KR102151721B1 - 이동식 에너지 가역 충방전 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 이동형 에너지 가역 충방전 시스템에 관한 것으로, 물탱크, 부스터 펌프, 수전해스택, 드라이어 및 도킹부를 포함하는 이동형 에너지 충전장치 및 상기 이동형 에너지 충전장치의 도킹부에 도킹되는 접속부, 수소저장장치, 연료전지 및 파워컨디셔닝시스템(PCS)를 포함하는 이동형 에너지 방전장치를 포함하고, 상기 이동형 에너지 방전장치는 상기 이동형 에너지 충전장치에서 탈부착 가능한 것이다.

Description

이동식 에너지 가역 충방전 시스템{MOVABLE ENERGY REVERSAL CHARGE/DISCHARGE SYSTEM}
본 발명은 이동형 에너지 가역 충방전 시스템에 관한 것이다.
내연기관을 활용한 엔진의 경우 에너지 밀도 및 출력밀도가 높으나 소음이나 연기발생으로 기도비닉을 갖추는데 불리하다는 단점이 있으며, 기존의 Li-ion을 비롯한 에너지 저장장치의 경우 낮은 에너지밀도로 이용시간에 제약이 있어 왔다.
화석연료 에너지 고갈 및 저유가시대 종언에 따라 기존 에너지자원은 이미 한계에 도달하고 있으며, 교토의정서 발효 등으로 인해 전 세계적으로 온실가스 배출규제가 강화되고 있어 신·재생 에너지 요구가 가속화되고 있다. 또한, 기술 발전에 따라 어플리케이션이 첨단화되고 전력사용량이 증대되어 고에너지 밀도로 저장할 수 있는 에너지원에 대한 요구가 증가하고 있는 실정이다. 환경오염이 이제 단순한 현상이 아닌 사회문제로 대두되면서 대체에너지 마련이 시급해진 가운데 이동형 연료전지 장치에 대한 연구가 활발하다.
연료전지는 다른 에너지원에 비해 높은 시스템 효율성을 가지고 있고, 소음이 없으며 설계 용량에 따른 시스템 효율 차이가 거의 없는 것을 특징으로 하며, 질소산화물과 황산화물을 배출하지 않아 친환경적인 장점을 가지고 있어 차세대 청정 에너지원으로서 각광받고 있다.
특히, 수소 에너지는 재생 가능한 무한자원으로 탄소 배출이 없는 환경친화적 에너지로서, 향후 주요 에너지원이 될 것으로 전망됨에 따라 환경과 에너지문제를 일거에 해소가 가능하여 그 대안으로 주목받고 있다. 기존의 연료 전지는 에너지 저장 밀도가 높은 수소 에너지를 활용하여, 어플리케이션의 운전시간 향상, 이용 목적 고도화를 가능케 하였으나, 수소 공급 인프라의 부족으로 수소 충전에 어려움을 겪고 있다.
이에, 별도의 수소 인프라의 필요 없이 에너지 충전이 가능하며, 기존 Li-ion 배터리 대비 동일 부피 대비 더 많은 에너지를 제공할 수 있는 이동형 에너지 가역 충방전 시스템에 대한 니즈가 증가하고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 물탱크, 부스터 펌프, 수전해스택, 드라이어 및 도킹부를 포함하는 이동형 에너지 충전장치 및 상기 이동형 에너지 충전장치의 도킹부에 도킹되는 접속부, 수소저장장치, 연료전지 및 파워컨디셔닝시스템(PCS)를 포함하는 이동형 에너지 방전장치를 포함하고, 상기 이동형 에너지 방전장치는 상기 이동형 에너지 충전장치에서 탈부착 가능한 것인, 이동형 에너지 가역 충방전 시스템을 제공하기 위함이다.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 해당 분야 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 에너지 가역 충방전 시스템은, 물탱크, 부스터 펌프, 수전해스택, 드라이어 및 도킹부를 포함하는 이동형 에너지 충전장치 및 상기 이동형 에너지 충전장치의 도킹부에 도킹되는 접속부, 수소저장장치, 연료전지 및 파워컨디셔닝시스템(PCS)를 포함하는 이동형 에너지 방전장치를 포함하고, 상기 이동형 에너지 방전장치는 상기 이동형 에너지 충전장치에서 탈부착 가능한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소저장장치는, 수소저장합금이 탑재되는 케이스 및 상기 케이스 내부에 위치하는 3차원 메쉬 형태의 내부 구조물을 포함하고, 상기 내부 구조물은, 상기 케이스 내부 공간 중 1 부피% 내지 5 부피%인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소저장합금을 포함하는 케이스 내부 평균 전도 열저항은, 하기의 식 1에 따르는 것일 수 있다.
[식 1]
Figure 112018131972141-pat00001
(Rcond: 수소저장합금 케이스 내부 평균 전도 열저항, R: 수소저장합금 케이스의 반지름, L: 수소저장합금 케이스의 높이, k: 수소저장합금 케이스 내부의 열전도도, dr: 케이스 반경 방향으로의 미소 거리)
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소저장합금을 포함하는 케이스 외부의 대류 열저항은, 하기의 식 2에 따르는 것일 수 있다.
