KR100338885B1 - 압력콘테이너에가스질매체를신속하게충전하는방법및장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자동자의 탱크충전방법 및 본 발명의 방법을 행하는 장치에 관한 것이다. 자동차는 압력 콘테이너(19)를 갖춘 탱크장치(2)를 포함한다. 탱크충전장치(1)는 천연가스용 저장부(3), 이송장치(5), 탱크장치(2)에 연결될 수 있는 연결선(14)을 포함한다. 이송장치(5)는 제어 또는 측정장치(5a), 조절장치(5b), 입력 및 출력장치(5c)를 포함한다. 제어 또는 측정장치(5a)는 조절밸브(7), 유량 측정장치(8), 압력센서(9)를 갖추고, 이들 3개의 구성요소는 압력 콘테이너(19)가 짧은 시간내에 천연가스로 충전되도록 조절장치(5b)로부터 제어된다.

Description

압력 콘테이너에 가스질매체를 신속하게 충전하는 방법 및 장치
본 발명은 특허청구의 범위 제1항의 전제부분에 따라서 가스질매체를 압력 콘테이너에 충전하는 즉 연료를 보급하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 특허청구의 범위 제11항의 전제부분에 따라서 그 방법을 행하는 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 본 발명의 방법을 이용하거나 본 발명의 장치를 포함하여 동작하는 탱크충전장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 가스로 동작하는 자동차의 탱크충전에 관한 것이다.
가스질매체의 저장수단으로서 압력 콘테이너를 사용하는 것이 공지되어 있다. 저장된 가스는 예를 들면 연소공정에 있어서의 공정에 사용되어, 시간에 따라서 압력 콘테이너가 부분적으로 또는 완전히 비워지게 되고, 다시 채우기 위하여 압력 콘테이너가 탱크충전시설로 향하게 된다. 가스질매체의 저장수단으로서의 압력 콘테이너는, 예를 들면 메탄, 에탄, 프로판, 수소 또는 차량을 동작시키는 천연가스 등의 가스혼합물 등과 같은 다른 가스질연료를 사용할 수 있으므로, 자동차에 있어서의 의의가 더욱 커지고 있다. 자동차를 동작시키는데 압축된 천연가스를 사용하는 것은 이제 특히 천연가스 매장량이 풍부한 나라에서는 그 의의가 점차 커지고 있다. 더욱이, 자동자는 매우 간단한 방법을 통해 천연가스로 동작하도록 변환시킬 수 있고, 천연가스는 연소시에 석유나 디젤에 비해 오염 연소물이 적다는 특징이 있고, 따라서 환경차원의 부담이 줄어든다.
압력 콘테이너의 용적을 자동차에 대해 적당한 크기로 유지하기 위하여, 통상적으로 예를 들면 200바(bar)의 비교적 고압에서 기준온도를 15℃ 로 하여 천연가스 또는 다른 가스질매체를 저장한다.
그와 같이 함으로써, 압력 콘테이너에 석유를 충전하는 것에 비할 만큼 매우 간단한 방법으로 충전할 수 있다면 자동자 소유자들의 그러한 에너지저장에 대한 허용도를 향상시킬 수 있다. 천연가스를 충전하는 것은 석유에 비해 실질적으로 더 위험하다. 그 이유는 가스가 차량의 압력 콘테이너내에 고압으로 이송되기 때문이며, 따라서 특정의 연결부분, 밸브 및 안전장치가 필요하다. 또한, 그 목적은 화재나 폭발의 위험을 최소화하기 위한 것이며, 특히 외부온도의 변화가 압력 콘테이너내의 천연가스의 압력에 영향을 미쳐서, 압력이 최악의 경우에는 허용되지 않는 높은 값까지 오르게 된다는 사실을 고려하여야 한다. 약 100% 까지 충전하여 압력 콘테이너를 채우는 것, 즉 예를 들면 200바로 미리 설정된 공칭압력으로 압력 콘테이너를 채우는 것이 극도로 힘든 작업이며, 그 이유는 압력 콘테이너내의 압력은 충전된 가스질매체의 온도에 의존하기 때문이다.
자동차에 대한 가스충전장치는 EP-O-356-377에 공지되어 있으며, 여기서 가스는 가스라인으로부터 직접 취해져서 압축기로 압축되고, 충전호스와 연결장치를 통해 차량의 압력 콘테이너에 직접 공급된다. 가스압력은 압축기와 충전호스 사이에 설치된 압력센서에 의해 모니터된다. 탱크충전과정이 매우 느리게 행해지므로, 공지의 가스충전장치에서는 압축기와 탱크충전호스 사이의 가스충전장치에서 측정된 압력이 대략 자동자의 압력 콘테이너의 압력에 해당하는 것으로 가정할 수 있다. 또한, 가스충전장치는 외부온도를 측정하는 온도센서를 갖추고, 이로부터 압력과 온도 사이의 규정화된 결합에 의해, 천연가스 등의 가스질매체에 대한 압력 콘테이너내의 허용되는 최대압력을 외부온도의 함수로서 계산할 수 있다. 압력센서가 미리 설정된 최대압력에 이르자마자 가스충전장치는 탱크충전과정을 종료한다.
탱크충전과정이 통상적으로 수 시간에 걸쳐 지속되기 때문에, 압력 콘테이너내의 가스의 온도가 대략 대기온도로 되도록 온도보상이 행해진다. 이 공지된 가스충전장치의 결점은 완전한 탱크충전과정이 긴 시간, 통상적으로 수 시간을 요한다는 사실로부터 확인할 수 있다. 예를 들면, 이 종류의 가스충전장치를 사용하면 자동차의 압력 콘테이너를 밤새 충전시킨다.
또한, 자동차의 압력 콘테이너에 신속하게 충전하는 가스충전장치가 석유로 충전하는 것과 비교하여 WO-93/00264에 공지되어 있다. 이 장치도 역시 외부온도를 측정하고, 이로부터 대기온도에 따라서 보정된 허용가능한 최대 충전압력 pz 을 결정한다. 이 가스충전장치의 가스는 자동차의 압력 콘테이너내로 매우 신속하게 유입되므로 공급라인, 밸브 등에 압력강하가 생겨서, 압력센서의 가스충전장치의 출구에서 측정된 압력이 압력 콘테이너내의 가스의 압력과 동일하지 않게 된다. 따라서, 가스를 압력 콘테이너내로 충전하는 동안 압력 콘테이너의 내부압력은 측정할 수 없게 된다. 그러나, 압력 콘테이너가 가스로 충전되어 최대 허용 가능압력 pz 을 초과하지 않는다는 것을 확실하게 하여야 한다. 인용된 문헌에서는 압력 콘테이너에 충전하는데 다음의 방법을 이용한다.
