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KR20180010601A - 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치 - Google Patents

압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치 Download PDF

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KR20180010601A
KR20180010601A KR1020160092930A KR20160092930A KR20180010601A KR 20180010601 A KR20180010601 A KR 20180010601A KR 1020160092930 A KR1020160092930 A KR 1020160092930A KR 20160092930 A KR20160092930 A KR 20160092930A KR 20180010601 A KR20180010601 A KR 20180010601A
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pressure
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Abstract

본 발명은 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치에 관한 것으로, 구체적으로는 잠수함과 같은 수중함에 구비되어 전해액과 금속연료가 반응하여 수소를 발생시키는 수소발생장치에서, 반응기 및 전해액을 공급하는 전해액 공급장치 간의 압력 평형을 위하여 각 장치에 압축공기를 주입 또는 배출시켜 능동적인 압력 평형이 이루어지게 함으로서 안정적인 수소 생성이 될 수 있도록 하는 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치에 관한 것이다.
본 발명은 내측에 금속연료가 수용되는 공간이 형성되며, 일측에 상기 금속연료와 반응하기 위한 전해액 공급장치로부터 전해액이 공급되는 전해액 공급부가 연결되는 반응기로 구성되되, 상기 전해액 공급장치와, 반응기 각각의 압력이 서로 다를 시 전해액 공급장치 및 반응기의 압력을 조절하여 서로 평형을 이루도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치{Submarine hydrogen generator which maintains the pressure equalizing apparatus}
본 발명은 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치에 관한 것으로, 구체적으로는 잠수함과 같은 수중함에 구비되어 전해액과 금속연료가 반응하여 수소를 발생시키는 수소발생장치에서, 반응기 및 전해액을 공급하는 전해액 공급장치 간의 압력 평형을 위하여 각 장치에 압축공기를 주입 또는 배출시켜 능동적인 압력 평형이 이루어지게 함으로서 안정적인 수소 생성이 될 수 있도록 하는 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 잠수함을 포함한 수중함 등에서는 에너지 저장수단으로서 배터리 이외에 연료전지(fuel cell)의 사용이 크게 늘어나고 있다.
연료전지는 연료의 산화에 의해 생기는 화학적 에너지를 직접 전기적 에너지로 변환시키는 것으로 수소와 같은 기체 반응물질을 외부에서 연속적으로 공급하여 전기의 생성을 도모하고 반응 후 생성물질은 연속적으로 반응계의 외부로 배출시키는 점에 그 특징이 있는 고효율의 무공해 발전장치의 일종이라 할 수 있다.
이와 같이 수소를 연료로 사용하는 기술은 현재까지 많은 발전을 이루었지만 아직도 수소 연료를 안전하게 생산하고 저장 혹은 이동하는 기술은 수소 연료전지 분야에서 늘 요구되고 있다.
그러므로 수소를 발생시키고 저장하는 기술에 많은 노력이 집중되고 있으며, 그 중에 금속의 부식반응을 이용하여 수소를 발생하는 기술에는 이미 많은 선행 기술들이 존재하고 있다. 하지만, 아직도 수소 발생의 반응을 조절하거나 저장하는 기술은 개발에 어려움이 있어서 일반화 되지 못하는 실정이다.
또한, 수중함에서 수소를 계속적으로 발생시켜 연료전지로 이용하도록 하기 위해서는 전해액과 금속연료가 계속적으로 반응하면서 반응한 금속연료는 반응기 외측으로 배출되고, 새로운 금속연료가 계속적으로 공급되어야 한다.
특히, 연속적인 수소발생을 위해서는 반응을 조절하거나 전해액 및 금속연료의 공급도 중요하지만, 더욱 중요한 것은 반응기와 전해액 공급장치의 압력이 서로 평형을 이루어야 연속적으로 수소가 발생되며, 이에 대한 다양한 방법이 연구되고 있는 실정이다.
