KR20080034984A - 수소 저장장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 장기간에 걸쳐 수소 저장이 가능한 수소 저장장치를 제공하는 것이다.
이를 위한 본 발명의 수소 저장장치는, 내부공간(40)과 액체수소 유입구(20)와 수소가스 유출구(30)를 가지는 단열용기(10)와, 내부공간(40)에 충전된 수소 흡착부재(50)를 구비한다.

Description

수소 저장장치{HYDROGEN STORAGE DEVICE}
본 발명은 수소 저장장치에 관한 것이다.
최근, 수소를 연료로서 사용하는 연료전지나 엔진 등이 개발되고, 그것과 동시에 이들 엔진이나 연료전지 등에 공급되는 수소를 흡장 또는 저장하는 방법, 장치 등에 대해서도 개발이 진행되고 있다.
종래부터 존재하는 수소의 저장방법으로서는, 예를 들면 20 MPa 정도의 압력을 수소에 가하여 고압수소 봄베에 수소를 저장하는 방법이나, 약 20 K로 까지 냉각되어 액화된 수소를 액체수소 봄베에 저장하는 방법이 있다. 또한 일본국 특개2001-220101호 공보(이하, 특허문헌 1이라 하는 경우도 있다)에 기재된 바와 같이 세공(細孔)을 가지는 탄소재료와 상기 탄소재료를 수용한 용기를 포함하는 수소 저장장치가 알려져 있다.
특허문헌 1에 기재된 수소 저장장치에서는, 수소를 저장하는 용기로서 예를 들면, 스테인리스제 탱크나 봄베가 사용된다. 그러나, 스테인리스제의 탱크 등에서는 액체수소를 저장할 때에 외계로부터의 열을 충분히 차단할 수 없어 장기간의 수소저장이 곤란한 경우가 있었다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 장기간에 걸쳐 수소저장이 가능한 수소 저장장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수소 저장장치는, 내부공간과 액체수소 유입구와 수소가스 유출구를 가지는 단열용기와, 상기 내부공간에 배치된 수소 흡착부재를 구비한 것이다.
본 발명의 수소 저장장치는 단열용기를 사용하기 때문에 외계에서 내부공간으로의 열의 전도를 억제할 수 있어, 수소 저장장치 내에 저장된 액체수소의 기화를 억제할 수 있다. 또한, 내부공간에는 수소 흡착부재가 배치된다. 이것에 의하여, 수소 흡착재가 내부공간에 충전된다. 내부공간에 배치된 수소 흡착부재는 수소분자를 흡착하여 유지한다. 수소 흡착부재에 유지된 수소는, 수소 저장장치 내에 저장된 액체수소가 모두 증발된 후에도 장치 내에 유지되기 때문에, 본 발명의 수소 저장장치는 장기간에 걸친 수소저장이 가능하다.
또한, 본 발명에서 수소 흡착부재란, 그 표면에 수소분자를 흡착하여 유지 가능한 물질(수소 흡착재)로 이루어지는 부재를 말하며, 상기 물질은, 원자 형상 수소를 포착하여 흡장하는 수소 흡장합금과는 구별되는 것이다.
본 발명의 수소 저장장치에서는, 내부공간의 일부를 차지하도록 수소 흡착부재가 배치된 형태이어도 된다. 이에 의하여 내부공간의 일부에 수소 흡착재가 충전된다. 내부공간의 일부를 차지하도록 수소 흡착부재를 배치함으로써, 내부공간에 수소 흡착부재가 배치되어 있지 않은 부분(뒤에서 설명하는 「액체수소 저류부」)을 설치할 수 있어, 내부공간에의 액체수소의 충전량을 늘릴 수 있다.
본 발명의 수소 저장장치에서는, 수소 흡착부재는, 내부공간의 5∼30%를 차지하도록 배치되어 있어도 된다. 수소 흡착부재가 차지하는 양이 30% 이하이면, 액체수소의 충전량을 충분한 것으로 할 수 있다. 또, 수소 흡착부재가 차지하는 양이 5% 이상이면 수소 흡착부재에 유지되는 수소의 양을 충분한 것으로 할 수 있다. 수소 흡착부재는, 내부공간의 10∼25%를 차지하도록 배치되어 있는 것이 더욱 바람직하다.
