KR102614521B1 - 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 DECANT Panel과 PRIORITY Panel에 기계적 진동과 유체의 흐름/정지를 완화시켜 줄 수 있도록 구현한 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬에 관한 것으로, 수소 가스를 저장해 두는 튜브 트레일러로부터 공급되는 수소를 전달받아 압축기 패키지로 공급하는 수소 공급 판넬; 및 상기 압축기 패키지에 의해 수소가 저장된 수소 저장 용기에 저장해 둔 수소를 수소 차량의 수소 충전을 위한 충전기로 공급하는 우선 순위 판넬;을 포함한다.

Description

압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬{Hydrogen panel with pressure buffer function}
본 발명은 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 DECANT Panel과 PRIORITY Panel에 기계적 진동과 유체의 흐름/정지를 완화시켜 줄 수 있도록 구현한 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬에 관한 것이다.
연료전지는 연료와 산화제를 전기화학적으로 반응시켜 전기에너지를 발생시킨다. 연료를 소모시키며 전력을 생산하기 때문에 일회용 전지나 충전식 전지와 달리 연료만 공급되면 계속해서 사용할 수 있고, 연료를 연소시키는 것이 아니어서 반응 후 열과 물만 배출하기 때문에 환경 친화적이어서 차세대 동력원으로 각광받고 있다.
연료전지 시스템은 크게 수소탱크로 이루어진 수소저장부, 수소공급장치, 공기공급장치, 열관리장치 및 연료전지 본체인 연료전지스택으로 이루어진다.
현재까지 상용화 된 수소연료전지차량의 수소저장시스템은 700bar 이상의 고압으로 수소기체를 압축하여 저장하는 방식, -253℃의 극저온으로 수소를 액화시켜 저장하는 방식, 금속수소화물(Metal Hydride)을 사용하여 수소기체를 화합물에 흡/탈착시켜 저장하는 방식, 메탄올을 저장한 후 개질하여 수소를 공급하는 방식으로 대표된다.
액화수소 방식은 수소를 액화시킴으로써 적은 부피에 많은 양의 수소를 저장할 수 있으나, 수소를 액화시키기 위해서는 극저온을 유지해야 하므로 이에 많은 에너지가 소모되기 때문에 차량에 사용되기에는 부적절하다.
금속수소화물을 사용한 저장은 수소를 화합물에 흡착시켜 이론적으로는 저압에서 많은 양의 수소를 저장할 수 있다는 장점과 폭발성이 없어진다는 안전성의 장점을 보유하고 있으나 현재까지 섭씨 100도 이상의 온도에서 작동하고, 수소의 흡/탈착 속도가 느리기 때문에 이를 해결해야 하는 추가적인 문제가 있다.
수소기체를 압축하여 저장하는 시스템은 수소기체를 고압으로 압축하기 때문에 안정성 문제가 있고, 또한 저장 되는 수소의 양이 충분하지 못한 문제가 있다.
연료 전지는 연료의 산화에 의해 발생하는 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 수단으로서, 수소가 음극에 공급되어 전기적인 산화를 일으키고, 산화제인 산소가 양극에 공급되어 전기적인 환원을 일으킨다.
산화와 환원으로 전자가 이동하게 됨에 따라 전기 에너지가 발생하는데, 단위 전지에서 발생하는 전기 에너지는 미미하기 때문에, 연료 전지는 수십 내지 수백 개의 단위 전지를 적층한 스택 형태로 구성된다.
일반적으로 연료 전지 스택은 수소와 산소를 공급받아 전기 에너지를 발생시키고, 수소의 효율을 높이기 위해, 반응하지 않은 수소가 다시 공급되도록 구성된다.
수소 차량에 수소가스를 충전 중 또는 충전완료 후 후속차량 충전시 중압 압축기, 고압압축기가 가동/정지를 반복하고 있다.
이때, [수소공급판넬 - 압축기 - 수소저장용기 - 우선순위판넬]을 연결해 주는 배관(Tubing, Fitting류)에 반복적인 진동과 유체의 흐름/정지가 지속적으로 전달된다.
수소충전소 배관류의 접속은 용접식에 비해 나사식의 장점이 많아 나사식을 적용하고 있다.
나사식 연결 부분에 지속적인 진동과 유체의 흐름/정지의 반복은 설비의 수명단축, 피로도 증가되고, 경년화에 따르는 유지보수 횟수 증가가 우려된다.
법적 하자기간 내 신규설비의 유지보수 빈도와 횟수는 국내 정량적으로 측정된 바가 없다.
현재 수소충전소 가동시간은 초기상태이므로 짧으나 향후 가동시간은 증가될 것이다.
향후 수소차량 증가와 충전설비 노후화 및 설비 가동시간 증가로 누설 및 부품교체 등 빈도가 늘어날 전망이며 부품교체를 위해 설비 가동중단이 필요하다.
향후 설비노후 및 피로도 증가로 문제인식 높아지면 본 특허 아이디어 제품의 필요성이 급부상 할 것으로 예상된다.
한편, 전술한 배경 기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.
한국공개특허 제10-2023-0046725호 (2023.04.06. 공개)
본 발명의 일측면은 DECANT Panel과 PRIORITY Panel에 기계적 진동과 유체의 흐름/정지를 완화시켜 줄 수 있는 버퍼형 소형압력탱크를 설치하여 진동 및 유체흐름 단속현상을 완화시킬 수 있도록 구현한 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬을 제공한다.
