KR20230139778A - 일체형 수소 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면에 따른 일체형 수소 제조 장치는, 외부에서 물을 공급받아 정수하는 수처리부, 외부에서 전력을 공급받아 정류 또는 변압을 수행하는 전력 제어부, 상기 수처리부에서 물을 공급받아 수소와 산소를 생성하는 수전해부, 상기 수전해부에서 수소가 포함된 분해가스를 공급받아 수소를 정제하는 수소 정제부, 및 외형을 이루며, 상기 수처리부, 상기 전력 제어부, 상기 수전해부, 및 상기 수소 정제부를 수용하는 케이스를 포함하며, 상기 케이스에는 물을 공급받는 급수 포트, 전력을 공급받는 전력 포트, 수소를 외부로 공급하는 수소 포트가 형성될 수 있다.
Description
본 발명은 일체형 수소 제조 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 수전해를 이용하여 일체로 수소를 제조하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로 재생 에너지원은 입지환경, 날씨 및 시간에 따라서 출력변동이 심하여 연속 공급이 불가능하다는 문제가 있다. 뿐만 아니라, 재생 에너지원은 에너지 생산 시점과 수요 시점의 시간차에 의해, 전력의 수요와 공급의 균형을 맞추는 것이 어렵다는 문제를 가지고 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 재생 에너지원으로부터 전력 수요를 초과하는 잉여 전력이 생산되는 경우, 생산된 잉여 전력을 저장하였다가 전력 수요가 급증하는 시점에 전력을 공급할 수 있는 에너지 저장 기술이 개발되고 있다.
한편, 재생 에너지원의 발전 비중이 크지 않은 경우에는 재생 에너지원의 잉여 전력이 기존의 배터리 계열의 저장 장치에 저장되는 것이 가능하였으나, 배터리 계열의 저장 장치는 저장 용량이 한정적이고, 재생 에너지원의 발전 비중이 점차적으로 증가함에 따라, 대용량으로 에너지를 저장할 수 있는 새로운 에너지 저장 기술이 요구되고 있다.
이러한 새로운 에너지 저장 기술로서, 재생 에너지원에서 발생하는 잉여 전력을 수전해 장치로 공급하여 물을 전기 분해함으로써 수소를 생산하는 P2G(power to gas) 기술이 각광받고 있다. P2G 기술은 재생 에너지원에서 발생하는 잉여 전력을 연료의 형태로 변환하기 때문에, 재생 에너지원의 잉여 전력을 대용량으로 저장할 수 있고, 잉여 전력이 수일 내지 수개월 동안 저장될 수 있다는 장점이 있다.
그러나, 수소 생산을 위해서는 별도의 수전해 설비와 방폭 설비를 구비해야 하므로 설치 비용이 비싸고, 설치 시간이 오래 걸리는 문제가 있다.
상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로, 본 발명은 설치가 용이하고 컴팩트한 일체형 수소 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 일체형 수소 제조 장치는, 외부에서 물을 공급받아 정수하는 수처리부, 외부에서 전력을 공급받아 정류 또는 변압을 수행하는 전력 제어부, 상기 수처리부에서 물을 공급받아 수소와 산소를 생성하는 수전해부, 상기 수전해부에서 수소가 포함된 분해가스를 공급받아 수소를 정제하는 수소 정제부, 및 외형을 이루며, 상기 수처리부, 상기 전력 제어부, 상기 수전해부, 및 상기 수소 정제부를 수용하는 케이스를 포함하며, 상기 케이스에는 물을 공급받는 급수 포트, 전력을 공급받는 전력 포트, 수소를 외부로 공급하는 수소 포트가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 케이스의 내부에는 상기 수전해부와 상기 수소 정제부가 위치하며, 방폭 설비가 설치된 방폭 공간과 상기 전력 제어부와 상기 수처리부가 위치하며 방폭 설비를 갖지 않는 비방폭 공간이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 케이스의 내부에는 상기 방폭 공간과 상기 비방폭 공간을 분리하는 방폭 분리벽이 설치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 케이스는 차량에 적재되어 이동 가능한 컨테이너 박스로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 일체형 수소 제조 장치는, 상기 수전해부와 연결되어 산소가 포함된 물을 저장하는 산소분리 탱크, 상기 수전해부와 연결되어 수소가 포함된 물을 저장하며 수소를 상기 수소 정제부로 전달하는 수소분리 탱크를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 일체형 수소 제조 장치는, 상기 수소 분리탱크와 연결되어 수소가 분리된 물을 수용하며 물에 잔류하는 수소를 분리한 후에 상기 산소분리 탱크로 전달하는 2차 분리탱크와 상기 2차 분리탱크에 연결되며 수소를 배출하는 수소 배출관을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 수소 배출관에는 제1 정전기 방지링이 설치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 산소 분리탱크에는 상기 산소 분리탱크의 