KR20200114383A - Gas supply system for fuel cell - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a fuel supply system for a fuel cell. The fuel supply system includes a fuel storage tank in which fuel is stored; a heating unit provided on one side of the fuel storage tank; a pressure regulator provided on a supply line connected from the fuel storage tank to a fuel cell to control the pressure of the fuel supplied to the fuel cell; a pressure sensor for sensing the pressure inside the fuel storage tank; and a heating control unit for controlling driving of the heating unit based on pressure information provided by the pressure sensor, wherein a pressure in the fuel storage tank is maintained in a predetermined range by the heating unit.

Description

연료전지 연료공급 시스템{Gas supply system for fuel cell}Fuel cell fuel supply system {Gas supply system for fuel cell}

본 발명은 연료전지의 연료공급 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a fuel supply system for a fuel cell.

화석 연료의 과다한 사용으로 인한 대기오염과 지구 온난화의 문제를 해결하기 위한 방안으로 최근 국내외에서는 탄화수소계가 아닌 연료를 사용하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이와 같은 문제 해결을 위해 제안된 여러 가지 방법 중에서 가장 효율적이며 대표적인 방법이 바로 수소 에너지의 사용이다.As a way to solve the problems of air pollution and global warming caused by excessive use of fossil fuels, research to use non-hydrocarbon fuels has been actively conducted both at home and abroad. Among the various methods proposed to solve such a problem, the most efficient and representative method is the use of hydrogen energy.

수소 에너지는 탄화수소계 에너지와 달리, 연소시 이산화탄소의 배출 없이 오로지 물만 발생시키고 물로부터 다시 수소를 얻을 수 있으므로 재생 가능한 에너지원으로 분류할 수 있다.Unlike hydrocarbon-based energy, hydrogen energy can be classified as a renewable energy source because only water is generated without emission of carbon dioxide during combustion and hydrogen can be obtained again from water.

수소를 에너지원으로 사용하기 위해서는 이송의 간편성과 저장의 용이성이 보장되어야 하는 데, 이를 위해서는 고밀도화를 통해 수소의 부피를 축소시키는 것이 필요하다. 공지된 수소의 부피를 축소시켜 저장하는 방법 중 에너지 저장 밀도가 가장 큰 것은 수소를 액화시켜 액체수소 형태로 저장하는 방법이다. 최근에는 극저온 냉동기를 이용한 소형 수소 액화 장치에 관한 연구가 수행되고 있는바, 극저온 냉동기의 효율 증대로 기체 수소를 수소 액화 온도인 20K 이하로 보다 용이하게 냉각하는 것이 가능하게 되었다.In order to use hydrogen as an energy source, simplicity of transport and ease of storage must be ensured. For this, it is necessary to reduce the volume of hydrogen through densification. Among known methods of storing hydrogen by reducing the volume, the largest energy storage density is a method of liquefying hydrogen and storing it in the form of liquid hydrogen. Recently, research on a small hydrogen liquefaction apparatus using a cryogenic refrigerator has been conducted. As the efficiency of the cryogenic refrigerator increases, gaseous hydrogen can be more easily cooled to a hydrogen liquefaction temperature of 20K or less.

한편, 연료전지는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시킨다. 연료를 소모시키며 전력을 생산하기 때문에 일회용 전지나 충전식 전지와 달리 연료만 공급되면 계속해서 사용할 수 있고, 연료를 연소시키는 것이 아니어서 반응 후 열과 물만 배출하기 때문에 환경 친화적이어서 차세대 동력원으로 각광받고 있다.Meanwhile, the fuel cell generates electric energy by electrochemically reacting fuel and an oxidizing agent. Unlike disposable batteries or rechargeable batteries, it consumes fuel and generates electricity, so it can be used continuously as long as only fuel is supplied, and because it is not burning fuel, it only discharges heat and water after reaction, so it is in the spotlight as a next-generation power source.

도 1은 종래의 기술에 따른 연료전지 연료공급 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 1 is a diagram schematically showing a fuel cell fuel supply system according to the prior art.

