KR20200031847A - Agitation Type Hydrogen Generating System - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 금속과 물을 반응시켜 수소를 생산함으로써, 탄소를 배출하지 않고 수소를 생산할 수 있으면서도, 수소의 발생량을 제어할 수 있는 교반형 수소 생성 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an agitation type hydrogen generating device capable of controlling hydrogen generation while generating hydrogen without emitting carbon by reacting metal and water to produce hydrogen.
현재 에너지 시스템은 화석연료에 크게 의존하고 있으나, 화석연료는 매장량이 한정되어 있어 가까운 미래에 고갈될 것으로 예상된다. 또한 화석연료의 연소 시 발생하는 이산화탄소(CO2)로 인하여 지구 온난화가 가속화되고 있다. 따라서 전 세계적으로 환경 친화적인 대체 에너지의 개발에 관한 연구가 꾸준히 진행되고 있다. Currently, energy systems depend heavily on fossil fuels, but fossil fuels are expected to be depleted in the near future due to limited reserves. In addition, global warming is accelerating due to carbon dioxide (CO 2 ) generated when burning fossil fuels. Therefore, research on the development of environmentally friendly alternative energy is being conducted worldwide.
이 중 수소 에너지는 환경 친화적이며 높은 에너지 밀도를 갖기 때문에 자동차 동력원, 휴대용 전자기기용 연료전지의 연료로 활용이 가능하며, 수소를 연료로 사용하는 연료전지의 가격도 매년 감소하고 있어, 수소에너지 시대가 앞당겨지고 있다. 수소 연료전지와 같이 수소를 주체로 하는 에너지 경제로의 패러다임 변화가 진행되고 있음에 따라 수소의 수요가 증대되고 있다.Of these, hydrogen energy is environmentally friendly and has a high energy density, so it can be used as fuel for fuel cells for automobile power sources and portable electronic devices. It is being advanced. The demand for hydrogen is increasing as a paradigm shift toward an energy economy mainly based on hydrogen, such as a hydrogen fuel cell.
또한, 수소 연료는 직접 연소시킬 때에도 환경오염 물질이 거의 배출되지 않는 청정 연료이고, 수소를 전기로 변환하는 고효율 연료전지의 연료로 활용하는 것도 가능하다는 점에서 가까운 미래의 이상적인 에너지원으로 전망하고 있다.In addition, hydrogen fuel is a clean fuel that hardly emits environmental pollutants even when directly combusted, and it is also expected to be an ideal energy source in the near future because it can also be used as a fuel for high-efficiency fuel cells that convert hydrogen into electricity. .
가장 널리 사용되는 수소 생산 방법으로는, 탄화수소계 연료를 개질하는 방법이 있다. 대표적으로, 탄화수소를 수증기와 반응시켜, 수증기(물)에 함유된 수소를 추출하는 수증기 개질법, 탄화수소를 산소와 반응시킴으로써 수소를 얻는 부분산화법 및 수증기 개질반응 및 부분산화반응 등 2가지 반응에 의해 수소를 생산함으로써 부분산화법의 가동성과 수증기 개질법의 효율성을 조합한 자열개질법 등이 있다.The most widely used hydrogen production method is a method of reforming a hydrocarbon-based fuel. Representatively, hydrogen is reacted by two reactions: a steam reforming method in which hydrogen is contained in water (water) by reacting a hydrocarbon with water vapor, a partial oxidation method of obtaining hydrogen by reacting hydrocarbon with oxygen, and a steam reforming reaction and partial oxidation reaction. There are autothermal reforming methods that combine the efficiency of the partial oxidation method with the efficiency of the steam reforming method.
이러한 개질법은, 일정량의 탄화수소로부터 많은 양의 수소를 얻을 수 있고 그 기술수준이 상용화되어 있다는 장점이 있지만, 탄화수소를 연료로 하므로 환경오염물질인 탄소의 배출이 불가피하다. This reforming method has the advantage that a large amount of hydrogen can be obtained from a certain amount of hydrocarbon and its technology level is commercialized, but since the hydrocarbon is used as a fuel, the emission of carbon as an environmental pollutant is inevitable.
수소를 생산하는 다른 방법으로는, 알루미늄 등의 금속을 물과 반응시켜 수소를 발생시키는 방법이 있다. 금속과 물의 반응을 이용하면 탄소 배출없이(zero emission) 수소를 생산할 수 있어 친환경적이라는 장점이 있다. Another method for producing hydrogen is a method of generating hydrogen by reacting a metal such as aluminum with water. Using the reaction of metal and water has the advantage of being environmentally friendly because it can produce hydrogen without zero emission.
그러나 알루미늄을 물과 반응시켜 수소를 생산하기 위해서는 부산물인 산화물 또는 수산화물이 알루미늄의 표면에 피막을 형성하고, 피막 안쪽의 알루미늄은 물과 접촉할 수 없게 되므로 수소 생성 반응(알루미늄 산화반응)이 알루미늄의 표면에서만 발생하다가 정지하게 되는 문제가 있다.However, in order to produce hydrogen by reacting aluminum with water, a by-product oxide or hydroxide forms a film on the surface of aluminum, and the aluminum inside the film cannot come into contact with water. There is a problem that occurs only on the surface and then stops.
