KR20200044976A - 가스를 발생시키기 위한 장치 - Google Patents

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꼼미사리아 아 레네르지 아토미끄 에뜨 옥스 에너지스 앨터네이티브즈
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Abstract

가스를 발생시키는데 유용한 장치로서, 상기 장치는 촉매와 접촉함으로써 가스를 발생시킬 수 있는 액체를 담기 위한 내부 공간을 규정하는 인클로저, 촉매를 담기 위한 촉매 챔버를 함께 규정하는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하는 촉매 시스템으로서, 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은 상기 촉매 챔버가 상기 내부 공간으로부터 격리되는 폐쇄 위치와, 상기 촉매 챔버가 상기 내부 공간과 유체 연통하는 개방 위치 사이에서 서로에 대해 이동 가능하여, 상기 액체 및 상기 촉매가 각각 상기 내부 공간에, 그리고 상기 촉매 챔버에 담겨지는 경우, 상기 개방 위치에서, 상기 액체는 상기 촉매 챔버에 진입하고, 그리고 상기 가스는 상기 액체가 상기 촉매와 접촉하게 됨으로써 발생되는, 상기 촉매 시스템, 상기 촉매 시스템에 연결되고 상기 촉매 시스템을 상기 개방 위치 및/또는 상기 폐쇄 위치에 위치시키도록 구성된 액추에이터, 및 상기 액추에이터를 명령하기 위한 명령 유닛을 포함한다.

Description

가스를 발생시키기 위한 장치
본 발명은 주로 액체를 촉매와 접촉시킴으로써 가스, 특히 이수소 (dihydrogen) 를 발생시키기 위한 장치에 관한 것이다.
이수소를 발생시키기 위한 공지된 방법은 수소화물의 가수 분해 반응을 위하여 수소화물 수용액, 예를 들면, 수소화 붕소 나트륨 용액을 촉매와 접촉시키는 것을 수반하고, 상기 촉매는, 예를 들면, 코발트, 백금 또는 루테늄으로 구성된다. 수소화물 수용액의 가수 분해 반응은 촉매와의 접촉을 통하여 발생하여 이수소를 발생시킨다.
예로서, WO 2012/003112 A1 및 WO 2010/051557 A1 은 수소화물의 이런 촉매화된 가수 분해를 구현하기 위한 장치를 개시하고 있다. 이들 문헌들에 개시된 가스 발생 장치는, 작동 중에, 수소화물 수용액을 담고 있는 인클로저와, 수소화물 수용액의 가수 분해를 위하여 촉매를 담고 있는 촉매 챔버를 규정하는 촉매 시스템을 포함한다. 촉매 시스템은 바디 및 분리 가능한 커버를 포함한다. 촉매 시스템의 폐쇄 위치에서, 커버 및 바디는 함께 촉매를 수소화물 수용액으로부터 격리한다. 따라서, 이수소가 발생되지 않는다. 촉매 시스템의 개방 위치에서, 커버는 바디로부터 거리를 두고 배치된다. 이어서, 수소화물 수용액은 촉매와 접촉하게 되어 이수소의 발생을 개시한다. 이렇게 발생된 이수소는 배출 개구부를 통하여 촉매 챔버 밖으로 배출된다.
발생된 이수소의 압력이 인클로저 내부에서 너무 높아지는 것을 방지하기 위하여, WO 2012/003112 A1 및 WO 2010/051557 A1 에 개시된 촉매 시스템은 바디 및 커버 둘 다에 고정된 중공 원통형 튜브 형태로 엘라스토머 멤브레인을 포함한다. 바디는 엘라스토머 멤브레인의 내부 공간의 압력이 대기압과 동일하도록 단부들 중 하나에서 인클로저 외부에서, 그리고 그 반대 단부에서 엘라스토머 멤브레인의 내부 공간에서 나오는 드레인을 더 포함한다. 따라서, 인클로저의 이수소 압력이 임계 압력 보다 더 큰 경우, 촉매 시스템의 폐쇄 위치에 도달될 때까지, 커버는 비틀림의 영향을 통하여 엘라스토머 멤브레인을 수축시키는 인클로저의 압력의 영향 하에서 바디에 푸싱된다. 인클로저의 압력이 임계 압력 보다 낮은 경우, 평형 위치를 회복하려고 시도하는 엘라스토머 멤브레인은 수소화물 수용액이 촉매에 접근하도록 커버를 촉매 시스템의 개방 위치로 전개 및 해제한다.
수소화물 수용액에 대한 촉매의 노출은 WO 2012/003112 A1 및 WO 2010/051557 A1 에서 수동적으로 제어되고, 즉, 촉매 시스템은 단지 인클로저의 이수소 압력의 함수로서 개폐된다. 따라서, 이들 2 개의 문서들에 개시된 촉매 시스템은 작동 유연성이 거의 없다.
WO 2012/003112 A1 및 WO 2010/051557 A1 의 촉매 시스템은 다른 단점들을 갖는다.
엘라스토머 멤브레인의 최적 수축 및 전개를 보장하기 위하여, 엘라스토머 멤브레인의 높이는 낮아야 하고, 이는 촉매에 대한 수소화물계 수용액의 접근을 제한한다.
촉매 시스템을 폐쇄하기 위한 임계 압력은 엘라스토머 멤브레인의 강성에 의해서 결정되고, 이는 엘라스토머 멤브레인의 형태 및 기계적 특성들, 특히 탄성 특성들에 의존한다. 따라서, 장치의 최적 작동을 보장하기 위해 엘라스토머 멤브레인을 설계하는 것은 어렵다.
게다가, 인클로저 내부의 압력과 무관하게 촉매 시스템의 개폐를 제어할 수 없다.
따라서, 전술한 단점들을 극복하는 액체를 촉매와 접촉시킴으로써 가스를 발생시키는데 유용한 장치에 대한 요구가 존재한다.
이 요구는 가스를 발생시키는데 유용한 장치에 의해서 충족되고, 상기 장치는,
- 촉매와 접촉함으로써 가스를 발생시킬 수 있는 액체를 담기 위한 내부 공간을 규정하는 인클로저;
- 촉매를 담기 위한 촉매 챔버를 함께 규정하는 제 1 부분 및 제 2 부분을 포함하는 촉매 시스템으로서,
- 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은 상기 촉매 챔버가 상기 내부 공간으로부터 격리되는 폐쇄 위치와, 상기 촉매 챔버가 상기 내부 공간과 유체 연통하는 개방 위치 사이에서, 바람직하게는 병진 이동 및/또는 회전에 의해서, 서로에 대해 이동 가능하여, 액체 및 촉매가 각각 상기 내부 공간에, 그리고 상기 촉매 챔버에 담겨지는 경우, 상기 개방 위치에서, 액체는 상기 촉매 챔버에 진입하고, 그리고 가스는 액체를 촉매와 접촉시킴으로써 발생되는, 상기 촉매 시스템;
- 상기 촉매 시스템에 연결되고 상기 촉매 시스템을 상기 개방 위치 및/또는 상기 폐쇄 위치에 위치시키도록 구성된 액추에이터; 및
- 상기 액추에이터를 명령하기 위한 명령 유닛을 포함한다.
이후에 보다 상세하게 명백해지는 바와 같이, 본 발명에 따른 장치에 의해서 발생된 이수소의 수율은 동일한 실험 조건들 하에서, 그리고 동일한 양들의 수소화물 수용액 및 촉매에 대해 WO 2012/003112 A1 에 개시된 장치에 의해서 발생된 것과 비교하여 증가된다.
명령 유닛은 액추에이터를 직접 또는 간접적으로 활성화시키기 위하여 명령 신호를 전송하도록 구성된다. 이후에 명백해지는 바와 같이, 명령 신호의 전송은 인클로저 내부의 가스 압력과 무관할 수 있다. 다시 말해서, 본 발명에 따르면, 가스 발생은 인클로저의 가스 압력값과 무관하게 정지될 수 있다. 특히, 폐쇄 위치에서, 촉매 챔버가 내부 공간으로부터 격리되어 있으면서, 액체 및 촉매가 내부 공간 및 촉매 챔버에 각각 담겨질 때, 액체는 촉매 챔버로 진입할 수 없고, 액체에 대한 촉매 챔버의 불투과성은 제 1 부분과 제 2 부분 사이의 연결에 의해서 제공된다. 따라서, 본 발명에 따른 장치는 작동적으로 신뢰할 수 있다.
“개방 위치” 라는 용어는 촉매 챔버가 내부 공간과 유체 연통하는 임의의 위치로 이해된다. 상기 장치는 제 1 부분 및 제 2 부분을 분리하는 거리 및/또는 각도를 통하여 서로 상이한 복수의 개방 위치들에 위치될 수 있다. 특히, 촉매 시스템은 서로 상이한 제 1 개방 위치 및 제 2 개방 위치에 위치될 수 있고, 제 1 개방 위치에서 액체에 접근 가능한 촉매 챔버의 부피는 제 2 개방 위치에서 액체에 접근 가능한 촉매 챔버의 부피와 상이하다. 이런 식으로, 장치에 의한 가스 발생의 동역학은 촉매 시스템을 2 개의 상이한 개방 위치들 사이에서 이동시킴으로써 변경될 수 있다. 특히, 개방 위치는 액추에이터의 행정이 도달하게 되는 극도의 개방 위치일 수 있다.
액추에이터는 바람직하게는, 예를 들면, 촉매 시스템에 견고하게 고정된다.
액추에이터는 램, 특히 유압식 램 또는 전기식 램 또는 공압식 램 또는 전기 모터일 수 있다.
바람직하게는, 액추에이터는 램이다. 램은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 적용이 용이하다는 이점을 갖는다. 이런 램은 통상적으로 원통형 바디를 포함하고, 상기 원통형 바디에 피스톤이 수용되고, 상기 피스톤은, 특히 실린더의 축선과 일치하는 평행한 방향을 따라서 또는 각각 그 주위로, 병진 및/또는 회전 운동에 의해서, 전개 위치와 폴백 (fallback) 위치 사이에서 이동할 수 있다. 바람직하게는, 램이 유압식 또는 공압식인 경우, 램은 피스톤을 폴백 위치로 복귀시키는 경향이 있는 피스톤에 힘을 가하도록 구성된 복귀 구성 요소를 더 포함한다.
바람직하게는, 램의 원통형 바디는 제 1 부분 및/또는 인클로저에 고정된다. 피스톤은 바람직하게는 제 2 부분에 고정된다.
바람직하게는, 램은 공압식이다. 공압식 램은 작동을 위해 전력 공급 디바이스를 필요로 하지 않는 이점을 갖는다. 이것에는 특히 압축성 가압 유체의 비축물에 의해서 파워가 공급될 수 있다.
변형으로서, 램은 유압식일 수 있다. 다른 변형에 따르면, 램은 전기식일 수 있다.
하지만, 액추에이터는 램으로 제한되지 않는다. 일 변형에서, 액추에이터는 모터, 특히 전기 모터, 예를 들면, 스테퍼 모터일 수 있다.
바람직하게는, 촉매 시스템의 개방 위치 및 폐쇄 위치 중 적어도 하나에서, 램의 적어도 일부는 촉매 챔버에 배치된다. 따라서, 액체에 접근 가능한 인클로저의 부피에 대한 램의 어떠한 잠식 (encroachment) 도 제한된다.
게다가, 제 1 부분 및 제 2 부분은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 서로에 대해 병진 이동 가능하고, 병진 이동 방향은 램의 종방향 축선에 평행하다.
장치는 명령 유닛 및 램에 연결된 명령 밸브를 포함할 수 있고, 명령 밸브는 명령 유닛으로부터 발생하는 명령 신호를 수신하고, 그리고 상기 명령 신호의 수신 후에 가압 유체량을 램에 전달하고, 및/또는 램으로부터 상기 유체를 퍼지하도록 구성된다.
특히, 램에 파워를 공급하기 위하여, 장치는 명령 밸브에 연결된 가압 유체 공급 구성 요소를 포함할 수 있다.
일 변형에서, 유체는 공압 유체, 특히 기체 유체이고, 그리고 유체 공급 구성 요소는 공압 유체가 압력 하에서 저장되는 탱크를 갖는 카트리지일 수 있다. 바람직하게는, 카트리지는 명령 밸브에 분리 가능하게 연결된다.
다른 변형에서, 유체 공급 구성 요소는 탱크로부터 발생하는 유체를 대기압 보다 더 큰 압력으로 압축하기 위하여, 유체가 기체인 경우에 압축기에 연결되거나, 또는 유체가 액체, 예를 들면, 오일인 경우에 펌프에 연결된, 예를 들면, 대기압에서, 유체를 포함하는 탱크에 의해서 형성된 조립체일 수 있다. 적용 가능한 경우, 압축기 또는 펌프는 명령 밸브를 통하여 가압 유체를 액추에이터를 향하여 운반하기 위하여, 파이프에 의해서, 명령 밸브와 유체 연통할 수 있다.
