KR100989885B1 - 수소저장 장치 - Google Patents

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KR100989885B1 KR1020090057166A KR20090057166A KR100989885B1 KR 100989885 B1 KR100989885 B1 KR 100989885B1 KR 1020090057166 A KR1020090057166 A KR 1020090057166A KR 20090057166 A KR20090057166 A KR 20090057166A KR 100989885 B1 KR100989885 B1 KR 100989885B1
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안국영
김한석
유상석
이상민
조주형
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한국기계연구원
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Abstract

본 발명에 따르면, 내부에는 일정 크기의 내부공간이 형성되며, 상기 내부공간에는 수소저장 합금(Metal Hydride ; 140)이 밀폐된 상태로 저장된 몸체부(110); 상기 몸체부(110)의 내부공간에 배치되되, 일단부는 상기 몸체부(110)의 외부와 연결되어 상기 수소저장 합금(140)으로부터 생성된 수소가 상기 외부로 유출되거나, 상기 수소저장 합금(140)에 흡수될 수소가 상기 외부로부터 유입되는 통로인 수소 출입관(120); 관 형태로 형성되어 상기 몸체부(110)의 내부공간에 배치되되, 일단으로부터 고온수가 유입되어 타단을 통해 유출되며, 상기 일단과 타단은 상기 몸체부(110)의 외부로 노출된 형태로 구비된 가열관(160); 일단부는 상기 몸체부(110)의 내부면의 일측을 지지하도록 위치하며 일정한 크기의 탄성력을 갖는 적어도 하나 이상의 탄성부재(151)와, 일측면은 상기 탄성부재(151)의 타단부에 의해 지지되며 타측면은 상기 수소저장 합금(140)의 일측과 접촉되도록 위치하는 판 형상의 가압판(152)을 포함하는 적어도 하나 이상의 가압부(150);를 포함하는 수소저장 장치를 개시한다.
수소저장 장치

Description

수소저장 장치{Hydrogen Storage Device}
본 발명은 수소저장 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소저장 합금을 이용한 수소저장 장치에 관한 것이다.
최근 고정 또는 이동장비의 대체연료로서의 수소 활용의 필요성이 대두되면서, 이러한 수소연료에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
이러한 수소는 일반적으로 상온, 대기압 상태에서 기체로 존재하기 때문에 체적당 에너지 밀도가 낮고 운반 및 저장이 불편한 단점이 있다. 이러한 수소저장방법의 지속적인 기술발전을 통한 수소의 저장은 기체, 액체상태로의 저장뿐만 아니라, 활성화탄소에 수소흡착, 수소저장 합금에 저장하는 다양한 방법들이 강구되고 있다.
이중 수소저장 합금을 이용하여 수소저장 장치를 제작하는 경우에는 수소저장합금이 수소를 흡수하여 저장할 때는 발열반응이 발생하고 수소를 방출할 때는 흡열반응을 일으키므로 이와 같은 반응을 감안하여 수소저장탱크를 설계 및 제작하여야 한다.
여기서, 도 1은 종래 수소저장 합금을 이용한 수소저장 장치의 구성을 나타 낸 단면도이며, 도 2는 도 1의 수소저장 장치의 내부에 충진된 수소저장 합금의 부피가 감소된 상태를 도식적으로 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여, 종래의 수소저장 합금을 이용한 수소저장 장치의 구성을 설명한다.
종래의 수소저장 장치(10)는, 소정 용량의 수소저장 합금(14)이 채워지는 충전공간을 구비하는 몸체(11)와, 상기 수소저장 합금(14)의 흡열 반응 또는 발열 반응에 따라 수소의 유출 또는 유입되는 통로인 수소 출입관(12)과, 상기 몸체(11)의 내부를 관통하며 내부에는 고온수가 이동하는 가열관(13)을 포함하여 구비되었다.
이러한 상기 수소저장 장치(10)는, 상기 수소저장 합금(14)의 흡열 반응을 활성화시킬 목적으로 상기 몸체(11)의 내부에서 수소저장 합금(14)과 외부면이 접촉된 상태로 장착되는 가열관(13)에 의해 상기 수소저장 합금(14)의 온도를 상승시키는 구조를 갖는다.
