KR20230133310A - 수소 저장 시스템 - Google Patents

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KR20230133310A
KR20230133310A KR1020237026088A KR20237026088A KR20230133310A KR 20230133310 A KR20230133310 A KR 20230133310A KR 1020237026088 A KR1020237026088 A KR 1020237026088A KR 20237026088 A KR20237026088 A KR 20237026088A KR 20230133310 A KR20230133310 A KR 20230133310A
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containers
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모리츠 루빈
클라우디오 루흐
프리돌린 홀데너
노리스 갈란다트
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Grz 테크놀로지스 에스에이
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Abstract

복수의 저장 컨테이너(6)를 포함하는 수소 저장 시스템(2)으로서, 각각의 저장 컨테이너는 관형 컨테이너 벽(6a)과 관형 컨테이너 벽의 양단을 폐쇄하는 엔드 캡(6b,6c), 및 저장 컨테이너의 챔버(13) 내에 포함된 수소 저장을 위해 구성된 금속 수소화물(MH)을 포함하고, 하나의 멀티-컨테이너 유닛의 복수의 저장 컨테이너는 컨테이너 내의 가스 압력이 실질적으로 동일하도록 직접적인 유체 연결로 가스 유동 튜브에 의해 상호 연결된다. 각각의 저장 컨테이너의 관형 컨테이너 벽은 1.5cm 내지 10cm 범위의 직경을 갖고, 상기 모듈의 상기 복수의 저장 컨테이너 중 인접한 저장 컨테이너는 0.02×D 내지 1×D에 상응하는 거리 범위 내에서 갭(G)에 의해 분리되며, D는 관형 컨테이너 벽의 직경이다.

Description

수소 저장 시스템
본 발명은 금속 수소화물을 사용하여 수소를 저장하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
수소 저장은 재생 에너지에 의한 화석 연료 기술의 탈탄소화에 있어서 핵심 단계이다. 가압 가스, 수소 액화 및 고체 재료 내 흡수를 포함한 다양한 저장 방법이 고려되었다.
금속 수소화물은, 많은 금속 및 합금이 상당한 양의 수소를 가역적으로 흡수할 수 있어 최대 150kgH2/m3의 높은 부피 밀도에 도달할 수 있기 때문에 저압에서 수소를 저장하는 데 큰 관심을 받고 있다.
분자 수소는 흡수되기 전에 표면에서 해리된다. 그런 다음 2개의 H 원자는 탈착 시 H2로 재결합한다. 재료에서의 수소 흡수 반응은 통상적으로 발열성(열 생성)인 반면 수소 탈착 반응은 반대로 흡열성(열 흡수)이다. 금속 수소화물 시스템의 낮은 압력과 열역학은 시스템의 안전성 수준을 높인다: 컨테이너 고장의 경우, 수소가 천천히 배출될 것이고, 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 최소한의 유지 보수를 필요로 하고 수명이 길다.
그럼에도 불구하고, 작은 가스 입자 크기와 수소 가스의 가연성을 고려하여, 금속 수소화물 저장 시스템의 상대적으로 낮은 압력에서도, 가스 유동 회로, 특히 수소 저장 탱크, 밸브, 수소 생성 시스템 및 수소 소비 시스템 사이에 추가적인 안전성 문제가 있다. 각각의 추가 커플링은 잠재적인 누출의 추가적인 소스를 도입하여 잠재적인 안전성 문제를 야기한다.
많은 응용 분야에서 저장 요구 사항에 적응하기 위해, 수소 저장 시스템은 통상적으로 밸브 메커니즘에 의해 분리된 조립된 커플링과 상호 연결된 복수의 컨테이너를 통상적으로 포함한다. 컨테이너 내 온도가 흡수 및 탈착 속도에 영향을 미치는 수소 흡수 중 발열 반응 및 수소 탈착 중 흡열 반응을 고려하여, 최적의 전달 및 저장 기능은 정확하게 제어되는 프로세스와 신뢰성을 낮출 수 있는 저장 시스템의 특정 복잡성을 필요로 한다. 기존의 수소 저장 탱크는 흡수 또는 탈착 중 열 전달 요구 사항에 적합하지 않은 경우가 많다.
