KR101102750B1

KR101102750B1 - 수소 생성 물질의 제조 방법

Info

Publication number: KR101102750B1
Application number: KR1020107024205A
Authority: KR
Inventors: 야스시 모리; 다다시 겐고; 요시노리 고바야시
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2007-03-27
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2027-03-27
Also published as: KR101102700B1; WO2007116734A1; EP2009727A4; KR20100120319A; KR20100120317A; KR20100120318A; EP2009727A1; JP5010583B2; JPWO2007116734A1; KR101102683B1; KR101030362B1; US20100136441A1; KR20080104161A

Abstract

본 발명은 에너지 발생부와 수소 공급부 (2)와 처리부 (5)를 구비한 에너지 공급 시스템을 이용한다. 에너지 발생부는 수소와 산소를 공급받아 에너지를 공급한다. 수소 공급부 (2)는 에너지 발생부의 배기에 포함되는 물 (23)과 내부에 갖는 수소 생성 물질 (21)의 반응에 의해 수소를 생성한다. 수소 생성 물질 (21)은 마그네슘을 포함한다. 처리부 (5)는 물 (23)과 수소 생성 물질 (21)과의 반응에 의해 발생하는 수산화 화합물 (22)를 기체로 공급하고, 기체의 이산화탄소와 수산화 화합물 (22)를 반응시켜서, 탄산 화합물 (24)와 반응수를 얻는다.

Description

수소 생성 물질의 제조 방법{PRODUCTION METHOD OF HYDROGEN-GENERATING SUBSTANCE}

본 발명은 에너지 공급 시스템 및 수소 생성 물질에 관한 것이다.

수소를 이용하여 에너지(예시: 전기, 열)를 발생하고, 공급하는 에너지 공급 시스템이 알려져 있다. 도 1은 종래의 에너지 공급 시스템의 일례를 나타내는 구성도이다. 종래의 에너지 공급 시스템 (101)은 에너지 발생 장치로서의 연료 전지 (104)와, 수소 탱크 (102)와, 산소 탱크 (103)을 구비한다. 연료 전지 (104)는 수소 탱크 (102)로부터 배관 (111)을 통해 수소를, 산소 탱크 (103)으로부터 배관 (112)를 통해 산소를 각각 공급받는다. 연료 전지 (104)는 수소와 산소에 기초하여 전력을 발생함과 함께, 열을 발생한다. 연료 전지 (104)는 배관 (113)을 통해 배기(수증기)를 배출한다.

여기서, 환경 문제나 에너지의 효율적 이용의 관점에서, 에너지 공급 시스템 (101)은 배출물을 가능한 한 억제하고, 재이용 가능한 것을 가능한 한 재이용할 것이 요망되고 있다. 특히, 에너지 공급 시스템 (101)을 바닷속이나 땅속, 우주의 시설이나 이동 수단과 같은 밀폐 공간 (110)에 있어서 이용하는 경우, 그의 요구는 특히 현저하다. 예를 들면, 수소 탱크 (102)가 금속과 물의 반응으로 수소를 발생시키는 것인 경우, 배관 (113a)를 통해 배기 중의 수증기를 수소 탱크 (102)로 순환시키는 것이 고려된다. 그와 같은 기술로서, 일본 특허 공개 제2003-317786호 공보에 연료 전지 발전 시스템이 개시되어 있다. 이 연료 전지 발전 시스템은 수소를 연료로 하여 발전을 행함과 함께 물을 생성하는 연료 전지 (2)와, 수소 발생 물질 (P)와 물(W)과의 반응에 의해 수소를 발생함과 함께 그 수소를 상기 연료 전지 (2)로 공급하는 수소 발생 장치(4)와, 상기 연료 전지 (2)의 운전에 의해 생성된 물을 수용하여, 그 물을 반응 용수로서 상기 수소 발생 장치 (4)로 공급하는 급수 장치 (7)을 갖는다.

이 수소 발생 장치는 수소 발생 물질(예시: Mg 합금 입자)에 물을 공급함으로써 수소를 발생시키고 있다. 다만, 연료 전지로부터의 물은 고온이기 때문에 수소 발생 효율을 향상시킬 수 있다는 기재는 있지만, 그의 수소 발생량을 증가 및 감소시키는 제어 방법에 대해서는 특별히 기재는 없다. 또한, 수소의 발생에 따라 생성되는 Mg(OH)₂ 수용액은 외부로 취출되지만, 그것이 어떻게 처리되는가에 관해서는 특별히 기재는 없다. 밀폐 공간에서 이용하는 에너지 공급 시스템에 있어서, 배출물을 억제하여 효율을 향상시키는 기술이 요구된다.

한편, 밀폐 공간 (110)에서는 인간의 활동이나 기기의 사용에 따라 공기 중의 이산화탄소의 농도가 상승하고 있다. 그 때문에, PSA(Pressure Swing Adsorption)와 같은 이산화탄소 제거 장치 (105)에 의해 계속적으로 공기를 정화할 필요가 있다. 다만, 이 장치는 에너지 공급 시스템과는 독립되어 있다. 밀폐 공간에서 이용하는 에너지 공급 시스템에 있어서, 이산화탄소의 농도 상승을 억제하는 것이 가능한 기술이 요구된다.

관련된 기술로서 일본 특허 공개 제2002-208425호 공보에 연료 전지용 연료 개질기가 개시되어 있다. 이 연료 전지용 연료 개질기는 연료와 수증기로부터 수소를 제조하는 연료 개질기이다. 연료의 수증기 개질용 촉매를 충전한 연료 개질 촉매층, 연료 및 수증기를 포함하는 개질용 연료 가스를 상기 연료 개질 촉매층에 도입하는 개질용 연료 가스 공급 수단, 수증기 개질에 의해 생성되는 수소 주성분 가스를 상기 연료 개질 촉매층으로부터 배출하는 개질 연료 가스 배출 수단, 및 상기 개질 연료에 포함되는 이산화탄소를 흡수하기 위해서, 상기 연료 개질 촉매층의 하류에 설치된 금속 산화물층을 구비하여 이루어진다. 이 금속 산화물층은, 예를 들면 산화마그네슘층이다. 산화마그네슘층은 메탄올 개질 반응으로 생성되는 수소 및 이산화탄소 중, 이산화탄소와 반응하여 탄산마그네슘을 생성한다. 즉, 이산화탄소를 대기에 방출하지 않고 회수할 수 있다.

관련된 기술로서 일본 특허 공개 제2002-373690호 공보에 연료 전지 시스템이 개시되어 있다. 이 연료 전지 시스템은 연료 전지와, 수소 저장 장치와, 제3 유로와, 라디에이터를 구비한다. 수소 저장 장치는 수소 공급 장치와 연료 전지를 연통하는 제1 유로로부터 분지한 제2 유로에 설치되고, 수소 흡장 합금을 수용 장착하고 있다. 제3 유로는 연료 전지의 냉각수를 순환시킨다. 라디에이터는 이 제3 유로의 도중에 설치되어 있다. 수소 흡장 합금은 워밍업 전의 연료 전지 시스템 정지시에는 수소를 흡장하고, 방출하지 않는 특성을 갖고 있다. 수소 저장 장치는 제3 유로의 라디에이터의 하류에 있어서 냉각수와 열 교환하도록 설치되어 있다. 또한, 제3 유로의 라디에이터 하류에 있어서 냉각수의 온도를 검출하는 수단과, 검출된 냉각수 온도를 연료 전지의 운전 상한 온도에 도달했을 때에 수소 흡장 합금으로부터 수소를 방출하여 냉각수의 온도를 저하시키도록 제어하는 수단을 갖는다. 이 연료 전지 시스템은 연료 전지의 냉각수의 유로와, 수소 흡장 합금에의 물의 유로가 동일하다.

관련된 기술로서 일본 특허 공개 제2002-80202호 공보에 연료 전지용 연료 가스의 생성 시스템이 개시되어 있다. 이 연료 가스 생성 시스템은 반응기 내에 금속 수소화물을 미세화하여 공급하면서, 분사기로부터 물을 분사하고, 금속 수소화물을 가수 분해하여 수소를 생성한다. 공급되는 물은 연료 전지의 생성수를 이용한다. 이렇게 함으로써, 가수 분해용의 물탱크를 생략 또는 소형화할 수 있고, 시스템 전체의 소형화를 도모할 수 있다. 연료 전지의 폐열을 반응기로 공급하여 금속 수소화물을 열 분해하는 구성, 가수 분해시에 발생한 열을 이용하여 별도의 금속 수소화물을 열 분해하는 구성 등을 채택할 수도 있다. 이 연료 전지 시스템은 연료 전지의 냉각수의 열을 수소 생성에 이용하는 경우가 있지만, 연료 전지의 냉각수 그 자체를 수소 생성에 이용하지는 않는다.

본 발명의 목적은 배출물을 억제하고, 가능한 한 재이용하는 것이 가능한 에너지 공급 시스템 및 수소 생성 물질을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 밀폐 공간(또는 유한 공간)에 있어서, 이산화탄소의 농도 상승을 억제하는 것이 가능한 에너지 공급 시스템 및 수소 생성 물질을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 밀폐 공간에서 배출물을 억제하여, 가능한 한 재이용하는 것이 가능한 에너지 공급 시스템 및 수소 생성 물질을 제공하는 것이다.

본 발명의 별도의 목적은 밀폐 공간에 있어서, 운전 조건에 상관없이, 필요한 양의 수소를 안정적으로 생성, 공급 가능한 에너지 공급 시스템 및 수소 생성 물질을 제공하는 것이다.

본 발명의 이들 목적과 그 이외의 목적과 이익은 이하의 설명과 첨부 도면에 따라서 용이하게 확인할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 에너지 공급 시스템은 수소 생성 물질과 물이 반응하여 수소와 수산화 화합물이 생성되는 수소 공급부와, 수소 공급부에서 공급되는 수소와 산소 공급부에서 공급되는 산소에 의해서, 에너지를 발생시키는 에너지 발생부를 구비하고 있다. 수소 공급부에서 생성된 수산화 화합물과 적어도 이산화탄소를 포함하는 기체가 반응하여 물이 생성되는 처리부를 구비하고 있다.

상기한 에너지 공급 시스템에 있어서, 처리부에서 생성되는 탄산 화합물과 물이 각각 분리되는 분리부를 구비할 수 있다.

상기한 에너지 공급 시스템에 있어서, 수소 생성 물질이 Mg, Ni, Fe, V, Mn, Ti, Cu, Ag, Ca, Zn, Zr, Co, Cr, Al 중에서 선택되는 1종 이상의 재료를 포함하는 수소 화합물이다. 수소 화합물의 표면을 덮는 수용성 피막을 가질 수 있다. 상기한 에너지 공급 시스템에 있어서, 수용성 피막은 물과의 접촉에 의해 용해되는 재료를 포함할 수 있다.

상기한 에너지 공급 시스템에 있어서, 수용성 피막은 수성 에폭시 수지, 수성 우레탄 수지, 수성 아크릴 수지, 수성 폴리에스테르 수지, 수성 아크릴 실리콘 수지, 수성 불소 수지, 수성 실리카·유기 혼성 중합체 등, 물과의 접촉에 의해 용해되는 재료 중에서 선택되는 1종 이상의 재료를 포함할 수 있다.

