KR20240067595A - 수소 압축 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 수소 압축 시스템에 관한 것으로, 냉매가 순환하는 히트펌프라인을 포함하는 히트펌프파트, 가열 및 냉각의 반복적인 과정에 의해 수소를 압축하는 수소압축파트, 수소압축파트를 경유하도록 히트펌프라인에 연결되며 히트펌프라인으로부터 바이패스된 냉매가 순환하는 제1순환라인, 및 수소압축파트를 경유하도록 제공되며 냉각유체가 순환하는 제2순환라인, 제2순환라인에 마련되며 냉각유체를 냉각하는 냉각부를 포함하고, 수소압축파트는 냉매에 의해 가열되거나 냉각유체에 의해 냉각되도록 하는 것에 의하여, 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.

Description

수소 압축 시스템{HYDROGEN COMPRESSION SYSTEM}
본 발명의 실시예는 수소 압축 시스템에 관한 것으로, 열화학적인 방식으로 수소를 압축함에 있어서 전력 소모를 최소화하고, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 수소 압축 시스템에 관한 것이다.
수소는 수증기 개질(steam reforming), 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 압력(예를 들어, 10 bar 이하)을 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 있으며, 소음이 작고 회전 기기류에 의한 각종 마모성 부품들의 교체 주기가 길어 유지 및 보수가 용이한 장점이 있다. 또한, 기계식 압축기의 경우 윤활유를 사용함으로써 수소가 오염되는 경우가 많으나, 열화학적 수소 압축기는 윤활유 사용이 불필요하며 금속수소화물 형태의 화학결합을 끊고 수소가 방출되므로 고순도의 수소 순도를 유지할 수 있다.
열화학 압축기는 금속수소화물 소재의 특성을 이용하여 금속수소화물 소재의 가열 및 냉각의 반복적인 과정을 통해 수소를 압축할 수 있다. 금속 내에 수소가 저장되어 금속수소화물로 되는 반응의 평형 압력은 소재의 조성과 온도에 따라 달라지는데, 일반적으로 온도가 높아질수록 평형 압력이 증가한다. 따라서 저온 저압에서 유입된 수소가 금속수소화물을 형성한 뒤 온도를 높이면 금속수소화물에서 고압의 수소가 방출되는 과정을 거치면서 수소를 압축하게 된다.
그러나, 이렇듯 금속수소화물 소재를 가열하여 수소를 압축하기 위해서는 별도의 전기 열원(예를 들어, 전기 히터)을 마련하고, 전기 열원에서 금속수소화물 소재로 전도되는 열에 의해 금속수소화물 소재를 가열시켜야 함에 따라, 전력 소모가 증가하고 에너지 효율이 감소하는 문제점이 있다.
이에 따라, 수소를 압축하는 공정에 필요한 전력 소모를 최소화하고 에너지 효율을 높이기 위한 기술 개발이 필요하다.
본 발명의 실시예는 열화학적인 방식으로 수소를 압축함에 있어서 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 수소 압축 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
특히, 본 발명의 실시예는 히트펌프파트의 냉매를 열원으로 사용하여 금속수소화물 압축기를 작동시킬 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 고압의 수소를 연속적으로 추출할 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, 냉매가 순환하는 히트펌프라인을 포함하는 히트펌프파트, 가열 및 냉각의 반복적인 과정에 의해 수소를 압축하는 수소압축파트, 수소압축파트를 경유하도록 히트펌프라인에 연결되며 히트펌프라인으로부터 바이패스된 냉매가 순환하는 제1순환라인, 및 수소압축파트를 경유하도록 제공되며 냉각유체가 순환하는 제2순환라인, 제2순환라인에 마련되며 냉각유체를 냉각하는 냉각부를 포함하고, 수소압축파트는 냉매에 의해 가열되거나 냉각유체에 의해 냉각된다.
이는, 열화학적인 방식으로 수소를 압축하는 공정에 필요한 전력 소모를 최소화하고, 에너지 효율을 향상시키기 위함이다.
즉, 기존에는 열화학적인 방식으로 수소를 압축함에 있어서 금속수소화물 소재를 가열하기 위한 별도의 전기 열원(예를 들어, 전기 히터)을 마련하고, 전기 열원에서 금속수소화물 소재로 전도되는 열에 의해 금속수소화물 소재를 가열시켜야 함에 따라, 전력 소모가 증가하고 에너지 효율이 감소하는 문제점이 있다.
하지만, 본 발명의 실시예는 열화학적인 방식으로 수소를 압축하는 수소압축파트가 히트펌프파트의 냉매 및 냉각유체를 매개로 가열 또는 냉각되도록 하는 것에 의하여, 전력 소모가 매우 높은 별도의 전기 열원(예를 들어, 전기 히터)를 사용하지 않고도 수소압축파트를 작동(가열 및 냉각)시켜 수소를 압축할 수 있으므로, 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 전기 열원을 사용하여 수소압축파트를 가열하는 방식에 비해 에너지 효율을 현저하게 향상(예를 들어, 50% 향상)시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
히트펌프파트는 저온물체(예를 들어, 냉매)가 갖는 열에너지를 외부에서 기계적 에너지를 공급하여 고온의 열에너지로 변환할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 히트펌프파트는, 히트펌프라인에 마련되며 냉매를 압축하는 압축기, 히트펌프라인에 마련되며 냉매를 응축하는 응축기, 히트펌프라인에 마련되며 냉매를 감압하는 팽창밸브, 상기 히트펌프라인에 마련되며 냉매를 기화하는 증발기를 포함할 수 있고, 제1순환라인은 응축기 또는 증발기에 연결될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소압축파트는 수소를 압축하는 제1압축파트, 및 제1압축파트와 개별적으로 수소를 압축하는 제2압축파트를 포함할 수 있고, 제1압축파트 및 제2압축파트는 서로 교번적으로 가열 또는 냉각됨으로써, 서로 교번적으로 수소를 압축할 수 있다.
