KR20230128774A - 수소 압축 시스템 - Google Patents

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박지혜
이지성
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현대자동차주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예는 수소 압축 시스템에 관한 것으로, 수소의 출입을 위한 수소출입부가 마련되며 비자성체로 형성되는 내부 용기, 내부 용기의 내부에 수용되는 금속수소화물 소재, 수소의 출입을 위한 출입포트가 마련되며 내부 용기의 둘레를 감싸도록 제공되는 외부 용기, 및 내부 용기와 외부 용기의 사이에 마련되며 금속수소화물 소재를 유도 가열(induction heating)하는 유도가열부를 포함하는 것에 의하여, 금속수소화물 소재를 가열하는 구조 및 공정을 간소화하고, 금속수소화물 소재를 신속하고 정확한 온도로 가열하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

수소 압축 시스템{HYDROGEN COMPRESSION SYSTEM}
본 발명의 실시예는 수소 압축 시스템에 관한 것으로, 금속수소화물 소재의 온도를 제어함으로써 수소를 고압으로 압축하는 수소 압축 시스템에 관한 것이다.
수소는 수증기 개질, 물 전기 분해, 석탄 가스화, 물 전기 분해, 바이오 매스 가스화 및 기타 열화학 공정과 같은 화석 연료 기반 방법 등에 의한 수소생산설비를 통해 생산될 수 있다.
한편, 수소생산설비에서 추출(생산)된 수소는 낮은 압력을 가짐으로 인해, 고압탱크와 같은 고압저장설비에 곧바로 저장하기 어려우므로, 수소생산설비에서 추출(생산)된 수소는 별도의 압축 설비에 의해 압축될 수 있어야 한다.
수소를 압축하기 방식으로서는, 수소를 기계식으로 압축하는 방식, 수소를 비기계식으로 압축하는 방식 등이 있다.수소를 비기계식으로 압축하는 압축 설비로서, 기존에는 금속수소화물 기반의 열화학 압축기(metal hydride-based thermal compressor)를 이용하여 수소를 압축하는 방식이 제시된 바 있다.
열화학 압축기는 기계식 압축기(예를 들어, 왕복동식 압축기)와 달리 별도의 기계 부품(예를 들어, 왕복 운동하는 피스톤) 없이도 수소를 압축할 수 있으므로, 구조를 간소화할 수 있고 설계자유도 및 공간활용성 면에서 유리한 이점이 있다.
열화학 압축기는 금속수소화물 소재의 특성을 이용하여 금속수소화물 소재의 가열 및 냉각의 반복적인 과정을 통해 수소를 압축할 수 있다.
그러나, 기존에는 금속수소화물 소재를 가열하기 위한 별도의 열원을 마련하고, 열원에서 금속수소화물 소재로 전도되는 열에 의해 금속수소화물 소재를 가열시켜야 함에 따라, 열원의 열이 금속수소화물 소재로 전달되는 동안 발생하는 열손실에 의해 에너지 효율이 감소하는 문제점이 있으며, 금속수소화물 소재를 빠르고 정확한 온도로 가열하기 어려운 문제점이 있다.
이에 따라, 최근에는 수소를 압축하는 금속수소화물 소재를 신속하고 정확한 온도로 가열하기 위한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 아직 미흡하여 이에 대한 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 실시예는 수소를 압축하는 금속수소화물 소재를 신속하고 정확한 온도로 가열할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명의 실시예는 금속수소화물 소재를 가열하기 위한 별도의 열원을 마련하지 않고도, 금속수소화물 소재를 신속하고 정확하게 가열할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 수소의 압축 성능을 향상시키고, 수소의 압축 공정에 소요되는 시간을 단축할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 내구성 및 안전성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 전력 소모를 최소화하고, 에너지 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 구조를 간소화하고, 설계자유도 및 공간활용성을 향상시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 압축 시스템은, 수소의 출입을 위한 수소출입부가 마련되며 비자성체로 형성되는 내부 용기, 내부 용기의 내부에 수용되는 금속수소화물 소재, 수소의 출입을 위한 출입포트가 마련되며 내부 용기의 둘레를 감싸도록 제공되는 외부 용기, 및 내부 용기와 외부 용기의 사이에 마련되며 금속수소화물 소재를 유도 가열(induction heating)하는 유도가열부를 포함한다.
