KR20190105241A - 버퍼 탱크를 이용한 수소 가스 발생 시스템 및 방법 - Google Patents

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요크 킨 예
알버트 코크 푸 응
친 양 치아
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갤럭시 에프씨티 에스디엔. 비에이치디.
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Abstract

물과 같은 액체 반응물을 가열한 다음, 생성물인 가열된 반응물을 고체 수소화물을 포함하는 반응 챔버로 채널링하는 수소 가스 발생 시스템이다. 가열된 액체 반응물과 수소 가스를 형성하는 고체 수소화물 사이의 화학 반응이다. 이에 따라, 이 수소 가스는 버퍼 탱크에 저장되기 전에 여과되고 조절된다. 버퍼 탱크로부터의 수소 가스는 그 다음 연료 전지에 공급되어, 예컨대 배터리가 미리 결정된 레벨 아래로 떨어질 때와 같은 필요한 경우에 전기를 생산할 수 있다. 버퍼 탱크의 압력을 측정하여 수소 가스 발생이 언제 개시되고 중지되는지를 확인하기 위해 사용한다. 반응 챔버의 압력 및 온도는 안전 예방책으로서 측정되며, 이에 따라 압력 및 온도가 미리 결정된 값들을 초과하는 경우, 반응이 중지될 것이다.

Description

버퍼 탱크를 이용한 수소 가스 발생 시스템 및 방법
본 발명은 일반적으로 수소 가스 발생 시스템 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버퍼 탱크를 구비하는 이러한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
연료 공급원으로서 수소 가스를 사용하여 전기를 생산하는 연료 전지는 공지되어있다. 연료 전지 응용은 대부분 이동식이며, 연료 전지에 동력을 공급하기 위해 수소 가스의 지속적인 공급을 제공해야 하는 문제가 발생한다. 이에 대한 전통적인 해결책은 가압 탱크에 수소 가스를 운반하는 것이다. 이러한 가압 탱크는 종종 무겁고 부피가 크므로, UAV 및 자전거에의 응용과 같이 중량이 중요한 응용에는 적합하지 않다. 또 다른 문제는 가압 수소 가스 탱크가 에너지 저장 밀도가 낮다는 것이다. 또 다른 문제는 누출 위험이다. 수소 가스는 무취이며 화염없이 연소되므로 누출의 경우 특히 위험하다.
가압 탱크 내에서 수소 가스를 운반하는 대안은 현장에서(in situ) 수소 가스를 생성하는, "온-디맨드(on demand)"이다. 물과 같은 액체와 혼합되는 경우 특정 고체 수소화물 또는 수소화붕소는 수소 가스를 생성하는 가수분해 화학 반응을 겪을 수 있는 것으로 알려져 있다. 이것은 가압 탱크 주위에서 수소 가스를 운반하는 모든 기술적이고 유해한 단점들을 근절한다. 고체 수소화물 수소 가스 발생의 전형적인 예는 수소화 붕소 나트륨(NaBH4)을 연료로 사용하는 것이다. 수소화 붕소 나트륨(NaBH4)을 수산화나트륨(NaOH)과 혼합하여 수용액을 형성하는 것이 일반적이다. 백금 또는 루테늄과 같은 귀금속 촉매가 도입되면, NaBH4의 가수 분해가 일어날 것이고 수소 가스가 생성된다. 가수 분해 공정 동안, NaBH4는 붕산 나트륨(NaBO2)으로 전환될 수 있고, 이것은 알칼리성 수용액에서 불용성이다. NaBO2 침전은 또한 촉매 표면적을 가리고(cloak), 반응을 종결시키게 하는 경향이 있다.
액체 NaBH4를 연료로 사용하는 것은 또한 수소 발생 시스템에서 다른 기술적 문제들을 나타낸다. 과량의 물의 존재는 원하지 않는 중량의 상승을 야기하고, 이에 따라 수소 발생기의 특정 저장 밀도를 감소시킨다. 액체 혼합물은 또한 제어할 수 없는 폭주 반응(runaway reaction)의 위험이 높아, 치명적인 결과를 초래할 수 있다.
본 출원이 우선권을 주장하는 PCT/MY2017/050007호(Yee, et al)는 물과 같은 액체 반응물을 가열한 다음, 생성물인 가열된 반응물을 고체 수소화물을 포함하는 반응 챔버로 채널링하는 수소 가스 발생 시스템을 사용하여 이러한 문제들을 해결한다. 가열된 액체 반응물과 고체 수소화물 사이의 화학 반응은 수소 가스를 형성한다. PCT/MY2017/050007호의 시스템의 한가지 문제점은 수소 가스 생산량이 떨어지는 시점과 반응 챔버 그 자체 내의 압력 강하 사이의 지연으로 인한 반응 개시 시간이 느리다는 것이다. 이로 인해 실제 생산량 압력 강하와 반응 개시 사이에 지연이 발생한다.
PCT/MY2017/050007호의 시스템이 갖는 또 다른 문제점은 항상 수요를 충족시킬 수 있는 속도로 수소 가스를 생성하는 시스템을 설계하는 것이 어렵다는 것이다.
PCT/MY2017/050007호의 시스템이 갖는 세번째 문제점은 반응 챔버가 최적 속도 보다 느리게 작동한다는 점이다. 이것은 반응 속도가 수요에 독립적인 대신에 수소 가스의 수요와 연관되어 있기 때문에, 최적의 속도를 유지할 수 있다.
따라서, 반응 개시 시간이 감소되거나 제거된 수소 발생 시스템을 갖는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은 항상 수요를 충족시키는 속도로 수소 가스를 생산할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 수소 가스를 최적의 속도로 발생시켜 반응물 및 비용을 절감하는 시스템을 제공하는 것이다.
발명의 요약
본 발명은 PCT/MY2017/050007호에 교시된 것과 같은 수소 가스 발생 시스템 및 방법을 제공하지만, 반응 챔버 및 필터 뒤에 버퍼 탱크를 추가함으로써 전술한 단점들을 극복하고자 한다.
따라서, 본 발명은 물과 같은 액체 반응물을 가열한 다음, 생성물인 가열된 반응물을 고체 수소화물을 포함하는 반응 챔버로 채널링하는 수소 가스 발생 시스템에 관한 것이다. 가스화된 액체 반응물과 수소 가스를 형성하는 고체 수소화물 사이의 화학 반응이다. 이에 따라, 이 수소 가스는 버퍼 탱크에 저장되기 전에 여과된다. 버퍼 탱크로부터의 수소 가스는 그 다음 연료 전지에 공급되어, 예컨대 배터리가 미리 결정된 레벨 아래로 떨어질 때와 같은 필요한 경우에 전기를 생산할 수 있다. 버퍼 탱크의 압력을 측정하여 수소 가스 발생이 언제 개시되고 중지되는지를 확인하기 위하여 사용한다. 반응 챔버의 압력 및 온도는 안전 예방책으로서 측정되며, 이에 따라 압력 및 온도가 미리 결정된 값을 초과하는 경우, 반응이 중지될 것이다.
