KR20210090170A - 수소가스 제조장치 - Google Patents

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Abstract

수소가스 제조장치(1)는 액체 암모니아를 가열하여 암모니아가스를 생성하는 기화기(5)와, 연료가스를 연소시킴으로써 기화기(5)에서 생성된 암모니아가스를 가열하여 질소가스와 수소가스로 분해하는 메인 열분해기(6)와, 메인 열분해기(6)에서 분해 생성된 질소가스 및 수소가스를 포함하는 분해 생성 가스를 냉각하는 냉각기(7)와, 냉각된 분해 생성 가스로부터 수소가스를 분리하는 분리기(8)를 구비한다.

Description

수소가스 제조장치
본 발명은 수소가스 제조장치에 관한 것이다.
최근, 지구 온난화 방지 등의 환경 보전의 관점에서 재생 가능한 연료인 수소를 사용하여 발전하는 연료전지가 착안되고 있다. 특허문헌 1에는 연료전지의 연료가 되는 수소가스의 제조 방법으로서 액체 암모니아와 금속수소화물을 반응시켜서 수소가스를 생성하는 방법이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 특개2010-265138호
그러나 상기 종래의 수소가스의 제조 방법에서는 고가인 금속수소화물을 사용할 필요가 있기 때문에, 수소가스를 저렴한 가격으로 제조할 수 없다는 문제가 있다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 수소가스를 저렴한 가격으로 제조할 수 있는 수소가스 제조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 수소가스 제조장치는 액체 암모니아를 가열하여 암모니아가스를 생성하는 기화기와, 연료가스를 연소시킴으로써 상기 기화기에서 생성된 암모니아가스를 가열하여 질소가스와 수소가스로 분해하는 메인 열분해기와, 상기 메인 열분해기에서 분해 생성된 질소가스 및 수소가스를 포함하는 제1 분해 생성 가스를 냉각하는 냉각기와, 냉각된 상기 제1 분해 생성 가스로부터 수소가스를 분리하는 분리기를 구비한다.
이 수소가스 제조장치에 의하면, 기화기에 의해 액체 암모니아를 가열하여 암모니아가스를 생성하고, 메인 열분해기서 연료가스를 연소시킴으로써 암모니아가스를 가열하여 질소가스와 수소가스로 분해한다. 그리고 분해 생성된 질소가스 및 수소가스를 포함하는 제1 분해 생성 가스를 냉각기에서 냉각한 후, 분리기에 의해 제1 분해 생성 가스로부터 수소가스를 분리한다. 이로써, 액체 암모니아로부터 수소가스를 제조할 수 있으므로, 종래의 금속수소화물을 사용하는 경우에 비해 수소가스를 저렴한 가격으로 제조할 수 있다.
상기 수소가스 제조장치는 상기 기화기에서 생성된 암모니아가스의 일부를 가열하여 질소가스와 수소가스로 분해하는 서브 열분해기와, 상기 서브 열분해기에서 분해 생성된 질소가스 및 수소가스를 포함하는 제2 분해 생성 가스와, 상기 기화기에서 생성된 암모니아가스의 다른 일부를 혼합하여 상기 연료가스를 생성하는 혼합기를 추가로 구비하고, 상기 메인 열분해기는 상기 연소가스를 공기와 함께 연소시킴으로써 상기 기화기에서 생성된 암모니아가스의 나머지를 가열하는 것이 바람직하다.
이 경우, 수소가스를 제조하기 위한 암모니아가스의 일부를, 메인 열분해기에서 연소시키는 연료가스로 이용할 수 있기 때문에, 연료가스를 별도로 준비할 필요가 없다.
상기 냉각기는 상기 액체 암모니아와 상기 제1 분해 생성 가스 사이에서 열교환함으로써, 상기 제1 분해 생성 가스를 냉각하는 것이 바람직하다.
이 경우, 수소가스를 제조하기 위한 액체 암모니아를, 냉각기에서 제1 분해 생성 가스를 냉각하는 냉각 매체로 이용할 수 있기 때문에, 냉각 매체를 별도로 준비할 필요가 없다.
상기 기화기는 상기 냉각기에서 열교환된 상기 액체 암모니아를 가열하여 암모니아가스를 생성하는 것이 바람직하다.
이 경우, 냉각기에서 제1 분해 생성 가스의 열에 의해 액체 암모니아를 예비 가열할 수 있기 때문에, 기화기에서 액체 암모니아로부터 암모니아가스를 효율적으로 생성할 수 있다.
