KR20180028862A - Metallic fuel hydrogen generation system of underwater moving body - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명의 실시예는 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 반응기 내부에 공급되는 수용액의 온도를 조절하여 수소 발생 속도에 영향을 미치는 수용액의 온도를 제어하여 보다 효율적이고 안정적으로 수소를 생산해 낼 수 있는 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템에 관한 것이다. An embodiment of the present invention relates to a metal-fuel hydrogen generation system for an underwater vehicle, and more particularly, to a system for controlling a temperature of an aqueous solution supplied to a reactor to control the temperature of an aqueous solution, To a metal-fuel hydrogen generation system for an underwater vehicle capable of producing hydrogen.
수중운동체의 에너지 저장수단으로서 배터리 이외에 연료전지(fuel cell)의 사용이 크게 늘어나고 있다.As a means of energy storage of underwater vehicles, the use of fuel cells in addition to batteries has been greatly increased.
예컨대, AIP(Air Independent Propulsion) 잠수함은 잠수 중에 외부공기 영향을 받지 않고 추진할 수 있는 잠수함을 말하는데, 대표적으로 연료전지가 사용된다. For example, an AIP (Air Independent Propulsion) submarine refers to a submarine that can propel without being affected by outside air during diving. Typically, a fuel cell is used.
연료전지는 연료의 산화에 의해 생기는 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 장치로서, 수소와 같은 기체 반응물질을 외부에서 연속적으로 공급하여 전기의 생성을 도모하고, 반응 후 생성물질은 연속적으로 외부로 배출시킬 수 있다. 즉, 연료전지는 고효율의 무공해 발전장치이다. BACKGROUND ART A fuel cell is a device for directly converting chemical energy generated by oxidation of a fuel into electrical energy. The fuel cell is continuously supplied with a gas reactant such as hydrogen from the outside to generate electricity. Can be discharged. That is, the fuel cell is a high-efficiency, pollution-free power generation device.
한편, 고순도의 금속, 예를 들면 알루미늄, 마그네슘, 아연, 나트륨 등은 특정한 조건에서 산성/알칼리 용액과 반응하게 되어 수소를 발생시킬 수 있으며, 이를 금속연료라 지칭한다.On the other hand, high purity metals such as aluminum, magnesium, zinc, sodium and the like react with acidic / alkaline solutions under specific conditions to generate hydrogen, which is referred to as a metal fuel.
일반적으로 금속연료에서 수소를 발생하는 방법에는 크게 연소식과 촉매반응식이 소개되어 있다. 연소식은 물과 금속연료를 리액터(Reactor)에 넣고 온도를 높임으로써 수소를 발생시킨다. 이와 달리 촉매식은 물과 금속연료, 촉매를 넣고 온도를 높임으로써 수소를 발생시키는데, 촉매를 투입함으로써 반응온도를 약 80~120도까지 낮출 수 있다.Generally, methods of generating hydrogen from metal fuels include combustion and catalytic reactions. The combustion generates hydrogen by increasing water and metal fuel into the reactor and increasing the temperature. In contrast, the catalytic formula generates hydrogen by increasing the temperature by adding water, a metal fuel, and a catalyst. The reaction temperature can be lowered to about 80 to 120 degrees by introducing a catalyst.
구체적인 예로서, 대표적인 금속연료로서 알루미늄(Al)을 예로 들어 설명하면 다음과 같은 반응식에 따라 수소가 발생된다. As a concrete example, when aluminum (Al) is used as a representative metal fuel, hydrogen is generated according to the following reaction formula.
Al+3H2O+NaOH → Al(OH)3+NaOH+3/2H2 Al + 3H 2 O + NaOH -> Al (OH) 3 + NaOH + 3 / 2H 2
상기와 같은 반응식에 따라 알루미늄(Al)과 물, 촉매가 반응하여 수소가 발생되는데, 알루미늄 이외에 마그네슘(Mg) 등의 다른 금속 연료가 이용되어도 무방하다. 이때, 촉매도 NaOH 이외에 KOH 등 다른 촉매를 사용할 수 있다. According to the above reaction formula, aluminum (Al) reacts with water and catalyst to generate hydrogen. Other metal fuels such as magnesium (Mg) may be used in addition to aluminum. At this time, other catalyst such as KOH may be used in addition to NaOH.
