KR102533425B1 - 수소공급장치 및 수소공급방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 레퍼런스 챔버를 신속하고 정확하게 일정한 압력으로 조절하여 수소저장소재의 수소저장량 혹은 수소방출량을 평가하기 위한 수소공급장치 및 수소공급방법에 관한 것으로,제1용기 내에 배치된 제1금속수소화물과 및 제2용기 내에 배치된 제2금속수소화물의 PCT 선을 따르는 온도에 따른 평탄구간에서의 압력을 활용하여 레퍼런스 챔버를 정확한 압력으로 제어가 가능한 특징이 있다. 수소저장소재 특성 평가장치에만 국한된 것이 아니라 부피법을 이용하는 모든 장치 및 장비에 활용 및 정밀도 높은 일정량의 수소 투입이 필요한 분야에 적용가능하다.

Description

수소공급장치 및 수소공급방법 {Hydrogen supply device and hydrogen supply method}
본 발명은 수소공급장치 및 수소공급방법에 관한 것으로, 더 자세하게는 정확한 수소량을 공급하여 수소저장소재의 수소저장량 혹은 수소방출량을 평가하기 위한 수소공급장치 및 수소공급방법에 관한 것이다.
수소 저장을 위한 금속수소화물에 대한 연구는 오래전부터 진행되어 왔으며, 다양한 재료를 이용한 금속수소화물이 얼마나 많은 양의 수소를 저장할 수 있는지를 제대로 평가하는 것이 중요하다. 금속수소화물의 수소저장특성은 압력, 저장량, 온도의 관계로 나타나며, 이를 도표로 나타낸 것이 PCT 선(Pressure-Composition-Temperature Curve)이다. 금속수소화물의 PCT 선은 일정한 온도에서 수소저장량에 관계없이 압력이 일정한 평탄구간을 갖으며 이 평탄구간에서의 압력을 평탄압이라고 한다.
도 1은 기존의 수소공급라인 예시도이다. 도 1을 참고하면, 반응기(6)와 연결된 레퍼런스 챔버(5)의 압력을 정밀하게 맞추기 위해 제1레귤레이터(2)와 제2레귤레이터(3)가 이용되나 제1레귤레이터와 제2레귤레이터는 고압력을 위한 구성으로 제1니들밸브(4)가 배치된다. 제1니들밸브를 배치하여 천천히 유량을 공급하면서 레버런스 챔버의 압력을 맞추게 된다. 제1니들밸브의 제어에도 불구하고, 레퍼런스 챔버의 압력을 맞추기 어려우며, 압력이 높을 경우 레퍼런스 챔버와 연결된 공압밸브(8)와 제2니들밸브(9)를 통해 가스를 소량 배출하고, 제1니들밸브를 통해 가스를 재차 주입함으로써 맞추게 된다. 니들밸브는 시간소모가 크고 이를 통한 정밀한 유량제어가 어려우며 이에 따라 레퍼런스 챔버의 압력제어에 어려움이 있다. 니들밸브의 제어를 통한 레퍼런스 챔버의 압력 조절은 맞추기 위한 시간이 오래 걸리는 단점이 있으며, 저압용 레귤레이터 라인이 추가되거나, 백프레셔 레귤레이터(7)가 적용되어도 니들밸브 없이 높은 정밀도를 얻기 어렵다.
또한, 기존의 수소공급라인을 이용하여 고압용 금속수소화물 테스트 시, 봄베 압력의 근처 압력테스트 진행 시, 봄베(1)를 새로 갈거나 여러 봄베를 병렬로 연결하여 사용하게 된다.
또한, 고압용 금속수소화물 테스트 시, 봄베 압력보다 평가에 요구되는 압력이 더 높으면 테스트가 불가능하다. 이를 위해 컴프레셔 및 부스터를 사용하여 공급 압력을 높여주는 방안이 있으나, 압력이 높아짐에 따라 정확한 압력을 맞추기 위한 제어 어려움 및 시간이 증가하며, 컴프레셔 및 부스터의 구매 비용과 유지보수 비용이 높다. 또한, 부피 차지와 소음이 발생되는 문제가 발생한다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0107035호(2021.09.28., 부피법을 이용한 수소 저장 성능 평가 장치의 수소 저장 성능 평가 방법 개선)
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존의 시간소모가 큰 니들밸브를 통한 제어방식의 문제점을 해결하기 위해 니들밸브를 대체할 수 있는 구성을 배치하여 레퍼런스 챔버의 압력을 니들밸브보다 빠르게 조절가능한 수소공급장치를 제안한다.
또한, 본 발명은 봄베의 압력과 평가에 요구되는 압력의 관계에 따라 봄베를 병렬로 연결하거나, 컴프레셔와 부스터를 구비하지 않고, 테스트 진행이 가능한 수소공급장치를 제안한다.
