KR20230168045A - Hydrogen gas generating apparatus using magnesium hydride - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 수소 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반응 용기 안에서 공급된 마그네슘 하이드라이드(MgH2)와 물이 화학 반응하여 발생한 수소를 사용할 수 있게 구성함으로써, 수소를 기체 형태로 고압에서 저장하는 것과 비교하여 수소를 저장하는 장치의 전체 중량을 절반 정도로 줄이면서도 표준 기압과 표준 온도에서 안전하게 수소 가스를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 4배 정도 많은 수소를 얻을 수 있게 한 것이다.The present invention relates to a hydrogen generation device, and more specifically, to a device that stores hydrogen in gaseous form at high pressure by using hydrogen generated through a chemical reaction between magnesium hydride (MgH 2 ) and water supplied in a reaction vessel. Compared to this, it was possible to safely obtain hydrogen gas at standard atmospheric pressure and standard temperature while reducing the total weight of the hydrogen storage device by about half, as well as obtain about four times more hydrogen.
친환경 차량인 수소 자동차는 수소와 산소의 전기화학반응을 통해 얻은 전기를 사용하여 동력을 발생한다. 이처럼 수소를 연료로 사용하는 수소 자동차에는, 아래의 (특허문헌 1) 내지 (특허문헌 3)과 같이, 다양한 방법으로 수소를 안전하고 안정적으로 공급할 수 있게 한다.Hydrogen cars, which are eco-friendly vehicles, generate power using electricity obtained through an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. In this way, hydrogen can be safely and stably supplied to hydrogen vehicles that use hydrogen as fuel through various methods, as shown in (Patent Document 1) to (Patent Document 3) below.
(특허문헌 1) 한국등록특허 제10-1858977호(Patent Document 1) Korean Patent No. 10-1858977
수소 자동차용 연료 탱크를 제조하는 시스템에 관한 것으로서, 대칭되는 상부몸체와 하부몸체를 융착시켜 수소 자동차용 연료 탱크를 제조할 때, 히터부의 온도 및 상부몸체와 하부몸체의 용융면의 온도를 관리할 수 있고, 매번 공급되는 상부몸체와 하부몸체의 치수가 제각기 달라도 히터부와 일정거리를 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 융착시 접합거리를 일정하게 유지할 수 있으며, 융착시 융착압을 감지 및 관리함으로써, 안정적으로 균일하고, 일정한 제품을 생산할 수 있는 수소 자동차용 연료 탱크 융착장치의 3중 품질 관리 시스템에 관한 기술분야가 개시된다.This relates to a system for manufacturing a fuel tank for a hydrogen vehicle. When manufacturing a fuel tank for a hydrogen vehicle by fusing symmetrical upper and lower bodies, the temperature of the heater part and the temperature of the melting surface of the upper body and lower body are managed. Even if the dimensions of the upper and lower bodies supplied each time are different, a certain distance from the heater can be maintained. In addition, the bonding distance can be kept constant during fusion, and by detecting and managing the fusion pressure during fusion, stable The technical field of a triple quality control system for a fuel tank fusion device for hydrogen vehicles that can produce uniform and consistent products is disclosed.
(특허문헌 2) 한국등록특허 제10-1337908호(Patent Document 2) Korean Patent No. 10-1337908
연료전지 자동차를 위한 안전 충전 시스템 및 방법에 관한 것으로서, 연료전지 자동차의 수소 충전 동안 수소가 충전되는 수소 탱크의 실시간 변형 정보를 반영하여 수소를 보다 안전하게 충전할 수 있도록 해주는 수소 안전 충전 시스템 및 방법을 제공하는데 주된 목적이 있다. 상기한 목적을 달성하기 위하여, 차량의 수소 탱크에 설치되고 수소 탱크의 변형 정도를 측정하여 출력하는 변형측정부와; 상기 변형측정부의 출력신호를 무선 송신이 가능한 탱크 변형 정도 데이터로 변환하여 출력하는 차량측 제어부와; 상기 차량측 제어부와 하기 충전소측 제어부 사이의 데이터 무선 송수신을 위해 구비되는 무선통신수단과; 상기 무선통신수단에 의해 차량측 제어부로부터 수신되는 탱크 변형 정보에 기초하여 규정 이상의 탱크 변형을 감지한 경우 수소충전기의 수소 충전 작동을 중단하는 충전소측 제어부;를 포함하는 연료전지 자동차의 실시간 탱크 변형 정보를 이용하는 수소 안전 충전 시스템이 개시된다.This relates to a safe charging system and method for a fuel cell vehicle, and provides a safe hydrogen charging system and method that allows for safer charging of hydrogen by reflecting real-time deformation information of the hydrogen tank in which hydrogen is charged during hydrogen charging of a fuel cell vehicle. The main purpose is to provide In order to achieve the above object, a deformation measuring unit installed in a hydrogen tank of a vehicle measures the degree of deformation of the hydrogen tank and outputs the output; a vehicle-side control unit that converts the output signal of the deformation measurement unit into tank deformation data that can be transmitted wirelessly and outputs it; a wireless communication means provided for wireless transmission and reception of data between the vehicle-side control unit and the charging station-side control unit; A charging station-side control unit that stops the hydrogen charging operation of the hydrogen charger when detecting tank deformation exceeding the specified value based on the tank deformation information received from the vehicle-side control unit through the wireless communication means. Real-time tank deformation information of the fuel cell vehicle including a. A hydrogen safe charging system using is disclosed.
