KR101222874B1 - 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 시스템 및 방법 - Google Patents

압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 시스템은 압력용기의 체적과 최고 충전 압력 정보를 수집할 수 있는 압력용기 정보 획득 장치를 구비하며, 가스 저장탱크와 충전 노즐 사이에 가스라인으로 연결되는 제1, 2자동 밸브, 기준용기, 압력센서 및 온도센서를 구비하고, 상기 압력센서에서 검출된 압력과 온도센서에서 검출된 온도 및 가스연료 충전대상 압력용기의 기본 정보를 입력받아 공학적 계산에 의해 압력용기에 충전되는 가스연료의 충전량을 산출하고, 압력용기의 온도 및 체적변화량을 산출하여 충전량 보정 및 압력용기의 안전성을 판단하고 보정된 충전량을 금액으로 환산하는 제어부를 구비하며, 상기 제어부에서 산출한 정보를 제공받아 사용자에게 알려주는 표시부를 구비한다. 또한 본 발명의 가스연료 충전방법은 제1 자동밸브를 개방하여 저장탱크의 가스연료를 기준용기에 공급하고 기준용기의 압력과 온도를 검출하여 제어부로 송출하는 기준용기의 초기 압력값과 초기 온도값 검출단계와; 가스연료 공급대상 압력용기의 기본정보를 수집하는 기본정보 수집단계와; 상기 압력용기에 충전한 가스연료의 목표치를 설정하는 설정단계와; 제2 자동밸브를 개방하여 기준용기와 압력용기의 압력과 온도를 동일하게 형성하고 이 상태의 압력과 온도를 검출하여 제어부에 송출하는 충전 전 압력값과 충전 전 온도값 검출단계와; 압력용기 체적 정보 획득 유무에 따라 충전 시작과 체적을 알기 위하여 다음 단계 수행을 판단하는 단계와; 압력용기의 체적을 모를 경우 기준용기를 저장탱크의 고압으로 유지시키고, 제1 자동밸브를 닫고 제2 자동밸브를 열어서 기준용기와 압력용기를 동압 등온 시켜서 압력용기의 체적을 계산하는 단계와; 상기 저장탱크로부터 압력용기로 가스연료를 충전하여 기준용기와 압력용기의 압력과 온도를 계속 측정하는 압력용기 충전단계와; 상기 압력용기와 기준용기의 연료가스가 동압 등온이 된 상태에서 압력과 온도를 검출하여 제어부에 송출하는 충전후 압력값과 충전후 온도값 검출단계와; 상기 제어부에서 입력받은 초기 압력값, 초기 온도값, 충전전 압력값, 충전전 온도값, 충전후 압력값, 충전후 온도값을 기초로 공학적 계산에 의해 충전전 압력용기의 가스연료 체적과 충전후 압력용기의 가스 체적을 산출하는 단계와; 상기 제어부에서 산출된 충전 전후의 가스 체적의 차이에 충전 전 압력 및 온도 검출단계에서 기준용기로부터 압력용기로 이동한 가스량과 압력용기의 온도 또는 체적 변동에 따른 가스량을 보정하여 압력용기에 충전된 가스의 충전량을 산출하는 압력용기 충전량 산출단계와; 산출된 압력용기 가스 충전량이 목표치에 도달하면 충전노즐을 차량에서 분리하는 충전완료 단계와; 상기 제어부에서 완료된 충전량을 금액으로 환산하고 체적변화량을 안전성으로 변환하여 충전량과 금액 및 안전성을 문자 또는 음성으로 표시부에 표시하는 알림단계와; 압력용기에 가스를 충전하여 가스 충전 시 질량 유량계를 사용하지 않고 충전되는 압력용기의 체적을 알고 압력과 온도를 감지하여 충전량을 산출함으로써 충전 시스템 구축비용을 크게 절감하며 가스를 충전하면서 압력용기의 안전성을 확인하여 충전 시 마다 안정성을 확인하는 효과가 발생되도록 하는 발명이다.

Description

압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 시스템 및 방법{FUEL TANK CHARGE MEASURE SYSTEM BY PRESSURE AND VOLUME}
본 발명은 압력용기에 가스를 충전하는 가스충전 기술에 관한 것으로, 유량계를 사용하지 않고 가스를 충전하되, 충전 전과 충전 중 및 충전 후 시스템의 가스압력과 온도를 측정하여 압력용기에 충전되는 충전 량을 산출하고, 압력용기의 안전성을 판단하며, 충전 량을 비용으로 환산하여 사용자에게 알려주는 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
가스연료의 종류에는 압축천연가스(CNG), 액화천연가스(LNG), 수소(H2), 액화석유가스((LPG) 등이 일반적으로 알려져 있고, 그 중에서 압축천연가스는 매장량이 타 연료에 비해 풍부하며 고옥탄가를 가지면서도 이산화탄소 배출량이 낮고 연소효율이 우수하기 때문에 액체연료와 함께 차량용 연료에 일반적으로 사용되고 있고, 수소 또한 차세대 대체연료로서 연료전지 차량의 기술개발이 확대되면서 그 사용이 늘어나고 있다.
이러한 가스연료는 모두 도 1에 도시한 바와 같이, 저장탱크(100)에 저장된 연료가스를 질량 유량계(101)를 통해 압력용기(106)에 공급하고, 질량 유량계(101)에서 측정된 연료가스 충전량을 충전량과 금액으로 제어부(107)에서 환산하여 표시부(108)에 표시하는 충전 시스템에 의해 충전되어 사용되고 있으며, 압축천연가스를 사용하는 차량 충전 시스템의 경우에는 저압(0.4Mpa)의 압축천연가스를 압축기를 통하여 고압(25Mpa)으로 압축한 후 충전기를 이용하여 충전하는 고정식 시스템과, 고정식 충전소에서 고압가스용기를 장착한 튜브트레일러에 충전하여 차고지 등의 충전소로 이동한 후 충전기와 연결하여 차량에 공급하는 이동식 충전 시스템이 일반적으로 사용되고 있고, 또한 저장용기를 구비하지 않고 압축기, 안전장치, 충전기로 간단하게 구성되는 소형 충전 시스템도 널리 사용되고 있다.
상술한 바와 같이 연료가스 충전 시스템에 구비되는 충전기에는 도 1에 도시한 바와 같이, 일반적으로 가스가 통과할 때 발생하는 콜리올리 힘을 감지하여 유량을 측정하는 콜리올리스 질량 유량계(101)를 주로 사용하고 있다. 이러한 질량 유량계는 통상 충전기 제작 비용의 반 정도를 차지하는 고가이어서 충전기를 구비하는데 과다한 비용이 소요되고 있다.