상기한 에너지 공급 시스템에 있어서, 수소 공급부는 수소 생성 물질의 온도를 제어하는 온도 조정 수단을 구비할 수 있다.

상기한 에너지 공급 시스템에 있어서, 수소 공급부 내의 수량을 제어하는 수량 조정 수단을 구비할 수 있다.

상기한 에너지 공급 시스템에 있어서, 수소 공급부 내의 압력을 제어하는 압력 조정 수단을 구비할 수 있다.

상기한 에너지 공급 시스템에 있어서, 수소 공급부는 내부에 수소 생성 물질을 공급하는 수소 생성 물질 공급부를 구비할 수 있다.

상기한 에너지 공급 시스템에 있어서, 물 및 수소의 온도를 제어하는 열 교환부를 구비할 수 있다.

상기한 에너지 공급 시스템에 있어서, 열 교환부는 산소를 이용하여 물 및 수소의 온도를 제어할 수 있다.

상기한 에너지 공급 시스템에 있어서, 물은 수증기를 포함할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 수소 생성 물질은 물과의 반응에 의해 수소를 방출하는 입자와, 입자의 표면을 덮는 수용성 피막을 구비한다.

상기한 수소 생성 물질에 있어서, 입자는 가수 반응에서 수소를 방출하는 특성을 갖는 재료를 포함할 수 있다.

상기한 수소 생성 물질에 있어서, 입자는 Mg, Ni, Fe, V, Mn, Ti, Cu, Ag, Ca, Zn, Zr, Co, Cr, Al 중에서 선택되는 1종 이상의 재료를 포함할 수 있다.

상기한 수소 생성 물질에 있어서, 수용성 피막은 물과의 접촉에 의해 용해되는 재료를 포함할 수 있다.

상기한 수소 생성 물질에 있어서, 수용성 피막은 수성 에폭시 수지, 수성 우레탄 수지, 수성 아크릴 수지, 수성 폴리에스테르 수지, 수성 아크릴 실리콘 수지, 수성 불소 수지, 수성 실리카·유기 혼성 중합체 중에서 선택되는 1종 이상의 재료를 포함할 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 수소 생성 물질의 제조 방법은 (a) 물과의 반응에 의해 수소를 방출하는 입자를 표면의 산화막이 없어지도록 제1 조건의 환원 분위기에 두는 공정과, (b) 입자를 표면의 일부에 산화막이 형성되도록 제2 조건의 산화 분위기에 두는 공정을 구비한다.

상기한 수소 생성 물질의 제조 방법에 있어서, 입자는 가수 반응에서 수소를 방출하는 특성을 갖는 재료를 포함할 수 있다.

상기한 수소 생성 물질의 제조 방법에 있어서, 입자는 Mg, Ni, Fe, V, Mn, Ti, Cu, Ag, Ca, Zn, Zr, Co, Cr, Al 중에서 선택되는 1종 이상의 재료를 포함할 수 있다.

상기한 수소 생성 물질의 제조 방법에 있어서, 제2 조건의 산화 분위기는 산화에 대하여 불활성인 기체에 대한 산소 분압으로 제어될 수 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 에너지 공급 시스템은 수소 생성 물질과 물이 반응하여 수소와 수산화 화합물이 생성되는 수소 공급부와, 수소 공급부에서 공급되는 수소와 산소 공급부에서 공급되는 산소에 의해, 에너지를 발생시키는 에너지 발생부와, 에너지 발생부를 냉각하는 냉각수가 흐르는 순환 유로를 구비한 냉각부를 구비한다. 순환 유로는 수소 공급부에서 에너지 발생부로 공급되는 수소양에 기초하여, 순환 유로로부터 수소 공급부에 냉각수가 공급되는 분지 유로를 구비하고 있다.

상기한 에너지 공급 시스템에 있어서, 수소 공급부에서 생성된 수산화 화합물과 적어도 이산화탄소를 포함하는 기체가 반응하여 물을 생성하는 처리부를 구비할 수 있다.

본 발명에 의해, 밀폐 공간에서 이용하는 에너지 공급 시스템에 있어서, 배출물을 억제하여, 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 밀폐 공간에서 이용하는 에너지 공급 시스템에 있어서, 밀폐 공간의 이산화탄소의 농도 상승을 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 밀폐 공간에서, 운전 조건에 상관없이, 필요한 양의 수소를 안정적으로 생성, 공급 가능해진다.

도 1은 종래의 에너지 공급 시스템의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제1의 실시 형태의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 수소 생성 물질의 실시 형태의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 수소 생성 물질의 실시 형태의 다른 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제2의 실시 형태의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 6은 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제3의 실시 형태의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 7은 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제4의 실시 형태의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 8은 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제5의 실시 형태의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 9는 수소 공급부 (2)의 다른 구성을 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제6의 실시 형태의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 11은 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제7의 실시 형태의 구성을 나타내는 블럭도이다.

이하, 본 발명의 에너지 공급 시스템 및 수소 생성 물질의 실시 형태에 관해서 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

(제1의 실시 형태)

본 발명의 에너지 공급 시스템의 제1의 실시 형태의 구성에 대해서 설명한다.

도 2는 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제1의 실시 형태의 구성을 나타내는 블럭도이다.

에너지 공급 시스템 (1)은 밀폐 공간 (10) 내에 설치되고, 수소 공급부 (2), 산소 공급부 (3), 연료 전지 (4), 처리부 (5) 및 분리부 (6)을 구비한다.

밀폐 공간 (10)은 바다나 지하, 우주에 설치된 시설이나, 바다나 지하, 우주 내를 이동하는 이동 수단과 같은 전체로서 대강 폐쇄된 공간을 형성한 설비이다. 밀폐 공간 (10)에서는 기기나 인간의 활동에 의해 이산화탄소(CO₂)가 증가한다. 또한, 부대할 수 있는 연료나 물자가 한정된 것이나 환경에의 배려를 위해, 그의 에너지 공급 시스템 (1)은 배출물을 억제하여, 가능한 한 재이용을 행할 필요가 있다.

수소 공급부 (2)는 물(H₂O) (23)과 마그네슘(Mg) 입자 (21)과의 하기 화학식의 반응에 의해, 수소(H₂)와 수산화마그네슘(Mg(OH)₂) (22)를 생성한다.

[화학식 1]

Mg+2H₂O→Mg(OH)₂+H₂

물(H₂O) (23)은 연료 전지 (4)의 배기에 포함되어, 배관 (13)으로부터 공급된다. 그 물(H₂O) (23)은 액체인 물, 액체인 물과 수증기와의 혼합, 수증기 만인 경우가 있다. 마그네슘(Mg) 입자 (21)은 수소 공급부 (2)의 내부에 존재한다. 생성된 수소(H₂)는 배관 (11)을 통해 연료 전지 (4)로 공급된다. 생성된 수산화마그네슘(Mg(OH)₂) (22)는 물 (23) 중에 침전하여, 물과 혼합된 슬러리로서 배관 (14)를 통해 처리부 (5)로 공급된다.

산소 공급부 (3)은 배관 (12)를 통해 연료 전지 (4)로 산소(O₂)를 공급한다. 산소 공급부 (3)은 특별히 제한은 없지만, 예를 들면 산소 봄베이다.

연료 전지 (4)는 수소 공급부 (2)로부터의 수소(H₂)와 산소 공급부 (3)으로부터의 산소(O₂)에 기초하여 전력 및 열을 발생한다. 또한, 배출물로서 물(수증기)을 발생한다.

본 발명에서는 연료 전지 (4)의 종류는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 PEFC(고체 고분자형 연료 전지)이다. 또한, 수소를 이용하여 에너지를 발생시키는 다른 설비일 수 있다.

예를 들면, 수소 가스 엔진이다. 수소 가스 엔진의 경우, 연료 전지 (4)와 동일하게, 수소와 산소에 기초하여 동력(발전기와 연휴된 경우는 전력) 및 열을 발생하고, 그의 배기는 물(수증기)이다. 전력(동력) 및 열은 도시되지 않는 기기에 의해 회수, 이용된다.

처리부 (5)는 수소 공급부 (2)로부터 배관 (14)를 통해 슬러리(수산화마그네슘(Mg(OH)₂) (22)+물 (23))를, 배관 (16)을 통해 밀폐 공간 (10)의 분위기 기체(이산화탄소(CO₂)를 포함하는 기체)를 각각 공급받는다. 그리고, 그 슬러리와 그 분위기 기체가 충분히 혼합되도록, 슬러리를 분위기 기체 중에 분무(산포)한다. 이 때, 슬러리 중의 수산화마그네슘(Mg(OH)₂) (22)와, 분위기 기체 중의 이산화탄소(CO₂)와의 하기 화학식의 반응에 의해, 물(H₂O) (23)과 탄산마그네슘(MgCO₃) (24)를 생성한다.

[화학식 2]

Mg(OH)₂+CO₂→MgCO₃+H₂O

생성된 탄산마그네슘(MgCO₃) (24)는 물(H₂O) (23) 중에 침전하고, 물 (23)과 혼합된 슬러리로서 배관 (15)를 통해 분리부 (6)으로 공급된다.

분리부 (6)은 슬러리(탄산마그네슘(MgCO₃) (24)+물(H₂O) (23))에 있어서의 탄산마그네슘(MgCO₃) (24)와 물(H₂O) (23)을 분리한다. 예를 들면, 여과에 의한 분리이다. 처리부 (5)는 분리된 탄산마그네슘 (24)를 고형화하여 제거함과 함께, 물 (23)을 다른 장치로 송출하여 재이용한다(도시되지 않음). 재이용으로서는, 도시되지 않는 물 저장 장치를 통해, 수소 공급부 (2)용의 물이나, 연료 전지의 애노드용의 물로서의 이용으로 예시된다.

본 발명의 에너지 공급 시스템에서는, 수소의 생성에 의해 생긴 수산화마그네슘 (22)를 배출하는 것은 아니고, 밀폐 공간 내 (10)에서 필연적으로 발생하는 이산화탄소의 처리에 이용하고 있다. 이에 따라, 이산화탄소의 제거 장치를 설치할 필요가 없어진다. 또한, 종래 불필요한 것으로서 제거되었던 이산화탄소와 수산화마그네슘 (22)를 이용하여 유용한 물 (23)을 생성할 수 있다. 즉, 밀폐 공간 (10)에 있어서, 이산화탄소의 농도 상승을 억제할 수 있음과 함께, 배출물(이산화탄소와 수산화마그네슘 (22))을 억제하여, 재이용하는 것이 가능해진다.

