KR102634450B1 - Solid hydrogen storage apparatus - Google Patents

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Abstract

내부에 수소를 저장하는 저장용기; 저장용기의 내부에 포함되고, 수소 저장용 고체 분말을 포함하는 수소 저장체; 저장용기의 내부에 포함되고, 수소 저장체를 관통하도록 배치된 복수 개의 열교환매체; 및 측면에서 복수의 열교환매체 중 일부와 접촉된 상태로 수소 저장체를 관통하도록 열교환매체와 나란한 방향으로 연장된 열교환핀;을 포함하는 고체 수소 저장장치가 소개된다.A storage container that stores hydrogen inside; A hydrogen storage body contained within the storage container and containing solid powder for hydrogen storage; A plurality of heat exchange media contained within the storage vessel and arranged to penetrate the hydrogen storage body; and a heat exchange fin extending in a direction parallel to the heat exchange medium to penetrate the hydrogen storage medium while being in contact with some of the plurality of heat exchange media on the side. A solid hydrogen storage device including a heat exchanger is introduced.

Description

고체 수소 저장장치{SOLID HYDROGEN STORAGE APPARATUS}Solid hydrogen storage device {SOLID HYDROGEN STORAGE APPARATUS}

본 발명은 고체 수소 저장장치에 관한 것으로, 용기 내부에 포함된 금속 수소화물을 이용하여 수소를 저장하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a solid hydrogen storage device, and to a device that stores hydrogen using metal hydride contained inside a container.

일반적으로, 부피 대비 저장 밀도를 향상시키기 위하여 금속 수소화물 기반의 고체 수소 저장 시스템이 사용되고 있다. 이러한 금속 수소화물로부터 수소를 방출시키기 위해서는 지속적인 열 공급이 필요하다. Generally, metal hydride-based solid hydrogen storage systems are used to improve storage density relative to volume. In order to release hydrogen from these metal hydrides, a continuous supply of heat is required.

특히, 대부분의 고용량 금속 수소화물 소재는 100℃이상의 고온에서 작동하기 때문에, 열유체나 전력을 이용하여 금속 수소화물을 가열하는 방법이 제시되고 있다.In particular, since most high-capacity metal hydride materials operate at high temperatures of 100°C or higher, methods of heating metal hydrides using thermal fluid or electric power have been proposed.

도 1은 종래 기술에 따른 고체 수소 저장용기의 내부를 도시한 것이다.Figure 1 shows the interior of a solid hydrogen storage container according to the prior art.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 고체 수소 저장용기는 내부에 금속 수소화물을 가열하거나 냉각시키기 위하여 용기의 길이 방향으로 연장된 가열튜브(10) 및 냉각튜브(20)가 형성되고, 금속 수소화물 사이에 복수의 열교환핀(30)이 가열튜브(10) 및 냉각튜브(20)의 연장 방향과 수직한 평면으로 연장되도록 형성된다. 반응을 통하여 수소를 합성시키거나 수소를 분해시키는 금속 수소화물(미도시)은 복수의 열교환핀(30) 사이에 배치된다.Referring to FIG. 1, a solid hydrogen storage container according to the prior art is formed with a heating tube 10 and a cooling tube 20 extending in the longitudinal direction of the container to heat or cool the metal hydride inside, and the metal water storage container is formed. A plurality of heat exchange fins 30 are formed between the extinguished products to extend in a plane perpendicular to the extension direction of the heating tube 10 and the cooling tube 20. Metal hydride (not shown), which synthesizes hydrogen or decomposes hydrogen through reaction, is disposed between the plurality of heat exchange fins 30.

다만, 종래 기술에 따르면 복수의 열교환핀(30)에 의해 고체 수소 저장용기의 길이 방향으로 수소의 유동이 방해되고, 균일한 열교환을 위하여 많은 수량의 열교환핀(30)이 요구되어 고체 수소 저장용기의 중량이 증가하는 문제가 있었다.However, according to the prior art, the flow of hydrogen in the longitudinal direction of the solid hydrogen storage container is hindered by the plurality of heat exchange fins 30, and a large number of heat exchange fins 30 are required for uniform heat exchange, so the solid hydrogen storage container There was a problem with the weight increasing.

또한, 부품 제작 공차로 인해 가열튜브(10)와 열교환핀(30) 사이의 접촉이 완전하지 못하여 가열튜브(10)로부터 열교환핀(30)으로의 열전달에서 손실이 발생할 수 있는 문제가 있었다.In addition, due to component manufacturing tolerances, the contact between the heating tube 10 and the heat exchange fin 30 is not complete, resulting in a problem that loss may occur in heat transfer from the heating tube 10 to the heat exchange fin 30.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.The matters described as background technology above are only for the purpose of improving understanding of the background of the present invention, and should not be taken as acknowledgment that they correspond to prior art already known to those skilled in the art.