그리고 압력용기는 통상 압축천연가스의 경우 20MPa, 수소가스는 70MPa의 고압으로 충전하여 사용됨에 따라 압력용기는 항상 내압에 의해 용기 파열 사고로 이어질 수 있으므로 충전하는 가스 량의 정확한 측정과 압력용기의 영구변형, 부식, 기밀 등의 상태를 주기적으로 검사하고 관리해야 하는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가스연료를 압력용기에 충전할 때 고가의 질량 유량계를 사용하지 않으면서 연료용 압력용기의 체적과 가스 압력, 온도를 측정하여 충전 량을 산출하고, 압력용기의 체적변화량 보정을 통해 정확한 충전 량을 사용자에게 알려줌으로써, 충전기 제작비용을 저감시키고, 압력용기에 충전되는 가스연료 충전 량의 정확성을 향상시켜 과 충전을 방지하며, 압력용기에 충전되는 가스량의 변화를 파악하여 압력용기의 안전성을 판단하는 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 시스템은 가스연료 저장탱크와 충전 노즐 사이에 가스라인으로 연결되는 제1, 2자동 밸브, 기준용기, 압력센서 및 온도센서를 구비하고, 상기 압력센서에서 검출된 압력과 온도센서에서 검출된 온도 및 가스연료 충전 대상 압력용기의 체적 정보를 입력받아 공학적 계산에 의해 압력용기에 충전되는 가스연료의 충전 량을 산출하고, 압력용기의 온도 및 체적변화량을 산출하여 충전 량을 보정 하고 보정된 충전 량을 금액으로 환산하는 제어부를 구비하며, 상기 제어부에서 가스연료 충전 량과 압력 및 금액을 제공받아 사용자에게 알려주는 표시부가 구비된 시스템을 제공하도록 한다.
본 발명에 따른 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 방법은 압력용기에 연료가스 충전량을 측정하는 방법에 있어서, 질량 유량계를 이용하지 않고 기준용기를 사용하여, 충전하는 연료가스의 압력과 온도를 측정하고 압력용기의 체적을 입력받거나 측정하여 충전량을 산출하는 방법으로 이루어지도록 한다.
단계별 구성은 제2 자동밸브가 닫혀 있는 상태에서 제1 자동밸브를 개방하여 저장탱크의 가스연료를 기준용기에 공급하고 기준용기의 압력과 온도를 검출하여 제어부로 송출한 다음 제1자동 밸브를 폐쇄하는 기준용기의 초기 압력값과 초기 온도값 검출단계와; 가스연료 공급대상 압력용기의 기본정보를 수집하는 기본정보 수집단계와 상기 압력용기에 충전하는 가스연료의 충전 목표치를 설정하는 설정단계와; 제2 자동밸브를 개방하여 기준용기와 압력용기의 압력과 온도를 동일하게 형성하고 이 상태의 압력과 온도를 검출하여 제어부에 송출하는 압력용기의 충전 전 압력 값과 충전 전 온도값 검출단계와; 압력용기의 체적 정보 획득 유무에 따라, 충전을 시작하는 경우와 체적을 알기 위하여 후속 단계 수행 여부를 판단하는 충전 진행여부 판단 단계와; 압력용기의 체적을 알기 위하여 제2 자동밸브를 닫고, 제1자동밸브를 열어 기준용기의 압력과 온도를 측정하여 제어부에 송출하고, 제1자동밸브를 닫고 제2자동밸브를 열어 기준용기와 압력용기를 동압으로 형성하여 압력과 온도를 측정하고 이를 제어부에 송출하여 압력용기의 체적을 산출하는 압력용기 체적정보 획득단계와; 압력용기의 체적 정보를 획득한 다음 제1 자동밸브를 열어 저장탱크로부터 압력용기로 가스연료를 충전하는 압력용기 충전단계와 충전량이 목표 충전량에 도달하여 압력용기와 기준용기의 가스가 동압 등온이 된 상태에서 제1자동밸브를 닫고 압력과 온도를 검출하여 제어부에 송출하는 압력용기의 충전 후 압력 값과 온도 값 검출단계와 압력용기에서 충전 노즐을 분리하는 충전완료 단계와; 상기 제어부에서 산출된 충전 전후의 가스연료 체적의 차이에 충전 전 압력 및 온도 검출단계에서 기준용기로부터 압력용기로 이동한 가스연료량과 압력용기의 온도 또는 체적 변동에 따른 연료가스 보정량을 산출하여 압력용기 충전량을 산출하고, 이를 공급량과 대비하여 설정치 초과여부를 판단하는 압력용기 충전량 산출단계와; 압력용기의 충전량과 설정치의 일치여부를 산출하여 압력용기의 상태를 검사하고 충전량을 금액으로 환산한 금액 및 안전성을 표시부에 문자 또는 음성으로 알려주는 알림단계를 포함하여 이루어지도록 한다.
본 발명은 종래 고가의 질량 유량계를 사용하지 않고 충전되는 압력용기의 압력과 온도를 감지하여 충전 량을 산출함으로써 충전 시스템 구축비용을 크게 절감 할 수 있다.
본 발명은 시스템에 구비되는 압력용기의 체적 변동에 따른 체적변화율을 산출하여 가스 충전량을 보정해줌으로써 외기온도 등에 의한 압력용기 주변 환경이 변하더라도 충전량 측정의 정밀도를 향상시키는 효과가 발생된다.
본 발명은 압력용기의 누설이나 체적 변화 등을 연료가스를 충전하면서 동시에 검사할 수 있으므로, 압력용기의 안전성 확인 및 검사 시간을 절약하는 효과가 발생된다.
도 1은 종래 기술에 따른 콜리올리스 질량 유량계를 사용하는 충전 시스템이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 시스템을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 방법의 순서도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하기로 한다.
도 2와 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 시스템 및 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 시스템은 가스연료 저장탱크(5)와 충전노즐(10) 사이에 가스라인(8)으로 연결되는 제1, 2자동 밸브(6, 9), 기준용기(7), 압력센서(12) 및 온도센서(13)를 구비하고, 상기 압력센서에서 검출된 압력과 온도센서에서 검출된 온도 및 가스연료 충전대상 압력용기(11)의 체적 정보를 입력받아 공학적 계산을 통해 압력용기에 충전되는 가스연료의 충전 량을 산출하고, 압력용기의 체적변화량을 산출하여, 충전 량 보정 및 압력용기의 안전성을 판단하고 보정된 충전 량을 금액으로 환산하는 제어부(14)를 구비하며, 상기 제어부에서 산출한 정보를 제공받아 사용자에게 알려주는 표시부(15)와 압력용기의 체적 정보를 입수하는 압력용기 정보획득 장치(16)를 포함하여 이루어진다.
