KR20130120082A - 발열 및 흡열을 동시에 제어할 수 있는 수소저장용기 - Google Patents

발열 및 흡열을 동시에 제어할 수 있는 수소저장용기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발열 및 흡열을 동시에 제어할 수 있는 수소저장용기에 관한 것으서, 내부에 저장공간이 형성된 수소저장용기에 있어서, 기체 상태의 냉매를 저장하는 기체저장탱크와; 상기 기체저장탱크에서 배출되는 냉매를 고온, 고압의 기체로 변환시키는 압축기와; 상기 저장공간의 내부에 설치되며, 상기 저장공간의 내부로 열을 공급할 수 있도록, 상기 압축기에서 배출되는 기체를 상온, 고압의 액체로 변환시키는 응축기와; 상기 응축기에서 배출되는 액체 상태의 냉매를 저장하는 액체저장탱크와; 상기 액체저장탱크에서 배출되는 냉매를 저온, 저압의 액체로 변환시키는 모세관과; 상기 저장공간의 내부에 설치되며, 상기 저장용기의 내부의 열을 흡수할 수 있도록, 상기 모세관에서 배출되는 냉매를 저온, 저압의 기체로 변환시키는 증발기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 수소저장용기에서 수소를 방출하는 경우에는 냉매가 액화되어 수소저장용기 내부에 열을 효율적으로 공급하고, 또한 수소저장용기에 수소를 저장하는 경우에는 냉매가 기화되어 수소저장용기 내부에서 발생되는 열을 효율적으로 흡수할 수 있는 장점이 있다.