본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬은, 수소 가스를 저장해 두는 튜브 트레일러로부터 공급되는 수소를 전달받아 압축기 패키지로 공급하는 수소 공급 판넬; 및 상기 압축기 패키지에 의해 수소가 저장된 수소 저장 용기에 저장해 둔 수소를 수소 차량의 수소 충전을 위한 충전기로 공급하는 우선 순위 판넬;을 포함한다.
일 실시예에서, 상기 우선 순위 판넬은, 다른 구성들과의 연결을 위해 구비되는 나사 접속식 구조로 이루어지는 배관의 나사식 연결 부분에 발생될 수 있는 기계적 진동의 완화 및 유체 흐름 단속 현상의 완화를 위해 제2 버퍼형 소형 압력 탱크를 구비할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 수소 저장 용기는, 상기 압축기 패키지에서 중압으로 승압되어 공급되는 수소를 저장해 두는 중압 저장 용기; 및 상기 압축기 패키지에서 고압으로 승압되어 공급되는 수소를 저장해 두는 고압 저장 용기;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 압축기 패키지는, 상기 수소 공급 판넬로부터 공급되는 수소를 중압으로 승압시켜 상기 중압 저장 용기로 공급하는 중압 압축기; 및 상기 중압 저장 용기에 저장되어 있는 중압의 수소를 고압으로 승압시켜 상기 고압 저장 용기로 공급하는 고압 압축기;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬은, 상기 수소 공급 판넬에 설치되어 상기 수소 공급 판넬에 부착되어 있는 이물질을 제거하는 동시에 상기 수소 공급 판넬의 상태를 실시간 모니터링하는 다기능 판넬 청소부;를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다기능 판넬 청소부는, 상기 수소 공급 판넬의 전면 상단을 따라 좌우 수평 방향으로 연장 형성되는 수평 이동 레일; 상기 수평 이동 레일에 맞물려 연결 설치되어 상기 수평 이동 레일을 따라 수평 이동하는 수평 프레임; 및 상기 수평 프레임의 전단으로부터 상기 수소 공급 판넬의 전면과 대향하도록 하측 직각 방향으로 절곡 형성되어 상하 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 프레임;으로 이루어지는, 수직 이동 레일; 및 상기 수소 공급 판넬의 전면과 대향하는 상기 수직 프레임의 후단에 맞물려 연결 설치되어 상하 수직 방향으로 슬라이딩 이동하면서 상기 수소 공급 판넬의 전면 방향으로 압축 공기를 분사하는 동시에 상기 수소 공급 판넬의 전면의 영상을 촬영하는 다기능 모듈;을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 다기능 모듈은, 수직 프레임의 후단을 따라 상하 방향으로 슬라이딩 이동하는 슬라이더; 상기 슬라이더에 설치되어 상기 수소 공급 판넬의 전면 방향으로 압축 공기를 분사하는 공기 분사부; 상기 슬라이더에 설치되며, 발광되어 상기 수소 공급 판넬의 전면 방향으로 빛을 조사하는 조명부; 및 상기 슬라이더에 설치되며, 상기 수소 공급 판넬의 전면의 영상을 촬영하는 촬영부;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 공기 분사부는, 압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급 장치; 상기 압축 공기 공급 장치로부터 공급되는 압축 공기를 전단으로부터 내부 공간을 경유시킨 뒤 상기 슬라이더의 후방으로 배출시킬 수 있도록 상기 슬라이더의 후단으로 개구부를 형성하면서 상기 슬라이더의 내측을 따라 수평 방향으로 연장 형성되는 공기 배출 통로; 상기 공기 배출 통로의 후단에 형성되는 구체 안착홈; 원형의 구 형태로 형성되어 상기 구체 안착홈에 회전 가능하도록 안착되며, 회전하는 동시에 상기 공기 배출 통로를 경유하고 이동한 압축 공기를 상기 슬라이더의 후방으로 배출시켜 줄 수 있도록 전후 방향으로 연통 형성되는 다수 개의 공기 배출로를 형성하는 회전 구체; 상기 공기 배출 통로의 후단으로 노출되는 상기 회전 구체의 전단을 체결한 상태로 상기 공기 배출 통로에 회전 가능하도록 연결 설치되며, 상기 공기 배출 통로의 전단으로부터 후단으로 이동되는 압축 공기에 의해 회전되어 상기 회전 구체를 함께 회전 구동시켜 주는 구체 회전 유도부; 및 상기 구체 안착홈에서 상기 회전 구체를 지지하는 동시에 회전을 유도하는 구체 지지부;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 구체 회전 유도부는, 상기 공기 배출 통로의 후단으로 노출되는 상기 회전 구체의 전단을 체결하며, 회전되어 상기 회전 구체를 회전 구동시켜 주는 회전축; 상기 회전축의 전단에 회전 가능하도록 연결 설치되는 거치 베어링; 상기 거치 베어링과 상기 공기 배출 통로 사이에 설치되어 상기 거치 베어링을 지지하는 베어링 지지대; 및 상기 회전축을 따라 사선 방향으로 연장 형성되며, 상기 공기 배출 통로를 따라 이동되는 압축 공기에 의해 회전되어 상기 회전축을 함께 회전시켜 주는 나선 날개;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 구체 지지부는, 원형의 링 형태로 형성되는 지지링; 상기 지지링이 안착될 수 있도록 상기 회전 구체의 둘레를 따라 연장 형성되는 링 안착홈; 및 일단이 상기 구체 안착홈에 연결 설치되고 타단이 상기 지지링에 연결 설치되어 상기 지지링을 지지하는 다수 개의 링 거치대;를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 링 거치대는, 상기 지지링의 외주면에 형성되는 핀 설치홈; 상기 핀 설치홈과 대향하면서 상기 구체 안착홈에 회전 가능하도록 연결 설치되는 안착 구체; 및 일단이 상기 구체 안착홈으로 노출되는 상기 안착 구체에 설치되고, 타단이 상기 핀 설치홈에 회동 가능하도록 연결 설치되어 상기 지지링을 지지하는 지지핀;을 포함할 수 있다.