이러한 문제점을 해결하기 위해 제안되고 있는 방법으로는, 물 속에서 알루미늄을 절삭하여 알루미늄의 새로운 면을 생성시킴으로써 반응이 지속되도록 하는 방법이 있다. 그러나, 이러한 방법은, 알루미늄 표면의 피막을 제거하기 위한 기계적 설비가 필요하고, 알루미늄의 새로운 면과 미세 입자가 연속적으로 생성되므로 반응 속도를 제어하는 것이 어렵다. As a method proposed to solve this problem, there is a method of cutting aluminum in water to create a new surface of aluminum so that the reaction is continued. However, this method requires mechanical equipment for removing the coating on the aluminum surface, and it is difficult to control the reaction rate since new surfaces and fine particles of aluminum are continuously produced.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 탄소를 배출하지 않고 수소를 생산할 수 있으면서도, 수소의 생성속도를 제어할 수 있는 교반형 수소 생성 장치 및 방법을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a stirred hydrogen generating apparatus and method capable of controlling hydrogen production rate while producing hydrogen without emitting carbon.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 금속과 물의 반응에 의해 수소가 생성되는 반응기; 및 상기 반응기와 수소 수요처를 연결하며, 상기 반응기에서 반응에 의해 생성된 수소 기체를 수소 수요처로 공급하는 수소 배출라인;을 포함하고, 상기 반응기는, 상기 반응기 내 하부에 탈부착이 가능하도록 결합되며 금속이 저장되는 금속 저장 수단; 및 상기 반응기 내 하부에 설치되며 반응기 내 유체를 교반시키는 교반기;를 포함하고, 상기 교반기의 작동을 제어하여 상기 금속과 물의 반응속도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는, 교반형 수소 생성 장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention for achieving the above object, a reactor in which hydrogen is generated by the reaction of metal and water; And a hydrogen discharge line connecting the reactor and a hydrogen demand source, and supplying hydrogen gas generated by a reaction in the reactor to the hydrogen demand source, wherein the reactor is coupled to be detachable in the lower portion of the reactor and is metal Metal storage means in which it is stored; And a stirrer installed in the lower portion of the reactor to stir the fluid in the reactor; and a control unit controlling the reaction speed of the metal and water by controlling the operation of the stirrer. do.
바람직하게는, 상기 금속 저장 수단은 금속은 통과하지 못하고 유체는 통과할 수 있는 다공성 필터로 구비될 수 있다.Preferably, the metal storage means may be provided with a porous filter through which the metal does not pass and the fluid passes.
바람직하게는, 상기 금속은 분말 형태의 알루미늄일 수 있다.Preferably, the metal may be aluminum in powder form.
바람직하게는, 상기 금속 저장 수단이 반응기에 탈부착 가능하도록 상기 금속 저장 수단과 반응기를 결합하는 탈부착 수단;을 더 포함하고, 상기 금속의 반응이 완료되면 상기 반응이 완료된 금속이 저장된 금속 저장 수단은 제거되고, 새로운 금속이 저장된 금속 저장 수단으로 교체될 수 있다. Preferably, the metal storage means detachable means for coupling the metal storage means and the reactor to be detachably attached to the reactor; further comprising, when the reaction of the metal is completed, the metal storage means storing the metal where the reaction is completed is removed And new metal can be replaced with stored metal storage means.
바람직하게는, 상기 반응기로 공급할 촉매를 저장하는 촉매 저장탱크; 상기 촉매 저장탱크로부터 상기 반응기의 상부로 연결되며, 상기 촉매 저장탱크로부터 반응기로 촉매를 공급하는 촉매 공급라인; 및 상기 촉매 공급라인에 설치되며, 개폐 및 개도량이 제어되는 촉매 공급밸브;를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 촉매 공급밸브의 개도량을 제어함으로써 상기 반응기 내 금속과 물의 반응속도를 제어할 수 있다. Preferably, a catalyst storage tank for storing a catalyst to be supplied to the reactor; A catalyst supply line connected to the upper portion of the reactor from the catalyst storage tank and supplying a catalyst from the catalyst storage tank to the reactor; And a catalyst supply valve installed in the catalyst supply line, the opening and closing amount being controlled, and the control unit controlling the reaction rate of metal and water in the reactor by controlling the opening amount of the catalyst supply valve. .
