KR102267677B1 - System for cold heat transfer and hydrogen liquefaction using cold heat circulation of liguified hydrogen - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템 및 이를 이용한 수소 순환 방법에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따르면, 기체 수소를 냉각하여 액화하는 액체 수소 생산 모듈; 및 액체 수소를 공기와 열교환시켜서 기체 수소를 생성하고, 액체 수소와 열교환된 공기를 팽창시켜서 액체 공기를 생성하는 기체 수소 공급 모듈을 포함하고, 상기 액체 수소 생산 모듈은 상기 기체 수소 공급 모듈에서 생성되는 액체 공기를 이용하여 수소를 예비 냉각시키는, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템이 제공될 수 있다.The present invention relates to a hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation and a hydrogen circulation method using the same. Specifically, according to an embodiment of the present invention, a liquid hydrogen production module for cooling and liquefying gaseous hydrogen; and a gaseous hydrogen supply module configured to generate gaseous hydrogen by heat-exchanging liquid hydrogen with air, and generating liquid air by expanding the air heat-exchanged with liquid hydrogen, wherein the liquid hydrogen production module is generated in the gaseous hydrogen supply module A hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation, which pre-cools hydrogen using liquid air, may be provided.
Description
본 발명은 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템에 대한 것이다. The present invention relates to a hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation.
액체 수소는 화석 연료에 비해 10배 이상 가벼운 연료로, 우주 항공 산업 분야에서 꾸준히 로켓, 무인기(UAV)와 같은 추진체 연료로 각광받아 왔으며, 최근 수소 연료를 내연기관으로 이용한 차량이 본격적으로 상용화됨에 따라 그 수요가 급증하고 있다.Liquid hydrogen is a fuel that is 10 times lighter than fossil fuels, and has been steadily spotlighted as a propellant fuel such as rockets and unmanned aerial vehicles (UAV) in the aerospace industry. Its demand is surging.
수소의 액화 온도는 대기압 기준 20.3K로서, 일반 물질에 비하여 극저온의 범위에서 액화가 이루어진다. 즉, 액체 수소를 얻기 위해서는 극저온 공학(cryogenic engineering), 열역학(thermodynamics), 열전달(heat transfer)과 같은 다양한 공학 분야가 필연적으로 응용되어야 한다. 일반적인 대규모 수소 액화 플랜트는 Brayton 사이클 또는 Claude 사이클로 구성되는데, 여기에는 압축기(compressor), 열교환기(heat exchanger), 극저온 터빈(cryogenic turbine) 등의 설비가 필요하다.The liquefaction temperature of hydrogen is 20.3K based on atmospheric pressure, and liquefaction occurs in the cryogenic range compared to general materials. That is, in order to obtain liquid hydrogen, various engineering fields such as cryogenic engineering, thermodynamics, and heat transfer are inevitably applied. A typical large-scale hydrogen liquefaction plant consists of a Brayton cycle or a Claude cycle, which requires equipment such as a compressor, a heat exchanger, and a cryogenic turbine.
액체 수소 생산 공정은 수소의 액화를 위해 수소 비등점 보다 낮은 헬륨을 이용한 냉동 브레이튼 사이클을 구성하고, 액체 천연가스 혹은 액체 질소를 이용하여 이들보다 비등점이 높은 온도 영역에서 예비 냉각을 실시한다. 이를 통해 오직 헬륨만을 이용한 냉동사이클에 비해 수소액화를 위해 비교적 적은 에너지가 소비된다. 이러한 예비 냉각을 위한 예비 냉각 냉매로서 종래에는 액체 천연 가스가 사용되었으나, 이 경우 보관 및 이송이 까다로운 액체 천연 가스를 저장 및 활용할 수 있는 시설과 인접한 곳에서만 적용이 가능하기 때문에 지역적으로 많은 제약이 따르게 된다. 또한, 액체 천연 가스 외에 액체 질소가 활용될 수도 있으나, 마찬가지로 액체 질소 또한 별도의 저장 및 활용을 위한 시설이 필요하며, 지역적 제약이 따를 뿐만 아니라, 운영 비용 또한 높아지는 문제가 있다.The liquid hydrogen production process consists of a refrigeration Brayton cycle using helium lower than the hydrogen boiling point for liquefaction of hydrogen, and pre-cooling is performed in a temperature region with a higher boiling point than these using liquid natural gas or liquid nitrogen. Through this, relatively less energy is consumed for hydrogen liquefaction compared to a refrigeration cycle using only helium. Liquid natural gas has been conventionally used as a pre-cooling refrigerant for this pre-cooling, but in this case, it can be applied only in a place adjacent to a facility that can store and utilize liquid natural gas, which is difficult to store and transport, so there are many regional restrictions. do. In addition, liquid nitrogen may be used in addition to liquid natural gas, but liquid nitrogen also requires a separate storage and utilization facility, and there is a problem that not only local restrictions are followed, but also the operating cost is increased.
한편, 종래의 수소 사용처에서는 액체 수소를 생산하는 수소 액화 공정으로부터 액체 수소를 기차 혹은 트레일러를 통해 공급받고, 이를 저장한 후 필요시에 액체 수소를 기체 수소로 상변화시켜 사용하고 있다. 액체 수소는 사용처의 사용 압력에 따라 액체 수소 펌프에 의해서 압력이 상승되고, 공정수, 대기열 등에 의해서 기체 수소로 상변화된다. 그런데, 이렇게 액체 수소를 기체 수소로 상변화 시키기 위해서 상당히 많은 에너지가 소비되어야 하며, 이 과정에서 공정수 혹은 대기 중으로 많은 에너지가 낭비되는 문제가 있다.On the other hand, in the conventional place where hydrogen is used, liquid hydrogen is supplied through a train or trailer from a hydrogen liquefaction process for producing liquid hydrogen, and after storing it, the liquid hydrogen is phase-changed into gaseous hydrogen when necessary. The pressure of liquid hydrogen is increased by the liquid hydrogen pump according to the use pressure of the place of use, and the phase is changed to gaseous hydrogen by process water, queue, etc. However, in order to phase change liquid hydrogen into gaseous hydrogen, a lot of energy must be consumed, and there is a problem in that a lot of energy is wasted in process water or the atmosphere in this process.
이에, 상술한 바와 같은 문제들을 해결하여 액체 수소가 기체 수소로 상변화 하는 과정에서 버려지는 에너지를 재활용할 수 있는 통합적인 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템에 대한 연구가 필요한 실정이다.Therefore, it is necessary to study the hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using the integrated liquid hydrogen cold-heat circulation that can recycle the energy wasted in the process of changing the phase of liquid hydrogen into gaseous hydrogen by solving the above-mentioned problems. .
본 발명의 실시예들은 상술한 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 액체 수소의 생산시 액체 천연 가스, 액체 질소 등과 같이 취급이 까다로운 물질이 아닌 취급이 용이하고 구하기 쉬운 물질을 이용하여 예비 냉각을 실시함으로써, 지역적 제약에서 자유로우면서도 종래에 비해 운영 비용 또한 절감할 수 있는 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템을 제공하고자 한다.Embodiments of the present invention have been devised to solve the above-mentioned conventional problems, and in the production of liquid hydrogen, preliminary cooling is performed using a material that is easy to handle and easy to obtain, not a difficult material such as liquid natural gas, liquid nitrogen, etc. By implementing it, it is intended to provide a hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation that is free from regional restrictions and can also reduce operating costs compared to the prior art.
또한, 사용처에서 액체 수소를 기체 수소로 상변화하는 과정에서 발생되는 에너지를 효과적으로 회수하여 종래에 비해 에너지 효율이 높은 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템을 제공하고자 한다.In addition, it is intended to provide a hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation, which is more energy efficient than the prior art, by effectively recovering the energy generated in the process of changing the phase of liquid hydrogen into gaseous hydrogen at the place of use.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기체 수소를 냉각하여 액화하는 액체 수소 생산 모듈; 및 액체 수소를 공기와 열교환시켜서 기체 수소를 생성하고, 액체 수소와 열교환된 공기를 팽창시켜서 액체 공기를 생성하는 기체 수소 공급 모듈을 포함하고, 상기 액체 수소 생산 모듈은 상기 기체 수소 공급 모듈에서 생성되는 액체 공기를 이용하여 수소를 예비 냉각시키는, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템이 제공될 수 있다.According to an aspect of the present invention, a liquid hydrogen production module for cooling and liquefying gaseous hydrogen; and a gaseous hydrogen supply module configured to generate gaseous hydrogen by heat-exchanging liquid hydrogen with air, and generating liquid air by expanding the air heat-exchanged with liquid hydrogen, wherein the liquid hydrogen production module is generated in the gaseous hydrogen supply module A hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation, which pre-cools hydrogen using liquid air, may be provided.
