KR20180031996A - Hydrogen supplying system and mehod of underwater moving body - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수소를 연료로 하는 수중운동체의 금속연료 수소발생기에서 수소를 발생시켜 수중운동체에 공급하는 수중운동체의 수소공급 시스템 및 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a hydrogen supply system and method for an underwater vehicle in which hydrogen is generated in a metal-fuel hydrogen generator of an underwater vehicle using hydrogen as fuel and supplies the hydrogen to an underwater vehicle.
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.
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.
수중운동체 내에는 상기 금속연료를 저장하는 금속연료저장소가 구비되며, 이 금속연료저장소에 저장된 금속연료는 수소발생장치(즉, Reactor)로 공급되고, 전해질과의 반응으로 수소를 발생시킬 수 있다. 그리고 이와 같이 발생된 수소를 이용하여 에너지를 생성한다. In the underwater vehicle, a metal fuel reservoir for storing the metal fuel is provided, and the metal fuel stored in the metal fuel reservoir is supplied to a hydrogen generator (i.e., Reactor), and hydrogen can be generated by reaction with the electrolyte. And the energy is generated by using the generated hydrogen.
한편, 주지된 바와 같이, 금속연료로 수소를 발생하는 방법에는 연소식과 촉매반응식이 있다. 연소식은 물과 금속연료를 리액터에 넣고 온도를 높임으로써 수소를 발생시키는 방식이며, 촉매식은 물과 금속연료, 촉매를 넣고 온도를 높임으로써 수소를 발생시키며 촉매를 투입함으로써 반응온도를 약 80~110b도까지 낮출 수 있다. 그런데, 현재까지 알려진 리액터는 대부분 단일 배치되어, 출력 조절에 어려움이 있었으며, 유지 보수가 힘든 문제점이 있었다.On the other hand, as is well known, there are combustion methods and catalytic reaction methods for generating hydrogen from a metal fuel. The combustion type is to generate hydrogen by adding water and metal fuel to the reactor and increase the temperature. The catalyst type is to generate hydrogen by increasing the temperature by adding water and metal fuel and catalyst, 110b degrees. However, most of the reactors known so far have been arranged in a single place, which has been difficult to control the output, and has a problem in that maintenance is difficult.
본 발명은 수소를 연료로 하는 수중운동체의 금속연료 수소발생기에서 수소를 발생시켜 수중운동체에 공급하는 수중운동체의 수소공급 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to provide a hydrogen supply system and method for an underwater vehicle in which hydrogen is generated in a metal-fuel hydrogen generator of an underwater vehicle using hydrogen as fuel and supplied to an underwater vehicle.
또한, 본 발명은 다수의 리액터를 병렬 배치하여 출력 조절이 가능하며, 리액터의 유지 보수가 쉬우며 리액터의 비연속식 제작이 가능함은 물론, 리액터의 추가 작동 시 기존에 작동 중인 리액터에서 발생하는 열원을 이용하여 시동시킬 수 있어 즉각적인 운전이 가능한 수중운동체의 수소공급 시스템 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.In addition, the present invention is capable of controlling the output by arranging a plurality of reactors in parallel, facilitating the maintenance of the reactor, making the reactor non-continuous, and, in addition, And to provide a hydrogen supply system and method for an underwater vehicle that can be started immediately by using the hydrogen supply 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, According to an aspect of the present invention,
금속연료, 물, 촉매를 공급받아 수소를 발생시키는 리액터(Reactor); 상기 리액터를 수용하며, 수소 발생 반응 시 상기 리액터의 온도를 제어하는 베슬(Vessel); 및 상기 리액터에서 발생된 수소를 공급받아 정제하는 수소정제부를 포함하는 수중운동체의 수소공급 시스템을 제공한다.A reactor for generating hydrogen by receiving metal fuel, water, and a catalyst; A Vessel for receiving the reactor and controlling the temperature of the reactor during a hydrogen evolution reaction; And a hydrogen refining unit for refining and supplying hydrogen generated in the reactor.
상기 베슬은 상기 리액터를 내부공간에 수용하는 용기 형상 부재이며, 내부공간으로 유체가 통과하는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다. The vessel is a container-shaped member for receiving the reactor in the inner space, and has a structure in which the fluid passes through the inner space.
또한, 상기 베슬을 통해 유체가 유입되는 배관에는 제1펌프가 구비되며, 상기 제1펌프는, 상기 리액터 내에서 수소 발생 반응이 시작된 후 상기 리액터의 반응온도가 적정온도에 도달하면 상기 베슬 내부의 유체를 냉각시키도록 동작하는 것을 특징으로 한다. In addition, a first pump is provided in a pipe through which the fluid flows through the vessel, and when the reaction temperature of the reactor reaches an appropriate temperature after the hydrogen generation reaction starts in the reactor, And to cool the fluid.
또한, 상기 제1펌프를 통해 상기 베슬의 내부로 유입되는 유체는, 상기 수중운동체의 청수탱크로부터 공급된 청수를 이용하거나 또는 해수를 이용하는 것을 특징으로 한다. The fluid that flows into the interior of the vessel through the first pump is characterized by using fresh water supplied from a fresh water tank of the underwater vehicle or using seawater.
