KR102666186B1 - 수소 열교환 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소 열교환 시스템에 관한 것으로서, 수소가스 및 액화수소를 열매체 상에서 다중경로로 순환시켜 충분히 냉각한 이후에 수소 자동차, 수소 충전기 등에 공급할 수 있으며, 액화수소의 기화속도를 빠르게 할 수 있으며, 액화수소를 열교환시키기 위한 제1 열매체를 3단계 분리구조에서 순차적으로 순환시켜 가면서 열교환하여 액화수소나 제1 열매체 및 제1 부가 열매체의 온도에 따라 기화량을 조절할 수 있고, 수소 충전소의 동작 조건에 따라 개별 분리된 시스템으로 안정성과 효율적인 운영이 가능하며, 액화수소를 수소가스와 다른 독립된 장소에서 다중경로로 순환시켜 기화한 이후에 수소 자동차에 공급할 수 있도록 함을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 수소 열교환 시스템은, 제1 열매체로 액화수소를 열교환 시킨 다음, 공급원에 공급하는 제1 열교환부; 상기 제1 열교환부에 공급하기 위한 제1 열매체를 순환시켜 대기온도에 의해 열교환 되도록 하고, 상기 제1 열교환부에 공급되었다가 배출되는 저온의 제1 열매체를 제1 열매체탱크로 회수시키는 라지에이터; 제1 부가 열매체로 수소가스를 열교환 시킨 다음, 공급원에 공급하는 제2 열교환부; 및 상기 제2 열교환부에 공급하기 위한 제1 부가 열매체를 순환시켜 대기온도에 의해 열교환 되도록 하고, 상기 제2 열교환부에 공급되었다가 배출되는 저온의 제1 부가 열매체를 제1 부가 열매체탱크로 회수시키는 부가 라지에이터를 포함하고, 상기 제1 부가 열매체탱크로 회수된 제1 부가 열매체가 상기 제1 열교환부에 공급되어 액화수소 또는 수소가스와 열교환 된 후 배출되고, 배출된 제1 부가 열매체가 상기 제1 부가 열매체탱크로 다시 회수한다.

Description

수소 열교환 시스템{SYSTEM FOR HYDROGEN HEAT EXCHANGE}

본 발명은 수소 열교환 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수소가스 및 액화수소를 열매체 상에서 다중경로로 순환시켜 충분히 냉각한 이후에 수소 자동차, 수소 충전기 등에 공급할 수 있으며, 액화수소의 기화속도를 빠르게 할 수 있으며, 액화수소를 열교환시키기 위한 제1 열매체를 3단계 분리구조에서 순차적으로 순환시켜 가면서 열교환하여 액화수소나 제1 열매체 및 제1 부가 열매체의 온도에 따라 기화량을 조절할 수 있고, 수소 충전소의 동작 조건에 따라 개별 분리된 시스템으로 안정성과 효율적인 운영이 가능하며, 액화수소를 수소가스와 다른 독립된 장소에서 다중경로로 순환시켜 기화한 이후에 수소 자동차에 공급할 수 있으며, 수소가스 또는 액화수소를 열교환하기 위한 제1 열매체의 이송과정에서 라지에이터에 발생되는 성에를 최소한의 전력으로 제거할 수 있는 수소 열교환 시스템에 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.

액화수소충전소는 고압의 기체수소충전소에비하여 월등한 운송비용 절감과 대용량 저장이 가능하며, 부지면적 축소와 저압저압 저장의 저장안정성을 기대할 수 있는 장점이 있으나, 액화수소를 수소자동차에 직접 액화수소로 충전하는 충전시스템과 수소자동차 액화탱크등 실질적인 액화를 직접 수소자동차에서 충전하여 사용하기 어려우므로, 액화수소는 액펌프를 이용하여 900Bar의 초고압으로 압축 기화후 초고압의 기체수소로 수소자동차에 충전해야한다.

현재는 초고압의 기체수소충전소가 수소활용측면에서 많은 안정성과 기반시설을 구축하여 상용화되고있의나, 액화수소충전소 구축에 필요한 액화수소저장탱크, 액화수소액펌프, 액화수소 기화기, 수소자동차에 직접 액화수소충전등 많은 기술적 여건은 매우 취약하므로 그전까지는 액화수소충전소 운영 시스템을 초고압 기체수소충전소의 안정화된 일부 시스템을 유지해야 한다.

초저온으로(영하253℃) 저장된 저압의(약2Bar) 액화수소는 대기(大氣)식 기화기(VAPORIZER) 장치를 통하여 기화될 수는 있의나 저압으로 기화된 기체수소가스를 다시 초고압의 기체수소가스로 압축하기위해서는 기존방식의 수소압축기 및 인프라 구성이 필요한 단점이 있으므로, 액화수소 액펌프를 이용하여 한번에 초고압의 액화수소로 생성되면 대기(大氣)식 기화기(VAPORIZER)를 통하여 액화상태에서 기체상태로 상변화가 이뤄지게됨니다. 대기(大氣)식 기화기(VAPORIZER)는 저압용으로서 초고압의 압력을 견디지 못하거나 빠른 유속에 의한 불안정한 기화 상태를 보이고 기화 시간이 많이 걸리는 문제점이 있다.

등록특허공보 제10-1949490호(2019.02.12.)

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 수소가스 및 액화수소를 열매체 상에서 다중경로로 순환시켜 충분히 냉각한 이후에 수소 자동차, 수소 충전기 등에 공급할 수 있으며, 액화수소의 기화속도를 빠르게 할 수 있으며, 액화수소를 열교환시키기 위한 제1 열매체를 3단계 분리구조에서 순차적으로 순환시켜 가면서 열교환하여 액화수소나 제1 열매체 및 제1 부가 열매체의 온도에 따라 기화량을 조절할 수 있고, 수소 충전소의 동작 조건에 따라 개별 분리된 시스템으로 안정성과 효율적인 운영이 가능하며, 액화수소를 수소가스와 다른 독립된 장소에서 다중경로로 순환시켜 기화한 이후에 수소 자동차에 공급할 수 있는 수소 열교환 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고, 액화수소나 수소가스를 열교환 시키기 위한 열매체를 제공하는 라지에이터에 발생되는 성에를 제거할 수 있으며, 종래 열교환기에서 성에를 제거하는 방식에 비교하여 소모전력을 70%이상 절감할 수 있는 수소 열교환 시스템을 제공하는 데에도 그 목적이 있다.

또한, 라지에이터 발생된 성에를 바람으로 날려버리는 형태로 제거함으로써 성에를 수집하지 않아도 되어, 별도의 성에 처리 공정이 발생되지 않는 등 사용상의 편의성을 향상시킬 수 있는 수소 열교환 시스템을 제공하는 데에도 그 목적이 있다.

그리고, 열매체에 대기온도를 작용시킨 후, 액화수소나 수소가스와 열교환 하도록 할 수 있는 수소 열교환 시스템을 제공하는 데에도 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템은, 제1 열매체로 액화수소를 열교환 시킨 다음, 공급원에 공급하는 제1 열교환부; 상기 제1 열교환부에 공급하기 위한 제1 열매체를 순환시켜 대기온도에 의해 열교환 되도록 하고, 상기 제1 열교환부에 공급되었다가 배출되는 저온의 제1 열매체를 제1 열매체탱크로 회수시키는 라지에이터; 제1 부가 열매체로 수소가스를 열교환 시킨 다음, 공급원에 공급하는 제2 열교환부; 및 상기 제2 열교환부에 공급하기 위한 제1 부가 열매체를 순환시켜 대기온도에 의해 열교환 되도록 하고, 상기 제2 열교환부에 공급되었다가 배출되는 저온의 제1 부가 열매체를 제1 부가 열매체탱크로 회수시키는 부가 라지에이터를 포함하고, 상기 제1 부가 열매체탱크로 회수된 제1 부가 열매체가 상기 제1 열교환부에 공급되어 액화수소 또는 수소가스와 열교환 된 후 배출되고, 배출된 제1 부가 열매체가 상기 제1 부가 열매체탱크로 다시 회수된다.

그리고, 상기 제1 열매체탱크에 저장된 제1 열매체를 가열하는 제1 히터부; 및 상기 제1 부가 열매체탱크에 저장된 제1 부가 열매체를 가열하는 제2 히터부를 더 포함한다.

