KR20170119383A - Hydrogen storage device - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소연료전지 차량에서 수소 가스를 흡장 또는 흡착하는 고체화합물이 저장되는 고압 용기의 하부에 있는 고체화합물까지 수소를 빠르게 충전할 수 있는 수소 저장 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게, 본 발명은 수소 가스를 흡장 또는 흡착하는 고체화합물이 저장되는 고압 용기; 상기 고압 탱크의 내부에 배치되며, 상기 고압 탱크 내에서 수소를 흡장/흡착 또는 탈장/탈착 시 발생되는 반응열과 열교환 하는 열교환기; 및, 관 형태로, 상기 고압 용기의 입구에서부터 하부까지 연장된 수소이송부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a hydrogen storage device capable of rapidly filling hydrogen to a solid compound in a lower portion of a high-pressure vessel storing a solid compound for adsorbing or adsorbing hydrogen gas in a hydrogen fuel cell vehicle. More particularly, the present invention relates to a high-pressure vessel in which a solid compound for adsorbing or adsorbing hydrogen gas is stored; A heat exchanger disposed inside the high-pressure tank for heat-exchanging heat with reaction heat generated when the hydrogen is occluded / adsorbed or herniated / desorbed in the high-pressure tank; And a hydrogen transfer section in the form of a tube extending from the inlet to the lower portion of the high-pressure vessel; And a control unit.

Description

수소 저장 장치{Hydrogen storage device}[0001] Hydrogen storage device [0002]

본 발명은 수소 저장 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게 수소연료전지 차량에서 수소 가스를 흡장 또는 흡착하는 고체화합물이 저장되는 고압 용기의 하부에 있는 고체화합물까지 수소를 빠르게 충전할 수 있는 수소 저장 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a hydrogen storage device, and more particularly, to a hydrogen storage device capable of rapidly charging hydrogen to a solid compound in a lower portion of a high-pressure container storing a solid compound storing or adsorbing hydrogen gas in a hydrogen fuel cell vehicle .

최근, 차세대 자동차로 EV/HEV/PHEV 등 하이브라이드 차에 이어 최근 들어 수소연료전지 차량(FCEV)의 개발이 활발히 진행되고 있다.In recent years, the development of hydrogen fuel cell vehicles (FCEV) has been actively carried out in recent years, following Hybrid vehicles such as EV / HEV / PHEV.

상기 수소연료전지 차량에서는 차량의 주행 거리 증대를 위하여 제한된 공간에 최대한 많은 수소를 수용해아 하므로, 수소 가스를 압축하여 저장한다. 이때, 수소 저장 방식으로 기체상태의 수소를 압축하여 고압 탱크에 저장하는 방식이 사용되는 것이 일반적이다.In the hydrogen fuel cell vehicle, as much hydrogen as possible is accommodated in a limited space for increasing the travel distance of the vehicle, the hydrogen gas is compressed and stored. At this time, a method of compressing gaseous hydrogen by a hydrogen storing method and storing it in a high-pressure tank is generally used.

일예로, 기체 수소를 5.6kg 저장하기 위해서는 700bar 기체 144L가 필요하다. 이때, 고체화합물에 수소를 흡장하는 방식을 이용하면 수소 5.6kg을 36L의 부피에 저장을 할 수가 있다. 즉, 같은 수소 용량을 저압 조건 및 작은 부피에 저장을 할 수 있어, 고체화합물에 수소를 흡장하는 연구가 활발히 이루어지고 있다.For example, to store 5.6 kg of gaseous hydrogen, we need 144 L of 700 bar gas. At this time, when a method of storing hydrogen in a solid compound is used, 5.6 kg of hydrogen can be stored in a volume of 36 L. That is, the same hydrogen capacity can be stored under a low pressure condition and a small volume, and research for storing hydrogen in a solid compound is actively conducted.

수소의 고체 저장 방식(Metal hydride)에서 사용되는 고체화합물로는 Lithium amide 계열과, LaNi5H6, NaAlH4(Sodium aluminum hydride), Mg(NH2)2 (Magnesium amide)가 있다.The solid compounds used in the hydrogen hydride method include lithium amide series, LaNi5H6, NaAlH4 (sodium aluminum hydride), and Mg (NH2) 2 (magnesium amide).

그런데, 상술한 바와 같은 고체화합물에 수소를 흡장할 때에는 반응열이 발생된다. 이러한 반응열은 발열 반응이며, 주위의 고체화합물 구조에 영향을 주어 수소가 고체화합물에 흡장하는 반응 속도가 느려지게 한다는 문제점을 갖고 있다.Incidentally, a reaction heat is generated when hydrogen is occluded in the solid compound as described above. Such a reaction heat is an exothermic reaction and affects the structure of the surrounding solid compound, thus causing a problem that the rate of reaction in which hydrogen is occluded in a solid compound is slowed down.

실제, 수소연료 차량의 상용화를 위해서는 차량에 수소 가스를 충진하는데 드는 소요 시간이 약 3~5분 이내가 되도록 해야 하지만, 이러한 반응열이 문제가 되어 상용화에 걸림돌이 되고 있다.Actually, in order to commercialize a hydrogen-fueled vehicle, the time required to fill the hydrogen gas in the vehicle should be within about 3 to 5 minutes. However, such a reaction heat is a problem, which is hindering commercialization.

수소를 흡장하여 저장할 때에는 상기와 같은 발열 반응이 일어나는 반면, 수소연료 차량이 주행하여 수소가 탈장될 때는 주의의 열을 흡수하는 흡열 반응이 일어나게 된다.While the above-mentioned exothermic reaction takes place when hydrogen is occluded and stored, an endothermic reaction that absorbs the heat of caution occurs when the hydrogen fuel-powered vehicle travels and the hydrogen is herniated.

이때에는 고체화합물의 반응 온도까지 열이 추가적으로 공급되어야 하나, 차량용 폐열을 활용한 경우 반응 온도까지 열 공급이 어렵다는 문제점이 있다.At this time, heat must be additionally supplied to the reaction temperature of the solid compound, but there is a problem that heat supply to the reaction temperature is difficult when the waste heat of the automobile is utilized.

