KR102646556B1 - 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 히트펌프를 이용하여 액체수소를 기화시키는 시스템에 있어서, 압축기기, 응축기, 증발기를 갖는 히트펌프; 상기 응축기와 열교환하면서 액화수소를 기화시키는 수소배관; 및 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 개재되어 상기 압축기기와 연결되면서, 상기 응축기를 통과한 냉매를 감압 및 팽창시켜 일부는 상기 압축기기로 다시 투입되도록 분사하고, 나머지는 상기 증발기로 전달되도록 하는 인젝션 모듈을 포함하는 것을 특징으로 하여,
응축열 교환량을 유지 내지 증가시키면서 증발기를 통한 연료전지 및 전자장비의 냉각을 유도할 수 있고, 이에 따라, 보다 효율적으로 액체수소를 기화시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템{LIQUID HYDROGEN VAPORIZATION SYSTEM USING HEAT PUMP WITH VAPOR INJECTION}

본 발명은 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축기기를 향하는 냉매의 경로를 단축시키는 동시에, 증발기를 향하는 냉매의 공급까지 배분되어 이루어지도록 하는 인젝션 모듈의 구성을 통해 응축열 교환량을 유지 내지 증가시키면서 증발기를 통한 연료전지 및 전자장비의 냉각을 유도할 수 있고, 이에 따라, 보다 효율적으로 액체수소를 기화시킬 수 있는 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 연료전지가 기본적인 시스템의 구성을 갖추기 위해서는 연료용기, 연료용기에 저장된 연료를 개질하여 수소 가스(이하, '기화 가스'라 함.)를 발생시키고 그 기화수소를 스택으로 공급하는 개질기(reformer) 및, 전기를 생산하는 스택(stack)이라 불리는 연료전지 본체가 필요하다.

상기와 관련한 연료전지의 시스템 구성 중 하나인 개질기는 수소를 포함한 연료와 물을 개질 반응에 의해 스택의 전기 생성에 필요한 기화수소로 전환하는 장치이나, 연료의 개질을 위한 설계가 복잡하고 기화수소를 생성하는데 추가적인 비용이 발생된다는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 기화수소 대비 에너지밀도가 높은 액화수소를 이용함과 동시에 연료전지의 시스템 구성에서 설계가 복잡하고 추가 비용이 발생되는 개질기를 제외하면서 연료전지 본체에 기화수소를 공급하여 전기를 생산할 수 있는 시스템이 연구되고 있다.

도 1은 이러한 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템의 구성도로서, 상기 도 1에 도시된 바와 같이, 히트펌프(50)는 연료전지(20)로 기체수소를 공급한다.

여기서, 상기 히트펌프(50)는 냉매사이클(90)에 의해 동작하는데, 냉매사이클(90)은 압축기(51), 응축기(52), 팽창기기(53) 및 증발기(54)가 연속적으로 연결된 폐회로로 구성된다.

한편, 액화수소탱크(10)에 저장된 액화수소는 수소배관(100)에 의해 응축기(52)를 통과하면서 가열되면서 기화하여 기체수소가 된다.

상술한 종래의 히트펌프를 이용한 액화수소 기화장치에서 연료전지의 출력을 높이기 위해서는 기화되는 수소의 양을 증가시켜야 했고, 결국 냉매사이클을 구성하는 각 구성부품의 용량을 크게 설계해야만 했다.

이는 곧, 히트펌프의 외형 증가, 설치 공간의 확대, 제조 비용의 증가 등과 같은 비경제성으로 나타나는 기술적 한계를 초래할 수 있다는 단점이 있다.

따라서, 연료전지의 출력을 보다 효율적으로 상승시킬 수 있는 동시에, 증발기를 이용하여 연료전지 및 전자장비의 냉각을 달성할 수 있는 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템에 관한 기술이 요구되는 실정이며, 이에 더해, 환경규제에 대응하여 이산화탄소 등의 자연냉매를 사용하는 한 방법으로 이젝터를 적용하는 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템에 관한 수요 또한 증가할 것으로 예상된다.

대한민국 등록특허공보 제10-1345840호(발명의 명칭: 이중 열교환기를 구비한 히트펌프) 대한민국 등록실용신안공보 제20-0365161호(발명의 명칭: 내부 열교환기 일체형의 이산화탄소 냉매용 어큐뮬레이터)

따라서, 본 발명은 압축기기를 향하는 냉매의 경로를 단축시키는 동시에, 증발기를 향하는 냉매의 공급까지 배분되어 이루어지도록 하는 인젝션 모듈의 구성을 통해 응축열 교환량을 유지 내지 증가시키면서 증발기를 통한 연료전지 및 전자장비의 냉각을 유도할 수 있고, 이에 따라, 보다 효율적으로 액체수소를 기화시킬 수 있는 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 기술적 수단인 본 발명의 실시예에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템은, 히트펌프를 이용하여 액체수소를 기화시키는 시스템에 있어서, 압축기기, 응축기, 증발기를 갖는 히트펌프; 상기 응축기와 열교환하면서 액화수소를 기화시키는 수소배관; 및 상기 응축기와 상기 증발기 사이에 개재되어 상기 압축기기와 연결되면서, 상기 응축기를 통과한 냉매를 감압 및 팽창시켜 일부는 상기 압축기기로 다시 투입되도록 분사하고, 나머지는 상기 증발기로 전달되도록 하는 인젝션 모듈을 포함할 수 있다.

