KR102430095B1 - Apparatus for storing solid-state hydrogen - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고체 수소 저장 방식으로 수소를 저장하기 위한 고체 수소 저장 장치에 관한 것으로, 수소를 저장하기 위한 몸체부의 일측 단부 및 타측 단부를 반구형태로 형성한 용기본체; 상기 용기본체의 일측 단부에 결합된 수소 출입부; 상기 용기본체의 타측 단부에 결합되며, 수소 흡수 및 방출에 사용하기 위한 열교환용 열매체가 출입되는 열매체 출입부; 상기 열매체 출입부에 연결된 이중튜브와, 상기 이중튜브의 외측튜브로부터 방사 방향으로 분기된 후 상기 용기본체의 길이 방향을 따라 연장된 다수의 분기튜브와, 상기 이중튜브의 외측튜브의 안쪽에서 상기 용기본체의 길이 방향을 따라 연장된 중심튜브와, 상기 분기튜브 및 상기 중심튜브가 연결된 마감튜브를 구비하고, 상기 용기본체의 내부에 배치되는 매니폴딩부; 상기 매니폴딩부의 상기 분기튜브 또는 중심튜브에 끼워지고, 상기 용기본체의 내부에서 길이 방향을 따라 다수로 적층되는 핀 플레이트; 및 상기 핀 플레이트에 다수로 배치되며 상기 분기튜브 또는 중심튜브에 끼워지며, 수소 저장용 고체 분말로 이루어진 저장디스크;를 포함한다.The present invention relates to a solid hydrogen storage device for storing hydrogen in a solid hydrogen storage method, comprising: a container body in which one end and the other end of a body for storing hydrogen are formed in a hemispherical shape; Hydrogen in/out unit coupled to one end of the container body; a heating medium in/out which is coupled to the other end of the container body and through which a heat medium for heat exchange for use in hydrogen absorption and release is entered; A double tube connected to the heating medium inlet, a plurality of branch tubes extending in the longitudinal direction of the container body after branching in the radial direction from the outer tube of the double tube, and the container from the inside of the outer tube of the double tube a manifold having a center tube extending along the longitudinal direction of the body, and a closing tube to which the branch tube and the center tube are connected, the manifold disposed inside the container body; a fin plate fitted to the branch tube or the center tube of the manifold portion and stacked in a plurality along the longitudinal direction inside the container body; and a storage disk disposed in plurality on the pin plate and fitted in the branch tube or the center tube, and made of solid powder for storing hydrogen.

Description

고체 수소 저장 장치{APPARATUS FOR STORING SOLID-STATE HYDROGEN}Solid hydrogen storage device {APPARATUS FOR STORING SOLID-STATE HYDROGEN}

본 발명은 고체 수소 저장 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연료전지차량의 수소 기체 연료를 공급하는 고체 수소 저장 방식의 효율적인 열교환이 가능하도록 경량화되고 효율적인 열교환량 및 열균일도를 확보한 고체 수소 저장 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a solid hydrogen storage device, and more particularly, a solid hydrogen storage device that is lightweight and secures an efficient heat exchange amount and thermal uniformity to enable efficient heat exchange in a solid hydrogen storage method for supplying hydrogen gas fuel for a fuel cell vehicle. is about

근래 들어 기후환경협약이 실질적으로 가동되고, 또한 오일 유가가 매일 최고가를 갱신하면서 석유를 대체할 수 있는 신에너지의 개발이 절실해지고 있다.Recently, as the climate and environment agreement is practically operated, and the oil price is renewing the highest every day, the development of new energy that can replace oil is urgently needed.

에너지원으로서 재생 불가능한 화석에너지는 산업화의 가속화 현상에 따라 급증하여 고갈의 위기에 처해 있고, 연소과정에서 부산 되는 유해물질은 환경 및 자연생태계를 위협하고 있는 상황이다.Fossil energy, which cannot be recycled as an energy source, is in danger of being depleted due to the rapid increase in industrialization, and harmful substances produced in the combustion process are threatening the environment and natural ecosystems.

이러한 상황을 해결하기 위해 대두되고 있는 신재생에너지원은 유해물질의 배출이 없으면서도 지속적으로 공급이 가능한 방향으로 개방되고 있다.New and renewable energy sources, which are emerging to solve this situation, are being opened in a direction that allows continuous supply without emitting harmful substances.

예컨대, 수소는 지구상 어디에나 풍부히 존재하는 물로부터 지속적으로 제조할 수 있어서 그 원료가 고갈될 염려가 없으며, 연소하면 공해물질은 거의 배출하지 않고 다시 물을 생산하는 청정에너지이다.For example, hydrogen can be continuously produced from water abundantly present anywhere on the earth, so there is no fear of depletion of its raw materials.

한편, 연료전지 차량 구동의 필수 선결조건 중 하나로서, 안정적인 수소기체 연료의 공급은 필수적으로 선결이 되어야 한다. 이러한 수소 저장 장치의 구성을 위하여 고압 기체 저장 방식, 액체 수소 저장 방식, 그리고 고체 수소 저장 방식 등과 같이 크게 3가지 방식의 연구가 진행 중이다. 모든 연구는 안전성이 수반된 수소의 저장량을 증가시키는 방식으로 연구가 진행되고 있다.On the other hand, as one of the essential prerequisites for driving a fuel cell vehicle, a stable supply of hydrogen gas fuel is essential. For the construction of such a hydrogen storage device, three major methods are being studied: a high-pressure gas storage method, a liquid hydrogen storage method, and a solid hydrogen storage method. All studies are being conducted in a way that increases the storage amount of hydrogen accompanied by safety.

고압 기체 저장 방식은 가장 보편화된 방식으로써 700bar에서의 고압의 기체를 저장하고 있으나, 추가적인 수소기체의 저장에는 한계를 보유하고 있다.The high-pressure gas storage method is the most common method and stores the high-pressure gas at 700 bar, but has a limit in the storage of additional hydrogen gas.

액체 수소 저장 방식은 수소를 액화시킨다는 면에서 많은 양의 수소를 저장할 수 있는 장점은 보유하고 있지만 극저온에서의 액화라는 특성상 극저온을 유지시켜 주어야 한다는 문제점을 보유하고 있다.The liquid hydrogen storage method has the advantage of storing a large amount of hydrogen in terms of liquefying hydrogen, but has a problem in that the cryogenic temperature must be maintained due to the nature of liquefaction at cryogenic temperatures.

고체 수소 저장 방식의 경우 수소 저장용 고체 분말에 수소기체를 반응시켜 저장을 하는 방식으로써 고압기체에 비하여 상대적으로 낮은 압력(예: 150bar 이하)과 액체저장방식과는 달리 극저온이 아닌 고온(예: 200℃) 동작이라는 면에서 상대적으로 개발이 용이하다는 장점과 더불어 수소기체의 저장량이 크다는 장점이 있다.In the case of solid hydrogen storage method, hydrogen gas is reacted with solid powder for storage of hydrogen and stored. Compared to high-pressure gas, relatively low pressure (e.g., less than 150 bar) and unlike liquid storage method, high temperature (e.g., not cryogenic) 200℃) operation, it has the advantage of being relatively easy to develop and the storage amount of hydrogen gas is large.

그러나, 종래 기술에 따른 고체 수소 저장 방식 역시 많은 개발의 과제를 보유하고 있으며 이를 해결하기 위한 개발이 현재 유수의 국가기관 및 기업에서 연구를 진행하고 있다.However, the solid hydrogen storage method according to the prior art also has many development tasks, and development to solve this problem is currently being studied by leading national institutions and companies.

첫번째 과제는 많은량의 기체 수소를 고체화 시킬 수 있는 금속수소화물 분발의 개발이 요구되고 있다.The first task is required to develop a metal hydride powder that can solidify a large amount of gaseous hydrogen.

두번째 과제는 저장 용기의 구조적인 열교환 성능 확보를 위한 기술 개발이다. 즉, 수소의 흡수 및 방출시에는 열이 발생되는데, 그 열의 냉각과 승온의 성능확보와 동시에, 한정된 공간을 갖는 연료전지 차량에 탑재할 수 있도록, 효율적인 구성을 통해 부피 및 무게를 최소화 해야 실정이다.The second task is to develop a technology to secure the structural heat exchange performance of the storage container. That is, when hydrogen is absorbed and released, heat is generated. At the same time, it is necessary to minimize the volume and weight through an efficient configuration so that it can be mounted in a fuel cell vehicle having a limited space while securing the performance of cooling and temperature increase of the heat. .