일 변형에서, 특히 유체 공급 구성 요소가 전술한 단락에서 설명된 바와 같은 조립체일 때, 유체 공급 구성 요소, 램 및 명령 밸브는 유체에 대한 폐쇄 회로를 규정한다. 다시 말해서, 가압 유체가 램의 실린더에 공급될 때 유체만 유체 공급 구성 요소로부터 램으로 명령 밸브를 통하여 유동하고, 그리고 램을 퍼지할 때 반대 방향으로 유동한다.
용어 “가압” 유체, 특히 기체 유체는 유체의 압력이 대기압 보다 더 큰 것을 의미하는 것으로 이해된다. 바람직하게는, 유체의 압력은 1.1 bar 초과, 바람직하게는 1.5 bar 초과, 심지어 2 bar 초과이다. “압력” 은 진공에서 제로 압력 기준에 대해 규정된다. 유체는 공기, 이산화탄소, 아르곤, 디아조테 (diazote) 또는 이소부탄으로부터 선택된 가스일 수 있다. 이소부탄은 이것이 1.6 bar 의 압력에서 20℃ 에서 액화되기 때문에 바람직하다. 이소부탄은 압력 하에서 탱크 내로 도입될 수 있어서 탱크의 적어도 일부는 액체 형태의 이소부탄이 채워진다. 액체 형태의 이소부탄은 이것이 대기압에 노출될 때 기체상으로 전이될 수 있다. 변형으로서, 유체는 유체, 특히 오일일 수 있다.
게다가, 장치는 전력 공급 유닛, 예를 들면, 배터리를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 전력 공급 유닛은 전력 공급을 명령 유닛으로 전달하도록 구성된다. 게다가, 특히 액추에이터 타입의 함수로서, 전력 공급 유닛은 전력을 장치의 다른 유닛들 및 구성 요소들에 공급하도록 구성될 수 있다.
특히, 액추에이터가 공압식 또는 유압식 램인 변형에서, 전력 공급 유닛은 명령 밸브의 개방 및 폐쇄를 구현하고, 따라서 램에 공급하거나 또는 각각 램을 퍼지하기 위하여 전력 공급을 명령 밸브 및/또는 명령 유닛으로 전달하도록 구성될 수 있다. 적용 가능한 경우, 이것은 압축기 또는 펌프에 전력을 공급하기 위하여 이들에 연결될 수 있다.
액추에이터가 전기식 램 또는 전기 모터인 변형에서, 전력 공급 유닛은 전기식 램의 피스톤의 이동 또는 모터의 회전을 구현하기 위하여 액추에이터에 전기적으로 연결될 수 있다.
명령 유닛과 관련하여, 이것은 액추에이터가 촉매 시스템을 개방 위치 또는 폐쇄 위치에 위치시키도록 액추에이터를 직접 또는 간접적으로 명령하도록 명령 신호를 전송하도록 구성된다.
명령 유닛은 액추에이터를 직접적으로 명령할 수 있다. 예를 들면, 액추에이터는 전기 모터이고, 그리고 명령 유닛은 전기 모터에 직접적으로 전기적으로 연결된다.
변형으로서, 명령 유닛은 액추에이터를 간접적으로 명령할 수 있다. 예를 들면, 액추에이터는 램이고, 그리고 명령 유닛은 명령 신호를 명령 밸브에 송신하여 명령 밸브를 개방 또는 폐쇄하는 것이 램의 이동으로 이어질 수 있다.
바람직하게는, 명령 신호는 전기 신호이다.
명령 유닛은 액추에이터를 적어도 하나의 제어 파라미터에 의해서 구성된 적어도 하나의 제어 모드에 따라 명령하도록 구성될 수 있다.
제어 모드는, 이후에 설명되는 바와 같이, 조절 제어 모드이거나, 또는 조절 제어 모드와 상이한 특정 제어 모드일 수 있다.
명령 유닛은 바람직하게는 적어도 하나의 제어 모드를 구현하기 위하여, 제어 프로그램이라 지칭되는 컴퓨터 프로그램을 실행하는데 적합한 프로세서를 포함한다. 컴퓨터 프로그램은 제어 파라미터들을 판독 및 해석하기 위한 지시들을 포함할 수 있다.
장치는 저장 모듈, 예를 들면, 컴퓨터 하드 드라이브 또는 플래시 메모리를 포함할 수 있고, 여기에 상기 제어 프로그램 및/또는 제어 파라미터들은 저장될 수 있다.
변형으로서, 장치는 저장 매체, 예를 들면, USB 스틱 또는 SSD 카드를 판독하도록 구성된 판독기 모듈을 포함할 수 있고, 그리고 제어 프로그램 및/또는 제어 프로그램의 파라미터들은 상기 저장 매체에 저장될 수 있다. 다른 변형에 따르면, 판독기 모듈은 제어 파라미터들을 입력하는데 적합한 입력 유닛, 예를 들면, 키보드 또는 터치 스크린을 포함할 수 있다. 특히, 입력 유닛은, 예를 들면, 로터리 버튼의 형태로, 적어도 하나의 제어 파라미터를 조정하기 위한 구성 요소를 포함할 수 있고, 로터리 버튼의 각도 위치는 제어 파라미터가 설정되는 값을 규정한다.
입력 유닛은 제어 파라미터가 가스 발생 전에 조정되고, 그리고 가스 발생 동안 변경될 수 있도록 구성될 수 있다. 따라서, 제어 파라미터들이, 예를 들면, 최소 및 최대 조절 압력들인 경우, 이후에 설명되는 바와 같이, 가스가 장치에 의해서 발생되는 가스 적용 요건들의 함수로서 발생된 유량을 조정하기 위하여 상기 최소 및 최대 조절 압력들을 변경할 수 있다.
바람직한 제어 모드는 조절 제어 모드이다.
특히, 조절 모드에 따르면, 하나 이상의 제어 파라미터들은 바람직하게는 적어도 하나, 바람직하게는 적어도 2 개의 조절 파라미터들을 포함한다.
바람직하게는, 명령 유닛은 적어도 하나의 조절 파라미터와 적어도 하나의 조절될 양의 조절 비교라고 지칭되는 비교를 수행하도록 구성되고, 그리고 조절 비교 결과의 함수로서 명령 신호를 송신하도록 구성된다.
바람직하게는, 조절 모드는 제 1 및 제 2 조절 파라미터들을 포함하는 제어 파라미터들에 의해서 구성되고, 그리고 명령 유닛은 조절될 양을 수신하고, 그리고 조절될 양이 제 1 조절 파라미터 보다 작고, 그리고 각각 제 2 조절 파라미터 보다 더 큰 경우, 촉매 시스템을 제 1 위치 및 제 2 위치에서 위치시키도록 액추에이터를 명령하도록 구성된다. 제 1 및 제 2 위치들은 바람직하게는 서로 상이한 개방 위치들일 수 있다. 바람직한 변형에 따르면, 제 1 위치는 개방 위치이고, 그리고 제 2 위치는 폐쇄 위치이다.
조절될 양은 내부 공간의 가스 압력, 장치가 유체 연통하는 기계 장치, 바람직하게는 연료 전지의 가스 압력, 발생된 가스 유량 및 온도, 예를 들면, 액체의 온도 또는 촉매의 온도 또는 장치의 환경 온도로부터 선택될 수 있다.
바람직하게는, 조절될 양은 내부 공간의 가스 압력이고, 그리고 제 1 및 제 2 조절 파라미터들은 각각 최소 조절 압력들 및 최대 조절 압력들이다.
바람직하게는, 명령 유닛은 내부 공간의 가스 압력이 최소 조절 압력 이하, 각각 최대 조절 압력 이상인 경우, 제 1 위치에서, 각각 제 2 위치에서 촉매 시스템을 위치시키기 위하여 명령 신호를 명령 밸브에 송신하도록 구성된다. 제 1 및 제 2 위치들은 개방 위치들일 수 있다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 위치들은 각각 개방 위치 및 폐쇄 위치이다.
최소 조절 압력 및/또는 최대 조절 압력은 장치의 사용자에 의해서 규정될 수 있다. 특히, 이들은 가스 발생이 의도되는 적용의 함수로서 결정될 수 있다. 유리하게는, 최소 및/또는 최대 조절 압력들을 변경함으로써, 장치는 일정한 설정값 유량 및 가스가 의도되는 적용에 적합한 압력에서 가스를 발생시킬 수 있다.
전술한 바와 같이, 명령 유닛은 조절 모드와 상이한 적어도 하나의 특정 제어 모드를 실행하도록 구성될 수 있다.
특히, 적어도 하나의 특정 제어 모드에 따르면, 명령 유닛은 유지 기간 동안 촉매 시스템을 개방 위치에서 및/또는 폐쇄 위치에서 유지하도록 구성될 수 있다. 유지 기간은 특정 제어 모드의 제어 파라미터이고, 그리고 바람직하게는 조절 모드의 조절 파라미터들의 적어도 하나, 특히 전부와 무관하다.
예를 들면, 일 변형에 따르면, 특정 제어 모드는 냉각 제어 모드이고, 이에 따라 명령 유닛은,
- 선택적으로, 촉매 시스템을 제 1 유지 기간 동안 개방 위치에 위치시키고 나서;
- 촉매 시스템을 제 2 유지 기간 동안 폐쇄 위치에 위치시키도록 구성된다.
제 1 유지 기간은 제 2 유지 기간 보다 적어도 10 배 짧을 수 있다. 예를 들면, 제 1 유지 기간은 1 초이고, 그 때 제 2 유지 기간은 60 초이다.
게다가, 바람직하게는, 장치는,
- 적어도 하나의 제어될 양을 수신하고;
- 특히 제어될 양을 적어도 하나의 제어 파라미터와 비교함으로써 제어될 양을 분석하고; 그리고
분석 결과에 따라,
- 조절 모드 또는 상기 조절 모드와 상이한 특정 제어 모드에 따라 제어 신호를 발생시키고; 그리고
- 상기 제어 신호를 수신하고 제어 신호에 대응하는 제어 모드를 실행하도록 구성되는 명령 유닛으로 제어 신호를 송신하도록 구성되는 제어 유닛을 포함한다.
바람직하게는, 제어될 양은 명령 유닛에 의해서 실행될 제어 모드에 의존한다. 특히, 제어될 양은 2 개의 상이한 제어 모드들에 대해 상이할 수 있다. 예를 들면, 조절 모드에 따라, 제어될 양은 챔버에서 발생된 가스 유량 및/또는 온도일 수 있고, 그리고, 냉각 제어 모드에 따라, 제어될 양은 발생된 가스 압력일 수 있다.
제어될 양은 내부 공간의 가스 압력, 장치가 유체 연통하는 기계 장치, 바람직하게는 연료 전지의 가스 압력, 발생된 가스 유량 및 온도, 예를 들면, 액체의 온도 또는 촉매의 온도 또는 장치의 환경 온도로부터 선택될 수 있다.
바람직하게는, 조절될 양이 내부 공간의 가스 압력인 조절 모드에 따라, 제어 유닛은, 특히 공동으로, 발생된 가스 유량, 액체의 온도, 촉매의 온도 및 장치의 환경 온도, 바람직하게는 유량 및 촉매의 온도를 분석하도록 구성된다.
조절 모드에 따르면, 제어될 양은 바람직하게는 조절될 양과 상이하다.
게다가, 제어 유닛은 바람직하게는 적어도 하나의 제어 파라미터로 제어될 양을 분석하기 위하여, 분석 프로그램이라 지칭되는 컴퓨터 프로그램을 실행하는데 적합한 프로세서를 포함한다.
분석 프로그램 및/또는 분석 파라미터들은 전술한 바와 같이 저장 모듈에 저장되거나 판독기 모듈에 의해서 판독될 수 있고, 그리고 분석 프로그램은 제어 파라미터들을 판독 및 해석하기 위한 지시들을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 비교될 양의 분석은 명령 유닛에 의해서 실행된 제어 모드에 의존한다. 특히, 분석 프로그램은 적어도 하나의 제어 모드에 특정한 신호들의 세트들을 포함할 수 있다.
특히, 제어 유닛은, 예를 들면, 2 초 미만, 특히 1 초의 분석 기간에 걸쳐서, 제어될 양의 복수의 값들을 수신하고, 그리고 제어될 양의 값들의 각각을 제어 파라미터와 비교한 후 분석 결과를 공식화하도록 구성될 수 있다. 특히, 제어 결과가 복수의 값들의 각각의 값이 제어 파라미터 보다 작은 경우, 제어 유닛은 명령 유닛을 위해 의도된, 특정 모드 또는 조절 모드에 따른, 제어 신호를 전송 및 송신할 수 있다.
예를 들면, 조절 모드의 일 실시예에 따르면, 제어 유닛은 2 개의 제어될 양들, 즉 발생된 가스 유량 및 촉매의 온도를 수신 및 분석하도록 구성되고, 분석은, 분석 기간에 걸쳐서, 상기 제어될 양들의 각각을 각각의 제어 파라미터, 각각 설정값 유량 및 설정값 온도와 비교함으로써 수행된다. 따라서, 분석 기간 동안, 발생된 가스 유량이 설정값 유량 보다 작거나 및/또는 촉매의 온도가 설정값 온도 보다 낮은 경우, 제어 유닛은 냉각 제어 모드를 위한 제어 신호를 명령 유닛으로 송신하도록 구성된다.