또한, 상기 히트펌프는, 상기 인젝션 모듈과 상기 증발기 사이에 개재되어 상기 인젝션 모듈을 통과한 냉매를 감압 및 팽창시켜 상기 증발기로 전달하는 팽창기기; 및 상기 압축기기, 응축기, 인젝션 모듈, 팽창기기, 증발기를 연속적으로 연결하면서 상기 냉매의 이동통로를 제공하는 냉매배관을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 인젝션 모듈은, 상기 응축기의 출구측 냉매배관으로부터 분기되면서 상기 압축기기와 연결되는 인젝션 배관; 및 상기 인젝션 배관 상에 설치되어 상기 응축기를 통과하면서 상기 인젝션 배관으로 일부 유입되는 냉매를 감압 및 팽창시켜 상기 압축기기로 다시 투입되도록 분사하는 제2 팽창기기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 인젝션 모듈은, 상기 응축기의 출구측 냉매배관 상에 설치되어 상기 응축기를 통과한 냉매를 감압 및 팽창시켜 통과되도록 하는 제2 팽창기기; 상기 제2 팽창기기 및 상기 팽창기기 사이에 개재되면서 일측 채널에 상기 냉매배관이 관통 연결되고, 상기 제2 팽창기기를 통과한 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하여 상기 기상냉매는 타측 채널로 분사되도록 하면서 상기 액상냉매는 상기 냉매배관을 통해 상기 팽창기기로 전달되도록 하는 상분리기; 상기 상분리기의 타측 채널에 연결되면서 상기 압축기기와 연결되어, 상기 타측 채널로 분사되는 기상냉매가 상기 압축기기 측으로 이동되도록 이동통로를 제공하는 인젝션 배관을 포함할 수 있다.

또한, 상기 인젝션 모듈은, 상기 응축기의 출구측과 상기 팽창기기의 입구측 사이의 냉매배관으로부터 분기되면서 상기 압축기기와 연결되는 인젝션 배관; 일측 채널에 상기 냉매배관이 관통 연결되면서 타측 채널에 상기 인젝션 배관이 관통 연결되어 상기 냉매배관과 상기 인젝션 배관을 통해 이동하는 냉매의 상호 열 교환이 이루어지도록 하는 내부 열교환기; 및 상기 내부 열교환기의 타측 채널 입구 측에 위치하여 상기 인젝션 배관 상에 설치되고, 상기 내부 열교환기의 일측 채널을 통과하면서 상기 인젝션 배관으로 일부 유입되는 냉매를 감압 및 팽창시켜 상기 내부 열교환기의 타측 채널을 거쳐 상기 압축기기로 다시 투입되도록 분사하는 제2 팽창기기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 인젝션 모듈은, 상기 응축기의 출구측 냉매배관으로부터 분기되면서 상기 압축기기와 연결되는 인젝션 배관; 일측 채널에 상기 냉매배관이 관통 연결되면서 타측 채널에 상기 인젝션 배관이 관통 연결되어 상기 냉매배관과 상기 인젝션 배관을 통해 이동하는 냉매의 상호 열 교환이 이루어지도록 하는 내부 열교환기; 상기 내부 열교환기의 타측 채널 입구 측에 위치하여 상기 인젝션 배관 상에 설치되고, 상기 응축기를 통과하면서 상기 인젝션 배관으로 일부 유입되는 냉매를 감압 및 팽창시켜 상기 내부 열교환기의 타측 채널을 거쳐 상기 압축기기로 다시 투입되도록 분사하는 제2 팽창기기를 포함할 수 있고, 상기 인젝션 배관은, 상기 응축기를 통과하는 냉매를, 상기 내부 열교환기를 향하는 냉매배관보다 우선적으로 유입가능하게 분기될 수 있다.

또한, 상기 제2 팽창기기는, 이젝터일 수 있고, 상기 인젝션 모듈은, 상기 증발기의 출구측 냉매배관에 연결되면서 상기 제2 팽창기기와 연결되어, 상기 증발기를 통과한 냉매가 상기 제2 팽창기기 측으로 이동되도록 이동통로를 제공하는 보조공급배관을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 인젝션 모듈은, 일측 채널에 상기 응축기 및 상기 제2 팽창기기 사이의 냉매배관이 관통 연결되면서 타측 채널에 상기 인젝션 배관이 관통 연결되어 상기 냉매배관과 상기 인젝션 배관을 통해 이동하는 냉매의 상호 열 교환이 이루어지도록 하는 내부 열교환기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 히트펌프는, 상기 압축기기, 응축기, 인젝션 모듈 및 증발기를 연속적으로 연결하면서 상기 냉매의 이동통로를 제공하는 냉매배관을 더 포함할 수 있고, 상기 인젝션 모듈은, 상기 응축기의 출구측 냉매배관 상에 설치되어 상기 응축기를 통과한 냉매를 감압 및 팽창시켜 통과되도록 하는 이젝터; 상기 이젝터 및 상기 증발기 사이에 개재되면서 일측 채널에 상기 냉매배관이 관통 연결되고, 상기 이젝터를 통과한 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하여 상기 기상냉매는 타측 채널로 분사되도록 하면서 상기 액상냉매는 상기 냉매배관을 통해 상기 증발기로 전달되도록 하는 상분리기; 상기 상분리기의 타측 채널에 연결되면서 상기 압축기기와 연결되어, 상기 타측 채널로 분사되는 기상냉매가 상기 압축기기 측으로 이동되도록 이동통로를 제공하는 인젝션 배관; 상기 증발기의 출구측 냉매배관에 연결되면서 상기 이젝터와 연결되어, 상기 증발기를 통과한 냉매가 상기 이젝터 측으로 이동되도록 이동통로를 제공하는 보조공급배관; 및 일측 채널에 상기 응축기 및 상기 이젝터 사이의 냉매배관이 관통 연결되면서 타측 채널에 상기 인젝션 배관이 관통 연결되어 상기 냉매배관과 상기 인젝션 배관을 통해 이동하는 냉매의 상호 열 교환이 이루어지도록 하는 내부 열교환기를 포함할 수 있다.

