KR20210149181A - 수소 저장 시스템 - Google Patents

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KR20210149181A
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valve
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Inventor
노리스 갈란다트
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Grz 테크놀로지스 에스에이
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Abstract

가열 수단을 사용하지 않고서 수소 가스의 수동적 방출을 위한 수소 저장 시스템(4)으로서, 각각이 적어도 하나의 금속 수소화물(MH) 저장 재료를 함유하는 복수의 수소 저장 탱크(6, 6a, 6b), 상기 저장 탱크에 연결된 수소 가스 흐름 회로(8) 및 각각의 저장 탱크에서의 압력과 온도를 측정하기 위해 배열된 압력 센서(P)와 온도 센서(T)를 포함하는 제어 시스템을 포함하고, 상기 가스 흐름 회로는 상기 복수의 저장 탱크를 수소 저장 시스템의 입구(10), 출구(12)에 각각 커플링하는 밸브(V, V1, ...Vn)를 포함하고, 이에 의해 상기 입구 및 출구는 공통될 수도 있거나 또는 분리될 수도 있다. 적어도 제1 재료 저장 탱크는 제1 조성의 제1 금속 수소화물(MH1)을 포함하고, 적어도 제2 재료 저장 탱크는 제2 조성의 제2 금속 수소화물(MH2)을 포함하는, 수소 저장 시스템.

Description

수소 저장 시스템
본 발명은 금속 수소화물을 이용하여 수소를 저장하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
수소 저장은 재생 에너지에 의한 화석 연료 기술의 탈탄소화에 있어서 핵심 단계이다. 가압 가스, 수소 액화 및 고체 재료내 흡수를 포함한 다양한 저장 방법이 고려되었다.
금속 수소화물은 많은 금속 및 합금이 상당한 양의 수소를 가역적으로 흡수할 수 있고, 이에 의해 최대 150 kgH2/m3 의 높은 부피 밀도에 도달할 수 있기 때문에 저압에서 수소를 저장하는 데 높은 관심을 받고 있다.
분자 수소는 흡수 전에 표면에서 해리된다. 다음으로 2개의 H 원자는 탈착 시 H2로 재결합한다. 기체 수소로부터 수소화물 형성의 열역학적 측면은 금속 수소화물에서 H2 의 전형적인 흡수 및 탈착 등온선을 도시하는 도 1a 및 도 1b에 예시된 압력-조성 등온선에 의해 설명된다. 재료에서의 수소 흡수 반응은 통상적으로 발열성(열 발생)인 반면 수소 탈착 반응은 반대로 흡열성(열 흡수)이다. 금속 수소화물 시스템의 저압 및 열역학은 시스템의 안전성 수준을 증가시킨다: 컨테이너 고장의 경우, 수소가 천천히 배출(release)될 것이고, 그 프로세스는 흡열성 탈착 반응에 의해 열적으로 제한된다.
따라서 금속 수소화물 저장 시스템은 압축 가스 또는 액화 H2 저장 시스템에 비해 안전하고 신뢰할 수 있으며 컴팩트하다. 또한, 이는 최소의 유지 보수를 필요로 하고 수명이 길다.
그러나, 금속 수소화물 저장은 도 1c에서 가장 잘 볼 수 있는 것처럼 광범위한 농도가 작거나 무시할 수 있는 압력 변화를 받는 평탄 영역(plateau area)을 특징으로 한다. 다른 압축 또는 액화 수소 저장 방법과 달리, 평탄 영역에서의 압력 측정은 금속 수소화물 시스템의 충전(charge) 상태의 정확한 결정을 허용하지 않는다.
충전 상태의 정확한 결정은 다양한 응용에서 고체 흡수의 구현에 대한 주요 제한 사항 중 하나이다. 이것은 대부분의 수착(sorption) 재료의 거동에 기인한다. 대부분의 등온 수착 프로세스는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 것처럼 압력 조성 등온선(pcI)을 특징으로 한다. 한편, 충전 상태의 대부분의 변화는 작은 압력 변화만 있는 평탄 영역에서 발생한다. 이것은 도 1c에서 "충전 상태의 어려운 검출"로서 설명된다. 다른 한편, 작은 충전 변화가, 시스템이 거의 비어 있거나 또는 거의 가득차 있는, 시스템의 큰 압력 변화를 의미하는 두 구역이 있다. 이것은 도 1c에서 "충전 상태의 용이한 검출"로서 설명된다.
기존 수소 저장 방법의 또 다른 난관은 제한된 작동 온도 범위와 관련이 있다. 통상적인 수소 저장 시스템은 최대 연료 공급 압력(PF)과 최소 수소 배출 압력(PR) 사이에서 작동하며, 여기서 PF > PR이다. 그러나, 수착 시스템의 압력은 온도에 크게 의존한다. 따라서, 작동 온도 범위는 각각의 수소 저장 재료에 대해 상기 재료의 고유 열역학적 특성에 의해 제한되며, 따라서 계절적 저장 또는 이동 차량에의 저장과 같이 상당한 온도 구배가 발생하는 많은 응용에서 그 사용이 제한된다.
연료 공급 압력(PF)은 예를 들어 사용되는 전해조의 유형에 의해 제한될 수 있다. 상용 전해조의 통상적인 압력 전달은 최대 30bar이거나 또는 약간 이를 넘는다. 대부분의 장치는 최대 10~15bar로 수소를 공급한다. 필요한 최소 수소 전달 압력은 특정 응용에 의존한다. 예를 들어, 양성자 교환막 연료 전지(PEMFC)의 경우, 작동 압력은 보통 대기압에 가깝다. 단일 재료에 대한 작동 온도 범위는 이들 두 가지 압력에 의해 정의된다.
상이한 금속 수소화물은 상이한 작동 압력 범위를 갖는 것이 알려져 있다. 이 특성은 주어진 응용에 적합한 재료를 선택하기 위해 이용될 수도 있다. 이 특성은 압축 가스 탱크를 보충하는 데 사용되는 수소 압축기에서도 이용되고, 이에 의해 압축 가스 탱크에서의 압력이 증가함에 따라, 탈착이 저압 금속 수소화물 탱크에서 고압 금속 수소화물 탱크로 순차적으로 수행되도록 탈착을 위해 순차적으로 가열되는 상이한 탱크에 복수의 상이한 금속 수소화물을 갖는 것이 알려져 있다. 이러한 시스템은 US2005/0003246에 기재되어 있다. 그러나, 수소 압축기는 수동적(즉, 비열적으로 구동되거나/비가열되는) 수소 저장 탱크에 비해 필요한 출구 압력을 생성하고 시스템을 제어하기 위해 구현되는 가열 및 냉각 시스템에 필요한 증가된 부피와 비용의 관점에서 수소 저장에 잘 맞지 않다고 할 수도 있다.
본 발명의 목적은 컴팩트하고 안전하며 사용 및 유지 보수가 용이한 수소 저장 시스템을 제공하는 것이다.
큰 온도 작동 범위를 갖는 수소 저장 시스템을 제공하는 것이 유리하다.
비용 효율적인 수소 저장 시스템을 제공하는 것이 유리하다.
수소 발생 시스템에서 용이하게 구현할 수 있는 수소 저장 시스템을 제공하는 것이 유리하다.