이는, 금속수소화물 소재를 가열하는 구조 및 공정을 간소화하고, 금속수소화물 소재를 신속하고 정확한 온도로 가열하기 위함이다.
즉, 기존에는 금속수소화물 소재를 가열하기 위한 별도의 열원을 마련하고, 열원에서 금속수소화물 소재로 전도되는 열에 의해 금속수소화물 소재를 가열시켜야 함에 따라, 열원의 열이 금속수소화물 소재로 전달되는 동안 발생하는 열손실에 의해 에너지 효율이 감소하는 문제점이 있으며, 금속수소화물 소재를 빠르고 정확한 온도로 가열하기 어려운 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시예는 내부 용기와 외부 용기의 사이에 유도가열부를 마련하고, 유도가열부에 의해 금속수소화물 소재가 유도 가열되도록 하는 것에 의하여, 금속수소화물 소재를 신속하고 정확한 온도로 가열할 수 있다.
무엇보다도, 본 발명의 실시예는 금속수소화물 소재를 간접적으로 가열(예를 들어, 열전도에 의한 가열)하는 것이 아니라, 금속수소화물 소재 자체를 직접 가열(유도 가열)하는 것에 의하여, 금속수소화물 소재의 가열 시간을 단축하고, 금속수소화물 소재를 전체적으로 균일한 온도로 가열하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 내부 용기가 직접 가열되지 않고, 내부 용기의 내부에 수용되는 금속수소화물 소재가 유도 가열되도록 하는 것에 의하여, 내부 용기의 열화를 최소화하고, 내구성 및 안정성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 금속수소화물 소재를 수용하는 내부 용기를 비자성체로 형성하는 것에 의하여, 내부 용기에 의한 유도자기장의 세기 저하를 최소화할 수 있으므로, 금속수소화물 소재의 유도 가열 성능을 안정적으로 확보하고, 금속수소화물 소재의 가열 시간을 보다 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
내부 용기는 수소출입부를 가지며 금속수소화물 소재를 내부에 수용할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 내부 용기는, 금속수소화물 소재가 수용되는 수용 공간을 갖는 용기 본체, 및 수용 공간을 덮도록 제공되는 용기 커버를 포함할 수 있고, 수소출입부는 용기 본체와 용기 커버의 사이 간극에 정의될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 금속수소화물 소재는 AB5계 합금, AB2계 합금, AB계 합금 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
유도가열부로서는 금속수소화물 소재를 유도 가열 가능한 다양한 유도 가열 엘리먼트가 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 유도가열부는 금속수소화물 소재에 유도자기장을 인가하는 유도가열코일을 포함할 수 있다.
일 예로, 유도가열코일은 내부 용기의 저면에 대응하도록 내부 용기와 외부 용기의 사이에 마련될 수 있다.
다른 일 예로, 유도가열코일은 내부 용기의 측면 둘레를 감싸도록 나선(helical) 형태로 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 유도가열코일의 일부를 내부 용기의 저면에 대응하도록 마련하고, 유도가열코일의 다른 일부를 내부 용기의 측면 둘레를 감싸도록 마련하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 압축 시스템은, 금속수소화물 소재를 덮도록 내부 용기의 내부에 마련되되, 수소의 출입을 허용하면서, 내부 용기로부터 금속수소화물 소재의 유출을 제한하는 필터부재를 포함할 수 있다.
이와 같이, 내부 용기에 필터부재를 마련하는 것에 의하여, 수소의 출입을 허용하면서 금속수소화물 소재의 외부 유출을 억제할 수 있으므로, 금속수소화물 소재에 의한 수소의 압축 성능을 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 압축 시스템은 금속수소화물 소재를 선택적으로 냉각하는 냉각부를 포함한다.