또한, 액체 수소와 액체 공기를 저장하여 상기 액체 수소 생산 모듈과 상기 기체 수소 공급 모듈 간에 이송 가능하게 제공되는 이송 유닛을 더 포함하고, 상기 이송 유닛은, 액체 수소를 저장할 수 있는 액체 수소 이송 탱크; 액체 공기를 저장할 수 있는 액체 공기 이송 탱크; 및 상기 액체 수소 이송 탱크 및 상기 액체 공기 이송 탱크를 연결하여 서로 지지되도록 하는 지지부를 포함하는, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템이 제공될 수 있다.In addition, it further comprises a transfer unit that is provided to store liquid hydrogen and liquid air to be transferred between the liquid hydrogen production module and the gaseous hydrogen supply module, the transfer unit comprising: a liquid hydrogen transfer tank capable of storing liquid hydrogen; a liquid air transfer tank capable of storing liquid air; and a support for connecting the liquid hydrogen transfer tank and the liquid air transfer tank to support each other, a hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation may be provided.
또한, 상기 액체 수소 생산 모듈은, 액체 공기를 공급받아서 기체 수소와 열교환 시켜서 기체 수소를 예비 냉각하는 예비 냉각부; 상기 예비 냉각부에서 예비 냉각된 기체 수소를 전달받아서 냉매와의 열교환을 통해 액화시키는 본 냉각부; 및 상기 본 냉각부에서 생성된 액체 수소를 저장하는 액체 수소 저장 탱크를 포함하는, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템이 제공될 수 있다.In addition, the liquid hydrogen production module may include: a preliminary cooling unit for receiving liquid air and exchanging heat with gaseous hydrogen to precool gaseous hydrogen; a main cooling unit receiving gaseous hydrogen precooled by the preliminary cooling unit and liquefying it through heat exchange with a refrigerant; And a liquid hydrogen storage tank for storing the liquid hydrogen generated in the cooling unit, a hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation may be provided.
또한, 상기 예비 냉각부는, 상기 기체 수소 공급 모듈에서 생성된 액체 공기를 저장하는 액체 공기 저장 탱크; 상기 액체 공기 저장 탱크와 연결되고, 상기 액체 공기 저장 탱크로부터 공급되는 액체 공기를 가압하는 액체 공기 펌프; 및 상기 액체 공기 펌프와 연결되고, 상기 액체 공기 펌프로부터 액체 공기를 전달받아서 기체 수소와 열교환시키는 예비 냉각기를 포함하는, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템이 제공될 수 있다.In addition, the pre-cooling unit, a liquid air storage tank for storing the liquid air generated in the gaseous hydrogen supply module; a liquid air pump connected to the liquid air storage tank and pressurizing the liquid air supplied from the liquid air storage tank; and a pre-cooler connected to the liquid air pump and heat-exchanged with gaseous hydrogen by receiving liquid air from the liquid air pump. A hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cooling and heat circulation may be provided.
또한, 상기 예비 냉각기와 연결되고, 상기 본 냉각부로부터 전달받은 냉매를 팽창시켜서 상기 예비 냉각기에 공급하여 기체 수소 및 액체 공기와 열교환되도록 하는 냉매 팽창기; 상기 예비 냉각기와 연결되고, 상기 예비 냉각기에서 열교환 후 배출되는 냉매를 압축하는 냉매 압축기; 상기 냉매 압축기와 연결되고, 상기 제1 냉매 압축기에서 압축된 냉매를 냉각하는 냉매 냉각기; 및 상기 냉매 냉각기와 연결되고, 상기 냉매 냉각기에서 냉각된 냉매를 수용하는 버퍼탱크를 포함하는, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템이 제공될 수 있다.In addition, the refrigerant expander is connected to the pre-cooler, expands the refrigerant received from the main cooling unit and supplies it to the pre-cooler to exchange heat with gaseous hydrogen and liquid air; a refrigerant compressor connected to the pre-cooler and compressing the refrigerant discharged from the pre-cooler after heat exchange; a refrigerant cooler connected to the refrigerant compressor and cooling the refrigerant compressed in the first refrigerant compressor; and a buffer tank connected to the refrigerant cooler and accommodating the refrigerant cooled by the refrigerant cooler, a hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cooling-heat circulation may be provided.
또한, 상기 본 냉각부는, 상기 예비 냉각부에서 예비 냉각된 기체 수소를 전달받아서 냉매와 열교환시켜서 냉각하는 적어도 하나 이상의 냉매 열교환기; 상기 냉매 열교환기와 연결되고, 상기 냉매 열교환기에서 배출되는 냉매를 전달받아서 후단으로부터 공급받은 온도가 더 높은 냉매와 열교환시키는 적어도 하나 이상의 복열기; 상기 복열기와 연결되고, 상기 복열기를 거치면서 온도가 더 높아지는 냉매를 수용하는 적어도 하나 이상의 버퍼탱크; 및 상기 복열기 및 상기 냉매 열교환기와 연결되고, 상기 복열기를 거치면서 온도가 더 낮아지는 냉매를 전달받아서 팽창시키고, 팽창된 냉매를 상기 냉매 열교환기로 전달하는 적어도 하나 이상의 냉매 팽창기를 포함하는, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템이 제공될 수 있다.In addition, the main cooling unit may include: at least one refrigerant heat exchanger for receiving the gaseous hydrogen pre-cooled by the pre-cooling unit and heat-exchanging it with the refrigerant; at least one recuperator connected to the refrigerant heat exchanger, receiving the refrigerant discharged from the refrigerant heat exchanger, and exchanging heat with the refrigerant having a higher temperature supplied from the rear end; at least one buffer tank connected to the recuperator and accommodating a refrigerant having a higher temperature while passing through the recuperator; and at least one refrigerant expander connected to the recuperator and the refrigerant heat exchanger, receiving and expanding a refrigerant whose temperature is lowered while passing through the recuperator, and transferring the expanded refrigerant to the refrigerant heat exchanger. A hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using hydrogen cold-heat circulation may be provided.
또한, 상기 버퍼탱크는 복수 개로 제공되고, 상기 본 냉각부는, 복수의 상기 버퍼탱크들 중 적어도 어느 하나에 연결되고, 연결된 상기 버퍼탱크로부터 냉매를 전달받아서 압축하는 적어도 하나 이상의 냉매 압축기; 및 상기 냉매 압축기와 연결되고, 상기 냉매 압축기에서 압축된 냉매를 전달받아서 냉각하는 적어도 하나 이상의 냉매 냉각기를 더 포함하는, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템이 제공될 수 있다.In addition, the buffer tank is provided in plurality, and the main cooling unit includes: at least one refrigerant compressor connected to at least one of the plurality of buffer tanks and receiving refrigerant from the connected buffer tank and compressing it; and at least one refrigerant cooler connected to the refrigerant compressor and receiving and cooling the refrigerant compressed by the refrigerant compressor, a hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cooling and heat circulation may be provided.
또한, 상기 본 냉각기는, 상기 냉매 열교환기와 연결되고, 상기 냉매 열교환기를 거쳐 냉각된 기체 수소를 팽창시켜서 액화하는 수소 팽창기를 더 포함하고, 상기 액체 수소 저장 탱크는 상기 수소 팽창기와 연결되고, 상기 수소 팽창기로부터 액체 수소를 전달받아서 저장하는, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템이 제공될 수 있다.In addition, the main cooler, connected to the refrigerant heat exchanger, further comprising a hydrogen expander for expanding and liquefying gaseous hydrogen cooled through the refrigerant heat exchanger, the liquid hydrogen storage tank is connected to the hydrogen expander, the hydrogen A hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation, which receives and stores liquid hydrogen from the expander, may be provided.
또한, 상기 냉매 열교환기는 복수 개로 제공되고, 상기 본 냉각부는, 복수의 상기 냉매 열교환기들 중 서로 인접하는 한 쌍의 냉매 열교환기들 사이에 연결되고, 상기 액체 수소 저장 탱크와 연결되며, 상기 액체 수소 저장 탱크 내에서 액체 수소가 기화되면서 생성되는 기체 수소를 공급받아서 상기 냉매 열교환기에서 냉각된 기체 수소와 열교환시키는 수소 열교환기를 더 포함하는, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템이 제공될 수 있다.In addition, the refrigerant heat exchanger is provided in plurality, and the main cooling unit is connected between a pair of refrigerant heat exchangers adjacent to each other among the plurality of refrigerant heat exchangers, is connected to the liquid hydrogen storage tank, and the liquid Hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation, further comprising a hydrogen heat exchanger that receives gaseous hydrogen generated as liquid hydrogen is vaporized in the hydrogen storage tank and exchanges heat with gaseous hydrogen cooled in the refrigerant heat exchanger is provided can be
또한, 상기 본 냉각부는, 상기 수소 열교환기로부터 배출되는 기체 수소를 압축하여 상기 냉매 열교환기로 전달하는 수소 재순환 압축기를 더 포함하는, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템이 제공될 수 있다.In addition, the main cooling unit may be provided with a hydrogen liquefaction and cooling heat transfer system using liquid hydrogen cooling and heat circulation, further comprising a hydrogen recirculation compressor for compressing gaseous hydrogen discharged from the hydrogen heat exchanger and transferring it to the refrigerant heat exchanger. .
