KR20090062587A

KR20090062587A - 연료전지 자동차용 수소저장 시스템

Info

Publication number: KR20090062587A
Application number: KR1020070129933A
Authority: KR
Inventors: 황기호; 김형기; 이훈희
Original assignee: 현대자동차주식회사; 기아자동차주식회사
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2009-06-17
Also published as: JP2009144901A; DE102008002624A1; KR101042299B1; US20090155648A1; CN101459249A; CN101459249B

Abstract

본 발명은 연료전지 자동차용 수소저장시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 부피저장밀도 및 수소저장량을 향상시킬 수 있고, 패키징에 유리한 구조를 갖는 금속수소화물(metal hydride:MH)을 이용한 연료전지 자동차용 수소저장시스템에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 고온에서 수소를 방출시키는 제1저장합금 분말이 충진된 외부공간과; 연료전지 스택에서 발생하는 열만으로 수소를 방출시키는 제2저장합금 분말을 충진된 내부공간과; 상기 내부 및 외부공간을 구획하도록 내부 및 외부공간 사이에 배열된 금속필터와; 연료전지 스택과 라디에이터 사이에서 냉각루프의 일 구성을 이루면서 상기 내부공간의 길이방향을 따라 배열되는 제2열교환 튜브와; 상기 제1저장합금 분말의 수소 방출을 위하여 외부공간에 별도로 연결되는 독립 열교환 루프; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 수소저장시스템을 제공한다.

연료전지, 수소저장 시스템, 저장합금 분말, 탱크, 독립 열교환 루프

Description

연료전지 자동차용 수소저장 시스템{Hydrogen storing system for fuel cell vehicle}

연료전지 자동차의 상용화에 필수적인 요건 중의 하나가 현재 내연기관 자동차에 상응하는 1충전 주행거리 목표 달성에 있다.

예를 들어, 300 마일(mile)에 달하는 주행거리 목표를 달성하기 위해서는 약 5kg 이상의 수소를 차량에 탑재할 수 있는 기술이 필요하다.

현재 연료전지 자동차에는 고압(350bar 또는 700bar) 수소저장 시스템이 적용되고 있는데, 가스상태 수소의 낮은 밀도로 인해 수소저장량을 증가시키는데 한계를 보이고 있다.

즉, 350bar의 고압 수소저장 시스템으로 5kg의 수소를 저장하기 위해서는 탱크 내용적으로만 약 215L가 필요하므로 차량에 탑재하기는 불가능하다.

700bar의 고압 수소저장 시스템의 경우에는 수소 5kg을 저장하기 위해 필요한 부피가 125L로 차량 패키지 측면에서는 350bar 수소저장 시스템보다 유리할 것으로 생각되지만 시스템 무게, 가격, 저장효율 측면에서 불리하여 면밀한 검토가 필요한 상황이고, 이에 더하여 수소충전소 인프라구축도 함께 이루어져야 하는 과제를 안고 있다.

이에, 각 연료전지 자동차 개발 업체는 새로운 수소저장시스템에 대한 연구를 진행하고 있으며, 고압 수소저장시스템을 대체하기 위한 대안으로 액체수소, 고체상태 수소저장재료, 슬러리 상태의 수소발생 재료 등을 이용한 시스템이 연구되고 있다.

액체 수소 저장장치는 수소 액화 온도가 -253℃로 낮아 액화시키는데 사용되는 에너지가 수소가 가진 에너지의 30%이상이 소요되어 효율성이 고려되어야 하며, 또한 극 저온 상태에서 수소를 저장하기 때문에 계속적으로 증발이 일어나 저장탱크의 내압이 상승되므로 지속적으로 발생된 수소 가스(3%/하루)를 저장탱크 외부로 방출시켜야 하는 문제가 있다.

슬러리 상태의 수소발생 장치의 경우에는, 주로 가수 분해를 이용하여 수소를 발생시키게 되는데 수소가 발생되고 남게 되는 부산물을 차량탑재 상태에서 처리하기가 힘든 과제를 갖고 있다.

