KR20230075263A - 수소 흡장 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소 흡장 시스템을 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 의한 수소 흡장 시스템은 내부 공간을 갖고, 가스 주입을 위한 주입부와 가스 배출을 위한 배출부를 구비한 고압 탱크; 상기 고압 탱크의 내부 공간 중앙에 제공되고, 파우더 형태의 수소 저장 물질이 채워진 트레이를 갖는 트레이 부재; 및 상기 트레이 부재를 중심으로 방사상으로 배치되고, 상기 트레이에 채워진 수소 저장 물질을 가열시키는 히팅 부재를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 수소를 저장하기 위한 수단으로서 수소 저장 시스템에 관한 것으로 보다 상세하게는 금속수소화물(Metal Hydride: MH)을 이용한 수소 흡장 시스템에 관한 것이다.
산업이 급속도로 발전함에 따라 전 세계적으로 고갈되어 가는 화석 연료의 대체 및 지구의 환경보존과 에너지원의 효율적인 이용을 위하여 미래의 에너지 매체로 우수한 특성을 가지고 있는 에너지 관련 기술 중 고효율의 환경친화적 청정에너지 기술개발이 매우 시급하다. 이에 따라 수소에너지의 기술개발에 대한 관심이 높아지고 있으며, 수소의 제조와 저장, 수송 분야를 포함한 수소에너지 이용기술의 확보는 미래 21세기 에너지 안보 및 국가경쟁력을 결정하는 중요한 요소가 될 것이다.
수소는 에너지원으로서 사용할 경우에 무한정인 물을 원료로 하여 제조할 수 있으며 사용 후에는 다시 물로 재순환이 이루어질 뿐만 아니라, 연소 시 극소량의 NOx 발생을 제외하고는 공해물질이 생성되지 않는다. 또한, 수소는 가스나 액체로서 쉽게 수송할 수 있으며 고압가스, 액체수소, 금속수소화물 등의 다양한 형태로의 저장이 용이하다. 또한, 직접 연소에 의한 연료 또는 연료전지 등의 연료로서의 사용이 간편한 장점을 가지고 있다. 따라서, 수소는 산업용의 기초소재로부터 일반 연료자동차, 수소비행기, 연료전지 등 현재의 에너지 시스템에서 사용되는 거의 모든 분야에 이용될 수 있어, 미래의 에너지시스템에 가장 적합한 것으로 판단되고 있으며, 수소 사용이 늘면서 자연스럽게 수소 생산과 저장기술에 대한 관심도가 높아지고 있다.
수소 저장 기술중에 하나인 금속수소화물을 이용한 방식은 수소 저장 금속에 수소를 흡장시켜 저장하였다가 필요할 때에 방출시켜 연료로 사용하거나 연료전지에 주입하여 전기 에너지로 변환하여 사용할 수 있다.
이러한 금속수소화물을 이용한 수소 저장 시스템은 수소 흡장 및 방출에 상당한 시간이 소요되기 때문에 반응속도를 향상시키기 위한 성능 향상에 대한 연구가 시급한 실정이다.
본 발명은 수소의 흡장이 빠르게 이루어질 수 있는 수소 흡장 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 수소 저장 물질들의 균일한 가열이 가능한 수소 흡장 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 빠른 가열이 가능한 수소 흡장 시스템을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명의 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 내부 공간을 갖고, 가스 주입을 위한 주입부와 가스 배출을 위한 배출부를 구비한 고압 탱크; 상기 고압 탱크의 내부 공간 중앙에 제공되고, 파우더 형태의 수소 저장 물질이 채워진 트레이를 갖는 트레이 부재; 및 상기 트레이 부재를 중심으로 방사상으로 배치되고, 상기 트레이에 채워진 수소 저장 물질을 가열시키는 히팅 부재를 포함하는 수소 흡장 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 고압 탱크 내부의 열기를 강제 대류시키기 위한 대류 수단을 더 포함하되; 상기 대류 수단은 상기 고압 탱크의 내부에 구비되 팬; 상기 고압 탱크의 타측에 설치되어 상기 팬을 회전시키는 마그네틱 드라이브; 및 상기 마그네틱 드라이브를 구동하시키는 구동부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 트레이 부재는 상기 트레이가 상하로 적층하여 배치 가능한 적층형 구조로 제공되되; 상기 트레이가 상하로 적층된 상태에서 서로 이웃하는 트레이 사이의 공간을 확보할 수 있도록 상기 트레이의 테두리부에 제공되는 복수개의 스페이서를 포함할 수 있다.