물을 상기 수전해부로 전달하는 재순환 라인이 설치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 재순환 라인에는 상기 재순환 라인을 따라 이동하는 물을 냉각하는 냉각부가 설치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 상기 산소 분리탱크에는 산소를 배출하는 산소 배출관이 설치될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 일체형 수소 제조 장치는 케이스에 급수 포트, 전력 포트, 수소 포트가 형성되므로 공장 등에서 제조된 수소 제조 장치를 재생 발전 장치 등이 설치된 현장으로 이동하여 플러그인 타입으로 용이하고 신속하게 설치할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 수소 제조 장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 수소 제조 장치의 내부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 수소 제조 장치를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 수소 제조 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 수소 제조 장치의 내부를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 수소 제조 장치를 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 수소 제조 장치를 도시한 블록도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예를 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 수소 제조 장치에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 수소 제조 장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 수소 제조 장치의 내부를 도시한 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 수소 제조 장치를 도시한 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 수소 제조 장치를 도시한 블록도이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면, 본 실시예에 따른 일체형 수소 제조 장치(100)는 수처리부(141), 전력 제어부(142), 수전해부(110), 수소 정제부(133), 케이스(120), 산소 분리탱크(131), 수소 분리탱크(132), 2차 분리탱크(134), 운전 제어부(143)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 일체형 수소 제조 장치(100)는 물을 전기 분해하여 수소를 제조하는 장치로서, 재생에너지 발전시설과 인접하게 설치될 수 있다. 다만 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 수소 제조 장치는 도심지 등 협소한 공간 어디든지 설치될 수 있다.
수소 제조 장치(100)는 하나의 케이스(120) 내부에 수처리부(141), 전력 제어부(142), 수전해부(110), 수소 정제부(133)가 모두 설치된 장치로서, 케이스(120)는 화물용 컨테이너 박스로 이루어질 수 있다. 케이스(120)는 직육면체 형태로 이루어지며, 차량 등에 적재되어 이동 가능한 구조로 이루어질 수 있다.
케이스(120)에는 급수 포트(121), 전력 포트(123), 수소 포트(125)가 형성되는데, 급수 포트(121)에 상수도 급수관을 연결하고, 전력 포트(123)에 전력선을 연결하며, 수소 포트(125)에 수소 저장 탱크 또는 수요 장치를 연결하는 것으로 수소 제조 장치를 용이하게 설치할 수 있다.
이에 따라 공장에서 제작된 일체형 수소 제조 장치(100)는 재생에너지 발전 장치가 설치된 곳으로 운반되어 플러그인 타입으로 용이하게 설치될 수 있다.
수처리부(141)는 급수 포트(121)를 통해서 물을 공급 받으며, 필터를 이용하여 물을 정수하고, 저장 탱크에 정화된 물을 저장할 수 있다. 전력 제어부(142)는 계통 전원 또는 재생에너지 발전 장치와 연결되어 교류 전류를 직류 전류로 정류하고, 전압을 제어할 수 있다.
운전 제어부(143)는 수처리부(141), 수전해부(110), 수소 정제부(133)의 작동을 제어하며, 유량, 온도, 압력 등을 제어할 수 있다.
수전해부(110)는 수처리부(141)에서 물을 공급받아 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 생성하며, 고분자전해질 방식, 알카라인 방식, 고체산화물 방식 등으로 물을 전기분해할 수 있다. 수전해부(110)는 산소 분리탱크(131)를 매개로 수처리부(141)에서 물을 공급받을 수 있다. 수처리부(141)에서 정수된 물은 산소 분리탱크(131)에서 저장되었다가 냉각부(161)를 거쳐서 수전해부(110)로 전달될 수 있다.