또한, 상기 제1 열매체를 상기 제1 열교환부 및 라지에이터에서 순환시키는 제1 공급수단을 더 포함하고, 상기 제1 공급수단은, 상기 제1 열교환부에 제1 열매체를 공급하는 제1-1 공급유닛; 및 상기 제1-1 공급유닛과 별개로 상기 제1 열교환부에 제1 열매체를 공급하는 제1-2 공급유닛을 포함하고, 상기 공급원에 대한 수소 공급이 대기중일 경우 상기 제1-1 공급유닛 및 제1-2 공급유닛 중 선택되는 어느 하나만 제1 열매체를 공급하고, 상기 공급원에 수소를 공급할 시 상기 제1-1 공급유닛 및 제1-2 공급유닛이 동시에 제1 열매체를 공급하도록 프로그래밍 된다.

그리고, 상기 제1 부가 열매체를 상기 제2 열교환부 및 부가 라지에이터에서 순환시키는 제2 공급수단을 더 포함하고, 상기 제2 공급수단은, 상기 제2 열교환부에 제1 부가 열매체를 공급하는 제유닛; 및 상기 제유닛과 별개로 상기 제2 열교환부에 제1 부가 열매체를 공급하는 제2-2 공급유닛을 포함하고, 상기 공급원에 대한 수소 공급이 대기중일 경우 상기 제유닛 및 제2-2 공급유닛 중 선택되는 어느 하나만 제1 부가 열매체를 공급하고, 상기 공급원에 수소를 공급할 시 상기 제2-1 공급유닛 및 제2-2 공급유닛이 동시에 제1 부가 열매체를 공급하도록 프로그래밍 된다.

또한, 상기 제1 열교환부에서 배출된 상기 제1 열매체가 상기 라지에이터를 통과함에 따라 생성되는 성에를 제거하도록 제2 열매체로 상기 라지에이터를 가열하는 제상부; 및 상기 제2 열교환부에서 배출된 상기 제1 부가 열매체가 상기 부가 라지에이터를 통과함에 따라 생성되는 성에를 제거하도록 제2 부가 열매체로 상기 부가 라지에이터를 가열하는 부가 제상부를 더 포함한다.

그리고, 상기 제1 열교환부는, 내부에 상기 제1 열매체가 충진되는 열교환실이 형성되고, 일측과 타측이 각각 개방된 제1 본체부; 상기 열교환실에서 액화수소를 열매체와 열교환되도록 순환시켜 열교환 시간을 증대시키는 적어도 하나 이상의 순환부; 상기 순환부를 순환하여 기화된 수소가스를 배출하는 배출부; 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; 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 구획부; 상기 배출부로부터 수소가스를 공급받아 제1 부가 열매체와 열교환 되도록 순환시키며, 상기 제1 본체부의 온도보다 높은 온도에서 수소가스를 열교환시키는 제1 부가 열교환부; 및 상기 제2 공급수단을 통해 제1 부가 열매체를 공급받아 상기 제1 부가 열교환부로 전달하고, 상기 제1 부가 열교환부로부터 수소가스를 공급받아 제1 부가 열매체와 열교환되도록 순환시키며, 상기 제1 부가 열교환부보다 높은 온도에서 수소가스를 열교환시키는 제2 부가 열교환부를 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 공급수단은 상기 제1 열매체를 제1 본체부 및 라지에이터 상에서 반복적으로 순환시키되, 상기 제1 열매체는 상기 제1 본체부에 투입되었다가 배출된 후, 상기 라지에이터를 통해 상기 제1 열매체탱크로 회수되는 형태로 순환된다.

그리고, 상기 제2 공급수단은 상기 제1 부가 열매체를 상기 제2 부가 열교환부와, 제1 부가 열교환부 및 부가 라지에이터에서 반복적으로 순환시키되, 상기 제1 부가 열매체는 상기 제2 부가 열교환부와 제1 부가 열교환부에 순차적으로 공급되었다가 배출된 다음, 상기 부가 라지에이터를 통해 제1 부가 열매체탱크로 회수되는 형태로 순환된다.

또한, 상기 라지에이터를 향해 대기의 바람을 공급하는 드라이부; 및 상기 부가 라지에이터를 향해 대기의 바람을 공급하는 부가 드라이부를 더 포함한다.

그리고, 상기 라지에이터 및 상기 부가 라지에이터는 각각 복수개로 적용되며 서로 일정간격 이격되도록 배치되고, 상기 라지에이터 및 부가 라지에이터의 상측과 하측에 각각 배치되는 제1 필터 및 제2 필터; 상기 제1 필터의 상면과 제2 필터의 저면에 각각 배치되며, 상기 라이에이터 및 부가 라지에이터의 사이 공간으로 외기를 공급하기 위한 복수개의 외기흡입구가 형성된 외기공급부를 더 포함한다.

본 발명에 따른 수소 열교환 시스템은, 수소가스 및 액화수소를 열매체 상에서 다중경로로 순환시켜 충분히 냉각한 이후에 수소 자동차, 수소 충전기 등에 공급할 수 있으며, 액화수소의 기화속도를 빠르게 할 수 있으며, 액화수소를 열교환시키기 위한 제1 열매체를 3단계 분리구조에서 순차적으로 순환시켜 가면서 열교환하여 액화수소나 제1 열매체 및 제1 부가 열매체의 온도에 따라 기화량을 조절할 수 있고, 수소 충전소의 동작 조건에 따라 개별 분리된 시스템으로 안정성과 효율적인 운영이 가능하며, 액화수소를 수소가스와 다른 독립된 장소에서 다중경로로 순환시켜 기화한 이후에 수소 자동차에 공급할 수 있는 효과가 있다.

그리고, 액화수소나 수소가스를 열교환 시키기 위한 열매체를 제공하는 라지에이터에 발생되는 성에를 제거할 수 있으며, 종래 열교환기에서 성에를 제거하는 방식에 비교하여 소모전력을 70%이상 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 라지에이터에 발생된 성에를 바람으로 날려버리는 형태로 제거함으로써 성에를 수집하지 않아도 되어, 별도의 성에 처리 공정이 발생되지 않는 등 사용상의 편의성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

그리고, 열매체에 대기온도를 작용시킨 후, 액화수소나 수소가스와 열교환 하도록 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템을 도시한 계통도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템에 적용된 제1 열교환부를 도시한 분해 사시도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템에 적용된 제1 분배챔버 및 제2 분배챔버를 도시한 정면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템에 적용된 제1 부가 열교환부를 도시한 단면 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템에 적용된 제1 열교환부를 직렬로 연결한 예를 도시한 부분 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템에 적용된 라지에이터와, 부가 라지에이터와, 제상부 및 부가 제상부를 도시한 정면도.
도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템에 적용된 라지에이터와, 부가 라지에이터와, 제상부 및 부가 제상부의 배치상태를 도시한 측면도.

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 수소 열교환 시스템을 도시한 계통도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템에 적용된 제1 열교환부를 도시한 분해 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템에 적용된 제1 분배챔버 및 제2 분배챔버를 도시한 정면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템에 적용된 제1 부가 열교환부를 도시한 단면 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템에 적용된 제1 열교환부를 직렬로 연결한 예를 도시한 부분 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템에 적용된 라지에이터와, 부가 라지에이터와, 제상부 및 부가 제상부를 도시한 정면도이며, 도 7 및 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템에 적용된 라지에이터와, 부가 라지에이터와, 제상부 및 부가 제상부의 배치상태를 도시한 측면도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템(1)은, 액화수소나 수소가스를 열교환시켜 수소 자동차, 수소 충전기 등 다양한 곳에 공급할 수 있고, 액화수소의 기화속도를 빠르게 할 수 있으며, 액화수소를 열교환시키기 위한 제1 열매체를 3단계 분리구조에서 순차적으로 순환시켜 가면서 열교환하여 액화수소나 제1 열매체 및 제1 부가 열매체의 온도에 따라 기화량을 조절할 수 있고, 수소 충전소의 동작 조건에 따라 개별 분리된 시스템으로 안정성과 효율적인 운영이 가능하며, 액화수소를 수소가스와 다른 독립된 장소에서 다중경로로 순환시켜 기화한 이후에 수소 자동차에 공급할 수 있으며, 수소가스 또는 액화수소(이하, 수소가스 및 액화수소를 "대상물"이라 함.)를 열교환하기 위한 제1 열매체의 이송과정에서 라지에이터(270) 및 부가 라지에이터(380)에 발생되는 성에를 최소한의 전력으로 제거할 수 있는 발명이다.