본원 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
본 발명은 수소가스가 채워진 봄베, 상기 봄베와 연결되며, 일정량의 수소를 가지는 제1금속수소화물 및 냉열과 온열을 생성하는 냉각기와 가열기를 포함하는 제1용기, 상기 제1용기와 연결되는 레퍼런스 챔버, 내부에 시험물이 배치되고, 상기 레퍼런스 챔버로부터 수소를 공급받는 반응기, 및 각 구성을 연결하는 유로 내에 배치된 밸브와 상기 냉각기와 가열기를 제어하여 상기 레퍼런스 챔버의 압력을 조절하는 제어부를 포함한다.
또한, 상기 제1용기와 상기 레퍼런스 챔버의 사이에 배치되며, 일정량의 수소를 가지는 제2금속수소화물 및 냉열과 온열을 생성하는 냉각기와 가열기를 포함하는 제2용기를 포함한다.
또한, 상기 수소공급장치는 상기 제1용기가 상기 제2용기를 우회하여 상기 레퍼런스 챔버와 연결되는 바이패스 유로를 포함한다.
또한, 상기 제어부는 냉각기의 온도를 제어하며, 상기 냉각기에 의해 온도가 낮아진 상기 제1금속수소화물과 제2금속수소화물은 수소를 저장하여 상기 레퍼런스 챔버의 압력을 낮추는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 가열기의 온도를 제어하며, 상기 가열기에 의해 온도가 높아진 상기 제1금속수소화물과 제2금속수소화물은 수소를 방출하여 상기 레퍼런스 챔버의 압력을 높이는 것을 특징으로 한다.
또한, 수소가 내장된 봄베는 레귤레이터와 연결되며, 제1용기와 제2용기에 수소를 주입하여 제1금속수소화물과 제2금속수소화물에 수소를 저장하거나 제1용기에 수소를 주입하여 제1금속수소화물에 수소를 저장한 후 제1금속수소화물의 PCT 선을 따르는 온도에 따른 평탄구간에서의 압력을 이용하여 제2금속수소화물에 수소를 저장하는 수소주입단계, 제어부는 봄베의 수소주입을 차단하고, 제1용기와 제2용기에 배치된 금속수소화물의 온도를 제어하여 레퍼런스 챔버의 압력을 제어하는 압력제어단계, 및 레퍼런스 챔버가 요구되는 압력을 만족한 경우, 반응기로 수소를 공급하는 수소공급단계를 포함한다.
또한, 상기 압력제어단계는 제1용기 내에 배치된 제1금속수소화물은 가열기에 의해 가열되어 수소를 방출하고, 바이패스유로를 통해 레퍼런스 챔버로 방출된 수소를 공급하는 1차가압단계를 포함한다.
또한, 상기 압력제어단계는 상기 1차가압단계 이후, 제1용기와 연결된 배관을 차단하고, 제2용기의 가열기를 통해 제2금속수소화물의 온도를 높여 수소를 방출하며 방출된 수소를 공급하는 2차가압단계를 포함한다.
또한, 상기 압력제어단계는 제1용기와 연결된 배관을 차단하고, 제2용기의 냉각기를 통해 제2금속수소화물의 온도를 낮춰 수소를 흡수하는 1차감압단계를 포함한다.
또한, 상기 압력제어단계는 제2용기와 연결된 배관을 차단하고, 제1용기의 냉각기를 통해 제1금속수소화물의 온도를 낮춰 수소를 흡수하는 2차감압단계를 포함한다.
또한, 상기 압력제어단계는 상기 레퍼런스 챔버가 상기 제1용기 및 상기 제2용기와 연결된 배관과 차단되고, 벤트 또는 진공처리에 의해 감압되는 3차감압단계를 포함한다.
