KR101619630B1 - 연료전지 차량의 수소저장장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소탱크의 라이너층과 복합재층 사이에 수소가스가 트랩되는 것을 방지하기 위한 연료전지 차량의 수소저장장치에 관한 것으로, 라이너층을 투과한 수소가스가 복합재층 내부 또는 복합재층과 라이너층의 층상 경계면에 포집되는 현상을 방지하기 위하여, 수소탱크의 라이너층을 투과한 수소가스를 복합재층을 통해 외부로 균일하게 확산시켜 배출할 수 있는 연료전지 차량의 수소저장장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

연료전지 차량의 수소저장장치 {hydrogen storage device of fuel cell vehicle}

본 발명은 연료전지 차량의 수소저장장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수소탱크의 라이너층과 복합재층 사이에 수소가스가 트랩되는 것을 방지하기 위한 연료전지 차량의 수소저장장치에 관한 것이다.

일반적으로 연료전지 차량에는 스택의 연료로 사용되는 고압의 수소가스를 저장하기 위해 수소탱크가 탑재된다.

종래의 수소탱크는 플라스틱 소재로 이루어진 내부의 라이너층과 탄소복합재 소재로 이루어진 외부의 복합재층으로 형성된다.

이러한 수소탱크는 내부에 저장된 수소가스 중 미량이 라이너층을 투과하게 되는데, 이때 라이너층을 투과한 수소가스가 복합재층 내부 또는 복합재층과 라이너층의 층상 경계면에 포집되는 현상이 발생하게 되고, 이렇게 트랩된 수소가스로 인해 라이너층의 내외부 압력차가 발생하는 경우 라이너층의 변형(굴곡 또는 Macro Crack)이 일어날 우려가 있다.

이러한 문제점을 개선하기 위하여, 일본공개특허 2012-180892호에서는 라이너층과 복합재층 사이에 수소탱크의 길이방향으로 유로를 형성하여 노즐 주변부로 투과된 수소가스를 유도하여 외부로 배출시키는 구조를 제시한바 있다.

그러나, 상기 특허에서 제시한 수소탱크는 고압(예를 들면, 700bar의 충전압)에서 라이너층과 복합재층 간에 지지능력이 상실되어 유로가 폐색될 가능성이 매우 크고, 노즐 주변부로 배출되는 수소가스로 인해 리크 발생으로 오인될 소지가 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 라이너층을 투과한 수소가스가 복합재층 내부 또는 복합재층과 라이너층의 층상 경계면에 포집되는 현상을 방지하기 위하여, 수소탱크의 라이너층을 투과한 수소가스를 복합재층을 통해 외부로 균일하게 확산시켜 배출할 수 있는 연료전지 차량의 수소저장장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이에 본 발명에서는, 고압수소를 저장하는 수소탱크의 라이너층과 복합재층 사이에, 기체확산에 의해 수소가스를 확산시킬 수 있는 확산구조층을 삽입하여, 상기 라이너층을 투과한 수소가스가 상기 복합재층을 통해 외부로 배출될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소저장장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 의하면, 상기 확산구조층은 상하 양면이 개구된 복수의 육면체가 서로 밀착하여 연속적으로 연결된 구조를 갖는다.

본 발명에 따른 연료전지 차량의 수소저장장치는, 수소탱크의 라이너층을 투과한 수소가스가 복합재층 내부 또는 복합재층과 라이너층의 층상 경계면에 포집되는 가스트랩 현상을 방지하고, 라이너층과 복합재층 간 확산통로의 폐색 없이 안정적으로 투과가스(투과된 수소가스)의 배출통로를 확보할 수 있으며, 이에 따라 라이너층의 변형을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 차량의 수소저장장치를 나타낸 구성도
도 2는 도 1의 A-A에서 본 단면도
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수소탱크의 라이너층을 투과한 수소가스의 확산 및 배출 과정을 나타낸 개략도

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다.

본 발명에서는 700bar의 고압 충전압에서도 수소탱크의 라이너층을 투과한 수소가스를 복합재층 측으로 균일하게 확산(diffusion)시킴으로써 수소탱크의 전표면에 걸쳐 안정적인 투과가스의 배출이 가능하게 한다.

이에 수소탱크의 라이너층을 투과한 수소가스에 의해 버클링이 발생하거나 라이너층과 복합재층 사이에 포집된 수소가스가 일시에 방출되어 마치 리크 발생으로 오인될 소지를 제거할 수 있다.

도 1을 보면, 수소탱크(10)는 연료전지 스택의 연료로 사용되는 고압의 수소를 내부공간(11)에 저장하는 것으로서, 상기 내부공간(11)을 둘러싸는 내부의 라이너층(12)과 외부의 복합재층(14) 및 그 사이의 확산구조층(16)을 가진다.

상기 라이너층(12)은 플라스틱 등의 소재로 이루어진 것으로, 수소를 수소탱크(10) 내부에 가두는 역할을 하는데, 미량의 수소가 투과하기도 한다. 참고로 통상 라이너층(12)을 투과하는 수소가스는 6cc/L/hr 미만으로 발생한다.

상기 복합재층(14)은 탄소복합재 등의 소재로 이루어진 것으로, 라이너층(12)을 지탱하며 수소탱크(10) 내부의 고압(예를 들면, 700bar의 압력)을 보지(保持)하여 계속 유지시키는 역할을 한다.

상기 확산구조층(16)은 라이너층(12)과 복합재층(14) 사이에 삽입되어, 수소탱크(10) 내부의 고압(예를 들면, 700bar의 압력)을 보지(保持)하여 계속 유지하는 동시에, 라이너층(12)을 투과한 미량의 수소를 복합재층(14)으로 확산시켜 투과한 수소가스가 복합재층(14)을 통해 외부로 확산될 수 있도록 한다.

도 2를 보면, 확산구조층(16)은 복수의 육면체(18)가 서로 밀착하여 연속적으로 연결된 구조를 갖는 것으로, 구조적인 안정성이 우수한 벌집 모양으로 이루어진다.

이때 확산구조층(16)을 형성하는 각 육면체(18)의 상하 양면은 개구되어 있어 라이너층(12)을 투과한 수소가스의 확산이 가능하게 된다.

따라서, 상기 확산구조층(16)은 라이너층(12)과 복합재층(14) 사이를 안정적으로 지지하는 동시에, 라이너층(12)을 투과한 수소가스를 기체확산에 의해 복합재층(14) 측으로 확산시킬 수 있게 된다.

이에 따라, 도 3에 보이듯, 상기 수소탱크(10)의 내부공간(11)에 저장된 수소의 일부가 라이너층(12)을 투과하면, 투과가스(라이너층(12)을 투과한 수소가스)는 확산구조층(16)을 통해 복합재층(14) 측으로 균일하게 확산되고, 복합재층(14)을 통해 외부로 배출된다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 수소탱크
11 : 내부공간
12 : 라이너층
14 : 복합재층
16 : 확산구조층
18 : 육면체

Claims (2)

1. 고압수소를 저장하는 수소탱크의 라이너층과 복합재층 사이에, 상기 라이너층과 복합재층 사이를 안정적으로 지지하는 동시에 라이너층을 투과한 수소가스가 기체확산에 의해 복합재층측으로 확산될 수 있는 확산구조층을 삽입하여, 상기 라이너층을 투과한 수소가스가 상기 복합재층을 통해 외부로 배출될 수 있도록 하고,
   상기 확산구조층은 상하 양면이 개구된 복수의 육면체가 서로 밀착하여 연속적으로 연결된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 연료전지 차량의 수소저장장치.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
2. 삭제

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