이를 위해 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템(1)은, 제1 열교환부(10)와, 라지에이터(270)와, 제1 공급수단과, 제2 열교환부(290)와, 부가 라지에이터(380)와, 제2 공급수단과, 제1 히터부(390)와, 제2 히터부(400)와, 제상부(280)와, 부가 제상부(280)와, 드라이부(300)와, 부가 드라이부(420)와, 제1 필터(310)와, 제2 필터(320) 및 외기공급부(330) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

제1 열교환부(10)는 제1 열매체로 액화수소를 열교환 시킨 다음, 공급원에 공급하는 구성이다.

제1 열교환부(10)는 액화수소를 제1 열매체와 열교환 이루어지도록 함에 있어, 액화수소를 다중경로로 순환시켜 열교환 시간을 증대시킬 수 있다.

이를 위해 제1 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)와, 공급캡(20)과, 공급부(30)와, 제1 부가 열교환부(40)와, 제2 부가 열교환부(50)와, 부가 코일형 냉각부(60)와, 냉각코일(70) 및 칸막이(80,90) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

제1 본체부(11)는 도 2를 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 제1 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 수소 열교환 시스템(1)은 제1 부가 열교환부(40) 및 제2 부가 열교환부(50)가 생략된 제1 열교환부(10)의 단일 구성만 포함할 수 있으며, 이 경우 제1 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 5에 도시된 바와 같이, 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 5에 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 수소 열교환 시스템(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 제1 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 2에는 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 2에 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 수소 열교환 시스템(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 수소 열교환 시스템(1)은 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 제1 열매체와 열교환되도록 순환시키며, 제1 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 2를 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 제1 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 5를 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 제1 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 제1 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 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 2를 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 5에 도시된 바와 같이, 서로 상이한 간격으로 배치되어, 제3 본체부(52)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 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 수소 열교환 시스템(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 2에는 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 2에 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 수소 열교환 시스템(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 수소 열교환 시스템(1)은 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 2 및 도 5를 병행참고 하여 이상 설명한 수소 열교환 시스템(1)의 작동 및 그 과정에서 나타나는 특유의 효과에 대해 설명한다.

이때, 도 2에는 액화수소 및 수소가스의 순환경로를 도시하였고, 도 5에는 제1 열교환부를 직렬로 연결한 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 수소 열교환 시스템(1)은, 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, 제1 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, 제1 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.

한편, 라지에이터(270)는 대상물을 열교환시키기 위한 제1 열매체를 순환시켜 대기온도에 의해 열교환시킨 다음 제1 열교환부(10)에 공급하고, 제1 열교환부(10)에서 대상물과 열교환한 후 배출된 저온의 제1 열매체를 제1 열매체탱크로 회수하는 위한 구성이다.

라지에이터(270)는 통상의 라지에이터(270) 장치와 동일한 형상 및 구성으로 이루어진다.

즉, 라지에이터(270)는 복수개의 이송관(271)이 서로 지그재그 형태로 연결되는 형상으로 형성되는 바, 제1 열매체를 다중경로로 이송시킨 다음, 제1 열교환부(10)에 공급하여 대상물을 냉각시킬 수 있도록 한다.

일 예로, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템에서 라지에이터(270)는 창고나 컨테이너박스 등과 같은 구조물의 내부에 수용되어 대기중에 노출될 수 있다.

이로 인해, 라지에이터(270)를 따라 이송되는 제1 열매체는 대기온도에 의해 간접적으로 열교환 되어 온도가 상승된 후, 제1 열교환부(10)에 공급되어 대상물과 각각 열교환하게 된다.

이때, 제1 열매체는 실리콘 오일로 적용될 수 있으나, 냉기, 냉매, 열매체 등 액화수소를 약 -40℃로 냉각시킬 수 있는 다양한 냉각용 물질 중 어느 하나로 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템(1)에서 제1 열매체의 종류는 실리콘 오일, 냉기, 냉매, 열매체 등에 한정되지 않음을 밝힌다.

그리고, 제1 열교환부(10)에 공급되어 대상물과 열교환 된 후 온도가 낮아진 저온의 제1 열매체는 제1 열매체탱크(341)로 회수된다.

이때, 라지에이터(270)는 제1 열교환부(10)에 공급하기 위한 제1 열매체도 순환시켜 대기온도에 의해 열교환 되도록 하고, 제1 열교환부(10)에 공급되었다가 배출되는 저온의 제1 열매체도 제1 열매체탱크로 회수시킨다.

제1 열매체탱크(341)의 내부 또는 외면에는 제1 열매체를 가열하기 위한 제1 히터부(390)가 설치된다.

즉, 제1 히터부(390)는 제1 열교환부(10)에서 대상물과 열교환하여 저온으로 냉각된 제1 열매체가 다시 대상물을 원하는 온도로 냉각시키기에 충분한 온도로 가열하는 것이다.

일 예로, 제1 히터부(390)는 전원이 공급됨에 발열 작동되는 통상적인 히터로 적용될 수 있다.

이때, 제1 히터부(390)는 전원이 공급됨에 따라 온기를 발생시켜 제1 열매체탱크 방향으로 제1 타입 또는 전원이 공급됨에 따라 발열작동되는 가열코일을 포함하는 제2 타입으로 적용될 수 있다.

그리고, 전술한 제1 타입은 전원이 공급됨에 따라 발열작동되는 가열코일 및 가열코일에 의해 발생된 온기를 제1 열매체탱크 또는 제1 열매체 방향으로 공급하는 팬을 포함할 수 있다.

한편, 제1 열매체는 제1 공급수단의 작동에 의해 공급라인을 통해 라지에이터(270)에 공급된다.

라지에이터(270)에 공급된 제1 열매체는 제1 열교환부(10)에 선택적으로 공급되어 대상물과 열교환하게 된다.

따라서, 대상물은 온도가 상승되어 기화된다. 그리고, 제1 열교환부(10)에서 열교환을 마친 제1 열매체는 제1 공급수단(250)의 작동에 의해 회수라인(343) 및 라지에이터(270)를 순차적으로 거쳐 제1 열매체탱크(341)에 회수된다.

이때, 회수라인(343)은 생략될 수 있으며, 이 경우 제1 열교환부(10)에서 열교환을 마친 제1 열매체는 제1 공급수단(250)을 구성하는 제1-1 공급유닛(260a) 또는 제1-2 공급유닛(260b) 중 적어도 어느 하나 이상의 작동에 의해 별도의 라인 및 라지에이터(270)를 순차적으로 거쳐 제1 열매체탱크(341)에 회수된다.

제1 열매체탱크(341)에 회수된 제1 열매체는 제1 히터부(390)에 의해 다시 일정온도로 가열된 다음, 다시 제1-1 공급유닛(260a) 또는 제1-2 공급유닛(260b)의 작동에 의해 라지에이터(270)를 거쳐 제1 열교환부(10)에 공급된다.

이때, 수소를 수소자동차에 미충전시 제1-1 공급유닛(260a)만 작동하고, 수소를 수소자동차에 충전할 시 제1-1 공급유닛(260a) 및 제1-2 공급유닛이 함께 작동한다.

계속해서, 제1 열교환부(10)에서 배출된 제1 열매체는 대상물과의 열교환에 의해 온도가 낮아진다. 온도가 낮아진 제1 열매체는 제1 열매체탱크에 회수되기 위해 라지에이터(270)를 통과하는 과정에서 성에를 발생시킨다. 성에를 제거하지 않은 상태에서 제1 열교환부(10)에 공급하기 위한 제1 열매체가 라지에이터(270)를 통과하면 하온(下溫)되기 때문에 대상물의 열교환 효율이 저하된다.

제상부(280)는 이를 방지하기 위해 라지에이터(270)를 가열하여 성에를 제거한다.

제상부(280)는 주입관(281), 주입관(281)과 연결되는 전달관(282) 및 전달관(282)과 연결되는 유출관(283) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

도 6 및 도 7을 참고하면 주입관(281)은 라지에이터(270)의 일측에 배치된다.

주입관(281)에는 라지에이터(270)를 가열하기 위한 제2 열매체가 주입된다.

이때, 제2 열매체는 실리콘 오일로 형성될 수 있으나, 냉기, 냉매, 열매체 등 수소가스를 약 -40℃로 냉각시킬 수 있는 다양한 냉각용 물질 중 어느 하나로 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 재생에너지를 활용한 수소 열교환 시스템(1)에서 제2 열매체의 종류는 실리콘 오일, 냉기, 냉매, 열매체 등에 한정되지 않음을 밝힌다.