또한, 발명의 목적은 컴팩트하고 안전하며 사용 및 유지 보수가 용이한 수소 저장 시스템을 갖는 수소 발생 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 수소 저장 시스템을 제공함으로써 달성되었다.
본 발명의 목적은 청구항 16에 따른 수소 저장 시스템을 제공함으로써 달성되었다.
가열 수단을 사용하지 않고서 수소 가스를 수동적으로 방출하기 위한 수소 저장 시스템으로서, 각각이 적어도 하나의 금속 수소화물(metal hydride; MH) 저장 재료를 함유하는 복수의 수소 저장 탱크, 저장 탱크에 연결된 수소 가스 흐름 회로 및 각각의 저장 탱크에서의 압력과 온도를 측정하기 위해 배열된 압력 센서(P)와 온도 센서(T)를 포함하는 제어 시스템을 포함하는, 수소 저장 시스템이 본 명세서에 개시된다. 가스 흐름 회로는 상기 복수의 저장 탱크를 수소 저장 시스템의 입구, 출구에 각각 커플링하는 밸브(V, V1, ...Vn)를 포함하고, 이에 의해 입구 및 출구는 공통될 수도 있거나 또는 분리될 수도 있다.
제1 양태에 따르면, 적어도 제1 재료 저장 탱크는 제1 조성의 제1 금속 수소화물(MH1)을 포함하고, 적어도 제2 재료 저장 탱크는 제2 조성의 제2 금속 수소화물(MH2)을 포함한다. 제1 금속 수소화물은 최소 작동 압력(P2)에서 최대 작동 압력(P1)까지의 압력 작동 범위에 대응하는 제1 최소 작동 온도(TLP1)에서 제1 최대 작동 온도(TLP2)까지의 온도 작동 범위를 가지며, 제2 금속 수소화물은 상기 최소 작동 압력(P2)에서 상기 최대 작동 압력(P1)까지의 상기 압력 작동 범위에 대응하는 제2 최소 작동 온도(THP1)에서 제2 최대 작동 온도(THP2)까지의 온도 작동 범위를 갖고, 이에 의해 제1 최대 작동 온도(TLP2)는 제2 최대 작동 온도(THP2)보다 높고 제2 최소 작동 온도(THP1)는 상기 제1 최소 작동 온도(TLP1)보다 낮다. 제2 최대 작동 온도는 상기 제1 최소 작동 온도보다 높다(THP2 > TLP1). 제1 및 제2 저장 탱크는 최소 작동 압력(P2)에서 최대 작동 압력(P1)까지의 압력 작동 범위에 대응하는 제2 최소 작동 온도(THP1)에서 제1 최대 작동 온도(TLP2)까지 저장 시스템의 충전(charging) 및 방출(discharging)을 작동시키는 방식으로 입구 또는 출구 압력에 따라 제1 및 제2 재료 저장 탱크 사이에서 전환하도록 배열된 적어도 하나의 밸브를 통해 병렬로 함께 커플링된다.
제2 양태에 따르면, 복수의 저장 탱크는 각각 대응하는 전용 밸브를 통해 수소 저장 시스템의 입구, 출구에 각각 커플링된 저장 탱크를 포함하고, 상이한 저장 탱크의 밸브는 상이한 압력에서 각각 개방되고, 폐쇄되며, 밸브의 대응하는 밸브 개방 압력의 순서로 상기 저장 탱크를 채우고, 밸브의 대응하는 밸브 폐쇄 압력의 순서로 상기 저장 탱크를 비우도록 작동 가능하다. 제어 시스템은 저장 탱크의 총 수에 대한, 가득찬 것으로 측정되거나 또는 비어 있는 것으로 측정된 저장 탱크의 합계의 비에 기초하여 수소 저장 시스템의 충전 상태를 계산하도록 구성된다.
유리한 실시 형태에서, 밸브의 구동은 전기/전자 제어 시스템에 의해 제어된다.
유리한 실시 형태에서, 밸브는 전기적으로 구동되는 밸브, 바람직하게는 전자기 밸브이다.
다른 실시 형태에서, 밸브는 각각의 저장 탱크에 연결된 기계적 압력 배출 밸브일 수도 있고, 각각의 저장 탱크의 압력 배출 밸브는 상이한 압력에서 구동하기 위해 상이한 개방 압력에서 교정된다.
유리한 실시 형태에서, 제어 시스템은 각각의 개별 상기 저장 탱크의 충전 상태를 상기 저장 탱크의 압력 측정치가 최소 정의 저장 압력(Pmin)의 10% 미만이면 비어 있는 것으로 계산하고 상기 저장 탱크의 압력 측정치가 최대 정의 저장 압력(Pmax)의 90% 초과이면 가득찬 것으로 계산하도록 구성된다.
유리한 실시 형태에서, 제어 시스템은 각각의 개별 상기 저장 탱크의 충전 상태를 상기 저장 탱크의 압력 측정치가 상기 최소 정의 저장 압력(Pmin)의 10%와 최대 정의 저장 압력(Pmax)의 90% 사이이면 절반이 차있는 것으로 계산하도록 구성된다.
유리한 실시 형태에서, 압력 센서는 각각의 저장 탱크의 입구, 출구에 각각 장착된 적어도 하나의 압력 센서를 포함한다.
온도 센서는, 상기 컨테이너의 내부로부터 기밀하게 밀봉된, 각각의 저장 탱크의 컨테이너 내로 연장되는 코어 튜브에 삽입된 적어도 하나의 온도 센서를 포함할 수도 있다.
유리한 실시 형태에서, 제1 및 제2 재료 저장 탱크는 저장 탱크 그룹으로 결합되고, 저장 탱크 그룹은 상기 그룹의 순차적인 순서로 채워지고 비워지도록 구성되며, 상이한 저장 탱크 그룹의 밸브는 각각 상이한 압력에서 개방되고, 폐쇄되며, 밸브의 대응하는 밸브 개방 압력의 순서로 상기 저장 탱크 그룹을 채우고 밸브의 대응하는 밸브 폐쇄 압력의 순서로 상기 저장 탱크 그룹을 비우도록 작동 가능하고, 제어 시스템은 저장 탱크의 총 수에 대한, 가득찬 것으로 측정되거나 또는 비어있는 것으로 측정된 저장 탱크의 합계 비에 기초하여 수소 저장 시스템의 충전 상태를 계산하도록 구성된다.
유리한 실시 형태에서, 상이한 저장 탱크 그룹의 밸브는 먼저 작동 압력이 더 높은 저장 탱크를 채우는 우선 순위를 갖는 순서로 상기 저장 탱크 그룹을 채우고 먼저 작동 압력이 더 낮은 저장 탱크를 비우는 우선 순위를 갖는 순서로 상기 저장 탱크 그룹을 비우도록 작동 가능하지만, 저장 탱크의 충전 중에 여러 밸브가 동시에 개방되는 경우, 압력이 더 높은 탱크는 가득차서 더 이상 수소를 흡수할 수 없고 방출 중에 여러 밸브가 동시에 개방되는 경우, 압력이 더 낮은 탱크는 비어있다.
유리한 실시 형태에서, 각각의 그룹은 하나의 제1 재료 저장 탱크와 하나의 제2 재료 저장 탱크로 구성된 하나의 쌍이다.
