KR101340314B1 - 개별적으로 사용되는 수소 고압용기의 충전상태를 모니터링하고 수소를 충전 및 방출하는 기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 개별적으로 사용되는 수소 고압용기(10)의 충전상태를 모니터링하고 수소를 충전 및 방출하는 기구에 있어서: 상기 수소 고압용기(10)의 개구에 해체 가능하게 설치되고, T자형의 유로 상에 온도센서(22)와 압력센서(24)를 구비하여 수소의 온도와 압력을 검출하는 검출몸체(20); 상기 검출몸체(20)의 T자형 유로 일측에 수소의 충전을 위해 형성되는 충전소켓(35)과, 수소의 충전시 역류를 방지하기 위해 설치되는 체크밸브(33)를 구비하는 충전부(30); 상기 검출몸체(20)의 T자형 유로의 타측에 형성되어 방출되는 수소 유로를 개폐하는 솔레노이드밸브(43)와, 상기 솔레노이드밸브(43)의 일측에 설치되고 방출되는 수소의 압력을 감압하는 레귤레이터(45) 및 상기 레귤레이터(45)의 일측에 설치되어 방출되는 수소를 외부의 이격된 위치로 방출하도록 하는 플레시블튜브(41)를 포함하여 구성되는 방출부(40); 상기 검출몸체(20)의 외부에 설치되어 주변의 수소누출을 검출하는 수소센서(26); 상기 검출몸체(20)에 구비된 온도센서(22), 압력센서(24) 및 수소센서(26)에 전원을 공급하는 배터리(52) 또는 외부전원 스위치와, 상기 온도센서(22), 압력센서(24) 및 수소센서(26)에서 생성된 신호를 원격신호로 변환하여 송신하는 통신모듈(56)을 구비하는 신호처리부(50); 및 상기 신호처리부(50)의 신호단자(54) 또는 통신모듈(56)에서 신호를 받아 수소 고압용기(10)의 수소 온도와 압력정보 및 잔량을 디스플레이하는 표시기(15);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 수소충전소 또는 연구소실험실 등에서 개별적으로 사용되는 수소 고압용기의 충전상태를 신속하고 안전하게 모니터링할 수 있는 효과가 있다.

Description

개별적으로 사용되는 수소 고압용기의 충전상태를 모니터링하고 수소를 충전 및 방출하는 기구{Charging and discharging of hydrogen and, charging status monitoring device of hydrogen high pressure vessel for using separately}

본 발명은 개별적으로 사용되는 개별적으로 사용되는 수소 고압용기의 충전상태를 모니터링하고 수소를 충전 및 방출하는 기구에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 수소충전소 또는 연구소실험실 등에서 개별적으로 사용되는 수소 고압용기의 충전상태를 신속하고 안전하게 모니터링하기 위한 개별적으로 사용되는 수소 고압용기의 충전상태를 모니터링하고 수소를 충전 및 방출하는 기구에 관한 것이다.

국내의 경우 2015년 이후 연료전지 자동차의 실용화가 가능할 것으로 예상되는 가운데 버스를 비롯한 대형 차량에서의 운행 안정성을 마련하는 방안이 시급하다. 이러한 방안은 수소를 차량에 안전하게 저장하고 공급하는 문제 외에 개별 고압용기의 압력과 온도 등을 용이하게 인식하는 문제도 포함한다. 이와 관련되는 선행특허로서 한국 공개특허공보 제1998-038647호의 "수소 엔진용 메탈 하이드라이드 탱크의 잔류 연료량 측정장치", 한국 공개특허공보 제2011-0003142호의 "산업용기기 원격 제어 시스템" 등이 알려져 있다.

한국 공개특허공보 제1998-038647호는 수소 연료 주입구, 압력조정기(Pressure Regulator), 온도 및 압력센서, 엔진 콘트롤 유니트(ECU), 상기 ECU의 지시에 따라 잔류연료량을 표시하는 인디게이터인 유량계에 있어서, 상기 수소 연료 주입 및 사용통로 파이프내의 임의 위치에 설치한 터빈 블레이드(Turbine blade)와, 상기 터빈 블레이드의 회전방향 및 회전수를 측정하는 좌,우 검출기(Detector)와, 상기 좌,우 검출기에 의한 검출신호와 상기 온도 및 압력센서에 의한 검출신호 및 엔진 콘트롤 유니트를 포함하는 구성을 제안한다. 이에 따라, 메탈 하이드라이드 탱크내의 연료 잔류량을 보다 정확하게 측정 및 표시할 수 있고, 그 구성이 간단하여 제작비용의 저렴화를 꾀할 수 있는 효과를 기대한다.