반면에, 고체상태로 수소를 가역적으로 저장/방출시킬 수 있는 수소저장재료 를 이용할 경우, 위의 시스템들이 가지고 있는 문제점을 보완할 수 있기 때문에 최근 활발히 연구되고 있다.

이렇게 수소를 가역적으로 저장/방출시킬 수 있는 고체상태 저장재료로는 수소저장합금, 탄소계 나노재료, 다공성 나노구조체 등이 있는데, 이들 재료중 나노재료의 경우 수소를 가역적으로 저장할 수 있는 지에 대한 기초적인 연구가 진행되고 있고, 반면 수소저장합금의 경우 Ni-MH배터리 등에 상용화될 정도로 많은 연구가 진행되어 온 상태이며, 새로운 응용분야로서 차량용 수소저장시스템에의 적용가능성을 모색하고 있는 상태이다.

상기 수소저장합금은 고체상태로 수소와 반응하여 수소를 저장하므로 중량저장밀도는 1.5~2.5wt.%로 비교적 낮지만, 고압 수소기체에 비해 뛰어난 부피저장밀도를 갖고 있으므로 차량 패키지 측면에서 유리하다.

게다가, 고압(350bar 이상) 시스템에 비해 낮은 압력(약 100bar)에서 수소를 저장/방출할 수 있으므로 안전에 대한 우려도 해소할 수 있는 잇점이 있다.

이러한 수소저장합금에는 AB5, AB2, BCC등의 구조를 갖는 재료들이 있는데, 이들은 수소방출 온도가 연료전지에서 발생되는 열을 이용할 수 있을 정도로 낮은 장점이 있는 반면, 중량저장밀도가 1~2.5wt.%로 낮아 시스템 무게가 무거워지는 한계를 갖고 있다.

이에 비하여, Mg계 MH 또는 금속착수소화물(complex metal hydride:NaAlH4, LiAlH4 등)과 같은 재료들은 수소저장밀도가 5~10wt.%이상으로 전통적인 MH재료들보다는 높지만, 수소방출 온도가 150~400℃ 정도로 높아 연료전지의 폐열을 이용하 기에는 부족한 단점을 가지고 있다.

수소저장합금으로 알려진 전통적인 금속들은 특정한 압력과 온도 조건에서 수소와 발열 반응하여 금속수소화물(metal hydride : MH)을 형성하면서 수소를 저장하고, MH는 적절한 열을 공급받아 수소를 방출할 수 있다.

이때, 수소 저장시 저장합금과 수소가 반응하면서 열이 발생되는데, 발생되는 열을 효과적으로 제거해주어야 반응이 계속해서 일어날 수 있다.

또한, MH에 적당한 열을 가하면 수소가 방출되는데, 이때에는 MH의 온도가 낮아지므로 적당한 양의 열을 지속적, 효율적으로 공급해 주어야 한다.

이와 같이, MH를 연료전지 자동차용 수소저장시스템으로 사용하기 위해서는 효율적인 열전달이 가능한 구조를 필요로 하므로, 당분야의 연구자들은 열교환기를 내장시킨 저장탱크에 대한 기술을 특허 출원하고 있다.

그 대표적인 특허로는 도요타의 고압-MH하이브리드 수소저장탱크(도 6 참조), 미국 Ovonics의 수소내연 기관용 MH수소저장탱크(도 7 참조), JSW(Japan Steel Works)의 컴팩트 MH수소저장탱크(도 8 참조) 등이 있다.

대체적으로, 상기와 같은 MH 수소저장탱크를 차량에 탑재할 경우, 기본적으로 첨부한 도 5와 같은 시스템으로 구축된다.

즉, MH수소저장탱크(100)에 대하여 냉각수 펌프(500) 및 라디에이터(400)를 포함하는 연료전지 스택(300)의 냉각 루프(loop)를 이용하여 수소 충전시 냉각을, 수소 방출시 가열을 하게 된다.