전달관(282)은 제2 열매체의 열기를 라지에이터(270)에 간접적으로 전달하는 것으로, 다수개로 적용될 수 있다.

전달관(282)은 이송관(271)들의 사이에 배치되거나 또는, 이송관(271)의 일측에 배치될 수 있다.

전달관(282)들 중 적어도 하나 이상이 주입관(281) 및 유출관(283)에 각각 연결될 수 있다.

그리고, 전달관(282)들은 서로 연결된다. 전달관(282)은 라지에이터(270)의 이송관(271)과 동일한 형태로 연결될 수 있다.

따라서, 제2 열매체는 전달관(282)들을 따라 순환하면서 이송관(271)을 가열한다.

전달관(282)은 이송관(271)보다 작거나 많은 개수로 적용되거나 또는, 이송관(271)과 동일한 개수로 적용될 수 있다. 전달관(282)의 적용 개수에 상관 없이 이송관(271)과 전달관(282)은 서로 섞여 있는 상태를 이루게 된다.

즉, 전달관(282)은 이송관(271) 상에 고루게 분포된 상태로 제2 열매체의 열기를 간접적으로 전달하게 된다.

이와 같이 제2 열매체의 열기를 전달하면 성에가 액화 되어 중력에 의해 낙하한다. 이로 인해 이송관(271)에서 성에가 자연적으로 제거된다.

유출관(283)은 전달관(282)을 순환한 제2 열매체를 외부로 유출시켜 제2 열매체탱크(430)에 회수될 수 있도록 한다.

이때, 주입관(281)과, 전달관(282) 및 유출관(283)은 열전도도가 우수한 재질로 형성될 수 있으며, 그 예로 동 재질로 형성될 수 있다.

이러한 제상부(280)는 제2 열교환부(290)에서 배출된 제1 열매체에 의해 라지에이터(270)에 생성되는 성에도 제거한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템(1)은, 제2 열매체를 주입관(281)에 공급하고, 공급된 제2 열매체를 제2 열매체탱크(430)로 회수하는 제3 공급수단(460)을 포함할 수 있다.

이때, 제3 공급수단(460)은 펌프로 형성될 수 있다.

한편, 제1 공급수단은 제1 열매체를 제1 열교환부(10) 및 라지에이터(270)에 순환시키는 구성이다.

제1 공급수단은 제1 열교환부(10)에 제1 열매체를 공급하는 제1-1 공급유닛(260a) 및 제1-2 공급유닛(260b)과 별개로 제1 열교환부(10)에 제1 열매체를 공급하는 제1-2 공급유닛(260b) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

제1-1 공급유닛(260a)은 펌프로 형성될 수 있다. 제1-1 공급유닛(260a)은 제1 열매체를 저장하는 제1 열매체탱크(341)와 연결된다.

제1-2 공급유닛(260b)은 펌프로 형성될 수 있다. 제1-2 공급유닛(260b)은 제1 열매체를 저장하는 제1 열매체탱크(341)와 연결된다.

제1-1 공급유닛(260a) 및 제1-2 공급유닛(260b)에서 공급되는 제1 열매체는 제상부(280)를 통과한 후, 연결라인을 통해 제1 열교환부(10)에 공급된다.

즉, 제1-1 공급유닛(260a) 및 제1-2 공급유닛(260b)은 모두 제1 열매체탱크(341)에 저장된 제1 열매체를 펌핑하여 제1 열교환부(10)에 각각 공급할 수 있다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템(1)은, 공급원에 대한 수소 공급이 대기중일 경우 제1-1 공급유닛(260a) 및 제1-2 공급유닛(260b) 중 선택되는 어느 하나만 제1 열매체를 공급하고, 공급원에 수소를 공급할 시 제1-1 공급유닛(260a) 및 제1-2 공급유닛(260b)이 동시에 제1 열매체를 공급하도록 프로그래밍 된다. 구체적으로, 수소가스를 수소자동차에 공급하지 않는 대기 상태에서는 제1-1 공급유닛(260a)만 운전모드로 작동되고 제1-2 공급유닛(260b)은 대기모드를 유지한다. 제1-1 공급유닛(260a)은 수소충전기의 내부에 장착되는 제1 열교환부(10)에 제1 열매체를 소량만 공급하여 수소가스 또는 액화가스의 기화량을 최소화 함에 따라, 제1 열매체가 제1 열교환부(10)의 내부를 순환하면서 수소가스를 예냉하도록 한다.

그리고, 수소자동차에 수소가스를 충전할 시에는 수소가스 또는 액화가스의 빠른 급냉이 필요하므로, 제1-1 공급유닛(260a) 및 제1-2 공급유닛(260b)이 동시에 운전모드로 설정되어 수소자동차에 수소가스를 급속충전하는 것이 가능하다.

또한, 수소자동차의 충전이 완료되면 제1-2 공급유닛(260b)은 자동으로 대기모드로 전환되도록 프로그래밍 된다.

이때, 제1-1 공급유닛(260a) 및 제1-2 공급유닛(260b)의 기능은 서로 바뀔 수 있다.

즉, 제1-2 공급유닛(260b)이 예냉용으로 사용되고, 제1-1 공급유닛(260a)이 제1-2 공급유닛(260b)과 함께 급속충전용으로 사용될 수 있다.

한편, 제2 열교환부(290)는 후술되는 제2-1 공급유닛(270a) 및 제2-2 공급유닛(270b) 중 적어도 어느 하나 이상으로부터 제1 열매체를 공급받아 수소가스를 열교환 시킨 다음, 공급원에 공급하는 구성이다.

이때, 제1-1 공급유닛(260a) 및 제1-2 공급유닛(260b)은 제2-1 공급유닛(270a) 및 제2-2 공급유닛(270b)과 별도의 공간에 각각 배치되거나 또는 동일한 공간에 배치된 상태에서 제1 열교환부(10) 및 제2 열교환부(290)에 제1 열매체를 각각 공급할 수 있다.

부가적으로, 제1 열교환부(10)에 공급된 액화수소는 열교환에 의해 기화된 후, 공급원에 공급되거나 또는, 제2 열교환부(290)에 공급되어 제2 열교환부(290)의 내부를 흐르는 제1 부가 열매체에 의해 한번 더 열교환 된 후 수소자동차 또는 수소충전기에 공급될 수도 있다.

이러한, 제2 열교환부(290)는 본원발명의 출원인에 의해 출원된 출원번호 제10-2023-0038031호, 명칭 : 수소가스 열교환기와 동일함으로, 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 부가 라지에이터(380)는 제2 열교환부(290)가 열교환하고자 하는 대상물인 수소가스를 열교환시키기 위한 제1 부가 열매체를 순환시켜 대기온도에 의해 열교환시킨 다음 제2 열교환부(290)에 공급하고, 제2 열교환부(290)에서 대상물과 열교환 한 후 배출된 저온의 제1 부가 열매체를 제1 부가 열매체탱크(450)로 회수하는 구성이다.

부가 라지에이터(380)는 통상의 라지에이터(270) 장치와 동일한 형상 및 구성으로 이루어진다.

즉, 부가 라지에이터(380)는 복수개의 이송관(271)이 서로 지그재그 형태로 연결되는 형상으로 형성되는 바, 제1 부가 열매체를 다중경로로 이송시킨 다음, 제2 열교환부(290)에 공급하여 대상물을 냉각시킬 수 있도록 한다.

일 예로, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템(1)에서 부가 라지에이터(380)는 창고나 컨테이너박스 등과 같은 구조물의 내부에 수용되어 대기중에 노출될 수 있다.

이로 인해, 부가 라지에이터(380)를 따라 이송되는 제1 부가 열매체는 대기온도에 의해 간접적으로 열교환 되어 온도가 상승된 후, 제2 열교환부(290)에 공급되어 대상물과 각각 열교환하게 된다.

이때, 제1 부가 열매체는 실리콘 오일로 적용될 수 있으나, 냉기, 냉매, 열매체 등 액화수소를 약 -40℃로 냉각시킬 수 있는 다양한 냉각용 물질 중 어느 하나로 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템(1)에서 제1 열매체의 종류는 실리콘 오일, 냉기, 냉매, 열매체 등에 한정되지 않음을 밝힌다.