Description

발열 및 흡열을 동시에 제어할 수 있는 수소저장용기{Hydrogen storage vessel capable of control simultaneously exothermic and endothermic}
본 발명은 수소저장용기에 관한 것으로서, 특히 발열 및 흡열을 동시에 제어할 수 있는 수소저장용기에 관한 것이다.
수소저장용기에 수소저장합금이 수용되어 수소를 저장하면 고온의 열이 발생하므로, 필터가 파손되는 등의 문제점이 있었다. 종래에는 이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 수소저장용기 내부에, 열을 외부로 방출하기 위한 방열돌기를 갖는 방열유닛을 구비함으로써 수소저장용기의 내부에서 발생되는 열을 방열하였다.
한편, 종래 수소저장탱크를 방열시키기 위한 특허기술로서 수소 충전시 수소충전설비로부터 공급되는 냉각수를 차량의 수소저장탱크에 설치된 냉각수 순환파이프를 통해 순환시켜, 순환하는 냉각수와 수소저장탱크 내의 수소 사이에서 열교환이 이루어지도록 하고, 이를 통해 충전시 수소저장탱크 내의 수소 온도 상승을 억제함으로써, 수소가 충전되는 시간을 단축하고, 수소 충전시 안전성을 향상시킬 수 있는 연료전지 차량의 수소저장탱크 냉각시스템이 제안되어 있다(특허문헌1 참조).
도1,2에 도시한 바와 같이, 이러한 연료전지 차량의 수소저장탱크 냉각시스템은, 냉각수가 순환 후 배출되면서 수소저장탱크(14) 내의 수소와 열교환이 이루어질 수 있도록 수소저장탱크(14)의 외곽을 이루는 쉘(16)에 전체적으로 균일하게 삽입 설치되는 냉각수 순환파이프(17)와, 냉각수 공급이 가능하고 상기 냉각수 순환파이프(17)에 연결될 수 있도록 하여 차량 외부의 수소충전설비(20)에 구비되는 냉각수 공급시스템(25)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
특히, 상기 냉각수 공급시스템(25)은 냉각수 공급탱크(26)와, 이 냉각수 공급탱크(26)와 연결된 펌프(27)와, 이 펌프(27)와 연결되어 있고 상기 냉각수 순환파이프(17)의 냉각수 공급포트(18)와 연결 가능한 냉각수 공급도관(28)과, 상기 냉각수 공급탱크(26)와 연결되어 있고 상기 냉각수 순환파이프(17)의 냉각수 배출포트(19)에 연결 가능한 냉각수 배출도관(29)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각수 순환파이프(17)는 쉘(16)의 길이방향을 따라 가면서 그 둘레에 코일형 또는 나선형으로 감기는 구조로 설치되는 것을 특징으로 한다. 도면부호 21과 24는 각각 수소공급시스템과 수소공급도관을 나타낸다.
[특허문헌1] 국내등록특허 10-0461150
본 발명은 수소저장용기에서 수소를 방출하는 경우에는 수소저장용기 내부에 열을 공급하고, 수소저장용기에 수소를 저장하는 경우에는 수소저장용기 내부의 열을 흡수할 수 있도록 된 발열 및 흡열을 동시에 제어할 수 있는 수소저장용기를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 발열 및 흡열을 동시에 제어할 수 있는 수소저장용기는, 내부에 저장공간이 형성된 수소저장용기에 있어서, 기체 상태의 냉매를 저장하는 기체저장탱크와; 상기 기체저장탱크에서 배출되는 냉매를 고온, 고압의 기체로 변환시키는 압축기와; 상기 저장공간의 내부에 설치되며, 상기 저장공간의 내부로 열을 공급할 수 있도록, 상기 압축기에서 배출되는 기체를 상온, 고압의 액체로 변환시키는 응축기와; 상기 응축기에서 배출되는 액체 상태의 냉매를 저장하는 액체저장탱크와; 상기 액체저장탱크에서 배출되는 냉매를 저온, 저압의 액체로 변환시키는 모세관과; 상기 저장공간의 내부에 설치되며, 상기 저장용기의 내부의 열을 흡수할 수 있도록, 상기 모세관에서 배출되는 냉매를 저온, 저압의 기체로 변환시키는 증발기를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 기체저장탱크의 양측에는 상기 기체저장탱크에서 유출 또는 상기 기체저장탱크로 유입되는 기체의 양을 조절하기 위한 기체조절밸브가 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 액체저장탱크의 양측에는 상기 액체저장탱크에서 유출 또는 상기 액체저장탱크로 유입되는 액체의 양을 조절하기 위한 액체조절밸브가 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 수소저장용기에서 수소를 방출하는 경우에는 냉매가 액화되어 수소저장용기 내부에 열을 효율적으로 공급하고, 또한 수소저장용기에 수소를 저장하는 경우에는 냉매가 기화되어 수소저장용기 내부에서 발생되는 열을 효율적으로 흡수할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래 냉각시스템의 구성 및 냉각수의 이동경로를 보여주는 블록도.
도 2는 종래 냉각시스템에서 수소저장탱크의 냉각수 순환파이프를 보여주는 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 발열 및 흡열을 동시에 제어할 수 있는 수소저장용기를 보여주는 구성도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 3은 본 발명에 따른 발열 및 흡열을 동시에 제어할 수 있는 수소저장용기를 보여주는 구성도이다.
본 발명에 따른 발열 및 흡열을 동시에 제어할 수 있는 수소저장용기는, 수소저장용기에서 수소를 방출하는 경우에는 수소저장용기 내부에 열을 공급하고, 또한 수소저장용기에 수소를 저장하는 경우에는 수소저장용기 내부의 열을 흡수할 수 있도록 된 것을 그 기술적 요지로 한다.
도면에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 발열 및 흡열을 동시에 제어할 수 있는 수소저장용기(100)는 기본적으로 내부에 수소를 저장할 수 있는 저장공간(101)이 형성되는데, 발열 및 흡열 기능을 수행할 수 있도록 크게 기체저장탱크(110), 압축기(120), 응축기(130), 액체저장탱크(140), 모세관(150) 및 증발기(160)를 포함하여 이루어진다.
상기 기체저장탱크(110)는 프레온 가스 등과 같이 기체 상태의 냉매를 저장한다. 이때, 상기 기체저장탱크(110)의 양측에는 상기 기체저장탱크(110)에서 유출 또는 상기 기체저장탱크(110)로 유입되는 기체의 양을 적절히 조절할 수 있도록 기체조절밸브(111)가 설치된다.
상기 압축기(120)는 상기 기체저장탱크(110)에서 배출되는 냉매를 고온, 고압의 기체로 변환시키는 역할을 수행한다.
상기 응축기(130)는 상기 저장공간(101)의 내부로 열을 공급할 수 있도록, 상기 저장공간(101)의 내부에 설치되는데, 상기 압축기(120)에서 배출되는 기체를 상온, 고압의 액체로 변환시키는 역할을 수행한다.
상기 액체저장탱크(140)는 상기 응축기(130)에서 배출되는 액체 상태의 냉매를 저장한다. 이때, 상기 액체저장탱크(140)의 양측에는 상기 액체저장탱크(140)에서 유출 또는 상기 액체저장탱크(140)로 유입되는 액체의 양을 적절히 조절할 수 있도록 액체조절밸브(141)가 설치된다.
상기 모세관(150)은 상기 액체저장탱크(140)에서 배출되는 냉매를 저온, 저압의 액체로 변환시키는 역할을 수행한다.
상기 증발기(160)는 상기 저장용기(101)의 내부의 열을 흡수할 수 있도록, 상기 저장공간(101)의 내부에 설치되는데, 상기 모세관(150)에서 배출되는 냉매를 저온, 저압의 기체로 변환시키는 역할을 수행한다.
이하, 본 발명의 작용을 설명하기로 한다.
기체저장탱크(110)의 양측에는 기체저장탱크(110)에서 유출 또는 기체저장탱크(110)로 유입되는 기체의 양을 적절히 조절할 수 있는 기체조절밸브(111)가 설치된다.
상기 기체저장탱크(110)에서 배출되는 기체 냉매는 압축기(120)에 유입된다. 상기 압축기(120)는 유입된 기체 냉매를 고온, 고압의 기체로 압축한다.
그리고, 상기 압축기(120)에서 배출되는 기체 냉매는 응축기(130)에 유입된다. 상기 응축기(130)에 유입된 고온, 고압의 기체 냉매는 상기 응축기(130)를 통과하면서 열을 방출하여 액화된다. 이 과정에서 주변에 열을 방출하게 되므로 응축기(130)가 설치된 수소저장용기(100)의 온도가 급격히 올라간다.
따라서, 수소저장용기(100)에서 수소를 방출하는 경우에는 수소저장용기(100) 내부에 열이 필요하므로, 기체저장탱크(110)에서 기체 냉매가 유출될 수 있도록 기체조절밸브(111)를 개방하고, 압축기(120) 및 응축기(130)를 작동시켜 수소저장용기(100)에 열을 공급할 수가 있다.
한편, 액체저장탱그(140)에는 응축기(130)에서 배출되는 액체 냉매가 저장된다.
상기 액체저장탱크(140)의 양측에는 액체저장탱크(140)에서 유출 또는 액체저장탱크(140)로 유입되는 액체의 양을 조절할 수 있는 액체조절밸브(141)가 설치된다.
상기 액체저장탱크(140)에서 유출되는 저온, 고압의 액체는 모세관(150)을 통과하면 압력이 낮아진다. 상기 모세관(150)을 통과한 저온, 저압의 액체 냉매는 증발기(160)를 통과하면서 기화된다. 이 과정에서 주변의 열을 흡수하게 되므로 증발기(160)가 설치된 수소저장용기(100)의 온도가 급격히 내려간다.
따라서, 수소저장용기(100)에 수소를 저장하는 경우에는 수소저장용기(100)에서 열이 발생하므로, 액체저장탱크(140)에서 액체 냉매가 유출될 수 있도록 액체조절밸브(141)를 개방하고, 모세관(150) 및 증발기(160)를 작동시켜 수소저장용기(100)의 열을 흡수할 수가 있다.
기체저장탱크(110)에는 증발기(160)에서 배출되는 기체 냉매가 저장된다.
이와 같이, 본 발명에 따르면 수소저장용기(100)에서 수소를 방출하는 경우에는 냉매가 액화되어 수소저장용기(100)의 내부에 열을 효율적으로 공급할 수가 있게 되고, 또한 수소저장용기(100)에 수소를 저장하는 경우에는 냉매가 기화되어 수소저장용기(100)의 내부에서 발생되는 열을 효율적으로 흡수할 수 있게 된다.
한편, 본 발명에 따른 발열 및 흡열을 동시에 제어할 수 있는 수소저장용기를 한정된 실시예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진자에게 자명한 범위내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 수소저장용기 101 : 저장공간
110 : 기체저장탱크 111 : 기체조절밸브
120 : 압축기 130 : 응축기
140 : 액체저장탱크 141 : 액체조절밸브
150 : 모세관 160 : 증발기

