KR970009520B1 - 수소저장합금 반응용기 - Google Patents

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내용없음.

Description

수소저장합금 반응용기

제1도의 (a)(b)는 일반적인 수소저장합금 반응용기의 평면도 및 종단면도.

제2도는 (a)(b)는 이중관의 내부에 열교환핀이 부착된 일반적인 수소저장합금 반응용기의 평면도 및 종단면도.

제3도 및 제4도는 본 발명에 의한 수소저장합금 반응용기의 실시예를 도시한 것으로, 제3도는 종단면도.

제4도는 제3도의 A-A선 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 반응용기 11a : 수소출입구

12 : 외부공간부 13 : 외부스크린

14 : 수소저장합금 15 : 내부스크린

16 : 내부공간부 17 : 튜브

17a : 열교환핀 18 : 단열재

본 발명은 수소저장합금 반응용기에 관한 것으로, 특히 반응용기의 구조를 개선하여 수소와 수소저장합금의 반응속도를 촉진시키고, 수소저장합금과 열교환매체와의 열전달특성을 향상시키며, 반응용기로의 열손실을 저감하도록 한 수소저장합금 반응용기에 관한 것이다.

통상적으로 수소저장합금은 수소를 흡장하면서 열을 방출하는 발열반응과, 수소를 탈장하면서 열을 흡수하는 흡열반응을 하는 성질을 지니고 있는데, 수소저장합금 반응용기는 상기의 성질을 갖는 수소저장합금이 수납되는 용기와 수소의 흡장 및 탈장시 열을 방출 또는 흡열하는 열교환기로 구성되어 있다.

상기한 바와 같은 수소저장합금 반응용기는 수소저장합금을 이용하는 에너지변환 및 저장시스템의 성능향상을 위해서 열전달특성이 좋은 반응용기를 사용하여야 하는 바, 반응용기의 열전달특성을 향상시키기 위해서 수소흡장시에는 흡장하는 수소를 수소저장합금과 신속히 반응시켜 생성된 열을 열교환기로 이용시켜야 하고, 수소탈장시에는 열교환기로부터 탈장에 필요한 열을 신속하게 수소저장합금에 전달하여 수소를 탈장시켜야 하며, 탈장된 수소를 수소저장합금 반응용기에서 역시 신속히 배출시켜 주어야 한다.

이에 일반적으로 사용되거나 제안되고 있는 수소저장합금 반응용기의 실시예를 제1도 및 제2도를 참조하여 설명한다.

제1도에 도시한 수소저장합금 반응용기는 하부 일측에 열교환매체가 유입되는 유입관(1a)이 형성되고 상부 일측에는 열교환매체가 배출되는 배출관(1b)이 형성되어 있는 이중관(1)과, 상기 이중관(1)의 중앙부에 설치되어 수소가 통과되는 다공성 세라믹튜브(2)로 구성되어 있으며, 상기 이중관(1)과 다공성 세라믹튜브(2) 사이에는 수소저장합금(3)이 충진되어 있다. 이때 상기 수소의 통로로서 다공성 세라믹튜브(2)를 설치한 것은 수소저장합금(3)이 수소의 흡장과 탈장을 반복하면서 수 마이크로미터(μm)크기까지 잘게 부서지는 성질이 있기 때문에, 이와같이 미세해진 수소저장합금(3)이 수소통로를 통하여 배출되는 것을 방지하기 위하여 수소가스를 통과시키고 수소저장합금은 통과할 수 없도록 하려는데 있다.

또한, 제2도에 도시한 바와 같은 반응용기의 경우에는 수소의 흡장 및 탈장시 발생되거나 혹은 필요한 열이 열교환매체와 보다 용이하게 열교환되도록 하기 위하여 이중관(1)의 내부에 열교환핀(4)을 부착한 것으로, 이는 열교환매체가 통과되는 이중관(1)과 수소통로관인 다공성 세라믹튜브(2) 사이에 충진되어 있는 수소저장합금(3)의 낮은 열전도도를 보관하기 위해서이다.

도면 중 화살표 5는 열교환매체의 이동방향을 보인 것이고, 6은 수소의 이동방향을 보인 것이다.

그러나, 상술한 종래의 반응용기 중에서 열교환핀이 부착되지 않은 반응용기의 경우에는 용기의 제작이 용이한 반면에 열전달특성이 떨어지는 문제점이 있었고, 핀이 부착되어 있는 경우에는 열전달특성은 향상되는 장점은 있으나, 제작 및 가공상 이중관의 내부에 핀을 부착하는 작업에 어려움이 있었다.

