KR102379650B1 - Ambient type high-pressure hydrogen vaporizer and hydrogen charging apparatus using the same - Google Patents

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최성일
윤정범
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성우인스트루먼츠 주식회사
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Abstract

The present invention relates to an atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer and a hydrogen filling apparatus using the same. To this end, the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer comprises: an inner chamber which is provided as an interior space divided by an inner wall and a lid flange, has one side filled with liquid hydrogen that is introduced to the inside thereof by an inlet pipe connected to a liquid hydrogen tank, and in which at least a portion of the filled liquid hydrogen is vaporized to form gaseous hydrogen; and an outer chamber which is provided as an interior space divided by the inner wall and the lid flange between an outer wall and the inner wall, and is configured to be filled with the gaseous hydrogen of the inner chamber by introducing the gaseous hydrogen of the inner chamber through an inner wall hole that is a hole configured on an upper part of the inner wall, wherein the outer wall is spaced apart from the inner wall at a specific distance, thereby capable of achieving high-pressure hydrogen vaporization without liquid hydrogen pumps and multi-stage compressors so that hydrogen refueling stations can be supplied at a relatively low cost.

Description

대기식 고압 수소 기화 장치 및 이를 이용한 수소 충전 장치{Ambient type high-pressure hydrogen vaporizer and hydrogen charging apparatus using the same}Ambient type high-pressure hydrogen vaporizer and hydrogen charging apparatus using the same

본 발명은 대기식 고압 수소 기화 장치 및 이를 이용한 수소 충전 장치에 관한 것이다. The present invention relates to an atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer and a hydrogen filling apparatus using the same.

수소는 가장 환경 친화적인 에너지원으로서 각광받고 있으며 이를 이용한 에너지의 저장, 이송, 연료전지를 이용한 발전, 수소전기차/항공/드론 등의 동력원으로서의 활용 등 다양한 분야에 그 적용이 이루어지고 있다. 그 응용범위의 확대를 위해서는 경제적이며 효율적인 수소의 저장 및 운송기술의 확보가 필요하며 이는 친환경, 저탄소 사회로 가기 위해 확보해야 할 가장 중요한 기술분야의 하나이다. Hydrogen is in the spotlight as the most environmentally friendly energy source, and its application is being made in various fields such as storage and transport of energy using it, power generation using fuel cells, and utilization as a power source for hydrogen electric vehicles/aviation/drones. In order to expand its application range, it is necessary to secure economical and efficient hydrogen storage and transportation technology, which is one of the most important technological fields to secure in order to move to an eco-friendly, low-carbon society.

수소 에너지의 항공 시장 활용 관련하여, 수소는 단위 중량당 에너지 밀도가 가장 크므로 항공기의 추진연료로서 그 가능성은 충분하다고 볼 수 있으며 액화수소 기반의 연료 공급장치를 적용할 경우 기존 리튬배터리 대비 5~10배의 체공 시간 확보가 가능하며 300 bar 고압 가스 저장에 비해서도 2배 이상의 체공시간 확보가 가능하다. 연료전지를 사용하는 중형급의 무인기에도 체공시간의 연장을 위해 액화수소를 사용하려는 시도가 진행되고 있으며 미국 해군연구소(NRL)의 무인기는 고압수소를 사용하여 2009년 23 h, 액화수소로 2013년 48 h의 체공시간을 기록한 바 있다.In relation to the use of hydrogen energy in the aviation market, hydrogen has the highest energy density per unit weight, so its potential as a propulsion fuel for aircraft is sufficient. It is possible to secure 10 times the flight time, and it is possible to secure more than twice the flight time compared to storing 300 bar high-pressure gas. Attempts are being made to use liquid hydrogen to extend flight time even for medium-sized UAVs using fuel cells. h has been recorded.

수소 에너지의 드론 시장 활용 관련하여, 민간용 드론 시장의 폭발적 성장에 따라 현재 리튬배터리 동력원에서 수소연료전지 동력원으로 대체가 기대되고 있으며 기존 리튬배터리의 경우 체공시간이 25 min에 불과했으나 2016년 영국의 Intelligent Energy와 중국의 MMC사는 압축수소가스를 사용하여 2 h의 체공시간을 기록한 바 있다.Regarding the use of hydrogen energy in the drone market, the current lithium battery power source is expected to be replaced by a hydrogen fuel cell power source according to the explosive growth of the civilian drone market. In the case of the existing lithium battery, the flight time was only 25 min. Energy and China's MMC have recorded an airtime of 2 h using compressed hydrogen gas.

수소 에너지의 친환경 차량 시장 활용 관련하여, 친환경차에 대한 시장의 요구에 따라 배터리 전기차와 함께 수소 전기차의 상업화가 가속화되고 있는 상황이며 수소전기차 시장이 성숙하기 위해서는 수소연료를 주입할 수 있는 수소충전소 구축이 필수적이라 할 수 있다. 이에 따라 각국은 경쟁적으로 수소전기차의 보급 및 이를 위한 수소충전소 구축 계획을 발표하고 있는 상황이다. 예를 들어, 한국은 2017년 수소 충전소 11기에서 2025년 200기 건설 계획을 가지고 있으며, 국토교통부 자료에 의하면 한국의 수소전기차 등록 수는 2020년에 10,906대에 달하였으며 이는 2019년에 비해 115% 증가한 수치였다. 중국은 2025년에 수소 충전소 300기에서 2030년에 1,000기를 건설할 계획을 수립하고 있으며, 2030년에 수소전기차를 100만대 보급하겠다는 계획을 세우고 있고 중국 상용차 기업 '유퉁그룹'에서 연간 수소전기차 5,000대 생산이 가능한 세계 최대 규모 수소 전기차량 생산 공장을 완공한 바 있다. 미국은 2020년까지 250기를 건설하려는 계획이 있었으며, 2025년까지 수소전기차를 330만대 보급하겠다는 계획을 가지고 있다. 일본은 2017년에 90기였던 수소 충전소를 2030년에 900기까지 늘리겠다는 계획을 가지고 있고, 2030년에 80만대의 수소 전기차를 보급하겠다는 계획을 가지고 있다. 유럽에서는 독일/영국/북유럽 국가들을 중심으로 2020년까지 500기 건설 계획을 수립한 바 있으며, 특히, 독일은 2025년까지 수소 충전소 400기 건설 계획을 수립한 바 있다. In relation to the use of hydrogen energy in the eco-friendly vehicle market, the commercialization of hydrogen electric vehicles along with battery electric vehicles is accelerating according to the market demand for eco-friendly vehicles. This can be said to be essential. Accordingly, each country is competitively announcing plans to supply hydrogen electric vehicles and build hydrogen charging stations for this purpose. For example, Korea has a plan to build 200 hydrogen charging stations in 2025 from 11 hydrogen charging stations in 2017, and according to data from the Ministry of Land, Infrastructure and Transport, the number of registered hydrogen electric vehicles in Korea reached 10,906 in 2020, which is 115% compared to 2019. It was an increased number. China is planning to build 1,000 hydrogen charging stations in 2030 from 300 hydrogen charging stations in 2025, and has a plan to supply 1 million hydrogen electric vehicles in 2030. It has completed the world's largest hydrogen electric vehicle production plant capable of production. The US had a plan to build 250 units by 2020, and has a plan to supply 3.3 million hydrogen electric vehicles by 2025. Japan has a plan to increase the number of hydrogen charging stations from 90 in 2017 to 900 by 2030, and has a plan to supply 800,000 hydrogen electric vehicles in 2030. In Europe, Germany/UK/Nordic countries have established plans to build 500 units by 2020, and in particular, Germany has established a plan to build 400 hydrogen charging stations by 2025.

수소충전소의 역할은 수소전기차의 연료탱크 저장압력인 700~800 bar 이상으로 수소를 충전하는데 있으며 이를 위해 기체를 고압으로 압축하는 고압 수소 방식과 액화 수소 방식으로 구분할 수 있다. 도 1은 기존의 액화 수소 방식의 수소 충전소 개략도이다. 도 1에 도시된 바와 같이 액화 수소 방식의 경우 수소 기화 장치가 핵심적인 구성요소인데, LNG 등에 대해 사용되는 Fin type의 기화 장치(도 2는 Fin type의 기화 장치를 도시한 그림)는 고압을 견디지 못하는 문제가 있어서 사용하지 못하는 실정이었고, 부득이 고가의 액체 수소 펌프 및 다단 컴프레서를 사용하고 있는 실정이었다. 이에 의해 수소 충전소 설치 비용이 급격하게 증가하면서 수소 충전소의 보급에 상당한 장벽으로 작용하고 있는 실정이다. The role of the hydrogen charging station is to charge hydrogen to a fuel tank storage pressure of 700 to 800 bar or higher of a hydrogen electric vehicle, and for this purpose, it can be divided into a high-pressure hydrogen method that compresses the gas to a high pressure and a liquid hydrogen method. 1 is a schematic diagram of a hydrogen charging station of the conventional liquid hydrogen system. As shown in FIG. 1, in the case of the liquid hydrogen system, a hydrogen vaporizer is a key component, and the Fin type vaporizer (FIG. 2 is a diagram showing the Fin type vaporizer) used for LNG, etc. does not withstand high pressure. There was a problem that it could not be used, and inevitably, an expensive liquid hydrogen pump and a multi-stage compressor were used. As a result, the cost of installing a hydrogen charging station is rapidly increasing, and it is acting as a significant barrier to the diffusion of hydrogen charging stations.

