WO2022131499A1 - 수소 발생 시스템 - Google Patents

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WO2022131499A1
WO2022131499A1 PCT/KR2021/013437 KR2021013437W WO2022131499A1 WO 2022131499 A1 WO2022131499 A1 WO 2022131499A1 KR 2021013437 W KR2021013437 W KR 2021013437W WO 2022131499 A1 WO2022131499 A1 WO 2022131499A1
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reaction vessel
hydrogen
water
fuel
generating system
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PCT/KR2021/013437
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French (fr)
Inventor
손병락
Original Assignee
재단법인대구경북과학기술원
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    • C01B2203/04—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas containing a purification step for the hydrogen or the synthesis gas
    • C01B2203/0465—Composition of the impurity
    • C01B2203/0495—Composition of the impurity the impurity being water

Definitions

  • the present invention relates to a hydrogen generating system, and more particularly, to a hydrogen generating system capable of quantifying the amount of generated hydrogen without a separate control unit.
  • a fuel cell system using a hydride such as NaBH4 as a fuel has been proposed and widely used.
  • hydride is used as fuel, hydrogen storage efficiency is high compared to volume, and hydrogen collection and separation are easy.
  • a fuel cell system using hydride as a fuel is implemented by supplying a hydride solution to the anode electrode, or by supplying hydrogen gas separated from the hydride through a predetermined separation process to an anode electrode such as a PEMFC stack. can be implemented.
  • Hydride is a compound having a property of generating hydrogen and high heat by reacting with water.
  • hydride is sodium borohydride (NaBH4), lithium borohydride (LiBH4), lithium hydride (LiH). ), and sodium hydride (NaH).
  • NaBH4 sodium borohydride
  • LiBH4 lithium borohydride
  • LiH lithium hydride
  • NaH sodium hydride
  • the aqueous hydride solution reacts under certain conditions to produce hydrogen and oxide, and at this time, heat is generated.
  • Korean Patent Registration No. 10-1008427 fuel cell system
  • the prior art is a technology for controlling the supply amount of hydride including a screw connected to the motor and the motor shaft as shown in FIG. 1, and the mechanical device for reacting the hydride and the catalyst solution is complicated, and hydrogen is produced. Since a motor is used to transfer the NaBH4 powder to the hydrogen separation chamber, there is a restriction that an external power supply is required.
  • the catalyst solution had to be replaced when the performance of the catalyst solution deteriorated due to the influence of residues, and if the NaBH4 powder is left for a long time, it is highly likely to absorb moisture in the air and change from powder form to lump form. There was a difficult problem with this.
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and an object of the present invention is to store the fuel input to the reaction vessel in the form of a fuel pack, and to use the material of the pack in which the fuel is stored as a water-soluble material. It is to provide a hydrogen generation system that is easy to store, can control the amount of fuel input without a separate control device or power supply, and has improved safety and portability in fuel storage.
  • the amount of fuel input can be quantified, and accordingly, to provide a hydrogen generation system in which the hydrogen generation amount (L/min) and generation time (time) can be easily adjusted arbitrarily by the user. .
  • An object of the present invention is to provide a hydrogen generation system with increased production efficiency.
  • the water level inside the reaction vessel into which hydrogen is input is above a certain level
  • the water level inside the reaction vessel is maintained at a certain level, and the amount of hydrogen generated and the hydrogen generation time can be controlled by the user. has a controllable effect.
  • the hydrogen generating system of the present invention includes a reaction vessel in which the inner space is filled with water to a predetermined height, one side is combined with the lid of the container and sealed, and a packaging unit made of a water-soluble material that vacuums the fuel that generates hydrogen when it comes into contact with water. wherein when the fuel pack is put into the reaction vessel, the packaging unit reacts with water inside the reaction vessel to decompose, and the fuel comes into contact with water to generate hydrogen.
  • reaction vessel further comprises one or more fuel pack inlet on at least one of the surface of the container lid or one surface of the reaction vessel, and the fuel pack inlet further comprises a sealing means at one end.
  • At least one water injection path is further included on at least one of the surface of the container lid or one surface of the reaction vessel, wherein one end of the water injection path is located outside the reaction vessel, and the other end is located inside the reaction vessel It is characterized in that it includes a pipe.
  • the other end of the pipe is characterized in that it is located at a predetermined upper limit height of the water filled in the reaction vessel.
  • the water injection path is provided at the other end of the water injection path, one end is interpolated into the water injection path, a piston bar that moves up and down, is coupled to the other end of the piston bar, and one surface is larger than the cross-sectional area of the pipe includes a stopper having a larger area, and the piston bar is press-fitted into the inside of the pipe when the water inside the reaction vessel is filled with more than a predetermined upper limit of water.
  • reaction vessel characterized in that it further comprises a fuel holding means for fixing the position of the fuel pack in the internal space.
  • the fuel holding means but located on the lower surface of the reaction vessel, characterized in that it is a sieve installed at a position spaced apart from the lower surface of the reaction vessel by a predetermined distance.
  • a foreign material collecting unit is further included at the lowermost end of the reaction vessel, and the foreign material collecting unit is detachably coupled to the reaction vessel.