도 1은 금속연료를 이용한 수소공급 시스템의 개념도이다. 도 1을 참조하면, 도시된 종래의 수소공급 시스템(1)은 반응기(10), 베슬(20), 컨덴서(40), 팬 유닛(50), 그리고 제습기(60)를 포함하여 구성되어 있었다. 반응기(10)는 금속연료, 물, 촉매를 공급받아 수소를 발생시키는 장치이며, 알루미늄(Al) 등의 금속연료를 이용하여 물, 촉매와의 반응을 통해 수소를 발생시킨다. 발생된 수소는 컨덴서(40), 팬 유닛(50), 제습기(60)를 거쳐 높은 순도의 수소로 정제되며, 연료전지(Fuel Cell)까지 공급된다. 1 is a conceptual diagram of a hydrogen supply system using metal fuel. Referring to FIG. 1, the conventional
그런데, 금속연료 수소발생시스템에서 수소를 생산하기 위하여 반응기에 수용액(물+촉매)을 주입하는데, 수용액의 온도에 따라 수소 발생 속도가 달라질 수 있다. In order to produce hydrogen in the metal-fuel hydrogen generation system, an aqueous solution (water + catalyst) is injected into the reactor, and the rate of hydrogen generation may vary depending on the temperature of the aqueous solution.
다시 말해, 수소발생시스템의 내부에서 알루미늄과 수용액의 반응은 발열반응으로 냉각이 필요한데, 온도가 너무 떨어지면 반응 속도에 영향을 미칠 수 있다. In other words, the reaction of aluminum with aqueous solution inside the hydrogen generation system requires cooling in an exothermic reaction, which can affect the reaction rate if the temperature is too low.
따라서, 수소를 보다 효율적이고 안정적으로 발생시키기 위해서는 수용액의 온도를 일정하게 유지시켜줄 필요성이 있다. 아울러, 잠수함의 운전모드의 변화에 따라 금속연료 수소발생시스템에서 생산하는 수소의 양을 조절해야 할 필요성이 있다. Therefore, in order to generate hydrogen more efficiently and stably, it is necessary to keep the temperature of the aqueous solution constant. In addition, there is a need to regulate the amount of hydrogen produced in the metal-fuel hydrogen generating system as the submersible operating mode changes.
본 발명의 목적은, 반응기에 주입되는 수용액의 온도 조절을 통해 수소 발생속도를 제어함으로써, 생산되는 수소의 양을 조절할 수 있는 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템을 제공함에 있다. An object of the present invention is to provide a metal-fuel hydrogen generation system for underwater vehicles capable of controlling the amount of produced hydrogen by controlling the rate of hydrogen generation through temperature control of an aqueous solution injected into a reactor.
본 발명의 다른 목적은, 수용액의 온도 조절을 위하여 반응기 입구 및 출구의 온도를 측정하여, 공급되는 수용액의 온도를 일정하게 조절할 수 있는 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템을 제공함에 있다. It is another object of the present invention to provide a metal-fuel hydrogen generation system for an underwater vehicle capable of constantly controlling the temperature of an aqueous solution supplied by measuring the temperature of the inlet and the outlet of the reactor for controlling the temperature of the aqueous solution.
본 발명의 또 다른 목적은, 수소발생시스템의 초기 동작 시 수소 발생을 원활하게 해주기 위하여 별도의 히터를 이용하여 공급되는 수용액의 온도를 높여줄 수 있는 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템을 제공함에 있다. It is another object of the present invention to provide a metal-fuel hydrogen generating system for underwater vehicles capable of raising the temperature of an aqueous solution supplied using a separate heater to smoothly generate hydrogen during an initial operation of the hydrogen generating system .
