KR20200000099A - 수소 흡장-방출 시스템 - Google Patents

수소 흡장-방출 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20200000099A
KR20200000099A KR1020180071979A KR20180071979A KR20200000099A KR 20200000099 A KR20200000099 A KR 20200000099A KR 1020180071979 A KR1020180071979 A KR 1020180071979A KR 20180071979 A KR20180071979 A KR 20180071979A KR 20200000099 A KR20200000099 A KR 20200000099A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
high pressure
hydrogen
pressure tank
hydrogen storage
cooling
Prior art date
Application number
KR1020180071979A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102078574B1 (ko
Inventor
한형기
한승훈
Original Assignee
주식회사 에스에이씨
한승훈
한형기
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 에스에이씨, 한승훈, 한형기 filed Critical 주식회사 에스에이씨
Priority to KR1020180071979A priority Critical patent/KR102078574B1/ko
Publication of KR20200000099A publication Critical patent/KR20200000099A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102078574B1 publication Critical patent/KR102078574B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C11/00—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
    • F17C11/005—Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels for hydrogen
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
    • C01B3/001—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes characterised by the uptaking medium; Treatment thereof
    • C01B3/0021—Carbon, e.g. active carbon, carbon nanotubes, fullerenes; Treatment thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
    • C01B3/001—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes characterised by the uptaking medium; Treatment thereof
    • C01B3/0026—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes characterised by the uptaking medium; Treatment thereof of one single metal or a rare earth metal; Treatment thereof
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
    • C01B3/001—Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes characterised by the uptaking medium; Treatment thereof
    • C01B3/0078—Composite solid storage mediums, i.e. coherent or loose mixtures of different solid constituents, chemically or structurally heterogeneous solid masses, coated solids or solids having a chemically modified surface region
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/002—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels for vessels under pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/02—Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment
    • F17C13/025—Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment having the pressure as the parameter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C13/00—Details of vessels or of the filling or discharging of vessels
    • F17C13/02—Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment
    • F17C13/026—Special adaptations of indicating, measuring, or monitoring equipment having the temperature as the parameter
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0302—Heat exchange with the fluid by heating
    • F17C2227/0304—Heat exchange with the fluid by heating using an electric heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2227/00—Transfer of fluids, i.e. method or means for transferring the fluid; Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/03—Heat exchange with the fluid
    • F17C2227/0337—Heat exchange with the fluid by cooling
    • F17C2227/0341—Heat exchange with the fluid by cooling using another fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17—STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17C—VESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C2250/00—Accessories; Control means; Indicating, measuring or monitoring of parameters
    • F17C2250/06—Controlling or regulating of parameters as output values
    • F17C2250/0605—Parameters
    • F17C2250/0631—Temperature
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/32—Hydrogen storage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/45—Hydrogen technologies in production processes

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

본 발명은 수소 흡방출 시스템을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 수소 흡방출 시스템은 내부 공간을 갖고, 가스 주입을 위한 주입부와 가스 배출을 위한 배출부를 구비한 실린더 형태의 고압 탱크; 상기 고압 탱크의 내부 공간 중앙에 설치되는 쿨링부재; 상기 쿨링 부재를 중심으로 방사상으로 배치되고, 펠렛 형태의 수소 저장 물질들이 적층되는 차징 파이프들; 및 상기 쿨링 부재를 중심으로 방사상으로 배치되고 상기 차징 파이프들 사이에 배치되어 상기 차징 파이프들에 적층된 상기 수소 저장 물질들을 가열시키는 히팅 부재를 포함할 수 있다.