또한, 상기 기체 수소 공급 모듈은, 상기 액체 수소 생산 모듈에서 생성된 액체 수소를 저장하는 액체 수소 수용 탱크; 상기 액체 수소 수용 탱크로부터 액체 수소를 전달받아서 증발시키는 증발기; 및 공기를 압축시켜서 상기 증발기로 압축 공기를 투입하는 공기 압축기를 포함하는, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템이 제공될 수 있다.In addition, the gaseous hydrogen supply module includes: a liquid hydrogen storage tank for storing liquid hydrogen generated in the liquid hydrogen production module; an evaporator receiving liquid hydrogen from the liquid hydrogen storage tank and evaporating; and an air compressor that compresses air and injects compressed air into the evaporator, a hydrogen liquefaction and cold-heat transport system using liquid hydrogen cold-heat circulation may be provided.
또한, 상기 기체 수소 공급 모듈은, 상기 공기 압축기와 상기 증발기의 사이에 연결되고, 상기 공기 압축기에서 압축된 공기에 함유된 수분을 제거하여 상기 증발기로 제습된 공기를 투입하는 제습기를 더 포함하는, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템이 제공될 수 있다.In addition, the gaseous hydrogen supply module further comprises a dehumidifier connected between the air compressor and the evaporator, to remove moisture contained in the air compressed by the air compressor, and inject the dehumidified air into the evaporator, A hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation may be provided.
또한, 상기 기체 수소 공급 모듈은, 액체 공기가 저장되는 액체 공기 수용 탱크; 상기 증발기와 연결되고, 상기 공기 압축기로부터 상기 증발기를 통과한 공기를 상기 액체 공기 수용 탱크로부터 공급되는 공기와 열교환시키는 공기 열교환기; 및 상기 공기 열교환기 및 상기 액체 공기 수용 탱크와 연결되고, 상기 증발기를 거쳐 상기 공기 열교환기로부터 배출되는 공기를 팽창시켜서 적어도 일부를 액화시키는 공기 팽창기를 더 포함하는, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템이 제공될 수 있다.In addition, the gaseous hydrogen supply module may include: a liquid air receiving tank in which liquid air is stored; an air heat exchanger connected to the evaporator and heat-exchanging the air passing through the evaporator from the air compressor with the air supplied from the liquid air accommodating tank; and an air expander connected to the air heat exchanger and the liquid air receiving tank and configured to liquefy at least part of the air discharged from the air heat exchanger through the evaporator, further comprising: Hydrogen liquefaction using liquid hydrogen cold-heat circulation and a cold heat transfer system may be provided.
또한, 상기 기체 수소 공급 모듈은, 상기 공기 열교환기와 연결되고, 상기 액체 공기 수용 탱크로부터 배출되어 상기 공기 열교환기를 거친 공기를 압축하여 상기 증발기로 재 투입하는 재순환 압축기를 더 포함하는, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템이 제공될 수 있다.In addition, the gaseous hydrogen supply module further comprises a recirculation compressor connected to the air heat exchanger, compressed air discharged from the liquid air receiving tank and passed through the air heat exchanger, and re-injected into the evaporator. Hydrogen liquefaction and cold heat transfer system using can be provided.
또한, 상기 액체 수소 생산 모듈은, 생성된 액체 수소를 저장하는 액체 수소 저장 탱크; 및 상기 기체 수소 공급 모듈에서 생성된 액체 공기를 저장하는 액체 공기 저장 탱크를 포함하고, 상기 기체 수소 공급 모듈은, 상기 액체 수소 생산 모듈에서 생성된 액체 수소를 저장하는 액체 수소 수용 탱크; 및 생성된 액체 공기를 저장하는 액체 공기 수용 탱크를 포함하고, 상기 이송 유닛은, 상기 액체 수소 저장 탱크로부터 전달되는 액체 수소를 상기 액체 수소 이송 탱크에 저장하고, 상기 액체 수소 이송 탱크에 저장된 액체 수소를 상기 액체 수소 수용 탱크로 공급하며, 상기 액체 공기 수용 탱크로부터 전달되는 액체 공기를 상기 액체 공기 이송 탱크에 저장하고, 상기 액체 공기 이송 탱크에 저장된 액체 공기를 상기 액체 공기 저장 탱크로 공급하는, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템이 제공될 수 있다.In addition, the liquid hydrogen production module, a liquid hydrogen storage tank for storing the generated liquid hydrogen; and a liquid air storage tank for storing the liquid air generated by the gaseous hydrogen supply module, wherein the gaseous hydrogen supply module includes: a liquid hydrogen receiving tank for storing the liquid hydrogen generated by the liquid hydrogen production module; and a liquid air accommodating tank for storing the generated liquid air, wherein the transfer unit stores the liquid hydrogen transferred from the liquid hydrogen storage tank in the liquid hydrogen transfer tank, and the liquid hydrogen stored in the liquid hydrogen transfer tank is supplied to the liquid hydrogen containing tank, the liquid air transferred from the liquid air containing tank is stored in the liquid air conveying tank, and the liquid air stored in the liquid air conveying tank is supplied to the liquid air storage tank. A hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using hydrogen cold-heat circulation may be provided.
본 발명의 실시예들에 따르면, 액체 수소의 생산시 취급이 용이하고 구하기 쉬운 물질을 이용하여 예비 냉각을 실시함으로써, 지역적 제약에서 자유로우면서도 종래에 비해 운영 비용 또한 절감할 수 있다는 효과가 있다.According to embodiments of the present invention, by performing preliminary cooling using a material that is easy to handle and obtainable during production of liquid hydrogen, there is an effect that it is free from regional restrictions and can also reduce operating costs compared to the prior art.
또한, 사용처에서 액체 수소를 기체 수소로 상변화하는 과정에서 발생되는 에너지를 효과적으로 회수하여 종래에 비해 에너지 효율을 높일 수 있다는 효과가 있다.In addition, there is an effect that energy efficiency can be increased compared to the prior art by effectively recovering the energy generated in the process of changing the phase of liquid hydrogen into gaseous hydrogen at the place of use.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템의 액체 수소 생산 모듈을 도시한 계통도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템의 기체 수소 공급 모듈을 도시한 계통도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템을 도시한 계통도이다.1 is a schematic diagram illustrating a liquid hydrogen production module of a hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation according to an embodiment of the present invention.
2 is a schematic diagram illustrating a gaseous hydrogen supply module of a hydrogen liquefaction and cooling heat transfer system using liquid hydrogen cooling and heat circulation according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic diagram illustrating a hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명의 사상을 구현하기 위한 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다. Hereinafter, specific embodiments for implementing the spirit of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
아울러 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. In addition, in the description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '결합', '고정', '접촉'된다고 언급된 때에는 그 다른 구성요소에 직접적으로 결합, 고정, 접촉될 수도 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.In addition, when it is said that a component is 'coupled', 'fixed', or 'contacted' to another component, it may be directly coupled, fixed, or contacted to the other component, but it is understood that other components may exist in the middle. it should be
본 명세서에서 사용된 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.The terminology used herein is only used to describe specific embodiments and is not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise.
또한, 본 명세서에서 일 측, 타 측 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.In addition, in the present specification, expressions of one side, the other side, etc. are described with reference to the drawings, and it is to be noted in advance that if the direction of the corresponding object is changed, it may be expressed differently. For the same reason, some components are exaggerated, omitted, or schematically illustrated in the accompanying drawings, and the size of each component does not fully reflect the actual size.