자동차의 압력 콘테이너를 충전호스를 통해 가스충전장치에 연결하고, 대기온도를 측정하고, 이로부터 해당하는 스위치오프압력 pz 을 계산하고, 소량의 가스를 압력 콘테이너내로 유입시켜서 체크밸브를 개방시키고, 그 후 즉시 가스의 유량을 차단시킨다. 이 상태에서 압력 콘테이너의 체크밸브가 개방되므로, 압력 콘테이너내의 압력 pvO을 가스충전장치에 위치하는 압력센서로 측정할 수 있으며, 그 이유는 가스충전장치와 압력 콘테이너의 사이에 압력보상이 생기기 때문이다. 그 후, 특정의 가스량 m1을 가스충전장치에 의해 압력 콘테이너내로 가압하여, 가스의 유량을 다시 차단시키고, 가스충전장치내의 압력센서에 의해 압력 콘테이너에 작용하는 압력 pv1을 측정한다. 이들 2개의 측정위치에 의거하여, 압력 콘테이너의 체적 V 을 일단 계산한 후 압력 콘테이너를 소정의 압력 pz 까지 충전시키기 위하여 공급될 가스의 소요량을 계산한다. 그 후, 가스이송수단이 동작상태로 설정되고, 소요 가스량을 측정하고, 계산된 가스량이 가스충전장치로부터 압력 콘테이너로 배출되자마자 탱크충전과정이 종료된다. 이 탱크충전과정의 실질적인 결점은 제1 단계에서 압력 콘테이너의 용적을 계산하여야 하고, 제2 단계에서 용적으로부터 소요 가스량을 계산하여야 한다는 사실로부터 확인할 수 있다.
탱크충전방법은 압력 콘테이너의 용적을 계산하기 위하여 공지된 가스식을 이용한다.
이상기체에 대하여 p V = (m/M) R T (1)
실제기체에 대하여 p V = Z(m/M) R T (2)
여기서,
p = 압력
V = 용적
m = 가스량
M = 가스의 분자량
R = 기체상수
T = 온도
Z = 가스압축인자
전술한 측정방법에 의한 2개의 압력 pv1, pv0과 가스량 m1을 검출한다. 실제 가스를 고려하여 압력 콘테이너의 용적 V 을 다음 식에 따라서 계산할 수 있다.
여기서,
m1= 기지의 특정의 가스량
Z0, Z1= 측정위치 0 및 측정위치 1 에서의 가스압축인자
R = 기체상수
Tu = 대기온도
M = 가스의 분자량
pv0, pv1= 측정위지 0 및 측정위치 1 에서의 압력
T0, T1= 측정위치 0 및 측정위치 1 에서의 온도
압력 콘테이너의 용적 V 을 계산한 후에 소요 가스량 m2을 계산하고, 이것은 압력 콘테이너를 계산된 압력 pz 으로 충전시키는데 필요하다. 이와 같이 하기 위하여 가스식을 가스량에 따라서 다음과 같이 푼다.
식중,
Zz = 위치 pz 에서의 가스압축인자
소요 가스량 m2의 이 수학적인 계산방법은 제1 단계에서 압력 콘테이너의용적 V 을 계산하고 제2 단계에서 소요 가스량 m2을 계산하는 것으로서, 여러가지 결점이 있다. 즉, 이용된 일부 파라미터의 값이 측정 불가능하여 알 수 없으므로, 순수한 물리법칙의 결과로서 용적 V 을 정확하게, 즉 이용된 식의 결과로서 적절한 정확도로 계산하는 것이 불가능하다. 그 이유는 다음과 같다.
1. 온도 T0및 T1는 압력 콘테이너내의 가스의 온도와 관련된 것으로서, 이것은 자동차의 통상의 압력 콘테이너에 통합 온도센서가 없으므로, 본 방법으로는 측정할 수 없다. 이와 관련하여, 특히 T0및 T1가 대기온도에 해당한다고 가정할 수가 없다. 그 이유는 천연가스는 실제가스이기 때문이다. 거의 완전히 빈 압력 콘테이너를 충전하면 공지된 쥴-톰슨효과(Joule - Thomson effect)가 발생하여 압력 콘테이너의 내부에 있는 가스의 온도가 급속히 강하함과 동시에 실제가스가 초기에 거의 이완되어, 온도 T0및/또는 T1가 대기온도 이하로 떨어지는 것으로 가정하게 된다. 압력 콘테이너가 많이 채워진 때에는 상황은 약간 다르다. 이 경우에는 압력 콘테이너내의 가스가 부분적으로만 이완되어 온도 T0및 T1가 약간만 변화한다. 이와 같이, 온도 T0및 T1는 탱크충전 초기의 압력 콘테이너내의 초기압력에 크게 영향을 받는다.
2. 천연가스는 통상적으로 90% 이상의 메탄과 기타 에탄, 프로판, 부탄, 질소, 이산화탄소 등의 성분으로 이루어지는 가스혼합물이다. 공공 가스공급장치에서 끌어오는 천연가스의 조성은 매일 변동한다. 그 결과, 가스의 분자량 M 과 가스의압축율 Z 이 일정하다고 가정할 수 없다.
따라서, 상기한 방법은 압력 콘테이너의 용적 V 을 물리법칙의 결과로서 정확하게 계산할 수 없고, 따라서 충전되는 추가의 가스량 m2도 동일한 이유로 인해 정확하게 계산할 수 없다는 결점이 있다. 따라서, 공지된 방법의 결정적인 결점은 압력 콘테이너내에 충전되는 추가의 가스량 m2이 예상압력 pz 근방에서 광범위하게 분포될 수 있는 압력 콘테이너내에 압력을 발생시킨다는 사실로부터 확인할 수 있다. 따라서, 특히 압력 콘테이너내의 압력이 실질적으로 최대 허용압력 pz 이상일 때 위험이 발생할 수 있다. 또한, 압력 콘테이너내의 압력이 최대 허용압력 pz 이하로 될 때에도 마찬가지로 불리하게 되며, 그 이유는 그렇게 되면 압력 콘테이너를 완전히 충전시키는데 보다 많은 가스가 필요하기 때문이다.
압력 콘테이너내의 가스의 가열 또는 냉각은, 특히 빈 탱크를 충전할 때에는 충전과정을 개시할 때 급속한 동적 공정으로 개시되는 것으로 알려져 있다. 가스는 압력 콘테이너에의 충전중에 이완되어 크게 냉각된다. 동시에, 압력 콘테이너의 보다 온도가 높은 벽과 가스 사이에 열교환이 일어난다. 이와 같은 매우 동적인 공정은 특히 충전공정의 처음 30초 동안에 일어난다. 충전이 중단되면, 압력 콘테이너의 외벽의 온도와 가스 사이에 다시 평형이 이루어진다. 따라서, 공지된 방법의 결점은 2개의 측정치 pv0, pv1를 측정하기 위하여 비교적 작은 특정의 가스량 m1을 탱크충전공정의 개시시에 압력 콘테이너에 공급해야 한다는 사실로부터 확인할 수 있다. 가스량 m1을 공급한 직후에 압력 pv1을 측정하지만, 이 값은 매우 불확실한값으로 된다. 따라서, 이후의 용적 V 및 가스량 m2의 계산도 오차가 생기기 쉽다.
공지된 방법의 다른 결점은 가스의 유량이 "소닉노즐(sonic nozzle)"의 원리에 따라서 측정된다는 사실로부터 확인할 수 있다. 흐르는 유량의 정확한 측정을 위하여 "소닉노즐"을 통과하는 가스의 압력강하가 그에 따라서 높아야 한다.