MH수소저장탱크(100)내의 MH 경우, 수소 방출 온도가 낮아 연료전지 스 택(300)에서 발생되는 폐열로도 연료전지 스택에서 요구하는 수소공급조건을 만족시킬 수 있으나, 중량저장밀도가 낮아 시스템 무게가 상당히 무거워지는 단점이 있다.

반면, Mg계 MH나 금속 착수소화물(complex metal hydride:NaAlH4, LiAlH4, 등)과 같은 저장물질들은 수소저장밀도가 5~10wt.%이상이지만 수소 방출시의 온도가 150~400℃로 높아 연료전지에서 발생된 폐열로는 스택에서 요구하는 수소 공급조건을 맞출 수 없는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 감안하여 발명된 것으로, 일반적인 수소저장합금과, 수소저장밀도는 높지만 수소방출 온도가 높은 수소저장재료를 함께 이용함으로써, 부피저장밀도 및 수소저장량을 향상시킬 수 있고, 패키징에 유리한 구조를 갖는 연료전지 자동차용 수소저장 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 고온에서 수소를 방출시키는 제1저장합금 분말이 충진된 외부공간과; 연료전지 스택에서 발생하는 열만으로 수소를 방출시키는 제2저장합금 분말을 충진된 내부공간과; 상기 내부 및 외부공간을 구획하도록 내부 및 외부공간 사이에 배열된 금속필터와; 연료전지 스택과 라디에이터 사이에서 냉각루프의 일 구성을 이루면서 상기 내부공간의 길이방향을 따라 배열되는 제2열교환 튜브와; 상기 제1저장합금 분말의 수소 방출을 위하여 외부공간에 별도로 연결되는 독립 열교환 루프; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1저장합금 분말은 Mg계 수소화물, NaAlH4, LiBH4, LiAlH4, MgH2 합금중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제2저장합금 분말은 BCC계 금속수소화물, AB5, AB2, BCC계 합금중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

바람직한 일 구현예로서, 상기 금속필터의 외경면에는 그 길이방향을 따라 등간격을 이루며 상기 열전달용 핀이 일체로 형성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1저장합금 분말은 금속필터의 외경면과 상기 열전달용 핀들 사이 공간에 충진되는 것을 특징으로 한다.

바람직한 다른 구현예로서, 상기 독립 열교환 루프는: 상기 외부공간내에서 그 길이방향을 따라 배열되는 복수개의 제1열교환 튜브와; 상기 제1열교환 튜브의 일끝단(입구)에 연결되는 입구챔버와; 상기 제1열교환 튜브의 타끝단(출구)에 연결되는 출구챔버와; 상기 입구챔버내에 설치되어 제1열전달매체를 가열시키는 가열수단과; 상기 입구챔버에 연결되는 제1열전달 매체 유입라인과; 상기 출구챔버에 연결되는 제1열전달 매체 배출라인과; 상기 제1열전달 매체 유입라인과 제1열전달 매체 배출라인의 사이 구간에 배열되는 펌프 및 제1열전달 매체용 리저버; 를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 가열수단에는 온도조절수단이 연결되며, 이 온도조절수단은 상기 입구 챔버에 설치된 온도센서의 정보를 통해 상기 제1저장합금 분말이 일정한 온도로 유지될 수 있도록 상기 가열수단의 온도를 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공할 수 있다.

연료전지 스택에서 발생하는 열만으로도 수소 방출이 가능한 저장합금 분말 이외에, 수소 저장밀도는 높지만 수소 방출 온도가 높아서 연료전지차량용 수소저장탱크에 적용할 수 없는 저장합금, 즉 고온에서 수소를 방출시키는 저장합금을 함께 이용함으로써, 연료전지차량용 수소저장시스템의 수소 저장용량을 증대시킬 수 있다.