흡수 및 탈착 모두를 위한 저장 시스템의 작동 복잡성을 감소시키면서 수소 저장 시스템의 안전성 및 신뢰성을 추가로 증가시키는 것이 유리할 것이다. 시스템의 작동 및 관리의 복잡성을 증가시키지 않으면서 기존 시스템보다 흡수 및 탈착 속도를 높일 수 있는 시스템을 갖추는 것이 유리하다.
본 발명의 목적은 컴팩트하고 안전하며 사용 및 유지 보수가 용이한 수소 저장 시스템을 제공하는 것이다.
생산 및 작동에 비용 효과적인 수소 저장 시스템을 제공하는 것이 유리하다.
수소 생성 및 소비 시스템에서 용이하게 구현될 수 있는 수소 저장 시스템을 제공하는 것이 유리하다.
본 발명의 목적은 청구항 1에 따른 수소 저장 시스템을 제공함으로써 달성되었다.
본원에서는 복수의 저장 컨테이너를 포함하는 수소 저장 시스템이 개시되며, 각각의 저장 컨테이너는 관형 컨테이너 벽 및 관형 컨테이너 벽의 양단을을 폐쇄하는 엔드 캡, 및 저장 컨테이너의 챔버 내에 포함된 수소 저장을 위해 구성된 금속 수소화물을 포함하고, 하나의 멀티-컨테이너 유닛의 복수의 저장 컨테이너는 컨테이너 내의 가스 압력이 실질적으로 동일하도록 직접적인 유체 연결로 가스 유동 튜브에 의해 상호 연결된다. 각각의 저장 컨테이너의 관형 컨테이너 벽은 1.5cm 내지 10cm 범위의 직경(D)을 갖는다. 상기 모듈의 상기 복수의 저장 컨테이너 중 인접한 컨테이너는 0.02×D 내지 1×D에 상응하는 거리 범위, 바람직하게는 0.05×D 내지 0.5×D 범위 내에서 갭(G) 만큼 분리된다.
가스 유동 튜브는 관형 컨테이너 벽의 축에 상응하는 축 방향으로 실질적으로 연장되는 캡 튜브 섹션, 및 축 방향에 실질적으로 직각으로 연장되고 캡 튜브 섹션의 제1 단부에 용접되는 횡방향 튜브 섹션을 포함하는 T자형 연결 튜브를 포함하고, 엔드 캡 튜브 섹션의 제2 단부는 저장 컨테이너의 엔트리 캡에 용접된다.
각각의 저장 컨테이너는 금속 수소화물 입자가 입구/출구를 통해 챔버를 빠져나가는 것을 방지하기 위해 입구/출구를 덮는 엔트리 캡의 내측에 위치된 필터를 포함한다.
유리한 실시형태에서, 각각의 저장 컨테이너의 관형 컨테이너 벽의 직경(D)은 2cm 내지 8cm 범위, 바람직하게는 3cm 내지 6cm 범위, 예를 들어 4cm 내지 5cm 범위이다.
유리한 실시형태에서, 저장 컨테이너 사이의 갭(G)은 0.1×D 내지 0.4×D 범위이다.
저장 컨테이너는 50cm 내지 500cm 범위의 길이(L)를 가질 수 있다. 유리한 실시형태에서, 제조, 설치 및 유지 보수 실용성을 위해, 저장 컨테이너는 60cm 내지 200cm 범위, 바람직하게는 80cm 내지 150cm 범위의 길이를 갖는다.
유리한 실시형태에서, 횡방향 튜브 섹션의 단부는 인접하거나 대향하는 저장 컨테이너의 횡방향 튜브 섹션의 단부에 용접된다.
유리한 실시형태에서, 저장 컨테이너 열(row)의 일 단부는 엔트리 캡으로부터 인접한 저장 컨테이너의 횡방향 튜브 섹션의 단부까지 연장되는 L자형 또는 엘보우형 연결 튜브를 포함한다.
실시형태에서, 하나의 멀티-컨테이너 유닛의 복수의 저장 컨테이너는 1개의 열로 배열되며, 컨테이너의 축(A)은 서로 평행하다.
다른 실시형태에서, 하나의 멀티-컨테이너 유닛의 복수의 저장 컨테이너는 가스 유동 튜브가 2개의 열 사이에 위치되도록 대향 배열로 2개의 동일 평면 열에 배열되며, 컨테이너의 축(A)은 서로 평행하다.