1. 대한민국 등록특허 10-1030121호 2. 대한민국 등록특허 10-1544534호
본 발명은 상기한 사정을 감안하여 발명된 것으로, 그 목적은 잠수함과 같은 수중함에 구비되어 전해액과 금속연료가 반응하여 수소를 발생시키는 수소발생장치에서, 반응기 및 전해액을 공급하는 전해액 공급장치 간의 압력 평형을 위하여 각 장치에 압축공기를 주입 또는 배출시켜 능동적인 압력 평형이 이루어지게 함으로서 안정적인 수소 생성이 될 수 있도록 하는 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 내측에 금속연료가 수용되는 공간이 형성되며, 일측에 상기 금속연료와 반응하기 위한 전해액 공급장치로부터 전해액이 공급되는 전해액 공급부가 연결되는 반응기로 구성되되, 상기 전해액 공급장치와, 반응기 각각의 압력이 서로 다를 시 전해액 공급장치 및 반응기의 압력을 조절하여 서로 평형을 이루도록 하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 압력평형은, 전자적인 제어 또는 직접적인 제어에 의해 압력평형이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전자적인 제어를 통한 압력평형은, 상기 전해액 공급장치와 상기 반응기 각각에 압력측정부가 구비되고, 상기 각 압력측정부는 서로 연결되며, 그 사이에 압력평형 제어부가 구비되어 상기 전해액 공급장치와, 반응기 각각의 압력을 비교하여 기설정된 압력보다 압력이 작거나 크면 상기 반응기와 전해액 공급장치의 내부압력이 평행을 이루도록 압력 평형 제어부에 의해 압력이 제어되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 직접적인 제어를 통한 압력평형은, 반응기와 전해액 공급장치를 연결하도록 압력평형배관을 연결하여 상기 반응기와 전해액 공급장치의 압력을 평형화 하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 분리기와 전해액 공급부의 중간에는, 상기 반응기에서 금속연료와 반응하여 발열반응에 의해 온도가 상승된 전해액의 온도를 냉각시키기 위해 구비되는 열교환기를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 그 내측에 하나 이상의 층으로 구성되는 필터가 구비되어 상기 전해액과 반응하여 사이즈가 순차적으로 작아진 금속연료가 하부로 낙하하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 필터는, 총 3개의 층으로 구성되며, 하부로 갈수록 투과망이 조밀하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 반응기는, 상기 최상층의 필터의 상부면으로 볼 형태의 금속연료를 공급하기 위한 금속연료 공급부를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 반응기는, 외측에 PH측정부가 연결되어 상기 반응기 내부의 촉매인 전해액의 농도를 조절하여 반응속도를 조절하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전해액 공급부는, 상기 열교환기 사이에 구비되어 상기 반응기로 공급되는 전해액을 펌핑하는 펌프(180)를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 펌프 및 반응기 사이에는, 전해액이 유입되는 양을 조절하기 위한 조절밸브를 더 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 금속연료는, 마그네슘, 마그네슘합금, 알루미늄, 알루미늄합금 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 전해액은, 수산화나트륨 또는 수산화칼륨으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치에 의하면, 첫째, 반응기 및 전해액을 공급하는 전해액 공급장치 간의 압력 평형을 위하여 각 장치에 압축공기를 주입 또는 배출시켜 능동적인 압력 평형이 이루어지게 함으로서 안정적인 수소 생성이 될 수 있도록 하여 수소발생 효율을 높이는 효과가 있다.
둘째, 상기 압력 평형을 전자적인 제어 또는 직접적인 제어에 의해 압력평형이 이루어지게 함으로서 환경에 따라 적절하게 이용할 수 있어 다양한 환경에서 선택적으로 이용할 수 있으며, 이로 인해 사용범위가 확대되는 효과가 있다.
셋째, 수소발생장치에서 전해액과 금속연료가 반응하여 수소를 발생할 시 부피가 작아져 더 이상 반응이 되지 못하는 금속연료를 분리기를 통하여 처리하도록 하여 기존과 같이 폐기될 금속연료를 제거하기 위해 수소발생장치를 멈추지 않아도 되어 계속적인 수소발생을 시킬 수 있는 효과가 있다.