그러나, 종래 기술에 따른 고체 수소 저장 장치는 고체 분말 내 수소를 흡착하는 방식으로 저장하거나, 고체 분말로부터 저장된 수소를 방출하도록 상대적으로 복잡하고 무거운 통상적인 열교환기를 탑재하고 있다.However, the solid hydrogen storage device according to the prior art is equipped with a relatively complicated and heavy conventional heat exchanger so as to store hydrogen in the solid powder by adsorbing or to release the stored hydrogen from the solid powder.

즉, 종래 기술의 열교환기는 냉매 유입구와 냉매 유출구 사이에 마련된 복잡한 구조의 냉매 분배 구조물과, 그 냉매 분배 구조물에 연결된 다수의 U자관 냉각 채널을 구비하고, 이때 고체 분말 충진용 포켓을 갖는 구조물은 각 냉각 채널에 연결되어 있다.That is, the heat exchanger of the prior art includes a refrigerant distribution structure having a complex structure provided between the refrigerant inlet and the refrigerant outlet, and a plurality of U-tube cooling channels connected to the refrigerant distribution structure, wherein the structure having a pocket for filling solid powder is each It is connected to the cooling channel.

그러나, 종래 기술의 고체 수소 저장 장치의 열교환기는 그의 형태가 복잡하여 제작시의 어려움이 있고, 열교환기의 중량이 상대적으로 무겁기 때문에, 연료전지차량에 탑재가 가능하도록 최소의 중량 및 부피의 확보가 요구되면서도, 고체 수소 저장 장치의 무게 저장 밀도 및 부피 저장 밀도도 상대적으로 크게 해야하는 난관에 봉착한 상황이다.However, the heat exchanger of the prior art solid hydrogen storage device has a complicated shape and is difficult to manufacture. Although it is required, the weight storage density and volume storage density of the solid hydrogen storage device are also faced with a difficulty in making them relatively large.

즉, 종래 기술의 고체 수소 저장 장치는 열교환기의 연결구조가 매우 복잡하게 구성이 되어 있고, 이에 따라 추가적인 부품수와 더불어 제작 공정의 공수가 높아지는 문제점이 있다.That is, the solid hydrogen storage device of the prior art has a very complicated connection structure of the heat exchanger, and thus there is a problem in that the number of additional parts and the man-hours of the manufacturing process increase.

또한, 일부 고체 수소 저장 장치는 열교환기 없는 방열 타입으로 제작되어 있어서, 수소의 흡수 및 방출시에 발생하는 열을 효과적으로 처리하지 못하는 단점이 있다.In addition, since some solid hydrogen storage devices are manufactured as a heat radiation type without a heat exchanger, there is a disadvantage in that heat generated during absorption and release of hydrogen cannot be effectively treated.

본 발명 목적은, 상기와 같은 실정을 감안하여 제안된 것으로, 경량화되고 이중튜브로부터 방사 방향으로 분기된 분기튜브 및 중심튜브를 갖는 매니폴딩부를 제공하여, 고체 수소 저장 방식을 이용한 연료의 공급을 원활히 수행할 수 있고, 구조적으로 경량화되면서도 효율적인 열교환이 가능하며, 연료전지차량에서 요구되는 열교환량 및 열균일도를 확보하여, 수소저장량을 증가시킬 수 있고, 매니폴딩용 튜브 개수를 상대적으로 줄이고, 열매체 누수 포인트를 최소화할 수 있도록 구성한 고체 수소 저장 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention is to provide a manifold having a branch tube and a center tube branched in a radial direction from a light-weighted double tube and a central tube, which has been proposed in view of the above circumstances, thereby smoothly supplying fuel using a solid hydrogen storage method. It can be carried out, structurally lightweight and efficient heat exchange is possible, and it is possible to increase the amount of hydrogen storage by securing the amount of heat exchange and heat uniformity required for a fuel cell vehicle, relatively reducing the number of tubes for manifolding, and leakage of heat medium. It is to provide a solid hydrogen storage device configured to minimize the points.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 고체 수소 저장 장치는, 수소를 저장하기 위한 몸체부의 일측 단부 및 타측 단부를 반구형태로 형성한 용기본체; 상기 용기본체의 일측 단부에 결합된 수소 출입부; 상기 용기본체의 타측 단부에 결합되며, 수소 흡수 및 방출에 사용하기 위한 열교환용 열매체가 출입되는 열매체 출입부; 상기 열매체 출입부에 연결된 이중튜브와, 상기 이중튜브의 외측튜브로부터 방사 방향으로 분기된 후 상기 용기본체의 길이 방향을 따라 연장된 다수의 분기튜브와, 상기 이중튜브의 외측튜브의 안쪽에서 상기 용기본체의 길이 방향을 따라 연장된 중심튜브와, 상기 분기튜브 및 상기 중심튜브가 연결된 마감튜브를 구비하고, 상기 용기본체의 내부에 배치되는 매니폴딩부; 상기 매니폴딩부의 상기 분기튜브 또는 중심튜브에 끼워지고, 상기 용기본체의 내부에서 길이 방향을 따라 다수로 적층되는 핀 플레이트; 및 상기 핀 플레이트에 다수로 배치되며 상기 분기튜브 또는 중심튜브에 끼워지며, 수소 저장용 고체 분말로 이루어진 저장디스크;를 포함한다.Solid hydrogen storage device according to the present invention for achieving the above object, a container body having one end and the other end of the body for storing hydrogen formed in a hemispherical shape; Hydrogen in/out unit coupled to one end of the container body; a heating medium in/out which is coupled to the other end of the container body and through which a heat medium for heat exchange for use in hydrogen absorption and release is entered; A double tube connected to the heating medium inlet, a plurality of branch tubes extending in the longitudinal direction of the container body after branching in the radial direction from the outer tube of the double tube, and the container from the inside of the outer tube of the double tube a manifold having a center tube extending along the longitudinal direction of the body, and a closing tube to which the branch tube and the center tube are connected, the manifold disposed inside the container body; a fin plate fitted to the branch tube or the center tube of the manifold portion and stacked in a plurality along the longitudinal direction inside the container body; and a storage disk disposed in plurality on the pin plate and fitted in the branch tube or the center tube, and made of solid powder for storing hydrogen.

상기 용기본체는 상기 핀 플레이트 중 최종단에 적층된 일측 핀 플레이트와 타측 핀 플레이트의 외측을 기준으로 상기 용기본체의 내부에 배치되는 프레스 플레이트를 포함한다.The container body includes a press plate disposed inside the container body with respect to the outside of the one pin plate and the other pin plate stacked on the final end of the pin plate.

상기 수소 출입부는 상기 수소의 흡수 및 방출의 통로에 배치되는 소결 스테인레스 필터(sintered stainless filter)를 포함한다.The hydrogen inlet includes a sintered stainless filter disposed in the passage of the hydrogen absorption and release.

상기 열매체 출입부는, 상기 이중튜브의 외측튜브와 내측튜브의 사이에 열매체를 유입시키도록 상기 이중튜브의 끝단에 결합된 중공 링 단면의 유입부, 및 상기 유입된 열매체를 배출시키도록 상기 이중튜브의 내측튜브인 상기 중심튜브의 타측 끝단부와 연결되는 배출부를 포함한다.The heat medium inlet and out, an inlet of a hollow ring cross-section coupled to the end of the double tube to introduce a heat medium between the outer tube and the inner tube of the double tube, and the double tube to discharge the introduced heat medium and a discharge part connected to the other end of the center tube which is an inner tube.

상기 매니폴딩부는, 상기 중심튜브의 타측 끝단부가 기밀하게 관통하도록 상기 이중튜브의 끝단면에 형성된 중심구멍; 상기 분기튜브의 타측 끝단과 관통하게 연결되도록 상기 이중튜브의 상기 외측튜브의 원주면에 형성된 제 1 분기구멍; 상기 분기튜브의 일측 끝단과 관통하게 연결되도록 마감튜브의 원주면에 형성된 제 2 분기구멍을 포함한다.The manifold portion, the center hole formed in the end surface of the double tube so that the other end of the central tube airtightly penetrates; a first branch hole formed on a circumferential surface of the outer tube of the double tube so as to be connected through the other end of the branch tube; and a second branch hole formed on the circumferential surface of the closing tube so as to be connected through one end of the branch tube.