또한, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Also, terms including an ordinal number such as 1st, 2nd, etc. may be used to describe various components, but the components are not limited by these terms. These terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.As used herein, the meaning of 'comprising' specifies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and/or component, and other specific characteristic, region, integer, step, operation, element, component, and/or group. It does not exclude the existence or addition of
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템의 구체적인 구성에 대하여 설명한다. Hereinafter, a detailed configuration of a hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템(1)은 기체 수소를 냉각하여 액체 수소로 상변화시켜 저장하고, 저장된 액체 수소를 수소 에너지 사용처로 이송한 후 다시 기체 수소로 상변화시켜서 공급하는 기능을 수행하도록 구성된다. 이때, 액체 수소가 기체 수소로 상변화하는 과정에서 발생되는 잠열은 외기를 압축한 후 액체 공기를 생성하는데 이용될 수 있다. 이렇게 생성된 액체 공기는 다시 기쳬 수소를 액체 수소로 상변화시킴에 있어서 예냉을 위해 사용될 수 있다. 이와 같이, 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템(1)은 액체 수소의 생산 및 이를 다시 기화하여 사용처에 공급하는 과정에서 발생되는 잠열 등의 에너지를 재활용함으로써, 에너지 효율을 종래에 비하여 향상시킬 수 있게 된다. 이때, 기체 수소를 액화시키는데 사용되는 냉매는 일 예로 헬륨(He) 가스 등이 사용될 수 있다.1 to 3 , the hydrogen liquefaction and cold-
이러한 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템(1)은 액체 수소 생산 모듈(10), 기체 수소 공급 모듈(20) 및 이송 유닛(30)을 포함한다. The hydrogen liquefaction and cold-
액체 수소 생산 모듈(10)은 기체 수소를 냉각하여 액화한다. 이때, 액체 수소 생산 모듈(10)은 기체 수소 공급 모듈(20)에서 생성되는 액체 공기를 이용하여 수소를 예비 냉각시킨다. 이러한 액체 수소 생산 모듈(10)은 예비 냉각부(100), 본 냉각부(200) 및 액체 수소 저장 탱크(300)를 포함할 수 있다. The liquid
예비 냉각부(100)는 액체 공기를 공급받아서 기체 수소와 열교환 시켜서 기체 수소를 예비 냉각한다. 이때, 예비 냉각부(100)는 기체 수소를 외부로부터 공급받아서 -196℃의 액체 공기와 -126℃의 헬륨과 동시에 열교환을 진행함으로써 -180℃까지 예비 냉각을 시키도록 구비될 수 있다. 이러한 예비 냉각부(100)는 액체 공기 저장 탱크(102), 액체 공기 펌프(104), 공기 터빈(106), 예비 냉각기(110), 제1 냉매 팽창기(112), 제1 냉매 압축기(114), 제1 냉매 냉각기(116) 및 제1 버퍼탱크(118)를 포함할 수 있다.The
액체 공기 저장 탱크(102)는 기체 수소 공급 모듈(20)에서 생성되어 이송된 액체 공기를 저장하도록 구비된다. 이때, 액체 공기 저장 탱크(102)에 저장되는 액체 공기는 액체 공기 펌프(104)에 의해 압력이 상승하고, 예비 냉각기(110)로 투입되어 기체 수소에 냉열을 공급한 후, 공기 터빈(106)을 통해 전기 에너지를 생산할 수 있다. 이렇게 생산된 전기 에너지는 시스템을 구동하기 위한 전력원으로서 활용될 수 있다.The liquid
구체적으로, 액체 공기 펌프(104)는 액체 공기 저장 탱크(102)와 연결되고, 액체 공기 저장 탱크(102)로부터 공급되는 액체 공기를 가압하도록 구비된다. 또한, 예비 냉각기(110)는 액체 공기 펌프(104)와 연결되고, 액체 공기 펌프(104)로부터 액체 공기를 전달받아서 기체 수소와 열교환시키도록 구비된다. 예비 냉각기(110)에서 열교환된 후 기체화되어 배출되는 공기는 공기 터빈(106)으로 투입되어 전기 에너지 생산에 사용될 수 있다.Specifically, the
한편, 예비 냉각기(110)는 제1 냉매 팽창기(112)와 연결되며, 제1 냉매 팽창기(112)는 본 냉각부(200)로부터 전달받은 냉매를 팽창시켜서 예비 냉각기(110)에 공급하여 기체 수소 및 액체 공기와 열교환되도록 할 수 있다. 이때, 제1 냉매 팽창기(112)에 공급된 냉매는 단열 팽창에 의해 -126℃로 냉각되어 전기를 생산한 후 예비 냉각기(110)로 공급될 수 있다. 또한, 제1 냉매 팽창기(112)는 터빈(미도시)을 포함할 수 있으며, 제1 냉매 팽창기(112)에서 냉매가 팽창됨에 따라 발생되는 엔탈피 변화는 터빈 일로 전환되며, 이렇게 발생되는 터빈 일은 전기 생산에 이용될 수 있다.On the other hand, the pre-cooler 110 is connected to the first
제1 냉매 압축기(114)는 예비 냉각기(110)와 연결되고, 예비 냉각기(110)에서 열교된 후 배출되는 냉매를 압축하도록 구비된다. 이때, 예비 냉각기(110)에서 토출된 냉매는 제1 냉매 압축기(114)에 의해 압축되고, 제1 냉매 냉각기(116)에 의해서 냉각된 후 제1 버퍼탱크(118)로 공급될 수 있다. 이때, 제1 냉매 압축기(114)에 의해 압축되는 냉매의 압력은 후술할 제1 복열기(212)에서 배출되는 냉매의 압력과 동일하게 설정될 수 있다. The first
제1 냉매 냉각기(116)는 제1 냉매 압축기(114)와 연결되고, 제1 냉매 압축기(114)에서 압축된 냉매를 냉각하도록 구비된다. 이때, 제1 냉매 압축기(114)에 의해 냉매가 압축되는 과정에서 온도가 증가하게 되고, 이렇게 증가된 온도로 인해 냉매의 밀도가 낮아지게 된다. 이렇게 냉매의 밀도가 낮아질 경우, 후단에서 냉매가 재 압축될 때 압축일이 증가될 수 있으므로, 제1 냉매 냉각기(116)를 통해 압축된 냉매를 냉각시켜서 온도를 낮춤으로써, 이러한 압축일 증가를 방지하고, 효율적인 공정 운용이 가능하도록 할 수 있다. 또한, 제1 버퍼탱크(118)는 제1 냉매 냉각기(116)와 연결되고, 제1 냉매 냉각기(116)에서 냉각된 냉매를 수용하도록 구비된다. 이때, 제1 버퍼탱크(118)에 유입된 냉매는 후술할 제2 냉매 압축기(216)를 통해 압축된 후 후술할 제2 냉매 냉각기(218)를 통해 냉각된 후 후술할 제2 버퍼탱크(219)에 전달될 수 있다.The
예비 냉각부(100)에서 예비 냉각된 기체 수소는 본 냉각부(200)로 전달되어 냉매와의 열교환을 통해 액화될 수 있다. 이때, 수소를 액화하기 위한 수단으로서, 헬륨 기체 등으로 이루어진 냉매를 이용한 브레이튼(Brayton) 사이클이 적용될 수 있다. 이러한 본 냉각부(200)는 수소 재순환 압축기(202), 수소 팽창기(204), 제1 냉매 열교환기(210), 제1 복열기(212), 제2 냉매 팽창기(214), 제2 냉매 압축기(216), 제2 냉매 냉각기(218), 제2 버퍼탱크(219), 수소 열교환기(220), 제2 냉매 열교환기(230), 제2 복열기(232), 제3 냉매 팽창기(234), 제3 냉매 압축기(236), 제3 냉매 냉각기(238) 및 제3 버퍼탱크(239)를 포함할 수 있다.Gas hydrogen pre-cooled in the
본 실시예에서는 본 냉각부(200)가 두 개의 냉매 열교환기(210, 230), 두 개의 복열기(212, 232), 두 개의 냉매 팽창기(214, 234), 두 개의 냉매 압축기(216, 236), 두 개의 냉각기(218, 238) 및 두 개의 버퍼탱크(219, 239)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 이로써 본 발명의 사상이 한정되는 것은 아니며, 이러한 시스템을 구성하는 각 장치의 개수는 복수 개로 제공될 수 있으며, 상황에 따라서 변형 실시가 가능하다. In this embodiment, the
제1 냉매 열교환기(210)는 예비 냉각부(100)에서 예비 냉각된 기체 수소를 전달받아서 냉매와 열교환시켜서 냉각하도록 구비된다. 이때, 제1 냉매 열교환기(210)에 투입되는 기체 수소는 -180℃로 설정될 수 있으며, -221℃의 냉매와 열교환하여 -220℃까지 냉각될 수 있다. 또한, 제1 냉매 열교환기(210)에서 배출되는 -208.6℃의 냉매는 제1 복열기(212)로 공급되어 상온/고압의 냉매에 냉열을 공급하고 제1 버퍼탱크(118)로 공급될 수 있다.The first
제1 복열기(212)는 제1 냉매 열교환기(210)와 연결되고, 제1 냉매 열교환기(210)에서 배출되는 냉매를 전달받아서 후단으로부터 공급받은 온도가 더 높은 냉매와 열교환시키도록 구비된다. 이때, 제1 복열기(212)로 공급되는 상온/고압의 냉매는 제1 냉매 열교환기(210)에서 배출되는 저온의 냉매와 복열된 후 제2 냉매 팽창기(214)에 공급될 수 있다.The
