KR20180078559A - 금속연료를 이용한 수소발생장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 금속연료를 이용한 수소발생장치에 관한 것이다. 이를 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속연료를 이용한 수소발생장치는, 원주방향의 면에 다공성 판과 다수의 노즐이 형성되고, 다공성 판을 통해 촉매 수용액이 공급되고, 하부에는 알루미늄 분말과 이송가스가 공급되고, 내부에서 촉매 수용액과 알루미늄 분말의 가수분해 반응을 통해 수소가스를 발생시키고, 내부에서의 반응을 통해 수소가스를 상부로 배출하는 반응기와, 반응기의 하부에 연결되어, 반응기에서 생성된 부산물의 무게를 측정하는 무게측정기와, 반응기의 하부와 연결되어, 무게측정기에서 측정된 부산물의 무게가 설정된 무게가 될 때 개방되어 부산물을 배출하는 제어밸브와, 제어밸브와 연결되어 제어밸브가 개방될 때 반응기로부터 부산물을 공급받고, 바다로부터 해수를 공급받고, 부산물과 해수를 혼합하여 이동시키는 해수공급배관과, 해수공급배관에 연결되어 해수공급배관으로부터 해수와 부산물을 공급받아, 해수를 분리하여 반응기에 공급하는 부산물 분리기를 포함한다.
Description
본 발명은 금속연료를 이용한 수소발생장치에 관한 것으로, 특히 촉매 수용액과 알루미늄 분말의 가수분해 반응을 통해 수소가스를 발생시키고 부산물을 배출하는 금속연료를 이용한 수소발생장치에 관한 것이다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진시키기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래 기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
연료전지는 수소의 화학에너지를 전기에너지로 변환시키는 장치이고 연료전지의 용도와 용량에 맞추어 다양한 종류의 연료전지가 개발되고 있다. 그 중 이동형 및 수송용 고분자전해질 연료전지(PEMFC)는 수W~수kW 범위의 용량이며 자동차, 군사용 로봇, 잠수정 및 잠수함 등 많은 분야에 적용되고 있다. 이와 같은 연료전지를 적용하는데 연료인 수소를 저장하며 공급하는 방법이 문제가 되고 있다.
금속수소 저장방식, 고압가스 저장방식 및 액화 저장방식과 같은 수소저장방식과는 다른 방식으로는 금속수소화합물을 이용한 가역적 수소화물 저장과 비가역적 수소화물 저장방법이 있다. 가역적 수소화물로는 MgH2, NaAlH4 등이 있지만 정치형에 적합하고, 비가역적 수소화물인 NaBH4는 가격도 비싸며 귀금속 촉매를 통해 빠른 반응이 일어나므로 전체적으로 가격적인 측면에서 우수하지 못하다.
이에 반해, 알루미늄은 가격이 저렴하고 일반인들도 흔히 사용해 쉽게 접근할 수 있는 금속이므로 수소를 발생시키는 원료로 연구가 활발히 진행되고 있다.
알루미늄은 외부에 노출될 경우 산화피막이 발생하여 수분과의 반응을 방해하는 특성을 갖는다. 그러나, 알루미늄은 강산이나 강염기를 만나면 산화피막과 반응하여 산화피막이 사라지면서 물과 반응할 수 있게 된다. 수산화나트륨(NaOH)와 같은 알칼리 용액을 알루미늄에 넣으면 후술하는 반응식 1과 같은 발열반응이 진행된다.
[반응식 1]
발열반응이 완료되면 알루미늄과 물이 소모되고 수산화나트륨(NaOH)은 소모되지 않고 촉매역할을 한다.
위와 같은 반응을 통해 수소를 발생시키는 장치들 중에서 회분식 반응기를 이용하면 반응기 내에 저장된 알루미늄이 수산화나트륨(NaOH)과 같은 촉매 수용액과 반응하여 수소가 발생하지만, 발생되는 부산물인 수산화알루미늄(Al(OH)3)은 반응기 내 저장되어 있기 때문에 알루미늄의 반응표면적을 감소시켜 수소 발생속도를 저하하고 모든 반응이 완료된 후에 제거할 경우 경화되어 반응기 유지보수에 어려움이 있으므로 연속운전이 필요하고 유지보수가 간편해야 하는 자동차 및 잠수함과 같은 이동수단에 연료공급장치로 적용하는 것은 타당하지 않다.