고온에서 수소 방출이 가능한 저장합금을 사용함으로 인하여 시스템 무게가 다소 증가될 수 있지만, 이러한 시스템 무게 증가는 크게 우려할 정도는 아니며, 시스템 무게 증가를 고려하여도 연료전지 자동차의 최대 관건인 1충전 목표 주행거리를 만족시킬 수 있는 장점이 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 연료전지 자동차용 수소저장 시스템의 수소저장탱크에 대한 요부 단면도이다.

실린더 형의 MH수소저장탱크(100) 내부에서 첨부한 도 1에 도시된 바와 같이, 외부공간(V1)에는 상대적으로 고온에서 수소를 방출시킬 수 있는 제1저장합금 분말(10)을 충진시키고, 내부공간(V2)에는 스택에서 발생하는 열만으로도 수소를 방출시킬 수 있는 즉, 저온에서 수소를 방출시킬 수 있는 제2저장합금 분말(12)을 충진시킨다.

이때, 상기 제1저장합금 분말(10)은 금속필터(14)의 외경쪽에, 제2저장합금 분말(12)은 금속필터(14)의 내경 공간에 각각 나뉘어져 충진되며, 금속 필터(14)를 사용한 이유는 내외부공간(V1,V2)을 수소는 통과하도록 하고 금속분말들은 통과할 수 없도록 하기 위함에 있다.

상기 MH수소저장탱크(100)의 외부공간(V1)에는 연료전지 스택의 냉각루프와는 독립적으로 작동하도록 고온용 저장재료, 즉 제1저장합금 분말(10)을 통과하는 복수개의 제1열교환 튜브(16)를 포함하는 독립 열교환 루프(200)를 연결 구성한다.

상기 MH수소저장탱크(100)의 내부공간(V2)에는 연료전지 스택(300)에서 나오는 냉각루프인 복수개의 제2열교환 튜브(18)가 제2저장합금 분말(12)을 통과하여 구성되도록 한다.

예를 들어, 상기 MH수소저장탱크(100)의 외부공간(V1)에는 수소저장량이 7wt.%이고, 수소 방출 온도가 300℃ 정도로 높은 Mg계 수소화물을 충진하고, 상기 MH수소저장탱크(100)의 내부공간(V2)에는 수소저장량이 2wt.%이고 상온에서도 수소를 방출할 수 있는 BCC계 금속수소화물을 충진시킨다.

바람직하게는, 상기 MH수소저장탱크(100)의 내부공간(V2)에는 수소 방출 온도가 연료전지 스택(300)의 운전온도보다 낮은 AB5, AB2, BCC계 합금 등을 충진할 수 있고, 외부공간(V1)에는 수소 방출 온도가 연료전지 스택(300)의 운전온도보다 높은 NaAlH4, LiBH4, LiAlH4, MgH2 등의 합금을 충진할 수 있으며, 이상의 합금 이외에도 다양한 합금들의 조합하여 충전시킬 수 있음은 물론이다.

상기 MH수소저장탱크(100)의 구조에 있어서, 탱크의 중심점으로부터 외부공간(V1) 최외곽까지의 반경(R1)을 20cm로, 탱크의 중심점으로부터 내부공간(V2) 최외곽까지의 반경(R2)을 10cm로, 그리고 MH수소저장탱크(100)의 실린더 길이(L)를 90cm라고 가정하면, 상기 MH수소저장탱크(100)의 외부공간(V1) 및 내부공간(V2) 부피는 각각 85L, 28L이고, 탱크 전체 부피는 113L이 된다.

즉, 상기 MH수소저장탱크(100)의 외부공간(V1)에는 Mg계 수소화물을 내부 열교환기(제1열교환 튜브(16))의 부피(대략 5L 가정)를 제외하고 80L로 채울 수 있고, 내부공간(V2)에는 BCC계 수소화물을 25L(내부 열교환기(제2열교환 튜브(18))의 부피를 3L로 가정)로 채울 수 있다.

이때, 각각 외부공간(V1) 및 내부공간(V2)의 주어진 부피내에 Mg계 합금은 96kg(분말 밀도 약 1.2g/cc)을, BCC계 합금은 90kg(분말 밀도 약 3.6g/cc)을 충진할 수 있고, 수소저장량은 Mg계 합금에 6.7kg, BCC계 합금에 1.8kg씩 총 8.5kg을 저장할 수 있다.

