KR101739045B1 - On-board cold thermal energy storage system for hydrogen fueling process - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 장치로서, 수소를 저장하는 수소탱크; 상기 수소탱크에서 배출되는 수소를 단열팽창하여 동력을 생성함과 동시에 단열팽창된 수소를 배출하는 팽창기; 상기 팽창기에서 배출되는 수소를 공급받는 연료전지; 및 수소가 외부에서 상기 수소탱크로 공급되는 제1 경로 및 상기 팽창기와 상기 연료전지 사이의 제2 경로에 배치되어, 상기 제1 경로상의 수소를 냉각시키고 상기 제2 경로상의 수소를 가열시키는 열교환기;를 포함하는 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 장치를 제공한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a high-voltage energy recovery apparatus for a fuel cell hydrogen supply system, comprising: a hydrogen tank for storing hydrogen; An inflator for generating a power by discharging the hydrogen discharged from the hydrogen tank by a single thermal expansion, and discharging hydrogen that is thermally expanded; A fuel cell to which hydrogen discharged from the inflator is supplied; And a heat exchanger disposed in a second path between the inflator and the fuel cell for cooling hydrogen on the first path and for heating hydrogen on the second path, A high-pressure energy recovery device for a fuel cell hydrogen supply system comprising:

Description

수소 연료전지 시스템에서의 수소의 고압 에너지 회수 시스템 {On-board cold thermal energy storage system for hydrogen fueling process} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a high-energy energy recovery system for a hydrogen fuel cell system,

본 발명은 수소 연료전지 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 수소탱크에 저장된 고압 수소의 고압에너지를 회수함으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 수소 연료전지 시스템에서의 수소의 고압 에너지 회수 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a hydrogen fuel cell system, and more particularly, to a high-pressure energy recovery system for hydrogen in a hydrogen fuel cell system capable of improving energy efficiency by recovering high-pressure energy of high-pressure hydrogen stored in a hydrogen tank .

미래형 친환경 자동차의 하나로서 수소 연료전지 자동차가 활발히 연구되고 있다. 수소 연료전지 자동차는 수소와 산소의 화학반응을 이용하는 연료전지가 전기모터를 구동하여 자동차가 움직이게 되며, 수소와 산소(공기)를 연료전지에 공급하면 연료전지가 전류를 생성하는 원리를 이용한다. Hydrogen fuel cell vehicles are being actively studied as one of the future eco-friendly automobiles. A hydrogen fuel cell vehicle uses a principle in which a fuel cell, which uses a chemical reaction between hydrogen and oxygen, drives an electric motor to move an automobile and generates electricity when hydrogen and oxygen (air) are supplied to the fuel cell.

이와 관련하여 도1은 기존의 연료전지의 수소공급 시스템의 블록도로서, 연료전지에 수소를 공급하는 과정을 나타낸다. 수소 충전소와 같은 곳에서 수소탱크(1)에 수소를 고압으로(예컨대 35MPa) 충전하고, 수소탱크(1)는 충전된 수소를 일정하게 레귤레이터(3)로 공급한다. 레귤레이터(3)는 수소의 압력을 저압(예컨대 1MPa)으로 감압하여 연료전지(5)에 공급한다. In this regard, FIG. 1 is a block diagram of a hydrogen supply system of a conventional fuel cell, and shows a process of supplying hydrogen to the fuel cell. The hydrogen tank 1 is charged with hydrogen at a high pressure (for example, 35 MPa) at a place such as a hydrogen charging station, and the hydrogen tank 1 supplies the charged hydrogen to the regulator 3 constantly. The regulator 3 reduces the pressure of hydrogen to a low pressure (for example, 1 MPa) and supplies it to the fuel cell 5.

최근 수소 연료전지 시스템에서는 수소탱크(1)의 충전량을 높이기 위해 기존보다 더 높은 압력, 예컨대 70MPa까지 압력을 높여서 충전하는 추세이다. 그런데 수소의 급속 충전시 수소탱크(1)의 압력이 급속히 높아지기 때문에 온도가 상승하며 때로는 수소탱크(1) 온도가 ISO 안전 규율(ISO safety code)에서 정한 온도(예컨대 섭씨 85도) 보다 높아지는 문제가 있다. 종래에는 이 문제를 해결하기 위해, 탱크의 온도상승 방지를 위한 칠러(chiller)를 사용하였다. 즉 충전할 수소를 미리 칠러에 의해 (예컨대 섭씨 -20도까지) 냉각시킨 후 수소탱크(1)에 충전하였는데, 칠러의 사용으로 인해 전력소비가 발생하게 된다. In the recent hydrogen fuel cell system, in order to increase the charging amount of the hydrogen tank 1, the pressure is increased to a higher pressure than the conventional one, for example, up to 70 MPa. However, since the pressure of the hydrogen tank 1 is rapidly increased when the hydrogen is rapidly charged, the temperature rises and sometimes the temperature of the hydrogen tank 1 becomes higher than the temperature defined by the ISO safety code (for example, 85 degrees Celsius) have. In order to solve this problem, a chiller for preventing the temperature rise of the tank has been conventionally used. That is, the hydrogen to be charged is cooled in advance by the chiller (for example, to -20 degrees Celsius) and then charged to the hydrogen tank 1, which causes power consumption due to the use of the chiller.

또한 기존에는 고압으로 충전된 수소탱크(1)에서 배출되는 고압 수소를 단순히 레귤레이터(3)를 사용하여 감압하였으므로 고압에너지를 적절히 활용하지 못하고 낭비하는 결과가 되었다. In addition, since the high-pressure hydrogen discharged from the hydrogen tank 1 filled with the high pressure is conventionally reduced by using the regulator 3, the high-pressure energy is not appropriately utilized and wasted.

