KR20230147339A - Device for producing hydrogen using thermochemical redox cycel - Google Patents
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Abstract
발명은 열화학적 레독스 사이클을 이용한 수소 생성 장치를 제안한단. 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 생성 장치는 수소 생성 장치는, 열공급원과 밸브를 통해 일단이 선택적으로 연결되고, 외부 냉각장치와 열원 사용 장치와 밸브를 통해 타단이 선택적으로 연결되는 제 1 반응기; 상기 열공급원과 밸브를 통해 일단이 선택적으로 연결되고, 상기 외부 냉각장치와 상기 열원 사용 장치와 밸브를 통해 타단이 선택적으로 연결되는 제 2 반응기; 및 상기 밸브의 상태를 조절하여 상기 제 1 반응기와 제 2 반응기에서의 수소 또는 산소가 생산되도록 제어하는 제어부를 포함한다. The invention proposes a hydrogen generation device using a thermochemical redox cycle. The hydrogen generation device according to an embodiment of the present invention is a first reactor, one end of which is selectively connected to a heat supply source and a valve, and the other end of which is selectively connected to an external cooling device, a heat source using device, and a valve. ; a second reactor, one end of which is selectively connected to the heat supply source and a valve, and the other end of which is selectively connected to the external cooling device, the heat source using device, and a valve; and a control unit that controls the state of the valve to produce hydrogen or oxygen in the first reactor and the second reactor.
Description
본원은 열화학적 레독스 사이클을 이용한 수소 생산 장치에 관한 것이다.This application relates to a hydrogen production device using a thermochemical redox cycle.
두 가지 메가 트렌드가 현대 사회에서 온실 가스 감축을 주도하고 있다. 첫 번째 트렌드는 그리드 재생에너지화(renewablization)이다. 태양광 발전(Photovoltaic)은 2008년 ~$4/W에서 2019년 $0.2/W로 하락한 태양광 모듈 가격의 급격한 하락으로 인해 미국에서 가장 저렴한 발전 방법 중 하나가 되었다. 두 번째 트렌드는 차량 전동화(vehicle electrification)로서, 2019년 전 세계 배터리 전기차의 대수는 479만 대에 달했으며, 앞으로 빠르게 증가할 것으로 예상된다. 이는 주로 리튬 이온 배터리 가격이 2010년 $1,183/kWh에서 2019년 $156/kWh로 지속적으로 하락했기 때문이다.Two mega trends are driving greenhouse gas reductions in modern society. The first trend is grid renewal. Photovoltaic has become one of the cheapest methods of power generation in the United States due to the rapid decline in solar module prices, which fell from ~$4/W in 2008 to $0.2/W in 2019. The second trend is vehicle electrification. The number of battery electric vehicles worldwide reached 4.79 million in 2019 and is expected to increase rapidly in the future. This is mainly because the price of lithium-ion batteries has continued to fall from $1,183/kWh in 2010 to $156/kWh in 2019.
그러나, 이러한 두 가지 주요 노력으로도 온실가스 배출을 줄이기 어려운 부문이 있다. 예를 들어, 2014년 기준 세계 CO2 배출량의 5%를 배출한 항공 또는 해운 부문은 이동 거리가 길고 제한된 공간으로 인해 고에너지 밀도를 갖는 화학 연료 사용을 반드시 필요로 한다. 2014년 세계 CO2 배출량의 9%를 생산한 철 및 시멘트 산업도 열 공급뿐만 아니라 환원제를 제공하기 위해 많은 양의 화학 연료가 필요하다.However, there are sectors where it is difficult to reduce greenhouse gas emissions even with these two major efforts. For example, the aviation or shipping sectors, which produced 5% of global CO2 emissions in 2014, require the use of chemical fuels with high energy density due to long travel distances and limited space. The iron and cement industries, which produced 9% of global CO2 emissions in 2014, also require large amounts of chemical fuels to provide reducing agents as well as heat supply.
수소는 선박의 디젤이나 제강의 석탄과 같은 기존 화학 연료를 직접 대체할 수 있기 때문에 온실 가스 배출을 획기적으로 줄일 수 있다.Hydrogen can dramatically reduce greenhouse gas emissions because it can directly replace existing chemical fuels, such as diesel in ships or coal in steelmaking.
수소 생산을 위한 대표적인 방법으로 천연 가스를 이용한 증기 메탄 개질 방법(steam methane reforming)과 물을 전기 분해하는 방법이 있다. 천연가스를 이용한 증기 메탄 개질 방법은 가장 많이 사용하고 있으며, 수소 생산 비용이 ~$2/kg-H2로 비교적 저렴하지만, 공급 원료인 천연가스가 탄소를 포함하고 있어, 이산화탄소 배출이 발생하는 문제점이 있다. 물을 전기 분해하는 방법은 이산화탄소가 발생하지 않으나, 물의 전기 분해 반응에 많은 에너지 투입이 필요한 문제점이 있다. 특히 이러한 에너지를 비교적 비싼 전기에너지로 공급하기 때문에 수소 생산 비용이 높은 문제점이 있다.Representative methods for hydrogen production include steam methane reforming using natural gas and electrolysis of water. The steam methane reforming method using natural gas is the most widely used, and the hydrogen production cost is relatively inexpensive at ~$2/kg-H 2 , but the natural gas as a feedstock contains carbon, so there is a problem of carbon dioxide emissions. there is. The method of electrolyzing water does not generate carbon dioxide, but has the problem of requiring a lot of energy input for the water electrolysis reaction. In particular, there is a problem with high hydrogen production costs because this energy is supplied as relatively expensive electric energy.
상술한 문제들을 해결하기 위해 열화학적 레독스 사이클(thermochemical redox cycle)이 제안되었다. 이 기술은 물의 직접 열분해 반응에 반응물 하나를 추가하여 전체 반응을 산소 및 수소 발생 반응으로 나누어 두 생성물을 분리할 수 있고, 또 물 열분해에 필요한 온도도 낮출 수 있다는 장점을 가진다. 추가 반응물에 대해서는 금속 산화물()이 주로 연구되었다. 특히, 일부 산소 환원을 통해 격자에 산소 결손(oxygen vacancy)을 갖는 금속 산화물은 상변화가 없어 여러 번 사용하여도 안정적이고, 두 생성물의 분리가 용이하기 때문에 본 기술에서 주로 사용되어 왔다. 금속 산화물의 산소 발생 반응과 수소 발생 반응은 각각 식 (3)과 (4)와 같이 나타낼 수 있다.To solve the above-mentioned problems, a thermochemical redox cycle was proposed. This technology has the advantage of being able to separate the two products by dividing the overall reaction into oxygen and hydrogen generation reactions by adding a reactant to the direct thermal decomposition reaction of water, and also lowering the temperature required for water thermal decomposition. For additional reactants, metal oxides ( ) was mainly studied. In particular, metal oxides that have oxygen vacancies in the lattice through partial oxygen reduction have been mainly used in this technology because they do not change phase and are stable even after multiple uses, and the two products can be easily separated. The oxygen evolution reaction and hydrogen evolution reaction of metal oxide can be expressed as equations (3) and (4), respectively.
산소 환원량(δ)은 열역학적 평형에 의해 결정되며, 온도가 높을수록 산소 압력이 낮을수록 산소 환원량이 커진다. 따라서, 환원 반응은 δ를 증가시키기 위해 더 높은 온도와 더 낮은 산소 압력에서 수행되고 산화 반응은 더 낮은 온도와 더 높은 산소 압력에서 수행되어 δ를 감소시킨다. 이 기술의 벤치마크 물질(benchmark material)인 Ceria(CeO2)의 경우, 일반적으로 1 mbar의 산소압 및 1,500℃, 및 상압(ambient pressure) 및 900℃의 조건에서 각각 환원 및 산화 반응을 수행한다.The amount of oxygen reduction (δ) is determined by thermodynamic equilibrium, and the higher the temperature and the lower the oxygen pressure, the greater the amount of oxygen reduction. Therefore, the reduction reaction is performed at higher temperature and lower oxygen pressure to increase δ and the oxidation reaction is performed at lower temperature and higher oxygen pressure to decrease δ. In the case of Ceria (CeO 2 ), the benchmark material of this technology, reduction and oxidation reactions are generally performed under conditions of 1 mbar of oxygen pressure and 1,500°C, and ambient pressure and 900°C, respectively. .
본원은 고온의 열을 이용하는 장치에서 밸브 조절을 통해 각 반응기에서 산화반응과 환원반응이 교차로 발생하는 열화학적 레독스 사이클을 이용한 수소 생성 장치를 제공하고자 한다.The present application seeks to provide a hydrogen generation device using a thermochemical redox cycle in which oxidation and reduction reactions alternately occur in each reactor through valve control in a device using high temperature heat.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present application is not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the description below.
본원의 일 실시예에 따른 열화학적 레독스 사이클을 이용한 수소 생성 장치는, 열공급원과 밸브를 통해 일단이 선택적으로 연결되고, 외부 냉각장치와 열원 사용 장치와 밸브를 통해 타단이 선택적으로 연결되는 제 1 반응기; 상기 열공급원과 밸브를 통해 일단이 선택적으로 연결되고, 상기 외부 냉각장치와 상기 열원 사용 장치와 밸브를 통해 타단이 선택적으로 연결되는 제 2 반응기; 및 상기 밸브의 상태를 조절하여 상기 제 1 반응기와 제 2 반응기에서의 수소 또는 산소가 생산되도록 제어하는 제어부를 포함한다.A hydrogen generation device using a thermochemical redox cycle according to an embodiment of the present application is a device in which one end is selectively connected through a heat supply source and a valve, and the other end is selectively connected through an external cooling device, a heat source use device, and a valve. 1 reactor; a second reactor, one end of which is selectively connected to the heat supply source and a valve, and the other end of which is selectively connected to the external cooling device, the heat source using device, and a valve; and a control unit that controls the state of the valve to produce hydrogen or oxygen in the first reactor and the second reactor.