유리한 실시형태에서, 필터는 그 주변부에서 엔트리 캡에 용접된 소결 금속 디스크를 포함하거나 소결 금속 디스크로 구성된다.
유리한 실시형태에서, 관형 컨테이너 벽, 엔트리 및 엔드 캡, 및 가스 유동 튜브는 스테인리스 강으로 제조된다.
유리한 실시형태에서, 복수의 멀티-컨테이너 유닛은 통상의 압력에서 수소 가스를 함유하도록 구성된 저장 모듈을 형성하는 멀티-컨테이너 유닛의 스택으로서 배열된다.
유리한 실시형태에서, 모듈의 멀티-컨테이너 유닛은 함께 유동적으로 상호 연결되고 수소 소비 및 생성 시스템에 대한 추가 연결을 위해 밸브에 연결된다.
유리한 실시형태에서, 상기 복수의 멀티-컨테이너 유닛은 통상의 수소 생성 및 소비 시스템 또는 네트워크에 연결하기 위한 지지 구조에서 적층 방식으로 조립된다.
유리한 실시형태에서, 상기 복수의 저장 컨테이너 중 하나 이상(모두는 아님)은 금속 수소화물 입자를 포함하지 않을 수 있으며, 열(thermal) 관리 시스템이 흡열 탈착을 가능하게 하기 위해 금속 수소화물을 가열할 때까지 콜드 스타트 업(cold start up)에서 빠른 탈착을 위해 가압 저장 시스템으로서 사용된다.
변형예에서, 하나, 또는 하나 이상, 또는 모든 저장 컨테이너는 열 관리 시스템이 흡열 탈착을 가능하게 하기 위해 금속 수소화물을 가열할 때까지 적어도 부분적으로 콜드 스타트 업에서 빠른 탈착을 위해 가압 저장 시스템으로서의 전술한 사용 효과로부터 이익을 얻기 위해 금속 수소화물 재료로 부분적으로만 충전될 수 있다. 상기 하나 이상의 저장 컨테이너의 부분 충전량은 예를 들어 20% 내지 70% 범위일 수 있다.
특정 실시형태에서, 저장 컨테이너의 전부 또는 대부분이 금속 수소화물로 부분적으로 충전되는 경우, 부분 충전량은 50% 내지 70%, 예를 들어 약 60%일 수 있다.
본 발명의 추가 목적 및 유리한 양태는 청구범위 및 이하의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 명백해질 것이다.
본 발명은 이제 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이며, 예로서 본 발명의 실시형태를 예시한다:
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 수소 저장 시스템의 사시도이다.
도 2는 도 1의 수소 저장 시스템의 멀티-유닛 모듈의 사시도이다.
도 3은 도 2의 모듈의 멀티-컨테이너 저장 유닛의 개략적인 단면도이다.
도 4는 도 3의 유닛의 저장 컨테이너의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 수소 저장 시스템의 멀티-컨테이너 저장 유닛의 일부의 평면도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 수소 저장 시스템의 멀티-컨테이너 저장 유닛의 일부의 평면도이다.