상술한 바와 같은 이유로 열을 제거하거나, 공급하기 위한 용도로 열교환기가 필요하다.A heat exchanger is required for the purpose of removing or supplying heat for the reasons described above.

한편, 고체화합물은 파우더(powder), 펠릿(pellet) 등의 여러 가지 형태로 고압 탱크 내에 충진할 수 있다. 이때, 최대한 많은 수소 저장을 위해서는 내부 고압용기에 많은 고체화합물을 충진해야 하므로, 내부 기공이 많아 부피가 큰 파우더 형태보다는 파우더 또는 펠릿을 압축하여 벌크 형상으로 만든 다음, 용기에 넣는다.On the other hand, the solid compound can be packed in a high-pressure tank in various forms such as powder, pellet and the like. In order to store as much hydrogen as possible, it is necessary to fill a large amount of solid compounds in an inner high-pressure vessel. Therefore, powder or pellets are compressed into a bulk form rather than a bulky powder form.

관련 기술로, 일본공개특허 제2004-162885(공개일 2004.06.10, 명칭 : 고체 충전 탱크)에는 탱크 내에 유체 유로로 사용되는 관(11)과, 핀(12)이 교대로 적층되도록 형성된 열교환기와, 그 사이 사이에 파우더 형태의 고체화합물(13)이 배치되도록 한 고체 충전 탱크가 개시된 바 있다.(도 1 참조)As a related art, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-162885 (published on Jun. 10, 2004, entitled: Solid-state filling tank) discloses a heat exchanger having a tube 11 used as a fluid passage in a tank, , And a powdery solid compound (13) is arranged therebetween. (See Fig. 1)

이 외에도, 미국등록특허 제6,478,077호(등록일 2002.11.12, 명칭 : Self supporting heat transfer element)에서는 고압 탱크(21) 내에 관형 열교환관(22)을 넣고, 열전달을 위해 판형 핀(flat fin, 23)과 고체화합물이 교대로 적층되어 형성된 예가 개시되었다. (도 2 참조)In addition, in U.S. Patent No. 6,478,077 (entitled "Self supporting heat transfer element"), a tubular heat exchange tube 22 is inserted in a high-pressure tank 21 and a flat fin 23 is provided for heat transfer. And a solid compound are alternately stacked. (See Fig. 2)

상기와 같은 선행문헌에 개시된 기술은 대부분 고압 탱크 내에, 발생된 반응열을 탱크 내 제한된 공간에 형성된 열교환기를 이용하여 제거하는 방식으로, 열교환기와 고체화합물이 내부에 적절히 배치된 형태를 갖는다.Most of the techniques disclosed in the above prior arts have a form in which a heat exchanger and a solid compound are appropriately disposed inside the high pressure tank in such a manner that the generated reaction heat is removed using a heat exchanger formed in a limited space in the tank.

그런데, 상기와 같은 선행문헌의 고압 탱크는 수소 충전 시, 입구에서부터 용기의 하부에 위치한 고체화합물까지 모두 충전이 되어야 하는데, 핀과 같이 열교환기를 구성하는 부재들로 인해 수소의 이동이 원활하지 않다는 문제점이 있다.However, the above-mentioned high pressure tank of the prior art is required to be charged from the inlet to the solid compound located at the lower part of the vessel when filling the hydrogen. However, since the members constituting the heat exchanger such as the fin cause the movement of hydrogen is not smooth .

이와 같은 문제점을 해결하기 위해, 도 3과 같이 열교환부재에 다수개의 관통홀을 형성하여 수소 이동로를 형성한 고압탱크가 개발되기도 하였으나, 도 3의 고압 탱크(20)는 열교환부재(10)의 수소 이동로(11)에 해당하는 부분만큼 열교환면적이 감소하여 열교환 효율이 저하될 수 있으며, 수소 이동로가 없는 경우와 비교했을 때보단 수소 이동(충전) 속도가 빠르지만, 여전히 고압 용기의 하부에 있는 고체화합물까지 수소가 침투하는데 시간이 오래 걸린다는 문제점이 있다.In order to solve such problems, a high-pressure tank in which a plurality of through holes are formed in the heat exchanging member to form a hydrogen passage is developed as shown in FIG. 3, but the high-pressure tank 20 shown in FIG. The heat exchange area may be reduced by the portion corresponding to the hydrogen passage 11 and the heat exchange efficiency may be lowered. Although the hydrogen transfer (charging) speed is higher than that in the case where there is no hydrogen passage, There is a problem that it takes a long time for the hydrogen to penetrate to the solid compound in the solid.

일본공개특허 제2004-162885(공개일 2004.06.10, 명칭 : 고체 충전 탱크)Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2004-162885 (public date 2004.06.10, name: solid charge tank) 미국등록특허 제6,478,077호(등록일 2002.11.12, 명칭 : Self supporting heat transfer element)U.S. Patent No. 6,478,077 (registered on November 12, 2002, entitled Self supporting heat transfer element)

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 고체화합물이 저장되는 고압 용기 내에, 높이방향으로 하측까지 연장된 수소이송부가 배치되도록 함으로써, 고압 용기의 하부에 있는 고체화합물까지 수소를 빠르게 충전할 수 있는 수소 저장 장치를 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a high-pressure vessel in which a hydrogen transfer section extending downward in a height direction is disposed in a high-pressure vessel in which a solid compound is stored, And to provide a hydrogen storage device capable of rapidly charging hydrogen to a solid compound.