따라서, 본 발명은 에너지 스토리지 판독 인풋, 압력 판독 인풋, 온도 판독 인풋, 액체 구동 유닛 제어 아웃풋, 가열 제어 아웃풋, 및 기체 방출 제어 아웃풋을 갖는 제어 유닛을 포함하는, 수소 발생 시스템에 관한 것이다. 이러한 수소 발생 시스템은 또한 외부 공급원(external source)으로부터 액체 반응물을 수용하기 위한 흡기 포트, 상기 액체 스토리지로부터 액체 반응물을 배출하기 위한 배출 포트, 및 응축 유닛으로부터 회수된 과량의 액체를 수용하기 위한 엑세스(excess) 흡기 포트를 포함한다. 이러한 수소 발생 시스템은 또한 배출 포트, 상기 액체 스토리지로부터 액체 반응물을 수용하기 위한 흡기 포트, 가열 제어 아웃풋을 통해 상기 제어 유닛에 의해 제어가능한 가열 요소들(heating elements)을 갖는 액체 가열 유닛을 포함하며, 상기 액체 가열 유닛은 상기 액체 반응물의 일부가 기체 상(gaseous phase)으로 들어가도록 일정량(an amount of)의 액체 반응물을 가열하도록 되어 있다(adapted). 이러한 수소 발생 시스템은 또한 제어 밸브를 통해 상기 액체 가열 유닛 배출 포트와 유체 연통(fluid communication)하는 흡기 포트를 갖는 반응 챔버를 포함하고, 상기 제어 밸브는 기체 방출 제어 아웃풋에 의해 제어가능하며, 상기 반응 챔버는 예컨대 금속 수소화물과 같은 고체 반응물을 포함하고, 상기 액체 가열 유닛으로부터 일정량의 가열된 반응물을 수용하도록 되어 있으며, 상기 가열된 반응물은 상기 고체 반응물로 분산되고 그에 의해 수소 가스를 생성하는 화학 반응을 형성한다. 임의의 과량의 가열된 반응물과 생성된 수소 가스의 혼합물인 생성 가스는 가스 출구를 통해 반응 챔버로부터 배출된다. 이러한 수소 발생 시스템은 또한 상기 반응 챔버 흡기 포트에서의 압력 판독(pressure reading)을 수행하고 상기 제어 유닛으로 상기 압력 판독을 중계하기 위한 압력 감지 수단을 포함한다. 이러한 수소 발생 시스템은 또한 상기 반응 챔버 내부의 온도 판독을 수행하고 상기 제어 유닛으로 상기 온도 판독을 중계하기 위한 온도 감지 수단을 포함한다. 이러한 수소 발생 시스템은 또한 상기 반응 챔버로부터 상기 생성 가스를 수용하기 위한 흡기 포트, 상기 응축 유닛의 밖으로 주(primarily) 수소 가스를 채널링(channeling)하기 위한 배출 포트, 상기 응축 유닛 밖으로 그리고 상기 액체 스토리지로 되돌려지도록(back into) 상기 가열된 반응물의 응축물(condensate)을 채널링하기 위한 엑세스 액체 포트를 포함하며, 상기 응축 유닛은 상기 가열된 반응물을 실질적으로 응축시키도록 되어 있다.
추가의 실시 형태에서, 상기 가열된 반응물은 가스화될 때까지 또는 기체 상태로 들어갈 때까지 액체 가열 유닛에서 추가로 가열된다.
상기 시스템은 상기 응축 유닛의 다운스트림에 위치한 버퍼 탱크(buffer tank)를 더 포함하고, 상기 버퍼 탱크는 일정량의 수소 가스를 수용하고 저장하도록 되어 있으며, 상기 버퍼 탱크는 압력 감지 수단을 구비한다. 상기 버퍼 탱크의 이러한 압력은 상기 수소 가스 반응의 개시 및 중지를 확인하기 위해 사용된다. 상기 버퍼 탱크는 수소 가스를 더 높은 압력으로 유지할 수 있기 때문에, 상기 수소 가스 발생 반응은 수요에 덜 의존할 수 있고, 따라서 보다 최적의 속도로 유지될 수있다.
상기 버퍼 탱크에 대한 공칭(nominal) 작동 압력 범위는 1 Bar 내지 100 Bar이다. 상기 버퍼 탱크의 공칭 작동 온도 범위는 1℃ 내지 60℃이다. 상기 버퍼 탱크에는 저장된 가스를 방출하고, 버퍼 탱크 압력이 미리 결정된 레벨을 초과하는 경우, 압력을 낮추도록 설계된 안전 밸브가 장착되어 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 이 수소 발생 시스템은 상기의 주 수소 가스를 여과하여 그에 의해 상기의 주 수소 가스로부터 원하지 않는 입자들(unwanted particles)을 실질적으로 제거하도록 되어 있는 필터 유닛을 더 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서, 이 수소 발생 시스템은 상기 액체 스토리지 배출 포트와 상기 액체 가열 유닛 흡기 포트 사이에 제공되고, 상기 액체 스토리지로부터 상기 액체 가열 유닛으로 액체 반응물을 나아가게 하도록 되어 있는, 액체 구동 유닛을 더 포함하고, 상기 액체 구동 유닛은 상기 제어 유닛에 의해 제어 가능하다.
본 발명의 다른 측면에서, 이 수소 발생 시스템은 상기 반응 챔버로부터 상기 생성 가스의 방출을 허용하도록 되어 있는 제어 밸브를 더 포함하고, 상기 제어 밸브는 상기 제어 유닛에 의해 제어 가능하다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 액체 가열 유닛이 일정량의 상기 가열된 반응물을 저장하도록 되어 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 이 수소 발생 시스템은 상기 반응 챔버로부터 상기 액체 가열 유닛으로 열을 전달하도록 되어 있는 열 전달 수단을 더 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서, 이 수소 발생 시스템은 수소 가스의 공급으로부터 전기를 발생시키도록 되어 있는 연료 전지로서, 상기 연료 전지는 상기 버퍼 탱크의 다운스트림에 위치하는, 연료 전지 및 에너지 스토리지(energy storage)로서, 상기 에너지 스토리지인, 예컨대 배터리는 상기 연료 전지로부터 일정량의 전기 에너지를 수용하고 저장하도록 되어 있는, 에너지 스토리지를 더 포함한다. 이 에너지 스토리지의 저장 레벨은 상기 제어 유닛으로 중계된다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 에너지 스토리지의 상기 저장 레벨이 미리 설정된(preset) 레벨로 감소될 때, 상기 제어 유닛은 상기 버퍼 탱크에 저장된 수소 가스를 방출시키고, 그것을 상기 연료 전지로 보낸다.
본 발명의 다른 측면에서, 이 수소 발생 시스템은 전기 에너지로의 전환을 위해 일정량의 주 수소 가스를 수용하기 위한 흡기 포트를 갖는 연료 전지를 더 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서, 연료 전지에 의해 생성된 전기 에너지의 일부는 외부 전기 부하에 전력을 공급하는데 사용되고, 생성된 전기 에너지의 다른 일부는 에너지 스토리지를 충전하는데 사용된다.
