KR20170064789A - 수소 저장 합금을 이용한 상온저압용 수소 저장장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 상온에서 저압상태로 수소를 저장하기 위한 수소저장장치에 관한 것이다.
이는 특히, 소정 용량의 충진공간이 구비되면서 상,하부커버에 의해 밀폐공간을 유지토록 설치되는 몸체; 상기 상부커버에 연결되면서 몸체의 내부및 외부로 유체를 이동시키도록 설치되는 밸브체; 상기 밸브체에 연결되면서 다공상의 관로로 이루어진 여과체; 상기 여과체에 일단이 연결되면서 충진되는 수소저장합금과 최대의 접촉면적을 갖도록 설치되는 열전도체를 포함하는 구성으로 이루어진다.
이에 따라서, 저렴한 제작비용으로 열교환성능이 우수한 저장장치를 제공하도록 하고, 신속한 충진이 가능하도록 하는 것이다.

Description

수소 저장 합금을 이용한 상온저압용 수소 저장장치{A ROOM TEMPERATURE AND LOW PRESSURE HYDROGEN STORAGE DEVICE COMPRISING HYDROGEN STORAGE ALLOY}

본 발명은, 상온에서 저압상태로 수소를 저장하기 위한 수소저장장치에 관한 것이다.

이는 특히, 소정 용량의 충진공간이 구비되면서 상,하부커버에 의해 밀폐공간을 유지토록 설치되는 몸체와 상기 상부커버에 연결되면서 몸체의 내,외부로 유체를 이동시키도록 설치되는 밸브체 및 상기 밸브체에 연결되면서 다공상의 관로로 이루어진 여과체, 상기 여과체에 일단이 연결되어 방사상으로 배치되는 열전도체 및 상기 몸체에 내장되면서 열전도체에 접촉토록 되는 수소흡장합금을 포함하는 구성으로 이루어 진 것을 특징으로 한다.

일반적으로 수소는, 무공해로 중량당 높은 에너지 밀도를 갖고 있으며, 장기저장이 가능하면서 그 연소생성물인 물 역시 수소생산을 위한 원료로 재 사용이 가능한 장점을 가지고 있는 것이다.

또한, 상기 수소의 저장과 운송은, 대체로 압축방식과 액체방식이 사용되었으며, 최근에는 고체상태로 수소를 저장하는 기술이 발전되고 있는 실정이다.

그러나, 상기와 같은 수소는, 상온, 대기압에서 기체로 존재하기 때문에 체적당 에너지밀도가 낮고 운반 및 저장이 불편한 단점이 있었다.

이러한 점을 개선하기 위한 수소저장방법 및 기술들이 지속적으로 연구되고있는 실정이며, 수소저장방법으로는 기체, 액체, 활성화탄소에 수소흡착, 수소저장합금에 저장하는 4가지 방법이 있다.

이러한 수소저장합금을 이용한 수소저장합금반응기가 대한민국공개특허공보 제2003-63892호에 개시되어 있으며 그 구성은 도1에 도시한 바와같이, 상기 반응기(50)는 소정 용적을 갖는 반응용기(51)의 내측에 수소유로(52a)를 갖는 유로관(52)이 설치되고, 상기 유로관(52)에 상부를 향하여 점차로 직경이 축소되는 관통공(55)을 갖는 유동방지판(56)이 소정간격 이격되어 다수개 적층설치되며, 상기 반응용기(51)의 내측에 수소저장합금(51)이 충진되고, 유로관(52)의 상부에 필터(55)가 구비되는 구성으로 이루어진다.

상기와 같은 수소저장합금 반응기는, 상부에는 미세한 입도의 수소저장합금이 하부에는 거친입도의 수소저장합금이 충진되어 외부에서 저장용기(51)내로 공급되는 수소를 저장하게 되며, 상기 유동방지판(56)에 의해 입도별 수소저장합금의 충진밀도를 균일하게 하여 상,하부간의 발생열량을 조절하게 되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 반응기는, 저장용기내에 균일하게 충진되지 못하여 상,하부간의 발생열량 조절이 힘들에 용기의 피로를 가중시키게 되고, 열전달이 확실하게 이루어지지 못하여 신속한 충진등이 힘들게 되는 단점이 있는 것이다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 구조가 간단하면서 탱크자체의 강도를 상승시키도록 하고, 사용이 편리하도록 하며, 저렴한 제작비용으로 열교환성능이 우수한 저장장치를 제공하도록 하고, 저압 상온에서 조작이 가능하도록 하며, 열교환이 용이하여 신속한 충진이 가능하도록 하는 수소가스 저장장치를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 수소가스 저장장치는 통상으로 내측에 소정 용량의 충진공간이 구비되면서 그 상,하부에 용접에 의해 결합되는 상부커버 및 하부커버에 의해 밀폐공간을 형성하도록 설치되는 몸체(100); 상부커버에 관통 연결되면서 몸체(100)의 내,외부로 일정 압력의 수소를 이동시키도록 설치되는 밸브체(200); 밸브체(200)에 연결되어 수소가스가 유동되도록 하는 다공상의 관로(310)로 이루어지는 여과체(300); 및, 다공상의 관로(310) 둘레에 충진되는 수소저장합금(500)과의 접촉면적을 극대화 시키도록 몸체(100)의 높이방향에 길게 형성되면서 다수의 요철이 구비되고 관로(310)에 소정간격을 유지하면서 방사상으로 연결되는 열전도체(400)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

상기 밸브체(200)는, 별도의 가압장치(230)가 더 부착되는 것을 특징으로 한다.