냉각부는 금속수소화물 소재를 선택적으로 냉각 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있다.
일 예로, 냉각부는 내부 용기와 상호 열교환 가능한 냉각수가 순환하는 냉각수 유로를 정의하는 냉각배관을 포함할 수 있고, 금속수소화물 소재는 내부 용기와 상호 열교환에 의해 냉각될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 냉각배관은 외부 용기의 외부에 마련될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 냉각배관을 내부 용기와 외부 용기의 사이에 마련하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 압축 시스템은, 유도가열부에 인가되는 전원을 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 수소를 압축하는 금속수소화물 소재를 신속하고 정확한 온도로 가열하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 금속수소화물 소재를 가열하기 위한 별도의 열원을 마련하지 않고도, 금속수소화물 소재를 신속하고 정확하게 가열할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 수소의 압축 성능을 향상시키고, 수소의 압축 공정에 소요되는 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 내부 용기의 손상 및 파손을 억제하고, 내구성 및 안전성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 전력 소모를 최소화하고, 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 구조를 간소화하고, 설계자유도 및 공간활용성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수소 압축 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수소 압축 시스템으로서, 냉각부의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수소 압축 시스템으로서, 유도가열부의 변형예를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
다만, 본 발명의 기술사상은 설명되는 일부 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서라면, 실시예들간 그 구성요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, "A 및(와) B, C 중 적어도 하나(또는 한 개 이상)"로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성요소를 설명하는데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다.
이러한 용어는 그 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.
그리고, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결', '결합' 또는 '접속'된다고 기재된 경우, 그 구성요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우뿐만 아니라, 그 구성요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성요소로 인해 '연결', '결합' 또는 '접속'되는 경우도 포함할 수 있다.
또한, 각 구성요소의 "상(위) 또는 하(아래)"에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성요소들이 서로 직접 접촉되는 경우뿐만 아니라 하나 이상의 또 다른 구성요소가 두 개의 구성요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한, "상(위) 또는 하(아래)"으로 표현되는 경우 하나의 구성요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 수소 압축 시스템(10)(10)은, 수소의 출입을 위한 수소출입부(111)가 마련되며 비자성체로 형성되는 내부 용기(110), 내부 용기(110)의 내부에 수용되는 금속수소화물 소재(120), 수소의 출입을 위한 출입포트(131)가 마련되며 내부 용기(110)의 둘레를 감싸도록 제공되는 외부 용기(130), 및 내부 용기(110)와 외부 용기(130)의 사이에 마련되며 금속수소화물 소재(120)를 유도 가열(induction heating)하는 유도가열부(140)를 포함한다.
참고로, 본 발명에 따른 수소 압축 시스템(10)은 요구되는 수소를 처리(압축)하기 위해 사용될 수 있으며, 수소 압축 시스템(10)에서 처리되는 수소의 특성 및 상태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 본 발명의 실시예에 따른 수소 압축 시스템(10)은 수증기 개질 방법에 의해 생산된 수소를 피공급처(예를 들어, 고압탱크)에 공급하기 전에 압축하는데 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 이미 한번 압축된 수소를 재압축하기 위해 본 발명에 따른 수소 압축 시스템을 사용하는 것도 가능하다.
내부 용기(110)에는 금속수소화물 소재(120)를 수용(충진)하기 위해 마련되며, 후술할 유도가열부(140)에 의해 유도 가열되지 않는 비자성 및 비내압 재질로 형성된다.
내부 용기(110)의 내부에는 금속수소화물 소재(120)를 수용하기 위한 수용 공간이 정의되고, 내부 용기(110)의 일측에는 수소의 출입(유입 및 방출)을 위한 수소출입부(111)가 마련된다.