그리고, 제2 열교환부(290)에 공급되어 대상물과 열교환 된 후 온도가 낮아진 저온의 제1 부가 열매체는 제1 부가 열매체탱크(450)로 회수된다.

이때, 부가 라지에이터(380)는 전술한 라지에이터(270)와 동일한 기능을 수행한다.

부가 라지에이터(380)는 제2 열교환부(290)에 공급하기 위한 제1 부가 열매체도 순환시켜 대기온도에 의해 열교환 되도록 하고, 제2 열교환부(290)(290)에 공급되었다가 배출되는 저온의 제1 부가 열매체도 제1 부가 열매체탱크(450)로 회수시킨다.

제1 부가 열매체탱크(450)의 내부 또는 외면에는 제1 부가 열매체를 가열하기 위한 제2 히터부(400)가 설치된다.

즉, 제2 히터부(400)는 제2 열교환부(290)에서 대상물과 열교환하여 저온으로 냉각된 제1 부가 열매체가 다시 대상물을 원하는 온도로 냉각시키기에 충분한 온도로 가열하는 것이다.

일 예로, 제2 히터부(400)는 전원이 공급됨에 발열 작동되는 통상적인 히터로 적용될 수 있다.

이때, 제2 히터부(400)는 전원이 공급됨에 따라 온기를 발생시켜 제1 부가 열매체탱크(450) 방향으로 제1 타입 또는 전원이 공급됨에 따라 발열작동되는 가열코일을 포함하는 제2 타입으로 적용될 수 있다.

그리고, 전술한 제1 타입은 전원이 공급됨에 따라 발열작동되는 가열코일 및 가열코일에 의해 발생된 온기를 제1 부가 열매체탱크(450) 또는 제1 부가 열매체 방향으로 공급하는 팬을 포함할 수 있다.

한편, 제1 부가 열매체는 제2 공급수단의 작동에 의해 부가 라지에이터(380)에 공급된다.

부가 라지에이터(380)에 공급된 제1 부가 열매체는 제2 열교환부(290)에 선택적으로 공급되어 대상물과 열교환하게 된다.

따라서, 대상물은 온도가 상승된다. 그리고, 제2 열교환부(290)에서 열교환을 마친 제1 부가 열매체는 제2 공급수단의 작동에 의해 부가 회수라인 및 부가 라지에이터(380)를 순차적으로 거쳐 제1 부가 열매체탱크(450)에 회수된다.

이때, 부가 회수라인은 생략될 수 있다. 이 경우 제2 열교환부(290)에서 열교환을 마친 제1 부가 열매체는 제2 공급수단을 구성하는 제2-1 공급유닛(270a) 또는 제2-2 공급유닛(270b) 중 적어도 어느 하나 이상의 작동에 의해 별도의 라인 및 부가 라지에이터(380)를 순차적으로 거쳐 제1 부가 열매체탱크(450)에 회수된다.

제1 부가 열매체탱크(450)에 회수된 제1 부가 열매체는 제2 히터부(400)에 의해 다시 일정온도로 가열된 다음, 다시 제2-1 공급유닛(270a) 또는 제2-2 공급유닛(270b)의 작동에 의해 부가 라지에이터(380)를 거쳐 제2 열교환부(290)에 공급된다.

이때, 수소를 수소자동차에 미충전시 제2-1 공급유닛(270a)만 작동하고, 수소를 수소자동차에 충전할 시 제2-1 공급유닛(270a) 및 제2-2 공급유닛(270b)이 함께 작동한다.

계속해서, 제2 열교환부(290)에서 배출된 제1 부가 열매체는 대상물과의 열교환에 의해 온도가 낮아진다. 온도가 낮아진 제1 부가 염래체는 제1 부가 열매체탱크(450)에 회수되기 위해 부가 라지에이터(380)를 통과하는 과정에서 성에를 발생시킨다. 성에를 제거하지 않은 상태에서 제2 열교환부(290)에 공급하기 위한 제1 부가 열매체가 라지에이터(270)를 통과하면 하온(下溫)되기 때문에 대상물의 열교환 효율이 저하된다.

부가 제상부(280)는 이를 방지하기 위해 부가 라지에이터(380)를 가열하여 성에를 제거한다.

부가 제상부(280)는 부가 주입관(411), 부가 주입관(411)과 연결되는 부가 전달관(412) 및 부가 전달관(412)과 연결되는 부가 유출관(413) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

도 6 및 도 7을 참고하면 부가 주입관(411)은 부가 라지에이터(380)의 일측에 배치된다.

부가 주입관(411)에는 부가 라지에이터(380)를 가열하기 위한 제2 부가 열매체가 주입된다.

이때, 제2 부가 열매체는 실리콘 오일로 형성될 수 있으나, 냉기, 냉매, 열매체 등 수소가스를 약 -40℃로 냉각시킬 수 있는 다양한 냉각용 물질 중 어느 하나로 적용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 재생에너지를 활용한 수소 열교환 시스템(1)에서 제2 부가 열매체의 종류는 실리콘 오일, 냉기, 냉매, 열매체 등에 한정되지 않음을 밝힌다.

부가 전달관(412)은 제2 부가 열매체의 열기를 부가 라지에이터(380)에 간접적으로 전달하는 것으로, 다수개로 적용될 수 있다.

부가 전달관(412)은 부가 이송관(381))들의 사이에 배치되거나 또는, 부가 이송관(381))의 일측에 배치될 수 있다.

부가 전달관(412)들 중 적어도 하나 이상이 부가 주입관(411) 및 부가 유출관(413)에 각각 연결될 수 있다.

그리고, 부가 전달관(412)들은 서로 연결된다. 부가 전달관(412)은 부가 라지에이터(380)의 부가 이송관(381))과 동일한 형태로 연결될 수 있다.

따라서, 제2 부가 열매체는 부가 전달관(412)들을 따라 순환하면서 부가 이송관(381))을 가열한다.

부가 전달관(412)은 부가 이송관(381))보다 작거나 많은 개수로 적용되거나 또는, 부가 이송관(381))과 동일한 개수로 적용될 수 있다. 부가 전달관(412)의 적용 개수에 상관 없이 부가 이송관(381))과 부가 전달관(412)은 서로 섞여 있는 상태를 이루게 된다.

즉, 부가 전달관(412)은 부가 이송관(381)) 상에 고루게 분포된 상태로 제2 부가 열매체의 열기를 간접적으로 전달하게 된다.

이와 같이 제2 부가 열매체의 열기를 전달하면 성에가 액화되어 중력에 의해 낙하한다. 이로 인해 이송관(271)에서 성에가 자연적으로 제거된다.

부가 유출관(413)은 부가 전달관(412)을 순환한 제2 부가 열매체를 외부로 유출시켜 제2 부가 열매체탱크(440)에 회수될 수 있도록 한다.

이때, 부가 주입관(411)(281)과, 부가 전달관(412)(282) 및 부가 유출관(413)(283)은 열전도도가 우수한 재질로 형성될 수 있으며, 그 예로 동 재질로 형성될 수 있다.

이러한 부가 제상부(280)는 제2 열교환부(290)에서 배출된 제1 부가 열매체에 의해 부가 라지에이터(380)에 생성되는 성에도 제거한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템(1)은, 제2 부가 열매체를 부가 주입관(411)에 공급하고, 공급된 제2 부가 열매체를 제2 부가 열매체탱크(440)로 회수하는 제4 공급수단(470)을 포함할 수 있다.

이때, 제4 공급수단(470)은 펌프로 형성될 수 있다.

한편, 제2 공급수단은 제1 부가 열매체를 제2 열교환부(290) 및 부가 라지에이터(380)에 순환시키는 구성이다.

제2 공급수단은 제2 열교환부(290)에 제1 부가 열매체를 공급하는 제2-1 공급유닛(270a) 및 제2-1 공급유닛(270a)과 별개로 제2 열교환부(290)에 제1 부가 열매체를 공급하는 제2-2 공급유닛(270b) 중 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.

제2-1 공급유닛(270a)은 펌프로 형성될 수 있다. 제2-1 공급유닛(270a)은 제1 부가 열매체를 저장하는 제1 부가 열매체탱크(450)와 연결된다.

제2-2 공급유닛(270b)은 펌프로 형성될 수 있다. 제2-2 공급유닛(270b)은 제1 부가 열매체를 저장하는 제1 부가 열매체탱크(450)와 연결된다.