여기서, 상기 수소저장 합금(14)에서의 수소발생반응은 흡열반응이므로 수소발생량은 수소저장 합금(14)에 공급되는 열에 비례하며, 이는 외부열원으로부터 수소저장장치로의 열전달량에 비례한다. 따라서, 수소의 생성량은 아래의 [수학식 1]과 같이 표현할 수 있다.
[수학식 1]
VH2 ∝ Qheat = U × A × △T
여기서, 상기 VH2는 수소의 생성량, Qheat는 열전달량, U는 총괄 열전달 계수, A는 열전달 면적이며, ΔT는 온도차를 의미한다.
즉, 상기 [수학식 1]과 같이, 상기 수소저장 장치(10)로부터 발생하는 수소 생성량(VH2)은 열전달 면적(A)이 넓을 수록, 수소저장 합금(14)의 온도(ΔT)가 높을 수록 보다 많은 양의 수소가 생성되는 것을 알 수 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 수소저장 장치(10)의 구성에 따르면, 상기 수소저장 합금(14)의 수소 생성량을 증대시킬 목적으로 상기 가열관(13)의 고온수를 이용하여 상기 수소 저장 합금(14)의 온도를 상승시키도록 구성되어 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수소저장 합금(14)은 저장된 수소가 생성되어 외부로 유출될 경우에는 수소 유출량에 대응하여 부피가 점차적으로 감소하는 특징을 갖는다.
이로 인하여 상기 가열관(13)과 수소저장 합금(14) 사이의 접촉이 불량해짐과 동시에 열전달 효율이 감소됨으로써, 상기 가열관(13)에 의한 수소저장 합금(14)의 가열효과가 약화되어 상기 수소저장 합금(14)의 수소 생성량(VH2)이 감소되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로,
일정한 크기의 탄성력을 갖는 가압부에 의해 수소저장 합금의 일측을 가압함으로써, 수소저장 장치의 내부 공간에 구비된 수소저장 합금과 가열관의 접촉 정도를 일정하게 유지시켜, 상기 수소저장 합금으로부터 생성되는 수소의 생성량을 극대화시킬 수 있는 수소저장 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수소저장 장치는, 내부에는 일정 크기의 내부공간이 형성되며, 상기 내부공간에는 수소저장 합금(Metal Hydride ; 140)이 밀폐된 상태로 저장된 몸체부(110); 상기 몸체부(110)의 내부공간에 배치되되, 일단부는 상기 몸체부(110)의 외부와 연결되어 상기 수소저장 합금(140)으로부터 생성된 수소가 상기 외부로 유출되거나, 상기 수소저장 합금(140)에 흡수될 수소가 상기 외부로부터 유입되는 통로인 수소 출입관(120); 관 형태로 형성되어 상기 몸체부(110)의 내부공간에 배치되되, 일단으로부터 고온수가 유입되어 타단을 통해 유출되며, 상기 일단과 타단은 상기 몸체부(110)의 외부로 노출된 형태로 구비된 가열관(160); 및 일단부는 상기 몸체부(110)의 내부면의 일측을 지지하도록 위치하며 일정한 크기의 탄성력을 갖는 적어도 하나 이상의 탄성부재(151)와, 일측면은 상기 탄성부재(151)의 타단부에 의해 지지되며 타측면은 상기 수소저장 합금(140)의 일측과 접촉되도록 위치하는 판 형상의 가압판(152)을 포함 하는 적어도 하나 이상의 가압부(150);를 포함한다.
