KR102373686B1 - 수소의 예냉기모듈 및 이를 포함하는 수소액화기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소액화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소의 예냉기모듈 및 이를 포함하는 수소액화기에 관한 것이다. 이를 위해, 소정의 가스를 압축하여 압축가스를 생산하는 예냉기용 압축기(210); 및 내부가 진공인 예냉기(200);로 구성되고, 예냉기(200)는, 압축가스를 냉각시키기 위한 예냉기용 극저온 냉동기(220); 및 냉각된 냉동기 해드와 상온수소 사이의 열교환을 통해 수소를 예냉하는 예냉열교환기(230);를 포함하는 예냉모듈; 소정의 가스를 압축하여 압축가스를 생산하는 압축기(310); 내부가 진공인 수소액화기(300); 및 예냉모듈과 수소액화기(300)를 연결하여 예냉수소를 전달하는 연결관(280);으로 구성되고, 수소액화기(300)는, 압축기(310)와 연결되어 액화기의 온도를 극저온으로 만들어 주는 극저온 냉동기(320); 및 냉각된 냉동기 해드와 예냉된 수소 사이의 열교환을 통해 액화수소를 생산하는 액화수소열교환기를 포함하는 액체수소 저장탱크(330);를 포함하는 것을 특징으로 하는 상온수소의 예냉모듈을 포함하는 수소액화기가 제공된다.

Description

수소의 예냉기모듈 및 이를 포함하는 수소액화기{Pre-cooling module of hydrogen and hydrogen liquefier containing thereof}
본 발명은 수소액화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소의 예냉기모듈 및 이를 포함하는 수소액화기에 관한 것이다.
일반적으로, 화석 연료의 과다한 사용으로 인한 대기오염과 지구 온난화의 문제를 해결하기 위한 방안으로 최근 국내외에서는 탄화수소계가 아닌 연료를 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이와 같은 문제 해결을 위해 제안된 여러 가지 방법 중에서 가장 효율적이며 대표적인 방법이 바로 수소 에너지의 사용이다.
수소 에너지는 탄화수소계 에너지와 달리, 연소시 이산화탄소의 배출없이 오로지 물만 발생시키고 물로부터 다시 수소를 얻을 수 있으므로 재생 가능한 에너지원으로 분류할 수 있다.
수소를 에너지원으로 사용하기 위해서는 이송의 간편성과 저장의 용이성이 보장되어야 하는데, 이를 위해서는 고밀도화를 통해 수소의 부피를 축소시키는 것이 필요하다. 공지된 수소의 부피를 축소시켜 저장하는 방법 중 에너지 저장 밀도가 가장 큰 것은 수소를 액화시켜 액체수소(Liquid H2, LH2) 형태로 저장하는 방법이다.
최근에는 극저온 냉동기를 이용한 소형 수소 액화장치에 관한 연구가 수행되고 있는 바, 극저온 냉동기의 효율 증대로 기체 수소를 수소 액화 온도인 20K 이하로 보다 용이하게 냉각하는 것이 가능하게 되었다.
도 1은 종래의 수소액화기(100)의 구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(110)는 헬륨을 압축하고, 극저온 GM(Gifford-McMahon) 냉동기(120)는 이를 20K(켈빈) 온도로 극저온 냉각한다.
한편, 상온의 수소는 수소입구(165)를 통해 유입된 후 액체질소예냉기(160)에서 액체질소에 의해 냉각된다. 그 후 예냉된 수소는 수소액화 열교환기(130)에서 20K의 극저온 냉동기(120)에 의해 액화수소로 상변환되고, 액체수소 저장탱크(140)에서 보관되다가 극저온밸브(150)를 통해 액체수소출구(155)로 토출된다.
그러나, 이와 같은 종래의 수소액화기(100)는 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 운전중 액체질소공급관(170)을 통해 지속적으로 액체질소를 공급해야 하기 때문에, 질소 공급이 어려운 곳에서는 사용할 수 없었다. 그리고 질식사고의 우려가 있어 열교환 후 기화되는 기화질소 배출관(175)은 건물 밖으로 배출해야 하는 번거로움이 있다. 그리고, 액체질소예냉기(160)와 수소액화 열교환기(130)가 모두 하나의 액화기 내에 일체형으로 구성되어 구조가 복잡했다.