특허문헌 1: 한국 등록특허 제10-1281011호 (2013년 7월 8일 공고)Patent Document 1: Korean Patent No. 10-1281011 (issued on July 8, 2013)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지 시스템의 수소탱크에 저장된 수소의 고압에너지를 회수함으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 수소 연료전지 시스템에서의 수소의 고압 에너지 회수 시스템을 제공한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a high-pressure energy recovery system for hydrogen in a hydrogen fuel cell system capable of improving energy efficiency by recovering high-pressure energy of hydrogen stored in a hydrogen tank of a fuel cell system.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지 시스템에 수소를 충전할 때 칠러를 사용할 필요가 없어지므로 칠러 사용에 따른 전력소비를 줄이고 에너지 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 수소 연료전지 시스템에서의 수소의 고압 에너지 회수 시스템을 제공한다. According to an embodiment of the present invention, there is no need to use a chiller to charge hydrogen in a fuel cell system. Therefore, in a hydrogen fuel cell system capable of reducing power consumption and further improving energy efficiency as a result of using a chiller, Energy recovery system.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 장치로서, 수소를 저장하는 수소탱크; 상기 수소탱크에서 배출되는 수소를 단열팽창하여 동력을 생성함과 동시에 단열팽창된 수소를 배출하는 팽창기; 상기 팽창기에서 배출되는 수소를 공급받는 연료전지; 및 수소가 외부에서 상기 수소탱크로 공급되는 제1 경로 및 상기 팽창기와 상기 연료전지 사이의 제2 경로에 배치되어, 상기 제1 경로상의 수소를 냉각시키고 상기 제2 경로상의 수소를 가열시키는 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 장치를 제공한다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a high-voltage energy recovery apparatus for a fuel cell hydrogen supply system, comprising: a hydrogen tank for storing hydrogen; An inflator for generating a power by discharging the hydrogen discharged from the hydrogen tank by a single thermal expansion, and discharging hydrogen that is thermally expanded; A fuel cell to which hydrogen discharged from the inflator is supplied; And a heat exchanger disposed in a second path between the inflator and the fuel cell for cooling hydrogen on the first path and for heating hydrogen on the second path, And a high voltage energy recovery device for a fuel cell hydrogen supply system.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지를 회수하는 방법으로서, 수소탱크에 수소를 충전하는 단계; 상기 수소탱크에서 배출되는 수소를 단열 팽창하여 동력을 생성하는 단계; 및 단열 팽창된 상기 수소를 연료전지로 공급하는 단계;를 포함하고, 충전될 수소가 상기 수소탱크로 공급되는 제1 경로 및 상기 단열 팽창된 수소가 상기 연료전지로 공급되는 제2 경로 사이에 열교환기가 배치되고, 상기 열교환기가 상기 제1 경로상의 수소를 냉각시키고 상기 제2 경로상의 수소를 가열시키는 것을 특징으로 하는, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 방법이 제공된다. According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of recovering high-pressure energy of a fuel cell hydrogen supply system, comprising: charging hydrogen into a hydrogen tank; Expanding the hydrogen discharged from the hydrogen tank to generate power; And supplying the adiabatically expanded hydrogen to the fuel cell, wherein heat exchange is performed between a first path through which the hydrogen to be charged is supplied to the hydrogen tank and a second path through which the adiabatically and expanded hydrogen is supplied to the fuel cell A high pressure energy recovery method of a fuel cell hydrogen supply system is provided, wherein the heat exchanger cools the hydrogen on the first path and heats the hydrogen on the second path.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 연료전지 시스템의 수소탱크에 저장된 수소의 고압에너지를 회수함으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있다. 일 예로서, 수소 감압을 위해 기존의 레귤레이터 대신에 팽창기를 이용하여 수소의 고압에너지를 회수함으로써 수소 발열량 기준으로 대략 2~4%의 연비 향상 효과를 제공할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, energy efficiency can be improved by recovering the high-pressure energy of hydrogen stored in the hydrogen tank of the fuel cell system. As an example, high pressure energy of hydrogen can be recovered by using an inflator instead of a conventional regulator for hydrogen depressurization, thereby providing a fuel efficiency improvement of about 2 to 4% on the basis of the calorific value of hydrogen.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 충전되는 수소를 열교환기를 이용하여 냉각시키기 때문에 수소 충전시 칠러를 사용할 필요성이 없어지고 이에 따라 수소 발열량 기준으로 대략 1~2%에 해당하는 전력소모를 줄일 수 있는 효과가 있다. According to an embodiment of the present invention, since the hydrogen to be charged is cooled using a heat exchanger, there is no need to use a chiller when charging hydrogen, thereby reducing power consumption of about 1 to 2% It is effective.

도1은 종래기술에 따른 연료전지의 수소공급 시스템의 블록도,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 장치를 설명하기 위한 도면,
도3은 일 실시예에 따른 열교환기의 예시적인 구성을 설명하기 위한 도면,
도4는 수소 충전시의 수소 및 상변화물질의 온도 변화를 설명하기 위한 도면,
도5는 연료전지에 수소 공급시의 수소 및 상변화물질의 온도변화를 설명하기 위한 도면,
도6은 일 실시예에서 수소탱크의 압력과 팽창기 효율에 따른 수소 온도 변화를 설명하기 위한 그래프,
도7은 일 실시예에서 팽창기 효율에 따른 수소의 팽창 동력 및 냉각 용량을 설명하기 위한 그래프, 그리고,
도8은 일 실시예에서 사용되는 상변화물질의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
1 is a block diagram of a hydrogen supply system of a fuel cell according to the prior art;
2 is a view for explaining a high-pressure energy recovery device of a fuel cell hydrogen supply system according to an embodiment of the present invention,
3 is a view for explaining an exemplary configuration of a heat exchanger according to an embodiment,
4 is a view for explaining a temperature change of hydrogen and a phase change material during hydrogen charging,
5 is a view for explaining the temperature change of the hydrogen and the phase-change material at the time of supplying hydrogen to the fuel cell,
FIG. 6 is a graph for explaining the hydrogen temperature change according to the pressure of the hydrogen tank and the inflator efficiency in one embodiment,
Figure 7 is a graph illustrating the expansion power and cooling capacity of hydrogen according to the inflator efficiency in one embodiment,
8 is a view for explaining the characteristics of the phase change material used in one embodiment.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more readily apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Rather, the embodiments disclosed herein are provided so that the disclosure can be thorough and complete, and will fully convey the scope of the invention to those skilled in the art.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "위"(또는 "아래", "오른쪽", 또는 "왼쪽")에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소의 위(또는 아래, 오른쪽, 또는 왼쪽)에 직접 위치될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 길이, 폭, 두께 등의 수치는 기술 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. In this specification, when an element is referred to as being "above" (or "below", "right", or "left") another element, ) Or it may mean that a third component may be interposed therebetween. Also, in the figures, numerical values such as length, width, thickness, etc. of the components are exaggerated for an effective explanation of the technical content.