본 발명의 실시예에 따른 수소 저장 장치는 수소 가스를 흡장 또는 흡착하는 고체화합물(400)이 저장되는 고압 용기(100); 상기 고압 탱크의 내부에 배치되며, 상기 고압 탱크 내에서 수소를 흡장/흡착 또는 탈장/탈착 시 발생되는 반응열과 열교환 하는 열교환기(200); 및 관 형태로, 상기 고압 용기(100)의 입구에서부터 하부까지 연장된 수소이송부(300); 를 포함하는 것을 특징으로 한다.A hydrogen storage device according to an embodiment of the present invention includes a high-pressure vessel 100 storing a solid compound 400 for adsorbing or adsorbing hydrogen gas; A heat exchanger (200) disposed inside the high-pressure tank for heat-exchanging heat with reaction heat generated when the hydrogen is occluded / adsorbed or herniated / desorbed in the high-pressure tank; And a hydrogen transfer section (300) extending from the inlet to the lower portion of the high-pressure vessel (100) in a tube form; And a control unit.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 수소이송부(300)는 외주면에 다수개의 수소유동홀(310)이 형성될 수 있다.In addition, the hydrogen transfer unit 300 according to the embodiment of the present invention may have a plurality of hydrogen flow holes 310 formed on the outer circumferential surface thereof.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 수소이송부(300)는 상기 고압 용기(100)의 중심에 한 개 배치될 수 있다.In addition, the hydrogen transfer unit 300 according to the embodiment of the present invention may be disposed at the center of the high-pressure vessel 100.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 수소이송부(300)는 상기 고압 용기(100)의 중심을 기준으로 서로 대칭되도록 다수개 배치될 수 있다.In addition, the hydrogen transfer unit 300 according to the embodiment of the present invention may be disposed in a plurality of locations symmetrical with respect to the center of the high-pressure vessel 100.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 수소이송부(300)는 상기 열교환기(200) 또는 고체화합물(400)을 관통할 수 있다.In addition, the hydrogen transfer unit 300 according to an embodiment of the present invention can penetrate the heat exchanger 200 or the solid compound 400.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 열교환기(200)는 높이방향으로 일정 간격 이격되어 다수개 배치된 판형태의 열전달부(210); 및 상기 고압 용기(100)의 높이방향으로 일측에서 타측까지 연장되어 내부에 열교환매체가 유동되며, 상기 열전달부(210)에 형성된 유동관삽입홀(230)에 삽입되는 열매체유동관(220); 을 포함할 수 있다.In addition, the heat exchanger 200 according to the embodiment of the present invention includes a plurality of plate-shaped heat transfer parts 210 spaced at a predetermined interval in the height direction; And a heat medium flow pipe (220) extending from one side to the other side in the height direction of the high-pressure vessel (100) and having a heat exchange medium flowing therein and inserted into a flow pipe insertion hole (230) formed in the heat transfer part (210). . ≪ / RTI >

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 열전달부(210)는 상기 수소이송부(300)가 삽입되도록 일정 영역이 관통된 관통홀(240)을 포함할 수 있다.Also, the heat transfer part 210 according to the embodiment of the present invention may include a through hole 240 through which the hydrogen transfer part 300 is inserted.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 열전달부(210)는 상부 플레이트(211) 및 하부 플레이트(212)가 결합된 플레이트 타입일 수 있다.Also, the heat transfer part 210 according to the embodiment of the present invention may be a plate type in which the upper plate 211 and the lower plate 212 are coupled.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 열매체유동관(220)은 상기 열전달부(210)에 결합되는 외주면 일정 영역이 관통 형성된 유동홀(221)을 포함하며, 상기 유동홀(221)이 상기 상부 플레이트(211) 및 하부 플레이트(212) 사이 공간에 배치될 수 있다.The heat medium flow pipe 220 according to an embodiment of the present invention includes a flow hole 221 formed through a certain region of an outer circumferential surface coupled to the heat transfer portion 210, The upper plate 211 and the lower plate 212, respectively.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 열매체유동관(220)은 일정 영역이 절곡되어 리턴 되는 형태를 가지며, 양측 단부가, 상기 고압 용기(100)의 높이방향으로 일측면에 배치되어 열교환매체가 유입되는 유입구(251) 및 배출되는 배출구(252)와 각각 연통될 수 있다.The heat medium flow pipe 220 according to the embodiment of the present invention has a shape in which a certain region is bent and returned and both ends are disposed on one side in the height direction of the high pressure vessel 100, The outlet 251 and the outlet 252, respectively.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 수소 저장 장치(1)는 상기 열전달부(210) 사이 공간에 고체화합물(400)이 배치될 수 있다.Also, in the hydrogen storage device 1 according to the embodiment of the present invention, the solid compound 400 may be disposed in the space between the heat transfer parts 210.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고체화합물(400)은 파우더(powder), 펠릿(pellet), 컴팩션(compaction) 중 어느 한 형태일 수 있다.In addition, the solid compound 400 according to an embodiment of the present invention may be in the form of a powder, a pellet, or a compaction.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고체화합물(400)은 컴팩션 형태인 경우, 상기 수소이송부(300) 또는 열매체유동관(220)을 중심으로 대칭된 형태를 갖는 다수개의 조각으로 이루어질 수 있다.In the case of the compaction type, the solid compound 400 according to an embodiment of the present invention may be composed of a plurality of pieces having a shape symmetrical with respect to the hydrogen transfer portion 300 or the heat medium flow tube 220.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고체화합물(400)은 리튬아미드(Lithium amide) 계열과, LaNi5H6, NaAlH4, Mg(NH2)2 중 어느 하나일 수 있다.In addition, the solid compound 400 according to an embodiment of the present invention may be one of a lithium amide series, LaNi5H6, NaAlH4, and Mg (NH2) 2.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 상기 고압 용기(100)는 실린더 형태로, 상기 열전달부(210)와 직경이 같거나 클 수 있다.In addition, the high-pressure vessel 100 according to the embodiment of the present invention may have a cylinder shape and a diameter equal to or larger than that of the heat transfer part 210.

이에 따라, 본 발명에 따른 수소 저장 장치는 고체화합물이 저장되는 고압 용기 내에, 높이방향으로 하측까지 연장된 수소이송부가 배치되도록 함으로써, 고압 용기의 하부에 있는 고체화합물까지 수소를 빠르게 충전할 수 있다는 장점이 있다.Accordingly, the hydrogen storage device according to the present invention is capable of rapidly filling hydrogen to the solid compound in the lower portion of the high-pressure vessel by arranging the hydrogen transfer portion extending downward in the height direction in the high-pressure vessel storing the solid compound There are advantages.