수전해부(110)의 양극에서는 산소가 생성되며, 수전해부(110)에는 산소와 미반응 물을 수용하는 산소 분리탱크(131)가 연결된다. 또한, 수전해부(110)의 음극에서는 수소가 생성되며, 수전해부(110)에는 수소와 미반응 물을 수용하는 수소 분리탱크(132)가 연결된다.
수소 분리탱크(132)는 수소 정제부(133)와 연결되어 수분을 포함하는 수소 가스를 전달하며, 수소 정제부(133)는 압력변동흡착 방식, 멤브레인 방식, 온도변동흡착 방식 등으로 수소를 정제할 수 있다. 수소 정제부(133)에서 정제된 수소는 수소 포트(125)를 통해서 수요지에 공급되거나 수소 탱크에 저장될 수 있다.
수소 분리탱크(132)에는 2차 분리탱크(134)가 연결되는데, 수소 분리탱크(132)에 저장된 물은 2차 분리탱크(134)로 공급되며, 2차 분리탱크(134)에서 물에 포함된 수소가 분리될 수 있다. 2차 분리탱크(134)에는 분리된 수소를 배출하는 수소 배출관(137)이 연결되고, 수소 배출관(137)에는 제1 정전기 방지링(138)이 설치될 수 있다.
2차 분리탱크(134)에서 수소가 제거된 물은 산소 분리탱크(131)로 전달될 수 있다. 산소 분리탱크(131)는 수전해부(110)에서 물을 전달 받을 뿐만 아니라, 2차 분리탱크(134)에서 물을 전달 받아서 물을 저장하고, 물에서 산소를 분리한다. 산소 분리탱크(131)에는 물과 분리된 산소가 배출되는 산소 배출관(135)이 연결되고, 산소 배출관(135)에는 제2 정전기 방지링(136)이 설치될 수 있다.
한편, 산소 분리탱크(131)에는 산소 분리탱크(131)에 저장된 물을 수전해부로 전달하는 재순환 라인(162)이 설치되고, 재순환 라인(162)에는 재순환 라인(162)을 따라 이동하는 물을 냉각하는 냉각부(161)가 연결될 수 있다. 냉각부(161)는 케이스(120)의 상부에 설치되며 산소 분리탱크(131)에 저장된 물을 냉각하여 수전해부(110)로 전달한다. 냉각부(161)는 냉각탑으로 이루어질 수 있다. 이와 같이 냉각부(161)가 설치되면 수전해부(110)에 적정한 온도의 물을 안정적으로 공급할 수 있다.
케이스(120)의 내부에는 수전해부(110), 수소 정제부(133), 수소 분리탱크(132), 2차 분리탱크(134), 산소 분리탱크(131)가 위치하는 방폭 공간(S11)과 전력 제어부(142), 수처리부(141), 운전 제어부(143)가 위치하는 비방폭 공간(S12)이 형성될 수 있다. 방폭 공간(S11)과 비방폭 공간(S12)은 방폭 분리벽(170)에 의하여 공간적으로 분리될 수 있다. 방폭 분리벽(170)은 강도가 강화된 벽으로 이루어질 수 있으며, 방폭 분리벽(170)에는 소화 물질이 내장되거나, 소화 물질을 분사하는 노즐이 설치될 수 있다.
방폭 공간(S11)은 규정에 따라 폭발을 방지할 수 있는 방폭 설비가 설치될 수 있다. 방폭 설비는 가스 누설 감지센서, 누설된 가스를 배출시키는 양압 장치, 화재를 진압하는 소화 설비, 방폭을 위한 강화 벽 등을 포함할 수 있다.
비방폭 공간(S12)은 일방적인 지지 구조로 이루어지며, 방폭 설비를 갖지 않는다. 이와 같이 하나의 케이스(120) 내부에 방폭 공간(S11)과 비방폭 공간(S12)이 모두 형성되면, 폭발을 안정적으로 방지하면서도 용이하고 저렴하게 수소 제조 장치(100)를 제작할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 본 실시예에 따르면 하나의 케이스(120)에 급수 포트(121), 전력 포트(123), 수소 포트(125)가 형성되므로 플로그인 방식으로 일체형 수소 제조 장치를 설치하여 신속하고 용이하게 수소의 제조 및 공급이 가능하다.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.