제2-1 공급유닛(270a) 및 제2-2 공급유닛(270b)에서 공급되는 제1 부가 열매체는 부가 제상부(280)를 통과한 후, 연결라인을 통해 제2 열교환부(290)에 공급된다.

즉, 제2-1 공급유닛(270a) 및 제2-2 공급유닛(270b)은 모두 제1 부가 열매체탱크(450)에 저장된 제1 부가 열매체를 펌핑하여 제2 열교환부(290)에 각각 공급할 수 있다.

이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템(1)은, 공급원에 대한 수소 공급이 대기중일 경우 제2-1 공급유닛(270a) 및 제2-2 공급유닛(270b) 중 선택되는 어느 하나만 제1 부가 열매체를 공급하고, 공급원에 수소를 공급할 시 제2-1 공급유닛(270a) 및 제2-2 공급유닛(270b)이 동시에 제1 부가 열매체를 공급하도록 프로그래밍 된다. 구체적으로, 수소가스를 수소자동차에 공급하지 않는 대기 상태에서는 제2-1 공급유닛(270a)만 운전모드로 작동되고 제2-2 공급유닛(270b)은 대기모드를 유지한다. 제2-1 공급유닛(270a)은 수소충전기의 내부에 장착되는 제2 열교환부(290)에 제1 부가 열매체를 소량만 공급하여 수소가스 또는 액화가스의 기화량을 최소화 함에 따라, 제1 부가 열매체가 제2 열교환부(290)의 내부를 순환하면서 수소가스를 예냉하도록 한다.

그리고, 수소자동차에 수소가스를 충전할 시에는 수소가스 또는 액화가스의 빠른 급냉이 필요하므로, 제2-1 공급유닛(270a) 및 제2-2 공급유닛(270b)이 동시에 운전모드로 설정되어 수소자동차에 수소가스를 급속충전하는 것이 가능하다.

또한, 수소자동차의 충전이 완료되면 제2-2 공급유닛(270b)은 자동으로 대기모드로 전환되도록 프로그래밍 된다.

이때, 제2-1 공급유닛(270a) 및 제2-2 공급유닛(270b)의 기능은 서로 바뀔 수 있다.

즉, 제2-2 공급유닛(270b)이 예냉용으로 사용되고, 제2-1 공급유닛(270a)이 제2-2 공급유닛(270b)과 함께 급속충전용으로 사용될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템(1)은, 전술한 제1-1 공급유닛(260a) 및 제1-2 공급유닛(260b) 중 적어도 어느 하나 이상의 작동에 제1 열매체를 제1 본체부의 열교환실 및 라지에이터(270)에서 반복적으로 순환시키되, 제1 열매체는 제1 본체부의 열교환실에 투입되었다가 배출된 다음, 라지에이터(270)를 통해 제1 열매체탱크로 회수되는 형태로 순환될 수 있다.

그리고, 제1 열매체탱크에 설치된 제1 히터부(390)는 제1 열매체를 약 -40℃ 내지 -45℃의 온도로 가열할 수 있다.

즉, 제1 본체부로 투입된 액화수소의 온도는 약 -200℃이고, 제1 열매체는 약 -40℃ 내지 -45℃의 온도로 열교환실에 투입되는 바, 제1 열매체는 액화수소와의 열교환에 의해 약 -100℃ 정도의 저온으로 배출된다.

그리고, 배출된 제1 열매체는 라지에이터(270)를 거쳐 제1 열매체탱크에 회수되거나 또는, 라지에이터(270)를 거치지 아니하고 제1 열매체탱크에 회수될 수 있다.

제1 열매체탱크에 회수된 제1 열매체는 제1 히터부(390)에 의해 다시 약 -40℃ 내지 -45℃의 온도로 가열된 후, 제1-1 공급유닛(260a) 및 제1-2 공급유닛(260b) 중 적어도 어느 하나 이상의 작동에 의해 제1 본체부의 열교환실에 공급된다.

그리고, 열교환실에서 배출된 제1 열매체는 배출라인(2a)을 통해 라지에이터(270)를 거쳐 제1 열매체탱크에 회수되거나 또는, 배출라인(2a)에 연결된 분기라인(3a)을 통해 라지에이터(270)를 거치지 아니하고 제1 열매체탱크에 회수될 수 있다.

배출라인(2a)에는 제1 열매체의 이동경로를 제어하기 위한 3웨이 컨트롤 비례 밸브(V1) 및 제1 열매체의 온도를 측정하는 온도센서(미도시)가 설치될 수 있다.

일 예로, 제1 본체부의 열교환실에서 배출된 제1 열매체의 온도가 -45℃ 이하일 경우 또는 공급원에 대한 수소가스 충전 대기시, 3웨이 컨트롤 비례 밸브(V1)가 분기라인(3a) 측은 차단하고, 배출라인(2a)은 개방하여 제1 열매체가 라지에이터(270)를 통해 제1 열매체탱크에 회수되도록 할 수 있다.

그리고, 제1 본체부의 열교환실에서 배출된 제1 열매체의 온도가 -40℃ 이하일 경우, 3웨이 컨트롤 비례 밸브(V1)가 배출라인(2a) 측은 차단하고, 분기라인(3a)은 개방하여 제1 열매체가 제1 열매체탱크에 바로 회수되도록 할 수 있다.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템(1)은, 제1 부가 열매체탱크(450)로 회수된 제1 부가 열매체가 제1 열교환부(10)에 공급되어 액화수소와 열교환 된 후 배출되고, 배출된 제1 부가 열매체가 제1 부가 열매체탱크(450)로 회수되도록 구현될 수 있다.

아울러, 제1 부가 열교환부(40)는 일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 배출부(17)로부터 수소가스를 공급받아 제1 부가 열매체와 열교환 되도록 순환시키되, 제1 열매체가 아닌 제1 부가 열매체를 제2 부가 열교환부(50)로부터 공급 받아 제1 본체부(11)의 온도보다 높은 온도에서 배출부로부터 공급되는 수소가스를 열교환시킬 수 있다.

아울러, 제2 부가 열교환부(50) 또한 제2-1 공급유닛(270a) 및 제2-2 공급유닛(270b) 중 선택되는 어느 하나 이상으로부터 제1 부가 열매체를 공급 받아 제1 부가 열교환부(40)로 전달하고, 제1 부가 열교환부(40)로부터 수소가스를 공급받아 제1 부가 열매체와 열교환되도록 순환시키며, 제1 부가 열교환부(40)보다 높은 온도에서 수소가스를 열교환시킬 수 있다.

아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템(1)은, 전술한 제2-2 공급유닛(270b) 및 제2-2 공급유닛(270b) 중 적어도 어느 하나 이상의 작동에 의해 제2 열교환부(290)에 공급되었다가 제1 부가 열매체탱크(450)로 회수된 제1 부가 열매체를 제1 열교환부(10)에 공급하여 액화수소 또는 수소가스와 열교환 된 후, 배출되고 배출된 제1 부가 열매체가 제1 부가 열매체탱크(450)로 다시 회수되는 형태로 구현될 수 있다.

이때, 제1 부가 열매체탱크(450)는 연결라인을 통해 제3 본체부(52)와 연결된다. 따라서, 제1 부가 열매체탱크(450)에 저장된 제1 부가 열매체는 연결라인을 통해 제3 본체부(52)의 열교환실에 공급된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템(1)은, 이러한 구조에 의해 제1 부가 열메체를 제3 본체부(52)의 열교환실과 제2 본체부(42)의 열교환실 및 부가 라지에이터(380)에서 반복적으로 순환시키되, 제1 부가 열매체는 제3 본체부(52)의 열교환실에 투입되었다가 제2 본체부(42)의 열교환실로 이동한 후, 제2 본체부(42)의 열교환실에서 배출된 다음, 부가 라지에이터(380)를 통해 제1 부가 열매체탱크(450)로 회수되는 형태로 순환될 수 있다. 그리고, 제1 부가 열매체탱크(450)에 설치된 제2 히터부(400)는 제1 부가 열매체를 약 +30℃의 온도로 가열할 수 있다.

보다 구체적으로, 제1 부가 열매체는 약 -40℃의 온도로 제2 열교환부(290)에 투입되어 수소가스와 열교환한다. 따라서, 제1 부가 열매체는 약 -35℃의 온도로 배출된 후 제1 부가 열매체탱크(450)로 회수된다.