이와 같이, 제1압축파트 및 제2압축파트가 서로 교번적으로 가열 또는 냉각되도록 하는 것에 의하여, 제1압축파트 및 제2압축파트가 교번적으로 수소를 압축할 수 있으므로, 수소의 압축 공정을 끊김 없이 연속적으로 수행하는 것이 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 압축 시스템은, 일단은 제1압축파트의 상류(up-stream)에서 제1순환라인에 연결되고, 다른 일단은 제2압축파트의 상류에서 제2순환라인에 연결되는 제1바이패스라인; 일단은 제2압축파트의 하류(down-stream)에서 제2순환라인에 연결되고, 다른 일단은 제1압축파트의 하류에서 제1순환라인에 연결되는 제2바이패스라인; 일단은 제2압축파트의 상류에서 제2순환라인에 연결되고, 다른 일단은 제1압축파트의 상류(up-stream)에서 제1순환라인에 연결되는 제3바이패스라인; 및 일단은 제1압축파트의 하류에서 제1순환라인에 연결되고, 다른 일단은 제2압축파트의 하류에서 제2순환라인에 연결되는 제4바이패스라인;을 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 압축 시스템은, 제1순환라인에 마련되며 히트펌프라인에서 바이패스된 냉매의 유동 경로를 선택적으로 제1바이패스라인으로 전환하는 제1밸브, 제2순환라인에 마련되며 제2압축파트를 통과한 냉매의 유동 경로를 선택적으로 제2바이패스라인으로 전환하는 제2밸브, 제2순환라인에 마련되며 냉각부를 통과한 냉각유체의 유동 경로를 선택적으로 제3바이패스라인으로 전환하는 제3밸브, 제1순환라인에 마련되며 제1압축파트를 통과한 냉각유체의 유동 경로를 선택적으로 제4바이패스라인으로 전환하는 제4밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1압축파트는, 수소를 압축하는 제1-1 금속수소화물 압축기, 및 제1-1 금속수소화물 압축기와 개별적으로 수소를 압축하는 제1-2 금속수소화물 압축기를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1-1 금속수소화물 압축기와 제1-2 금속수소화물 압축기는 직렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2압축파트는, 수소를 압축하는 제2-1 금속수소화물 압축기, 및 제2-1 금속수소화물 압축기와 개별적으로 수소를 압축하는 제2-2 금속수소화물 압축기를 포함할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2-1 금속수소화물 압축기와 제2-2 금속수소화물 압축기는 직렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 압축 시스템은, 제1밸브와 제1압축파트의 사이에 위치하도록 제1순환라인에 마련되며 냉매를 가열하는 제1히터, 및 제3밸브와 제2압축파트의 사이에 위치하도록 제2순환라인에 마련되며 냉매를 가열하는 제2히터를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 제1순환라인 및 제2순환라인에 제1히터 및 제2히터를 마련하고, 제1압축파트 및 제2압축파트의 가열시, 제1히터 및 제2히터를 매개로 제1압축파트 및 제2압축파트로 공급되는 냉매가 추가적으로 가열되도록 하는 것에 의하여, 제1압축파트 및 제2압축파트의 가열 용량 및 가열 속도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 열화학적인 방식으로 수소를 압축함에 있어서 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면 히트펌프파트의 냉매를 열원으로 사용하여 금속수소화물 압축기를 작동시킬 수 있으므로, 수소를 압축하는 공정에 필요한 전력 소모를 최소화하고, 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 고압의 수소를 연속적으로 추출할 수 있으며, 수소의 압축 공정에 소요되는 시간을 단축하는 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 시스템, 제1압축파트의 가열 공정 및 제2압축파트의 냉각 공정을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수소 압축 시스템, 제1압축파트의 냉각 공정 및 제2압축파트의 가열 공정을 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)은, 냉매가 순환하는 히트펌프라인(102)을 포함하는 히트펌프파트(100), 가열 및 냉각의 반복적인 과정에 의해 수소를 압축하는 수소압축파트(300), 수소압축파트(300)를 경유하도록 히트펌프라인(102)에 연결되며 히트펌프라인(102)으로부터 바이패스된 냉매가 순환하는 제1순환라인(410), 및 수소압축파트(300)를 경유하도록 제공되며 냉각유체가 순환하는 제2순환라인(420), 제2순환라인(420)에 마련되며 냉각유체를 냉각하는 냉각부를 포함하고, 수소압축파트(300)는 냉매에 의해 가열되거나 냉각유체에 의해 냉각된다.
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 방법(또는 물 전기 분해)에 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.
히트펌프파트(100)는 냉매가 순환하는 히트펌프라인(102)을 포함하고, 히트펌프라인(102)을 따라 순환하는 냉매는 수소압축파트(300)를 가열하기 위한 열매(heat medium)로 사용될 수 있다.
히트펌프파트(100)는 저온물체(예를 들어, 냉매)가 갖는 열에너지를 외부에서 기계적 에너지를 공급하여 고온의 열에너지로 변환할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 히트펌프파트(100)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 히트펌프파트(100)는, 히트펌프라인(102)에 마련되며 냉매를 압축하는 압축기(110), 히트펌프라인(102)에 마련되며 냉매를 응축하는 응축기(120), 히트펌프라인(102)에 마련되며 냉매를 감압하는 팽창밸브(130), 상기 히트펌프라인(102)에 마련되며 냉매를 기화하는 증발기(140)를 포함할 수 있다.
일 예로, 냉매는 압축기(110), 응축기(120), 팽창밸브(130), 증발기(140)를 순차적으로 경유하도록 히트펌프라인(102)을 따라 순환할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 냉매가 압축기, 증발기, 팽창밸브, 응축기를 순차적으로 경유하도록 히트펌프라인을 따라 순환하는 것도 가능하다.