제2 냉매 팽창기(214)는 제1 복열기(212) 및 제1 냉매 열교환기(210)와 연결되고, 제1 복열기(212)를 거치면서 온도가 더 낮아지는 냉매를 전달받아서 팽창시키고, 팽창된 냉매를 제1 냉매 열교환기(210)로 전달하도록 구비된다. 이때, 제2 냉매 팽창기(214)에서 단열 팽창한 -221℃의 냉매는 전기를 생산한 후 제1 냉매 열교환기(210)에 공급된다. 또한, 제2 냉매 팽창기(214)는 터빈(미도시)을 포함할 수 있으며, 제2 냉매 팽창기(214)에서 냉매가 팽창됨에 따라 발생되는 엔탈피 변화는 터빈 일로 전환되며, 이렇게 발생되는 터빈 일은 전기 생산에 이용될 수 있다.The second
제2 냉매 압축기(216)는 제1 버퍼탱크(118)와 연결되고, 제1 버퍼탱크(118)로부터 냉매를 전달받아서 압축하도록 구비된다. 이러한 제2 냉매 압축기(216)에 의해 압축된 냉매의 압력은 제2 복열기(232)에서 배출되는 냉매의 압력과 동일하게 설정될 수 있다. The second
제2 냉매 냉각기(218)는 제2 냉매 압축기(216)와 연결되고, 제2 냉매 압축기(216)에서 압축된 냉매를 전달받아서 냉각하도록 구비된다. 이때, 제2 냉매 압축기(216)에 의해 냉매가 압축되는 과정에서 온도가 증가하게 되고, 이렇게 증가된 온도로 인해 냉매의 밀도가 낮아지게 된다. 이렇게 냉매의 밀도가 낮아질 경우, 후단에서 냉매가 재 압축될 때 압축일이 증가될 수 있으므로, 제2 냉매 냉각기(218)를 통해 압축된 냉매를 냉각시켜서 온도를 낮춤으로써, 이러한 압축일 증가를 방지하고, 효율적인 공정 운용이 가능하도록 할 수 있다. 이렇게 냉각된 냉매는 제2 버퍼탱크(219)로 전달될 수 있다.The
제2 버퍼탱크(219)는 제2 복열기(232)와 연결되고, 제2 복열기(232)를 거치면서 온도가 더 높아지는 냉매를 수용하도록 구비된다. 또한, 제2 냉매 냉각기(218)에서 냉각된 냉매를 전달받아서 수용하도록 구비된다. 이렇게 제2 버퍼탱크(219)에 수용된 냉매는 제3 냉매 압축기(236)로 전달되어 압축될 수 있다. The
제3 냉매 압축기(236)는 제2 버퍼탱크(219)와 연결되고, 제2 버퍼탱크(219)로부터 냉매를 전달받아서 압축하도록 구비된다. 또한, 제3 냉매 압축기(236)는 고압의 냉매를 제3 냉매 냉각기(238)로 전달할 수 있다.The third
제3 냉매 냉각기(238)는 제3 냉매 압축기(236)와 연결되고, 제3 냉매 압축기(236)에서 압축된 냉매를 전달받아서 냉각하도록 구비된다. 이때, 제3 냉매 압축기(236)에 의해 냉매가 압축되는 과정에서 온도가 증가하게 되고, 이렇게 증가된 온도로 인해 냉매의 밀도가 낮아지게 된다. 이렇게 냉매의 밀도가 낮아질 경우, 후단에서 냉매가 재 압축될 때 압축일이 증가될 수 있으므로, 제1 냉매 냉각기(238)를 통해 압축된 냉매를 냉각시켜서 온도를 낮춤으로써, 이러한 압축일 증가를 방지하고, 효율적인 공정 운용이 가능하도록 할 수 있다. 이렇게 냉각된 냉매는 제3 버퍼탱크(239)로 전달될 수 있다. The third
제3 버퍼탱크(239)는 제3 냉매 냉각기(238), 제1 복열기(212), 제1 냉매 팽창기(112) 및 제2 복열기(232)와 연결되고, 제3 냉매 냉각기(238)를 거쳐 냉각된 냉매를 전달받아서 수용하도록 구비된다. 제3 버퍼탱크(239)에 수용된 냉매는 제1 복열기(212), 제2 복열기(232) 및 제1 냉매 팽창기(112)로 전달될 수 있다.The
제2 복열기(232)는 제2 냉매 열교환기(230)와 연결되고, 제2 냉매 열교환기(230)에서 배출되는 냉매를 전달받아서 후단으로부터 공급받은 온도가 더 높은 냉매와 열교환시키도록 구비된다. 이때, 제3 버퍼탱크(239)로부터 제3 복열기(232)로 공급되는 상온/고압의 냉매는 제2 냉매 열교환기(210)에서 배출되는 저온의 냉매와 복열된 후 제3 냉매 팽창기(234)에 공급될 수 있다. 또한, 제2 복열기(232)로 공급되는 상온의 냉매는 제2 냉매 열교환기(230)에서 배출되는 -240.2℃의 냉매에 의해 -239.2℃로 복열될 수 있다. The
제3 냉매 팽창기(234)는 제2 복열기(232) 및 제2 냉매 열교환기(230)와 연결되고, 제2 복열기(232)를 거치면서 온도가 더 낮아지는 냉매를 전달받아서 팽창시키고, 팽창된 냉매를 제2 냉매 열교환기(230)로 전달하도록 구비된다. 이때, 제3 냉매 팽창기(234)에서 단열 팽창한 -243℃의 냉매는 전기를 생산한 후 제2 냉매 열교환기(230)에 공급된다. 또한, 제3 냉매 팽창기(234)는 터빈(미도시)을 포함할 수 있으며, 제3 냉매 팽창기(234)에서 냉매가 팽창됨에 따라 발생되는 엔탈피 변화는 터빈 일로 전환되며, 이렇게 발생되는 터빈 일은 전기 생산에 이용될 수 있다.The third
제2 냉매 열교환기(230)는 후술할 수소 열교환기(220)에서 냉각된 기체 수소를 전달받아서 냉매와 열교환시켜서 냉각하도록 구비된다. 이때, 제2 냉매 열교환기(230)에 투입되는 기체 수소는 -243℃의 냉매와 열교환하여 -242℃까지 냉각될 수 있다. The second
수소 열교환기(220)는 제1 냉매 열교환기(210)와 제2 냉매 열교환기(230)의 사이에 연결되고, 후술할 액체 수소 저장 탱크(300)와 연결되며, 액체 수소 저장 탱크(300) 내에서 액체 수소가 기화되면서 생성되는 기체 수소를 공급받아서 제1 냉매 열교환기(210)에서 냉각된 기체 수소와 열교환시키도록 구비된다. 이때, 제1 냉매 열교환기(210)로부터 수소 열교환기(220)로 공급되는 기체 수소는 액체 수소 저장 탱크(300)로부터 전달되는 기체 수소와 열교환되어 -238℃까지 냉각될 수 있다. The
한편, 수소 팽창기(204)는 제2 냉매 열교환기(230)와 연결되고, 제2 냉매 열교환기(230)를 거쳐 냉각된 기체 수소를 팽창시켜서 액화할 수 있다. 이때, 수소 팽창기(204)에서는 단열 팽창을 통해 전기 에너지가 발생함과 동시에 기체 수소가 -242℃에서 -245.1℃까지 냉각되며 액체수소로 상변화될 수 있다. 또한, 수소 팽창기(204)는 터빈(미도시)을 포함할 수 있으며, 수소 팽창기(204)에서 냉매가 팽창됨에 따라 발생되는 엔탈피 변화는 터빈 일로 전환되며, 이렇게 발생되는 터빈 일은 전기 생산에 이용될 수 있다.On the other hand, the
액체 수소 저장 탱크(300)는 상술한 과정들을 거쳐서 본 냉각부(200)에서 생성된 액체 수소를 저장하도록 구비된다. 이러한 액체 수소 저장 탱크(300)는 수소 팽창기(204)와 연결되고, 수소 팽창기(204)로부터 액체 수소를 전달받아서 저장할 수 있다. 또한, 액체 수소 저장 탱크(300)에서 배출되는 기체 수소는 수소 열교환기(220)에 공급되어 냉열을 전달한 후 수소 재순환 압축기(202)로 전달될 수 있다. The liquid
수소 재순환 압축기(202)는 수소 열교환기(220)로부터 배출되는 기체 수소를 압축하여 제1 냉매 열교환기(210)로 전달하도록 구비된다. 이때, 수소 재순환 압축기(202)로 전달된 기체 수소는 제1 냉매 열교환기(210)로 공급되는 기체 수소의 압력과 동일한 압력으로 승압된 후 제1 냉매 열교환기(210)로 공급될 수 있다. The
한편, 액체 수소 생산 모듈(10)에서 생성된 액체 수소는 기체 수소 공급 모듈(20)로 이송될 수 있으며, 이렇게 이송된 액체 수소는 기체 수소 공급 모듈(20) 내에서 공기와 열교환되어 기체 수소가 생성되고, 액체 수소와 열교환된 공기는 팽창되어 액체 공기를 생성한다. On the other hand, the liquid hydrogen generated in the liquid
이러한 기체 수소 공급 모듈(20)은 액체 수소 수용 탱크(400), 액체 수소 펌프(402), 고압 수소 저장 용기(404), 저압 수소 저장 용기(406), 증발기(410), 공기 압축기(412), 제습기(414), 공기 열교환기(420), 공기 팽창기(422), 액체 공기 수용 탱크(424) 및 공기 재순환 압축기(426)를 포함할 수 있다.The gaseous
액체 수소 수용 탱크(400)는 액체 수소 생산 모듈(10)에서 생성된 액체 수소를 저장하도록 구비된다. 이때, 액체 수소는 후술할 이송 유닛(30)에 의해 이송될 수 있으며, 액체 수소 수용 탱크(400)는 이송 유닛(30)과 접속되어 액체 수소를 공급받을 수 있다.The liquid
액체 수소 펌프(402)는 액체 수소 수용 탱크(400)와 연결되고, 액체 수소 수용 탱크(400)로부터 액체 수소를 뽑아내어 증발기(410)로 공급하도록 구비될 수 있다. The
증발기(410)는 액체 수소 수용 탱크(400)로부터 액체 수소 펌프(402)를 통해 전달되는 액체 수소를 전달받아서 증발시키도록 구비된다. 이러한 증발기(410)는 후술할 공기 압축기(412) 및 제습기(414)로부터 공기를 전달받아서 액체 수소와 열교환시켜서 -172℃의 냉각 공기를 생성할 수 있다. 또한, 증발기(410)에서 기화된 수소는 고압 수소 저장 용기(404)와 저압 수소 저장 용기(406)로 전달되어 공급될 수 있다. 이때, 증발기(410)로부터 공급되는 기체 수소를 가압하는 압축기(미도시)가 추가로 제공될 수 있으며, 가압되는 압력에 따라 고압 수소 저장 용기(404) 또는 저압 수소 저장 용기(406)로 공급될 수 있다. The
한편, 공기 압축기(412)는 외부로부터 유입되는 공기를 압축시켜서 증발기(410)로 압축 공기를 투입하도록 구비된다. 이때, 공기 압축기(412)와 증발기(410)의 사이에는 제습기(414)가 추가로 연결될 수 있으며, 제습기(414)에 의해 공기 압축기(412)에서 압축된 공기에 함유된 수분이 제거될 수 있다. 이렇게 제습기(414)에 의해 제습된 공기는 증발기(410)로 투입될 수 있으며, 이로써 증발기(410)에 의해 공기가 냉각되더라도 얼음이 생성되는 것이 방지될 수 있다. On the other hand, the