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수소저장 장치는, 내부에는 일정 크기의 내부공간이 형성되며, 상기 내부공간에는 수소저장합금(Metal Hydride ; 240)이 밀폐된 상태로 저장된 몸체부(210); 상기 몸체부(210)의 외부면 일측에 결합되되 일단부는 상기 내부공간과 연통되며 타단부는 상기 몸체부(210)의 외부와 연통된 관으로서, 상기 수소저장 합금(240)으로부터 생성된 수소가 상기 외부로 유출되거나 상기 수소저장 합금(240)에 흡수될 수소가 상기 외부로부터 유입되는 통로인 수소 출원관(220); 관형태로 형성되어 상기 몸체부(210)의 내부공간에 배치되되, 일단으로부터 고온수가 유입되어 타단을 통해 유출되며, 상기 일단과 타단은 상기 몸체부(210)의 외부로 노출된 형태로 구비된 가열관(260); 및 상기 내부공간에 위치하는 복수의 판스프링(251)이 결합된 조합체로서, 상기 각 판스프링(251)의 일측부(252)는 서로 겹치는 형태로 형성되어 하나의 원통형상의 관(221)을 이루되, 상기 각 판스프링(251)의 타측부(253)는 상기 내부공간 내에서 방사형으로 연장된 형태로 구비된 가압부(250);를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수소 출입관(220)의 일단부는 상기 가압부(250)의 각 판스프링(251)의 일측부(252)에 의해 형성된 상기 원통형상의 관(221)의 일단부와 서로 연통되도록 구비되며, 상기 원통형상의 관(221)의 일측부에는 상기 수소저장 합금(240)이 통과되지 않는 크기를 갖는 복수의 통공(254)이 형성되어, 상기 통공(254)을 통해 상기 수소저장 합금(240)으로부터 생성된 수소가 상기 원통형상의 관(221)의 내부로 유입되어 상기 수소 출입관(220)으로 유출되거나, 상기 수소저장 합금(240)에 흡수될 수소가 상기 수소 출입관(220)으로부터 상기 원통형상의 관(221)의 내부로 유입되도록 구비될 수 있다.
또한, 상기 몸체부(110,210)의 외부면과 접촉되어 상기 몸체부(110,210)를 감싸는 형태로 형성된 외부 가열관(160',260')을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소저장 장치.
본 발명에 따른 수소저장 장치에 의하면,
첫째, 상기 수소저장 합금의 체적 감소가 지속되더라도 가압부에 의해 수소저장 합금과 가열관의 접촉 정도가 일정하게 유지되어, 유효한 열전달 면적이 유지되므로, 수소가 일정하게 생성되는 시간이 증대되는 장점이 있다.
둘째, 상기 수소저장 합금으로부터 생성되는 최소 수소 생성량의 지속 시간이 증대되며, 몸체부에 저장된 수소저장 합금이 저장된 부피 대비 수소 생성량이 증가되므로, 상기 수소저장 합금에 수소를 충전하는 주기가 길어지는 효과가 있다.
셋째, 상기 수소저장 합금이 충전된 몸체부의 외부면을 감싸는 외부 가열관에 의해, 상기 수소저장 합금이 갖는 온도가 더욱 상승되므로, 수소 생성량을 증대시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 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.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 3a는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 수소저장 장치의 구성을 나타낸 단면도, 도 3b는 도 3a의 측면을 나타낸 측면도, 도 3c는 도 3a의 수소저장 장치의 가압부에 의해 수소저장 합금이 압박된 상태를 나타낸 단면도이며, 도 4는 본 발명의 따른 수소저장 장치의 외부 가열관의 구성을 나타낸 측면도이다.
도 3a 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 수소저장 장치(100)는, 몸체부(110), 수소 출입관(120), 가열관(160), 가압부(150) 및 외가열관(160')을 포함한다.
먼저, 상기 몸체부(110)는, 내부에 일정 크기의 내부공간이 형성되며, 상기 내부공간에는 수소저장 합금(Metal Hydride ; 140)이 밀폐된 상태로 저장된다.
여기서, 상기 도 3a 내지 도 4에는 상기 몸체부(110)의 단면은 직사각형인 것으로 상기 몸체부(110)의 측면은 원형인 것으로 표현되었으나, 이에 한정되지 않으며, 상기 몸체부(110)의 단면 및 측면은 본 발명의 상기 수소저장 장치(100)가 사용 및 설치되는 환경에 따라 다양한 형태로 변형 가능함은 물론이다.
게다가, 상기 몸체부(110)를 형성하는 재질은 상기 수소저장 합금(140)을 저장 가능한 금속으로 이루어지는 것이 일반적이나, 상기 가열관(160)에 의해 가열된 온도가 보전될 수 있도록 단열효율이 우수한 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 단, 상기 몸체부(110)의 외부면에 상기 외부 가열관(160')이 장착될 경우에는 상기 외부 가열관(160')에 의해 몸체부(110)가 가열될 수 있도록 상기 몸체부(110)의 재질은 열전도율이 우수한 재질로 형성될 수 있다.