상술한 본 발명의 일측면에 따르면, DECANT Panel과 PRIORITY Panel에 기계적 진동과 유체의 흐름/정지를 완화시켜 줄 수 있는 버퍼형 소형압력탱크를 설치하여 진동 및 유체흐름 단속현상을 완화시킴으로써, 설비 유지보수비용 절감, 설비 수명연장 및 충전소 고장으로 가동정지 빈도 감소, 제품화 및 사업화시 경제적 가치가 상승할 것으로 사료되고, 설비 개선의 효과로 기존 설비 교체수요도 발생할 것으로 전망된다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 종래 수소 공급 시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 3은 도 2의 수소 공급 판넬을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 2의 우선 순위 판넬을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 사용되는 연결용 자재들을 보여주는 도면이다.
도 6은 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬에서 사용되는 누설 확인용 비눗물 시험을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 8은 도 7의 다기능 모듈을 보여주는 도면이다.
도 9 내지 도 11은 도 8의 구체 지지부를 보여주는 도면들이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬(10)은, 수소 공급 판넬(200) 및 우선 순위 판넬(500)을 포함한다.
튜브 트레일러(100)는, 수소 가스를 저장해 두며, 저장된 수소가스(50~200bar)는 안정적으로 수소 공급 판넬(200)을 거쳐 압축기 패키지(300)에 공급된다.
수소 공급 판넬(DECANT Panel)(200)은, 수소 가스를 저장해 두는 튜브 트레일러(100)로부터 공급되는 수소를 전달받아 압축기 패키지(300)로 공급한다.
일 실시예에서, 수소 공급 판넬(200)은, 다른 구성들과의 연결을 위해 구비되는 나사 접속식 구조로 이루어지는 배관의 나사식 연결 부분에 발생될 수 있는 기계적 진동의 완화 및 유체 흐름 단속 현상의 완화를 위해 제1 버퍼형 소형 압력 탱크(210)를 구비할 수 있다.
튜브 트레일러(100)에 수소가스는 압축형태로 저장되어 이송된 수소가스는 50~200bar의 압력범위, 평균온도.30℃로 플렉시블 연결장치를 통해 수소 공급 판넬(200)넬을 거쳐 압축기 패키지(300)에 공급된다
질량 유량계는 수소가스량을 측정되며, 압력계는 50~200bar의 수소가스 압력을 측정하고 압력 전송기를 통해 신호를 전송해 비상시 차단하거나 방출하는 설비로 전달된다
압축기 패키지(300)는, 수소 공급 판넬(200)로부터 공급되는 수소를 승압시켜 공급한다.
일 실시예에서, 압축기 패키지(300)는, 중압 압축기(310) 및 고압 압축기(320)를 포함할 수 있다.
중압 압축기(310)는, 수소 공급 판넬(200)로부터 공급되는 수소를 480bar의 중압으로 승압시켜 중압 저장 용기(410)로 공급한다.
튜브 트레일러(100)에서 공급되는 50~200bar의 수소가스는 중압 압축기(310)에서 250~480bar로 압력이 상승된다
수소압축시 압축기에서 150℃ 상승되는 수소온도는 칠러의 Water Cooling Line을 통해 열교환하며 수소온도를 150℃에서 45℃까지 낮춘다.
프로세스 온도를 확인하기 위해 각각 열교환 전후단에 온도계를 설치한다.
열교환 전단, 후단에는 온도감지기에서 온도를 감지하여 트랜스미터를 통해 High, Low 온도시 알람과 동시에 압축기를 Shut down한다.
중압 압축기(310) 후단 압력계는 수소 토출압력을 측정하여 압력 트랜스미터를 통해 과압을 방지하며 단계별로 Auto Stop 또는 Shut down된다.
고압 압축기(320)는, 중압 저장 용기(410)에 저장되어 있는 중압의 수소를 870bar의 고압으로 승압시켜 고압 저장 용기(420)로 공급한다.
고압 압축기(320)는 480bar로 저장된 중압 저장 용기(410)로부터 수소를 공급받아 870bar까지 압력을 상승시켜 고압저장용기(420)로 보낸다.
중압 압축기(310)와 동일하게 압축기 전후단에 압력계를 설치하고 중압 압축기(310) 후단의 안전밸브와 동일한 값의 안전밸브를 고압 압축기(320) 전단에 설치한다.