본 발명의 수소가스 제조장치에 의하면, 수소가스를 저렴한 가격으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 수소가스 제조장치의 구성을 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시형태에 따른 수소가스 제조장치의 구성을 나타내는 모식도이다. 도 1에서 본 실시형태의 수소가스 제조장치(1)는 예를 들면, 수소가스와 산소가스를 화학 반응시켜서 발전하는 차재의 연료전지 시스템(도시 생략)에 구비되어 있고, 연료인 상기 수소가스를 제조하는 것이다.
수소가스 제조장치(1)는 복수개의 탱크(2, 3, 4)를 구비하고 있다. 탱크(2 및 3)는 액체 암모니아를 저류하고, 일단(一端)이 전환 밸브(21)에 접속된 제1 유로(L1) 및 제2 유로(L2)의 타단(他端)에 각각 접속되어 있다. 전환 밸브(21)에는 제3 유로(L3)가 추가로 접속되어 있고, 제3 유로(L3)를 제1 유로(L1)에 접속하는 제1 전환 위치와, 제3 유로(L3)를 제2 유로(L2)에 접속하는 제2 전환 위치 사이에서 전환되도록 되어 있다. 예를 들면, 전환 밸브(21)는 탱크(2) 내의 액체 암모니아가 얼마 남지 않았을 때에 제1 전환 위치로부터 제2 전환 위치로 전환되고, 탱크(3) 내의 액체 암모니아가 얼마 남지 않았을 때에 제2 전환 위치로부터 제1 전환 위치로 전환되도록 되어 있다.
탱크(4)는 예를 들면 근처에서 화재 등이 발생한 경우에 위험 온도(예를 들면 40℃)까지 상승된 탱크(2, 3) 내의 액체 암모니아를 냉각하기 위한 냉각액을 저류한다. 냉각액으로는 예를 들면 희염산수가 사용된다.
탱크(4)에는 분무 노즐(22)이 접속되어 있고, 이 분무 노즐(22)은 후술할 공기 공급원(11)으로부터 공급되는 가압 공기에 의해 냉각액을 탱크(2, 3)를 향해 분무하도록 되어 있다.
수소가스 제조장치(1)는 기화기(5), 서브 열분해기(9), 및 혼합기(10)를 추가로 구비하고 있다.
기화기(5)는 탱크(2, 3)로부터 공급된 액체 암모니아를 가열하여 암모니아가스를 생성하는 것이다. 기화기(5)는 내관(51)과, 내관(51)의 바깥둘레에 마련된 히터(52)와, 히터(52)의 온도를 검출하는 온도검출 센서(53)를 구비하고 있다.
내관(51)의 일단은 액체 암모니아를 내부에 도입하는 도입구(51a)로 되고, 내관(51)의 타단은 내관(51)의 내부에서 액체 암모니아로부터 생성된 암모니아가스를 외부로 배출하는 배출구(51b)로 되어 있다.
도입구(51a)에는 제4 유로(L4)의 일단이 접속되어 있다. 제4 유로(L4)의 타단은 후술할 냉각기(7)를 통해 제3 유로(L3)의 단부(端部)에 접속되어 있다. 이로써, 탱크(2, 3) 내의 액체 암모니아는 제3 유로(L3), 냉각기(7), 및 제4 유로(L4)를 통해 기화기(5)의 내관(51)에 도입된다. 한편, 제4 유로(L4)의 도중에는 기화기(5)로의 액체 암모니아의 도입량을 조정하는 조정 밸브(24)가 마련되어 있다.
히터(52)는 통전에 의해 발열하는 니크롬선 등의 전열선으로 이루어지고, 내관(51)의 바깥둘레를 따라 나선 형상으로 휘감겨 있다. 이로써, 히터(52)는 내관(51) 내에 도입된 액체 암모니아를 가열한다. 한편, 히터(52)는 전열선 이외에 열광선, 플라즈마열, 열풍, 적외선, 전자파 등의 기타 열원을 이용해도 된다.