도시된 바와 같이, 연료전지(20)는 수소 공급라인(30)을 통하여 수소 저장탱크(10)와 연결되고, 수소 저장탱크(10)로부터 기체 상태의 수소(GH2)를 공급받아 전기에너지를 발생시킨다. 수소 저장탱크(10)는 극저온에서 액화된 수소(LH2)를 저장하고 있으며, 액화 수소(LH2)가 기화되면서 수소 기체(GH2)는 저장탱크 내부의 압력에 의하여 공급라인(30)을 따라 연료전지(20)로 공급된다. 연료전지(20)에 연료를 공급하기 위해서는 수소 기체(GH2)가 일정한 압력을 유지하여야 하는데, 이를 위하여 수소 공급라인(30)에는 연료전지(20)에 공급되는 수소 기체(GH2)의 압력을 조절하기 위한 레귤레이터(40, Regulator)가 구비된다. 레귤레이터(40)는 수소 기체(GH2)의 압력이 약 1.3 내지 1.7 bar 범위가 되도록 조절하여 연료전지로 공급한다.As shown, the fuel cell 20 is connected to the hydrogen storage tank 10 through the hydrogen supply line 30, and generates electric energy by receiving gaseous hydrogen (GH2) from the hydrogen storage tank 10. Let it. The hydrogen storage tank 10 stores liquefied hydrogen (LH2) at cryogenic temperatures, and as the liquefied hydrogen (LH2) is evaporated, the hydrogen gas (GH2) is transferred to the fuel cell along the supply line 30 by the pressure inside the storage tank. It is supplied as (20). In order to supply fuel to the fuel cell 20, the hydrogen gas (GH2) must maintain a constant pressure. To this end, the hydrogen supply line 30 controls the pressure of the hydrogen gas (GH2) supplied to the fuel cell 20. A regulator 40 for doing so is provided. The regulator 40 adjusts the pressure of the hydrogen gas GH2 to be in the range of about 1.3 to 1.7 bar and supplies it to the fuel cell.

한편, 수소 저장탱크에는 극저온 상태로 액화된 수소가 저장되므로, 수소가 기화되는 현상을 방지하기 위하여 저장탱크의 내부용기와 외부용기의 사이를 고진공 상태로 유지하여 외부로부터 유입되는 열을 최소화 한다. 이에 따라 저장탱크의 높은 단열 성능으로 인하여 액화된 수소가 쉽게 기화되지 못하는 경우가 발생한다. 따라서 종래의 연료전지 연료 공급시스템은 수소 저장탱크에 연료가 가득 채워져 있음에도 불구하고 기화되는 수소의 부족으로 연료전지에 충분한 수소 기체가 공급되지 않을 수도 있다.Meanwhile, since liquefied hydrogen is stored in the hydrogen storage tank in a cryogenic state, heat introduced from the outside is minimized by maintaining a high vacuum state between the inner container and the outer container of the storage tank in order to prevent hydrogen from evaporating. Accordingly, there is a case in which liquefied hydrogen cannot be easily vaporized due to the high thermal insulation performance of the storage tank. Accordingly, in the conventional fuel cell fuel supply system, even though the hydrogen storage tank is filled with fuel, sufficient hydrogen gas may not be supplied to the fuel cell due to insufficient hydrogen to be vaporized.

또한, 종래의 연료전지 연료 공급시스템은 저장탱크 내부에 충분한 양의 액화 수소가 저장된 경우라 하더라도, 외부 환경의 변화에 따라 액화 수소가 충분히 기화되지 않아 연료전지가 필요로 하는 단위 시간당 공급 연료를 안정적으로 공급하지 못하는 경우가 자주 발생되고 있다.In addition, even when a sufficient amount of liquefied hydrogen is stored inside the storage tank, the conventional fuel cell fuel supply system does not sufficiently vaporize liquefied hydrogen according to changes in the external environment, thus stably supplying fuel per unit time required by the fuel cell. There are many cases in which it cannot be supplied.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 연료 저장탱크 내부의 압력을 조절하여 외부 환경과 무관하게 충분한 연료가 안정적으로 공급될 수 있도록 하는 연료전지 연료공급 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been proposed to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a fuel cell fuel supply system in which sufficient fuel can be stably supplied irrespective of the external environment by controlling the pressure inside the fuel storage tank. do.

본 발명의 다른 목적은 연료 저장탱크 내부에서 발생되는 BOG(Boil-Off Gas)의 양을 조절하여 탱크 내부에 충전된 연료의 양과 무관하게 보유 연료의 사용을 극대화하며 연료 공급의 안정성을 확보할 수 있는 연료전지 연료공급 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to control the amount of BOG (Boil-Off Gas) generated inside the fuel storage tank to maximize the use of fuel retained regardless of the amount of fuel charged in the tank, and to secure the stability of fuel supply. It is to provide a fuel cell fuel supply system.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 연료전지 연료공급 시스템은, 연료가 저장되는 연료 저장탱크, 상기 연료 저장탱크의 일측에 구비되는 히팅부, 상기 연료 저장탱크로부터 연료전지로 연결되는 공급선로 상에 구비되어 상기 연료전지로 공급되는 연료의 압력을 조절하는 압력 조절기, 상기 연료 저장탱크 내부의 압력을 감지하는 압력 감지기, 및, 상기 압력 감지기에서 제공되는 압력 정보를 기초로 상기 히팅부의 구동을 제어하는 히팅 제어부;를 포함하여, 상기 히팅부에 의하여 상기 연료 저장탱크 내부가 일정 범위의 압력을 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.The fuel cell fuel supply system of the present invention for achieving the above object includes a fuel storage tank in which fuel is stored, a heating unit provided at one side of the fuel storage tank, and a supply line connected to the fuel cell from the fuel storage tank. A pressure regulator provided on the top and controlling the pressure of the fuel supplied to the fuel cell, a pressure sensor sensing the pressure inside the fuel storage tank, and driving the heating unit based on pressure information provided from the pressure sensor. Including a heating control unit for controlling; characterized in that the fuel storage tank is configured to maintain a pressure within a predetermined range by the heating unit.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 연료 저장탱크는 액화 수소를 저장하는 수소 저장탱크로 구성되고, 상기 히팅 제어부는 상기 히팅부를 구동하여 상기 액화 수소를 강제 기화시켜 상기 수소 저장탱크 내부의 압력을 유지하는 것을 특징으로 한다In addition, in the present invention, the fuel storage tank is composed of a hydrogen storage tank that stores liquefied hydrogen, and the heating control unit drives the heating unit to forcibly vaporize the liquefied hydrogen to maintain the pressure inside the hydrogen storage tank. It is characterized by