KR 10-2017-0097386 AKR 10-2017-0097386 A

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 열교환핀의 중량을 감소시킴으로써 경량화되고 제작 과정이 간단한 고체 수소 저장장치를 제공하고자 함이다.The present invention was proposed to solve this problem, and aims to provide a solid hydrogen storage device that is lightweight and has a simple manufacturing process by reducing the weight of the heat exchange fin.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고체 수소 저장장치는 내부에 수소를 저장하는 저장용기; 저장용기의 내부에 포함되고, 수소 저장용 고체 분말을 포함하는 수소 저장체; 저장용기의 내부에 포함되고, 수소 저장체를 관통하도록 배치된 복수 개의 열교환매체; 및 측면에서 복수의 열교환매체 중 일부와 접촉된 상태로 수소 저장체를 관통하도록 열교환매체와 나란한 방향으로 연장된 열교환핀;을 포함한다.A solid hydrogen storage device according to the present invention for achieving the above object includes a storage container storing hydrogen therein; A hydrogen storage body contained within the storage container and containing solid powder for hydrogen storage; A plurality of heat exchange media contained within the storage vessel and arranged to penetrate the hydrogen storage body; and a heat exchange fin extending in a direction parallel to the heat exchange medium to penetrate the hydrogen storage body while being in contact with a portion of the plurality of heat exchange media on the side.

저장용기는 일측 단부에 수소 출입구가 형성되고, 수소 출입구로부터 멀어지는 방향으로 타측이 연장된 형상이고, 열교환매체 및 열교환핀은 저장용기의 연장된 방향과 나란한 방향으로 형성될 수 있다.The storage container has a hydrogen inlet formed at one end and the other side extends in a direction away from the hydrogen inlet, and the heat exchange medium and heat exchange fins may be formed in a direction parallel to the extended direction of the storage container.

수소 저장체의 수소 저장용 고체 분말은 열에너지를 흡수함에 따라 수소를 방출할 수 있다.Solid powder for hydrogen storage in a hydrogen storage medium can release hydrogen as it absorbs heat energy.

수소 저장체에는 수소 저장용 고체 분말의 반응속도를 향상시키는 전이금속 또는 희토류계 촉매가 포함될 수 있다.The hydrogen storage medium may contain a transition metal or rare earth catalyst that improves the reaction rate of solid powder for hydrogen storage.

수소 저장체는 수소 저장용 고체 분말을 포함한 분말이 열교환매체의 단면 또는 열교환핀의 단면을 포함한 금형에 주입된 상태로 압축되어 제작될 수 있다.The hydrogen storage body can be manufactured by compressing powder containing solid powder for hydrogen storage and injecting it into a mold containing the cross section of the heat exchange medium or the cross section of the heat exchange fin.

수소 저장체는 복수 개로 제작되고, 저장용기의 연장 방향을 따라서 적층될 수 있다.The hydrogen storage body may be manufactured in plural pieces and stacked along the extension direction of the storage container.

저장용기는 열교환매체의 연장 방향과 나란한 방향으로 연장된 원기둥 형상이고, 열교환핀은 복수 개로 마련되고, 저장용기의 반경 방향으로 연장된 형상으로 저장용기의 단면을 일정한 각도 간격으로 분할하도록 배치될 수 있다.The storage container has a cylindrical shape extending in a direction parallel to the direction of extension of the heat exchange medium, and the heat exchange fins are provided in plural pieces, and have a shape extending in the radial direction of the storage container and can be arranged to divide the cross section of the storage container at regular angular intervals. there is.

열교환매체는 열교환핀의 양측면에 각각 접촉되도록 배치되되, 열교환핀의 양측면에 배치된 열교환매체는 저장용기의 반경 방향으로 서로 이격되도록 배치될 수 있다.The heat exchange media are arranged to contact both sides of the heat exchange fins, but the heat exchange media disposed on both sides of the heat exchange fins may be arranged to be spaced apart from each other in the radial direction of the storage container.

열교환매체는 열교환핀의 양측면에 각각 접촉되도록 배치된 가열튜브와 열교환핀과 이격되어 원주 방향으로 이격된 위치에 배치된 냉각튜브를 포함할 수 있다.The heat exchange medium may include a heating tube disposed in contact with both sides of the heat exchange fin, and a cooling tube disposed at a position spaced apart from the heat exchange fin in the circumferential direction.

본 발명의 고체 수소 저장장치에 따르면, 열교환핀이 열교환매체에 수직으로 배치된 것보다 상대적으로 작은 면적을 갖더라도 충분한 열교환 효율을 가질 수 있어 고체 수소 저장장치를 경량화할 수 있는 효과를 갖는다. According to the solid hydrogen storage device of the present invention, sufficient heat exchange efficiency can be achieved even if the heat exchange fins have a relatively smaller area than those disposed perpendicular to the heat exchange medium, which has the effect of reducing the weight of the solid hydrogen storage device.