또한, 상기 트레이는 측면과 저면에 의해 내측에 수용 공간을 확정하는 본체부; 및 상기 본체부의 개방된 상면을 가로 및 세로 방향으로 가로지르도록 십자 교차되게 설치되는 가로대를 포함하고, 상기 가로대에는 일정 간격으로 설치되어 상기 본체부에 수용된 수소 저장 물질의 구역별 온도를 측정하는 센서들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 스페이서는 상기 가로대와 연결될 수 있다.
또한, 상기 고압 탱크는 저면이 개방되고 상기 트레이가 수용되는 상기 내부 공간을 제공하는 상부 바디; 및 상기 트레이 부재가 놓여지는 그리고 상기 상부 바디와 결합되어 상기 내부 공간을 밀폐하는 하부 바디를 포함하되; 상기 상부 바디는 상기 트레이 부재를 상기 하부 바디에 로딩 및 언로딩할 수 있도록 상기 하부 바디로부터 승강 이동되도록 제공될 수 있다.
또한, 상기 하부 바디는 상기 상부 바디의 승강 이동을 안내하는 가이드 봉들이 수직하게 설치되는 하부 플랜지를 포함하고, 상기 상부 바디는 상기 하부 플랜지와 결합되는 상부 플랜지를 갖고, 상기 상부 플랜지에는 상기 가이드 봉들이 삽입되는 가이드홀들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 고압 탱크는 상부 바디와 하부 바디를 포함하고, 상기 히팅 부재는 상기 상부 바디에 고정되고 상기 내부 공간의 가장자리를 따라 일정 간격으로 배치되는 상부 히터봉들; 및 상기 하부 바디에 고정되고 상기 상부 히터봉들 사이에 위치되도록 상기 내부 공간이 가장자리를 따라 일정 간격으로 배치되는 하부 히터봉들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 상부 히터봉들의 발열부와 상기 하부 히터봉들의 발열부는 상기 트레이 부재와 대응되는 구간에 제공될 수 있다.
또한, 상기 히팅 부재는 상하로 적층되어 배치된 상기 트레이들의 개별 히팅이 가능한 발열부들을 제공할 수 있다.
또한, 상기 하부 바디와 상기 트레이 부재 사이에 제공되는 히터 플레이트를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 고압 탱크의 내부 공간으로 수소 가스를 공급하는 수소 가스 공급부; 상기 고압 탱크의 내부 공간을 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부; 및 상기 고압 탱크의 내부 공간으로부터 가스가 배출되는 가스 배출부; 상기 고압 탱크의 내부 공간의 압력을 측정하는 압력 측정부; 및 상기 압력 측정부의 측정값 변화에 따라 상기 고압 탱크의 내부공간으로의 가스 공급 및 가스 배출을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 트레이 부재는 상기 트레이에 수용된 수소 저장 물질의 온도를 측정하는 온도 센서들을 포함하고, 상기 온도 센서들로부터 측정값을 제공받아 상기 고압 탱크 내부 온도가 수소 흡장 온도를 유지하도록 상기 히팅 부재를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 수소 저장 물질은 마그네슘을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 내부 공간을 갖고, 수소 가스 주입을 위한 주입포트와 가스 배출을 위한 배출포트를 구비한 고압 탱크; 상기 고압 탱크의 내부 공간 중앙에 제공되고, 파우더 형태의 수소 저장 물질이 채워진 트레이를 갖는 트레이 부재; 상기 트레이 부재를 중심으로 방사상으로 배치되고, 상기 트레이에 채워진 수소 저장 물질을 가열시키는 히팅 부재; 상기 고압 탱크 내부의 열기를 강제 대류시키기 위한 대류 수단을 포함하되; 상기 고압 탱크는 저면이 개방되고 상기 트레이가 수용되는 상기 내부 공간을 제공하는 상부 바디; 및 상기 트레이 부재가 놓여지는 그리고 상기 상부 바디와 결합되어 상기 내부 공간을 밀폐하는 하부 바디를 포함하고, 상기 히팅 부재는 상기 상부 바디에 고정되고 상기 내부 공간의 가장자리를 따라 일정 간격으로 배치되는 상부 히터봉들; 및 상기 하부 바디에 고정되고 상기 상부 히터봉들 사이에 위치되도록 상기 내부 공간이 가장자리를 따라 일정 간격으로 배치되는 하부 히터봉들을 포함하는 수소 흡장 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 대류 수단은 상기 고압 탱크의 내부에 구비되 팬; 상기 고압 탱크의 타측에 설치되어 상기 팬을 회전시키는 마그네틱 드라이브; 및 상기 마그네틱 드라이브를 구동하시키는 구동부를 포함하고, 상기 트레이 부재는 상기 트레이가 상하로 적층하여 배치 가능한 적층형 구조로 제공되되; 상기 트레이가 상하로 적층된 상태에서 서로 이웃하는 트레이 사이의 공간을 확보할 수 있도록 상기 트레이의 테두리부에 제공되는 복수개의 스페이서를 포함하며, 상기 상부 히터봉들의 발열부와 상기 하부 히터봉들의 발열부는 상기 트레이 부재와 대응되는 구간에 중첩되도록 제공될 수 있다.