본원의 다른 실시예에 따른 열화학적 레독스 사이클을 이용한 수소 생성 방법은, 열공급원과 제 1 반응기를 연결시키고, 상기 제 1 반응기와 상기 열원 사용 장치를 연결하여 열원을 상기 제 1 반응기로 공급하는 단계; 및 상기 외부 냉각장치와 제 2 반응기를 연결시키고, 상기 제 2 반응기와 상기 열공급원을 연결하여, 냉각 유체를 상기 제 2 반응기로 공급하는 단계를 포함한다. 이때, 상기 열원을 상기 제 1 반응기로 공급하는 단계에 의해, 상기 제 1 반응기의 온도는 저온의 산화 온도에서 고온의 환원 온도로 변화하고, 이에 따라 상기 제 1 반응기에서 산소가 발생하는 환원 반응이 일어나고, 상기 냉각 유체를 상기 제 2 반응기로 공급하는 단계에 의해, 상기 제 2 반응기의 온도는 고온의 환원 온도에서 저온의 산화 온도로 변화하고, 이에 따라 상기 제 2 반응기에서 수소가 발생하는 산화 반응이 일어난다.A method of generating hydrogen using a thermochemical redox cycle according to another embodiment of the present application includes connecting a heat source and a first reactor, connecting the first reactor and the heat source use device to supply a heat source to the first reactor. step; And connecting the external cooling device and the second reactor, connecting the second reactor and the heat supply source, and supplying cooling fluid to the second reactor. At this time, by supplying the heat source to the first reactor, the temperature of the first reactor changes from a low-temperature oxidation temperature to a high-temperature reduction temperature, and accordingly, a reduction reaction in which oxygen is generated in the first reactor By supplying the cooling fluid to the second reactor, the temperature of the second reactor changes from a high-temperature reduction temperature to a low-temperature oxidation temperature, thereby producing an oxidation reaction in which hydrogen is generated in the second reactor. This happens.
본원의 구현예들에 따른 수소 생성 장치는 밸브의 상태를 조절하여, 복수의 반응기에서 수소 또는 산소가 생산되도록 제어할 수 있는 수소 생산 장치를 제안한다.The hydrogen production device according to embodiments of the present application proposes a hydrogen production device that can be controlled to produce hydrogen or oxygen in a plurality of reactors by adjusting the state of the valve.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열화학적 레독스 사이클을 이용한 수소 생산 장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 생산 장치에서 수소 또는 산소를 생산하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 반응기의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제 2 반응기의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 튜브의 개략도이다.
도 7 내지 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열화학적 레독스 사이클을 이용한 수소 생산 장치의 개략도이다.
도 11의 좌측에 도시된 그래프는 2개의 반응기를 포함하는 수소 생산 장치에서 고온 공정의 입구 온도를 도시한 그래프이고, 우측에 도시된 그래프는 4개의 반응기를 포함하는 수소 생산 장치에서 고온 공정의 입구 온도를 도시한 그래프이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 생산 방법의 순서도이다.Figure 1 is a schematic diagram of a hydrogen production device using a thermochemical redox cycle according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram for explaining the production of hydrogen or oxygen in a hydrogen production device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is a cross-sectional view of a first reactor according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 is a cross-sectional view of a second reactor according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 is a schematic diagram of a tube according to one embodiment of the present invention.
7 to 10 are schematic diagrams of a hydrogen production device using a thermochemical redox cycle according to another embodiment of the present invention.
The graph shown on the left of FIG. 11 is a graph showing the inlet temperature of a high temperature process in a hydrogen production device containing two reactors, and the graph shown on the right is a graph showing the inlet temperature of a high temperature process in a hydrogen production device including four reactors. This is a graph showing temperature.
Figure 12 is a flowchart of a hydrogen production method according to an embodiment of the present invention.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다. Hereinafter, with reference to the attached drawings, implementation examples and embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention. However, the present application may be implemented in various different forms and is not limited to the implementation examples and examples described herein. In order to clearly explain the present invention in the drawings, parts that are not related to the description are omitted, and similar parts are given similar reference numerals throughout the specification.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a part is said to be “connected” to another part, this includes not only the case where it is “directly connected,” but also the case where it is “electrically connected” with another element in between. do.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.Throughout this specification, when a member is said to be located “on” another member, this includes not only the case where the member is in contact with the other member, but also the case where another member exists between the two members.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification of the present application, when a part “includes” a certain element, this means that it may further include other elements rather than excluding other elements, unless specifically stated to the contrary.
본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. As used herein, the terms “about,” “substantially,” and the like are used to mean at or close to a numerical value when manufacturing and material tolerances inherent in the stated meaning are presented, and to aid understanding of the present application. It is used to prevent unscrupulous infringers from unfairly exploiting disclosures in which precise or absolute figures are mentioned.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~ 하는 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.The terms “step of” or “step of” as used throughout the specification herein do not mean “step for.”
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 "이들의 조합(들)"의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.Throughout this specification, the term "combination(s) thereof" included in the Markushi format expression means a mixture or combination of one or more selected from the group consisting of the components described in the Markushi format expression, It means containing one or more selected from the group consisting of the above components.
본원 명세서 전체에서, "A 및/또는 B"의 기재는, "A 또는 B, 또는 A 및 B"를 의미한다.Throughout this specification, description of “A and/or B” means “A or B, or A and B.”
이하, 본원의 구현예를 상세히 설명하였으나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.Hereinafter, embodiments of the present application have been described in detail, but the present application may not be limited thereto.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 열화학적 레독스 사이클을 이용한 수소 생산 장치(10)(이하, ‘수소 생산 장치(10)’라 함)에 대해서 설명한다.Hereinafter, a hydrogen production device 10 (hereinafter referred to as ‘hydrogen production device 10’) using a thermochemical redox cycle according to an embodiment of the present invention will be described.
수소 생산 장치(10)는 제 1 반응기(110), 제 2 반응기(120) 및 제어부(미도시됨)를 포함하며, 제어부가 밸브 상태를 조절하여 제 1 반응기(110)와 제 2 반응기(120)에서의 수소 또는 산소가 생산되도록 제어한다. 다시 말해, 제 1 반응기(110) 또는 제 2 반응기(120)는 열공급원(130)가 연결되어, 열이 공급될 경우, 환원 반응에 의해 산소가 발생하고, 외부 냉각장치(140)와 연결되어, 냉각 유체가 공급될 경우, 산화반응에 의해 수소가 발생한다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하도록 한다.The hydrogen production device 10 includes a first reactor 110, a second reactor 120, and a control unit (not shown), and the control unit adjusts the valve state to control the first reactor 110 and the second reactor 120. ) is controlled to produce hydrogen or oxygen. In other words, the first reactor 110 or the second reactor 120 is connected to the heat supply source 130, and when heat is supplied, oxygen is generated by a reduction reaction and connected to the external cooling device 140. , when cooling fluid is supplied, hydrogen is generated through an oxidation reaction. A detailed description of this will be provided later.
제 1 반응기(110)는 열공급원(130)과 밸브를 통해 일단이 선택적으로 연결되고, 외부 냉각장치(140)와 열원 사용 장치(150)와 밸브를 통해 타단이 선택적으로 연결된다.One end of the first reactor 110 is selectively connected to the heat supply source 130 through a valve, and the other end is selectively connected to the external cooling device 140 and the heat source use device 150 through a valve.
또한, 제 2 반응기(120)는 열공급원(130)과 밸브를 통해 일단이 선택적으로 연결되고, 외부 냉각장치(140)와 열원 사용 장치(150)와 밸브를 통해 타단이 선택적으로 연결된다.Additionally, one end of the second reactor 120 is selectively connected to the heat supply source 130 through a valve, and the other end is selectively connected to the external cooling device 140 and the heat source use device 150 through a valve.
수소 생산 장치(10)는 각 구성이 서로 연결하는 복수의 배관(210, 220, 230, 240) 및 배관(210, 220, 230, 240)에 위치하는 복수의 밸브(21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28)를 포함한다. 예시적으로, 수소 생산 장치(10)는, 도 1을 참조하면, 제 1 내지 제 4 배관(210, 220, 230, 240)을 포함하며, 제 1 내지 제 4 배관(240)에 위치하는 제 1 내지 8 밸브(21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28)를 포함할 수 있다.The hydrogen production device 10 includes a plurality of pipes 210, 220, 230, 240 connected to each other and a plurality of valves 21, 22, 23, 24 located in the pipes 210, 220, 230, 240. , 25, 26, 27, 28). Exemplarily, referring to FIG. 1, the hydrogen production device 10 includes first to fourth pipes 210, 220, 230, and 240, and the first to fourth pipes 240 are located in the first to fourth pipes 240. It may include 1 to 8 valves (21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28).
상세하게는, 제 1 배관(210)은 일단이 외부 냉각장치(140)와 연결되고, 타단이 분기되어 제 1 반응기(110) 및 제 2 반응기(120)에 각각 연결된다. 이때, 제 1 배관(210)의 분기된 각각의 배관에 제 1 밸브(21) 및 제 2 밸브(22)가 각각 위치하며, 제 1 밸브(21) 또는 제 2 밸브(22) 중 하나의 밸브가 개방됨에 따라 외부 냉각장치(140)가 제 1 반응기(110) 또는 제 2 반응기(120)에 연결될 수 있다.In detail, one end of the first pipe 210 is connected to the external cooling device 140, and the other end is branched and connected to the first reactor 110 and the second reactor 120, respectively. At this time, the first valve 21 and the second valve 22 are located in each branched pipe of the first pipe 210, and one of the first valve 21 or the second valve 22 As is opened, the external cooling device 140 may be connected to the first reactor 110 or the second reactor 120.
