KR20120011681A - 수소스테이션 - Google Patents

Abstract

수소생산장치에서 생산된 수소를 1차로 압축하는 제1 압축기; 상기 1차 압축된 수소를 저장하는 제1 수소탱크; 상기 제1 수소탱크와 연결되어 상기 1차 압축된 수소를 공급하는 제1 수소충전기; 상기 제1 수소탱크에 저장된 수소를 2차로 압축하는 제2 압축기; 및 상기 2차 압축된 수소를 공급하는 제2 수소충전기를 포함하는 수소 스테이션은 저압의 수소연료전지 자동차에 공급하기 위한 수소스테이션을 개량하여 고압의 수소도 공급 가능한 수소 스테이션으로 이용할 수 있으며, 압축기를 직렬로 연결하여 2회에 걸친 압축을 통해 고압의 수소를 필요한 경우 저압의 수소로 부터 단시간에 압축하여 수소연료전지 자동차에 공급할 수 있다.

Description

수소스테이션{Hydrogen station}

본 발명은 수소 연료전지자동차에 수소를 공급하는 수소스테이션에 관한 것으로, 장차 연료전지의 개발에 따라 적절한 형태의 수소를 공급하기 위한 수소스테이션에 관한 것이다.

현재 전 세계적으로 소비되는 에너지는 대부분이 화석원료인 석유 및 석탄으로 이루어지며, 특히 자동차의 경우 휘발유 또는 경유와 같은 유류를 이용하는 것이 전부라고 해도 무방할 정도이다.

하지만 석유와 같은 화석연료는 그 매장량에 한계가 있으며, 또한 에너지를 얻기 위하여 연소시킬 때 발생하는 각종 가스, 분진 및 연소 후 잔여물질은 환경오염의 주범이 되고 있으며, 요즘 가장 이슈가 되고 있는 지구온난화의 주범이라고 할 수 있다.

이러한 상황을 타개할 수 있는 대체에너지로는 수소와 같은 청정에너지원과 수력, 풍력, 태양열과 같은 자연에너지를 들 수 있으며, 특히 자동차의 에너지원으로는 그 효율성과 출력을 감안하면 수소를 이용한 연료전지가 가장 바람직한 동력원으로 기대되고 있다.

연료전지(Fuel Cell)는 공기 중의 산소와 연료 중의 수소를 이용하여 전기화학적으로 전기를 발생시키는 것으로 연료와 공기를 외부에서 공급하여 전지의 용량에 관계없이 계속 발전을 할 수 있는 시스템이다.

즉, 연료전지는 연료가 가지고 있는 화학에너지를 열에너지로의 변환 없이 전지 내에서 전기화학적으로 직접 전기에너지로 바꾸기 때문에 효율이 매우 높고 공해가 거의 없는 이상적인 발전시스템이다.

최근에는 이런 연료전지를 이용한 수소연료전지 자동차가 개발되고 있으며, 수소연료전지 자동차는 압축된 수소를 연료로서 사용하기 때문에 가솔린을 공급하는 주유소와 같은 형태의 압축수소를 공급하는 수소 스테이션이 수소연료전지 자동차의 상용화를 위해 개발되고 있다.

기존의 설비를 개선하여 수소연료전지 자동차의 개량에 따라 요구되는 고압의 수소를 단시간에 효율적으로 공급할 수 있는 수소 스테이션을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 수소생산장치에서 생산된 수소를 1차로 압축하는 제1 압축기; 상기 1차 압축된 수소를 저장하는 제1 수소탱크; 상기 제1수소탱크와 연결되어 상기 1차 압축된 수소를 공급하는 제1 수소충전기; 상기 제1 수소탱크에 저장된 수소를 2차로 압축하는 제2 압축기; 및 상기 2차 압축된 수소를 공급하는 제2 수소충전기를 포함하는 수소 스테이션이 제공된다.

또한, 상기 2차 압축된 수소 중 일부를 저장하는 제2 수소탱크를 더 포함할 수 있고, 상기 제2 수소탱크에 저장된 수소는 다시 제2 수소충전기로 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 압축기는 수소를 350bar로 압축할 수 있다.

또한, 상기 제2 압축기는 수소를 700bar로 압축할 수 있다.

기존의 저압의 수소연료전지 자동차에 공급하기 위한 수소스테이션을 개량을 통해 고압 수소도 공급할 수 있는 수소 스테이션으로 이용할 수 있으며, 압축기를 직렬로 연결하여 2회에 걸친 압축을 통해 고압의 수소가 필요한 경우 기 저장되어 있는 저압 수소로부터 단시간에 고압으로 압축하여 신속하게 고압 수소를 공급할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소스테이션의 일 실시예를 나타낸 구성도.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소스테이션을 나타낸 구성도로서, 수소생산장치(10), 제1 압축기(20), 제2 압축기(25), 제1 수소탱크(30), 제2 수소탱크(35), 제1 수소충전기(40) 및 제2 수소충전기(45)가 도시되어 있다.

제1 압축기(20)는 수소생산장치(10)와 연결되어 수소생산장치(10)에서 생산된 수소를 1차로 압축한다. 1차 압축 압력은 수소연료전지 자동차가 이용하는 압축 수소의 압력을 고려하여 임의로 사용자가 설정할 수 있고, 예를 들면 350bar압축수소를 연료로 하는 수소연료전지 자동차에 이용할 수 있도록 350bar로 압축할 수 있다.