  • At least one hydrogen collection path is further included on at least one of the surface of the container lid or one surface of the reaction vessel, and the hydrogen collection path has one end connected to the static pressure group and the other end located in the inner space of the reaction vessel. characterized in that
  • the hydrogen collecting furnace the other end is characterized in that it is located above the upper limit of the upper limit of the height of the water filled in the predetermined reaction vessel.
  • the hydrogen collecting furnace is characterized in that it includes a filter including an adsorption unit to which moisture is adsorbed at the other end.
  • the hydrogen generating system of the present invention stores the fuel input to the reaction vessel in the form of a fuel pack, and by adopting the material of the pack in which the fuel is stored as a water-soluble material, it is easy to store the fuel and the amount of fuel input can be easily adjusted without a separate control device or power supply, and has the effect of increasing safety and portability in fuel storage.
  • the injected fuel pack is spaced apart from the lowermost surface of the reaction vessel by a predetermined interval, and accordingly, the fuel inside the fuel pack reacts quickly with water to generate hydrogen. It has the effect of increasing the efficiency of production.
  • the amount of fuel input can be quantified, and accordingly, there is an effect that the hydrogen generation amount (L/min) and the generation time (time) can be easily adjusted arbitrarily by the user.
  • the water level inside the reaction vessel into which hydrogen is input is above a certain level
  • the water level inside the reaction vessel is maintained at a certain level, and the amount of hydrogen generated and the hydrogen generation time can be controlled by the user. has a controllable effect.
  • the produced hydrogen is collected by a static pressure device, and when the hydrogen is collected, it is collected by passing through a filter, thereby preventing moisture or other foreign substances from being captured, thereby increasing the efficiency of hydrogen production.
  • FIG. 2 is an overall perspective view of the hydrogen generating system of the present invention.
  • Figure 3 is a partial perspective view showing the fuel inlet of the present invention.
  • Figure 4 is a partial perspective view showing an embodiment of the fuel holding means of the present invention.
  • FIG. 5 is a partial perspective view showing a water injection path of the present invention.
  • FIG. 6 is a conceptual diagram illustrating the operation of the water injection path when the height of the water in the reaction vessel of the present invention is higher than the upper limit.
  • FIG. 7 is a conceptual diagram illustrating the operation of the well injection path when the height of the water in the reaction vessel of the present invention is less than the upper limit.
  • FIG. 8 is a conceptual diagram illustrating the operation of the hydrogen capture furnace of the present invention.
  • the hydrogen generating system 1000 of the present invention may include a reaction vessel 100 and a fuel pack 200 input to the reaction vessel 100 .
  • the reaction vessel 100 may include an inner space 120 , and water may be filled in the inner space 120 to a predetermined height.
  • one side may be opened, and the open side may be closed by being coupled to the container lid 110 .
  • the fuel pack 200 may be input, and the fuel pack 200 may react with water filled in the internal space 120 to generate hydrogen.
  • the inner space 120 may be blocked from the outside, and the generated hydrogen may not be diffused to the outside of the reaction vessel 100 .
  • the fuel pack 200 may include a fuel 210 that generates hydrogen when it comes into contact with water, and a packaging unit 220 in which the fuel 210 is interpolated to vacuum-pack the fuel 210 and made of a water-soluble material.
  • the fuel 210 may be a hydride, and may be sodium borohydride (NaBH4), lithium borohydride (LiBH4), lithium hydride (LiH), sodium hydride (NaH), or the like.
  • the packaging unit 220 may be made of a water-soluble material, and may have a property of being dissolved within a predetermined time simply by being submerged in water without a separate external force.
  • the predetermined time may vary according to the user's convenience, and accordingly, the constituent materials of the packaging unit 220 may be determined.
  • the packaging unit 220 reacts with water inside the reaction vessel 100 to dissolve, and the fuel 210 is stored in the inner space 120 . It can be in contact with water to generate hydrogen.
  • the packaging unit 220 may be in the form of a bag with one open end, and the open side may be bonded with an adhesive and may be bonded by applying heat. Accordingly, it is possible to minimize the contact of the fuel 210 with external air and moisture, thereby facilitating storage, and there is an effect of increasing safety and portability in the storage of the fuel 210 .
  • the fuel 210 may be stored inside the packaging unit 220 in a certain amount, and accordingly, the user can easily determine and distribute the amount of fuel 210 in units of the fuel pack 200, and separate It can be easily adjusted without a control device or power supply.
  • the user when the user inputs the fuel 210, the user can adjust the fuel amount 210 without a separate scale, and finally can adjust and predict the hydrogen generation amount (L/min) and the hydrogen generation time (time).
  • the reaction vessel 100 may further include a fuel pack inlet 111 .
  • the fuel pack injection port 111 may be formed to be larger than the fuel pack 200 so that the fuel pack 200 can be easily inserted.
  • the fuel pack inlet 111 may be installed on at least one of the surface of the container lid 110 or one surface of the reaction container 100 , and one or more may be installed depending on the purpose. At this time, when the fuel pack inlet 111 is formed on one surface of the reaction vessel 100 , it is preferable to be formed above the upper limit of the height of the water filled in the reaction vessel 100 . This may prevent water from being drained through the fuel pack inlet 111 when the reaction vessel 100 is filled with water.
