KR102595307B1

KR102595307B1 - 액화수소 열교환기

Info

Publication number: KR102595307B1
Application number: KR1020230043700A
Authority: KR
Inventors: 김승섭
Original assignee: 주식회사 삼정이엔씨
Priority date: 2023-04-03
Filing date: 2023-04-03
Publication date: 2023-10-30

Abstract

본 발명은 액화수소 열교환기에 관한 것으로서, 액화수소를 열매체 상에서 다중경로로 순환시켜 충분히 냉각함으로써, 액화수소를 완벽하게 기화시킬 수 있으며, 기화된 수소가스를 적어도 하나 이상의 순환실과 열교환실로 순차적으로 이송시켜가면서 열매체와 추가로 열교환시켜 기화시킬 수 있으며, 다른 순환실과 열교환실로 이송될 때마다 점진적으로 높은 영하의 온도로 냉각시키는 방식을 채용함으로써, 안정된 환경에서 수소가스를 냉각할 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 액화수소 열교환기는, 열교환을 위한 열매체가 충진되는 열교환실과, 상기 열교환실에서 액화수소를 열매체와 열교환되도록 순환시켜 열교환 시간을 증대시키는 적어도 하나 이상의 순환부 및 상기 순환부를 순환하여 기화된 수소가스를 배출하는 배출부를 포함하는 열교환부를 포함한다.

Description

액화수소 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR HYDROGEN LIQUEFIED}

본 발명은 액화수소 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액화수소를 기체로 열교환 하기 위한 기존의 대기(大氣)식 기화기(VAPORIZER)보다 기화속도, 기화량, 안전성, 설치면적 등에서 탁월한 효과를 제공할 수 있는 강제형 액화수소 열교환기에 관한 것이다.

일반적으로, 수소가스를 현재 가장 많이 사용하고, 활용되는 곳은 수소 충전소이며, 생산된 수소가스 기체는 고압수소로써, 200Bar로 압축되어 튜브트레일러에 이송되고, 수소충전소에서 다시 재압축하여 수소탱크에 700Bar~900Bar 저장한 후 수소충전기를 사용하여 수소자동차 및 수소 상용차에 충전하게 된다.

고압수소는 부피가 큰 튜브에 적재 이송하며 많은 양을 이동 및 저장하기 위해서는 여러 개의 묽음으로 수소튜브 트레일러 차량으로 이동하기 때문에 폭발에 대한 위험과 잦은 이동이 존재한다.

또한 이러한 수소가스 저장을 위한 부피가 큰 보관탱크 및 고압압축기 시설, 수소가스 냉각을 위한 수소냉각기 등 여러 부대시설이 존재함으로서 수소 충전소 구축 사용면적도 증가한다.

그러나 액화수소는 기체수소를 끓는점 영하253

까지 액상상태로 변환하게 되면, 기체수소대비 약 800분의 1정도로서 이동과 저장에 큰 장점으로, 300Kg의 튜브트레일러가 수소충전소에 10번 이동운반할 것을 액화수소는 단한번에 3Ton을 이동저장 할 수 있다.

또한, 고압수소(3KWh/Kg(700Bar)와 액화수소(10KWh/Kg)를 비교시 액화수소가 3배 정도 높게 열에너지를 발생함에 따라 향후 액화 수소 충전소가 활발하게 활성화 될 것이다.

액화 수소 충전소의 핵심 구성원인 액화저장탱크, 액화펌프, 액화 수소 열교환기, 수소 기체탱크, 수소충전기, 그외 수소관련 부대시설등이 존재하며, 최종 액화수소를 활용안 방법에서 영하40

로 기화 기체수소가스로 만들어 수소자동차에 충전하는 것을 기본으로 한다.

그러므로 액화 수소 충전소에서 액화수소의 평균 기화온도는 영하253

이상의 온도 상승시 자연적 기화되는 BOG가스와, 고압으로 압축시 발생되는 기화열 그리고, 액화수소에서 기체수소가스로 변화되는 열교환 장치등에서는 많은 냉.열 손실이 발생되는 문제점이 있다.

한편, 본 출원인은 선등록특허 제10-1949490호, 명칭 : 수소가스 충전기용 냉각장치를 제안한 바 있다.

상기한 선등록특허는 액화수소를 냉각시키기 위한 열매체유를 효과적으로 냉각 시킬 수 있도록 된 새로운 구조의 액화수소충전기용 냉각장치를 제공할 수 있다.

이때, 액화수소는 압력, 팽창 등의 이유로 한번에 -20℃ 내지 -40℃로 냉각되는 것보다, 점진적으로 높은 영하의 온도로 냉각되어야 안전한 조건에서 냉각이 이루어진다고 볼 수 있다.

그러나, 상기한 선등록특허는 액화수소를 점진적으로 높아지는 온도로 열교환하는 구조 및 액화수소를 여러 번 냉각시키기 위한 순환구조는 제공하지 못하고 있다.

따라서, 액화수소를 단계적으로 높은 영하의 온도로 냉각시킴과 아울러, 액화수소를 충분히 순환시켜가면서 이상적인 온도로 냉각시킬 수 있는 기술이 필요하게 되었다.

등록특허공보 제10-1949490호(2019.02.12.)

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 액화수소를 열매체 상에서 다중경로로 순환시켜 충분히 냉각함으로써, 액화수소를 완벽하게 기화시킬 수 있으며, 기화된 수소가스를 적어도 하나 이상의 순환실과 열교환실로 순차적으로 이송시켜가면서 열매체와 추가로 열교환시켜 기화시킬 수 있으며, 다른 순환실과 열교환실로 이송될 때마다 점진적으로 높은 영하의 온도로 냉각시키는 방식을 채용함으로써, 안정된 환경에서 수소가스를 냉각할 수 있는 액화수소 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 기화된 수소가스를 순환실과 열교환실에서 추가로 냉각할 때에도 수소가스를 열매체 상에서 다중경로로 순환시켜 충분히 열교환한 이후에 수소자동차나 수소충전기에 공급할 수 있으며, 안정적인 밀폐구조를 적용하여 액화수소를 냉각하거나 또는, 수소 충전기나 수소 자동차에 공급하는 과정에서 외부 누출을 안정적으로 방지하여 재해를 예방할 수 있는 액화수소 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기는, 열교환을 위한 열매체가 충진되는 열교환실과, 상기 열교환실에서 액화수소를 열매체와 열교환되도록 순환시켜 열교환 시간을 증대시키는 적어도 하나 이상의 순환부 및 상기 순환부를 순환하여 기화된 수소가스를 배출하는 배출부를 포함하는 열교환부를 포함한다.

그리고, 상기 열교환부는, 내부에 상기 열교환실이 형성되고, 일측과 타측이 각각 개방된 제1 본체부; 상기 제1 본체부의 일측 개방된 부분에 배치되고, 상기 순환부들 중 적어도 어느 하나 이상에 액화수소를 분배 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 제1 분배채널이 형성된 제1 분배챔버; 상기 제1 본체부의 타측 개방된 부분에 배치되며, 상기 순환부들 중 적어도 어느 하나 이상에 액화수소를 분배 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 제2 분배채널 및 순환을 마친 수소가스를 상기 배출부로 최종적으로 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 제1 배출채널이 형성된 제2 분배챔버; 상기 제1 분배챔버 상에서 상기 제1 분배채널을 복수개로 구획하여, 상기 제2 분배챔버 측으로 액화수소를 이송시키기 위한 적어도 하나 이상의 제1 이송영역 및 상기 제2 분배챔버 측에서 되돌아 오는 액화수소를 상기 제1 이송영역으로 전달하는 적어도 하나 이상의 제1 전달영역을 각각 형성시키는 제1 구획부; 및 상기 제2 분배챔버 상에서 상기 제2 분배채널을 복수개로 구획하여, 상기 제1 분배채널 측으로 액화수소를 이송시키기 위한 적어도 하나 이상의 제2 이송영역과, 상기 제1 분배챔버 측에서 되돌아 오는 액화수소를 상기 제2 이송영역으로 전달하는 적어도 하나 이상의 제2 전달영역 및 상기 제1 배출채널 상에 제1 배출영역을 각각 형성시키는 제2 구획부를 포함하고, 상기 순환부는 상기 제1 분배챔버와 제2 분배챔버의 사이에서 서로 일정간격 이격되도록 배치되고, 양측이 상기 제1 분배채널과 제2 분배채널에 각각 결합되어 액화수소의 순환 경로를 제공한다.

또한, 상기 제1 구획부는, 상기 제1 분배챔버의 일측면에 결합되는 제1 틀부; 및 상기 제1 틀부의 내부공간을 일정패턴으로 구획하여 상기 제1 분배채널을 상기 제1 이송영역 및 제1 전달영역으로 분할하는 복수개의 제1 구획바를 포함하며, 상기 제1 구획바 중 선택되는 어느 하나에는 액화수소를 상기 제1 전달영역에서 상기 제1 이송영역으로 통과시키기 위한 적어도 하나 이상의 제1 통과홀이 형성된 제1 구획수단을 포함한다.

그리고, 상기 제2 구획부는, 상기 제2 분배챔버의 일측면에 결합되는 제2 틀부; 및 상기 제2 틀부의 내부공간을 일정패턴으로 구획하여 상기 제2 분배채널을 상기 제2 이송영역과, 제2 전달영역 및 제1 배출영역으로 분할하는 복수개의 제2 구획바를 포함하며, 상기 제2 구획바 중 선택되는 어느 하나에는 액화수소를 상기 제2 전달영역에서 상기 제2 이송영역으로 통과시키기 위한 적어도 하나 이상의 제2 통과홀이 형성된 제2 구획수단을 포함한다.

또한, 상기 제1 분배챔버의 일측면에 결합되어, 상기 액화수소의 누출을 방지하며, 상기 제1 구획부의 일정영역이 수용되는 수용홈을 포함하여 그 내면이 상기 제1 분배챔버와 소정간격 이격되는 공급캡; 및 상기 공급캡에 결합되고, 어느 하나의 제1 이송영역으로 액화수소를 공급하기 위한 공급부를 더 포함한다.

그리고, 상기 배출부로부터 수소가스를 공급받아 열매체와 열교환되도록 순환시키며, 상기 열교환부보다 높은 온도에서 수소가스를 열교환시키는 제1 부가 열교환부를 더 포함하고, 상기 제1 부가 열교환부는, 상기 배출부에 결합되고, 상기 배출부로부터 공급된 수소가스를 통과시키는 통공이 형성된 제1 연결부; 상기 제1 연결부에 결합되고, 내부에 상기 통공을 통해 유입되는 수소가스가 순환하는 순환실이 형성된 제2 본체부; 상기 제2 본체부의 순환실에서 상기 제1 연결부에 결합되고, 상기 통공을 통과한 수소가스를 확산시켜 통과시키도록 상기 통공보다 큰 직경을 갖는 확산통공이 형성된 통과가이드; 상기 순환실에 배치되고, 일측이 상기 통과가이드와 연결되며, 내부에 상기 확산통공을 통과한 수소가스를 이송시키는 제1 이송실이 형성되고, 타측에 상기 제1 이송실의 끝부분으로 이송된 수소가스를 배출시키는 적어도 하나 이상의 제1 배출홀이 형성된 제1 이송관; 내부에 상기 제1 이송관이 수용되며, 상기 제1 배출홀을 통해 배출된 수소가스를 이송시키는 제2 이송실이 형성되고, 상기 통과가이드와 마주하는 일측에 제2 이송실의 끝부분으로 이송된 수소가스를 상기 제2 본체부의 순환실로 배출시키는 적어도 하나 이상의 제2 배출홀이 형성된 제2 이송관; 상기 제2 이송관을 감싸는 형태로 배치되고, 내부에 상기 제1 이송실과 제2 이송실 및 순환실에 위치한 수소가스를 열교환시키기 위한 열매체가 저장되는 통로가 형성되며, 일측과 타측에 열매체 주입구 및 열매체 배출구가 각각 형성된 코일형 냉각부; 및 상기 제1 연결부와 대향되는 형태로 상기 제2 본체부에 결합되고, 상기 제2 이송관에서 순환실로 배출된 수소가스를 배출하는 제1 부가 배출부를 포함한다.

또한, 상기 제1 부가 배출부로부터 수소가스를 공급받아 열매체와 열교환되도록 순환시키며, 상기 제1 부가 열교환부보다 높은 온도에서 수소가스를 열교환시키는 제2 부가 열교환부를 더 포함하고, 상기 제2 부가 열교환부는, 상기 제1 부가 배출부에 결합되고, 상기 제1 부가 배출부에서 배출되는 수소가스를 통과시키는 통공이 형성된 제2 연결부; 상기 제2 연결부의 통공을 통과한 수소가스의 열교환이 이루어지도록 열매체가 충진되는 열교환실이 내부에 형성되고, 일측과 타측이 각각 개방된 제3 본체부; 상기 제3 본체부의 일측 개방된 부분에서 상기 제1 부가 배출부와 결합되고, 수소가스를 분배 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 제3 분배채널이 형성된 제3 분배챔버; 상기 제3 본체부의 타측 개방된 부분에 배치되며, 수소가스를 분배 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 제4 분배채널 및 순환을 마친 수소가스를 최종적으로 배출하기 위한 적어도 하나 이상의 제2 배출채널이 형성된 제4 분배챔버; 상기 제3 분배챔버와 제4 분배챔버의 사이에서 서로 일정간격 이격되도록 배치되고, 일측이 상기 제3 분배채널에 각각 결합되고, 타측은 제4 분배채널 및 제2 배출채널에 각각 결합되어 수소가스의 순환 경로를 제공하는 복수개의 부가 순환부; 상기 제3 분배챔버 상에서 상기 제3 분배채널을 복수개로 구획하여, 상기 제4 분배챔버 측으로 수소가스를 이송시키기 위한 적어도 하나 이상의 제3 이송영역 및 상기 제4 분배챔버 측에서 되돌아 오는 수소가스를 상기 제3 이송영역으로 전달하는 적어도 하나 이상의 제3 전달영역을 각각 형성시키는 제3 구획부; 상기 제4 분배챔버 상에서 상기 제4 분배채널을 복수개로 구획하여, 상기 제3 분배채널 측으로 수소가스를 이송시키기 위한 적어도 하나 이상의 제4 이송영역과, 상기 제3 분배챔버 측에서 되돌아 오는 수소가스를 상기 제4 이송영역으로 전달하는 적어도 하나 이상의 제4 전달영역 및 상기 제2 배출채널 상에 제2 배출영역을 각각 구획되게 형성시키는 제4 구획부; 및 상기 제2 연결부와 대향되는 형태로 상기 제3 본체부에 결합되고, 상기 제4 분배채널의 제2 배출영역을 통해 배출된 수소가스를 공급원으로 배출하는 제2 부가 배출부를 포함한다.