내부공간의 일부에 수소 흡착부재가 배치되는 경우, 내부공간을, 연직선과 직교하는 면으로 체적이 1 : 1이 되도록 나누었을 때의 중력 반대방향측(즉, 수소 저장장치의 상부)에 상기 수소 흡착부재가 배치되도록 하여도 된다. 본 발명의 수소 저장장치를 이와 같은 형태로 함으로써, 중력방향측(즉, 수소 저장장치의 하부)에 수소 흡착부재가 배치되어 있지 않은 부분을 설치할 수 있다. 상기 수소 흡착부재가 배치되어 있지 않은 부분에 액체수소를 충전함으로써, 상기 수소 흡착부재에 액체수소가 닿는 것에 기인하는 액체수소의 기화를 억제하여, 액체수소의 충전효율을 향상시킬 수 있다.
또, 액체수소를 충전할 때에 생기는 수소가스는 수소 저장장치의 상부에 배치된 수소 흡착부재에 흡착 유지된다. 수소 흡착부재에 수소가스가 흡착되는 때에는 흡착열이 발생하나, 충전시에 발생하는 수소가스는 액체수소 온도(20.4 K)와 대략 동등하고, 이 저온의 수소가스가 흡착열을 빼앗기 때문에, 수소 저장장치 내의 온도 상승을 억제할 수 있다.
중력 반대방향측에 수소 흡착부재가 배치되는 경우, 수소가스 유출구는, 수소 흡착부재에 흡착된 수소를 인출 가능하도록 설치되어도 된다. 이에 의하여 기화된 수소로부터 인출하는 것이 가능하게 된다. 수소 흡착부재에 흡착된 수소를 인출하기 위해서는, 예를 들면 수소 흡착부재가 배치되어 있는 부분에 수소가스 유출구를 설치하도록 하면 된다.
내부공간의 일부에 수소 흡착부재가 배치되는 경우, 내부공간을, 연직선과 직교하는 면으로 체적이 1 : 1 이 되도록 나누었을 때의 중력방향측(즉, 수소 저장장치의 하부)에 수소 흡착부재가 배치되도록 하여도 된다. 수소 저장장치의 하부에 수소 흡착부재가 배치된 경우, 수소 흡착부재에 수소를 충분히 흡착시킬 수 있다. 그 때문에, 장치 내에 액체수소가 존재하지 않게 된 경우에도 많은 수소를 유지할 수 있다.
본 발명의 수소 저장장치에서는, 내부공간의 수소 흡착부재가 배치되어 있지 않은 부분과, 액체수소 유입구를 연통하는 액체수소 도입관을 더 구비하도록 하여도 된다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 수소 저장장치에의 액체수소 공급시에 액체수소가 수소 흡착부재에 닿는 일 없이 공급할 수 있기 때문에, 액체수소의 충전효율을 향상시킬 수 있다.
또, 본 발명에서는 액체수소 유입구를 이루어, 단열용기의 내벽과 수소 흡착부재로 둘러 싸인 공간(이하, 이 공간을「액체수소 저류부」라 부르는 경우가 있다.)에 액체수소를 도입하는 액체수소 도입관과, 수소가스 유출구를 이루어, 액체수소로부터 발생하는 수소가스를 단열용기 내로부터 배출시키는 수소가스 배출관을 더 구비하고, 수소가스가 수소 흡착부재 내를 통과한 후에 단열용기 내로부터 배출되도록 액체수소 도입관과 수소 흡착부재와 수소가스 배출관을 배치하여도 된다.
액체수소 저류부에 액체수소 도입관을 통하여 액체수소가 도입되면, 단열용기의 내벽에 접촉함으로써 액체수소가 비등하여 수소가스가 생긴다. 이 수소가스는 수소 흡착부재 내를 통과한 후에 수소가스 배출관으로부터 배출된다. 액체수소의 비등에 의하여 생긴 수소가스의 온도는 액체수소의 비점(20. 4 K)과 대략 동등하고, 이 저온의 수소가스가 수소 흡착부재 내를 통과할 때에 수소 흡착부재로부터 열을 빼앗으면서 단열용기 밖으로 배출된다. 그 때문에, 효율 좋게 단열용기 내의 열을 용기밖으로 방출하는 것이 가능해진다.