  • the fuel pack injection port 111 may include a sealing means at one end.
  • the sealing means may be coupled to one end of the fuel pack inlet 111 to open and close the fuel pack inlet 111 , and may include a hinge to open and close the fuel pack inlet 111 .
  • the fuel pack inlet 111 may include a slide to open and close the fuel pack inlet 111 . Accordingly, when a chemical reaction occurs inside the reaction vessel 100 after injecting the fuel pack 200 , it is possible to prevent hydrogen from diffusing to the outside through the fuel pack injection port 111 .
  • the reaction vessel 100 may further include a fuel holding means 400 for fixing the position of the fuel pack 200 in the inner space 120 .
  • the fuel holding means 400 may be a sieve 410 as shown in FIG. 4 , and the sieve 410 is located on the lower surface of the reaction vessel 100 , spaced apart from the lower surface of the reaction vessel 100 by a predetermined distance. can be installed on site.
  • the strainer 410 may be installed to have a certain inclination and may be installed parallel to the lower surface of the reaction vessel 100 .
  • a foreign material collecting unit (not shown) may be further included at the lowermost end of the reaction vessel 100 .
  • the foreign material collecting unit (not shown) may be detachably coupled to the reaction vessel 100 .
  • the reaction area between the fuel pack 200 and the water inside the reaction vessel 100 can be maximized.
  • the sieve 410 and the foreign material collecting unit (not shown), the reaction area between the fuel pack 200 and the water inside the reaction vessel 100 is maximized, and the packaging unit 220 is dissolved. It is possible to filter and collect foreign substances or other foreign substances introduced from outside.
  • reaction vessel 100 may further include a drainage channel at the lower end.
  • the drain may have a structure that is opened when the water pressure inside the reaction vessel 100 is higher than a certain level.
  • the hydrogen generating system 1000 of the present invention may further include one or more water injection paths 300 on at least one of the surface of the container lid 110 or one surface of the reaction vessel 100 .
  • the water injection path 300 may include a pipe 310 having one end positioned outside the reaction vessel 100 and the other end positioned inside the reaction vessel 100 .
  • One end of the water injection path 300 may be connected to a tank in which water is stored.
  • the water injection path 300 may be connected to the pump so that external water is injected into the inner space 120 of the reaction vessel 100 .
  • the water injection path 300 may include a piston bar 320 and a stopper 330 .
  • the piston bar 320 is provided at the other end of the water injection path 300 , one end is interpolated inside the other end of the water injection path 300 , and can move up and down.
  • jaws are formed at one end of the piston bar 320 and the other end of the pipe 310 to prevent the piston bar 320 from being separated from the pipe 310 .
  • the stopper 330 is coupled to the other end of the piston bar 320 , and the area of one surface may be larger than the cross-sectional area of the pipe 310 .
  • the piston bar 320 is press-fitted into the inside of the pipe 310 by external pressure when the water inside the reaction vessel 100 is filled above the preset upper limit height of water, as shown in FIG. 6 .
  • the stopper 330 may be caught on the other end of the pipe 310 to close the pipe 310 and prevent water from being over-injected.
  • a part moves to the outside of the pipe 310 as shown in FIG. 7 and the stopper 330 is the other end face of the pipe 310
  • the pipe 310 is opened by separating from the reaction vessel 100 , and water can be introduced into the inner space 120 of the reaction vessel 100 .
  • the water inside the reaction vessel 100 may be automatically adjusted so as not to be filled beyond the upper limit.
  • the upper limit of the water level can be adjusted according to the user's needs, and accordingly, the position of the other end of the pipe 310 can be arbitrarily adjusted by the user.
  • the water when the water is filled above the upper limit in a special situation, the water can be automatically drained by opening the drain as described above, so that the water inside the reaction vessel 100 can maintain a constant height.
  • the user can constantly maintain and adjust the amount of water in the reaction vessel 100, and finally can control and predict the hydrogen generation amount (L/min) and the hydrogen generation time (time).
  • the hydrogen generating system 1000 of the present invention may further include one or more hydrogen collection furnaces 500 on at least one of the surface of the container lid 110 or one surface of the reaction container 100 .
  • the hydrogen collection path 500 may have one end connected to the static pressure device 600 , and the other end located in the inner space 120 of the reaction vessel 100 .
  • the other end of the hydrogen collection path 500 may be located above the upper limit height of the water filled in the predetermined reaction vessel 100 , and the hydrogen collection path 500 is the reaction vessel 100 with water inside the It is desirable to install so as not to contact.
  • the other end of the hydrogen collection furnace 500 may be spaced apart by a greater than the upper limit of the height of the water filled in the reaction vessel 100, and a may be a value greater than the height at which water drops are splashed due to vibrations that normally occur in life. have.
  • the hydrogen collection furnace 500 can easily collect hydrogen molecules in the air inside the reaction vessel 100 generated by the reaction of the fuel 210 with water, and adjust the amount of hydrogen to be captured using the static pressure device 600 . can
  • the hydrogen collection path 500 may include a filter 510 including an adsorption unit to which moisture is adsorbed at the other end.