대한민국 공개특허 10-2021-0119616, 수소 충전 장치, 현대자동차 주식회사Korean Patent Laid-Open Patent No. 10-2021-0119616, hydrogen charging device, Hyundai Motor Company

따라서, 본 발명은 상기 제시된 문제점을 개선하기 위하여 액체 수소가 기화 시 850배 팽창하는 원리를 이용하여 창안되었으며, 초고압 챔버 설계를 위해 수소 물성을 이용한 극저온에서의 열해석 및 재료의 구조해석을 적용하였고, 기화 압력 및 배기 속도 제어를 위해 열역학을 고려하여 창안되었다. 본 발명의 목적은, 수소 충전소를 상대적으로 저가로 보급할 수 있도록 액체 수소 펌프 및 다단 컴프레서 없이도 고압 수소 기화를 달성할 수 있는 내외부 이중 챔버 구조의 대기식 고압 수소 기화 장치 및 이를 이용한 수소 충전 장치를 제공하는데에 있다. Therefore, the present invention was devised using the principle that liquid hydrogen expands 850 times during vaporization to improve the problems presented above, and thermal analysis at cryogenic temperatures using hydrogen properties and structural analysis of materials were applied to design an ultra-high pressure chamber. , was created taking into account thermodynamics for vaporization pressure and exhaust velocity control. An object of the present invention is to provide an atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer having an internal and external double chamber structure that can achieve high-pressure hydrogen vaporization without a liquid hydrogen pump and a multi-stage compressor so that hydrogen charging stations can be supplied at a relatively low cost, and a hydrogen charging device using the same is to provide

실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.The problem to be solved in the embodiment is not limited thereto, and it will be said that the purpose or effect that can be grasped from the method of solving the problem described below or the embodiment is also included.

이하 본 발명의 목적을 달성하기 위한 구체적 수단에 대하여 설명한다.Hereinafter, specific means for achieving the object of the present invention will be described.

본 발명의 목적은, 내측 벽 및 뚜껑 플랜지에 의해 구획되는 내부 공간을 의미하며, 일측이 액체수소탱크와 연결된 유입관에 의해 액체 수소가 내부로 유입되어 상기 액체 수소가 채워지며, 채워진 상기 액체 수소의 적어도 일부가 기화되어 기체 수소가 형성되는 챔버인 내측 챔버; 및 상기 내측 벽과 특정 간격으로 이격 구성되는 외측 벽, 상기 내측 벽 및 상기 뚜껑 플랜지에 의해 구획되는 상기 외측 벽과 상기 내측 벽 사이의 내부 공간을 의미하며, 상기 내측 벽의 상부에 구성되는 구멍인 내벽 홀을 통해 상기 내측 챔버의 상기 기체 수소가 유입되어 충전되도록 구성되는 챔버인 외측 챔버;를 포함하고, 상기 외측 챔버에 충전된 상기 기체 수소는 열전도율이 좋기 때문에 열전달 매질이 되어 상온의 상기 외측 벽과 상대적으로 저온의 상기 내측 벽 사이의 열 전달이 수행되게 되고, 상기 열 전달에 의해 상기 내측 챔버의 상기 액체 수소가 기화되어 상기 내측 챔버에 특정 압력 이상의 기체 수소가 충전되는 것을 특징으로 하는, 대기식 고압 수소 기화 장치를 제공하여 달성될 수 있다. An object of the present invention means an inner space partitioned by an inner wall and a lid flange, and liquid hydrogen is introduced into the inside by an inlet pipe connected to a liquid hydrogen tank on one side, and the liquid hydrogen is filled, and the liquid hydrogen is filled an inner chamber in which at least a portion of the gaseous hydrogen is vaporized; and an outer wall configured to be spaced apart from the inner wall at a specific distance, an inner space between the outer wall and the inner wall defined by the inner wall and the lid flange, and a hole configured in an upper portion of the inner wall and an outer chamber, which is a chamber configured to be filled by introducing the gaseous hydrogen of the inner chamber through an inner wall hole, and the gaseous hydrogen filled in the outer chamber becomes a heat transfer medium because of good thermal conductivity, and the outer wall at room temperature and heat transfer between the inner wall at a relatively low temperature is performed, and the liquid hydrogen in the inner chamber is vaporized by the heat transfer so that the inner chamber is filled with gaseous hydrogen at a certain pressure or more, This can be achieved by providing a type high-pressure hydrogen vaporizer.

또한, 일측은 버퍼탱크와 연결되고 타측은 상기 내측 챔버의 상부에 구성되어 상기 기체 수소가 상기 버퍼탱크로 유출되는 버퍼탱크 연결관;을 더 포함하고, 상기 버퍼탱크 연결관은, 상기 내측 챔버에 상기 액체 수소가 특정 수준 이상으로 충전되면 차단되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, one side is connected to the buffer tank and the other side is a buffer tank connection pipe configured above the inner chamber so that the gaseous hydrogen flows into the buffer tank; further comprising, wherein the buffer tank connection pipe is connected to the inner chamber It may be characterized in that the liquid hydrogen is blocked when it is charged above a certain level.

또한, 상기 유입관의 타측에 결합되어 상기 내측 챔버 내에 구성되고, 매쉬 구조의 액체 수소 분사구로 구성되는 유입 디퓨저; 일측은 버퍼탱크 또는 저장탱크와 연결되고 타측은 상기 내측 챔버의 상부에 구성되어 상기 기체 수소가 상기 버퍼탱크 또는 상기 저장탱크로 유출되는 유출관; 및 상기 유출관의 타측에 결합되어 상기 내측 챔버 내에 구성되고, 매쉬 구조의 기체 수소 유입구로 구성되는 유출 디퓨저; 를 더 포함하고, 상기 유출 디퓨저의 크기는 상기 유입 디퓨저를 통해 유입되는 상기 액체 수소의 속도 및 상기 액체 수소를 주입하는 시간에 반비례하도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, coupled to the other side of the inlet pipe is configured in the inner chamber, the inlet diffuser consisting of a liquid hydrogen injection port of a mesh structure; an outlet pipe having one side connected to the buffer tank or storage tank and the other side configured on the upper part of the inner chamber through which the gaseous hydrogen flows into the buffer tank or the storage tank; and an outflow diffuser coupled to the other side of the outlet pipe and configured in the inner chamber, and configured as a gaseous hydrogen inlet of a mesh structure; Further comprising, the size of the outlet diffuser may be characterized in that it is configured to be inversely proportional to the time of injecting the liquid hydrogen and the velocity of the liquid hydrogen introduced through the inlet diffuser.

또한, 상기 유입관의 타측에 결합되어 상기 내측 챔버 내에 구성되고, 매쉬 구조의 액체 수소 분사구로 구성되는 유입 디퓨저; 일측은 버퍼탱크 또는 저장탱크와 연결되고 타측은 상기 내측 챔버의 상부에 구성되어 상기 기체 수소가 상기 버퍼탱크 또는 상기 저장탱크로 유출되는 유출관; 및 상기 유출관의 타측에 결합되어 상기 내측 챔버 내에 구성되고, 매쉬 구조의 기체 수소 유입구로 구성되는 유출 디퓨저;를 더 포함하고, 상기 유입 디퓨저는 상기 유출 디퓨저보다 상대적으로 낮은 위치에 구성되고, 상기 유입 디퓨저는 상기 유출 디퓨저보다 상대적으로 작은 직경 또는 좁은 단면적을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, coupled to the other side of the inlet pipe is configured in the inner chamber, the inlet diffuser consisting of a liquid hydrogen injection port of a mesh structure; an outlet pipe having one side connected to the buffer tank or storage tank and the other side configured on the upper part of the inner chamber through which the gaseous hydrogen flows into the buffer tank or the storage tank; and an outlet diffuser coupled to the other side of the outlet pipe and configured in the inner chamber and configured as a gaseous hydrogen inlet of a mesh structure; wherein the inlet diffuser is configured at a position relatively lower than that of the outlet diffuser, and the The inlet diffuser may be configured to have a relatively smaller diameter or a narrower cross-sectional area than the outlet diffuser.

또한, 상기 내측 벽과 상기 뚜껑 플랜지의 결합부 사이에 삽입되는 단열 소재;를 더 포함하고, 상기 단열 소재에는 실리카 에어로겔(Silica Aerogel), RPUF(섬유강화폴리우레탄 폼), PUF(경질폴리우레탄 폼) 등의 고분자 소재 또는 멤브레인 형 소재가 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, a heat insulating material inserted between the coupling portion of the inner wall and the lid flange; further comprising, the heat insulating material includes silica airgel (Silica Aerogel), RPUF (fiber-reinforced polyurethane foam), PUF (rigid polyurethane foam) ) may be characterized in that a polymer material or a membrane-type material such as a material is included.

또한, 상기 내벽 홀은, 특정 압력 이상에서 개방되는 밸브 또는 상기 내측 챔버와 상기 외측 챔버의 특정 압력 차이 이상에서 개방되는 개폐 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. In addition, the inner wall hole may further include a valve opened at a specific pressure or higher or an opening/closing module opened at a specific pressure difference between the inner chamber and the outer chamber.

본 발명의 다른 목적은, 대기식 고압 수소 기화 장치를 포함하는 수소 충전 장치와 관련하여, 상기 대기식 고압 수소 기화 장치의 일구성인 유입관과 연결되어 상기 대기식 고압 수소 기화 장치의 내측 챔버에 액체 수소를 특정 속도와 특정 압력으로 제공하는 액체수소탱크; 상기 액체수소탱크와 연결되어 상기 액체 수소의 충전이 수행되고, 충전된 상기 액체 수소가 기화된 기체 수소를 생성하여 출력하는 상기 대기식 고압 수소 기화 장치; 상기 대기식 고압 수소 기화 장치와 연결되고, 상기 대기식 고압 수소 기화 장치에서 유출되는 상기 기체 수소 받아들여 버퍼의 역할을 수행하는 버퍼탱크; 상기 대기식 고압 수소 기화 장치와 연결되고, 상기 대기식 고압 수소 기화 장치에서 출력되는 상기 기체 수소를 받아들여 저장하는 저장탱크; 및 상기 저장탱크와 연결되어 저장된 상기 기체 수소를 공급하는 디스펜서;를 포함하는, 대기식 고압 수소 기화 장치를 이용한 수소 충전 장치를 제공하여 달성될 수 있다. Another object of the present invention, in relation to a hydrogen filling apparatus including an atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer, is connected to an inlet pipe, which is a component of the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer, to the inner chamber of the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer. a liquid hydrogen tank providing liquid hydrogen at a specific rate and at a specific pressure; The atmospheric high-pressure hydrogen vaporization device is connected to the liquid hydrogen tank, the filling of the liquid hydrogen is performed, and the charged liquid hydrogen generates and outputs vaporized gaseous hydrogen; a buffer tank connected to the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer and receiving the gaseous hydrogen flowing out from the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer to serve as a buffer; a storage tank connected to the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer and configured to receive and store the gaseous hydrogen output from the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer; and a dispenser connected to the storage tank and supplying the stored gaseous hydrogen.

