KR20210156402A - 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치 - Google Patents

판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20210156402A
KR20210156402A KR1020200073947A KR20200073947A KR20210156402A KR 20210156402 A KR20210156402 A KR 20210156402A KR 1020200073947 A KR1020200073947 A KR 1020200073947A KR 20200073947 A KR20200073947 A KR 20200073947A KR 20210156402 A KR20210156402 A KR 20210156402A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
hydrogen storage
solid hydrogen
heat exchanger
storage material
heat
Prior art date
Application number
KR1020200073947A
Other languages
English (en)
Inventor
조영진
이경문
신병수
박훈모
남동훈
Original Assignee
현대자동차주식회사
기아 주식회사
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 현대자동차주식회사, 기아 주식회사 filed Critical 현대자동차주식회사
Priority to KR1020200073947A priority Critical patent/KR20210156402A/ko
Priority to US17/073,579 priority patent/US20210396355A1/en
Priority to CN202011245962.5A priority patent/CN113800468A/zh
Publication of KR20210156402A publication Critical patent/KR20210156402A/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
    • F17C3/00—Vessels not under pressure
    • F17C3/02—Vessels not under pressure with provision for thermal insulation
    • 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
    • C01B3/0031—Intermetallic compounds; Metal alloys; Treatment thereof
    • C01B3/0047—Intermetallic compounds; Metal alloys; Treatment thereof containing a rare earth metal; Treatment thereof
    • C01B3/0063—Intermetallic compounds; Metal alloys; Treatment thereof containing a rare earth metal; Treatment thereof only containing a rare earth metal and only one other metal
    • C01B3/0068—Intermetallic compounds; Metal alloys; Treatment thereof containing a rare earth metal; Treatment thereof only containing a rare earth metal and only one other metal the other metal being nickel
    • 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
    • C01B3/0084—Solid storage mediums characterised by their shape, e.g. pellets, sintered shaped bodies, sheets, porous compacts, spongy metals, hollow particles, solids with cavities, layered solids
    • 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
    • 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
    • C01B3/0031—Intermetallic compounds; Metal alloys; Treatment thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D9/00—Heat-exchange apparatus having stationary plate-like or laminated conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • 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
    • F17C2221/00—Handled fluid, in particular type of fluid
    • F17C2221/01—Pure fluids
    • F17C2221/012—Hydrogen
    • 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
    • F17C2227/0367—Localisation of heat exchange
    • F17C2227/0369—Localisation of heat exchange in or on a vessel
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

수소를 저장하는 고체수소저장소재; 판형상으로 형성되어 고체수소저장소재에 삽입되고, 고체수소저장소재와 접촉에 의하여 고체수소저장소재와 열교환되는 열교환기; 고체수소저장소재와 열교환기가 수용되는 저장용기; 및 저장용기의 상부에 연결되어 저장용기의 내부를 밀폐하는 캡;을 포함하는 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치가 소개된다.