또한, 금속수소화물을 포함하는 복수개의 용기가 병렬로 연결된 수소공급장치를 포함하는 수소공급방법에 있어서, 수소가 내장된 봄베는 레귤레이터와 연결되며, 복수개의 용기에 수소를 주입하여 복수개의 용기 내부의 금속수소화물에 수소를 저장하거나 상대적으로 낮은 평탄압을 갖는 제1금속수소화물이 든 용기에 수소를 주입하여 수소를 저장한 후 제1금속수소화물의 PCT 선을 따르는 온도에 따른 평탄구간에서의 압력을 이용하여 상대적으로 더 높은 평탄압을 갖는 제2금속수소화물이 든 용기로 수소를 저장하는 수소주입단계, 제어부는 봄베의 수소주입을 차단하고, 각 금속수소화물의 온도를 제어하여 레퍼런스 챔버의 압력을 제어하는 압력제어단계, 및 레퍼런스 챔버가 요구되는 압력을 만족한 경우, 반응기로 수소를 공급하는 수소공급단계를 포함하고, 상기 압력제어단계는 각 금속수소화물의 온도를 제어하여 상기 레퍼런스 챔버의 압력을 단계적으로 제어하는 가압단계 및 감압단계를 포함하고, 상기 압력제어단계는 제1용기와 연결된 배관을 차단하고, 제2용기의 냉각기를 통해 제2금속수소화물의 온도를 낮춰 수소를 흡수하는 1차감압단계 및 제2용기와 연결된 유로를 차단하고 제1용기의 냉각기를 통해 제1금속수소화물의 온도를 낮춰 수소를 흡수하는 2차감압단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
삭제
본 발명은 금속수소화물의 온도를 조절하여 기존의 니들밸브를 이용한 제어보다 레퍼런스 챔버의 압력을 신속하고 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 금속수소화물의 온도제어를 통한 레퍼런스의 압력제어로 봄베의 압력과 관계없이 더 높은 압력의 테스트 진행이 가능한 장점이 있다.
또한 고압생성을 위한 고비용 컴포넌트가 필요하지 않아 초기 비용 및 유지보수 비용이 절약되는 장점이 있다.
도 1은 기존의 수소공급라인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 수소공급장치 예시도이다.
도 3은 수소주입단계의 예시도이다.
도 4는 1차가압단계의 예시도이다.
도 5는 2차가압단계의 예시도이다.
도 6은 감압단계의 예시도이다.
도 7은 다른 실시예의 1차감압단계의 예시도이다.
도 8은 다른 실시예의 2차감압단계의 예시도이다.
도 9는 본 발명의 순서도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명을 하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.
일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
본 발명의 수소공급장치 및 수소공급방법은 기존의 수소공급장치에서 발생되는 제어속도, 부피, 및 소음 등의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 금속수소화물을 이용하여 정확한 수소량을 공급하는 것을 목적으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 수소공급장치 및 수소공급방법에 대해 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 수소공급장치 예시도이다. 도 2를 참고하면, 수소가스가 채워진 봄베(100), 상기 봄베(100)와 연결되며, 일정량의 수소를 가지는 제1금속수소화물(210) 및 냉열과 온열을 생성하는 냉각기와 가열기(220)를 포함하는 제1용기(200), 상기 제1용기(200)와 연결되는 레퍼런스 챔버(400), 상기 레퍼런스 챔버(400)와 연결되며, 내부에 시험물이 배치된 반응기(500); 및 각 구성을 연결하는 배관 내에 배치된 밸브와 상기 냉각기와 가열기(220)의 온도를 제어하는 제어부를 포함한다.
봄베(100)는 단일 또는 복수개가 배치되며, 내부에 수소가스가 채워진다. 봄베(100)는 제1용기(200)와 연결되며, 레귤레이터(10)가 배치되어 일정 압력으로 수소가 배출된다.
제1용기(200)는 내부에 제1금속수소화물(210)이 배치되며, 제1금속수소화물(210)은 일정량을 수소를 저장한다. 이때, 제1금속수소화물은 낮은 압력으로 수소를 저장할 수 있으며, 봄베 압력을 높이지 않고 제1금속수소화물의 온도 조절을 통해 레퍼런스 챔버 및 제2금속수소화물로 높은 압력의 수소를 공급할 수 있다. 레퍼런스 챔버 및 제2금속수소화물로 공급되는 수소 압력은 제1금속수소화물(210)의 PCT 선을 따르며 온도에 따른 평탄구간에서의 압력이다.
제1용기(200) 내에 배치된 냉각기와 가열기(220)는 외부로부터 열원을 전달받아 제1금속수소화물(210)에 냉열 또는 온열을 공급한다. 제1금속수소화물(210)은 냉각기와 가열기(220)로부터 냉열 또는 온열을 전달받아 수소를 저장 또는 방출한다. 이때 냉각기와 가열기(220)는 제1금속수소화물(210)과 접하도록 배치될 수 있으며, 이격되어 배치된 경우 제1용기(200)의 내부 온도를 제어하여 제1금속수소화물(210)에 간접적으로 열을 전달한다.
레퍼런스 챔버(400)는 봄베(100)로부터 수소를 전달받으며, 압력계(410)를 포함하고 있어 내부 압력을 확인 할 수 있다. 또한, 레퍼런스 챔버(400)는 제1용기(200) 및 제2용기(300)로부터 수소를 공급받는다. 제어부는 제1용기(200) 및 제2용기(300)의 내부에 배치된 냉각기와 가열기(220, 320)를 제어하여 레퍼런스 챔버(400)로 수소를 공급하거나 레퍼런스 챔버(400)의 수소를 배출할 수 있다.