[식 2]
Figure 112018131972141-pat00002
(Rconv: 수소저장합금 케이스 외부 대류 열저항, R: 수소저장합금 케이스의 반지름, L: 수소저장합금 케이스의 높이, h: 수소저장합금 케이스 외부의 대류 열전달계수, Aconv: 2πRL)
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소저장합금을 포함하는 케이스 내부의 유효 열전도도는, 하기의 식 3에 따르는 것일 수 있다.
[식 3]
Figure 112018131972141-pat00003
(keff: 수소저장합금 케이스 내부의 유효 열전도도, R: 수소저장합금 케이스의 반지름, h: 수소저장합금 케이스 외부의 대류 열전달계수)
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 내부 구조물의 격자 간격은, 하기의 식 4에 따르는 것일 수 있다.
[식 4]
Figure 112018131972141-pat00004
(x: 내부구조물의 격자 간격, y: 수소저장장치(220) 케이스 내부의 유효 열전도도)
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소저장장치는, 상기 수소저장합금을 포함하는 케이스 내부와 외부의 열저항이 균형을 이루는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소저장장치는, 외벽에 형성된 요철 구조를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연료전지는, 공냉식 연료전지인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연료전지는, 무가습 조건에서 운전 가능하고, 15 ㎛ 이하의 폴리머 전해질을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연료전지는, 퍼징밸브 및 컨트롤러를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 접속부는, 상기 이동형 에너지 방전장치를 이동형 에너지 충전장치에서 탈부착할 수 있는 커넥터를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 이동형 에너지 방전장치는, 1 kWh/L 이상의 에너지 생산이 가능한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 이동형 에너지 방전장치는, 상기 수소저장장치의 외벽에 유로가 형성되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 도킹부는, 상기 이동형 에너지 방전장치의 접속부와 도킹되는 접속 가이드벽 또는 히트파이프를 더 포함하고, 상기 접속 가이드벽은, 상기 이동형 에너지 방전장치와 이격되며, 내벽에 요철구조를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 히트파이프는, 상기 이동형 에너지 방전장치와 접촉되어 이동형 에너지 방전장치를 냉각시키는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수전해스택은, 칠러(chiller)를 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명은, 수소저장합금이 탑재된 수소저장장치에 수전해장치에서 생산되는 수소를 활용하여 충전하며, 방전 시에는 수소저장장치에 저장된 수소를 방출, 연료전지에 공급하여 전기를 생산하는 이동형 에너지 가역 충방전 시스템에 관한 것으로, 물탱크, 부스터 펌프, 수전해스택, 드라이어 및 도킹부를 포함하는 이동형 에너지 충전장치 및 상기 이동형 에너지 충전장치의 도킹부에 도킹되는 접속부, 수소저장장치, 연료전지 및 파워컨디셔닝시스템(PCS)를 포함하는 이동형 에너지 방전장치를 포함하고, 상기 이동형 에너지 방전장치는 상기 이동형 에너지 충전장치에서 탈부착 가능한 이동형 에너지 가역 충방전 시스템을 제공할 수 있다.
보다 구체적으로는, 별도의 수소인프라 없이 이용자가 쉽게 물과 전기를 공급하여 수소를 빠르게 충전해서 기존 에너지저장장치인 Li-ion 배터리 대비 부피 기준 2배 이상 오랜 시간 전기를 활용할 수 있는 이동형 에너지 가역 충방전 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 에너지 가역 충방전 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 에너지 가역 충방전 시스템에서 냉각성능 향상을 위해 히트파이프를 구비한 시스템을 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 에너지 방전장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 에너지 충,방전장치의 목업 (Mock-up) 디자인이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함하며, 보다 구체적으로, 구성 요소(element) 또는 층이 다른 요소 또는 층 "상에(on)", "에 연결된(connected to)", 또는 "에 결합된(coupled to)" 것으로서 나타낼 때, 이것이 직접적으로 다른 구성 요소 또는 층에 있을 수 있거나, 연결될 수 있거나 결합될 수 있거나 또는 간섭 구성 요소 또는 층(intervening elements and layer)이 존재할 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어서, , 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명의 이동형 에너지 가역 충방전 시스템에 대하여 실시예 및 도면을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명이 이러한 실시예 및 도면에 제한되는 것은 아니다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 에너지 가역 충방전 시스템은, 물탱크(10), 부스터 펌프(20), 수전해스택(30), 드라이어(40) 및 도킹부(90)를 포함하는 이동형 에너지 충전장치(100) 및 상기 이동형 에너지 충전장치(100)의 도킹부(90)에 도킹되는 접속부(210), 수소저장장치(220), 연료전지(230) 및 파워컨디셔닝시스템(240, PCS)를 포함하는 이동형 에너지 방전장치(200)를 포함하고, 상기 이동형 에너지 방전장치(200)는 상기 이동형 에너지 충전장치(100)에서 탈부착 가능한 것이다.