또한, 연료전지를 경유하여 상기 증발기에서 열교환하는 공기배관; 및 상기 공기배관 상에 설치되는 공기팬을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 수소배관은, 기화된 수소의 압력을 일정하도록 제어하는 압력조절밸브를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 압력조절밸브에 의해 일정한 압력으로 토출되는 기체수소는, 연료전지로 공급될 수 있다.

본 발명에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템은, 압축기기를 향하는 냉매의 경로를 단축시키는 동시에, 증발기를 향하는 냉매의 공급까지 배분되어 이루어지도록 하는 인젝션 모듈의 구성을 통해 응축열 교환량을 유지 내지 증가시키면서 증발기를 통한 연료전지 및 전자장비의 냉각을 유도할 수 있고, 이에 따라, 보다 효율적으로 액체수소를 기화시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 압축기기를 향하는 냉매의 경로에 내부 열교환기가 구비되도록 한 구성을 통해 냉매를 고온으로 향상시켜야 하는 압축기기의 압축일을 감소시킬 수 있고, 증발기를 향하는 냉매의 경로에 이젝터가 구비되도록 한 구성을 통해 증발기의 증발열을 증가시켜 연료전지 및 전자장비의 냉각기능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래의 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템의 구성도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템의 구성도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템의 구성도.
도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템의 구성도.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템의 구성도.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템의 구성도.
도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템의 구성도.

이하에서는, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템의 구성도이며, 도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템의 구성도이고, 도 5는 본 발명의 제4 실시예에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템의 구성도이며, 도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템의 구성도이고, 도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템의 구성도이며, 도 8은 본 발명의 제7 실시예에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템의 구성도이다.

도 2 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예의 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템은 액화수소탱크(10), 히트펌프(50), 압력조절밸브(30), 연료전지(20), 연료회수기(60)가 직렬로 구성될 수 있고, 공기팬(40), 공기배관(45), 인젝션 모듈(70) 및 수소배관(100)을 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 액화수소탱크(10)는 연료전지(20)의 연료로 사용되는 기화수소로 기화될 액화수소를 저장한다. 이때, 상기 액화수소탱크(10)는 극저온 상태(예 : 20K ~ 40K)의 액화수소를 저장하기 위해 수소가 액화상태가 되도록 하는 영하 253 ℃로 내부 온도가 유지되는 것이 바람직하며, 상기 액화수소는 기화수소 대비 에너지밀도가 높은 특징이 있다.

상기 수소배관(100)은 액화수소탱크(10)와 상기 연료전지(20) 사이에 연결되며, 상기 응축기(52)를 경유하면서 열교환하도록 구성되며, 기화된 기체수소의 압력을 일정하게 하는 압력조절밸브(30)(예 : 레귤레이터)가 설치된다. 이러한 상기 압력조절밸브(30)는 릴리프 밸브, 시퀸스 밸브, 카운터 밸런스 밸브 및 압력 스위치 중 적어도 하나로 대체될 수 있다.

상기 압력조절밸브(30)에 의해 일정한 압력으로 토출되는 기체수소는 상기 연료전지(20)로 공급될 수 있다.

상기 연료전지(20)는 수소배관(100)을 통해 공급되는 기체수소와 산소의 전기화학반응으로 생기는 화학에너지를 전기에너지로 변환시켜 발전하는 장치이다. 본 발명의 연료전지(20)는 철도차량(기차, 열차, 지하철 등)에 적용되는 수소연료전지일 수 있다.

이러한 상기 연료전지(20)는 알칼리형 연료전지(AFC), 용융탄산염형 연료전지(MCFC), 인산형 연료전지(PAFC), 고체산화물형 연료전지(SOFC), 고분자전해질형 연료전지(PEMFC, PEFC) 및 직접메탄올 연료전지(DMFC) 중 적어도 하나일 수 있다.

이와 같이, 상기 연료전지(20)로 구현가능한 연료전지들은 전기에너지의 생산을 위해 화석연료로부터 수소(기화수소)를 발생시키는 개질기가 구비되어야 하나, 본 발명의 액화수소 기화 시스템에서는 상기 히트펌프(50)를 통해 기화수소가 생성됨에 따라, 개질기는 구성에서 생략될 수 있다.

이에, 본 발명의 연료전지(20)는 연료전지의 시스템 구성에서 전기를 생산하는 스택(stack)인 연료전지 본체인 것이 바람직하다.