레퍼런스 챔버는 일정 온도로 유지되도록 항온유지구간(A)이 형성된다. 항온유지를 위해 단열, 가열 및 냉각 등의 구성이 배치될 수 있다.
반응기(500)는 내부에 시험 대상인 시험물이 배치되며, 레퍼런스 챔버(400)와 연결된다. 반응기는 레퍼런스 챔버(400)가 요구되는 압력 또는 수소량을 가질 경우 연결된 밸브가 개방되어 수소를 전달 받는다.
반응기는 요구되는 샘플온도를 유지하기 위해 샘플온도 유지구간(B)이 형성된다. 샘플의 온도를 유지하기 위해 단열, 가열 및 냉각 등의 구성이 배치될 수 있다.
본 발명은 제1용기(200)와 레퍼런스 챔버(400) 사이에 연결된 제2용기(300)를 포함한다. 제2용기(300)는 제1용기(200)와 직렬 연결되어 봄베(100)로부터 배출된 수소는 제1용기(200)를 지나 제2용기(300)로 전달된다. 또한, 제1용기(200) 내에 배치된 제1금속수소화물(210)의 가열을 통해 봄베(100)로부터 공급받은 압력보다 더 높은 압력으로 가압된 수소가 제2용기(300)에 공급될 수 있다. 제2용기(300) 내에는 제2금속수소화물(310)과 냉각기와 가열기(320)가 배치되며, 가열기와 냉각기(320)는 외부로부터 열원을 전달받아 제2금속수소화물(310)에 냉열 또는 온열을 공급한다. 가열기와 냉각기(320)를 제어하여 제2금속수소화물(310)의 PCT 선을 따르는 온도에 따른 평탄구간에서의 압력을 조절한다.
또한, 봄베(100)와 제1용기(200)를 연결하는 배관은 유체가 일방향으로 흐르도록 체크밸브(30)가 배치된다. 이때 밸브는 체크밸브에 한정하는 것이 아닌 유체가 일방향으로 전달되도록 구성된 모든 밸브를 포함한다.
제1용기(200)와 제2용기(300)를 연결하는 배관은 3방밸브(40)를 포함하며, 제1용기(200)에서 배출된 수소가 제2용기(300)를 거치지 않고 레퍼런스 챔버(400)로 이송되는 바이패스 배관(50)을 포함한다. 제어부는 바이패스 배관(50)을 통해 제1용기(200)만을 제어하여 레퍼런스 챔버(400)의 압력을 제어할 수 있다.
본 발명은 용기 내에 배치된 냉각기와 가열기를 이용하여 금속수소화물의 온도를 제어함으로써, 레퍼런스 챔버(400)의 압력을 제어한다. 금속수소화물을 가열할 경우, 금속수소화물의 PCT 선을 따르는 온도에 따른 평탄구간에서의 압력이 증가하며, 금속수소화물을 냉각할 경우, 금속수소화물의 PCT 선을 따르는 온도에 따른 평탄구간에서의 압력이 감소하는 점을 이용하여 레퍼런스 챔버(400)가 요구하는 압력을 갖도록 제어하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 제1용기(200) 내에 배치된 제1금속수소화물(210)과 및 제2용기(300) 내에 배치된 제2금속수소화물(310)의 PCT 선을 따르는 온도에 따른 평탄구간에서의 압력을 활용하여 레퍼런스 챔버(400)를 정확한 압력으로 제어가 가능하다.
이때, 서로 다른 PCT 선을 갖는 금속수소화물을 포함하는 용기를 추가 배치하여 더 넓은 압력 범위에서 사용이 가능하다. 이를 통해 컴프레셔 및 부스터 없이 봄베의 압력보다 높은 압력에서의 실험을 진행할 수 있다. 컴프레셔 및 부스터를 구비하지 않아 구매 비용 및 유지보수 비용을 줄일 수 있으며, 부피 및 소음에 의한 문제를 해결할 수 있다.
각각의 용기(200, 300)에 배치된 제1금속수소화물(210)과 제2금속수소화물(310)은 서로 다른 물질로 형성될 수 있다. 서로 다른 물질로 형성된 금속수소화물은 각 금속수소화물의 PCT 선을 따르는 온도에 따른 평탄구간에서의 압력을 이용하여 레퍼런스 챔버에서 요구하는 압력을 신속하고 정확하게 맞출 수 있다.
본 발명은 부피법(Sievert`s method)을 이용하는 수소저장소재 특성평가장치에 금속수소화물을 적용하여 레퍼런스 챔버의 수소량(압력)을 제어하는 것을 특징으로 한다. 또한, 수소저장소재 특성평가장치에만 국한된 것이 아니라 부피법을 이용하는 모든 장치 및 장비에 활용 및 정밀도 높은 일정량의 수소 투입이 필요한 분야에 적용가능하다.