이전의 저장탱크에서의 압력은 그에 따라서 높은 값으로 유지되어야 한다. 가스는 이전의 저장탱크에서 고도로 압축되어야 하며, 이 압축을 위해 에너지요구량이 증가한다. 또한, 저장탱크내의 높은 압력은 압력 콘테이너가 비어 있을때 매우 심한 쥴 - 톰슨효과를 유도하여, 압력 콘테이너내의 가스가 탱크충전 개시 후에 짧은 시간에 매우 낮은 온도로 냉각된다. 이것은 물과 메탄이 결정화되어 수화되고, 이들 결정질 구조가 공급선, 연결위치 또는 밸브에서 코팅되거나 덩어리를 형성하게 될 위험이 있는 원인으로 된다.
본 발명의 목적은 압력 콘테이너의 용적을 계산할 필요 없이 미리 설정가능한 충전압력 pz 까지 압력 콘테이너에 가스질매체를 짧은 시간동안에 충전하는 것을 가능하게 하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다. 이 방법은 충전압력 pz 에 미치는 가스의 온도의 영향을 고려할 때 특히 적합하다.
본 발명의 목적은 특허청구의 범위 제1항의 특징에 따른 방법에 의해 달성된다. 종속항인 제3항 내지 제10항은 본 방법을 더욱 유리하게 설정한 것에 관한 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 특허청구의 범위 제11항의 특징에 따른 장치에 의해 달성된다. 종속항인 제12항은 본 발명의 장치의 더욱 유리한 실시예에 관한 것이다.
본 발명의 방법에 있어서, 특정의 가스량이 압력 콘테이너내에 1번씩 수 회에 걸쳐 유입된 후, 밸브가 폐쇄되고, 압력 콘테이너내의 압력이 가스충전장치에 위치하는 압력센서에 의해 검출된다. 충전된 가스량 mi 과 압력 콘테이너내의 압력 Pi 사이의 관계는 원래의 2개의 측정치로부터 시작하여 각각 더 측정하면서 정확하게 되고, 이들 지지점을 통해 곡선을 그릴 수 있고, 최소 4분원오차의 방법 등과 같은 공지된 수학적인 방법에 의해 정확하게 외삽(外揷)할 수도 있다. 따라서, 충전공정이 진행하면서, 각각의 압력 콘테이너에 대한 양과 압력과의 관계가 점점 정확하게 알려지게 되고, 이에 따라서 신뢰성 있게 외삽할 수 있어서, 압력 콘테이너가 미리 설정한 압력 pz 까지 매우 정확하게 충전될 수 있다. 이 방법은 가스량 m 과 압력 p 의 결합에 의해서만 결정될 수 있다는, 즉 압력 콘테이너의 용적 V 을 계산할 필요가 없다는 결정적인 이점이 있다. 따라서, 오차가 생기기 쉬운 계산을 할 필요가 없다. 계산은 직접적으로 압력 콘테이너의 물리적인 파라미터에 의거하여 행할 수 있고, 그 결과 가스조성 또는 가스특성이 변화되고, 또한 특히 천연가스인 경우에도 신뢰성 있고 재생가능한 방법을 얻을 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 방법의 실질적인 이점은 가스특성에 무관하게 사용할 수 있다는 사실과, 압력 콘테이너를 충전시키기 위하여, 예를 들면 메탄, 에탄 또는 수소 등과 같은 다른 가스에도 적합하다는 사실로부터 확인할 수 있다.
본 발명의 방법에 있어서, 압력 콘테이너에 미리 설정한 압력 pz 까지 가스를 매우 정확하게 충전할 수 있는 특징은 본 방법의 다음과 같은 변형에 유리하게이용될 수 있다. 특허청구의 범위의 종속항에서 변형된 방법에 의해 압력 콘테이너의 충전과정중에 발생되는 가스의 온도상승을 발견할 수 있고, 이것을 탱크충전과정중에 고려할 수 있다.
본 명세서의 개시부분에 기술한 바와 같이, 각각 외부온도 T, 또는 대기온도 Tu 의 결과로서 탱크충전과정 이전에 허용가능한 압력 pz 을 계산한다. 이를 위하여, 여러가지 가스 및 천연가스에 대하여 알려진 압력 콘테이너에 대한 미리 설정된 온도 - 압력 특성을 이용한다. 그러한 온도 - 압력 특성을 이용하여 대기온도 Tu 의 알고 있는 측정치로 신뢰성 있는 충전압력 pz 을 계산할 수 있다. 탱크충전과정중에, 압력 콘테이너내의 가스는 통상적으로 외부온도 이상의 온도까지 올라간다. 따라서, 압력 콘테이너가 소정의 충전압력 pz 까지 충전되고, 탱크충전과정이 종료되면, 이어서 압력 콘테이너내의 가스가 외부온도까지 냉각되는 효과가 생기고, 이로부터 압력 콘테이너내의 충전압력 pz 이 떨어져서, 압력 콘테이너가 외부온도까지 냉각된 후에 완전히 충전되지 않는다. 가스의 이와 같은 동작을 본 발명의 탱크충전공정에서 고려하여 단기간의 과잉 탱크충전 - 즉 허용가능한 충전압력 이상의 충전압력 pz 까지의 탱크충전이 허용된다. 이것은 압력 콘테이너가 외부온도까지 냉각된 후에 허용가능한 충전압력 pz 으로 되도록 함으로써 행해진다.
이 목적을 위하여, 최소한 초기압력 pvO, 허용가능한 충전압력 pz 및 외부온도 및/또는 대기온도 Tu 의 파라미터를 포함하는 수학적인 관계를 이용하여 압력 콘테이너에서의 예상되는 온도상승(ΔT)을 계산한다. 이로부터 보정된 허용가능한충전압력 pz1을 결정한다. 압력 콘테이너는 보정된 허용가능한 충전압력 pz1으로 충전되어, 가스가 외부온도까지, 또는 미리 설정한 기준온도까지 냉각된 후에 압력 콘테이너가 허용가능한 충전압력 pz 으로 된다.
다음에, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부도면을 참조하여 설명한다.
본 발명의 방법은 별개의 단계에서 탱크충전과정중 가스 공급량을 압력 콘테이너내의 압력과 함께 수 회 검출하고, 탱크충전과정이 행해지는 동안 이들 측정치로부터 각 압력 콘테이너에 대한 가스량과 압력과의 관계를 결정한다.
실제가스(2)에 대한 가스식으로부터 압력 p 과 가스량 m 과의 관계는 다음과 같이 알려져 있다.
파라미터 R, M 및 V 는 특정의 압력 콘테이너에 대하여 탱크충전과정중에는 일정하므로, 가스량 m 의 함수로서의 압력 p 은 온도 T 에 의존하고, 또한 가스 압축율 Z 에 의존한다. 이들 2가지 인자는 실제가스에 대하여 비선형 반응을 나타내는 특징이 있으므로, 실제가스에 대하여 가스량 m 과 압력 p 사이에는 비선형 관계가 있다. 시간 t 의 함수로서 압력 콘테이너의 가스온도 T 의 플로트(30)를 제1a도에 탱크충전과정에 대하여 나타낸다. 저장탱크로부터 대략 일정한 압력으로 충전되는 압력 콘테이너는 탱크충전 개시시에는 거의 비어 있으므로, 가스는 일단 쥴 - 톰슨효과의 결과로서 크게 냉각된다. 공급되는 가스량이 많을수록 다시 압축되는 가스량이 많아져서, 압력 콘테이너내의 가스의 온도는 충전량이 증가함에 따라서상승한다. 이 함수관계에 의한 과정은 가스와 압력 콘테이너의 벽과의 온도교환에 의해 더욱 영향을 받는다. 또한, 이 함수관계에 의한 과정은 탱크충전과정의 개시시의 압력 콘테이너내의 초기압력에 의존한다.