또한 본 명세서에서 구성요소간의 위치 관계를 설명하기 위해 사용되는 '상부(위)', '하부(아래)', '좌측', '우측', '전면', '후면' 등의 표현은 절대적 기준으로서의 방향이나 위치를 의미하지 않으며, 각 도면을 참조하여 본 발명을 설명할 때 해당 도면을 기준으로 설명의 편의를 위해 사용되는 상대적 표현이다. Also, in this specification, expressions such as 'upper', 'lower (lower)', 'left', 'right', 'front', 'rear' And it is a relative expression used for convenience of explanation based on the drawings when describing the present invention with reference to the respective drawings.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.Where the terms first, second, etc. are used herein to describe components, these components should not be limited by such terms. These terms have only been used to distinguish one component from another. The embodiments described and exemplified herein also include their complementary embodiments.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. The terms "comprise" and / or "comprising" used in the specification do not exclude the presence or addition of one or more other elements.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Various specific details are set forth in the following description of specific embodiments in order to provide a more detailed description of the invention and to aid in understanding the invention. However, it will be appreciated by those skilled in the art that the present invention may be understood by those skilled in the art without departing from such specific details. In some cases, it is noted that parts of the invention that are not commonly known in the art and are not largely related to the invention are not described in order to avoid confusion in describing the invention.

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도시한 일 실시예에 따른 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 장치는 예컨대 연료전지 자동차에 탑재된 것으로 전제한다. 그러나 본 발명에 따른 고압에너지 회수 장치는 자동차 분야에 제한되지 않으며 연료전지 수소공급 시스템이 설치되는 다양한 분야에 적용될 수 있음은 물론이다. 2 is a view for explaining a high-pressure energy recovery device of a fuel cell hydrogen supply system according to an embodiment of the present invention. The high-pressure energy recovery device of the fuel cell hydrogen supply system according to the illustrated embodiment is assumed to be mounted on, for example, a fuel cell vehicle. However, the high-voltage energy recovery device according to the present invention is not limited to the automobile field, and may be applied to various fields where a fuel cell hydrogen supply system is installed.

도2를 참조하면, 도시한 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 장치는 열교환기(10), 수소탱크(20), 팽창기(30), 및 연료전지(40)를 포함할 수 있다. 2, the high pressure energy recovery device of the illustrated fuel cell hydrogen supply system may include a heat exchanger 10, a hydrogen tank 20, an inflator 30, and a fuel cell 40.

수소탱크(20)는 외부에서 열교환기(10)를 거쳐 충전되는 수소를 저장하는 용기이다. 바람직한 실시예에서 수소탱크는 고압의 수소를 저장한다. 예를 들어 연료전지 자동차의 경우 대략 35 내지 70 MPa의 압력으로 수소를 저장할 수 있다. The hydrogen tank 20 is a container for storing hydrogen to be charged via the heat exchanger 10 from outside. In a preferred embodiment, the hydrogen tank stores high pressure hydrogen. For example, in the case of a fuel cell vehicle, hydrogen can be stored at a pressure of about 35 to 70 MPa.

수소탱크(20)에 저장된 수소는 팽창기(30)로 공급된다. 수소탱크(20)에서 배출된 고압의 수소는 팽창기(30)에서 단열팽창하여 동력을 생성한다. 고압 수소로부터 동력을 생성하는 팽창기의 구조는 실시 형태에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 일 실시예에서 팽창기(30)로 유입된 고압 수소가 팽창하면서 터빈이나 피스톤을 구동시킴으로써 동력을 발생시킬 수 있다. 이 때 고압 수소는 팽창기(30)에서 단열팽창하기 때문에 수소가 팽창하며 압력이 낮아짐과 동시에 온도도 하강한다. 팽창기(30)를 통해 압력과 온도가 낮아진 수소는 열교환기(10)를 거쳐 연료전지(40)로 공급된다. The hydrogen stored in the hydrogen tank 20 is supplied to the inflator 30. The high-pressure hydrogen discharged from the hydrogen tank 20 is thermally expanded in the inflator 30 to generate power. The structure of the inflator that generates power from high pressure hydrogen may vary depending on the embodiment. For example, in one embodiment, the high pressure hydrogen introduced into the inflator 30 may expand to generate power by driving the turbine or piston. At this time, since the high-pressure hydrogen expands in a single thermal expansion in the inflator 30, the hydrogen expands and the pressure drops and the temperature also falls. The hydrogen whose pressure and temperature have been lowered through the expander 30 is supplied to the fuel cell 40 via the heat exchanger 10.

열교환기(10)는 수소가 외부에서 수소탱크(20)로 공급되는 제1 경로 및 팽창기(30)와 연료전지(40) 사이의 제2 경로에 배치되어, 제1 경로상의 수소를 냉각시키고 또한 제2 경로상의 수소를 가열시킬 수 있다. 즉 연료전지 자동차에 수소를 충전하는 경우, 외부로부터 공급받는 수소가 열교환기(10)를 거쳐 수소탱크(20)로 유입되며, 이 때 열교환기(10)를 거치는 동안 수소 온도가 하강한 뒤 수소탱크(20)로 공급된다. 또한 연료전지 자동차를 구동하기 위해 수소가 연료전지(40)로 공급되는 경우, 팽창기(30)에서 배출된 수소가 열교환기(10)를 통과하면서 온도가 상승한 뒤 연료전지(40)로 공급된다. The heat exchanger 10 is disposed in a first path through which hydrogen is externally supplied to the hydrogen tank 20 and a second path between the inflator 30 and the fuel cell 40 to cool the hydrogen on the first path, The hydrogen on the second path can be heated. That is, when hydrogen is charged in the fuel cell vehicle, hydrogen supplied from the outside flows into the hydrogen tank 20 through the heat exchanger 10. At this time, while passing through the heat exchanger 10, And is supplied to the tank 20. Also, when hydrogen is supplied to the fuel cell 40 to drive the fuel cell vehicle, the hydrogen discharged from the expander 30 passes through the heat exchanger 10 and is supplied to the fuel cell 40 after the temperature rises.