바람직하게는, 상기 반응기의 하부로부터 상기 촉매 저장탱크로 연결되며, 상기 반응기로부터 상기 촉매 저장탱크로 촉매를 회수하는 촉매 회수라인; 및 상기 촉매를 반응기로부터 촉매 저장탱크로 순환시키는 촉매 순환펌프;를 더 포함할 수 있다.Preferably, the catalyst recovery line is connected to the catalyst storage tank from the bottom of the reactor, and recovers the catalyst from the reactor to the catalyst storage tank; And a catalyst circulation pump circulating the catalyst from the reactor to the catalyst storage tank.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 반응기에서 금속과 물을 반응시켜 수소를 생성시키는 수소 생성 방법에 있어서, 반응시킬 금속이 저장된 금속 저장 수단을, 상기 반응기 내 하부에 탈부착이 가능하도록 결합하고, 금속과 물의 반응시켜 수소를 생성하되, 상기 금속 저장 수단은 상기 금속은 통과하지 못하고 상기 물은 통과할 수 있는 다공성 필터로 구비하며, 교반기의 작동을 제어하여, 상기 반응기 내 물을 교반시킴으로써, 상기 금속과 물의 반응속도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는, 수소 생성 방법이 제공된다.According to another aspect of the present invention for achieving the above object, in a hydrogen generating method for generating hydrogen by reacting metal and water in a reactor, the metal storage means storing the metal to be reacted is detachably attached to the lower portion of the reactor. Combined to enable this, the reaction of the metal and water to produce hydrogen, the metal storage means is provided with a porous filter through which the metal does not pass and the water can pass, to control the operation of the stirrer, in the reactor By stirring the water, a control unit for controlling the reaction rate of the metal and water; further comprising, a hydrogen generating method is provided.
바람직하게는, 상기 금속의 반응이 완료되면 상기 반응이 완료된 금속이 저장된 금속 저장 수단을 탈착시키고, 새로운 금속이 저장된 금속 저장 수단으로 교체할 수 있다.Preferably, when the reaction of the metal is completed, the metal storage means storing the metal where the reaction is completed may be detached and replaced with a metal storage means storing new metal.
바람직하게는, 상기 반응기로 촉매를 공급하여, 상기 금속 표면에 형성된 산화막이 상기 금속과 물의 접촉을 방해하지 않도록 하고, 상기 반응기로 공급하는 촉매의 유량을 조절함으로써, 상기 금속과 물의 반응 속도를 제어할 수 있다.Preferably, by supplying a catalyst to the reactor, the oxide film formed on the surface of the metal does not interfere with the contact of the metal and water, and by controlling the flow rate of the catalyst supplied to the reactor, the reaction rate of the metal and water is controlled can do.
본 발명에 따른 교반형 수소 생성 장치 및 방법은, 금속과 물을 반응시켜 수소를 생산함으로써, 탄소를 배출하지 않고 수소를 생산할 수 있으며, 탄소를 배출하지 않고 생성된 고순도의 수소는 전기 및 열 생성을 위한 연료전지의 연료로 사용할 수 있다. Agitated hydrogen generating apparatus and method according to the present invention, by reacting metal and water to produce hydrogen, hydrogen can be produced without emitting carbon, and high-purity hydrogen generated without emitting carbon generates electricity and heat It can be used as fuel for fuel cells.
또한, 교반기의 작동을 제어하고, 촉매 공급량을 제어하여, 금속과 물의 폭발적인 반응 속도를 제어함으로써, 수소의 발생량을 조절할 수 있다. In addition, by controlling the operation of the stirrer, by controlling the amount of catalyst supplied, by controlling the explosive reaction rate of the metal and water, it is possible to control the amount of hydrogen generated.
또한, 반응기 내에서 금속이 수용되는 금속 저장 장치와 탈부착 수단을 구비하여, 반응이 완료된 금속은 반응기로부터 쉽게 분리하고, 반응시킬 새로운 금속으로 쉽게 교체할 수 있다. In addition, the metal storage device in which the metal is accommodated in the reactor and a desorption means are provided, so that the completed reaction metal can be easily separated from the reactor and easily replaced with a new metal to be reacted.
또한, 반응에 의해 생성되는 부산물도 반응이 완료된 금속을 반응기로부터 분리 제거할 때 함께 제거할 수 있어 별도의 부산물 제거 공정이 필요하지 않다. In addition, the by-products generated by the reaction can be removed together when the reaction-removed metal is separated and removed from the reactor, and a separate by-product removal process is not required.