또한, 상기 컨덴서에 유체를 공급하는 배관에는 제2펌프가 구비되며, 상기 제2펌프를 통해 공급된 유체를 이용하여 상기 리액터에서 공급받은 수소를 냉각시키는 것을 특징으로 한다. A second pump is provided in the pipe for supplying the fluid to the condenser, and the hydrogen supplied from the reactor is cooled using the fluid supplied through the second pump.
또한, 상기 제2펌프를 통해 상기 컨덴서로 유입되는 유체는, 상기 수중운동체의 청수탱크로부터 공급된 청수를 이용하거나 또는 해수를 이용하는 것을 특징으로 한다. The fluid introduced into the condenser through the second pump is characterized by using fresh water supplied from a fresh water tank of the underwater vehicle or using seawater.
또한, 상기 수소정제부는 컨덴서, 제습기 및 팬(Fan) 유닛 중 하나 이상을 포함할 수 있다. Further, the hydrogen refining unit may include at least one of a condenser, a dehumidifier, and a fan unit.
또한, 상기 제습기를 거쳐 공급되는 정제된 상태의 수소는 연료전지로 공급되거나 또는 수소저장용기에 저장되는 것을 특징으로 한다. Further, the purified hydrogen supplied through the dehumidifier is supplied to the fuel cell or is stored in the hydrogen storage container.
또한, 상기 제1펌프는 상기 리액터의 반응온도 검출을 통해 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 한다.The first pump controls the flow rate of the fluid through the reaction temperature detection of the reactor.
한편, 본 발명은, (a) 상기 리액터의 내부에 금속연료, 물, 촉매를 공급하는 단계; (b) 상기 베슬을 통해 상기 리액터의 온도를 제어하는 단계; 및 (c) 상기 리액터에서 발생된 수소를 상기 컨덴서와 제습기를 통과시켜 연료전지에 공급하거나 수소저장용기에 저장하는 단계를 포함하는 수중운동체의 수소공급 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a reactor, comprising the steps of: (a) supplying metal fuel, water and a catalyst into the reactor; (b) controlling the temperature of the reactor through the vessel; And (c) supplying hydrogen generated in the reactor to the fuel cell through the condenser and the dehumidifier, or storing the hydrogen in the hydrogen storage vessel.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, According to another aspect of the present invention,
금속연료, 물, 촉매를 공급받아 수소를 발생시키는 다수의 리액터(Reactor); 상기 다수의 리액터 각각에 구비되며, 수소 발생 반응 시 상기 리액터의 온도를 조절하는 다수의 베슬; 및 상기 다수의 리액터 중 적어도 하나로부터 발생된 수소를 공급받아 정제하는 컨덴서와 제습기를 포함하고, 상기 다수의 리액터들은 병렬적으로 상기 컨덴서와 제습기로 연결되되, 상기 컨덴서와 제습기로 수소를 공급하는 리액터는 선택적인 것을 특징으로 하는 수중운동체의 수소공급 시스템을 제공한다.A plurality of reactors for receiving metal fuel, water, and catalyst to generate hydrogen; A plurality of bosses provided in each of the plurality of reactors for regulating the temperature of the reactor during a hydrogen generation reaction; And a condenser and a dehumidifier for supplying and purifying hydrogen generated from at least one of the plurality of reactors, wherein the plurality of reactors are connected in parallel to the condenser and the dehumidifier, and the reactor for supplying hydrogen to the condenser and the dehumidifier The hydrogen supply system of the underwater vehicle is characterized by being selective.
상기 다수의 리액터의 작동 개수를 조절하여 수소발생량을 조절할 수 있다.The amount of hydrogen generation can be controlled by adjusting the number of operations of the plurality of reactors.
상기 다수의 리액터 각각에 연결되며 금속연료, 물, 촉매를 공급하는 제1 배관; 및 상기 다수의 리액터 각각으로부터 상기 컨덴서까지 연결되며, 상기 다수의 리액터 중 적어도 하나로부터 발생된 수소를 상기 컨덴서로 공급하는 제2 배관을 포함한다. A first pipe connected to each of the plurality of reactors and supplying metal fuel, water, and a catalyst; And a second conduit connected to the condenser from each of the plurality of reactors, for supplying hydrogen generated from at least one of the plurality of reactors to the condenser.
상기 컨덴서와 상기 제습기 사이에는 팬(Fan) 유닛이 구비되는 것이 좋다. A fan unit may be provided between the condenser and the dehumidifier.
한편, 본 발명은, (a) 상기 다수의 리액터에 금속연료, 물, 촉매를 공급하는 단계; 및 (b) 상기 다수의 리액터 중 적어도 하나를 동작시켜 수소를 발생시키는 단계;를 포함하는 병렬 구성된 수중운동체의 수소공급 방법을 제공한다. On the other hand, the present invention provides a method of manufacturing a reactor, comprising the steps of: (a) supplying metal fuel, water, and a catalyst to the plurality of reactors; And (b) operating at least one of the plurality of reactors to generate hydrogen.
상기 (b) 단계에서, 상기 다수의 리액터 각각을 설정시간마다 순차로 운전시키되, 운전을 마친 상기 다수의 리액터 중 적어도 하나에 대해 침전물을 제거할 수 있다.In the step (b), the plurality of reactors may be sequentially operated for each set time, and the precipitate may be removed for at least one of the plurality of reactors after the operation.