일 측에 따를 때, 상기 이동형 에너지 가역 충방전 시스템은, 에너지 충전 시 전기와 물을 활용하여 수소 에너지 형태로 충전하는 이동형 에너지 충전장치(100)와 방전 시에는 저장된 수소를 통해 전기를 생산하며 부산물로 물이 얻어질 수 있는 이동형 에너지 방전장치(200), 그리고 이동형 에너지 방전장치(200)와 충전장치를 연결하는 도킹부(90)가 포함된 시스템을 포함하는 시스템인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 이동형 에너지 가역 충방전 시스템은, 기존 리튬기반 에너지저장장치 대비 더 높은 에너지저장밀도로 에너지를 저장 및 이용할 수 있고, 기존의 수소를 이용하는 연료전지(230) 시스템 대비 수소 인프라 없이 수소 에너지를 활용할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 기존 리튬기반 에너지저장장치 대비 더 높은 에너지저장밀도로 에너지를 저장 및 이용하는 용량은, 1 kWh/L, 바람직하게는 1.3 kWh/L, 더욱 바람직하게는 1.5 kWh/L 이상일 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 에너지 가역 충방전 시스템을 나타낸 구성도이다. 도 1을 참조할 때, 상기 이동형 에너지 방전장치(200)는, 수소저장합금이 탑재된 수소저장장치(220), 연료전지(230) 스택(연료전지(230)), 파워컨디셔닝시스템(240, PCS)이 하나의 시스템으로 구성되어 있고, 이동형 에너지 충전장치(100)는 물탱크(10), 부스터 펌프(20), 수전해스택(30), 드라이어(40), 도킹부(90)가 하나의 시스템으로 구성되어 있다.
일 측에 따를 때, 상기 이동형 에너지 방전장치(200)는, 수소저장장치(220)에 저장된 수소가, 연료전지(230)로 공급되며, 연료전지(230)에서는 전기화학 반응을 통해 전기와 부산물로 물이 생성이 되며, PCS에서 연료전지(230)에서 생성된 전기가 사용자가 필요로 하는 전압 조건에 맞는 전기로 변환이 될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 이동형 에너지 방전장치(200)의 에너지 저장 밀도를 최대화하기 위해, 수소저장합금의 종류, 열관리 기구, 연료전지(230)의 타입과 설계 조건 및 PCS의 구성요소가 포함된 시스템을 제공할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수소저장합금은, 이동형 에너지 방전장치(200)의 에너지저장밀도를 높이기 위해 단위 부피당 저장될 수 있는 수소저장밀도가 높은 것으로, 정에너지를 적게 소비하면서도 사용자가 빠르고 반복적으로 충방전을 하기 위해 상온조건 및 압력이 상대적으로 낮은 조건에서 수소 충방전이 가능한 합금이라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는, AB2 타입 (TiMn2 계열) 또는 AB5 타입 (LaNi5 계열) 합금이 사용될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수소저장합금에 저장된 수소를 방출시켜 이용할 때는 흡열반응이 일어나 수소저장용기의 온도가 감소하고 수소의 탈착압력이 낮아지게 될 수 있다. 이 때, 지속적으로 수소의 탈착압력이 낮아지면, 연료전지(230)로 수소의 유량이 유효하게 전달되지 못하게 되어 연료전지(230)의 성능열화가 발생할 수 있으며, 정격전력을 생산할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 이동형 에너지 방전장치(200)에서 지속적으로 전기를 생산하기 위하여, 상기 수소저장장치(220)에 열을 공급할 수 있는 기구를 더 포함할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 이동형 에너지 방전장치(200)의 에너지 방전시, 상기 수소저장장치(220)의 흡열량을 충당하기 위하여, 상기 이동형 에너지 방전장치(200) 내의 연료전지(230)에서 발생하는 폐열을 활용할 수 있으며, 바람직하게는, 셀당 전압 약 0.7 V의 운전으로 50 W의 전력을 생산하는 연료전지(230) 스택의 경우 폐열은 약 57 W 발생하며, 이 전력 생산에 요구되는 수소 유량 (~590 ml/min) 공급을 위해 AB5 타입의 합금에 요구되는 탈착 열량은 약 12 W수준일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수소저장장치(220)에 열을 공급할 수 있는 기구는, 연료전지(230)의 폐열의 21 % 이상을 자체적으로 활용가능할 경우, 생략할 수도 있다.