본 발명과 도 1의 기존 수소공급장치와 비교하면, 구성의 수를 줄일 수 있어 유지보수에 용이하며, 기존의 정밀 수소량(압력) 제어 시 니들밸브 또는 미터링 밸브에 의존하였으나, 니들밸브 또는 미터링 밸브를 사용하지 않아 정밀도, 테스트 속도 등의 문제를 해결하는 장점이 있다. 또한, 봄베압 근처 압력테스트 시 봄베를 복수개 병렬로 연결하지 않아도 되며, 봄베압보다 높은 압력 테스트 시 컴프레셔, 부스터 등의 구성을 사용하지 않는 장점이 있다. 컴프레셔, 부스터 등의 구성을 사용하지 않음으로써 잦은 고장문제, 부피문제, 및 소음문제를 해결할 수 있다.
본 발명은 수소공급장치를 이용한 수소공급방법을 포함한다. 수소가 내장된 봄베는 레귤레이터와 연결되며, 제1용기와 제2용기에 수소를 주입하여 제1금속수소화물과 제2금속수소화물에 수소를 저장하거나 제1용기에 수소를 주입하여 제1금속수소화물에 수소를 저장한 후 제1금속수소화물의 PCT 선을 따르는 온도에 따른 평탄구간에서의 압력을 이용하여 제2금속수소화물에 수소를 저장하는 수소주입단계, 제어부는 봄베의 수소주입을 차단하고, 제1용기와 제2용기에 배치된 금속수소화물의 온도를 제어하여 레퍼런스 챔버의 압력을 제어하는 압력제어단계, 및 레퍼런스 챔버가 요구되는 압력을 만족한 경우, 반응기로 수소를 공급하는 수소공급단계를 포함한다. 도 3 내지 도 8을 참고하여 수소공급방법을 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 수소주입단계의 예시도이다. 도 3을 참고하면, 수소가 채워진 봄베(100)가 개방되어 수소가 장치 내부로 주입된다. 주입된 수소는 배관을 따라 제1용기(200) 및 제2용기(300)에 채워지며, 레귤레이터(10)의 제어에 의해 일정 압력을 갖는다. 각 용기에 주입된 수소는 금속수소화물에 저장된다. 제1용기(200) 내부의 제1금속수소화물(210)에 수소를 저장하기 위해서 요구되는 압력에 따라서 레귤레이터(10)의 압력을 조절하여 제1금속수소화물(210)에 수소를 저장할 수 있다. 제1용기(200) 내부의 제1금속수소화물(210)과 제2용기(300) 내부의 제2금속수소화물(310)에 수소를 저장하기 위해서 요구되는 압력에 따라서 레귤레이터(10)의 압력을 조절하여 제1금속수소화물(210)과 제2금속수소화물(310)에 수소를 저장할 수 있다. 제2용기(300) 내부의 제2금속수소화물(310)에 수소를 저장하기 위해서 제1용기(200) 내부의 제1금속수소화물(210)이 요구하는 압력에 따라서 레귤레이터(10)의 압력을 조절하여 제1금속수소화물(210)에 수소를 저장하고 제1용기(200)의 온도를 조절하여 제1금속수소화물(210)의 PCT 선을 따르는 온도에 따른 평탄구간에서의 압력을 이용하여 제2금속수소화물(310)에 수소를 저장할 수 있다. 제1용기(200) 내부의 제1금속수소화물(210)과 제2용기(300) 내부의 제2금속수소화물(310)에 수소가 충분히 저장되어 있는 경우에는 수소주입단계는 생략될 수 있다.
도 4는 1차가압단계의 예시도이다. 1차가압단계는 시험에 필요한 압력이 현재 레퍼런스 챔버의 압력보다 높은 경우에 가압단계가 진행된다. 도 4를 참고하면, 2방밸브(20) 제어를 통해 레퍼런스 챔버(400)는 봄베(100)와 연결을 차단하되, 3방밸브(40-1, 40-2)가 제어되어, 레퍼런스 챔버는 바이패스 배관(50)을 통해 제1용기(200)와 연결된다. 제1용기(200)는 제1금속수소화물(210)과 가열기와 냉각기(220)를 포함하고 있다. 제어부는 가열기(220)를 제어하여 제1금속수소화물(210)을 가열시킨다. 제1금속수소화물(210)이 가열됨으로써, 저장된 수소는 방출되고 레퍼런스 챔버(400)의 압력은 높아진다.
본 발명은 PCT 선의 평탄구간에서 금속수소화물이 수소 저장 및 방출에 따라서 압력이 변하지 않은 점을 이용한 것으로 온도 조절을 통해 레퍼런스 챔버의 압력을 조절하는 특징을 가진다.