즉, 본 발명은 고압 용기 내부에 배치되는 열교환기의 열교환 면적 감소를 최소화하면서, 고압 용기 하부까지 수소가 직선으로 이송될 수 있는 이송로를 형성함으로써, 고압 용기의 하부에 있는 고체화합물까지도 수소가 빠르게 침투할 수 있도록 하였다.That is, the present invention forms a transfer path through which hydrogen can be linearly transferred to the lower portion of the high-pressure vessel while minimizing the heat exchange area of the heat exchanger disposed in the high-pressure vessel, So that it can penetrate quickly.

또한, 본 발명은 수소를 이송시키는 관 형태의 수소이송부 외주면에 수소유동홀이 형성됨으로써, 고압 용기의 상측에 위치한 고체화합물과 하측에 위치한 고체화합물에 수소가 동시에 저장될 수 있어 수소 저장 효율이 향상될 수 있다.In addition, since the hydrogen flow hole is formed on the outer circumferential surface of the hydrogen-transferring pipe for transporting hydrogen, hydrogen can be stored simultaneously in the solid compound located on the upper side of the high-pressure vessel and the solid compound located on the lower side, .

따라서 본 발명은 기존 수소 저장 장치 내 열교환기의 열교환 효율은 그대로 유지하면서, 수소 충전 시간을 단축시켜 수소연료전지 차량의 상용화를 앞당기는데 기여할 수 있다.Therefore, the present invention can contribute to the commercialization of the hydrogen fuel cell vehicle by shortening the hydrogen charging time while maintaining the heat exchange efficiency of the heat exchanger in the conventional hydrogen storage device.

도 1 내지 도 3은 종래의 수소 저장 장치를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 수소 저장 장치의 개략적인 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 수소 저장 장치에서 열전달부의 다양한 실시예를 나타낸 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 수소 저장 장치에서 고체화합물이 배치된 열교환기의 일실시예를 나타낸 사시도.
도 7은 도 6의 열교환기에서 열매체유동관 및 열전달부와, 수소이송부가 배치된 상태를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 수소 저장 장치에서 고체화합물이 배치된 열교환기의 또 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 9는 도 8의 열교환기에서 열매체유동관 및 열전달부와, 수소이송부가 배치된 상태를 나타낸 사시도.
도 10은 도 8의 열교환기에서 열전달부의 평면도.1 to 3 show a conventional hydrogen storage device.
4 is a schematic configuration diagram of a hydrogen storage device according to the present invention.
5 is a plan view illustrating various embodiments of heat transfer parts in a hydrogen storage device according to the present invention.
6 is a perspective view illustrating an embodiment of a heat exchanger in which a solid compound is disposed in a hydrogen storage device according to the present invention.
7 is a perspective view showing a state in which a heat medium flow tube and a heat transfer part and a hydrogen transfer part are arranged in the heat exchanger of FIG.
FIG. 8 is a perspective view showing still another embodiment of a heat exchanger in which a solid compound is disposed in a hydrogen storage device according to the present invention. FIG.
9 is a perspective view showing a state in which a heat medium flow tube, a heat transfer part, and a hydrogen transfer part are arranged in the heat exchanger of FIG.
10 is a plan view of a heat transfer part in the heat exchanger of FIG.

이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 수소 저장 장치를 첨부된 도면을 참조로 상세히 설명한다.Hereinafter, the hydrogen storage device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수소 저장 장치(1)는 크게 고압 용기(100), 열교환기(200) 및 수소이송부(300)를 포함한다.4, the hydrogen storage device 1 of the present invention largely comprises a high-pressure vessel 100, a heat exchanger 200, and a hydrogen transfer section 300.

상기 고압 용기(100)는 내부에 수소 가스를 흡장 또는 흡착하는 고체화합물(400)이 저장되는 것으로, 실린더 형태로 형성될 수 있다.The high-pressure vessel 100 stores a solid compound 400 that stores or adsorbs hydrogen gas therein, and may be formed in a cylinder shape.

상기 열교환기(200)는 상기 고압 용기의 내부에 배치되며, 상기 용기 탱크 내에서 수소를 흡장/흡착 또는 탈장/탈착 시 발생되는 반응열을 제거하는 역할을 하게 된다.The heat exchanger 200 is disposed inside the high-pressure vessel and serves to remove the heat of reaction generated when the hydrogen is occluded / adsorbed or herniated / desorbed in the vessel tank.

상기 수소이송부(300)는 관 형태로 형성되며, 상기 고압 용기(100)의 높이 방향으로 일측에서 타측까지 길게 연장 형성된다.The hydrogen transfer unit 300 is formed in a tubular shape and extends from one side to the other side in the height direction of the high-pressure vessel 100.

이에 따라, 본 발명의 수소 저장 장치(1)는 상기 고압 용기(100)의 높이방향으로 일측에서 타측까지 채워진 고체화합물(400)에 골고루 수소가 저장될 수 있다.Accordingly, the hydrogen storage device 1 of the present invention can uniformly store hydrogen in the solid compound 400 filled from one side to the other side in the height direction of the high-pressure vessel 100.

즉, 본 발명은 상기 수소이송부(300)에 의해 상기 고압 용기(100)의 입구 측에 위치한 고체화합물(400)뿐만 아니라, 하부에 위치한 고체화합물(400)에도 수소가 충분히 저장될 수 있어 수소 저장 효율이 향상될 수 있다.That is, according to the present invention, not only the solid compound 400 located at the inlet side of the high-pressure vessel 100 but also the solid compound 400 located at the lower part can sufficiently store hydrogen by the hydrogen transfer unit 300, The efficiency can be improved.

본 발명의 구성을 좀 더 자세히 살펴보면, 상기 수소이송부(300)는 길게 형성된 관 형태로, 외주면에 다수개의 수소유동홀(310)이 일정 간격으로 이격되어 골고루 형성된다.The hydrogen transfer unit 300 has a long tube shape, and a plurality of hydrogen flow holes 310 are formed on the outer circumferential surface of the hydrogen transfer unit 300 at regular intervals.