또한, 본 발명에 있어서, 상기 압력 감지기에서 감지되는 압력 정보와, 상기 히팅 제어부의 동작 정보를 디스플레이를 통하여 사용자에게 제공하는 모니터링부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, it is characterized in that it further comprises a monitoring unit that provides the user with pressure information sensed by the pressure sensor and operation information of the heating control unit through a display.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 히팅 제어부는, 상기 연료전지로부터 전원을 공급받아 상기 히팅부를 구동하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, the heating control unit is configured to receive power from the fuel cell and drive the heating unit.

또한, 본 발명에 있어서, 상기 수소 저장탱크는, 외부 용기와 내부 용기 사이에 진공 단열 공간에 가스 흡착재가 배치되고, 상기 히팅부는 상기 수소 저장탱크의 재사용시 상기 가스 흡착재에 열을 가하여 상기 가스 흡착재에 흡착된 가스를 배출시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.In addition, in the present invention, in the hydrogen storage tank, a gas adsorbent is disposed in a vacuum insulating space between the outer container and the inner container, and the heating unit applies heat to the gas adsorbent when the hydrogen storage tank is reused. It characterized in that it is configured to discharge the gas adsorbed on.

상기와 같은 구성의 본 발명은 연료 저장탱크 내부의 압력이 일정 범위를 유지하도록 조절되어 외부 환경과 무관하게 연료가 안정적으로 공급된다.In the present invention having the configuration as described above, the pressure inside the fuel storage tank is adjusted to maintain a certain range, so that fuel is stably supplied regardless of the external environment.

또한, 본 발명은 연료 저장탱크 내부의 연료를 강제로 기화시켜 탱크 내부에 충전된 연료의 양과 무관하게 연료가 완전히 소진될 수 있다.In addition, according to the present invention, the fuel inside the fuel storage tank is forcibly vaporized so that the fuel can be completely exhausted regardless of the amount of fuel charged in the tank.

도 1은 종래의 기술에 따른 연료전지 연료공급 시스템을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 연료공급 시스템을 개략적으로 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수소 저장탱크의 주요부를 나타낸 확대도.1 is a view schematically showing a fuel cell fuel supply system according to the prior art;
2 is a schematic view showing a fuel cell fuel supply system according to an embodiment of the present invention;
3 is an enlarged view showing a main part of a hydrogen storage tank according to an embodiment of the present invention.

본 발명과 본 발명의 실시에 의해 달성되는 기술적 과제는 다음에서 설명하는 바람직한 실시예들에 의해 명확해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 살펴보기로 한다.The present invention and the technical problem achieved by the implementation of the present invention will be clarified by the preferred embodiments described below. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

후술되는, 본 실시예의 차이는 상호 배타적이지 않은 사항으로 이해되어야 한다. 즉 본 발명의 기술 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서, 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은, 일 실시예에 관련하여 다른 실시예로 구현될 수 있으며, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 변경될 수 있음이 이해되어야 하며, 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭하며, 길이, 면적 및 두께 등과 그 형태는 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다.It should be understood that the differences between the present embodiments described below are not mutually exclusive. That is, without departing from the spirit and scope of the present invention, specific shapes, structures, and characteristics described may be implemented in other embodiments in relation to one embodiment, and the location of individual components within each disclosed embodiment. Alternatively, it should be understood that the arrangement may be changed, and similar reference numerals in the drawings refer to the same or similar functions over various aspects, and the length, area, thickness, and the like may be exaggerated for convenience.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연료전지 연료공급 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다. 본 발명에 있어서, 연료는 전기에너지로 변환가능한 다양한 종류의 연료일 수 있으며, 이하에서는 수소 연료를 대상으로 하는 연료공급 시스템을 실시예로 하여 설명하기로 한다.2 is a schematic view showing a fuel cell fuel supply system according to an embodiment of the present invention. In the present invention, the fuel may be various types of fuel that can be converted into electric energy. Hereinafter, a fuel supply system targeting hydrogen fuel will be described as an embodiment.