  • the filter 510 may collect only pure hydrogen molecules by adsorbing and filtering not only moisture in the air, but also other foreign substances floating in the air.

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Abstract

본 발명은 별도의 제어부 없이 발생되는 수소 양을 정량화 할 수 있는 수소 발생 시스템에 관한 것이다. 본 발명은 반응용기에 투입되는 연료를 연료 팩의 형태로 보관하고, 연료가 보관되는 팩의 재질을 수용성 물질로 채택함으로써 연료의 보관이 용이하며 투입되는 연료량을 정량화 하여 물의 양과 연료량이 용이하게 조절될 수 있고, 수소 발생량(L/min)과 수소 발생 시간(time)이 조절 및 예측될 수 있다.

Description

수소 발생 시스템
본 발명은 수소 발생 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 별도의 제어부 없이 발생되는 수소 양을 정량화 할 수 있는 수소 발생 시스템에 관한 것이다.
종래에 NaBH4 등과 같은 수소화물을 연료로 사용하는 연료전지 시스템이 제안되어 널리 사용되고 있다. 수소화물을 연료로 사용하는 경우 부피 대비 수소저장 효율이 높으며, 수소의 채집 및 분리가 용이한 장점이 있다. 수소화물을 연료로 사용하는 연료전지 시스템은 수소화물 용액을 애노드 전극으로 공급하는 방식으로 구현되거나, 소정의 분리 과정을 통해 수소화물에서 분리된 수소 가스를 PEMFC 스택 등의 애노드 전극으로 공급하는 방식으로 구현될 수 있다.
수소화물(Hydride)은 물과 반응하여 수소와 고열을 발생시키는 성질을 가지는 화합물이며, 예를 들어, 수소화물은 나트륨 붕소 수소화물(NaBH4), 리튬 붕소 수소화물(LiBH4), 리튬 수소화물(LiH), 나트륨 수소화물(NaH) 등이 있다. 수소화물 수용액은 일정한 조건하에서 반응하여 수소와 산화물을 생성하고, 이때 열이 발생하게 된다.
수소화물을 연료로 사용하는 연료전지 시스템의 경우 수소화물의 공급 방식 및 수소 분리 방식에 대하여 다양한 구현이 가능하다. 그러나, 수소화물 용액을 연료로 사용하는 시스템의 경우에는 용액으로 만들기 위한 물의 부피 때문에 전체 시스템의 부피가 증가되는 문제점이 있으며, 수소화물 분말을 연료로 사용하는 시스템의 경우에는 용이하고 정확한 수소 발생량 제어를 위해 수소화물 분말과 촉매의 반응시간을 단축시켜야 되는 개선 요청사항이 존재한다.
즉, 수소화물 연료로서 분말형태로 공급받아 소정의 촉매 용액과 반응시켜 분리된 수소를 연료전지 스택으로 공급하는 방식의 연료전지 시스템의 경우, 수소화물 분말의 공급량을 용이하게 조절할 수 있으며 반응 잔여물 처리가 용이한 유체 처리 구조의 도입이 필요했다.
이에, 대한민국 등록특허 10-1008427 "연료전지 시스템"(이하 종래기술)이 제안된 바 있다. 종래기술은 도 1에 도시된 바와 같이 모터와 모터 축에 연결된 스크류를 포함하여 수소화물의 공급량을 조절하는 기술로써, 수소화물과 촉매 용액을 반응시키기 위한 기계적인 장치가 복잡하고, 수소를 생산하는 NaBH4 분말을 수소 분리 챔버에 이송시키기 위해 모터가 사용되므로 외부의 전원공급이 필요하다는 제약이 있었다. 또한, 촉매 용액이 잔여물의 영향으로 인해서 성능이 저하될 경우 촉매 용액을 교체해야하였고, NaBH4 분말이 오래 방치된 경우, 공기 중의 수분을 흡수하여 분말 형태에서 덩어리 형태로 변경될 가능성이 높아 연료의 보관이 어렵다는 문제점이 있었다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
대한민국 등록특허 10-1008427 "연료전지 시스템"
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 반응용기에 투입되는 연료를 연료 팩의 형태로 보관하고, 연료가 보관되는 팩의 재질을 수용성 물질로 채택함으로써 연료의 보관이 용이하며 투입되는 연료량을 별도의 제어장치 및 전원장치 없이 용이하게 조절 할 수 있으며, 연료의 보관에 있어 안전성 및 휴대성을 높인 수소 발생 시스템을 제공함에 있다.
또한, 연료를 연료팩 형태로 보관함으로써 투입되는 연료량이 정량화 될 수 있고, 이에 따라 수소 발생량(L/min)과 발생시간(time)을 사용자의 임의로 용이하게 조정할 수 있는 수소 발생 시스템을 제공함에 있다.