둘째, 주입되는 상온의 수소가 고순도(예 : 99.999% 이상) 수소여야만 했다. 만약 저순도(예 : 99% 이하)의 수소가 주입되는 경우 액체질소예냉기(160)와 수소액화 열교환기(130)의 열교환 배관 내부에 불순물이 침착됨으로써 고장과 성능 저하의 원인이 되기 때문이다. 그런데 이러한 고순도 수소는 가격이 높아서 경제성이 악화되는 단점이 있다.
셋째, 수소액화기(300)의 용량 증대가 필요한 경우, 종래에는 수소액화기를 추가로 증설하여 용량을 충족시켜야만 했다. 이로 인해, 시설투자와 공간 마련 및 운영예산등이 증대할 수 밖에 없었다.
1. 대한민국 특허공개 제 10-2009-0016515 호(수소를 액화하기 위한 방법), 2. 대한민국 특허공개 제 10-2020-0109054 호(액화 천연 가스의 냉열을 이용하는 수소 액화 장치).
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 제 1 목적은 액체질소없이 수소액화가 가능한 수소의 예냉기모듈 및 이를 포함하는 수소액화기를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은 저렴한 저순도의 수소(99%)를 이용하여 액화수소를 생산할 수 있는 수소의 예냉기모듈 및 이를 포함하는 수소액화기를 제공하는 것이다.
본 발명의 제 3 목적은 수소액화기(300)의 용량 증대가 필요한 경우, 종래와 같이 수소액화기의 추가 증설없이, 예냉기모듈의 추가만으로 액체수소의 생산량을 증대시킬 수 있는 수소의 예냉기모듈 및 이를 포함하는 수소액화기를 제공하는 것이다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 제 1 실시예로써, 소정의 가스를 압축하여 압축가스를 생산하는 예냉기용 압축기(210); 및 내부가 진공인 예냉기(200);로 구성되고, 예냉기(200)는, 압축가스를 냉각시키기 위한 예냉기용 극저온 냉동기(220); 및 상기 예냉기용 극저온 냉동기(220)에 의해 예냉수소를 생산하는 예냉열교환기(230);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소의 예냉기모듈이 제공된다.
또한, 상기의 기술적 과제를 달성하기 위한 제 2 실시예로써, 액체질소가 저장된 액체질소탱크(400); 및 내부가 진공인 예냉기(200);로 구성되고, 예냉기(200)는, 액체질소탱크(400)와 액체질소공급관(420)으로 연결된 질소열교환기(410); 질소열교환기(410)와 수소 사이의 열교환을 통해 예냉수소를 생산하는 예냉열교환기(230);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소의 예냉기모듈이 제공된다.
또한, 예냉열교환기(230)는 정지, 휴지기 또는 재생할 시점에서 내부를 상온 이상으로 가열하여 내부 기체를 배기하도록 하는 내부히터(270)를 더 포함할 수 있다.
또한, 예냉기(200)의 외부에 구비되고, 내부히터(270)와 연결되어 내부히터(270)를 제어하는 내부히터 제어부(275)를 더 포함한다.
또한, 수소는 99.0 ~ 99.9% 범위의 저순도를 갖고, 예냉수소는 99.990 ~ 99.999% 범위의 고순도를 갖는다.
또한, 예냉기용 극저온 냉동기(220)는 20K 온도급 또는 80K 온도급의 극저온 냉동기이다.
또한, 액체질소는 77K 온도이다.
전술한 본 발명의 목적은 또 다른 실시예로써, 전술한 수소의 예냉기모듈; 소정의 가스를 압축하여 압축가스를 생산하는 압축기(310); 내부가 진공인 수소액화기(300); 및 예냉기모듈과 수소액화기(300)를 연결하여 예냉수소를 전달하는 연결관(280);으로 구성되고, 수소액화기(300)는, 압축가스를 냉각시키기 위한 극저온 냉동기(320); 및 극저온 냉동기(320)와 예냉수소 사이의 열교환을 통해 액화수소를 생산하여 저장하는 액체수소 저장탱크(330);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소의 예냉기모듈을 포함하는 수소액화기에 의해서도 달성될 수 있다.
또한, 연결관(280)은 단열되는 이중 중공관이다.
또한, 액체수소 저장탱크(330)에는 압축가스와 상기 예냉수소 사이의 열교환을 위한 열교환기가 내장된다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 액체질소없이 수소액화가 가능하다.
또한, 저렴한 저순도의 수소(99%)를 이용하여 액화수소를 생산할 수 있기 때문에 수소액화에 따른 경제성이 제고될 수 있다.