한편, 핀이 부착되지 않은 반응용기의 구조를 가지면서 수소저장합금의 낮은 열전도성을 개선하기 위하여 열전도성이 높은 금속과 수소저장합금을 혼합하는 방법, 또는 수소저장합금의 압축가공을 통하여 열전도성을 높이면서 수소저장합금의 미분화를 방지하는 방법, 또는 수소의 흡 · 탈장에 영향을 주지 않고서 수소저장합금의 표면에 금속막을 입혀 열전도성을 높이는 방법 등이 알려져 있으나, 이러한 방법들은 반응용기의 구조적인 개선보다는 합금자체의 열전도특성을 향상시키려는 고안이었다.

이에 본 발명은 수소저장합금 반응용기의 구조를 개선하여 시스템의 성능을 향상시키도록 한 것으로서, 수소저장합금 반응용기의 내부까지의 수소이동시 유동저항을 줄이고 이동되는 수소와 수소저장합금과의 접촉면을 증대시킴으로써 수소와 수소저장합금의 반응속도를 촉진시키려는데 그 목적이 있는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 열교환매체의 통로관으로 핀튜브를 사용하여 수소저장합금과 열교환매체와의 열전달특성을 향상시키려는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 반응용기내의 내부단열재를 설치함과 아울러 외부공간부를 형성하여 반응용기로의 열손실을 저감하려는 데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 일측부에 수소가 출입되는 수소출입구가 형성된 반응용기와, 상기 반응용기의 내부에 설치되어 내측으로는 수소저장합금이 충진되고 외측으로 상기 반응용기와의 사이에 수소가 통과되는 외부공간부를 갖는 외부 스크린과, 상기 외부스크린의 내측에 설치되며 상기 외부의 공간부와 연통되어 수소가 통과되는 내부공간부를 갖는 내부스크린과, 상기 외부스크린 및 내부스크린 사이에 설치되어 열교환매체가 통과되는 수 개의 튜브로 구성함을 특징으로 하는 수소저장합금 반응용기가 제공된다.

이러한 본 발명에 의한 수소저장합금 반응용기에 의해 수소의 이동특성 및 열전달특성이 향상되는 효과가 발생되는 것이다.

이하에서는 본 발명을 첨부도면에 도시한 일실시례에 의거하여 보다 상세하게 설명한다.

첨부도면 제3도 및 제4도는 본 발명에 의한 수소저장합금 반응용기의 일실시예를 도시한 것으로, 제3도는 종단면도, 제4도는 제3도의 A-A선 단면도이다.

이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 수소저장합금 반응용기는 일측부에 수소가 출입되는 수소출입구(11a)가 형성된 반응용기(11)와 상기 반응용기(11)의 내부에 설치되어 내측으로는 수소저장합금(14)이 충진되고 외측으로는 상기 반응용기와의 사이에 수소가 통과되는 외부공간부(12)를 갖는 외부스크린(13)과, 상기 외부스크린(13)의 내측에 설치되며 상기 외부공간부(12)와 연통되어 수소가 통과되는 내부공간부(16)를 갖는 내부스크린(15)과, 상기 외부스크린(13)과 내부스크린(15)사이에 설치되어 열교환매체가 통과되는 수개의 튜브(17)로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 튜브(17)는 튜브 내부로 흐르는 열교환매체와 수소저장합금(14)과의 열전도성을 향상시키는 열교환핀(17a)이 다수개 부착된 핀튜브가 설치되고, 상기 반응용기(11)의 내주면에는 반응용기로의 열손실을 저감하는 외부공간부(12)가 형성되고 단열재(18)가 설치되어 있다.

이와 같이 구성되어 있는 본 발명에 의한 수소저장합금 반응용기는 반응용기(11)의 내부에 외부스크린(13)과 내부스크린(15)이 설치되고, 그 사이에 수소저장합금(14)이 충진되어 있으며, 상기 외부스크린(13)의 외측과 내부스크린(15)의 내측에 각기 수소가 통과되는 공간부(12)(16)가 형성되어 있어, 수소와 수소저장합금과의 접촉면적이 증대됨으로써 수소가스의 이동이 활발해지게 된다.

즉, 수소의 흡장시에는 반응용기(11)내로 유입된 수소가 수소저장합금(14)을 둘러싸고 있는 외부스크린(13)과 내부스크린(15)를 통해 동시에 합금(14)으로 흡장되는 것이며, 탈장시에는 합금(14)으로부터 탈장된 수소가 외부 및 내부스크린(13)(15)을 통해 동시에 이동하여 반응용기(11)의 외부로 유출되는 것이다.