또한, 수소 저장체 내부를 통한 수소의 유동이 열교환핀에 의해 차단되는 효과가 감소되어 수소 저장체의 관통 방향으로 수소가 자유롭게 유동될 수 있는 효과를 갖는다.In addition, the effect of blocking the flow of hydrogen through the hydrogen storage body by the heat exchange fin is reduced, allowing hydrogen to freely flow in the direction through the hydrogen storage body.

도 1은 종래 기술에 따른 고체 수소 저장용기의 내부를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 수소 저장장치의 외부 사시도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 저장체의 내부 사시도를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 저장체의 내부 단면도를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 저장체의 금형을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환핀 및 열교환매체를 도시한 것이다.
Figure 1 shows the interior of a solid hydrogen storage container according to the prior art.
Figure 2 shows an external perspective view of a solid hydrogen storage device according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 shows an internal perspective view of a hydrogen storage body according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 shows an internal cross-sectional view of a hydrogen storage body according to an embodiment of the present invention.
Figure 5 shows a mold for a hydrogen storage body according to an embodiment of the present invention.
Figure 6 shows a heat exchange fin and a heat exchange medium according to an embodiment of the present invention.

본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. Specific structural and functional descriptions of the embodiments of the present invention disclosed in the present specification or application are merely illustrative for the purpose of explaining the embodiments according to the present invention, and the embodiments according to the present invention may be implemented in various forms. and should not be construed as limited to the embodiments described in this specification or application.

본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. Since the embodiments according to the present invention can make various changes and have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all changes, equivalents, and substitutes included in the spirit and technical scope of the present invention.

제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.Terms such as first and/or second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another component, for example, without departing from the scope of rights according to the concept of the present invention, a first component may be named a second component, and similarly The second component may also be referred to as the first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다. When a component is said to be "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected to or connected to the other component, but that other components may exist in between. It should be. On the other hand, when it is mentioned that a component is “directly connected” or “directly connected” to another component, it should be understood that there are no other components in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "immediately between" or "neighboring" and "directly adjacent to" should be interpreted similarly.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. The terms used in this specification are merely used to describe specific embodiments and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as “include” or “have” are intended to indicate the existence of a described feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof, but are not intended to indicate the presence of one or more other features or numbers. It should be understood that this does not preclude the existence or addition of steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by a person of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains. Terms defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related technology, and unless clearly defined in this specification, should not be interpreted as having an ideal or excessively formal meaning. .

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by explaining preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals in each drawing indicate the same member.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 수소 저장장치의 외부 사시도를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 저장체(200)의 내부 사시도를 도시한 것이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 저장체(200)의 내부 단면도를 도시한 것이다.Figure 2 shows an external perspective view of a solid hydrogen storage device according to an embodiment of the present invention, Figure 3 shows an internal perspective view of a hydrogen storage body 200 according to an embodiment of the present invention, and Figure 4 shows an internal cross-sectional view of the hydrogen storage body 200 according to an embodiment of the present invention.

도 2 내지 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 수소 저장장치는 내부에 수소를 저장하는 저장용기(100); 저장용기(100)의 내부에 포함되고, 수소 저장용 고체 분말을 포함하는 수소 저장체(200); 저장용기(100)의 내부에 포함되고, 수소 저장체(200)를 관통하도록 배치된 복수 개의 열교환매체(300); 및 측면에서 복수의 열교환매체(300) 중 일부와 접촉된 상태로 수소 저장체(200)를 관통하도록 열교환매체(300)와 나란한 방향으로 연장된 열교환핀(400);을 포함한다.2 to 4, a solid hydrogen storage device according to an embodiment of the present invention includes a storage container 100 that stores hydrogen therein; A hydrogen storage body (200) contained within the storage container (100) and containing solid powder for hydrogen storage; A plurality of heat exchange media (300) included in the storage container (100) and disposed to penetrate the hydrogen storage body (200); and a heat exchange fin 400 extending in a direction parallel to the heat exchange medium 300 so as to penetrate the hydrogen storage body 200 while being in contact with a portion of the plurality of heat exchange media 300 on the side.

저장용기(100)는 고온 및 고압의 환경에도 불구하고 내부에 저장한 수소를 유출시키지 않는 재질로 형성될 수 있다. 내열성 및 내압성뿐만 아니라 내부식성까지 우수한 재질로 형성될 수 있다.The storage container 100 may be made of a material that does not leak the hydrogen stored therein despite a high temperature and high pressure environment. It can be made of a material that has excellent heat resistance and pressure resistance as well as corrosion resistance.

저장용기(100)의 내부에는 수소 저장용 고체 분말을 포함하는 수소 저장체(200)가 포함된다. 수소 저장체(200) 내부에 포함된 수소 저장용 고체 분말이 반응을 통하여 수소를 포함하였다가 배출할 수 있다.The interior of the storage container 100 includes a hydrogen storage body 200 containing solid powder for hydrogen storage. The solid powder for hydrogen storage contained within the hydrogen storage body 200 may contain and then release hydrogen through a reaction.