전단 압력계는 수소인입압력을 측정하며 압력 트랜스미터를 통해 신호를 전송하며 전단압력이 떨어지면 고압 압축기(320)가 Auto Stop되며 설정치 이상의 압력에서 Shut down된다.
후단의 안전밸브는 설정치 이상시 외부로 수소가스를 방출한다.
후단 압력계는 토출압력의 이상발생시 압축기를 shutdown 시키며 후단압력이 설정치 이상 압력에서는 Auto Stop 또는 Shut down을 설정한다.
고압 압축기(320)의 압축 후 수소의 온도는 약 150℃이며 칠러의 냉각수로 열교환이후에는 45℃로 내려간다
이를 확인하기 위하여 온도 트랜스미터를 설치한다.
열교환되는 원리는 중압압축기와 동일하다.
수소 저장 용기(400)는, 압축기 패키지(300)로부터 공급되는 수소를 저장해 둔다.
일 실시예에서, 수소 저장 용기(400)는, 중압 저장 용기(410) 및 고압 저장 용기(420)를 포함할 수 있다.
중압 저장 용기(410)는, 압축기 패키지(300)의 중압 압축기(310)에서 480bar의 중압으로 승압되어 공급되는 수소를 저장해 둔다.
480bar로 압축된 수소가스는 3기의 중압 저장 용기(410)에 저장된다.
중압 저장 용기(410) 3기의 저장용량은 803L, 설계압력 700bar, 상용압력 480bar이다.
효율적인 Cascade방식을 구현하기 위해 각각 저장용기의 개별제어방식보다는 3개의 용기를 통합하여 사용한다,
중압 저장 용기(410) 전후단에 압력계를 각각 설치하여 수소의 압력을 측정하고 후단 압력 트랜스미터를 통해 신호를 전송하여 전후단에 있는 자동밸브를 제어한다.
중압 저장 용기(410) 후단 고압 압축기(320) 공급배관에 자동밸브과 디스펜서 공급배관에 자동밸브를 각각 설치하여 중압공급 후 고압공급과 고압압축의 상황에 맞도록 로직을 구성한다.
2개의 자동밸브가 동시에 열리는 경우는 없으며 이상과압시 외부로 방출하는 안전밸브가 있다.
고압 저장 용기(420)는, 압축기 패키지(300)의 고압 압축기(320)에서 870bar의 고압으로 승압되어 공급되는 수소를 저장해 둔다.
870bar로 압축된 수소가스는 3기의 고압 저장 용기(420)에 저장된다.
FIBA사의 고압 저장 용기(420) 제원은 553L, 설계압력 1034bar, 상용압력 870bar이다.
통합저장용기 전후단에 압력계를 각각 설치하여 수소의 압력을 측정하고 후단 압력값으로 전후단에 있는 자동밸브를 제어한다.
고압 저장 용기(420)의 수소인입압력이 870br 이상시 전단의 자동밸브는 차단된다.
후단의 자동밸브는 디스펜서를 통해 차량에 수소충전 시에만 동작이 된다.
용기후단에 설정치에서 작동하는 안전밸브를 설치한다
우선 순위 판넬(PRIORITY Panel)(500)은, 압축기 패키지(300)에 의해 수소가 저장된 수소 저장 용기(400)에 저장해 둔 수소를 수소 차량의 수소 충전을 위한 충전기로 공급한다.
일 실시예에서, 우선 순위 판넬(500)은, 다른 구성들과의 연결을 위해 구비되는 나사 접속식 구조로 이루어지는 배관의 나사식 연결 부분에 발생될 수 있는 기계적 진동의 완화 및 유체 흐름 단속 현상의 완화를 위해 제2 버퍼형 소형 압력 탱크(510)를 구비할 수 있다.
여기서, 수소 충전시 우선 순위 판넬(500)의 제어 순서는 다음과 같다.
1) 충전기(600) 기동 2) 중압 저장 용기(410) 공급(480bar의 용기압력이 차량의 수소탱크 평형압 도달시까지 작동) 3) 고압 저장 용기(420) 공급 4) 중압 압축기(310) 기동, 중압 저장 용기(410) 승압 5) 고압 저장 용기(420) 압력강하, 고압 압축기(320) 가동( 870bar에서 770bar 도달시 고압압축기 가동)
충전기(600)는, 국제코드인 SAE J2601, JPEC-S 0003 등 통신규약을 준수하여 차량으로 차압을 이용하는 Cascade방식으로, 우선 순위 판넬(500)로부터 공급되는 수소를 차량으로 충전시켜 준다.
수소충전을 위해 차량이 진입하면 디스펜서를 통해 수소가 공급된다.
충전기(600) 노즐을 연료탱크 주입구에 연결후 압력 및 온도가 감지되면 충전이 시작된다.
충전기(600)의 압력감지에 의해 공급이 개시되며 중압 저장 용기(410)와 고압 저장 용기(420)의 절체는 유량의 흐름이 0에 가까워 질 때 이루어진다.
충진절차는 먼저 중압 저장 용기(410)에 저장된 480bar의 수소가스가 디스펜서를 통해 중압 저장 용기(410)와 차량의 수소탱크 압력이 평형압이 될 때 까지 중압충전을 실시하며, 중압 저장 용기(410)에서의 흐름이 0에 가까워지면 중압 저장 용기(410)의 공급이 완료된 것으로 본다.