내부 용기(110)는 수소출입부(111)를 가지며 금속수소화물 소재(120)를 내부에 수용할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 내부 용기(110)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 내부 용기(110)는, 금속수소화물 소재(120)가 수용되는 수용 공간을 갖는 용기 본체(112), 및 수용 공간을 덮도록 제공되는 용기 커버(114)를 포함할 수 있고, 수소출입부(111)는 용기 본체(112)와 용기 커버(114)의 사이 간극에 정의될 수 있다.
용기 본체(112)의 형상 및 구조는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있으며, 용기 본체(112)의 형상 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 용기 본체(112)는 상부가 개방된 실린더 형태(예를 들어, 원통 형태)로 형성될 수 있고, 용기 커버(114)는 용기 본체(112)에 대응하는 형태를 갖도록 형성되어 용기 본체(112)의 상부 개구부를 덮도록 제공될 수 있으며, 용기 본체(112)와 용기 커버(114)의 사이 틈새(간극)를 통해 수소가 출입하는 수소출입부(111)가 정의될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 용기 본체를 다각형 단면(예를 들어, 사각형)을 갖는 박스 형태 또는 여타 다른 형태로 형성하는 것도 가능하다.
이하에서는, 용기 커버(114)의 둘레를 따라 전체적으로 수소출입부(111)가 형성된 예를 들어 설명하기로 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 용기 커버의 둘레 중 일부 구간에만 부분적으로 수소출입부를 형성하는 것도 가능하다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면 내부 용기가 원형 단면 또는 여타 다른 단면 형태를 갖도록 구성하는 것도 가능하다.
금속수소화물 소재(120)는 가열 및 냉각의 반복적인 과정을 통해 수소를 압축하도록 내부 용기(110)(예를 들어, 용기 본체(112))의 내부에 수용(충진)된다.
금속수소화물 소재(120)로서는 가열 및 냉각의 반복적인 과정을 통해 수소를 압축할 수 있으며, 후술할 유도가열부(140)에 의해 유도 가열될 수 있는 다양한 자성체가 사용될 수 있으며, 금속수소화물 소재(120)의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 금속수소화물 소재(120)는 AB5계 합금, AB2계 합금, AB계 합금 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속수소화물 소재(120)는 LaNi5, TiFe, TiMn2 등을 주 원소로 하는 합금일 수 있다.
참고로, 금속수소화물 소재(120)는 파우더(powder) 또는 펠릿(pellet) 형태로 내부 용기(110)의 내부에 수용될 수 있으며, 금속수소화물 소재(120)의 수용 상태 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 금속수소화물 파우더 또는 금속수소화물 펠릿을 압축하여 내부 용기에 대응하는 벌크 형상으로 금속수소화물 소재를 마련하는 것도 가능하다.
외부 용기(130)는 내부 용기(110)의 둘레를 전체적으로 감싸도록 마련되며, 외부 용기(130)의 적어도 어느 일측에는 수소의 출입을 위한 출입포트(131)가 형성된다.
외부 용기(130)는 내부 용기(110)의 둘레를 감쌀 수 있는 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 외부 용기(130)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 외부 용기(130)는 내부 용기(110)를 내부에 수용할 수 있는 사각 박스 형태로 형성될 수 있다. 다르게는 외부 용기(130)가 원형 단면 또는 여타 다른 단면 형태를 갖도록 구성하는 것도 가능하다.
외부 용기(130)의 일측(예를 들어, 상단부)에는 수소의 출입을 위한 출입포트(131)가 형성되며, 출입포트(131)를 통해 외부 용기(130)의 내부에 공급된 수소는 수소출입부(111)를 거쳐 내부 용기(110)의 내부에 유입될 수 있다.
이와 반대로, 내부 용기(110)에서 압축된 수소는 수소출입부(111)를 통해 내부 용기(110)의 외부(내부 용기(110)와 외부 용기(130)의 사이 공간)로 배출된 후 출입포트(131)를 거쳐 피공급처로 공급될 수 있다.
유도가열부(140)는 금속수소화물 소재(120)를 유도 가열(induction heating)하도록 내부 용기(110)와 외부 용기(130)의 사이에 마련된다.