아울러, 수소액화기(300)의 용량 증대가 필요한 경우, 종래와 같이 수소액화기의 추가 증설없이, 예냉기모듈의 추가만으로 액체수소의 생산량을 증대시킬 수 있다. 이로 인해 생산 설비를 탄력적으로 운영할 수 있고, 효율성을 높일 수 있다.
또 수소액화기는 그 특성상 일시적으로 무부하 운전(수소액화를 하지 않는 운전)을 해야만 한다. 이때 종래의 일체형 액화기와는 달리 본 발명에서는 2대의 극저온 냉동기 시스템 중 예냉기측 시스템을 가동하지 않아도 되는 이점이 있다. 이로 인해 운영비를 크게 절감할 수 있다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 종래의 수소액화기의 구성도,
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수소의 예냉기모듈 및 이를 포함하는 수소액화기의 구성도,
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수소의 예냉기모듈 및 이를 포함하는 수소액화기의 구성도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
제 1 실시예
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수소의 예냉기모듈 및 이를 포함하는 수소액화기의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 대략 예냉기모듈과 수소액화기(300)로 대별된다.
예냉기모듈은 수소액화기(300)의 전단에 연결되며, 예냉기(200)와 예냉기용 압축기(210)로 구성된다. 예냉기용 압축기(210)는 헬륨 가스를 압축하는 압축기이다.
예냉기(200)는 내부가 진공상태이며, 예냉열교환기(230)와 내부히터(270)를 포함한다. 예냉기(200)의 일측에는 수소입구(265)가 구비되고, 타측에는 연결관(280)이 연결된다.
예냉기용 극저온 냉동기(220)는 헬륨을 냉매로 사용하는 20K 또는 80K 급의 극저온 GM(Gifford-McMahon) 냉동기(220)이다.
예냉열교환기(230)는 외면에 내부히터(270)가 부착되고, 내부에는 열교환기가 설치된다. 예냉열교환기(230)는 극저온의 헬륨과 수소가스 사이의 열교환을 통해 수소를 예냉시키는 역할을 한다. 예냉열교환기(230)는 자체적으로 저순도(99%)의 수소 속에 포함된 불순물을 흡착하는 정제(퓨리파잉, purifying) 기능을 한다. 이러한 정제 기능으로 인해 유입되는 저순도(99.0 ~ 99.9%) 수소는 고순도(99.990 ~ 99.999%)로 된다. 따라서 일정 시간이 지나면, 또는 액화기 정지 또는 휴지기에, 재생(regeneration)과정을 실시해야 한다. 이때 내부히터(270)를 사용하여 예냉열교환기의 온도를 상온 이상(예: 330K)으로 올려 불순물을 기화시켜 배기/배출시킨다. 예냉열교환기(230)의 온도는 통상 80K 전후(액체질소 온도)에서 이루어지기 때문에 이 온도 대역에서 액체나 고체가 되는 불순가스들은 모두 제거될 수 있다. 그리고 예냉열교환기(230)에서 제거되지 않는 불순 가스들은 더 낮은 온도 대역인 액체수소 저장탱크(330)의 열교환기에서 제거된다. 이러한 불순물을 정제하지 않으면 수소액화기(300)의 열교환기에서 불순물 침착으로 인해 유로 축소나 협착, 폐색 등이 발생하게 된다.
내부히터 제어부(275)는 예냉기(200)의 외부에 부착되고 배선을 통해 내부히터(270)와 연결된다. 내부히터(270)는 상온 이상의 온도로 가열됨으로써 정지, 휴지기 또는 재생할 시점에서 내부를 가열하여 내부 기체를 배기하도록 한다.
연결관(280)은 예냉기(200)와 수소액화기(300) 사이에 연결되며, 보다 구체적으로는 예냉열교환기(230)와 액체수소 저장탱크(330) 사이에 연결된다. 연결관(280)의 단면은 단열을 위해 이중 중공관 형태이며, 단열재(미도시)를 포함한다. 이러한 연결관(280)은 예냉수소를 전달한다. 예냉기모듈의 선택적 설치를 위해 연결관(280)은 연결 또는 연결해제되도록 볼트와 플랜지 이음을 포함한다.
압축기(310)는 헬륨 압축기이다.
수소액화기(300)는 내부가 진공이고, 극저온 냉동기(320)와 액체수소 저장탱크(330)를 포함한다.
극저온 냉동기(320)는 헬륨을 냉매로 하는 20K급의 극저온 GM 냉동기(320)이다.