열교환매체(300)는 저장용기(100) 내부에 포함되고, 수소 저장체(200)의 온도를 제어하기 위하여 측면이 수소 저장체(200)에 접촉되도록 복수 개의 열교환매체(300)가 수소 저장체(200)를 관통하도록 배치될 수 있다. 열교환매체(300)는 내열성 및 내부식성이 우수한 SUS재질일 수 있다.The heat exchange medium 300 is included inside the storage container 100, and a plurality of heat exchange media 300 are installed so that the side surfaces are in contact with the hydrogen storage body 200 to control the temperature of the hydrogen storage body 200. It may be arranged to penetrate (200). The heat exchange medium 300 may be made of SUS material with excellent heat resistance and corrosion resistance.

열교환핀(400)은 복수의 열교환매체(300) 중 일부와 접촉된 상태로 열교환매체(300)와 나란한 방향으로 연장되어 열교환매체(300)와 열교환하고, 수소 저장체(200)를 관통한 상태로 수소 저장체(200)에 접촉되어 열교환할 수 있다. 즉, 열교환핀(400)은 열교환매체(300)와 수소 저장체(200) 사이의 열교환을 활성화하기 위하여 열교환매체(300)와 접촉된 상태로 열교환매체(300)와 나란하게 연장되어 수소 저장체(200)와 접촉될 수 있다.The heat exchange fin 400 is in contact with a portion of the plurality of heat exchange media 300 and extends in a direction parallel to the heat exchange medium 300 to exchange heat with the heat exchange medium 300 and penetrate the hydrogen storage body 200. Heat can be exchanged by contacting the hydrogen storage body 200. That is, the heat exchange fin 400 is in contact with the heat exchange medium 300 and extends parallel to the heat exchange medium 300 to activate heat exchange between the heat exchange medium 300 and the hydrogen storage medium 200. (200) can be contacted.

이에 따라, 열교환핀(400)이 열교환매체(300)에 수직으로 배치된 것보다 상대적으로 작은 면적을 갖더라도 충분한 열교환 효율을 가질 수 있어 고체 수소 저장장치를 경량화할 수 있는 효과를 갖는다. 또한, 수소 저장체(200) 내부를 통한 수소의 유동이 열교환핀(400)에 의해 차단되는 효과가 감소되어 수소 저장체(200)의 관통 방향으로 수소가 자유롭게 유동될 수 있는 효과를 갖는다.Accordingly, even if the heat exchange fins 400 have a relatively smaller area than those disposed perpendicularly to the heat exchange medium 300, sufficient heat exchange efficiency can be achieved, which has the effect of reducing the weight of the solid hydrogen storage device. In addition, the effect of blocking the flow of hydrogen through the inside of the hydrogen storage body 200 by the heat exchange fin 400 is reduced, so that hydrogen can freely flow in the direction through the hydrogen storage body 200.

저장용기(100)는 일측 단부에 수소 출입구(110)가 형성되고, 수소 출입구(110)로부터 멀어지는 방향으로 타측이 연장된 형상이고, 열교환매체(300) 및 열교환핀(400)은 저장용기(100)의 연장된 방향과 나란한 방향으로 형성될 수 있다.The storage container 100 has a hydrogen entrance 110 formed at one end, and the other side extends in a direction away from the hydrogen entrance 110. The heat exchange medium 300 and the heat exchange fin 400 are formed in the storage vessel 100. ) can be formed in a direction parallel to the extended direction.

즉, 저장용기(100)는 일측 단부에 수소 출입구(110)가 형성되고 타측으로 연장된 기둥형상으로, 일측 단부에 형성된 수소 출입구(110)를 통하여 저장용기(100)의 내부로 수소가 유입되거나 저장용기(100)의 내부에서 외부로 수소가 배출될 수 있다. That is, the storage container 100 is shaped like a pillar with a hydrogen entrance 110 formed at one end and extending to the other side, and hydrogen flows into the storage container 100 through the hydrogen entrance 110 formed at one end. Hydrogen may be discharged from the inside of the storage container 100 to the outside.

열교환매체(300) 및 열교환핀(400)은 저장용기(100)의 연장 방향과 나란한 방향으로 연장되도록 형성될 수 있다. 이에 따라, 저장용기(100)가 연장된 방향으로의 열전달을 활성화하여 저장용기(100) 내부의 수소 저장체(200)를 신속하게 가열하거나 냉각시킬 수 있는 효과를 갖는다.The heat exchange medium 300 and the heat exchange fins 400 may be formed to extend in a direction parallel to the direction in which the storage container 100 extends. Accordingly, this has the effect of quickly heating or cooling the hydrogen reservoir 200 inside the storage container 100 by activating heat transfer in the direction in which the storage container 100 extends.