상기 수소 출입관(120)은, 상기 몸체부(110)의 내부공간에 배치되되, 일단부는 상기 몸체부(110)의 외부와 연결되어 상기 수소저장 합금(140)으로부터 생성된 수소가 상기 외부로 유출되거나, 상기 수소저장 합금(140)에 흡수될 수소가 상기 외부로부터 유입되는 통로이다.
여기서, 상기 외부는 본 발명의 수소저장 장치(100)로부터 수소를 공급 받는 별도의 장치 또는 시설물, 또는 상기 수소저장 합금(140)으로부터 생성 가능한 수소가 모두 유출되었을 경우 상기 수소저장 합금(140)에 수소를 재충전하기 위해 수소를 상기 몸체부(110)의 내부로 공급하는 장치 또는 시설물 등을 통칭한다.
또한, 상기 수소 출입관(120)의 외부면에는 도 3a의 확대도와 같이, 상기 수소는 통과하되 상기 수소저장 합금(140)이 통과되지 않는 크기를 갖는 복수 개의 통공(121)이 형성된다.
따라서, 상기 수소저장 합금(140)의 흡열 반응으로 인해 생성된 수소는 상기 복수 개의 통공(121)을 통해 상기 수소 출입관(120)의 내부로 유입되어 외부로 유출되며, 상기 수소저장 합금(140)의 수소 재충전을 위해 외부로부터 상기 수소 출 입관(120)으로 유입된 수소는 수소 출입관(120)의 내부에서 상기 복수 개의 통공(121)을 통해 몸체부(110)의 내부공간으로 유입되어 상기 수소저장 합금(140)에 흡수되도록 구비된다.
여기서, 상기 수소 출입관(120)은 금속 메시(Mesh)로 형성되거나, 외부면이 필터의 형태로 형성되어, 상기 수소저장 합금(140)이 상기 수소 출입관(120)의 내부로 유입되지 않은 상태에서 상기 수소만이 수소 출입관(120)의 내외부를 이동할 수 있도록 구비될 수 있다.
한편, 상기 가열관(160)은, 관 형태로 형성되어 상기 몸체부(110)의 내부공간에 배치되되, 일단으로부터 고온수가 유입되어 타단을 통해 유출되며, 상기 일단과 타단은 상기 몸체부(110)의 외부로 노출된 형태로 구비된다.
상기 가열관(160)의 외부면은 상기 몸체부(110)의 내부공간에 저장된 수소저장 합금(140)과 접촉되도록 구비되는데, 이로 인해 상기 가열관(160)의 내부를 이동하는 고온수에 의해 상기 수소저장 합금(140)의 온도가 상승하여 상기 수소저장 합금(140)으로부터 생성되는 수소 생성률이 증가되는 효과를 구현한다.
여기서, 도 3a에는 상기 몸체부(110)의 내부공간에 위치되는 상기 가열관(160)이 하나의 라인이 표현되었으나, 이는 표현의 용이성을 위해 간소화하여 나타낸 것이며, 상기 수소 생성률을 더욱 증가시키기 위해, 상기 수소저장 장치(100)에 구비되는 가열관(160)의 설치 수량을 증가시킬 수 있다.
또한, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 상기 가열관(160)은 몸체부(110)의 일측면의 일측을 관통하여 상기 내부공간을 거쳐 상기 일측면의 타측을 관통한 형태('U' 자 형)로 구비될 수도 있으며, 이 밖에 상기 몸체부(110)의 일측면을 관통하여 상기 내부공간을 거쳐 상기 몸체부(110)의 타측면을 관통하는 형태로 구비될 수 있음은 물론이다.
게다가, 본 발명의 수소저장 장치(100)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가열관(160)관 외에 상기 몸체부(110)에 저장된 수소저장 합금(140)이 갖는 온도를 상승시키기 위해 상기 몸체부(110)의 외부면과 접촉되어 상기 몸체부(110)를 감싸는 형태로 형성된 외부 가열관(160')이 구비되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 수소저장 합금(140)과의 열전달 면적을 증대시키기 위해 상기 가열관(160)을 상기 몸체부(110)의 내부공간에서 다양한 형태로 형성하는 것과, 상기 몸체부(110)의 외부면을 가열하기 위해 상기 외부 가열관(160')으로 몸체부(110)를 감싸되 다양한 형태로 형성하는 것은 당업자가 용이하게 실시할 수 있는 통상적인 기술에 해당한다.