일 측에 따를 때, 상기 파워컨디셔닝시스템(240, PCS)은, 연료전지(230)에서 생산된 전기를 타겟 출력전압에 맞게 조절해주는 DC/DC 컨버터(350)가 포함될 수 있으며, 순간적 피크 전력을 대응하고 이동형 에너지 방전장치(200) 시스템의 스타트업에 필요한 전기를 공급하였다가 연료전지(230)에서 생산되는 전기가 일부 충전이 되어 이용될 수 있는 배터리팩이 추가적으로 구비될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 이동형 에너지 충전장치(100)의 수전해스택(30)은, 가압형 수전해스택(30)일 수 있으며, 상기 수전해스택(30) 가압운전을 위해 물탱크(10)로부터 공급받은 수전해스택(30)으로 물을 공급 및 가압하는 부스터 펌프(20)와 스택 후단의 압력을 유지시켜주는 릴리프 밸브(70)가 구비될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수전해스택(30)은 이동형으로 작동하기 위해, 상온에서 작동 가능한 알칼라인 전해질 기반의 수전해스택(30), 폴리머 전해질 기반의 수전해스택(30)이 이용될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수전해스택(30)의 양극에서는 산소와 미반응된 물이 생성이 되며, 산소는 세퍼레이터(80)를 통해 분리가 되고 미반응된 물을 재회수하여 이용될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수전해스택(30)은 드라이어(40) 장치를 더 포함할 수 있으며, 상기 드라이어(40) 장치는, 수전해스택(30)의 음극에서 생성된 수소에 포함된 수백 ppm의 수분이 수소저장장치(220)에 저장될 때, 수소저장장치(220)의 성능 열화를 방지할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 드라이어(40) 장치는, 수분이 함유된 수소를 건조시켜서, 고순도의 수소를 확보하기 위한 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 건조된 수소는, 토출 부위에서 압력조절기(50) (Back pressure regulator) 를 통해 상기 이동형 에너지 방전장치(200)의 충전 정격압력으로 조절된 후 도킹부(90)를 거쳐 공급될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수소저장합금에 수소를 충전할 때, 발열반응이 일어나 수소저장용기의 온도가 상승하고 수소의 흡수를 저해할 수 있는 바, 냉각기구로서, 상기 이동형 에너지 충전장치(100)의 도킹부(90) 입구에 공랭 팬(91)을 더 포함할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 공랭 팬(91)은, 발열반응으로 인해, 충전 수소 유량이 정격보다 떨어져 이동형 에너지 충전장치(100)의 유효적 이용 효율이 저하될 때, 수소저장합금에서 발생하는 열을 제거하여 충전 속도를 향상시킬 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 에너지 가역 충방전 시스템에서 냉각성능 향상을 위해 히트파이프(92)를 구비한 시스템을 나타낸 구성도이다. 도 2를 참조할 때, 상기 이동형 에너지 충방전시스템에서는 수소 충전 냉각성능 향상을 위해 도킹부(90)에 공랭 팬(91) 대신 히트파이프(92)가 포함되는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 히트파이프(92)는 상기 이동형 에너지 방전장치(200)의 외벽에 히트파이프(92)의 여러 개의 관들이 번들형태로 접촉된 형태로 위치할 수 있으며, 면 접촉의 형태로 위치할 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소저장장치(220)는, 수소저장합금이 탑재되는 케이스 및 상기 케이스 내부에 위치하는 3차원 메쉬 형태의 내부 구조물을 포함하고, 상기 내부 구조물은, 상기 케이스 내부 공간 중 1 부피% 내지 5 부피%인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수소저장장치(220)는, 수소 저장량을 극대화하며 내부구조물과 외부 열관리 요소를 적용한 최적화된 열관리 시스템이 반영된 것으로 수소저장합금을 이용한 수소저장장치(220)에서 보다 신속하고 안정적인 수소의 흡수와 방출을 가능하게 하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 케이스는 수소저장합금이 탑재된 것이고, 상기 내부 구조물은, 내부 열관리를 위한 것이며, 그 외에 외부 열관리를 위한 냉각용 팬과 가열용 팬을 더 포함할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 내부 구조물의 내부 열관리를 위해서 카본 시트와 외부 열관리를 위한 유로 및 핀 형상을 더 포함할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 내부 구조물은, 상기 케이스 내부의 유효 열전도도를 달성하기 위한 설계 기준에 부합하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 케이스 내부의 유효 열전도도를 달성하기 위해서 상기 내부 구조물은, 높은 열전도성을 갖는 단일 격자 구조물 및 수소저장합금을 포함할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 내부 구조물은, 상기 케이스 내부 공간 중 1 부피% 내지 5 부피%일 수 있으며, 바람직하게는 2 부피% 내지 4 부피%, 더욱 바람직하게는 3.0 부피% 내지 3.5 부피%일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 내부 구조물의 부피 비율은 외부 열관리 효과도 추가로 고려하여 설정되는 것일 수 있으며, 이 때의 외부 열관리 기준은 상기 케이스 외부 온도를 제어하는 열관리 수단을 고려한 외부 열관리 요소들을 기준으로 하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 내부 구조물의 경우, 케이스 내부와 외부의 열저항 균형 계산에 따를 때, 케이스 내부 공간 중 1 부피% 내지 5 부피%일 수 있으며, 바람직하게는 2 부피% 내지 4 부피%, 더욱 바람직하게는 3.0 부피% 내지 3.5 부피%를 갖는 부피 비율만으로도 최적화된 열관리 성능을 보일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 내부 구조물은, 열전도도가 비교적 높은 물질이라면 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 알루미늄 또는 구리일 수 있으며, 더욱 바람직하게는 구리를 포함할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 내부 구조물의 격자 간격은, 바람직하게는 2 cm 내지 3 cm 일 수 있으며, 구리를 포함할 수 있다.
일 측에 따를 때, 바람직하게는 3 cm 간격의 격자 간격을 갖는 구리를 포함하는 내부 구조물의 경우, 부피 비율이 케이스 내부 공간 중 3 % 일 수 있으며, 해당 부피 비율 만으로도 케이스 내부와 외부의 열저항 균형 계산에 따라 최적화된 열관리 성능을 가질 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 내부 구조물은 3차원의 메쉬 형태를 갖는 그물망 구조일 수 있으며, 상기 메쉬 형태를 구성하는 메쉬의 선폭은 1 mm 이상일 수 있으며, 바람직하게는 2 mm 이하일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수치 범위의 메쉬 선폭을 가질 경우, 상기 내부 구조물의 케이스 내부 공간에 구조물을 균일하게 분포를 충족시켜서 수소저장효율을 개선시킬 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 내부 구조물은, 적어도 2 이상이고, 상기 각 내부 구조물 사이에 위치하는 카본 구조막은, 케이스 내에서 수소저장합금 분말의 이동을 방지하는 구역을 형성하는 분리구조체 역할을 하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 케이스와 상기 내부 구조물 사이에 위치하는 탄소 물질층을 더 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 케이스와 상기 내부 구조물 사이는, 공기층-프리인 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소저장합금을 포함하는 케이스 내부 평균 전도 열저항은, 하기의 식 1에 따르는 것일 수 있다.