유리한 실시 형태에서, 제1 금속 수소화물(MH1)은 주로 계열(family) AB5 유형의 금속 합금으로 이루어지거나 또는 이를 포함하고, 여기서 A는 세륨, 네오디뮴, 및/또는 프라세오디뮴으로 부분적으로 치환될 수 있는 란타늄이고, B는 코발트, 알루미늄, 망간 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분 또는 복수의 성분으로 부분적으로 치환될 수 있는 니켈이다.
유리한 실시 형태에서, 제1 금속 수소화물(MH1)은 주로 LaNi5 및 임의적으로 Ce, Co, Mn으로 이루어진 군으로부터 선택된 추가 원소로 이루어지거나 이를 포함한다.
유리한 실시 형태에서, 제1 금속 수소화물(MH1)은 AB5 유형이고, 여기서 란타늄의 비율은 0.5 내지 1로 변하고 Ni는 치환되지 않는다.
유리한 실시 형태에서, 제1 금속 수소화물(MH1)은 주로 계열 AB2 유형의 금속 합금으로 이루어지거나 이를 포함하고, 여기서 A는 지르코늄으로 부분적으로 치환될 수 있거나 치환되지 않을 수 있는 티타늄이고, B는 바나듐, 망간, 철, 코발트 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 복수의 성분을 포함한다.
유리한 실시 형태에서, 제1 금속 수소화물(MH1)은 주로 ZrV2, 및 임의적으로 크롬, 망간 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 추가 원소로 이루어지거나 이를 포함한다.
유리한 실시 형태에서, 제2 금속 수소화물(MH2)은 계열 AB5 유형의 금속 합금으로 이루어지거나 이를 포함하고, 여기서 A는 세륨, 네오디뮴, 및/또는 프라세오디뮴으로 부분적으로 치환될 수 있는 란타늄이고, B는 코발트, 알루미늄, 망간 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분 또는 복수의 성분으로 부분적으로 치환될 수 있는 니켈이다.
유리한 실시 형태에서, 제2 금속 수소화물(MH2)은 AB5 유형이고, 여기서 란타늄의 비율은 0.9 내지 1로 변하고 Ni는 치환되지 않는다.
유리한 실시 형태에서, 제1 및 제2 금속 수소화물(MH1 및 MH2)은 동일한 계열의 금속 수소화물로부터 유래한다.
유리한 실시 형태에서, 제1 금속 수소화물(MH1)은 La0.5Ce0.5Ni5 이고 제2 금속 수소화물(MH2)은 La0.9Ce0.1Ni5이다.
본 발명의 추가 목적 및 유리한 양태는 청구범위, 및 이하의 상세한 설명 및 첨부 도면으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 이제 본 발명의 실시 형태를 예시적으로 예시하는 첨부 도면을 참조하여 설명될 것이고 여기서:
도 1a 내지 도 1c는 금속 수소화물의 압력-조성 등온선의 개략적인 그래프 표현이고;
도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 수소 저장 시스템의 개략도이고;
도 3는 본 발명의 실시 형태에 따른 수소 저장 시스템의 수소 저장 탱크의 개략도이고;
도 4는 도 2의 수소 저장 시스템의 변형예의 개략도이고;
도 5는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 수소 저장 시스템의 개략도이고;
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 수소 저장 시스템의 개략도이고;
도 7a 및 도 7b는 각각 제1(고압) 금속 수소화물, 제2(저압) 금속 수소화물 수소 저장 재료의 반트 호프 플롯[압력(log n) 대 온도 역수(1/T) 특성]이고;
도 7c는 제1 및 제2 재료의 결합된 플롯이고;
도 8a 및 도 8b는 저압 저장 재료 및 고압 저장 재료에 대한 시간에 따른 변동 온도 및 대응하는 작동 범위의 플롯이고;
도 9는 본 발명의 실시 형태에 따른 10개 용기 시스템을 사용한 채우는 프로세스 동안 시간에 따른 충전 상태의 진전을 예시하는 플롯이고;
도 10a 및 도 10b는 각각 본 발명의 실시 형태에 따른 수소 발생 시스템의 충전 모드, 방출 모드에서의 프로세스 값의 예를 예시하는 개략도이고;
도 11는 본 발명의 실시 형태에 따른 수소 발생 시스템의 사시도이다.
도면을 참조하면, 수소 발생 시스템(1)은 수소 발생기(2)와 같은 수소 소스에 연결된 수소 저장 시스템(4)을 포함한다. 수소 발생기(2)는 특히 물을 수소 가스와 산소 가스로 분열시키는 전해조일 수도 있다. 특히 전해조는 재생 에너지, 특히 태양 에너지의 소스에 연결될 수도 있다. 수소 발생 시스템(1)은 수소 가스로부터 전기를 생산하기 위해, 예를 들어 수소 연료 전지의 형태인 전력 발생기(3)와 같은 수소 소비기, 및 임의적으로 전해조(2)를 위한 물을 저장하거나 및/또는 연료 전지(3)에 의해 출력된 물을 회수하기 위한 물 탱크(7)를 더 포함할 수도 있다.
도 10a, 도 10b 및 도 11에 예시된 구성에서, 수소 발생 시스템(1)은 전력으로 재변환될 수 있는 포획된 에너지를 저장하는 연료의 역할을 하는 수소 가스로 광기전 패널에 의해 포획된 태양 에너지를 변환하기 위한 수단으로서 사용될 수도 있다. 따라서, 수소 저장 시스템은 태양 에너지 공급과 전력 수요 사이의 버퍼(buffer)로서 작용을 수도 있다. 그러나, 수소 저장 시스템(4)은, 예를 들어 다양한 이동 또는 정적 응용을 위한 기체 또는 액화 형태로 수소를 공급하기 위한, 다른 응용에서 구현될 수도 있다. 따라서, 저장 시스템은 다양한 이동 및 산업상 응용을 위한 압축 수소 가스 탱크에 공급하는 수소 압축기에 커플링될 수도 있다.
전해조(2) 및 수소 저장 시스템(4)은 또한 유체 커플링 회로와 함께 연결된 별개의 유닛으로서 제공될 수도 있다.
통상적인 전해조에 의해 출력되는 수소 가스의 최대 압력은 예를 들어 10 내지 20bar 의 범위이다. 따라서, 이 전해조 출력 압력은 수소 저장 시스템(4)으로 입력되는 수소 가스의 압력을 구성한다. 수소 저장 시스템(4)이 연료 전지의 형태로 전력 발생기(3)에 연결되는 경우, 연료 전지로의 수소 가스의 압력 입력은 통상적으로 단지 1 bar 를 넘어 10 bar 까지의 범위, 예를 들어 1.2 bar에서 8 bar까지의 범위이다. 따라서 수소 저장 시스템의 수소 가스 출력 압력은 통상적으로 단지 1.2bar에서 10bar 까지의 범위이지만, 특정 응용에서는 저장 탱크에 사용되는 금속 수소화물 재료의 유형에 따라 약 50bar에 이르기까지 상승할 수 있다.