탱크충전과정의 개시시의 압력 콘테이너내의 초기압력이 가스의 가열에 미치는 영향을 제1b도에 나타낸다. 저장탱크내의 압력은 250바(bar)이다. 대기온도 Tu 는 20℃ 이다. 제1b도는 압력 콘테이너내의 가스의 온도 T 를 압력 p 의 함수로서 나타낸 플로트이다. 곡선(41)에 있어서 탱크충전과정의 개시시의 압력 콘테이너내의 압력은 40바이다. 곡선(42)에 있어서 초기압력은 0바이고, 곡선(43)에 있어서 초기압력은 100바이다. 온도플로트는 탱크충전과정의 종료 직후의 압력 콘테이너내의 가스의 최종온도와 마찬가지로, 탱크충전과정의 개시시의 압력 콘테이너내의 압력에 의존한다. 곡선(42)으로부터 전술한 쥴 - 톰슨효과를 확인할 수 있다. 곡선(41)의 과정에 있어서, 이 효과는 탱크저장과정의 개시시의 온도플로트에는 실질적으로 영향이 적게 미치는 반면, 곡선(43)에 대하여는 이 효과는 완전히 무관한 것이다.
제1c도는 제1b도에 나타낸 것과 동일한 탱크충전과정에 대하여 가스량 m 을 압력 p 의 함수로서 나타낸 플로트이다. 효과를 보다 분명히 하기 위하여 곡선(41,42,43)의 플로트를 과장한 것이다. 곡선(42)은 압력 콘테이너의 초기압력이 약 0바에서 개시되고, 첫번째 근사치까지는 선형이라고 할 수 있는 플로트를 나타낸다. 곡선(41)은 압력 콘테이너의 초기압력이 약 40바에서 개시되고, 그 과정에 따라서 구배가 점차 증가한다. 곡선(43)은 압력 콘테이너의 초기압력이 약 100바에서 개시되고, 구배가 감소한다. 따라서, 압력 p 과 가스량 m 사이에는 비선형 관계가 존재하고, 구배의 과정은 압력 콘테이너의 초기압력 또는 제1b도에 나타낸 바와 같이 압력 콘테이너내의 가스의 온도 T 등의 인자에 의존한다.
본 방법을 보다 잘 이해하기 위하여, 본 발명의 방법을 행하는 장치를 제2a도에 먼저 나타낸다. 탱크충전장치(1)는 이동가능한 탱크장치(2)에 가스질매체를 충전시키는 작용을 한다. 이동가능한 탱크장치(2)는 이 예에서는 자동차이다. 탱크장치(2)는 연결선(15)을 통해 체크밸브(18)에 연결되는 연결선(17)을 포함하고, 체크밸브(18)는 다시 연결선(16)을 통해 압력 콘테이너(19)에 연결된다. 압력 콘테이너(19)의 충전을 위하여, 탱크충전장치(1)에 속하는 압력기밀의 연결선(14)이 연결선(17)에 연결되어, 가스가 압력 콘테이너(19)에 공급될 수 있다. 탱크충전장치는 저장부(3)을 포함하고, 여기서 가스질매체, 즉 본 예에서는 천연가스가 200바 이상의 압력으로 저장된다. 도시생략의 압축장치가 저장부(3)를 필요한 만큼 천연가스로 재충전시킨다. 저장부(3)는 연결선(11)을 통해 이송장치(5)의 한 요소인 제어 또는 측정장치(5a)에 연결된다. 제어 또는 측정장치(5a)는 조절밸브(7)를 갖추고, 이 조절밸브(7)는 마찬가지로 이송장치(5)의 한 요소인 조절장치(5b)로부터 제어선(7a)을 통해 제어될 수 있다. 조절밸브(7)는 가스선(12)을 통해 유량측정장치(8)에 연결되고, 그 측정신호는 측정선(8a)을 통해 조절장치(5b)에 공급된다. 유량측정장치(8)의 다음에는 연결선(13)이 연결되고, 이것은 제어 또는 측정장치(5a)의 외측으로 나가는 압력기밀의 연결선(14)에 연결된다. 연결선(14)은 가요성 호스로 이루어지고, 그 일단은 연결장치(17)에 연결된다. 압력센서(9)가 연결선(13)에연결되어 측정선(9a)을 통해 조절장치(5b)에 측정신호를 보낸다. 또한, 대기온도 Tu 를 측정하는 온도센서(10)가 설치되고, 그 측정신호가 측정선(10a)을 통해 조절장치(5b)에 공급된다. 이송장치(5)는 특정의 또는 미리 설정가능한 충전압력에서 압력 콘테이너(19)를 가스로 충전시키는 역할을 한다. 이송장치(5)는 입력 및 출력장치(5c)를 갖추고, 입력장치는 예를 들면 장치를 동작상태로 설정하기 위한 것이고, 출력장치에서는 예를 들면 탱크충전된 가스량 또는 가스의 가격이 표시된다. 입력 및 출력장치(5c)는 조절장치(5b)에 연결되고, 이것은 다시 압력 콘테이너가 가스로 충전되도록 제어 또는 측정장치(5a)를 조절한다. 조절장치(5b)는 RAM, ROM 및 입력/출력수단이 구비된 마이크로프로세서를 갖추고 있다.
제3a도는 제2a도의 장치의 동작방법의 플로도를 나타낸다. 압력 콘테이너(19)를 충전하기 위한 본 발명의 방법의 일실시예에 대하여 제1d도 및 제3a도에 상세히 나타낸다. 방법의 실시예로서 특정의 경우를 나타내고, 여기서 탱크충전과정이 곡선(41)에 따른 곡선에 따라서 진행한다. 그러나, 이 방법은 곡선(42) 또는 (43)에 따른 곡선에 대하여도 사용될 수 있다. 효과를 더 잘 나타내기 위하여 곡선을 과장하여 나타냈다. 압력 콘테이너의 초기압력은 40바이다. 15℃의 기준온도에서의 충전압력은 200바이다.
압력 콘테이너(19)에 대하여 200바 이상의 공급가스로 압력 콘테이너(19)를 신속하게 충전하는 방법은 다음의 단계로 이루어진다.
1. 탱크충전장치의 압력기밀의 연결선(14)을 압력 콘테이너(19)에 연결한다.
2. 온도센서(10)가 대기온도 Tu 를 측정하고, 이로부터 조절장치(5b)가 압력콘테이너(19)에 대한 소정의 온도 - 압력 특성에 의거하여, 온도보정된 충전압력으로서 압력 콘테이너(19)가 충전될 충전압력 pz 을 계산한다.