상기 열전도체(400)는, 몸체(100)의 높이방향에 길게 형성되면서 다수의 요철이 구비되고, 직경방향에서 호형상을 유지하면서 관로(310)에 소정간격을 유지하면서 방사상으로 연결되는 것을 특징으로 한다

상기 수소저장합금(500)은, 열전도체(400)에 일체로 부착되는 것을 특징으로 한다.

상기 수소저장합금(500)은, 6.0~10.0wt%의 La, 15.0~19.0wt%의 Ce, 1.2~1.8wt%의 Pr, 4.1~4.9wt%의 Nd, 43.4~52.6wt%의 Ni, 11.0~15.0wt%의 V, 3.0~5.0wt%의 Zr, 0.5~2.0wt%의 Mn, 0.5~1.2wt%의 Al, 1.5~1.7wt%의 Fe가 각각 혼합되는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 구조가 간단하면서 탱크자체의 강도를 상승시키고, 사용이 편리하며, 제작비용으로 열교환성능이 우수한 저장장치를 제공하고, 저압 상온에서 조작이 가능하며, 열교환이 용이하여 신속한 충진이 가능한 효과가 있다.

도1은 종래의 수소저장합금을 이용한 수소저장합금반응기를 도시한 단면도 이다.
도2는 본 발명에 따른 수소저장용기를 도시한 단면도 이다.
도3a,b는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소저장용기를 도시한 단면도 이다.
도4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소저장용기를 도시한 단면도 이다.
도5a,b는 각각 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소저장용기를 도시한 단면도 이다.

본 발명의 상기 목적을 달성하기 위하여, 소정 용량의 충진공간이 구비되면서 상,하부커버에 의해 밀폐공간을 유지토록 설치되는 몸체;

상기 상부커버에 연결되면서 몸체의 내,외부로 유체를 이동시키도록 설치되는 밸브체;

상기 밸브체에 연결되면서 다공상의 관로로 이루어진 여과체; 및

상기 여과체에 일단이 연결되어 수소저장합금과 최대의 접촉면적을 갖도록 방사상으로 배치되는 열전도체를 포함하는 수소가스 저장장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도2 내지 도5에 도시한 바와같이, 본 발명은 몸체(100)와 밸브체(200)및 여과체(300), 열전도체(400)및 수소저장합금(500)으로 이루어진다.

상기 몸체(100)는, 통상으로 내측에 소정 용량의 충진공간이 구비되면서 그 상,하부에 용접에 의해 결합되는 상부커버 및 하부커버에 의해 밀폐공간을 형성하도록 설치된다.

상기 밸브체(200)는, 상부커버에 연결되면서 몸체(100)의 내,외부로 일정 압력의 수소를 이동시키도록 설치되고, 일측에 가압기(230)가 더 연결되고, 상기 몸체(100)의 주입구에 압착되면서 수소의 유입및 유출이 가능토록 밀폐부재(250)가 더 설치된다.

상기 여과체(200)는, 밸브체(200)에 연결되어 수소가스가 유동되도록 하는 다공상의 관로(310)로 이루어진다.

상기 열전도체(400)는, 다공상의 관로(310) 둘레에 방사상으로 배치된다.

그리고, 상기 열전도체(400)는, 몸체(100)의 높이방향에 길게 형성되면서 관로(310)에 소정간격을 유지하면서 방사상으로 연결된다.

또한, 상기 열전도체(400)는, 상기 몸체(100)의 높이방향에 소정의 간격을 유지하면서 관로(310)의 둘레에 소정간격으로 이격되어 다수개 연결된다.

더하여, 상기 열전도체(400)는, 몸체(100)의 높이방향에 길게 형성되면서 다수의 요철이 구비되고 관로(310)에 소정간격을 유지하면서 방사상으로 연결된다.

계속하여, 상기 열전도체(400)는, 몸체(100)의 높이방향에 길게 형성되면서 다수의 요철이 구비되고, 직경방향에서 호형상을 유지하면서 관로(310)에 소정간격을 유지하면서 방사상으로 연결된다.

한편, 상기 열전도체(400)의 외측면에 밀착토록 몸체(100)의 내측에 수소자장합금(500)이 충진되며, 상기 수소저장합금(500)은 열전도체(400)에 일체로 부착되어도 좋다.