도시된 바와 같이, 본 발명의 연료전지 연료공급 시스템은 수소가 저장되는 수소 저장탱크(100), 수소 저장탱크(100)로부터 수소 기체(GH2)를 공급받아 전기에너지를 생산하는 연료전지(200), 수소 저장탱크(100)의 일측에 구비되는 히팅부(300), 수소 저장탱크(100)와 연료전지(200)의 공급선로(L) 상에 배치되어 연료전지(200)에 공급되는 수소 기체(GH2)의 압력을 조절하는 압력 조절기(400), 압력 조절기(400) 전단의 공급선로(L)에 나타나는 압력을 감지하는 압력 감지기(500), 히팅부(300)의 구동을 제어하는 히팅 제어부(600) 및 압력 감지기(500)와 히팅 제어부(600)를 모니터링하여 표시하는 모니터링부(700)를 포함한다. As shown, the fuel cell fuel supply system of the present invention includes a hydrogen storage tank 100 in which hydrogen is stored, and a fuel cell 200 that generates electric energy by receiving hydrogen gas (GH2) from the hydrogen storage tank 100. , The heating unit 300 provided on one side of the hydrogen storage tank 100, hydrogen gas disposed on the supply line L of the hydrogen storage tank 100 and the fuel cell 200 to be supplied to the fuel cell 200 A pressure regulator 400 that controls the pressure of (GH2), a pressure sensor 500 that detects the pressure appearing on the supply line L in front of the pressure regulator 400, and a heating control unit that controls the driving of the heating unit 300 It includes a monitoring unit 700 to monitor and display 600 and the pressure sensor 500 and the heating control unit 600.

구체적으로 살펴보면, 수소 저장탱크(100)는 극저온으로 액화된 수소를 저장하는 탱크로서, 내부 용기와 외부 용기 사이에는 외부로부터의 열 유입을 최소로 하기 위하여 고진공 단열 공간과 효율적인 단열을 위하여 다층 단열필름(Multi-layer Insulation)을 이용하고, 높은 압력을 견딜 수 있는 동시에 외부의 충격에 의해서 파괴되지 않는 충분한 강성과 내구성을 갖는 금속, 금속의 합금 또는 비금속 소재로 이루어진다. 본 실시예의 수소 저장탱크(100)는 극저온 상태에서 액화된 액화 수소를 저장하는 구성을 예시하였으나, 고압력으로 압축된 기체 수소를 저장할 수도 있다. Specifically, the hydrogen storage tank 100 is a tank for storing liquefied hydrogen at cryogenic temperatures, and between the inner container and the outer container, a multi-layer insulating film for high vacuum heat insulation space and efficient heat insulation in order to minimize heat inflow from the outside. (Multi-layer Insulation) is used, and it is made of metal, metal alloy, or non-metal material that can withstand high pressure and has sufficient rigidity and durability that is not destroyed by external impact. The hydrogen storage tank 100 according to the present embodiment illustrates a configuration for storing liquefied liquefied hydrogen in a cryogenic state, but may store gaseous hydrogen compressed at a high pressure.

연료전지(200)는 기체 수소를 이용하여 전기에너지를 발생시키는 구성이다. 본 실시예의 연료전지는 수소와 산화제의 전기 화학적인 반응으로 전기 에너지를 생산하는 연료 전지 스택으로, 공지의 기술로 구성될 수 있다.The fuel cell 200 is a component that generates electric energy using gaseous hydrogen. The fuel cell of the present embodiment is a fuel cell stack that generates electrical energy through an electrochemical reaction of hydrogen and an oxidizing agent, and may be configured with a known technique.

히팅부(300)는 수소 저장탱크(100)에 소정의 열을 가하여 액화 수소를 강제로 기화시켜 수소 기체(GH2)를 생성하는 구성이다. 히팅부(300)는 수소 저장탱크(100) 내부 또는 외부의 하측 또는 측면 하부에서 수소 저장탱크(100)에 일체로 결합될 수 있으며, 본 실시예에서는 내부 용기(도 3의 120)와 외부 용기(도 3의 110) 사이의 진공 단열 공간(도 3의 140)에서 내부 용기 하면에 설치되는 것이 바람직하다. The heating unit 300 is configured to generate hydrogen gas GH2 by forcibly vaporizing liquefied hydrogen by applying predetermined heat to the hydrogen storage tank 100. The heating unit 300 may be integrally coupled to the hydrogen storage tank 100 in the lower side or the lower side of the hydrogen storage tank 100, and in this embodiment, the inner container (120 in FIG. 3) and the outer container It is preferable that it is installed on the lower surface of the inner container in the vacuum insulating space (140 in FIG. 3) between (110 in FIG. 3).