가압단계는 제1금속수소화물(210)을 가열하여 레퍼런스 챔버(400)의 압력, 즉, 레퍼런스 챔버 내 수소량을 제어할 수 있다. 레퍼런스 챔버(400)의 압력은 제1금속수소화물(210)의 PCT선에 따라서 결정된다. 가열된 제1금속수소화물(210)의 온도에 따라 레퍼런스 챔버(400)의 압력은 달라지며, 이를 통해 단계적으로 레퍼런스 챔버의 압력을 높일 수 있다. 압력계(410)를 통해 레퍼런스 챔버(400)의 압력, 즉, 레퍼런스 챔버 내 수소량을 파악할 수 있다.
도 5는 2차가압단계의 예시도이다. 2차가압단계는 레퍼런스 챔버가 1차가압단계를 통해 요구하는 압력에 도달하지 못하는 경우 2차가압이 진행된다. 도 5를 참고하면, 2차가압단계는 1차가압단계 이후, 레퍼런스 챔버(400)는 3방밸브(40-2) 제어를 통해 제1용기(200)와 연결된 바이패스 배관(50)을 차단하고, 제2용기(300)와 배관이 연결된다. 제2용기(300)는 제2금속수소화물(310)과 가열기와 냉각기(320)를 포함하고 있다. 제어부는 가열기(320)를 제어하여 제2금속수소화물(310)을 가열시킨다. 제2금속수소화물(310)이 가열됨으로써, 저장된 수소가 방출되며, 방출된 수소량에 의해 레퍼런스 챔버(400)의 압력을 높일 수 있다.
도 6은 감압단계의 예시도이다. 도 6을 참고하면, 압력제어단계는 감압이 필요할 경우, 제1용기(200)와 연결된 배관을 차단하고, 제2용기(300)의 냉각기를 통해 제2금속수소화물(310)의 온도를 낮춰 수소를 흡수하는 1차감압단계를 포함한다.
또한, 압력제어단계는 제2용기와 연결된 배관을 차단하고, 제1용기의 냉각기를 통해 제1금속수소화물의 온도를 낮춰 수소를 흡수하는 2차감압단계를 포함한다.
또한, 상기 레퍼런스 챔버에서 요구되는 압력 조건에 따라서 1차감압단계를 생략하고 2차감압단계부터 시작될 수 있다.
압력제어단계는 상기 레퍼런스 챔버가 상기 제1용기 및 상기 제2용기와 연결된 배관과 차단되고, 벤트 또는 진공처리에 의해 감압되는 3차감압단계를 포함한다.
본 발명의 감압단계는 레퍼런스 챔버(400) 내의 수소를 외부로 배출하는 것이 아닌 금속수소화물이 수소 흡수하여 자원낭비를 줄이는 효과가 있다.
압력제어단계는 가압이 필요한 경우 레퍼런스 챔버의 압력이 요구되는 압력에 도달되도록 1차가압단계, 및 2차가압단계가 순차적으로 이루어지며 각 단계는 반복적으로 이루어진다. 감압이 필요한 경우 레퍼런스 챔버의 압력이 요구되는 압력에 도달되도록 1차감압단계, 2차감압단계, 3차감압단계가 순차적으로 이루어지며 각 단계는 반복적으로 이루어진다. 가압단계 및 감압단계의 각 단계는 레퍼런스 챔버가 요구하는 압력에 따라서 생략될 수 있다. 가압단계 및 감압단계를 포함하는 압력제어방법은 단순 밸브 제어가 아닌 금속수소화물의 PCT 선을 따르는 온도에 따른 평탄구간에서의 압력을 이용하는 제어로 금속수소화물의 온도를 제어하여 신속하고 정확하게 레퍼런스 챔버의 압력을 제어할 수 있는 장점이 있다.
위 설명과 같이 압력제어단계는 제1금속수소화물 또는 제2금속수소화물의 온도를 제어하여 상기 레퍼런스 챔퍼 내의 압력을 제어하는 가압단계 및 감압단계 포함하며, 각각의 가압단계 및 감압단계는 금속수소화물의 온도 조절을 통해 단계적으로 진행되는 것을 특징한다.
수소공급단계는 제1용기(200)와 제2용기(300)의 온도제어를 통해 레퍼런스 챔버(400)의 압력이 요구되는 압력에 도달할 경우, 레퍼런스 챔버 전단 밸브를 닫아 레퍼런스 챔버를 고립시키고 레퍼런스 챔버와 반응기(500) 사이의 밸브 제어를 통해 반응기(500)에 수소를 공급한다.