또한, 상기 트레이는 측면과 저면에 의해 내측에 수용 공간을 확정하는 본체부; 및 상기 본체부의 개방된 상면을 가로 및 세로 방향으로 가로지르도록 십자 교차되게 설치되는 가로대를 포함하고, 상기 가로대에는 일정 간격으로 설치되어 상기 본체부에 수용된 수소 저장 물질의 구역별 온도를 측정하는 센서들을 포함하고, 상기 하부 바디와 상기 트레이 부재 사이에 제공되는 히터 플레이트를 더 포함하며, 상기 히터 플레이트는 개별 제어가 가능한 복수의 히팅 구간들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 수소의 흡장이 빠르게 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명은 수소 저장 물질들의 균일한 가열이 가능할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 빠른 가열이 가능할 수 있다.
차징 파이프들의 중앙에 쿨링 수단과 파징 파이프들 사이에 히팅 수단을 배치함으로써 빠른 가열과 냉각이 가능하여 흡장 온도 조건 또는 방출 온도 조건에 빠르게 대응할 수 있어 수소의 흡장 및 방출 시간을 단축시킬 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 차징 파이프들을 회전시킴으로써 균일한 가열이 가능하여 수소 흡장율을 향상시킬 수 있는 각별한 효과를 갖는다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 한정되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 흡장 시스템을 보여주는 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 수소 저장 장치를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 수소 저장 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 수소 저장 장치의 단면 사시도이다.
도 5는 도 2의 수소 저장 장치의 평단면도이다.
도 6은 트레이 부재의 분해 사시도이다.
도 7은 히팅 부재의 히터봉들을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 히터봉들의 변형예를 보여주는 도면이다.
도 9은 히팅 부재의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 10은 하부 히터를 보여주는 도면으로,
도 2는 도 1에 도시된 수소 저장 장치를 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 수소 저장 장치의 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 수소 저장 장치의 단면 사시도이다.
도 5는 도 2의 수소 저장 장치의 평단면도이다.
도 6은 트레이 부재의 분해 사시도이다.
도 7은 히팅 부재의 히터봉들을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 히터봉들의 변형예를 보여주는 도면이다.
도 9은 히팅 부재의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 10은 하부 히터를 보여주는 도면으로,
본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술하는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 공지된 구성에 대한 일반적인 설명은 본 발명의 요지를 흐리지 않기 위해 생략될 수 있다. 본 발명의 도면에서 동일하거나 상응하는 구성에 대하여는 가급적 동일한 도면부호가 사용된다. 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 도면에서 일부 구성은 다소 과장되거나 축소되어 도시될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 도 1 내지 도 10을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 흡장 시스템을 보여주는 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 수소 저장 장치를 보여주는 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 수소 흡장 시스템(10)은 수소 저장 장치(100), 수소 가스 공급부(20), 퍼지가스 공급부(30), 가스 배출부(40) 그리고 제어부(50)를 포함할 수 있다.