따라서, 자동차 또는 잠수함 등에 적용하기 위해서는 알루미늄과 촉매 수용액을 연속적으로 공급하면서 부산물을 처리할 수 있는 장치가 개발되어야 하는 실정이다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 촉매 수용액과 알루미늄 분말의 연속적 공급과 반응기 내의 다수의 노즐 조절을 통해 수소 발생량을 조절할 수 있고 해수를 통해 부산물을 처리할 수 있는 금속연료를 이용한 수소발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 금속연료를 이용한 수소발생장치는, 원주방향의 면에 다공성 판과 다수의 노즐이 형성되고, 다공성 판을 통해 촉매 수용액이 공급되고, 하부에는 알루미늄 분말과 이송가스가 공급되고, 내부에서 촉매 수용액과 알루미늄 분말의 가수분해 반응을 통해 수소가스를 발생시키고, 내부에서의 반응을 통해 수소가스를 상부로 배출하는 반응기; 반응기의 하부에 연결되어, 반응기에서 생성된 부산물의 무게를 측정하는 무게측정기; 반응기의 하부와 연결되어, 무게측정기에서 측정된 부산물의 무게가 설정된 무게가 될 때 개방되어 부산물을 배출하는 제어밸브; 제어밸브와 연결되어 제어밸브가 개방될 때 반응기로부터 부산물을 공급받고, 바다로부터 해수를 공급받고, 부산물과 해수를 혼합하여 이동시키는 해수공급배관; 및 해수공급배관에 연결되어 해수공급배관으로부터 해수와 부산물을 공급받아, 해수를 분리하여 반응기에 공급하는 부산물 분리기를 포함한다.
여기서, 촉매 수용액은 강염기 수용액이며, 일례로 수산화나트륨 수용액을 들 수 있다.
또한, 이송가스는 불활성 기체 또는 수소가스이다.
또한, 다수의 노즐은 반응기의 원주방향의 면에 다수의 라인으로 동일한 간격으로 배치된다.
또한, 반응기의 하부는 아래로 갈수록 폭이 좁아진다.
또한, 제어밸브는 부산물이 배출된 후 폐쇄된다.
또한, 부산물 불리기와 반응기 사이에 해수회수배관이 연결되고, 해수회수배관에는 해수조절밸브가 구비된다.
또한, 무게측정기는 로드셀이다.
본 발명에 따르면, 촉매 수용액과 알루미늄 분말의 연속적 공급과 부산물의 배출 제어를 통해 수소 발생량을 조절할 수 있다.
또한, 원주 방향의 다수 노즐을 통해 촉매 수용액을 반응기에 공급함으로써 알루미늄과 촉매 수용액의 반응성을 향상시킴으로써 수소 발생 수율을 높일 수 있다.
또한, 부산물의 무게 측정 및 해수 공급을 통해 부산물을 처리할 수 있는 금속연료를 이용한 수소발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속연료를 이용한 수소발생장치의 단면을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무게측정을 통해 부산물을 배출하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무게측정을 통해 부산물을 배출하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속연료를 이용한 수소발생장치의 단면을 나타낸 개략도이다. 도 1을 참조하면, 금속연료를 이용한 수소발생장치는, 반응기(100), 무게측정기(200), 제어밸브(300), 해수공급배관(400) 및 부산물 분리기(500), 해수회수배관(600) 및 해수조절밸브(700)를 포함할 수 있다.
