KR101169748B1 - Hydrogen storage system of ultra low temperature and press type using lng cold energy - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수소의 저장에 소요되는 냉열을 액화천연가스로부터 제공받아 수소저장시 소요되는 많은 에너지를 절약할 수 있는 LNG 냉열을 이용한 초저온 가압식 수소 저장 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a cryogenic pressurized hydrogen storage system using LNG cold heat, which can save a lot of energy required when storing hydrogen by receiving cold heat required for storing hydrogen from liquefied natural gas.
본 발명의 주요구성은 액화천연가스가 저장된 액화천연가스 저장탱크(10)와; 액화천연가스 저장탱크에서 배출된 액화천연가스를 제공받아 외부로부터 공급된 수소와 열교환시켜 수소를 냉각시키는 수소냉각용 열교환기(20)와; 상기 수소냉각용 열교환기(20)에서 냉각된 수소를 공급받아 저장하는 수소저장탱크(30)와; 상기 수소냉각용 열교환기(20)를 통과한 액화천연가스를 제공받아 해수와 열교환시켜 액화천연가스를 기화시키는 해수식 열교환기(40)를 포함하며, 수소냉각용 열교환기는 내측면으로 수소저장탱크가 삽입되어 위치하는 삽입부가 형성된 것을 특징으로 한다.The main configuration of the present invention is a liquefied natural gas storage tank 10 is stored liquefied natural gas; A hydrogen cooling heat exchanger 20 which receives the liquefied natural gas discharged from the liquefied natural gas storage tank and heats it with hydrogen supplied from the outside to cool the hydrogen; A hydrogen storage tank 30 for receiving and storing hydrogen cooled by the hydrogen cooling heat exchanger 20; A seawater heat exchanger 40 receives the liquefied natural gas passing through the hydrogen cooling heat exchanger 20 and heat-exchanges with seawater to vaporize the liquefied natural gas, and the hydrogen cooling heat exchanger has a hydrogen storage tank inward. Characterized in that the insertion portion is formed is inserted.
수소 저장 시스템, 수소 저장탱크 모듈, 수소냉각용 열교환기, 해수식 열교환기 Hydrogen Storage System, Hydrogen Storage Tank Module, Hydrogen Cooling Heat Exchanger, Sea Water Heat Exchanger
Description
본 발명은 수소의 저장에 소요되는 냉열을 액화천연가스로부터 제공받아 수소저장시 소요되는 많은 에너지를 절약할 수 있는 LNG 냉열을 이용한 초저온 가압식 수소 저장 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a cryogenic pressurized hydrogen storage system using LNG cold heat, which can save a lot of energy required when storing hydrogen by receiving cold heat required for storing hydrogen from liquefied natural gas.
우리나라는 천연가스 생산국가와 장기계약에 의해서 거의 액화천연가스(Liquified Natural Gas, LNG) 1,700만 톤/년은 도입을 확보한 상태이며, 세계에서 일본에 이어 두 번째의 LNG 수입 국가이다. Korea has secured an introduction of 17 million tons / year of Liquified Natural Gas (LNG) under a long-term contract with a natural gas producing country, and is the second LNG importing country after Japan in the world.