그리고, 상기 제3 구획부는, 상기 제3 분배챔버의 일측면에 결합되는 제3 틀부; 및 상기 제3 틀부의 내부공간을 일정패턴으로 구획하여 상기 제3 분배채널을 상기 제3 이송영역 및 제3 전달영역으로 분할하는 복수개의 제3 구획바를 포함하며, 상기 제3 구획바 중 선택되는 어느 하나에는 수소가스를 상기 제3 전달영역에서 상기 제3 이송영역으로 통과시키기 위한 적어도 하나 이상의 제3 통과홀이 형성된 제3 구획수단을 포함한다.

또한, 상기 제4 구획부는, 상기 제4 분배챔버의 일측면에 결합되는 제4 틀부; 및 상기 제4 틀부의 내부공간을 일정패턴으로 구획하여 상기 제4 분배채널을 상기 제4 이송영역과, 제4 전달영역 및 제2 배출영역으로 분할하는 복수개의 제4 구획바를 포함하며, 상기 제4 구획바 중 선택되는 어느 하나에는 수소수소를 상기 제4 전달영역에서 상기 제4 이송영역으로 통과시키기 위한 적어도 하나 이상의 제4 통과홀이 형성된 제4 구획수단을 포함한다.

그리고, 상기 제1 본체부 및 제3 본체부의 외면을 각각 감싸는 형태로 배치되고, 내부에 상기 제1 본체부 및 제3 본체부를 냉각시키기 위한 열매체가 이송하는 통로가 형성되며, 양측에 부가 열매체 주입구 및 부가 열매체 배출구가 각각 형성된 부가 코일형 냉각부를 더 포함한다.

또한, 상기 순환부 및 부가 순환부를 각각 감싸는 형태로 배치되며, 상기 열교환실에 충진되는 열매체를 열원으로 하여 상기 순환부 및 부가 순환부를 각각 냉각시키는 냉각코일을 더 포함한다.

그리고, 상기 제1 분배챔버와 제2 분배챔버의 사이 및 상기 제3 분배챔버와 제4 분배챔버의 사이에 각각 적어도 하나 이상으로 배치되고, 상기 냉각코일이 각각 관통하는 복수개의 관통홀이 일정간격으로 형성된 칸막이를 더 포함하고, 상기 칸막이는 상기 제1 본체부 및 제3 본체부의 높이방향 중앙부분을 기준으로 그 하층부에 위치된 냉각코일들에만 적용되며, 서로 수평방향으로 이격되도록 배치되는 복수개의 제1 칸막이 및 상기 제1 본체부 및 제2 본체부의 중앙부분을 기준으로 그 상층부에 위치된 냉각코일들에만 적용되고, 서로 수평방향으로 이격되도록 배치되는 복수개의 제2 칸막이로 분할되며, 상기 제1 칸막이와 제2 칸막이는 서로 상이한 간격으로 배치되며, 상기 제1 칸막이들과 제2 칸막이들은 그 하측 일정영역과 상측 일정영역이 서로 수평선상에 위치되도록 배치되어, 상기 열교환실에 충진된 열매체는 상기 제1 칸막이들과 제2 칸막이들의 사이 공간에서 반복적으로 상승 및 하강되면서 상기 수소가스를 냉각시킨다.

본 발명에 따른 액화수소 열교환기는, 액화수소를 열매체 상에서 다중경로로 순환시켜 충분히 냉각함으로써, 액화수소를 완벽하게 기화시킬 수 있으며, 기화된 수소가스를 적어도 하나 이상의 순환실과 열교환실로 순차적으로 이송시켜가면서 열매체와 추가로 열교환시켜 기화시킬 수 있으며, 다른 순환실과 열교환실로 이송될 때마다 점진적으로 높은 영하의 온도로 냉각시키는 방식을 채용함으로써, 안정된 환경에서 수소가스를 냉각할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 기화된 수소가스를 순환실과 열교환실에서 추가로 냉각할 때에도 수소가스를 열매체 상에서 다중경로로 순환시켜 충분히 열교환한 이후에 수소자동차나 수소충전기에 공급할 수 있으며, 안정적인 밀폐구조를 적용하여 액화수소를 냉각하거나 또는, 수소 충전기나 수소 자동차에 공급하는 과정에서 외부 누출을 안정적으로 방지하여 재해를 예방할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기를 도시한 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기에 적용된 제1 분배챔버와, 제2 분배챔버와, 제3 분배챔버 및 제4 분배챔버를 도시한 정면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기에 적용된 제1 부가 열교환부를 도시한 단면 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기를 도시한 결합 단면도.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기를 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기에 적용된 제1 분배챔버와, 제2 분배챔버와, 제3 분배챔버 및 제4 분배챔버를 도시한 정면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기에 적용된 제1 부가 열교환부를 도시한 단면 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기를 도시한 결합 단면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기(1)는, 액화수소를 열매체 상에서 다중경로로 순환시켜 충분히 냉각하여 기화할 수 있고, 액화수소 또는 기회된 수소가스를 복수의 독립된 공간을 따라 순차적으로 이송시켜가면서 점진적으로 높아지는 온도로 냉각시키는 방식을 채용함으로써, 안정된 환경에서 수소가스의 냉각이 이루어지도록 할 수 있는 제품이다.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기(1)는, 열교환부(10)와, 공급캡(20)과, 공급부(30)와, 냉각코일(70)과, 칸막이와, 제1 부가 열교환부(40) 및 제2 부가 열교환부(50) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

열교환부(10)는 액화수소를 열매체와 열교환 이루어지도록 함에 있어, 액화수소를 다중경로로 순환시켜 열교환 시간을 증대시키는 구성이다.

이를 위해 열교환부(10)는 제1 본체부(11)와, 제1 분배챔버(12)와, 제2 분배챔버(13)와, 순환부(14)와, 제1 구획부(15)와, 제2 구획부(16) 및 배출부(17) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

제1 본체부(11)는 도 4를 기준으로 좌측과 우측이 각각 개방되고 내부에 빈 공간이 형성된 통 형상으로 형성될 수 있다.

이때, 제1 본체부(11)는 원통, 다각형 단면 형상의 통 등 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 도면에는 원통 형상으로 형성된 예를 도시하였다.

제1 본체부(11)의 내부 빈 공간은 액화수소의 열교환이 이루어지도록 열매체가 충진되는 열교환실로 사용된다.

제1 본체부(11)에는 액화수소를 냉각시키기 위한 열매체가 주입되는 주입구(11a) 및 열매체를 배출하기 위한 배출구(11b)가 각각 형성된다.

주입구(11a) 및 배출구(11b)는 각각 제1 마개(미도시) 및 제2 마개(미도시)에 의해 개폐될 수 있다.

주입구(11a) 및 배출구(11b)의 외주연에는 나선이 각각 형성되고, 제1 마개 및 제2 마개의 내주연에는 나선홈이 각각 형성된다.

따라서, 제1 마개는 주입구(11a)에 나선결합되고, 제2 마개는 배출구(11b)에 나선결합된다.

주입구(11a)를 개방하고, 배출구(11b)를 제2 마개로 폐쇄한 상태에서 주입구(11a)를 통해 열교환실에 열매체를 충전한 후, 제1 마개로 주입구(11a)를 폐쇄한 다음, 후술되는 순환부(14)를 통해 순환되는 액화수소를 냉각시키면 된다.

그리고, 열매체를 통한 액화수소의 열교환이 완료되면 제2 마개를 개방하여 열매체를 배출하면 된다.

이때, 열매체는 냉기, 냉매, 열매체유 등 액화수소를 약 -70℃로 냉각시킬 수 있는 다양한 냉각용 물질 중 어느 하나로 적용될 수 있다.

그리고, 제1 본체부(11)는 열손실이 적고 열차단력이 우수한 재질이나 열전도성이 적은 재질로 형성될 수 있다.

한편, 제1 분배챔버(12)는 후술되는 제1 구획부(15)와 상호작용에 의해 외부 공급원으로부터 공급되는 액화수소(기화된 수소가스도 포함)를 여러 경로로 분배하여 순환부(14)에 공급하면서 후술되는 제2 분배챔버(13) 측으로 갔다가 되돌아오는 액화수소를 다시 제2 분배챔버(13)로 이송시켜 열교환이 이루어지도록 한 다음, 순환을 마친 수소가스를 배출부(17)로 최종적으로 배출하여 제1 부가 열교환부(40)에 공급하는 구성이다.

이를 위해 제1 분배챔버(12)는 제1 챔버 본체부(121) 및 제1 플랜지부(122)를 포함한다.

제1 챔버 본체부(121)는 대략 원판 형상으로 형성될 수 있다. 제1 챔버 본체부(121)는 전방으로 돌출되어 제1 본체부(11)의 좌측 개방된 부분을 통해 열교환실에 소정 깊이 삽입되는 제1 돌출부(1211)를 포함한다.

제1 돌출부(1211)는 제1 챔버 본체부(121)에 일체로 구성되며, 원판 형상으로 형성될 수 있다.

제1 돌출부(1211)의 둘레면에는 기밀유지를 위한 제1 메탈링(100)이 장착되는 제1 메탈링장착홈(1211a)이 형성된다.

이러한 제1 챔버 본체부(121)에는 액화수소를 분배하여 순환시키기 위한 적어도 하나 이상의 제1 분배채널(12a)이 형성된다.

제1 분배채널(12a)은 제1 챔버 본체부(121) 및 제1 돌출부(1211)를 공동으로 타공함으로서 형성되는 홀이며, 후술되는 제1 구획부(15)에 의해 서로 독립된 공간에 위치되도록 구획된다.

제1 분배채널(12a)은 다수개로 적용되어 서로 일정간격 이격되도록 배치된다.

제1 분배채널(12a)은 후술되는 제1 구획부(15)에 의해 일정패턴으로 여러 구역으로 구획되어, 그 일부는 액화수소를 제2 분배챔버(13)에 이송시키는 용도로 사용되고, 다른 일부는 제2 분배챔버(13) 측으로 갔다가 되돌아오는 액화수소를 다시 제2 분배챔버(13)로 이송시키는 용도로 사용되며, 또 다른 일부는 열교환, 즉 냉각에 의해 기회된 수소가스를 제1 부가 열교환부(40) 측으로 배출하는 용도로 사용된다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기(1)는 제1 부가 열교환부(40) 및 제2 부가 열교환부(50)가 생략된 열교환부(10)의 단일 구성만 포함할 수 있으며, 이 경우 열교환부(10)를 통해 액화수소를 냉각하여 기화 시킨 다음, 전술한 또 다른 일부 영역을 통해 냉각에 의해 기화된 수소가스를 수소자동차 또는 수소충전기와 같은 공급원으로 배출하면 된다.

한편, 제1 플랜지부(122)는 제1 챔버 본체부(121)의 가장자리를 영역을 형성하는 구성이다.

제1 플랜지부(122)는 제1 챔버 본체부(121)와 일체로 형성되며, 후술되는 공급캡(20)과 볼트 및 너트 결합을 위한 복수개의 결합홀이 형성된다.

아울러, 제1 플랜지부(122) 중 후술되는 공급캡(20)과 마주하는 면에는 기밀 유지를 위한 제2 메탈링(110)이 장착되는 제2 메탈링장착홈(122a)이 형성된다.

한편, 제2 분배챔버(13)는 후술되는 제2 구획부(16)와 상호작용에 제1 분배챔버(12) 및 순환부(14)를 통해 이송되어 온 액화수소(기화된 수소가스도 포함)를 여러 경로로 분배하여 다시 순환부(14)에 공급하면서 전술한 제1 분배챔버(12) 측으로 갔다가 되돌아오는 액화수소를 다시 제1 분배챔버(12)로 이송시켜 열교환이 이루어지도록 한 다음, 최종적으로 배출부(17)로 배출하는 구성이다.

이를 위해 제2 분배챔버(13)는 제2 챔버 본체부(131) 및 제2 플랜지부(132)를 포함한다.

제2 챔버 본체부(131)는 대략 원판 형상으로 형성될 수 있다. 제2 챔버 본체부(131)는 전방으로 돌출되어 제1 본체부(11)의 우측 개방된 부분을 통해 열교환실에 소정 깊이 삽입되는 제2 돌출부(1311)를 포함한다.

제2 돌출부(1311)는 제2 챔버 본체부(131)에 일체로 구성되며, 원판 형상으로 형성될 수 있다.

제2 돌출부(1311)의 둘레면에는 기밀유지를 위한 제3 메탈링(120)이 장착되는 제3 메탈링장착홈(1311a)이 형성된다.

이러한 제2 챔버 본체부(131)에는 액화수소를 분배하여 순환시키기 위한 적어도 하나 이상의 제2 분배채널(13a) 및 순환부(14)를 통해 순환을 마친 기화된 수소가스를 배출부(17)로 최종적으로 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 제1 배출채널(13b)이 형성된다.

제2 분배채널(13a) 및 제1 배출채널(13b)은 제2 챔버 본체부(131) 및 제2 돌출부(1311)를 공동으로 타공함으로서 형성되는 홀이며, 후술되는 제2 구획부(16)에 의해 서로 독립된 공간에 위치되도록 구획된다.

이때, 제2 분배채널(13a)인 홀들 및 제1 배출채널(13b)인 홀들을 합산한 총 개수는 제1 분배채널(12a)인 홀들을 합산한 수와 동일하게 형성된다.

그리고, 제1 분배채널(12a) 중 일부는 제2 분배채널(13a)과 각각 1:1 대향되며, 제1 분배채널(12a)의 다른 일부는 제1 배출채널(13b)과 1:1 대향되도록 배치된다.

제2 분배채널(13a) 및 제1 배출채널(13b)은 다수개로 적용되며, 후술되는 제2 구획부(16)에 의해 일정패턴으로 복수 구획된다.

제2 분배채널(13a)들 중 일부는 액화수소를 제1 분배챔버(12)에 이송시키는 용도로 사용되고, 나머지는 제1 분배챔버(12) 측으로 갔다가 되돌아오는 액화수소를 다시 제1 분배챔버(12)로 이송시키는 용도로 사용된다.

그리고, 제1 배출채널(13b)은 제2 분배채널(13a) 측에서 순환을 마친 수소가스를 제1 부가 열교환부(40)로 이송시키는 용도로 사용된다.

이때, 제2 분배챔버(13)는 전술한 제1 분배챔버(12)와 동일한 형상으로 형성되는 바, 제1 분배챔버(12)와 제2 분배챔버(13)의 기능은 서로 바뀔 수 있다.

이에 대해서는 아래에서 자세히 설명하기로 한다.

한편, 제2 플랜지부(132)는 제2 챔버 본체부(131)의 가장자리를 영역을 형성하는 구성이다.

제2 플랜지부(132)는 제2 챔버 본체부(131)와 일체로 형성되며, 배출부(17)와 볼트 및 너트 결합을 위한 복수개의 결합홀이 형성된다.

아울러, 제2 플랜지부(132) 중 후술되는 배출부(17)와 마주하는 면에는 기밀 유지를 위한 제4 메탈링(130)이 장착되는 제4 메탈링장착홈(132a)이 형성된다.