온도검출 센서(53)는 예를 들면 열전대 소선으로 이루어지고, 히터(52)의 일부에 휘감겨서 장착되어 있다. 이 온도검출 센서(53)에 의해 히터(52)의 온도를 측정함으로써, 히터(52)에 대한 통전이 제어되도록 되어 있다. 본 실시형태에서는 히터(52)의 온도가 100℃ 전후가 되도록 히터(52)에 대한 통전이 제어된다. 한편, 히터(52)에 대한 통전은 연료전지 시스템의 가동(稼動) 초기에는 도시하지 않은 차재 배터리를 이용하고, 연료전지 시스템의 가동 초기 이후에는 연료전지 시스템의 발전 전력을 이용한다.
기화기(5)의 내관(51)의 배출구(51b)에는 제5 유로(L5)가 접속되어 있고, 제5 유로(L5)의 도중부터 분기되는 제6 유로(L6)의 단부에는 서브 열분해기(9)가 접속되어 있다. 이로써, 기화기(5)로부터 배출된 암모니아가스의 일부는 제5 유로(L5)의 도중부터 제6 유로(L6)를 통해 서브 열분해기(9)의 내관(91)에 도입된다.
서브 열분해기(9)는 기화기(5)에서 생성된 암모니아가스의 일부를 가열하여 하기 식(1)에 나타내는 바와 같이 질소가스(N2)와 수소가스(H2)로 흡열 분해 반응하는 것이다.
2NH3→N2+3H2 … (1)
서브 열분해기(9)는 내관(91)과, 내관(91)의 바깥둘레에 마련된 히터(92)와, 히터(92)의 온도를 검출하는 온도검출 센서(93)를 구비하고 있다. 내관(91)의 일단은 암모니아가스를 내부에 도입하는 도입구(91a)로 되고, 내관(91)의 타단은 암모니아가스로부터 분해 생성된 질소가스 및 수소가스를 포함하는 분해 생성 가스(제2 분해 생성 가스)를 외부로 배출하는 배출구(91b)로 되어 있다.
히터(92)는 기화기(5)의 히터(52)와 마찬가지로 통전에 의해 발열하는 니크롬선 등의 전열선으로 이루어지고, 내관(91)의 바깥둘레를 따라 나선 형상으로 휘감겨 있다. 이로써, 히터(92)는 내관(91) 내에 도입된 암모니아가스를 가열한다. 한편, 히터(92)는 전열선 이외에 열광선, 플라즈마열, 열풍, 적외선, 전자파 등의 기타 열원을 이용해도 된다.
온도검출 센서(93)는 기화기(5)의 온도검출 센서(53)와 마찬가지로, 예를 들면 열전대 소선으로 이루어지고, 히터(92)의 일부에 휘감겨서 장착되어 있다. 이 온도검출 센서(93)에 의해 히터(92)의 온도를 측정함으로써, 히터(92)에 대한 통전이 제어되도록 되어 있다. 본 실시형태에서는 히터(92)의 온도가 500℃~700℃가 되도록 히터(52)에 대한 통전이 제어된다. 한편, 히터(92)에 대한 통전은, 연료전지 시스템의 가동 초기에는 차재 배터리를 이용하고, 연료전지 시스템의 가동 초기 이후에는 연료전지 시스템의 발전 전력을 이용한다.
서브 열분해기(9)의 배출구(91b)에는 제7 유로(L7)가 접속되어 있고, 제7 유로(L7)의 단부에는 혼합기(10)가 접속되어 있다. 이로써, 서브 열분해기(9)로부터 배출된 분해 생성 가스는 제7 유로(L7)를 통해 혼합기(10)에 도입된다.
또한, 기화기(5)로부터 연장되는 제5 유로(L5)의 단부도 혼합기(10)가 접속되어 있다. 이로써, 기화기(5)의 배출구(51b)로부터 배출된 암모니아가스의 다른 일부도 제5 유로(L5)를 통해 혼합기(10)에 도입된다.
혼합기(10)는 서브 열분해기(9)에서 분해 생성된 분해 생성 가스와, 기화기(5)에서 생성된 암모니아가스의 다른 일부를 혼합하여 연료가스를 생성하는 것이다.
혼합기(10)는 서브 열분해기(9)에서 분해 생성된 분해 생성 가스를 도입하는 제1 도입구(10a)와, 기화기(5)에서 생성된 암모니아가스를 도입하기 위한 제2 도입구(10b)와, 내부에서 혼합하여 생성된 혼합 가스를 배출하는 배출구(10c)를 가진다.
제1 도입구(10a)에는 제7 유로(L7)의 단부가 접속되고, 제2 도입구(10b)에는 제5 유로(L5)의 단부가 접속되어 있다. 이로써, 제1 도입구(10a)로부터 도입된 분해 생성 가스는 제2 도입구(10b)로부터 도입된 암모니아가스와 혼합된다.