상기 마감튜브는, 상기 중심튜브의 일측 끝단부와 용접되어 서로 연결된 연결부와, 상기 중심튜브가 위치한 곳의 반대쪽에서 상기 연결부에 일체형으로 형성되고, 상기 연결부보다 큰 직경을 갖고, 상기 마감튜브의 끝단을 마감하고, 상기 용기본체의 내부에서 상기 수소 출입부와 이격되게 배치된 캡 형상의 마감부를 포함한다.The finishing tube is integrally formed with a connection part welded to one end of the center tube and connected to each other, and the connection part on the opposite side of the place where the center tube is located, and has a larger diameter than the connection part, and the end of the closing tube and a cap-shaped closing part disposed to be spaced apart from the hydrogen inlet and out in the interior of the container body.

상기 핀 플레이트는, 상기 저장디스크가 다수로 배치되는 원형의 제 1 베이스판과, 상기 제 1 베이스판의 외곽을 따라 형성되며 상기 저장디스크의 두께보다 상대적으로 작게 돌출된 높이를 갖는 원형벽과, 상기 제 1 베이스판의 중심에 형성된 제 1 중심튜브 관통홀과, 상기 분기튜브의 위치에 대응하도록 상기 제 1 베이스판에 형성된 제 1 분기튜브 관통홀과, 상기 제 1 중심튜브 관통홀의 주변으로 상기 제 1 베이스판에 형성되며 방출된 수소가 유동하는 제 1 수소 유동홀, 및 상기 원형벽에 근접하면서 상기 저장디스크의 위치에 겹치지 않도록 상기 제 1 베이스판에 형성되며 상기 제 1 수소 유동홀에 비하여 상대적으로 큰 직경을 갖는 제 2 수소 유동홀을 포함한다.The pin plate includes: a circular first base plate on which a plurality of the storage disks are disposed; A first center tube through hole formed in the center of the first base plate, a first branch tube through hole formed in the first base plate to correspond to the position of the branch tube, and the first center tube through hole formed in the periphery of the first center tube through hole A first hydrogen flow hole formed in the first base plate and through which the released hydrogen flows, and a first hydrogen flow hole formed in the first base plate so as not to overlap the position of the storage disk while being close to the circular wall, compared to the first hydrogen flow hole and a second hydrogen flow hole having a relatively large diameter.

상기 프레스 플레이트는, 상기 저장디스크의 표면 또는 상기 핀 플레이트의 표면에 밀착되는 제 2 베이스판과, 상기 제 2 베이스판의 중심에 형성된 제 2 중심튜브 관통홀과, 상기 분기튜브의 위치에 대응하도록 상기 제 2 베이스판에 형성된 제 2 분기튜브 관통홀과, 상기 제 2 중심튜브 관통홀의 주변으로 상기 제 2 베이스판에 형성되며 방출된 수소가 유동하는 제 3 수소 유동홀, 및 상기 제 2 베이스판의 외주에 근접하면서 상기 저장디스크의 위치에 겹치지 않도록 상기 제 2 베이스판에 형성되며 상기 제 3 수소 유동홀에 비하여 상대적으로 큰 직경을 갖는 제 4 수소 유동홀을 포함한다.The press plate may include a second base plate that is in close contact with the surface of the storage disk or the surface of the pin plate, a second center tube through hole formed in the center of the second base plate, and a position of the branch tube. A second branch tube through hole formed in the second base plate, a third hydrogen flow hole formed in the second base plate around the second center tube through hole and through which the emitted hydrogen flows, and the second base plate and a fourth hydrogen flow hole formed on the second base plate so as not to overlap the position of the storage disk while being close to the outer periphery of the , and having a relatively larger diameter than that of the third hydrogen flow hole.

본 발명에 의한 고체 수소 저장 장치는, 수소의 흡수 또는 방출시에 발생하는 열과 열교화하는 열매체의 공급 및 회수를 위한 다수의 매니폴딩용 튜브의 개수를 줄인 경량화된 매니폴딩부를 제공함에 따라, 제조 공정을 단순화 시킬 수 있고, 열매체 누수 포인트를 최소화여 안전성을 극대화할 수 있는 장점이 있다.The solid hydrogen storage device according to the present invention is manufactured by providing a lightweight manifold reducing the number of tubes for a plurality of manifolds for supply and recovery of a thermal medium that heats and heats generated when hydrogen is absorbed or released. It can simplify the process and has the advantage of maximizing safety by minimizing the leakage point of the heating medium.

본 발명에 의한 고체 수소 저장 장치는, 핀 플레이트 및 프레스 플레이트를 구비하되, 핀 플레이트에 다수의 수소 흡수 또는 흡착용 고체 분말로 이루어진 저장디스크를 배치하고, 다수의 핀 플레이트를 용기 길이 방향으로 적층한 후, 프레스 플레이트로 가압한 후, 프레스 플레이트를 용기본체에 고정함으로써, 적층된 핀 플레이트들이 고정되도록 하여 용기본체의 내부에서 핀 플레이트들이 이동되지 않게 할 수 있고, 이를 통해서 열교환 성능 향상과 더불어 저장디스크의 구조적 안전성을 확보할 수 있는 장점이 있다.The solid hydrogen storage device according to the present invention includes a pin plate and a press plate, wherein a storage disk made of a plurality of hydrogen absorption or adsorption solid powders is disposed on the pin plate, and a plurality of pin plates are stacked in the longitudinal direction of the container. Then, after pressing with the press plate, by fixing the press plate to the container body, the stacked pin plates can be fixed so that the pin plates do not move inside the container body, through which the heat exchange performance is improved and the storage disk It has the advantage of securing the structural safety of

본 발명에 의한 고체 수소 저장 장치는, 용기본체의 길이 방향의 일측 단부와 타측 단부를 반구형태를 구현함으로써, 내압 성능을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.The solid hydrogen storage device according to the present invention has the advantage of improving the pressure resistance performance by implementing a hemispherical shape at one end and the other end in the longitudinal direction of the container body.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 수소 저장 장치의 사시도.
도 2는 도 1에서 용기본체 및 열매체 출입부를 제거한 분리 사시도.
도 3은 도 2에 도시된 매니폴딩부의 사시도.
도 4는 도 3의 원 A에 수소 출입부를 결합한 상태의 확대 단면도.
도 5는 도 3의 원 B의 확대 단면도.
도 6은 도 2에 도시된 매니폴딩부와 핀 플레이트간 결합관계를 설명하기 위한 사시도.
도 7은 도 2에 도시된 매니폴딩부와 핀 플레이트 및 저장디스크간 결합관계를 설명하기 위한 사시도.
도 8은 도 1에 도시된 수소 출입부를 설명하기 위한 확대 단면도.
도 9는 수소 흡입시 도 1에 도시된 고체 수소 저장 장치의 냉각 성능을 보인 시뮬레이션 해석 캡쳐도.
도 10은 수소 흡입시 도 1에 도시된 고체 수소 저장 장치의 매니폴딩부의 열매체 유속 분포를 보인 시뮬레이션 해석 캡쳐도.1 is a perspective view of a solid hydrogen storage device according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is an exploded perspective view in which the container body and the heating medium inlet in Figure 1 are removed.
Figure 3 is a perspective view of the manifold shown in Figure 2;
4 is an enlarged cross-sectional view of a state in which a hydrogen inlet/outlet is coupled to the circle A of FIG. 3;
Fig. 5 is an enlarged cross-sectional view of circle B of Fig. 3;
6 is a perspective view for explaining a coupling relationship between the manifold shown in FIG. 2 and the pin plate;
7 is a perspective view for explaining a coupling relationship between the manifold shown in FIG. 2, the pin plate, and the storage disk.
FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view illustrating the hydrogen inlet/outlet shown in FIG. 1 ;
9 is a simulation analysis capture showing the cooling performance of the solid hydrogen storage device shown in FIG. 1 when hydrogen is inhaled.
FIG. 10 is a simulation analysis capture diagram showing the distribution of the heat medium flow rate of the manifold of the solid hydrogen storage device shown in FIG. 1 when hydrogen is inhaled.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 기재에 의해 정의된다.Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but will be implemented in a variety of different forms, only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the technical field to which the present invention belongs It is provided to fully inform the possessor of the scope of the invention, and the present invention is defined by the description of the claims.