액체수소 저장탱크(330)는 극저온 냉동기(320)와 예냉수소 사이의 열교환을 통해 생산된 액화수소를 저장한다. 액체수소 저장탱크(330)는 극저온 냉동기(320)와 예냉수소 사이의 열교환을 위한 열교환기가 내장된다.
극저온 밸브(350)는 액체수소 저장탱크(330)의 바닥 근처까지 연장되며, 액체수소 출구(355)를 갖는다.
이러한 제 1 실시예에 따른 예냉기모듈과 수소액화기(300)의 동작은 다음과 같다. 먼저, 예냉기용 헬륨 압축기(210)와 예냉기용 극저온 냉동기(220)의 가동을 통해 예냉 열교환기(230)에서 예냉을 위한 극저온을 형성한다.
저순도의 상온 수소기체는 수소입구(265)로 유입되어 예냉열교환기(230)에서 예냉되고 수소 속에 포함된 불순물들이 흡착되어 자체적으로 정제됨으로써 고순도의 예냉수소가 된다.
이로 인해 저순소 수소는 불순물이 제거된 고순도 수소기체가 된다. 예냉된 고순도의 예냉수소는 연결관(280)을 통해 액체수소 저장탱크(330)로 이송된다.
압축기(310)와 극저온 냉동기(320)가 가동되면, 액체수소 저장탱크(330)은 20K의 극저온을 형성한다. 따라서, 80K 전후의 예냉수소는 액체수소 저장탱크(330)에서 액화된 후 아래로 침지된다.
그 다음, 극저온밸브(350)의 개방을 통해 액체수소는 액체수소출구(355)로 토출된다.
제 2 실시예
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수소의 예냉기모듈 및 이를 포함하는 수소액화기의 구성도이다. 제 2 실시예 중 압축기(310)와 수소액화기(300)는 제 1 실시예의 구성과 동일하다.
제 2 실시예는 예냉기용 압축기(210)와 예냉기용 극저온 냉동기(220) 대신에 액체질소탱크(400)를 포함한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 액체질소탱크(400)는 액체질소공급관(420)을 통해 예냉 열교환기(230)로 액체질소를 공급하고, 질소 열교환기(410)에서 열교환된 후 기화질소 배출관(430)을 통해 대기중으로 배출된다.
제 2 실시예의 내부히터(270)와 내부히터 제어부(275)는 제 1 실시예의 구성과 동일하다.
제 2 실시예의 수소입구(265) 및 예냉 열교환기(230)는 제 1 실시예의 구성과 동일하다.
이러한 제 2 실시예에 따른 예냉기모듈과 수소액화기(300)의 동작은 다음과 같다. 먼저, 액체질소탱크(400)는 77K의 액체질소를 액체질소 공급관(420)을 통해 질소 열교환기(410)로 공급한다.
저순도의 상온 수소기체는 수소입구(265)로 유입되어 예냉열교환기(230)에서 질소 열교환기(410)에 의해 예냉됨으로써 예냉수소가 된다. 열교환된 액체질소는 기화질소 배출관(430)을 통해 대기중으로 배출된다. 예냉된 고순도의 예냉수소는 연결관(280)을 통해 액체수소 저장탱크(330)로 이송된다.
예냉열교환기(230)는 온도가 극저온으로 떨어지면 그 자체로써 수소 가스속에 포함된 불순물을 흡착하여 정제(퓨리파잉, purifying)하는 기능을 한다. 저순도(99.0 ~ 99.9%) 수소는 고순도(99.990 ~ 99.999%)로 된다. 따라서 일정 시간이 지나면, 또는 액화기 정지 또는 휴지기에, 재생(regeneration)과정을 실시해야 한다. 이때 내부히터(270)를 사용하여 예냉열교환기(230)의 온도를 상온 이상(예: 330K)으로 올려 불순물을 기화시켜 배기/배출 시킨다. 예냉열교환기(230)의 온도는 통상 80K 전후(액체질소 온도)에서 이루어지기 때문에 이 온도 대역에서 액체나 고체가 되는 불순가스들은 모두 제거될 수 있다. 그리고 예냉열교환기(230)에서 제거되지 않는 불순 가스들은 더 낮은 온도 대역인 액체수소 저장탱크(330)에서 제거된다.
헬륨 압축기(310)와 극저온 냉동기(320)의 가동을 통해 액체수소 저장탱크(330) 속 열교환기는 20K의 극저온을 형성한다. 따라서, 전달된 예냉수소는 액체수소 저장탱크(330)에서 액화된 후 아래로 침지된다. 그 다음, 극저온밸브(350)의 개방을 통해 액체수소는 액체수소출구(355)로 토출된다.