천연가스는 -162℃로 낮추어 액화천연가스(Liquified Natural Gas, LNG) 형태로 탱크에 저장하여 수입되며, 이 LNG는 연료로써 공급하기 위하여 주로 해수와의 열 교환을 통하여 기화시켜 사용하고 있다. 이 때 LNG가 가지고 있는 열량이 202kcal/kg인 냉열에너지를 외부로 배출, 폐기할 뿐만 아니라 해수를 수송하기 위한 펌프 구동에 LNG가 보유한 냉열의 0.7%에 상당하는 전기에너지가 소비되고 있어 귀중한 에너지 자원이 활용되지 못하고 외부로 냉열이 배출 및 폐기 되는 문제점이 있다. 현재 이 에너지를 여러 산업분야에 적용하기 위한 노력을 하고 있으나, 경제적인 문제로 인하여 그 응용이 미비한 실정이며, 폐 에너지 이용을 위한 응용분야에 대한 연구가 필요할 것이다. 수소 저장 기술은 수소 경제를 달성하기 위해 개발해야 할 핵심 요소 기술이며, 현재 상용화된 수소저장기술로는 고압수소탱크를 이용하는 방법과 극저온에서 수소를 액화하는 방법이 있다. 고압수소에 의한 수소저장기술은 설계와 사용이 손쉽다는 장점을 지니고 있지만, 낮은 수소저장 밀도와 높은 압력으로 인해 폭발의 위험성이 높은 단점을 지니고 있다. 수소액화기술은 -250 ℃까지 온도를 낮추어 수소를 기체가 아닌 액체 상태로 저장하는 기술로, 높은 수소저장밀도를 보인다는 장점이 있지만 비용이 매우 높다는 문제점을 가지고 있다. 금속수소화물에 의한 방법은 부피당 수소저장밀도가 대단히 높으나 금속수소화물 내의 수소를 방출시키기 위하여 보통 150~300℃의 고온이 필요하고 수소 탈착속도가 느리며, 반복사용에 의해 열화 등의 장애 요인이 있다. 최근 많은 연구가 이루어지고 있는 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube, CNT), MOF(Metal Organic Frameworks) 등은 LaNi5 등의 금속저장체에 비하여 저장특성이 우수하고 저온에서 흡착능이 우수한 특성을 보이고 있으나 저온을 유지하기 위한 비용이 높아 경제적 효율성이 떨어진다. Natural gas is lowered to -162 ℃ and imported into the tank in the form of Liquified Natural Gas (LNG). The LNG is mainly vaporized through heat exchange with seawater to supply fuel. At this time, LNG not only discharges and disposes the cold heat energy of 202kcal / kg to the outside, but also consumes 0.7% of the cold heat of LNG to drive the pump for transporting seawater, which is a valuable energy resource. This is not utilized and there is a problem that the cold heat is discharged and discarded to the outside. Efforts are currently being made to apply this energy to various industries, but due to economic problems, its application is inadequate, and research on application fields for the use of waste energy will be needed. Hydrogen storage technology is a key element to be developed in order to achieve a hydrogen economy. Currently, commercially available hydrogen storage technologies include a high pressure hydrogen tank and a method of liquefying hydrogen at cryogenic temperatures. Hydrogen storage technology by high pressure hydrogen has the advantage of being easy to design and use, but has a high risk of explosion due to low hydrogen storage density and high pressure. Hydrogen liquefaction technology is a technology for storing hydrogen in a liquid state rather than a gas by lowering the temperature to -250 ℃, has the advantage of showing a high hydrogen storage density, but has a problem that the cost is very high. The metal hydride method has a very high hydrogen storage density per volume, but usually requires a high temperature of 150 to 300 ° C. to release hydrogen in the metal hydride, a slow desorption rate of hydrogen, and there are obstacles such as deterioration due to repeated use. . Carbon Nanotubes (CNT) and Metal Organic Frameworks (MOF), which have been studied in recent years, have better storage characteristics and better adsorption capacity at low temperatures than LaNi 5 and other metal storage media. High cost to maintain reduces economic efficiency.
현재까지 우리나라는 LNG의 냉열 이용 산업의 인프라가 미약하다고 할 수 있다. LNG 냉열 산업이 이미 시행 되고 있다고 하나 기후적 특성으로 인하여 계절에 따른 사용량이 일정하지 않은 점 등으로 인해 냉열 이용 산업이 쉽지 않다는 점을 문제점으로 삼고 있다. 그러나 일본의 경우의 이미 1980년대부터 에너지로 사용하고 있는 것과 비교하면 방대한 양의 에너지를 해수에 버리고 있다고 할 수 있다.So far, Korea has a weak infrastructure in the cold-heating industry of LNG. Although the LNG cold heat industry is already being implemented, it is a problem that the cold heat use industry is not easy due to the inconsistent seasonality due to the climatic characteristics. However, compared to what has been used for energy since the 1980s in Japan, vast amounts of energy are being thrown into seawater.