한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자에 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가함을 배제하지 않는다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Meanwhile, the terminology used herein is for the purpose of describing the embodiments and is not intended to limit the present invention. In this specification, the singular also includes the plural, unless specifically stated otherwise in the phrase. As used herein, "comprises" and/or "comprising" refers to the presence of one or more other components, steps, operations and/or elements in a referenced element, step, operation and/or element. or addition is not excluded. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체 수소 저장 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1에서 용기본체 및 열매체 출입부를 제거한 분리 사시도이다.1 is a perspective view of a solid hydrogen storage device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an exploded perspective view in which the container body and the heating medium inlet and out are removed in FIG. 1 .

도 1 또는 도 2를 참조하면, 본 실시예는 용기본체(100), 수소 출입부(200), 열매체 출입부(300), 매니폴딩부(400), 핀 플레이트(500, 501), 저장디스크(600), 프레스 플레이트(700, 701)를 포함한다.1 or 2, the present embodiment is a container body 100, a hydrogen inlet 200, a heat medium inlet 300, a manifold 400, pin plates 500, 501, a storage disk 600 , and press plates 700 and 701 .

용기본체(100)는 수소를 저장하기 위한 몸체부(110)의 일측 단부(111) 및 타측 단부(112)를 반구형태로 형성하고 있다.The container body 100 forms one end 111 and the other end 112 of the body 110 for storing hydrogen in a hemispherical shape.

용기본체(100)의 내부에 들어갈 구성품의 조립 또는 탑재를 위해서, 일측 단부(111) 또는 타측 단부(112)는 몸체부(110)로부터 개별적으로 제작 후 용접을 통해 합체될 수 있다.For assembly or mounting of components to be placed inside the container body 100 , one end 111 or the other end 112 may be individually manufactured from the body 110 and then combined through welding.

용기본체(100)는 금속 재질로 이루어지며, 압력용기 형태로 제작되어 있다.The container body 100 is made of a metal material and is manufactured in the form of a pressure container.

수소 출입부(200)는 수소의 흡수 및 방출의 통로가 된다. 수소 출입부(200)는 용기본체(100)의 일측 단부(111)에 결합된다.The hydrogen inlet 200 is a passage for absorption and release of hydrogen. The hydrogen inlet 200 is coupled to one end 111 of the container body 100 .

열매체 출입부(300)는 용기본체(100)의 타측 단부(112)에 결합되며, 수소 흡수 및 방출에 따른 열교환용 열매체가 출입된다.The heating medium inlet 300 is coupled to the other end 112 of the container body 100, and the heat medium for heat exchange according to hydrogen absorption and release is in and out.

매니폴딩부(400)는 열매체 출입부(300)로 유입되는 열매체를 열교환기에 해당하는 분기튜브로 분배하는 역할과, 분기튜브의 열매체를 수거하여 다시 열매체 출입부(300) 쪽으로 수거하여 배출시키는 역할과, 상기 분기튜브를 통해서 열매체의 열과 저장디스크(600)의 열을 열교환하는 역할을 담당한다.The manifold 400 serves to distribute the heat medium flowing into the heat medium inlet 300 to the branch tube corresponding to the heat exchanger, and collects the heat medium of the branch tube and collects it back toward the heat medium inlet 300 and discharges it. And, it plays a role of exchanging the heat of the heating medium and the heat of the storage disk 600 through the branch tube.

핀 플레이트(500)는 용기본체(100)의 내부에 적층되거나 다수의 단을 이루도록 복수개로 이루어질 수 있다.The pin plate 500 may be stacked on the inside of the container body 100 or made of a plurality to form a plurality of stages.

핀 플레이트(500)는 매니폴딩부(400)의 분기튜브 또는 중심튜브에 끼워지고, 상기 용기본체(100)의 내부에서 길이 방향을 따라 다수로 적층된다.The fin plate 500 is inserted into the branch tube or the center tube of the manifold 400 , and is stacked in plurality in the longitudinal direction inside the container body 100 .

핀 플레이트(500)는 저장디스크(600)를 지지하며 열교환 성능을 향상시키는 열 분산 및 방열의 역할도 담당할 수 있다.The fin plate 500 supports the storage disk 600 and may also serve as heat dissipation and heat dissipation to improve heat exchange performance.

저장디스크(600)는 수소 저장용 고체 분말로 이루어진 일종의 고체수소분말 디스크(Compacted Metal Hydride)일 수 있다.The storage disk 600 may be a kind of solid hydrogen powder disk (Compacted Metal Hydride) made of solid powder for hydrogen storage.

저장디스크(600)는 핀 플레이트(500)별로 다수로 배치되고, 핀 플레이트(500)와 함께, 상기 용기본체(100)의 내부에서 길이 방향을 따라 다수로 적층된다.The storage disk 600 is arranged in plurality for each pin plate 500 , and is stacked in plurality along the longitudinal direction in the container body 100 together with the pin plate 500 .

각 저장디스크(600)는 삽입홀이 중심에 형성되어 있는 링형상으로 형성되어 있다.Each storage disk 600 is formed in a ring shape with an insertion hole formed in the center.

이렇게 다수의 저장디스크(600)는 매니폴딩부(400)의 분기튜브 또는 중심튜브에 끼워진 상태로 각 핀 플레이트(500) 위에 배치된다.In this way, the plurality of storage disks 600 are disposed on each pin plate 500 in a state of being inserted into the branch tube or the center tube of the manifold 400 .

분기튜브 또는 중심튜브는 적층된 저장디스크(600)의 삽입홀을 관통하고 튜브 길이 방향으로 연장되어 있을 수 있다.The branch tube or the center tube may pass through the insertion hole of the stacked storage disk 600 and extend in the tube length direction.

프레스 플레이트는 핀 플레이트(500) 중 최종단에 적층된 일측 핀 플레이트(500)와 타측 핀 플레이트(501)의 외측을 기준으로 용기본체(100)의 내부에 배치된다.The press plate is disposed inside the container body 100 based on the outside of the pin plate 500 and the other pin plate 501 stacked on the final end of the pin plate (500).

즉, 프레스 플레이트(700, 701)는 적층된 핀 플레이트(500, 501)들의 최상단 위 또는 최하단 아래를 지지하거나, 프레스 플레이트(700, 701)끼리 가까워지는 방향으로 압착된 후 용기본체(100)의 내측 표면에 고정될 수 있다.That is, the press plates 700 and 701 support the top or bottom of the stacked pin plates 500 and 501, or the press plates 700 and 701 are pressed in a direction closer to each other. It can be fixed to the inner surface.

도 3은 도 2에 도시된 매니폴딩부의 사시도이고, 도 4는 도 3의 원 A에 수소 출입부를 결합한 상태의 확대 단면도이고, 도 5는 도 3의 원 B의 확대 단면도이다.3 is a perspective view of the manifold shown in FIG. 2 , FIG. 4 is an enlarged cross-sectional view of a state in which the hydrogen inlet/outlet is coupled to the circle A of FIG. 3 , and FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the circle B of FIG. 3 .

도 3 내지 도 5를 참조하면, 매니폴딩부(200)는 용기본체의 내부에 배치되는 구성품이다.3 to 5 , the manifold 200 is a component disposed inside the container body.

매니폴딩부(400)는 열매체 출입부(300)에 연결된 이중튜브(410)와, 상기 이중튜브(410)의 외측튜브(411)로부터 방사 방향으로 분기된 후 용기본체의 길이 방향을 따라 연장된 다수의 분기튜브(420)와, 상기 이중튜브(410)의 외측튜브(411)의 안쪽에서 용기본체의 길이 방향을 따라 연장된 중심튜브(430)와, 상기 분기튜브(420) 및 상기 중심튜브(430)가 연결되 마감튜브(440)를 구비한다.The manifold 400 is a double tube 410 connected to the heating medium inlet 300, and is branched from the outer tube 411 of the double tube 410 in the radial direction and then extends along the longitudinal direction of the container body. A plurality of branch tubes 420, the center tube 430 extending along the longitudinal direction of the container body from the inside of the outer tube 411 of the double tube 410, the branch tube 420 and the center tube 430 is connected and provided with a closing tube 440 .

분기튜브(420)는 일자형 파이프의 일측 끝단과 타측 끝단에 경사형 엘보를 각각 구비한 형태로 제작되어 있을 수 있다.The branch tube 420 may be manufactured in a form having an inclined elbow at one end and the other end of the straight pipe, respectively.