수소 저장용 고체 분말은 반응을 통하여 수소를 합성시키거나 수소를 분해시키는 금속 수소화물일 수 있다. 금속 수소화물은 특정한 압력 및 온도 조건에서 수소와 합성되거나 수소를 방출시킬 수 있다.Solid powder for hydrogen storage may be a metal hydride that synthesizes hydrogen or decomposes hydrogen through reaction. Metal hydrides can synthesize hydrogen or release hydrogen under certain pressure and temperature conditions.

특히, 수소 저장체(200)의 수소 저장용 고체 분말은 열에너지를 흡수함에 따라 수소를 방출할 수 있다. 즉, 수소 저장용 고체 분말은 흡열 반응에 의해 수소를 방출하는 것으로, 수소를 방출시키기 위하여 수소 저장체(200)를 가열할 수 있다.In particular, the solid powder for hydrogen storage of the hydrogen storage body 200 may emit hydrogen as it absorbs heat energy. That is, the solid powder for hydrogen storage releases hydrogen through an endothermic reaction, and the hydrogen storage body 200 can be heated to release hydrogen.

예를 들어, 수소 저장용 고체 분말은 고온 및 고압의 조건에서 수소와 반응하여 로 합성되는 Mg 분말이거나, 수소와 반응하여 로 합성하는 NaAl일 수도 있다.For example, solid powder for hydrogen storage reacts with hydrogen under conditions of high temperature and pressure. It is a Mg powder synthesized by or reacts with hydrogen to It may be NaAl synthesized using .

반응식은 예를 들어 아래와 같다.For example, the reaction equation is as follows.

Mg + + 75 kJ/molMg+ + 75 kJ/mol

즉, 에 에너지를 가해주면 Mg + 로 분해되어 수소가 방출되고, 특정한 온도 범위 내에서 수소를 가압하면 Mg가 다시 로 합성되면서 수소를 저장하는 가역 반응이다. 특히, 고온 고압의 반응기에서 수소를 가압한 상태로 장시간 유지되어 형성될 수 있다. 반응기의 고온 고압 조건은 수소 저장용 고체 분말의 종류에 따라 선정될 수 있다.in other words, If energy is applied to Mg + decomposes to release hydrogen, and when hydrogen is pressurized within a certain temperature range, Mg is converted back into Mg. It is a reversible reaction that stores hydrogen while being synthesized. In particular, it can be formed by maintaining hydrogen in a pressurized state for a long time in a high-temperature, high-pressure reactor. The high temperature and high pressure conditions of the reactor can be selected depending on the type of solid powder for hydrogen storage.

특히, 은 수소 저장밀도가 7.8[wt%]로, 다른 금속 수소화물에 대비하여 단위 질량당 수소 저장량이 크다. 이에 따라, 수소 저장용 고체 분말로 을 이용하는 경우, 질량 대비 수소 저장량이 큰 효과를 가질 수 있다.especially, The hydrogen storage density of silver is 7.8 [wt%], and the amount of hydrogen stored per unit mass is larger than that of other metal hydrides. Accordingly, solid powder for hydrogen storage When used, the amount of hydrogen stored relative to mass can have a large effect.

다만, 는 수소를 방출하는 반응이 발생하는 온도가 상대적으로 고온이므로 수소 저장용 고체 분말을 가열하는 열효율 및 열전달이 중요하다. but, Since the temperature at which the reaction releasing hydrogen occurs is relatively high, the thermal efficiency and heat transfer of heating the solid powder for hydrogen storage are important.

추가로, 수소 저장체(200)에는 수소 저장용 고체 분말의 반응속도를 향상시키는 전이금속 또는 희토류계 촉매가 포함될 수 있다. 는 수소를 방출하는 반응이 발생하는 온도가 높고, 수소의 방출 속도가 느리다. Additionally, the hydrogen storage body 200 may include a transition metal or rare earth catalyst that improves the reaction rate of solid powder for hydrogen storage. The temperature at which the reaction releasing hydrogen occurs is high, and the rate of hydrogen release is slow.

이를 해결하기 위하여 수소 저장체(200)에는 수소 저장용 고체 분말의 반응속도(Kinetics)를 향상시키기 위하여 전이금속 또는 희토류계 촉매를 더 포함하거나, 수소 저장체(200) 내부에서의 열전도율을 향상시키기 위하여 팽창흑연 (ENG, Expanded Natural Graphite) 또는 그래핀 등의 탄소 첨가제를 포함할 수 있다.To solve this problem, the hydrogen storage body 200 further includes a transition metal or rare earth catalyst to improve the reaction rate (kinetics) of the solid powder for hydrogen storage, or to improve the thermal conductivity inside the hydrogen storage body 200. For this purpose, carbon additives such as expanded natural graphite (ENG) or graphene may be included.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 저장체(200)의 금형(500)을 도시한 것이다.Figure 5 shows a mold 500 of a hydrogen storage body 200 according to an embodiment of the present invention.