수소 가스 공급부(20)는 수소 저장 장치(100)에 수소가 포함된 가스를 공급할 수 있다. 수소 공급부(20)는 수소 저장 장치(100)의 수소 흡장 작업을 위해 고압 탱크와 연결될 수 있다. 즉, 가스 공급부(20)는 고압 탱크(200)의 내부 공간과 유체 소통 가능하게 연결된 가스 포트(202)와 연결되어 고압 탱크(200) 내부공간으로 수소가 포함된 가스를 공급할 수 있다.
퍼지가스 공급부(30)는 수소 저장 장치의 초기 가동을 위해 고압 챔버(200) 내부를 퍼지하기 위한 불활성 가스를 공급할 수 있다. 퍼지 가스 공급부(30)는 고압 탱크(200)의 내부 공간과 유체 소통 가능하게 연결된 퍼지 포트(204)와 연결되어 고압 탱크(200) 내부공간으로 불활성 가스가 포함된 퍼지 가스를 공급할 수 있다. 수소 저장 장치(100)는 수소 흡장 공정 과정에서의 폭발 위험성을 방지하기 위해 고압 탱크(200)로 퍼지 가스를 공급하고, 배출하는 퍼지 과정을 수회 반복하여 실시할 수 있다.
가스 배출부(40)는 수소 흡장 공정 완료후 고압 탱크(200)에 남은 수소 가스를 배출하거나 또는 고압 탱크(200)의 압력이 설정값 이상으로 상승했을 때 고압 탱크(200)의 내부 압력을 낮추기 위해 고압 탱크(200)의 배출 포트(206)와 연결될 수 있다.
제어부(50)는 수소 저장 장치(100) 내부의 압력 및 온도를 제어할 수 있다. 일 예로, 제어부(50)는 고압 탱크(200)의 내부 압력 변화에 따라 내부공간(201)으로의 가스 공급 및 가스 배출을 제어할 수 있다. 또한, 제어부(50)는 수소 저장 장치의 트레이(310) 각각의 온도에 따라 히터 부재(400)의 온도를 제어할 수 있다.
도 3은 도 2의 수소 저장 장치의 분해 사시도이고, 도 4는 도 2의 수소 저장 장치의 단면 사시도이며, 도 5는 도 2의 수소 저장 장치의 평단면도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 수소 저장 장치(100)는 고압 탱크(200), 트레이 부재(300), 히팅 부재(400) 그리고 대류 수단(800)을 포함할 수 있다.
고압 탱크(200)는 실린더 형태로 제공될 수 있다. 실린더 형태는 내부 공간(201)을 갖도록 속이 빈 통형의 용기 형태를 의미할 수 있다. 일 예로, 고압 탱크(200)는 상부 바디(210)와 하부 바디(230)를 포함할 수 있다.
상부 바디(210)는 저면이 개방되고 트레이 부재(300)가 수용되는 내부 공간(201)을 제공할 수 있는 형상을 갖는다. 하부 바디(230)는 상부 바디(210)와 결합되어 내부 공간을 밀폐할 수 있는 형상을 갖는다. 하부 바디(230)에는 트레이 부재(300)가 놓여진다.
상부 바디(210)는 트레이 부재(300)가 내부 공간으로부터 인출될 수 있도록 하부 바디(230)로부터 승강 이동되도록 제공될 수 있다. 상부 바디(210)는 별도의 이동 장치(미도시됨)에 의해 승강된 후 측방향으로 이동될 수 있다. 여기서 이동 장치는 호이스트일 수 있다. 하부 바디(230)의 하부 플랜지(232)에는 상부 바디(210)의 승강 이동을 안내하는 가이드 봉(280)들이 수직하게 설치될 수 있다. 상부 바디(210)는 하부 플랜지(232)와 결합되는 상부 플랜지(212)를 갖고, 상부 플랜지(212)에는 가이드 봉(280)들이 삽입되는 가이드홀(213)들을 포함할 수 있다. 즉, 상부 바디(210)는 가이드 봉(280)들에 의해 안정적인 승하강이 가능함으로써, 내부공간(201)에 위치한 히터봉(410,420)들과의 충돌을 방지할 수 있다.
한편, 상부 바디(210)에는 내부 압력을 측정하기 위한 압력 측정 포트(208)가 제공될 수 있으며, 압력 측정 포트(208)에는 압력 측정기(207)가 연결될 수 있다.