다음으로, 수소 공급부 (2)에 이용하는 마그네슘(Mg) 입자 (21)에 대해서 설명한다. 마그네슘 입자 (21)은 마그네슘(Mg)을 포함하는 입자이고, 물과의 반응에 의해 수소를 방출한다. 즉, 마그네슘 입자 (21)은 순 마그네슘 입자일 수 있고, 불순물을 포함하는 마그네슘 입자일 수 있고, 마그네슘을 포함하는 합금의 입자일 수 있고, 촉매 담체에 담지된 촉매 금속상의 마그네슘을 포함하는 입자일 수 있다. 또는, 이하에 나타내는 본 발명의 수소 생성 물질 (21)을 사용할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 수소 생성 물질 (21)의 실시 형태의 구성을 도시한 도면이다. 본 발명의 수소 생성 물질 (21)은, 예를 들면 도 3(a)에 나타내는 마그네슘의 입자 (61)(예시: 순 마그네슘 입자, 불순물을 포함하는 마그네슘 입자, 마그네슘을 포함하는 합금의 입자, 촉매 담체에 담지된 촉매 금속상의 마그네슘을 포함하는 입자)의 표면을 도 3(b)에 나타낸 바와 같이 수용성 피막 (62)으로 덮은 것이다. 그와 같은 수용성 피막 (62)은 수성 에폭시 수지, 수성 우레탄 수지, 수성 아크릴 수지, 수성 폴리에스테르 수지, 수성 아크릴 실리콘 수지, 수성 불소 수지, 수성 실리카·유기 혼성 중합체 등, 물과의 접촉에 의해 용해하는 재료 중에서 선택되는 1종 이상의 재료를 포함하는 것으로 예시된다.

이와 같이, 수용성 피막 (62)로 덮음으로써, 입자 (61)의 표면이 산화되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도 3(c)에 나타낸 바와 같이, 공급된 물에 의해 수용성 피막 (62)가 녹아 표면 (61a)가 노출되기 때문에, 물 (23)과의 반응에 의해 수소를 발생시킬 수 있다. 또한, 수용성 피막 (62)의 종류나 피막 제조 조건 등을 제어함으로써, 입자 (61)이 노출된 표면 (61a)와 노출되지 않은 표면 (61b)와의 비를 제어하여, 발생시키는 수소의 생성 속도를 제어할 수 있다. 예를 들면, 수용성 피막 중, 보다 물에 녹기 어려운 재료를 사용하면, 수용성 피막이 녹지 않고 표면에 남기 때문에, 전부 녹는 경우와 비교하여 수소 발생 속도를 억제할 수 있다. 또한, 수용성 피막을 두껍게 설치한 경우에도 수용성 피막이 녹지 않고 표면에 남기 때문에, 전부 녹는 경우와 비교하여 수소 발생 속도를 억제할 수 있다.

또한, 공급되는 물의 온도를 제어함으로써, 수용성 피막 (62)의 표면 (61a)와 표면 (61b)와의 비를 보다 상세히 제어하여, 발생시키는 수소의 생성 속도를 보다 정확하게 제어할 수 있다. 예를 들면, 물의 온도를 낮게 함으로써, 수용성 피막이 다 녹지 않고 표면에 남기 때문에, 전부 녹는 경우와 비교하여 수소 발생 속도를 억제할 수 있다. 물의 온도를 제어하는 에너지 공급 시스템은 제2의 실시 형태 이후에서 설명한다.

상기 수소 공급부 (2)에서는, 처리부 (5)에 있어서의 수산화마그네슘 (22)와 이산화탄소와의 반응을 고려하여, 입자 (61)로서 마그네슘을 이용하고 있다. 다만, 본 발명의 수소 생성 물질 (21)은 입자 (61)을 마그네슘으로 한정하는 것은 아니다. 상기한 처리부 (5)의 제약이 없는 경우, 입자 (61)은 Mg, Ni, Fe, V, Mn, Ti, Cu, Ag, Ca, Zn, Zr, Co, Cr, Al 등 가수 반응에서 수소를 방출하는 특성을 갖는 재료 중에서 선택되는 1종 이상의 재료를 포함한다. 그 입자 (61)은 대강 그 재료만으로 구성된 입자일 수 있고, 그 재료를 포함하는 합금의 입자일 수 있고, 촉매 담체에 담지된 촉매 금속상의 그 재료를 포함하는 입자일 수 있다.

이 경우에도, 입자 (61)의 표면의 산화 방지, 공급된 물에 의해 수용성 피막 (62)가 용해됨에 따른 수소 발생, 수용성 피막 (62)의 종류나 피막 제조 조건 등의 제어에 의한 수소의 생성 속도의 제어, 공급되는 물의 온도나 압력의 제어에 의한 수소의 생성 속도의 제어가 가능하다.

또한, 본 발명의 수소 생성 물질은 이하와 같은 것을 사용할 수 있다. 도 4는 본 발명의 수소 생성 물질 (21)의 실시 형태의 다른 구성을 도시한 도면이다. 도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 마그네슘 입자에 예시되는 입자 (61)은 공기 분위기에서 보관되어 있는 경우, 표면에 산화물 (63)이 형성되어 있다. 따라서, 도 4(b)에 나타낸 바와 같이, 사용시에는 표면의 산화막 (63)이 없어지도록 입자 (61)을 소정의 환원 분위기에 둔다. 소정의 환원 분위기는, 예를 들면 수소 분위기, 대기압, 300 ℃ 정도이다. 이에 따라, 표면을 덮고 있었던 산화막 (63)은 환원에 의해 제거된다. 그 후, 그의 입자 (61)을 표면의 일부에 산화막 (63a)가 형성되도록 소정의 산화 분위기에 둔다. 여기서 소정의 산화 분위기는 산화에 대하여 불활성인 기체에 대한 산소 분압에 의해 설정된다. 산소 분압을 높게 하면, 산화막으로 덮이는 표면의 영역이 많아진다. 산소 분압을 낮게 하면, 산화막으로 덮이는 표면의 영역은 적어진다.

예를 들면, 산소 분압 5％ 이상 10 ％ 이하, 나머지는 산화에 대하여 불활성인 기체로 구성되는 분위기, 대기압, 실온이다. 이에 따라, 표면을 덮는 산화막 (63a)의 양을 제어할 수 있기 때문에, 수소의 생성 속도를 제어하는 것이 가능해진다. 다만, 상기한 처리부 (5)의 제약이 있는 경우, 입자 (61)은 마그네슘이고, 상기한 처리부 (5)의 제약이 없는 경우, 입자 (61)은 Mg, Ni, Fe, V, Mn, Ti, Cu, Ag, Ca, Zn, Zr, Co, Cr, Al 등 가수 반응에서 수소를 방출하는 특성을 갖는 재료 중에서 선택되는 1종 이상의 재료를 포함하는 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제1의 실시 형태의 동작에 대해서 설명한다.

수소 공급부 (2)는 에너지 공급 시스템 (1)의 기동시에는, 도시되지 않는 물 저장 장치로부터, 기동 후에는 배관 (13)으로부터 각각 물 (23)을 공급한다. 그리고, 물 (23)과 마그네슘 입자 (21)과의 반응에 의해 수소와 수산화마그네슘 (22)를 생성한다. 수소 공급부 (2)는 배관 (11)을 통해 수소를 연료 전지 (4)에, 배관 (14)를 통해 수산화마그네슘 (22)와 물 (23)이 혼합된 슬러리를 처리부 (5)에 각각 공급한다. 산소 공급부 (3)은 배관 (12)를 통해 연료 전지 (4)로 산소를 공급한다. 연료 전지 (4)는 수소 공급부 (2)로부터의 수소와, 산소 공급부 (3)으로부터의 산소에 의해 전력 및 열을 발생한다. 또한, 배출물로서 물(수증기)을 발생하여, 배관 (13)으로 배출한다.

처리부 (5)는 배관 (14)를 통해 공급되는 슬러리(수산화마그네슘 (22)+물 (23))와, 배관 (16)을 통해 이산화탄소를 공급받는다. 그리고, 그 슬러리 중의 수산화마그네슘 (22)와 그 이산화탄소와의 반응에 의해 물 (23)과 탄산마그네슘 (24)를 생성한다. 처리부 (5)는 배관 (15)를 통해 탄산마그네슘 (24)와 물 (23)이 혼합된 슬러리를 분리부 (6)로 공급한다. 분리부 (6)은, 배관 (15)를 통해 공급되는 슬러리(탄산마그네슘 (24)+물 (23))를 탄산마그네슘 (24)와 물 (23)으로 분리한다. 분리부 (6)은 탄산마그네슘 (24)를 고형화하여 제거하고, 물 (23)을 다른 장치로 송출하여 재이용시킨다. 예를 들면, 상기한 도시되지 않는 물 저장 장치에 저장되고, 기동시에 재이용된다.

한편, 상기 에너지 공급 시스템에 있어서, 각 배관의 도중에는, 필요에 따라서 유체의 흐름을 제어하기 위한 펌프나 밸브를 설치할 수 있다.

본 발명의 에너지 공급 시스템에서는, 수소의 생성에 의해 생긴 수산화마그네슘 (22)를 이산화탄소의 처리에 이용하고 있기 때문에, 이산화탄소의 제거 장치를 설치할 필요가 없어진다. 또한, 종래 불필요한 것으로서 제거 대상이었던 이산화탄소와 수산화마그네슘 (22)를 재이용하여 유용한 물을 생성하는 것이 가능해진다. 즉, 밀폐 공간 (10)에 있어서, 이산화탄소의 농도 상승을 억제할 수 있음과 함께, 배출물을 억제하여, 재이용하는 것이 가능해진다.

(제2의 실시 형태)

본 발명의 에너지 공급 시스템의 제2의 실시 형태의 구성에 대해서 설명한다.

도 5는 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제2의 실시 형태의 구성을 나타내는 블럭도이다.

에너지 공급 시스템 (1a)는 밀폐 공간 (10) 내에 설치되고, 수소 공급부 (2), 산소 공급부 (3), 연료 전지 (4), 처리부 (5), 분리부 (6), 열 교환부 (7), 온도 센서 (31, 32), 액면계 (33), 유량 제어 밸브 (41, 42, 43), 제어 밸브 (45)를 구비한다.

열 교환부 (7)은 배관 (17), 배관 (13), 배관 (11a)가 통과하고 있다. 배관 (17)은 유량 제어 밸브 (41)에 의해 유량이 제어된 냉각용 열 매체가 유통한다. 배관 (13)은 연료 전지 (4)로부터 배출되어 수소 공급부 (2)로 공급되는 물(수증기)가 유통한다. 배관 (11a)는, 수소 공급부 (2)로부터 배관 (11)로 송출되고, 유량 제어 밸브 (42, 43)에 유량이 제어된 수소의 일부(나머지는 배관 (11b)를 통과함)가 유통한다.

열 교환부 (7)은 배관 (13)을 통해 수소 공급부 (2)로 공급되는 물(수증기: 고온)을, 배관 (17)을 통과하는 냉각 열매체(저온)와의 열 교환에 의해 냉각(응축)된다. 응축되어 액체인 물로 함으로써, 수소 공급부 (2)에서의 수소 발생량의 제어를 보다 용이하게 행할 수 있다. 그 때, 배관 (13)에 설치된 온도 센서 (31)의 온도 (T1)에 기초하여, 유량 제어 밸브 (41)로 그의 냉각 열 매체의 유량을 제어(예시: PID 제어)함으로써, 배관 (13)의 물 (23)의 온도를 원하는 온도로 냉각할 수 있다.