바람직하게는, 제어 유닛은, 특히 공동으로, 서로 상이한 적어도 2 개의 제어량들, 예를 들면, 발생된 가스 유량 및 적어도 하나의 온도, 예를 들면, 촉매의 온도를 분석하도록 구성된다.
제어 모드가 조절 모드인 변형에서, 제어될 양들은 액체의 온도 및 내부 공간에 담겨진 가스 압력일 수 있고, 그리고 제어 파라미터들은 액체의 최대 온도 및 가스의 최대 압력일 수 있다.
제어 모드가 냉각 제어 모드인 변형에서, 제어될 양들은 촉매의 온도 및 내부 공간의 가스 압력일 수 있고, 그리고 제어 파라미터들은 촉매의 설정값 온도와, 예를 들면, 각각 최소 조절 압력 및 최대 조절 압력과 동일한 최소 및 최대 설정값 압력들일 수 있다. 제어 유닛은 촉매의 온도가 촉매의 설정값 온도 보다 더 높자 마자, 그리고 인클로저의 가스의 압력이 설정값 압력 보다 더 크자 마자, 예를 들면, 조절 모드에서, 제어 신호를 전송하도록 구성될 수 있다.
전술한 바와 같이, 명령 유닛 및 제어 유닛은 각각 적어도 하나의 조절될 양 및 적어도 하나의 제어될 양을 수신하도록 구성된다.
바람직하게는, 장치는 내부 공간의 가스 압력, 장치가 유체 연통하는 기계 장치, 바람직하게는 연료 전지의 가스 압력, 발생된 가스 유량 및 온도, 예를 들면, 액체의 온도 또는 촉매의 온도 또는 장치의 환경 온도로부터 선택된 양을 측정하기 위한 적어도 하나의 유닛을 포함한다. 측정 유닛은 또한 상기 측정된 양을 명령 유닛 및/또는 제어 유닛으로 송신하도록 구성된다. 측정 유닛은 명령 유닛 및/또는 제어 유닛에 전기적으로 연결될 수 있고, 그리고 이것은 전기 신호의 형태로 양의 측정된 값을 송신하도록 구성될 수 있다.
일 실시 형태에서, 측정 유닛은 내부 공간에 배치된다.
바람직하게는, 장치는 적어도 2 개의 측정 유닛들을 포함하고, 상기 측정 유닛들은 바람직하게는 각각 상이한 양들을 측정하도록 구성된다. 특히, 장치는 내부 공간의 가스 압력을 측정하기 위한 유닛, 발생된 가스 유량을 측정하기 위한 유닛, 및 온도를 측정하기 위한 적어도 적어도 하나의 유닛을 포함할 수 있다.
명령 유닛에 의해서 구현될 제어 모드에 따라, 측정된 양은 제어될 양 및/또는 조절될 양일 수 있다.
게다가, 장치는 장치의 사용자에 의해서 온 또는 오프 구성으로 위치될 수 있는 스위치, 예를 들면, 전기 스위치를 포함하는 스위칭 유닛을 포함할 수 있다. 스위칭 유닛은 스위칭 신호를 발생시키고, 그리고 상기 스위칭 신호를 명령 유닛으로 송신하도록 구성되고, 상기 명령 유닛은 스위치가 오프 구성으로, 각각 온 구성으로 위치되는 경우, 촉매 시스템의 폐쇄, 각각 개방을 명령하기 위하여 상기 신호를 수신하도록 구성된다.
장치는 제어 유닛 및 스위칭 유닛을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 명령 유닛은 제어 유닛 및 명령 유닛이 각각 공동으로 제어 신호 및 스위칭 신호를 명령 유닛으로 송신하는 경우, 스위칭 신호만을 처리하도록 구성된다.
게다가, 장치는 신호, 예를 들면, 가청 또는 광 신호를 전송하도록 구성되는 알람 유닛을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 인클로저는 가스 배출 개구부를 포함한다. 장치는 바람직하게는 가스의 압력을 측정하도록 구성된 압력 측정 유닛을 포함한다. 압력 측정 유닛은 바람직하게는 배출 개구부에 배치될 수 있는 압력 센서를 포함한다. 일 변형에서, 가스 배출 개구부는 인클로저의 가스 압력이 배출 압력 보다 작거나, 또는 각각 그 이상인 경우 가스가 인클로저로부터 배출되는 것을 방지하거나, 또는 각각 허용하도록, 예를 들면 밸브, 바람직하게는 유량 제어 밸브에 의해서 밀봉되거나, 또는 각각 개방될 수 있다. 예를 들면, 배출 압력은 4 bar 보다 더 클 수 있다. 명령 유닛은 밸브의 개폐를 명령하도록 구성될 수 있다. 변형에서, 밸브는 유체 압력이 배출 압력 보다 작거나, 또는 각각 그 이상인 경우 유체가 인클로저로부터 배출되는 것을 방지하거나, 또는 각각 허용하도록 구성된 탄성 변형 가능한 재료로 제조될 수 있다.
바람직하게는, 촉매 시스템은 인클로저의 내부 공간에 배치된다. 따라서, 인클로저의 내부 공간과 촉매 시스템의 유체 연통은 촉매 시스템의 개방 위치에서 용이하게 된다.
바람직하게는, 촉매 시스템은 액체에 완전히 침지된다. 장치에서 가스의 발생은, 예를 들면, 명령 밸브를 폐쇄하기 위하여 명령 신호가 송신된 후, 특히 인클로저의 가스 압력이 촉매 시스템에 어떠한 압축력을 발생시키지 않는 경우 이런 구성으로 정지될 수 있다.
일 실시 형태에서, 장치는 촉매를 포함한다. 바람직하게는, 촉매는, 바람직하게는 수소화물계 용액의 가수 분해를 촉진시키는데 적합한 금속이다. 특히 바람직한 촉매는 코발트, 니켈, 백금, 루테늄 및 이들의 합금들로부터 선택된다.
게다가, 장치는 인클로저의 내부 공간에 담겨진 액체를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 액체는 이후에 설명되는 바와 같이 수소화물을 포함하는 수용액이다.
바람직하게는, 촉매의 적어도 일부는 제 1 부분 및/또는 제 2 부분에 고정된다. 일 실시 형태에서, 촉매는 제 1 부분에만 및/또는 제 2 부분에만 고정된다.
촉매는 개방 위치로부터 폐쇄 위치로의 전이 동안 인클로저에 대해 이동 가능하거나 고정되도록 배치될 수 있다.
게다가, 장치는, 촉매 시스템의 개방 위치에서, 인클로저가 액체를 담고 있는 경우, 제 1 부분 및/또는 제 2 부분과 접촉하지 않는 촉매의 50% 초과, 바람직하게는 80% 초과, 바람직하게는 90% 초과, 심지어 특히 전체 표면은 액체와 접촉하도록 설계된다. 따라서, 이것은 유리하게는 액체를 촉매와 접촉시킴으로써 가스 발생 반응의 동역학을 향상시킨다.
바람직하게는, 촉매로의 액체의 접근을 용이하게 하기 위하여, 램의 피스톤의 행정은 촉매의 두께 이상이고, 상기 두께는 피스톤이 전개되는 축선과 평행한 방향으로 측정된다.
촉매는 촉매 챔버를 적어도 부분적으로 규정하는 제 1 부분의 벽면 및/또는 제 2 부분의 벽면에 배치된, 예를 들면, 화학적 기상 증착 또는 물리적 기상 증착에 의해서 증착되는, 상이한 형태들, 특히 코팅의 형태일 수 있다. 바람직하게는, 코팅의 두께는 1 mm 미만이다. 코팅의 형태에서, 촉매의 부피에 대한 액체에 접근 가능한 표면의 비율은 최적이다. 게다가, 촉매의 이런 형태는, 촉매가 인클로저의 내부 공간에 배치되는 경우, 액체에 접근 가능한 부피를 거의 잠식하지 않는 소형 촉매 시스템의 제조를 촉진시킨다.
일 변형에서, 촉매는 1 mm 초과의 두께를 갖는 블록 형태일 수 있다. 예를 들면, 블록은 패치 또는 중공 회전 원통형 튜브의 형태일 수 있다.
바람직하게는, 제 1 부분은 인클로저에 대해 고정되고, 그리고 제 2 부분은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 인클로저에 대해 이동 가능하다. 바람직하게는, 촉매 시스템, 바람직하게는 제 2 부분은 액추에이터에, 특히 견고하게, 고정된다. 특히, 액추에이터가 램인 변형에서, 제 2 부분은 램의 피스톤에, 바람직하게는 램의 원통형 바디 외부의 개방 위치에 배치되는 피스톤의 단부에, 바람직하게는 견고하게, 고정된다.
제 1 및 제 2 부분들의 형태는 다양할 수 있다. 제 1 부분은 촉매를 담기 위한 용기의 형태일 수 있다. 특히, 장치가 촉매를 포함하는 변형에서, 촉매는, 예를 들면, 용기의 내부 공간에 배치되거나, 또는 촉매 챔버를 적어도 부분적으로 규정하는, 예를 들면, 용기의 적어도 하나의 벽면, 심지어 모든 벽면들을 코팅한다. 바람직하게는, 용기는 적어도 하나의 개구부를 포함하고, 그리고 제 2 부분은 폐쇄 위치에서 용기의 개구부를 밀봉하는데 적합한 커버의 형태, 예를 들면, 플레이트의 형태이다.
일 변형에서, 제 1 부분은 플레이트의 형태이다. 특히, 플레이트는 촉매에 의해서 형성된 코팅으로 덮여질 수 있다. 이어서, 바람직하게는, 제 2 부분은 바람직하게는 벨 형태여서 폐쇄 위치에서 제 2 부분은 제 1 부분 상에 놓이고, 그리고 촉매 챔버를 내부 공간으로부터 격리한다.
바람직하게는, 제 1 및 제 2 부분들의 형태와 관계없이, 폐쇄 위치에서 액체에 대한 촉매 챔버의 불투과성을 제공하기 위하여, 제 1 부분 및/또는 제 2 부분은 폐쇄 위치에서 제 1 부분과 제 2 부분 사이에 끼워져 압축되는 가스켓 시일을 포함할 수 있다. 변형으로서, 제 2 부분은 폐쇄 위치에 시일을 제공하기 위하여 가요성 재료로 덮여질 수 있거나 가요성 재료로 구성될 수 있다.
촉매 시스템에 의해서 규정된 촉매 챔버와 관련하여, 그 부피는 바람직하게는 1 ㎖ 보다 더 크다.
본 발명의 특정 실시 형태에서, 제 1 부분의, 각각 제 2 부분의 벽은 상기 벽의 두께를 통과하는 적어도 하나의 윈도우를 포함할 수 있고, 제 1 부분의, 각각 제 2 부분의 윈도우는 촉매 시스템의 폐쇄 위치에서 제 2 부분에 의해서, 각각 제 1 부분에 의해서 완전히 밀봉되고, 그리고 제 1 및 제 2 부분들의 윈도우들은 촉매 시스템의 개방 위치에서 제 1 및 제 2 부분들의 벽들을 통하여 촉매 챔버를 향하여 액체를 위한 접근 경로를 규정한다. 따라서, 촉매 챔버 내로의 액체의 접근이 용이하게 되고, 그리고 액체와 촉매의 대류를 통한 최적의 교환이 발생할 수 있다. 일 변형에 따르면, 제 1 및 제 2 부분들의 상기 벽들은 피스톤의 전개 축선에 횡방향으로 연장될 수 있다. 다른 변형에 따르면, 제 1 및 제 2 부분들은 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 서로에 대해 회전 이동 가능하다. 제 1 및 제 2 부분들은 회전이 수행되는 축선과 일치하는 축선을 갖는 중공 및 회전 원통형 관형 부분들을 포함할 수 있고, 그리고 상기 복수의 개구부들을 포함하는 제 1 부분의, 각각 제 2 부분의 벽은 각각의 원통형 부분의 측벽이다.
본 발명에 따른 장치는 또한 액체에 대해 불투과성이고 유체에 대해 투과성이고, 그리고 내부 공간을 액체를 담고 있는 공간 및 발생된 가스를 담고 있는 공간으로 분리하도록 인클로저에 배치되는 멤브레인을 포함할 수 있다. 게다가, 장치는, 예를 들면, 발생된 가스를 정화하도록 구성되는, 배출 개구부에 장착된, 필터를 포함할 수 있다.
게다가, 본 발명은 가스를 발생시키기 위한 방법에 관한 것이고, 본 발명에 따른 장치에는 촉매와 접촉을 통하여 가스를 발생시킬 수 있는 액체를 담고 있는 인클로저의 내부 공간, 상기 촉매를 담고 있는 촉매 시스템의 촉매 챔버가 제공되고, 상기 방법은 제 1 및 제 2 조절 파라미터들에 의해서 구성된 조절 모드라 지칭되는 제어 모드에 따라 구현되고, 상기 방법은 조절될 양을 측정하는 단계와, 조절될 양이 제 1 조절 파라미터, 각각 제 2 조절 파라미터 보다 작고, 각각 더 큰 경우, 촉매 시스템을 개방 위치에서, 각각 폐쇄 위치에서 위치시키기 위하여 액추에이터를 명령하는 단계를 포함한다.