압축기(110)는 저압의 냉매를 고압의 냉매로 압축하도록 마련되며, 압축기(110)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
응축기(120)는 일종의 열교환기로서 고온 고압의 냉매를 공기(또는 물)과 열교환하여 응축하도록 마련되며, 응축기(120)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
팽창밸브(130)는 일종의 감압밸브로서 응축기(120)를 통과한 냉매의 압력을 낮추고 유량을 조절하기 위해 마련되며, 팽창밸브(130)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
증발기(140) 역시 일종의 열교환기로서 냉매를 공기(또는 물)과 열교환하여 기화하도록 마련되며, 증발기(140)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
수소압축파트(300)는 가열 및 냉각의 반복적인 과정에 의해 수소를 압축하도록 마련된다.
수소압축파트(300)는 가열 및 냉각의 반복적인 과정에 의해 수소를 압축할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 수소압축파트(300)의 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
참고로, 본 발명의 실시예에서, 수소압축파트(300)라 함은, 금속수소화물 압축기의 가열을 위한 별도의 전기 열원(예를 들어, 전기 히터)을 포함하지 않는 수소압축파트(300)로 정의될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소압축파트(300)는 수소를 압축하는 제1압축파트(310), 및 제1압축파트(310)와 개별적으로 수소를 압축하는 제2압축파트(320)를 포함할 수 있고, 제1압축파트(310) 및 제2압축파트(320)는 서로 교번적으로 가열 또는 냉각됨으로써, 서로 교번적으로 수소를 압축할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 수소압축파트가 3개 이상의 압축파트를 포함하는 것도 가능하다. 다르게는, 수소압축파트가 단 하나의 압축파트를 포함하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1압축파트(310)는, 수소를 압축하는 제1-1 금속수소화물 압축기(312), 및 제1-1 금속수소화물 압축기(312)와 개별적으로 수소를 압축하는 제1-2 금속수소화물 압축기(314)를 포함할 수 있다.
일 예로, 제1-1금속수소화물 압축기(312)와 제1-2 금속수소화물 압축기(314)는 직렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제1-2 금속수소화물 압축기(314)는 제1-1금속수소화물 압축기(312)의 하류에 직렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1-1금속수소화물 압축기와 제1-2 금속수소화물 압축기를 병렬로 연결하는 것도 가능하다.
또한, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2압축파트(320)는, 수소를 압축하는 제2-1 금속수소화물 압축기(322), 및 제2-1 금속수소화물 압축기(322)와 개별적으로 수소를 압축하는 제2-2 금속수소화물 압축기(324)를 포함할 수 있다.
일 예로, 제2-1 금속수소화물 압축기(322)와 제2-2 금속수소화물 압축기(324)는 직렬로 연결될 수 있다. 예를 들어, 제2-2 금속수소화물 압축기(324)는 제2-1 금속수소화물 압축기(322)의 하류에 직렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제2-1금속수소화물 압축기와 제2-2 금속수소화물 압축기를 병렬로 연결하는 것도 가능하다.
수소압축파트(300)를 구성하는 각 금속수소화물 압축기(제1-1금속수소화물 압축기(312), 제1-2 금속수소화물 압축기(314), 제2-1 금속수소화물 압축기(322), 제2-2 금속수소화물 압축기(324))는 금속수소화물 기반의 열화학 압축기(metal hydride-based thermal compressor)로서, 금속수소화물 소재의 특성을 이용하여 가열 및 냉각의 반복적인 과정을 통해 수소를 압축할 수 있다.
일 예로, 수소압축파트(300)의 각 금속수소화물 압축기(제1-1금속수소화물 압축기(312), 제1-2 금속수소화물 압축기(314), 제2-1 금속수소화물 압축기(322), 제2-2 금속수소화물 압축기(324))는 내부에 저장공간을 갖는 다양한 구조 및 형태로 제공될 수 있으며, 각 금속수소화물 압축기의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
수소압축파트(300)의 각 금속수소화물 압축기(제1-1금속수소화물 압축기(312), 제1-2 금속수소화물 압축기(314), 제2-1 금속수소화물 압축기(322), 제2-2 금속수소화물 압축기(324))를 형성하는 금속수소화물 소재의 종류는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
일 예로, 금속수소화물 소재는 AB5계 합금, AB2계 합금, AB계 합금 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속수소화물 소재는 LaNi5, TiFe, TiMn2 등을 주 원소로 하는 합금일 수 있다.
참고로, 금속수소화물 소재는 파우더(powder) 또는 펠릿(pellet) 형태로 용기(미도시)의 내부에 수용될 수 있으며, 금속수소화물 소재의 수용 상태 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 금속수소화물 파우더 또는 금속수소화물 펠릿을 압축하여 용기에 대응하는 벌크 형상으로 금속수소화물 소재를 마련하는 것도 가능하다.
제1순환라인(410)은 수소압축파트(300)를 경유하도록 히트펌프라인(102)에 연결되며, 히트펌프라인(102)으로부터 바이패스된 냉매는 제1순환라인(410)을 따라 순환할 수 있다.
예를 들어, 제1순환라인(410)은 고온의 냉매가 바이패스될 수 있는 응축기(120) 또는 증발기(140)에 연결될 수 있다.
이하에서는 제1순환라인(410)의 일단 및 다른 일단이 모두 응축기(120)에 연결된 예를 들어 설명하기로 한다. 이와 같은 구조에 의해, 압축기(110)에서 배출된 고온의 냉매는 응축기(120)를 거쳐 제1순환라인(410)을 따라 순환한 후, 다시 응축기(120)를 거쳐 히트펌프라인(102)을 따라 순환할 수 있다.