이를 통해, 상기 수소이송부(300)는 상기 고압용기의 입구가 위치한 높이방향으로 일측에서 타측까지 골고루 수소가 유동될 수 있도록 통로 역할을 하게 된다.Accordingly, the hydrogen transfer unit 300 serves as a passage for allowing hydrogen to flow evenly from one side to the other side in the height direction in which the inlet of the high-pressure vessel is located.

도 4와 같이, 상기 수소이송부(300)는 고압 용기(100)의 내부에 배치되되, 연장 형성되는 영역에 배치되는 상기 열교환기(200) 또는 고체화합물(400)을 관통하여 배치된다.As shown in FIG. 4, the hydrogen transfer unit 300 is disposed inside the high-pressure vessel 100 and is disposed through the heat exchanger 200 or the solid compound 400 disposed in the extended region.

이때, 상기 수소이송부(300)는 도 4 및 도 5(a)와 같이, 고압 용기(100)의 중심에 단일 개수로 배치될 수도 있으며, 도 5(b) 및 도 5(c)와 같이 고압 용기(100)의 중심과, 이를 기준으로 서로 대칭되는 위치에 다수개 배치될 수 있다.4 and 5 (a), the hydrogen transfer unit 300 may be disposed at a single number in the center of the high-pressure vessel 100, A large number of them may be disposed at positions symmetrical to each other with respect to the center of the container 100 and the center of the container 100.

도 5(a)와 같이 고압 용기(100)의 중심에 수소이송부(300)가 배치되는 수소 저장 장치(1)는 상기 수소이송부(300)로 이송되는 수소가 상기 수소유동홀(310)을 통해 방사방향으로 동등하게 전달될 수 있으며, 열교환기(200)의 면적에 큰 영향을 미치지 않으므로 열교환 효율이 좋다는 장점이 있다.The hydrogen storage device 1 in which the hydrogen transfer section 300 is disposed at the center of the high-pressure vessel 100 as shown in FIG. 5 (a) is configured such that hydrogen transferred to the hydrogen transfer section 300 flows through the hydrogen flow hole 310 The heat exchange efficiency is good because the heat transfer efficiency can be equally transmitted in the radial direction and does not greatly affect the area of the heat exchanger 200.

다른 실시예로, 도 5(b) 및 도 5(c)와 같이 중심을 기준으로 대칭되는 위치에 여러 개의 수소이송부(300)가 배치되는 경우에는 수소 이송 속도가 더욱 빨라져, 충전 시간이 짧아질 수 있는 반면, 열교환기(200)의 면적이 다소 감소될 수 있으며, 전체 시스템 중량이 증가될 수 있다는 단점이 있으므로, 적절히 배치하는 것이 바람직하다.5 (b) and 5 (c), when the plurality of hydrogen transfer sections 300 are disposed at symmetrical positions with respect to the center, the hydrogen transfer speed is further increased and the charging time is shortened The area of the heat exchanger 200 can be somewhat reduced, and the weight of the entire system can be increased. Therefore, it is preferable to arrange the heat exchanger 200 appropriately.

다음으로, 상기 열교환기(200)의 구성을 좀 더 살펴보면, 상기 열교환기(200)는 크게 열전달부(210)와, 열매체유동관(220)을 포함하여 형성된다.The heat exchanger 200 includes a heat transfer part 210 and a heat medium flow pipe 220. The heat transfer part 220 includes a heat transfer part 220 and a heat transfer part 220,

상기 열교환기(200)는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 핀-튜브 타입으로 형성될 수도 있고, 도 8 내지 도 10과 같이 플레이트 타입으로 형성될 수도 있다.The heat exchanger 200 may be formed as a pin-tube type as shown in FIGS. 6 and 7, or as a plate type as shown in FIGS. 8 to 10. FIG.

상기 열전달부(210)는 높이방향으로 일정 간격 이격되어 다수개 배치된 판 형태로, 상기 열매체유동관(220)이 삽입되는 위치에 관통 형성된 유동관삽입홀(230)을 포함하며, 상기 열매체유동관(220) 내부에 유동되는 열교환매체의 열이 전도되도록 하여 열전달면적이 증대되도록 하는 역할을 한다.The heat transfer part 210 includes a plurality of heat transfer tubes 220 spaced apart from each other at a predetermined interval in the height direction and includes a flow tube insertion hole 230 formed at a position where the heat medium flow tube 220 is inserted, ) Of the heat exchange medium flowing inside the heat exchange medium.

상기 열전달부(210)는 핀-튜브 타입 열교환기(200)일 경우, 편평한 판 형태일 수 있으며, 플레이트 타입의 열교환기(200)인 경우, 상부 플레이트(211) 및 하부 플레이트(212)가 결합된 형태로 형성된다.When the heat exchanger 200 is a plate-type heat exchanger 200, the upper plate 211 and the lower plate 212 are coupled to each other. .

또한, 상기 열전달부(210)는 도 5와 같이 상기 수소이송부(300)가 지나가는 영역이 관통되도록 형성된 적어도 하나 이상의 관통홀(240)을 포함한다.As shown in FIG. 5, the heat transfer part 210 includes at least one through hole 240 through which the hydrogen transfer part 300 passes.

상기 관통홀(240)은 상기 수소이송부(300)의 직경에 대응되는 크기로 형성될 수도 있고, 상기 수소이송부(300)를 통해 이송되는 수소가 외부로 잘 빠져나올 수 있도록, 상기 수소이송부(300)의 직경보다 크게 형성될 수도 있다.The through hole 240 may be formed to have a size corresponding to the diameter of the hydrogen transfer unit 300 and may be formed in the hydrogen transfer unit 300 so that the hydrogen transferred through the hydrogen transfer unit 300 can easily escape to the outside. May be formed to be larger than the diameter of the electrode terminal

상기 열매체유동관(220)은 상기 고압용기의 높이방향으로 일측에서 타측까지 연장되어 내부에 열교환매체가 유동되며, 상기 열전달부(210)의 유동관삽입홀(230)에 삽입된 다음, 브레이징 결합될 수 있다.The heat medium flow pipe 220 is extended from one side to the other side in the height direction of the high pressure vessel and flows into the heat exchange medium, inserted into the flow pipe insertion hole 230 of the heat transfer part 210, have.