수소가스 제조장치(1)는 메인 열분해기(6), 및 공기 공급원(11)을 추가로 구비하고 있다.
메인 열분해기(6)는 연료가스를 연소시킴으로써 기화기(5)에서 생성된 암모니아가스의 나머지(서브 열분해기(9) 및 혼합기(10)에 도입되지 않고 남은 암모니아가스)를 가열하여, 상기 식(1)에 나타내는 바와 같이 질소가스와 수소가스로 흡열 분해 반응하는 것이다.
메인 열분해기(6)는 내부에 연소실(61a)이 형성된 통 형상의 케이스(61)와, 케이스(61) 내에 마련된 나선 형상의 내관(62)과, 연소실(61a) 내에 공급된 연료가스를 점화시키는 점화 플러그(63)와, 연소실(61a)의 온도를 검출하는 온도검출 센서(64)를 구비하고 있다.
케이스(61)의 긴 쪽 방향의 일단부(一端部)에는 연료가스를 도입하는 제1 도입구(61b)가 형성되어 있다. 제1 도입구(61b)에는 혼합기(10)의 배출구(10c)로부터 연장되는 제8 유로(L8)의 단부가 접속되어 있다. 이로써, 혼합기(10)로부터 배출된 연소가스는 제8 유로(L8)를 통해 케이스(61)의 연소실(61a)에 도입된다.
또한, 케이스(61)의 긴 쪽 방향의 일단부에는 공기를 도입하는 제2 도입구(61c)가 형성되어 있다. 제2 도입구(61c)에는 공기 공급원(11)으로부터 연장되는 제9 유로(L9)의 단부가 접속되어 있다. 공기 공급원(11)은 예를 들면 에어컴프레서로 이루어지고, 제9 유로(L9)를 통해 케이스(61)의 연소실(61a)에 가압 공기(예를 들면 0.2㎫~0.3㎫로 가압된 공기)를 공급하도록 되어 있다. 이 가압 공기에 의해 연소실(61a)에서 연소가스가 연소되기 쉬워진다. 케이스(61)의 긴 쪽 방향의 타단은 연소가스 연소 후의 배기가스가 배출되는 배출구(61d)로 되어 있다.
내관(62)의 일단은 기화기(5)에서 생성된 암모니아가스를 내부에 도입하는 도입구(62a)로 되어 있고, 이 도입구(62a)는 케이스(61)의 배출구(61d) 측의 바깥둘레에서 개구되어 있다. 그리고 도입구(62a)에는 제5 유로(L5)의 도중부로부터 분기되는 제10 유로(L10)의 단부가 접속되어 있다. 이로써, 기화기(5)에서 생성된 암모니아가스의 상기 나머지는 제10 유로(L10)를 통해 메인 열분해기(6)의 내관(62)에 도입된다.
내관(91)의 타단은 암모니아가스로부터 분해 생성된 질소가스 및 수소가스를 포함하는 분해 생성 가스(제1 분해 생성 가스)를 케이스(61)의 외부로 배출하는 배출구(62b)로 되어 있다. 이 배출구(62b)는 케이스(61)의 긴 쪽 방향의 중간부의 바깥둘레에서 개구되어 있다.
점화 플러그(63)는 케이스(61)의 바깥둘레에서 내관(91)의 배출구(62b)와, 공기를 도입하는 제2 도입구(61c) 사이에 마련되어 있다. 점화 플러그(63)는 연소실(61a)에서 불꽃을 발생시킴으로써 연소실(61a)에서 연소가스를 연소시킬 수 있다.
온도검출 센서(64)는 기화기(5)의 온도검출 센서(53)과 마찬가지로, 예를 들면 열전대 소선으로 이루어지고, 내관(62)의 일부에 휘감겨서 장착되어 있다. 이 온도검출 센서(64)에 의해 연소실(61a)의 온도를 측정함으로써, 연소실(61a)의 온도가 500℃~900℃가 되도록 연소가스나 가압 공기의 도입량 등이 제어되도록 되어 있다.