상기 저장탱크(5)는 압축천연가스(CNG) 또는 수소가스(H2) 등의 가스연료를 고압으로 압축하여 저장하는 탱크로서 일반적으로 가스 충전소에 구비되어 있는 가스 저장소에 해당하는 것이고, 상기 압력용기(11)는 자동차 또는 가스 사용처에 설치되는 것이다.
상기 제1 자동밸브(6)와 제2 자동밸브(9)는 제어부(14)에 의해 개폐동작이 이루어지는 것으로, 제1 자동밸브(6)는 저장탱크(5)와 기준용기(7) 사이에 설치되어 저장탱크의 가스연료를 기준용기로 공급하거나 차단하고, 제2 자동밸브(9)는 기준용기(7)와 충전노즐(10) 사이에 설치되어 기준용기의 가스연료를 충전노즐로 공급하거나 차단한다.
상기 기준용기(7)는 제1 자동밸브(6)와 제2 자동밸브(9) 사이에 설치되어 압력용기(11)에 가스연료를 충전하기 전과 후의 압력과 온도를 검출하는 기준을 제공하는 구성으로서, 온도나 압력 변동에 따른 체적 변화가 미미한 안정성 있는 용기를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 압력센서(12)와 온도센서(13)는 기준용기(7)에 설치되어 충전되는 가스의 압력과 온도를 검출하여 제어부(14)에 압력과 온도를 송출한다.
상기 제어부(14)는 압력센서(12)와 온도센서(13)에서 검출된 압력과 온도를 입력받거나, ID카드(RF카드 또는 바코더 등)또는 통신(충전차량과 본 충전기) 등으로 압력용기(11)의 체적정보를 입력받아 이상기체상태방정식에 기초한 본 발명에 따른 수식을 사용하여 차량에 공급되는 가스 충전 량을 산출하고, 또한 압력용기(11)에 가스연료를 충전하기 전과 충전한 후에 검출된 압력용기 체적 및 압력용기(11) 이력에 포함된 과거의 충전량을 대비하여 체적변화량을 산출하여, 상기 산출된 충전 량을 보정하면서 체적변화량에 기초한 안전성을 판단하도록 한다. 상기 제어부(14)는 PLC(Programmable Logic Controller)나 EPROM과 Firmware로 이루어지는 PCB로 구현하는 것이 바람직하다.
상기 표시부(15)는 제어부(14)에서 산출한 가스연료 충전 량과 금액 및 안전성에 관한 정보를 제공받아 문자 또는 음성으로 알려주도록 하며, 상기 문자는 LCD에 표시하고 스피커를 통해 음성이 발생되도록 하는 것이 바람직하다.
상술한 것처럼 본 발명의 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 시스템에서 저장용기와 충전노즐 사이에 기준용기를 배치하고 제1, 2 자동밸브를 작동시켜 연료가스를 충전하는 것을 특징으로 한다.
또한 유량계를 구비하지 않고 압력용기에 가스연료를 충전하는 본 발명의 시스템은 충전대상 압력용기의 체적을 확인하고 충전하기 전 압력용기에 남아 있는 가스연료량을 산출하고 이를 기초로 하여 충전할 가스연료량을 산출하고 충전하는 것을 특징으로 한다.
상기 가스연료 충전량을 산출하기 위하여 먼저 압력용기 정보획득 장치(16)를 이용하여 압력용기의 체적 정보를 입수한다. 압력용기 정보 획득 장치(16)는 제어부(14)와 연결되어 입력된 압력용기의 체적 정보를 제어부(14)에 송출한다. 이는 압력용기의 체적을 기준으로 충전량을 계산하기 위해서 체적 정보가 필요하기 때문이다.
보다 구체적으로 압력용기의 체적과 압력, 온도 정보는 ECU(차량)에서 입력받거나, 수소충전의 경우처럼 충전노즐과 정보통신용 케이블을 연결하고 전송받거나, POS(Point of sales system)를 이용하는 차량과 같이 RF태그, 바코드 등으로부터 입력받아서 획득하도록 한다. 이러한 압력용기 체적 정보는 연료가스 충전량 및 압력용기의 안정성 평가에 이용할 수 있다.
통상의 가스연료가 충전되는 압력용기(11)에는 가스연료 주입구에서 누설을 방지하기 위하여 반드시 역류방지밸브가 설치되고 있다. 따라서 본 발명의 충전 시스템에 구비되는 충전노즐을 연결하고 제2 자동밸브를 열더라도 압력용기(11)의 압력이 압력센서(12)와 온도센서(13)에 의해 상기 압력용기(11)에 남아있는 가스연료의 압력과 온도 측정이 불가능하다.
따라서 상기 압력용기(11)에 남아있는 가스연료의 압력과 온도를 측정하기 위해서 별도의 압력측정용 기준용기를 구비하고 이 기준용기에 가스연료를 충전소가 준비 할 수 있는 가능한 최대압력으로 충전하고 충전노즐을 연결하면 기준용기의 가스가 압력용기에 충전되어 등온 등압이 형성되고, 기준용기와 압력용기의 온도와 압력이 동일할 때 기준용기의 압력과 온도를 측정하여 압력용기에 남아있는 가스연료량을 산출할 수 있게 되는 것이다. 이에 대한 사항은 구체적인 실시 예에서 다시 설명한다.
이어서 본 발명의 가스연료 충전 및 측정 방법을 설명한다. 본 발명에 따른 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 방법은 제2 자동밸브가 닫혀 있는 상태에서 제1 자동밸브를 개방하여 저장탱크의 가스연료를 기준용기에 공급하고 기준용기의 압력과 온도를 검출하여 제어부로 송출한 다음 제1자동 밸브를 폐쇄하는 기준용기의 초기 압력값과 초기 온도값 검출단계(S1~S3)와;
가스연료 공급대상 압력용기의 기본정보를 수집하는 기본정보 수집단계(S4)와;
상기 압력용기에 충전하는 가스연료의 충전 목표치를 설정하는 설정단계(S5)와;
제2 자동밸브를 개방하여 기준용기와 압력용기의 압력과 온도를 동일하게 형성하고 이 상태의 압력과 온도를 검출하여 제어부에 송출하는 압력용기의 충전 전 압력 값과 충전 전 온도값 검출단계(S6~S7)와;
압력용기의 체적 정보 획득 유무에 따라, 충전을 시작하는 경우와 체적을 알기 위하여 후속 단계 수행 여부를 판단하는 충전 진행여부 판단 단계(S8)와;
압력용기의 체적을 알기 위하여 제2 자동밸브를 닫고, 제1자동밸브를 열어 기준용기의 압력과 온도를 측정하여 제어부에 송출하고, 제1자동밸브를 닫고 제2자동밸브를 열어 기준용기와 압력용기를 동압으로 형성하여 압력과 온도를 측정하고 이를 제어부에 송출하여 압력용기의 체적을 산출하는 압력용기 체적정보 획득단계(S9~S13)와;
압력용기의 체적 정보를 획득한 다음 제1 자동밸브를 열어 저장탱크로부터 압력용기로 가스연료를 충전하는 압력용기 충전단계(S14)와;
충전량이 목표 충전량에 도달하여 압력용기와 기준용기의 가스가 동압 등온이 된 상태에서 제1자동밸브를 닫고 압력과 온도를 검출하여 제어부에 송출하는 압력용기의 충전 후 압력 값과 온도 값 검출단계(S15~17)와;
압력용기에서 충전 노즐을 분리하는 충전완료 단계(S18)와;
상기 제어부에서 산출된 충전 전후의 가스연료 체적의 차이에 충전 전 압력 및 온도 검출단계에서 기준용기로부터 압력용기로 이동한 가스연료량과 압력용기의 온도 또는 체적 변동에 따른 연료가스 보정량을 산출하여 압력용기 충전량을 산출하고, 이를 공급량과 대비하여 설정치 초과여부를 판단하는 압력용기 충전량 산출단계(S19)와;
압력용기의 충전량과 설정치의 일치여부를 산출하여 압력용기의 상태를 검사하고 충전량을 금액으로 환산한 금액 및 안전성을 표시부에 문자 또는 음성으로 알려주는 알림단계(S20~S21)를 포함하여 이루어지도록 한다.