본 발명의 일 측면에 따르면, 수소저장합금에 비해 수소를 저장하는데 필요한 장비 질량 및 부피가 작아지는 장점이 있다. 그리고 금속연료만 있을 때는 반응을 하지 않으므로 외부 충격에 의한 수소반응 및 누설이 발생하는 않는 장점이 있다. 그리고 해수 사용시 금속연료 수소발생 반응에 필요한 물을 지속적으로 공급 가능한 장점이 있다. 그리고 금속연료 침전물은 재 처리하여 다시 사용할 수 있는 장점이 있다.According to an aspect of the present invention, there is an advantage that the equipment mass and volume required for storing hydrogen are smaller than the hydrogen storage alloy. In addition, when there is only metal fuel, there is an advantage that hydrogen reaction and leakage due to external impact do not occur since the reaction does not occur. It is also advantageous to continuously supply the water required for metal-fuel hydrogen generation reaction when using seawater. And metal-fuel sediments can be reprocessed and reused.
또한, 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 다수의 리액터를 병렬 배치하여 출력 조절이 가능하며, 유지 보수가 쉬우며 리액터의 비연속식 제작이 가능한 장점이 있다. 그리고 리액터의 추가 작동 시 기존에 작동 중인 리액터에서 발생하는 열원을 이용하여 시동시킬 수 있어 즉각적인 운전이 가능한 장점이 있다.According to another aspect of the present invention, there is an advantage that a plurality of reactors can be arranged in parallel to be capable of output control, easy maintenance, and a reactor can be made non-continuous. In addition, the additional operation of the reactor can be started by using the heat source generated from the reactor in operation, and the operation can be performed immediately.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수중운동체의 수소공급 시스템의 개념도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수중운동체의 수소공급 방법의 순서도.
도 3는 본 발명의 제2 실시예에 따라 병렬 구성된 수중운동체의 수소공급 시스템의 개념도.1 is a conceptual view of a hydrogen supply system for an underwater vehicle according to a first embodiment of the present invention;
2 is a flowchart of a method of supplying hydrogen for an underwater vehicle according to the first embodiment of the present invention;
3 is a conceptual view of a hydrogen supply system for an underwater vehicle constructed in parallel according to a second 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 become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to 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.
<제1 <First 실시예Example >>
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 수중운동체의 수소공급 시스템 및 방법에 관하여 구체적으로 살펴보기로 한다. Hereinafter, a system and method for supplying hydrogen for an underwater vehicle according to a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 수중운동체의 수소공급 시스템의 개념도이다.1 is a conceptual diagram of a hydrogen supply system for an underwater vehicle according to the first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수중운동체의 수소공급 시스템(100)은 리액터(110), 베슬(120), 제1, 2펌프(131,133), 수소정제부(140, 150, 160)을 포함한다. 여기서, 상기 수소정제부는 컨덴서(140), 팬 유닛(150), 그리고 제습기(160)을 모두 포함할 수 있으며, 이에 제한되지 않고 이들 중 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있으며, 도 1에 도시되지 않은 관용의 구성이 더 포함될 수 있다. Referring to FIG. 1, a
이하의 설명에서 수중운동체라 함은, 수중에서 이동 가능한 장치로서, 대표적인 것으로 잠수함을 예로 들 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. In the following description, an underwater exerciser refers to a device capable of moving in water, and examples thereof include, but are not limited to, a submarine.
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 있어 고효율의 무공해 발전장치일 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. And can be a high-efficiency, pollution-free power generation device.
그리고 금속연료라 함은, 고순도의 금속, 예를 들면 알루미늄, 마그네슘, 아연, 나트륨 등을 말하는데, 이들은 특정한 조건에서 산성/알칼리 용액과 반응하여 수소를 발생시킬 수 있다. The metal fuels refer to high purity metals such as aluminum, magnesium, zinc, sodium, etc., which can react with an acidic / alkaline solution under certain conditions to generate hydrogen.
리액터(110)는 금속연료, 물, 촉매를 공급받아 수소를 발생시킬 수 있다. The
금속연료는 상기 리액터(110)로 공급되고, 수소를 발생시킬 수 있다. 그리고 이와 같이 발생된 수소를 이용하여 에너지 생성한다. The metal fuel is supplied to the
예를 들면, 알루미늄(Al), 물(H2O), 그리고 촉매(NaOH)를 이용하여 아래의 반응식과 같은 반응이 나타날 수 있다. For example, using the aluminum (Al), water (H2O), and catalyst (NaOH), the following reaction can be shown.
Al+3H2O+NaOHAl(OH)3+NaOH+3/2H2Al + 3H2O + NaOHAl (OH) 3 + NaOH + 3 / 2H2
상기 반응식에서는 알루미늄(Al)이 이용되었으나, 이와 달리 상기 금속연료로는 Al, Mg 등이 다양하게 이용 가능하며, 수중운동체 주변 해수를 이용할 수 있다. In the above reaction formula, aluminum (Al) is used. Alternatively, Al and Mg may be used as the metal fuel, and seawater around the underwater vehicle may be used.