한편, 상기 가압부(150)는, 일단부는 상기 몸체부(110)의 내부면의 일측을 지지하도록 위치하며 일정한 크기의 탄성력을 갖는 적어도 하나 이상의 탄성부재(151)와, 일측면은 상기 탄성부재(151)의 타단부에 의해 지지되며 타측면은 상기 수소저장 합금(140)의 일측과 접촉되도록 위치하는 판 형상의 가압판(152)을 포함한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수소저장 합금(140)은 흡열 반응에 의해 수소를 생성하면서 부피가 점차적으로 감소되는 특성으로 인하여, 상기 수소저장 합금(140)을 가열하는 가열관(160)과 접촉되는 정도가 악화되어 열전달량이 감소될 수 있다.
이에 상기 가압부(150)는, 도 3c에 나타낸 바와 같이 상기 탄성력에 의해 가압판(152)이 몸체부(110)의 내부에서 부피가 감소된 수소저장 합금(140)의 일측을 가압함으로써, 상기 수소저장 합금(140)이 갖는 밀도가 감소되지 않도록 구비된다.
따라서, 본 발명의 수소저장 장치(100)는, 상기 수소저장 합금(140)이 수소를 생성하며 부피가 감소하더라도 상기 가압부(150)에 의해 수소저장 합금(140)과 가열관(160)의 접촉 정도가 일정하게 유지되어, 유효한 열전달 면적이 유지되므로 수소 생성률이 감소되지 않는 효과를 구현할 수 있다.
한편, 도 3a 및 도 3c를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 수소저장 장치(100)의 동작 원리를 설명한다.
상기 수소저장 장치(100)의 몸체부(110)에 저장된 수소저장 합금(140)은 상기 수소 출입관(120)의 내부를 이동하는 고온수에 의해 가열되어 흡열 반응에 의해 수소를 생성하게 된다.
생성된 상기 수소는 도 3a에 도시된 화살표와 같이 상기 수소 출입관(120)의 외부면에 형성된 복수 개의 통공(121)를 통해 상기 수소 출입관(120)의 내부로 유입되어 외부로 유출된다.
상기 수소저장 합금(140)은 수소를 생성하면서 부피가 감소하게 되면, 가압부(150)에 의해 상기 수소저장 합금(140)의 일측을 가압판(152)이 가압하여 상기 수소저장 합금(140)과 가열관(160)의 열전달 면적은 유지된다.
이후, 상기 수소저장 합금(140)으로부터 생성 가능한 수소가 소진되면, 상기 수소 출입관(120)을 통해 외부로부터 수소가 유입되며, 상기 수소 출입관(120)의 복수 개의 통공(121)을 통해 상기 수소저장 합금(140)이 저장된 몸체부(110)의 내부공간으로 수소가 유입된다. 이때, 상기 수소저장 합금(140)의 발열 반응에 의해 상기 수소저장 합금(140)이 상기 수소를 흡수할 수 있도록 일정한 온도로 하강하여 주는 것이 바람직하며, 이를 구현하기 위해서는 상기 가열관(160) 및 외부 가열관(160')의 내부로 냉각수를 이동시키거나, 상기 몸체부(110) 자체를 냉각시킬 수 있다.
다음으로는, 본 발명의 바람직한 제2실시예에 따른 수소저장 장치의 구성을 설명한다.
도 5a는 본 발명의 제2실시예에 따른 수소저장 장치의 구성을 나타낸 단면도, 도 5b는 도 5a의 수소저장 장치의 측면을 나타낸 측면도, 도 6은 도 5a 및 도 5b의 수소저장 장치의 가압부가 수소저장 합금을 압박하는 상태를 나타낸 단면도, 도 7은 도 6의 가압부의 구성을 나타낸 사시도이며, 도 8은 도 7의 가압부의 판스프링의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 4 내지 도 8를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 수소저장 장치(200)는, 몸체부(210), 수소 출입관(220), 가압부(250), 가열관(260), 외부 가열관(260')을 포함한다.