이와 같이, MH수소저장탱크(100)의 외부공간(V1)에 충진되는 수소방출 온도가 높은 수소저장재료인 Mg계 수소화물과, MH수소저장탱크(100)의 내부공간(V2)에 충진되어 수소를 저온(상온)에서 방출시키는 수소저장합금으로서 BCC계 금속수소화물을 함께 수소 저장합금으로 사용함으로 인하여, 발생되는 시스템 무게 증가를 고려한다고 하여도(시스템 무게 약 250kg 예상), 연료전지 자동차의 1충전 주행거리를 만족시킬 수 있게 된다.

여기서, 본 발명의 수소저장시스템으로서, MH수소저장탱크의 구조 및 그 동작을 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.

첨부한 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 연료전지 자동차용 수소저장 시스템의 수소저장탱크에 대한 내부 및 외관를 보여주는 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 연료전지 자동차용 수소저장 시스템을 설명하는 구성도이다.

먼저, 본 발명에 따른 MH수소저장탱크의 내부공간 구조 및 그 열전달 작용으로 수소가 저장되는 흐름을 설명하면 다음과 같다.

상기 MH수소저장탱크(100)의 내부공간(V2)은 실린더 형상으로서, 금속필터(14)의 내부공간이 되며, 이곳에 스택에서 발생하는 열만으로도 수소를 방출시킬 수 있는 상기의 제2저장합금 분말(12)을 충진시키고, 이 제2저장합금 분말(12)을 통과하면서 복수개의 제2열교환 튜브(18)가 배열된다.

상기 제2열교환 튜브(18)는 연료전지 스택(300)의 냉각루프를 이루는 일 구성으로서, 제2열교환 튜브(18)의 일끝단(입구)는 연료전지 스택(300)의 출구쪽과 연결되고, 타끝단(출구)은 라디에이터(400)쪽으로 연결된다.

이에, 연료전지 스택(300)으로부터 스택을 냉각한 후 공급되는 제2열전달 매체(냉각수)가 상기 제2열교환 튜브(18)내를 흐르게 될 때, 내부공간(V2)에 충진된 제2저장합금 분말(12)과 열교환을 하게 된다.

따라서, 상기 내부공간(V2)에 충진된 제2저장합금 분말(12) 즉, BCC계 금속수소화물은 상기 연료전지 스택(300)에서 발생하는 열만으로도 수소를 방출시키는 작용을 하게 된다.

즉, 연료전지 스택(300)의 냉각루프로서, 상기 제2열교환 튜브(18)를 사이에 두고 연료전지 운전시 발생되는 열을 제거하는 기능을 하는 라디에이터(400)와, 냉각루프에 냉각수를 원활히 순환시키는 기능을 하는 냉각수 펌프(500)가 연결되어 있는 바, 상기 MH수소저장탱크(100)에 수소를 충전시킬때는 연료전지 스택(300)을 지나지 않는 루프를 통해 냉각수를 순환시켜 수소저장합금 탱크(100)를 냉각하고, 연료전지 스택(300)을 운전할 때는 연료전지 스택(300)의 냉각수를 제2열교환 튜브(18)로 흐르게 하여 상기 제2저장합금 분말(12)이 연료전지 스택(200)에서 발생하는 열만으로도 수소를 방출시키는 작용을 하게 된다.

여기서, 본 발명에 따른 MH수소저장탱크의 외부공간 구조 및 그 열전달 작용으로 수소가 저장되는 흐름을 설명하면 다음과 같다.

상기 외부공간(V2)은 금속필터(14)의 외경면과 수소저장탱크(100) 내경면 사이의 공간이 되며, 이곳에 고온에서 수소를 방출시킬 수 있는 제1저장합금 분말(10)을 충진시키고, 이 제1저장합금 분말(10)을 통과하면서 복수개의 제1열교환 튜브(16)가 배열된다.