또한, 연료팩을 거치할 수 있는 수단을 반응용기의 내부에 포함함으로써 투입된 연료팩이 반응용기의 최하면 으로부터 일정간격 이격되어 위치되고, 이에 따라 연료팩 내부의 연료가 물과 빠르게 반응하도록 하여 수소 생산의 효율을 높인 수소 발생 시스템을 제공함에 있다.
또한, 수소가 투입되는 반응용기 내부의 수위가 일정 이상일 경우 물 주입로의 입구가 자동으로 폐쇄되도록 하는 장치를 포함함으로써 반응용기 내부의 수위를 일정 수준으로 유지하고, 수소 발생량 및 수소 발생 시간을 사용자가 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 생산된 수소를 정압기로 포집하고, 수소를 포집할 시, 필터를 통과하여 포집되도록 함으로써 수분 또는 그 외의 이물질이 포집되는 것을 방지하여 수소 생산의 효율을 높인 수소 발생 시스템을 제공함에 있다.
또한, 반응용기 내부에 거름망을 포함하고, 거름망으로 걸러진 부분은 분리되도록 설계함으로써 수소 생산 시 발생하는 이물질을 용이하게 제거할 수 있는 수소 발생 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 수소 발생 시스템은 내부공간에 물이 소정 높이로 채워지고, 일면이 용기뚜껑과 결합되어 밀폐되는 반응용기, 물과 접촉시 수소를 발생시키는 연료를 진공포장하며 수용성 재질로 이루어지는 포장부를 포함하는 연료팩을 포함하며, 상기 연료팩이 상기 반응용기에 투입된 경우, 상기 포장부는 상기 반응용기 내부의 물과 반응하여 분해되고, 상기 연료는 물과 접촉하여 수소를 발생시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응용기는, 상기 용기뚜껑의 표면 또는 상기 반응용기의 일면 중 적어도 하나에 하나 이상의 연료팩 주입구를 더 포함하고, 상기 연료팩 주입구는 일단에 밀폐수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 용기뚜껑의 표면 또는 상기 반응용기의 일면 중 적어도 하나에 하나 이상의 물 주입로를 더 포함하고, 상기 물 주입로는 일단이 반응용기의 외부에 위치하고, 타단이 상기 반응용기 내부에 위치하는 파이프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 파이프의 타단은 미리 내정된 상기 반응용기에 채워지는 물의 상한 높이에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 물 주입로는, 상기 물 주입로 타단에 구비되고, 상기 물 주입로의 내부에 일단이 내삽되며, 상하운동하는 피스톤 바와, 상기 피스톤 바의 타단에 결합되고, 상기 파이프의 단면적보다 일면의 면적이 더 큰 마개를 포함하고, 상기 피스톤 바는 상기 반응용기 내부의 물이 미리 내정된 물의 상한 높이 이상으로 채워질 경우, 상기 파이프의 내부로 압입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응용기는, 내부 공간에 상기 연료팩의 위치를 고정시키는 연료 거치수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 연료 거치수단은, 상기 반응용기의 하면에 위치하되, 상기 반응용기의 하면으로부터 일정 간격 이격된 위치에 설치되는 거름망인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응용기의 최하단부에 이물질 포집부가 더 포함되고, 상기 이물질 포집부는 상기 반응용기와 탈착식으로 결합하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 용기뚜껑의 표면 또는 상기 반응용기의 일면 중 적어도 하나에 하나 이상의 수소 포집로를 더 포함하고, 상기 수소 포집로는 일단이 정압기와 연결되고, 타단이 상기 반응용기의 내부 공간에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수소 포집로는, 타단이 미리 내정된 상기 반응용기에 채워지는 물의 상한 높이 보다 상측에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수소 포집로는, 타단에 수분이 흡착되는 흡착부를 포함하는 필터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 수소 발생 시스템은 반응용기에 투입되는 연료를 연료 팩의 형태로 보관하고, 연료가 보관되는 팩의 재질을 수용성 물질로 채택함으로써 연료의 보관이 용이하며 투입되는 연료량을 별도의 제어장치 및 전원장치 없이 용이하게 조절 할 수 있으며, 연료의 보관에 있어 안전성 및 휴대성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 연료팩을 거치할 수 있는 수단을 반응용기의 내부에 포함함으로써 투입된 연료팩이 반응용기의 최하면 으로부터 일정간격 이격되어 위치되고, 이에 따라 연료팩 내부의 연료가 물과 빠르게 반응하도록 하여 수소 생산의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 연료를 연료팩 형태로 보관함으로써 투입되는 연료량이 정량화 될 수 있고, 이에 따라 수소 발생량(L/min)과 발생시간(time)을 사용자의 임의로 용이하게 조정할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 수소가 투입되는 반응용기 내부의 수위가 일정 이상일 경우 물 주입로의 입구가 자동으로 폐쇄되도록 하는 장치를 포함함으로써 반응용기 내부의 수위를 일정 수준으로 유지하고, 수소 발생량 및 수소 발생 시간을 사용자가 조절할 수 있는 효과가 있다.