도면을 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 수소 저장 시스템(2)은 수소 소스(미도시) 및 수소 소비자(미도시)로의 유체 연결을 위해 예를 들어 스택으로 배열된 지지 구조(12)에 장착된 복수의 저장 모듈(10)을 포함한다. 수소 소스는 예를 들어 물 또는 다른 수소 함유 분자로부터 수소를 생성하기 위해 재생 에너지를 사용하는 전해조일 수 있다. 수소 소비자는 예를 들어 수소 가스로부터 전기를 생성하는 연료 전지의 형태이거나, 동적(mobile) 적용을 위한 압축 수소 저장 탱크가 있는 수소 압축기 또는 추가로 수소를 저장하거나 소비하기 위한 다른 장치의 형태일 수 있다. 수소 소비자 시스템은 통상적으로 수소를 생성하는 시스템과 수소를 소비하거나 동적 적용을 위해 수소를 추가로 저장하는 시스템 사이에서 동적이지 않은 버퍼 저장 시스템으로 사용될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 수소 저장 시스템의 사용 예는 광전지 패널에 의해 포획된 태양 에너지를 수소 가스로 변환하는 수소 생성 시스템에 의해 생성된 수소를 저장하는 것이다. 그런 다음 수소 가스는 포획된 에너지를 저장하는 연료로서 역할을 할 수 있으며, 이는 전력으로 재변환될 수 있습니다. 따라서, 수소 저장 시스템은 태양 에너지 공급과 전력 수요 사이에서 버퍼로서 역할을 할 수 있다. 그러나 수소 저장 시스템은 예를 들어 다양한 동적 또는 정적 적용을 위해 기화 또는 액화 형태로 수소를 공급하기 위한 다른 응용에서 구현될 수 있다. 따라서 저장 시스템은 다양한 동적 및 산업적 적용을 위해 압축 수소 가스 탱크를 공급하는 수소 압축기에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 수소 저장 시스템에 대한 전형적인 적용의 또 다른 예는 다음과 같다:
Figure pct00001
전기가 다른 소스(풍력, 수력 발전 등)에서 발생하는 전술한 바와 동일한 적용
Figure pct00002
수요가 많은 시기에 수소 저장 및 피크 전력 생성
Figure pct00003
화학 공정에서 폐기물로 생성되어 이후에 발전에 사용되는 수소의 저장
Figure pct00004
수소가 이후에 다른 목적을 위해, 예를 들어 화학 반응을 위해 전구체 또는 열 에너지 생성을 위한 연료로서 사용되는 전술한 모든 적용
일반적인 전해조에서 나오는 수소 가스의 최대 압력은 예를 들어 사용되는 전해조의 유형에 따라 10 ~ 40bar 범위이다.
본 발명의 실시형태에서, 수소 저장 시스템(4)은 탈착 공정 동안 수소 가스의 압력을 상승시키는 가열 수단을 갖지 않는다는 점에서 수동적이다. 그러나 수소 저장 시스템은 특정 탱크에서 발열 과정에 의해 생성된 열이 다른 탱크로 전달되거나 자연 대류 또는 강제 대류에 의해 시스템에서 배출될 수 있도록 탱크 사이에 열 교환기 시스템을 가질 수 있다.
다른 실시형태에서, 수소 가스의 입구/출구 압력은 열 관리 시스템으로 조절될 수 있으며, 이에 따라 가열 시 압력이 증가하고 냉각 시 압력이 감소한다.
각 저장 모듈(10)은 하나 이상의 멀티-컨테이너 유닛(4)을 포함할 수 있다.
각각의 멀티-컨테이너 유닛(4)은 가스 유동 튜브(5)에 의해 상호 연결된 복수의 저장 컨테이너(6)를 포함한다. 각각 하나의 멀티-컨테이너 유닛(4)의 복수의 저장 컨테이너(6)는 본질적으로 동일한 가스 압력에 있고 따라서 수소를 흡수 및 탈착하기 위해 단일 컨테이너처럼 병렬로 작동하도록 컨테이너 사이에 임의의 밸브 또는 압력 분리 수단 없이 직접적인 유체 연결로 유체적으로 상호 연결된다. 따라서 멀티-컨테이너 유닛은 유닛이 복수의 상호 연결된 컨테이너로 분리된다는 점을 제외하고 통상의 내부 압력에서 단일 가스 함유 유닛을 기능적으로 형성한다. 각각의 컨테이너(6)는 당업계에 잘 알려진 바와 같이 수소를 저장하도록 구성된 금속 수소화물(MH)을 내부에 포함하는 챔버(13)를 갖는다. 예를 들어 PCT/EP2020/059860에 설명된 바와 같은 다양한 금속 수소화물이 컨테이너에 충전될 수 있다.
단일 컨테이너를 사용하는 것과 대조적으로 복수의 컨테이너에서 수소 가스의 부피를 분리하면 발열 및 흡열 반응 중에 더 나은 열 전달을 허용하는 간격(G)만큼 분리될 수 있는 높은 표면적 대 부피 비율을 갖는 작은 컨테이너를 가질 수 있다. 또한, 각 유닛(4)의 저장 부피는 멀티-컨테이너 유닛(4)의 열 전달 특성 및 거동을 근본적으로 변경하지 않으면서 더 많은 저장 컨테이너(6)를 추가함으로써 쉽게 확장될 수 있다. 하나의 멀티-컨테이너 유닛(4)의 복수의 컨테이너(6)는 본질적으로 서로 평행하게 배열될 수 있으며, 도시된 바와 같이 바람직하게는 평면 열로 정렬될 수 있다.