이중튜브(410)는 열교환 전 상태의 열매체(예: 매니폴딩부(400)의 분기튜브(420) 내의 유동 흐름을 나타낸 화살표)를 위한 외측튜브(411)와, 중심튜브(430)의 타측 끝단부인 내측튜브(431)로 구성될 수 있다. 여기서, 매니폴딩부(400)의 중심튜브(430) 내의 유동 흐름을 나타낸 화살표는 열교환 후 상태의 열매체를 의미한다.The double tube 410 includes an outer tube 411 for a heat medium before heat exchange (eg, an arrow indicating a flow flow in the branch tube 420 of the manifold 400), and the other end of the center tube 430. It may be composed of a female inner tube (431). Here, an arrow indicating a flow flow in the center tube 430 of the manifold 400 means a heat medium in a state after heat exchange.

중심튜브(430)의 타측 끝단부와 내측튜브(431)는 동일 직경의 파이프 부재로서 일체형으로 제작되거나, 별도 제작 후 용접에 의해 서로 연결되어 합체될 수 있다.The other end of the center tube 430 and the inner tube 431 may be integrally manufactured as a pipe member of the same diameter, or may be separately manufactured and then connected to each other by welding to be combined.

외측튜브(411)는 열매체의 유입을 위한 것으로서 다수의 분기튜브(420)와 연결 되어있어서, 열매체를 다수의 분기튜브(420) 쪽으로 고르게 분산을 시켜주는 역할을 한다.The outer tube 411 serves to evenly distribute the heating medium toward the plurality of branch tubes 420 because it is connected to the plurality of branch tubes 420 for the inflow of the heating medium.

도 4에 점선으로 표시한 바와 같이, 열매체 출입부(300)는 유입부(310)와 배출부(320)를 포함한다.As indicated by a dotted line in FIG. 4 , the heat medium inlet 300 includes an inlet 310 and an outlet 320 .

유입부(310)는 이중튜브(410)의 외측튜브(411)와 내측튜브(431)의 사이에 열매체를 유입시키도록 이중튜브(410)의 끝단에 결합되고, 중공 링 단면을 갖는다.The inlet 310 is coupled to the end of the double tube 410 to introduce a heating medium between the outer tube 411 and the inner tube 431 of the double tube 410, and has a hollow ring cross section.

유입부(310)의 외측벽에는 열매체의 유입을 위한 유입호스(311)가 더 결합되어 있을 수 있다.An inlet hose 311 for introducing a heating medium may be further coupled to the outer wall of the inlet 310 .

배출부(320)는 유입된 열매체가 열교환을 끝마치고 배출될 수 있도록, 중심튜브(430)의 타측 끝단부에 해당하는 이중튜브(410)의 내측튜브(431)와 연결된다. 이러한 배출부(320)에는 미 도시된 열매체 공급일 위한 공급호스가 더 결합되어 있을 수 있다. 공급호스 또는 유입호스(311)는 열매체 공급 회수 장치(미 도시)에 연결되어 있다.The discharge unit 320 is connected to the inner tube 431 of the double tube 410 corresponding to the other end of the center tube 430 so that the introduced heat medium can be discharged after completing the heat exchange. A supply hose for supplying a heating medium (not shown) may be further coupled to the discharge unit 320 . The supply hose or the inlet hose 311 is connected to a heating medium supply and recovery device (not shown).

매니폴딩부(400)는 내측튜브(431)인 중심튜브(430)의 타측 끝단부가 기밀하게 관통하도록 이중튜브(410)의 끝단면에 형성된 중심구멍(412)을 포함한다. 중심구멍(412)의 테두리 및 그 테두리와 접촉하는 중심튜브(430)의 외표면에는 용접부가 형성된다.The manifold 400 includes a center hole 412 formed in the end surface of the double tube 410 so that the other end of the center tube 430, which is the inner tube 431, passes through the airtightly. A weld is formed on the outer surface of the center tube 430 in contact with the edge of the center hole 412 and the edge.

매니폴딩부(400)는 분기튜브(420)의 타측 끝단과 관통하게 연결되도록 이중튜브(410)의 외측튜브(411)의 원주면에 형성된 제 1 분기구멍(413)을 포함한다. 제 1 분기구멍(413)은 분기튜브(420)의 개수 및 배치 위치를 기준으로 다수개로 이루어질 수 있다.The manifolding part 400 includes a first branch hole 413 formed in the circumferential surface of the outer tube 411 of the double tube 410 so as to be connected through the other end of the branch tube 420 . The first branch hole 413 may be formed in plurality based on the number and arrangement position of the branch tube 420 .

도 5를 참조하면, 매니폴딩부(400)는 분기튜브(420)의 일측 끝단과 관통하게 연결되도록 마감튜브(440)의 원주면에 형성된 제 2 분기구멍(443)을 포함한다. 제 2 분기구멍(443)도 분기튜브(420)의 개수 및 배치 위치를 기준으로 다수개로 이루어질 수 있다.Referring to FIG. 5 , the manifold 400 includes a second branch hole 443 formed on the circumferential surface of the closing tube 440 so as to be connected through one end of the branch tube 420 . The second branch hole 443 may also be formed in plurality based on the number and arrangement position of the branch tube 420 .

제 2 분기구멍(443) 또는 도 4의 제 1 분기구멍(413)이 분기튜브(420)에 연결되는 부위에도 용접부가 형성되어 기밀한 연결관계를 유지할 수 있다.The second branch hole 443 or the portion where the first branch hole 413 of FIG. 4 is connected to the branch tube 420 is also formed with a weld, so that an airtight connection relationship can be maintained.

다수의 분기튜브(420)는 일종의 서브 열교환 튜브이다.The plurality of branch tubes 420 are a kind of sub-heat exchange tube.

매니폴딩부(400)의 중앙에 배치된 중심튜브(430)는 일종의 메인 열교환 튜브이다.The center tube 430 disposed in the center of the manifold 400 is a kind of main heat exchange tube.

분기튜브(420)의 일측 끝단은 마감튜브(440)로 합쳐지게 된다.One end of the branch tube 420 is combined into a closing tube 440 .

마감튜브(440)는 중심튜브(430)의 일측 끝단부와 용접되어 서로 연결된 연결부(441)를 포함한다.The finishing tube 440 includes a connection portion 441 that is welded to one end of the center tube 430 and connected to each other.

또한, 마감튜브(440)는 중심튜브(430)가 위치한 곳의 반대쪽에서 상기 연결부(441)에 일체형으로 형성되고, 상기 연결부(441)보다 큰 직경을 갖고, 상기 마감튜브(440)의 끝단을 마감하는 캡 형상의 마감부(442)를 포함한다. 여기서, 마감부(442)는 용기본체(100)의 내부에서 도 8에 도시된 바와 같이 수소 출입부(200) 또는 수소 출입부(200)의 소결 스테인레스 필터(210)(sintered stainless filter)와 이격되게 배치된다.In addition, the finishing tube 440 is integrally formed with the connection part 441 on the opposite side of the place where the center tube 430 is located, has a larger diameter than the connection part 441, and the end of the finishing tube 440 is formed. and a closing portion 442 in the shape of a closing cap. Here, the closing portion 442 is spaced apart from the hydrogen inlet 200 or the sintered stainless filter 210 (sintered stainless filter) of the hydrogen inlet 200 as shown in FIG. 8 in the interior of the container body 100 . placed so

도 4를 참조하면, 열매체 공급 회수 장치(미 도시)의 열매체는 매니폴딩부(400)의 열매체 출입부(300)의 유입부(310)의 내부로 공급된다.Referring to FIG. 4 , the heating medium of the heating medium supply and recovery device (not shown) is supplied into the inlet 310 of the heating medium inlet 300 of the manifold 400 .

이후, 열매체는 외측튜브(411)와 내측튜브(431)의 사이 공간으로 유동한다. 이후, 열매체는 다수의 제 1 분기구멍(413)을 통해 해당 분기튜브(420) 쪽으로 유동하여 분산된다.Thereafter, the heating medium flows into the space between the outer tube 411 and the inner tube 431 . Thereafter, the heat medium flows toward the branch tube 420 through the plurality of first branch holes 413 and is dispersed.

또한, 각 분기튜브(420)의 열매체는 수소의 흡수 또는 방출시에 발생하는 열과 열교환을 수행한다.In addition, the heating medium of each branch tube 420 performs heat exchange with heat generated when hydrogen is absorbed or released.