이에 본 발명자들은 현재 사용되지 않는 LNG의 기화시 발생되는 기화열(냉열)을 사용함으로써 수소 저장 시스템을 개발하기 위해 계속 연구를 진행한 결과, 수소저장탱크의 탈부착이 가능한 수소냉각용 열교환기를 액화천연가스 저장탱크와 해수식 열교환기 사이에 장착시킨 초저온 가압식 수소 저장 시스템을 개발함으로써 본 발명을 완성하였다. Accordingly, the present inventors continued to develop a hydrogen storage system by using vaporization heat (cold heat) generated during vaporization of LNG which is not currently used. As a result, a hydrogen cooling heat exchanger capable of attaching and detaching a hydrogen storage tank is liquefied natural gas. The present invention was completed by developing a cryogenic pressurized hydrogen storage system mounted between a storage tank and a seawater heat exchanger.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 수소의 저장에 소요되는 냉열을 액화천연가스로부터 제공받아 수소저장시 소요되는 많은 에너지를 절약할 수 있는 LNG 냉열을 이용한 초저온 가압식 수소 저장 시스템을 제공하는 것이다.The problem to be solved by the present invention is to provide a cryogenic pressurized hydrogen storage system using LNG cold heat that can save a lot of energy required for storing hydrogen by receiving the cold heat required for the storage of hydrogen from the liquefied natural gas.
본 발명의 다른 과제는 액화천연가스와 수소를 열교환으로 냉각시켜 고압에 의한 수소저장시 발생하는 폭발의 위험성을 예방할 수 있는 LNG 냉열을 이용한 초저온 가압식 수소 저장 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a cryogenic pressurized hydrogen storage system using LNG cold heat that can prevent the risk of explosion generated during the hydrogen storage by the high pressure by cooling the liquefied natural gas and hydrogen by heat exchange.
본 발명에 따른 LNG 냉열을 이용한 초저온 가압식 수소 저장 시스템은, 액화천연가스가 저장된 액화천연가스 저장탱크와; 액화천연가스 저장탱크에서 배출된 액화천연가스를 제공받아 외부로부터 공급된 수소와 열교환시켜 수소를 냉각시키는 수소냉각용 열교환기와; 상기 수소냉각용 열교환기에서 냉각된 수소를 공급받아 저장하는 수소저장탱크와; 상기 수소냉각용 열교환기를 통과한 액화천연가스를 제공받아 해수와 열교환시켜 액화천연가스를 기화시키는 해수식 열교환기를 포함하며, 수소냉각용 열교환기는 내측면으로 수소저장탱크가 삽입되어 위치하는 삽입부가 형성된 것을 특징으로 한다.Ultra-low temperature pressurized hydrogen storage system using the LNG cold heat according to the present invention, the liquefied natural gas storage tank liquefied natural gas is stored; A hydrogen cooling heat exchanger configured to receive liquefied natural gas discharged from the liquefied natural gas storage tank and heat exchange with hydrogen supplied from the outside to cool the hydrogen; A hydrogen storage tank configured to receive and store hydrogen cooled by the hydrogen cooling heat exchanger; A seawater type heat exchanger is provided to receive liquefied natural gas passing through the hydrogen cooling heat exchanger and heat exchanges with seawater to vaporize the liquefied natural gas. It is characterized by.
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바람직하게, 상기 수소냉각용 열교환기에는 수소저장탱크와 연결되는 연결관과 수소의 배출을 제어하는 수소 배출밸브가 형성된 것을 특징으로 한다.Preferably, the hydrogen cooling heat exchanger is characterized in that the connection pipe connected to the hydrogen storage tank and the hydrogen discharge valve for controlling the discharge of hydrogen.
바람직하게, 상기 수소저장탱크의 내부에는 유입된 수소를 저장하는 수소저장물질이 내장된 것을 특징으로 한다.Preferably, the hydrogen storage tank is characterized in that the hydrogen storage material for storing the introduced hydrogen.
바람직하게, 상기 수소저장물질로는 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube, CNT) 또는 MOF(Metal Organic Frameworks), 또는 불순물(도펀트)인 금속인 것을 특징으로 한다.Preferably, the hydrogen storage material is characterized in that the carbon nanotubes (Carbon Nanotube, CNT) or MOF (Metal Organic Frameworks), or a metal that is an impurity (dopant).