3. 밸브(7)를 개방하여 소량, 예를 들면 100g 의 가스를 압력 콘테이너(19)에 공급한 후 다시 폐쇄한다. 이 동안 체크밸브(18)가 개방되어 연결선(14)과 압력평형이 이루어짐으로써, 압력 콘테이너(19)내의 압력이 제어 또는 측정장치(5a)에 위치하는 압력센서(9)로 측정될 수 있다. 이 첫번째의 압력 측정이 제1의 측정치 p0로 된다.
4. 특정의 가스량 mb, 예를 들면 500g 이 압력 콘테이너(19)에 공급되고, 밸브(7)가 다시 폐쇄되고, 압력 콘테이너(19)내의 압력 p1이 측정된다. 압력차 p1- p0가 소정치 이하이면, 미리 설정가능한 압력차에 도달할 때까지 가스량을 최소한 1회 더 공급한다. 이것은 대형의 압력 콘테이너(19)에서의 확실한 압력상승을 위해 필요하다.
5. 다음 단계에서 압력 콘테이너(19)에 충전될 추가의 가스량 mz 을 결정한다. 추가의 가스량 mz1을 예를 들면 미리 측정한 측정치의 플로트를 외삽하여 계산한다. 2개의 측정값에 걸쳐서, 예를 들면 직선(50)에는 수학적인 함수가 존재하고, 이 직선을 충전압력 pz 까지 외삽하여 가스량 mv1을 결정한다. 곡선(41)에 따른 곡선형상이 얻어지는 경우에는, 선형으로 외삽하면 가스량 mv1이 너무 커지게 된다. 이 계산된 가스량 mv1을 압력 콘테이너(19)에 충전하면, 압력 콘테이너내의 압력이허용가능한 압력 pz 보다 훨씬 큰 값인 pv1으로 된다. 후속의 충전과정중에 압력이 충전압력 pz 이하로 되도록 하기 위하여, 추가의 가스량 mz1을 소량, 예를 들면 mv1의 25% 또는 50% 로 한다.
6. 추가의 가스량 mz1을 압력 콘테이너(19)내에 충전하자마자 압력 p2을 측정한다. 이와 같이 하여 다른 지지점을 가스량 m 과 압력 p 과의 관계를 통해 알게 된다. 알게 된 지지점에 걸쳐서, 본 예에서는 점(m1, p1) 및 (m2, p2)에 걸친 직선에 수학적인 함수가 존재한다. 이 함수를 다시 충전압력 pz 까지 외삽하고, 이로부터 가스량 mv2과, 압력 콘테이너(19)에 공급되는 새로운 추가의 가스량 mz2을 결정한다.
7. 이전의 단계 6을 1회씩 수 회 행하고, 각 경우에 있어서 새로운 추가의 가스량 mzi을 결정한다. 이와 관련하여, 제1d도에 나타낸 바와 같이, 가스량 m 과 압력 p 과의 관계가 충전공정중에 점차 더 잘 알려지게 된다. 고차의 수학적인 함수(55)가 직선이 아닌 알려진 측정치에 걸쳐 존재할 수 있고, 예를 들면 최소자승법(the method of the least mean square deviation)에 의해 측정값의 플로트에 적절히 정확하게 맞추어 질 수 있다. 이와 같이 하여, 가스량 m 과 압력 p 과의 관계가 점차 더욱 정확하게 외삽되어, 압력 콘테이너(19)가 충전압력 pz 까지 정확하게 충전되도록 추가의 가스량 mzi 을 결정할 수 있다. 탱크충전과정을 다음과 같은 2개의 기준에 의해 종료될 수 있다. 즉,
- 충전압력 pz 으로 되자마자 종료하는 것으로서, 이것은 압력 p 을 측정함으로써 결정할 수 있다(제3a도 참조).
- 또는, 압력 콘테이너내의 압력이 대략 충전압력 pz 까지 상승하도록 정확하게 계산된 추가의 가스량 mzi 이 충전되자마자 종료한다(제3b도 참조). 이것은 탱크충전과정중에 가스량 m 과 압력 p 사이의 구배의 플로트의 결과로서, 충전과정이 곡선(41,42,43)에 따른 곡선인가의 여부를 결정할 수 있다. 이것은 추가의 가스량 mzi 의 계산시에 외삽과정에서 고려한다.
따라서, 압력 콘테이너(19)는 압력 콘테이너(19)의 용적 V 을 알아내거나 계산할 필요없이 충전압력 pz 으로 충전될 수 있다. 이 방법은 사용되는 가스의 특성과는 무관한 것이다. 천연가스의 조성은 매일 변동될 수 있는 것으로 알려져 있고, 이에 따라서 m 과 p 와의 관계에 영향을 미친다. 또한, 제1c도에 곡선(41,42,43)으로 나타낸 것으로부터 알 수 있는 바와 같이, m 과 p 와의 관계는 압력 콘테이너(19)내의 초기압력에 의존한다. 탱크충전과정중에 m 과 p 와의 관계를 연속적으로 새롭게 검출한다는 사실은 압력 콘테이너(19)가 압력 콘테이너내의 초기압력, 가스 조성, 저장부에서의 가스의 온도 또는 압력 등과 같은 각각의 물리적인 경제조건에 무관하게 항상 충전압력 pz 으로 신뢰성있게 충전될 수 있다는 것을 의미한다.
제2b도는 탱크충전장치(1)의 다른 실시예를 나타낸다. 제2a도의 실시예와 다른 것은 저장부(3)가 3개의 저장탱크(3a,3b,3c)를 갖춘다는 것이며, 이들은 연결선(4a,4b,4c)을 통해 전환장치(6)에 연결된다. 전환장치(6)는연결선(4a,4b,4c)중 하나의 후속의 연결선(12)에 각각 연결시키고, 또한 전환장치(6)는 연결선(12)으로의 가스흐름을 차단시키기 위하여 중간위치로 채택될 수 있다. 전환장치(6)는 조절장치(5b)로부터의 제어선(7a)을 통해 제어된다. 측정선(6a)은 전환장치(6)의 위치를 조절장치(5b)에 전달한다. 3개의 저장탱크(3a,3b,3c)는 각각 여러가지 압력으로 가스를 저장할 수 있으며, 이때 저장탱크(3a)는 최저압력을 가지고, 저장탱크(3c)는 최고압력을 가진다. 또한, 3개의 저장탱크(3a,3b,3c)가 동일한 방법으로 충전되고, 이와 관련하여 충전과정 후에 동일한 압력을 가지는 것이 가능하다. 3개의 저장탱크(3a,3b,3c)는 후속의 탱크충전과정중에 자동적으로 비워질 수 있으므로, 3개의 저장탱크(3a,3b,3c)가 특정의 시간 후에 여러가지 압력을 가지고, 이들은 후속의 충전과정중에 다시 처음의 평형을 이루게 된다.
압력 콘테이너(19)는 최저압력을 가지는 저장탱크(3a)로 개시하고, 각각의 탱크충전과정중에 측정장치(8)를 통해 흐르는 유량이 소정치까지 떨어지자마자 보다 높은 압력을 가지는 저장탱크로 각각 전환시키는 방법으로 충전할 수 있다. 이러한 탱크충전장치의 이점은 저장탱크(3a,3b,3c)내의 가스압력에 대해 제공되어야 할 압축에너지가 작게 유지될 수 있다는 사실로부터 확인할 수 있다.