또한, 반응에 사용된 촉매는 펌프를 이용하여 회수함으로써 재사용할 수 있다. Also, the catalyst used in the reaction can be reused by recovering it using a pump.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교반형 수소 생성 장치를 간략하게 도시한 개념도이다.1 is a conceptual diagram briefly showing a stirred hydrogen generating apparatus according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the operational advantages of the present invention and the objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the contents described in the accompanying drawings, which illustrate preferred embodiments of the present invention.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조 부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다. 또한, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the configuration and operation of the preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, when adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components are denoted by the same reference numerals as much as possible even though they are displayed on different drawings. In addition, the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is not limited to the following examples.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 교반형 수소 생성 장치를 간략하게 도시한 개념도이다. 이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 교반형 수소 생성 장치 및 방법을 설명하기로 한다. 1 is a conceptual diagram briefly showing a stirred hydrogen generating apparatus according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, with reference to Figure 1, it will be described a stirring type hydrogen generating apparatus and method according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 교반형 수소 생성 장치(500)는, 금속과 물의 반응이 일어나고, 금속과 물의 반응에 의해 수소가 생성되는 반응기(100); 및 반응기(100)에서의 수소 생성 반응에 필요한 촉매를 저장하는 촉매 저장탱크(200);를 포함한다.Stirred
또한, 본 실시예의 반응기(100)는, 수소 생성 반응의 원료인 금속이 저장되는 금속 저장 수단(110); 반응기(100)에 수용되어 있는 유체를 교반시켜 반응속도를 촉진시키는 교반기(120); 및 금속 저장 수단(110)이 반응기(100)에 부착되거나 반응기(100)로부터 탈착되도록 하는 탈부착 수단(130);을 포함한다. In addition, the
또한, 본 실시예에 따르면, 반응기(100) 내에서 반응에 의해 생성된 수소가 반응기(100)로부터 배출되도록 반응기(100)와 수소 수요처를 연결하는 수소 배출라인(HL); 촉매 저장탱크(200)로부터 반응기(100)로 촉매가 공급되도록 촉매 저장탱크(200)와 반응기(100)를 연결하는 촉매 공급라인(CL1); 및 촉매가 반응기(100)로부터 촉매 저장탱크(200)로 회수되도록 반응기(100)와 촉매 저장탱크(200)를 연결하는 촉매 회수라인(CL2);을 포함한다.In addition, according to the present embodiment, a hydrogen discharge line (HL) connecting the
수소 배출라인(HL)은 반응기(100)로부터 연료전지 등 수소 수요처로 직접 연결될 수도 있고, 수소를 저장하는 수소 저장탱크(미도시)로 연결될 수도 있다.The hydrogen discharge line HL may be directly connected to a hydrogen demand source such as a fuel cell from the
또한, 수소 배출라인(HL)은 도 1에 도시된 바와 같이, 반응기(100)의 상부로부터 연결될 수 있다. In addition, the hydrogen discharge line HL can be connected from the top of the
도면에 도시하지는 않았지만, 반응기(100) 내부의 상부 측에는, 수소 배출라인(HL)으로 배출되는 수소 기체에 포함된 미스트 등 액체 성분을 제거하는 미스트 제거용 필터(미도시);가 설치될 수 있다. Although not shown in the figure, a mist removal filter (not shown) for removing liquid components such as mist contained in hydrogen gas discharged to the hydrogen discharge line HL may be installed on the upper side inside the
수소 배출라인(HL)에는 반응기(100)에서 생성된 수소 기체의 배출 여부에 따라 개폐가 제어되는 수소 배출밸브(401);가 설치될 수 있다. A
본 실시예의 촉매 공급라인(CL1)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 촉매 저장탱크(200)로부터 반응기(100)의 상부로 연결될 수 있다. The catalyst supply line CL1 of this embodiment may be connected to the top of the
또한, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 촉매 공급라인(CL1)은 반응기(100)의 내부까지 연장되어 촉매가 안정적으로 반응기(100)로 공급되도록 할 수도 있다. In addition, although not shown in the drawing, the catalyst supply line CL1 may extend to the inside of the
촉매 공급라인(CL1)에는 반응기(100)로 공급할 촉매의 유량을 조절하기 위하여 개폐 및 개도량이 제어되는 촉매 공급밸브(402);가 설치될 수 있다.The catalyst supply line CL1 may be provided with a catalyst supply valve 402 in which opening and closing amount is controlled to control the flow rate of the catalyst to be supplied to the
본 실시예의 촉매 회수라인(CL2)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 반응기(100)의 하부로부터 촉매 저장탱크(200)로 연결될 수 있다.The catalyst recovery line CL2 of the present embodiment may be connected to the
또한, 촉매 회수라인(CL2)에는 반응기(100)로부터의 촉매 배출 여부에 따라 개폐가 제어되는 촉매 회수밸브(403);가 설치될 수 있다. In addition, a
본 실시예의 수소 배출밸브(401), 촉매 공급밸브(402) 및 촉매 회수밸브(403)는 도시하지 않은 제어부(미도시)에 의해 제어될 수 있다.The
또한, 본 실시예의 반응기(100)에는, 반응기(100)의 내압을 측정하는 압력센서(미도시);가 설치될 수도 있다. 제어부는 반응기(100)의 내압이 설정범위 내에 있도록 압력센서와 수소 배출밸브(401)를 연동하여 반응기(100)의 내압을 제어할 수 있다. 또는, 수소 배출밸브(401)가 반응기(100)의 내압이 설정값을 초과하면 자동으로 개방되어 수소 기체를 반응기(100)로부터 배출시키도록 하는 안전밸브(미도시);가 더 마련될 수도 있을 것이다. In addition, the
또한, 본 실시예에 따르면, 반응기(100)로부터 배출된 촉매를 가압하여 촉매 저장탱크(200)로 이송하는 촉매 순환펌프(300);를 더 포함할 수 있다. In addition, according to the present embodiment, the
본 실시예의 금속은, 알루미늄(111)일 수 있다. 또한, 알루미늄은 금속 저장 수단(110)에 배치된다. 즉, 본 실시예의 반응기(100)에서는 금속 저장 수단(110)에 배치된 알루미늄(111)과 물이 반응하여 수소가 생성된다.The metal of this embodiment may be aluminum (111). Further, aluminum is disposed on the metal storage means 110. That is, in the
본 실시예에서, 알루미늄은, 분말 형태로 제공될 수 있다.In this embodiment, aluminum may be provided in powder form.