한편, 순환부(14)는 액화수소의 다중 냉각 순환 경로를 제공하여 기화되도록 하는 구성이다.

순환부(14)는 복수개로 적용되어 제1 분배챔버(12)와 제2 분배챔버(13)의 사이에 서로 일정간격 이격되도록 배치되어 액화수소를 반복적으로 순환시킨다.

그리고, 액화수소는 순환부(14)를 따라 순환하는 과정에서 열교환실에 충진되는 열매체에 의해 일정온도로 냉각되어 기화된다.

이때, 제1 본체부(11)의 열교환실에 충진되는 열매체는 액화수소를 약 -70℃로 냉각하여 기화시킬 수 있다.

순환부(14)는 제1 분배채널(12a)과 동일한 개수로 적용된다.

이때, 전술한 바와 같이, 제1 분배채널(12a)의 총 개수는 제2 분배채널(13a)과 제1 배출채널(13b)을 합산한 총 개수와 동일함으로, 순환부(14)는 제2 분배채널(13a)과 제1 배출채널(13b)을 합산한 총 개수와 동일한 개수로 적용된다.

순환부(14)들 중 일정량은 일측이 제1 분배채널(12a)에 각각 삽입되어 고정되고, 타측은 제2 분배채널(13a)에 각각 삽입되어 고정된다.

그리고, 나머지 순환부(14)들은 일측이 나머지 제1 분배채널(12a)에 각각 삽입되어 고정되고, 타측은 제1 배출채널(13b)에 각각 삽입되어 고정된다.

이때, 순환부(14)의 양측은 제1 챔버 본체부(121) 및 제2 챔버 본체부(131)로부터 소정길이 돌출되어 후술되는 공급캡(20) 및 배출부(17)의 수용홈에 각각 수용될 수 있다.

이러한 순환부(14)들 중 일부는 한다발을 이루어 액화수소를 제1 분배챔버(12)에서 제2 분배챔버(13)로 이송시키는 용도로 사용되고, 다른 일부는 한다발을 이루어 액화수소를 제2 분배챔버(13)에서 제1 분배챔버(12)로 이송하는 용도로 사용되며, 또 다른 일부는 한다발을 이루어 기화된 수소가스를 제1 부가 열교환부(40)로 배출하는 용도로 사용된다.

이상 설명한 순환부(14)들에는 냉각코일(70)이 각각 적용된다.

냉각코일(70)은 순환부(14)와 동일한 개수로 적용된다.

따라서, 냉각코일(70)은 순환부(14)를 각각 감싸면서 제1 챔버 본체부(121) 및 제2 챔버 본체부(131)의 사이에 배치된다.

냉각코일(70)은 내면이 순환부(14)의 외면에 접촉되도록 장착되거나 또는, 내면이 순환부(14)의 외면에 이격되도록 장착될 수 있다.

냉각코일(70)은 열전도성이 우수하고, 쉽게 냉각될 수 있는 금속재질로 형성된다.

냉각코일(70)은 열교환실에 충진되는 열매체에 의해 냉각되어, 냉기를 순환부(14)에 전달함에 따라 액화수소의 냉각효율을 향상시킨다.

나아가, 냉각코일(70)의 내면과 순환부(14)의 외면 사이에 냉기가 가둬지게 되며, 이 냉기가 순환부(14)에 집중됨으로 액화수소의 냉각율을 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 냉각코일(70)들에는 칸막이가 적용된다.

칸막이는 복수개로 적용되어 제1 돌출부(1211)와 제2 돌출부(1311)의 사이 공간에서 서로 일정간격 이격되도록 배치된다.

칸막이의 테두리는 제1 본체부(11)의 내면에 단순 접촉되거나 또는, 고정될 수 있다.

일 예로 칸막이는 부채꼴 형상, 곡선형상, 반원형 형상 중 선택되는 어느 하나의 형상으로 형성될 수 있다.

칸막이는 제1 칸막이(80) 및 제2 칸막이(90)로 분할형성 된다.

제1 칸막이(80) 및 제2 칸막이(90)는 동일한 형상으로 형성될 수 있다.

도 4을 기준으로, 제1 칸막이(80)는 제1 본체부(11)의 열교환실 높이 방향의 중앙부분을 기준으로 그 상층부에 위치된 냉각코일(70)들에만 적용되며, 서로 수평방향으로 이격되도록 배치된다.

제1 칸막이(80) 및 제2 칸막이(90)에는 냉각코일(70)들이 각각 관통하는 복수개의 관통홀이 일정간격으로 형성된다.

제2 칸막이(90)는 제1 본체부(11)의 열교환실 높이 방향의 중앙부분을 기준으로 그 하층부에 위치된 냉각코일(70)들에만 적용되고, 서로 수평방향으로 이격되도록 배치된다.

이때, 제1 칸막이(80) 및 제2 칸막이(90)는 서로 동일한 형상으로 형성되되, 서로 배치되는 위치만 상층부와 하층부로 나뉜다.

그리고, 제1 칸막이(80) 및 제2 칸막이(90)는 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 상이한 간격으로 배치되어, 제1 본체부(11)의 열교환실에서 상,하 방향으로 서로 지그재그 형태로 배치된다.

나아가, 제1 칸막이(80)들과 제2 칸막이(90)들은 그 하측 일정영역과 상측 일정영역이 각각 서로 수평선상에 위치되도록 배치된다.

따라서, 주입구(11a)를 통해 열교환실에 열매체를 주입하면, 열매체가 제1 칸막이(80)들과 제2 칸막이(90)들의 사이 공간을 따라 반복적으로 상승 및 하강되면서 순환부(14)를 따라 순환되는 액화수소를 충분히 냉각시키게 된다.

한편, 제1 구획부(15)는 제1 분배챔버(12)에 상에서 제1 분배채널(12a)을 복수개로 구획하여 제2 분배챔버(13) 측으로 액화수소를 이송시키기 위한 적어도 하나 이상의 제1 이송영역(12b) 및 제2 분배챔버(13)로 이송됐다가 되돌아 오는 액화수소를 다른 제1 이송영역(12b)으로 전달하는 적어도 하나 이상의 제1 전달영역(12c)으로 분할시키는 구성이다.

이를 위해 제1 구획부(15)는 제1 틀부(151)와, 제1 구획수단을 포함할 수 있다.

제1 틀부(151)는 대략 원형 링 형상으로 형성될 수 있다.

제1 틀부(151)는 제1 챔버 본체부(121)의 후면에 결합되어 공급캡(20)의 내면에 접촉되거나 또는, 공급캡(20)의 내면과 소정간격 이격된다.

이때, 제1 틀부(151)는 제1 챔버 본체부(121)의 중심점을 기준을 전술한 제2 메탈링장착홈(122a)보다 안쪽에 배치된다.

제1 구획수단은 제1 틀부(151)의 내부공간 공간을 일정패턴으로 구획하여 제1 분배채널(12a)을 2개의 제1 이송영역(12b) 및 1개의 제1 전달영역(12c)으로 분할하는 복수개의 제1 구획바(152)를 포함한다.

이때, 각각의 제1 구획바(152)는 일단이 제1 틀부(151)의 내측면에 연결되고, 타단은 제1 틀부(151)의 내부공간 중심점에서 서로 연결된다.

1개의 제1 이송영역(12b)은 공급캡(20)으로부터 주입된 액화수소를 제2 분배챔버(13) 측으로 이송시키는 용도로 사용되고, 제1 전달영역(12c)은 제2 분배챔버(13) 측에서 되돌아오는 액화수소나 수소가스를 다른 1개의 제1 이송영역(12b)으로 전달하는 용도로 사용되며, 전술한 다른 1개의 제1 이송영역(12b)은 액화수소나 수소가스를 다시 제2 분배챔버(13) 측으로 이송시키는 용도로 사용된다.

부가적으로, 제1 구획바(152) 중 선택되는 어느 하나에는 제2 분배챔버(13)로 이송됐다가 되돌아오는 액화수소나 이 액화수소가 기화된 수소가스를 다른 제1 이송영역(12b)으로 통과시키기 위한 적어도 하나 이상의 제1 통과홀(152a)이 형성된다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기(1)에서 제1 통과홀(152a)은 제2 분배챔버(13)로 이송됐다가 되돌아오는 액화수소나 수소가스를 제1 전달영역(12c)에서 다른 제1 이송영역(12b)으로 통과시킬 수 있도록 자리배치 된다.

부가적으로, 제1 틀부(151) 및 제1 구획바(152)는 공급캡(20)의 내측면과 마주하는 일측면이 단차지게 형성된다.

제1 틀부(151) 및 제1 구획바(152)의 단차진 부분은 양단이 서로 연결되어 하나의 제1 단턱(15a)을 형성하게 된다.

이때, 제1 틀부(151) 및 제1 구획바(152)의 조합에 의해 제1 단턱(15a)은 대략 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 제1 구획바(152)가 3개로 적용됨으로, 제1 구획부(15) 상에는 3개의 제1 단턱(15a)이 형성된다.

아울러, 제1 단턱(15a)은 제1 이송영역(12b) 및 제1 전달영역(12c) 상에 각각 배치된다.

그리고, 제1 단턱(15a)에는 기밀유지를 위한 제1 패킹(140)이 각각 적용된다.

제1 패킹(140)은 제1 단턱(15a)의 형상과 대응되게 대략 부채꼴 형상으로 형성된다. 이러한 제1 패킹(140)은 액화수소나 수소가스가 제1 이송영역(12b) 및 제1 전달영역(12c)을 통과하면서 순환부(14)를 따라 반복적으로 순환하는 과정에서 공급캡(20)의 수용홈으로 새어나가는 것을 방지한다.

즉, 제1 패킹(140)들은 액화수소나 수소가스가 제1 분배챔버(12)와, 순환부(14) 및 제2 분배챔버(13) 상에서만 반복적으로 순환되어 냉각된 다음, 제1 부가 열교환부(40)에 공급되도록 하는 것이다.

배출부(17)는 제2 플랜지부(132)에 볼트 및 너트나 피스를 통해 결합되어, 순환되는 액화수소나 수소가스의 누출을 방지한다.

배출부(17) 중 제2 분배챔버(13)와 마주하는 면에는 제2 틀부(161)와, 제2 구획바(162)가 수용되는 수용홈이 형성된다.

이때, 배출부(17)는 내벽면이 제2 틀부(161)의 외벽면을 감싸는 형태로 결합된다.

그리고, 수용홈에 제2 틀부(161) 및 제2 구획바(162)가 수용됨으로 인해 배출부(17)의 내면은 제2 챔버 본체부(131)와 소정간격 이격된다.

이와 같이 배출부(17)와 제2 챔버 본체부(131)의 사이에 공간을 확보함에 따라, 수소가스가 원활하게 순환되도록 할 수 있고, 배출부(17) 측으로 액화가스를 주입할 경우, 어느 하나의 제2 이송영역(13c) 상에서 제2 분배채널(13a)인 홀들을 통해 순환부(14)들로 원활하게 공급되도록 할 수 있다.

그리고, 배출부(17)에는 제1 분배챔버(12)와, 제2 분배챔버(13) 및 순환부(14)를 통해 순환을 마쳐 기화된 수소가스를 제1 부가 열교환부(40)로 배출하기 위한 배출홀(17b)이 형성된다.

한편, 제2 구획부(16)는 제2 분배챔버(13)에 상에서 제2 분배채널(13a)을 복수개로 구획하여, 제1 분배챔버(12) 측으로 액화수소나 수소가스를 이송시키기 위한 적어도 하나 이상의 제2 이송영역(13c)과, 제1 분배챔버(12)로 이송됐다가 되돌아 오는 액화수소나 수소가스를 다른 제2 이송영역(13c)으로 전달하는 적어도 하나 이상의 제2 전달영역(13d) 및 전술한 배출채널 상에 제1 배출영역(13e)으로 분할시키는 구성이다.

이를 위해 제2 구획부(16)는 제2 틀부(161) 및 제2 구획수단을 포함할 수 있다.

이때, 제2 구획부(16)는 전술한 제1 구획부(15)와 동일한 형상으로 형성되는 바, 제1 부가 열교환부(40) 및 제2 부가 열교환부(50)를 생략하고 열교환부(10)만으로 액화수소를 열교환하여 기화된 수소가스를 생산하기 위해 제1 분배챔버(12)와 제2 분배챔버(13)의 기능을 서로 바꿀 때, 즉 제2 분배챔버(13) 측으로 액화수소를 주입하고, 기화된 수소가스를 제1 분배챔버(12) 측으로 배출하여 수소자동차나 수소충전기에 공급할 시 제1 구획부(15)와 제2 구획부(16)의 기능도 같이 바뀔 수 있다.

이에 대해서도 아래에서 자세히 설명하기로 한다.

제2 틀부(161)는 대략 원형 링 형상으로 형성될 수 있다.

제2 틀부(161)는 제2 챔버 본체부(131)의 후면에 결합되어 배출부(17)의 내면에 접촉되거나 또는, 배출부(17)의 내면과 소정간격 이격된다.

이때, 제2 틀부(161)는 제2 챔버 본체부(131)의 중심점을 기준을 전술한 제4 메탈링장착홈(132a)보다 안쪽에 배치된다.

부가적으로, 도 1에는 제2 틀부(161)가 배출부(17)의 내부에 배치된 예를 도시하였으나, 이는 도면의 각도상 제2 분배챔버(13)에 의해 제2 틀부(161)가 가려지는 관계로 제2 틀부(161)가 배출부(17)의 내부에 배치된 상태로 도시하였다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 제1 틀부(151)가 제1 챔버 본체부(121)의 후면에 배치되어 공급캡(20)의 내면과 마주하는 것과 동일하게 제2 틀부(161)도 제2 챔버 본체부(131)의 후면에 배치되어 배출부(17)의 내면과 마주한다.

제2 구획수단은 제2 틀부(161)의 내부공간 공간을 일정패턴으로 구획하여 제2 분배채널(13a)을 1개의 제2 이송영역(13c)과, 1개의 제2 전달영역(13d) 및 1개의 제1 배출영역(13e)으로 분할하는 복수개의 제2 구획바(162)를 포함한다.

이때, 각각의 제2 구획바(162)는 일단이 제2 틀부(161)의 내측면에 연결되고, 타단은 제2 틀부(161)의 내부공간 중심점에서 서로 연결된다.

그리고, 어느 하나의 제1 이송영역(12b)과 제2 전달영역(13d)이 대향되고, 제1 전달영역(12c)과 제2 이송영역(13c)이 대향되며, 다른 하나의 제1 이송영역(12b)과 제1 배출영역(13e)이 대향되도록 배치된다.