일 실시예에서 열교환기(10)는 수소의 열에너지를 저장하는 열에너지 저장부(TES: thermal energy storage)를 포함할 수 있다. 예를 들어 열교환기(10)는 상변화물질(PCM)을 포함하는 PCM 저장부로 구성되고, 열교환기(10)를 통과하는 수소가 PCM과 접촉하면서 열에너지를 교환할 수 있다. 예를 들어 팽창기(30)에서 배출되는 저온의 수소가 열교환기(10)를 통과하면서 PCM으로부터 열에너지를 받아서 수소 온도가 상승하고, 수소 충전을 위해 외부에서 주입되는 수소가 열교환기(10)를 통과하면서 수소탱크(20)로 공급될 때에는 PCM이 수소로부터 열에너지를 흡수함으로써 수소 온도가 하강한 뒤 수소탱크(20)로 공급된다. In one embodiment, the heat exchanger 10 may include a thermal energy storage (TES) that stores thermal energy of hydrogen. For example, the heat exchanger 10 may comprise a PCM reservoir containing a phase change material (PCM), and the hydrogen passing through the heat exchanger 10 may exchange thermal energy in contact with the PCM. For example, the low-temperature hydrogen discharged from the inflator 30 receives heat energy from the PCM while passing through the heat exchanger 10, so that the hydrogen temperature rises and hydrogen injected from the outside for passing the hydrogen passes through the heat exchanger 10 While the PCM absorbs thermal energy from the hydrogen, the hydrogen temperature is lowered and then supplied to the hydrogen tank 20.

구체적인 온도를 예로 들어 설명하면, 수소 충전시에 외부에서 유입되는 수소 온도(T1)는 대략 외기 온도와 동일할 수 있으며, 예컨대 섭씨 20도라고 가정할 수 있다. 충전되는 수소는 열교환기(10)를 거치면서 예컨대 섭씨 -20도까지 온도가 하강하고(T2 = -20도) 수소탱크(20)에 충전된다. 이 때 열교환기(10)는 예컨대 섭씨 -25도에서 액체-고체간 상변화하는 상변화물질(PCM)을 포함하며, 수소가 섭씨 20도에서 -20도까지 하강하는 동안 열교환기(10)의 PCM은 수소로부터 에너지를 흡수하여 고체에서 액체로 상변화하게 된다. Taking a specific temperature as an example, the hydrogen temperature (T1) flowing from the outside at the time of charging the hydrogen may be approximately equal to the outside air temperature, for example, 20 degrees Celsius. The hydrogen to be charged is charged to the hydrogen tank 20 while the temperature is lowered to -20 degrees Celsius (T2 = -20 degrees), for example, through the heat exchanger 10. The heat exchanger 10 includes a liquid phase-to-solid phase change material (PCM) at, for example, -25 degrees centigrade, and the temperature of the heat exchanger 10 during the descent of hydrogen from 20 degrees Celsius to- The PCM absorbs energy from hydrogen and transforms from solid to liquid.

수소탱크(20)는 대략 70MPa의 고압으로 수소를 충전할 수 있으며, 이러한 고압 충전 과정에서 수소 온도가 자연적으로 상승하게 되므로, 예컨대 충전완료된 수소의 온도(T3)는 대략 50~60도이고 압력(P3)은 대략 70MPa라고 가정할 수 있다. 그 후 수소탱크(20)의 고압 수소가 팽창기(30)로 공급되어 동력을 생성한다. 팽창기(30)에서 수소가 단열팽창하면서 온도와 압력이 하강하며, 예컨대 팽창기(30)에서 배출되는 수소의 온도(T4)가 섭씨 -70도이고 압력(P4)은 1MPa가 될 수 있다. 그 후 이 배출된 수소가 열교환기(10)를 통과하면서 온도(T5)가 대략 -30도로 상승하여 연료전지(40)로 공급될 수 있다. 이 때 열교환기(10)의 PCM은 수소에 열에너지를 전달하면서 액체에서 고체로 상변화할 수 있다. The hydrogen tank 20 can charge hydrogen at a high pressure of about 70 MPa. Since the hydrogen temperature naturally rises in such a high-pressure charging process, for example, the temperature T3 of the charged hydrogen is about 50 to 60 degrees, P3) can be assumed to be approximately 70 MPa. High pressure hydrogen of the hydrogen tank 20 is then supplied to the inflator 30 to generate power. The temperature and the pressure decrease while the hydrogen expands in the inflator 30 and the temperature T4 of the hydrogen discharged from the inflator 30 is -70 degrees Celsius and the pressure P4 is 1 MPa, for example. Thereafter, the discharged hydrogen passes through the heat exchanger 10, and the temperature T5 can be increased to about -30 degrees and supplied to the fuel cell 40. At this time, the PCM of the heat exchanger 10 may be phase-changed from liquid to solid while transferring thermal energy to hydrogen.

이상 설명한 온도 및 압력값은 이해를 돕기 위한 예시적인 수치들이며, 구체적 실시 형태에 따라 수소의 온도와 압력, 상변화물질의 온도(Ts) 등이 달라질 수 있음은 물론이다. 예를 들어 수소 충전시 외기의 온도, 수소탱크(20)의 충전시간 및 압력, 상변화물질(PCM)의 종류와 상변화 온도, 팽창기(30)의 효율 등에 따라 위에서 예로 든 수소의 온도와 압력 등의 수치가 달라질 수 있음을 이해할 것이다. The temperature and pressure values described above are exemplary values for facilitating understanding, and it goes without saying that the temperature and pressure of hydrogen, the temperature (Ts) of the phase change material and the like may be changed according to a specific embodiment. For example, the temperature and pressure of the hydrogen as shown in the above examples depend on the temperature of the outside air during the hydrogen charging, the charging time and pressure of the hydrogen tank 20, the type of the phase change material (PCM) and the phase change temperature, the efficiency of the inflator 30, And the like can be changed.

도3은 일 실시예에 따른 열교환기의 예시적인 구성을 설명하기 위한 도면이다. 도시한 실시예에 따른 열교환기(10)는 열교환기 케이스(11) 및 PCM 저장부(13)를 포함할 수 있다. 3 is a view for explaining an exemplary configuration of a heat exchanger according to an embodiment. The heat exchanger 10 according to the illustrated embodiment may include a heat exchanger case 11 and a PCM storage unit 13.