넷째, 분리기로 배출되는 전해액 및 금속연료 만큼 계속적으로 전해액 및 금속연료가 공급되기 때문에 연속적인 수소 생성이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 전자적인 제어를 통한 압력평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 본 발명의 직접적인 제어를 통한 압력평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 전자적인 제어를 통한 압력평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치를 개략적으로 나타낸 모식도이고, 도 2는 본 발명의 직접적인 제어를 통한 압력평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치를 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 압력평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치는, 내측에 금속연료가 수용되는 공간이 형성되며, 일측에 상기 금속연료와 반응하기 위한 전해액 공급장치(112)로부터 전해액이 공급되는 전해액 공급부(110)가 연결되는 반응기(100)로 구성된다. 상기한 상기 전해액 공급장치(112)와, 반응기(100) 각각의 압력이 서로 다를 시 전해액 공급장치(112) 및 반응기(100)의 압력을 조절하여 서로 평형을 이루도록 하여 수소발생 화학반응이 최적의 조건을 유도하기 위한 것이다.
여기서 상기한 반응기(100)는 하우징 형태로 구성되며, 내측에 금속연료 및 전해액이 서로 반응하기 위한 공간이 형성된다. 여기서 상기 금속연료는 마그네슘, 마그네슘합금, 알루미늄 또는 알루미늄합금 중 어느 하나일 수 있으며, 또한, 상기 전해액은 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 등이 될 수 있다.
한편 본 발명의 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치는 총 2가지의 실시예로 나눠볼 수 있는데 그 중 하나는 전자적인 제어에 의한 압력 평형이 있고, 또 하나는 직접적인 제어에 의한 압력평형을 예로 들 수 있다.
우선, 전자적인 압력 평형에 대하여 살펴보기로 한다.
상기 전자적인 제어를 통한 압력평형은, 상기 전해액 공급장치(112)와 상기 반응기(100) 각각에는 압력측정부(111, 171)가 구비되고, 상기 각 압력측정부(111, 171)는 서로 연결된다. 또한, 그 사이에 압력평형 제어부(113)가 구비되어 상기 전해액 공급장치(112)와, 반응기(100) 각각의 압력을 비교하여 기설정된 압력보다 압력이 작거나 크면 상기 반응기(100)와 전해액 공급장치(112)의 내부압력이 평행을 이루도록 압력 평형 제어부(113)에 의해 압력이 제어되는 것이다.
한편, 상기 분리기(120)와 전해액 공급부(110)의 중간에는, 상기 반응기(100)에서 금속연료와 반응하여 발열반응에 의해 온도가 상승된 전해액의 온도를 냉각시키기 위해 구비되는 열교환기(140)가 더 구비된다. 즉, 상기 반응기(100)에서 전해액과 금속연료는 서로 반응하여 수소를 생성할 시 발열반응이 일어나기 때문에 전해액의 온도는 상승하게 된다. 따라서 다시 반응기(100)로 유입시킬 시 이를 냉각하기 위하여 열교환기(140)가 구비되는 것이다.
한편, 상기 반응기(100)는, 그 내측에 하나 이상의 층으로 구성되는 필터(150)가 구비되어 상기 전해액과 반응하여 사이즈가 순차적으로 작아진 금속연료가 하부로 낙하하도록 구성된다. 상기 필터(150)는, 하부로 갈수록 필터(150)의 조밀함이 작아지도록 구성되는 것이 바람직하다. 도면에서는 상기 필터(150)가 총 3개 층으로 구성되며, 하부로 갈수록 투과망이 조밀하게 형성되도록 도시되었으나, 필터(150)의 개수는 반응기(100)의 용량 즉, 발생되는 수소의 양에 대응하여 적절하게 구성하여 사용이 가능하다.
한편, 상기 최상층의 필터(150)의 상부면으로 볼 형태의 금속연료를 공급하기 위한 금속연료 공급부(160)가 구비된다.
즉, 상기한 금속연료의 경우 볼 형태로 반응기(100)의 내부로 공급되기 때문에 전해액과 반응하여 부피가 작아진 금속연료들은 각 층의 필터(150)들을 통과하여 최종적으론 분리기(120)로 유입되며, 사용된 양만큼의 금속연료는 상기 금속연료 공급부(160)로부터 계속적으로 공급된다. 이때, 상기 금속연료는 물과 함께 공급되도록 하기 위해 금속연료가 공급되는 라인과 연결되도록 물 공급부(161)가 구비된다.