저장 모듈(10)을 형성하는 복수의 멀티-컨테이너 유닛(4)은 겹겹이 적층 및/또는 나란히 배치될 수 있고, 종래 시스템의 개별 저장 탱크의 관리와 유사하게 하나의 멀티-컨테이너 유닛(4)을 다른 하나에 충전하고 비우는 것을 허용하는 밸브(V)와 상호 연결될 수 있다. 따라서 하나 이상의 밸브(V)는 저장 컨테이너(6)의 가스 유동 튜브(5)를 수소 생성 또는 소비 시스템(미도시)에 유체적으로 상호 연결한다.
각각의 저장 컨테이너(6)는 일 단부에서는 단부 캡(6b)에 의해 그리고 다른 단부에서는 입구/출구(7)를 포함하는 엔트리 캡(6c)에 의해 폐쇄된 관형 컨테이너 벽(6a)을 포함한다.
도 1 내지 도 5에 도시된 실시형태에서, 입구/출구(7)는 가스 유동 튜브(5)의 T자형 연결 튜브(8)에 용접되는 엔트리 캡에서 실질적으로 중앙에 위치한 오리피스를 포함한다. 멀티-컨테이너 유닛(4)의 컨테이너 열의 일단부에 있는 저장 컨테이너(6')는 엘보우형 또는 L자형 연결 튜브(8c)를 포함하지만, 나머지 저장 컨테이너(6)는 각각 실질적으로 동일하고 실질적으로 동일한 T자형 연결 튜브(8)를 포함한다.
컨테이너(6)는 도 1-4의 실시형태에 도시된 바와 같이 하나의 열을 형성하도록 나란히 배열될 수 있거나, 도 5의 실시형태에 도시된 바와 같이 한 쌍의 대향하는 열을 형성하도록 배열될 수 있다.
각각의 T자형 연결 튜브(8)는 관형 컨테이너 벽(6a)의 축(A) 방향으로 엔트리 캡(6c)으로부터 실질적으로 축방향으로 연장되는 캡 튜브 섹션(8a), 및 캡 튜브 섹션(8a)의 단부에 용접된 횡방향 튜브 섹션(8b)을 포함한다. 횡방향 튜브 섹션(8b)은 캡 튜브 섹션에 직교하고 인접한 저장 컨테이너(6) 사이의 갭(G)의 원하는 간격을 정의하도록 구성된 축(A)의 양측에 길이를 가지며, 그 길이는 또한 도 3에 도시된 바와 같은 단일 열 구성 또는 도 5에 도시된 바와 같은 대향 컨테이너를 갖는 이중 열 구성이 제공되는지 여부에 따라 달라진다.
인접한 저장 컨테이너 사이의 갭( G )은 흡열 및 발열 반응 동안 우수한 열 전달을 허용하기 위해 멀티-컨테이너 유닛(4)의 스택을 통한 공기 또는 다른 유체의 자연적 또는 강제적 대류를 허용하는 역할을 한다.
특정 실시형에서, 수소 저장 시스템은 물, 오일, 또는 공기보다 더 나은 열 전달을 위한 다른 액체와 같은 액체에 침지될 수 있다.
T자형 연결 튜브 대신에, 대향 컨테이너(6)의 2열 구성을 갖는 도 6에 도시된 바와 같은 또 다른 실시형태에서, 횡방향 튜브 섹션(8d)의 단부가 캡 튜브 섹션(8a)의 단부에 용접되어 "+"(플러스) 형상의 용접된 연결 튜브(8a, 8d)를 형성하고, 여기서 용접 인터페이스는 튜브의 교차점에 있다. 횡방향 튜브 섹션(8d)은 여기서도 캡 튜브 섹션(8a)에 직교한다.
저장 컨테이너, 특히 관형 컨테이너 벽(6a)의 길이는 또한 필요에 따라 열 전달 특성을 실질적으로 변경하지 않으면서 각각의 멀티-컨테이너 유닛(4)의 부피를 증가 또는 감소시키기 위해 용이하게 구성될 수 있다. 따라서, 멀티-컨테이너 유닛의 열 거동은 시스템의 저장 부피와 실질적으로 무관할 수 있다.