유도가열부(140)로서는 금속수소화물 소재(120)를 유도 가열 가능한 다양한 유도 가열 엘리먼트가 사용될 수 있으며, 유도가열부(140)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 유도가열부(140)는 금속수소화물 소재(120)에 유도자기장을 인가하는 유도가열코일(142)을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 유도가열코일(142)에 전원이 인가되어 교류 전류가 흐르게 되면, 유도가열코일(142)의 자기장이 변함에 따라 금속수소화물소재(120) 내부에 발생한 히스테리시스 손실과 와전류 손실에 의해 금속수소화물 소재(120)가 자체적으로 가열될 수 있다. 이때, 금속수소화물 소재(120)의 가열 온도는, 유도가열코일(142)에 인가되는 전류의 세기 또는 주파수를 조절(주파수의 높낮이를 조절)하여 선택적으로 조절할 수 있다.
유도가열코일(142)은 요구되는 조`건 및 설계 사양에 따라 다양한 구조로 형성될 수 있으며, 유도가열코일(142)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 도 1을 참조하면, 유도가열코일(142)은 내부 용기(110)의 저면에 대응하는 판 형태를 갖도록 내부 용기(110)와 외부 용기(130)의 사이에 마련될 수 있다.
유도가열코일(142)은 내부 용기(110)의 저면에 대응하는 판 형태를 이루도록 직선 형태 또는 곡선 형태로 배치될 수 있으며, 유도가열코일(142)의 배치 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
다른 일 예로, 도 3을 참조하면, 유도가열코일(142')은 내부 용기(110)의 측면 둘레를 감싸도록 나선(helical) 형태로 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 유도가열코일의 일부를 내부 용기의 저면에 대응하도록 마련하고, 유도가열코일의 다른 일부를 내부 용기의 측면 둘레를 감싸도록 마련하는 것도 가능하다.
참고로, 유도가열코일(142,142')로의 전원 공급은 통상의 전원공급선을 통해 행해지거나, 배터리를 이용하여 수행할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 내부 용기(110)와 외부 용기(130)의 사이에 유도가열부(140)를 마련하고, 유도가열부(140)에 의해 금속수소화물 소재(120)가 유도 가열되도록 하는 것에 의하여, 금속수소화물 소재(120)를 신속하고 정확한 온도로 가열할 수 있다.
무엇보다도, 본 발명의 실시예는 금속수소화물 소재(120)를 간접적으로 가열(예를 들어, 열전도에 의한 가열)하는 것이 아니라, 금속수소화물 소재(120) 자체를 직접 가열(유도 가열)하는 것에 의하여, 금속수소화물 소재(120)의 가열 시간을 단축하고, 금속수소화물 소재(120)를 전체적으로 균일한 온도로 가열하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예는 금속수소화물 소재(120) 자체에서 직접 열이 발생되며 가열되도록 하는 것에 의하여, 금속수소화물 소재(120)를 수용하는 내부 용기(110)를 가열(열전도)하는 방식에 비하여, 금속수소화물 소재(120)를 가열하는데 소요되는 시간을 현저하게 단축하고, 금속수소화물 소재(120)의 온도 편차를 최소화하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 내부 용기(110)가 직접 가열되지 않고, 내부 용기(110)의 내부에 수용되는 금속수소화물 소재(120)가 유도 가열되도록 하는 것에 의하여, 내부 용기(110)의 열화를 최소화하고, 내구성 및 안정성을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 금속수소화물 소재(120)를 수용하는 내부 용기(110)를 비자성체로 형성하는 것에 의하여, 내부 용기(110)에 의한 유도자기장의 세기 저하를 최소화할 수 있으므로, 금속수소화물 소재(120)의 유도 가열 성능을 안정적으로 확보하고, 금속수소화물 소재(120)의 가열 시간을 보다 단축하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 압축 시스템(10)은, 금속수소화물 소재(120)를 덮도록 내부 용기(110)의 내부에 마련되되, 수소의 출입을 허용하면서, 내부 용기(110)로부터 금속수소화물 소재(120)의 유출을 제한하는 필터부재(150)를 포함할 수 있다.