한편, 상기 반응기(100)는, 외측에 PH측정부(170)가 연결되어 상기 반응기(100) 내부의 촉매인 전해액의 농도를 조절하여 반응속도를 조절하게 된다. 즉, 반응기(100) 내부에는 전해액의 양 및 농도에 따라 금속연료와 반응하기 때문에 상기 PH측정부(170)를 통하여 수소의 생성량을 균일하게 조절하기 위한 것이다. 또한, 상기한 물 공급부(161)를 통하여 공급되는 물에 의해 전해액의 농도가 낮아질 경우 상기 PH측정부(170)는 이를 감지하여 낮아진 만큼의 전해액을 반응기(100)로 공급할 수 있도록 제어하게 된다.
한편, 상기 반응기(100)는, 외측에 상기 반응기(100) 내부에서 전해액 및 금속연료가 전해액의 농도에 따라 반응할 시 발생되는 온도를 측정하기 위한 온도 측정부(172)가 더 구비될 수 있다. 이는 반응기(100) 내부에서 전해액과 금속연료가 반응하면서 발생되는 열 및 압력을 측정하여 안정적으로 수소를 발생시키기 위한 것이다.
즉, 상기한 PH측정부(170) 및 온도 측정부(172)는 반응기(100) 내부에서 전해액과 금속연료가 서로 반응할 시 발생되는 발열반응, 반응 시 발생되는 반응기(100)의 내부의 압력 및 전해액의 농도 이 세 가지 사항을 모두 측정하면서 수소를 발생시키도록 하기 때문에 보다 순도 높은 수소를 발생시킴과 동시에 안정적인 수소 생성이 되는 것이다.
한편, 상기 전해액 공급부(110)는, 상기 열교환기(140) 사이에 구비되어 상기 반응기(100)로 공급되는 전해액을 펌핑하는 펌프(180) 및 상기 펌프(180) 및 반응기(100) 사이에는, 전해액이 유입되는 양을 조절하기 위한 조절밸브(181)가 더 구비될 수 있다.
따라서 상기 열교환기(140)에서 냉각된 전해액이 다시 반응기(100)의 내부로 유입될 시 반응기(100) 내부에 있는 전해액의 양 및 농도에 따라 안정적으로 전해액이 공급되도록 하기 위한 것이다.
이하, 상기 직접적인 제어에 의한 압력평형에 대하여 살펴보기로 한다.
본 발명의 본 발명의 직접적인 제어를 통한 압력평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치는, 전자적인 제어를 통한 압력평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치와 모든 구성이 동일하다. 다만, 상기 직접적인 제어를 통한 압력평형은, 반응기(100)와 전해액 공급장치(112)를 연결하도록 압력평형배관(114)을 연결하여 상기 반응기(100)와 전해액 공급장치(112)의 압력을 평형화하는 것이 상이한 것이다. 즉, 반응기(100)와 전해액 공급장치(112) 간에 서로 연통되는 압력평형배관(114)을 설치하고, 상기 반응기(100)와 전해액 공급장치(112)의 압력이 서로 다를 경우에는 이 압력평형배관(114)을 통하여 양측의 압력이 평형을 이루게 되는 것이다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치의 작동상태에 대하여 살펴보기로 한다.
우선 상기 반응기(100)의 내부에 전해액 및 볼 형태의 금속연료를 투입하고, 구동시키게 되면, 반응기(100)의 내부의 전해액과 금속연료는 서로 반응하여 수소를 발생시키고 이렇게 발생된 수소는 수소 배출관(101)으로 배출되어 수중함의 연료로 사용이 된다.
이와 같이 반응기(100)에서 전해액 및 금속연료가 서로 반응하면서 금속연료는 그 부피가 작아져 최상층의 필터(150)를 통과하여 바로 아래층 필터(150)의 상부에 안착하게 된다. 이후, 그 크기가 더 작아지게 되면 최하층의 필터(150)까지 통과하게 되면, 전해액과 같이 분리기(120)로 유입된다. 이와 같이 분리기(120)로 유입된 전해액과 금속연료 중 금속연료는 보관탱크(130)로 이송되어 모아지게 된다.
한편, 상기 전해액은 다시 반응기(100)의 내부로 유입되어 새로 투입되는 금속연료와 반응을 하게 된다. 이때 상기 분리기(120)에서 배출되는 전해액은 반응기(100)에서 금속연료와 반응하면서 발열반응에 의해 온도가 높아졌기 때문에 전해액의 온도를 낮추고자 열교환기(140)를 거쳐 냉각되어 다시 반응기(100)로 유입되는 것이다.