도 5를 참조하면, 열교환을 끝낸 열매체는 분기튜브(420)로부터 제 2 분기구멍(443)을 경유하여 마감튜브(440)의 내부에서 합쳐진다. 이후 합쳐진 열매체는 중심튜브(430)를 경유하여 다시 열매체 출입부(300) 쪽으로 유동한다. 즉, 중심튜브(430)의 열매체는 최종적으로 열매체 출입부(300)의 내측튜브(431) 및 열매체 출입부(300)의 배출부(320)에 도달하고, 이후 열매체 공급 회수 장치(미 도시)로 회수되고, 이와 같은 공급 회수가 반복되어서 열매체의 순환이 이루어진다.Referring to FIG. 5 , the heat medium after heat exchange is combined from the branch tube 420 through the second branch hole 443 inside the closing tube 440 . Thereafter, the combined heating medium flows toward the heating medium inlet 300 again via the center tube 430 . That is, the heating medium of the center tube 430 finally reaches the inner tube 431 of the heating medium inlet 300 and the discharge unit 320 of the heating medium inlet 300, and then the heating medium supply and recovery device (not shown). is recovered, and the supply and recovery is repeated to circulate the heating medium.

이러한 본 실시예는 번들 구조의 다수의 열교환 파이프와, 열교환 파이프의 일측에 배치된 매니폴드관과, 열교환 파이프의 타측에 배치된 매니폴드관으로 이루어진 종래의 구조물에 비하여, 탱크본체의 내부 구성품을 효율적으로 배치할 수 있게 함과 동시에 열매체의 유입과 유출이 하나의 위치로 통합되어서 열매체 누출의 관리 포인트를 최소화시킬 수 있게 된다.Compared to the conventional structure consisting of a plurality of heat exchange pipes of a bundle structure, a manifold pipe disposed on one side of the heat exchange pipe, and a manifold pipe disposed on the other side of the heat exchange pipe, the internal component of the tank body is It is possible to efficiently arrange and at the same time, the inflow and outflow of the heating medium are integrated into one location, so that the management point of the leakage of the heating medium can be minimized.

도 6은 도 2에 도시된 매니폴딩부와 핀 플레이트간 결합관계를 설명하기 위한 사시도이고, 도 7은 도 2에 도시된 매니폴딩부와 핀 플레이트 및 저장디스크간 결합관계를 설명하기 위한 사시도이다.6 is a perspective view for explaining the coupling relationship between the manifold and the pin plate shown in FIG. 2 , and FIG. 7 is a perspective view for explaining the coupling relationship between the manifold shown in FIG. 2 and the pin plate and the storage disk. .

도 6 및 도 7을 참조하면, 핀 플레이트(500)는 저장디스크(600)가 다수로 배치되는 원형의 제 1 베이스판(510)과, 제 1 베이스판(510)의 외곽을 따라 형성되며 상기 저장디스크(600)의 두께보다 상대적으로 작게 돌출된 높이를 갖는 원형벽(520)을 포함한다. 원형벽(520) 또는 제 1 베이스판(510)의 외경은 앞서 설명한 용기본체의 내경에 삽입될 수 있는 정도의 치수를 가질 수 있다.6 and 7, the pin plate 500 is formed along the periphery of the circular first base plate 510 on which a plurality of storage disks 600 are disposed, and the first base plate 510, and the It includes a circular wall 520 having a protruding height that is relatively smaller than the thickness of the storage disk 600 . The outer diameter of the circular wall 520 or the first base plate 510 may have a dimension that can be inserted into the inner diameter of the container body described above.

핀 플레이트(500)는 제 1 베이스판(510)의 중심에 형성된 제 1 중심튜브 관통홀(530)과, 상기 분기튜브(420)의 위치에 대응하도록 상기 제 1 베이스판(510)에 형성된 제 1 분기튜브 관통홀(540)과, 상기 제 1 중심튜브 관통홀(530)의 주변으로 상기 제 1 베이스판(510)에 형성되며 방출된 수소가 유동하는 제 1 수소 유동홀(550)과, 상기 원형벽(520)에 근접하면서 상기 저장디스크(600)의 위치에 겹치지 않도록 상기 제 1 베이스판(510)에 형성되며 상기 제 1 수소 유동홀(550)에 비하여 상대적으로 큰 직경을 갖는 제 2 수소 유동홀(560)을 포함한다.The pin plate 500 includes a first center tube through hole 530 formed in the center of the first base plate 510 and a first formed in the first base plate 510 to correspond to the position of the branch tube 420 . A first branch tube through-hole 540 and a first hydrogen flow hole 550 formed in the first base plate 510 around the first center tube through-hole 530 and through which the emitted hydrogen flows; The second is formed on the first base plate 510 so as not to overlap the position of the storage disk 600 while being close to the circular wall 520 and having a relatively larger diameter than that of the first hydrogen flow hole 550 . It includes a hydrogen flow hole 560 .

각 핀 플레이트(500)마다 상기 제 1 수소 유동홀(550) 및 제 2 수소 유동홀(560)의 중심은 서로 일치한다.The centers of the first hydrogen flow hole 550 and the second hydrogen flow hole 560 for each pin plate 500 coincide with each other.

핀 플레이트(500, 501)의 역할은 3가지 이다. 첫번째는 분기튜브(420) 및 중심튜브(430)와 저장디스크(600)과의 접촉면적 외에 추가적인 접촉면적을 부가함으로써, 저장디스크(600)의 냉각 및 승온시 열교환 효율을 높임과 동시에 열균일도를 달성할 수 있다. 두번째는 저장디스크(600)의 하부와 외부를 감쌈으로써 저장디스크(600)의 이동을 최소화 할 수 있다. 세번째는 핀 플레이트(500, 501)의 제 2 수소 유동홀(560)이 하기의 도 8을 통해 설명할 프레스 플레이트(700, 701)의 제 4 수소 유동홀(760)과 함께 규칙적인 구조, 즉 중심이 서로 일치된 구조로 형성됨에 따라, 수소의 흡수 및 방출을 용이하게 하거나, 수소의 유동이 원활하게 이루어질 수 있는 통로의 역할을 수행할 수 있다.The pin plates 500 and 501 have three roles. The first is by adding an additional contact area in addition to the contact area between the branch tube 420 and the center tube 430 and the storage disk 600, thereby increasing the heat exchange efficiency during cooling and temperature increase of the storage disk 600 and at the same time increasing the thermal uniformity. can be achieved Second, the movement of the storage disk 600 can be minimized by wrapping the lower portion and the outside of the storage disk 600 . Third, the second hydrogen flow hole 560 of the pin plates 500 and 501 has a regular structure together with the fourth hydrogen flow hole 760 of the press plates 700 and 701, which will be described with reference to FIG. 8 below. As the centers are formed in a conforming structure to each other, it is possible to facilitate absorption and release of hydrogen or to serve as a passage through which hydrogen flows smoothly.

도 8은 도 1에 도시된 수소 출입부를 설명하기 위한 확대 단면도이다.FIG. 8 is an enlarged cross-sectional view for explaining the hydrogen inlet/outlet shown in FIG. 1 .

도 8을 참조하면, 수소 출입부(200)는 수소의 흡수 및 방출의 통로에 배치되는 소결 스테인레스 필터(210)를 포함하고 있다.Referring to FIG. 8 , the hydrogen inlet 200 includes a sintered stainless filter 210 disposed in a passage for hydrogen absorption and release.

수소의 유출입은 필수이며 본 실시예서 수소, 즉 수소 기체의 유출입은 소결 스테인레스 필터(210)을 통하여 이루어 진다. 소결 스테인레스 필터(210)는 다공성 물질로 이루어져 있고, 그 물질의 특성상 액체와 고체는 유출입이 불가하고, 기체 상태의 물질만 이동이 가능하다.The flow of hydrogen is essential, and in this embodiment, the flow of hydrogen, that is, hydrogen gas, is made through the sintered stainless filter 210 . The sintered stainless filter 210 is made of a porous material, and due to the nature of the material, liquid and solid cannot flow in and out, and only gaseous materials can move.

또한, 마감튜브(440)는 용기본체(100)의 내부에서 이격거리(G)에 대응하도록 수소 출입부(440)와 이격되게 배치되어 있다. 이격거리(G) 내 및 그 주변의 수소의 압력은 마감튜브(440)의 열매체의 열을 전달받아서 출력 압력으로 변환될 수 있으므로, 수소를 더욱 효율적으로 배출시킬 수 있다.In addition, the closing tube 440 is disposed to be spaced apart from the hydrogen inlet 440 to correspond to the separation distance (G) in the interior of the container body (100). Since the pressure of hydrogen within and around the separation distance G can be converted into an output pressure by receiving heat from the heating medium of the closing tube 440, hydrogen can be discharged more efficiently.