도 7과 도 8은 다른 실시예의 예시도이다. 제1용기(200)와 제2용기(300)의 온도 제어를 통해 1차가압, 2차가압 및 감압이 진행된다. 도 2와 비교하면, 도 2는 바이패스유로로 인해 장치의 부피가 커지는 문제가 발생한다. 이를 보안하기 위해 도 7과 도 8의 다른 실시예는 제1용기(200)와 제2용기(300)를 병렬로 배치한다. 이를 통해 제1용기(200)의 온도제어를 통한 1차가압 또는 2차감압이 진행되며, 제2용기(300)를 통해 2차가압 또는 1차감압이 진행되는 특징을 갖는다.
3차감압단계는 레버런스 챔버와 연결된 밴트 또는 진공펌프에 의해 수소가 배출되며 감압될 수 있다.
밸브를 제어하여 제2용기(300)와 레퍼런스 챔버(400)가 연결되며 1차감압이 진행된다. 이후, 제1용기(200)가 레퍼런스 챔버와 연결되며, 2차감압 또는 1차가압이 진행될 수 있으며, 사용자의 의도에 따라 순서가 변경될 수 있다.
도 7은 1차감압단계의 예시도이며, 도 8은 2차감압단계의 예시도이다. 도 8을 참고하면, 제2용기(300)의 온도제어를 통한 1차감압단계 이후, 추가 감압이 필요한 경우 2차감압단계가 진행된다. 레퍼런스 챔버(400)가 제2용기(300)와 연결이 차단되고 제1용기(200)와 연결되도록 밸브를 제어한다. 제1용기(200) 내에 배치된 제1금속수소화물은 냉각기에 의해 온도가 낮아진다. 제1금속수소화물은 온도가 낮아짐에 따라 수소를 저장하여 2차감압이 진행된다.
또한, 상기 레퍼런스 챔버에서 요구되는 압력 조건에 따라서 1차감압단계를 생략하고 2차감압단계부터 시작될 수 있다.
도 9는 본 발명의 순서도이다. 도 9를 참고하면, 수소가 주입되는 수소주입단계, 레퍼런스 챔버의 압력을 제어하는 압력제어단계, 및 반응기에 수소를 공급하는 수소공급단계를 포함한다. 압력제어단계는 레퍼런스 챔버의 압력을 측정하여 정밀하게 제어하기 위해 가압단계와 감압단계를 포함하며, 다수의 용기가 배치되어 1차, 2차, n차 감압 또는 가압될 수 있는 특징이 있다.
위 설명과 같이 본 발명은 금속수소화물의 온도조절을 통해 압력이 제어되는 점을 활용한 것으로, 이 점을 통해 레퍼런스 챔버의 압력을 높이거나 낮출 수 있는 압력제어 수단으로 활용한 점이 주요 특징이다. 금속수소화물의 수소저장량 범위 내에서 온도에 따라 공급되는 압력을 제어하되, 복수의 금속수소화물을 병렬로 배치함으로써 1차, 2차, N차 가압 또는 감압을 통해 공급할 수 있는 압력의 범위를 증가시키는 장점이 있다. 또한, 신속 및 정확한 레퍼런스 챔버의 압력조절을 위해 배치된 금속수소화물은 서로 다른 물질로 형성되며 각 금속수소화물의 PCT 선을 따르는 온도에 따른 평탄구간에서의 압력을 이용하여 레퍼런스 챔버에서 요구하는 압력을 신속하고 정확하게 맞출 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
1 : 봄베 2 : 제1레귤레이터
3 : 제2레귤레이터 4 : 제1니들밸브
5 : 레퍼런스 챔버 6 : 반응기
7 : 백프레셔 8 : 공압밸브
9 : 제2니들밸브
10 : 레귤레이터 20 : 2방밸브
30 : 체크밸브 40 : 3방밸브
50 : 바이패스 배관
100 : 봄베
200 : 제1용기 210 : 제1금속수소화물
220 : 가열기, 냉각기
300 : 제2용기 310 : 제2금속수소화물
320 : 가열기, 냉각기
400 : 레퍼런스 챔버 410 : 압력계
500 : 반응기

Claims (13)

  1. 수소가스가 채워진 봄베;
    상기 봄베와 연결되며, 일정량의 수소를 가지는 제1금속수소화물 및 냉열과 온열을 생성하는 냉각기와 가열기를 포함하는 제1용기;
    상기 제1용기와 연결되는 레퍼런스 챔버;
    내부에 시험물이 배치되고, 상기 레퍼런스 챔버로부터 수소를 공급받는 반응기;
    각 구성을 연결하는 유로 내에 배치된 밸브와 상기 냉각기와 가열기를 제어하여 상기 레퍼런스 챔버의 압력을 조절하는 제어부; 및
    상기 제1용기와 상기 레퍼런스 챔버의 사이에 배치되며, 일정량의 수소를 가지는 제2금속수소화물 및 냉열과 온열을 생성하는 냉각기와 가열기를 포함하는 제2용기를 포함하는 수소공급장치
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수소공급장치는 상기 제1용기가 상기 제2용기를 우회하여 상기 레퍼런스 챔버와 연결되는 바이패스 유로를 포함하는 수소공급장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 냉각기의 온도를 제어하며, 상기 냉각기에 의해 온도가 낮아진 상기 제1금속수소화물과 제2금속수소화물은 수소를 저장하여 상기 레퍼런스 챔버의 압력을 낮추는 것을 특징으로 하는 수소공급장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는 가열기의 온도를 제어하며, 상기 가열기에 의해 온도가 높아진 상기 제1금속수소화물과 제2금속수소화물은 수소를 방출하여 상기 레퍼런스 챔버의 압력을 높이는 것을 특징으로 하는 수소공급장치.