참고로, 본 발명의 실시예에서, 제1순환라인(410)이 수소압축파트(300)를 경유한다 함은, 제1순환라인(410)이 수소압축파트(300)를 구성하는 각 금속수소화물 압축기(제1-1금속수소화물 압축기(312), 제1-2 금속수소화물 압축기(314), 제2-1 금속수소화물 압축기(322), 제2-2 금속수소화물 압축기(324))와 열교환(가열) 가능하게 제공되는 것으로 정의될 수 있다.
가령, 제1순환라인(410)은 각 금속수소화물 압축기(제1-1금속수소화물 압축기(312), 제1-2 금속수소화물 압축기(314), 제2-1 금속수소화물 압축기(322), 제2-2 금속수소화물 압축기(324))의 내부를 통과하거나 각 금속수소화물 압축기의 둘레를 감싸도록 마련될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1순환라인(410)을 따라 공급되는 냉매는 대류에 의한 열교환에 의해 각 금속수소화물 압축기(제1-1금속수소화물 압축기(312), 제1-2 금속수소화물 압축기(314), 제2-1 금속수소화물 압축기(322), 제2-2 금속수소화물 압축기(324))를 가열할 수 있다.
제1순환라인(410)을 따라 순환하는 냉매는 각 금속수소화물 압축기(제1-1금속수소화물 압축기(312), 제1-2 금속수소화물 압축기(314), 제2-1 금속수소화물 압축기(322), 제2-2 금속수소화물 압축기(324))를 가열하기 위한 열매(heat medium)로 사용될 수 있다.
제2순환라인(420)은 수소압축파트(300)를 경유하도록 제공되며, 제2순환라인(420)을 따라서는 냉각유체가 순환할 수 있다.
제2순환라인(420)은 수소압축파트(300)를 경유할 수 있는 다양한 구조로 제공될 수 있으며, 제2순환라인(420)의 구조 및 형태에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에서, 제2순환라인(420)이 수소압축파트(300)를 경유한다 함은, 제2순환라인(420)이 수소압축파트(300)를 구성하는 각 금속수소화물 압축기(제1-1금속수소화물 압축기(312), 제1-2 금속수소화물 압축기(314), 제2-1 금속수소화물 압축기(322), 제2-2 금속수소화물 압축기(324))와 열교환(냉각) 가능하게 제공되는 것으로 정의될 수 있다.
가령, 제2순환라인(420)은 각 금속수소화물 압축기(제1-1금속수소화물 압축기(312), 제1-2 금속수소화물 압축기(314), 제2-1 금속수소화물 압축기(322), 제2-2 금속수소화물 압축기(324))의 내부를 통과하거나 각 금속수소화물 압축기의 둘레를 감싸도록 마련될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제2순환라인(420)을 따라 공급되는 냉각유체는 대류에 의한 열교환에 의해 각 금속수소화물 압축기(제1-1금속수소화물 압축기(312), 제1-2 금속수소화물 압축기(314), 제2-1 금속수소화물 압축기(322), 제2-2 금속수소화물 압축기(324))를 냉각할 수 있다.
제2순환라인(420)을 따라 순환하는 냉각유체는 각 금속수소화물 압축기(제1-1금속수소화물 압축기(312), 제1-2 금속수소화물 압축기(314), 제2-1 금속수소화물 압축기(322), 제2-2 금속수소화물 압축기(324))를 냉각하는 용도로 사용될 수 있다.
참고로, 냉각유체로서는 통상의 액체(예를 들어, 냉각수) 또는 기체가 사용될 수 있으며, 냉각유체의 종류 및 특성에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
냉각부는 냉각유체를 냉각하도록 제2순환라인(420)에 마련된다.
냉각부로서는 냉각유체를 냉각할 수 있는 다양한 냉각수단이 사용될 수 있으며, 냉각부의 종류 및 구조(방식)에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 냉각부는 수냉식 냉각 방식(또는 공냉식 냉각 방식)으로 냉각유체를 냉각하도록 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 펠티에 소자 또는 여타 다른 냉각 수단을 이용하여 냉각부를 구성하는 것도 가능하다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 제1압축파트(310) 및 제2압축파트(320)는 서로 교번적으로 가열 또는 냉각되며 수소를 교번적으로 압축하도록 ㄱ구성된다.
가령, 제1압축파트(310)가 가열(수소를 압축)되는 동안에는 제2압축파트(320)가 냉각될 수 있다. 이와 반대로, 제2압축파트(320)가 가열(수소를 압축)되는 동안에는 제1압축파트(310)가 냉각될 수 있다.
이와 같이, 제1압축파트(310) 및 제2압축파트(320)가 서로 교번적으로 가열 또는 냉각되도록 하는 것에 의하여, 제1압축파트(310) 및 제2압축파트(320)가 교번적으로 수소를 압축할 수 있으므로, 수소의 압축 공정을 끊김 없이 연속적으로 수행하는 것이 가능하다.
제1압축파트(310) 및 제2압축파트(320)의 가열 또는 냉각을 서로 교번적으로 수행하기 위한 일 실시예로서, 수소 압축 시스템(10)은, 일단은 제1압축파트(310)의 상류(up-stream)에서 제1순환라인(410)에 연결되고, 다른 일단은 제2압축파트(320)의 상류에서 제2순환라인(420)에 연결되는 제1바이패스라인(430); 일단은 제2압축파트(320)의 하류(down-stream)에서 제2순환라인(420)에 연결되고, 다른 일단은 제1압축파트(310)의 하류에서 제1순환라인(410)에 연결되는 제2바이패스라인(440); 일단은 제2압축파트(320)의 상류에서 제2순환라인(420)에 연결되고, 다른 일단은 제1압축파트(310)의 상류(up-stream)에서 제1순환라인(410)에 연결되는 제3바이패스라인(450); 및 일단은 제1압축파트(310)의 하류에서 제1순환라인(410)에 연결되고, 다른 일단은 제2압축파트(320)의 하류에서 제2순환라인(420)에 연결되는 제4바이패스라인(460);을 포함할 수 있다.