상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
100 : 수소액화기,
110 : 압축기,
120 : 극저온 냉동기,
130 : 수소액화 열교환기,
140 : 액화수소 저장탱크,
150 : 극저온밸브,
155 ; 액체수소 출구,
160 : 액체질소 예냉기,
165 : 수소입구,
170 : 액체질소공급관,
175 : 기화질소 배출관,
200 : 예냉기,
210 : 예냉기용 압축기,
220 : 예냉기용 극저온 냉동기,
230 : 예냉열교환기,
265 : 수소입구,
270 : 내부히터,
275 : 내부히터 제어부,
280 : 연결관,
300 : 수소액화기,
310 : 압축기,
320 : 극저온 냉동기,
330 : 액체수소 저장탱크,
350 : 극저온밸브,
355 : 액체수소출구,
365 : 예냉수소입구,
400 : 액체질소탱크,
410 : 질소열교환기,
420 : 액체질소 공급관,
430 : 기화질소 배출관.

Claims (11)

  1. 소정의 가스를 압축하여 압축가스를 생산하는 예냉기용 압축기(210); 및
    내부가 진공인 예냉기(200);로 구성되고,
    상기 예냉기(200)는,
    상기 압축가스를 냉각시키기 위한 예냉기용 극저온 냉동기(220);
    상기 예냉기용 극저온 냉동기(220)의 상기 압축가스와 수소 사이의 열교환을 통해 예냉수소를 생산하는 예냉열교환기(230); 및
    상기 예냉열교환기(230)에 구비되고, 정지, 휴지기 또는 재생할 시점에서 내부를 상온 이상으로 가열하여 내부 기체를 배기하도록 하는 내부히터(270);를 포함하고,
    상기 수소는 99.0 ~ 99.9% 범위의 저순도를 갖고,
    상기 예냉수소는 99.990 ~ 99.999% 범위의 고순도를 갖는 것을 특징으로 하는 수소의 예냉기모듈.
  2. 액체질소가 저장된 액체질소탱크(400); 및
    내부가 진공인 예냉기(200);로 구성되고,
    상기 예냉기(200)는,
    상기 액체질소탱크(400)와 액체질소공급관(420)으로 연결된 질소열교환기(410);
    상기 질소열교환기(410)와 수소 사이의 열교환을 통해 예냉수소를 생산하는 예냉열교환기(230); 및
    상기 예냉열교환기(230)에 구비되고, 정지, 휴지기 또는 재생할 시점에서 내부를 상온 이상으로 가열하여 내부 기체를 배기하도록 하는 내부히터(270);를 포함하고,
    상기 수소는 99.0 ~ 99.9% 범위의 저순도를 갖고,
    상기 예냉수소는 99.990 ~ 99.999% 범위의 고순도를 갖는 것을 특징으로 하는 수소의 예냉기모듈.
  3. 삭제
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 예냉기(200)의 외부에 구비되고, 상기 내부히터(270)와 연결되어 상기 내부히터(270)를 제어하는 내부히터 제어부(275)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소의 예냉기모듈.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 예냉기용 극저온 냉동기(220)는 20K 온도급 또는 80K 온도급의 극저온 냉동기인 것을 특징으로 하는 수소의 예냉기모듈.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 액체질소는 77K 온도인 것을 특징으로 하는 수소의 예냉기모듈.
  9. 제 1 항, 제 2 항, 제 7 항 및 제 8 항 중 어느 한 항에 의한 수소의 예냉기모듈;
    소정의 가스를 압축하여 압축가스를 생산하는 압축기(310);
    내부가 진공인 수소액화기(300); 및
    상기 예냉기모듈과 상기 수소액화기(300)를 연결하여 예냉수소를 전달하는 연결관(280);으로 구성되고,
    상기 수소액화기(300)는,
    상기 압축가스를 냉각시키기 위한 극저온 냉동기(320); 및
    상기 극저온 냉동기(320)와 상기 예냉수소 사이의 열교환을 통해 액화수소를 생산하여 저장하는 액체수소 저장탱크(330);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소의 예냉기모듈을 포함하는 수소액화기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 연결관(280)은 단열되는 이중 중공관인 것을 특징으로 하는 수소의 예냉기모듈을 포함하는 수소액화기.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 액체수소 저장탱크(330)에는 상기 압축가스와 상기 예냉수소 사이의 열교환을 위한 열교환기가 내장되는 것을 특징으로 하는 수소의 예냉기모듈을 포함하는 수소액화기.
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