베슬(120)은 상기 리액터(110)를 수용하며, 수소 발생 반응 시 상기 리액터의 온도를 제어하는 기능을 제공한다. The
컨덴서(140)와 팬 유닛(150)과 제습기(160)는 상기 리액터(110)로부터 발생된 수소를 목표하는 수소순도에 맞게 정제하는 기능을 제공한다.The
구체적으로 살펴보면, 상기 베슬(120)은 상기 리액터(110)를 내부공간에 수용하는 용기 형상 부재로 이루어질 수 있다. 그리고 이의 내부공간으로 유체가 통과하는 구조를 가질 수 있다. Specifically, the
또한, 상기 베슬(120)에는 내부공간에 수용된 유체를 가열하는 별도의 가열장치(121)가 구비될 수 있다. 그런데, 별도의 가열장치(121)가 구비되지 않은 경우에도 운전조건까지 반응이 될 수는 있다. 따라서 상기 가열장치(121)는 상기 베슬(120)에 필수적으로 포함되어야 하는 구성은 아니지만, 선택적으로 필요에 따라 상기 베슬(120)의 내부에 부가되어 이용될 수 있다. 상기 가열장치(121)는 특정 형태로 제한되지 않으며, 전기 히터 등의 관용의 가열수단을 이용할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.In addition, the
그리고 상기 베슬(120)을 통해 유체가 유입되는 배관에는 제1펌프(131)가 구비될 수 있다. 상기 제1펌프(131)는, 상기 리액터(110) 내에서 수소 발생 반응이 시작된 후 상기 리액터(110)의 반응온도가 적정온도에 도달하면 상기 베슬 내부의 유체를 냉각시키도록 동작한다. A
그리고 상기 제1펌프(131)를 통해 상기 베슬(120)의 내부로 유입되는 유체는, 상기 수중운동체의 청수탱크로부터 공급된 청수를 이용하거나 또는 해수를 그대로 이용할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. The fluid flowing into the interior of the
한편, 상기 컨덴서(140)를 통해 유체를 공급하는 배관이 형성된다. 상기 배관에는 제2펌프(133)가 구비되는데, 상기 제2펌프(133)를 통해 공급된 유체를 이용하여 상기 리액터(110)에서 공급받은 수소를 냉각시킬 수 있다. 이때, 상기 제2펌프(133)를 통해 상기 컨덴서(140)로 유입되는 유체는, 상기 수중운동체의 청수탱크로부터 공급된 청수를 이용하거나 또는 해수를 이용할 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. Meanwhile, a pipe for supplying the fluid through the
이와 같이, 상기 리액터(110)를 통해 발생된 수소는 컨덴서(140), 팬 유닛(150), 제습기(160)를 차례로 거치면서 높은 순도의 수소로 정제될 수 있으며, 이와 같이 정제된 상태의 수소는 연료전지로 공급되거나 또는 수소저장용기에 저장되어 사용될 수 있다. As described above, the hydrogen generated through the
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 수중운동체의 수소공급 방법의 순서도이다. 2 is a flowchart of a method of supplying hydrogen for an underwater vehicle according to the first embodiment of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 수중운동체의 수소공급 방법은, 리액터의 내부에 금속연료, 물, 촉매를 공급하는 제1단계(S110)와, 상기 베슬을 통해 상기 리액터의 온도를 제어하는 제2단계(S120)와, 상기 리액터에서 발생된 수소를 상기 컨덴서와 제습기를 통과시켜 연료전지에 공급하거나 수소저장용기에 저장하는 제3단계(S130)를 포함한다. Referring to FIG. 2, the method for supplying hydrogen for an underwater vehicle according to the first embodiment of the present invention includes a first step (S110) of supplying metal fuel, water and a catalyst to the inside of the reactor, A second step S120 of controlling the temperature of the reactor, and a third step S130 of passing hydrogen generated in the reactor through the condenser and the dehumidifier to the fuel cell or storing the hydrogen in the hydrogen storage vessel.
상기 제1단계(S110)를 통해 리액터에서 수소가 발생되는 수소발생 반응은, 발열반응으로써 리액터(110, 도 1 참조)의 온도가 올라가게 되고 온도가 계속 상승하면 후단 냉각설비 부하가 커지므로 적절 온도를 유지시켜야 한다. 이에 베슬(120, 도 1 참조)을 이용하여 리액터의 온도를 제어할 수 있다. In the hydrogen generation reaction in which hydrogen is generated in the reactor through the first step S110, the temperature of the reactor 110 (see FIG. 1) increases due to the exothermic reaction. When the temperature rises continuously, The temperature must be maintained. The vessel 120 (see FIG. 1) can be used to control the temperature of the reactor.