제 2 배관(220)은 일단이 열공급원(130)과 연결되고, 타단이 분기되어 제 1 반응기(110) 및 제 2 반응기(120)에 각각 연결된다. 이때, 제 2 배관(220)의 분기된 각각의 배관에 제 3 밸브(23) 및 제 4 밸브(24)가 각각 위치하며, 제 3 밸브(23) 또는 제 4 밸브(24) 중 하나의 밸브가 개방됨에 따라 열공급원(130)이 제 1 반응기(110) 또는 제 2 반응기(120)와 연결될 수 있다.One end of the second pipe 220 is connected to the heat supply source 130, and the other end is branched and connected to the first reactor 110 and the second reactor 120, respectively. At this time, the third valve 23 and the fourth valve 24 are located in each branched pipe of the second pipe 220, and one of the third valve 23 or the fourth valve 24 As is opened, the heat supply source 130 may be connected to the first reactor 110 or the second reactor 120.
제 3 배관(230)은 일단이 열공급원(130)과 연결되고, 타단이 분기되어 제 1 반응기(110) 및 제 2 반응기(120)에 각각 연결된다. 이때, 제 3 배관(230)의 분기된 각각의 배관에 제 5 밸브(25) 및 제 6 밸브(26)가 각각 위치하며, 제 5 밸브(25) 또는 제 6 밸브(26) 중 하나의 밸브가 개방됨에 따라 열공급원(130)이 제 1 반응기(110) 또는 제 2 반응기(120)와 연결될 수 있다.One end of the third pipe 230 is connected to the heat supply source 130, and the other end is branched and connected to the first reactor 110 and the second reactor 120, respectively. At this time, the fifth valve 25 and the sixth valve 26 are located in each branched pipe of the third pipe 230, and one of the fifth valve 25 or the sixth valve 26 As is opened, the heat supply source 130 may be connected to the first reactor 110 or the second reactor 120.
제 4 배관(240)은 일단이 열원 사용 장치(150)와 연결되고, 타단이 분기되어 제 1 반응기(110) 및 제 2 반응기(120)에 각각 연결된다. 이때, 제 4 배관(240)의 분기된 각각의 배관에 제 7 밸브(27) 및 제 8 밸브(28)가 각각 위치하며, 제 7 밸브(27) 또는 제 8 밸브(28) 중 하나의 밸브가 개방됨에 따라 열원 사용 장치(150)가 제 1 반응기(110) 또는 제 2 반응기(120)가 연결될 수 있다.One end of the fourth pipe 240 is connected to the heat source using device 150, and the other end is branched and connected to the first reactor 110 and the second reactor 120, respectively. At this time, the 7th valve 27 and the 8th valve 28 are located in each branched pipe of the 4th pipe 240, and one of the 7th valve 27 or the 8th valve 28 As is opened, the heat source using device 150 may be connected to the first reactor 110 or the second reactor 120.
상술한 제 1 내지 제 4 배관(210, 220, 230, 240)에는 분기된 배관에 각각 밸브(21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28)가 위치하는 예시를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한하지 않고, 분기되는 부분에 삼방 밸브가 위치하여 연결을 제어할 수도 있다.In the above-mentioned first to fourth pipes 210, 220, 230, and 240, an example in which valves 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, and 28 are located in branched pipes, respectively, has been described. The invention is not limited to this, and a three-way valve may be located at the branched portion to control the connection.
수소 생산 장치(10)는 제 1 반응기(110)에서 환원 반응이 일어나고, 제 2 반응기(120)에서 산화 반응이 일어나도록 제어부를 제어할 수 있다. 도 2를 참조하면, 외부 냉각장치(140)에서 공급된 냉각유체는 제 2 반응기(120)를 통과하여 열공급원(130)으로 공급되며, 이때 제 2 반응기(120)에서 냉각유체에 의해 수소가 발생된다. 이때, 발생된 수소는 수소 챔버(미도시됨)에 포집될 수 있다. 또한, 제 2 반응기(120)에서 토출된 냉각 유체는 열공급원(130)로 공급되어 가열되며, 가열된 고온의 열풍은 제 1 반응기(110)를 통과하여, 열원으로 공급되며, 이때 제 1 반응기(110)에서 고온의 열풍에 의해 산소가 발생된다. 이때, 발생된 산소는 산소 챔버(미도시됨)에 포집될 수 있다.The hydrogen production device 10 may control the controller so that a reduction reaction occurs in the first reactor 110 and an oxidation reaction occurs in the second reactor 120. Referring to FIG. 2, the cooling fluid supplied from the external cooling device 140 passes through the second reactor 120 and is supplied to the heat supply source 130. At this time, hydrogen is produced by the cooling fluid in the second reactor 120. occurs. At this time, the generated hydrogen may be collected in a hydrogen chamber (not shown). In addition, the cooling fluid discharged from the second reactor 120 is supplied to the heat supply source 130 and heated, and the heated high-temperature hot air passes through the first reactor 110 and is supplied as a heat source. At this time, the first reactor 110 (110) Oxygen is generated by high-temperature hot air. At this time, the generated oxygen may be collected in an oxygen chamber (not shown).
예시적으로, 가스 생산 장치(10)는 연소가스로 터빈을 가동시키는 회전형 열기관인 가스 터빈(gas turbine)에 복수의 반응기를 연결하여, 산소 및 수소를 발생시키는 장치일 수 있다. 이때, 열공급원(130)은 연료와 공기를 연소시켜 열을 발생시키는 연소기(combustor)이며, 외부 냉각장치(140)는 연소기로 상온의 공기를 압축하여 공급하는 컴프레서(compressor)이고, 열원 사용 장치(150)는 터빈(turbine)일 수 있으나, 이에 한하지는 않는다.As an example, the gas production device 10 may be a device that generates oxygen and hydrogen by connecting a plurality of reactors to a gas turbine, which is a rotating heat engine that operates the turbine with combustion gas. At this time, the heat supply source 130 is a combustor that generates heat by burning fuel and air, and the external cooling device 140 is a compressor that compresses and supplies room temperature air to the combustor, and is a heat source using device. (150) may be a turbine, but is not limited thereto.
제어부는 열공급원(130)과 제 1 반응기(110)를 연결시키고, 제 1 반응기(110)와 열원 사용 장치(150)를 연결하여, 열원이 제 1 반응기(110)로 공급되는 과정에서, 제 1 반응기(110)의 온도는 저온의 산화 온도에서 고온의 환원 온도로 변화하고, 이에 따라 제 1 반응기(110)에서 산소가 발생하는 환원 반응이 일어나도록 할 수 있다. 다시 말해, 제어부는, 도 2를 참조하면, 열공급원(130)과 제 1 반응기(110)가 서로 연결되도록 제 5 밸브(25)를 개방하고, 제 1 반응기(110)와 열원 사용 장치(150)가 연결되도록 제 7 밸브(27)를 개방하며, 제 6 밸브(26)와 제 8 밸브(28)는 폐쇄할 수 있다. 이때, 제 1 반응기(110)는 열원공급원으로부터 고온의 열풍을 공급받아, 제 1 반응기(110)의 내부에 위치한 금속 산화물에서 환원반응이 일어나 산소가 발생할 수 있다.The control unit connects the heat source 130 and the first reactor 110, connects the first reactor 110 and the heat source use device 150, and in the process of supplying the heat source to the first reactor 110, The temperature of the first reactor 110 changes from a low-temperature oxidation temperature to a high-temperature reduction temperature, and thus a reduction reaction in which oxygen is generated can occur in the first reactor 110. In other words, referring to FIG. 2, the control unit opens the fifth valve 25 so that the heat supply source 130 and the first reactor 110 are connected to each other, and the first reactor 110 and the heat source using device 150 ) can be opened to connect, and the sixth valve 26 and the eighth valve 28 can be closed. At this time, the first reactor 110 may receive high-temperature hot air from a heat source, and a reduction reaction may occur in the metal oxide located inside the first reactor 110, thereby generating oxygen.
또한, 제어부는 외부 냉각장치(140)와 제 2 반응기(120)를 연결시키고, 제 2 반응기(120)와 열공급원(130)을 연결하여, 냉각 유체가 제 2 반응기(120)로 공급되는 과정에서, 제 2 반응기(120)의 온도는 고온의 환원 온도에서 저온의 산화 온도로 변화하고, 이에 따라 제 2 반응기(120)에서 수소가 발생하는 산화 반응이 일어나도록 할 수 있다. 다시 말해, 제어부는, 도 2를 참조하면, 외부 냉각장치(140)와 제 2 반응기(120)가 서로 연결되도록 제 2 밸브(22)를 개방하고, 제 2 반응기(120)와 열공급원(130)이 연결되도록 제 4 밸브(24)를 개방하며, 제 1 밸브(21)와 제 3 밸브(23)는 폐쇄할 수 있다. 이때, 제 2 반응기(120)는 외부 냉각장치(140)로부터 냉각 유체를 공급받아, 제 2 반응기(120)의 내부에 위치한 금속 산화물에서 산화반응이 일어나 수소가 발생할 수 있다.In addition, the control unit connects the external cooling device 140 and the second reactor 120, and connects the second reactor 120 and the heat supply source 130 to supply cooling fluid to the second reactor 120. In, the temperature of the second reactor 120 changes from a high-temperature reduction temperature to a low-temperature oxidation temperature, thereby allowing an oxidation reaction to generate hydrogen to occur in the second reactor 120. In other words, referring to FIG. 2, the control unit opens the second valve 22 so that the external cooling device 140 and the second reactor 120 are connected to each other, and the second reactor 120 and the heat supply source 130 ) can be opened so that the fourth valve 24 is connected, and the first valve 21 and the third valve 23 can be closed. At this time, the second reactor 120 may receive cooling fluid from the external cooling device 140, and an oxidation reaction may occur in the metal oxide located inside the second reactor 120 to generate hydrogen.