중압 저장 용기(410)의 충전이 완료되면 고압 저장 용기(420)에 저장된 870bar 의 수소가스가 차량에 공급된다.
이때 중압 압축기(310)가 기동되어 중압용기내 압력을 상승시킨다.
고압 저장 용기(420) 충전압이 770bar까지 떨어지면 고압 압축기(320) 가동되어 고압 저장 용기(420)에 압력을 충진시킨다
또한, 압축기(300)의 기동은 저장용기(300)의 압력설정값에 의해 결정된다
상술한 바와 같은 구성을 가지는 수소 공급 시스템(10)은, 프리 쿨러(700)를 더 포함할 수 있다.
프리 쿨러(700)는, 우선 순위 판넬(500)로부터 공급되는 고압의 수소가스를 충전시 효율적으로 충전하기 위해 수소의 온도를 -40 내지 -33℃ 정도까지 냉각시켜 준다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬(10)은, DECANT Panel과 PRIORITY Panel에 기계적 진동과 유체의 흐름/정지를 완화시켜 줄 수 있는 버퍼형 소형압력탱크를 설치하여 진동 및 유체흐름 단속현상을 완화시킴으로써, 설비 유지보수비용 절감, 설비 수명연장 및 충전소 고장으로 가동정지 빈도 감소, 제품화 및 사업화시 경제적 가치가 상승할 것으로 사료되고, 설비 개선의 효과로 기존 설비 교체수요도 발생할 것으로 전망된다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬(20)은, 공급하는 수소 공급 판넬(200), 우선 순위 판넬(500), 및 다기능 판넬 청소부(800)를 포함한다.
여기서, 공급하는 수소 공급 판넬(200), 및 우선 순위 판넬(500)은, 도 2의 구성요소와 동일하므로 설명의 중복을 피하기 위해 그 설명을 생략하기로 한다.
다기능 판넬 청소부(800)는, 수소 공급 판넬(200)에 설치되어 수소 공급 판넬(200)에 부착되어 있는 이물질을 제거하는 동시에 수소 공급 판넬(200)의 상태를 실시간 모니터링한다.
일 실시예에서, 다기능 판넬 청소부(800)는, 수평 이동 레일(810), 수직 이동 레일(820) 및 다기능 모듈(830)을 포함할 수 있다.
수평 이동 레일(810)은, 수소 공급 판넬(200)의 전면 상단을 따라 좌우 수평 방향으로 연장 형성되어 수직 이동 레일(820)가 맞물려 연결 설치되어 수평 이동한다.
수직 이동 레일(820)은, 수평 이동 레일(810)에 맞물려 연결 설치되어 수평 이동 레일(810)을 따라 수평 이동하는 수평 프레임(821), 및 수평 프레임(821)의 전단으로부터 수소 공급 판넬(200)의 전면과 대향하도록 하측 직각 방향으로 절곡 형성되어 상하 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 프레임(822)으로 이루어지며, 수평 이동 레일(810)을 따라 좌우 방향으로 이동하면서 다기능 모듈(830)을 좌우 방향으로 슬라이딩 이동시켜 준다.
다기능 모듈(830)은, 수소 공급 판넬(200)의 전면과 대향하는 수직 프레임(822)의 후단에 맞물려 연결 설치되어 상하 수직 방향으로 슬라이딩 이동하면서 수소 공급 판넬(200)의 전면 방향으로 압축 공기를 분사하는 동시에 수소 공급 판넬(200)의 전면의 영상을 촬영한 뒤 관리자 단말기(설명의 편의상 도면에는 도시하지 않음)로 전송한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬(20)은, 수소 공급 판넬(200)에 설치되어 수소 공급 판넬(200)에 부착되어 있는 이물질을 제거하는 동시에 수소 공급 판넬(200)의 상태를 실시간 모니터링함으로써, 수소 공급 판넬(200)에 먼지 등의 이물질이 부착되어 장비의 오작동을 방지함은 물론, 장치의 노후화를 실시간으로 확인할 수 있다.
도 8은 도 7의 다기능 모듈을 보여주는 도면이다.
도 8을 참조하면, 다기능 모듈(830)은, 슬라이더(831), 공기 분사부(832), 조명부(833) 및 촬영부(834)를 보여주는 도면이다.
슬라이더(831)는, 수직 프레임(822)의 후단을 따라 상하 방향으로 슬라이딩 이동하며, 공기 분사부(832), 조명부(833) 및 촬영부(834) 등의 구성들이 설치된다.
공기 분사부(832)는, 슬라이더(831)에 설치되어 수소 공급 판넬(200)의 전면 방향으로 압축 공기를 분사하여 수소 공급 판넬(200)에 부착되어 있는 이물질 등을 제거한다.
일 실시예에서, 공기 분사부(832)는, 공급 장치(8321), 공기 배출 통로(8322), 구체 안착홈(8323), 회전 구체(8324), 구체 회전 유도부(8325) 및 구체 지지부(8326)를 포함할 수 있다.
압축 공기 공급 장치(8321)는, 컴프레셔 등의 압축 장치로서, 압축 공기를 공기 배출 통로(8322)로 연속적으로 공급한다.