본 발명에서는 상기한 바와 같이, 흡ㆍ탈장시에 수소와 합금의 접촉면적이 증대됨으로써 수소저장합금층 내부가 보다 균일한 온도분포를 갖게 되는 효과가 있다.

또한, 상기 수소저장합금과 열교환매체와의 열교환면적을 증대시키기 위하여 열교환매체가 통과하는 튜브(17)를, 외주면에 다수개의 열교환핀(17a)이 부착된 핀튜브를 사용하였으며, 이러한 핀(17a)은 핀 사이의 간격기 1-2mm정도로 형성되어 수소저장합금이 낮은 열전도성으로 안한 열저항을 줄이도록 함으로써, 수소흡장시에는 발생되는 열이 합금과 접촉되는 열전도성이 좋은 핀을 통해 튜브내의 열교환매체로 전달되고, 탈장시에는 튜브내의 열교환매체로부터 튜브의 핀을 통해 수소저장합금으로 열이 전달되도록 한 것이다.

한편, 일반적으로 수소저장합금에서의 수소의 흡장 및 탈장은 10-40기압의 고압에서 반응되므로 고압에 견디기 위해 반응용기를 두껍게 형성하게 되고, 이에 따라 반응용기 자체의 열용량도 커지게 되어 수소흡장시 발생된 열이 열교환매체로 전달되지 못하고 상당부분 반응용기 자체의 현열증가분으로 사용되는 문제점이 있었는 바, 본 발명에서는 반응용기(11) 내부에 단열재(18)를 설치함으로써 반응용기로의 열손실을 방지하게됨과 아울러 상기 반응용기의 단열재(18)와 수소저장합금(14)을 둘러싸고 있는 외부스크린(13)사이에 형성된 외부공간부(12)에 의해 반응용기(11)로의 열손실을 감소시키게 된다.

첨부도면에서 화살표는 열교환매체의 이동방향을 나타낸 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 수소저장합금 반응용기는 수소와 수소저장합금과의 접촉면적의 증대로 인하여 흡ㆍ탈장시 수소의 이동이 보다 활발해지고, 열교환매체의 이동통로인 튜브를 열교환핀이 설치되어 있어 열전달특성이 향상되며, 또한 반응용기의 내부에 단열재가 설치됨과 아울러 단열재의 내측으로 외부공간부가 형성되어 반응용기로의 열손실을 줄일 수 있는 등 전체적인 시스템의 성능이 현저하게 향상되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 반응용기와, 상기 반응 용기 일측부에 형성되는 수소 출입구와, 상기 수소 출입구와 연통되는 공간부로서, 상기 반응 용기의 내부에 설치되어 그 내측으로는 수소 저장 합금이 충진되고 그 외측으로 상기 반응 용기와의 사이에 수소가 통과하는 외는 공간부를 갖는 외부 스크린과, 상기 외부 스크린의 중앙부에 설치되며 상기 공간부와 연통되어 수소가 통과되는 내부 공간부를 갖는 내부 스크린과, 상기 외부 스크린과 상기 내부 스크린 사이에 충진되는 수소 저장 합금과, 상기 수소 저장 합금의 수소 흡장시에는 생성되는 열을 상기 수소 저장 합금으로부터 전달 받고 수소 탈장시에는 필요한 열을 상기 수소저장 합금으로 전달하는 열교환매체와, 상기 외부 스크린과 내부 스크린의 사이에 설치되고 상기 열교환매체가 흐르는 다수개의 튜브로 이루어지고, 상기 외부 스크린 및 내부 스크린은 상기 내부 및 외부 공간부를 흐르는 수소 가스는 통과하지만 수소 저장 합금을 통과하지 못하는 다수의 기공을 갖는 다공성 재료로 만들어지는 것을 특징으로 하는 수소 저장합금 반응 용기.
2. 제1항에 있어서, 상기 튜브는 튜브의 내부로 흐르는 열교환 매체와 수소 저장 합금과의 열전달을 용이하게 하기 위한 열교환핀이 부착된 핀튜브인 것을 특징으로 하는 수소 저장합금 반응 용기.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 수소 통과를 위한 간격인 상기 외부 공간부 및 상기 외부 공간부와 상기 반응 용기의 내주면에 설치되는 단열재에 의해 열손실이 저감되는 것을 특징으로 하는 수소 저장 합금 반응 용기.