필터부재(150)로서는 수소의 출입은 허용하면서 내부 용기(110)에 수용된 금속수소화물 소재(120)의 외부 유출을 억제할 수 있는 다양한 필터 또는 다공성부재가 사용될 수 있으며, 필터부재(150)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 필터부재(150)로서는 스테인레스 계열 소재로 이루어진 다공성부재가 사용될 수 있다. 바람직하게, 필터부재(150)의 기공은 금속수소화물 소재(120) 입자보다 작은 크기를 갖도록 형성될 수 있다.
이와 같이, 내부 용기(110)에 필터부재(150)를 마련하는 것에 의하여, 수소의 출입을 허용하면서 금속수소화물 소재(120)의 외부 유출을 억제할 수 있으므로, 금속수소화물 소재(120)에 의한 수소의 압축 성능을 안정적으로 유지하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 압축 시스템(10)은 금속수소화물 소재(120)를 선택적으로 냉각하는 냉각부(160)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 금속수소화물 소재(120)는 가열 및 냉각의 반복적인 과정을 통해 수소를 압축할 수 있으며, 냉각부(160)는 금속수소화물 소재(120)의 냉각을 위해 마련된다.
냉각부(160)는 금속수소화물 소재(120)를 선택적으로 냉각 가능한 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 냉각부(160)의 구조 및 냉각 방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 냉각부(160)는 내부 용기(110)와 상호 열교환 가능한 냉각수가 순환하는 냉각수 유로(162a)를 정의하는 냉각배관(162)을 포함할 수 있고, 금속수소화물 소재(120)는 내부 용기(110)와 상호 열교환에 의해 냉각될 수 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 냉각배관(162)은 외부 용기(130)의 외부에 마련될 수 있다. 예를 들어, 냉각 배관은 외부 용기(130)의 측면 둘레를 감싸도록 나선(helical) 형태로 제공될 수 있다. 다르게는, 냉각 배관을 외부 용기(130)의 저면, 상면 또는 여타 다른 부위에 마련하는 것도 가능하다.
외부 용기(130)는 냉각 배관을 따라 순환하는 냉각수와의 열교환에 의해 냉각될 수 있고, 금속수소화물 소재(120)는 냉각수에 의해 냉각된 외부 용기(130) 및 수소(외부 용기(130)의 내부 수소)와의 열교환에 의해 내부 용기(110)가 냉각됨에 따라 냉각될 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 냉각배관(162')을 내부 용기(110)와 외부 용기(130)의 사이에 마련하는 것도 가능하다. 예를 들어, 냉각배관(162')은 내부 용기(110)의 측면 둘레를 감싸도록 내부 용기(110)와 외부 용기(130)의 사이에 마련될 수 있다. 다르게는, 냉각 배관을 내부 용기의 상면(또는 저면)과 외부 용기의 사이에 마련하는 것도 가능하다.
내부 용기(110)는 냉각 배관을 따라 순환하는 냉각수와의 열교환에 의해 냉각될 수 있고, 금속수소화물 소재(120)는 냉각수에 의해 내부 용기(110)가 냉각됨에 따라 냉각될 수 있다.
전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 냉각배관(162)을 이용한 수냉식 냉각 구조로 금속수소화물 소자를 냉각하는 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 펠티에 소자 또는 여타 다른 냉각 수단을 이용하여 냉각부를 구성하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 압축 시스템(10)은, 유도가열부(140)에 인가되는 전원을 제어하는 컨트롤러(200)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(200)는 금속수소화물 소재(120)에 수소가 저장되었는지 또는 방출되었는지에 따라 유도가열부(140)(예를 들어, 유도가열코일(142))에 인가되는 전원을 제어할 수 있다.