공기 열교환기(420)는 증발기(410)와 연결되고, 공기 압축기(412)로부터 증발기(410)를 통과한 공기를 액체 공기 수용 탱크(424)로부터 공급되는 기체 상태의 공기와 열교환시키도록 구비된다. 또한, 공기 열교환기(420)를 통과하면서 냉각된 공기는 공기 팽창기(422)로 전달될 수 있으며, 공기 열교환기(420)를 통과하면서 승온된 공기는 공기 재순환 압축기(426)로 전달될 수 있다.The
공기 팽창기(422)는 공기 열교환기(420) 및 액체 공기 수용 탱크(424)와 연결되고, 증발기(410)를 거쳐 공기 열교환기(420)로부터 배출되는 공기를 팽창시켜서 적어도 일부를 액화시키도록 구비된다. 이때, 공기 팽창기(422)를 통과하는 공기는 -199.6℃의 기체와 액체가 혼합된 2 상으로서 액체 공기 수용 탱크(424)로 전달되어 수용될 수 있다. 또한, 공기 팽창기(422)는 터빈(미도시)을 포함할 수 있으며, 공기 팽창기(422)에서 냉매가 팽창됨에 따라 발생되는 엔탈피 변화는 터빈 일로 전환되며, 이렇게 발생되는 터빈 일은 전기 생산에 이용될 수 있다.The
액체 공기 수용 탱크(424)는 기체 상태의 공기와 액체 상태의 공기가 혼합되어 수용될 수 있다. 이 중 기체 상태의 공기는 공기 열교환기(420)로 전달될 수 있으며, 액체 상태의 공기는 이송 유닛(30)으로 전달되어 이송될 수 있다. 이렇게 이송되는 액체 공기는 액체 수소 생산 모듈(10)의 액체 공기 저장 탱크(102)로 전달되어 저장될 수 있다.The liquid air
공기 재순환 압축기(426)는 공기 열교환기(420)와 연결되고, 액체 공기 수용 탱크(424)로부터 배출되어 공기 열교환기(420)를 거친 공기를 압축하여 증발기(410)로 재 투입하도록 구비된다. 이때, 액체 공기 수용 탱크(424)에서 배출되는 -196℃의 기체 공기는 증발기(410)에서 배출되는 -172℃의 공기에 냉열을 전달한 후 다시 공기 재순환 압축기(426)로 투입되어 압축된 후에 증발기(410)로 전달될 수 있다.The
이송 유닛(30)은 액체 수소와 액체 공기를 함께 저장하여 액체 수소 생산 모듈(10)로 액체 공기를, 기체 수소 공급 모듈(20)로 액체 수소를 이송할 수 있도록 제공된다. 예를 들어, 이송 유닛(30)은 유체를 저장할 수 있는 탱크가 적재된 차량으로서 제공될 수 있다. 이러한 이송 유닛(30)은 지지부(502), 액체 수소 이송 탱크(510) 및 액체 공기 이송 탱크(520)를 포함할 수 있다. The
지지부(502)는 액체 수소 이송 탱크(510) 및 액체 공기 이송 탱크(520)를 연결하여 서로 지지되도록 구비된다. 또한, 액체 수소 이송 탱크(510)는 액체 수소를 저장할 수 있도록 구비되며, 액체 공기 이송 탱크(520)는 액체 공기를 저장할 수 있도록 구비된다. 또한, 액체 수소 이송 탱크(510)는 일 예로 원통 형상을 가질 수 있으며, 액체 공기 이송 탱크(520)는 원통 형상의 액체 수소 이송 탱크(510)의 하측에 배치되어 액체 수소 이송 탱크(510)의 둘레면 중 하부 절반을 감싸는 형상을 가질 수 있다. 또한, 지지부(502)는 액체 공기 이송 탱크(520)에 의해 액체 수소 이송 탱크(510)가 지지되도록 구비될 수 있으며, 액체 공기 이송 탱크(520)와 액체 수소 이송 탱크(510) 간에 열전달이 원활하게 이루어질 수 있도록 구비될 수 있다. 이와 같이, 이송 유닛(30)은 공기층으로 구성된 액체 공기 이송 탱크(520)가 액체 수소 이송 탱크(510)의 외벽을 커버하는 구조를 가지므로, 이므로, 일반적인 액체 수소 이송을 위해 제작되는 탱크에 비해 외부 충격에 의한 구조적 안정성이 향상될 수 있다.The
한편, 수소를 액화하는 공정에서 수소 소비처로 공급하는 액체 수소의 체적을 100%로 가정하였을 때, 이송되고 소비되는 액체 수소의 증발 잠열과 현열을 회수하여 액체 공기를 생산 및 저장할 때 가능한 체적은 액체 수소의 약 27%일 수 있다. 이에 따라, 액체 수소 이송 탱크(510)와 액체 공기 이송 탱크(520)의 용량 비율이 설정될 수 있다. 다시 말해서, 액체 수소 이송 탱크(510)와 액체 공기 이송 탱크(520)의 저장 용적비는 1:0.27로 설정될 수 있다. On the other hand, assuming that the volume of liquid hydrogen supplied to the hydrogen consumer in the process of liquefying hydrogen is 100%, the volume available when producing and storing liquid air by recovering the latent heat of evaporation and sensible heat of liquid hydrogen transferred and consumed is liquid It may be about 27% of the hydrogen. Accordingly, the capacity ratio of the liquid
이러한 구성에 의해, 이송 유닛(30)은 액체 수소 생산 모듈(10)의 액체 수소 저장 탱크(300)로부터 전달되는 액체 수소를 액체 수소 이송 탱크(510)에 저장하고, 액체 수소 이송 탱크(510)에 저장된 액체 수소를 기체 수소 공급 모듈(20)의 액체 수소 수용 탱크(400)로 공급하며, 기체 수소 공급 모듈(20)의 액체 공기 수용 탱크(424)로부터 전달되는 액체 공기를 액체 공기 이송 탱크(520)에 저장하고, 액체 공기 이송 탱크(520)에 저장된 액체 공기를 액체 수소 생산 모듈(10)의 액체 공기 저장 탱크(102)로 공급할 수 있다. 이와 같이, 액체 수소 생산 모듈(10)에서 생산된 액체 수소는 기체 수소 공급 모듈(20)로 이송됨과 동시에 액체 공기가 이송 유닛(30)에 저장되고, 저장된 액체 공기는 회차시 액체 수소 생산 모듈(10)로 이송되어 활용될 수 있으므로 이송 비용이 절감될 수 있다. With this configuration, the
상술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시예에 따른 액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템에 따르면, 액체 수소의 생산시 취급이 용이하고 구하기 쉬운 물질을 이용하여 예비 냉각을 실시함으로써, 지역적 제약에서 자유로우면서도 종래에 비해 운영 비용 또한 절감할 수 있다는 효과가 있다. 또한, 사용처에서 액체 수소를 기체 수소로 상변화하는 과정에서 발생되는 에너지를 효과적으로 회수하여 종래에 비해 에너지 효율을 높일 수 있다는 효과가 있다.According to the hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation according to an embodiment of the present invention having the configuration as described above, by performing pre-cooling using a material that is easy to handle and easy to obtain during the production of liquid hydrogen, It is free from regional restrictions and has the effect of reducing operating costs compared to the prior art. In addition, there is an effect that energy efficiency can be increased compared to the prior art by effectively recovering the energy generated in the process of changing the phase of liquid hydrogen into gaseous hydrogen at the place of use.
이러한 효과를 증명하기 위해, 아래와 같은 실험이 실시되었으며, 하기의 표 1은 수소 증발 잠열 및 현열을 액체 공기로 회수하는 공정을 예비 냉각기에 적용하였을 때 효과를 해석한 결과를 나타낸다.In order to prove this effect, the following experiment was conducted, and Table 1 below shows the results of analyzing the effect when the process of recovering the latent heat of hydrogen evaporation and sensible heat to liquid air is applied to the preliminary cooler.
하기 표 1에 나타난 것과 같이, 액체 공기를 활용할 경우, 1kg의 수소를 액화하기 위한 에너지가 약 8% 정도 절감될 수 있으며, 만약 수소 소비처에서 활용하고 있는 공기 압축기가 있을 경우, 에너지 절감은 12%에 달할 수 있다. 또한, 압축 공기를 생산하고 이를 액화시키는 에너지를 고려하더라도 액체 공기를 활용하지 않는 것에 비해 에너지 효율이 높아지기 때문에 경제적으로 이득이라 할 수 있다. As shown in Table 1 below, when liquid air is used, the energy for liquefying 1 kg of hydrogen can be reduced by about 8%, and if there is an air compressor used in a hydrogen consumer, the energy saving is 12% can reach In addition, even if the energy for producing compressed air and liquefying it is considered, it is economically advantageous because energy efficiency is increased compared to not using liquid air.