이때, 상기 금속필터(14)의 외경면에는 그 길이방향을 따라 등간격을 이루며 원판형의 열전달용 핀(20)이 일체로 형성되는 바, 실질적으로 상기 제1저장합금 분말(10)은 열전달 핀(20)들 사이공간에 충진되며, 제1열교환 튜브(16)는 열전달 핀(20)들을 관통하며 배열된다.

또한, 상기 금속필터(14)의 양끝단 외경면에는 제1열전달 매체를 위한 입구챔버(22) 및 출구챔버(24)가 장착된다.

이에, 상기 제1열교환 튜브(16)의 일끝단(입구)은 상기 입구챔버(22)에 연결되고, 타끝단(출구)은 상기 출구챔버(24)에 연결된다.

특히, 상기 입구챔버(22)에는 제1열전달매체를 가열시킬 수 있는 가열수단(26)이 장착되고, 이 가열수단(26)에는 온도조절수단(28)이 연결되어 가열수단(26)의 가열 온도를 조절할 수 있도록 한다.

보다 상세하게는, 상기 온도조절수단(28)은 상기 입구 챔버(22)에 설치되는 온도센서(30)의 정보를 통해 제1저장합금 분말(10)이 일정한 온도로 유지될 수 있도록 상기 가열수단(26)의 온도를 조절하는 역할을 한다.

또한, 상기 입구챔버(22)에는 열전달 매체 유입라인(32)이 연결되고, 상기 출구챔버(24)에는 열전달 매체 배출라인(34)이 연결된다.

또한, 상기 열전달 매체 유입라인(32)과 열전달 매체 배출라인(34)의 사이 구간에는 펌프(36)와 열전달 매체 저장용 리저버(38)가 배열되는 바, 상기 열전달 매체 저장용 리저버(38)는 열전달 유체를 보관함과 동시에 수소 충전시 열전달 매 체를 냉각시키는 라디에이터 기능도 수행하게 된다.

따라서, 상기 펌프(36)의 구동으로 열전달 매체 저장용 리저버(38)내의 제1열전달 매체가 열전달 매체 유입라인→ 입구 챔버→ 제1열교환 튜브→ 출구챔버→ 열전달 매체 배출라인→ 리저버 순으로 순환을 하게 되며, 이러한 제1열전달 매체의 순환시 입구챔버(22)내의 제1열전달 매체는 가열수단(26)에 의하여 가열되어진다.

이때, 열전달 매체 저장용 리저버(38) 전체를 가열하지 않고, 제1열전달 매체가 흐르는 입구 챔버(22) 안쪽에 가열수단(26)을 장착함으로써, 수소저장탱크 전체에 가열수단을 두는 것보다 적은 에너지로 제1저장합금 분말(10)에 열전달을 행할 수 있다.

이에 따라, 상기 가열수단(26)에 의하여 가열된 제1열전달 매체가 입구챔버(22)에서 제1열교환 튜브(16)내를 흐를 때, 제1저장합금 분말(10)에 대한 가열이 이루어지고, 동시에 열전달용 핀(20)으로 전달되 열에 의하여 제1저장합금 분말(10)에 대한 가열이 더 이루어지게 되어, MH수소저장탱크(100)의 외부공간(V1)에 충진된 수소방출 온도가 높은 수소저장재료인 제1저장합금 분말(10) 즉, Mg계 수소화물에서 수소 방출이 이루어진다.

이와 같이, 고온에서 수소를 방출하는 제1저장합금 분말(10)의 경우에는 연료전지 스택(300)에서 발생된 열만으로 수소를 방출시킬 수 없으므로, 상기와 같이 추가적인 가열수단(26) 및 이를 운전하기 위한 열전달 매체 리저버(38), 펌프(36), 온도조절수단(28) 등을 독립 열교환 루프(200)로 구성함으로써, 제1저장합금 분 말(10)의 수소 방출 작용을 용이하게 얻어낼 수 있게 된다.