도 5를 더 참조하면, 수소 저장체(200)는 수소 저장용 고체 분말을 포함한 분말이 열교환매체(300)의 단면 또는 열교환핀(400)의 단면을 포함한 금형(500)에 주입된 상태로 압축되어 제작될 수 있다.Referring further to FIG. 5, the hydrogen storage body 200 is compressed in a state in which powder containing solid powder for hydrogen storage is injected into a mold 500 containing the cross section of the heat exchange medium 300 or the cross section of the heat exchange fin 400. It can be manufactured.

수소 저장체(200)는 수소 저장용 고체 분말과 상기 설명한 전이금속 또는 희토류계 촉매를 혼합한 분말이 금형(500)에 주입된 상태로 프레싱하여 플레이트 형상으로 제작될 수 있다.The hydrogen storage body 200 may be manufactured in a plate shape by pressing a mixture of solid powder for hydrogen storage and the above-described transition metal or rare earth catalyst injected into the mold 500.

특히, 금형(500)에는 열교환매체(300)의 단면(510,520) 및 열교환핀(400)의 단면(530)이 포함됨으로써 수소 저장체(200)에는 열교환매체(300) 및 열교환핀(400)에 대응되는 관통홀들이 형성되고, 이에 따라 수소 저장체(200)는 열교환매체(300) 및 열교환핀(400)를 관통한 상태로 용이하게 결합될 수 있다.In particular, the mold 500 includes the cross-sections 510 and 520 of the heat exchange medium 300 and the cross-section 530 of the heat exchange fin 400, so that the hydrogen storage body 200 includes the heat exchange medium 300 and the heat exchange fin 400. Corresponding through holes are formed, and thus the hydrogen storage body 200 can be easily coupled while penetrating the heat exchange medium 300 and the heat exchange fin 400.

수소 저장체(200)는 복수 개로 제작되고, 저장용기(100)의 연장 방향을 따라서 적층될 수 있다. 즉, 열교환매체(300) 및 열교환핀(400)이 수소 저장체(200)를 관통한 상태로 연장됨으로써, 수소 저장체(200)는 동일한 단면을 갖도록 연장된다. 따라서, 수소 저장체(200)를 복수 개로 제작하여 저장용기(100)의 연장 방향을 따라서 적층시킴으로써 제작성이 개선된 효과를 갖는다.The hydrogen storage body 200 may be manufactured in plural pieces and stacked along the extending direction of the storage container 100. That is, the heat exchange medium 300 and the heat exchange fin 400 extend through the hydrogen storage body 200, so that the hydrogen storage body 200 is extended to have the same cross section. Therefore, manufacturing a plurality of hydrogen storage bodies 200 and stacking them along the extending direction of the storage container 100 has the effect of improving manufacturability.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환핀(400) 및 열교환매체(300)를 도시한 것이다.Figure 6 shows a heat exchange fin 400 and a heat exchange medium 300 according to an embodiment of the present invention.

도 6을 더 참조하면, 저장용기(100)는 열교환매체(300)의 연장 방향과 나란한 방향으로 연장된 원기둥 형상이고, 열교환핀(400)은 복수 개로 마련되고, 저장용기(100)의 반경 방향으로 연장된 형상으로 저장용기(100)의 단면을 일정한 각도 간격으로 분할하도록 배치될 수 있다.Referring further to FIG. 6, the storage container 100 has a cylindrical shape extending in a direction parallel to the direction of extension of the heat exchange medium 300, and a plurality of heat exchange fins 400 are provided, and are provided in a radial direction of the storage container 100. It can be arranged to divide the cross section of the storage container 100 at regular angular intervals in an extended shape.

즉, 저장용기(100)는 수소 저장체(200)를 관통하는 방향으로 연장된 원기둥 형상이고, 열교환핀(400)은 원 형상을 갖는 저장용기(100)의 단면에서 중심부로부터 반경 방향으로 연장된 형상일 수 있다. 특히, 열교환핀(400)은 저장용기(100)의 단면을 일정한 각도 간격으로 분할하도록 배치될 수 있다. That is, the storage container 100 has a cylindrical shape extending in a direction penetrating the hydrogen storage body 200, and the heat exchange fin 400 extends in the radial direction from the center in the cross section of the storage container 100 having a circular shape. It may be a shape. In particular, the heat exchange fins 400 may be arranged to divide the cross section of the storage container 100 at regular angular intervals.