냉각 열 매체(저온)로서는, 밀폐 공간 (10)이 바다나 하천에 접해 있는 경우, 해수나 하천의 물로 예시된다. 또한, 연료 전지 (4)용의 산소는 연료 전지 (4)로 공급될 때 운전 온도로 승온될 필요가 있기 때문에, 그와 같은 산소를 이용하는 것도 가능하다. 도 5에서는, 예를 들면 배관 (12)를 배관 (17)에 접속시켜, 배관 (12)를 흐르는 산소의 전부 또는 일부를 배관 (17)에 분지시킨다. 그 경우, 밀폐 공간 (10)의 시스템 밖으로부터 냉각 열 매체를 조달할 필요가 없어져서, 에너지 공급 시스템을 간소화할 수 있음과 함께, 그의 자립성을 높일 수 있다. 또는, 냉각 열 매체가 부족한 경우라도 해수나 하천의 물로 보충할 수 있다.

상기한 온도 (T1)에 기초한 유량 제어 밸브 (41)의 제어(예시: PID 제어)는 제어 장치(도시되지 않음)에 의해 실행된다. 이와 같이 배관 (13)의 물 (23)을 원하는 온도로 하여 수소 공급부 (2)로 공급함으로써, 수소 공급부 (2)에 있어서의 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어할 수 있다. 이에 따라, 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다. 즉, 제어 장치(도시되지 않음)는 연료 전지 (4)로 발전하는 전력에 기초하여, 생성할 필요가 있는 수소의 양을 산출하고, 그 수소의 양에 기초하여, 수소 공급부 (2) 내의 물을 원하는 온도로 하여 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다.

열 교환부 (7)은 배관 (11a)를 통해 연료 전지 (4)로 공급되는 수소(고온)를, 배관 (17)을 통과하는 냉각 열 매체(저온)와의 열 교환에 의해 소정의 온도로 냉각한다. 이 경우, 냉각 열 매체(저온)가 통과하는 다른 배관 (17')(도시되지 않음)를 사용할 수도 있다. 그 때, 연료 전지 (4) 직전의 배관 (11b)에 설치된 온도 센서 (32)의 온도 (T2)에 기초하여, 유량 제어 밸브 (42, 43)을 연휴시켜 배관 (11a)와 배관 (11b)를 유통하는 수소의 유량을 제어(예시: PID 제어)함으로써, 배관 (11a)의 수소 유량과 배관 (11b)의 수소 유량과의 비가 결정되어, 수소를 연료 전지 (4) 입구에서 소정의 온도(예시: 연료 전지 (4)가 PEFC인 경우, 80 ℃ 정도)로 할 수 있다.

상기한 온도 (T2)에 기초한 유량 제어 밸브 (42, 43)의 제어(예시: PID 제어)는 제어 장치(도시되지 않음)에 의해 실행된다. 이와 같이 배관 (11)의 수소를 소정의 온도로 하여 연료 전지 (4)로 공급함으로써, 연료 전지 (4)의 열 효율을 향상시켜, 운전을 보다 적정히 행할 수 있다. 다만, 배관 (11a)를 통과하는 수소(고온)을 열 매체로 하여 물(저온) (23)의 온도를 올리기 위해서 이용하는 것도 가능하다. 예를 들면, 유량 제어 밸브 (42)의 개방도를 크게 하고, 유량 제어 밸브 (43)의 개방도를 작게 하면, 고온의 수소가 저온의 물 (23)과 열 교환을 행할 수 있다.

수소 공급부 (2)는 기본적으로 제1의 실시 형태와 동일하다. 다만, 액면계 (33)과 배관 (18)이 설치되고, 배관 (18)에는 제어 밸브 (45)가 접속되어 있는 점에서 다르다. 액면계 (33)은 수소 공급부 (2)의 물 (23)의 액면을 계측한다. 제어 밸브 (45)는 배관 (18)을 통해 물 (23)을 다른 곳(예시: 물 저장 장치(도시되지 않음))으로 송출한다.

수소 공급부 (2)는 액면계 (33)으로 계측되는 물 (23)의 액면에 기초하여, 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어할 수 있다. 즉, 액면계 (33)으로 계측되는 물 (23)의 액면에 기초하여, 수소 공급부 (2)로 공급되어 축적되는 물 (23)의 양이 원하는 양이 되도록 제어 밸브 (45)를 제어(예시: PID 제어)한다.

상기 물 (23)의 액면에 기초한 제어 밸브 (45)의 제어(예시: PID 제어)는 제어 장치(도시되지 않음)에 의해 실행된다. 이와 같이 수소 공급부 (2)로 공급되어 축적되는 물 (23)의 양을 원하는 양으로 제어함으로써, 마그네슘 입자 (21)과 반응하는 물 (23)의 양을 제어할 수 있기 때문에, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다. 즉, 제어 장치(도시되지 않음)는 연료 전지 (4)로 발전하는 전력에 기초하여, 생성할 필요가 있는 수소의 양을 산출하고, 그 수소의 양에 기초하여, 액면계 (33)으로 계측되는 물 (23)의 액면을 원하는 액면으로 하여 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어할 수 있다.

밀폐 공간 (10), 산소 공급부 (3), 연료 전지 (4), 처리부 (5) 및 분리부 (6)은 제1의 실시 형태와 동일하기 때문에, 그의 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 에너지 공급 시스템에 있어서도, 제1의 실시 형태와 동일한 작용·효과를 얻을 수 있다. 또한, 유량 제어 밸브 (41)로 냉각 열 매체의 유량을 제어함으로써, 배관 (13)의 물의 온도를 원하는 온도로 제어할 수 있다. 이에 따라, 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어하여, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 제어 밸브 (45)로 물 (23)의 송출량을 제어함으로써, 물 (23)의 액면을 원하는 액면으로 제어할 수 있다. 이에 따라, 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어하여, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 유량 제어 밸브 (42, 43)을 연휴시켜 배관 (11a)와 배관 (11b)를 유통하는 수소의 유량을 제어함으로써, 수소를 연료 전지 (4) 입구에서 소정의 온도(예시: 연료전지 (4)가 PEFC의 경우, 80 ℃ 정도)로 할 수 있다.

다음으로, 수소 공급부 (2)에 이용하는 마그네슘(Mg) 입자에 대해서는, 도 3 및 도 4의 설명을 포함해서 제1의 실시 형태와 동일하기 때문에, 그의 설명을 생략한다.

다음으로, 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제2의 실시 형태의 동작에 대해서 설명한다.

수소 공급부 (2)는 에너지 공급 시스템 (1a)의 기동시에는, 도시되지 않는 물 저장 장치로부터, 기동 후에는 배관 (13)으로부터 각각 물 (23)을 공급한다. 그리고, 물 (23)과 마그네슘 입자 (21)과의 반응에 의해 수소와 수산화마그네슘 (22)를 생성한다. 이 때, 에너지 공급 시스템 (1a)의 기동시에는, 상기 물 (23)의 액면에 기초한 제어 밸브 (45)의 제어에 의해 물 (23)의 양을 원하는 양으로 제어하여, 마그네슘 입자 (21)과 반응하는 물 (23)의 양을 제어한다. 이에 따라, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어할 수 있다. 또한, 에너지 공급 시스템 (1a)의 기동 후에는, 상기 물 (23)의 양의 제어에 더하여, 상기 물 (23)의 온도에 기초한 유량 제어 밸브 (41)의 제어에 의해, 수소 공급부 (2)로 공급되는 물을 원하는 온도로 제어하여, 물 (23)과 마그네슘 입자 (21)과의 반응을 제어한다. 이에 따라, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어할 수 있다.

수소 공급부 (2)는 배관 (11)을 통해 수소를 연료 전지 (4)로, 배관 (14)를 통해 수산화마그네슘 (22)와 물 (23)이 혼합된 슬러리를 처리부 (5)로, 각각 공급한다. 산소 공급부 (3)은 배관 (12)를 통해 연료 전지 (4)로 산소를 공급한다. 이 때, 상기한 온도 (T2)에 기초한 유량 제어 밸브 (42, 43)의 제어에 의해, 수소를 소정의 온도로 하여 연료 전지 (4)로 공급한다. 이에 따라, 연료 전지 (4)의 열 효율을 향상시켜, 운전을 보다 적정히 행할 수 있다.

연료 전지 (4)는 수소 공급부 (2)로부터의 수소와 산소 공급부 (3)으로부터의 산소에 의해 전력 및 열을 발생한다. 또한, 배출물로서 물(수증기)을 발생하여, 배관 (13)으로 배출한다.

처리부 (5)는 배관 (14)를 통해 공급되는 슬러리(수산화마그네슘 (22)+물 (23))과, 배관 (16)을 통해 이산화탄소를 공급받는다. 그리고, 그 슬러리 중의 수산화마그네슘 (22)와 그 이산화탄소와의 반응에 의해 물 (23)과 탄산마그네슘 (24)를 생성한다. 처리부 (5)는 배관 (15)를 통해 탄산마그네슘 (24)와 물 (23)이 혼합된 슬러리를 분리부 (6)로 공급한다. 분리부 (6)은 배관 (15)를 통해 공급되는 슬러리(탄산마그네슘 (24)+물 (23))을 탄산마그네슘 (24)와 물 (23)로 분리한다. 분리부 (6)은 탄산마그네슘 (24)를 고형화하여 제거하고, 물 (23)을 다른 장치로 송출하여, 재이용시킨다. 예를 들면, 상기한 도시되지 않는 물 저장 장치에 저장되고, 기동시에 재이용된다.

본 실시 형태의 에너지 공급 시스템에 있어서도, 제1의 실시 형태와 동일한 작용·효과를 얻을 수 있다. 또한, 열 교환부 (7)에서의 배관 (13)의 물 (23)의 온도 제어나 수소 공급부 (2)에서의 물 (23)의 양의 제어에 의해, 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어하여, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 유량 제어 밸브 (42, 43)을 연휴시켜 배관 (11a)와 배관 (11b)를 유통하는 수소의 유량을 제어함으로써, 수소를 연료 전지 (4) 입구에서 소정의 온도로 할 수 있다.

한편, 상기 실시 형태에 있어서, 열 교환부 (7)에서의 배관 (13)의 물 (23)의 온도 제어 및 수소 공급부 (2)에서의 물 (23)의 양의 제어를 모두 행하고 있지만, 어느 한쪽을 행할 수도 있다. 그 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(제3의 실시 형태)

본 발명의 에너지 공급 시스템의 제3의 실시 형태의 구성에 대해서 설명한다.

도 6은 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제3의 실시 형태의 구성을 나타내는 블럭도이다.

에너지 공급 시스템 (1b)는 밀폐 공간 (10) 내에 설치되고, 수소 공급부 (2), 산소 공급부 (3), 연료 전지 (4), 처리부 (5), 분리부 (6), 액면계 (33), 온도 센서 (37), 제어 밸브 (45)를 구비한다.