또한, 히팅부(300)는 수소 저장탱크(100) 하면을 따라 히터에서 발생되는 열이 탱크 전면에 효율적으로 전달될 수 있도록 하는 열전달용 메탈 박막과 히팅 박막이 일체형으로 구성될 수 있다. 열전달용 메탈 박막과 히터 박막은 열 전도도가 높은 저온용의 그리스(grease)를 사용하여 부착할 수 있으며 저온용의 에폭시로 도포하여 일체화시켜 열전달 효율을 높일 수 있다.In addition, the heating unit 300 may be integrally configured with a metal thin film for heat transfer and a heating thin film along the lower surface of the hydrogen storage tank 100 so that heat generated from the heater can be efficiently transferred to the front of the tank. The heat transfer metal thin film and the heater thin film can be attached using low-temperature grease with high thermal conductivity, and integrated by coating with low-temperature epoxy to increase heat transfer efficiency.

수소 저장탱크(100) 내부에 저장된 연료는 대부분 액화 수소(LH2) 상태로 저장되고, 수소 저장탱크(100)는 내부에 존재하는 수소 기체(GH2)의 양에 따라 내부 압력이 조절될 수 있다. 따라서 히팅부(300)는 수소 저장탱크에 열을 가하여 액화 수소(LH2)를 강제로 기화(BOG : Boiled off Gas)시켜 수소 기체(GH2)의 양을 증가시킨다. 히팅부(300)에 의하여 강제로 발생되는 수소 기체(GH2)는 수소 저장탱크(100) 내부에서 높은 압력으로 분포하게 되어, 공급선로(L)를 따라 쉽게 연료전지(200)로 이동될 수 있다.Most of the fuel stored in the hydrogen storage tank 100 is stored in a state of liquefied hydrogen (LH2), and the internal pressure of the hydrogen storage tank 100 may be adjusted according to the amount of hydrogen gas (GH2) present therein. Therefore, the heating unit 300 applies heat to the hydrogen storage tank to forcibly evaporate liquefied hydrogen (LH2) (BOG) to increase the amount of hydrogen gas (GH2). Hydrogen gas (GH2) forcibly generated by the heating unit (300) is distributed at high pressure inside the hydrogen storage tank (100), and can be easily moved to the fuel cell (200) along the supply line (L). .

압력 조절기(400)는 수소 저장탱크(100)로부터 연료전지(200)로 공급되는 수소 기체(GH2)가 일정한 압력으로 공급되도록 조절한다. 압력 조절기(400)는 레귤레이터(regulator)로 구성될 수 있으며, 본 실시예의 압력 조절기(400)는 공급선로(L)를 흐르는 수소 기체(GH2)가 약 1.3 내지 1.7 bar의 압력으로 연료전지(200)로 공급되도록 조절한다.The pressure regulator 400 controls the hydrogen gas GH2 supplied from the hydrogen storage tank 100 to the fuel cell 200 to be supplied at a constant pressure. The pressure regulator 400 may be configured as a regulator, and in the pressure regulator 400 of the present embodiment, the hydrogen gas GH2 flowing through the supply line L is applied to the fuel cell 200 at a pressure of about 1.3 to 1.7 bar. ) To be supplied.

압력 감지기(500)는 압력 조절기(400) 전단계의 특정 위치에서 압력을 감지하여 감지된 압력 정보를 히팅 제어부(600)로 제공한다. 압력 감지기(500)는 특정 위치의 공급선로(L) 내부 또는 수소 저장탱크(100) 내부의 압력을 감지한다. 압력 감지기(500)에서 감지되는 정보는 히팅 제어부(600)로 제공되어, 히팅부(300)를 구동시키는 정보로 활용된다. 또한, 압력 감지기(500)에서 감지되는 정보는 모니터링부(700)에 제공되어, 사용자가 연료 공급상태를 확인할 수 있도록 한다.The pressure sensor 500 senses the pressure at a specific position before the pressure regulator 400 and provides the detected pressure information to the heating control unit 600. The pressure sensor 500 senses the pressure inside the supply line L or inside the hydrogen storage tank 100 at a specific location. Information sensed by the pressure sensor 500 is provided to the heating control unit 600 and is used as information to drive the heating unit 300. In addition, information sensed by the pressure sensor 500 is provided to the monitoring unit 700 so that the user can check the fuel supply state.