또한, 상기 연료전지(20)는 전기에너지의 생산 뿐만 아니라 기화수소와 산소를 반응시키는 동안 발생되는 폐열(예 : 61℃ ~ 120℃)을 배출하기 위해 공기배관(45)과 연통되며, 사용된 연료의 회수를 위해 연료회수기(60)와 연결된다.

이때, 상기 연료전지(20)로부터 발생되는 폐열은 중온의 산소 또는 상기 중온의 산소보다 상대적으로 고온의 산소일 수 있다.

또한, 상기 연료회수기(60)는 연료전지(20)의 반응을 통해 생성되며, 배출되는 연료를 회수한다. 여기서, 상기 연료회수기(60)로부터 회수되는 연료는 상기 연료전지(20)의 반응에 사용되지 않은 연료(예 : 수소 등)를 의미한다.

상기 히트펌프(50)는 냉매사이클(90)을 포함하며, 상기 냉매사이클(90)의 기본은 압축기기(51), 응축기(52), 팽창기기(53) 및 증발기(54)가 냉매배관(55)을 통해 연속적으로 연결된 폐회로로 구성되나, 후술될 본 발명의 각 실시예에 따라 상기 냉매사이클(90)에 인젝션 모듈(70)이 냉매배관(55)을 통해 연결되는 것이 바람직하고, 상기 냉매사이클(90)에서 팽창기기(53)가 생략되어 구성될 수도 있다.

우선, 상기 히트펌프(50)의 기본적인 구성을 설명하기로 한다.

상기 냉매배관(55)은 냉매의 이동통로를 제공하는 기능을 수행한다.

상기 압축기기(51)는 증발기(54)와 상기 응축기(52) 사이에 설치되며, 중온(예 : 0℃ ~ 40℃) 저압(예 : 15bar 이하)의 냉매를 고온(예 : 40℃ ~ 100℃) 고압(예 : 25bar 이상)의 냉매로 압축한다.

이러한 상기 압축기기(51)는 후술될 인젝션 모듈(70)과도 연결되어 상기 인젝션 모듈(70)로부터 저온(예 : -40℃ ~ 10℃) 저압의 냉매를 공급받을 수도 있고, 필요에 따라 액분리기, 오일분리기 등을 포함할 수 있다.

상기 응축기(52)는 압축기기(51)와 상기 인젝션 모듈(70) 사이에 설치되며, 고온고압 냉매의 응축을 통해 중온고압의 액체 냉매를 생성한다. 이때, 상기 응축기(52)에서 냉매의 고열은 상기 수소배관(100)으로 전달되어 액화수소의 기화작용에 사용된다.

이러한 상기 응축기(52)는 응축 과정을 수행하기 위해 냉각수를 이용하는 수냉식 응축기, 공기를 이용하여 열을 발산하는 공랭식 응축기 및 물이 증발하면서 흡수하는 열을 이용하는 증발식 응축기 중 적어도 하나일 수 있다.

상기 팽창기기(53)는 인젝션 모듈(70)과 상기 증발기(54) 사이에 설치될 수 있으며, 상기 응축기(52)에서 응축된 후 상기 인젝션 모듈(70)을 통과한 중온고압 또는 저온저압 냉매를 감압 및 팽창시켜 상기 증발기(54)로 전달한다.

이러한 상기 팽창기기(53)는 팽창밸브가 적용될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 통상의 당업자에 의해 본 발명의 기술적 범위 내에서 다양한 팽창수단이 취급될 수 있다.

상기 증발기(54)는 팽창기기(53)와 상기 압축기기(51) 사이 또는 팽창기기(53)와 상기 인젝션 모듈(70) 사이에 설치되거나, 상기 인젝션 모듈(70)과 냉매배관(55)을 통해 연결되어, 일측 채널로 상기 냉매사이클(90)이 통과하고, 또 다른 채널로 고온의 공기배관(45)이 통과하면서 열교환이 이루어진다. 상기 증발기(54)는 이러한 열교환을 통해 저온저압의 냉매를 중온저압 냉매로 변화시킨다.

여기서, 상기 증발기(54)는 건식 증발기(dry expansion evaporator), 만액식 증발기(flooded evaporator), 반만액식 증발기 (semi-flooded evaporator) 및 냉매액 강제 순환식 증발기(liquid recirculation type evaporator) 중 적어도 하나일 수 있다.

또한, 상기 공기배관(45)은 연료전지(20)와 상기 증발기(54)를 경유하도록 구성되고, 상기 연료전지(20)로부터 고온의 열을 전달받아 상기 증발기(54)에서 냉매를 가열한다. 이러한 상기 공기배관(45) 상에는 공기를 강제 유동시키는 공기팬(40)이 구성될 수 있다.

상기 인젝션 모듈(70)은 응축기(52)와 상기 증발기(54) 사이 또는 응축기(52)와 상기 팽창기기(53) 사이에 개재되어 상기 압축기기(51)와 연결되면서, 상기 응축기(52)를 통과한 냉매를 감압 및 팽창시켜 일부는 상기 압축기기(51)로 다시 투입되도록 분사하고, 나머지는 상기 증발기(54) 또는 팽창기기(53)로 전달되도록 하는 기능을 수행한다.

이하, 상기 인젝션 모듈(70)의 보다 구체적인 구성은 본 발명에 따른 각각의 실시예를 구분하여 함께 설명하기로 한다.