제5 유로(L5)의 도중, 및 제10 유로(L10)의 도중에는 혼합기(10) 및 메인 열분해기(6)로의 암모니아가스의 도입량을 조정하는 조정 밸브(25, 26)가 각각 마련되어 있다. 또한, 제6 유로(L6)의 도중에는 서브 열분해기(9)로의 암모니아가스의 도입량을 조정하는 조정 밸브(27)가 마련되어 있다. 본 실시형태에서는 혼합기(10) 및 서브 열분해기(9) 각각에는 소량의 암모니아가스가 도입됨과 함께, 메인 열분해기(6)에는 다량인 암모니아가스가 도입되도록 조정 밸브(25~27)가 각각 제어된다.
이상으로부터, 메인 열분해기(6)에서는 혼합기(10)로부터 연소실(61a)에 도입된 연료가스가 공기 공급원(11)으로부터 연소실(61a)에 도입된 공기와 함께 연소됨으로써, 내관(91)의 도입구(62a)로부터 그 내부에 도입된 다량의 암모니아가스가 효율적으로 가열되고, 다량의 질소가스와 수소가스로 흡열 분해된다. 그리고 이와 같이 분해 생성된 다량의 질소가스 및 수소가스를 포함하는 분해 생성 가스는 내관(62)의 배출구(62b)로부터 외부로 배출된다.
수소가스 제조장치(1)는 냉각기(7), 및 분리기(8)를 추가로 구비한다.
냉각기(7)는 메인 열분해기(6)의 내관(91)의 배출구(62b)로부터 연장되는 제11 유로(L11)의 단부에 접속되어 있고, 메인 열분해기(6)에서 분해 생성된 분해 생성 가스를 냉각하는 것이다. 본 실시형태의 냉각기(7)는 기화기(5)에 도입되기 전의 액체 암모니아와, 메인 열분해기(6)에서 분해 생성된 분해 생성 가스 사이에서 열교환함으로써 상기 분해 생성 가스를 냉각하도록 되어 있다.
냉각기(7)는 통 형상의 케이스(71)와, 케이스(71) 내에 마련된 나선 형상의 내관(72)을 구비한다.
내관(72)의 일단은 기화기(5)에 도입되기 전의 액체 암모니아를 내부에 도입하는 도입구(72a)로 되어 있고, 이 도입구(72a)는 케이스(71)의 긴 쪽 방향의 일단 측의 바깥둘레에서 개구되어 있다. 그리고 도입구(72a)에는 전환 밸브(21)로부터 연장되는 제3 유로(L3)의 단부가 접속되어 있다. 이로써, 냉각기(7)의 내관(72)에는 탱크(2, 3)로부터 전환 밸브(21) 및 제3 유로(L3)를 통해 저온(예를 들면 -50℃)의 액체 암모니아가 도입된다. 한편, 제3 유로(L3)의 도중부에는 내관(72)으로의 암모니아가스의 도입량을 조정하는 조정 밸브(23)가 마련되어 있다.
내관(72)의 타단은 그 내부에서 열교환된 액체 암모니아를 외부로 배출하는 배출구(72b)로 되어 있고, 이 배출구(72b)는 케이스(71)의 긴 쪽 방향의 타단 측의 바깥둘레에서 개구되어 있다. 그리고 배출구(72b)에는 기화기(5)로부터 연장되는 제4 유로(L4)의 단부가 접속되어 있다. 이로써, 냉각기(7)의 내관(72)에서 열교환된 액체 암모니아는 배출구(72b)로부터 제4 유로(L4)를 통해 기화기(5)의 내관(51)에 도입된다. 따라서, 본 실시형태의 기화기(5)는 냉각기(7)에서 열교환된 액체 암모니아를 가열하여 암모니아가스를 생성한다.
케이스(71)의 상기 타단 측의 단면(端面)에는 메인 열분해기(6)에서 분해 생성된 고온(500℃~900℃)의 분해 생성 가스를 케이스(71) 내에 도입하는 도입구(71a)가 형성되어 있다. 케이스(71)의 상기 일단 측의 단면에는 케이스(71) 내에서 열교환된 분해 생성 가스를 외부로 배출하는 배출구(71b)가 형성되어 있다.
이상의 구성에 의해, 냉각기(7)의 케이스(71) 내에서 도입구(71a)로부터 배출구(71b)를 향해 고온의 분해 생성 가스가 통과할 때에, 그 고온의 분해 생성 가스와 내관(51)에 도입된 저온의 액체 암모니아 사이에서 열교환이 실시된다. 즉, 고온의 분해 생성 가스는 저온의 액체 암모니아에 의해 냉각되고, 저온의 암모니아가스는 고온의 분해 생성 가스에 의해 소정 온도까지 예비 가열된다. 본 실시형태에서는 고온의 분해 생성 가스는 저온의 액체 암모니아에 의해 약 50℃까지 냉각된다.