보다 구체적으로 도 2에 도시된 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 시스템을 이용하여 차량에 가스연료를 충전하는 방법을 실시예로 하여 설명한다.
본 발명의 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 시스템의 초기 상태는 제1 자동밸브(6)와 제2 자동밸브(9)가 닫혀있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 기준용기에 고압의 연료가스를 충전하는 단계는 제1 자동밸브(6)를 개방한다(S1). 이 때 고압의 저장탱크(5)와 초기 상태에서 저압을 이루는 기준용기(7)의 압력차에 의해 저장탱크(5)의 가스가 기준용기(7)로 이동하여 충전된다.
기준용기(7)의 압력과 온도를 압력센서(12)와 온도센서(13)로 검출하여 기준용기(7)의 초기 압력 값과 초기 온도 값을 제어부(14)로 전송한다(S2).
그리고 제1 자동밸브(6)를 폐쇄한다(S3). 상기 S1 단계부터 S3 단계는 가스연료를 충전하려는 이전의 준비 단계에 해당된다.
이어서 차량이 충전소에 진입하면 차량의 연료탱크인 압력용기(11)의 노즐에 상기 충전노즐을 연결한다(S4).충전 량을 설정한다(S5).
상기 제2 자동밸브(9)가 열리고 상기 기준용기(7)와 압력용기(11)의 1차 동압 과정을 진행한다(S6).
상기 기준용기(7)와 압력용기(11)가 동압 및 등온 상태가 되므로, 압력과 온도를 상기 압력센서(12)와 상기 온도센서(13)에서 측정하여 상기 압력용기(11)의 충전 전 압력 값과 충전 전 온도 값을 제어부(14)로 전송한다(S7).
이때, 기준용기(7)에서 압력용기(11)로 가스의 이동이 있었으므로 이동된 가스 량은 최종 충전 가스 량에 보상을 해야 한다. 즉, S6 단계에서 측정된 압력 값과 온도 값에 의해 산출된 상기 압력용기(11)의 가스량은 S6 단계에서 기준용기(7)에서 압력용기(11)로 이동한 가스량이 더해진 용량이 되므로 S6 단계에서 압력용기(11)로 이동한 충전 량을 최종 충전 량에 더해 주어야 실제로 압력용기(11)에 충전된 가스량이 산출된다. 상기 S4 단계부터 S7 단계는 압력용기(11)의 충전전 압력, 온도를 측정하는 단계에 해당된다.
이어서 압력용기(11)의 체적 정보를 ECU, RF태그, 바코드 등으로부터 압력용기 정보획득 장치를 통해 획득하고 압력용기에 충전을 시작한다. 압력용기의 체적 정보를 모르면 아래의 S9 ~ S13의 과정으로 체적을 산출한다(S8). 이때, 압력용기 정보획득 장치(16)가 획득하는 압력 용기의 기본정보는 예를 들면, 압력 용기의 체적 정보, 최고 충전 압력 정보, 현재 압력 및 온도 등이 될 수 있다.
상기 기준용기(7)와 압력용기(11)가 동압이 되면, 기준용기(7)와 압력용기(11)에서의 온도와 압력이 동일해진다. 먼저 기준용기(7)의 압력과 체적, 온도를 알기 때문에 다음에서 설명하는 식 13에 의해 압력용기(11)의 체적을 도출할 수 있게 된다.
이어서 상기 제2 자동밸브(9)를 닫는다(S9).
그리고 상기 제1 자동밸브(6)를 개방하여 저장탱크(5)에서 기준용기(7)로 가스연료를 공급하고 기준용기(7)의 압력과 온도를 측정하여 제어부에 송출한다(S10). 제1 자동밸브(6)를 닫는다(S11).
상기 제2 자동밸브(9)를 개방하고 기준용기(7)에서 압력용기(11)로 가스연료를 이동시키면 기준용기(7)와 압력용기(11)의 2차 동압 과정이 한번 더 진행된다(S13).
상기 2차 동압 과정이 진행되어 기준용기(7)와 압력용기(11)가 동압이 되면, 기준용기(7)와 압력용기(11)에서의 온도와 압력이 동일해진다. 먼저 기준용기(7)의 압력과 체적, 온도를 알기 때문에 역시 다음에서 설명하는 식 13에 의해 압력용기(11)의 가스 체적을 도출할 수 있게 된다. 상기 S9 단계부터 S13 단계는 압력용기(11)의 체적을 측정하는 단계에 해당된다.
압력용기(11)의 체적을 ECU, RF태그, 바코드 또는 과정 S9~S13으로 획득을 하면 제1 자동밸브(6)를 열어서 충전을 시작한다(S14).
압력센서(12)와 온도센서(13)으로 압력용기의 충전 량을 산출하기 위하여 연속으로 값을 측정한다(S15). 이 값을 공학적 계산으로 목표 충전 량과 비교하여 충전 종료 시점을 판단한다(S16).
충전이 완료되면 제1 자동밸브를 닫는다(S17).
충전 노즐(10)을 압력용기(11)에서 분리한다(S18).
또한, 본 발명에서 각 차량의 충전정보를 저장하여 충전 시 목표 값이 과거의 충전 량, 법정 압력, 규격에 따른 충전 량을 초과할 경우 차량 또는 압력용기(11)의 누설이나, 압력용기의 영구변형이 의심되므로 충전을 중지하고 알람을 통하여 후속조치를 강구하도록 사용자에게 알려준다(S20). 예를 들면, 압력용기(11)의 안전성은 상기 표시부(15)에 안전, 위험, 한계치 근접등의 문구로 표시 하거나, 상기 표시부(15)에 포함된 스피커(미도시)를 통하여 음성으로 안전, 위험, 한계치 근접등을 알려주거나, 눈금계에 의해 안전도를 계량하여 알려주도록 한다.