압력 콘테이너(19)는 또한 이 압력 콘테이너(19)내의 가스의 온도가 탱크충전과정 후에 가능한 한 작은 값으로, 특히 가능한 한 대기온도에 근사하게 되도록 하는 방법으로 충전될 수 있다. 이렇게 함으로써 제1b도에 따라서 저장탱크(3a,3b,3c)는 충전공정이 곡선(43) 또는 곡선(42)에 따라서 이루어지게 하는 방법으로 제어될 수 있다. 이것은 저장탱크(3a,3b,3c)내의 압력을 순서대로 높게 하여, 예를 들면 곡선(42)에 따른 공정에서 전술한 쥴 - 톰슨효과가 충전공정중에 수 회 발생하도록 할 필요가 있을 수 있다. 증가된 압축에너지와 해당하는 탱크충전방법을 이용하여 압력 콘테이너(19)내의 가스의 온도를 낮출 수 있다.
제2a도 및 제2b도의 실시예에 있어서, 이 기술분야에서 숙련된 자에게 명백한 다른 구성요소, 예를 들면 저장탱크의 비교장치, 저장탱크에 연결된 압력 및 온도센서, 또는 탱크충전 후에 압력기밀의 연결선(14)을 환기시키기 위한 환기시스템 등은 도시 생략하였다.
제2c도는 가스온도를 검출하기 위한 온도센서(10)를 갖춘 탱크충전장치(1)의 다른 실시예를 나타내며, 온도센서(10)는 연결선(12)에 설치된다. 온도센서(10)의 값은 신호선(10e)을 통해 조절장치(5b)에 보내진다. 또한, 조절장치(5b)는 저장탱크(3a,3b)내의 압력을 검출하는 압력센서로부터의 측정신호를 검출한다. 연결선(4d)은 압축기로부터 직접 공급된다. 예를 들면, 저장탱크(3a 및/또는 3b)내의 압력이 특정치 이하로 떨어지면 압축기로부터 유출되는 가스는 연결선(4d)을 통해 제어 또는 측정장치(5a)에 직접 공급될 수 있다. 연결선(12)에서의 온도센서(10)의 구성에 의해, 제어 또는 측정장치(5a)를 통해 흐르는 가스의 온도를 연속적으로 측정할 수 있다.
유량측정장치(8)는 코리올리(Korriolis)원리에 의거한 유량측정장치로 이루어진다. 이와 같이 유량 dm/dt 이 측정되어 충전되는 양이 조절장치(5b)로 정확하게 계산될 수 있다. 다른 측정원리에 의거한 다른 유량측정장치도 본 발명의 방법및 그 방법에 따라서 동작하는 장치에 사용하기 적합하다.
탱크충전과정중에 발생할 수 있는 압력 콘테이너내의 가스의 온도상승을 제1b도를 참조하여 설명하였다. 제1e도에 있어서, 동일한 물리적인 관계를 다시 다른 방법으로 나타낸다. 제1e도는 예상되는 온도상승(ΔT)사이의 수학적 또는 실험적으로 유도된 관계를 초기압력 p0, 충전압력 pz 및 대기온도 Tu 의 함수로서 나타낸 것이다. 여러가지 대기온도 Tu 를 온도 T1, T2, T3로서 나타낸다.
예상되는 온도상승(ΔT)으로부터 압력과 온도와의 공지된 규정관계를 통해 보정된 허용가능한 충전압력 pz1을 계산할 수 있다. 제1도에 나타낸 탱크충전과정은 압력 콘테이너내에 존재하는 가스가 탱크충전과정의 종료 후에 비교적 빠르게 대기온도 Tu 까지 냉각될 것과, 이에 따라서 가스의 압력이 허용가능한 충전압력 pz 으로 떨어지게 될 사실을 고려한다면, 압력 콘테이너를 짧은 시간동안 허용가능한 충전압력 pz 이상으로 충전할 수 있다는 것을 가정한 것이다.
안전을 위하여, 압력 콘테이너에서 발생되는 압력은 콘테이너의 손상을 피하기 위해 특정의 최대치를 초과하지 않도록 할 수 있다.
제1f도의 탱크충전과정에 있어서, 가스량 mv1을 결정하기 위하여 탱크충전과정중에 직선(50)으로 나타낸 첫번째 외삽에서 허용가능한 충전압력 pz 까지 외삽하였다. 그리고나서, 추가의 가스량 mz1을 충전시키고, 탱크충전과정을 중단하고, 압력 p2을 측정한 후, 예상되는 온도상승(ΔT)을 계산하고, 이로부터 보정된 허용가능한 충전압력 pz1을 계산한다. 그 후, 점(m1, p1) 및 (m2, p2)을 연결하는 직선(51)을 보정된 허용가능한 충전압력 pz1까지 외삽하여 가스량 mv2을 계산하고, 이로부터 압력 콘테이너(19)에 공급되는 새로운 추가의 가스량 mz2을 계산한다. 다른 충전과정이 곡선(41)에 따라서 진행하고, 여기서 압력 콘테이너내의 가스가 보정된 허용가능한 압력 pz1을 가질 때까지 곡선(41)상의 이산점들은 곡선(41)상의 측정치(압력, 가스량)에 해당한다.
예상되는 온도상승(ΔT)을 전체의 탱크충전방법중에 1회만, 또는 1회 이상 계산될 수 있고, 이로부터 보정된 허용가능한 충전압력 pz1을 계산할 수 있다. 제1a도로부터 명백한 바와 같이, 압력 콘테이너내의 가스의 가열도 시간 t 의 함수이다. 가스와 압력 콘테이너의 벽 사이에는 온도교환이 계속적으로 일어난다. 예를 들면, 가스와 압력 콘테이너의 온도가 벽의 온도보다 높으면 가스는 시간 t 의 함수로서 냉각된다. 시간의 함수로서의 열의 방산공정은 예를 들면 온도강하 e 함수에 의해 수학적으로 설명될 수 있다. 압력 콘테이너의 충전에 필요한 탱크 충전시간 tf은 대략 추산할 수 있으므로, 탱크충전시간 tf중에 압력 콘테이너의 열의 방산에 의해 일어날 것으로 예상되는 온도강하(ΔT2)가 e 함수를 통해 계산될 수 있다. 보정된 허용가능한 충전압력 pz1은 압력 콘테이너에 대한 소정의 온도 - 압력 특성에 의거한 온도강하(ΔT2)의 값으로부터 계산될 수 있다. 더욱이, 제1e도에 따라서 이미 계산된 보정된 허용가능한 충전압력 pz1은 탱크충전시간 tf에 의거하여더 보정되어 새로 계산될 수 있다.
충전압력은 제1f도에 나타낸 것과 같은 다른 방법에 의해 보정되어, 더 보정된 충전압력 pz2을 계산할 수 있다. 이 과정에 있어서, 공급된 가스의 온도 Tg와 가스량 m 이 이송장치(5)에서 연속적으로 측정되고, 이로부터 공급된 가스의 평균가스온도 Td가 계산되고, 소정의 온도 - 압력 특성에 의거하여, 대기온도 Tu 와 평균가스온도 Td와의 차로부터 보정된 허용가능한 충전압력 pz2이 계산되고, 압력 콘테이너는 이 압력까지 가스로 충전된다. 제2c도에 따른 탱크충전장치(1)는 예를 들면 평균 가스온도 Td를 결정하는데 적합하다.