공기 배출 통로(8322)는, 압축 공기 공급 장치(8321)로부터 공급되는 압축 공기를 전단으로부터 내부 공간을 경유시킨 뒤 슬라이더(831)의 후방으로 배출시킬 수 있도록 슬라이더(831)의 후단으로 개구부를 형성하면서 슬라이더(831)의 내측을 따라 수평 방향으로 연장 형성된다.
구체 안착홈(8323)은, 회전 구체(8324)가 안착될 수 있도록 공기 배출 통로(8322)의 후단에 형성된다.
회전 구체(8324)는, 원형의 구 형태로 형성되어 구체 안착홈(8323)에서 구체 회전 유도부(8325)에 의해 지지되는 동시에 회전 가능하도록 안착되며, 구체 회전 유도부(8325)에 의해 회전하는 동시에 공기 배출 통로(8322)를 경유하고 이동한 압축 공기를 수소 공급 판넬(200)에이 위치하고 있는 슬라이더(831)의 후방으로 배출시켜 줄 수 있도록 전후 방향으로 연통 형성되는 다수 개의 공기 배출로를 형성한다.
구체 회전 유도부(8325)는, 공기 배출 통로(8322)의 후단으로 노출되는 회전 구체(8324)의 전단을 체결한 상태로 공기 배출 통로(8322)에 회전 가능하도록 연결 설치되며, 공기 배출 통로(8322)의 전단으로부터 후단으로 이동되는 압축 공기에 의해 회전되어 회전 구체(8324)를 함께 회전 구동시켜 준다.
일 실시예에서, 구체 회전 유도부(8325)는, 회전축(83251), 거치 베어링(83252), 베어링 지지대(83253) 및 나선 날개(83254)를 포함할 수 있다.
회전축(83251)은, 공기 배출 통로(8322)의 후단으로 노출되는 회전 구체(8324)의 전단을 체결하며, 거치 베어링(83252)에 의해 회전 가능하도록 지지되며, 나선 날개(83254)에 의해 회전되어 회전 구체(8324)를 회전 구동시켜 준다.
거치 베어링(83252)은, 회전축(83251)의 전단에 회전 가능하도록 연결 설치된다.
베어링 지지대(83253)는, 거치 베어링(83252)과 공기 배출 통로(8322) 사이에 설치되어 거치 베어링(83252)을 지지한다.
나선 날개(83254)는, 회전축(83251)을 따라 사선 방향으로 연장 형성되며, 공기 배출 통로(8322)를 따라 이동되는 압축 공기에 의해 회전되어 회전축(83251)을 함께 회전시켜 준다.
구체 지지부(8326)는, 구체 안착홈(8323)에서 회전 구체(8324)를 지지하는 동시에 회전을 유도한다.
조명부(833)는, 슬라이더(831)에 설치되며, 발광되어 수소 공급 판넬(200)의 전면 방향으로 빛을 조사한다.
촬영부(834)는, 슬라이더(831)에 설치되며, 수소 공급 판넬(200)의 전면의 영상을 촬영한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 다기능 모듈(830)은, 수소 공급 판넬(200)에 설치되어 수소 공급 판넬(200)에 부착되어 있는 이물질을 제거하는 동시에 수소 공급 판넬(200)의 상태를 실시간 모니터링함으로써, 수소 공급 판넬(200)에 먼지 등의 이물질이 부착되어 장비의 오작동을 방지함은 물론, 장치의 노후화를 실시간으로 확인할 수 있다.
도 9 내지 도 11은 도 8의 구체 지지부를 보여주는 도면들이다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 구체 지지부(8326)는, 지지링(83261), 링 안착홈(83262) 및 다수 개의 링 거치대(900)를 포함한다.
지지링(83261)은, 원형의 링 형태로 형성되며, 다수 개의 링 거치대(900)에 의해 지지되어 링 안착홈(83262)에 안착된다.
링 안착홈(83262)은, 지지링(83261)이 안착될 수 있도록 회전 구체(8324)의 둘레를 따라 연장 형성된다.
다수 개의 링 거치대(900)는, 일단이 구체 안착홈(8323)에 연결 설치되고 타단이 지지링(83261)에 연결 설치되어 지지링(83261)을 지지한다.
일 실시예에서, 링 거치대(900)는, 핀 설치홈(910), 안착 구체(920) 및 지지핀(930)을 포함할 수 있다.
핀 설치홈(910)은, 지지링(83261)의 외주면에 형성된다.
안착 구체(920)는, 핀 설치홈(910)과 대향하면서 구체 안착홈(8323)에 회전 가능하도록 연결 설치된다.
지지핀(930)은, 일단이 구체 안착홈(8323)으로 노출되는 안착 구체(920)에 설치되고, 타단이 핀 설치홈(910)에 회동 가능하도록 연결 설치되어 지지링(83261)을 지지한다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 구체 지지부(8326)는, 회전 구체(8324)를 안정적으로 지지함은 무론 회전 구체(8324)의 안정적인 회전이 가능하도록 회전을 유도할 수 있다.
상술한 바와 같은 구성을 가지는 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬은, 운영체제(Operation System; OS), 즉 시스템을 기반으로 다양한 소프트웨어를 실행하거나 제작할 수 있다. 상기 운영체제는 소프트웨어가 장치의 하드웨어를 사용할 수 있도록 하기 위한 시스템 프로그램으로서, 안드로이드 OS, iOS, 윈도우 모바일 OS, 바다 OS, 심비안 OS, 블랙베리 OS 등 모바일 컴퓨터 운영체제 및 윈도우 계열, 리눅스 계열, 유닉스 계열, MAC, AIX, HP-UX 등 컴퓨터 운영체제를 모두 포함할 수 있다.