수소 생산 장치(10)는 제 1 반응기(110)에서 산화 반응이 일어나고, 제 2 반응기(120)에서 환원 반응이 일어나도록 제어부를 제어할 수 있다. 도 3을 참조하면, 외부 냉각장치(140)에서 공급된 냉각유체는 제 1 반응기(110)를 통과하여 열공급원(130)으로 공급되며, 이때 제 1 반응기(110)에서 냉각유체에 의해 수소가 발생된다. 또한, 제 1 반응기(110)에서 토출된 냉각 유체는 열공급원(130)로 공급되어 가열되며, 가열된 고온의 열풍은 제 2 반응기(120)를 통과하여, 열원으로 공급하며, 이때 제 2 반응기(120)에서 고온의 열풍에 의해 산소가 발생된다.The hydrogen production device 10 may control the controller so that an oxidation reaction occurs in the first reactor 110 and a reduction reaction occurs in the second reactor 120. Referring to FIG. 3, the cooling fluid supplied from the external cooling device 140 passes through the first reactor 110 and is supplied to the heat supply source 130. At this time, hydrogen is produced by the cooling fluid in the first reactor 110. occurs. In addition, the cooling fluid discharged from the first reactor 110 is supplied to the heat supply source 130 and heated, and the heated high-temperature hot air passes through the second reactor 120 and is supplied to the heat source. At this time, the second reactor 120 (120) Oxygen is generated by high-temperature hot air.
다시 말해, 제어부는 열공급원(130) 및 열원 사용 장치(150)와 제 2 반응기(120)를 연결하여, 열원이 열원 사용 장치(150)로 공급되는 과정에서, 제 2 반응기(120)의 온도가 저온의 산화 온도에서 고온의 환원 온도로 변화하고, 이에 따라 제 2 반응기(120)에서 산소가 발생하는 환원 반응이 일어나도록 제어할 수 있다. 다시 말해, 제어부는, 도 3을 참조하면, 열공급원(130)과 제 2 반응기(120)가 서로 연결되도록 제 6 밸브(26)를 개방하고, 제 2 반응기(120)와 열원 사용 장치(150)가 연결되도록 제 8 밸브(28)를 개방하며, 제 5 밸브(25)와 제 7 밸브(27)는 폐쇄할 수 있다. 이때, 제 2 반응기(120)는 열공급원(130)으로부터 고온의 열풍을 공급받아, 제 2 반응기(120)의 내부에 위치한 금속 산화물에서 환원반응이 일어나 산소가 발생할 수 있다.In other words, the control unit connects the heat supply source 130, the heat source using device 150, and the second reactor 120, and in the process of supplying the heat source to the heat source using device 150, the temperature of the second reactor 120 is controlled. changes from a low-temperature oxidation temperature to a high-temperature reduction temperature, and thus a reduction reaction in which oxygen is generated can be controlled to occur in the second reactor 120. In other words, referring to FIG. 3, the control unit opens the sixth valve 26 so that the heat supply source 130 and the second reactor 120 are connected to each other, and the second reactor 120 and the heat source using device 150 ) can be opened so that the 8th valve 28 is connected, and the 5th valve 25 and the 7th valve 27 can be closed. At this time, the second reactor 120 may receive high-temperature hot air from the heat supply source 130, and a reduction reaction may occur in the metal oxide located inside the second reactor 120, thereby generating oxygen.
또한, 제어부는 외부 냉각장치(140) 및 열공급원(130)과 제 1 반응기(110)를 연결하여, 냉각 유체가 제 1 반응기(110)로 공급되는 과정에서, 제 1 반응기(110)의 온도가 고온의 환원 온도에서 저온의 산화 온도로 변화하고, 이에 따라 제 1 반응기(110)에서 수소가 발생하는 산화 반응이 일어나도록 제어할 수 있다. 다시 말해, 제어부는, 도 3을 참조하면, 외부 냉각장치(140)와 제 1 반응기(110)가 서로 연결되도록 제 1 밸브(21)를 개방하고, 제 1 반응기(110)와 열공급원(130)이 연결되도록 제 3 밸브(23)를 개방하며, 제 2 밸브(22)와 제 4 밸브(24)는 폐쇄할 수 있다. 이때, 제 1 반응기(110)는 외부 냉각장치(140)로부터 냉각 유체를 공급받아, 제 1 반응기(110)의 내부에 위치한 금속 산화물에서 산화반응이 일어나 수소가 발생할 수 있다.In addition, the control unit connects the external cooling device 140 and the heat supply source 130 to the first reactor 110, and controls the temperature of the first reactor 110 in the process of supplying the cooling fluid to the first reactor 110. Changes from a high-temperature reduction temperature to a low-temperature oxidation temperature, and thus an oxidation reaction that generates hydrogen can be controlled to occur in the first reactor 110. In other words, referring to FIG. 3, the control unit opens the first valve 21 so that the external cooling device 140 and the first reactor 110 are connected to each other, and the first reactor 110 and the heat supply source 130 ) can be opened so that the third valve 23 is connected, and the second valve 22 and the fourth valve 24 can be closed. At this time, the first reactor 110 may receive cooling fluid from the external cooling device 140, and an oxidation reaction may occur in the metal oxide located inside the first reactor 110 to generate hydrogen.
도 4 및 도 5를 참조하면, 제 1 반응기(110) 또는 제 2 반응기(120)는 각각 입구(112, 122)와 출구(114, 124)를 가지며, 입구(112, 122)와 출구(114, 124) 사이에 서로 나란한 방향으로 배치된 튜브(116, 126)를 포함할 수 있다. 또한, 도 6을 참조하면, 튜브(116, 126)는 외부에 냉각유체가 공급되어 냉각될 경우, 외부로부터 공급된 물(증기)과 금속 산화물이 반응하여 수소가 발생하며, 외부에 고온의 열풍이 공급되어 가열될 경우, 금속 산화물이 반응하여 산소가 발생된다.4 and 5, the first reactor 110 or the second reactor 120 has inlets 112 and 122 and outlets 114 and 124, respectively, and the inlets 112 and 122 and the outlets 114 , 124) may include tubes 116 and 126 arranged in parallel to each other. In addition, referring to FIG. 6, when the tubes 116 and 126 are cooled by supplying cooling fluid to the outside, the water (steam) supplied from the outside reacts with the metal oxide to generate hydrogen, and high temperature hot air is released to the outside. When supplied and heated, the metal oxide reacts and oxygen is generated.
제 1 반응기(110) 또는 제 2 반응기(120)는, 상술한 바와 같이, 열공급원(130)으로부터 공급받은 고온의 열풍이 튜브(116, 126)의 외부로 흐름에 따라 저온의 산화 온도에서 고온의 환원온도로 변화하여, 외부로 산소가 토출되며, 외부 냉각장치(140)로부터 공급받은 냉각유체가 튜브(116, 126)의 외부로 흐름에 따라 고온 환원 온도에서 저온의 산화 온도로 변화하고, 튜브의 내부로 유입된 증기가 튜브(116, 126)의 내부에 위치한 금속 산화물과 반응하여, 외부로 수소가 토출될 수 있다.As described above, the first reactor 110 or the second reactor 120 changes the temperature from a low oxidation temperature to a high temperature as high-temperature hot air supplied from the heat supply source 130 flows to the outside of the tubes 116 and 126. As the reduction temperature changes, oxygen is discharged to the outside, and as the cooling fluid supplied from the external cooling device 140 flows to the outside of the tubes 116 and 126, it changes from a high-temperature reduction temperature to a low-temperature oxidation temperature, Steam flowing into the tube may react with the metal oxide located inside the tubes 116 and 126, and hydrogen may be discharged to the outside.
또한, 튜브(116, 126)의 타단에는 상술한 산소 챔버 또는 수소 챔버가 연결되며, 체크밸브에 의해 산소 챔버 또는 수소 챔버와 선택적으로 연결될 수 있으나, 이에 한하지는 않는다. In addition, the above-described oxygen chamber or hydrogen chamber is connected to the other end of the tubes 116 and 126, and may be selectively connected to the oxygen chamber or hydrogen chamber by a check valve, but is not limited to this.
또한, 본 발명은 수소 생산의 증가시키기 위해 아래와 같이 두가지 방법을 적용할 수 있다.Additionally, the present invention can apply the following two methods to increase hydrogen production.
첫번째로, 최고 온도를 높이기 위해 제 1 반응기(110) 또는 제 2 반응기(120)에서 생성된 산소를 열공급원(130)의 연소에 활용할 수 있다. 연소시 공기 대신 제 1 반응기(110) 또는 제 2 반응기(120)에서 생성되는 순수한 산소를 이용하여 연소 후 온도를 높여 제 1 반응기(110) 또는 제 2 반응기(120)의 최고 온도를 높일 수 있다.First, in order to increase the maximum temperature, oxygen generated in the first reactor 110 or the second reactor 120 can be used for combustion of the heat source 130. The maximum temperature of the first reactor 110 or the second reactor 120 can be increased by increasing the temperature after combustion by using pure oxygen generated in the first reactor 110 or the second reactor 120 instead of air during combustion. .