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.The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned here will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
본 발명의 일 측면에 따르면, 금속연료와, 물과 촉매를 혼합한 수용액을 이용하여 수소를 발생시키는 반응기; 상기 반응기에 주입되는 수용액의 온도를 조절하도록 수용액을 순환시키는 수용액 순환부; 및 상기 수용액 순환부를 제어하여 상기 반응기에서의 수소 발생 속도를 제어하는 제어부;를 포함하는 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템을 제공한다. According to an aspect of the present invention, there is provided a fuel cell including: a reactor for generating hydrogen using a metal fuel, an aqueous solution containing water and a catalyst; An aqueous circulation unit circulating the aqueous solution to adjust the temperature of the aqueous solution injected into the reactor; And a controller for controlling the rate of hydrogen generation in the reactor by controlling the aqueous solution circulation unit.
상기 수용액 순환부는, 상기 반응기의 출구로부터 배출된 수용액 내의 부유물을 걸러내는 필터; 상기 필터를 통과한 수용액을 냉각수와 열교환시키는 열교환기; 및 상기 열교환기를 통과한 수용액을 상기 반응기의 입구로 주입시키는 펌프;를 포함한다. The aqueous solution circulation unit includes a filter for filtering suspended matters in the aqueous solution discharged from the outlet of the reactor; A heat exchanger for exchanging the aqueous solution having passed through the filter with the cooling water; And a pump for injecting the aqueous solution passed through the heat exchanger into the inlet of the reactor.
상기 필터와 상기 열교환기와 상기 펌프 사이를 연결하는 3웨이 밸브를 더 포함한다. And a three-way valve connecting between the filter and the heat exchanger and the pump.
상기 반응기의 입구에 근접 설치되어 상기 반응기로 주입되는 수용액의 온도를 측정하는 제1 온도 계측기; 및 상기 반응기의 출구에 근접 설치되어 상기 반응기로부터 배출되는 수용액의 온도를 측정하는 제2 온도 계측기;를 포함한다. A first temperature gauge installed near the inlet of the reactor to measure the temperature of the aqueous solution injected into the reactor; And a second temperature gauge disposed near the outlet of the reactor to measure the temperature of the aqueous solution discharged from the reactor.
상기 제어부는, 상기 제1, 2 온도 계측기에서 측정된 온도 정보를 전달받아 상기 반응기 내부의 수소 발생 반응을 예측하고, 상기 쓰리웨이 밸브의 동작을 제어하여, 상기 반응기로 주입되는 수용액의 온도를 조절할 수 있다. The controller receives the temperature information measured by the first and second temperature meters, predicts the hydrogen generation reaction in the reactor, and controls the operation of the three-way valve to adjust the temperature of the aqueous solution injected into the reactor .
상기 수용액 순환부에 구비되어, 초기 시동 시 상기 반응기의 입구로 주입되는 수용액을 설정 온도로 가열하는 제1 히터를 포함한다. And a first heater provided in the aqueous solution circulation unit for heating the aqueous solution injected into the inlet of the reactor at an initial startup to a set temperature.
상기 반응기의 내부에 구비되어, 초기 시동 시 상기 반응기에 보관된 수용액을 설정 온도로 가열하는 제2 히터를 포함한다. And a second heater provided in the reactor to heat the aqueous solution stored in the reactor to a predetermined temperature at an initial startup.
또한, 수용액을 저장하는 수용액 탱크; 및 상기 수용액 탱크로부터 상기 반응기로 공급되는 수용액의 공급유동을 개폐 조절하는 밸브;를 포함한다. An aqueous solution tank for storing an aqueous solution; And a valve for opening and closing the supply flow of the aqueous solution supplied from the aqueous solution tank to the reactor.