또한, 생산된 수소를 정압기로 포집하고, 수소를 포집할 시, 필터를 통과하여 포집되도록 함으로써 수분 또는 그 외의 이물질이 포집되는 것을 방지하여 수소 생산의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 반응용기 내부에 거름망을 포함하고, 거름망으로 걸러진 부분은 분리되도록 설계함으로써 수소 생산 시 발생하는 이물질을 용이하게 제거할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래기술의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 수소 발생 시스템의 전체 사시도이다.
도 3은 본 발명의 연료 투입구를 도시한 부분 사시도이다.
도 4는 본 발명의 연료 거치수단의 일 실시 예를 도시한 부분사시도이다.
도 5는 본 발명의 물 주입로를 도시한 부분 사시도이다.
도 6은 본 발명의 반응용기 내의 물의 상한 높이 이상일 경우 물 주입로의 구동을 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 반응용기 내의 물의 상한 높이 미만일 경우 우물 주입로의 구동을 도시한 개념도이다.
도 8은 본 발명의 수소 포집로의 구동을 도시한 개념도이다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하로, 도 2를 참조하여 본 발명의 수소 발생 시스템(1000)의 기본 구성에 대해 설명한다.
본 발명의 수소 발생 시스템(1000)은 반응용기(100)와 반응용기(100)에 투입되는 연료팩(200)을 포함할 수 있다. 반응용기(100)는 내부공간(120)을 포함할 수 있고, 내부공간(120)에 물이 소정 높이로 채워질 수 있다. 또한, 일면이 개방될 수 있고, 개방된 일면은 용기뚜껑(110)과 결합되어 밀폐될 수 있다. 내부공간(120)이 포함됨으로써 연료팩(200)이 투입될 수 있고, 연료팩(200)은 내부공간(120)에 채워진 물과 반응하여 수소를 발생시킬 수 있다. 이 때, 반응용기(100)의 일면이 용기뚜껑(110)과 결합함으로써 내부공간(120)이 외부와 차단될 수 있고, 발생된 수소가 반응용기(100) 외부로 확산되지 않도록 할 수 있다.
연료팩(200)은 물과 접촉시 수소를 발생시키는 연료(210)와, 연료(210)가 내삽되어 연료(210)를 진공포장하며 수용성 재질로 이루어지는 포장부(220)를 포함할 수 있다. 연료(210)는 수소화물일 수 있고, 나트륨 붕소 수소화물(NaBH4), 리튬 붕소 수소화물(LiBH4), 리튬 수소화물(LiH), 나트륨 수소화물(NaH) 등일 수 있다. 포장부(220)는 수용성 재질로 이루어질 수 있고, 별도의 외력 없이 물에 잠기는 것만으로 소정 시간 내에 용해되는 성질을 가질 수 있다. 이 때 소정 시간은 사용자의 편의에 따라 달라질 수 있고, 이에 따라 포장부(220)의 구성물질이 결정될 수 있다. 상기 구성에 따라 연료팩(200)이 반응용기(100)에 투입되었을 시, 포장부(220)는 반응용기(100) 내부의 물과 반응하여 용해되고, 연료(210)는 내부공간(120)의 물과 접촉되어 수소를 발생시킬 수 있다.
또한, 포장부(220)의 내부는 밀폐될 수 있고, 진공 포장될 수 있다. 포장부(220)는 일단이 개방된 주머니 형태일 수 있고, 개방된 면은 접착제로 결합될 수 있고 열이 가해져 결합될 수 있다. 이에 따라 연료(210)의 외부 공기 및 수분과의 접촉을 최소화 할 수 있어 보관을 용이하게 할 수 있고, 연료(210)의 보관에 있어 안전성 및 휴대성을 높일 수 있는 효과가 있다.
연료(210)는 일정한 양으로 포장부(220)의 내부에 보관될 수 있고, 이에 따라 사용자는 연료팩(200)의 단위로 연료(210)량을 용이하게 결정 및 분배할 수 있으며, 별도의 제어장치 및 전원장치 없이 용이하게 조절 할 수 있다.
이에 따라, 사용자는 연료(210)를 투입할 시, 별도의 저울 없이 연료량(210)을 조절할 수 있고, 최종적으로 수소 발생량(L/min)과 수소 발생 시간(time)을 조절 및 예측할 수 있다.
이하로, 도 3 내지 4를 참조하여 반응용기(100)에 결합되는 부가 구성에 대해 설명한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 반응용기(100)는 연료팩 주입구(111)를 더 포함할 수 있다. 연료팩 주입구(111)는 연료팩(200)이 용이하게 투입될 수 있도록 연료팩(200)보다 더 크게 형성될 수 있다. 연료팩 주입구(111)는 용기뚜껑(110)의 표면 또는 반응용기(100)의 일면 중 적어도 하나에 설치될 수 있고, 용도에 따라 하나 이상 설치될 수 있다. 이 때, 반응용기(100)의 일면에 연료팩 주입구(111)가 형성될 시, 반응용기(100)에 채워지는 물의 상한 높이보다 상측에 형성되는 것이 바람직하다. 이는 반응용기(100)에 물이 채워질 시 연료팩 주입구(111)를 통해 물이 배수되지 않도록 할 수 있다.