히팅 제어부(600)는 수소 저장탱크(100) 내부가 일정 압력을 유지하도록 히팅부(300)의 구동을 제어한다. 히팅 제어부(600)는 압력 감지기(500)에서 제공되는 수소 저장탱크(100) 내부의 압력 정보에 따라 히팅부(300)를 제어하며, 본 실시예에서는 수소 저장탱크(100) 내부가 약 2 내지 3 bar의 압력을 유지하도록 히팅부(300)의 구동을 제어한다. 즉, 히팅 제어부(600)는 수소 저장탱크(100) 내부의 압력이 2 bar 미만일 때는 히팅부(300)를 구동시켜 액체 수소(LH2)를 강제 기화시켜 기체 수소(GH2)의 양을 늘리고, 수소 저장탱크(100) 내부의 압력이 3 bar를 초과할 때는 히팅부(300)를 오프시켜 기체 수소(GH2)가 더이상 늘어나지 않도록 한다. 따라서 히팅 제어부(600)는 히팅부(300)의 구동을 제어함으로써, 수소 저장탱크(100) 내부에 수소 기체(GH2)의 양을 제어하여 일정 범위의 압력이 유지되도록 한다. The heating control unit 600 controls the driving of the heating unit 300 to maintain a constant pressure inside the hydrogen storage tank 100. The heating control unit 600 controls the heating unit 300 according to the pressure information inside the hydrogen storage tank 100 provided from the pressure sensor 500, and in this embodiment, the inside of the hydrogen storage tank 100 is about 2 to The driving of the heating unit 300 is controlled to maintain a pressure of 3 bar. That is, when the pressure inside the hydrogen storage tank 100 is less than 2 bar, the heating control unit 600 drives the heating unit 300 to forcibly evaporate liquid hydrogen (LH2) to increase the amount of gaseous hydrogen (GH2), When the pressure inside the storage tank 100 exceeds 3 bar, the heating unit 300 is turned off so that gaseous hydrogen GH2 does not increase any more. Accordingly, the heating control unit 600 controls the driving of the heating unit 300 to control the amount of hydrogen gas GH2 in the hydrogen storage tank 100 to maintain a pressure within a certain range.

히팅 제어부(600)는 연료전지(200)에서 생성되는 전기에너지를 공급받아 히팅부(300)를 구동하도록 구성된다. 따라서 히팅 제어부(600)는 시스템 내부의 전원을 이용함으로써, 연료공급 시스템을 단순하게 구현할 수 있다.The heating control unit 600 is configured to drive the heating unit 300 by receiving electric energy generated by the fuel cell 200. Therefore, the heating control unit 600 can simply implement the fuel supply system by using the power inside the system.

모니터링부(700)는 연료 공급상태를 모니터링하여 사용자에게 알리는 구성으로, 디스플레이 유닛을 포함할 수 있다. 모니터링부(700)는 압력 감지기(500)에서 감지되는 압력 정보와, 히팅 제어부(600)의 히팅부 구동 정보를 모니터링하여 디스플레이 유닛에 제공한다. 따라서 사용자는 디스플레이 유닛을 통하여 연료전지의 구동 상태나 수소 저장탱크 내부의 수소량 등을 확인할 수 있다.The monitoring unit 700 monitors the fuel supply state and notifies the user, and may include a display unit. The monitoring unit 700 monitors the pressure information sensed by the pressure sensor 500 and the heating unit driving information of the heating control unit 600 and provides them to the display unit. Accordingly, the user can check the driving state of the fuel cell or the amount of hydrogen in the hydrogen storage tank through the display unit.

이때, 디스플레이 유닛을 연료전지 연료공급 시스템 내부에 구현될 수 있으며, 연료공급 시스템 외부의 별도 위치에 구현될 수도 있다. 디스플레이 유닛이 연료공급 시스템 외부에 구현되는 경우 사용자가 소지하는 스마트 폰에 구현될 수 있으며, 모니터링부(700)는 해당 정보를 디스플레이 유닛에 전송하는 통신수단을 더 구비할 수 있다.In this case, the display unit may be implemented inside the fuel cell fuel supply system, or may be implemented at a separate location outside the fuel supply system. When the display unit is implemented outside the fuel supply system, it may be implemented in a smart phone possessed by the user, and the monitoring unit 700 may further include a communication means for transmitting the corresponding information to the display unit.

본 실시예에서는 수소 연료를 대상으로 하였으나 이에 한정되지 않고 연료전지에 공급되어 전기에너지를 생성할 수 있는 다양한 종류의 연료일 수 있고, 또한, 수소 저장탱크에 저장되는 수소는 극저온에서 냉각된 액화수소를 예시하였으나 이에 한정되지 않고 고압으로 압축된 기체 수소일 수도 있다.In this embodiment, hydrogen fuel is targeted, but the present invention is not limited thereto, and may be various types of fuels that can be supplied to a fuel cell to generate electrical energy. In addition, hydrogen stored in the hydrogen storage tank is liquefied hydrogen cooled at cryogenic temperatures. Although illustrated, it is not limited thereto, and may be gaseous hydrogen compressed at high pressure.