수소 저장 시스템으로부터의 수소가 압축 수소 가스 또는 액화 수소로서 용기에 채워져야 하는 경우, 저장 시스템(4)으로부터 출력되는 수소 가스를 위한 압축 시스템이 필요하며, 이는 예를 들어 그 자체로 알려져 있는 바처럼 금속 수소화물 탱크 압축 시스템의 형태일 수도 있다.
본 발명에서, 수소 저장 시스템(4)은 탈착 프로세스 동안 수소 가스의 압력을 상승시키는 가열 수단이 없다는 점에서 수동적이다. 그러나 수소 저장 시스템은 특정 탱크에서 발열 프로세스에 의해 생성된 열을 다른 탱크로 전달하거나, 또는 자연 대류 또는 강제 대류에 의해 시스템으로부터 방출될 수 있게 하기 위하여 탱크 사이에 열교환기 시스템을 가질 수도 있다. 수소 저장 시스템의 탱크 간의 열 교환을 개선하기 위해 수소 저장 시스템의 개별 탱크 사이에 열교환기가 장착될 수도 있다.
본 발명에 따른 수소 저장 시스템(4)은 가스 흐름 회로(8)에 연결된 복수의 저장 탱크(6) 및 적어도 압력 센서(P) 및 온도 센서(T)를 포함하는 제어 시스템을 포함한다. 가스 흐름 회로는 저장 탱크(6)에 연결된 밸브(V, V1, V2, V3... Vn)를 포함하고, 각각의 저장 탱크는, 다른 탱크에 대해 따로 제어되는, 저장 탱크내로 그리고 밖으로 가스의 개별적인 제어를 가능하게 하기 위한 적어도 하나의 밸브를 포함한다.
가스 회로는 H2 입구 회로(8a) 및 H2 출구 회로(8b)를 포함할 수도 있고, 입구 회로는 적어도 수소 입구(10)를 포함하고 출구 회로(8b)는 적어도 수소 출구(12)를 포함한다. 그러나, 각각의 탱크(6)는 별개의 입구(10) 및 출구(12)를 포함할 수도 있지만, 입구 및 출구 양자 모두로서 작용하는, 탱크에 대한 단일 연결부(10, 12)가 제공될 수도 있다는 것이 언급될 수도 있다.
도 2에 가장 잘 예시되어 있는 바와 같이, 수소 출구(12) 및 입구(10)는 밸브(Vio), 예를 들어 입구(10), 출구(12), 및 임의적으로 입구 및 출구 양자 모두가 폐쇄되는 제3 위치로 저장 탱크 커플링을 선택적으로 전환할 수 있는 3방향 밸브(Vio)를 통해 복수의 저장 탱크(6)에 커플링될 수도 있다.
도 4 내지 도 6에 예시된 실시 형예에서, 저장 탱크는 전용 출구 회로 및 대응하는 밸브와 분리된 전용 입구 회로 및 대응하는 밸브를 가질 수도 있다. 이러한 방식으로 입구 및 출구는 수소 발생기(2)로부터 출구로의 수소 가스의 관통 흐름을 허용하기 위해 동시에 개방될 수 있다.
유리한 실시 형태에서, 밸브는 시스템의 작동 상태에 따라 전기 제어 시스템에 의해 개방되고 폐쇄되는 전자기 밸브의 형태일 수도 있다. 밸브는 또한 다른 유형의 전기 액추에이터(예를 들어, 선형 모터)에 의해, 또는 제어 시스템에 의해 제어되는, 유압 또는 공압 시스템에 의해 구동될 수도 있다. 시스템(1)은 도 10a에 예시된 바와 같이 충전 모드에 있거나, 도 10b에 예시된 바와 같이 방출 모드에 있거나, 또는 휴지 상태에 있을 수도 있다. 각각의 저장 탱크(6)는 금속 수소화물로 채워진다. 금속 수소화물은 바람직하게는 70% 를 넘게 컨테이너의 부피를 채우는 성긴(loose) 입자 또는 그레인의 형태일 수 있다. 금속 수소화물 입자는 통상적으로 대략 1 내지 10 mm 범위의 평균 직경을 가질 수 있고 수소화시에 금속 수소화물 입자는 통상적으로 수소 저장 금속 수소화물 재료의 분야에서 그 자체로 알려져 있는 바처럼 5 내지 10 마이크로미터 범위의 평균 직경을 가질 수도 있다.
각각의 저장 탱크는 저장 탱크 내의 온도를 측정하도록 구성된 적어도 하나의 온도 센서(T)를 포함한다. 실시 형태에서, 온도 센서는 저장 탱크의 컨테이너 내로 연장되는 기밀하게 밀봉된 코어 튜브(9)내에 장착될 수도 있다. 코어 튜브(9)는 예를 들어 저장 탱크의 중심 내에 삽입되고 탱크 컨테이너 벽의 단부면에의 오리피스에 용접된 폐쇄 단부 튜브일 수도 있다. 탱크(6)는 특히 원통형 형태를 가질 수도 있다. 그러나 변형예(도시되지 않음)에서, 입구 또는 출구 포트(11)를 통해 삽입되고 입구 및 출구 포트의 캡에 부착되는 온도 센서를 탱크 내에 장착하는 것이 가능하다.
각각의 수소 저장 탱크는 공통 입구/출구(11) 또는 입구와 출구가 분리된 경우 입구(11a)와 출구(11b) 모두에 장착되어, 저장 탱크의 입구 및 출구의 가스를 측정할 수 있는 압력 센서(P)를 더 포함하고, 압력 센서는 저장 탱크 밸브(V1...Vn)와 탱크(6) 사이에 장착된다. 다양한 유형의 압력 센서가 가스 압력 감지 분야에서 그 자체로 알려져 있는 바처럼 사용될 수도 있다.
압력 및 온도 센서는 흡수 및 탈착 프로세스 동안 관련 압력-조성 등온선을 참조하여 충전 상태를 결정할 수 있게 한다.
본 발명의 양태에 따르면, 저장 시스템(4)의 충전 상태의 결정을 개선하기 위해 복수의 저장 탱크가 순차적 방식으로 수소 가스로 채워질 수 있고 역순차적 방식으로 방출될 수 있다. 도 1c에 예시된 압력-조성 등온선에서 가장 잘 볼 수 있듯이, 충전 상태의 함수로서 압력 변화의 구배는 저장 탱크가 거의 비어 있거나 거의 가득찬 상태일 때 매우 높지만, 그 사이의 큰 대역에서 충전 상태를 결정하기 매우 어렵게 만드는 매우 작은 기울기를 갖는다. 순차적인 방식으로 채우고 비우도록 구성된 복수의 탱크를 연결하여, 각각 후속 저장 탱크(6)를 채우거나, 비움으로써, 이에 의해 각각 현재 작동 중인 탱크가 가득차 있거나, 비어있기만 하면, 위에 언급한 바처럼 가득찬 상태 및 빈 상태가 용이하게 측정될 수 있다.
제어 시스템은 각각의 탱크의 압력 및 온도 센서(P, T)로부터 측정 신호를 수신하고, 가득찬 및 빈 상태를 나타내는 온도 및 압력 측정치에 기초하여 순서대로 전자기 밸브(V1...Vn)가 개방되고 폐쇄되게 제어할 수도 있다. 도 9에서 가장 잘 볼 수 있듯이, 많은 복수의 저장 탱크(용기라고도 함)가 있는 경우, 충전 상태는 단계적인 방식으로 측정될 수 있으며, 오차 정도는 시스템 내 총 용기 수 분의 하나의 용기인 분수이다.