그리고 제어부(14)는 별도로 표시부(15)를 구비하여 가스 충전 량과 환산된 금액을 표시한다(S21).
따라서 본 발명은 종래의 천연 가스 용기의 검사 시 장시간 소요되는 문제점을 해결하여 가스 충전시 소요되는 약 1~3분 동안에 압력용기의 안전성 상태도 확인할 수 있고, 법으로 정한 주기적 점검이 아닌 일상 점검이 가능하고 안전성이 의심되는 용기에 충전을 방지하여 폭발사고를 미연에 방지할 수 있는 효과가 나타난다.
상기 압력용기(11)에 충전된 가스의 체적을 산출하는 식은 다음과 같다.
본 발명에서 식 13에 의해 기준용기(7)와 압력용기(11)의 동압 시, 압력과 온도가 동일하고, 기준용기(7)의 체적을 알고 있으므로 압력용기(11)의 체적을 구할 수 있다. 이상기체 상태방정식에서 실제 상태를 표준상태로 환산하여 기준용기(7)와 압력용기(11)에서 가스 체적을 구하면, 압력용기(11)에 충전된 가스 량을 구할 수 있게 된다.
표준상태는 0℃, 1기압에서의 상태이며, 가스분자의 체적은 몰수에 따라 정해진다. 이하, 아래첨자 1은 표준상태, 아래첨자 2는 실제 상태를 표기한다. 기준용기(7)의 실제 상태는 압력과 온도는 압력센서(12)와 온도센서(13)에 의해 측정된다.
P2 = P KPa
V2 = Actual Volume Liter
T2 = T K (T℃ + 273.15 K)
기준용기(7)의 표준 상태와 실제 상태에서의 방정식은 각각 식 1과 식 2와 같다. 아래 식 1, 식 2 에서 아래첨자 는 기준용기(7)를 나타낸다.
Figure 112012050664806-pat00001
-------- (식 1 )
Figure 112012050664806-pat00002
-------------- (식 2 )
표준 상태에서의 체적을 실제 상태의 체적으로 계산하면 식 3과 같다
Figure 112012050664806-pat00003
,
Figure 112012050664806-pat00004
Figure 112012050664806-pat00005
Figure 112012050664806-pat00006
-------------- (식 3 )
압력용기(11)에서도 마찬가지로 표준상태에서의 체적을 계산하면 식 4와 같다. 아래 식 4 에서 아래첨자는 압력용기(11)를 나타낸다.
Figure 112012050664806-pat00007
,
Figure 112012050664806-pat00008
Figure 112012050664806-pat00009
,
Figure 112012050664806-pat00010
Figure 112012050664806-pat00011
Figure 112012050664806-pat00012
------------- (식 4 )
동압이 이루어진 상태에서의 표준상태 체적을 계산하면 식 5와 같다. 식 5에서 아래첨자 는 기준용기(7)와 압력용기(11)가 동압된 상태를 나타낸다.
Figure 112012050664806-pat00013
,
Figure 112012050664806-pat00014
Figure 112012050664806-pat00015
,
Figure 112012050664806-pat00016
Figure 112012050664806-pat00017
Figure 112012050664806-pat00018
--------------- (식 5 )
동압이 이루어진 상태에서 표준상태 체적의 합은 질량-에너지 보존법칙에 의해 동일함으로,
Figure 112012050664806-pat00019
------- (식 6 )
Figure 112012050664806-pat00020
----------- (식 7)이 된다.
식 7을 식 5에 대입하면 식 8이 된다.
Figure 112012050664806-pat00021
-- (식 8)
Figure 112012050664806-pat00022
-----(식 9)
Figure 112012050664806-pat00023
로 두면,
Figure 112012050664806-pat00024
Figure 112012050664806-pat00025
Figure 112012050664806-pat00026
Figure 112012050664806-pat00027
--- (식 10)
표준상태에서의 압력은 1기압이므로 식 10에 대입하면 식 11이 된다.
Figure 112012050664806-pat00028
Figure 112012050664806-pat00029
------ (식 11)
Figure 112012050664806-pat00030
따라서 실제상태의 체적은 식 12와 같다.
Figure 112012050664806-pat00031
-------------- (식 12)
Figure 112012050664806-pat00032
Figure 112012050664806-pat00033
로 평형을 이루었다고 가정하면,
Figure 112012050664806-pat00034
는, A=B=C 이므로 식 13이 된다.
Figure 112012050664806-pat00035
Figure 112012050664806-pat00036
-------------- (식 13)
예를 들면, 기준용기(7)는 25,000KPa, 5리터, 20℃로 충전되어 있고, 입고 차량의 압력용기(11)의 처음 압력과 온도는 모른다. 기준용기(7)와 압력용기(11)가 동압이 되었을 때 측정된 압력은 6134.75KPa이며, 온도는 20℃이다(S7 단계). 제2자동밸브(9)가 닫히고 제1자동밸브(6)가 열려서 기준용기에 25,000KPa의 압력이 충전된다(S9,S10 단계). 제1자동밸브(6)가 닫히고 제2자동밸브(9)가 열려서 압력용기(11)와 동압을 이룬다(S11,S12). 동압을 이루었을 때 압력은 6268.55KPa이며 온도는 20℃이다(S13 단계). 이상의 정보를 이용하여 압력용기(11)의 체적을 식 13에 대입하여 구하면 다음과 같다.
실제 압력용기(11)의 체적은 식 13에 의하여
Figure 112012050664806-pat00037
-------- (식 13)
Figure 112012050664806-pat00038
Figure 112012050664806-pat00039
Figure 112012050664806-pat00040
따라서 실제 압력용기(11)의 체적은 700리터임을 계산할 수 있다. 기준용기(7)의 체적과 초기 압력, 온도를 알고 있고, 차량이 가스 충전소에 입고되었을 때 압력용기(11)에 1차 동압으로 처음 압력과 온도를 측정하고, 기준용기(7)와 2차 동압을 이룬 후 전체 동압된 압력과 온도를 측정하면 충전 차량의 압력용기(11)에 저장된 가스의 체적을 구할 수 있다.
충전된 량은 처음 차량이 입고되었을 때의 용기의 체적과 압력 그리고 충전 완료 후 압력의 차이를 이용하여 계산할 수 있다.