우선, 도 2를 참조하여, 본 발명의 제1 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기 제1 실시예에 따른 팽창기기(53)는 인젝션 모듈(70)과 증발기(54) 사이에 개재되어 인젝션 모듈(70)을 통과한 냉매를 감압 및 팽창시켜 증발기(54)로 전달하도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 제1 실시예에 따른 냉매배관(55)은 압축기기(51), 응축기(52), 인젝션 모듈(70), 팽창기기(53), 증발기(54)를 연속적으로 연결하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제1 실시예에 따른 인젝션 모듈(70)은 응축기(52)의 출구측 냉매배관(55)으로부터 분기되면서 압축기기(51)와 연결되는 인젝션 배관(71)과, 인젝션 배관(71) 상에 설치되어 응축기(52)를 통과하면서 인젝션 배관(71)으로 일부 유입되는 중온고압의 냉매를 감압 및 팽창시켜 압축기기(51)로 다시 투입되도록 분사하는 제2 팽창기기(72)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제1 실시예에 따른 제2 팽창기기(72)는 상술한 팽창기기(53)와 동일하게 팽창밸브를 포함한 다양한 팽창수단이 취급될 수 있다.

이러한 상기 제1 실시예의 구성에 의해, 압축기기(51)는 제2 팽창기기(72)에 의한 저온저압의 냉매와, 증발기(54)를 통과한 중온저압의 냉매를 공급받을 수 있고, 팽창기기(53)는 인젝션 배관(71)으로 유입되지 않은 중온고압의 냉매를 공급받을 수 있다.

다음으로, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기 제2 실시예에 따른 팽창기기(53)는 인젝션 모듈(70)과 증발기(54) 사이에 개재되어 상기 인젝션 모듈(70)을 통과한 냉매를 감압 및 팽창시켜 상기 증발기로 전달하도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 제2 실시예에 따른 냉매배관(55)은 압축기기(51), 응축기(52), 인젝션 모듈(70), 팽창기기(53), 증발기(51)를 연속적으로 연결하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제2 실시예에 따른 인젝션 모듈(70)은 응축기(52)의 출구측 냉매배관(55) 상에 설치되어 응축기(52)를 통과한 중온고압의 냉매를 감압 및 팽창시켜 통과되도록 하는 제2 팽창기기(72)와, 제2 팽창기기(72) 및 팽창기기(53) 사이에 개재되면서 일측 채널에 냉매배관(55)이 관통 연결되고, 제2 팽창기기(72)를 통과한 저온저압의 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하여 기상냉매는 타측 채널로 분사되도록 하면서 액상냉매는 냉매배관(55)을 통해 팽창기기(53)로 전달되도록 하는 상분리기(73)와, 상분리기(73)의 타측 채널에 연결되면서 압축기기(51)와 연결되어, 타측 채널로 분사되는 기상냉매가 압축기기(51) 측으로 이동되도록 이동통로를 제공하는 인젝션 배관(71)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제2 실시예에 따른 제2 팽창기기(72)는 상술한 팽창기기(53)와 동일하게 팽창밸브를 포함한 다양한 팽창수단이 취급될 수 있다.

이러한 상기 제2 실시예의 구성에 의해, 압축기기(51)는 제2 팽창기기(72)에 의한 저온저압의 냉매와, 증발기(54)를 통과한 중온저압의 냉매를 공급받을 수 있고, 팽창기기(53) 역시, 제2 팽창기기(72)에 의한 저온저압의 냉매를 공급받을 수 있다.

다음으로, 도 4를 참조하여, 본 발명의 제3 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기 제3 실시예에 따른 팽창기기(53)는 인젝션 모듈(70)과 증발기(54) 사이에 개재되어 인젝션 모듈(70)을 통과한 냉매를 감압 및 팽창시켜 증발기(54)로 전달하도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 제3 실시예에 따른 냉매배관(55)은 압축기기(51), 응축기(52), 인젝션 모듈(70), 팽창기기(53), 증발기(54)를 연속적으로 연결하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제3 실시예에 따른 인젝션 모듈(70)은 응축기(52)의 출구측과 팽창기기(53)의 입구측 사이의 냉매배관(55)으로부터 분기되면서 압축기기(51)와 연결되는 인젝션 배관(71)과, 일측 채널에 냉매배관(55)이 관통 연결되면서 타측 채널에 인젝션 배관(71)이 관통 연결되어 냉매배관(55)과 인젝션 배관(71)을 통해 이동하는 냉매의 상호 열 교환이 이루어지도록 하는 내부 열교환기(74)와, 내부 열교환기(74)의 타측 채널 입구 측에 위치하여 인젝션 배관(71) 상에 설치되고, 내부 열교환기(74)의 일측 채널을 통과하면서 인젝션 배관(71)으로 일부 유입되는 냉매를 감압 및 팽창시켜 내부 열교환기(74)의 타측 채널을 거쳐 압축기기(51)로 다시 투입되도록 분사하는 제2 팽창기기(72)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제3 실시예에 따른 제2 팽창기기(72)는 상술한 팽창기기(53)와 동일하게 팽창밸브를 포함한 다양한 팽창수단이 취급될 수 있다.

이러한 상기 제3 실시예의 구성에 의해, 압축기기(51)는 제2 팽창기기(72)를 거쳐 중온고압의 냉매와 열 교환된 냉매와, 증발기(54)를 통과한 중온저압의 냉매를 공급받을 수 있고, 팽창기기(53)는 제2 팽창기기(72)에 의한 저온저압의 냉매와 열 교환된 냉매를 공급받을 수 있다.