(특허문헌 3) 한국등록특허 제10-0837933호(Patent Document 3) Korean Patent No. 10-0837933
연료전지 자동차 시스템의 수소 탱크 고장 시스템 및 방법에 관한 것으로, 연료전지 자동차 시스템의 수소 탱크 고장 판단 시스템은, 수소를 저장하여 공급하는 적어도 하나의 수소 탱크; 상기 각 수소 탱크의 온도를 검출하는 온도 센서; 상기 수소 탱크의 압력을 검출하는 압력 센서; 상기 수소를 산소와 반응시켜 전기를 생성하는 연료 전지 스택; 상기 수소를 연료 전지 스택에 공급하는 연료 프로세싱 시스템; 및 상기 수소 탱크의 초기 온도 및 압력 값을 이용하여 계산된 상기 각 수소 탱크의 초기 수소량에서 일정 시간 후, 상기 수소 탱크의 온도 및 압력 값을 이용하여 계산되는 수소량 감산함으로써, 수소 탱크로부터 공급된 각 수소 공급량을 계산하고, 상기 일정 시간 상기 연료 전지 스택에서 생성된 전류 값 누적하여 계산된 스택 수소 사용량과 일정 주기로 배출되는 외부 배출 수소량을 합산한 총 수소 사용량과 상기 각 수소 공급량과 비교하여 상기 각 수소 탱크들의 고장을 판단하여 알람하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.Pertaining to a hydrogen tank failure system and method for a fuel cell vehicle system, the hydrogen tank failure determination system for a fuel cell vehicle system includes: at least one hydrogen tank that stores and supplies hydrogen; a temperature sensor that detects the temperature of each hydrogen tank; a pressure sensor that detects the pressure of the hydrogen tank; a fuel cell stack that generates electricity by reacting the hydrogen with oxygen; a fuel processing system that supplies the hydrogen to the fuel cell stack; and supplying from the hydrogen tank by subtracting the amount of hydrogen calculated using the temperature and pressure values of the hydrogen tank after a certain period of time from the initial amount of hydrogen in each hydrogen tank calculated using the initial temperature and pressure values of the hydrogen tank. Calculate each hydrogen supply amount, and compare each hydrogen supply amount with the total hydrogen usage sum of the stack hydrogen usage calculated by accumulating the current value generated in the fuel cell stack for the certain period of time and the external discharge amount of hydrogen discharged at a certain period. It is characterized in that it includes a control unit that determines a failure of each of the hydrogen tanks and provides an alarm.
하지만, 이러한 수소를 공급하기 위한 종래의 수소 탱크는 현재 수소를 액화해서 사용하려고 시도하고 있으나, 대부분 기체를 압축해서 사용함에 따라 다음과 같은 문제가 발생한다.However, conventional hydrogen tanks for supplying such hydrogen are currently attempting to liquefy hydrogen and use it, but most of them use compressed gas, causing the following problems.
(1) 연료로 사용할 수 있는 수소량을 수소 탱크에 저장하려면 고압에 견디는 수소 탱크가 필요하다. 예를 들어서, 수소 자동차에 사용되는 수소 탱크는 95㎾의 출력을 얻으려면 700bar 정도로 수소를 압축해야 한다. 이에, 수소 탱크도 700bar의 고압에서 견딜 수 있게 제작되어야 한다.(1) To store the amount of hydrogen that can be used as fuel in a hydrogen tank, a hydrogen tank that can withstand high pressure is required. For example, a hydrogen tank used in a hydrogen car must compress hydrogen to about 700 bar to obtain an output of 95 kW. Accordingly, hydrogen tanks must also be manufactured to withstand high pressure of 700 bar.