PCM 저장부(13)는 상변화물질(PCM)로 채워진 저장부이다. 상변화물질(PCM)은 특정한 온도에 의해 고체에서 액체, 액체에서 기체로, 또는 그 반대 방향으로 변하면서 열을 흡수 또는 방출할 수 있는 잠열재, 축열재 또는 열 조절 기능을 하는 물질로서, 자체적으로 주위의 열을 저장하였다가 방출하는 온도 조절 기능을 가진다. PCM의 종류로는 예컨대 탄화수소, 고급지방산 계열의 유기화합물과 무기수화염(inorganic hydrated salt)계열의 무기화합물, 그리고 2종 이상의 유기화합물 및/또는 무기화합물이 혼합된 혼합물이 있다. The PCM storage unit 13 is a storage unit filled with a phase change material (PCM). A phase change material (PCM) is a latent heat material, a heat accumulating material, or a material capable of controlling heat, capable of absorbing or releasing heat while changing from a solid to a liquid, a liquid to a gas, And has a temperature control function for storing and releasing the surrounding heat. The PCM includes, for example, a mixture of an organic compound of a hydrocarbon, a higher fatty acid series, an inorganic hydrate salt, and a mixture of two or more organic compounds and / or an inorganic compound.

본 발명에서는 열교환기(10)에 사용되는 PCM을 어느 특정 성분이나 종류로 한정하지 않는다. 다만 일 실시예에서, 수소탱크(20)에 충전되는 수소의 온도 및 연료전지(40)로 공급되는 수소의 온도를 고려하여, 상변화물질(PCM)이 섭씨 -30도 내지 -20도 사이의 융용점을 갖는 것이 바람직하다. In the present invention, the PCM used in the heat exchanger 10 is not limited to any particular component or kind. In one embodiment, considering the temperature of the hydrogen charged in the hydrogen tank 20 and the temperature of the hydrogen supplied to the fuel cell 40, the phase change material PCM may be between -30 and -20 degrees Celsius It is preferable to have a melting point.

열교환기 케이스(11)는 PCM 저장부(13)를 둘러싸는 케이스로서, 내부에 수소가 통과할 수 있는 내부공간을 가지며, 이에 따라 수소가 PCM 저장부(13)와 열교환할 수 있다. The heat exchanger case 11 surrounds the PCM storage part 13 and has an internal space through which hydrogen can pass so that hydrogen can exchange heat with the PCM storage part 13.

도시한 실시예에서 케이스(11)는 충전을 위해 수소를 외부에서 케이스(11) 내로 공급하는 경로를 형성하는 유입관(15), 케이스(11)로부터 수소를 수소탱크(20)로 배출하는 경로를 형성하는 유출관(16), 팽창기(30)로부터 케이스(11) 내로 수소를 유입받는 경로를 형성하는 유입관(17), 및 연료전지(40)로 수소를 배출하는 경로를 형성하는 유출관(18)을 포함할 수 있다. 또한 유입관(15,17)은 각각 임의의 경로상에 개폐밸브(55,57)를 포함할 수 있고, 유출관(16,18)도 각각 임의의 경로상에 개폐밸브(56,58)을 포함할 수 있다. In the illustrated embodiment, the case 11 includes an inlet pipe 15 forming a path for supplying hydrogen from the outside into the case 11 for charging, a path for discharging hydrogen from the case 11 to the hydrogen tank 20, An inflow pipe 17 forming a path for introducing hydrogen into the case 11 from the inflator 30 and an inflow pipe 17 for forming a path for discharging hydrogen to the fuel cell 40, (18). In addition, the inlet pipes 15 and 17 may include open / close valves 55 and 57 in an arbitrary path, respectively, and the outlet pipes 16 and 18 may also include open / close valves 56 and 58 .

이러한 구성에서, 예를 들어 수소를 수소탱크(20)에 충전하는 경우, 밸브(55,56)를 개방하고 밸브(57,58)를 폐쇄하여, 외부에서 공급되는 수소가 열교환기(10)에서 온도가 하강한 후 수소탱크(20)로 충전될 수 있다. 또한 예컨대 연료전지(40)로 수소를 공급하는 경우, 밸브(55,56)를 폐쇄하고 밸브(57,58)를 개방함으로써 팽창기(30)에서 배출된 수소가 열교환기(10)에서 온도가 상승한 후 연료전지(40)로 공급될 수 있다. In this configuration, for example, when hydrogen is charged in the hydrogen tank 20, the valves 55 and 56 are opened and the valves 57 and 58 are closed, so that hydrogen supplied from the outside is discharged from the heat exchanger 10 And can be charged into the hydrogen tank 20 after the temperature is lowered. When hydrogen is supplied to the fuel cell 40, the hydrogen discharged from the inflator 30 by the valves 55 and 56 is closed and the valves 57 and 58 are opened by the heat exchanger 10 Fuel cell 40, as shown in FIG.

도4는 수소 충전시의 수소 및 상변화물질의 온도 변화를 설명하기 위한 도면으로, 수소탱크(20)에 수소를 충전할 때의 수소 및 상변화물질(PCM)의 온도변화를 도식적으로 나타낸다. Fig. 4 is a diagram for explaining the temperature change of the hydrogen and the phase change material at the time of filling with hydrogen, and schematically shows the temperature change of the hydrogen and the phase change material (PCM) when the hydrogen tank 20 is charged with hydrogen.

도면에서 수소가 유입관(15)을 통해 열교환기(10)로 유입될 때 온도를 T1, 열교환기(10)를 통과한 후 유출관(16)으로 배출되는 수소의 온도를 T2, 상변화물질(PCM)의 온도를 Ts라고 가정한다. 수소가 열교환기(10)로 유입되어 PCM과 접촉하며 열교환함으로써 온도가 T1에서 T2로 하강한다. 이 때 PCM은 수소로부터 열에너지를 흡수하여 고체에서 액체로 상변화하며 이 상변화 동안 온도(Ts)를 일정하게 유지할 수 있다. In the figure, the temperature is T1 when hydrogen flows into the heat exchanger 10 through the inlet pipe 15, T2 is the temperature of hydrogen discharged from the outlet pipe 16 after passing through the heat exchanger 10, (PCM) is assumed to be Ts. Hydrogen enters the heat exchanger 10, contacts the PCM, and undergoes heat exchange, causing the temperature to drop from T1 to T2. In this case, the PCM absorbs thermal energy from the hydrogen and changes phase from solid to liquid, and can keep the temperature (Ts) constant during this phase change.