일측 프레스 플레이트(700)는 저장디스크(600)의 표면에 밀착되는 제 2 베이스판(710)을 포함한다. 한편 최하단의 핀 플레이트(501)를 지지하는 타측 프레스 플레이트(701)의 제 2 베이스판은 최하단의 핀 플레이트(501)의 표면에 밀착될 수 있다.One side of the press plate 700 includes a second base plate 710 in close contact with the surface of the storage disk (600). Meanwhile, the second base plate of the other side press plate 701 supporting the lowermost pin plate 501 may be in close contact with the surface of the lowermost pin plate 501 .

이러한 프레스 플레이트(700, 701)는 제 2 베이스판(710)의 중심에 형성된 제 2 중심튜브 관통홀(730)과, 분기튜브(420)의 위치에 대응하도록 제 2 베이스판(710)에 형성된 제 2 분기튜브 관통홀(740)과, 상기 제 2 중심튜브 관통홀(740)의 주변으로 상기 제 2 베이스판(710)에 형성되며 방출된 수소가 유동하는 제 3 수소 유동홀(750)과, 상기 제 2 베이스판(710)의 외주에 근접하면서 상기 저장디스크(600)의 위치에 겹치지 않도록 상기 제 2 베이스판(710)에 형성되며 상기 제 3 수소 유동홀(750)에 비하여 상대적으로 큰 직경을 갖는 제 4 수소 유동홀(760)을 포함한다.These press plates 700 and 701 are formed in the second base plate 710 to correspond to the positions of the second center tube through-hole 730 formed in the center of the second base plate 710 and the branch tube 420 . A second branch tube through hole 740 and a third hydrogen flow hole 750 formed in the second base plate 710 around the second center tube through hole 740 and through which the emitted hydrogen flows; , is formed on the second base plate 710 so as not to overlap the position of the storage disk 600 while being close to the outer periphery of the second base plate 710 and relatively larger than the third hydrogen flow hole 750 . and a fourth hydrogen flow hole 760 having a diameter.

프레스 플레이트(700, 701)의 제 4 수소 유동홀(760)의 중심은 핀 플레이트(500, 501)의 제 2 수소 유동홀의 중심과 일치되어서, 용기본체(100) 내에서 수소의 원활한 유동이 이루어질 수 있다.The center of the fourth hydrogen flow hole 760 of the press plates 700 and 701 coincides with the center of the second hydrogen flow hole of the pin plates 500 and 501, so that a smooth flow of hydrogen in the container body 100 is achieved. can

또한, 열매체의 유출입과 수소 기체의 유출입은 저장용기(100)에서 서로 반대방향에서 이루어지진다.In addition, the inflow and outflow of the heating medium and the inflow and outflow of hydrogen gas are made in opposite directions to each other in the storage container 100 .

프레스 플레이트(700, 701)는 적층된 핀 플레이트(500, 501) 및 저장디스크(600)로 이루어진 어셈블리의 양단을 가압하는 용도로 사용되며, 조립후에 여러단의 저장디스크(600)들의 고정을 통한 이동방지의 역할을 수행할 수 있다.The press plates 700 and 701 are used for pressing both ends of the assembly consisting of the stacked pin plates 500 and 501 and the storage disk 600, and after assembly, through the fixing of several stages of the storage disk 600 It can play a role in preventing movement.

도 9는 수소 흡입시 도 1에 도시된 고체 수소 저장 장치의 냉각 성능을 보인 시뮬레이션 해석 캡쳐도이고, 도 10은 수소 흡입시 도 1에 도시된 고체 수소 저장 장치의 매니폴딩부의 열매체 유속 분포를 보인 시뮬레이션 해석 캡쳐도이다.9 is a simulation analysis capture showing the cooling performance of the solid hydrogen storage device shown in FIG. 1 when hydrogen is inhaled, and FIG. 10 is a heat medium flow rate distribution of the manifold of the solid hydrogen storage device shown in FIG. 1 when hydrogen is inhaled. This is a simulation analysis capture diagram.

도 9 및 도 10은 위에서 설명한 구성품을 바탕으로 수소 흡입시 열매체의 유동흐름과 이의 냉각 성능을 해석으로 얻어낸 결과를 보여주고 있다.9 and 10 show the results obtained by analyzing the flow flow of the heating medium and its cooling performance when hydrogen is sucked based on the components described above.

도 9를 통해 확인 할 수 있듯이, 중심부를 제외한 주위 6개의 저장디스크들의 온도분포가 매우 유사함을 확인 할 수 있다. 이때 주위 저장디스크의 중심부의 온도가 매우 낮은 부분은 열매체의 온도에 기인한 것으로 중심부에서부터 고르게 냉각이 되는 것을 확인 할 수 있다.As can be seen from FIG. 9 , it can be confirmed that the temperature distribution of the surrounding six storage disks except for the center is very similar. At this time, it can be seen that the part where the temperature of the center of the surrounding storage disk is very low is due to the temperature of the heating medium, and it can be confirmed that it is cooled evenly from the center.

중심에 있는 저장디스크의 경우 주위 저장디스크 6개의 온도에 비해 상대적으로 낮은 것을 확인 할 수가 있다. 이는 2가지 원인에 기인한 것으로 첫번째는 중심튜브의 직경이 큼으로 인하여 저장디스크와의 접촉면적이 큼으로 생길 수 있다.In the case of the central storage disk, it can be seen that the temperature is relatively low compared to the temperature of the six surrounding storage disks. This is due to two causes. The first may be caused by a large contact area with the storage disk due to the large diameter of the center tube.

도 10을 참조하면, 다른 이유는 매니폴딩부의 중심튜브의 유속이 분기튜브에 비해 빠름으로 기인한 것으로 보인다.Referring to FIG. 10 , another reason seems to be due to the flow velocity of the center tube of the manifold is faster than that of the branch tube.

이에 따라 본 실시예서는 이러한 중심튜브가 통과하는 저장디스크와 그 주위의 분기튜브가 통과하는 저장디스크의 온도차를 최소화 하기 위하여 두가지 방법이 사용될 수 있다.Accordingly, in this embodiment, two methods can be used to minimize the temperature difference between the storage disk through which the center tube passes and the storage disk through which the branch tube around it passes.

즉, 첫번째는 중심튜브가 통과하는 저장디스크의 직경과 분기튜브가 통과하는 저장디스크의 직경 비율을 조절하는 방법이 있을 수 있고, 두번째는 중심튜브의 직경을 조절하여, 열매체의 유동 유량을 조절하는 방법이 있다. 이러한 방법으로 저장디스크간 온도차이를 조절 또는 제어하여 최적화 한다면 균일한 열의 분포를 달성할 수 있다.That is, the first may be a method of adjusting the ratio of the diameter of the storage disk through which the center tube passes to the diameter of the storage disk through which the branch tube passes, and the second is to control the flow rate of the heating medium by adjusting the diameter of the center tube. There is a way. In this way, if the temperature difference between the storage disks is adjusted or controlled and optimized, uniform heat distribution can be achieved.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 본질적 특성을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명에 표현된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것이 아니라, 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 해석되어야 하고, 그와 동등하거나, 균등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of the present invention, and various modifications and variations are possible by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the essential characteristics of the present invention. Accordingly, the embodiments expressed in the present invention are not intended to limit the technical spirit of the present invention, but to illustrate, and the scope of the present invention is not limited by these embodiments. The protection scope of the present invention should be construed by the following claims, and all technical ideas that are equivalent to or within the equivalent range should be construed as being included in the scope of the present invention.