Description

수소 흡장-방출 시스템{hydrogen absorption and release system}
본 발명은 수소를 저장하기 위한 수단으로서 수소 저장 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 금속수소화물(Metal Hydride: MH)을 이용한 수소 흡방출 시스템에 관한 것이다.
산업이 급속도로 발전함에 따라 전 세계적으로 고갈되어 가는 화석 연료의 대체 및 지구의 환경보존과 에너지원의 효율적인 이용을 위하여 미래의 에너지 매체로 우수한 특성을 가지고 있는 에너지 관련 기술 중 고효율의 환경친화적 청정에너지 기술개발이 매우 시급하다. 이에 따라 수소에너지의 기술개발에 대한 관심이 높아지고 있으며, 수소의 제조와 저장, 수송 분야를 포함한 수소에너지 이용기술의 확보는 미래 21세기 에너지 안보 및 국가경쟁력을 결정하는 중요한 요소가 될 것이다.
수소는 에너지원으로서 사용할 경우에 무한정인 물을 원료로 하여 제조할 수 있으며 사용 후에는 다시 물로 재순환이 이루어질 뿐만 아니라, 연소 시 극소량의 NOx 발생을 제외하고는 공해물질이 생성되지 않는다. 또한, 수소는 가스나 액체로서 쉽게 수송할 수 있으며 고압가스, 액체수소, 금속수소화물 등의 다양한 형태로의 저장이 용이하다. 또한, 직접 연소에 의한 연료 또는 연료전지 등의 연료로서의 사용이 간편한 장점을 가지고 있다. 따라서, 수소는 산업용의 기초소재로부터 일반 연료자동차, 수소비행기, 연료전지 등 현재의 에너지 시스템에서 사용되는 거의 모든 분야에 이용될 수 있어, 미래의 에너지시스템에 가장 적합한 것으로 판단되고 있으며, 수소 사용이 늘면서 자연스럽게 수소 생산과 저장기술에 대한 관심도가 높아지고 있다.
수소 저장 기술중에 하나인 금속수소화물을 이용한 방식은 수소 저장 금속에 수소를 흡장시켜 저장하였다가 필요할 때에 방출시켜 연료로 사용하거나 연료전지에 주입하여 전기 에너지로 변환하여 사용할 수 있다.
이러한 금속수소화물을 이용한 수소 저장 시스템은 수소 흡장 및 방출에 상당한 시간이 소요되기 때문에 반응속도를 향상시키기 위한 성능 향상에 대한 연구가 시급한 실정이다.
본 발명은 수소의 흡장 및 방출이 빠르게 이루어질 수 있는 수소 흡방출 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 수소 저장 물질들의 균일한 가열이 가능한 수소 흡방출 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 빠른 가열과 빠른 냉각이 가능한 수소 흡방출 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부 공간을 갖고, 가스 주입을 위한 주입부와 가스 배출을 위한 배출부를 구비한 실린더 형태의 고압 탱크; 상기 고압 탱크의 내부 공간 중앙에 설치되는 쿨링부재; 상기 쿨링 부재를 중심으로 방사상으로 배치되고, 펠렛 형태의 수소 저장 물질들이 적층되는 차징 파이프들; 및 상기 쿨링 부재를 중심으로 방사상으로 배치되고 상기 차징 파이프들 사이에 배치되어 상기 차징 파이프들에 적층된 상기 수소 저장 물질들을 가열시키는 히팅 부재를 포함하는 수소 흡방출 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 고압 탱크의 내부 공간의 압력을 측정하는 압력 측정부; 및 상기 압력 측정부의 측정값 변화에 따라 상기 고압 탱크의 내부로 주입되는 가스량을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 차징 파이프는 상기 수소 저장 물질로의 가스 유입이 원활하도록 다수의 슬롯들이 길이방향으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 차징 파이프를 회전시키는 회전부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고압 탱크는 외측 케이싱과 내측 케이싱을 갖는 2중 구조로 이루어지며, 상기 외측 케이싱과 상기 내측 케이싱 사이에는 쿨링을 위한 냉매가 흐르는 쿨링 공간이 제공될 수 있다.
또한, 상기 고압 탱크는 상기 쿨링 공간으로 냉매가 공급되는 냉매 공급포트와 상기 쿨링 공간에서 열교환된 냉매가 배출되는 냉매 배출포트를 포함할 수 있다.
또한, 상기 고압 탱크 내부의 온도를 측정하는 온도 센서들을 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 온도 센서들로부터 측정값을 제공받아 상기 고압 탱크 내부 온도가 수소 흡장 또는 수소 방출 온도를 유지하도록 상기 히팅 부재 또는 쿨링 부재를 제어할 수 있다.