(2) 이는, 고압에 견딜 수 있게 수소 탱크를 제작해야 하므로, 비용이 많이 들어갈 뿐만 아니라, 700bar의 고압에 견딜 수 있는 고가의 재질을 사용해야 하므로, 수소 탱크의 제조 비용이 높고 또한 중량도 더 많이 나간다.(2) This is not only expensive because the hydrogen tank must be manufactured to withstand high pressure, but also expensive materials that can withstand high pressure of 700 bar must be used, making the hydrogen tank more expensive to manufacture and also heavier. I'm going.
(3) 또한, 고압으로 저장된 수소 탱크는 자동차 사고처럼 수소 탱크에 큰 충격이 가해졌을 때 수소 탱크가 폭탄처럼 터지면서 인명사고와 물적 사고를 동반할 수 있다.(3) In addition, hydrogen tanks stored at high pressure may explode like a bomb when a large impact is applied to the hydrogen tank, such as in a car accident, resulting in casualties and material accidents.
(4) 특히, 수소 자동차처럼 주행할 때 이처럼 수소 탱크가 터지면 운전자와 더불어 탑승자 모두 사고를 당할 수 있다.(4) In particular, when driving like a hydrogen car, if the hydrogen tank explodes, both the driver and passengers can suffer an accident.
(5) 한편, 기존의 수소 탱크는 이처럼 700bar 정도에 견딜 수 있어야 하므로, 수소 탱크의 중량이 많이 나간다. 수소 자동차에 사용되는 수소 탱크는 약 110㎏ 정도에 달해 수소 자동차의 연비를 떨어뜨리는 한 가지 요인으로 작용한다.(5) On the other hand, existing hydrogen tanks must be able to withstand about 700 bar, so the hydrogen tank weighs a lot. The hydrogen tank used in hydrogen cars weighs about 110 kg, which acts as a factor in reducing the fuel efficiency of hydrogen cars.
본 발명은 이러한 점을 고려한 것으로, 반응 용기 안에 투입된 마그네슘 하이드라이드(MgH2)와 물이 화학 반응하면서 발생한 수소를 수소 자동차와 같은 외부 장치로 배출할 수 있게 구성함으로써, 상온에서 안전하게 사용하면서도 기존 수소 탱크와 비교하여 4배 정도 더 많은 수소를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 수소 발생 장치의 전체 중량을 절반 정도로 줄일 수 있게 한 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention takes these points into consideration, and is configured to discharge the hydrogen generated from the chemical reaction between magnesium hydride (MgH 2 ) and water introduced into the reaction vessel to an external device such as a hydrogen car, so that it can be safely used at room temperature while using existing hydrogen. The purpose is to provide a hydrogen generation device using magnesium hydride that can not only obtain about four times more hydrogen compared to a tank, but also reduce the total weight of the hydrogen generation device by about half.
특히, 본 발명은 투입하는 MgH2와 반응하는 물의 양이 충분히 공급되게 하고, 반응 용기 안에서 화학반응으로 발생한 수소는 어큐뮬레이터와 레귤레이터를 통해 일정한 압력으로 공급할 수 있게 구성함으로써, 연료로 사용되는 수소를 쉽고 편리하면서도 안정적으로 얻을 수 있게 한 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.In particular, the present invention ensures that a sufficient amount of water that reacts with the introduced MgH 2 is supplied, and the hydrogen generated by the chemical reaction in the reaction vessel is supplied at a constant pressure through an accumulator and regulator, making it easy to obtain hydrogen used as fuel. Another purpose is to provide a hydrogen generating device using magnesium hydride that can be obtained conveniently and stably.