바람직하게, 상기 수소저장탱크는 외벽과 내벽을 갖는 이중벽으로 형성되고, 표면에는 냉각용 핀이 형성된 것을 특징으로 한다.Preferably, the hydrogen storage tank is formed of a double wall having an outer wall and an inner wall, characterized in that the cooling fin is formed on the surface.
바람직하게, 상기 해수식 열교환기를 통해 기화된 천연가스를 제공받아 수소가스를 생성하며, 상기 수소가스를 수소냉각용 열교환기에 제공하는 수소생성장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the method receives a natural gas vaporized through the seawater heat exchanger to generate hydrogen gas, and further includes a hydrogen generation device for providing the hydrogen gas to a hydrogen cooling heat exchanger.
바람직하게, 상기 수소생성장치는 상기 해수식 열교환기로부터 기화된 천연가스와 수증기를 제공받아 고온의 수소가스 및 탄화가스를 생성하는 천연가스 개질기와, 상기 천연가스 개질기로부터 고온의 수소가스 및 탄화가스를 제공받아 물을 수증기로 변화시키고, 수증기를 천연가스 개질기로 제공하는 수증기 발생용 열교환기와, 상기 수증기 발생용 열교환기로부터 제공받은 가스 중에서 수소가스 이외의 가스 부산물을 제거하는 수소 정제기와, 상기 수소 정제기로부터 제공된 수소가스를 압축하는 수소 압축기, 및 상기 수소 압축기로부터 제공된 수소가스를 저장하며, 상기 수소가스를 수소냉각용 열교환기에 공급하는 수소 공급용 가압탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the raw hydrogen growth value is a natural gas reformer that receives the vaporized natural gas and water vapor from the seawater heat exchanger to produce hot hydrogen gas and carbonized gas, and hot hydrogen gas and carbonized gas from the natural gas reformer A water vapor generation heat exchanger for converting water into water vapor and providing water vapor to a natural gas reformer, a hydrogen purifier for removing gaseous by-products other than hydrogen gas from the gas provided from the steam generation heat exchanger, and the hydrogen And a hydrogen compressor for compressing the hydrogen gas provided from the purifier, and a hydrogen supply pressurizing tank for storing the hydrogen gas provided from the hydrogen compressor and supplying the hydrogen gas to a hydrogen cooling heat exchanger.
본 발명의 수소 저장 시스템은 수소저장을 위해 많은 에너지를 필요로 하는 냉열을 LNG로부터 얻을 수 있어 매우 경제적이며, 기존 시스템에 큰 개보수 없이 사용이 가능할 뿐만 아니라 천연가스 개질기의 적용에 의해 이산화탄소 등을 상당 부분 제거하여 화석연료의 청정화에 기여한다는 점에서 상당히 큰 장점을 지닌다. The hydrogen storage system of the present invention is very economical because it can obtain the cold heat that requires a lot of energy for hydrogen storage from LNG, and can be used without major renovation in the existing system, as well as equivalent carbon dioxide by the application of natural gas reformer. This is a significant advantage in that it contributes to the cleansing of fossil fuels by partial removal.
또한 전력의 생산, 지역난방 등의 부가적인 에너지를 얻을 수 있는 고효율 에너지 시스템으로서 당업계에서 매우 유용하게 이용될 것으로 기대된다.In addition, it is expected to be very useful in the art as a highly efficient energy system that can obtain additional energy such as power generation and district heating.