수소 공급부 (2)는 기본적으로 제1의 실시 형태와 동일하다. 다만, 열 교환용 배관 (25), 액면계 (33), 온도 센서 (37), 배관 (18)이 설치되고, 배관 (18)에는 제어 밸브 (45)가 접속되어 있는 점에서 다르다. 열 교환용 배관 (25)는 열 매체가 유통된다. 그 열 매체는 수소 공급부 (2)의 마그네슘 입자 (21)이나 물 (23)과 열 교환을 행한다. 그 열 매체는 온도 센서 (37)의 온도 (T3)에 기초하여, 도시되지 않는 열 매체 온도 조정부에 있어서, 가열 또는 냉각되고, 그의 온도가 제어된다. 이와 같이, 수소 공급부 (2)는 온도 제어된 열 매체와 마그네슘 입자 (21)이나 물 (23)과의 열 교환에 의해, 마그네슘 입자 (21)이나 물 (23)의 온도 (T3)을 제어하여, 그의 반응을 제어할 수 있다. 즉, 온도 센서 (37)의 온도 (T3)에 기초하여, 마그네슘 입자 (21)이나 물 (23)이 원하는 온도가 되도록 열 매체의 온도를 제어(예시: PID 제어)한다.

상기 마그네슘 입자 (21)이나 물 (23)의 온도 (T3)에 기초한 열 매체의 온도의 제어(예시: PID 제어)는 제어 장치(도시되지 않음)에 의해 실행된다. 이와 같이 마그네슘 입자 (21)이나 물 (23)의 온도 (T3)을 원하는 온도로 제어함으로써, 마그네슘 입자 (21)과 반응하는 물 (23)의 반응을 제어할 수 있기 때문에, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다. 즉, 제어 장치(도시되지 않음)는 연료 전지 (4)로 발전하는 전력에 기초하여, 생성할 필요가 있는 수소의 양을 산출하고, 그 수소의 양에 기초하여, 마그네슘 입자 (21)이나 수소 공급부 (2) 내의 물 (23)의 온도를 원하는 온도로 하여 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어할 수 있다.

액면계 (33)은 수소 공급부 (2)의 물 (23)의 액면을 계측한다. 제어 밸브 (45)는 배관 (18)을 통해 물 (23)을 다른 곳(예시: 물 저장 장치(도시되지 않음))으로 송출한다. 수소 공급부 (2)는 액면계 (33)으로 계측되는 물 (23)의 액면에 기초하여, 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어할 수 있다. 즉, 액면계 (33)으로 계측되는 물 (23)의 액면에 기초하여, 수소 공급부 (2)로 공급되어 축적되는 물 (23)의 양이 원하는 양이 되도록 제어 밸브 (45)를 제어(예시: PID 제어)한다.

상기 물 (23)의 액면에 기초하는 제어 밸브 (45)의 제어(예시: PID 제어)는 제어 장치(도시되지 않음)에 의해 실행된다. 이와 같이 수소 공급부 (2)로 공급되어 축적되는 물 (23)의 양을 원하는 양으로 제어함으로써, 마그네슘 입자 (21)과 반응하는 물 (23)의 양을 제어할 수 있기 때문에, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다. 즉, 제어 장치(도시되지 않음)는 연료 전지 (4)로 발전하는 전력에 기초하여, 생성할 필요가 있는 수소의 양을 산출하고, 그 수소의 양에 기초하여, 액면계 (33)으로 계측되는 물 (23)의 액면을 원하는 액면으로 하여 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어할 수 있다.

본 실시 형태의 에너지 공급 시스템에 있어서도, 제1의 실시 형태와 동일한 작용·효과를 얻을 수 있다. 또한, 배관 (25)의 열 매체의 온도를 제어함으로써, 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어하여, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 제어 밸브 (45)로 물 (23)의 송출량을 제어함으로써, 물 (23)의 액면을 원하는 액면으로 제어할 수 있다. 이에 따라, 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어하여, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다.

다음으로, 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제3의 실시 형태의 동작에 대해서 설명한다.

수소 공급부 (2)는 에너지 공급 시스템 (1b)의 기동시에는, 도시되지 않는 물 저장 장치로부터, 기동 후에는 배관 (13)으로부터 각각 물 (23)을 공급한다. 그리고, 물 (23)과 마그네슘 입자 (21)과의 반응에 의해 수소와 수산화마그네슘 (22)를 생성한다. 이 때, 상기 물 (23)의 액면에 기초한 제어 밸브 (45)의 제어에 의해 물 (23)의 양을 원하는 양으로 제어하여, 마그네슘 입자 (21)과 반응하는 물 (23)의 양을 제어한다. 또한, 상기 배관 (25)의 열 매체의 온도 제어에 의해 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 온도를 제어한다. 이들 중 적어도 한쪽에 의해, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어할 수 있다.

수소 공급부 (2)는 배관 (11)을 통해 수소를 연료 전지 (4)로, 배관 (14)를 통해 수산화마그네슘 (22)와 물 (23)이 혼합된 슬러리를 처리부 (5)로 각각 공급한다. 산소 공급부 (3)은 배관 (12)를 통해 연료 전지 (4)로 산소를 공급한다. 연료전지 (4)는 수소 공급부 (2)로부터의 수소와 산소 공급부 (3)으로부터의 산소에 의해 전력 및 열을 발생한다. 또한, 배출물로서 물(수증기)을 발생하여, 배관 (13)으로 배출한다.

처리부 (5)는 배관 (14)를 통해 공급되는 슬러리(수산화마그네슘 (22)+물 (23))과, 배관 (16)을 통해 이산화탄소를 공급받는다. 그리고, 그 슬러리 중의 수산화마그네슘 (22)와 그 이산화탄소와의 반응에 의해 물 (23)과 탄산마그네슘 (24)를 생성한다. 처리부 (5)는 배관 (15)를 통해 탄산마그네슘 (24)과 물 (23)이 혼합된 슬러리를 분리부 (6)로 공급한다. 분리부 (6)은 배관 (15)를 통해 공급되는 슬러리(탄산마그네슘 (24)+물 (23))를 탄산마그네슘 (24)와 물 (23)으로 분리한다. 분리부 (6)은 탄산마그네슘 (24)를 고형화하여 제거하고, 물 (23)을 다른 장치로 송출하여, 재이용시킨다. 예를 들면, 상기한 도시되지 않는 물 저장 장치에 저장되어, 기동시에 재이용된다.

본 실시의 형태의 에너지 공급 시스템에 있어서도, 제1의 실시 형태와 동일한 작용·효과를 얻을 수 있다. 또한, 열 매체에 의한 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 온도 제어나 수소 공급부 (2)에서의 물 (23)의 양의 제어에 의해, 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어하여, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다.

한편, 상기 실시 형태에 있어서, 열 매체에 의한 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 온도 제어나 수소 공급부 (2)에서의 물 (23)의 양의 제어를 모두 행하고 있지만, 어느 한쪽을 행할 수도 있다. 그 경우에도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(제4의 실시 형태)

본 발명의 에너지 공급 시스템의 제4의 실시 형태의 구성에 대해서 설명한다.

도 7은 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제4의 실시 형태의 구성을 나타내는 블럭도이다.

에너지 공급 시스템 (1c)는 밀폐 공간 (10) 내에 설치되고, 수소 공급부 (2), 산소 공급부 (3), 연료 전지 (4), 처리부 (5), 분리부 (6), 물 저장부 (8), 액면계 (33), 액면계 (35), 제어 밸브 (47), 펌프 (52)를 구비한다.

물 저장부 (8)은 배관 (13)을 통해 연료 전지 (4)의 배기에 포함되는 물(H₂O)을 공급한다. 그리고, 배관 (55)에 접속된 펌프 (52)에 의해, 그의 물을 수소 공급부 (2)로 공급한다. 물 저장부 (8)은 액면계 (35) 및 배관 (19)를 통해 제어 밸브 (47)을 구비하여, 내부의 물 (23)이 소정의 양 이상으로 된 것을 액면계 (35)가 검지한 경우, 제어 밸브 (47)을 개방하여 배관 (19)를 통해 내부의 물 (23)을 다른 곳(예시: 물 저장 장치(도시되지 않음))으로 송출한다.

수소 공급부 (2)는 기본적으로 제1의 실시 형태와 동일하다. 다만, 연료 전지 (4)의 배기(물)를 직접 수취하는 것은 아니고, 일단 물 저장부 (8)에 저장한 후에 배관 (55)를 통해 수취하는 점, 액면계 (33)을 갖고 있는 점에서 다르다. 액면계 (33)은 수소 공급부 (2)의 물 (23)의 액면을 계측한다.

수소 공급부 (2)는 액면계 (33)으로 계측되는 물 (23)의 액면에 기초하여 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어할 수 있다. 즉, 액면계 (33)으로 계측되는 물 (23)의 액면에 기초하여, 수소 공급부 (2)로 공급되어 축적되는 물 (23)의 양이 원하는 양이 되도록 펌프 (52)를 제어(예시: PID 제어)한다. 예를 들면, 펌프 (52)의 회전수나 펌프 (52)의 온/오프에 의해 물 (23)의 송출량(유량)을 제어한다.

상기 물 (23)의 액면에 기초한 펌프 (52)의 제어(예시: PID 제어)는 제어장치(도시되지 않음)에 의해 실행된다. 이와 같이 수소 공급부 (2)로 공급되어 축적되는 물 (23)의 양을 원하는 양으로 제어함으로써, 마그네슘 입자 (21)과 반응하는 물 (23)의 양을 제어할 수 있기 때문에, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다. 즉, 제어 장치(도시되지 않음)는 연료 전지 (4)로 발전하는 전력에 기초하여, 생성할 필요가 있는 수소의 양을 산출하고, 그 수소의 양에 기초하여, 액면계 (33)으로 계측되는 물 (23)의 액면을 원하는 액면으로 하여 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어할 수 있다.

밀폐 공간 (10), 산소 공급부 (3), 연료 전지 (4), 처리부 (5) 및 분리부 (6)은 제1의 실시 형태와 동일하기 때문에, 그의 설명을 생략한다. 본 실시 형태의 에너지 공급 시스템에 있어서도, 제1의 실시 형태와 동일한 작용·효과를 얻을 수 있다. 또한, 연료 전지 (4)로부터의 물을 일단 물 저장부 (8)에 저장하고, 수소 공급부 (2)에 원하는 양의 물을 공급하도록 제어함으로써 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어하여, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다.

다음으로, 수소 공급부 (2)에 이용하는 마그네슘(Mg) 입자 (21)에 대해서는, 도 3 및 도 4의 설명을 포함해서 제1의 실시 형태와 동일하기 때문에, 그의 설명을 생략한다.

다음으로, 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제4의 실시 형태의 동작에 대해서 설명한다.

수소 공급부 (2)는 에너지 공급 시스템 (1c)의 기동시 및 기동후의 어느 경우에도, 물 저장부 (8)로부터 물 (23)을 공급받는다. 그리고, 물 (23)과 마그네슘 입자 (21)과의 반응에 의해 수소와 수산화마그네슘 (22)를 생성한다. 이 때, 상기 물 (23)의 액면에 기초한 펌프 (52)의 제어에 의해, 물 (23)의 양을 원하는 양으로 제어하여, 마그네슘 입자 (21)과 반응하는 물 (23)의 양을 제어한다. 이에 따라, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어할 수 있다.