두번째로는, 최저 온도를 낮추기 위해 산화 반응 단계에서 제 1 반응기(110) 또는 제 2 반응기(120)로 냉증기를 유입시킬 수 있다. 증기는 제 1 반응기(110) 또는 제 2 반응기(120) 내부로 흐르기 때문에 금속 산화물을 직접 냉각시켜며, 이에 따라 최저 온도를 더 낮출 수 있는 효과가 있다.Second, in order to lower the minimum temperature, cold steam may be introduced into the first reactor 110 or the second reactor 120 in the oxidation reaction step. Since the steam flows inside the first reactor 110 or the second reactor 120, it directly cools the metal oxide, which has the effect of further lowering the minimum temperature.
수소 생산 장치(10)는 열공급원(130)과 밸브를 통해 일단이 선택적으로 연결되고, 외부 냉각장치(140)와 열원 사용 장치(150)와 밸브를 통해 타단이 선택적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 추가 반응기를 더 포함할 수 있다. 이때, 열공급원(130)은 반응기에 순차적으로 열원을 공급하되, 동시에 적어도 2개의 반응기로 열원을 공급하며, 외부 냉각 장치는 반응기에 순차적으로 냉각 유체를 공급하되, 적어도 2개의 반응기로 냉각 유체를 공급할 수 있다.The hydrogen production device 10 has at least one end selectively connected to the heat supply source 130 and a valve, and the other end selectively connected to the external cooling device 140 and the heat source use device 150 through a valve. It may further include a reactor. At this time, the heat supply source 130 sequentially supplies heat sources to the reactors, and simultaneously supplies heat sources to at least two reactors, and the external cooling device sequentially supplies cooling fluid to the reactors, but supplies the cooling fluid to at least two reactors. can be supplied.
이하, 도 7을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열화학적 레독스 사이클을 이용한 수소 생산 장치(10)에 대해서 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 7, a hydrogen production device 10 using a thermochemical redox cycle according to another embodiment of the present invention will be described.
수소 생산 장치(10)는, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 3 반응기(160) 및 제 4 반응기(170)를 더 포함할 수 있다. As shown in FIG. 7, the hydrogen production device 10 may further include a third reactor 160 and a fourth reactor 170.
이때, 제1 내지 제 4 배관(210, 220, 230, 240)은 제 1 내지 제4 반응기(110, 120, 160, 170)에 연결되며, 밸브에 제어에 따라 열원 또는 냉각 유체가 제 1 내지 제4 반응기(110, 120, 160, 170) 중 선택되는 반응기로 공급될 수 있다.At this time, the first to fourth pipes (210, 220, 230, 240) are connected to the first to fourth reactors (110, 120, 160, 170), and a heat source or cooling fluid is supplied to the first to fourth reactors according to control by the valve. It may be supplied to a reactor selected from the fourth reactor (110, 120, 160, 170).
상세하게는, 제 1 배관(210)은 일단이 외부 냉각장치(140)와 연결되고, 타단이 분기되어 제 1 반응기(110), 제2 반응기 (120), 제3 반응기(160) 및 제 4 반응기(170)에 각각 연결되고, 제 2 배관(220)은 일단이 열공급원(130)과 연결되고, 타단이 분기되어 제 1 반응기(110), 제2 반응기 (120), 제3 반응기(160) 및 제 4 반응기(170)에 각각 연결되며, 제 3 배관(230)은 일단이 열공급원(130)과 연결되고, 타단이 분기되어 제 1 반응기(110), 제2 반응기 (120), 제3 반응기(160) 및 제 4 반응기(170)에 각각 연결되고, 제 4 배관(240)은 일단이 열원 사용 장치(150)와 연결되고, 타단이 분기되어 제 1 반응기(110), 제2 반응기 (120), 제3 반응기(160) 및 제 4 반응기(170)에 각각 연결된다.In detail, one end of the first pipe 210 is connected to the external cooling device 140, and the other end is branched to connect the first reactor 110, the second reactor 120, the third reactor 160, and the fourth reactor. Each is connected to the reactor 170, and one end of the second pipe 220 is connected to the heat supply source 130 and the other end is branched to form the first reactor 110, the second reactor 120, and the third reactor 160. ) and the fourth reactor 170, respectively. One end of the third pipe 230 is connected to the heat supply source 130, and the other end is branched to connect the first reactor 110, the second reactor 120, and the third pipe 230. It is connected to the third reactor 160 and the fourth reactor 170, respectively, and the fourth pipe 240 has one end connected to the heat source using device 150 and the other end branched to connect the first reactor 110 and the second reactor. (120), and is connected to the third reactor 160 and the fourth reactor 170, respectively.
이때, 제 1 배관(210)의 분기된 각각의 배관에 밸브가 각각 위치하며, 밸브 중 선택되는 2개의 밸브가 개방됨에 따라 외부 냉각장치(140)가 복수의 반응기 중 2개의 반응기에 연결되며, 제 2 배관(220)의 분기된 각각의 배관에 밸브가 각각 위치하여, 밸브 중 선택되는 2개의 밸브가 개방됨에 따라 열공급원(130)이 복수의 반응기 중 2개의 반응기에 연결되고, 제 3 배관(230)의 분기된 각각의 배관에 밸브가 각각 위치하여, 밸브 중 선택되는 2개의 밸브가 개방됨에 따라 열공급원(130)이 복수의 반응기 중 2개의 반응기에 연결되며, 제 4 배관(240)의 분기된 각각의 배관에 밸브가 각각 위치하여, 밸브 중 선택되는 2개의 밸브가 개방됨에 따라 열원 사용 장치(150)가 복수의 반응기 중 2개의 반응기에 연결될 수 있다.At this time, valves are located in each branched pipe of the first pipe 210, and as two selected valves are opened, the external cooling device 140 is connected to two of the plurality of reactors, Valves are located in each branched pipe of the second pipe 220, and as two selected valves are opened, the heat supply source 130 is connected to two of the plurality of reactors, and the third pipe Valves are located in each of the branched pipes of 230, and as two selected valves are opened, the heat supply source 130 is connected to two of the plurality of reactors, and the fourth pipe 240 A valve is located in each branched pipe, and when two selected valves are opened, the heat source use device 150 can be connected to two of the plurality of reactors.
이하, 도 7 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열화학적 레독스 사이클을 이용한 수소 생산 장치(10)의 작동에 대해서 설명한다.Hereinafter, with reference to FIGS. 7 to 10, the operation of the hydrogen production device 10 using a thermochemical redox cycle according to another embodiment of the present invention will be described.
먼저, 도 7을 참조하면, 수소 생산 장치(10)는 제 1 반응기(110) 및 제 4 반응기(170)에서 산화 반응이 일어나고, 제 2 반응기(120) 및 제 3 반응기(160)에서 환원 반응이 일어나도록 제어부를 제어할 수 있다. 다시 말해, 제어부는 열공급원(130) 및 열원 사용 장치(150)와 제 2 반응기(120) 및 제 3 반응기(160)를 연결하여, 열원이 열원 사용 장치(150)로 공급되는 과정에서, 제 2 반응기(120) 및 제 3 반응기(160)의 온도가 저온의 산화 온도에서 고온의 환원 온도로 변화하여, 제 2 반응기(120) 및 제 3 반응기(160)에서 산소가 발생하는 환원반응이 일어나도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부는 외부 냉각 장치(140) 및 열공급원(130)과 제 1 반응기(110) 및 제 4 반응기(170)를 연결하여, 냉각 유체가 제 1 반응기(110) 및 제 4 반응기(170)로 공급되는 과정에서, 제 1 반응기(110) 및 제 4 반응기(170)의 온도가 고온의 환원 온도에서 저온의 산화 온도로 변화하여, 제 1 반응기(110) 및 제 4 반응기(170)에서 수소가 발생하는 산화반응이 일어나도록 제어할 수 있다. First, referring to FIG. 7, in the hydrogen production device 10, an oxidation reaction occurs in the first reactor 110 and the fourth reactor 170, and a reduction reaction occurs in the second reactor 120 and the third reactor 160. You can control the control unit to make this happen. In other words, the control unit connects the heat supply source 130 and the heat source using device 150 with the second reactor 120 and the third reactor 160, and in the process of supplying the heat source to the heat source using device 150, the first The temperature of the second reactor 120 and the third reactor 160 changes from a low-temperature oxidation temperature to a high-temperature reduction temperature, and a reduction reaction in which oxygen is generated occurs in the second reactor 120 and the third reactor 160. can be controlled. In addition, the control unit connects the external cooling device 140 and the heat supply source 130 to the first reactor 110 and the fourth reactor 170, so that the cooling fluid flows into the first reactor 110 and the fourth reactor 170. During the supply process, the temperature of the first reactor 110 and the fourth reactor 170 changes from a high-temperature reduction temperature to a low-temperature oxidation temperature, so that hydrogen in the first reactor 110 and the fourth reactor 170 The oxidation reaction that occurs can be controlled to occur.