특히 바람직한 방식으로,
- 가스는 이수소이고;
- 액체는, 바람직하게는, 수소화 붕소 나트륨, 수소화 붕소 칼륨, 수소화 붕소 마그네슘, 수소화 붕소 칼슘, 수소화 붕소 리튬, 수소화 알루미늄 리튬, 수소화 마그네슘, 수소화 알루미늄 나트륨 및 이들의 혼합물들로부터 선택되는 수소화물을 포함하는 수용액이고; 그리고
- 촉매는 수용액의 가수 분해 반응을 촉진시키는데 적합하고, 그리고 바람직하게는 백금, 루테늄, 니켈, 코발트 및 이들의 혼합물들로부터 선택된다.
게다가, 액체는, 바람직하게는 NaOH, KOH 및 이들의 혼합물들로부터 선택된 알칼리화제를 포함할 수 있다. 따라서, 이것은 수소화물의 자발적 분해를 제한한다. 촉매 시스템이 폐쇄 위치에 있는 경우, 인클로저 내부의 가스 압력의 어떠한 증가도 제한된다. 촉매 시스템이 개방 위치에 있는 경우, 이것은 따라서 수소화물의 분해가 주로 촉매화된 가수 분해에 기인한다는 것을 보장한다.
게다가, 본 발명에 따른 방법은 조절될 양이 내부 공간 내부의 가스 압력, 장치가 유체 연통하는 기계 장치, 바람직하게는 연료 전지의 가스 압력, 발생된 가스 유량 및 온도, 예를 들면, 액체의 온도 또는 촉매의 온도 또는 장치의 환경 온도로부터 선택될 수 있고, 그리고 제 1 및 제 2 조절 파라미터들이 각각 조절될 양의 최소값 및 최대값이 되도록 한다.
바람직하게는, 조절될 양은 내부 공간의 가스 압력 또는 장치가 유체 연통하는 기계 장치, 바람직하게는 연료 전지의 가스 압력이고, 그리고 제 1 및 제 2 조절 파라미터들은 최소 및 최대 압력 조절 압력들이다.
바람직하게는, 조절 모드에 따르면, 각각 제 1 위치에서, 이어서 제 2 위치에서 촉매 시스템의 배열에 의해서 확립되는, 바람직하게는 각각 촉매 시스템을 개폐함으로써 확립되는 사이클들의 수는 1 ~ 10,000 일 수 있다. 사이클의 기간은 1 초 ~ 10 시간일 수 있다.
특히, 상기 방법은 복수의 사이클들을 포함하고, 그리고 최소 조절 압력 및/또는 최대 조절 압력은 2 개의 연속적인, 심지어 연이은 사이클들 사이에서 변경될 수 있다.
예를 들면, 제 1 사이클 이후의 제 2 연속적인, 심지어 연이은 사이클에 대해 규정된 최소 조절 압력은 제 1 사이클에 대해 규정된 조절 압력 보다 작을 수 있고, 및/또는 상기 제 2 연속적인 사이클에 대해 규정된 최대 조절 압력은 제 1 사이클에 대해 규정된 조절 압력 보다 더 클 수 있다.
변형으로서, 제 1 사이클 이후의 제 2 연속적인, 심지어 연이은 사이클에 대해 규정된 최소 조절 압력은 제 1 사이클에 대해 규정된 조절 압력 보다 더 클 수 있고, 및/또는 상기 제 2 연속적인 사이클에 대해 규정된 최대 조절 압력은 제 1 사이클에 대해 규정된 조절 압력 보다 작을 수 있다.
특히, 제 1 사이클 이후의 제 2 연속적인, 심지어 연이은 사이클에 대해 규정된 최소 및 최대 조절 압력들은 상기 제 2 사이클에 대한 상기 최소 및 최대 조절 압력들의 산술 평균이 상기 제 1 사이클에 대한 상기 최소 및 최대 조절 압력들의 산술 평균과 동일하도록 변경될 수 있다.
일 변형에서, 제 1 사이클 이후의 제 2 연속적인, 심지어 연이은 사이클에 대해 규정된 최소 및 최대 조절 압력들은 상기 제 2 사이클에 대한 최대 조절 압력과 최소 조절 압력간의 차이가 상기 제 1 사이클에 대한 최대 조절 압력과 최소 조절 압력간의 차이와 동일하고, 그리고 바람직하게는, 상기 제 2 사이클에 대한 상기 최소 및 최대 조절 압력들의 산술 평균이 상기 제 1 사이클에 대한 상기 최소 및 최대 조절 압력들의 산술 평균과 상이하고, 특히 더 크거나 작도록 될 수 있다.
게다가, 바람직한 실시 형태에 따르면,
- 적어도 하나의 제어될 양, 바람직하게는 여러 개의 제어될 양들이 측정되고;
- 특히 제어될 양을 적어도 하나의 제어 파라미터와 비교함으로써 제어될 양이 분석되고; 그리고
분석 결과에 따라,
- 상기 방법은 조절 모드에 따라 제어되는 것을 중단하고 나서, 상기 방법은 조절 모드와 상이한 특정 제어 모드에 따라 제어된다.
바람직하게는,
- 제어될 양들은 액체의 온도 및/또는 장치의 환경 온도 및/또는 촉매의 온도이고, 그리고 제어 파라미터들 각각은 액체의 최소 제어 온도 및/또는 환경의 최소 제어 온도 및/또는 촉매의 최소 제어 온도이고;
- 분석 기간, 바람직하게는 0.1 ~ 2 초 동안, 액체의 온도 및/또는 장치의 환경 온도 및/또는 촉매의 온도가 각각 액체의 최소 제어 온도 및/또는 환경의 최소 제어 온도 및/또는 촉매의 최소 제어 온도 보다 작은지 여부를 검증하는 것을 수반하는 분석이 시작되고, 그리고, 이 경우라면,
- 상기 방법은 조절 모드에 따라 제어되는 것을 중단하고 나서, 상기 방법은 냉각 제어 모드에 따라 제어되고, 여기서:
i) 선택적으로, 액추에이터는 촉매 시스템을, 바람직하게는 1 ~ 10 초의 기간 동안 개방 위치에 위치시키도록 명령되고; 이어서
ii) 액추에이터는 인클로저의 가스 압력이 바람직하게는 최대 조절 압력 이상인 최대 설정값 압력 보다 작으면 촉매 시스템을 폐쇄 위치에 위치 및 유지하도록 명령되고;
iii) 액추에이터는 촉매 시스템을 개방 위치에서 위치 및 유지하도록 명령되고, 그리고 인클로저는 발생된 가스가 인클로저로부터 배출되도록 개방되고; 그리고
- 단계 iii) 동안, 측정된 가스 압력이 바람직하게는 최소 조절 압력 이하인 최소 설정값 압력 보다 작고, 이어서 더 커지는 경우, 상기 방법은 냉각 제어 모드에 따라 제어되는 것을 중단하고, 그리고, 바람직하게는, 상기 방법은 조절 모드에 따라 제어되고;
- 그렇지 않으면, 단계 i) 및 단계 ii) 가 수행된다.
바람직하게는, 액체의 최소 제어 온도 및/또는 환경의 최소 제어 온도 및/또는 촉매의 최소 제어 온도는 -10℃ 와 동일하고, 심지어 -20℃ 와 동일하다.
이런 식으로, 액체를 촉매 챔버에 위치시킨 다음, 촉매 시스템을 단계 ii) 에서 폐쇄 위치에 위치시킴으로써, 이것은 인클로저로부터 격리된 촉매 챔버에 액체 및 촉매를 담고 있는 효과를 통하여 가스의 발생을 촉진시킨다. 가스 발생 반응은 발열성이기 때문에, 촉매의 온도는 증가하고, 이는 조절 모드에서 연속적인 개폐의 후속 사이클들 동안 촉매가 가스 발생 반응에 더 반응을 하게 하고, 이는 설정값 유량이 더 빠르게 달성될 수 있게 한다. 촉매 시스템이 냉각 제어 모드의 단계 ii) 에서 폐쇄 구성으로 위치되기 때문에, 인클로저에 위치된 액체는 촉매 챔버로 진입할 수 없고, 그리고 가스의 발생은 촉매 챔버에 미리 포획된 액체의 시약들이 소모되는 경우 정지한다.
일 실시 형태에서, 상기 방법은 장치에 의해서 발생된 가스를 인클로저 외부, 바람직하게는 연료 전지의 애노드 챔버 내부로 운반하는 단계를 포함한다. 이어서, 가스의 압력은 상기 애노드 챔버에서 측정될 수 있다. 따라서, 장치에 의해서 발생된 가스의 양은 연료 전지의 작동 조건들에 적합하다.
마지막으로, 본 발명은 전기 에너지 생산 디바이스에 관한 것으로서, 상기 디바이스는,　
- 가스의 산화를 통하여 전류를 발생시키도록 구성된 연료 전지;
- 상기 연료 전지와 유체 연통하고 상기 가스를 상기 연료 전지에 공급하도록 구성된 본 발명에 따른 가스 발생 장치를 포함한다.
연료 전지는 바람직하게는 애노드, 전해 멤브레인 및 캐소드에 의해서 연속적으로 형성된 스택을 포함하는 산화 유닛을 포함하고, 산화 유닛은 가스의 산화를 통하여 전류를 발생시키도록 구성된다. 연료 전지는 바람직하게는 애노드에 가스를 공급하기 위한 애노드 챔버를 규정한다.
디바이스는 바람직하게는 유체 연통 상태로 장치와 연료 전지를 링크하는 분배 구성 요소를 포함한다. 바람직하게는, 분배 구성 요소는 장치의 배출 개구부에 고정되고, 그리고 연료 전지의 애노드 챔버로 나온다.
일 실시 형태에서, 측정 유닛은 애노드 챔버에서 가스의 압력을 측정하는데 적합할 수 있다. 바람직하게는, 측정 유닛은 애노드 챔버에 배치된다. 따라서, 촉매 시스템의 개폐는 연료 전지의 안전한 작동을 최적화하기 위하여 용이하게 제어된다.
게다가, 명령 유닛은 연료 전지를 위해 의도된 스타트업 신호 및/또는 셧다운 신호를 송신하도록 구성될 수 있고, 상기 연료 전지는 스타트업 신호 및/또는 셧다운 신호를 각각 수신하고, 그리고 에너지 발생 모드 및/또는 비활성 모드로 위치되도록 구성된다.
본 발명의 다른 특징들, 변형들 및 이점들은 첨부 도면들을 참조하여 비 제한적인 예시로서 제공되는 실시예들 및 이하의 상세한 설명을 읽으면서 더욱 명확하게 명백해질 것이다.
- 도 1 내지 도 3 은 본 발명의 다양한 실시 형태들에 따른 장치를 개략적으로 도시하고;
- 도 4 내지 도 6 은 종단면도로서 도시된 본 발명의 다양한 실시 형태들에 따른 장치의 인클로저들 및 촉매 시스템들을 도시하고;
- 도 7 및 도 8 은, 한편으로는, 그리고 도 9 및 도 10 은, 다른 한편으로는, 폐쇄 위치 및 개방 위치 각각에서 종단면도로서 도시된 본 발명의 다양한 실시 형태들에 따른 장치의 인클로저들 및 촉매 시스템들을 도시하고;
- 도 11 및 도 12 는, 사시도로서, 도 9 및 도 10 의 촉매 시스템을 각각 도시하고;
- 도 13 은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 디바이스를 도시하고;
- 도 14 는 본 발명에 따른 방법을 구현하는 동안 인클로저 내부의 가스 압력 변화를 나타내는 그래프이고;
- 도 15 는 본 발명에 따른 방법 및 선행 기술의 방법을 구현하는 동안 시간에 따른 압력 변화를 나타내는 그래프이고; 그리고
- 도 16 및 도 17 은 방법을 구현하는 동안 인클로저의 압력 변화들, 발생된 가스 유량, 촉매의 온도 및 환경의 온도를 나타낸다.
도면들 전체에 걸쳐, 장치 및 디바이스를 형성하는 다양한 구성 요소들 및 유닛들의 스케일들 및 비율들은 반드시 준수되는 것은 아니다. 게다가, 명확성을 위하여, 구성 요소들은 실제로는 서로 접촉하지 않는 것으로 도시될 수 있다. 상이한 도면 부호들은 동일한 구성 요소를 나타낼 수 있다.
도 1 은 본 발명에 따른 장치의 제 1 실시 형태를 도시한다.
상기 장치 (5) 는,
- 촉매 시스템 (20) 및 압력 측정 유닛 (25), 온도 측정 유닛들 (26, 27 및 28) 및 발생된 가스 유량 측정 유닛 (29) 이 배치된 내부 부피 (15) 를 규정하는 인클로저 (10);
- 상기 인클로저 및 상기 촉매 시스템에 고정된 공압식 램 (30) 형태의 액추에이터;
- 한편으로는, 가압 유체를 상기 램으로 전달하기 위하여 상기 램과, 그리고, 다른 한편으로는, 유체 공급 구성 요소 (40) 와 유체 연통하는 명령 밸브 (35);
- 상기 명령 밸브 및 상기 압력 측정 유닛에 전기적으로 연결된 명령 유닛 (45);
- 상기 명령 유닛에 전기적으로 연결된 제어 유닛 (46); 및
- 상기 명령 밸브 및 상기 제어 유닛에 전기적으로 연결된 판독기 모듈 (50) 을 포함한다.