또, 수소가스가 수소 흡착부재 내를 통과할 때에, 그 일부는 수소 흡착부재에 흡착되어 유지된다. 수소 흡착부재에 유지된 수소는, 수소 저장장치 내에 저류된 액체수소가 모두 증발한 후에도 상기 장치 내에 유지되기 때문에, 본 발명의 수소 저장장치는 장기간에 걸친 수소저장이 가능하다.
본 발명의 수소 저장장치는, 수소 흡착부재와 액체수소 저류부를 칸막이하는 칸막이부재를 더 구비하여도 된다. 칸막이부재를 구비함으로써 액체수소를 도입할 때에 액체수소와 수소 흡착부재가 직접 접촉하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 액체수소의 돌비(突沸)를 방지할 수 있다.
본 발명의 수소 저장장치에서는, 단열용기 내에서 수소 흡착부재와 액체수소 저류부를 수평방향으로 배치하여도 된다. 이 경우, 본 발명의 수소 저장장치에는 수소 흡착부재와 액체수소 저류부를 칸막이하는 칸막이부재가 설치된다. 수소 흡착부재와 액체수소 저류부를 수평방향으로 배치함으로써, 수소 저장장치의 레이아웃의 자유도를 넓힐 수 있다.
본 발명의 수소 저장장치에서는, 수소가스가 수소 흡착부재 내를 사행(蛇行)하여 통과하도록 수소 흡착부재 내에 격벽을 설치하도록 하여도 된다. 수소가스를 수소 흡착부재 내에서 사행시킴으로써, 수소 흡착부재와 수소가스와의 접촉면적을 늘릴 수 있어, 수소 흡착능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 수소 흡장장치에서는, 수소 흡착부재에 슬릿이 설치되어 있어도 된다. 수소 흡착부재에 슬릿을 설치함으로써, 수소 흡착부재의 표면적을 크게 할 수 있다. 그 때문에, 수소가스와 수소 흡착부재와의 사이의 열교환의 속도 및 수소가스의 흡착속도를 높일 수 있다.
본 발명의 수소 흡장장치에 사용되는 수소 흡착부재로서는, 활성탄, 카본 나노튜브 또는 다공성 금속 유기구조(MOF)를 들 수 있다. 다공성 금속 유기구조로서는 Zn4O(1, 4-벤젠디카르본산 디메틸)3을 들 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 장기간에 걸쳐 수소저장이 가능한 수소 저장장치를 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 수소 저장장치의 사시도,
도 1b는 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 수소 저장장치의 A-A 선 단면도,
도 2a는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 수소 저장장치의 사시도,
도 2b는 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 수소 저장장치의 C-C 선 단면도,
도 3a는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 수소 저장장치의 사시도,
도 3b는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 수소 저장장치의 A-A 선 단면도,
도 4는 제 3 실시형태의 제 1 변형예에 관한 수소 저장장치의 A-A 선 단면도,
도 5는 제 3 실시형태의 제 2 변형예에 관한 수소 저장장치의 A-A 선 단면도,
도 6a는 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 수소 저장장치의 사시도,
도 6b는 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 수소 저장장치의 B-B 선 단면도,
도 7a는 본 발명의 제 5 실시형태에 관한 수소 저장장치의 사시도,
도 7b는 본 발명의 제 5 실시형태에 관한 수소 저장장치의 C-C 선 단면도이다.
이하에, 본 발명의 수소 저장장치를 도면에 의거하여 설명한다.
< 제 1 실시형태 >
도 1a는, 본 발명의 제 1 실시형태에 관한 수소 저장장치의 사시도를 나타내고, 도 1b는 도 1a의 A-A선 단면도를 나타낸다.