이상 본 발명의 실시예들을 구체적인 실시 형태로서 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명은 이에 한정되지 않는 것이며, 본 명세서에 개시된 기초 사상에 따르는 최광의 범위를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 당업자는 개시된 실시형태들을 조합/치환하여 적시되지 않은 형상의 패턴을 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 이외에도 당업자는 본 명세서에 기초하여 개시된 실시형태를 용이하게 변경 또는 변형할 수 있으며, 이러한 변경 또는 변형도 본 발명의 권리범위에 속함은 명백하다.Although the embodiments of the present invention have been described as specific embodiments, these are merely examples, and the present invention is not limited thereto, and should be construed as having the widest scope according to the basic idea disclosed herein. A person skilled in the art may implement a pattern of a shape not indicated by combining/substituting the disclosed embodiments, but this also does not depart from the scope of the present invention. In addition, those skilled in the art can easily change or modify the disclosed embodiments based on the present specification, and it is clear that such changes or modifications also fall within the scope of the present invention.
1: 수소 순환 시스템 10: 액체 수소 생산 모듈
100: 예비 냉각부 102: 액체 공기 저장 탱크
104: 액체 공기 펌프 106: 공기 터빈
110: 예비 냉각기 112: 제1 냉매 팽창기
114: 제1 냉매 압축기 116: 제1 냉매 냉각기
118: 제1 버퍼탱크 200: 본 냉각부
202: 수소 재순환 압축기 204: 수소 팽창기
210: 제1 냉매 열교환기 212: 제1 복열기
214: 제2 냉매 팽창기 216: 제2 냉매 압축기
218: 제2 냉매 냉각기 219: 제2 버퍼탱크
220: 수소 열교환기 230: 제2 냉매 열교환기
232: 제2 복열기 234: 제3 냉매 팽창기
236: 제3 냉매 압축기 238: 제3 냉매 냉각기
239: 제3 버퍼탱크 300: 액체 수소 저장 탱크
20: 기체 수소 공급 모듈 400: 액체 수소 수용 탱크
402: 액체 수소 펌프 404: 고압 수소 저장 용기
406: 저압 수소 저장 용기 410: 증발기
412: 공기 압축기 414: 제습기
420: 공기 열교환기 422: 공기 팽창기
424: 액체 공기 수용 탱크 426: 공기 재순환 압축기
30: 이송 유닛 502: 지지부
510: 액체 수소 이송 탱크 520: 액체 공기 이송 탱크1: Hydrogen circulation system 10: Liquid hydrogen production module
100: pre-cooling unit 102: liquid air storage tank
104: liquid air pump 106: air turbine
110: pre-cooler 112: first refrigerant expander
114: first refrigerant compressor 116: first refrigerant cooler
118: first buffer tank 200: main cooling unit
202: hydrogen recirculation compressor 204: hydrogen expander
210: first refrigerant heat exchanger 212: first recuperator
214: second refrigerant expander 216: second refrigerant compressor
218: second refrigerant cooler 219: second buffer tank
220: hydrogen heat exchanger 230: second refrigerant heat exchanger
232: second recuperator 234: third refrigerant expander
236: third refrigerant compressor 238: third refrigerant cooler
239: third buffer tank 300: liquid hydrogen storage tank
20: gaseous hydrogen supply module 400: liquid hydrogen receiving tank
402: liquid hydrogen pump 404: high pressure hydrogen storage vessel
406 low pressure
412: air compressor 414: dehumidifier
420: air heat exchanger 422: air expander
424: liquid air receiving tank 426: air recirculation compressor
30: transfer unit 502: support
510: liquid hydrogen transfer tank 520: liquid air transfer tank
Claims (15)
액체 수소를 공기와 열교환시켜서 기체 수소를 생성하고, 액체 수소와 열교환된 공기를 팽창시켜서 액체 공기를 생성하는 기체 수소 공급 모듈을 포함하고,
상기 기체 수소 공급 모듈은,
상기 액체 수소 생산 모듈에서 생성된 액체 수소를 저장하는 액체 수소 수용 탱크;
상기 액체 수소 수용 탱크로부터 액체 수소를 전달받아서 증발시키는 증발기;
공기를 압축시켜서 상기 증발기로 압축 공기를 투입하는 공기 압축기;
액체 공기가 저장되는 액체 공기 수용 탱크;
상기 증발기와 연결되고, 상기 공기 압축기로부터 상기 증발기를 통과한 공기를 상기 액체 공기 수용 탱크로부터 공급되는 공기와 열교환시키는 공기 열교환기; 및
상기 공기 열교환기 및 상기 액체 공기 수용 탱크와 연결되고, 상기 증발기를 거쳐 상기 공기 열교환기로부터 배출되는 공기를 팽창시켜서 적어도 일부를 액화시키는 공기 팽창기를 포함하고,
상기 액체 수소 생산 모듈은 상기 기체 수소 공급 모듈에서 생성되는 액체 공기를 이용하여 수소를 예비 냉각시키는,
액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템.a liquid hydrogen production module for cooling gaseous hydrogen to liquefy; and
a gaseous hydrogen supply module configured to heat exchange liquid hydrogen with air to generate gaseous hydrogen, and expand the air heat-exchanged with liquid hydrogen to generate liquid air;
The gaseous hydrogen supply module,
a liquid hydrogen accommodating tank for storing liquid hydrogen generated in the liquid hydrogen production module;
an evaporator receiving liquid hydrogen from the liquid hydrogen storage tank and evaporating;
an air compressor that compresses air and injects compressed air into the evaporator;
a liquid air receiving tank in which liquid air is stored;
an air heat exchanger connected to the evaporator and heat-exchanging the air passing through the evaporator from the air compressor with the air supplied from the liquid air accommodating tank; and
an air expander connected to the air heat exchanger and the liquid air accommodating tank and configured to expand the air discharged from the air heat exchanger through the evaporator to liquefy at least a part,
The liquid hydrogen production module pre-cools hydrogen using liquid air generated in the gaseous hydrogen supply module,
Hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation.
액체 수소와 액체 공기를 저장하여 상기 액체 수소 생산 모듈과 상기 기체 수소 공급 모듈 간에 이송 가능하게 제공되는 이송 유닛을 더 포함하고,
상기 이송 유닛은,
액체 수소를 저장할 수 있는 액체 수소 이송 탱크;
액체 공기를 저장할 수 있는 액체 공기 이송 탱크; 및
상기 액체 수소 이송 탱크 및 상기 액체 공기 이송 탱크를 연결하여 서로 지지되도록 하는 지지부를 포함하는,
액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템.According to claim 1,
Further comprising a transfer unit that is provided to store liquid hydrogen and liquid air to be transferable between the liquid hydrogen production module and the gaseous hydrogen supply module,
The transfer unit is
a liquid hydrogen transfer tank capable of storing liquid hydrogen;
a liquid air transfer tank capable of storing liquid air; and
Comprising a support for connecting the liquid hydrogen transfer tank and the liquid air transfer tank to be supported with each other,
Hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation.
상기 액체 수소 생산 모듈은,
액체 공기를 공급받아서 기체 수소와 열교환 시켜서 기체 수소를 예비 냉각하는 예비 냉각부;
상기 예비 냉각부에서 예비 냉각된 기체 수소를 전달받아서 냉매와의 열교환을 통해 액화시키는 본 냉각부; 및
상기 본 냉각부에서 생성된 액체 수소를 저장하는 액체 수소 저장 탱크를 포함하는,
액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템.According to claim 1,
The liquid hydrogen production module,
a pre-cooling unit for receiving liquid air and exchanging heat with gaseous hydrogen to pre-cool gaseous hydrogen;
a main cooling unit receiving gaseous hydrogen precooled by the preliminary cooling unit and liquefying it through heat exchange with a refrigerant; and
Comprising a liquid hydrogen storage tank for storing the liquid hydrogen generated in the cooling unit,
Hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation.
상기 예비 냉각부는,
상기 기체 수소 공급 모듈에서 생성된 액체 공기를 저장하는 액체 공기 저장 탱크;
상기 액체 공기 저장 탱크와 연결되고, 상기 액체 공기 저장 탱크로부터 공급되는 액체 공기를 가압하는 액체 공기 펌프; 및
상기 액체 공기 펌프와 연결되고, 상기 액체 공기 펌프로부터 액체 공기를 전달받아서 기체 수소와 열교환시키는 예비 냉각기를 포함하는,
액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템.4. The method of claim 3,
The pre-cooling unit,
a liquid air storage tank for storing the liquid air generated by the gaseous hydrogen supply module;
a liquid air pump connected to the liquid air storage tank and pressurizing the liquid air supplied from the liquid air storage tank; and
A pre-cooler connected to the liquid air pump and receiving liquid air from the liquid air pump to exchange heat with gaseous hydrogen,
Hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation.