장치는 명령 유닛, 제어 유닛, 판독기 모듈 및 명령 밸브에 전력을 공급하기 위한 배터리 (55) 를 더 포함한다.
게다가, 명령 유닛은 스위치 (60) 를 포함할 수 있어, 스위치가 오프 위치에 위치되는 경우, 명령 유닛은 전력이 공급되지 않는다. 바람직하게는 이어서, 촉매 시스템은 폐쇄 위치에 위치된다. 스위치가 온 위치에 위치되는 경우, 명령 유닛은 전력이 공급된다.
인클로저는 종방향 (X) 으로 연장되는 측벽 (65), 종방향이 중력 방향에 평행한 경우 인클로저의 베이스를 규정하는 하부 벽 (70) 및 가스 배출 개구부를 갖는 상부 벽을 포함한다. 일 변형에서, 배출 개구부에는 밸브, 바람직하게는 유량 제어 밸브가 얹혀질 수 있다. 게다가, 배출 개구부에는 내부 공간의 가스의 압력이 임계 압력 보다 더 큰 경우 가스를 배출하기 위하여, 도시되지 않은, 과압 밸브가 얹혀질 수 있다.
내부 공간 (15) 에는 수소화물 수용액 (80) 을 담을 수 있다. 촉매와 접촉함으로써 가스를 형성하는데 적합한 다른 액체들이 내부 공간에 담겨질 수 있다.
압력 측정 유닛 (25) 은 인클로저의 내부 공간에 배치된다. 도 1 의 실시예에서, 이것은 인클로저의 상부 벽에 제공된 배출 개구부 (85) 근처에 배치된다. 그럼에도 불구하고, 다른 배열들이 고려될 수 있다.
촉매 시스템 (20) 은 인클로저의 하부 벽에 배치된, 바람직하게 견고하게 고정된 용기 (90) 및 커버 (95) 를 포함한다.
용기 및 커버는 함께 촉매 챔버 (100) 를 규정하고, 상기 촉매 챔버에서 촉매 (105) 는 수소화물 수용액의 가수 분해를 위해 수용된다.
도 1 의 실시예에서, 커버는 용기를 폐쇄하고, 그리고 액체에 대해 밀봉되도록 가스켓 시일 (110) 을 포함하여 촉매 챔버가 용기의 내부 공간 (15) 으로부터 격리된다. 따라서, 도 1 의 장치의 폐쇄 위치에서, 내부 공간에 담겨진 액체는 촉매 챔버로 진입할 수 없다.
촉매 (105) 는 커버에 고정되고, 그리고 중공 튜브 형태이다. 이후에 설명되는 바와 같이, 다른 형태들 및 촉매 시스템에서의 촉매의 다른 배열들이 고려될 수 있다.
게다가, 구멍들 (115, 120) 은 각각 촉매 시스템의 용기의 하부 벽 및 인클로저의 하부 벽에 제공된다. 상기 구멍들은 상기 벽들의 각각의 두께들을 통하여 일 단부로부터 다른 단부로 통과하고, 그리고 서로 대면하게 고정된다. 바람직하게는, 상기 구멍들 (115 및 120) 은 동일한 형상들을 갖는다.
램 (30) 은 상기 구멍들에 배치되고, 그리고 인클로저에 대해 견고하게 고정된다. 램은 원통형 바디 (125) 및 상기 원통형 바디에 수용되고 상기 원통형 바디에 대해 이동 가능한 피스톤 (130) 을 포함한다. 도 1 의 실시예에서, 인클로저의 하부 벽에 제공된 구멍 (115) 은 탭핑되고, 그리고 원통형 바디는 원통형 바디를 탭핑된 구멍 (115) 내로 나사 결합함으로써 인클로저에 고정된다. 램은 대향 단부들에서 바디 및 피스톤에 고정된 나선형 스프링 형태의 복귀 구성 요소 (135) 를 더 포함하고, 상기 복귀 구성 요소는 복귀 기능을 제공한다. 일 변형에서, 램은 압축성 유체가 각각 공급되는 2 개의 챔버들이 제공된 “복동 (double acting)” 타입일 수 있고, 챔버들 중 하나에는 복귀 기능이 제공된다. 도 1 에 도시된 장치의 폐쇄 위치에서, 스프링은 평형 위치에 있고, 상기 위치에서 스프링은 피스톤에 복귀력을 가하지 않는다.
램은 도 1 에 도시된 폐쇄 위치와 도 2 에 도시된 개방 위치 사이에서 피스톤을 이동시키도록 가압 유체를 담기 위한 램 챔버 (140) 를 규정한다. 램 챔버와 대면하는 것과 반대되는 피스톤의 단부 (145) 는 커버에 고정된다. 따라서, 커버는 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 인클로저 및 용기에 대해 병진 이동 가능하다.
명령 밸브 (35) 와 관련하여, 상기 명령 밸브는 입구 파이프 (160) 에 의해서 유체 공급 구성 요소에 연결된 입구 (150) 를 갖고, 상기 유체 공급 구성 요소는 도 1 의 실시예에서 가압된 공압 유체의 카트리지 (155) 이다. 명령 밸브는 파이프 (170) 에 의해서 램 챔버에 연결된 공급 출구 (165) 를 갖는다. 상기 명령 밸브는 압력이 카트리지의 압력 보다 더 낮은, 바람직하게는 압력이 대기압인 장치 외부의 환경 (180) 으로 나오는 퍼지 출구 (175) 를 더 포함한다. 상기 명령 밸브는 케이블에 의해서 명령 유닛에 전기적으로 연결되고, 이 명령 유닛은 전기 명령 신호 (Sc) 를 명령 밸브으로 송신하도록 구성되고, 그리고 명령 밸브는 상기 신호를 수신하도록 구성된다.
명령 신호는 명령 밸브의 개방을 명령하기 위한 신호일 수 있다. 명령 밸브가 이런 개방 명령 신호를 수신하는 경우, 상기 명령 밸브는 퍼지 출구 (175) 가 폐쇄되는 구성으로 위치되고, 그리고 가압 유체 카트리지는 램 챔버와 유체 연통하게 위치된다. 이어서, 유체는, 화살표들 (Ag) 에 의해서 도시된 바와 같이, 카트리지로부터 명령 밸브의 공급 입구 (150) 및 출구 (165) 를 통하여 램 챔버까지 유동할 수 있다. 따라서, 피스톤 (130) 은 폐쇄 위치로부터 개방 위치로 이동될 수 있거나, 또는, 도 2 에 도시된 바와 같이, 개방 위치에서 유지될 수 있다.
명령 신호는 폐쇄 명령 신호일 수 있다. 명령 밸브가 폐쇄 명령 신호를 수신하는 경우, 상기 명령 밸브는 명령 밸브의 입구 (150) 가 폐쇄되고, 그리고 퍼지 출구 (175) 및 공급 출구 (165) 가 개방되고 유체 연통 상태로 있는 구성으로 위치된다. 램 챔버에 담겨진 유체는 공급 파이프로 퍼지 출구를 통하여 장치 외부로 유동한다. 램 챔버에서 압력이 감소함에 따라, 이어서, 피스톤은, 램이 “복동” 타입인 변형에서 배압 또는 스프링의 복귀력의 영향 하에서, 촉매 시스템을 폐쇄 위치에 위치시키도록 이동한다.
바람직하게는, 명령 밸브는, 수신된 전기 신호에 따라, 이전 2 개의 단락들에서 설명된 임의의 구성들로 밸브를 위치시키기 위하여, 도시되지 않은, 전기 활성화 구성 요소를 포함한다. 전기 활성화 구성 요소는 배터리에 전기적으로 연결된다.
명령 유닛에 의해서 명령 밸브로 송신되는 전기 신호는, 한편으로는, 최소 조절 압력 및/또는 최대 조절 압력과, 다른 한편으로는, 압력 측정 유닛에 의해서 측정된 가스 압력 간의 비교의, 명령 유닛에 의해서 얻어진, 결과에 의존한다.
도 1 의 실시예에서, 압력 측정 유닛 (25) 은 인클로저의 가스 압력을 측정하기 위한 압력 센서 (185) 를 포함한다. 명령 유닛에 의해서 구현된 조절 제어 모드에 따르면, 압력 측정 유닛은 이것이 측정하는 가스의 압력을 명령 유닛으로 송신하고, 상기 명령 유닛은 압력을 수신하고 이것을 최소 및 최대 조절 압력들과 비교한다. 가스 압력이 최소 조절 압력 미만인 경우, 명령 유닛은 조절 시스템을 개방하도록 명령 밸브를 개방하기 위하여 명령 신호를 전송한다. 화살표 (P) 를 사용하여 도 2 에 도시된 바와 같이, 이어서, 액체는 촉매 챔버로 진입하고 촉매와 접촉할 수 있게 되어 가스는 액체와 촉매 사이의 반응을 통하여 발생된다. 이어서, 가스는 인클로저의 액체를 통하여 아르키메데스 추력의 영향 하에서 유동하고, 그리고, 화살표들 (E) 로 도시된 바와 같이, 예를 들면, 도 13 에 도시된 바와 같이, 연료 전지 (355) 의 애노드 챔버를 향하여 가스 배출 개구부 (85) 를 통하여 배출된다.
인클로저 내부의 가스의 발생은 상기 가스가, 예를 들면, 도 13 에 도시된 바와 같이 연료 전지에 의해서, 완전히 소모되지 않은 경우 인클로저의 가스 압력을 증가시킨다. 가스 압력이 최대 조절 압력 보다 더 큰 경우, 명령 유닛은 촉매 시스템을 폐쇄 위치에 위치시키도록 폐쇄 명령 신호를 명령 밸브로 전송한다. 이어서, 가스 발생이 정지된다. 장치를 폐쇄 위치에 위치시킨 후에 인클로저에 남아있는 가스는 이것이, 예를 들면, 연료 전지에 의해서, 소모되는 경우 인클로저로부터 배출되어 인클로저의 가스 압력은 이것이 최소 조절 압력 아래로 떨어질 때까지 감소한다. 조절 모드에 따르면, 이어서, 전술한 바와 같이 촉매 시스템을 개방하는 것을 포함하는 새로운 가스 발생 사이클이 수행될 수 있다.
게다가, 판독기 모듈 (50) 은 최소 및/또는 최대 조절 압력이 조절될 수 있게 하고, 이 압력들은, 예를 들면, 파일 형태로 저장 매체에 저장된다. 판독기 모듈은 최소 조절 압력의 값 및/또는 최대 조절 압력의 값을 판독하고 명령 유닛으로 송신하고, 상기 명령 유닛은 명령 신호를 명령 밸브에 송신하기 전에 이 값을 가스 압력 측정 유닛에 의해서 측정된 압력과 비교하기 위하여 이 값을 수신한다.
제어 유닛 (46) 과 관련하여, 명확성을 위해 도시되지 않았지만, 이것은 온도 측정 유닛들 (26, 27 및 28) 에, 발생된 가스 유량 측정 유닛 (29) 에 전기적으로 연결되고, 그리고 배터리 (55) 에 의해서 전력이 공급된다. 온도 측정 유닛 (26) 은 액체 (80) 의 온도를 측정하도록 내부 공간에 배치된다. 온도 측정 유닛 (27) 은 온도를 측정하기 위하여 촉매 (105) 와 접촉 상태로 촉매 챔버에 배치된다. 온도 측정 유닛 (28) 은 장치 환경의 온도를 측정하기 위하여 장치 외부에 배치된다. 발생된 가스 유량 측정 유닛 (29) 은 배출 개구부 (85) 에 배치된다.
도 1 및 도 2 의 실시예에서, 측정 유닛들 (26 내지 28) 각각은 이것이 측정하는 온도의 값을 제어 유닛으로 송신하도록 구성되고, 상기 제어 유닛은 이 값을 수신하고 제어하도록 구성된다. 조절 모드에 따라, 제어 유닛은 액체의 온도, 촉매의 온도 및 장치 환경의 온도가, 예를 들면, 5 초의 분석 기간 동안, 각각의 최소 제어 온도들 보다 작은지 여부를 체크한다. 이 경우라면, 제어 유닛은 명령 유닛이 냉각 제어 모드를 실행하도록 제어 신호 (Sp) 를 명령 유닛으로 송신한다.
도 3 에 도시된 장치는 상기 장치가, 유체 카트리지 대신에, 유체를 담기 위한 탱크 (190) 와, 상기 탱크로부터 발생하는 유체를 압축하고 상기 유체를 명령 밸브로 전달하기 위한, 배터리 (55) 에 의해서 파워가 공급되는 전기 압축기 (195) 를 포함하는 유체 공급 구성 요소 (40) 를 포함한다는 점에서 도 1 및 도 2 에 도시된 것과 상이하다. 도 3 의 실시예에서, 유체는 가스이고, 그리고 램은 공압식이다. 일 변형에서, 유체는 액체, 예를 들면, 오일이고, 그리고 램은 유압식이다. 이어서, 압축기 (195) 는 펌프로 교체된다.