분리기(8)는 냉각기(7)에서 냉각된 분해 생성 가스로부터 수소가스를 분리하는 것이다. 본 실시형태의 분리기(8)는 그 내부에 마련된 중공사(中空絲) 가스 분리막(도시 생략)에 의해, 질소가스 및 수소가스를 포함하는 분해 생성 가스로부터 수소가스만을 분리한다.
분리기(8)는 냉각기(7)에서 냉각된 분해 생성 가스를 도입하는 도입구(8a)와, 분해 생성 가스로부터 분리한 수소가스를 배출하는 제1 배출구(8b)와, 수소가스 이외의 분해 생성 가스(질소가스)를 배출하는 제2 배출구(8c)를 가진다.
이상, 본 실시형태의 수소가스 제조장치(1)에 의하면, 기화기(5)에 의해 액체 암모니아를 가열하여 암모니아가스를 생성하고, 메인 열분해기(6)에서 연료가스를 연소시킴으로써 암모니아가스를 가열하여 질소가스와 수소가스로 분해한다. 그리고 분해 생성된 질소가스 및 수소가스를 포함하는 분해 생성 가스를 냉각기(7)에서 냉각한 후, 분리기(8)에 의해 분해 생성 가스로부터 수소가스를 분리한다. 이로써, 액체 암모니아로부터 수소가스를 제조할 수 있으므로, 종래의 금속수소화물을 사용하는 경우에 비해 수소가스를 저렴한 가격으로 제조할 수 있다.
또한, 기화기(5)에서 생성된 암모니아가스의 일부를 서브 열분해기(9)에서 가열하여 질소가스와 수소가스로 분해하고, 그 질소가스 및 수소가스를 포함하는 분해 생성 가스와, 기화기(5)에서 생성된 암모니아가스의 다른 일부를 혼합기(10)에서 혼합하여 연소가스를 생성한다. 이로써, 수소가스를 제조하기 위한 암모니아가스의 일부를 메인 열분해기(6)에서 연소시키는 연료가스로 이용할 수 있기 때문에, 연료가스를 별도로 준비할 필요가 없다.
또한, 냉각기(7)는 기화기(5)에 도입하기 전 저온의 액체 암모니아와, 메인 열분해기(6)에서 분해 생성된 고온의 분해 생성 가스 사이에서 열교환함으로써, 상기 해생성 가스를 냉각한다. 이로써, 수소가스를 제조하기 위한 액체 암모니아를, 냉각기(7)에서 분해 생성 가스를 냉각하는 냉각 매체로 이용할 수 있기 때문에, 냉각 매체를 별도로 준비할 필요가 없다.
또한, 기화기(5)는 냉각기(7)에서 열교환된 액체 암모니아를 가열하여 암모니아가스를 생성하므로, 냉각기(7)에서 고온의 분해 생성 가스의 열에 의해 액체 암모니아를 예비 가열할 수 있기 때문에, 기화기(5)에서 액체 암모니아로부터 암모니아가스를 효율적으로 생성할 수 있다.
상기 실시형태에서는 수소가스를 제조하기 위한 암모니아가스의 일부를, 메인 열분해기(6)에서 연소시키는 연료가스로 이용하고 있는데, 별도로 암모니아가스 등의 연소가스를 준비해도 된다. 또한, 상기 실시형태의 기화기(5)는 냉각기(7)에서 열교환된 액체 암모니아를 가열하여 암모니아가스를 생성하고 있는데, 탱크(2, 3)로부터 기화기(5)에 직접 액체 암모니아를 도입·가열하여 암모니아가스를 생성해도 된다. 또한, 상기 실시형태에서는 수소가스를 제조하기 위한 액체 암모니아를, 냉각기(7)에서 분해 생성 가스를 냉각하는 냉각 매체로 이용하고 있는데, 냉각기(7)의 냉각 매체를 별도로 준비해도 된다.
본 발명의 수소가스 제조장치는 연료전지 시스템의 연료가 되는 수소가스의 제조 이외에, 수소 엔진의 연료가 되는 수소가스의 제조 등, 다른 용도로 사용되는 수소가스의 제조에도 적용할 수 있다.