상기 반응기에 보관된 수용액의 수위를 측정하는 수위측정기를 더 포함하며, 상기 제어부는, 상기 수위측정기에서 측정된 수위 정보를 전달받아, 상기 반응기 내부의 수용액의 수위를 모니터링 하는 한편, 측정된 수위가 기준 수위보다 낮을 경우 상기 밸브를 개방시켜 상기 수용액 탱크로부터 상기 반응기로 수용액을 추가 공급시킬 수 있다. Wherein the control unit receives the level information measured by the level gauge and monitors the level of the aqueous solution in the reactor while the level of the measured level is higher than the level of the aqueous solution in the reactor, The valve may be opened to further supply the aqueous solution from the aqueous solution tank to the reactor.
본 발명인 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템에 의하면, 반응기에 주입되는 수용액의 온도 조절을 통해 수소 발생속도를 제어함으로써, 생산되는 수소의 양을 조절할 수 있는 장점이 있다. According to the metal-fuel hydrogen generation system of the underwater vehicle of the present invention, the amount of produced hydrogen can be controlled by controlling the rate of hydrogen generation through temperature control of the aqueous solution injected into the reactor.
또한, 본 발명인 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템에 의하면, 수용액의 온도 조절을 위하여 반응기 입구 및 출구의 온도를 측정하여, 공급되는 수용액의 온도를 일정하게 조절할 수 있는 장점이 있다. In addition, according to the metal-fuel hydrogen generation system of the underwater vehicle of the present invention, the temperature of the inlet and outlet of the reactor can be measured to adjust the temperature of the aqueous solution to be controlled.
또한, 본 발명인 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템에 의하면, 수소발생시스템의 초기 동작 시 수소 발생을 원활하게 해주기 위하여 별도의 히터를 이용하여 공급되는 수용액의 온도를 높여줄 수 있는 장점이 있다. In addition, according to the metal-fuel hydrogen generation system of the underwater vehicle of the present invention, the temperature of the aqueous solution supplied can be increased by using a separate heater to smoothly generate hydrogen during the initial operation of the hydrogen generation system.
도 1은 일반적인 금속연료를 이용한 수중운동체의 수소공급시스템의 개념도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템의 개념도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템의 개념도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템의 개념도.1 is a conceptual diagram of a hydrogen supply system for an underwater vehicle using a general metal fuel;
2 is a conceptual diagram of a metal-fuel hydrogen generation system for an underwater vehicle according to the first embodiment of the present invention.
3 is a conceptual diagram of a metal-fuel hydrogen generation system for an underwater vehicle according to a second embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram of a metal-fuel hydrogen generation system for an underwater vehicle according to a third embodiment of the present invention.
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.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and the manner of achieving them, will be apparent from and elucidated with reference to the embodiments described hereinafter in conjunction with the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art. To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.
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.In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear. The following terms are defined in consideration of the functions in the embodiments of the present invention, which may vary depending on the intention of the user, the intention or the custom of the operator. Therefore, the definition should be based on the contents throughout this specification.