게다가, 탱크는 명령 밸브의 퍼지 출구와 유체 연통되는 입구 개구부 (200) 를 포함한다. 따라서, 폐쇄 명령 신호를 수신한 후 램으로부터 유체가 퍼지되는 경우, 퍼지된 유체는 탱크 내로 도입된다. 따라서, 유체 공급 구성 요소, 명령 밸브 및 램은 유체에 대한 폐쇄 회로를 형성한다.
전술한 바와 같이, 촉매 시스템은 촉매를 담기 위한 촉매 챔버를 함께 규정하는 제 1 부분 (205) 및 제 2 부분 (210) 을 포함한다. 도 4 내지 도 6 은 촉매 시스템 내부의 촉매의 배열들 뿐만 아니라 촉매 시스템들의 다양한 실시예들을 도시한다.
도 4 의 촉매 시스템은 측벽의 내부면 (212) 이 촉매에 의해서 형성된 코팅 (215) 으로 덮여진다는 점에서 도 1 에 도시된 것과 상이하다. 이런 촉매 시스템은 가스를 효과적으로 발생시키기 위하여 촉매와 액체 사이에 교환 표면을 가지면서 촉매의 양이 제한될 수 있게 한다.
도 5 의 촉매 시스템은 제 1 부분 (205) 이 플레이트 형태이고, 그리고 제 2 부분 (210) 이 벨 형태인 점에서 도 4 의 촉매 시스템과 상이하다. 제 2 부분과 대면하는 제 1 부분의 면은 촉매로 형성된 코팅 (220) 에 의해서 덮여진다. 제 2 부분은 램의 피스톤에 고정된 상부 벽 (225) 및 램의 종방향으로 연장되는 측벽 (230) 을 갖는다. 일 변형에서, 측벽은 램의 종방향에 대해 비스듬하게 배향될 수 있다. 제 2 부분의 종방향 벽의 에지에는 밀봉 가스켓 (110) 이 얹혀지고, 상기 밀봉 가스켓은 액체를 촉매로부터 격리시키기 위하여 폐쇄 위치에서 제 1 부분의 에지에 대해 가압된다. 도 5 의 촉매 시스템은 제조가 용이하다. 특히, 코팅은 제 1 부분을 형성하는 플레이트 상에 보다 저렴한 비용으로 용이하게 형성될 수 있다. 게다가, 제 2 부분의 벽들의 높이를 제한함으로써, 그런 소형 촉매 시스템이 제조될 수 있다.
도 6 의 촉매 시스템은 측벽 (230) 의 높이 (h) 가 더 높다는 점에서 도 5 의 촉매 시스템과 상이하다. 따라서, 도 6 의 촉매 시스템의 촉매 챔버 (100) 의 부피는 도 5 에 도시된 것 보다 더 크다. 이런 시스템은 가스 발생을 구현하기 위하여 상당한 부피의 촉매가 필요한 경우에 도 5 의 시스템 보다 더 적합하게 된다.
도 7 및 도 8 은 각각 폐쇄 위치 및 개방 위치에서 본 발명에 따른 장치의 촉매 시스템의 다른 변형을 도시한다.
도 7 및 도 8 에서 도시된 촉매 시스템 (20) 은 제 1 부분 (205) 의 하부벽 (250) 이 용기 (10) 로부터 거리를 두고 배치된다는 점에서 도 1 의 촉매 시스템과 상이하다. 게다가, 제 2 부분 (210) 은 제 1 부분의 상부 개구부 (260) 를 폐쇄하기 위한 플레이트 형태의 상부 벽 (255) 을 갖는다. 관형 부분 (265) 은 램의 피스톤 (130) 이 부분적으로 수용되는 제 2 부분의 상부 벽으로부터 돌출된다. 바람직하게는, 도시된 바와 같이, 피스톤 및 관형 부분은 일치하는 형상이다. 커버에 의해서 폐쇄되는 것과 반대인 단부에서, 제 2 부분은 램의 종방향 (Y) 에 횡방향으로 연장되는 하부 벽 (270) 을 갖는다.
제 1 및 제 2 부분들의 하부 벽들 (250, 270) 은 각각 상기 벽들 각각의 두께를 통과하는 적어도 하나의 윈도우, 바람직하게는 여러 개의 윈도우들에 의해서 천공된다. 제 1 및 제 2 부분들의 하부 벽들의 개구부들 (275, 280) 은, 폐쇄 위치에서, 도 7 에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 부분들의 상기 하부 벽들이 액체 불투과성 조립체를 형성하여 촉매 챔버를 인클로저로부터 격리하고, 그리고, 개방 위치에서, 도 8 에 도시된 바와 같이, 이들이 제 1 및 제 2 부분들의 상기 하부 벽들을 통하여 인클로저의 내부 공간 (15) 과 촉매 챔버 (100) 사이에서, 화살표 (C1) 에 의해서 도시된, 유체 접근 경로를 규정하도록 배치된다. 따라서, 개방 위치에서, 촉매 시스템은 화살표 (C2) 로 도시된 제 2 부분의 상부 벽과 제 1 부분의 측벽 사이의 유체 접근 경로와, 화살표 (C1) 로 도시된 제 1 및 제 2 부분들의 하부 벽들 사이의 적어도 하나의 접근 경로를 규정한다. 따라서, 촉매 챔버 내부의 액체 대류가 개선되고, 이는 가스 발생 반응의 수율을 최적화한다. 도 7 및 도 8 의 실시예에서, 개방 위치로부터 폐쇄 위치로의 전이는 제 1 부분에 대한 제 2 부분의 병진 이동을 통하여 수행된다.
도 9 내지 도 11 은 본 발명에 따른 장치의 다른 변형을 도시하고, 여기서 제 1 부분 (205) 및 제 2 부분 (210) 은 축선 (Y) 주위로 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 서로에 대해 회전 이동 가능하다.
제 1 부분은 관형 부분의 회전 축선을 가로 지르는 방향으로 연장되는 하부 벽 (295) 및 상부 벽 (300) 에 의해서 각각 폐쇄된 대향 단부들을 갖는 회전 원통형 및 중공 관형 부분 (290) 의 일반적인 형상을 갖는다. 원통형 관형 부분의 회전 축선은 축선 (Y) 과 평행하다.
바람직하게는, 상부 벽 (300) 은 분리 가능하고, 그리고, 특히 나사 결합에 의해서, 관형 부분 (290) 에 고정된다.
제 1 부분의 하부 벽 (295) 은 하부 벽의 두께를 통과하고 스페이서 (310) 가 돌출하는 리세스 (305) 를 갖는다. 스페이서는 제 1 부분의 관형 부분 (290) 을 인클로저 (10) 로부터 거리를 두고 유지한다. 스페이서는 제 1 부분의 관형 부분에 동축인 중공 및 원통형 튜브, 바람직하게는 회전형 튜브의 형태이다.
게다가, 제 1 부분의 하부 벽, 상부 벽 및 측벽은 각각 상기 벽들의 두께를 통과하는 적어도 하나의 윈도우 (275), 바람직하게는 여러 개의 윈도우들을 포함한다. 일 변형에서, 제 1 부분의 상기 벽들 중 적어도 하나는 윈도우들을 갖지 않을 수 있다.
제 2 부분 (210) 은 바람직하게는 분리 가능한 하부 벽 (325) 및 상부 벽 (330) 이 대향 단부들에 얹혀진 회전 원통형 중공 튜브 (320) 의 일반적인 형상을 갖는다. 따라서, 제 2 부분은 촉매를 위한 촉매 챔버 (100) 를 규정한다.
게다가, 제 2 부분의 하부 벽, 상부 벽 및 측벽은 각각 상기 벽들의 두께를 통과하는 적어도 하나의 윈도우 (280), 바람직하게는 여러 개의 윈도우들을 포함한다. 일 변형에서, 제 2 부분의 상기 벽들 중 적어도 하나는 윈도우들을 갖지 않을 수 있다.
제 2 부분은 도 9 에 도시된 바와 같이 제 1 부분의 관형 부분의 내부 공간에 적어도 부분적으로, 심지어 완전히 수용된다. 제 1 및 제 2 부분들은 일치하는 형상들을 갖고, 그리고 동축이다.
제 1 및 제 2 부분들의 하부 벽, 측벽 및 상부 벽의 윈도우들은 각각, 폐쇄 위치에서, 도 9 및 도 11 에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 부분들의 상기 하부 벽들이 제 2 및 제 1 부분들의 윈도우들 각각을 방해하고 액체 불투과성 조립체를 형성하여 촉매 챔버 (100) 를 인클로저의 내부 공간 (15) 으로부터 격리하고, 그리고, 개방 위치에서, 도 10 및 도 12 에 도시된 바와 같이, 이들이 제 1 및 제 2 부분들의 상기 하부 벽, 측벽 및 상부 벽을 통하여 인클로저의 내부 공간과 촉매 챔버 사이에서, 화살표 (C1) 에 의해서 도시된, 유체 접근 경로를 규정하도록 배치된다. 도 11 에서, 제 2 부분의 윈도우들은 제 1 부분의 윈도우들에 대한 이들 각도 위치를 나타내기 위하여 점선들로 도시된다.
폐쇄 위치로부터 개방 위치로의 전이는 축선 (Y) 을 중심으로 제 1 부분에 대해 제 2 부분을 각도 (α) 만큼 회전시킴으로써 수행된다. 이를 위해, 제 2 부분은 스페이서에 맞물린 스테퍼 모터 (350) 의 샤프트에 고정된다. 스테퍼 모터는 고정자 및 축선 (Y) 을 중심으로 서로에 대해 회전 이동 가능한 회전자를 포함한다. 스테퍼 모터는 배터리에 의해서 전력이 공급되고, 그리고 명령 유닛에 연결된다. 스테퍼 모터는 제어 유닛으로부터 발생하는 신호의 수신시 개방 위치 또는 폐쇄 위치에서 제 1 부분에 대해 제 2 부분을 구동시키도록 구성된다.
도 13 은 본 발명에 따른 장치 (5) 에 의해서 이수소가 공급된 연료 전지 (355) 를 포함하는 본 발명에 따른 디바이스 (350) 를 도시한다.
연료 전지는 애노드 (370), 전해 멤브레인 (375) 및 캐소드 (380) 에 의해서 형성된 스택을 포함하는 산화 유닛 (360) 을 포함한다. 상기 연료 전지는 또한 이수소를 애노드에 분배하기 위한 애노드 챔버 (385) 및 이산소를 캐소드에 분배하기 위한 캐소드 챔버 (390) 를 규정한다.
애노드 챔버는 이수소의 공급을 위한 입구 오리피스 (400) 를 더 포함하고, 이 오리피스는 중공 운반 튜브 (410) 에 의해서 장치의 배출 개구부 (85) 에 연결된다.
도 13 에 도시된 장치는 압력 측정 유닛 (25) 이 연료 전지의 애노드 챔버 (385) 에 배치되는 것을 제외하고는 도 1 에 설명된 것과 동일하다. 도시되지 않은 다른 변형에서, 압력 측정 유닛 (25) 은 중공 튜브 (410) 에 배치될 수 있다.
따라서, 작동 동안, 장치에 의한 이수소의 발생은 연료 전지의 이수소 요건들의 함수로서 적합하다.
본 발명에 따른 방법과 관련하여, 이것은 단계 a) 내지 단계 c) 로 이루어진 적어도 하나의 사이클, 바람직하게는 여러 개의 사이클들을 포함한다.
도 14 는 본 발명의 방법을 구현하기 위한 시간 (t) 의 함수로서, 도 1 및 도 2 에 특히 설명된 바와 같이, 본 발명에 다른 장치의 인클로저 내부의 가스 압력 (Pg) 의 진화를 도시한다. 도시된 바와 같이, 가스 압력은 최소값 (Pg min) 과 최대값 (Pg max) 사이에서 변하고, 이 값들은 각각 최소 조절 압력과 최대 조절 압력에 해당한다. 예를 들면, 본 발명의 방법을 구현하기 위한 제 1 기간 (400) 동안 (t = 0 내지 t = 4), 최소 조절 압력은 1.3 bar 이고, 그리고 최대 조절 압력은 1.5 bar 이다. t = 4 로부터 시작하여, 본 발명의 방법을 구현하기 위한 제 2 기간 (405) 에서, 사용자는 조절 유닛에 의해서 최대 조절 압력을 1.6 bar 의 값으로 변경한다. t = 9 로부터 시작하여, 본 발명의 방법을 구현하기 위한 제 3 기간 (410) 에서, 최대 및 최소 조절 압력들은 동시에 변경되고, 각각 1.7 bar 로 증가되고, 그리고 1.1 bar 로 감소된다. 따라서, 제 1 기간 (400) 및 제 3 기간 (410) 동안의 평균 압력은 1.4 bar 와 동일하다. 예를 들면, 동일한 평균 압력에 대해, 최대 조절 압력의 증가 및 최소 조절 압력의 감소는 촉매 시스템의 개폐 사이클들의 수를 감소시키고, 이는 가스를 발생시키기 위한 에너지 소모 및 압축성 유체 소모를 감소시킨다. 최대 조절 압력을 감소시키고 최소 조절 압력을 증가시킴으로써 평균 압력 주위의 진폭의 감소는 연료 전지의 작동 요건들에 보다 적합하게 될 수 있게 한다. 이것은 또한 가스 발생 장치가 연결되는 연료 전지에 의해서 부과된 설정값 유량의 피크들로 가스 발생 장치가 보다 빠르고 용이하게 반응할 수 있게 한다. 따라서, 최소 및 최대 조절 압력들을 조절하는 것은 디바이스의 사용자가 가스의 발생을 가스가 의도되는 적용의 세부 사항들에 적합하게 할 수 있다.