제1바이패스라인(430)은 제1순환라인(410)을 따라 순환하는 냉매(고온 냉매)를 제2순환라인(420)(제2압축파트)으로 공급하기 위해 마련된다.
일 예로, 제1바이패스라인(430)의 일단은 제1압축파트(310)의 상류(예를 들어, 응축기(120)와 제1압축파트(310)의 입구단 사이)에서 제1순환라인(410)에 연결될 수 있고, 제1바이패스라인(430)의 다른 일단은 제2압축파트(320)의 상류(냉각부와 제2압축파트(320)의 입구단 사이)에서 제2순환라인(420)에 연결될 수 있다.
제2바이패스라인(440)은 제2압축파트(320)를 통과한 냉매를 다시 제1순환라인(410)(히트펌프라인)으로 복귀시키기 위해 마련된다.
일 예로, 제2바이패스라인(440)의 일단은 제2압축파트(320)의 하류(예를 들어, 제2압축파트(320)의 출구단과 냉각부 사이)에서 제2순환라인(420)에 연결될 수 있고, 제2바이패스라인(440)의 다른 일단은 제1압축파트(310)의 하류(예를 들어, 제1압축파트(310)의 출구단과 응축기(120) 사이)에서 제1순환라인(410)에 연결될 수 있다.
제3바이패스라인(450)은 제2순환라인(420)을 따라 순환하는 냉각유체를 제1순환라인(410)(제1압축파트)로 공급하기 위해 마련된다.
일 예로, 제3바이패스라인(450)의 일단은 제2압축파트(320)의 상류(예를 들어, 냉각부와 제2압축파트(320)의 입구단 사이)에서 제2순환라인(420)에 연결될 수 있고, 제3바이패스라인(450)의 다른 일단은 제1압축파트(310)의 상류(예를 들어, 응축기(120)와 제1압축파트(310)의 입구단 사이)에서 제1순환라인(410)에 연결될 수 있다.
제4바이패스라인(460)은 제1압축파트(310)를 통과한 냉매를 다시 제2순환라인(420)(냉각부)으로 복귀시키기 위해 마련된다.
일 예로, 제4바이패스라인(460)의 일단은 제1압축파트(310)의 하류(예를 들어, 제1압축파트(310)의 출구단과 응축기(120) 사이)에서 제1순환라인(410)에 연결될 수 있고, 제4바이패스라인(460)의 다른 일단은 제2압축파트(320)의 하류(예를 들어, 제2압축파트(320)의 출구단과 냉각부 사이)에서 제2순환라인(420)에 연결될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 압축 시스템(10)은, 제1순환라인(410)에 마련되며 히트펌프라인(102)에서 바이패스된 냉매의 유동 경로를 선택적으로 제1바이패스라인(430)으로 전환하는 제1밸브(510), 제2순환라인(420)에 마련되며 제2압축파트(320)를 통과한 냉매의 유동 경로를 선택적으로 제2바이패스라인(440)으로 전환하는 제2밸브(520), 제2순환라인(420)에 마련되며 냉각부를 통과한 냉각유체의 유동 경로를 선택적으로 제3바이패스라인(450)으로 전환하는 제3밸브(530), 제1순환라인(410)에 마련되며 제1압축파트(310)를 통과한 냉각유체의 유동 경로를 선택적으로 제4바이패스라인(460)으로 전환하는 제4밸브(540)를 포함할 수 있다.
제1밸브(510)는 응축기(120)와 제1압축파트(310)의 입구단 사이에 위치하도록 제1순환라인(410)에 마련되며, 제1밸브(510)에는 제1바이패스라인(430)이 연결될 수 있다.
제1밸브(510)로서는 히트펌프라인(102)에서 바이패스된 냉매의 유동 경로를 선택적으로 제1바이패스라인(430)으로 전환할 수 있는 다양한 밸브 수단이 사용될 수 있다.
일 예로, 제1밸브(510)로서는 통상의 삼방 밸브(three way valve)가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1밸브(510)는, 히트펌프라인(102)으로부터 바이패스된 냉매가 유입되도록 제1순환라인(410)과 연결되는 제1-1포트(512), 제1밸브(510)를 통과한 냉매가 제1압축파트(310)로 공급되도록 제1순환라인(410)과 연결되는 제1-2포트(514), 제1바이패스라인(430)의 일단이 연결되는 제1-3포트(516)를 포함할 수 있다.
제1밸브(510)의 제1-1포트(512), 제1-2포트(514), 제1-3포트(516)를 선택적으로 개폐하는 것에 의하여, 히트펌프라인(102)에서 바이패스된 냉매의 유동 경로를 선택적으로 제1바이패스라인(430)으로 전환할 수 있다. 즉, 도 2를 참조하면, 제1압축파트(310)의 가열시(제2압축파트(320)의 냉각시), 제1-1포트(512) 및 제1-2포트(514)가 개방되고 제1-3포트(516)가 차단되면, 히트펌프라인(102)에서 바이패스된 냉매는 제1압축파트(310)로 공급될 수 있다. 반면, 도 3과 같이, 제2압축파트(320)의 가열시(제1압축파트(310)의 냉각시), 제1-1포트(512) 및 제1-3포트(516)가 개방되고 제1-2포트(514)가 차단되면, 제1압축파트(310)로의 냉매 공급이 차단되고, 히트펌프라인(102)에서 바이패스된 냉매는 제1바이패스라인(430)을 따라 제2압축파트(320)로 공급될 수 있다.
제2밸브(520)는 제2압축파트(320)의 출구단과 냉각부 사이에 위치하도록 제2순환라인(420)에 마련되며, 제2밸브(520)에는 제2바이패스라인(440)이 연결될 수 있다.