이상의 실시예들에서 사용되는 '~부'라는 용어는 소프트웨어 또는 FPGA(field programmable gate array) 또는 ASIC 와 같은 하드웨어 구성요소를 의미하며, '~부'는 어떤 역할들을 수행한다. 그렇지만 '~부'는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부'는 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부'는 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램특허 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들, 및 변수들을 포함한다.
구성요소들과 '~부'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부'들로부터 분리될 수 있다.
뿐만 아니라, 구성요소들 및 '~부'들은 디바이스 또는 보안 멀티미디어카드 내의 하나 또는 그 이상의 CPU 들을 재생시키도록 구현될 수도 있다.
압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어 및 데이터를 저장하는, 컴퓨터로 판독 가능한 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 이때, 명령어 및 데이터는 프로그램 코드의 형태로 저장될 수 있으며, 프로세서에 의해 실행되었을 때, 소정의 프로그램 모듈을 생성하여 소정의 동작을 수행할 수 있다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터로 판독 가능한 매체는 컴퓨터 기록 매체일 수 있는데, 컴퓨터 기록 매체는 컴퓨터 판독 가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨터 기록 매체는 HDD 및 SSD 등과 같은 마그네틱 저장 매체, CD, DVD 및 블루레이 디스크 등과 같은 광학적 기록 매체, 또는 네트워크를 통해 접근 가능한 서버에 포함되는 메모리일 수 있다.
또한 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 컴퓨터 프로그램(또는 컴퓨터 프로그램 제품)으로 구현될 수도 있다. 컴퓨터 프로그램은 프로세서에 의해 처리되는 프로그래밍 가능한 기계 명령어를 포함하고, 고레벨 프로그래밍 언어(High-level Programming Language), 객체 지향 프로그래밍 언어(Object-oriented Programming Language), 어셈블리 언어 또는 기계 언어 등으로 구현될 수 있다. 또한 컴퓨터 프로그램은 유형의 컴퓨터 판독가능 기록매체(예를 들어, 메모리, 하드디스크, 자기/광학 매체 또는 SSD(Solid-State Drive) 등)에 기록될 수 있다.
압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬은 상술한 바와 같은 컴퓨터 프로그램이 컴퓨팅 장치에 의해 실행됨으로써 구현될 수 있다. 컴퓨팅 장치는 프로세서와, 메모리와, 저장 장치와, 메모리 및 고속 확장포트에 접속하고 있는 고속 인터페이스와, 저속 버스와 저장 장치에 접속하고 있는 저속 인터페이스 중 적어도 일부를 포함할 수 있다. 이러한 성분들 각각은 다양한 버스를 이용하여 서로 접속되어 있으며, 공통 머더보드에 탑재되거나 다른 적절한 방식으로 장착될 수 있다.
여기서 프로세서는 컴퓨팅 장치 내에서 명령어를 처리할 수 있는데, 이런 명령어로는, 예컨대 고속 인터페이스에 접속된 디스플레이처럼 외부 입력, 출력 장치상에 GUI(Graphic User Interface)를 제공하기 위한 그래픽 정보를 표시하기 위해 메모리나 저장 장치에 저장된 명령어를 들 수 있다. 다른 실시예로서, 다수의 프로세서 및(또는) 다수의 버스가 적절히 다수의 메모리 및 메모리 형태와 함께 이용될 수 있다. 또한 프로세서는 독립적인 다수의 아날로그 및(또는) 디지털 프로세서를 포함하는 칩들이 이루는 칩셋으로 구현될 수 있다.
또한 메모리는 컴퓨팅 장치 내에서 정보를 저장한다. 일례로, 메모리는 휘발성 메모리 유닛 또는 그들의 집합으로 구성될 수 있다. 다른 예로, 메모리는 비휘발성 메모리 유닛 또는 그들의 집합으로 구성될 수 있다. 또한 메모리는 예컨대, 자기 혹은 광 디스크와 같이 다른 형태의 컴퓨터 판독 가능한 매체일 수도 있다.
그리고 저장장치는 컴퓨팅 장치에게 대용량의 저장공간을 제공할 수 있다. 저장 장치는 컴퓨터 판독 가능한 매체이거나 이런 매체를 포함하는 구성일 수 있으며, 예를 들어 SAN(Storage Area Network) 내의 장치들이나 다른 구성도 포함할 수 있고, 플로피 디스크 장치, 하드 디스크 장치, 광 디스크 장치, 혹은 테이프 장치, 플래시 메모리, 그와 유사한 다른 반도체 메모리 장치 혹은 장치 어레이일 수 있다.