한국 공개특허공보 제2011-0003142호는 산업용기기의 공조상태를 제어하는 산업용기기 제어장치와, 산업용기기를 원격 제어하는 웹 콘트롤러를 포함한다. 웹 콘트롤러는 냉난방 공조기기용 마이컴 콘트롤러로부터 산업용기기의 상태정보를 RS-485 통신방식을 통해 전달받아 산업용기기의 공조상태를 인터넷을 이용하여 실시간으로 모니터링하고, 모니터링 결과, 최적의 공조상태를 유지하기 위한 온도, 습도, 압력, 또는 공기청정도 등을 원격제어할 수 있는 제어신호를 인터넷 통신망을 통해 상기 산업용기기 제어장치로 전송하도록 하는 마이컴 컨트롤러를 포함한다. 이에 따라, 산업현장에 산재된 산업용기기를 원격에서 자동으로 모니터링하여 추가 인력을 줄이고 에너지 관리를 효율적으로 하는 효과를 기대한다.

그러나, 상기한 선행특허에 의하면 차량 또는 산업설비에 설치된 상태의 탱크를 감지하는 것을 요지로 하므로 개별적으로 사용되는 수소 고압용기의 내부상태를 정확하게 판단하기에 한계성을 보인다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 수소충전소 또는 연구소실험실 등에서 개별적으로 사용되는 수소 고압용기의 충전상태를 신속하고 안전하게 모니터링하기 위한 개별적으로 사용되는 수소 고압용기의 충전상태를 모니터링하고 수소를 충전 및 방출하는 기구를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 개별적으로 사용되는 수소 고압용기의 충전상태를 모니터링하고 수소를 충전 및 방출하는 기구에 있어서: 상기 수소 고압용기의 개구에 해체 가능하게 설치되고, T자형의 유로 상에 온도센서와 압력센서를 구비하여 수소의 온도와 압력을 검출하는 검출몸체; 상기 검출몸체의 T자형 유로 일측에 수소의 충전을 위해 형성되는 충전소켓(35)과, 수소의 충전시 역류를 방지하기 위해 설치되는 체크밸브를 구비하는 충전부; 상기 검출몸체의 T자형 유로의 타측에 형성되어 방출되는 수소 유로를 개폐하는 솔레노이드밸브와, 상기 솔레노이드밸브의 일측에 설치되고 방출되는 수소의 압력을 감압하는 레귤레이터 및 상기 레귤레이터의 일측에 설치되어 방출되는 수소를 외부의 이격된 위치로 방출하도록 하는 플레시블튜브를 포함하여 구성되는 방출부; 상기 검출몸체의 외부에 설치되어 주변의 수소누출을 검출하는 수소센서; 상기 검출몸체에 구비된 온도센서, 압력센서 및 수소센서에 전원을 공급하는 배터리 또는 외부전원 스위치와, 상기 온도센서, 압력센서 및 수소센서에서 생성된 신호를 원격신호로 변환하여 송신하는 통신모듈을 구비하는 신호처리부; 및 상기 신호처리부의 신호단자 또는 통신모듈에서 신호를 받아 수소 고압용기의 수소 온도와 압력정보 및 잔량을 디스플레이하는 표시기;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 검출몸체는 주변의 외기에서 수소를 검출하는 수소센서를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 충전부는 수소의 충전중 역류를 방지하도록 체크밸브를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 방출부는 수소를 외부의 이격된 위치로 방출하도록 플렉시블튜브를 개재하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 신호처리부는 검출몸체에서 생성된 신호를 원격으로 전송하도록 통신모듈을 구비하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 수소충전소 또는 연구소실험실 등에서 개별적으로 사용되는 수소 고압용기의 충전상태를 신속하고 안전하게 모니터링할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기구의 요부를 모식적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명에 따른 기구의 회로 연결 상태를 나타내는 블록도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 수소 연료전지 차량 등에 개별적으로 사용되는 수소 고압용기(10)의 충전상태를 모니터링하고 수소를 충전 및 방출하는 기구에 관련된다. 수소 연료전지 차량의 경우 복수의 수소 고압용기(10)를 탑재하면서 그 내부 상태(온도, 압력, 잔량 등)를 실시간으로 감시하는 구성이 필수적이다. 다만, 수소충전소 또는 연구소실험실 등에서 개별적으로 사용되는 수소 고압용기(10)는 내부 상태를 신속하게 판단하기 곤란하여 불편을 초래하는 것은 물론 안전사고의 위험성도 있다.