이에 따라, 열교환핀(400)은 열교환매체(300)로부터 전달받은 열을 수소 저장체(200)에 균일하게 전달할 수 있다. 또한, 수소 저장체(200)가 적층 방향뿐만 아니라 저장용기(100)의 원주 방향으로도 동일한 형상인 점에서 동일한 금형(500)을 통하여 제작할 수 있어 제작성이 향상되는 효과를 갖는다.Accordingly, the heat exchange fin 400 can uniformly transfer the heat received from the heat exchange medium 300 to the hydrogen storage body 200. In addition, since the hydrogen storage body 200 has the same shape not only in the stacking direction but also in the circumferential direction of the storage container 100, it can be manufactured using the same mold 500, which has the effect of improving manufacturability.

특히, 열교환매체(300)는 열교환핀(400)의 양측면에 각각 접촉되도록 배치되되, 열교환핀(400)의 양측면에 배치된 열교환매체(300)는 저장용기(100)의 반경 방향으로 서로 이격되도록 배치될 수 있다.In particular, the heat exchange medium 300 is arranged to contact each side of the heat exchange fin 400, and the heat exchange medium 300 disposed on both sides of the heat exchange fin 400 are spaced apart from each other in the radial direction of the storage container 100. can be placed.

즉, 양측의 열교환핀(400)에 의해 분리된 수소 저장체(200)에는 각각의 열교환핀(400)의 측면에 접촉되어 배치된 열교환매체(300)가 포함된다. 또한, 각각의 열교환핀(400)의 측면에 접촉된 열교환매체(300)는 저장용기(100)의 반경 방향으로 서로 이격되어 수소 저장체(200)에 균일하게 열을 전달할 수 있는 효과를 갖는다.That is, the hydrogen storage body 200 separated by the heat exchange fins 400 on both sides includes a heat exchange medium 300 disposed in contact with the side of each heat exchange fin 400. In addition, the heat exchange media 300 in contact with the side surfaces of each heat exchange fin 400 are spaced apart from each other in the radial direction of the storage container 100, which has the effect of uniformly transferring heat to the hydrogen storage body 200.

열교환매체(300)는 열교환핀(400)의 양측면에 각각 접촉되도록 배치된 가열튜브(310)와 열교환핀(400)과 이격되어 원주 방향으로 이격된 위치에 배치된 냉각튜브(320)를 포함할 수 있다. The heat exchange medium 300 may include a heating tube 310 arranged to be in contact with both sides of the heat exchange fin 400, and a cooling tube 320 arranged at a position spaced apart from the heat exchange fin 400 in the circumferential direction. You can.

열교환매체(300)는 열교환핀(400)을 통하여 수소 저장체(200)를 가열하는 가열튜브(310)와 수소 저장체(200)를 냉각하는 냉각튜브(320)를 별도로 포함할 수 있다. 가열튜브(310) 및 냉각튜브(320)에는 내부로 유체인 냉매를 각각 유동시킴으로써 수소 저장체(200)를 가열 또는 냉각시킬 수 있다.The heat exchange medium 300 may separately include a heating tube 310 that heats the hydrogen storage body 200 through the heat exchange fin 400 and a cooling tube 320 that cools the hydrogen storage body 200. The hydrogen storage body 200 can be heated or cooled by flowing a fluid refrigerant inside the heating tube 310 and the cooling tube 320, respectively.

수소 저장체(200)에 저장된 수소를 방출시키기 위하여는 냉각보다 가열이 상대적으로 더 중요하고, 신속하게 방출될 필요성이 높다. 즉, 요구되는 수소의 방출을 위해서는 수소 저장체(200)를 신속하게 고온의 조건으로 가열시키는 것이 중요하므로 가열튜브(310)를 열교환핀(400)과 접촉되도록 배치할 수 있다. In order to release the hydrogen stored in the hydrogen storage body 200, heating is relatively more important than cooling, and the need for rapid release is high. That is, in order to release the required hydrogen, it is important to quickly heat the hydrogen storage body 200 to a high temperature condition, so the heating tube 310 can be arranged to be in contact with the heat exchange fin 400.

반면, 냉각튜브(320)는 가열튜브(310)와 나란하게 배치되지만 열교환핀(400)과 접촉되지 않고 이격되도록 형성될 수 있다. 또한, 냉각튜브(320)는 가열튜브(310)보다 상대적으로 직경은 크게 형성되지만, 수소 저장체(200)를 관통하는 개수는 상대적으로 적을 수 있다.On the other hand, the cooling tube 320 is arranged in parallel with the heating tube 310, but may be formed to be spaced apart from the heat exchange fin 400 without contacting it. In addition, the cooling tube 320 has a relatively larger diameter than the heating tube 310, but the number of cooling tubes 320 penetrating the hydrogen storage body 200 may be relatively small.

본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.Although the present invention has been shown and described in relation to specific embodiments, it is known in the art that the present invention can be modified and changed in various ways without departing from the technical spirit of the present invention as provided by the following claims. This will be self-evident to those with ordinary knowledge.