본 실시예의 금속 저장 수단(110)은, 분말 형태의 알루미늄(111)을 수용할 수 있는 컨테이너일 수 있고, 도 1에 도시된 바와 같이, 반응기(100) 내부 공간의 하부에 배치될 수 있다. The metal storage means 110 of this embodiment may be a container that can accommodate
또한, 금속 저장 수단(110)의 내부에 수용된 고체, 즉 알루미늄 분말(111)은 통과시키지 못하고, 유체 즉, 반응기(100) 내 물을 통과시킬 수 있는 구조일 수 있으며, 예컨대 다공성 필터(filter) 또는 그물망(mesh) 구조일 수 있다.In addition, the solid, that is, the
반응기(100) 내에 저장되어 있는 물은 금속 저장 수단(110)의 내외를 통과할 수 있으므로, 금속 저장 수단(110)에 수용되어 있는 알루미늄 분말(111)과 접촉하며, 반응에 의해 수소가 생성된다.Since water stored in the
본 실시예에 따르면, 교반기(120)가 작동되면, 반응기(100) 내 물이 교반되어 금속 저장 수단(110)에 수용되어 있는 알루미늄 분말(111)과 물의 접촉을 원활하게 함으로써 반응이 촉진될 수 있다. According to this embodiment, when the
즉, 교반기(120)를 작동시키면, 수소 발생 속도가 빨라질 수 있고, 시간당 수소 발생량이 많아질 수 있다.That is, when the
도면에 도시되어 있지는 않지만, 본 실시예의 교반기(120)는, 회전축(미도시); 및 회전축을 구동시키는 전기모터(미도시);를 포함할 수 있다. Although not shown in the drawing, the
제어부는 교반기(120)의 작동 여부를 제어할 수 있고, 교반기(120)의 운전속도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부는, 반응기(100)에서 생성된 수소를 공급받는 수소 수요처(미도시)에서 요구하는 수소 공급량 등에 따라 교반기(120)의 작동을 제어할 수 있다. The control unit may control whether or not the
교반기(120)는 도 1에 도시된 바와 같이, 금속 저장 수단(110)보다 하부에 설치될 수 있다.As shown in FIG. 1, the
반응기(100) 내에서의 수소 생성 반응, 즉, 알루미늄과 물의 반응에 의해 수소가 생성되는데, 알루미늄이 물과 반응한 직후, 알루미늄 표면에는 산화막이 형성되어 반응속도는 급격히 감소하게 된다. Hydrogen is generated in the
본 실시예에 따르면, 이를 극복하기 위하여, 촉매 저장탱크(200)에 저장된 촉매를 촉매 공급라인(CL1)을 통해 반응기(100) 내부로 공급할 수 있다.According to this embodiment, in order to overcome this, the catalyst stored in the
촉매 저장탱크(200)는 도 1에 도시된 바와 같이, 반응기(100)보다 높은 위치에 설치될 수 있다. 촉매 저장탱크(200)가 반응기(100)보다 높은 위치에 설치됨으로써, 별도의 동력없이 중력에 의해 촉매가 촉매 저장탱크(200)로부터 반응기(100) 내부로 공급될 수 있다. The
본 실시예에서 촉매는 알칼리 용액 또는 알칼리 수용액일 수 있다. 예컨대, 본 실시예의 촉매는 수산화나트륨(NaOH)일 수 있다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 촉매는, 금속과 물의 반응에 의해 생성되는 산화물 등 부산물을 제거하면서도, 반응에 의해 생성된 수소 기체에 부정적인 영향을 끼치지 않는 물질이면 된다. In this embodiment, the catalyst may be an alkali solution or an aqueous alkali solution. For example, the catalyst of this embodiment may be sodium hydroxide (NaOH). However, the present invention is not limited thereto, and the catalyst may be any material that removes byproducts such as oxides generated by the reaction of metal and water, but does not adversely affect the hydrogen gas generated by the reaction.