변형예에서, 각각의 저장 탱크에 대해 전자기 전자적 제어 밸브 (V1...Vn) 대신에, 또한 각각의 저장 탱크에 연결된 기계적 압력 배출 밸브를 구현하는 것이 가능하고, 각각의 저장 탱크의 압력 배출 밸브는 상이한 압력에서 구동하기 위해 상이한 개방 압력에서 교정된다. 예를 들어, 채워질 첫 번째 탱크의 입구 밸브는 채워질 후속 탱크보다 낮은 입구 압력에서 작동하는 밸브를 가지는 식으로 계속된다. 따라서, 저장 탱크는 밸브 개방 압력이 상승하는 순서로 채워질 것이다. 방출 모드의 경우, 가장 낮은 압력에서 개방되는 밸브가 첫 번째로 비어진 후에 다음 압력 수준의 밸브가 있는 탱크가 뒤따르는 식으로 계속된다.
도 5 및 도 6에 가장 잘 예시되어 있는, 본 발명의 다른 양태에 따르면, 저장 탱크는 밸브(V1a, V1b...Vna, Vnb)통해 병렬로 연결된 저압 저장 탱크(6a) 및 고압 저장 탱크(6b)를 포함할 수도 있다. 각각의 탱크는 각각 공통 입구 및 출구 밸브를 포함할 수도 있거나, 또는 각각의 탱크는 별개의 입구 밸브(V1ai, V1bi...Vnai, Vnbi) 및 별개의 출구 밸브(V1ao, V1bo...Vnao, Vnbo)를 포함할 수도 있다.
고압 저장 탱크(6b)에서 금속 수소화물의 조성은 저압 저장 탱크(6a)에서의 금속 수소화물의 조성과 상이하며, 특히 도 7a 내지 도 7c에 예시된 바와 같이 상이한 작동 온도 범위를 갖는다. 고압 저장 수소화물 금속은 P1에서 P2까지의 압력 작동 범위에 대응하는 THP1에서 THP2까지의 온도 작동 범위를 갖고, 저압 저장 금속 수소화물 금속은 P1에서 P2까지의 상기 압력 작동 범위에 대응하는 TLP1에서 TLP2까지의 온도 작동 범위를 갖고, 이에 의해 TLP2 는 THP2보다 높고 TLP1 는 THP1보다 높다. 따라서, 상이한 금속 수소화물 조성을 갖는 2개의 저장 탱크를 결합함으로써, 도 8a 내지 도 8b를 참조하여 예시된 바와 같이 더 큰 온도 범위에 걸친 저장 시스템(4)의 작동이 달성될 수 있다.
작동 온도가 고압 저장 금속 수소화물 재료의 최대 작동 온도(THP1)를 초과할 때, 저압 저장 금속 수소화물 재료를 함유하는 탱크가 작동되는 반면, 작동 온도가 저압 저장 재료의 최소 작동 온도(TLP2)보다 아래로 떨어질 때, 고압 저장 재료를 함유하는 탱크가 작동된다. 2개의 값 THP2 과 TLP1 사이에서 탱크(6a, 6b) 모두는 충전 및 방출하도록 작동될 수도 있다.
전자기 밸브는 측정된 온도의 함수로 고압 및 저압 저장 탱크의 입구와 출구를 개방 및 폐쇄하도록 작동될 수도 있다. 충전 중에는, 금속 수소화물을 수소로 충전하는 것이 발열 프로세스이기 때문에 탱크 내 온도가 상승하는 반면, 방출 중에는 프로세스가 흡열성이기 때문에 탱크가 냉각된다. 충전 중에는, 저압 저장 탱크(6a)가 우선적으로 충전되고 이어서 고압 저장 탱크(6b)가 충전될 것이다. 방출 중에, 고압 저장 탱크가 우선적으로 방출되고 다음으로 저압 저장 탱크가 방출될 것이다. 발열 또는 흡열 프로세스뿐만 아니라 저장 탱크 주변의 환경 온도에 의존하는 도 8a 및 도 8b에 예시된 바와 같은 작동 온도의 변동에 따라, 한 탱크에서 다른 탱크로 전환이 일어날 수도 있다. 예를 들어, 도 5에 예시된 바와 같이 병렬로 장착된 저압 및 고압 저장 탱크는 도 6에 예시된 바와 같이 복수의 저장 탱크 쌍으로서 결합될 수도 있고, 이들은 위에서 설명한 것처럼 충전 상태를 더 잘 결정할 수 있게 하기 위하여 순차적 순서로 채워지고 비워지도록 구성된다. 이러한 구성에서, 첫 번째 쌍의 저압 저장 탱크와 고압 저장 탱크는, 다음 순서의 저압 저장 탱크와 고압 저장 탱크가 채워지기 전에 채워지는 식으로 계속되고, 방출 또는 비우는 작동에 대해서는 반대이다.
본 발명과 관련하여 유용한 금속 수소화물(MH)은 Schlapbach 등의, 2001, Nature, 414, 353-358; Z
Figure pct00001
ttel, 2004, Naturwissenchaften, 91: 157-172; Young 등의, 2013, Materials, 6, 4574-4608 및 Lototskyy 등의, 2014, International Journal of Hydrogen Energy, 39, 11, 5818-5851에 기재된 것과 같은 온도 작동 범위에 기초하여 알려진 MH 재료 (저압 저장 재료: LPSM 및 고압 저장 재료: HPSM) 중에서 선택될 수 있다.
고압 저장 재료(HPSM)는 주로 계열 AB5 유형의 금속 합금으로 이루어지거나 이를 포함하고, 여기서 A는 세륨, 네오디뮴, 및/또는 프라세오디뮴으로 부분적으로 치환될 수 있는 란타늄이고, B는 코발트, 알루미늄, 망간 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분 또는 복수의 성분으로 부분적으로 치환될 수 있는 니켈이다.
특정 실시 형태에 따르면, HPSM은 LaNi5이다. 그것은 유리하게 상이한 비율로 Ce, Co, Mn와 같은 추가 원소를 포함할 수도 있다. 추가의 특정 실시 형태에 따르면, HPSM는 AB5 유형이고, 여기서 란타늄의 비율은 0.5 내지 1로 변하고 Ni는 치환되지 않는다.
또 다른 추가의 특정 실시 형태에 따르면, HPSM은 AB5 유형이고, 여기서 란타늄은 Co로 부분적으로 치환된다.
변형예에서, HPSM은 주로 계열 AB2 유형의 금속 합금으로 이루어지거나 이를 포함할 수 있고, 여기서 A는 지르코늄으로 치환 또는 부분적으로 치환될 수 있거나 치환 또는 부분적으로 치환되지 않을 수 있는 티타늄이고, B는 바나듐, 망간, 철, 코발트 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 복수의 성분을 포함한다.
다른 특정 실시 형태에 따르면, HPSM은 ZrV2, 및 임의적으로 크롬, 망간 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 추가 원소이다.
HPSM를 위한 주변 온도(25℃)에서의 통상적인 평형 압력은 이상적으로는 5 내지 15bar 범위이지만, 선택된 재료에 따라 50bar에 이르기까지 올라갈 수 있다.