도면에서, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템의 개념도이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템의 개념도이며, 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템의 개념도이다. 2 is a conceptual diagram of a metal-fuel hydrogen generating system of an underwater vehicle according to a first embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a conceptual diagram of a metal-fuel hydrogen generating system of an underwater vehicle according to a second embodiment of the present invention 4 is a conceptual diagram of a metal-fuel hydrogen generation system for an underwater vehicle according to a third embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템에 관하여 구체적으로 살펴보기로 한다. Hereinafter, a metal-fuel hydrogen generation system for an underwater vehicle according to embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템의 개념도이다. 2 is a conceptual diagram of a metal-fuel hydrogen generation system for an underwater vehicle according to the first embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템은 반응기(110), 수용액 순환부(130), 제어부(150)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the metal-fuel hydrogen generation system of an underwater vehicle includes a
반응기(110)는 금속연료와, 물과 촉매를 혼합한 수용액을 이용하여 수소를 발생시키도록 구성될 수 있다. The
수용액 순환부(130)는 상기 반응기(110)에 주입되는 수용액(L)의 온도를 조절하도록 수용액을 순환시키도록 구성될 수 있다. The aqueous
제어부(150)는 상기 수용액 순환부(130), 더 구체적으로는 후술될 쓰리웨이 밸브(133), 열교환기(135), 펌프(137) 등의 구성을 제어하여 상기 반응기(110)로 주입되는 수용액(L)의 온도를 설정 온도로 제어하여 수소 발생 속도를 조절할 수 있다. The
여기서, 수중운동체라 함은, 수중에서 이동 가능한 장치로서 대표적인 예로서 잠수함 등이 이에 포함될 수 있다. 예컨대, AIP(Air Independent Propulsion) 잠수함은 잠수 중에 외부공기 영향을 받지 않고 추진할 수 있는 잠수함을 말하는데, 대표적으로 연료전지가 사용될 수 있다. Here, the underwater exerciser may include a submarine or the like as a representative example of a device capable of moving in water. For example, an AIP (Air Independent Propulsion) submarine refers to a submarine that can propel without being affected by outside air during diving. Typically, a fuel cell can be used.
연료전지는 연료의 산화에 의해 생기는 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 장치로서, 수소와 같은 기체 반응물질을 외부에서 연속적으로 공급하여 전기의 생성을 도모하고, 반응 후 생성물질은 연속적으로 외부로 배출시킬 수 있다. BACKGROUND ART A fuel cell is a device for directly converting chemical energy generated by oxidation of a fuel into electrical energy. The fuel cell is continuously supplied with a gas reactant such as hydrogen from the outside to generate electricity. Can be discharged.
금속연료는 고순도의 금속, 예를 들면 알루미늄, 마그네슘, 아연, 나트륨 등을 말하는데, 이들은 특정한 조건에서 산성/알칼리 용액과 반응하게 되어 수소를 발생시킬 수 있다. 알루미늄(Al)을 예로 들어 설명하면 다음과 같은 반응식에 따라 수소가 발생된다. Metal fuels refer to metals of high purity, such as aluminum, magnesium, zinc, sodium, etc., which react with acidic / alkaline solutions under certain conditions to generate hydrogen. Taking aluminum (Al) as an example, hydrogen is generated according to the following reaction formula.
Al+3H2O+NaOH → Al(OH)3+NaOH+3/2H2 Al + 3H 2 O + NaOH -> Al (OH) 3 + NaOH + 3 / 2H 2
상기와 같은 반응식에 따라 알루미늄(Al)과 물, 촉매가 반응하여 수소가 발생되는데, 알루미늄 이외에 마그네슘(Mg) 등의 다른 금속 연료가 이용되어도 무방하다. 이때, 촉매도 NaOH 이외에 KOH 등 다른 촉매를 사용할 수 있다.According to the above reaction formula, aluminum (Al) reacts with water and catalyst to generate hydrogen. Other metal fuels such as magnesium (Mg) may be used in addition to aluminum. At this time, other catalyst such as KOH may be used in addition to NaOH.