본 발명의 다른 목적은, 대기식 고압 수소 기화 장치를 이용한 수소 충전 방법과 관련하여, 액체수소탱크와 연결된 유입관을 통해 상기 대기식 고압 수소 기화 장치의 일구성인 내측 챔버에 액체 수소를 상기 내측 챔버 내에 주입하는 액체 수소 주입 단계; 상기 내측 챔버와 버퍼탱크를 연결하는 유출관을 통해 상기 액체 수소가 기화되어 형성된 기체 수소가 유출되고, 상기 내측 챔버 내에 주입된 상기 액체 수소가 충전되는 액체 수소 충전 단계; 및 상기 내측 챔버에 상기 액체 수소가 특정 수준 이상으로 충전되면 상기 내측 챔버와 상기 버퍼탱크를 연결하는 상기 유출관을 차단하여 특정 압력 이상의 기체 수소를 생성하는 고압 기체 수소 생성 단계;를 포함하는, 대기식 고압 수소 기화 장치를 이용한 수소 기화 방법을 제공하여 달성될 수 있다. Another object of the present invention, in relation to the hydrogen filling method using the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer, liquid hydrogen into the inner chamber, which is a component of the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer, through the inlet pipe connected to the liquid hydrogen tank, the inner injecting liquid hydrogen into the chamber; a liquid hydrogen filling step in which gaseous hydrogen formed by vaporizing the liquid hydrogen is discharged through an outlet pipe connecting the inner chamber and the buffer tank, and the liquid hydrogen injected into the inner chamber is filled; and high-pressure gaseous hydrogen generating step of generating gaseous hydrogen at a specific pressure or higher by blocking the outlet pipe connecting the inner chamber and the buffer tank when the liquid hydrogen is filled in the inner chamber to a certain level or higher It can be achieved by providing a hydrogen vaporization method using a high-pressure hydrogen vaporizer.

상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면 이하와 같은 효과가 있다.As described above, according to the present invention, there are the following effects.

첫째, 본 발명의 일실시예에 따르면 고가인 액체 수소 펌프 및 다단 컴프레서가 배제되어도 고압 수소 기화를 달성할 수 있게 되므로, 저가에 수소 충전소를 설치할 수 있게 되는 효과가 발생된다. First, according to an embodiment of the present invention, high-pressure hydrogen vaporization can be achieved even when expensive liquid hydrogen pumps and multi-stage compressors are excluded, so that it is possible to install a hydrogen charging station at a low cost.

둘째, 본 발명의 일실시예에 따르면 액체 수소 펌프 및 컴프레서가 배제되므로 수소의 기화 단계에 있어서 전기 에너지의 소모가 거의 발생되지 않아 수소 충전 시 발생되는 에너지 소모의 절감에 의해 수소 충전소 사업 마진이 향상되는 효과가 발생된다. Second, according to an embodiment of the present invention, since the liquid hydrogen pump and the compressor are excluded, electrical energy is hardly consumed in the hydrogen vaporization step, so the hydrogen charging station business margin is improved by reducing energy consumption generated during hydrogen charging effect is generated.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 기존의 액화 수소 방식의 수소 충전소 개략도,
도 2는 Fin type의 기화 장치를 도시한 그림,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 대기식 고압 수소 기화 장치(1)를 도시한 모식도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대기식 고압 수소 기화 장치(1)를 도시한 모식도,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 내측 벽(11)과 뚜껑 플랜지(60)의 결합부를 도시한 모식도,
도 6은 본 발명의 외측 챔버(20)를 도시한 모식도,
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 내벽 홀(50)을 도시한 모식도,
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 수소 충전 장치를 도시한 모식도이다.
The following drawings attached to this specification illustrate preferred embodiments of the present invention, and serve to further understand the technical spirit of the present invention together with the detailed description of the present invention, so the present invention is limited only to the matters described in such drawings should not be interpreted as
1 is a schematic diagram of a hydrogen charging station of a conventional liquid hydrogen system;
Figure 2 is a figure showing a vaporization device of the Fin type,
3 is a schematic diagram showing an atmospheric high-pressure hydrogen vaporization device 1 according to an embodiment of the present invention;
4 is a schematic diagram showing an atmospheric high-pressure hydrogen vaporization device 1 according to another embodiment of the present invention;
5 is a schematic view showing the coupling portion of the inner wall 11 and the lid flange 60 according to an embodiment of the present invention,
6 is a schematic view showing the outer chamber 20 of the present invention,
7 is a schematic diagram showing an inner wall hole 50 according to an embodiment of the present invention;
8 is a schematic diagram illustrating a hydrogen charging device according to an embodiment of the present invention.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작원리를 상세하게 설명함에 있어서 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.Hereinafter, embodiments in which those skilled in the art can easily practice the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, in the detailed description of the operating principle of the preferred embodiment of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, the same reference numerals are used throughout the drawings for parts having similar functions and functions. Throughout the specification, when it is said that a certain part is connected to another part, it includes not only a case in which it is directly connected, but also a case in which it is indirectly connected with another element interposed therebetween. In addition, the inclusion of any component does not exclude other components unless otherwise stated, but means that other components may be further included.

이하 발명의 설명에서, '액체 수소'와 '액화 수소'는 수소의 액화 상태(liquid state)를 의미하는 것으로서 혼용될 수 있다. In the following description of the invention, 'liquid hydrogen' and 'liquid hydrogen' may be used interchangeably to mean a liquid state of hydrogen.

대기식 고압 수소 기화 장치Atmospheric High Pressure Hydrogen Vaporizer

대기식 고압 수소 기화 장치(1)의 구성관계와 관련하여, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 대기식 고압 수소 기화 장치(1)를 도시한 모식도, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대기식 고압 수소 기화 장치(1)를 도시한 모식도이다. 도 3, 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 대기식 고압 수소 기화 장치(1)는, 내측 챔버(10), 외측 챔버(20), 내벽 홀(50), 유입관(30), 유입 디퓨저(31), 버퍼탱크 연결관(42), 유출 디퓨저(41), 저장탱크 연결관(44), 뚜껑 플랜지(60)를 포함하는 탱크(tank)의 구조로 구성될 수 있다. 또는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 대기식 고압 수소 기화 장치(1)는 버퍼탱크 연결관(42)과 저장탱크 연결관(44)이 유출관(40)과 연결되어 내측 챔버(10) 및 뚜껑 플랜지(60) 외부에서 분기되도록 구성될 수 있다. With respect to the configuration of the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer 1, FIG. 3 is a schematic diagram showing the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer 1 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is another embodiment of the present invention. It is a schematic diagram showing the atmospheric high-pressure hydrogen vaporization device (1) according to. 3 and 4, the atmospheric high-pressure hydrogen vaporization apparatus 1 according to an embodiment of the present invention includes an inner chamber 10, an outer chamber 20, an inner wall hole 50, an inlet pipe ( 30 ), the inlet diffuser 31 , the buffer tank connecting pipe 42 , the outlet diffuser 41 , the storage tank connecting pipe 44 , and may be composed of a structure of a tank including the lid flange 60 . . Alternatively, in the atmospheric high-pressure hydrogen vaporization apparatus 1 according to another embodiment of the present invention, the buffer tank connection pipe 42 and the storage tank connection pipe 44 are connected to the outlet pipe 40 to the inner chamber 10 and It may be configured to branch out of the lid flange 60 .

내측 챔버(10)는, 내측 벽(11) 및 뚜껑 플랜지(60)에 의해 구획되고 밀폐되는 내부 공간을 의미하며, 유입 디퓨저(31)에서 pre-cooling을 위한 액체 수소가 주입되고, 액체 수소가 채워지며(충전), 채워진 액체 수소의 적어도 일부가 기화되어 고압의 기체 수소가 형성되는 챔버를 의미한다. 내측 챔버(10)에는 액체수소탱크(2)(약 5~10bar)와 연결된 유입관(30) 및 유입 디퓨저(31)가 구성되어 액체 수소가 주입되도록 구성되고, 버퍼탱크와 연결된 버퍼탱크 연결관(42) 및 유출 디퓨저(41)가 구성되어 버퍼탱크로 기체 수소가 유출되도록 구성되며, 저장탱크와 연결된 저장탱크 연결관(44)이 구성되어 저장탱크로 기체 수소가 유출되도록 구성되고, 내벽 홀(50)이 구성되어 외측 챔버(20)로 기체 수소가 유출되어 충전되도록 구성된다. The inner chamber 10 means an inner space partitioned and sealed by the inner wall 11 and the lid flange 60 , liquid hydrogen for pre-cooling is injected in the inlet diffuser 31 , and liquid hydrogen is Filled (filled) means a chamber in which at least a portion of the filled liquid hydrogen is vaporized to form high-pressure gaseous hydrogen. In the inner chamber 10, an inlet pipe 30 and an inlet diffuser 31 connected to the liquid hydrogen tank 2 (about 5 to 10 bar) are configured to inject liquid hydrogen, and a buffer tank connection pipe connected to the buffer tank 42 and the outflow diffuser 41 are configured so that gaseous hydrogen flows out to the buffer tank, and a storage tank connection pipe 44 connected to the storage tank is configured so that gaseous hydrogen flows out to the storage tank, and the inner wall hole 50 is configured so that gaseous hydrogen flows out and fills the outer chamber 20 .