하부 바디(230)에는 수소 가스 공급부(20)와 연결되는 가스 포트(202), 가스 배출부(40)와 연결되는 배출 포트(206) 그리고 퍼지가스 공급부(30)와 연결되는 퍼지 포트(204)가 제공될 수 있다. 또한, 하부 바디(230)에는 하부 히터(430)에 전원을 공급하기 위한 전원단자(430)들이 설치될 수 있다.
도 10은 하부 히터를 보여주는 도면으로, 하부 히터(430)는 복수개의 가열구역(432,434,436)들을 가지며, 각각의 가열구역(432,434,436)들은 개별적으로 온도 제어가 가능하도록 제공될 수 있다.
대류 수단(800)은 고압 탱크(200) 내부의 열기를 강제 대류시키기 위해 제공된다. 고압 탱크(200)의 내부는 일정 압력을 유지해야 하기 때문에 기밀을 위해 팬을 마그네틱 드라이브를 이용하여 구동하는 것이 바람직하다. 일 예로, 대류 수단(800)은 고압 탱크(200)의 내부에 구비되 팬(810), 고압 탱크(200)의 타측에 설치되어 팬(810)을 회전시키는 마그네틱 드라이브(820) 및 마그네틱 드라이브(820)를 구동하시키는 구동부(830)를 포함할 수 있다. 구동부(830)와 마그네틱 드라이브(820) 간의 동력 전달은 풀리, 또는 컬프링을 이용할 수 있다.
히팅 부재(400)는 상부 히터봉(410)들과 하부 히터봉(420)들을 포함할 수 있다. 상부 히터봉(410)들은 상부 바디(210)에 고정될 수 있다. 상부 히터봉(410)들은 내부 공간의 가장자리를 따라 일정 간격으로 배치될 수 있다. 상부 히터봉(410)들은 최대한 인접한 간격으로 배치될 수 있다.
하부 히터봉(420)들은 하부 바디(230)에 고정된다. 하부 히터봉(420)들은 상부 히터봉(410)들 사이에 위치되도록 내부 공간이 가장자리를 따라 일정 간격으로 배치될 수 있다.(도 5 참조)
상기와 같이, 히팅 부재(400)는 낮은 용량의 히터봉(410,420)들을 고압 탱크(200)의 상단과 하단에 각각 교차 설치함으로써, 내부 공간의 가장자리에 히터봉들이 조밀하게 배치될 수 있어 정밀한 온도 제어가 가능하다. 참고로, 높은 용량을 갖는 히터봉은 낮은 용량의 히터봉에 비해 그 직경이 클수밖에 없다. 따라서 낮은 용량을 갖는 히터봉은 높은 용량을 갖는 히터봉에 비해 상대적으로 내부 공간의 가장자리에 보다 많이 배치할 수 있고, 따라서 높은 용량의 히터봉을 적용했을때에 비해 정밀한 온도 제어가 상대적으로 용이하다.
도시 하지 않았지만, 고압 탱크의 외곽에는 단열 부재가 제공될 수 있다.
도 6은 트레이 부재의 분해 사시도이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 트레이 부재(300)는 고압 탱크(200)의 내부 공간(201) 중앙에 위치될 수 있다. 트레이 부재(300)는 상하로 적층하여 배치 가능한 트레이(310)들을 포함할 수 있디. 트레이(310)는 파우더 형태의 수소 저장 물질이 수용될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 수소 저장 물질은 파우더 형태의 마그네슘일 수 있다. 예를 들어, 마그네슘에 수소를 저장하기 위한 흡장 조건은 350℃, 10bar일 수 있다. 그러나, 본 발명에서 수소 저장 물질은 마그네슘에 한정되는 것은 아니며, 마그네슘에 다른 소재가 포함된 합성물일 수 있다. 또한, 본 실시예에서는 3개의 트레이(310)가 적층 배치된 것으로 도시하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
트레이(310)는 복수개의 스페이서(350)를 포함할 수 있다. 스페이서(350)는 트레이(310)가 상하로 적층된 상태에서 서로 이웃하는 트레이(310) 사이의 공간(틈새;301)을 확보할 수 있도록 트레이(310)의 테두리부에 제공될 수 있다. 스페이서(350)는 저면에 상면에 트레이(310)의 테두리부가 끼워질 수 있는 홈을 갖는다.