예시적인 일 실시예에서, PCM으로서 상변화 온도가 대략 섭씨 -30도 내지 -20도 사이인 물질이 사용될 수 있다. 이 경우 예컨대 열교환기(10)로 유입되는 수소의 온도(T1)가 20도이고, 열교환기(10)에서 열교환에 의해 수소 온도가 -20도까지 하강한 후 수소탱크(20)로 공급될 수 있다. 그러나 이러한 수소 온도 및 PCM 온도는 예시적인 것이며 실시 형태에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. In an exemplary embodiment, a material having a phase change temperature between about -30 degrees Celsius and about -20 degrees Celsius may be used as the PCM. In this case, for example, the temperature T1 of the hydrogen flowing into the heat exchanger 10 is 20 degrees, and the temperature of the hydrogen is lowered to -20 degrees by the heat exchange in the heat exchanger 10, have. However, it should be understood that the hydrogen temperature and the PCM temperature are exemplary and may vary depending on the embodiment.

도5는 연료전지에 수소 공급시의 수소 및 상변화물질의 온도변화를 설명하기 위한 도면으로, 연료전지(40)로 수소를 공급할 때의 수소 및 PCM의 온도변화를 도식적으로 나타낸다.5 is a diagram for explaining a temperature change of hydrogen and a phase change material at the time of supplying hydrogen to the fuel cell, and schematically shows a temperature change of hydrogen and PCM when supplying hydrogen to the fuel cell 40. Fig.

도면에서 수소가 유입관(17)을 통해 열교환기(10)로 유입될 때 온도를 T4, 열교환기(10)를 통과한 후 유출관(18)으로 배출되는 수소의 온도를 T5, PCM의 온도를 Ts라고 가정한다. 수소가 열교환기(10)로 유입되어 PCM과 접촉하며 열교환함으로써 온도가 T4에서 T5로 상승한다. 이 때 PCM은 수소로 열에너지를 방출하여 PCM이 액체에서 고체로 상변화하며 이 상변화 동안 온도(Ts)를 일정하게 유지할 수 있다. The temperature is T4 when the hydrogen flows into the heat exchanger 10 through the inlet pipe 17 and the temperature of the hydrogen discharged to the outlet pipe 18 after passing through the heat exchanger 10 is T5 and the temperature of the PCM Is assumed to be Ts. Hydrogen enters the heat exchanger 10 and contacts the PCM and undergoes heat exchange to raise the temperature from T4 to T5. In this case, the PCM emits thermal energy to hydrogen so that the PCM phase changes from liquid to solid and the temperature (Ts) during this phase change can be kept constant.

예시적인 일 실시예에서, 상변화 온도가 대략 섭씨 -30도 내지 -20도 사이인 물질이 PCM으로 사용되는 경우, 팽창기(30)로부터 열교환기(10)로 유입되는 수소의 온도(T4)가 -70도일 수 있고, 열교환기(10)에서 열교환에 의해 수소 온도가 -30도까지 상승한 후 수소탱크(20)로 공급될 수 있다. 이러한 수소 온도 및 PCM 온도 역시 예시적인 것이며 실시 형태에 따라 달라질 수 있음은 물론이다. In an exemplary embodiment, when a material with a phase change temperature between about -30 and -20 degrees Celsius is used as the PCM, the temperature T4 of hydrogen entering the heat exchanger 10 from the inflator 30 is -70 degrees and can be supplied to the hydrogen tank 20 after the temperature of the hydrogen is increased to -30 degrees by heat exchange in the heat exchanger 10. The hydrogen temperature and the PCM temperature are also illustrative and may vary depending on the embodiment.

한편, 팽창기(30)에서 고압의 수소가 팽창하며 동력을 생성할 때 수소가 단열 팽창함에 따라 수소의 온도가 하강하며, 이 때 하강 온도는 팽창기(30)의 효율 및 수소탱크(20)의 압력에 따라 달라진다. 이와 관련하여 도6은 일 실시예에 따라 팽창기 효율과 수소탱크의 압력에 따른 수소 온도 변화를 나타낸다. On the other hand, when the high-pressure hydrogen expands in the inflator 30 to generate power, the temperature of the hydrogen decreases as the hydrogen adiabatically expands. At this time, the lowering temperature becomes lower than the efficiency of the inflator 30 and the pressure of the hydrogen tank 20 ≪ / RTI > In this regard, Figure 6 illustrates the hydrogen temperature change according to the inflator efficiency and the pressure of the hydrogen tank, according to one embodiment.

도6에서 수평축은 수소탱크(20)의 압력으로서 수소탱크(20)에서 배출되어 팽창기(30)로 공급되는 수소의 압력을 나타내며, 수직축은 팽창기(30)에서 단열팽창에 의해 팽창된 수소의 온도를 나타낸다. 그리고 도6에서 팽창기(30)의 효율에 따라 각기 색깔을 달리하여 그래프로 표시하였다. 예를 들어 팽창기 효율이 1.0이고 최초의 소수 온도가 섭씨 20도인 경우, 수소의 압력에 대한 수소 온도의 하강은 가장 아래의 검은색 그래프를 따르며, 예컨대 수소 압력이 70MPa에서 1MPa까지 단열팽창을 할 경우 대략 201.6도의 온도 하강이 일어난다. 도면에서 알 수 있듯이 팽창기 효율이 작아질수록 단열팽창에 따라 수소 온도가 하강하는 정도가 작아진다. 또한 주어진 임의의 팽창기 효율에서, 최초의 수소 압력(즉 수소탱크의 압력)이 작을수록 수소 온도가 하강하는 정도가 작아진다. 6, the horizontal axis represents the pressure of hydrogen discharged from the hydrogen tank 20 as the pressure of the hydrogen tank 20 and supplied to the inflator 30, and the vertical axis represents the temperature of the hydrogen expanded by the thermal expansion in the inflator 30 . In FIG. 6, the efficiency of the inflator 30 is plotted with different colors. For example, if the inflator efficiency is 1.0 and the first minority temperature is 20 degrees Celsius, the descent of the hydrogen temperature relative to the pressure of the hydrogen follows the black graph at the bottom, for example when the hydrogen pressure is in the range of 70 MPa to 1 MPa A temperature drop of approximately 201.6 degrees occurs. As can be seen from the figure, the smaller the efficiency of the inflator, the smaller the degree of decrease in the hydrogen temperature due to the thermal expansion. Also, at any given expander efficiency, the smaller the initial hydrogen pressure (i.e., the pressure of the hydrogen tank), the smaller the extent to which the hydrogen temperature falls.