본 발명의 다른 측면에서, 이 수소 발생 시스템은 상기 액체 스토리지에 적절한 액체 반응물이 존재하는 한(so long as), 액체 반응물이 액체 스토리지의 밖으로 흘러 나가는 것을 보장하는(ensuring) 수단을 더 포함한다. 액체 반응물이 액체 스토리지의 밖으로 흘러 나가는 것을 보장하는 상기 수단은, 부상 장치(floatation device)에 연결되는 제1 단부, 및 상기 액체 스토리지 배출 포트와 유체 연통하는 제2 단부를 갖는 플렉시블 호스(flexible hose)를 포함하고, 그럼으로써 상기 액체 스토리지에 적절한 액체 반응물이 존재하는 한, 상기 부상 장치가 플렉시블 호스의 상기 제1 단부를 상기 액체 반응물의 표면 아래에 유지하도록 되어 있다. 이러한 방식으로, 플렉시블 호스는 액체 스토리지의 방향(orientation)에 관계없이 액체 스토리지로부터 액체 반응물을 추출할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 액체 반응물이 물, 산성 액체, 알칼리성 액체, 유기 또는 무기 액체 또는 그들의 조합 중 어느 하나를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 고체 반응물이 수소 연료 및 금속계 촉매의 혼합물을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 수소 연료는 수소화 붕소 나트륨(sodium borohydride)이다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 수소 연료는 수소화붕소(boron hydride), 질소 수소화물(nitrogen hydride), 탄소 수소화물(carbon hydride), 금속 수소화물(metal hydride), 붕소 질소 수소화물(boron nitrogen hydride), 붕소 탄소 수소화물(boron carbon hydride), 질소 탄소 수소화물(nitrogen carbon hydride), 금속 붕소 수소화물(metal boron hydride), 금속 질소 수소화물(metal nitrogen hydride), 금속 탄소 수소화물(metal carbon hydride), 금속 붕소 질소 수소화물(metal boron nitrogen hydride), 금속 붕소 탄소 수소화물(metal boron carbon hydride), 금속 탄소 질소 수소화물(metal carbon nitrogen hydride), 붕소 질소 탄소 수소화물(boron nitrogen carbon hydride), 금속 붕소 질소 탄소 수소화물(metal boron nitrogen carbon hydride), 또는 그들의 조합 중 어느 하나이다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 수소 연료는 NaH, LiBH4, LiH, CaH2, Ca(BH4)2, MgBH4, KBH4, Al(BH3)3, 또는 그들의 조합 중 어느 하나이다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 고체 반응물은 BxNyHz를 갖는 다양한 화합물들 일 수 있고, 여기서 x, y 및 z는 임의의 정수들이다. 상기 다양한 화합물들은 H3BNH3, H2B(NH3)2BH3, NH2BH2, B3N3H6, 모르폴린보란(C4H12BNO),(CH2)4O 복합 재료, B2H4, 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 금속계 촉매는 코발트계 산화물, 붕소화물(boride), 고체산, 염, 또는 그들의 조합 중 어느 하나이다. 상기 염은 루테늄(Ru), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 철(Fe) 또는 그들의 조합 중 어느 하나의 이온들의 화합물이다.
본 발명의 다른 측면에서, 이 수소 발생 시스템은 필터 뒤에 그리고 상기 버퍼 탱크 앞에 위치한 가스 조절 수단을 더 포함하고, 상기 가스 조절 수단은 그것을 통과하는 가스의 압력 및 유량(flow rate)을 조절하도록 되어 있다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 반응 챔버는 시스템으로부터 용이하게 제거가능하고(easily removable), 그것을 제거하는 동안 흡기 포트 및 가스 출구를 일시적으로 폐쇄하는 수단을 구비한다. 이것은 고체 반응물의 내부가 다 소모되었을 때 반응 챔버의 용이한 교환(changing)을 가능하게 한다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 가열 요소들은 저항성 가열(resistive heating) 또는 유도성 가열(inductive heating)에 의해 전기적으로 작동될 수 있다. 상기 응축 유닛은 상기 응축 유닛 밖으로 그리고 상기 액체 스토리지로 되돌려지도록(back into) 상기 가열된 반응물의 응축물을 채널링하기 위한 엑세스 액체 포트를 더 포함한다.
본 발명의 다른 측면에서, 상기 반응 챔버의 압력 및 온도 판독을 수행하고 상기 제어 유닛으로 상기 압력 및 온도 판독을 중계하기 위한 압력 및 온도 감지 수단을 더 제공하며, 상기 반응 챔버 압력 및 온도 판독이 미리 설정된 값을 초과할 때, 상기 제어 유닛은 반응 챔버에서 수소 가스 발생을 중지시킨다.
본 발명의 다른 측면은 하기의 단계들을 포함하는, 수소 가스를 발생시키는 방법이다:
a. 버퍼 탱크의 압력 레벨을 검출하는(detect) 단계;
b. 상기 압력 레벨이 미리 결정된(predetermined) 레벨로 감소되는 경우, 상기 액체 스토리지로부터 액체 가열 유닛으로 액체 반응물을 나아가게 하는 액체 구동 유닛을 활성화시키는 단계;
c. 상기 액체 반응물의 적어도 일부가 가스화되도록 상기 액체 가열 유닛에서 가열 요소들을 활성화시키는 단계;
d. 상기 가열된 반응물이 일정량의 고체 반응물을 포함하는 반응 챔버의 내부에 분산되도록 하여, 상기 가열된 반응물과 고체 반응물 사이의 접촉이 수소 가스를 생성시키는 단계;
e. 상기 수소 가스와 혼합된 임의의 가열된 반응물을 응축시켜 상기 수소 가스로부터 분리시키는 단계;
f. 상기 응축되고 가열된 반응물을 상기 액체 스토리지로 회수하는(return) 단계;
g. 상기 수소 가스를 여과하여 원하지 않는 입자들을 실질적으로 제거하는 단계;
h. 상기 반응 챔버에서 발생된 일정량의 열을 상기 액체 가열 유닛으로 전달하는 단계;
i. 상기 수소 가스의 압력 및 유량을 조절하는 단계; 및
j. 상기 수소 가스를 상기 버퍼 탱크에 저장하는 단계.
다른 목적들 및 장점들은 하기의 개시 및 첨부된 특허 청구 범위로부터 더욱 명백해질 것이다.
기술적 문제
수요와 수소 가스의 발생을 매칭시키는데 어려움이 있다.
수소 가스 발생 시스템에서 반응 개시 시간이 느리다.
수요와의 연관(tie-in)으로 인해 최적의 속도로 반응을 진행할 수 없다.
문제의 해결
예컨대 물과 같은 액체 반응물을 가열한 다음, 생성물인 가열된 반응물을 고체 수소화물을 포함하는 반응 챔버로 채널링하는 수소 가스 발생 시스템이다. 가열된 액체 반응물과 수소 가스를 형성하는 고체 수소화물 사이의 화학 반응이다. 이에 따라, 이 수소 가스는 버퍼 탱크에 저장되기 전에 여과되고 조절된다. 버퍼 탱크로부터의 수소 가스는 그 다음 연료 전지에 공급되어, 예컨대 배터리가 미리 결정된 레벨 아래로 떨어질 때와 같은 필요한 경우에 전기를 생산할 수 있다. 버퍼 탱크의 압력을 측정하여 수소 가스 발생이 언제 개시되고 중지되는지를 확인하기 위하여 사용한다. 반응 챔버의 압력 및 온도는 안전 예방책으로서 측정되며, 이에 따라 압력 및 온도가 미리 결정된 값을 초과하는 경우 반응이 중지될 것이다.