또한, 상기 수소 저장 물질은 마그네슘과 그라파이터를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 차징 파이프들의 중앙에 쿨링 수단과 파징 파이프들 사이에 히팅 수단을 배치함으로써 빠른 가열과 냉각이 가능하여 흡장 온도 조건 또는 방출 온도 조건에 빠르게 대응할 수 있어 수소의 흡장 및 방출 시간을 단축시킬 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 차징 파이프들을 회전시킴으로써 균일한 가열이 가능하여 수소 흡장율을 향상시킬 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 흡방출 시스템을 보여주는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수소 저장 장치를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 수소 저장 장치의 단면 사시도이다.
도 4는 도 2의 수소 저장 장치의 분해 사시도이다.
도 5는 도 2의 수소 저장 장치의 측단면도이다.
도 6은 도 2의 수소 저장 장치의 평단면도이다.
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 흡방출 시스템을 보여주는 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 수소 저장 장치를 보여주는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 수소 흡방출 시스템(10)은 수소 저장 장치(100), 가스 공급부(20), 냉매 공급부(30), 제어부(40) 그리고 수소 배출부(50)를 포함할 수 있다.
가스 공급부(20)는 수소 저장 장치(100)에 수소가 포함된 가스를 공급할 수 있다. 수소 공급부(20)는 수소 저장 장치(100)에서 수소 흡장 작업을 위해 연결될 수 있다. 즉, 가스 공급부(20)는 고압 탱크(200)의 내부 공간과 유체 소통 가능하게 연결된 주입부(210)와 연결되어 고압 탱크(200) 내부공간으로 수소가 포함된 가스를 공급할 수 있다.
수소 배출부(50)는 수소 흡장 작업을 통해 수소가 저장된 수소 저장 장치(100)로부터 수소를 사용처(공급처)로 공급한다. 수소 배출부(50)는 고압 탱크(200)의 내부 공간과 유체 소통 가능하게 연결된 배출부(220)와 연결될 수 있다.
즉, 수소 저장 장치(100)에는 수소 흡장 단계 또는 수소 방출 단계에 따라 선택적으로 가스 공급부(20) 또는 수소 배출부(50)가 연결될 수 있다.
참고로, 가스는 수소 가스가 포함된 혼합 가스일 수 있으며, 수소 저장 장치로 공급된 혼합가스는 수소 저장 물질에 수소가 흡장되며, 수소가 제거된 나머지 혼합가스는 별도의 저장 탱크로 배출될 수 있다.
냉매 공급부(30)는 수소 저장 장치로 냉각을 위한 냉매를 공급한다.
제어부(40)는 수소 저장 장치(100)로의 가스 공급 및 냉매 공급, 수소 저장 장치(100) 내부의 압력 및 온도를 제어할 수 있다.
도 3은 도 2의 수소 저장 장치의 단면 사시도이고, 도 4는 도 2의 수소 저장 장치의 분해 사시도이며, 도 5 및 도 6은 도 2의 수소 저장 장치의 측단면도 및 평단면도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 수소 저장 장치(100)는 고압 탱크(200), 쿨링 부재(300), 차징 파이프(400)들, 히팅 부재(500)들을 포함할 수 있다.
고압 탱크(200)는 컴팩트한 실린더 형태로 제공될 수 있다. 실린더 형태는 내부 공간(201)을 갖도록 속이 빈 통형의 용기 형태를 의미할 수 있다.
고압 탱크(200)에는 가스 공급부와 연결되는 주입포트(202)와 수소 배출부와 연결되는 배출포트(204)를 갖는다. 고압 탱크(200)는 탱크 본체(210)와 탱크 본체(210)의 상단에 제공되는 상단 플랜지(220) 그리고 하단에 제공되는 하단 플랜지(230)를 포함한다.
상단 플랜지(220)는 탱크 내부의 기밀성 향상을 위해 제1플랜지(222)와 제2플랜지(224)로 이루어지는 2중 플랜지 구조로 이루어지며, 그 사이에는 패킹(226)이 제공된다. 주입포트(202)와 배출포트(204)는 제1플랜지(222)에 형성된다. 제1플랜지(222)에는 내부 압력을 측정하기 위한 압력 측정 포트(206)가 제공되며, 압력 측정 포트(206)에는 압력 측정기(207;도2 참조)가 연결될 수 있다.
하단 플랜지(230)는 상단 플랜지(220)와 동일하게 탱크 내부의 기밀성 향상을 위해 제3플랜지(232)와 제4플랜지(234)로 이루어지는 2중 플랜지 구조로 이루어진다. 제3플랜지(232)와 제4플랜지(234) 사이에는 패킹(236)이 제공된다. 하단 플랜지(230)의 제4플랜지(234)에는 제1관통공(235a)들과 제2관통공(235b)이 제공된다. 제1관통공(235a)들에는 고압 탱크 내부를 히팅하기 위한 히팅 부재(500)가 관통 설치되며, 제2관통공(235b)에는 고압 탱크 내부를 쿨링하기 위한 쿨링 부재(300)가 관통 설치될 수 있다.