실시예들
본 발명은 이하의 비 제한적인 실시예들에 의해서 예시된다.
실시예 1
가스는 도 1 에 도시된 바와 같이 장치에 의해서 발생된다. 이를 위해, 촉매 시스템은, 촉매 챔버 내부에, 1 g 의 코발트를 포함하고, 그리고 인클로저의 내부 공간은 0.6 ℓ 의 용량으로 0.5 ℓ 의 수소화 붕소 나트륨 용액을 담고 있다. 촉매 및 액체 용액의 초기 온도들은 모두 25℃ 이다.
이 장치는 연료 전지에 연결되고, 상기 연료 전지에는 발생된 이수소가 공급된다.
최소 조절 압력은 1.4 bar 로 설정되고, 그리고 최대 조절 압력은 1.5 bar 로 설정된다.
도 15 는 본 발명의 방법을 구현하기 위한 시간 (t) 의 함수로서, 인클로저의 가스 압력 (Pg) 의 진화를 도시한다.
순간 t0 = 0 에서, 촉매 시스템은 개방 위치에 위치된다. 가스 발생은 시작되고, 그리고 발생된 가스 설정값 유량에는 본 발명의 방법을 구현하기 위한 제 1 사이클로부터 도달된다 (1,000 ㎖/분의 값). 도 15 에 도시된 바와 같이, 인클로저의 가스 압력 (Pg) 은, 이수소 발생의 초기 순간들에서, 2 bar 보다 더 크지만, 최대 조절 압력은 1.5 bar 이다. 이 현상은 촉매의 부피에 비해 너무 크고 최적화되지 않은 촉매 챔버 부피로 인해 본 발명자들에 의해서 설명된다. 시간이 지남에 따라, 용액의 수소화물 함량이 감소하여, 각각의 폐쇄 동안 촉매 챔버에 포획된 용액의 부피는 점점 더 적은 가스가 발생되게 한다. 연료 전지에 의한 가스 소모가 일정하기 때문에, 따라서 인클로저의 가스 압력은 최대 부과된 조절 압력을 점점 더 적게 자주 초과한다. 따라서, 가스의 발생은 순간 가스 발생량이, 도 15 에 도시된 바와 같이, 장치가 연결되는 연료 전지에 의한 순간 가스 소모량 (순간 (t1) = 220 분) 보다 적을 때까지 계속된다.
따라서, 발생된 수소 질량과 본 발명에 따른 방법의 용액의 전체 질량 간의 비율로서 규정된 질량 수소 수율은 3.6% 이다.
비교예
가스는 도 1 에 도시된 장치의 디바이스의 인클로저에 의해서 발생된다. WO 2012/003112 A1 에 개시된 부표 형태의 촉매 시스템은 본 발명에 따른 촉매 시스템 대신에 사용된다. 동일한 양들의 코발트 및 수소화 붕소 나트륨 용액은 실시예 1 에서와 같이 사용된다.
도 15 는 본 발명의 방법을 구현하기 위한 시간 (t) 의 함수로서, 인클로저의 가스 압력 (Pg comp) 의 진화를 도시한다.
순간 t0 = 0 에서, 촉매 시스템은 개방 위치에 위치된다. 가스 발생은 시작되고, 그리고 발생된 가스 설정값 유량에 도달된다 (1,000 ㎖/분의 값).
따라서, 인클로저의 압력이 t2 = 110 분에서 1 bar 에 도달할 때까지 설정값 유량에서의 가스 발생이 계속된다. 이 순간으로부터, 인클로저의 압력은 대기압과 동일하게 된다. 선행 기술의 장치는 시약들의 농도가 촉매의 접근성에 비해 너무 낮기 때문에, 설정값 유량을 보장하기에 더 이상 충분한 양의 가스를 발생시킬 수 없다.
따라서, 선행 기술의 방법의 질량 수율은 1.8% 이다.
실시예 3
압력 측정 유닛 (25) 이, 도 1 에 도시된 바와 같이, 내부 공간의 가스 압력을 측정하기 위하여 제공되는 것을 제외하고는 도 13 에 설명된 디바이스가 제공된다. 본 발명의 방법은 이하의 조건들 하에서 구현된다. 장치 (미도시) 의 배출 개구부에 고정된 유량 제어 밸브에 의해서 조절되는 원하는 설정값 유량은 160 ㎖/분으로 설정된다. 이 유량 제어 밸브는 연료 전지의 가스 소모가 시뮬레이션될 수 있게 할 수 있다. 장치는 기후 인클로저에 배치되고, 그 온도는 -8℃ 이다. 촉매 시스템을 개방하기 전에, 수소화물 용액의 온도는 -1℃ 이고, 그리고 촉매의 온도는 0℃ 이다.
본 발명의 방법을 구현하기 위하여 시간의 함수로서 인클로저의 이수소 유량 (MH2) 및 이수소 압력 (Pg) 뿐만 아니라 촉매의 온도 (Tc), 인클로저에 담겨진 수소화물 수용액의 온도 (Tsol), 장치 외부 환경의 온도 (Text) 의 진화는 도 16 및 도 17 에 도시된다.
t0 = 0 에서, 장치는 명령 유닛이 전술한 바와 같이 조절 제어 모드를 실행하도록 제어된다. 촉매 시스템은, 가스 압력이 초기에 최소 조절 압력 보다 작으면서, 피스톤을 개방하라는 명령이 명령 밸브로 송신된 후에 개방된다. 촉매 및 수소화물 수용액의 온도가 모두 5℃ 미만이므로, 촉매화된 가수 분해 반응은 느린 동역학을 나타내어서 발생된 이수소 유량은 제 1 기간 (430) 에 걸쳐서, t = 1.4 분까지 설정값 유량 보다 작은 대략 100 ㎖/분이다.
제 1 기간 (430) 동안, 제어 유닛은, 제어량들로서, 발생된 이수소 유량 (MH2) 및 촉매의 온도 (Tc) 를 분석한다.
t = 1.4 분에서, 제어 유닛은, 분석 결과로서, 유량이 160 ㎖/분으로 설정된 설정값 유량 보다 작고, 그리고 액체의 온도가 0℃ 로 설정된 설정값 온도 보다 작다는 취지로, 전송을 송신한다. 이어서, 이것은 냉각 제어 모드를 구현하기 위하여 명령 유닛을 위해 의도된 제어 신호를 전송한다. 제어 신호를 수신한 후에, 명령 유닛은 촉매 시스템을 폐쇄 위치에 위치시키기 위하여 먼저 폐쇄 명령 신호를 명령 밸브로 송신함으로써 냉각 제어 모드를 실행한다. 선택적으로, 이것은 이수소가 인클로저 밖으로 배출되는 것을 방지하기 위하여 배출 개구부를 폐쇄하도록 신호를 유량 제어 밸브로 송신할 수 있다. 변형으로서, 신호는 상기 연료 전지가 냉각 제어 모드의 실행 동안 중단되도록 연료 전지로 송신될 수 있다. 폐쇄 명령 신호는 435 및 440 으로 참조된 기간들에 걸쳐서 유지된다. 따라서, 수소화물 수용액의 부피는 인클로저의 내부 공간으로부터 격리된 촉매 챔버에 포함된다. 이 부피의 수소화물 수용액은 촉매와 접촉하여 반응하고, 이는 내부 공간의 촉매 챔버 밖으로 배출되는 이수소의 발생을 유도한다. 이수소의 압력은 인클로저에서 증가한다. 따라서, 수소화물 수용액의 가수 분해가 발열성이므로, 촉매 온도는 기간들 (435 및 440) 동안 대략 16℃ 까지 증가한다. 기간들 (435 및 440) 동안, 냉각 제어 모드에 따라, 제어 유닛은, 제어될 양들로서, 발생된 가스 압력 및, 선택적으로, 촉매의 온도를 수신 및 분석한다. 기간 (440) 의 끝에서, 발생된 가스 압력은 1.5 bar 로 설정된 제어 파라미터, 즉 조절 모드의 최대 조절 압력 보다 더 크다. 이어서, 명령 유닛은, 기간 (445) 의 시작에서, 인클로저를 개방하기 위한 명령 신호를 송신하여, 이수소가 배출되고, 예를 들면, 연료 전지 (PAC) 에 의해서 소모되어 인클로저의 이수소 압력을 감소시킨다. 명령 유닛은, 이후에서 설명되는 바와 같이, 기간 (445) 의 끝에서, 촉매 시스템을 개방 위치에 위치시키기 위한 명령 신호를 송신할 수 있다. 예를 들면, 인클로저를 개방하기 위한 명령 신호의 전송은 연료 전지로부터 발생하는 신호의 수신에 기인할 수 있다. 기간 (445) 동안, 가스 압력은 감소되고, 유량 제어 밸브는 개방되어 가스가 인클로저로부터 빠져 나갈 수 있게 한다. 이어서, 명령 유닛은 가스 압력을 분석하고 이를, 예를 들면, 조절 모드의 최소 압력 보다 작은 제 2 제어 파라미터와 비교한다. 예를 들면, 제 2 제어 파라미터는 대기압이다. 인클로저의 가스 압력이 제 2 제어 파라미터 아래로 떨어지는 경우에, 명령 유닛은 촉매를 다시 한번 가열하도록, 기간들 (435 및 440) 동안 처럼, 유지되는 폐쇄 명령 신호를 송신한다. 그렇지 않으면, 압력이 최소 조절값에 도달된 후 증가하는 경우, 촉매와 접촉하는 용액의 수소화물들이 분해된 후, 제어 유닛은 조절 모드 제어 신호를 전송한다. 명령 유닛은 기간 (450) 동안 관찰되는 바와 같이 냉각 제어 모드의 실행을 중단한다.
인클로저의 이수소 압력이 기간 (450) 동안 t = 2.75 분으로부터 최소 조절 압력 아래로 떨어지는 경우, 명령 유닛은 명령 밸브를 개방하기 위하여 명령 신호를 송신한다. 촉매의 온도가 제 1 기간에 비해 증가되면서, 설정값 유량에 도달하는 것은 즉각적이고, 그리고 이어서 조절 제어 모드에 따라 촉매 시스템을 개폐하기 위한 여러 사이클들이 구현된다.
본 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 장치에 의한 가스, 특히 이수소의 발생은 발생된 가스가 의도되는 적용의 함수로서 용이하게 적합하게 될 수 있다. 특히, 이것은 이수소의 효율적인 발생이 개시될 수 있게 하고, 이는 온도가 0℃ 아래인 환경에서 신뢰할 수 있고, 그리고 발생된 가스 압력 프로파일이 적용에 적합하게 될 수 있게 한다.
물론, 본 발명은 기술되고 도시된 방법을 구현하기 위한 모드들 뿐만 아니라 본 발명에 따른 장치 및 디바이스의 실시 형태들로 제한되지 않는다.