본 발명의 수소 가스 발생 시스템은 또한 반응으로부터 추가의 열을 회수하여 액체 반응물을 가열하는 것을 돕고, 일부 경우에는 반응물을 기화점으로 가열한다.
도 1
도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서의 수소 발생 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2
도 2는 본 발명의 일 실시 형태에서의 반응 챔버의 단면도를 도시한다.
도 3
도 3은 본 발명의 일 실시 형태에서의 액체 스토리지의 단면도를 도시한다.
도 4
도 4는 본 발명의 일 실시 형태에서의 액체 가열 유닛의 외부 및 단면도를 도시한다.
도 5
도 5는 본 발명의 일 실시 형태에서의 수소 발생 시스템의 일부의 개략도를 도시한다.
하기의 상세한 설명은 수소 발생 시스템 및 이의 방법에 관한 것이며, 임의의 특정 크기 또는 구성으로 제한되지 않고, 사실상 하기 설명의 일반적인 범위 내에서 다수의 크기들 및 구성들로 제한됨에 유의해야 한다.
도 1을 참조하면, 수소 발생 시스템이 도시되어 있다. 이 시스템의 전반적인 목적은 현장에서의 연료 전지에서 전기 생산을 위한 수소 가스를 생성하여 대량의 가압 수소 가스를 저장할 필요가 없도록 하는 것이다. 바람직한 실시 형태에서 배터리 또는 커패시터(capacitor)일 수 있는, 에너지 스토리지(13)가 도시되어 있다. 센서가 에너지 스토리지(13)에서 미리 설정된 레벨 이하의 에너지 레벨의 강하를 검출하면, 제어 유닛(10)은 수소 가스 발생 공정을 개시한다. 바람직한 실시 형태에서, 제어 유닛(10)은 마이크로컨트롤러(microcontroller)를 포함한다.
이 수소 가스 발생 공정은 가열 제어 아웃풋(15)을 통해 액체 가열 유닛(50)의 가열 요소(56)를 스위칭하는 제어 유닛(10)을 포함한다. 이는 액체 가열 유닛(50)의 내부 온도를 상승시킨다. 액체 가열 유닛(50)의 내부 온도가 미리 설정된 값에 도달하면, 제어 유닛(10)은 액체 구동 유닛 제어 아웃풋(164)을 통해 액체 구동 유닛(64)을 활성화시킬 것이다. 이 액체 구동 유닛(64)은 액체 스토리지 배출 포트(63)를 통해 밖으로, 액체 플로우 가이드(liquid flow guide)(635)를 통과하여 액체 스토리지(60)에 저장되어 있는 액체 반응물(91)을 액체 가열 유닛 흡기 포트(55)를 통해 액체 가열 유닛(50)으로 펌핑하도록 되어 있다. 액체 반응물(91)이 액체 가열 유닛(50)으로 들어가면, 그것은 빠르게 가열된다. 이 가열된 반응물(90)은 액체 가열 유닛(50)에 저장되고 가압된다.
일 실시 형태에서, 상기 가열된 반응물(90)은 가스화될 때까지 또는 기체 상으로 들어갈 때까지 액체 가열 유닛(50)에서 추가로 가열된다.
여전히 수소 가스 발생 공정을 참조하면, 제어 유닛(10)은 기체 방출 제어 아웃풋(152)을 통해 제어 밸브(52)를 활성화시킨다. 이 제어 밸브(52)는 활성화될 때 저장되고 가열된 반응물(90)을 액체 가열 유닛 배출 포트(51)를 통해 액체 가열 유닛(50)으로부터 방출시킨다. 상기 가열된 반응물(90)은 이후 제어 밸브(52)를 통과하고 반응 챔버 흡기 포트(43)를 통해 반응 챔버(40)로 들어간다. 반응 챔버(40)로 들어가면, 상기 가열된 반응물은 반응 챔버(40)에 저장된 고체 반응물(47)과 화학적으로 반응한다. 반응 챔버(40)의 압력은 압력 감지 수단(14)에 의해 측정된다. 이 압력 판독은 제어 유닛(10)으로 피드백된다(fed back). 반응 챔버(40)의 온도 또한 온도 감지 수단(170)에 의해 측정되고, 이 온도 판독 역시 제어 유닛(10)으로 피드백된다. 이러한 압력 및 온도 판독들이 미리 설정된 값에 도달하면, 제어 유닛(10)은 제어 밸브(52)를 닫음으로써 반응 챔버(40) 내에서 반응을 셧다운(shut down)시킬 수 있고, 이에 따라 반응 챔버(40) 내로 가열된 반응물(90)의 공급이 중단된다. 이것은 안전 조치이다.
반응 챔버(40)에서의 가열된 반응물과 고체 반응물(47) 사이의 반응은 다른 부산물 중에서도 수소 가스를 생성한다.
이 반응은 발열 반응이므로 반응 챔버(40)의 온도를 상승시킨다. 이 초과 열 에너지는 반응 챔버(40)와 액체 가열 유닛(50) 사이에 위치한 열 전달 장치(53)를 통해 액체 가열 유닛(50)으로 다시 전달된다. 이 열 전달 장치(53)는 반응 챔버(40)에서 생성된 과잉의 열을 열 전도체(54)에 의해 액체 가열 유닛(50)으로 전도성으로(conductively) 전달한다. 이것은 액체 가열 유닛(50)에서 가열 요소(56)의 전력 요구를 감소시키고 수소 가스 발생 시스템의 아웃풋 성능을 추가로 향상시킨다.
반응 챔버(40)에서 상기 가열된 반응물과 고체 반응물(47) 사이의 반응에 의해 주 수소 가스 및 일부 다른 부산물이 생성된다. 이러한 주 수소 가스와 고체 반응물(47)과 반응하지 않는 임의의 과량의 상기 가열된 반응물(90)의 혼합물인 생성 가스는, 가스 출구(42)를 통과하여 기체 플로우 가이드(41)를 통해, 반응 챔버(40)로부터 응축 유닛(70)으로 채널링된다.
반응 챔버(40)의 구동을 더욱 명확하게 하기 위한 것으로서:
액체 가열 유닛(50)에서 가열된 가스는 가열된 반응물(90)로 불리며 반응 챔버(40)로 들어간다.
이 가열된 반응물(90)은 반응 챔버(40)에 제공된 고체 반응물(47)과 반응하며; 이 반응은 주 수소 가스와 일부 부산물을 생성한다.
상기의 주 수소 가스와 임의의 과량의 가열된 반응물(90)의 혼합물인 생성 가스가 반응 챔버로부터 배출된다.