한편, 탱크 본체(210)는 외측 케이싱(212)과 내측 케이싱(214)을 갖는 2중 구조로 이루어지며, 외측 케이싱(212)과 내측 케이싱(214) 사이에는 쿨링을 위한 냉매가 흐르는 쿨링 공간이 제공될 수 있다. 탱크 본체(210)는 쿨링 공간으로 냉매가 공급되는 냉매 공급포트(215)와 쿨링 공간에서 열교환된 냉매가 배출되는 냉매 배출포트(216)를 포함한다. 냉매는 냉매 공급부(30)로부터 제공받을 수 있다.
한편, 고압 탱크(200)는 내부 온도를 측정하는 온도 센서(미도시됨)들을 포함할 수 있다. 온도 센서들은 탱크 본체(210)의 일측에 관통설치된 센서 포트(218)들에 설치될 수 있다. 제어부(40;도 1에 표시됨)는 온도 센서들로부터 측정값을 제공받아 고압 탱크(200) 내부 온도가 수소 흡장 또는 수소 방출 온도를 유지하도록 히팅 부재(500) 또는 쿨링 부재(300)를 제어할 수 있다.
쿨링 부재(300)는 냉매 공급부(30)로부터 제공받은 냉매가 흐르는 유로를 갖는 2중관 형태의 냉매 파이프(310)를 포함한다. 쿨링 부재(300)는 고압 탱크의 내부 공간의 중앙에 길이방향으로 설치될 수 있다. 쿨링 부재(300)에는 냉매 공급부(30)로부터 냉매를 제공받아 고압 탱크(200) 내부를 쿨링한다.
차징 파이프(400)들은 쿨링 부재(300)를 중심으로 방사상으로 배치될 수 있다. 차징 파이프(400)에는 펠렛(pellt) 형태의 수소 저장 물질(90)이 적층되게 수납될 수 있다. 본 실시예에서는 차징 파이프(400)가 120도 간격으로 총 3개가 배치된 것으로 도시하고 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다.
차징 파이프(400)는 수소 저장 물질(90)로의 가스 유입이 원활하도록 다수의 슬롯(410)들이 길이방향으로 형성된다. 본 발명은 차징 파이프(400)에 적재된 수소 저장 물질들이 균일하게 가열되도록 차징 파이프(400)를 회전시키는 회전부재(490)를 포함할 수 있다. 회전 부재(490)는 하단 플랜지(230) 상에 설치될 수 있다. 이에 따라,
히팅 부재(500)는 내부에 발열체(히팅 코일)가 구비된 히터 파이프(510)를 포함한다. 히팅 파이프(510)들은 쿨링 부재(300)를 중심으로 방사상으로 배치되고 차징 파이프(400)들 사이에 배치되어 차징 파이프(400)들에 적층된 수소 저장 물질(90)들을 가열시킨다.
수소 저장 물질(90)은 차징 파이프(400) 내에 수용된 상태에서 고압 탱크(200)의 내부 온도 및 압력을 조절함으로써 수소를 저장 및 방출한다. 본 실시예에 따르면, 수소 저장 물질은 마그네슘에 그라파이터(ENG)가 포함된 수소저장합금일 수 있다. 마그네슘에 수소를 저장하기 위한 흡장 조건은 350℃, 10bar이고, 방출조건은 340℃, 9bar로 비교적 조절하기 용이한 영역대를 갖는다. 그러나, 본 발명에서 수소 저장 물질은 마그네슘에 한정되는 것은 아니며, 란타넘-니켈계(系)의 수소저장합금, 타이타늄-철합금, 란타넘-니켈합금, 마그네슘-니켈합금 등이 적용될 수 있다.
상술한 바와 같은 수소 흡방출 시스템에서의 소수 흡장은 다음과 같다.
우선, 고압 탱크(200) 내부를 퍼지한 후, 고압 탱크(200) 내부 온도 및 압력을 흡장 조건에 맞춘다. 고압 탱크(200)의 압력은 가스(수소 가스 또는 수소 가스가 포함된 혼합가스) 주입을 통해 조절하고, 온도는 히팅 부재(500)에 의해 조절한다. 고압 탱크9200) 내부의 온도 및 압력이 흡장 조건에 도달되면 수소 저장 물질(90)들이 수소를 흡장시켜 저장하게 된다. 이 과정에서 고압 탱크(200)의 내부 압력에 변동이 생길 수 있기 때문에 내부 압력 변동을 실시간으로 체크하여 압력 변동에 따라 추가적으로 가스를 고압 탱크(200) 내부로 주입하여 압력 조건을 일정하게 유지시킨다.
반대로, 상기와 같이 수소가 저장된 고압 탱크(200)는 사용처로 안전하게 보관 및 이동이 가능하며, 필요에 따라 수소를 방출하여 사용하게 된다. 수소 방출은 수소 흡장 과정처럼 고압 탱크(200) 내부의 압력과 온도를 방출 조건으로 세팅함으로써 수소를 방출시킨다. 수소 방출시 고압 탱크(200)에는 질소 가스와 같은 불활성 가스를 주입하여 압력을 조절할 수 있다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 수소 흡방출 시스템 100 : 수소 저장 장치
200 : 고압 탱크 300 : 쿨링 부재
400 : 차징 파이프 500 : 히팅 부재