다음으로, 도 5를 참조하여, 본 발명의 제4 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기 제4 실시예에 따른 팽창기기(53)는 인젝션 모듈(70)과 증발기(54) 사이에 개재되어 인젝션 모듈(70)을 통과한 냉매를 감압 및 팽창시켜 증발기(54)로 전달하도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 제4 실시예에 따른 냉매배관(55)은 압축기기(51), 응축기(52), 인젝션 모듈(70), 팽창기기(53), 증발기(54)를 연속적으로 연결하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제4 실시예에 따른 인젝션 모듈(70)은 응축기(52)의 출구측 냉매배관(55)으로부터 분기되면서 압축기기(51)와 연결되는 인젝션 배관(71)과, 일측 채널에 냉매배관(55)이 관통 연결되면서 타측 채널에 인젝션 배관(71)이 관통 연결되어 냉매배관(55)과 인젝션 배관(71)을 통해 이동하는 냉매의 상호 열 교환이 이루어지도록 하는 내부 열교환기(74)와, 내부 열교환기(74)의 타측 채널 입구 측에 위치하여 인젝션 배관(71) 상에 설치되고, 응축기(52)를 통과하면서 인젝션 배관(71)으로 일부 유입되는 냉매를 감압 및 팽창시켜 내부 열교환기(74)의 타측 채널을 거쳐 압축기기(51)로 다시 투입되도록 분사하는 제2 팽창기기(72)를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제4 실시예에 따른 인젝션 배관(71)은 응축기(52)를 통과하는 냉매를 내부 열교환기(74)를 향하는 냉매배관(55)보다 우선적으로 유입가능하게 분기되는 것이 바람직하고, 제2 팽창기기(72)는 상술한 팽창기기(53)와 동일하게 팽창밸브를 포함한 다양한 팽창수단이 취급될 수 있다.

이러한 상기 제4 실시예의 구성에 의해, 압축기기(51)는 제2 팽창기기(72)를 거쳐 중온고압의 냉매와 열 교환된 냉매와, 증발기(54)를 통과한 중온저압의 냉매를 공급받을 수 있고, 팽창기기(53)는 제2 팽창기기(72)에 의한 저온저압의 냉매와 열 교환된 냉매를 공급받을 수 있다.

다음으로, 도 6을 참조하여, 본 발명의 제5 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기 제5 실시예에 따른 팽창기기(53)는 인젝션 모듈(70)과 증발기(54) 사이에 개재되어 인젝션 모듈(70)을 통과한 냉매를 감압 및 팽창시켜 증발기(54)로 전달하도록 구성될 수 있다.

이때, 상기 제5 실시예에 따른 냉매배관(55)은 압축기기(51), 응축기(52), 인젝션 모듈(70), 팽창기기(53), 증발기(54))를 연속적으로 연결하도록 구성될 수 있다.

또한, 상기 제5 실시예에 따른 인젝션 모듈(70)은 응축기(52)의 출구측 냉매배관(55) 상에 설치되어 응축기(52)를 통과한 중온고압의 냉매를 감압 및 팽창시켜 통과되도록 하는 제2 팽창기기(72)와, 제2 팽창기기(72) 및 팽창기기(53) 사이에 개재되면서 일측 채널에 냉매배관(55)이 관통 연결되고, 제2 팽창기기(72)를 통과한 저온저압의 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하여 기상냉매는 타측 채널로 분사되도록 하면서 액상냉매는 냉매배관(55)을 통해 팽창기기(53)로 전달되도록 하는 상분리기(73)와, 상분리기(73)의 타측 채널에 연결되면서 압축기기(51)와 연결되어, 타측 채널로 분사되는 기상냉매가 압축기기(51) 측으로 이동되도록 이동통로를 제공하는 인젝션 배관(71)을 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제5 실시예에 따른 제2 팽창기기(72')는 이젝터로 적용되는 것이 바람직하다.

이를 위해 상기 제5 실시예에 따른 인젝션 모듈(70)은 증발기(54)의 출구측 냉매배관(55)에 연결되면서 제2 팽창기기(72')와 연결되어, 증발기(54)를 통과한 중온저압의 냉매가 제2 팽창기기(72') 측으로 이동되도록 이동통로를 제공하는 보조공급배관(75)을 더 포함할 수 있다.

이러한 상기 제5 실시예의 구성에 의해, 압축기기(51) 및 팽창기기(53)는 제2 팽창기기(72')에 의한 저온저압의 냉매를 공급받을 수 있다.

다음으로, 도 7을 참조하여, 본 발명의 제6 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기 제6 실시예의 구성은 상술한 제5 실시예의 구성을 따르는 것이 바람직하다.

다만, 상기 제6 실시예에 따른 인젝션 모듈(70)은 일측 채널에 응축기(52) 및 제2 팽창기기(72') 사이의 냉매배관(55)이 관통 연결되면서 타측 채널에 인젝션 배관(71)이 관통 연결되어 냉매배관(55)과 인젝션 배관(71)을 통해 이동하는 냉매의 상호 열 교환이 이루어지도록 하는 내부 열교환기(74)를 더 포함할 수 있다.