예를 들면, 수소발생 반응이 시작될 때에는 리액터(110, 도 1 참조)의 온도를 높이기 위하여, 베슬(120, 도 1 참조)의 내부에 수용된 유체를 가열하고 유체의 흐름은 없도록 해준다. 그리고 수소발생 반응이 시작되어 리액터의 반응온도가 적정온도에 도달하면 리액터를 냉각하기 위해 제1펌프(131, 도 1 참조)를 동작시켜 청수 또는 해수를 유입시킨다. 이때 상기 제1펌프(131, 도 1 참조)는 상기 리액터(110, 도 1 참조)의 반응온도 검출을 통해 유체의 유량을 조절할 수 있다. For example, when the hydrogen generation reaction is initiated, the fluid contained within the vessel 120 (see FIG. 1) is heated to provide no fluid flow to increase the temperature of the reactor 110 (see FIG. 1). When the hydrogen generation reaction is started and the reaction temperature of the reactor reaches an appropriate temperature, the first pump 131 (see FIG. 1) is operated to cool the reactor to introduce fresh water or seawater. At this time, the first pump 131 (see FIG. 1) can control the flow rate of the fluid through the reaction temperature detection of the reactor 110 (see FIG. 1).
한편, 제3단계(S130)에서는 상기 리액터(110, 도 1 참조)에서 발생된 수소가 컨덴서(140, 도 1 참조), 팬 유닛(150, 도 1 참조), 제습기(160, 도 1 참조)를 차례로 거쳐 정제되고, 연료전지로 공급되거나 저장용기에 저장될 수 있다.1), the fan unit 150 (see FIG. 1), the dehumidifier 160 (see FIG. 1), the hydrogen generated in the reactor 110 (see FIG. 1) In turn, may be supplied to the fuel cell or stored in a storage container.
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 수소저장합금에 비해 수소를 저장하는데 필요한 장비 질량 및 부피가 작아지는 장점이 있다.As described above, according to the structure and operation of the present invention, there is an advantage that the equipment mass and volume required for storing hydrogen are smaller than the hydrogen storage alloy.
또한, 금속연료만 있을 때는 반응을 하지 않으므로 외부 충격에 의한 수소반응 및 누설이 발생하는 않는 장점이 있다. In addition, when there is only a metal fuel, there is an advantage that no hydrogen reaction or leakage due to external impact occurs because no reaction occurs.
또한, 해수 사용시 금속연료 수소발생 반응에 필요한 물을 지속적으로 공급 가능한 장점이 있다. In addition, there is an advantage that water required for the metal-fuel hydrogen generation reaction can be continuously supplied when seawater is used.
또한, 금속연료 침전물은 재 처리하여 다시 사용할 수 있는 장점이 있다. In addition, metal-fuel sediments can be re-treated and reused.
<제2 <2nd 실시예Example >>
한편, 기존의 수소공급 시스템은 단일의 리액터를 갖도록 구성되어 있었다. 그런데 이 같이 구성된 수소공급 시스템은 리액터가 하나인 까닭에 출력 조절, 즉 수소발생량을 조절하는데 어려움이 있었고, 운전 중인 리액터를 정지시켜 침전물을 제거할 수 없어 유지 보수에 어려움이 따랐다. On the other hand, the conventional hydrogen supply system is configured to have a single reactor. However, the hydrogen supply system having such a structure has difficulties in controlling the output, that is, controlling the amount of hydrogen generation because the reactor is one, and it is difficult to maintain the reactor because the reactor can not be stopped and the precipitate can not be removed.
이에, 본 발명은 상기와 같은 종래의 기술이 갖는 문제를 후술하는 제2 실시예를 통하여 해결하고자 한다.Accordingly, the present invention intends to solve the problems of the above conventional art through a second embodiment which will be described later.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따라 병렬 구성된 수중운동체의 수소공급 시스템의 개념도이다.3 is a conceptual diagram of a hydrogen supply system for an underwater vehicle constructed in parallel according to a second embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 수중운동체의 수소공급 시스템(100A)은 다수의 리액터(110a, 110b, 110c), 다수의 베슬(120a, 120b, 120c), 컨덴서(140), 팬 유닛(150), 제습기(160)를 포함한다. 3, the
상기 수소공급 시스템(100A)은 다수의 리액터(110a, 110b, 110c)를 갖는데, 구체적인 예로서, 도 3에는 3개의 리액터, 즉 제1 리액터(110a), 제2 리액터(110b), 그리고 제3 리액터(110c)를 갖는 구성을 가진다. The
상기 제1, 2, 3 리액터(110a, 110b, 110c)는 병렬로 구성되어 금속연료, 물, 촉매를 각각 개별적으로 공급받아 수소를 발생시킬 수 있다. The first, second, and
예컨대, 금속연료는 상기 제1, 2, 3 리액터(110a, 110b, 110c) 중 적어도 하나 이상으로 공급되고, 공급된 리액터에서 수소를 발생시킬 수 있다. 그리고 이와 같이 발생된 수소를 이용하여 에너지 생성한다. 예를 들면, 알루미늄(Al), 물(H2O), 그리고 촉매(NaOH)를 이용하여 아래의 반응식과 같은 반응이 나타날 수 있다. For example, the metal fuel may be supplied to at least one of the first, second, and
Al+3H2O+NaOHAl(OH)3+NaOH+3/2H2Al + 3H2O + NaOHAl (OH) 3 + NaOH + 3 / 2H2
상기 반응식에서는 알루미늄(Al)이 이용되었으나, 이와 달리 상기 금속연료로는 Al, Mg 등이 다양하게 이용 가능하며, 수중운동체 주변 해수를 이용할 수 있다. In the above reaction formula, aluminum (Al) is used. Alternatively, Al and Mg may be used as the metal fuel, and seawater around the underwater vehicle may be used.