제 1 실시형태에 관한 수소 저장장치는, 단열용기(10)와, 단열용기(10)의 상부에 설치된 액체수소 유입구(20) 및 수소가스 유출구(30)를 가진다. 단열용기(10)의 내부공간(40)을, 연직선(B)과 직교하는 면으로 체적이 1 : 1이 되도록 나누었을 때의 중력 반대방향측(즉, 수소 저장장치의 상부)에는, 수소 흡착부재(50) 가 배치되어 있다. 액체수소 유입구(20)와 내부공간(40)의 수소 흡착부재(50)가 배치되어 있지 않은 부분은, 액체수소 도입관(60)으로 연통되어 있다. 수소가스 유출구(30)는, 수소 흡착부재(50)에 흡착된 수소를 인출 가능하도록, 단열용기(10)의 상부에 설치되어 있다.
단열용기(10)에는, 외면에 단열재(다층 인슐레이션 : MLI)가 설치된 SUS 또는 스테인리스제의 탱크 등을 사용할 수 있으나, 이것에 한정되는 것은 아니다.
MLI는, 반사율이 높은 박막 형상의 방사 시일드재와 시일드재 사이의 열전도를 방지하는 스페이서재를 교대로 적층함으로써 구성된다. 시일드재로서는 한쪽 면 또는 양면 알루미늄 증착된 폴리에스테르 필름 등이, 스페이서재로서는 유리섬유의 천이나 종이, 나일론네트 등이 사용된다. MLI는, 시일드재를 N매 삽입하면, 복사에 의한 진입 열량을 1/(N+1)로 감소시킬 수 있다.
수소 흡착부재(50)를 구성하는 수소 흡착재로서는, 활성탄, 카본 나노튜브, Zn4O(1, 4-벤젠디카르본산 디메틸)3 등의 MOF(다공성 금속 유기구조) 등을 들 수 있다. 이들 재료는, 과립형상, 펠릿형상 또는 또는 이들 재료의 분말을 자루에 채운 상태에서 사용된다. 본 실시형태에서는, 펠릿 형상의 활성탄을 사용하였다.
내부공간(40) 내에 금속 메시 등으로 칸막이를 형성하고, 상기 칸막이 내에 펠릿 형상의 활성탄을 배치하였다.
다음에, 제 1 실시형태에 관한 수소 저장장치에 액체수소를 저장할 때의 각 구성부재의 작용에 대하여 설명한다.
액체수소 유입구(20)로부터 주입된 액체수소는 액체수소 도입관(60)을 거쳐 내부공간(40)의 수소 흡착부재(50)가 배치되어 있지 않은 부분에 공급된다. 액체수소 도입관(60)을 거쳐 공급된 액체수소는 수소 흡착부재(50)와 직접 접촉하는 일이 없다. 내부공간(40) 내의 온도나, 단열용기(10)의 내벽의 온도에도 의하나, 공급된 액체수소의 일부는 기화하여 액체수소 온도 근방의 수소가스를 발생한다. 이 수소가스가 내부공간(40) 및 수소 흡착부재(50)를 냉각하여, 수소가스 유출구(30)로부터 배출됨과 동시에 그 일부가 수소 흡착부재(50)에 의하여 흡착되어 유지된다. 수소가스가 수소 흡착부재(50)에 의하여 흡착될 때에 흡착열이 발생하나, 액체수소 온도 근방의 수소가스에 의하여 냉각되기 때문에 내부공간(40) 내 및 수소 흡착부재(50)의 온도 상승은 억제된다.
내부공간(40)이 냉각됨에 따라 액체수소의 기화가 억제되어, 액체수소가 내부공간(40)에 충전된다. 액체수소의 충전량은, 액체수소의 팽창율을 감안하여 적량 충전된다. 수소 흡착부재(50)에 충분히 수소가 흡착된 후는, 액체수소가 수소 흡착부재(50)에 닿아도 된다. 수소가 충분히 흡착된 수소 흡착부재(50)에 액체수소가 닿아도 흡착열이 발생하지 않고, 액체수소의 비 등이 발생하지 않기 때문이다. 이 경우, 수소 흡착부재(50)가 충전된 부분을 팽창한 액체수소의 완충부분으로 할 수도 있다.
제 1 실시형태에 관한 수소 저장장치에 의하면, 액체수소와 수소 흡착부재(50)가 직접 닿는 것에 의한 돌비를 방지하여, 액체수소의 충전시간을 단축할 수 있다.