이 응축 유닛(70)에는 반응 챔버(40)로부터 상기 생성 가스를 수용하기 위한 흡기 포트(71)가 제공된다. 이 응축 유닛(70)의 주요 기능은 상기 가열된 반응물(90)을 액체로 다시 응축시켜, 주 수소 가스로부터 이것을 분리시키기 위한 것이다. 그 후, 생성된 응축액은 엑세스 액체 포트(73)를 통해 밖으로 채널링되어(channeled out) 액체 스토리지 회수 포트(62)를 통해 액체 스토리지로 회수된다. 주 수소 가스는 배출 포트(72)를 통해 응축 유닛(70)으로부터 필터 유닛(80)으로 배출된다. 필터 유닛(80)은 주 수소 가스에서 원하지 않는 입자들을 가두어(traps), 그것을 더욱 순수하게 만든다.
필터 유닛(80) 뒤에, 수소 가스는 버퍼 탱크(82)로 채널링되어 거기에 저장된다. 버퍼 탱크(82)에는 상기 버퍼 탱크(82) 내의 압력 판독을 측정할 수 있는 압력 센서(83)가 구비된다. 이 압력 판독은 제어 유닛(10)로 전송된다. 제어 유닛(10)은 이 버퍼 탱크 압력 판독을 사용하여 반응 챔버(40)에서 상기 수소 가스 발생의 최적 반응 속도를 계산한다. 상기 버퍼 탱크에 대한 공칭 작동 압력 범위는 1 Bar 내지 100 Bar이다. 상기 버퍼 탱크에 대한 공칭 작동 온도 범위는 1℃ 내지 60℃이다. 상기 버퍼 탱크에는 저장된 가스를 방출하고, 버퍼 탱크 압력이 미리 결정된 레벨을 초과하는 경우, 이에 따라 압력을 낮추도록 설계된 안전 밸브가 장착되어 있다.
연료 전지 유닛(30)은 상기 버퍼 탱크(82)의 다운스트림에 위치하고, 바람직한 실시 형태에서 밸브인 흡기 포트(31)를 통해 상기 버퍼 탱크(82)로부터 수소 가스를 수용한다. 수소 가스는 연료 전지(30)에서 전기화학적 전환을 겪고 전기 에너지를 생성한다. 연료 전지(30)에 의해 생성된 배기 가스는 바람직한 실시 형태에서 밸브인 배기 수단(33)을 통해 밖으로 채널링된다. 연료 전지(30)는 수소 가스를 사용 가능한 전기 에너지로 전환하는 임의의 장치일 수 있으며, 다음 중 임의의 것 일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다: 양성자 교환막 연료 전지(PEMFC), 알칼리성 연료 전지(AFC), 인산 연료 전지(PAFC), 용융 탄산염 연료 전지(MCFC), 고체 산화물 연료 전지(SOFC), 또는 다른 종류의 연료 전지들.
이 바람직한 실시 형태에서, 연료 전지(30)에 의해 생성된 전기 에너지는 DC 변환기(DC converter), 인버터(inverter) 또는 충전 제어기(charge controller) 중 임의의 것 일 수 있지만, 이에 한정되지는 않는, 전력 변환기(20)를 통과하여 채널링된다. 그 후, 전력 변환기(20)는 로드 인터커넥트(22)를 통해 상기 전기 에너지의 일부를 전기 부하(21)로 출력한다. 동시에, 상기 전기 에너지의 다른 부분은 재충전 인터커넥트(12)를 통해 에너지 스토리지(13)로 다시 보내진다. 이것은 필요할 때 에너지 스토리지(13)를 충전시킨다. 상기 전기 에너지의 또 다른 부분은 제어 유닛(10)에 전력을 공급하기 위해 사용된다.
다른 실시 형태에서, 본 발명의 수소 발생 시스템은 수소 가스의 공급이 필요한 임의의 적용에서 연료 전지 없이 사용될 수 있다.
여전히 도 1을 참조하면, 액체 스토리지(60)에는 액체 반응물(91)이 첨가될 수 있는 액체 스토리지 흡기 포트(61)가 구비되는 것을 알 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 액체 반응물(91)은 물이다. 그러나, 액체 반응물(91)은 또한 메틸 알콜, 에틸 알콜, 및 예컨대 에틸렌 글리콜과 같은 임의의 다른 유기 또는 무기 용매의 희석된 혼합물(concoction) 일 수 있다.
반응 챔버(40)에 저장된 고체 반응물은 금속계 촉매와 수소 연료의 분말 혼합물로 되어 있다. 바람직한 실시 형태에서, 수소 연료는 수소화 붕소 나트륨이다. 그러나, 다른 실시 형태에서는, 이 수소 연료는 또한 다른 종류의 고체 수소화물, 예컨대 수소화붕소, 질소 수소화물, 탄소 수소화물, 금속 수소화물, 붕소 질소 수소화물, 붕소 탄소 수소화물, 질소 탄소 수소화물, 금속 붕소 수소화물, 금속 질소 수소화물, 금속 탄소 수소화물, 금속 붕소 질소 수소화물, 금속 붕소 탄소 수소화물, 금속 탄소 질소 수소화물, 붕소 질소 탄소 수소화물, 금속 붕소 질소 탄소 수소화물, 또는 그들의 조합일 수 있다. 이 수소 연료는 또한 NaH, LiBH4, LiH, CaH2, Ca(BH4)2, MgBH4, KBH4 및 Al(BH3)3, 또는 그들의 조합을 포함할 수 있다. 게다가, 상기 고체 반응물은 BxNyHz를 갖는 다양한 화합물들 일 수 있으며, H3BNH3, H2B(NH3)2BH3, NH2BH2, B3N3H6, 모르폴린보란(C4H12BNO),(CH2)4O 복합 재료, B2H4, 또는 그들의 조합을 포함하지만, 이에 한정되지는 않는다. 바람직한 실시 형태에서, 상기 금속계 촉매는 코발트계 산화물 또는 붕소화물(boride)로 제조되거나, 또는 고체산 또는 루테늄(Ru), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 철(Fe) 또는 그들의 이온들에 의해 제조된 화합물을 포함하는 염일 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 형태에서의 반응 챔버(40)의 단면도가 도시되어있다. 이 반응 챔버(40)는 바람직한 실시 형태에서 금속성 재료로 만들어진 케이싱(casing)(44)에 싸여있다. 이 반응 챔버(40)는 그의 상부 상에 흡기 포트(43)가 제공되며, 상기 흡기 포트(43)는 상기 가열된 반응물(90)을 채우기 위해 액체 가열 유닛(50)으로부터 가열된 반응물(90)을 반응 챔버(40) 내로 수용하도록 되어 있다.
바람직한 실시 형태에서, 흡기 포트(43)는 파이프 구조(pipe structure), 또는 반응 챔버(40) 내로 돌출되는(protruding) 복수의 파이프 구조들이다. 반응 챔버(40) 내로 돌출되는 파이프 구조(43)의 단부에서는, 상기 가열된 반응물(90)이 파이프 구조(43)로부터 반응 챔버(40) 내로 배출되도록 허용하는 복수의 홀들(49)이 제공된다. 상기 복수의 홀들(49)은 제1 다공성 재료(48)로 둘러싸여 있다.
다른 바람직한 실시 형태에서, 흡기 포트(43)는 액체 또는 기체 상태의 가열 된 반응물을 반응 챔버(40) 내로 분무하도록 되어 있는 분무기 노즐(sprayer nozzle)이다.