  6. 수소가 내장된 봄베는 레귤레이터와 연결되며, 제1용기와 제2용기에 수소를 주입하여 제1금속수소화물과 제2금속수소화물에 수소를 저장하거나 제1용기에 수소를 주입하여 제1금속수소화물에 수소를 저장한 후 제1금속수소화물의 PCT 선을 따르는 온도에 따른 평탄구간에서의 압력을 이용하여 제2금속수소화물에 수소를 저장하는 수소주입단계,
    제어부는 봄베의 수소주입을 차단하고, 제1용기와 제2용기에 배치된 금속수소화물의 온도를 제어하여 레퍼런스 챔버의 압력을 제어하는 압력제어단계, 및
    레퍼런스 챔버가 요구되는 압력을 만족한 경우, 반응기로 수소를 공급하는 수소공급단계를 포함하는 수소공급방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 압력제어단계는
    제1용기 내에 배치된 제1금속수소화물은 가열기에 의해 가열되어 수소를 방출하고, 바이패스유로를 통해 레퍼런스 챔버로 방출된 수소를 공급하는 1차가압단계를 포함하는 수소공급방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 압력제어단계는
    상기 1차가압단계 이후, 제1용기와 연결된 배관을 차단하고, 제2용기의 가열기를 통해 제2금속수소화물의 온도를 높여 수소를 방출하며 방출된 수소를 공급하는 2차가압단계를 포함하는 수소공급방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 압력제어단계는
    제1용기와 연결된 배관을 차단하고, 제2용기의 냉각기를 통해 제2금속수소화물의 온도를 낮춰 수소를 흡수하는 1차감압단계를 포함하는 수소공급방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 압력제어단계는
    제2용기와 연결된 배관을 차단하고, 제1용기의 냉각기를 통해 제1금속수소화물의 온도를 낮춰 수소를 흡수하는 2차감압단계를 포함하는 수소공급방법.
  11. ◈청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.◈
    제10항에 있어서,
    상기 압력제어단계는
    상기 레퍼런스 챔버가 상기 제1용기 및 상기 제2용기와 연결된 배관과 차단되고, 벤트 또는 진공처리에 의해 감압되는 3차감압단계를 포함하는 수소공급방법.
  12. 금속수소화물을 포함하는 복수개의 용기가 병렬로 연결된 수소공급장치를 포함하는 수소공급방법에 있어서,
    수소가 내장된 봄베는 레귤레이터와 연결되며, 복수개의 용기에 수소를 주입하여 복수개의 용기 내부의 금속수소화물에 수소를 저장하거나 상대적으로 낮은 평탄압을 갖는 제1금속수소화물이 든 용기에 수소를 주입하여 수소를 저장한 후 제1금속수소화물의 PCT 선을 따르는 온도에 따른 평탄구간에서의 압력을 이용하여 상대적으로 더 높은 평탄압을 갖는 제2금속수소화물이 든 용기로 수소를 저장하는 수소주입단계,
    제어부는 봄베의 수소주입을 차단하고, 각 금속수소화물의 온도를 제어하여 레퍼런스 챔버의 압력을 제어하는 압력제어단계, 및
    레퍼런스 챔버가 요구되는 압력을 만족한 경우, 반응기로 수소를 공급하는 수소공급단계를 포함하고,
    상기 압력제어단계는 각 금속수소화물의 온도를 제어하여 상기 레퍼런스 챔버의 압력을 단계적으로 제어하는 가압단계 및 감압단계를 포함하고,
    상기 압력제어단계는
    제1용기와 연결된 배관을 차단하고, 제2용기의 냉각기를 통해 제2금속수소화물의 온도를 낮춰 수소를 흡수하는 1차감압단계 및
    제2용기와 연결된 유로를 차단하고 제1용기의 냉각기를 통해 제1금속수소화물의 온도를 낮춰 수소를 흡수하는 2차감압단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소공급방법.
  13. 삭제
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