Claims (19)

  1. 가스를 발생시키는데 유용한 장치 (5) 로서, 상기 장치는,
    - 촉매 (105) 와 접촉함으로써 가스를 발생시킬 수 있는 액체 (80) 를 담기 위한 내부 공간 (15) 을 규정하는 인클로저 (10);
    - 상기 촉매를 담기 위한 촉매 챔버 (100) 를 함께 규정하는 제 1 부분 (205) 및 제 2 부분 (210) 을 포함하는 촉매 시스템 (20) 으로서,
    상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분은 상기 촉매 챔버가 상기 내부 공간으로부터 격리되는 폐쇄 위치와, 상기 촉매 챔버가 상기 내부 공간과 유체 연통하는 개방 위치 사이에서, 바람직하게는 병진 이동 및/또는 회전에 의해서, 서로에 대해 이동 가능하여, 상기 액체 및 상기 촉매가 각각 상기 내부 공간에, 그리고 상기 촉매 챔버에 담겨지는 경우, 상기 개방 위치에서, 상기 액체는 상기 촉매 챔버에 진입하고, 그리고 상기 가스는 상기 액체가 상기 촉매와 접촉하게 됨으로써 발생되는, 상기 촉매 시스템;
    - 상기 촉매 시스템에 연결되고 상기 촉매 시스템을 상기 개방 위치 및/또는 상기 폐쇄 위치에 위치시키도록 구성된 액추에이터; 및
    - 상기 액추에이터를 명령하기 위한 명령 유닛을 포함하는, 가스를 발생시키는데 유용한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 유압식 램 또는 전기식 램 또는 공압식 램 또는 전기 모터인, 가스를 발생시키는데 유용한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 촉매 시스템의 상기 개방 위치 및 상기 폐쇄 위치 중 적어도 하나에서, 상기 램의 적어도 일부는 하우징에 배치되고, 및/또는 상기 촉매 시스템은 상기 인클로저의 상기 내부 공간에 배치되는, 가스를 발생시키는데 유용한 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 램은 유압식 또는 바람직하게는 공압식이고,
    상기 장치는 상기 명령 유닛 및 상기 램에 연결된 명령 밸브 (35) 를 포함하고,
    상기 명령 밸브는 상기 명령 유닛으로부터 발생하는 명령 신호를 수신하고, 그리고 상기 명령 신호의 수신 후에 가압 유체의 양을 상기 램에 전달하고, 및/또는 상기 램으로부터 상기 가압 유체를 퍼지하도록 구성되는, 가스를 발생시키는데 유용한 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 장치는, 바람직하게는 가압된 공압 유체를 포함하는 카트리지 (155) 로부터 선택된 상기 명령 밸브와 유체 연통하는 가압 유체 공급 구성 요소 (40) 로서, 상기 카트리지는 바람직하게는 상기 명령 밸브에 분리 가능하게 연결되는, 상기 가압 유체 공급 구성 요소 (40) 와, 유체를 압축하기 위하여 압축기 (195) 또는 펌프에 연결된 상기 공압 유체를 포함하는 탱크 (190) 에 의해서 형성된 조립체를 포함하는, 가스를 발생시키는데 유용한 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 명령 유닛은 적어도 하나의 제어 파라미터에 의해서 구성된 적어도 하나의 제어 모드에 따라 상기 액추에이터를 명령하도록 구성되는, 가스를 발생시키는데 유용한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어 모드는 제 1 조절 파라미터 및 제 2 조절 파라미터를 포함하는 제어 파라미터들에 의해서 구성된 조절 모드이고, 그리고
    상기 명령 유닛은 조절될 양, 바람직하게는 가스의 압력을 수신하고, 그리고 상기 조절될 양이, 바람직하게는 최소 조절 압력에서 상기 제 1 조절 파라미터 보다 작고, 그리고 각각, 바람직하게는 최대 조절 압력에서 상기 제 2 조절 파라미터 보다 더 큰 경우에, 상기 촉매 시스템을 제 1 위치 및 제 2 위치에서, 예를 들면, 개방 위치 및 폐쇄 위치에서 각각 위치시키도록 상기 액추에이터를 명령하도록 구성되는, 가스를 발생시키는데 유용한 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 장치는,
    - 적어도 하나의 제어될 양을 수신하고;
    - 특히 상기 제어될 양을 적어도 하나의 제어 파라미터와 비교함으로써 상기 제어될 양을 분석하고; 그리고
    분석 결과에 따라,
    - 상기 조절 모드 또는 상기 조절 모드와 상이한 특정 제어 모드에 따라 제어 신호를 발생시키고; 그리고
    - 상기 제어 신호를 수신하고 상기 제어 신호에 대응하는 상기 제어 모드에 따라 상기 액추에이터를 명령하도록 구성되는 상기 명령 유닛으로 상기 제어 신호를 송신하도록 구성되는 제어 유닛을 포함하는, 가스를 발생시키는데 유용한 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 내부 공간의 가스 압력, 상기 장치가 유체 연통하는 기계 장치, 바람직하게는 연료 전지의 가스 압력, 발생된 가스 유량 및 온도, 예를 들면, 액체의 온도 또는 촉매의 온도 또는 상기 장치의 환경 온도로부터 선택된 양을 측정하기 위한 측정 유닛을 포함하고,
    상기 측정 유닛은 측정된 양을 상기 명령 유닛 및/또는 상기 제어 유닛으로 송신하도록 구성되는, 가스를 발생시키는데 유용한 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 명령 유닛에 의해서 구현될 상기 제어 모드에 따라, 상기 측정 유닛에 의해서 측정된 양은 조절될 양 및/또는 제어될 양인, 가스를 발생시키는데 유용한 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 장치는 상기 촉매를 포함하고, 상기 촉매의 적어도 일부는 상기 제 1 부분 및/또는 상기 제 2 부분에 고정되고, 및/또는 상기 내부 공간은 액체를 담고 있는, 가스를 발생시키는데 유용한 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 부분의, 각각 상기 제 2 부분의 벽 (250; 270) 은 상기 벽의 두께를 통과하는 적어도 하나의 윈도우 (275; 280) 를 포함하고,
    상기 제 1 부분의, 각각 상기 제 2 부분의 상기 윈도우는 상기 촉매 시스템의 상기 폐쇄 위치에서 상기 제 2 부분에 의해서, 각각 상기 제 1 부분에 의해서 완전히 밀봉되고, 그리고
    상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분의 상기 윈도우들은 상기 촉매 시스템의 상기 개방 위치에서 상기 제 1 부분 및 상기 제 2 부분의 상기 벽들을 통하여 상기 촉매 챔버를 향하여 상기 액체를 위한 접근 경로를 규정하는, 가스를 발생시키는데 유용한 장치.
  13. 가스, 바람직하게는 이수소를 발생시키기 위한 방법으로서,
    제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 장치 (5) 에는 촉매 (105) 와 접촉을 통하여 상기 가스를 발생시킬 수 있는 액체 (80), 바람직하게는 수소화물 수용액을 담고 있는 인클로저 (10) 의 내부 공간 (15) 과, 바람직하게는 백금, 코발트, 루테늄, 니켈 및 이들의 합금으로부터 선택된 상기 촉매를 담고 있는 촉매 시스템의 촉매 챔버 (100) 가 제공되고,
    상기 방법은 제 1 조절 파라미터 및 제 2 조절 파라미터에 의해서 구성된 조절 모드라 지칭되는 제어 모드에 따라 구현되고,
    상기 방법은 조절될 양을 측정하는 단계와, 상기 조절될 양이 상기 제 1 조절 파라미터, 및 각각 상기 제 2 조절 파라미터 보다 작고, 각각 더 큰 경우, 상기 촉매 시스템을 제 1 위치 및 제 2 위치에서, 바람직하게는 개방 위치 및 폐쇄 위치에서 위치시키기 위하여 액추에이터를 명령하는 단계를 포함하는, 가스를 발생시키기 위한 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 조절될 양은 상기 내부 공간의 가스 압력, 상기 장치가 유체 연통하는 기계 장치, 바람직하게는 연료 전지의 가스 압력, 발생된 가스 유량 및 온도, 예를 들면, 상기 액체의 온도 또는 상기 촉매의 온도 또는 상기 장치의 환경 온도로부터 선택되고, 그리고
    상기 제 1 조절 파라미터 및 상기 제 2 조절 파라미터는 각각 상기 조절될 양의 최소값 및 최대값인, 가스를 발생시키기 위한 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 조절될 양은 상기 내부 공간의 가스 압력이고, 그리고
    상기 제 1 조절 파라미터 및 상기 제 2 조절 파라미터는 각각 최소 조절 압력 및 최대 조절 압력인, 가스를 발생시키기 위한 방법.
  16. 제 13 항 내지 제 15 항 중 한 항에 있어서,
    - 적어도 하나의 제어될 양, 바람직하게는 여러 개의 제어될 양들이 측정되고;
    - 상기 제어될 양은, 특히 상기 제어될 양을 적어도 하나의 제어 파라미터와 비교함으로써 분석되고; 그리고
    분석 결과에 따라,
    - 상기 방법은 상기 조절 모드에 따라 제어되는 것을 중단하고 나서, 상기 방법은 상기 조절 모드와 상이한 특정 제어 모드에 따라 제어되는, 가스를 발생시키기 위한 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    - 상기 제어될 양들은 상기 액체의 온도 및/또는 상기 장치의 환경 온도 및/또는 상기 촉매의 온도이고, 그리고 상기 제어 파라미터들 각각은 상기 액체의 최소 제어 온도 및/또는 환경의 최소 제어 온도 및/또는 상기 촉매의 최소 제어 온도이고;
    - 바람직하게는 0.1 ~ 10 초인 분석 기간 동안, 상기 액체의 온도 및/또는 상기 장치의 환경 온도 및/또는 상기 촉매의 온도가 각각 상기 액체의 최소 제어 온도 및/또는 상기 환경의 최소 제어 온도 및/또는 상기 촉매의 최소 제어 온도 보다 작은지 여부를 검증하는 것을 수반하는 분석이 시작되고, 그리고, 이 경우라면,
    - 상기 방법은 상기 조절 모드에 따라 제어되는 것을 중단하고 나서, 상기 방법은 냉각 제어 모드에 따라 제어되고, 여기서 상기 제어될 양은 상기 인클로저의 가스 압력이고, 그리고:
    i) 선택적으로, 상기 액추에이터는, 바람직하게는 1 ~ 10 초의 기간 동안 상기 촉매 시스템을 상기 개방 위치에 위치시키도록 명령되고; 이어서
    ii) 상기 액추에이터는 상기 인클로저의 가스 압력이 바람직하게는 상기 최대 조절 압력 이상인 최대 설정값 압력 보다 작으면 상기 촉매 시스템을 상기 폐쇄 위치에서 위치 및 유지하도록 명령되고;
    iii) 상기 액추에이터는 상기 촉매 시스템을 상기 개방 위치에서 위치 및 유지하도록 명령되고, 그리고 상기 인클로저는 발생된 가스가 상기 인클로저로부터 배출되도록 개방되고; 그리고
    - 단계 iii) 동안, 측정된 가스 압력이 바람직하게는 상기 최소 조절 압력 이하인 최소 설정값 압력 보다 작고, 이어서 더 커지는 경우, 상기 방법은 상기 냉각 제어 모드에 따라 제어되는 것을 중단하고, 그리고, 바람직하게는, 상기 방법은 상기 조절 모드에 따라 제어되고;
    - 그렇지 않으면, 단계 i) 및 단계 ii) 가 수행되는, 가스를 발생시키기 위한 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 액체의 최소 제어 온도 및/또는 상기 환경의 최소 제어 온도 및/또는 상기 촉매의 최소 제어 온도는 5℃ 와 동일하고, 심지어 0℃ 와 동일한, 가스를 발생시키기 위한 방법.
  19. 전기 에너지 생산 디바이스 (350) 로서, 상기 디바이스는,
    - 가스의 산화를 통하여 전류를 발생시키도록 구성된 연료 전지 (355); 및
    - 상기 연료 전지와 유체 연통하고 상기 가스를 상기 연료 전지에 공급하도록 구성된 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 가스를 발생시키기 위한 장치 (5) 를 포함하는, 전기 에너지 생산 디바이스.
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3098510B1 (fr) * 2019-07-11 2021-11-05 Commissariat Energie Atomique Générateur de dihydrogène
FR3099854B1 (fr) * 2019-08-07 2021-10-22 Commissariat Energie Atomique Générateur de dihydrogène réutilisable
FR3099855B1 (fr) * 2019-08-07 2021-10-29 Commissariat Energie Atomique Générateur de dihydrogène réutilisable
FR3100242B1 (fr) * 2019-08-30 2021-09-10 Safran Electronics & Defense Dispositif de génération d’un gaz
CN113851681B (zh) * 2021-11-03 2023-04-07 倍有云端科技(广东)有限公司 便携式新能源汽车用的车载制氢器

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080014479A1 (en) * 2006-06-20 2008-01-17 Lynntech, Inc. Microcartridge hydrogen generator
WO2010051557A1 (en) * 2008-11-03 2010-05-06 Societe Bic Hydrogen-generating fuel cell cartridges

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1071142A (zh) * 1991-09-30 1993-04-21 纳幕尔杜邦公司 由氢和氧生产过氧化氢的方法及装置
JP4802360B2 (ja) * 2000-10-30 2011-10-26 トヨタ自動車株式会社 水素ガス生成装置
US7316718B2 (en) * 2001-07-11 2008-01-08 Millennium Cell, Inc. Differential pressure-driven borohydride based generator
US6939529B2 (en) * 2002-10-03 2005-09-06 Millennium Cell, Inc. Self-regulating hydrogen generator
US20060225350A1 (en) * 2005-01-28 2006-10-12 John Spallone Systems and methods for controlling hydrogen generation
US8986404B2 (en) 2009-11-03 2015-03-24 Societe Bic Gas generator with starter mechanism and catalyst shield
CN102530858B (zh) * 2011-04-29 2015-01-07 中国科学技术大学 一种用醇制氢气的方法
CN104327902B (zh) * 2014-11-11 2016-04-20 王号德 一种电解水煤浆脱硫制氢的装置
US9540237B2 (en) * 2014-12-19 2017-01-10 Intelligent Energy Limited Gas generator with buoyant catalyst carrier

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080014479A1 (en) * 2006-06-20 2008-01-17 Lynntech, Inc. Microcartridge hydrogen generator
WO2010051557A1 (en) * 2008-11-03 2010-05-06 Societe Bic Hydrogen-generating fuel cell cartridges

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