구체적으로는, 반응기(110)는 전술한 바와 같이, 금속연료와, 물 그리고 촉매가 혼합된 수용액을 공급받아 수소를 발생시킬 수 있는 반응장치를 말한다. Specifically, the
수용액 순환부(130)는 반응기(110)의 출구와 입구 사이를 수용액이 순환하도록 연결된 배관을 통해 구비되는 필터(131), 열교환기(135), 펌프(137)를 포함하여 구성될 수 있다. The aqueous
여기서, 필터(131)는 상기 반응기(110)의 출구로부터 배출된 수용액(L) 내의 부유물을 걸러내는 역할을 담당한다. Here, the
열교환기(135)는 상기 필터(131)를 통과한 수용액을 냉각수와 열교환시킬 수 있다. 이때, 냉각수는 수중운동체, 즉 잠수함 내에서 해수나 청수를 공급하여 이용할 수 있다. The
그리고 펌프(137)는 상기 열교환기(135)를 통과한 수용액을 상기 반응기(110)의 입구로 주입시키는 역할을 담당한다. The
한편, 이러한 필터(131)와 열교환기(135)와 펌프(137) 사이에는 쓰리웨이 밸브(133)가 더 구비될 수 있다. 상기 제어부(150)는 쓰리웨이 밸브(133)의 동작을 제어하여 필터(131)를 통과한 수용액을 열교환기(135)로 보내거나 또는 펌프(137)로 보내도록 제어할 수 있다. Meanwhile, a three-
그리고 이와 같이 구성된 반응기(110)의 입구에는 제1 온도 계측기(138)가 설치될 수 있으며, 반대 편, 즉 반응기(110)의 출구에는 제2 온도 계측기(139)가 설치될 수 있다. A
이에 따라, 제1 온도 계측기(138)에서는 상기 반응기(110)로 주입되는 수용액의 온도를 측정할 수 있으며, 이와 함께 제2 온도 계측기(139)에서는 상기 반응기(110)로부터 배출되는 수용액의 온도를 측정할 수 있다. Accordingly, the temperature of the aqueous solution injected into the
이와 같이 제1, 2 온도 계측기(138, 139)에서 측정된 온도 정보는 제어부(150)로 전달될 수 있다. The temperature information measured by the first and second temperature gauges 138 and 139 may be transmitted to the
제어부(150)는 상기와 같은 온도 정보를 전달받아 반응기(110) 내부의 수소 발생 반응을 예측할 수 있다.The
아울러 제어부(150)는 쓰리웨이 밸브(133)의 동작을 제어하여, 반응기(110)로 주입되는 수용액(L)의 온도를 조절할 수 있다. The
한편, 본 발명의 다른 실시예들에 따르면 필요한 경우(예: 초기 시동 등의 경우) 수용액을 설정 온도로 직접 가열하는 히터의 구성이 추가로 포함될 수 있다. On the other hand, according to other embodiments of the present invention, a configuration of a heater that directly heats the aqueous solution to a set temperature when necessary (for example, in the case of initial startup, etc.) may be further included.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예의 경우로서 수용액 순환부(130) 내에 제1 히터(180)가 설치된 모습을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 2, it can be seen that the
시동 초반에 수용액은 상온의 상태로 초기 시동 시, 수용액의 온도가 낮아 반응이 저하될 우려가 있다. 따라서 수용액의 온도를 반응이 활발히 일어나는 온도(대략 60도~100도)(이하, 설정 온도라 함)로 높여줄 필요성이 있다. At the beginning of the start-up, the aqueous solution is in a normal temperature state, and the temperature of the aqueous solution is low during the initial start-up. Therefore, there is a need to increase the temperature of the aqueous solution to a temperature (approximately 60 to 100 degrees) at which the reaction occurs actively (hereinafter referred to as set temperature).