상기 예비 냉각부는,
상기 예비 냉각기와 연결되고, 상기 본 냉각부로부터 전달받은 냉매를 팽창시켜서 상기 예비 냉각기에 공급하여 기체 수소 및 액체 공기와 열교환되도록 하는 냉매 팽창기;
상기 예비 냉각기와 연결되고, 상기 예비 냉각기에서 열교환 후 배출되는 냉매를 압축하는 냉매 압축기;
상기 냉매 압축기와 연결되고, 상기 냉매 압축기에서 압축된 냉매를 냉각하는 냉매 냉각기; 및
상기 냉매 냉각기와 연결되고, 상기 냉매 냉각기에서 냉각된 냉매를 수용하는 버퍼탱크를 더 포함하는,
액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템.5. The method of claim 4,
The pre-cooling unit,
a refrigerant expander connected to the pre-cooler, expanding the refrigerant received from the main cooling unit, and supplying it to the pre-cooler to exchange heat with gaseous hydrogen and liquid air;
a refrigerant compressor connected to the pre-cooler and compressing the refrigerant discharged from the pre-cooler after heat exchange;
a refrigerant cooler connected to the refrigerant compressor and cooling the refrigerant compressed in the refrigerant compressor; and
Further comprising a buffer tank connected to the refrigerant cooler and accommodating the refrigerant cooled in the refrigerant cooler,
Hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation.
상기 본 냉각부는,
상기 예비 냉각부에서 예비 냉각된 기체 수소를 전달받아서 냉매와 열교환시켜서 냉각하는 적어도 하나 이상의 냉매 열교환기;
상기 냉매 열교환기와 연결되고, 상기 냉매 열교환기에서 배출되는 냉매를 전달받아서 후단으로부터 공급받은 온도가 더 높은 냉매와 열교환시키는 적어도 하나 이상의 복열기;
상기 복열기와 연결되고, 상기 복열기를 거치면서 온도가 더 높아지는 냉매를 수용하는 적어도 하나 이상의 버퍼탱크; 및
상기 복열기 및 상기 냉매 열교환기와 연결되고, 상기 복열기를 거치면서 온도가 더 낮아지는 냉매를 전달받아서 팽창시키고, 팽창된 냉매를 상기 냉매 열교환기로 전달하는 적어도 하나 이상의 냉매 팽창기를 포함하는,
액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템.4. The method of claim 3,
The cooling unit,
at least one refrigerant heat exchanger for receiving the gaseous hydrogen pre-cooled by the pre-cooling unit and heat-exchanging it with the refrigerant;
at least one recuperator connected to the refrigerant heat exchanger, receiving the refrigerant discharged from the refrigerant heat exchanger, and exchanging heat with the refrigerant having a higher temperature supplied from the rear end;
at least one buffer tank connected to the recuperator and accommodating a refrigerant having a higher temperature while passing through the recuperator; and
At least one refrigerant expander connected to the recuperator and the refrigerant heat exchanger, receiving and expanding the refrigerant having a lower temperature while passing through the recuperator, and transferring the expanded refrigerant to the refrigerant heat exchanger,
Hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation.
상기 버퍼탱크는 복수 개로 제공되고,
상기 본 냉각부는,
복수의 상기 버퍼탱크들 중 적어도 어느 하나에 연결되고, 연결된 상기 버퍼탱크로부터 냉매를 전달받아서 압축하는 적어도 하나 이상의 냉매 압축기; 및
상기 냉매 압축기와 연결되고, 상기 냉매 압축기에서 압축된 냉매를 전달받아서 냉각하는 적어도 하나 이상의 냉매 냉각기를 더 포함하는,
액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템.7. The method of claim 6,
The buffer tank is provided in plurality,
The cooling unit,
at least one refrigerant compressor connected to at least one of the plurality of buffer tanks and receiving refrigerant from the connected buffer tank and compressing the refrigerant; and
Further comprising at least one refrigerant cooler connected to the refrigerant compressor, receiving the refrigerant compressed in the refrigerant compressor and cooling it,
Hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation.
상기 본 냉각부는,
상기 냉매 열교환기와 연결되고, 상기 냉매 열교환기를 거쳐 냉각된 기체 수소를 팽창시켜서 액화하는 수소 팽창기를 더 포함하고,
상기 액체 수소 저장 탱크는 상기 수소 팽창기와 연결되고, 상기 수소 팽창기로부터 액체 수소를 전달받아서 저장하는,
액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템.7. The method of claim 6,
The cooling unit,
Further comprising a hydrogen expander connected to the refrigerant heat exchanger and liquefied by expanding gaseous hydrogen cooled through the refrigerant heat exchanger,
The liquid hydrogen storage tank is connected to the hydrogen expander, receiving and storing liquid hydrogen from the hydrogen expander,
Hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation.
상기 냉매 열교환기는 복수 개로 제공되고,
상기 본 냉각부는,
복수의 상기 냉매 열교환기들 중 서로 인접하는 한 쌍의 냉매 열교환기들 사이에 연결되고, 상기 액체 수소 저장 탱크와 연결되며, 상기 액체 수소 저장 탱크 내에서 액체 수소가 기화되면서 생성되는 기체 수소를 공급받아서 상기 냉매 열교환기에서 냉각된 기체 수소와 열교환시키는 수소 열교환기를 더 포함하는,
액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템.9. The method of claim 8,
The refrigerant heat exchanger is provided in plurality,
The cooling unit,
It is connected between a pair of refrigerant heat exchangers adjacent to each other among the plurality of refrigerant heat exchangers, is connected to the liquid hydrogen storage tank, and gaseous hydrogen generated while liquid hydrogen is vaporized in the liquid hydrogen storage tank is supplied. Further comprising a hydrogen heat exchanger for receiving and exchanging heat with gaseous hydrogen cooled in the refrigerant heat exchanger,
Hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation.
상기 본 냉각부는,
상기 수소 열교환기로부터 배출되는 기체 수소를 압축하여 상기 냉매 열교환기로 전달하는 수소 재순환 압축기를 더 포함하는,
액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템.10. The method of claim 9,
The cooling unit,
Further comprising a hydrogen recirculation compressor for compressing gaseous hydrogen discharged from the hydrogen heat exchanger and transferring it to the refrigerant heat exchanger,
Hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation.
상기 기체 수소 공급 모듈은,
상기 공기 압축기와 상기 증발기의 사이에 연결되고, 상기 공기 압축기에서 압축된 공기에 함유된 수분을 제거하여 상기 증발기로 제습된 공기를 투입하는 제습기를 더 포함하는,
액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템.According to claim 1,
The gaseous hydrogen supply module,
A dehumidifier connected between the air compressor and the evaporator to remove moisture contained in the air compressed by the air compressor and input the dehumidified air to the evaporator, further comprising:
Hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation.
상기 기체 수소 공급 모듈은,
상기 공기 열교환기와 연결되고, 상기 액체 공기 수용 탱크로부터 배출되어 상기 공기 열교환기를 거친 공기를 압축하여 상기 증발기로 재 투입하는 재순환 압축기를 더 포함하는,
액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템.According to claim 1,
The gaseous hydrogen supply module,
Further comprising a recirculation compressor connected to the air heat exchanger, compressed air discharged from the liquid air receiving tank and passed through the air heat exchanger and re-injected into the evaporator,
Hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation.
상기 액체 수소 생산 모듈은,
생성된 액체 수소를 저장하는 액체 수소 저장 탱크; 및
상기 기체 수소 공급 모듈에서 생성된 액체 공기를 저장하는 액체 공기 저장 탱크를 포함하고,
상기 기체 수소 공급 모듈은,
상기 액체 수소 생산 모듈에서 생성된 액체 수소를 저장하는 액체 수소 수용 탱크; 및
생성된 액체 공기를 저장하는 액체 공기 수용 탱크를 포함하고,
상기 이송 유닛은,
상기 액체 수소 저장 탱크로부터 전달되는 액체 수소를 상기 액체 수소 이송 탱크에 저장하고, 상기 액체 수소 이송 탱크에 저장된 액체 수소를 상기 액체 수소 수용 탱크로 공급하며,
상기 액체 공기 수용 탱크로부터 전달되는 액체 공기를 상기 액체 공기 이송 탱크에 저장하고, 상기 액체 공기 이송 탱크에 저장된 액체 공기를 상기 액체 공기 저장 탱크로 공급하는,
액체 수소 냉열 순환을 이용한 수소 액화 및 냉열 이송 시스템.
3. The method of claim 2,
The liquid hydrogen production module,
a liquid hydrogen storage tank for storing the generated liquid hydrogen; and
a liquid air storage tank for storing liquid air generated in the gaseous hydrogen supply module;
The gaseous hydrogen supply module,
a liquid hydrogen accommodating tank for storing liquid hydrogen generated in the liquid hydrogen production module; and
a liquid air receiving tank for storing the generated liquid air;
The transfer unit is
Storing the liquid hydrogen transferred from the liquid hydrogen storage tank in the liquid hydrogen transfer tank, and supplying the liquid hydrogen stored in the liquid hydrogen transfer tank to the liquid hydrogen receiving tank,
storing liquid air delivered from the liquid air containing tank in the liquid air conveying tank, and supplying the liquid air stored in the liquid air conveying tank to the liquid air storage tank,
Hydrogen liquefaction and cold-heat transfer system using liquid hydrogen cold-heat circulation.
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