압력용기(11)의 체적, 초기온도, 압력을 모르는 차량이 입고되었다. S6 단계과정으로 기준용기(7)와 동압이 되어 압력센서(12)는 6,134.75KPa이며, 온도센서(13)는 20℃가 측정되며, 압력용기(11)의 충전 전 상태를 알 수 있다. 압력용기(11)의 실제 체적은 식 13에 의하여 700 리터를 구하였다. 또는 ID카드 등으로 압력용기(11)의 체적 정보를 획득할 수도 있다. 충전 전 표준상태의 체적은 다음과 같다.
아래 식에서 아래첨자 "i" 는 처음 상태를 나타낸다.
식 4에서
Figure 112012050664806-pat00041
----------------- (식 4 )
Figure 112012050664806-pat00042
Figure 112012050664806-pat00043
Figure 112012073505164-pat00085
20,000KPa(g), 온도 20℃로 완충되면 식 4에 의하여 완충되었을 때 표준 상태 체적은 다음과 같다.
아래 식에서 아래첨자 "f" 는 충전 완료된 상태를 나타낸다.
Figure 112012050664806-pat00045
----------------- (식 4 )
Figure 112012050664806-pat00046
Figure 112012050664806-pat00047
Figure 112012050664806-pat00048
압력용기(11)의 최초 압력과 온도를 측정하기 위하여 S6 단계의 과정에서 기준용기(7)로부터 압력용기(11)로 충전된 량은 다음과 같다.
기준용기(7)는 초기(S2 단계)에 25,000KPa, 5리터, 20℃였고, 기준용기(11)는 6,134.75KPa(g)로 동압이 되었으므로(S5 단계), 압력차는 18,865.24KPa 이다.
P = 25,000KPa - 6,134.75KPa = 18,865.24KPa
아래첨자 "cf" 는 기준용기(7)의 줄어든 량 즉 압력용기(11)의 초기 압력을 측정하기 위하여 충전된 량을 나타낸다.
식 4에서,
Figure 112012050664806-pat00049
Figure 112012050664806-pat00050
Figure 112012050664806-pat00051
따라서 총 충전된 량은 최종 계산된 표준 상태 체적에서 초기 표준 상태의 체적의 차이만큼 충전이 되었으며, 또한 초기 온도와 압력을 측정하기 위하여 공급된 기준용기의 줄어든 량만큼 더 충전되었다.
Figure 112012050664806-pat00052
리터
이 상의 과정을 정리하면 압력용기(11)의 체적, 초기온도, 압력을 모르는 차량이 입고된다(S4 단계). 기준용기(7)는 5리터, 25,000KPa의 초기압력을 알고 있다(S2 단계). 기준용기(7)와 동압을 이루어 압력용기(11)의 초기 온도 20℃, 압력 6,134.75KPa를 이용하여 식 13에 의하여 체적이 700 리터임을 알게 된다(S5,S6,S7 단계). 이후 20℃, 20,000KPa의 압력으로 충전된다(S11 단계). 즉 압력용기는 6,134.752KPa 에서 20,000KPa까지 충전이 된다. 따라서 압력의 변화에 따른 표준상태 체적의 변화량 즉 충전량을 계산하고, 여기에 초기의 압력을 측정하기 위하여 기준용기(7)에서 동압을 이루기 위해 충전된 량을 더하여 주면 총 충전된 량을 알 수 있다.
위와 같이 압력용기의 체적을 모르고 있어도, 기준용기(7)를 이용하여 입고된 압력용기(11)의 초기 압력, 온도, 실제 체적을 구할 수 있으며, 충전 전/후의 압력, 온도를 측정하여 질량 유량계가 없어도 충전된 량을 계산할 수 있다.
또한, 본 발명은 정밀한 가스 충전량을 산출하기 위해 온도 변동에 따른 보상 범위를 적용한다.
압력용기(11)는 700 리터, 20,000KPa, 0℃로 가정하여 온도 보상이 없을 경우 표준 체적은 아래와 같이 구한다.
Figure 112012050664806-pat00053
Figure 112012050664806-pat00054
Figure 112012050664806-pat00055
아래첨자 "co"는 온도 보상된 상태를 나타낸다. 압력용기(11)는 700리터, 20,000KPa, 20℃ 충전되어 있을 때 표준 체적은 아래와 같이 구한다.
Figure 112012050664806-pat00056
Figure 112012050664806-pat00057
Figure 112012050664806-pat00058
동일한 방법으로 압력용기 700 리터의 용기에 수소를 70,000KPa을 충전하는 경우 0℃ 와 20℃의 온도를 보상할 때의 경우를 정리하면 아래의 표 1과 같다.
경우 충전압력(KPa) 온도(℃) 압력용기((L) 표준상태체적(L)
A(CNG) 20,000 0 700 138,869.28
B(CNG) 20,000 20 700 129,394.95
C(H2) 70,000 0 700 484,292.40
D(H2) 70,000 20 700 451,251.81
따라서 700리터의 압력용기를 가진 차량이 20,000KPa의 상태로 충전될 때 20℃의 온도를 고려 할 때와 고려하지 않을 때의 표준 체적의 차이 Vd는
Figure 112012050664806-pat00059
700리터 압력용기에 고압의 70,000KPa을 충전하는 경우 0℃ 와 20℃의 온도를 보상할 때의 차이를 계산하면
Figure 112012050664806-pat00060
따라서 고압으로 충전 할수록 오차가 커지므로 온도에 따른 보상으로 충전되는 가스량을 정확하게 보상해야 한다. 온도에 따른 보상은 온도센서(13)에 의하여 값을 구하여 상기 제어부(14)에 입력하여 산출된 가스 충전량에 보상을 해주어야 한다. 가스의 단가는 m3 단위로 판매를 하며 CNG의 경우에는 9.47m3, 수소의 경우 33.04 m3 의 가격 차이가 발생하므로 온도는 반드시 보정 되어야 한다.
온도 변동에 따른 충전 량 환산은 예시한 표 1과 같이 온도에 따라 표준 상태의 체적 변동량을 미리 계산하여 제어부(14)에서 비교 판단 한다. 해당 온도에 따른 변동량 데이터들은 상기 제어부(14)에 미리 저장되어 있고, 상기 온도 센서(13)로부터의 온도를 읽어들이면, 제어부(14)는 온도에 따라 체적 변동량 데이터를 미리 저장된 온도차에 따른 체적 변동량의 데이터들로부터 불러들여 보상할 체적량을 표 1과 같이 산출할 수 있게 되는 것이다.
또한 압력용기(11)의 체적 변화에 따른 보상 방식은 다음과 같이 산출한다.
차량의 압력용기(11)로 사용하는 고압용기는 크게 4 종류로 분류할 수 있으며 각각의 특징을 설명하면 표 2와 같다.