수소 저장장치에 충전된 수소는, 수소가스 유출구(30)로부터 인출되어 사용된다. 수소 인출을 용이하게 하기 위하여 내부공간(40) 내에 히터를 설치하도록 하여도 된다. 내부공간(40) 내에 충전된 액체수소가 없어진 후에도, 수소가 수소 흡착부재(50)에 흡착되어 있기 때문에, 본 발명에 관한 수소 저장장치는 장기간에 걸친 수소저장이 가능하다.
< 제 2 실시형태 >
다음에, 본 발명의 수소 저장장치의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 도 2a는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관한 수소 저장장치의 사시도를 나타내고, 도 2b는, 도 2a의 C-C선 단면도를 나타낸다. 제 2 실시형태에 관한 수소 저장장치는, 단열용기(10)와, 단열용기(10)의 상부에 설치된 액체수소 유입구(20) 및 수소가스 유출구(30)를 가진다. 단열용기(10)의 내부공간(40)을, 연직선(B)과 직교하는 면으로 체적이 1 : 1 이 되도록 나누었을 때의 중력방향측(즉, 수소 저장장치의 하부)에는, 수소 흡착부재(50)가 배치되어 있다. 단열용기(10) 및 수소 흡착부재(50)로서는, 제 1 실시형태에 기재된 것을 사용할 수 있다. 본 실시형태에서는, 펠릿 형상의 활성탄을 사용하여, 제 1 실시형태와 동일하게 하여 배치하였다.
액체수소 유입구(20)로부터 주입된 액체수소는 내부공간(40)에 공급된다. 수소 흡착부재(50)와 접촉함으로써 액체수소가 돌비할 염려가 있을 때는, 수소 흡착부재(50)를 미리 냉각하여 두는 것이 바람직하다. 냉각방법으로서는, 소량의 액체수소를 내부공간(40) 내에 서서히 공급하여 냉각하도록 하면 된다. 수소 저장장치에 충전된 수소는, 수소가스 유출구(30)로부터 인출되어 사용된다. 제 2 실시형 태에 관한 수소 흡착부재(50)는, 액체수소와 접촉하여 많은 수소를 흡착, 유지할 수 있다. 그 때문에, 액체수소가 없어진 후에도 본 발명에 관한 수소 저장장치는 장기간에 걸친 수소저장이 가능하다.
본 발명의 수소 저장장치에는, 단열용기의 내압의 상승을 억제하기 위하여 개방밸브를 더 설치하여도 된다. 또, 단열용기의 내부공간을,, 연직선과 직교하는 면으로 체적이 1 : 1 이 되도록 나누었을 때의 중력 반대방향측(즉, 수소 저장장치의 상부) 및 중력방향측(즉, 수소 저장장치의 하부)의 양쪽에 수소 흡착부재를 배치하도록 하여도 된다.
< 제 3 실시형태 >
도 3a는 본 발명의 제 3 실시형태에 관한 수소 저장장치의 사시도를 나타내고, 도 3b는 도 3a의 A-A 선 단면도를 나타낸다. 제 3 실시형태에 관한 수소 저장장치는, 단열용기(110)와, 단열용기(110)의 상부에 설치된 액체수소 도입관(120) 및 수소가스 배출관(130)을 가진다. 본 실시형태에서는, 액체수소 도입관(120)이 액체수소 유입구를 이루고, 수소가스 배출관(130)이 수소가스 유출구를 이룬다.
단열용기(110)는, 도 3b에 나타내는 바와 같이 탱크(112)와 탱크(112)의 바깥쪽을 덮는 단열재(114)로 구성된다.
탱크(112)로서는, SUS 또는 스테인리스제의 탱크 등을 사용할 수 있으나, 이것에 한정되는 것은 아니다.
단열재(114)로서는, 다층 인슐레이션(MLI)을 사용할 수 있다. MLI의 구체예는 제 1 실시형태의 경우와 동일하다.
단열용기(110)의 내부에는 수소 흡착부재(140)가 배치된다. 수소 흡착부재(140)를 구성하는 수소 흡착재의 구체예는, 제 1 실시형태의 경우와 동일하다.
단열용기(110)의 내벽과 수소 흡착부재(140)에 둘러 싸인 공간인 액체수소 저류부(150)에는 액체수소 도입관(120)이 연통되고, 액체수소가 수소 흡착부재(140)에 직접 닿는 일 없이 단열용기(110) 내에 공급할 수 있도록 되어 있다.