또한, 바람직하게는 이와 같은 구성에 따라, 상기 제1, 2, 3 리액터(110a, 110b, 110c)의 작동 개수(즉, 운전 대수)를 조절하여 출력인 수소발생량을 조절할 수 있다. According to this configuration, it is preferable to control the number of operations of the first, second, and
한편, 상기 제1, 2, 3 리액터(110a, 110b, 110c) 각각의 입측에는 이들 각각에 대해 금속연료, 물, 촉매를 공급하는 제1 배관(101)이 설치될 수 있다. 그리고 바람직하게는 상기 제1 배관(101)에는 상기 제1, 2, 3 리액터(110a, 110b, 110c) 각각으로 금속연료, 물, 촉매를 공급하도록 제3 펌프(105)가 구비될 수 있으며, 이에 제한되지 않는다. On the other hand, a
그리고 상기 제1, 2, 3 리액터(110a, 110b, 110c) 각각의 출측에는 이들 각각으로부터 발생된 수소를 컨덴서(140)까지 공급하는 제2 배관(103)이 설치될 수 있다. A
한편, 상기 제1, 2, 3 리액터(110a, 110b, 110c) 각각에 하나씩 구비되며, 상기 제1, 2, 3 리액터(110a, 110b, 110c) 내에서 수소가 발생될 때 리액터의 온도를 조절하는 다수의 베슬(120a, 120b, 120c)을 포함할 수 있다. 설명의 편의상 상기 제1 리액터(110a)를 감싸 설치되는 것을 제1 베슬(120a)이라 하며, 제2 리액터(110b)를 감싸 설치되는 것을 제2 베슬(120b)이라 하며, 제3 리액터(110c)를 감싸 설치되는 것을 제3 베슬(120c)이라 한다. One of the first, second and
그리고 상기 제1, 2, 3 리액터(110a, 110b, 110c) 중 하나 이상으로부터 수소가 발생되면, 발생된 수소는 제2 배관(103)을 통해 컨덴서(140), 팬 유닛(150), 제습기(160)를 거쳐 연료 전지 등으로 정제되어 공급될 수 있다. When hydrogen is generated from at least one of the first, second and
다시 말해, 상기 제1, 2, 3 리액터(110a, 110b, 110c) 중 하나 이상으로부터 발생된 수소는 컨덴서(140), 팬 유닛(150), 제습기(160)를 차례로 거치면서 높은 순도의 수소로 정제될 수 있으며, 이와 같이 정제된 상태의 수소는 연료전지로 공급되거나 또는 수소저장용기에 저장되어 사용될 수 있다. In other words, the hydrogen generated from at least one of the first, second and
한편, 컨덴서(140)는 냉각 타워(Cooling Tower)로부터 냉각수를 공급 받는데, 냉각수의 공급을 위해 제4 펌프(107)를 구비할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. On the other hand, the
이와 같이 구성된 본 발명의 제2 실시예에 따른 병렬 구성된 수중운동체의 수소공급 방법은 다수의 리액터 중 운전하는 개수를 통해 출력 조절이 가능한 점에 특징이 있으며, 다수의 리액터 중 운전 중이 아닌 리액터에 대한 유지보수가 가능하다. The hydrogen supply method of the parallel-structured underwater vehicle according to the second embodiment of the present invention is characterized in that the output can be adjusted through the number of operations among a plurality of reactors, and among the plurality of reactors, Maintenance is possible.
예컨대, 다수의 리액터를 비연속으로 제작할 수 있는데, 이들 다수의 리액터 각각을 설정시간마다 순차로 운전시키되, 운전을 마친 상기 다수의 리액터 중 적어도 하나에 대해 침전물을 제거할 수 있어 유지 보수 기능이 향상될 수 있다. For example, a plurality of reactors can be produced discontinuously, and each of the plurality of reactors can be sequentially operated for each set time, and at least one of the plurality of reactors after operation can be removed, thereby improving the maintenance function .
그리고 기 운전중인 리액터 이외에 추가로 리액터를 작동시킬 때 기존에 동작 중인 리액터에서 발생하는 열원을 이용하여 시동시킬 수 있어 즉각적인 운전이 가능하다는 장점이 있다. In addition to the reactors in operation, additional reactors can be started by using a heat source generated from a reactor that is currently operating, thereby enabling immediate operation.
한편, 도 3에는 다수의 리액터, 즉 제1, 2, 3 리액터(110a, 110b, 110c)에서 발생되는 수소가 동일한 하나의 컨덴서(140)로 이동하는 형태로 나타나 있으나 이에 제한되지 않는다. 예컨대, 다수의 리액터 각각에 대해 해당 컨덴서가 개별로 설치된 구성을 가질 수 있다. 3, hydrogen generated from the plurality of reactors, that is, the first, second, and
상술한 바와 같이, 본 발명의 구성 및 작용에 따르면, 다수의 리액터를 병렬 배치하여 출력 조절이 가능하며, 유지 보수가 쉬우며 리액터의 비연속식 제작이 가능한 장점이 있다.As described above, according to the structure and operation of the present invention, it is possible to arrange a plurality of reactors in parallel to adjust the output, to easily maintain the reactor, and to make the reactor non-continuous.