다음으로, 도 8을 참조하면, 수소 생산 장치(10)는 제 1 반응기(110) 및 제 2 반응기(120)에서 산화 반응이 일어나고, 제 3 반응기(130) 및 제 4 반응기(170)에서 환원 반응이 일어나도록 제어부를 제어할 수 있다. 다시 말해, 제어부는 열공급원(130) 및 열원 사용 장치(150)와 제 3 반응기(130) 및 제 4 반응기(170)를 연결하여, 열원이 열원 사용 장치(150)로 공급되는 과정에서, 제 3 반응기(130) 및 제 4 반응기(170)의 온도가 저온의 산화 온도에서 고온의 환원 온도로 변화하여, 제 3 반응기(130) 및 제 4 반응기(170)에서 산소가 발생하는 환원반응이 일어나도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부는 외부 냉각 장치(140) 및 열공급원(130)과 제 1 반응기(110) 및 제 2 반응기(120)를 연결하여, 냉각 유체가 제 1 반응기(110) 및 제 2 반응기(120)로 공급되는 과정에서, 제 1 반응기(110) 및 제 4 반응기(120)의 온도가 고온의 환원 온도에서 저온의 산화 온도로 변화하여, 제 1 반응기(110) 및 제 4 반응기(120)에서 수소가 발생하는 산화반응이 일어나도록 제어할 수 있다.Next, referring to FIG. 8, in the hydrogen production device 10, an oxidation reaction occurs in the first reactor 110 and the second reactor 120, and a reduction reaction occurs in the third reactor 130 and the fourth reactor 170. The controller can be controlled so that a reaction occurs. In other words, the control unit connects the heat supply source 130 and the heat source using device 150 with the third reactor 130 and the fourth reactor 170, and in the process of supplying the heat source to the heat source using device 150, the first The temperature of the third reactor 130 and the fourth reactor 170 changes from a low-temperature oxidation temperature to a high-temperature reduction temperature, and a reduction reaction in which oxygen is generated occurs in the third reactor 130 and the fourth reactor 170. can be controlled. In addition, the control unit connects the external cooling device 140 and the heat supply source 130 to the first reactor 110 and the second reactor 120, so that the cooling fluid flows into the first reactor 110 and the second reactor 120. In the process of supply, the temperature of the first reactor 110 and the fourth reactor 120 changes from a high-temperature reduction temperature to a low-temperature oxidation temperature, so that hydrogen in the first reactor 110 and the fourth reactor 120 The oxidation reaction that occurs can be controlled to occur.
다음으로, 도 9를 참조하면, 수소 생산 장치(10)는 제 2 반응기(120) 및 제 3 반응기(160)에서 산화 반응이 일어나고, 제 1 반응기(110) 및 제 4 반응기(170)에서 환원 반응이 일어나도록 제어부를 제어할 수 있다. 다시 말해, 제어부는 열공급원(130) 및 열원 사용 장치(150)와 제 1 반응기(110) 및 제 4 반응기(170)를 연결하여, 열원이 열원 사용 장치(150)로 공급되는 과정에서, 제 1 반응기(110) 및 제 4 반응기(170)의 온도가 저온의 산화 온도에서 고온의 환원 온도로 변화하여, 제 1 반응기(110) 및 제 4 반응기(170)에서 산소가 발생하는 환원반응이 일어나도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부는 외부 냉각 장치(140) 및 열공급원(130)과 제 2 반응기(120) 및 제 3 반응기(160)를 연결하여, 냉각 유체가 제 2 반응기(120) 및 제 3 반응기(160)로 공급되는 과정에서, 제 2 반응기(120) 및 제 3 반응기(160)의 온도가 고온의 환원 온도에서 저온의 산화 온도로 변화하여, 제 2 반응기(120) 및 제 3 반응기(160)에서 수소가 발생하는 산화반응이 일어나도록 제어할 수 있다.Next, referring to FIG. 9, in the hydrogen production device 10, an oxidation reaction occurs in the second reactor 120 and the third reactor 160, and a reduction reaction occurs in the first reactor 110 and the fourth reactor 170. The controller can be controlled so that a reaction occurs. In other words, the control unit connects the heat supply source 130 and the heat source using device 150 with the first reactor 110 and the fourth reactor 170, and in the process of supplying the heat source to the heat source using device 150, the first The temperature of the first reactor 110 and the fourth reactor 170 changes from a low-temperature oxidation temperature to a high-temperature reduction temperature, and a reduction reaction in which oxygen is generated occurs in the first reactor 110 and the fourth reactor 170. can be controlled. In addition, the control unit connects the external cooling device 140 and the heat supply source 130 to the second reactor 120 and the third reactor 160, so that the cooling fluid flows into the second reactor 120 and the third reactor 160. During the supply process, the temperature of the second reactor 120 and the third reactor 160 changes from a high-temperature reduction temperature to a low-temperature oxidation temperature, so that hydrogen is produced in the second reactor 120 and the third reactor 160. The oxidation reaction that occurs can be controlled to occur.
다음으로, 도 10을 참조하면, 수소 생산 장치(10)는 제 3 반응기(160) 및 제 4 반응기(170)에서 산화 반응이 일어나고, 제 1 반응기(110) 및 제 2 반응기(120)에서 환원 반응이 일어나도록 제어부를 제어할 수 있다. 다시 말해, 제어부는 열공급원(130) 및 열원 사용 장치(150)와 제 1 반응기(110) 및 제 2 반응기(120)를 연결하여, 열원이 열원 사용 장치(150)로 공급되는 과정에서, 제 1 반응기(110) 및 제 2 반응기(120)의 온도가 저온의 산화 온도에서 고온의 환원 온도로 변화하여, 제 1 반응기(110) 및 제 2 반응기(120)에서 산소가 발생하는 환원반응이 일어나도록 제어할 수 있다. 또한, 제어부는 외부 냉각 장치(140) 및 열공급원(130)과 제 3 반응기(160) 및 제 4 반응기(170)를 연결하여, 냉각 유체가 제 3 반응기(160) 및 제 4 반응기(170)로 공급되는 과정에서, 제 3 반응기(130) 및 제 4 반응기(170)의 온도가 고온의 환원 온도에서 저온의 산화 온도로 변화하여, 제 3 반응기(130) 및 제 4 반응기(170)에서 수소가 발생하는 산화반응이 일어나도록 제어할 수 있다. 도 11의 좌측에 도시된 그래프는 2개의 반응기를 포함하는 수소 생산 장치(10)에서 고온 공정의 입구 온도를 도시한 그래프이고, 도 11의 우측에 도시된 그래프는 4개의 반응기를 포함하는 수소 생산 장치(10)에서 고온 공정의 입구 온도를 도시한 그래프이다.Next, referring to FIG. 10, in the hydrogen production device 10, an oxidation reaction occurs in the third reactor 160 and the fourth reactor 170, and a reduction reaction occurs in the first reactor 110 and the second reactor 120. The controller can be controlled so that a reaction occurs. In other words, the control unit connects the heat supply source 130 and the heat source using device 150 with the first reactor 110 and the second reactor 120, and in the process of supplying the heat source to the heat source using device 150, The temperature of the first reactor 110 and the second reactor 120 changes from a low-temperature oxidation temperature to a high-temperature reduction temperature, and a reduction reaction in which oxygen is generated occurs in the first reactor 110 and the second reactor 120. can be controlled. In addition, the control unit connects the external cooling device 140 and the heat supply source 130 to the third reactor 160 and the fourth reactor 170, so that the cooling fluid flows into the third reactor 160 and the fourth reactor 170. In the process of supply, the temperature of the third reactor 130 and the fourth reactor 170 changes from a high-temperature reduction temperature to a low-temperature oxidation temperature, so that hydrogen is released from the third reactor 130 and the fourth reactor 170. The oxidation reaction that occurs can be controlled to occur. The graph shown on the left of FIG. 11 is a graph showing the inlet temperature of the high temperature process in the hydrogen production device 10 including two reactors, and the graph shown on the right of FIG. 11 is a graph showing the hydrogen production including four reactors. This is a graph showing the inlet temperature of the high temperature process in device 10.
도 7에 도시된 바와 같이, 4개의 반응기를 포함할 경우, 2개의 반응기를 포함할 때보다 고온 공정의 입구 온도의 변화폭이 작아지며, 이에 따라 열원 사용 장치로 공급되는 열원의 온도 변화폭이 줄어들어 효율이 증대할 수 있는 효과가 있다.As shown in Figure 7, when four reactors are included, the range of change in the inlet temperature of the high temperature process is smaller than when it includes two reactors, and accordingly, the range of temperature change of the heat source supplied to the heat source using device is reduced, increasing efficiency. This effect can be increased.
이하, 도 12을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 열화학적 레독스 사이클을 이용한 수소 생산 장치(10)를 이용하여 수소를 생산하는 방법에 대해서 설명한다.Hereinafter, with reference to FIG. 12, a method of producing hydrogen using the hydrogen production device 10 using a thermochemical redox cycle according to an embodiment of the present invention will be described.
단계(S110)에서는 열공급원(130)과 제 1 반응기(110)를 연결시키고, 제 1 반응기(110)와 열원 사용 장치(150)를 연결하여 열원을 제 1 반응기(110)로 공급한다. 이때, 제 1 반응기(110)의 온도는 저온의 산화 온도에서 고온의 환원 온도로 변화하고, 이에 따라 제 1 반응기(110)에서 산소가 발생하는 환원 반응이 일어난다.In step S110, the heat supply source 130 and the first reactor 110 are connected, and the first reactor 110 and the heat source using device 150 are connected to supply the heat source to the first reactor 110. At this time, the temperature of the first reactor 110 changes from a low-temperature oxidation temperature to a high-temperature reduction temperature, and accordingly, a reduction reaction in which oxygen is generated occurs in the first reactor 110.