또한, 본 발명은 반응 용기에 교반기를 설치하여 MgH2와 물을 교반해 주고, 반응 용기 내부 온도를 MgH2와 물이 잘 반응할 수 있는 온도를 유지하게 해 줌으로써, 주변 환경에 상관없이 일정한 압력으로 수소를 충분하게 공급할 수 있게 한 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치를 제공하는데 또 다른 목적이 있다.In addition, the present invention installs a stirrer in the reaction vessel to stir MgH 2 and water, and maintains the internal temperature of the reaction vessel at a temperature at which MgH 2 and water can react well, thereby maintaining a constant pressure regardless of the surrounding environment. Another purpose is to provide a hydrogen generation device using magnesium hydride that can sufficiently supply hydrogen.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치는, 밀폐형 반응 용기(100)를 포함하되; 상기 반응 용기(100)에는, 마그네슘 하이드라이드(MgH2)를 공급하는 제1공급 포트(110); 물을 공급하는 제2공급 포트(120); 반응 후 발생한 슬러지를 배출하는 배출 포트(130); 및 마그네슘 하이드라이드와 물이 반응하여 발생한 수소 가스를 배출하고, 레귤레이터(141)를 갖춘 배기 포트(140);가 포함된 것을 특징으로 한다.The hydrogen generation device using magnesium hydride according to the present invention to achieve this purpose includes a closed reaction vessel (100); The
특히, 상기 반응 용기(100)에는, 내부에서 교반 작용이 이루어지게 하는 교반기(150); 및 내부 온도를 일정하게 유지하는 히터(160);가 더 구비된 것을 특징으로 한다.In particular, the
또한, 상기 배기 포트(140)에는, 어큐뮬레이터(142)가 더 추가된 것을 특징으로 한다.In addition, an accumulator 142 is further added to the
마지막으로, 상기 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치는, 수소를 연료로 하는 자동차, 선박, 항공기 또는 드론에 수소를 공급하는 것을 특징으로 한다.Lastly, the hydrogen generating device using magnesium hydride is characterized by supplying hydrogen to cars, ships, aircraft, or drones that use hydrogen as fuel.
본 발명에 따른 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치는 다음과 같은 효과가 있다.The hydrogen generating device using magnesium hydride according to the present invention has the following effects.
(1) MgH2와 물이 안정적으로 화학반응을 일으킬 수 있는 반응 용기만으로 수소 발생 장치를 구성할 수 있으므로, 수소 발생 장치의 전체 중량을 줄이면서도 수소 발생량을 늘릴 수 있다.(1) Since the hydrogen generation device can be constructed only with a reaction vessel in which MgH 2 and water can stably undergo a chemical reaction, the amount of hydrogen generated can be increased while reducing the overall weight of the hydrogen generation device.
(2) 특히, 본 발명에 따른 수소 발생 장치는 리터당 수소 발생량이 244.4g/ℓ로, 수소 자동차에서 95㎾의 출력을 얻으려고 700bar로 압축해서 사용되는 수소 탱크에 저장되는 수소량 62.3g/ℓ와 비교하여 4배 정도 더 많은 양의 수소를 얻을 수 있다.(2) In particular, the hydrogen generation device according to the present invention produces 244.4 g/l of hydrogen per liter, and the amount of hydrogen stored in the hydrogen tank used by compressing at 700 bar to obtain an output of 95 kW in a hydrogen car is 62.3 g/l. Compared to , about 4 times more hydrogen can be obtained.
(3) 따라서, 본 발명에 따른 수소 발생 장치는 기존 700bar로 압축해서 사용하는 수소 탱크가 110㎏ 정도 차지하는 것과 비교할 때, 본 발명에서 수소가 차지하는 중량이 대략 40㎏ 정도 차지하여 그 중량이 절반 정도 정도로 가벼우면서도 수소 발생량에서는 4배 정도 효율을 높일 수 있다.(3) Therefore, in the hydrogen generating device according to the present invention, compared to the 110 kg of the existing hydrogen tank compressed to 700 bar, the weight of hydrogen in the present invention is approximately 40 kg, which is about half the weight. Although it is light, it can increase the efficiency of hydrogen generation by about 4 times.
(4) 그리고 반응 용기에서 발생한 수소는 어큐뮬레이터를 통해 일정량만큼 저장해 놓을 수 있게 구성함으로써, 겨울철과 같이 반응 용기를 예열할 필요가 있을 때처럼 바로 수소가 필요할 때 어큐뮬레이터에 저장된 수소를 바로 사용할 수 있어 언제든지 편리하게 수소를 사용할 수 있어 편리하다.(4) In addition, the hydrogen generated in the reaction vessel can be stored in a certain amount through an accumulator, so that when hydrogen is needed immediately, such as in winter when the reaction vessel needs to be preheated, the hydrogen stored in the accumulator can be used immediately. It is convenient because hydrogen can be used conveniently.
(5) 또한, 본 발명에 따른 상기 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치는 수소를 사용하는 자동차, 선박, 항공기 또는 드론 등 수소를 원료로 사용하는 기기라면 어떠한 것이든지 수소 공급이 가능하다.(5) In addition, the hydrogen generating device using magnesium hydride according to the present invention can supply hydrogen to any device that uses hydrogen as a raw material, such as a car, ship, aircraft, or drone.
[도 1]은 본 발명의 [실시예 1]에 따른 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치가 자동차에 장착된 위치를 예시적으로 보여주는 자동차의 측면도이다.