[식 1]
Figure 112018131972141-pat00005
(Rcond: 수소저장합금 케이스 내부 평균 전도 열저항, R: 수소저장합금 케이스의 반지름, L: 수소저장합금 케이스의 높이, k: 수소저장합금 케이스 내부의 열전도도, dr: 케이스 반경 방향으로의 미소 거리)
일 측에 따를 때, 상기 케이스 내부 평균 전도 열저항은, 수소저항에서의 발열을 2차원으로 가정하고, 수소저장합금 케이스를 기준으로 내부와 외부의 열저항을 각각 추산하여 수소저장합금의 열관리를 이 추산 결과의 균형에 맞추어 열적 병목현상없이 수소 흡수와 방출이 이루어지도록 시스템을 설계하기 위한 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 케이스 내부는 고체를 통한 conduction이 일어날 수 있고, 상기 케이스 외부는 유동에 의한 convection이 일어날 수 있으며, 이들의 저항을 추산하여 균형을 맞추기 위해 내부 평균 전도 열저항을 계산하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 식 1은, 원기둥 형상의 내부 평균 열전도 저항의 경우, 반지름 방향으로 진행하는 부피 인자를 고려한 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 케이스의 반지름은, 내경 또는 깊이를 의미하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소저장합금을 포함하는 케이스 외부의 대류 열저항은, 하기의 식 2에 따르는 것일 수 있다.
[식 2]
Figure 112018131972141-pat00006
(Rconv: 수소저장합금 케이스 외부 대류 열저항, R: 수소저장합금 케이스의 반지름, L: 수소저장합금 케이스의 높이, h: 수소저장합금 케이스 외부의 대류 열전달계수, Aconv: 2πRL)
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소저장합금을 포함하는 케이스 내부의 유효 열전도도는, 하기의 식 3에 따르는 것일 수 있다.
[식 3]
Figure 112018131972141-pat00007
(keff: 수소저장합금 케이스 내부의 유효 열전도도, R: 수소저장합금 케이스의 반지름, h: 수소저장합금 케이스 외부의 대류 열전달계수)
일 측에 따를 때, 상기 식 3에 따른 케이스 내부의 유효 열전도도는, 상기 식 1과 식 2의 케이스 내부 평균 전도 열저항과 케이스 외부 대류 열저항을 이용하여, 케이스 내부와 외부의 열저항 균형을 맞추기 위한 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 식 3에 따른 유효 열전도도를 가질 때, 저항의 발란스가 맞춰져, 병목현상 없이 외부 열이 효과적으로 빠져나갈 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 식 3에 따른 유효 열전도도를 갖기 위한 일 예로, 케이스의 반지름이 2.5 cm, 케이스 외부의 대류 열전달 계수가 50 W/m2·K 이고, 에 따라서 케이스 내부의 유효 열전도도는 0.625 W/m·K 이상으로 설계될 수 있으며, 케이스 내부의 유효 열전도도는 0.625 W/m·K 이상으로 설계되는 내부 구조물을 적용함으로써 수소저장합금의 탑재량은 극대화시키며 신속하고 안정적인 수소저장합금의 수소 흡수와 방출을 가능하게 할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 식 3에서 케이스 외부의 대류 열전달 계수(h)는 기본적으로 자연 대류일 경우 10 W/m2·K 강제 대류일 경우 50 W/m2·K으로 산정될 수 있으나, 이는 예시적인 실시예이며, 외부 습도, 풍속, 풍향 등 외부 요인에 따라 변동이 있을 수 있다. 즉, 케이스 외부의 대류 열전달 계수(h)의 변동에 따라 케이스 내부의 목표 유효열전도도(keff) 값이 결정될 수 있으며, 케이스의 반지름(R) 변동에 의해서도 케이스 내부의 목표 유효열전도도(keff) 값이 결정될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 케이스 내부의 유효열전도도(keff)를 달성하기 위하여, 내부 구조물의 격자 간격 등에 따른 내부 구조물 열 설계 기준이 중요한 인자로 작용할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 내부 구조물의 격자 간격 등에 따른 내부 구조물 열 설계 기준은 식 4에 따를 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 내부 구조물의 격자 간격은, 하기의 식 4에 따르는 것일 수 있다.