따라서, 제2 전달영역(13d)은 제1 분배챔버(12) 측에서 순환부(14)를 통해 이송되어온 액화수소나 수소가스를 제2 이송영역(13c)으로 이송시키는 용도로 사용되고, 제2 이송영역(13c)은 제2 전달영역(13d)에서 이송되어온 액화수소나 수소가스를 순환부(14)를 통해 제1 전달영역(12c)으로 이송시키는 용도로 사용되고, 제1 배출영역(13e)은 제1 분배챔버(12) 측에서 순환부(14)를 통해 이송되어온 기화된 수소가스를 제2 부가 열교환부(50)로 배출시키는 용도로 사용된다.

부가적으로, 제2 구획바(162) 중 선택되는 어느 하나에는 제2 전달영역(13d)의 액화수소나 수소가스를 제2 이송영역(13c)으로 통과시키기 위한 적어도 하나 이상의 제2 통과홀(162a)이 형성된다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기(1)에서 제2 통과홀(162a)은 제2 이송영역(13c) 상의 액화수소나 수소가스를 제2 이송영역(13c)으로 통과시킬 수 있도록 자리배치 된다.

부가적으로, 제2 틀부(161) 및 제2 구획바(162)는 배출부(17)의 내측면과 마주하는 일측면이 단차지게 형성된다.

제2 틀부(161) 및 제2 구획바(162)의 단차진 부분은 양단이 서로 연결되어 하나의 제2 단턱(16a)을 형성하게 된다.

이때, 제2 틀부(161) 및 제2 구획바(162)의 조합에 의해 제2 단턱(16a)은 대략 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 제2 구획바(162)가 3개로 적용됨으로, 제2 구획부(16) 상에는 3개의 제2 단턱(16a)이 형성된다.

아울러, 제2 단턱(16a)은 제2 이송영역(13c)과, 제2 전달영역(13d) 및 제1 배출영역(13e)상에 각각 배치되는 구조를 이룬다.

그리고, 제2 단턱(16a)에는 기밀유지를 위한 제2 패킹(150)이 각각 적용된다.

제2 패킹(150)은 제2 단턱(16a)의 형상과 대응되게 대략 부채꼴 형상으로 형성된다. 이러한 제2 패킹(150)은 액화수소나 수소가스가 제2 이송영역(13c)과, 제2 전달영역(13d) 및 제1 배출영역(13e)을 통과하면서 순환부(14)를 따라 반복적으로 순환하는 과정에서 배출부(17)의 수용홈으로 새어나가는 것을 방지한다.

즉, 제2 패킹(150)들은 액화수소나 수소가스가 제1 분배챔버(12)와, 순환부(14) 및 제2 분배챔버(13) 상에서만 반복적으로 순환되어 냉각된 다음, 제1 부가 열교환부(40)에 공급되도록 하는 것이다.

한편, 공급캡(20)은 제1 플랜지부(122)에 볼트 및 너트나 피스를 통해 결합되어, 순환되는 액화수소의 누출을 방지한다.

공급캡(20) 중 제1 분배챔버(12)와 마주하는 면에는 제1 틀부(151) 및 제1 구획바(152)가 수용되는 수용홈이 형성된다.

이때, 공급캡(20)은 내벽면이 제1 틀부(151)의 외벽면을 감싸는 형태로 결합된다.

그리고, 수용홈에 제1 틀부(151) 및 제1 구획바(152)가 수용됨으로 인해 공급캡(20)의 내면은 제1 챔버 본체부(121)와 소정간격 이격된다.

이와 같이 공급캡(20)과 제1 챔버 본체부(121)의 사이에 공간을 확보함에 따라, 공급부(30)를 통해 주입된 액화수소가 어느 하나의 제1 이송영역(12b) 상에서 제1 분배채널(12a)인 홀들을 통해 순환부(14)들로 원활하게 공급되도록 할 수 있다.

공급부(30)는 공급캡(20)에 관통설치 된다.

이때, 공급캡(20)에는 수용홈과 연결되는 제1 체결홀이 형성되고, 제1 공급부(30)의 외주연에는 제1 체결홀에 체결되는 나선이 길이방향을 따라 형성될 수 있다.

제1 공급부(30)는 액화수소가 통과하도록 중공형 몸체로 형성될 수 있다.

제1 체결홀은 어느 하나의 제1 이송영역(12b)과 마주하도록 배치된다.

따라서, 제1 공급부(30)를 통해 액화수소를 주입하면, 액화수소가 제1 이송영역(12b) 상의 제1 분배채널(12a)인 홀들을 통해 분배되어 해당 순환부(14)들로 각각 공급되어 반복적으로 순환하게 된다.

부가적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기(1)는 온도센서포켓(220)과, 압력센서포켓(230)과, 유량센서포켓(240) 및 벤트(250)포켓을 더 포함할 수 있다.

온도센서포켓(220)과, 압력센서포켓(230)과, 유량센서포켓(240) 및 벤트(250)포켓은 공급캡(20)과 후술되는 제2 부가 배출부(58) 중 적어도 어느 하나 이상에 각각 적용될 수 있다.

이를 위해 온도센서포켓(220)과, 압력센서포켓(230)과, 유량센서포켓(240) 및 벤트(250)포켓에는 외주연에 나선이 형성되고, 공급캡(20) 또는 제2 부가 배출부(58)에는 온도센서포켓(220)과, 압력센서포켓(230)과, 유량센서포켓(240) 및 벤트(250)포켓의 나선이 각각 체결되는 복수개의 부가 체결홀이 더 형성될 수 있다.

그리고, 온도센서포켓(220)에는 온도센서가 장착되고, 압력센서포켓(230)에는 압력센서가 장착되며, 유량센서포켓(240)에는 유량센서가 장착되고, 벤트(250)포켓에는 벤트(250)가 장착된다.

그리고, 온도센서를 통해 주입 또는 배출되는 액화수소의 온도를 측정할 수 있고, 압력센서를 통해 주입되는 액화수소의 압력을 측정할 수 있으며, 유량센서를 통해 주입되는 액화수소의 유량을 측정할 수 있어, 액화수소의 계측 정밀도를 향상시킬 수 있고, 벤트(250)를 통해 수용홈 및 제1 본체부(11)의 열교환실의 압력을 이상적으로 만들어 줄 수 있다.

한편, 제1 부가 열교환부(40)는 배출부(17)로부터 수소가스를 공급받아 열매체와 열교환되도록 순환시키며, 열교환부(10)보다 높은 온도에서 수소가스를 열교환시키는 구성이다.

이를 위해, 제1 부가 열교환부(40)는 제1 연결부(41)와, 제2 본체부(42)와, 통과가이드(43)와, 제1 이송관(44)과, 제2 이송관(45)과, 코일형 냉각부(46) 및 제1 부가 배출부(47) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

제1 연결부(41)는 대략 원판 형상으로 형성될 수 있다.

제1 연결부(41)는 배출부(17)에 볼트 및 너트나 피스를 통해 결합된다.

제1 연결부(41)에는 배출부(17)의 배출홀(17b)과 마주는 영역에 수소가스를 통과시키기 위한 통공(41a)이 형성된다.

즉, 배출부(17)의 배출홀(17b)에서 배출된 수소가스는 통공(41a)을 통과하여 제2 본체부(42)의 순환실로 유입된다.

한편, 제2 본체부(42)는 도 4를 기준으로 좌측과 우측이 각각 개방되고 내부에 빈 공간이 형성된 통 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 제2 본체부(42)의 좌측 개방된 부분에는 제1 연결부(41)가 결합되고, 우측 개방된 부분에는 후술되는 제1 부가 배출부(47)가 결합된다.

이때, 제2 본체부(42)는 원통, 다각형 단면 형상의 통 등 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 도면에는 원통 형상으로 형성된 예를 도시하였다.

제2 본체부(42)의 내부 빈 공간은 수소가스를 순환시키는 순환실로 사용되며, 순환실을 순환하는 수소가스는 후술되는 코일형 냉각부(46)에 충진되는 열매체와 열교환하여 냉각된다.

이때, 전술한 제1 연결부(41)는 일정영역이 제2 본체부(42)의 순환실에 수용된다.

제2 본체부(42)의 일측과 타측에는 코일형 냉각부(46)에 연결되는 제1 부가 주입구(42a) 및 제1 부가 배출구(42b)가 각각 형성된다.

제1 부가 주입구(42a)는 순환실의 수소가스를 냉각시키기 위한 열매체를 코일형 냉각부(46)의 내부에 공급하고, 제1 부가 배출구(42b)는 코일형 냉각부(46) 내의 열매체를 배출한다.

제1 부가 주입구(42a) 및 제1 부가 배출구(42b)는 각각 제3 마개(미도시) 및 제4 마개(미도시)에 의해 개폐될 수 있다.

제1 부가 주입구(42a) 및 제1 부가 배출구(42b)의 외주연에는 나선이 각각 형성되고, 제3 마개 및 제4 마개의 내주연에는 나선홈이 각각 형성된다.

따라서, 제3 마개는 제1 부가 주입구(42a)에 나선결합되고, 제4 마개는 제1 부가 배출구(42b)에 나선결합된다.

제1 부가 주입구(42a)를 개방하고, 제2 부가 배출구(52b)를 제2 마개로 폐쇄한 상태에서 주입구(11a)를 통해 열교환실에 열매체를 충전한 후, 제1 마개로 제1 부가 주입구(42a)를 폐쇄한 다음, 순환실을 순환하는 수소가스를 냉각시키면 된다.

그리고, 열매체를 통한 수소가스의 열교환이 완료되면 제4 마개를 개방하여 열매체를 배출하면 된다.

이때, 열매체는 냉기, 냉매, 열매체유 등 수소가스를 약 -40℃로 냉각시킬 수 있는 다양한 냉각용 물질 중 어느 하나로 적용될 수 있다.

그리고, 제2 본체부(42)는 열손실이 적고 열차단력이 우수한 재질이나 열전도성이 적은 재질로 형성될 수 있다.

한편, 통과가이드(43)는 제2 본체부(42)의 순환실에서 제1 연결부(41)의 내측면에 장착된다.

제1 연결부(41)의 내측면에는 장착홈이 형성되고, 통과가이드(43)의 일측에는 장착홈의 내부에 수용되는 형태로 장착되는 링 형상의 장착부(431)가 형성된다.

통과가이드(43)는 대략 링 형상으로 형성되어, 통공(41a)을 통과한 수소가스를 확산시켜 제1 이송관(44)으로 통과시키도록 통공(41a)보다 큰 직경을 갖도록 확산통공(43a)이 형성된다.

액화수소는 열교환부(10)에서 열교환되면서 부피가 확장되는 바, 통공(41a)보다 큰 직경의 확산통공(43a)을 통해 제1 이송관(44)으로 용이하게 공급할 수 있다.

통과가이드(43)에는 후술되는 제1 이송관(44) 및 제2 이송관(45)이 일정간격 이격되도록 끼움 고정되는 2개의 고정홈이 일정간격으로 형성된다.

2개의 고정홈은 제1 이송관(44) 및 제2 이송관(45)과 동일한 형상으로 형성된다.

도면에는 제1 이송관(44) 및 제2 이송관(45)이 원통 형상으로 형성된 예를 도시하였는바, 2개의 고정홈도 원 형상으로 형성된다.

후술되는 제1 이송관(44) 및 제2 이송관(45)은 서로 직경이 상이하게 형성됨으로 어느 하나의 고정홈은 다른 하나의 고정홈보다 통과가이드(43)의 중심점에 가깝게 형성되고, 다른 하나의 고정홈은 중심점에서 먼 위치에 형성된다.

이때, 통과가이드(43)는 2개로 적용된다.

하나의 통과가이드(43)는 전술한 바와 같이 수소가스를 제1 이송관(44) 방향으로 통과시키는 기능과 더불어 제1 이송관(44) 및 제2 이송관(45)의 일측을 고정하기 위한 용도로 사용되며, 다른 하나의 통과가이드(43)는 후술되는 제1 부가 배출부(47)에 장착된 상태로 제1 이송관(44) 및 제2 이송관(45)의 타측을 고정하기 위한 용도로 사용된다.

한편, 제1 이송관(44)은 순환실에 배치된다. 제1 이송관(44)은 양측이 개방되고 내부에 제1 이송실이 형성된 관체 형상으로 형성된다.

제1 이송관(44)은 그 일측과 타측이 통과가이드(43)의 고정홈들 중 중심점에 가까운 고정홈에 각각 끼움 고정된다.

따라서, 제1 이송관(44)의 일측 즉, 도 4를 기준으로 좌측은 확산통공(43a)과 동일선상에 위치된다.

그리고, 제1 이송관(44)의 타측인 우측의 둘레 방향을 따라서는 복수개의 제1 배출홀(441)이 형성된다.

이로 인해, 확산통공(43a)을 통과한 수소가스는 제1 이송실의 좌측에서 우측으로 이송되며, 그 과정에서 코일형 냉각부(46)의 통로를 따라 이송되는 열매체와 열교환되어 냉각된다. 그리고, 제1 이송실의 우측으로 이송된 수소가스는 제1 배출홀(441)을 통해 배출되어 제2 이송관(45)의 제2 이송실에 유입된다.

한편, 제2 이송관(45)은 순환실에 배치된다. 제2 이송관(45)은 제1 이송관(44)보다 큰 직경을 갖도록 형성된다.

따라서, 제2 이송관(45)의 내부에는 제1 이송관(44)이 수용된다.

제2 이송관(45)은 양측이 개방되고 내부에 제2 이송실이 형성된 관체 형상으로 형성된다.

제2 이송관(45)은 그 일측과 타측이 통과가이드(43)의 고정홈들 중 중심점에 서 먼 위치에 배치된 고정홈에 각각 끼움 고정된다.

그리고, 제2 이송관(45)의 일측인 좌측의 둘레 방향을 따라서는 복수개의 제2 배출홀(451)이 형성된다.

이로 인해, 제1 배출홀(441)을 통해 배출된 수소가스는 제2 이송실의 우측에서 좌측으로 이송되며, 그 과정에서도 코일형 냉각부(46)의 통로를 따라 이송되는 열매체와 열교환되어 냉각된다. 그리고, 제2 이송실의 좌측으로 이송된 수소가스는 제2 배출홀(451)을 통해 배출되어 순환실에 유입된다.

그리고, 순환실에 유입된 수소가스는 순환실의 좌측에서 우측으로 이송된 후, 제1 부가 배출부(47)를 통해 제2 부과 열교환부(10)로 이송된다.

코일형 냉각부(46)는 제1 이송실과, 제2 이송실 및 순환실을 따라 순차적으로 순환하는 수소가스를 열교환시키기 위한 열매체를 저장 및 이송시키는 구성이다.

코일형 냉각부(46)는 순환실에서 제2 이송관(45)의 둘레를 감싸는 형태로 배치된다.

코일형 냉각부(46)는 내부에 열매체가 저장되거나 이동되는 통로가 형성된 코일형 관체로 형성된다.

코일형 냉각부(46)는 열매체의 온도를 제1 이송실과, 제2 이송실 및 순환실에 효율적으로 전달하기 위해 열전도성이 우수한 재질로 형성될 수 있다.