이러한 상기 제6 실시예의 구성에 의해, 압축기기(51)는 제2 팽창기기(72')를 거쳐 중온고압의 냉매와 열 교환된 냉매를 공급받을 수 있고, 팽창기기(53)는 제2 팽창기기(72')에 의한 저온저압의 냉매와 열 교환된 냉매를 공급받을 수 있다.

다음으로, 도 8을 참조하여, 본 발명의 제7 실시예를 설명하면 다음과 같다.

상기 제7 실시예에 따른 냉매배관(55)은 압축기기(51), 응축기(52), 인젝션 모듈(70) 및 증발기(54)를 연속적으로 연결하도록 구성될 수 있다.

즉, 상기 제7 실시예는 상술한 팽창기기(53)를 제외하여, 비교적 단순한 구성으로도 후술될 이젝터(72')가 팽창기기(53)의 기능을 대체하면서, 증발기(54)의 증발열을 증가시켜 연료전지 및 전자장비의 냉각기능을 향상시키도록 하는 구성이다.

좀 더 구체적으로, 상기 제7 실시예에 따른 인젝션 모듈(70)은 이젝터(72'), 상분리기(73), 인젝션 배관(71), 보조공급배관(75) 및 내부 열교환기(74)를 포함할 수 있다.

이젝터(72')는 응축기(52)의 출구측 냉매배관(55) 상에 설치되어 응축기(52)를 통과한 중온고압의 냉매를 감압 및 팽창시켜 통과되도록 한다.

제7 실시예에서, 상분리기(73)는 이젝터(72') 및 증발기(54) 사이에 개재되면서 일측 채널에 냉매배관(55)이 관통 연결되고, 이젝터(72')를 통과한 저온저압의 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하여 기상냉매는 타측 채널로 분사되도록 하면서 액상냉매는 냉매배관(55)을 통해 증발기(54)로 전달되도록 한다.

제7 실시예에서, 인젝션 배관(71)은 상분리기(73)의 타측 채널에 연결되면서 압축기기(51)와 연결되어, 타측 채널로 분사되는 기상냉매가 압축기기(51) 측으로 이동되도록 이동통로를 제공하는 기능을 수행한다.

제7 실시예에서, 보조공급배관(75)은 증발기(54)의 출구측 냉매배관(55)에 연결되면서 이젝터(72')와 연결되어, 증발기(54)를 통과한 중온저압의 냉매가 이젝터(72') 측으로 이동되도록 이동통로를 제공한다.

제7 실시예에서, 내부 열교환기(74)는 일측 채널에 응축기(52) 및 이젝터(72') 사이의 냉매배관(55)이 관통 연결되면서 타측 채널에 인젝션 배관(71)이 관통 연결되어 냉매배관(55)과 인젝션 배관(71)을 통해 이동하는 냉매의 상호 열 교환이 이루어지도록 한다.

이러한 상기 제7 실시예의 구성에 의해, 압축기기(51)는 이젝터(72')를 거쳐 중온고압의 냉매와 열 교환된 냉매를 공급받을 수 있고, 이젝터(72')는 이젝터(72') 자체에 의한 저온저압의 냉매와 열 교환된 냉매를 공급받을 수 있으며, 증발기(54)는 별도의 팽창기기(53) 없이, 이젝터(72')에 의한 저온저압의 냉매를 공급받을 수 있다.

따라서, 본 발명에 따른 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템은 압축기기(51)를 향하는 냉매의 경로를 단축시키는 동시에, 증발기(54)를 향하는 냉매의 공급까지 배분되어 이루어지도록 하는 인젝션 모듈(70)의 구성을 통해 응축열 교환량을 유지 내지 증가시키면서 증발기(54)를 통한 연료전지(20) 및 전자장비의 냉각을 유도할 수 있고, 이에 따라, 보다 효율적으로 액체수소를 기화시킬 수 있게 된다.

또한, 압축기기(51)를 향하는 냉매의 경로에 내부 열교환기(74)가 구비되도록 한 구성을 통해 냉매를 고온으로 향상시켜야 하는 압축기기(51)의 압축일을 감소시킬 수 있고, 증발기(54)를 향하는 냉매의 경로에 이젝터(72')가 구비되도록 한 구성을 통해 증발기(54)의 증발열을 증가시켜 연료전지(20) 및 전자장비의 냉각기능을 향상시킬 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

10 : 액화수소탱크 20 : 연료전지
30 : 압력조절밸브 40 : 공기팬
45 : 공기배관 50 : 히트펌프
51 : 압축기기 52 : 응축기
53 : 팽창기기 54 : 증발기
55 : 냉매배관 60 : 연료회수기
70 : 인젝션 모듈 71 : 인젝션 배관
72 : 제2 팽창기기 72' : 이젝터
73 : 상분리기 74 : 내부 열교환기
75 : 보조공급배관 90 : 냉매사이클
100 : 수소배관 작은 화살표 : 냉매흐름 방향
큰 화살표 : 고온에서 저온으로의 열흐름 방향

Claims (12)