Description

판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치{SOLID STATE HYDROGEN STORAGE DEVICE INCLUDING PLATE HEAT EXCHANGER}
본 발명은 판형 열교환기가 고체수소저장소재와 접촉에 의하여 열교환되는 고체수소 저장장치에 관한 것이다.
에너지원 확보는 중요한 문제이다. 지금까지 주로 사용된 에너지원인 화석연료는 매장량이 한정되어 있으며, 화석연료가 연소하면서 발생되는 공해물질로 인한 환경오염이 사회적 이슈가 되고 있다.
수소 에너지는 연료로 사용할 경우 극소량의 질소산화물을 제외하면 환경에 유해한 생성물이 없고 고압가스, 액체가스 또는 금속수소화물 등의 다양한 형태로 저장이 용이한 장점을 가지고 있어 차세대 대체 에너지로 주목받고 있다.
수소를 에너지원으로 이용하기 위해서는 수소의 생산, 저장, 운송에 대한 기술이 요구된다. 특히, 수소를 안전하게 저장하고 운송하는 기술은 수소를 대체 에너지원으로 상용화하기 위해서 반드시 필요한 기술이다.
액체수소저장 기술은 수소를 액화시키는데 많은 비용이 소요되며, 운송 중 온도를 유지해야 하는 과제가 있다. 기체수소저장 기술은 150기압의 고압을 견뎌낼 수 있는 압력장비가 필요하며, 충격이 발생할 경우 높은 위험성을 가지고 있다.
고체수소저장 기술은 수소를 소재의 표면 또는 내부에 저장하는 기술이다. 수소가 특정 고체 물질에 흡착되면 그 부피가 크게 줄어드는 원리를 이용하여 저장하는 방식으로 이렇게 흡착 저장된 수소는 다시 가열하거나 감압하여 수소를 추출할 수 있다. 수소를 물리적으로 흡착하는 방법은 수소 분자가 약하게 흡착되나 화학적으로 반응이 일어나지 않는 흡착이다. 화학적 흡착은 수소 분자가 물질의 표면과 반응하여 금속성 공유 결합 또는 이온 결합을 이루고 수소와 수화물을 이루는 화학적 흡착으로 수소를 저장한다.
고체수소저장 기술은 상용화 되어있는 다른 수소 저장기술에 비해 높은 밀도로 수소를 저장할 수 있는 장점이 있다. 종래의 고체수소 저장장치는 봉 형태나 튜브 형태의 카트리지 히터가 고체수소저장소재에 삽입되어 열교환되도록 구성된다.
카트리지 히터는 고체수소저장소재와 접촉면이 제한적이므로 열전달을 위한 면적 확보가 어려운 한계가 있다. 특히, 접촉면의 온도는 높고, 접촉면에서 거리가 이격될수록 온도가 낮아 균일하지 못한 상태로 가열되는 문제점이 있다. 이러한 경우 접촉면 주위에 온도 상승이 집중되어 소재의 열화가 발생할 수 있다.
카트리지 히터를 조립하기 위하여 공차가 요구되는데, 공차에 의하여 접촉면의 이격되므로 열교환 시 효율이 감소하는 문제점이 발생한다. 그리고 카트리지 히터가 삽입됨으로써 전체 부피와 무게가 증가하여 제조 원가의 상승 요인이 된다.
KR 10-2019-0102488 A
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 열교환기가 판형으로 구성되고 고체수소저장소재에 삽입되어 접촉면을 확보하여 열교환 효율이 향상되고, 부피와 무게가 감소된 고체수소 저장장치를 제공한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치는 수소를 저장하는 고체수소저장소재; 판형상으로 형성되어 고체수소저장소재에 삽입되고, 고체수소저장소재와 접촉에 의하여 고체수소저장소재와 열교환되는 열교환기; 고체수소저장소재와 열교환기가 수용되는 저장용기; 및 저장용기의 상부에 연결되어 저장용기의 내부를 밀폐하는 캡;을 포함할 수 있다.
열교환기는 복수의 판형 히터가 상하방향으로 균등한 간격을 이루면서 배치되고, 고체수소저장소재는 각각의 히터의 사이에 삽입될 수 있다.
히터는 상하부에 메탈 플레이트가 마련되고, 내부에 열을 방출하는 방열부로 구성되고, 방열부는 단위면적당 일정한 길이가 포함되도록 구성될 수 있다.
또한, 메탈 플레이트는 방열부와 접촉면에 구리 또는 알루미늄이 도포될 수 있다.
방열부는 열교환기의 중심부를 원의 중심으로 하여 직경이 커지는 복수개의 원형의 방열부로 구성되고, 각각의 방열부들은 비등간격으로 배치되어 단위면적당 일정한 길이가 포함되도록 구성될 수 있다.
방열부는 열교환기의 중심부를 중심으로 하여 다각형이 반복되도록 절곡된 형상의 열선으로 형성되되, 다각형의 간격은 비등간격을 이루도록 형성되어 단위면적당 일정한 길이가 포함되도록 구성될 수 있다.
고체수소저장소재는 복수의 디스크가 적층된 적층구조이고, 각 디스크의 사이에 열교환기가 삽입되어 열교환될 수 있다.
열교환기와 디스크의 단면이 동일한 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 포함할 수 있다.
또한, 고체수소저장소재는 적층된 디스크에 삽입되는 압축부재 및 압축부재의 양단을 실링하고 디스크를 상하로 가압하는 실링부재를 포함할 수 있다.
고체수소저장소재는 LaNi5H6, NaAlH4(Sodium aluminum hydride), Mg(NH2)2 (Magnesium amide) 중 어느 하나의 형태로 수소를 저장할 수 있다.
본 발명에 따른 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치에 따르면, 열교환기가 판형상으로 구성되고 고체수소저장소재에 삽입되어 접촉면이 확보되어 전체 면적에 균일한 열전달이 가능하여 소재의 열화를 방지할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
또한, 판형 열교환기가 고체수소저장소재에 삽입되어 조립 후 고체수소저장소재의 콤팩트한 형상 유지를 가능하게 하고, 크기와 무관하게 제조가 가능한 효과를 가질 수 있다.