상기 열매체유동관(220)은 도 8 내지 도 10의 실시예에 따른 열교환기(200)에 구비되는 경우, 내부에 유동된 열교환매체가 상기 열전달부(210) 내부에도 유동될 수 있도록, 상기 열전달부(210)에 결합되는 외주면 일정 영역이 관통 형성된 유동홀(221)을 포함하며, 상기 유동홀(221)이 상기 상부 플레이트(211) 및 하부 플레이트(212) 사이 공간에 배치되도록 한다.When the heat medium flow pipe 220 is provided in the heat exchanger 200 according to the embodiment of FIGS. 8 to 10, the heat medium flow pipe 220 may be formed so that the heat exchange medium flowing in the heat transfer pipe 220 flows into the heat transfer part 210, And the flow hole 221 is formed in the space between the upper plate 211 and the lower plate 212. The flow hole 221 is formed in the upper plate 211 and the lower plate 212,

이때, 상기 상부 플레이트(211) 및 하부 플레이트(212)에는 열교환 효율 및 내압 향상을 위해 내측으로 돌출된 다수개의 돌기(213)가 더 형성될 수도 있다.At this time, the upper plate 211 and the lower plate 212 may further include a plurality of protrusions 213 protruding inward to improve heat exchange efficiency and internal pressure.

또한, 상기 열매체유동관(220)은 도 4와 같이 일정 영역이 절곡되어 리턴 되는 형태를 가짐으로써, 열교환매체가 유입되는 유입구(251)가 위치한 상기 고압 용기(100)의 높이방향으로 일측에 양측 단부가 모두 위치되는 형태일 수 있다.As shown in FIG. 4, the heat medium flow pipe 220 has a shape in which a certain area is bent and returned. Thus, the heat medium flow pipe 220 is provided at one side in the height direction of the high pressure vessel 100 in which the inlet port 251, May all be located.

이때, 상기 열매체유동관(220)은 상기 고압 용기(100)의 일측면에 배치되어 열교환매체가 유입되는 유입구(251) 및 배출되는 배출구(252)와 각각 연통될 수 있다.At this time, the heat medium flow pipe 220 is disposed on one side of the high-pressure vessel 100 and can communicate with the inlet 251 and the outlet 252 through which the heat exchange medium is introduced, respectively.

상기 열매체유동관(220)은 리턴 되는 영역이 상기 고압 용기(100)의 내측에 배치될 수도 있고, 외측에 배치될 수도 있으며, 절곡되는 횟수 또한 1회로 한정되지 않고, 다양하게 변경실시가 가능하다.The heat medium flow pipe 220 may be disposed at the inner side of the high pressure vessel 100 or at the outer side thereof, and the number of times of bending thereof is not limited to one, and various modifications may be made.

한편, 상술한 바와 같이, 본 발명의 수소 저장 장치(1)는 상기 열전달부(210) 사이 공간에 고체화합물(400)이 배치될 수 있다.As described above, in the hydrogen storage device 1 of the present invention, the solid compound 400 may be disposed in the space between the heat transfer parts 210.

이때, 상기 고체화합물(400)은 파우더(powder), 펠릿(pellet), 컴팩션(compaction) 중 어느 한 형태일 수 있다.At this time, the solid compound 400 may be in the form of a powder, a pellet, or a compaction.

특히, 상기 고체화합물(400)은 컴팩션 형태인 경우, 상기 수소이송부(300) 또는 열매체유동관(220)을 중심으로 대칭된 형태를 갖는 다수개의 조각으로 이루어질 수 있다.In particular, when the solid compound 400 is of a compaction type, the solid compound 400 may be composed of a plurality of pieces having a shape symmetrical with respect to the hydrogen transfer portion 300 or the heat medium flow tube 220.

즉, 상기 고체화합물(400)은 상기 열전달부(210) 사이에 각각 개재될 수 있도록 형성되되, 원기둥 형태로 형성될 경우 상기 열매체유동관(220) 또는 수소이송부(300)에 의해 상기 열전달부(210) 사이에 통째로 개재될 수 없으므로, 대략 2등분 또는 4등분되고, 상기 열매체유동관(220) 또는 수소이송부(300)가 형성된 영역을 제외한 형태로 형성되어 상기 열전달부(210) 사이에 개재될 수 있다.That is, when the solid compound 400 is formed in a cylindrical shape, the solid compound 400 may be interposed between the heat transfer parts 210. When the solid compound 400 is formed in a cylindrical shape, the heat transfer part 210 It can be interposed between the heat transfer parts 210 by being formed in a form except for the area where the heat medium flow tube 220 or the hydrogen transfer part 300 is formed .

또한, 상기 고체화합물(400)은 금속착수소화물인 리튬아미드(Lithium amide) 계열과, LaNi5H6, NaAlH4, Mg(NH2)2 중 어느 하나일 수 있다.The solid compound 400 may be one of a lithium amide series which is a metal initiator and a LaNi5H6, NaAlH4, and Mg (NH2) 2.

수소의 고체 저장 방식에서 사용되는 고체화합물(400)로는 Lithium amide 계열과, LaNi5H6, NaAlH4(Sodium aluminum hydride), Mg(NH2)2 (Magnesium amide)가 있는데, LaNi5H6의 경우 저장 밀도가 낮고 가격이 비싸며, Lithium amide 계열은 연구 진행 중으로, 실제 수소 저장 장치(1)를 구성하는데 사용하기에는 다소 부적합하다.The solid compound 400 used in the solid state storage method of hydrogen is Lithium amide series and LaNi5H6, NaAlH4 (sodium aluminum hydride), Mg (NH2) 2 (Magnesium amide). LaNi5H6 has a low storage density and high cost , The Lithium amide series are under study and are somewhat unsuitable for use in constructing the actual hydrogen storage device (1).