1. 히트펌프를 이용하여 액체수소를 기화시키는 시스템에 있어서,
   압축기기, 응축기, 증발기를 갖는 히트펌프;
   상기 응축기와 열교환하면서 액화수소를 기화시키는 수소배관; 및
   상기 응축기와 상기 증발기 사이에 개재되어 상기 압축기기와 연결되면서, 상기 응축기를 통과한 냉매를 감압 및 팽창시켜 일부는 상기 압축기기로 다시 투입되도록 분사하고, 나머지는 상기 증발기로 전달되도록 하는 인젝션 모듈을 포함하되,
   상기 히트펌프는,
   상기 인젝션 모듈과 상기 증발기 사이에 개재되어 상기 인젝션 모듈을 통과한 냉매를 감압 및 팽창시켜 상기 증발기로 전달하는 팽창기기; 및
   상기 압축기기, 응축기, 인젝션 모듈, 팽창기기, 증발기를 연속적으로 연결하면서 상기 냉매의 이동통로를 제공하는 냉매배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
   상기 인젝션 모듈은,
   상기 응축기의 출구측 냉매배관 상에 설치되어 상기 응축기를 통과한 냉매를 감압 및 팽창시켜 통과되도록 하는 제2 팽창기기;
   상기 제2 팽창기기 및 상기 팽창기기 사이에 개재되면서 일측 채널에 상기 냉매배관이 관통 연결되고, 상기 제2 팽창기기를 통과한 냉매를 기상냉매와 액상냉매로 분리하여 상기 기상냉매는 타측 채널로 분사되도록 하면서 상기 액상냉매는 상기 냉매배관을 통해 상기 팽창기기로 전달되도록 하는 상분리기;
   상기 상분리기의 타측 채널에 연결되면서 상기 압축기기와 연결되어, 상기 타측 채널로 분사되는 기상냉매가 상기 압축기기 측으로 이동되도록 이동통로를 제공하는 인젝션 배관을 포함하는 것을 특징으로 하며,
   상기 제2 팽창기기는,
   이젝터인 것을 특징으로 하고,
   상기 인젝션 모듈은,
   상기 증발기의 출구측 냉매배관에 연결되면서 상기 제2 팽창기기와 연결되어, 상기 증발기를 통과한 냉매가 상기 제2 팽창기기 측으로 이동되도록 이동통로를 제공하는 보조공급배관; 및
   일측 채널에 상기 응축기 및 상기 제2 팽창기기 사이의 냉매배관이 관통 연결되면서 타측 채널에 상기 인젝션 배관이 관통 연결되어 상기 냉매배관과 상기 인젝션 배관을 통해 이동하는 냉매의 상호 열 교환이 이루어지도록 하는 내부 열교환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하며,
   연료전지를 경유하여 상기 증발기에서 열교환하는 공기배관; 및
   상기 공기배관 상에 설치되는 공기팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
   상기 수소배관은,
   기화된 수소의 압력을 일정하도록 제어하는 압력조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하며,
   상기 압력조절밸브에 의해 일정한 압력으로 토출되는 기체수소는,
   연료전지로 공급되는 것을 특징으로 하는 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템.
   
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6. 히트펌프를 이용하여 액체수소를 기화시키는 시스템에 있어서,
   압축기기, 응축기, 증발기를 갖는 히트펌프;
   상기 응축기와 열교환하면서 액화수소를 기화시키는 수소배관; 및
   상기 응축기와 상기 증발기 사이에 개재되어 상기 압축기기와 연결되면서, 상기 응축기를 통과한 냉매를 감압 및 팽창시켜 일부는 상기 압축기기로 다시 투입되도록 분사하고, 나머지는 상기 증발기로 전달되도록 하는 인젝션 모듈을 포함하되,
   상기 히트펌프는,
   상기 인젝션 모듈과 상기 증발기 사이에 개재되어 상기 인젝션 모듈을 통과한 냉매를 감압 및 팽창시켜 상기 증발기로 전달하는 팽창기기; 및
   상기 압축기기, 응축기, 인젝션 모듈, 팽창기기, 증발기를 연속적으로 연결하면서 상기 냉매의 이동통로를 제공하는 냉매배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
   상기 인젝션 모듈은,
   상기 응축기의 출구측 냉매배관으로부터 분기되면서 상기 압축기기와 연결되는 인젝션 배관;
   일측 채널에 상기 냉매배관이 관통 연결되면서 타측 채널에 상기 인젝션 배관이 관통 연결되어 상기 냉매배관과 상기 인젝션 배관을 통해 이동하는 냉매의 상호 열 교환이 이루어지도록 하는 내부 열교환기;
   상기 내부 열교환기의 타측 채널 입구 측에 위치하여 상기 인젝션 배관 상에 설치되고, 상기 응축기를 통과하면서 상기 인젝션 배관으로 일부 유입되는 냉매를 감압 및 팽창시켜 상기 내부 열교환기의 타측 채널을 거쳐 상기 압축기기로 다시 투입되도록 분사하는 제2 팽창기기를 포함하고,
   상기 인젝션 배관은,
   상기 응축기를 통과하는 냉매를, 상기 내부 열교환기를 향하는 냉매배관보다 우선적으로 유입가능하게 분기되는 것을 특징으로 하며,
   연료전지를 경유하여 상기 증발기에서 열교환하는 공기배관; 및
   상기 공기배관 상에 설치되는 공기팬을 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
   상기 수소배관은,
   기화된 수소의 압력을 일정하도록 제어하는 압력조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하며,
   상기 압력조절밸브에 의해 일정한 압력으로 토출되는 기체수소는,
   연료전지로 공급되는 것을 특징으로 하는 증기 인젝션이 도입된 히트펌프를 이용한 액화수소 기화 시스템.
   
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