[식 4]
Figure 112018131972141-pat00008
(x: 내부구조물의 격자 간격, y: 수소저장장치(220) 케이스 내부의 유효 열전도도)
일 측에 따를 때, 상기 식 4는 단일 격자가 높은 열전도성의 구리구조물과 수소저장합금으로 구성될 때, 이의 유효 열전도도를 열해석을 통해 계산한 결과를 바탕으로 선형 근사된 것으로, 단일 격자의 형상이나 열전도성 물질에 따라 식의 근사가 다르게 결정될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 내부 구조물은, 식 4의 선형 근사식에 따라 바람직하게는 3 cm의 일정 격자 간격을 갖는 구리 구조물일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소저장장치(220)는, 상기 수소저장합금을 포함하는 케이스 내부와 외부의 열저항이 균형을 이루는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 균형은, 상기 식 1과 식 2의 케이스 내부 평균 전도 열저항과 케이스 외부 대류 열저항을 이용하여, 케이스 내부와 외부의 열저항 균형을 맞춘 것으로, 열적 병목현상없이 수소 흡수와 방출이 이루어지도록 시스템을 설계한 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수소저장장치는 방전부 케이스를 더 포함할 수도 있으나, 방전부 케이스 없이도, 연료전지의 폐열만으로 흡열량이 충당될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 수소저장장치가 방전부 케이스 없이 설계될 경우, 컴팩트한 설계가 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수소저장장치(220)는, 외벽에 형성된 요철 구조를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 요철 구조는, 핀(pin)형태일 수 있으며, 상기 요철 구조는, 열전달 성능을 향상시켜 수소에너지 방전 시엔 흡열 성능을 향상시킬 수 있으며, 수소에너지 충전 시엔 냉각성능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연료전지(230)는, 공냉식 연료전지인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 공냉식 연료전지는, Air-breathing 타입일 수 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 에너지 방전장치(200)의 개략도이다. 도 3을 참조할 때, Air-breathing 타입의 공냉식 연료전지을 이용하여 무가습 조건에서 연료전지(230)를 운전하는 것을 확인할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 Air-breathing 타입의 공냉식 연료전지는, 내장 팬에서 발생하는 토출 공기의 흐름 방향을 수소저장장치(220) 쪽으로 향하게 하여 수소저장장치(220)의 흡열반응에 필요한 열 공급이 가능할 뿐만 아니라, 수소저장장치(220) 주위의 유동을 개선하여 수소저장장치(220)의 히팅능력을 향상 시킬 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 Air-breathing 타입의 공냉식 연료전지을 이용하여 무가습 조건에서 운전 가능 하도록 연료전지(230)의 스택이 구성되어 있을 경우 추가적 가습장치가 필요 없으므로 종래의 가습장치가 필요한 연료전지(230) 스택 대비 이동형 에너지 방전장치(200)의 시스템 에너지저장밀도가 향상될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 연료전지(230)는, 수냉식 연료전지 및 공냉식 연료전지모두 이용 될 수 있으나, 에너지저장밀도 측면에서는 열교환기 및 수로가 필요 없어 구조가 간결한 공냉식 연료전지가 에너지 저장밀도 측면에서 유리할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연료전지(230)는, 무가습 조건에서 운전 가능하고, 15 ㎛ 이하의 폴리머 전해질을 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 연료전지(230)는, 음극에 실리카 계열의 흡습성 소재가 일부 치환될 수 있고, 가스투과막(Gas diffusion layer)에는 친수성 Microporous layer가 추가로 도포될 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 연료전지(230)의 양극은, Dead-end 모드 운전을 통해 운전 중 수분 증발을 방지하여 무가습 운전을 효과적으로 진행할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 무가습 조건에서의 운전을 위해서 15 ㎛ 이하의 폴리머 전해질을 이용할 수 있다. 그러나, 가습을 도와주는 물질개발이나 가스투과막 계면 최적화 등의 조건에 따라 상기 전해질의 두께는 상이해질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 연료전지(230)는, 퍼징밸브(360) 및 컨트롤러(370)를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 퍼징밸브(360) 및 컨트롤러(370)는, 상기 연료전지(230) 양극의 Dead-end 모드 운전을 위해서 일정 주기로 수소 토출구를 막았다가 열어주는 역할을 하는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 접속부(210)는, 상기 이동형 에너지 방전장치(200)를 이동형 에너지 충전장치(100)에서 탈부착할 수 있는 커넥터를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 커넥터는 상기 이동형 에너지 방전장치(200)를 이동형 에너지 충전장치(100)로부터 쉽게 탈부착할 수 있는 퀵피팅 타입일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 이동형 에너지 방전장치(200)는, 1 kWh/L1 kWh/L, 바람직하게는 1.3 kWh/L, 더욱 바람직하게는 1.5 kWh/L 이상의 에너지 생산이 가능한 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 이동형 에너지 방전장치(200)의 1 kWh/L 이상의 에너지 생산은, 수소의 