Claims (3)

  1. 내부에 저장공간(101)이 형성된 수소저장용기(100)에 있어서,
    기체 상태의 냉매를 저장하는 기체저장탱크(110)와;
    상기 기체저장탱크(110)에서 배출되는 냉매를 고온, 고압의 기체로 변환시키는 압축기(120)와;
    상기 저장공간(101)의 내부에 설치되며, 상기 저장공간(101)의 내부로 열을 공급할 수 있도록, 상기 압축기(120)에서 배출되는 기체를 상온, 고압의 액체로 변환시키는 응축기(130)와;
    상기 응축기(130)에서 배출되는 액체 상태의 냉매를 저장하는 액체저장탱크(140)와;
    상기 액체저장탱크(140)에서 배출되는 냉매를 저온, 저압의 액체로 변환시키는 모세관(150)과;
    상기 저장공간(101)의 내부에 설치되며, 상기 저장용기(101)의 내부의 열을 흡수할 수 있도록, 상기 모세관(150)에서 배출되는 냉매를 저온, 저압의 기체로 변환시키는 증발기(160)를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 발열 및 흡열을 동시에 제어할 수 있는 수소저장용기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기체저장탱크(110)의 양측에는 상기 기체저장탱크(110)에서 유출 또는 상기 기체저장탱크(110)로 유입되는 기체의 양을 조절하기 위한 기체조절밸브(111)가 설치된 것을 특징으로 하는 발열 및 흡열을 동시에 제어할 수 있는 수소저장용기.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 액체저장탱크(140)의 양측에는 상기 액체저장탱크(140)에서 유출 또는 상기 액체저장탱크(140)로 유입되는 액체의 양을 조절하기 위한 액체조절밸브(141)가 설치된 것을 특징으로 하는 발열 및 흡열을 동시에 제어할 수 있는 수소저장용기.
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