촉매 저장탱크(200)로부터 반응기(100)로 공급되는 촉매의 유량은 촉매 공급밸브(402)의 개도량 제어에 의해 조절될 수 있다. 반응기(100)로 공급하는 촉매의 유량을 조절함으로써, 알루미늄의 폭발적인 반응성을 억제할 수 있고, 따라서 반응기(100) 내에서 일어나는 수소 생성 반응의 반응 속도를 제어할 수 있다. The flow rate of the catalyst supplied from the
본 실시예의 탈부착 수단(130)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 금속 저장 수단(110)의 양단에 설치되는 힌지일 수 있다. 본 실시예에서는 탈부착 수단(130)이 힌지 구조인 것을 예로 들어 설명하지만, 특별히 한정하는 것은 아니고, 탈부착 수단(130)은 금속 저장 수단(110)을 반응기(100)에 탈부착이 가능하도록 결합시킬 수 있는 구조이면 된다. Desorption means 130 of this embodiment, as shown in Figure 1, may be a hinge installed on both ends of the metal storage means (110). In this embodiment, although the
본 실시예의 금속 저장 수단(110)과 반응기(100)는, 탈부착 수단(130)에 의해 탈착 가능하다. The metal storage means 110 and the
즉, 반응시킬 알루미늄이 저장된 금속 저장 수단(110)을 탈부착 수단(130)을 이용하여 반응기(100) 내부에 힌지 결합하고, 반응을 진행시킨 후, 알루미늄의 반응이 완료되면 힌지 결합을 해제하여 금속 저장 수단(110)을 반응기(100)로부터 탈착시켜, 반응이 완료된 알루미늄 및 부산물을 제거하고, 새로운 알루미늄이 저장된 금속 저장 수단(110)을 반응기(100) 내부에 설치할 수 있다.That is, the metal storage means 110 storing the aluminum to be reacted is hinged to the inside of the
반응기(100) 내에서의 수소 생성 반응, 즉, 알루미늄과 물과의 반응에 의해 수소 기체 뿐만 아니라 수산화알루미늄(Al(OH)3)과 같은 부산물이 생성되는데, 본 실시예에 따르면, 알루미늄이 수용된 금속 저장 수단(110)이 고체 성분은 통과할 수 없는 구조로 구비되므로, 부산물인 수산화알루미늄도 금속 저장 수단(110) 내에 머물러 있게 된다. Hydrogen generation reaction in the
따라서, 본 실시예에 따르면, 부산물을 제거하는 별도의 처리과정없이, 금속 저장 수단(110)을 반응기(100)로부터 탈착시켜 반응이 완료된 알루미늄이 제거될 때 부산물도 함께 제거될 수 있다. Therefore, according to the present embodiment, by-products can be removed together when the reaction is completed by removing the metal storage means 110 from the
수산화알루미늄은 인체에 무해한 성분이므로, 반응 완료 후 작업자가 직접 금속 저장 수단(110)을 교체하는 작업을 실시하더라도 안전하게 실시할 수 있다.Since aluminum hydroxide is a component harmless to the human body, it can be safely performed even if an operator directly replaces the metal storage means 110 after the reaction is completed.
또한, 본 실시예에 따르면, 반응기(100)로 투입된 촉매는 반응기(100)로부터 배출될 수 있고, 촉매 순환펌프(300)를 이용하여 촉매 회수라인(CL2)을 통해 촉매 저장탱크(200)로 회수될 수 있다. In addition, according to this embodiment, the catalyst injected into the
예를 들어, 반응이 완료된 알루미늄을 반응기(100)로부터 제거할 때에는 반응을 멈추게 되는데, 이 때, 촉매 회수밸브(403)를 개방하여 반응기(100)로부터 사용된 촉매가 촉매 회수라인(CL2)으로 배출되도록 하고, 촉매 순환펌프(300)를 작동시켜 반응기(100)로부터 배출된 촉매를 촉매 저장탱크(200)로 공급함으로써, 촉매를 수소 생성 반응에 재사용할 수 있다.For example, the reaction is stopped when the reaction-completed aluminum is removed from the
촉매 회수라인(CL2)은 도 1에 도시된 바와 같이, 반응기(100)의 하부로부터 촉매 저장탱크(200)로 연결될 수 있다.The catalyst recovery line CL2 may be connected to the
본 실시예에 따르면, 탈부착 수단(130)에 의해 반응기(100)에 용이하게 탈부착이 가능한 금속 저장 수단(110)에, 알루미늄 등 금속을 분말 형태로 저장하고, 금속 저장 수단(110)을 반응기(100)에 결합시킨다. According to this embodiment, the metal storage means 110, which can be easily detached to the
반응기(100)에 저장된 물과 금속 저장 수단(110)에 저장된 알루미늄 분말이 반응하여 수소 기체를 생성한다. Water stored in the
반응이 진행되는 동안에는, 알루미늄과 물의 반응속도를 제어하기 위해, 촉매 공급밸브(402)를 제어하여, 촉매 저장탱크(200)로부터 반응기(100)로 공급되는 촉매의 양을 조절한다.While the reaction is in progress, to control the reaction rate between aluminum and water, the catalyst supply valve 402 is controlled to adjust the amount of catalyst supplied from the
또한, 반응이 진행되는 동안, 금속 저장 수단(110)에 저장된 알루미늄 금속과 물의 접촉이 원활하도록 교반기(120)를 가동시켜 반응을 촉진시킴으로써 반응속도를 제어할 수도 있다. In addition, while the reaction is in progress, the reaction speed may be controlled by promoting the reaction by operating the
알루미늄과 물의 반응에 의해 수소 기체가 생성됨에 따라 반응기(100)의 내압은 점차 증가하게 되고, 반응기(100)의 내압 및/또는 수소 수요처의 요구에 따라 수소 배출밸브(401)를 제어하여, 반응에 의해 생성된 수소 기체가 반응기(100)로부터 수소 수요처로 배출되도록 한다. As hydrogen gas is generated by the reaction of aluminum and water, the internal pressure of the
본 실시예에서 수소 수요처는 수소를 연료로 하여 전기 및 열을 생성하는 연료전지일 수 있다. 예를 들어, 연료전지는 PEMFC(Proton Exchanger Membrane Fuel Cell)일 수 있다. In this embodiment, the hydrogen demand destination may be a fuel cell that generates electricity and heat using hydrogen as a fuel. For example, the fuel cell may be a PEMFC (Proton Exchanger Membrane Fuel Cell).