상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도2 내지 도5에서 도시한 바와같이, 수소저장합금은 수소저장합금의 총 중량에 대하여 6.0~10.0wt%의 La, 15.0~19.0wt%의 Ce, 1.2~1.8wt%의 Pr, 4.1~4.9wt%의 Nd, 43.4~52.6wt%의 Ni, 11.0~15.0wt%의 V, 3.0~5.0wt%의 Zr, 0.5~2.0wt%의 Mn, 0.5~1.2wt%의 Al, 1.5~1.7wt%의 Fe가 각각 혼합되는 구성으로 2~4wt%의 수소 저장능력을 가져온다.

상기 수소저장장치는, 둘레에 다수의 열전도체(400)가 방사상으로 연결되는 여과체(300)를 상부커버가 분리되면서 알루미늄재로 이루어 진 몸체(100)에 삽입한 후 상부커버를 용접에 의해 결합한다.

이때, 상기 몸체(100)의 상부에 결합되는 상부커버는 밸브체(200)가 결합이 되지 않는 상태로서 개방되고, 상기 개방부를 통하여 소정입도를 갖는 수소저장합금(500)을 충진시킨다.

그리고, 상기 열전도체(400)는 몸체(100)와 일체로 압축하여 제조하여도 좋으며, 이때 그 중앙부에 여과체(300)를 압입하여 조립한다.

상기 수소저장합금(500)의 충진이 완료되면 밸브체(200)를 결합하고, 상기 밸브체(200)는, 나사결합되면서 결합시 접착제를 도포한 후 결합하여 수소의 통호는 개폐가능토록 되면서 몸체(100) 내부에 밀폐상태를 유지토록 설치된다.

그리고, 상기 밸브체(200)를 개방하여 외부에서 수로를 공급하면 상기 수소는 수소저장합금에 흡착된다.

이때, 상기 수소저장합금에서는 열이 발생되고, 상기 열은 소정의 형상을 갖는 열전도체(400)에 의해 용이하게 발산되어 신속한 충진이 가능토록 된다.

그리고, 상기 여과체(300)는 스테인레스재질로서 20㎛이하의 직경을 갖는 수소가스 유동홈이 형성되어 소정의 압력상태로 수소의 저장 및 배출이 가능토록 된다.

상기 열전도체(400)는, 그 형상이 몸체(100)의 높이방향에서 합금의 충진에 따른 간섭이 방지되면서 충진되는 합금과의 접촉면적을 극대화 시키는 구조로서, 다수의 주름이 형성되거나 호형상으로 형성되어 단위 직경당 최대의 면적을 갖도록 된다.

상기와 같은 구성에 의해 열을 열전도체(400)에 신속하게 전달하여 급속충진이 가능토록 된다.

또한, 상기 밸브체(200)는, 별도의 가압기(230)가 더 부착되어 필요에 따라 다양한 압력으로 수소가스를 공급할 수 있게 되는 것이다.

100 몸체 200 밸브체
300 여과체 310 관로
400 열전도체

Claims (5)

1. 통상으로 내측에 소정 용량의 충진공간이 구비되면서 그 상,하부에 용접에 의해 결합되는 상부커버 및 하부커버에 의해 밀폐공간을 형성하도록 설치되는 몸체(100);
   상부커버에 관통 연결되면서 몸체(100)의 내,외부로 일정 압력의 수소를 이동시키도록 설치되는 밸브체(200);
   밸브체(200)에 연결되어 수소가스가 유동되도록 하는 다공상의 관로(310)로 이루어지는 여과체(300); 및,
   다공상의 관로(310) 둘레에 충진되는 수소저장합금(500)과의 접촉면적을 극대화 시키도록 몸체(100)의 높이방향에 길게 형성되면서 다수의 요철이 구비되고 관로(310)에 소정간격을 유지하면서 방사상으로 연결되는 열전도체(400)를 포함하는 구성으로 이루어 진 수소가스 저장장치
2. 제1항에 있어서, 상기 밸브체(200)는, 별도의 가압장치(230)가 더 부착되는 것을 특징으로 하는 수소가스 저장장치
3. 제1항에 있어서, 상기 열전도체(400)는, 몸체(100)의 높이방향에 길게 형성되면서 다수의 요철이 구비되고, 직경방향에서 호형상을 유지하면서 관로(310)에 소정간격을 유지하면서 방사상으로 연결되는 것을 특징으로 하는 수소가스 저장장치
4. 제1항에 있어서, 상기 수소저장합금(500)은, 열전도체(400)에 일체로 부착되는 것을 특징으로 하는 수소가스 저장장치
5. 제1항 또는 제6항에 있어서, 상기 수소저장합금(500)은, 6.0~10.0wt%의 La, 15.0~19.0wt%의 Ce, 1.2~1.8wt%의 Pr, 4.1~4.9wt%의 Nd, 43.4~52.6wt%의 Ni, 11.0~15.0wt%의 V, 3.0~5.0wt%의 Zr, 0.5~2.0wt%의 Mn, 0.5~1.2wt%의 Al, 1.5~1.7wt%의 Fe가 각각 혼합되는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수소가스 저장장치

Images