100: 수소 제조 장치 110: 수전해부
120: 케이스 121: 급수 포트
123: 전력 포트 125: 수소 포트
131: 산소 분리탱크 132: 수소 분리탱크
133: 수소 정제부 134: 2차 분리탱크
135: 산소 배출관 136: 제2 정전기 방지링
137: 수소 배출관 138: 제1 정전기 방지링
141: 수처리부 142: 전력 제어부
143: 운전 제어부 161: 냉각부
162: 재순환 라인 170: 방폭 분리벽
120: 케이스 121: 급수 포트
123: 전력 포트 125: 수소 포트
131: 산소 분리탱크 132: 수소 분리탱크
133: 수소 정제부 134: 2차 분리탱크
135: 산소 배출관 136: 제2 정전기 방지링
137: 수소 배출관 138: 제1 정전기 방지링
141: 수처리부 142: 전력 제어부
143: 운전 제어부 161: 냉각부
162: 재순환 라인 170: 방폭 분리벽
Claims (10)
- 외부에서 물을 공급받아 정수하는 수처리부;
외부에서 전력을 공급받아 정류 또는 변압을 수행하는 전력 제어부;
상기 수처리부에서 물을 공급받아 수소와 산소를 생성하는 수전해부;
상기 수전해부에서 수소가 포함된 분해가스를 공급받아 수소를 정제하는 수소 정제부;
외형을 이루며, 상기 수처리부, 상기 전력 제어부, 상기 수전해부, 및 상기 수소 정제부를 수용하는 케이스;
를 포함하며,
상기 케이스에는 물을 공급받는 급수 포트, 전력을 공급받는 전력 포트, 수소를 외부로 공급하는 수소 포트가 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 수소 제조 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 케이스의 내부에는 상기 수전해부와 상기 수소 정제부가 위치하며, 방폭 설비가 설치된 방폭 공간과 상기 전력 제어부와 상기 수처리부가 위치하며 방폭 설비를 갖지 않는 비방폭 공간이 형성된 것을 특징으로 하는 일체형 수소 제조 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 케이스의 내부에는 상기 방폭 공간과 상기 비방폭 공간을 분리하는 방폭 분리벽이 설치된 것을 특징으로 하는 일체형 수소 제조 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 케이스는 차량에 적재되어 이동 가능한 컨테이너 박스로 이루어진 것을 특징으로 하는 일체형 수소 제조 장치. - 제1 항에 있어서,
상기 수전해부와 연결되어 산소가 포함된 물을 저장하는 산소분리 탱크, 상기 수전해부와 연결되어 수소가 포함된 물을 저장하며 수소를 상기 수소 정제부로 전달하는 수소분리 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 수소 제조 장치. - 제5 항에 있어서,
상기 수소 분리탱크와 연결되어 수소가 분리된 물을 수용하며 물에 잔류하는 수소를 분리한 후에 상기 산소분리 탱크로 전달하는 2차 분리탱크와 상기 2차 분리탱크에 연결되며 수소를 배출하는 수소 배출관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 일체형 수소 제조 장치. - 제6 항에 있어서,
상기 수소 배출관에는 제1 정전기 방지링이 설치된 것을 특징으로 하는 일체형 수소 제조 장치. - 제6 항에 있어서,
상기 산소 분리탱크에는 상기 산소 분리탱크의 물을 상기 수전해부로 전달하는 재순환 라인이 설치된 것을 특징으로 하는 일체형 수소 제조 장치. - 제8 항에 있어서,
상기 재순환 라인에는 상기 재순환 라인을 따라 이동하는 물을 냉각하는 냉각부가 설치된 것을 특징으로 하는 일체형 수소 제조 장치. - 제8 항에 있어서,
상기 산소 분리탱크에는 산소를 배출하는 산소 배출관이 설치된 것을 특징으로 하는 일체형 수소 제조 장치.
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