[도 2]는 본 발명의 [실시예 1]에 따른 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치의 구성을 보여주는 개념도이다.
[도 3]는 본 발명의 [실시예 1]에 따른 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치의 작동을 보여주는 개념도이다.
[도 4]는 본 발명의 [실시예 2]에 따른 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치의 구성을 보여주는 개념도이다.[Figure 1] is a side view of a car exemplarily showing the location where the hydrogen generating device using magnesium hydride according to [Example 1] of the present invention is mounted on the car.
[Figure 2] is a conceptual diagram showing the configuration of a hydrogen generating device using magnesium hydride according to [Example 1] of the present invention.
[Figure 3] is a conceptual diagram showing the operation of a hydrogen generating device using magnesium hydride according to [Example 1] of the present invention.
[Figure 4] is a conceptual diagram showing the configuration of a hydrogen generating device using magnesium hydride according to [Example 2] of the present invention.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the attached drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as limited to their usual or dictionary meanings, and the inventor may appropriately define the concept of terms in order to explain his or her invention in the best way. It must be interpreted with meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention according to the principle that it can be done.
따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형례가 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only one of the most preferred embodiments of the present invention and do not represent the entire technical idea of the present invention, so various equivalents can be substituted for them at the time of filing the present application. It should be understood that there may be variations.
본 발명의 [실시예 1]에 따른 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치에는, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 반응 용기(100)가 포함된다.The hydrogen generating device using magnesium hydride according to [Example 1] of the present invention includes a
특히, 상기 반응 용기(100)에는 제1공급 포트(110)와 제2공급 포트(120)를 통해 마그네슘 하이드라이드(MgH2)와 물을 공급하여 반응 용기(100) 안에서 화학 반응이 이루어지게 하고, 여기서 발생한 수소는 어큐뮬레이터(142)와 레귤레이터(141)를 갖춘 배기 포트(140)를 통해 일정한 압력으로 배출하게 하고, 화학 반응으로 생성된 슬러지는 배출 포트(130)를 통해 반응 용기(100) 밖으로 배출하게 구성함으로써, 기존 고압으로 수소를 저장하는 수소 탱크와 비교하여 수소 발생 장치의 전체 중량을 절반 정도로 줄이면서도 수소 발생량을 4배 정도 많이 얻을 수 있게 한 것이다.In particular, magnesium hydride (MgH 2 ) and water are supplied to the
이하, 이러한 구성에 대해 첨부도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, this configuration will be described in more detail with reference to the attached drawings.
가. 반응 용기go. reaction vessel
반응 용기(100)는, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, MgH2와 물을 공급받아 화학 반응이 일어나게 하는 용기이다. 이때, 상기 반응 용기(100)는 밀폐된 형태로 제작하여 그 안에서 화학반응으로 생긴 수소를 외부로 배기하여 연료로 사용할 수 있게 한다. 여기서, 화학 반응에 대해서는 후술한다.The
이러한 반응 용기(100)에는, [도 2] 및 [도 3]과 같이, 제1공급 포트(110), 제2공급 포트(120), 배출 포트(130), 그리고 배기 포트(140)가 포함된다.This
1. 제1공급 포트와 제2공급 포트1. First supply port and second supply port
제1공급 포트(110)와 제2공급 포트(120)는, [도 2] 및 [도 3]과 같이, 외부에서 MgH2와 물을 반응 용기(100) 안에 공급하기 위한 포트이다. 도면에서, 제1공급 포트(110)로는 MgH2를 공급하고 제2공급 포트(120)로는 물을 공급하는 것을 예시적으로 보여준다. The