또한, 판형 열교환기는 작은 두께와 넓은 면적에 의하여 고체수소저장소재로의 열전달이 용이하여 열효율이 향상되는 효과를 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 다른 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치의 히터의 단면도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치의 방열부를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치의 고체수소저장소재의 사시도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러가지 형태를 가질 수 있으므로 특정실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
종래의 고체수소 저장장치는 고체수소저장소재(100)에 카트리지 형태의 히터를 삽입하여 열교환을 수행하였다. 카트리지 히터의 경우, 고체수소저장소재(100)와의 접촉면적이 제한적이어서 가열 시간이 증가하는 문제점이 있었다. 때문에 소모되는 전력량이 증가하여 열교환 손실이 발생하였다.
그리고 종래의 카트리지 히터는 봉 형태로 삽입되므로 국부적으로 열전달을 하게 되어 열전달의 불균형이 발생하는 문제점이 있었다. 히터의 표면과 접촉하고 있는 부분과 그렇지 않은 부분의 온도 분포가 균일하지 못하여 고체수소저장소재(100)의 열화가 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 봉 형태 또는 튜브 형태의 히터를 조립하는 경우, 공차가 존재하면 접촉면에 간극이 존재하여 열전도율이 떨어지고, 공차가 없는 경우 조립이 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 수소가 흡착 또는 흡장된 고체수소저장소재(100)를 이용하여 수소를 저장, 운반할 수 있는 고체수소 저장장치로서, 고체수소저장소재(100)와 열교환되는 열교환기(200)가 판형으로 구성된 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 열교환기(200)를 포함하는 고체수소 저장장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 다른 판형 열교환기(200)를 포함하는 고체수소 저장장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 열교환기(200)를 포함하는 고체수소 저장장치는 고체수소저장소재(100), 열교환기(200), 저장용기(300) 및 캡(400)을 포함하여 구성될 수 있다.
고체수소저장소재(100)는 수소를 가압 반응시켜 금속수소화물 형태로 수소를 흡착 또는 합장하였다가 압력이나 열에 의하여 수소를 탈착 또는 탈장하는 소재이다. 고체수소저장소재(100)는 수소와 가역적으로 반응하여 결정의 격자 안에 원자상의 수소를 받아들여 금속수소화물을 형성할 수 있다. 수소화물의 형성과 분해반응은 하기 [반응식 1]과 같다.
[반응식 1]
Figure pat00001
(M : 고체수소저장소재(100))
고체수소저장소재(100)는 LaNi5H6, NaAlH4(Sodium aluminum hydride), Mg(NH2)2 (Magnesium amide) 중 어느 하나일 수 있다. 고체수소저장소재(100)는 액체수소에 비하여 콤팩트하게 수소를 저장할 수 있다.
고체수소저장소재(100)에 수소가 흡장 또는 흡착되는 과정은 발열반응이며, 수소가 탈장 또는 탈착되는 과정은 흡열반응이다. 따라서 고체수소저장소재(100)를 가열 또는 냉각하는 것에 의하여 수소의 흡수 또는 방출반응을 제어할 수 있다. 열교환기(200)는 고체수소저장소재(100)와 열교환에 의하여 수소의 저장 또는 방출을 제어하는 장치이다.
열교환기(200)는 판형상으로 형성될 수 있다. 종래기술과 달리 판형상으로 형성되어 고체수소저장소재(100)가 삽입되는 형태로 구성될 수 있다. 삽입되는 형태는 고체수소저장소재(100) 사이에 판형상의 열교환기(200)가 끼워지는 구조이며, 고체수소저장소재(100)에 열교환기(200)가 삽입된다고 표현하더라도 동일한 의미로 해석되어야 한다. 이를 통해 고체수소저장소재(100)와 접촉면적을 최대로 확보할 수 있고, 접촉면에 의한 전도 방식으로 열교환될 수 있다.
열교환기(200)가 판형상으로 이루어지기 때문에 전체적으로 균등한 열전달이 가능할 수 있다. 열교환기(200)의 표면 전체가 균일한 온도로 가열되고, 고체수소저장소재(100)와 열교환되어 국부적인 가열로 인한 고체수소저장소재(100)의 열화를 방지할 수 있다.
종래기술의 경우 균등한 열전달을 위하여 복수개의 히터(201)를 구성하였으나, 본 발명의 경우 균등 가열이 가능하므로 전체 구성이 간단해지고 무게와 부피가 감소하여 콤팩트한 장치를 제작할 수 있는 장점이 있다.
또한, 수직 열전달 두께가 수평 열전달 두께보다 작기 때문에 수소가 방출되는 시간의 단축이 가능한 장점이 있다.
저장용기(300)는 고체수소저장소재(100)와 열교환기(200)가 수용될 수 있고, 캡(400)은 저장용기(300)의 상부에 연결되어 저장용기(300)의 내부를 밀폐할 수 있다. 저장용기(300)는 실린더 형상으로 구성될 수 있다.