그런데, NaAlH4 및 Mg(NH2)2는 수소저장합금 대비 높은 무게 밀도를 가지며, 주성분이 알칼리 금속으로 가격대가 낮다는 장점이 있다. 또한, NaAlH4의 경우 33℃에서 1단 반응이 일어나고, 110℃에서 2단 반응이 일어나면서 수소를 방출하며, Mg(NH2)2는 반응 온도가 120℃이하로, 마그네슘수소화물 대비 낮은 반응 온도를 가지게 되어 열교환기(200)(300)를 통해 공급해야할 온도가 지나치게 높지 않다는 장점이 있다.However, NaAlH4 and Mg (NH2) 2 have a higher weight density than the hydrogen storage alloy, and the main component is alkali metal, which is advantageous in that the price is low. In the case of NaAlH4, the first step reaction occurs at 33 ° C and the second step reaction at 110 ° C releases hydrogen. Mg (NH 2) 2 has a reaction temperature lower than 120 ° C and a lower reaction temperature than magnesium hydride And the temperature to be supplied through the heat exchangers 200 and 300 is not excessively high.

상술한 바와 같은 이유로, 상기 고체화합물(400)로는 NaAlH4 및 Mg(NH2)2가 사용되는 것이 바람직하며, 리튬아미드(Lithium amide) 계열과, LaNi5H6도 가능하다.For the reasons described above, NaAlH4 and Mg (NH2) 2 are preferably used as the solid compound 400, and lithium amide series and LaNi5H6 are also usable.

도 4를 참고로, 본 발명의 실시예에 따른 수소 저장 장치(1)의 작동 과정을 설명하면, 상기 고압 용기(100)의 상측에 형성된 수소유입부를 통해 상기 수소이송부(300)로 수소가 이송된다.Referring to FIG. 4, the operation of the hydrogen storage device 1 according to the embodiment of the present invention will be described. Hydrogen is transferred to the hydrogen transfer unit 300 through a hydrogen inlet formed on the upper side of the high- do.

수소는 상기 수소이송부(300)를 따라 상기 고압 용기(100)의 하부까지 빠르게 이송되며, 이 과정에서 상기 수소이송부(300)의 수소유동홀(310)을 통해 방사방향으로 골고루 수소가 이송되어 각 위치에 배치되는 고체화합물(400)에 저장된다.Hydrogen is rapidly transferred to the lower portion of the high-pressure vessel 100 along the hydrogen transfer unit 300. In this process, hydrogen is uniformly radiated in the radial direction through the hydrogen flow hole 310 of the hydrogen transfer unit 300, Solid compound 400 placed in position.

이때, 상기 고압 용기(100) 내부에서는 수소가 고체화합물(400)에 흡장 또는 흡착 되면서 발열 반응이 발생되며, 상기 열매체유동관(220)을 통해 유입된 열교환매체와 열교환 되어 반응열이 제거된다.At this time, in the high-pressure vessel 100, hydrogen is absorbed or adsorbed in the solid compound 400 to generate an exothermic reaction, and the heat is exchanged with the heat exchange medium flowing through the heat medium flow pipe 220 to remove reaction heat.

상기 열교환매체는 상기 열매체유동관(220)을 따라 유동되며, 상기 열전달부(210)에 의해 상기 고압 용기(100) 전 영역에 배치된 고체화합물(400)로부터 발생된 반응열과 골고루 열교환 하여, 고압 용기(100) 내부 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 한다.The heat exchange medium flows along the heat medium flow pipe 220 and performs heat exchange evenly with the reaction heat generated from the solid compound 400 disposed in the entire region of the high pressure vessel 100 by the heat transfer portion 210, So that the internal temperature of the fuel cell 100 can be kept constant.

상기 열교환매체는 냉각 오일, 냉매 또는 냉각수 중 어느 하나일 수 있다.The heat exchange medium may be any one of cooling oil, refrigerant, and cooling water.

이에 따라, 본 발명은 기존 수소 저장 장치(1) 내 열교환기(200)의 열교환 효율은 그대로 유지하면서, 수소 충전 시간을 단축시켜 수소연료전지 차량의 상용화를 앞당기는데 기여할 수 있다.Accordingly, the present invention can contribute to the commercialization of the hydrogen fuel cell vehicle by shortening the hydrogen charging time while maintaining the heat exchange efficiency of the heat exchanger 200 in the existing hydrogen storage device 1 as it is.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It goes without saying that various modifications can be made.

1: 수소 저장 장치
100: 고압 용기
200: 열교환기
210: 열전달부
211: 상부 플레이트 212: 하부 플레이트
213: 돌기
220: 열매체유동관 221: 유동홀
230: 유동관삽입홀
240: 관통홀
251: 유입구 252: 배출구
300: 수소이송부
301: 수소유입구
310: 수소유동홀
400: 고체화합물1: hydrogen storage device
100: high pressure vessel
200: heat exchanger
210: heat transfer part
211: upper plate 212: lower plate
213: projection
220: heat medium flow tube 221: flow hole
230: Flow tube insertion hole
240: Through hole
251: Inlet port 252: Outlet port
300: hydrogen transfer
301: hydrogen inlet
310: hydrogen flow hole
400: solid compound

Claims (15)