제3b도는 제1f도와 함께 압력 콘테이너의 탱크충전방법을 나타낸다. 제3b도에 나타낸 방법에서는 도시된 루프를 거칠 때마다 각각 새로 보정된 허용가능한 충전압력 pz1을 계산하고, 압력 콘테이너를 압력 pz1까지 충전시키도록 계산된 최종의 추가의 가스량 mzi 이 충전되자마자 루프를 일단 벗어나게 된다. 그러나, 탱크충전과정중에 보정된 허용가능한 충전압력 pz1또는 pz2을 1회만 계산하는 것도 유리한 것으로 밝혀졌다.
또한, 허용가능한 충전압력 pz3을 계산할 수 있으며, 여기서 허용가능한 충전압력 pz1과 허용가능한 충전압력 pz2을 모두 고려하여, 충전압력 pz3은 2가지 보정방법을 모두 고려하게 된다.
제1a도는 압력 콘테이너내의 가스의 온도를 시간의 함수로서 나타낸 온도플로트.
제1b도는 압력 콘테이너내의 가스의 온도를 압력의 함수로서 나타낸 온도플로트.
제1c도는 압력 콘테이너내의 압력을 충전과정에서의 여러가지 다양한 개시압력의 공급량의 함수로서 나타낸 플로트.
제1d도는 압력 콘테이너내의 압력을 압력 콘테이너내의 특정의 개시압력을 가지는 공급량의 함수로서 나타낸 플로트.
제1e도는 예상되는 온도상승(ΔT)을 계산하는 특성도.
제1f도는 압력 콘테이너내의 압력을 보정된 허용가능한 충전압력의 공급량의 함수로서 나타낸 플로트.
제2a도는 탱크충전장치의 실시예의 도면.
제2b도는 여러가지 압력의 저장탱크를 갖춘 탱크충전장치의 다른 실시예의 도면.
제2c도는 여러가지 압력의 저장탱크를 갖춘 탱크충전장치의 다른 실시예의 도면.
제3a도는 탱크충전장치의 동작방법의 플로도.
제3b도는 탱크충전장치의 다른 동작방법의 플로도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
(1) : 탱크충전장지, (2) : 이동가능한 탱크장치, (3) : 저장부, (3a)∼(3c) : 저장탱크, (4a)∼(4c) : 연결선, (5) : 이동장치, (5a) : 제어 또는 측정장치, (5b) : 조절장치, (5c) : 입력 및 출력장치, (6) : 전환장치, (6a) : 전환장치의 측정선, (7) : 조절밸브, (7a) : 조절밸브의 제어선, (8) : 유량측정장치, (8a) : 유량측정장치의 측정선, (9) : 압력센서, (9a) : 압력센서의 측정선, (10) : 온도센서, (10a) : 온도센서의 측정선, (11)∼(16) : 가스, 유체의 연결선, (14) : 압력기밀의 연결선, (17) : 연결선, (18) : 체크밸브, (19) : 압력 콘테이너, (20,21,22) : 온도센서, (20a,21a,22a) : 온도센서의 측정신호, (23,24,25) : 저장탱크의 압력센서, (23a,24a,25a) : 압력센서의 측정신호.

Claims (13)

  1. 압력 콘테이너(19)에 비해 보다 고압으로 저장부(3)에서 공급하는 가스질매체를 압력 콘테이너(19)에 신속하게 충전하는 방법으로서,
    압력 콘테이너(19)를 압력기밀의 연결선(14)을 통해 저장부(3)에 연결된 이송장치(5)에 연결하고,
    탱크충전 이전의 대기온도(Tu)를 측정하고, 온도보정된 허용가능한 충전압력(pz)을 압력 콘테이너의 미리 설정한 온도 - 압력 특성에 의거하여 결정하고,
    소량의 가스를 압력 콘테이너(19)에 공급하여 이송장치(5)와 압력 콘테이너(19)간의 압력보상을 유도하고,
    압력 콘테이너(19)의 초기압력(p0)을 이송장치(5)에서 측정하고,
    특정의 가스량(mb)을 압력 콘테이너(19)에 공급하고,
    유량을 차단시킨 후에 압력 콘테이너(19)의 압력(p1)을 이송장치(5)에서 측정하는 탱크충전방법에 있어서,
    압력 콘테이너(19)는 그 용적을 계산하지 않고 충전압력(pz)까지 충전 가능하고,
    가스량(m)과 압력(p)과의 수학적인 관계를 특정의 가스량(mb) 및 측정된 압력치(p0, p1)로부터 계산하고,
    수학적인 관계의 외삽을 이용하여, 압력 콘테이너를 충전압력(pz)까지 충전하는데 추가의 가스량(mzi)을 여러번 공급할 필요가 있도록 하는 방법으로 추가의 가스량(mz1)을 계산하고,
    추가의 가스량(mz1)을 압력 콘테이너(19)에 공급하고, 이어서 유량을 차단한 후, 압력 콘테이너(19)의 압력(p2)을 측정하고,
    상관관계 및 외삽의 신뢰도를 향상시키기 위하여 가스량(m)과 압력(p)간의 관계의 계산시에 추가의 가스량(mz1) 및 측정된 압력(p2)을 고려하고,
    추가의 가스량(mzi)을 계산하고, 추가의 가스량(mzi)을 압력 콘테이너(19)에 공급하고, 이어서 압력(Pi)을 측정하는 과정을, 압력 콘테이너(19)가 허용 가능한 충전압력(pz)에 이를 때까지 1회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는
    탱크충전방법.