중량 및 제조 실용성 및 경제성을 고려하여, 금속 수소화물을 사용하여 수소를 저장하기 위한 최적의 열 전달 프로세스는 1.5 cm 내지 10 cm 범위, 바람직하게는 2 cm 내지 6 cm 범위, 예를 들어 약 4.5 cm의 직경(D)을 각각 갖는 저장 컨테이너(6)로 얻어질 수 있다.
각각의 저장 컨테이너의 실제 길이(L)는 50cm 내지 600cm 범위일 수 있지만 제조, 설치 및 유지 보수 실용성을 위해 바람직하게는 80cm 내지 200cm 범위, 예를 들어 60cm 내지 150cm 범위이다.
컨테이너 벽 재료는 바람직하게는 스테인리스 강으로 만들어지고, 단부 캡(6b, 6c)은 예를 들어 오비탈 용접 공정(TiG 용접)에 의해 관형 컨테이너 벽(6a)의 반대쪽 말단에 용접된다. 제조 공정 동안, 엔드 캡(6b)은 관형 컨테이너 벽(6a)의 일 말단에 먼저 용접되고, 이어서 금속 수소화물 입자가 컨테이너(6)의 내부 부피의 약 70% 내지 90%까지 다른 말단을 통해 충전되고, 그런 다음 엔트리 캡(6c)이 관형 컨테이너 벽(6a)의 다른 말단에 용접될 수 있다.
컨테이너 벽, 엔드 캡 및 가스 유동 튜브는 스테인리스 강으로 만드는 것이 바람직하지만, 알루미늄과 같은 다른 용접 가능한 금속으로 만들 수도 있다. 본 발명의 범위 내에서, 복합 재료는 또한 컨테이너 벽, 엔드 캡 및 가스 유동 튜브에 사용될 수 있다.
엔트리 캡(6c)은 관형 컨테이너 벽(6a)에 용접되기 전에 T자형 연결 튜브(8)에 용접된다. 엔트리 캡은 입구/출구(7)를 덮는 엔트리 캡 내부에 장착되고 수소가 가스 유동 튜브(5)를 통과하는 동안 금속 수소화물 입자가 가스 유동 튜브(5)로 통과하는 것을 방지하도록 구성된 필터(9)를 더 포함할 수 있다.
유리한 실시형태에서, 필터(9)는 그 주변부(9a)에서 엔트리 캡(6c)의 내측에 용접될 수 있는 소결 스테인리스 강 디스크로 제조된다. 유사한 재료의 관점에서, 용접이 용이하게 수행된다. 더욱이, 엔트리 캡(6c) 및 필터(9)에 대해 유사하거나 동일한 재료가 사용되기 때문에 유사한 열팽창 계수의 관점에서 용접 연결부가 견고하고 높은 열팽창력을 받지 않는다.
따라서 T자형 연결 튜브에 용접된 엔트리 캡을 갖는 각 저장 컨테이너(6)는 제조 공정 중에 일체형 부품을 형성하고, 상기 일체형 부품은 용접 연결부(11)를 형성하기 위해 인접한 저장 컨테이너의 횡방향 튜브 섹션(8b)의 단부(15)를 함께 용접함으로써 함께 연결된다. 가스 유동 튜브(5)는 또한 엔트리 및 엔드 캡(6c, 6b) 및 관형 컨테이너 벽(6a)에 사용되는 스테인리스 강과 동일하거나 유사한 조성 및 그레이드의 스테인리스 강으로 제조될 수 있다. 가스 유동 튜브가 횡방향 튜브 섹션(8b)의 단부(15)에서 함께 용접되기 때문에, 추가 저장 컨테이너(6)는 원하는 전체 저장 부피에 따라 비용 효율적이지만 특히 신뢰할 수 있고 안전한 구성으로 제조 공정 중에 용이하게 추가될 수 있다.
엔트리 및 엔드 캡(6b, 6c)은 관형 컨테이너 벽(6b)과의 용접 인터페이스를 형성하는 원형 에지를 기계 가공하여 스탬프 성형 공정에 의해 실질적으로 형성될 수 있다. 이는 또한 고압을 견딜 수 있으면서도 제조하기에 경제적이며 원하는 용도에 필요할 수 있는 부피와 관련하여 유연한 특히 견고한 구조를 보장할 수 있다.