수소 공급부 (2)는 배관 (11)을 통해 수소를 연료 전지 (4)로, 배관 (14)를 통해 수산화마그네슘 (22)와 물 (23)이 혼합된 슬러리를 처리부 (5)로 각각 공급한다. 산소 공급부 (3)은 배관 (12)를 통해 연료 전지 (4)로 산소를 공급한다. 연료 전지 (4)는 수소 공급부 (2)로부터의 수소와 산소 공급부 (3)으로부터의 산소에 의해 전력 및 열을 발생한다. 또한, 배출물로서 물(수증기)을 발생하여, 배관 (13)으로 배출한다.

처리부 (5)는 배관 (14)를 통해 공급되는 슬러리(수산화마그네슘 (22)+물 (23))와, 배관 (16)을 통해 이산화탄소를 공급받는다. 그리고, 그 슬러리 중의 수산화마그네슘 (22)와 그 이산화탄소와의 반응에 의해 물 (23)과 탄산마그네슘 (24)를 생성한다. 처리부 (5)는 배관 (15)를 통해 탄산마그네슘 (24)와 물 (23)이 혼합된 슬러리를 분리부 (6)로 공급한다. 분리부 (6)은 배관 (15)를 통해 공급되는 슬러리(탄산마그네슘 (24)+ 물(23))을 탄산마그네슘 (24)와 물 (23)으로 분리한다. 분리부 (6)은 탄산마그네슘 (24)를 고형화하여 제거하고, 물 (23)을 다른 장치로 송출하여, 재이용시킨다. 예를 들면, 상기한 도시되지 않는 물 저장 장치에 저장되고, 기동시에 재이용된다.

본 실시 형태의 에너지 공급 시스템에 있어서도, 제1의 실시 형태와 동일한 작용·효과를 얻을 수 있다. 또한, 펌프 (52)에 의한 수소 공급부 (2)에서의 물 (23)의 양의 제어에 의해, 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어하여, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다.

(제5의 실시 형태)

본 발명의 에너지 공급 시스템의 제5의 실시 형태의 구성에 대해서 설명한다.

도 8은 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제5의 실시 형태의 구성을 나타내는 블록도이다.

에너지 공급 시스템 (1d)는 밀폐 공간 (10) 내에 설치되고, 수소 공급부 (2), 산소 공급부 (3), 연료 전지 (4), 처리부 (5), 분리부 (6), 열 교환부 (7), 온도 센서 (31, 32), 액면계 (33), 압력계 (34), 유량 제어 밸브 (41, 42, 43), 제어 밸브 (45), 압력 조정 밸브 (44, 46), 가압 펌프 (51)을 구비한다.

수소 공급부 (2)는 기본적으로 제2의 실시 형태와 동일하다. 다만, 압력계 (34)가 설치되고, 배관 (13)에는 가압 펌프 (51)이 접속되고, 배관 (11)에는 압력 조정 밸브 (44)가 접속되어 있는 점에서 다르다. 압력계 (34)는 수소 공급부 (2)의 압력을 계측한다. 가압 펌프 (51)은 연료 전지 (4)로부터 공급되는 물 (23)의 압력을 원하는 압력으로 승압하여, 수소 공급부 (2)로 공급한다. 압력 조정 밸브 (44)는 수소 공급부 (2)로부터 공급되는 수소의 압력을 연료 전지 (4)의 운전 압력으로 강압하여, 배관 (11a, 11b)를 통해 연료 전지 (4)로 공급한다. 한편, 가압 펌프 (51)을 바이패스하는 배관 (56)에는 압력 조정 밸브 (46)이 설치되고, 필요에 따라서 열린다.

수소 공급부 (2)는 압력계 (34)로 계측되는 수소 공급부 (2)의 압력에 기초하여 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어할 수 있다. 즉, 압력계 (34)로 계측되는 수소 공급부 (2)의 압력에 기초하여, 수소 공급부 (2)로 공급되어 축적되는 물 (23)의 압력이 원하는 압력이 되도록 가압 펌프 (51)을 제어(예시: PID 제어)한다.

상기 수소 공급부 (2)의 압력에 기초한 가압 펌프 (51)의 제어(예시: PID 제어)는 제어 장치(도시되지 않음)에 의해 실행된다. 이와 같이 수소 공급부 (2)로 공급되어 축적되는 물 (23)의 압력을 원하는 압력으로 제어함으로써, 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어할 수 있기 때문에, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다.

즉, 제어 장치(도시되지 않음)는 연료 전지 (4)로 발전하는 전력에 기초하여, 생성할 필요가 있는 수소의 양을 산출하고, 그 수소의 양에 기초하여, 압력계 (34)로 계측되는 수소 공급부 (2)의 압력을 원하는 압력으로 하여 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어할 수 있다.

밀폐 공간 (10), 산소 공급부 (3), 연료 전지 (4), 처리부 (5), 분리부 (6), 열 교환부 (7), 온도 센서 (31, 32), 액면계 (33), 유량 제어 밸브 (41, 42, 43), 제어 밸브 (45)는 제2의 실시 형태와 동일하기 때문에, 그의 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 에너지 공급 시스템에 있어서도, 제2의 실시 형태와 동일한 작용·효과를 얻을 수 있다. 또한, 가압 펌프 (51)로 배관 (13)의 물의 압력을 제어함으로써, 수소 공급부 (2)의 물 (23)의 압력을 원하는 압력으로 제어할 수 있다. 이에 따라, 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어하여, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다.

다음으로, 수소 공급부 (2)에 이용하는 마그네슘(Mg) 입자 (21)에 대해서는, 도 3 및 도 4의 설명을 포함해서 제2의 실시 형태와 동일하기 때문에, 그의 설명을 생략한다.

다음으로, 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제5의 실시 형태의 동작에 대해서 설명한다.

수소 공급부 (2)는 에너지 공급 시스템 (1d)의 기동시에는, 도시되지 않는 물 저장 장치로부터, 기동 후에는 배관 (13)으로부터 각각 물 (23)을 공급한다. 그리고, 물 (23)과 마그네슘 입자 (21)과의 반응에 의해 수소와 수산화마그네슘 (22)를 생성한다. 이 때, 에너지 공급 시스템 (1d)의 기동시에는, 상기(제2의 실시 형태)의 물 (23)의 액면에 기초한 제어 밸브 (45)의 제어에 의해 물 (23)의 양을 원하는 양으로 제어하여, 마그네슘 입자 (21)과 반응하는 물 (23)의 양을 제어한다. 이에 따라, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어할 수 있다. 또한, 에너지 공급 시스템 (1d)의 기동 후에는, 상기 물 (23)의 양의 제어에 더하여, 상기(제2의 실시 형태)의 물 (23)의 온도에 기초한 유량 제어 밸브 (41)의 제어에 의해 수소 공급부 (2)로 공급되는 물 (23)을 원하는 온도로 제어하여, 상기 수소 공급부 (2)의 압력에 기초한 가압 펌프 (51)의 제어에 의해 수소 공급부 (2)의 물 (23)을 원하는 압력으로 제어한다. 이들에 의해, 물 (23)과 마그네슘 입자 (21)과의 반응을 제어한다. 이에 따라, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어할 수 있다.

수소 공급부 (2)는 배관 (11)을 통해 수소를 연료 전지 (4)로, 배관 (14)를 통해 수산화마그네슘 (22)와 물 (23)이 혼합된 슬러리를 처리부 (5)로 각각 공급한다. 산소 공급부 (3)은 배관 (12)를 통해 연료 전지 (4)로 산소를 공급한다. 이 때, 상기한 온도 (T2)에 기초하는 유량 제어 밸브 (42, 43)의 제어에 의해, 수소를 소정의 온도로 하여 연료 전지 (4)로 공급한다. 이에 따라, 연료 전지 (4)의 열 효율을 향상시켜, 운전을 보다 적정히 행할 수 있다.

연료 전지 (4)는 수소 공급부 (2)로부터의 수소와 산소 공급부 (3)으로부터의 산소로부터 전력 및 열을 발생한다. 또한, 배출물로서 물(수증기)을 발생하여, 배관 (13)으로 배출한다.

처리부 (5)는 배관 (14)를 통해 공급되는 슬러리(수산화마그네슘 (22)+물 (23))과, 배관 (16)을 통해 이산화탄소를 공급받는다. 그리고, 그 슬러리 중의 수산화마그네슘 (22)와 그 이산화탄소와의 반응에 의해 물 (23)과 탄산마그네슘 (24)를 생성한다. 처리부 (5)는 배관 (15)를 통해 탄산마그네슘 (24)와 물 (23)이 혼합된 슬러리를 분리부 (6)로 공급한다. 분리부 (6)은 배관 (15)를 통해 공급되는 슬러리(탄산마그네슘 (24)+물 (23))을 탄산마그네슘 (24)와 물 (23)으로 분리한다. 분리부 (6)은 탄산마그네슘 (24)를 고형화하여 제거하고, 물 (23)을 다른 장치로 송출하여 재이용시킨다. 예를 들면, 상기 도시되지 않는 물 저장 장치에 저장되고, 기동시에 재이용된다.

본 실시 형태의 에너지 공급 시스템에 있어서도, 제2의 실시 형태와 동일한 작용·효과를 얻을 수 있다. 또한, 가압 펌프 (51)로 배관 (13)의 물의 압력을 제어함으로써, 수소 공급부 (2)의 물 (23)의 압력을 원하는 압력으로 제어하여, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다.

한편, 상기 실시 형태에 있어서, 열 교환부 (7)에서의 배관 (13)의 물 (23)의 온도 제어, 수소 공급부 (2)에서의 물 (23)의 양의 제어 및 물 (23)의 압력 제어를 모두 행하고 있지만, 어느 하나를 행하는 것일 수 있다. 그 경우에도, 동일한 효과를 얻을 수 있다.

상기 제 1, 2, 3, 5의 실시 형태에 있어서, 수소 공급부 (2)의 구성은 이하와 같은 구성일 수 있다. 도 9는 수소 공급부 (2)의 다른 구성을 도시한 개략도이다. 수소 공급부 (2)는 입자 공급부 (9), 입자 공급 기구 (47), 수소 발생부 (2a)를 구비하고, 액면계 (36) 및 배관 (18)을 통해 제어 밸브 (45)가 접속되어 있다. 수소 발생부 (2a)는 배관 (13)으로부터 공급되는 물 (23)을 저장한다. 액면계 (36)은 수소 발생부 (2a)의 물의 액면 (23a)를 검지한다. 제어 밸브 (45)는 액면이 소정의 높이 이상으로 된 경우, 개방되어 배관 (18)을 통해 내부의 물 (23)을 다른 곳(예시: 물 저장 장치(도시되지 않음))으로 송출한다.

입자 공급부 (9)는 마그네슘 입자 (21)을 유지하고 있다. 입자 공급 기구 (47)은 피더로 예시되고, 입자 공급부 (9)의 마그네슘 입자 (21)을 수소 발생부 (2a)로 공급한다. 제어 장치(도시되지 않음)는 연료 전지 (4)로 발전하는 전력에 기초하여, 생성할 필요가 있는 수소의 양을 산출한다. 그리고, 그 수소의 양에 기초하여, 입자 공급 기구 (47)을 제어하여, 원하는 양의 마그네슘 입자 (21)을 수소 발생부 (2a)로 송출한다. 수소 발생부 (2a)는, 송출된 마그네슘 입자 (21)과 저장된 물 (23)과의 반응에 의해 필요량의 수소와 수산화마그네슘 (22)를 생성한다. 수소 발생부 (2a)는 그 수소를 연료 전지 (4)로, 그 수산화마그네슘 (22)를 처리부 (5)로 송출한다.