내측 벽(11)과 뚜껑 플랜지(60)의 결합과 관련하여, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 내측 벽(11)과 뚜껑 플랜지(60)의 결합부를 도시한 모식도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따르면, 내측 벽(11)과 뚜껑 플랜지(60)의 결합부 사이에 단열 소재를 삽입하여 뚜껑 플랜지(60)에서 내측 벽(11)으로의 열 흐름을 저감시키도록 구성될 수 있다. 이때, 단열 소재에는 실리카 에어로겔(Silica Aerogel), RPUF(섬유강화폴리우레탄 폼), PUF(경질폴리우레탄 폼) 등의 고분자 소재, 멤브레인 형 소재 등이 활용될 수 있다.In relation to the coupling of the inner wall 11 and the lid flange 60 , FIG. 5 is a schematic diagram illustrating a coupling portion between the inner wall 11 and the lid flange 60 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5 , according to an embodiment of the present invention, a heat insulating material is inserted between the coupling portion of the inner wall 11 and the lid flange 60 from the lid flange 60 to the inner wall 11 . It may be configured to reduce heat flow. In this case, polymer materials such as silica airgel, RPUF (fiber-reinforced polyurethane foam), and PUF (rigid polyurethane foam), membrane-type materials, etc. may be used as the insulating material.

내측 벽(11)의 구체적인 실시예와 관련하여, 내측 벽(11)의 두께는 0.0005m 내지 0.002m로 구성될 수 있고, 외측 벽(21)에 대해 1/20배 내지 1/100배의 두께로 구성될 수 있고, 바람직하게는 내측 벽(11)의 두께는 0.001m로 구성될 수 있고, 외측 벽(21)에 대해 1/60배의 두께로 구성될 수 있다. 또한, 내측 벽(11)의 소재는 900bar 이상의 고압을 견딜 수 있고 적절한 열전도율(0.02 내지 0.05 cal/㎠/sec/℃/㎝)을 가진 소재로 구성될 수 있으며 예를 들어, 0.0388cal/㎠/sec/℃/㎝의 열전도율을 가지는 SUS 316L이 사용될 수 있다. With respect to the specific embodiment of the inner wall 11 , the thickness of the inner wall 11 may be comprised between 0.0005 m and 0.002 m, and 1/20 times to 1/100 times the thickness of the outer wall 21 . may be configured, and preferably, the thickness of the inner wall 11 may be configured as 0.001 m, and may be configured as 1/60 times the thickness of the outer wall 21 . In addition, the material of the inner wall 11 may be made of a material that can withstand a high pressure of 900 bar or more and has an appropriate thermal conductivity (0.02 to 0.05 cal/cm2/sec/℃/cm), for example, 0.0388 cal/cm2/ SUS 316L having a thermal conductivity of sec/°C/cm may be used.

외측 챔버(20)와 관련하여 도 6은 본 발명의 외측 챔버(20)를 도시한 모식도이다. 도 6에 도시된 바와 같이 외측 챔버(20)는, 외측 벽(21), 내측 벽(11) 및 뚜껑 플랜지(60)에 의해 구획되고 밀폐되는 외측 벽(21)과 내측 벽(11) 사이의 내부 공간을 의미하며, 내벽 홀(50)을 통해 내측 챔버(10)의 기체 수소가 유입되어 충전되도록 구성된다. 외측 챔버(20)에 충전된 기체 수소가 열전달 매질이 되어 외측 챔버(20)에 충전된 기체 수소를 통해 상온의 외측 벽(21)과 극저온의 내측 벽(11) 사이의 열 전달이 수행되게 되고, 이러한 열 전달에 의해 특정 시간 이후 내측 챔버(10)의 액체 수소가 모두 기화되게 된다. 또한, 외측 챔버(20)에 충전되는 기체 수소에 의해 내측 챔버(10)에서 내측 벽(11)으로 가해지는 기체 수소의 압력이 상쇄되는 효과가 발생된다. In relation to the outer chamber 20, Figure 6 is a schematic diagram showing the outer chamber 20 of the present invention. As shown in FIG. 6 , the outer chamber 20 is formed between an outer wall 21 and an inner wall 11 defined and sealed by an outer wall 21 , an inner wall 11 and a lid flange 60 . It means an internal space, and is configured to be filled by introducing gaseous hydrogen of the inner chamber 10 through the inner wall hole 50 . Gas hydrogen filled in the outer chamber 20 becomes a heat transfer medium, and heat transfer is performed between the outer wall 21 at room temperature and the inner wall 11 at cryogenic temperature through the gaseous hydrogen filled in the outer chamber 20. , all of the liquid hydrogen in the inner chamber 10 is vaporized after a specific time by this heat transfer. In addition, an effect of canceling the pressure of gaseous hydrogen applied to the inner wall 11 from the inner chamber 10 by the gaseous hydrogen charged in the outer chamber 20 is generated.

외측 벽(21)의 구체적인 실시예와 관련하여, 외측 벽(21)의 두께는 0.001m 내지 0.2m로 구성될 수 있고, 내측 벽(11)에 대해 20배 내지 100배의 두께로 구성될 수 있고, 바람직하게는 외측 벽(21)의 두께는 0.06m로 구성될 수 있고, 내측 벽(11)에 대해 60배의 두께로 구성될 수 있다. 또한, 외측 벽(21)의 소재는 900bar 이상의 고압을 견딜 수 있고 적절한 열전도율(0.02 내지 0.05cal/㎠/sec/℃/㎝)을 가진 소재로 구성될 수 있으며 예를 들어, 0.0388cal/㎠/sec/℃/㎝의 열전도율을 가지는 SUS 316L이 사용될 수 있다. With respect to a specific embodiment of the outer wall 21 , the thickness of the outer wall 21 may be comprised between 0.001 m and 0.2 m, and may be configured with a thickness of 20 to 100 times with respect to the inner wall 11 . and preferably, the thickness of the outer wall 21 may be composed of 0.06 m, and may be composed of a thickness of 60 times the thickness of the inner wall 11 . In addition, the material of the outer wall 21 may be made of a material that can withstand a high pressure of 900 bar or more and has an appropriate thermal conductivity (0.02 to 0.05 cal/cm2/sec/℃/cm), for example, 0.0388 cal/cm2/ SUS 316L having a thermal conductivity of sec/°C/cm may be used.

외측 챔버(20)를 구성하는 내측 벽(11)과 외측 벽(21)의 간격과 관련하여, 내측 벽(11)과 외측 벽(21)은 0.01m 내지 0.05m의 간격으로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 0.03m의 간격으로 구성될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 내측 벽(11)의 두께, 외측 벽(21)의 두께 또는 내측 벽(11)과 외측 벽(21)의 간격을 조절하여 기화 속도를 제어하도록 구성될 수 있다. With respect to the distance between the inner wall 11 and the outer wall 21 constituting the outer chamber 20, the inner wall 11 and the outer wall 21 may be configured with an interval of 0.01 m to 0.05 m, Preferably, it may be configured at an interval of 0.03 m. According to an embodiment of the present invention, it may be configured to control the vaporization rate by adjusting the thickness of the inner wall 11 , the thickness of the outer wall 21 , or the distance between the inner wall 11 and the outer wall 21 . .

내벽 홀(50)과 관련하여 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 내벽 홀(50)을 도시한 모식도이다. 도 7에 도시된 바와 같이 내벽 홀(50)은, 내측 벽(11)의 상부에 구성되어 내측 챔버(10)의 기체 수소가 외측 챔버(20)로 유입되도록 하는 구멍을 의미한다. 본 발명의 일실시예에 따른 내벽 홀(50)에는 특정 압력 이상에서 개방되는 밸브(예를 들어, relief valve, safety valve, check valve 등) 또는 내측 챔버(10)와 외측 챔버(20)의 압력 차이에 의한 압력 스위치와 전동기에 의해 내측 챔버(10)와 외측 챔버(20)의 특정 압력 차이 이상에서 개방되는 개폐 모듈이 구성될 수 있다. 이에 따르면, 밸브 혹은 압력 스위치의 설정 값 변화를 통해 내측 챔버(10)와 외측 챔버(20)의 기체 수소의 양을 조절할 수 있게 되는 효과가 발생된다. In relation to the inner wall hole 50, Figure 7 is a schematic view showing the inner wall hole 50 according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 7 , the inner wall hole 50 means a hole configured on the inner wall 11 to allow gaseous hydrogen of the inner chamber 10 to flow into the outer chamber 20 . In the inner wall hole 50 according to an embodiment of the present invention, there is a valve (eg, a relief valve, a safety valve, a check valve, etc.) that is opened at a specific pressure or higher, or the pressure of the inner chamber 10 and the outer chamber 20 . An opening/closing module that is opened over a specific pressure difference between the inner chamber 10 and the outer chamber 20 by a pressure switch and an electric motor due to the difference may be configured. According to this, the effect of being able to control the amount of gaseous hydrogen in the inner chamber 10 and the outer chamber 20 by changing the set value of the valve or pressure switch is generated.

유입관(30)은, 액체수소탱크(2)와 연결되어 내측 챔버(10)로 액체 수소를 전달하는 파이프를 의미한다. 유입관(30)의 일측은 액체수소탱크(2)와 연결되며, 유입 디퓨저(31)가 구성되는 유입관(30)의 타측은 뚜껑 플랜지(60)를 통과하여 내측 챔버(10)에 구성된다. 유입관(30)의 일측에는 유입 밸브(32)가 구성되어 액체수소탱크(2)에서 내측 챔버(10)로 유입되는 액체 수소의 양과 속도를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. The inlet pipe 30 is connected to the liquid hydrogen tank 2 and means a pipe for delivering liquid hydrogen to the inner chamber 10 . One side of the inlet pipe 30 is connected to the liquid hydrogen tank 2 , and the other side of the inlet pipe 30 including the inlet diffuser 31 is passed through the lid flange 60 and is configured in the inner chamber 10 . . An inlet valve 32 is configured at one side of the inlet pipe 30 to control the amount and speed of liquid hydrogen flowing into the inner chamber 10 from the liquid hydrogen tank 2 .