코일형 냉각부(46)의 재질은 그 일 예로, 금속재질로 형성될 수 있으나, 이에 한정되지는 않음을 밝힌다.

코일형 냉각부(46)의 일측과 타측에는 제1 부가 주입구(42a)가 연결되는 열매체 주입구(461) 및 제1 부가 배출구(42b)가 연결되는 열매체 배출구(462)가 형성된다.

따라서, 코일형 냉각부(46)의 내부에 열매체를 충진하거나 또는 배출할 수 있다.

한편, 도면에 도시되지는 않았으나, 제2 본체부(42)에는 부가 칸막이(미도시)가 더 적용될 수 있다.

부가 칸막이는 제1 연결부(41)와 제1 부가 배출부(47)의 사이에 적어도 하나 이상으로 배치되는 것으로, 제2 본체부(42)의 천장면에 서로 수평방향으로 이격되도록 결합되고, 하측의 일정영역이 코일형 냉각부(46) 자체에 형성되는 공간상에 위치 복수개의 제1 부가 칸막이(미도시) 및 제2 본체부(46)의 바닥면에 서로 수평방향으로 이격되도록 결합되며, 상측의 일정영역이 코일형 냉각부(46) 자체에 형성되는 공간상에 위치되는 복수개의 제2 부가 칸막이(미도시)로 분할된다.

제1 부가 칸막이는 전술한 제1 칸막이(80)와 동일한 형상으로 형성되고, 제2 부가 칸막이는 제2 칸막이(미도시)와 동일한 형상으로 형성된다.

이때, 제1 부가 칸막이와 제2 부가 칸막이에는 제1 칸막이 및 제2 칸막이에 형성된 관통홀이 형성되거나 또는, 생략될 수 있다.

그리고, 제1 부가 칸막이와 제2 부가 칸막이는 서로 동일한 간격 또는 상이한 간격으로 배치될 수 있다.

또한, 제1 부가 칸막이 및 제2 부가 칸막이는 그 끝단이 제2 이송관(45)과 이격된다.

따라서, 제2 이송관(45)의 제2 배출홀(451)을 통해 배출된 수소가스는 제1 부가 칸막이와 제2 이송관(45)의 사이 및 제2 부가 칸막이와 제2 이송관(45)의 사이 공간을 순차적으로 통과하면서 제1 부가 배출부(47) 측으로 이동된다.

이러한 제1 부가 칸막이와 제2 부가 칸막이를 통해 수소가스의 이송속도를 늦춰, 수소가스가 코일형 냉각부(46)의 내부공간에 위치된 열매체와 충분히 열교환 한 뒤 제2 부가 열교환부(50)로 이송되도록 할 수 있다.

그리고, 제1 부가 칸막이들과 제2 부가 칸막이들은 그 하측 일정영역과 상측 일정영역이 서로 수평선상에 위치되도록 배치되어, 열교환실에 유입된 수소가스는 제1 부가 칸막이들과 제2 부가 칸막이들의 사이 공간에서 반복적으로 상승 및 하강되면서 냉각된다.

한편, 제1 부가 배출부(47)는 제2 본체부(42)의 타측 개방된 부분에 결합되어, 제1 이송관(44) 및 제2 이송관(45)을 사이에 두고 제1 연결부(41)와 대향된다.

제1 부가 배출부(47)는 제1 연결부(41)와 동일한 형상으로 형성될 수 있다.

따라서, 제1 부가 배출부(47)는 일정영역이 제2 본체부(42)의 순환실에 수용된다.

제1 부가 배출부(47)는 제2 연결부(51)에 볼트 및 너트나 피스를 통해 결합된다.

제1 부가 배출부(47)의 내측면에는 통과가이드(43)의 일측에 형성된 장착부(431)가 수용되는 형태로 장착되는 링 형상의 장착홈이 형성된다.

제1 부가 배출부(47)에는 순환실의 우측으로 이송되어온 수소가스를 통과시키기 위한 배출홀(47a)이 형성된다.

그리고, 제1 부가 배출부(47)의 배출홀(47a)을 통해 배출된 수소가스, 즉 열교환부(10)에서보다 높은 온도로 열교환 된 수소가스는 제2 부가 열교환부(50)로 이송된다.

한편, 제2 부가 열교환부(50)는 제1 부가 배출부(47)로부터 수소가스를 공급받아 열매체와 열교환되도록 순환시키며, 제1 부가 열교환부(40)보다 높은 온도에서 수소가스를 열교환시키는 구성이다.

이를 위해, 제2 부가 열교환부(50)는 제2 연결부(51)와, 제3 본체부(52)와, 제3 분배챔버(53)와, 제4 분배챔버(54)와, 부가 순환부(55)와, 제3 구획부(56)와, 제4 구획부(57) 및 제2 부가 배출부(58) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

제2 연결부(51)는 제1 연결부(41)는 대략 원판 형상으로 형성될 수 있다.

제2 연결부(51)는 제1 부가 배출부(47)에 볼트 및 너트나 피스를 통해 결합된다.

제2 연결부(51)에는 제1 부가 배출부(47)의 배출홀(47a)과 마주는 영역에 수소가스를 통과시키기 위한 통공(51a)이 형성된다.

즉, 제1 부가 배출부(47)의 배출홀(47a)에서 배출된 수소가스는 제2 연결부(51)이 통공(51a)을 통과하여 제3 본체부(52)의 열교환실로 유입된다.

한편, 제3 본체부(52)는 도 4를 기준으로 좌측과 우측이 각각 개방되고 내부에 빈 공간이 형성된 통 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 제3 본체부(52)의 좌측 개방된 부분에는 제2 연결부(51)가 결합되고, 우측 개방된 부분에는 후술되는 제2 부가 배출부(58)가 결합된다.

이때, 제3 본체부(52)는 원통, 다각형 단면 형상의 통 등 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 도면에는 원통 형상으로 형성된 예를 도시하였다.

제3 본체부(52)의 내부 빈 공간은 액화수소의 열교환이 이루어지도록 열매체가 충진되는 열교환실로 사용된다.

이때, 전술한 제2 연결부(51) 및 제2 부가 배출부(58)는 각각 일정영역이 제3 본체부(52)의 열교환실에 각각 수용된다.

제3 본체부(52)에는 액화수소를 냉각시키기 위한 열매체가 주입되는 제2 부가 주입구(52a) 및 열매체를 배출하기 위한 제2 부가 배출구(52b)가 각각 형성된다.

주입구(11a) 및 배출구(11b)는 각각 제5 마개(미도시) 및 제6 마개(미도시)에 의해 개폐될 수 있다.

주입구(11a) 및 배출구(11b)의 외주연에는 나선이 각각 형성되고, 제5 마개 및 제6 마개의 내주연에는 나선홈이 각각 형성된다.

따라서, 제5 마개는 주입구(11a)에 나선결합되고, 제6 마개는 배출구(11b)에 나선결합된다.

주입구(11a)를 개방하고, 배출구(11b)를 제6 마개로 폐쇄한 상태에서 주입구(11a)를 통해 열교환실에 열매체를 충전한 후, 제5 마개로 주입구(11a)를 폐쇄한 다음, 후술되는 순환부(14)를 통해 순환되는 액화수소를 냉각시키면 된다.

그리고, 열매체를 통한 액화수소의 열교환이 완료되면 제6 마개를 개방하여 열매체를 배출하면 된다.

이때, 열매체는 냉기, 냉매, 열매체유 등 액화수소를 약 -20℃로 냉각시킬 수 있는 다양한 냉각용 물질 중 어느 하나로 적용될 수 있다.

그리고, 제3 본체부(52)는 열손실이 적고 열차단력이 우수한 재질이나 열전도성이 적은 재질로 형성될 수 있다.

한편, 제3 분배챔버(53)는 후술되는 제3 구획부(56)와 상호작용에 의해 제1 부가 열교환부(40)로부터 공급되는 수소가스를 여러 경로로 분배하여 부가 순환부(55)에 공급하면서 후술되는 제4 분배챔버(54) 측으로 갔다가 되돌아오는 수소가스를 다시 제4 분배챔버(54)로 이송시켜 열교환이 이루어지도록 한 다음, 순환을 마친 수소가스를 제2 부가 배출부(58)를 통해 최종적으로 배출하여 수소자동차 또는 수소충전기에 공급하는 구성이다.

이를 위해 제3 분배챔버(53)는 제3 챔버 본체부(531) 및 제3 플랜지부(532)를 포함한다.

제3 챔버 본체부(531)는 대략 원판 형상으로 형성될 수 있다. 제3 챔버 본체부(531)는 전방으로 돌출되어 제3 본체부(52)의 좌측 개방된 부분을 통해 열교환실에 소정 깊이 삽입되는 제3 돌출부(5311)를 포함한다.

제3 돌출부(5311)는 제3 챔버 본체부(531)에 일체로 구성되며, 원판 형상으로 형성될 수 있다.

제3 돌출부(5311)의 둘레면에는 기밀유지를 위한 제5 메탈링(160)이 장착되는 제5 메탈링장착홈(5311a)이 형성된다.

이러한 제3 챔버 본체부(531)에는 수소가스를 분배하여 순환시키기 위한 적어도 하나 이상의 제3 분배채널(53a)이 형성된다.

제3 분배채널(53a)은 제3 챔버 본체부(531) 및 제3 돌출부(5311)를 공동으로 타공함으로서 형성되는 홀이며, 후술되는 제3 구획부(56)에 의해 서로 독립된 공간에 위치되도록 구획된다.

제3 분배채널(53a)은 다수개로 적용되어 서로 일정간격 이격되도록 배치된다.

제3 분배채널(53a)은 후술되는 제3 구획부(56)에 의해 일정패턴으로 여러 구역으로 구획되어, 그 일부는 수소가스를 제4 분배챔버(54)에 이송시키는 용도로 사용되고, 다른 일부는 제4 분배챔버(54) 측으로 갔다가 되돌아오는 액화수소를 다시 제4 분배챔버(54)로 이송시키는 용도로 사용되며, 또 다른 일부는 냉각된 수소가스를 수소자동차 또는 수소충전기로 배출하는 용도로 사용된다.

한편, 제3 플랜지부(532)는 제3 챔버 본체부(531)의 가장자리를 영역을 형성하는 구성이다.

제3 플랜지부(532)는 제3 챔버 본체부(531)와 일체로 형성되며, 제2 연결부(51)와 볼트 및 너트 결합을 위한 복수개의 결합홀이 형성된다.

아울러, 제3 플렌지부 중 제2 연결부(51)와 마주하는 면에는 기밀 유지를 위한 제6 메탈링(170)이 장착되는 제6 메탈링장착홈(532a)이 형성된다.

한편, 제4 분배챔버(54)는 후술되는 제4 구획부(57)와 상호작용에 제3 분배챔버(53) 및 부가 순환부(55)를 통해 이송되어 온 수소가스를 여러 경로로 분배하여 다시 부가 순환부(55)에 공급하면서 전술한 제3 분배챔버(53) 측으로 갔다가 되돌아오는 수소가스를 다시 제3 분배챔버(53)로 이송시켜 열교환이 이루어지도록 한 다음, 최종적으로 제2 부가 배출부(58)로 배출하는 구성이다.

이를 위해 제4 분배챔버(54)는 제4 챔버 본체부(541) 및 제4 플랜지부(542)를 포함한다.

제4 챔버 본체부(541)는 대략 원판 형상으로 형성될 수 있다. 제4 챔버 본체부(541)는 전방으로 돌출되어 제3 본체부(52)의 우측 개방된 부분을 통해 열교환실에 소정 깊이 삽입되는 제4 돌출부(5411)를 포함한다.

제4 돌출부(5411)는 제4 챔버 본체부(541)에 일체로 구성되며, 원판 형상으로 형성될 수 있다.

제4 돌출부(5411)의 둘레면에는 기밀유지를 위한 제7 메탈링(180)이 장착되는 제7 메탈링장착홈(5411a)이 형성된다.

이러한 제4 챔버 본체부(541)에는 수소가스를 분배하여 순환시키기 위한 적어도 하나 이상의 제4 분배채널(54a) 및 부가 순환부(55)를 통해 순환을 마친 수소가스를 수소자동차 또는 수소충전기 측으로 최종 배출하기 위한 적어도 하나 이상의 제2 배출채널(54b)이 형성된다.

제4 분배채널(54a) 및 제2 배출채널(54b)은 제4 챔버 본체부(541) 및 제4 돌출부(5411)를 공동으로 타공함으로서 형성되는 홀이며, 후술되는 제4 구획부(57)에 의해 서로 독립된 공간에 위치되도록 구획된다.

이때, 제4 분배채널(54a)인 홀들 및 제2 배출채널(54b)인 홀들을 합산한 총 개수는 제3 분배채널(53a)인 홀들을 합산한 수와 동일하게 형성된다.

그리고, 제3 분배채널(53a) 중 일부는 제4 분배채널(54a)과 각각 1:1 대향되며, 제3 분배채널(53a)의 다른 일부는 제2 배출채널(54b)과 1:1 대향되도록 배치된다.

제4 분배채널(54a) 및 제2 배출채널(54b)은 다수개로 적용되며, 후술되는 제4 구획부(57)에 의해 일정패턴으로 복수 구획된다.

제4 분배채널(54a)들 중 일부는 그 일부는 제1 분배채널(12a) 중 일부는 제3 분배챔버(53)에 이송시키는 용도로 사용되고, 나머지는 제3 분배챔버(53) 측으로 갔다가 되돌아오는 수소가스를 다시 제3 분배챔버(53)로 이송시키는 용도로 사용된다.

그리고, 제2 배출채널(54b)은 제4 분배채널(54a) 측에서 순환을 마친 수소가스를 수소자동차나 수소충전기로 이송시키는 용도로 사용된다.

한편, 제4 플랜지부(542)는 제4 챔버 본체부(541)의 가장자리를 영역을 형성하는 구성이다.

제4 플랜지부(542)는 제4 챔버 본체부(541)와 일체로 형성되며, 제2 부가 배출부(58)와 볼트 및 너트 결합을 위한 복수개의 결합홀이 형성된다.

아울러, 제4 플랜지부(542) 중 제2 부가 배출부(58)와 마주하는 면에는 기밀 유지를 위한 제8 메탈링(190)이 장착되는 제8 메탈링장착홈(542a)이 형성된다.

한편, 부가 순환부(55)는 수소가스의 다중 냉각 순환 경로를 제공하는 구성이다.

부가 순환부(55)는 복수개로 적용되어 제3 분배챔버(53)와 제4 분배챔버(54)의 사이에 서로 일정간격 이격되도록 배치되어 수소가스를 반복적으로 순환시킨다.

그리고, 수소가스는 부가 순환부(55)를 따라 순환하는 과정에서 열교환실에 충진되는 열매체에 의해 일정온도로 냉각된다.

이때, 제4 본체부의 열교환실에 충진되는 열매체는 수소가스를 약 -20℃로 냉각하여 기화시킬 수 있다.