반응기(100)로부터 배출시킨 수소 기체는 수소 수요처로 직접 공급할 수도 있고, 수소 저장탱크에 저장하였다가 수소 수요처로 공급할 수도 있다. 반응기(100)로부터 배출시킨 수소 기체를 수소 저장탱크에 저장하였다가 수소 수요처로 공급하면, 수소 수요처로의 수소 연료 공급이 더욱 안정적으로 이루어질 수 있을 것이다. The hydrogen gas discharged from the
반응기(100) 내부에 탈부착 가능하도록 설치되어 있는 금속 저장 수단(110)에 저장된 알루미늄의 반응이 완료되어 더이상 수소 기체를 생성할 수 없으면, 탈부착 수단(130)을 이용하여 금속 저장 수단(110)과 반응기(100)의 결합을 해제하고, 금속 저장 수단(110)에 수용되어 있는 반응이 완료된 알루미늄과 반응에 의해 생성된 수산화알루미늄 등 부산물을 제거한다. When the reaction of aluminum stored in the metal storage means 110 installed to be detachably installed inside the
새로운 알루미늄이 저장된 금속 저장 수단(110)을 반응기(100)에 다시 결합시킴으로써, 반응을 재개할 수 있는데, 필요에 따라서는, 새로운 알루미늄으로 교체하기 전에, 촉매 회수밸브(403)를 개방하여, 반응기(100)로부터 사용된 촉매를 배출시키고, 촉매 순환펌프(300)를 가동시켜 반응기(100)로부터 배출된 촉매를 촉매 저장탱크(200)로 재순환시킬 수 있다. The reaction can be resumed by re-bonding the metal storage means 110 in which the new aluminum is stored to the
촉매 회수밸브(403)는 반응이 진행되는 동안에는 폐쇄되도록 제어할 수도 있지만, 반응기(100) 내 촉매의 농도나 반응기(100)의 수위를 조절하기 위하여 반응 중에도 개방하여 반응기(100)로부터 촉매를 배출시킬 수도 있다. The
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 금속과 물을 반응시킴으로써 수소를 생성하고, 생성된 수소를 연료전지 등으로 공급하여 에너지를 생산할 수 있으므로, 궁극적으로는 탄소를 배출하지 않고 에너지를 생산할 수 있어 친환경적이다.As described above, according to the present invention, hydrogen can be generated by reacting a metal with water, and the generated hydrogen can be supplied to a fuel cell or the like to produce energy, and ultimately energy can be produced without emitting carbon. It is eco-friendly.
또한, 분말형태의 금속을 물과 반응시킴으로써, 반응의 안정성을 도모하고, 반응이 완료된 금속은 물론 부산물까지도 탈부착 수단을 이용하여 교체가 가능하므로 연속적이고 용이하게 수소 기체를 생산할 수 있다. In addition, by reacting the powdered metal with water, the stability of the reaction is promoted, and since the metal after the reaction is completed, as well as by-products can be replaced using a desorption means, hydrogen gas can be continuously and easily produced.
또한, 교반기의 작동 및 촉매 공급량을 조절함으로써 폭발적인 반응에 의해 반응속도 제어가 어려웠던 종래기술에 비해, 반응속도를 용이하게 조절할 수 있다. In addition, by controlling the operation of the stirrer and the amount of catalyst supplied, it is possible to easily adjust the reaction speed, compared to the prior art, where it was difficult to control the reaction rate by an explosive reaction.
이상과 같이 본 발명에 따른 실시 예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로 상술한 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고, 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.As described above, the embodiments according to the present invention have been reviewed, and the fact that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or scope of the embodiments described above are those with ordinary knowledge in the art. It is self-evident. Therefore, the above-described embodiments are to be regarded as illustrative rather than restrictive, and accordingly, the present invention is not limited to the above description and may be changed within the scope of the appended claims and their equivalents.
500 : 교반형 수소 생성 장치
100 : 반응기
110 : 금속 저장 수단
120 : 교반기
130 : 탈부착 수단
200 : 촉매 저장탱크
300 : 촉매 순환펌프
401 : 수소 배출밸브
402 : 촉매 공급밸브
403 : 촉매 회수밸브
HL : 수소 배출라인
CL1 : 촉매 공급라인
CL2 : 촉매 회수라인500: stirred hydrogen generating device
100: reactor
110: metal storage means
120: stirrer
130: detachable means
200: catalyst storage tank
300: catalytic circulation pump
401: hydrogen discharge valve
402: catalyst supply valve
403: catalyst recovery valve
HL: Hydrogen discharge line
CL1: Catalyst supply line
CL2: catalyst recovery line
Claims (6)
상기 반응기와 수소 수요처를 연결하며, 상기 반응기에서 반응에 의해 생성된 수소 기체를 수소 수요처로 공급하는 수소 배출라인;을 포함하고,
상기 반응기는,
상기 반응기 내 하부에 탈부착이 가능하도록 결합되며 금속이 저장되는 금속 저장 수단; 및
상기 반응기 내 하부에 설치되며 반응기 내 유체를 교반시키는 교반기;를 포함하고,
상기 교반기의 작동을 제어하여 상기 금속과 물의 반응속도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는, 교반형 수소 생성 장치.A reactor in which hydrogen is produced by the reaction of metal and water; And
It includes; a hydrogen discharge line connecting the reactor and the hydrogen demand, and supplying the hydrogen gas generated by the reaction in the reactor to the hydrogen demand.