유입관(30)의 구체적인 실시예와 관련하여, 유입관(30)의 직경은 0.01m 내지 0.05m으로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 0.02m 직경의 파이프로 구성될 수 있다. With respect to a specific embodiment of the inlet pipe 30, the diameter of the inlet pipe 30 may be configured to 0.01m to 0.05m, preferably may be configured as a pipe having a diameter of 0.02m.

유입 디퓨저(31)는, 유입관(30)의 타측에 결합되어 내측 챔버(10) 내에 구성되는 매쉬 구조의 액체 수소 분사구(내측 챔버(10)의 냉매 유입구)를 의미한다. 유입 디퓨저(31)에 매쉬 구조가 구성됨으로써 가스 팽창이 용이해지고 기화열 냉각 방식이 가능해지는 효과가 발생된다. 유입 디퓨저(31)는 유출 디퓨저(41)보다 상대적으로 낮은 위치에 구성되고, 바람직하게는 내측 챔버(10)의 중간부에 구성된다. 또한, 유입 디퓨저(31)는 유출 디퓨저(41)보다 상대적으로 작은 직경 또는 좁은 단면적을 갖도록 구성된다. 이때, 유입 디퓨저(31)와 유출 디퓨저(41)의 직경 또는 단면적의 크기 차이 또는 비율의 설정에 의해 초기 내측 챔버(10)의 냉각 시 기화 압력을 제어할 수 있게 되는 효과가 발생된다. 또한, 유입 디퓨저(31)에서 유입되는 액체 수소의 압력, 주입 속도 등에 따라 생성되는 기체 수소의 압력을 조절할 수 있게 되는 효과가 발생된다. The inlet diffuser 31 is coupled to the other side of the inlet pipe 30 and refers to a liquid hydrogen injection port (refrigerant inlet of the inner chamber 10 ) having a mesh structure configured in the inner chamber 10 . Since the mesh structure is configured in the inlet diffuser 31, gas expansion is facilitated and an effect of enabling a vaporization heat cooling method is generated. The inlet diffuser 31 is configured at a relatively lower position than the outlet diffuser 41 , and is preferably configured in the middle of the inner chamber 10 . In addition, the inlet diffuser 31 is configured to have a relatively smaller diameter or narrower cross-sectional area than the outlet diffuser 41 . At this time, the effect of being able to control the vaporization pressure when the initial inner chamber 10 is cooled by setting the size difference or ratio between the diameters or cross-sectional areas of the inlet diffuser 31 and the outlet diffuser 41 is generated. In addition, the effect of being able to adjust the pressure of gaseous hydrogen generated according to the pressure of the liquid hydrogen introduced from the inflow diffuser 31, the injection rate, etc. is generated.

유출관(40)은, 버퍼탱크 또는 저장탱크와 연결되어 내측 챔버(10)의 기체 수소를 전달하는 파이프를 의미하고, 버퍼탱크 연결관(42)과 저장탱크 연결관(44)을 포함할 수 있다. The outlet pipe 40 is connected to the buffer tank or storage tank and means a pipe for transferring gaseous hydrogen of the inner chamber 10, and may include a buffer tank connection pipe 42 and a storage tank connection pipe 44. there is.

버퍼탱크 연결관(42)은, 일측이 유출 디퓨저(41)와 연결되고 타측이 버퍼탱크와 연결되어 기체 수소를 전달하는 파이프를 의미한다. 버퍼탱크 연결관(42)의 일측에는 버퍼탱크 밸브(43)가 구성되어 내측 챔버(10)에서 버퍼탱크로 유입되는 기체 수소의 양과 속도를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 이때, 본 발명의 일실시예에 따른 버퍼탱크는 복수개 구성될 수 있다. The buffer tank connection pipe 42 is a pipe having one side connected to the outflow diffuser 41 and the other side connected to the buffer tank to transmit gaseous hydrogen. A buffer tank valve 43 is configured on one side of the buffer tank connection pipe 42 to control the amount and speed of gaseous hydrogen flowing into the buffer tank from the inner chamber 10 . In this case, a plurality of buffer tanks according to an embodiment of the present invention may be configured.

저장탱크 연결관(44)은, 일측이 유출 디퓨저(41)와 연결되고 타측이 저장탱크와 연결되어 기체 수소를 전달하는 파이프를 의미한다. 저장탱크 연결관(44)의 일측에는 저장탱크 밸브(45)가 구성되어 내측 챔버(10)에서 저장탱크로 유입되는 기체 수소의 양과 속도를 조절할 수 있도록 구성될 수 있다. 이때, 본 발명의 일실시예에 따른 저장탱크는 기체 수소의 저장 순서 또는 압력 수준에 따라 복수개 구성될 수 있다. The storage tank connection pipe 44 means a pipe through which one side is connected to the outflow diffuser 41 and the other side is connected to the storage tank to transmit gaseous hydrogen. A storage tank valve 45 is configured on one side of the storage tank connection pipe 44 to control the amount and speed of gaseous hydrogen flowing into the storage tank from the inner chamber 10 . At this time, the storage tank according to an embodiment of the present invention may be configured in plurality according to the storage order or pressure level of gaseous hydrogen.

본 발명의 다른 실시예에 따르면 버퍼탱크 연결관(42)과 저장탱크 연결관(44)을 통합하는 유출관(40)이 구성될 수 있으며 내측 챔버(10)의 외부에서 분기되어 버퍼탱크 연결관(42)과 저장탱크 연결관(44)으로 분기되도록 구성될 수 있다. 버퍼탱크 연결관(42)과 저장탱크 연결관(44)의 일측은 내측 챔버(10)의 외부에서 유출관(40)의 타측(분기점)과 연결되고, 유출 디퓨저(41)가 유출관(40)의 일측과 연결되도록 구성될 수 있다. According to another embodiment of the present invention, an outlet pipe 40 integrating the buffer tank connection pipe 42 and the storage tank connection pipe 44 may be configured, and the buffer tank connection pipe is branched from the outside of the inner chamber 10 . (42) and may be configured to branch into the storage tank connection pipe (44). One side of the buffer tank connection pipe 42 and the storage tank connection pipe 44 is connected to the other side (branch point) of the outlet pipe 40 from the outside of the inner chamber 10 , and the outlet diffuser 41 is connected to the outlet pipe 40 ) may be configured to be connected to one side of the.

유출 디퓨저(41)는, 버퍼탱크 연결관(42) 및 저장탱크 연결관(44)의 일측(또는 유출관(40)의 일측)에 결합되어 내측 챔버(10) 내에 구성되는 매쉬 구조의 기체 수소 흡입구(내측 챔버(10)의 냉매 유출구)를 의미한다. 유출 디퓨저(41)에 매쉬 구조가 구성됨으로써 극저온유체의 급격한 끓음 및 압력으로 인한 요동에 의해 분출을 조절 및 제어하는 것이 가능해지는 효과가 발생된다. 유출 디퓨저(41)는 유입 디퓨저(31)보다 상대적으로 높은 위치에 구성되고, 바람직하게는 내측 챔버(10) 상단에 구성된다. 또한, 유출 디퓨저(41)는 유입 디퓨저(31)보다 상대적으로 큰 직경 또는 넓은 단면적을 갖도록 구성된다. 이때, 유출 디퓨저(41)와 유입 디퓨저(31)의 직경 또는 단면적의 크기 차이 또는 비율의 설정에 의해 초기 내측 챔버(10)의 냉각 시 기화 압력을 제어할 수 있게 되는 효과가 발생된다. The outflow diffuser 41 is coupled to one side (or one side of the outlet pipe 40) of the buffer tank connection pipe 42 and the storage tank connection pipe 44, and is gaseous hydrogen of a mesh structure configured in the inner chamber 10 It means the intake port (the refrigerant outlet of the inner chamber 10). Since the mesh structure is configured in the outlet diffuser 41, the effect that it becomes possible to adjust and control the ejection by fluctuations due to the rapid boiling and pressure of the cryogenic fluid is generated. The outlet diffuser 41 is configured at a relatively higher position than the inlet diffuser 31 , and is preferably configured at the top of the inner chamber 10 . In addition, the outlet diffuser 41 is configured to have a relatively larger diameter or a larger cross-sectional area than the inlet diffuser 31 . At this time, the effect of being able to control the vaporization pressure when the initial inner chamber 10 is cooled by setting the size difference or ratio between the diameters or cross-sectional areas of the outlet diffuser 41 and the inlet diffuser 31 is generated.

유출 디퓨저(41)의 크기와 관련하여, 본 발명의 일실시예에 따른 유출 디퓨저(41)의 크기(직경)는 유입 디퓨저(31)를 통해 유입되는 액체 수소의 속도 및 액체 수소를 주입하는 시간에 반비례하도록 구성될 수 있다. 구체적인 실시예로, 유출 디퓨저(41)의 크기는 아래 표 1과 같이 계산될 수 있다. With respect to the size of the outlet diffuser 41 , the size (diameter) of the outlet diffuser 41 according to an embodiment of the present invention is determined by the velocity of the liquid hydrogen introduced through the inlet diffuser 31 and the time for injecting the liquid hydrogen. It can be configured to be inversely proportional to . In a specific embodiment, the size of the outlet diffuser 41 may be calculated as shown in Table 1 below.