  2. 압력 콘테이너(19)에 비해 보다 고압으로 저장부(3)에서 공급하는 가스질매체를 압력 콘테이너(19)에 신속하게 충전하는 방법으로,
    압력 콘테이너(19)를 압력기밀의 연결선(14)을 통해 저장부(3)에 연결된 이송장치(5)에 연결하고,
    탱크충전 이전의 대기온도(Tu)를 측정하고, 온도보정된 허용가능한충전압력(Pz)을 압력 콘테이너의 미리 설정한 온도 - 압력 특성에 의거하여 결정하고,
    소량의 가스를 압력 콘테이너(19)에 공급하여 이송장치(5)와 압력 콘테이너(19) 간의 압력보상을 유도하고,
    압력 콘테이너(19)의 초기압력(p)을 이송장치(5)에서 측정하고,
    특정의 가스량(mb)을 압력 콘테이너(19)에 공급하고,
    유량을 차단시킨 후에 압력 콘테이너(19)의 압력(p1)을 이송장치(5)에서 측정하는 탱크충전방법에 있어서,
    압력 콘테이너(19)는 그 용적을 계산하지 않고 충전압력(pz)까지 충전가능하고,
    가스량(m)과 압력(p)과의 수학적인 관계를 특정의 가스량(mb) 및 측정된 압력치(p0, p1)로부터 계산하고,
    수학적인 관계의 외삽을 이용하여, 압력 콘테이너(19)를 충전압력(pz)까지 충전하는데 최소한 1회의 다른 추가의 가스량(mzi)을 공급할 필요가 있도록 하는 방법으로 제1의 추가의 가스량(mz1)을 계산하고,
    제1의 추가의 가스량(mz1)을 압력 콘테이너(19)에 공급하고, 이어서 유량을 차단한 후, 압력 콘테이너(19)의 압력(p2)을 측정하고,
    외삽의 신뢰도를 향상시키기 위하여 수학적인 관계의 계산시에 제1의 추가의가스량(mz1) 및 측정된 압력(p2)을 고려하고,
    수학적인 관계의 외삽에 의해 다른 추가의 가스량(mzi)을 계산하고, 다른 추가의 가스량(mzi)을 압력 콘테이너(19)에 공급하고, 이어서 압력 콘테이너(19)의 압력(pi)을 측정하는 과정을, 수학적인 관계의 외삽을 이용하여 충전압력이 허용가능한 충전압력(pz)까지 상승하도록 다른 추가의 가스량(mzi)을 계산할때까지 1회 이상 반복하는 것을 특징으로 하는
    탱크충전방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    수학적인 또는 실험적인 관계를 이용하고, 최소한 초기압력(p0), 허용가능한 충전압력(pz) 및 대기온도(Tu)를 고려하여, 압력 콘테이너(19)에서 예상되는 가스의 온도상승(ΔT)을 계산하고, 압력 콘테이너에 대한 미리 설정한 온도 - 압력 특성에 의거하여, 대기온도(Tu)와 계산된 온도상승(ΔT)의 값으로부터 보정된 허용가능한 충전압력(pzi)을 결정하고, 탱크충전과정중에 허용가능한 충전압력(pz)으로서 미리 설정하는 것을 특징으로 하는 탱크충전방법.
  4. 제3항에 있어서,
    압력 콘테이너(19)를 완전히 충전시키기 위하여 요구되는 충전시간(tf)을 계산하고, 충전시간(tf)중에 압력 콘테이너에의 가스의 열방산의 결과로서 발생할 것으로 예상되는 압력 콘테이너(19)내의 가스의 온도강하(ΔT2)를 계산하고, 압력 콘테이너에 대한 미리 설정한 온도 - 압력 특성에 의거하여, 온도강하(ΔT2)의 값으로부터 보정된 허용가능한 충전압력(pz1)을 결정하고, 탱크충전과정중에 허용가능한 충전압력(pz)으로서 미리 설정하는 것을 특징으로 하는 탱크충전방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    공급된 가스의 온도(Tg)와 가스량(m)을 이송장치(5)에서 측정하고, 이로부터 공급된 가스의 평균가스온도(Td)를 계산하고, 압력 콘테이너에 대한 미리 설정한 온도 - 압력 특성에 의거하여 대기온도(Tu)와 평균가스온도(Td)의 차로부터 보정된 허용가능한 충전압력(pz2) 을 결정하고, 탱크충전과정중에 허용가능한 충전압력(pz)으로서 미리 설정하는 것을 특징으로 하는 탱크충전방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 저장부(3)가 여러가지 압력의 가스를 가지는 복수의 저장탱크(3a,3b,3c)를 포함하고, 탱크충전과정의 개시시에 최소 압력의 저장탱크(3a,3b,3c)가 연결되고, 탱크충전중에 이송장치(5)를 통하는 가스의 유량이 미리 설정가능한 값 이하로 떨어질 때, 보다 높은 압력의 저장탱크(3a,3b,3c)로 전환하는 것을 특징으로 하는 탱크충전방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 압력 콘테이너(19)에 가스량을 공급하는 동안 저장탱크(3a,3b,3c)간의 전환을 행할 수 있는 것을 특징으로 하는 탱크충전방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    특정의 가스량(mb)을 공급한 후, 압력(p1)을 결정한 후에 초기압력(p0)과 압력(p1)과의 압력차를 계산하고, 압력차가 미리 설정가능한 값 이하로 떨어지면 다른 특정의 가스량(mb)을 최소한 1회 공급하고, (p1)과 (p0)과의 압력차가 미리 설정가능한 값을 초과할 때까지 압력(p1)을 결정하는 것을 특징으로 하는 탱크충전방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    충전압력, 또는 가스량, 또는 금액이 이송장치(5)에 대하여 미리 설정가능하고, 압력 콘테이너(19)가 미리 설정가능한 값까지 충전되도록 공급된 가스량이 이송장치(5)에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는 탱크충전방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    코리올리(Korriolis) 원리에 의거하여 이송장치(5)에서의 유량을 유량측정장치(8)에서 측정하는 것을 특징으로 하는 탱크충전방법.
  11. 가스질매체를 압력 콘테이너(19)에 신속하게 충전하는 이송장치(5)로서, 이송장치(5)를 저장부(3)의 앞에 연결가능하고, 압력 콘테이너(19)보다 압력이 높은 저장부내에 위치하는 가스질매체를 조절가능한 방법으로 연결선(14)에 후 속하는 압력 콘테이너(19)에 이송하기 위하여 압력기밀의 연결선(14)을 이송장치(5)의 뒤에 연결가능한 이송장치(5)에 있어서,
    이송장치는 제어 및 측정장치(5a), 조절장치(5b), 및 입력과 출력장치(5c)를 갖추고,
    제어 및 측정장치(5a)는 상호 연결선(11,12,13)에 의해 연결되어 있는 제어가능한 조절밸브(7), 유량측정장치(8), 압력센서(9)를 갖추고, 압력센서(9)는 조절밸브(7)와 연결선(14) 사이에 배치되고,
    조절장치(5b)는 RAM, ROM 및 입력/출력수단을 갖춘 컴퓨터를 포함하고, 컴퓨터는 측정선(9a)을 통해 압력센서(9)로부터의 측정신호를 또한 측정선(8a)을 통해 유량측정장치(8)의 측정신호를, 또한 측정선(10a)을 통해 대기온도를 검출하는 온도센서(10)의 측정신호를 주기적으로 읽어 넣고, 컴퓨터는 제어선(7a)을 통해 조절밸브(7)를 제어하고,
    입력 및 출력장치(5c)는 가스량, 압력 또는 가격 등의 파라미터를 나타내기 위한 출력수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이송장치.
  12. 제11항에 있어서,
    이송장치(5)의 앞에 연결된 저장부(3)는 각각 연결선(4a,4b,4c)을 가지는 복수의 저장탱크(3a,3b,3c)를 포함하고, 제어 또는 측정장치(5a)는 연결선(4a,4b,4c) 중 하나를 연결선(12)으로 전환시키기 위하여 전환장치(6)를 갖추며, 연결선(12)은 조절밸브(7)와 유량측정장치(8)를 통해 연결선(14)에 연결되고, 조절장치(5b)는 전환장치(6)를 제어하기 위한 제어신호(7a)를 발생하는 것을 특징으로 하는 이송장치.
  13. 제1항 또는 제2항에 따른 방법을 이용하여 작동되거나 또는 제11항 또는 제12항에 따른 이송 장치를 갖춘 가스충전장치.
KR1019940028968A 1993-11-08 1994-11-05 압력콘테이너에가스질매체를신속하게충전하는방법및장치 KR100338885B1 (ko)

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