반응기(100)는 원주방향의 면에 다공성 판(110)과 다수의 노즐(120)이 형성되고, 다공성 판(110)을 통해 촉매 수용액이 공급되고, 하부에는 알루미늄 분말과 이송가스가 공급된다. 다수의 노즐(120)은 반응기(100)의 원주방향의 면에 다수의 라인으로 동일한 간격으로 배치된다. 이와 같은 다수의 노즐(120)의 배치는 촉매 수용액이 반응기(100)의 내부로 균등하게 인입될 수 있게 된다. 촉매 수용액은 수산화나트륨 수용액이고, 이송가스는 불활성 기체 또는 수소가스이다. 또한, 반응기(100)는 내부에서 촉매 수용액과 알루미늄 분말의 가수분해 반응을 통해 수소가스를 발생시키고, 내부에서의 반응을 통해 수소가스를 상부로 배출한다. 반응기(100)의 하부는 아래로 갈수록 폭이 좁아진다. 반응기(100)의 하부가 아래로 갈수록 좁아짐으로써 무게측정기(200)에서 부산물의 무게를 측정할 수 있도록 한 곳으로 모아주는 역할을 한다.
무게측정기(200)는 반응기(100)의 하부에 연결되어, 반응기(100)에서 생성된 부산물의 무게를 측정한다. 무게측정기는 로드셀(load cell)일 수 있다. 로드셀은 무게를 받으면 압축되거나 늘어나는 변형이 생기는데, 이러한 변형량으로부터 무게를 측정한다.
제어밸브(300)는 반응기(100)의 하부와 연결되어, 무게측정기(200)에서 측정된 부산물의 무게가 설정된 무게가 될 때 개방되어 부산물을 배출한다. 무게측정을 통해 부산물을 배출하는 과정은 후술하는 도 2에서 살펴보기로 한다. 제어밸브(300)는 부산물이 배출된 후 폐쇄된다. 부산물이 모두 배출된 후에는 부산물을 배출할 필요가 없으므로 제어밸브(300)가 폐쇄되도록 한다.
해수공급배관(400)은 제어밸브(300)와 연결되어 제어밸브(300)가 개방될 때 반응기(100)로부터 부산물을 공급받고, 바다로부터 해수를 공급받고, 부산물과 해수를 혼합하여 이동시킨다. 즉, 해수공급배관(400)은 서로 다른 경로를 통해 부산물과 해수를 공급받는다.
부산물 분리기(500)는 해수공급배관(400)에 연결되어 해수공급배관(400)으로부터 해수와 부산물을 공급받아, 해수를 분리하여 반응기(100)에 공급한다. 이렇게 하여, 해수의 회수를 통해 해수를 재사용할 수 있게 된다. 부산물 분리기(500)와 반응기(100) 사이에 해수회수배관(600)이 연결되고, 해수회수배관(600)에는 해수조절밸브(700)가 구비된다. 해수회수배관(600)에 해수조절밸브(700)가 구비되는 이유는 해수회수배관(600)을 통해 흐르는 해수의 양을 적절히 조절할 수 있게 하기 위함이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 무게측정을 통해 부산물을 배출하는 과정을 나타낸 흐름도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 무게측정을 통해 부산물을 배출하는 과정은 후술하는 바와 같다.
먼저, 무게측정기(200)는 반응기(100)에서 생성된 부산물의 무게를 감지한다(S100). 무게측정기는 로드셀(load cell)이 사용될 수 있으며, 로드셀은 무게를 받으면 압축되거나 늘어나는 변형이 생기는데, 이러한 변형량으로부터 무게를 측정한다.
S100 이후, 무게측정기(200)는 부산물의 무게가 설정된 무게에 도달하였는지를 판단한다(S200).
S200 이후, 부산물의 무게가 설정된 무게에 도달하면, 제어밸브(300)가 개방되어 부산물을 배출한다(S300). 반대로, 부산물의 무게가 설정된 무게에 도달하지 않으면, 제어밸브(300)가 개방되지 않고 무게측정기(200)가 반응기(100)에서 생성된 부산물의 무게를 계속 감지한다.