본 명세서를 통해 보호받고자 하는 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태를 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬
20: 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬
100: 튜브 트레일러
200: 수소 공급 판넬
300: 압축기 패키지
310: 중압 압축기
320: 고압 압축기
400: 수소 저장 용기
410: 중압 저장 용기
420: 고압 저장 용기
500: 우선 순위 판넬
600: 충전기
700: 프리 쿨러
800: 다기능 판넬 청소부

Claims (5)

  1. 수소 가스를 저장해 두는 튜브 트레일러로부터 공급되는 수소를 전달받아 압축기 패키지로 공급하는 수소 공급 판넬;
    상기 압축기 패키지에 의해 수소가 저장된 수소 저장 용기에 저장해 둔 수소를 수소 차량의 수소 충전을 위한 충전기로 공급하는 우선 순위 판넬; 및
    상기 수소 공급 판넬에 설치되어 상기 수소 공급 판넬에 부착되어 있는 이물질을 제거하는 동시에 상기 수소 공급 판넬의 상태를 실시간 모니터링하는 다기능 판넬 청소부;를 포함하며,
    상기 다기능 판넬 청소부는,
    상기 수소 공급 판넬의 전면 상단을 따라 좌우 수평 방향으로 연장 형성되는 수평 이동 레일;
    상기 수평 이동 레일에 맞물려 연결 설치되어 상기 수평 이동 레일을 따라 수평 이동하는 수평 프레임; 및 상기 수평 프레임의 전단으로부터 상기 수소 공급 판넬의 전면과 대향하도록 하측 직각 방향으로 절곡 형성되어 상하 수직 방향으로 연장 형성되는 수직 프레임;으로 이루어지는, 수직 이동 레일; 및
    상기 수소 공급 판넬의 전면과 대향하는 상기 수직 프레임의 후단에 맞물려 연결 설치되어 상하 수직 방향으로 슬라이딩 이동하면서 상기 수소 공급 판넬의 전면 방향으로 압축 공기를 분사하는 동시에 상기 수소 공급 판넬의 전면의 영상을 촬영하는 다기능 모듈;을 포함하며,
    상기 다기능 모듈은,
    수직 프레임의 후단을 따라 상하 방향으로 슬라이딩 이동하는 슬라이더;
    상기 슬라이더에 설치되어 상기 수소 공급 판넬의 전면 방향으로 압축 공기를 분사하는 공기 분사부;
    상기 슬라이더에 설치되며, 발광되어 상기 수소 공급 판넬의 전면 방향으로 빛을 조사하는 조명부; 및
    상기 슬라이더에 설치되며, 상기 수소 공급 판넬의 전면의 영상을 촬영하는 촬영부;를 포함하며,
    상기 공기 분사부는,
    압축 공기를 공급하는 압축 공기 공급 장치;
    상기 압축 공기 공급 장치로부터 공급되는 압축 공기를 전단으로부터 내부 공간을 경유시킨 뒤 상기 슬라이더의 후방으로 배출시킬 수 있도록 상기 슬라이더의 후단으로 개구부를 형성하면서 상기 슬라이더의 내측을 따라 수평 방향으로 연장 형성되는 공기 배출 통로;
    상기 공기 배출 통로의 후단에 형성되는 구체 안착홈;
    원형의 구 형태로 형성되어 상기 구체 안착홈에 회전 가능하도록 안착되며, 회전하는 동시에 상기 공기 배출 통로를 경유하고 이동한 압축 공기를 상기 슬라이더의 후방으로 배출시켜 줄 수 있도록 전후 방향으로 연통 형성되는 다수 개의 공기 배출로를 형성하는 회전 구체;
    상기 공기 배출 통로의 후단으로 노출되는 상기 회전 구체의 전단을 체결한 상태로 상기 공기 배출 통로에 회전 가능하도록 연결 설치되며, 상기 공기 배출 통로의 전단으로부터 후단으로 이동되는 압축 공기에 의해 회전되어 상기 회전 구체를 함께 회전 구동시켜 주는 구체 회전 유도부; 및
    상기 구체 안착홈에서 상기 회전 구체를 지지하는 동시에 회전을 유도하는 구체 지지부;를 포함하며,
    상기 구체 회전 유도부는,
    상기 공기 배출 통로의 후단으로 노출되는 상기 회전 구체의 전단을 체결하며, 회전되어 상기 회전 구체를 회전 구동시켜 주는 회전축;
    상기 회전축의 전단에 회전 가능하도록 연결 설치되는 거치 베어링;
    상기 거치 베어링과 상기 공기 배출 통로 사이에 설치되어 상기 거치 베어링을 지지하는 베어링 지지대; 및
    상기 회전축을 따라 사선 방향으로 연장 형성되며, 상기 공기 배출 통로를 따라 이동되는 압축 공기에 의해 회전되어 상기 회전축을 함께 회전시켜 주는 나선 날개;를 포함하는, 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수소 공급 판넬은,
    다른 구성들과의 연결을 위해 구비되는 나사 접속식 구조로 이루어지는 배관의 나사식 연결 부분에 발생될 수 있는 기계적 진동의 완화 및 유체 흐름 단속 현상의 완화를 위해 제1 버퍼형 소형 압력 탱크를 구비하는, 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 우선 순위 판넬은,
    다른 구성들과의 연결을 위해 구비되는 나사 접속식 구조로 이루어지는 배관의 나사식 연결 부분에 발생될 수 있는 기계적 진동의 완화 및 유체 흐름 단속 현상의 완화를 위해 제2 버퍼형 소형 압력 탱크를 구비하는, 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 튜브 트레일러는,
    50~200bar의 압력으로 수소 가스를 저장해 두는, 압력 버퍼 기능이 구비된 수소 판넬.
  5. 삭제
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