액체수소 도입관(120) 및 수소가스 배출관(130)의 각각에는 밸브(160)가 설치되어 있다. 밸브(160)는 단열재(114)에 덮여져 있고, 수소가스 자체가 열매체가 되는 열 진입을 방지할 수 있도록 되어 있다.
다음에, 제 3 실시형태에 관한 수소 저장장치에 액체수소를 저장할 때의 각 구성부재의 작용에 대하여 설명한다.
액체수소 도입관(120)을 통하여 액체수소 저류부(150)에 액체수소를 공급하면, 탱크(112)의 내벽의 온도에도 의하나, 액체수소의 일부가 기화하여 액체수소 온도 근방의 수소가스가 발생한다. 이 수소가스는 수소 흡착부재(140)를 통과한 후에 수소가스 배출관(130)을 통하여 단열용기(110) 내로부터 배출된다. 수소 흡착부재(140)를 통과할 때에 수소가스와 수소 흡착부재(140)와의 사이에서 열교환이 발생하여, 수소 흡착부재(140)를 냉각함과 동시에 그 일부가 수소 흡착부재(140)에 흡착되어 유지된다. 수소가스는 수소 흡착부재(140)로부터 열을 빼앗은 후에 단열용기(110) 내로부터 배출되기 때문에, 단열용기(110) 내를 효율적으로 냉각할 수 있다. 또, 수소 흡착부재(140)에 수소가스가 흡착될 때에 흡착열이 발생하나, 단열용기(110) 내로부터 배출되는 수소가스에 의하여 흡착열도 단열용기(110) 밖으로 배출된다.
탱크(112)의 내벽이 냉각됨에 따라 액체수소의 기화가 억제되어, 액체수소가 액체수소 저류부(150)에 저류된다. 펠릿 형상의 활성탄에 의하여 구성된 수소 흡착부재(140)는, 펠릿 사이에 공극을 가지기 때문에, 액체수소 저류부(150)의 체적 이상의 액체수소를 단열용기(110) 내에 저류할 수 있다. 수소 흡착부재(140)에 충분히 수소가 흡착된 후는, 수소 흡착부재(140)에 액체수소가 닿아도 흡착열이 발생하지 않고, 액체수소의 돌비가 발생하지 않는다.
또, 펠릿 형상의 활성탄에 의하여 구성된 수소 흡착부재(140)를 사용함으로써, 압손(壓損)을 작게 할 수 있고, 그 결과로서 액체수소의 충전시간을 짧게 할 수 있다.
액체수소의 공급 종료 후, 액체수소를 보존할 때에 외부로부터 단열용기(110) 내로 열이 진입함으로써 액체수소가 비등하여 액체수소 온도 근방의 수소가스가 더 발생하는 경우가 있다. 이 경우도 수소 흡착부재(140)를 통과한 후에 상기 수소가스가 단열용기(110) 내로부터 배출되기 때문에, 효율좋게 단열용기(110) 내를 냉각할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명의 수소 저장장치에 의하면 액체수소 온도 근방의 수소가스를 단열용기(110) 내의 냉각에 유효 이용할 수 있기 때문에, 액체수소의 저장효율을 향상시키는 것이 가능해짐과 동시에 액체수소의 장기간 보존이 가능하게 된다.
다음에, 제 3 실시형태에 관한 수소 저장장치의 변형예에 대하여 설명한다. 도 4는, 제 3 실시형태의 제 1 변형예에 관한 수소 저장장치의 A-A선 단면도를 나타낸다. 도 4에 관한 수소 흡착부재(140)에는 슬릿(142)이 설치되어 있다. 이것에 의하여, 수소가스와 수소 흡착부재(140)와의 사이의 열교환의 속도 및 수소가스의 흡착속도를 높일 수 있어, 액체수소의 도입 속도를 향상시킬 수 있다.
수소 흡착부재(140)에 슬릿(142)을 설치하는 대신에, 액체수소 저류부(150)측에서 수소가스 배출관(130)측으로 진행됨에 따라 수소 흡착부재(140)를 구성하는 활성탄(펠릿)의 직경이 작아지도록 상기 펠릿을 배치할 수도 있다. 이에 의하여 수소 흡착부재(104)에 슬릿(142)을 설치한 경우와 동일한 효과가 얻어진다.