저위발열량 기준(LHV, Lower Heating Value)인 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 전기 활용 가능 에너지 밀도는 500 Wh/L 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 이동형 에너지 방전장치(200)는, 상기 수소저장장치(220)의 외벽에 유로가 형성되는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 유로는, 상기 수소저장장치(220)의 외벽에 공기 흐름 시 열전달 면적을 증가시켜 주는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 도킹부(90)는, 상기 이동형 에너지 방전장치(200)의 접속부(210)와 도킹되는 접속 가이드벽 또는 히트파이프(92)를 더 포함하고, 상기 접속 가이드벽은, 상기 이동형 에너지 방전장치(200)와 이격되며, 내벽에 요철구조를 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 도킹부(90)는, 공랭 팬(91)을 포함하여 충전과정에서 이동형 에너지 방전장치(200)에 수소 공급 시 수소저장합금에서 발생하는 열을 효과적으로 제거하여 충전속도를 향상시킬 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 접속가이드벽 내벽의 요철구조는, 냉각능력 향상을 위한 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 히트파이프(92)는, 상기 이동형 에너지 방전장치(200)와 접촉되어 이동형 에너지 방전장치(200)를 냉각시키는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 히트파이프(92)는, 접촉식 냉각장치의 역할을 함과 동시에, 상기 이동형 에너지 방전장치(200)의 접속부(210)와 도킹되는 접속 가이드벽을 하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 히트파이프(92)가, 상기 에너지 이동형 에너지 방전장치(200)의 탈착 시에 간섭이 일어날 경우, 이들의 구성물을 탈착 시 퇴피시켜 두어, 탈착 후에 이들 구성물을 소정의 장소에 자동 또는 수동에 의해 이동시키도록 할 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 이동형 에너지 방전장치(200) 내 수소저장장치(220)에서 열을 흡수한 히트파이프(92)의 냉매는 히트파이프(92)의 여러 판들이 번들로 묶여있는 히트싱크 모듈을 통해 다시 쿨링이 되는 구조로 이루어질 수 있으며, 히트파이프(92)의 히트싱크 모듈의 냉각성능 확보를 위해 히트싱크에 공랭 팬(91)이 더 포함될 수 있다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 에너지 충,방전장치의 목업 (Mock-up) 디자인이다. 도 4를 참조할 때, 이동형 에너지 방전장치(200)가 이동형 에너지 충전장치(100)에 도킹되어 충전되고 있는 모습, 탈착되어 있는 모습을 확인할 수 있으며, 별도의 수소 인프라의 필요 없이 수소에너지를 충전할 수 있으며, 이용자가 Off-grid에서 기존 리튬 기반의 에너지저장장치 대비 높은 에너지저장밀도로 전기를 이용할 수 있는 이동형 가역 에너지 충방전 시스템을 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 상기 수전해스택(30)은, 칠러(60, chiller)를 더 포함하는 것일 수 있다.
일 측에 따를 때, 상기 칠러(60)는, 수전해스택(30)의 물분해 반응이 고전류 인가 조건에서 발열반응이므로, 수전해스택(30)의 온도를 일정하게 유지시키는 역할을 하는 것일 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 . 이동형 에너지 가역 충방전 시스템의 제조
물을 공급해주는 물탱크(10), 상기 물탱크(10)와 연결되어 물을 가압하는 부스터 펌프(20), 상기 부스터 펌프(20)로부터 가압된 물을 공급받아 수소를 생산하는 수전해스택(30), 상기 수전해스택(30)으로부터 생산된 수소를 건조시키는 드라이어(40) 및 상기 드라이어(40)로부터 건조된 수소를 제공하는 도킹부(90)를 포함하는 이동형 에너지 충전장치(100)를 준비하였다.
도킹부(90)에 도킹되는 접속부(210), 상기 충전부로부터 수소를 공급받아 저장하는 수소저장장치(220), 상기 수소저장장치(220)로부터 수소를 공급받아 전력을 생산하는 연료전지(230), 상기 연료전지(230)로부터 생산된 전력을 타겟 출력전압에 맞게 조절하는 파워컨디셔닝시스템(240, PCS)을 포함하는 이동형 에너지 방전장치(200)를 준비하였다.
이 때, 상기 이동형 에너지 방전장치(200)는 1 kWh/L 이상의 에너지 생산이 가능한 것이다.
상기 이동형 에너지 충전장치(100)에 상기 이동형 에너지 방전장치(200)를 탈착시켜서, 이동형 에너지 가역 충방전 시스템을 제조하였다.
도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 에너지 가역 충방전 시스템을 나타낸 구성도로, 이동형 에너지 방전장치의 접속부와 도킹되는 도킹부에 공랭팬을 더 포함하는 형태일 수 있다.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 에너지 가역 충방전 시스템을 나타낸 구성도로, 이동형 에너지 방전장치의 접속부와 도킹되는 도킹부에 공랭 팬 대신 히트파이프와 히트 싱크를 더 포함하는 형태일 수 있다. 이 때, 냉각 성능 확보를 위해 상기 히트싱크에 공랭 팬을 더 포함할 수도 있다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동형 에너지 방전장치(200)의 외형을 관찰한 개략도로, 수소저장장치(390)를 포함하며, S자 커넥터(310), 감압밸브(320), 파워컨디셔닝시스템(240)을 포함하는 배터리팩(330), 토출공기 흐름을 수소저장 장치쪽으로 보내서 폐열을 활용하기 위한 팬(fan)을 더 포함하는 연료전지(230), DC/DC 컨버터(350), dead-end 모드 운전을 위해 필요한 퍼징밸브(360), 방전부 캐니스터(340) 및 컨트롤러(370), 니들밸브(380), 수소저장장치(220)를 나타낸다. 이 때, 상기 S자 커넥터는 니들 밸브와 감압 밸브를 더욱 컴팩트한 공간에서 이어주기 위해 추가되는 것이다.