또한, 본 발명에 의하면, 리액터의 추가 작동 시 기존에 작동 중인 리액터에서 발생하는 열원을 이용하여 시동시킬 수 있어 즉각적인 운전이 가능한 장점이 있다.Further, according to the present invention, the additional operation of the reactor can be started by using the heat source generated in the reactor in operation, so that the operation can be performed immediately.
지금까지 본 발명에 관하여 바람직한 실시예들을 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. The foregoing has been described with reference to preferred embodiments with reference to the present invention. 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.
100, 100A: 수중운동체의 수소공급 시스템
101: 제1 배관
103: 제2 배관
105: 제3 펌프
107: 제4 펌프
110: 리액터
120: 베슬
110a: 제1 리액터
120a: 제1 베슬
110b: 제2 리액터
120b: 제2 베슬
110c: 제3 리액터
120c: 제3 베슬
121: 가열장치
131: 제1펌프
133: 제2펌프
140: 컨덴서
150: 팬 유닛
160: 제습기100, 100A: Hydrogen supply system of underwater vehicle
101: first piping
103: Second piping
105: Third pump
107: Fourth pump
110: reactor
120: Vessel
110a: first reactor
120a:
110b: the second reactor
120b:
110c: third reactor
120c: Third Vessel
121: Heating device
131: first pump
133: Second pump
140: capacitor
150: Fan unit
160: dehumidifier
Claims (16)
금속연료, 물, 촉매를 공급받아 수소를 발생시키는 리액터(Reactor);
상기 리액터를 수용하며, 수소 발생 반응 시 상기 리액터의 온도를 제어하는 베슬(Vessel); 및
상기 리액터에서 발생된 수소를 공급받아 정제하는 수소정제부를 포함하는,
수중운동체의 수소공급 시스템.As a hydrogen supply system for an underwater vehicle,
A reactor for generating hydrogen by receiving metal fuel, water, and a catalyst;
A Vessel for receiving the reactor and controlling the temperature of the reactor during a hydrogen evolution reaction; And
And a hydrogen refining unit for refining hydrogen supplied from the reactor,
Hydrogen supply system for underwater vehicles.
상기 베슬은 상기 리액터를 내부공간에 수용하는 용기 형상 부재이며, 내부공간으로 유체가 통과하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는,
수중운동체의 수소공급 시스템.The method according to claim 1,
Characterized in that the vessel is a container-shaped member for receiving the reactor in the inner space, and has a structure in which the fluid passes through the inner space.
Hydrogen supply system for underwater vehicles.
상기 베슬을 통해 유체가 유입되는 배관에는 제1펌프가 구비되며,
상기 제1펌프는, 상기 리액터 내에서 수소 발생 반응이 시작된 후 상기 리액터의 반응온도가 적정온도에 도달하면 상기 베슬 내부의 유체를 냉각시키도록 동작하는 것을 특징으로 하는,
수중운동체의 수소공급 시스템.The method according to claim 1,
A first pump is provided in a pipe through which the fluid flows through the vessel,
Wherein the first pump is operative to cool the fluid inside the vessel when the reaction temperature of the reactor reaches an appropriate temperature after a hydrogen evolution reaction has begun in the reactor.
Hydrogen supply system for underwater vehicles.
상기 제1펌프를 통해 상기 베슬의 내부로 유입되는 유체는, 상기 수중운동체의 청수탱크로부터 공급된 청수를 이용하거나 또는 해수를 이용하는 것을 특징으로 하는,
수중운동체의 수소공급 시스템.The method of claim 3,
Characterized in that the fluid that flows into the interior of the vessel through the first pump uses fresh water supplied from a fresh water tank of the underwater vehicle or uses seawater.
Hydrogen supply system for underwater vehicles.
상기 컨덴서에 유체를 공급하는 배관에는 제2펌프가 구비되며,
상기 제2펌프를 통해 공급된 유체를 이용하여 상기 리액터에서 공급받은 수소를 냉각시키는 것을 특징으로 하는,
수중운동체의 수소공급 시스템. The method according to claim 1,
A second pump is provided in a pipe for supplying fluid to the condenser,
And the hydrogen supplied from the reactor is cooled using the fluid supplied through the second pump.
Hydrogen supply system for underwater vehicles.
상기 제2펌프를 통해 상기 컨덴서로 유입되는 유체는, 상기 수중운동체의 청수탱크로부터 공급된 청수를 이용하거나 또는 해수를 이용하는 것을 특징으로 하는,
수중운동체의 수소공급 시스템.6. The method of claim 5,
Characterized in that the fluid that flows into the condenser through the second pump uses fresh water supplied from a fresh water tank of the underwater vehicle or seawater.
Hydrogen supply system for underwater vehicles.
상기 수소정제부는,
컨덴서, 제습기 및 팬(Fan) 유닛 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
수중운동체의 수소공급 시스템.The method according to claim 1,
The hydrogen purifier may further include:
A condenser, a dehumidifier, and a fan unit.
Hydrogen supply system for underwater vehicles.