일 예로, 트레이(310)는 측면과 저면에 의해 내측에 수용 공간을 확정하는 본체부(312) 및 본체부(312)의 개방된 상면을 가로 및 세로 방향으로 가로지르도록 십자 교차되게 설치되는 가로대(314)를 포함할 수 있다. 가로대(314)는 트레이(310)의 강도를 보강할 수 있다. 한편, 가로대(314)에는 온도 센서(910)들이 설치될 수 있다. 온도 센서(910)들은 가로대(914)에 일정 간격으로 설치되어 본체부(312)에 수용된 수소 저장 물질의 구역별 온도를 측정할 수 있다. 이렇게 측정된 측정값은 제어부(50)로 제공될 수 있다. 가로대(314)의 양단은 스페이서(350)와 연결된다.
제어부(50;도 1에 표시됨)는 온도 센서(910)들로부터 측정값을 제공받아 고압 탱크(200) 내부 온도가 수소 흡장 온도를 유지하도록 히팅 부재(500)를 제어할 수 있다.
최하단의 트레이(310)는 2개의 지지대(319)에 안착되고, 2개의 지지대(319)는 양단이 링 형상의 지지 프레임(370)에 지지된다. 따라서, 최하단의 트레이(310)는 하부 히터(430)와 마주보도록 위치됨으로써 하부 히터(430)에서 발생되는 열이 트레이 부재로 용이하게 전달될 수 있다. 참고로, 지지 프레임(370)은 하부 바디에 고정된 고정봉(372)에 고정 설치된다.
도 7은 히팅 부재의 히터봉들을 설명하기 위한 도면이다.
도 7에서와 같이, 상부 히터봉(410)들의 발열부(412)와 하부 히터봉(420)들의 발열부(422)는 트레이 부재(300)와 대응되는 구간에 제공된다. 즉, 상부 히터봉(410)들의 발열부(412)와 하부 히터봉(420)들의 발열부(422)는 서로 중첩되게 제공되며, 중첩되는 영역에는 트레이 부재가 위치된다.
도 8은 히터봉들의 변형예를 보여주는 도면이다.
도 8에서와 같이, 히터봉(410,420)들은 상하로 적층되어 배치된 트레이(310) 각각을 개별 히팅할 수 있도록 복수개의 발열부(413,423)를 갖는다. 공정 진행시 상하로 적층 배치된 트레이(310)는 높이별로 온도 분포가 상이할 수 있고, 이러한 온도 불균형을 해소하고자 히터봉(410,420)들의 발열부(413,423)들은 트레이 각각을 개별 히팅하도록 제어부에 의해 제어될 수 있다.
도 9은 히팅 부재의 다른 예를 보여주는 도면이다.
도 9에서와 같이, 히팅 부재(440)는 트레이(310)를 둘러싸도록 링 형상으로 제공되는 히터(440-1,440-2,440-3)를 포함할 수 있다. 히터(440-1,440-2,440-3)는 상하로 적층 배치된 트레이(310)와 대응되게 상하로 적층 배치될 수 있다. 각각의 히터(440-1,440-2,440-3)는 트레이(310)들 각각의 온도 분포에 따라 제어부(50)에 의해 개별 제어될 수 있다.
상술한 바와 같은 수소 흡장 시스템에서의 소수 흡장은 다음과 같다.