먼저, 본 발명의 제2실시예에 따른 수소저장 장치(200)는, 상술한 제1실시예 에 따른 수소저장 장치(100)에서 가압부(250)및 수소 출입관(220)의 구성 및 작동원리가 변경되었으며, 그 외에 몸체부(210), 가열관(260) 및 외부 가열관(260')의 구성 및 동작원리는 상기 제1실시예에 따른 수소저장 장치(100)와 동일하므로, 상기 제2실시예에 따른 수소저장 장치(200)의 가압부(250) 및 수소 출입관(220)을 중심으로 설명한다.
상기 몸체부(210)는, 내부에 일정 크기의 내부공간이 형성되며, 상기 내부공간에는 수소저장 합금(Metal Hydride ; 240)이 밀폐된 상태로 저장된다.
여기서, 상기 도 5a 내지 도 6에는 상기 몸체부(210)의 단면이 직사각형인 것으로 상기 몸체부(210)의 측면은 원형인 것으로 표현되었으나, 이에 한정되지 않으며, 상기 몸체부(210)의 단면 및 측면은 본 발명의 상기 수소저장 장치(200)가 사용 및 설치되는 환경에 따라 다양한 형태로 변형 가능함은 물론이다.
게다가, 상기 몸체부(210)를 형성하는 재질은 상기 수소저장 합금(240)을 저장 가능한 금속으로 이루어 지는 것이 일반적이나, 상기 가열관(260)에 의해 가열된 온도가 보전될 수 있도록 단열효율이 우수한 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 단, 상기 몸체부(210)의 외부면에 상기 외부 가열관(260')이 장착될 경우에는 상기 외부 가열관(260')에 몸체부(210)가 가열될 수 있도록 상기 몸체부(210)의 재질은 열전도율이 우수한 재질로 형성될 수 있다.
상기 수소 출입관(220)은, 상기 몸체부(210)의 외부면 일측에 결합되되 일단부는 몸체부(210)의 내부공간과 연통되며, 타단부는 상기 몸체부(210)의 외부와 연통된 관으로서, 상기 수소저장 합금(240)으로부터 생성된 수소가 상기 외부로 유출 되거나 상기 수소저장 합금(240)에 흡수될 수소가 상기 외부로부터 유입되는 통로의 기능을 한다.
한편, 상기 가열관(260)은, 관형태로 형성되어 상기 몸체부(210)의 내부공간에 배치되되, 일단으로부터 고온수가 유입되어 타단을 통해 유출되며, 상기 일단과 타단은 상기 몸체부(210)의 외부로 노출된 형태로 구비된다.
여기서, 상기 가열관(260)의 외부면은 상기 내부공간에 저장된 수소저장 합금(240)과 접촉되도록 구비되는데, 이로 인해 상기 가열관(260)의 내부를 이동하는 고온수에 의해 상기 수소저장 합금(240)의 온도가 상승하여 상기 수소저장 합금(240)으로부터 생성되는 수소 생성률이 증가되는 효과를 구현한다.
또한, 도 5a에는 상기 몸체부(210)의 내부공간에 위치되는 상기 가열관(260)은 하나의 라인으로 표현되었으나, 이는 표현의 용이성을 위해 간소화하여 나타낸 것이며, 상기 수소 생성률을 더욱 증가시키기 위해, 상기 수소저장 장치(200)에 구비되는 가열관(260)의 설치 수량을 증가시킬 수 있다.
또한, 도 5a에 나타낸 바와 같이, 상기 가열관(260)은 몸체부(210)의 일측면의 일측을 관통하여 상기 내부공간을 거쳐 상기 일측면의 타측을 관통한 형태('U'자 형)로 구비될 수도 있으며, 이 밖에 상기 몸체부(210)의 일측면을 관통하여 상기 내부공간을 거쳐 상기 몸체부(210)의 타측면을 관통하는 형태로 구비될 수 있음은 물론이다.
게다가, 본 발명의 수소저장 장치(200)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 가열관(260) 외에 상기 몸체부(210)의 내부공간에 저장된 수소저장 합금(240)이 갖 는 온도를 상승시키기 위해 상기 몸체부(210)의 외부면과 접촉되어 상기 몸체부(210)를 감싸는 형태로 형성된 외부 가열관(260')이 구비되는 것이 바람직하다.