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 각 제1공급 포트(110)와 제2공급 포트(120)에는 개폐 밸브를 갖춰서 상기 반응 용기(100)에 공급되는 MgH2와 물의 양을 조절할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 MgH2와 물의 양은 반응하는 양을 고려하여 한 번에 상기 반응 용기(100)에 공급함으로써, 별도로 물탱크나 MgH2 탱크 등을 갖추지 않고 한 번 충전으로 일정 시간 계속해서 수소를 사용할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다. 물론, 상기 MgH2와 물은 각각 카트리지 형태로 제작하여 반응 용기(100) 안에 투입할 수도 있다.In addition, in a preferred embodiment of the present invention, each of the
이때, 상기 반응 용기(100)에 공급된 MgH2와 물이 화학 반응하면, 아래의 [화학식 1]과 같이 반응하여 수소가 발생하고 슬러지(Mg(OH)2)가 만들어지게 된다.At this time, when MgH 2 supplied to the
본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1공급 포트(110)와 제2공급 포트(120)를 통해 반응 용기(100)에 공급되는 MgH2와 물은 완전하게 반응이 일어날 수 있는 양을 계산하여 계산된 양만큼을 미리 상기 반응 용기(100)에 공급하여 화학 반응이 일어나게 구성할 수도 있고, 먼저 MgH2를 투입한 다음 물을 천천히 공급하면 발생하는 수소량을 고려하면서 투입하는 수량을 조절하게 제어할 수도 있다.In a preferred embodiment of the present invention, the MgH 2 and water supplied to the
2. 배출 포트2. Discharge port
배출 포트(130)는, [도 2] 및 [도 3]과 같이, 반응 용기(100) 안에서 MgH2와 물이 화학 반응하여 수소가 발생하고 남은 슬러지(Mg(OH)2)를 반응 용기(100) 밖으로 배출하기 위한 포트이다. 이러한 배출 포트(130)에는 회수 탱크를 연결하여 회수한 슬러지를 재활용할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다. 그리고 상기 배출 포트(130)에도 개폐 밸브를 장착하여 반응 용기(100) 안에 어느 정도 이상의 슬러지가 쌓였을 때나 MgH2와 물 등을 공급할 때 회수 탱크로 슬러지를 배출할 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.As shown in Figures 2 and 3, the
3. 배기 포트3. Exhaust port
배기 포트(140)는, [도 2] 및 [도 3]과 같이, 상술한 [화학실 1]과 같이 MgH2와 물이 화학 반응하여 생긴 수소를 반응 용기(100) 밖으로 배출하게 하여 연료 전지로 배기하기 위한 포트이다. 이때, 상기 배기 포트(140)에는 어큐뮬레이터(142)와 레귤레이터(141)를 갖추는 것이 바람직하다. 이는, 반응 용기(100) 안에서 발생한 수소를 어큐뮬레이터(142)에 일정량만큼 저장해 놓음으로써, 겨울철과 같이 반응 용기(100)를 가열할 필요가 있을 때처럼 짧은 시간에 수소가 필요할 때 바로 수소를 공급할 수 있게 한다. 또한, 레귤레이터(141)를 통해 수소가 일정한 압력으로 배기하게 하여 안정적으로 수소 공급이 이루어질 수 있게 하기 위함이다. 그리고 상기 배기 포트(140)에는 다른 포트와 마찬가지로 개폐 밸브를 장착하여 수소의 배기가 필요할 때만 개방되게 해서 안정적으로 수소 공급이 이루어질 수 있게 구성된다.As shown in [FIG. 2] and [FIG. 3], the
한편, 이처럼 이루어진 본 발명에 따른 수소 발생 장치에서 발생하는 수소량과 기존 수소 자동차의 수소 탱크에서 1㎥ 저장되는 수소량을 비교해 보면 다음과 같다.Meanwhile, when comparing the amount of hydrogen generated from the hydrogen generating device according to the present invention and the amount of hydrogen stored by 1 ㎥ in the hydrogen tank of an existing hydrogen car, the amount is as follows.
(1) 종래 수소 탱크의 수소량(1) Hydrogen amount in a conventional hydrogen tank
종래 수소 탱크는 수소 자동차에 사용되는 것으로, 이때의 수소 탱크는 95㎾의 출력을 얻기 위해 수소 가스를 700bar로 압축한 것이며, 수소 탱크의 전체 중량이 약 110㎏인 것을 예로 들어 설명한다.Conventional hydrogen tanks are used in hydrogen cars. In this case, the hydrogen tank compresses hydrogen gas to 700 bar to obtain an output of 95 kW, and the total weight of the hydrogen tank is about 110 kg.
㉠ 모든 기체는 표준 기압과 표준 온도에서 1mol의 부피가 22.4ℓ이므로, 1㎥에 들어있는 수소의 mole/㎥은 아래의 [수학식 1]과 같이 44.64mole/㎥이 된다.㉠ Since the volume of 1 mol of all gases is 22.4 liters at standard atmospheric pressure and standard temperature, the mole/㎥ of hydrogen contained in 1 ㎥ is 44.64 mole/㎥ as shown in [Equation 1] below.
㉡ 1㎥에는 수소가 2mole이 있음으로, 1㎥에는 수소가 아래의 [수학식 2]와 같이 약 89g/㎥만큼 있게 된다㉡ Since there are 2 moles of hydrogen in 1 ㎥, there is approximately 89 g/㎥ of hydrogen in 1 ㎥ as shown in [Equation 2] below.