100 : 저장용기 200 : 수소 저장체
300 : 열교환매체 400 : 열교환핀
500 : 수소 저장체의 금형
100: storage container 200: hydrogen storage body
300: heat exchange medium 400: heat exchange fin
500: Mold of hydrogen storage body

Claims (9)

내부에 수소를 저장하는 저장용기;
저장용기의 내부에 포함되고, 수소 저장용 고체 분말을 포함하는 수소 저장체;
저장용기의 내부에 포함되고, 수소 저장체를 관통하도록 배치된 복수 개의 열교환매체; 및
측면에서 복수의 열교환매체 중 일부와 접촉된 상태로 수소 저장체를 관통하도록 열교환매체와 나란한 방향으로 연장된 열교환핀;을 포함하고,
열교환매체는 열교환핀의 양측면에 각각 접촉되도록 배치된 가열튜브와 열교환핀과 이격되어 원주 방향으로 이격된 위치에 배치된 냉각튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체 수소 저장장치.
A storage container that stores hydrogen inside;
A hydrogen storage body contained within the storage container and containing solid powder for hydrogen storage;
A plurality of heat exchange media contained within the storage vessel and arranged to penetrate the hydrogen storage body; and
It includes a heat exchange fin extending in a direction parallel to the heat exchange medium so as to penetrate the hydrogen storage body while being in contact with some of the plurality of heat exchange media on the side,
The heat exchange medium is a solid hydrogen storage device comprising a heating tube disposed in contact with both sides of the heat exchange fin and a cooling tube disposed at a position spaced apart from the heat exchange fin in the circumferential direction.
청구항 1에 있어서,
저장용기는 일측 단부에 수소 출입구가 형성되고, 수소 출입구로부터 멀어지는 방향으로 타측이 연장된 형상이고,
열교환매체 및 열교환핀은 저장용기의 연장된 방향과 나란한 방향으로 형성된 것을 특징으로 하는 고체 수소 저장장치.
In claim 1,
The storage container has a hydrogen entrance formed at one end, and the other side extends in a direction away from the hydrogen entrance,
A solid hydrogen storage device wherein the heat exchange medium and heat exchange fins are formed in a direction parallel to the extending direction of the storage container.
청구항 1에 있어서,
수소 저장체의 수소 저장용 고체 분말은 열에너지를 흡수함에 따라 수소를 방출하는 것을 특징으로 하는 고체 수소 저장장치.
In claim 1,
A solid hydrogen storage device characterized in that the solid powder for hydrogen storage releases hydrogen as it absorbs heat energy.
청구항 3에 있어서,
수소 저장체에는 수소 저장용 고체 분말의 반응속도를 향상시키는 전이금속 또는 희토류계 촉매가 포함된 것을 특징으로 하는 고체 수소 저장장치.
In claim 3,
A solid hydrogen storage device characterized in that the hydrogen storage body contains a transition metal or rare earth catalyst that improves the reaction rate of solid powder for hydrogen storage.
청구항 1에 있어서,
수소 저장체는 수소 저장용 고체 분말을 포함한 분말이 열교환매체의 단면 또는 열교환핀의 단면을 포함한 금형에 주입된 상태로 압축되어 제작된 것을 특징으로 하는 고체 수소 저장장치.
In claim 1,
The hydrogen storage body is a solid hydrogen storage device that is manufactured by compressing powder containing solid powder for hydrogen storage into a mold containing the cross section of the heat exchange medium or the cross section of the heat exchange fin.
청구항 5에 있어서,
수소 저장체는 복수 개로 제작되고, 저장용기의 연장 방향을 따라서 적층된 것을 특징으로 하는 고체 수소 저장장치.
In claim 5,
A solid hydrogen storage device characterized in that the hydrogen storage body is manufactured in plural pieces and stacked along the extending direction of the storage container.
청구항 1에 있어서,
저장용기는 열교환매체의 연장 방향과 나란한 방향으로 연장된 원기둥 형상이고,
열교환핀은 복수 개로 마련되고, 저장용기의 반경 방향으로 연장된 형상으로 저장용기의 단면을 일정한 각도 간격으로 분할하도록 배치된 것을 특징으로 하는 고체 수소 저장장치.
In claim 1,
The storage container has a cylindrical shape extending in a direction parallel to the direction of extension of the heat exchange medium,
A solid hydrogen storage device characterized in that a plurality of heat exchange fins are provided and arranged to divide the cross section of the storage container at regular angular intervals in a shape extending in the radial direction of the storage container.
청구항 7에 있어서,
열교환매체는 열교환핀의 양측면에 각각 접촉되도록 배치되되, 열교환핀의 양측면에 배치된 열교환매체는 저장용기의 반경 방향으로 서로 이격되도록 배치된 것을 특징으로 하는 고체 수소 저장장치.
In claim 7,
A solid hydrogen storage device characterized in that the heat exchange media is arranged to contact both sides of the heat exchange fin, and the heat exchange media disposed on both sides of the heat exchange fin are arranged to be spaced apart from each other in the radial direction of the storage container.
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