저압 저장 재료(LPSM)는 주로 계열 AB5 유형의 금속 합금으로 이루어지거나 이를 포함하고, 여기서 A는 세륨, 네오디뮴, 및/또는 프라세오디뮴으로 부분적으로 치환될 수 있는 란타늄이고, B는 코발트, 알루미늄, 망간 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분 또는 복수의 성분으로 부분적으로 치환될 수 있는 니켈이다.
저압 저장 재료(LPSM)는 유리하게는 HPSM과 동일한 계열의 금속 수소화물에서 유래할 수도 있다.
추가의 특정 실시 형태에 따르면, LPSM는 AB5 유형이고, 여기서 란타늄의 비율은 0.9 내지 1로 변하고 Ni는 치환되지 않는다.
LPSM 를 위한 주변 온도(25℃)에서의 통상적인 평형 압력은 이상적으로는 1 내지 10 bar 범위로 구성되지만, 선택된 재료에 따라 50 bar에 이르기까지 올라갈 수 있다.
LPSM 및 HPSM 저장 탱크(6a, 8b)를 위한 금속 수소화물 재료(MH1, MH2)는 다음 방법에 따라 유리하게 선택될 수도 있다:
Figure pct00002
예를 들어, 전해조에 의해 전달되는 압력 또는 수소 공급 라인 내 압력 또는 기타 수소 소스의 압력인, 연료 재공급의 최대 압력 P_max을 정의한다;
Figure pct00003
시스템 작동의 최대 온도를 정의한다;
Figure pct00004
시스템의 최대 작동 온도에서 재료의 평형 평탄 압력이 연료 재공급의 최대 압력과 가능한 한 가깝지만, 이 값을 초과하지 않도록 LPSM을 선택한다;
Figure pct00005
수소 소비기에 의해 요구되는 최소 압력(p_min)을 정의한다;
Figure pct00006
p_min을 유지하면서 LPSM T_min_LPSM으로부터 수소 탈착에 필요한 시스템의 최소 온도를 계산한다;
Figure pct00007
T_min_LPSM에서 재료의 압력이 가능한 한 P_max에 가깝지만 그 값을 초과하지 않도록 HPSM을 선택한다.
본 발명의 실시 형태에서 유리하게 사용될 수도 있는 금속 수소화물 중 일부는 25℃에서 대응하는 평형 압력(bar)을 보여주는, 아래 표 1에 제시되어 있다:
Figure pct00008
본 발명의 유리한 실시 형태에 따른 선택된 재료의 예는 다음 재료의 하나의 쌍을 포함한다:
Figure pct00009
HPSM: La0.5Ce0.5Ni5, 25℃ 에서의 평형 압력 = 8.6 bar
Figure pct00010
LPSM: La0.9Ce0.1Ni5, 25℃ 에서의 평형 압력 = 2.2 bar.
위 재료의 통상적인 유량(flow rate)(흡수 및 탈착) 은 수소 저장 재료 킬로그램 당 약 0.5 NL H2/분 (분당 정규화된 리터 수소)이다. 유량은 수소 저장 재료의 킬로그램 당 약 2.5 NL H2/분에 이르기까지 올라갈 수 있다.
압력은 탱크에 연결된 입구/출구 파이프(11) 상의 디지털 또는 아날로그 압력 센서(P)를 사용하여 측정될 수 있다. 여러 탱크를 병렬로 연결하는 경우, 연결 라인 상의 단일 압력 센서로 충분한다. 온도는, 탱크 컨테이너 내의 금속 수소화물 층(bed)과 측정 지점 사이의 열적 구배를 최소화하기 위해 필요한 최소 벽 두께로 제조된 금속 삽입물의 형태일 수도 있는 코어 튜브(9)를 통해 탱크 내에서 측정된다. 단일 탱크당 최소 하나의 온도 측정 지점이 필요하며; 이상적으로, 더 정확한 값을 얻기 위해 여러 위치(예를 들어, 탱크 길이 축에서 100mm마다)에서 온도를 측정한다.
충전 모드의 예(도 10a):
1. 수소 소스, 예를 들어, 입구 포트(11)에 연결된 전해조(2)가 공급 압력(P S ) 가령, 10 내지 20 bar의 범위, 예를 들어, 16 bar에서 수소를 공급한다.
2. 고압 저장 탱크(6b)에서의 압력(P HP )은 (입구) 압력 센서(P)에 의해 측정되고 전자 제어 시스템의 마이크로프로세서에 의해 공급 압력(P S )과 비교된다.
3. 고압 저장 탱크(6b)에서의 압력(P HP )이 공급 압력(P S )보다 낮으면, 고압 입구 밸브(V1bi)가 제어 시스템으로부터의 제어 명령에 의해 개방되고, 고압 저장 탱크(6b)가 채워진다.
4. 고압 저장 탱크 (6b)에서의 압력(P HP )이 공급 압력(P S )보다 높으면, 저압 입구 밸브(V1ai)가 제어 시스템으로부터의 명령에 의해 개방되고, 저압 저장 탱크(6a)가 채워진다. 고압 입구 밸브(V1bi)는 이 단계 동안 폐쇄된다.
방출 모드의 예(도 10b):
1. 수소 소비기, 예를 들어, 출구 포트(11b)에 연결된 수소 연료 전지 시스템과 같은 전력 발생기가 가령, 1 내지 10 bar의 범위, 예를 들어, 1.5 bar로 설정된 소비기 압력(P C )에서 수소를 받는다.
2. 저압 저장 탱크(6a)에서 압력(P LP )은 (출구) 압력 센서(P)에 의해 측정되고 제어 시스템의 마이크로프로세서에 의해 소비기 압력(P C )과 비교된다.
3. 저압 저장 탱크 (6a)에서의 압력(P LP )가 소비기 압력(P C )보다 높으면, 저압 출구 밸브(V1ao)가 제어 시스템으로부터의 명령에 의해 개방되고, LPSM 저장 탱크(6a)가 비워진다.
4. 저압 저장 탱크 (6a)에서의 압력(P LP )가 소비기 압력(P C )보다 낮으면, 고압 출구 밸브(V1bo)가 제어 시스템으로부터의 명령에 의해 개방되고, HPSM 저장 탱크(6b)가 비워진다. 저압 출구 밸브(V1ao)는 이 단계 동안 폐쇄된다.
충전 상태 결정의 예(도 9):
1. 현재 충전 또는 방출 중인 적어도 저장 탱크(들)(6, 6a, 6b)에서의 온도가 측정되고 측정치가 제어 시스템으로 송신된다. 여러 온도 지점을 취하면, 전자 제어 시스템의 마이크로프로세서에 의해 평균이 계산되어 온도 측정 값으로 사용된다.
2. 현재 충전 또는 방출 중인 상기 적어도 저장 탱크(들)(6, 6a, 6b)에서의 압력이 측정되고 측정치가 제어 시스템으로 송신된다.
3. 압력 - 온도 측정 커플은 제어 시스템의 메모리에 저장된 (예를 들어, 도 1a, 1b, 1c에 도시된 바와 같은)압력 농도 등온선(pcI) 플롯의 내부 데이터베이스와 제어 시스템의 마이크로프로세서에 의해 비교된다.