바람직한 실시 형태에서, 파이프 구조(43) 및 제1 다공성 재료(48)는 반응 챔버(40)의 상부면에서 볼 때, 반응 챔버(40)에 대하여 동심 배열(concentric arrangement)로 배치된다. 파이프 구조(43)는 동심 배열의 중심에 위치하고, 제1 다공성 재료(48)에 의해 동심원으로(concentrically) 둘러싸인다. 상기 제1 다공성 재료는 차례로 고체 반응물(47)에 의해 동심원으로 둘러싸인다. 상기 제1 다공성 재료(48)는 가열된 반응물(90)에는 투과성이지만 고체 반응물(47)에는 투과되지 않는다. 이러한 방식으로, 제1 다공성 재료(48)는 가열된 반응물(90)이 고체 반응물(47)로 통과할 수 있게 하지만, 고체 반응물(47)이 반응 챔버(40)를 빠져 나가지 못하게 한다.
따라서, 가열된 반응물(90)이 파이프 구조(43)를 통해 반응 챔버(40) 내로 유입될 때, 이것은 제1 다공성 재료(48)를 통해 복수의 홀들(49)을 통해 확산되고, 고체 반응물(47)에 분산되어 화학적으로 반응한다. 이 화학 반응에 의해 수소 가스가 생성된다. 이 수소 가스는 고체 반응물(47)의 상부에 위치한 제2 다공성 재료(46)를 통해 침투하고, 가스 출구(42)를 통해 반응 챔버(40)로부터 배출된다. 고체 반응물(47)은 제3 다공성 재료(45)에 의해 이의 측면 주위로 추가로 캡슐화된다(encapsulated). 이 제3 다공성 재료(45)는 수소 가스를 투과할 수 있게 하지만, 고체 반응물(47)이 통과하는 것을 허용하지 않는다. 이것은 수소 가스 통로의 차단으로부터 반응 챔버(40)의 상단으로의 고체 반응물(47)의 임의의 용융을 방지한다. 바람직한 실시 형태에서, 제1, 제2 및 제3 다공성 재료는 카본 클로스(carbon cloth)이다.
여전히 도 2를 참조하면, 반응 챔버(40) 내의 온도 판독을 측정하도록 되어 있는 온도 감지 수단(170)이 도시되어 있으며, 이러한 온도 판독은 이후에 제어 유닛(10)으로 보내진다. 이 온도 판독이 미리 설정된 값에 도달하면, 제어 유닛(10)은 제어 밸브(52)를 닫음으로써 반응 챔버(40) 내에서 반응을 셧다운시킬 수 있고, 이에 따라 반응 챔버(40) 내로의 가열된 반응물(90)의 공급이 중단된다. 이것은 안전 조치이다.
바람직한 일 실시 형태에서, 반응 챔버(40)는 폐기 부산물(waste byproduct)이 세척되어야(cleaned out) 하는 고정부이다. 다른 바람직한 실시 형태에서, 반응 챔버(40)는 그 내부의 폐기 부산물과 함께, 전체 반응 챔버(40)의 용이한 제거(removal) 및 교체(replacement)를 가능하게 하기 위해 결합 수단(coupling means)을 사용하여 발생기 시스템에 장착된다.
이제 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시 형태에서의 액체 스토리지(60)의 단면도가 도시되어있다. 액체 반응물(91)은 외부 공급원으로부터 흡기 포트(61)를 통해 액체 스토리지(60)에 채워진다. 배출 포트(63)는 액체 스토리지(60)로부터 액체 반응물(91)을 밖으로 채널링한다.
도 3에서는, 부상 장치(67)에 연결되는 제1 단부, 및 배출 포트(63)와 유체 연통하는 제2 단부를 갖는 플렉시블 호스(65)가 도시되어있다. 상기 액체 스토리지(60)에 적절한 액체 반응물(91)이 존재하는 한, 상기 부상 장치(67)가 액체 스토리지 레벨(66) 상에 떠있도록, 그리고 플렉시블 호스(65)의 상기 제1 단부를 상기 액체 반응물(91)의 표면 레벨 아래에 유지하도록 되어 있다. 이러한 방식으로, 플렉시블 호스(65)는 액체 스토리지(60)의 방향에 관계없이 액체 스토리지(60)로부터 액체 반응물(91)을 추출할 수 있다.
여전히 도 3을 참조하면, 응축 유닛(70)으로부터 초과 액체를 수용하기 위한 액체 스토리지(60) 상에 회수 포트(62)가 제공된다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시 형태에서의 액체 가열 유닛(50)의 외부 및 단면도가 도시되어 있다. 액체 가열 유닛(50)에는 액체 구동 유닛(64)을 통해 액체 스토리지(60)로부터 액체 반응물(91)을 수용하기 위한 흡기 포트(55)를 제1 단부에 구비한다. 액체 가열 유닛(50)에는 액체 가열 유닛(50)의 밖으로 가열된 반응물(90)을 배출하기 위한 배출 포트(51)가 제2 단부에 구비된다. 흡기 포트(55)는 배출 포트(51) 보다 좁은 유동 채널을 갖는다. 이러한 더 좁은 유동 채널은 적은 액체 반응물(91)이 액체 가열 유닛(50)으로 들어가게 하여, 이에 따라 액체 반응물(91)을 가열된 반응물(90)로 보다 용이하게 전환할 수 있게한다. 배출 포트(51)의 더 큰 직경은 또한 액체 가열 유닛(50)으로부터 배출될 때 가열된 반응물(90)에 대한 더 높은 처리량(throughput)을 허용한다. 액체 가열 유닛(50)에는 액체 반응물(91)을 가열하고 가스화하기 위한 가열 요소들(56)을 구비한다.
액체 가열 유닛(50)에는 액체 가열 유닛(50)의 외부에 위치한 열전도 수단(57)을 추가로 구비한다. 이러한 열전도 수단(57)은 열 전달 장치(53)로부터 액체 가열 유닛(50)으로 과잉의 열을 채널링한다.
이제 도 5를 참조하면, 가스 조절기(81)를 추가한 본 발명의 일 실시 형태에서의 수소 발생 시스템의 일부의 개략도가 도시되어있다. 이 가스 조절기(81)는 버퍼 탱크(82) 뒤에 그리고 연료 전지(30) 앞에 위치되며, 버퍼 탱크(82) 및 연료 전지(30)의 흡기 포트(31)와 유체 연통되어있다. 이 가스 조절기(81)는 그것을 통과하는 수소 가스의 압력 및 유량을 제어한다. 단지 하나의 가스 조절기 또는 가스 조절기들의 클러스터를 갖는 실시 형태들이 존재할 수 있다. 바람직한 실시 형태에서, 이 가스 조절기(81)는 제어 유닛에 의해 제어된다.
본 발명의 몇몇의 특히 바람직한 실시 형태들이 설명되고 도시되었지만, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양한 변경들 및 수정들이 이루어질 수 있음이 당업자에게 이제 명백할 것이다. 따라서, 다음의 청구 범위들은 본 발명의 범위 내에 있는 이러한 변경, 수정 및 적용 분야를 포함하도록 의도된다.