여기서 상기 반응기(100)에서 배출된 금속연료는 금속연료 공급부(160)를 통하여 배출되는 양에 비례하여 반응기(100)로 공급되되, 물 공급부(161)에서 배출되는 물과 함께 반응기(100)로 공급되는 것이다.
한편, 상기 반응기(100)에서는 수소 발생을 위해 화학 반응을 하기 때문에 내부에 열이 발생되며, 그로 인해 압력이 높아지거나 낮아지게 된다.
이때 수소 전해액 공급장치(112)와 상기 반응기(100) 간에는 서로의 압력차이가 발생되며, 이러한 압력 차이는 조절되어야 수소발생 효율이 높아지게 되는 것이다. 이와 같은 압력 차이의 조절은 전자적인 제어와, 직접적인 제어에 의해 압력평형을 이룰 수 있게 되는 것이다.
상기에서도 살펴보았지만, 전자적인 제어에 의한 압력평형은 전해액 공급장치(112)와 상기 반응기(100) 각각의 압력측정부(111, 171) 사이에 압력평형 제어부(113)가 구비되어 상기 전해액 공급장치(112)와, 반응기(100) 각각의 압력을 비교하여 기설정된 압력보다 압력이 작거나 크면 상기 반응기(100)와 전해액 공급장치(112)의 내부압력이 평행을 이루도록 압력 평형 제어부(113)에 의해 압력이 제어되는 것이다.
또한, 직접적인 제어에 의한 압력평형은 반응기(100)와 전해액 공급장치(112) 간에 서로 연통되는 압력평형배관(114)을 설치하고, 상기 반응기(100)와 전해액 공급장치(112)의 압력이 서로 다를 경우에는 이 압력평형배관(114)을 통하여 양측의 압력이 평형을 이루게 되는 것이다.
이와 같이 전해액은 계속적으로 순환되어 반응기(100)의 내측으로 유입되며, 금속연료는 전해액과 반응하여 소요된 만큼 금속연료 공급부(160)를 통하여 반응기(100)로 공급되기 때문에 기존과 같이 금속연료의 소진으로 인해 수소발생장치의 구동을 멈추지 않아도 되므로 수소발생의 효율이 높아지게 되는 것이다.
이상에서 설명된 본 발명의 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
100 : 반응기 101 : 수소 배출관
110 : 전해액 공급라인 111 : 전해액 공급부 압력측정부
112 : 전해액 공급장치 113 : 압력 평형 제어부
114 : 압력평형배관 115 : 압력 공급부
120 : 분리기 130 : 보관탱크
140 : 열교환기 150 : 필터
160 : 금속연료 공급부 161 : 물 공급부
170 : PH측정부 171 : 반응기 압력 측정부
172 : 온도 측정부 180 : 펌프
181 : 조절밸브

Claims (13)

  1. 내측에 금속연료가 수용되는 공간이 형성되며, 일측에 상기 금속연료와 반응하기 위한 전해액 공급장치(112)로부터 전해액이 공급되는 전해액 공급부(110)가 연결되는 반응기(100)로 구성되되,
    상기 전해액 공급장치(112)와, 반응기(100) 각각의 압력이 서로 다를 시 전해액 공급장치(112) 및 반응기(100)의 압력을 조절하여 서로 평형을 이루도록 하는 것을 특징으로 하는 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 압력평형은,
    전자적인 제어 또는 직접적인 제어에 의해 압력평형이 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 전자적인 제어를 통한 압력평형은,
    상기 전해액 공급장치(112)와 상기 반응기(100) 각각에 압력측정부(111, 171)가 구비되고, 상기 각 압력측정부(111, 171)는 서로 연결되며,
    그 사이에 압력평형 제어부(113)가 구비되어 상기 전해액 공급장치(112)와, 반응기(100) 각각의 압력을 비교하여 기설정된 압력보다 압력이 작거나 크면 상기 반응기(100)와 전해액 공급장치(112)의 내부압력이 평행을 이루도록 압력 평형 제어부(113)에 의해 압력이 제어되는 것을 특징으로 하는 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 직접적인 제어를 통한 압력평형은,
    반응기(100)와 전해액 공급장치(112)를 연결하도록 압력평형배관(114)을 연결하여 상기 반응기(100)와 전해액 공급장치(112)의 압력을 평형화 하는 것을 특징으로 하는 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 분리기(120)와 전해액 공급부(110)의 중간에는,
    상기 반응기(100)에서 금속연료와 반응하여 발열반응에 의해 온도가 상승된 전해액의 온도를 냉각시키기 위해 구비되는 열교환기(140)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 반응기(100)는,
    그 내측에 하나 이상의 층으로 구성되는 필터(150)가 구비되어 상기 전해액과 반응하여 사이즈가 순차적으로 작아진 금속연료가 하부로 낙하하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 필터(150)는,
    총 3개의 층으로 구성되며, 하부로 갈수록 투과망이 조밀하게 형성되는 것을 특징으로 하는 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치.