한편, 상기 가압부(250)는, 상기 몸체부(210)의 내부공간에 위치하는 복수 개의 판스프링(251)이 결합된 판스프링 조합체로서, 상기 각 판스프링(251)의 일측부(252)는 서로 겹치는 형태로 형성되어 하나의 원통형상의 관(221)을 이루되, 상기 각 판스프링(251)의 타측부(253)는 상기 내부공간 내에서 방사형으로 연장된 형태로 구비된다.
여기서, 상기 수소 출입관(220)의 일단부는 상기 가압부(250)의 각 판스프링(251)의 일측부(252)에 의해 형성된 상기 원통형상의 관(221)의 일단부와 서로 연통되도록 구비된다.
또한, 상기 각 판스프링(251)의 일측부(252) 즉, 상기 원통형상의 관(221)의 외부면에는 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 수소저장 합금(240)이 통과되지 않는 크기를 갖는 복수의 통공(254)이 형성되어, 상기 통공(254)을 통해 상기 수소저장 합금(240)으로부터 생성된 수소가 상기 원통형상의 관(221)의 내부로 유입되어 상기 수소 출입관(220)으로 유출되거나, 상기 수소저장 합금(240)에 흡수될 수소가 상기 수소 출입관(220)으로부터 유입되어, 상기 통공(254)를 통해 몸체부(210)의 내부공간 내로 유입되도록 구비된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수소저장 합금(240)은 흡열 반응에 의해 수소를 생성하면서 부피가 점차적으로 감소되는 특징으로 인하여, 상기 수소저장 합금(240)을 가열하는 가열관(260)과 수소저장 합금(240)의 접촉 정도가 약화되어 유 효한 열전달 면적이 감소될 수 있다.
이에 상기 가압부(250)는, 도 6에 나타낸 바와 같이 상기 가압부(250)의 각 판스프링(251)이 갖는 일정한 크기의 탄성력에 의해 상기 판스프링(251)의 타측부(253)가 몸체부(210)의 내부에서 부피가 감소된 수소저장 합금(240)의 일측을 가압하며 몸체부(210)의 중심 위치에서 외부 방향으로 밀어냄으로써, 상기 수소저장 합금(240)이 갖는 밀도가 감소되지 않도록 구비된다.
따라서, 본 발명의 수소저장 장치(200)는, 상기 수소저장 합금(240)이 수소를 생성하며 부피가 감소하더라도 상기 가압부(250)에 의해 상기 열전달 면적이 감소되지 않고 유지되므로, 수소 생성률이 감소되지 않는 효과를 구현할 수 있다.
한편, 도 5a 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 제2실시예에 따른 수소저장 장치(200)의 동작 원리를 설명한다.
상기 수소저장 장치(200)의 몸체부(210)에 저장된 수소저장 합금(240)은 상기 가열관(260)의 내부를 이동하는 고온수에 의해 가열되어 흡열 반응에 의해 수소를 생성하게 된다.
생성된 상기 수소는 도 5b에 도시된 화살표와 같이, 상기 각 판스프링(251)의 일측부(252)에 형성된 복수 개의 통공(254)를 통해 상기 가압부(250)의 원통형상의 관(221)의 내부로 유입되어 상기 수소 출입관(220)의 외부로 유출된다.
상기 수소저장 합금(240)은 수소를 생성하면서 부피가 감소하게 되면, 가압부(250)에 의해 상기 수소저장 합금(240)의 일측을 각 판스프링(251)의 타측 부(253)가 가압하여 상기 수소저장 합금(240)과 가열관(260)의 열전달 면적은 유지된다.
이후, 상기 수소저장 합금(240)으로부터 생성 가능한 수소가 소진되면, 상기 수소 출입관(220)을 통해 외부로부터 수소가 유입되며, 유입된 수소는 상기 가압부(250)의 원통형상의 관(221)에 형성된 복수 개의 통공(254)을 통해 상기 원통형상의 관(221)의 내부로 유입되며, 상기 통공(254)을 통해 수소저장 합금(240)이 저장된 몸체부(210)의 내부공간으로 상기 수소가 유입된다.