㉢ 이때, ㉡에서의 수소는 1기압일 때를 기준으로 하므로, 기존 수소 탱크 내의 압력은 700bar이므로, 실제 수소 탱크에 저장되는 수소량은 다음의 [수학식 3]과 같이 62.3g/ℓ가 된다.㉢ At this time, since the hydrogen in ㉡ is based on 1 atm pressure, the pressure in the existing hydrogen tank is 700 bar, so the actual amount of hydrogen stored in the hydrogen tank is 62.3 g/ℓ as shown in [Equation 3] below. .
㉣ 한편, 아래의 [수학식 4]와 같이, 상기 ㉢에서 계산된 수소량을 수소의 비중으로 나누면 95㎾의 출력을 얻기 위한 수소의 부피를 계산할 수 있다. 이렇게 계산된 부피는 692.29ℓ이다.㉣ Meanwhile, as shown in [Equation 4] below, the volume of hydrogen to obtain an output of 95 kW can be calculated by dividing the amount of hydrogen calculated in ㉢ above by the specific gravity of hydrogen. The volume calculated in this way is 692.29 liters.
(2) 본 발명에서의 수소량(2) Amount of hydrogen in the present invention
㉠ MgH2를 구성하는 Mg은 원자량이 24.3g이고, 수소 2H는 2g이므로, MgH2의 비중은, 아래의 [수학식 5]와 같이 계산하면, 1.608㎏/㎥이 된다. 여기서, 1741㎏/㎥는 비중과 같은 단위를 사용하는 Mg의 밀도이고, 0.089㎏/㎥는 수소의 밀도이다.㉠ Mg constituting MgH 2 has an atomic weight of 24.3 g, and hydrogen 2H has an atomic weight of 2 g, so the specific gravity of MgH 2 is calculated as [Equation 5] below, and is 1.608 kg/㎥. Here, 1741 kg/㎥ is the density of Mg using the same unit as specific gravity, and 0.089 kg/㎥ is the density of hydrogen.
㉡ 이에, MgH2에 함유된 수소량은, 아래의 [수학식 6]과 같이 계산하면, 122.2g/ℓ가 된다.㉡ Therefore, the amount of hydrogen contained in MgH 2 is calculated as [Equation 6] below, and is 122.2 g/ℓ.
㉢ [수학식 6]에서, 수소량은 물과 반응하지 않고 MgH2 자체의 수소량이므로, 물과 반응하면 상술한 [화학식 1]과 같이 가수분해가 되어 수소량은 그 두 배인 244.4g/ℓ가 된다.㉢ In [Equation 6], the amount of hydrogen does not react with water and is the amount of hydrogen in MgH 2 itself, so when it reacts with water, it is hydrolyzed as described in [Formula 1], and the amount of hydrogen is twice that, 244.4 g/ℓ. It becomes.
㉣ 한편, 이처럼 계산된 본 발명에 따른 수소량 244.4g/ℓ에 대해, 아래의 [수학식 7]과 같이, 기존 수소 탱크에서 수소가 차지하는 부피 692.29ℓ를 곱하면 수소만의 중량은 대략 155.35㎏이 된다. ㉣ Meanwhile, the amount of hydrogen according to the present invention calculated in this way, 244.4 g / ℓ, is multiplied by the volume 692.29 liters occupied by hydrogen in the existing hydrogen tank, as shown in [Equation 7] below, and the weight of hydrogen alone is approximately 155.35 kg. This happens.
㉤ 이는, 본 발명이 수소 탱크에 압축된 수소의 4배량이므로, 같은 양과 비교하면 (155.35/4=38.83㎏)이 된다. 여기에, 부속 설비(반응 용기, 교반기, 히터, 그리고 개폐 밸브) 등을 포함하더라도 50~60㎏를 넘지 않게 되므로, 기존 95㎾의 출력을 얻기 위한 수소 탱크의 중량이 110㎏인 것을 감안하면 중량을 절반 정도로 줄일 수 있다.㉤ This is because the present invention is 4 times the amount of hydrogen compressed in the hydrogen tank, compared to the same amount, it becomes (155.35/4 = 38.83 kg). In addition, even including the auxiliary equipment (reaction vessel, stirrer, heater, and on-off valve), the weight does not exceed 50 to 60 kg, so considering that the weight of the existing hydrogen tank to obtain an output of 95 kW is 110 kg, the weight can be reduced by about half.