제2밸브(520)로서는 제2압축파트(320)를 통과한 냉매의 유동 경로를 선택적으로 제2바이패스라인(440)으로 전환할 수 있는 다양한 밸브 수단이 사용될 수 있다.
일 예로, 제2밸브(520)로서는 통상의 삼방 밸브(three way valve)가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2밸브(520)는, 제2압축파트(320)를 통과한 냉매가 유입되도록 제2순환라인(420)과 연결되는 제2-1포트(522), 제2밸브(520)를 통과한 냉각유체가 냉각부로 공급되도록(제2압축파트를 통과한 냉매가 냉각부로 공급되지 않도록) 제2순환라인(420)과 연결되는 제2-2포트(524), 제2바이패스라인(440)의 일단이 연결되는 제2-3포트(526)를 포함할 수 있다.
제2밸브(520)의 제2-1포트(522), 제2-2포트(524), 제2-3포트(526)를 선택적으로 개폐하는 것에 의하여, 제2압축파트(320)를 통과한 냉매의 유동 경로를 선택적으로 제2바이패스라인(440)으로 전환할 수 있다. 즉, 도 2를 참조하면, 제1압축파트(310)의 가열시(제2압축파트(320)의 냉각시), 제2-1포트(522) 및 제2-2포트(524)가 개방되고 제2-3포트(526)가 차단되면, 제2압축파트(320)를 통과한 냉각유체는 냉각부로 공급될 수 있다. 반면, 도 3과 같이, 제2압축파트(320)의 가열시(제1압축파트(310)의 냉각시), 제2-1포트(522) 및 제2-3포트(526)가 개방되고 제2-2포트(524)가 차단되면, 제2압축파트(320)를 통과한 냉매는 제2바이패스라인(440)을 따라 다시 제1순환라인(410)(히트펌프라인)으로 공급될 수 있다.
제3밸브(530)는 냉각부와 제2압축파트(320)의 입구단 사이에 위치하도록 제2순환라인(420)에 마련되며, 제3밸브(530)에는 제3바이패스라인(450)이 연결될 수 있다.
제3밸브(530)로서는 냉각부를 통과한 냉각유체의 유동 경로를 선택적으로 제3바이패스라인(450)으로 전환할 수 있는 다양한 밸브 수단이 사용될 수 있다.
일 예로, 제3밸브(530)로서는 통상의 삼방 밸브(three way valve)가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 제3밸브(530)는, 냉각부를 통과한 냉각유체가 유입되도록 제2순환라인(420)과 연결되는 제3-1포트(532), 제3밸브(530)를 통과한 냉각유체가 제2압축파트(320)로 공급되도록 제2순환라인(420)과 연결되는 제3-2포트(534), 제2바이패스라인(440)의 일단이 연결되는 제3-3포트(536)를 포함할 수 있다.
제3밸브(530)의 제3-1포트(532), 제3-2포트(534), 제3-3포트(536)를 선택적으로 개폐하는 것에 의하여, 냉각부를 통과한 냉각유체의 유동 경로를 선택적으로 제3바이패스라인(450)으로 전환할 수 있다. 즉, 도 2를 참조하면, 제1압축파트(310)의 가열시(제2압축파트(320)의 냉각시), 제3-1포트(532) 및 제3-2포트(534)가 개방되고 제3-3포트(536)가 차단되면, 냉각부를 통과한 냉각유체는 제2압축파트(320)로 공급될 수 있다. 반면, 도 3과 같이, 제2압축파트(320)의 가열시(제1압축파트(310)의 냉각시), 제3-1포트(532) 및 제3-3포트(536)가 개방되고 제3-2포트(534)가 차단되면, 제2압축파트(320)로의 냉각유체 공급이 차단되고, 냉각부를 통과한 냉각유체는 제3바이패스라인(450)을 따라 제1압축파트(310)로 공급될 수 있다.
제4밸브(540)는 제1압축파트(310)의 출구단과 응축기(120) 사이에 위치하도록 제1순환라인(410)에 마련되며, 제4밸브(540)에는 제4바이패스라인(460)이 연결될 수 있다.
제4밸브(540)로서는 제1압축파트(310)를 통과한 냉각유체의 유동 경로를 선택적으로 제4바이패스라인(460)으로 전환할 수 있는 다양한 밸브 수단이 사용될 수 있다.
일 예로, 제4밸브(540)로서는 통상의 삼방 밸브(three way valve)가 사용될 수 있다. 보다 구체적으로, 제4밸브(540)는, 제1압축파트(310)를 통과한 냉각유체가 유입되도록 제1순환라인(410)과 연결되는 제4-1포트(542), 제4밸브(540)를 통과한 냉매가 응축기(120)로 공급되도록(제1압축파트를 통과한 냉각유체가 응축기로 공급되지 않도록) 제1순환라인(410)과 연결되는 제4-2포트(544), 제4바이패스라인(460)의 일단이 연결되는 제4-3포트(546)를 포함할 수 있다.
제4밸브(540)의 제4-1포트(542), 제4-2포트(544), 제4-3포트(546)를 선택적으로 개폐하는 것에 의하여, 제1압축파트(310)를 통과한 냉각유체의 유동 경로를 선택적으로 제4바이패스라인(460)으로 전환할 수 있다. 즉, 도 2를 참조하면, 제1압축파트(310)의 가열시(제2압축파트(320)의 냉각시), 제4-1포트(542) 및 제4-2포트(544)가 개방되고 제4-3포트(546)가 차단되면, 제1압축파트(310)를 통과한 냉매는 냉각부로 공급될 수 있다. 반면, 도 3과 같이, 제2압축파트(320)의 가열시(제1압축파트(310)의 냉각시), 제4-1포트(542) 및 제4-3포트(546)가 개방되고 제4-2포트(544)가 차단되면, 제1압축파트(310)를 통과한 냉각유체는 제4바이패스라인(460)을 따라 다시 제2순환라인(420)(냉각부)으로 공급될 수 있다.