또한, 연료팩 주입구(111)는 일단에 밀폐수단을 포함할 수 있다. 밀폐수단은 연료팩 주입구(111)의 일단에 결합되어 연료팩 주입구(111)를 개폐할 수 있고, 경첩을 포함하여 연료팩 주입구(111)를 개폐할 수 있는 구조일 수 있다. 또는 연료팩 주입구(111)는 슬라이드를 포함하여 연료팩 주입구(111)를 개폐할 수 있다. 이에 따라 연료팩(200)을 주입한 이후 반응용기(100) 내부에서 화학반응이 일어날 시 수소가 연료팩 주입구(111)를 통해 외부로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 반응용기(100)는, 내부공간(120)에 연료팩(200)의 위치를 고정시키는 연료 거치수단(400)을 더 포함할 수 있다. 연료 거치수단(400)은 도 4에 도시된 바와 같이 거름망(410)일 수 있고, 거름망(410)은 반응용기(100)의 하면에 위치하되, 반응용기(100)의 하면으로부터 일정 간격 이격된 위치에 설치될 수 있다. 거름망(410)은 일정한 기울기를 갖도록 설치될 수 있고 반응용기(100)의 하면과 평행하게 설치될 수 있다. 이 때, 반응용기(100)의 최하단부에 이물질 포집부(미도시)가 더 포함될 수 있다. 이물질 포집부(미도시)는 반응용기(100)와 탈착식으로 결합될 수 있다. 연료 거치수단(400)이 포함됨으로써, 연료팩(200)과 반응용기(100) 내부의 물 사이의 반응면적을 최대한으로 높일 수 있다. 또한, 거름망(410)과 이물질 포집부(미도시)가 포함됨으로써 연료팩(200)과 반응용기(100) 내부의 물 사이의 반응면적을 최대한으로 높이는 것 뿐 아니라, 포장부(220)의 용해 시 발생하는 이물질 또는 그 외의 외부 유입 이물질 등을 걸러 포집할 수 있다.
또한, 반응용기(100)는, 하단부에 배수로를 더 포함할 수 있다. 배수로는 반응용기(100) 내부의 수압이 일정 이상일 경우 개방되는 구조일 수 있다. 배수로가 포함됨으로써, 반응용기(100) 내부에 물이 과투입 되었을 시 자동으로 물을 배수할 수 있고, 사용이 완료된 후 이물질 포집이 용이하도록 할 수 있다.
이하로, 도 5 내지 7을 참조하여 본 발명의 물 주입로(300)에 대해 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이,본 발명의 수소 발생 시스템(1000)은 용기뚜껑(110)의 표면 또는 반응용기(100)의 일면 중 적어도 하나에 하나 이상의 물 주입로(300)를 더 포함할 수 있다. 물 주입로(300)는 일단이 반응용기(100)의 외부에 위치하고, 타단이 반응용기(100) 내부에 위치하는 파이프(310)를 포함할 수 있다. 물 주입로(300)의 일단은 물이 저장된 탱크와 연결될 수 있다. 또한, 물 주입로(300)는 펌프와 연결되어 외부의 물이 반응용기(100)의 내부공간(120)으로 주입되도록 할 수 있다.
이 때, 물 주입로(300)는 피스톤 바(320)와 마개(330)를 포함할 수 있다. 피스톤 바(320)는 물 주입로(300) 타단에 구비되고, 물 주입로(300)의 타단부의 내측에 일단이 내삽되며, 상하운동할 수 있다. 이 때 피스톤 바(320)의 일단 및 파이프(310)의 타단에는 턱이 형성되어 피스톤 바(320)가 파이프(310)로부터 분리되지 않도록 할 수 있다. 마개(330)는 피스톤 바(320)의 타단에 결합되고, 파이프(310)의 단면적보다 일면의 면적이 더 클 수 있다.
이에 따라 피스톤 바(320)는 도 6에 도시된 바와 같이, 반응용기(100) 내부의 물이 미리 내정된 물의 상한 높이 이상으로 채워질 경우, 외부 압력에 의해 파이프(310)의 내부로 압입되고, 마개(330)가 파이프(310)의 타단부에 걸리며 파이프(310)를 폐쇄하고 물이 과투입 되지 않도록 할 수 있다. 또한, 반응용기(100) 내부의 물이 미리 내정된 물의 상한 높이 이하인 경우, 도 7에 도시된 바와 같이 일부분이 파이프(310)의 외부로 이동하여 마개(330)가 파이프(310)의 타단면과 분리되도록 함으로써 파이프(310)를 개방하고 물이 반응용기(100)의 내부공간(120)으로 투입되도록 할 수 있다.
이 때, 파이프(310)의 타단이 미리 내정된 반응용기(100)에 채워지는 물의 상한 높이에 위치함으로써 반응용기(100)의 내부에 물이 상한선 이상으로 채워지지 않도록 자동으로 조절될 수 있다. 수위의 상한선은 사용자의 필요에 따라 조절 가능하며, 이에 따라 파이프(310)의 타단 위치는 사용자에 의해 임의로 조절될 수 있다.
다만, 특수한 상황으로 물이 상한선 이상으로 채워질 경우, 상술한 바와 같이 배수로가 개방됨으로써 물이 자동으로 배수될 수 있어 반응용기(100) 내부의 물은 일정한 높이를 유지할 수 있다.