제어 유닛(10)
재충전 인터커넥트(12)
에너지 스토리지(13)
압력 감지 수단(14)
가열 제어 아웃풋(15)
전력 변환기(20)
전기 부하(21)
로드 인터커넥트(22)
연료 전지(30)
연료 전지 흡기 포트(31)
연료 전지 배기 수단(33)
반응 챔버(40)
기체 플로우 가이드(41)
반응 챔버 가스 출구(42)
반응 챔버 흡기 포트 / 파이프 구조(43)
반응 챔버 케이싱(44)
제3 다공성 재료(45)
제2 다공성 재료(46)
고체 반응물(47)
제1 다공성 재료(48)
복수의 홀들(49)
액체 가열 유닛(50)
액체 가열 유닛 배출 포트(51)
제어 밸브(52)
열 전달 장치(53)
열 전도체(54)
액체 가열 유닛 흡기 포트(55)
가열 요소(56)
열전도 수단(57)
액체 스토리지(60)
액체 스토리지 흡기 포트(61)
액체 스토리지 회수 포트(62)
액체 스토리지 배출 포트(63)
액체 플로우 가이드(635)
액체 구동 유닛(64)
플렉시블 호스(65)
액체 스토리지 레벨(66)
부상 장치(67)
응축 유닛(70)
응축 유닛 흡기 포트(71)
응축 유닛 배출 포트(72)
응축 유닛 엑세스 액체 포트(73)
필터 유닛(80)
가스 조절기(81)
버퍼 탱크(82)
버퍼 탱크 압력 센서(83)
가열된 반응물(90)
액체 반응물(91)
기체 방출 제어 아웃풋(152)
액체 구동 유닛 제어 아웃풋(164)
온도 감지 수단(170)

Claims (29)

  1. 제어 유닛(10);
    액체 스토리지(liquid storage)(60)로서, 외부 공급원(external source)으로부터 액체 반응물(91)을 수용하기 위한 흡기 포트(61), 상기 액체 스토리지(60)로부터 액체 반응물(91)을 배출하기 위한 배출 포트(63)를 갖는, 액체 스토리지(60);
    배출 포트(51), 상기 액체 스토리지(60)로부터 액체 반응물(91)을 수용하기 위한 흡기 포트(55), 상기 제어 유닛(10)에 의해 제어가능한 가열 요소들(heating elements)(56)을 갖는, 액체 가열 유닛(50)으로서, 상기 액체 가열 유닛(50)은 상기 액체 반응물(91)의 일부가 기체 상(gaseous phase)으로 들어가도록 일정량(an amount of)의 액체 반응물(91)을 가열하도록 되어 있는, 액체 가열 유닛(50);
    제어 밸브(52)를 통해 상기 액체 가열 유닛 배출 포트(51)와 유체 연통(fluid communication)하는 흡기 포트(43)를 갖는 반응 챔버(40)로서, 상기 제어 밸브(52)는 상기 제어 유닛(10)에 의해 제어되고, 상기 반응 챔버(40)는 고체 반응물(47)을 포함하고 상기 액체 가열 유닛(50)으로부터 일정량의 가열된 반응물(90)을 수용하도록 되어 있으며, 상기 가열된 반응물(90)은 상기 고체 반응물(47)을 통해 분산되고 그에 의해 적어도 하나의 생성 가스(product gas)를 생성하며, 상기 생성 가스는 상기 가열된 반응물(90)과 수소 가스의 적어도 하나의 혼합물이고, 상기 생성 가스는 가스 출구(42)를 통해 반응 챔버(40)로부터 배출되는, 반응 챔버(40); 및
    응축 유닛(condensation unit)(70)으로서, 상기 반응 챔버(40)로부터 상기 생성 가스를 수용하기 위한 흡기 포트(71), 상기 응축 유닛(70)의 밖으로 주(primarily) 수소 가스를 채널링(channeling)하기 위한 배출 포트(72)를 가지며, 상기 응축 유닛(70)은 상기 가열된 반응물(90)을 실질적으로 응축시키도록 되어 있는, 응축 유닛(70)
    을 포함하는, 수소 발생 시스템으로서,
    여기서 상기 시스템은 상기 응축 유닛(70)의 다운스트림에 위치한 버퍼 탱크(buffer tank)(82)를 더 포함하고, 상기 버퍼 탱크는 일정량의 수소 가스를 수용하고 저장하도록 되어 있으며, 상기 버퍼 탱크는 압력 감지 수단(83)을 구비하고, 여기서 상기 버퍼 탱크의 압력은 상기 수소 가스 반응의 개시 및 중지를 확인하기 위해 사용되는, 수소 발생 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기의 주 수소 가스를 여과하여 그에 의해 상기의 주 수소 가스로부터 원하지 않는 입자들(unwanted particles)을 실질적으로 제거하도록 되어 있는 필터 유닛(80)을 더 포함하는, 수소 발생 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 액체 스토리지 배출 포트(63)와 상기 액체 가열 유닛 흡기 포트(55) 사이에 제공되고, 상기 액체 스토리지(60)로부터 상기 액체 가열 유닛(50)으로 액체 반응물(91)을 나아가게 하도록 되어 있는, 액체 구동 유닛(64)을 더 포함하고, 상기 액체 구동 유닛(64)은 상기 제어 유닛(10)에 의해 제어 가능한, 수소 발생 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 액체 가열 유닛(50)으로부터 상기 가열된 반응물(90)의 방출을 허용하도록 되어 있는 제어 밸브(52)를 더 포함하고, 상기 제어 밸브(52)는 상기 제어 유닛(10)에 의해 제어 가능한, 수소 발생 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 액체 가열 유닛(50)이 일정량의 상기 가열된 반응물(90)을 저장하도록 되어 있는, 수소 발생 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 반응 챔버(40)로부터 상기 액체 가열 유닛(50)으로 열을 전달하도록 되어 있는 열 전달 수단(53)을 더 포함하는, 수소 발생 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    수소 가스의 공급으로부터 전기를 발생시키도록 되어 있는 연료 전지(30)로서, 상기 연료 전지는 상기 버퍼 탱크(82)의 다운스트림에 위치하는, 연료 전지(30), 및
    에너지 스토리지(energy storage)(13)로서, 상기 에너지 스토리지는 상기 연료 전지(30)로부터 일정량의 전기 에너지를 수용하고 저장하도록 되어 있으며, 상기 에너지 스토리지(13)의 저장 레벨은 상기 제어 유닛(10)으로 중계되는(relayed), 에너지 스토리지(13)
    를 더 포함하는, 수소 발생 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 에너지 스토리지(13)의 상기 저장 레벨이 미리 설정된(preset) 레벨로 감소될 때, 상기 버퍼 탱크(82) 내에 저장된 수소 가스가 방출되어 상기 연료 전지(30)로 보내지는, 수소 발생 시스템.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 액체 스토리지(60)에 적절한 액체 반응물(91)이 존재하는 한(so long as), 액체 반응물(91)이 액체 스토리지(60)의 밖으로 흘러 나가는 것을 보장하는(ensuring) 수단을 더 포함하는, 수소 발생 시스템.