도7은 일 실시예에서 팽창기 효율에 따른 수소의 팽창 동력 및 냉각 용량을 설명하기 위한 그래프이다. 도7에서 수평축은 팽창기 효율이고 수직축은 팽창동력(expansion work)과 냉각용량(cooling capacity)을 나타낸다. 7 is a graph for explaining expansion force and cooling capacity of hydrogen according to inflator efficiency in one embodiment. In FIG. 7, the horizontal axis represents the inflator efficiency and the vertical axis represents the expansion work and cooling capacity.

수소탱크 내의 수소 압력이 70MPa에서 1MPa까지 하강함에 따라 팽창되는 수소의 팽창 동력과 냉각용량이 감소하기 때문에, 팽창 수소의 평균값을 계산하는 것이 유용하다. 기존에는 수소 충전소에서 수소탱크(20)에 수소를 충전할 때 수소를 미리 냉각시키기 위해 칠러(chiller)를 사용하였는데, 본 발명의 일 실시예에서는 열교환기(10) 및 팽창기(30)를 사용함으로써 칠러의 필요성을 제거할 수 있다. 예를 들어 70MPa에서 섭씨 20도에서 -20도까지 냉각하는데 필요한 최소 냉각 요건은, 열교환기(10)의 열에너지 저장 시스템의 손실을 무시할 경우, 대략 600.7 KJ/Kg이다. 도7을 참조할 때, 만일 팽창기 효율이 0.53 보다 크다면 이러한 최소 냉각 요건을 만족시킬 수 있으며, 팽창기 효율이 0.53인 경우 팽창 동력은 1671.3 KJ/Kg이다. It is useful to calculate the average value of the expanded hydrogen because the expansion force and the cooling capacity of the expanding hydrogen decrease as the hydrogen pressure in the hydrogen tank drops from 70 MPa to 1 MPa. Conventionally, a chiller has been used to pre-cool hydrogen when filling the hydrogen tank 20 with hydrogen at a hydrogen filling station. In an embodiment of the present invention, by using the heat exchanger 10 and the inflator 30 The need for chillers can be eliminated. For example, the minimum cooling requirement for cooling from 20 to -20 degrees Celsius at 70 MPa is approximately 600.7 KJ / Kg, neglecting the loss of the thermal energy storage system of the heat exchanger 10. Referring to FIG. 7, if the inflator efficiency is greater than 0.53, this minimum cooling requirement can be met and if the inflator efficiency is 0.53, the inflation power is 1671.3 KJ / Kg.

물론 본 발명의 일 실시예에서 팽창기 효율이 0.53 보다 작은 경우에도 칠러의 사용량을 줄임으로써 에너지 소비를 감소시키는데 기여할 수 있다. 즉 열교환기(10)에서의 수소 온도 변화를 모니터링하면서 필요에 따라 칠러를 선택적으로 사용함으로써, 기존에 칠러를 계속적으로 사용하는 것에 비해 에너지 소비량을 감소시키는 이점이 있다. Of course, in an embodiment of the present invention, even if the inflator efficiency is less than 0.53, it may contribute to reducing energy consumption by reducing the amount of chiller used. That is, by monitoring the change in the hydrogen temperature in the heat exchanger 10 and selectively using the chiller as needed, there is an advantage in that the energy consumption is reduced as compared with the conventional use of the chiller continuously.

도8은 일 실시예에서 사용되는 상변화물질의 특성을 설명하기 위한 도면이다. 8 is a view for explaining the characteristics of the phase change material used in one embodiment.

본 발명의 일 실시예에서 상변화물질(PCM)로서 RGEES사의 SavENRGTM PCM-HS26N 제품을 사용할 수 있다. 이 물질은 무기수화염의 혼합물로 구성되고 도8에 도시한 바와 같은 특성을 갖는다(도8의 "PCM properties" 항목 참조). In one embodiment of the present invention, SavENRGTM PCM-HS26N product from RGEES can be used as a phase change material (PCM). This material is composed of a mixture of inorganic flame and has the characteristics shown in Fig. 8 (see "PCM properties" in Fig. 8).

그리고 이러한 PCM-HS26N을 사용하는 경우, 도8의 "Hydrogen storage" 항목에 표시된 것처럼 70MPa의 수소 100리터에 대한 냉각 요건을 만족시키기 위해서는 PCM 저장부(13) 내에 대략 9.7리터의 부피와 11.6Kg의 무게의 PCM-HS26N이 저장되어야 함을 알 수 있다. In the case of using this PCM-HS26N, as shown in the item "Hydrogen storage" in FIG. 8, in order to satisfy the cooling requirement for 100 liters of hydrogen of 70 MPa, the volume of approximately 9.7 liters and 11.6 kg Weight PCM-HS26N should be stored.

상기와 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.As described above, although the present invention has been described with reference to the limited embodiments and drawings, the present invention is not limited to the above embodiments. It will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the present invention as defined by the appended claims. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the equivalents of the claims, as well as the claims.

10: 열교환기
20: 수소탱크
30: 팽창기
40: 연료전지
10: Heat exchanger
20: Hydrogen tank
30: inflator
40: Fuel cell

Claims (12)