우선, 고압 탱크(200) 내부를 퍼지 가스로 수회 반복하여 퍼지한다. 그리고 고압 탱크(200) 내부 온도 및 압력을 흡장 조건에 맞춘다. 고압 탱크(200)의 압력은 가스(수소 가스 또는 수소 가스가 포함된 혼합가스) 주입을 통해 조절하고, 온도는 히팅 부재(400)에 의해 조절한다. 그리고 대류 수단의 팬을 돌려서 내부 공간에 대류를 형성하여 균일한 온도가 형성되도록 한다. 고압 탱크(200) 내부의 온도 및 압력이 흡장 조건에 도달되면 수소 저장 물질들에 수소가 흡장되면서 저장된다. 이 과정에서 고압 탱크(200)의 내부 압력에 변동이 생길 수 있기 때문에 내부 압력 변동을 실시간으로 체크하여 압력 변동에 따라 추가적으로 가스를 고압 탱크(200) 내부로 주입하거나 또는 배출하여 압력 조건을 일정하게 유지시킨다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 전술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
100: 수소 저장 장치
20 : 수소 가스 공급부
30 : 퍼지가스 공급부 40 : 가스 배출부
50 : 제어부 200 : 고압 탱크
300 : 트레이 부재 400 : 히팅 부재
500 : 대류 수단
30 : 퍼지가스 공급부 40 : 가스 배출부
50 : 제어부 200 : 고압 탱크
300 : 트레이 부재 400 : 히팅 부재
500 : 대류 수단
Claims (17)
- 내부 공간을 갖고, 가스 주입을 위한 주입부와 가스 배출을 위한 배출부를 구비한 고압 탱크;
상기 고압 탱크의 내부 공간 중앙에 제공되고, 파우더 형태의 수소 저장 물질이 채워진 트레이를 갖는 트레이 부재; 및
상기 트레이 부재를 중심으로 방사상으로 배치되고, 상기 트레이에 채워진 수소 저장 물질을 가열시키는 히팅 부재를 포함하는 수소 흡장 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 고압 탱크 내부의 열기를 강제 대류시키기 위한 대류 수단을 더 포함하되;
상기 대류 수단은
상기 고압 탱크의 내부에 구비되 팬;
상기 고압 탱크의 타측에 설치되어 상기 팬을 회전시키는 마그네틱 드라이브; 및
상기 마그네틱 드라이브를 구동하시키는 구동부를 포함하는 수소 흡장 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 트레이 부재는
상기 트레이가 상하로 적층하여 배치 가능한 적층형 구조로 제공되되;
상기 트레이가 상하로 적층된 상태에서 서로 이웃하는 트레이 사이의 공간을 확보할 수 있도록 상기 트레이의 테두리부에 제공되는 복수개의 스페이서를 포함하는 수소 흡장 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 트레이는
측면과 저면에 의해 내측에 수용 공간을 확정하는 본체부; 및
상기 본체부의 개방된 상면을 가로 및 세로 방향으로 가로지르도록 십자 교차되게 설치되는 가로대를 포함하고,
상기 가로대에는 일정 간격으로 설치되어 상기 본체부에 수용된 수소 저장 물질의 구역별 온도를 측정하는 센서들을 포함하는 수소 흡장 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 스페이서는 상기 가로대와 연결되는 수소 흡장 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 고압 탱크는
저면이 개방되고 상기 트레이가 수용되는 상기 내부 공간을 제공하는 상부 바디; 및
상기 트레이 부재가 놓여지는 그리고 상기 상부 바디와 결합되어 상기 내부 공간을 밀폐하는 하부 바디를 포함하되;
상기 상부 바디는 상기 트레이 부재를 상기 하부 바디에 로딩 및 언로딩할 수 있도록 상기 하부 바디로부터 승강 이동되도록 제공되는 수소 흡장 시스템. - 제 6 항에 있어서,
상기 하부 바디는 상기 상부 바디의 승강 이동을 안내하는 가이드 봉들이 수직하게 설치되는 하부 플랜지를 포함하고,
상기 상부 바디는 상기 하부 플랜지와 결합되는 상부 플랜지를 갖고, 상기 상부 플랜지에는 상기 가이드 봉들이 삽입되는 가이드홀들을 포함하는 수소 흡장 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 고압 탱크는 상부 바디와 하부 바디를 포함하고,
상기 히팅 부재는
상기 상부 바디에 고정되고 상기 내부 공간의 가장자리를 따라 일정 간격으로 배치되는 상부 히터봉들; 및
상기 하부 바디에 고정되고 상기 상부 히터봉들 사이에 위치되도록 상기 내부 공간이 가장자리를 따라 일정 간격으로 배치되는 하부 히터봉들을 포함하는 수소 흡장 시스템. - 제 8 항에 있어서,