Claims (8)

  1. 내부 공간을 갖고, 가스 주입을 위한 주입부와 가스 배출을 위한 배출부를 구비한 실린더 형태의 고압 탱크;
    상기 고압 탱크의 내부 공간 중앙에 설치되는 쿨링부재;
    상기 쿨링 부재를 중심으로 방사상으로 배치되고, 펠렛 형태의 수소 저장 물질들이 적층되는 차징 파이프들; 및
    상기 쿨링 부재를 중심으로 방사상으로 배치되고 상기 차징 파이프들 사이에 배치되어 상기 차징 파이프들에 적층된 상기 수소 저장 물질들을 가열시키는 히팅 부재를 포함하는 수소 흡방출 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고압 탱크의 내부 공간의 압력을 측정하는 압력 측정부; 및
    상기 압력 측정부의 측정값 변화에 따라 상기 고압 탱크의 내부로 주입되는 가스량을 제어하는 제어부를 포함하는 수소 흡방출 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차징 파이프는
    상기 수소 저장 물질로의 가스 유입이 원활하도록 다수의 슬롯들이 길이방향으로 형성된 수소 흡방출 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 차징 파이프를 회전시키는 회전부재를 더 포함하는 수소 흡방출 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 고압 탱크는
    외측 케이싱과 내측 케이싱을 갖는 2중 구조로 이루어지며, 상기 외측 케이싱과 상기 내측 케이싱 사이에는 쿨링을 위한 냉매가 흐르는 쿨링 공간이 제공되는 수소 흡방출 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 고압 탱크는
    상기 쿨링 공간으로 냉매가 공급되는 냉매 공급포트와 상기 쿨링 공간에서 열교환된 냉매가 배출되는 냉매 배출포트를 포함하는 수소 흡방출 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 고압 탱크 내부의 온도를 측정하는 온도 센서들을 더 포함하고,
    상기 제어부는 상기 온도 센서들로부터 측정값을 제공받아 상기 고압 탱크 내부 온도가 수소 흡장 또는 수소 방출 온도를 유지하도록 상기 히팅 부재 또는 쿨링 부재를 제어하는 수소 흡방출 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소 저장 물질은 마그네슘과 그라파이터를 포함하는 수소 흡방출 시스템.