일단 저장 컨테이너(6)가 함께 용접되면, 멀티-컨테이너 유닛(4)은 복수의 저장 컨테이너에 대한 단일 입구 및 출구를 가지며, 흡열 또는 발열 반응 동안 열 전달을 위해 시스템(2)의 각각의 컨테이너 주위에 자연 또는 강제 대류를 허용하기 위해 유닛의 컨테이너 사이의 갭(G)과 치수가 유사한 갭을 사이에 갖는 스택 내의 다른 멀티-컨테이너 유닛(4)에 하나 이상의 밸브(V)를 통해 연결될 수 있다.
복수의 층, 예를 들어 2개, 3개 또는 4개의 층에서 멀티-컨테이너 유닛(4)의 저장 컨테이너(6)를 상호 연결하여 밸브에 대한 단일 공통 입구 및 출구를 갖는 유체적으로 상호 연결된 단일 저장 유닛을 형성하는 것이 가능하다. 그런 다음, 복수의 이러한 유닛은 나란히 적층되거나 배치될 수 있거나, 또는 나란히 적층되어 배치되어, 예를 들어 PCT/EP2020/059860에 설명된 바와 같이 유닛 각각이 임의의 원하는 순서로 독립적으로 충전되고 비워질 수 있는 수소 저장 시스템의 모듈을 형성할 수 있다. 전술한 특허 출원에서 설명된 바와 같이 저압 및 고압 작동을 위해 상이한 금속 수소화물을 갖는 상이한 유닛 또는 모듈에서 또한 가능하다.
저장 컨테이너는 금속 수소화물로 완전히 또는 부분적으로 충전될 수 있고, 상이한 컨테이너는 상이한 충전 수준의 금속 수소화물을 포함할 수 있다. 특히, 일 실시형태에서 하나 또는 여러 개의 저장 컨테이너는 금속 수소화물 입자를 함유하지 않을 수 있고 종래의 가압 저장 시스템으로서 사용될 수 있다. 이것은 흡열 탈착을 가능하게 하기 위해 열 관리 시스템이 금속 수소화물을 가열할 때까지 콜드 스타트 업에서 빠른 탈착을 가능하게 한다. 다른 실시형태에서, 특정 저장 컨테이너는 유사한 기능, 즉 열 관리 시스템이 금속 수소화물을 가열할 때까지 콜드 스타트 업에서 빠른 탈착을 달성하기 위해 금속 수소화물 재료로 부분적으로만, 예를 들어 20-70% 충전 비율로 충전될 수 있다. 저장 컨테이너의 전부 또는 대부분이 금속 수소화물 재료로 부분적으로 충전되는 또 다른 실시형태에서, MH의 충전 비율은 챔버 부피의 50-70% 범위, 예를 들어 약 60% 충전 비율이다.
수소 저장 시스템 2
저장 모듈 10
멀티-컨테이너 유닛 4
저장 컨테이너 6
관형 컨테이너 벽 6a
엔드 캡 6b
엔트리 캡 6c
입구/출구 7
필터 9
주변부 9a
챔버 13
금속 수소화물 MH
가스 유동 튜브 5
T자형 연결 튜브 8
캡 튜브 섹션 8a
횡방향 튜브 섹션 8b
단부 15
용접 연결부 11
밸브 V
지지 구조 12
제어 시스템
압력 센서
온도 센서
전자밸브 제어
저장 컨테이너 직경 D
인접한 컨테이너 사이의 갭 거리 G
컨테이너의 길이 L

Claims (15)

  1. 복수의 저장 컨테이너(6)를 포함하는 수소 저장 시스템(2)으로서,
    각각의 저장 컨테이너는 관형 컨테이너 벽(6a)과 관형 컨테이너 벽의 양단을 폐쇄하는 엔드 캡(6b,6c), 및 저장 컨테이너의 챔버(13) 내에 포함된 수소 저장을 위해 구성된 금속 수소화물(metal hydride; MH)을 포함하고, 하나의 멀티-컨테이너 유닛의 복수의 저장 컨테이너는 직접적인 유체 연결로 가스 유동 튜브에 의해 상호 연결되고, 각각의 저장 컨테이너의 관형 컨테이너 벽은 1.5cm 내지 10cm 범위의 직경(D)을 갖고, 상기 모듈의 상기 복수의 저장 컨테이너 중 인접한 저장 컨테이너는 0.02×D 내지 1×D 범위의 길이를 갖는 갭(G)에 의해 분리되며, 가스 유동 튜브(5)는 관형 컨테이너 벽의 축에 상응하는 축 방향으로 실질적으로 연장되는 캡 튜브 섹션(8a), 및 상기 축 방향에 실질적으로 직각으로 연장되고 캡 튜브 섹션(8a)의 제1 단부에 용접되는 횡방향 튜브 섹션(8b)을 포함하는 T자형 연결 튜브(8)를 포함하고, 엔드 캡 튜브 섹션(8a)의 제2 단부는 저장 컨테이너의 엔트리 캡(6c)에 용접되며, 각각의 저장 컨테이너는 금속 수소화물 입자가 입구/출구를 통해 챔버를 빠져나가는 것을 방지하기 위해 입구/출구(7)를 