단계(S120)에서는 외부 냉각장치(140)와 제 2 반응기(120)를 연결시키고, 제 2 반응기(120)와 열공급원(130)을 연결하여, 냉각 유체를 제 2 반응기(120)로 공급한다. 이때, 제 2 반응기(120)의 온도는 고온의 환원 온도에서 저온의 산화 온도로 변화하고, 이에 따라 제 2 반응기(120)에서 수소가 발생하는 산화 반응이 일어난다.In step S120, the external cooling device 140 and the second reactor 120 are connected, the second reactor 120 and the heat supply source 130 are connected, and cooling fluid is supplied to the second reactor 120. . At this time, the temperature of the second reactor 120 changes from a high-temperature reduction temperature to a low-temperature oxidation temperature, and accordingly, an oxidation reaction in which hydrogen is generated occurs in the second reactor 120.
단계(S130)에서는 열공급원(130)과 제 2 반응기(120)를 연결시키고, 제 2반응기와 열원 사용 장치(150)를 연결하여, 열원을 제 2 반응기(120)로 공급한다. 이때, 제 2 반응기(120)의 온도는 저온의 산화 온도에서 고온의 환원 온도로 변화하고, 이에 따라 제 2 반응기(120)에서 산소가 발생하는 환원 반응이 일어난다.In step S130, the heat supply source 130 and the second reactor 120 are connected, the second reactor and the heat source use device 150 are connected, and the heat source is supplied to the second reactor 120. At this time, the temperature of the second reactor 120 changes from a low-temperature oxidation temperature to a high-temperature reduction temperature, and accordingly, a reduction reaction in which oxygen is generated occurs in the second reactor 120.
단계(S140)에서는 외부 냉각장치(140)와 제 1 반응기(110)를 연결시키고, 제 1 반응기(110)와 열공급원(130)을 연결하여, 냉각 유체를 제 1 반응기(110)로 공급한다. 이때, 제 1 반응기(110)의 온도는 고온의 환원 온도에서 저온의 산화 온도로 변화하고, 이에 따라 제 1 반응기(110)에서 수소가 발생하는 산화 반응이 일어난다.In step S140, the external cooling device 140 and the first reactor 110 are connected, the first reactor 110 and the heat supply source 130 are connected, and cooling fluid is supplied to the first reactor 110. . At this time, the temperature of the first reactor 110 changes from a high-temperature reduction temperature to a low-temperature oxidation temperature, and accordingly, an oxidation reaction in which hydrogen is generated occurs in the first reactor 110.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수도 있다.The description of the present application described above is for illustrative purposes, and those skilled in the art will understand that the present application can be easily modified into other specific forms without changing its technical idea or essential features. Therefore, the embodiments described above should be understood in all respects as illustrative and not restrictive. For example, each component described as single may be implemented in a distributed manner, and similarly, components described as distributed may also be implemented in a combined form.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The scope of the present application is indicated by the claims described below rather than the detailed description above, and all changes or modified forms derived from the meaning and scope of the claims and their equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present application. .
10 : 수소 생산 장치
110 : 제 1 반응기
112 : 입구
114 : 출구
116 : 튜브
120 : 제 2 반응기
122 : 입구
124 : 출구
126 : 튜브
130 : 열공급원
140 : 외부 냉각장치
150 : 열원 사용 장치
160 : 제 3 반응기
170 : 제 4 반응기
210 : 제 1 배관
220 : 제 2 배관
230 : 제 3 배관
240 : 제 4 배관
21~28 : 밸브10: Hydrogen production device
110: first reactor 112: inlet
114: outlet 116: tube
120: second reactor 122: inlet
124: outlet 126: tube
130: heat source 140: external cooling device
150: Heat source use device
160: third reactor 170: fourth reactor
210: first pipe 220: second pipe
230: third pipe 240: fourth pipe
21~28: Valve
Claims (10)
열공급원과 밸브를 통해 일단이 선택적으로 연결되고, 외부 냉각장치와 열원 사용 장치와 밸브를 통해 타단이 선택적으로 연결되는 제 1 반응기;
상기 열공급원과 밸브를 통해 일단이 선택적으로 연결되고, 상기 외부 냉각장치와 상기 열원 사용 장치와 밸브를 통해 타단이 선택적으로 연결되는 제 2 반응기; 및
상기 밸브의 상태를 조절하여 상기 제 1 반응기와 제 2 반응기에서의 수소 또는 산소가 생산되도록 제어하는 제어부를 포함하는, 수소 생산 장치.In the hydrogen production device using a thermochemical redox cycle,
A first reactor, one end of which is selectively connected through a heat supply source and a valve, and the other end of which is selectively connected through an external cooling device, a heat source usage device, and a valve;
a second reactor, one end of which is selectively connected to the heat supply source and a valve, and the other end of which is selectively connected to the external cooling device, the heat source using device, and a valve; and
A hydrogen production device comprising a control unit that adjusts the state of the valve to control hydrogen or oxygen to be produced in the first reactor and the second reactor.
상기 제어부는
상기 열공급원과 제 1 반응기를 연결시키고, 상기 제 1 반응기와 상기 열원 사용 장치를 연결하여, 열원이 상기 제 1 반응기로 공급되는 과정에서, 상기 제 1 반응기의 온도는 저온의 산화 온도에서 고온의 환원 온도로 변화하고, 이에 따라 상기 제 1 반응기에서 산소가 발생하는 환원 반응이 일어나도록 하고,
상기 외부 냉각장치와 제 2 반응기를 연결시키고, 상기 제 2 반응기와 상기 열공급원을 연결하여, 냉각 유체가 상기 제 2 반응기로 공급되는 과정에서, 상기 제 2 반응기의 온도는 고온의 환원 온도에서 저온의 산화 온도로 변화하고, 이에 따라 상기 제 2 반응기에서 수소가 발생하는 산화 반응이 일어나도록 하는 것인, 수소 생산 장치.According to claim 1,
The control unit
In the process of connecting the heat source and the first reactor, connecting the first reactor and the heat source use device, and supplying the heat source to the first reactor, the temperature of the first reactor ranges from a low temperature oxidation temperature to a high temperature. Changes to the reduction temperature, thereby causing a reduction reaction to generate oxygen in the first reactor,
In the process of connecting the external cooling device and the second reactor, connecting the second reactor and the heat source, and supplying cooling fluid to the second reactor, the temperature of the second reactor ranges from a high reduction temperature to a low temperature. A hydrogen production device that changes the oxidation temperature to cause an oxidation reaction to generate hydrogen in the second reactor.
상기 제어부는
상기 열공급원과 제 2반응기를 연결시키고, 상기 제 2반응기와 상기 열원 사용 장치를 연결하여, 열원이 상기 열원 사용 장치로 공급되는 과정에서, 상기 제 2 반응기의 온도는 저온의 산화 온도에서 고온의 환원 온도로 변화하고, 이에 따라 상기 제 2 반응기에서 산소가 발생하는 환원 반응이 일어나도록 하고,
상기 외부 냉각장치와 제 1 반응기를 연결시키고, 상기 제 1 반응기와 상기 열공급원을 연결하여, 냉각 유체가 상기 제 1 반응기로 공급되는 과정에서, 상기 제 1 반응기의 온도는 고온의 환원 온도에서 저온의 산화 온도로 변화하고, 이에 따라 상기 제 1 반응기에서 수소가 발생하는 산화 반응이 일어나도록 하는 것인, 수소 생산 장치.According to claim 1,
The control unit
In the process of connecting the heat source and the second reactor, connecting the second reactor and the heat source using device, and supplying the heat source to the heat source using device, the temperature of the second reactor ranges from a low temperature oxidation temperature to a high temperature. Changes to the reduction temperature, thereby causing a reduction reaction to generate oxygen in the second reactor,
In the process of connecting the external cooling device and the first reactor, connecting the first reactor and the heat source, and supplying cooling fluid to the first reactor, the temperature of the first reactor ranges from a high reduction temperature to a low temperature. A hydrogen production device that changes the oxidation temperature to cause an oxidation reaction to generate hydrogen in the first reactor.
상기 제 1 반응기 또는 제 2 반응기는 각각 입구와 출구를 가지며, 상기 입구와 출구 사이에 서로 나란한 방향으로 배치된 튜브를 포함하는 것인, 수소 생산 장치.According to claim 1,
The first reactor or the second reactor each has an inlet and an outlet, and includes tubes arranged in parallel directions between the inlet and the outlet.
상기 제 1 반응기 또는 제 2 반응기에는 산소를 포집하는 산소 챔버와 수소를 포집하는 수소 챔버가 결합되는 것인, 수소 생산 장치.According to claim 1,
A hydrogen production device in which an oxygen chamber for collecting oxygen and a hydrogen chamber for collecting hydrogen are combined in the first reactor or the second reactor.
열공급원과 밸브를 통해 일단이 선택적으로 연결되고, 외부 냉각장치와 열원 사용 장치와 밸브를 통해 타단이 선택적으로 연결되는 적어도 하나 이상의 추가 반응기를 더 포함하는 것인, 수소 생산 장치.According to paragraph 1,
A hydrogen production device further comprising at least one additional reactor, one end of which is selectively connected to a heat supply source and a valve, and the other end of which is selectively connected to an external cooling device, a heat source use device, and a valve.
상기 열공급원과 밸브를 통해 일단이 선택적으로 연결되고, 상기 외부 냉각장치와 상기 열원 사용 장치와 밸브를 통해 타단이 선택적으로 연결되는 제 3 반응기; 및
상기 열공급원과 밸브를 통해 일단이 선택적으로 연결되고, 상기 외부 냉각장치와 상기 열원 사용 장치와 밸브를 통해 타단이 선택적으로 연결되는 제 4 반응기를 더 포함하는 것인, 수소 생산 장치.According to paragraph 1,
a third reactor, one end of which is selectively connected to the heat supply source and a valve, and the other end of which is selectively connected to the external cooling device, the heat source using device, and a valve; and
A hydrogen production device further comprising a fourth reactor, one end of which is selectively connected to the heat supply source and a valve, and the other end of which is selectively connected to the external cooling device, the heat source use device, and a valve.