도 3의 이동형 에너지 방전장치(200)를 포함하면서, 이동형 에너지 충전장치(100)와 착탈된 도 1 및 도 2의 설계에 따른 이동형 에너지 가역 충방전 시스템의 경우, 별도의 수소인프라 없이 이용자가 쉽게 물과 전기를 공급하여 수소를 빠르게 충전해서 기존 에너지저장장치보다 2배 이상 오랜 시간 전기를 활용할 수 있는 것을 확인하였다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다. 그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
10 : 물탱크
20 : 부스터 펌프
30 : 수전해스택
40 : 드라이어
50 : 압력조절기
60 : 칠러
70 : 릴리프밸브
80 : 세퍼레이터
90 : 도킹부
91 : 공랭 팬
92 : 히트파이프
100 : 이동형 에너지 충전장치
200 : 이동형 에너지 방전장치
210 : 접속부
220 : 수소저장장치
230 : 연료전지
240 : 파워컨디셔닝시스템(PCS)
310 : 이동형 에너지 방전장치의 S자 커넥터
320 : 이동형 에너지 방전장치의 감압밸브
330 : 이동형 에너지 방전장치의 배터리팩
340 : 이동형 에너지 방전장치의 방전부 캐니스터
350 : DC/DC 컨버터
360 : 퍼징밸브
370 : 컨트롤러
380 : 니들밸브

Claims (17)

  1. 물탱크, 부스터 펌프, 수전해스택, 드라이어 및 도킹부를 포함하는 이동형 에너지 충전장치; 및
    상기 이동형 에너지 충전장치의 도킹부에 도킹되는 접속부, 수소저장장치, 연료전지 및 파워컨디셔닝시스템(PCS)를 포함하는 이동형 에너지 방전장치;
    를 포함하고,
    상기 이동형 에너지 방전장치는 상기 이동형 에너지 충전장치에서 탈부착 가능한 것이고,
    상기 수소저장장치는, 수소저장합금이 탑재되는 케이스; 및 상기 케이스 내부에 위치하는 3차원 메쉬 형태의 내부 구조물; 을 포함하고,
    상기 내부 구조물은, 상기 케이스 내부 공간 중 1 부피% 내지 5 부피%인 것이고,
    상기 수소저장합금을 포함하는 케이스 내부 평균 전도 열저항은, 하기의 식 1에 따르는 것이거나,
    상기 수소저장합금을 포함하는 케이스 외부의 대류 열저항은, 하기의 식 2에 따르는 것이거나,
    상기 수소저장합금을 포함하는 케이스 내부의 유효 열전도도는, 하기의 식 3에 따르는 것이거나,
    상기 내부 구조물의 격자 간격은, 하기의 식 4에 따르는 것인,
    이동형 에너지 가역 충방전 시스템.

    [식 1]
    Figure 112020063989900-pat00017

    (Rcond: 수소저장합금 케이스 내부 평균 전도 열저항, R: 수소저장합금 케이스의 반지름, L: 수소저장합금 케이스의 높이, k: 수소저장합금 케이스 내부의 열전도도, dr: 케이스 반경 방향으로의 미소 거리)

    [식 2]
    Figure 112020063989900-pat00018

    (Rconv: 수소저장합금 케이스 외부 대류 열저항, R: 수소저장합금 케이스의 반지름, L: 수소저장합금 케이스의 높이, h: 수소저장합금 케이스 외부의 대류 열전달계수, Aconv: 2πRL)

    [식 3]
    Figure 112020063989900-pat00019

    (keff: 수소저장합금 케이스 내부의 유효 열전도도, R: 수소저장합금 케이스의 반지름, h: 수소저장합금 케이스 외부의 대류 열전달계수)

    [식 4]
    Figure 112020063989900-pat00020

    (x: 내부구조물의 격자 간격, y: 수소저장장치 케이스 내부의 유효 열전도도)
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수소저장장치는,
    상기 수소저장합금을 포함하는 케이스 내부와 외부의 열저항이 균형을 이루는 것인,
    이동형 에너지 가역 충방전 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수소저장장치는, 외벽에 형성된 요철 구조를 포함하는 것인,
    이동형 에너지 가역 충방전 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지는,
    공냉식 연료전지인 것인,
    이동형 에너지 가역 충방전 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지는,
    무가습 조건에서 운전 가능하고,
    15 ㎛ 이하의 폴리머 전해질을 포함하는 것인,
    이동형 에너지 가역 충방전 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 연료전지는,
    퍼징 밸브 및 컨트롤러를 더 포함하는 것인,
    이동형 에너지 가역 충방전 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 접속부는,
    상기 이동형 에너지 방전장치를 이동형 에너지 충전장치에서 탈부착할 수 있는 커넥터를 포함하는 것인,
    이동형 에너지 가역 충방전 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 이동형 에너지 방전장치는,
    1 kWh/L 이상의 에너지 생산이 가능한 것인,
    이동형 에너지 가역 충방전 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 이동형 에너지 방전장치는,
    상기 수소저장장치의 외벽에 유로가 형성되는 것인,
    이동형 에너지 가역 충방전 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 도킹부는,
    상기 이동형 에너지 방전장치의 접속부와 도킹되는 접속 가이드벽 또는 히트파이프를 더 포함하고,
    상기 접속 가이드벽은, 상기 이동형 에너지 방전장치와 이격되며, 내벽에 요철구조를 포함하는 것인,
    이동형 에너지 가역 충방전 시스템.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 히트파이프는,
    상기 이동형 에너지 방전장치와 접촉되어 이동형 에너지 방전장치를 냉각시키는 것인,
    이동형 에너지 가역 충방전 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 수전해스택은,
    칠러(chiller)를 더 포함하는 것인,
    이동형 에너지 가역 충방전 시스템.
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