현재 기후적 특성상 하절기에는 LNG 사용량이 감소하며, 상대적으로 높은 기온에 의해 가스기화율(Boil Off Gas, BOG)이 증가하여, BOG을 막기 위하여 가압 등의 공정 적용함에 따라 추가적인 비용이 발생되는 것을 본 발명의 수소 저장 시스템에 천연가스 개질기를 접목한 방법에 따라 수소생산에 LNG를 사용함으로서 하절기 BOG 발생 억제를 위한 비용을 절감할 수 있다. 하절기 이외에도 LNG 수요량과 수소 수요량을 고려하여 LNG 공급량 이외의 잉여분을 천연가스 개질기를 통하여 수소 생산이 가능하다. Due to the current climatic characteristics, LNG consumption decreases in the summer, and the gas evaporation rate (Boil Off Gas, BOG) increases due to the relatively high temperature. According to the method of integrating the natural gas reformer with the hydrogen storage system of the present invention, by using LNG for hydrogen production, it is possible to reduce the cost for suppressing BOG generation in the summer. In addition to the summer season, it is possible to produce hydrogen through natural gas reformer in addition to LNG supply in consideration of LNG demand and hydrogen demand.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 LNG의 냉열을 이용하는 초저온 가압식 수소 저장 시스템에 대하여 자세히 살펴본다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings looks at in detail with respect to the cryogenic pressurized hydrogen storage system using the cold heat of the present invention.
본 발명의 LNG의 냉열을 이용하는 초저온 가압식 수소 저장 시스템은 수소저 장탱크(30)가 탈부착될 수 있는 수소냉각용 열교환기(20)가 액화천연가스 저장탱크(10)와 해수식 열교환기(40) 사이에 장착되어 구성된다. In the cryogenic pressurized hydrogen storage system using the cold heat of the LNG of the present invention, the hydrogen
도 1은 본 발명의 초저온 가압식 수소 저장 시스템의 일례를 도시한 것이다.Figure 1 shows an example of the cryogenic pressurized hydrogen storage system of the present invention.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 LNG 냉열을 이용한 초저온 가압식 수소 저장 시스템은 액화천연가스가 저장된 액화천연가스 저장탱크(10)와; 액화천연가스 저장탱크에서 배출된 액화천연가스를 제공받아 외부로부터 공급된 수소와 열교환시켜 수소를 냉각시키는 수소냉각용 열교환기(20)와; 상기 수소냉각용 열교환기(20)에서 냉각된 수소를 공급받아 저장하는 수소저장탱크(30)와; 상기 수소냉각용 열교환기(20)를 통과한 액화천연가스를 제공받아 해수와 열교환시켜 액화천연가스를 기화시키는 해수식 열교환기(40)를 구비한다.As shown in FIG. 1, the cryogenic pressurized hydrogen storage system using LNG cold heat of the present invention includes a liquefied natural
수소냉각용 열교환기(20)는 액화천연가스 저장탱크(10)와 해수식 열교환기(40) 사이에 위치하며, 액화천연가스 저장탱크(10)에서 배출된 액화천연가스와 외부로부터 수소를 공급받아 서로 열교환시켜 액화천연가스의 냉열에 의해 수소를 냉각시킨다. 즉, LNG가 액화천연가스 저장탱크(10)로부터 해수식 열교환기(40)로 이동하는 동안 수소냉각용 열교환기(20)에서 수소에 초저온의 냉열이 전달된다. 수소냉각용 열교환기(20)는 일내측에 수소저장탱크(30) 삽입되는 삽입부(21)가 형성되고, 외부에는 수소저장탱크와 연결되는 연결관(22)과 수소의 배출을 제어하는 수소 배출밸브(23)가 형성된다. 삽입부(21)에 수수저장탱크가 위치하면 냉각용 열교환기(20) 내를 흐르는 액화천연가스의 냉열이 수소저장탱크(30)의 표면에 전달되어 수소저장탱크(30)의 온도를 저온으로 낮출 수 있어 저장효율을 증가된다.The hydrogen