상기 수소 생산 장치는 열공급원과 외부 냉각장치 및 열원 사용 장치에 배치된 제 1 반응기와 제 2 반응기를 포함하고,
상기 열공급원과 제 1 반응기를 연결시키고, 상기 제 1 반응기와 상기 열원 사용 장치를 연결하여 열원을 상기 제 1 반응기로 공급하는 단계; 및
상기 외부 냉각장치와 제 2 반응기를 연결시키고, 상기 제 2 반응기와 상기 열공급원을 연결하여, 냉각 유체를 상기 제 2 반응기로 공급하는 단계를 포함하되,
상기 열원을 상기 제 1 반응기로 공급하는 단계에 의해, 상기 제 1 반응기의 온도는 저온의 산화 온도에서 고온의 환원 온도로 변화하고, 이에 따라 상기 제 1 반응기에서 산소가 발생하는 환원 반응이 일어나고,
상기 냉각 유체를 상기 제 2 반응기로 공급하는 단계에 의해, 상기 제 2 반응기의 온도는 고온의 환원 온도에서 저온의 산화 온도로 변화하고, 이에 따라 상기 제 2 반응기에서 수소가 발생하는 산화 반응이 일어나는 것인, 수소 생산 방법.In a method of producing hydrogen using a hydrogen production device using a thermochemical redox cycle,
The hydrogen production device includes a first reactor and a second reactor disposed in a heat source, an external cooling device, and a heat source use device,
Connecting the heat source and a first reactor, connecting the first reactor and the heat source using device to supply a heat source to the first reactor; and
Connecting the external cooling device and the second reactor, connecting the second reactor and the heat source, and supplying cooling fluid to the second reactor,
By supplying the heat source to the first reactor, the temperature of the first reactor changes from a low-temperature oxidation temperature to a high-temperature reduction temperature, thereby causing a reduction reaction in which oxygen is generated in the first reactor,
By supplying the cooling fluid to the second reactor, the temperature of the second reactor changes from a high temperature reduction temperature to a low temperature oxidation temperature, and thus an oxidation reaction in which hydrogen is generated in the second reactor occurs. A method of producing hydrogen.
상기 열공급원과 제 2 반응기를 연결시키고, 상기 제 2반응기와 상기 열원 사용 장치를 연결하여, 열원을 상기 제 2 반응기로 공급하는 단계 및
상기 외부 냉각장치와 제 1 반응기를 연결시키고, 상기 제 1 반응기와 상기 열공급원을 연결하여, 냉각 유체를 상기 제 1 반응기로 공급하는 단계를 더 포함하되,
상기 열원을 상기 제 2 반응기로 공급하는 단계에 의해, 상기 제 2 반응기의 온도는 저온의 산화 온도에서 고온의 환원 온도로 변화하고, 이에 따라 상기 제 2 반응기에서 산소가 발생하는 환원 반응이 일어나고,
상기 냉각 유체를 상기 제 1 반응기로 공급하는 단계에 의해, 상기 제 1 반응기의 온도는 고온의 환원 온도에서 저온의 산화 온도로 변화하고, 이에 따라 상기 제 1 반응기에서 수소가 발생하는 산화 반응이 일어나는 것인, 수소 생산 방법.According to claim 8,
Connecting the heat source and the second reactor, connecting the second reactor and the heat source using device, and supplying the heat source to the second reactor;
Connecting the external cooling device and the first reactor, connecting the first reactor and the heat source, and supplying cooling fluid to the first reactor,
By supplying the heat source to the second reactor, the temperature of the second reactor changes from a low-temperature oxidation temperature to a high-temperature reduction temperature, thereby causing a reduction reaction in which oxygen is generated in the second reactor,
By supplying the cooling fluid to the first reactor, the temperature of the first reactor changes from a high temperature reduction temperature to a low temperature oxidation temperature, and thus an oxidation reaction in which hydrogen is generated in the first reactor occurs. A method of producing hydrogen.
상기 수소 생산 장치는 열공급원과 외부 냉각장치 및 열원 사용 장치에 배치된 제 1 반응기, 제 2 반응기, 제 3 반응기, 및 제 4 반응기를 포함하고,
상기 제 2 반응기 및 제 3 반응기에 상기 열공급원 및 열원 사용 장치를 연결하여 열원을 상기 제 2 반응기 및 제 3 반응기로 공급하고, 상기 제 1 반응기 및 제 4 반응기에 상기 외부 냉각장치 및 상기 열공급원을 연결하여, 냉각 유체를 상기 제 1 반응기 및 제 4 반응기로 공급하여, 상기 제 2 반응기 및 제 3 반응기에서 산소가 발생하는 환원 반응이 일어나고, 상기 제 1 반응기 및 제 4 반응기에서 수소가 발생하는 산화 반응이 일어나는 단계;
상기 제 3 반응기 및 제 4 반응기에 상기 열공급원 및 열원 사용 장치를 연결하여 열원을 상기 제 3 반응기 및 제 4 반응기로 공급하고, 상기 제 1 반응기 및 제 2 반응기에 상기 외부 냉각장치 및 상기 열공급원을 연결하여, 냉각 유체를 상기 제 1 반응기 및 제 2 반응기로 공급하여, 상기 제 3 반응기 및 제 4 반응기에서 산소가 발생하는 환원 반응이 일어나고, 상기 제 1 반응기 및 제 2 반응기에서 수소가 발생하는 산화 반응이 일어나는 단계;
상기 제 1 반응기 및 제 4 반응기에 상기 열공급원 및 열원 사용 장치를 연결하여 열원을 상기 제 1 반응기 및 제 4 반응기로 공급하고, 상기 제 2 반응기 및 제 3 반응기에 상기 외부 냉각장치 및 상기 열공급원을 연결하여, 냉각 유체를 상기 제 2 반응기 및 제 3 반응기로 공급하여, 상기 제 1 반응기 및 제 4 반응기에서 산소가 발생하는 환원 반응이 일어나고, 상기 제 2 반응기 및 제 3 반응기에서 수소가 발생하는 산화 반응이 일어나는 단계; 및
상기 제 1 반응기 및 제 2 반응기에 상기 열공급원 및 열원 사용 장치를 연결하여 열원을 상기 제 1 반응기 및 제 2 반응기로 공급하고, 상기 제 3 반응기 및 제 4 반응기에 상기 외부 냉각장치 및 상기 열공급원을 연결하여, 냉각 유체를 상기 제 3 반응기 및 제 4 반응기로 공급하여, 상기 제 1 반응기 및 제 2 반응기에서 산소가 발생하는 환원 반응이 일어나고, 상기 제 3 반응기 및 제 4 반응기에서 수소가 발생하는 산화 반응이 일어나는 단계를 포함하는, 수소 생산 방법.In a method of producing hydrogen using a hydrogen production device using a thermochemical redox cycle,
The hydrogen production device includes a first reactor, a second reactor, a third reactor, and a fourth reactor disposed in a heat source, an external cooling device, and a heat source use device,
The heat source and the heat source use device are connected to the second reactor and the third reactor to supply the heat source to the second reactor and the third reactor, and the external cooling device and the heat supply source are connected to the first reactor and the fourth reactor. By connecting, cooling fluid is supplied to the first reactor and the fourth reactor, so that a reduction reaction in which oxygen is generated in the second reactor and the third reactor occurs, and hydrogen is generated in the first reactor and the fourth reactor. A step in which an oxidation reaction occurs;
The heat source and the heat source use device are connected to the third reactor and the fourth reactor to supply the heat source to the third reactor and the fourth reactor, and the external cooling device and the heat supply source are connected to the first reactor and the second reactor. By connecting, cooling fluid is supplied to the first reactor and the second reactor, so that a reduction reaction in which oxygen is generated in the third reactor and the fourth reactor occurs, and hydrogen is generated in the first reactor and the second reactor. A step in which an oxidation reaction occurs;
The heat source and the heat source use device are connected to the first reactor and the fourth reactor to supply the heat source to the first reactor and the fourth reactor, and the external cooling device and the heat supply source are connected to the second reactor and the third reactor. By connecting, cooling fluid is supplied to the second reactor and the third reactor, so that a reduction reaction in which oxygen is generated in the first reactor and the fourth reactor occurs, and hydrogen is generated in the second reactor and the third reactor. A step in which an oxidation reaction occurs; and
The heat source and the heat source use device are connected to the first reactor and the second reactor to supply the heat source to the first reactor and the second reactor, and the external cooling device and the heat supply source are connected to the third reactor and the fourth reactor. By connecting, cooling fluid is supplied to the third reactor and the fourth reactor, so that a reduction reaction in which oxygen is generated in the first reactor and the second reactor occurs, and hydrogen is generated in the third reactor and the fourth reactor. A method of producing hydrogen comprising the step of causing an oxidation reaction.
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|---|---|---|---|
| KR1020220046230A KR20230147339A (en) | 2022-04-14 | 2022-04-14 | Device for producing hydrogen using thermochemical redox cycel |
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPH0223134A (en) | 1988-07-08 | 1990-01-25 | Canon Inc | Sheet delivery equipment |
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| JPH0223134A (en) | 1988-07-08 | 1990-01-25 | Canon Inc | Sheet delivery equipment |
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