따라서, 제1 히터(180)는 초기 시동 시 상기 반응기(110)의 입구로 주입되는 수용액을 설정 온도로 가열하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 전기 히터 등이 이용 가능하며, 이에 한정되지는 않는다. Thus, the
도 3을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예의 경우로서 반응기(110) 내부에 제2 히터(190)가 설치된 모습을 확인할 수 있다. Referring to FIG. 3, it can be seen that the
제2 히터(190)는 반응기(110) 내부에 구비되며, 초기 시동 시 반응기에 보관된 수용액(L)을 설정 온도, 즉 반응이 활발히 일어나는 온도로 가열해 줄 수 있다. The
한편, 본 발명의 실시예들에 따르면, 반응기(110)에 수용액을 보충하도록 수용액을 저장하는 수용액 탱크(120)와, 수용액 탱크(120)로부터 반응기(110)로 공급되는 수용액의 공급유동을 개폐 조절하는 밸브(170)를 포함할 수 있다.According to the embodiments of the present invention, the supply flow of the aqueous solution supplied from the
이에 더하여, 반응기(110)에 보관된 수용액(L)의 수위를 측정하는 수위측정기(160)를 더 포함할 수 있다. In addition, it may further include a
이와 같이 구성됨에 따라, 제어부(150)는 수위측정기(160)에서 측정된 수위 정보를 전달받아, 반응기(110) 내부의 수용액의 수위를 모니터링 할 수 있다. 이와 함께, 만일 측정된 수위가 기준 수위보다 낮을 경우 밸브(170)를 개방시켜 수용액 탱크(120)로부터 반응기(110)로 수용액을 추가 공급시킬 수 있다. 이로써, 수소 발생 반응이 진행됨에 따라 반응기(110) 내부의 수용액의 양이 감소할 수 있는데, 감소한 부분의 수용액을 추가하여 반응이 안정적으로 이루어지게 해 줄 수 있다. The
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 반응기에 주입되는 수용액의 온도 조절을 통해 수소 발생속도를 제어함으로써, 생산되는 수소의 양을 조절할 수 있는 장점이 있다. As described above, according to the structure and operation of the present invention, it is possible to control the amount of produced hydrogen by controlling the rate of hydrogen generation through temperature control of the aqueous solution injected into the reactor.
나아가, 수용액의 온도 조절을 위하여 반응기 입구 및 출구의 온도를 측정하여, 공급되는 수용액의 온도를 일정하게 조절할 수 있는 장점이 있다. Further, the temperature of the inlet and outlet of the reactor is measured to control the temperature of the aqueous solution, and the temperature of the supplied aqueous solution can be controlled to be constant.
더 나아가, 수소발생시스템의 초기 동작 시 수소 발생을 원활하게 해주기 위하여 별도의 히터를 이용하여 공급되는 수용액의 온도를 높여줄 수 있는 장점이 있다. Further, in order to smoothly generate hydrogen during the initial operation of the hydrogen generation system, the temperature of the aqueous solution supplied can be increased by using a separate heater.
지금까지 본 발명인 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템에 관하여 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였다. The metal-fuel hydrogen generation system of the underwater vehicle of the present invention has been described with reference to preferred embodiments.
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. The foregoing embodiments are to be considered in all respects as illustrative and not restrictive, the scope of the invention being indicated by the appended claims rather than the foregoing description. It is intended that all changes and modifications that come within the meaning and range of equivalency of the claims are to be embraced within their scope.
110: 반응기
120: 수용액 탱크
130: 수용액 순환부
131: 필터
133: 쓰리웨이 밸브
135: 열교환기
137: 펌프
138, 139: 온도 계측기
150: 제어부
160: 수위측정기
170: 밸브
180: 제1 히터
190: 제2 히터110: Reactor
120: aqueous solution tank
130: aqueous solution circulation part
131: Filter
133: Three way valve
135: heat exchanger
137: Pump
138, 139: Temperature measuring instrument
150:
160: Water level meter
170: Valve
180: first heater
190: Second heater
Claims (9)
상기 반응기에 주입되는 수용액의 온도를 조절하도록 수용액을 순환시키는 수용액 순환부; 및
상기 수용액 순환부를 제어하여 상기 반응기에서의 수소 발생 속도를 제어하는 제어부;
를 포함하는 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템.
A reactor for generating hydrogen using a metal fuel and an aqueous solution containing water and a catalyst;
An aqueous circulation unit circulating the aqueous solution to adjust the temperature of the aqueous solution injected into the reactor; And
A control unit for controlling the rate of hydrogen generation in the reactor by controlling the aqueous solution circulation unit;
Wherein the metal-fueled hydrogen-producing system is a hydrogen-based metal-fuel-generating system.