또한, 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기(200)는 복수의 히터(201)가 상하방향으로 균등한 간격을 이루면서 배치될 수 있다. 각각의 히터(201)는 고체수소저장소재(100)에 삽입될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 열교환기(200)를 포함하는 고체수소 저장장치의 히터(201)의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 히터(201)는 메탈 플레이트(220)와 방열부(210)로 구성될 수 있다.
메탈 플레이트(220) 내부에 방열부(210)가 포함된 형태로 구성될 수 있다. 히터(201)의 상하부에는 메탈 플레이트(220)가 마련되고, 내부에는 방열부(210)를 포함할 수 있다. 히터(201)는 고체수소저장소재(100) 사이에 삽입되면서 수직방향으로 압착될 수 있다.
방열부(210)는 코일이나 전열선과 같은 발열체로서, 열을 발생시켜 고체수소저장소재(100)를 가열할 수 있다.
메탈 플레이트(220)는 방열부(210)와 접촉면에 구리 또는 알루미늄과 같은 열전도도가 높은 금속이 도포되어 방열부(210)에서 발생하는 열이 효과적으로 고체수소저장소재(100)에 전달되도록 할 수 있다. 또는 열전도도가 높은 바니쉬, 분말가루가 도포될 수도 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 열교환기(200)를 포함하는 고체수소 저장장치의 방열부(210)를 나타내는 도면이다.
방열부(210)는 히터(201)의 전체 면적에 열이 균등하게 전달될 수 있도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 방열부(210)는 고체수소저장소재(100)의 단위면적당 일정한 길이가 포함되도록 구성된다. 판형 열교환기(200)를 구성하는 판형 히터(201)는 고체수소저장소재(100)와의 접촉면에 균등하게 열을 가하는 것이 요구된다. 따라서, 발열체인 방열부(210)가 단위면적당 일정한 길이가 포함되도록 구성되어 고체수소저장소재(100)에 열에너지를 균등하게 제공하고, 이로써 고체수소저장소재(100)는 균일한 온도가 유지될 수 있다.
여기서, 단위면적이란 방열부(210)에서 변의 길이가 임의로 설정된 정사각형의 면적을 의미하며, 이는 도 4를 참조하면 명확하게 이해될 수 있다.
도 4와 도 5는 각각 다른 형상으로 구성된 방열부(210)가 도시되어 있다.
도 4를 참조하면, 원형의 방열부(210)가 복수개 마련될 수 있다. 복수개 원형의 방열부(210)들은 열교환기(200)의 중심을 중심으로 하여 직경이 커지는 동심원으로 구성된다.
각각의 방열부(210)들은 서로 비등간격으로 배치될 수 있다. 등간격으로 배치될 경우 단위면적당 포함되는 방열부(210)의 길이가 상이하여 균등한 열전달이 어렵기 때문에, 단위면적당 일정한 길이가 포함될 수 있도록 비등간격으로 배치되는 것이다.
도 5를 참조하면, 방열부(210)는 열교환기(200)의 중심을 중심으로 하여 다각형이 반복되도록 절곡된 형상의 열선으로 형성될 수 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 사각형의 형상이 반복되도록 절곡될 수 있다. 이 경우, 다각형의 간격은 비등간격을 이루도록 형성되어 단위면적당 일정한 길이가 포함되도록 구성될 수 있다. 다각형은 사각형에 한정되는 것은 아니다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 판형 열교환기(200)를 포함하는 고체수소 저장장치의 고체수소저장소재(100)의 사시도이다.
도 6을 참조하면, 고체수소저장소재(100)는 복수의 디스크(110)가 적층된 적층구조로 구성될 수 있다. 복수의 디스크(110) 사이에는 열교환기(200)가 삽입되어 상호 접촉면에 의하여 열교환될 수 있다.
열교환기(200)와 디스크(110)의 단면은 동일하게 구성될 수 있다. 단면이 동일하게 구성됨으로써 접촉면이 일치하여 열교환이 효과적으로 일어날 수 있다. 열교환기(200)의 열 전도율은 면적이 넓고 두께가 작을수록 열전도율이 향상될 수 있다. 따라서, 판형 열교환기(200)의 단면적은 고체수소저장소재(100)와 동일하게 구성하여 접촉면을 최대로 하고, 두께를 작게 하여 열전도율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 적층된 디스크(110)에는 압축부재(120)가 삽입될 수 있다. 압축부재(120)는 적층된 디스크(110)와 열교환기(200)에 상하방향으로 삽입되고, 양단에는 실링부재(130)가 마련될 수 있다. 압축부재(120)와 실링부재(130)는 나사결합 등으로 연결되어 실링부재(130)가 디스크(110)를 상하로 가압하면서 고체수소저장소재(100)가 콤팩트하게 압축될 수 있다. 압축부재(120)는 복수개 마련될 수 있다.
고체수소저장소재(100)는 수소의 저장 또는 방출에 의하여 부피가 수축하거나 팽창할 수 있다. 종래기술의 경우 부피가 변화하는 것을 대비하여 공차를 두고 조립해야 한다. 그러나, 본 발명의 경우 판형상의 열교환기(200)를 삽입하고 압축부재(120)에 의하여 고체수소저장소재(100)를 가압함으로써 형상이 유지되고 균등한 열교환이 가능해질 수 있다.
본 발명의 특정한 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
100 : 고체수소저장소재
110 : 디스크
120 : 압축부재
130 : 실링부재
200 : 열교환기
201 : 히터
210 : 방열부
220 : 메탈 플레이트
300 : 저장용기
400 : 캡

Claims (9)

  1. 수소를 저장하는 고체수소저장소재;
    판형상으로 형성되어 고체수소저장소재에 삽입되고, 고체수소저장소재와 접촉에 의하여 고체수소저장소재와 열교환되는 열교환기;
    고체수소저장소재와 열교환기가 수용되는 저장용기; 및
    저장용기의 상부에 연결되어 저장용기의 내부를 밀폐하는 캡;
    을 포함하는 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    열교환기는 복수의 판형 히터가 상하방향으로 균등한 간격을 이루면서 배치되고, 고체수소저장소재는 각각의 히터의 사이에 삽입된 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    히터는 상하부에 메탈 플레이트가 마련되고, 내부에 열을 방출하는 방열부로 구성되고, 방열부는 단위면적당 일정한 길이가 포함되도록 구성된 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    메탈 플레이트는 방열부와 접촉면에 구리 또는 알루미늄이 도포된 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    방열부는 열교환기의 중심부를 원의 중심으로 하여 직경이 커지는 복수개의 원형의 방열부로 구성되고, 각각의 방열부들은 비등간격으로 배치되어 단위면적당 일정한 길이가 포함되도록 구성된 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치.
  6. 청구항 3에 있어서,
    방열부는 열교환기의 중심부를 중심으로 하여 다각형이 반복되도록 절곡된 형상의 열선으로 형성되되, 단위면적당 일정한 길이가 포함되도록 구성된 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    고체수소저장소재는 복수의 디스크가 적층된 적층구조이고, 각 디스크의 사이에 열교환기가 삽입되어 열교환되는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    고체수소저장소재는 적층된 디스크에 삽입되는 압축부재 및 압축부재의 양단을 실링하고 디스크를 상하로 가압하는 실링부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    고체수소저장소재는 LaNi5H6, NaAlH4(Sodium aluminum hydride), Mg(NH2)2 (Magnesium amide) 중 어느 하나의 형태로 수소를 저장하는 것을 특징으로 하는 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치.
KR1020200073947A 2020-06-17 2020-06-17 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치 KR20210156402A (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200073947A KR20210156402A (ko) 2020-06-17 2020-06-17 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치
US17/073,579 US20210396355A1 (en) 2020-06-17 2020-10-19 Solid state hydrogen storage device including plate type heat exchanger
CN202011245962.5A CN113800468A (zh) 2020-06-17 2020-11-10 包括板状热交换器的固态储氢装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200073947A KR20210156402A (ko) 2020-06-17 2020-06-17 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210156402A true KR20210156402A (ko) 2021-12-27

Family

ID=78943503

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200073947A KR20210156402A (ko) 2020-06-17 2020-06-17 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20210396355A1 (ko)
KR (1) KR20210156402A (ko)
CN (1) CN113800468A (ko)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190102488A (ko) 2018-02-26 2019-09-04 한온시스템 주식회사 고체수소 저장장치 및 그 제조방법

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL140956A0 (en) * 1998-08-03 2002-02-10 Mills Randell L Inorganic hydrogen and hydrogen polymer compounds and applications thereof
JP4167607B2 (ja) * 2004-02-27 2008-10-15 株式会社豊田自動織機 水素貯蔵タンク
FR2924787B1 (fr) * 2007-12-10 2010-02-12 Centre Nat Rech Scient Reservoir de stockage d'hydrogene.
KR101042299B1 (ko) * 2007-12-13 2011-06-17 기아자동차주식회사 연료전지 자동차용 수소저장 시스템
US8778063B2 (en) * 2009-02-04 2014-07-15 Purdue Research Foundation Coiled and microchannel heat exchangers for metal hydride storage systems
US9169976B2 (en) * 2011-11-21 2015-10-27 Ardica Technologies, Inc. Method of manufacture of a metal hydride fuel supply
FR2984453B1 (fr) * 2011-12-15 2014-09-05 Commissariat Energie Atomique Reservoir de stockage d'hydrogene sous la forme d'hydrures metalliques
US20140360891A1 (en) * 2013-03-12 2014-12-11 Bret E. Kline System and method for using adsorbent/absorbent in loading, storing, delivering, and retrieving gases, fluids, and liquids
JP6902382B2 (ja) * 2017-04-12 2021-07-14 日本発條株式会社 ヒータユニット
KR20200100886A (ko) * 2019-02-18 2020-08-27 현대자동차주식회사 고체수소저장 시스템의 열전달핀 및 그 고체수소저장 장치

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190102488A (ko) 2018-02-26 2019-09-04 한온시스템 주식회사 고체수소 저장장치 및 그 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN113800468A (zh) 2021-12-17
US20210396355A1 (en) 2021-12-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1979697B1 (en) Thermal energy storage apparatus
US20040178083A1 (en) Metal hydride storage canister design and its manufacture
US8973746B2 (en) Hydrogen storage apparatus with heat-dissipating structure
Zhang et al. A novel multilayer fin structure for heat transfer enhancement in hydride‐based hydrogen storage reactor
JP2020133896A (ja) 固体水素貯蔵システムの熱伝達フィン及びその固体水素貯蔵装置
US11673802B2 (en) Hydrogen storage assembly
JP2016513780A (ja) 吸着材を利用したガス貯蔵モジュール、装置、システム、及び方法
EP3090218B1 (en) Carbon monoliths for adsorption refrigeration and heating applications
TW201128106A (en) Hydrogen storage device
JP7488548B2 (ja) 発熱装置
CN111081391A (zh) 一种采用六棱柱包壳的热管反应堆燃料元件的堆芯结构
KR20210156402A (ko) 판형 열교환기를 포함하는 고체수소 저장장치
US9006137B2 (en) Adsorbent material with anisotropic layering
US20040161652A1 (en) Alkaline fuel cell pack with gravity fed electrolyte circulation and water management system
KR101408236B1 (ko) 열전달 융합 기술을 이용한 온수 및 냉수 공급 장치
KR20200105615A (ko) 고체수소저장 장치
Miao et al. Review of thermal management technology for metal hydride reaction beds
CN216856656U (zh) 一种电磁场诱导催化合成氨反应器
GB2582607A (en) Power supply
WO2013157252A1 (ja) 多孔質シートの製造方法、蓄熱シート及び化学蓄熱システム
US20190293324A1 (en) Advanced Metal Hydride Heat Transfer System Utilizing An Electrochemical Hydrogen Compressor
KR20060017640A (ko) 장-보조 기체 저장 물질 및 이를 포함하는 연료 전지
WO2005117559A2 (en) Containers for hydrogen storage materials
KR102583833B1 (ko) 고체수소 저장용기 및 이를 포함하는 고체수소 저장장치
JP6145808B1 (ja) 流体ヒータ