상기 상부 히터봉들의 발열부와 상기 하부 히터봉들의 발열부는 상기 트레이 부재와 대응되는 구간에 제공되는 수소 흡장 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 히팅 부재는
상하로 적층되어 배치된 상기 트레이들의 개별 히팅이 가능한 발열부들을 제공하는 수소 흡장 시스템. - 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 하부 바디와 상기 트레이 부재 사이에 제공되는 히터 플레이트를 더 포함하는 수소 흡장 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 고압 탱크의 내부 공간으로 수소 가스를 공급하는 수소 가스 공급부;
상기 고압 탱크의 내부 공간을 퍼지하기 위한 퍼지 가스를 공급하는 퍼지 가스 공급부; 및
상기 고압 탱크의 내부 공간으로부터 가스가 배출되는 가스 배출부;
상기 고압 탱크의 내부 공간의 압력을 측정하는 압력 측정부; 및
상기 압력 측정부의 측정값 변화에 따라 상기 고압 탱크의 내부공간으로의 가스 공급 및 가스 배출을 제어하는 제어부를 포함하는 수소 흡장 시스템. - 제 3 항에 있어서,
상기 트레이 부재는
상기 트레이에 수용된 수소 저장 물질의 온도를 측정하는 온도 센서들을 포함하고,
상기 온도 센서들로부터 측정값을 제공받아 상기 고압 탱크 내부 온도가 수소 흡장 온도를 유지하도록 상기 히팅 부재를 제어하는 제어부를 더 포함하는 수소 흡장 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 수소 저장 물질은 마그네슘을 포함하는 수소 흡장 시스템. - 내부 공간을 갖고, 수소 가스 주입을 위한 주입포트와 가스 배출을 위한 배출포트를 구비한 고압 탱크;
상기 고압 탱크의 내부 공간 중앙에 제공되고, 파우더 형태의 수소 저장 물질이 채워진 트레이를 갖는 트레이 부재;
상기 트레이 부재를 중심으로 방사상으로 배치되고, 상기 트레이에 채워진 수소 저장 물질을 가열시키는 히팅 부재;
상기 고압 탱크 내부의 열기를 강제 대류시키기 위한 대류 수단을 포함하되;
상기 고압 탱크는
저면이 개방되고 상기 트레이가 수용되는 상기 내부 공간을 제공하는 상부 바디; 및
상기 트레이 부재가 놓여지는 그리고 상기 상부 바디와 결합되어 상기 내부 공간을 밀폐하는 하부 바디를 포함하고,
상기 히팅 부재는
상기 상부 바디에 고정되고 상기 내부 공간의 가장자리를 따라 일정 간격으로 배치되는 상부 히터봉들; 및
상기 하부 바디에 고정되고 상기 상부 히터봉들 사이에 위치되도록 상기 내부 공간이 가장자리를 따라 일정 간격으로 배치되는 하부 히터봉들을 포함하는 수소 흡장 시스템. - 제 15 항에 있어서,
상기 대류 수단은
상기 고압 탱크의 내부에 구비되 팬;
상기 고압 탱크의 타측에 설치되어 상기 팬을 회전시키는 마그네틱 드라이브; 및
상기 마그네틱 드라이브를 구동하시키는 구동부를 포함하고,
상기 트레이 부재는
상기 트레이가 상하로 적층하여 배치 가능한 적층형 구조로 제공되되;
상기 트레이가 상하로 적층된 상태에서 서로 이웃하는 트레이 사이의 공간을 확보할 수 있도록 상기 트레이의 테두리부에 제공되는 복수개의 스페이서를 포함하며,
상기 상부 히터봉들의 발열부와 상기 하부 히터봉들의 발열부는 상기 트레이 부재와 대응되는 구간에 중첩되도록 제공되는 수소 흡장 시스템. - 제 16 항에 있어서,
상기 트레이는
측면과 저면에 의해 내측에 수용 공간을 확정하는 본체부; 및
상기 본체부의 개방된 상면을 가로 및 세로 방향으로 가로지르도록 십자 교차되게 설치되는 가로대를 포함하고,
상기 가로대에는 일정 간격으로 설치되어 상기 본체부에 수용된 수소 저장 물질의 구역별 온도를 측정하는 센서들을 포함하고,
상기 하부 바디와 상기 트레이 부재 사이에 제공되는 히터 플레이트를 더 포함하며,
상기 히터 플레이트는
개별 제어가 가능한 복수의 히팅 구간들을 포함하는 수소 흡장 시스템.
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| KR102078574B1 (ko) * | 2018-06-22 | 2020-02-19 | 주식회사 에스에이씨 | 수소 흡장-방출 시스템 |
-
2021
- 2021-11-22 KR KR1020210161704A patent/KR102619634B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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