기본 예시 스펙
내측 챔버(10) 부피(Volume_vaporizer) = 100L
내측 챔버(10) 질량(Mass_vaporizer) = Volume_vaporizer*0.071kg/liter = 7.1kg at 20.28K & 1.013 bar
내측 챔버(10) 직경(Dia_vaporizer) = 310mm
내측 챔버(10) 높이(Height_vaporizer) = Volume_vaporizer/(π/4*Dia_vaporizer) = 1.325m
내측 벽(11) 두께(Wall_innervessel) = 1mm
내측 벽(11) 질량(Mass_innervessel) = 8000kg/m3*Wall_innervessel*π/4*Dia_vaporizer*Height_vaporizer = 10.323kg
내측 벽(11) 열용량(C_pss) = 350J/kgK
Basic example specification
Inner chamber (10) volume (Volume_vaporizer) = 100L
Inner Chamber (10) Mass (Mass_vaporizer) = Volume_vaporizer*0.071kg/liter = 7.1kg at 20.28K & 1.013 bar
Inner chamber (10) diameter (Dia_vaporizer) = 310mm
Inner Chamber (10) Height(Height_vaporizer) = Volume_vaporizer/(π/4*Dia_vaporizer) = 1.325m
Inner wall (11) thickness (Wall_innervessel) = 1 mm
Inner wall (11) mass (Mass_innervessel) = 8000 kg/m 3 *Wall_innervessel*π/4*Dia_vaporizer*Height_vaporizer = 10.323 kg
Inner wall (11) heat capacity (C_pss) = 350 J/kgK
내측 벽(11)을 냉각시키기 위한 필요 계산
내측 벽(11) 열량(Q_innervessel) = C_pss*Mass_innervessel*(300K-20K) = 1.012*106J
외측 벽(21) 두께(Wall_outervessel) = 30mm
외측 벽(21) 질량(Mass_outervessel) = 8000kg/m3 *Wall_outervessel*π/4*Dia_vaporizer*Height_vaporizer = 309.677kg
수소 잠열(H_latent) = 455*103J/kg
기화되는 수소의 질량 = Q_innervessel/H_latent = 2.223kg
내측 챔버(10)를 냉각시키기 위한 총 열량 = Mass_vaporizer*H_latent = 3.231*106J
Calculation of the need to cool the inner wall (11)
inner wall (11) calorific value (Q_innervessel) = C_pss*Mass_innervessel*(300K-20K) = 1.012*10 6 J
Outer wall (21) thickness (Wall_outervessel) = 30 mm
Outer Wall (21) Mass (Mass_outervessel) = 8000 kg/m 3 *Wall_outervessel*π/4*Dia_vaporizer*Height_vaporizer = 309.677 kg
Latent heat of hydrogen (H_latent) = 455*10 3 J/kg
Mass of vaporized hydrogen = Q_innervessel/H_latent = 2.223 kg
Total amount of heat to cool the inner chamber (10) = Mass_vaporizer*H_latent = 3.231*10 6 J
최소 유출 디퓨저(41) 직경 계산
발생되는 기체 수소의 양 = 5/10kg/min = 30kg/hr
액체 수소 충전 직후 내측 챔버(10)의 온도가 30K가 되는 것을 가정
30K 기체 수소의 비열(ρ30K_GH2) = 70kg/m3
30K 기체 수소의 부피(Volume_30K_GH2) = (Q_innervessel/H_latent*70)/ρ30K_GH2 = 2.223m3
액체 수소 유입 속도(Velocity_LH2) = 1m/s
액체 수소 주입 시간(Time_LH2) = 5min
최소 배기구 단면적(Area) = Volume_30K_GH2/(Velocity*Time) = 7.411*10-3 m2
최소 유출 디퓨저(41) 직경(Dia_ColdVent) = (Area/π*4)0.5 = 0.097m
Calculate Minimum Outflow Diffuser (41) Diameter
Amount of gaseous hydrogen generated = 5/10 kg/min = 30 kg/hr
It is assumed that the temperature of the inner chamber 10 becomes 30K immediately after filling with liquid hydrogen.
Specific heat of 30K gaseous hydrogen (ρ30K_GH2) = 70 kg/m 3
Volume of 30K gaseous hydrogen (Volume_30K_GH2) = (Q_innervessel/H_latent*70)/ρ30K_GH2 = 2.223 m 3
Liquid hydrogen inflow velocity (Velocity_LH2) = 1 m/s
Liquid hydrogen injection time (Time_LH2) = 5 min
Minimum vent cross-sectional area (Area) = Volume_30K_GH2/(Velocity*Time) = 7.411*10 -3 m 2
Minimum Outflow Diffuser (41) Diameter (Dia_ColdVent) = (Area/π*4) 0.5 = 0.097m

위 실시예에 기재된 바와 같이, 액체 수소를 내측 챔버(10)에 충전하는 동안, 내측 벽(11)이 냉각되면서 액체 수소는 기화된다. 내측 벽(11)이 충분히 냉각될 때까지 기화된 기체 수소는 내측 챔버(10)에 쌓이게 된다. 이를 유출 디퓨저(41)를 통해 버퍼탱크로 배기시켜주지 않으면 내측 챔버(10)의 압력이 급격히 상승하게 된다. 액체수소탱크(2)에서 액체 수소는 저압 또는 상압으로 내측 챔버(10)로 유입되기 때문에 내측 챔버(10) 내의 압력이 특정 수준 이상의 고압이면 액체 수소가 내측 챔버(10)로 유입되지 않거나 역류하게 된다. 이를 방지하기 위해 액체 수소를 주입하는 시간(Time_LH2), 액체 수소 유입 속도(Velocity_LH2)를 고려하여 열역학적 계산을 통해 기화되는 양을 계산하여 유출 디퓨저(41)의 크기(직경)를 정하도록 구성될 수 있다. 또는, 기설정된 유출 디퓨저(41)의 크기(직경)을 기초로 액체 수소를 주입하는 제한 시간(Time_LH2) 및 액체 수소 유입 제한 속도(Velocity_LH2)를 설정하도록 구성될 수 있다. As described in the above embodiment, while filling the inner chamber 10 with liquid hydrogen, the inner wall 11 is cooled while the liquid hydrogen is vaporized. Vaporized gaseous hydrogen accumulates in the inner chamber 10 until the inner wall 11 is sufficiently cooled. If this is not exhausted to the buffer tank through the outflow diffuser 41, the pressure in the inner chamber 10 is rapidly increased. Since liquid hydrogen in the liquid hydrogen tank 2 flows into the inner chamber 10 at a low or normal pressure, if the pressure in the inner chamber 10 is a high pressure above a certain level, the liquid hydrogen does not flow into the inner chamber 10 or flows backward. do. In order to prevent this, it can be configured to determine the size (diameter) of the outlet diffuser 41 by calculating the amount of vaporization through thermodynamic calculation in consideration of the time to inject liquid hydrogen (Time_LH2) and the rate of liquid hydrogen inflow (Velocity_LH2) there is. Alternatively, it may be configured to set a time limit for injecting liquid hydrogen (Time_LH2) and a limiting rate for liquid hydrogen inflow (Velocity_LH2) based on the preset size (diameter) of the outflow diffuser 41 .

뚜껑 플랜지(60)는, 내측 벽(11) 및 외측 벽(21)의 상부에 결합되어 내측 챔버(10) 및 외측 챔버(20)의 상부에서 밀폐하는 구성을 의미하며, 유입관(30), 버퍼탱크 연결관(42) 및 저장탱크 연결관(44)(또는 유출관(40))이 관통하여 내측 챔버(10)에 삽입 구성 되도록 구성될 수 있다. The lid flange 60 is coupled to the upper portions of the inner wall 11 and the outer wall 21 to seal the upper portion of the inner chamber 10 and the outer chamber 20, and the inlet pipe 30, The buffer tank connection pipe 42 and the storage tank connection pipe 44 (or the outlet pipe 40 ) may be configured to pass through and be configured to be inserted into the inner chamber 10 .

대기식 고압 수소 기화 장치(1)의 작동관계와 관련하여, 대기식 고압 수소 기화 장치(1)는 아래의 단계로 고압 수소를 생성하도록 구성될 수 있다. Regarding the operational relationship of the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer 1, the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer 1 may be configured to generate high-pressure hydrogen in the following steps.

(1) 내측 챔버(10)에 pre-cooling을 위한 액체 수소 주입(1) Injection of liquid hydrogen for pre-cooling into the inner chamber 10

5 bar 내지 10 bar의 압력으로 구성된 액체수소탱크(2)(약 20K)에서 유입관(30) 및 유입 디퓨저(31)를 통해 저압 또는 상압으로 액체 수소를 내측 챔버(10) 내에 주입하는 단계이다. It is a step of injecting liquid hydrogen into the inner chamber 10 at low or normal pressure through the inlet pipe 30 and the inlet diffuser 31 in the liquid hydrogen tank 2 (about 20K) having a pressure of 5 bar to 10 bar. .

(2) 액체 수소 기화 및 내측 벽(11) 냉각(2) liquid hydrogen vaporization and cooling of inner wall (11)

이때 유입관(30)의 타측에 결합된 유입 디퓨저(31)(Mesh, 망)가 구성되어 공급되는 액체 수소의 양이 조절되고, 액체 수소가 분산되면서 내측 벽(11)의 내부 온도(약 300K)에 의해 곧바로 승온되어 기화되며 그 때 만들어진 차가운 기체 수소가 내측 벽(11)을 서서히 냉각하게 된다. 이때, 내측 벽(11)의 냉각은 액체 수소의 기화열 흡수에 의해 수행되게 되며, 내측 벽(11)의 두께가 상대적으로 얇게 구성되기 때문에 내측 벽(11)의 냉각 시간이 짧게 구성될 수 있고, 내측 벽(11)의 냉각이 수소의 임계온도인 약 20K까지 이루어지게 되면 유입되는 액체 수소가 내측 챔버(10)에 쌓이기 시작한다. At this time, the inflow diffuser 31 (Mesh, mesh) coupled to the other side of the inlet pipe 30 is configured to control the amount of supplied liquid hydrogen, and as the liquid hydrogen is dispersed, the internal temperature of the inner wall 11 (about 300K) ) is immediately heated and vaporized, and the cold gaseous hydrogen produced at that time cools the inner wall 11 slowly. At this time, the cooling of the inner wall 11 is performed by absorption of vaporization heat of liquid hydrogen, and since the thickness of the inner wall 11 is relatively thin, the cooling time of the inner wall 11 can be configured to be short, When the cooling of the inner wall 11 is made to about 20K, which is the critical temperature of hydrogen, the inflowing liquid hydrogen starts to accumulate in the inner chamber 10 .