부가 순환부(55)는 제1 분배채널(12a)과 동일한 개수로 적용된다.

이때, 전술한 바와 같이, 제3 분배채널(53a)의 총 개수는 제4 분배채널(54a)과 제2 배출채널(54b)을 합산한 총 개수와 동일함으로, 부가 순환부(55)는 제4 분배채널(54a)과 제2 배출채널(54b)을 합산한 총 개수와 동일한 개수로 적용된다.

부가 순환부(55)들 중 일정량은 일측이 제3 분배채널(53a)에 각각 삽입되어 고정되고, 타측은 제4 분배채널(54a)에 각각 삽입되어 고정된다.

그리고, 나머지 부가 순환부(55)들은 일측이 나머지 제3 분배채널(53a)에 각각 삽입되어 고정되고, 타측은 제2 배출채널(54b)에 각각 삽입되어 고정된다.

이때, 부가 순환부(55)의 양측은 제3 챔버 본체부(531) 및 제4 챔버 본체부(541)로부터 소정길이 돌출되어 제2 연결부(51) 및 제2 부가 배출부(58)의 수용홈에 각각 수용될 수 있다.

이러한 부가 순환부(55)들 중 일부는 한다발을 이루어 수소가스를 제3 분배챔버(53)에서 제4 분배챔버(54)로 이송시키는 용도로 사용되고, 다른 일부는 한다발을 이루어 수소가스를 제4 분배챔버(54)에서 제3 분배챔버(53)로 이송하는 용도로 사용되며, 또 다른 일부는 한다발을 이루어 순환을 마친 수소가스를 수소자동차 또는 수소충전기로 배출하는 용도로 사용된다.

이상 설명한 부가 순환부(55)들에도 전술한 냉각코일(70)이 각각 적용된다.

냉각코일(70)은 부가 순환부(55)와 동일한 개수로 적용된다.

따라서, 냉각코일(70)은 부가 순환부(55)를 각각 감싸면서 제3 챔버 본체부(531) 및 제4 챔버 본체부(541)의 사이에 배치된다.

냉각코일(70)은 내면이 부가 순환부(55)의 외면에 접촉되도록 장착되거나 또는, 내면이 순환부(14)의 외면에 이격되도록 장착될 수 있다.

냉각코일(70)은 열교환실에 충진되는 열매체에 의해 냉각되어, 냉기를 부가 순환부(55)에 전달함에 따라 수소가스의 냉각효율을 향상시킨다.

나아가, 냉각코일(70)의 내면과 부가 순환부(55)의 외면 사이에 냉기가 가둬지게 되며, 이 냉기가 부가 순환부(55)에 집중됨으로 수소가스의 냉각율을 향상시킬 수 있다.

아울러, 부가 순환부(55)에 적용되는 냉각코일(70)에는 전술한 칸막이도 적용된다.

칸막이는 복수개로 적용되어 제3 돌출부(5311)와 제4 돌출부(5411)의 사이 공간에서 서로 일정간격 이격되도록 배치된다.

칸막이의 테두리는 제3 본체부(52)의 내면에 단순 접촉되거나 또는, 고정될 수 있다.

전술한 바와 같이, 칸막이는 제1 칸막이(80) 및 제2 칸막이(90)로 분할형성 된다.

제1 칸막이(80)는 제3 본체부(52)의 열교환실 높이 방향의 중앙부분을 기준으로 그 상층부에 위치된 냉각코일(70)들에만 적용되며, 수평방향으로 서로 이격되도록 배치된다.

제2 칸막이(90)는 제3 본체부(52)의 열교환실 높이 방향의 중앙부분을 기준으로 그 하층부에 위치된 냉각코일(70)들에만 적용되고, 수평방향으로 서로 이격되도록 배치된다.

그리고, 제1 칸막이(80) 및 제2 칸막이(90)는 도 4에 도시된 바와 같이, 서로 상이한 간격으로 배치되어, 제3 본체부(52)의 열교환실에서 상,하 방향으로 서로 지그재그 형태로 배치된다.

따라서, 주입구(11a)를 통해 열교환실에 열매체를 주입하면, 열매체가 제1 칸막이(80)들과 제2 칸막이(90)들의 사이 공간을 따라 반복적으로 상승 및 하강되면서 부가 순환부(55)를 따라 순환되는 액화수소를 충분히 냉각시키게 된다.

한편, 제3 구획부(56)는 제3 분배챔버(53)에 상에서 제3 분배채널(53a)을 복수개로 구획하여 제4 분배챔버(54) 측으로 수소수소를 이송시키기 위한 적어도 하나 이상의 제1 이송영역(12b) 및 제4 분배챔버(54)로 이송됐다가 되돌아 오는 수소가스를 다른 제3 이송영역(53b)으로 전달하는 적어도 하나 이상의 제3 전달영역(53c)으로 분할시키는 구성이다.

이를 위해 제1 구획부(15)는 제3 틀부(561)와, 제3 구획수단을 포함할 수 있다.

제3 틀부(561)는 대략 원형 링 형상으로 형성될 수 있다.

제3 틀부(561)는 제3 챔버 본체부(531)의 후면에 결합되어 제2 연결부(51)의 내면에 접촉되거나 또는, 제2 연결부(51)의 내면과 소정간격 이격된다.

이때, 제3 틀부(561)는 제3 챔버 본체부(531)의 중심점을 기준을 전술한 제5 메탈링장착홈(5311a)보다 안쪽에 배치된다.

제3 구획수단은 제3 틀부(561)의 내부공간 공간을 일정패턴으로 구획하여 제3 분배채널(53a)을 2개의 제3 이송영역(53b) 및 1개의 제3 전달영역(53c)으로 분할하는 복수개의 제3 구획바(562)를 포함한다.

이때, 각각의 제3 구획바(562)는 일단이 제3 틀부(561)의 내측면에 연결되고, 타단은 제3 틀부(561)의 내부공간 중심점에서 서로 연결된다.

1개의 제3 이송영역(53b)은 제2 연결부(51)의 통공(51a)을 통해 주입된 수소가스를 제4 분배챔버(54) 측으로 이송시키는 용도로 사용되고, 제3 전달영역(53c)은 제4 분배챔버(54) 측에서 되돌아오는 수소가스를 다른 1개의 제3 이송영역(53b)으로 전달하는 용도로 사용되며, 전술한 다른 1개의 제3 이송영역(53b)은 수소가스를 다시 제4 분배챔버(54) 측으로 이송시키는 용도로 사용된다.

부가적으로, 제3 구획바(562) 중 선택되는 어느 하나에는 제4 분배챔버(54)로 이송됐다가 되돌아오는 수소가스를 다른 제3 이송영역(53b)으로 통과시키기 위한 적어도 하나 이상의 제3 통과홀(562a)이 형성된다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기(1)에서 제3 통과홀(562a)은 제4 분배챔버(54)로 이송됐다가 되돌아오는 수소가스를 제3 전달영역(53c)에서 다른 제3 이송영역(53b)으로 통과시킬 수 있도록 자리배치 된다.

부가적으로, 제3 틀부(561) 및 제3 구획바(562)는 제2 연결부(51)의 내측면과 마주하는 일측면이 단차지게 형성된다.

제3 틀부(561) 및 제3 구획바(562)의 단차진 부분은 양단이 서로 연결되어 하나의 제3 단턱(56a)을 형성하게 된다.

이때, 제3 틀부(561) 및 제3 구획바(562)의 조합에 의해 제3 단턱(56a)은 대략 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 제3 구획바(562)가 3개로 적용됨으로, 제3 구획부(56) 상에는 3개의 제3 단턱(56a)이 형성된다.

아울러, 제3 단턱(56a)은 제3 이송영역(53b) 및 제3 전달영역(53c) 상에 각각 배치된다.

그리고, 제3 단턱(56a)에는 기밀유지를 위한 제3 패킹(200)이 각각 적용된다.

제3 패킹(200)은 제3 단턱(56a)의 형상과 대응되게 대략 부채꼴 형상으로 형성된다. 이러한 제3 패킹(200)은 수소가스가 제3 이송영역(53b) 및 제3 전달영역(53c)을 통과하면서 부가 순환부(55)를 따라 반복적으로 순환하는 과정에서 제2 연결부(51)의 수용홈으로 새어나가는 것을 방지한다.

즉, 제3 패킹(200)들은 수소가스가 제3 분배챔버(53)와, 부가 순환부(55) 및 제4 분배챔버(54) 상에서만 반복적으로 순환되어 냉각되도록 하는 것이다.

한편, 제4 구획부(57)는 제4 분배챔버(54)에 상에서 제4 분배채널(54a)을 복수개로 구획하여, 제3 분배챔버(53) 측으로 수소가스를 이송시키기 위한 적어도 하나 이상의 제4 이송영역(54c)과, 제3 분배챔버(53)로 이송됐다가 되돌아 오는 수소가스를 다른 제4 이송영역(54c)으로 전달하는 적어도 하나 이상의 제4 전달영역(54d) 및 전술한 배출채널 상에 제2 배출영역(54e)으로 분할시키는 구성이다.

이를 위해 제4 구획부(57)는 제4 틀부(571) 및 제4 구획수단을 포함할 수 있다.

제4 틀부(571)는 대략 원형 링 형상으로 형성될 수 있다.

제4 틀부(571)는 제4 챔버 본체부(541)의 후면에 결합되어 제2 부가 배출부(58)의 내면에 접촉되거나 또는, 제2 부가 배출부(58)의 내면과 소정간격 이격된다.

이때, 제4 틀부(571)는 제4 챔버 본체부(541)의 중심점을 기준을 전술한 제7 메탈링장착홈(5411a)보다 안쪽에 배치된다.

부가적으로, 도 1에는 제4 틀부(571)가 제2 부가 배출부(58)의 내부에 배치된 예를 도시하였으나, 이는 도면의 각도상 제4 분배챔버(54)에 의해 제4 틀부(571)가 가려지는 관계로 제4 틀부(571)가 제2 부가 배출부(58)의 내부에 배치된 상태로 도시하였다.

즉, 도 1에 도시된 바와 같이 제3 틀부(561)가 제3 챔버 본체부(531)의 후면에 배치되어 공급캡(20)의 내면과 마주하는 것과 동일하게 제4 틀부(571)도 제4 챔버 본체부(541)의 후면에 배치되어 제2 부가 배출부(58)의 내면과 마주한다.

제4 구획수단은 제4 틀부(571)의 내부공간 공간을 일정패턴으로 구획하여 제4 분배채널(54a)을 1개의 제4 이송영역(54c)과, 1개의 제4 전달영역(54d) 및 1개의 제2 배출영역(54e)으로 분할하는 복수개의 제4 구획바(72)를 포함한다.

이때, 각각의 제4 구획바(72)는 일단이 제4 틀부(571)의 내측면에 연결되고, 타단은 제4 틀부(571)의 내부공간 중심점에서 서로 연결된다.

그리고, 어느 하나의 제3 이송영역(53b)과 제4 전달영역(54d)이 대향되고, 제3 전달영역(53c)과 제4 이송영역(54c)이 대향되며, 다른 하나의 제3 이송영역(53b)과 제4 배출영역이 대향되도록 배치된다.

따라서, 제4 전달영역(54d)은 제3 분배챔버(53) 측에서 부가 순환부(55)를 통해 이송되어온 수소가스를 제4 이송영역(54c)으로 이송시키는 용도로 사용되고, 제4 이송영역(54c)은 제4 전달영역(54d)에서 이송되어온 수소가스를 부가 순환부(55)를 통해 제3 전달영역(53c)으로 이송시키는 용도로 사용되고, 제2 배출영역(54e)은 제3 분배챔버(53) 측에서 부가 순환부(55)를 통해 이송되어온 냉각을 마친 수소가스를 수소자동차 또는 수소충전기로 배출시키는 용도로 사용된다.

부가적으로, 제4 구획바(72) 중 선택되는 어느 하나에는 제4 전달영역(54d)의 수소가스를 제4 이송영역(54c)으로 통과시키기 위한 적어도 하나 이상의 제4 통과홀(572a)이 형성된다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기(1)에서 제4 통과홀(572a)은 제4 이송영역(54c) 상의 수소가스를 제4 이송영역(54c)으로 통과시킬 수 있도록 자리배치 된다.

부가적으로, 제4 틀부(571) 및 제4 구획바(72)는 제2 부가 배출부(58)의 내측면과 마주하는 일측면이 단차지게 형성된다.

제4 틀부(571) 및 제4 구획바(72)의 단차진 부분은 양단이 서로 연결되어 하나의 제4 단턱(57a)을 형성하게 된다.

이때, 제4 틀부(571) 및 제4 구획바(72)의 조합에 의해 제4 단턱(57a)은 대략 부채꼴 형상으로 형성될 수 있다.

그리고, 제4 구획바(72)가 3개로 적용됨으로, 제4 구획부(57) 상에는 3개의 제4 단턱(57a)이 형성된다.

아울러, 제4 단턱(57a)은 제4 이송영역(54c)과, 제4 전달영역(54d) 및 제2 배출영역(54e)상에 각각 배치되는 구조를 이룬다.

그리고, 제4 단턱(57a)에는 기밀유지를 위한 제4 패킹(210)이 각각 적용된다.

제4 패킹(210)은 제4 단턱(57a)의 형상과 대응되게 대략 부채꼴 형상으로 형성된다. 이러한 제4 패킹(210)은 수소가스가 제4 이송영역(54c)과, 제4 전달영역(54d) 및 제2 배출영역(54e)을 통과하면서 부가 순환부(55)를 따라 반복적으로 순환하는 과정에서 제2 부가 배출부(58)의 수용홈 측으로 새어나가는 것을 방지한다.

즉, 제4 패킹(210)들은 수소가스가 제3 분배챔버(53)와, 부가 순환부(55) 및 제4 분배챔버(54) 상에서만 반복적으로 순환되어 냉각된 다음, 수소자동차 또는 수소충전기에 공급되도록 하는 것이다.

한편, 제2 부가 배출부(58)는 제4 플랜지부(542)에 볼트 및 너트나 피스를 통해 결합되어, 순환되는 수소가스의 누출을 방지한다.

제2 부가 배출부(58) 중 제4 분배챔버(54)와 마주하는 면에는 제4 틀부(571) 및 제4 구획바(72)가 수용되는 수용홈이 형성된다.

이때, 제2 부가 배출부(58)는 내벽면이 제4 틀부(571)의 외벽면을 감싸는 형태로 결합된다.

그리고, 수용홈에 제4 틀부(571) 및 제4 구획바(72)가 수용됨으로 인해 제2 부가 배출부(58)의 내면은 제4 챔버 본체부(541)와 소정간격 이격된다.

이와 같이 제2 부가 배출부(58)와 제4 챔버 본체부(541)의 사이에 공간을 확보함에 따라, 수소가스가 어느 하나의 제4 이송영역(54c) 상에서 제4 분배채널(54a)인 홀들을 통해 부가 순환부(55)들로 원활하게 공급되도록 할 수 있다.

