연료 저장탱크 각각에 설치되고, 상기 압력 조절장치 제어부에 의해 제어되어, 상기 액체 저장탱크와 상기 금속 연료 저장탱크 각각의 내부 압력을 감압시키는 감압부재를 더 포함 것을 특징으로 하는 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 반응기의 반응공간으로 공급되는 금속 연료의 공급속도를 조절하는 공급속도 조절장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 공급속도 조절장치는,
    상기 반응공간의 압력을 감지하는 압력센서;
    연료전지를 부하를 감지하는 연료전지 부하 수신부; 및
    상기 압력센서가 감지한 상기 반응공간의 압력과 상기 연료전지 부하수신부가 수신한 상기 연료전지의 부하를 이용하여 상기 펌프의 회전속도를 제어하는 공급속도 조절장치 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치.
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