다음으로 제1 수소탱크(30)는 1차 압축된 수소를 저장하는 장치이다. 이는 제1 수소충전기(40)와 연결되어 수소연료전지 자동차의 연료로서 주입한다. 이상의 구성은 한 가지 압력으로 압축된 수소만을 공급할 수 있는 수소스테이션의 구성이다.

고압 수소를 이용할수록 안전성은 떨어지나 더 많은 양의 수소 충전이 가능하므로, 기술이 발전함에 따라 안전성 문제를 해결함으로써 고압의 수소를 저장 및 이용할 수 있는 수소연료전지 자동차가 개발되고 있다.

이와 같은 수소연료전지 자동차의 개발에 따라 수소스테이션이 공급하는 수소의 압력도 다변화가 요구된다.

이러한 변화에 맞추어 수소스테이션에서 공급하는 수소의 압력을 높이기 위해 기존의 설비를 전부 대체하는 것은 비용적으로 부담이 크게 된다. 또한, 종래의 차종이 전량 폐기되는 것이 아니고 병행적으로 이용되므로, 기존의 설비 전부를 폐기하는 것도 바람직하지 못하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 기존의 설비에 간단히 제2 압축기(25) 및 제2 수소충전기(45)를 추가하여 기존에 공급하던 압력의 수소를 공급할 뿐만 아니라 더 높은 압력의 고압 수소도 공급할 수 있다.

제2 압축기(25)는 제1 수소탱크(30)에 저장된 수소를 다시 2차 압축하여 고압수소를 제공하는 장치이다. 이미 1차로 압축된 가스를 다시 2차 압축하는 방식은 고압 수소 저장장치가 별도로 없거나, 고압수소 저장장치의 수소가 부족하게 된 경우에 고압 수소의 요구에 빨리 대응할 수 있다.

만약, 이 경우 수소생산장치(10)로부터 바로 고압 수소를 만들려면, 수소생산장치(10)를 다시 가동해야하며, 수소생산장치(10)로 부터 바로 고압으로 압축하는 것은 이미 1차 압축된 수소를 고압으로 2차 압축하여 고압 수소를 제공하는 것에 비해 시간이 오래 걸리므로 신속한 대응이 불가능하다.

즉, 두 단계에 걸쳐 고압 수소의 저장장치를 별도로 구비하지 않거나, 구비하더라도 소량의 수소만 저장할 수 있는 고압 수소 저장장치를 두더라도, 고압 수소의 요구가 있는 경우 신속하게 대응이 가능하다.

2차 압축 압력은 1차 압축 압력보다 더 큰 압력이며, 최근에 700bar의 수소연료전지 자동차가 등장하고 있으므로, 350bar를 2차 압축하여 700bar의 수소를 수소연료전지 자동차에 공급할 수 있다.

제2 수소탱크(35)는 제2 압축기(25)에서 압축된 고압 수소를 저장할 수 있는 장치로서, 추가적으로 설치할 수 있다. 이처럼 고압 수소에 대한 저장공간을 마련하는 경우 미리 고압으로 압축한 수소를 공급할 수 있어, 제2 압축기(25)에서 압축과 동시에 제2 수소충전기(45)로 공급하는 것에 비해 신속하게 공급할 수 있다. 또한, 많은 양의 수소가 제2 수소충전기(45)에서 요구되는 경우 제2 수소탱크(35)에 저장된 수소를 공급할 수 있다.

필요 시 제1 수소탱크(30)에서 수소를 이용해 2차 압축하면 신속하게 고압 수소를 공급할 수 있으므로, 제2 수소탱크(35)의 크기는 제1 수소탱크(30)의 크기보다 작아도 무방하다. 따라서 추가 설치시에는 제2 수소탱크(35)를 매립하지 않고도 고압 수소를 공급할 수 있다.

수소생산장치(10)에서 바로 고압으로 압축하는 것보다 신속하게 고압 수소를 공급할 수 있고, 별도의 고압 수소 저장장치가 반드시 요구되는 것은 아니므로 비용적으로도 유리하다.

즉, 기술 개발에 따른 고압수소를 이용하는 수소연료전지 자동차의 보급이 시작된 과도기적인 단계에서 매우 유용한 수소스테이션 형태이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 수소생산장치
20: 제1 압축기 25: 제2 압축기
30: 제1 수소탱크 35: 제2 수소탱크
40: 제1 수소충전기 45: 제2 수소충전기

Claims (4)

1. 수소생산장치에서 생산된 수소를 1차로 압축하는 제1 압축기;
   상기 1차 압축된 수소를 저장하는 제1 수소탱크;
   상기 제1 수소탱크와 연결되어 상기 1차 압축된 수소를 수소연료전지 자동차에 공급하는 제1 수소충전기;
   상기 제1 수소탱크에 저장된 수소를 2차로 압축하는 제2 압축기; 및
   상기 2차 압축된 수소를 수소연료전지 자동차에 공급하는 제2 수소충전기를 포함하는 수소 스테이션.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 2차 압축된 수소 중 일부를 저장하는 제2 수소탱크를 더 포함하고,
   상기 제2 수소탱크에 저장된 수소는 다시 제2 수소충전기로 공급되는 것을 특징으로 하는 수소 스테이션.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 압축기는 수소를 350bar로 압축하는 것을 특징으로 하는 수소 스테이션.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 압축기는 수소를 700bar로 압축하는 것을 특징으로 하는 수소 스테이션.
   
   

Images