이상과 같이 본 발명은 기존 수소 탱크에 95㎾의 출력을 얻기 위해 700bar 정도의 고압으로 저장할 때(62.3g/ℓ)와 비교하여 표준 기압과 표준 온도 상에서 약 4배(244.4g/ℓ) 정도 더 많이 발생하고, 수소 발생 장치의 전체 중량도 절반 정도로 줄일 수 있다.As described above, the present invention produces about 4 times more hydrogen (244.4 g/l) at standard atmospheric pressure and standard temperature compared to when stored at a high pressure of about 700 bar (62.3 g/l) to obtain an output of 95 kW in an existing hydrogen tank. It occurs a lot, and the overall weight of the hydrogen generating device can be reduced by about half.
본 발명의 [실시예 2]에 따른 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치는, [도 4]와 같이, 상술한 [실시예 1]과 같은 구성이나, 교반기(150)와 히터(160)를 더 추가하여 구성된 것이다. 이에, 여기서는 [실시예 1]과 같은 구성에 대해서는 그 상세한 설명을 생략하고, 추가 구성을 중심으로 설명한다.The hydrogen generating device using magnesium hydride according to [Example 2] of the present invention has the same configuration as the above-described [Example 1], as shown in [FIG. 4], but further includes a
[실시예 2]는, [도 4]와 같이, 반응 용기(100) 안을 교반할 수 있는 교반기(150)와 반응 용기(100) 내의 온도를 조절할 수 있는 히터(160)가 더 추가하여 구성된 것이다. 이는, 교반기(150)로 물을 교반함에 따라 MgH2와 물이 서로 잘 섞이면서 접촉 효과가 좋아지게 할 뿐만 아니라, MgH2와 물이 화학 반응을 가장 잘 일으키는 온도에 맞춰 반응 용기(100)의 내부 온도를 조절함으로써, 반응 용기(100) 주변 온도와 상관없이 수소 발생량이 꾸준하면서도 일정하게 얻을 수 있게 된다.[Example 2] is configured by adding a
본 발명에 의한 상기 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치는, 수소를 연료로 하는 자동차, 선박, 항공기 또는 드론에 수소를 도 2와 같이 공급하여 중량과 사용안전면에서 효율적으로 사용될 수 있게 한다.The hydrogen generating device using magnesium hydride according to the present invention supplies hydrogen to cars, ships, aircraft, or drones that use hydrogen as fuel, as shown in FIG. 2, so that it can be used efficiently in terms of weight and safety of use.
100: 반응 용기
110, 120: 제1, 제2공급 포트
130: 배출 포트
140: 배기 포트
150: 교반기
160: 히터100: reaction vessel
110, 120: first and second supply ports
130: discharge port
140: exhaust port
150: stirrer
160: heater
Claims (4)
상기 반응 용기(100)에는,
마그네슘 하이드라이드(MgH2)를 공급하는 제1공급 포트(110);
물을 공급하는 제2공급 포트(120);
반응 후 발생한 슬러지를 배출하는 배출 포트(130); 및
마그네슘 하이드라이드와 물이 반응하여 발생한 수소 가스를 배출하고, 레귤레이터(141)를 갖춘 배기 포트(140);가 포함된 것을 특징으로 하는 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치.
Including a closed reaction vessel (100),
In the reaction vessel 100,
A first supply port 110 for supplying magnesium hydride (MgH 2 );
A second supply port (120) for supplying water;
Discharge port 130 for discharging sludge generated after reaction; and
A hydrogen generating device using magnesium hydride, which discharges hydrogen gas generated by the reaction of magnesium hydride and water, and includes an exhaust port (140) equipped with a regulator (141).
상기 반응 용기(100)에는,
내부에서 교반 작용이 이루어지게 하는 교반기(150); 및
내부 온도를 일정하게 유지하는 히터(160);가 더 구비된 것을 특징으로 하는 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치.
In paragraph 1:
In the reaction vessel 100,
A stirrer (150) that causes stirring inside; and
A hydrogen generating device using magnesium hydride, characterized in that it is further provided with a heater (160) that maintains the internal temperature constant.
상기 배기 포트(140)에는,
어큐뮬레이터(142)가 더 추가된 것을 특징으로 하는 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치.
In paragraph 1:
In the exhaust port 140,
A hydrogen generating device using magnesium hydride, characterized in that an accumulator (142) is added.
상기 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치는,
자동차, 선박, 항공기 또는 드론에 수소를 공급하는 것을 특징으로 하는 마그네슘 하이드라이드를 이용한 수소 발생 장치.In any one of paragraphs 1 to 3,
The hydrogen generating device using the magnesium hydride,
A hydrogen generator using magnesium hydride, characterized in that it supplies hydrogen to cars, ships, aircraft, or drones.
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