종류 특징 비고
타입1
(금속제)		 무거움, 내부부식 금속으로만 제작
타입2
(금속+후프랩 보강)		 무거움, 내부부식
방지 필요		 금속 라이너에 용기의 중앙 몸통 부분만 유리섬유 복합재로 보강
타입3
(금속+풀랩 보강)		 가벼움, 갈바닉
부식 방지 필요		 이음매 없는 얇은 알루미늄 라이너에 탄소섬유 복합재로 용기 전체를 보강
타입4
(비금속+풀랩 보강)		 가장 가벼움,
안전성 탁월,
최장 사용 연한		 플라스틱 라이너에 탄소섬유 복합재로 용기 전체를 보강
차량용 압력용기(11)는 타입 1,2의 경우는 변형이 거의 없으나, 타입 3,4의 경우 체적의 미세한 변형이 있다. 이 변형량은 소재의 최대허용응력으로 정해지며 압력용기(11)의 특성상 큰 변형이 있을 수 없다. 따라서 700리터의 용기를 20,000KPa, 20℃ 기준으로 충전 시 체적이 각각 0.1%, 0.5%, 1% 변할 때를 가정하여 충전량을 환산하여 보상하도록 한다.
압력용기에 700리터, 20,000KPa, 20℃ 충전이 완료되어 있을 때 표준 체적으로 환산하면 다음과 같다. 아래첨자 "f" 는 충전 완료 상태를 나타낸다.
Figure 112012050664806-pat00061
Figure 112012050664806-pat00062
Figure 112012050664806-pat00063
체적이 0.01%(0.07 리터) 변형되었을 경우,
Figure 112012050664806-pat00064
Figure 112012050664806-pat00065
Figure 112012050664806-pat00066
동일한 방법으로 0.05%, 0.1% 변형되었을 경우를 고려하여 압력용기(11)의 체적 변화에 따른 표준체적의 변화는 표 3과 같다.
경우 A B C D
변형량(%) 0% 0.01% 0.05% 0.1%
용기체적(리터) 700 700.07 700.35 700.7
표준체적(리터) 129,394.98 129,407.92 129,459.67 129,524.37
경우 A와 차이(리터) 0 12.94 64.69 129.39
위의 표 3에서 용기의 체적의 변화에 따른 변형 량은 표준 체적에 비하여 아주 작은 값을 가진다.
D의 경우 압력용기가 0.1% 체적이 변형되고, 최고 충전압력 20,000KPa로 충전되었을 때 변형이 없는 용기체적에 대비하여 0.13m3 가 추가로 공급되었다.
즉 압력용기(11)가 최고 충전압력으로 충전되더라도 체적에 따른 환산이 판매량의 차이에 큰 차이가 없다. 각 용기 제조사는 압력용기에 관하여 국가기관에 의하여 검사를 받고 형식 승인을 얻는다. 이때 재료의 물성 및 변형 특성 등을 제출하게 되어 있으며 이 정보를 상기 제어부(14)에서 수집하여 압력용기(11)의 변형 및 안정성 등을 확인하는 기초 자료로 활용한다. 상기 제어부(14)는 압력용기별 물성 및 변형 특성치를 미리 저장하고 상기 압력용기 정보획득 장치(16)로부터 읽은 압력용기의 정보에 따라 해당 압력용기의 특성치를 충전량 계산시 선택하거나, 상기 압력용기 정보획득 장치(16)에서 차량의 RF태그(RF태그에 압력 용기 고유의 물성 및 변형 특성치 정보가 저장되어 있을 경우)로부터 읽어들일 수도 있다.
체적 증가에 따른 충전 량 환산은 예시한 표 3과 같이 용기 체적에 따라 표준체적변동량을 미리 계산하여 제어부(14)에서 비교 판단한다. 해당 압력용기의 재질에 따른 변동량 데이터들은 상기 제어부(14)에 미리 저장되어 있고, 차량의 RF 태그로부터 압력 용기의 정보를 읽어들이면, 제어부(14)는 압력용기에 해당하는 변동량 데이터를 미리 저장된 압력용기의 데이터들로부터 불러들여 보상할 체적량을 표 3과 같이 산출할 수 있게 되는 것이다.
따라서 본 발명은 온도 변화나 압력용기의 체적변화에 따른 압력용기(11)의 가스 체적의 오차를 압력센서와 사전 등록된 용기 정보를 이용해 보상해줌으로써 정확하게 가스 충전 량을 산출할 수 있다.
압력용기(11)의 안전성의 판단은 압력용기의 체적을 알고 있다는 전제하에서 수행한다. 예를 들면 압력용기(11)의 체적이 700리터, 1,000KPa, 20℃이다. 기준용기(7)은 5 리터, 25,000KPa, 20℃ 이다. 압력 용기(11)의 표준 상태 체적은 앞에서 기술한 식 4에 의하여
Figure 112012050664806-pat00067
------------------ (식 4 )
Figure 112012050664806-pat00068
Figure 112012050664806-pat00069
Figure 112012050664806-pat00070
기준용기(7)의 표준 상태 체적은 식 3에 의하여
Figure 112012050664806-pat00071
------------(식 3 )
Figure 112012050664806-pat00072
Figure 112012050664806-pat00073
Figure 112012050664806-pat00074
동압을 이루었을 때 표준 상태 체적은 식 6에 의하여 구한다.
Figure 112012050664806-pat00075
--------------------------------- (식 6 )
Figure 112012050664806-pat00076
동압을 이루었을 때 실제 체적은 식 7에 의하여 계산한다.
Figure 112012050664806-pat00077
---------------------------------------------- (식 7 )
Figure 112012050664806-pat00078
동압을 이루었을 때 압력은 식 5를 압력에 관하여 정리하면
Figure 112012050664806-pat00079
---------- (식 5 )
Figure 112012050664806-pat00080
------------------- (식 14 )
Figure 112012050664806-pat00081
따라서 압력용기(11)의 체적 정보를 획득하고 압력과 온도는 측정에 의하여 알고 있고 기준용기의 체적과 압력 및 온도를 알고 있을 때 동압을 이루는 압력은 공학적 계산에 의하여 구할 수 있다. 식 14에 의하여 구하여진 값 10,207.70KPa은 이론 압력 값이 된다. 동압을 이루어 압력센서(12)로 측정된 값을 식 14에 의하여 계산된 이론값과 비교하면 압력용기의 안정성을 판단할 수 있다. 만약 이론 압력 값이 측정에 의하여 계산된 압력보다 낮으면 용기의 크기가 증가된 상태이거나 가스 누출이 있는 경우이다. 그와 반대로 이론 압력이 설정값보다 높은 경우는 압력용기의 체적이 감소 된 경우 등으로 압력용기의 변형 유무를 판단할 수 있다.
이상에서와 같이 압력용기(11)의 체적 정보를 알고 있으면 기준용기(7)와 본 발명의 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정방법에 의하여 압력용기의 안전성을 확인할 수 있다.