(3) 버퍼탱크 연결관(42)의 버퍼탱크 밸브(43) 개방(3) Open the buffer tank valve (43) of the buffer tank connection pipe (42)

이때, 내측 챔버(10)의 내부 압력이 특정 수준 이하를 유지하도록 버퍼탱크 밸브(43)를 개방한다. 내측 챔버(10)의 내부 압력이 특정 수준을 초과하게 되면 액체 수소가 내측 챔버(10)로 유입되지 않거나 역류하게 된다. At this time, the buffer tank valve 43 is opened so that the internal pressure of the inner chamber 10 is maintained below a specific level. When the internal pressure of the inner chamber 10 exceeds a certain level, liquid hydrogen does not flow into the inner chamber 10 or flows backward.

(4) 버퍼탱크 밸브(43) 차단 및 유입 밸브(32) 차단(4) Shut off buffer tank valve (43) and shut off inlet valve (32)

내측 챔버(10)에 액체 수소가 특정 수준 이상으로 충전되면 버퍼탱크 밸브(43)와 유입 밸브(32)를 차단한다. 내측 챔버(10)에 쌓여진 액체 수소는 내측 벽(11) 상부에 구성된 구멍인 내벽 홀(50)을 통해 일부 기화된 기체 수소가 내측 벽(11)과 외측 벽(21) 사이의 공간인 외측 챔버(20)로 흘러 들어가게 되고 이 기체 수소를 통해 상온의 외측 벽(21)과 극저온의 내측 벽(11) 사이의 열전달이 이루어진다. 이로 인해 특정 시간 이후에는 내측 챔버(10)의 모든 액체 수소는 기체 수소로 기화가 되면서 약 900 bar 내외의 고압 수소가 형성된다. When the inner chamber 10 is filled with liquid hydrogen above a certain level, the buffer tank valve 43 and the inlet valve 32 are shut off. The liquid hydrogen accumulated in the inner chamber 10 is partially vaporized through the inner wall hole 50, which is a hole configured on the inner wall 11, in the outer chamber, which is the space between the inner wall 11 and the outer wall 21. 20, and heat transfer between the outer wall 21 at room temperature and the inner wall 11 at cryogenic temperature is achieved through this gaseous hydrogen. Due to this, after a specific time, all liquid hydrogen in the inner chamber 10 is vaporized into gaseous hydrogen, and high-pressure hydrogen of about 900 bar is formed.

대기식 고압 수소 기화 장치(1)를 이용한 수소 충전 장치Hydrogen charging device using atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer (1)

대기식 고압 수소 기화 장치(1)를 이용한 수소 충전 장치의 구성관계와 관련하여, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 수소 충전 장치를 도시한 모식도이다. 도 8에 도시된 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 수소 충전 장치는 액체수소탱크(2), 대기식 고압 수소 기화 장치(1), 버퍼탱크(3), 저장탱크(4), 디스펜서(5)를 포함하도록 구성될 수 있다. In relation to the configuration of the hydrogen filling apparatus using the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer 1, FIG. 8 is a schematic diagram illustrating a hydrogen filling apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 8, the hydrogen charging device according to an embodiment of the present invention includes a liquid hydrogen tank 2, an atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer 1, a buffer tank 3, a storage tank 4, a dispenser ( 5) may be configured to include.

액체수소탱크(2)는, 5 bar 내지 10 bar의 압력을 가지는 Liquid Hydrogen Bulk Tank로서 유입관(30)과 연결되어 대기식 고압 수소 기화 장치(1)의 내측 챔버(10)에 약 20K의 액체 수소를 특정 속도와 특정 압력으로 주입하는 탱크를 의미한다. The liquid hydrogen tank (2) is a Liquid Hydrogen Bulk Tank having a pressure of 5 bar to 10 bar, and is connected to the inlet pipe (30) and has a liquid of about 20K in the inner chamber (10) of the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer (1). A tank in which hydrogen is injected at a specific rate and at a specific pressure.

대기식 고압 수소 기화 장치(1)는, 상기에 기재된 바와 같은 수소 기화 탱크로서, 내측 챔버(10), 외측 챔버(20), 내벽 홀(50), 유입관(30), 유입 디퓨저(31), 버퍼탱크 연결관(42), 유출 디퓨저(41), 저장탱크 연결관(44), 뚜껑 플랜지(60)를 포함하는 탱크(tank)의 구조로 구성될 수 있다. 또한, 하나의 수소 충전 장치에 복수의 대기식 고압 수소 기화 장치(1)가 구성됨으로써 하나의 대기식 고압 수소 기화 장치(1)가 고압 수소를 출력할 때 나머지 대기식 고압 수소 기화 장치(1)에서는 액체 수소의 기화가 진행되어 고압 수소의 충전이 동시에 진행되도록 구성될 수 있다. The atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer 1 is a hydrogen vaporization tank as described above, with an inner chamber 10 , an outer chamber 20 , an inner wall hole 50 , an inlet pipe 30 , and an inlet diffuser 31 . , a buffer tank connection pipe 42 , an outflow diffuser 41 , a storage tank connection pipe 44 , and may be configured in a structure of a tank including a lid flange 60 . In addition, when a plurality of atmospheric high-pressure hydrogen vaporizers 1 are configured in one hydrogen charging device, when one atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer 1 outputs high-pressure hydrogen, the remaining atmospheric high-pressure hydrogen vaporizers 1 In the vaporization of liquid hydrogen proceeds may be configured so that the charging of high-pressure hydrogen proceeds at the same time.

버퍼탱크(3)는, 버퍼탱크 연결관(42)과 연결되어 대기식 고압 수소 기화 장치(1)의 내측 챔버(10)에 액체 수소를 충전하기 위해 대기식 고압 수소 기화 장치(1)에서 유출되는 기체 수소를 받아들여 버퍼의 역할을 수행하는 탱크를 의미한다. 버퍼탱크는 H2 Fuel Cell과 연결되어 버퍼탱크에 저장된 기체 수소를 활용하도록 구성될 수 있다. The buffer tank 3 is connected to the buffer tank connection pipe 42 and flows out from the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer 1 to fill the inner chamber 10 of the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer 1 with liquid hydrogen. It means a tank that accepts gaseous hydrogen and acts as a buffer. The buffer tank is connected to the H 2 Fuel Cell and may be configured to utilize gaseous hydrogen stored in the buffer tank.

저장탱크(4)는, 저장탱크 연결관(44)과 연결되어 고압의 기체 수소로 충전이 완료된 대기식 고압 수소 기화 장치(1)에서 고압의 기체 수소를 받아들여 저장하고, 디스펜서(dispenser)와 연결되는 탱크를 의미한다. 또한, 하나의 수소 충전 장치에 복수의 저장탱크(4)가 구성되고, 기체 수소의 압력 정도에 따라서 초고압 저장탱크, 고압 저장탱크, 저압 저장탱크로 구성될 수 있으며, 저장탱크의 충전 시에는 압력이 높은 순서로 충전되도록 구성될 수 있고, 디스펜서에 출력 시에는 압력이 낮은 순서로 출력되도록 구성될 수 있다. The storage tank 4 is connected to the storage tank connection pipe 44 to receive and store high-pressure gaseous hydrogen from the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer 1 that is filled with high-pressure gaseous hydrogen, and a dispenser and It means the tank to be connected. In addition, a plurality of storage tanks 4 are configured in one hydrogen filling device, and may be configured as an ultra-high pressure storage tank, a high pressure storage tank, or a low pressure storage tank depending on the pressure level of gaseous hydrogen, and when the storage tank is filled, the pressure It may be configured to be filled in this high order, and when output to the dispenser, it may be configured to be output in a low order of pressure.

디스펜서(5)는, 저장탱크(4)와 연결되어 수소자동차, 항공기, 드론 등의 Onboard tank에 기체 수소를 공급하여 700 bar 내지 800 bar로 충전하는 모듈을 의미한다. The dispenser 5 refers to a module that is connected to the storage tank 4 and supplies gaseous hydrogen to an onboard tank such as a hydrogen vehicle, an aircraft, or a drone, and is charged at 700 bar to 800 bar.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함하는 것으로 해석되어야 한다.As described above, those skilled in the art to which the present invention pertains will be able to understand that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features thereof. Therefore, it should be understood that the above-described embodiments are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the following claims rather than the detailed description, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and equivalent concepts should be construed as being included in the scope of the present invention.