이때, 상기 수소저장 합금(240)의 발열 반응에 의해 상기 수소저장 합금(240)이 상기 수소를 흡수할 수 있도록 일정한 온도로 하강하여 주는 것이 바람직하며, 이를 구현하기 위해서는 상기 가열관(260) 또는 외부 가열관(260')의 내부로 냉각수를 이동시키거나, 상기 몸체부(210) 자체를 냉각시킬 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
도 1은 종래 수소저장 합금을 이용한 수소저장 장치의 구성을 나타낸 단면도,
도 2는 도 1의 수소저장 장치의 내부에 충진된 수소저장 합금의 부피가 감소된 상태를 나타낸 단면도,
도 3a는 본 발명의 바람직한 제1실시예에 따른 수소저장 장치의 구성을 나타낸 단면도,
도 3b는 도 3a의 측면을 나타낸 측면도,
도 3c는 도 3a의 수소저장 장치의 가압부에 의해 수소저장 합금이 압축된 상태를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 제1실시예 및 제2실시예에 따른 수소저장 장치의 외부 가열관의 구성을 나타낸 측면도,
도 5a는 본 발명의 제2실시예에 따른 수소저장 장치의 구성을 나타낸 단면도,
도 5b는 도 5a의 수소저장 장치의 측면을 나타낸 측면도,
도 6은 도 5a 및 도 5b의 수소저장 장치의 가압부가 수소저장 합금을 가압하는 상태를 나타낸 단면도,
도 7은 도 6의 가압부의 구성을 나타낸 사시도,
도 8은 도 7의 가압부의 판스프링의 구성을 나타낸 사시도이며,
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100,200...수소저장 장치 110,210...몸체부
120,220...수소 출입관 140,240...수소저장 합금
150,250...가압부 151...탄성부재
152...가압판 160, 260...가열관
251...판스프링

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 내부에는 일정 크기의 내부공간이 형성되며, 상기 내부공간에는 수소저장합금(Metal Hydride ; 240)이 밀폐된 상태로 저장된 몸체부(210);
    상기 몸체부(210)의 외부면 일측에 결합되되 일단부는 상기 내부공간과 연통 되며 타단부는 상기 몸체부(210)의 외부와 연통된 관으로서, 상기 수소저장 합금(240)으로부터 생성된 수소가 상기 외부로 유출되거나 상기 수소저장 합금(240)에 흡수될 수소가 상기 외부로부터 유입되는 통로인 수소 출원관(220);
    관형태로 형성되어 상기 몸체부(210)의 내부공간에 배치되되, 일단으로부터 고온수가 유입되어 타단을 통해 유출되며, 상기 일단과 타단은 상기 몸체부(210)의 외부로 노출된 형태로 구비된 가열관(260);
    상기 내부공간에 위치하는 복수의 판스프링(251)이 결합된 조합체로서, 상기 각 판스프링(251)의 일측부(252)는 서로 겹치는 형태로 형성되어 하나의 원통형상의 관(221)을 이루되, 상기 각 판스프링(251)의 타측부(253)는 상기 내부공간 내에서 방사형으로 연장된 형태로 구비된 가압부(250);를 포함하는 수소저장 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 수소 출입관(220)의 일단부는 상기 가압부(250)의 각 판스프링(251)의 일측부(252)에 의해 형성된 상기 원통형상의 관(221)의 일단부와 서로 연통되도록 구비되며,
    상기 원통형상의 관(221)의 일측부에는 상기 수소저장 합금(240)이 통과되지 않는 크기를 갖는 복수의 통공(254)이 형성되어,
    상기 통공(254)을 통해 상기 수소저장 합금(240)으로부터 생성된 수소가 상기 원통형상의 관(221)의 내부로 유입되어 상기 수소 출입관(220)으로 유출되거나, 상기 수소저장 합금(240)에 흡수될 수소가 상기 수소 출입관(220)으로부터 상기 원 통형상의 관(221)의 내부로 유입되도록 구비되는 것을 특징으로 하는 수소저장 장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 몸체부(210)의 외부면과 접촉되어 상기 몸체부(210)를 감싸는 형태로 형성된 외부 가열관(260')을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소저장 장치.
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