한편, 본 발명의 수소가스 제조장치에서 제조한 수소가스를, 순수소가스(시판의 수소가스 및 수소 리치 가스를 포함함)와 함께, 레시프로 엔진(디젤 엔진을 포함함)으로 이루어지는 수소 엔진의 연료로 사용할 때에는 극히 드물게 백파이어가 발생하는 경우가 있다. 이 때문에, 수소 엔진(레시프로 엔진)을 점화하는 경우에는 시동 시나 종료 시에 엔진의 회전 수가 0~400rpm인 동안에는 연료를 공급하지 않고 세루모터로 시동 및 종료 작동하면 백파이어를 방지할 수 있다.
또한, 연료 공급을 정지시키지 않고 백파이어를 방지하기 위해서는 엔진의 위험 회전 수에서 점화 위치를 상사점보다도 5~20도 정도 낮아지도록 조정함으로써, 백파이어를 방지할 수 있다.
더욱이, 회전 수를 0~400rpm 이상의 고속 가동(통상 가동)으로 이행하여 연비 향상을 도모할 때에는 점화 위치를 상사점보다도 약간 높이 5~10도 정도 높게 하면 된다. 단, 엔진 정지를 향할 때에는 연료 밸브를 폐지하고, 엔진이 위험 회전 수가 되었을 때에 다시 점화 위치를 낮게 하면 된다.
상술한 실시형태는 모두 예시이며 제한적인 것은 아니다. 본 발명의 권리 범위는 청구범위에 의해 규정되고, 그곳에 기재된 구성과 균등한 범위 내의 모든 변경은 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
1: 수소가스 제조장치 2~4: 탱크
5: 기화기 6: 메인 열분해기
7: 냉각기 8: 분리기
8a: 도입구 8b: 제1 배출구
8c: 제2 배출구 9: 서브 열분해기
10: 혼합기 10a: 제1 도입구
10b: 제2 도입구 10c: 배출구
11: 공기 공급원 21: 전환 밸브
22: 분무 노즐 23~27: 조정 밸브
51: 내관 51a: 도입구
51b: 배출구 52: 히터
53: 온도검출 센서 61: 케이스
61a: 연소실 61b: 제1 도입구
61c: 제2 도입구 61d: 배출구
62: 내관 62a: 도입구
62b: 배출구 63: 점화 플러그
64: 온도검출 센서 71: 케이스
71a: 도입구 71b: 배출구
72: 내관 72a: 도입구
72b: 배출구 91: 내관
91a: 도입구 91b: 배출구
92: 히터 93: 온도검출 센서
L1: 제1 유로 L2: 제2 유로
L3: 제3 유로 L4: 제4 유로
L5: 제5 유로 L6: 제6 유로
L7: 제7 유로 L8: 제8 유로
L9: 제9 유로 L10: 제10 유로
L11: 제11 유로

Claims (4)

  1. 액체 암모니아를 가열하여 암모니아가스를 생성하는 기화기와,
    연료가스를 연소시킴으로써 상기 기화기에서 생성된 암모니아가스를 가열하여 질소가스와 수소가스로 분해하는 메인 열분해기와,
    상기 메인 열분해기에서 분해 생성된 질소가스 및 수소가스를 포함하는 제1 분해 생성 가스를 냉각하는 냉각기와,
    냉각된 상기 제1 분해 생성 가스로부터 수소가스를 분리하는 분리기를 구비하는 수소가스 제조장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기화기에서 생성된 암모니아가스의 일부를 가열하여 질소가스와 수소가스로 분해하는 서브 열분해기와,
    상기 서브 열분해기에서 분해 생성된 질소가스 및 수소가스를 포함하는 제2 분해 생성 가스와, 상기 기화기에서 생성된 암모니아가스의 다른 일부를 혼합하여 상기 연료가스를 생성하는 혼합기를 추가로 구비하고,
    상기 메인 열분해기는 상기 연소가스를 공기와 함께 연소시킴으로써 상기 기화기에서 생성된 암모니아가스의 나머지를 가열하는, 수소가스 제조장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 냉각기는 상기 액체 암모니아와 상기 제1 분해 생성 가스 사이에서 열교환함으로써, 상기 제1 분해 생성 가스를 냉각하는, 수소가스 제조장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기화기는 상기 냉각기에서 열교환된 상기 액체 암모니아를 가열하여 암모니아가스를 생성하는, 수소가스 제조장치.
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