본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특히 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 모든 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 한다.
5 : 저장탱크 6 : 제1 자동밸브
7 : 기준용기 8 : 가스라인
9 : 제2 자동밸브 10 : 충전노즐
11 : 압력용기 12 : 압력센서
13 : 온도센서 14 : 제어부
15 : 표시부 16 : 압력용기 정보획득 장치

Claims (5)

  1. 압력용기의 가스 충전량을 측정하는 시스템에 있어서,
    질량 유량계를 이용하지 않고,
    압력용기의 체적 및 온도 정보를 입력받는 압력용기 정보획득 장치와;
    가스 저장탱크와 충전 노즐 사이에 가스라인으로 연결되는 제1, 2 자동밸브, 기준용기, 압력센서 및 온도센서를 설치하되, 상기 가스 저장탱크에 제1자동밸브를 연결하고, 상기 제1자동밸브에 기준용기를 연결하며, 상기 기준용기에 제2자동밸브를 연결하고, 상기 제2자동밸브에 충전노즐을 연결하며, 상기 충전노즐과 압력용기를 연결하여, 상기 압력센서에서 검출된 압력과 온도센서에서 검출된 온도 및 가스 충전대상 압력용기의 기본 정보를 입력받아 압력용기에 충전되는 가스의 충전 량과 압력용기의 온도 및 체적 변화량을 산출하여 충전량 보정 및 압력용기의 안전성을 판단하고, 보정된 충전 량을 금액으로 환산하는 제어부와;
    상기 제어부에서 산출한 정보를 제공받아 사용자에게 알려주는 표시부를 구비하되, 상기 기준용기에 압력센서와 온도센서를 설치하여 충전되는 가스연료의 압력과 온도를 검출하고, 상기 기준용기를 제1 자동밸브와 제2 자동밸브 사이에 설치하여 압력용기에 가스 연료를 충전하기 전과 후의 압력과 온도를 검출하는 기준을 제공하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력용기 정보 획득 장치는 제어부와 연결되어 압력용기의 체적정보를 입력받아 제어부에 송출하고,
    상기 제1 자동밸브는 저장탱크와 기준용기 사이에 설치되어 저장탱크의 가스를 기준용기로 공급하거나 차단하고,
    상기 제2 자동밸브는 기준용기와 충전노즐 사이에 설치되어 기준용기의 가스를 충전노즐로 공급하거나 차단하고,
    상기 제어부는 압력센서와 온도센서에 연결되어 압력용기의 안전성과 충전량 및 충전 금액을 산출하여 표시부에 제공하고,
    상기 표시부는 제어부와 연결되어 제어부에서 제공받은 정보를 문자 또는 음성으로 알려주는 것을 특징으로 하는 압력과 체적을 이용한 압력용기의 가스유량 측정 시스템.
  3. 압력용기에 충전되는 연료가스 충전량을 측정하는 방법에 있어서,
    질량 유량계를 이용하지 않고 압력센서와 온도센서를 설치한 기준용기를 사용하여, 충전하는 연료가스의 압력과 온도를 측정하고, 압력용기의 체적을 입력받거나 측정하여 압력용기에 충전되는 연료가스의 충전량을 산출하는 것을 특징으로 하는 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    제2 자동밸브가 닫혀 있는 상태에서 제1 자동밸브를 개방하여 저장탱크의 가스연료를 기준용기에 공급하고 기준용기의 압력과 온도를 검출하여 제어부로 송출한 다음 제1자동 밸브를 폐쇄하는 기준용기의 초기 압력값과 초기 온도값 검출단계(S1~S3)와;
    가스연료 공급대상 압력용기의 기본정보를 수집하는 기본정보 수집단계(S4)와;
    상기 압력용기에 충전하는 가스연료의 충전 목표치를 설정하는 설정단계(S5)와;
    제2 자동밸브를 개방하여 기준용기와 압력용기의 압력과 온도를 동일하게 형성하고 이 상태의 압력과 온도를 검출하여 제어부에 송출하는 압력용기의 충전 전 압력 값과 충전 전 온도값 검출단계(S6~S7)와;
    압력용기의 체적 정보 획득 유무에 따라, 충전을 시작하는 경우와 체적을 알기 위하여 후속 단계 수행 여부를 판단하는 충전 진행여부 판단 단계(S8)와;
    압력용기의 체적을 알기 위하여 제2 자동밸브를 닫고, 제1자동밸브를 열어 기준용기의 압력과 온도를 측정하여 제어부에 송출하고, 제1자동밸브를 닫고 제2자동밸브를 열어 기준용기와 압력용기를 동압으로 형성하여 압력과 온도를 측정하고 이를 제어부에 송출하여 압력용기의 체적을 산출하는 압력용기 체적정보 획득단계(S9~S13)와;
    압력용기의 체적 정보를 획득한 다음 제1 자동밸브를 열어 저장탱크로부터 압력용기로 가스연료를 충전하는 압력용기 충전단계(S14)와;
    충전량이 목표 충전량에 도달하여 압력용기와 기준용기의 가스가 동압 등온이 된 상태에서 제1자동밸브를 닫고 압력과 온도를 검출하여 제어부에 송출하는 압력용기의 충전 후 압력 값과 온도 값 검출단계(S15~17)와;
    압력용기에서 충전 노즐을 분리하는 충전완료 단계(S18)와;
    상기 제어부에서 산출된 충전 전후의 가스연료 체적의 차이에 충전 전 압력 및 온도 검출단계에서 기준용기로부터 압력용기로 이동한 가스연료량과 압력용기의 온도 또는 체적 변동에 따른 연료가스 보정량을 산출하여 압력용기 충전량을 산출하고, 이를 공급량과 대비하여 설정치 초과여부를 판단하는 압력용기 충전량 산출단계(S19)와;
    압력용기의 충전량과 설정치의 일치여부를 산출하여 압력용기의 상태를 검사하고 충전량을 금액으로 환산한 금액 및 안전성을 표시부에 문자 또는 음성으로 알려주는 알림단계(S20~S21)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 압력과 체적을 이용한 압력용기의 연료가스 충전량 측정 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기본정보 수집단계에는 ECU 또는 RF태그, 또는 POS를 이용하여 압력용기의 체적 정보와 최고 충전 압력 정보를 제어부에서 입력받는 단계를 포함하고,
    상기 압력용기 충전량 산출단계에는 기준용기에서 공급한 가스량과 압력용기에 공급된 가스연료 량의 차이가 설정값을 초과하면 압력용기의 안전성 이상으로 판정하고 표시부에 압력용기의 안전성 이상 정보를 전송하면서 경보음을 발생시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력과 체적을 이용한 압력용기의 충전량 측정 방법.


















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