The reactor,
A metal storage means coupled to a removable part in the lower part of the reactor and storing metal; And
It is installed in the lower portion of the reactor and agitator for stirring the fluid in the reactor; includes,
Further comprising, a control unit for controlling the reaction speed of the metal and water by controlling the operation of the stirrer; Stirring type hydrogen generating device further comprises.
상기 금속 저장 수단은 금속은 통과하지 못하고 유체는 통과할 수 있는 다공성 필터로 구비되는, 교반형 수소 생성 장치. The method according to claim 1,
The metal storage means is provided with a porous filter through which the metal does not pass through the fluid, the stirring type hydrogen generating device.
상기 금속은 분말 형태의 알루미늄인, 교반형 수소 생성 장치. The method according to claim 2,
The metal is a powdered aluminum, agitated hydrogen generating apparatus.
상기 금속 저장 수단이 반응기에 탈부착 가능하도록 상기 금속 저장 수단과 반응기를 결합하는 탈부착 수단;을 더 포함하고,
상기 금속의 반응이 완료되면 상기 반응이 완료된 금속이 저장된 금속 저장 수단은 제거되고, 새로운 금속이 저장된 금속 저장 수단으로 교체될 수 있는, 교반형 수소 생성 장치. The method according to claim 1,
Further comprising; detachable means for coupling the metal storage means and the reactor so that the metal storage means is detachable to the reactor,
When the reaction of the metal is completed, the metal storage means storing the metal where the reaction is completed may be removed, and a new metal storage means may be replaced with a metal storage means.
상기 반응기로 공급할 촉매를 저장하는 촉매 저장탱크;
상기 촉매 저장탱크로부터 상기 반응기의 상부로 연결되며, 상기 촉매 저장탱크로부터 반응기로 촉매를 공급하는 촉매 공급라인; 및
상기 촉매 공급라인에 설치되며, 개폐 및 개도량이 제어되는 촉매 공급밸브;를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 촉매 공급밸브의 개도량을 제어함으로써 상기 반응기 내 금속과 물의 반응속도를 제어하는, 교반형 수소 생성 장치.The method according to claim 1,
A catalyst storage tank for storing a catalyst to be supplied to the reactor;
A catalyst supply line connected to the upper portion of the reactor from the catalyst storage tank and supplying a catalyst from the catalyst storage tank to the reactor; And
It is installed on the catalyst supply line, and further includes a catalyst supply valve for opening and closing and controlling the opening amount,
The control unit controls the opening amount of the catalyst supply valve to control the reaction rate of the metal and water in the reactor, a stirred hydrogen generating device.
상기 반응기의 하부로부터 상기 촉매 저장탱크로 연결되며, 상기 반응기로부터 상기 촉매 저장탱크로 촉매를 회수하는 촉매 회수라인; 및
상기 촉매를 반응기로부터 촉매 저장탱크로 순환시키는 촉매 순환펌프;를 더 포함하는, 교반형 수소 생성 장치.The method according to claim 5,
A catalyst recovery line connected to the catalyst storage tank from the bottom of the reactor and recovering a catalyst from the reactor to the catalyst storage tank; And
A catalyst circulating pump for circulating the catalyst from the reactor to the catalyst storage tank; further comprising a stirred hydrogen generating device.
Priority Applications (1)
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KR1020180110827A KR102601308B1 (en) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | Agitation Type Hydrogen Generating System |
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Publications (2)
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KR1020180110827A KR102601308B1 (en) | 2018-09-17 | 2018-09-17 | Agitation Type Hydrogen Generating System |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20230043481A (en) * | 2021-09-24 | 2023-03-31 | 이화여자대학교 산학협력단 | Thermochemical redox cycle producing hydrogen combined with bottoming cycle |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101648107B1 (en) * | 2015-05-21 | 2016-08-12 | 주식회사 세연이엔에스 | A hybrid hydrogen generating system using the reative metal fuel |
KR20180011992A (en) * | 2016-07-26 | 2018-02-05 | 대우조선해양 주식회사 | Hydrogen generate apparatus for submarine |
KR20180019811A (en) * | 2016-08-17 | 2018-02-27 | 대우조선해양 주식회사 | Metallic fuel provider for hydrogen generation using metallic fuel |
KR20180028862A (en) * | 2016-09-09 | 2018-03-19 | 대우조선해양 주식회사 | Metallic fuel hydrogen generation system of underwater moving body |
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2018
- 2018-09-17 KR KR1020180110827A patent/KR102601308B1/en active IP Right Grant
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KR102601308B1 (en) | 2023-11-13 |
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