수소 가스를 흡장 또는 흡착하는 고체화합물(400)이 저장되는 고압 용기(100);
상기 고압 용기(100)의 내부에 배치되며, 상기 고압 용기(100) 내에서 수소를 흡장/흡착 또는 탈장/탈착 시 발생되는 반응열과 열교환 하는 열교환기(200); 및
관 형태로, 상기 고압 용기(100)의 입구에서부터 하부까지 연장된 수소이송부(300); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 저장 장치.
A high pressure vessel (100) in which a solid compound (400) storing or adsorbing hydrogen gas is stored;
A heat exchanger (200) disposed inside the high-pressure vessel (100) for heat-exchanging heat with reaction heat generated when hydrogen is occluded / adsorbed or herniated / desorbed in the high-pressure vessel (100); And
A hydrogen transfer section (300) extending from the inlet to the lower portion of the high pressure vessel (100) in a tube shape; Hydrogen storage device.
제 1항에 있어서,
상기 수소이송부(300)는
외주면에 다수개의 수소유동홀(310)이 형성되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 장치.
The method according to claim 1,
The hydrogen transfer unit 300
And a plurality of hydrogen flow holes (310) are formed on the outer circumferential surface.
제 2항에 있어서,
상기 수소이송부(300)는
상기 고압 용기(100)의 중심에 한 개 배치되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 장치.
3. The method of claim 2,
The hydrogen transfer unit 300
(100). The hydrogen storage device (100) according to claim 1 or 2,
제 2항에 있어서,
상기 수소이송부(300)는
상기 고압 용기(100)의 중심을 기준으로 서로 대칭되도록 다수개 배치되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 장치.
3. The method of claim 2,
The hydrogen transfer unit 300
(100) are symmetrically arranged with respect to the center of the high-pressure vessel (100).
제 2항에 있어서,
상기 수소이송부(300)는
상기 열교환기(200) 또는 고체화합물(400)을 관통하는 것을 특징으로 하는 수소 저장 장치.
3. The method of claim 2,
The hydrogen transfer unit 300
And passes through the heat exchanger (200) or the solid compound (400).
제 5항에 있어서,
상기 열교환기(200)는
높이방향으로 일정 간격 이격되어 다수개 배치된 판형태의 열전달부(210); 및
상기 고압 용기(100)의 높이방향으로 일측에서 타측까지 연장되어 내부에 열교환매체가 유동되며, 상기 열전달부(210)에 형성된 유동관삽입홀(230)에 삽입되는 열매체유동관(220); 을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 저장 장치.
6. The method of claim 5,
The heat exchanger (200)
A plurality of plate-shaped heat transfer parts 210 spaced apart from each other in the height direction by a predetermined distance; And
A heat medium flow pipe 220 extending from one side to the other side in the height direction of the high-pressure vessel 100 and flowing into the heat exchange medium, and inserted into the flow tube insertion hole 230 formed in the heat transfer part 210; Hydrogen storage device.
제 6항에 있어서,
상기 열전달부(210)는
상기 수소이송부(300)가 삽입되도록 일정 영역이 관통된 관통홀(240)을 포함하는 것을 특징으로 수소 저장 장치.
The method according to claim 6,
The heat transfer part 210
And a through hole (240) through which a predetermined region is inserted to insert the hydrogen transfer section (300).
제 7항에 있어서,
상기 열전달부(210)는
상부 플레이트(211) 및 하부 플레이트(212)가 결합된 플레이트 타입인 것을 특징으로 하는 수소 저장 장치.
8. The method of claim 7,
The heat transfer part 210
Wherein the upper plate (211) and the lower plate (212) are coupled to each other.
제 8항에 있어서,
상기 열매체유동관(220)은
상기 열전달부(210)에 결합되는 외주면 일정 영역이 관통 형성된 유동홀(221)을 포함하며, 상기 유동홀(221)이 상기 상부 플레이트(211) 및 하부 플레이트(212) 사이 공간에 배치되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 장치.
9. The method of claim 8,
The heat medium flow pipe 220
And the flow hole 221 is disposed in a space between the upper plate 211 and the lower plate 212. The flow hole 221 is formed in a space defined by an outer circumferential surface of the heat transfer part 210, .
제 6항에 있어서,
상기 열매체유동관(220)은
일정 영역이 절곡되어 리턴 되는 형태를 가지며,
양측 단부가, 상기 고압 용기(100)의 높이방향으로 일측면에 배치되어 열교환매체가 유입되는 유입구(251) 및 배출되는 배출구(252)와 각각 연통되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 장치.
The method according to claim 6,
The heat medium flow pipe 220
A predetermined area is bent and returned,
Wherein both end portions are disposed on one side in the height direction of the high-pressure vessel (100) and communicate with an inlet (251) and a discharge outlet (252) through which the heat exchange medium is introduced, respectively.
제 6항에 있어서,
상기 수소 저장 장치(1)는
상기 열전달부(210) 사이 공간에 고체화합물(400)이 배치되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 장치.
The method according to claim 6,
The hydrogen storage device (1)
Wherein a solid compound (400) is disposed in a space between the heat transfer parts (210).
제 11항에 있어서,
상기 고체화합물(400)은
파우더(powder), 펠릿(pellet), 컴팩션(compaction) 중 어느 한 형태인 것을 특징으로 하는 수소 저장 장치.
12. The method of claim 11,
The solid compound (400)
Wherein the hydrogen storage device is in the form of a powder, a pellet, or a compaction.
제 12항에 있어서,
상기 고체화합물(400)은
컴팩션 형태인 경우, 상기 수소이송부(300) 또는 열매체유동관(220)을 중심으로 대칭된 형태를 갖는 다수개의 조각으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 수소 저장 장치.
13. The method of claim 12,
The solid compound (400)
And a plurality of pieces having a shape symmetrical with respect to the hydrogen transfer section (300) or the heat medium flow tube (220) in the case of a compaction type.
제 13항에 있어서,
상기 고체화합물(400)은
리튬아미드(Lithium amide) 계열과, LaNi5H6, NaAlH4, Mg(NH2)2 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수소 저장 장치.
14. The method of claim 13,
The solid compound (400)
A lithium amide series, and LaNi5H6, NaAlH4, and Mg (NH2) 2.
제 1항에 있어서,
상기 고압 용기(100)는
실린더 형태로, 상기 열전달부(210)와 직경이 같거나 큰 것을 특징으로 하는 수소 저장 장치.The method according to claim 1,
The high-pressure vessel (100)
Wherein the heat transfer part (210) has a diameter equal to or greater than a diameter of the heat transfer part (210).
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