1: 대기식 고압 수소 기화 장치
2: 액체수소탱크
3: 버퍼탱크
4: 저장탱크
5: 디스펜서
10: 내측 챔버
11: 내측 벽
20: 외측 챔버
21: 외측 벽
30: 유입관
31: 유입 디퓨저
32: 유입 밸브
40: 유출관
41: 유출 디퓨저
42: 버퍼탱크 연결관
43: 버퍼탱크 밸브
44: 저장탱크 연결관
45: 저장탱크 밸브
50: 내벽 홀
60: 뚜껑 플랜지
1: Atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer
2: Liquid hydrogen tank
3: Buffer Tank
4: storage tank
5: Dispenser
10: inner chamber
11: inner wall
20: outer chamber
21: outer wall
30: inlet pipe
31: inlet diffuser
32: inlet valve
40: outlet pipe
41: spill diffuser
42: buffer tank connector
43: buffer tank valve
44: storage tank connector
45: storage tank valve
50: inner wall hall
60: lid flange

Claims (8)

내측 벽 및 뚜껑 플랜지에 의해 구획되는 내부 공간을 의미하며, 일측이 액체수소탱크와 연결된 유입관에 의해 액체 수소가 내부로 유입되어 상기 액체 수소가 채워지며, 채워진 상기 액체 수소의 적어도 일부가 기화되어 기체 수소가 형성되는 챔버인 내측 챔버;
상기 내측 벽과 특정 간격으로 이격 구성되는 외측 벽, 상기 내측 벽 및 상기 뚜껑 플랜지에 의해 구획되는 상기 외측 벽과 상기 내측 벽 사이의 내부 공간을 의미하며, 상기 내측 벽의 상부에 구성되는 구멍인 내벽 홀을 통해 상기 내측 챔버의 상기 기체 수소가 유입되어 충전되도록 구성되는 챔버인 외측 챔버;
상기 유입관의 타측에 결합되어 상기 내측 챔버 내에 구성되고, 매쉬 구조의 액체 수소 분사구로 구성되는 유입 디퓨저;
일측은 버퍼탱크 또는 저장탱크와 연결되고 타측은 상기 내측 챔버의 상부에 구성되어 상기 기체 수소가 상기 버퍼탱크 또는 상기 저장탱크로 유출되는 유출관; 및
상기 유출관의 타측에 결합되어 상기 내측 챔버 내에 구성되고, 매쉬 구조의 기체 수소 유입구로 구성되는 유출 디퓨저;
를 포함하고,
상기 유입 디퓨저는 상기 유출 디퓨저보다 상대적으로 낮은 위치에 구성되고,
상기 유입 디퓨저는 상기 유출 디퓨저보다 상대적으로 작은 직경 또는 좁은 단면적을 갖도록 구성되며,
상기 외측 챔버에 충전된 상기 기체 수소가 열전달 매질이 되어 상온의 상기 외측 벽과 상대적으로 저온의 상기 내측 벽 사이의 열 전달이 수행되게 되고, 상기 열 전달에 의해 상기 내측 챔버의 상기 액체 수소가 기화되어 상기 내측 챔버에 특정 압력 이상의 기체 수소가 충전되는 것을 특징으로 하는,
대기식 고압 수소 기화 장치.
It means an internal space partitioned by an inner wall and a lid flange, and liquid hydrogen is introduced into the inside by an inlet pipe connected to a liquid hydrogen tank on one side, and the liquid hydrogen is filled, and at least a portion of the filled liquid hydrogen is vaporized an inner chamber, a chamber in which gaseous hydrogen is formed;
An inner wall, which is a hole configured in an upper portion of the inner wall, means an outer wall configured to be spaced apart from the inner wall, the inner wall, and the inner space between the outer wall and the inner wall defined by the lid flange an outer chamber, which is a chamber configured to be filled by introducing the gaseous hydrogen of the inner chamber through a hole;
an inlet diffuser coupled to the other side of the inlet pipe and configured in the inner chamber, and comprising a liquid hydrogen injection port having a mesh structure;
an outlet pipe having one side connected to the buffer tank or storage tank and the other side configured on the upper part of the inner chamber through which the gaseous hydrogen flows out to the buffer tank or the storage tank; and
an outflow diffuser coupled to the other side of the outlet pipe and configured in the inner chamber, and configured as a gaseous hydrogen inlet of a mesh structure;
including,
The inlet diffuser is configured at a relatively lower position than the outlet diffuser,
The inlet diffuser is configured to have a relatively smaller diameter or narrower cross-sectional area than the outlet diffuser,
The gaseous hydrogen filled in the outer chamber becomes a heat transfer medium, so that heat transfer is performed between the outer wall at room temperature and the inner wall at a relatively low temperature, and the liquid hydrogen in the inner chamber is vaporized by the heat transfer. It is characterized in that the inner chamber is filled with gaseous hydrogen above a certain pressure,
Atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer.
제1항에 있어서,
상기 유출관은,
일측이 상기 버퍼탱크와 연결되고 타측이 상기 내측 챔버의 상부에 구성되어 상기 기체 수소가 상기 버퍼탱크로 유출되는 버퍼탱크 연결관;
을 포함하고,
상기 버퍼탱크 연결관은, 상기 내측 챔버에 상기 액체 수소가 특정 수준 이상으로 충전되면 차단되는 것을 특징으로 하는,
대기식 고압 수소 기화 장치.
The method of claim 1,
The outlet pipe is
a buffer tank connection pipe having one side connected to the buffer tank and the other side configured above the inner chamber so that the gaseous hydrogen flows into the buffer tank;
including,
The buffer tank connection pipe, characterized in that when the liquid hydrogen is filled in the inner chamber to a certain level or more, it is blocked,
Atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer.
제1항에 있어서,
상기 유출 디퓨저의 크기는 상기 유입 디퓨저를 통해 유입되는 상기 액체 수소의 속도 및 상기 액체 수소를 주입하는 시간에 반비례하도록 구성되는 것을 특징으로 하는,
대기식 고압 수소 기화 장치.
The method of claim 1,
characterized in that the size of the outlet diffuser is configured to be inversely proportional to the rate of liquid hydrogen introduced through the inlet diffuser and the time to inject the liquid hydrogen,
Atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 내측 벽과 상기 뚜껑 플랜지의 결합부 사이에 삽입되는 단열 소재;
를 더 포함하고,
상기 단열 소재에는 실리카 에어로겔(Silica Aerogel), RPUF(섬유강화폴리우레탄 폼), PUF(경질폴리우레탄 폼) 등의 고분자 소재 또는 멤브레인 형 소재가 포함되는 것을 특징으로 하는,
대기식 고압 수소 기화 장치.
The method of claim 1,
an insulating material inserted between the coupling portion of the inner wall and the lid flange;
further comprising,
The insulating material is characterized in that it includes a polymer material or membrane-type material such as silica airgel, RPUF (fiber-reinforced polyurethane foam), PUF (hard polyurethane foam),
Atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer.
제1항에 있어서,
상기 내벽 홀은, 특정 압력 이상에서 개방되는 밸브 또는 상기 내측 챔버와 상기 외측 챔버의 특정 압력 차이 이상에서 개방되는 개폐 모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
대기식 고압 수소 기화 장치.
The method of claim 1,
The inner wall hole, characterized in that it further comprises an opening/closing module that is opened more than a valve or a specific pressure difference between the inner chamber and the outer chamber or a valve opened at a specific pressure or more,
Atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer.
제1항에 따른 대기식 고압 수소 기화 장치를 포함하는 수소 충전 장치와 관련하여,
상기 대기식 고압 수소 기화 장치의 일구성인 유입관과 연결되어 상기 대기식 고압 수소 기화 장치의 내측 챔버에 액체 수소를 특정 속도와 특정 압력으로 제공하는 액체수소탱크;
상기 액체수소탱크와 연결되어 상기 액체 수소의 충전이 수행되고, 충전된 상기 액체 수소가 기화된 기체 수소를 생성하여 출력하는 상기 대기식 고압 수소 기화 장치;
상기 대기식 고압 수소 기화 장치와 연결되고, 상기 대기식 고압 수소 기화 장치에서 유출되는 상기 기체 수소를 받아들여 버퍼의 역할을 수행하는 버퍼탱크;
상기 대기식 고압 수소 기화 장치와 연결되고, 상기 대기식 고압 수소 기화 장치에서 출력되는 상기 기체 수소를 받아들여 저장하는 저장탱크; 및
상기 저장탱크와 연결되어 저장된 상기 기체 수소를 공급하는 디스펜서;
를 포함하는,
대기식 고압 수소 기화 장치를 이용한 수소 충전 장치.
With respect to a hydrogen filling apparatus comprising an atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer according to claim 1,
a liquid hydrogen tank connected to an inlet pipe that is a component of the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer to provide liquid hydrogen at a specific speed and a specific pressure to the inner chamber of the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer;
The atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer for generating and outputting gaseous hydrogen in which the liquid hydrogen is filled and the liquid hydrogen is filled with the liquid hydrogen tank;
a buffer tank connected to the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer and receiving the gaseous hydrogen flowing out from the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer to serve as a buffer;
a storage tank connected to the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer and configured to receive and store the gaseous hydrogen output from the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer; and
a dispenser connected to the storage tank and supplying the stored gaseous hydrogen;
containing,
Hydrogen charging device using atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer.
제1항에 따른 대기식 고압 수소 기화 장치를 이용한 수소 충전 방법과 관련하여,
액체수소탱크와 연결된 유입관을 통해 상기 대기식 고압 수소 기화 장치의 일구성인 내측 챔버에 액체 수소를 상기 내측 챔버 내에 주입하는 액체 수소 주입 단계;
상기 내측 챔버와 버퍼탱크를 연결하는 유출관을 통해 상기 액체 수소가 기화되어 형성된 기체 수소가 유출되고, 상기 내측 챔버 내에 주입된 상기 액체 수소가 충전되는 액체 수소 충전 단계; 및
상기 내측 챔버에 상기 액체 수소가 특정 수준 이상으로 충전되면 상기 내측 챔버와 상기 버퍼탱크를 연결하는 상기 유출관을 차단하여 특정 압력 이상의 기체 수소를 생성하는 고압 기체 수소 생성 단계;
를 포함하는,
대기식 고압 수소 기화 장치를 이용한 수소 기화 방법.


With respect to the hydrogen filling method using the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer according to claim 1,
a liquid hydrogen injection step of injecting liquid hydrogen into the inner chamber, which is a component of the atmospheric high-pressure hydrogen vaporizer, through an inlet pipe connected to the liquid hydrogen tank;
a liquid hydrogen filling step in which gaseous hydrogen formed by vaporizing the liquid hydrogen is discharged through an outlet pipe connecting the inner chamber and the buffer tank, and the liquid hydrogen injected into the inner chamber is filled; and
high-pressure gaseous hydrogen generating step of generating gaseous hydrogen above a specific pressure by blocking the outlet pipe connecting the inner chamber and the buffer tank when the liquid hydrogen is filled in the inner chamber to a certain level or higher;
containing,
Hydrogen vaporization method using atmospheric high pressure hydrogen vaporizer.


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