이에 따라, 사용자는 반응용기(100) 내부의 물의 양을 일정하게 유지 및 조정할 수 있고, 최종적으로 수소 발생량(L/min)과 수소 발생 시간(time)을 조절 및 예측할 수 있다.
이하로, 도 8을 참조하여 수소 포집로(500)에 대해 설명한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수소 발생 시스템(1000)은 용기뚜껑(110)의 표면 또는 반응용기(100)의 일면 중 적어도 하나에 하나 이상의 수소 포집로(500)를 더 포함할 수 있다. 수소 포집로(500)는 일단이 정압기(600)와 연결되고, 타단이 반응용기(100)의 내부공간(120)에 위치할 수 있다. 이 때, 수소 포집로(500)의 타단은 미리 내정된 반응용기(100)에 채워지는 물의 상한 높이 보다 상측에 위치할 수 있고, 수소 포집로(500)는 반응용기(100) 내부의 물과 접촉하지 않도록 설치되는 것이 바람직하다. 수소 포집로(500)의 타단은 반응용기(100)에 채워지는 물의 상한 높이보다 a 만큼 이격되어 있을 수 있고, a는 생활 속에서 통상적으로 발생하는 진동 등에 의해 물방울이 튀는 높이보다 더 큰 값일 수 있다.
이에 따라 수소 포집로(500)는 연료(210)와 물의 반응으로 발생한 반응용기(100) 내부 공기 중의 수소 분자를 용이하게 포집할 수 있고, 정압기(600)를 이용하여 포집하고자 하는 수소 양을 조정할 수 있다.
또한, 수소 포집로(500)는 타단에 수분이 흡착되는 흡착부를 포함하는 필터(510)를 포함할 수 있다. 필터(510)는 공기 중의 수분 뿐 아니라 공기 중에 부유하는 기타 이물질 등을 흡착 및 여과하여 순수한 수소 분자만을 포집할 수 있다.
[부호의 설명]
1000 : 수소 발생 시스템
100 : 반응용기
110 : 용기뚜껑
111 : 연료팩 주입구
120 : 내부공간
200 : 연료팩
210 : 연료 220 : 포장부
300 : 물 주입로
310 : 파이프 320 : 피스톤 바
330 : 마개
400 : 연료 거치수단
410 : 거름망
500 : 수소 포집로
510 : 필터
600 : 정압기

Claims (11)

  1. 내부공간에 물이 소정 높이로 채워지고, 일면이 용기뚜껑과 결합되어 밀폐되는 반응용기;
    물과 접촉시 수소를 발생시키는 연료를 진공포장하며 수용성 재질로 이루어지는 포장부를 포함하는 연료팩;을 포함하며,
    상기 연료팩이 상기 반응용기에 투입된 경우, 상기 포장부는 상기 반응용기 내부의 물과 반응하여 분해되고, 상기 연료는 물과 접촉하여 수소를 발생시키는 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 반응용기는,
    상기 용기뚜껑의 표면 또는 상기 반응용기의 일면 중 적어도 하나에 하나 이상의 연료팩 주입구를 더 포함하고,
    상기 연료팩 주입구는 일단에 밀폐수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 용기뚜껑의 표면 또는 상기 반응용기의 일면 중 적어도 하나에 하나 이상의 물 주입로를 더 포함하고,
    상기 물 주입로는 일단이 반응용기의 외부에 위치하고, 타단이 상기 반응용기 내부에 위치하는 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 파이프의 타단은 미리 내정된 상기 반응용기에 채워지는 물의 상한 높이에 위치하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 물 주입로는,
    상기 물 주입로 타단에 구비되고, 상기 물 주입로의 내부에 일단이 내삽되며, 상하운동하는 피스톤 바와,
    상기 피스톤 바의 타단에 결합되고, 상기 파이프의 단면적보다 일면의 면적이 더 큰 마개를 포함하고,
    상기 피스톤 바는 상기 반응용기 내부의 물이 미리 내정된 물의 상한 높이 이상으로 채워질 경우, 상기 파이프의 내부로 압입되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 반응용기는,
    내부 공간에 상기 연료팩의 위치를 고정시키는 연료 거치수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 연료 거치수단은,
    상기 반응용기의 하면에 위치하되, 상기 반응용기의 하면으로부터 일정 간격 이격된 위치에 설치되는 거름망인 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 반응용기의 최하단부에 이물질 포집부가 더 포함되고,
    상기 이물질 포집부는 상기 반응용기와 탈착식으로 결합하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 용기뚜껑의 표면 또는 상기 반응용기의 일면 중 적어도 하나에 하나 이상의 수소 포집로를 더 포함하고,
    상기 수소 포집로는 일단이 정압기와 연결되고, 타단이 상기 반응용기의 내부 공간에 위치하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 수소 포집로는,
    타단이 미리 내정된 상기 반응용기에 채워지는 물의 상한 높이 보다 상측에 위치하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 수소 포집로는,
    타단에 수분이 흡착되는 흡착부를 포함하는 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 시스템.
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