제2 부가 배출부(58)에는 제3 부가 배출구(58a)가 관통설치된다.

제2 부가 배출부(58)에는 수용홈과 연결되는 제4 체결홀이 형성되고, 제3 부가 배출구(58a)의 외주연에는 제4 체결홀에 체결되는 나선이 길이방향을 따라 형성될 수 있다.

제3 부가 배출구(58a)는 수소가스가 통과하도록 중공형 몸체로 형성될 수 있다.

제4 체결홀은 제2 배출영역(54e) 및 제2 배출채널(54b)과 마주하도록 배치된다.

따라서, 제2 배출채널(54b)을 통해 제2 배출영역(54e)으로 이송된 수소가스는 제3 부가 배출구(58a)를 통해 배출된다.

그리고, 제3 부가 배출구(58a)에 호스나 관으로 형성되는 연결라인을 연결하여 수소자동차 또는 수소충전기를 연결하여, 냉각이 완료된 수소가스를 공급하면 된다.

전술한 바와 같이, 제2 부가 배출부(58)에도 전술한 온도센서포켓(220)과, 압력센서포켓(230)과, 유량센서포켓(240) 및 벤트(250)포켓이 각각 결합될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기(1)는 제1 본체부(11) 및 제3 본체부(52)의 외면을 각각 감싸는 형태로 배치되고, 내부에 제1 본체부(11) 및 제3 본체부(52)를 냉각시키기 위한 열매체가 이송하는 통로가 형성되며, 양측에 부가 열매체 주입구(461) 및 부가 열매체 배출구(462)가 각각 형성된 부가 코일형 냉각부(60)를 더 포함할 수 있다.

부가 코일형 냉각부(46)는 전술한 코일형 냉각부(46)와 동일한 형상으로 형성되되, 2개로 적용되어 제1 본체부(11) 및 제3 본체부(52)에 각각 장착된다.

부가 코일형 냉각부(46)는 제1 본체부(11) 및 제3 본체부(52)의 외부에 각각 배치된 상태에서 열매체의 제1 본체부(11) 및 제3 본체부(52)를 각각 냉각시켜 열교환실의 온도를 낮춤에 따라 액화수소 또는 수소가스의 냉각시간을 단축시키고 냉각효율을 향상시킨다.

다음으로, 도 1에 도시된 액화수소 및 수소가스의 순환경로 및 도 4의 결합 단면도를 병행참고 하여 이상 설명한 액화수소 열교환기(1)의 작동 및 그 과정에서 나타나는 특유의 효과에 대해 설명한다.

이때, 도 1에는 액화수소의 순환경로를 도시하였고, 도 4에는 액화수소 열교환기(1)의 결합 단면도를 도시하였다.

먼저, 제1 본체부(11)의 배출구(11b)와, 제2 본체부(42)의 제1 부가 배출구(42b)와, 제3 본체부(52)의 제2 부가 배출구(52b) 등을 마개로 막아 액화수소 또는 수소가스를 열교환시키는 과정에서 열매체의 배출을 방지한 상태에서, 제1 본체부(11)의 열교환실과, 코일형 냉각부(46) 및 제3 본체부(52)의 열교환실에 열매체를 각각 주입하여 액화수소 또는 수소가스의 냉각이 이루어질 수 있는 환경조건을 완성한다.

이후, 수소탱크에 압축된 고압의 상태로 저장되어 있는 액화수소를 공급부(30)를 통해 주입한다.

이때, 제1 본체부(11)의 열매체는 액화수소를 약 -70℃로 냉각시킬 수 있는 온도로 적용되고, 코일형 냉각부(46)는 수소가스를 약 -40℃로 냉각시킬 수 있는 온도로 적용되며, 제2 본체부(42)의 열매체는 수소수소를 약 -20℃로 냉각시킬 수 있는 온도로 적용된다.

그리고, 공급부(30)를 통해 주입된 액화수소는 어느 하나의 제1 이송영역(12b) 상에 위치한 제1 분배채널(12a)인 홀들을 통해 순환부(14)들에 분배되어 제2 분배챔버(13) 방향으로 이송된다.

이때, 액화수소는 순환부(14)들 중 제1 이송영역(12b)에 해당되는 제1 분배채널(12a)에 결합된 몇 개의 순환부(14)들을 통해서만 제2 분배챔버(13) 방향으로 이송된다.

그리고, 액화수소는 순환부(14)를 따라 제2 분배챔버(13)로 이송되는 과정에서 열교환실에 존재하는 열매체와 열교환하여 냉각 및 기화된다.

한편, 순환부(14)를 따라 제2 분배챔버(13)로 이송된 액화수소는 자신이 출발했던 제1 이송영역(12b)과 대향되는 제2 전달영역(13d)에 도달한 후 제2 통과홀(162a)을 통과하여 제2 이송영역(13c)으로 이송된 후, 해당 제2 이송영역(13c) 상에 위치한 제2 분배채널(13a)인 홀들을 통해 순환부(14)들에 분배되어 다시 제1 분배챔버(12) 방향으로 이송된다.

이때, 액화수소 또는 수소가스는 순환부(14)들 중 제2 이송영역(13c)에 해당되는 제2 분배채널(13a)에 결합된 몇 개의 순환부(14)들을 통해서만 제1 분배챔버(12) 방향으로 이송된다.

그리고, 액화수소 또는 수소가스는 순환부(14)를 따라 제1 분배챔버(12)로 이송되는 과정에서 열교환실에 존재하는 열매체와 한번 더 열교환하여 더 낮은 온도로 냉각 및 기화된다.

한편, 순환부(14)를 따라 제1 분배챔버(12)로 다시 이송된 액화수소 또는 수소가스는 자신이 출발했던 제2 이송영역(13c)과 대향되는 제1 전달영역(12c)에 도달한 후 제1 통과홀(152a)을 통과하여 다른 하나의 제1 이송영역(12b)으로 이송된 후, 해당 제1 이송영역(12b) 상에 위치한 제1 분배채널(12a)들을 통해 순환부(14)들에 분배되어 다시 제2 분배챔버(13) 방향으로 이송된다.

이와 같은 경우에도 액화수소 또는 수소가스는 순환부(14)들 중 제1 이송영역(12b)에 해당되는 제1 분배채널(12a)에 결합된 몇 개의 순환부(14)들을 통해서만 제2 분배챔버(13) 방향으로 이송된다.

그리고, 액화수소 또는 수소가스는 순환부(14)를 따라 제2 분배챔버(13)로 이송되는 과정에서 열교환실에 존재하는 열매체와 한번 더 열교환하여 보다 더 낮은 온도로 냉각된다.

이때, 액화수소는 제1 분배챔버(12)에서 제2 분배챔버(13)로 이송되는 과정에서 기화되어 수소가스로 변환된다.

한편, 순환부(14)를 따라 제2 분배챔버(13)로 이송된 수소가스는 자신이 출발했던 제1 이송영역(12b)과 대향되는 제1 배출영역(13e)에 도달한 후 배출부(17)의 배출홀(17b) 및 제1 연결부(41)의 통공(41a) 및 통과가이드(43)의 확산통공(43a)을 순차적으로 거쳐 제1 이송관(44)의 제1 이송실로 이송된다.

이후, 수소가스는 제1 이송실의 좌측에서 우측방향으로 이송된 다음, 제1 배출홀(441)을 통해 제2 이송실로 배출된다.

이후에, 수소가스는 제2 이송실의 우측에서 좌측방향으로 이송된 후, 제2 배출홀(451)을 통해 제2 본체부(42)의 열교환실로 배출된다.

이후, 수소가스는 제2 본체부(42)의 열교환실의 좌측에서 우측방향으로 이송된 후, 제1 부가 배출부(47)의 배출홀(47a) 및 제2 연결부(51)의 통공(51a)을 순차적으로 거쳐 제3 분배챔버(53)의 제3 이송영역(53b)으로 이송된다.

이때, 수소가스는 제1 이송실과, 제2 이송실 및 순환실 순으로 순환하면서 코일형 냉각부(46) 내의 열매체에 의해 열교환되어 약 -40℃로 냉각된다.

계속해서, 수소가스는 제3 분배챔버(53) 중에서 전술한 제2 연결부(51)의 통공(51a)과 마주하는 제3 이송영역(53b)으로 이송된다.

이후에, 수소가스는 제3 이송영역(53b) 상에 위치한 제3 분배채널(53a)인 홀들을 통해 부가 순환부(55)들에 분배되어 제4 분배챔버(54) 방향으로 이송된다.

이때, 수소가스는 부가 순환부(55)들 중 제3 이송영역(53b)에 해당되는 제3 분배채널(53a)에 결합된 몇 개의 부가 순환부(55)들을 통해서만 제4 분배챔버(54) 방향으로 이송된다.

그리고, 수소가스는 부가 순환부(55)를 따라 제4 분배챔버(54)로 이송되는 과정에서 열교환실에 존재하는 열매체와 열교환하여 냉각된다.

이후, 부가 순환부(55)를 따라 제4 분배챔버(54)로 이송된 수소가스는 자신이 출발했던 제3 이송영역(53b)과 대향되는 제4 전달영역(54d)에 도달한 다음, 제4 통과홀(572a)을 통과하여 제4 이송영역(54c)으로 이송된 후, 해당 제4 이송영역(54c) 상에 위치한 제2 분배채널(13a)인 홀들을 통해 가 순환부(14)들에 분배되어 다시 제3 분배챔버(53) 방향으로 이송된다.

이때, 수소가스는 부가 순환부(55)들 중 제4 이송영역(54c)에 해당되는 제4 분배채널(54a)에 결합된 몇 개의 부가 순환부(55)들을 통해서만 제3 분배챔버(53) 방향으로 이송된다.

그리고, 수소가스는 부가 순환부(55)를 따라 제3 분배챔버(53)로 이송되는 과정에서 열교환실에 존재하는 열매체와 한번 더 열교환하여 더 낮은 온도로 냉각된다.

이후에, 부가 순환부(55)를 따라 제3 분배챔버(53)로 다시 이송된 수소가스는 자신이 출발했던 제4 이송영역(54c)과 대향되는 제3 전달영역(53c)에 도달한 후 제3 통과홀(562a)을 통과하여 다른 하나의 제3 이송영역(53b)으로 이송된 후, 해당 제3 이송영역(53b) 상에 위치한 제3 분배채널(53a)들을 통해 부가 순환부(55)들에 분배되어 다시 제4 분배챔버(54) 방향으로 이송된다.

이와 같은 경우에도 수소가스는 부가 순환부(55)들 중 제3 이송영역(53b)에 해당되는 제3 분배채널(53a)에 결합된 몇 개의 부가 순환부(55)들을 통해서만 제4 분배챔버(54) 방향으로 이송된다.

그리고, 수소가스는 부가 순환부(55)를 따라 제4 분배챔버(54)로 이송되는 과정에서 열교환실에 존재하는 열매체와 한번 더 열교환하여 보다 더 낮은 온도로 냉각된다.

이후, 부가 순환부(55)를 따라 제4 분배챔버(54)로 다시 이송된 수소가스는 자신이 출발했던 제4 이송영역(54c)과 대향되는 제2 전달영역(13d)에 도달한 후, 제2 부가 배출부(58)에 체결된 제3 부가 배출구(58a)를 통해 배출된다.

도면에 도시되지는 않았으나, 제3 부가 배출구(58a)는 수소자동차 또는 수소충전기와 연결라인을 통해 연결된다. 따라서, 제2 부가 열교환부(50)를 통해 최종적으로 냉각된 수소가스를 수소자동차 또는 수소충전기에 공급하면 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 액화수소 열교환기(1)는, 칸막이들을 통해 열매체의 이동경로를 증가시킴과 아울러, 제1 분배챔버(12)와, 제2 분배챔버(13) 및 순환부(14)를 통해 액화수소 또는 기화된 수소가스의 다중 순환 냉각 경로를 제공하여 액화수소 또는 수소가스의 냉각시간이 길어지도록 할 수 있다.

또한, 액화수소 또는 수소가스가 순환부(14)를 통해 반복적으로 순환하는 과정에서는 제1 칸막이(80)와 제2 칸막이(90)를 통해 반복적으로 상승 및 하강되는 열매체에 의해 냉각되면서 냉기를 순환부(14)에 전달함에 따라 액화수소 또는 수소가스의 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

그리고, 냉각코일(70)의 내면과 순환부(14)의 외면 사이에 열매체의 냉기가 가둬지게 되며, 이 냉기가 순환부(14)에 집중됨으로 액화수소 또는 수소가스의 냉각효율을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 열교환부(10)를 통해 1차로 열교환 된 수소가스를 제1 부가 열교환부(40)로 이송시켜 2차로 열교환 시키되, 수소가스가 제1 이송실과, 제2 이송실 및 순환실을 순차적으로 거치면서 열교환되는 방식으로 수소가스의 냉각시간을 보다 증가시킬 수 있다.

그리고, 제1 부가 열교환부(40)를 통해 2차로 열교환 된 수소가스를 제2 부가 열교환부(50)로 이송시켜 3차로 열교환 시키되, 제2 부가 열교환부(50)에 적용되는 다른 칸막이들을 통해 열매체의 이동경로를 증가시킴과 아울러, 제3 분배챔버(53)와, 제4 분배챔버(54) 및 부가 순환부(55)를 통해 수소가스의 다중 순환 냉각 경로를 제공하여 수소가스의 냉각시간을 보다 증가시킬 수 있다.

또한, 수소가스가 부가 순환부(55)를 통해 반복적으로 순환하는 과정에서는 다른 제1 칸막이(80)와 제2 칸막이(90)를 통해 반복적으로 상승 및 하강되는 열매체에 의해 냉각되면서 냉기를 부가 순환부(55)에 전달함에 따라 수소가스의 냉각효율을 더욱더 향상시킬 수 있다.