상기와 같은 구성의 연료전지 연료공급 시스템은, 수소 저장탱크 내부의 수소 기체의 양 및 압력을 조절함으로써, 연료가 안정적으로 공급될 수 있으며, 연료를 완전히 소모하여 연료의 낭비가 방지된다.In the fuel cell fuel supply system having the above configuration, fuel can be stably supplied by adjusting the amount and pressure of hydrogen gas in the hydrogen storage tank, and waste of fuel is prevented by completely consuming the fuel.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수소 저장탱크의 주요부를 나타낸 확대도로서, 도 2의 A 부분을 도시하였다.3 is an enlarged view showing a main part of a hydrogen storage tank according to an embodiment of the present invention, showing part A of FIG. 2.

본 실시예의 수소 저장탱크(100)는 상온의 외부 용기(110)와 저온의 내부 용기(120)가 일정한 공간을 두고 배치되는 이중 구조를 이루고, 그 사이의 공간(140)은 기체를 제거하여 고진공과 다층 단열필름을 설치하여 외부로부터 전달되는 열유입을 차단하고, 탱크 내부가 극저온 상태를 유지하도록 한다. 다층 단열필름은 내부용기의 외부에 결합될 수 있으며, 이에 한정되지 않고 외부용기의 내부 등 다양한 곳에 결합될 수 있다.The hydrogen storage tank 100 of the present embodiment has a dual structure in which the outer container 110 at room temperature and the inner container 120 at low temperature are arranged with a certain space, and the space 140 between them removes gas and provides high vacuum. A multi-layered insulation film is installed to block heat inflow from the outside and keep the inside of the tank at cryogenic temperature. The multilayer insulating film may be bonded to the outside of the inner container, but is not limited thereto and may be bonded to various places such as the inside of the outer container.

또한, 수소 저장탱크(100)는 진공 단열 공간(140)에 고성능의 가스 흡착재(130)를 배치한다. 가스 흡착재(130)로는 MOF(Metal-Organic Framework), 제올라이트, 활성탄소 등과 같은 다공성의 나노세공 물질이 이용될 수 있다. 수소 저장탱크(100)의 진공 단열 공간(140)은 장시간 사용시 내외부 용기(110,120)의 단열층으로부터 불순물이 가스가 발생되고, 외부로부터 극미량의 기체가 유입된다. 이 경우 진공 단열 공간(140)은 진공도가 서서히 낮아지고, 수소 저장탱크(100)는 단열 기능이 저하된다. 따라서 가습 흡착재(130)는 진공 단열 공간(140) 내부에서 발생되는 가스나 외부에서 유입되는 극미량의 기체를 효과적으로 흡착 및 고정하여 진공 단열 공간(140)이 장시간 고진공도를 유지하도록 한다.In addition, the hydrogen storage tank 100 arranges a high-performance gas adsorbent 130 in the vacuum insulating space 140. As the gas adsorbent 130, a porous nanoporous material such as a metal-organic framework (MOF), zeolite, or activated carbon may be used. In the vacuum insulating space 140 of the hydrogen storage tank 100, when used for a long time, impurity gas is generated from the insulating layer of the inner and outer containers 110 and 120, and a very small amount of gas is introduced from the outside. In this case, the vacuum degree of the vacuum insulation space 140 gradually decreases, and the hydrogen storage tank 100 deteriorates the insulation function. Therefore, the humidification adsorbent 130 effectively adsorbs and fixes gas generated inside the vacuum insulation space 140 or a very small amount of gas introduced from the outside so that the vacuum insulation space 140 maintains a high vacuum degree for a long time.

한편, 본 실시예의 히팅부(300)는 가스 흡착재(130)에 흡착 및 고정된 가스를 제거하여 가스 흡착재(130)가 재사용될 수 있도록 한다. 즉, 수소 저장탱크(100) 내부에 수소를 다시 채우는 경우 진공 단열 공간(140)의 기체도 다시 제거하여야 하고, 그 전에 히팅부(300)는 가스 흡착재(130)에 열을 가하여 흡착 및 고정된 가스를 제거한다. 따라서 히팅부(300)는 진공 단열 공간(140) 내부에 배치된 가스 흡착재(130)를 교체하지 않고 고성능의 가스흡착 기능을 가지면서 재사용할 수 있도록 한다. On the other hand, the heating unit 300 of the present embodiment removes the gas adsorbed and fixed on the gas absorbent material 130 so that the gas absorbent material 130 can be reused. That is, when hydrogen is refilled into the hydrogen storage tank 100, the gas in the vacuum insulation space 140 must be removed again, and before that, the heating unit 300 applies heat to the gas adsorbent 130 to be adsorbed and fixed. Remove gas. Therefore, the heating unit 300 can be reused while having a high-performance gas adsorption function without replacing the gas adsorption material 130 disposed inside the vacuum insulation space 140.