이와 같은 구조에 의해, 제1압축파트(310) 및 제2압축파트(320)는 서로 교번적으로 가열 또는 냉각되며 수소의 압축 공정을 끊김 없이 연속적으로 수행할 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1압축파트(310)의 가열시에는, 제1순환라인(410)을 따라 순환하는 냉매가 제1-1 금속수소화물 압축기(312) 및 제1-2 금속수소화물 압축기(314)를 순차적으로 경유함으로써, 제1-1 금속수소화물 압축기(312) 및 제1-2 금속수소화물 압축기(314)를 가열할 수 있다.
또한, 도 2와 같이, 제1압축파트(310)가 가열되는 동안에는 제2압축파트(320)는 냉각될 수 있다. 제2압축파트(320)의 냉각시에는, 제2순환라인(420)을 따라 순환하는 냉각유체가 제2-1 금속수소화물 압축기(322) 및 제2-2 금속수소화물 압축기(324)를 순차적으로 경유함으로써, 제2-1 금속수소화물 압축기(322) 및 제2-2 금속수소화물 압축기(324)를 냉각할 수 있다.
반면, 도 3을 참조하면, 제2압축파트(320)의 가열시에는, 제1순환라인(410)을 따라 순환하던 냉매가 제1바이패스라인(430)을 거쳐 제2-1 금속수소화물 압축기(322) 및 제2-2 금속수소화물 압축기(324)를 순차적으로 경유함으로써, 제2-1 금속수소화물 압축기(322) 및 제2-2 금속수소화물 압축기(324)를 가열할 수 있다. 그 후, 제2압축파트(320)(제2-1 금속수소화물 압축기(322) 및 제2-2 금속수소화물 압축기(324))를 통과한 냉매는 제2바이패스라인(440)을 따라 다시 제1순환라인(410)으로 공급될 수 있다.
또한, 도 3과 같이, 제2압축파트(320)가 가열되는 동안에는 제1압축파트(310)는 냉각될 수 있다. 제1압축파트(310)의 냉각시에는, 제2순환라인(420)을 따라 순환하는 냉각유체가 제3바이패스라인(450)을 거쳐 제1-1 금속수소화물 압축기(312) 및 제1-2 금속수소화물 압축기(314)를 순차적으로 경유함으로써, 제1-1 금속수소화물 압축기(312) 및 제1-2 금속수소화물 압축기(314)를 냉각할 수 있다. 그 후, 제1압축파트(310)(제1-1 금속수소화물 압축기(312) 및 제1-2 금속수소화물 압축기(314))를 통과한 냉각유체는 제4바이패스라인(460)을 따라 다시 제2순환라인(420)으로 공급될 수 있다.
한편, 전술 및 도시한 본 발명의 실시예에서는 제1압축파트(310) 및 제2압축파트(320)가 서로 교번적으로 가열 또는 냉각되는 예를 들어 설명하고 있지만, 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제1압축파트 및 제2압축파트가 서로 동시에 가열되거나 동시에 냉각되도록 구성하는 것도 가능하다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 수소 압축 시스템(10)은, 제1밸브(510)와 제1압축파트(310)의 사이에 위치하도록 제1순환라인(410)에 마련되며 냉매를 가열하는 제1히터(412), 및 제3밸브(530)와 제2압축파트(320)의 사이에 위치하도록 제2순환라인(420)에 마련되며 냉매를 가열하는 제2히터(422)를 포함할 수 있다.
제1히터(412)는 제1순환라인(410)을 따라 제1압축파트(310)로 공급되는 냉매를 가열하도록 마련된다.
제1히터(412)로서는 제1순환라인(410)을 따라 제1압축파트(310)로 공급되는 냉매를 가열할 수 있는 다양한 히팅수단이 사용될 수 있으며, 제1히터(412)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정된느 것은 아니다. 일 예로, 제1히터(412)로서는 통상의 전기 히터가 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 제1순환라인(410)에 제1히터(412)를 마련하고, 제1압축파트(310)의 가열시, 제1히터(412)를 매개로 제1압축파트(310)로 공급되는 냉매가 추가적으로 가열되도록 하는 것에 의하여, 제1압축파트(310)의 가열 용량 및 가열 속도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
제2히터(422)는 제1바이패스라인(430)을 거쳐 제2순환라인(420)을 따라 제2압축파트(320)로 공급되는 냉매를 가열하도록 마련된다.