상기 제습기를 거쳐 공급되는 정제된 상태의 수소는 연료전지로 공급되거나 또는 수소저장용기에 저장되는 것을 특징으로 하는,
수중운동체의 수소공급 시스템.8. The method of claim 7,
Wherein the purified state hydrogen supplied via the dehumidifier is supplied to the fuel cell or stored in the hydrogen storage container.
Hydrogen supply system for underwater vehicles.
상기 제1펌프는 상기 리액터의 반응온도 검출을 통해 유체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는,
수중운동체의 수소공급 시스템.The method of claim 3,
Wherein the first pump regulates the flow rate of the fluid through the reaction temperature detection of the reactor.
Hydrogen supply system for underwater vehicles.
(a) 상기 리액터의 내부에 금속연료, 물, 촉매를 공급하는 단계;
(b) 상기 베슬을 통해 상기 리액터의 온도를 제어하는 단계; 및
(c) 상기 리액터에서 발생된 수소를 정제하여 연료전지에 공급하거나 수소저장용기에 저장하는 단계를 포함하는,
수중운동체의 수소공급 방법.10. A method of supplying hydrogen for an underwater vehicle using the hydrogen supply system of an underwater vehicle according to any one of claims 1 to 9,
(a) supplying metal fuel, water and catalyst into the reactor;
(b) controlling the temperature of the reactor through the vessel; And
(c) purifying the hydrogen generated in the reactor to supply it to the fuel cell or store it in a hydrogen storage vessel.
A method for supplying hydrogen to an underwater vehicle.
금속연료, 물, 촉매를 공급받아 수소를 발생시키는 다수의 리액터(Reactor);
상기 다수의 리액터 각각에 구비되며, 수소 발생 반응 시 상기 리액터의 온도를 조절하는 다수의 베슬; 및
상기 다수의 리액터 중 적어도 하나로부터 발생된 수소를 공급받아 정제하는 컨덴서와 제습기를 포함하고,
상기 다수의 리액터들은 병렬적으로 상기 컨덴서와 제습기로 연결되되, 상기 컨덴서와 제습기로 수소를 공급하는 리액터는 선택적인 것을 특징으로 하는,
수중운동체의 수소공급 시스템.As a hydrogen supply system for an underwater vehicle,
A plurality of reactors for receiving metal fuel, water, and catalyst to generate hydrogen;
A plurality of bosses provided in each of the plurality of reactors for regulating the temperature of the reactor during a hydrogen generation reaction; And
A condenser and a dehumidifier for supplying and purifying hydrogen generated from at least one of the plurality of reactors,
Wherein the plurality of reactors are connected in parallel to the condenser and the dehumidifier, wherein the reactor for supplying hydrogen to the condenser and the dehumidifier is optional.
Hydrogen supply system for underwater vehicles.
상기 다수의 리액터의 작동 개수를 조절하여 수소발생량을 조절하는
수중운동체의 수소공급 시스템.12. The method of claim 11,
And controlling the number of operations of the plurality of reactors to adjust the amount of generated hydrogen
Hydrogen supply system for underwater vehicles.
상기 다수의 리액터 각각에 연결되며 금속연료, 물, 촉매를 공급하는 제1 배관; 및
상기 다수의 리액터 각각으로부터 상기 컨덴서까지 연결되며, 상기 다수의 리액터 중 적어도 하나로부터 발생된 수소를 상기 컨덴서로 공급하는 제2 배관을 포함하는
수중운동체의 수소공급 시스템.12. The method of claim 11,
A first pipe connected to each of the plurality of reactors and supplying metal fuel, water, and a catalyst; And
And a second conduit connected to the condenser from each of the plurality of reactors, the second conduit supplying hydrogen generated from at least one of the plurality of reactors to the condenser
Hydrogen supply system for underwater vehicles.
상기 컨덴서와 상기 제습기 사이에는 팬(Fan) 유닛이 구비되는 것을 특징으로 하는,
수중운동체의 수소공급 시스템.12. The method of claim 11,
And a fan unit is provided between the condenser and the dehumidifier.
Hydrogen supply system for underwater vehicles.
(a) 상기 다수의 리엑터에 금속연료, 물, 촉매를 공급하는 단계; 및
(b) 상기 다수의 리액터 중 적어도 하나를 동작시켜 수소를 발생시키는 단계;를 포함하는
수중운동체의 수소공급 방법.A method for supplying hydrogen for an underwater vehicle using the hydrogen supply system for an underwater vehicle according to any one of claims 11 to 14,
(a) supplying metal fuel, water, and a catalyst to the plurality of reactors; And
(b) operating at least one of the plurality of reactors to generate hydrogen
A method for supplying hydrogen to an underwater vehicle.
상기 (b) 단계에서,
상기 다수의 리액터 각각을 설정시간마다 순차로 운전시키되, 운전을 마친 상기 다수의 리액터 중 적어도 하나에 대해 침전물을 제거하는
수중운동체의 수소공급 방법.16. The method of claim 15,
In the step (b)
Wherein each of the plurality of reactors is operated in sequence for each set time, and at least one of the plurality of reactors after operation is removed
A method for supplying hydrogen to an underwater vehicle.
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- 2016-09-21 KR KR1020160120578A patent/KR102618261B1/en active IP Right Grant
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|---|---|
| KR102618261B1 (en) | 2023-12-26 |
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