4. 주어진 온도에 대해, 도 1c에 도시된 바와 같이 압력 Pmin < P < Pmax의 도메인이 정의된다.
5. 위의 정보로부터, 대응하는 저장 탱크의 하기의 충전 상태가 제어 시스템에서 설정될 수 있다:
a. P < Pmin : 탱크가 10% 미만으로 채워진 것으로 간주되고 제어 시스템 메모리의 충전 상태 레지스터에서 "비어 있음"으로 설정된다.
b. Pmin < P < Pmax: 탱크가 절반이 채워진 것으로 간주되며 예를 들어 제어 시스템의 충전 상태 레지스터에서 50% 채워진 것으로 설정된다.
c. Pmax < P : 탱크가 90% 넘게 채워진 것으로 간주되고 제어 시스템의 충전 상태 레지스터에서 "가득찬" 것으로 설정된다.
6. 이 절차는 주어진 간격으로, 예를 들어 10초마다 또는 분당 한 번씩 반복될 수도 있다.
7. 바람직하게는 위의 단계는 현재 충전 또는 방출되는 저장 탱크 뿐만 아니라 각각의(즉, 모든) 저장 탱크에 대해 수행된다. 그러나 저장 탱크는 각각 순차적인 방식으로 충전, 방출될 수도 있다. 측정 절차는 반드시 모든 저장 탱크에 대해 동시에 또는 동일한 간격으로 수행될 필요는 없으며, 폐쇄되어 있고 현재 작동 중이 아닌 완전히 가득찬 탱크 또는 완전히 비어 있는 탱크의 충전 상태는 알고 있고 제어 시스템의 충전 레지스터에 기록되어 있다. 그럼에도 불구하고, 신뢰성을 위해, 위에서 언급한 것과 같은 정기적인 간격으로(예를 들어, 10초마다) 모든 저장 탱크의 충전 상태를 측정하는 것이 바람직하다.
8. 충전 상태 레지스터에 기록된 위에서 언급한 설정에 기초하여, 전체 시스템의 충전 상태는 제어 시스템의 마이크로프로세서에 의해, (1/N)*100%의 정확도로 계산될 수도 있고, 여기서 N은 저장 탱크(6, 6a, 6b)의 수이다. 예를 들어, 10개 저장 탱크가 있는 시스템은 약 10%의 정확도로 시스템의 충전 상태를 결정할 수 있다.
사용된 도면 부호의 리스트
수소 발생 시스템 1
수소 소스
수소 발생기 2
예를 들어, 전해조
수소 소비기
전력 발생기 3
예를 들어, 연료 전지
물 탱크 7
수소 저장 시스템 4
저장 탱크 6
저압 저장 탱크 6a
고압 저장 탱크 6b
코어 튜브 9
출구 11
금속 수소화물 MH
H2 가스 흐름 회로 8
H2 입구 회로 8a
H2 입구 10
H2 출구 회로 8b
H2 출구 12
밸브 V, V1, V2, V3...V n
제어 시스템
압력 센서 P
온도 센서 T
전자밸브 제어

Claims (24)

  1. 수소 저장 시스템(4)으로서,
    각각이 적어도 하나의 금속 수소화물(metal hydride; MH) 저장 재료를 함유하는 복수의 수소 저장 탱크(6, 6a, 6b), 상기 저장 탱크에 연결된 수소 가스 흐름 회로(8) 및 각각의 저장 탱크에서의 압력과 온도를 측정하기 위해 배열된 압력 센서(P)와 온도 센서(T)를 포함하는 제어 시스템을 포함하고, 상기 가스 흐름 회로는 상기 복수의 저장 탱크를 상기 수소 저장 시스템의 입구(10), 출구(12)에 각각 커플링하는 밸브(V, V1, ...Vn)를 포함하고, 이에 의해 상기 입구 및 출구는 공통될 수도 있거나 또는 분리될 수도 있고,
    적어도 제1 재료 저장 탱크는 제1 조성의 제1 금속 수소화물(MH1)을 포함하고, 적어도 제2 재료 저장 탱크는 제2 조성의 제2 금속 수소화물(MH2)을 포함하고, 상기 제1 금속 수소화물은 최소 작동 압력(P2)에서 최대 작동 압력(P1)까지의 압력 작동 범위에 대응하는 제1 최소 작동 온도(TLP1)에서 제1 최대 작동 온도(TLP2)까지의 온도 작동 범위를 가지며, 상기 제2 금속 수소화물은 상기 최소 작동 압력(P2)에서 상기 최대 작동 압력(P1)까지의 상기 압력 작동 범위에 대응하는 제2 최소 작동 온도(THP1) 에서 제2 최대 작동 온도(THP2)까지의 온도 작동 범위를 갖고, 이에 의해 상기 제1 최대 작동 온도는 상기 제2 최대 작동 온도보다 높고(TLP2 > THP2), 상기 제2 최소 작동 온도는 상기 제1 최소 작동 온도보다 낮고(THP1 < TLP1), 상기 제2 최대 작동 온도는 상기 제1 최소 작동 온도보다 높고(THP2 > TLP1), 상기 제1 및 제2 저장 탱크는 상기 최소 작동 압력(P2)에서 상기 최대 작동 압력(P1)까지의 압력 작동 범위에 대응하는 상기 제2 최소 작동 온도(THP1)에서 상기 제1 최대 작동 온도(TLP2)까지 상기 저장 시스템의 충전 및 방출을 작동시키는 방식으로 입구 또는 출구 압력에 따라 제1 및 제2 재료 저장 탱크(6a, 6b) 사이에서 전환하도록 배열된 적어도 하나의 밸브(Vnai, Vnbi, Vnao, Vnbo)를 통해 병렬로 함께 커플링되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 밸브의 구동은 전기 제어 시스템에 의해 제어되는, 수소 저장 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 밸브는 전자기 밸브(electromagnetic valves)인, 수소 저장 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밸브는 각각의 저장 탱크에 연결된 기계적 압력 배출 밸브이고, 각각의 저장 탱크의 상기 압력 배출 밸브는 상이한 압력에서 구동하기 위해 상이한 개방 압력에서 교정되는, 수소 저장 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 재료 저장 탱크는 저장 탱크 그룹으로 결합되고, 상기 저장 탱크 그룹은 상기 그룹의 순차적인 순서로 채워지고 비워지도록 구성되며, 상이한 저장 탱크 그룹의 밸브는 각각 상기 수소 가스 흐름 회로에 의해 상기 밸브에 가해지는 상이한 압력(밸브 개방 압력)에서 개방되고, 상기 수소 가스 흐름 회로에 의해 상기 밸브에 가해지는 상이한 압력(밸브 폐쇄 압력)에서 각각 폐쇄되며, 밸브의 대응하는 밸브 개방 압력의 순서로 상기 저장 탱크 그룹을 채우고 밸브의 대응하는 밸브 폐쇄 압력의 순서로 상기 저장 탱크 그룹을 비우도록 작동 가능하고, 상기 제어 시스템은 상기 저장 탱크의 총 수에 대한, 가득찬 것으로 측정되거나 또는 비어있는 것으로 측정된 상기 저장 탱크의 합계 비에 기초하여 상기 수소 저장 시스템의 충전 상태를 계산하도록 구성되는, 수소 저장 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 상이한 저장 탱크 그룹의 밸브는 먼저 작동 압력이 더 높은 상기 저장 탱크를 채우는 우선 순위를 갖는 순서로 상기 저장 탱크 그룹을 채우고 먼저 작동 압력이 더 낮은 상기 저장 탱크를 비우는 우선 순위를 갖는 순서로 상기 저장 탱크 그룹을 비우도록 작동가능하지만, 저장 탱크의 충전 중에 여러 밸브가 동시에 개방되는 경우, 압력이 더 높은 탱크는 가득차서 더 이상 수소를 흡수할 수 없고 방출 중에 여러 밸브가 동시에 개방되는 경우, 압력이 더 낮은 상기 탱크는 비어있는, 수소 저장 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    각각의 그룹은 하나의 제1 재료 저장 탱크와 하나의 제2 재료 저장 탱크로 구성된 하나의 쌍인, 수소 저장 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 금속 수소화물(MH1)은 주로 계열(family) AB5 유형의 금속 합금으로 이루어지거나 이를 포함하고, 여기서 A는 세륨, 네오디뮴, 및/또는 프라세오디뮴으로 부분적으로 치환될 수 있는 란타늄이고, B는 코발트, 알루미늄, 망간 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분 또는 복수의 성분으로 부분적으로 치환될 수 있는 니켈인, 수소 저장 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 금속 수소화물(MH1)은 주로 LaNi5 및 임의적으로 Ce, Co, Mn으로 이루어진 군으로부터 선택된 추가 원소로 이루어지거나 이를 포함하는, 수소 저장 시스템.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제1 금속 수소화물(MH1)은 AB5 유형이고, 여기서 란타늄의 비율은 0.5 내지 1이고 Ni는 치환되지 않는, 수소 저장 시스템.