제2히터(422)로서는 제2순환라인(420)을 따라 제2압축파트(320)로 공급되는 냉매를 가열할 수 있는 다양한 히팅수단이 사용될 수 있으며, 제2히터(422)의 종류 및 구조에 의해 본 발명이 제한되거나 한정된느 것은 아니다. 일 예로, 제2히터(422)로서는 통상의 전기 히터가 사용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예는 제2순환라인(420)에 제2히터(422)를 마련하고, 제2압축파트(320)의 가열시, 제2히터(422)를 매개로 제2압축파트(320)로 공급되는 냉매가 추가적으로 가열되도록 하는 것에 의하여, 제2압축파트(320)의 가열 용량 및 가열 속도를 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 열화학적인 방식으로 수소를 압축함에 있어서 전력 소모를 최소화할 수 있으며, 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따르면 히트펌프파트의 냉매를 열원으로 사용하여 금속수소화물 압축기를 작동시킬 수 있으므로, 수소를 압축하는 공정에 필요한 전력 소모를 최소화하고, 에너지 효율을 향상시키는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 고압의 수소를 연속적으로 추출할 수 있으며, 수소의 압축 공정에 소요되는 시간을 단축하는 유리한 효과를 얻을 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
100 : 히트펌프파트
102 : 히트펌프라인
110 : 압축기
120 : 응축기
130 : 팽창밸브
140 : 증발기
300 : 수소압축파트
310 : 제1압축파트
312 : 제1-1 금속수소화물 압축기
314 : 제1-2 금속수소화물 압축기
320 : 제2압축파트
322 : 제2-1 금속수소화물 압축기
324 : 제2-2 금속수소화물 압축기
410 : 제1순환라인
412 : 제1히터
420 : 제2순환라인
422 : 제2히터
430 : 제1바이패스라인
440 : 제2바이패스라인
450 : 제3바이패스라인
460 : 제4바이패스라인
510 : 제1밸브
512 : 제1-1포트
514 : 제1-2포트
516 : 제1-3포트
520 : 제2밸브
522 : 제2-1포트
524 : 제2-2포트
526 : 제2-3포트
530 : 제3밸브
532 : 제3-1포트
534 : 제3-2포트
536 : 제3-3포트
540 : 제4밸브
542 : 제4-1포트
544 : 제4-2포트
546 : 제4-3포트

Claims (10)

  1. 냉매가 순환하는 히트펌프라인을 포함하는 히트펌프파트;
    가열 및 냉각의 반복적인 과정에 의해 수소를 압축하는 수소압축파트;
    상기 수소압축파트를 경유하도록 상기 히트펌프라인에 연결되며, 상기 히트펌프라인으로부터 바이패스된 상기 냉매가 순환하는 제1순환라인; 및
    상기 수소압축파트를 경유하도록 제공되며, 냉각유체가 순환하는 제2순환라인;
    상기 제2순환라인에 마련되며, 상기 냉각유체를 냉각하는 냉각부;를 포함하고,
    상기 수소압축파트는 상기 냉매에 의해 가열되거나 상기 냉각유체에 의해 냉각되는 수소 압축 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수소압축파트는,
    상기 수소를 압축하는 제1압축파트; 및
    상기 제1압축파트와 개별적으로 상기 수소를 압축하는 제2압축파트;를 포함하고,
    상기 제1압축파트 및 상기 제2압축파트는 서로 교번적으로 가열 또는 냉각되는 수소 압축 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1압축파트는,
    상기 수소를 압축하는 제1-1 금속수소화물 압축기; 및
    상기 제1-1 금속수소화물 압축기와 개별적으로 상기 수소를 압축하는 제1-2 금속수소화물 압축기;
    를 포함하는 수소 압축 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1-1 금속수소화물 압축기와 상기 제1-2 금속수소화물 압축기는 직렬로 연결되는 수소 압축 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2압축파트는,
    상기 수소를 압축하는 제2-1 금속수소화물 압축기; 및
    상기 제2-1 금속수소화물 압축기와 개별적으로 상기 수소를 압축하는 제2-2 금속수소화물 압축기;
    를 포함하는 수소 압축 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2-1 금속수소화물 압축기와 상기 제2-2 금속수소화물 압축기는 직렬로 연결되는 수소 압축 시스템.
  7. 제2항에 있어서,
    일단은 상기 제1압축파트의 상류(up-stream)에서 상기 제1순환라인에 연결되고, 다른 일단은 상기 제2압축파트의 상류에서 상기 제2순환라인에 연결되는 제1바이패스라인;
    일단은 상기 제2압축파트의 하류(down-stream)에서 상기 제2순환라인에 연결되고, 다른 일단은 상기 제1압축파트의 하류에서 상기 제1순환라인에 연결되는 제2바이패스라인;
    일단은 상기 제2압축파트의 상류에서 상기 제2순환라인에 연결되고, 다른 일단은 상기 제1압축파트의 상류(up-stream)에서 상기 제1순환라인에 연결되는 제3바이패스라인; 및
    일단은 상기 제1압축파트의 하류에서 상기 제1순환라인에 연결되고, 다른 일단은 상기 제2압축파트의 하류에서 상기 제2순환라인에 연결되는 제4바이패스라인;
    을 포함하는 수소 압축 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1순환라인에 마련되며, 상기 히트펌프라인에서 바이패스된 상기 냉매의 유동 경로를 선택적으로 상기 제1바이패스라인으로 전환하는 제1밸브;
    상기 제2순환라인에 마련되며, 상기 제2압축파트를 통과한 상기 냉매의 유동 경로를 선택적으로 상기 제2바이패스라인으로 전환하는 제2밸브;
    상기 제2순환라인에 마련되며, 상기 냉각부를 통과한 상기 냉각유체의 유동 경로를 선택적으로 상기 제3바이패스라인으로 전환하는 제3밸브;
    상기 제1순환라인에 마련되며, 상기 제1압축파트를 통과한 상기 냉각유체의 유동 경로를 선택적으로 상기 제4바이패스라인으로 전환하는 제4밸브;
    를 포함하는 수소 압축 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1밸브와 상기 제1압축파트의 사이에 위치하도록 상기 제1순환라인에 마련되며, 상기 냉매를 가열하는 제1히터; 및
    상기 제3밸브와 상기 제2압축파트의 사이에 위치하도록 상기 제2순환라인에 마련되며, 상기 냉매를 가열하는 제2히터;
    를 포함하는 수소 압축 시스템.
  10. 제1항에서,
    상기 히트펌프파트는,
    상기 히트펌프라인에 마련되며, 상기 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 히트펌프라인에 마련되며, 상기 냉매를 응축하는 응축기;
    상기 히트펌프라인에 마련되며, 상기 냉매를 감압하는 팽창밸브;
    상기 히트펌프라인에 마련되며, 상기 냉매를 기화하는 증발기;를 포함하고,
    상기 제1순환라인은 상기 응축기 또는 상기 증발기에 연결되는 수소 압축 시스템.
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