  8. 제1 항 또는 제7 항에 있어서,
    상기 반응기(100)는,
    상기 최상층의 필터(150)의 상부면으로 볼 형태의 금속연료를 공급하기 위한 금속연료 공급부(160)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 반응기(100)는,
    외측에 PH측정부(170)가 연결되어 상기 반응기(100) 내부의 촉매인 전해액의 농도를 조절하여 반응속도를 조절하는 것을 특징으로 하는 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치.
  10. 제1 항 또는 제5 항에 있어서,
    상기 전해액 공급부(110)는,
    상기 열교환기(140) 사이에 구비되어 상기 반응기(100)로 공급되는 전해액을 펌핑하는 펌프(180)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 펌프(180) 및 반응기(100) 사이에는, 전해액이 유입되는 양을 조절하기 위한 조절밸브(181)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 금속연료는,
    마그네슘, 마그네슘합금, 알루미늄, 알루미늄합금 중 어느 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 전해액은,
    수산화나트륨 또는 수산화칼륨으로 구성되는 것을 특징으로 하는 압력 평형이 유지되는 수중함의 수소발생장치.
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002128502A (ja) * 2000-10-19 2002-05-09 Toyota Motor Corp 水素ガス生成システム
JP2008166248A (ja) * 2006-12-26 2008-07-17 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd 水素貯蔵タンクを有する燃料電池
KR20080089378A (ko) * 2006-01-06 2008-10-06 소시에떼 비아이씨 수소발생 연료전지 카트리지
KR101030121B1 (ko) 2011-01-31 2011-04-20 (주)동신캐노피 슬라이딩 지붕이 구성된 아케이드 구조물 및 슬라이딩 지붕의 구동방법
KR20110125206A (ko) * 2008-12-16 2011-11-18 쌩뜨레 나티오날 데 라 르세르쉬 생띠끄 (씨. 엔. 알. 에스) 금속 수소화물용 단열 탱크
KR20120111037A (ko) * 2011-03-31 2012-10-10 한국기계연구원 친환경적 마그네슘 수소화물을 사용한 잠수함용 연료전지 시스템
KR20140035912A (ko) * 2011-04-21 2014-03-24 에버레디 배터리 컴퍼니, 인크. 개선된 부피 효율을 구비하는 수소 발생기
KR101544534B1 (ko) 2013-10-24 2015-08-13 (주)나린테크 가스 분사 장치

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002128502A (ja) * 2000-10-19 2002-05-09 Toyota Motor Corp 水素ガス生成システム
KR20080089378A (ko) * 2006-01-06 2008-10-06 소시에떼 비아이씨 수소발생 연료전지 카트리지
JP2008166248A (ja) * 2006-12-26 2008-07-17 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd 水素貯蔵タンクを有する燃料電池
KR20110125206A (ko) * 2008-12-16 2011-11-18 쌩뜨레 나티오날 데 라 르세르쉬 생띠끄 (씨. 엔. 알. 에스) 금속 수소화물용 단열 탱크
KR101030121B1 (ko) 2011-01-31 2011-04-20 (주)동신캐노피 슬라이딩 지붕이 구성된 아케이드 구조물 및 슬라이딩 지붕의 구동방법
KR20120111037A (ko) * 2011-03-31 2012-10-10 한국기계연구원 친환경적 마그네슘 수소화물을 사용한 잠수함용 연료전지 시스템
KR20140035912A (ko) * 2011-04-21 2014-03-24 에버레디 배터리 컴퍼니, 인크. 개선된 부피 효율을 구비하는 수소 발생기
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