제1 부가 열매체탱크(450)에 회수된 제1 부가 열매체는 제2 히터부(400)에 의해 약 30℃의 온도로 가열된 후, 제2-1 공급유닛(270a) 및 제2-2 공급유닛(270b) 중 적어도 어느 하나 이상의 작동에 의해 제3 본체부의 열교환실 및 제2 본체부의 열교환실을 순차적으로 거친 다음 외부로 배출된다.

이때, 제1 부가 열매체는 제3 본체부(52)의 열교환실 및 제2 본체부(42)의 열교환실에서 액화수소 또는 수소가스와의 열교환에 의해 약 -60℃ 정도의 저온으로 배출된다.

그리고, 배출된 제1 부가 열매체는 배출라인(2b)을 통해 부가 라지에이터(380)를 거쳐 제1 부가 열매체탱크(450)에 회수되거나 또는, 배출라인(2b)에 연결된 분기라인(3b)을 통해 제2 열교환부(290)에 공급된 후 제1 부가 열매체탱크(450)에 회수될 수 있다.

배출라인(2b)에는 제1 부가 열매체의 이동경로를 제어하기 위한 3웨이 컨트롤 비례 밸브(V2) 및 제1 부가 열매체의 온도를 측정하는 온도센서(미도시)가 설치될 수 있다.

일 예로, 제2 본체부의 열교환실에서 배출된 제1 부가 열매체의 온도가 -45℃ 이하일 경우 또는 공급원에 대한 수소가스 충전 대기시, 3웨이 컨트롤 비례 밸브(V2)가 분기라인(3b) 측은 차단하고, 배출라인(2b)은 개방하여 제1 부가 열매체가 부가 라지에이터(380)를 통해 제1 부가 열매체탱크(450)에 회수되도록 할 수 있다.

그리고, 제2 본체부(42)의 열교환실에서 배출된 제1 부가 열매체의 온도가 -40℃ 이하일 경우, 3웨이 컨트롤 비례 밸브(V2)가 배출라인(2b) 측은 차단하고, 분기라인(3b)은 개방하여 제1 부가 열매체가 제2 열교환부(290)에 공급되도록 한다.

한편, 전술한 라지에이터(270)와 제상부(280)는 서로 섞여 있는 타입의 모듈(M1,M2)을 형성할 수 있다. 그리고, 부가 라지에이터(380)와 부가 제상부(280)도 서로 섞여 있는 타입의 모듈(M1,M2)을 형성할 수 있다.

그리고, 도면에는 2개의 모듈(M1,M2)이 서로 일정간격 이격된 상태로 대향되도록 배치된다.

2개의 모듈은 하나의 박스부(370) 내부에 수용될 수 있다.

박스부(370)는 서로 다른 라지에이터(270) 및 부가 라지에이터(380)의 일측에 각각 배치되는 제1 측벽(371) 및 서로 다른 라지에이터(270) 및 부가 라지에이터(380)의 일측과 타착에 각각 배치되는 제2 측벽(372)을 포함할 수 있다.

박스부(370)는 구조물에 수용되거나 실외에 배치될 수 있다.

제1 측벽(371) 및 제2 측벽(372)에 의해 박스부(370)의 내부에는 모듈(M1,M2)이 수용되는 수용공간이 형성된다.

적어도 하나 이상의 제2 측벽(372)은 어느 하나의 제1 측벽(371)에 힌지 결합되어 수용공간을 개방 또는 폐쇄하게 된다.

제1 필터(F1)는 라지에이터(270)들 및 및 부가 라지에이터(380)들의 상측에 배치되고, 제2 필터(F2)는 라지에이터(270)들 및 부가 라지에이터(380)들의 하측에 배치된다.

그리고, 제1 필터(F1)의 상면과 제2 필터(F2)의 저면에는 판넬 형태의 외기공급부(330)가 배치된다.

이때, 라지에이터(270) 및 부가 라지에이터(380)의 저면은 외기공급부(330)의 상면에 각각 배치될 수 있다.

외기공급부(330)는 박스부(370)의 상측과 하측을 폐쇄한다.

외기공급부(330)에는 다수개의 외기흡입구(331)가 형성된다. 즉, 외기흡입구(331)를 통해 박스부(370)의 수용공간에 외기를 공급할 수 있다.

제1 필터(F1) 및 제2 필터(F2)는 외기흡입구(331)를 통해 외기와 함께 흡입되는 황사, 미세먼지, 낙엽 등을 필터링 하여 수용공간에 외기만 공급될 수 있도록 한다.

라지에이터(270)와, 제상부(280)와, 부가 라지에이터(380) 및 부가 제상부(280) 등은 서로 다른 박스부(370)의 내부에 각각 수용되지만 제2 열매체 및 제2 부가 열매체를 각각 저장하는 제3 열매체탱크는 제2 열매체 및 제2 부가 열매체를 자연친화적인 방식으로 가열할 수 있도록 구조물의 외부로 돌출된다. 이를 위해, 거치부가 적용된다.

거치대(360)는 라지에이터(270) 및 부가 라지에이터(380)의 상측에 배치된 외기공급부(330)의 상면에 거치된다.

그리고, 제2 열매체탱크(430) 및 제2 부가 열매체탱크(440)는 거치대(360)에 설치되어 태양열이 제2 열매체탱크(430) 및 제2 부가 열매체탱크(440) 내의 제2 열매체 및 제2 부가 열매체를 각각 가열한다.

이와 같이 가열된 제2 열매체 및 제2 부가 열매체는 제상부(280) 및 부가 제상부(410)에 각각 공급되어 성에를 제거한다.

특히, 종래에는 성에를 제거하기 위해 히터로 라지에이터(270) 및 부가 라지에이터(380)를 녹였으나, 이는 히터작동에 의한 전력 소모가 많이 발생되어 경제적이지 못하였다.

그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템(1)은 제3 공급수단(460) 및 제4 공급수단(470) 의 작동을 통해 제2 열매체 및 제2 부가 열매체를 제상부(280) 및 부가 제상부(410)에서 각각 순환시켜 성에를 제거함에 따라, 종래방식 대비 전력을 약 70%정도 절감할 수 있는 특징이 있다.

한편, 드라이부(300) 및 부가 드라이부(420)는 모듈(M1,M2)과 각각 1:1 대향되도록 배치된다.

어느 하나의 드라이부(300) 및 부가 드라이부(420)는 어느 하나의 모듈(M1)과 각각 대향되고, 다른 하나의 드라이부(300) 및 부가 드라이부(420)는 다른 하나의 모듈(M2)과 각각 대향된다.

드라이부(300) 및 부가 드라이부(420)는 공지의 팬(FAN)으로 적용되어 모듈(M1,M2) 각각 대기의 바람을 공급한다.

제1 열매체의 온도는 약 -35℃~ 약 -45℃이므로, 드라이부(300) 및 부가 드라이부(420)는 제1 열매체 및 제1 부가 열매체가 각각 제1 열교환부(10) 및 제2 열교환부(290)에 공급되기 위해 라지에이터(270) 및 부가 라지에이터(380)를 각각 통과하는 과정에서 라지에이터(270) 및 부가 라지에이터(380)를 향해 대기의 바람을 공급하여 제1 열매체 및 제1 부가 열매체의 온도를 대기의 온도를 통해 상승시킨다.

이때, 드라이부(300) 및 부가 드라이부(420)에 의한 제1 열매체 및 제1 부가 열매체의 상승 온도는 기온에 따라 상이하다.

아울러, 드라이부(300) 및 부가 드라이부(420)는 제1 열매체 및 제1 부가 열매체에 의해 라지에이터(270) 및 부가 라지에이터(380)에 생성된 성에를 제거하는 용도로도 사용된다.

즉, 드라이부(300) 및 부가 드라이부(420)의 바람을 통해 라지에이터(270) 및 부가 라지에이터(380)에 생성된 성에를 날려버리는 방식으로 제거할 수 있다.

종래에는 성에를 석션(SUCTION) 방식으로 제거하였으나, 수집한 성에를 처리해야 하는 번거로운 문제점이 있었으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 열교환 시스템(1)은, 성에를 날려버리는 방식으로 제거함에 따라 종래방식에 비해 사용상의 편의성을 제공할 수 있다.