본 발명에 따르면 수소 고압용기(10)의 개구에 검출몸체(20)가 설치되어 온도와 압력을 검출한다. 수소 고압용기(10)의 수소 압력 350bar를 기준으로 하는 경우 검출몸체(20)의 설계 압력은 700bar 내외로 하는 것이 좋으나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 검출몸체(20)는 T자형의 유로를 지니고 수소 고압용기(10)의 상단 개구에 해체 가능하게 설치된다. 온도센서(22)의 감지 범위는 -35 ~ 85℃로 하고, 압력센서(24)의 감지 범위는 0 ~ 700bar로 한다.

이때, 상기 검출몸체(20)는 주변의 외기에서 수소를 검출하는 수소센서(26)를 더 구비한다. 온도센서(22)와 압력센서(24)는 검출몸체(20)의 유로 상에 설치되는 반면 수소센서(26)는 검출몸체(20)의 외부에 설치되어 주변의 수소누출을 검출한다. 수소센서(26)의 수소누출량 감지 범위는 0 ~ 2%로 하며, 센서의 전기적 방전에 의한 수소 폭발 가능성을 배제하도록 광학적 방식을 적용할 수도 있다.

또, 본 발명에 따르면 충전부(30)가 상기 검출몸체(20)의 일측 유로에 충전소켓(35)을 구비한다. 충전소켓(35)은 검출몸체(20)와 동일한 설계 압력으로 하며, 밀폐형 리셉터클(receptacle) 구조를 택할 수 있다.

이때, 상기 충전부(30)는 수소의 충전중 역류를 방지하도록 체크밸브(33)를 구비한다. 체크밸브(33)는 충전소켓(35)과 함께 검출몸체(20)의 일측 유로에 설치되어 수소 고압용기(10) 내의 수소 방출을 차단한다.

또, 본 발명에 따르면 방출부(40)가 상기 검출몸체(20)의 타측의 방출 유로에는 방출 유로를 개폐하는 솔레노이드밸브(43)와 레귤레이터(45)를 구비한다. 솔레노이드밸브(43)는 수소 연료전지 차량용을 사용하며 작동 전압은 DC 12V로 한다. 레귤레이터(45)는 수소 고압용기(10) 내부의 수소를 설정된 압력으로 방출하기 위한 감압 기능을 수행한다. 레귤레이터(45)의 입력압력을 700bar를 기준으로 하는 경우 출력압력이 최대 15bar 정도로 한다.

이때, 상기 방출부(40)는 수소를 외부의 이격된 위치로 방출하도록 플렉시블튜브(41)를 개재한다. 플렉시블튜브(41)는 검출몸체(20)에서 주변(설치현장)의 간섭을 피하면서 원하는 위치로 유로를 형성하도록 충분한 길이로 형성된다. 플렉시블튜브(41)의 재질은 스테인레스강이 적절하며 내압은 20~50bar 범위로 하고 내경은 10㎜ 내외로 한다.

또, 본 발명에 따르면 신호처리부(50)가 상기 검출몸체(20)에 전원을 공급하여 신호를 생성하는 구조이다. 신호처리부(50)의 배터리(52)는 온도센서(22), 압력센서(24), 수소센서(26)에 전원을 공급하는 것으로 온 상태에서 최소 35분 이상 전원투입이 가능하도록 한다. 물론 배터리(52)의 전원이 별도의 스위치(도시 생략)를 거치도록 하면 사용시간이 증대된다. 신호처리부(50)의 신호단자(54)는 온도센서(22), 압력센서(24), 수소센서(26)에서 생성된 신호를 외부에 보내는 단자를 의미하지만, 외부의 전원(AC 220V 또는 DC 12V)을 투입하는 단자를 포함할 수도 있다. 후자의 경우 배터리(52) 또는 외부전원을 선택하는 스위치를 설치한다.