KR1020180071979A 2018-06-22 2018-06-22 수소 흡장-방출 시스템 KR102078574B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180071979A KR102078574B1 (ko) 2018-06-22 2018-06-22 수소 흡장-방출 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180071979A KR102078574B1 (ko) 2018-06-22 2018-06-22 수소 흡장-방출 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20200000099A true KR20200000099A (ko) 2020-01-02
KR102078574B1 KR102078574B1 (ko) 2020-02-19

Family

ID=69155088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180071979A KR102078574B1 (ko) 2018-06-22 2018-06-22 수소 흡장-방출 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102078574B1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102421265B1 (ko) 2020-05-29 2022-07-15 보비씨엔이(주) 진공환원로
KR102619634B1 (ko) * 2021-11-22 2024-01-04 주식회사 에스에이씨 수소 흡장 시스템

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008151284A (ja) * 2006-12-19 2008-07-03 Honda Motor Co Ltd 水素ガス貯蔵用容器
US20110000798A1 (en) * 2008-03-03 2011-01-06 Fredy Ornath hydrogen storage tank
KR101042299B1 (ko) * 2007-12-13 2011-06-17 기아자동차주식회사 연료전지 자동차용 수소저장 시스템
KR20130007698A (ko) * 2011-07-07 2013-01-21 김봉이 원통형 허니콤 고압용기
KR20170062785A (ko) * 2015-11-30 2017-06-08 현대모비스 주식회사 고체 수소 저장 장치
JP6180894B2 (ja) * 2013-11-15 2017-08-16 Ｋｙｂ株式会社 水素貯蔵装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008151284A (ja) * 2006-12-19 2008-07-03 Honda Motor Co Ltd 水素ガス貯蔵用容器
KR101042299B1 (ko) * 2007-12-13 2011-06-17 기아자동차주식회사 연료전지 자동차용 수소저장 시스템
US20110000798A1 (en) * 2008-03-03 2011-01-06 Fredy Ornath hydrogen storage tank
KR20130007698A (ko) * 2011-07-07 2013-01-21 김봉이 원통형 허니콤 고압용기
JP6180894B2 (ja) * 2013-11-15 2017-08-16 Ｋｙｂ株式会社 水素貯蔵装置
KR20170062785A (ko) * 2015-11-30 2017-06-08 현대모비스 주식회사 고체 수소 저장 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR102078574B1 (ko) 2020-02-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102078574B1 (ko) 수소 흡장-방출 시스템
Visaria et al. Coiled-tube heat exchanger for High-Pressure Metal Hydride hydrogen storage systems–Part 1. Experimental study
Di Giorgio et al. Innovative battery thermal management system based on hydrogen storage in metal hydrides for fuel cell hybrid electric vehicles
Chippar et al. Numerical investigation of hydrogen absorption in a stackable metal hydride reactor utilizing compartmentalization
JP2015531465A (ja) 収着貯蔵器に気体を充填する方法
KR102430095B1 (ko) 고체 수소 저장 장치
US20180356040A1 (en) Hydrogen storage tank produced from a thermally insulating material forming cylindrical casings containing hydrides
JP2018119553A (ja) アンモニア貯蔵構造体及び関連システム
US7611566B2 (en) Direct gas recirculation heater for optimal desorption of gases in cryogenic gas storage containers
US20100261094A1 (en) Apparatus for containing metal-organic frameworks
Lesmana et al. Triply periodic minimal surface gyroid structure as effective metal hydride hydrogen storage reactor: Experimental study
US20140097098A1 (en) Method of Charging a Sorption Store with a Gas
US9322510B2 (en) Method of charging a sorption store with a gas
US11506343B2 (en) System for storing solid state hydrogen
KR102562801B1 (ko) 수소 방출 시스템
KR101907344B1 (ko) 기둥형상의 수소저장금속을 이용한 수소 저장 장치
JP2009144837A (ja) 金属有機フレーム材料に適用される水素貯蔵缶装置
Bayon et al. Investigation of lithium sulphate for high temperature thermal energy storage
US20140097099A1 (en) Sorption Store for Storing Gaseous Substances
JP2007218317A (ja) 低温液体・気体水素貯蔵タンク
WO2005117559A2 (en) Containers for hydrogen storage materials
KR102619634B1 (ko) 수소 흡장 시스템
US20140162152A1 (en) Control system for a sealed coolant flow field fuel cell power plant having a water reservoir
Suarez et al. Dynamic and Static characterization of the absorption process in metal hydride tanks for Mobile Applications
KR101972321B1 (ko) 연료개질기

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant