KR20230024602A - Solid state hydrogen storage container and solid state hydrogen storage apparatus including the same - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a solid hydrogen storage container capable of storing a relatively large amount of hydrogen for the same volume, thereby increasing the hydrogen storage amount, and furthermore, efficiently and stably storing and releasing hydrogen, and to a solid hydrogen storage device including the same. According to the present invention, provided is a solid hydrogen storage container including: a container body at one end of which a hydrogen entrance and exit for hydrogen inflow and outflow is formed; and a hydrogen storage module stacked inside the container body and integrally formed with a hydrogen adsorption component and a heat conduction component.

Description

고체수소 저장용기 및 이를 포함하는 고체수소 저장장치 {SOLID STATE HYDROGEN STORAGE CONTAINER AND SOLID STATE HYDROGEN STORAGE APPARATUS INCLUDING THE SAME}Solid hydrogen storage container and solid hydrogen storage device including the same

본 발명은 고체수소 저장용기 및 이를 포함하는 고체수소 저장장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동일 체적에 대하여 상대적으로 많은 양의 수소를 저장할 수 있어 수소 저장량을 증대시킬 수 있으며, 나아가 수소를 효율적이고 안정적으로 저장 및 방출할 수 있는 고체수소 저장용기 및 이를 포함하는 고체수소 저장장치에 관한 것이다.The present invention relates to a solid hydrogen storage container and a solid hydrogen storage device including the same, and more particularly, can store a relatively large amount of hydrogen with respect to the same volume, thereby increasing the hydrogen storage amount, and furthermore, hydrogen efficiently and It relates to a solid hydrogen storage container capable of stably storing and releasing, and a solid hydrogen storage device including the same.

최근 충전식 배터리를 사용하는 대신 수소를 연료로 하여 구동되는 수소연료전지를 사용하는 FCEV(Fuel Cell Electric Vehicle)에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.Recently, research on a fuel cell electric vehicle (FCEV) using a hydrogen fuel cell driven by hydrogen as fuel instead of using a rechargeable battery has been actively conducted.

물을 전기분해할 때 전극에서 수소 및 산소가 발생하는데, 수소연료전지란 바로 이러한 전기분해의 역반응을 이용하여 수소 및 산소를 공급하여 전기를 생산하는 원리로 이루어지는 전지이다. 이러한 수소연료전지는 전기 생산 후 부산물로서 수증기만이 발생하기 때문에 환경오염 문제를 전혀 발생시키지 않으며, 일반 화학전지와는 달리 연료(수소)와 공기(산소)가 공급되는 한 계속 전기를 생산할 수 있다는 큰 장점이 있다. 그런데 산소의 경우 대기 중에 산소가 20% 가량 함유되어 있기 때문에 압축공기 형태로 용이하게 공급될 수 있는 반면, 수소의 경우 저장장치를 이용하여 저장된 상태로 공급해 주어야 한다.When water is electrolyzed, hydrogen and oxygen are generated at the electrodes, and a hydrogen fuel cell is a cell based on the principle of generating electricity by supplying hydrogen and oxygen using the reverse reaction of electrolysis. Since these hydrogen fuel cells generate only water vapor as a by-product after electricity production, they do not cause any environmental pollution problems, and unlike general chemical cells, they can continue to produce electricity as long as fuel (hydrogen) and air (oxygen) are supplied. There are big advantages. However, in the case of oxygen, it can be easily supplied in the form of compressed air because oxygen is contained in the atmosphere by about 20%, whereas hydrogen must be supplied in a stored state using a storage device.

이러한 수소 저장장치의 가장 기본적인 형태로서, 기체 상태의 수소를 고압으로 압축 저장시킨 수소 고압탱크가 있다. 기존에도 LPG가스를 연료로 이용하는 자동차가 상용화되었던 바, 이러한 LPG 고압탱크와 유사한 형태로서 수소 고압탱크 형태의 자동차용 수소 저장장치가 쉽게 개발될 수 있었다. 그러나 보다 많은 수소를 제한된 공간 안에 넣어야 하기 때문에 수소 고압탱크의 내부 압력이 700bar 수준에 달하는 엄청난 고압이 되는 위험요소가 발생한다. 따라서 수소 고압탱크를 사용하는 경우, 이러한 위험요소를 억제하기 위한 고도의 안전 설계가 추가적으로 필요하며, 이에 따라 시스템 무게 및 부피가 증가하여 효율이 상당히 저하되는 문제가 있다.As the most basic form of such a hydrogen storage device, there is a hydrogen high-pressure tank in which gaseous hydrogen is compressed and stored under high pressure. Since vehicles using LPG gas as fuel have been commercialized in the past, a hydrogen storage device for vehicles in the form of a hydrogen high-pressure tank similar to the LPG high-pressure tank could be easily developed. However, since more hydrogen must be put into a limited space, the internal pressure of the hydrogen high-pressure tank becomes an extremely high pressure of 700 bar. Therefore, in the case of using a hydrogen high-pressure tank, a high degree of safety design is additionally required to suppress these risk factors, and accordingly, the weight and volume of the system increase, resulting in a significant decrease in efficiency.

이러한 문제를 해결하고자, 고체화합물에 수소를 흡착시켜 저장(흡장)하는 방식이 새롭게 연구되고 있다.In order to solve this problem, a new method of adsorbing and storing hydrogen in a solid compound is being researched.

일반적으로 부피 대비 저장 밀도를 향상시키기 위하여 금속 수소화물 기반의 고체수소 저장 시스템이 사용되고 있다. 이러한 금속 수소화물로부터 수소를 방출시키기 위해서는 지속적인 열 공급이 필요하다.In general, metal hydride-based solid hydrogen storage systems are used to improve storage density versus volume. A constant supply of heat is required to release hydrogen from these metal hydrides.

특히, 대부분의 고용량 금속 수소화물 소재는 100℃이상의 고온에서 작동하기 때문에, 열유체나 전력을 이용하여 금속 수소화물을 가열하는 방법이 제시되고 있다.In particular, since most of the high-capacity metal hydride materials operate at a high temperature of 100° C. or more, a method of heating the metal hydride using a thermal fluid or electric power has been proposed.

즉, 금속수소화물 기반의 고체수소저장 소재의 경우 열에너지가 가해지면 금속수소화물로부터 수소분자가 분해되어 수소가 탈착되고, 적정 온도에서 수소를 공급 및 가압하면 다시 금속에 수소가 흡착되면서 수소가 저장되는 가역 반응이 나타난다.That is, in the case of metal hydride-based solid hydrogen storage materials, when thermal energy is applied, hydrogen molecules are decomposed from the metal hydride and hydrogen is desorbed. A reversible reaction occurs.

도 1은 종래 기술에 따른 고체수소 저장용기의 내부를 도시한 도면이다.1 is a view showing the inside of a solid hydrogen storage container according to the prior art.

도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 고체수소 저장용기는 내부에 금속 수소화물을 가열하거나 냉각시키기 위하여 용기의 길이 방향으로 연장된 가열튜브(10) 및 냉각튜브(20)가 형성되고, 금속 수소화물 사이에 복수의 열교환핀(30)이 가열튜브(10) 및 냉각튜브(20)의 연장 방향과 수직한 평면으로 연장되도록 형성된다. 반응을 통하여 수소를 합성시키거나 수소를 분해시키는 금속 수소화물(미도시)은 복수의 열교환핀(30) 사이에 배치된다.Referring to FIG. 1, a solid hydrogen storage container according to the prior art has a heating tube 10 and a cooling tube 20 extending in the longitudinal direction of the container to heat or cool a metal hydride therein, and a metal water storage container. A plurality of heat exchange fins 30 are formed between the extinguishing objects to extend in a plane perpendicular to the extension direction of the heating tube 10 and the cooling tube 20. A metal hydride (not shown) synthesizing hydrogen or decomposing hydrogen through a reaction is disposed between the plurality of heat exchange fins 30 .

다만, 종래 기술에 따르면 복수의 열교환핀(30)에 의해 고체수소 저장용기의 길이 방향으로 수소의 유동이 방해되고, 균일한 열교환을 위하여 많은 수량의 열교환핀(30)이 요구되어 고체수소 저장용기의 중량이 증가하는 문제가 있었다.However, according to the prior art, the flow of hydrogen in the longitudinal direction of the solid hydrogen storage container is hindered by the plurality of heat exchange fins 30, and a large number of heat exchange fins 30 are required for uniform heat exchange. There was a problem of increasing the weight of

또한, 부품 제작 공차로 인해 가열튜브(10)와 열교환핀(30) 사이의 접촉이 완전하지 못하여 가열튜브(10)로부터 열교환핀(30)으로의 열전달에서 손실이 발생할 수 있는 문제가 있었다.In addition, due to component manufacturing tolerances, contact between the heating tube 10 and the heat exchange fin 30 is not perfect, resulting in loss of heat transfer from the heating tube 10 to the heat exchange fin 30.

한편, MgH2는 대표적인 금속수소화물로서, 다른 수소화물(hydride)보다 단위 질량당 수소 저장량이 높은 장점(수소저장밀도 7.8wt%)이 있다.On the other hand, MgH2 is a typical metal hydride and has an advantage of having a higher hydrogen storage capacity per unit mass (hydrogen storage density of 7.8 wt%) than other hydrides.

그러나 MgH2와 같은 금속수소화물은 수소 방출 반응이 일어나는 온도가 높고, 가열에 필요한 전력 소모가 크기 때문에, 수소 저장시스템의 열효율을 높이는 방안이 필요한 것은 물론, 시스템의 경량화를 위해 효율적인 열교환기 설계도 요구되는 문제점이 있다.However, since metal hydrides such as MgH2 have a high hydrogen evolution reaction temperature and high power consumption for heating, a method to increase the thermal efficiency of the hydrogen storage system is required, as well as an efficient heat exchanger design to reduce the weight of the system. There is a problem.

대한민국 공개특허공보 10-2017-0097386(2017.08.28. 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2017-0097386 (2017.08.28. Publication) 대한민국 공개특허공보 10-2020-0072614(2020.06.23. 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0072614 (2020.06.23. Publication) 대한민국 공개특허공보 10-2020-0100886(2020.08.27. 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0100886 (2020.08.27. Publication) 대한민국 공개특허공보 10-2020-0111317(2020.09.29. 공개)Republic of Korea Patent Publication No. 10-2020-0111317 (2020.09.29. Publication)

따라서, 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 단위 질량당 수소 저장량을 증대시켜 상대적으로 많은 양의 수소를 저장할 수 있으며, 나아가 수소를 효율적이고 안정적으로 저장 및 방출할 수 있는 고체수소 저장용기 및 이를 포함하는 고체수소 저장장치를 제공하는데 그 목적이 있다.Therefore, the present invention for solving the above conventional problems is to increase the amount of hydrogen storage per unit mass to store a relatively large amount of hydrogen, and further, to store and release hydrogen efficiently and stably. Its purpose is to provide a container and a solid hydrogen storage device including the same.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 일측 단부에 수소의 인입 및 방출을 위한 수소 출입구가 형성되는 용기 바디; 및 상기 용기 바디의 내부에 적층 구비되고, 수소 흡착 구성부와 열전도 구성부가 일체로 구성되어 이루어지는 수소 흡장 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체수소 저장용기가 제공된다.According to one aspect of the present invention for achieving the above objects and other features of the present invention, a container body having a hydrogen entrance and exit for hydrogen inlet and outlet is formed at one end; and a hydrogen storage module stacked inside the container body and integrally composed of a hydrogen adsorption component and a heat conduction component.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 수소 흡장 모듈은, 복수의 수소 유동공이 형성되며, 금속수산화물로 이루어지는 흡장 부재; 및 복수의 수소 유동공이 복수 형성되고, 열전도성 재질로 이루어지며, 상기 흡장 부재의 수소 유동공을 제외하고 그 흡장 부재의 외면을 커버하는 전열 부재;를 포함할 수 있다.In one aspect of the present invention, the hydrogen occlusion module, a plurality of hydrogen flow holes are formed, the occlusion member made of a metal hydroxide; and a heat transfer member having a plurality of hydrogen flow holes formed therein, made of a thermally conductive material, and covering an outer surface of the storage member except for the hydrogen flow holes of the storage member.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 흡장 부재는 타이타늄(titanium) 재질 또는 타이타늄 합금 재질로 이루어지며, 상기 전열 부재는 구리로 이루어질 수 있다.In one aspect of the present invention, the storage member may be made of titanium or a titanium alloy material, and the heat transfer member may be made of copper.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 흡장 부재는, 3D 프린팅으로 제작된 판상 형태 또는 블록 형태로 형성될 수 있다.In one aspect of the present invention, the occluding member may be formed in a plate shape or a block shape manufactured by 3D printing.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 전열 부재는, 하부로 함몰되는 하나 이상의 엠보싱부가 상면에 형성될 수 있다.In one aspect of the present invention, the heat transfer member, at least one embossed portion that is recessed to the bottom may be formed on the upper surface.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 흡장 부재의 하단부 양측은 내측으로 단차진 단턱부가 형성되며, 상기 전열 부재는 상기 흡장 부재의 측면을 커버하는 부분의 하단이 상기 단턱부의 상면에 접하면서 흡장 부재의 측면을 커버하도록 구성될 수 있다.In one aspect of the present invention, both sides of the lower end of the occluding member are formed with stepped portions that are stepped inwardly, and in the heat transfer member, the lower end of the portion covering the side surface of the occluding member is in contact with the upper surface of the stepped portion, and It can be configured to cover the sides.

본 발명의 일 관점에 있어서, 상기 흡장 부재는, 타이타늄 합금 재질로 이루어지며, 알루미늄(Al), 바나듐(V) 및 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.In one aspect of the present invention, the storage member is made of a titanium alloy material, and may include at least one of aluminum (Al), vanadium (V), and palladium (Pd).

본 발명의 다른 관점에 따르면, 청구항 제1항에 따른 고체수소 저장용기; 상기 고체수소 저장용기의 외면에 구비되는 열전달체; 및 상기 열전달체를 냉각시키거나 가열하기 위한 열 매체를 공급하는 열매체 공급 장치;를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, the solid hydrogen storage container according to claim 1; a heat carrier provided on an outer surface of the solid hydrogen storage container; and a heat medium supply device supplying a heat medium for cooling or heating the heat transfer element.

본 발명에 따른 고체수소 저장용기 및 이를 포함하는 고체수소 저장장치에 의하면 다음과 같은 효과를 제공한다.According to the solid hydrogen storage container and the solid hydrogen storage device including the same according to the present invention, the following effects are provided.

첫째, 본 발명은 타이타늄 재질의 금속수소화물을 이용하여 동일 체적의 저장 용기 내에 상대적으로 많은 양의 수소를 저장할 수 있어 수소 저장량을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.First, the present invention can store a relatively large amount of hydrogen in a storage container of the same volume by using a metal hydride made of titanium, thereby increasing the hydrogen storage amount.

둘째, 본 발명은 수소 저장량을 증대시키면서도 열 전달이 뛰어난 전열체가 구성되어 수소를 보다 효율적이고 안정적으로 저장 및 방출할 수 있는 효과가 있다.Second, the present invention has the effect of storing and releasing hydrogen more efficiently and stably by configuring a heat transfer body with excellent heat transfer while increasing the hydrogen storage amount.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description below.

도 1은 종래 기술에 따른 고체수소 저장용기의 내부를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 고체수소 저장용기의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 고체수소 저장용기에 포함되는 수소 흡장 모듈을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 고체수소 저장용기에 포함되는 수소 흡장 모듈의 흡장 부재를 나타내는 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 고체수소 저장용기에 포함되는 수소 흡장 모듈의 흡장 부재를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 고체수소 저장용기에 포함되는 수소 흡장 모듈의 전열 부재를 나타내는 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 고체수소 저장용기에 포함되는 수소 흡장 모듈의 전열 부재를 나타내는 단면도로서, 도 5의 "B"선에 따른 단면도이다.
1 is a view showing the inside of a solid hydrogen storage container according to the prior art.
Figure 2 is a cross-sectional view schematically showing the internal configuration of the solid hydrogen storage container according to the present invention.
3 is a perspective view showing a hydrogen storage module included in the solid hydrogen storage container according to the present invention.
4 is a plan view showing a storage member of a hydrogen storage module included in a solid hydrogen storage container according to the present invention.
5 is a cross-sectional view showing a storage member of a hydrogen storage module included in a solid hydrogen storage container according to the present invention.
6 is a plan view showing a heat transfer member of a hydrogen storage module included in a solid hydrogen storage container according to the present invention.
7 is a cross-sectional view showing a heat transfer member of the hydrogen storage module included in the solid hydrogen storage container according to the present invention, and is a cross-sectional view taken along line “B” in FIG. 5 .

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다. Additional objects, features and advantages of the present invention may be more clearly understood from the following detailed description and accompanying drawings.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Prior to the detailed description of the present invention, the present invention may make various changes and may have various embodiments, and the examples described below and shown in the drawings are not intended to limit the present invention to specific embodiments. No, it should be understood to include all changes, equivalents or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

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.It is understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in the middle. It should be. On the other hand, when an element is referred to as “directly connected” or “directly connected” to another element, it should be understood that no other element exists in the middle.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as "...unit", "...unit", and "...module" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware and It can be implemented as a combination of software.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components regardless of reference numerals, and overlapping descriptions thereof will be omitted. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of related known technologies may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description will be omitted.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 고체수소 저장용기 및 이를 포함하는 고체수소 저장장치를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a solid hydrogen storage container and a solid hydrogen storage device including the same according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저, 본 발명에 따른 고체수소 저장용기에 대하여 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.First, the solid hydrogen storage container according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 7 .

도 2는 본 발명에 따른 고체수소 저장용기의 내부 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 고체수소 저장용기에 포함되는 수소 흡장 모듈을 나타내는 사시도이다. 도 4는 본 발명에 따른 고체수소 저장용기에 포함되는 수소 흡장 모듈의 흡장 부재를 나타내는 평면도이고, 도 5는 본 발명에 따른 고체수소 저장용기에 포함되는 수소 흡장 모듈의 흡장 부재를 나타내는 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 고체수소 저장용기에 포함되는 수소 흡장 모듈의 전열 부재를 나타내는 평면도이며, 도 7은 본 발명에 따른 고체수소 저장용기에 포함되는 수소 흡장 모듈의 전열 부재를 나타내는 단면도로서, 도 5의 "B"선에 따른 단면도이다.2 is a cross-sectional view schematically showing the internal configuration of a solid hydrogen storage container according to the present invention, and FIG. 3 is a perspective view showing a hydrogen storage module included in the solid hydrogen storage container according to the present invention. 4 is a plan view showing the storage member of the hydrogen storage module included in the solid hydrogen storage container according to the present invention, and FIG. 5 is a cross-sectional view showing the storage member of the hydrogen storage module included in the solid hydrogen storage container according to the present invention, 6 is a plan view showing the heat transfer member of the hydrogen storage module included in the solid hydrogen storage container according to the present invention, and FIG. 7 is a cross-sectional view showing the heat transfer member of the hydrogen storage module included in the solid hydrogen storage container according to the present invention, It is a cross-sectional view taken along line “B” in FIG. 5 .

본 발명에 따른 고체수소 저장용기는, 도 2 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 크게 용기 바디(100); 및 수소 흡장 모듈(200);을 포함하며, 상기 수소 흡장 모듈(200)은 흡장 부재(210)와 전열 부재(220)를 포함한다.The solid hydrogen storage container according to the present invention, as shown in FIGS. 2 to 7, largely includes a container body 100; and a hydrogen occlusion module 200, wherein the hydrogen occlusion module 200 includes an occlusion member 210 and a heat transfer member 220.

구체적으로, 본 발명에 따른 고체수소 저장용기는, 도 2 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 일측 단부에 수소 인입 및 방출을 위한 수소 출입구(110)가 형성되는 용기 바디(100); 및 상기 용기 바디(100)의 내부에 적층 구비되고, 수소를 흡착하여 저장하도록 구성되는 수소 흡장 모듈(200);을 포함한다.Specifically, the solid hydrogen storage container according to the present invention, as shown in Figs. 2 to 7, the container body 100 at one end of which a hydrogen entrance 110 for hydrogen inlet and outlet is formed; and a hydrogen storage module 200 stacked inside the container body 100 and configured to adsorb and store hydrogen.

상기 용기 바디(100)는 일측 단부(도면에서는 상단부)에 수소 출입구(110)가 형성되며 타측으로 연장된 기둥 형상으로 형성된다.The container body 100 has a hydrogen entrance 110 formed at one end (an upper end in the drawing) and is formed in a columnar shape extending to the other side.

상기 용기 바디(100)는 금속 재질과 같은 열전도성 재질로 이루어지며, 이에 따라 아래에서 자세히 설명될 수소 흡장 모듈(200)이 그 용기 바디(100) 외측의 열전달 장치부에 의해 전달되는 고온의 열 또는 저온의 열에 의한 가열과 냉각에 따른 탈착 반응과 흡착 반응으로 수소 출입구(110)를 통하여 용기 바디(100)의 내부로 수소가 유입되어 저장시키거나 용기 바디(100)의 내부에서 외부로 수소가 배출되도록 한다.The container body 100 is made of a thermally conductive material such as a metal material, and accordingly, the hydrogen storage module 200, which will be described in detail below, transmits high-temperature heat by the heat transfer unit outside the container body 100. Alternatively, hydrogen flows into and stores the inside of the container body 100 through the hydrogen entrance 110 due to desorption and adsorption reactions caused by heating and cooling by low-temperature heat, or hydrogen flows from the inside of the container body 100 to the outside. to let it out

계속해서, 상기 수소 흡장 모듈(200)은 용기 바디(100)의 내부에서 길이방향으로 적층 구비되고, 발열 반응(냉각)으로 수소를 흡착하여 저장하고 흡열 반응(가열)으로 흡장된 수소를 배출하도록 구성되는 구성부이다.Subsequently, the hydrogen storage module 200 is stacked in the longitudinal direction inside the container body 100 to adsorb and store hydrogen through an exothermic reaction (cooling) and discharge the stored hydrogen through an endothermic reaction (heating). It is a constituent part.

구체적으로, 상기 수소 흡장 모듈(200)은 수소가 유동할 수 있는 복수의 수소 유동공(211)이 형성되며, 금속수산화물로 이루어지는 흡장 부재(210), 및 상기 흡장 부재(210)의 수소 유동공(211)에 상응하는 수소 유동공(221)이 복수 형성되고, 열전도성 재질로 이루어지며, 상기 흡장 부재(210)의 외면을 커버하는 전열 부재(220)를 포함한다.Specifically, the hydrogen storage module 200 has a plurality of hydrogen flow holes 211 through which hydrogen can flow, the storage member 210 made of metal hydroxide, and the hydrogen flow holes of the storage member 210. A plurality of hydrogen flow holes 221 corresponding to 211 are formed, made of a thermally conductive material, and a heat transfer member 220 covering the outer surface of the storage member 210 .

상기 흡장 부재(210)는 타이타늄(titanium) 재질 또는 타이타늄 합금 재질로 이루어진다.The occluding member 210 is made of titanium or titanium alloy.

여기에서, 상기 흡장 부재(210)가 타이타늄 합금 재질(바람직하게는, 다공성의 타이타늄 합금 재질)로 이루어지는 경우, 알루미늄(Al), 바나듐(V) 및 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 상기 흡장 부재(210)가 알루미늄(Al), 바나듐(V) 및 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나를 포함하는 타이타늄 합금으로 이루어짐으로써, 수소 흡착 반응 속도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.Here, when the occluding member 210 is made of a titanium alloy material (preferably, a porous titanium alloy material), it is preferable to include at least one of aluminum (Al), vanadium (V), and palladium (Pd). do. As such, since the storage member 210 is made of a titanium alloy containing at least one of aluminum (Al), vanadium (V), and palladium (Pd), the hydrogen adsorption reaction rate can be further improved.

또한, 상기 흡장 부재(210)는 소정 두께를 갖는 판상 형태 또는 블록 형태로 형성되며, 주물 방식, 금속 3D 프린팅 방식, 금속 소결 방식으로 제작될 수 있다.In addition, the occlusion member 210 is formed in a plate shape or block shape having a predetermined thickness, and may be manufactured by a casting method, a metal 3D printing method, or a metal sintering method.

여기에서, 상기 흡장 부재(210)는 3D 프린팅 방식에 의한 제작 시 수소 유동공(211)을 가지면서 합금 분말을 3D 프린팅하여 제작되며, 층층이 메쉬 형태로 형성되도록 제작되거나 전체적으로 다공성(다공질)을 갖는 판상 형태 또는 블록 형태로 형성될 수 있다.Here, the occluding member 210 is manufactured by 3D printing alloy powder while having hydrogen flow holes 211 when manufactured by the 3D printing method, and is manufactured to be layered in a mesh form or has a porous (porous) structure as a whole. It may be formed in a plate shape or block shape.

상기 흡장 부재(210)에 형성되는 수소 유동공(211)은 중앙부에 형성되는 중앙 유동공(211a), 및 상기 중앙 유공공(211a)의 주변에서 둘레 방향으로 일정 간격을 갖고 형성되는 주변 유동공(211b)으로 이루어질 수 있다.The hydrogen flow holes 211 formed in the occlusion member 210 include a central flow hole 211a formed in the central portion and peripheral flow holes formed at regular intervals in the circumferential direction around the central hole 211a. (211b).

상기 중앙 유동공(211a)과 주변 유동공(211b)은 직경이 동일하거나 다르게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 중앙 유공공(211a)는 20파이(π)로 형성되고, 상기 주변 유동공(211b)은 12파이(Φ)의 직경을 갖고 30°간격으로 6개 형성되는 것으로 이루어질 수 있다.The central flow hole 211a and the peripheral flow hole 211b may have the same or different diameters. For example, the central perforated hole 211a is formed of 20 pi (π), and the peripheral flow hole 211b has a diameter of 12 pi (Φ) and may be formed of six formed at 30 ° intervals. .

다음으로, 상기 전열 부재(220)는 열 전도성이 뛰어난 재질, 바람직하게는 구리(Cu) 재질로 이루어지며, 수소 유동공(221)이 상기 흡장 부재(210)의 수소 유동공(211)와 정렬되면서 그 흡장 부재(210)의 상면과 측면을 커버하면서 구비된다.Next, the heat transfer member 220 is made of a material having excellent thermal conductivity, preferably a copper (Cu) material, and the hydrogen flow hole 221 is aligned with the hydrogen flow hole 211 of the storage member 210. while covering the top and side surfaces of the occluding member 210.

상기 전열 부재(220)의 수소 유동공(221) 또한 상기 흡장 부재(210)의 수소 유동공(211)과 대응되게 형성된다.The hydrogen flow hole 221 of the heat transfer member 220 is also formed to correspond to the hydrogen flow hole 211 of the storage member 210 .

즉, 상기 전열 부재(220)에 형성되는 수소 유동공(221)은 중앙부에 형성되는 중앙 유동공(221a), 및 상기 중앙 유공공(221a)의 주변에서 둘레 방향으로 일정 간격을 갖고 형성되는 주변 유동공(221b)으로 이루어질 수 있다.That is, the hydrogen flow holes 221 formed in the heat transfer member 220 include the central flow hole 221a formed in the central portion and the periphery of the central flow hole 221a at regular intervals in the circumferential direction. It may be made of a flow hole (221b).

상기 중앙 유동공(221a)과 주변 유동공(221b)은 직경이 동일하거나 다르게 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 중앙 유공공(221a)는 22파이(π)로 형성되고, 상기 주변 유동공(221b)은 12파이의 직경을 갖고 30°간격으로 6개 형성되는 것으로 이루어질 수 있다.The central flow hole 221a and the peripheral flow hole 221b may have the same or different diameters. For example, the central perforated hole 221a may be formed of 22 pi (π), and the peripheral flow hole 221b may be formed of six having a diameter of 12 pi and formed at intervals of 30°.

또한, 상기 전열 부재(220)는 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 하부로 소정 깊이 함몰되는 하나 이상의 엠보싱부(embossing portion)(222, 223)가 형성되어 흡장 부재(210)의 상면과 일정 간극을 가지며, 수소 흡장 모듈(200)이 용기 바디(100) 내에 적층 구비될 때 그 엠보싱부(222, 223)의 주변부에 의해 수소 흡장 모듈(200) 간이 간극을 갖고 지지될 수 있도록 한다.In addition, as shown in FIGS. 6 and 7 , the heat transfer member 220 is formed with one or more embossing portions 222 and 223 that are recessed to a predetermined depth to the lower portion to be consistent with the top surface of the occluding member 210. It has a gap, and when the hydrogen occlusion modules 200 are stacked in the container body 100, the hydrogen occlusion modules 200 can be supported with a gap by the periphery of the embossed portions 222 and 223.

상기 엠보싱부(222, 223)는 예를 들면 반구 형태로 함몰되는 엠보싱부(222)로 형성될 수 있고, 두 변이 절개되고 절개되지 않은 두 변 측이 함몰되는 엠보싱부(223)로 형성될 수 있다.The embossing parts 222 and 223 may be formed of, for example, an embossing part 222 that is recessed in a hemispherical shape, and may be formed of an embossing part 223 in which two sides are cut and two sides that are not cut are recessed. there is.

여기에서, 상기 전열 부재(220)가 상기 흡장 부재(210)에 결합됨에 있어 일체형 결합 구조를 갖도록 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 흡장 부재(210)의 하단부 양측은 내측으로 단차진 단턱부(212)가 형성되며, 상기 전열 부재(220)의 측면은 그 하단이 단턱부(212)의 상면에 접하면서 그 측면의 외면이 흡장 부재(210)의 하단부 외면과 동일 선상에 있도록 결합된다.Here, as shown in FIG. 3 so that the heat transfer member 220 is coupled to the occluding member 210 to have an integral coupling structure, both sides of the lower end of the occluding member 210 step inwardly stepped portions 212 ) is formed, and the lower end of the side surface of the heat transfer member 220 is in contact with the upper surface of the stepped portion 212, and the outer surface of the side surface is coupled to the same line as the outer surface of the lower end of the occluding member 210.

한편, 본 발명에 따른 고체수소 저장장치는, 상기한 고체수소 저장용기(즉, 용기 바디(100)와 수소 흡장 모듈(200); 상기 고체수소 저장용기의 외면에 구비되는 열전달체; 및 상기 고체수소 저장용기의 외부에 구비되고, 상기 열전달체를 냉각시키거나 가열하기 위한 열 매체를 공급하는 열매체 공급 장치;를 포함한다.Meanwhile, the solid hydrogen storage device according to the present invention includes the solid hydrogen storage container (that is, the container body 100 and the hydrogen storage module 200; a heat carrier provided on the outer surface of the solid hydrogen storage container; and the solid hydrogen storage container). A heat medium supply device provided on the outside of the hydrogen storage container and supplying a heat medium for cooling or heating the heat carrier.

상기 열전달체는 수냉식 또는 공냉식 등 상기 열매체 공급 장치에 의해 공급되는 열매체를 고체수소 저장용기의 용기 바디(100) 측으로 전달할 수 있는 구성이라면 특별히 한정되는 것은 아니며, 상기 열매체 공급 장치 또한 공지의 것을 채용할 수 있다.The heat carrier is not particularly limited as long as it is configured to transfer the heat medium supplied by the heat medium supply device, such as a water-cooled or air-cooled type, to the container body 100 of the solid hydrogen storage container, and the heat medium supply device may also employ a known one. can

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 고체수소 저장용기 및 이를 포함하는 고체수소 저장장치에 의하면, 타이타늄 재질의 금속수소화물을 이용하여 동일 체적의 저장 용기 내에 상대적으로 많은 양의 수소를 저장할 수 있어 수소 저장량을 증대시킬 수 있으며, 수소 저장량을 증대시키면서도 열 전달이 뛰어난 전열체가 구성되어 수소를 보다 효율적이고 안정적으로 저장 및 방출할 수 있는 이점이 있다.As described above, according to the solid hydrogen storage container and the solid hydrogen storage device including the same according to the present invention, it is possible to store a relatively large amount of hydrogen in a storage container of the same volume using a metal hydride made of titanium. It is possible to increase the storage amount, and there is an advantage of storing and discharging hydrogen more efficiently and stably by configuring a heat transfer body with excellent heat transfer while increasing the hydrogen storage amount.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The embodiments described in this specification and the accompanying drawings merely illustrate some of the technical ideas included in the present invention by way of example. Therefore, since the embodiments disclosed in this specification are not intended to limit the technical idea of the present invention but to explain it, it is obvious that the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. All modified examples and specific examples that can be easily inferred by those skilled in the art within the scope of the technical idea included in the specification and drawings of the present invention should be construed as being included in the scope of the present invention.

100: 용기 바디
110: 수소 출입구
200: 수소 흡장 모듈
210: 흡장 부재
211, 221: 수소 유동공
211a, 221a: 중앙 유동공
211b, 221b: 주변 유동공
212: 단턱부
220: 전열 부재
222, 223: 엠보싱부
100: container body
110: hydrogen entrance
200: hydrogen storage module
210: occlusion member
211, 221: hydrogen flow hole
211a, 221a: central flow hole
211b, 221b: peripheral flow hole
212: stepped portion
220: heat transfer member
222, 223: embossing part

Claims (8)

일측 단부에 수소의 인입 및 방출을 위한 수소 출입구가 형성되는 용기 바디; 및
상기 용기 바디의 내부에 적층 구비되고, 수소 흡착 구성부와 열전도 구성부가 일체로 구성되어 이루어지는 수소 흡장 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는
고체수소 저장용기.
A container body at one end of which a hydrogen entrance and exit for hydrogen inflow and outflow is formed; and
A hydrogen storage module stacked inside the container body and integrally composed of a hydrogen adsorption component and a heat conduction component.
Solid hydrogen storage container.
제1항에 있어서,
상기 수소 흡장 모듈은,
복수의 수소 유동공이 형성되며, 금속수산화물로 이루어지는 흡장 부재; 및
복수의 수소 유동공이 복수 형성되고, 열전도성 재질로 이루어지며, 상기 흡장 부재의 수소 유동공을 제외하고 그 흡장 부재의 외면을 커버하는 전열 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는
고체수소 저장용기.
According to claim 1,
The hydrogen storage module,
a storage member formed of a plurality of hydrogen flow holes and made of metal hydroxide; and
A plurality of hydrogen flow holes are formed in plurality, made of a thermally conductive material, and a heat transfer member covering an outer surface of the storage member except for the hydrogen flow holes of the storage member.
Solid hydrogen storage container.
제2항에 있어서,
상기 흡장 부재는 타이타늄(titanium) 재질 또는 타이타늄 합금 재질로 이루어지며,
상기 전열 부재는 구리로 이루어지는 것을 특징으로 하는
고체수소 저장용기.
According to claim 2,
The occluding member is made of a titanium material or a titanium alloy material,
The heat transfer member is characterized in that made of copper
Solid hydrogen storage container.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 흡장 부재는,
3D 프린팅으로 제작된 판상 형태 또는 블록 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는
고체수소 저장용기.
According to claim 2 or 3,
The occluding member,
Characterized in that it is formed in the form of a plate or block produced by 3D printing
Solid hydrogen storage container.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 전열 부재는,
하부로 함몰되는 하나 이상의 엠보싱부가 상면에 형성되는 것을 특징으로 하는
고체수소 저장용기.
According to claim 2 or 3,
The heat transfer member,
Characterized in that one or more embossed portions that are depressed to the bottom are formed on the upper surface
Solid hydrogen storage container.
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 흡장 부재의 하단부 양측은 내측으로 단차진 단턱부가 형성되며,
상기 전열 부재는 상기 흡장 부재의 측면을 커버하는 부분의 하단이 상기 단턱부의 상면에 접하면서 흡장 부재의 측면을 커버하도록 구성되는 것을 특징으로 하는
고체수소 저장용기.
According to claim 2 or 3,
Both sides of the lower end of the occluding member are formed with stepped portions stepped inwardly,
Characterized in that the heat transfer member is configured so that the lower end of the portion covering the side surface of the occluding member is in contact with the upper surface of the stepped portion to cover the side surface of the occluding member.
Solid hydrogen storage container.
제1항에 있어서,
상기 흡장 부재는,
타이타늄 합금 재질로 이루어지며, 알루미늄(Al), 바나듐(V) 및 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
고체수소 저장용기.
According to claim 1,
The occluding member,
Made of a titanium alloy material, characterized in that it contains at least one of aluminum (Al), vanadium (V) and palladium (Pd)
Solid hydrogen storage container.
청구항 제1항에 따른 고체수소 저장용기;
상기 고체수소 저장용기의 외면에 구비되는 열전달체; 및
상기 열전달체를 냉각시키거나 가열하기 위한 열 매체를 공급하는 열매체 공급 장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는
고체수소 저장장치.
The solid hydrogen storage container according to claim 1;
a heat carrier provided on an outer surface of the solid hydrogen storage container; and
Characterized in that it comprises a; heat medium supply device for supplying a heat medium for cooling or heating the heat transfer medium
Solid hydrogen storage device.
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Citations (11)

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