  10. 청구항 9에 있어서, 액체 반응물(91)이 액체 스토리지(60)의 밖으로 흘러 나가는 것을 보장하는 상기 수단은, 부상 장치(floatation device)(67)에 연결되는 제1 단부, 및 상기 액체 스토리지 배출 포트(63)와 유체 연통하는 제2 단부를 갖는 플렉시블 호스(flexible hose)(65)를 포함하고, 그럼으로써 상기 액체 스토리지(60)에 적절한 액체 반응물(91)이 존재하는 한, 상기 부상 장치(67)가 플렉시블 호스(65)의 상기 제1 단부를 상기 액체 반응물(91)의 표면 아래에 유지하도록 되어 있는, 수소 발생 시스템.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 액체 반응물(91)이 물, 산성 액체, 알칼리성 액체, 유기 또는 무기 액체 또는 그들의 조합 중 어느 하나를 포함하는, 수소 발생 시스템.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 고체 반응물(47)이 수소 연료 및 금속계 촉매의 혼합물을 포함하는, 수소 발생 시스템.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 수소 연료는 수소화 붕소 나트륨(sodium borohydride)인, 수소 발생 시스템.
  14. 청구항 12에 있어서, 상기 수소 연료는 수소화붕소(boron hydride), 질소 수소화물(nitrogen hydride), 탄소 수소화물(carbon hydride), 금속 수소화물(metal hydride), 붕소 질소 수소화물(boron nitrogen hydride), 붕소 탄소 수소화물(boron carbon hydride), 질소 탄소 수소화물(nitrogen carbon hydride), 금속 붕소 수소화물(metal boron hydride), 금속 질소 수소화물(metal nitrogen hydride), 금속 탄소 수소화물(metal carbon hydride), 금속 붕소 질소 수소화물(metal boron nitrogen hydride), 금속 붕소 탄소 수소화물(metal boron carbon hydride), 금속 탄소 질소 수소화물(metal carbon nitrogen hydride), 붕소 질소 탄소 수소화물(boron nitrogen carbon hydride), 금속 붕소 질소 탄소 수소화물(metal boron nitrogen carbon hydride), 또는 그들의 조합 중 어느 하나인, 수소 발생 시스템.
  15. 청구항 12에 있어서, 상기 수소 연료는 NaH, LiBH4, LiH, CaH2, Ca(BH4)2, MgBH4, KBH4, Al(BH3)3, 또는 그들의 조합 중 어느 하나인, 수소 발생 시스템.
  16. 청구항 12에 있어서, 상기 고체 반응물은 BxNyHz를 갖는 다양한 화합물들 일 수 있고, 여기서 x, y 및 z는 임의의 정수들인, 수소 발생 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 다양한 화합물들은 H3BNH3, H2B(NH3)2BH3, NH2BH2, B3N3H6, 모르폴린보란(C4H12BNO),(CH2)4O 복합 재료, B2H4, 또는 그들의 조합을 포함하는, 수소 발생 시스템.
  18. 청구항 12에 있어서, 상기 금속계 촉매는 코발트계 산화물, 붕소화물(boride), 고체산, 염, 또는 그들의 조합 중 어느 하나인, 수소 발생 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 염은 루테늄(Ru), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 철(Fe) 또는 그들의 조합 중 어느 하나의 이온들의 화합물인, 수소 발생 시스템.
  20. 청구항 1에 있어서, 필터(80) 뒤에 그리고 상기 버퍼 탱크(82) 앞에 위치된 가스 조절 수단(81)을 더 포함하고, 상기 가스 조절 수단(81)은 그것을 통과하는 가스의 압력 및 유량(flow rate)을 조절하도록 되어 있는, 수소 발생 시스템.
  21. 청구항 1에 있어서, 상기 반응 챔버(40)는 시스템으로부터 용이하게 제거가능하고(easily removable), 그것을 제거하는 동안 흡기 포트(43) 및 가스 출구(42)를 일시적으로 폐쇄하는 수단을 구비하는, 수소 발생 시스템.
  22. 청구항 1에 있어서, 상기 가열 요소들(56)은 저항성 가열(resistive heating) 또는 유도성 가열(inductive heating)에 의해 전기적으로 작동될 수 있는, 수소 발생 시스템.
  23. 청구항 1에 있어서, 상기 응축 유닛(70)은 상기 응축 유닛(70) 밖으로 그리고 상기 액체 스토리지(60)로 되돌려지도록(back into) 상기 가열된 반응물(90)의 응축물(condensate)을 채널링하기 위한 엑세스(excess) 액체 포트(73)를 더 포함하는, 수소 발생 시스템.
  24. 청구항 1에 있어서, 상기 반응 챔버(40)의 압력 판독(pressure reading)을 수행하고 상기 제어 유닛(10)으로 상기 압력 판독을 중계하기 위한 압력 감지 수단(14)을 더 포함하며, 상기 반응 챔버 압력 판독이 미리 설정된 값을 초과할 때, 상기 제어 유닛은 반응 챔버(40)에서 수소 가스 발생을 중지시키는, 수소 발생 시스템.
  25. 청구항 1에 있어서, 상기 반응 챔버(40)의 온도 판독을 수행하고 상기 제어 유닛(10)으로 상기 온도 판독을 중계하기 위한 온도 감지 수단(170)을 더 포함하며, 상기 반응 챔버 온도 판독이 미리 설정된 값을 초과할 때, 상기 제어 유닛은 반응 챔버(40)에서 수소 가스 발생을 중지시키는, 수소 발생 시스템.
  26. 하기의 단계들을 포함하는, 수소 가스를 발생시키는 방법:
    버퍼 탱크(82)의 압력 레벨을 검출하는(detect) 단계;
    상기 저장 레벨이 미리 결정된(predetermined) 레벨로 감소되는 경우, 상기 액체 스토리지(60)로부터 액체 가열 유닛(50)으로 액체 반응물(91)을 나아가게 하는 액체 구동 유닛(64)을 활성화시키는 단계;
    상기 액체 반응물(91)의 적어도 일부가 가열되도록 상기 액체 가열 유닛(50)에서 가열 요소들(56)을 활성화시키는 단계;
    상기 가열된 반응물(90)이 일정량의 고체 반응물(47)을 포함하는 반응 챔버(40)의 내부에 분산되도록 하여, 상기 가열된 반응물(90)과 고체 반응물(47) 사이의 접촉이 수소 가스를 생성시키는 단계;
    상기 수소 가스와 혼합된 임의의 가열된 반응물(90)을 응축시켜 상기 수소 가스로부터 분리시키는 단계;
    상기 응축되고 가열된 반응물(90)을 상기 액체 스토리지(60)로 회수하는(return) 단계;
    상기 수소 가스를 여과하여 원하지 않는 물질들을 실질적으로 제거하는 단계; 및
    상기 수소 가스를 상기 버퍼 탱크(82)에 저장하는 단계.
  27. 하기의 단계들을 포함하는, 수소 가스를 발생시키는 방법.
  28. 청구항 28에 있어서, 하기 단계를 더 포함하는, 수소 가스를 발생시키는 방법:
    상기 반응 챔버(40)에서 발생된 일정량의 열을 상기 액체 가열 유닛(50)으로 전달하는 단계.
  29. 청구항 28에 있어서, 하기 단계를 더 포함하는, 수소 가스를 발생시키는 방법:
    상기 수소 가스의 압력 및 유량을 조절하는 단계.
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