  11. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 금속 수소화물(MH1)은 주로 계열 AB2 유형의 금속 합금으로 이루어지거나 이를 포함하고, 여기서 A는 지르코늄으로 부분적으로 치환될 수 있거나 치환되지 않을 수 있는 티타늄이고, B는 바나듐, 망간, 철, 코발트 및 니켈로 이루어진 군으로부터 선택된 복수의 성분을 포함하는, 수소 저장 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 금속 수소화물(MH1)은 주로 ZrV2, 및 임의적으로 크롬, 망간 및 코발트로 이루어진 군으로부터 선택된 추가 원소로 이루어지거나 이를 포함하는, 수소 저장 시스템.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 금속 수소화물(MH2)은 계열 AB5 유형의 금속 합금으로 이루어지거나 이를 포함하고, 여기서 A는 세륨, 네오디뮴, 및/또는 프라세오디뮴으로 부분적으로 치환될 수 있는 란타늄이고, B는 코발트, 알루미늄, 망간 및 철로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나의 성분 또는 복수의 성분으로 부분적으로 치환될 수 있는 니켈인, 수소 저장 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제2 금속 수소화물(MH2)은 AB5 유형이고, 여기서 란타늄의 비율은 0.9 내지 1이고 Ni는 치환되지 않는, 수소 저장 시스템.
  15. 제8항 내지 제10항 및 제13항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 금속 수소화물(MH1)은 La0.5Ce0.5Ni5 이고 상기 제2 금속 수소화물(MH2)은 La0.9Ce0.1Ni5인, 수소 저장 시스템.
  16. 수소 저장 시스템(4)으로서,
    각각이 적어도 하나의 금속 수소화물(MH) 저장 재료를 함유하는 복수의 수소 저장 탱크(6, 6a, 6b), 상기 저장 탱크에 연결된 수소 가스 흐름 회로(8) 및 각각의 저장 탱크에서의 압력과 온도를 측정하기 위해 배열된 압력 센서(P)와 온도 센서(T)를 포함하는 제어 시스템을 포함하고, 상기 가스 흐름 회로는 상기 복수의 저장 탱크를 상기 수소 저장 시스템의 입구(10), 출구(12)에 각각 커플링하는 밸브(V, V1, ...Vn)를 포함하고, 이에 의해 상기 입구 및 출구는 공통될 수도 있거나 또는 분리될 수도 있고,
    상기 복수의 저장 탱크는 각각 대응하는 전용 밸브(Vn) 를 통해 상기 수소 저장 시스템의 상기 입구(10), 상기 출구(12)에 각각 커플링된 저장 탱크를 포함하고, 상이한 저장 탱크의 밸브는 각각 상기 수소 가스 흐름 회로에 의해 상기 밸브에 가해지는 상이한 압력(밸브 개방 압력)에서 개방되고, 상기 수소 가스 흐름 회로에 의해 상기 밸브에 가해지는 상이한 압력(밸브 폐쇄 압력)에서 각각 폐쇄되며, 밸브의 대응하는 밸브 개방 압력의 순서로 상기 저장 탱크를 채우고 밸브의 대응하는 밸브 폐쇄 압력의 순서로 상기 저장 탱크를 비우도록 작동 가능하고, 상기 제어 시스템은 상기 저장 탱크의 총 수에 대한, 가득찬 것으로 측정되거나 또는 비어있는 것으로 측정된 상기 저장 탱크의 합계 비에 기초하여 상기 수소 저장 시스템의 충전 상태를 계산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 시스템.
  17. 제5항 또는 제16항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 각각의 개별 상기 저장 탱크의 충전 상태를 상기 저장 탱크의 압력 측정치가 최소 정의 저장 압력(minimum defined storage pressure; Pmin)의 10% 미만이면 비어 있는 것으로 계산하고 상기 저장 탱크의 압력 측정치가 최대 정의 저장 압력(maximum defined storage pressure; Pmax)의 90% 초과이면 가득찬 것으로 계산하도록 구성되는, 수소 저장 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제어 시스템은 각각의 개별 상기 저장 탱크의 충전 상태를 상기 저장 탱크의 압력 측정치가 상기 최소 정의 저장 압력(Pmin)의 10%와 상기 최대 정의 저장 압력(Pmax)의 90% 사이이면 절반이 차있는 것으로 계산하도록 구성되는, 수소 저장 시스템.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 온도 센서는, 상기 컨테이너의 내부로부터 기밀하게 밀봉된, 각각의 저장 탱크의 컨테이너 내로 연장되는 코어 튜브(9)에 삽입된 적어도 하나의 온도 센서를 포함하는, 수소 저장 시스템.
  20. 제16항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 각각의 저장 탱크의 입구, 출구에 각각 장착된 적어도 하나의 압력 센서를 포함하는, 수소 저장 시스템.
  21. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브의 구동은 전기 제어 시스템에 의해 제어되는, 수소 저장 시스템.
  22. 제16항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브는 전자기 밸브인, 수소 저장 시스템.
  23. 제16항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브는 각각의 저장 탱크에 연결된 기계적 압력 배출 밸브이고, 각각의 저장 탱크의 상기 압력 배출 밸브는 상이한 압력에서 구동하기 위해 상이한 개방 압력에서 교정되는, 수소 저장 시스템.
  24. 제16항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1항 내지 제15항 중 어느 하나 이상의 항의 추가 특징을 포함하는, 수소 저장 시스템.
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