도 5는, 제 3 실시형태의 제 2 변형예에 관한 수소 저장장치의 A-A선 단면도를 나타낸다. 수소가스가 수소 흡착부재(140) 내를 사행하여 통과 가능하도록 수소 흡착부재(140) 내에 격벽(144)이 설치되어 있다. 이에 의하여 수소가스와 수소 흡착부재(140)와의 사이의 열교환의 속도 및 수소가스의 흡착속도를 높일 수 있어, 액체수소의 도입속도를 향상시킬 수 있다.
< 제 4 실시형태 >
도 6a는, 본 발명의 제 4 실시형태에 관한 수소 저장장치의 사시도를 나타내고, 도 6b는 도 6a의 B-B선 단면도를 나타낸다. 제 4 실시형태에 관한 수소 저장장치에서는, 수소 흡착부재(140)와 액체수소 저류부(150)가 수평방향으로 배치되어 있다. 칸막이부재(170)가 수소 흡착부재(140)와 액체수소 저류부(150)를 칸막이함으로써, 액체수소가 액체수소 도입관(120)으로부터 공급되었을 때에 액체수소와 수소 흡착부재(140)가 직접 접촉하는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 흡착열에 의 한 액체수소의 돌비를 방지하여, 액체수소의 도입속도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 수소 저장장치를 이와 같은 형태로 함으로써, 탱크(112)의 형상을 가늘게 할 수 있다. 그 때문에 상기 수소 저장장치를 예를 들면 연료전지 자동차의 연료탱크로서 사용할 때에, 탑재상 유리하게 된다.
< 제 5 실시형태 >
도 7a는, 본 발명의 제 5 실시형태에 관한 수소 저장장치의 사시도를 나타내고, 도 7b는, 도 7a의 C-C선 단면도를 나타낸다. 제 5 실시형태에 관한 수소 저장장치에서는, 수소 흡착부재(140)와 액체수소 저류부(150)가 수평방향으로 배치되어 있다.
액체수소 저류부(150)에는, 원통 형상의 액체수소 받이접시(180)가 구비되어 있다. 액체수소 받이접시(180)의 바닥은 탱크(112)와 맞닿아 있다. 액체수소 받이접시(180)는 SUS계 재료 또는 알루미늄 등으로 형성 가능하다.
액체수소 도입관(120)을 통하여 공급된 액체수소는, 먼저 액체수소 받이접시(180)에 저류된다. 액체수소 받이접시(180)는 탱크(112)와 비교하여 저열용량이기 때문에, 액체수소의 돌비를 억제할 수 있다. 또한, 액체수소 받이접시(180)의 바닥과 탱크(112)는 맞닿아 있기 때문에, 액체수소 받이접시(180)는 액체수소로부터 탱크 (112)에의 전열을 촉진할 수 있다.
또한, 상기한 제 3 내지 제 5 실시형태에 관한 수소 저장장치에는, 수소가스배출관(130)과 통하는 공극이 존재하나, 이 공극은 수소가스의 배출을 효율 좋게 행하기 위하여 설치되어 있는 것으로, 본 발명에서는 반드시 이 공극이 설치되어 있지 않아도 된다.
또, 수소가스 배출관(130)으로부터 수소가스를 인출하도록 하여도 되고, 수소가스 배출관(130)보다 작은 구경의 수소 인출관을 더 설치하여, 액체수소를 공급할 때(대량의 수소가스를 방출할 필요가 있는 경우)에는 수소가스 배출관(130)으로부터 수소가스를 방출시키고, 수소가스를 사용할 때(소량의 수소가스를 방출할 필요가 있는 경우)에는 수소 인출관으로부터 수소가스를 인출하도록 하여도 된다.
본 발명에서는, 단열용기(110) 내에서 수소 흡착부재(104)가 차지하는 체적과 액체수소 저류부(150)가 차지하는 체적과의 비율은 수소 저장장치의 사용목적 등을 감안하여 적절하게 결정되는 것으로, 특별히 한정되는 것은 아니다.