이때, 드라이부(300) 및 부가 드라이부(420)의 바람이 이송관(271)들과 전달관(282)들과, 부가 이송관(381))들과 부가 전달관(412)들의 사이를 수월하게 통과하면서 성에를 날려버릴 수 있도록 이송관(271)들 간의 간격과, 부가 이송관(381))들 간의 간격과, 이송관(271)들과 전달관(282)들 간의 간격 및 부가 이송관(381))들과 부가 전달관(412)들 간의 간격은 넓게 배치하는 것이 바람직하다.

아울러, 봄, 여름, 가을철에는 성에가 제2 열매체 및 제2 부가 열매체에 의해 액화되기 때문에 드라이부(300) 및 부가 드라이부(42)는 액화물도 날려버리게 된다.

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 : 수소 열교환 시스템 10 : 제1 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 : 제1 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 260a : 제1-1 공급유닛
260b : 제1-2 공급유닛 270a : 제2-1 공급유닛
270b : 제2-2 공급유닛 270 : 라지에이터
271 : 이송관 280 : 제상부
281 : 주입관 282 : 전달관
283 : 유출관 290 : 제2 열교환부
300 : 드라이부 310 : 제1 필터
320 : 제2 필터 330 : 외기공급부
331 : 외기흡입구 341 : 제1 열매체탱크
342,352 : 공급라인 343,353 : 회수라인
360 : 거치대 370 : 박스부
380 : 부가 라지에이터 381 : 부가 이송관
390 : 제1 히터부 400 : 제2 히터부
410 : 부가 제상부 411 : 부가 주입관
412 : 부가 전달관 413 : 부가 유출관
420 : 부가 드라이부 430 : 제2 열매체탱크
440 : 제2 부가 열매체탱크 450 : 제1 부가 열매체탱크
460 : 제3 공급수단 470 : 제4 공급수단

Claims (10)

1. 제1 열매체로 액화수소를 열교환 시킨 다음, 공급원에 공급하는 제1 열교환부;
   상기 제1 열교환부에 공급하기 위한 제1 열매체를 순환시켜 대기온도에 의해 열교환 되도록 하고, 상기 제1 열교환부에 공급되었다가 배출되는 저온의 제1 열매체를 제1 열매체탱크로 회수시키는 라지에이터;
   제1 부가 열매체로 수소가스를 열교환 시킨 다음, 공급원에 공급하는 제2 열교환부;
   상기 제2 열교환부에 공급하기 위한 제1 부가 열매체를 순환시켜 대기온도에 의해 열교환 되도록 하고, 상기 제2 열교환부에 공급되었다가 배출되는 저온의 제1 부가 열매체를 제1 부가 열매체탱크로 회수시키는 부가 라지에이터; 및
   상기 제1 열매체를 상기 제1 열교환부 및 라지에이터에서 순환시키는 제1 공급수단을 포함하고,
   상기 제1 부가 열매체탱크로 회수된 제1 부가 열매체가 상기 제1 열교환부에 공급되어 액화수소 또는 수소가스와 열교환 된 후 배출되고, 배출된 제1 부가 열매체가 상기 제1 부가 열매체탱크로 다시 회수되며,
   상기 제1 공급수단은,
   상기 제1 열교환부에 제1 열매체를 공급하는 제1-1 공급유닛; 및
   상기 제1-1 공급유닛과 별개로 상기 제1 열교환부에 제1 열매체를 공급하는 제1-2 공급유닛을 포함하고,
   상기 공급원에 대한 수소 공급이 대기중일 경우 상기 제1-1 공급유닛 및 제1-2 공급유닛 중 선택되는 어느 하나만 제1 열매체를 공급하고, 상기 공급원에 수소를 공급할 시 상기 제1-1 공급유닛 및 제1-2 공급유닛이 동시에 제1 열매체를 공급하도록 프로그래밍 되는 수소 열교환 시스템.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 열매체탱크에 저장된 제1 열매체를 가열하는 제1 히터부; 및
   상기 제1 부가 열매체탱크에 저장된 제1 부가 열매체를 가열하는 제2 히터부를 더 포함하는 수소 열교환 시스템.
   
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 부가 열매체를 상기 제2 열교환부 및 부가 라지에이터에서 순환시키는 제2 공급수단을 더 포함하고,
   상기 제2 공급수단은,
   상기 제2 열교환부에 제1 부가 열매체를 공급하는 제2-1 공급유닛; 및
   상기 제2-1 공급유닛과 별개로 상기 제2 열교환부에 제1 부가 열매체를 공급하는 제2-2 공급유닛을 포함하고,
   상기 공급원에 대한 수소 공급이 대기중일 경우 상기 제2-1 공급유닛 및 제2-2 공급유닛 중 선택되는 어느 하나만 제1 부가 열매체를 공급하고, 상기 공급원에 수소를 공급할 시 상기 제2-1 공급유닛 및 제2-2 공급유닛이 동시에 제1 부가 열매체를 공급하도록 프로그래밍 되는 수소 열교환 시스템.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 열교환부에서 배출된 상기 제1 열매체가 상기 라지에이터를 통과함에 따라 생성되는 성에를 제거하도록 제2 열매체로 상기 라지에이터를 가열하는 제상부; 및
   상기 제2 열교환부에서 배출된 상기 제1 부가 열매체가 상기 부가 라지에이터를 통과함에 따라 생성되는 성에를 제거하도록 제2 부가 열매체로 상기 부가 라지에이터를 가열하는 부가 제상부를 더 포함하는 수소 열교환 시스템.
   
6. 제4항에 있어서,
   상기 제1 열교환부는,
   내부에 상기 제1 열매체가 충진되는 열교환실이 형성되고, 일측과 타측이 각각 개방된 제1 본체부;
   상기 열교환실에서 액화수소를 열매체와 열교환되도록 순환시켜 열교환 시간을 증대시키는 적어도 하나 이상의 순환부;
   상기 순환부를 순환하여 기화된 수소가스를 배출하는 배출부;
   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;
   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 구획부;
   상기 배출부로부터 수소가스를 공급받아 제1 부가 열매체와 열교환 되도록 순환시키며, 상기 제1 본체부의 온도보다 높은 온도에서 수소가스를 열교환시키는 제1 부가 열교환부; 및
   상기 제2 공급수단을 통해 제1 부가 열매체를 공급받아 상기 제1 부가 열교환부로 전달하고, 상기 제1 부가 열교환부로부터 수소가스를 공급받아 제1 부가 열매체와 열교환되도록 순환시키며, 상기 제1 부가 열교환부보다 높은 온도에서 수소가스를 열교환시키는 제2 부가 열교환부를 포함하고,
   상기 순환부는 상기 제1 분배챔버와 제2 분배챔버의 사이에서 서로 일정간격 이격되도록 배치되고, 양측이 상기 제1 분배채널과 제2 분배채널에 각각 결합되어 액화수소의 순환 경로를 제공하는 수소 열교환 시스템.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1 공급수단은 상기 제1 열매체를 제1 본체부 및 라지에이터 상에서 반복적으로 순환시키되,
   상기 제1 열매체는 상기 제1 본체부에 투입되었다가 배출된 후, 상기 라지에이터를 통해 상기 제1 열매체탱크로 회수되는 형태로 순환되는 수소 열교환 시스템.
   
8. 제6항에 있어서,
   상기 제2 공급수단은 상기 제1 부가 열매체를 상기 제2 부가 열교환부와, 제1 부가 열교환부 및 부가 라지에이터에서 반복적으로 순환시키되, 상기 제1 부가 열매체는 상기 제2 부가 열교환부와 제1 부가 열교환부에 순차적으로 공급되었다가 배출된 다음, 상기 부가 라지에이터를 통해 제1 부가 열매체탱크로 회수되는 형태로 순환되는 수소 열교환 시스템.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 라지에이터를 향해 대기의 바람을 공급하는 드라이부; 및
   상기 부가 라지에이터를 향해 대기의 바람을 공급하는 부가 드라이부를 더 포함하는 제상기능을 갖는 수소 열교환 시스템.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 라지에이터 및 상기 부가 라지에이터는 각각 복수개로 적용되며 서로 일정간격 이격되도록 배치되고,
    상기 라지에이터 및 부가 라지에이터의 상측과 하측에 각각 배치되는 제1 필터 및 제2 필터;
    상기 제1 필터의 상면과 제2 필터의 저면에 각각 배치되며, 상기 라지에이터 및 부가 라지에이터의 사이 공간으로 외기를 공급하기 위한 복수개의 외기흡입구가 형성된 외기공급부를 더 포함하는 제상기능을 갖는 수소 열교환 시스템.
    

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