연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 장치로서,
수소를 저장하는 수소탱크;
상기 수소탱크에서 배출되는 수소를 단열팽창하여 동력을 생성함과 동시에 단열팽창된 수소를 배출하는 팽창기;
상기 팽창기에서 배출되는 수소를 공급받는 연료전지; 및
열교환기;를 포함하고,
외부에서 수소를 상기 수소탱크로 공급하는 제1 경로 및 상기 팽창기와 상기 연료전지 사이의 제2 경로가 모두 상기 열교환기를 통과하도록 구성되어, 상기 열교환기에 의해 상기 제1 경로상의 수소를 냉각시키고 상기 제2 경로상의 수소를 가열시킴으로써 상기 제1 경로와 제2 경로 사이의 열교환이 상기 열교환기 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 장치.
A high pressure energy recovery device for a fuel cell hydrogen supply system,
A hydrogen tank for storing hydrogen;
An inflator for generating a power by discharging the hydrogen discharged from the hydrogen tank by a single thermal expansion, and discharging hydrogen that is thermally expanded;
A fuel cell to which hydrogen discharged from the inflator is supplied; And
A heat exchanger,
A first path for supplying hydrogen from the outside to the hydrogen tank and a second path between the inflator and the fuel cell are both passed through the heat exchanger so that the hydrogen on the first path is cooled by the heat exchanger, Wherein the heat exchange between the first path and the second path is made in the heat exchanger by heating the hydrogen on the second path.
제 1 항에 있어서,
상기 열교환기가, 수소의 열에너지를 저장하는 열에너지 저장부(TES)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 장치.
The method according to claim 1,
Characterized in that the heat exchanger comprises a thermal energy storage (TES) for storing thermal energy of hydrogen.
제 1 항에 있어서, 상기 열교환기가,
상변화물질(PCM)을 포함하는 PCM 저장부; 및
상기 제1 경로 또는 제2 경로상의 수소가 상기 PCM 저장부와 열교환하는 공간을 제공하는 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 장치.
The heat exchanger according to claim 1,
A PCM storage comprising a phase change material (PCM); And
And a case in which hydrogen on the first path or the second path provides a space for heat exchange with the PCM storage unit.
제 3 항에 있어서, 상기 열교환기가,
상기 제1 경로 중 수소가 외부에서 상기 케이스 내로 공급되는 경로를 개폐하는 제1 밸브(55);
상기 제1 경로 중 수소가 상기 수소탱크로 배출되는 경로를 개폐하는 제2 밸브(56);
상기 제2 경로 중 수소가 상기 팽창기로부터 상기 케이스 내로 공급되는 경로를 개폐하는 제3 밸브(57); 및
상기 제2 경로 중 수소가 상기 연료전지로 배출되는 경로를 개폐하는 제4 밸브(58);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 장치.
The heat exchanger according to claim 3,
A first valve (55) for opening and closing a path through which hydrogen is supplied from outside to the case in the first path;
A second valve (56) for opening and closing a path through which hydrogen is discharged to the hydrogen tank in the first path;
A third valve (57) for opening and closing a path through which hydrogen is supplied from the inflator to the case in the second path; And
And a fourth valve (58) for opening and closing a path through which hydrogen is discharged to the fuel cell in the second path.
제 3 항에 있어서,
상기 상변화물질(PCM)이 섭씨 -30도 내지 -20도 사이의 융용점을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 장치.
The method of claim 3,
Wherein the phase change material (PCM) is a material having a melting point between -30 and -20 degrees Celsius.
제 3 항에 있어서,
상기 상변화물질(PCM)이 무기수화염의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 장치.
The method of claim 3,
Characterized in that the phase change material (PCM) is a mixture of inorganic flames.
연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지를 회수하는 방법으로서,
수소탱크에 수소를 충전하는 단계;
상기 수소탱크에서 배출되는 수소를 단열팽창하여 동력을 생성하는 단계; 및
단열팽창된 상기 수소를 연료전지로 공급하는 단계;를 포함하고,
충전될 수소가 상기 수소탱크로 공급되는 제1 경로 및 상기 단열팽창된 수소가 상기 연료전지로 공급되는 제2 경로 사이에 열교환기가 배치되고,
상기 수소를 충전하는 단계를 수행하는 동안 상기 열교환기에 의해 상기 제1 경로상의 수소가 냉각되고, 상기 단열팽창된 수소를 연료전지로 공급하는 단계를 수행하는 동안 상기 열교환기에 의해 상기 제2 경로상의 수소가 가열됨으로써, 상기 제1 경로와 제2 경로 사이의 열교환이 상기 열교환기 내에서 이루어지는 것을 특징으로 하는, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 방법.
A method of recovering high-pressure energy in a fuel cell hydrogen supply system,
Filling the hydrogen tank with hydrogen;
Thermally expanding hydrogen discharged from the hydrogen tank to generate power; And
And supplying the thermally expanded hydrogen to the fuel cell,
A heat exchanger is disposed between a first path through which hydrogen to be charged is supplied to the hydrogen tank and a second path through which the hydrogen is supplied to the fuel cell,
Wherein during the step of charging the hydrogen, the hydrogen on the first path is cooled by the heat exchanger, and the step of supplying the thermally expanded hydrogen to the fuel cell is performed by the heat exchanger, Wherein heat exchange between the first path and the second path is made in the heat exchanger by heating the first path and the second path.
제 7 항에 있어서,
상기 열교환기가, 수소의 열에너지를 저장하는 열에너지 저장부(TES)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the heat exchanger comprises a thermal energy storage (TES) for storing thermal energy of hydrogen.
제 7 항에 있어서, 상기 열교환기가,
상변화물질(PCM)을 포함하는 PCM 저장부; 및
상기 제1 경로 또는 제2 경로상의 수소가 상기 PCM 저장부와 열교환하는 공간을 제공하는 케이스;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 방법.
8. The heat exchanger according to claim 7,
A PCM storage comprising a phase change material (PCM); And
And a case for providing a space where hydrogen on the first path or the second path is heat-exchanged with the PCM storage part.
제 9 항에 있어서, 상기 열교환기가,
수소가 상기 수소탱크에 충전될 때, 상기 제1 경로를 개방하고 상기 제2 경로를 폐쇄하며,
상기 단열팽창된 수소가 상기 연료전지로 공급될 때, 상기 제1 경로를 폐쇄하고 상기 제2 경로를 개방하는 것을 특징으로 하는, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 방법.
10. The heat exchanger according to claim 9,
When the hydrogen is charged into the hydrogen tank, opening the first path and closing the second path,
And when the thermally expanded hydrogen is supplied to the fuel cell, closing the first path and opening the second path.
제 9 항에 있어서,
상기 상변화물질(PCM)이 섭씨 -30도 내지 -20도 사이의 융용점을 갖는 물질인 것을 특징으로 하는, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the phase change material (PCM) is a material having a melting point between -30 and -20 degrees centigrade.
제 9 항에 있어서,
상기 상변화물질(PCM)이 무기수화염의 혼합물인 것을 특징으로 하는, 연료전지 수소공급 시스템의 고압에너지 회수 방법.
10. The method of claim 9,
Wherein the phase change material (PCM) is a mixture of inorganic flames.
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