한편, 첨부한 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수소저장탱크가 밀폐된 상태로 제작된 후, 그 일측부에 수소가스 출입구(40)를 형성하여, 상기와 같이 제1 및 제2저장합금 분말(10,12)로부터 생성된 수소를 빼낼 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명에 따른 연료전지 자동차용 수소저장 시스템의 수소저장탱크에 대한 요부 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 연료전지 자동차용 수소저장 시스템의 수소저장탱크에 대한 내부를 보여주는 사시도,

도 3은 본 발명에 따른 연료전지 자동차용 수소저장 시스템의 수소저장탱크에 대한 외관을 보여주는 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 연료전지 자동차용 수소저장 시스템을 설명하는 구성도,

도 5는 기존의 연료전지 자동차용 수소저장 시스템을 설명하는 구성도,

도 6 내지 도 8은 기존의 연료전지 자동차용 수소저장 시스템에 사용되는 수소저장탱크 구조를 보여주는 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제1저장합금 분말 12 : 제2저장합금 분말

14 : 금속필터 16 : 제1열교환 튜브

18 : 제2열교환 튜브 20 : 열전달용 핀

22 : 입구챔버 24 : 출구챔버

26 : 가열수단 28 : 온도조절수단

30 : 온도센서 32 : 열전달 매체 유입라인

34 : 열전달 매체 배출라인 36 : 펌프

38 : 리저버 40 : 수소가스 출입구

100 : 수소저장탱크 200 : 독립 열교환 루프

300 : 연료전지 스택 400 : 라디에이터

500 : 냉각수펌프

Claims

고온에서 수소를 방출시키는 제1저장합금 분말이 충진된 외부공간과,

연료전지 스택에서 발생하는 열만으로 수소를 방출시키는 제2저장합금 분말을 충진된 내부공간과,

상기 내부 및 외부공간을 구획하도록 내부 및 외부공간 사이에 배열된 금속필터와,

연료전지 스택과 라디에이터 사이에서 냉각루프의 일 구성을 이루면서 상기 내부공간의 길이방향을 따라 배열되는 제2열교환 튜브와;

상기 제1저장합금 분말의 수소 방출을 위하여 외부공간에 별도로 연결되는 독립 열교환 루프;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 수소저장 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 제1저장합금 분말은 Mg계 수소화물, NaAlH4, LiBH4, LiAlH4, MgH2 합금중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 수소저장 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 제2저장합금 분말은 BCC계 금속수소화물, AB5, AB2, BCC계 합금중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 수소저장 시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 금속필터의 외경면에는 그 길이방향을 따라 등간격을 이루며 상기 열전달용 핀이 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 수소저장 시스템.
청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,

상기 제1저장합금 분말은 금속필터의 외경면과 상기 열전달용 핀들 사이 공간에 충진되는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 수소저장 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 독립 열교환 루프는:

상기 외부공간내에서 그 길이방향을 따라 배열되는 복수개의 제1열교환 튜브와;

상기 제1열교환 튜브의 일끝단(입구)에 연결되는 입구챔버와;

상기 제1열교환 튜브의 타끝단(출구)에 연결되는 출구챔버와;

상기 입구챔버내에 설치되어 제1열전달매체를 가열시키는 가열수단과;

상기 입구챔버에 연결되는 제1열전달 매체 유입라인과;

상기 출구챔버에 연결되는 제1열전달 매체 배출라인과;

상기 제1열전달 매체 유입라인과 제1열전달 매체 배출라인의 사이 구간에 배열되는 펌프 및 제1열전달 매체용 리저버;

를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 수소저장 시스템.
청구항 6에 있어서,

상기 가열수단에는 온도조절수단이 연결되며, 이 온도조절수단은 상기 입구 챔버에 설치된 온도센서의 정보를 통해 상기 제1저장합금 분말이 일정한 온도로 유지될 수 있도록 상기 가열수단의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 연료전지 자동차용 수소저장 시스템.