이상 설명한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예가 도시되어 설명되었지만, 다양한 변형과 다른 실시예가 본 분야의 숙련된 기술자들에 의해 행해질 수 있을 것이다. 이러한 변형과 다른 실시예들은 첨부된 청구범위에 모두 고려되고 포함되어 본 발명의 진정한 취지 및 범위를 벗어나지 않는다 할 것이다.Although the exemplary embodiments of the present invention have been shown and described as described above, various modifications and other embodiments may be made by those skilled in the art. These modifications and other embodiments are all considered and included in the appended claims and will not depart from the true spirit and scope of the present invention.

100 : 수소 저장탱크
110 : 외부 용기 120 : 내부 용기
130 : 가스 흡착재 140 : 진공 단열 공간
200 : 연료전지
300 : 히팅부
400 : 압력 조절기
500 : 압력 감지기
600 : 히팅 제어부
700 : 모니터링부100: hydrogen storage tank
110: outer container 120: inner container
130: gas adsorbent 140: vacuum insulation space
200: fuel cell
300: heating part
400: pressure regulator
500: pressure sensor
600: heating control unit
700: monitoring unit

Claims (7)

연료가 저장되는 연료 저장탱크;
상기 연료 저장탱크의 일측에 구비되는 히팅부;
상기 연료 저장탱크로부터 연료전지로 연결되는 공급선로 상에 구비되어 상기 연료전지로 공급되는 연료의 압력을 조절하는 압력 조절기;
상기 연료 저장탱크 내부의 압력을 감지하는 압력 감지기; 및
상기 압력 감지기에서 제공되는 압력 정보를 기초로 상기 히팅부의 구동을 제어하는 히팅 제어부;를 포함하여,
상기 히팅부에 의하여 상기 연료 저장탱크 내부가 일정 범위의 압력을 유지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 연료공급 시스템.A fuel storage tank in which fuel is stored;
A heating unit provided on one side of the fuel storage tank;
A pressure regulator provided on a supply line connected from the fuel storage tank to the fuel cell to control the pressure of the fuel supplied to the fuel cell;
A pressure sensor for sensing the pressure inside the fuel storage tank; And
Including; a heating control unit for controlling the driving of the heating unit based on the pressure information provided by the pressure sensor,
The fuel cell fuel supply system, wherein the heating unit is configured to maintain a pressure in a predetermined range in the fuel storage tank. 제 1 항에 있어서,
상기 연료 저장탱크는 액화 수소를 저장하는 수소 저장탱크로 구성되고,
상기 히팅 제어부는 상기 히팅부를 구동하여 상기 액화 수소를 강제 기화시켜 상기 수소 저장탱크 내부의 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는 연료전지 연료공급 시스템. The method of claim 1,
The fuel storage tank is composed of a hydrogen storage tank for storing liquefied hydrogen,
The heating control unit drives the heating unit to forcibly evaporate the liquefied hydrogen to maintain the pressure inside the hydrogen storage tank. 제 2 항에 있어서,
상기 압력 감지기에서 감지되는 압력 정보와, 상기 히팅 제어부의 동작 정보를 디스플레이를 통하여 사용자에게 제공하는 모니터링부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 연료공급 시스템. The method of claim 2,
And a monitoring unit providing pressure information sensed by the pressure sensor and operation information of the heating control unit to a user through a display. 제 2 항에 있어서, 상기 히팅 제어부는,
상기 연료전지로부터 전원을 공급받아 상기 히팅부를 구동하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 연료공급 시스템.The method of claim 2, wherein the heating control unit,
A fuel cell fuel supply system, characterized in that configured to receive power from the fuel cell and drive the heating unit. 제 2 항에 있어서,
상기 수소 저장탱크는 외부 용기와 내부 용기 사이에 진공 단열 공간에 배치되는 가스 흡착재를 포함하고,
상기 히팅부는 상기 수소 저장탱크의 재사용시 상기 가스 흡착재에 열을 가하여 상기 가스 흡착재에 흡착된 가스를 배출시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 연료전지 연료공급 시스템.The method of claim 2,
The hydrogen storage tank includes a gas adsorbent disposed in a vacuum insulating space between the outer container and the inner container,
And the heating unit is configured to discharge the gas adsorbed on the gas adsorbent by applying heat to the gas adsorbent when the hydrogen storage tank is reused. 제 5 항에 있어서, 상기 히팅부는,
상기 진공 단열 공간에 설치되는 것을 특징으로 하는 연료전지 연료공급 시스템.The method of claim 5, wherein the heating unit,
Fuel cell fuel supply system, characterized in that installed in the vacuum insulation space. 제 5 항에 있어서,
상기 외부 용기 또는 상기 내부 용기에 결합되는 다층 단열필름을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연료전지 연료공급 시스템.
The method of claim 5,
The fuel cell fuel supply system, further comprising a multilayer insulating film coupled to the outer container or the inner container.
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