수소냉각용 열교환기(20)는 도 3에 나타낸 바와 같이 액화천연가스의 공급관을 분기시키고, 각각의 공급관에 설치하면 수요량에 따라 적절히 조절할 수 있다. 할 수 있다. 각각의 공급관에는 액화천연가스의 공급을 조절하는 LNG 공급밸브(24)가 형성된다. 이때, 수소냉각용 열교환기(20)를 직렬식으로 설치할 경우, LNG의 이동 거리가 길어져 에너지 효율이 떨어지고 기존 배관의 대부분을 수정해야 하며 고장에 의한 라인 보수 시, 전체 공급 라인이 중단되어야 하는 단점이 있고, 이를 해결하기 위해서는 각각의 단위마다 바이패스를 설치해야하므로 장치비가 증가하게 된다. 병렬식의 경우에는 각각의 LNG 공급밸브(24)를 조절하여 각 단위 공정을 제어할 수 있어 에너지 효율이 우수하고, 추가적인 바이패스 설치에 의한 장치비가 필요없다. 따라서, 수소냉각용 열교환기(20)는 병렬식으로 설치되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 3, the hydrogen
수소저장탱크(30)는 결합부(31)를 통해 수소냉각용 열교환기(20)의 연결관(22)에 연결되고, 결합부(31)의 일측에 형성된 수소 유입밸브(32)가 오픈되면 수소냉각용 열교환기(20)에서 냉각된 수소를 공급받는다. 또한 수소 저장이 완료되면 수소 유입밸브(32)를 닫고 결합부(31)를 연결관(22)에서 분리할 수 있다. 한편, 수소저장탱크(30)는 수소냉각용 열교환기(20) 내부의 삽입부(21)에 삽입되어 고정되는 것이 바람직하며, 열교환기(20) 내의 액화천연가스의 저온을 제공받기 위하여 수소저장탱크(30)의 표면에 냉각용 핀(33)이 형성된다. The
수소저장탱크(30)의 재질은 고압, 저온에서 우수하고 열전도도가 높은 알루미늄 또는 그에 상응하는 재질을 사용한다. 또한, 수소저장탱크는 외벽과 내벽을 갖는 이중벽으로 형성되고, 외벽과 내벽 사이는 진공으로 형성되는 것이 바람직하다.The material of the
수소저장탱크(30)의 내부에는 유입된 수소가 저장되도록 탄소 계열의 수소저장물질(34)이 내장된다. 수소저장물질로는 탄소 나노튜브(Carbon Nanotube, CNT) 또는 MOF(Metal Organic Frameworks), 또는 불순물(도펀트)인 금속이 위치한다. 이러한 탄소 저장재료(CNT 또는 MOF)는 극저온에서 저장이 잘 되는 특성을 가지며, 고체 표면에 물리적 흡착에 의해 체적 에너지 밀도가 크게 증가되는 특성을 갖는다. 가압, 저온 조건에서 반데르발스 힘(Van der waals force)에 의해 물리적 흡착이 일어나며, 물리적 결합이므로 결합 에너지가 작아 약간의 감압 또는 승온에 의해 수소 탈착이 용이한 장점을 가진다. Inside the
수소는 공급라인을 통해 수소냉각용 열교환기(20)를 거쳐 초저온으로 냉각되어 수소저장탱크(30)로 유입되어 저장된다. 수소 공급라인은 열전도도가 우수한 고압 동관 또는 알루미늄 배관을 사용한다. 수소냉각용 열교환기(20)로 공급되는 수소는 석유화학공정 등에서 부가적으로 발생되는 수소 또는 물의 전기분해, 열화학적 방법, 생화학적 방법 등에 의해 생성되는 수소를 사용한다. Hydrogen is cooled to ultra low temperature through a hydrogen
한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 해수식 열교환기를 통해 기화된 천연가스는 천연가스 개질기(50), 수증기 발생용 열교환기(60), 수소 정제기(70), 수소 압축기(80) 및 수소 저장용 가압탱크(90)를 거쳐 수소를 생산 및 저장할 수 있다.On the other hand, as shown in Figure 4, the natural gas vaporized through the sea water type heat exchanger is a
천연가스 개질기(50)는 천연가스와 수증기를 제공받아 화학식 1, 화학식 2와 같은 반응이 이루어지도록 하여 일산화탄소(CO), 이산화탄소(CO2), 수소(H2) 등으로 이루어진 가스가 생성된다.The
[화학식 1][Formula 1]
CH4(g) + H2O(g) → CO(g) + 3H2CH4 (g) + H2O (g) → CO (g) + 3H2
[화학식 2][Formula 2]
CO(g) + H2O(g) → CO2(g) + H2(g)CO (g) + H2O (g) → CO2 (g) + H2 (g)
수증기 발생용 열교환기(60)는 천연가스 개질기(50)로부터 배출되는 고온의 생성가스를 외부로부터 제공받은 물과 열교환시켜 수증기를 발생시킨다. 수증기 발생용 열교환기(60)를 통해 생성된 수증기는 천연가스 개질기(50)에 도입되어 사용된다. 수증기 발생용 열교환기(60)에서 생성된 수증기의 일부는 해수식 열교환기(40)에 해수를 공급하는 펌프의 전력원을 발생시키는 발전기(61)로 공급하거나 또는 난방용으로도 활용할 수 있다.The steam