이 수소 공급부에서는, 마그네슘 입자 (21)로 물 (23)을 공급하는 것은 아니고, 물 (23)에 마그네슘 입자 (21)을 공급하기 때문에, 공급된 마그네슘 입자 (21)은 확실하게 반응에 기여할 수 있다. 이에 따라, 수소 발생량의 제어를 보다 정확하게 행할 수 있다.

(제6의 실시 형태)

본 발명의 에너지 공급 시스템의 제6의 실시 형태의 구성에 대해서 설명한다.

도 10은 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제6의 실시 형태의 구성을 나타내는 블럭도이다. 에너지 공급 시스템 (1e)는 밀폐 공간 (10) 내에 설치되고, 수소 공급부 (2), 산소 공급부 (3), 연료 전지 (4), 열 교환부 (7), 온도 센서 (31, 32), 액면계 (33), 유량 제어 밸브 (41, 42, 43, 73, 74), 제어 밸브 (45, 48), 냉각부 (90)을 구비한다.

열 교환부 (7)은 배관 (17), 배관 (13), 배관 (81), 배관 (11a)가 통과하고 있다. 배관 (17)은 유량 제어 밸브 (41)에 의해 유량이 제어된 냉각용 열 매체가 유통한다. 배관 (13)은 연료 전지 (4)로부터 배출되어 수소 공급부 (2)로 공급되는 물(수증기)이 유통한다. 배관 (81)은 냉각부 (90)으로부터 연료 전지 (4)를 냉각하기 위해서 공급되어, 연료 전지 (4)를 통과한 물(냉매)이 유통한다. 배관 (11a)는 수소 공급부 (2)로부터 배관 (11)로 송출되고, 유량 제어 밸브 (42, 43)에 의해 유량이 제어된 수소의 일부(나머지는 배관 (11b)를 통함)가 유통한다. 배관 (17)의 냉각용 열 매체는 배관 (13), 배관 (81), 배관 (11a)를 통과하는 유체를 냉각한다.

열 교환부 (7)은 배관 (13)을 통해 수소 공급부 (2)로 공급되는 물(수증기: 고온)을, 배관 (17)을 통과하는 냉각 열 매체(저온)와의 열 교환에 의해 냉각(응축)한다. 응축하여 액체의 물로 하여, 추가로 온도 제어함으로써, 수소 공급부 (2)에서의 수소 발생량의 제어를 보다 용이하게 행할 수 있다. 그 때, 배관 (13)에 설치된 온도 센서 (31)의 온도 (T1)에 기초하여, 유량 제어 밸브 (41)로 그 냉각 열 매체의 유량을 제어(예시: PID 제어)함으로써, 배관 (13)의 물 (23)의 온도를 원하는 온도로 냉각할 수 있다.

냉각 열 매체(저온)로서는, 밀폐 공간 (10)이 바다나 하천에 접해 있는 경우, 해수나 하천의 물로 예시된다. 또한, 연료 전지 (4)용의 산소는, 연료 전지 (4)로 공급될 때 운전 온도로 승온될 필요가 있기 때문에, 그와 같은 산소를 이용하는 것도 가능하다. 도 10에서는, 예를 들면 배관 (12)를 배관 (17)에 접속시켜, 배관 (12)를 흐르는 산소의 전부 또는 일부를 배관 (17)로 분지시킨다. 그 경우, 밀폐 공간 (10)의 시스템 밖으로부터 냉각 열 매체를 조달할 필요가 없어져, 에너지 공급 시스템을 간소화할 수 있음과 함께, 그의 자립성을 높일 수 있다. 또는, 냉각 열 매체가 부족한 경우라도 해수나 하천의 물로 보충할 수 있다.

열 교환부 (7)은, 또한, 배관 (11a)를 통해 연료 전지 (4)로 공급되는 수소(고온)를, 배관 (17)을 통하는 냉각 열 매체(저온)와의 열 교환에 의해 소정의 온도로 냉각한다. 이 경우, 냉각 열 매체(저온)가 통과하는 다른 배관 (17')(도시되지 않음)를 사용할 수도 있다. 그 때, 연료 전지 (4) 직전의 배관 (11b)에 설치된 온도 센서 (32)의 온도 (T2)에 기초하여, 유량 제어 밸브 (42, 43)을 연휴시켜 배관 (11a)와 배관 (11b)를 유통하는 수소의 유량을 제어(예시 PID 제어)함으로써, 배관 (11a)의 수소 유량과 배관 (11b)의 수소 유량과의 비가 결정되어, 수소를 연료 전지 (4) 입구에서 소정의 온도(예시: 연료 전지 (4)가 PEFC인 경우, 80 ℃ 정도)로 할 수 있다.

상기한 온도 (T2)에 기초한 유량 제어 밸브 (42, 43)의 제어(예시: PID 제어)는 제어 장치(도시되지 않음)에 의해 실행된다. 이와 같이 배관 (11)의 수소를 소정의 온도로 하여 연료 전지 (4)로 공급함으로써, 연료 전지 (4)의 열 효율을 향상시켜, 운전을 보다 적정히 행할 수 있다. 다만, 배관 (11a)를 통과하는 수소(고온)를 열 매체로서 물(저온) (23)의 온도를 올리기 위해서 이용하는 것도 가능하다. 예를 들면, 유량 제어 밸브 (42)의 개방도를 크게 하고, 유량 제어 밸브 (43)의 개방도를 작게 하면, 고온의 수소가 저온의 물 (23)과 열 교환을 행할 수 있다.

열 교환부 (7)은, 추가로 냉각부 (90)으로부터 배관 (81)을 통해 공급되어 연료 전지 (4)를 냉각한 물(고온)을, 배관 (17)을 통과하는 냉각 열 매체(저온)와의 열 교환에 의해 냉각한다. 냉각된 물은 연료 전지 (4)의 통상 운전시에는 유량 제어 밸브 (73), 배관 (82) 및 배관 (18)을 통해 냉각부 (90)으로 환류된다.

한편, 냉각된 물은 연료 전지 (4)의 운전 상태가 소정의 운전 조건인 경우, 유량 제어 밸브 (74) 및 배관 (83)을 통해 수소 공급부 (2)로 공급된다. 소정의 운전 조건이란, 물이 부족하기 때문에, 연료 전지 (4)의 운전에 필요한 양의 수소를, 수소 공급부 (2)가 발생할 수 없는 운전 조건이다. 예를 들면, 연료 전지 (4)의 기동시와 같은 연료 전지가 발전하지 않았기 때문에, 배기에 물을 포함하지 않는 때이다. 또는, 예를 들면, 연료 전지 (4)에 급격한 부하 변동이 있었기 때문에, 배기의 물로는 양이 너무 적을 때이다. 이러한 경우라도, 연료 전지 (4)의 냉각용의 물을 유용하고 있기 때문에, 물부족, 나아가서는 수소 부족을 일으키지 않고, 연료 전지 (4)를 운전할 수 있다.

상기 연료 전지 (4)의 운전 상태의 파악은, 예를 들면 연료 전지의 출력(전류, 전압)을 계측기(도시되지 않음)로 계측하고, 컴퓨터에 예시되는 제어부(도시되지 않음)에 의해, 그의 절대치의 크기나, 그의 단위 시간 당의 변동을 구하여, 기준치와 비교하여 판단할 수 있다. 예를 들면, 연료 전지의 출력(전류, 전압)의 절대치가 소정의 기준치보다도 작으면 정지 상태로 판단하고, 거기에서 연료 전지 (4)를 동작시키는 경우, 연료 전지 (4)의 기동 동작으로 판단할 수 있다. 예를 들면, 연료전지의 출력(전류, 전압)의 단위 시간 당의 변동이 소정의 기준치보다도 플러스측에서 크면, 급격한 부하 변동이 발생하고 있다고 판단할 수 있다. 이와 같이, 연료 전지 (4)의 운전 상태가 소정의 운전 조건인 경우, 제어부(도시되지 않음)는 유량 제어 밸브 (73, 74)를 제어하여, 해당 운전 조건에 적합한 양의 물을 배관 (81)로부터 분지시켜, 수소 공급부 (2)로 공급한다.

상기 운전 조건에 적합한 물의 양은 연료 전지 (4)의 기동시이면, 예를 들면, 미리 설정된 정량(제어부에서 기억)을 기동 시간 중에 흘리는 것이나, 시간과 함께 소정의 비율(제어부에서 기억)로 유량을 증가시키는 것이 고려된다. 또한, 급격한 부하 변동시이면, 예를 들면, 연료 전지의 출력(전류, 전압)의 단위 시간 당의 변동에 비례하는 소정의 유량(제어부에서 기억)으로 흘리는 것이 고려된다. 이들 제어는 제어부의 프로그램으로 실행된다.

수소 공급부 (2)는 기본적으로 제1의 실시 형태와 동일하다. 다만, 액면계 (33), 배관 (18), 배관 (14)가 설치되고, 배관 (18, 14)에는 각각 제어 밸브 (45, 48)이 접속되어 있는 점에서 다르다. 액면계 (33)은 수소 공급부 (2)의 물 (23)의 액면을 계측한다. 제어 밸브 (45)는 배관 (18)을 통해 수소 공급부 (2)의 물 (23)을 냉각부 (90)으로 송출한다. 제어 밸브 (48)은 배관 (14)를 통해 수소 공급부 (2)의 수산화마그네슘 (22)를 다른 곳(예시: 처리부 (5))으로 송출한다.

수소 공급부 (2)는 액면계 (33)으로 계측되는 물 (23)의 액면에 기초하여, 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어할 수 있다. 즉, 액면계 (33)으로 계측되는 물 (23)의 액면에 기초하여, 수소 공급부 (2)로 공급되어 축적되는 물 (23)의 양이 원하는 양이 되도록 제어 밸브 (45)를 제어(예시: PID 제어)한다. 다만, 제어 밸브 (48)로 행할 수도 있다.

상기 물 (23)의 액면에 기초한 제어 밸브 (45)(또는 제어 밸브 (48))의 제어(예시: PID 제어)는 제어 장치(도시되지 않음)에 의해 실행된다. 이와 같이 수소 공급부 (2)로 공급되어 축적되는 물 (23)의 양을 원하는 양으로 제어함으로써, 마그네슘 입자 (21)과 반응하는 물 (23)의 양을 제어할 수 있기 때문에, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다. 즉, 제어 장치(도시되지 않음)는 연료 전지 (4)로 발전하는 전력에 기초하여, 생성할 필요가 있는 수소의 양을 산출하고, 그 수소의 양에 기초하여, 액면계 (33)으로 계측되는 물 (23)의 액면을 원하는 액면으로 하여 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어할 수 있다.