전술한 본 발명의 실시예는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100 : 반응기(100) 110 : 다공성 판
120 : 다수의 노즐 200 : 무게측정기
300 : 제어밸브 400 : 해수공급배관
500 : 부산물 분리기 600 : 해수회수배관
700 : 해수조절밸브
120 : 다수의 노즐 200 : 무게측정기
300 : 제어밸브 400 : 해수공급배관
500 : 부산물 분리기 600 : 해수회수배관
700 : 해수조절밸브
Claims (8)
- 원주방향의 면에 다공성 판과 다수의 노즐이 형성되고, 상기 다공성 판을 통해 촉매 수용액이 공급되고, 하부에는 알루미늄 분말과 이송가스가 공급되고, 내부에서 상기 촉매 수용액과 상기 알루미늄 분말의 가수분해 반응을 통해 수소가스를 발생시키고, 내부에서의 반응을 통해 수소가스를 상부로 배출하는 반응기;
상기 반응기의 하부에 연결되어, 상기 반응기에서 생성된 부산물의 무게를 측정하는 무게측정기;
상기 반응기의 하부와 연결되어, 상기 무게측정기에서 측정된 부산물의 무게가 설정된 무게가 될 때 개방되어 상기 부산물을 배출하는 제어밸브;
상기 제어밸브와 연결되어 상기 제어밸브가 개방될 때 상기 반응기로부터 상기 부산물을 공급받고, 바다로부터 해수를 공급받고, 상기 부산물과 상기 해수를 혼합하여 이동시키는 해수공급배관; 및
상기 해수공급배관에 연결되어 상기 해수공급배관으로부터 상기 해수와 상기 부산물을 공급받아, 상기 해수를 분리하여 상기 반응기에 공급하는 부산물 분리기
를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속연료를 이용한 수소발생장치. - 제1항에 있어서,
상기 촉매 수용액은 강염기 또는 강산 수용액인 것을 특징으로 하는 금속연료를 이용한 수소발생장치. - 제2항에 있어서,
상기 이송가스는 불활성 기체 또는 수소가스인 것을 특징으로 하는 금속연료를 이용한 수소발생장치. - 제1항에 있어서,
상기 다수의 노즐은 상기 반응기의 원주방향의 면에 다수의 라인으로 동일한 간격으로 배치된 것을 특징으로 하는 금속연료를 이용한 수소발생장치. - 제1항에 있어서,
상기 반응기의 하부는 아래로 갈수록 폭이 좁아지는 것을 특징으로 하는 금속연료를 이용한 수소발생장치. - 제1항에 있어서,
상기 제어밸브는 부산물이 배출된 후 폐쇄되는 것을 특징으로 하는 금속연료를 이용한 수소발생장치. - 제1항에 있어서,
상기 부산물 분리기와 상기 반응기 사이에 해수회수배관이 연결되고, 상기 해수회수배관에는 해수조절밸브가 구비된 것을 특징으로 하는 금속연료를 이용한 수소발생장치. - 제1항에 있어서,
상기 무게측정기는 로드셀인 것을 특징으로 하는 금속연료를 이용한 수소발생장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160183425A KR20180078559A (ko) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | 금속연료를 이용한 수소발생장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160183425A KR20180078559A (ko) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | 금속연료를 이용한 수소발생장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180078559A true KR20180078559A (ko) | 2018-07-10 |
Family
ID=62916061
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160183425A KR20180078559A (ko) | 2016-12-30 | 2016-12-30 | 금속연료를 이용한 수소발생장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20180078559A (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210059224A (ko) | 2019-11-15 | 2021-05-25 | 대우조선해양 주식회사 | 연속 수소 생산 시스템 |
| KR20220037307A (ko) | 2020-09-17 | 2022-03-24 | 대우조선해양 주식회사 | 수중함의 수소 공급 시스템 |
-
2016
- 2016-12-30 KR KR1020160183425A patent/KR20180078559A/ko not_active Application Discontinuation
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20210059224A (ko) | 2019-11-15 | 2021-05-25 | 대우조선해양 주식회사 | 연속 수소 생산 시스템 |
| KR20220037307A (ko) | 2020-09-17 | 2022-03-24 | 대우조선해양 주식회사 | 수중함의 수소 공급 시스템 |
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