상기 수용액 순환부는,
상기 반응기의 출구로부터 배출된 수용액 내의 부유물을 걸러내는 필터;
상기 필터를 통과한 수용액을 냉각수와 열교환시키는 열교환기; 및
상기 열교환기를 통과한 수용액을 상기 반응기의 입구로 주입시키는 펌프;를 포함하는 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the aqueous solution circulation unit comprises:
A filter for filtering the suspended matter in the aqueous solution discharged from the outlet of the reactor;
A heat exchanger for exchanging the aqueous solution having passed through the filter with the cooling water; And
And a pump for injecting an aqueous solution passed through the heat exchanger into the inlet of the reactor.
상기 필터와 상기 열교환기와 상기 펌프 사이를 연결하는 3웨이 밸브를 더 포함하는 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템.
3. The method of claim 2,
And a three-way valve connecting the filter and the heat exchanger and the pump.
상기 반응기의 입구에 근접 설치되어 상기 반응기로 주입되는 수용액의 온도를 측정하는 제1 온도 계측기; 및
상기 반응기의 출구에 근접 설치되어 상기 반응기로부터 배출되는 수용액의 온도를 측정하는 제2 온도 계측기;를 포함하는 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템.
3. The method of claim 2,
A first temperature gauge installed near the inlet of the reactor to measure the temperature of the aqueous solution injected into the reactor; And
And a second temperature meter disposed close to the outlet of the reactor for measuring the temperature of the aqueous solution discharged from the reactor.
상기 제어부는,
상기 제1, 2 온도 계측기에서 측정된 온도 정보를 전달받아 상기 반응기 내부의 수소 발생 반응을 예측하고,
상기 쓰리웨이 밸브의 동작을 제어하여, 상기 반응기로 주입되는 수용액의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템.
The method of claim 3,
Wherein,
Wherein the first and second temperature measuring devices receive the temperature information measured by the first and second temperature measuring devices,
Way valve to control the operation of the three-way valve to regulate the temperature of the aqueous solution injected into the reactor.
상기 수용액 순환부에 구비되어, 초기 시동 시 상기 반응기의 입구로 주입되는 수용액을 설정 온도로 가열하는 제1 히터를 포함하는 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템.
3. The method of claim 2,
And a first heater provided in the aqueous solution circulation unit for heating an aqueous solution injected into an inlet of the reactor at an initial startup to a predetermined temperature.
상기 반응기의 내부에 구비되어, 초기 시동 시 상기 반응기에 보관된 수용액을 설정 온도로 가열하는 제2 히터를 포함하는 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템.
3. The method of claim 2,
And a second heater provided inside the reactor for heating the aqueous solution stored in the reactor at a predetermined initial temperature to a predetermined temperature.
수용액을 저장하는 수용액 탱크; 및
상기 수용액 탱크로부터 상기 반응기로 공급되는 수용액의 공급유동을 개폐 조절하는 밸브;를 포함하는 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템.
The method according to claim 1,
An aqueous solution tank for storing an aqueous solution; And
And a valve for opening and closing the supply flow of the aqueous solution supplied from the aqueous solution tank to the reactor.
상기 반응기에 보관된 수용액의 수위를 측정하는 수위측정기를 더 포함하며,
상기 제어부는,
상기 수위측정기에서 측정된 수위 정보를 전달받아, 상기 반응기 내부의 수용액의 수위를 모니터링 하는 한편, 측정된 수위가 기준 수위보다 낮을 경우 상기 밸브를 개방시켜 상기 수용액 탱크로부터 상기 반응기로 수용액을 추가 공급시키는 것을 특징으로 하는 수중운동체의 금속연료 수소발생시스템. The method according to claim 1,
And a level gauge for measuring the level of the aqueous solution stored in the reactor,
Wherein,
The water level information measured by the water level meter is received and the level of the aqueous solution in the reactor is monitored and when the measured water level is lower than the reference water level, the valve is opened to further supply the aqueous solution from the aqueous solution tank to the reactor Wherein the metal-fueled hydrogen-generating system of the underwater vehicle is characterized in that the metal-fueled hydrogen-
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