냉각부 (90)은 연료 전지 (4)의 냉각용의 물을 배관 (81), 유량 제어 밸브 (73), 배관 (82) 및 배관 (18)의 순환 유로를 이용하여 순환시킨다. 그 때, 배관 (81)의 도중에 설치된 연료 전지 (4)로 발생하는 열량을, 배관 (81) 내를 유통하는 물로 빼앗는다. 그 열량은 배관 (81)의 도중에 설치된 열 교환기 (7)에 의해 빼앗긴다. 이미 상술한 바와 같이, 연료 전지 (4)의 운전 상태에 따라서, 배관 (81)의 도중에 접속된 유량 제어 밸브 (74), 배관 (83)을 통해, 냉각용의 물을 수소 공급부 (2)로 공급한다.

냉각부 (90)은, 예를 들면 냉각수 저장부 (70), 냉각수 순환 펌프 (71) 및 냉각수 열교환기 (72)를 구비한다. 냉각수 저장부 (70)은 연료 전지 (4)의 냉각용의 물 (70a)를 저장하고 있다. 냉각수 순환 펌프 (71)은 순환 유로에 물 (70a)를 순환시킨다. 순환 유로에 순환되는 수량은 제어부(도시되지 않음)에 의해 제어된다. 냉각수 열교환기 (72)는 물 (70a)를, 배관 (84)를 흐르는 냉매(예시: 해수)에 의해 냉각한다.

밀폐 공간 (10), 산소 공급부 (3), 연료 전지 (4)는 제1의 실시 형태와 동일하기 때문에, 그의 설명을 생략한다.

본 실시 형태의 에너지 공급 시스템에서는 연료 전지 (4)의 배기의 물을 이용하여 수소 공급부 (2)로 수소를 발생하기 때문에, 물의 공급 장치를 설치할 필요가 없다. 그 때문에, 우주의 시설이나 이동 수단과 같은 밀폐 공간 (10)에 있어서 사용되는 장치로서 유효하다. 또한, 연료 전지 (4)의 운전 조건에 따라서 갑자기 수소가 필요한 경우, 연료 전지 (4)의 배기로부터의 물로서는 수소 공급부 (2)로 충분히 수소를 발생할 수 없는 경우가 있다. 그 경우라도, 연료 전지 (4)의 냉각용의 물을 일부 수소 공급부 (2)로 분류함으로써, 대응하는 것이 가능하다. 이에 따라, 이 경우라도 물의 공급 장치를 설치할 필요가 없고, 밀폐 공간 (10)에 있어서 사용되는 장치로서 유효하다.

본 실시 형태의 에너지 공급 시스템에서는, 유량 제어 밸브 (41)로 냉각 열 매체의 유량을 제어함으로써, 배관 (13)의 물의 온도를 원하는 온도로 제어할 수 있다. 이에 따라, 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어하여, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 제어 밸브 (45)로 물 (23)의 송출량을 제어함으로써, 물 (23)의 액면을 원하는 액면으로 제어할 수 있다. 이에 따라, 마그네슘 입자 (21)과 물 (23)의 반응을 제어하여, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 유량 제어 밸브 (42, 43)을 연휴시켜 배관 (11a)와 배관 (11b)를 유통하는 수소의 유량을 제어함으로써, 수소를 연료 전지 (4) 입구에서 소정의 온도(예시: 연료 전지 (4)가 PEFC인 경우, 80 ℃ 정도)로 할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제6의 실시 형태의 동작에 대해서 설명한다.

제어부(도시되지 않음)는 에너지 공급 시스템 (1e)의 기동시에, 유량 제어 밸브 (74)를 개방하여, 수소 공급부 (2)로 공급하는 물의 유량의 제어를 개시한다. 동시에, 제어부는 냉각부 (90)의 냉각수 순환 펌프 (71)을 동작시킨다. 이에 따라, 배관 (81), 유량 제어 밸브 (74) 및 배관 (83)을 통해, 유량이 제어된 물 (70a)가 물 (23)으로서 수소 공급부 (2)로 공급된다. 수소 공급부 (2)는 유량이 제어된 물 (23)과 마그네슘 입자 (21)과의 반응에 의해, 유량이 제어된 수소와 수산화마그네슘 (22)를 생성한다. 제어부는 배관 (11)의 유량 제어 밸브 (42, 43)을 제어하여, 수소 공급부 (2)로부터 연료 전지 (4)로 수소를 공급한다. 동시에, 산소 공급부 (3)으로부터 배관 (12)를 통해 연료 전지 (4)로 산소를 공급한다. 이들 수소와 산소와의 반응에 의해, 연료 전지 (4)가 전력 및 열을 발생한다. 제어부(도시되지 않음)는 전력의 발생을 검지하면, 유량 제어 밸브 (73)도 개방하여, 유량을 제어하면서, 연료 전지 (4)의 냉각을 개시한다. 반응에 의해 생성된 물은 배관 (13)을 통해 수소 공급부 (2)로 공급되기 시작한다.

제어부(도시되지 않음)는 에너지 공급 시스템 (1e)의 기동 종료 후, 유량 제어 밸브 (74)를 폐쇄한다. 냉각부 (90)으로부터의 물 (70a)는 연료 전지 (4)의 냉각에만 이용되게 된다. 수소 공급부 (2)는 배관 (13)으로부터 물 (23)을 공급받아, 물 (23)과 마그네슘 입자 (21)과의 반응에 의해, 수소와 수산화마그네슘 (22)를 생성한다. 이 때, 제어부는 상기 물 (23)의 액면에 기초한 제어 밸브 (45)의 제어에 의해, 물 (23)의 양을 원하는 양으로 제어하여, 마그네슘 입자 (21)과 반응하는 물 (23)의 양을 제어한다. 이에 따라, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어할 수 있다. 또한, 상기 물 (23)의 양의 제어에 더하여, 상기 물 (23)의 온도에 기초한 유량 제어 밸브 (41)의 제어에 의해, 수소 공급부 (2)로 공급되는 물을 원하는 온도로 제어하여, 물 (23)과 마그네슘 입자 (21)과의 반응을 제어한다. 이에 따라, 생성하는 수소의 양(생성 속도)을 제어할 수 있다. 제어부는 배관 (14)를 통해 수산화마그네슘 (22)와 물 (23)이 혼합된 슬러리를, 제어 밸브 (48)에 의해 외부로 송출한다. 연료 전지 (4)는 수소 공급부 (2)로부터의 수소와, 산소 공급부 (3)으로부터의 산소에 의해, 전력 및 열을 발생하고 있다. 또한, 배출물로서, 물(수증기)을 발생하여, 배관 (13)으로 배출하고 있다. 이 때, 상기한 온도 (T2)에 기초한 유량 제어 밸브 (42, 43)의 제어에 의해, 수소를 소정의 온도로 하여 연료 전지 (4)로 공급한다. 그것에 따라, 연료 전지 (4)의 열 효율을 향상시켜, 운전을 보다 적정히 행할 수 있다.

여기서, 제어부가 연료 전지 (4)에 접속된 부하의 급격한 변동(상승)을 검지한 경우, 이하의 동작을 실행한다. 즉, 제어부는 부하의 변동의 크기에 대응하여, 유량 제어 밸브 (74)를 개방하고, 수소 공급부 (2)로 공급하는 물의 유량의 제어를 개시한다. 그것에 따라, 유량이 제어된 물 (70a)가 추가적으로 수소 공급부 (2)로 공급된다. 수소 공급부 (2)는 배관 (13)으로부터의 물 (23)에 더하여, 배관 (81)로부터의 물 (70a)를 공급받아, 마그네슘 입자 (21)과의 반응에 의해, 다량의 수소와 수산화마그네슘 (22)를 생성할 수 있다. 이 대량의 수소에 의해, 부하가 급격한 변동(상승)에도 불구하고, 연료 전지 (4)는 충분한 양의 전력을 발전할 수 있다. 이 때, 유량 제어 밸브 (73)은 개방되어 있고, 연료 전지 (4)의 냉각은 계속적으로 행해지고 있다.

이상과 같이, 본 실시의 형태에서는 밀폐 공간에서, 기동이나 부하가 급격한 변동 등의 운전 조건에 상관없이, 필요한 양의 수소를 안정적으로 생성, 공급 가능해진다.

(제7의 실시 형태)

본 발명의 에너지 공급 시스템의 제7의 실시 형태의 구성에 대해서 설명한다.

도 11은 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제7의 실시 형태의 구성을 나타내는 블럭도이다. 에너지 공급 시스템 (1f)는 밀폐 공간 (10) 내에 설치되고, 수소 공급부 (2), 산소 공급부 (3), 연료 전지 (4), 처리부 (5), 분리부 (6), 열 교환부 (7), 온도 센서 (31, 32), 액면계 (33), 유량 제어 밸브 (41, 42, 43, 73, 74), 제어 밸브 (45, 48), 냉각부 (90)을 구비한다. 본 실시 형태에서는, 처리부 (5) 및 분리부 (6)이 추가되어 있는 점, 분리부 (6)에서 분리된 물이 냉각수 저장부 (70)으로 공급되는 점에서, 제6의 실시 형태와 다르다.

여기서, 처리부 (5) 및 분리부 (6)은 분리부 (6)에서 분리된 물이 냉각수 저장부 (70)으로 공급되는 것 이외에는 제1의 실시 형태 등과 동일하기 때문에, 그의 설명을 생략한다.

또한, 본 발명의 에너지 공급 시스템의 제7의 실시 형태의 동작에 대해서는, 제어부가 배관 (14)를 통해 수산화마그네슘 (22)와 물 (23)과의 혼합 슬러리를 제어 밸브 (48), 배관 (14)를 통해 처리부 (5)로 송출한 후의 처리부 (5), 분리부 (6)의 동작이 제1의 실시 형태와 동일하기 때문에, 그의 설명을 생략한다.

이 경우에도, 제1의 실시 형태의 효과 및 제6의 실시 형태의 동작의 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 상기 각 실시 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 기술 사상의 범위 내에 있어서, 각 실시 형태는 적절하게 변형 또는 변경될 수 있음은 분명하다. 또한, 상기 각 실시 형태는 서로 모순이 발생하지 않는 한, 적절하게 조합하여 실시하는 것이 가능하다.

Claims

(a) 물과의 반응에 의해 수소를 방출하는 입자를, 표면의 산화막이 없어지도록 수소 분위기를 포함하는 환원 분위기에 두는 공정과,
(b) 상기 입자를, 표면의 일부에 산화막이 형성되도록 산소 분압 5％ 이상 10％ 이하의 산화 분위기에 두는 공정을 구비하는
수소 생성 물질의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 입자는 가수 반응으로 수소를 방출하는 특성을 갖는 재료를 포함하는 것인 수소 생성 물질의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 입자는 Mg, Ni, Fe, V, Mn, Ti, Cu, Ag, Ca, Zn, Zr, Co, Cr, Al 중에서 선택되는 1종 이상의 재료를 포함하는 것인 수소 생성 물질의 제조 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 산소 분압 5％ 이상 10％ 이하의 산화 분위기는 산화에 대하여 불활성인 기체에 대한 산소 분압으로 제어되는 것인 수소 생성 물질의 제조 방법.