수소 정제기(70)는 수증기 발생용 열교환기(60)를 통과한 생성가스에서 수소와 가스 부산물로 분리시킨다. 수소 정제기(70)는 고순도 수소를 생산하기 위해서는 탈황 및 탈이산화탄소 등의 공정이 필요하며, 이는 기존에 개발되어 사용되고 있는 흡착제를 이용한 제거법 또는 압력스윙흡수법(Pressure Swing Adsorption, PSA) 등이 적용될 수 있다.The
수소 압축기(80)는 수소 정제기에서 분리된 수소를 가압하여 압축하며 압축된 수소는 수소 저장용 가압탱크(90)에 저장된다. 이때, 수소 저장용 수소탱크(90)에 저장된 수소는 다시 수소냉각용 열교환기(20)에 도입되어 냉각된다.The
도 1은 본 발명의 초저온 가압식 수소 저장 시스템의 일례를 도시한 것이다.Figure 1 shows an example of the cryogenic pressurized hydrogen storage system of the present invention.
도 2는 열교환기용 핀을 적용한 수소저장탱크의 측면부와 상부의 구조를 도시한 것이다. Figure 2 shows the structure of the side and the top of the hydrogen storage tank to which the fin for the heat exchanger is applied.
도 3은 병렬식 다중 수소냉각용 열교환기 구조의 한 실시양태를 도시한 것이다. 3 illustrates one embodiment of a parallel multiple hydrogen cooling heat exchanger structure.
도 4는 천연가스 개질기가 장착된 본 발명의 수소 저장 시스템을 도시한 것이다.Figure 4 shows the hydrogen storage system of the present invention equipped with a natural gas reformer.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 액화천연가스 저장탱크 20 : 수소냉각용 열교환기 10: LNG gas storage tank 20: heat exchanger for hydrogen cooling
21 : 삽입부 22 : 연결관 21: insertion portion 22: connector
23 : 수소 배출밸브 30 : 수소저장탱크 23: hydrogen discharge valve 30: hydrogen storage tank
31 : 결합부 32 : 수소 유입밸브 31: coupling portion 32: hydrogen inlet valve
33 : 냉각용 핀 34 : 수소저장물질 33: cooling fin 34: hydrogen storage material
40 : 해수식 열교환기 50 : 천연가스 개질기 40: seawater type heat exchanger 50: natural gas reformer
60 : 수증기 발생용 열교환기 70 : 수소 정제기 60: heat exchanger for steam generation 70: hydrogen purifier
80 : 수소 압축기 90 : 수소 저장용 가압탱크 80: hydrogen compressor 90: pressurized tank for hydrogen storage
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003002601A (en) | 2001-06-15 | 2003-01-08 | Air Liquide Japan Ltd | Method and apparatus for manufacturing hydrogen gas |
JP2003165707A (en) | 2001-11-28 | 2003-06-10 | Mitsubishi Chemicals Corp | Method and apparatus for manufacturing hydrogen |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2003002601A (en) | 2001-06-15 | 2003-01-08 | Air Liquide Japan Ltd | Method and apparatus for manufacturing hydrogen gas |
JP2003165707A (en) | 2001-11-28 | 2003-06-10 | Mitsubishi Chemicals Corp | Method and apparatus for manufacturing hydrogen |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190031386A (en) * | 2017-09-15 | 2019-03-26 | 자동차부품연구원 | Hydrogen charging system |
KR102147255B1 (en) * | 2017-09-15 | 2020-08-25 | 한국자동차연구원 | Hydrogen charging system |
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