이때, 상기 신호처리부(50)는 검출몸체(20)에서 생성된 신호를 원격으로 전송하도록 통신모듈(56)을 구비한다. 통신모듈(56)은 온도센서(22), 압력센서(24), 수소센서(26)의 신호를 원격신호로 변환하여 무선으로 전송한다. 무선전송 방식은 무선랜, 적외선(IrDA : Infrared Data Association), 블루투스(Bluetooth), 지그비(Zigbee) 중에서 선택할 수 있다.

한편, 본 발명에 의하면 신호처리부(50)의 신호단자(54) 또는 통신모듈(56)에서 신호를 받는 표시기(15)가 사용된다. 표시기(15)는 특정 수소 고압용기(10)의 내부 수소에 대한 온도와 압력정보와 함께 기체상태방정식을 기반으로 수소의 잔량을 연산하여 디스플레이하는 기능도 지닌다. 물론 표시기(15)의 입력부를 조작하여 솔레노이드밸브(43)를 개방하면 수소 고압용기(10)의 수소를 원하는 용량으로 방출할 수도 있다.

이와 같은 본 발명의 기구는 수소 고압용기(10)에 다단계로 질소를 충전하면서 수소를 희석하여 모두 배출하는 경우에도 유효하게 사용되며, 이 경우 검출몸체(20)를 비롯한 전체를 용이하게 해체하여 다른 고압용기에 재활용할 수도 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 수소 고압용기 15: 표시기
20: 검출몸체 22: 온도센서
24: 압력센서 26: 수소센서
30: 충전부 33: 체크밸브
35: 충전소켓 40: 방출부
41: 플렉시블튜브 43: 솔레노이드밸브
45: 레귤레이터 50: 신호처리부
52: 배터리 54: 신호단자
56: 통신모듈

Claims (5)

1. 개별적으로 사용되는 수소 고압용기(10)의 충전상태를 모니터링하고 수소를 충전 및 방출하는 기구에 있어서:
   상기 수소 고압용기(10)의 개구에 해체 가능하게 설치되고, T자형의 유로 상에 온도센서(22)와 압력센서(24)를 구비하여 수소의 온도와 압력을 검출하는 검출몸체(20);
   상기 검출몸체(20)의 T자형 유로 일측에 수소의 충전을 위해 형성되는 충전소켓(35)과, 수소의 충전시 역류를 방지하기 위해 설치되는 체크밸브(33)를 구비하는 충전부(30);
   상기 검출몸체(20)의 T자형 유로의 타측에 형성되어 방출되는 수소 유로를 개폐하는 솔레노이드밸브(43)와, 상기 솔레노이드밸브(43)의 일측에 설치되고 방출되는 수소의 압력을 감압하는 레귤레이터(45) 및 상기 레귤레이터(45)의 일측에 설치되어 방출되는 수소를 외부의 이격된 위치로 방출하도록 하는 플레시블튜브(41)를 포함하여 구성되는 방출부(40);
   상기 검출몸체(20)의 외부에 설치되어 주변의 수소누출을 검출하는 수소센서(26);
   상기 검출몸체(20)에 구비된 온도센서(22), 압력센서(24) 및 수소센서(26)에 전원을 공급하는 배터리(52) 또는 외부전원 스위치와, 상기 온도센서(22), 압력센서(24) 및 수소센서(26)에서 생성된 신호를 원격신호로 변환하여 송신하는 통신모듈(56)을 구비하는 신호처리부(50); 및
   상기 신호처리부(50)의 신호단자(54) 또는 통신모듈(56)에서 신호를 받아 수소 고압용기(10)의 수소 온도와 압력정보 및 잔량을 디스플레이하는 표시기(15);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 개별적으로 사용되는 수소 고압용기의 충전상태를 모니터링하고 수소를 충전 및 방출하는 기구.
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