덮는 엔트리 캡의 내측에 위치한 필터(9)를 포함하는, 수소 저장 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 저장 컨테이너의 관형 컨테이너 벽의 직경(D)은 2cm 내지 8cm 범위, 바람직하게는 3cm 내지 6cm 범위인, 수소 저장 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    저장 컨테이너 사이의 갭(G)이 0.1×D 내지 0.5×D 범위인, 수소 저장 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    저장 컨테이너는 60cm 내지 200cm 범위, 바람직하게는 80cm 내지 150cm 범위의 길이를 갖는, 수소 저장 시스템.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    횡방향 튜브 섹션(8b)의 단부는 인접하거나 대향하는 저장 컨테이너의 횡방향 튜브 섹션의 단부에 용접되는, 수소 저장 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    저장 컨테이너 열(row)의 일 단부는 엔트리 캡으로부터 인접한 저장 컨테이너의 횡방향 튜브 섹션의 단부까지 연장되는 "L" 또는 엘보우 형상의 연결 튜브(8c)를 포함하는, 수소 저장 시스템.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나의 멀티-컨테이너 유닛의 복수의 저장 컨테이너는 1개의 열로 배열되고, 컨테이너의 축(A)은 서로 평행한, 수소 저장 시스템.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나의 멀티-컨테이너 유닛의 복수의 저장 컨테이너는 가스 유동 튜브가 2개의 열 사이에 위치되도록 대향 배열로 2개의 동일 평면 열에 배열되고, 컨테이너의 축(A)은 서로 평행한, 수소 저장 시스템.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    필터(9)는 그 주변부에서 엔트리 캡에 용접된 소결 금속 디스크를 포함하거나 소결 금속 디스크로 구성되는, 수소 저장 시스템.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    관형 컨테이너 벽, 엔트리 및 엔드 캡, 및 가스 유동 튜브는 스테인리스 강으로 제조되는, 수소 저장 시스템.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 멀티-컨테이너 유닛(4)은 통상의 압력에서 수소 가스를 함유하도록 구성된 저장 모듈(10)을 형성하는 멀티-컨테이너 유닛의 스택(stack)으로서 배열되는, 수소 저장 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    모듈의 멀티-컨테이너 유닛은 함께 유체적으로 상호 연결되고 수소 소비 및 생성 시스템에 대한 추가 연결을 위해 밸브(V)에 연결되는, 수소 저장 시스템.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 복수의 멀티-컨테이너 유닛(4)은 통상의 수소 생성 및 소비 시스템 또는 네트워크에 연결하기 위해 지지 구조(12)에 적층 방식으로 조립되는, 수소 저장 시스템.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 저장 컨테이너 중 하나 이상이지만 모두는 아닌 저장 컨테이너는 금속 수소화물 재료로 충전되지 않고, 충전되지 않은 부분은 가압 저장 시스템으로 사용되는, 수소 저장 시스템.
  15. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 저장 컨테이너 중 하나 이상은 금속 수소화물 재료로 부분적으로만 충전되고, 충전되지 않은 부분은 가압 저장 시스템으로 사용되는, 수소 저장 시스템.
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