일 예로, 금속수소화물 소재(120)에 수소가 저장된 경우, 컨트롤러(200)는 유도가열부(140)에 인가되는 전원을 차단할 수 있고, 냉각배관(162)을 따라 냉각수가 순환할 수 있다.
반면, 금속수소화물 소재(120)에서 수소가 방출되는 경우, 컨트롤러(200)는 유도가열부(140)에 전원을 인가하여 금속수소화물 소재(120)에 유도자기장을 형성함으로써, 금속수소화물 소재(120)를 가열할 수 있다.
참고로, 유도가열부(140)에 전원을 인가함에 따라 금속수소화물 소재(120)에 인가되는 유도자기장의 세기 및 주파수는 금속수소화물 소재(120)의 종류 및 특성에 따라 결정될 수 있다.
컨트롤러(200)는 중앙 처리 장치(CPU) 또는 메모리 및/또는 스토리지에 저장된 명령어들에 대한 처리를 실행하는 반도체 장치일 수 있다. 메모리 및 스토리지는 다양한 종류의 휘발성 또는 불휘발성 저장 매체를 포함할 수 있다. 예를 들어, 메모리는 ROM(Read Only Memory) 및 RAM(Random Access Memory)을 포함할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 수소 압축 시스템
110 : 내부 용기
111 : 수소출입부
112 : 용기 본체
114 : 용기 커버
120 : 금속수소화물 소재
130 : 외부 용기
131 : 출입포트
140 : 유도가열부
142,142' : 유도가열코일
150 : 필터부재
160 : 냉각부
162,162' : 냉각배관
162a : 냉각수 유로
200 : 컨트롤러

Claims (12)

  1. 수소의 출입을 위한 수소출입부가 마련되며, 비자성체로 형성되는 내부 용기;
    상기 내부 용기의 내부에 수용되는 금속수소화물 소재;
    상기 수소의 출입을 위한 출입포트가 마련되며, 상기 내부 용기의 둘레를 감싸도록 제공되는 외부 용기; 및
    상기 내부 용기와 상기 외부 용기의 사이에 마련되며, 상기 금속수소화물 소재를 유도 가열(induction heating)하는 유도가열부;
    를 포함하는 수소 압축 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속수소화물 소재를 덮도록 상기 내부 용기에 마련되되, 상기 수소의 출입을 허용하면서, 상기 내부 용기로부터 상기 금속수소화물 소재의 유출을 제한하는 필터부재를 포함하는 수소 압축 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 내부 용기는,
    상기 금속수소화물 소재가 수용되는 수용 공간을 갖는 용기 본체; 및
    상기 수용 공간을 덮도록 제공되는 용기 커버;를 포함하고,
    상기 수소출입부는 상기 용기 본체와 상기 용기 커버의 사이 간극에 정의되는 수소 압축 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 유도가열부는 상기 금속수소화물 소재에 유도자기장을 인가하는 유도가열코일을 포함하는 수소 압축 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 유도가열코일은 상기 내부 용기의 저면에 대응하도록 상기 내부 용기와 상기 외부 용기의 사이에 마련되는 수소 압축 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 유도가열코일은 상기 내부 용기의 측면 둘레를 감싸도록 나선(helical) 형태로 제공되는 수소 압축 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 금속수소화물 소재를 선택적으로 냉각하는 냉각부를 포함하는 수소 압축 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 냉각부는 상기 내부 용기와 상호 열교환 가능한 냉각수가 순환하는 냉각수 유로를 정의하는 냉각배관을 포함하고,
    상기 금속수소화물 소재는 상기 내부 용기와 상호 열교환에 의해 냉각되는 수소 압축 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉각배관은 상기 외부 용기의 외부에 마련되는 수소 압축 시스템.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 냉각배관은 상기 내부 용기와 상기 외부 용기의 사이에 마련되며 수소 압축 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 금속수소화물 소재는 AB5계 합금, AB2계 합금, AB계 합금 중 적어도 어느 하나를 포함하는 수소 압축 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 유도가열부에 인가되는 전원을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 수소 압축 시스템.
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