나아가, 열교환부(10)를 통해 액화수소 또는 수소가스를 약 -70℃로 냉각시키고, 제1 부가 열교환부(40)를 통해 수소가스를 약 -40℃로 냉각시킨 다음, 제2 부가 열교환부(50)를 통해 수소가스를 약 -20℃로 냉각시키는 방식을 채용함으로써, 안정된 환경에서 수소가스를 냉각시킨 후 수소자동차 또는 수소충전기에 공급할 수 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 액화수소 열교환기 10 : 열교환부
11 : 제1 본체부 11a : 주입구
11b : 배출구 12 : 제1 분배챔버
12a : 제1 분배채널 12b : 제1 이송영역
12c : 제1 전달영역 121 : 제1 챔버 본체부
1211 : 제1 돌출부 1211a : 제1 메탈링장착홈
122 : 제1 플랜지부 122a : 제2 메탈링장착홈
13 : 제2 분배챔버 13a : 제2 분배채널
13b : 제1 배출채널 13d : 제2 전달영역
13e : 제1 배출영역 131 : 제2 챔버 본체부
1311 : 제2 돌출부 1311a : 제3 메탈링장착홈
132 : 제2 플랜지부 132a : 제4 메탈링장착홈
14 : 순환부 15 : 제1 구획부
15a : 제1 단턱 151 : 제1 틀부
152 : 제1 구획바 152a : 제1 통과홀
16 : 제2 구획부 16a : 제2 단턱
161 : 제2 틀부 162 : 제2 구획바
162a : 제2 통과홀 17 : 배출부
20 : 공급캡 30 : 공급부
40 : 제1 부가 열교환부 41 : 제1 연결부
41a,51a : 통공 42 : 제2 본체부
42a : 제1 부가 주입구 42b : 제1 부가 배출구
43 : 통과가이드 43a : 확산통공
431 : 장착부 44 : 제1 이송관
441 : 제1 배출홀 45 : 제2 이송관
451 : 제2 배출홀 46 : 코일형 냉각부
461 : 열매체 주입구 462 : 열매체 배출구
47 : 제1 부가 배출부 50 : 제2 부가 열교환부
51 : 제2 연결부 52 : 제3 본체부
52a : 제2 부가 주입구 52b : 제2 부가 배출구
53 : 제3 분배챔버 53a : 제3 분배채널
53b : 제3 이송영역 53c : 제3 전달영역
531 : 제3 챔버 본체부 5311 : 제3 돌출부
5311a : 제5 메탈링장착홈 532 : 제3 플랜지부
532a : 제6 메탈링장착홈 54 : 제4 분배챔버
54a : 제4 분배채널 54b : 제2 배출채널
54c : 제4 이송영역 54d : 제4 전달영역
54e : 제2 배출영역 541 : 제4 챔버 본체부
5411 : 제4 돌출부 5411a : 제7 메탈링장착홈
542 : 제4 플랜지부 542a : 제8 메탈링장착홈
55 : 부가 순환부 56 : 제3 구획부
56a : 제3 단턱 561 : 제3 틀부
562 : 제3 구획바 562a : 제3 통과홀
57 : 제4 구획부 57a : 제4 단턱
571 : 제4 틀부 572 : 제4 구획바
572a : 제2 통과홀 58 : 제2 부가 배출부
58a : 제3 부가 배출구 60 : 부가 코일형 냉각부
70 : 냉각코일 80 : 제1 칸막이
90 : 제2 칸막이 100 : 제1 메탈링
110 : 제2 메탈링 120 : 제3 메탈링
130 : 제4 메탈링 140 : 제1 패킹
150 : 제2 패킹 160 : 제5 메탈링
170 : 제6 메탈링 180 : 제7 메탈링
190 : 제8 메탈링 200 : 제3 패킹
210 : 제4 패킹 220 : 온도센서포켓
230 : 압력센서포켓 240 : 유량센서포켓
250 : 벤트

Claims

열교환을 위한 열매체가 충진되는 열교환실과, 상기 열교환실에서 액화수소를 열매체와 열교환되도록 순환시켜 열교환 시간을 증대시키는 적어도 하나 이상의 순환부 및 상기 순환부를 순환하여 기화된 수소가스를 배출하는 배출부를 포함하는 열교환부; 및
상기 배출부로부터 수소가스를 공급받아 열매체와 열교환되도록 순환시키며, 상기 열교환부보다 높은 온도에서 수소가스를 열교환시키는 제1 부가 열교환부를 포함하고,
상기 제1 부가 열교환부는,
상기 배출부에 결합되고, 상기 배출부로부터 공급된 수소가스를 통과시키는 통공이 형성된 제1 연결부;
상기 제1 연결부에 결합되고, 내부에 상기 통공을 통해 유입되는 수소가스가 순환하는 순환실이 형성된 제2 본체부;
상기 제2 본체부의 순환실에서 상기 제1 연결부에 결합되고, 상기 통공을 통과한 수소가스를 확산시켜 통과시키도록 상기 통공보다 큰 직경을 갖는 확산통공이 형성된 통과가이드;
상기 순환실에 배치되고, 일측이 상기 통과가이드와 연결되며, 내부에 상기 확산통공을 통과한 수소가스를 이송시키는 제1 이송실이 형성되고, 타측에 상기 제1 이송실의 끝부분으로 이송된 수소가스를 배출시키는 적어도 하나 이상의 제1 배출홀이 형성된 제1 이송관;
내부에 상기 제1 이송관이 수용되며, 상기 제1 배출홀을 통해 배출된 수소가스를 이송시키는 제2 이송실이 형성되고, 상기 통과가이드와 마주하는 일측에 제2 이송실의 끝부분으로 이송된 수소가스를 상기 제2 본체부의 순환실로 배출시키는 적어도 하나 이상의 제2 배출홀이 형성된 제2 이송관;
상기 제2 이송관을 감싸는 형태로 배치되고, 내부에 상기 제1 이송실과 제2 이송실 및 순환실에 위치한 수소가스를 열교환시키기 위한 열매체가 저장되는 통로가 형성되며, 일측과 타측에 열매체 주입구 및 열매체 배출구가 각각 형성된 코일형 냉각부; 및
상기 제1 연결부와 대향되는 형태로 상기 제2 본체부에 결합되고, 상기 제2 이송관에서 순환실로 배출된 수소가스를 배출하는 제1 부가 배출부를 포함하는 액화수소 열교환기.
제1항에 있어서,
상기 열교환부는,
내부에 상기 열교환실이 형성되고, 일측과 타측이 각각 개방된 제1 본체부;
상기 제1 본체부의 일측 개방된 부분에 배치되고, 상기 순환부들 중 적어도 어느 하나 이상에 액화수소를 분배 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 제1 분배채널이 형성된 제1 분배챔버;
상기 제1 본체부의 타측 개방된 부분에 배치되며, 상기 순환부들 중 적어도 어느 하나 이상에 액화수소를 분배 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 제2 분배채널 및 순환을 마친 수소가스를 상기 배출부로 최종적으로 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 제1 배출채널이 형성된 제2 분배챔버;
상기 제1 분배챔버 상에서 상기 제1 분배채널을 복수개로 구획하여, 상기 제2 분배챔버 측으로 액화수소를 이송시키기 위한 적어도 하나 이상의 제1 이송영역 및 상기 제2 분배챔버 측에서 되돌아 오는 액화수소를 상기 제1 이송영역으로 전달하는 적어도 하나 이상의 제1 전달영역을 각각 형성시키는 제1 구획부; 및
상기 제2 분배챔버 상에서 상기 제2 분배채널을 복수개로 구획하여, 상기 제1 분배채널 측으로 액화수소를 이송시키기 위한 적어도 하나 이상의 제2 이송영역과, 상기 제1 분배챔버 측에서 되돌아 오는 액화수소를 상기 제2 이송영역으로 전달하는 적어도 하나 이상의 제2 전달영역 및 상기 제1 배출채널 상에 제1 배출영역을 각각 형성시키는 제2 구획부를 포함하고,
상기 순환부는 상기 제1 분배챔버와 제2 분배챔버의 사이에서 서로 일정간격 이격되도록 배치되고, 양측이 상기 제1 분배채널과 제2 분배채널에 각각 결합되어 액화수소의 순환 경로를 제공하며,
상기 제1 부가 배출부로부터 수소가스를 공급받아 열매체와 열교환되도록 순환시키며, 상기 제1 부가 열교환부보다 높은 온도에서 수소가스를 열교환시키는 제2 부가 열교환부를 더 포함하고,
상기 제2 부가 열교환부는,
상기 제1 부가 배출부에 결합되고, 상기 제1 부가 배출부에서 배출되는 수소가스를 통과시키는 통공이 형성된 제2 연결부;
상기 제2 연결부의 통공을 통과한 수소가스의 열교환이 이루어지도록 열매체가 충진되는 열교환실이 내부에 형성되고, 일측과 타측이 각각 개방된 제3 본체부;
상기 제3 본체부의 일측 개방된 부분에서 상기 제1 부가 배출부와 결합되고, 수소가스를 분배 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 제3 분배채널이 형성된 제3 분배챔버;
상기 제3 본체부의 타측 개방된 부분에 배치되며, 수소가스를 분배 공급하기 위한 적어도 하나 이상의 제4 분배채널 및 순환을 마친 수소가스를 최종적으로 배출하기 위한 적어도 하나 이상의 제2 배출채널이 형성된 제4 분배챔버;
상기 제3 분배챔버와 제4 분배챔버의 사이에서 서로 일정간격 이격되도록 배치되고, 일측이 상기 제3 분배채널에 각각 결합되고, 타측은 제4 분배채널 및 제2 배출채널에 각각 결합되어 수소가스의 순환 경로를 제공하는 복수개의 부가 순환부;
상기 제3 분배챔버 상에서 상기 제3 분배채널을 복수개로 구획하여, 상기 제4 분배챔버 측으로 수소가스를 이송시키기 위한 적어도 하나 이상의 제3 이송영역 및 상기 제4 분배챔버 측에서 되돌아 오는 수소가스를 상기 제3 이송영역으로 전달하는 적어도 하나 이상의 제3 전달영역을 각각 형성시키는 제3 구획부;
상기 제4 분배챔버 상에서 상기 제4 분배채널을 복수개로 구획하여, 상기 제3 분배채널 측으로 수소가스를 이송시키기 위한 적어도 하나 이상의 제4 이송영역과, 상기 제3 분배챔버 측에서 되돌아 오는 수소가스를 상기 제4 이송영역으로 전달하는 적어도 하나 이상의 제4 전달영역 및 상기 제2 배출채널 상에 제2 배출영역을 각각 구획되게 형성시키는 제4 구획부; 및
상기 제2 연결부와 대향되는 형태로 상기 제3 본체부에 결합되고, 상기 제4 분배채널의 제2 배출영역을 통해 배출된 수소가스를 공급원으로 배출하는 제2 부가 배출부를 포함하는 액화수소 열교환기.
제2항에 있어서,
상기 제1 구획부는,
상기 제1 분배챔버의 일측면에 결합되는 제1 틀부; 및
상기 제1 틀부의 내부공간을 일정패턴으로 구획하여 상기 제1 분배채널을 상기 제1 이송영역 및 제1 전달영역으로 분할하는 복수개의 제1 구획바를 포함하며, 상기 제1 구획바 중 선택되는 어느 하나에는 액화수소를 상기 제1 전달영역에서 상기 제1 이송영역으로 통과시키기 위한 적어도 하나 이상의 제1 통과홀이 형성된 제1 구획수단을 포함하는 액화수소 열교환기.
제2항에 있어서,
상기 제2 구획부는,
상기 제2 분배챔버의 일측면에 결합되는 제2 틀부; 및
상기 제2 틀부의 내부공간을 일정패턴으로 구획하여 상기 제2 분배채널을 상기 제2 이송영역과, 제2 전달영역 및 제1 배출영역으로 분할하는 복수개의 제2 구획바를 포함하며, 상기 제2 구획바 중 선택되는 어느 하나에는 액화수소를 상기 제2 전달영역에서 상기 제2 이송영역으로 통과시키기 위한 적어도 하나 이상의 제2 통과홀이 형성된 제2 구획수단을 포함하는 액화수소 열교환기.
제2항에 있어서,
상기 제1 분배챔버의 일측면에 결합되어, 상기 액화수소의 누출을 방지하며, 상기 제1 구획부의 일정영역이 수용되는 수용홈을 포함하여 그 내면이 상기 제1 분배챔버와 소정간격 이격되는 공급캡; 및
상기 공급캡에 결합되고, 어느 하나의 제1 이송영역으로 액화수소를 공급하기 위한 공급부를 더 포함하는 액화수소 열교환기.
삭제
삭제
제2항에 있어서,
상기 제3 구획부는,
상기 제3 분배챔버의 일측면에 결합되는 제3 틀부; 및
상기 제3 틀부의 내부공간을 일정패턴으로 구획하여 상기 제3 분배채널을 상기 제3 이송영역 및 제3 전달영역으로 분할하는 복수개의 제3 구획바를 포함하며, 상기 제3 구획바 중 선택되는 어느 하나에는 수소가스를 상기 제3 전달영역에서 상기 제3 이송영역으로 통과시키기 위한 적어도 하나 이상의 제3 통과홀이 형성된 제3 구획수단을 포함하는 액화수소 열교환기.
제2항에 있어서,
상기 제4 구획부는,
상기 제4 분배챔버의 일측면에 결합되는 제4 틀부; 및
상기 제4 틀부의 내부공간을 일정패턴으로 구획하여 상기 제4 분배채널을 상기 제4 이송영역과, 제4 전달영역 및 제2 배출영역으로 분할하는 복수개의 제4 구획바를 포함하며, 상기 제4 구획바 중 선택되는 어느 하나에는 수소수소를 상기 제4 전달영역에서 상기 제4 이송영역으로 통과시키기 위한 적어도 하나 이상의 제4 통과홀이 형성된 제4 구획수단을 포함하는 액화수소 열교환기.
제2항에 있어서,
상기 제1 본체부 및 제3 본체부의 외면을 각각 감싸는 형태로 배치되고, 내부에 상기 제1 본체부 및 제3 본체부를 냉각시키기 위한 열매체가 이송하는 통로가 형성되며, 양측에 부가 열매체 주입구 및 부가 열매체 배출구가 각각 형성된 부가 코일형 냉각부를 더 포함하는 액화수소 열교환기.
제2항에 있어서,
상기 순환부 및 부가 순환부를 각각 감싸는 형태로 배치되며, 상기 열교환실에 충진되는 열매체를 열원으로 하여 상기 순환부 및 부가 순환부를 각각 냉각시키는 냉각코일을 더 포함하는 액화수소 열교환기.
제11항에 있어서,
상기 제1 분배챔버와 제2 분배챔버의 사이 및 상기 제3 분배챔버와 제4 분배챔버의 사이에 각각 적어도 하나 이상으로 배치되고, 상기 냉각코일이 각각 관통하는 복수개의 관통홀이 일정간격으로 형성된 칸막이를 더 포함하고,
상기 칸막이는 상기 제1 본체부 및 제3 본체부의 높이방향 중앙부분을 기준으로 그 하층부에 위치된 냉각코일들에만 적용되며, 서로 수평방향으로 이격되도록 배치되는 복수개의 제1 칸막이 및 상기 제1 본체부 및 제2 본체부의 중앙부분을 기준으로 그 상층부에 위치된 냉각코일들에만 적용되고, 서로 수평방향으로 이격되도록 배치되는 복수개의 제2 칸막이로 분할되며,
상기 제1 칸막이와 제2 칸막이는 서로 상이한 간격으로 배치되며, 상기 제1 칸막이들과 제2 칸막이들은 그 하측 일정영역과 상측 일정영역이 서로 수평선상에 위치되도록 배치되어, 상기 열교환실에 충진된 열매체는 상기 제1 칸막이들과 제2 칸막이들의 사이 공간에서 반복적으로 상승 및 하강되면서 상기 수소가스를 냉각시키는 액화수소 열교환기.