100 : 용기본체 200 : 수소 출입부
210 : 소결 스테인레스 필터 300 : 열매체 출입부
400 : 매니폴딩부 500, 501 : 핀 플레이트
600 : 저장디스크 700, 701 : 프레스 플레이트100: container body 200: hydrogen inlet
210: sintered stainless filter 300: heat medium inlet
400: manifold 500, 501: pin plate
600: storage disk 700, 701: press plate

Claims (8)

수소를 저장하기 위한 몸체부의 일측 단부 및 타측 단부를 반구형태로 형성한 용기본체;
상기 용기본체의 일측 단부에 결합된 수소 출입부;
상기 용기본체의 타측 단부에 결합되며, 수소 흡수 및 방출에 사용하기 위한 열교환용 열매체가 출입되는 열매체 출입부;
상기 열매체 출입부에 연결된 이중튜브와, 상기 이중튜브의 외측튜브로부터 방사 방향으로 분기된 후 상기 용기본체의 길이 방향을 따라 연장된 다수의 분기튜브와, 상기 이중튜브의 외측튜브의 안쪽에서 상기 용기본체의 길이 방향을 따라 연장된 중심튜브와, 상기 분기튜브 및 상기 중심튜브가 연결된 마감튜브를 구비하고, 상기 용기본체의 내부에 배치되는 매니폴딩부;
상기 매니폴딩부의 상기 분기튜브 또는 중심튜브에 끼워지고, 상기 용기본체의 내부에서 길이 방향을 따라 다수로 적층되는 핀 플레이트; 및
상기 핀 플레이트에 다수로 배치되며 상기 분기튜브 또는 중심튜브에 끼워지며, 수소 저장용 고체 분말로 이루어진 저장디스크;를 포함하고,
상기 핀 플레이트는,
상기 저장디스크가 다수로 배치되는 원형의 제 1 베이스판과,
상기 제 1 베이스판의 외곽을 따라 형성되며 상기 저장디스크의 두께보다 상대적으로 작게 돌출된 높이를 갖는 원형벽과,
상기 제 1 베이스판의 중심에 형성된 제 1 중심튜브 관통홀과,
상기 분기튜브의 위치에 대응하도록 상기 제 1 베이스판에 형성된 제 1 분기튜브 관통홀과,
상기 제 1 중심튜브 관통홀의 주변으로 상기 제 1 베이스판에 형성되며 방출된 수소가 유동하는 제 1 수소 유동홀, 및
상기 원형벽에 근접하면서 상기 저장디스크의 위치에 겹치지 않도록 상기 제 1 베이스판에 형성되며 상기 제 1 수소 유동홀에 비하여 상대적으로 큰 직경을 갖는 제 2 수소 유동홀을 포함하는 것
인 고체 수소 저장 장치.
A container body in which one end and the other end of the body for storing hydrogen are formed in a hemispherical shape;
Hydrogen in/out unit coupled to one end of the container body;
a heating medium in/out which is coupled to the other end of the container body and through which a heat medium for heat exchange for use in hydrogen absorption and release is entered and exited;
A double tube connected to the heating medium inlet, a plurality of branch tubes extending in the longitudinal direction of the container body after branching in the radial direction from the outer tube of the double tube, and the container from the inside of the outer tube of the double tube a manifold having a center tube extending along the longitudinal direction of the body, and a closing tube to which the branch tube and the center tube are connected, the manifold disposed inside the container body;
a fin plate fitted to the branch tube or the center tube of the manifold portion and stacked in a plurality along the longitudinal direction inside the container body; and
A storage disk disposed in plurality on the pin plate and fitted to the branch tube or center tube, and made of a solid powder for hydrogen storage; includes,
The pin plate is
a circular first base plate on which the storage disks are arranged in plurality;
a circular wall formed along the periphery of the first base plate and protruding relatively smaller than the thickness of the storage disk;
a first center tube through hole formed in the center of the first base plate;
a first branch tube through hole formed in the first base plate to correspond to the position of the branch tube;
a first hydrogen flow hole formed in the first base plate around the first center tube through hole and through which the emitted hydrogen flows; and
To include a second hydrogen flow hole formed in the first base plate so as not to overlap the position of the storage disk while being close to the circular wall and having a relatively larger diameter than the first hydrogen flow hole
Phosphorus solid hydrogen storage device.
 제 1 항에 있어서,
상기 용기본체는 상기 핀 플레이트 중 최종단에 적층된 일측 핀 플레이트와 타측 핀 플레이트의 외측을 기준으로 상기 용기본체의 내부에 배치되는 프레스 플레이트를 포함하는 것
인 고체 수소 저장 장치.
The method of claim 1,
The container body includes a press plate disposed inside the container body with respect to the outside of the one pin plate and the other pin plate stacked on the final end of the pin plate.
Phosphorus solid hydrogen storage device.
 제 1 항에 있어서,
상기 수소 출입부는 상기 수소의 흡수 및 방출의 통로에 배치되는 소결 스테인레스 필터(sintered stainless filter)를 포함하는 것
인 고체 수소 저장 장치.
The method of claim 1,
The hydrogen inlet portion comprising a sintered stainless filter (sintered stainless filter) disposed in the passage of the hydrogen absorption and release
Phosphorus solid hydrogen storage device.
 제 1 항에 있어서,
상기 열매체 출입부는,
상기 이중튜브의 외측튜브와 내측튜브의 사이에 열매체를 유입시키도록 상기 이중튜브의 끝단에 결합된 중공 링 단면의 유입부, 및
상기 유입된 열매체를 배출시키도록 상기 이중튜브의 내측튜브인 상기 중심튜브의 타측 끝단부와 연결되는 배출부를 포함하는 것
인 고체 수소 저장 장치.
The method of claim 1,
The heat medium inlet part,
An inlet of a hollow ring cross-section coupled to the end of the double tube to introduce a heating medium between the outer tube and the inner tube of the double tube, and
What includes a discharge part connected to the other end of the center tube, which is an inner tube of the double tube to discharge the introduced heating medium
Phosphorus solid hydrogen storage device.
 제 4 항에 있어서,
상기 매니폴딩부는,
상기 중심튜브의 타측 끝단부가 기밀하게 관통하도록 상기 이중튜브의 끝단면에 형성된 중심구멍;
상기 분기튜브의 타측 끝단과 관통하게 연결되도록 상기 이중튜브의 상기 외측튜브의 원주면에 형성된 제 1 분기구멍;
상기 분기튜브의 일측 끝단과 관통하게 연결되도록 마감튜브의 원주면에 형성된 제 2 분기구멍을 포함하는 것
인 고체 수소 저장 장치.
5. The method of claim 4,
The manifold part,
a center hole formed in the end surface of the double tube so that the other end of the center tube passes through it airtightly;
a first branch hole formed in a circumferential surface of the outer tube of the double tube so as to be connected through the other end of the branch tube;
What includes a second branch hole formed on the circumferential surface of the closing tube so as to be connected through one end of the branch tube
Phosphorus solid hydrogen storage device.
 제 5 항에 있어서,
상기 마감튜브는,
상기 중심튜브의 일측 끝단부와 용접되어 서로 연결된 연결부와,
상기 중심튜브가 위치한 곳의 반대쪽에서 상기 연결부에 일체형으로 형성되고, 상기 연결부보다 큰 직경을 갖고, 상기 마감튜브의 끝단을 마감하고, 상기 용기본체의 내부에서 상기 수소 출입부와 이격되게 배치된 캡 형상의 마감부를 포함하고,
인 고체 수소 저장 장치.
6. The method of claim 5,
The end tube is
a connection part welded to one end of the center tube and connected to each other;
A cap that is integrally formed on the connection part on the opposite side of where the center tube is located, has a larger diameter than the connection part, closes the end of the closing tube, and is spaced apart from the hydrogen inlet part inside the container body including a shape finish,
Phosphorus solid hydrogen storage device.
 삭제delete 제 2 항에 있어서,
상기 프레스 플레이트는,
상기 저장디스크의 표면 또는 상기 핀 플레이트의 표면에 밀착되는 제 2 베이스판과,
상기 제 2 베이스판의 중심에 형성된 제 2 중심튜브 관통홀과,
상기 분기튜브의 위치에 대응하도록 상기 제 2 베이스판에 형성된 제 2 분기튜브 관통홀과,
상기 제 2 중심튜브 관통홀의 주변으로 상기 제 2 베이스판에 형성되며 방출된 수소가 유동하는 제 3 수소 유동홀, 및
상기 제 2 베이스판의 외주에 근접하면서 상기 저장디스크의 위치에 겹치지 않도록 상기 제 2 베이스판에 형성되며 상기 제 3 수소 유동홀에 비하여 상대적으로 큰 직경을 갖는 제 4 수소 유동홀을 포함하는 것
인 고체 수소 저장 장치.3. The method of claim 2,
The press plate is
a second base plate that is in close contact with the surface of the storage disk or the surface of the pin plate;
a second center tube through hole formed in the center of the second base plate;
a second branch tube through hole formed in the second base plate to correspond to the position of the branch tube;
a third hydrogen flow hole formed in the second base plate around the second center tube through hole and through which the released hydrogen flows; and
To include a fourth hydrogen flow hole formed in the second base plate so as not to overlap the position of the storage disk while being close to the outer periphery of the second base plate and having a relatively larger diameter than that of the third hydrogen flow hole
Phosphorus solid hydrogen storage device.
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