또, 본 발명에서는 내부공간(액체수소 저류부)과 외부를 접속하는 유로(액체수소 도입관/수소가스 배출관)가, 탱크의 외부를 둘러 싸도록 배치되어 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도 7b에서의 수소가스 배출관(130)이 탱크(112)의 주위에 감기도록 배치되면 좋다. 탱크 본체에 복수회 감기도록 배치함으로써, 유로의 거리를 길게 할 수 있다. 이에 의하여 외부의 열이 내부공간(액체수소 저류부)으로 전열되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 일본국 출원2005-230076 및 2005-230077의 개시는 그 전체가 참조에 따라 본 명세서에 도입된다. 또, 본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허출원, 및 기술규격은, 하나하나의 문헌, 특허출원, 및 기술규격이 참조에 따라 도입되는 것이 구체적이고 또한 하나하나에 기재된 경우와 같은 정도로, 본 명세서 중에 참조에 따라 도입된다.
본 발명의 수소 저장장치는 장기간에 걸친 수소저장이 가능하기 때문에, 수소가스를 연료로서 사용하는 연료전지 자동차용의 수소 저장장치에 적합하게 사용할 수 있다.

Claims (14)

  1. 내부공간과 액체수소 유입구와 수소가스 유출구를 가지는 단열용기와,
    상기 내부공간에 배치된 수소 흡착부재를 구비한 것을 특징으로 하는 수소 저장장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수소 흡착부재가, 상기 내부공간의 일부를 차지하도록 배치된 것을 특징으로 하는 수소 저장장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 수소 흡착부재가, 상기 내부공간의 5∼30%를 차지하도록 배치된 것을 특징으로 하는 수소 저장장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 내부공간을, 연직선과 직교하는 면으로 체적이 1 : 1 이 되도록 나누었을 때의 중력 반대방향측에, 상기 수소 흡착부재가 배치된 것을 특징으로 하는 수소 저장장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 수소가스 유출구가, 상기 수소 흡착부재에 흡착된 수소를 인출 가능하도록 설치된 것을 특징으로 하는 수소 저장장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 내부공간을, 연직선과 직교하는 면으로 체적이 1 : 1 이 되도록 나누었을 때의 중력방향측에, 상기 수소 흡착부재가 배치된 것을 특징으로 하는 수소 저장장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 내부공간의 상기 수소 흡착부재가 배치되어 있지 않은 부분과, 상기 액체수소 유입구를 연통하는 액체수소 도입관을 더 구비한 것을 특징으로 하는 수소 저장장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 액체수소 유입구를 이루고, 상기 단열용기의 내벽과 상기 수소 흡착부재로 둘러싸인 공간에 액체수소를 도입하는 액체수소 도입관과,
    상기 수소가스 유출구를 이루고, 상기 액체수소로부터 발생하는 수소가스를 상기 단열용기 내로부터 배출시키는 수소가스 배출관을 더 구비하고,
    상기 수소가스가 상기 수소 흡착부재 내를 통과한 후에 상기 단열용기 내로부터 배출되도록 상기 액체수소 도입관과 상기 수소 흡착부재와 상기 수소가스 배 출관을 배치한 것을 특징으로 하는 수소 저장장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 수소 흡착부재와 상기 공간을 칸막이하는 칸막이부재를 더 구비한 것을 특징으로 하는 수소 저장장치.
  10. 제 10항에 있어서,
    상기 단열용기 내에서 상기 수소 흡착부재와 상기 공간이 수평방향으로 배치되도록 한 것을 특징으로 하는 수소 저장장치.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 수소가스가 상기 수소 흡착부재 내를 사행하여 통과하도록 상기 수소 흡착부재 내에 격벽이 설치된 것을 특징으로 하는 수소 저장장치.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 수소 흡착부재에 슬릿이 설치된 것을 특징으로 하는 수소 저장장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 수소 흡착부재가, 활성탄, 카본 나노튜브 또는 다공성 금속 유기구조인 것을 특징으로 하는 수소 저장장치.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 다공성 금속 유기구조가, Zn4O(1, 4-벤젠디카본산 디메틸)3인 것을 특징으로 하는 수소 저장장치.
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